JPH0663790A

JPH0663790A - ガスシールドアーク溶接用複合ワイヤ

Info

Publication number: JPH0663790A
Application number: JP22444192A
Authority: JP
Inventors: Harutoshi Kubota; 晴敏窪田; Shigemi Maki; 成美真木; Masao Kamata; 政男鎌田
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1992-08-24
Filing date: 1992-08-24
Publication date: 1994-03-08

Abstract

(57)【要約】【目的】鋼構造物の溶接において、スパッタ発生の少
ない良好な溶接作業性を有し、かつ高能率な溶接が得ら
れるガスシールドアーク溶接用複合ワイヤを提供する。【構成】鋼製外皮にフラックスを充填してなる複合ワ
イヤにおいて、鋼製外皮がＦｅを主成分とし、Ｃ：０．
０８ｗｔ％以下、Ｓｉ：０．３０〜１．１０ｗｔ％、Ｍ
ｎ：０．８０〜２．３０ｗｔ％、Ｔｉ、Ａｌ、Ｚｒの１
種以上：０．０１〜０．２０ｗｔ％を含有するものであ
り、フラックスがアルカリ金属化合物、弗化物および鉄
粉からなり、複合ワイヤ重量比でアルカリ金属：０．０
３〜０．４５ｗｔ％、弗化物（弗素換算）０．０２〜
０．３２ｗｔ％を含有すると共に、弗素／アルカリ金属
（重量比）が０．２〜１．７、外皮断面積／複合ワイヤ
断面積の比が０．８０〜０．９８に特定されたガスシー
ルドアーク溶接用複合ワイヤ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【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するものであ
り、さらに詳しくはアーク安定性に富み、スパッター発
生量が少なく、溶接能率に優れ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。

【０００２】

【従来の技術】近年、溶接の高能率化のため溶接速度の
高速化と、溶接後の処理の合理化およびメンテナンスの
合理化のために、ガスシールドアーク溶接用ワイヤに要
求される品質としては、スパッタの発生が少なく、ワイ
ヤ送給性が良好であると共にワイヤ表面の耐錆性等が良
好であり、かつ健全な溶接結果が得られることである。

【０００３】一般にガスシールドアーク溶接用ワイヤに
は、ソリッドワイヤタイプと鋼製外皮にフラックスを充
填するいわゆる複合ワイヤタイプのものがある。特にソ
リッドワイヤタイプの炭酸ガスアーク溶接ワイヤは、比
較的細径の場合においても不活性ガスアーク溶接と異な
って、大電流溶接条件下においても溶接のスプレイ化は
見られず、ワイヤ先端に大粒の溶滴が形成され、これが
短絡移行あるいは粒状移行することにより、ビードが形
成されるものである。しかし、この時に併発するＣＯあ
るいはＣＯ₂ガスによるガス爆発や活発な気泡放出と同
時にアークの影響を受けることにより激しいスパッタリ
ング現象が見られ、ビード外観の劣化と溶接欠陥の発生
をきたしている。そのため、スパッタは炭酸ガスアーク
溶接における最も大きな問題の１つとしてあげられ、満
足できるアーク溶接用ワイヤとなっていないのが現状で
ある。

【０００４】この様なスパッタの発生を抑えるために、
例えば特開昭５７−５８９９４号公報や特開昭５８−３
７９７号公報などに記載された技術が提案されている。
前者はワイヤ中のＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、ＳおよびＮ、Ｏ量、
さらにはＳｅ、Ｔｅ、Ｓｂなどの特殊元素を調整し、溶
滴のサイズと短絡の回数をコントロールする技術で、ま
た後者はワイヤの表面にＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｂａの元素を
付着させることでアークの安定を図り、スパッタ発生の
低減化を狙ったものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
いずれの技術も溶接作業性、溶接能率の向上の観点から
は満足できるものとは言い難い。そのため、ガスシール
ドアーク溶接用ワイヤの適用範囲を拡大していく上で大
きな障害となっているのが現状である。本発明はこうし
た事情に着目し、炭酸ガスをシールドガスとする溶接に
おいてもアークが安定し、スパッタ発生量が少なく、か
つ高能率な溶接が可能なガスシールドアーク溶接用ワイ
ヤを提供することを目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するためになされたものであって、その要旨とすると
ころは、鋼製外皮にフラックスを充填してなる複合ワイ
ヤにおいて、鋼製外皮がＦｅを主成分とし、Ｃ：０．０
８ｗｔ％以下、Ｓｉ：０．３０〜１．１０ｗｔ％、Ｍ
ｎ：０．８０〜２．３０ｗｔ％、Ｔｉ、Ａｌ、Ｚｒの１
種以上：０．０１〜０．２０ｗｔ％を含有するものであ
り、フラックスはアルカリ金属化合物、弗化物および鉄
粉からなり、かつ複合ワイヤ重量比でアルカリ金属：
０．０３〜０．４５ｗｔ％、弗化物（弗素換算）：０．
０２〜０．３２ｗｔ％含有すると共に弗素／アルカリ金
属（重量比）が０．２〜１．７であり、さらにワイヤの
外皮断面積／複合ワイヤ断面積の比が０．８０〜０．９
８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。

