JPH02205299A

JPH02205299A - ガスシールドアーク溶接用複合ワイヤ

Info

Publication number: JPH02205299A
Application number: JP2269189A
Authority: JP
Inventors: Tomoyuki Suzuki; 友幸鈴木; Toshiyuki Izumi; 敏行泉; Shigeru Kurihara; 繁栗原
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1989-02-02
Filing date: 1989-02-02
Publication date: 1990-08-15
Also published as: JPH0520200B2

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］本発明は鋼構造物の溶接に用いるガスシールドアーク溶
接用複合ワイヤに係るものであり、更に詳しくは、低電
流でのアークが安定で、ビード形状が良好な小脚長のす
み肉溶接金属を与えるガスシールドアーク溶接用複合ワ
イヤに関するものである。

［従来の技術］Ｔｉｅ２系フラックスを充填してなるガスシールドアー
ク溶接用複合ワイヤ（以下複合ワイヤと記す）は、Ｔｉ
Ｏ２を主成分とするためＣＯ２シールド溶接でもソリッ
ドワイヤに比ベアークが安定しスパッタの少ない溶接が
可能となり、ビートは生成スラグにより完全に被包され
るため外観が美しい等の利点があり、鋼材の突合せ溶接
、すみ肉溶接に多く採用されてきている。

更に近年溶接構造物は多岐にわたり、特に造船業界では
、客船用に３．３ｔｎｒｎから６ｍｍ程度の板ノフを有
する鋼板に対し、半自動溶接でも、ビード形状が良好な
脚長３〜４ｍｎ＋のすみ肉ビートガ得られる複合ワイヤ
の開発要望が強まってきた。

しかしながら、この要望に対し従来の複合ワイヤでは、
係る要望を達成することは困難であった。即ち、従来の
複合ワイヤを半自動溶接にて３〜４１Ｉ１０の小脚長ビ
ードを得るには、低電流で溶接せざるをえない。しかし
、低電流で溶接を行う場合、例えば１．２ＱＩＩ！ｌφ
の複合ワイヤでは１７０　Ａ以下ではアークが不安定で
ビードが不揃いになり易く、アンダーカットが発生する
等の問題があった。また、ワイヤ径を０．９　ｍｍφ、
　１．０　ｍｍφとざらに細径化し、低電流で電流密度
を高めて溶接する方法もあるが、アークの安定性はあま
り改善されず、半自動溶接による小脚長のすみ肉ビード
を得ることは実現されないのが実情であった。

［発明が解決しようとする課題］本発明はこうした事情に着目してなされたものであって
、低電流でのアークが安定で、ビード形状の良好な小脚
長のすみ肉溶接金属を付与し得るガスシールドアーク溶
接用複合ワイヤを提供することを目的とするものである
。

［課題を解決するための手段］上記目的を達成した本発明複合ワイヤは、ワイヤ全重量
に対してスラグ形成剤としてＴｉＯ７二５．６〜８．５
ｗＬ％、　　ＺｒＯ２：　　０．４　〜２．５ｗｔ！６
．　　ＫＭｇ２，５Ｓｉ４０．ｏＦ２（カリ四ケイ素雲
母）：０．２〜１．２ｗｔ！！、脱酸剤としてＳｉ　：
　０．３〜０．８ｗｔ９６．　Ｍｎ　：　１．０〜３．
Ｏｗｔ！ｌ；、を含み、Ｓｉ、　Ｍｎ以外の脱酸剤の総
量：　０．２ｗｔ９６以下に制限され、その他、スラグ
形成剤１合金剤、鉄粉及び不可避不純物よりなるフラッ
クスを、ワイヤ全重量に対して１０〜２５ｗｔ９６含有
する点に要旨が存在する。

