JPS59104291A - ガスシ−ルドア−ク溶接用フラツクス入りワイヤ - Google Patents

ガスシ−ルドア−ク溶接用フラツクス入りワイヤ

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JPS59104291A
JPS59104291A JP57213764A JP21376482A JPS59104291A JP S59104291 A JPS59104291 A JP S59104291A JP 57213764 A JP57213764 A JP 57213764A JP 21376482 A JP21376482 A JP 21376482A JP S59104291 A JPS59104291 A JP S59104291A
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Yoshiya Sakai
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新井 勝三
Tetsuo Suga
哲男 菅
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は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、殊に溶接ヒユームの発生量をソリッドワイヤ
と同レベルまで減少することのできる、特に軟鋼や高張
力鋼の溶接に適したフラッグス入りワイヤに関するもの
である。
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
作業性及び溶接能率が良好であり、とりわけアーク安定
性が良好でスパッタが少なく優れたビード外観を与える
等の利点を有しているので、その使用量はますます増加
する傾向にある。しかしながらその最大の難点は溶接ヒ
ユームの発生量が多いことであり、ソリッドワイヤを使
用した場合の1.5〜2.0倍にも達する。ヒユーム発
生量が多いと、溶接作業員の労働衛生面で問題を生じる
他、換気の悪い屋内で溶接する場合にはヒユームの為に
溶接線の確認が困難となり、溶接の精度が低下するとい
う問題も生じてくる。
こうした問題を解決する方法として、■換気によるヒユ
ーム濃度の低下、■溶接部近傍に設けたダクト等による
ヒユームの吸引除去、■防塵マスクの石川、■溶接材料
及び溶接方法の改善による低ヒユーム化、等の対策が考
えられる。このうち■〜■については種々の方法及び装
置が提案されているが、これらはあくまで事後対策であ
って木質的なものとは言えず、むしろ■に示したヒユー
ム発生量を低減することこそ最も重要なヒユーム対策と
考えるべきである。しかしながらこの点に関しては十分
な研究はなされていない。
本発明者等は上記の様な事情に着目し、構成材料の面か
らガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤの低
ヒユーム化を可能にすべく研究を進めてきた。その結果
、鞘材を構成する外皮軟鋼中のCiと、フラックス入り
ワイヤの成形工程で付着した残留潤滑剤のCiを極力少
なくしてやればヒユーム量を著しく減少することができ
るという知見を得、先に特許出願を行なつ7:(特願昭
56−87214号)。しかしその後更に研究を進めた
ところ、前記Ciの低減に加えて充填フラックスの成分
組成を適正に調整すれば、ヒユーム発生量を更に低減し
得ることをつきとめた。
本発明はこうした知見を基に完成されたものであって、
その構成は、外皮軟鋼中に含まれるCiと該外皮軟鋼に
付着している残留潤滑剤のCiとの総和を、外皮総重量
に対して0.045%(重量%:以下同じ)以下とする
と共に、この外皮で囲まれる腔部に、フラックス全重量
に対してTi0z :20〜50%、5i02:1〜1
5%、AI、0.:1〜15 %、 ZrO2; 2.
