JPH0453638B2

JPH0453638B2 -

Info

Publication number: JPH0453638B2
Application number: JP24722888A
Authority: JP
Inventors: Isao Aida; Kazuo Ikemoto; Hidehiko Kanehira
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1988-09-30
Filing date: 1988-09-30
Publication date: 1992-08-27
Also published as: JPH0299297A

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野）本発明は炭素鋼及び低合金鋼に適するガスシー
ルドアーク溶接フラツクス入りワイヤに係り、特
に下向すみ肉溶接及び水平すみ肉溶接において、
優れたビード形状、ビード外観を有するチタニヤ
系ガスシールドアーク溶接フラツクス入りワイヤ
に関するものである。（従来の技術及び解決しようとする課題）チタニヤ系のガスシールドアーク溶接フラツク
ス入りワイヤは、溶接作業性が良好であるという
特徴を有しているため、従来より造船、鉄骨、橋
梁等のすみ肉溶接に多用され、その使用量は増大
している。ところが、近年、主に疲労強度に対する配慮か
ら、ビード形状についての要求が厳しくなつてお
り、従来のこの種のガスシールドアーク溶接フラ
ツクス入りワイヤでは、特に溶接継手の大きな部
分を占める水平すみ肉溶接にて、以下〜に示
すような問題点が指摘されている。ビード止端部にオーバーラツプが形成され易
い。ビードの揃いが悪い。ビード形状が凸型や凹型になり易い。とりわけ、脚長７mm以上をパスですみ肉溶接す
る場合に上記〜の傾向が顕著になり、補修溶
接の対象となることが多い。本発明は、上記従来技術の問題点を解決するた
めになされたものであつて、特に水平すみ肉溶接
において、ビード形状、ビード外観の良好な溶接
部を与えることができるガスシールドアーク溶接
フラツクス入りワイヤを提供することを目的とす
るものである。（課題を解決するための手段）前記目的を達成するため、本発明者は、フラツ
クス成分の調整等によりビード形状、ビード外観
の良好な溶接部を得ることができる方策について
鋭意研究を重ねた。その結果、フラツクス必須成分として特に
TiO₂、SiO₂及びZrO₂を含有せしめ且つTiO₂に対
するSiO₂の重量比並びにZrO₂の重量比を規制す
ると共に全酸化物量を規制することにより、ビー
ド形状、ビード外観を改善できることが判明し
た。しかし、これだけではスラグ剥離性が劣化する
場合があることに鑑みて、更に鋭意研究を重ねた
結果、全ワイヤ中の水素量をコントロールするこ
とにより所期の目的が達成することを見い出し、
これらの知見に基づいて詳細な条件についても実
験研究を繰り返し、ここに本発明をなしたもので
ある。すなわち、本発明に係るガスシールドアーク溶
接フラツクス入りワイヤは、フラツクス成分とし
てワイヤ重量比で、TiO₂：3.6〜7.1％、MgO及
びAl₂O₃のうちの１種又は２種：0.1〜1.5％、
ZrO₂：0.6〜2.3％、SiO₂：0.6〜2.3％（但し、
ZrO₂／TiO₂重量比：0.17〜0.32、SiO₂／TiO₂重
量比：0.17〜0.32、）を含有し、更にＫ、Na、Li
の酸化物、弗化物、炭酸塩及び合金のうちの１種
又は２種以上：0.01〜1.5％、Mn：1.0〜3.0％及
びSi：0.3〜1.2％を含有し（但し、全酸化物：6.0
〜8.5％）、かつ、全ワイヤ中の水素量を５〜
60ppmにし、フラツクス率を８〜25％にしたこと
を特徴とするものである。以下に本発明を更に詳細に説明する。（作用）まず、フラツクス成分の限定理由を説明する。
なお、各成分の含有量はワイヤ重量比である。 TiO₂： TiO₂はスラグ形成剤の基本成分である。しか
し、3.6％未満ではスラグの被包性が不十分であ
り、ビード外観、形状が不良となり、一方、7.1
％を超えるとスラグ量が過剰になり、スラグ巻等
の溶接欠陥が生じ易くなる。したがつて、TiO₂
量は3.6〜7.1％の範囲とする。なお、TiO₂原料としては、ルチール、チタン、
スラグ、イルミナイト等がある。 MgO、Al₂O₃のうち１種又は２種： MgO、Al₂O₃はスラグの凝固点を高め、粘性を
高めることにより、特に立向溶接における溶接金
属を垂れを阻止し、ビード形状を改善する効果が
ある。しかし、0.1％未満ではビード形状の改善
効果がなく、一方、1.5％を超えるとスラグの粘
性が過剰となり、スラグ被包性が不均一となり、
ビード外観が悪化する。したがつて、MgO及び
Al₂O₃のうちの１種及び２種の量は0.1〜1.5％の
範囲とする。なお、MgO原料としては、マグネシヤクリン
カー、オリビンサンド、電融マグネシヤ、タルク
