JPH0275496A - 薄板用セルフシールドアーク溶接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） 本発明は外部からシールドガスやフラックスを供給する
ことなく溶接を行うことのできるセルフシールドアーク
溶接フラックス入りワイヤに係り。

特に低電流域（２００Ａ以下）でスパッタ発生量が少な
く、優れたビード外観（形状）を有することを特長とし
、薄板の溶接に適したセルフシールドアーク溶接フラッ
クス入りワイヤに関するものである。

（ｆ来の技術） 近年、薄板（板厚０．６〜３．２ｍｍ程度が中心）の需
要は自動車、住宅、農機具等を始めとして急激に伸びて
きており、鋼材需要の約４０％弱を占めるに至っている
。また耐食性や外観など製品の品質向上を目的とし、亜
鉛メツキ鋼板を中心とした表面処理鋼板の採用も進んで
いる。

現在、この分野で使用されている溶接材料は、溶接施工
の能率向上の観点より、主としてワイヤ径０．６１ＩＩ
ｌφ〜１．２＋ｏｍφの細径ソリッドワイヤであり、こ
れを使用したガスシールドアーク溶接法が採用されてい
る。

しかし乍ら、このようなソリッドワイヤによるガスシー
ルドアーク溶接は。

（１）スパッタの発生が多く、ビード外１（形状）が悪
い。

（２）表面処理鋼板において、欠陥（ピット、ブローホ
ール）が発生する、 （３）風よる影響を受は易く、屋外での作業が困難であ
る（特に建築の現場溶接、農機゛　　具の補修溶接等）
、 （４）高価なシールドガス（Ａ　ｒ　、Ｃ０２）を使用
しなければならない場合もある。

等の難点があり、このため、スパッタ除去、欠陥の手直
し及び防風対策などに労力を費さねばならず１問題とな
っている。

（発明が解決しようとする課題） このような問題を解決する対策として、特開昭６１−１
６９１９６号が提案さ九ている。しかし、この提案に係
るセルフシールドアーク溶接フラックス入すワイヤは上
記問題点（１）〜（４）をほぼ解決してはいるものの、
特に低電流域（２００Ａ以下）における溶接作業性が不
充分なため、適用板厚が限定されるという欠点があり、
未だ実用化には至っていない。特に板厚０．６〜２．Ｃ
）＋ｍｔ程度の薄板の溶接、すなわち、低電流域の溶接
において、（ｉ）スパッタ発生量が非常に多い、（ｉｉ
）ビード形状が悪い、という２点の問題があり、この範
囲においてはソリッドワイヤより作業能率が低下するこ
とが指摘されている。

本発明は、上記セルフシールドアーク溶接フラックス入
りワイヤの低電流域（２００Ａ以下）での問題を解決す
るためになされたものであって、低電流域でスパッタ発
生量が少なく、優れたビード外Ｉｔ（形状）を有し、特
に薄板の溶接に適した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、低電流域でのス
パッタ発生機構を検討すると共に、ビード形状に関して
外皮金属組成、フラックス率、フラックス組成等々につ
いて種々検討した結果。

（外皮断面積）／（ワイヤ断面積）比のワイヤ長手方向
のバラツキとワイヤ水分量並びに金属弗化物の量と種類
を特定することが効果的であるとの知見を得た。

そこで、この知見に基づいて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についても更に詳細
に検討した結果、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
ックス入りワイヤは、ワイヤ水分量が３００〜１０００
ｐｐ−で、鋼製外皮内に対ワイヤ全重量比で以下の成分
。

■　ＳｒＦ、を６０％以上含む 金属弗化物：０．５〜１．６ ■　　ＡＱ：２．０〜４．０ ■　Ｍｇ：０．３〜１．５ ■　　Ｍｎ　　：　　０．３〜１．８ ■　　Ｃ：０．２〜０．５ ■　Ｌｉ、Ｓｒの複合酸化物の １種又は２種：０．１〜１．０ を必須成分として含み、 ■　必要に応じてＢａＣＯ３：　０．０２〜１％を含む
フラックスをフラックス率が６〜２０重量となるように
充填し、且つ（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が０．０５以下であることを特
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。

前述の如く、従来技術の問題点を解決するため、本発明
者は種々の基礎実験を行った。

まず、セルフシールドアーク溶接フラックス入りワイヤ
の低電流域（２０ＯＡ以下）でのスパッタ発生機構につ
いてアーク現象の高速度カメラ観察を含め、種々検討し
た結果、アーク不安定に起因するスパッタが殆どであり
、以下に示す如く、低スパツタ化の支配因子としては、 ■（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 ■ワイヤ水分 が重要であることが認められた。

