JPH0270398A - セルフシールドアーク溶接フラックス入りワイヤの製造方法 - 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） 本発明はスパッタ量が少なく、軟鋼、高張力鋼等の溶接
に適するセルフシールドアーク溶接フラックス入りワイ
ヤの製造に関するものである。 （従来の技術及び解決しようとする課題）近年、各種溶
接構造物の溶接建造においては。 溶接施工の能率向上及び省人化を推進していく上で有利
なガスシールドアーク溶接法が急速に増大している。し
かし、このガスシールドアーク溶接法は、風の影響を受
は易いことから、防風対策が必要であり、また風の強い
時には溶接作業を中断するなど、特に建築、船舶等の分
野の屋外溶接においては問題となっている。 このような観点からみて、セルフシールドアーク溶接法
は、（１）シールドガスが不要である、（２）風に強い
、（３）取扱いが容易である、等の特長を有しており、
今後における需要の増加が期待されている。しかし乍ら
、この種の溶接に使用されるフラックス入りワイヤは、
タイプとして、■弗化物系、■Ｌｉ酸化物系に大別され
るが、いずれもスパッタの発生量が非常に多く、ガスシ
ー、。 ドタイプのフラックス入りワイヤを使用しり時０３〜５
倍になるという難点があり、このため、その除去に労力
を費やさなければならず、その伸展の障害となっている
。 本発明は、上記セルフシールドアーク溶接フラックス入
りワイヤの間麗点を解決するためになされたものであっ
て、スパッタの発生量が可及的に少ないセルフシールド
アーク溶接フラックス入り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） 前記目的を達成するため、本発明者は、従来のセルフシ
ールドアーク溶接フラックス入りワイヤの低スパツタ化
について種々のＭ点より検討したところ、その支配因子
として、 ■最終ワイヤ径における（外皮断面積）／（ワイヤ断面
積）比。 ■使用する帯鋼フープの物理的形状、 が重要であることを見い出した。 そこで、この知見に基づき、セルフシールドアーク溶接
フラックス入りワイヤの製造方法について更に鋭意研究
を重ねた結果、（１）外皮断面積（対ワイヤ）を規定す
ると共に、（２）厚さとそのバラツキ、表面の平滑度を
規定した特定の帯鋼フープを用いて製造することにより
、従来のセルフシールドアーク溶接フラックス入りワイ
ヤの問題点であるスパッタ量を大幅に低減させることに
成功し、ここに本発明をなしたものである。 すなわち、本発明に係るセルフシールドアーク溶接フラ
ックス入りワイヤの製造方法は、鋼製外皮内に、ワイヤ
全重量比でＡｌ：１．０〜５．０％及びＭｇ：０．５〜
３．０％を必須成分として含有し、更にＬｉ組成物及び
Ｆ化合物の１種又は２種を（（Ｆ換算量／２）＋Ｌｉ換
算量）で０．５〜２，５％含むフラックスを充填してな
るスラックス入りワイヤの製造に当たり、鋼製外皮とし
て、厚さ：０．６〜１．５ｍｍ、 厚さのバラツキ２８％以下、 表面の平均表面粗さ（Ｒａ）：２〜８μｍに調整してな
る帯鋼フープを用いると共に、最終ワイヤ径における（
外皮断面積）／（ワイヤ断面積）が０．４〜０．７とし
てなることを特徴とするものである。 以下に本発明を更に詳細に説明する。 上記構成を有する本発明は、以下に示す実験結果に基づ
いて完成されたものであり、その実験結果と共に本発明
