JP2673588B2 - ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ - Google Patents

ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ

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JP2673588B2 JP28407289A JP28407289A JP2673588B2 JP 2673588 B2 JP2673588 B2 JP 2673588B2 JP 28407289 A JP28407289 A JP 28407289A JP 28407289 A JP28407289 A JP 28407289A JP 2673588 B2 JP2673588 B2 JP 2673588B2
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【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、亜鉛めっき鋼溶接用フラックス入りワイヤ
に関し、特にピット、ブローホールなどの溶接欠陥が発
生しにくい健全な溶接金属が得られる高速溶接用のガス
シールドアーク溶接用フラックス入りワイヤに関する。
(従来の技術) 亜鉛めっき鋼板は、通常の熱延あるいは冷延された鋼
材表面に亜鉛めっきを施したもので、その耐蝕性の良好
なことから自動車の足廻り部や住宅用軽量鉄骨部材等で
適用が拡大している。
(発明が解決しようとする課題) ところで亜鉛めっき鋼材を溶接する場合、鋼材表面か
ら鉄の融点より低い沸点(906℃)をもった亜鉛が、溶
接時に溶滴ないし溶融池に侵入してその蒸気が突沸する
と共に大気を巻き込み、溶接金属凝固過程で浮上しきれ
ず気泡として残存し、ピットやブローホール等の欠陥を
多発するという問題がある。
一般にガスシールド溶接法においては、溶接速度が1m
/minを超えるとガスシールド性が低下し、溶接雰囲気中
に空気を巻き込む結果、窒素ガスを多量に吸収してピッ
ト、ブローホール等の欠陥が発生しやすい。特に亜鉛め
っき鋼板の高速溶接においては、上記亜鉛の影響とガス
シールド性の低下による窒素ガス吸収とが重畳してピッ
ト、ブローホールが著しく発生し易くなる。
更に薄板の溶接では、継手形状も鋼板表面状態の影響
を受け易い重ねすみ肉等の形状が採用されるため、欠陥
が発生し易い条件下にある。このため従来より亜鉛めっ
き鋼板の溶接に当たっては、溶接速度を極端に下げる
か、予め溶接線上の亜鉛を機械的に除去するなど、非能
率的な施行を余儀なくされているのが現状である。
このような問題点を解決する手段として、例えば特開
昭63−72498号公報、特開昭64−78699号公報記載の技術
が提案されている。前者はTi,Al,Ni,Cuを含有させたソ
リッドワイヤ、後者はC,Si,Mn,水素量等を特定したフラ
ックス入りワイヤであるが、これらはいずれも本発明が
対象としている高速度での亜鉛めっき鋼板の溶接には効
果が期待できないものである。
本発明は上記従来の問題点を解決するためになされた
ものであって、亜鉛めっき鋼板のすみ肉溶接において
も、ピット、ブローホール等の溶接欠陥が少なくかつ高
速度の溶接が可能なガスシールドアーク溶接用フラック
ス入りワイヤを提供するものである。
(課題を解決するための手段) 本発明の要旨は、鋼製外皮中に金属粉を95%以上含有
するフラックスを充填してなるフラックス入りワイヤに
おいて、ワイヤ全重量に対し、重量%でC;0.10%以下,S
i;0.10〜0.60%,Mn;0.20〜1.50%、Nb,Ta,B,V,Crの一種
または二種以上の合計で0.10〜2.00%含有し、かつワイ
ヤのポテンシャル水素量が90ppm以下であることを特徴
とするガス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) 本発明者らは、ガスシールドアーク溶接、特に亜鉛メ
ッキ鋼板でのピット、ブローホール発生原因について種
