JPH0453636B2

JPH0453636B2 -

Info

Publication number: JPH0453636B2
Application number: JP9034888A
Authority: JP
Inventors: Tomoyuki Suzuki; Shigemi Maki; Harutoshi Kubota; Hirotoshi Ishide
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1988-04-14
Filing date: 1988-04-14
Publication date: 1992-08-27
Also published as: JPH01262096A

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・鉄骨等の分野で多用さ
れているプライマー塗装鋼板の溶接において、ピ
ツトやブローホール等の溶接欠陥のない高品質な
溶接部が得られるガスシールドアーク溶接用フラ
ツクス入りワイヤに関する。［従来の技術］近年、その溶接の高能率性、、良好な溶接作業
性の面からフラツクス入りワイヤの増加が著し
い。フラツ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倍であり、またソリツドワイヤ
より溶接中のスパツターが少なく、更に含有フラ
ツクスの効果により優れた溶接ビード外観が得ら
れる。このためにフラツ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、鋼材の多く発錆を防止するた
め、切断や溶接等の加工前にプライマー（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、プ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
炭素等のプライマー分解ガスが溶融金属内に侵入
し、ピツト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等で、フラツクス入
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
52−68040号公報、特開昭52−144341号公報等
のフラツクス入りワイヤが提案されている。これらはいずれも、所定量の水素をアーク雰囲
気中に供給して、溶融金属中の水素を過飽和にし
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、ピツトや
ブローホール等の溶接欠陥を防止するものであ
る。しかし水素源としては、いずれもシールドガス
に添加した水素ガスや、水分あるいは水酸基をも
つた水素源化合物を使用している。そのため、シ
ールドガスに水素ガスを添加する煩雑さや、水分
あるいは水酸基をもつた水素化合物が分解する際
にスパツターの原因になつたり、溶接ビート形状
を劣化させたりする欠点があつた。上記問題を解決するため、本発明者らは先に、
金属又は金属合金の水素化合物を使用することに
より耐プライマー性が良好でかつスパツターの少
ないフラツクス入りワイヤを提案し効果をあげて
いる（特公昭63−7879号公報）。しかしその後の研究により、充填フラツクス中
のスラグ形成剤の種類および量を適正化すれば、
プライマー塗装鋼板のすみ肉溶接における塗装条
件範囲を更に拡大できるという知見を得て本発明
をなしたものである。［発明が解決しようとする課題］本発明は、特にプライマーが塗布された鋼板の
すみ肉溶接において、ビード外観・形状が良好
で、スパツターが少ないなど溶接作業性に優れる
と共に、ピツトやブローホール特にフラツクス入
りワイヤで特徴的にみられるビート表面のガス溝
（ガス圧痕）の発生を押さえたガスシールドアー
ク溶接用フラツ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
ツクス入りワイヤの構成は、充填フラツクス中に
金属又は金属合金の水素化合物の１種又は２種以
上を、水素換算値でワイヤ全重量に対し0.001〜
0.035重量％含有し、かつ下記成分を必須構成条
件とするところに要旨を有するものである。 TiO₂ ；5.5〜11.0重量％ SiO₂ ；0.7〜 4.8重量％鉄酸化物、Mn酸化物の１種又は２種以上
