JP3433042B2 - 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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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、低温用鋼等の溶接
に使用するガスシールドアーク溶接用フラックス入りワ
イヤに関し、特に優れた姿勢溶接性と溶接金属性能、な
かでも熱処理後での靭性劣化が少ないガスシールドアー
ク溶接用フラックス入りワイヤに関するものである。
【0002】
【従来の技術】フラックスを鋼製外皮に内包した溶接用
フラックス入りワイヤは以前より用いられているが、被
覆アーク溶接棒に比べ溶着速度が速く、溶接能率も高
い。また、作業者の熟練度もそれ程必要としない等の利
点がある。
【0003】一方、ソリッドワイヤに比べるとスラグ剤
及びアーク安定剤の添加により、CO2ガスシールド溶
接でもアークが安定し、スパッタの少ない溶接が可能で
あり、かつビードは生成スラグにより完全に被包される
ため外観が美しい。この様な特徴を有するフラックス入
りワイヤは、造船、鉄骨橋梁分野を初めとした各産業分
野で広く使用されている。
【0004】また、フラックス入りワイヤの中でも、T
iO2を主成分とした1.2〜1.6mmφの細径ワイ
ヤは、操作性に優れ、かつ溶接能率も高いことから、そ
の大半を占めている。
【0005】TiO2を主成分とする細径フラックス入
りワイヤは、前述の如く、操作性に富み溶接能率も良い
ことから、更に高能率で高性能が得られるフラックス入
りワイヤの開発が強く各産業界から要望されていた。
【0006】しかし、特開昭56−128699号公報
記載のフラックス入りワイヤに代表されるTiO2を主
成分とするフラックス入りワイヤでは、立向溶接や上向
溶接等の姿勢溶接時に、能率向上のため高電流で溶接を
行った場合、溶融メタルが垂れ落ち易く、溶接を継続す
ることができないという問題点があった。
【0007】また、溶接金属の性能面でも、TiO2
主成分とするワイヤは、熱処理後の溶接金属部の衝撃靭
性低下が著しいことから、熱処理が前提となる低温用極
厚鋼板の溶接に使用されていないというのが現状であ
る。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる問題
点に鑑みてなされたものであって、低温用鋼等の姿勢溶
接を能率良く、かつ熱処理後でも靭性劣化の少ないガス
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
ことを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明に係るガスシール
ドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、酸化性雰囲気
中において1000〜1400℃の温度で1時間以上加
熱焼成した低級Ti酸化物を下式を満たす範囲で含み、
且つ全Ti酸化物を充填フラックス全重量に対し25〜
50%含有し、他は通常のスラグ剤、アーク安定剤、合
金剤、鉄粉及び脱酸剤等からなる充填フラックスをワイ
ヤ全重量に対し8〜25%充填した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。
【0010】 (低級Ti酸化物)/(全Ti酸化物)≧0.8 さらに、充填フラックス全重量には、Bを0.01〜
0.15%含有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。
【0011】
【発明の実施の形態】本願発明者らは、TiO2を主成
分とした1.2mmφのフラックス入りワイヤを用い
て、60度のV溝開先を立向上進溶接したところ、18
0Aまではほぼ平滑なビード形状を呈していたが、20
0Aではやや凸気味のビードとなり、210Aでは溶融
メタルが垂れ落ちることが判った。
【0012】溶融メタルの垂れ落ち過程について詳細に
観察すると、溶接電流が高くなるとアーク力が強まり、
これによってアークの掘り下げ作用が増大し、溶融した
メタルが手前に押し出されて、ある限界電流を超えると
垂れ落ちることが判った。
【0013】そのため、高電流での姿勢溶接を行うため
には、アークの掘り下げ作用を弱めるか、スラグの耐火
度を高めてスラグによる溶融メタルの保持作用を強める
ことが必要である。
【0014】溶接時のアークの安定化を図りつつ、アー
クによる溶融メタルの掘り下げを作用を減少させるため
には、Li、Na、K等のアルカリ金属類の使用も有効
な一手段ではあるが、スラグ剤の主成分であるTiO2
にもアークの安定化作用があることは公知である。
【0015】そこで、本願発明者らはTiO2以外のT
i酸化物をフラックス入りワイヤ用原材料として検討す
るため、Ti23、Ti35といった低級Ti酸化物に
着目し、溶接作業性に及ぼす影響を調査した。
【0016】その結果、低級Ti酸化物を添加すること
により、アークの掘り下げ作用が弱まることを見いだし
た。また、物性的には、Ti23、Ti35といった低
級Ti酸化物は、TiO2に比べ融点が高いため、凝固
時期が早く、姿勢溶接時のビード保持効果も大きく、立
向上進溶接における溶接作業性を著しく改善できること
が分った。
【0017】しかしその反面、この低級Ti酸化物中に
不純物として含有されているNbやVが、溶接金属に多
量に歩留まり、溶接金属の衝撃靭性、特に熱処理後の衝
撃靭性が著しく低下することが判明した。
【0018】これは、低級Ti酸化物が脱酸剤としての
作用効果も持つため、溶接時のスラグ−メタル反応でN
bとVの歩留まり高めるためと推定される。そのため、
全Ti酸化物中に占める低級Ti酸化物の割合を低く抑
える必要があった。
【0019】そこで、本願発明者らは種々研究を進めた
結果、図1に示すように低級Ti酸化物を酸化性雰囲気
中で1000〜1400℃の温度で1時間以上加熱焼成
することにより、溶接金属中に歩留まるNb+Vを0.
