JP3439019B2 - 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】
【発明の属する技術分野】本発明は船舶や橋梁等の溶接
構造物の建造において、特にプライマ塗装鋼板のすみ肉
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（以下、フラックス入りワイヤという。）に関
する。 【０００２】 【従来の技術】造船や橋梁等の分野では、全溶接長に占
めるすみ肉溶接の比率が高く、これの高能率化の要求が
強い。しかしながら、鋼材の多くは発錆を防止するため
に無機ジンクプライマやウオッシュプライマが塗装され
ており、その鋼材を溶接した場合、主に溶接アーク熱に
より発生したプライマ熱分解ガスに起因したピツトやガ
ス溝が発生しやすく、手直しによる工数増加や溶接速度
制限等による能率低下が問題となる。 【０００３】これに対し、従来より各種の耐プライマ性
すみ肉溶接用フラックス入りワイヤが提案されている。
例えば特開平３−２９４０９２号公報に代表される提案
は、ワイヤのポテンシャル水素量を低くし溶融金属中へ
の水素の浸入を抑え、かつスラグ生成量を少なくして溶
融金属からのガスの放出を容易にすることにより耐プラ
イマ性を向上させた低水素低スラグ系のフラックス入り
ワイヤである。この種のフラックス入りワイヤは無機ジ
ンクプライマ塗装鋼板のすみ肉溶接に一般的に使用され
ているが、スラグ生成量が少ないために止端部と母材と
のなじみ性に欠けた凸状のビード形状となりやすく、ス
ラグは薄くて除去しにくいという欠点がある。またウオ
ッシュプライマ塗装鋼板のすみ肉溶接に使用した場合に
はピットが発生しやすく高速度化ができない。 【０００４】なおウオッシュプライマ塗装鋼板を対象と
したフラックス入りワイヤとしては、特開昭６４−５６
９９号公報、特開平２−４２５９５号公報等による提案
がある。いずれもフラックス中に水素源化台物を含有さ
せ溶融金属中に過飽和となる水素量を供給し、溶融金属
からのガスの浮上を速めることによってピットやガス溝
の発生を防止するという高水素系フラックス入りワイヤ
である。しかし、高水素系フラックス入りワイヤには、
そのガス放出機構からして溶接速度を遅くしなければな
らず、また耐割れ性の点から適用鋼種や板厚が制約され
る他、アーク安定性が悪くスパッタ発生量が多くなると
いう欠点がある。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】本発明は、プライマ塗
布鋼板、特にウオッシュプライマ塗装鋼板のすみ肉溶接
に使用した場合でも高速度で溶接が可能で、ピットやガ
ス溝が発生しにくく、良好なビード形状及びスラグ剥離
性（スラグ除去性）が得られる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課題とする。 【０００６】 【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、鋼製外
皮内に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
ャル水素が９０ｐｐｍ以下で、かつワイヤ全重量に対し
フラックスは下記成分を必須として含有し、残部は合金
剤、スラグ剥離促進剤、および溶着量を増加させる鉄粉
ならびに鉄合金の１種または２種、の内から選択された
１種以上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。 ＴｉＯ2：０．８〜３．５重量％ ＳｉＯ2：０．２〜１．０重量％ ＺｒＯ2：０．１〜１．０重量％ ＭｇＯ：０．１〜１．０重量％ Ａｌ2Ｏ3：０．１〜０．５重量％ ＴｉＯ2＋ＳｉＯ2＋ＺｒＯ2＋ＭｇＯ＋Ａｌ2Ｏ3＝１．
５〜４．５重量％ ＣａＦ2：０．７〜３．０重量％ ＣａＦ2／（ＴｉＯ2＋ＳｉＯ2＋ＺｒＯ2＋ＭｇＯ＋Ａｌ
2Ｏ3） ＝０．２５〜０．７５ ＣａＦ2／ＴｉＯ2＝０．４０〜１．５０ ＭｇＯ＋ＣａＦ2≦３．５重量％ 酸化鉄：０．１〜１．０重量％ Ｎａ，Ｋの１種または２種の合計：０．０５〜０．３０
重量％ Ｃ：０．０１〜０．１０重量％、Ｓｉ：０．２〜１．５
重量％、Ｍｎ：１．０〜４．０重量％、Ｔｉ：０．５重
量％以下、Ａｌ：１．０重量％以下、Ｍｇ：１．０重量
％以下よびＺｒ：０．５重量％以下の１種以上からなる
脱酸剤の外皮成分を含む合計：１．５〜５．０重量％ 【０００７】 【発明の実施の形態】無機ジンクプライマ塗装鋼板に比
ベ熱分解ガスの発生量が格段に多いウオッシュプライマ
塗装鋼板の水平すみ肉溶接において、ピットやガス溝の
発生を防止するためには、スラグ生成量を極端に少なく
することが有効である。しかし、従来のフラックス入り
ワイヤに一般的なＴｉＯ2主体のスラグ組成系のままで
極低スラグ化した場合、凝固スラグが全体的に薄くなり
すぎてスラグ除去が困難となる。これにスラグ剥離促進
