JPH0545359B2

JPH0545359B2 -

Info

Publication number: JPH0545359B2
Application number: JP60295611A
Authority: JP
Inventors: Yosha Sakai; Isao Aida; Katsushi Nishimura
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1985-12-26
Filing date: 1985-12-26
Publication date: 1993-07-08
Also published as: JPS62151293A

Description

【発明の詳細な説明】

［産業上の利用分野］本発明は、チタニア系フラツクスの特長を生か
しつつその欠点即ち溶着部の耐割れ性が劣るとい
う点を改善することに成功したガスシールドアー
ク溶接用フラツクス入りワイヤに関するものであ
る。［従来の技術］チタニア系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長を有している為、広範
な分野の溶接に汎用されている。ところが他方では、耐割れ性等が必ずしも十分
でないという問題点が残されている。これは
TiO₂分の増加によつて塩基性が低下し精錬効果
が低くなつて溶着部の耐割れ性がしばしば要求値
以下となるからであると考えられる。ところでチタニア系フラツクス入りワイヤを片
面溶接に用いるときには、上記耐割れ性等の問題
を解決すべく開先角度、ギヤツプ、溶接電流等の
溶接条件に繊細な配慮を払いつつ溶接作業を実行
する必要があるが、こうした溶接条件は近年にお
ける溶接の合理化（溶接コストの低減や溶接スピ
ードの向上等）と共に益々シビアになりつつあ
る。即ち近年においては、開先角度を小さくしギ
ヤツプを少なくするという狭開先化の方向で溶着
量を減少させ、これによつて溶接の合理化が図ら
れている。しかしこの様な合理化を達成する為に
は上記溶接条件をより一層シビアなものとする必
要がある。この様なシビアな条件の下で溶接を行なうと、
例えば開先角度の小さい溶接条件下で片面溶接作
業を実施すると、初層ビードの断面形状が「な
し」形を形成しやすく、この為必らずしも満足の
いく様な冶金学的結合が溶着部に形成されるとは
限らず、こうした弊害が前記耐割れ性低下として
現われてくるのは、言わば必然の結果である。結
局シビア条件下で溶接作業を実施すると、折角溶
接の合理化が果せたとしても耐割れ性等の性質が
犠牲になる等の不利をまぬがれることはできな
い。［発明が解決しようとする問題点］本発明はこうした事情を考慮してなされたもの
であつて、狭開先等のシビアな条件下においても
作業性が良好であり、しかも耐割れ性を向上させ
ることのできる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しようとするものである。［問題点を解決する為の手段］本発明に係るガスシールドアーク溶接用フラツ
クス入りワイヤ（以下単にワイヤという）とは、
Tio₂：１〜4.5％（対ワイヤ全重量百分率、以下
同じ）を含有する他、CaO：0.05〜２％又はCaO
とMgO：総計で0.05〜２％のいずれかを含有し、
且つ、Ｃ：0.01〜0.15％、Mn：0.5〜３％、Si：
0.3〜1.5％を夫々含有するところにその要旨が存
在するものである。［作用］本発明は、前述の如くチタニア系フラツクスの
特長即ち作業性が良好である点を生かしつつその
欠点即ち溶着部の耐割れ性に劣る点を改善し得た
ところに最大の特徴が存在するものである。ここ
に当該ワイヤに充填されたフラツクス（以下単に
フラツクスという）の組成的特徴としては、塩
基度を高める目的でチタニアの配合量が低めとな
る様に調整されている、チタニアの配合量を低
めにしたことに基づく不利益を他の配合成分によ
つて補充している、等を挙げることができる。以下本発明に係るフラツクスの成分組成根拠を
踏まえつつフラツクス形成剤［下記(1)及び(2)］合