の詳細な説明する。なお、実験条件は以下の通りとした
。 （供試ワイヤ） ワイヤ径　：２．Ｏｍｍφ 使用フープ：軟鋼、厚さ０　、９１１１ｍ断面形状　：
第５図の（Ａ） フラックス：後述実施例のＮα１の配合と同じフラック
ス率：５〜３０％ （溶接条件） 溶接電流　：３５０Ａ アーク電圧：アーク長駒１ｍｍとなる電圧溶接速度　：
　３０ｃｍ／ｍｉｎ チップ・母材間距離：２５ｍｍ 母　　　材　　：　　８Ｍ５０Ａ（２５ｍｍｔ）溶接法
　：ビードオンプレート法 （スパッタ量の測定方法） 後述実施例の場合と同じ。 第１図は、この実験により得た（外皮断面積）／（ワイ
ヤ断面積）の比とスパッタ量の関係を示している。なお
、（外皮断面積）／（ワイヤ断面積）の比は、ワイヤ断
面における外皮面積、ワイヤ面積を画像処理（面積分析
）等により求め、その比を計算して得た。その際のワイ
ヤ断面のサンプリングは、スプール巻きワイヤの場合は
１スプールの中央部よりサンプリングし、パック入りワ
イヤの場合は収納中央部よりサンプリングし、いずれの
場合もワイヤ長手方向１０ｃｌｎ間隔でｎ＝３０測定し
、その平均値で示した。 第１図より、（外皮断面積）／（ワイヤ断面積）の比の
減少と共にスパッタ量が低減していることがわかる。こ
れは、溶滴移行を規定しているピンチ力の大小で説明さ
れる。すなわち、スパッタ発生原因の一つとして溶滴の
粗大化があり、それは電流密度と対応のあるピンチ力に
影響される。つまリ、（外皮断面積）／（ワイヤ断面積
）の比が減少す６８電流密度が増大し、それに伴い溶滴
におケルピンチ力が有効に働き、溶滴移行がスプレー状
となり、スパッタ量は低減するのである。 以上の結果に基づき、最終ワイヤ径における（外皮断面
積／ワイヤ断面積）の比は０．４〜０．７の範囲とする
。０．７以下とするのは、第１図に示す如く、この値以
下で低スパツタ効果が有効に発揮されるためである。し
かし、０．４未満になると外皮金属の肉厚が薄くなりす
ぎてワイヤが軟弱になるため、溶接時の送給不安定、或
いは生産時のワイヤ断線等が生じ易くなるので、この値
以上にすべきである。 更に、（外皮断面積）／（ワイヤ断面積）の比の影響に
ついての実験に際して、新たにその比の長手方向のバラ
ツキも重要であることが把握された。 ワイヤ断面のサンプリングは第１図と同様の方法でｎ＝
３０測定し、そのバラツキを調査した。その状況を第２
図に示す。 第２図より、（外皮断面積）／（ワイヤ断面積）比のバ
ラツキΔＳの低減が低スパツタ化に有効であることが認
められる。これは、スパッタ発生と関係のある（外皮断
面積）／（ワイヤ断面積）比のワイヤ長手方向の安定化
がスパッタ低減に寄与しているためである。 そこで、このバラツキΔＳに及ぼす影響について。 （ａ）成型、伸線時の速度、ダイススケジュール。 （ｂ）フラックスの充填法。 （ｃ）フラックス組成、 （ｄ）帯鋼フープの物理的形状 等を種々検討した。その結果、（外皮断面積）／（ワイ
ヤ断面積）比のバラツキΔＳと使用する帯鋼フープの物
理的形状との間に密接な関連性のあることを見い出した
。すなわち、（外皮断面積）／（ワイヤ断面積）比のワ
イヤ長手方向の安定化には、帯鋼フープの厚さのバラツ
キと、表面の平滑度が重要であることが把握された。そ
の状況をそれぞれ第３図、第４図に示す。なお、帯鋼フ
ープの厚さバラツキは、接触式膜厚計（アンリツ電気製
