JPH049298A - ガスシールドアーク溶接用複合ワイヤ - 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】 （産業上の利用分野〕 本発明は鋼構造物の溶接に用いるガスシールドアーク溶
接用複合ワイヤに関し、特にワイヤ溶融速度および溶着
速度が高（、溶接能率を向上させたガスシールドアーク
溶接用複合ワイヤに関するものである。

〔従来の技術〕

ガスシールドアーク溶接用複合ワイヤ（以下複合ワイヤ
という）は、軟鋼あるいは低合金鋼の外皮金属中に各種
のスラグ形成剤、アーク安定剤、脱酸側、合金剤、鉄粉
などを所定の副台で配合したフラックスを充填後、所定
のワイヤ径まで伸線加工してなるもので、ソリッドワイ
ヤに比較してアークが安定し、スパッタ発生量が少ない
ので溶接しやすく、また同一溶接電流条件で使用した場
合の溶着速度が高いなどの利点をもつ、自動および半自
動溶接材料である。特にスラグ形成剤として、ＴｉＯ□
を主成分とする複合ワイヤは、下向き、水平、立向きな
どの各種姿勢溶接が可能で、ビード形状やスラグ剥離性
にも優れているので、造船をはじめとする各種溶接構造
物の施工に汎く使用されている。また、ＣａＦｚやＣａ
Ｏを含有し、溶接金属の酸素量低減により低温靭性を向
上させた複合ワイヤも使用されている。これら複合ワイ
ヤの充填フラックスはＴｉ０ｚ１ＳｔＯｚ、　Ｚｒ０１
．　ＭｇＯ，ＡＺ　ｚ０３ＣａＦｚ＋ＣａＯ１Ｍｎ０な
どの各種酸化物をスラグ形成剤として３０重量％以上含
有するものが一般的である。しかるに、最近、溶接施工
現場からは溶接の高能率化のために、上記のような溶接
作業性や低温靭性を確保しながら、さらにワイヤ溶融速
度および溶着速度が速い複合ワイヤの開発要望が強い。

これに対し、従来から種々の提案がなされてきた。

例えば、本発明者らも先に特開昭５９−１５０６９５号
公報により、鋼製外皮金属の酸素量と炭素量を限定する
ことによりワイヤの溶融速度を高め、かつスパッタ損失
を少なくし、溶着速度を高めることの出来るアーク溶接
用複合ワイヤを提案した。また、特開昭６０−１２４４
９３号公報は合金鋼の外皮金属を用いることによりワイ
ヤ溶融速度および溶着速度の向上が図れることを提案し
たものである。なお、最近では金属粉を主体とする複合
ワイヤが市販されるようになり、このワイヤの溶着速度
向上のための効果は著しく大きいが、スラグ形成剤が少
量しか含有されていないために溶接姿勢が下向き又は水
平に限られるので、どうしても使用範囲が限定されると
いう欠点がある。このように複合ワイヤの溶融速度およ
び溶着速度の向上については従来から種々検討されてき
ているが、さらにその向上が要望されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

そこで、本発明は良好な溶接作業性や低温靭性を確保す
るためにスラグ形成剤を多量に含有する複合ワイヤに要
望されているワイヤ溶融速度および溶着速度を高くし、
高能率な溶接が出来る複合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、本発明の要旨とするところは、鋼製外皮金属中に
スラグ形成剤を３０重量％以上含有するフラックスを充
填後、伸線加工してなるガスシールドアーク溶接用複合
ワイヤにおいて、鋼製外皮金属の比電気抵抗をＲｓ、充
填されたフラックスの比電気抵抗をＲｃとしたとき、Ｒ
ｓ／Ｒｃの値が４〜１０であることを特徴とするガスシ
ールドアーク溶接用複合ワイヤにある。

〔作　用〕

以下に本発明の各構成要件の作用と数値限定理由につい
て述べる。本発明者らは、複合ワイヤの溶融速度および
溶着速度におよぼす各種要因にっいて詳細に検討した。

その結果、鋼製外皮金属の比電気抵抗Ｒｓに対する充填
フラックスの比電気抵抗ＲｃＯ比（Ｒｃ／Ｒｓ）によっ
て、ワイヤ熔融速度および溶着速度が大幅に左右される
ことがわかった。

