JPH03294095A

JPH03294095A - セルフシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ

Info

Publication number: JPH03294095A
Application number: JP9498090A
Authority: JP
Inventors: Masao Kamata; 政男鎌田; Mikio Makita; 槇田　三宜男; Takeo Adachi; 足立　武夫
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1990-04-12
Filing date: 1990-04-12
Publication date: 1991-12-25
Anticipated expiration: 2012-07-09
Also published as: JP2628396B2

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用フラックス入りワ
イヤに関し、特に小電流溶接条件で行う薄い鉄板の溶接
に使用して良好なビード形状、外観が得られる細径のセ
ルフ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）セルフシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ（以
下、セルフシールドワイヤという）は、外部からシール
ドガスや散布フラックスの供給を必要としないで溶接出
来る自動および半自動溶接材料であり、従来から主に鋼
管杭溶接のような屋外現場施工で好んで使用されてきた
。さらに、最近ではその簡便さが再注目され、国内一般
家庭に入っている１００ｖ電源でも使用可能な小型セル
フシールドアーク溶接機が市販されるようになり、門扉
、玩具、工芸美術品などの鉄製品の製作、補修溶接にも
セルフシールドワイヤの適用分野が拡大しつつある。

このような小型セルフシールドアーク溶接機に搭載する
セルフシールドワイヤとしては、小電流溶接条件で使用
するためにワイヤ径１．２ｍ＋以下の細径のものが必要
となる。ところで上記のような鉄製品は板厚が１〜２閣
程度の薄い鉄板が多く、これに使用するセルフシールド
ワイヤの溶接性能として問題となるのは、溶接金属の機
械的性能よりもむしろスパッタの発生が少なく、スラグ
の剥離も容易で溶接しやすいことと、ビットなどの表面
欠陥や溶接部の溶は落ちがなく、外観的にも良好なビー
ドが形成できることである。さらに、１００Ｖ電源によ
る小型セルフシールドアーク溶接機による出力電流範囲
は概ね５０Ａ程度以下であるため、このような小電流溶
接条件で使用して上記溶接性能を満足できるセルフシー
ルドワイヤでなければならない。これに対し、従来のセ
ルフシールドワイヤは溶接能率が重視されていたことに
よりワイヤ径も２．４〜３．２閣φと太径のものが多く
、３００〜４５０Ａのような高電流域で使用するように
設計されている。また、比較的細径のセルフシールドワ
イヤとしては特開昭６１−１６９１９６号公報、特開昭
６１−１８０６９７号公報、特開昭６１−１７６４９６
号公報などにより　１．８〜２．Ｏｔｍφのものが開示
されているが、これらはいずれも２０ＯＡ以上の高電流
域で使用してその溶接性能を得ている。また、最近、ワ
イヤ径が０．８〜１．２ｍｍφのセルフシールドワイヤ
が市販され、８０〜１２０Ａの電流域ではかなりの溶接
性能を得られるようになっているが、例えば板厚１ｍｏ
＋の鉄板を第２図に示すような重ね水平すみ肉溶接で溶
接部の溶は落ち防止のために３０〜４０Ａの小電流域で
使用した場合、アークが安定して持続することが困難で
、またなめらかなビード形状が得られない。

（発明が解決しようとする課題）そこで、本発明は５０Ａ以下の小電流溶接条件で行う板
厚が１〜２罷程度の鉄板の溶接を行った場合にも溶接作
業性およびビード形成が良好な細径のセルフシールドワ
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）即ち、本発明の要旨は、鋼製外皮中にフラックスを充填
してなるワイヤ径が１．２ＩＩＩ１）φ以下のセルフシ
ールドアーク溶接用フラックス入りワイヤにおいて、ワ
イヤ全重量に対して、重量％で、フラックス中にＮａも
しくはＫの酸化物または複合酸化物の１種または２種以
上をＮａ量およびＫ量換算値の合計で０．１０〜０．８
０％、金属弗化物としてＢａｄ。

