JPH11226780A

JPH11226780A - 溶接用フラックス入りワイヤの製造方法

Info

Publication number: JPH11226780A
Application number: JP3326298A
Authority: JP
Inventors: Kozo Noguchi; 幸三野口; Toru Ono; 徹小野; Ko Kato; 興加藤
Original assignee: Nippon Steel Welding and Engineering Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Welding and Engineering Co Ltd
Priority date: 1998-02-16
Filing date: 1998-02-16
Publication date: 1999-08-24

Abstract

(57)【要約】【課題】溶接用フラックス入りワイヤの充填率の安定
化および伸線性と品質の向上に資する溶接用フラックス
入りワイヤの製造方法を提供すること。【解決手段】充填フラックスの粒子サイズが１０００
〜１５０μｍのものが９８％以上であって、粉化強度：
２５〜５０であるフラックスを低炭素鋼管に充填して、
ワイヤ系０．８〜２．０ｍｍ伸線加工したことを特徴と
する溶接用フラックス入りワイヤの製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、溶接用フラックス
入りワイヤの製造方法に係り、さらに詳しくは、溶接用
フラックス入りワイヤの充填率の安定化および伸線性と
品質の向上に資する溶接用フラックス入りワイヤの製造
方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、溶接用フラックス入りワイヤを製
造する一般的な方法は、工程順に鋼製外皮にフラック
ス充填後のワイヤを２〜５ｍｍ径までローラ型ダイスあ
るいは孔型ダイスで伸線する工程（一次伸線）、焼鈍
工程、酸洗工程、めっき工程、最終サイズ径まで
伸線する工程（仕上げ伸線）の順で行われる。前記〜
の工程は素線および製品の形状、物性に対応して選択
されて製造される。

【０００３】一方、充填用フラックスを製造する一般的
な方法は各種原料を計量後、混合しただけの非造粒法お
よび造粒法があるが、鋼管にフラックスを充填して製造
する溶接用フラックス入りワイヤには、造粒フラックス
を充填する方式が一般的であり、造粒フラックスの一般
的な製造方法は配合工程、湿式混合工程、造粒工
程、乾燥工程、篩分けにより所定の粒度に調製する
分級工程を製品の形状、物性に対応し選択して行われ
る。

【０００４】一般に適用されている攪拌混合造粒法で
は、用途および造粒性の良否により、の湿式混合工程
で、いわゆる擬造粒作用を活用して造粒し、の工程を
省略することもある。一方、この方法は、造粒工程の温
度および湿度の影響が大きく、例えば夏季の高温多湿期
と冬季の低温乾燥期では、固着剤の適正添加量に差があ
り、冬季には夏季に比べて固着量添加率を増加しないと
所望する粒度分布の造粒品が得られないという問題があ
る。

【０００５】さらに、造粒されたフラックスの粒度分布
の幅が広く、例えば５００μｍ（３２メッシュ）の篩網
で篩ったものでは、４５μｍ（３２５メッシュ）以下ま
での粒子が混じっている。そのために、狭い級間のフラ
ックス、例えば１５０μｍ（１００メッシュ）より粗い
ものを得るためには、１５０μｍの目開きの篩網により
篩って、その篩下を除去する必要があり、歩留低下の原
因になる。

【０００６】溶接用フラックス入りワイヤに用いられる
フラックスは、例えば振動充填方法によれば、級間の狭
い、いわゆるシャープな粒度分布のフラックスの方が級
間の広いフラックスよりも充填率のばらつきが小さく、
また、充填速度も速くなることが確認されており、高級
溶接用ワイヤには、シャープな粒度分布にして充填する
こともある。そのために篩工程の下側の篩網に粗目のも
のを用い、篩下のフラックスは、造粒工程にリターンし
て原料の一部として再利用されるが、それだけ余分な作
業が必要であり、生産性を低下させる原因になってい
る。

【０００７】また、帯材をＵ字状に形成し、その溝部に
フラックスを充填した後、さらに、Ｏ状に成形加工し、
両端の合わせ部をシール溶接した後所定の寸法まで縮径
仕上げ伸線する場合でも、Ｕ字溝にフラックスを円滑に
定常的に送給するためには、フラックスの粒度分布がシ
ャープで、しかも１５０μｍ以上のものが良好な流動性
を示し、充填率の変動を小さくできることが知られてい
る。

