JPH0822474B2 - ガスシ−ルドア−ク溶接用複合ワイヤ - Google Patents

ガスシ−ルドア−ク溶接用複合ワイヤ

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JPH0822474B2
JPH0822474B2 JP62050480A JP5048087A JPH0822474B2 JP H0822474 B2 JPH0822474 B2 JP H0822474B2 JP 62050480 A JP62050480 A JP 62050480A JP 5048087 A JP5048087 A JP 5048087A JP H0822474 B2 JPH0822474 B2 JP H0822474B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (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、更に詳しくはス
パッタ発生量の少ない高能率な金属粉系複合ワイヤに関
するものである。
(従来の技術) 最近、ガスシールドアーク溶接用複合ワイヤ(以下複
合ワイヤと記す)は軟鋼、50キロ級高張力鋼をはじめと
する各種鋼種を用いる鋼構造物の溶接に広く用いられる
ようになった。この理由として、複合ワイヤはその内部
に充填されるフラックスの作用効果によって溶接の作業
性が良く、良好なビード外観、形状が得られると共にワ
イヤ溶着速度が高く、溶接能率が向上することが挙げら
れる。しかし、最近の溶接の自動化、ロボット化の動向
下において更に高性能、高能率な複合ワイヤの開発が得
望されている現状にある。
この複合ワイヤはワイヤの外皮部が鋼であって、内部
に10〜30%のフラックスを充填して構成されている。
内部に充填するフラックスを大別すると、チタニヤ系
などのスラグ剤とSi、Mnなどの脱酸剤、合金剤からなる
ものと、鉄粉、Si、Mnなどの金属粉で構成されるものと
があるが、本発明は後者の金属粉系複合ワイヤに関す
る。
従来の金属粉系複合ワイヤは次の特長を有するものの
後述の欠点があり、実用化できていなかった。
ソリッドワイヤと同等以上の溶着量を得ることがで
きて高能率である。
スラグの生成が少なく溶着効率が高いため、厚板の
多層溶接時などのスラグ除去が要らず、連続溶接が可能
である。
金属、合金類を充填フラックスに添加できるので溶
接金属組成調整の自由度が広い。
鋼に添加が困難な金属、合金類および少量の酸化物
なども添加が可能である。
以上の様に金属粉系複合ワイヤは多くの特長を有して
いるものの、特に炭酸ガスをシールドガスとするアーク
溶接時において前記チタニヤ系複合ワイヤに比較すると
スパッタ発生量が多いという問題があり、金属粉系複合
ワイヤを広く実用化できていないのが現状である。
この様なスパッタの発生を押えるために例えば特開昭
60-257993号公報、特開昭61-180696号公報記載の技術な
どが知られている。前者はフラックスの流動度により、
後者はフラックス率や炭素あるいはアーク安定剤の添加
量によりアークの安定化を図り、スパッタの低減を狙っ
たものである。
(発明が解決しようとする問題点) しかしながら、上記の技術にしても満足しうる溶接作
業性、すなわちアークの安定化によるスパッタの低減を
得るものではない。そのため、金属粉系複合ワイヤの適
用範囲を拡大していくうえで大きな障害となっているも
のが現状である。
本発明はこうした事情に着目し、炭酸ガスシールドガ
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
な金属粉系複合ワイヤを提供することを目的とする。
(問題点を解決するための手段) 本発明のガスシールドアーク溶接用複合ワイヤは、金
属粉を90%以上含有するフラックスを充填してなるフラ
ックス入りワイヤにおいて、ワイヤ重量比でアルカリ金
属が0.01〜0.35%、金属弗化物が弗素換算で0.007〜0.2
1%であり、かつ弗素/アルカリ金属(重量比)が0.2〜
1.5であることを特徴とする。
以下、本発明について詳細に説明する。
(作用) まず、本発明においてフラックス中の金属粉を90%以
上と限定したのは、余分なスラグを溶接中に生成させず
溶着効率を高めるためである。フラックス中の金属粉の
比率が90%未満では溶着効率においてソリッドワイヤよ
りも低くなることと、生成スラグが多くなり過ぎ1パス
毎にスラグ除去を要するようになり、溶接能率が低下す
る。従ってフラックスの90%以上は金属粉でなければな
らない。なおここでいう金属粉とは、鉄粉の他、Si、M
n、Ti、B、Al、Mg、Ca等の脱酸性元素とNi、Cr、Mo、C
u等の合金元素を意味している。これら元素の添加方法
としては、各々単体で添加しても、またこれらの元素の
合金として添加してもよい。
次に金属粉含有フラックス中のアルカリ金属含有量を
ワイヤ重量比で0.01〜0.35%とし、金属弗化物を弗素換
算で0.007〜0.21%、かつ弗素/アルカリ金属(重量
比)を0.2〜1.5に限定したのは以下の理由からである。
すなわち、金属粉を90%以上添加することにより、金属
粉系複合ワイヤの特長である溶着速度が高く、溶接能率
の向上効果は十分に得られる。しかしながら、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何ら減少効果は得られない。そこ
で本発明者らはスパッタの減少を目的に多くの実験を重
ね、試行錯誤をくり返した結果、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ており、スパッタ発生
量の減少に有効であることを発見した。
すなわち、第1表に示す基本のフラックスにアルカリ
金属と弗素の量を種々変化させたフラックスを用いて金
属粉系ワイヤを試作し実験を行った。この場合アルカリ
金属をワイヤ重量比で0.008〜0.47%、弗素を0.006〜0.
38%の範囲で種々変動させ、軟鋼製外皮に21%充填した
1.6mmφの金属粉系ワイヤを作製した。
