JP3730477B2 - ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建築、橋梁、造船等における各種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し、アーク状態が極めて良好でスパッタの少ない等多くの溶接作業性の優れた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。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ガスシールドアーク溶接用ワイヤにはソリッドワイヤ及びフラックス入りワイヤがある。
【０００３】
アーク溶接用ソリッドワイヤは使用目的に応じて成分調整がなされた各種のワイヤが開発され、ＪＩＳ Ｚ３３１２、他にも規格化されて一般的に使用されている。また、アーク溶接用フラックス入りワイヤはスラグ系と総称されているスラグ成分を主に充填したワイヤとメタル系と総称されている主に金属成分を充填したワイヤが多数開発されており、ＪＩＳ Ｚ３３１３、他にも規格化されている。
【０００４】
しかしながら、ソリッドワイヤは、さらなる溶接作業性を改善するために微量のアーク安定剤を必要とする場合にアーク安定剤を含有させることができない。
【０００５】
また、フラックス入りワイヤにおいては、充填フラックスの改良で溶接作業性がよく、溶接性の良好なワイヤが多数実用化されている。これらはフラックス充填率が１０％〜２０％のワイヤがほとんどで、充填率５％の技術開示が散見されるが、そのフラックス成分系では溶接スラグ量の過多、ヒューム発生量の過多などの問題があり、このような低充填率ワイヤは実用に供給されていないのが実状である。フラックス入りワイヤにおいて、ソリッドワイヤに近い溶接作業性を持たせた金属粉を主成分とするメタル系フラックス入りワイヤは、アークの安定性、生産性に問題があるのが実状である。
【０００６】
以上に述べたように、これらのワイヤには一長一短がありソリッドワイヤ及びフラックス入りワイヤ双方の長所を取り入れたガスシールドアーク溶接用の細径ワイヤが望まれている。
【０００７】
フラックス入りワイヤにおいてフラックス充填率が低い、例えばワイヤ断面積率で５〜２５％が開示されている特公昭５１−１６９５号公報がある。この発明のフラックスのワイヤ断面積率は５％と低い例が開示されているが、充填フラックスはアーク安定剤としてグラファイトを必須成分とするＴｉ、Ａｌ、Ｍｇ等からなるものでその配合比２〜１０％、さらに脱酸剤を２０〜９０％含むものであって、且つ実質的に金属酸化物を含まないフラックスを充填するワイヤである。しかし、グラファイトを含むアーク安定剤は、そのグラファイトとワイヤ中の酸素又はワイヤ表面の付着酸素とのＣＯ反応によるアーク不安定化の要因を含み、アークが粗くなり溶接作業性を劣化してスパッタ発生量を増加させる。また、溶接金属中へＣ量の歩留りが過大となり溶接金属性能の調整が容易でない。
【０００８】
また、特開平６−２１８５７７号公報ではフラックス充填率が５〜３０％、Ｍｎ及びＳの含有量及びＭｎ／Ｓの比の含有量を限定した鉄粉を４０〜６０％、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｔｉの鉄合金粉からなる脱酸剤を４０〜６０％含むフラックスを充填したフラックス入りワイヤが開示されている。これはメタル系フラックス入りワイヤに属するワイヤであって、充填率５％、１０％の充填率ワイヤにおいて、この金属粉の充填フラックスでは十分に安定したアークが得られずフラックス入りワイヤとしての優れた溶接作業性と良好な溶接結果は得られない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
フラックス入りワイヤにおいて、ソリッドワイヤの高溶着性、低スラグ発生量と、フラックス入りワイヤの安定した溶接作業性等の諸性能とを備えた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にある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、Ｓｉ、Ｍｎからなる脱酸剤にＮａ２Ｏ及びＴｉＯ２を含む合成物又はＮａ２Ｏ、ＳｉＯ２及びＴｉＯ２を含む合成物を含むアーク安定剤を含有させることにより、溶接時の溶滴の離脱を促進して溶滴の細粒化及び移行回数を増加させてアーク安定化を解決し、フラックス入りワイヤの欠点である溶着効率が低い、溶け込みが浅い、またスラグ発生量が多い等の問題に対してフラックス充填率を３〜７．５％と低くすることで解決し、全く新しいアーク溶接用フラックス入りワイヤとして極めて有効な手段であるとの知見を得て本発明を完成させたものである。
【００１１】
本発明は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、詳しくは鋼製外皮にフラックスを充填したワイヤであり、ワイヤ全質量でＳｉ：０．３〜１．８％（全ワイヤ質量％、以下同じ）、Ｍｎ：０．８〜４．０％及びアーク安定剤としてＮａ２Ｏ及びＴｉＯ２を含む合成物、又はＮａ２Ｏ，ＳｉＯ２及びＴｉＯ２を含む合成物：０．１５〜２．０％を含み、フラックス充填率が３〜７．５質量％である。
【００１２】
アーク安定剤として充填フラックス中にＮａ2Ｏ及びＴｉＯ2を含む合成物、又はＮａ2Ｏ、ＳｉＯ2及びＴｉＯ2を含む合成物に加えてさらにＮａ2Ｏ源をＮａ2Ｏ換算値で０．３％以下含み、及び／又は、ＴｉＯ2源をＴｉＯ2換算値で１．５％以下を含むガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤである。
【００１３】
さらに、充填フラックスに鉄粉を含むガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤである。
【００１４】
また、鋼製外皮に継ぎ目のないこと、又は継ぎ目を有する前記したガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤである。
【００１５】
以上の鋼製外皮表面は銅めっきを有すること、又はめっきが施されていない前記したガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に本発明のフラックス入りワイヤの成分等限定理由を述べる。
【００１７】
Ｓｉ：０．３〜１．８％について、Ｓｉは脱酸剤として使用し、溶接金属中の酸素量を低減させる効果がある。しかし、ワイヤ全質量で０．３％未満では脱酸力が不充分となり溶接金属にブローホールが発生し、また１．８％を超えると溶滴が大きくなりスパッタ低減効果がなくなり、さらに溶接金属中へのＳｉ量が過剰になり、結晶粒が粗大化して靭性が劣化する。Ｓｉの添加は鋼製外皮又は充填フラックスのいずれか一方、又は両方からでもその効果は変わらない。
【００１８】
Ｍｎ：０．８〜４．０％について、Ｍｎは溶接金属の脱酸を促進するとともに、溶融金属の流動性を高め、溶接ビード形状を改善する。また、溶接金属中に歩留まることにより、溶接金属の機械的性質を調整し、引張強度を高める効果がある。これらの効果を得るためには０．８％以上の添加が必要である。しかし、４．０％を超えると溶滴が大きくなりスパッタ低減効果が無くなり、また、溶接金属中のＭｎ量が過大となり、溶接金属の強度が過大となって、割れが発生し易くなる。Ｍｎの添加は鋼製外皮又は充填フラックスのいずれか一方、又は両方からでもその効果は変わらない。
