JPH0694075B2

JPH0694075B2 - 高速度ワイヤ送給溶接法

Info

Publication number: JPH0694075B2
Application number: JP2206148A
Authority: JP
Inventors: 稔山田; 哲男菅; 哲哉橋本; 己子男藤本
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1990-08-03
Filing date: 1990-08-03
Publication date: 1994-11-24
Anticipated expiration: 2009-11-24
Also published as: JPH0491866A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は軟鋼及び高張力鋼（特に厚板）に適する高能率
ガスシールドアーク溶接法に係り、より詳しくは、鉄粉
系フラックス入りワイヤとCO₂ガスを組合せ、高速度ワ
イヤ送給装置と大容量電源を用いてワイヤを高速で送給
し、大電流で溶接を行う施工法に関するものである。

（従来の技術及び解決しようとする課題）各種構造物の溶接建造においては、溶接施工の能率向上
及び省力化を推進していく上で、有利なガスシールド溶
接法の利用が増大してきている。特に最近では、鉄骨、
橋梁、造船といったいわゆる重厚長大産業が活況を呈し
ているが、その景気とは裏腹に人手不足の問題が生じて
おり、高能率化（自動化）が強く望まれている。

ガスシールドアーク溶接法による高能率化手段として
は、ワイヤを高速で送給し、大電流で溶接を行い、高溶
着速度を得ることであり、既に、多元系（アルゴン、ヘ
リウム、炭酸ガス、酸素等）不活性ガスとソリッドワイ
ヤ（1.2mmφ）を組合せた高速度ワイヤ送給溶接法が発
表され、注目を集めている。

しかしながら、この溶接法は、溶接作業性（特にスパッ
タ、アークの安定性）の面で優れていると共に、能率性
（溶着速度）の向上は図れるが、（１）条件範囲が狭く、欠陥（ブローホール等）が発生
し易い。

（２）大入熱で安定した品質（強度）が得られない。

（３）ガスが高価である。

（４）アークからの輻射熱が強い。

等の問題点があり、実用化の障害となっている。

本発明は、上述のような事情に鑑みてなされたものであ
って、溶接作業性、溶接品質ともに優れた高能率ガスシ
ールド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。

（課題を解決するための手段）ガスシールドアーク溶接法を用いた下向溶接（特に厚
板）の高能率化（自動化）を具現化するためには、（ａ）良好な耐欠陥性（溶接条件範囲が広く施工に熟練
を要しない）。

（ｂ）大入熱で安定した品質の確保。

（ｃ）連続多層溶接性（スパッタ、スラグが少ないこ
と）。

などが必須条件であり、更には、アークからの輻射熱、
溶接コストなども考慮する必要がある。

このような要求特性を実現し得る改善策を見出すべく、
ワイヤ／シールドガスの組合せについて予備実験を行っ
た。その結果、以下の（１）〜（２）の知見を得た。

（１）大電流MAG溶接法として使用するシールドガスと
しては、耐欠陥性（気孔、融合不良等）、輻射熱の低
減、ガスコスト等を考慮した場合、CO₂ガスが最も好ま
しい。

（２）CO₂ガスと組合せるワイヤとしては、連続溶接性
（スパッタ、スラグ発生量が少ないこと）の面より、鉄
粉系フラックス入りワイヤが有効である。ガスシールド
用ワイヤとしてはソリッドワイヤとフラックス入りワイ
ヤ（チタニア系、鉄粉系）に大別されるが、CO₂ガスと
組合せた場合、ソリッドワイヤはスパッタ発生量が多
く、チタニア系フラックス入りワイヤはスラグ発生量が
多いので、連続溶接性の面で適していない。

上述の如く、大電流MAG溶接法としては、CO₂ガスと鉄粉
系フラックス入りワイヤとの組合せが有効であるとの結
論を得た。

しかし、従来から汎用されている鉄粉系フラックス入り
ワイヤでは、大入熱施工での溶接品質（Ｘ線性能、強
度）面の配慮がなされておらず、更には溶接作業性の面
（特に耐湯流れ性、溶込み）でも不十分であることが把
握された。