ＳｒＦ＊、　ＣａＦ！の１種または２種以上をＦ量換算
値の合計で０．５０〜１．５０％、金属炭酸塩をＣＯ□
量換算値で０．０５〜０，５０％、Ｍｇを０．５〜２．
０％、さらに該鋼製外皮および該フラックス中の総和で
Ｃを０．０５〜０．２５％、Ｍｎを０．５０〜１．５０
％、ＡＩを１．０〜３．０％、Ｎｂ、　Ｖの１種または
２種以上を合計で０．０３〜０．８０％含有することを
特徴とするセルフ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）以下に、本発明のセルフシールドワイヤの各成分の作用
と含有量範囲の限定理由を述べる。

Ｎａ、　Ｋの酸化物または複合酸化物の１種または２種
以上：Ｎａ量およびＫ量換算値の合計で０．ＩＯ〜０．
８０％本発明者らは種々の試作ワイヤにより詳細に検討した結
果、まず板厚が１−程度の薄い鉄板の溶接で問題となる
アーク状態の安定性、および溶接部の溶は落ちや裏波ビ
ードの出すぎによるビード形状、外観の劣化に対し、Ｎ
ａもしくはＫの酸化物または複合酸化物を積極的に含有
させることの効果を見出した。つまり、３０〜４０Ａの
低電流域で使用する細径セルフシールドワイヤの場合、
アーク状態を安定にするためにＮａもしくはＫの酸化物
または複合酸化物からのＮａ量およびＫ量換算値の合計
で０．１０％以上含有させる。また、このようなＮａ量
およびに量を含有させることにより、アーク長が長目と
なりアークの吹きつけが弱くなるので、溶融プールを浅
くし、溶接部の溶は落ちや裏波ビードの出すぎを防止し
良好なビード形状、外観が得られる。しかし、上記Ｎａ
量およびＫ量換算値の合計が０．８０％を超えるとアー
ク状態が不安定になり、スパッタ発生量が多くなり、ま
たビード表面にピットが発生しやすくなる。なお、Ｎａ
の酸化物としてはＮａ、０．複合酸化物としてはＮａｘ
ＳｘＯｓ　＋ＮａＪ　・４ＴｔＬ　＋　Ｋの酸化物とし
てはに、０．複合酸化物としてはに、ＳｉＯ，、Ｋ、Ｏ
”ＴｉＯ，、Ｋ、Ｏ”Ａ１．０ｘ３ＳｉＯ，などを使用
できる。

ＢａＦ、、　ＳｒＦ！、　ＣａＦｚの１種または２種以
上＝重量換算値の合計で０．５０〜１．５０％金属弗化物はガス発生剤としてアークおよび溶融金属プ
ールをシールドし、大気からの窒素、酸素の侵入を妨げ
、ビットの発生を防止するとともに、スラグ剤としても
作用してビード形状と外観を良好にする効果をもつ。本
発明において金属弗化物の種類をＢａＦｔ、　５ｒＦｔ
、　ＣａＦｔに限定したのは、これらがスラグ剤として
も有効に作用するためである。また、含有量をＦ量換算
値で限定したのは、Ｆ量の方がシールド効果に実質的に
影響しているためである。即ち、本発明のセルフシール
ドワイヤはＢａＦ、、　５ｒＦｔ、　ＣａＦｚの１種ま
たは２種以上をＦ量換算値の合計で０．５０〜１．５０
％含有させることにより、ビットの発生がなく、良好な
ビード形状と外観が得られる。上記Ｆ量換算値の合計が
０．５０％未満ではビットが発生しやすくなり、またス
ラグ量が不足し、溶融金属のスラグ被包性が不十分てビ
ード形状、外観が不良となる。逆に、上記Ｆ量換算値の
合計が１．５０％を超えるとスパッタ発生量の増加やス
ラグ量が多くなりすぎてスラグ巻込み欠陥が発生しやす
くなる。なお、ＢａＦｔ、　５ｒＦｔ。

ＣａＦ　を以外の金属弗化物については、さらにＬｉｄ
。

ＮａＦ　、　　ＡＩＦｓ＋　ＭｇＦｉ＋　ＫｚｚｒＦｓ
、　ＮａｚＺｒＦｓ、ＮａｔＴｔＰｓなどもＦ量換算値
の合計で０．２０％以下含有させることができる。なお
、上記Ｎａ、　Ｋの弗化物はアークを強くし、溶接部の
溶は落ちに対し悪影響をおよぼすので少量の添加に抑え
るべきである。

