JPS5849359B2

JPS5849359B2 - 無被包ア−ク溶接用ワイヤ

Info

Publication number: JPS5849359B2
Application number: JP6405078A
Authority: JP
Inventors: 良雄神戸; 義徳竹本; 慶治佐藤
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1978-05-29
Filing date: 1978-05-29
Publication date: 1983-11-04
Also published as: JPS54155139A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は自動および半自動溶接法において、シールドガ
スあるいは散布フラツクスを併用しないいわゆる無被包
アーク溶接に使用する複合ワイヤに係るものである。

無被包アーク溶接法はガスシールド溶接法あるいは潜孤
溶接法に比べ、溶接が極めて簡便であり、また、自己シ
ールド機構が強化されているため、風による溶接欠陥発
生もほとんどないことから、現場施工に好んで採用され
て来た。

しかし、従来の無被包アーク溶接用ワイヤには大気中の
有害元素である窒素、酸素による溶着金属の気孔発生を
防止するため、Ａｌ，Ｍｆ等の脱ガス剤が多量に添加さ
れており、このＡＪＩ？が溶着金属に多く歩留って、切
欠靭性が低下する現象が現われる欠点があった。

また、ＣａＦ２を主たる金属ふつ化物として使用して来
た従来の複合ワイヤでは、ＣａＦ２はスラグの流動性を
著しく大きくするため、ＭＬｉＩＯ等を加えて流動性を
調節したとしても、立向姿勢や上向姿勢におげるビード
形成性に不満があり、全姿勢溶接性が要求される現場施
工への適用は今一つ決め手を欠くきらいがあった。

このため、従来の無被包アーク溶接用ワイヤは溶接が簡
便であるとの理由で現場溶接に適用されては来たが、こ
れも鋼管杭の横向姿勢溶接のごとき切欠靭性をそれ程要
求しない、ごく一部の用途に限定されていた。

したがって近年、石油を始めとする海底資源採掘のため
の海洋構造物の建造が増加して来ても、これらへの適用
は低温切欠靭性と全姿勢溶接性の面から難しい状況であ
った。

このため、すぐれた低温切欠靭性とすぐれた全姿勢溶接
性が要求されるＢＳ４３６０−５０Ｄ鋼などを用いる海
洋構造物の施工に適用可能な、簡便な無被包アーク溶接
用ワイヤの開発が強く望まれていた。

本発明者らは、この様な産業界の要望に答えるべく、全
姿勢溶接性の検討と溶着金属の切欠靭性の改善研究を長
年にわたって行なった結果、複合ワイヤに適量の金属ふ
つ化物、ヘマタイト、Ａｌ，ＭＰおよびＭｎを含有させ
ることにより上記の問題を全て解決できるという知見を
得た。

すなわち、本発明はワイヤ全重量に対しＢａＦ２が３０
重量φ以上である金属ふつ化物５〜１５％、ヘマタイト
０．５〜８．０％、Ａ［０．５〜３．０％、Ｍｇ０．５
〜４．０％、Ｍｎ０．５〜３．０％を必須とし
、まタハコれにさらにＴｉ０．０１＝０．１％、
Ｂ０．００２〜０．０７％を含有する無被包アーク溶接
用ワイヤであって、特に、ヘマタイトの５０％以上をγ
−へマタイトとすることにより、極めてすぐれた全姿勢
溶接性と低温切欠靭性を示す複合ワイヤが得られること
を確認したものである。

以下に、本発明になる無被包アーク溶接用ワイヤを上記
構成とした理由につき詳細に説明する。

先ず、金属ふつ化物を使用した主たる目的はガス発生物
質として、アークおよび溶融池を大気よりシールドし脱
ガス性元素の効果を十分発揮させることと、溶着金属を
被包するスラグ剤として、ビード形状を改善することの
２点である。

本発明では金属ふつ化物として主にＢａＦ２を使用する
が、ＣａＦ２，ＮａＦ，ＡｌＦ３ＭｇＦ２，Ｌｉ
Ｆ，ＳｒＦ２，ＬａＦ３やＫ２ＺｒＦ６，Ｎ
ａ２ＺｒＦ６，Ｋ２ＴｉＦ６，Ｎａ２ＴｉＦ６などの金
属ふつ化物についても研究し、これらの物質によっても
ＢａＦ２と同様のシールド効果が得られることも明らか
にした。

Ｋ２ＺｒＦ６，Ｎａ２ＺｒＦ６などＺｒを含むフっ素錯
塩は切欠靭性改善に有効なことも判っている。

また、ＮａＦ，ＬｉＦ，ＳｒＦ２などは少量添加により
アークを安定にすることができる。

しかし、ＢａＦ２を除いては、全姿勢溶接ワイヤには大
量に使用し難く、いずれもビード形戒性の点でＢａＦ２
に劣り、この補助的効果の大きいことが判った。

さて本発明では種々の脱ガス性元素を使用するため溶接
中に形威される酸化物、主としてＡｌ２０３，ＭｇＯ，
ＺｒＯ２などによるスラグ融点と粘性の向上効果で作業
性は悪化しやすい。