；0.5〜 4.3重量％ SiO₂／（鉄酸化物＋Mn酸化物）；0.6〜 3.2 アルカリ金属酸化物の１種又は２種以上
；0.2〜 1.3重量％上記各酸化物を含む酸化物の総量
；7.3〜18.9重量％ Mn ；2.5〜 4.8重量％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。まず本発明において金属又は金属合金の水素化
合物を水素換算値でワイヤ全重量に対し、0.001
〜0.035重量％としたのは以下の理由からである。プライマー塗装鋼板のすみ肉溶接におけるピツト
やブローホールの防止対策としては、前述したご
とくアーク雰囲気中に水素を所定量供給するのが
最も有効な方策である。しかし従来は、シールド
ガス中への水素ガス添加か、充填フラツクス中へ
の水分あるいは水酸基をもつ化合物の添加が行わ
れていた。しかしこれらは水素ガスの扱いにくい
こと、水分や水酸基をもつた化合物はスパツター
を多発させ、ビード形状を劣化させる等で、フラ
ツクス入りワイヤ本来の利点が損なわれている。これに対し、金属又は金属合金の水素化合物
は、溶接アークにより加熱されて容易に水素を発
生し、その水素が鋼板のプライマーから発生した
水素や、一酸化炭素等のガスの溶融金属からの放
出を促進して、ピツト・ブローホールの発生を抑
制する。更に特徴的なことは、溶接アーク中における水
素の発生が、水分や水酸基をもつた他の水素含有
物質のように爆発的でないため、スパツター増や
ビード形状の悪化を起こさないという点である。従つて、金属又は金属合金の水素化合物をワイ
ヤ中に所定量添加することにより、溶接作業性を
損なわずに耐プライマー性を向上させることがで
きる。本発明で言う金属又は金属合金の水素化合物と
は、水素と金属又は金属合金との化合物ならいず
れでもよく、Ti，Zr，Ca，Li等の水素化合物や、
FeTi，Mg₂Ni等の金属合金の水素化合物を添加
することができる。これら金属又は金属合金の水素化合物の１種又
は２種以上が、水素換算値でワイヤ中に0.001重
量％未満であると、本来の水素を溶融金属に過剰
に供給して、溶融金属のピツトやブローホールを
抑制するという効果が得られない。一方、0.035重量％を超えて添加すると、水素が
過剰になつてピツトが発生したりまたスパツター
が増加する。従つてワイヤ中に添加する金属又は
金属合金の水素化合物の１種又は２種以上は、水
素換算値で0.001〜0.035重量％とする。 TiO₂は本発明におけるフラツクスの主成分で
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。すなわち、TiO₂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。5.5重量％未
満では上記効果が発揮されないため良好なビード
外観・形状が得られず、スパツターも増大する。一方11.0重量％を超えるとスラグ生成量が過多
となり、スラグの巻き込みが発生すると共にビー
トが不揃いになる。従つてTiO₂の添加範囲はワ
イヤ全重量に対し5.5〜11.0重量％とする。金属又は金属合金の水素化合物およびTiO₂を
上記構成とすることにより、ピツト・ブローホー
ルの発生が少なくかつ良好なビード外観が達成さ
れる。しかしながら特に溶接速度が早くなると、
ビート表面にガス溝（ガス圧痕）が生じる場合が
ある。ガス溝は添加水素およびプライマー分解ガスの
一部が、スラグと溶融金属間に閉じ込められて生
じるものであり、スラグの粘性が高い場合や凝固
速度が早い場合に多く発生するものと考えられ
る。そこで本発明者らは、これら放出ガスを速やか
にスラグ内を浮上、逸散させてガス溝を生じさせ
ない条件を種々検討した。その結果、スラグの粘性および凝固点を下げる
作用をもつ鉄酸化物、Mn酸化物の添加量と、ス
ラグの粘性を高めるSiO₂の添加量を適性化する
ことにより、良好な溶接作業性を維持したままガ
ス溝の発生を防止できることを発見した。すなわち、第１表に示す基本フラツクスに鉄酸
化物、Mn酸化物およびSiO₂の添加量を種々変化
させたフラツクスを、軟鋼外皮に充填して第３図
Ｃの断面形状の1.6mmのワイヤを試作し実験を行
つた。この場合、SiO₂は０〜６重量％、鉄酸化物お
よびMn酸化物の１種以上の合計で０〜６重量％
の範囲で変動させた。