まず、第１表に示す化学成分の外皮金属となる帯鋼を管
状体に成形する過程で、第２表に示す成分のフラックス
をワイヤ全重量に対するフラックス重量の割合（以下フ
ラックス充填率という）で１４％充填し、その管状体の
両縁部を突き合わせ成形した後、伸線加工により第１図
（ａ）に示す断面形状の複合ワイヤ（１，４ｍｍ−）を
試作し、鋼製外皮金属の比電気抵抗Ｒｓと充填フラック
スの比電気抵抗Ｒｃを求めた。なお、Ｒｃ／Ｒｓの値は
所定のフラックス成分となるように配合したフラックス
原材料の種類と粒度を調整することにより変化させた。

また上記比電気抵抗は以下のようにして求めた。

まず、鋼製外皮金属の比電気抵抗Ｒｓは１．４　＊ｍφ
の複合ワイヤからフラックスを除去した外皮金属につい
て測定した常温電気抵抗と外皮金属断面積から求めた。

次に、充填フラックスの比電気抵抗Ｒｃは１．４　ｍｍ
−の複合ワイヤのままで内部の充填フラックスの抵抗を
直接測定するのは困難なため、第２図（ａ）、（ｂ）に
示すようなモデル回路を想定し、複合ワイヤ全体の電気
抵抗Ｒが鋼製外皮金属の電気抵抗Ｒｓ、と充填フラック
スの電気抵抗Ｒｃ、　＝Ｒｓ、　Ｘ　Ｒ／（Ｒｓ、　−
Ｒ）（０式）とした。従って、複合ワイヤ全体の常温で
の電気抵抗Ｒと鋼製外皮の電気抵抗Ｒｓ、を測定し、■
弐により充填フラックスの電気抵抗Ｒｃ＋を求め、これ
と充填フラックス断面積から充填フラックスの比電気抵
抗Ｒｃを求めた。

次に、このようにして得られた複合ワイヤのＲｃ／Ｒｓ
の値とワイヤ溶融速度および溶着速度との関係を第３表
に示す溶接条件にて調査した。ワイヤ溶融量は、上記溶
接条件にてアークタイム１分間に溶融したワイヤ重量を
３回測定し、その平均値を求め、また溶着速度は、この
それぞれの場合の溶接ビードについて、生成スラグおよ
び鋼板上に付着したスパッタ等を除去後、溶着金属量を
測定し、その平均値を求めた。第３図に調査結果を示す
。

第３図において、Ｒｃ／Ｒｓの値が４未満では、ワイヤ
溶融速度、溶着速度とも低い。一方、ＲＣ／Ｒ５が４以
上になるとワイヤ溶融速度、溶着速度とも増加してくる
が、しかし、Ｒｃ／Ｒｓの値が１０を超えると溶着速度
が急激に減少し、この時、スパッタも多発した。このよ
うに複合ワイヤのＲｃ／Ｒｓの値により、ワイヤ溶融速
度および溶着速度が変化する理由は、溶接電流の鋼製外
皮金属から充填フラックスへの分流率の変化によるもの
と考えられる。つまり、Ｒｃ／Ｒｓの値が４未満では充
填フラックスへの分流率が高いために鋼製外皮の実質的
電流密度は小さくなり、ジュール熱効果が小さ（、ワイ
ヤ溶融速度、溶着速度が抑えられてしまう。

これに対し、Ｒｃ／Ｒｓの値が４以上になると充填フラ
ックスへの分流率が低くなり、外皮金属を主体に電流が
流れるようになるためジュール熱効果が大きくなり、ワ
イヤ溶融速度、溶着速度が増加する。さらに、Ｒｃ／Ｒ
ｓの値が増加しｌＯを超えると充填フラツクスへの分流
率は極めて低くなり、外皮金属の方にのみ電流が流れる
ようになる。従って、外皮金属にはこれ以上の電流密度
の増加はほとんどなくなりワイヤ溶融速度はほぼ一定と
なる。

しかし、外皮金属にのみ電流が流れるようになると、外
皮金属のみが先に溶融してしまい、外皮金属と充填フラ
ックスの溶融バランスが損われ、スパッタが多発するよ
うになり、スパッタ損失により溶着速度が急激に減少し
たものと考えられる。

さらに、この場合、溶接時ワイヤ先端の未溶融フラック
スの突出し現象が顕著に観察されるようになり、アーク
安定性の劣化とともに、例えば立向き姿勢溶接に使用し
た場合にスラグ巻込み欠陥が発生しやすくなるなど溶接
作業性が不良となる。

