JPS5851789B2

JPS5851789B2 - ガスシ−ルドア−ク溶接方法

Info

Publication number: JPS5851789B2
Application number: JP51020382A
Authority: JP
Inventors: 正松本; 俊雄岩田
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1976-02-26
Filing date: 1976-02-26
Publication date: 1983-11-18
Also published as: JPS52102848A

Description

【発明の詳細な説明】本発明はガスシールドアーク溶接方法に関するもので、
特に清浄な表面を有している鋼は勿論、プライマ、錆、
水分あるいは油などが付着し、概して清浄でない表面を
有する鋼に適用し、気孔の如き欠陥を発生し難い溶接を
可能とすることを目的としたガスシールドアーク溶接方
法に係るものである。

現在、造船、橋梁、鉄骨業界などの諸産業において、省
人化および溶接コストの低減化が企れる自動溶接材料が
要望されている。

このようなすう勢のもとで、溶接の自動化が未だ妨げら
れている理由として、耐錆ペイント塗布鋼板におけるす
み肉溶接時の気孔生成の問題がある。

この気孔生成は溶接施工の面からは高電流、高速溶接を
行った場合に、また溶接材料の面からは強膜酸されたも
のを用いるほど著しいことが経験的に認められている。

かかる傾向を有する溶接方法には、潜弧溶接、ＣＯ□ア
ーク溶接、ＣＯ２Ａｒアーク溶接、ＣＯ２＋０２アーク
溶接、ノーガスアーク溶接などがある。

この問題に対処するため、上記した自動溶接では溶接線
に沿ってこの有害なペイントを焼去するか、機械的に研
削除去するとか、あるいは溶接能率の面は犠牲になるが
、溶接材料の面では鉄粉酸化鉄系のごとき溶接棒を採用
するかなどの処置を採らざるを得ないのが現状である。

しかし、手溶接枠では溶接能率が悪く、自動化が強く要
求される現状には適さないことは論するまでもない。

一方、能率向上を図った自動溶接では一般に高電流を使
用するため溶接アーク近傍の反応が活発となり、脱酸を
強化しなくてはならない。

この脱酸強化は溶解水素を活発にするため、プライマ塗
布鋼板の溶接における耐気孔性に対しマイナスの要因と
なる。

これはフラックスの作用を期待出来ない実体ワイヤによ
るガスシールドアーク溶接法において特に顕著となって
おり、この点ではむしろフラックス入りワイヤによるガ
スシールドアーク溶接法の方が優れている。

本発明者らは先にこれらの問題を解決する一手段として
、鉄の酸化物および水素源化合物を含むワイヤを用いる
水素含有ガスシールドアーク溶接方法について提案を行
った。

しかるに、本発明者らはその後の検討の結果光の提案と
は異なり、フラックスの塩基度が−６，３〜０．５の範
囲にあり、またはこれに水素源化合物がワイヤに対し１
７ｗｔ％以下添加したフランクス入すワイヤと、全水素
量が５ｖｏｌｌφ超であるシールドガスとを用いるこ
とを特徴とするガスシールドアーク溶接方法を新しく完
成した。

以下、本発明の詳細な説明する。

（１）フラックスの塩基度本発明は適度な塩基度を有するフラックスを充てんした
ワイヤを使用することを最大の特徴とする。

この場合採用した塩基度の表示は森式ＢＬ二Σａｉ−Ｎ
ｉを用いた。

ａｉは各酸化物の固有定数で、Ｎｉはそれぞれの酸化物
のモル分率を示すものである。

このようにして定義されるフラックスの塩基度を調整す
ることにより、後述する水素含有ガスシールド下におい
てメタル内の水素の活量を適度に抑え、いわゆる高塩基
性低水素系溶接棒でしばしば見られるように、フラック
スの吸湿に起因する水素による気孔生成を防止すること
ができる。