剤として知られているＢｉやＳを増量したとしてもスラ
グがビード上で部分的に凝集してしまい、さらにスラグ
は除去しにくくなる。またスラグ量が少ないのでビード
形状が凸状になる。 【０００８】そこでスラグ剥離性の面からある程度のス
ラグ生成量があり、かつプライマ性も向上できるフラッ
クス入りワイヤ成分としてＣａＦ2に着目し、ＴｉＯ2と
ともにスラグ形成剤として相当量含有させることを検討
した。これにより図１に示すように、スラグ生成量は増
加し、しかも凝固スラグは多孔質となり脆いので除去し
やすくなることがわかった。しかし、十分な耐プライマ
性が得られるまでＣａＦ2の含有量を増加させた場合、
下板側止端部がオーバーラップした凸状のビード形状と
なり、また立板側にはカットが発生しやすくなる。この
ビード形状改善のために図２に示すように、ＳｉＯ2、
ＺｒＯ2，ＭｇＯ，Ａｌ2Ｏ3を含有させて、溶融スラグ
の凝固温度、粘性の調整を行った。さらに酸化鉄、アー
ク安定剤、脱酸剤についても検討し本発明を完成させた
ものである。 【０００９】以下に本発明のフラックス入りワイヤの成
分限定理由を述べる。 【００１０】 ワイヤのポテンシャル水素量：９０ｐｐｍ以下 ワイヤ中の水素はフラックス以外にも鋼製外皮、外皮の
内外表面の付着物にも含有されており、プライマの熱分
解ガス中の水素とともに溶接中アーク雰囲気中の水素分
圧を上げて溶接金属中に浸入し、ピット、ガス溝の発生
原因となる。この水素に起因するピット、ガス溝の発生
を抑制するためには、ワイヤのポテンシャル水素量を９
０ｐｐｍ以下に抑える必要がある。なお、ワイヤのポテ
ンシャル水素量の測定は不活性ガス溶解溶融法による。 【００１１】ＴｉＯ2：０．８〜３．５重量％ ＴｉＯ2はビード全体を均一に被包しビード形状、外観
を整える溶融スラグを形成し、またアークを持続して安
定させる成分である。ＴｉＯ2が０．８重量％未満では
スパッタが多発する他、溶融スラグの粘性が不足し凸状
のビードとなる。またスラグ被包むらが生じスラグが剥
離しにくく外観も不良となる。一方、ＴｉＯ2が３．５
重量％を超えると溶融スラグの粘性が大きくなり、ガス
の放出が阻害されてピット、ガス溝が発生しやすくな
る。 【００１２】ＳｉＯ2：０．２〜１．０重量％ ＳｉＯ2も溶融スラグの凝固温度、粘性および流動性を
調整するために含有させる。ＳｉＯ2が０．２重量％未
満では凸状のビードとなり、またビード表面の滑らかさ
がなくなる。一方、ＳｉＯ2が１．０重量％を超えると
溶融スラグの粘性が大きくなりピット、ガス溝が発生し
やすくなる。 【００１３】ＺｒＯ2：０．１〜１．０重量％ ＺｒＯ2が０．１重量％未満では立板側ビード止端部付
近のスラグ被包が著しく薄くなりスラグ剥離性が劣化す
る。一方、ＺｒＯ2が１．０重量％を超えると溶融スラ
グの凝固が速まりピット、ガス溝が発生しやすくなると
ともにビード形状は全体的に丸みをおびた凸状となる。
また凝固スラグは緻密で堅く除去しにくくなる。 【００１４】ＭｇＯ：０．１〜１．０重量％ ＭｇＯを含有させることにより立板側ビード止端部近傍
の溶融金属の被包性がよくなりスラグ剥離性改善効果と
ともに、溶融金属の垂れ落ちを抑止できるので立板側に
カットがない等脚長性のビード形状が得られる。ＭｇＯ
が０．１重量％未満ではこれら効果が小さく、一方、
１．０重量％を超えると溶融スラグの流動性が過剰とな
り凸状のビードとなる。 【００１５】Ａｌ2Ｏ3：０．１〜０．５重量％ ＡＩ2Ｏ3が０．１重量％未満ではビード表面のなめらか
さがない凸状のビードとなり、一方、０．５重量％を超
えると立板側にカットが発生しやすく、下板側ビード止
端部がオーパーラップ傾向となり、スラグ剥離性も劣化
する。 【００１６】ＴｉＯ2＋ＳｉＯ2＋ＺｒＯ2＋ＭｇＯ＋Ａ
ｌ2Ｏ3＝１．５〜４．５重量％ 上記スラグ形成剤成分の含有量の合計については、ビー
ド形状、外観及びスラグ剥離性の点から１．５重量％以
上が必要であり、一方、４．５重量％を超えるとスラグ
生成量が過剰となりピット、ガス溝が発生しやすくな
る。 【００１７】ＣａＦ2：０．７〜３．０重量％ ＣａＦ2を０．７重量％以上含有させることにより全体
的に凝固温度が低く、粘性が小さい溶融スラグとなり、
アークの吹き付けも適度に強まり溶融金属の撹拌効果も
増すので、溶融金属からのプライマ熱分解ガスの放出が
容易になる。またＣａＦ2は凝固スラグを多孔質にし脆
くするのでスラグ除去が容易になる。ＣａＦ2が０．７
重量％未満ではウオッシュプライマ塗装鋼板の膜厚や塗
装むらに対し敏感でピットやガス溝の防止効果が十分で
はなく、スラグ剥離性改善効果も十分に発揮できない。
一方、ＣａＦ2が３．０重量％を超えると溶融スラグの
流動性が過剰となり凸状のビード形状となる。またアー
クが強くなりすぎてスパッタが多くなる。 【００１８】ＣａＦ2／（ＴｉＯ2＋ＳｉＯ2＋ＺｒＯ2＋
ＭｇＯ＋Ａｌ2Ｏ3）＝０．２５〜０．７５図２ に示すように、ＣａＦ2と他のスラグ形成成分の含
