JPH03169485A

JPH03169485A - 高電流密度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: JPH03169485A
Application number: JP31173289A
Authority: JP
Inventors: Kazushi Suda; 須田　一師; Hiroshi Koyama; 小山　汎司; Kozo Yamashita; 山下　礦三; Hitoshi Kawabe; 河辺　仁
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1989-11-30
Filing date: 1989-11-30
Publication date: 1991-07-23
Anticipated expiration: 2012-12-24
Also published as: JP2694034B2

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、ガスシールドアーク溶接方法に係るものであ
り、さらに詳しくは、高電流密度溶接において高溶着で
、溶接作業性に優れ、かつ良好な溶込み形状が得られる
溶接方法及びそれに供するフラックス入りワイヤに関す
るものである。

［従来の技術コ最近、溶接の自動化、高能率化に伴い、ガスシールドア
ーク溶接はますます広く使用されている。

高能率化の手段として電流密度を高めてワイヤの溶融速
度を増加させることが一般的に採られている。しかし、
高電流密度溶接ではスパッタの多発、耐気孔性，耐割れ
性、融合不良性等多くの問題が生ずる。

即ち、鋼ワイヤをＣ０２ガスで使用して溶接する場合、
電流密度を高めると安定した溶滴移行性が得られず、ビ
ード表面は不均一となり、スパッタが急増し、母材表面
に付着し、またその除去作業も非常に困難となる。シー
ルドガスにスパッタ発生の少ないＡ　ｒ−Ｇｏ２混合ガ
スを使用して溶接すると，ピンチ力によって中央部に巾
の狭い過大な溶込み、いわゆる″フィンガー状″の溶込
みを呈する。また積層溶接や突合せ継手溶接では、溶込
み？が小さいためしばしば融合不良などの形状欠陥が発
生するなどの問題点があった。このフィンガー状溶込み
形状を円形状の溶込みに改善する手段としてシールドガ
スにＨｅを添加した、例えば特開昭５９−４５０８４号
公報のＡ　ｒ−　Ｈ　ｅ−Ｃｏ■−　０　２の４穐混合
ガスによる溶接方法が提案されている。しかしこの方法
は、溶融状態にあるワイヤ先端が回転するため微小な溶
滴がビード両端に飛散し付着してしまい，その除去が難
かしいことと，特殊なシールドガスを使用するためガス
コストが高くなることから、実用上に課題を残すもので
ある。

［発明が解決しようとする課題コ本発明は、このような従来の鋼ワイヤによる高電流密度
溶接の諸問題を解決したもので、安定した溶滴移行性が
得られ、良好なビード外観並びに円形状溶込みでかつ溶
接作業性に優れた高電流密度溶接方法及びフランクス入
リ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、（１）炭酸ガスをシールドガス？して
フラックス入りワイヤを用い、３００（Ａ／ｍｍ”）以
上の高電流密度で溶接することを特徴とする高電流密度
ガスシールドアーク溶接方法。（２）ワイヤ重量比で下
記成分を含有することを特徴とする請求項（１）に記載
の方法で用いる高電流密度ガスシールドアーク溶接用フ
ラックス入りワイヤ。

ＴＩＯＺ　：　１−５〜７．５　ｗｔ％，　ＳｉＯ，：
０．３〜１．５ｗｔ％，脱酸剤：１．５　〜６．０ｗｔ
％，酸化物（（Ｔｉｅ■，　Ｓｉｎ■を含めて）：ｌＯ
．０νｔ％以下。

［作用］本発明者等はフラックス入りワイヤによる高電流密度ガ
スシールドアーク溶接のビード形成について種々実験を
重ねた結果、次のような知見を得て本発明を完或したも
のである。

（１）第１図に示すようにビード形状は、シールドガス
が純Ａｒ（第１図（イ））　，　Ａ　ｒ−Ｇｏ２（同（
口）），Ａｒ一〇■｛同（ハ）），Ａｒ−Ｃｏ，−０２
（同（ホ）），　Ａｒ−Ｈｅ−ＣＯ，−Ｏ２（同（二）
｝等各種混合ガスのいずれを用いても溶込み形状はフィ
ンガー状を呈し、場合によっては溶接金属に融合不良を
発生するが、第１図？へ）に示すＣＯ■ガスを用いた場
合のみ電流密度３００Ａ／ｍｍ２以上で安定した円形状
の溶込みが得られる。