金脱酸性成分［下記(3)］の順に本発明を説明して
いく。 (1) TiO₂：１〜4.5％（対ワイヤ全重量百分率、
以下同じ）本発明者等はチタニア源としてルチールを用
いたワイヤを作成し、該ワイヤを用い下記溶接
条件のもとで溶接を行ない、ルチール配合率と
割れ率の関係を調査し、第１図に示す結果を得
た。試験板：25^t×300^w×600^l（SM50A）開先角度：40° ギヤツプ：３mm 裏当材：SiO₂・Al₂O₃系耐火材電流×電圧：250A×28〜30V シールドガス：CO₂ 25／分尚ルチールには不可避的に酸性不純物等が存
在するが、該酸性不純物等は溶着部の耐割れ性
低下を招くことが知られている。本発明者等は
酸性不純物のこうした影響をも考慮しつつ第１
図に基づき種々検討した結果、チタニア含有量
の上限値が4.5％であることを知つた。一方下
限を定めるに当つても本発明者等は上記と同様
の溶接条件の下で溶接実験を行なつた。その結
果、１％未満であるとスパツタの発生が多くな
つたりスラグの剥離が不良になるといつた弊害
が生じることを知つた。 (2) CaO：0.05〜２％又はCaOとMgO：総計で
0.05〜２％ CaO（又はCaOとMgO）は、チタニアの配合
率を低めにしたことに伴なう不利益を除去する
ことを目的として加えられるものであるが、
CaO単独又はCaOとMgOの総計が0.05％未満
であると水平隅肉でのビード形状が不良にな
り、一方２％を超えるとアーク力が強くスパツ
タの発生が多くなり作業性を劣化させる。 CaO（又はMgO）は、その化学式で示す通り
の酸化物の形で加えられることが多いが、複合
酸化物や炭酸塩の形で加えても良い。但し炭酸
塩の場合にはスパツタ発生の危険性を除去する
為ワイヤ重量比で0.8％以下にとどめることが
望まれる。ところで本発明者等は、TiO₂とCaO（又は
CaO＋MgO）の相対比が耐割れ性等に影響を
与えることに着目し、CaO／TiO₂と割れ率の
関係を調査したところ、第２図に示す結果が得
られた。第２図から明らかな様にCaO／TiO₂
が0.05未満であるときは割れ率が著じるしく大
きいことが分かつた。従つてCaO／TiO₂が
0.05以上であることが好ましい。一方（CaO＋
MgO）／TiO₂についてもCaO／TiO₂と同様で
あることが確認された。 (3) Ｃ：0.01〜0.15％、Mn：0.5〜３％、Si：0.3
〜1.5％（いずれも対ワイヤ全重量百分率で外
皮中のＣ、Si、Mnを含んだ量である。）本発明においては、溶着部に良好な機械的性
質を与える為上記範囲のＣ、Mn、Siが必要で
あつた。 (a) Ｃ：0.01〜0.15％Ｃは、溶着金属の抗張力、靭性、耐割れ
性、溶接時に発生するスパツタ量、ヒユーム
量等に大きな影響を与える元素であるが、下
限未満では、結晶粒が粗大化する傾向がみら
れ、この為抗張力及び靭性が共に低く、その
上割れ感受性も高かつた。一方上限を超える
と抗張力が過大となり、靭性及び耐割れ性が
損なわれ且つヒユーム量及びスパツタ発生量
が増加することが分かつた。従つて溶接作業
性についても好ましくなかつた。 (b) Mn：0.5〜３％ Mnは、脱酸、抗張力、靭性の改善に有効
な作用を発揮する元素である。下限未満では
上記作用を発揮し得ず、一方上限を超えると
抗張力が過大になり、靭性および耐割れ性が
損なわれることが分かつた。 (c) Si：0.3〜1.5％ Siは、著じるしい脱酸効果を発揮し、且つ
ビードの広がりを良好なものとする作用を有
する元素である。下限未満では上記作用を発
揮し得ず、一方上限を超えると靭性及び耐割
れ性を劣悪にすることが分かつた。これらの元素は夫々単体で加えられるべきで
あるが、この様にすることは繊細な配慮が必要
であるから原料としてFe−Mn、Fe−Si等の合
金粉末を使用することが推奨される。Mnの単
体粉末は比較的安定であるが、Siのそれは活性
度が高く不安定なのでその使用に当たつて注意
を要するからである。Ｃについては単体で使用
することにさほどの困難性を伴なわないが、添
加量が少ないことから偏析の危険があり、この
