JP3208552B2

JP3208552B2 - 溶接用フラックス入りワイヤの製造方法

Info

Publication number: JP3208552B2
Application number: JP02701593A
Authority: JP
Inventors: 政男鎌田; 敏行泉
Original assignee: 日鐵溶接工業株式会社
Priority date: 1993-02-16
Filing date: 1993-02-16
Publication date: 2001-09-17
Anticipated expiration: 2016-09-17
Also published as: JPH06238484A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は造船や鉄骨、橋梁等の溶
接構造物の施工に広く使用されている溶接用フラックス
入りワイヤの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、溶接用フラックス入りワイヤ（以
下、フラックス入りワイヤという）は、自動及び半自動
溶接用材料として、各種溶接構造物の製作現場において
多用されている。最近、フラックス入りワイヤの顕著な
普及にともない、製造方法についても生産性向上のため
の提案が種々なされている。例えば、特開昭６０−２３
４７９５号公報、特公平２−３７８４０号公報等による
提案は、金属外皮内へのフラックス充填、造管溶接、縮
径を連続的に行う方式であり、非常に注目される。すな
わち、比較的大きいサイズの金属外皮（帯鋼）を連続的
に送給し、管状体に成形する段階でフラックスを供給し
た後、管状体の上縁部を突き合わせてシーム溶接し、引
き続き、この溶接管を圧延もしくは伸線加工により縮径
して、フラックス充填管の形成まで一連の装置で連続的
に行うという製造方法である（以下、連続的製造方式と
いう）。フラックス充填管は、さらに溶接用ワイヤとし
ての所定のサイズまで縮径して仕上げられる。

【０００３】図１に連続的製造方式の製造装置の概略を
示す。１はフラックス、２はフラックス供給装置、３は
金属外皮（帯鋼）、４は帯鋼送給装置、５は成形装置、
６は溝型に成形されつつある管状体、７はシーム溶接装
置、８は縮径装置、９はフラックス充填管、１０はフラ
ックス充填管の巻取装置である。しかるに、このような
フラックスが供給された状態で管状体の上縁部をシーム
溶接して、引き続き縮径を行うという連続的製造方式で
製造したフラックス入りワイヤの溶接性能については、
これまであまり検討されていない。

【０００４】本発明者らは連続的製造方式で製造したフ
ラックス入りワイヤの溶接性能について詳細に調査した
結果、生産性を高めようとして帯鋼の送給速度を大きく
し、フラックス供給量も増加させてライン速度を大きく
した場合、ワイヤ長手方向のフラックス充填率のバラツ
キによる溶接作業性の劣化及び溶接金属の窒素量が増加
して衝撃値が低下するという問題が生じることがわかっ
た。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明はフラックス入
りワイヤの連続的製造方式において、生産性を高くした
場合でもフラックス充填率が安定し、溶接作業性が良好
で、かつ溶接金属の窒素量を低くでき、優れた衝撃靭性
が得られるフラックス入りワイヤの製造方法を提供する
ことを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明の要旨
は、連続的に送給されてくる金属外皮内にフラックスを
供給後、該金属外皮の両縁部を突き合わせて溶接管と
し、引き続き、該溶接管を圧延もしくは伸線加工により
縮径するフラックス入りワイヤの製造方法において、各
種原料粉からなり、かつ造粒処理がなされたフラックス
を、その細粒部分から粗粒部分へと順次積層供給して、
その最上層に少なくとも１００メッシュ以上の粗粒フラ
ックスを供給するとともに、溶接点では最上層上に空隙
を設け、また管内のフラックスが少なくともタップ密度
以上に圧縮された状態になるまで前記積層状態を保持す
るように該溶接管を縮径することを特徴とするフラック
ス入りワイヤの製造方法にある。ここで１００メッシュ
以上の粗粒フラックスとはＪＩＳＺ８８０１に規定
される標準ふるいによる１００メッシュ（公称目開き１
５０μｍ）の篩上フラックスであり、タップ密度とはＤ
ＩＮ５３１９４に準じて測定されるフラックスの嵩密度
である。

【０００７】

【作用】以下に本発明を詳細に説明する。本発明者ら
は、まず表１に示すサイズ及び化学成分の帯鋼、及びＴ
ｉＯ₂を主成分とし、図２に示す粒度分布及び静嵩密度
のフラックスＦ１（造粒処理品）及びＦ２（非造粒品）
を使用し、図１に概略を示すフラックス入りワイヤの連
続的製造装置（高周波誘導溶接）により、帯鋼の送給速
度（以下、ライン速度という）を変化させて製造した試
作ワイヤ（１．２ｍｍφ、フラックス充填率１３．５
％）について溶接作業性及び溶着金属の窒素量を調査し
た。なお、フラックス供給装置は市販のスクリューフィ
ーダーを使用し、造管溶接サイズを外径約２２ｍｍφ、
圧延による縮径後の巻取サイズを９．０ｍｍφとし、以
後、中間焼鈍、伸線加工を繰返し、１．２ｍｍφのワイ
ヤを試作した。

