JP2628396B2

JP2628396B2 - セルフシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ

Info

Publication number: JP2628396B2
Application number: JP9498090A
Authority: JP
Inventors: 政男鎌田; 三宜男槇田; 武夫足立
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1990-04-12
Filing date: 1990-04-12
Publication date: 1997-07-09
Anticipated expiration: 2012-07-09
Also published as: JPH03294095A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明はセルフシールドアーク溶接用フラックス入り
ワイヤに関し、特に小電流溶接条件で行う薄い鉄板の溶
接に使用して良好なビード形状、外観が得られる細径の
セルフシールドアーク溶接用フラック入りワイヤに関す
る。

（従来の技術）セルフシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ
（以下、セルフシールドワイヤという）は、外部からシ
ールドガスや散布フラックスの供給を必要としないで溶
接出来る自動および半自動溶接材料であり、従来から主
に鋼管杭溶接のような屋外現場施工で好んで使用されて
きた。さらに、最近ではその簡便さが再注目され、国内
一般家庭に入っている100V電源でも使用可能な小型セル
フシールドアーク溶接機が市販されるようになり、門
扉、玩具、工芸美術品などの鉄製品の製作、補修溶接に
もセルフシールドワイヤの適用分野が拡大しつつある。

このような小型セルフシールドアーク溶接機に搭載す
るセルフシールドワイヤとしては、小電流溶接条件で使
用するためにワイヤ径1.2mm以下の細径のものが必要と
なる。ところで上記のような鉄製品は板厚が１〜2mm程
度の薄い鉄板が多く、これに使用するセルフシールドワ
イヤの溶接性能として問題となるのは、溶接金属の機械
的性能よりもむしろスパッタの発生が少なく、スラグの
剥離も容易で溶接しやすいことと、ピットなどの表面欠
陥や溶接部の溶け落ちがなく、外観的にも良好なビード
が形成できることである。さらに、100V電源による小型
セルフシールドアーク溶接機による出力電流範囲は概ね
50A程度以下であるため、このような小電流溶接条件で
使用して上記溶接性能を満足できるセルフシールドワイ
ヤでなければならない。これに対し、従来のセルフシー
ルドワイヤは溶接能率が重視されていたことによりワイ
ヤ径も2.4〜3.2mmφと太径のものが多く、300〜450Aの
ような高電流域で使用するように設計されている。ま
た、比較的細径のセルフシールドワイヤとしては特開昭
61−169196号公報、特開昭61−180697号公報、特開昭61
−176496号公報などにより1.8〜2.0mmφのものが開示さ
れているが、これらはいずれも200A以上の高電流域で使
用してその溶接性能を得ている。また、最近、ワイヤ径
が0.8〜1.2mmφのセルフシールドワイヤが市販され、80
〜120Aの電流域ではかなりの溶接性能を得られるように
なっているが、例えば板厚1mmの鉄板を第２図に示すよ
うな重ね水平する肉溶接で溶接部の溶け落ち防止のため
に30〜40Aの小電流域で使用した場合、アークが安定し
て持続することが困難で、またなめらかなビード形状が
得られない。

（発明が解決しようとする課題）そこで、本発明は50A以下の小電流溶接条件で行う板
厚が１〜2mm程度の鉄板の溶接を行った場合にも溶接作
業性およびビード形成が良好な細径のセルフシールドワ
イヤを提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段）即ち、本発明の要旨は、鋼製外皮中にフラックスを充
填してなるワイヤ径が1.2mmφ以下のセルフシールドア
ーク溶接用フラックス入りワイヤにおいて、ワイヤ全重
量に対して、重量％で、フラックス中にNaもしくはＫの
酸化物または複合酸化物の１種または２種以上をNa量お
よびＫ量換算値の合計で0.10〜0.80％、金属弗化物とし
てBaF₂,SrF₂,CaF₂の１種または２種以上をＦ量換算値の
合計で0.50〜1.50％、金属炭酸塩をCO₂量換算値で0.05
〜0.50％、Mgを0.5〜2.0％、さらに該鋼製外皮および該
フラックス中の総和でＣを0.05〜0.25％、Mnを0.50〜1.
50％、Alを1.0〜3.0％、Nb,Vの１種または２種以上を合
計で0.03〜0.80％含有することを特徴とするセルフシー
ルドアーク溶接用フラックス入りワイヤにある。

