JPH01262096A - ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、造船・橋梁・鉄骨等の分野で多用されている
プライマー塗装鋼板の溶接において、ピットやブローホ
ール竹の溶接欠陥のない高品質な溶接部が得られるガス
シールドアーク溶接用フラックス入りワイヤに関する。

［従来の技術］ 近年、その溶接の高能率性、良好な溶接作業性の面から
フラックス入りワイヤの増加か著しい。

フラックス入りワイヤは溶接の能率が被覆アーク溶接棒
の約２倍であり、またソリッドワイヤより溶接中のスパ
ッターが少なく、更に含有フラックスの効果により優れ
た溶接ビード外観か得られる。

このためにフラックス入りワイヤは鋼材の突き合せ溶接
およびすみ肉溶接に多く採用されてきている。

しかしなから、鋼材の多くは発錆を防止するため、切断
や溶接等の加工前にプライマー（防錆塗料）が塗布され
ており、その鋼材を溶接した場合、溶接欠陥など様々な
不具合が生じ易い。

特に、プライマー塗装鋼板のすみ肉溶接においては、溶
接アーク熱により発生した水素や一酸化炭素等のプライ
マー分解ガスか溶融金属内に侵入し、ピットやブローホ
ールが発生し易く、溶接速度低減や手直しによる工数増
等で、フラックス入りワイヤ本来の目的である溶接の高
能率化を達成していないという問題がある。

こうした問題を解決する方策として、■特開昭５２−６
８０４０号公報、■特開昭５２−１４４３４１号公報等
のフラックス入りワイヤが提案されている。

これらはいずれも、所定量の水素をアーク雰囲気中に供
給して、溶融金属中の水素を過飽和にし溶融金属中のガ
ス放出速度を早くして溶融金属の凝固前にガスを放出さ
せることにより、ピットやブローホール等の溶接欠陥を
防止するものである。

しかし水素源としては、いずれもシールドガスに添加し
た水素ガスや、水分あるいは水酸基をもった水素源化合
物を使用している。そのため、シールドガスに水素ガス
を添加する煩雑さや、水分あるいは水酸基をもった水素
化合物か分解する際にスパッターの原因になったり、溶
接ビード形状を劣化させたりする欠点かあった。

上記問題を解決するため、本発明者らは先に、金属又は
金属合金の水素化合物を使用することにより耐プライマ
ー性が良好でかつスパッターの少ないフラックス入りワ
イヤを提案し効果をあげている（特公昭［ｉ３−７８７
９号公報）。

しかしその後の研究により、充填フラックス中のスラグ
形成剤の種類および量を適正化すれば、プライマー塗装
鋼板のすみ肉溶接における溶接条件範囲を更に拡大でき
るという知見を得て本発明をなしたものである。

［発明か解決しようとする課題］ 本発明は、特にプライマーか塗布された鋼板のすみ肉溶
接において、ビード外観・形状か良好で、スパッターが
少ないなと溶接作業性に優れると共に、ピットやブロー
ホール特にフラックス入りワイヤで特徴的にみられるビ
ード表面のガス溝（ガス圧痕）の発生を押さえたガスシ
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
とを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明に係わるガスシールドアーク溶接用フラックス入
りワイヤの構成は、充填フラックス中に金属又は金属合
金の水素化合物の１種又は２種以上を、水素換算値でワ
イヤ全重量に対しｏ、ｏｏｔ〜０．０３５重量％含有し
、かつ下記成分を必須構成要件とするところに要旨を有
するものである。

Ｔ　ｉＯ２：　５．５〜１１．０重量％Ｓ　ｉＯ２；　
（１，７〜４．８重量％鉄酸化物、Ｍｎ酸化物の １種又は２種以上；０．５〜４．３重量％Ｓ　１０２　
／　（鉄酸化物子 Ｍｎ酸化物）；０．６〜３．２ アルカリ金属酸化物の １ｖｉ！、又は２種以上　；０．２〜１．３重量％上記
各酸化物を含む 酸化物の総量　；７，３〜１８．９重量％Ｍｎ　　　　
　　　　　　　；　２．５〜４．８重量％以下に本発明
に係わるワイヤを上記構成とした理由を詳細に説明する
。

