JPH06122073A - セルフシールドワイヤによる立向上進アーク溶接方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 高能率で健全な溶接部が得られるセルフシー
ルドワイヤによる立向上進自動アーク溶接方法の提供。 【構成】 セルフシールドワイヤと非消耗式ノズルと開
先の両面に当て金を使用する立向上進アーク溶接におい
て、少くとも一方の当て金としてスラグ逃し用の凹部を
有する水冷銅当て金を用い、セルフシールドワイヤとし
て、ワイヤ全重量％で、珪弗化カリ：２.５〜６％、ア
ルカリ土類炭酸塩：０.５〜５％(但し、珪弗化カリ／ア
ルカリ土類炭酸塩の比：１〜１０)、Ｃを０.００１〜
０.３０％(鉄粉全重量％)含有する鉄粉：１０〜２０
％、Ｃ：０.０１〜０.１５％、Ｍn：０.５〜３.０％及
びＳi：０.０５〜１.０％からなるフラックスを炭素鋼
外皮に充填したものを用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は造船、鉄骨、タンク建造
等に適用される立向上進自動アーク溶接に関し、より詳
細には、外部からのシールドガスを必要とせず非消耗式
ノズルと当て金を使用する立向上進自動アーク溶接に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、非消耗式ノズルと固定当て金
を使用する立向上進溶接方法として、エレクトロスラグ
溶接法がある。この溶接方法は、長尺の溶接には不向き
であるが、装置面の取扱いが容易であり、また、溶湯が
スラグ浴に覆われることからシールドガスが不用で、か
つ、スタート及びエンド部の溶接残しが少ない等の特長
がある。

【０００３】しかし、エレクトロスラグ溶接は、開先内
にフラックスを添加し、スラグ浴を形成させ、スラグ浴
中でソリッドワイヤを溶かし溶接金属を形成させるもの
であるが、スラグ浴に流れる溶接電流による抵抗加熱を
熱源としており、アークを熱源とするものに比較して能
率が劣るという問題がある。また、自動溶接といえども
常時スラグ浴の監視が必要で、常に適正なスラグ量にな
るよう別にフラックスを添加していく作業が必要とな
る。また溶接速度が低く、単位溶接長当たりの入熱量が
高いため、板厚の薄い場合は母材が過熱して適用不可能
であった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】一方、前記溶接装置に
よりシールドガスが不用のアーク溶接を実施し、高能率
な溶接を狙いとする溶接法として、セルフシールドワイ
ヤによる立向上進アーク溶接法がある。

【０００５】しかし、当て金で囲まれた開先内を従来の
セルフシールドワイヤで溶接すると、次のような欠点が
あった。

【０００６】まず、溶接金属は周囲を当て金で囲まれて
いるため、発生したスラグは溶接プールの上昇と共に上
昇し、一部はビードの表面に凝固しながら消耗される
が、殆どはプールの上部に溜まり、その量が漸次増加し
ながら溶接が進行するため、その量が適切でないと安定
した溶接が行なえず、通常はスラグ量が過多のため溶接
途中でアークが途切れたり不安定になったりする。また
スラグの粘性、流動性も重要な因子でその値が適正でな
いと同様に安定した溶接が行なえない。従来のセルフシ
ールドアーク溶接用のワイヤではスラグ量、粘性、流動
性などが立向上進自動アーク溶接に適しておらず、使用
可能なものは見当らなかった。

【０００７】更に、アークが持続しないという問題の他
に、具体的には、アークスタート時のブローホールが発
生し易い、ビード外観が不均一、スラグの剥離性が劣る
等の問題があった。

【０００８】本発明は、上記従来技術の問題点を解決
し、高能率で健全な溶接部が得られるセルフシールドワ
イヤによる立向上進自動アーク溶接方法を提供すること
を目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、前記課題
を解決するために、まず、スラグ量を安定して持続する
ため当て金について検討を行った結果、少なくとも一方
の当て金としてスラグ逃し用の凹部を有する水冷当て金
を用いることで効果が得られた。更に、それだけでは不
十分なため、セルフシールドワイヤの組成を種々調査、
研究を行った結果、ここに本発明を完成したものであ
る。

