JPH07266078A - ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明はシームレスタイプの断面構造におい
てもワイヤ溶融速度が速く高溶着性が得られるフラック
ス入りワイヤを提供する。 【構成】 帯鋼を管状体に成形しその突合せ部をシーム
溶接して形成される中空部に、フラックスが充填されて
なるガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤに
おいて、ワイヤ長手方向に垂直な断面における外皮部内
面に下記式を満足する形状の凹部が、ワイヤ長手方向に
連続してあることを特徴とするガスシールドアーク溶接
用フラックス入りワイヤにある。 ０．３０ｔ≦Ｌ≦０．７０ｔ ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥
‥‥‥（１） Ｗ≦０．５０ｔ ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥
‥‥‥（２） 但し、ｔ：外皮部の厚さ（mm） Ｌ：凹部の深さ（mm） Ｗ：凹部の幅（mm）

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自動または半
自動溶接に使用するガスシールドアーク溶接用フラック
ス入りワイヤに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、造船や鉄骨、橋梁等の鋼構造物の
製作において溶接の高能率化、省力化の要求が一段と強
まり、これにともない１．０〜２．０mmを中心とする細
径のガスシールドアーク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）が、その良好な
溶接作業性及び高能率溶接性等の利点により使用量が増
加している。

【０００３】従来一般的に使用されているフラックス入
りワイヤの断面構造は、図３に示すように外皮部１に開
口部２がある突合せタイプ（ａ），（ｂ）と開口部がな
いシームレスタイプ（ｃ）とに大別できる。突合せワイ
ヤタイプのフラックス入りワイヤは比較的小さいサイズ
の帯鋼を管状体に成形する段階でフラックスを供給した
後、両端部を突合せたままにして仕上げられるので外皮
部に開口部がある。一方、シームレスタイプのフラック
ス入りワイヤは、例えば特開昭６１−１５９３０号公報
に見られるように予め用意した鋼管を用いて、その端口
からフラックスを充填するか、或は特開昭６０−２３４
７９５号公報に見られるように比較的大きいサイズの帯
鋼を用いて、突合せタイプのフラックス入りワイヤと同
様に成形、フラックス供給後、突合せた両端部をシーム
溶接して製造されるので、外皮部に開口部がない。

【０００４】ところで、両者の断面構造の違いが溶接性
能に及ぼす影響を比較すると、突合せタイプのフラック
ス入りワイヤは外皮部の開口部を通し充填フラックス３
が吸湿し、ピットやブローホール、低温割れ等の溶接欠
陥が発生しやすい。またワイヤ癖がありロボット溶接に
使用する場合に重要なワイヤ先端の直進性や長尺でのワ
イヤ送給性が劣るという問題がある。

【０００５】これに対し、シームレスタイプのフラック
ス入りワイヤは製造工程で脱水素焼鈍処理やワイヤ表面
に銅めっき処理を行うことができるので、耐ピット性、
耐低温割れ性、ワイヤ自体の耐錆性、溶接チップの耐摩
耗姓、ワイヤ送給性等に優れている。しかしながら、シ
ームレスタイプのフラックス入りワイヤは同一電流で使
用した場合、突合せタイプのフラックス入りワイヤに比
較してワイヤ溶融速度がやや遅くなる傾向を示すために
溶接能率面からの改善要望がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は上記
のような種々の利点があるシームレスタイプの断面構造
においてもワイヤ溶融速度が速く高溶着性が得られるフ
ラックス入りワイヤを提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明の要旨は、
帯鋼を管状体に成形しその突合せ部をシーム溶接して形
成される中空部に、フラックスが充填されてなるガスシ
ールドアーク溶接用フラックス入りワイヤにおいて、ワ
イヤ長手方向に垂直な断面における外皮部内面に下記式
を満足する形状の凹部が、ワイヤ長手方向に連続してあ
ることを特徴とするガスシールドアーク溶接用フラック
ス入りワイヤ。 ０．３０ｔ≦Ｌ≦０．７０ｔ ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（１） Ｗ≦０．５０ｔ ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（２） 但し、ｔ：外皮部の厚さ（mm） Ｌ：凹部の深さ（mm） Ｗ：凹部の幅（mm）