まず本発明において金属又は金属合金の水素化合物を水
素換算値でワイヤ全重量に対し、０．００１〜０．０３
５重量％としたのは以下の理由からである。

プライマー塗装鋼板のすみ肉溶接におけるピットやブロ
ーホールの防止対策としては、前述したごとくアーク雰
囲気中に水素を所定量供給するのが最も有効な方策であ
る。しかし従来は、シールドガス中への水素ガス添加か
、充填フラックス中への水分あるいは水酸基をもつ化合
物の添加か行われていた。しかしこれらは水素ガスの扱
いにくいこと、水分や水酸基をもった化合物はスパッタ
ーを多発させ、ビード形状を劣化させる等で、フラック
ス入りワイヤ本来の利点が損なわれている。

これに対し、金属又は金属合金の水素化合物は、溶接ア
ークにより加熱されて容易に水素を発生し、その水素が
鋼板のプライマーから発生した水素や、−酸化炭素等の
ガスの溶融金属からの放出を促進して、ピット・ブロー
ホールの発生を抑制する。

更に特徴的なことは、溶接アーク中における水素の発生
が、水分や水酸基をもった他の水素含有物質のように爆
発的でないため、スパッター増やビード形状の悪化を起
こさないという点である。

従って、金属又は金属合金の水素化合物をワイヤ中に所
定量添加することにより、溶接作業性を損なわすに耐プ
ライマー性を向上させることができる。

本発明で言う金属又は金属合金の水素化合物とは、水素
と金属又は金属合金との化合物ならいずれでもよく、Ｔ
ｉ、Ｚｒ、Ｃａ、Ｌｉ等の水素化合物や、ＦｅＴｉ　、
Ｍｇ２Ｎｉ等の金属合金の水素化合物を添加することが
できる。

これら金属又は金属合金の水素化合物の１種又は２種以
上が、水素換算値でワイヤ中に０．００１重量％未満で
あると、本来の水素を溶融金属に過剰に供給して、溶接
金属のピットやブローホールを抑制するという効果か得
られない。

一方０．０３５重量％を超えて添加すると、水素が過剰
になってピットか発生したりまたスパッターか増加する
。従ってワイヤ中に添加する金属又は金属合金の水素化
合物の１種又は２種以上は、水素換算値で０．００１〜
０．０３５重量％とする。

Ｔ　ｉｏ　２は本発明におけるフラックスの主成分であ
り、スラグ形成剤として、またアーク安定剤として不可
欠の成分である。すなわち、Ｔ　ｉＯ２はスラグの流動
性を良好にしてビード全体を均一に被包させ、すみ肉ビ
ード形状を整える作用をする。

またアーク安定剤としての作用も有し、安定したアーク
を持続させる効果がある。５５重量％未満では上記効果
が発揮されないため良好なビード外観・形状が得られず
、スパッターも増大する。

一方１１．０重量％を超えるとスラグ生成量か過多とな
り、スラグの巻き込みが発生すると共にビードが不揃い
になる。従ってＴ　Ｉ　Ｏ２の添加範囲はワイヤ全重量
に対し５．５〜１１，０重量％とする。

金属又は金属合金の水素化合物およびＴｉＯ２を上記構
成とすることにより、ピット・ブローホールの発生が少
なくかつ良好なビード外観が達成される。しかしながら
特に溶接速度が早くなると、ビード表面にガス溝（ガス
圧痕）が生じる場合がある。

ガス溝は添加水素およびプライマー分解ガスの一部が、
スラグと溶融金属間に閉じ込められて生じるものであり
、スラグの粘性が高い場合や凝固速度が早い場合に多く
発生するものと考えられる。