015%以下に低下させることを見いだし、これによ
り、熱処理後の溶接金属の靭性(vE−40)低下を著
しく改善できることを究明した。図1は、低級Ti酸化
物を酸化性雰囲気中で加熱焼成したときの溶接金属中に
歩留まるNb+Vの量および溶接金属の衝撃値を示す図
である。
【0020】上記効果を十分に発揮させるためには、低
級Ti酸化物を全Ti酸化物の内80%以上含有するこ
とが必須で、80%未満ではその効果が十分に発揮され
ない。なお、低級Ti酸化物は、1400℃超で加熱焼
成すると酸化反応により、TiO2へと形態変化するた
め、立向上進溶接における溶接作業性、特にメタル垂れ
性改善効果が得られない。
【0021】本願発明では、これら全Ti酸化物を充填
フラックスの主成分として少なくとも25%以上添加
し、アークの安定を図る。また、Ti酸化物は多量に添
加しすぎると、スラグ巻込みが生じたり、他のフラック
ス成分が不足するので添加上限は50%とする。
【0022】添加するTi酸化物は、粒度の細かい方が
アーク安定化作用は大きく、特に100メッシュ以下が
50%以上とすることが望ましい。これはCO2ガスシ
ールドアーク溶接では、ワイヤプラスの極性で溶接する
ため、陰極となる溶融池表面を電子放電能の高い微細な
Ti酸化物の粒子が均一に覆うことにより、溶融池から
のアーク発生が安定化するものと思われる。
【0023】その他のフラックス剤としては、通常用い
るスラグ剤、アーク安定剤、合金剤、脱酸剤等を従来同
様の手法で添加することができる。特に、アーク安定剤
としてはLi、Na、K等を弗化物、炭酸塩、酸化物等
の形態で合わせて0.5%以上添加することにより、極
めて安定したアークとすることができ、姿勢溶接性の向
上のみならず、あらゆる姿勢の溶接に於いてスパッタの
発生を著しく減少させることが可能となる。
【0024】本願発明ではこれらフラックスをワイヤ全
重量に対し8〜25%充填する。8%未満では十分な溶
接時のアーク安定化効果が期待されず、25%を超える
と伸線時に断線が生じる危険性が増加する。従って、本
願発明ワイヤではフラックスの充填割合は8〜25%の
範囲とする。
【0025】更に、本願発明ワイヤでは充填フラックス
にBを0.01〜0.15%添加し、低級Ti酸化物と
複合添加させることにより、Ti−Bの靭性強化機構が
作用し、溶接金属の高靱性値を得ることができる。しか
しながら、0.01%未満ではTi−Bの靭性強化機構
が十分に作用せず、0.15%超では溶接金属に高温割
れが生じやすくなる。
【0026】また、これら充填フラックス全量を水ガラ
ス、カルボキシメチセルローズ(以下、CMCという)
等を用いて適当な方法により造粒し、充填することがで
きる。特に、微細なTi酸化物を多量に添加する場合に
は、充填に先立って充填フラックスを造粒することは、
充填性を高めると同時に偏析を防止する上で極めて有効
である。
【0027】なお、本願発明はCO2ガスシールドアー
ク溶接用の細径フラックス入りワイヤにおいて、特に顕
著な効果が得られるものであるが、より太い線径の各種
のガスシールドアーク溶接、シールドガスを用いないノ
ンガス溶接及びサブマージアーク溶接用ワイヤも応用す
ることが可能であり、また図2に示す本発明フラックス
入りワイヤの断面形状以外のものにも応用できることは
当然のことである。
【0028】次に、本願発明によって得られた効果を実
施例に基づき詳細に説明する。
【0029】
【実施例】表1に試作したフラックス入りワイヤの構成
を、表2に溶着金属試験結果及び立向上進溶接における
限界電流を示す。表1においてワイヤNo.1〜5は比
較例で、ワイヤNo.6〜10が本願発明ワイヤの実施
例である。
【0030】図2にフラック入りワイヤの断面図を示
す、何れのワイヤとも軟鋼外皮を用い、ワイヤ断面は図
2(a)に示すシームレスタイプでワイヤ径1.2mm