有量の合計との関係を上式により限定する。ＣａＦ2の
割合が小さく０．２５未満では十分な耐プライマ性及び
良好なスラグ剥離性が得られず、一方、ＣａＦ2の割合
が０．７５を超えると凸状のビードとなりやすい。 【００１９】ＣａＦ2／ＴｉＯ2＝０．４０〜１．５０ さらに、図１に示すようにＣａＦ2はＴｉＯ2との関係を
上式により限定する。ＣａＦ2／ＴｉＯ2が０．４０未満
ではスラグ被包むらが生じ良好なスラグ剥離性を得られ
ない。一方、ＣａＦ２／ＴｉＯ２が１．５０を超えると
ビードが凸状となり、また立板側にカットが発生しやす
くなる。 【００２０】ＭｇＯ＋ＣａＦ2≦３．５重量％ ＭｇＯとＣａＦ2の合計が３．５重量％を超えた場合に
は、溶融スラグの粘性が小さくなりすぎて立板側にカッ
トが発生しやすく、またスラグ凝固むらができスラグ剥
離性及び外観不良となる。なお、ＭｇＯ／ＣａＦ2につ
いては立板側のカットの発生防止、ビードの凸状化の防
止、スラグ剥離性改善のために０．１５〜０．６０の範
囲が好ましい。 【００２１】酸化鉄：０．１〜１．０重量％ ＦｅＯやＦｅ2Ｏ3のような酸化鉄を０．１重量％以上含
有させる。これにより水平すみ肉ビード止端部と母材と
のなじみ性が良好になる。一方、酸化鉄が１．０重量％
を超えるとスラグに凝固むらが生じ、その厚めに凝固し
た部分にピットやガス溝が発生しやすく、またスラグ剥
離性も劣化する。 【００２２】Ｎａ、Ｋの１種または２種の合計：０．０
５〜０．３０重量％ Ｎａ及びＫはアーク安定剤として作用する。これらの１
種または２種の合計が０．０５重量％未満では、アーク
が粗くなりスパッタが多くなる。一方、０．３０重量％
を超えた場合にもアーク状態が不安定になりスパッタの
多発やスラグ巻き込みが発生しやすくなる。Ｎａ、Ｋを
含有させる原料としては、これらの弗化物及び酸化物を
用いることができる。 【００２３】脱酸剤：１．５〜５．０重量％、Ｃ：０．
０１〜０．１０重量％、Ｓｉ：０．２〜１．５重量％、
Ｍｎ：１．０〜４．０重量％、Ｔｉ：０．５重量％以
下、Ａｌ：１．０重量％以下、Ｍｇ：１．０重量％以下
およびＺｒ：０．５重量％以下の１種以上からなる脱酸
剤の外皮成分を含む合計：１．５〜５．０重量％ 上記脱
酸剤は、溶接金属の脱酸不足による気孔発生防止及び機
械的性質の確保のために、外皮成分を含む合計で１．５
重量％以上含有させる。一方、脱酸剤が５．０重量％を
超えると、スラグ焼き付きによる剥離不良、ビード外観
不良、また強度が高くなりすぎて耐割れ性が劣化する。
なお、脱酸剤は溶接金属中に歩留まり合金剤として働く
以外にスラグ化し、溶融スラグの組成および生成量にも
影響し本発明の効果を損なうので、それぞれ前記の範囲
内とする。 【００２４】以上の必須成分以外に、本発明のフラック
ス入りワイヤは各種鋼種への適用拡大のためにＮｉ、Ｍ
ｏ，Ｃｒ等の合金剤、ＢｉやＳ等のスラグ剥離促進剤、
あるいは溶着量を増加して高速化を図るために効果的な
鉄粉や鉄合金の内から選択した１種以上を適宜添加でき
る。なおフラックス充填率は溶接能率及びワイヤの生産
性面から８〜２５重量％の範囲が好ましい。 【００２５】ワイヤ径は電流密度を高くし高溶着性を得
るために細径の０．９〜２．０ｍｍが好ましい。ワイヤ
断面形状は図３に示すような一般的な形状のものでよい
が、外皮部に開口部がないシームレスタイプ（ａ）がワ
イヤ送給性、直進性に優れているのでアーク及びワイヤ
先端狙い位置が安定し、コーナー部の溶け込みやビード
止端部の揃いが良好になるとともに、フラックスの吸湿
がなく耐プライマ性や耐割れ性面からも好ましい。 【００２６】シールドガスはＣＯ2ガスがコスト的にも
安価で一般的であるが、ウオッシュプライマ塗装鋼板の
場合はヒューム発生量が多くなるので作業環境面からＡ
ｒ−ＣＯ2混合ガスやＡｒガスを使用することが好まし
い。 【００２７】 【実施例】以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細
に説明する。 【００２８】軟鋼パイプ（Ｃ：０．０５重量％、Ｓｉ：
０．０２重量％、Ｍｎ：０．２５重量％、Ｐ：０．０１
２重量％、Ｓ：０．００４重量％）にフラックスを充填
後、冷間加工による伸線（伸線過程で軟化及び低水素化
のための中間焼鈍実施）を行い、表１に示す組成のフラ
ックス入りワイヤを試作した。試作ワイヤのフラックス
充填率は１５重量％、ワイヤ径は１．４ｍｍである。表
１中ワイヤ記号Ｗ１〜Ｗ８が本発明のフラックス入りワ
イヤ、Ｗ９〜Ｗ２４は比較例である。 【００２９】これらの試作ワイヤを用いて、板厚１２ｍ
ｍのプライマ塗装鋼板（ＳＭ４９０Ｂ、プライマ塗装膜
厚２５〜３０μｍ、試験体長さ２ｍ）を図４に示すよう
にＴ字すみ肉継ぎ手とし第１ビード、第２ビードの順に
片側ずつ水平すみ肉溶接試験を行った。溶接条件は３３
０Ａ−３２Ｖ−５５ｃｍ／ｍｉｎ（目標脚長６ｍｍ）、
シールドガスはＡｒ−２０％ＣＯ2混合ガス（流量２０