（２）ビード外観、形状及びスパッタ発生の観点から、
フラックス入りワイヤの適用が最も好ましい。

（３）フラックス入りワイヤのフラックス成分を特定の
範囲に限定することにより、高電流において溶滴移行性
が安定し、良好な溶込み形状が得られる。

本発明は上記知見に基づいて完或したものであり、以下
に本発明について詳細に説明する。

シールドガスとしては、ＣＯ２ガスを使用するが、使用
するワイヤが鋼ワイヤの場合，安定した溶滴移行性が得
られず、良好なビード外観、ビード形状にならない。

そこで、フラックス入りワイヤを使用すれば、スラグに
よるビード平滑化効果が得られ、ビード外観．ビード形
状及びアークの安定な良好な溶接作業性が得られる。

なお、フランクス入リワイヤでもワイヤ中にスラグ量を
殆ど含まない例えばメタル系ワイヤでは鋼ワイヤの場合
と同様な結果となり好ましくない．また電流密度につい
ては、３００（Ａ／ｍｍ”）未満では所定の効果、特に
巾広の円形状溶込みが得られず３００（Ａ／ｍｍ２）以
上と限定した。

なお、電流密度の算出は次式で行う。

電流÷ワイヤの鋼部断面積＝電流密度ところで、鋼ワイヤのワイヤ断面積は単に（πＸ（ワイ
ヤ直径）”）／４　　で算出できるが、フラックス入り
ワイヤの場合は、電流を流す鋼製外皮部と見掛上電流を
流さないフラックス部に区別されるため、同一ワイヤ径
であってもフラックスの充填率及び充填フラックスの比
重の大小によって、電流を流す鋼製外皮の面積は変化す
る。そのため、フラックス入りワイヤのワイヤ断面積は
鋼ワイヤに比べ実質的に小さくなり、電流密度も高くな
る。

そこで本願発明の溶接方法で規定する電流密度算出のた
めのワイヤ断面積は、第２図に示す鋼製外皮の断面積を
使用する。

高電流密度ガスシールドアーク溶接方法で溶滴？行の安
定性，良好なビード形状並びに優れた溶接作業性を得る
ためには、フラックス入りワイヤの構或成分を規定する
必要がある。

以下にフラックス入りワイヤの成分限定理由を述べる。

ＴｉＯ２をワイヤ重量比で１．５〜７．５ｗｔ％添加す
るのはアークの安定化とスラグ被包性を良好になるため
である。１　．　５ｗｔ％未満ではアーク安定化効果が
期待できずスパッタが多発したり、スラグ被包性が劣化
してビード形状が凸形状となる。一方７．５ｗｔ％を超
えるとスラグ過多になってスラグ巻き込みが発生し易く
なるので、丁１０２はワイヤ重量比で１．５〜７．５ｗ
ｔ％に限定した。

次にＳｉＯ２は０．３％ｉｔ％未満ではスラグの粘性が
低下し、スラブの被りが不安定でビード形状が劣化する
。一方１．５νｔ％を超えるとスラブ粘性が高くなりす
ぎ、ビード表面にガス溝等の溶接欠陥が発生する。従っ
てＳｉＯ■はワイヤ重量比で０．３〜１　．　５ｗｔ％
に限定した。

脱酸剤としてはＳｉ，　Ｍｎ，　Ａ　Ｑ　，　Ｔｉ，　
Ｍｇ等を？種または２種以上添加できるが，その添加量
は合計で１．５〜６．（ｈｔ％が適当である。１　．　
５ｗｔ％未満では脱酸不足となるためブローホールやピ
ット等の溶接欠陥が発生し、Ｘ線性能が劣化する。一方
６．０ｗｔ％を超えて添加すると脱酸性元素が溶接金属
に多量に歩留り、溶接金属が硬くなり、衝撃靭性と耐割
れ性の低下をきたす。このため脱酸剤は１．５〜６．０
ｗｔ％に限定する。これら脱酸剤は単体で添加しても、
合金形態で添加してもよい。

酸化物としては主成分であるＴｉ○２，Ｓｉｎ．以外に
Ａ　Ｑ２　０ｓ　ｔ　Ｍｇ　Ｏ　ｙ　Ｚ　ｒ　０２　＋
　Ｃａ　Ｏ　ｖ　Ｆ　ｅ○，Ｆｅ２０．，Ｎａ，Ｏ，Ｋ
，Ｏなどスラグ剤、アーク安定剤として添加できるがＴ
ｉＯ■，　Ｓｉｎ，を含めた酸化物が１０．０ｗｔ％を
超えるとスラブ過多になってスラグ巻き込みを生じたり
、スラブ剥離性が劣化すると共にビード表面にガス圧痕
が生じ易くなる。