等があり、またAl₂O₃原料としては、アルミナ、
マイカ、セリサイト、長石等がある。 ZrO₂： ZrO₂は、MgO、Al₂O₃と同様に、スラグの凝
固点を高めると共にスラグの焼付きを防止し、ス
ラグ剥離を改善する効果がある。しかし、0.6％
未満ではスラグ焼付き防止効果がなく、一方、
2.3％を超えるとスラグの粘性が過剰となり、ス
ラグ巻等の溶接欠陥が生じ易くなる。したがつ
て、ZrO₂は0.6〜2.3％の範囲とする。なお、ZrO₂原料としては、ジルコニヤ、ジル
コン等がある。 SiO₂： SiO₂はスラグの凝固点を下げ、粘性を小さく
することにより、ビード形状を調整すると共にビ
ードの光沢を改善する効果がある。しかし、0.6
％未満ではビード形状の調整及びビードの光沢の
改善効果がなく、逆に2.3％を超えるとスラグの
流動性が過剰となり、ビード形状が悪化する。し
たがつて、SiO₂量は0.6〜2.3％の範囲とする。なお、SiO₂原料としては珪砂、長石、ジルコ
ン、オリビンサンド、珪灰石、ガラス等がある。
Ｋ、Na、Liの酸化物、弗化物、炭酸塩及び合金
のうちの１種又は２種以上：Ｋ、Na、Liの酸化物、弗化物、炭酸塩及び合
金はアーク安定効果がある。しかし、0.01％未満
ではアークが不安定でスパツタの多発等、溶接作
業性の面で問題が現われる。また1.5％を超える
とアークの強さ及び集中性が過剰となり、却つて
スパツタの発生が多くなると共にヒユームが増大
し、溶接作業性が悪化するので好ましくない。し
たがつて、Ｋ、Na、Liの酸化物、弗化物、炭酸
塩及び合金のうち１種又は２種以上の量は0.01〜
1.5％の範囲とする。なお、これらの原料については、酸化物の場合
は、Na₂Ｏ、Li₂Ｏ、K₂Ｏ、Li₂FeO₂、Li₂SiO₃、
Li₂MnO₃等があり、弗化物の場合は、K₂SiF₆、
NaF、Na₃AlF₆、LiF等があり、炭酸塩の場合は
K₂CO₃、NaCO₃、Li₂CO₃等があり、合金の場合
は、Al−Li、Li−Mg等がある。 Mn： Mnは脱酸剤及び溶接金属の強度を調整する成
分であるが、1.0％未満では脱酸不足による気孔
が発生し、3.0％を超えると溶接金属の強度が高
くなり過ぎて、耐割れ性の面で好ましくない。し
たがつて、Mn量は1.0〜3.0％の範囲とする。なお、Mn原料としては電解Mn、Fe−Mn、
Fe−Si−Mn等がある。 Si： SiはMnと同様の機能を有する他、溶融金属の
流動性を調整する作用がある。しかし、0.3％未
満ではビードが凸ビードになり易い、また、脱酸
不足による気孔が多発してくる。逆に1.2％を超
えると溶融金属の強度が過大となると共に靭性が
低下する。したがつて、Si量は0.3〜1.2％の範囲
とする。なお、Si原料としては、Fe−Si、Fe−Si−
Mn、Fe−Si−Ｂ、Si−Mg等がある。但し、上記フラツクス成分のうち、TiO₂、
ZrO₂及びSiO₂については、以下に説明するよう
にTiO₂に対するZrO₂の重量比（ZrO₂／TiO₂）、
並びにSiO₂の重量比（SiO₂／TiO₂）をそれぞれ
特定の範囲に規制する必要があり、更に全酸化物
を特定量に規制する必要がある。 ZrO₂／TiO₂：本発明者は、ビード形状、特に水平すみ肉のビ
ード止端部の形状を改善するために各種の試験、
研究を行つた結果、ZrO₂／TiO₂の重量比を0.17
〜0.32の範囲にすることが極めて有効であること
が判明した。しかし、ZrO₂／TiO₂の重量比が
0.17未満では水平すみ肉のビード止端部の形状の
改善効果が得られず、一方、0.32％を超えるとス
ラグの粘性が過剰となり、スラグ巻等の溶接欠陥
が生じ易くなる。 SiO₂／TiO₂：本発明者は、ビード形状、特に水平すみ肉にお
けるビードの揃い（特に表面の凹凸、止端部の揃
い）を改善するために各種の試験、研究を行つた
結果、SiO₂／TiO₂の重量比を0.17〜0.32の範囲に
することが極めて有効であることが判明した。し
かし、SiO₂／TiO₂の重量比が0.17％未満では上
記効果が得られず、一方、0.32％を超えるとスラ
グの流動性が過剰となり、ビード形状が２段ビー
ド気味となり、悪化する。全酸化物：全酸化物の量が6.0％未満ではスラグ生成量が
不足し、ビード形状が悪化する。一方、8.5％を
超えるとスラグ量が過剰となるため、スラグ巻等
の溶接欠陥が生じ易くなると共に、スパツタ等が
多くなり、溶接作業性が悪化する。したがつて、
全酸化物量は6.0〜8.5％の範囲とする。なお、全
酸化物量は上記の必須成分の酸化物の量ほか、任
意成分として添加した場合の酸化物の量も含まれ
る。次に、本発明の他の条件について説明する。全ワイヤ中の水素量：全ワイヤ中の水素量はスラグの剥離性の改善に
効果があるが、5ppm未満ではスラグ剥離性が悪
化し、また60ppmを超えると水素過剰となり、特
に黒皮鋼板の溶接でピツト及びブローホールが発
生し易く、またアークが強くなりすぎアンダーカ
