JPH08281478A - ガスシールドアーク溶接用チタニヤ系フラックス入りワイヤ - Google Patents

ガスシールドアーク溶接用チタニヤ系フラックス入りワイヤ

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JPH08281478A
JPH08281478A JP7086814A JP8681495A JPH08281478A JP H08281478 A JPH08281478 A JP H08281478A JP 7086814 A JP7086814 A JP 7086814A JP 8681495 A JP8681495 A JP 8681495A JP H08281478 A JPH08281478 A JP H08281478A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 低温用鋼溶接時のヒュームの発生が低減され
たガスシールドアーク溶接用チタニヤ系フラックス入り
ワイヤを提供する。 【構成】 軟鋼製外皮にフラックスを充填してなるガス
シールドアーク溶接用チタニヤ系フラックス入りワイヤ
において、前記軟鋼製外皮が、外皮全重量に対する割合
で、C:≦0.01%、Ti:0.01〜0.20%、
Al:0.01〜0.15%、Mn:1.0〜1.5%
を含有し、かつ、Ti/C≧4.0、Al/C≧3.
0、Mn/C≧300に規制した組成の鋼からなり、前
記フラックスが、ワイヤ全重量に対する割合で、TiO
2:1.00〜8.50%、アルカリ金属の酸化物(ア
ルカリ金属元素換算値):0.01〜1.50%、C:
≦0.06%、Mn(外皮中のMn量も合計して):
0.50〜3.60%、Si(外皮中のSi量も合計し
て):0.10〜1.50%、Mg:0.01〜1.0
0%、Ni:0.10〜2.00%、Ti:0.01〜
1.00%、B:0.0001〜0.0200%を含有
するフラックスである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、低温用鋼等の溶接に使
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
に関し、特に、ヒューム発生量を低減した低温用鋼用等
のチタニヤ系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】近年の溶接技能者の不足から、鉄骨、産
機及び造船等の業界では、溶接の高能率化、自動化及び
ロボット化が進められる一方、脱3Kなどの観点より溶
接作業環境改善に関する取り組みが急速に進んでいる。
【0003】そして、ガスシールドアーク溶接用フラッ
クス入りワイヤは、溶接の容易性及び高能率性の面よ
り、近年需要が急速に伸びている。その中でも、チタニ
ヤ系フラックス入りワイヤは、とりわけ低スパッタでビ
ード外観が良いことに加え、全姿勢での溶接が容易であ
ることから、その需要が造船、橋梁及び産機等の分野で
急激に拡大しつつある。しかし、一方で、溶接技能者の
不足は益々深刻になりつつある。これは、溶接環境が高
温下で、かつ溶接ヒュームが多い等、他産業に比べて劣
悪であることによるところが大きい。このように、この
種のワイヤの最大の難点は、ヒューム発生量が多いこと
であり、溶接作業環境面よりの改善が要望されている。
【0004】従来のヒュームを改善したフラックス入り
ワイヤとして、その外皮の成分を調整したものが提案さ
れている(例えば、特開平6−285672号)。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来の低ヒューム化技術は、軟鋼用又は490N/mm2
級高張力鋼の溶接に使用されるものに限定されており、
低温用鋼用のガスシールドアーク溶接用フラックス入り
ワイヤについては、このような低ヒューム化の技術は、
何ら、開発又は実用化されていなかった。
【0006】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、低温用鋼溶接時のヒュームの発生が低減さ
れたガスシールドアーク溶接用チタニヤ系フラックス入
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】本発明に係るガスシール
ドアーク溶接用チタニヤ系フラックス入りワイヤは、軟
鋼製外皮にフラックスを充填してなるガスシールドアー
ク溶接用チタニヤ系フラックス入りワイヤにおいて、前
記軟鋼製外皮が、外皮全重量に対する割合で、C:≦
0.01%、Ti:0.01〜0.20%、Al:0.
01〜0.15%、Mn:1.0〜1.5%を含有し、
かつ、Ti/C≧4.0、Al/C≧3.0、Mn/C
≧300に規制した組成の鋼からなり、前記フラックス
が、ワイヤ全重量に対する割合で、TiO2:1.00
〜8.50%、アルカリ金属の酸化物(アルカリ金属元
素換算値):0.01〜1.50%、C:≦0.06
%、Mn(外皮中のMn量も合計して):0.50〜
3.60%、Si(外皮中のSi量も合計して):0.