フライングマイクロメータ）にてフープの１コイル（通
常全長駒１　ｋｍ）の中層部１００腫を２ａ＋おきに測
定し、その厚さのバラツキを算出することにより決定し
た。また帯鋼フープの平均表面粗さ（Ｒａ）は、フープ
１コイルの中層部の任意のＬｏｗを１ｍ毎に測定長８ｍ
ｍでＪＩＳ　　Ｂ　　０６０１に準拠して平均表面粗さ
Ｒａを測定した。その時のＲａ　（計１０）が全て２〜
８μｍの範囲であるとき、測定したコイルの平均表面粗
さが２〜８μｍの範囲にあるとみなした。 以上の如く、第２図〜第４図より、スパッタ低減に寄与
している（（外皮断面積）／（ワイヤ断面積）比のバラ
ツキΔＳ）の調整には、使用する帯鋼フープにおける厚
さのバラツキ及び表面粗さを特定の範囲に規定すること
が有効であることが判明し、その限定理由は以下のとお
りとするものである。 なお、帯鋼フープの厚さは前記バラツキには直接影響を
及ぼさないものの、同時に規制する必要があることも判
明した。 フープ　さのバラツキ：８％以 帯鋼フープの厚さのバラツキが８％を超えると第３図に
示す如く（外皮断面積）／（ワイヤ断面積）比のワイヤ
長手方向の変動が増大し、第２図に示す如く溶接作業性
、特にアーク不安定に起因するスパッタが増大する。し
たがって、帯鋼フープ厚さのバラツキは８％以下に規制
する。 フープの　　　さ　Ｒａ：２〜ｂ 第４図に示す如く帯鋼フープの表面粗さ（Ｒａ）が２μ
ｍ未満でも、また８μｍを超えても（外皮断面積）／（
ワイヤ断面積）比のワイヤ長手方向の変動が増大し、第
２図に示す如くアーク不安定に起因するスパッタが多く
なる。これは、２μｍ未満ではフープ、フラツクス量の
摩擦抵抗が極めて小さくなるため、フラックス充填時に
フラックスが移動し易くなり、一方、８μｍを超えると
伸線性が極めて悪くなるため１表面荒れを生じ、時には
断線も発生し、また最終ワイヤ径においても真円性が損
なわれるためである。したがって、帯鋼フープの表面粗
さ（Ｒａ）は２〜８μｍの範囲に規制する。 フープの　さ＝０．６〜１．５ｍｍ 帯鋼フープの厚さが０　、６１１１１０未満ではワイヤ
が軟弱となり、伸線時に断線が生じ易くなると共に溶接
時に送給が悪くなり、座折が起こることになる。一方、
１．５ｍｍを超えると（外皮断面積）／（ワイヤ断面積
）比＝０．７以下を得るために必要なフラックスが充填
できない。したがって、帯鋼フープの厚さは０．６〜１
．５ｍｏ＋の範囲とする。 以上、本発明によるセルフシールドアーク溶接フラック
ス入りワイヤの製造法の主な構成を説明したが１本発明
は、従来技術に比較し、特に（１）外皮断面積（対ワイ
ヤ）を低目に設定し、（２）特定の帯鋼フープ（厚さの
バラツキ、表面の平滑度を規定）を用いて製造すること
に特徴があり、これによりスパッタ発生量を顕著に減少
させ得るものである。 しかし、本発明は上記２要素のみを満たせばよいもので
はなく、本発明の目的を十分に達成するためには、更に
以下に述べるようなセルフシールドアーク溶接フラック
ス入りワイヤの一般的要件も併わせで具備する必要があ
り、充填するフラックスの組成を規制するものである。 殊に、これらの調整は、Ａｌ、Ｍｇ、Ｆ、Ｌｉ等を主成
分とした比較的フラックスの流動性の悪いセルフシール
ドアーク溶接フラックス入りワイヤにおいて特に効果が
大きい。 なお、以下の各フラックス成分の量はワイヤ全重量に対
する割合である。 八ｌ： Ａｌは脱酸、脱窒剤として作用するものであるが、１．