5〜10%、  Mg”  0−1〜lO%、アーク安
定流:0.1〜5%、脱酸剤:10〜45%、鉄酸化物
:1〜10%及び鉄粉=5〜50%を含むフラックスを
、ワイヤ全重量に対して10〜30%充填してなるとこ
ろに要旨が存在する。
先に述べた如く本発明者等は、外皮軟鋼中のCiと残留
潤滑剤由来のCiを低下(具体的には外皮総重量に対し
て0.045%以下)させればヒユーム発生量を大幅に
低減させることを見出したが、この成果に満足すること
なく、他の方策についても研究を重ねており、ここでは
フラックス組成を採り上げて検討した。
即ちフラックス入りワイヤのヒユーム発生量はソリッド
ワイヤに比べて著しく多いという事実に着眼し、充填フ
ラックスがヒユーム発生と密接に関連していると推定し
、フラックスの組成とヒユーム発生量の関係を明確にす
べく基礎実験を行なった。尚充填フラックスとしてはス
ラグ形成剤、アーク安定剤、脱酸剤、鉄粉等を含むもの
が知られており、スラグ形成剤の種類や有無或いはスラ
グ塩基度等によってチタニア系、ライム−チタニア系、
ライム系等に分類されるが、実験に当ってはヒユーム発
生量の最も少ないチタニア系フラックスを基準組成とし
た。そしてチタニア系フラックスの主要成分であるスラ
グ形成剤(Tie、、S iol、AI 、03、Zr
O2、Fe 、0.、Mg0)、アーク安定剤(NaF
) 、脱酸剤(Mn)及び鉄粉について、各成分毎に含
有率を変化させてヒユーム発生量との関係を調べた。但
し供試ワイヤの諸元及び溶接条件は下記の通りとし、ヒ
ユーム発生量の測定は、第1図の一部破断見取り図に示
した様な装置〔図中1は捕集箱、2はサンプラー、3は
観察窓、4は手差込み口、5は空気孔(40調φ)、6
は溶接台、7は試験板を夫々示す〕を使用し、JIS−
3930に準拠して溶接時に発生するヒュームヲ/’イ
ホリュームエTサンプラーで全JHli集L、単位時間
当りのヒユーム発生量(■/分)を求め、3回繰り返し
実験したときの平均値によって判定した。
〔供試ワイヤ及び溶接条件〕
ワ   イ   ヤ 外皮金属:軟鋼 フラックス:チタニア系 フラックス率:15% 潤 滑 剤:Mo51系 断面形状:後記第8図(A) ワ  イ  ヤ 径:1.6潤φ 溶接条件 溶接電流:300A 溶接電圧:32■ 溶接速度:30cm/分 シールドガス:GO,,20ノ/分 ワイヤ突出長さ217m 母     材:12mm’ 溶 接 法:ビードオンプレート法 結果を第2.3図に示す。
第2.3図からも明らかな様にヒユーム発生量は、Zr
O2、AI、03、Sing、−I’ i 02及びM
gOの含有量に比例し、NaFの含有量に反比例するが
、Mn、Fe3O4及び鉄粉の影響は極めて少ない。第
4因は上記各データを用い横軸に各7ラツクス成分の蒸
気圧を、縦軸に各成分の単位重量比率当りのヒユーム発
生量の増減を夫々示したものであり、ZrO,、S i
02、A J 203、MgO,Tic)2はヒユーム
量を低減させる方向に作用し、NaFは増大させる方向
に作用し、鉄粉、Fe3O4、Mnはヒユームの増減に
余り関与していない。これらを見れば明白である様に蒸
気圧の低い成分が増大すると(蒸気圧の高い成分が相対
的に減少するので)、アーク中の高温蒸気量が減少し、
ヒユーム発生量が減少する。
本発明では上記の様なヒユーム発生量との関係を十分に
考慮すると共に、フラックス成分として本来要求される
特性を踏まえ、各成分の含有率を下記の様に定めた。
TiO2: 20〜50% 前述の様にTiO2はヒユーム発生量の低減に有効であ
る他、アークの安定性及びスラグ被包性を高めるうえで
も不可欠の成分であり、全ブラックス中に20%以上含
有させなければならない。しかし50%を越えるとスラ
グの粘性が高くなりすぎてビード形状が悪化し、更には
溶接金属中に過剰の還元チタンや酸化チタンが歩留って
機械的性質(特に靭性)が低下する。
sto、:i〜15% 5i02もヒユーム発生量低減効果を有すると共に、ビ
ード形状を整える効果があり、これらの効果は1%以上
の添加で有効に発揮される。しかし15%を越えると溶
融スラグの粘性が低下して溶接作業性及びビードの外観
・形状が悪化する他、溶接金属の靭性も乏しくなる。
Al2O3:1〜15% AI、O8もヒユーム低減に有効な成分であり、又スラ
グの凝固点を高めて立向溶接におけるビード形状を改善
する作用がある。こうした効果を確保する為には少な(
とも1%含有させなければならないが、15%を越える
とスラグ巻込み等の欠陥が発生し易くなると共にスラグ
の剥離性が低下し、更には溶接金属中の非金属介在物量
が増加して靭性が乏しくなる。
ZrO,: 2.5〜10% Zr01はヒユーム低減に極めて有効な成分であると共
に、スラグ被包性を高める作用があり、これらの作用を
有効に発揮させる為には2.5%以上含有させなければ
ならない。しかしZrO2は凝固温度が高いので10%
を越えるとスラグ巻込み等の欠陥が発生し易くなる。
MgO: Q、 1〜10% MgOもヒユーム低減効果を有しているが、むしろ本発
明ではスラグの被包性及びビード形状を改善すると共に
、溶接金属の靭性及び延性の向上効果に期待するところ
が大きい。これらの効果を有効に発揮させる為には0.
