JPH02192895A

JPH02192895A - セルフシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ

Info

Publication number: JPH02192895A
Application number: JP2823689A
Authority: JP
Inventors: Tomoyuki Suzuki; 友幸鈴木; Mikio Makita; 槙田　三宜男; Takeo Adachi; 足立　武夫
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1988-10-22
Filing date: 1989-02-07
Publication date: 1990-07-30

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］本発明は造船、橋梁、海洋構造物等の屋外全姿勢溶接に
通用されるセルフシールドアーク溶接用複合ワイヤに関
する。

〔従来の技術〕

セルフシールドアーク溶接用複合ワイヤ（以下セルフシ
ールドワイヤという）は、他の溶接材料と異なり、自己
シールド機構が強化されているため、風による溶接欠陥
の発生が少ないことから、特に屋外現場施工に好んで採
用されて来た。しかし、従来のセルフシールドワイヤに
は、溶接金属中の気孔の発生を防止するために、Ａｌ．
　Ｍｇ等の脱酸剤、脱窒剤が多量に添加されており、こ
のために／Ｖが溶接金属に多量に残留し、結晶粒が粗大
化し、良好な低温靭性が得られなかった。さらに、Ｃａ
Ｆ　２を主たる金属弗化物として使用してきた従来のセ
ルフシールドワイヤでは、ＣａＦｚはスラグの流動性を
著しく大きくするため、立向姿勢や上向姿勢におけるビ
ード形成性に問題があり、全姿勢溶接性が要求される現
場施工への適用は困難であった。

これらの欠点を解消するために、例えば特開昭５４−１
５３１３９号、特開昭５６−７４３９５号、特開昭５８
１４８０９５号、特開昭５９−４２１９８号の各公報に
示されるように、ワイヤを細径化して全姿勢溶接での良
好な使用特性と、耐気孔性および低温靭性の向上を図っ
たセルフシールドワイヤがある。

そこに示されたワイヤは、金属弗化物としてＢａＦ　２
を用い、さらに細径化することで、確かに従来ワイヤよ
りも低温靭性および全姿勢溶接性が向上している。

しかしスラグのはくり性が悪（、ビード表面状態が悪い
ため、ビード外観などを重視しない限られた部所の溶接
に限定されている。

上記欠点を解消するために、例えば特公昭６２−２５４
７９号、特許第１３２８９３３号、特開昭５９−２１８
２９７号の各公報にリチウム化合物を主に使用すること
により、すぐれた耐気孔性、ビード外観および溶接金属
の衝撃じん性の得られるセルフシールドアーク溶接用フ
ラックス入りワイヤが開示されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、これらのセルフシールドアーク溶接用フラック
ス入りワイヤの溶接性能を詳細に検討した結果、下向姿
勢の１バス溶接および立向姿勢では良好な溶接作業性を
示すが、下向姿勢の特に開先内の多層盛り溶接で融合不
良や、スラグの巻込みが生じ易く、溶接継手性能の点で
必ずしも満足すべきものではない。

本発明は上記従来ワイヤの欠点を解消し、適用分野を拡
大することを目的としたもので、下向は勿論室間、横向
など全姿勢でバランスの取れた溶接作業性、健全な溶接
継手および良好な機械的性質の得られるセルフシールド
アーク溶接用フラックス入りワイヤを提供しようとする
ものである。

（課題を解決するための手段〕上記課題を解決するため各種成分を組合せ、最適な量に
調整し、バランスさせたことにより従来技術の欠点を改
良し、種々の溶接に適用できる作業性の良い全姿勢溶接
用ワイヤを作ることに成功したものである。