そこで本発明者らは、これら放出ガスを速やかにスラグ
内を浮上、逸散させてガス溝を生じさせない条件を種々
検討した。

その結果、スラグの粘性および凝固点を下げる作用をも
つ鉄酸化物、Ｍｎ酸化物の添加量と、スラグの粘性を高
めるＳｉＯ２の添加量を適性化することにより、良好な
溶接作業性を維持したままガス溝の発生を防止できるこ
とを発見した。

すなわち、第１表に示す基本フラックスに鉄酸化物、Ｍ
ｎ酸化物および５１０２の添加量を種々変化させたフラ
ックスを、軟鋼外皮に充填して第３図（Ｃ）の断面形状
の１．８ｍ＋ｎのワイヤを試作し実験を行った。

この場合、ＳｉＯ２は０〜６重量％、鉄酸化物およびＭ
ｎ酸化物の１種以上の合計て０〜６重量％の範囲で変動
させた。

第　　　１　　　表　　　　（ｗｔ％）−１０＝ 第１図はこれら試作ワイヤの水平すみ肉溶接における耐
プライマー性および溶接作業性を示す実験結果のグラフ
である。但し本実験を行った溶接条件は次の通りである
。

〈溶接条件〉 ・試験鋼板　　；　５Ｍ−５０Ｂ、　１２．７１（ウォ
ッシュプライマー を２０〜２５庫厚に塗布） ・試験板形状　　　：Ｔ型すみ肉溶接試験板・溶接姿勢
　　　、水平すみ肉溶接 ・溶接電流　　；３２０Ａ ・溶接電圧　　、３２■ ・溶接速度　　；　４０ｃｍ／ｍｉｎ ・ワイヤ突出し長さ；　２５ｍｍ ・トーチ角度　　　：下板から４５゜ （前進角５°） ・ＣＯ流量　　　；２０Ω／ｍｉｎ 第１図から、ＳｉＯ２が０．７重量％未満ではスラグの
粘性か低下しスラグの被りか不安定でビード形状が劣化
する。一方４．８重量％を超えるとスラグ粘性が高くな
り過ぎビート表向にガス溝が発生する。従ってＳ　ｉＯ
２は０７〜４．８重量％とする。

次に鉄酸化物およびＭ　ｎ酸化物の１種又は２種以上の
合計か、０．５重量％未満ではスラグ粘性か高くガス溝
が発生し、４３重量％を超えるとスラグの粘性が極端に
低下するため、カス溝の発生は認められないがスラグの
被包性が悪くなるためビートが不揃いになる。従って鉄
酸化物およびＭｎ酸化物の１種又は２種以上の合計は０
，５〜４３重量％とする。

更にＳ　ｉＯ２および鉄酸化物、Ｍｎ酸化物が上記範囲
において更に詳細に添加量を検討すると、ＳｉＯ２およ
び鉄酸化物、Ｍｎ酸化物の添加比率により耐ガス構外、
ビード形状か変化する。

すなわちＳ　ｉＯ２／　（鉄酸化物＋Ｍｎ酸化物）が０
．６未満ではスラグの粘性か小さくなるためスラグ被包
性が悪くなりビード形状か劣化する。−方３，２を超え
るとＳｉＯ２の特性か強調されるため、スラグ粘性が高
くなってスラグ中のガス放出が阻害されガス溝が多発す
る。従ってＳｉＯ２／（鉄酸化物＋Ｍｎ酸化物）は０．
６〜３．２とする。

このように５ｉ０２および鉄酸化物、Ｍｎ酸化物の添加
量および添加比率を上記範囲に調整することにより、良
好なビード形状を保ちつつガス溝の発生を防止できる。

次に、アルカリ金属酸化物の１種又は２種以上を０．２
〜１．３重量％としたのは、アークを安定化させスパッ
ター発生量を抑制するためである。特にアーク雰囲気中
に水素が多量存在すると、アークが硬直化しスパッター
が多く発生するようになる。

