JP2795992B2 - 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Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明の鋼構造物の溶接に用いる
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
るものであり、さらに詳しくは３００Ａ／mm2 以上の高
電流密度溶接においても、溶接作業性に優れかつ良好な
溶け込み形状が得られるフラックス入りワイヤに関す
る。
ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤに関す
るものであり、さらに詳しくは３００Ａ／mm2 以上の高
電流密度溶接においても、溶接作業性に優れかつ良好な
溶け込み形状が得られるフラックス入りワイヤに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】近年、溶接の自動化、高能率化の進展に
伴い、ガスシールドアーク溶接はますます広く使用され
ている。特に最近では１．２mmφ程度の細径ワイヤに高
電流を投与して電流密度を高め、ワイヤの溶融速度を増
加させるいわゆる高電流密度溶接法が高能率溶接法とし
て注目されている。
伴い、ガスシールドアーク溶接はますます広く使用され
ている。特に最近では１．２mmφ程度の細径ワイヤに高
電流を投与して電流密度を高め、ワイヤの溶融速度を増
加させるいわゆる高電流密度溶接法が高能率溶接法とし
て注目されている。
【０００３】しかし従来の鋼ワイヤを用いる高電流密度
溶接では、スパッタの多発、耐気孔性、耐われ性および
融合不良などの問題があり、実用する上で多くの制約が
ある。即ち、鋼ワイヤをＣＯ2 ガスと組み合わせて、例
えば３００Ａ／mm2 以上の高電流密度溶接を行う場合
（電流密度＝溶接電流／ワイヤ断面積）、溶け込みは円
形の良好な形状が得られるものの、安定した溶滴移行が
困難で大粒のスパッタが多発して母材に付着し、その除
去作業も困難である他、ビード表面が不均一になる等、
安定した高能率溶接ができない。
溶接では、スパッタの多発、耐気孔性、耐われ性および
融合不良などの問題があり、実用する上で多くの制約が
ある。即ち、鋼ワイヤをＣＯ2 ガスと組み合わせて、例
えば３００Ａ／mm2 以上の高電流密度溶接を行う場合
（電流密度＝溶接電流／ワイヤ断面積）、溶け込みは円
形の良好な形状が得られるものの、安定した溶滴移行が
困難で大粒のスパッタが多発して母材に付着し、その除
去作業も困難である他、ビード表面が不均一になる等、
安定した高能率溶接ができない。
【０００４】またシールドガスとしてＡｒ−ＣＯ2 混合
ガスを使用すると、スパッタは大幅に減少するものの、
溶け込み形状が中央部が幅の狭い過大な溶け込みのいわ
ゆるフィンガー状の溶け込み形状（図１（ａ））になる
ため、特に多層溶接等において、融合不良（図１
（ａ），１）などの欠陥を生じる他、耐気孔性や耐割れ
性にも問題があった。
ガスを使用すると、スパッタは大幅に減少するものの、
溶け込み形状が中央部が幅の狭い過大な溶け込みのいわ
ゆるフィンガー状の溶け込み形状（図１（ａ））になる
ため、特に多層溶接等において、融合不良（図１
（ａ），１）などの欠陥を生じる他、耐気孔性や耐割れ
性にも問題があった。
【０００５】このフィンガー状の溶け込み形状を円形状
の溶け込み形状（図１（ｂ））に改善する手段として、
例えば特開昭５９−４５０８４号公報のＡｒ−Ｈｅ−Ｃ
Ｏ2 −Ｏ2 の４種混合ガスによる溶接法が提案されてい
る。この方法は溶滴がワイヤ先端で回転するいわゆるロ
ーテーティングスプレーアークになるためアークの広が
りにより溶け込み形状は改善されるが、微小溶滴がビー
ド止端部に付着してその除去が困難であること、また特
殊なシールドガスであるためガスのコストが高くなると
いう実用上の問題を残している。
の溶け込み形状（図１（ｂ））に改善する手段として、
例えば特開昭５９−４５０８４号公報のＡｒ−Ｈｅ−Ｃ
Ｏ2 −Ｏ2 の４種混合ガスによる溶接法が提案されてい
る。この方法は溶滴がワイヤ先端で回転するいわゆるロ
ーテーティングスプレーアークになるためアークの広が
りにより溶け込み形状は改善されるが、微小溶滴がビー
ド止端部に付着してその除去が困難であること、また特
殊なシールドガスであるためガスのコストが高くなると
いう実用上の問題を残している。
【０００６】一方、鋼ワイヤの代わりにフラックス入り
ワイヤを用い、ＣＯ2 ガスもしくはＡｒ−ＣＯ2 混合ガ
