JPH0565277B2

JPH0565277B2 -

Info

Publication number: JPH0565277B2
Application number: JP61094175A
Authority: JP
Inventors: Tomoyuki Suzuki; Shigemi Maki; Harutoshi Kubota
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1986-04-23
Filing date: 1986-04-23
Publication date: 1993-09-17
Also published as: JPS62252694A

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
アーク溶接用金属粉系フラツクス入りワイヤに関
する。（従来の技術）最近ガスシールドアーク溶接用フラツクス入り
ワイヤ（以下フラツクス入りワイヤと記す）は軟
鋼や50キロ級高張力鋼をはじめとする各種鋼種を
用いる鋼構造物の溶接に広く用いられるようにな
つた。この理由としてフラツクス入りワイヤはその内
部に充填されるフラツクスの作用効果によつて、
溶接の作業性がよく良好なビード形状、外観が容
易に得られるとともにワイヤ溶着速度が高く、溶
接能率に優れていることが挙げられる。しかし最
近の溶接の自動化、ロボツト化の動向下において
さらに高性能、高能率なクラツクス入りワイヤの
開発が待望されている現状にある。このフラツク入りワイヤはワイヤの外皮部が鋼
であつて内部に10〜30％のフラツクスを充填して
構成されている。内部に充填するフラツクスを大
別すると次の二系統がある。 (A) チタニア系、ライム系およびライムチタニア
系のスラグ剤とSi、Mnなどの脱酸剤および合
金剤からなるものと、 (B) 鉄粉、Si、Mnなどの金属粉で主として構成
するものとがある。後者は金属粉系フラツクス入りワイヤと呼ばれ
る。本発明は、この金属粉系フラツクス入りワイ
ヤに関する。金属粉系フラツクス入りワイヤは次の特長を持
つているものの後述の欠点があり実用化できてい
なかつた。 (a) ソリツドワイヤと同等以上の溶着量を得るこ
とができて高能率である。 (b) スラグの生成が少く溶着効率が高い。厚板の
多層溶接の際などスラグ除去が要らず連続溶接
が可能で高能率である。 (c) 金属、合金類を充填フラツクスに添加できる
ので溶接金属組成調整の自由度が広い。 (d) 鋼に添加が困難に金属、合金類および小量で
はあるが酸化物なども充填フラツクスから添加
できるなど多くの特長を有している。しかるに欠点として主として炭酸ガスをシール
ドガスとするアーク溶接時にスパツタの発生が多
くスパツタ発生がこの金属粉系フラツクス入りワ
イヤを広く実用化するのを阻害する大きな要因に
なつていた。金属粉系フラツクス入りワイヤを実
用化している欧米ではシールドガスに高価なAr
ガスを用いてスパツタを減少させるのが通例であ
る。スパツタは、カーク溶接時にアーク発生点であ
るワイヤ先端の溶滴が溶融池に移行せず周囲に飛
散するもの、溶融池から発生し周囲に飛散するも
のなどに起因するものであつて、金属粉系フラツ
クス入りワイヤでは前者が大部分である。アーク溶接時に発生するスパツタは、シールド
ガスノズルに付着してシールドガスの流れを乱
し、シールドを劣化させて溶接欠陥発生の原因と
なり溶接作業を阻害する。また飛散したスパツタ
は、被溶接物の溶接線の周囲に付着して溶接部の
外観を劣化させる。さらに被溶接物に付着してい
るスパツタを除去する作業を要する。スパツタは
溶着金属を減少させ、溶接能率を低下させる。従
来の金属粉系のフラツクス入りワイヤは高溶接電
流にするほど溶着速度が増加するのでこの溶接条
件を採用することが望ましいのであるが、溶接電
流にほぼ比例してスパツタ発生量も多くなるとい