【００１０】すなわち、本発明は、セルフシールドワイ
ヤと非消耗式ノズルと開先の両面に当て金を使用する立
向上進アーク溶接において、少なくとも一方の当て金と
してスラグ逃し用の凹部を有する水冷銅当て金を用い、
セルフシールドワイヤとして、フラックスを炭素鋼外皮
に充填したフラックス入りワイヤであって、ワイヤ全重
量％で、珪弗化カリ：２.５〜６％、アルカリ土類炭酸
塩：０.５〜５％(但し、珪弗化カリ／アルカリ土類炭酸
塩の比：１〜１０)、Ｃを０.００１〜０.３０％(鉄粉全
重量％)含有する鉄粉：１０〜２０％、Ｃ：０.０１〜
０.１５％、Ｍn：０.５〜３.０％及びＳi：０.０５〜
１.０％を含有し、必要に応じて更に、Ｍg:１％以下、
Ａl:１％以下、Ｔi:１％以下、Ｚr:１％以下、Ｂ:０.１
％以下、Ｎi:３％以下、Ｍo:１％以下、Ｃu:１％以下及
びＣr:１％以下の１種又は２種以上を含有するフラック
ス入りワイヤを用いることを特徴とするセルフシールド
ワイヤによる立向上進アーク溶接方法を要旨とするもの
である。

【００１１】以下に本発明を更に詳述する。

【００１２】

【作用】

【００１３】まず、本発明で使用するセルフシールドワ
イヤにおけるフラックス成分の限定理由について説明す
る。なお、特別に明記されていない場合は、各成分の含
有量はワイヤ全重量に対する重量％である。

【００１４】珪弗化カリ：珪弗化カリは、低温度で分解
してガス及び金属蒸気を発生し、溶融プールのシールド
に効果的で、かつ、アーク安定性も増す効果がある。し
かし、２.５％未満では溶融プールのシールドが不足
し、ブローホールの発生が認められ、かつスラグの粘度
が適正に保持できず、また６％を超えるとスラグ量が過
多で安定した溶接ができない。よって、珪弗化カリの量
は２.５〜６％の範囲とする。

【００１５】アルカリ土類炭酸塩：アルカリ土類炭酸塩
は、珪弗化カリと併用して効果の得られるガスシールド
剤でアークスタート時のブローホール発生防止に極めて
効果がある。また、スラグの流動性を好ましいものに
し、美麗なビード外観が得られる。更に、スラグを多孔
質にするので、スラグ剥離性を向上させる効果がある。
しかし、０.５％未満ではアークスタート時のブローホ
ール発生防止に効果がなく、またビード外観及びスラグ
の剥離性向上に効果が見られない。また５％を超えると
スパッタ発生量が多くなるので安定した溶接が行えな
い。よって、アルカリ土類炭酸塩の量は０.５〜５％の
範囲とする。

【００１６】珪弗化カリ／アルカリ土類炭酸塩の比：珪
弗化カリ／アルカリ土類炭酸塩の比は、スラグの流動性
を保持し、スラグの剥離性と美麗なビード外観を与える
ために規制することが必要である。しかし、その比が１
未満ではスラグの流動性が低下し、スラグの剥離性及び
ビード外観が不良になり、また、その比が１０を超える
とスラグの流動性が低下し、安定した溶接が行えないよ
うになる。よって、珪弗化カリ／アルカリ土類炭酸塩の
比は１〜１０の範囲とする。

【００１７】鉄粉：鉄粉は、フラックス入りワイヤの製
造時に外皮の帯鋼にフラックスを落し込む際、フラック
スに適正な流動性を付与するため添加するものである。
しかし、鉄粉の量が１０％未満ではフラックスの流動性
が不良で、フラックスの均一な充填ができず、また２０
％を超えると他の成分の添加量が相対的に少なくなり、
必要な性能が得られなくなるので、上限はこの程度に留
めるのが良い。よって、鉄粉の量は１０〜２０％の範囲
とする。