10〜1.50%、Mg:0.01〜1.00%、N
i:0.10〜2.00%、Ti:0.01〜1.00
%、B:0.0001〜0.0200%を含有するフラ
ックスであることを特徴とする。
【0008】
【作用】本願発明者等が低温用鋼溶接時のヒュームの発
生を抑制すべく種々実験研究した結果、Mg及びMn等
の成分を適切に調整することにより、所期の目的を達成
できることを見いだし、本発明を完成するに至った。以
下、先ず、本発明の構成を想到するに至った経緯につい
て説明する。
【0009】本願発明者等は、先ず特開平6−2856
72号に開示されている軟鋼製外皮の成分を調整するこ
とから試みた。具体的には、表2に示すフラックスを軟
鋼製外皮(成分は表1に示す)に充填し、1.2mm径
のフラックス入りワイヤを製作して、以下に示す溶接条
件にて溶接ヒューム発生量をJIS Z3930(図5
参照)に準拠して測定した。
【0010】(溶接条件) 溶接電流:300A アーク電圧:32V 溶接速度:30cm/分 ワイヤ突出し長さ:25mm 極性:DC(ワイヤプラス) シールドガス:CO2100%、流量25リットル/分 溶接姿勢:下向きビードオンプレート 母材:JIS G3106 SM490A(板厚12m
m)
【0011】
【表1】 単位は重量%である。
【0012】
【表2】
【0013】表2において、各数値はワイヤ全重量に対
する割合(重量%)であり、アルカリ金属酸化物欄はア
ルカリ金属元素換算値である。また、Mn及びSiは外
皮中の量も加算した量である。
【0014】その結果を、表5のNo.1に示すが、当
初予想をしたほどの効果は得られなかった。軟鋼又は4
90N/mm2高張力鋼用のフラックス入りワイヤにお
いては、外皮のTi,Alの複合効果により、溶接ヒュ
ームの低減効果が得られるとされており、そのメカニズ
ムはTi,Alが酸素との親和性が強く、高凝固点酸化
物を生成するため、ワイヤ先端の溶融した懸垂溶滴表面
に酸化皮膜を形成し、Cと酸素との反応の結果として生
じるヒュームの発生源であるCO,CO2の爆発的生成
を抑制するためと考えられている。
【0015】しかしながら、低温用鋼用フラックス入り
ワイヤにおいては、Ti,Bの靱性強化効果を得るた
め、Ti,Bがフラックス中に含有されており、更に低
温靱性向上の目的でNiが添加され、更にそれらのT
i,B,Niの効果を引き出すため、即ち溶接金属の酸
素量が高いチタニヤ系フラックス入りワイヤにおいて
は、Ti,Bの靱性強化機構が充分発揮されないため、
Mgを添加することにより溶接金属の低酸素化を行うこ
とが必要となる。つまり、Mg,Ti,Bの3者がいず
れも必要となる。
【0016】この低温用鋼用チタニヤ系フラックス入り
ワイヤにおいては、上述の外皮のTi,Alにより低ヒ
ューム効果を得ようとしてもTi,Alよりもさらに酸
素との親和力の強いMgが存在するため、その低ヒュー
ム効果が充分達成されないものと考えられた。
【0017】そこで、発明者らはMgが必須となる条件
のもとで低ヒューム化が可能となる手段を検討した。そ
して、外皮金属の化学成分を種々変更したワイヤを試作
し、溶接ヒューム発生量を測定した。その結果、外皮中
のMnを高くすると、Mgをフラックス中に含有してい
ても低ヒューム化を図ることができることを見いだし
た。
【0018】先ず、本発明において、軟鋼製外皮成分を
限定するに至った理由を示す。C(炭素)≦0.01% 従来技術(特開平6−285672号)である低C化に
よりヒューム低減効果が得られることが知られている
が、C量が0.01%超ではヒューム発生源であるC
O,CO2の爆発的生成を抑制できないため C量を
0.01%以下とすることとした。
【0019】Ti(チタン):0.01〜0.20%,
Al(アルミニウム):0.01〜0.15%,Mn
(マンガン):1.0〜1.5% ヒューム発生量を低減するためには、低C化に加えて、
Ti及びAlをいずれも0.01%以上、Mnを1.0
%以上、複合添加することが有効な手段である。このう
ち、Ti,Alだけでは効果が少なく、Mnとの複合添
加により初めて顕著な効果が生じる。
【0020】また、図1は外皮のMn含有量を種々変え
たもののヒューム発生量の測定結果を示す。これは後述
する表5のNo.1〜6に対応する。この図1(a)に
示すように、外皮中のMn量が増加するにつれてヒュー
ム発生量が低減される。ヒューム低減効果があるのは、
Mn含有量が1.0%以上の場合である。
【0021】これらのTi,Al及びMnにより、溶接