【００１９】
充填フラックス中へのＳｉ及びＭｎは、金属Ｓｉ、金属Ｍｎ又はＦｅ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｎ、Ｆｅ−Ｍｎ等鉄合金の状態で添加でき、Ｓｉ、Ｍｎのそれぞれの換算値が充填フラックス中の含有量である。
【００２０】
全ワイヤ質量％におけるＳｉ及びＭｎの添加量は上記の如くであるが、Ｓｉ及びＭｎの添加は、外皮又は充填フラックスのいずれか一方からでも、両方からでも、その効果は変わらず、溶接時の脱酸力や溶接金属への歩留りも大差ない。しかし、Ｓｉ、Ｍｎのいずれも外皮から多く添加した場合、その量に比例して外皮の電気比抵抗が高くなり、溶接時のワイヤ送給速度は、充填フラックスから添加した場合に比較して大きくなる。Ｓｉ及びＭｎを鋼製外皮に含有させる場合は、以下の如く制限することが好ましい。
【００２１】
即ち、Ｓｉは、１．２％以下が好ましい。その理由は外皮中に添加するＳｉ量が外皮重量に対して１．２％を超えると、硬さが高くまた加工硬化し易くなり加工性が劣化し、成形が困難になるとともに伸線加工時に断線が発生し易いなど歩留りが低下する。従って、生産性確保のため外皮中のＳｉ量は１．２％以下が望ましい。
【００２２】
Ｍｎは、２．５％以下が好ましい。その理由は外皮中に添加するＭｎ量が外皮重量に対して２．５％を超えると、硬さが高くまた加工硬化し易くなり加工性が劣化し、成形は困難になるとともに伸線時に断線が発生し易いなど歩留りが低下する。従って生産性確保のため外皮中のＭｎ量は２．５％以下が望ましい。
【００２３】
Ｓｉ及びＭｎを併せて含む場合は３％以下が好ましい。それは外皮中に添加するＳｉとＭｎの合計量が外皮重量に対して３．０％を超えると、硬さが高くまた加工硬化し易くなり加工性が劣化し、成形は困難になるとともに伸線時に断線が発生し易いなど歩留りが顕著に低下する。従って生産性確保のために外皮中のＳｉとＭｎの合計量は３．０％以下が望ましい。
【００２４】
Ｎａ2Ｏ及びＴｉＯ2を含む合成物又はＮａ2Ｏ、ＳｉＯ2及びＴｉＯ2を含む合成物：０．１５％〜２．０％について、０．１５％未満ではソリッドワイヤでの溶接と同様に溶滴が大きくなるとともに大きさのばらつきも大きくなり、アーク状態が不安定となり、スパッタ発生量が増加してソリッドワイヤ以上の改善はできない。一方、２．０％を超えるとアーク長が必要以上に長くなり、その結果スパッタ発生量が増加し、またヒュームの発生量も増加する。よって、０．１５〜２．０％においては溶接中のアーク状態が非常に良好で溶滴が小さく、スパッタ発生量が極めて少ない。Ｎａ2Ｏ及びＴｉＯ2を含む合成物の原料として、ＳｉＯ2を含む三成分系の合成物、Ｎａ2ＯとＴｉＯ2の割合が種々変化した合成物であっても同様な効果が得られ、本発明技術思想に含まれる。Ｎａ2Ｏ及びＴｉＯ2を含む合成物の代表例はチタン酸ソーダ（ｍＮａ2Ｏ・ｎＴｉＯ2）であり、例えば、水酸化ナトリウムとルチールを所望の割合で配合して高温処理することなどで得られる合成物であって、Ｎａ2Ｏが１０〜５０％でＴｉＯ2が５０〜９０％の範囲内の割合での合成物とすることが好ましい。また、ＳｉＯ2を含む場合は、ＳｉＯ2を３０％以下とすることが好ましい。例えば、１３Ｎａ2Ｏ−８０ＴｉＯ2、２０Ｎａ2Ｏ−７３ＴｉＯ2、４２Ｎａ2Ｏ−５３ＴｉＯ2、Ｎａ2Ｏ−ＴｉＯ2、Ｎａ2Ｏ−３ＴｉＯ2、Ｎａ2Ｏ−６ＴｉＯ2、或は１３Ｎａ2Ｏ−２５ＳｉＯ2−５８ＴｉＯ2を主要成分とする合成物等が挙げられるが、これらに限定されるものではなく、Ｎａ2ＯとＴｉＯ2との比は任意に調整することができる。また、１３Ｎａ2Ｏ−２５ＳｉＯ2−５８ＴｉＯ2（チタン酸珪酸ソーダ）のようにＳｉＯ2を含有する合成物はチタン酸ソーダに比較してスラグの流動性が増してビード表面を均一に覆ってビード形成を良好にする。
【００２５】
アーク安定剤中にＮａ2Ｏ換算値：０．３％以下の添加について、このＮａ2Ｏは、Ｎａ2Ｏ及びＴｉＯ2、又はＮａ2Ｏ、ＳｉＯ2及びＴｉＯ2を含む合成物以外の添加物であり、溶接中のアーク長変動を少なくし、溶滴移行回数の増加、即ち溶滴の細粒化を促進させる効果を有する。しかしながら、０．３％を超えると溶滴移行回数は減少し、アーク長のみが長くなる傾向があり、その結果スパッタ発生量が増加する。Ｎａ2Ｏ源としては、炭酸ソーダ、ソーダガラス等がある。
【００２６】
ＴｉＯ2：１．５％以下の添加について、このＴｉＯ2は、Ｎａ2Ｏ及びＴｉＯ2を含む合成物又はＮａ2Ｏ、ＳｉＯ2及びＴｉＯ2を含む合成物以外の添加物であり、アーク安定剤として溶滴先端に発生するアークの発生面積を拡大させることにより、溶滴移行を安定させる下向きの電磁ピンチ効果を促進させる効果を有する。しかし、１．５％を超えると下向きの電磁ピンチ効果が過大となり溶滴移行を不安定にする。また、溶接金属への還元Ｔｉ量の歩留りが過剰となり溶接金属の性能に影響する。ＴｉＯ2源としてはルチール、チタンスラグ、イルミナイト等がある。
【００２７】
充填フラックスに含有させる鉄粉は溶着速度を上げる及び／又は充填率調整等の目的で添加する。その好ましい添加量はワイヤ全質量で鉄成分が５％以下となるように含ませることができる。この鉄成分は脱酸剤のＳｉ及びＭｎの原料である鉄合金の鉄成分及び鉄粉の合計値である。なお、充填フラックス中に添加するＳｉ及びＭｎ源を金属Ｓｉ、金属Ｍｎ、又はＳｉ−Ｍｎ合金を使用することによって、充填フラックス中へのＳｉ及びＭｎ添加によってもたらされる鉄成分を無くすこともできる。
【００２８】
本発明のフラックス入りワイヤの断面形状を図３（ａ）及び（ｂ）に示す。同図（ａ）は鋼製のパイプの鋼製外皮１に充填フラックス２を振動充填した後、縮径して素線とし、さらに伸線加工して０．８〜２．０ｍｍの所定径に製造する。又は、帯鋼を成形工程で順次、Ｕ字形、フラックス充填、Ｏ形に成形し、次いで溶接、縮径して素線とし、引き続いて伸線加工してワイヤとすることにより、鋼製外皮に継ぎ目の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製造することができる。この鋼製外皮に継ぎ目のないことにより、大気中の水分を吸湿することなく、良好な溶接金属性能を得ることができる。
【００２９】
また、図３（ｂ）に示す継ぎ目３を有する鋼製外皮１にフラックス２を充填したワイヤは、帯鋼を成形工程で順次、Ｕ字形、フラックス充填、Ｏ形に成形し、引き続いて縮径して素線とし、さらに伸線加工する。このワイヤにおいても充填率が低いことから外皮継ぎ目の接触面積が広くなり、充填フラックスと大気との遮断効果が大きくて大気中の水分の吸湿が極めて少ない。また、鋼製外皮の継ぎ目の形状は、図示に限られるものでなく斜め継ぎであってもよく、外気との遮断効果はさらに向上する。
【００３０】
鋼製外皮表面に銅めっきを有することにより、外皮表面の耐錆性が向上する。また、ワイヤ送給性、通電性を良好にすることができる。また、ワイヤ表面にめっきを施さないワイヤはワイヤ表面に防錆剤、潤滑剤を適宜付着させて防錆性とワイヤ送給性を確保する。
【００３１】
