JPH11138295A

JPH11138295A - ステンレス鋼のエレクトロガスアーク溶接用フラックス入りワイヤ

Info

Publication number: JPH11138295A
Application number: JP32053097A
Authority: JP
Inventors: Daisuke Watanabe; 大祐渡邊; Satoyuki Miyake; 聰之三宅; Hajime Nagasaki; 肇長崎; Shinichi Kaneda; 慎一金田
Original assignee: Nippon Steel Welding and Engineering Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Welding and Engineering Co Ltd
Priority date: 1997-11-07
Filing date: 1997-11-07
Publication date: 1999-05-25

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】立向姿勢において高能率、かつ、アンダーカ
ット、ピットの発生がなく、大入熱においても溶接金属
の機械的性能が良好なステンレス鋼のエレクトロガスア
ーク溶接用フラックス入りワイヤの提供。【解決手段】充填フラックス６中のスラグ剤成分とし
てワイヤ全重量に対して、ＴｉＯ₂：０．５〜２．５重
量％、ＳｉＯ₂：０．５〜３．０重量％、金属フッ化物
のＦ換算値：０．１〜１．５重量％を含有し、かつスラ
グ剤成分の合計が、２．０〜５．０重量％であり、或は
さらに外皮及び／または充填フラックス中のＮまたは窒
化金属がワイヤ全重量に対してＮ換算値：０．０５〜
０．１６重量％、充填フラックス中のＡｌまたはＡｌ合
金がワイヤ全重量に対してＡｌ換算値：０．１〜１．６
重量％含有し、かつＡｌ換算値≧７×Ｎ換算値−０．２
５の式を満足させ、そして、さらに所定の合金成分を含
有するワイヤ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、化学容器、水門、
ＬＮＧ球形タンクの脚部等の大型構造物に適用されるス
テンレス鋼のエレクトロガス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】従来、化学容器、水門、ＬＮＧ球形タン
クの脚部等の大型構造物に使用される板厚２０ｍｍを越
える様な厚板のステンレス鋼の立向溶接には、ソリッド
ワイヤ、フラックス入りワイヤを用いた半自動ガスシー
ルドアーク溶接による施工が行われている。

【０００３】しかしながら、上記の様な溶接材料で立向
溶接を行うには、作業効率が悪く、溶接技量を必要とす
るばかりではなく、多層盛りとなるため層間に溶け込み
不良、スラグイン等の欠陥が発生する可能性があった。
そこで、厚板を立向姿勢において１パス溶接する高能率
かつ安定した溶込みが得られるエレクトロガスアーク溶
接方法のニーズが高まっており、軟鋼や高張力鋼を使用
する造船や橋梁などの大型構造物の溶接には、エレクト
ロガスアーク溶接方法が適用されている。しかし、ステ
ンレス鋼の分野では、特公平１−５９０７９号公報に開
示されている様な従来のステンレス鋼用フラックス入り
ワイヤを用いて厚板ステンレス鋼のエレクトロガスアー
ク溶接を行った場合、スラグ量が過剰となりビード両端
部にアンダーカット（図１）、ビード表面にピット（図
２）等が発生し健全な溶接部が得られない。さらに、多
量のスパッタ発生とスラグ跳ねが起こり、溶接チップや
ガス供給口に付着し、ワイヤ送給不良、シールド不足等
溶接作業性を劣化させ、エレクトロガスアーク溶接に適
さないため、ステンレス鋼のエレクトロガスアーク溶接
用のフラックス入りワイヤの開発が要望されていた。ま
た、ステンレス鋼のエレクトロガスアーク溶接は、ガス
シールドアークアーク溶接の入熱（１０〜３０ＫＪ／ｃ
ｍ：多層盛溶接）に対して、大入熱（６０〜８０ＫＪ／
ｃｍ；１パス溶接）であるため、０．２％耐力が低下す
るという問題があった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は前述の問題点
に鑑み、立向姿勢において高能率かつアンダーカット、
ピットの発生がなく溶接作業性に優れ、エレクトロガス
アーク溶接による大入熱においても溶接金属の機械的性
能が良好なステンレス鋼のエレクトロガスアーク溶接用
フラックス入りワイヤの提供にある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記課題を
解決するために、スラグ剤成分の組成と合計、脱酸剤、
金属成分の添加等について種々検討した。その結果、厚
板ステンレス鋼のエレクトロガスアーク溶接において、
アンダーカット、ピット等の発生がなく溶接作業性が優
れ、エレクトロガスアーク溶接による大入熱においても
良好な溶接金属の機械的性能が得られることの知見を得
た。