【００１８】特に、鉄粉中のＣ量が０.００１〜０.３０
％(鉄粉全重量に対する比率)のものを用いることによ
り、ワイヤ端からの溶滴離脱が容易となるので、アーク
が安定してスパッタの抑制に効果がある。スパッタ低減
の効果を得るためには鉄粉中のＣ量として少なくとも
０.００１％必要であるが、０.３０％を超えるとスパッ
タの発生を助長させ、かつ、ヒュームが増加して、溶融
プールが見ずらくなるので好ましくない。より好ましく
はＣ量を０.００１〜０.１０％(鉄粉全重量に対する比
率)とする。

【００１９】Ｃ：Ｃは、溶接部の機械的性質を調整する
ために添加するが、０.０１％未満では抗張力が低くな
り、一方、０.１５％を超えると逆に抗張力が高くなり
すぎる。よって、Ｃ量は０.０１〜０.１５％の範囲とす
る。なお、Ｃはフラックス又は外皮のいずれから添加し
てもよい。

【００２０】Ｍn：Ｍnは、脱酸剤として及び機械的性質
を調整するために添加するが、０.５％未満では脱酸不
足となってブローホールが発生し、また３.０％を超え
ると溶接部の抗張力が高くなりすぎる。よって、Ｍn量
は０.５〜３.０％の範囲とする。なお、Ｍnはフラック
ス又は外皮のいずれから添加してもよい。

【００２１】Ｓi：Ｓiは、脱酸剤として及び機械的性質
を調整するために添加するが、０.０５％未満では脱酸
不足となってブローホールが発生し、また１.０％を超
えると靭性が低下する。よって、Ｓi量は０.０５〜１.
０％の範囲とする。なお、Ｓiはフラックス又は外皮の
いずれから添加してもよい。

【００２２】以上の成分を必須成分とするが、以下のＭ
g、Ａl、Ｔi、Ｚr、Ｂ、Ｎi、Ｍo、Ｃu及びＣrの１種又
は２種以上を適量にて添加することができる。添加する
場合、フラックス又は外皮のいずれか一方或いは双方に
添加できる。

【００２３】Ａl、Ｔi、Ｚr：Ａl、Ｔi、Ｚrは、それぞ
れ脱酸剤及び脱窒剤として添加することができる。添加
する場合、各々１％を超えるとスラグの流動性を損なう
ので好ましくない。

【００２４】Ｍg：Ｍgはアーク安定剤であると共にシー
ルド効果もあるが、１％を超えるとその効果が飽和する
ので、１％以下で添加することができる。

【００２５】Ｂ：Ｂは靭性向上に効果があるが、０.１
％を超えると耐割れ性を損なうことになるので、０.１
％以下で添加することができる。

【００２６】Ｎi：Ｎiは靭性向上に効果があるが、３％
を超えると靭性を低下させるので、３％以下で添加する
ことができる。

【００２７】Ｍo：Ｍoは抗張力向上に効果があるが、１
％を超えると抗張力が高くなりすぎるので、１％以下で
添加することができる。

【００２８】Ｃu、Ｃr：Ｃu、Ｃrはそれぞれ耐候性向上
に効果があるが、各々１％を超えると抗張力が高くなり
すぎるので、それぞれ１％以下で添加することができ
る。

【００２９】なお、場合によっては、次の成分も必要に
応じて添加することができる。すなわち、アルカリ土類
の弗化物はスラグの流動性を調整するために１％以下で
添加することができる。１％を超えるとアークが不安定
になるので好ましくない。金属酸化物の１種又は２種以
上をスラグの流動性を調整するために０.６％以下で添
加することができる。０.６％を超えるとスラグの剥離
性が不良になるので好ましくない。

