JPH03146295A

JPH03146295A - ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ

Info

Publication number: JPH03146295A
Application number: JP28407289A
Authority: JP
Inventors: Tomoyuki Suzuki; 友幸鈴木; Shigemi Maki; 真木　成美; Harutoshi Kubota; 窪田　晴敏; Hirotoshi Ishide; 石出　博俊
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1989-10-31
Filing date: 1989-10-31
Publication date: 1991-06-21
Anticipated expiration: 2012-11-05
Also published as: JP2673588B2

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、亜鉛めっき鋼溶接用フラックス入りワイヤに
関し、特にビット、ブローホールなどの溶接欠陥が発生
しにくい健全な溶接金属が得られる高速溶接用のガスシ
ールドアーク溶接用フラックス入りワイヤに関する。

（従来の技術）亜鉛めっき鋼板は、通常の熱延あるいは冷延された鋼材
表面に亜鉛めっきを施したもので、その耐蝕性の良好な
ことから自動車の足廻り部や住宅用軽量鉄骨部材等で適
用が拡大している。

（発明が解決しようとする課題）ところで亜鉛めっき鋼材を溶接する場合、鋼材表面から
鉄の融点より低い沸点（９０６℃）をもった亜鉛が、溶
接時に溶滴ないし溶融池に侵入してその蒸気が突沸する
と共に大気を巻き込み、溶接金属凝固過程で浮上しきれ
ず気泡として残存し、ビットやブローホール等の欠陥を
多発するという問題がある。

一般にガスシールド溶接法においては、溶接速度が１　
ｍ／ｍｉｎを超えるとガスシールド性が低下し、溶接雰
囲気中に空気を巻き込む結果、窒素ガスを多量に吸収し
てビット、ブローホール等の欠陥が発生しやすい、特に
亜鉛めっき鋼板の高速溶接においては、上記亜鉛の影響
とガスシールド性の低下による窒素ガス吸収とが重畳し
てビット、ブローホールが著しく発生し易くなる。

更に薄板の溶接では、継手形状も鋼板表面状態の影響を
受は易い重ねすみ肉等の形状が採用されるため、欠陥が
発生し易い条件下にある。このため従来より亜鉛めっき
鋼板の溶接に当たっては、溶接速度を極端に下げるか、
予め溶接線上の亜鉛を機械的に除去するなど、非能率的
な施行を余儀なくされているのが現状である。

このような問題点を解決する手段として、例えば特開昭
６３−７２４９８号公報、特開昭６４−７８６９９号公
報記載の技術が提案されている。前者はＴｉ。

Ａｌ１．Ｎｉ、Ｃｕを含有させたソリッドワイヤ、後者
はＣ，Ｓｉ、Ｍｎ、水素量等を特定したフラックス入す
ワイヤであるが、これらはいずれも本発明が対象として
いる高速度での亜鉛めっき鋼板の溶接には効果が期待で
きないものである。

本発明は上記従来の問題点を解決するためになされたも
のであって、亜鉛めっき鋼板のすみ肉溶接においても、
ビット、ブローホール等の溶接欠陥が少なくかつ高速度
の溶接が可能なガスシールドアーク溶接用フラックス入
りワイヤを提供するものである。

（課題を解決するための手段）本発明の要旨は、鋼製外皮中に金属粉を９５％以上含有
するフラックスを充填してなるフラックス入すワイヤに
おいて、ワイヤ全重量に対し、重量％でＣ、０，１０％
以下、　Ｓ　ｉ　：０．１０〜０．６０％。

Ｍ　ｎ　；　０．２０〜１．５０％、Ｎｂ、Ｔａ、Ｂ、
Ｖ、Ｃｒの一種または二種以上の合計で０，１０〜２．
００％含有し、かつワイヤのポテンシャル水素量が９０
ｐｐｍ以下であることを特徴とするガスシールドアーク
溶接用フラックス入りワイヤにある。

（作　用）本発明者らは、ガスシールドアーク溶接、特に晃地を得て本発明を完成した。即ち（１）溶融金属に侵入した亜鉛は鉄に溶解しにくく、か
つ低沸点のため溶融金属が凝固過程においでも蒸気状態
であり、これが大気中に放出されず溶接金属に残存し気
泡となる。

