JP2578483B2 - ガスシールドアーク溶接フラックス入りワイヤ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、ガスシールドアーク溶接フラックス入りワ
イヤに係り、特に低電流においてスパッタ発生量が少な
いことを特長とし、軟鋼及び高張力鋼等の溶接、特に薄
板等の溶接に好適なガスシールドアーク溶接フラックス
入りワイヤに関するものである。

（従来の技術及び解決しようとする課題） ガスシールドアーク溶接フラックス入りワイヤは、溶
接作業性（スパッタ、アーク安定性等）及び溶接能率が
良好であることに加え、優れたビード外観を有する等の
利点を有しているため、その使用量はますます増加する
傾向にある。

しかし乍ら、通常のフラックス入りワイヤは溶接電流
範囲が必ずしも広くなく、特に低電流域では良好なスプ
レーアークーを得ることが難しかった。そのため、薄板
溶接などの低電流（100〜200A位）での溶接施工におい
てはスパッタの発生量が多く、溶接作業性は良好とは云
えなかった。

本発明は、かゝる事情のもとでなされたものであっ
て、特に広い電流範囲にわたって安定したスプレーアー
クが可能で溶接作業性が良好なガスシールドアーク溶接
フラックスりワイヤを提供することを目的とするもので
ある。

（課題を解決するための手段） 前記目的を達成するため、本発明者等は、内包フラッ
クスの組成に重点を置いて様々な方面から研究を進めた
結果、殊に特定組成のフラックスを充填し、且つ直流正
極性で用いることにより可能であることを見い出すに至
ったものである。

すなわち、本発明は、外皮金属で囲まれた腔部に、フ
ラックス全重量当たり、BaF₂:3〜10％、Al:3〜30％、M
g:1〜10％、Fe:40〜80％、Mn:5〜15％及びSi:2〜15％を
含有する組成のフラックスであって全フッ化物中のBaF₂
が50重量％以上であるフラックスを、フラックス充填率
10〜30％にて充填してなることを特徴とする直流正極性
用ガスシールドアーク溶接フラックス入りワイヤ、を要
旨とするものである。

本発明のガスシールドアーク溶接フラックス入りワイ
ヤは上記構成を有するが、その特長は、直流正極性用ガ
スシールドワイヤとして、充填フラックスとしてBaF₂、
Al、Mg等を限定することにより、低スパッタ等の特性を
発揮するところにある。すなわち、「特に低電流での溶
接においても安定したスプレーアークが可能でスパッタ
の発生が少ない」という特性を発揮させるには、次の
〜によるところが最も重要である。

溶接に当たり直流正極性を適用すること。

フラックス中に主成分としてBaF₂、Al、Mgを同時に
添加したこと。

以下に本発明を更に詳細に説明する。

まず、本発明におけるフラックス成分の限定理由につ
いて説明する。なお、各成分の量はフラックス全重量に
対する割合である。

（１）BaF₂ 本発明者等は、ガスシールドアーク溶接フラックス入
りワイヤのフラックス組成について種々検討の結果、ま
ずフッ化物について着目し、フラックス中のフッ化物と
スパッタ発生量及び溶接作業性との関係を調べた。な
お、実験における供試ワイヤ及び溶接条件は以下の、
のとおりとし、スパッタの捕集は、第１図に示すよう
に、溶接トーチ２の移動を妨げない個所のみを開放した
銅製中空の捕集器１で試験板４を覆い、この捕集器１内
で溶接した後のスパッタを捕集する方法によった。

供試ワイヤ 外皮金属：軟鋼 フラックス及びフラックス率：（後述実施例のNo.12を
ベースにフッ化物量及び種類を変え、フッ化物量に応じ
てFe量を増減させた。他の成分はNo.12と同じ） ワイヤ断面形状：第７図中の（Ａ） ワイヤ径:1.4mmφ 溶接条件 溶接電流:150A、DCEN（直流正極性） アーク電圧:18V 溶接速度:40cm/min シールドガス:100％CO₂（流量20/min） ワイヤ突出し長さ:20mm 被溶接材料:SM50A（寸法20mmt×100mmW×600mml） 姿勢：下向（前進角、後退角＝０゜） 以上の試験の結果を第２図及び第３図に示す。なお、
第２図は添加すべきフッ化物の種類について種々検討し
た結果を示しており、第３図は第２図の結果により必須
成分として選択したBaF₂の適正添加量を調査するために
その添加量を増減させた場合の試験結果を示している。

