JPH03294092A - 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、造船・橋梁・鉄骨などの分野で多用されてい
るブライマー塗装鋼板の溶接において、ビットガス溝や
ブローホール等の溶接欠陥の少ない高品質な溶接部が高
能率で得られる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、フラックス入りワイヤを用いる場合の溶接の高能
率性、良好な溶接作業性の面からフラックス入りワイヤ
の使用の増加が著しい。フラックス入りワイヤは溶接の
能率が被覆アーク溶接棒の約２倍以上であり、またソリ
ッドワイヤより溶接中のスパッタが少なく、更に含有フ
ラックスの効果により、優れた溶接ビード外観が得られ
る。このためフラックス入りワイヤは鋼材の突き合せ溶
接およびすみ肉溶接に多く採用されてきている。

しかしながら、鋼材の多くは発錆を防止するため切断や
溶接等の加工前にショッププライマー（防錆塗料）が塗
布されており、その鋼材を溶接した場合、溶接欠陥など
様々な不具合が生じ易い。

特に、ブライマー塗装鋼板のすみ肉溶接においては、溶
接アーク熱により発生した水素や一酸化炭素などのブラ
イマー分解ガスが溶融金属内に侵入し、ピント、ガス溝
やブローホールが発生し易く、溶接速度低減や手直しに
よる工数増などでフラックス入りワイヤ本来の目的であ
る溶接の高能率化を達成していないという問題がある。

こうした問題を解決する方策として、■特開昭５２−６
８０４０号公報、■特開昭５２−１４４３４１号公報等
のフラックス入りワイヤが提案されている。これらはい
ずれも、シールドガスや充填フラックスから所定量の水
素を供給し、溶融金属中のガス放出速度を早くして溶融
金属の凝固前にガスを放出させることにより、ビットや
ブローホール等の溶接欠陥を防止するものである。しか
しこれらの方法では溶接金属中の水素が多いため耐割れ
性の点で鋼種や板厚が制限される他、アーク安定性が悪
いため高速溶接ができない等、溶接の高能率化が達成さ
れないという問題がある。

（発明が解決しようとする課Ｍ） 本発明は、上記問題を解決するためになされたものであ
って、シタンブブライマー塗装鋼板のすみ肉溶接におい
ても、ビットガス溝やブローホール等の欠陥発生を抑え
ると共にビード外観・形状が良好で、高速溶接性に優れ
た低水素系のガスシールドアーク溶接用フラックス入り
ワイヤを提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段） 本発明に係わるガスシールドアーク溶接用フラックス入
りワイヤの要旨は、ワイヤのポテンシャル水素量が９ｏ
ｐｐ−以下であり、がっワイヤ全重量に対し下記成分を
必須とすることにある。

スラグ形成剤の総量（Ａ）ｉ２．５〜５．５％ＴｉＯ２
　　　　　　　　　　　；１．５〜３．５％ＴｉＯ□／
Ａ　　　　　　　　　；０．４５〜０．７７ＺｒＯｚ　
　　　　　　　　　　；　０．３〜１．０％金属弗化物
（Ｆ換算値Ｔ：）　　−０，０１−０，２３％Ｓｊ；０
．３〜１．０％ Ｍｎ　　　　　　　　　　　　　　　　　；　０．８〜
２．８％Ａｊ、　Ｍｇ、　Ｔｉの１種または２種以上の
合計（Ｂ）が下記式を満足すること ０．７≦（Ａ／１０）＋Ｂ≦１．２ 以下に本発明に係わるワイヤを上記構成とした理由を詳
細に説明する。

（作　用） 本発明者等は、ブライマー塗装鋼板の水平すみ肉溶接に
おけるビットガス溝（ガス圧痕）およびブローホール発
生機構について種々実験を重ねた結果、次のような知見
を得て本発明を完成したものである。

（１）ビット、ブローホール発生原因となる溶接金属中
のガス量、特に水素量を極力低減させること。

（２）生成スラグ量を極力少なくして溶融金属および溶
融スラグからのガス放出を容品にさせること。

（３）スラグ量低減によるスラグ被包性劣化（ビード形
状劣化）を防止するにはスラグ量に応じた強膜酸剤の調
整が必要であること。

本発明は上記知見に基づいて完成したものであり、以下
に本発明の構成理由について詳細に説明する。

まずワイヤのポテンシャル水素量を９０ｐｐｍ以下と限
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、この水素はブライマーの熱分解ガス中の水素
と共に溶接中アーク雰囲気中の水素分圧を上げて溶融金
属中に侵入し、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量を極力低く抑え
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
量の上限は９０ｐｐｍとした。なおワイヤ中のポテンシ
ャル水素量は不活性ガス雰囲気中で２０００°Ｃ以上に
加熱して抽出される全水素量を示し、充填フラツクス、
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。