ｌ／ｍｉｎ）である。表２に溶接試験結果を示す。 【００３０】試験Ｎｏ．１〜８は本発明のフラックス入
りワイヤ記号Ｗ１〜８を用いた場合で、ピット、ガス溝
の発生がなく、ビード形状、スラグ剥離性とも極めて良
好であった。 【００３１】比較例中、Ｎｏ．９はワイヤ記号Ｗ９のＴ
ｉＯ2及び（ＴｉＯ2＋ＳｉＯ2＋ＺｒＯ2＋ＭｇＯ＋Ａｌ
2Ｏ3）が過剰で、ＣａＦ2／ＴｉＯ2も本発明の限定範囲
外であるために、ピット、ガス溝が多発し、スラグ剥離
性も不良となった。 【００３２】Ｎｏ．１０はワイヤ記号Ｗ１０のＴｉＯ2
及び（ＴｉＯ2＋ＳｉＯ2＋ＺｒＯ2＋ＭｇＯ＋Ａｌ
2Ｏ3）が少なすぎるために、スパッタが多く、ビード形
状、スラグ剥離性は不良となった。 【００３３】Ｎｏ．１１はワイヤ記号Ｗ１１のＳｉＯ2
が多すぎるために、ピット、ガス溝が発生した。 【００３４】Ｎｏ．１２はワイヤ記号Ｗ１２のＺｒＯ2
が多すぎるために、ピットが発生し、ビード形状、スラ
グ剥離性とも劣化した。 【００３５】Ｎｏ．１３はワイヤ記号Ｗ１３のＭｇＯ、
Ａｌ2Ｏ3が過剰で、（ＣａＦ2＋ＭｇＯ）も多すぎるた
めに、ビード形状、スラグ剥離性が不良で、立板側ビー
ド止端部には全線に渡ってカットが発生した。 【００３６】Ｎｏ．１４はワイヤ記号Ｗ１４にＳｉＯ2
がないために、ビード形状、外観が不良となった。 【００３７】Ｎｏ．１５はワイヤ記号Ｗ１５にＺｒ
Ｏ2、Ａｌ2Ｏ3がないために、ビード形状及びスラグ剥
離性が不良となった。 【００３８】Ｎｏ．１６はワイヤ記号Ｗ１６のＣａＦ2
が過剰で、スラグ形成剤中のＣａＦ2の割合、ＣａＦ2／
ＴｉＯ2及び（ＣａＦ2＋ＭｇＯ）ともに多すぎるため
に、スパッタ多発、立板側カット発生、スラグ剥離性不
良、ビード形状も凸状となつた。 【００３９】Ｎｏ．１７はワイヤ記号Ｗ１７のＣａＦ2
が不足し、スラグ形成剤中のＣａＦ2の割合及びＣａＦ2
／ＴｉＯ2がともに少なすぎるために、ピットが多発
し、ビ−ド形状、スラグ剥離性が不良となった。 【００４０】Ｎｏ．１８はワイヤ記号Ｗ１８のＡｌ2Ｏ3
及び酸化鉄がないために、ビード形状が不良となった。 【００４１】Ｎｏ．１９はワイヤ記号Ｗ１９の酸化鉄が
多すぎるために、ピット、ガス溝が発生し、スラグ剥離
性も不良となった。 【００４２】Ｎｏ．２０はワイヤ記号Ｗ２０の（Ｎａ＋
Ｋ）が少なすぎるために、アークが不安定になりスパッ
タが多発し、ビード形状、スラグ剥離性、耐プライマ性
が不良となった。 【００４３】Ｎｏ．２１はワイヤ記号Ｗ２１の（Ｎａ＋
Ｋ）が多すぎるために、安定した溶接ができずスパッタ
多発の他、ビード形状、耐プライマ性が不良となった。
Ｎｏ．２２はワイヤ記号Ｗ２２の脱酸剤が少なすぎる
ために、脱酸不足によるピットが発生した。 【００４４】Ｎｏ．２３はワイヤ記号Ｗ２３の脱酸剤が
多すぎるために、スラグ焼き付きによりスラグ剥離性が
不良となった。 【００４５】Ｎｏ．２４はワイヤ記号Ｗ２４のポテンシ
ャル水素量が多すぎるために、ピット、ガス溝が発生し
た。 【００４６】 【表１−１】 【００４７】 【表１−２】【００４８】 【表２】【００４９】 【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によれば、プラ
イマ塗装鋼板のすみ肉溶接において溶接速度を高速化し
た場合に問題となる耐プライマ性を大幅に改善し、かつ
スラグ剥離性、ビード形状も良好な溶接部が得られ、溶
接の高能率化に貢献できる。
構造物の建造において、特にプライマ塗装鋼板のすみ肉
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（以下、フラックス入りワイヤという。）に関
する。 【０００２】 【従来の技術】造船や橋梁等の分野では、全溶接長に占
めるすみ肉溶接の比率が高く、これの高能率化の要求が
強い。しかしながら、鋼材の多くは発錆を防止するため
に無機ジンクプライマやウオッシュプライマが塗装され
ており、その鋼材を溶接した場合、主に溶接アーク熱に
より発生したプライマ熱分解ガスに起因したピツトやガ
ス溝が発生しやすく、手直しによる工数増加や溶接速度
制限等による能率低下が問題となる。 【０００３】これに対し、従来より各種の耐プライマ性
すみ肉溶接用フラックス入りワイヤが提案されている。
例えば特開平３−２９４０９２号公報に代表される提案
は、ワイヤのポテンシャル水素量を低くし溶融金属中へ
の水素の浸入を抑え、かつスラグ生成量を少なくして溶
融金属からのガスの放出を容易にすることにより耐プラ
イマ性を向上させた低水素低スラグ系のフラックス入り
ワイヤである。この種のフラックス入りワイヤは無機ジ
ンクプライマ塗装鋼板のすみ肉溶接に一般的に使用され
ているが、スラグ生成量が少ないために止端部と母材と
のなじみ性に欠けた凸状のビード形状となりやすく、ス
ラグは薄くて除去しにくいという欠点がある。またウオ
ッシュプライマ塗装鋼板のすみ肉溶接に使用した場合に
