JP3150476B2 - Ni基合金フラックス入りワイヤ - Google Patents

Ni基合金フラックス入りワイヤ

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JP3150476B2
JP3150476B2 JP03462193A JP3462193A JP3150476B2 JP 3150476 B2 JP3150476 B2 JP 3150476B2 JP 03462193 A JP03462193 A JP 03462193A JP 3462193 A JP3462193 A JP 3462193A JP 3150476 B2 JP3150476 B2 JP 3150476B2
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、スパッタが少なく、ス
ラグの被包性や剥離性等の溶接作業性が良好で、かつ耐
気孔性に優れたNi基合金フラックス入りワイヤに関す
る。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】フラッ
クス入りワイヤによるガスシールドアーク溶接は、被覆
アーク溶接棒やTIG溶接に比べて高能率であることか
ら、近年、適用が拡大されてきており、Ni基合金の溶
接においてもフラックス入りワイヤの開発要求が高くな
ってきている。
【0003】従来、この種のNi基合金溶接用フラツク
ス入りワイヤとして、特公平4−52190号、特開平
4−266495号、特開平4−231197号で提案
されているが、いずれもステンレス鋼フラックス入りワ
イヤ等で多用されているTiO2系が主体であり、耐気孔
性、延性が十分ではない。
【0004】Ni基合金の溶接材料は、共金系母材の溶
接に適用されるのは勿論であるが、炭素鋼同志、或いは
炭素鋼とステンレス鋼等の高合金鋼との異材溶接にも適
用される。また、Ni基合金溶接材料は、予熱、後熱処
理が不要か或いは軽減できることから、熱処理が困難な
現場溶接に多用されている。この一つの例にLNGタン
クの9%Ni鋼の溶接に使用されるNi基合金溶接材料が
ある。
【0005】一方、現場溶接で特に問題となるのはピッ
ト、ブローホール等の欠陥が発生し易いことである。こ
れは、母材に結露によって付着する水分が原因である
が、従来のTiO2系のフラックス入りワイヤではピッ
ト、ブローホール等の欠陥が発生し、Ni基合金溶接用
フラックス入りワイヤの適用が困難であった。
【0006】本発明の目的は、上記従来技術の欠点を解
消して、スパッタが少なく、スラグの被包性や剥離性等
の溶接作業性が良好で、特に耐気孔性に優れ、かつ延性
が良好なNi基合金フラックス入りワイヤを提供するこ
とにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者は、前記課題を
解決するために鋭意研究を重ねた結果、Ni基合金を外
皮とするフラックス入りワイヤで、内包するフラックス
はTiO2を抑えて炭酸塩と弗化物を主体とすることによ
り、耐気孔性、延性を向上させることができ、また、Y
又は希土類元素の添加によって耐割れ性を向上させるこ
とができることを知見して、ここに本発明を完成したも
のである。
【0008】すなわち、本発明は、Ni基合金を外皮と
するフラックス入りワイヤにおいて、内包するフラツク
スのフラックス率がワイヤ全重量に対して10〜30%
であり、フラックス成分として、ワイヤ全重量に対し
て、炭酸塩を0.3〜8%、弗化物を0.5〜5%、Ti
2を0.1〜4%含み、更にSiO2、Al23、Zr
2、MgO及びCaOからなるスラグ形成剤の1種又は
2種以上を0.1〜5%、金属粉末を1〜27%含み、
かつ、TiO2/(炭酸塩+弗化物)比が0.05〜1.4で
あることを特徴とするNi基合金フラックス入りワイヤ
を要旨としている。
【0009】また他の本発明は、上記フラックス入りワ
イヤにおいて、フラックス成分として、更にY及び希土
類元素の1種又は2種を合計で0.01〜1%含むこと
を特徴としている。
【0010】以下に本発明における外皮、フラツクス成
分等の限定理由について述べる。
【作用】
【0011】(1)外皮 外皮にNi基合金を使用するのは、溶接金属の均一性を
損なわないためとフラックスが充填過剰とならないよう
にフラックス中からの合金添加量を抑えるためである。
Ni基合金としては、Niを50%以上含有したNi−Cr
合金、Ni−Cr−Fe合金、Ni−Cr−Mo合金等が挙げ