即ち、本発明は溶接作業性並びに溶接能率が良好である
、ＴｉＯ２系複合ワイヤの特長を生かしつつ、低電流域
でのアーク安定性の向上をはかるべく、ＴｉＯ２系複合
ワイヤのワイヤ成分組成に種々検討を重ねた結果完成さ
れたものであり、前記構成に示されるフラックス組成、
特にスラグ形成剤としてＴｉＯ２量、　ＺｒＯ２量、に
Ｍｇ２．ｓＳ！４０＋ｏＦ２量、脱酸剤としてＳｉ量、
　Ｍｎ量、及びＳｉ、　Ｍｎ以外の脱酸剤の総量を夫々
通正に設定することによって、特に低電流域においてア
ークを安定化させ、これにより溶滴の移行性を改善させ
、ビード形状の良好な小脚長のすみ肉ビードを得ること
に成功したものである。

［作用］即ち、本発明者は、ＴｉＯ２，ＺｒＯ２，にＭｇ２．５
ｓＬ０１０Ｆ２１Ｓｉ、Ｍｎ、及びＳ　ｉ　、　Ｍｎ以
外の脱酸剤の適正含有量を調査するために、第１表〜第
６表に示すワイヤ成分を基本に、１．２ｍｉφ、フラッ
クス充填率１５．０ｗｔ９６の複合ワイヤを試作し、以
下の溶接条件にて水平ずみ肉溶接で目標脚長３．０〜４
．０ｍｍとし、半自動溶接にてアーク状態、ビード形状
を評価した。

溶接条件極　　　性溶接電流ワイヤ突き出し長さガ　　　ス鋼　　　板ＣＲＰ５０　Ａ１０〜１５ｍｍＧＯ２２５１／ＩＩＩｉｎ５Ｍ４１Ｂ（６Ｌ）第１図はＴｉＯ２の適正含有量を示す図であり、ＴｉＯ
２が５．６ｗｔ１未満では、アーク状態、ビード形状と
も不良であり、５．６ｗｔ％以上でアークが安定となり
ビード形状も良好となる。しかし、８．５ｗｔ％を超え
て含有させると、スラグが溶接ビードにかみ込みビード
形状が不良となる。即ちＴｉＯ□の適正範囲は５．６〜
８．５胃ｔ９６であることが分った。

第２図はｚ「０２の適正含有量を示す図であり、７、ｒ
０２が０．４ｗｔ％未満ではアーク状態、ビード形状と
も不良であり、２．５ｗｔ、！ｔ、を超えると溶接ビー
ドが不揃いとなる。即ちＺｒＯ２の適正範囲は０．４〜
２．５ｗｔ９６であることが分った。

第３図はＫＭｇ２．５Ｓｔ４０＋ｏＦｚの適正含有量を
示す図である。ビード形状においては、０．２ｗｔ９６
未満ではビードが不揃いで表面が凹凸となり、１，２胃
ｔ９６を超えると溶接し難くビードが不揃いとなる。ま
た、アーク状態においては、１．２ｗｔ’ｌ；を超える
とアークが不安定でスパッタが増える。即ち、ビード形
状及びアーク状態が良好となる範囲は、０．２〜１．２
冑ｔ９６であることが分った。

第４図はＳｉの適正含有量を示す図であり、アーク状態
においては、０．８ｗｔ％；を超えると溶滴が大塊化し
アークが不安定となり、ビード形状も不良となる。また
、ビート形状においては、０．３ｗｔ％；未満では脱酸
不足となりビードにビット、ブローホールが発生する。

即ち、Ｓｉの適正範囲は０．３〜０．８冑Ｌｔであるこ
とが分った。

第５図は、Ｍｎの適正含有量を示す図であり、アーク状
態においては３．０ｗｔ％を超えるとＳｉ同様、溶滴が
大塊化しアークが不安定となり、ビート形状も不良とな
る。また、ビード形状においては、１．０ｗｔ％未満で
は脱酸不足となりビードにピット。

ブローホールが発生する。即ち、Ｍｎの適正範囲は１．
０〜３．０ｗｔ％であることが分った。

第６図は、Ｓｉ、　Ｍｎ以外の脱酸剤の適正含有量を示
す図であり、Ｓｉ、　Ｍｎ以外の脱酸剤の総量が０．２
ｗｔ％を超えると、溶滴が大塊化しアークが不安定にな
り、ビード形状も不良となる。即ち、Ｓｉ、　Ｍｎ以外
の脱酸剤の総量は０．２ｗｔ％に以下であることが分っ
た。

