JPH067994A - 溶接用フラックス入りワイヤの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 本発明は、造船や鉄骨、橋梁等の溶接構造物
の施工に広く使用される溶接用フラックス入りワイヤの
製造方法を提供する。 【構成】 連続的に送給されてくる金属外皮内にフラッ
クスを供給後、該金属外皮の両縁部を突き合わせて溶接
管とし、引き続き、該溶接管を圧延もしくは伸線加工に
より縮径して行う溶接用フラックス入りワイヤの製造方
法において、各種原料粉からなり造粒処理がなされたフ
ラックス２を、フラックス供給装置３から排出後に篩分
け１３し、その細粒部分１６から粗粒部分１７へと順
次、金属外皮内１に多段供給することを特徴とする溶接
用フラックス入りワイヤの製造方法。 【効果】 充填率の安定化および溶接金属の窒素量の低
減という技術課題を解決し、かつ生産性を大幅に向上さ
せ得る溶接用フラックス入りワイヤの製造方法を提供で
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は造船や鉄骨、橋梁等の溶
接構造物の施工に広く使用される溶接用フラックス入り
ワイヤの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、溶接用フラックス入りワイヤ（以
下、フラックス入りワイヤという）は、自動および半自
動溶接用材料として、各種溶接構造物の製作現場におい
て多用されている。これは、金属外皮の内部に充填され
た溶接用フラックスの作用により他の溶接材料に比較し
て、アークが安定し、スパッタが少なく、溶接がしやす
いこと、またワイヤ断面構造によりワイヤ溶融速度が高
く、高溶着性が得られるなどの優れた特長をもつことに
よる。

【０００３】従来、フラックス入りワイヤはその断面構
造から図１（ａ）、（ｂ）に概略を示すように概ね２通
りに大別できる。（ａ）は比較的小さいサイズの帯鋼を
管状体に成形しながらその溝部にフラックスを供給し、
さらに帯鋼の両縁部を突き合わせた状態で所定のサイズ
まで縮径して製造されるものであり、金属外皮部に隙間
がある。これに対し、（ｂ）は予め用意された鋼管にフ
ラックスを充填して製造されるもので、金属外皮部に隙
間がない。

【０００４】ここで、両者の溶接性能への差異を比較す
ると、ワイヤ断面構造が（ａ）のフラックス入りワイヤ
は金属外皮部に微小ながらも隙間があるために、ワイヤ
ぐせが大きく、ロボット溶接に適用した場合のターゲッ
ト性（ワイヤ狙い位置の安定性）が劣ること、使用中に
大気から吸湿しやすく溶接金属の拡散性水素量が高くな
り、低温割れ感受性が大きいこと、またワイヤ表面の清
浄化あるいはワイヤとチップ間の通電性やワイヤ送給性
を向上させるＣｕめっきなどの湿式処理を施せないこと
などの欠点がある。一方、ワイヤ断面構造が（ｂ）のフ
ラックス入りワイヤは上記のような欠点がなく、さらに
金属外皮部に隙間がないのでワイヤ製造工程で高温の熱
処理が可能であり、溶接金属の拡散性水素量を著しく低
減でき、耐割れ性やプライマー塗装鋼板の耐ピット性に
も優れた特性をもつ。

【０００５】最近、このような図１（ｂ）に示すワイヤ
断面構造のフラックス入りワイヤを生産性よく製造する
方法が種々提案されている。例えば、特開昭６０−２３
４７９５号公報の提案はフラックス充填、造管溶接、さ
らに縮径の工程までを連続的に行うものであり、非常に
注目される。すなわち、比較的大きいサイズの金属外皮
となる帯鋼を連続的に送給し、管状体に成形する段階で
フラックスを供給した後、管状体の上縁部を突き合わせ
て溶接し、引き続いての縮径によりフラックス充填管の
形成まで一連の装置で連続的に行う製造方法である（以
下、連続的製造方式という）。この場合、上記管状体の
上縁部の溶接方法としては各種あるが、高周波抵抗溶接
或いは高周波誘導溶接が一般的である。