０％未満ではピット及びブローホール等の溶接欠陥が発
生する。一方、５．０％を超えると溶着金属中のＡｌ量
を増加させ、機械的性能（伸び、衝撃値の低下）の劣化
を招くので好ましくない。またヒユーム量も増大する。 したがって、Ａｌ量は１．０〜５．０％の範囲とする。 なお、Ａｎ＠としては金属Ａｌや、Ｆｅ−ＡＭ、Ａｌ−
Ｌｉ、Ａｌ２−Ｍｇ等の合金を使用することができる。 Ｍｌ： Ｍｇは脱酸剤として作用し、且つ溶接時に金属蒸気を発
生してアーク柱や溶融プールをシールドし、アークを安
定にする効果がある。しかし、０゜３％未満では効果が
十分でなく、ピットやブローホール等の溶接欠陥が発生
する。またアークが不安定になり易い。一方、２．５％
を超えるとヒユーム発生量が増大し、作業性が劣化する
。したがって、Ｍｇ量は０．５〜３．０％の範囲とする
。 なお、Ｍｇｇとしては金属Ｍｇや、Ａｌ　−Ｍｇ、Ｍｇ
−Ｌｉ、Ｎｉ−Ｍｇ、Ｆｅ−８１−Ｍｇ等の合金を使用
することができる。 Ｌｉ　　　　、Ｆ化Ａ　の１　又は２　：Ｌｉ組成物は
溶接時に分解してシールド剤として作用するもので、ピ
ット、ブローホール等の溶接欠陥防止に効果がある。ま
たスラグ剥離性の向上にも効果がある。このようなＬｉ
組成物としては、リチウムフェライト（Ｌ　１２０−Ｆ
　ｅｚ　Ｏｚ　）、リチウムアルミネート（Ｌ　ｉ２０
・Ａｌ２０．）、リチウムシリケート（Ｌｉ２０・Ｓｉ
ｏ、）、リチウムマンガネート（Ｌｉ２０−ＭｎＯ，）
、リチウムジルコネート（Ｌｉ２０・Ｚｒ０２）等が使
用できる。その他、Ｌｉ源としてＬｉ２Ｃｏ、及びＡ　
ｎ　−Ｌｉ、　Ｍｇ　−Ｌｉの金属粉が使用できる。 一方、Ｆ化合物を構成するＦ（フッ素）はシールド剤と
してアーク柱及び溶融プールをシールドする作用があり
、更に、スラブ剤としての作用もある。Ｆ化合物として
は、アルカリ金属及びアルカリ土類金属の弗化物が適当
であるが、他の弗化物を排除するものではない。 但し、上記Ｌｉ組成物及びＦ化合物は、それらの１種又
は２種を（（Ｆ換算量／２）＋Ｌｉ化合物）量で０．５
〜２．５％の範囲で含有させる。この量が０．５％未満
ではシールド剤としての効果がなく、また２、５％を超
えるとヒユームが増大し、好ましくない。 なお１本発明において用いるフラックスは以上の各成分
を必須成分として含有させるが、本発明の効果を損なわ
ない限度で鉄粉等を含有させることができる。 また１本発明で使用する外皮金属（帯鋼フープ）としで
は、成形性の観点から深絞り性の良好な冷間圧延鋼や熱
間圧延鋼が使用されるが、上述から明らかなように、Ｃ
量は極力少ないものを使用する方が有利である。また外
皮金属中のＭｎやＳｉ等は脱酸剤として作用し、溶滴移
行中のＣ○及びＣＯ２の発生量を抑制する効果があるか
ら、ある程度含有させた方が有利である。しかし、これ
らの含有量が多すぎると加工性が低下するので、外皮金
属中のＭｎ量は２．０％以下、Ｓｉ量は１．０％以下に
抑えるのが望ましい。 更に、本発明は、あらゆる断面形状のワイヤを対象とす
ることができ、例えば、第５図に（Ａ）〜（Ｄ）の４種
類のワイヤ断面形状を例示したが、これらのいずれの形
状であってもよく、勿論、他の断面形状でもよい。 そして、ワイヤ径は用途に応じて０　、９　ｍｌｌ１φ
、１．０ｍｍφ、１．２ｍｍφ、１．４ｍｍφ、１．６
＋ｎ＋ａφ、２．０＋ｎｍφ、２　、４　ｍｍφ、３．