はピットが発生しやすく高速度化ができない。 【０００４】なおウオッシュプライマ塗装鋼板を対象と
したフラックス入りワイヤとしては、特開昭６４−５６
９９号公報、特開平２−４２５９５号公報等による提案
がある。いずれもフラックス中に水素源化台物を含有さ
せ溶融金属中に過飽和となる水素量を供給し、溶融金属
からのガスの浮上を速めることによってピットやガス溝
の発生を防止するという高水素系フラックス入りワイヤ
である。しかし、高水素系フラックス入りワイヤには、
そのガス放出機構からして溶接速度を遅くしなければな
らず、また耐割れ性の点から適用鋼種や板厚が制約され
る他、アーク安定性が悪くスパッタ発生量が多くなると
いう欠点がある。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】本発明は、プライマ塗
布鋼板、特にウオッシュプライマ塗装鋼板のすみ肉溶接
に使用した場合でも高速度で溶接が可能で、ピットやガ
ス溝が発生しにくく、良好なビード形状及びスラグ剥離
性（スラグ除去性）が得られる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課題とする。 【０００６】 【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、鋼製外
皮内に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
ャル水素が９０ｐｐｍ以下で、かつワイヤ全重量に対し
フラックスは下記成分を必須として含有し、残部は合金
剤、スラグ剥離促進剤、および溶着量を増加させる鉄粉
ならびに鉄合金の１種または２種、の内から選択された
１種以上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。 ＴｉＯ2：０．８〜３．５重量％ ＳｉＯ2：０．２〜１．０重量％ ＺｒＯ2：０．１〜１．０重量％ ＭｇＯ：０．１〜１．０重量％ Ａｌ2Ｏ3：０．１〜０．５重量％ ＴｉＯ2＋ＳｉＯ2＋ＺｒＯ2＋ＭｇＯ＋Ａｌ2Ｏ3＝１．
５〜４．５重量％ ＣａＦ2：０．７〜３．０重量％ ＣａＦ2／（ＴｉＯ2＋ＳｉＯ2＋ＺｒＯ2＋ＭｇＯ＋Ａｌ
2Ｏ3） ＝０．２５〜０．７５ ＣａＦ2／ＴｉＯ2＝０．４０〜１．５０ ＭｇＯ＋ＣａＦ2≦３．５重量％ 酸化鉄：０．１〜１．０重量％ Ｎａ，Ｋの１種または２種の合計：０．０５〜０．３０
重量％ Ｃ：０．０１〜０．１０重量％、Ｓｉ：０．２〜１．５
重量％、Ｍｎ：１．０〜４．０重量％、Ｔｉ：０．５重
量％以下、Ａｌ：１．０重量％以下、Ｍｇ：１．０重量
％以下よびＺｒ：０．５重量％以下の１種以上からなる
脱酸剤の外皮成分を含む合計：１．５〜５．０重量％ 【０００７】 【発明の実施の形態】無機ジンクプライマ塗装鋼板に比
ベ熱分解ガスの発生量が格段に多いウオッシュプライマ
塗装鋼板の水平すみ肉溶接において、ピットやガス溝の
発生を防止するためには、スラグ生成量を極端に少なく
することが有効である。しかし、従来のフラックス入り
ワイヤに一般的なＴｉＯ2主体のスラグ組成系のままで
極低スラグ化した場合、凝固スラグが全体的に薄くなり
すぎてスラグ除去が困難となる。これにスラグ剥離促進
剤として知られているＢｉやＳを増量したとしてもスラ
グがビード上で部分的に凝集してしまい、さらにスラグ
は除去しにくくなる。またスラグ量が少ないのでビード
形状が凸状になる。 【０００８】そこでスラグ剥離性の面からある程度のス
ラグ生成量があり、かつプライマ性も向上できるフラッ
クス入りワイヤ成分としてＣａＦ2に着目し、ＴｉＯ2と
ともにスラグ形成剤として相当量含有させることを検討
した。これにより図１に示すように、スラグ生成量は増
加し、しかも凝固スラグは多孔質となり脆いので除去し
やすくなることがわかった。しかし、十分な耐プライマ
性が得られるまでＣａＦ2の含有量を増加させた場合、
下板側止端部がオーバーラップした凸状のビード形状と
なり、また立板側にはカットが発生しやすくなる。この
ビード形状改善のために図２に示すように、ＳｉＯ2、
ＺｒＯ2，ＭｇＯ，Ａｌ2Ｏ3を含有させて、溶融スラグ
の凝固温度、粘性の調整を行った。さらに酸化鉄、アー
ク安定剤、脱酸剤についても検討し本発明を完成させた
ものである。 【０００９】以下に本発明のフラックス入りワイヤの成
分限定理由を述べる。 【００１０】 ワイヤのポテンシャル水素量：９０ｐｐｍ以下 ワイヤ中の水素はフラックス以外にも鋼製外皮、外皮の
内外表面の付着物にも含有されており、プライマの熱分
解ガス中の水素とともに溶接中アーク雰囲気中の水素分
圧を上げて溶接金属中に浸入し、ピット、ガス溝の発生
原因となる。この水素に起因するピット、ガス溝の発生
を抑制するためには、ワイヤのポテンシャル水素量を９
０ｐｐｍ以下に抑える必要がある。なお、ワイヤのポテ
ンシャル水素量の測定は不活性ガス溶解溶融法による。 【００１１】ＴｉＯ2：０．８〜３．５重量％ ＴｉＯ2はビード全体を均一に被包しビード形状、外観