その構成は充てんフラックス全重量に対しリチウム酸化
物と鉄、マンガン、シリコン、チタン、ジルコニウム、
アルミニウム、マグネシウム、カルシウムよりなる群か
ら選ばれた１種以上の金属酸化物との複合酸化物；５６
〜７０％、ＬｉＦ　　；０．１〜５％、ＬＩｚＣＯ＊　
ｉ　１〜１０％、Ｍ；３〜３０％、台ｇｉ３〜１０％、
Ｍｎ；１〜５％を必須成分として、これにＮａ＋　Ｋ、
　Ｍｇ、Ｃａ＋　Ｓｒ、　Ｂａから選択されるフルオロ
錯塩を含む弗化物の１種以上を合計；０．１〜５％、Ｍ
ｇ、　Ｃａ、　Ｓｒ、　Ｂａから選択される炭酸塩の１
種以上を合計；１〜５％、Ｔｉ、　Ｚｒの１種または２
種を合計；０．１〜２％、それぞれ付加成分として含有
する粉粒状フラックスを鋼製外皮の内側にワイヤ全重量
に対して１５〜ｂて成ることを特徴とするものである。

［作　用］以下作用と共に本発明の構成要件の限定理由を詳細に説
明する。

セルフシールドアーク溶接ではアルカリ金属、アルカリ
土類金属の蒸気、特にＬｉ金属蒸気がアーク雰囲気中の
窒素量を減少させる効果のあることが知られている。本
発明ではＬｉ金属蒸気発生材としてリチウム酸化物を他
の金属酸化物と複合酸化物とした形で添加し、ＡＩ、　
Ｍｇによる還元作用で最も効率良（Ｌｉ元素に還元し、
窒素量を有効に減少させるように配慮した。リチウム酸
化物の添加量は多い程窒素低下に効果があるが他金属と
の複合酸化物の形で添加する必要があるのでその上限は
７０％となる。７０％を超えて添加した場合は、還元剤
としてのＡＩ、　Ｍｇ量および全姿勢溶接に適したスラ
グ物性調整剤を有効な程添加できない。また５６％未満
ではＡＺ、　Ｍｇなどの強力な脱酸剤を多量に添加して
もＬｉ元素量が少なく有効にアーク雰囲気中の窒素量を
低下させることができず、溶接金属に気孔が発生し易く
なる。リチウム酸化物を他金属酸化物との複合酸化物と
するのは製造中および製造後の保管中のリチウム酸化物
の吸湿を防止し、経時変化の少ない安定した品質のワイ
ヤを得るため必要となる。リチウム酸化物と他の金属酸
化物の割合はリチウム酸化物１モルに対し他の金属酸化
物を１モルかやや多い割合で混合し高温で焼結すること
で実用上問題のない程度までリチウム酸化物の吸湿を防
止できる。

リチウム酸化物との複合酸化物とする金属酸化物はＮ、
Ｍｇなとの強力脱酸剤により一部還元されて溶接金属の
合金成分となるもの、はとんど還元されないでそのまま
スラグとなるものがある。例えば鉄、マンガン、シリコ
ンの酸化物は／Ｖ、Ｍｇにより還元され、殆ど溶接金属
中に移行する。従って鉄酸化物は溶着率を向上させ、マ
ンガン、シリコンの酸化物は合金となり溶接金属の強度
を増加させる。鉄、マンガン酸化物はＡｆｆｉ、Ｍｇな
ど高融点酸化物の融点を低下させ、シリコン酸化物は溶
接スラグに適当な粘性および表面張力を与える。

他の元素の酸化物はほとんど溶接スラグ中に移行し、リ
チウム、Ａｔ、　Ｍｇｆｉに応じて使い分けることがで
きる。

ＡＩはＭｇと共にセルフシールドアーク溶接用光てんフ
ラックス材において強力な脱酸、脱窒剤としてリチウム
酸化物と他金属酸化物との複合酸化物を還元し、アーク
中に窒素が侵入するのを有効に防ぐＬｉ元素のバリヤを
生成させ、また侵入した窒素とは窒化物を作り溶接金属
中にブローホールとして残るのを防ぐ作用を持つ重要な
元素である。