う問題点があつた。（発明が解決しようとする問題点）このようにスパツタ発生を押えるために、従来
技術として特開昭57−36096号公報、特開昭60−
257993号公報の技術などが知られている。これら
を整理すると(イ)充填フラツクスの諸特性調整によ
るスパツタ発生の低減(ロ)シールドガス組成による
スパツタ発生の低減である。このうち(イ)は金属粉
系フラツクス入りワイヤにおける充填フラツクス
の特性、例えば金属粉の嵩密度を調整することで
スパツタ減少を図るものである。しかしこの充填
フラツクスの金属粉の特性調整のみから有効なス
パツタ低減の対策を見出せなかつた。次に(ロ)のシールドガス組成についてであるが、
従来の金属粉系フラツクス入りワイヤはスパツタ
低減のために高価な不活性ガスArを主体に用い
るのが通例である。Arガスがアーク放電を安定
化する効果によつてスパツタを低減するものであ
る。しかし一般に大電流溶接条件下ではシールド
性を上げるためにガス流量を増す必要がある。こ
の結果、溶接のトータルコストが高くなり、金属
粉系フラツクス入りワイヤのメリツトがない。本願発明は安価な炭酸ガスを主とするシールド
ガス組成下においてスパツタの低減を狙い、金属
粉系フラツクス入りワイヤの実用化および適用範
囲の拡大を意図するものである。本発明は上記の問題点を改善し、スパツタ発生
が少く、良好な溶接性能を発揮するところの金属
粉系フラツクス入りワイヤの提供を目的とする。（問題点を解決するための手段）本発明者らは前述の金属粉系フラツクス入りワ
イヤによるスパツタ発生の問題点を克服するため
に長期間に渡り多くの実験と検討を行つてきた。スパツタ発生防止の対策として充填フラツクス
の原材料の組合せ、および溶接の諸条件等につい
て検討した。さらにワイヤの構造つまりワイヤの
開口部の有無などについも着目し、スパツタ発生
挙動を研究した。この結果、金属粉系フラツクス入りワイヤにお
いてはワイヤ外皮のＣとＳにスパツタ発生の要因
があるとの知見を得て本発明をなしたものであ
る。本発明の要旨とするところは主として炭酸ガス
をシールドガスとし鋼製のワイヤ外皮に金属粉を
90％以上含有するフラツクスを充填してなるフラ
ツクス入りワイヤにおいて鋼製のワイヤ外皮の化
学成分（重量％）中ＣとＳを夫々重量％でＣ：
0.002〜0.045％、Ｓ：0.011〜0.020％に調整した
ことを特徴とする金属粉系フラツクス入りワイヤ
にある。以下本発明について詳細に説明する。（作用）本発明においてフラツクス中の金属粉を90％以
上と限定したのは、本発明のフラツクス入りワイ
ヤは余分なスラグを溶接中に生成させず、溶着効
率を高めるためである。フラツクス中の金属粉の
比率が90％未満では溶着効率においてソリツドワ
イヤと比べ低くなることと、生成スラグが多くな
り過ぎ１パス毎にスラグ除去を要するようになり
溶接能率が低下する。従つてフラツクスの90％以
上は金属粉でなければならない。なおここで言う
金属粉とは鉄粉の他、Si、Mn、Ti、Ｂ、Al、
Mg、Ca等の脱酸性元素とNi、Cn、Mo、Cu等
の合金元素を意味している。これら元素の添加方
法としては各々単体で添加しても、またこれら元
素の合金として添加してもよい。次に鋼製ワイヤ外皮の化学成分中Ｃを0.002〜
0.045％、Ｓを0.011〜0.020％に限定した理由につ
いて述べる。まずワイヤ外皮のＣであるが、ワイヤ外皮のＣ
を0.002％から0.067％の間で種々変化させて金属
粉系フラツクス入りワイヤその他の条件を同一と
して作成しスパツター発生の挙動を調べた。その
結果次の事実を知つた。 (a) スパツター発生量はワイヤ外皮のＣ％にほぼ
関係している。ワイヤ外皮のＣ量が0.002〜
0.045％の時に発生量そのものは少くなる。 (b) しかし発生するスパツタは大粒となつた。溶
接中ワイヤ先端に形成される溶滴のサイズが大
きくなり、それがスパツタ化したものと判つ
た。スパツタは発生量そのものも問題であるが同時