【０００６】すなわち、本発明は、上記知見に基づいて
完成したもので、その発明の要旨は充填フラックス中の
スラグ剤成分としてワイヤ全重量に対して、ＴｉＯ₂：
０．５〜２．５重量％、ＳｉＯ₂：０．５〜３．０重量
％、金属フッ化物のＦ換算値：０．１〜１．５重量％を
含有し、かつスラグ剤成分の合計が、２．０〜５．０重
量％であり、或はさらに外皮及び／または充填フラック
ス中のＮまたは窒化金属がワイヤ全重量に対してＮ換算
値：０．０５〜０．１６重量％、充填フラックス中のＡ
ｌまたはＡｌ合金がワイヤ全重量に対してＡｌ換算値：
０．１〜１．６重量％含有し、かつＡｌ換算値≧７×Ｎ
換算値−０．２５の式を満足させ、さらに所定の合金成
分を含有することを特徴とするステンレス鋼のエレクト
ロガスアーク溶接用フラックス入りワイヤにある。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明のフラックス入りワイヤの
形状を図３に基づいて説明する。図３の（ａ）〜（ｄ）
はフラックス入りワイヤの断面形状の例を示す図であ
る。図３の（ａ）〜（ｄ）に示すように、フラックス入
りワイヤはフェライト系またはオーステナイト系のステ
ンレス鋼のパイプあるいは帯鋼から成る外皮５に、充填
フラックス６を被包したものであり、同図（ａ）に示す
様な継ぎ目（合わせ目）のないもの、あるいは同図
（ｂ）〜（ｄ）の如く継ぎ目７を有するものでもよい。

【０００８】本発明は以下の実験結果に基づくものであ
る。まずフェライト系及びオーステナイト系ステンレス
鋼は表１に示す成分のパイプ及び帯鋼を用い、表２に示
すフラックスを充填して、ＪＩＳＺ３３２３のＹＦ
−３０８とＹＦ−３１６のワイヤ１．６ｍｍφを製造し
た。なお、パイプは所定の充填率にフラックスが入る径
まで管引きした後、フラックスを充填させた。溶接試験
は、表１に示すＳＵＳ３０４鋼板及びＳＵＳ３１６鋼板
（２０ｍｍｔ）を用い、ＤＣＥＰ３５０Ａ、４３Ｖ、
シールドガスはＣＯ₂：２５ｌ／ｍｉｎ、入熱約７７
ＫＪ／ｃｍ１パスの溶接条件にて、図４に示すルート間
隔５ｍｍ、表面間隔１７ｍｍのＶ開先を図５の溶接部縦
断面に示す方法により立向でエレクトロガスアーク溶接
を行い、溶接作業性に影響を及ぼす要因について検討し
た。

【０００９】その結果、本発明の充填フラックス中の各
成分とその作用効果について説明する。

【００１０】ＴｉＯ₂は、アークを安定にし、溶接金属
の被包性及びスラグの剥離性の良いスラグを形成する
が、０．５重量％未満ではその効果は発揮されず、２．
５重量％を超えるとスラグの流動性が劣化し、溶接金属
の被包性を確保するために必要なスラグ量が増大し、ス
パッタが発生しやすくなるばかりか、アンダーカット等
を発生し、ビード形状が劣化する。ＴｉＯ₂源として
は、ルチール、チタンスラグ、イルミナイト、さらには
チタン酸カリ、チタン酸ソーダ等を使用出来る。