充てんフラックス中のＡＩが３％未満では充てん率の増
加および他脱酸剤の調整をしても上記効果は不十分でピ
ット、ブローホール等の溶接欠陥が発生する。一方３０
％を超えると溶接金属中のＡｆが過剰となり結晶粒が粗
大化し衝撃靭性を劣化させると共に酸化したＭの比率は
溶接スラグ中でも多くなりスラグの凝固速度を低下させ
直間姿勢のメタル溶接欠陥を生じ易くするので好ましく
ない。

なおＡＩは単体あるいはＦｅ−ＡＪ、　ＡＪ−Ｍｇ、　
’１ｒ−ＡＩ。

Ｌｉ−ＡＪ、　ＣａＪＪ、　Ｃａ−ＡＪ−Ｍｇ等の形態
で単独あるいは複合添加することができる。

Ｍｇは強力な脱酸剤であり前記ＡＩと共に使用してリチ
ウムの複合酸化物を還元し、有効なＬｉバリヤ生成作用
を行ない、金属ヒユームとなりアーク雰囲気の窒素分圧
を下げる効果がある。また溶滴の離脱を促進し、溶滴を
細かくし、アーク力を強くする効果もある。１０％を超
えて添加するとヒユーム量が多くなると共にアーク力が
強くなり過ぎスパッタの発生量が増大する。３％未満で
は上記効果は不十分でビット、ブローホールなどの欠陥
が生じ易くなる。

Ｍｇは単体または／ＶＭｇ、　ＮｉＭｇ＋　ＬｉＭｇ、
　ＣａＭｇ＋　３１Ｍｇ。

ＦｅＭｇ等の形態で単独または複合添加する。

Ｍｎは溶接金属の引張強さ、靭性を改善するために合金
剤として添加する。Ａｔ、　Ｍｇなど強膜酸剤添加量の
多い本発明ワイヤにあっては還元されたマンガン酸化物
と共に殆どが溶接金属中に移行する。

その添加量は１％未満では外皮、マンガン酸化物からの
Ｍｎを調整しても強度および靭性が得られない。５％を
超えて添加すると溶接金属中のＭｎｉが必要以上に増加
するため溶接金属が硬化し、割れなどの重大な欠陥が生
じ易くなるので好ましくない。

リチウムの複合酸化物とＡＩ、　Ｍｇとの反応により生
成される溶接スラグは多量の／ＶおよびＭｇ酸化物を含
み、特にＡＩ酸化物が多い場合、通常固化速度が遅くな
るがＭｇ酸化物を適量入れ、結晶質で凝固点の高いペリ
クレース相とすることにより凝固速度は非常に速くなる
。従来はこの凝固速度の調整ヲＡｐ、　Ｍｇ量のバラン
スおよびＳｉＯ□添加による凝固点の低下により行った
が、下向開先内の多Ｎ溶接ではまだ、凝固速度が速くス
ラグインを生じ易い。

そこでスラグの凝固温度、表面張力を下げ、凝固直前の
溶融池および凝固直後のビード表面を有効に被包し、溶
接金属中への窒素の侵入を防止するためにＬｉＦを添加
する。その添加量は０．１％未満では上記効果が認めら
れず、５％を超えて添加すると安定してアークを持続で
きなくなると共に、表面張力が低下し過ぎ、かえって被
包性が悪化する。また凝固温度が低すぎ立向姿勢でのス
ラグ保持能力が劣化する。

Ｌｉ２ＣＯ３は溶接中のアーク熱で分解し、Ｃ０ｇガス
を発生するので、溶接アーク力を強化し、溶滴を細粒化
して移行性を改善する。アーク力を調整することにより
溶接中の母材への溶接金属のなじみが速く、又溶造みが
深くなり、スラグイン、融合不良のない健全な溶接継手
部が得られる。Ｌｉ　２ＣＯ３の添加量が１％未満では
アーク力に対する効果が現れず、１０％を超えると、ガ
ス発生量が過多でアークの接続が不安定となりスパッタ
がかえって増加し、溶着効率が低下する。