1%以上含有させなければならないが、反面子すぎると
溶融スラグの粘性が著しく低下して溶接作業性が極端に
悪化し且つビード形状も劣悪になるので、10%以下に
止めるべきである。
アーク安定剤二〇、1〜5% アーク安定剤としてはアーク中で電離し易い物質、例え
ばLi、 Na、 K、 Rh、Cs1Ca、Sr、 
Ba等の酸化物、ぶつ化物、炭酸塩、硝酸塩等が挙げら
れ、0.1%未満ではアークが不安定でスパッタの多発
等温]妾作業性の面で問題が現われる。しかしこの成分
例えばNaFは第4図に示した様に蒸気圧が高くヒユー
ム発生台を増大させるので、こうした問題を回避する為
には5%以下に抑える必要がある。
脱酸剤:10〜45% 脱酸剤はその名の示す通り脱酸作用によって溶接金属中
の非金属介在物量を減少し溶接金属の物性を高めるのに
有効な成分であり、代表的なものとしてはMn、5i1
Al、Mg、 Ti、Zr等の金属或いはこれらの鉄合
金が挙げられる。脱酸剤が10%未満では脱酸不足とな
ってX線性能等が劣悪になるのでこれ以上は含をさせな
けれはならない。
しかし45%を越えると脱酸過剰になって溶接金属の靭
性及び耐割れ性が低下する。尚脱酸剤は、第4表に示し
たMnの例からも明らかな様にヒユーム発生量には殆ん
ど影響を及ぼさないが、lvlgに限ってはヒユーム量
を増加させる傾向があるので、極力添加社を抑えること
が望まれる。
鉄酸化物=1〜10% 鉄酸化物としてはFe01Fe20.B、Fe3O4或
イハコれらを主成分とする鉱物の単体や混合物が挙げら
れるが、第4図のFe 304の例にも見られる如くヒ
ユーム発生量に及ぼす影響は殆んどない。しかし鉄酸化
物を1%以上配合するとスラグの被包性が向上すると共
にビート形状も改善されるので有効である。但し10%
を越えるとアークが不安定となりスパッタが多発すると
共に、スラグの粘性が低下してスラグ被包性がかえって
低下する。
鉄粉=5〜50% 第4図にも示した通すヒューム発生量には殆んど影響し
ないが、溶着金属量を増大して溶接能率を高める作用が
あり、5%以上配合すべきである。
しかし50%を越えるとスラグ形成剤量が相対的に減少
してビード形状が悪化する他、シールド不足となってピ
ットやブローホール等の溶液欠陥が発生し易くなる。
本発明で使用する充填フラックスの成分組成は以上の通
りであるが、ヒユーム発生量に影響する他の因子として
ワイヤ中のfhiがあり、これが少ない程ヒユーム発生
量は減少する。これは、アーク中にH2が侵入するとそ
の高い電4It14を圧の為にアーク温度が上昇し、ヒ
ユーム源となるアーク中の金属蒸気量が増大することに
よる。こうしたH2のマイナス効果はワイヤ中のH2量
がsoppm程度以上になると如実に現われるので、こ
の値以下に抑えることが望まれる。
以上の様に充填フラックス中の成分含有率を規定するこ
とによってヒユーム発生量をかなり低減させることがで
きるが、これのみでは従来ワイヤに比べてヒユーム発生
量を10〜20%程度少な(できるに止まり、低ヒユー
ム化の目的からすれば決して十分とは言えない。ちなみ
に本発明の目的はヒユーム発生量をソリッドワイヤ並み
に低減させることにあり、その為には従来ワイヤに対し
ヒユーム発生量を40〜50%程度低減させる必要があ