従ってＴｉＯ■，　ＳｉＯ■を含めた酸化物は１０．０
ｗｔ％以下とする。

以上がフラックス入りワイヤの主要構成であるが、その
他溶接金属の機械的性質を向上させるた？Ｎｉ，Ｃｒ，
Ｍｏ，Ｂなどの合金元素が添加でき，溶着速度を高める
目的で鉄粉をも添加できる。またワイヤの断面形状は特
に制限はなく第２図に示したいずれの形状も採用できる
が．（２は鋼製外皮、３はフラックスを示す）アークの
安定性ワイヤの送給性及び直進性に優れたシームレスタ
イプ（第２図、ｄ）が高電流密度溶接には最適である。

なお、本発明の鋼製外皮は軟鋼材や合金鋼材が使用でき
る。

以下に本発明を実施例により更に具体的に説明する。

［実施例１コワイヤ径１　．　２ｍｍφの鋼ワイヤ及び各種系統のフ
ラックス入りワイヤを用い、シールドガスにＡ　ｒ−　
Ｈ　ｅ−ＣＯ■−０２混合ガス（以下４種混合ガスと略
す）と炭酸ガスの２種類を使用し、第ｌ表に示す高電流
密度条件で溶接を行った。その結果を第２表に示す。ア
ークの安定性は溶接中にアークがシャープで乱れること
なく安定して溶滴が移行するものを非常に良好＠とし、
アークが乱れることはないが溶滴が若干大きな形で移行
するものを良好０とし，アークがバタツキ溶滴もその分
不規則に移行するものを不良×とした。また、溶込み形
状は第４図に示すように、最大溶込み深さ（Ｐ）の１／
２位ｉ１　（Ｐ／２）における溶込み巾（Ｗｌ）が最大
溶込み巾（Ｗ）の５０％以上を良好と判定した。

ＮＯ．１の鋼ワイヤを４種混合ガスで使用する場合はア
ークの安定性、及びビード形状とも良好であるものの、
ガスコストが高く、スパッタ発生自体少ないもののビー
ド両端に微小な溶滴が付着し、除去が困難である。ＮＯ
．２の組合せではアーク状態が劣化し、スパッタの多発
を起こしビード外観も不均一なものとなる。Ｎｏ．３．
　４．　５の各種系統のフラックス入りワイヤを４種混
合ガスで使用すると、アーク安定性、スパッタ発生も少
なく溶接作業性は良好なものの、ビード外観が不均一と
なり、溶込み形状はフィンガー状を呈し、ガスコストも
高い。しかし、Ｎｏ．６．　７．　８に示す本発明例に
よればアーク安定性及びビード形状並びにガスコストも
安く、いずれの項目とも良好で特にルチールを主成分と
するフラックス入りワイヤを使用すると安？した高電流
密度ガスシールドアーク溶接が可能となる。

［実施例２コ外皮材として極軟１ｌ（Ｃ：０．０５％，　Ｓ　ｉ：ｏ
．０１％，Ｍｎ：０．２８％，　Ｐ：０．０１４％，　
Ｓ：０．００９％）を用い、第２図（ｄ）の断面を有す
る第３表のワイヤ径１　．　２ｍｍφのフラックス入り
ワイヤを使用し、第３図に示す鋼板（ｍ種ＳＭ−５０Ｂ
，　ｔ　＝３０＋＋＋ｍ，　ｗ＝１５０ｍＩｎ，　ｄ＝
１５ＩＩＩｍ，　　θ＝９０’　，長さ７５０ｍｍ）を
第４表に示す溶接条件で溶接を実施した。その結果を第
５表に示す。なおアーク安定性及び溶込み形状について
は実施例１と同様の評価を行った．第５表において、ワ
イヤ番号７は脱酸剤の合計が本発明の限定範囲を超えて
いるため、アーク安定性やスバッタ発生、スラグはくり
性は良好なるも、溶接金属に割れが発生しており、採用
出来ない。

ワイヤ番号８は、ＳｉＯ■及びＴｉＯ２　，Ｓｉｎ．を
含む酸化物の合計が本発明の限定範囲を超えているため
、スラグ粘性が高くなりすぎ、ビード表面欠陥及びスラ
グ過多でアークがスラグの上に発生し、溶接第３表（１）ワイヤに対するフラックスの総和１４％。