（２）高速溶接ではガスシールド性が劣化しやすく、こ
れにより溶融池は窒素を吸収し易くなる。

一方高速溶接では、凝固速度が早いためガス化した亜鉛
のみならず窒素ガスも凝固過程で浮上しきれず、溶接金
属中に残存し易くなる。

（３）ガスシールドアーク溶接では、清浄な溶接金属を
得るため、Ｓｉ、Ｍｎ等の脱酸性元素を添加するが、脱
酸作用を過度に強化すると蒸気状態の亜鉛は酸化されず
気泡として残存する。

（４）溶接金属表面にスラグが多く被包すると、被包ス
ラグにより亜鉛蒸気の大気中への放出が妨げられ、気泡
が残存し易い。

（５）さらに溶接雰囲気中の水素も、溶融金属中に侵入
して気泡の原因となる。

従って亜鉛めっき鋼板の高速溶接におけるビット、ブロ
ーホールの発生を防止するためには、（ａｌ溶融金属の
酸素ポテンシャルを高めて有害な亜鉛蒸気をＺｎＯと化
し、溶接金属中に固定またはスラグオフさせる（ｂ）溶融金属の粘性を下げ、撹拌作用により亜鉛蒸気
及び窒素ガスを放出させる（Ｃ）溶融金属中に侵入した窒素を固定する（ｄ）スラ
グ生成量を極力少なくする。

（ｅｌ　アーク雰囲気中の水素分圧を極力低くする事が
有効であるとの観点から、フラックス入りワイヤの成分
について鋭意検討を行ない、本発明を構成するに至った
ものである。

即ち本発明は、充填フラックス中の金属粉を多量に含有
させて亜鉛蒸気の大気中への逸散の障害となるスラグ生
成を極力少なくして気孔生成を抑制すること、Ｓｉ、Ｍ
ｎを適量添加して溶接金属の酸化力を適正化することに
より、亜鉛の酸化を促進するとともに酸化反応熱により
溶融金属の温度が上昇し粘性が低下させ、かつ溶融金属
を撹拌させてガス放出を容易ならしめる事により亜鉛・
窒素の影響を軽減させること、またＮｂ、Ｔａ。

Ｂ、Ｖ、Ｃｒなどの脱酸力の弱い脱窒剤を適量添加して
窒素を固定する事、更にはワイヤのボテンシャル水素を
極力低く押さえる事との複合作用によりビットの発生を
解消し、ブローホールの発生を抑制するところに最大の
特徴がある。

以下に本発明ワイヤの成分限定理由について詳細に説明
する。

まず本発明において、充填フラックス中の金属粉を９５
％以上と限定したのは、亜鉛蒸気の大気中への逸散の障
害となる余分なスラグな溶接中に生成させず、気孔生成
を抑制することおよび、溶着効率を高め、溶接の能率を
高めるためである。

充填フラックス中の金属粉の比率が９５％未満では、ス
ラグ生成剤の比率が相対的に高くなって生成スラグが多
くなり、亜鉛蒸気の大気中への放出が妨げられてビット
、ブローホールが発生しやすくなるとともに、溶着効率
がソリッドワイヤより低くなる。更にスラグが溶接金属
表面に多（生成すると、スラグ除去の工程を要するよう
になり溶接能率が低下する。このような理由で充填フラ
ックス中の９５％以上は金属粉でなければならない、な
おここで言う金属粉とは、鉄粉の他、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｂ
、Ｖ、Ｃｒ等の脱酸、脱窒元素、あるいは合金元素を意
味する。これら金属元素の形態としては、各々単体で添
加しても、またこれらから選択される２種以上の金属の
合金として添加しても良い。

次にＣを０．１０％以下に限定したのは、高速ガスシー
ルドアーク溶接において良好なアーク安定性を維持する
ためである。Ｃはアーク雰囲気中の酸素と反応してＣＯ
あるいはＣＯ□ガスを発生する。

Ｃがｏ、　ｉｏ％を超えると、ワイヤ先端における溶滴
移行がｃｏ、ｃｏ□ガスにより妨げられスパッター発生
量が多くなる。特に高速溶接において、溶滴移行性が不
良でアークが不安定になるとガスシールド性が劣化し、
空気の巻き込み等に起因するビット、ブローホールの発
生やビード形成が不良になる。従ってワイヤ中のＣは０
．１０％を上限とする。