（作用）以下に、本発明のセルフシールドワイヤの各成分の作
用と含有量範囲の限定理由を述べる。

Na,Kの酸化物または複合酸化物の１種または２種以
上:Na量およびＫ量換算値の合計で0.10〜0.80％本発明者らは種々の試作ワイヤにより詳細に検討した
結果、まず板厚が1mm程度の薄い鉄板の溶接で問題とな
るアーク状態の安定性、および溶接部の溶け落ちや裏波
ビードの出すぎによるビード形状、外観の劣化に対し、
NaもしくはＫの酸化物または複合酸化物を積極的に含有
させることの効果を見出した。つまり、30〜40Aの低電
流域で使用する細径セルフシールドワイヤの場合、アー
ク状態を安定にするためにNaもしくはＫの酸化物または
複合酸化物からのNa量およびＫ量換算値の合計で0.10％
以上含有させる。また、このようなNa量およびＫ量を含
有させることにより、アーク長が長目となりアークの吹
きつけが弱くなるので、溶融プールを浅くし、溶接部の
溶け落ちや裏波ビードの出すぎを防止し良好なビード形
状、外観が得られる。しかし、上記Na量およびＫ量換算
値の合計が0.80％を超えるとアーク状態が不安定にな
り、スパッタ発生量が多くなり、またビード表面にピッ
トが発生しやすくなる。なお、Naの酸化物としてはNa
₂O,複合酸化物としてはNa₂SiO₃,Na₂O・4TiO₂,Kの酸化物
としてはK₂O,複合酸化物としてはK₂SiO₃,K₂O・TiO₂,K
₂O.Al₂O₃・3SiO₂などを使用できる。

BaF₂,SrF₂,CaF₂の１種または２種以上:F量換算値の合
計で0.50〜1.50％金属弗化物はガス発生剤としてアークおよび溶融金属
プールをシールドし、大気からの窒素、酸素の侵入を妨
げ、ピットの発生を防止するとともに、スラグ剤として
も作用してビード形状と外観を良好にする効果をもつ。
本発明において金属弗化物の種類をBaF₂,SrF₂,CaF₂に限
定したのは、これらがスラグ剤としても有効に作用する
ためである。また、含有量をＦ量換算値で限定したの
は、Ｆ量の方がシールド効果に実質的に影響しているた
めである。即ち、本発明のセルフシールドワイヤはBa
F₂,SrF₂,CaF₂の１種または２種以上をＦ量換算値の合計
で0.50〜1.50％含有させることにより、ピットの発生が
なく、良好なビード形状と外観が得られる。上記Ｆ量換
算値の合計が0.50％未満ではピットが発生しやすくな
り、またスラグ量が不足し、溶融金属のスラグ被包性が
不十分でビード形状、外観が不良となる。逆に、上記Ｆ
量換算値の合計が1.50％を超えるとスパッタ発生量の増
加やスラグ量が多くなりすぎてスラグ巻込み欠陥が発生
しやすくなる。なお、BaF₂,SrF₂,CaF₂以外の金属弗化物
については、さらにLiF,NaF,AlF₃,MgF₃,K₂ZrF₆,Na₂Zr
F₆,Na₂TiF₆などもＦ量換算値の合計で0.20％以下含有さ
せることができる。なお、上記Na,Kの弗化物はアークを
強くし、溶接部の溶け落ちに対し悪影響をおよぼすので
少量の添加に抑えるべきである。

金属炭酸塩:CO₂量換算値で0.05〜0.50％金属炭酸塩は金属弗化物と同様にガス発生剤およびス
ラグ剤として作用する成分であるが、本発明ではNaおよ
びＫの化合物を積極的に含有させアーク長を長くしてい
ること、および金属弗化物の含有量も少なく制限してい
るので、特にセルフシールド性の補強のために0.05〜0.
50％含有させる。金属炭酸塩の含有量がCO₂量換算値で
0.05％未満では、シールド効果が十分でなくピットが発
生しやすくなる。一方、0.50％を超えて含有させた場合
には、アークが不安定になりスパッタが発生しやすくな
る。なお、金属炭酸塩としてはBaCO₃,SrCO₃,CaCO₃,Li₂C
O₃,Na₂CO₃,MgCO₃などでよい。

Mg:0.5〜2.0％ Mgは強脱酸剤として、前記金属弗化物およに金属炭酸
塩のセルフシールド効果にも拘わらず大気中から溶融金
属プールに侵入した酸素と反応し、ピット発生を防止す
るとともに溶接金属を清浄化する。また、Mgは低融点金
属であるため蒸気化し、アーク雰囲気中の酸素および窒
素分圧を小さくすることもピット発生の防止に効果的で
ある。Mgの含有量が0.5％未満ではこれらの効果が不十
分で、一方、2.0％を超えて含有させるとアーク状態が
不安定になりスパッタ発生量が多くなることの他、酸化
物として形成されるMgOの悪影響としてビードの凸状化
や蛇行、さらにはスラグ巻込み欠陥が発生しやすくな
る。なお、Mgは単体で用いてもよいし、Al−Mg,Ni−Mg
等のMg合金の形態のものを用いてもよい。

