JPH03161192A - セルフシールドアーク溶接用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） 本発明はセルフシールドアーク溶接フラツクス入りワイ
ヤに係り、より詳細には、軟鋼・高張力鋼用に適し、低
弗化物のＬｉ系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． （従来の技術及び解決しようとする課題）セルフシール
ドアーク溶接は、 （１）シールドガスが不要 （２）耐風性に優れる （３）取扱いが容易 等の特長を有しており、各溶接分野、特に屋外作業にお
いて今後の需要の増加が期待される溶接法である。

ところで、セルフシールドアーク溶接に用いるフラック
ス入リワイヤとしては、古くから多くの技術が提案され
ており，フラックスタイプの主なものとしては、弗化物
系と、Ｌｉ酸化物系の２種類がある。

前者の弗化物系ワイヤのガス発生剤は、主としてＣａＦ
，、ＢａＦ，が使用され，他に少量の炭酸塩が使用され
ている。このタイプは弗化物を多量に含むことから、一
般にスラグ剥離性及びビード外観は良好であるが、アー
クが不安定であるため、スパッタの発生が極めて多い。

またヒューム発生量も極端に多く、溶接作業が困難であ
ることが欠点になっている． 一方、後者のＬｉ酸化物系ワイヤは，ガス発生剤として
ＬＬ酸化物を使用するので、弗化物は多くは必要としな
い。したがって、スパッタ及びヒュームの発生量は上記
弗化物系ワイヤに比べて改善されており、溶接作業が容
易になっている。

従来より、このＬｉ酸化物系ワイヤの技術としては、特
開昭４８−４３４７号公報、同４８−８６２７号公報、
同５４−１６０５３２号公報，特公昭６２−２５４７９
号公報等，数多くのものが提案されている。

しかしながら、この種のフラックス入りワイヤは，スパ
ッタ、ヒューム発生量が少ないという利点を有している
ものの，逆に溶込みが非常に浅いという欠点があり，通
常のガスシールドタイプのフラックス入りワイヤの１／
３〜１／５である。

このことは、溶込み不良、融合不良等の欠陥が発生し易
く、健全な溶接部が得られないということであり、実用
化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
リワイヤ，特にＬｉ酸化物系ワイヤに関する上記欠点を
解消し、十分な溶込みが得られると共に溶接作業性がよ
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、ＬＬ酸化物系ワ
イヤにおいて溶込みの問題を解決し得る方策について鋭
意研究を重ねた結果，溶接作業性を損なわずに溶込み深
さを改善できる因子が特にワイヤ水分とフラックス中の
金属窒化物であることを知見し、更に詳細に実験を重ね
て、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
ックス入リワイヤは、対ワイヤ重量％で（以下、同じ）
、ワイヤ水分が０．０２〜０．１０％であり、且つ鋼製
外皮内に、 金属窒化物：０．０２〜０．２０％、 Ｌｉ，○：　２〜５％、 Ａｌ：２．５〜５．０％、 Ｍｇ：１．０〜２．０％、 Ｍｎ：０．１〜２．０％ を含有したフラックスを充填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。

（作用） まず、本発明者は、セルフシールドアーク溶接フラック
ス入りワイヤ、特にＬｉ酸化物系ワイヤの溶込み深さ向
上について種々検討した結果、溶接作業性（スパッタ、
ヒューム発生量等）を損なわずに効果のある因子として
， （１）ワイヤ水分， （２）金属窒化物の添加、 の２点が重要であることが認められた。以下にこの知見
を得た基礎実験の結果について説明する。

なお，実験条件は以下の通りである。

（供試ワイヤ） ワイヤ径：１．８１１Ｑｌφ 断面形状：第３図の（Ａ） フラックス組成：後述の実施例のＮａ　１フラックス率
：１６％ 使用フープ：軟鋼 （供試鋼板） ＳＭ−５０Ａ（１　２ｍｍｔ） （溶接条件） 溶接法：下向きビードオンプレート法 溶接電流：　３００Ａ アーク電圧：アーク長約ＩＩＩｌｍｌとなる電圧溶接速
度：　３　０ｃｍ／Ｉｌｉｎ チップ・母林間距離：２５ｍｍ トーチ角度：垂直、前後進角０゜ （溶込み深さ測定） 後述の実施例の場合と同一 以上の実験結果を第１図及び第２図に示すとおり、（１
）ワイヤ水分の増加，（２）金属窒化物の添加はいずれ
もアーク力を増し，溶込み深さの向上に効果があること
が判明した。

その結果、本発明は，従来技術に比較して，（１）高い
ワイヤ水分量、（２）金属窒化物の微量添加、の２点に
最も特徴を有し、これにより、溶込み深さを顕著に改善
したものである。