Ｓｉは主脱酸剤として添加するが、添加量を制限して脱
酸力をやや低く調整し、溶融金属の酸素ポテンシャルを
高めることにより亜鉛の酸化を促進し、かつ溶融金属の
攪拌作用を強め、ガスを浮上し易くすると同時に溶融金
属の粘性を低下させ、亜鉛及び窒素ガスの放出を促進さ
せる効果を有する。これによりビット、ブローホールの
発生を抑制することができる。しかし０．６０％を超え
て添加すると、脱酸過剰となりビット、ブローホールが
多発するので、上限は０．６０％とした。また０、１０
未満では、基本的に脱酸不足に起因するビット、ブロー
ホールが多発するので、下限は０．１０％とした。

ＭｎはＳｉと共に脱酸剤として添加されるが、その脱酸
能はＳｔより低いため、脱酸力を低くして溶融金属の酸
素ポテンシャルを高める本発明においては、Ｍｎが主た
る脱酸剤として利用される。しかしＭｎが１６５０％を
超えると、脱酸過剰となってビット、ブローホールが発
生するので、Ｍｎの上限は１．５０％とした。また０、
　２０％未満では、脱酸不足と考えられるビット、ブロ
ーホールが多発するので、下限は０．２０％とした。

なおＳｉ、Ｍｎ等の脱酸性元素が上記範囲にあると脱酸
不足や脱酸過剰にならず、亜鉛の酸化や溶融金属の粘性
低下によりビット、ブローホール％であり、ビット、ブ
ローホールの抑制効果が更に向上する。

一般に高速溶接では、ガスシールド性が低下するため溶
接雰囲気中に空気を巻き込み易く、溶融金属中に窒素ガ
スを吸収し、ビット、ブローホールが発生する。これを
防止するためＡβ、Ｔｉ。

Ｚｒなどの脱窒剤を添加して窒素を固定する方策る。Ｎ
ｂ、Ｔａ、Ｂ、Ｖ、Ｃｒは酸素との親和力の小さい脱窒
性元素として溶融金属の酸素ポテンシャルを下げずに溶
融金属中に固溶した窒素を固定する作用を持ち、窒素ガ
ス吸収によるビット、ブローホールの発生を抑制する効
果を有する。

Ｎｂ、Ｔａ、Ｂ、Ｖ、Ｃｒのいずれも０．１０％以上の
添加で、ビット、ブローホールの発生を抑制するので、
下限を０．１０％とした。またこれら、脱窒剤を複合添
加しても同じ様に効果がある。しかし２．００％を超え
て添加すると、溶接金属部が著しく硬化し、延性を損な
うので上限を２．００％とした。

更にワイヤ中のポテンシャル水素量を９０　ｐｐｍ以下
に限定したのは次の理由による。即ちワイヤ中の水素は
、充填フラックス、鋼外皮およびワイヤ表面付着物に含
有されているが、この水素は溶接中アーク雰囲気中の水
素分圧を上げて溶融金属に侵入し、ビット、ブローホー
ルの発生原因となる。この水素に起因するビット、ブロ
ーホールを抑制するためには、ワイヤ中のポテンシャル
水素を極力低く押さえることが必要であり、実験の結果
９０ｐｐｍ以下であれば目的を達成できるので、ワイヤ
中のポテンシャル水素の上限は９０　ｐｐｍとした。な
おワイヤのポテンシャル水素量は、不活性ガス雰囲気中
で２０００℃以上に加熱して抽出される全水素量を示し
、充填フラックス、外皮および表面付着物に含有される
水素量の合計した値である。

以上が本発明の主要構成であるが、アークの安定化や少
量のスラグ物性調整によるビード形成の良好化を図るた
めに、Ｎａｎｏ、　ＫＪ、　ＬｉＪ、　５ｉｆｔ。

ＭｎＯ，Ａｌ２１ｔｓ、　Ｆｅｄ、　Ｆｅａｒｓ、　Ｍ
ｇＯ等の酸化物、ＮａＦ。

ＫＦ、　ＭｇＦｉ、　ＣａＦｚ、　ＫｇＳｉＦｓ等の弗
化物などの非金属粉を、単体もしくは化合物の形態でそ
の総量が５％を超えない範囲で添加することができる。

また本発明は、フラックス充填率は上述の条件を満たす
限り７〜２０％の範囲で選択でき、ワイヤ径は１．０〜
１．２ｍｍであることが望ましい、ワイヤの断面形状は
、第１図　（ａｌ〜＋ｄｌに示す何れの形状も採用でき
るが、溶接の自動化、ロボット化を考慮すれば、ワイヤ
の直進性、送給性の良好な第１図（ｄ）のシームレスワ
イヤが最適である。なお図において、１は鋼製外皮、２
はフラックスである。さらに本発明ワイヤを用いて溶接
する場合に使用するシールドガス組成としては、Ｃ０２
のほかにＡｒ−Ｃｏｔ　、　Ａｒ−０２等も適用可能で
ある。特にＡｒ系混合ガスの場合は、アーク安定作用が
重畳されるのでスパッターの少ない溶接が可能になる。