フラックス入りワイヤによるブライマー塗装鋼板の水平
すみ肉溶接において特徴的に見られるガス溝はビード表
面のスラグによりガスの放出が阻害されて発生するもの
であり、スラグ量が多い程この傾向が強いと考えられる
。そこでスラグ量、即ちワイヤ中のスラグ形成剤の総量
とビット、ガス溝等の表面欠陥発生頻度の関係を実験し
た結果、スラグ形成剤の総量が５．５％以下であればこ
れら欠陥が大幅に低減できることが分かった。−方スラ
グ剤が極端に少なくなると水平すみ肉ビードの表面に均
一にスラグが被包せず、ビード形状・外観が劣化すると
共に高速溶接性も犠牲になる。スラグ被包性、高速溶接
性共に満足するためには以下に述べるスラグ組成の調整
をしても２．５％以上のスラグ形成剤が必要である。従
って、ワイヤ中のスラグ形成剤の総量は２．５〜５．５
％とする。なお、スラグ形成剤とはＴｉ０ｚ等の酸化物
、金属弗化物および金属炭酸塩などである。

Ｔｉ０ｇは本発明におけるフラッ゛クスの主要な成分で
あり、スラグ形成剤として、またアーク安定剤として不
可欠の成分である。即ち、Ｔｉ（ｈはスラグの流動性を
良好にしてビード全体を均一に被包させ、すみ肉ビード
形状を整える作用をする。またアーク安定剤としての作
用も有し、安定したアークを持続させる効果がある。　
ＴｉＯ□量が１．５％未満では上記効果が発揮されず、
スラグがビード全面を被包しないため良好なビード外観
・形状が得られず、スパッタも増大する。一方、３．５
％を超えるとスラグ被包性、ビード形状が良好になるが
、スラグ粘性が高くなるためガスの放出が阻害されてビ
ットやガス溝が多発する。従ってＴｉ０ｚの添加範囲は
ワイヤ全重量に対し１．５〜３．５％とする。

またスラグ形成剤総量（Ａ）の中のＴｉＯ２量を限定し
たのは次の理由による。即ち、Ｔｉ（ｈ／Ａが０．７７
を超えるとアーク安定性およびビード形状は良好である
が、スラグの粘性が高くなってビット、ガス溝の発生を
抑制できない。一方、ＴｔＯｚ／Ａが０．４５未満では
Ｔｉ０ｚ量が相対的に減少するためアーク安定性が劣化
すると共に、ビード形状・外観が劣悪になる。従ってＴ
ｉＯ□／Ａは０．４５〜０．７７とする。

ＺｒＯ□はスラグの粘性を調整する作用を有し、特にス
ラグ量を低く抑えた本発明においてスラグ被包性を改善
し、良好なビード形状を得るためにはＴｉ０１と共に必
須の成分である。Ｚｒ０１が０．３％未満ではスラグの
被包効果が期待できずど一ド形状が劣化する。一方１．
０％を超えるとスラグが粘調になると共に緻密化するた
め生成スラグによりガスの放出が阻害されてビットやガ
ス溝の発生が顕著になる。従ってＺｒ０ｔの添加量は０
．３〜１．０％の範囲とする。

金属弗化物はスラグの粘性を調整してすみ肉ビード形状
をより平滑化し、母材とのなじみを良好にすると共に、
溶融金属の攪拌作用によりガスの放出を容易にし、ビッ
ト、ブローホールの低減に効果がある。金属弗化物がＦ
換算値で０．０１％未満では上記効果が認められずビッ
ト、ブローホールが発生し、０．２３％を超えるとスラ
グの流動性が過剰となってスラグ被包性およびビード形
状が劣化すると共にアークが不安定となるので、金属弗
化物の添加量はＦ換算値で０．０１〜０．２３％とする
。なお金属弗化物としてはＬｉ、　Ｎａ、　Ｋ、　Ｍｇ
。

Ｃａ、　Ａｊ等の弗化物やＫｚＳｉＦｈ等の珪弗化アル
カリ金属化合物が用いられる。

Ｓｔは主として脱酸剤としての機能を発揮し、溶着金属
の機械的性質を改善すると共にビードのなじみを良好に
する。しかし０．３％未満では脱酸不足による気孔が多
発する他、ビードのなじみが悪くなる。一方１．０％を
超えて添加すると溶着金属の機械的性質、特に衝撃値が
劣化するのでＳｉの添加量は０．３〜１．０％とする。

ＭｎもＳｉと同様脱酸剤としての機能を有し、溶着金属
の機械的性質を改善するが、０．８％未満では脱酸不足
のため気孔を発生し、他方、２．８％を超えると溶着金
属の強度が高くなり過ぎ衝撃値が劣化したり、割れが発
生するのでＭｎの添加量は０．８〜２．８％とする。

