JPH04305398A - 溶接用フラックス入りワイヤの製造方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、溶接用フラックス入り
ワイヤの製造方法に関し、特に鋼管を用いて製造する場
合のフラックス充填率（ワイヤ重量に対するフラックス
重量の割合）の変動が小さく、品質的にも優れた溶接用
フラックス入りワイヤの製造方法に関する。

【０００２】

【従来技術】溶接用フラックス入りワイヤは、金属外皮
で各種フラックス成分（スラグ剤、脱酸剤、鉄粉、ア−
ク安定剤など）を被包してなるもので、我国においては
主にガスシ−ルドア−ク溶接用材料として急速な発展を
示している。これは、フラックス入りワイヤによる高溶
着性とともに、充填されたフラックスの作用により、ア
−ク安定性，スパッタ発生量の減，スラグ剥離性の良，
ビ−ド形状，外観の良好など、溶接作業性が優れている
ためである。

【０００３】ところで、従来一般的なフラックス入りワ
イヤの製造方法は、概ね２通りに大別でき、ワイヤ断面
構造が図１の（ａ）および（ｂ）に示すように異なって
いる。なお図１において、１は金属外皮、２はフラック
ス、３は金属外皮の合わせ目である。（ａ）は比較的小
サイズの帯鋼１を溝型に成形し、その溝部にフラックス
２を供給し、さらに成形により溝の両縁部を突き合わせ
た後、所定のサイズまで減径して製造されるものであり
、ワイヤ断面に合わせ目３を有している。これに対し、
（ｂ）は予め用意された鋼管１にフラックス２を充填後
、減径して製造されるものであり、ワイヤ断面に金属外
皮の合わせ目は存在しない。このようなワイヤ断面構造
の違いによる溶接性能への影響として、金属外皮の合わ
せ目３がない（ｂ）の方がワイヤぐせが小さいので、最
近の趨勢であるロボット溶接や、造船，鉄骨，橋梁等の
分野で使用比率の多い高速すみ肉溶接に適用した場合、
溶接中のワイヤ先端の狙い位置の振れが少なく、安定し
たビ−ド形成ができる。また、断面構造が（ｂ）のワイ
ヤは、フラックス充填後にフラックス原料がもつ水分を
除去するための脱水素処理を目的とした中間焼鈍が可能
なので、ワイヤト−タルの水素量を低くでき、耐割れ性
の向上にも有利である。

【０００４】しかるに、横断面構造が（ｂ）のワイヤを
例えば特公昭６０−４３２３９号公報で開示されたよう
な方法で製造する場合、振動を与えて鋼質の端口からフ
ラックスを順次、供給して充填する方式であるため充填
時間が長くなり生産性が劣る問題、および、ワイヤ長手
方向のフラックス充填率の変動がフラックスの種類によ
ってはかなり大きくなり品質を劣化させるというフラッ
クスの充填性のばらつきの問題がある。これらの問題に
対し、同公報には、振動の与え方，振動の種類への工夫
および鋼管の両端にエア−抜き用のパイプを接続する、
などにより改善できることが示されている。他方、充填
するフラックスの方からの改善としては従来より、フラ
ックスを適当な粒度に水ガラス等で造粒して後、充填す
る、あるいは、フラックス原料をふるい分けし粗粒部分
のみを使用する、などが好都合であることが知られてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、連続的に多量
に製造する実操業においては、造粒フラックスといえど
もある程度の微粉体の存在は避けられない。また、造粒
しないで各種原料を配合，混合したままの非造粒フラッ
クスを用いることは、造粒工程省略によりコスト的に有
利であるが、フラックスの流動性が悪く充填は極めて困
難である。従って、用いる鋼管の長さを非常に短く制限
する必要があるため、これまでほとんど実用化されてい
ない。さらに、造粒フラックス、非造粒フラックスとも
その造粒性あるいは流動性を確保するために、使用可能
なフラックス原料種類への制約は溶接性能向上の点から
も好ましくない。