【００１１】ＳｉＯ₂は、スラグの流動性調整に必要な
成分で、ビード形状を良化させる成分であるが、０．５
重量％未満ではその効果は見られず、３．０重量％を超
えると、スラグの流動性が悪くなり溶接金属の被包性が
劣化し、スラグの焼き付きを生じ、スラグ剥離性が劣化
する。さらに、アンダーカット等を発生し、ビード形状
が劣化する。ＳｉＯ₂源としては、硅砂、硅石の他、カ
リ長石等を使用出来る。

【００１２】金属フッ化物は、耐ピット性を向上させる
と共に、スラグの融点調整に必要であり、Ｆ換算値で
０．１重量％未満では耐ピット性が確保できず、逆に
１．５重量％を超えるとアーク状態が不安定になると共
に、フッ素ガス発生により、スパッタ及び溶接ヒューム
が発生しやすくなり、溶接作業性を劣化させる。金属フ
ッ化物は、フッ化ナトリウム、フッ化カルシウム、フッ
化ソーダ、フッ化リチウム、フッ化ジルコンカリ、硼フ
ッ化ナトリウム、硼フッ化カリウム、フッ化マグネシウ
ム等を使用出来る。

【００１３】Ｎは、溶接金属の０．２％耐力の確保のた
めに添加するが、Ｎ量と０．２％耐力との関係について
は、図６に示す様に、Ｎ換算値で０．０５重量％未満で
は、その効果は見られず、０．１６重量％を越えるとピ
ット発生、スパッタ発生量の増加等、溶接作業性を劣化
させる。Ｎは、窒化金属マンガン、窒化フェロマンガン
等を使用出来る。

【００１４】Ａｌは、脱酸剤効果のために単体または合
金で添加するが、Ａｌ換算値で０．１重量％未満では脱
酸剤としての効果は見られず、溶接ビードにピットが発
生する。１．６重量％を超えると、アーク状態が不安定
となるため、スパッタ発生量が増加して、溶接作業性が
劣化すると共に、スラグの流動性が下がり、ビード形状
の劣化を招く。Ａｌは、アルミニウム粉、フェロアルミ
ニウム、アルミマグネシウム粉等を使用出来る。

【００１５】但し、Ａｌは図７に示すように、直線の下
側ではピット発生が生じるので、直線の上側となる範囲
に該当するＡｌ換算値≧７×Ｎ換算値−０．２５の式を
満足させなければならない。式を満足した値ではピット
の発生がなく良好な溶接ビードを得ることが出来た。し
かし、式を満足しない値では、ビード表面にピットが発
生した。

【００１６】これらフラックスのスラグ剤成分と金属成
分を規定することにより、スラグ物性を調整しビード形
状を良好にすると共に、溶接作業性をも良好にする。

【００１７】また、充填フラックスには溶接金属成分調
整剤としてＮｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｓｉ、Ｎｂ、Ｆ
ｅ、ステンレス粉等を用いることが出来る。さらに原材
料粒度、フラックス成分、充填方法等に応じて固着剤に
よって造粒して用いることもあるが、その場合には固着
剤からもたらされる成分、例えば水ガラスの場合では、
ＳｉＯ₂、Ｎａ₂Ｏ、Ｋ２Ｏ等が増加することをあらかじ
め考慮してスラグ剤量が２．０〜５．０重量％になるよ
うに原料配合を行うことが必要である。