本発明フラックス入りワイヤの充填フラックス充填率は、３〜７．５％とする。充填率が３％未満であるとフラックス充填及び成形が困難となり生産性が悪くなる。充填率が７．５％を超えるとスラグ生成量、スパッタ発生量が増えてワイヤの性能改善ができず、またワイヤ製造時の伸線性が劣り断線による生産性の低下をきたす。充填率は、さらなる生産性、低スラグ化、作業性のためには３．５〜７．０％が好ましい。
【００３２】
以上が本発明を構成する基本成分であるが、Ｔｉ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｚｒ等の脱酸剤は通常のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤと同様に溶接金属の脱酸不足によるブローホールの発生防止及び、又は機械的性質の調整のために含有させる。しかし、これらが過剰に含有されるとスラグ焼き付きによるスラグ剥離性不良、ビード外観不良、又は溶接金属の強度が過大となり耐割れ性が劣化する。なお、脱酸剤は溶接金属中に歩留り合金剤として働く以外にもスラグ化し、溶融スラグの組成及び生成量にも影響し本発明の目的効果を損なう場合があるので、種類、含有量は適宣制限することが望ましい。
【００３３】
本発明は溶接金属の機械的性質を調節する目的、被溶接鋼板を合わせた溶接用ワイヤとして充填フラックス及び/又は鋼製外皮中にＮｉ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｂ等の合金成分、Ｂｉ、Ｓ等のスラグ剥離剤やＡｌ、Ｍｇ等の脱酸剤等は、本発明の基本的な技術思想に影響を与えない範囲で適宣添加できる。なお、生産効率からすれば、充填フラックス中に添加するのが好ましい。
【００３４】
即ち、Ｎｉ：０．４〜３．０％添加すると溶接金属の強度、靭性が向上でき、Ｍｏ：０．５％以下添加すると溶接金属の強度、耐熱性が向上でき、また、Ｃｒ：０．５〜３．０％を添加すると溶接金属の耐熱性、耐食性、耐候性が向上、Ｔｉ：０．３％以下、好ましくは０．２５％以下、Ｂ：０．０１０％以下の添加によって溶接金属の機械的性質の向上、調節を行う。これらの合金成分は、溶接金属の機械的性質、物性値の改善目的に応じて単独或は複合して添加することができる。また、これら合金成分は加工性が許される範囲内で、歩留りを考慮して鋼製外皮の成分に含有させることで同様な目的効果が得られる。
【００３５】
本発明フラックス入りワイヤの径は溶接時の電流密度を高くし、高溶着率を得るために細径の０．８〜２．０ｍｍが望ましい。フラックス低充填率の細径ワイヤとしたことにより、溶接電流範囲を広く、例えば、１．２ｍｍ径のワイヤで１２０〜５５０Ａとすることが可能となり、作業効率を大幅に向上させることが出きる。
【００３６】
本発明フラックス入りワイヤを使用するアーク溶接時のシールドガスはＣＯ2ガスを使用して十分な溶接作業性が得られるが、さらに溶接作業環境面からヒューム発生量が少なくなるＡｒ−ＣＯ2混合ガスを使用してもよい。
【００３７】
次に本発明品のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤの製造例を説明する。
【００３８】
本発明フラックス入りワイヤの製造方法では、鋼製外皮に継ぎ目を有しないワイヤは鋼製のパイプをコイル状に振動装置に設置し、充填フラックスを振動充填した後、縮径して素線とし、さらに伸線加工して０．８〜２．０ｍｍの所定径の製品とする方法、また、帯鋼を成形工程で順次、Ｕ字形、フラックス充填、Ｏ形、溶接後、縮径して素線とし、引き続いて伸線してワイヤとする製造法である。
【００３９】
また、鋼製外皮に継ぎ目を有するワイヤは、帯鋼を成形工程で順次、Ｕ字形、フラックス充填、Ｏ形した後、縮径して素線とし、引き続いて伸線してワイヤとする製造法である。これらの製造方法における伸線工程の中間において適宣、通常の焼鈍工程を行う方法である。
【００４０】
本発明フラックス入りワイヤの基本とするアーク安定剤であるＮａ2Ｏ及びＴｉＯ2を含む合成物の実施例として、脱酸剤Ｓｉ：０．５％、Ｍｎ：１．５％をベースに、アーク安定剤としてＮａ2Ｏ及びＴｉＯ2で構成させる合成物（１３Ｎａ2Ｏ−８０ＴｉＯ2）を本発明範囲内に調整した０．１５％、０．５％、１．０％、１．３％、１．８％の５種類含有させた充填フラックスと、また上記合成物を本発明範囲より下限未満に設定した０％、０．０５％、本発明範囲より上限を超えて設定した２．２％、３．０％の４種類含有させた充填フラックスを表１の外皮記号Ｐ１のパイプ（化学成分Ｃ：０．０５％、Ｓｉ：０．０１％、Ｍｎ：０．３０％、Ｐ：０．０１％、Ｓ：０．０１％）にフラックス充填率５％に充填し、外径１．２ｍｍまで伸線したフラックス入りワイヤを試作した。このワイヤを使用して、溶接条件は溶接電流：３００Ａ、アーク電圧：３３Ｖ、溶接速度：３０ｃｍ／ｍｉｎ、ワイヤ突き出し長さ：２０ｍｍ、シールドガス：炭酸ガス・流量２５Ｌ／ｍｉｎで溶接を行い、溶接中の溶滴移行回数及びスパッタの発生量を調査した。
【００４１】
溶滴移行回数調査は、自動溶接を行いながら溶接部を高速度ビデオカメラで撮影し、その結果をスロー再生し、溶滴がワイヤ先端に発生して離脱するまでを１サイクルとする回数を測定した。溶接部の撮影条件は撮影駒数：１０００駒／ｓｅｃ、シャッタースピード：１／３０００ｓｅｃで実施し、その結果をスロー再生し、溶滴がワイヤ先端に発生して離脱するまでを１サイクルとする回数と時間を測定し、標準偏差を求めた。その調査結果を図１に示す。
【００４２】
図１に示すように、本発明範囲内（Ｎａ2Ｏ及びＴｉＯ2を含む合成物：０．１５〜２．０％）において溶滴移行回数は４０回／秒以上及び溶滴移行周期からその標準偏差は７以下と求めた結果は良好である。しかし、上記Ｎａ2Ｏ及びＴｉＯ2を含む合成物が本発明範囲より下限未満に設定したワイヤは、その効果が希薄となり、溶滴移行回数は減少し、溶滴移行周期の標準偏差は大きくなる。また、他方、本発明範囲の上限を超えて設定したワイヤも同様に溶滴移行回数は減少し、溶滴移行周期の標準偏差は大きくなる。
【００４３】
スパッタ発生量調査は、自動溶接を連続して１分間行い、溶接中に発生したスパッタの捕集を１つのワイヤに対して３回行い、その平均値で評価した。
【００４４】
スパッタ発生量を調査した結果を図２に示す。図２に示すように、合成物の含有量が本発明範囲内（０．１５〜２．０％）では、スパッタ発生量が１ｇ／ｍｉｎ以下と少なく良好な結果を示す。しかし、本発明範囲の下限未満に設定した比較例ワイヤは、上記Ｎａ2Ｏ及びＴｉＯ2を含む合成物の効果が希薄となり、スパッタ発生量は増加する。また、本発明範囲より上限を超えて設定した比較例ワイヤは、アーク雰囲気中の電離が過度に促進され、アーク長が長くなるため溶滴移行が不安定となり、その結果、スパッタ発生量は増加する。
【００４５】
以上の結果から、Ｎａ2Ｏ及びＴｉＯ2、又はＮａ2Ｏ、ＳｉＯ2及びＴｉＯ2を含む合成物が本発明範囲内（０．１５〜２．０％）であれば、溶滴は小さく安定して移行し、スパッタ発生量は少なくすることができる。しかし、本発明範囲の下限及び上限の双方を逸脱した充填フラックスで試作した比較例ワイヤは、溶滴は大きく、不安定な状態で移行し、スパッタ発生量は増加する。
【００４６】
【実施例】