以下に上記の知見等に基づき成分限定根拠について述べ
る。

・スラグ形成剤のうちＴｉＯ２：　５．６〜Ｂ、５ｗｔ
！４ワイヤ先端に形成される溶滴は一方は表面張力によ
って粗大化しようとする傾向が、あり、他方では溶接電
流によるピンチ力の影響によってワイヤ先端から突放さ
れようとしている。従って溶接電流が低過ぎると、ピン
チ力が不足しワイヤ先端から突放す力が弱いので溶滴は
表面張力によってどんどん成長し、大塊化してから重力
によりて落下するという状況（グロビュラー移行）を呈
することになる。従って溶滴が大塊化すればアーク発生
が不均一でアークが安定しないことになる。これを改善
するためには、溶滴の酸素量濃度を高め、溶滴の表面張
力を低下させ溶滴の細粒化を図ることである。

上記効果を発揮させるためにＴｉＯ２は５．６〜８．５
冑１１含有させる必要がある。ＴｉＯ２は酸性酸化物で
あり溶滴の酸素濃度を高めて溶滴の細粒化に効果がある
。５．６ｗｔ％未満では、低電流でのアーク安定性に効
果がなく、８．５ｗＬ％；を超えるとスラグの粘性が増
加して、溶接ビードが不揃いとなり、ビード表面が凹凸
になるので好ましくない。

・スラグ形成剤のうちＺｒＯ２：　０．４〜２．５ｗｔ
’４ｚｒＯ２はＴｉＯ□と同様に酸性酸化物であり、溶
滴の酸素濃度を高めて溶滴の細粒化に効果がある。この
作用を発揮させるためには０．４ｗｔ％以上含有させな
ければならない。しかし、ｚ「０２は凝固温度が高いの
で２．５ｗＬｌを超えると、ＴｉＯ□同様、溶接ビード
が不揃いとなり好ましくない。

・スラグ形成剤のうちＫＭｇ２．、、ＳＬＯ＋ｏＦ２：
　０．２〜１．２ｗｔ！！。

ＴｉＯ□、　ＺｒＯ２の添加により溶滴の酸素濃度を高
め溶滴を細粒化させ、アークの安定性を向上させること
が出来るが、生成スラグの粘性が低く、すみ肉溶接ビー
ドが不揃いでビード表面が凹凸になり易い。更に、溶接
ビードを良好にするために種々の検討の結果、特開昭５
４−１２７８４８号公報で提案された、低水素系被覆ア
ーク溶接棒の溶接ビード止端の疲労強度を改善する目的
で開発された、にＭｇ２．５Ｓｊ４０＋ｏＦ２を複合ワ
イヤに０．２〜１．２ｗｔ％ｉ含有させることにより、
スラグの粘性を調整し、溶接ビードの揃いを良好にさせ
、ビード表面を滑らかにすることが出来た。また、ＫＭ
ｇ２．５Ｓｊ４０＋ｏＦ２に含まれるに１イオンがアー
ク中で分解し、アークを安定化させる効果もあり低電流
でのアーク安定性を向上することができる。これらの効
果を発揮させるために０．２ｗＨ，以上含有させなけれ
ばならない。１．２ｗＬ％を超えるとスラグの粘度が高
くなりすぎて溶接し難くビードが揃いにくくなる。更に
に′″イオン多量に含まれるためアーク長を長くさせ、
スパッタ量、ヒユーム量を増加させる原因となるので好
ましくない。

・Ｓｉ　：　０．３〜０．８ｗｔ’！低電流ではピンチ力が不足しワイヤ先端から離脱する力
か弱いため、溶滴はワイヤ先端部に滞留する時間が長く
なり、脱酸剤との反応時間も多くなる。特に脱酸剤が過
剰に存在する状況下では溶滴の酸素濃度を減少させ、溶
滴の表面張力が増加し溶滴は大塊化する。

また、脱酸剤と反応形成された酸化物層が溶滴表面に形
成されアーク発生点を乱すことにもなる。これらの悪影
響を防止するためには、脱酸剤による溶滴の表面張力の
増大と表面酸化層の形成を抑制することである。しかし
ながら、溶接金属の性能を良好に保つ量は必要である。