【０００７】以下に本発明について詳細に説明する。

【０００８】

【作用】本発明者等は、炭酸ガスをシールドガスとする
ガスシールドアーク溶接におけるスパッタ発生量を低減
する目的で種々実験を重ねた結果、次のような知見を得
て本発明を完成したものである。（１）スパッタ発生の原因になると考えられる成分を
適正にコントロールする必要があること。

【０００９】（２）溶滴サイズや移行性を調整する成
分が必要であること、すなわちアーク安定剤の適量添加
が有効であること。（３）複合ワイヤの適用が有効であること。本発明は上記知見に基づき完成したものであり、以下に
本発明の構成理由について詳細に説明する。

【００１０】まず、本発明における鋼製外皮の成分設定
理由を説明する。Ｃはアークの集中性やアーク力を強め
る効果がある反面、過多になるとワイヤ先端でＣＯ、Ｃ
Ｏ₂ガス反応による溶滴爆発が起り、スパッタの発生原
因となる。また、溶接金属の機械的性能、すなわち靱性
や耐割れ性が劣り、さらにワイヤ製造時における伸線性
が劣るなどの問題が生ずるので、本発明におけるＣ量は
０．０８ｗｔ％以下に制限する必要がある。

【００１１】次にＳｉおよびＭｎは脱酸剤として作用す
る働きがあり、ＣＯおよびＣＯ₂ガスの発生を抑制する
効果があるが、効果を発揮させるためには、Ｓｉを０．
３０ｗｔ％以上、Ｍｎを０．８０ｗｔ％以上含有する必
要がある。しかし、逆に過多になるとワイヤの伸線性が
劣り、かつ溶接金属の靱性も劣化することから、上限を
Ｓｉは１．１０ｗｔ％、Ｍｎは２．３０ｗｔ％とする必
要がある。

【００１２】また、Ｔｉ、Ａｌ、Ｚｒであるが、いずれ
の成分も強脱酸剤であり、溶着速度向上に対して有効で
ある。しかし、その合計が０．０１ｗｔ％未満では効果
は発揮されず、逆に０．２０ｗｔ％超では溶接金属の靱
性低下をきたす。従って上限を０．２０ｗｔ％にする必
要がある。次にフラックス中のアルカリ金属含有量をワ
イヤ重量比で０．０３〜０．４５ｗｔ％とし、金属弗化
物を弗素換算で０．０２〜０．３２ｗｔ％含有すると共
に弗素／アルカリ金属（重量比）を０．２〜１．７に限
定した理由は以下のとおりである。

【００１３】すなわち、外皮成分を適正に調整すること
により、ガスシールドアーク溶接ワイヤとしての特長で
ある溶着速度が高くなり、溶接能率の向上効果は得られ
るが、溶接作業性の面で重要視され、従来から最大の問
題点であるスパッタ発生量については顕著な減少効果は
得られない。そこで本発明者等はスパッタの低減を目的
に幾多の実験を積み重ねた結果、アークの安定性にはア
ルカリ金属と弗素が大いに関係し、スパッタ発生量の低
減に有効であることを発見した。

【００１４】すなわち、表１に示す基本の外皮として、
合金鋼外皮材（ここではＳｉ、Ｍｎを多目に含有し、さ
らにＴｉ、Ａｌ、Ｚｒを含有した鋼製外皮）にアルカリ
金属と弗素の量を種々変化させたフラックスを充填して
各種のワイヤを試作し、これらの複合ワイヤについてガ
スシールドアーク溶接実験を行った。なお、ここで用い
た複合ワイヤは、アルカリ金属を複合ワイヤ重量比で
０．００５〜０．７０ｗｔ％、弗素を０．０１〜０．５
０ｗｔ％の範囲で種々変化させ、これを合金鋼材の中空
ビレットの中空部に充填して熱間圧延を行った後、冷間
伸線で１．２ｍｍ径まで仕上げ、Ｃｕメッキを施して得
られたものである。

