JPH04356397A - セルフシールドアーク溶接複合ワイヤ - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は造船、橋梁、海洋構造物
等の屋外全姿勢溶接に適用されるセルフシールドアーク
溶接用複合ワイヤに関する。

【０００２】

【従来の技術】セルフシールドアーク溶接用複合ワイヤ
（以下セルフシールドワイヤという）は、他の溶接材料
と異なり、自己シールド機構が強化されているため風に
よる溶接欠陥の発生が少ないことから、特に屋外現場施
工に好んで採用されてきた。

【０００３】しかし従来のセルフシールドワイヤには、
溶接金属中の気孔の発生防止するために、Ａｌ，等の脱
酸剤、脱窒剤が多量に残留し結晶粒が粗大化し、良好な
低温靭性が得られなかった。さらにＣａＦ２　を主たる
金属ふっ化物として使用してきた従来のセルフシールド
ワイヤではＣａＦ２　はスラグ流動性を著しく大きくす
るため、立向き姿勢や上向き姿勢におけるビード形成性
に問題があり、全姿勢溶接性が要求される現場施工への
適用は困難であった。

【０００４】これらの欠点を解消するために、たとえば
特開昭５４−１５５１３９号、特開昭５６−７４３９５
号特開昭５８−１４８０９５号、特開昭５９−４２１９
８号の各公報に示されるように、ワイヤを細径化して全
姿勢での良好な使用特性と、耐気孔性および、低温靭性
の向上を図ったセルフシールドワイヤがある。そこに示
されたワイヤは、金属ふっ化物としてＢａＦ２　を用い
、さらに細径化することで確かに従来ワイヤより全姿勢
溶接が向上している。しかしスラグの剥離性が悪く、ビ
ード表面状態が悪いためビード外観などを重視しない限
られた部所の溶接に限定されている。

【０００５】上記欠点を解消するために、例えば特公昭
６２−２５４７９号、特公昭５８−５７２８０号、特開
昭５９−２１８２８７号の各公報にリチウム化号物を主
に使用することにより、すぐれた耐気孔性ビード外観お
よび溶接金属の衝撃靭性の得られるセルフシールドアー
ク溶接用フラックス入りワイヤが開示されている。しか
し溶接作業性、衝撃靭性の点で必ずしも満足できるもの
でない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来ワ
イヤの欠点を解消し適用分野を拡大することを目的とし
、全姿勢でバランスの取れた溶接作業性、健全な機械的
性質のえられるセルフシールドアーク溶接用フラックス
入りワイヤを提供しようとするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係るセルフシー
ルドワイヤの特徴とするところは、ＣａＦ２　，ＢａＦ
２　，１種または２種：３〜１２％、７０μｍ〜３５０
μｍの粒度範囲が５０％以上の鉄酸化物の１種または２
種：０．５〜５％、Ａｌ：１．０〜２．５％、Ｍｇ：１
．０〜２．５％、鉄粉：０．５〜８．０％、炭酸マンガ
ン：０．５〜２．０％、および外皮およびフラックス中
のＭｎの総和が０．２５〜１．０％、外皮およびフラッ
クス中のＣ総和が０．０７〜０．３％となるように、ま
たは必要に応じてさらにＣａＦ２　，ＢａＦ２　以外の
金属ふっ化物：０．１〜２％または、Ｚｒ：０．５〜２
．０％、Ｔｉ：０．５〜２．０％の１種または２種を含
有する粉粒状フラックスを鋼製外皮の内側にワイヤ全重
量に対し１０〜３０％充填して成ることにある。

【０００８】

【作用】以下に本発明に係るワイヤを上記構成にした理
由を説明する。セルフシールドワイヤに多量に使用する
金属ふっ化物の役割は、スラグ剤として溶接金属を被包
し、ビード形状を良好にすること、ガス発生物質として
アークおよび溶融池を大気からシールドし、脱ガス性元
素の効果を十分発揮させると共にアークを安定し、良好
な溶接作業性が得られるにある。これにより耐気孔性を
改善させ機械的性質を向上させる。