以下に本発明の総括した実施例と比較例を用いて総括的に説明する。
【００４７】
本発明及び比較例に用いた軟鋼パイプ及び帯鋼の成分を表１に示す。鋼製外皮に継ぎ目のないワイヤは、表１中の外皮番号Ｐ１の軟鋼パイプを用い、鋼製外皮に継ぎ目ありのワイヤは、表１中の外皮番号H1の鋼帯を用いて、表２に示す組成のフラックスを充填後、圧延及びダイス伸線、軟化及び脱水素処理として中間焼鈍を施し、ワイヤ記号８、９、２２及び２３を除いてめっき処理を行い、鋼製外皮に継ぎ目のないフラックス入りワイヤを製造した。
【００４８】
【表１】
【００４９】
【表２】
【００５０】
表２に示すＷ１〜Ｗ１４は本発明の実施例であり、Ｗ１５以降は比較例である。
【００５１】
表２に示す本発明例と比較例の溶接条件として、溶接電流：３００Ａ、アーク電圧：３３Ｖ、溶接速度：３０ｃｍ／ｍｉｎ、ワイヤ突き出し長さ：２０ｍｍ、炭酸ガス流量：２５Ｌ／ｍｉｎで溶接を行いスパッタ発生量、溶滴移行回数、溶滴移行周期の標準偏差、スラグ状態を調査した。スパッタ発生量については、１分間の溶接を行い、その溶接中に発生したスパッタを捕集し、１つのワイヤに対して３回行い、その捕集量平均値で評価した。
【００５２】
溶滴移行回数、溶滴移行周期の標準偏差については、溶接中のアーク現象を高速度ビデオカメラで撮影し、１秒間の溶滴移行回数、溶滴径、アーク幅を計測し、１つのワイヤに対して３回行いその平均値で評価した。スラグ状態については溶接後の溶接ビード上に生成したスラグの発生量及び剥離性については目視及び小ハンマーによる打撃にて調査した。
【００５３】
表３に溶接試験結果を示す。
【００５４】
【表３】
【００５５】
Ｗ１〜Ｗ１４に示す本発明ワイヤは溶滴移行回数及び溶滴移行周期の標準偏差はともに良好で安定した溶接を行うことができ、その結果、スパッタ発生量は少ない。また、ビード表面に生成するスラグは、ソリッドワイヤに比べてやや多いが発生量少なく、ビード表面に全体に薄く均一に生成し、且つその剥離性は軽くハンマーで打撃を加えると容易に剥離して良好な結果が得られた。
【００５６】
これに対し、比較例であるＷ１５〜Ｗ２３は以下の如く、本発明例に比較して問題があって不良になった。
【００５７】
Ｗ１５はＮａ2Ｏ及びＴｉＯ2からなる合成物を含まないため、アーク安定性に欠けて作業性が悪くて溶滴移行回数が２６回／ｓｅｃと少なくスパッタの発生量は改善されなかった。
【００５８】
Ｗ１６は充填率が２％と低くて必要なフラックスが充填できず、さらにＳｉが本発明範囲未満であるため、溶接金属中の脱酸効果が得られず、溶接金属にブローホールがビードの一部に発生した。また、アーク安定剤としてＮａ2Ｏ及びＴｉＯ2の合成物が本発明範囲未満であるため、アーク安定剤としての効果が希薄で溶滴移行回数は少なく、溶滴移行周期の標準偏差は大きな値を示し、アーク状態は不安定となり結果としてスパッタ発生量も増加した。
【００５９】
Ｗ１７は充填率が１０％と高く、アーク安定剤としてＮａ2Ｏ及びＴｉＯ2の合性物とは別にＮａ 2 Ｏ源のＮａ 2 Ｏ換算値及びＴｉＯ 2 源のＴｉＯ 2 換算値が本発明の範囲をこえているため、アーク安定剤としての効果が過大となり、アーク長が必要以上に長くなるため溶滴移行が安定せず、また、溶滴移行周期の標準偏差は大きな値を示し、アーク状態は不安定になり、結果としてスパッタ発生量も多く、従来ワイヤの域を出なかった。また、ＴｉＯ2が多くてスラグ過多で作業性が悪くなった。
【００６１】
Ｗ１８はアーク安定剤としてＮａ2Ｏ及びＴｉＯ2を含む合性物が本発明範囲を超えているため、アーク安定剤としての効果が過大となりアーク長が必要以上に長くなるため溶滴移行が安定せず、また、溶滴移行周期の標準偏差は大きな値を示し、アーク状態は不安定になり、結果としてスパッタ発生量も増加した。
【００６２】
Ｗ１９はＭｎ含有量が低く、溶接金属の脱酸不足でややブローホールが発生し、機械的強度が不足した。
【００６５】
Ｗ２０はＮａ2Ｏ、ＴｉＯ2及びＳｉＯ2を含む合性物の添加であるが、アーク安定剤としての効果が過大となりアーク長が必要以上に長くなり溶滴移行が安定せず、また、溶滴移行周期の標準偏差は大きな値を示し、アーク状態は不安定になりスパッタ発生量も増加した。
【００６６】
Ｗ２１はワイヤ形状が継ぎ目あり、且つめっき無しであるが、Ｗ２０と同様にＮａ2Ｏ、ＴｉＯ2及びＳｉＯ2からなる合性物の添加量が多く、アーク安定剤としての効果が過大となりアーク長が必要以上に長くなるため溶滴移行が安定せず、アーク状態は不安定になり、その結果としてスパッタ発生量も増加した。
【００６８】
Ｗ２２はＹＧＷ１１のソリッドワイヤで、アーク安定剤としてＮａ2Ｏ及びＴｉＯ2からなる合性物を含有させることができないため、溶滴移行回数は少なく、より安定したアーク状態は得られずスパッタ発生量は減少しなかった。
【００６９】
Ｗ２３は従来の充填率のフラックス入りワイヤでＮａ2Ｏ及びＴｉＯ2からなる合性物を含んでいるが、ＴｉＯ2量が多くてスラグ発生量が多く、溶滴移行回数は少なく、より安定したアーク状態は得られずスパッタ発生量はそれほど減少しなかった。
【００７９】
【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ワイヤはアークが極めて安定し溶滴移行回数が多く細粒移行してスパッタが少なく、従来のソリッドワイヤ及びフラックス入りワイヤの良い点をさらに向上させ、溶接作業性及び溶接ビード形状が良好であり、合金成分の添加調整が容易であり溶接部の高品質化、溶着効率が優れ、板厚、材質の異なる溶接作業の高能率化に貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】充填フラックス中のＮａ2Ｏ及びＴｉＯ2を含む合成物が溶滴移行回数及び溶滴移行周期の標準偏差に与える影響を調査した図である。
【図２】充填フラックス中のＮａ2Ｏ及びＴｉＯ2を含む合成物がスパッタ発生量に与える影響を調査した図である。
【図３】本発明ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤの断面を示し、（ａ）は継ぎ目無しワイヤ、（ｂ）は継ぎ目ありワイヤの断面模式図である。
【符号の説明】
１ 鋼製外皮
２ フラックス
３ 継ぎ目
【発明の属する技術分野】
本発明は、建築、橋梁、造船等における各種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し、アーク状態が極めて良好でスパッタの少ない等多くの溶接作業性の優れた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。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ガスシールドアーク溶接用ワイヤにはソリッドワイヤ及びフラックス入りワイヤがある。
【０００３】
アーク溶接用ソリッドワイヤは使用目的に応じて成分調整がなされた各種のワイヤが開発され、ＪＩＳ Ｚ３３１２、他にも規格化されて一般的に使用されている。また、アーク溶接用フラックス入りワイヤはスラグ系と総称されているスラグ成分を主に充填したワイヤとメタル系と総称されている主に金属成分を充填したワイヤが多数開発されており、ＪＩＳ Ｚ３３１３、他にも規格化されている。
【０００４】