スと組み合わせて電流密度３００〜５５０Ａ／mm2 で溶
接する高電流密度溶接法が特開昭５６−１６０８７８号
公報に提案されている。しかしこの方法は、スラグを多
く生成するフラックス入りワイヤを用いているため、ビ
ード外観は良好であるが多層溶接においては１パス毎に
スラグを除去する必要があること、またスラグ巻き込み
等の欠陥が生じ易いこと等の問題がある他、ワイヤ突き
出し長さを非常に長くして溶接する方法のためスパッタ
が多く発生するという問題がある。
ワイヤを用い、ＣＯ2 ガスもしくはＡｒ−ＣＯ2 混合ガ
スと組み合わせて電流密度３００〜５５０Ａ／mm2 で溶
接する高電流密度溶接法が特開昭５６−１６０８７８号
公報に提案されている。しかしこの方法は、スラグを多
く生成するフラックス入りワイヤを用いているため、ビ
ード外観は良好であるが多層溶接においては１パス毎に
スラグを除去する必要があること、またスラグ巻き込み
等の欠陥が生じ易いこと等の問題がある他、ワイヤ突き
出し長さを非常に長くして溶接する方法のためスパッタ
が多く発生するという問題がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題を
解決するためになされたものであって、３００Ａ／mm2
以上の高電流密度溶接において、安価なＣＯ2 溶接でも
アークが安定でスパッタが少なく、かつ円形の良好な溶
け込み形状が得られると共に、耐割れ性が良好で融合不
良等の欠陥発生の少ない高品質な溶接部の得られる高電
流密度溶接用フラックス入りワイヤを提供することを目
的とする。
解決するためになされたものであって、３００Ａ／mm2
以上の高電流密度溶接において、安価なＣＯ2 溶接でも
アークが安定でスパッタが少なく、かつ円形の良好な溶
け込み形状が得られると共に、耐割れ性が良好で融合不
良等の欠陥発生の少ない高品質な溶接部の得られる高電
流密度溶接用フラックス入りワイヤを提供することを目
的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係わるガスシールドアーク溶接用フラック
ス入りワイヤの要旨は、鉄粉を主体とする金属粉を９０
％以上含有するフラックスを充填してなるガスシールド
アーク溶接用フラックス入りワイヤであって、ワイヤの
ポテンシャル水素量を１２０ppm 以下とし、かつワイヤ
全重量に対し下記成分を必須とすることにある。 ３０％以上のＫを含むアルカリ金属；０．０２〜０．２
５％ 金属弗化物（Ｆ換算値）とＫの比（Ｆ／Ｋ）；０．０１
〜０．９０ Ｔｉ；０．０５〜０．４５％ Ｍｎ＋Ｓｉ；２．３〜４．８％でかつＭｎ／Ｓｉ；２．
０〜４．５ 以下に本発明に係わるワイヤを上記構成にした理由を詳
細に説明する。
に、本発明に係わるガスシールドアーク溶接用フラック
ス入りワイヤの要旨は、鉄粉を主体とする金属粉を９０
％以上含有するフラックスを充填してなるガスシールド
アーク溶接用フラックス入りワイヤであって、ワイヤの
ポテンシャル水素量を１２０ppm 以下とし、かつワイヤ
全重量に対し下記成分を必須とすることにある。 ３０％以上のＫを含むアルカリ金属；０．０２〜０．２
５％ 金属弗化物（Ｆ換算値）とＫの比（Ｆ／Ｋ）；０．０１
〜０．９０ Ｔｉ；０．０５〜０．４５％ Ｍｎ＋Ｓｉ；２．３〜４．８％でかつＭｎ／Ｓｉ；２．
０〜４．５ 以下に本発明に係わるワイヤを上記構成にした理由を詳
細に説明する。
【０００９】
【作用】本発明者らは、高電流密度ガスシールド溶接に
おけるアーク現象およびビード形成性等について種々実
験を重ねた結果、次のような知見を得た。 （１）ＣＯ2 溶接におけるアーク安定性は、鋼ワイヤよ
りフラックス入りワイヤが優れる。また多層溶接を想定
した場合は、極力スラグ生成量を少なくした方が溶着速
度が早くかつスラグ巻き込み等の溶接欠陥が発生しにく
いため、高能率な連続多層溶接が可能になる。 （２）溶け込み形状はアークの広がりに支配され、アー
クの広がりの大きい方が円形の良好な溶け込みが得られ
る。金属粉系フラックス入りワイヤのアークの広がりは
主として充填フラックス中のアルカリ量に依存するが、
溶滴移行性やアーク安定性の観点からある範囲に制御す
る必要がある。 （３）高電流密度溶接における溶接金属の材質を高品質
なものにするには、脱酸性元素の調整が必要である。 本発明は上記知見に基づいて完成したものであり、以下
に本発明の構成理由について詳細に説明する。
おけるアーク現象およびビード形成性等について種々実
験を重ねた結果、次のような知見を得た。 （１）ＣＯ2 溶接におけるアーク安定性は、鋼ワイヤよ
りフラックス入りワイヤが優れる。また多層溶接を想定