々実験を重ねた結果、次のような知見を得て本発明を完
成した。即ち (1)溶接金属に侵入した亜鉛は鉄に溶解しにくく、か
つ低沸点のため溶融金属が凝固過程においても蒸気状態
であり、これが大気中に放出されず溶接金属に残存し気
泡となる。
(2)高速溶接ではガスシールド性が劣化しやすく、こ
れにより溶接池は窒素を吸収し易くなる。一方高速溶接
では、凝固速度が早いためガス化した亜鉛のみならず窒
素ガスも凝固過程で浮上しきれず、溶接金属中に残存し
易くなる。
(3)ガスシールドアーク溶接では、清浄な溶接金属を
得るため、Si,Mn等の脱酸性元素を添加するが、脱酸作
用を過度に強化すると蒸気状態の亜鉛は酸化されず気泡
として残存する。
(4)溶接金属表面にスラグが多く被包すると、被包ス
ラグにより亜鉛蒸気の大気中への放出が妨げられ、気泡
が残存し易い。
(5)さらに溶接雰囲気中の水素も、溶接金属中に侵入
して気泡の原因となる。
従って亜鉛めっき鋼板の高速溶接におけるピット、ブ
ローホールの発生を防止するためには、 (a)溶融金属の酸素ポテンシャルを高めて有害な亜鉛
蒸気をZnOと化し、溶接金属中に固定またはスラグオフ
させる (b)溶融金属の粘性を下げ、撹拌作用により亜鉛蒸気
及び窒素ガスを放出させる (c)溶融金属中に侵入した窒素を固定する (d)スラグ生成量を極力少なくする。
(e)アーク雰囲気中の水素分圧を極力低くする 事が有効であるとの観点から、フラックス入りワイヤの
成分について鋭意検討を行ない、本発明を構成するに至
ったものである。
即ち本発明は、充填フラックス中の金属粉を多量に含
有させて亜鉛蒸気の大気中への逸散の障害となるスラグ
生成を極力少なくして気孔生成を抑制すること、Si,Mn
を適量添加して溶接金属の酸化力を適正化することによ
り、亜鉛の酸化を促進するとともに酸化反応熱により溶
融金属の温度が上昇し粘性が低下させ、かつ溶融金属を
撹拌させてガス放出を容易ならしめる事により亜鉛・窒
素の影響を軽減させること、またNb,Ta,B,V,Crなどの脱
酸力の弱い脱窒剤を適量添加して窒素を固定する事、更
にはワイヤのポテンシャル水素を極力低く押さえる事と
の複合作用によりピットの発生を解消し、ブローホール
の発生を抑制するところに最大の特徴がある。
以下に本発明ワイヤの成分限定理由について詳細に説
明する。
まず本発明において、充填フラックス中の金属粉を95
%以上と限定したのは、亜鉛蒸気の大気中へと逸散の障
害となる余分なスラグを溶接中に生成させず、気孔生成
を抑制することおよび、溶着効率を高め、溶接の能率を
高めるためである。充填フラックス中の金属粉の比率が
95%未満では、スラグ生成剤の比率が相対的に高くなっ
て生成スラグが多くなり、亜鉛蒸気の大気中への放出が
妨げられてピット、ブローホールが発生しやすくなると
ともに、溶着効率がソリッドワイヤより低くなる。更に
スラグが溶接金属表面に多く生成すると、スラグ除去の
工程を要するようになり溶接能率が低下する。このよう
な理由で充填フラックス中の95%以上は金属粉でなけれ
ばならない。なおここで言う金属粉とは、鉄粉の他、S
i,Mn,Nb,V,Cr等の脱酸、脱窒元素、あるいは合金元素を
意味する。これら金属元素の形態としては、各々単体で
添加しても、またこれから選択される2種以上の金属の
合金として添加しても良い。
次にCを0.10%以下に限定したのは、高速ガスシール
ドアーク溶接において良好なアーク安定性を維持するた
めである。Cはアーク雰囲気中の酸素と反応してCOある
いはCO2ガスを発生する。Cが0.10%を超えると、ワイ
ヤ先端における溶滴移行がCO、CO2ガスにより妨げられ
スパッター発生量が多くなる。特に高速溶接において、
溶滴移行性が不良でアークが不安定になるとガスシール
ド性が劣化し、空気の巻き込み等に起因するピット、ブ
ローホールの発生やビート形式が不良になる。従ってワ
イヤ中のCは0.10%を上限とする。
Siは主脱酸剤として添加するが、添加量を制限して脱
酸力をやや低く調整し、溶融金属の酸素ポテンシャルを
高めることにより亜鉛の酸化を促進し、かつ溶融金属の