これを防止するためには、電離電圧が低くアーク安定化
効果の大きいアルカリ金属酸化物の添加が必要である。

アルカリ金属酸化物か０．２重量％未満では上記効果が
発揮されずスパッター抑制効果が得られない。一方、１
．８重量％を超えると逆にアーク長が極端に長くなって
溶滴の移行性を妨げるため、大粒のスパッターか多発す
るようになる。従ってアルカリ金属酸化物の１種又は２
種以上を０．２〜１，３重量％とする。

なおアルカリ金属酸化物としては、 Ｎａ２Ｏ，に２０．Ｌ　ｉ２０等の他にに２ＴＩＯ３゜
Ｋ２ＳｉＯ３等の複合酸化物の形態でも添加できる。

さらに、上記各酸化物を含む酸化物の総量を７．３〜１
８．９重量％としたのは以下の理由による。

すなわち第２図は、充填フラックスの基本組成としてＴ
　ｉ　Ｏ２；　８．１重量％、Ｓ　ｉＯ２；　２．８重
量％、Ｆｅ２Ｏ３；１２重量％、ＭｎＯ；１．５重量％
、Ｋ２Ｏ；０．３重量％、Ｍｎ；３．８重量％、残鉄粉
とし、酸化物の比率を変えずに添加量のみを種々変化さ
せた断面形状が、第３図（Ｃ）の１．ｆｌｉ＋ｎｍのワ
イヤを試作して、前述の溶接条件で水平すみ肉溶接性能
を調査した実験グラフである。

第２図からも明らかなように、酸化物の総量か７３重量
％未満ではスラグ生成量か少なく、スラグの凝固か早い
ためガス溝が発生する。また１８．９重量％を超えると
生成スラグ量か多くなりすぎ、発生ガスの浮上、逸散が
阻害されるためガス溝が多発するようになる。従って、
酸化物の総量は７．３〜１８，９重量％とじた。

次にＭｎを２．５〜４．８重量％とした理由は、溶接金
属を脱酸させて耐気孔性を高めると共に過脱酸による気
孔を防止するためである。Ｍｎか２．５重量％未満では
脱酸不足とみられるピント、ブローホールが発生し、４
．８重量％を超えると、溶融金属中に比較的多量の水素
が溶解している本発明ワイヤにおいては、溶融釜属中の
水素が活発となり、過脱酸とみられるピット、ブローホ
ールが発生する。従ってＭｎは２，５〜４８重量％とす
る。

以上が本発明ワイヤの主要構成であるか、スラグ物性調
整のため、上記以外の酸化物例えばＣａｂ、ＭｇＯ，Ａ
Ω　ＯＺ　ｒ　Ｏ２等の酸化２３″ 物を単体もしくは化合物の形態で、酸化物の総量が上記
範囲内で添加することかできる。

ワイヤの外皮としては通常軟鋼を用いるか、用途に応じ
て低合金鋼又は高合金鋼を用いることかできる。また本
発明ワイヤは、フラックスの充填率は１５〜３０％の範
囲でワイヤ径は１．０〜２．４ｍｍであることか望まし
い。

また、ワイヤ断面構造は第３図（Ａ）　、　（Ｂ）　。

（Ｃ）　、　　（Ｄ）に示す種々の構造のものにするこ
とか可能であるか、溶接の自動化を考慮すれば（Ｄ＞の
シームレスタイプか望ましい。

更にシールドガス組成としては炭酸ガスか最も一般的で
あるが、炭酸ガスに酸素ガスあるいはアルゴンガスを混
合する場合も適用できる。

［実　施　例］ 第２表に本発明ワイヤおよび比較ワイヤのフラックス組
成を示す。

いずれも軟鋼外皮（Ｃ、０，０４５％、　　Ｓｔ　　；
０．０１％、　Ｍｎ　　；　０．２９％）を用い、断面
形状が第３図（Ｄ）のフラックス入りワイヤ（１，［ｉ
ｍｍ）を作製した。第３表にこれらワイヤを用いて水平
すみ肉溶接したときの試験結果を示す。

