JPH06198488A - Ni基合金を外皮とするフラックス入りワイヤ - Google Patents

Ni基合金を外皮とするフラックス入りワイヤ

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JPH06198488A
JPH06198488A JP1678793A JP1678793A JPH06198488A JP H06198488 A JPH06198488 A JP H06198488A JP 1678793 A JP1678793 A JP 1678793A JP 1678793 A JP1678793 A JP 1678793A JP H06198488 A JPH06198488 A JP H06198488A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 Ni基合金フラックス入りワイヤにおいて、
ビードのなじみ性などの溶接作業性や延性、靱性、耐割
れ性などの溶着金属性能も優れたものにする。 【構成】 Ni基合金を外皮とし、充填フラックス中の
TiO2 、Al23 、SiO2 、Na、K、Liの化
合物、NaF、LiFを含む金属弗化物、Fe、Mn酸
化物をそれぞれ適正含有量とし、Ti含有量を制限する
と共に、ワイヤ中のフラックス充填率、スラグ成分およ
び金属成分含有量を適正範囲にする。 【効果】 Ni基合金や9%Ni鋼などの溶接におい
て、作業能率の向上と品質向上に貢献できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、原子炉や圧力容器など
に用いるNi基合金や30〜40%のNiを含有するイ
ンコロイ合金、10%以下のNiを含有する低温用鋼な
どのガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤに
係り、さらに詳しくは80%Ar+20%CO2 のシー
ルドガスを併用したアーク溶接において、ビードのなじ
み性、スパッタ発生量、スラグ被包性及び剥離性などの
作業性が良好で、しかも延性、靱性、耐割れ性などの溶
着金属性能にも優れたNi基合金を外皮とするフラック
ス入りワイヤに関する。
【0002】
【従来の技術】フラックス入りワイヤによるガスシール
ドアーク溶接は、被覆アーク溶接やTIG溶接に比較し
て作業能率が良く、年々適用対象も拡大しており、Ni
基合金や30%〜40%のNiを含有するインコロイ合
金、9%Ni鋼等の低温用鋼などの溶接においても、フ
ラックス入りワイヤの開発、改良が強く要望されるよう
になってきた。しかし、この種のワイヤ設計に当たって
は、その用途を十分考慮した上で溶接作業性や溶接部の
融合不良などの欠陥防止はもとより、耐食性及び低温、
高温の機械的性質、耐割れ性などへの配慮が特に必要に
なってくる。
【0003】一方、特開昭59−21292号公報に開
示されているステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤ
のフラックスはS、Biを必須成分として、良好なスラ
グ剥離性を確保しており、このようなフラックスを例え
ばNi基合金溶接用フラックス入りワイヤに応用する
と、良好な溶着金属性能が得られなくなる。
【0004】さらに特開昭63−80994号公報のガ
スシールドアーク溶接用Ni基複合ワイヤは、スラグ成
分は特にフラックス入りワイヤでは良好な溶接作業性を
確保する上で重要であるにも拘わらず、フラックス中の
スラグ成分についてその特許請求の範囲や明細書中で十
分な特定がなされていない。このようなフラックス入り
ワイヤでは良好な溶接作業性を安定確保することが困難
である。また、特開昭63−36995号公報のインコ
ネル合金溶接用フラックス入りワイヤにおいてもフラッ
クス成分の特定が不十分であり、同号公報の実施例ワイ
ヤでは溶接作業性など良好な諸性能が得られない。
【0005】しかも、従来のNi基合金用フラックス入
りワイヤの多くは、溶着金属性能面を考慮してシールド
ガスには不活性ガスの純Arや80%Ar+20%CO