このような目的で本発明に使用するフラックスの塩基度
は第１図の実験結果例から−６，３〜０．５なる範囲が
適当であることが判明した。

すなわち、第１図はフラックス全重量に対し７ｗｔ％の
アルミナ、３ｗｔ％のカリ長石、１７ｗｔφのフェロ・
マンガン（７５ｗｔφマンガン）に珪砂、ルチール、炭
酸石灰および炭酸マグネシウムを各種割合で変化させた
フラックスをワイヤ全重量に対し２０ｗｔφの割合で充
てんした２、４ｍｗｊのワイヤを用い、８０ｖｏ
Ａ％のＣＯ２と２０ｖｏＡ％の水素を混合したガスを２
０１１／ｖｔｉｙｔにて、電流３３０Ａ（交流）、電圧
２９〜３０ｖ１速度３５ＣＩｒＬ／ｍｍなる条件で
２０μ厚ジンクリツチプライマ塗布鋼板の水平すみ肉溶
接を行ない、第２ビード側の表面気孔発生状況の調査を
行った結果を示すものである。

第１図からフラックスに対する塩基度と水平すみ肉第２
ビード側の表面気孔数は、塩基度が−６゜３以上におい
ては気孔は皆無になることが判る。

しかし、これが０．５を超えると塩基度が過剰に高くな
りすぎるため溶接作業性の劣化を招くばかりではなく、
水素の活量が活発になりすぎるため、気孔を形成する。

一方、塩基度力５−６．３未満では再び気孔が発生する
。

これは塩基度が異常に低くなり、解離酸素が活発になり
すぎ、主に脱酸不足によるものと考えられる。

したがって、本発明におけるフラックスの塩基度は−６
，３〜０．５の範囲を適当とする。

（２）水素含有ガス従来のガスシールドアーク溶接方法における溶接ガスは
いずれも水素源となる水分および水素は気孔生成の要因
となるため、これら不純成分を極力制限したガスを使用
している。

これに対し、本発明は水素含有ガスをシールドガスとし
て用いる点で、従来溶接方法と全く異っているものであ
る。

この水素含有ガスをシールドガスとして用いると、溶接
アーク雰囲気中の水素分圧を高め、溶融メタルの水素量
が増加するため、ショップ・プライマ塗布鋼板のすみ肉
溶接メタル内に形成される気泡の成長、離脱が促進され
、結果として気孔のない溶接ビードが得られる。

しかし、この効果は適当な塩基度を有するフラックスと
組合せることにより最大に発揮される。

ところで、本発明において最も効果を発揮するシールド
ガス中の全水素量は第２図の実験結果から明らかなよう
に、０．１■ｏｌφ以上であることが判る。

すなわち、この実験では４０ｗｔ％のルチール、１５ｗ
ｔ％の珪砂、ｓｗｔ％の炭酸石灰、７ｗｔ％の炭酸
マグネシウム、５ｗｔ％のアルミナ、３ｗｔ％（７）カ
リ長石、１５ｗｔφのフェロマンガン（７５ｗｔ％マン
ガン）１ｏｗｔ％の鉄粉を含むフラックスをワイヤ全重
量に対し２０ｗｔ％（７）割合で充てんした２、４ｍｍ
ｊのワイヤを用い、第１図の場合と同様の水平すみ肉溶
接を行った。

第２図において、シールドガスに水素源ガスとして水素
、アセチレンを代表的に添加しである。

いずれの場合も、シールドガス中の全水素量が０．１ｖ
ｏ＃％以上において表面気孔は発生しないことが判った
が、実際の溶接作業性面から５ｖｏ１％超を本発
明の構成要件とする。

その他、水素源ガスとしてブタンなどの炭化水素、有機
化合物も検討したが、上記と同様な結果が得られた。

すなわち、これら水素源ガスとしては一般式ＣｎＨ２ｎ
＋、で表わされるメタン系炭化水素有機化合物群のメタ
ン、エタン、プロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサン、
ペンタン、オクタン、ノナン、デカンなど、ＣｎＨ２ｎ
で表わされるエチレン系炭化水素有機化合物群のエチレ
ン、プロピレン、ブタジェン類（インブタジェン、１・
３ブタジエン）、ブチレン類（インブチレン、ｎブチレ
ン）など、ざらにＣ２ｎＨ２ｎで表わされるアセチレン
系炭化水素有機化合物群のアセチレン、メチルアセチレ
ン、ビニール・アセチレンなどのほか水素を含み、これ
らを１種または２種以上混合したものである。