以上の要件を満足すればビット、ブローホールが発生し
にくく、ビード形状・外観も良好な水平すみ肉ビードが
得られるが、溶接を高速化するとスラグが後退し、部分
的に被包性が劣化する場合がある。そこで高速溶接にお
いても安定したスラグ被包性が得られる条件を更に検討
した。その結果、ｋｌ、　Ｍｇ、　７ｉの１種以上をス
ラグ量に応じて適量添加することが有効であることを発
見した。即ち、各スラグ形成剤の添加比率を一定として
スラグ形成剤の量のみ段階的に変化させ、同時にＭ。

Ｍｇ、　Ｔｉの添加量を種々変化させたフラックスを鋼
製外皮に充填し、第１図（ロ）の断面形状の径１．２閣
のワイヤを試作し、実験を行なった。この場合、スラグ
形成剤量は２．０〜６．５％の範囲で、Ａｊ、　Ｍｇ。

Ｔｉの合計は０〜１．２％の範囲で変動させた。第２図
はこれら試作ワイヤの水平すみ肉溶接におけるスラグ被
包性、耐ブライマー性を示す実験結果のグラフである。

但し、本実験を行った溶接条件は次の通りである。

く溶接条件〉 ・試験鋼板　；　５Ｍ−５０Ｂ、１２．７ｔ　（無機ジ
ンクブライマーを２０〜２５μ＋１厚に塗布） ・試験板形状；Ｔ型すみ肉溶接試験板 ・溶接姿勢　；水平すみ肉溶接 ・溶接電流　；３００Ａ ・溶接電圧　；３３ｖ ・溶接速度　；　８０　Ｃ１／ｗｉｎ ・ワイヤ突出し長さ１２５ｍ ・トーチ角度；下板から４５°　（前進角５°）・ＣＯ
ｔ流量　；　２０　ｌ／ｓｉｎ 第２図から、スラグ剤総量（Ａ）が２．５〜５．５％の
範囲において、ｊＶ＋Ｍｇ＋Ｔｉ量（Ｂ）とＡの関係が
（Ａ／１０）＋Ｂが０．７未満では、溶接速度８０ｃｐ
ｓの速度になるとスラグがと一ド表面番こ完全に被包し
ない部分が発生し、ビードが不揃いとなる。一方、（Ａ
／１０）＋Ｂが１．２を超えるとスラグ被包性およびビ
ード外観は良好になるがピット、ガス溝が多く発生した
。（Ａ／１０）＋Ｂが０．７〜１．２の範囲においてス
ラグ被包性、ビード外観および耐ブライマー性いずれも
良好であった。従って、スラグ剤総量（Ａ）およびＡｊ
、　Ｍｇ。

Ｔｉの１種または２種以上の合計（Ｂ）の関係は０．７
≦（Ａ／１０）十Ｂ≦１．２とする。このようにスラグ
剤の量に応じて強脱酸剤であるＡｊ、　Ｍｇ。

Ｔｉの添加量を調整することにより、高速溶接において
も良好なスラグ被包性およびビード形状を保ちつつ、ピ
ットガス溝等の溶接欠陥を防止できることが判明した。

この理由は次のように推察される。即ち、強脱酸剤であ
るＡｊ、　Ｍｇ、　Ｔｆを添加することにより、これら
より脱酸力の弱いＳｉ、　Ｍｎ、特にＭｎの消耗が抑制
され、スラグ中のＭｎＯが減少する。このＭｎＯはスラ
グの融点および粘性を下げる作用を有するため、特にス
ラグ量の少ない場合は水平すみ肉溶接において溶融スラ
グがビード下脚側に流れ易く、上脚部のスラグ被包性が
劣化する傾向を示す。７Ｖ、　Ｍｇ、　Ｔｉの添加量を
本発明の範囲に調整することにより過剰なＭｎＯの生成
を抑制すると共に、より高融点の脱酸生成物のＡＩ、Ｏ
，。

ＭｇＯ、Ｔ４０ｔをスラグに与え、適度な粘性、融点を
もつスラグ組成になって、スラグ被包性、耐ブライマー
性が改善されるものと考えられる。スラグ量に対してＡ
ｊ、　Ｍｇ、　Ｔｉの添加が少ない場合は、上記効果が
期待出来ず、逆にこれら強脱酸剤が多過ぎる場合はスラ
グの粘性が高くなってガス放出が阻害され、耐ブライマ
ー性が劣化する。

