JPH02274395A - ガスシールドアーク溶接用複合ワイヤ - 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］ 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おいて、特に小電流域でのアークが
安定で、かつビード形状が良好な小脚長（３，０〜４．
０ｍｍ）のすみ肉溶着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１ 近年造船や橋梁を始めとする各種構造物の溶接建造にお
いては、溶接施工の能率向上および省力化を推進するう
えで有利なガスシールドアークｌ容接法の利用が、急速
に増大している。殊に金属粉系複合ワイヤは、一般のチ
クニア系複合ワイヤに比べて高溶着量でスラグ発生量が
少ないという特徴を有しており、鋼材の突合せ溶接、す
み肉溶接に多く採用され、その使用量はますます増加す
る傾向にある。

更に近年、溶接構造物は多岐にわたり、特に造船業界で
は、客船用に多く使用される３、２ｍｍ〜６１程度の板
厚に対しても、半自動溶接で　ビード形状が良好な小脚
長３．０〜４．０ｍｍのすみ肉ビードが得られる複合ワ
イヤの開発要望が強まってきた。

〔発明が解決しようとする課題１ ところでこれら要望に対し従来の複合ワイヤでは、これ
ら要望を達成することは困難であった。

即ち従来のワイヤを使用して、半自動溶接にて３．０〜
４．０＋ａｍの小脚長ビードを得るには、小電流で溶接
せざるをえなかったゆしかし小電流で溶接を行う場合、
例えば１．２ｍｍφの複合ワイヤを使用した場合、　１
７０Ａ以下ではアークの安定性が極端に悪くなり、ビー
ドが不揃になり易く、アンダーカットが発生する等の問
題があった。またワイヤ徒 系を０．８ｍｍφ、　０．９ｍｍφ、　１゜Ｏｍｍφと
細径化し。

小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ていないのが実
情である。

このような問題点を解決する手段として、例えば特開昭
６１−９４１７５号公報に記載されている技術が知られ
ている。この技術は、高電流域でアークの安定化を図り
、ビード形状を良好にしたものであるが、小電流域での
アークが安定で、ビード形状が良好な小脚長すみ肉溶着
金属の条件を十分に満足しつるものではない。

本発明は上記課題に鑑みなされたもので、小電流でのア
ークの安定性を向上させるとともに。

ビード形状が良好な小脚長のすみ肉溶着金属を与えるガ
スシールドアーク溶接用複合ワイヤを提供する。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の複合ワイヤは、鉄粉；５４〜８５％（重量％以
下同じ）、脱酸剤＝ｌＯ〜４５％、硫化鉄：０．１〜０
．８％、固着剤としてカルボキシメチルセルローズ（以
下これをＣＭＣと略称する）　　：　　０．３〜６．０
％を夫々含有するフラックスを鋼製外皮中にワイヤ全重
量に対し８〜２５％充填してなり、且つ全ワイヤ中の炭
素量を０．０９％以下に制限してなるものである。

［作　用］ 本発明者らは、金属粉系フラックス入りワイヤの最大の
難点である小電流でのアーク状態について、そのアーク
現象を高速度撮影用カメラで観察し種々検討を加えた。

その結果アークの不安定要因は次の２点、即ちａ、溶滴
の粗大化、ｂ、溶滴の爆発、に起因していることが明ら
かになった。

このことから小電流域のアークの移行性を改善するため
には。

（１）アークを安定にして溶滴を細粒移行させる、＋２
１　ＣＯ（Ｃｏ、　）ガスの爆発を抑制するため全ワイ
ヤ中の炭素量を低減させる、 （３）出来るだけ短いアーク長とし２短絡回数を増加さ
せることによりアークの安定化を図る、等の措置が有効
であることを知った６ 以下これらの知見に基づき本発明の詳細な説明する。

先ず第１表に示す基本フラックスに、硫化鉄。

ＣＭＣの量を種々変化させたフラックスを用いて、金属
粉系ワイヤを試作し実験を行った。この場合硫化鉄をフ
ラックス中に０．１〜０，８重量％。

ＣＭＣを０．３〜０．６重量％の範囲で種々変化させ、
軟鋼外皮に１０％充填した１、２闘φの金属粉系ワイヤ
を作製した。

このワイヤを用い、以下に示す溶接条件にて目標脚長３
．０〜４．０ｍｍとし、半自動溶接にて水平すみ肉溶接
をおこない、アーク状態、ビード形状を評価した。

溶接条件 極性　　：ＤＣワイヤＯ 溶接電流：　　１５０Ａ 溶接電圧：２０■ ワイヤ突出し長さ：１０〜１５ｍｍ シールドガス　　：　ＣＱ　２２０ｇ／分鋼板：５Ｍ−
４１Ｂ材 板厚６ｔＸ　５０”ｘ５００Ｌ（ｍｍ）（Ｔ型すみ肉） 第１表 第１図はフラックス中の硫化鉄の含有量（％）とアーク
状態およびビード形状の関係、第２図は硫化鉄含有量（
％）と短絡回数の関係を示す。