以上の様に構成されたフラックス入りワイヤを用いて、
亜鉛めっき鋼板を高速でガスシールド溶接を行なっても
、ビットの発生がなく又ブローホールの発生も非常に少
ないために構造物用として十分満足するものである。

（実施例）以下に本発明の効果を実施例により更に具体的に説明す
る。

外皮材として極軟ｍ　（Ｃ；　０．０５％、Ｓｔ；０．
０１％、　Ｍｎ　；　０．２９％、　　Ｐ　；　　０．
０１４％、　　Ｓ　：　０．０１１％）を用い、第１図
（ｄ＋に示す断面を有し、第１表に示す構成のフラック
ス入りワイヤを試作して供試ワイヤ（１，２ｍｍφ）と
した、これらワイヤを使用し、第２図に示すように亜鉛
めっき鋼板３ａ。

３ｂ（板厚ｔ　＝　２．３ｍｍ　、幅ｗ＝５０ｍｍ、長
さ１＝３００ｍｍｌを継手形状に重ねて第２表の溶接条
件にて水平重ねすみ肉溶接（繰り返し３回）を行ない、
すみ肉ビード部に発生するビット、ブローホールの発生
量およびスパッター、スラグ生成量を調査した。

ビットは個数計数後、ピー１１ｍ当たりに換算して発生
数（個／　ｍ　）として評価した。ブローホールはＸ線
透過試験のフィルムでビード長手方向のブローホール幅
を測定し、ビード長に対してブローホール幅総和からブ
ローホール発生率（％）を計算した。またスラグ発生量
はビード表面に発生したスラグを採取し、１分間当たり
の発生量（ｇ／ｍ１ｎｉを求めた。さらにスパッターは
捕集箱を用いて全量を採取し、１分間当たりの発生量（
ｇ／ｍ１ｎ）に換算した。その結果を第３表に示す。

第３表から明らかな様に、フラックス入りワイヤの構成
が本発明の範囲外であるＮｏ、　９〜Ｎｏ、　１６のワ
イヤは、いずれもビットやブローホールの発生が多く、
健全な溶接金属が得られていない他、スラグ発生量やス
パッター量が多いなど高能率溶接性にも問題がある。

これに対しＮＧ、　１〜Ｎｏ、　８の本発明例のワイヤ
は、ビットは発生せずブローホール発生率も非常に低く
、健全な溶接金属が得られている。またスラグ発生量、スパッター発生量も少なく、高能率な溶接が可能である。

（発明の効果）以上説明した様に本発明のフラックス入りワイヤは、亜
鉛めっき鋼板など防錆処理を施した鋼材を溶接しても、
ビット、ブローホール等の溶接欠陥の発生を大幅に低減
できると共に、スパッター、スラグ量も少ないため高能
率溶接が可能となり、溶接の高能率化、省力化に大きく
寄与するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図　（ａ）〜（ｂ）はフラックス入りワイヤの各種
の態様の断面形状を示す図面、第２図は実施例で用いた
試験板形状を示す斜視図である。１・・・鋼製外皮、２・・・フラックス、３ａ、　３ｂ
・・・亜鉛めっき鋼板（α）７１図ＣＣ’）７Ｐ２図＜ｄ＞

Claims

【特許請求の範囲】

鋼製外皮中に金属粉を９５％以上含有するフラックスを
充填してなるフラックス入りワイヤにおいて、ワイヤ全
重量に対し、重量％でＣ；０．１０％以下、Ｓｉ；０．
１０〜０．６０％、Ｍｎ；０．２０〜１．５０％、Ｎｂ
、Ｔａ、Ｂ、Ｖ、Ｃｒの一種または二種以上の合計で０
．１０〜２．００％含有し、かつワイヤのポテンシャル
水素量が９０ｐｐｍ以下であることを特徴とするガスシ
ールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。