為Fe−Mn−Ｃ合金粉末の形で使用するのが好
ましい。尚本発明におけるＣ、Mn、Siは外皮中のＣ、
Mn、Siを含めて数値限定したものであるから、
外皮のＣ含有量は、0.05％以下にするのが理想
的であることが分かつた試験No.10との関係）。本発明は上記(1)〜(3)を必須要件とするものであ
るが、必要に応じて下記の如き物質を添加するこ
ともできる。 (A) フラツクス形成剤アルカリ金属の酸化物：0.3％以下弗化物：0.5％以下 SiO₂：1.0％以下 Al₂O₃：0.8％以下その他：1.0％以下アルカリ金属はアークを安定させスパツタの
発生を減らさせる効果がある。上限を超えると
アーク力が弱くなり融合不良などの溶接欠陥が
発生し易い。使用原料としては、アルカリ金属
チタン酸塩やアルカリ金属珪酸塩等が挙げられ
る。弗化物はスラグの流動性を増し、ビード形状
を良好にする目的で添加されるが、上限を超え
るとスパツタの発生が多くなり、また作業性が
不良になるので上記範囲に止めることが好まし
い。使用原料としてはアルカリ金属又はアルカ
リ土類金属の弗化物が挙げられる。 SiO₂はスラグの流れを良好にしビード形状
を改善する為に添加されるが、上限を超えると
耐割れ性が損なわれるので上記範囲内にとどめ
ることが好ましい。 Al₂O₃はスラグの流れを改善し、ビード形状
を改善する為に添加されるがSiO₂と同様に上
限を超えると耐割れ性を損なうので、上記範囲
内に止めることが好ましい。使用原料として
は、複合化合物を使用するのが一般的である。
尚その他成分については1.0％以内に止めるこ
とが好ましく、0.5％とすることがより好まし
い。またフラツクス中の水分は、溶着金属の水
素を高め溶接欠陥の原因となるのでできるだけ
水分の低い原料を選択し、配合フラツクス中に
存在する水分の量を水素換算で500ppm以内に
調整するのが望ましい。更にスラグ形成剤の総
量は、多すぎると開先底部におけるスラグ層が
厚くなり、除去が困難となるので７％以下に止
めるのが好ましい。 (B) 合金脱酸性成分脱酸性元素として上述のSi、Mn、以外に
Al、Ti、Zr、Mgのを１種又は２種以上を必要
に応じて複合添加できるが、スラグの剥離性や
アーク安定性を損なうので、ワイヤ全重量に対
し１％以下にとどめることが望ましい。尚鉄粉は、溶着効率を向上させる元素である
から、上記AlやTiと共に加えることができる。
しかし該鉄粉中の酸素が溶接作業性特にスパツ
タ発生量に重大な影響を与えるので酸素含有量
については特に注視する必要があり、この為に
0.7％以下にしてやることが好ましい。更にワ
イヤにNi、Cr、Mo、Ｖ、Nbなどの合金元素
を単体もしくは複合添加させ特別な性能を付加
することも可能であり、こうした場合においも
本発明の本来効果を発揮する上で特に障害とな
ることはない。ところで本発明に係るフラツクス入りワイヤと
しては、第３図に示す断面形状のものが例示され
る。断面形状Ａ，Ｂ，Ｃのワイヤ１は該ワイヤの
長手方向に合わせ目２を有するものであり、Ｄの
ワイヤ３はワイヤ長手方向の合せ目が融着されて
フラツクス４が外気から密封されたものである。
そしてＡ，Ｂ，Ｃのワイヤ１を製造するに当たつ
ては、帯鋼をＵ型に成形しつつフラツクス５を充
填し、その後所定のダイススケジユールで伸線す
る。一方Ｄについては、予め長手方向の合せ目が
融着されたパイプにフラツクス４を充填するか、
又はフラツク４の充填に次いで長手方向の合せ目
を融着後、所定のダイススケジユールで伸線す
る。尚フラツクス充填率は、製造上の制約から７〜
20％が望ましい。20％を超えると伸線時に断線ト
ラブルが頻繁に発生し能率が悪くなる。一方７％
未満の場合は、アークの安定性を損なうので避け
るのが望ましい。［実施例］極軟鋼の帯鋼に下記第１表に示すフラツクスを
充填して1.2mm〓のワイヤを製作し、第２表および
第３表に示す様な溶接条件下における片面溶接で
の初層ビードの割れ試験並びに全溶着金属の機械
試験を行ない第４表の如き結果を得た。尚開先形
状は第４図及び第５図に示した。いずれの開先も
狭開先であるということができる。