【０００６】そこで本発明は、溶接性能面から優れた特
長をもつ、図１の（ｂ）に示したような、金属外皮の合
わせ目がない断面構造のフラックス入りワイヤを製造す
る場合の、フラックス充填工程の課題である、フラック
ス充填時間短縮による生産性向上を目的とし、かつ、ワ
イヤ長手方向のフラックス充填率の変動が小さく溶接用
ワイヤとして品質的にも優れた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。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、鋼管の巻装体
を振動台上に固定載置し、振動を与えて鋼管内にフラッ
クスを供給充填後、所定のワイヤ径まで減径して行う溶
接用フラックス入りワイヤの製造方法において、５０℃
以上の温度に加熱した状態でフラックスを鋼管内に充填
する。本発明の好ましい実施態様では、鋼管の巻装体の
充填口側端部もしくは鋼管の巻装体の全体をも加熱する
。

【０００８】

【作用】フラックスを加熱することにより、フラックス
の水分が抜けてフラックスの流動性が高くなり、鋼管へ
のフラックスの流入がなめらかになり、フラックス充填
速度が速くなって鋼管内での充填率のばらつきが低減す
る。フラックスを５０℃以上に加熱することにより、こ
の効果が得られる。特に注目すべきは、従来は充填がほ
とんど不可能であった非造粒フラックスも充填可能とな
り、製造工程数が少くて済む非造粒フラックスの実用的
な製造が可能となった。

【０００９】以下に本発明を、具体的に説明する。図２
に、本発明を実施する１つのフラックス充填装置の概略
を示す。図２において、ボビン４に巻取られた鋼管５の
巻装体６は、振動台７の上に固定載置され、鋼管５の充
填口側の端部８は上方に曲げられ、耐熱性をもった透明
の可撓性管９を介して、フラックス２を収納したホッパ
１０に接続している。振動台７には、１対の振動モ−タ
−１１，１１′が取付けられており、鋼管５の巻装体６
の巻回中心軸Ａを中心とするスパイラル振動が与えられ
るようになっており、この振動により、鋼管５の内部を
フラックスが搬送され、鋼管５の終端部１２まで鋼管５
の全長にわたって充填される。なお、鋼管５内の空気と
フラックスの置換を促進しフラックスの充填を円滑に行
うために、鋼管５の両端部側に空気抜き用のパイプ１３
，１３′が接続されている。

【００１０】さらに、本発明よりフラックスの充填を円
滑にしかも比較的に高速で行なうため、加熱ヒ−タ１４
，１４′，１４″が、ホッパ１０，鋼管５の充端口側端
部８および鋼管巻装体６のそれぞれの周囲に取り付けら
れている。

【００１１】まず、本発明者らは、軟鋼製の外径１１．
６ｍｍφ、肉厚２．２ｍｍ、長さ約２００ｍの鋼管５を
用いて、充填性におよぼすフラックスの種類の影響につ
いて詳細に調査した。その結果、造粒フラックスにおい
ても１５０μｍ以下の微粉の割合が２０％（重量％）を
超えると所要充填時間が急激に増加し、また原料をふる
い分けしない非造粒フラックスにおいては、ほとんど充
填することが不可能であった。さらに吸湿水分量の多い
フラックスでは、充填性が著しく劣化した。次に、フラ
ックス充填後の鋼管を一定長ずつに切り出して、鋼管長
さ方向のフラックス充填率の変化を調査したところ、充
填時間が長くかかったフラックス種類ほど充填率のばら
つきが大きくなっていることがわかった。そこで、この
原因究明のために本発明者らは、上記鋼管の断面とほぼ
同サイズの透明管の巻装体を利用し、フラックスの管内
流動状況の観察を行った。その結果、充填性が不良のフ
ラックスを充填しようとした場合、フラックスによる管
の閉塞が生じるのが認められた。特に、ホッパ１０に接
続するために上方に曲げられた充填口側の端部（１４’
部分）および充填口端側に近い位置、あるいは稀にでは
あるが、管の終端部（１２）から順にフラックスが充満
するが、充満して行く前線の近傍においてこの閉塞を生
じやすい。