られる。
【0012】(2)フラックス充填率 フラックス充填率(ワイヤ全重量に対する割合)は、ワイ
ヤ製造工程において安定した充填率を確保し、かつ溶接
時に十分なスラグ包皮を確保し健全な溶接金属を得るた
めに10%以上が必要である。しかし、30%超ではア
ークの集中力低下による溶接作業性の悪化、特にスラグ
巻き込み等の溶接欠陥を生じ易くなるので、フラックス
充填率は10〜30%の範囲とする。
【0013】(3)フラックス成分及び添加量(対、ワ
イヤ全重量)
【0014】炭酸塩:炭酸塩を0.3%以上添加するの
は、スラグの溶融池への被り過ぎを防止し、かつ溶接熱
により分解した炭酸ガスがアーク中の水蒸気分圧を下げ
てブローホール等の欠陥発生を防止するためである。し
かし、8%超ではスパッタが多発するので好ましくな
い。したがって、炭酸塩は0.3〜8%の範囲とする。
なお、炭酸塩としてはCaCO3、Li2CO3、BaC
3、MgCO3、SrCO3、MnCO3、NaCO3等が挙
げられる。
【0015】弗化物:弗化物を0.5%以上添加するの
は、スラグの粘性を低下させて溶接金属へのスラグの被
りを均一にし、かつブローホール等の欠陥を防止するた
めである。しかし、5%超ではスパッタが多発するため
好ましくない。したがって、弗化物は0.5〜5%の範
囲とする。なお、弗化物としてはCaF2、BaF2、Na
F、LiF、CeF2、YF、K2SiF6、Na3AlF6等が
挙げられる。
【0016】TiO2:TiO2が多いと耐気孔性、延性の
点で望ましくない。しかし、アークを安定させ溶融池の
母材へのなじみを良くして健全な溶接金属を得るために
少なくとも0.1%は必要であるが、4%を超えるとス
ラグが溶接金属に密着し(焼き付きと称す)、剥離困難に
なるため、これを上限とする。なお、TiO2の原料には
ルチール、白チタン、チタン酸カリ、チタン酸ソーダ、
チタン酸カルシウム、チタン酸バリウム等がある。
【0017】SiO2、Al23、ZrO2、MgO、Ca
O:SiO2、Al23、ZrO2、MgO、CaOは、スラ
グを形成して溶接金属の表面状況を良好ならしめるため
に1種又は2種以上を添加するが、0.1%未満ではそ
の効果がなく、また5%を超えるとアークが不安定にな
りスパッタが多発するので、これらは1種又は2種以上
の合計で0.1〜5%の範囲とする。SiO2、Al23
ZrO2、MgO、CaOの原料には珪砂、マイカ、カリ長
石、ソーダ長石、アルミナ、ジルコンサンド、マグネシ
アクリンカ、珪灰石、チタン酸カルシウム等がある。
【0018】金属粉末:金属粉末は、酸化消耗分を補充
し、かつ所定の溶接金属の化学成分を確保するため、或
いは脱酸剤として溶接金属の清浄度を上げて、延性、靭
性を確保するため添加する。しかし、1%未満では酸化
消耗分を十分補充できず、また十分な延性、靭性も確保
できなく、また27%を超えると十分なスラグ量が確保
できずスラグの被包性や剥離性等の溶接作業性が悪化す
る。したがって、金属粉末は1〜27%の範囲とする。
なお、金属粉末としてはNi、Cr、Mo、Nb、W、F
e、Mn、Si、Ti、Al、Mg、Zr単体やこれらの合金
が挙げられる。
【0019】TiO2/(炭酸塩+弗化物)の比:TiO2
溶接金属の粘性を変化させる成分で気孔発生に大きく影
響し、一方、炭酸塩や弗化物は気孔発生防止に有効な成
分である。本発明者はNi基合金溶接用フラックス入り
ワイヤにおいてはTiO2/(炭酸塩+弗化物)の比と気孔
発生とが密接な関係にあることを見い出した(図1)。
【0020】すなわち、この比が0.05未満ではアー
クが不安定となり、逆に1.4を超えるとブローホー
ル、ピットが急増する。このため、上述のTiO2、炭酸
塩、弗化物の添加量の範囲内、TiO2/(炭酸塩+弗化
物)の比を0.05〜1.4の範囲に規制することが重要
である。
【0021】Y及び希土類元素:Y及び希土類元素は溶
接割れに有害な酸素、硫黄と結合して無害化し耐割れ性
を向上させる作用があるので、必要に応じて、これらの
元素の1種又は2種を合計で0.01〜1%の範囲で添
加することができる。0.01%未満では溶接割れに対
する効果がなく、逆に1%を超えるとアークが不安定に
なりスパッタが増える。
【0022】なお、フラックスを内包させる際に加熱し
て水分を少なくするのが望ましく、水分量をワイヤ全重
量に対し400ppm以下に積極的に調整するのが望まし
い。水分をこのように少なくすると、ピット、ブローホ
ール等の気孔防止に効果的である。
【0023】本発明のNi基合金フラックス入りワイヤ