本発明ではこの水素源ガスを炭酸ガス、アルコン、ヘリ
ウム、酸素の１種または２種以上から成るガスに全シー
ルドガスに対し水素に換算して５ｖｏ７％超となる様混
合して用いるものである。

特に、これら炭化水素有機化合物を使用して上記効果が
得られる理由として、これら化合物は溶接中アーク熱に
て分解し、水素単独添加の場合と同様アーク雰囲気の水
素分圧を高める効果が大きいことがあげられる。

（３）水素源化合物本発明では水素源化合物をワイヤに対し１７ｗｔ％の範
囲内で使用することができる。

この水素源化合物を添加する目的はアーク熱またはワイ
ヤ突出し部における抵抗発熱による水素源の急激分解時
の爆発力を利用して、溶滴の離脱を促進しアークをスプ
レー化させることにある。

さらに、水素源から放出される水素により溶融池を外気
からシールドするいわゆる自己シールドの効果をも期待
でき、一般にガスシールドアーク溶接法の弱点となって
いる風の害を極力抑えることができる。

実験の結果、この水素源化合物はワイヤに対し１７ｗｔ
％を超えると、アークはむしろ荒くなりスパッタ放出が
激しくなるなど、全体的に溶接作業性が劣化するため、
これ以下とするのが好ましい。

したがって、本発明におけるワイヤに添加する水素源化
合物は１７ｗｔ％以下を適当とする。

ところで、本発明において用いる水素源化合物は一般に
溶接材料フラックス素材として慣用されるセルローズ、
澱粉、木粉などの有機化合物、タルク、マイカ、アスベ
スト、粉末水ガラスなどの結晶水または結合水を有する
無機化合物、また水酸化マグネシウム、水酸化アルミ、
水酸化カルシウム、水酸化バリウム、水酸化ナトリウム
、水酸化鉄などの水酸基をもつ無機化合物などである。

さらに、ワイヤ製線またはコイリングの過程に付着する
油脂類また吸湿フラックスを充てんするなどの方法でワ
イヤに１７ｗｔ％限度の水素源化合物を添加して上記効
果を得ることもできる。

その他、上記構成のフラックスに適量の水ガラスを固着
剤として加え適当な装置により造粒し、低温乾燥したも
のを充てんすることにより、ワイヤに水分を添加するこ
ともできる。

４）その他のフラックス材本発明は充てん用のフラックスとして上述した成分範囲
内で、さらにフラックス中に全Ｔｉｅ２が５〜６０ｗ
ｔ％、全ＳｉＯ２が２〜４０ｗｔ％の範囲に含まれ、ま
たはこれにさらに全ＣａＯもしくは全ＭｇＯの一方また
はその両者の和が３２ｗｔ％以下になるように含有させ
たワイヤを用いることができる。

すなわちＴｉＯ２，５ｉ０２とも酸性フラックス材で、
前述した塩基度を調整し、水素の活量を下げて、プライ
マ塗布鋼板などのすみ肉溶接時の気孔を防止することが
できる。

さらにＴｉＯ２は高温で電離し易く、すぐれたアーク安
定剤でしかもスラグの表面張力を減少する作用があるた
めスラグの被包性を良好にし、特に薄板での溶接性を容
易にする。

一方、ＳｉＯ２はスラグの粘性を増加し、適当量用いる
ことにより下向および立向の溶接性を容易にする。

また、全ＣａＯおよびＭ、９０とも塩基性フラックス材
で全ＴｉＯ□および全５ｉｎ２と共存して用いることに
より塩基度を調整し気孔を防止するばかりではなく、ス
ラグのはく離性および粘性が調整され、立向および上向
の溶接性を大幅に改善する。