【００１２】図３は、フラックスによる鋼管１の閉塞を
模式的に示したものである。図３の（ａ）は、充填口側
の端部（１４’部）のフラックスによる閉塞１５を示す
。この場合には、鋼管終端部方向へのフラックスのスム
−ズな搬定が不可能となる。図４の（ｂ）は、鋼管１に
フラックスが充満して行く前線の近傍にフラックスによ
る閉塞１５を生じた場合を示す。この場合には、フラッ
クス充填量が極端に少ない部分１６を残したまま充填が
終了するので、鋼管１の長さ方向のフラックス充填率の
変動が大きくなり、時にはフラックス未充填部の発生に
もつながる。なお、このフラックスによる閉塞状態は、
本発明により充填性が改善されたフラックスの場合にも
瞬間的には生じる。しかし、従来の微粉が多い造粒フラ
ックスや非造粒フラックスの場合のように閉塞は強固な
ものでなく、与えられている振動によりすぐに崩壊して
フラックスの流動が再開する。閉塞の発生頻度が多いと
充填時間は長くかかるようになる。

【００１３】以上の調査結果からも明らかなように、微
粉を多量に含有するフラックス２を振動充填方式によっ
て鋼管１内にスム−ズに充填するためには、管内にフラ
ックスによる長期的な閉塞を生じさせないこと、または
閉塞が生じたとしても速やかに崩壊するような対策が必
要であるとの観点から種々、検討した結果、加熱され熱
い状態にあるフラックスを順次鋼管の奥部へ供給充填す
ることが極めて有効であることを見出した。即ち、鋼管
内に固く締まり、崩壊しにくい閉塞を生じる原因は、微
粉のもつ凝集性や吸湿性などの粉体特性にあるが、例え
ば非造粒フラックスのような微粉どうしの混合体であっ
ても、加熱し熱い状態にすることによって、各粒子間の
結合力が弱まり凝集性を非常に小さくすることができる
。この傾向は微粉になればなるほど顕著な効果として見
られる現象であり、上記充填性を阻害する管内フラック
スによる閉塞の生成防止、および、滞留フラックスの崩
壊促進に有効に働く。他方、閉塞を生じさせる要因とな
る充填中の吸湿、特に湿気の多い季節に問題となる大気
からの吸湿は、フラックスが大気温度以上に加熱された
状態では極めて少なくなるので、フラックスの充填中の
吸湿が回避され、季節による吸湿量の変動が低減する。 すなわち季節によるフラックス充填効率の変動が低減す
る。さらに、鋼管内に熱い状態のフラックスを充填する
ことは、フラックスの充填進行にともないフラックスに
より置換され主に充填口側方向に送流する空気の流れ（
エア−バック）が加熱されて、いわゆるふわふわした状
態にあるフラックス中の方が通適しやすくスム−ズにな
るので、これが上記閉塞防止効果に相乗して充填時間の
短縮にも効果的に働く。

【００１４】本発明においてフラックスの加熱は、充填
前に定置炉等の乾燥炉で行なってもよく、フラックスホ
ッパ１０に収納中に行なってもよい。要は、加熱され熱
い状にあるフラックスを鋼管内に充填するにあり、これ
により、特に問題が大きい鋼管充填口側端部８に生じる
閉塞を防止できる。好ましい実施態様ではさらに、特に
閉塞が生じやすい鋼管充填口側端部８での閉塞防止を万
全に行なうため、鋼管充填口側端部８の加熱を併用し、
加えて、充填の前線での閉塞防止に万全を期すために、
鋼管５の巻装体６の全体の加熱も併用する。これによれ
ば、非常に長い鋼管を用いた場合にも鋼管終端部までフ
ラックスの熱い状態での流動性が高い搬送が維持され、
本発明の効果が更に大となる。なお、フラックスを直接
に加熱しないで、鋼管５を加熱して、鋼管壁を通じてフ
ラックスを所定の温度以上に加熱しながら充填すること
は本発明の範囲内である。