ところで、Ｒｃ／Ｒｓの値は使用する鋼製外皮金属の種
類と充填フラックスの成分として用いる各種原材料の種
類や粒度および含有量の割合によって変化するので、こ
れらの影響因子を加味した複合ワイヤの設計が必要とな
る。例えば、使用する外皮金属の比電気抵抗Ｒｓが１０
μΩｃｍであれば充填フラツクスの比電気抵抗Ｒｃが４
０〜１００μΩｃｍとなるように充填フラックスを調整
する。なお、フラックス充填率は９〜２０％とすること
が望ましい。フラックス充填率が９％未満ではＲｃ／Ｒ
ｓの値が４〜１０の範囲であっても、外皮金属部分の断
面積が大きくなることにより実質的電流密度が低くなり
、ワイヤ溶融速度および溶着速度の増加は少い。一方、
フラックス充填率が２０％を超えると外皮金属部分が薄
くなりすぎることにより、ワイヤ製造時の伸線加工が困
難になるので好ましくない。なお、本発明の複合ワイヤ
は通常使用されている０、９〜２．０１１１１１φのワ
イヤ径のものに適用でき、また第１図（ｂ）、　（Ｃ）
に示すような断面形状であってもよい。

以下に、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４表に示す外皮金属となる軟鋼および低合金鋼の帯銅
と第５表に示す成分の充填フラックスを用いて、第１図
（ｂ）に示す断面形状でワイヤ径が１．４　ｍｍφの複
合ワイヤを試作し、第３表に示す溶接条件によりワイヤ
溶融速度、溶着速度およびスパッタ発生量を調査した。

第６表に試作ワイヤと溶接試験結果をまとめて示す。

第６表において、ワイヤＮｏ、　１〜６は本発明による
もので、ワイヤ溶融速度、溶着速度とも高く、スパッタ
の発生も少い。

これに対し、ワイヤＮｏ、　７〜１３は比較例である。

ワイヤＮｏ、７．　９．　１０．　１２はＲｃ／Ｒｓの
値が４未満であるためワイヤ溶融速度、溶着速度がそれ
ぞれ本発明ワイヤに比較して低い。ワイヤＮｏ８．１３
はＲｃ／ＲｓＯ値が１０を超えているためにワイヤ溶融
速度は高いが、粒径の大きいスパッタが多発し、この損
失により溶着効率（ワイヤ溶融速度に対する溶着速度の
割合）が低い。ワイヤＮｏ、１１はフラックス充填率が
低すぎるために、外皮金属の断面積が大きく、実質的電
流密度が低くなり、ワイヤ溶融速度、溶着速度とも低く
、スパッタ発生量も多く観察された。

（発明の効果） 以上のように本発明は、スラグ形成剤を多量に含有し、
その特長を活用している複合ワイヤにおいて、鋼製外皮
金属の比電気抵抗と充填フラックスの比電気抵抗の比を
適正な範囲に調整することで、ワイヤ溶融速度、溶着速
度を高くした複合ワイヤを提供するものであり、溶接の
高能率化への寄与は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、　（ｂ）、　（Ｃ）はガスシールドアー
ク溶接用複合ワイヤの断面形状を示した模式図、第２図
（ａ）は複合ワイヤの鋼製外皮金属と充填フラックスの
比電気抵抗の関係を説明するために示した破断拡大説明
図、第２図（ｂ）は鋼製外皮金属と充填フラックスの電
気回路モデルを示す図、第３図は鋼製外皮金属と充填フ
ラックスの比電気抵抗の比とワイヤ溶融速度、溶着速度
およびスパッタ発生量の関係を示した図である。 ｌ：鋼製外皮金属、２：充填フラックス。 （ａ） 第 （ｂ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 鋼製外皮金属中にスラグ形成剤を３０重量％以上含有す
   るフラックスを充填後、伸線加工してなるガスシールド
   アーク溶接用複合ワイヤにおいて、鋼製外皮金属の比電
   気抵抗をＲｓ、充填されたフラックスの比電気抵抗をＲ
   ｃとしたとき、Ｒｃ／Ｒｓの値が４〜１０であることを
   特徴とするガスシールドアーク溶接用複合ワイヤ。