【００１５】

【表１】

【００１６】図１はこれら複合ワイヤの下向溶接姿勢に
おけるスパッタ発生量の測定結果を示す。溶接条件は電
流；２７０Ａ、電圧；３１Ｖ、溶接速度；３５ｃｍ／ｍ
ｉｎ、ＣＯ₂ガス流量；２５リットル／ｍｉｎ、チップ
母材間距離；２５ｍｍとし、下向溶接を行ってスパッタ
発生量を比較検討した。なお、スパッタ量は銅製の容器
で囲って溶接することにより全量捕集し、１分間当りの
発生量として評価した。

【００１７】この図から、フラックス中のアルカリ金属
が０．０３ｗｔ％未満ではアルカリ金属によるアークの
安定効果は見出せず、アークが不安定となり、スパッタ
発生量が増加する。一方０．４５ｗｔ％超ではアーク長
が極端に長くなり、溶滴の移行性を妨げるため溶滴は次
第に大粒化してスムースに母材側に移行しない。そのた
めスパッタとして周囲に多量飛散する現象が発生する。
従って、アーク安定剤であるアルカリ金属の含有量は
０．０３〜０．４５ｗｔ％とした。

【００１８】次に弗素であるが、０．０２ｗｔ％未満で
は弗素によるアーク調整効果は得られず、他方０．３２
ｗｔ％超添加するとスラグの粘性が過剰となり、スパッ
タやヒュームが増加するため、弗素の含有量は０．０２
〜０．３２ｗｔ％とした。なお、アルカリ源としては
Ｋ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｒｂ、Ｃｓなどの化合物、また弗素源
としてはＦの他、ＭｇＦ₂、ＡｌＦ₃、ＣａＦ₂などの
弗化物やさらにはアルカリと弗素を共有するＫＦ、Ｎａ
Ｆ、Ｋ₂ＳｉＦ₆などの非金属物質を単体もしくは化合
物の形態で添加できる。

【００１９】さらに、実際の溶接においては溶接条件の
変動、つまり溶接速度やトーチ角度あるいはワイヤの狙
い位置が変化したり、母材がプライマ塗布鋼板等の場合
もある。これ等溶接条件の変動下においては、アーク安
定性の劣化をまねき、スパッタ増加をきたすことが十分
考えられるため、この様な悪条件下でもスパッタ発生量
を最小限に抑える条件について種々検討した結果、アー
ク性状がスパッタに及ぼす影響を明らかにすることがで
きた。すなわち、アーク長が長い場合あるいは逆に短か
過ぎる場合にアーク安定性は劣化してスパッタは多発す
るが、アーク長を常に一定に保持調整できれば、上述の
ごとき悪条件下においてもアーク安定性は保たれ、スパ
ッタ量も最小限に抑えられる。つまりアルカリ金属でア
ーク長を得ながら弗素によりこれを調整することが不可
欠であることが判った。

【００２０】そこで、アルカリ金属と弗素を前述の範囲
内で添加するという条件だけでなく、これらの添加量
（比）を工夫すればさらにスパッタ量を最小限に抑える
ことができるのではないかと考え、これらの添加量
（比）を種々変動させたフラックスを配合し、これを合
金材の中空ビレットの中空部に充填して前記と同様試作
ワイヤを作り、ガスシールド溶接実験を行った。その結
果、弗素／アルカリ金属（重量比）が０．２未満である
とアルカリ金属の特性のみが生じ、逆に１．７超である
と弗素の特性のみが生じてアーク安定性が得られず、ス
パッタの減少効果は認められなかった。従って弗素／ア
ルカリ金属（重量比）を０．２〜１．７とした。

【００２１】次に複合ワイヤにおける（外皮断面積）／
（複合ワイヤ断面積）の比を０．８０〜０．９８に限定
した理由は以下のとおりである。すなわち、前記比が
０．８０未満ではワイヤ製造時の伸線性が劣り、断線多
発による生産性の低下をきたすと共に、溶接時にワイヤ
座屈等のトラブル発生の原因にもなり得る。逆に前記比
が０．９８超では所定のフラックス充填量が確保でき
ず、アーク安定効果が得られない。そのためスパッタの
減少効果が少なく、結果的に溶接能率の低下をまねく。
従って（外皮断面積）／（複合ワイヤ断面積）の比を
０．８０〜０．９８とする。なお、（外皮断面積）／
（複合ワイヤ断面積）の比は各面積を画像処理により求
め、その比を計算にて求めた。各複合ワイヤにおける外
皮断面積と各複合ワイヤ断面積は各複合ワイヤについ
て、その長手方向に１５ｃｍ間隔で切断し、ｎ＝４０を
採取した後、各断面積を計測してその値を平均して求め
た。