以上が本発明の主要構成であるが、アークの安定化やス
ラグ物性調整によるビード形状良好化を図るため、上記
ＴｉＯ２，Ｚｒ０ｔ以外の例えばＮａｚＯ＋ＫＪ＋Ｌｘ
ｚＯ，ｈＯｚ、　ＭｎＯ＋　　ＡｊｚＯｚＪｇＯ，Ｆｅ
ｄ、　Ｆｅｚｅｓなどの酸化物、ＣａＣＯ５，ＭｇＣＯ
３＋　ＫｚＣＯ＊、ＬｉｚＣＯ３等の炭酸塩をその総量
が５．５％を超えない範囲で添加することができる。

また溶接金属の機械的性質を向上させるためにＮｉ、　
Ｍｏ、　Ｂなどの合金元素が添加でき、溶着速度を高め
る目的で鉄粉も添加できる。

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、ワイヤ径は特に限定
されないが溶着速度の点で１．０〜２．０ｗｇの細径が
望ましい。ワイヤの断面形状は第１図の何れの形状も採
用できるが、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。さらに本発明ワイヤを用いて溶接す
る場合のシールドガス組成としてはＣ島のほかにＡｒ−
Ｃ０，。

Ａｒ−０□等も通用可能である。

以上のように構成されたフランクス入りワイヤを用いて
シッップブライマー塗装鋼板の水平すみ肉溶接を高速で
行なっても、ピント、ガス溝、ブローホール発生の少な
い良好な水平すみ肉ビード形状が得られる。

次に実施例に基づいて本発明ワイヤを更に具体的に説明
する。

（実施例） 第１表に本発明ワイヤおよび比較ワイヤのフラックス成
分 はワイヤ全重量に対する百分率である）。いずれも軟鋼
外皮（ＣｉＯ，０４７％、Ｓｉ；０．０１％、　Ｍｎ；
０．２８％）を用い、断面形状が第１図（ｄ）のフラン
クス入すワイヤ（１，２ｍφ）を作製した。第２表にこ
れらワイヤを用いて無機ジンクブライマー塗装鋼板を水
平すみ肉溶接したときの試験結果を示す。

第１表および第２表において、ＮｃＬ１〜Ｎｏ、９が本
発明例、ｋｌＯ−ＮｃＬ２１が比較例である。本発明の
構成要件を満足する阻１〜Ｎα９はいずれも耐ブライマ
ー性および高速溶接作業性が良好である。

これに対し、阻１０はワイヤのポテンシャル水素量が多
いため耐ブライマー性が不良であり、隘１１はスラグ剤
が少なく、かつ強膜酸剤が多いためスラグ被包性、耐ブ
ライマー性共に悪い、Ｎｎ１２はスラグ剤が多過ぎてビ
ット、ガス溝が多発し、ｋ１３および阻１４はＴｉＯ２
，Ｚｒ０ｇが少ないためビード外観・形状が不良である
。ｋ１５．に１６、ｋ１７はＴｉｅ、の量および比率、
あるいはＺｒＯ□が本発明の要件を満足しないため、耐
ブライマー性やビード形状が劣化する。またＮｃＬｌＢ
、ｋｌＯは金属弗化物およびＳｔ、　Ｍｎが本発明の範
囲外のためビード全線にわたってビットが発生した。

さらにＮＯ，２ｏ、阻２１はＳｔ、　Ｍｎの量が多いた
め溶着金属性能が劣化し、特に阻２１は割れが発生した
。

（発明の効果） 以上のように、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ブライマー塗装鋼板のすみ肉溶接に
おいて、ビード外観・形状が良好で、スパッタが少ない
など溶接作業性に優れ、かフビット、ブローホールさら
にはビード表面のガス溝の発生が極めて少ないワイヤで
ある。従って溶接ビードの手直しを軽減でき、溶接部の
信転性向上および溶接の高能率化に大きく貢献するもの
である。

【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形状を示す断面図
、第２図はスラグ形成剤総量およびＭ。 Ｍｇ、　Ｔｉの添加量とすみ肉溶接性能の関係を示す図
である。 ｌ：外皮、２：フラックス

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 鋼製外皮中にフラックスを充填してなるガスシールドア
   ーク溶接用フラックス入りワイヤにおいて、ワイヤのポ
   テンシャル水素量が９０ｐｐｍ以下であり、かつワイヤ
   全重量に対し下記成分を必須とす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。 スラグ形成剤の総量（Ａ）；２．５〜５．５％ＴｉＯ＿
   ２；１．５〜３．５％ ＴｉＯ＿２／Ａ；０．４５〜０．７７ ＺｒＯ＿２；０．３〜１．０％ 金属弗化物（Ｆ換算値で）；０．０１〜０．２３％Ｓｉ
   ；０．３〜１．０％ Ｍｎ；０．８〜２．８％ Ａｌ、Ｍｇ、Ｔｉの１種または２種以上の合計（Ｂ）が
   下記式を満足すること ０．７≦（Ａ／１０）＋Ｂ≦１．２