【０００８】なお、図１は本発明によるフラックス入り
ワイヤのワイヤ長手方向に垂直な断面を模式的に示した
ものであるが、上記ｔ，Ｌ，Ｗの測定は１包装単位につ
き始端部、中央部、終端部の３箇所について行い、その
実測値のいずれもが上記規定する関係を満足しなければ
ならない。また図１（ａ）中に示すように凹部の幅Ｗに
変化がある場合は１／２Ｌの位置を測定する。

【０００９】

【作用】本発明者らは、まず図３（ｃ）に示す従来のシ
ームレスタイプのフラックス入りワイヤのままで溶融速
度を速くし高溶着性を得るために種々の検討を行った。
その結果、フラックス充填率を高めたり、鉄粉を多量に
配合したフラックスを充填し外皮部の肉厚を薄くするこ
と、或はＳｉ，Ｍｎ含有量が多い合金鋼外皮を用いるこ
とによる効果は非常に大きいが、しかし外皮部の薄肉化
は細径段階の伸線工程で断線が多発し生産面での問題が
あり、また合金鋼外皮は加工硬化が大きいことによる断
線の他、ＴｉＯ₂ ，ＳｉＯ₂ ，Ａｌ₂ Ｏ₃ ，ＭｇＯ，Ｚ
ｒＯ₂ 等をスラグ形成剤として多量に含有するフラック
ス入りワイヤでは溶接時に充填フラックスよりも外皮部
の方が先に溶け、いわゆる未溶融フラックスの突き出し
現象が生じスパッタ多発やスラグ巻き込み欠陥が発生し
やすくなる等溶接作業性にも問題があることがわかっ
た。

【００１０】次に、突合せタイプとシームレスタイプの
フラックス入りワイヤの溶融状態がワイヤ溶融速度に影
響しているのではないかと考え、同一組成のフラックス
で充填率を同じくしたフラックス入りワイヤを試作し、
ワイヤ溶融状態を高速度ビデオカメラで詳細に観察し
た。図４は高速度ビデオカメラによるワイヤ先端の溶融
状態を模式的に示したものである。突合せタイプのフラ
ックス入りワイヤの場合、ワイヤ先端の溶滴４はあまり
大きく成長せず溶滴の離脱回数も多い。一方、シームレ
スタイプのフラックス入りワイヤの場合には、溶滴が比
較的大きく成長し離脱回数も少な目になることがわかっ
た。さらに両者のワイヤ先端での溶滴の離脱の仕方に明
確な差異があることが観察できた。

【００１１】溶滴は図４（ａ），（ｂ），（ｃ），
（ｄ）の順にワイヤ先端を周回するように移動しながら
ある程度の大きさに成長し、その溶滴が離脱（ｅ）して
から新しい溶滴ができまた成長を開始するのであるが、
突合せタイプのフラックス入りワイヤの場合は外皮部の
開口部分にさしかかると大きく成長しなくともほとんど
が離脱しているのに対し、外皮部に開口部のないシーム
レスタイプのフラックス入りワイヤの場合には離脱する
までの周回距離及び時間が長く溶滴は大きくなりやす
い。

【００１２】なお、両ワイヤの溶融速度、溶着速度を比
較したところ、同一の組成及びフラックス充填率にもか
かわらず突合せタイプのフラックス入りワイヤの方が速
くなるという測定結果を示した。つまりワイヤ先端の溶
滴の成長を抑え、かつ離脱を速くすることによりワイヤ
溶融速度が速くなり高溶着性が得られる。これらの調査
結果からワイヤ溶融速度、溶着速度の向上には溶滴の離
脱をスムーズに行わせる手段が必要であり、これに突合
せタイプのフラックス入りワイヤの外皮部の開口部は極
めて有効に働いているとの結論に達した。

【００１３】しかし、外皮部に開口部をもつフラックス
入りワイヤには前記のようなフラックスの吸湿やワイヤ
直進性、ワイヤ送給性等の問題点がある。本発明者らは
このような観点から、突合せタイプとシームレスタイプ
のそれぞれの利点を合せもったフラックス入りワイヤを
開発すべく製造方法を含め試作ワイヤにより検討した結
果、外皮部に規定した形状の凹部をワイヤ長手方向に連
続して設けた断面構造にすることにより本発明の目的を
達成したものである。

