JPS5956997A - セルフシ−ルドア−ク溶接用フラツクス入りワイヤ - Google Patents

セルフシ−ルドア−ク溶接用フラツクス入りワイヤ

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JPS5956997A
JPS5956997A JP57152431A JP15243182A JPS5956997A JP S5956997 A JPS5956997 A JP S5956997A JP 57152431 A JP57152431 A JP 57152431A JP 15243182 A JP15243182 A JP 15243182A JP S5956997 A JPS5956997 A JP S5956997A
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酒井 芳也
Yasuhiro Nagai
永井 保広
Kazuo Ikemoto
池本 和夫
Tetsuo Suga
哲男 菅
Masaharu Sato
佐藤 正晴
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/36Selection of non-metallic compositions, e.g. coatings, fluxes; Selection of soldering or welding materials, conjoint with selection of non-metallic compositions, both selections being of interest
    • B23K35/368Selection of non-metallic compositions of core materials either alone or conjoint with selection of soldering or welding materials

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Nonmetallic Welding Materials (AREA)

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】 本発明はセルフシールドアーク溶接用フラックス入りワ
イヤに関し、特にピットや融合不良等の溶接欠陥がなく
且つ靭性の優れた溶接金属を全姿勢溶接で得ることので
きるフラックス入りワイヤに関するものである。
フラックス入りワイヤとは金属箱内に粉粒状フラックス
を充填したものであり、使用に当ってはシールドガスや
フラックス欠別途供給する必襞がないので溶接作業性が
良く、且つ耐風性に優れている等種々の利点欠イjして
いる。
ところでフラックス入りワイヤに使用される充填フラッ
クスの主成分として社、■生成スラグの肖点が鉋のそ才
りに近くてスラグ形成効果及びシールド効果を有するC
 aF   Sr F 2及びBaF2一 等のアルカリ土類金属ぶつ化物、(2)大気中の窒素や
酸素が溶融金鳳内へ侵入づるのを防止するシールド効果
、あるいは仮に侵入し17:、とじてもそのウド害を緩
和する強力脱酸効果を有するM gや、強力脱酸効果と
窒素固定効果を併用1″るAff、が一般にイ吏月」さ
才している。
しかしながら上記の様なフラックス入シワイヤに(、I
:、溶接条件のjIi正範囲が狭く且つ溶接欠陥が発生
し易いという問題がある。この溶接欠陥は2拙類に大別
1′ることかでき、一つはスラグの巻込み及び融合不良
であり、もつ一つはビットやプロ−ホール等の気孔欠陥
及び銀球である。こうした欠陥の発生原因と1−では、
前者の場合スラグ中にAe−やM g (1)反応生成
物である高融点酸化物(Δe208、八4 g O)が
多光@壕れている為7ヲグの融点が夕!・11の醐1点
J二りもかなり高くなること、及びi′#込みが浅いこ
と、がな−けられ、後者゛の場合シールド効果が不十分
であり、貰だワイヤ中の水う牡含有耳1が商いこと等が
挙げられる。