【００３０】また、炭素鋼外皮の成分は特に制限されな
いが、外皮全重量％で、Ｃ：０.０７％以下、Ａl：０.
０１〜０.１０％を含有している炭素鋼が好ましい。Ｃ
はヒューム発生量を増加させ、また伸線加工性を阻害す
るため、０.０７％以下に抑制するのが好ましく、より
好ましくは０.０５％以下である。Ａlは耐ブローホール
性とスラグの被包性に影響があり、０.０１％未満では
耐ブローホール性が劣化し、０.１０％を超えるとスラ
グの被包性が劣化するので、０.０１〜０.１０％の範囲
が好ましく、より好ましくは０.０１〜０.０５％の範囲
である。

【００３１】またワイヤの製造方法は通常の方法でよ
い。例えば、フラックス入りワイヤのフラックス率は特
に制限されないが、適正なフラックス率は１５〜３０％
である。ワイヤ断面形状によって性能の影響を受けない
ので適宜形状が可能である。

【００３２】当て金：立向上進アーク自動溶接の施工に
は水冷式当て金が使用される。この当て金の使用態様と
しては、固定式と摺動式があり、また母材開先の片側に
のみ取り付ける場合と母材開先の両側に取付ける場合が
ある。母材開先の片側に移動式当て金を、反対側に摺動
式当て金を使用する場合もある。いずれの場合であって
も、通常、当て金にはビード形成用溝が形成されてい
る。前述のとおり、特にセルフシールドワイヤを用いる
立向上進アーク自動溶接の場合は、一般にスラグ量が多
いので溶接が不安定になったり、或いはスラグ巻込み等
の欠陥発生の原因となる。

【００３３】これらの問題を解決する方策としては、本
発明では、当て金のビード形成用溝にスラグ逃し用溝を
備えた当て金を少なくとも一方に用いるのである。これ
により、溶融プールのスラグ量を適正に保持し、溶接を
安定させることができる。

【００３４】図４及び図５、図６及び図７、図１２及び
図１３は、それぞれスラグ逃し用溝を設けた当て金の３
例を示している。図４及び図５はビード形成用溝に間隔
をおいてスラグ逃し用溝を設けた例、図６及び図７はビ
ード形成用溝の全長にわたってスラグ逃し用溝を設けた
例、図１２及び図１３はビード形成用溝の全体にわたっ
てスラグ逃し用溝を設けるが、間隔をおいてその溝幅を
変えた例である。勿論、これらの例に限定されないこと
は云うまでもない。

【００３５】この当て金は、母材開先の片側に取り付け
ても良いし、両側に取付けることもできる。通常は固定
当て金として用いるが、摺動当て金においても固定当て
金と同様に良好な結果が得られる。また、裏当材と組み
合わせて使用することもできる。

【００３６】更に、本発明で非消耗ノズルを使用するの
は、溶接スタート部及びエンド部の溶接残しが少なく、
かつ狭隘部での装置の取り扱いが容易なためである。

【００３７】次に本発明の実施例を示す。

【００３８】

【実施例１】炭素鋼の帯鋼を外皮として、この外皮にフ
ラックスを充填して

【表１】 のフラックス入りワイヤを試作した。このワイヤを用い
て

【表２】 の条件で溶接テストを行い、

【表３】 に示す結果を得た。炭素鋼外皮の成分を

【表４】 に示す。

【００３９】各溶接テストともセルフシールドワイヤを
用いているが、スラグ逃し用凹部を有する水冷銅当て金
を使用した本発明例は、いずれも良好な結果を示してい
る。一方、スラグ逃し用凹部のない当て金を使用した比
較例は、スラグ量が過多となるため、溶接が進行せず、
またノズルが溶損するなどで、いずれも溶接可能な溶接
長が短い。