【表】

【表】 No.１、２は本発明に係る最も好ましい実施例を
示したものであり、耐割れ性、作業性、機械的性
質のいずれも良好であつた。 No.３〜６、No.８〜10は最も好ましい組成範囲か
らやや外れるもので耐割れ性、作業性のいずれか
がやや劣る結果になつているが、実用上の問題は
ない。 No.７及びNo.11〜17は比較例を示すもので、耐割
れ性、作業性のいずれかが極めて劣る例である。 No.３は、耐割れ性およい機械的性質は良好であ
るが造滓剤が過大量含まれているため、作業性が
不良な結果となつている。 No.４は、SiO₂の含有量が過大であるため割れ
率がやや高くなつている。 No.５は、Al₂O₃含有量が過大であるため耐割れ
性がやや劣る。 No.６は、（CaO＋MgO）／TiO₂の比が低いた
め溶接割れがやや多くなつている。 No.７は、ＣおよびMn含有量が高いため衝撃性
能が著じるしく低い結果となつている。 No.８は、Si、Mn以外の脱酸剤が過大であるた
め溶接作業性がやや不良である。 No.９は、酸素含有量0.8％の鉄粉を使用したも
のである。耐割れ性及び機械的性質は良好である
が、スパツタヒユームの発生がやや多く、作業性
がやや劣る。 No.10は、Ｃ含有量が0.07％の帯鋼を使用したも
のである。耐割れ性及び機械的性質は良好である
が、スパツタやヒユームの発生がやや多く、作業
性がやや劣る。 No.11は、TiO₂含有量が少ないためスパツタの
発生が著じるしく、かつスラグの剥離性も劣り作
業性が劣悪である。 No.12は、TiO₂含有量が上限をこえたものであ
り、又No.13はCaO含有量が少ないものである。い
ずれも作業性は良好であるが耐割れ性が劣り実用
的でない。 No.14は、CaOが過多であるため、スパツタの発
生が多く又スラグの剥離も不良で作業性が劣悪で
ある。 No.15は、CaOが少ないもので作業性は良好であ
るが耐割れ性が不良である。 No.16は、CaOが過多であるため、スパツタの発
生が多くかつスラグの剥離が不良であり作業性が
劣悪で実用的でない。 No.17は、CaOとMgOの総計が過多であるため、
スパツタの発生が多くかつスラグの剥離が不良で
あり作業性が劣悪で実用的でない。［発明の効果］本発明は上述の如く構成されているので、狭開
先等のシビアな条件下においても作業性が良好で
あると共に耐割れ性等の機械的性質を向上させる
ことのできる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ができた。

【図面の簡単な説明】

第１図はTiO₂含有量と割れ率の関係を示すグ
ラフ、第２図はCaO／TiO₂と割れ率の関係を示
すグラフ、第３図は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の断面形状を示すグ
ラフ、第４図及び第５図は開先形状を示す説明図
である。

Claims

【特許請求の範囲】

１ TiO₂：１〜4.5％（対ワイヤ全重量百分率、
以下同じ）を含有する他、CaO：0.05〜２％又は
CaOとMgO：総計で0.05〜２％のいずれかを含
有し、且つＣ：0.01〜0.15％、Mn：0.5〜３％、
Si：0.3〜1.5％を夫々含有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。