【０００９】本発明では、ＣａＦ２　，ＢａＦ２　，の
１種または２種をワイヤ全重量に対して３〜１２％を含
有させるが、その理由は、ワイヤ径が２．４ｍｍ以上の
太径で、下向きおよび水平すみ肉溶接でビード形状が良
好であり、なおかつ高能率溶接を要求される場合はＣａ
Ｆ２　が主成分となり、一方ワイヤ径が２．４ｍｍより
細径では、全姿勢溶接性に優れるＢａＦ２　を主成分と
することが、スラグ被包性と、溶滴移行性およびシール
ド性が良好であると共に立向上進姿勢における溶融金属
の垂れ落ちを抑制する作用を有するからである。ＣａＦ
２　，ＢａＦ２　の１種または２種が３％未満ではこれ
らの特徴が十分に発揮されず、一方１２％を超えると、
アークが不安定になり溶滴移行性も劣化するスラグ生成
量が過剰になり、スラグ巻き込み等の溶接欠陥が発生し
易くなり、溶接作業性も低下する。従ってＣａＦ２　，
ＢａＦ２　の１種または２種は３〜１２％の範囲とする
。

【００１０】尚、本発明では、ＣａＦ２　，ＢａＦ２　
以外の金属ふっ化物を０．１〜２％の範囲で添加するこ
とができるが、その理由は例えばＬｉＦは小量添加で効
果的なシールドを可能にするほか、アルカリ金属ふっ化
物の添加でアーク安定性を向上させることができるから
である。ＣａＦ２　，ＢａＦ２　以外の金属ふっ化物と
してはＭｇＦ２　，ＭｎＦ２　，ＳｒＦ２　，ＮａＦ，
Ｋ２　ＳｉＦ６　，Ｎａ２　ＳｉＦ８　等が有効である
。これらの添加量が０．１％未満では効果が十分発揮さ
れず、一方２％を超えるとアークが不安定となりスパッ
タの発生量が多くなるので好ましくない。従って０．１
〜２％の範囲とする。

【００１１】本発明では鉄酸化物を必須成分とするが、
その理由は第一にＡｌ，Ｍｇにより過剰に脱酸された溶
接金属に酸素を補給してフェライトの核生成を促進させ
て、溶接金属の靭性および曲げ延性を向上させるためで
ある。第２に鉄酸化物は低融点であるため、Ａｌ，Ｍｇ
の脱酸反応により生成された高融点のＡｌ２　Ｏ３　や
ＭｇＯをスラグとして浮上させスラグ巻き込み等の溶接
欠陥を防止することができるためである。さらに第３に
鉄酸化物を添加することにより、全姿勢溶接用として適
度のスラグ流度性が得られるため、ビード外観、形状を
改善すると共に、スラグシールドを高める作用を有して
いるためである。鉄酸化物が０．２％未満では上記の効
果がなく、一方５％を超えると溶滴移行性が劣化するほ
か、他生成スラグおよび溶融金属の表面張力が大きすぎ
るのでスラグ巻き込み等の欠陥が発生し易くなるので好
ましくない。よって鉄酸化物の適正範囲は０．２〜５％
とする。なお、鉄酸化物としては、ＦｅｘＯｙで表せる
酸化物例えばＦｅＯ，Ｆｅ２　Ｏ３　，Ｆｅ３　Ｏ４　
などの形態で添加してもよく、あるいはＭｘＦｅｙＯ２
　で表せるＬｉもしくはアルカリ土類金属の酸化物との
複合酸化物（例えばＬｉＦｅＯ２　，Ｓｒ２　Ｆｅ２　
Ｏ５　，Ｓｒ７　Ｆｅ１０Ｏ２２，ＢａＦｅ１２Ｏ１９
）の形態でも添加できる。