撹拌作用を強め、ガスを浮上し易くすると同時に溶融金
属の粘性を低下させ、亜鉛及び窒素ガスの放出を促進さ
せる効果を有する。これによりピット、ブローホールの
発生を抑制することができる。しかし0.60%を超えて添
加すると、脱酸過剰となりピット、ブローホールが多発
するので、上限は0.60%とした。また0.10未満では、基
本的に脱酸不足に起因するピット、ブローホールが多発
するので、下限は0.10%とした。
MnはSiと共に脱酸剤として添加されるが、その脱酸能
はSiより低いため、脱酸力を低くして溶融金属の酸素ポ
テンシャルを高める本発明においては、Mnが主たる脱酸
剤として利用される。しかしMnが1.50%を超えると、脱
酸過剰となってピット、ブローホールが発生するので、
Mnの上限は1.50%とした。また0.20%未満では、脱酸不
足と考えられるピット、ブローホールが多発するので、
下限は0.20%とした。
なおSi,Mn等の脱酸性元素が上記範囲にあると脱酸不
足や脱酸過剰にならず、亜鉛の酸化や溶融金属の粘性低
下によりピット、ブローホールの発生が抑制されるが、
これらの脱酸性元素の最も好ましい範囲は、Si;0.20〜
0.40%,Mn;0.40〜0.80%であり、ピット、ブローホール
の抑制効果が更に向上する。
一般に高速溶接では、ガスシールド性が低下するため
溶接雰囲気中に空気を巻き込み易く、溶融金属中に窒素
ガスを吸収し、ピット、ブローホールが発生する。これ
を防止するためAl,Ti,Zrなどの脱窒剤を添加して窒素を
固定する方策があるが、これら元素は強力な脱酸剤でも
あるため脱酸過剰になってピット、ブローホールを発生
する。Nb,Ta,B,V,Crは酸素との親和力の小さい脱窒性元
素として溶融金属の酸素ポテンシャルを下げずに溶融金
属中に固溶した窒素を固定する作用を持ち、窒素ガス吸
収によるピット、ブローホールの発生を抑制する効果を
有する。Nb,Ta,B,V,Crのいずれも0.10%以上の添加でピ
ット、ブローホールの発生を抑制するので、下限を0.10
%とした。またこれら、脱窒剤を複合添加しても同じ様
に効果がある。しかし2.00%を超えて添加すると、溶接
金属部が著しく硬化し、延性を損なうので上限を2.00%
とした。
更にワイヤ中のポテンシャル水素量を90ppm以下に限
定したのは次の理由による。即ちワイヤ中の水素は、充
填フラックス、鋼外皮およびワイヤ表面付着物に含有さ
れているが、この水素は溶接中アーク雰囲気中の水素分
圧を上げて溶融金属に侵入し、ピット、ブローホールの
発生原因となる。この水素に起因するピット、ブローホ
ールを抑制するためには、ワイヤ中のポテンシャル水素
を極力低く押さえることが必要であり、実験の結果90pp
m以下であれば目的を達成できるので、ワイヤ中のポテ
ンシャル水素の上限は90ppmとした。なおワイヤのポテ
ンシャル水素量は、不活性ガス雰囲気中で2000℃以上に
加熱して抽出される全水素量を示し、充填フラックス、
外皮および表面付着物に含有される水素量の合計した値
である。
以上が本発明の主要構成であるが、アークの安定化や
少量のスラグ物性調整によるビード形成の良好化を図る
ために、Na2O,K2O,Li2O,SiO2,MnO,Al2O3,FeO,Fe2O3,MgO
等の酸化物、NaF,KF,MgF2,CaF2,K2SiF6等の弗化物など
の非金属粉を、単体もしくは化合物の形態でその総量が
5%を超えない範囲で添加することができる。
また本発明は、フラックス充填率は上述の条件を満た
す限り7〜20%の範囲で選択でき、ワイヤ径は1.0〜1.2
mmであることが望ましい。ワイヤの断面形状は、第1図
(a)〜(d)に示す何れの形状も採用できるが、溶接
の自動化、ロボット化を考慮すれば、ワイヤの直進性、
送給性の良好な第1図(d)のシームレスワイヤが最適
である。なお図において、1は鋼製外皮、2はフラック
スである。さらに本発明ワイヤを用いて溶接する場合に
使用するシールドガス組成としては、CO2のほかにAr−C
O2,Ar−O2等も適用可能でるある。特にAr系混合ガスの
場合は、アーク安定作用が重畳されるのでスパッターの