従って本発明ではＬｉｚＣ（ｈの添加量を充てんフラッ
クス全重量に対して１〜１０％の範囲とする。

上記各成分が本発明の必須成分であるが、この他に必要
に応じて以下の成分を添加してもよい。

Ｎａ＋　Ｋ、　Ｍｇ量　Ｃａｔ　Ｓｒ、　Ｂａから選択
されるフルオロ錯塩を含む弗化物の１種以上を合計；０
．１〜５％の範囲で含むが、この理由は、溶接中生成す
るスラグはリチウム酸化物と他金属酸化物の複合酸化物
とＩＶ、Ｍｇの酸化物およびリチウムの弗化物と酸化物
から構成されており、溶接ビードの被包性。

凝固温度などは良好で立向溶接を容易に行うことができ
る。しかし、下向溶接および水平すみ肉溶接を行うと母
材に対するビードのなじみが安定せず、特に開先内でウ
ィービング法により下向溶接を行うとスラグの巻込みを
起し易いことが分った。

また、水平すみ肉溶接においても立板側への溶接ビード
のなじみは良いが下板側への溶接ビードのなじみが不安
定で外観を損ねることが分った。

これらの溶接時の現象を良く観察すると、アークは安定
で吹付力はあるが母材とワイヤ先端との距離は短かく、
広がりが少ないがアーク電圧は比較的高いことが分った
。

またビード上のスラグは一見良く被包している様に見え
るが、中央部が厚く、母材と接しているビード両端では
極く薄いか、或いは露出していることが分った。水平す
み肉溶接の場合も同様で、下板側のビードの端部はスラ
グの被包が極端に薄いか、または露出に近い状況であり
、ビードの中央から立板側にかけて厚くなる傾向のある
ことが分った。

この様な現象はＬｉ元素が多い場合に認められる特異な
現象であり、この問題を解消するため種々検討した結果
、後述する炭酸塩と合わて前記弗化物を０．１〜５％添
加する必要のあることが分った。

すなわちこれらの弗化物はＡＩＦ、を除いてその凝固点
は鉄よりやや低く、また沸点も２０００°Ｃ以上と高い
ため殆ど分解されずスラグとなる。これらのスラグはリ
チウム酸化物に比べ凝固点はやや低いが重く、流動性が
良いため、スラグ全体として流動性が良くなり、かつ重
（なり、凝固温度も低下するため、スラグがビード全体
を均一に覆い、特にビード端部のなじみを改善する。こ
の効果は前記弗化物の量が０．１％未満では認められず
、５％を超えると立向姿勢でスラグの垂れが目立ち、作
業性を損ねるので０．１〜５％をその範囲とした。

また弗化物をフルオロ錯塩の形で添加するとアーク熱で
分解し弗化物蒸気およびスラグとなる。

これら弗化物蒸気はアーク雰囲気の窒素分圧を下げる効
果があり、スラグとなったものは前記弗化物と同様の効
果を示す。

アルカリ土類金属の炭酸塩は比較的高い温度で分解しＬ
ｉ２ＣＯ３よりおだやかにＣＯ□を放出するので効率的
にアークをシールドする。またこれらの元素は電離電圧
が低く、アークに広がりを与える効果がある。分解生成
した酸化物はスラグとなりスラグの比重を大とし、水平
すみ肉のビード形状を改善する。またこれらの酸化物の
凝固点はほぼ２０００〜２８００°Ｃであるためスラグ
全体の凝固点をやや上げるが、これは前記の弗化物量を
調整することにより、下向、立向など各種姿勢でも健全
な溶接部の得られる良好な作業性を得ることができる。