ヒューム低減効果が得られる理由としては、Ti,Al
が酸素との親和性が強く、高凝固点酸化物を生成するた
めアーク溶接過程においてワイヤ先端の懸垂溶滴表面に
酸化皮膜を形成し、Cと酸素との反応の結果として生じ
るヒューム発生源であるCO,CO2の爆発的生成を抑
制するためと考えられ、MnはMgが添加されているフ
ラックスにおいても、CO,CO2の発生を効果的に抑
制する。
【0022】また、Ti,Al量の上限は、溶接金属へ
歩留まった結果生じる延性低下、硬化等による材質劣化
を避けるため、また、Alは溶接中に大部分が酸化物と
なり、スラグ剥離性を劣化させるため、夫々0.20
%,0.15%とする必要がある。また、Mnは1.5
%超では溶接中に大粒スパッタが著しく増加するため、
Mnを1.0〜1.5%とする必要がある。
【0023】Ti/C≧4.0、Al/C≧3.0 図2は横軸にTi/Cをとり、縦軸にヒューム発生量を
とって両者の関係を示すグラフ図である。また、図3は
横軸にAl/Cをとり、縦軸にヒューム発生量をとって
両者の関係を示すグラフ図である。これらの図2、3か
ら明らかなように、Ti/C≧4.0、Al/C≧3.
0により、更に溶接ヒューム低減効果が得られる。溶接
ヒューム低減効果の理由は先に述べたとおりである。よ
り好ましくは、Ti/C ≧20.0、Al/C≧10.
0である。
【0024】Mn/C≧300 低温用鋼用ガスシールドアーク溶接フラックス入りワイ
ヤにおいて、従来のヒューム改善技術を適用しても有意
な溶接ヒューム低減効果が得られなかった。そこで、本
願発明者等が種々実験研究した結果、図1(b)に示す
ように、Mn/Cを300以上にすることにより、溶接
ヒュームを低減できることが判明した。そこで、Mn/
Cを300以上とする。より好ましくは、Mn/C≧4
00である。
【0025】次に、充填するフラックス成分を規定する
に至った理由を説明する。なお、フラックス成分は、ワ
イヤ全体に対する重量%である。
【0026】TiO2(チタン酸化物):1.00〜
8.50% TiO2はスラグ形成剤及びアーク安定剤としての作用
を有する。TiO2量は、下向及び水平姿勢においてビ
ード外観・形状及びアーク安定性改善効果を得るために
は、少なくとも1.00%以上が必要である。しかし、
TiO2が8.50%を超えると、スラグの凝固点が高
く、かつ粘性が過剰になってスラグ巻込みとビード表面
のガス欠陥を生じやすくなる。従って、フラックス中の
TiO2量は1.00〜8.50%の範囲とする。
【0027】なお、TiO2源としては、ルチール、還
元イルミナイト、ルコキシン、イルミナイト、チタン酸
カリウム等の酸化物が挙げられる。
【0028】アルカリ金属の酸化物(アルカリ金属元素
換算値):0.01〜1.50% アーク安定性の向上及びスパッタ量低減を図るため、L
i,Na,Kのアルカリ金属成分を添加するのが効果的
であるが、著しい溶接ヒューム発生源となる。特に、ア
ルカリ金属のフッ化物、炭酸塩及びNa2O,K2O,L
2O等の単純酸化物は著しい溶接ヒューム発生源とな
る。しかし、前記Li,Na,Kのアルカリ金属が、T
xy,Fexy,Mnxy,Sixy,Zrxy等の
酸化物の1種以上との複合酸化物(x,y:正数)であ
れば、溶接ヒューム発生量の増加は少ない。
【0029】上記範囲に規定したのは、0.01%未満
ではアーク安定性向上及びスパツタ低減の効果が得られ
ないためであり、また1.50%超では、外皮組成限定
によるヒューム低減効果が殆ど期待できないのに加え
て、スラグ剥離性が著しく低下するためである。いずれ
もアルカリ金属元素に換算して上記範囲で添加する。複
合酸化物の例としては、LiFeO2,Li2SiO3
Li2MnO3,Li2ZrO3,Li2TiO3,NaAl
Si38,K2TiO3及びKAlSi38等がある。こ
れら複合酸化物としては、高温焼成又は溶融法で製造さ
れるほか、長石等の天然物質を利用できる。
【0030】C(炭素)≦0.06% Cは脱酸剤として、また強度及び焼入性向上による靱性
確保、並びにアーク集中性を促進することによる溶込み
深さ向上などの目的から、必要に応じて外皮中のC量を
考慮しつつ、フラックス中に添加する。
【0031】図4は横軸にフラックス中のC量をとり、
縦軸にヒューム発生量をとって両者の関係を示すグラフ
図である。この図4から明らかなように、C量が0.0
6%を超えると、Ti,Alの溶接ヒューム量低減効果
が得られず、著しくヒューム発生量を増大させるので、
フラツクス中のC量はワイヤ全重量に対する割合で0.
