JP3789060B2

JP3789060B2 - Ｔｉｇ溶接用フラックス入りワイヤ

Info

Publication number: JP3789060B2
Application number: JP17159299A
Authority: JP
Inventors: 慶和佐藤; 誠勝木; 仁岸田; 孝次吉井
Original assignee: Ｊｆｅ工建株式会社
Priority date: 1999-06-17
Filing date: 1999-06-17
Publication date: 2006-06-21
Anticipated expiration: 2019-06-17
Also published as: JP2001001184A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フラックスが内部に充填されたＴＩＧ溶接用のフラックス入りワイヤに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＴＩＧ溶接はクリーンな溶接方法として広く利用されているが、ＴＩＧ溶接による深い溶け込み深さを得ることは困難である。そのため、図７に示すように、被溶接体３に断面積の大きな開先６を形成し、開先の底面と被溶接体裏面との距離であるルートフェイスＡを薄くした開先を形成して、溶け込み不良を補うことが行われている。
【０００３】
また、フラックスは溶接時の入熱量が同値であればより深い溶け込みを得ることが可能であるところ、開先表面にフラックスを塗布して、溶け込みを深くすることも行われている。
【０００４】
一方、溶け込み深さは、図８に示すように、被溶接体に含有される硫黄Ｓの含有量により左右されることが知られている。この図８は、被溶接体の硫黄の含有量と溶け込み深さＤとの関係を示したもので、横軸は硫黄Ｓの含有量を、縦軸は溶け込み深さＤを表している。図中、ａの曲線は溶接時の入力電流が１６０Ａ、ｂの曲線は入力電流が１４０Ａのものである。曲線ａ及び曲線ｂに示すように、ステンレス鋼に含有される硫黄Ｓの含有量が８％を超えると、溶け込み深さＤは硫黄Ｓの含有量にかかわらずほぼ一定となるが、含有量が６重量％までは、溶け込み深さＤは硫黄の含有量に比例するように増加している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図７に示す開先６を形成して溶接を行う場合、何層にも亘って溶接を行う必要がある。また、フラックスを開先へ塗布することは、大変な手間と時間を要するだけでなく、一旦塗布したフラックスは、被溶接体に衝撃が加わったり、他のものと接触すると剥げ落ちることがある。この剥げ落ちた部分では、溶接の溶け込み深さを十分に得ることができず、溶接不良の原因ともなっていた。
【０００６】
また、硫黄Ｓの含有量が少ないと被溶接体の表面付近を溶融が対流してしまい、深い溶け込みを得ることができない。また、含有される硫黄Ｓは、被溶接体の全体に均等に含有されていないため、硫黄Ｓの少ない部分では、溶け込み深さが十分得られず、この部分でも溶接不良の原因となっていた。
【０００７】