を整える溶融スラグを形成し、またアークを持続して安
定させる成分である。ＴｉＯ2が０．８重量％未満では
スパッタが多発する他、溶融スラグの粘性が不足し凸状
のビードとなる。またスラグ被包むらが生じスラグが剥
離しにくく外観も不良となる。一方、ＴｉＯ2が３．５
重量％を超えると溶融スラグの粘性が大きくなり、ガス
の放出が阻害されてピット、ガス溝が発生しやすくな
る。 【００１２】ＳｉＯ2：０．２〜１．０重量％ ＳｉＯ2も溶融スラグの凝固温度、粘性および流動性を
調整するために含有させる。ＳｉＯ2が０．２重量％未
満では凸状のビードとなり、またビード表面の滑らかさ
がなくなる。一方、ＳｉＯ2が１．０重量％を超えると
溶融スラグの粘性が大きくなりピット、ガス溝が発生し
やすくなる。 【００１３】ＺｒＯ2：０．１〜１．０重量％ ＺｒＯ2が０．１重量％未満では立板側ビード止端部付
近のスラグ被包が著しく薄くなりスラグ剥離性が劣化す
る。一方、ＺｒＯ2が１．０重量％を超えると溶融スラ
グの凝固が速まりピット、ガス溝が発生しやすくなると
ともにビード形状は全体的に丸みをおびた凸状となる。
また凝固スラグは緻密で堅く除去しにくくなる。 【００１４】ＭｇＯ：０．１〜１．０重量％ ＭｇＯを含有させることにより立板側ビード止端部近傍
の溶融金属の被包性がよくなりスラグ剥離性改善効果と
ともに、溶融金属の垂れ落ちを抑止できるので立板側に
カットがない等脚長性のビード形状が得られる。ＭｇＯ
が０．１重量％未満ではこれら効果が小さく、一方、
１．０重量％を超えると溶融スラグの流動性が過剰とな
り凸状のビードとなる。 【００１５】Ａｌ2Ｏ3：０．１〜０．５重量％ ＡＩ2Ｏ3が０．１重量％未満ではビード表面のなめらか
さがない凸状のビードとなり、一方、０．５重量％を超
えると立板側にカットが発生しやすく、下板側ビード止
端部がオーパーラップ傾向となり、スラグ剥離性も劣化
する。 【００１６】ＴｉＯ2＋ＳｉＯ2＋ＺｒＯ2＋ＭｇＯ＋Ａ
ｌ2Ｏ3＝１．５〜４．５重量％ 上記スラグ形成剤成分の含有量の合計については、ビー
ド形状、外観及びスラグ剥離性の点から１．５重量％以
上が必要であり、一方、４．５重量％を超えるとスラグ
生成量が過剰となりピット、ガス溝が発生しやすくな
る。 【００１７】ＣａＦ2：０．７〜３．０重量％ ＣａＦ2を０．７重量％以上含有させることにより全体
的に凝固温度が低く、粘性が小さい溶融スラグとなり、
アークの吹き付けも適度に強まり溶融金属の撹拌効果も
増すので、溶融金属からのプライマ熱分解ガスの放出が
容易になる。またＣａＦ2は凝固スラグを多孔質にし脆
くするのでスラグ除去が容易になる。ＣａＦ2が０．７
重量％未満ではウオッシュプライマ塗装鋼板の膜厚や塗
装むらに対し敏感でピットやガス溝の防止効果が十分で
はなく、スラグ剥離性改善効果も十分に発揮できない。
一方、ＣａＦ2が３．０重量％を超えると溶融スラグの
流動性が過剰となり凸状のビード形状となる。またアー
クが強くなりすぎてスパッタが多くなる。 【００１８】ＣａＦ2／（ＴｉＯ2＋ＳｉＯ2＋ＺｒＯ2＋
ＭｇＯ＋Ａｌ2Ｏ3）＝０．２５〜０．７５図２ に示すように、ＣａＦ2と他のスラグ形成成分の含
有量の合計との関係を上式により限定する。ＣａＦ2の
割合が小さく０．２５未満では十分な耐プライマ性及び
良好なスラグ剥離性が得られず、一方、ＣａＦ2の割合
が０．７５を超えると凸状のビードとなりやすい。 【００１９】ＣａＦ2／ＴｉＯ2＝０．４０〜１．５０ さらに、図１に示すようにＣａＦ2はＴｉＯ2との関係を
上式により限定する。ＣａＦ2／ＴｉＯ2が０．４０未満
ではスラグ被包むらが生じ良好なスラグ剥離性を得られ
ない。一方、ＣａＦ２／ＴｉＯ２が１．５０を超えると
ビードが凸状となり、また立板側にカットが発生しやす
くなる。 【００２０】ＭｇＯ＋ＣａＦ2≦３．５重量％ ＭｇＯとＣａＦ2の合計が３．５重量％を超えた場合に
は、溶融スラグの粘性が小さくなりすぎて立板側にカッ
トが発生しやすく、またスラグ凝固むらができスラグ剥
離性及び外観不良となる。なお、ＭｇＯ／ＣａＦ2につ
いては立板側のカットの発生防止、ビードの凸状化の防
止、スラグ剥離性改善のために０．１５〜０．６０の範
囲が好ましい。 【００２１】酸化鉄：０．１〜１．０重量％ ＦｅＯやＦｅ2Ｏ3のような酸化鉄を０．１重量％以上含
有させる。これにより水平すみ肉ビード止端部と母材と
のなじみ性が良好になる。一方、酸化鉄が１．０重量％
を超えるとスラグに凝固むらが生じ、その厚めに凝固し
た部分にピットやガス溝が発生しやすく、またスラグ剥
離性も劣化する。 【００２２】Ｎａ、Ｋの１種または２種の合計：０．０
５〜０．３０重量％ Ｎａ及びＫはアーク安定剤として作用する。これらの１
種または２種の合計が０．０５重量％未満では、アーク
が粗くなりスパッタが多くなる。一方、０．３０重量％
を超えた場合にもアーク状態が不安定になりスパッタの