【０００６】図２にこのような製造装置の概略を示す。
２はフラックス、３はフラックス供給装置、４は帯鋼、
５は帯鋼送給装置、６は成形装置、７は成形されつつあ
る管状体、８は高周波誘導コイル、９はスクイズロー
ル、１０は縮径装置、１１はフラックス充填管の巻取装
置である。しかるに、このようなフラックスが供給され
た状態で管状体の上縁部を溶接してその溶接管を外皮材
とする連続的製造方式によるフラックス入りワイヤの溶
接性能については、これまであまり検討されていない。

【０００７】本発明者らは連続的製造方式によるフラッ
クス入りワイヤの溶接性能について、詳細な調査を行っ
た。その結果、生産性を著しく高めようとして供給する
帯鋼のサイズや供給速度、あるいはフラックス供給量を
あまり大きくした場合、ワイヤ長手方向のフラックス充
填率のバラツキによる溶接作業性の劣化、さらに溶接金
属の窒素量増加による衝撃値の低下という問題があるこ
とがわかった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明はフラ
ックス充填率が安定し、溶接作業性が良好で、かつ溶接
金属の窒素量が低く、衝撃靱性も良好なフラックス入り
ワイヤを、従来の連続的製造方式よりも生産性を高めた
フラックス入りワイヤの製造方法を提供することを目的
とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明の要旨
は、連続的に送給されてくる金属外皮内にフラックスを
供給後、該金属外皮の両縁部を突き合わせて溶接管と
し、引き続き、該溶接管を圧延もしくは伸線加工により
縮径して行う溶接用フラックス入りワイヤの製造方法に
おいて、各種原料粉からなり造粒処理がなされたフラッ
クスを、フラックス供給装置から排出後に篩分けし、そ
の細粒部分から粗粒部分へと順次、金属外皮内に多段供
給することを特徴とする溶接用フラックス入りワイヤの
製造方法にある。

【００１０】

【作用】以下に本発明を詳細に説明する。本発明者ら
は、まず、表１に示すサイズおよび化学成分の帯鋼、お
よびＴｉＯ ₂ を主成分とし、図３に示す粒度分布および
かさ密度のフラックスＦ１（造粒処理品）およびＦ２
（非造粒品）を使用し、図２に示すフラックス入りワイ
ヤの連続的製造装置により、帯鋼の送給速度（以下、ラ
イン速度という）を変化させて製造した試作ワイヤ
（１．２mmφ、フラックス充填率１３．５％）について
溶接作業性および溶着金属の窒素量を調査した。なお、
フラックス供給装置は市販のスクリューフィーダーを使
用し、造管溶接サイズを外径約２２mmφ、圧延による縮
径後の巻取サイズを９．０mmφとし、以後、中間焼鈍、
伸線加工を繰返し、１．２mmφのワイヤを試作した。

【００１１】図４に試作ワイヤの試験結果を示す。ライ
ン速度が小さい場合は、溶接作業性および溶着金属の窒
素量とも特に問題はない。ライン速度が大きくなると溶
接作業性試験において部分的に異常（水平すみ肉溶接ビ
ードのスラグ被包性不良、スパッタ多発、立向下進溶接
でメタル垂れ）が発生するとともに溶着金属の窒素量が
増加した。

【００１２】本発明者らはライン速度を大きくした場合
の上記問題点について以下のように考察した。図５にフ
ラックス入りワイヤの連続的製造方式における供給後の
フラックスと金属外皮との関係を模式的に示す。フラッ
クスはまず、金属外皮内にほぼ静かさ密度（ＪＩＳ Ｚ
２５６４に準じて測定したかさ密度）の状態で堆積し
（ａ）、そのフラックス密度のまま溶接点の状態
（ｂ）、圧延の前半部の状態（ｃ）を経て、溶接管内が
フラックスで充満した状態（ｄ）に至る。引き続く圧延
により溶接管内のフラックスは少なくともタップ密度
（ＤＩＮ５３１９４に準じて測定したかさ密度）の状態
（ｅ）、さらにタップ密度以上に圧縮された状態（ｆ）
に至る。ここで、フラックスが造粒処理品の場合と非造
粒品の場合とでは、両者のフラックスかさ密度の差によ
り（ａ）〜（ｅ）の工程中いずれも造粒品の方がフラッ
クス粒子間に存在する空気量は多い。これは（ｆ）の状
態においても引き継がれる。