した場合は、極力スラグ生成量を少なくした方が溶着速
度が早くかつスラグ巻き込み等の溶接欠陥が発生しにく
いため、高能率な連続多層溶接が可能になる。 （２）溶け込み形状はアークの広がりに支配され、アー
クの広がりの大きい方が円形の良好な溶け込みが得られ
る。金属粉系フラックス入りワイヤのアークの広がりは
主として充填フラックス中のアルカリ量に依存するが、
溶滴移行性やアーク安定性の観点からある範囲に制御す
る必要がある。 （３）高電流密度溶接における溶接金属の材質を高品質
なものにするには、脱酸性元素の調整が必要である。 本発明は上記知見に基づいて完成したものであり、以下
に本発明の構成理由について詳細に説明する。
【００１０】まず本発明においてフラックス中の金属粉
を９０％以上と限定したのは、余分なスラグを溶接中に
生成させず溶着速度を高めると共に、スラグを除去しな
くとも連続多層溶接が可能でスラグ巻き込み等の溶接欠
陥を生じさせない高品質な溶接部を得るためである。フ
ラックス中の金属粉の比率が９０％未満では、相対的に
スラグ形成剤が多くなり溶着効率が低下すると共に生成
スラグ量が多くなって、１パス毎にスラグを除去する必
要があり溶接能率が低下する。またスラグ巻き込み等の
溶接欠陥も発生しやすくなる。従ってフラックスの９０
％以上は金属粉でなければならない。なお、ここでいう
金属粉とは、鉄粉の他、Ｓｉ，Ｍｎ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｍ
ｇ，Ｃａ等の脱酸性元素とＮｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｃｕ，Ｂ
等の合金元素を意味している。これら元素の添加方法と
しては、各々単体で添加しても、またこれらの元素の合
金として添加してもよい。
を９０％以上と限定したのは、余分なスラグを溶接中に
生成させず溶着速度を高めると共に、スラグを除去しな
くとも連続多層溶接が可能でスラグ巻き込み等の溶接欠
陥を生じさせない高品質な溶接部を得るためである。フ
ラックス中の金属粉の比率が９０％未満では、相対的に
スラグ形成剤が多くなり溶着効率が低下すると共に生成
スラグ量が多くなって、１パス毎にスラグを除去する必
要があり溶接能率が低下する。またスラグ巻き込み等の
溶接欠陥も発生しやすくなる。従ってフラックスの９０
％以上は金属粉でなければならない。なお、ここでいう
金属粉とは、鉄粉の他、Ｓｉ，Ｍｎ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｍ
ｇ，Ｃａ等の脱酸性元素とＮｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｃｕ，Ｂ
等の合金元素を意味している。これら元素の添加方法と
しては、各々単体で添加しても、またこれらの元素の合
金として添加してもよい。
【００１１】次にワイヤのポテンシャル水素量を１２０
ppm と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、この水素は溶接中のアーク雰囲気の
水素分圧を上げて溶融金属に侵入し、特に母材の板厚が
厚い場合や拘束の大きい場合などに、この水素に起因す
る低温割れが発生することがある。またアーク雰囲気中
の水素は、アークの冷却作用が大きいためアークの断面
が収縮するいわゆる熱的ピンチ効果により、アークが集
中する結果フィンガー状の溶け込みを形成し、融合不良
等の欠陥を生じ易い。これらを防止するためにはワイヤ
のポテンシャル水素量を低く押さえることが必要であ
り、実験の結果、後述するアルカリ等のフラックス成分
を調整したとしても１２０ppm 以下に制限する必要があ
る。１２０ppm 以下であれば上記問題は発生せずに良好
な溶け込み形状が得られると共に低温割れも発生しな
い。従ってワイヤ中のポテンシャル水素量は１２０ppm
以下とした。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
物に含有する水素量の合計した値である。
ppm と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、この水素は溶接中のアーク雰囲気の
水素分圧を上げて溶融金属に侵入し、特に母材の板厚が
厚い場合や拘束の大きい場合などに、この水素に起因す
る低温割れが発生することがある。またアーク雰囲気中
の水素は、アークの冷却作用が大きいためアークの断面
が収縮するいわゆる熱的ピンチ効果により、アークが集
中する結果フィンガー状の溶け込みを形成し、融合不良