にスパツタのサイズも問題で大粒のスパツタほど
溶接作業に与える悪影響が強い。ワイヤ外皮のＣとスパツタ発生の関係はワイヤ
先端の溶滴における激しいCO反応に関係してい
るものと推定される。ワイヤ先端ではシールドガ
スの炭酸ガスにより溶滴は酸化され、この酸素が
ワイヤ外皮のＣと反応するものと見られる。従つ
てワイヤ外皮のＣ低下と共にCO反応は少くなり
スパツタ発生は抑えられる。しかしこのCOは反
応はワイヤ先端における溶滴離脱力もあわせ持つ
ものであるからCO反応の減少で溶滴離脱力が減
じ上述の(b)現象となつたものと考察される。以上詳述したが要するにワイヤ外皮のＣ調整の
みではスパツタ発生量を押えると共に大粒のスパ
ツタを減らす目的を達成できなかつた。本発明者は多くの試行錯誤の結果、ワイヤ外皮
のＣ調整と同時にＳを調整することにより目的が
達成させることを発見した。ワイヤ外皮のＣを
0.002〜0.045％としワイヤ外皮のＳを0.011％〜
0.020％とした時スパツタ発生量およびスパツタ
のサイズ細粒化を果し得ることができた。Ｓは溶滴の界面張力を低下させる界面活性元素
であることがこの理由とみられる。外皮のＳは
0.011％以下でも0.020％を越えても効果がなかつ
た。過剰なＳのスパツタ発生増加の理由は詳らか
でないが、Ｓは溶接金属に高温ワレ、材質劣化を
生起させるものであるから上限として0.020％に
限定した。なお、充填フラツクスからのＳ添加で
は全く効果がなかつた。本発明の金属粉系フラツクス入りワイヤはフラ
ツクス充填率10〜30％の範囲でワイヤ径1.0〜2.4
mm直径であることが望しい。ワイヤの断面構造で
はワイヤ断面で開口部のあるワイヤおよび開口部
のないシームレスワイヤのいずれにおいても適用
可能である。またシールドガス組成としては炭酸ガスに酸素
ガスあるいはアルゴンガスを混合する場合も適用
可能である。アルゴンガスとの混合ガスの場合、
アルゴンのアーク安定化作用が重畳されるのでさ
らにスパツタを減少させることができる。（実施例）第１表に示す充填フラツクスを用いて、充填率
20％のフラツクス入りワイヤを第２表に示す17種
類の外皮を用いてワイヤ直径1.6mmで作成した。
この時その他のワイヤ作成条件は同一にしてい
る。なお第２表のワイヤ外皮の化学成分はＣ、Ｓの
他の成分を極力均一にした。特に外皮の酸素は
Al脱酸により一定のレベルを保つようにしてい
る。第１図はこれら直径1.6mmのワイヤを用いて、
下向溶接時にスパツタ発生量を求めた実験例であ
る。なおこの下向溶接条件はCO₂ガス流量25／
mm溶接電流400A、アーク電圧34V、溶接速度40
cm／min、給電チツプと母材間の距離25mm、母材
とトーチの角度90゜とし、板厚14mmの鋼板（JIS
G3101、SM41）を溶接し、銅製のスパツタ捕集
箱によりスパツタ発生量を測定した。この図から
ワイヤ外皮のＣが0.002〜0.045％、Ｓが0.011〜
0.020％の範囲においてスパツタ発生量が極めて
少いことが判る。

【表】

【表】（発明の効果）本発明の効果として、主として炭酸ガスを用い
てもスパツタ発生の少い優れた金属粉系フラツク
ス入りワイヤを提供することができ、この種ワイ
ヤの実用性を飛躍的に高めることができる。又溶
接の自動化、ロボツト化および高能率に答えるも
のであり、本発明の価値は顕著に高いものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はワイヤ外皮のＣ、Ｓ量とスパツタ発生
の関係を示す図である。

Claims

【特許請求の範囲】１金属粉を90％以上含有するフラツクスを充填
してなるフラツクス入りワイヤにおいて、鋼製の
ワイヤ外皮の化学成分中ＣとＳを夫々重量％でＣ：0.002〜0.045％Ｓ：0.011〜0.020％にした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。