【００１８】次に、スラグ剤成分の合計について従来の
ガスシールドアーク溶接用ワイヤについて検討した結
果、図８はスラグ剤成分合計量と溶接長５００ｍｍに対
する溶接ビードに発生したピットとアンダーカットの合
計長さの割合を示す図であるが、スラグ量の多少により
ビード端部にアンダーカット、ピット等の欠陥が発生
し、良好な溶接ビードを得ることができないことが判っ
た。さらに本発明者は、スラグ剤成分の検討を重ねた結
果、エレクトロガス溶接用、さらには金属フッ化物を添
加したスラグ剤成分量をワイヤ全重量に対して２．０〜
５．０重量％の範囲としたワイヤでは溶接ビードにアン
ダーカット、ピット等の欠陥が発生せず、良好な溶接作
業性が得られるという知見を見い出すに到った。これは
スラグ剤成分が２．０重量％未満であるとスラグ剤成分
量が少なくスラグのビード表面焼付きを発生したり、ブ
ローホールまたはピットの欠陥が発生する。一方、５．
０重量％を越えると、溶接金属と水冷銅板または裏当て
材との間のスラグが過剰となりビード両端部にアンダー
カットが発生する。また、溶融池からのスラグ跳ねが発
生するため、スラグが溶接トーチのチップやガス供給口
に付着し、ワイヤ送給不良、シールド不良を起こす。さ
らに、過剰なスラグにより溶融金属へのアーク熱の伝わ
りが悪く溶け込み不足となる。

【００１９】

【実施例】フェライト系及びオーステナイト系ステンレ
ス鋼は表１に示す成分のパイプ及び帯鋼を用い、表２に
示すフラックスを１９〜２７重量％充填し、ＪＩＳＺ
３３２３のＹＦ−３０８とＹＦ−３１６のワイヤ１．６
ｍｍφを製造した。なお、パイプは所定の充填率にフラ
ックスが入る径まで管引きした後、フラックスを充填さ
せた。溶接試験は、表１に示すＳＵＳ３０４鋼板及びＳ
ＵＳ３１６鋼板（２０ｍｍｔ）を用い、ＤＣＥＰ３５
０Ａ、４３Ｖ、シールドガスはＣＯ₂：２５ｌ／ｍｉ
ｎ、入熱約７７ＫＪ／ｃｍ１パスの溶接条件にて、図４
に示すルート間隔５ｍｍ、表面間隔１７ｍｍのＶ開先を
図５の溶接部縦断面に示す方法により立向でエレクトロ
ガスアーク溶接を行った。溶接作業性、ビード形成性の
調査結果を表３に示す。また、ビード外観の良好であっ
たワイヤの機械的性質、機械的性質に及ぼすＡｌ、Ｎの
影響を調べた代表的なワイヤの溶接金属化学成分を表４
に示す。

【００２０】

【表１】

【００２１】

【表２】

【００２２】

【表３】

【００２３】

【表４】表２においてワイヤＮｏ．１〜１３が本発明例のフラッ
クス入りワイヤ、Ｎｏ．１４〜２５が比較例である。

【００２４】ＴｉＯ₂量が過剰なＮｏ．１４のワイヤ
は、スパッタが多発し、溶接作業性が劣化した。また、
ＴｉＯ₂量が不足したＮｏ．１５のワイヤは、アーク状
態が不安定で、溶接金属の被包性及び剥離性に問題が生
じた。

【００２５】ＳｉＯ₂量が過剰なＮｏ．１６のワイヤ
は、スラグの焼付きを生じ、スラグ剥離性において問題
が生じた。さらに、アンダーカットビードになりビード
形状が劣化した。また、ＳｉＯ₂量が不足したＮｏ．１
７のワイヤは、溶接金属の被包性に問題が発生しビード
形状が劣化した。

【００２６】金属フッ化物量が過剰なＮｏ．１８のワイ
ヤは、フッ素ガス発生量が過剰となりスパッタの発生量
が多くなると共に、スラグの融点が下がりすぎビード形
状に問題が生じた。また、金属フッ素物量が不足したＮ
ｏ．１９のワイヤは、耐ピット性が劣化しピットが発生
した。

【００２７】全スラグ剤成分量が過剰なＮｏ．２０のワ
イヤは、スラグ量が過剰となり、スラグイン、アンダー
カットを生じると共に、スラグ跳ねの発生、スパッタの
発生量が多くなり、問題を生じた。また、スラグ剤成分
量が不足したＮｏ．２１のワイヤは、溶接金属の被包性
が劣化し、スラグ焼き付き、ピットが発生した。