【０００８】図３に試作ワイヤの試験結果（試験条件は
後記実施例に同じ）を示す。ライン速度が小さい場合
は、溶接作業性及び溶着金属の窒素量とも特に問題はな
い。ライン速度が大きくなると溶接作業性試験において
部分的に異常（水平すみ肉溶接ビードのスラグ被包性不
良、スパッタ多発、立向下進溶接でメタル垂れ）が発生
するとともに溶着金属の窒素量が増加した。

【０００９】本発明者らはライン速度を大きくした場合
の上記問題点について以下のように考察した。図４にフ
ラックス入りワイヤの連続的製造方式におけるフラック
ス供給後のフラックスと金属外皮との関係を模式的に示
す。フラックスはまず、金属外皮内にほぼ静嵩密度（Ｊ
ＩＳＺ２５６４に準じて測定した嵩密度）の状態で堆
積し（ａ）、そのフラックス密度のまま溶接点の状態
（ｂ）、圧延の前半部の状態（ｃ）を経て、溶接管内が
フラックスで充満した状態（ｄ）に至る。引き続く圧延
もしくは伸線加工による縮径にともない溶接管内のフラ
ックスは少なくともタップ密度（ＤＩＮ５３１９４に準
じて測定した嵩密度）の状態（ｅ）、さらにタップ密度
を超えて圧縮された状態（ｆ）に至る。ここで、フラッ
クスが造粒処理品の場合と非造粒品の場合とでは、両者
のフラックス嵩密度の差により（ａ）〜（ｅ）の工程中
いずれも造粒品の方がフラックス粒子間に存在する空気
量は多い。これは、（ｆ）の状態においても引き継がれ
る。

【００１０】前記図３において、溶着金属の窒素量が造
粒品の方が非造粒品よりも増加していることは、最終仕
上り径１．２ｍｍφまで、このフラックス粒子間に存在
する空気量の差異が影響している。ライン速度を大きく
した場合に窒素量が増加するのは、図４（ｄ）から
（ｅ）、（ｆ）の状態に縮径する際にフラックス粒子間
からの空気の排出が十分になされなかったためである。
一方、ライン速度を大きくした場合に溶接中に部分的に
発生する溶接作業性の異常については、スラグ被包性の
劣化やメタル垂れが観察されたことから、ワイヤ長手方
向のフラックス充填率のバラツキが原因となっているこ
とは明らかである。

【００１１】つまり、ライン速度が大きくなると、図４
（ｄ）から（ｅ）、さらに（ｆ）の状態になる移行段階
で、管内フラックスの圧縮にともなう空気の排出速度が
速くなり、溶接点方向への空気の吹き返しが強くなるの
で、（ｃ）の状態での堆積面表面のフラックスが飛ばさ
れたり、（ｄ）の状態ではまだフラックスが動きやすい
ために微視的な移動が生じる。さらに、（ｅ）、（ｆ）
の状態ではフラックス中に、排出しきれないで残留した
空気による微小な空気溜り（空洞部）が生じやすくな
り、その部分はフラックス充填率が低くなり、その影響
が（ｆ）の状態以後、最終径まで引き継がれる結果、上
記のような溶接異常が発生する。

【００１２】本発明者らは、連続的製造方式においてラ
イン速度を大きくした場合に生じる溶接性能の劣化傾向
は、溶接点通過後の管内のフラックス粒子間に存在する
空気の排出をスムーズに行うことにより防止できるとい
う観点から種々検討し、本発明を完成させたものであ
る。まず、本発明において造粒フラックスを使用するこ
とは、図２中非造粒品の粒度分布に見られるように微粉
末を含む各種原粒粉を造粒処理することによる成分偏析
の防止、フラックス供給量の安定化による充填率バラツ
キの減少とともに、管内空気の排出をスムーズに行うた
めに非造粒フラックスよりも大きい粒子間の空隙を利用
することにある。しかし、造粒フラックスといえども、
通常の造粒処理品は微粉を含む細粒部分を相当量を含有
している上に、また造粒後のフラックス搬送中やフラッ
クス供給装置による粉化も考慮しなければならない。