不発1j11者t!tltJ、上記のト)・な−J1i
悄に着目し、捷ず前述の1に乃4欠陥発生JJj+、因
を更に追求して明確にすると共に、〕1・′!1当な改
善手段に41τ゛tすることによって該欠陥ケ負(消テ
ベ< イaf究を進めて@た。その結果、符来ワイヤに
おり−ろ充填フラックスの主構成4分であるアルカリ金
属化合物(例えばNRF−LIF、1、i  SiON
a  O,に20等)は、蒸気圧が2     8’ 
      2 商いのでシールド効果が良好でを)す、且つアーク力〃
判C1いので浴込みが深い等の特長を有している反面、
固有水分1犬が多−<−目つ吸σli1注が商いので充
填フラックスの含水率が高く、これが気孔欠陥を頻発さ
せる最大の原因になっていることが確認されだ。ところ
がアルカリ金属化合物の複合体であるLiBaF8は、
前述のわ(なアルカリ金属化合物の特長を有すると共に
、固有水分光が少なく且つ灯E吸湿性であり、充填フラ
ックス用の主構成4分として優れた性能を有しているこ
とケ知り、更に研究の結果本発明を完成しfこ。
即ち本発明に係るセルフシールドアーク溶接用フラック
ス入りワイヤとは、WI製鞘内に、下記の成分を必オI
成分として含有1−る粉tar状フラツクヌを、ワイヤ
全車f11−に対して10〜80%(重力1%:以下1
テ1)じ)充填してなるところに要旨が存在する。
LIY38F  : 5〜75% Ae  :8〜12G λ4g  : 2〜10% Mn   :0.5〜10% 本発明で使用するLiBaF8は充填フラックス構成4
分として優れたスラグ形成効果、シールド効果、溶込み
改善効果及びアーク安定効果を有すると共に、固有水分
が少なくψ1[吸湿性であるという特有の性ダ9全イコ
しており、これt主構成々分とする充9′<フラックス
を使用することによって水分(換言すれは水素)に起因
するビットやブローホー/I/等の気孔欠陥宿・ヲ可及
的に防止することができ、ひいてはilJ正アーク電圧
範囲孕大幅に拡大することができ4)。
ちなみに第1.2図は、BaF2:40%、へeニア%
、Mg:8%、M n : 8.5%、CaO:0.5
%、残部p ef基本組成としこれにLiF:0〜40
%又はLiBaF8:0〜40%を配合してなる粉粒状
フラッフスケ′、軟則製鞘内ヘワイヤ全重;Iiiに対
l〜て20%となる様に充填し、こttケ伸線加工して
2門φのフラックス入りワイヤとし、これ1用いて溶接
実験1行ない、耐ビット性(適正アーク電圧範囲)又は
欠陥(融合不良、スワブ巻込み)発生率に与えるtip
及びt、tBap8の効果を?Jr6ベた実圧・′屯グ
ラフである。但し溶接条件及び試験方法は次の通りとし
た。
CI)剛ビット性(適正アーク電IEiX:fIlil
囲)溶接電流:250(A)、溶接速度:20(口7分
)、電流の種類・極性:DC、ワイヤ←)、ワイヤ突出
し長さ: 25 (ITM )、トーチ角度二〇度の条
件で、平板(JIS  G  8106、S M −5
0,25rtm tX 500 y ” )上ケ下向姿
勢で1バヌ溶接し、X線透j1※J試験(JIS  Z
:3104)でl紳1級が得られる百を圧範囲を適正〒
0庄範囲としlζ1尚下限重圧は、ワイヤがメチツクア
ウトする↑Jjl圧とした。
(If )欠陥発生率 溶接電流:250(A)、溶接η1圧:20〜2B(V
)、溶接速度:15〜25+z/分)、箱5流の種類・
11〜巳性:DC、ワイヤ(−)、ワイヤ突出し長さ=
25(静)、バス間治【反・予じ:150〜200°C
1裏Qコ〜つり:アークエアガウジング後グフィンダで
黒皮除去、の条件で第8図に示す開先形状を有する試験
板<25rra×500バー)紮下向き姿勢で表側4層
6バヌ、裏側8層4バスで溶接し、た後、超音波探傷試
験(JIS  Z  8060)によってスラグの巻込
み及び出合不良欠陥の総長?をn1llボし、この測定
値を全浴接長(500ffffl)で除した値を欠陥発
生率(4%)とする。
Eて51図からも明らカ・な様に、LiBiF8 丘・
5%以上配合すると、その適正アーク〒■圧範囲はLi
Fを用いたものに比べて大幅に拡大する。これは後記第