等の欠陥を生じ易い。これらを防止するためにはワイヤ
のポテンシャル水素量を低く押さえることが必要であ
り、実験の結果、後述するアルカリ等のフラックス成分
を調整したとしても１２０ppm 以下に制限する必要があ
る。１２０ppm 以下であれば上記問題は発生せずに良好
な溶け込み形状が得られると共に低温割れも発生しな
い。従ってワイヤ中のポテンシャル水素量は１２０ppm
以下とした。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
物に含有する水素量の合計した値である。
【００１２】高電流密度溶接において円形の良好な溶け
込み形状を得るためにはアークの集中を抑制しアークを
広げる必要がある。アルカリ金属はアーク安定剤として
溶接材料によく用いられているが、本発明においてはア
ークを安定化してスパッタを低減させると共にアークの
広がりを得るために添加する。アルカリ金属としては
Ｋ，Ｎａ，Ｌｉ，Ｒｂ，Ｃｓなどかあるが、本発明の目
的に最もよく合致するのはＫである。即ち、Ｋは高電流
密度溶接においてもアークを広げる作用とアーク安定化
効果が大きく、良好な溶け込み形状が得られ易い。一
方、Ｋ以外のアルカリ金属はアーク安定化効果はあるが
アークを広げる作用はそれほど大きくなく、Ｋを除いた
アルカリ金属の添加のみでは溶け込み形状を改善できな
い。良好な溶け込み形状とアーク安定性を確保するため
には、アルカリ金属中にＫが３０％以上含む必要があ
る。３０％以上のＫを含むアルカリ金属がワイヤ全重量
に対して０．０２％未満では上記効果が得られず、一
方、０．２５％を越えて添加するとアークの安定性やア
ークの広がりをそれ以上に改善することはできないばか
りでなく、逆に溶滴移行性が劣化してスパッタが多くな
る。従って３０％以上のＫを含むアルカリ金属の添加量
は０．０２〜０．２５％とする。なお、アルカリ源とし
ては上記アルカリ金属の酸化物、弗化物、炭酸塩、珪酸
塩等の他、フラックスの造粒用バインダーとして用いら
れる水ガラス成分（Ｋ2 ＳｉＯ3 ，ＮＡ2 ＳｉＯ3 等）
も挙げられる。
込み形状を得るためにはアークの集中を抑制しアークを
広げる必要がある。アルカリ金属はアーク安定剤として
溶接材料によく用いられているが、本発明においてはア
ークを安定化してスパッタを低減させると共にアークの
広がりを得るために添加する。アルカリ金属としては
Ｋ，Ｎａ，Ｌｉ，Ｒｂ，Ｃｓなどかあるが、本発明の目
的に最もよく合致するのはＫである。即ち、Ｋは高電流
密度溶接においてもアークを広げる作用とアーク安定化
効果が大きく、良好な溶け込み形状が得られ易い。一
方、Ｋ以外のアルカリ金属はアーク安定化効果はあるが
アークを広げる作用はそれほど大きくなく、Ｋを除いた
アルカリ金属の添加のみでは溶け込み形状を改善できな
い。良好な溶け込み形状とアーク安定性を確保するため
には、アルカリ金属中にＫが３０％以上含む必要があ
る。３０％以上のＫを含むアルカリ金属がワイヤ全重量
に対して０．０２％未満では上記効果が得られず、一
方、０．２５％を越えて添加するとアークの安定性やア
ークの広がりをそれ以上に改善することはできないばか
りでなく、逆に溶滴移行性が劣化してスパッタが多くな
る。従って３０％以上のＫを含むアルカリ金属の添加量
は０．０２〜０．２５％とする。なお、アルカリ源とし
ては上記アルカリ金属の酸化物、弗化物、炭酸塩、珪酸
塩等の他、フラックスの造粒用バインダーとして用いら
れる水ガラス成分（Ｋ2 ＳｉＯ3 ，ＮＡ2 ＳｉＯ3 等）
も挙げられる。
【００１３】更に実際の溶接において、溶接条件の変動
即ち溶接速度、ワイヤ突き出し長さ、あるいはトーチ角
度等が変動すると、アーク安定性の劣化を招きスパッタ
増大を招くことがあるが、このような悪条件下でもスパ
ッタ発生量を最小限に押さえる条件について検討した。
その結果アーク長が極端に長い場合や短い場合にアーク
安定性は劣化しスパッタが多発するが、アーク長が一定
に保持できればスパッタを減少できる。そして上記要件
を満足した上で、更にアークを広げかつアーク長を長く
する作用を持つＫとその反対の作用を持つＦを適正に添
加すれば目的が達成できることを究明した。即ち表１に
示す基本フラックスにＫとＦの量を種々変化させたフラ
ックスを鋼製外皮に充填率が１２％となるように充填
し、図２（ｄ）の断面形状の１．２mmφのワイヤを試作
し実験を行った。図４はこれら試作ワイヤのスパッタ量
および溶け込み形状を示す実験結果のグラフである。な
おスパッタ量の採取は銅製捕集箱を用い、またビード溶
け込み形状は図３に示すように、最大溶け込み深さ