しかしながら、ソリッドワイヤは、さらなる溶接作業性を改善するために微量のアーク安定剤を必要とする場合にアーク安定剤を含有させることができない。
【０００５】
また、フラックス入りワイヤにおいては、充填フラックスの改良で溶接作業性がよく、溶接性の良好なワイヤが多数実用化されている。これらはフラックス充填率が１０％〜２０％のワイヤがほとんどで、充填率５％の技術開示が散見されるが、そのフラックス成分系では溶接スラグ量の過多、ヒューム発生量の過多などの問題があり、このような低充填率ワイヤは実用に供給されていないのが実状である。フラックス入りワイヤにおいて、ソリッドワイヤに近い溶接作業性を持たせた金属粉を主成分とするメタル系フラックス入りワイヤは、アークの安定性、生産性に問題があるのが実状である。
【０００６】
以上に述べたように、これらのワイヤには一長一短がありソリッドワイヤ及びフラックス入りワイヤ双方の長所を取り入れたガスシールドアーク溶接用の細径ワイヤが望まれている。
【０００７】
フラックス入りワイヤにおいてフラックス充填率が低い、例えばワイヤ断面積率で５〜２５％が開示されている特公昭５１−１６９５号公報がある。この発明のフラックスのワイヤ断面積率は５％と低い例が開示されているが、充填フラックスはアーク安定剤としてグラファイトを必須成分とするＴｉ、Ａｌ、Ｍｇ等からなるものでその配合比２〜１０％、さらに脱酸剤を２０〜９０％含むものであって、且つ実質的に金属酸化物を含まないフラックスを充填するワイヤである。しかし、グラファイトを含むアーク安定剤は、そのグラファイトとワイヤ中の酸素又はワイヤ表面の付着酸素とのＣＯ反応によるアーク不安定化の要因を含み、アークが粗くなり溶接作業性を劣化してスパッタ発生量を増加させる。また、溶接金属中へＣ量の歩留りが過大となり溶接金属性能の調整が容易でない。
【０００８】
また、特開平６−２１８５７７号公報ではフラックス充填率が５〜３０％、Ｍｎ及びＳの含有量及びＭｎ／Ｓの比の含有量を限定した鉄粉を４０〜６０％、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｔｉの鉄合金粉からなる脱酸剤を４０〜６０％含むフラックスを充填したフラックス入りワイヤが開示されている。これはメタル系フラックス入りワイヤに属するワイヤであって、充填率５％、１０％の充填率ワイヤにおいて、この金属粉の充填フラックスでは十分に安定したアークが得られずフラックス入りワイヤとしての優れた溶接作業性と良好な溶接結果は得られない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
フラックス入りワイヤにおいて、ソリッドワイヤの高溶着性、低スラグ発生量と、フラックス入りワイヤの安定した溶接作業性等の諸性能とを備えた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にある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、Ｓｉ、Ｍｎからなる脱酸剤にＮａ２Ｏ及びＴｉＯ２を含む合成物又はＮａ２Ｏ、ＳｉＯ２及びＴｉＯ２を含む合成物を含むアーク安定剤を含有させることにより、溶接時の溶滴の離脱を促進して溶滴の細粒化及び移行回数を増加させてアーク安定化を解決し、フラックス入りワイヤの欠点である溶着効率が低い、溶け込みが浅い、またスラグ発生量が多い等の問題に対してフラックス充填率を３〜７．５％と低くすることで解決し、全く新しいアーク溶接用フラックス入りワイヤとして極めて有効な手段であるとの知見を得て本発明を完成させたものである。
【００１１】
本発明は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、詳しくは鋼製外皮にフラックスを充填したワイヤであり、ワイヤ全質量でＳｉ：０．３〜１．８％（全ワイヤ質量％、以下同じ）、Ｍｎ：０．８〜４．０％及びアーク安定剤としてＮａ２Ｏ及びＴｉＯ２を含む合成物、又はＮａ２Ｏ，ＳｉＯ２及びＴｉＯ２を含む合成物：０．１５〜２．０％を含み、フラックス充填率が３〜７．５質量％である。
【００１２】
アーク安定剤として充填フラックス中にＮａ2Ｏ及びＴｉＯ2を含む合成物、又はＮａ2Ｏ、ＳｉＯ2及びＴｉＯ2を含む合成物に加えてさらにＮａ2Ｏ源をＮａ2Ｏ換算値で０．３％以下含み、及び／又は、ＴｉＯ2源をＴｉＯ2換算値で１．５％以下を含むガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤである。
【００１３】
さらに、充填フラックスに鉄粉を含むガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤである。
【００１４】
また、鋼製外皮に継ぎ目のないこと、又は継ぎ目を有する前記したガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤである。
【００１５】
以上の鋼製外皮表面は銅めっきを有すること、又はめっきが施されていない前記したガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に本発明のフラックス入りワイヤの成分等限定理由を述べる。
【００１７】
Ｓｉ：０．３〜１．８％について、Ｓｉは脱酸剤として使用し、溶接金属中の酸素量を低減させる効果がある。しかし、ワイヤ全質量で０．３％未満では脱酸力が不充分となり溶接金属にブローホールが発生し、また１．８％を超えると溶滴が大きくなりスパッタ低減効果がなくなり、さらに溶接金属中へのＳｉ量が過剰になり、結晶粒が粗大化して靭性が劣化する。Ｓｉの添加は鋼製外皮又は充填フラックスのいずれか一方、又は両方からでもその効果は変わらない。
【００１８】
Ｍｎ：０．８〜４．０％について、Ｍｎは溶接金属の脱酸を促進するとともに、溶融金属の流動性を高め、溶接ビード形状を改善する。また、溶接金属中に歩留まることにより、溶接金属の機械的性質を調整し、引張強度を高める効果がある。これらの効果を得るためには０．８％以上の添加が必要である。しかし、４．０％を超えると溶滴が大きくなりスパッタ低減効果が無くなり、また、溶接金属中のＭｎ量が過大となり、溶接金属の強度が過大となって、割れが発生し易くなる。Ｍｎの添加は鋼製外皮又は充填フラックスのいずれか一方、又は両方からでもその効果は変わらない。
【００１９】
充填フラックス中へのＳｉ及びＭｎは、金属Ｓｉ、金属Ｍｎ又はＦｅ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｎ、Ｆｅ−Ｍｎ等鉄合金の状態で添加でき、Ｓｉ、Ｍｎのそれぞれの換算値が充填フラックス中の含有量である。
【００２０】
全ワイヤ質量％におけるＳｉ及びＭｎの添加量は上記の如くであるが、Ｓｉ及びＭｎの添加は、外皮又は充填フラックスのいずれか一方からでも、両方からでも、その効果は変わらず、溶接時の脱酸力や溶接金属への歩留りも大差ない。しかし、Ｓｉ、Ｍｎのいずれも外皮から多く添加した場合、その量に比例して外皮の電気比抵抗が高くなり、溶接時のワイヤ送給速度は、充填フラックスから添加した場合に比較して大きくなる。Ｓｉ及びＭｎを鋼製外皮に含有させる場合は、以下の如く制限することが好ましい。
【００２１】