少ない溶接が可能になる。
以上の様に構成されたフラックス入りワイヤを用い
て、亜鉛めっき鋼板を高速でガスシールド溶接を行なっ
ても、ピットの発生がなく又ブローホールの発生も非常
に少ないために構造物用として十分満足するものであ
る。
(実施例) 以下に本発明の効果を実施例により更に具体的に説明
する。
外皮材として極軟鋼(C;0.05%,Si;0.01%,Mn;0.29
%,P;0.014%,S;0.011%)を用い、第1図(d)に示す
断面を有し、第1表に示す鋼製のフラックス入りワイヤ
を試作して供試ワイヤ(1.2mmφ)とした。これらワイ
ヤを使用し、第2図に示すように亜鉛めっき鋼板3a,3b
(板厚t=2.3mm,幅w=50mm,長さl=300mm)を継手形
状に重ねて第2表の溶接条件にて水平重ねすみ肉溶接
(繰り返し3回)を行ない、すみ肉ビード部に発生する
ピット、ブローホールの発生量およびスパッター、スラ
グ生成量を調査した。
ピットは個数計数後、ビード1m当たりに換算して発生
数(個/m)として評価した。ブローホールはX線透過試
験のフィルムでビード長手方向のブローホール幅を測定
し、ビード長に対してブローホール幅総和からブローホ
ール発生率(%)を計算した。またスラグ発生量はビー
ド表面に発生したスラグを採取し、1分間当たりの発生
量(g/min)を求めた。さらにスパッターは捕集箱を用
いて全量を採取し、1分間当たりの発生量(g/min)に
換算した。その結果を第3表に示す。
第3表から明らかな様に、フラックス入りワイヤの構
成が本発明の範囲外であるNo.9〜No.16のワイヤは、い
ずれもピットやブローホールの発生が多く、健全な溶接
金属が得られていない他、スラグ発生量やスパッター量
が多いなど高能率溶接性にも問題がある。
これに対しNo.1〜No.8の本発明例のワイヤは、ピット
は発生せずブローホール発生率も非常に低く、健全な溶
接金属が得られている。またスラグ発生量、スパッター
発生量も少なく、高能率な溶接が可能である。
(発明の効果) 以上説明した様に本発明のフラックス入りワイヤは、
亜鉛めっき鋼板など防錆処理を施した鋼材を溶接して
も、ピット、ブローホール等の溶接欠陥の発生を大幅に
低減できると共に、スパッター、スラグ量も少ないため
高能率溶接が可能となり、溶接の高能率化、省力化に大
きく寄与するものである。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)〜(d)はフラックス入りワイヤの各種の
態様の断面形状を示す図面、第2図は実施例で用いた試
験板形状を示す斜視図である。 1……鋼製外皮、2……フラックス、3a,3b……亜鉛め
っき鋼板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石出 博俊 神奈川県相模原市淵野辺5―10―1 新 日本製鐵株式会社第二技術研究所内 (56)参考文献 特開 平3−230892(JP,A) 特開 平3−294091(JP,A)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】鋼製外皮中に金属粉を95%以上含有するフ
    ラックスを充填してなるフラックス入りワイヤにおい
    て、ワイヤ全重量に対し、重量%でC;0.10%以下,Si;0.
    10〜0.60%,Mn;0.20〜1.50%、Nb,Ta,B,V,Crの一種また
    は二種以上の合計で0.10〜2.00%含有し、かつワイヤの
    ポテンシャル水素量が90ppm以下であることを特徴とす
    るガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
JP28407289A 1989-10-31 1989-10-31 ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ Expired - Lifetime JP2673588B2 (ja)

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