【０００８】しかし、充填用フラックス粒度を粗め、例
えば８４０μｍ（２０メッシュ）以下にして充填した場
合、従来の造粒法で造粒したものでは、粉化強度Ｃが２
０以下になり、強度が強すぎて、伸線工程で、ダイスの
圧下力では充填されたフラックスが圧潰されずフラック
スの充填状態にばらつきを生じ、その部分で鋼外皮が薄
くなって、断線したり、あるいはワイヤ外縁部に断続的
にくびれが生じて、いわゆるびびり線となることが一般
であり、充填用フラックスの粗粒化が困難となってい
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】溶接用フラックス入り
ワイヤに充填するフラックスの粒度を大粒側で、しかも
粒度分布幅の狭い粒度にすると、フラックスの流動性を
良好にして充填速度を向上することが可能であり、ま
た、充填率の変動を小さくでき、品質のより安定した製
品を作れる等メリットが大きい。しかし、このような粒
度の造粒フラックスを効率良く製造することが困難であ
り、また一般的には造粒されたフラックスが固く、粉化
強度が大き過ぎて、充填された外皮管を伸線する際に断
線したり、伸線品の外観が断続的にくびれて、いわゆる
ビビリ線となり、溶接時にワイヤの送給性を悪化させ、
アーク状態を不安定にさせるという問題がある。そのた
めに、また、１０００μｍ径のような大粒のフラックス
を充填して、溶接用フラックス入りワイヤを製造するこ
とが実用化されていないのである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明者らはこ
れらの問題を解決すべく、次のような発想で課題解決方
法を実現することが出来た。すなわち、本発明の要旨と
するところは、（１）充填フラックスの粒子サイズが１０００〜１５０
μｍのものが９８％以上であって、粉化強度Ｃ：２５〜
５０であるフラックスを低炭素鋼管に充填して、ワイヤ
径０．８〜２．０ｍｍ伸線加工したことを特徴とする溶
接用フラックス入りワイヤの製造方法。

【００１１】（２）１０μｍ以下である超微粒子の金属
酸化物あるいは結晶水を含む金属酸化物または炭酸塩鉱
物原料を５〜３５％、有機糊料を０．５％以下含有する
配合フラックスに固着剤を添加混合し、造粒乾燥したフ
ラックスを充填することを特徴とする前記（１）記載の
溶接用フラックス入りワイヤの製造方法。（３）充填フラックスを押出造粒法により造粒すること
を特徴とする前記（１）または（２）記載の溶接用フラ
ックス入りワイヤの製造方法にある。

【００１２】但し、粉化強度Ｃは、次のような方法で測
定した値とする。２１０μｍ（７０メッシュ）より小さ
い粒子の構成割合（重量％）がＡであるフラックス５０
ｇを、直径８ｍｍの鉄球９個と共に、内径４０ｍｍ、長
さ３００ｍｍの円筒型容器に入り、容器の両端部中心か
ら軸線方向１５０ｍｍの点を中心として、その周りに、
３０回転／分の回転数で３０分間回転させた後、２１０
μｍより小さい粒子の構成割合（重量％）Ｂを測定し、
次式によって求めた値Ｃを粒子の粉化強度とする。
Ｃ＝Ｂ−Ａ値Ｃが大きくなる程、フラックス粒子の固着強度が弱く
なることを示す指標である。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明について詳細に説明
する。本発明者らは、先ず、従来の製造方法で作られた
溶接用フラックス入りワイヤの充填用フラックスを用い
て、種々の級間粒度のフラックスを調製し、これらを使
ってワイヤへの充填フラックスとしての特性を調査し、
所望する特性を発揮する級間粒度を求めた。その結果、
品質的な面では、従来の製造方法で製造した級間の広
い、例えば５００μｍパスの製品に対して、これから篩
網により、１５０μｍ目開きの網の上下に２分したもの
について、成分分析を行うと、両者間に成分の差がある
ことが判った。その一例を図１に示す。すなはち、図１
は粒度分布の級間変更によるフラックスの化学成分変動
例を示すもので、造粒段階で配合した全原料を１５０μ
ｍより大きい粒子に閉じ込める方法で造粒すれば、フラ
ックスの成分のバラツキを無くすることができることを
示唆するものである。