4図でも明らかにする如く、LiBiF8 とLiFと
の含水率の差が大きく影響している為と考えられる。
寸た第2図によれば、LtBap8又はLtFの配合率
が5%以上である限り、欠陥発生率は同等で何れも極め
て優れている。
ま1こ第41ン)は、アルカリ金属化合物の中でも比較
的固有水分及び吸湿性が低いとされているLiF及びJ
、1S(0と本発明のLiBiF3 との経時的8 な吸湿ガ(の沃化を示したものである。尚固有水分とは
製造的、後の水分量(結晶水及び吸着水等)を示し、放
「9時(30°C180%IンIt )の水分増加率は
1000°Cで加熱したときの放出水分の増加景刀・ら
求めた。
第4図からも明ら刀為な様に、1.1BaF3はLiF
しく低い。従ってL IBa F a w yL、填フ
ラツクヌの構成4分として使用すると、フラックス全体
の水分量が少なくなってアーク雰囲気中の水素凡が低レ
ベルに抑えられ、水素に起因するビットやブローホー)
V等の気孔欠陥の発生音nJ及的に防止フ゛ることかで
き、ひいては適正な溶接部を得る為のアーク〒L圧範囲
を拡大することができる。
前述の様にLiBiF8はフヲック7入りワイヤ川め充
填フラックス(g体的には主要フラグ形成剤又は補助的
スラグ構成剤)として泊し7jものであるが、こうした
L(BaF 8の特長孕イ1効に発揮さぜる為には、全
フラックス中の含有率が5〜75%の範囲となる様に配
合しなければならない。しかして5%未満では前記第1
図にも示した様に適正アーク〒Ti、圧範囲の拡大効果
が有肛に発揮されず、且つシールド効果やスラグ巻込み
及び融合不良を抑制する効果も不十分となる。一方75
%を越えると生成スラグの流動性が過大となって、立向
姿勢や上面姿勢で溶融金属及びスラグが垂れ易くな9、
作業性やビルド形状等が悪化する。
尚LiBaF3 と併用するスラグ形成剤としては公知
の柚々のぶつ化物や酸化物が挙げられるが、最も好まし
いのは、CaF2、S’ F 2  及びBaF2@の
アルカリ土類全屈ぶつ化物、あるいは一般式M X N
 y Oz  (へ4:アルカリ土類金属、N:pe、
Δ1n、St、Ni、TI、AI等、0:酸素、X 、
 y、 Z :正数)で表わされる複合酸化物(具体的
にはCa2MnO4,5r2Fed4,5r7Fe、 
oO22,13aFe204.SrP、4n08.Ba
(Mn04)2q)である。17cその他の補助的スラ
グ形成4分どしてLiF、I(ZrF  K  SiF
  NaF、Na8AgF62   6ラ  2   
  (il 、に20.Na2O,ロ2sto8.ttMno8,1
Fe02等のアルカリ金属化合物i FeO,MnO,
3102゜Z r 021 T 1021M g Or
 A C20s p B ’ 20 s r B 20
 g等の酸化物;口2CO8,Na2CO3,BaCO
3゜5rco3.caco8等の炭酸塩、等を併用する
こともできる。これらスラグ形成剤の全充填フラックス
中に占める含有率は、Li13aF3を含めて85〜8
5%の範囲に設定するのがよい。その理由は、85%未
満では生成スラグ量が不足して被包性が悪化し、85%
を越えるどスラグかが過剰になって作つI′!注か低下
するからである。
八eは強力脱酸剤及び脱窒剤として弐fC窒累1d11
足剤として不可欠のオ;素でるり、大気中から侵入う′
る酸素や屋素ゲ捕足して気孔の発生を防止ラ−る。こう
したAgの効果を発揮させる為にはフラックス中に3%
以上含有させ女けれはならないが、多づ゛ぎると溶箔″
金属中に過剰1..l’i!の八eが歩留って結11[
1粒が粗大化し脆弱になるので12%以下に抑えるべき
である。尚Ae淵としては金11a2/lの他、F e
 −A (J 、 A e −M g −A Q −L
 i等〕p、1合。
金を使用することもできる。
)、4gは強力な脱酸機能を有する他、アーク熱によっ
て容易に金属蒸気となシ優れたシールド効果2允揮する
。Mg爪が2%未満ではこうした効果が十分に発揮され
ず、し刀・も併用づ−るA5の歩留りが低下してAgの
脱窒効果及び容素固定効果が十分に発揮されなくなる。