そこで、上記金属ふつ化物を添加し、スラグ物性の調整
を計る必要があった。

金属ふり化物の添加量は５饅未満では上記効果がなく、
一方１５％を超えると逆にスラグの粘性と融点は低下す
るので好ましくない。

以上の理由により、金属ふつ化物の適正範囲は５〜１５
％とする。

また、金属ふつ化物のうち、３０％以上をＢａＦ２とし
た理由は立向姿勢や上向姿勢におけるビード形成を良好
にするためである。

すなわち、ワイヤ全重量に対しＡ［２．０％，ＭＳ’１
．５優，Ｍｎ１．５％へマタイト５％を含有し、残り１
０％において、ＢａＦ２と、ＣａＦ２の比を種々に変え
たフランクスな各種配合し、これを軟鋼帯鋼に充填し、
ワイヤ径２．４ｆの複合ワイヤを試作し、溶接速度３〜
６ｃｒｒｔ／ｇｉｎの範囲で立向姿勢溶接におけるビー
ド形成良好な最大溶接電流（電圧適正）と金属ふつ化物
中のＢａＦ２の割合の関係を明らかにした。

第１図の試験結果にみられるように、金属ふつ化物中の
ＢａＦ２の割合が３０％以上となると立向姿勢溶接にお
げるビード形成良好な最大電流が急激に上昇する。

このため本発明ワイヤによれば、立向姿勢溶接能率が著
しく向上する。

したがって金属ふつ化物のうち３０％以上はＢａＦ２で
あることが必要である。

次に、本発明ワイヤにおいて、ヘマタイトを使用した理
由は、無被包アーク溶接用ワイヤにてしばしば問題とな
る吸湿現象を極力避けるためである。

すなわち、複合ワイヤに充填するフシックス中鉄分の吸
湿現象を調べた結果、鉄粉の形態で添加するよりヘマタ
イトの形態の方が吸湿し難いことが判ったためである。

このため、ヘマタイトを使用した本発明ワイヤは溶着金
属の耐気孔性が改善された他、拡散性水素量が低減し、
耐冷間割れ性をも改善できることが判った。

さらに、ヘマタイトの使用により、溶着金属の過脱酸状
態が解消される結果、切欠靭性が改善゛されることも判
った。

ヘマタイトの添加量は０．５％未満では上記効果がなく
、一方８％を超えると、溶着金属へ過剰の酸素を供給す
るため脱酸不足となり、あるいは酸化物として生成され
るＡＡ２０３，ＭｆＯが過剰となり作業性が悪化するた
め好ましくない。

以上の理由により、ヘマタイトの適正範囲は０．５〜８
優とする。

また、上記へマタイトの内、５０％以上なγヘマタイト
とすると、その強磁性体である性質を利用することによ
り、アークに集中性を持たせるかくして製造された本発
明の複合材料は、クロム層及びクロム・珪素合金層から
なる中間層を介して鉄系金属とアルミニウム系金属とが
接合されてかり、鋳放しの１１でも接合強度が犬である
ばかりでなく、高温長時間の加熱、或いはアルミニウム
系金属の種々の熱処理を施してもその接合強度が低下し
ない優れた性質を有する。

これは、接合境界に介在するクロム層により高温長時間
の加熱によってもＦｅ − Ａｌ間の直接的な拡散
による脆弱なＦｅ−Ａｌ合金層の形成を有効に防止でき
１たクロム・珪素合金層によりＣｒ −ＡＩ間の恒
常的な拡散を防止でき、結局、高温長時間の加熱等によ
っても接合強度の低下を起さないからである。

なあ・、本発明の複合材料にあ・ける接合境界面にクロ
ム層と、クロム・珪素合金層が形成されていることは顕
微鏡写真によって確められるし（後述の第１図参照）、
１たＸ線マイクロアナライザー解析図等（たとえば後述
の第７図参照）からも確められた。

次に実施例を比較例とともに示す。

実施例ＩＪＩＳ−ＳＳ４１丸棒端面に、通常の電気メッキ法によ
り３０μのクロムメッキを施したのち、純アルミニウム
溶湯（７８０℃）に３０秒浸漬しクロム渡金面をアルミ
ナイジング処理をし、これを金型にセットして表１に記
載の珪素含有量が異なる種々のアルミニウム系金属を鋳
造した。

得られた接合棒及びその熱処理物について接合強度を測
定した。

その結果は表１に示すとかりであった。

実施例２実施例１にかけると同一のＳＳ４１丸棒に同様にして
３０μのメッキを施した後、１１．７咎の珪素を含有す
るアルミニウム系金層溶湯（７５０℃）に３０秒浸漬し
てクロムメッキ面をアルミナイジング処理し、これを金
型にセットし、純アルミニウムを鋳造した。