そこで、本発明では、被溶接体の開先にフラックスを塗布する作業を省き、均一に深い溶け込み深さを与えることができるＴＩＧ溶接用フラックス入りワイヤを提供する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明では、ステンレス鋼にＴＩＧ溶接するための内部にフラックス（２）が充填されたフラックス入りワイヤであって、前記フラックス（２）は、二酸化けい素ＳｉＯ₂と酸化クロムＣｒ₂Ｏ₃と硫黄Ｓとで構成され、二酸化けい素ＳｉＯ₂と酸化クロムＣｒ₂Ｏ₃とは、二酸化けい素ＳｉＯ₂が２０〜８０重量％、酸化クロムＣｒ₂Ｏ₃が２０〜８０重量％の比率で混合され、硫黄Ｓは、前記フラックス（２）の全重量に対し５〜２０重量％の比率で含有され、前記フラックス（２）は、前記フラックス入りワイヤに５〜２５重量％の比率で充填されているステンレス鋼ＴＩＧ溶接用フラックス入りワイヤにより上記課題を解決する。
【０００９】
本発明によれば、フラックス（２）が溶接ワイヤに充填されているので、溶接開始直後に、ワイヤを送ることにより、ワイヤが溶けて溶融池表面を溶融フラックスが覆うことになる。したがって、フラックスを開先に別途、塗布する必要がなくなる。
【００１０】
また、充填されるフラックス（２）は、２０〜８０重量％の二酸化けい素ＳｉＯ₂と２０〜８０重量％酸化クロムＣｒ₂Ｏ₃とで構成されているので、溶融池の溶湯を深さ方向に沿って対流させる事ができる。この為、溶融池の表面張力を低減させ、溶け込みを深くする。
【００１１】
更にフラックス（２）には、硫黄Ｓが含まれているので、たとえ、被溶接体に含有される硫黄Ｓが部分的にばらつきが有っても、開先に常に一定量の硫黄Ｓを付着させるので、この付着された硫黄を巻き込むように溶接し、溶接部の硫黄Ｓの量を一定に保ことができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１３】
図１は、本発明のフラックス入りワイヤの４つの実施形態について、長手方向に直交する方向の断面をそれぞれ示している。
【００１４】
これらワイヤは、細長く厚さの薄い外皮材１で、フラックス２の外周を被覆するようにして形成されている。外皮材１は、元々細長い板状の部材である。この板状の外皮材１をその幅方向の両側端を、その長手方向の全域に亘って突き合わせるようにして円状に曲成させ、その内部にフラックス２を包み込んで、ワイヤ完成品の前段階の準完成品が形成される。その後、準完成品内部に形成された空間を圧縮して全長に亘って均一な線径になるように前記準完成品をその長手方向に引き抜き加工して、本発明にかかるフラックス入りワイヤが形成される。この際、図１（ｃ）又は図１（ｄ）のように、外皮材１の両側端同士を絡めるようにしてワイヤを形成すると充填されたフラックス２の漏れ出しを効果的に防止できる。
【００１５】
なお、内部に充填するフラックス２のワイヤ全重量に対するし比率は、５〜２５重量％とするのがよく、好ましくは、１０〜２０重量％とするとよい。一方、比率が５重量％に満たないと、以下に説明する本発明の作用効果を有効に発揮できない恐れが有り、また、２５重量％を超える場合には、引き抜き加工の際に外皮材１の両側端をうまく密着させることが困難となる場合がある。
【００１６】
次に、本発明のフラックス入りワイヤに充填されるフラックスについて、その詳細を説明する。
【００１７】
一般に、溶接深さは、母材の表面張力、粘性、溶湯温度その他の各因子により決定される。本願発明の発明者は種々の実験を行い、ＴＩＧ溶接をする際、使用されるフラックスに含有される酸化クロムＣｒ₂Ｏ₃と二酸化けい素ＳｉＯ₂との混合比率が、溶融池の表面張力に影響を及ぼすことを究明した。
【００１８】