なお、実験条件（供試ワイヤ、溶接条件、スパッタ量の
測定方法）は以下のとおりとした。

〔供試ワイヤ〕

ワイヤ径：１．Ｏ＋ｕ＋φ 使用フープ：軟鋼 断面形状：第４図（Ａ） フラックス：後述実施例中のｋｌの配合フラックス率：
１３％ 〔溶接条件〕 溶接電流：６０Ａ、　　　極性：ＤＣＥＮアーク電圧：
アーク長約ＩＩＩ＋１となる電圧溶接速度：　１５ｃｍ
／ｓｉｎ チップ・母材間距離＝１５ｍ■ 母材：５Ｓ４１（１２＋ｗｍｔ） 溶接法：ビードオンフレート法 〔スパッタ量の測定方法〕 後述の実施例の場合と同じ方法。

第１図は（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（以下、ΔＳという）とスパッタ発
生量の関係を示したものである。ここで。

（外皮断面積）／（ワイヤ断面積）比の測定は、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）により求め、その比を計算して測定し、この比のバ
ラツキは、ワイヤ長手方向１０ｃ−間隔でｎ＝３０測定
し、調査した。その際、ワイヤ断面のサンプリングにつ
いては、スプール巻きの場合は１スプールの中央部より
サンプリングし、またパック入りワイヤま場合は収納中
央部よりサンプリングした。

第１図より、ΔＳのバラツキの低減が低スパツタ化に有
効であることが認められる。ΔＳが大きいと局部的に電
流密度が変化するため、アーク長が変動し、スパッタが
発生する。すなわち、ΔＳが０．０５を超えると、アー
ク長の変動が大きくなり、スパッタが急増する。なお、
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ΔＳは０．０７〜０．０８であった。

これより、スパッタの低減には、ΔＳを０．０５以下に
管理することが重要であることが判明した。

なお、ΔＳの調整は、成型、伸線時の速度、ダイススケ
ジュールなどの生産技術面及びフラックス粒度などのワ
イヤ組成面の調整により行うことができる。

また、第２図はワイヤ水分とスパッタ発生量の関係を示
したものである。なお、ワイヤ水分の測定はＪＩＳ　　
Ｋ　０１１３（１９７９）に準じた。

第２図に示す如く、ワイヤ水分の増加はスパッタ低減に
効果のあることがわかる。その量は３００　ｐｐｔａ以
上で有効である。水分はアークの吹き付は力、集中性を
増す特性があり、特に低電流域でのアークの安定性に効
果がある。しかし、１０００ＰＰ鵬を超えると耐気孔性
が劣化するので、ワイヤ水分の適正範囲は３００〜１１
０００ｐｐの範囲とすべきであることが判明した。

以上説明したように１本発明多よ、従来技術に比較して
、（１）ΔＳの安定化を図ること、（２）ワイヤ水分を
高目に調整することに特徴があり、これにより、特に低
電流域でのスパッタ発生量を顕著に減少させ得たもので
ある。

金　　ヒ　の量と　　： 次に、本発明者は、第２の課題であるビード形状につい
て、外皮金属組成、フラックス率、フラックス組成等を
種々検討した結果、金属弗化物の量と種類を特定するこ
とにより、低電流域（２００Ａ以下）の溶接においても
良好なビード形状が得られることを見い出した。

なお、実験条件（供試ワイヤ、溶接条件、ビード形状評
価方法）は以下のとおりとした。

〔供試ワイヤ〕

前述の基礎実験と同一のワイヤ 【溶接条件〕 溶接電流：６０Ａ、　　　極性：ＤＣＥＮアーク電圧：
アーク要約１ｍｍとなる電圧溶接速度：　１５ｃｍ／ｓ
ｉｎ チップ・母材間距離：１５ｍ鳳 母材：　ＳＳ４１（０，８ｔ　Ｘ５０ｗＸ５００　Ｑ）
溶接姿勢二Ｔ型水平すみ肉 〔ビード形状評価方法〕 後述実施例の場合と同一で、フランク角θにより、θが
５５°未満の場合に０（良）、５５°〜６５°の場合に
Δ（やや劣）、６５°を超える場合に×（劣）にて評価
した。