2 を用いており、これらのシールドガスはアークの安定
性や集中性を良くする反面、アーク吹付けは広がりのな
い弱いものとなる傾向があるため、ビードのなじみ性、
すなわち止端部(トウ)におけるビードと母材とのつな
がりの滑らかさが悪く、融合不良やスラグ巻込みの溶接
欠陥を発生し易いという問題があった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上のよう
な問題点を解決すべくなされたものであって、その目的
とするところは、Ni基合金や9%Ni鋼等を溶接対象
とした場合において、ビードのなじみ性が良く、スパッ
タ発生量も少なく、スラグの被包性や剥離性などの溶接
作業性がいずれも良好で、融合不良やスラグ巻込みが発
生しにくく、しかも延性、靱性、耐われ性などの溶着金
属性能が優れたNi基合金を外皮とするフラックス入り
ワイヤの提供にある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は前記課題を解決
するものであって、Ni基合金からなる外皮の内部に、
ワイヤ全重量に対してフラックスを6〜26%充填し、
フラックス中にワイヤ全重量比でTiO2 を3〜12
%、Al23 を0.1〜3%、SiO2 を0.1〜3
%、Na、K、Liの化合物をNa、K、Liに換算
し、Naを0.1〜1.8%、Kを0.01〜1.5
%、Liを0.01〜0.58%、Na+K+Liを
0.4〜2.5%、NaF、LiFを含む金属弗化物を
Fに換算して0.2〜1.5%、Fe,Mnの酸化物を
0.1〜2%、Tiを1%以下、金属成分の合計を1〜
21%、スラグ成分の合計を5〜18%にしたことを特
徴とするNi基合金を外皮とするフラックス入りワイヤ
である。
【0008】
【作用】本発明者らは、Ni基合金を外皮とするフラッ
クス入りワイヤと80%Ar+20%CO2 のガスシー
ルドアーク溶接において、Ni基合金等を溶接対象して
ビードのなじみ性、スパッタ発生量、スラグの被包性や
剥離性を改善すると共に、融合不良などの溶接欠陥を発
生しにくくし、しかも延性、靱性、耐割れ性などの優れ
た溶着金属性能の確保を目的として、ワイヤ中のフラッ
クス組成やフラックス充填率に関し鋭意検討した。
【0009】その結果、TiO2 を主成分として若干量
のAl23 とSiO2 を含有するフラックス組成にお
いて、Na、K、Liの化合物であるNa2 O、K2
O、Li2 O、Na2 CO3 、Li2 CO3 やNaF、
LiFなどの添加量やNaF,LiFを含めた金属弗化
物添加量をNa、K、LiやFに換算した値で、それぞ
れ適正範囲にすることによりスパッタ発生量を軽減しス
ラグ被包性及び剥離性を改善し、さらに酸化鉄や酸化M
nを適量添加して、Ti添加量を制限すればビードのな
じみ性が大幅に改善できることを知見した。またこのよ
うな金属Ti添加量を制限すると共に酸化鉄、酸化Mn
を適量添加することにより、溶着金属の延性、靱性を損
なわずに、耐割れ性が向上できるということも判明し
た。
【0010】まず、本発明のフラックス入りワイヤとは
例えば図1(a)〜(d)に示すような断面形状のワイ
ヤで、パイプあるいはフープからなる外皮1に充填フラ
ックス2を被包したものであり同図(b)〜(d)のご
とく継目3を有するもの、あるいは同図(a)に示すよ
うな継目のないものでも良い。
【0011】本発明では、外皮材としてはNi基合金を
用いることにより、成分設計を容易にする。本発明者等
はこのようなNi基合金を外皮として用いることを前提
として溶接作業性や溶着金属性能が良好で、高温割れな
どの溶接欠陥の発生し難いNi基合金を外皮とするフラ
ックス入りワイヤを見い出すために種々の実験を行っ
た。
【0012】まず、表1に示す化学成分のNi−Cr系
及びNi−Cr−Mo系インコネルのパイプまたはフー
プを外皮として用いて、図1に示すような断面形状でフ
ラックス組成の異なるワイヤ径1.2mmのフラックス
入りワイヤを製造し、図2のような軟鋼板上に試験ワイ
ヤでバタリングして作製したV開先内部をDC(+)2
00A、31V、25〜35cm/minの溶接条件で