【００１２】更にこれらの鉄酸化物として粒度が７０μ
ｍ〜３５０μｍ範囲であるものが５０％以上に規制した
理由は、鉄酸化物としての粒度は一般的に２００μｍ以
下の細粒であること、特にアルカリ土類金属の酸化物は
磁気テープ用の磁性体として使用されその物自体の粒度
は１μｍ以下の超微粉である。従ってこれらを使用する
と混合時に分散されずに凝縮して偏析をおこし目的とす
る性能が得られない。本発明者らはこれらの混合フラッ
クスにおいて鉄酸化物の粒度について検討した結果これ
らの粒度が７０μｍ以上であるものが５０％以上であれ
ば、配合混合されたフラックスの分散性が良く偏析も起
こらないことが確認できた。従って鉄酸化物の粒度を７
０μｍ〜３５０μｍの粒度範囲のものが５０％以上とし
た。しかし粒度が粗粒過ぎても配合混合されたフラック
スの分散が悪く偏析が起こるので上記の粒度範囲が好ま
しい。

【００１３】本発明において、Ａｌは強力な脱酸剤およ
び脱窒剤として溶接金属の気孔の発生を防止する作用を
持ち、セルフシールドワイヤには不可欠の元素として添
加する。しかし、１．０％未満では上記効果は不十分で
、ピット、ブロホール等の溶接欠陥が発生し、一方２．
５％を超えると溶接金属中のＡｌ量が過剰となって、結
晶粒の粗大化を招き靭性を劣化させるので好ましくない
。従ってＡｌは１．０〜２．５％とする。尚Ａｌは単体
で用いてもよいし、Ｆｅ−Ａｌ，Ａｌ−Ｍｇ，Ｚｒ−Ａ
ｌ，Ｌｉ−Ａｌ，Ｃａ−Ａｌ，Ｃａ−Ａｌ−Ｍｇ等の合
金形態で添加してもよい。

【００１４】また、Ｍｇは強力な脱酸機能を有するほか
、アーク熱によって容易に金属蒸気となり優れたシール
ド効果を発揮する。Ｍｇが１．０％未満ではこうした効
果が発揮されず、２．５％を超えるとヒューム発生量が
著しく増加して溶融池の観察が困難になり、スパッタの
増大およびスラグ粘性増大による被包性の悪化を招く。 よってＭｇの適性範囲は１．０〜２．５％とする。 なお、Ｍｇは単体でもよいし、Ａｌ−Ｍｇ，Ｎｉ−Ｍｇ
，Ｌｉ−Ｍｇ，Ｃａ−Ｍｇ，Ｆｅ−Ｍｇ，のＭｇ合金の
形態で添加してもよい。

【００１５】鉄粉を０．５〜８％にした理由として、フ
ラックス中の通電性を確保し、それによって溶着速度を
高めさらにアークの安定化させるためである。０．５％
未満では上記の効果が得られず、一方８％を超えるとア
ークの吹き付けが強くなりビード形状も劣化させる。従
って鉄粉の添加量は０．５〜８％とする。

【００１６】炭酸マンガンを０．５〜２．０％にした理
由として、炭酸マンガンは１００℃以下でＣＯ２　とＭ
ｎＯとに分解し始め３００℃以上でＣＯとＭｎの高酸化
数の酸化物になる。マンガン酸化物はＡｌ，Ｍｇなどの
高融点酸化物の融点を低下させることにより、溶滴の離
脱を促進し、溶滴を細かくしアークを安定化させる。さ
らにビード形状も良好となり健全な靭性が得られる。０
．５％未満では、Ａｌ，Ｍｇなどの融点を低下させるこ
とができなくなり、上記の効果が得られず、一方２．０
％を超えると炭酸マンガンの作用効果が過大になり、ア
ークも不安定となりビード形状が劣化し、ピット、ブロ
ホールなどの欠陥が生じ易くなり靭性が低下する。従っ
て炭酸マンガンの添加量は０．５〜２．０％とする。