フラックスに酸化クロムＣｒ₂Ｏ₃を２０〜８０重量％、二酸化けい素ＳｉＯ₂を２０〜８０重量％の比率で含有させたものを使用してステンレス鋼にＴＩＧ溶接すると、溶融池の表面張力が、６００ｄｙｎｅ／ｃｍ以下となり、この範囲以外の範囲の場合に比し、大幅に表面張力を低下させることができる。これは、図２に示すように、このフラックスが溶融池の溶融４を電極５の中心ＣＬに向けて対流させるとともに母材３の深さ方向に延びるように対流させる為である。なお、酸化クロムＣｒ₂Ｏ₃と二酸化けい素ＳｉＯ₂との混合比率は、好ましくは、酸化クロムＣｒ₂Ｏ₃を４０〜８０重量％、二酸化けい素ＳｉＯ₂を２０〜６０重量％とすると更によい。
【００１９】
一方、酸化クロムＣｒ₂Ｏ₃の混合比率が２０重量％より小さく、かつ、二酸化けい素ＳｉＯ₂の混合比率が８０重量％より大きい場合には、溶融池の表面張力が大きくなる。逆に、酸化クロムＣｒ₂Ｏ₃の混合比率が８０重量％より大きく、かつ、二酸化けい素ＳｉＯ₂の混合比率が２０重量％より小さい場合にも溶融池の表面張力は大きくなる。
【００２０】
また、溶け込み深さは、硫黄Ｓの量にも左右される。本願発明の発明者は、上記の酸化クロムＣｒ₂Ｏ₃と二酸化けい素ＳｉＯ₂とを含有するフラックスが充填されたワイヤに更に硫黄Ｓを含有させてＴＩＧ溶接を試みた。そして、安定させて深い溶け込みを得ることができる硫黄Ｓのフラックスに対する適正な含有率をも究明した。
【００２１】
上述の酸化クロムＣｒ₂Ｏ₃と二酸化けい素ＳｉＯ₂とを含有するフラックスに５〜２０重量％の比率で硫黄Ｓを含有して溶接すると、溶融池の溶融４が、深さ方向へ延びるように対流させることを助長することが判明した。ところが、フラックスに含有される硫黄Ｓの含有量が５重量％より少ないと深さ方向へ溶融の対流を延ばすことができず、深い溶け込みを得ることができない。逆に２０重量％を超過する硫黄Ｓを含有させても、溶融の対流をそれ以上深さ方向へ延ばすことができず、溶け込み深さをそれ以上深くすることができず、効果は上がらない。
【００２２】
このことは、図３からも明らかである。図３は、被溶接体にステンレス鋼を選び、ステンレス鋼に含有される硫黄Ｓと、（ビード幅）／（溶け込み深さ）で表されるアスペクト比（Ｄ／Ｗ）との関係を示した図である。図の横軸は硫黄Ｓの含有量を、縦軸はアスペクト比（Ｄ／Ｗ）をそれぞれ表している。なお、ビード幅Ｗ及び溶け込み深さＤは、図４のＷ及びＤで表される部分の寸法である。
【００２３】
この図３によれば、アスペクト比Ｄ／Ｗの値は、硫黄Ｓの含有量がステンレス鋼全体の重量に対し約０．００８％まで硫黄Ｓの含有量に比例するように増加し、含有量が０．０１５％までは、増加率が徐々に低下しながら増加している。そして含有量が０．０１５％を超えるとアスペクト比は増加せず、ほぼ横ばいとなる。これは、溶融池の溶融は、溶接部分の硫黄Ｓの量がある程度の量までは、硫黄Ｓの含有量が増加するに従い深さ方向へ徐々に延び、硫黄Ｓの含有量が一定値に達すると安定した溶け込み深さを得られること意味している。
【００２４】
なお、フラックスに含有させる硫黄Ｓの比率は、好ましくは、１０〜１５重量％とするとよい。
【００２５】
以上、被溶接体がステンレス鋼であるものについて説明したが、これには限定されず、他の被溶接体にＴＩＧ溶接を施しても同様である。
【００２６】
【実施例】
フラックスを酸化クロムＣｒ₂Ｏ₃と二酸化けい素ＳｉＯ₂とで構成し、酸化クロムＣｒ₂Ｏ₃と二酸化けい素ＳｉＯ₂との混合比率を種々変化させたフラックスをワイヤに充填し、これらフラックス入りワイヤを使用して、ステンレス鋼にビードオンプレート溶接試験を行い、溶け込み深さを測定した。溶接時の条件は、２００Ａ、１０Ｖで、トーチを１０ｃｍ／ｍｉｎの速度で移動させて行い、試験に使用したステンレス鋼は板厚が８ｍｍのＳＵＳ３０４の板材で、その化学成分は表１に示すものを使用した。