そこで、上記問題について、ワイヤ組成、施工条件等を
種々検討した結果、ここに本発明をなしたものである。

すなわち、本発明は、鋼外皮内に、金属粉:90％以上、M
n＋Si:10〜25％及び造滓剤:1〜８％を必須成分として含
有し、必要に応じて更にMg:0.2〜1.5％及び炭酸塩（CO₂
換算）:0.10〜0.60％を含有した組成のフラックスを充
填し、且つフラックス率が８〜25％であるフラックス入
りワイヤ（ワイヤサイズ:1.2〜1.4mmφ）を用い、シー
ルドガスとしてCO₂ガスを使用し、ワイヤ送給速度が15
〜35m/minの範囲で溶接することを特徴とする高速度ワ
イヤ送給溶接法を要旨とするものである。

以下、本発明を更に詳細に説明する。

（作用）以下に、本発明におおけるフラックス入りワイヤの成分
等の限定理由及び溶接条件の限定理由について説明す
る。

（１）ワイヤ成分金属粉:90％以上フラックス中の金属粉が90％未満では、能率性が低下す
ると共にスラグ発生量が増え、スラグ除去なしの連続多
層溶接が不可能となるため、自動化が難しい。したがっ
て、フラックス中の金属粉の量は90％以上とする。

なお、金属粉は大部分が鉄粉であるが、後述の各種金属
の単体又は合金も含まれる。

Mn＋Si:10〜25％フラックス中のMnとSiの合計量が10％未満では脱酸不足
となり、Ｘ線性能が大幅に低下し、また25％を超えると
溶接金属の靭性が低下する。したがって、フラックス中
のMnとSiの合計量を10〜25％の範囲とする。

なお、Mn、Siは単体又はFe−Mn、Fe−Si等の合金の形態
で添加する。

造滓剤:1〜８％造滓剤はアーク安定化作用を目的として配合されるもの
である。しかし、フラックス中の造滓剤の量が１％未満
ではアークが不安定で、スパッタが増大する。また８％
を超えるとスラグ量が増え、連続多層溶接が困難とな
る。したがつて、フラックス中の造滓剤の量は１〜８％
の範囲とする。

なお、造滓剤としてはTiO₂、SiO₂、Al₂O₃、ZrO₂等の酸
化物、及びチタン酸カリ、カリ長石、ソーダ長石等、Na
及びＫなどの化合物が挙げられる。

以上の成分がフラックス入りワイヤの必須成分である
が、フラックス中にMgや炭酸塩を適量含有させることが
好ましい。

Mg:0.2〜1.5％前述の如く、本施工法はワイヤを高速で送給し、大電流
で溶接する方法であり、この溶接法においては溶融池の
先行により融合不良、溶込み不良等の欠陥が発生し易い
傾向にある。このため、特に耐湯流れ性の向上が要求さ
れる。その手段としては、Mgの添加が最も有効である。
しかし、0.2％未満ではその効果がなく、また1.5％を超
えるとヒユームやスパッタが増大するので、フラックス
中のMg量は0.2〜1.5％の範囲とする。

なお、Mgは金属Mgや、Si−Mg、Al−Mg等の金属間化合物
の形態で配合される。

炭酸塩（CO₂換算）:0.1〜0.6％本施工法は特に厚板の溶接を主要な対象としている。一
般にそのような溶接においては良好なUT性能が要求され
るが、そのためには溶込み深さの安定化を図ることが重
要である。その手段としてはCO₂を含有されることが最
も有効である。CO₂はMgCO₃、CaCO₃、MnCO₃等の炭酸塩の
形態で配合されるが、CO₂換算で0.1％未満ではその効果
はなく、また0.6％を超えるとヒュームやスパッタが増
大する。したがって、フラックス中の炭酸塩はCO₂換算
で0.1〜0.6％の範囲とする。