【００２２】以上が本発明の主要構成であるが、スラグ
物性を調整し、良好なビード形成を図るために、ＳｉＯ
₂、ＭｎＯ、Ａｌ₂Ｏ₃、ＦｅＯ、Ｆｅ₂Ｏ₃、ＭｇＯ
などの酸化物を単体もしくは化合物の形態で、その総量
が８％を越えない範囲で添加することが有効である。複
合ワイヤの外皮としては、本発明に従って規定された合
金鋼を用いる。また、本発明の複合ワイヤの径は１．０
〜２．４ｍｍであることが望ましい。さらにワイヤ断面
構造は自動化、ロボット化を考慮すればシームレスワイ
ヤが最良と考えられる。そして、その製造法はフラック
スを中空ビレットに充填する方法あるいはパイプにフラ
ックスを充填する方法などがあるが、コスト面を考えれ
ば前者の中空ビレットを用いる方法が望ましい。また、
本発明の複合ワイヤを用いて溶接する場合に使用するシ
ールドガス組成としては、炭酸ガスの他に炭酸ガスに酸
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、さらにスパッタを
低減させることができる。

【００２３】次に実施例を用いて本発明を具体的に説明
する。

【００２４】

【実施例】表２にこの実施例で用いた外皮成分を、また
表３、表４（表３のつづき）に本発明の複合ワイヤと比
較例の複合ワイヤのフラックスと外皮材の成分を示す。
また、表５、表６（表５のつづき）にこれ等の複合のワ
イヤを用いてガスシールド溶接した時の溶接試験結果を
示す。

【００２５】

【表２】

【００２６】

【表３】

【００２７】

【表４】

【００２８】

【表５】

【００２９】

【表６】

【００３０】表５、表６においてＮｏ．１〜Ｎｏ．１６
が比較例であり、Ｎｏ．１７〜Ｎｏ．２５までが本発明
例である。まずＮｏ．１〜Ｎｏ．９までは外皮成分が本
発明で規定する要件を外れているため、スパッタ減少効
果が十分に得られていない。すなわち、Ｎｏ．１は外皮
が軟鋼のため脱酸不足によりスパッタが多発し、機械的
性能も劣る。また、Ｎｏ．２、Ｎｏ．３はアーク安定性
はやや良いがスパッタが多い。Ｎｏ．４、Ｎｏ．５はＣ
量過剰に起因するスパッタが多い。Ｎｏ．６〜Ｎｏ．９
は脱酸不足や過剰によるスパッタが多く、機械的性能も
劣化している。Ｎｏ．１０は外皮断面積が小さくワイヤ
送給性に難があり、Ｎｏ．１１はアーク安定性が劣りス
パッタ発生量も多い。一方、Ｎｏ．１２〜Ｎｏ．１５ま
ではワイヤ中のアルカリ金属と弗素によるアークのコン
トロールが十分でない。このように比較例はいずれもス
パッタが多く、実用レベルには程遠いものであった。こ
れに対し、本発明例はいずれもアークの安定性が良く、
スパッタの発生量が少なく、かつ溶接性能も良好であ
り、さらにワイヤ使用性や生産性も良好であった。

【００３１】

【発明の効果】以上のように、本発明のガスシールドア
ーク溶接用複合ワイヤは主として炭酸ガスをシールドガ
スとして用いてもスパッタ発生量が少なく、かつ高能率
な溶接を可能にし、ビード外観、溶接金属品質の安定確
保も容易であり、この種ワイヤの実用性を飛躍的に高め
ることができ、溶接の自動化、ロボット化および高能率
化にも充分に応えられるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】ワイヤ中のアルカリ金属、弗素量とスパッタ発
生量の関係を示す図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鋼製外皮にフラックスを充填してなる複
合ワイヤにおいて鋼製外皮がＦｅを主成分とし、Ｃ：０．０８ｗｔ％以下、Ｓｉ：０．３０〜１．１０ｗｔ％、Ｍｎ：０．８０〜２．３０ｗｔ％、Ｔｉ、Ａｌ、Ｚｒの１種以上：０．０１〜０．２０ｗｔ
％を含有するものであり、フラックスはアルカリ金属化
合物、弗化物および鉄粉からなり、かつ複合ワイヤ重量
比でアルカリ金属：０．０３〜０．４５ｗｔ％、弗化物（弗素換算）：０．０２〜０．３２ｗｔ％を含有
すると共に、弗素／アルカリ金属（重量比）が０．２〜
１．７であり、さらにワイヤの外皮断面積／複合ワイヤ
断面積の比が０．８０〜０．９８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。