第３図に示す如く、ワイヤ中の金属弗化物の量及び全金
属弗化物に占めるＳｒＦ、の割合を規定することにより
、良好なビード形状が得られることが判明した。

すなわち、金属弗化物は、シールド剤であると共に主要
なスラブ形成作用があるが、０．５％未満ではシールド
不十分になり、ピット、ブローホール等の欠陥が生じ、
またビード形状も劣化する。

一方、１．６％を超えるとスラグの融点が下がりすぎる
ため、ビード形状が劣化し、またヒユームも増大する。

したがって、金属弗化物の量は０゜５〜１．６％の範囲
に規制する。

但し、この金属弗化物は、ＳｒＦ、を６０％以上含む弗
化物とする必要がある。前述の如く、金属弗化物は主要
なスラグ剤であり、その種類によりスラブの物性が違っ
てくるため、ビード形状に及ぼす影響も異なってくる。

すなわち、第３図に示す如く良好なビード形状を得るに
は６０％以上のＳｒＦ、が必須である。なお、残部の金
属弗化物としてはＣａＦ、、ＢａＦ、、ＬｉＦａ、Ｎａ
Ｆ、Ｎａ、５ｉＦｓ等のいずれの金属弗化物を使用して
もよい。

以上の基礎実験に基づき、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主な構成は、従来技
術に比較して、特に、（１）ΔＳの安定化を図ったこと
、（２）金属弗化物の量を低目。

に設定し、且つＳｉＦ、を必須成分として含有せしめる
こと、等を特徴とし、これにより、低電流域（２００Ａ
以下）でのスパッタの発生及びビード形状を大幅に改善
したものであり、板厚２．３ｍｍ以上の溶接は勿論のこ
と、板厚２．３１−未満の薄板の溶接を可能にしたので
ある。

本発明の目的を十分達成するためには、更にセルフシー
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
せて具備する必要があり、以下に説明するようにフラッ
クス成分、フラックス率を規制する。

人ｌ： ＡＱは脱酸、脱窒剤として作用−するものであるが、２
．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。また４、０％を超えると溶着金属中に残存す
るＡｆｌが増加するため、著しく延性を損なうので好ま
しくない、またヒユー′ム量も増大する。したがって、
／ｌは２．０〜４．０％の範囲とする。

なお、ＡＭ源としてはＭｅ−ＡＱのほが、Ｆｅ−Ａｆｌ
、ＡＭ−Ｌｉ、ＡＱ−Ｍｇ等の合金を使用できる。

Ｍｉ： Ｍｇは脱酸剤として作用し、且つ溶接待金属上記を発生
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、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、ま
た１、５％を超えるとアークの吹き付は力が強くなりす
ぎるため、ヒユームが増大する。したがって、Ｍｇは０
．３〜１．５％の範囲とする。

なお、Ｍｇ源としてはＭｅ−Ｍｇのほか、ＡＱ−Ｍｇ、
Ｎｉ−Ｍｇ、ＳＬ−Ｍｇ等の合金を使用することができ
る。

Ｌｉ、Ｓｒの　ム酸ヒ　： Ｌｉ、Ｓｒの複合酸化物はスラブ形成剤として作用する
もので、ビード外観（光沢）及びスラブの剥離性の向上
に効果がある。しかし、０．１％未満ではその効果がな
く、スラグの剥離性が劣る。また１、０％を超えるとヒ
ユームが増大する。したがって、Ｌｉ、Ｓｒの複合酸化
物は０．１〜１．０％の範囲とする。

なお、これら複合酸化物としては［、ｉ、ＳｉＯ３、Ｌ
ｉＦｅ０．、ＬＬ、ＭｎＯ３，Ｌｉ、Ｔｉｅ、、Ｌｉ、
Ｚｒ０１．５ｒＦｅ２０４等を使用することができる。

ｙｌ： Ｍｎは脱酸剤として作用し、溶接金属中の強度を保持す
るためのものであるが、０．３％未満では強度不足とな
り、１．８％を超えると強度が過剰となり、曲げ延性を
損なうので、０．３〜１．８％の範囲とする。

なお、Ｍｎ源としてはＦｅ−Ｍｎ、　ＦｅＦｅ−８ｉ−
等を使用することができる。

Ｃ： Ｃは溶接金属の硬度強化用元素であると共にアークの吹
き付は力を増す作用があり、０．２〜０゜４％の範囲で
添加する必要がある。０．２％未満では効果がなく、ア
ーク吹き付は方が弱く、特に低電流域でアーク不安定と
なり易い。また０、４％を超えると硬度過大となり、衝
撃性能が劣化する。更にアーク吹き付は方が強くなりす
ぎてヒユームが増大する。