（２）フラックス率:8〜25％フラックス率が８％未満では溶接作業性（アークの安定
性、スパッタ）が劣悪となる。また25％を超えると外皮
金属の肉厚が薄くなり、送給不安定となるほか、ワイヤ
製造（伸線加工）時に断線等の問題が発生する。したが
って、フラックス率は８〜25％の範囲とする。

（３）ワイヤサイズ:1.2〜1.4mmφ ワイヤサイズ（径）が1.2mm未満では高速ワイヤ送給に
よる溶接でのアークが不安定となり、スパッタが増える
と共に、アーク拡がりが小さいためにビード形状が凸と
なり、次層溶接時に融合不良等の欠陥となり易い。また
ワイヤ挫折等の送給トラブルが発生し易い。

また1.4mmを超えると高速ワイヤ送給による能率性を維
持するためには、過大電流が必要となり、その結果、ア
ークからの輻射熱、ヒューム発生量が増大する。また溶
着速度の点からも細径がよい。したがつて、ワイヤサイ
ズは1.2〜1.4mmφの範囲とする。

（４）ワイヤ送給速度:15〜35m/min ワイヤ送給速度が15m/min未満では能率低下は勿輪のこ
と、作業性（特にスパッタ）が劣化する。一方、35m/mi
nを超えるとアークの吹き付け力が強くなりすぎて、ス
パッタやヒュームが増大する。またアーク輻射熱も増大
する。更にはワイヤの挫折等送給トラブルが発生し易く
なると共に、過大電流となり、シールド性も劣化する。
したがって、ワイヤ送給速度は15〜35m/minの範囲とす
る。

（５）シールドガス:CO₂ガス前述のとおり、大電流MAG溶接法として使用するシール
ドガスとしては、耐欠陥性（気孔、融合不良等）、輻射
熱の低減、ガスコスト等を考慮した場合、CO₂ガスが最
も好ましい。多元系不活性ガス（Ar、He、CO₂、O₂等）
を用いる大電流MAG溶接法は溶接作業性の面で優れてい
るが、溶接条件範囲が狭く、欠陥が発生し易い欠点があ
り、また輻射熱及びガスコストが増大する問題がある。

また、本発明で用いるフラックス入りワイヤにおいて、
強度、靭性の向上を目的として、Ni、Ti、Ｂ、Mo、Cr等
の合金元素を任意に添加しても差し支えない。特にMoは
連続多層大入熱溶接時の強度安定に有効であり、その適
正添加量はフラックス全重量に対し１〜５％である。５
％を超えるとアーク安定性、スパッタ発生量の点で若干
劣化傾向がみられる。また、アーク安定性の向上、拡散
性水素量の低減を目的として、NaF、K₂SiF₆等の若干量
の弗化物を添加してもよい。

なお、本発明で用いるフラックス入りワイヤの断面形状
には何らの制限もなく、例えば、第１図の（Ａ）〜
（Ｄ）に示す種々の形状のものが使用でき、また、防錆
或いは通電性改善のためにCu、Al、Ni等のメッキ処理を
施したものであっても、勿論支障ない。また、本発明に
おける適用鋼種は主として軟鋼、高張力鋼であるが、用
途によっては低合金鋼、高合金鋼などに適用することも
可能である。

次に本発明の実施例を示す。

（実施例）第１表に示す成分組成の充填用フラックスを作成し、こ
れを第１表に示すフラックス率にて軟鋼外皮内に充填
し、第１図（Ｂ）の断面形状を有する供試ワイヤ（ワイ
ヤ径:1.0mm、1.2mm、1.4mm、1.6mm）を作成した。な
お、フラックス成分のうち、Mn、Si、Mo、Mgはそれぞれ
Fe−Mn、Fe−Si、Fe−Mo、Ｍ−Mgの形態で添加した。