即ち、Ｓｉは、１．２％以下が好ましい。その理由は外皮中に添加するＳｉ量が外皮重量に対して１．２％を超えると、硬さが高くまた加工硬化し易くなり加工性が劣化し、成形が困難になるとともに伸線加工時に断線が発生し易いなど歩留りが低下する。従って、生産性確保のため外皮中のＳｉ量は１．２％以下が望ましい。
【００２２】
Ｍｎは、２．５％以下が好ましい。その理由は外皮中に添加するＭｎ量が外皮重量に対して２．５％を超えると、硬さが高くまた加工硬化し易くなり加工性が劣化し、成形は困難になるとともに伸線時に断線が発生し易いなど歩留りが低下する。従って生産性確保のため外皮中のＭｎ量は２．５％以下が望ましい。
【００２３】
Ｓｉ及びＭｎを併せて含む場合は３％以下が好ましい。それは外皮中に添加するＳｉとＭｎの合計量が外皮重量に対して３．０％を超えると、硬さが高くまた加工硬化し易くなり加工性が劣化し、成形は困難になるとともに伸線時に断線が発生し易いなど歩留りが顕著に低下する。従って生産性確保のために外皮中のＳｉとＭｎの合計量は３．０％以下が望ましい。
【００２４】
Ｎａ2Ｏ及びＴｉＯ2を含む合成物又はＮａ2Ｏ、ＳｉＯ2及びＴｉＯ2を含む合成物：０．１５％〜２．０％について、０．１５％未満ではソリッドワイヤでの溶接と同様に溶滴が大きくなるとともに大きさのばらつきも大きくなり、アーク状態が不安定となり、スパッタ発生量が増加してソリッドワイヤ以上の改善はできない。一方、２．０％を超えるとアーク長が必要以上に長くなり、その結果スパッタ発生量が増加し、またヒュームの発生量も増加する。よって、０．１５〜２．０％においては溶接中のアーク状態が非常に良好で溶滴が小さく、スパッタ発生量が極めて少ない。Ｎａ2Ｏ及びＴｉＯ2を含む合成物の原料として、ＳｉＯ2を含む三成分系の合成物、Ｎａ2ＯとＴｉＯ2の割合が種々変化した合成物であっても同様な効果が得られ、本発明技術思想に含まれる。Ｎａ2Ｏ及びＴｉＯ2を含む合成物の代表例はチタン酸ソーダ（ｍＮａ2Ｏ・ｎＴｉＯ2）であり、例えば、水酸化ナトリウムとルチールを所望の割合で配合して高温処理することなどで得られる合成物であって、Ｎａ2Ｏが１０〜５０％でＴｉＯ2が５０〜９０％の範囲内の割合での合成物とすることが好ましい。また、ＳｉＯ2を含む場合は、ＳｉＯ2を３０％以下とすることが好ましい。例えば、１３Ｎａ2Ｏ−８０ＴｉＯ2、２０Ｎａ2Ｏ−７３ＴｉＯ2、４２Ｎａ2Ｏ−５３ＴｉＯ2、Ｎａ2Ｏ−ＴｉＯ2、Ｎａ2Ｏ−３ＴｉＯ2、Ｎａ2Ｏ−６ＴｉＯ2、或は１３Ｎａ2Ｏ−２５ＳｉＯ2−５８ＴｉＯ2を主要成分とする合成物等が挙げられるが、これらに限定されるものではなく、Ｎａ2ＯとＴｉＯ2との比は任意に調整することができる。また、１３Ｎａ2Ｏ−２５ＳｉＯ2−５８ＴｉＯ2（チタン酸珪酸ソーダ）のようにＳｉＯ2を含有する合成物はチタン酸ソーダに比較してスラグの流動性が増してビード表面を均一に覆ってビード形成を良好にする。
【００２５】
アーク安定剤中にＮａ2Ｏ換算値：０．３％以下の添加について、このＮａ2Ｏは、Ｎａ2Ｏ及びＴｉＯ2、又はＮａ2Ｏ、ＳｉＯ2及びＴｉＯ2を含む合成物以外の添加物であり、溶接中のアーク長変動を少なくし、溶滴移行回数の増加、即ち溶滴の細粒化を促進させる効果を有する。しかしながら、０．３％を超えると溶滴移行回数は減少し、アーク長のみが長くなる傾向があり、その結果スパッタ発生量が増加する。Ｎａ2Ｏ源としては、炭酸ソーダ、ソーダガラス等がある。
【００２６】
ＴｉＯ2：１．５％以下の添加について、このＴｉＯ2は、Ｎａ2Ｏ及びＴｉＯ2を含む合成物又はＮａ2Ｏ、ＳｉＯ2及びＴｉＯ2を含む合成物以外の添加物であり、アーク安定剤として溶滴先端に発生するアークの発生面積を拡大させることにより、溶滴移行を安定させる下向きの電磁ピンチ効果を促進させる効果を有する。しかし、１．５％を超えると下向きの電磁ピンチ効果が過大となり溶滴移行を不安定にする。また、溶接金属への還元Ｔｉ量の歩留りが過剰となり溶接金属の性能に影響する。ＴｉＯ2源としてはルチール、チタンスラグ、イルミナイト等がある。
【００２７】
充填フラックスに含有させる鉄粉は溶着速度を上げる及び／又は充填率調整等の目的で添加する。その好ましい添加量はワイヤ全質量で鉄成分が５％以下となるように含ませることができる。この鉄成分は脱酸剤のＳｉ及びＭｎの原料である鉄合金の鉄成分及び鉄粉の合計値である。なお、充填フラックス中に添加するＳｉ及びＭｎ源を金属Ｓｉ、金属Ｍｎ、又はＳｉ−Ｍｎ合金を使用することによって、充填フラックス中へのＳｉ及びＭｎ添加によってもたらされる鉄成分を無くすこともできる。
【００２８】
本発明のフラックス入りワイヤの断面形状を図３（ａ）及び（ｂ）に示す。同図（ａ）は鋼製のパイプの鋼製外皮１に充填フラックス２を振動充填した後、縮径して素線とし、さらに伸線加工して０．８〜２．０ｍｍの所定径に製造する。又は、帯鋼を成形工程で順次、Ｕ字形、フラックス充填、Ｏ形に成形し、次いで溶接、縮径して素線とし、引き続いて伸線加工してワイヤとすることにより、鋼製外皮に継ぎ目の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製造することができる。この鋼製外皮に継ぎ目のないことにより、大気中の水分を吸湿することなく、良好な溶接金属性能を得ることができる。
【００２９】
また、図３（ｂ）に示す継ぎ目３を有する鋼製外皮１にフラックス２を充填したワイヤは、帯鋼を成形工程で順次、Ｕ字形、フラックス充填、Ｏ形に成形し、引き続いて縮径して素線とし、さらに伸線加工する。このワイヤにおいても充填率が低いことから外皮継ぎ目の接触面積が広くなり、充填フラックスと大気との遮断効果が大きくて大気中の水分の吸湿が極めて少ない。また、鋼製外皮の継ぎ目の形状は、図示に限られるものでなく斜め継ぎであってもよく、外気との遮断効果はさらに向上する。
【００３０】
鋼製外皮表面に銅めっきを有することにより、外皮表面の耐錆性が向上する。また、ワイヤ送給性、通電性を良好にすることができる。また、ワイヤ表面にめっきを施さないワイヤはワイヤ表面に防錆剤、潤滑剤を適宜付着させて防錆性とワイヤ送給性を確保する。
【００３１】
本発明フラックス入りワイヤの充填フラックス充填率は、３〜７．５％とする。充填率が３％未満であるとフラックス充填及び成形が困難となり生産性が悪くなる。充填率が７．５％を超えるとスラグ生成量、スパッタ発生量が増えてワイヤの性能改善ができず、またワイヤ製造時の伸線性が劣り断線による生産性の低下をきたす。充填率は、さらなる生産性、低スラグ化、作業性のためには３．５〜７．０％が好ましい。
【００３２】
以上が本発明を構成する基本成分であるが、Ｔｉ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｚｒ等の脱酸剤は通常のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤと同様に溶接金属の脱酸不足によるブローホールの発生防止及び、又は機械的性質の調整のために含有させる。しかし、これらが過剰に含有されるとスラグ焼き付きによるスラグ剥離性不良、ビード外観不良、又は溶接金属の強度が過大となり耐割れ性が劣化する。なお、脱酸剤は溶接金属中に歩留り合金剤として働く以外にもスラグ化し、溶融スラグの組成及び生成量にも影響し本発明の目的効果を損なう場合があるので、種類、含有量は適宣制限することが望ましい。