即ち硫化鉄を０，１％以上添加すると、短絡回数が著し
く増加することが分かった。単位時間当りの回数が多い
というのは溶滴が小さくなることであり、小電流でのア
ークが安定し良好なすみ肉ビードが得られることが認め
られた。しかし０．８％を超えて含有させると、この値
が急激な低下を示すことが認められた。即ち溶滴は次第
に粗大化してスムーズに母材側に移行せず、ビード形状
不良となる。このことより硫化鉄の範囲は０１〜０８％
が適当であることが分かった。

次にＣＭＣであるが、　０．３％未満ではフラックスの
固着が起こらないので充填フラックスのバラツキが大き
く、アークの安定性が悪くなる。一方６．０％を超える
と、アークが必要以上に強くなるためビード形状が悪化
し、アンダーカットが発生しやすくなる。即ちＣＭＣの
範囲は０．３〜６．０％が適正であることが分かった。

更にアーク状態スパッタ量は、全ワイヤ中の炭素含有率
が上昇するにつれてビード形状が悪化し、スパッタ量も
急激に増加する。即ち全ワイヤ中の炭素の含有率を０．
０９％以下に抑えれば、アーク状態を安定させスパッタ
量を有効に抑制し得ることが明らかとなった。

以上金属粉系フラックス入りワイヤの小電流域でのアー
クの移行性改善には、ａ、溶滴を細粒移行させる、ｂ、
ワイヤ中の炭素量の低減、Ｃ１短いアーク長にし短絡回
数を増加させる。ということが必須であることを述べた
が、これらの何れの条件が欠けても、小電流域でのアー
ク状態およびビード形状向上といつ目的を達成すること
はできない。

而して本発明における特徴としては、上記の因子をすべ
て満足させる必要があり、これにより金属粉系フラック
ス入りワイヤのアーク状態およびビード形状を良好にな
らしめ得る。さらに本発明の目的を十分に達成するため
には以下の成分限定が必要である。

鉄粉は、フラックス全体に占める割合として。

５４〜８５重量％の範囲に設定する。その理由は、鉄粉
の含有率が５４％未満では、金属粉系フラックス入りワ
イヤの特徴である溶接能率向上効果を十分に達成するこ
とができず、一方８５重量％を超えると、脱酸剤やアー
ク安定剤等の成分が不足し、ビットやブローホール等の
欠陥が発生したり、或はアークが不安定になり、ビード
形状の悪化やスパッタの発生が増＾るなと好ましくない
。

脱酸剤は、フラックス全体に占める割合として１０〜４
５重量％とする。その理由は、脱酸剤の含有率が１０％
未満では、脱酸不足となりＸ線性能が大幅に低下するば
かりでなく、すみ肉ビード形状が悪化する。一方４５％
を超えると、溶接金属の靭性や耐割れ性を低下させる。

また溶滴が粗大化し、アークが不安定になり、大粒のス
パックの多発や溶接ビード形状の凸型化、適正溶接条件
範囲の減少等の障害が現われる。

ここで脱酸剤とは、溶接金属中の酸素と結合してこれを
除去する作用もするので、具体的にはＭｎ、Ｓｔ、Ａｆ
ｆ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｚｒ等の金属粉末、或はこれらと鉄の
合金などが例示される。これらは単独で使用してもよく
、また２種以上組合せて使用してもよい。

硫化鉄は、フラックス全体に占める割合として０．１〜
０．８％とする。その理由は、硫化鉄の含有率が０．１
％未満では、アーク先端部から移行する溶滴粒が粗大化
することによってアーク長が長くなり、アークの安定性
が著しく劣化するとともに、母材とのなじみが悪化する
ため溶接ビード形状が凸型となる。一方０，８％を超え
ると、短絡時間が著しく長くなり溶融金属が断続的に凝
固する結果、ハンピングビードを生じたり、或は凝固特
低融点化合物を作り、耐割れ性を低下させるばかりでな
く、溶滴の移行性を著しく低下させるなど好ましくない
。

ＣＭＣは、フラックス全体に占める割合として０．３〜
６，０％とする。その理由は、０．３％未満ではフラッ
クスの固化造粒性が無く、従ってフラックスの固着は起
こらないので充填フラックスのバラツキが大きく、溶接
作業性殊にアークの安定性が悪いという問題が生じる。

一方６．０％を超えると、金属粉系を充填したワイヤで
は、ＣＭＣの成分であるＣの影響でアークが必要以上強
くなるためにガウジング状態となり、スパッタ量が多発
し、ビード形状の凹凸が激しくなる６またＣが多量溶着
金属に歩留まり、溶接金属の機械的性能が劣化する。