第1図はこれ等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400A、電圧
34V、溶接速度40cm/分、CO2ガス流量25l/分、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。なおスパッタの捕集は銅製のスパッタ捕
集箱を用いて行った。
この図から、金属粉系フラックス中のアルカリ金属が
0.01%未満ではアルカリ金属によるアークの安定効果は
みいだせず、アークが不安定となり、スパッタ発生量が
増加する。一方0.35%超ではアーク長が極端に長くな
り、溶滴の移行性をさまたげるため、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。したが
って、アーク安定剤であるアルカリ金属の含有量は0.01
〜0.35%とした。次に弗素であるが、0.007%未満では
弗素によるアーク調整効果は得られず、他方0.21%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0.007〜0.21%とす
る。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MgF2、AlF3、CaF2など
の弗化物や更にはアルカリと弗素を共有するKF、NaF、K
2SiF6、Na2SiF6などの弗化物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。
更に、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
等溶接条件の変化において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少限におさえる条
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、スパッタ量も最少限におさえら
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。
そこで、アルカリ金属や弗素を前述の範囲内で添加する
という条件だけでなく、これらの添加量を工夫すればス
パッタ量を最少限度におさえることができるのではない
かと考え、これ等の添加量を種々変動させたフラックス
を配合し、軟鋼製外皮に充填して試作ワイヤを作り実験
を行なった。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、逆に1.5
超であると弗素の特性のみが生じ、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。したがっ
て弗素/アルカリ金属(重量比)を0.2〜1.5とした。
以上が本発明ワイヤの主要構成であるが、少量のスラ
グ物性調整によりビード形成良好化を図るために、Si
O2、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10%を超えない範囲
で添加することができる。
ワイヤ外皮としては通常軟鋼を用いるが、用途に応じ
て低合金鋼および高合金鋼を用いることができる。ま
た、本発明ワイヤは、フラックス充填率は10〜30%の範
囲でワイヤ径は1.0〜2.4mmであることが望ましい。ま
た、ワイヤ断面構造は外皮円周部に合せ目を有するオー
プンシームワイヤの他、円周部に合せ目を持たないクロ
ーズドシーンワイヤのいずれでもよいが、自動化、ロボ
ット化を考慮すればシームレスワイヤが望ましい。
また、本発明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、更にスパッタを低減さ
せることができる。
次に実施例を用いて本発明を更に具体的に説明する。
(実施例) 第2表に本発明複合ワイヤおよび比較のために試作し
た複合ワイヤのフラックス組成を、第3表にこれ等ワイ
ヤを用いて溶接したときの溶接試験結果を示す。
第2表において、No.1〜No.11が本発明例、No.12〜N
o.17が比較例である。いずれのワイヤも軟鋼外皮(C:0.
049%、Si:0.01%、Mn:0.34%)を用いてフラックスを
充填し、断面形状がシームレスワイヤの1.6mmφワイヤ
にて炭酸ガスをシールドガスとして試験に供した。本発
明例はいずれもスパッタ発生量が少なく、かつ溶接能率
および溶着金属の機械的性質も良好であった。これに対
しNo.12ワイヤは金属粉量が少ないため溶接能率が満足
されず、No.13ワイヤは弗素量およびアルカリ量とも過
剰のためスパッタの多発を招いた。No.14、16ワイヤは
アルカリ量のわりに弗素量が少ないため、逆にNo.15、1
7ワイヤはアルカリ量に比べ弗素量が多いためいずれも
スパッタが多発し、採用できない。
(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
にしたため、この種ワイヤの実用性を飛躍的に高めるこ
とができる。溶接の自動化、ロボット化および高能率化
に答える本発明の価値は高い。
【図面の簡単な説明】
第1図は金属粉中のアルカリ金属、弗素量とスパッタ発
生量の関係を示す図である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】金属粉を90%以上含有するフラックスを充
    填してなるフラックス入りワイヤにおいて、ワイヤ重量
    比でアルカリ金属が0.01〜0.35%、金属弗化物が弗素換
    算で0.007〜0.21%であり、かつ弗素/アルカリ金属
    (重量比)が0.2〜1.5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。
JP62050480A 1987-03-05 1987-03-05 ガスシ−ルドア−ク溶接用複合ワイヤ Expired - Lifetime JPH0822474B2 (ja)

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