80%Ar+20%CO2 ガスシールドアーク溶接を行
い、各種ワイヤのビードのなじみ性、スパッタ発生量、
スラグの被包性や剥離性などの溶接作業性や高温割れ発
生の有無、溶着金属の引張及び衝撃試験による強度、延
性、靱性に影響を及ぼす要因と対策について検討した。
なお、フラックス充填率の検討範囲は4〜30%とし
た。
【0013】
【表1】
【0014】本発明は以上の実験と検討結果に基づいて
完成されたものであり、本発明が規定した各種数値の限
定理由を以下に述べる。
【0015】Ni基合金を外皮に用いたのはフラックス
が充填過多とならないように、フラックス中からの合金
添加量を抑制するためであり、溶着金属成分の安定化に
も効果がある。フラックスの充填率下限を6%としたの
は、スラグの被包性などの作業性や溶着金属性能を良好
にするために必要なスラグ成分及び金属成分の含有量を
確保するためである。また上限を26%としたのはフラ
ックス入りワイヤを製造する上で、断線などのトラブル
の無い良好な伸線性を確保するためである。
【0016】充填剤に添加するTiO2 は均一で被包性
の良いスラグを形成すると共に良好なビード形状が得ら
れ、アーク状態の安定化に効果があるのでスラグ形成剤
の主成分として好適である。しかし3%未満ではこれら
の効果が十分発揮されず、12%を超えるとワイヤ中の
スラグ成分が過多となって、スラグ巻込みが発生し易く
なる。原材料としては、ルチール、チタン白、チタン酸
カリ、チタン酸ソーダ、チタン酸カルシウムなどを用い
ることができる。
【0017】Al23 はTiO2 を主成分とするスラ
グ形成剤の補助的な成分として添加し、スラグの融点を
調整するために必要であり、流動性の良いスラグを形成
する。このような添加効果は0.1%未満では得られ
ず、3%を超えると逆効果になる。原材料としてはAl
23 粉末のアルミナやSiO2 など他成分の化合物と
してカリ長石などが使用できる。
【0018】SiO2 は前記のAl23 と同様な効果
があり、この効果はAl23 と併用することにより、
さらに顕著となる。但し、SiO2 はTiなどの強脱酸
性元素によって還元され易いので、添加し過ぎると溶着
金属中のSiが過量となって、延性、靱性、耐割れ性に
悪影響を及ぼす。従って、添加量は0.1〜3%にする
必要があり、原材料としては珪砂、カリ長石、珪灰石、
珪酸ナトリウム、珪酸カリウムなどを使用できる。
【0019】Na、K、Liの化合物はアークの安定性
を良好にし、スパッタ発生量を低減する。またワイヤ中
の充填フラックスを溶融し易くし、スラグの融点を下げ
流動性を良くするので溶接部のスラグ巻込み防止やスラ
グの剥離性改善に有効な成分である。このような効果の
総てを発揮させるためにはNa、K、Liの化合物をそ
れぞれ必須成分として複合添加することが効果的である
が、これらの成分が過量になると溶接ヒュームが多発す
るため、添加量はNaを0.1〜1.8%、Kを0.0
1〜1.5%、Liを0.01〜0.58%、Na+K
+Liを0.4〜2.5%にする。原材料については、
Na化合物として炭酸ナトリウム、ソーダガラス粉末、
ソーダ長石、粉末及び水溶液状の珪酸ソーダ、弗化ソー
ダなどを使用できる。K化合物として炭酸カリウム、カ
リガラス粉末、カリ長石、粉末及び水溶液状の珪酸カ
リ、珪弗化カリ(K2 SiF6 )、ジルコン弗化カリ
(K2ZrF6 )、チタン弗化カリ(K2 TiF6 )、
弗化カリ(KF)などを使用できる。Li化合物として
炭酸リチウム、リチウムフェライト、弗化リチウムなど
を使用できる。
【0020】金属弗化物はワイヤ中の充填フラックスを
溶融し易くし、スラグの融点を下げ流動性を良くするの
で溶接部の融合不良、スラグ巻込み、ピット発生防止に
有効な成分である。またスラグ剥離性改善にも効果的で
あるが、過多となるとアークが不安定になってスパッタ
増加の原因となる。このような金属弗化物の添加による
弊害を抑えながら、より大きな効果を得るためには、N
aF、LiFを必須成分として、かつNaF、LiFを
含めた金属弗化物の添加量をFに換算して0.2〜1.