る。
そこでヒユーム発生量を更に減少すべく、前記先願発明
で得た知見を基に鞘材を構成する外皮軟鋼中のC量及び
フラックス入りワイヤの製造工程で付着した残留潤滑剤
のC量とヒユーム発生量の関係について更に研究を行な
った。
即ち以下に示す如く、C量の異なる軟鋼及び潤滑剤を用
いて外皮総重量に対するC量の異なるワイヤを作製し、
第2.3図の実験と同様の条件で溶接試験を行なったと
きのヒユーム発生量を調べた。
〔ワイヤ〕
ワイヤ径:1.6順φ 外皮軟鋼=C量o、o o s〜0.08%フラックス
:チタニア系 フラックス入:15% 潤 滑 剤:MOsl系(C量20〜50%)外皮軟鋼
に対する付着 量:0.01〜0.10% ワイヤ断面形状:第8図の(へ) フラックス組成:後記第3表の濫2 結果は第5図に示す通りであり、外皮総重量に対する前
記C量とヒユーム発生量との間には明確な相関々係があ
り、該C量の低減はヒユーム発生量の抑制に画期的な効
果を果している。
一般にフラックス入りワイヤの前記C量は0.07%程
度以上であり、充填フラックスの成分組成もさることな
がらこの含有Cがヒユーム発生量の増大に著しく影響し
ていることは明らかである。尚第5図の実験で使用した
フラックス入りワイヤの充填フラックスとしては、先に
説明した低ヒユーム化組成のものであるが、これのみで
は約15%のヒユーム低減効果しか得られない。しかし
該フラックス組成の適正化に加えて前記Ciを低レベル
に抑えるとヒユーム低減効果は大幅に高まり、該c4を
0.045%以下にすればヒユーム発生量をソリッドワ
イヤ並みに低減することができる。又該C量を0.02
%以下とすれば、ヒユーム発生量を従来ワイヤのV2以
下に抑えることができ、低ヒユーム化の目的を兄事に達
成することができる。
この様にC量がヒユーム発生量に著しく影響する理由は
以下の確認実験によって明らかにすることができた。ま
ず第6図(A)、CB)〔溶接状況を示す概略図:図中
8は母材、9は外皮軟鋼、1oはフラックス、11はア
ーク、12は溶滴、13はヒユームを夫々示す〕は、フ
ラックス入りワイヤを用いて溶接した場合のヒユーム発
生状況を確認する為、アーク発生部を高速度カメラで観
察したときの説明図である。この図からも明らかな様に
、溶接工程ではまず外皮軟鋼9がアーク熱により溶融し
て溶滴12となり〔第6図(A)〕、これが順次母材8
に移行することによって溶接が進行するが、ワイヤ先端
に懸垂した溶滴12が爆発してアーク11が乱されたと
きに〔第6図(B)〕多量のヒユーム13が発生する。
これは、ヒユーム源となるアーク雰囲気中の金属蒸気等
がアークの乱れによってアーク雰囲気外へ放出される為
と考えられる。従って溶滴12の爆発を防止してアーク
の乱れを抑制すればヒユーム発生量は低減するはずであ
る。そこで溶滴12が爆発を起こす主原因を追求したと
ころ、ワイヤ中に含まれるCがアーク雰囲気中で酸素と
反応し、COガス又はCO2ガスを発生するときに前記
爆発を起こすことが確認された。即ち外皮軟鋼のC量が
減少すると溶滴移行時のCO及びCO!の発生量が減少
して溶滴の爆発が抑制され、それにつれてヒユーム発生
量が減少するものと考えられる。ちなみに参考写真1.