【００１３】仮に造粒後、細粒部分を除去する篩い分け
を行って粗粒部分のみを使用した場合、工程増及び歩留
り低下によるコストアップとなり、また成分偏析が生じ
やすくなる。なお、フラックス入りワイヤの原料とし
て、造粒しにくい原料粉を多く配合した場合は、細粒部
分が増加する。そこで、粗粒から細粒（微粉を含む）ま
で多様な粒度構成をもつ造粒フラックスに対応し、管内
空気の排出をスムーズに行うためには、以下の手段が必
要となる。

【００１４】造粒フラックスの供給段階で、その細
粒部分から粗粒部分へと順次積層供給する。この場合、最上層に少なくとも１００メッシュ以上の粗粒フラ
ックスを供給する。溶接点では最上層上に空隙が設けられるようにフラ
ックスの供給量を制限する。そして、管内のフラックスが少なくともタップ密度以上に圧
縮された状態になるまで供給時の積層状態を保持するよ
うに溶接管を縮径する。

【００１５】図５に、造粒フラックスをその細粒部分か
ら粗粒部分へと順次金属外皮内に積層供給するためのフ
ラックス供給方法の一例を示す。図５において、フラッ
クス１を通常のフラックス供給装置２から下方に設置さ
れた多段式フラックス供給装置１１に定量的に排出させ
る。この多段式フラックス供給装置には各段にフラック
スの粒度構成に応じて所望の目開きの篩網１２を傾斜さ
せてセットでき、篩網にはフラックスの滞留が起こらな
いように振動が付与される。最上段の篩網は最小の目開
きのもので、最下段の篩網は最大の目開きのものが使用
される。各段の篩網を通過したフラックスはフラックス
受け１３及び供給筒１４を介して溝型に成形されつつあ
る管状体６内に、その細粒部分１５から粗粒部分１６を
順次積層供給される。図６にこのようにして供給された
フラックスの金属外皮内における積層状況を示す。

【００１６】図６（ａ）はフラックスを供給した直後の
状態で、金属外皮の底部にはフラックスの微粉部分を多
く含有する細粒部分、順に細粒部分、中粒部分、粗粒部
分とほぼ層状に積層供給される。この積層状態のまま、
溶接点を経て、縮径の初期段階の状態（ｂ）、フラック
スがほぼ静嵩密度で溶接管内に充満した状態（ｃ）、さ
らにタップ密度まで圧縮された状態（ｄ）、さらに縮径
が進みタップ密度を超えて圧縮された状態（ｅ）へと移
行する。（ｆ）は（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）の状態におけ
るフラックスの堆積状況を模式的に示した拡大図であ
る。このようにフラックスをその細粒部分から粗粒部分
へと積層供給し、積層状態を管内のフラックスが少なく
ともタップ密度以上に圧縮された状態（ｅ）になるまで
保持することにより、連続的製造方式でライン速度を大
きくし、高能率な生産を行った場合においても、前記溶
接作業性の異常や溶接金属の窒素量増加傾向を防止でき
る。

【００１７】この効果は以下の作用による。まず、図６
（ａ）〜（ｃ）の状態において、管内に積層されたフラ
ックス下層部の細粒部分は、元々粒子間隙が小さく、さ
らに上層部に積層された粗粒フラックスの重みで圧縮さ
れるので粒子間に存在する空気量を少なくできる。次
に、縮径により溶接管内のフラックスが外皮部から圧縮
される（ｃ）以後（ｅ）の状態においては、上層部を粗
粒部分が占めるようにしたことにより、下層部のフラッ
クス粒子間からの空気は上方側に移動しやすくなり、ま
た上層部に積層された粗粒フラックス粒子間の空隙は溶
接点方向への空気の排出を容易にする。（ｃ）ないし
（ｄ）以後は縮径によって粗粒フラックスも崩壊を開始
し、フラックス粒子間の空隙は漸次減少していくが、こ
のようなフラックスの積層状態にしていることにより、
上層部は空隙の減少に遅れが生じるので溶接点方向への
空気の逃げ道となり得る。

【００１８】本発明では、フラックス粒子間の空気がス
ムーズに排出されながら縮径が進行するために、タップ
密度の状態（ｄ）以後のフラックス中に発生する微小な
空気溜りは生じにくくなりフラックス充填率が安定す
る。なお、本発明において最上層に少なくとも１００メ
ッシュ以上の粒粒フラックスを供給することは、この粒
度以上であれば下層部からの空気の移動及び溶接点方向
への空気の排出が容易になるためである。溶接点でフラ
ックスの最上層上に空隙を設けることは、縮径にともな
う管内空気の排出、及びフラックスの巻込み等によるシ
ーム溶接部の欠陥発生を防止するためである。