得られた接合棒及びその熱処理物について接合強度を測
定した結果を第１に示す。

表１に示された結果から明らかなように、本発明の複合
材料（接合棒）は鋳放し品の１１で接合強度が犬であり
、高温長時間の熱処理等を行った後にあ・いてもその接
合強度が低下しない。

これに対し、接合境界面にクロム層が形威されているが
クロム・珪素合金層が形成されていない比較例１接合電
気抵抗値としｔも表２に示された結果から明らかなように、実施例１のＡ
４の接合棒は高温長時間加熱によって接合強度が低下せ
ず、接合電気抵抗値の増加も微少である。

これに対し、アル・フィン法による比較例２の接合棒は
これとは対照的に、高温長時間加熱によって接合強度が
著しく低下し、逆に接合電気抵抗値が著しく増加する。

１た、クロムメッキ層の代りにニッケルメリキ層を設け
た比較例３の接合棒は、鋳放し品の接合強度が犬である
が、高温長時間加熱により接合強度が著しく低下し、逆
に接合電気抵抗値が著しく増加する。

実施例１（Ａ４）の接合棒と比較例２又は３の接合棒間
においてかかる差が生ずる原因は、比較例２のアルフイ
ン法のものにあ・いては加熱によってＦｅ・Ａ１合金層
が発達し、かつ熱変化によって合金層及び境界部にクラ
ツクが生ずるためである。

１たニッケルメッキ層を設けた比較例３のものにかいて
は、Ｆｅ−ＡＩ合金の生成を防止できる毛ののＮｉ−Ａ
Ｉ間にかいて拡散合金化が進行し、かつ熱変化による膨
脹差に対しＮｉ−ＡＩ間の接合強度が追随できないこと
によるものである。

このように、本発明の接合棒は高温長時間加熱によって
も接合強度及び接合電気抵抗値に殆んど変化が々〈、比
較例２及び比較例３の複合材に較べて著しく優れた複合
材料である。

実施例３吸気孔、排気孔及び掃気孔を有する鋳鉄製シリンダー用
スリーブの外周に電気メッキ法で硬質クロムメッキ（厚
さ１５μ）を施した後、これを純アルミニウム溶湯（７
５０℃）に２０秒浸漬した。

次いで、中子をセットし、金型に入れ、ＡＣ４Ｂアルミ
ニウム合金溶湯（Ｓｉ含有量８．５％）を鋳造し、一体
化させた。

次いで、これをＡＣ４Ｂ合金の強度改善及び寸法変化改
善のために５００℃で５時間加熱後水焼入れし、さらに
２５０℃で３時間焼き戻し処理（Ｔ７処理）を行なった
が、スリーブとＡＣ４Ｂ合金間の剥離を起さなかった。

また、このシリンダーは長期間のエンジン運転による熱
歪にも耐えることができた。

次に、第７図は本発明の複合材料の接合部のＥ，Ｐ−Ｍ
−Ａ線分析結果の一例を示したものである。

この分析結果から明らかなように、本発明の複合材料の
接合部には鉄系金属側から順次にクロム層と、クロム及
び珪素を含有する合金層とが形成されている。

なｐこの分析条件は下記にしたがった。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図及び第３図は、実施例１のＡ３の接合棒
、比較例１の接合棒及び比較例２の接合棒の各接合部の
顕微鏡写真（拡大倍率２５０倍）を示す。１た、第４図、第５図及び第６図は、第１図〜第３図に
示された各接合棒の加熱処理後の各接合部の顕微鏡写真
（拡大倍率２５０倍）をそれぞれ示す。第７図は本発明の複合材料の接合部のＥ−Ｐ−Ｍ−Ａ線
分析結果の一例を示したものであり、図中のＥ−Ｂ・工
は吸収電流を示す。図面の簡単な説明第１図は立向姿勢溶接における、ビード形成良好な最太電流値と金属ふつ化物中のＢａＦ２合との関係
を示した図である。の割

Claims

【特許請求の範囲】１ワイヤ全重量に対し、ＢａＦ２が３０重量φ以上で
ある金属ふつ化物５〜１５％、ヘマタイト０．５〜８％
、Ａｉ．５〜３％、Ｍ１０．５〜４％、Ｍｎ０．
５〜３％を含有することを特徴とする無被包アーク溶接
用ワイヤ。２ヘマタイトの内５０％以上がγ−ヘマタイトである
特許請求の範囲第１項記載の無被包アーク溶接用ワイヤ
。３ワイヤ全重量に対し、ＢａＦ２が３０重量φ以上で
ある金属ふつ化物５〜１５％、ヘマタイト０．５〜８％
、ＡＡ！０．５〜３％、Ｍ１０．５〜４％、Ｍｎ０．５
〜３％に、さらにＴｉ０．０１〜０．１％、Ｂ０
．００２〜０．０７を含有することを特徴とする無被包
アーク溶接用ワイヤ。４ヘマタイトの内５０％以上がγ−へマタイトである
特許請求の範囲第３項記載の無被包アーク溶接用ワイヤ
。