【００２７】
【表１】

【００２８】
図５は、酸化クロムＣｒ₂Ｏ₃と二酸化けい素ＳｉＯ₂との混合比率と溶け込み深さの関係を示し、横軸は酸化クロムＣｒ₂Ｏ₃と二酸化けい素ＳｉＯ₂との混合比率を、縦軸は溶け込み深さをそれぞれ表している。また、図６に酸化クロムＣｒ₂Ｏ₃と二酸化けい素ＳｉＯ₂との混合比率と（溶け込み深さ）／（ビード幅）で表されるアスペクト比との関係を示し、横軸は酸化クロムＣｒ₂Ｏ₃と２酸化クロムＳｉＯ₂との混合比率を、縦軸は前記アスペクト比をそれぞれ表している。なお、溶け込み深さ及びビード幅は図４のＤ及びＷで表される部分をいう。
【００２９】
図５から明らかなように、二酸化けい素ＳｉＯ₂２０〜８０重量％、酸化クロムＣｒ₂Ｏ₃２０〜８０重量％の範囲で、溶け込み深さＤを約４〜６ｍｍとすることができる。特に、二酸化けい素ＳｉＯ₂が４０重量％、酸化クロムＣｒ₂Ｏ₃が６０重量％のとき、溶け込み深さＤを約６ｍｍとすることができる。これは、従来のＴＩＧ溶接ワイヤで溶接した場合の３ｍｍに比べ、２倍の溶け込み深さを得ることになる。また、図６から判るように、二酸化けい素ＳｉＯ₂２０〜８０重量％、酸化クロムＣｒ₂Ｏ₃２０〜８０重量％の範囲で、アスペクト比は０．４５〜０．８の値を得ている。特に、二酸化けい素ＳｉＯ₂が４０重量％、酸化クロムＣｒ₂Ｏ₃が６０重量％のとき、その値は０．８と従来のワイヤの０．４に対し２倍の値を得ている。このことは、本発明のフラックス入りワイヤで溶接すると、幅方向よりも深さ方向へ溶け込んで、深い溶け込み深さを得ることができることを意味している。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、フラックスが溶接ワイヤに充填されているので、溶接開始直後に、ワイヤを送ることにより、ワイヤが溶けて溶融池表面を溶融フラックスが覆うため、フラックスを開先に別途、塗布する必要がなくなる。また、深い溶け込みを得ることができるので、何層にも亘って溶接する必要もなくなり、溶接作業の作業時間を大幅に短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の４つの実施形態にかかるフラックス入りワイヤの縦断面図。
【図２】溶接の際生ずる溶融池の溶融の対流を示す説明図。
【図３】ステンレス鋼に含有される硫黄Ｓの含有率と（溶け込み深さ）／（ビード幅）で表されるアスペクト比との関係を示す図。
【図４】溶け込み深さ及びビード幅を示す説明図。
【図５】ＳｉＯ₂とＣｒ₂Ｏ₃との混合比率と、溶け込み深さの関係を示す図。
【図６】ＳｉＯ₂とＣｒ₂Ｏ₃との混合比率と、アスペクト比との関係を示す図。
【図７】被溶接体の開先形状を示す縦断面図。
【図８】ステンレス鋼に含有される硫黄Ｓと溶け込み深さとの関係を示す図。
【符号の説明】
１外皮材
２フラックス
４溶融
Ｄ溶け込み深さ
Ｗビード幅

Claims

ＴＩＧ溶接するための内部にフラックスが充填されたフラックス入りワイヤであって、
前記フラックスは、二酸化けい素ＳｉＯ₂と酸化クロムＣｒ₂Ｏ₃と硫黄Ｓとで構成され、二酸化けい素ＳｉＯ₂と酸化クロムＣｒ₂Ｏ₃とは、二酸化けい素ＳｉＯ₂が２０〜８０重量％、酸化クロムＣｒ₂Ｏ₃が２０〜８０重量％の比率で混合され、硫黄Ｓは、前記フラックスの全重量に対し５〜２０重量％の比率で含有され、
前記フラックスは、前記フラックス入りワイヤに５〜２５重量％の比率で充填されていることを特徴とするＴＩＧ溶接用フラックス入りワイヤ。