実験の結果、フラックス中の全ＴｉＯ２量は５ｗｔ
％未満では水平すみ肉の脚長力坏揃いになるので好まし
くない。

一方、６量ｗｔ％を超えるとスラグの粘性が過剰に高く
なり、スラグがビード面を均一に被包しなくビード形状
が悪化する。

したがって、本発明に用いるワイヤのフラックス中の全
ＴｌＯ２量は５〜６０ｗｔ％の範囲を適当とする。

一方、フラックス中の全ＳｉＯ２量は実験の結果２ｗｔ
φ未満ではスラグの粘性が異常に低下し、溶融池におけ
るスラグの動きが均一でなく、ビードは不均一な波形を
呈することとなり、ビード形状が悪化する。

一方、４０ｗｔ％を超えるとスラグの粘性が過剰に高く
なるため、スラグの被包性が劣化し、ビード形状が悪く
なる。

したがって、本発明に用いるワイヤのフラックスに添加
する全Ｓｉ０２量は２〜４ｏｗｔ％の範囲を適当と
する。

さらに、フラックス中の全ＣａＯおよび全Ｍ、９０の一
方またはその両者の和がいずれも３２ｗｔ％を超えると
、形成スラグの物性、特に流動性が極度に劣化し、ビー
ド形状が悪化する。

したがって、本発明に用いるワイヤのフラックスに添加
する全ＣａＯもしくは全ＭｇＯの一方またはその両者の
和が３２ｗｔ％以下の範囲を適当とする。

ここで、全ＴｌＯ２とはルチールのようにチタンと酸素
の化合物のほか、イルミナイトなどチタン酸化物を１組
成とする無機化合物などから選ばれるものを指し、これ
らを単独または２種以上複合して使用する。

また、全ＳｉＯ２とは珪砂のように珪素と酸素の化合物
のほか、カリ長石、カオリン、タルク、セリサイト、ジ
ルコンサンド、ベントナイト、ソーダガラス粉末などの
ように珪素酸化物を１組成とする無機化合物などから選
ばれるものを指し、これらを単独または２種以上複合し
て使用する。

さらに、全ＣａＯとは生石灰のようにカルシウムと酸素
の化合物のほか、炭酸石灰、珪灰石、紅柱石などのよう
にカルシウム酸化物を１組成とする無機化合物などから
選ばれるものを指し、これらを単独または２種以上複合
して使用する。

最後に、全Ｍ、？０とは酸化マグネシウムのようにマグ
ネシウムと酸素の化合物のほか、炭酸マグネシウム、ド
ロマイト、マグネサイト、マグネシアなどのようにマグ
ネシウム酸化物を１組成とする無機化合物から選ばれた
ものを指し、これらを単独または２種以上複合して使用
する。

その他事発明に用いる溶接用フラックス材として、金属
酸化物、金属炭酸塩、金属ぶつ化物、脱酸剤、金属粉を
用途に応じて適当構成比にて添加することができる。

（５）フラックス充てん率本発明に使用するワイヤには上記構成のフラックスをワ
イヤ全重量に対し３〜４０Ｗｔ％ノ割合で、金属
外皮を有するワイヤ内部に充てんすることが望ましい。

３Ｗｔ％未満では、水平すみ肉溶接において美麗
なビード外観を得ることが困難である。

一方、４０ｗｔ％を超えると、フラックスとワイヤ外皮
金属重量のバランスが崩れ、溶接中にワイヤ外皮金属と
フラックスとの反応が不充分となり、未溶融フラックス
の異常突出しおよびスパッタ現象を招くので好ましくな
い。