し〃1し多すぎるとヒユーム発生子i(が著しく増加し
て溶融池の徨1整が困雌になると共に作業環境を汚染し
、またスパッタの増大及びスラグの粘性増大による被包
性の悪化を招くので10%以下に抑えるべきである。尚
Mg源とじては全屈M gを使用することも可能である
が、これはアーク熱によって気化が爆発的に進行しスパ
ッタが多発する傾向があるので、A/!−h4g、bl
g−s s、 Mg−5+−ca%N t −Mg、L
i−Mg等のMg合金として含有させるのがよい。
M flは溶着金属の強度を高めると共に、溶融金属の
表面張力を下げてビード形状を整える作用もあり、少な
くとも0.5%含有さぜなけねはならない。しかし10
Φ企越えると溶着金属の強度が過大になって列°性や印
割れ性が乏しくなる。hi n源としては金MM n 
+F e −M n 、 F e−5I −Mn等のM
n合金が使用されるが、この他M n OやMnO2等
の酸化物更にはLi 2MnO3,SrMno8+ B
 a(M n O4)の様な複合酸化物もM n源とし
て使用することができる。その理由は、本発明で使用す
るフラックス中には、λ4n、r、シも酸素との親いる
ので、M、 n酸化物は脱酸ケ受けて金lmMnに変換
されるからである。
本発明で使用するフラックスの必須成分は上記の通りで
あるが、特に海洋構造物の様な低温靭性(一般に−10
〜−60°C)が要求される分野に適用1−ろ場合、更
にNi : 0.5〜20%、zr:0.1〜4%、’
rt:o、o1〜0.5%、B:0.01〜0.2%全
配合し、寸たCe等の希土類7e素全配合することも効
果的である。以下これらの副配合成分についても簡単に
説明を加える。
Niはオーヌテナイト生成元紫であり、多量のAIの沙
・留シによるフェライト結晶粒の粗大化を抑制し溶矯金
屈の切欠靭性を高める作用がある。
こうした効果は0.6%以上の配合で有効に発揮される
が、20%を越えると伸長゛が過大になって耐割れ性が
乏しくなる。Nl源としては金属Niの他、pe−N1
−Cr%Ni−Mg等のNi合金、あるいはN 10 
、B a2 N i o 、i 等ノ酸化物、複合酸化
物が挙げられる。
Zrは溶着金属の結晶粒をR軸化すると共に侵入した窒
素奢固足して切欠靭性を改善する作用をイ]シており、
これらの効果は0.1%以上の添加で有効に発揮される
が、4条を越えるとスラグの焼付きが著しくなって剥n
F性が悪化1−る他、切欠靭性もかえって低下する。尚
Zr源としてはpe−7、r、Zr−5i等の合金やに
2ZrF6、Na2ZrF6笠のぶつ化物、あるいはZ
 r OZ r S 104 (シル2′− コンザンド)−Li  ZrO3≦1の酸化物、複合酸
化物が坐りられる。
TIは極めて少煩で切欠靭性全高める作用かあυ、その
効果は0.01%以上で有効に発揮される。
この場合前述(〜1c範囲のzrや0.O1〜0.2%
のBと併用づ−るとその効果は一段とM’ffになる。
−但し1’i′Mが0.5%食越えるとスラグの焼付き
が著しくなり、ビードタ)観及び溶接能率が悪化する。
尚1゛量源としては金属Ti 、 p e −TI等の
合金の他、TiOやTi2O3等の酸化物、あるいはL
i2TiO3、ca’rt2o4、CaTiO3等の複
合酸化物を使用することもできる。
Bは単独では切欠靭性改碧効果全殆んど示さないが、前
述の様に適量のT1と併用することによって]Iの効果
を助碌する働きがめる。こうし7j効果は0,01%以
上の配合で有効に発揮されるが、0.2%忙越えると焼
入れ硬化によって耐割れ性が低下し、切欠471性も乏
しくなる。B源としてはF(!−13雰−の合金やB2
O3等の酸化物、あるいはL12B4O7、IQ82B
407等の複合酸化物が挙IrJ”られる。
との他、不発明で使用する充填フラックス中には、溶接
令息(の篩温強展等の機セ1(的性賀−や耐食性を一改
善丁ル為KCr、R4o、Cu%N b、V。
Co、P等の元素を配合することもできる。
以上、鋼製鞘内に充填するフラックス組成について訣、
明したが、それら各成分の効果を上動に発揮させる為に
はフラックスの充填率も極めて重要であり、ワイヤ全重