（Ｐ）の１／２の位置（Ｐ／２）における溶け込み幅
（Ｗ１）と最大ビード幅（Ｗ）の比Ｗ１／Ｗを測定し
た。この場合、Ｗ１／Ｗ＜０．５がいわゆるフィンガー
状の溶け込み形状とした。但し本実験を行った高電流密
度溶接条件は下記の通りである。 ［溶接条件］ 溶接電流；５００Ａ、 電流密度；４４２Ａ
／mm2 、アーク電圧；４４Ｖ、 溶接速度；
５０cm／min 、ワイヤ突出し長さ；２５mm、 シー
ルドガス；ＣＯ2 ２５ｌ／min 、溶接姿勢；下向き、
ビードオンプレート溶接
即ち溶接速度、ワイヤ突き出し長さ、あるいはトーチ角
度等が変動すると、アーク安定性の劣化を招きスパッタ
増大を招くことがあるが、このような悪条件下でもスパ
ッタ発生量を最小限に押さえる条件について検討した。
その結果アーク長が極端に長い場合や短い場合にアーク
安定性は劣化しスパッタが多発するが、アーク長が一定
に保持できればスパッタを減少できる。そして上記要件
を満足した上で、更にアークを広げかつアーク長を長く
する作用を持つＫとその反対の作用を持つＦを適正に添
加すれば目的が達成できることを究明した。即ち表１に
示す基本フラックスにＫとＦの量を種々変化させたフラ
ックスを鋼製外皮に充填率が１２％となるように充填
し、図２（ｄ）の断面形状の１．２mmφのワイヤを試作
し実験を行った。図４はこれら試作ワイヤのスパッタ量
および溶け込み形状を示す実験結果のグラフである。な
おスパッタ量の採取は銅製捕集箱を用い、またビード溶
け込み形状は図３に示すように、最大溶け込み深さ
（Ｐ）の１／２の位置（Ｐ／２）における溶け込み幅
（Ｗ１）と最大ビード幅（Ｗ）の比Ｗ１／Ｗを測定し
た。この場合、Ｗ１／Ｗ＜０．５がいわゆるフィンガー
状の溶け込み形状とした。但し本実験を行った高電流密
度溶接条件は下記の通りである。 ［溶接条件］ 溶接電流；５００Ａ、 電流密度；４４２Ａ
／mm2 、アーク電圧；４４Ｖ、 溶接速度；
５０cm／min 、ワイヤ突出し長さ；２５mm、 シー
ルドガス；ＣＯ2 ２５ｌ／min 、溶接姿勢；下向き、
ビードオンプレート溶接
【００１４】
【表１】
【００１５】図４から、ＦとＫの比Ｆ／Ｋが０．０１未
満では溶け込み形状はＷ１／Ｗが０．５以上で良好であ
るが、アーク長が過大になりすぎ溶滴移行性が劣化し大
粒のスパッタが発生する。逆にＦ／Ｋが０．９０を超え
るとＦの影響が強くなりすぎてアークが集中し、Ｗ１／
Ｗが０．５以下のフィンガー状の溶け込み形状となって
融合不良等の欠陥を生じる。Ｆ／Ｋの比が０．０１〜
０．９０の範囲ではアーク長およびアークの広がりが適
正に維持されて、スパッタ量、溶け込み形状も良好とな
る。従ってＦ／Ｋの比は０．０１〜０．９０とした。な
お弗素源としてはＬｉ，Ｎａ，Ｋ，Ｍｇ，Ｃａ，Ａｌ等
の弗化物やＫ2 ＳｉＦ6 等の珪弗化アルカリ金属化合物
等が用いられる。
満では溶け込み形状はＷ１／Ｗが０．５以上で良好であ
るが、アーク長が過大になりすぎ溶滴移行性が劣化し大
粒のスパッタが発生する。逆にＦ／Ｋが０．９０を超え
るとＦの影響が強くなりすぎてアークが集中し、Ｗ１／
Ｗが０．５以下のフィンガー状の溶け込み形状となって
融合不良等の欠陥を生じる。Ｆ／Ｋの比が０．０１〜
０．９０の範囲ではアーク長およびアークの広がりが適
正に維持されて、スパッタ量、溶け込み形状も良好とな
る。従ってＦ／Ｋの比は０．０１〜０．９０とした。な
お弗素源としてはＬｉ，Ｎａ，Ｋ，Ｍｇ，Ｃａ，Ａｌ等
の弗化物やＫ2 ＳｉＦ6 等の珪弗化アルカリ金属化合物
等が用いられる。
【００１６】Ｔｉは主として脱酸剤としての機能を発揮
して溶接金属の機械的性質を改善する。特に入熱の高く
なる高電流密度溶接においてミクロ組織の微細化に効果
がある。さらにＴｉは電離電圧が低いため優れたアーク
安定化作用を有しスパッタの抑制にも効果を発揮する。
Ｔｉが０．０５％以下では上記効果が発揮されずスパッ
タの発生や溶接金属の機械的性質特に靭性の劣化を生じ
る。一方０．４５％を超えると溶接金属が多量に歩留ま
り機械的性質が劣化する。従ってＴｉの添加量は０．０
５〜０．４５％とする。
して溶接金属の機械的性質を改善する。特に入熱の高く
なる高電流密度溶接においてミクロ組織の微細化に効果
がある。さらにＴｉは電離電圧が低いため優れたアーク
安定化作用を有しスパッタの抑制にも効果を発揮する。
Ｔｉが０．０５％以下では上記効果が発揮されずスパッ
タの発生や溶接金属の機械的性質特に靭性の劣化を生じ
る。一方０．４５％を超えると溶接金属が多量に歩留ま
り機械的性質が劣化する。従ってＴｉの添加量は０．０
５〜０．４５％とする。
【００１７】Ｓｉ，Ｍｎはいずれも脱酸剤としての機能