【００１３】溶着金属の窒素量が造粒品の方が非造粒品
よりも増加していることは、最終仕上り径１．２mmφま
で、このフラックス粒子間に存在する空気量の差異が影
響している。ライン速度を大きくした場合に窒素量が増
加するのは、図５の（ｄ）から（ｅ）、（ｆ）の状態に
移行する際にフラックス粒子間からの空気の排出が十分
になされなかったためである。ライン速度を大きくした
場合に溶接中に部分的に発生する溶接作業性の異常につ
いては、スラグ被包性の劣化やメタル垂れが観察された
ことから、ワイヤ長手方向のフラックス充填率のバラツ
キが原因となっていることは明らかである。

【００１４】つまり、ライン速度が大きくなると（ｄ）
から（ｅ）、さらに（ｆ）の状態になる移行段階で、管
内フラックスの圧縮にともなう空気の排出速度が速くな
り、溶接点方向への空気の吹き返しが強くなるので、
（ｃ）の状態での堆積面表面のフラックスが飛ばされた
り、（ｄ）の状態ではまだフラックスが動きやすいため
に微視的な移動が生じる。さらに、（ｅ）、（ｄ）の状
態ではフラックス中に排出しきれないで残留した空気に
よる微小な空気溜り（空洞部）が生じやすくなり、その
部分はフラックス充填率が低くなり、上記のような溶接
異常が発生する。

【００１５】本発明者らは、連続的製造方式においてラ
イン速度を大きくした場合の上記溶接性能の劣化傾向
は、フラックス粒子間に存在する空気の排出をスムーズ
に行うことにより防止出来るという観点から種々検討し
た結果、フラックスの供給方法を改善することにより所
期の目的を達成したものである。図６は本発明の実施態
様の一例を示す模式図である。図６においてフラックス
２を通常のフラックス供給装置３から下方に設置された
多段式フラックス供給装置１２に定量的に排出させる。
この多段式フラックス供給装置には各段にフラックスの
粒度構成に応じて所望の目開きの篩網１３を傾斜させて
セットでき、篩網にはフラックスの滞溜が起こらないよ
うに振動が付与される。最上段の篩網は最小の目開きの
もので、最下段の篩網は最大の目開きのものが使用され
る。各段の篩網を通過したフラックスはフラックス受け
１４および供給筒１５を介して金属外皮内に、その細粒
部分から粗粒部分へと順次供給される。図７にこのよう
にして供給されたフラックスの金属外皮内における堆積
状況を示す。

【００１６】図７（ａ）はフラックスを供給した直後の
状態で、金属外皮の底部にはフラックスの微粉部分を多
く含有する細粒部分、順に細粒部分、中粒部分、粗粒部
分とほぼ層状に堆積される。なお、本発明においては多
段式フラックス供給装置の各段で、セットされた篩網の
目開き以下の粒度の部分を全て通過させる必要はなく、
特に微粉を含む細粒部分については、同粒度のフラック
スが次段の篩網を通過して金属外皮内に供給されてもよ
い。しかしながら、本発明においては金属外皮内に堆積
したフラックスの上層部（最終段で供給される粗粒部
分）に、１００メッシュ以下の細粒部分は実質的に混在
しないようにする。

【００１７】このために、フラックスの多段供給が必要
となる。図７（ａ）の状態で金属外皮内に堆積したフラ
ックスは、溶接点を経て、縮径の初期段階の状態
（ｂ）、フラックスがほぼ静かさ密度で溶接管内に充満
した状態（ｃ）、さらにタップ密度まで圧縮された状態
（ｄ）、さらに縮径が進みタップ密度以上に圧縮された
状態（ｅ）へと移行する。（ｆ）は（ｃ）、（ｄ）、
（ｅ）の状態におけるフラックスの堆積状況を模式的に
示した拡大図である。このようにフラックスの供給方法
を改善したことにより、連続的製造方式でライン速度を
大きくし、高能率な生産を行った場合においても、前記
縮径段階で問題となるフラックス粒子間からの空気の排
出を極めて容易にすることが可能となった。