【００１９】また、溶接管内の空気は、管内のフラック
スが少なくともタップ密度以上に圧縮された状態になる
まで前記積層状態を保持することによりスムーズに排出
される。このために金属外皮を水平状態もしくはフラッ
クスの安息角よりも小さい傾斜状態にして、フラックス
の供給及び縮径を行う。この時、縮径を圧延により行う
場合は各段のロール形状に、また伸線加工により行う場
合はダイス減面率等に配慮し、管内でフラックスの自由
移動や混合が起こらないようにする。

【００２０】

【実施例】表１に示す帯鋼、表２に示す造粒フラックス
を用いて、図１に概略を示す連続的製造装置に図５に示
す多段式フラックス供給装置を組み合わせて使用し、フ
ラックス充填管（外径１０．５ｍｍφ）を形成後、この
フラックス充填管を引き続き圧延及び伸線加工により縮
径し、表３に示すワイヤ組成のフラックス入りワイヤを
試作した。この時、連続的製造装置におけるシーム溶接
は高周波誘導溶接（外径約２２ｍｍφ）、ライン速度は
３５ｍ／ｍｉｎ、縮径はフラックス供給後の積層状態を
保持することを配慮したロール形状による連続圧延で行
い、また多段式フラックス供給装置にセットした篩網の
目開きサイズは造粒フラックスの粒度に応じて変化させ
た。

【００２１】各試作ワイヤについて、２７０Ａ−３０
Ｖ、ＣＯ₂ガス流量２０リットル／ｍｉｎの溶接条件で
半自動溶接による溶接作業性試験（板厚１２．７ｍｍ、
Ｔ字すみ肉立向下進溶接）、及び２７０Ａ−３０Ｖ−３
０ｃｍ／ｍｉｎ、ワイヤ突出し長さ２５ｍｍ、ＣＯ₂ガ
ス流量２０リットル／ｍｉｎの溶接条件で自動溶接によ
る溶着金属試験（板厚２０ｍｍ、ＪＩＳＺ３１１１
準拠）を行った。

【００２２】表４に試作ワイヤの溶接作業性及び溶着金
属試験結果をまとめて示す。試験Ｎｏ．、Ｎｏ．２は本
発明によるもので所期の目的を達成したが、試験Ｎ
ｏ．３、Ｎｏ．４は比較例で溶接作業性異常や溶着金属
性能の劣化が認められた。

【００２３】

【表１】

【００２４】

【表２】

【００２５】

【表３】

【００２６】

【表４】

【００２７】

【発明の効果】以上述べたように本発明よれば、フラッ
クス入りワイヤを連続的製造方式によって製造する場合
に問題となる充填率の安定化及び溶接金属の窒素量の低
減という技術的課題を解決し、生産性を格段に向上し得
る溶接用フラックス入りワイヤの製造方法を提供するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】フラックス入りワイヤの連続的製造装置の概略
説明図である。

【図２】試作ワイヤに供給したフラックスの性状を示す
図である。

【図３】試作ワイヤの溶接試験結果を示す図である。

【図４】フラックス入りワイヤの連続的製造方式におけ
る製造工程中の金属外皮部とフラックスとの関係を示す
図である。

【図５】実施例で使用した多段式フラックス供給装置の
概略説明図である。

【図６】本発明の効果を説明するための製造工程中の金
属外皮部とフラックスとの関係を示す図である。

【符号の説明】

１フラックス２フラックス供給装置３金属外皮（帯鋼）４帯鋼供給装置５成形装置６溝型に成形されつつある管状体７シーム溶接装置８縮径装置９フラックス充填管１０フラックス充填管巻取装置１１多段式フラックス供給装置１２篩網１３フラックス受け１４供給筒１５造粒フラックスの細粒部分１６造粒フラックスの粗粒部分

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23K 35/40 B23K 35/368

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】連続的に送給されてくる金属外皮内にフ
ラックスを供給後、該金属外皮の両縁部を突き合わせて
溶接管とし、引き続き、該溶接管を圧延もしくは伸線加
工により縮径する溶接用フラックス入りワイヤの製造方
法において、各種原料粉からなり、かつ造粒処理がなさ
れたフラックスを、その細粒部分から粗粒部分へと順次
積層供給して、その最上層に少なくとも１００メッシュ
以上の粗粒フラックスを供給するとともに、溶接点では
最上層上に空隙を設け、また管内のフラックスが少なく
ともタップ密度以上に圧縮された状態になるまで前記積
層状態を保持するように該溶接管を縮径することを特徴
とする溶接用フラックス入りワイヤの製造方法。