【表】第１図はこれら試作ワイヤの水平すみ肉溶接に
おける耐プライマー性および溶接作業性を示す実
験結果のグラフである。但し本実験を行つた溶接
条件は次の通りである。＜溶接条件＞・試験鋼板；SM−50B，12.7t（ウオツシユプ
ライマーを20〜25μm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；320A ・溶接電圧；32V ・溶接速度；40cm／min ・ワイヤ突出し長さ；25mm ・トーチ角度；下板から45°（前進角5°）・ CO₂流量；20／min 第１図から、SiO₂が0.7重量％未満ではスラグ
の粘性が低下しスラグの被りが不安定でビード形
状が劣化する。一方4.8重量％を超えるとスラグ
粘性が高くなり過ぎビード表面にガス溝が発生す
る。従つてSiO₂は0.7〜4.8重量％とする。次に鉄酸化物およびMn酸化物の１種又は２種
以上の合計が、0.5重量％未満ではスラグ粘性が
高くガス溝が発生し、4.3重量％を超えるとスラ
グの粘性が極端に低下するため、ガス溝の発生は
認められないがスラグの被包性が悪くなるためビ
ートが不揃いになる。従つて鉄酸化物およびMn
酸化物の１種又は２種以上の合計は0.5〜4.3重量
％とする。更にSiO₂および鉄酸化物、Mn酸化物が上記範
囲において更に詳細に添加量を検討すると、
SiO₂および鉄酸化物、Mn酸化物の添加比率によ
り耐ガス構性、ビード形状が変化する。すなわちSiO₂／（鉄酸化物＋Mn酸化物）が0.6
未満ではスラグの粘性が小さくなるためスラグ被
包性が悪くなりビード形状が劣化する。一方3.2
を超えるとSiO₂の特性が強調されるため、スラ
グ粘性が高くなつてスラグ中のガス放出が阻害さ
れガス溝が多発する。従つてSiO₂／（鉄酸化物
＋Mn酸化物）は、0.6〜3.2とする。このようにSiO₂および鉄酸化物、Mn酸化物の
添加量および添加比率を上記範囲に調整すること
により、良好なビード形状を保ちつつガス溝の発
生を防止できる。次に、アルカリ金属酸化物の１種又は２種以上
を0.2〜1.3重量％としたのは、アークの安定化さ
せスパツター発生量を抑制するためである。特に
アーク雰囲気中に水素が多量存在すると、アーク
が硬直化しスパツターが多く発生するようにな
る。これを防止するためには、電離電圧が低くアー
ク安定化効果の大きいアルカリ金属酸化物の添加
が必要である。アルカリ金属酸化物が0.2重量％
未満では上記効果が発揮されずスパツター抑制効
果が得られない。一方、1.3重量％を超えると逆
にアーク長が極端に長くなつて溶滴の移行性を妨
げるため、大粒のスパツターが多発するようにな
る。従つてアルカリ金属酸化物の１種又は２種以
上を0.2〜1.3重量％とする。なおアルカリ金属酸化物としては、Na₂，K₂
Ｏ，Li₂Ｏ等の他にK₂TiO₃，K₂SiO₃等の複合酸
化物の形態でも添加できる。さらに、上記各酸化物を含む酸化物の総量を
7.8〜18.9重量％としたのは以下の理由による。
すなわち第２図は、充填フラツクスの基本組成と
してTiO₂；8.1重量％、SiO₂；2.8重量％、Fe₂
O₃；1.2重量％、MnO；1.5重量％、K₂Ｏ；0.3重
量％、Mn；3.8重量％、残鉄粉とし、酸化物の比
率を変えずに添加量のみを種々変化させた断面形
状が、第３図Ｃの1.6mmのワイヤを試作して、前
述の溶接条件で水平すみ肉溶接性能を調査した実
験グラフである。第２図からも明らかなように、酸化物の総量が
7.3重量％未満ではスラグ生成量が少なく、スラ
グの凝固が早いためガス溝が発生する。また18.9
重量％を超えると生成スラグ量が多くなりすぎ、
発生ガスの浮上、逸散が阻害されるためガス溝が
多発するようになる。従つて、酸化物の総数は
7.3〜18.9重量％とした。次にMnを2.5〜4.8重量％とした理由は、溶接
金属を脱酸させて耐気孔性を高めると共に過脱酸
による気孔を防止するためである。Mnが2.5重量
％未満では脱酸不足とみられるピツト、ブローホ
ールが発生し、4.8重量％を超えると、溶接金属
中に比較的多量の水素が溶解している本発明ワイ
ヤにおいては、溶融金属中の水素が活発となり、
過脱酸とみられるピツト、ブローホールが発生す
る。従つてMnは2.5〜4.8重量％とする。以上が本発明ワイヤの主要構成であるが、スラ
グ物性調整のため、上記以外の酸化物例えば
CaO，MgO，Al₂O₃，ZrO₂等の酸化物を単体も
しくは化合物の形態で、酸化物の総量が上記範囲
内で添加することができる。ワイヤの外皮としては通常軟鋼を用いるが、用
途に応じて低合金鋼又は高合金鋼を用いることが
できる。また本発明ワイヤは、フラツクスの充填
率は15〜30％の範囲でワイヤ径は1.0〜2.4mmであ
ることが望ましい。また、ワイヤ断面構造は第３図Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ
に示す種々の構造のものにすることが可能である
が、溶接の自動化を考慮すればＤのシームレスタ
イプが望ましい。更にシールドガス組成としては炭酸ガスが最も
一般的であるが、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できる。［実施例］第２表に本発明ワイヤおよび比較ワイヤのフラ
ツクス組成を示す。いずれも軟鋼外皮（Ｃ；0.045％，Si；0.01％，
Mn；0.29％）を用い、断面形状が第３図Ｄのフ
ラツクス入りワイヤ（1.6mm）を作製した。第３
表にこれらワイヤを用いて水平すみ肉溶接したと
きの実験結果を示す。第２表および第３表において、No.１〜No.９が本
発明例、No.10〜No.20が比較例である。本発明の構
成要件を満足するNo.１〜No.９はいずれも耐プライ
マー性および溶接作業性が良好である。これに対し、No.10はTiO₂が多いためビード外
観が不良であり、No.11はSiO₂が多くビード表面
にガス溝が多発する。No.12，13および14は鉄酸化
物およびMn酸化物の添加量あるいは添加比率が
規定範囲を外れるため、それぞれ耐ガス溝性、ビ
ード形状が劣悪になる。No.15，16はアルカリ金属
酸化物が規定範囲外のため、いずれもスパツター
が多発する。No.17は酸化物の総量が多いためガス
溝が多発しビード外観が不良となる。また金属又
は金属合金の水素化合物の添加量が少ないNo.18お
よび添加量の多いNo.19はピツト、ブローホールが
多発する。更にNo.20はMnの量が多いためピツト
が発生するため採用できない。