【００１４】また、上記の２分したフラックスと、３製
品を外径１１．４ｍｍ、内径６．５ｍｍのコイル状に巻
いた管内に、振動充填法により充填し、管内に充填され
た速度を測定して比較した例を示す。すなわち、図２は
粒度の級間を変えた時の振動充填による管内へのフラッ
クス充填速度の影響を調査した結果例を示す図である。
この図２から判るように、粒度を５００μｍ×１５０μ
ｍに調製したフラックスが、級間幅の広い製品粒度品に
比べて約１．７倍の充填速度を示している。また、品質
上の理由から、管内に充填されたフラックスの充填率変
動は小さいほど好ましいが、一般溶接用の場合は、目標
充填率に対して、±１．０％以下のレベルである。

【００１５】従来の造粒フラックスの粒度分布５００μ
ｍパス品の充填率変動状況の例を図３に示す。この図か
ら判るように、充填率の平均値１０．４４％に対して、
最大値と最小値との差Ｒが１．９６％であり、σは０．
７４％である。高級品に対しては充填率変動を小さくす
るため、フラックスを１５０μｍの篩網で篩い、その上
のフラックスを用いるとか、充填用管の内径精度を高め
るため、玉引き伸線した管を使用する等の経済的に負担
のかかる処理をしているのが現状である。

【００１６】これに対して、粒子を大粒にして級間を狭
く１０００〜１５０μｍに調製したフラックスを充填し
た場合の充填率変動状況を調査した例を図４に示す。図
４から判るように、平均充填率１１．４０％に対して、
最大値と最小値との差Ｒが０．９７％であり、σは０．
２９％と一般品の半分以下で、充填率の変動が小さくな
っていることを示している。一方、縮径伸線工程で、管
内断面の充填フラックスの充填率が上昇し、大粒のフラ
ックス粒子が圧潰されず、ダイスによるワイヤ表面から
の絞りに対して、大粒のフラックスが長手方向に円滑に
移動しないと、外皮のみが延伸され、内部のフラックス
が滞っている部分の外皮が薄くなる。このような現象が
さらに進むと、内部フラックス部の凹凸が外皮表面にま
で伝わって、ワイヤ表面に断続的にくびれが生じ、いわ
ゆるくびり線になり、断線の原因にもなる。これは充填
した造粒フラックスの粒子の強度が大き過ぎるためであ
る。

【００１７】図５はこのような状況を示した軟Ｘ線撮影
例を示す模式図であり、図５（ａ）は従来の造粒方法で
造粒した、粒度が８４０μｍパス品で、粉化強度Ｃ≒２
０のフラックスを充填した後、孔型ダイスで伸線したも
ので、線径１．４ｍｍで測定したＰ値が１．６０となっ
ており、管内部の断面を見ると充填フラックスの凹凸状
態が良く判る。これに対して、本発明思想を活用して、
フラックス粒度が１０００×１５０μｍで、粉化強度Ｃ
≒４５と弱くした充填フラックスでは、前述の例と同じ
要領で伸線した線径１．４ｍｍのＰ値が１．１７と小さ
くなっており、図５（ｂ）に示す押出造粒方法により粒
度１０００×１５０μｍ品充填部断面の模式図から判る
ように、内部のフラックス充填状態が一様になってい
る。このように、大粒フラックスでも本発明の方法を活
用すれば、円滑な伸線が可能であり、フラックスの充填
状態も一様に分散しており、品質安定に効果があること
が判る。

【００１８】なお、溶接用フラックス入ろワイヤ内の充
填フラックスの充填状態の変動指標Ｐ値は次のような方
法で測定した値とする。仕上げ伸線品を約５０ｍｍ長さ
採取し、これを直線状に修正した後、Ｘ線撮影により、
２０ｍｍ長さの視野で外皮の厚さ変動状態を模式的に画
像化した。この模式図より目盛付き拡大鏡を用いて、視
野内の外皮の最大厚さＴ１および最少厚さＴ２を測定
し、次の式によりＰ値を求める。Ｐ＝Ｔ１／Ｔ２Ｐ値が１に近い程フラックスが均一に充填・圧潰されて
いることを示す指標であり、伸線によって断線したりく
びれ現象の発生がなく円滑に縮径が可能となる１つの要
因である。