なお、本発明に用いるワイヤの外皮金属は一般に極軟鋼
帯材を使用するが、必要に応じて特殊成分の銅帯も使用
出来る。

次に実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。

実施例第１表に本発明に用いる水素含有ガスＧ−１〜Ｇ−３お
よび比較シールドガスの組成を示す。

比較シールドガスとしては全水素が本発明に用いるガス
の範囲未満で従来の溶接用として製造されている炭酸ガ
スを例示している。

また第２表は本発明に用いるワイヤＷ−１〜Ｗ−５のフ
ラックス成分を示す。

さらに、同表には比較ワイヤも併記している。

これらワイヤは極軟鋼外皮からなり、ワイヤに充填率２
５嶺で充てんし２．４ｍｍｌに仕上げた。

以下、第１表のガスと第２表のワイヤを適宜組合せ、そ
れぞれのワイヤについて電流３３０Ａ（直流）、電圧２
９〜３０ｖ１速度１７〜３５ｃ７Ｉｌ／ｍｖｔ、ガ
ス流量２５１／ｍｖｌなる条件で、各種溶接を本＊行っ
た結果について説明する。

まず、第１表に示す本発明に用いる各種シールドガスと
第２表のワイヤＷ−１と組合せ、ジンクリッチプライマ
（２０μ厚）塗布鋼板Ｃ２０ｍｒｔｔ厚）のすみ肉溶接
を行ったところ、第３図に示す如く表面気孔が全く存在
しないすみ肉ビードが得られた。

同図には全水素量が本発明に用いるガスの範囲未満の炭
酸ガスによる溶接結果も併記した。

この図から、明らかなとおり従来方法に使用されていた
シールドガスとしてのｍガスでは表面気孔を防止できな
いことがわかる。

一方、同様の溶接条件にて下向姿勢で軟鋼（２０ｍｍ厚
）継手溶接を行いＸ線的に無欠陥の溶接部を得た。

この場合の溶接金属の０℃における２ｍｒｒｔＶノツチ
シャルピー衝撃吸収エネルギを求めた結果を第３表に記
載した。

次に、第１表に示すガスＧ−１と第２表の各種ワイヤを
組合せ、すみ肉溶接を行った結果、第４図に示す如く表
面気孔が発生しない溶接ビードを得た。

さらに同図には比較ワイヤの溶接結果を併記しており、
比較ワイヤでは表面気孔の発生を防止できないことがわ
かる。

一方、同様の溶接条件にて下向姿勢による継手溶接を行
い、Ｘ線的に無欠陥の溶接部を得た。

この場合の溶接金属の０℃における衝撃吸収エネルギを
第４表に示す。

以上、本発明の実施例は直流溶接による結果にて説明し
たが、別途交流溶接についても同様の検討を行ない結果
に大差ないことも確認している。

このように、本発明の溶接方法を用いるとショッププラ
イマ、錆、水分あるいは油などが付着した鋼板のすみ肉
溶接において、表面気孔が全く発生しなくじん性のすぐ
れたすみ肉ビードが得られることがわかった。

これは従来のガスシールドアーク溶接方法では到底達成
し得ないもので、各種産業の発展に貢献する所、極めて
犬である。

【図面の簡単な説明】

第１図はフラックスの塩基度とすみ肉溶接ビードの表面
気孔数との関係を示す図、第２図はシールドガス中の全
水素量とすみ肉溶接ビードの表面気孔数との関係を示す
図、第３図はシールドガス中の水素含有量とすみ肉溶接
ビードの表面気孔数との関係を示す図、第４図はワイヤ
成分とすみ肉溶接ビードの表面気孔数との関係を示す図
である。

Claims

【特許請求の範囲】１鋼の溶接において、フラックスの塩基度が＝６．３
〜０．５の範囲にあるフランクス入すワイヤと、全水素
量が５Ｖｏ１％超であるシールドガスとを用いることを
特徴とするガスシールドアーク溶接方法。２鋼の溶接において、フラックスの塩基度が−６，３
〜０．５の範囲にあり、さらに水素源化合物をワイヤに
対し１７ｗｔ％以下添加したフランクス入すワイヤと、
全水素量が５ｖｏ７％超であるシールドガスを用いるこ
とを特徴とするガスシールドアーク溶接方法。