06%以下に規制する。
【0032】Mn(マンガン:外皮中のMn量も合計し
て):0.50〜3.60% Mnは、脱酸剤としてのみならず、溶着金属の強度調整
や焼入性向上による靱性改善及び溶融金属・スラグの粘
性増加によるビード形状改善(特に、水平すみ肉の場
合)のために、外皮中のMn量を考慮して添加する。そ
の場合、Mnが0.50%未満では軟鋼用としても十分
な強度が得られず、またビード形状も良好でない。ま
た、Mnが3.60%超では溶着金属強度が過大とな
り、低温割れが生じやすくなるので、上記範囲とする。
なお、Mn源としては、Mn,Fe−Mn,Fe−Si
−Mn等が挙げられる。
【0033】Si(シリコン:外皮中のSi量も合計し
て):0.10〜1.50% SiはMnと同様の作用効果を有する。しかし、Siが
0.10%未満では、脱酸剤としての作用、靱性改善及
びビード形状改善効果が十分に得られず、またSiが
1.50%超では、溶着金属中のSi量が過剰となり、
逆に靱性及び延性が低下するので、上記範囲とする。な
お、Si源としては、SiやFe−Si,Fe−Si−
Mn,Fe−Si−Mg等の合金が挙げられる。
【0034】Mg(マグネシウム):0.01〜1.0
0% 低温用鋼用ガスシールドアーク溶接フラックス入りワイ
ヤにおいては、Ti,Bの靱性強化効果を得るためT
i,Bがフラックス中に含有されている。しかし、溶接
金属中の酸素量が高いチタニヤ系フラックス入りワイヤ
においては、Ti,Bの靱性強化効果が充分発揮されな
いため、Mgを添加することにより、溶接金属の低酸素
化を行うことが必要となる。そこで、酸素低減作用を有
するMgを添加する必要がある。上記範囲に限定したの
は、0.01%未満ではTi,Bの靱性強化効果が得ら
れず、逆に1.00%超では溶接ヒューム量が増大し、
本発明の目的が達せられないためである。また、スラグ
剥離性の改善及び耐気孔性改善効果も得られる。なお、
Mg源としては、金属Mgの他にAl−Mg,Li−M
g,Ni−Mg,Si−Mg等の合金が挙げられる。
【0035】Ni(ニッケル):0.10〜2.00% Niは、溶着金属の低温での靱性向上や延性向上のため
に添加する。しかし、Niが0.10%未満では十分な
低温靱性が得られず、また2.00%超では溶着金属強
度が過剰となり、低温割れが生じやすくなるので上記範
囲とする。なお、Ni源としては、金属Ni及びNi−
Mg等の合金が挙げられる。
【0036】Ti(チタン):0.01〜1.00%,
B(ボロン):0.0001〜0.0200% Tiは、溶着金属の靱性の向上及びビード形状改善のた
めに添加する。また、BはTiと複合添加させることに
より、Ti−Bの靱性強化機構が作用する。しかしなが
ら、Tiが0.01%未満ではTi−Bの靱性強化機構
が十分働かず、また1.00%超では、スパッタが多
く、ビード形状も劣悪になる。また、溶着金属強度が過
剰となり、低温割れが生じやすくなる。
【0037】Bが0.0001%未満では、Ti−Bの
靱性強化機構が十分働かず、また、0.0200%超で
は高温割れが生じやすくなる。以上の理由から、Ti,
Bは上記範囲とする。なお、Ti源としては、Fe−T
i、B源としては、Fe−B等が挙げられる。Bのより
好ましい範囲は0.0010〜0.0200%である。
【0038】
【実施例】次に、本発明の実施例について、その比較例
と比較して説明する。下記表3に示す成分を含有する軟
鋼製外皮を使用し、これに下記表4に示す成分を含有す
るフラックスを所定のフラックス率で充填したフラック
ス入りワイヤ(ワイヤ径:1.2mm)を製作した。な
お、表3及び表4のNo.欄に下線を付したものは、本
発明の範囲から外れる比較例である。但し、表4におい
て、フラックス成分は本発明の範囲に入るが、使用外皮
が本発明の範囲から外れるものも下線を付した。
【0039】次いで、このフラックス入りワイヤを使用
して以下の溶接条件で溶接試験を実施した。