金属炭酸塩：ＣＯ８量換算値で０．０５〜０．５０％金
属炭酸塩は金属弗化物と同様にガス発生剤およびスラグ
剤として作用する成分であるが、本発明ではＮａおよび
Ｋの化合物を積極的に含有させアーク長を長くしている
こと、および金属弗化物の含有量も少なく制限している
ので、特にセルフシールド性の補強のために０．０５〜
０．５０％含有させる。

金属炭酸塩の含有量がＣＯ□量換算値で０．０５％未満
では、シールド効果が十分でなくビットが発生しやすく
なる。一方、０．５０％を超えて含有させた場合には、
アークが不安定になりスパッタが発生しやすくなる。な
お、金属炭酸塩としてはＢａＣＯｘ　。

５ｒＣＯｓ　ｌ　ＣａＣｏ＊　ｌ　ＬｌｘＣＯｓ、　Ｎ
ａｚＣＯｓ、　ＭｇＣＯ５などでよい。

Ｍｇ：０．５〜２．０％Ｍｇは強膜酸剤として、前記金属弗化物および金属炭酸
塩のセルフシールド効果にも拘わらず大気中から溶融金
属プールに侵入した酸素と反応し、ピット発生を防止す
るとともに溶接金属を清浄化する。また、Ｍｇは低融点
金属であるため蒸気化し、アーク雰囲気中の酸素および
窒素分圧を小さくすることもビット発生の防止に効果的
である。Ｍｇの含有量が０．５％未満ではこれらの効果
が不十分で、一方、２．０％を超えて含有させるとアー
ク状態が不安定になりスパッタ発生量が多くなることの
他、酸化物として形成されるＭｇＯの悪影響としてビー
ドの凸状化や蛇行、さらにはスラグ巻込み欠陥が発生し
やすくなる。なお、Ｍｇは単体で用いてもよいし、Ａｊ
？　−Ｍｇ、　Ｎｉ−Ｍｇ等のＭｇ合金の形態のものを
用いてもよい。

Ｃ：０．０５〜０．２５％Ｃは脱酸剤としてビット発生防止や溶接金属の清浄化以
外に、含有させるＡＩの歩留りに起因する溶接金属組織
の粗大化を防げ、溶接部の曲げ加工性を良好にする。ま
た、溶接部の溶滴を小さくし、アーク状態を安定化させ
る効果をもつ。Ｃの含有量が０．０５％未満では上記の
効果が得られず、一方、０．２５％を超えて含有させた
場合はアークの吹きつけが強くなり、溶融プールを深く
するため、溶接部の溶は落ちや裏波ビードの出すぎによ
りビード外観が不良となる。なお、Ｃは鋼製外皮および
充填フラックス中の総和とし、充填フラックス中にはＣ
粉あるいはＦｅ−Ｃ−Ｍｎのような合金形態で含有させ
てよい。

Ｍｎ　：　０．５０〜１．５０％Ｍｎは脱酸剤として作用し、ピット発生を防止し、溶接
金属を清浄化する。さらに、その脱酸生成物であるＭｎ
Ｏ，ＭｎＯ，はスラグとしてビード形成をなめらかにす
る効果をもつ。Ｍｎの含有量が０．５０％未満ではこれ
らの効果が得られず、一方、１．５０％を超えて含有さ
せた場合はビード表面にスラグが焼付き、スラグ除去が
困難になるとともに、ビード光沢が失われ外観が不良と
なる。なお、Ｍｎは鋼製外皮および充填フラックス中の
総和とし、充填フラックス中にはＭｎの単体あるいはＦ
ｅ−Ｍｎ、　ＦｅＦｅ−５ｉ−のような合金形態で含有
させてよい。

Ａｌ：１．０〜３．０％ＡＩは脱酸剤として、また大気から溶融金属プールに侵
入した窒素を固定しビット発生を防止するために効果的
な成分であり、鋼製外皮および充填フラックス中の総和
で１．０〜３．０％含有させる。