ツトを生じ易い。したがつて、全ワイヤ中の水素
量は５〜60ppmとする。なお、水素量は水ガラス及びマイカ、タルクな
どの含水鉱物等により調整することができる。ま
た、全ワイヤ中の水素量の測定方法は不活性ガス
融解熱伝導度法による。フラツクス率：フラツクス率（ワイヤ全重量に対するフラツク
スの重量％）が８％未満では、生成スラグの絶対
量が不足するためにスラグの被包性が低下すると
共に不安定になり、ビード不揃いになる。一方、
25％を超えると生成スラグ量が過大になつて２段
ビードになつたり、或いはスラグが溶融池を被い
過ぎるため、運棒速度を一定に維持しにくくな
る。したがつて、フラツクス率は８〜25％の範囲
とする。フラツクス成分としては、その他必要に応じ
て、酸化物、弗化物、金属及び合金を添加するこ
とができる。例えば、スラグ量を調整するためにスラグ形成
剤として、CaO、MnO、FeO、Fe₂O₃等の酸化物
を添加できる。脱水素剤として、CaF₂、SrF₂、MgF₂等の弗
化物を添加でき、また、立向上進溶接でのビード
の垂れを防止するためにAl、Zr等を金属又は合
金の形で添加できる。溶接金属の靭性を改善するためにNi、Ｂ、Mg
を金属、合金及び酸化物（例、B₂O₃）で添加で
きる。溶接金属の強度を調整するためにMo、
Cr、Cu、Ni、Ｖ等を金属、合金及び酸化物で添
加できる。また、フラツクス入りワイヤの断面形状は適宜
の形状のものにすることができ、更にケーシング
材質、ワイヤ径、シールドガス組成等々も特に制
限されない。次に本発明の実施例を示す。（実施例）第１表に示す成分組成のフラツクスを軟鋼製ケ
ーシング内にフラツクス率が15〜16％となるよう
に充填して1.2mmφのフラツクス入りワイヤを製
造し、以下の条件で溶接実験を行つた。（溶接条件） (1) 供試鋼板及び継手形状：12mmｔ×85mmｗ×
1000mmの鋼板を用いてＴ型すみ肉継手を形
成。 (2) 溶接姿勢：水平すみ肉溶接 (3) シールドガス：100％CO₂、流量25／分 (4) ワイヤ突出し長さ：25mm (5) 溶接電流：280A (6) アーク電圧：30V (7) 電源極性：DCワイヤ (8) 溶接速度：30cm／分 (9) トーチ角度：水平より50° (10) 前進又は後退角：なし (11) トーチ固定し、台車走行の自動溶接。溶接試験の結果を第２表に示す。第２表から明らかなように、本発明の要件を満
たす本発明例（No.９〜No.14）は非常に良好な溶接
作業性及びビード外観、形状が得られているが、
比較例（No.１〜No.８及びNo.15〜No.23）では、本発
明で規定する要件の何れかを欠くため、次のよう
な問題がある。比較例No.１〜No.２とNo.15〜No.16はZrO₂／TiO₂
又はSiO₂／TiO₂の重量比を本発明範囲外にした
例である。ZrO₂／TiO₂の重量比が小さい場合
（No.１）にはビード止端部の形状が悪く、大きい
場合（No.15）にはスラグ巻が発生する。また、
SiO₂／TiO₂の重量比が大きい場合（No.２）には
ビード形状が２段ビードであり、小さい場合（No.
16）はビード外観の揃いが悪い。比較例No.３〜No.５とNo.17〜No.23はフラツクス成
分量を本発明範囲外にした例である。 TiO₂が少ない場合（No.17）にはビード外観揃
いやビード形状が悪く、多い場合（No.18）にはス
ラグ巻が発生した。 ZrO₂が少ない場合（No.19）にはスラグの剥離
性が悪く、多い場合（No.20）にはスパツタが増大
すると共にスラグ巻が発生した。 SiO₂が少ない場合（No.21）や多い場合（No.22）
にはビード形状が悪い。なお、ZrO₂／TiO₂又はSiO₂／TiO₂の重量比が
本発明範囲内の場合であつても、TiO₂、ZrO₂及
びSiO₂のそれぞれの含有量が本発明範囲外では、
No.17〜No.18、No.21に示されるようにビード改善効
果は得られないことがわかる。 MgO及びAl₂O₃のうちの１種又は２種以上の量
が多すぎる場合（No.３）には、スラグの粘性が過
剰となり、ビード外観が悪い。脱酸剤が少なすぎる場合（No.４）には、ビード
形状が凸ビードになり、また、脱酸不足により気
孔が発生した。アーク安定剤が多すぎる場合（No.５）には、ア
ーク安定性が却つて悪く、スパツタ、ヒユームが
増大した。アーク安定剤が含まれない場合（No.
23）、アークが不安定となつてスパツタが多い。比較例No.６は全酸化物量を本発明範囲外にした
例である。フラツクス成分の全酸化物量が少なす
ぎる場合には生成スラグ量が不足し、ビード形状
が悪い。全酸化物量が多すぎる場合（No.18、No.
20）はスラグ巻が発生した。比較例No.７〜No.８は全ワイヤ中の水素量を本発
明範囲外にした例である。全ワイヤ中の水素量が
少なすぎる場合（No.７）にはスラグ剥離性が悪
い。また多すぎる場合（No.８）には、アンダーカ
ツトが出やすく、水素過剰による気孔が発生し
た。