【００４０】

【実施例２】

【表５】 に示す炭素鋼の外皮に表１と同様のフラックスを充填し
てフラックス入りワイヤを施策した。このワイヤを用い
て表２の条件で溶接テストを行い、

【表６】 に示す結果を得た。各テストとも、作業性或いはＸ線性
能面のいずれかが劣る結果であった。Ｆ１ではヒューム
発生量が多く、Ｆ３ではスラグの焼付けが生じ、Ｆ２で
はＸ線性能が劣っている。

【００４１】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
セルフシールドワイヤによる立向上進アーク溶接におい
て、溶接作業性(耐ブローホール性、スラグ剥離性、ビ
ード外観、アーク安定性等)に優れると共に、エレクト
ロスラグ溶接に比較して上進速度が早く施工能率が高
く、また低入熱であることから、特に薄板の溶接にも適
している。

【図面の簡単な説明】

【図１】セルフシールドワイヤと非消耗式ノズルと当て
金を用いた立向上進アーク溶接装置を示す概略説明図で
ある。

【図２】水冷銅当て金を示す平面図で、ビード形成用溝
を有する面を示している。

【図３】図２の当て金の断面図である。

【図４】水冷銅当て金を示す平面図で、ビード形成用溝
にスラグ逃し用凹部を間隔をおいて有する面を示してい
る。

【図５】図４の当て金の断面図である。

【図６】水冷銅当て金を示す平面図で、ビード形成溝に
スラグ逃し用凹部を連続的に有する面を示している。

【図７】図６の当て金の断面図である。

【図８】セラミック当て金を示す平面図で、ビード形成
用溝を有する面を示している。

【図９】図８の当て金の断面図である。

【図１０】炭素鋼当て金を示す平面図で、平坦な面を示
している。

【図１１】図１０の当て金の断面図である。

【図１２】水冷銅当て金を示す平面図で、ビード形成用
溝に幅の事なるスラグ逃し用凹部を連続的に有する面を
示している。

【図１３】図１２に示す当て金の断面図である。

【図１４】実施例に用いた開先形状(Ｉ形)の寸法形状を
示す図である。

【図１５】実施例に用いた開先形状(Ｖ形)の寸法形状を
示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小俣和夫 千葉県市原市八幡海岸通１番地三井造船株 式会社千葉事業所内 (72)発明者 横内 久 千葉県市原市八幡海岸通１番地三井造船株 式会社千葉事業所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 セルフシールドワイヤと非消耗式ノズル
   と開先の両面に当て金を使用する立向上進アーク溶接に
   おいて、少なくとも一方の当て金としてスラグ逃し用の
   凹部を有する水冷銅当て金を用い、セルフシールドワイ
   ヤとして、フラックスを炭素鋼外皮に充填したフラック
   ス入りワイヤであって、ワイヤ全重量％で、珪弗化カ
   リ：２.５〜６％、アルカリ土類炭酸塩：０.５〜５％
   (但し、珪弗化カリ／アルカリ土類炭酸塩の比：１〜１
   ０)、Ｃを０.００１〜０.３０％(鉄粉全重量％)含有す
   る鉄粉：１０〜２０％、Ｃ：０.０１〜０.１５％、Ｍ
   n：０.５〜３.０％及びＳi：０.０５〜１.０％を含有す
   るフラックス入りワイヤを用いることを特徴とするセル
   フシールドワイヤによる立向上進アーク溶接方法。
2. 【請求項２】 炭素鋼外皮が、外皮全重量％で、Ｃ：
   ０.０７％以下、Ａl：０.０１〜０.１０％を含有してい
   るものである請求項１に記載のセルフシールドワイヤに
   よる立向上進アーク溶接方法。
3. 【請求項３】 フラックス入りワイヤが、ワイヤ全重量
   ％で、更にＭg:１％以下、Ａl:１％以下、Ｔi:１％以
   下、Ｚr:１％以下、Ｂ:０.１％以下、Ｎi:３％以下、Ｍ
   o:１％以下、Ｃu:１％以下及びＣr:１％以下の１種又は
   ２種以上を含有しているワイヤである請求項１又は２に
   記載のセルフシールドワイヤによる立向上進アーク溶接
   方法。