2及び3はC量が0.01%、0.04%及び0.08
%である外皮軟鋼よりなるフラックス入りワイヤを用い
て溶接を行なったときの、懸垂溶滴の爆発状況を示す高
速度写真(2000駒/ Sec )であり、C量の増
加によって溶滴の爆発は極めて著しくなっている。
こうした事実からも容易に理解することができる様に、
充填フラックス中のC量も少ないに越したことはない。
しかし第6図にも示した様にア−り発生部においてフラ
ックス柱と溶滴は分離し易く、フラックスからCO又は
CO2が発生しても溶滴の爆発にはそれほど影響しない
ので、微量のCの混入は許容される。但しフラックス全
量に対するCmが0.2%を越えると、溶滴の爆発にも
影響を与えヒユーム発生量が増加するので、この値以下
に抑えることが望まれる。
本発明で使用する外皮軟鋼としては、成形性の観点から
深絞り性の良好な冷間圧延鋼や熱間圧延鋼等が使用され
るが、前記の趣旨からも明らかな様にC量は極力少ない
ものを使用すべきである。
又胤やSi等は脱酸剤として作用し、溶滴移行時におけ
るCO及びCO2の発生を抑制する効果があるので、あ
る程度含有させた方がよい。しかしながらこれらの含有
量が多すぎると加工性が低下するので、外皮軟鋼中の動
量は2.0%以下、Si量は1.0%以下に抑えるのが
よい。
次に潤滑剤とは、フラックス入りワイヤを製造する際に
使用する伸線用潤滑剤を言い、高級脂肪酸エステル系(
Na、 K、 龜、Mg、Ba等の高級脂肪酸塩〕、M
OS、系、テフロン系、グラファイト系等、従来から知
られたすべての潤滑剤を使用することができるが、これ
ら潤滑剤の中にCま相当量のCが含まれている。従って
伸線加工時の使用量を少なくしてワイヤ表面への付着量
を減少する力)、或いは伸線後のワイヤをベーキング、
ブラッシング、溶剤洗浄等によって除去し、最終的に外
皮全体のC量が規定量以下になる様にすべきである。
但しワイヤ表面の潤滑剤付着量が少なすぎると溶接時の
送給性が低下するので、C量の少ない(好ましくは50
%以下)潤滑剤を使用するのが有利であり、この様な観
点からすればMOS、系潤滑剤が最も好ましい。
次に外皮軟鋼に対するフラックスの充填率は10〜30
%が好ましく、10%未満では十分量の金属粉やスラグ
形成剤を含ませることができず、一方30%を越えると
外皮軟鋼を薄肉にしなければならない為にワイヤが柔か
くなり、送給性が低下する他通電性及びアーク安定性も
悪化してアンダーカット等が発生し易くなり、更には大
入熱溶接が困難になる。
尚第7図に示す如く、フラックス率が増加すると溶融速
度が大きくなってヒユーム発生量が若干増加傾向を示す
ので、20%以下とするのがよい。
尚第7図の実験で用いた供試ワイヤ及び浴法条件並びに
ヒユーム量測定法等は第2.3図の実験と同一とした。
又ワイヤの断面形状は何ら制限がなく、例えば第8図(
A)、CB)、(C)、(D)等に示す種々の形状のも
のが使用できる。なお、(D)においては、ワイヤ表面
にAノ、Cu等のメッキ処理を施してもよい。このメッ
キ処理は、ワイヤの溶融速度を低下させるため、低ヒユ
ーム化にも効果がある。メッキ量〔ワイヤ全重量に対す
る重量%〕は0.05〜0.20%が望ましい。060
5%以下では、耐錆性、送給性、ヒユーム等の面でのメ
ッキの効果がなく、0.20%以上になると、生産性の
低下、溶接金属の靭性低下を来たすので、この値以下に
すべきである。又、ワイヤ径も用途に応じて1.2咽φ
、1.6調φ、2.0mmφ、2.4咽φ、3.2 r
tmφ等の中から任意に決めることができる。
本発明は概略以上の様に構成されており、充填フラック
スの成分組成を設定すると共に外皮軟鋼及び残留潤滑剤
のC量を規定することによって、ヒユーム発生量自体を
大幅に低減し得ることになった。従ってCO2やAr等
のシールドガスを使用するアーク溶接にあける溶接作業
雰囲気の改善、ヒユーム除去設備の負担軽減等極めて実