を有するが、この機能を発揮させるためにはＳｉ，Ｍｎ
の合計が２．３％以上でなければならない。２．３％未
満では脱酸不足による気孔が発生する。逆にＳｉ，Ｍｎ
の合計が４．８％を超えると溶接金属の強度が高くなり
すぎ靭性が劣化したり割れが発生するのでこれらの合計
が４．８％を上限とする。またＳｉ，Ｍｎが上記範囲を
満足した上でＭｎ／Ｓｉを規定したのは溶接金属の機械
的性質特に靭性を向上させるためである。即ちＭｎは高
電流密度溶接のような入熱の高い場合に焼入れ性を高め
て靭性劣化を防止する効果を有するが、Ｍｎ／Ｓｉが
２．０未満ではこの効果が発揮されず溶接金属材質に問
題を生じる。一方Ｍｎ／Ｓｉが４．５を超えると溶接金
属の強度が高くなりすぎて靭性が劣化する。従ってＭｎ
／Ｓｉは２．０〜４．５の範囲とする。
を有するが、この機能を発揮させるためにはＳｉ，Ｍｎ
の合計が２．３％以上でなければならない。２．３％未
満では脱酸不足による気孔が発生する。逆にＳｉ，Ｍｎ
の合計が４．８％を超えると溶接金属の強度が高くなり
すぎ靭性が劣化したり割れが発生するのでこれらの合計
が４．８％を上限とする。またＳｉ，Ｍｎが上記範囲を
満足した上でＭｎ／Ｓｉを規定したのは溶接金属の機械
的性質特に靭性を向上させるためである。即ちＭｎは高
電流密度溶接のような入熱の高い場合に焼入れ性を高め
て靭性劣化を防止する効果を有するが、Ｍｎ／Ｓｉが
２．０未満ではこの効果が発揮されず溶接金属材質に問
題を生じる。一方Ｍｎ／Ｓｉが４．５を超えると溶接金
属の強度が高くなりすぎて靭性が劣化する。従ってＭｎ
／Ｓｉは２．０〜４．５の範囲とする。
【００１８】以上が本発明の主要構成であるが、アーク
の安定化やビード形状の良好化を図るために、例えばＴ
ｉＯ2 ，ＳｉＯ2 ，ＭｎＯ，ＺｒＯ2 ，ＭｇＯ，Ｆｅ
Ｏ，Ａｌ2 Ｏ3 等の酸化物、ＣａＣＯ3 ，ＭｇＣＯ3 等
の炭酸塩などの非金属成分をその総量が１０％を超えな
い範囲で添加することができる。
の安定化やビード形状の良好化を図るために、例えばＴ
ｉＯ2 ，ＳｉＯ2 ，ＭｎＯ，ＺｒＯ2 ，ＭｇＯ，Ｆｅ
Ｏ，Ａｌ2 Ｏ3 等の酸化物、ＣａＣＯ3 ，ＭｇＣＯ3 等
の炭酸塩などの非金属成分をその総量が１０％を超えな
い範囲で添加することができる。
【００１９】さらに溶接金属の機械的性質を向上させる
ためにＮｉ，Ｍｏ，Ｂ，Ｃｒなどの合金元素を添加でき
る。特にＭｏは高電流密度溶接による連続多層大入熱溶
接においては、強度低下や靭性劣化の防止に効果があ
る。
ためにＮｉ，Ｍｏ，Ｂ，Ｃｒなどの合金元素を添加でき
る。特にＭｏは高電流密度溶接による連続多層大入熱溶
接においては、強度低下や靭性劣化の防止に効果があ
る。
【００２０】また本発明は、フラックスの充填率は上述
の構成要件を満たす限り７〜２０％の範囲で選択でき、
ワイヤ径は特に制限されないが高電流密度溶接法におい
ては溶着速度の観点から１．２〜１．６mmφ程度の細径
ワイヤの方が望ましい。ワイヤの断面形状は図２の何れ
の形状も採用できるがアークの安定性、ワイヤ送給性お
よび直進性の優れた図２（ｄ）のシームレスタイプが最
適である。
の構成要件を満たす限り７〜２０％の範囲で選択でき、
ワイヤ径は特に制限されないが高電流密度溶接法におい
ては溶着速度の観点から１．２〜１．６mmφ程度の細径
ワイヤの方が望ましい。ワイヤの断面形状は図２の何れ
の形状も採用できるがアークの安定性、ワイヤ送給性お
よび直進性の優れた図２（ｄ）のシームレスタイプが最
適である。
【００２１】以上のように構成されたフラックス入りワ
イヤを用いて電流密度３００Ａ／mm2 以上の高電流密度
溶接を行うと、アークが安定でスパッタが少なく、かつ
良好な溶け込み形状が得られるため、融合不良等の溶接
欠陥発生の少ない高品質な溶接部が高能率で得られる。
次に実施例に基づいて本発明ワイヤを更に具体的に説明
する。
イヤを用いて電流密度３００Ａ／mm2 以上の高電流密度
溶接を行うと、アークが安定でスパッタが少なく、かつ
良好な溶け込み形状が得られるため、融合不良等の溶接
欠陥発生の少ない高品質な溶接部が高能率で得られる。
次に実施例に基づいて本発明ワイヤを更に具体的に説明
する。
【００２２】
【実施例】表２に本発明ワイヤおよび比較ワイヤのフラ
ックス組成を示す。何れも軟鋼外皮Ｃ：０．０４９、Ｓ
ｉ：０．０２％、Ｍｎ：０．２９％、残実質的Ｆｅより
なる軟鋼外皮を用い、断面形状が図２（ｄ）のようにな
るフラックス入りワイヤ（１．２ｍ）を作製した。なお
表２の中のフラックス中の金属粉とは、鉄粉の他Ｆｅ−
Ｓｉ，Ｆｅ−Ｍｎ，Ｆｅ−Ｔｉ，Ｆｅ−Ｍｏ，Ａｌ−Ｍ