これらを満足させるためには、Ｓｉ量は０．３〜０．８
ｗｔ％とする必要がある。０．３ｗｔ％未満では脱酸不
足となり良好な溶接金属を得ることが出来ない。一方０
．８ｗｔ！ｔ；を超えると溶滴の表面張力が増大し溶滴
が大塊化し、また溶滴表面に酸化物層が形成されアーク
を乱すことになる。

・Ｍｎ　：　　１．０　〜：１．Ｏｗｔ９６ＭｎはＳｉ
と同様に適正な範囲内で含有させることにより、溶滴の
表面張力の増大と表面酸化物層の形成を抑制することが
出来る。しかし、１．ＯｗＬ％未満では脱酸不足となり
溶接金属の衝撃性能が劣化する。一方３．０ｗｔ９６を
超えるとＳｉ同様に溶滴の表面張力が増大し、溶滴が大
塊化され、また溶滴表面に酸化物層が形成されアークを
乱すことになる。

・Ｓｉ、　Ｍｎ以外の脱酸剤の総量：　０．２ｗｔ％以
下溶以下面に形成される酸化物層を抑制するためには、
既述の如（Ｓｉ量、　Ｍｎ量を適正範囲内で含有させる
というだけでなく、Ｓｉ、　Ｍｎ以外の脱酸剤の総量を
適切に限定する必要がある。即ち、　Ｓｉ、　Ｍｎ以外
の脱酸剤としてＣ，Ａ４．　Ｍｇ、　Ｔｉ、　Ｚｒ、　
Ｃａ等を１種又は２種以上含有させるが、その総量が０
．２ｗｔ％を超えると溶滴の酸素濃度を減少させて溶滴
を大塊化させアークを不安定にさせる。また、Ｓｉ、　
Ｍｎよりも酸化物層を溶滴表面に形成し易く、アークを
不安定にするため、Ｓｉ、　Ｍｎ以外の脱酸剤の総量は
０．２ｗｔ５ｔ；以下としなければならない。

以上の様にＴｉｅ□、　ＺｒＯ２、にＭｇ２１，５ｉ４
０．ｏＦ２．Ｓｉ量、　Ｍｎ量及びＳｉ、　Ｍｎ以外の
脱酸剤の総量を規定することによって、低電流でのアー
クが安定でビード形状の良好な小脚長のすみ肉溶接金属
を与える複合ワイヤを得る事が出来る。

本発明の基本構成は゛上記の通りであるが、その他のス
ラグ形成剤として、Ｓ　ｉＯ□、　Ａｉ、０３．　Ｆｅ
Ｏ、Ｆｅ２Ｏ３、ＭｇＯ，Ｎａ２Ｏ，に２０が例示され
、これらを１種又は２種以上を含有させることでビード
をスラグが均一に覆いビード形状を良好にすることが出
来る。

また合金剤としては、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｖ　、Ｎｂ等の合金
元素の１種又は２種以−トを含有させることで、溶接金
属に高靭性や耐候性の性能を与えることができる。また
［ｌｉを含有させることによりスラグ剥離性の向上も図
れ、更に鉄粉を含有させることで溶着速度の向上も図れ
る。

更に、充填率は無制限に許される訳ではなく、ワイヤ全
重量に対してｌＯ〜２５ｗｔ！ｔｉの範囲とする。

充填率が］Ｏｗｔ’ｊ；　’未満ではアークが不安定で
スラグの被包性が低下し、アンダーカットの多い凸型ビ
ードになり易く、一方２５ｗｔ！Ｉ；を超えると生成ス
ラグ量が過大になるため、スラグ巻き込みが発生し易く
また、伸線時に断線が生じる危険性がある。

［実施例］第７表に試作した複合ワイヤの構成を、第８表にその試
験結果を示す。第７表において、ワイヤＮｏ、　１〜Ｎ
ｏ、　１７は比較例、Ｎｏ、１８〜Ｎｏ、３０が本発明
例である。いずれの複合ワイヤも軟鋼外皮を用い、電縫
鋼管に特公昭４５−３０９３７号公報記載の技術を用い
てフラックスおよびパイプを振動させながら充填し、伸
線途中段階で６５０℃の焼鈍を行い、ワイヤ表面にＣｕ
めっきを施して１．２ｍｍφ径に仕上げた。