更に充填率は、ワイヤ全重量に対して８〜２５％の範囲
が適当である。その理由は、８％未満ではアークが不安
定で母材とのなじみが悪化する結果、すみ肉ビードの外
観を損なう。一方２５％を超えると、ワイヤ外皮部分が
薄（なり過ぎて、ワイヤ製造時特に伸線加工時に断線等
のトラブルが発生したり、また溶接作業に際し送給不安
定になるといった恐れが生じる。この為フラックス充填
率は２５％以下にする。

炭素量は、全ワイヤ中の０．０９％以下とする。その理
由は、炭素含有量が上昇するにつれてアークの方向性が
不安定となり、溶接ビードが不揃いで、凹凸ビードにな
るとともにスパッタ量も増加する。即ち全ワイヤ中の炭
素含有率を０．０９％以下に抑えればアーク状態、スパ
ッタ量を有効に抑制し得る。

ところで本発明の複合ワイヤが使用される対象鋼種は、
主として軟鋼及び高張力鋼であるが、特にこれらに限定
されるものでなく、この他低合金鋼や高張力鋼等の溶接
に適用することもできる。

またシールドガスとして炭酸ガスの他に炭酸ガスに酸素
ガスあるいはアルゴンガスを混合する場合も適用可能で
ある。

またワイヤの断面構造は、外皮円周部に合せ目を有する
オープンシームワイヤの化１円周部に合せ目を持たない
クローズドシームワイヤのいずれでもよいが、自動化、
ロボット化を考慮すればシームレスワイヤが望ましい。

［実施例〕 次に実施例により、本発明を更に具体的に説明する。

第２表に本発明複合ワイヤおよび比較のために試作した
複合ワイヤのフラックス組成を、また第３表にこれ等ワ
イヤを用いて溶接した場合の溶接試験結果を示す。

第２表において、ワイヤＮｏ、　１〜Ｎｏ、　１１が本
発明例、Ｎｏ、　１２〜Ｎｏ、　１９が比較例である。

いずれの複合ワイヤも軟鋼外皮を用い、電縫バイブを振
動させながらフラックスを充填し、伸線途中段階で６５
０℃の焼鈍を行い、ワイヤ表面にＣｕメツキを施して１
．２ｍｍ径に仕上げた。尚試験は、前記（作用の項）で
記載の方法で行い、アーク状態、ビード形状、溶着金属
の機械的性質、充填率のバラツキを評価した。

この結果ワイヤＮｏ、　ｌ　ｗ　Ｎｏ、　ｌ　１は、本
発明の範囲内であるため、小電流でもアークが安定して
良好なビードを得ることができた。

これに対しＮｏ、　１２　、　Ｎｏ、　１３は鉄粉量が
本発明の範囲外にある例であり２鉄粉量が不足するＮｏ
、　１２は、アーク状態、ビード形状が悪化する。鉄粉
量が過剰なＮｏ、１３は、脱酸剤等の他の成分の絶対量
が不足気味になって、溶着金属の靭性、ビット、ブロホ
ール等の欠陥が発生する。Ｎｏ、　１４は硫化鉄の量が
少なすぎる為、アークの安定性が悪く、スパッタの増加
、ビード外観が不良となった。Ｎｏ、１５は、硫化鉄、
鉄粉、脱酸剤、フラックス充填率の量が本発明の範囲外
にある為、アーク状態、ビード形状、溶着金属の性能の
いずれも不良となった。

Ｎｏ、１６はフラックス充填率が低い為、アーク状態、
ビード形状が悪化した。Ｎｏ、１７は硫化鉄量が多すぎ
る為、アークの安定性が著しく劣化すると同時に短絡回
数が減少し、中凸型ビードの傾向が認められた。

Ｎｏ、　１８は、カルボキシメチルセルローズ量が多ず
ぎる為、アーク状態が必要以上に強くなりすぎ、母材の
なじみが悪化してビード外観不良となった。Ｎｏ、１９
はカルボキシメチルセルローズ量が少なすぎる為、充填
率のバラツキが大きく、アークが不安定でビード表面が
凹凸となり、良好な溶接ビードが得られなかった。

【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
複合ワイヤは、小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着金属を可能にしたため、こ
の種のワイヤの実用性を飛躍的に高めることができる。

また溶接の自動化、ロボット化および高能率化に充分対
応が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図はフラックス中の硫化鉄量とアーク状態およびビ
ード形状の関係を示したグラフ、第２図は硫化鉄含有量
と短絡回数の関係を示すグラフである。 代理人　弁理士　秋　沢　政　光 他１名 才１ そえ化鉄含墳量 （Ｚ） そ調し化ａｉイ１量　Ｃンζン

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 鉄粉：５４〜８５％（重量％：以下同じ）、脱酸剤：１
   ０〜４５％、硫化鉄：０．１〜０．８％、固着剤として
   カルボキシメチルセルローズ：０．３〜６．０％を夫々
   含有するフラックスを鋼製外皮中にワイヤ全重量に対し
   ８〜２５％充填してなり、且つ全ワイヤ中の炭素量を０
   ．０９％以下に制限した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。