用に即した利益を享受することができる。
次に゛実験例を示す。
第1表に示す成分組成の外皮軟鋼と第3表に示す成分組
成の充填フラックスを使用し、第2表の潤滑剤を用いて
フラックス入りワイヤを作製した。
作製後における外皮軟鋼及び残留潤滑剤のC量(対ワイ
ヤ外皮総重量)は第3表に併記した。尚ワイヤ径は何れ
も1.61rIIRφ、フラックス充填率は15多とし
、ワイヤ断面形状はワイヤA 1 ” l 3について
は第8図(A)、ワイヤA14は同図(B)、ワイヤA
15は同図(D)とした。但し同図(D)の場合は外皮
軟鋼の表面に厚さ約1μmのCuメッキを施した。
上記で得た各7ラツクス入りワイヤを使用し、下記の条
件でビードオンプレート溶接を行なったときのヒユーム
発生量を、前記と同様の方法で測定した。
〔溶接条件〕
溶接電流:300A、DC(+) 溶接電圧:32■ 溶接速度:30j分 シールドガス:602.20ノ/分 母     材:U、12%G、0.2−9%Si。
1.44%Mn、0.020%P。
o、oos%S1残部鉄 間  距  離 結果を第4表に示す。
第1表 第   2   表 第   4   表 上記実験結果より次の様に考えることができる。
■X1及び澱5はフラックス成分、外皮金属及び潤滑剤
中のC量が本発明の規定範囲を外れる比較例であり、ヒ
ユーム発生量が極めて多い。
■雇2.3及び4は、フラックス成分は規定範囲内であ
るがCiが多すぎる比較例で、従来ワイヤに比べて10
〜20%のヒユーム低減効果しか得られない。
■A’6及び7、厘16.17は、C量は規定要件を満
足しているがフラックス組成が規定範囲を外れる比較例
で、ヒユーム低減効果は不十分である。
■意8〜15、JK 18.19は何れも本発明の規定
要件を充足する実施例であり、ヒユーム発生量は極めて
少ない。このうち眉13は外皮軟鋼の成分を若干変えた
場合、A14.15はワイヤ断面形状を変えた場合の実
施例であるが、何れの場合も高いヒユーム低減効果が得
られている。
【図面の簡単な説明】
第1図はヒユーム発生量の測定に用いた装置を示す一部
破所見取り図、第2.3図はヒユーム発化量とフラック
ス入分の関係を示すグラフ、第4図はフラックス成分の
蒸気圧とヒユーム発生量の関係を示すグラフ、第5図は
外皮軟鋼及び残留潤滑剤のC量とヒユーム発生量の関係
を示すグラフ、第6図(A)、(B)はヒユーム発生状
況を示す断面説明図、第7図はフラックス率とヒユーム
発生量の関係を示すグラフ、第8図(A)〜(D)はフ
ラックス入りワイヤの断面形状を例示する略図である。 1・・・捕集箱、2・・・サンプラー、3・・・観察窓
、4・・・手差込み口、5・・・望気孔、6・・・溶接
台、7・・・試験板、8・・・母材、9・・・外皮軟鋼
、lO・・・フラックス、11・・・アーク、12・・
・溶i、13・・・ヒユーム。 出 願 人   株式会社 神戸製鋼所υ■−(薩佃収
 (片\全) 第8 Cへ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. +1)外皮軟鋼のCiと該外皮軟鋼に付着している残留
    潤滑剤のC量との総和が、外皮総重量に対して0.04
    5%(重量%:以下同じ)以下であり、この外皮で囲ま
    れる腔部に、フラックス全重量に対してTiO□:20
    〜50%、Sio2:1〜15%、Al 20. : 
    l〜15%、ZrO,: 2.5〜l 0%、MgO:
    L)、1〜10%、アーク安定剤:0.1〜5%、脱酸
    剤:10〜45%、鉄酸化@:X−10%及び鉄粉:5
    〜50%を含むフラックスを、ワイヤ全重量に対してl
    O〜30%充填してなることを特徴とするガスシールド
    アーク溶接用フラックス入りワイヤ。
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