ＡＩの含有量が１．０％未満ではビットが発生しやすく
なり、一方、３．０％を超えるとスラグ剥離性が劣化し
、スラグ中に脱酸生成物であるＡ１ｔＯ＊が多くなりす
ぎてビードが凸気味になる。また、溶接金属中へのＡｆ
の歩留りの増加により結晶粒が粗大化し、溶接部の曲げ
加工性が劣化する。なお、充填フラックス中に含有させ
るＡ１は単体あるいはＦｅ　−Ａｌ　、　　Ａｌ−Ｍｇ
、　Ｚｒ　−ＡＩのような合金形態でよい。

Ｎｂ、　Ｖの１種または２種以上の合計：０．０３〜０
．８０％さらに、本発明のセルフシールドワイヤはＮｂ。

■の１種または２種以上を合計で０，０３〜０．８０％
含有させることにより、耐ビット性を向上させることが
できる。これはＮｂ、　ＶがＡｌよりも酸素との親和力
が小さい窒素固定元素であることを利用したものである
。即ち、Ｎｂ、　Ｖは、ＡＩを多量に含有させた場合の
脱酸生成物であるＡｊ！ｔｏｗがスラグ中に増加して前
記のような悪影響をおよぼすのに対し、酸化物をあまり
生成しないで溶融金属中に侵入した窒素を固定し、ピッ
ト発生の防止に効果的に働く。この効果は、Ｎｂ、　Ｖ
の１種または２種以上を合計で０．０３％以上含有させ
た場合に明らかに認められ、一方、０．８０％を超えて
含有させることは、溶接部の硬化により曲げ加工性が不
良となるので好ましくない。なお、Ｎｂ、　Ｖは鋼製外
皮および充填フラックス中の総和とし、充填フラックス
中に含有させる場合は単体あるいはＦｅ−Ｎｂ、Ｆｅ−
Ｖ等の合金形態でよい。

以上述べたように、本発明のセルフシールドワイヤは、
ＮａもしくはＫの酸化物または複合酸化物を積極的に含
有させること、およびその他のワイヤ成分として金属弗
化物、金属炭酸塩、Ｍｇ、Ｃ。

Ｍｎ、　　ＡＩ、　Ｎｂ、　Ｖについて含有量をそれぞ
れ限定することにより、所期の目的を達したものである
。

さらに、小量のスラグ物性調整剤としてＳｉｎ、。

Ａｆ１０ｓ　、　　Ｆｅｄ、　Ｐｅｔ’ｓ　、　ＭｇＯ
、Ｌｉｌ　　ＦｅＯ。

Ｓｒｓ　　・ＦｅＯなどを本発明のセルフシールドワイ
ヤの性能を損なわない範囲（合計で１．０％以下が好ま
しい）で含有させてもよい。鉄粉はワイヤ製造時のフラ
ックスの流動性を良好にするため、あるいはフラックス
充填率の調整のために使用できるが、ワイヤ重量比で１
０％を超えて含有させた場合にはスパッタの発生量が増
加する。なお、フラックス充填率については特に限定し
ないが、本発明のワイヤ組成を満足する限り８〜２０％
の範囲で選択できる。鉄粉を多量に含有させるなどして
フラックス充填率が２０％を超えると、ワイヤ製造時の
伸線工程で断線が発生しやす（なる。ワイヤ断面形状に
ついても特に限定しないが、第１図（Ａ）のような複雑
な断面形状では１．２ｍｍφ以下の細径にする伸線加工
が困難なため、同図（Ｂ）または（Ｃ）のような単純断
面形状の方が好ましい。

以下、本発明の効果を実施例によりさらに具体的に説明
する。

（実施例）第１表に示す化学成分の鋼製外皮（Ｓｌ、　Ｓ２）中に
、第２表に示す組成のフラックスを充填し、第１図（Ｂ
）に示す断面形状で、第３表に示す組成のセルフシール
ドワイヤ（Ｗｌ〜Ｗ１７．ワイヤ径０．９順φおよび１
．２ｍｍφ）を試作製造した。これら試作ワイヤを使用
して、板厚１．０圓および１．６鵬の軟鋼鉄板に第２図
に示すような重ねすみ肉溶接を行い、溶接作業性、ビー
ド形状、外観を調査した。