次ぎに本発明におけるワイヤ水分量、ブラックス成分を
限定した理由について説明する。

■ワイヤ水分量：０．０２〜０．１０％ワイヤ水分量は
、第１図に示したように、溶込み深さ向上に影響を及ぼ
し、０．０２％未満ではその効果がなく、０．０２％以
上が必要である。

しかし、０．１０％を超えると溶着金属の拡散性水素量
が高くなりすぎて、低温割れの危険性がある。したがっ
て、ワイヤ水分量を０．０２〜０．１０％（対ワイヤ重
量）の範囲とする。なお，ワイヤ水分量は充填するフラ
ックスの強制吸湿，含水鉱物の添加等により調整するこ
とができる。

■フランクス成分（対ワイヤ重量） 金属窒化物：０．０２〜０．２０％ 金属窒化物の微量添加は、第２図に示したように、溶込
み深さ向上に効果があるが、そのためには０．０２％以
上が必要である。しかし、０．２　０？を超えるとスバ
ッタが増大し、且つ溶着金属中のＮ量が増大し、ブロー
ホール等の欠陥が発生する。したがって、金属窒化物量
は０．０２〜０．２０％の範囲とする。

なお、金属窒化物としては、ＡｌＮ，ＣｒＮ等が使用で
きる． Ｌｉ，Ｏ：２　〜５％ Ｌｉ，Ｏ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
があり、且つスラブ剥離性にも効果がある。しかし、２
％未満ではシールド不足となり、また５％を超えるとヒ
ューム発生量が増大する。したがって、Ｌｉ２０量は２
〜５％の範囲とする。

なお、Ｌｉ組成物としては、リチウムフェライト（Ｌｉ
２０Ｆａ．０３）、リチウムアルミネート（Ｌｉ．Ｏ−
Ａｌ，Ｏ，）、リチウムシリケート（Ｌｉ．Ｏ・Ｓｉｎ
２）、リチウムマンガネート（Ｌｉ，（）ＭｎＯ２）．
リチウムジルコネート（Ｌｉ，ＯＺｒＯ■）等が使用で
きる６その他．Ｌｉ源としてＬｉ２Ｃｏ３及びＡｌ−Ｌ
ｉ．Ｍｇ−Ｌｉの金属粉が使用できる。これらのＬｉ組
或物、Ｌｉ源を使用するときは、Ｌｉ，Ｏとして換算し
て上記範囲で添加すればよい．Ａｌ：２．５〜５．０％ ＡＩ２は脱酸、脱窒剤として作用するが、２．５％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、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）の劣化を招き、好まし
くない。またヒューム量も増大する。したがって、Ａｌ
量は２．５〜５．０％の範囲とする。

なお、Ａｌ源としては金属Ａｌのほか．Ｆｅ−Ａ氾、Ａ
ｌ−ＬＬ．Ａｌ−Ｍｇ等をＡｌ量に換算して使用できる
。

Ｍｇ：１〜２％ 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，１．０％未満ではその効
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？不安定になり易い。また２．０
％を超えるとヒュ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１〜２％の範囲とする．なお
、Ｍｇ源としては金属Ｍｇのほか、Ａｌ一Ｍｇ，Ｍｇ−
Ｌｉ．Ｎｉ−Ｍｇ．Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｇ等をＭｇ量に換算
して使用できる。

Ｍｎ：０．１〜２％ Ｍｎは脱酸剤として使用し、溶着金属の清浄度を高め、
また必要な引張強さと衝撃性能を与えるのに有効な元素
である。しかし、０．１％未満では充分な効果が得られ
ず，また２％を超えると引張強度が高くなりすぎて、衝
撃性能が低くなり，好ましくない．したがって．Ｍｎ量
は０．１〜２％の範囲とする。

なお、Ｍ　ｎ　ｇ料としては金属Ｍｎのほか、Ｆａ一Ｍ
ｎ．Ｍｎ○又はＭｎＯ■を含む化合物或いは組戒物をＭ
ｎに換算して使用できる。

以上の威分を必須或分としてフラックスに添加するが、
以下の戒分を必要に応じて添加することもできる。

Ｆ　； 弗化物はシールド剤として効果があるが、スパッタ発生
量を増し、作業性に好ましくない影響を与えるので、弗
化物中のＦガスで３％以下に調整するのが望まれる。な
お，弗化物としては、アルカリ金属やアルカリ士類金属
の弗化物が適当であるが、他の弗化物を排除するのもの
ではない。

Ｔｉ．Ｚｒ： Ｔｉ．Ｚｒは脱酸、脱窒剤であり５ビット、ブローホー
ル防止の面より、２％以下の範囲で使用できる。

また、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、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ＣＯよの発生量
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％以下に抑えるのがよい。