負に対する充填量が10〜80%の範囲となる柱に充填
率を設定しなければならない。即ち充填率が10%未満
では先に規定したフラックス1h成々分の個々の含有弁
二が不足する為に満足な効果を得ることができず、一方
80%を越えると溶着金属中のAe等の合金汽が過剰に
なって目標程度の機械的性質が得られなくなったシ、イ
するいは生成スラグ畑が過大になってスラグの巻込みが
著しくなつFり浴接作業性が低下する旬の問題が現わノ
する。
f岡製鞘の材質としては軟鋼が最も一般的であるが、丼
」途によっては低合金銅−や高合金鋼等を使用すること
もでき、またその断面構造も特に限定されないが、2門
φ以下の細径の場合は比較的単純な円筒形のものが、壕
だ2.4〜4間φ程度の大径ワイヤの場合は鞘材紮内部
へ複雑に折り込んだ構造のものが一般的である。
本発明は11:l、略以上の様に構成されており、特に
W4製鞘内へ充填するフラックスの成分組成を特定する
ことによって、ピットや融合不良等の溶接欠陥がなく且
つ機械的諸特性(特に靭性)の優れた溶接金属?あらゆ
る溶接姿勢で得ることのできるセルフシールドアーク溶
接片」フラックス入りワイヤを提供し得ることになった
次に実験例ケ挙げて本発明の効果音明確にする。
実施例 第1表に示す化学成分の′!!I製鞘内に第2表に示−
を成分組成の粉粒状フラックスを充填(充填率20形)
して伸線加工し、2間0のフラックス入りワイヤ全製造
し12:・ 74られた各ワイヤを用いて下記の条件で溶接実験ケ行
なった。結果を第8表に示す。
〔溶接条件〕
試験板 : JIS  G  8106  、Sへ4−
50A、板厚45門×長さ500雇 開先形状:X開先(第4図) 溶接電流:250(A)、DC(ワイヤ(→〕溶接電圧
:21〜22(V) 溶接速度:18〜24(17分) ワイヤ突出長さ=20〜25(vq) 累層法 :表・裏側共に8層14バヌ 溶接姿勢:下向 裏はつり:アークエアガウジング後グラインダで黒皮除
去 〔試験法〕 引張試験: J I S  Z  8111衝撃試験:
JIS  Z  8112 イ111曲げ試験:Jis  z  8i22超音波探
傷試IQ:JIs  Z  8060第1表 鋼製鞘の
成分 不可AI/T−純物) 第2,3表からも明らかな様に、本発明で規定する要件
全充足するワイヤ(磁1〜7)を用いた場合は、溶接作
業性が良好でブローホールやスラグ巻込み、融合不良等
の欠陥がなく、溶着金属の機械的1flユT工も良好で
ある。中でもフラックス中に適量の7−rを配合したワ
イヤ(No、 6 )及びTiとzrを配合したワイヤ
(翫2,8)を用いて得fj溶危金居の低温(−80’
C)靭性は極めて優れている。これに対し本発明の要件
を欠く比較ワイヤ(トh8〜11)i用いた場合は、溶
接作與性、超音波探傷性能及び機械的性質の何れかが劣
悪であり、不発明の目的を達成することができない。
【図面の簡単な説明】
第1.2図は充填フラックス中のLiF又はり、1Ba
F8の含有率と適正アーク電圧範囲及び欠陥発生率の関
係を示すグラフ、第3,5図は寮歌で採用した開先形状
を示す図、第4図は水分の経時的な増加員ヲ示すグラフ
である。 出願人  株式会社神戸製鋼所 2勺−′1ご・

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)鎖製鞘内に、下記のhy分庖・必須成分として含
    有する粉わ゛l状フラックスを、ワイヤ全重汽に対し一
    r l O〜80重都%充填してなることを特徴とする
    セルフシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。 t.1naF  :   5 〜7 5M景%AC  
    :8〜12 〃 Mg:2〜10 〃 Mn   :  0.5 〜10  //
JP15243182A 1982-08-31 1982-08-31 セルフシ−ルドア−ク溶接用フラツクス入りワイヤ Expired JPS6045996B2 (ja)

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