【００１９】造粒フラックスの粉化強度は、固着剤であ
る水ガラス（珪酸ソーダ、珪酸カリ）の水による希釈率
およびモル比（アルカリ分とＳｉＯ₂の分子量の比率）
により、容易に調整ができる。水ガラスに水を加えて濃
度を変えて押出造粒し、３００℃で乾燥した後、１００
０×１５０μｍに粒度調製したものについて粉化強度を
調査した一例が図６で示す。すなわち、図６は、バイン
ダー（固着剤）濃度と粉化強度の関係例を示す図であ
る。この図に示すように、粉化強度は、使用する材料の
１０μｍパスの超微粒品の種類あるいは有機糊料である
アルギン酸ソーダの添加料の調整を行うことによっても
調整可能であり、また、超微粒材料も１０％までは粉化
強度を強化する方向に働くものがある。ホワイトチタン
はその例の一つである。

【００２０】本発明では、振動充填による取扱い時の粒
度変化に影響しない程度の粉化強度として、Ｃ：５０を
下限とし、孔型ダイスによる縮径伸線工程で、粒子が容
易に圧潰されるレベルであるＣ：２５を粉化強度の上限
とした。一方、押出法によって造粒するためには、固着
剤を添加して混練した材料をシリンダー内に装填した片
側から圧力を加えて、他端に設けた多孔スクリーンから
排出させて断面が孔径となる円筒状の粒を作るのである
が、排出されたものが長さ方向にある程度の脆さを有し
て破断し直径程度の長さになることが望ましい。このよ
うな状態の混練材料にするための条件として、酸化チタ
ン（ホワイトチタン）、酸化ジルコン、精製アルミナ等
の金属酸化物、セリサイト（絹雲母）タルク、ベントナ
イト等の結晶水を含む金属酸化物あるいは炭酸石灰の１
０μｍ以下の超微粒材料の添加が必須となり、調査結果
最低７％が必要であった。

【００２１】また、製品設計上、これらの添加量が５％
以上の少量に制限される場合の押出造粒性付与の手段と
して、有機糊料を０．５％以下添加することにより、円
滑な造粒性を実現させることができる。これら超微粒材
料は、３００μｍ以下の通常の溶接用原料に比べて、値
段が高く市場経済性からは、極力少ないことが望まし
い。さらに、押出されたものが直径よりやや長い程度で
破断する脆さを付与させる条件から、１０μｍ以下の超
微粒の該材料の含有上限を３５％とした。有機糊料は造
粒品の乾燥温度が４００℃以下の場合には、添加量の増
加につれて粉化強度が増加する傾向にある。溶接用材料
としては、加熱残渣がＣ源となることから、溶接性能に
影響がでる限界として有機糊料の添加限界を０．５％と
した。

【００２２】

【実施例】以下、実施例により、本発明を詳細に説明す
る。先ず、溶接用フラックス入りワイヤに充填する造粒
フラックスを次のようにして調製準備した。一般の充填
用フラックス処方を基本成分として、溶接用材料として
問題の生じない１０μｍ以下の超微粒で増粘作用のある
代替材料を０〜３５％の範囲で置換した配合フラックス
を複数計量混合した。これらに、固着剤として、３モル
珪酸カリと２モル珪酸ソーダを重量比で１：１の割合で
混合した水ガラスを、さらに、水で希釈してボーメ度を
２５〜４０に調整したものを準備し、配合フラックス１
０００ｇに対して固着剤を８０ｇの割合で添加して混練
機で湿式混合した後、押出造粒機により、孔径０．７ｍ
ｍのスクリーンから押出造粒して３００℃で３０分間乾
燥した後、篩網を用いて１０００×１５０μｍの粒度に
分級調製した。押出造粒条件を一定にするために、固着
剤の添加量が不足の場合には、造粒機のプレス用シリン
ダー駆動モータの負荷電流がほぼ同じになる程度に湿式
混合の際に水を加えた。調製したフラックスは、充填す
る前に、静嵩密度および粉化強度を測定した。

【００２３】次に、溶接用フラックス入りワイヤの原料
である外径１２ｍｍ、肉厚２ｍｍの低炭素鋼管を、充填
するフラックスの静嵩密度の値を参考にして、目標充填
率になるように、予め管引き伸線して、内径を調整し
た。この管を直径１ｍでコイル状に１０巻きして、振動
充填装置により、フラックスを充填した後、３．２ｍｍ
径まで伸線し、焼鈍後、アプローチ角１２°の孔型ダイ
スにより製品径まで仕上げ伸線した。これらの試作結果
を表１に示す。