C:0.05〜0.25％Ｃは脱酸剤としてピット発生防止や溶接金属の清浄化
以外に、含有させるAlの歩留りに起因する溶接金属組織
の粗大化を防げ、溶接部の曲げ加工性を良好にする。ま
た、溶接部の溶滴を小さくし、アーク状態を安定化させ
る効果をもつ。Ｃの含有量が0.05％未満では上記の効果
が得られず、一方、0.25％を超えて含有させた場合はア
ークの吹きつけが強くなり、溶融プールを深くするた
め、溶接部の溶け落ちや裏波ビードの出すぎによりビー
ド外観が不良となる。なお、Ｃは鋼製外皮および充填フ
ラックス中の総和とし、充填フラックス中にはＣ粉ある
いはFe−Ｃ−Mnのような合金形態で含有させてよい。

Mn:0.50〜1.50％ Mnは脱酸剤として作用し、ピット発生を防止し、溶接
金属を清浄化する。さらに、その脱酸生成物であるMnO,
MnO₂はスラグとしてビード形成をなめらかにする効果を
もつ。Mnの含有量が0.50％未満ではこれらの効果が得ら
れず、一方、1.50％を超えて含有させた場合はビード表
面にスラグが焼付き、スラグ除去が困難になるととも
に、ビード光沢が失われ外観が不良となる。なお、Mnは
鋼製外皮および充填フラックス中の総和とし、充填フラ
ックス中にはMnの単体あるいはFe−Mn,Fe−Si−Mnのよ
うな合金形態で含有させてよい。

Al:1.0〜3.0％ Alは脱酸剤として、または大気から溶融金属プールに
侵入した窒素を固定しピット発生を防止するために効果
的な成分であり、鋼製外皮および充填フラックス中の総
和で1.0〜3.0％含有させる。Alの含有量が1.0％未満で
はピットが発生しやすくなり、一方、3.0％を超えると
スラグ剥離性が劣化し、スラグ中に脱酸生成物であるAl
₂O₃が多くなりすぎてビードが凸気味になる。また、溶
接金属中へのAlの歩留りの増加により結晶粒が粗大化
し、溶接部の曲げ加工性が劣化する。なお、充填フラッ
クス中に含有させるAlは単体あるいはFe−Al,Al−Mg,Zr
−Alのような合金形態でよい。

Nb,Vの１種または２種以上の合計:0.03〜0.80％さらに、本発明のセルフシールワイヤはNb,Vの１種ま
たは２種以上を合計で0.03〜0.80％含有させることによ
り、耐ピット性を向上させることができる。これはNb,V
がAlよりも酸素との親和力が小さい窒素固定元素である
ことを利用したものである。即ち、Nb,Vは、Alを多量に
含有させた場合の脱酸生成物であるAl₂O₃がスラグ中に
増加して前記のような悪影響をおよぼすのに対し、酸化
物をあまり生成しないで溶融金属中に侵入した窒素を固
定し、ピット発生の防止に効果滴に働く。この効果は、
Nb,Vの１種または２種以上を合計で0.03％以上含有させ
た場合に明らかに認められ、一方、0.80％を超えて含有
させることは、溶接部の硬化により曲げ加工性が不良と
なるので好ましくない。なお、Nb,Vは鋼製外皮および充
填フラックス中の総和とし、充填フラックス中に含有さ
せる場合は単体あるいはFe−Nb,Fe−Ｖ等の合金形態で
よい。

以上述べたように、本発明のセルフシールドワイヤ
は、NaもしくはＫの酸化物または複合酸化物を積極的に
含有させること、およびその他のワイヤ成分として金属
弗化物、金属炭酸塩、Mg,C,Mn,Al,Nb,Vについて含有量
をそれぞれ限定することにより、所期の目的を達したも
のである。さらに、小量のスラグ物性調整剤としてSi
O₂,Al₂O,FeO,Fe₂O₃,MgO,Li₂・FeO,Sr₂・FeOなどを本発
明のセルフシールドワイヤの性能を損なわない範囲（合
計で1.0％以下が好ましい）で含有させてもよい。鉄粉
はワイヤ製造時のフラックスの流動性を良好にするた
め、あるいはフラックス充填率の調整のために使用でき
るが、ワイヤ重量比で10％を超えて含有させた場合には
スパッタの発生量が増加する。なお、フラックス充填率
については特に限定しないが、本発明のワイヤ組成を満
足する限り８〜20％の範囲で選択できる。鉄粉を多量に
含有させるなどしてフラックス充填率が20％を超える
と、ワイヤ製造時の伸線工程で断線が発生しやすくな
る。ワイヤ断面形状についても特に限定しないが、第１
図（Ａ）のような複雑な断面形状では1.2mmφ以下の細
径にする伸線加工が困難なため、同図（Ｂ）または
（Ｃ）のような単純断面形状の方が好ましい。