多発やスラグ巻き込みが発生しやすくなる。Ｎａ、Ｋを
含有させる原料としては、これらの弗化物及び酸化物を
用いることができる。 【００２３】脱酸剤：１．５〜５．０重量％、Ｃ：０．
０１〜０．１０重量％、Ｓｉ：０．２〜１．５重量％、
Ｍｎ：１．０〜４．０重量％、Ｔｉ：０．５重量％以
下、Ａｌ：１．０重量％以下、Ｍｇ：１．０重量％以下
およびＺｒ：０．５重量％以下の１種以上からなる脱酸
剤の外皮成分を含む合計：１．５〜５．０重量％ 上記脱
酸剤は、溶接金属の脱酸不足による気孔発生防止及び機
械的性質の確保のために、外皮成分を含む合計で１．５
重量％以上含有させる。一方、脱酸剤が５．０重量％を
超えると、スラグ焼き付きによる剥離不良、ビード外観
不良、また強度が高くなりすぎて耐割れ性が劣化する。
なお、脱酸剤は溶接金属中に歩留まり合金剤として働く
以外にスラグ化し、溶融スラグの組成および生成量にも
影響し本発明の効果を損なうので、それぞれ前記の範囲
内とする。 【００２４】以上の必須成分以外に、本発明のフラック
ス入りワイヤは各種鋼種への適用拡大のためにＮｉ、Ｍ
ｏ，Ｃｒ等の合金剤、ＢｉやＳ等のスラグ剥離促進剤、
あるいは溶着量を増加して高速化を図るために効果的な
鉄粉や鉄合金の内から選択した１種以上を適宜添加でき
る。なおフラックス充填率は溶接能率及びワイヤの生産
性面から８〜２５重量％の範囲が好ましい。 【００２５】ワイヤ径は電流密度を高くし高溶着性を得
るために細径の０．９〜２．０ｍｍが好ましい。ワイヤ
断面形状は図３に示すような一般的な形状のものでよい
が、外皮部に開口部がないシームレスタイプ（ａ）がワ
イヤ送給性、直進性に優れているのでアーク及びワイヤ
先端狙い位置が安定し、コーナー部の溶け込みやビード
止端部の揃いが良好になるとともに、フラックスの吸湿
がなく耐プライマ性や耐割れ性面からも好ましい。 【００２６】シールドガスはＣＯ2ガスがコスト的にも
安価で一般的であるが、ウオッシュプライマ塗装鋼板の
場合はヒューム発生量が多くなるので作業環境面からＡ
ｒ−ＣＯ2混合ガスやＡｒガスを使用することが好まし
い。 【００２７】 【実施例】以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細
に説明する。 【００２８】軟鋼パイプ（Ｃ：０．０５重量％、Ｓｉ：
０．０２重量％、Ｍｎ：０．２５重量％、Ｐ：０．０１
２重量％、Ｓ：０．００４重量％）にフラックスを充填
後、冷間加工による伸線（伸線過程で軟化及び低水素化
のための中間焼鈍実施）を行い、表１に示す組成のフラ
ックス入りワイヤを試作した。試作ワイヤのフラックス
充填率は１５重量％、ワイヤ径は１．４ｍｍである。表
１中ワイヤ記号Ｗ１〜Ｗ８が本発明のフラックス入りワ
イヤ、Ｗ９〜Ｗ２４は比較例である。 【００２９】これらの試作ワイヤを用いて、板厚１２ｍ
ｍのプライマ塗装鋼板（ＳＭ４９０Ｂ、プライマ塗装膜
厚２５〜３０μｍ、試験体長さ２ｍ）を図４に示すよう
にＴ字すみ肉継ぎ手とし第１ビード、第２ビードの順に
片側ずつ水平すみ肉溶接試験を行った。溶接条件は３３
０Ａ−３２Ｖ−５５ｃｍ／ｍｉｎ（目標脚長６ｍｍ）、
シールドガスはＡｒ−２０％ＣＯ2混合ガス（流量２０
ｌ／ｍｉｎ）である。表２に溶接試験結果を示す。 【００３０】試験Ｎｏ．１〜８は本発明のフラックス入
りワイヤ記号Ｗ１〜８を用いた場合で、ピット、ガス溝
の発生がなく、ビード形状、スラグ剥離性とも極めて良
好であった。 【００３１】比較例中、Ｎｏ．９はワイヤ記号Ｗ９のＴ
ｉＯ2及び（ＴｉＯ2＋ＳｉＯ2＋ＺｒＯ2＋ＭｇＯ＋Ａｌ
2Ｏ3）が過剰で、ＣａＦ2／ＴｉＯ2も本発明の限定範囲
外であるために、ピット、ガス溝が多発し、スラグ剥離
性も不良となった。 【００３２】Ｎｏ．１０はワイヤ記号Ｗ１０のＴｉＯ2
及び（ＴｉＯ2＋ＳｉＯ2＋ＺｒＯ2＋ＭｇＯ＋Ａｌ
2Ｏ3）が少なすぎるために、スパッタが多く、ビード形
状、スラグ剥離性は不良となった。 【００３３】Ｎｏ．１１はワイヤ記号Ｗ１１のＳｉＯ2
が多すぎるために、ピット、ガス溝が発生した。 【００３４】Ｎｏ．１２はワイヤ記号Ｗ１２のＺｒＯ2
が多すぎるために、ピットが発生し、ビード形状、スラ
グ剥離性とも劣化した。 【００３５】Ｎｏ．１３はワイヤ記号Ｗ１３のＭｇＯ、
Ａｌ2Ｏ3が過剰で、（ＣａＦ2＋ＭｇＯ）も多すぎるた
めに、ビード形状、スラグ剥離性が不良で、立板側ビー
ド止端部には全線に渡ってカットが発生した。 【００３６】Ｎｏ．１４はワイヤ記号Ｗ１４にＳｉＯ2
がないために、ビード形状、外観が不良となった。 【００３７】Ｎｏ．１５はワイヤ記号Ｗ１５にＺｒ
Ｏ2、Ａｌ2Ｏ3がないために、ビード形状及びスラグ剥
離性が不良となった。 【００３８】Ｎｏ．１６はワイヤ記号Ｗ１６のＣａＦ2
が過剰で、スラグ形成剤中のＣａＦ2の割合、ＣａＦ2／
ＴｉＯ2及び（ＣａＦ2＋ＭｇＯ）ともに多すぎるため
に、スパッタ多発、立板側カット発生、スラグ剥離性不