２ｍｍφ等の中から任意に決めることができる。 更にまた、本発明によるフラックス入りワイヤを用いて
セルフシールドアーク溶接を適用し得る鋼種としては軟
鋼、高張力鋼等が好適であるが。 用途によっては低合金鋼や高合金鋼などに拡大しても差
し支えない。 次に本発明の実施例を示す。 （実施例） 第１表に示す条件のフープと組成のフラックスを用い、
常法によりフラックス入りワイヤを作成した。ワイヤ径
は１．６ｍｍφ、断面形状は第５図の（Ｂ）のものであ
る。なお、フープとして使用した軟鋼の含有成分（ｗｔ
％）はＣ：０．０５％、Ｍｎ：０゜３５　％、　　Ｓｉ
：０．０１　　％、　Ｐ：Ｑ、Ｑ　　１　５　　％、　
　Ｓ−０６０１％で、フープ厚さは０．５〜１．６ｍｍ
であり。 フラックス率は５〜３０％である。 次いで、これらフラックス入りワイヤを使用して以下の
溶接条件にてセルフシールドアーク溶接を実施した。ス
パッタ発生量、溶接欠陥、伸線性並びに溶接作業につい
て調べた結果を第２表に示す。 （溶接条件） 溶接電流　：　３００Ａ アーク電圧：アーク長駒１ｍｍとなる電圧溶接速度　：
　３０ｃｍ／ｍｉｎ チップ・母材間距離：２５ｍｍ 母　　　材　　：　　Ｓ　Ｍ　−５０Ａ（２５ｍｍ＋ｔ
）溶接法　：ビードオンプレート法 スパッタ発生量の測定には第６図に示す装置（３はスパ
ッタ捕集板、４はワイヤ送給装置、５はトーチ、６は母
材、７は台車を示す）を使用した。すなわち、スパッタ
発生量は、第６図に示す捕集板３を用いてアーク点のま
わりに飛散するスパッタを捕集し、その重量を測定する
ことにより求めた。測定時間は１分間とし、単位時間当
たりの値（ｇ／ｍｍ）を算出した（ｎ＝３）。

【以下余白】

第２表より、以下の如く考察される。 （１）実験Ｎα１〜Ｎα７は本発明の要件を満足する実
施例であり、いずれもスパッタ発生量が極めて少なくな
っている。また溶接欠陥が無く、伸線性、溶接作業性も
良好である。 （２）実験Ｎｎ２１は主に低スパツタ化に関与している
２要素、すなわち、（（外皮断面積）／（ワイヤ断面積
））比と、フープの物性（厚さのバラツキ、表面粗さ）
がすべて満足していない比較例であり、スパッタ発生量
が極めて多いことがわかる。 （３）実験ＮＱ　８、Ｎα９はＡΩの量が本発明の範囲
外にある比較例であり、Ａｌ量が少なすぎると溶接欠陥
（ピット、ブローホール）が発生し、多すぎると溶接性
能（衝撃値等々）が劣化すると共にヒユームが増大し、
溶接作業性が悪い。 （４）実験Ｎα１０、Ｎα１１はＭｇの量が本発明の範
囲外にある比較例であり、Ｍｇ量が少なすぎると脱酸不
足となり、ピット、ブローホール等の欠陥が発生する。 またアークが不安定となり易く、更にビード外ＩＩ（光
沢）が劣化し、溶接作業性が悪い。一方、多すぎるとヒ
ユームが増大し、溶接作業性が悪くなる。 （５）実験ＮＱ１２、Ｎ（１１３は（（Ｆ換算量／２）
＋Ｌｉ換算量）の量が本発明の範囲外にある比較例であ
り、少なすぎるとシールド不足となり、溶接欠陥（ピッ
ト、ブローホール）が発生する。一方、多すぎるとヒユ
ームが増大し、溶接作業性が悪い。 （６）実験Ｎα１４、Ｎα１５は（外皮断面積）／（ワ
イヤ断面積）比が本発明の範囲外にある比較例であり、
この比が小さすぎると外皮金属の肉厚が薄くなりすぎて
ワイヤが軟弱になり、伸線時に断線した。一方、大きす
ぎるとスパッタが増大した。 第１図に示した結果と同様である。 （７）実験Ｎα１６、Ｈａ　１７は使用フープの厚さが