【0040】(溶接条件) 溶接法:下向ビードオンプレート溶接 溶接電流:300A アーク電圧:32V 溶接速度:30cm/分 ワイヤ突出し長さ:25mm 極 性:DCEP シールドガス:100%CO2(流量25リットル/
分) 試験板:JIS G3106 SM490A(板厚12
mm)
【0041】(ヒューム測定法)JIS Z 3930
「被覆アーク溶接棒の全ヒューム量測定方法」に準じ
て、1分間溶接した際に発生するヒュームの重量を測定
することにより、単位時間当たりの値(mg/分)(繰
返し回数=3の平均値)を求めた。ヒュームは図3に示
す捕集箱を備えた装置により回収した。
【0042】(作業性)官能評価により評価した。
【0043】試験結果を下記表5に示す。なお、表5に
おいて、本発明の範囲から外れる比較例にはNo.に下線
を付した。
【0044】また、試験No.1〜11は軟鋼製外皮成
分の影響、試験No.12〜15はフラックス中のTi
2量の影響、試験No.16,17はフラックス中の
C量の影響、試験No.18〜21はフラックス中のア
ルカリ金属酸化物量の影響、試験No.22〜25はフ
ラックス中のMg量の影響、試験No.26〜29はフ
ラックス中のNi量の影響、試験No.30〜33はフ
ラックス中のTi及びB量の影響、試験No.34〜3
7はMn及びSi量の影響を夫々調べたものである。
【0045】試験No.4,5,8,10,13,1
4,16,19,20,23,24,27,28,3
1,32,35,36は、軟鋼製外皮及びチタニヤ系フ
ラックスの成分調整が本発明の範囲内であるため、いず
れもヒューム発生量が著しく少なく、また溶接作業性に
おいても問題がない。これに対し、本発明の範囲から外
れる他の試験材はビード外観等に問題があるか、又はヒ
ューム発生量が多い。
【0046】
【表3】
【0047】
【表4】
【0048】
【表5】
【0049】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は外皮成分
及びフラックス成分を適切に設定したので、ビード外観
形状等の溶接作業性は良好であると共に、低温用鋼溶接
時のヒュームの発生を著しく低減することができるとい
う効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は外皮中のマンガン量とヒューム発生量
との関係を示すグラフ図、(b)はMn/Cとヒューム
発生量との関係を示すグラフ図である。
【図2】Ti/Cとヒューム発生量との関係を示すグラ
フ図である。
【図3】Al/Cとヒューム発生量との関係を示すグラ
フ図である。
【図4】フラックス中のC量とヒューム発生量との関係
を示すグラフ図である。
【図5】ヒューム発生量の測定装置を示す模式図であ
る。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 軟鋼製外皮にフラックスを充填してなる
    ガスシールドアーク溶接用チタニヤ系フラックス入りワ
    イヤにおいて、前記軟鋼製外皮が、外皮全重量に対する
    割合で、C:≦0.01%、Ti:0.01〜0.20
    %、Al:0.01〜0.15%、Mn:1.0〜1.
    5%を含有し、かつ、Ti/C≧4.0、Al/C≧
    3.0、Mn/C≧300に規制した組成の鋼からな
    り、前記フラックスが、ワイヤ全重量に対する割合で、
    TiO2:1.00〜8.50%、アルカリ金属の酸化
    物(アルカリ金属元素換算値):0.01〜1.50
    %、C:≦0.06%、Mn(外皮中のMn量も合計し
    て):0.50〜3.60%、Si(外皮中のSi量も
    合計して):0.10〜1.50%、Mg:0.01〜
    1.00%、Ni:0.10〜2.00%、Ti:0.
    01〜1.00%、B:0.0001〜0.0200%
    を含有するフラックスであることを特徴とするガスシー
    ルドアーク溶接用チタニヤ系フラックス入りワイヤ。
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