良、ビード形状も凸状となつた。 【００３９】Ｎｏ．１７はワイヤ記号Ｗ１７のＣａＦ2
が不足し、スラグ形成剤中のＣａＦ2の割合及びＣａＦ2
／ＴｉＯ2がともに少なすぎるために、ピットが多発
し、ビ−ド形状、スラグ剥離性が不良となった。 【００４０】Ｎｏ．１８はワイヤ記号Ｗ１８のＡｌ2Ｏ3
及び酸化鉄がないために、ビード形状が不良となった。 【００４１】Ｎｏ．１９はワイヤ記号Ｗ１９の酸化鉄が
多すぎるために、ピット、ガス溝が発生し、スラグ剥離
性も不良となった。 【００４２】Ｎｏ．２０はワイヤ記号Ｗ２０の（Ｎａ＋
Ｋ）が少なすぎるために、アークが不安定になりスパッ
タが多発し、ビード形状、スラグ剥離性、耐プライマ性
が不良となった。 【００４３】Ｎｏ．２１はワイヤ記号Ｗ２１の（Ｎａ＋
Ｋ）が多すぎるために、安定した溶接ができずスパッタ
多発の他、ビード形状、耐プライマ性が不良となった。
Ｎｏ．２２はワイヤ記号Ｗ２２の脱酸剤が少なすぎる
ために、脱酸不足によるピットが発生した。 【００４４】Ｎｏ．２３はワイヤ記号Ｗ２３の脱酸剤が
多すぎるために、スラグ焼き付きによりスラグ剥離性が
不良となった。 【００４５】Ｎｏ．２４はワイヤ記号Ｗ２４のポテンシ
ャル水素量が多すぎるために、ピット、ガス溝が発生し
た。 【００４６】 【表１−１】 【００４７】 【表１−２】【００４８】 【表２】【００４９】 【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によれば、プラ
イマ塗装鋼板のすみ肉溶接において溶接速度を高速化し
た場合に問題となる耐プライマ性を大幅に改善し、かつ
スラグ剥離性、ビード形状も良好な溶接部が得られ、溶
接の高能率化に貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明におけるＣａＦ2量とＴｉＯ2量との関係
を示す図である。 【図２】本発明におけるＣａＦ2量と（ＴｉＯ2＋ＳｉＯ
2 ＋ＺｒＯ2＋ＭｇＯ＋Ａｌ2Ｏ3）の合計量との関係を
示す図である。 【図３】フラックス入りワイヤの断面形状を示す図であ
る。 【図４】実施例における試験体の形状を示す図である。 【符号の説明】 １ 鋼製外皮 ２ フラックス ３ 立板 ４ 下板 ５ プライマ
を示す図である。 【図２】本発明におけるＣａＦ2量と（ＴｉＯ2＋ＳｉＯ
2 ＋ＺｒＯ2＋ＭｇＯ＋Ａｌ2Ｏ3）の合計量との関係を
示す図である。 【図３】フラックス入りワイヤの断面形状を示す図であ
る。 【図４】実施例における試験体の形状を示す図である。 【符号の説明】 １ 鋼製外皮 ２ フラックス ３ 立板 ４ 下板 ５ プライマ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平７−314181（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−1378（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−294092（ＪＰ，Ａ)
特開 昭57−7396（ＪＰ，Ａ)
特開 昭59−4996（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
B23K 35/36 - 35/368
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 鋼製外皮内に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が９０ｐｐｍ以下で、か
つワイヤ全重量に対しフラックスは下記成分を必須とし
て含有し、残部は合金剤、スラグ剥離促進剤、および溶
着量を増加させる鉄粉ならびに鉄合金の１種または２
種、の内から選択された１種以上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。 ＴｉＯ2：０．８〜３．５重量％ ＳｉＯ2：０．２〜１．０重量％ ＺｒＯ2：０．１〜１．０重量％ ＭｇＯ：０．１〜１．０重量％ Ａｌ2Ｏ3：０．１〜０．５重量％ ＴｉＯ2＋ＳｉＯ2＋ＺｒＯ2＋ＭｇＯ＋Ａｌ2Ｏ3＝１．
５〜４．５重量％ ＣａＦ2：０．７〜３．０重量％ ＣａＦ2／（ＴｉＯ2＋ＳｉＯ2＋ＺｒＯ2＋ＭｇＯ＋Ａｌ
2Ｏ3） ＝０．２５〜０．７５ ＣａＦ2／ＴｉＯ2＝０．４０〜１．５０ ＭｇＯ＋ＣａＦ2≦３．５重量％ 酸化鉄：０．１〜１．０重量％ Ｎａ，Ｋの１種または２種の合計：０．０５〜０．３０
重量％ Ｃ：０．０１〜０．１０重量％、Ｓｉ：０．２〜１．５
重量％、Ｍｎ：１．０〜４．０重量％、Ｔｉ：０．５重
量％以下、Ａｌ：１．０重量％以下、Ｍｇ：１．０重量
％以下およびＺｒ：０．５重量％以下の１種以上からな
る脱酸剤の外皮成分を含む合計：１．５〜５．０重量％
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