【００２８】Ｎ換算値が過剰なＮｏ．２２のワイヤは、
ビードにピットを発生し、さらに、スパッタ発生量が増
加して溶接作業性が劣化した。また、Ｎ換算値が不足し
たＮｏ．２３のワイヤはステンレス協会規格ＡＹＦ３
０８の０．２％耐力が２７５Ｎ／ｍｍ²以上に対して満
足しなかった。

【００２９】Ａｌ換算値が過剰なＮｏ．２４のワイヤ
は、アーク状態が不安定となりスパッタの発生量が多く
なり、溶接作業性に問題を生じると共に、スラグの流動
性が下がり、ビード形状に問題が生じた。また、Ａｌ換
算値が不足したＮｏ．２５のワイヤは、ピットがビード
表面に発生した。

【００３０】これらに対し、ＴｉＯ₂、ＳｉＯ₂、金属フ
ッ化物、Ａｌ、Ｎをフラックス中に適正量含有し、且つ
フラックス中のスラグ剤の総量が適正な本発明ワイヤ、
Ｎｏ．１〜１３のワイヤは、溶接作業性において極めて
良好で、溶接金属の機械的性能も満足であった。

【００３１】

【発明の効果】以上の様に本発明は、厚板ステンレス鋼
の立向姿勢において、高能率かつ安定した溶け込み溶接
が可能であり、さらに溶接作業性に優れ、溶接金属の機
械的性能が良好な、ステンレス鋼のエレクトロガスアー
ク溶接用フラックス入りワイヤである。前途ワイヤは、
産業上大きく貢献するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】アンダカットビードを示す模式図である。

【図２】ピットを示す模式図である。

【図３】各種フラックス入りワイヤの断面形状を示す図
で、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は各種フラックス
入りワイヤの断面形状を示す模式図である。

【図４】開先形状を示す図である。

【図５】エレクトロガスアーク溶接の溶接縦断面を示す
図である。

【図６】Ｎ量と０．２％耐力の関係を示す図である。

【図７】Ｎ量とＡｌ添加量の関係を示す図である。

【図８】スラグ剤成分合計量と欠陥発生率の関係を示す
図である。

【符号の説明】

１ステンレス鋼板２アンダカット３裏当て金４ピット５外皮６充填フラックス７継ぎ目８摺動銅板９ワイヤ１０溶接金属１１溶接トーチ１２ガス供給口１３冷却水１４シールドガス

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者金田慎一東京都中央区築地三丁目５番４号日鐵溶接工業株式会社研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】管状に成形されたステンレス鋼製外皮内
にフラックスを充填してなるステンレス鋼のエレクトロ
ガスアーク溶接用フラックス入りワイヤにおいて、充填
フラックス中のスラグ剤成分がワイヤ全重量に対してＴｉＯ₂ ：０．５〜２．５重量％ＳｉＯ₂ ：０．５〜３．０重量％金属フッ化物のＦ換算値：０．１〜１．５重量％を含有し、かつスラグ剤成分の合計が、２．０〜５．０
重量％であり、さらに所定の合金成分を含有することを
特徴とするステンレス鋼のエレクトロガスアーク溶接用
フラックス入りワイヤ。
【請求項２】管状に成形されたステンレス鋼製外皮内
にフラックスを充填してなるステンレス鋼のエレクトロ
ガスアーク溶接用フラックス入りワイヤにおいて、外皮
及び／または充填フラックス中のＮまたは窒化金属がワ
イヤ全重量に対してＮ換算値：０．０５〜０．１６重量％充填フラックス中のＡｌまたはＡｌ合金がワイヤ全重量
に対してＡｌ換算値：０．１〜１．６重量％かつＡｌ換算値≧７×Ｎ換算値−０．２５の式を満足
し、さらに所定の合金成分を含有することを特徴とする
請求項１のステンレス鋼のエレクトロガスアーク溶接用
フラックス入りワイヤ。