以下、本発明の硬化を実施例によりさらに具体的に説
明する。

（実施例）第１表に示す化学成分の鋼製外皮（S1,S2）中に、第
２表に示す組成のフラックスを充填し、第１図（Ｂ）に
示す断面形状で、第３表に示す組成のセルフシールドワ
イヤ（W1〜W17,ワイヤ径0.9mmφおよび1.2mmφ）を試作
製造した。これら試作ワイヤを使用して、板厚1.0mmお
よび1.6mmの軟鋼鉄板に第２図に示すような重ねすみ肉
溶接を行い、溶接作業性、ビード形状、外観を調査し
た。また、溶接部の曲げ加工性を判定するために、第３
図に示す要領で縦ビード曲げ試験（ローラ曲げ、Ｒ＝10
mm,S＝（板厚×２＋46）mm）を行なった。第４表に溶接
試験結果をまとめて示す。

試験No.1〜10は本発明のセルフシールドワイヤ（W1〜
W10）を使用した場合で、溶接作業性、ビード、曲げ加
工性のいずれも良好な結果が得られた。これに対し、試
験No.11〜17は比較ワイヤ（W11〜W17）を使用した場合
で、No.11（W11）は（Na＋Ｋ）量換算値の合計が0.10未
満であるためアークが強くなり、溶接部の溶け落ちが発
生し、良好なビード形状、外観が得られない。一方、N
o.12（W12）は（Na＋Ｋ）量換算値の合計が0.80％を超
えているためにアークが不安定になり、スパッタの多発
やピットが発生し、ビード形状、外観も不良となった。
No.13（W13）は、Ｆ量換算値の合計が1.50％を超えてい
るためにアークが不安定になり、スパッタが多発し、ま
たCO₂量換算値の合計が0.05％未満であるためピットが
発生した。No.14（W14）は、Ｆ量換算値の合計が0.50％
未満であるためピットが発生し、またCO₂量換算値の合
計が0.50％を超えているためアークが不安定になり、ス
パッタの多発およびビード形状が不良となった。No.15
（W15）は、ＣおよびMnの含有量が多すぎるために曲げ
加工性が不良となり、またMnの酸化物が多くなったこと
によりビード形状が劣化した。No.16（W16）は、Nb＋Ｖ
の含有量が少なすぎるためピットが発生した、No.17（W
17）はMgおよびAlの含有量が少なすぎるためピットが発
生し、またNb＋Ｖの含有量が多すぎるために曲げ加工性
が不良となった。

（発明の効果）以上述べた通り、本発明は小電流溶接条件で行う薄い
鉄板の溶接に適用して良好な溶接作業性とビード形状、
外観が得られる細径のセルフシールドワイヤを提供する
ものである。なお、本発明のセルフシールドワイヤは下
向あるいは水平すみ肉、立向などの各溶接姿勢で使用で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図はワイヤ断面形状を示す図、第２図は重ねすみ肉
溶接の継手形状を示す図、第３図は溶接部の縦ビード曲
げ試験の要領を示す模式図である。１……鋼製外皮、２……充填フラックス、３……鉄板、
４……溶接金属、５……縦ビード曲げ試験片、６……試
験治具。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平２−200397（ＪＰ，Ａ) 特公昭41−8205（ＪＰ，Ｂ１) 特公昭63−56037（ＪＰ，Ｂ２) 特公昭55−26957（ＪＰ，Ｂ２)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】鋼製外皮中にフラックスを充填してなるワ
イヤ径が1.2mmφ以下のセルフシールドアーク溶接用フ
ラックス入りワイヤにおいて、ワイヤ全重量に対して、
重量％で、フラックス中にNaもしくはＫの酸化物または
複合酸化物の１種または２種以上をNa量およびＫ量換算
値の合計で0.10〜0.80％、金属弗化物としてBaF₂,SrF₂,
CaF₂の１種または２種以上をＦ量換算値の合計で0.50〜
1.50％、金属炭酸塩をCO₂量換算値で0.05〜0.50％、Mg
を0.5〜2.0％、さらに該鋼製外皮および該フラックス中
の総和でＣを0.05〜0.25％、Mnを0.50〜1.50％、Alを1.
0〜3.0％、Nb,Vの１種または２種以上を合計で0.03〜0.
80％含有することを特徴とするセルフシールドアーク溶
接用フラックス入りワイヤ。