【００３３】
本発明は溶接金属の機械的性質を調節する目的、被溶接鋼板を合わせた溶接用ワイヤとして充填フラックス及び/又は鋼製外皮中にＮｉ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｂ等の合金成分、Ｂｉ、Ｓ等のスラグ剥離剤やＡｌ、Ｍｇ等の脱酸剤等は、本発明の基本的な技術思想に影響を与えない範囲で適宣添加できる。なお、生産効率からすれば、充填フラックス中に添加するのが好ましい。
【００３４】
即ち、Ｎｉ：０．４〜３．０％添加すると溶接金属の強度、靭性が向上でき、Ｍｏ：０．５％以下添加すると溶接金属の強度、耐熱性が向上でき、また、Ｃｒ：０．５〜３．０％を添加すると溶接金属の耐熱性、耐食性、耐候性が向上、Ｔｉ：０．３％以下、好ましくは０．２５％以下、Ｂ：０．０１０％以下の添加によって溶接金属の機械的性質の向上、調節を行う。これらの合金成分は、溶接金属の機械的性質、物性値の改善目的に応じて単独或は複合して添加することができる。また、これら合金成分は加工性が許される範囲内で、歩留りを考慮して鋼製外皮の成分に含有させることで同様な目的効果が得られる。
【００３５】
本発明フラックス入りワイヤの径は溶接時の電流密度を高くし、高溶着率を得るために細径の０．８〜２．０ｍｍが望ましい。フラックス低充填率の細径ワイヤとしたことにより、溶接電流範囲を広く、例えば、１．２ｍｍ径のワイヤで１２０〜５５０Ａとすることが可能となり、作業効率を大幅に向上させることが出きる。
【００３６】
本発明フラックス入りワイヤを使用するアーク溶接時のシールドガスはＣＯ2ガスを使用して十分な溶接作業性が得られるが、さらに溶接作業環境面からヒューム発生量が少なくなるＡｒ−ＣＯ2混合ガスを使用してもよい。
【００３７】
次に本発明品のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤの製造例を説明する。
【００３８】
本発明フラックス入りワイヤの製造方法では、鋼製外皮に継ぎ目を有しないワイヤは鋼製のパイプをコイル状に振動装置に設置し、充填フラックスを振動充填した後、縮径して素線とし、さらに伸線加工して０．８〜２．０ｍｍの所定径の製品とする方法、また、帯鋼を成形工程で順次、Ｕ字形、フラックス充填、Ｏ形、溶接後、縮径して素線とし、引き続いて伸線してワイヤとする製造法である。
【００３９】
また、鋼製外皮に継ぎ目を有するワイヤは、帯鋼を成形工程で順次、Ｕ字形、フラックス充填、Ｏ形した後、縮径して素線とし、引き続いて伸線してワイヤとする製造法である。これらの製造方法における伸線工程の中間において適宣、通常の焼鈍工程を行う方法である。
【００４０】
本発明フラックス入りワイヤの基本とするアーク安定剤であるＮａ2Ｏ及びＴｉＯ2を含む合成物の実施例として、脱酸剤Ｓｉ：０．５％、Ｍｎ：１．５％をベースに、アーク安定剤としてＮａ2Ｏ及びＴｉＯ2で構成させる合成物（１３Ｎａ2Ｏ−８０ＴｉＯ2）を本発明範囲内に調整した０．１５％、０．５％、１．０％、１．３％、１．８％の５種類含有させた充填フラックスと、また上記合成物を本発明範囲より下限未満に設定した０％、０．０５％、本発明範囲より上限を超えて設定した２．２％、３．０％の４種類含有させた充填フラックスを表１の外皮記号Ｐ１のパイプ（化学成分Ｃ：０．０５％、Ｓｉ：０．０１％、Ｍｎ：０．３０％、Ｐ：０．０１％、Ｓ：０．０１％）にフラックス充填率５％に充填し、外径１．２ｍｍまで伸線したフラックス入りワイヤを試作した。このワイヤを使用して、溶接条件は溶接電流：３００Ａ、アーク電圧：３３Ｖ、溶接速度：３０ｃｍ／ｍｉｎ、ワイヤ突き出し長さ：２０ｍｍ、シールドガス：炭酸ガス・流量２５Ｌ／ｍｉｎで溶接を行い、溶接中の溶滴移行回数及びスパッタの発生量を調査した。
【００４１】
溶滴移行回数調査は、自動溶接を行いながら溶接部を高速度ビデオカメラで撮影し、その結果をスロー再生し、溶滴がワイヤ先端に発生して離脱するまでを１サイクルとする回数を測定した。溶接部の撮影条件は撮影駒数：１０００駒／ｓｅｃ、シャッタースピード：１／３０００ｓｅｃで実施し、その結果をスロー再生し、溶滴がワイヤ先端に発生して離脱するまでを１サイクルとする回数と時間を測定し、標準偏差を求めた。その調査結果を図１に示す。
【００４２】
図１に示すように、本発明範囲内（Ｎａ2Ｏ及びＴｉＯ2を含む合成物：０．１５〜２．０％）において溶滴移行回数は４０回／秒以上及び溶滴移行周期からその標準偏差は７以下と求めた結果は良好である。しかし、上記Ｎａ2Ｏ及びＴｉＯ2を含む合成物が本発明範囲より下限未満に設定したワイヤは、その効果が希薄となり、溶滴移行回数は減少し、溶滴移行周期の標準偏差は大きくなる。また、他方、本発明範囲の上限を超えて設定したワイヤも同様に溶滴移行回数は減少し、溶滴移行周期の標準偏差は大きくなる。
【００４３】
スパッタ発生量調査は、自動溶接を連続して１分間行い、溶接中に発生したスパッタの捕集を１つのワイヤに対して３回行い、その平均値で評価した。
【００４４】
スパッタ発生量を調査した結果を図２に示す。図２に示すように、合成物の含有量が本発明範囲内（０．１５〜２．０％）では、スパッタ発生量が１ｇ／ｍｉｎ以下と少なく良好な結果を示す。しかし、本発明範囲の下限未満に設定した比較例ワイヤは、上記Ｎａ2Ｏ及びＴｉＯ2を含む合成物の効果が希薄となり、スパッタ発生量は増加する。また、本発明範囲より上限を超えて設定した比較例ワイヤは、アーク雰囲気中の電離が過度に促進され、アーク長が長くなるため溶滴移行が不安定となり、その結果、スパッタ発生量は増加する。
【００４５】
以上の結果から、Ｎａ2Ｏ及びＴｉＯ2、又はＮａ2Ｏ、ＳｉＯ2及びＴｉＯ2を含む合成物が本発明範囲内（０．１５〜２．０％）であれば、溶滴は小さく安定して移行し、スパッタ発生量は少なくすることができる。しかし、本発明範囲の下限及び上限の双方を逸脱した充填フラックスで試作した比較例ワイヤは、溶滴は大きく、不安定な状態で移行し、スパッタ発生量は増加する。
【００４６】
【実施例】
以下に本発明の総括した実施例と比較例を用いて総括的に説明する。
【００４７】
本発明及び比較例に用いた軟鋼パイプ及び帯鋼の成分を表１に示す。鋼製外皮に継ぎ目のないワイヤは、表１中の外皮番号Ｐ１の軟鋼パイプを用い、鋼製外皮に継ぎ目ありのワイヤは、表１中の外皮番号H1の鋼帯を用いて、表２に示す組成のフラックスを充填後、圧延及びダイス伸線、軟化及び脱水素処理として中間焼鈍を施し、ワイヤ記号８、９、２２及び２３を除いてめっき処理を行い、鋼製外皮に継ぎ目のないフラックス入りワイヤを製造した。
【００４８】
【表１】
【表２】
表２に示すＷ１〜Ｗ１４は本発明の実施例であり、Ｗ１５以降は比較例である。
【００５１】
表２に示す本発明例と比較例の溶接条件として、溶接電流：３００Ａ、アーク電圧：３３Ｖ、溶接速度：３０ｃｍ／ｍｉｎ、ワイヤ突き出し長さ：２０ｍｍ、炭酸ガス流量：２５Ｌ／ｍｉｎで溶接を行いスパッタ発生量、溶滴移行回数、溶滴移行周期の標準偏差、スラグ状態を調査した。スパッタ発生量については、１分間の溶接を行い、その溶接中に発生したスパッタを捕集し、１つのワイヤに対して３回行い、その捕集量平均値で評価した。
【００５２】