は、Ni基合金の共金溶接用として適用できるほか、炭
素鋼同志の溶接、或いは炭素鋼とステンレス鋼等の高合
金鋼との異材溶接にも適用できる。
【0024】次に本発明の実施例を示す。
【0025】
【実施例】表1に示すNi基合金からなるフープ(0.4m
m厚×9mm幅)に表2に示す成分組成のフラックスを内包
し、1.2mmφに仕上げ伸線した後、通電加熱にて水分
をワイヤ全重量に対して400ppm以下となるようにコ
ントロールして供試ワイヤを製作した。なお、表3〜6
は表2に示したフラックス成分の内訳である。
【0026】溶接作業性試験は、図2のように12mm厚
×75mm幅×450mm長のSM490A鋼板を用いて水
平すみ肉溶接を行った。溶接条件は電流200A、電圧
30Vで、シールドガスにAr−20%CO2を用い、流
量を25リットル/minとした。ピットは、すみ肉溶接
ビード表面について発生個数を測定し、ブローホールは
図3に示すようにビードを開口した断面について発生個
数を測定した。水分の測定方式はカールフィッシャー法
(キャリアーガス:O2、加熱温度:750℃)である。
【0027】これらの試験結果を表7に示す。表7より
明らかなように、本発明例のNo.1〜No.12はいずれ
も良好な作業性を示している。
【0028】一方、比較例のうち、No.13は炭酸塩が
本発明範囲の下限未満であり、スラグが被りすぎ、スラ
グの被包性が劣っている。No.14は炭酸塩が過剰であ
り、スパツタが増加した。
【0029】TiO2/(炭酸塩+弗化物)比が低くすぎ、
アークが不安定である。No.15は弗化物が少なすぎ、
スラグの被りが不均一でスラグの被包性が劣っている。
【0030】No.16は弗化物が過剰であり、スパツタ
発生量が増加した。No.17はTiO2が無添加の例であ
り、アーク安定性が劣っている。No.18はTiO2が過
剰であり、スラグの焼付きが生じ、スラグ剥離性が劣っ
ている。
【0031】No.19はスラグ形成剤が少なすぎ、ビー
ド形状が劣っている。No.20はスラグ形成剤が過剰で
あり、アークが不安定になり、スパッタ発生量が増加し
た。
【0032】No.21はTiO2/(炭酸塩+弗化物)比が
低くすぎ、アークが不安定である。No.22はTiO2
(炭酸塩+弗化物)比が高すぎ、ブローホールが多発し
た。
【0033】
【表1】
【0034】
【表2】
【0035】
【表3】
【0036】
【表4】
【0037】
【表5】
【0038】
【表6】
【0039】
【表7】
【0040】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
スパッタが少なく、スラグの被包性や剥離性等の溶接作
業性が良好なNi基合金フラックス入りワイヤを提供で
き、特に耐気孔性に優れ、かつ延性が良好である。
【図面の簡単な説明】
【図1】TiO/(炭酸塩+弗化物)の比と欠陥(ピ
ット、ブローホール)発生数の関係を示す図である。
【図2】すみ肉溶接試験法及びブローホールの測定法を
説明する図である。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−319093(JP,A) 特開 昭63−90393(JP,A) 特公 平4−52190(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B23K 35/368

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Ni基合金を外皮とするフラックス入り
    ワイヤにおいて、内包するフラツクスのフラックス率が
    ワイヤ全重量に対して10〜30%であり、フラックス
    成分として、ワイヤ全重量に対して、炭酸塩を0.3〜
    8%、弗化物を0.5〜5%、TiO2を0.1〜4%含
    み、更にSiO2、Al23、ZrO2、MgO及びCaOか
    らなるスラグ形成剤の1種又は2種以上を0.1〜5
    %、金属粉末を1〜27%含み、かつ、TiO2/(炭酸
    塩+弗化物)比が0.05〜1.4であることを特徴とす
    るNi基合金フラックス入りワイヤ。
  2. 【請求項2】 フラックス成分として、更に、Y及び希
    土類元素の1種又は2種を合計で0.01〜1%含む請
    求項1に記載のNi基合金フラックス入りワイヤ。
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