まず、フッ化物の種類を変えて検討したところ、第２
図に示すように、アルカリ金属或いはアルカリ土類金属
のフッ化物が良好な結果を示し、中でもBaF₂がスパッタ
等の面から最も良好であったため、添加するフッ化物と
してはBaF₂を必須とした。

また、第３図から明らかな如く、スパッタ発生量はフ
ラックス中にBaF₂を３〜10％添加することにより著しく
低下する傾向にあり、またその範囲では溶接作業性も非
常に良好であるが、３％未満ではスパッタ発生量が多く
作業性が良くなく、10％を超えるとビード外観が良好で
なかった。したがって、フラックス中のBaF₂の量は３〜
10％の範囲に止める必要があることが判明した。

（２）Al及びMg Al及びMgは、脱酸作用によって溶接金属の物性を高め
るのに有効な成分であることは従来より知られている
が、本発明においては、安定したアーク溶接を行うため
にはどちらも欠くべからざるフラックス原料である。

更に、本発明者等は、種々検討の結果、Al、Mgを添加
することによってスパッタを低減できるとの知見を得
た。

そこでAl、Mgの適正添加量を見出すためにフラックス
ワイヤ中のAl量及びMg量とスパッタ発生量等の関係を調
べた。なお、供試ワイヤ及び溶接条件は前述の条件、
及び第１図に準じた。

その結果、まず、第４図に示すように、ワイヤ中のAl
量が全フラックスに対して３％未満ではアークが不安定
でスパッタの発生量も非常に多い。しかし、30％を超え
ると脱酸過剰となることや、溶接金属中のAl量が増し、
靱性が低下すること及びビード外観が好ましくなくなる
等の問題が生ずる。したがって、フラックス中のアルミ
ニウム量は３〜30％の範囲とする。

また、第５図に示すように、ワイヤ中のマグネシウム
量が全フラックスに対して１％未満ではアークが不安定
でスパッタの発生量も多い。しかし、10％を超えるとア
ークの吹付けが強くなりすぎ、薄板溶接に不向きとなる
ことや、脱酸過剰による溶接金属性能の低下、ビード外
観の悪化等を惹き起こす。したがって、マグネシウム量
は１〜10％の範囲とする。

なお、Al、Mgの代表的な添加形態としては純Al、Fe−
Al、純Mg、Fe−Mg、Al−Mg等の粉末が挙げられる。

（３）Fe Feは溶着金属量を増大して溶接能率を高める作用があ
るため、溶接金属に対するスラグ発生量を相対的に低く
する効果がある。そのためには40％以上を添加する必要
がある。しかし、Fe量が80％を超えると、他の成分であ
る脱酸剤、フッ化物、Al、Mg等の量が相対的に減少し、
作業性（特に、スパッタ）、性能等の面の悪化を来た
す。したがって、Fe量は40〜80％の範囲とする。なお、
Feは主として鉄粉として添加するが、Fe−Mn、Fe−Si、
Fe−Al、Fe−Mg等の合金の形で添加する場合も含まれる
ことは勿論である。

（４）Mn Mnは脱酸反応とともに溶接金属中に歩留って靱性を付
与し、衝撃性能を良好にする。その作用のためには少な
くともフラックス全量に対して５％以上の添加が必要で
ある。しかし、15％を超える量の添加は溶接金属の強度
の異常上昇を招いたり、Alとの共存状態で脱酸過剰を生
じたりして好ましくない。したがって、Mnの量は５〜15
％の範囲とする。なお、Mnは金属Mnの形態で添加するだ
けでなく、Fe−Mn等合金の形態で添加しても良いのは勿
論である。