この効果は１％未満では認められず、５％を超えて添加
するとスラグの垂れが著るしくなり立向溶接作業性を損
なう。

ＺｒおよびＴｉはもちろん強膜酸剤であるが窒化物生成
力が強く、ＡＩと共に過剰に溶接金属中に侵入した窒素
を固定し、ブローホール、ピットなどの気孔の発生を防
止する作用がある。また構成した窒化物は凝固点が鉄よ
り高く溶融金属の固化時に微細な核となり結晶粒が粗大
化するのを防止し、靭性、曲げ性能を改善する。

添加量が０．１％未満では上記効果は認められず、２％
を超えて添加すると溶接金属中のＴｉ、　Ｚｒ　１が過
剰となり靭性が急激に低下する。従って本発明ではＺｒ
、　Ｔｉの１種以上の合計を０．１〜２％に限定した。

充てんフラックスは上述成分に必要に応じて充てん率調
整のための鉄粉、通常使用されるＣ、Ｓｉなどの脱酸剤
、Ｎｉ、　Ｃｒ、　Ｍｏ、　Ｃｕなどの合金剤およびス
ラグ物性を微調整するため少量のＳｉ、Ｍｎ、Ｔ１Ｃａ
、Ｚｒなどの酸化物を添加することができる。

上記光てんフラックスを鋼外皮の内側に１５％未満充て
んした場合、脱酸剤、スラグ剤量が不足しピット、ブロ
ーホールが発生し健全な溶接継手を得ることができない
。また３０％を超えて充てんするとスラグ剤が過多とな
りアークが安定して持続しないので充てん率範囲は１５
〜３０％と限定した。

この際のワイヤ断面形状は特に制限がなく、帯鋼を管状
にしたもの、その合せ目を種々の方法で接合したもの、
または複雑に折込んだもの、などいずれでも良い。

なお使用する径が細い場合は単純な断面形状、比較的太
い３．２ｍｍ径、２．４ｍｍ径では複雑な断面とするの
が一般的である。

鋼製外皮としてはリムド、セミキルドあるいはキルド鋼
より加工された熱延材または冷間圧延材をスリット加工
した帯鋼を一般に用いるが、Ｃ３ｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、Ａ
Ｉ、Ｎ、Ｏなどの化学成分をフラックス入りワイヤ用に
特別にコントロールした鋼をフラックス充てん可能な形
状に加工して使用することもできる。

また、防錆および溶接時のワイヤ送給性を改善する目的
で、所要径に仕上げられる過程でそれぞれのワイヤに合
せた表面処理を施すことができる。

例えば管状の合せ目を接合したシームレスワイヤではＣ
ｕメツキ、シームのあるワイヤでは固体潤滑剤を主体と
した処理を施すことができる。

〔実施例］第１表に使用帯鋼成分、第２表に充てんフラックスの構
成、第３表に試験結果をそれぞれ示す。

第　　１　　表第２表および第３表においてＮｏ、　１〜２１は本発明
例、Ｎｏ、２２〜３２は比較例を示す。

第１表に示す成分のみがき帯鋼を使用し、管状外皮内に
第２表の充てんフラっクスを充てんし、伸線加工により
いずれも１．８　ｍｍ径のフラックス入りワイヤを作製
した。

ＪＩＳ　Ｚ　３３１３に準じて機械的性能試験を行った
。

その際の溶接条件は試験板、ＪＩＳ　Ｇ　３１０６．５Ｍ４１Ｂ　　（２０
ｔ　Ｘ　１３０ｗＸ３５０ｊ２、単位ｍｍ）を使用し、
ＤＣ’フイヤ（−）　、２５　ＯＡ、ワイヤ突出し長さ
２０Ｍ１バス間温度１５０±１５°Ｃ，８層１５パスで
行った。

試験結果を第３表に示す。第３表から本発明外であるＮ
ｏ、２２〜Ｎｏ、　３２の比較例ワイヤでは下記のごと
く溶接性能に問題があり本発明の目的に添うことができ
ない。