なお、Ｃ源としてはグラファイトや、Ｃを含有する合金
等が使用できる。

月見ｑΩよ： ＢａＣ０，はシールド剤として作用すると共に、スラブ
の粘性、スラグの剥離性、を調整する作用があり、必要
に応じて０．０２〜１％の範囲で添加することができる
。しかし、０．０２％未満ではその効果がなく、１％を
超えると溶接時に発生する分解ガス（Ｃｏ□）のため、
スパッタが増大する。

なお、炭酸塩としてはＢａＣ０，のほが、ＣａｃＯ，，
５ｒＣＯ，等積々のものがあるが、アークの安定性の面
よりＢａＣＯ，が好ましい。

兎よ１元素： 希土類元素（Ｃｅ、　Ｌａ、　Ｓｓ、Ｙ、Ｐｒ、Ｎｄ等
）は溶融金属及びスラグの粘性を低下させるため、亜鉛
メツキ鋼板等の表面処理鋼板の耐気孔性改善に効果があ
るので、必要に応じて０．２％以下の範囲で添加するこ
とができる。０．２％を超えるとビード形状が劣化する
ので好ましくない。

丈ム直： 本発明で使用する外皮金属（帯鋼フープ）としては、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、特に制限されるものではない。しか
し、Ｃ量は極力少ないものを使用する方が有利である。

また金属中のＭｎやＳｉ等は脱酸剤として作用し、溶滴
移行中のＣＯ及びＣｏ２の発生量を抑制する効果がある
から、ある程度含有させる方が有利である。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
抑えるのがよい。

更に、本発明ではあらゆる断面形状のワイヤとすること
ができる。例えば、第４図（Ａ）〜（Ｄ）にワイヤの断
面形状を４種類例示したが、これらのいずれの形状であ
ってもよい。

そして、ワイヤ径は、用途に応じて０．９　ｍ履φ。

１．０＋＋ｍφ　、　１．２ａ＋ｓ＋φ　、　１．４−
一φ　、　１．６ｍｍφ　、２．０ｓ＋ｍφ、２　、４
　ａｍφ、３．２■φ等の中から任意に決めることがで
きる。

また、本発明は種々の鋼種に適用でき、主として軟鋼、
高張力鋼であるが、用途により低合金鋼。

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表に示す条件のフラック、ス入すワイヤを常法によ
り作成した。ワイヤ径は１．２１１１ｍφ、ワイヤ断面
形状は第４図の（Ｂ）のものとした。また該、ワイヤの
外皮金属としては軟鋼を使用し、その含有成分はＣ：０
．０４％、Ｍｎ：０．３５％、５ｉｌｏ。

０１％、Ｐ：０．０１４％、ｓ：ｏ、０１％である。

次いで、これらのフラックス入りワイヤを使用し、次の
溶接条件にて溶接試験を行った。

１度条止 溶接電流：１００Ａ、　　極性：ＤＣＥＮアーク電圧：
アーク要約ＩＩＩＩＩｍとなる電圧溶接速度：２５ｃ閣
／■ｉｎ チップ・母材間距離：１５ｍｍ 母材：ＳＳ４１（１２ｍｍｔ） 溶接法：下向きビードオンプレート法 溶接試験結果（スパッタ発生量、ビード形状。

耐気孔性、溶接作業性、送給性等）を第２表に示す。

なお、スパッタ発生量の測定には、下向きビードオンプ
レート法により溶接し、第５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５図に示す捕集板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、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／ｍ１ｎ）を算出した。

また、ビード形状の評価方法としては、Ｔ型水平すみ肉
溶接を行い、第６図（１０は溶着金属、１１はボンド部
、１２は熱影響部である）に示すように、水平すみ自溶
接部止端部のフランク角θにより評価した。フランク角
θは、断面マクロを採取しくｎ＝３）、撮影機により溶
接部を拡大して測定した。ビード形状が悪くなる（凸ビ
ード）はどフランク角θは大きくなり、θが５５°未満
の場合にＯ（良）、５５°〜６５°の場合にΔ（やや劣
）、６５°をこえる場合に×（劣）で評価した。

また、耐気孔性は下向ビードオン溶接部のＸ線透過結果
により評価した。

第２表より、以下の如く考察される。

Ｎｏ　１〜Ｎａ６は本発明例であり１、低電流域におい
てスパッタの発生が極めて少なく、ビード形状も優れて
いる。勿論、ピット、ブローホール等の欠陥が発生せず
、溶接作業性、送給性等も良好である。