【００２４】

【表１】

【００２５】表１において、試験Ｎｏ１〜１０が本発明
による溶接用フラックス入りワイヤの製造方法によって
製造した溶接用フラックス入りワイヤの例、試験Ｎｏ１
１〜１４が比較例である。本発明による試験Ｎｏ１〜３
は、１０μｍパスの超微粒材料を５〜７％含有し、押出
造粒性をより安定にするため、有機糊料を０．２〜０．
５％添加したものであり、２５〜３０ボーメの低濃度固
着剤でも良好な造粒が可能であり、粒度調製したフラッ
クスの粉化強度Ｃが４１．６〜５０．０と小さいが、振
動充填により、ワイヤ製品にした時の充填率変動はＲが
１．７１％以下であり、Ｐ値も１．１２〜１．１５と良
好な充填性を示している。試験Ｎｏ４〜６はホワイトチ
タンを主体に、１０μｍ以下の超微粒材料を１０〜２５
％まで変化させて、有機糊料添加無しで、押出造粒した
ものを充填して製品にしたものであり、造粒性、伸線性
共に良好な結果が得られた。

【００２６】試験Ｎｏ７〜１０は、フラックス中の主原
料である酸化チタンを天然品から添加することが溶接品
質上好ましくない耐ＳＲ高靱性用固着金属を得る必要か
ら高精製ホワイトチタンを３２％まで増加し、微粒材料
の造粒固着性付与のため、品質上の上限まで固着剤濃度
を高めることを目的にした本発明例であるが、造粒性お
よび粉化強度も、孔型ダイスによる伸線性を阻害しない
範囲内の良好な結果が得られた。

【００２７】比較例中、試験Ｎｏ１１は１０μｍパスの
超微粒材料の含有率が５％であるが、有機糊料を添加し
ていないため、押出造粒が困難で、試験に必要な造粒品
を得ることができなかった。試験Ｎｏ１２〜１４は、従
来の攪拌混合による造粒で作製した広い粒度分布の５０
０μｍパス品を振動充填法によって充填し、孔型ダイス
により仕上げ伸線径まで伸線したものであり、充填率変
動がＲで約３％と大きめとなり、一般軟鋼溶接用ワイヤ
としては問題ないが、低合金・高張力鋼溶接用ワイヤと
しては、品質上好ましくないものである。なお、試験品
は全て銅めっきなしで仕上げ伸線にしたものであり、参
考までに、下向き姿勢で炭酸ガスシールドアーク溶接に
より、溶接作業性を調査した結果、本発明例、比較例共
に問題なく溶接が可能であった。

【００２８】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、生
産性の向上と品質の安定した溶接用フラックス入りワイ
ヤを容易に製造することが可能となる工業上極めて優れ
た効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】粒度分布の級間変更によるフラックスの化学成
分変動例を示す図である。

【図２】粒度の級間を変えた時の振動充填による管内へ
のフラックス充填速度の影響を調査した結果例を示す図
である。

【図３】従来の粒度分布（５００μｍパス）のフラック
スを管に充填したときの充填率変動レベルを示す図であ
る。

【図４】本発明による造粒フラックス（粒度１０００×
１５０μｍ）を同じ管に充填したときの充填率変動レベ
ルを示す図である。

【図５】従来の比較例と本発明による溶接用フラックス
入りワイヤのＰ値測定用軟Ｘ線撮影写真の模式図であ
る。

【図６】バインダー（固着剤）濃度とフラックスの粉化
強度の関係例を示す図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】充填フラックスの粒子サイズが１０００
〜１５０μｍのものが９８％以上であって、粉化強度
Ｃ：２５〜５０であるフラックスを低炭素鋼管に充填し
て、ワイヤ径０．８〜２．０ｍｍ伸線加工したことを特
徴とする溶接用フラックス入りワイヤの製造方法。
【請求項２】１０μｍ以下である超微粒子の金属酸化
物あるいは結晶水を含む金属酸化物または炭酸塩鉱物原
料を５〜３５％、有機糊料を０．５％以下含有する配合
フラックスに固着剤を添加混合し、造粒乾燥したフラッ
クスを充填することを特徴とする請求項１記載の溶接用
フラックス入りワイヤの製造方法。
【請求項３】充填フラックスを押出造粒法により造粒
することを特徴とする請求項１または２記載の溶接用フ
ラックス入りワイヤの製造方法。