（２）残部は鉄粉及び不純物。

（３）ワイヤ径１．２ｍｍφ。

？属にスラグ巻き込みが発生している。

ワイヤ番号９は，ワイヤ番号７と逆の脱酸剤の合計が本
発明範囲未満であるため、脱酸不足となり、アーク安定
性、スパッタ発生及びスラブはくり性がやや劣化すると
ともに溶接金属にブローホールの溶接欠陥が発生する。

ワイヤ番号１０は、ＴｉＯ■が本発明範囲を超えている
ため、スラグ過多となりアークがスラグ上で発生し、ス
ラグ巻き込みが起こり、Ｘ線試験も３級と不良になって
いる。

ワイヤ番号１１．　１２は、スラグ剤を殆ど含有しない
フラックス入りワイヤでＴｉＯ■，　Ｓｉ０２も本発明
範囲未満であるため、溶込み形状は良いもののアーク安
定性が悪く、スラグの被りが少なく、ビード表面も不均
一でスパッタ発生もあり、採用出来ない。

一方ワイヤ番号１〜６ではアーク安定性をはじめ、いず
れの項目とも良好で安定した高電流密度溶接が行われる
。

［実施例３］第３表のワイヤの内、ワイヤ番号Ｌ，　５，　１０．　
１２のワイヤを用い第５図に示す鋼板（網種ＳＭ５０Ｂ
　，ｔ＝２５＋ａ＋＋＋，　ｗ＝１００ｎ＋ｍ，　Ｈ＝
１００＋＋＋ｍ，長さ５００ｍｍ）を第６表に示す溶接
条件で水平すみ肉溶接を実施した。なお鋼板表面は機械
加工で切削し、使用した。

アーク安定性及び溶込み形状は実施例１と同様に評価し
た。その結果を第７表に示す。第７表においてワイヤ番
号１０のＴｉｅ２が本発明範囲を超えるもの及びワイヤ
番号ｌ２のようにＴｉＯｚ　ｒ　Ｓｉｎ，が本発明範囲
未満のワイヤではアークがやや不安定で、スラブの被包
性に大きな差があり、下板側でのオーバラップやビード
外観劣化を引き起こしていて到底採用出来ない．一方本
発明例のワイヤ番号１及び５ではアーク状態、スラグ被
包性、スバッタ発生状況やビード形状も優れている。な
お、鋼板表面に無機ジンクプライマーを塗装した鋼板（
膜厚２０μｍに塗装，鋼種及びサイズは第５図と同じ）
を使用した場合も上記同様の結果となり，本発明例ワイ
ヤはさらに鋼板への溶接金属のなじみが優れまた溶接欠
陥も発生しない優れたワイヤであることが明らかになっ
た。

［発明の効果］以上説明したように、本発明の高電流密度溶接方法及び
それに供するフラックス入りワイヤによれば、高溶着で
アーク安定性や溶接作業性に優れた溶接ができ、さらに
ビード外観、溶込み形状が良好な溶接部が得られる。こ
れは溶接の高能率化や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ｌ図は各種シールドガス組成によるビード形状を示す
模式図、第２図はフラックス入りワイヤの断面図、第３図は試験
片断面図、第４図は溶込み形状を示す図、第５図は試験片断面図、である。１：融合不良、　２：鋼製外皮、　３：フラックス、　
４：トーチ、　５：鋼板表面、　６：ワイヤ。第１図（イ）（二）（口）（１リ（ハ）（−）第２図（ａ）（ｂ）（Ｃ）（ｄ）第４図ーＷ」

Claims

【特許請求の範囲】

（１）炭酸ガスをシールドガスとしてフラックス入りワ
イヤを用い、３００（Ａ／ｍｍ＾２）以上の高電流密度
で溶接することを特徴とする高電流密度ガスシールドア
ーク溶接方法。
（２）ワイヤ重量比で下記成分を含有することを特徴と
する請求項（１）に記載の方法で使用する高電流密度ガ
スシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。ＴｉＯ＿２：１．５〜７．５ｗｔ％ＳｉＯ＿２：０．３〜１．５ｗｔ％脱酸剤：１．５〜６．０ｗｔ％酸化物（ＴｉＯ＿２、ＳｉＯ＿２を含めて）：１０．０
ｗｔ％以下