【００１４】図１に本発明によるフラックス入りワイヤ
の断面構造の一例を模式的に示す。同図（ａ）はシーム
溶接部７に、（ｂ）は他の外皮部に凹部６をそれぞれ設
けたものである。ここで図中の凹部の深さＬと幅Ｗは外
皮部の厚さｔと（１）式、（２）式により規定される。

【００１５】（１）式により凹部の深さＬを外皮部の厚
さｔに対し０．３０〜０．７０の範囲に限定した理由
は、Ｌ／ｔが０．３０未満では隙間が小さすぎるために
ワイヤ先端の溶滴が離脱しにくくワイヤ溶融速度への向
上効果が小さい。一方、Ｌ／ｔが０．７０を超えると突
合せタイプのフラックス入りワイヤとほとんど同様に溶
滴はスムーズに離脱しワイヤ溶融速度も速くなるが、シ
ーム溶接部に凹部を設ける場合には入熱を小さくして溶
込みを浅くして行う必要があり溶接部、即ち外皮部表面
に割れが発生しやすく、また図４（ｂ）に示すように予
め凹部のある帯鋼を供給して製造する場合には成形性が
問題となる。なお、（１）式がワイヤ溶融速度向上をも
たらすのであるが、凹部の外皮部は他の外皮部分よりも
薄いので電流密度が高くなり溶融が進み、溶接時には開
口部のある突合せタイプのフラックス入りワイヤと実質
的に同じ溶融状態になることによる効果と考えられる。

【００１６】（２）式により凹部の幅Ｗを外皮部の厚さ
ｔに対し０．５０以下に限定した理由は、Ｗ／ｔが０．
５０を超えると鋼帯の突合せ面の隙間が大きすぎてシー
ム溶接が困難になるとともに、シーム部近傍の外皮部の
厚さ変動はアークの偏向をもたらしアーク状態が不安定
になる。凹部の幅Ｗの下限については亀裂状の微小であ
っても本発明の効果は発揮できるので特に限定しない。

【００１７】このように規定された形状の凹部をワイヤ
長手方向に連続して設けることは、溶接中の溶融状態を
一定にしアーク状態を安定にするためである。外皮部内
面の凹部が上記規定する範囲よりも小さすぎたり大きす
ぎたりする部分があると、ワイヤ溶融速度が不連続的に
変動しアーク状態も不安定になる。なお特公平１−３１
９９２号公報はアーク安定化のために外皮部の内面粗さ
を５０μｍ以下にしたフラックス入りワイヤを提案して
いるが、外皮部に凹部があったとしても本発明で規定す
るようにある程度大きくし、かつ連続してある場合には
アーク状態が安定する。

【００１８】図２（ａ）に本発明のフラックス入りワイ
ヤの製造方法の一例を示す。まず、帯鋼供給装置８より
帯鋼９が供給され、成形装置１０においてＵ字型に成形
される。この段階でフラックス供給装置１１からフラッ
クス１２を供給する。この後、帯鋼の両端部を突合せて
管状体に成形し、その突合せ部を高周波、ＴＩＧ、レー
ザー等の溶接装置１３によりシーム溶接する。このとき
の溶込み形状は帯鋼の突合せ部の開先形状、スクイズロ
ール１４による加圧力、溶接入熱等を調整して行う。こ
こで特にシーム溶接部に凹部を設ける場合はシーム溶接
の溶込みが浅く溶接金属部が小さいので、溶接部の硬化
割れ対策として熱処理装置１５により軟化処理を行う。
なおシーム溶接による溶込み形状は最終サイズの外皮部
の凹部の形状とほぼ同一になる。引続き圧延装置１６に
より内部のフラックスが移動しなくなるまで縮径しボビ
ン１７に巻取る。この後所定のサイズに伸線して仕上げ
られるが、必要に応じて伸線過程で軟化や脱水素のため
の中間焼鈍処理や銅めっき処理を行う。なお図２（ｂ）
に示すように仕上りサイズにおいて本発明で規定する範
囲となるような凹部を長手方向に連続してもった帯鋼を
予め供給して製造することも可能であり、この場合はシ
ーム溶接部の軟化熱処理も必要なく、複数本の凹部を設
けることも容易である。