（５）Si SiはMnと同様に性能面の確保のために必要である他
に、母材と溶接金属のなじみを良くし、またスラグの粘
度を調整してフラットで良好なビードを実現するために
添加する。そのためには少なくとも２％は必要である。
しかし、15％を超える量の添加は、溶接金属の靱性を阻
害して衝撃性能を悪化させる。したがって、Siの量は２
〜15％の範囲とする。なお、Siは金属Siの形態だけでな
く、Fe−Si、Cu−Si等の合金の形態で添加して良いのは
勿論である。

（６）フラックス充填率 外皮金属に対するフラックスの充填率は、10〜30％の
範囲が好ましい。10％未満では十分な量の金属粉やスラ
グ形成剤等を充填することができず、本来の性能を発揮
できない。一方、30％を超えると外皮金属を薄肉にしな
ければならず、ワイヤが柔らかくなり、送給性が低下す
るほか、通電性及びアーク安定性も悪化してアンダーカ
ット等が発生し易くなる。したがって、フラックス充填
率は10〜30％の範囲とする。

（７）その他の条件（フラックス成分、金属外皮） 上記のように、本発明においては、BaF₂、Al、Mg、F
e、Mn及びSiを必須のフラックス成分とするが、これら
必須成分以外に必要に応じてアーク安定剤、スラグ生成
剤、合金成分等を添加できるのは勿論である。

例えば、フッ化物については、BaF₂以外に他のフッ化
物を添加しても良いのは勿論であるが、添加する場合に
は、本発明の目的から考えた場合、アルカリ金属或いは
アルカリ土類金属のフッ化物とすることが望ましく、ま
た添加量についても全フッァ物中のBaF₂が50％以上とな
るように他のフッ化物を添加することが必要である。

更に、ワイヤ中のＣ量についても、多すぎるとヒュー
ム、スパッタの発生量に影響を与える。その影響はBa
F₂、Al、Mgよりは度合いが小さいが、ワイヤ全重量当た
り0.08％以下に抑えることが推奨される。

（８）極性について 本発明においては、溶接において直流正極性を用いる
ことが必須である。

極性については交流と直流があり、直流の場合には、
直流逆極性（DCEP）と直流正極性（DCEN）の２種類があ
り、一般的には直流逆極性が用いられている。しかし、
本発明のワイヤにおいては、溶接に際しての極性とし
て、溶接作業性（アーク安定性、スパッタ等）の面か
ら、直流正極性でなければならず、交流及び直流逆極性
では実用上溶接施工ができない。

すなわち、極性の効果の一例を第６図（前述の試験の
場合の溶接条件に準じて行なった結果である）に示す
ように、本発明系のワイヤでは、直流正極性でのみ良好
な作業性（スパッタ発生量等）を示すことがわかる。こ
のことは本発明の大きな特長の１つである。これは以下
のように考察される。

一般に、溶接ワイヤをDC（−）で使用する（直流正極
性）と、ワイヤ先端に陽イオンによる衝撃力が溶滴に加
わるため、溶滴の離脱が妨げられ、その結果、溶接作業
性（スパッタ、アーク安定性等）が悪い。しかし、本発
明によるフッ化バリウム系のフラックス入りワイヤの場
合、正極性特有の陽イオンによる衝撃力に加えて、高蒸
気圧のBaF₂等の蒸発による大きな反作用力が溶滴に働く
ため、ワイヤ先端の溶滴がこれらの合力により衝撃を受
け、小さな溶滴粒に変化して母材へとスムーズな移行を
行う。したがって、DC（−）において良好な作業性（ス
パッタ、アーク安定性等）を示すのである。

なお、ワイヤの断面形状は何ら制限されず、例えば第
７図（Ａ）〜（Ｄ）に示す種々の形状のものが使用でき
る。（Ｄ）の形状（継目無）の場合にはワイヤ表面にA
l、Cu等のメッキ処理を施してもよく、メッキ量（ワイ
ヤ全重量に対する重量％）は0.05〜0.20％が望ましい。
0.05％以下では耐錆性、送給性、通電性等の面での効果
が少なく、0.20％以上になると生産性の低下、溶接金属
の靱性低下を来たすので望ましくない。