溶滴移行回数、溶滴移行周期の標準偏差については、溶接中のアーク現象を高速度ビデオカメラで撮影し、１秒間の溶滴移行回数、溶滴径、アーク幅を計測し、１つのワイヤに対して３回行いその平均値で評価した。スラグ状態については溶接後の溶接ビード上に生成したスラグの発生量及び剥離性については目視及び小ハンマーによる打撃にて調査した。
【００５３】
表３に溶接試験結果を示す。
【００５４】
【表３】
Ｗ１〜Ｗ１４に示す本発明ワイヤは溶滴移行回数及び溶滴移行周期の標準偏差はともに良好で安定した溶接を行うことができ、その結果、スパッタ発生量は少ない。また、ビード表面に生成するスラグは、ソリッドワイヤに比べてやや多いが発生量少なく、ビード表面に全体に薄く均一に生成し、且つその剥離性は軽くハンマーで打撃を加えると容易に剥離して良好な結果が得られた。
【００５６】
これに対し、比較例であるＷ１５〜Ｗ２３は以下の如く、本発明例に比較して問題があって不良になった。
【００５７】
Ｗ１５はＮａ2Ｏ及びＴｉＯ2からなる合成物を含まないため、アーク安定性に欠けて作業性が悪くて溶滴移行回数が２６回／ｓｅｃと少なくスパッタの発生量は改善されなかった。
【００５８】
Ｗ１６は充填率が２％と低くて必要なフラックスが充填できず、さらにＳｉが本発明範囲未満であるため、溶接金属中の脱酸効果が得られず、溶接金属にブローホールがビードの一部に発生した。また、アーク安定剤としてＮａ2Ｏ及びＴｉＯ2の合成物が本発明範囲未満であるため、アーク安定剤としての効果が希薄で溶滴移行回数は少なく、溶滴移行周期の標準偏差は大きな値を示し、アーク状態は不安定となり結果としてスパッタ発生量も増加した。
【００５９】
Ｗ１７は充填率が１０％と高く、アーク安定剤としてＮａ2Ｏ及びＴｉＯ2の合性物とは別にＮａ 2 Ｏ源のＮａ 2 Ｏ換算値及びＴｉＯ 2 源のＴｉＯ 2 換算値が本発明の範囲をこえているため、アーク安定剤としての効果が過大となり、アーク長が必要以上に長くなるため溶滴移行が安定せず、また、溶滴移行周期の標準偏差は大きな値を示し、アーク状態は不安定になり、結果としてスパッタ発生量も多く、従来ワイヤの域を出なかった。また、ＴｉＯ2が多くてスラグ過多で作業性が悪くなった。
【００６１】
Ｗ１８はアーク安定剤としてＮａ2Ｏ及びＴｉＯ2を含む合性物が本発明範囲を超えているため、アーク安定剤としての効果が過大となりアーク長が必要以上に長くなるため溶滴移行が安定せず、また、溶滴移行周期の標準偏差は大きな値を示し、アーク状態は不安定になり、結果としてスパッタ発生量も増加した。
【００６２】
Ｗ１９はＭｎ含有量が低く、溶接金属の脱酸不足でややブローホールが発生し、機械的強度が不足した。
【００６５】
Ｗ２０はＮａ2Ｏ、ＴｉＯ2及びＳｉＯ2を含む合性物の添加であるが、アーク安定剤としての効果が過大となりアーク長が必要以上に長くなり溶滴移行が安定せず、また、溶滴移行周期の標準偏差は大きな値を示し、アーク状態は不安定になりスパッタ発生量も増加した。
【００６６】
Ｗ２１はワイヤ形状が継ぎ目あり、且つめっき無しであるが、Ｗ２０と同様にＮａ2Ｏ、ＴｉＯ2及びＳｉＯ2からなる合性物の添加量が多く、アーク安定剤としての効果が過大となりアーク長が必要以上に長くなるため溶滴移行が安定せず、アーク状態は不安定になり、その結果としてスパッタ発生量も増加した。
【００６８】
Ｗ２２はＹＧＷ１１のソリッドワイヤで、アーク安定剤としてＮａ2Ｏ及びＴｉＯ2からなる合性物を含有させることができないため、溶滴移行回数は少なく、より安定したアーク状態は得られずスパッタ発生量は減少しなかった。
【００６９】
Ｗ２３は従来の充填率のフラックス入りワイヤでＮａ2Ｏ及びＴｉＯ2からなる合性物を含んでいるが、ＴｉＯ2量が多くてスラグ発生量が多く、溶滴移行回数は少なく、より安定したアーク状態は得られずスパッタ発生量はそれほど減少しなかった。
【００７９】
【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ワイヤはアークが極めて安定し溶滴移行回数が多く細粒移行してスパッタが少なく、従来のソリッドワイヤ及びフラックス入りワイヤの良い点をさらに向上させ、溶接作業性及び溶接ビード形状が良好であり、合金成分の添加調整が容易であり溶接部の高品質化、溶着効率が優れ、板厚、材質の異なる溶接作業の高能率化に貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】充填フラックス中のＮａ2Ｏ及びＴｉＯ2を含む合成物が溶滴移行回数及び溶滴移行周期の標準偏差に与える影響を調査した図である。
【図２】充填フラックス中のＮａ2Ｏ及びＴｉＯ2を含む合成物がスパッタ発生量に与える影響を調査した図である。
【図３】本発明ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤの断面を示し、（ａ）は継ぎ目無しワイヤ、（ｂ）は継ぎ目ありワイヤの断面模式図である。
【符号の説明】
１ 鋼製外皮
２ フラックス
３ 継ぎ目
Claims (7)
- ガスシールドアーク溶接用ワイヤにおいて、鋼製外皮にフラックスを充填したワイヤであり、ワイヤ全質量でＳｉ：０．３〜１．８％（全ワイヤ質量％、以下同じ）、Ｍｎ：０．８〜４．０％、アーク安定剤としてＮａ２Ｏ及びＴｉＯ２を含む合成物：０．１５〜２．０％を含み、フラックス充填率が３〜７．５質量％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。
- ガスシールドアーク溶接用ワイヤにおいて、鋼製外皮にフラックスを充填したワイヤであり、ワイヤ全質量でＳｉ：０．３〜１．８％（全ワイヤ質量％、以下同じ）、Ｍｎ：０．８〜４．０％、アーク安定剤としてＮａ２Ｏ、ＳｉＯ２及びＴｉＯ２を含む合成物：０．１５〜２．０％を含み、フラックス充填率が３〜７．５質量％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。
- 充填フラックスはＮａ２ＯおよびＴｉＯ２を含む合成物、Ｎａ２Ｏ、ＳｉＯ２及びＴｉＯ２を含む合成物とは別に、Ｎａ２Ｏ源をＮａ２Ｏ換算値で０．３％以下を含むことを特徴とする請求項１又は請求項２記載のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
- 充填フラックスはＮａ２ＯおよびＴｉＯ２を含む合成物、Ｎａ２Ｏ、ＳｉＯ２及びＴｉＯ２を含む合成物とは別に、ＴｉＯ２源をＴｉＯ２換算値で１．５％以下を含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
- 充填フラックスに鉄粉を含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
- 鋼製外皮に継ぎ目のないことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
- 鋼製外皮表面に銅めっきを有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載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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