【００１５】次に、フラックスの加熱温度は５０℃以上
でなければならない。図４に、フラックスの加熱温度と
管内の閉塞状態の生成状況との関係を示した。試験方法
は、耐熱性の透明管（外径１２ｍｍφ，肉厚２ｍｍ，長
さ約５０ｍ）の巻装体に図２に示す充填装置を用いて、
表１，表２に示す粒度分布およびフラックス原料配合比
の造粒フラックスおよび非造粒フラックスを充填し、充
填開始１時間後の管内のフラックスによる閉塞の生成状
況を観察した。図４からも明らかなように、フラックス
の加熱温度は、微粉の占める割合によって異なるが、造
粒し１５０μｍ以下の微粉を２０％以上含有するフラッ
クスにおいても５０℃以上であれば管内に閉塞は生成し
ないで所定量のフラックスを充填することができる。フ
ラックスの加熱温度の上限としては、あまり高温になる
とフラックス成分の燃焼や分解、脱酸剤や合金剤，鉄粉
等の酸化が起こり溶接性能を損うこと、および加熱のた
めのコスト増や作業の安全面からも、４００℃以下に抑
えるべきである。また、鋼管５の巻装体６の加熱を併行
して行う場合の巻装体６の加熱温度は、フラックスの温
度が５０℃以下にならないように５０℃以上でなければ
ならない。上限についても上記の同様の理由から４００
℃以下が好ましい。

【００１６】なお、本発明は上述したようにフラックス
を熱い状態で充填することにより充填性を大幅に改善し
たものであるが、この効果は付着水分量が１．０％以下
（重量％，加熱温度１０５℃で重量法による測定値）の
フラックスを使用した場合に、より大きなものとなる。 従って、鋼管５の充填口に入る前の初期付着水分量が１
．０％以下となるようにフラックスの製造および保管方
法を管理することが好ましい。以下に実施例により本発
明の効果をさらに詳細に説明する。

【００１７】

【実施例】実施例（１）　　外径１２．０ｍｍφ、肉厚
２．０ｍｍの軟鋼パイプ約５００ｋｇを内径５８０ｍｍ
のボビンに整列巻きし、図２に示す装置で、表１，表２
に示す粒度分布およびフラックス原料配合比の造粒フラ
ックスＦ１を充填した。与えた振動条件は、振動台７の
振動角度（巻装体載置部分）２０〜４５°、振動数１５
００ｒ．ｐ．ｍ、振動幅の垂直成分２．５ｍｍとした。 表３に、本発明例と従来方法による充填結果および溶接
作業性試験結果をまとめて示す。試験Ｎｏ．１および２
は本発明例で、Ｎｏ．３の比較例に比べて充填時間が大
幅に短縮され、さらに充填率のバラツキも小さくなって
いることがわかる。なお、表２中に示した溶接作業性試
験に供したワイヤは、フラックスを充填後、減径し（３
．２ｍｍφで６５０℃×４ｈｒ保持の中間焼鈍を実施）
、１．２ｍｍφとしたものである。