本発明の範囲外にある比較例であり、薄すぎるとワイヤ
が軟弱になり、伸線時に断線した。一方、厚すぎると充
分なフラックス（対ワイヤ）を充填することができない
ため、（外皮断面積）／（ワイヤ断面積）比が大きくな
り、スパッタが増大した。 （８）実験Ｎα１８は使用フープの厚さのバラツキが大
きすぎる比較例であり、スパッタが増大した。 第２図及び第３図に示した結果と同様である。 （９）実験Ｎｎ１９．Ｎα２０は使用フープの表面粗さ
Ｒａが本発明の範囲外にある比較例であり、Ｒａが小さ
すぎても大きすぎても（外皮断面積）／（ワイヤ断面積
）比のワイヤ長手方向のバラツキΔＳが大きくなり、ス
パッタが増大した。第２図及び第４図に示した結果と同
様である。 （発明の効果） 以上詳述したように、本発明によれば、セルフシールド
アーク溶接フラックス入りワイヤの製造に際し、厚さと
そのバラツキ、表面の平均表面粗さを規制した帯鋼を使
用すると共に、最終ワイヤ系における（外皮断面積）／
（ワイヤ断面積）の比をコントロールし、更には充填す
るフラックスの組成を規制するので、スパッタが極めて
少ない高品質の製品を得ることができる。勿論、溶接欠
陥がなく、伸線性、溶接作業性も良好であり、特に軟鋼
、高張力鋼のセルフシールドアーク溶接に適している。

【図面の簡単な説明】

第１図は（外皮断面積）／（ワイヤ断面積）比とスパッ
タ発生量の関係を示す図。 第２図は（外皮断面積）／（ワイヤ断面積）比のバラツ
キΔＳとスパッタ発生量の関係を示す図。 第３図は使用フープの厚さのバラツキと（外皮断面積）
／（ワイヤ断面積）比のバラツキΔＳの関係を示す図、 第４図は使用フープの表面粗さＲａと（外皮断面積）／
（ワイヤ断面積）比のバラツキΔＳの関係を示す図、 第５図（Ａ）〜（Ｄ）はフラックス入りワイヤの種々の
断面形状を示す概略断面図、 第６図（ａ）、（ｂ）はスパッタ捕集装置を示す概略説
明図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図である。 １・・・外皮金属、２・・・フラックス、３・・・スパ
ッタ捕集板、４・・・ワイヤ送給装置、５・・・トーチ
、６・・・母材、７・・・台車、８・・・台車駆動用モ
ータ。 特許出願人　　株式会社神戸製鋼所 代理人弁理士　中　　村　　　尚 →スハ’１７２量（シー、） →　帝鋲フーフ０の厚さハ゛う′／代（％）→帝４す４
フー７″′の大向＃ＲｊＲ久　（）Ａ傾）→スハ０・テ
タｔ（９／＝ン 藩 囚 第 図 第 図 ；＝−１５００間４

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 鋼製外皮内に、ワイヤ全重量比でＡｌ：１．０〜５．０
   ％及びＭｇ：０．５〜３．０％を必須成分として含有し
   、更にＬｉ組成物及びＦ化合物の１種又は２種を｛（Ｆ
   換算量／２）＋Ｌｉ換算量｝で０．５〜２．５％含むフ
   ラックスを充填してなるフラックス入りワイヤの製造に
   当たり、鋼製外皮として、厚さ：０．６〜１．５ｍｍ、 厚さのバラツキ：８％以下、 表面の平均表面粗さ（Ｒａ）：２〜８μｍ に調整してなる帯鋼フープを用いると共に、最終ワイヤ
   径における（外皮断面積）／（ワイヤ断面積）が０．４
   〜０．７としてなることを特徴とするセルフシールドア
   ーク溶接フラックス入りワイヤの製造方法。