Ｎｎ７〜翫８はワイヤ水分の量が本発明範囲外にある比
較例であり、ワイヤ水分量が少なすぎるとスパッタが増
大し、多すぎるとピット、ブローホール等の溶接欠陥が
発生し耐気孔性が劣る。

Ｎ１１９は（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が大きすぎる比較例であり、
アークの変動が起こり、そのためスパッタが増加してい
る。

ＮＱＩＯ−＆１１はフラックス充填率が本発明範囲外に
ある比較例であり、フラックス充填率が小さすぎるとア
ークの安定性が劣り、スパッタもやや増加する。大きす
ぎるとワイヤが軟弱になり、送給トラブル（断線等）が
発生する。

Ｎｎ１２〜＆１３は金属弗化物の量が本発明範囲外にあ
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。多すぎる
とビード形状が劣化し、凸ビードとなる。

Ｎａ　１４は金属弗化物中に占めるＳｒＦ、の割合が少
なすぎる比較例であり、と−ド形状が劣化する。

Ｎα１５〜＆１６はフラックス中のＡＱの量が本発明範
囲外にある比較例であり、少なすぎるとピット、ブロー
ホールが発生する。多すぎると延性。

靭性が劣化すると共にヒユームも増大する。

＆１７〜＆１８はフラックス中のＭｇの量が本発明範囲
外にある比較例であり、少なすぎると脱酸不足となり、
ピット、ブローホールが発生する。

更にアークもやや不安定となる。一方、多すぎるとヒユ
ームが増大する。

ＮＣｋｌ　９〜＆２０はフラックス中のＭｎの量が本発
明範囲外にある比較例であり、少なすぎると強度不足と
なり、多すぎると曲げ延性が劣化する。

−２１〜＆２２はＬｉ、Ｓｒの複合酸化物の量が本発明
範囲外にある比較例であり、少なすぎるとスラグの剥離
性が悪く、多すぎるとヒユームが増加する。

ＮＱ２３〜Ｎａ２４はフラックス中のＣの量が本発明範
囲外にある比較例であり、少なすぎるとアークが不安定
となり、多すぎるとヒユームが増大すると共に靭性が劣
化する。

【以下余白ｌ （発明の効果） 以上詳述したように、本発明によれば、要するに、（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の安定化を図ること、ワイヤ水分を高目に調
整すること、金属弗化物の量を低目に設定し且つＳｒＦ
、を必須成分として含有せしめてその割合を規定するこ
と、等により、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低電流域（２０ＯＡ以下
）でのスパッタの発生及びビード形状を大幅に改善する
ことが可能となり、セルフシールドアーク溶接フラック
ス入りワイヤの用途拡大に大きく寄与するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は（外皮断面積）／（ワイヤ断面積）比のワイヤ
長手方向のバラツキΔＳとスパッタ発生量の関係を示す
図、 第２図はワイヤ水分とスパッタ発生量の関係を示す図、 第３図は金属弗化物の量及びＳｒＦ２の割合とビード形
状の関係を示す図、 第４図（Ａ）〜（Ｄ）はワイヤ断面形状の一例を示す概
略断面図、 第５図はスパッタ捕集装置を示す図で、（ａ）は側面図
、（ｂ）は平面図であり。 第６図はヒート形状評価方法におけるフランク角を説明
する図である。 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・・・台車駆動装置
、９・・・溶着金属、１０・・・ボンド部、１１・・・
熱影響部。 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゛ツタ宛生ｔ（グ／犠ｉｎ） スパッタ発生量（シーｉｎ）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ワイヤ水分量が３００〜１０００ｐｐｍで、鋼製
   外皮内に対ワイヤ全重量比で下記成分を必須成分として
   含むフラックスをフラックス率が６〜２０重量となるよ
   うに充填し、且つ（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が０．０５以下であること
   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。 記 ［１］ＳｒＦ＿２を６０％以上含む 金属弗化物：０．５〜１．６ ［２］Ａｌ：２．０〜４．０ ［３］Ｍｇ：０．３〜１．５ ［４］Ｍｎ：０．３〜１．８ ［５］Ｃ：０．２〜０．５ ［６］Ｌｉ、Ｓｒの複合酸化物の １種又は２種：０．１〜１．０
2. （２）前記フラックスがＢａＣＯ＿３を０．０２〜１％
   含むものである請求項１に記載のセルフシールドアーク
   溶接フラックス入りワイヤ。