ｇ等の金属粉の合計を示す。これらワイヤを用いて、図
５に示す断面形状の鋼板試験片（鋼種ＳＭ−５０Ｂ，ｔ
＝２５mm，ｗ＝１５０mm，長さ５００mm）に、表３に示
す高電流密度溶接条件でビードオンプレート溶接を行っ
た。また図６に示す継手形状の鋼板試験片（ＳＭ−５０
Ｂ，ｔ＝２５mm，Ｇ＝１２mm，θ＝３５°）を表４に示
す溶接条件で連続多層溶接（４層溶接）を行い継手溶接
試験を行った。その結果を表５に示す。なおビードオン
プレート溶接における評価基準として、アークの安定性
については非常に良好を二重丸印、やや不安定ではある
が実用できるものを一重丸印、アーク不安定でスパッタ
多発し実用不可をバツ印とした。またスパッタ量につい
ては、図４の実験と同じく銅製捕集箱を用いて採取し、
溶け込み形状についても図４の実験と同様Ｗ１／Ｗを測
定した。継手溶接試験においては、Ｘ線試験により溶接
欠陥の調査を行うと共に、機械試験を実施して溶接金属
の引張強度および靭性（０℃における衝撃吸収エネルギ
ー）を調査した。
ックス組成を示す。何れも軟鋼外皮Ｃ：０．０４９、Ｓ
ｉ：０．０２％、Ｍｎ：０．２９％、残実質的Ｆｅより
なる軟鋼外皮を用い、断面形状が図２（ｄ）のようにな
るフラックス入りワイヤ（１．２ｍ）を作製した。なお
表２の中のフラックス中の金属粉とは、鉄粉の他Ｆｅ−
Ｓｉ，Ｆｅ−Ｍｎ，Ｆｅ−Ｔｉ，Ｆｅ−Ｍｏ，Ａｌ−Ｍ
ｇ等の金属粉の合計を示す。これらワイヤを用いて、図
５に示す断面形状の鋼板試験片（鋼種ＳＭ−５０Ｂ，ｔ
＝２５mm，ｗ＝１５０mm，長さ５００mm）に、表３に示
す高電流密度溶接条件でビードオンプレート溶接を行っ
た。また図６に示す継手形状の鋼板試験片（ＳＭ−５０
Ｂ，ｔ＝２５mm，Ｇ＝１２mm，θ＝３５°）を表４に示
す溶接条件で連続多層溶接（４層溶接）を行い継手溶接
試験を行った。その結果を表５に示す。なおビードオン
プレート溶接における評価基準として、アークの安定性
については非常に良好を二重丸印、やや不安定ではある
が実用できるものを一重丸印、アーク不安定でスパッタ
多発し実用不可をバツ印とした。またスパッタ量につい
ては、図４の実験と同じく銅製捕集箱を用いて採取し、
溶け込み形状についても図４の実験と同様Ｗ１／Ｗを測
定した。継手溶接試験においては、Ｘ線試験により溶接
欠陥の調査を行うと共に、機械試験を実施して溶接金属
の引張強度および靭性（０℃における衝撃吸収エネルギ
ー）を調査した。
【００２３】
【表２】
【００２４】
【表３】
【００２５】
【表４】
【００２６】
【表５】
【００２７】
【表６】
【００２８】表２および表５においてNo．１〜No．９が
本発明例、No．１０〜No．２０が比較例である。本発明
の要件を満足するNo．１〜No．９はいずれも、高電流密
度溶接においてもアーク安定性、スパッタ、溶け込み形
状および継手性能が良好であった。
本発明例、No．１０〜No．２０が比較例である。本発明
の要件を満足するNo．１〜No．９はいずれも、高電流密
度溶接においてもアーク安定性、スパッタ、溶け込み形
状および継手性能が良好であった。
【００２９】これに対し、No．１０はフラックス中の金
属粉が少ないため相対的にスラグ量が多くなりスラグ巻
き込みが生じている。またNo．１１はポテンシャル水素
量が多くフィンガー状の溶け込みとなりＸ線性能が悪
い。No．１２，１３，１４はアルカリ量が本発明の要件
を満足していないためいずれもスパッタが多発したり溶
け込み形状がフィンガー状となった。さらにNo．１５は
Ｆ／Ｋの比が小さくてスパッタが多く、逆にNo．１６は
Ｆ／Ｋの比が大きくて融合不良が発生した。またNo．１
６〜No．２０はいずれもＴｉ，Ｓｉ，Ｍｎの添加量ある
いはその比率が本発明の要件を外れているため、特に継
手性能が劣化した。
属粉が少ないため相対的にスラグ量が多くなりスラグ巻
き込みが生じている。またNo．１１はポテンシャル水素
量が多くフィンガー状の溶け込みとなりＸ線性能が悪
い。No．１２，１３，１４はアルカリ量が本発明の要件
を満足していないためいずれもスパッタが多発したり溶
け込み形状がフィンガー状となった。さらにNo．１５は
Ｆ／Ｋの比が小さくてスパッタが多く、逆にNo．１６は
Ｆ／Ｋの比が大きくて融合不良が発生した。またNo．１
６〜No．２０はいずれもＴｉ，Ｓｉ，Ｍｎの添加量ある
いはその比率が本発明の要件を外れているため、特に継
手性能が劣化した。
【００３０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のガスシー
ルドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、高電流密度