第２表および第３表において、ＮＯｌ・〜Ｎ０２９か本
発明例、Ｎｏ、　１０〜Ｎｏ、　２０か比較例である。

本発明の構成要件を満足するＮｏ、　１〜Ｎｏ、　９は
いずれも耐プライマー性および溶接作業性か良好である
。

これに対し、Ｎｏ、　１０はＴｌＯ２が多いためビード
外観力坏良であり、Ｎｏ、　１１は５１０２が多くビー
ト表面にガス溝が多発する。ＮＯ，１２，１３および１
４は鉄酸化物およびＭｎ酸化物の添加量あるいは添加比
率が規定範囲を外れるため、それぞれ耐ガス溝性、ビー
ド形状か劣悪になる。Ｎｏ、Ｌ５．１６はアルカリ金属
酸化物か規定範囲外のため、いずれもスパッターか多発
する。Ｎｏ、　１７は酸化物の総量か多いためガス溝が
多発しビード外観が不良となる。また金属又は金属合金
の水素化合物の添加量か少ないＮｏ、　１８および添加
量の多いＮｏ、　１９はピット、ブローホールか多発す
る。更にＮｏ、　２０はＭｎの量か多いためピットか発
生するため採用できない。

備　　　考 （１）　　ピット・ブローホール数はピート１ｍ当りに
換算した。

（２）　　ブローホールはビード中央を縦破断して調査
した。

（３）溶接作業性、総合評価基準 （４）溶接条件 ・試験鋼板　　、５Ｍ−５０Ｂ、　　（１２，７ｔ）ウ
ォッシュプライマー 塗布（２０〜２５μｍ） ・試験板形状　　　：Ｔ型すみ肉試験板・溶接姿勢　　
　；水平すみ肉溶接 ・溶接電流　　；３２０Ａ ・溶接電圧　　；３２Ｖ ・溶接速度　　；　４０ｃｍ／ｍｉｎ ・ワイヤ突出し長さ；２５ｍｍ ・トーチ角度　　：下板から４５°　（前進角５°）・
ＣＯ２流量　　；２０ρ／ｍｉｎ ［発明の効果コ 以上のように、本発明のガスシールドアーク溶接用フラ
ックス入りワイヤは、プライマー塗装鋼板のすみ肉溶接
において、ビード外観・形状が良好で、スパッターが少
ないなど溶接作業性に優れ、かつピットやブローホール
さらにはビート表面のガス溝の発生が極めて少ないワイ
ヤである。従って溶接ビードの手直しを軽減でき、溶接
部の信頼性向上および溶接の高能率化に大きく貢献する
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はＳｉＯ２および（鉄酸化物＋Ｍｎ酸化物）の添
加量とすみ肉溶接性能の関係を示す図表、第２図は酸化
物の総量とガス溝発生率の関係を示す図表、第３図はフ
ラックス入りワイヤの断面形状を示す断面図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 充填フラックス中に金属または金属合金の水素化合物の
   １種又は２種以上を、水素換算値でワイヤ全重量に対し
   ０．００１〜０．０３５重量％含有し、かつ下記成分を
   必須とす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。 ＴｉＯ＿２；５．５〜１１．０重量％ ＳｉＯ＿２；０．７〜４．８重量％ 鉄酸化物、Ｍｎ酸化物の １種又は２種以上；０．５〜４．３重量％ ＳｉＯ＿２／（鉄酸化物＋ Ｍｎ酸化物）；０．６〜３．２ アルカリ金属酸化物の １種又は２種以上；０．２〜１．３重量％ 上記各酸化物を含む 酸化物の総量；７．３〜１８．９重量％ Ｍｎ；２．５〜４．８重量％