【００１８】図７（ｂ）の状態において、溶接管内のフ
ラックスの下層部を微粉を含む細粒部分が占めるように
したことにより、下層部は、前記非造粒フラックスを供
給した場合と同様にフラックス粒子間に存在する空気量
を少なくできる。また上層部に粗粒のフラックスを堆積
させていることも、その重みの影響により下層部のフラ
ックス粒子間の空気量減少には効果的である。

【００１９】次に溶接管内のフラックスが（ｄ）の状
態、さらに（ｅ）の状態に圧縮される過程での下層部の
フラックス粒子間からの空気は、上層部が粗粒部分とな
っているために上方側に容易に排出される。また、上層
部は粗粒部分となっているので、フラックス粒子間の空
隙が大きい。これにより（ｃ）から（ｄ）、さらに
（ｅ）の状態にフラックスが圧縮される段階で、フラッ
クス粒子間からの空気は溶接点方向にスムーズに排出さ
れ、また前記従来法において（ｄ）の状態以後の縮径段
階で残留する空気量が多いためにフラックス中に発生す
る微小な空気溜りは生じない。これらにより縮径段階で
金属外皮内に残留する空気量を少なくでき、溶接金属の
窒素量の低減とともに管内でのフラックスの移動および
空気溜りに起因するフラックス充填率のバラツキを防止
できる。

【００２０】本発明において供給するフラックスは造粒
処理したフラックスを使用するが、これは前記のように
フラックス粒子間の空気の排出を容易にし、かつ空気溜
りを生じないようにしてワイヤ成分の均一性（フラック
ス充填率の均一性）を確保するためである。なお、造粒
処理品といえども通常の溶接用フラックス入りワイヤは
１００メッシュ以下の細粒部分を含む粒度分布を有して
いる。これに対し、ほとんどが１００メッシュ以下の細
粒または微粉からなる非造粒フラックスでは、縮径段階
のフラックス粒子間からの空気の排出を十分に行い得な
いので、本発明の効果は小さい。造粒処理したフラック
スに少量の原料粉を添加した場合は、本発明の効果は十
分に発揮される。また、本発明はフラックス供給装置か
ら造粒処理したフラックスを排出後に篩分けを行うこと
を特徴にするが、これにより金属外皮内の底部から上層
部にわたって、フラッツクス成分を均一に充填できる。
予め、粒度毎に篩分けして各ホッパーに貯蔵したフラッ
クスを供給する場合、別途に篩分工程が必要で、その管
理、設備面からコスト高になる。また、篩分した各々の
フラックスの所定量を同期させて均一に供給することも
容易でなく、量変動幅による成分偏析の要因にもなる。

【００２１】なお、前記特公平２−３７８４０号公報
は、本発明と同様にフラックス入りワイヤの連続的製造
方式に関するもので、フラックスの供給方法として強磁
性体粉体を金属外皮内に層状に供給し、高周波溶接部の
品質向上を提案している。ここで、金属外皮内の最上層
には強磁性体粉体よりも粒径の大きい粗粉を堆積させて
いる。しかし、上記公報による技術においては、本発明
の如く、造粒処理したフラックスを供給し、そのフラッ
クス粒子間の空隙を利用して縮径段階で金属外皮内に残
留する空気量を少なくすることができ、結果として溶接
金属の窒素量が低減されるという効果及び空気溜りを生
じないようにして充填率のバラツキを防止するという効
果は得られない。さらに、強磁性体粉体と非磁性粉体を
予め分離して供給することはワイヤ断面及び長手方向の
成分変動の問題が大きい。また、特公昭６０−８１５２
号公報は、金属外皮に隙間があるフラックス入りワイヤ
を製造する場合に、各種原料粉をその性状が似たものど
うしに予め分けて、多段供給することにより成分偏析を
防止できることを提案しただけのものであり、本発明の
溶接管を形成して行う金属外皮に隙間がないフラックス
入りワイヤの連続的製造方式において必然的に生じる溶
接金属の窒素量増加及びフラックス充填率のバラツキを
防止できるものではない。