また、ワイヤ径も何ら制限されず、用途に応じて1.2m
m、1.4mm、1.6mm、2.0mm、2.4mm、3.2mm等の中から適宜
決めることができるが、薄板溶接の面やアーク安定性の
面からは1.2〜1.6mmφが望ましい。

更に、シールドガスとしては、CO₂及びAr−CO₂混合ガ
ス等のいずれも使用可能である。

また、適用鋼種としては、本発明では軟鋼及び高張力
鋼を対象とするのが好適であるが、他の鋼種に適用可能
なことは勿論である。本発明は特に薄板の溶接に好適で
ある。また、全姿勢溶接が可能である。

次に本発明の実施例を示す。

（実施例） 第１表及び第２表に示す各種のフラックス組成を有す
るフラックス入りワイヤ（ワイヤ径:1.4mmφ、外皮：軟
鋼、ワイヤ断面形状：第７図（Ａ）の形状）を作製し、
以下の溶接条件にて軟鋼母材（板厚:6mm）にガスシール
ドアーク溶接を行った。スパッタ発生量及びその他の溶
接作業性を評価した結果を第３表に示す。

溶接条件（半自動溶接） 溶接電流:150A アーク電圧:19V 溶接速度：約40cm/min シールドガス:CO₂（流量:20/min） ワイヤ突出し長さ:20mm 極性:DCEN（直流正極性） 姿勢：水平すみ肉 第３表に示すように、本発明例はいずれもスパッタ発
生量を主とした溶接作業性に優れており、ワイヤ製造時
にも問題がなかった。一方、本発明範囲外の条件による
比較例は、スパッタが多く、或いはスパッタが少ない場
合には作業性等（ビード外観、溶接能率）が劣ってい
る。

（発明の効果） 以上詳述したように、本発明によれば、特定組成のフ
ラックスを所定のフラックス率で充填したフラックス入
りワイヤを直流正極性にて用いるので、通常のフラック
ス入りワイヤ及びソリッドワイヤよりも溶接電流範囲が
広く、特に低電流域まで安定したスプレーアークで低ス
パッタの溶接が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｃ）はスパッタの捕集器（銅製中空）
の概略（構造、寸法（mm））を示す図で、（ａ）は平面
図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は正面図であり、 第２図は各種フッ化物をフラックス原料として用いた場
合（添加量５％）のスパッタ発生量を示す図、 第３図はフラックス全量に占めるBaF₂量とスパッタ発生
量の関係を示す図、 第４図はフラックス全量に示するAl量とスパッタ発生量
の関係を示す図、 第５図はフラックス全量に占めるMg量とスパッタ発生量
の関係を示す図、 第６図はワイヤ極性（直流逆極性、直流正極性、交流）
とスパッタ発生量の関係を示す図、 第７図（Ａ）〜（Ｄ）はそれぞれフラックス入りワイヤ
の断面形状の一例を示す図である。 １……スパッタ捕集器、２……溶接トーチ、３……ワイ
ヤ、４……試験板（被溶接材料）、Ｆ……フラックス、
Ｍ……外皮金属。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 細井 宏一 神奈川県鎌倉市手広731―１ 西ケ谷神 鋼寮 (56)参考文献 特開 昭58−148095（ＪＰ，Ａ) 特公 昭55−26957（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】外皮金属で囲まれた腔部に、フラックス全
   重量当たり、BaF₂:3〜10％、Al:3〜30％、Mg:1〜10％、
   Fe:40〜80％、Mn:5〜15％及びSi:2〜15％を含有する組
   成のフラックスであって、全フッ化物中のBaF₂が50重量
   ％以上であるフラックスを、フラックス充填率10〜30％
   にて充填してなることを特徴とする直流正極性用ガスシ
   ールドアーク溶接フラックス入りワイヤ。