溶接において、安価なＣＯ2 ガスを使用してもアークが
安定でスパッタが少なく、さらにビードの溶け込み形状
が良好で融合不良等の溶接欠陥発生がなく良好な溶接部
が高能率で得られる。従って溶接の高能率化、低コスト
化および溶接部の信頼性向上に大きく貢献するものであ
る。
ルドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、高電流密度
溶接において、安価なＣＯ2 ガスを使用してもアークが
安定でスパッタが少なく、さらにビードの溶け込み形状
が良好で融合不良等の溶接欠陥発生がなく良好な溶接部
が高能率で得られる。従って溶接の高能率化、低コスト
化および溶接部の信頼性向上に大きく貢献するものであ
る。
【図１】溶接継手部の溶け込み形状を示す模式図であ
る。
る。
【図２】フラックス入りワイヤの断面図である。
【図３】溶接継手部の溶け込み形状を示す図である。
【図４】Ｆ／Ｋとスパッタ量および溶け込み形状の関係
を示す実験結果の図である。
を示す実験結果の図である。
【図５】ビードオンプレートの試験片断面図である。
【図６】継手溶接部試験片断面図である。
【符号の説明】 １ 融合不良 ２ 鋼製外皮 ３ フラックス
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−215395（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−91866（ＪＰ，Ａ) 特許2674854（ＪＰ，Ｂ２) 特許2673588（ＪＰ，Ｂ２) 特許2674860（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) B23K 35/368
Claims (1)
- 【請求項１】 鋼製外皮中に鉄粉を主体とする金属粉を
９０％以上含有するフラックスを充填してなるガスシー
ルドアーク溶接用フラックス入りワイヤにおいて、ワイ
ヤのポテンシャル水素量が１２０ppm 以下であり、かつ
ワイヤ全重量に対し下記成分を必須とすることを特徴と
するガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。 ３０％以上のＫを含むアルカリ金属；０．０２〜０．２
５％ 金属弗化物（Ｆ換算値）とＫの比（Ｆ／Ｋ）；０．０１
〜０．９０ Ｔｉ；０．０５〜０．４５％ Ｍｎ＋Ｓｉ；２．３〜４．８％でかつＭｎ／Ｓｉ；２．
０〜４．５
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7659491A JP2795992B2 (ja) | 1991-04-09 | 1991-04-09 | ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7659491A JP2795992B2 (ja) | 1991-04-09 | 1991-04-09 | ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04309493A JPH04309493A (ja) | 1992-11-02 |
| JP2795992B2 true JP2795992B2 (ja) | 1998-09-10 |
Family
ID=13609641
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7659491A Expired - Fee Related JP2795992B2 (ja) | 1991-04-09 | 1991-04-09 | ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2795992B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6437378B2 (ja) * | 2015-04-28 | 2018-12-12 | 日鐵住金溶接工業株式会社 | ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ |
-
1991
- 1991-04-09 JP JP7659491A patent/JP2795992B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04309493A (ja) | 1992-11-02 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |