JPH03230892A - ガス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） 本発明は比較的薄板を用いた防錆鋼構造物の溶接に用い
るガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤに係
るものであり、更に詳しくは、亜鉛メツキ鋼板のすみ肉
溶接で、ピットやブローホールなどの溶接欠陥が発生し
にくく、健全な溶接金属が得られる高速溶接用ガスシー
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） 近年ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤは
、軟鋼・５０キロ級高張力鋼をはじめとする各種鋼種を
用いる鋼構造物の溶接に広く用いられている。この理由
として、フラックス入りワイヤは、その内部に充填され
るフラックスの作用効果によって、溶接作業性が良く、
良好なビード外観・形状が得られると共に、ワイヤ溶着
速度が速く、溶接能率が向上することなどが挙げられる
。

しかし、最近の溶接の自動化・ロボット化の動向下にお
いて、更に高性能・高能率なフラックス入りワイヤの開
発が待望されている現状にある。

一般にフラックス入りワイヤは外皮部が鋼であって、内
部に７〜２０％のフラックスを充填して構成されている
。また、構造は第１図に示す如く種々断面形状のものが
ある。

内部に充填するフラックスを大別すると（１）チタニャ
系などのスラグ剤と、Ｓ　ｉ　１Ｍｎなどの脱酸剤・合
金剤からなるもの、（２）鉄粉、Ｓｌ。

Ｍｌなどの金属粉で構成されるものがあるが、本発明は
後者の金属粉系フラックス入りワイヤに属する。

従来の金属粉系フラックス入りワイヤは、（１）ソリッ
ドワイヤと同等以上の溶着量を得ることができて高能率
である。（２）スラグの生成が少ない。

（３）金属、合金類および少量の酸化物などを充填フラ
ックスに添加できるので、溶接金属組成調整の自由度が
広い。などの優れた特徴を有しているものの、特に炭酸
ガスをシールドガスとするアーク溶接時において、前記
チタニャ系フラックス入りワイヤに比較すると、スパッ
タ発生が目立ち、Ｚｎメツキ鋼板などのすみ肉溶接では
ビードにピットやブローホールが多発し易いという欠点
があり、実用化ができていないのが現状である。

このような問題点を解決する手段として、例えば特開昭
５７−３６０９６号公報、特開昭８０−２５７９９３号
公報記載の技術などが知られている。前者は充填フラッ
クスのかさ密度の調整により、後者はフラックスの流動
度の調整によりアークの安定化およびスパッタ低減を図
るものがあるが、問題を解決するに十分な技術とは言い
難い。特にＺｎメツキ鋼板などの高速すみ肉溶接におい
てピット、ブローホール発生を低減するという課題に対
するアプローチはほとんどなされていない。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は上記従来ワイヤの問題点を解決するためになさ
れたものであって、亜鉛メツキ鋼板のすみ肉溶接時にお
いてもピット、ブローホール発生が少なく、かつ高速度
の溶接が可能な金属粉系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、鋼製外皮に鉄粉を主体とする金属粉を
９０％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，０，４０〜１．４０％、鉄酸化物；０，１０〜１．
５０％を含有し、ワイヤのポテンシャル水素量が９０ｐ
ｐｍ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。

以下本発明について詳細に説明する。

本発明者らは、ピット、ブローホール低減を目的に種々
実験を行った結果、次のような知見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ても蒸
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）溶接金属表面を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。

（３）さらに溶接雰囲気の水素も溶融金属中に侵入して
気泡の原因となる。

従って亜鉛メツキ鋼板の高速溶接におけるピ・ソト、ブ
ローホールの発生を防止するためには、（ａ）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
と化して溶接金属中に固化またはスラグオフさせる。と
同時に溶融金属の粘性を下げ、撹拌作用により亜鉛蒸気
を放出させる。

（ｂ）スラグ生成量を極力少なくする。（ｃ）アーク雰
囲気中の水素分圧を極力低くする。ことが有効であると
の観点から、フラックス中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。

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、亜鉛の
酸化を促進し、その酸化反応熱で溶融金属の温度を上昇
させてその粘性を低下させ、かつ溶融金属を撹拌させて
ガス放出を容易ならしめることにより、亜鉛の影響を軽
減させること、更にはワイヤのポテンシャル水素を極力
低く押えることの複合作用により、ピットの発生を解消
し、ブローホールの発生を抑制することに最大の特徴が
ある。

まず、本発明においてフラックス中の金属粉を９０％以
上と限定したのは、余分なスラグを溶接中に生成させず
溶着効率を高めるためである。フラックス中の金属粉の
比率が９０％未満では、溶着効率においてソリッドワイ
ヤより小さくなることと、生成スラグが多くなりスラグ
除去を要することになり、溶接能率が低下する。従って
フラックスの９０％以上は金属粉でなければならない。

なお、ここでいう金属粉とは、鉄粉のほかＣ１５ｔ、Ｍ
ｎ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ａｐ　、Ｂ、Ｎｂ、Ｍｇ。

Ｃａ等の脱酸剤元素の粉とＮｉ　、Ｃｒ、Ｍｏ。

Ｃｕ等の単体金属粉およびこれら元素の合金粉を意味し
ている。

これら元素の添加方法としては、各々単体で添加しても
、またこれらの元素の合金として添加してもよい。

金属粉の添加量を上記範囲にすることにより、金属粉系
フラックス入りワイヤの特徴である溶接能率の向上は達
成できるが、しかし、従来の最大の問題点であったピッ
ト、ブローホールの低減は図ることができない。

そこで本発明者らは鋭意検討を重ねた結果、黒鉛と鉄酸
化物の併用が最も有効な手段であることを見出した。

即ちフラックスおよび外皮を含めたワイヤ全体として、
Ｃ量を０．１θ〜１．８０％の範囲で、Ｆ　ｅ　２０　
ａ　、Ｆ　ｅ　Ｏの鉄酸化物を０．０１〜２．５０％の
範囲で種々変化させた金属粉系フラックスを、ｃ−ｏ、
ｏａ％、５ｉ−ｏ、ｏｉ％、Ｍｎ−０，１０％、Ｐ−０
，０１％、Ｓ−０，０１％の極軟鋼を用いフラックス充
填率１５％の第１図ｄの断面を有するフラックス入りワ
イヤを試作し、供試ワイヤ（１，２ｍ＋ｗφ）とした。

第１表は供試ワイヤのフラックス組成とＺｎメツキ鋼板
を用いた水平重ねすみ肉溶接におけるビード部のピット
、ブローホールの発生量およびスパッター発生量を測定
した結果である。

溶接条件は電流２２０Ａ　、電圧２２Ｖ１溶接速度１０
０ｃｍ／分、Ｃ０２ガス流量２５ｐ／分、チップ母材間
距離１５關、母材に対するトーチの角度６０゜であり、
板厚２．０ｍｍの両面Ｚｎメツキ鋼板（ＪＩＳＧ３３０
２、片面のＺｎ目何量４５ｇ／ｒｒｒ）を、第２図の如
く２枚重ね、その重ね部を水平重ねすみ肉溶接したもの
である。

なおピットは個数計数後、ピード１ｍ当りに換算して発
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、ビード長に対しての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、スパッターは捕集
箱を用いて全量を採取し、１分間当りの発生量（ｇ／ｍ
１ｎ）に換算した。

実験結果から、全ワイヤのＣ量が０．４％未満では、ピ
ットおよびブローホールの減少効果が見出せなかった。

これは次のように推察される。

一般に亜鉛メツキ鋼板の溶接において、溶接金属に生ず
る気孔は、溶接のアーク熱により蒸気化した亜鉛が、溶
融金属中から浮上放出する際に、亜鉛蒸気の圧力や、放
出速度と溶融金属の凝固速度とのバランスにより生成さ
れると言われており、溶接金属中に生じた球状の空洞が
ブローホール、表面に生じる小さなくぼみがピットと呼
ばれ溶接欠陥である。

そこで、このような溶接欠陥すなわち気孔を防止するた
めには、亜鉛蒸気を溶接金属が凝固する前に大気中に放
出させてやればよいことが考えられる。つまり、Ｃ量が
高い溶接のアーク雰囲気中では、酸素とのＣＯ反応が活
発に行なわれ、この反応がピット、ブローホールの発生
を抑制すると考えられる。しかし、０．４％未満では、
この反応効果が十分得られないと考えられる。

一方、１．４％超では、ＣＯガスによると考えられる気
孔が増加した。また、すみ内部が過度に硬化し、耐割れ
性が危惧されるのみならず、ワイヤ先端の溶滴のＣＯ反
応が過剰となり、スパッタ発生が増加し、溶接作業性を
劣化させる傾向を示した。したがって全ワイヤのＣ量は
０．４０〜１．４０％とした。

次に本発明者は、上記Ｃの添加効果を助長させ、かつ有
効に耐気孔性を向上させるための手段として、溶接金属
の粘性面からの検討を加え、酸素が最も有効であること
の知見から、各種酸化物の効果を亜鉛メツキ鋼板の高速
溶接にて実験調査した。

その結果、酸素源としては鉄酸化物が最も望ましく、中
でもＦ　ｅ　２０　ａ　、Ｆ　ｅ　Ｏが有効であること
を見出した。

すなわち、この種酸化物はこれ自体溶接にょるスラグ源
となりにくい点にある。実験から、ワイヤ中の鉄酸化物
が０．１０％未満では、耐気孔性の向上が見出せなかっ
た。この理由としては、ワイヤ中の鉄酸化物がアーク熱
により、溶融分解し、溶接金属中の酸素源として粘性を
コントロールするには、あまりに少量であるため、粘性
低下にいたらず、溶融金属内の有害な亜鉛蒸気が、大気
中へ十分逸散されずに内部に残留し、気孔の発生が増加
したものと考えられる。

一方５．０％以上では、溶接金属中の酸素量が増大し過
ぎ、亜鉛蒸気による気孔よりも脱酸不足による気孔が増
加した。したがって、全ワイヤ中の鉄酸化物量は０．１
０〜１．５０％とした。

更にワイヤ中のポテンシャル水素量を９０ｐｐｍ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１ て溶融金属に侵入しピットφブローホールの発生原因と
なる。

この水素に起因するピット・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抑える
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９０ｐｐｍ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する
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、アーク安定化や少量
のスラグの物性調整により、ビード形成良好化を図るた
めに、Ｎ　ａ　　Ｏ、Ｋ　２０　。

Ｌｉ　　Ｏ，ＳｉＯＭｎＯ，Ａ、７７２０３．ＦｅＯ。

２　　　　　　　２′ ＭｇＯ等の酸化物、Ｎ　ａ　Ｆ　、Ｋ　Ｆ　、　Ｍ　ｇ
　Ｆ　２　。

ＣａＦ　　　Ｋ　　ＳｉＦ６等の弗化物等の非金属粉２
′２ 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、フラックス充填率が７〜２０％の２ 範囲で、ワイヤ径は１．０〜１．２ｍｍであることが望
ましく、ワイヤ断面構造は外皮円周部に合せ目を有する
オープンシームワイヤの他、円周部に合せ目を持たない
クローズドシームワイヤのいずれでもよいが、自動化、
ロボット化を考慮すればシームレスワイヤが望ましい。

また、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、炭酸ガスの他に炭酸ガスに酸
素ガスあるいはアルゴンガスを混合する場合も適用可能
である。アルゴンガスとの混合ガスの場合、アルゴンの
アーク安定化作用が重畳されるので、スパッターを減少
させることができる。

（実　施　例） 第１表に本発明フラックス入りワイヤおよび比較のため
に試作したフラックス入りワイヤのフラックス組成と、
これらワイヤを用いて溶接したときの溶接試験結果を示
す。

第１表においてＮｏ、　１〜Ｎｏ、　８が本発明例、Ｎ
ｏ、９〜ＮＯ，１８が比較例である。ワイヤはＣ−０，
［１３％、３ ｓｉ−ｏ、ｏｔ％、Ｍｎ−０，３０％、Ｐ−０，０１％
、Ｓ−〇、旧％の極軟鋼外皮にフラックスを１５％充填
し、断面形状がシームレスワイヤの１．２關ワイヤにて
、炭酸ガスをシールドとして試験に供した。

第１表から明らかなように、フラックス入りワイヤの構
成が本発明の範囲外であるＮＯ１９〜Ｎへ１６のワイヤ
はいずれもピ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、スパッター発生量が多い
など、溶接作業の能率にも問題がある。

これに対しＮｏ、　１〜Ｎ０９８の本発明ワイヤは、ピ
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、スパッター発生量も少
なく高能率な溶接が可能である。

４ １１ （発明の効果） 本発明のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイ
ヤは、Ｚｎメツキ鋼板などの防錆処理を施した鋼材を溶
接しても、ピット、ブローホールともに非常に少ない健
全な溶接金属が得られるため、溶接金属部の断面欠損に
ならず、構造物の強度を劣化させない。また、ピットの
発生が非常に少ないため、外観的にも良好なビードが得
られ、この種ワイヤの実用性を飛躍的に高めることがで
きる。溶接の自動化、ロボット化および高能率化に応え
る本発明の価値は高い。

【図面の簡単な説明】

第１図はフラックス入りワイヤの断面図、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。 代　理　人　　弁理士　　茶野木　立　夫６ 第 ２ 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 鋼製外皮中に金属粉を９０％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；０．４０〜１．４０％、鉄酸
   化物；０．１０〜１．５０％を含有し、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。