Ｎｏ、２２　　Ｌｉ複合酸化物量が少ないためシールド
不足となり窒素量が多く、靭性が低い。また立向でスラ
グが流れ易くなる。

Ｎｏ、２３　　立向の作業性は良好であるが、下向姿勢
でスラグインが起り易く健全な溶接部が得られ難い。

Ｎｏ、２４　　スラグの凝固点が上り下向、立向共にス
ラグインが生じ易い。

Ｎｏ、２５　　スラグが流れ易くスラグの被包性が悪化
し、立向溶接作業性が劣化する。

Ｎｏ、２６　　溶接金属中のＡＩ量が過剰となり結晶粒
が粗大化し、靭性が劣化する。

Ｎｏ、２７　　脱酸不足でピットが多発し、機械試験は
中止した。

Ｎｏ、２８　　スラグの剥離性が悪化し、衝撃靭性が悪
化する。

Ｎｏ、　２９　　下向開先内でスラグが先行し、母材へ
のぬれ性が不安定となり、立向ではメタルが垂れ落ち易
く、融合不良を起し易い。

Ｎｏ、３０　　アークが荒く、不安定となり、スラグイ
ンを起こし易い。

Ｎｏ、３１　　スラグ量が少なくビード表面を被包でき
ずビットが発生する。機械試験は中止した。

Ｎｏ、３２　　スラグ量が多く、特に下向、水平すみ肉
姿勢ではスラグの先行が生じ、アークの持続性が不安定
で、スラグインが多く、引張特性が劣化する。

これに反し本発明例Ｎα１〜Ｎα２１ではいずれのワイ
ヤも下向、立向姿勢での溶接作業性は良好で、溶接金属
にブローホール、融合不良、スラグインなど有害な欠陥
もなく、機械的性質も一般の溶接構造物の接合に十分使
用できるものであることが分った。

〔発明の効果〕

本発明は以上の様に構成されており、特にＬｉ酸化物と
の複合酸化物、ＬｉＰ＋　ＬｉｚＣＯ，と他の弗化物お
よびアルカリ土類金属炭酸塩を調整し、Ｔｉ、　Ｚｒを
金属状で添加することにより、下向、立向姿勢で溶接欠
陥の生じ難い良好な作業性と共に機械的性質も良好なセ
ルフシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤを提供
し得ることとなった。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）鋼製外皮の内側に下記成分を必須成分として含有
する粉粒状フラックスをワイヤ全重量に対して１５〜３
０％充てんしたことを特徴とするセルフシールドアーク
溶接用フラックス入りワイヤ。充てんフラックス全重量に対し、リチウム酸化物とＦｅ，Ｍｎ，Ｓｉ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ａｌ，Ｍｇ，Ｃａよりなる群から選ばれた１種または２種以上の金属酸化物との複合酸化物５６〜７０重量％ＬｉＦ０．１〜５〃Ｌｉ＿２ＣＯ＿３１〜１０〃Ａｌ３〜３０〃Ｍｇ３〜１０〃Ｍｎ１〜５〃
（２）付加成分としてＮａ，Ｋ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂ
ａ（フルオロ錯塩を含む）から選択される弗化物の１種
または２種以上を合計０．１〜５重量％含む請求項（１
）記載のセルフシールドアーク溶接用フラックス入りワ
イヤ。
（３）付加成分としてＭｇＣＯ＿３，ＣａＣＯ＿３，Ｓ
ｒＣＯ＿３，ＢａＣＯ＿３から選択される炭酸塩の１種
または２種以上を合計１〜５重量％含有する請求項（１
）または（２）記載のセルフシールドアーク溶接用フラ
ックス入りワイヤ。
（４）付加成分としてＴｉ，Ｚｒの１種または２種を合
計０．１〜２重量％含有する請求項（１），（２），（
３）のうちのいずれかに記載のセルフシールドアーク溶
接用フラックス入りワイヤ。