のCuめっきを施したワイヤに仕上げた。
【0031】まず、各ワイヤの姿勢溶接性を60度のV
溝開先鋼板で立向上進溶接し、溶接可能な限界電流値を
求め比較した。その結果、Ti酸化物がTiO2のみで
あるNo.1のワイヤでは溶接電流が200Aを超える
とメタル垂れが発生し、また、ワイヤNo.4のワイヤ
では、充填フラックスの焼成温度が1500℃と高いた
め、低級Ti酸化物が過度に酸化されることにより融点
が低下し、溶接電流が200Aを超えるとメタル垂れが
発生した。
【0032】しかし、上記以外の全Ti酸化物中の低級
Ti酸化物の割合が80%以上である試作ワイヤでは、
240〜260Aでも安定した立向上進溶接が可能であ
った。
【0033】また、溶着金属性能について、JIS Z
3313に準拠して、溶接電流270A、溶接入熱2
0kJ/cmで溶着金属を製作し、その後、650℃2
hrで熱処理を実施、衝撃試験を行った。
【0034】その結果、本発明ワイヤである、ワイヤN
o.6〜10では、何れも良好な衝撃靱性が得られてい
るのに対し、ワイヤNo.1では、Ti酸化物としてT
iO2のみを使用しているため、ワイヤNo.2ではT
iO2に替わって低級Ti酸化物を使用しているが、本
発明が規定した低級Ti酸化物の焼成処理を実施してい
ないため、溶接金属にNb及びVが多量に歩留まり、低
温靱性の改善効果が得られず、また、ワイヤNo.3〜
5では、本発明が規定した低級Ti酸化物の焼成条件を
満足していないため、溶着金属にNb及びVが多量に歩
留り、低温靱性の改善効果が得られなかった。
【0035】従って、本願発明になるNo.6〜10の
ワイヤは、No.1〜5の比較例に比べ、姿勢溶接性と
溶着金属の機械的性能の両方が優れていることが分かっ
た。
【0036】
【表1】
【0037】
【表2】
【0038】
【発明の効果】本願発明は、低級Ti酸化物を特定条件
で焼鈍し、全Ti酸化物に対する割合を限定添加するこ
とによって、優れた溶接作業性、中でも姿勢溶接を高電
流で高能率に行えるとともに、良好な機械的性能、特に
熱処理後の溶接金属の靭性低下がないという従来ワイヤ
に比して、格段の優れた効果が有るものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】低級Ti酸化物を酸化性雰囲気中で加熱焼成し
たときの溶接金属中に歩留まるNb+Vの量および溶接
金属の衝撃値を示す図である。
【図2】フラックス入りワイヤの断面図である。
【符号の説明】
1 金属外皮 2 充填フラックス
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特公 平2−37837(JP,B2) 特公 昭63−16239(JP,B2) 特公 昭52−15380(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】 酸化性雰囲気中において1000〜14
    00℃の温度で1時間以上加熱焼成した低級Ti酸化物
    を下式を満たす範囲で含み、且つ全Ti酸化物を充填フ
    ラックス全重量に対し25〜50%含有し、他は通常の
    スラグ剤、アーク安定剤、合金剤、鉄粉及び脱酸剤等か
    らなる充填フラックスをワイヤ全重量に対し8〜25%
    充填した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。 (低級Ti酸化物)/(全Ti酸化物)≧0.8
  2. 【請求項2】 充填フラックス全重量に、Bを0.01
    〜0.15%含有することを特徴とする請求項1のガス
    シールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
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