【表】

【表】備考 (1) ピツト・ブローホール数はビード1m当りに
換算した。 (2) ブローホールはビード中央を縦破断して調査
した。 (3) 溶接作業性、総合評価基準 ◎：良好 ○：やや不良 ×：不良 (4) 溶接条件・試験鋼板；SM−50B，（12.7t）ウオツシユ
プライマー塗布（20〜25μm）・試験板形状；Ｔ型すみ肉試験板・溶接姿勢；水平すみ肉溶接・溶接電流；320A ・溶接電圧；32V ・溶接速度；40cm／min ・ワイヤ突出し長さ；25mm ・トーチ角度；下板から45°（前進角5°）・ CO₂流量；20／min ［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
接用フラツクス入りワイヤは、プライマー塗装鋼
板のすみ肉溶接において、ビード外観・形状が良
好で、スパツターが少ないなど溶接作業性に優
れ、かつピツトや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。
従つて溶接ビードの手直しを軽減でき、溶接部の
信頼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SiO₂および（鉄酸化物＋Mn酸化物）
の添加量とすみ肉溶接性能の関係を示す図表、第
２図は酸化物の総量とガス溝発生率の関係を示す
図表、第３図はフラツクス入りワイヤの断面形状
を示す断面図である。１……外皮、２……フラツクス。

Claims

【特許請求の範囲】１充填フラツクス中に金属または金属合金の水
素化合物の１種又は２種以上を、水素換算値でワ
イヤ全重量に対し0.001〜0.035重量％含有し、か
つ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ツクス入りワイヤ。 TiO₂ ；5.5〜11.0重量％ SiO₂ ；0.7〜 4.8重量％鉄酸化物、Mn酸化物の１種又は２種以上
；0.5〜 4.3重量％ SiO₂／（鉄酸化物＋Mn酸化物）；0.6〜 3.2 アルカリ金属酸化物の１種又は２種以上
；0.2〜 1.3重量％上記各酸化物を含む酸化物の総量
；7.3〜18.9重量％ Mn ；2.5〜 4.8重量％