得られた各フラックス入りワイヤを使用し、第１表及び
以下に示す溶接条件で溶接試験を行い、溶接作業性、溶
接品質等を調査した。その結果を第２表に示す。

（供試鋼板）・SM−50A（32t×300l）・開先形状寸法：第２図参照（溶接条件）・自動溶接（トーチ垂直、前後進角＝０゜）・極性:DCワイヤ・溶接法：下向連続溶接・スラグ除去：無し・シールドガス:CO₂（25/min）・溶接電圧：適正（アーク長約1.5mm）・目標入熱:50〜60KJ/cm （注）大容量電源及び高速度送給（最大40m/min）装置
を使用これらの実験結果より以下の如く考察される。

（１）実験No.1〜No.10は本発明例であり、いずれも、
高速度ワイヤ送給溶接において良好な溶接作業性及び品
質が得られている。

（２）実験No.11はワイヤ径が本発明範囲外で細すぎる
例であり、アーク不安定となり、スパッタが増えてい
る。更にはビード形状の劣化、アークの拡がりの減少に
伴い融合不良などの欠陥が発生した。一方、実験No.12
はワイヤ径が本発明範囲外で太すぎる例であり、本発明
の目的はほぼ達成し得るものの、ヒュームやアークから
の輻射熱が過大となり、実用的でない。

（３）実験No.13、No.14はワイヤ送給速度が本発明範囲
外の例であり、No.13のように遅すぎると能率低下は勿
論のこと、スパッタが多くなる。一方、No.14のように
速すぎるとスパッタ、ヒューム、アーク輻射熱等が増大
し、更には送給トラブル、過大電流によるシールド不良
等の危険性がある。

（４）実験No.15はフラックス中の金属粉の量が本発明
範囲外で少ない例であり、能率性が低下すると共に、ス
ラグ発生量が増えるため、スラグ除去なしの連続多層溶
接が困難となる。

（５）実験No.16、No.17はフラックス中の「Mn＋Si」量
が本発明範囲外の例であり、No.16のように少なすぎる
と脱酸不足となり、Ｘ線性能が大幅に低下する。一方、
No.17のように多すぎると溶接金属の靭性が低下する。

（６）実験No.18、No.19はフラックス中の造滓剤の量が
本発明範囲外の例であり、No.18のように少なすぎると
アークが不安定でスパッタが多い。一方、No.19のよう
に多すぎるとスラグ発生量が多くなるため、連続多層溶
接が困難となり、スラグ巻き等の欠陥が発生し易くな
る。

（７）実験No.20、No.21はフラックス率が本発明範囲外
の例であり、No.20のように低すぎるとアーク安定性、
スパッタが劣悪となる。一方、No.21のように高すぎる
と外皮金属の肉厚が薄くなりすぎて送給不安定となる。
また製造時、断線等のトラブルも発生し易い。

（発明の効果）以上詳述したように、本発明によれば、高能率ガスシー
ルドアーク溶接法において、フラックス入りワイヤのフ
ラックス成分、フラックス率、ワイヤ径、シールドガス
並びにワイヤ送給速度を総合的に規制したので、溶接作
業性、溶接品質ともに優れた高速度ワイヤ送給溶接が可
能である。軟鋼及び高張力鋼、特にその厚板の溶接に適
している。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）〜（Ｄ）はフラックス入りワイヤの断面形
状の例を示す図、第２図は開先形状を説明する断面図で
ある。Ｆ……フラックス、Ｍ……外皮金属。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鋼外皮内に、重量％で（以下、同じ）金属粉:90％以上 Mn＋Si:10〜25％造滓剤:1〜８％を含有する組成のフラックスを充填し、且つフラックス
率が８〜25％であるフラックス入りワイヤ（ワイヤサイ
ズ:1.2〜1.4mmφ）を用い、シールドガスとしてCO₂ガス
を使用し、ワイヤ送給速度が15〜35m/minの範囲で溶接
することを特徴とする高速度ワイヤ送給溶接法。
【請求項２】前記フラックスが、金属粉:90％以上、Mn
＋Si:10〜25％、造滓剤:1〜８％、Mg:0.2〜1.5％及び炭
酸塩（CO₂換算）:0.10〜0.60％を含有しているものであ
る請求項１に記載の方法。