【００１８】実施例（２）　　外径１１．０ｍｍφ、肉
厚２．２ｍｍの軟鋼パイプ約３００ｋｇを内径５８０ｍ
ｍのボビンに整列巻きし、図２に示す装置で、表１，表
２に示す粒度分布およびフラックス原料の配合比の非造
粒フラックスＦ２を充填した。与えた振動条件は上述の
実施例（１）と同じである。表４にフラックス充填状況
と充填結果、および充填後、減径し（３．２ｍｍφで６
５０℃×４ｈｒ保持の中間焼鈍を実施）、１．４ｍｍφ
に仕上げて行ったワイヤの溶接作業性試験結果を示す。 表４において、試験Ｎｏ．４，Ｎｏ．５は本発明例で、
非造粒フラックスの充填が可能であり、充填率のばらつ
きも小さく溶接作業性についても問題のないことがわか
る。これに対し、比較例のＮｏ．６およびＮｏ．７は、
フラックスを加熱して熱い状態にして充填しないために
充填が不可能であった。特にＮｏ．６については充填前
の乾燥によりフラックスの初期付着水分量が減少してい
るにもかかわらず、従来行われているように冷却してか
ら充填したために充填性の改善は認められない。

【００１９】

【表１】

【００２０】

【表２】

【００２１】

【表３】

【００２２】

【表４】

【００２３】なお、本発明の、フラックスを加熱し熱い
状態で鋼管内に充填するという技術は、ステンレス鋼や
各種金属合金等のパイプにフラックスを速みやかにかつ
高い充填頻度で充填でき、それらの溶接用フラックス入
りワイヤの製造にも適用できる。また、帯鋼を用いて行
う溶接用フラックス入りワイヤの製造に察して、特に非
造粒フラックスの場合に問題となるフラックス充填率の
ばらつき防止にも、本発明が効果をもたらすことを確認
している。

【００２４】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、ワイ
ヤ断面に合わせ目がなく各種溶接性能に優れた特長をも
つ溶接用フラックス入りワイヤを振動充填方式で製造す
る場合に問題となるフラックス充填工程の生産性が向上
するとともに、従来極めて困難とされていた微粉を多量
に含有する非造粒フラックスの充填が実用的に可能にな
り、しかも充填率のばらつきが極めて小さくなる。した
がって高品質の溶接用フラックス入りワイヤを高生産性
で提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　フラックス入りワイヤの拡大断面図であり
、図１の（ａ）は溝型鋼帯を成形したものを示し、（ｂ
）は鋼管を減経したものを示す。

【図２】　　本発明を実施するフラックス充填装置の概
略を示す側面図であり、一部は断面を示す。

【図３】　　従来のフラックス充填時の鋼管内のフラッ
クス流動状況を示す拡大縦断面図であり、図３の（ａ）
は鋼管の充填口側端部を示し、（ｂ）は鋼管の巻装体部
を示す。

【図４】　　フラックスの加熱温度と鋼管内の閉塞生成
との関係を示すグラフであり、フラックス加熱位置およ
び温度測定位置をも示す。 １：金属外皮　　　　　　　　　　２：フラックス　　
　　　　　　　　３：金属外皮の合わせ目 ４：ボビン　　　　　　　　　　　　５：鋼管　　　　
　　　　　　　　　　　　６：鋼管の巻装体 ７：振動台　　　　　　　　　　　　８：鋼管の充填口
側端部　　９：可撓性管 １０：ホッパ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　１１，１１′：振動モ−タ １２：鋼管の終端部　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　１３，１３′：空気抜き用パイプ １４，１４′，１４″：加熱ヒ−タ １５：鋼管内に生じた閉塞

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　鋼管の巻装体を振動台に固定載置し、
   振動を与えて鋼管内にフラックスを供給充填後、所定の
   ワイヤ径まで減径して行う溶接用フラックス入りワイヤ
   の製造方法において、５０℃以上の温度に加熱された状
   態のフラックスを充填することを特徴とする溶接用フラ
   ックス入りワイヤの製造方法。
2. 【請求項２】　　鋼管の巻装体の充填側端部もしくは鋼
   管の巻装体の全体を５０℃以上の温度に加熱することを
   特徴とする請求項１記載の溶接用フラックス入りワイヤ
   の製造方法。