【００１９】

【実施例】以下に、実施例により本発明を具体的に説明
する。図２に概略を示す製造装置により表１に示す帯鋼
及び表２に示すフラックスを用いて仕上りサイズ１．４
mmのフラックス入りワイヤを試作した。フラックス充填
率は１３．５％、ワイヤ断面における外皮部内面の凹部
は電縫溶接（高周波誘導加熱）によるシーム溶接部に設
け、その形状は入熱を制御し変化させた。シーム溶接
後、高周波誘導加熱によりシーム部の軟化処理を行っ
た。引続き、冷間圧延、カセットローラ、ダイスによる
伸線を行った。この伸線過程で脱水素及び軟化のために
２回の中間焼鈍（７００℃）と銅めっき処理を行った。
なお、ワイヤ記号Ｗ８は表１に示す帯鋼Ｈ２を用いて図
３（ａ）に示す従来の突合せタイプの断面構造のフラッ
クス入りワイヤである。表３に試作結果、表４に溶接試
験方法、表５に溶接試験結果（半自動溶接による溶接作
業性評価と自動溶接による溶着速度測定）を示す。

【００２０】

【表１】

【００２１】

【表２】

【００２２】

【表３】

【００２３】

【表４】

【００２４】

【表５】

【００２５】本発明による外皮部内面に規定された形状
の凹部をもつＷ１，Ｗ２，Ｗ３は製造上のトラブルもな
く、良好な溶接作業性で溶着量も突合せタイプのフラッ
クス入りワイヤ（Ｗ８）と同等レベルに達している。こ
れに対し、Ｗ４〜Ｗ８は比較例である。

【００２６】Ｗ４は外皮部内面の凹部の深さＬが大きす
ぎたために外皮部に割れが発生し、銅めっき処理液がワ
イヤ中に侵入し部分的にピットが発生し、Ｗ５は逆に凹
部の深さＬが小さすぎるためにワイヤ溶融速度が遅く溶
着速度向上効果が少ない。Ｗ６は外皮部内面の凹部の幅
Ｗが大きすぎるために伸線中に断線が発生し、またアー
ク状態が不安定でスパッタ粒は粗く、メタル垂れやスラ
グ巻き込み欠陥が発生した。Ｗ７はシーム溶接を突合せ
部全面に行い外皮部内面に凹部を設けない従来のシーム
レスタイプのフラックス入りワイヤで溶着量が少ない。
Ｗ８は溶接作業性、溶着速度とも良好であるが、開口部
があることにより現場溶接においては前記のような問題
点がある。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように本発明はフラックス
の耐吸湿性、ワイヤ直進性、ワイヤ送給性等種々の利点
があるシームレスタイプの断面構造において、ワイヤ溶
融速度を速くし高溶着性が得られるガスシールドアーク
溶接用フラックス入りワイヤを提供したものであり、こ
れにより溶接の高品質化、高能率化が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ），（ｂ）はそれぞれ本発明によるフラッ
クス入りワイヤの断面構造を示す図。

【図２】本発明のフラックス入りワイヤの製造方法を説
明するための図。

【図３】（ａ），（ｂ），（ｃ）はそれぞれ従来のフラ
ックス入りワイヤの断面構造を示す図。

【図４】（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）及び（ｅ）は
それぞれフラックス入りワイヤの溶融状態を説明するた
めの図である。

【符号の説明】

１ 外皮部 ２ 開口部 ３ フラックス ４ ワイヤ先端の溶滴 ５ 離脱した溶滴 ６ 外皮部内面の凹部 ７ シーム溶接部 ８ 帯鋼供給装置 ９ 帯鋼 １０ 成形装置 １１ フラックス供給装置 １２ フラックス １３ 溶接装置 １４ スクイズロール １５ 熱処理装置 １６ 圧延装置 １７ ボビン

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 帯鋼を管状体に成形しその突合せ部をシ
   ーム溶接して形成される中空部に、フラックスが充填さ
   れてなるガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイ
   ヤにおいて、ワイヤ長手方向に垂直な断面における外皮
   部内面に下記（１），（２）式を満足する形状の凹部
   が、ワイヤ長手方向に連続してあることを特徴とするガ
   スシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。 ０．３０ｔ≦Ｌ≦０．７０ｔ ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（１） Ｗ≦０．５０ｔ ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（２） 但し、ｔ：外皮部の厚さ（mm） Ｌ：凹部の深さ（mm） Ｗ：凹部の幅（mm）