また、溶接部の曲げ加工性を判定するために、第３図に
示す要領で縦ビード曲げ試験（ローラ曲げ、Ｒ＝１０ｍ
ｍ、　　Ｓ＝　（板厚ｘ　２　＋４６）　ｍ＋ｎ）を行
なった。

第４表に溶接試験結果をまとめて示す。

試験ＮｃＬ１〜１０は本発明のセルフシールドワイヤ（
Ｗｌ〜Ｗ１０）を使用した場合で、溶接作業性、ビード
、曲げ加工性のいずれも良好な結果が得られた。

これに対し、試験Ｎ（Ｌｌｌ〜１７は比較ワイヤ（Ｗｌ
ｌ〜Ｗ１７）を使用した場合で、Ｎ（Ｌｌｌ（Ｗｌｌ）
は（Ｎａ＋Ｋ）量換算値の合計が０３１０％未満である
ためアークが強くなり、溶接部の溶は落ちが発生し、良
好なビード形状、外観が得られない。一方、Ｎα１２（
Ｗ１２）は（Ｎａ＋Ｋ）量換算値の合計が０．８０％を
超えているためにアークが不安定になり、スパッタの多
発やピットが発生し、ビード形状、外観も不良となった
。Ｎ（Ｌｉ２（Ｗ１３）は、Ｆ量換算値の合計が１．５
０％を超えているためにアークが不安定になり、スパッ
タが多発し、またＣＯ□量換算値の合計が０．０５％未
満であるためピットが発生した。Ｎα１４（ＷＩ４）は
、Ｆ量換算値の合計が０．５０％未満であるためピット
が発生し、またＣＬ量換算値の合計が０．５０％を超え
ているためアークが不安定になり、スパッタの多発およ
びビード形状が不良となった。

Ｎ（Ｌｉ２（Ｗ１５）は、ＣおよびＭｎの含を量が多す
ぎるために曲げ加工性が不良となり、またＭｎの酸化物
が多くなったことによりビード形状が劣化した。Ｎα１
６（Ｗ１６）は、Ｎｂ十Ｖの含有量が少なすぎるためピ
ットが発生した。Ｎａ１７（Ｗ１７）はＫｇおよびＡｌ
の含有量が少なすぎるためピットが発生し、またＮｂ＋
Ｖの含有量が多すぎるために曲げ加工性が不良となった
。

第１表　　銅製外皮の化学成分（ｆｆｉ雇％）（発明の
効果）以上述べた通り、本発明は小電流溶接条件で行う薄い鉄
板の溶接に適用して良好な溶接作業性とビード形状、外
観が得られる細径のセルフシールドワイヤを提供するも
のである。なお、本発明のセルフシールドワイヤは下向
あるいは水平すみ肉、立向などの各溶接姿勢で使用でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はワイヤ断面形状を示す図、第２図は重ねすみ肉
溶接の継手形状を示す図、第３図は溶接部の縦ビード曲
げ試験の要領を示す模式図である。１・・・鋼製外皮、２・・・充填フラックス、３・・・
鉄板、４・・・溶接金属、５・・・縦ビード曲げ試験片
、６・・・試験治具。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）鋼製外皮中にフラックスを充填してなるワイヤ径
が１．２ｍｍφ以下のセルフシールドアーク溶接用フラ
ックス入りワイヤにおいて、ワイヤ全重量に対して、重
量％で、フラックス中にＮａもしくはＫの酸化物または
複合酸化物の１種または２種以上をＮａ量およびＫ量換
算値の合計で０．１０〜０．８０％、金属弗化物として
ＢａＦ＿２、ＳｒＦ＿２、ＣａＦ＿２の１種または２種
以上をＦ量換算値の合計で０．５０〜１．５０％、金属
炭酸塩をＣｏ＿２量換算値で０．０５〜０．５０％、Ｍ
ｇを０．５〜２．０％、さらに該鋼製外皮および該フラ
ックス中の総和でＣを０．０５〜０．２５％、Ｍｎを０
．５０〜１．５０％、Ａｌを１．０〜３．０％、Ｎｂ、
Ｖの１種または２種以上を合計で０．０３〜０．８０％
含有することを特徴とするセルフシールドアーク溶接用
フラックス入りワイヤ。