5%にする必要がある。NaF、LiF以外の金属弗化
物としては、CaF2 、AlF3 、MgF2 、Na3
lF6 、K2 ZrF6 などを上記範囲内で使用できる。
【0021】Fe、Mnの酸化物は0.1%以上添加す
ることにより溶融金属やスラグの流動性を良くし、ビー
ドのなじみ性が良くなる。また溶着金属のSi含有量が
低減し、耐割れ性の向上に寄与する。しかし2%を超え
ると溶着金属の酸素量が増加して、延性、靱性が劣化す
るので2%を上限とする。
【0022】Tiは脱酸剤として添加できるが、過量に
なると耐割れ性が劣化して、溶融金属やスラグの流動性
が悪くなり、ビードのなじみ性が不良となるので1%以
下に制限する必要がある。
【0023】本発明において金属成分とは、Ni、C
r、Mo、Nb、Ta、Fe、Mn、Ti、Al、M
g、Wなどや、これらの元素を複合して含有する粉末状
の合金剤や脱酸剤を意味し、目標とする溶着金属成分へ
の対応、或はフラックス充填率の調整などを目的として
1%を超える必要量を単独もしくは複合で添加できる。
しかし、これら金属成分の添加量合計が21%を超える
と、必須としているスラグ成分含有量との兼合いから充
填率が過多となって、フラックス入りワイヤ製造工程に
おける断線トラブルが生じる。
【0024】次に、本発明においてスラグ成分とは、金
属酸化物や金属弗化物の非金属成分を意味するものであ
り、前記した成分の他にスラグの塩基度や流動性、剥離
性、アーク状態などの微調整を目的としてCaO、Mg
O、BaO、ZrO2 などを添加できる。これら成分を
含めたフラグ成分の合計が5%未満ではスラグ量が不足
して、均一で良好な被包性が得られなくなり、その結果
スラグの焼付きやビード形状の劣化を招く。また18%
を超えるとスラグ量が過量となってスラグ巻込みが発生
し易くする。
【0025】
【実施例】以下に実施例により本発明の効果を具体的に
説明する。表1に示すNi基合金のパイプ及びフープを
用い、表2ないし表5に示す組成のワイヤを製造し、図
2のような軟鋼板上に試験ワイヤをバタリングして作製
した試験板を拘束治具で固定してから、そのV開先内部
をDC(+)200A、31V、25〜35cm/mi
nの溶接条件で80%Ar+20%CO2 ガスシールド
アーク溶接を行い、それぞれの溶接作業性や溶着金属性
能などを比較した。
【0026】
【表2】
【0027】
【表3】
【0028】
【表4】
【0029】
【表5】
【0030】なおワイヤ径は1.2mmとし、外皮とし
てパイプP1、P2を用いたものは図1(a)に示すシ
ームレスパイプ、フープH1、H2を用いたものは図1
(b)、フープH3を用いたものは図1(d)に示す断
面形状とした。
【0031】図2において、板厚t=20mm、開先角
度θ=45°、ルート間隔r=12mm、bは試験ワイ
ヤによるバタリング部を示す。溶接部の高温割れ試験は
図2の開先を初層溶接後、染色探傷試験により、割れの
有無を調査した。融合不良やスラグ巻込みの溶接欠陥は
X線透過写真により調査した。溶着金属の常温引張試験
片はJIS Z3111 Al号を、また衝撃試験片は
JIS Z31124号を図2の溶接部から採取した。
【0032】
【表6】
【0033】
【表7】
【0034】
【表8】
【0035】
【表9】
【0036】これらの試験結果は表6ないし表9に示す
とおりでフラックス中の金属成分が多過ぎて充填率が過
多となったワイヤNo.1はワイヤ伸線工程で断線が発
生した。またフラックス中のTiO2 が過多で、スラグ
成分が多すぎるワイヤNo.2はスラグの巻込みを発生
し、逆にTiO2 が少なすぎて、スラグ成分も少なすぎ
るワイヤNo.3はスラグの被包性が不良であった。
【0037】Al23 を含有しないワイヤNo.4は
スラグの流動性が悪く、含有量の多いワイヤNo.5も
スラグの流動性が悪くなった。またSiO2 を含有しな
いワイヤNo.6はスラグの流動性が悪く、含有量の多
いワイヤNo.7は溶着金属中のSiが高くなって、延
性や靱性などの機械的性質が劣化したうえ、高温割れが
発生した。
【0038】Na(ナトリウム)化合物の含有量が少な
いワイヤNo.8はアークの安定性が悪く、スパッタが
多い。またスラグの流動性や剥離性も悪くなっている。
同様にK(カリウム)化合物を含有しないワイヤNo.