【００１７】Ｍｎの添加量を外皮およびフラックス中の
総和で０．２〜１．０％にした理由は溶接継手の強度を
高めると共に、溶融金属の表面張力を下げビード形状を
整えるためである。０．２％未満で必要強度および良好
なビード形状が得られなくなり、一方１．０％を超える
と強度が高くなりすぎて、耐割れ性を劣化させる。従っ
てＭｎの添加量は０．２〜１．０％とする。なお、Ｍｎ
はフラックス中に必須として入れるが、外皮Ｍｎとの総
和で規定する。フラックスにおけるＭｎは単体で用いら
れる他、Ｆｅ−Ｍｎ等の鉄合金を含む各種合金のごとき
の形態でも使用できる。

【００１８】Ｃは脱酸剤として溶接金属を清浄させる以
外に、Ａｌの歩留りに起因する溶接金属組織の粗大化し
た結晶粒を微細化させて靭性を良好にする作用を持つ。 また溶接時の溶滴を小さくし、アーク状態をシャープに
安定化させる。Ｃが０．０７％未満では脱酸および結晶
粒の粗大化を防げることが不十分で、溶滴移行もスムー
ズさを欠く。一方０．３％を超えて多量に含有させた場
合には、アークの吹き付けが強すぎてビード形状が乱れ
ると共に、ヒュームの発生量が著しく増加し、また溶接
金属の強度上昇により耐割れ性が劣化する。従ってＣの
量は０．０７〜０．３％とする。なおＣはフラックス中
に必須として入れるが、外皮のＣとの総和で規定する。 なおフラックスにおけるＣはグラファイト単体もしくは
合金形態たとえばＦｅ−Ｃ−Ｍｎ，Ｆｅ−Ｃ−Ｓｉ，Ｓ
ｉ−Ｃでも使用できる。

【００１９】さらに、本発明は付加成分として、Ｚｒ：
０．５〜２．０％，Ｔｉ：０．５〜２．０％の１種また
は２種を必要に応じてフラックスに含有する。すなわち
、ＺｒおよびＴｉはもちろん強脱酸剤であるが窒化物生
成力が強く、Ａｌと共に過剰に溶接金属中に侵入した窒
素を固定し、ブロホール、ピットなどの気孔の発生を防
止する作用がある。また生成した窒化物は凝固点が鉄よ
り高く溶融金属の固化時に微細な核となり結晶粒が粗大
化するのを防止し、靭性、曲げ性能を改善する。それら
の添加量が０．５％未満では上記の効果は認められず、
２．０％を超えて添加すると溶接金属中のＺｒ，Ｔｉ量
が過剰となり靭性が急激に低下する。従って本発明では
Ｚｒ，Ｔｉの１種または２種を含有させる場合にはそれ
ぞれを０．５〜２．０％に限定した。

【００２０】以上鋼製鞘内に充填するフラックス組成お
よび外皮組成について説明したが、それらの各成分の効
果を有効に発揮させる為にフラックスの充填率も極めて
重要であり、ワイヤ全重量に対する充填率が１０〜３０
％の範囲となる様にしなけれはならない。即ち充填率が
１０％未満では先に規定したフラックス構成成分の個々
の含有量が不足する為に満足な効果を得ることができず
、一方３０％を超えるとスラグ量が過大となりスラグ巻
き込みが著しくなったり、溶接作業性が低下する。従っ
てフラックス充填率は１０〜３０％とした。

【００２１】以上が本発明の主要構成であるが、本発明
ではシールド効果を更に高める意味でＬｉ２　ＣＯ３　
，ＢａＣＯ３　，ＣａＣＯ３　，ＳｒＣＯ３　，などの
金属炭酸塩およびＭｇＯ，ＳｉＯ２　，ＴｉＯ２　，Ｚ
ｒＯ２　，等の金属酸化物を必要に応じて添加してもよ
い。また鋼製外皮としては、通常炭素鋼を用いるが、用
途に応じて低合金あるいは高合金を用いることも出来る
。尚、ワイヤの断面形状はなんら制限もなく２．０ｍｍ
φ以下の細径の場合は比較的単純な円筒状のものか、ま
た２．４ｍｍ〜３．２ｍｍφ程度の太径ワイヤの場合は
鞘材を内部に複雑に折り込んだ構造のものが一般的であ
る。またシームレスワイヤにおいては表面にＣｕメッキ
を施すことも有効である。