更に、本発明はあらゆる断面形状のワイヤとすることが
でき、例えば、第３図の（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。また、ワイヤ径は用途に応じて０　．　９　
ａｍφ、１，Ｏｍｍφ、１．２開φ、１．４ｍａφ、１
．６ｍｍφ、２．０ｍｍφ、２　．　４　！１１１１φ
、３．２問φ等の中から任意に決めることができる。

また、本発明の適用ｍ種は主として軟鋼、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ｌ表に示すワイヤ水分及びフラックス組或を有するフ
ラックス入りワイヤを常法により作威した。

なお、ワイヤ径は１．２開φで、その断面形状は第３図
（Ｂ）のものである．また該ワイヤの外皮金属として使
用した軟鋼の化学或分（ｗｔ％）は、Ｃ：０．０　０　
５％、Ｍｎ：０．３５％、Ｓｉ：０．０１％、Ｐ：Ｑ．
３１４％、Ｓ：０．０１０％である。フラックス率は１
６％である。

各供試フラックス入りワイヤを用いて，第２表に示す溶
接条件で溶接実験を行い、溶込み深さ、溶接部の健全性
及び溶接作業性を調べた．その結果を第３表に示す。

なお、溶接作業性は第２表中の（Ａ）溶込み深さ実験で
のビードオン溶接時に官能で評価した．また、溶接性能
は同表中の（Ｂ）溶接部健全性実験での突合せ溶接部に
て確認した。

これらの実験結果より、以下の如く考察できる．（１）
実験恥１〜Ｎｎ５は本発明例であり、溶込み深さも十分
得られ、いずれも健全な溶接部が得られている．勿論、
スパッタ、ヒューム発生量が少ない等、溶接作業性も良
好である。

（２）実験Ｎａｌ８は、主に溶込み深さ向上に関与して
いる２要件、すなわち、ワイヤ水分量、金属窒化物含有
量がすべて満足しない比較例であり、溶込み深さが極め
て小さく、第２種（融合不良等）の欠陥が発生している
。

（３）実験恥６とＮα７はワイヤ水分量が本発明範囲外
の比較例であり、少なすぎると第２種の欠陥が発生し、
多すぎると溶着金属の拡散性水素量が高くなることがわ
かる． （４）実験Ｈａ　８とＮα９は金属窒化物の量が本発明
範囲外の比較例であり、少なすぎると溶込みが劣化し、
第２種の欠陥が発生し、多すぎるとスバッタが増え、且
つブロホールが発生することがわかる。

（５）実験＆１０とＮα１１はＬｉ，０の量が本発明範
囲外の比較例であり、少なすぎるとブローホールが発生
し、多すぎるとヒューム発生量が増大することがわかる
。

（６）実験Ｎｃｌ２とＮａｌ３はＡｌの量が本発明範囲
外の比較例であり，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
）が劣化し、更にヒュームが増大することがわかる。

（７）実！ｊｌＮａｌ４とＮＱ１５はＭｇの量が本発明
の範囲外の比較例であり、少なすぎると脱酸不足となり
、ピット，ブローホール等の欠陥が発生し、またアーク
が不安定となり易い。更にビード外病（光沢）が劣化す
る。多すぎるとヒュームが増大することがわかる。

（８）実験Ｎａ　１　６とＮａ　１　７はＭｎの量が本
発明範囲外の比較例であり、少なすぎても、多すぎても
Ｉｍ！性能が劣化することがわかる． 【以下余白１ （発明の効果） 以上詳述したように、本発明によれば、特にワイヤ水分
量の増加、フラックス中の金属窒化物の微量添加等によ
って低弗化物のＬｉ系セルフシールドアーク溶接フラッ
クス入リワイヤとしたので，従来のＬｉ酸化物系セルフ
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
る溶込み深さを大幅に向上させ、健全な溶接部を得るこ
とができると共に、併せて溶接作業性も良好である。し
たがって、本発明ワイヤが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効果は
顕著である。

【図面の簡単な説明】

第ｌ図はワイヤ水分量と溶込み深さの関係を示す図、第
２図は金属窒化物量と溶込み深さの関係を示す図、第３
図（Ａ）〜（Ｄ）はワイヤ断面形状の一例を示す図、第
４図は溶込み深さを説明する図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 対ワイヤ重量％で、ワイヤ水分が０．０２〜０．１０％
   であり、且つ鋼製外皮内に、 金属窒化物：０．０２〜０．２０％、 Ｌｉ＿２Ｏ：２〜５％、 Ａｌ：２．５〜５．０％、 Ｍｇ：１．０〜２．０％、 Ｍｎ：０．１〜２．０％ を含有したフラックスを充填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。