9もアークの安定性が悪く、スパッタも多い。また同様
にLiFなどのLi(リチウム)化合物を全く含有しな
いワイヤNo.10もアークの安定性が悪く、スパッタ
が多い。
【0039】金属弗化物のF換算値が多すぎるワイヤN
o.11はスパッタが多発した。またNa、K、Li化
合物含有量の合計が少なすぎるワイヤNo.12はアー
クの安定性やスラグの流動性などが悪く、逆に多すぎる
ワイヤNo.13は溶接ヒュームが多すぎる。さらに金
属弗化物のF換算値が少なすぎるワイヤNo.14はス
ラグの流動性や剥離性が悪くなった。
【0040】FeやMnの酸化物が添加されていないワ
イヤNo.15はビードのなじみ性が悪かった。逆に、
FeやMnの酸化物が多すぎるワイヤNo.16はスラ
グの剥離性が悪く、溶着金属の延性、靱性も劣化した。
【0041】Ti含有量の多すぎるワイヤNo.17は
ビードのなじみ性が悪く、高温割れが発生した。これに
対して、ワイヤのフラックス充填率やフラックス中のT
iO2 、Al23 、SiO2 、Na・K・Liの化合
物、NaF、LiFを含めた金属弗化物、Fe及びMn
酸化物、Tiの含有量がそれぞれ適正範囲であって、し
かも金属成分やスラグ成分が適量の本発明ワイヤNo.
18〜27は、どのワイヤもビードのなじみ性が良く、
スパッタ発生も少ない。またスラグの被包性及び剥離性
が良好で、融合不良やスラグ巻込みの欠陥が発生せず、
しかも延性、靱性、耐割れ性などの溶着金属性能も良好
であった。
【0042】
【発明の効果】以上のように本発明は、Ni基合金を外
皮とするフラックス入りワイヤにおいて、フラックス充
填率やTiO2 、Al23 、SiO2 、NaF、Li
Fを含むNa、K、Liの化合物及び金属弗化物、Fe
及びMn酸化物、Ti含有量や金属成分、スラグ成分を
特定した新たなフラックス組成範囲にすることによっ
て、溶接作業性や溶着金属性能が良好で高温割れなどの
溶接欠陥も発生しにくくすることを可能としたものであ
る。従って、本発明ワイヤの利用分野である原子炉圧力
容器や化工機プラント、LNGや液体窒素の低温貯蔵タ
ンクに用いられるNi基合金や30〜40%Niを含有
するインコロイ合金、10%以下のNiを含有する低温
用鋼などの溶接において、その作業能率と、その溶接部
の品質向上に大きく貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)、(b)、(c)、(d)は各種フラッ
クス入りワイヤの断面形状を示す模式図
【図2】実施例において用いた開先形状を示す断面図
【符号の説明】
1 外皮 2 充填フラックス 3 継目

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Ni基合金からなる外皮の内部に、ワイ
    ヤ全重量に対してフラックスを6〜26%充填し、フラ
    ックス中にワイヤ全重量比でTiO2 を3〜12%、A
    23 を0.1〜3%、SiO2 を0.1〜3%、N
    a、K、Liの化合物をNa、K、Liに換算し、Na
    を0.1〜1.8%、Kを0.01〜1.5%、Liを
    0.01〜0.58%、Na+K+Liを0.4〜2.
    5%、NaF,LiFを含む金属弗化物をFに換算して
    0.2〜1.5%、Fe,Mnの酸化物を0.1〜2
    %、Tiを1%以下、金属成分の合計を1〜21%、ス
    ラグ成分の合計を5〜18%にしたことを特徴とするN
    i基合金を外皮とするフラックス入りワイヤ。
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