【表】 (注) 全酸化物量がスラグ形成剤、アーク安定剤の各
酸化物量の合計より多い試験No.は、残部として他の酸
化物が含まれる場合である。

【表】 (注) 試験結果の評価：
◎(非常に良好) ○(良好) △(悪い)
×(非常に悪い)
（発明の効果）以上詳述したように、本発明によれば、ガスシ
ールドアーク溶接用フラツクス入りワイヤにおい
て、フラツクス必須成分を調整し、特に、スラグ
形成剤のうちのZrO₂及びSiO₂についてTiO₂に対
する配合比を規定すると共に全酸化物量を規制
し、更に全ワイヤ中の水素量を規制する等の構成
にしたので、水平すみ肉溶接に際して、ビード形
状、ビード外観の良好な溶接継手を溶接作業性、
能率を低下させることなく得ることができるとい
う優れた効果がある。

Claims

【特許請求の範囲】

１フラツクス成分としてワイヤ重量比で、
TiO₂：3.6〜7.1％、MgO及びAl₂O₃のうちの１種
又は２種：0.1〜1.5％、ZrO₂：0.6〜2.3％、
SiO₂：0.6〜2.3％（但し、ZrO₂／TiO₂重量比：
0.17〜0.32、SiO₂／TiO₂重量比：0.17〜0.32、）を
含有し、更にＫ、Na、Liの酸化物、弗化物、炭
酸塩及び合金のうちの１種又は２種以上：0.01〜
1.5％、Mn：1.0〜3.0％及びSi：0.3〜1.2％を含有
し（但し、全酸化物：6.0〜8.5％）、かつ、全ワ
イヤ中の水素量を５〜60ppmにし、フラツクス率
（ワイヤ全重量に対するフラツクスの重量％）を
８〜25％にしたことを特徴とするガスシールドア
ーク溶接フラツクス入りワイヤ。