【００２２】

【実施例】表１に使用帯鋼成分、表２に充填フラックス
の構成、表３に試験結果をそれぞれ示す。

【００２３】

【表１】

【００２４】

【表２】

【００２５】

【表３】

【００２６】

【表４】

【００２７】

【表５】

【００２８】表２および表３においてＮｏ．１〜１６は
本発明例、Ｎｏ．１７〜２５は比較例を示す。表１に示
す成分のみが帯鋼を使用し、管状外皮内に表２の充填フ
ラックスを充填し、伸線加工によりいずれも１．８ｍｍ
径のフラックス入りワイヤを作製した。これをＪＩＳ　
　Ｚ　　３３１３に準じて機械的性能試験を行った。そ
の際の溶接条件は、試験片：ＪＩＳ　　Ｇ　　３１０６
，ＳＭ４１Ｂ（２０ｔ×１３０ｗ×３８０Ｌ，単位ｍｍ
）を使用し、ＤＣワイヤ（−），２５０Ａワイヤ突出し
長さ２０ｍｍ，バス間温度１５０℃，７層１３パスで行
った。試験結果を表３に示す。

【００２９】表３から本発明外であるＮｏ．１７〜２５
の比較例では、下記のごとく溶接性能に問題があり本発
明の目的に湊うことができない。 Ｎｏ．１７　　金属ふっ化物が多いため、スラグインが
起こり易く健全な溶接部がえられない。 Ｎｏ．１８　　ふっ化物の量が少ないためスラグの被包
性が悪化し、立向き溶接作業性が劣化する。 Ｎｏ．１９　　鉄酸化物の粒度が細かいため、フラック
ス流動が悪く作製を中止した。 Ｎｏ．２０　　溶接金属中のＡｌ量が過剰となり結晶粒
が粗大化し、靭性が劣化する。 Ｎｏ．２１　　脱酸不足でピットが多発し、機械試験を
中止した。 Ｎｏ．２２　　スラグ剥離性が悪化し、溶接作業性が劣
化する。 Ｎｏ．２３　　スラグ量が多く特に開先内でスラグが先
行し、アークの持続性が不安定である。 Ｎｏ．２４　　アークが荒く不安定となり、スラグイン
をおこし易い。 Ｎｏ．２５　　溶滴移行性が劣化しスパッタが多く発生
し、溶接作業性が劣化する。

【００３０】これに反し本発明例Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１６
ではいずれのワイヤも下向、立向姿勢での溶接作業性は
良好で、溶接金属にブロホール、融合不良、スラグイン
など有害な欠陥もなく、機械的性質も一般の溶接構造物
の接合に十分使用できるものであることが分かった。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　鋼製外皮で囲まれる腔部にワイヤ全重
   量に対して、 ＣａＦ２　，ＢａＦ２　の１種または２種：３〜１２％
   、７０μｍ〜３５０μｍの粒度構成のものが５０％以上
   である鉄酸化物：０．２〜５％、 Ａｌ：１．０〜２．５％、 Ｍｇ：１．０〜２．５％、 鉄粉：０．５〜８．０％、 炭酸マンガン：０．５〜２．０％と、 Ｃ，Ｍｎとを含有した粒状フラックスをワイヤ全重量に
   対して、１０〜３０％充填してなり、かつ、外皮および
   フラックス中のＭｎの総和：０．２〜１．０％、 外皮およびフラックス中のＣの総和：０．０７〜０．３
   ％ であることを特徴とするセルフシールドアーク溶接複合
   ワイヤ。
2. 【請求項２】　　付加成分として、ＣａＦ２　，ＢａＦ
   ２　以外の金属ふっ化物を０．１〜２％含有してなる請
   求項１記載のセルフシールドアーク溶接複合ワイヤ。
3. 【請求項３】　　付加成分として、 Ｚｒ：０．５〜２．０％ Ｔｉ：０．５〜２．０％ の１種または２種を含有してなる請求項１または２記載
   のセルフシールドアーク溶接用複合ワイヤ。