【００２２】

【実施例】表１に示すサイズおよび化学成分の帯鋼、お
よび表２に示す原料組成で、表３に示すかさ密度および
粒度分布のフラックスＦ３〜Ｆ５（造粒処理品）を供給
して、図２に概略を示す連続的製造装置によりフラック
ス充填管（外径９mmφ）を形成し、引き続き圧延および
伸線により縮径し（中間焼鈍２回）、仕上りサイズ１．
２mmφのフラックス入りワイヤ（フラックス充填率１３
％）を試作した。なお、ライン速度は３５ｍ／min と
し、造管は高周波誘導溶接で行った。フラックスの供給
は図６に概略を示す多段式フラックス供給装置を使用
し、セットした篩網の目開きは表４に示すようにそれぞ
れのフラックスの粒度に対応し変化させた。各試作ワイ
ヤについて、２７０Ａ−３０Ｖ、ＣＯ₂ ガス流量２０リ
ットル／min の溶接条件で半自動溶接による溶接作業性
試験および２７０Ａ−３０Ｖ−３０cm／min 、ワイヤ突
出し長さ２５mm、ＣＯ₂ ガス流量２０リットル／min の
溶接条件で自動溶接による溶着金属試験を行った。

【００２３】表４に試験結果をまとめて示す。表４にお
いて、試験Ｎｏ．１、２、３、４は本発明によるもの
で、溶接作業性および溶着金属試験結果とも良好であっ
た。これに対し、試験Ｎｏ．５、６、７は比較例で、水
平すみ肉溶接において部分的にスラグ被包性不良や、立
向下進溶接においてメタル垂れなどの溶接作業性劣化が
あり、また溶着金属の窒素量が増加し、衝撃値が低下し
た。

【００２４】

【表１】

【００２５】

【表２】

【００２６】

【表３】

【００２７】

【表４】

【００２８】

【発明の効果】以上、述べたように本発明は、金属外皮
断面に隙間がなく、各種溶接性能に優れた特性をもつフ
ラックス入りワイヤを従来の連続的製造方式によって製
造する場合に問題となる充填率の安定化および溶接金属
の窒素量の低減という技術課題を解決し、かつ生産性を
大幅に向上させた溶接用フラックス入りワイヤの製造方
法を提供したものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】フラックス入りワイヤの断面構造を示す図であ
る。

【図２】フラックス入りワイヤの連続的製造装置の概略
を示す図である。

【図３】試作ワイヤに供給したフラックスの粒度分布を
示す図である。

【図４】試作ワイヤの溶接試験結果を示す図である。

【図５】フラックス入りワイヤの連続的製造方式におけ
る製造工程中の金属外皮部とフラックスとの関係を示す
図である。

【図６】実施例で使用した多段式フラックス供給装置の
概略を示す図である。

【図７】本発明の効果を説明するための製造工程中の金
属外皮部とフラックスの関係を示す図である。

【符号の説明】

１ 金属外皮 ２ フラックス ３ フラックス供給装置 ４ 帯鋼 ５ 帯鋼供給装置 ６ 成形装置 ７ 成形されつつある管状体 ８ 高周波誘導コイル ９ スクイズロール １０ 縮径装置 １１ フラックス充填管巻取装置 １２ 多段式フラックス供給装置 １３ 篩網 １４ フラックス受け １５ 供給筒 １６ 金属外皮内に堆積した細粒部分 １７ 金属外皮内に堆積した粗粒部分

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 連続的に送給されてくる金属外皮内にフ
   ラックスを供給後、該金属外皮の両縁部を突き合わせて
   溶接管とし、引き続き、該溶接管を圧延もしくは伸線加
   工により縮径して行う溶接用フラックス入りワイヤの製
   造方法において、各種原料粉からなり造粒処理がなされ
   たフラックスを、フラックス供給装置から排出後に篩分
   けし、その細粒部分から粗粒部分へと順次、金属外皮内
   に多段供給することを特徴とする溶接用フラックス入り
   ワイヤの製造方法。