尚、試験は［作用］の説明において記載した方法で行い
、アーク状態、ビード形状を評価した。

この結果、Ｎｏ、ＩはＴｉＯ□量が少くアーク状態、ビ
ード形状とも不良で、ＮＯ１２はＴｉ０２ｆｆｉが多く
、アーク状態は良好であるが、スラグがビードにかみ込
み良好な溶接ビードか得られなかった。Ｎｏ、ＩはＺｒ
Ｏ２量が少くアーク状態が不良でビード形状も悪かった
。Ｎｏ、４はＺｒＯ□量か多くアーク状態は良好である
が、スラグがビードにかみ込み不良であった。

Ｎｏ、５はにＭｇ２５Ｓｉｊ］＋ｏＦ２．ｂｌが少いた
めビードが不揃で表面が凹凸となり、良好な溶接ビード
が得られなかった。Ｎｏ、６はＫＭｇｚ、ｒ、５ｉ４０
＋ｏＦ２ｍが多くアーク状態、ビード形状とも不良であ
った。Ｎ００７はＳｉ量、Ｎ００９はＭｎ量が少いない
ため、ピット、ブローホールが発生した。Ｎ０１８はＳ
ｉｉが、Ｎｏ、　１０はＭｎ量が多いため、アーク状態
、ビード形状と゛も不良であった。Ｎｏ、！１〜Ｎｏ、
１５はＳｉ、　Ｍｎ以外の脱酸剤の総量が本発明の範囲
外であり、アーク状態、ビード形状とも不良であった。

Ｎｏ、１６はフラックス充填率が低く、アーク状態、ビ
ート形状とも不良となった。Ｎｏ、１７はフラックス充
填率が高く、生成スラグ量が過大となり、スラグ巻き込
みが発生した。

これに対しＮｏ、＋８〜Ｎｏ、３０はＴｉＯ２量、　Ｚ
ｒＯ２量。

にＭｇ２．ｓＳ！４０＋ｏＦ２量Ｉ　Ｓｉ量、　Ｍｎ量
及びＳｉ、　Ｍｎ以外の脱酸剤の総量が本発明の範囲内
であるため、低電流でもアークが安定で良好な溶接ビー
ドな得ることができた。

［発明の効果］以上の様に本発明によれば、低電流でのアークが安定で
、ビード形状が良好な小脚長のすみ肉溶接金属を得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はＴｉＯ□量とアーク状態及びビード形状の関係
を示した図、第２図はＺｒ０Ｊｌとアーク状態及びビー
ド形状の関係を示した図、第３図はにＭ　ｇ　２−６Ｓ
ｉ４０＋ｏＦＪｌｆｔとアーク状態及びビード形状の関
係を示した図、第４図はＳｉ量とアーク状態及びビード
形状の関係を示した図、第５図はＭｎ量とアーク状態及
びビード形状の関係を示した図、第６図はＳｉ、　Ｍｎ
以外の脱酸剤の総ｌとアーク状態及びビード形状の関係
を示した図である。

Claims

【特許請求の範囲】

１、ワイヤ全重量に対してスラグ形成剤としてＴｉＯ＿
２：５．６〜８．５ｗｔ％、ＺｒＯ＿２：０．４〜２．
５ｗｔ％、ＫＭｇ＿２＿．＿５Ｓｉ＿４Ｏ＿１＿０Ｆ＿
２（カリ四ケイ素雲母）：０．２〜１．２ｗｔ％、脱酸
剤としてＳｉ：０．３〜０．８ｗｔ％、Ｍｎ：１．０〜
３．０ｗｔ％、を含み、Ｓｉ、Ｍｎ以外の脱酸剤の総量
：０．２ｗｔ％以下に制限され、その他、スラグ形成剤
、合金剤、鉄粉及び不可避不純物よりなるフラックスを
、ワイヤ全重量に対して１０〜２５ｗｔ％充填してなる
ことを特徴とするガスシールドアーク溶接用複合ワイヤ
。