JPS61165295A - セルフシ−ルドア−ク溶接用複合ワイヤ - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、造船、橋梁、海洋構造物等の屋外全姿勢溶接
に適用されるセルフシールドアーク溶接用複合ワイヤに
関する。

〔従来の技術〕

セルフシールドアーク溶接用複合ワイヤ（以下、セルフ
シールドワイヤという）は、他の溶接材料と異なり自己
シールド機構が強化されているため、風による溶接欠陥
の発生が少ないことから、特に屋外現場施工に好んで採
用されてきた。

しかし、従来のセルフシールドワイヤには溶着金属中の
気孔の発生を防止するためにＡｌ、ＭＰ等の脱酸剤、脱
窒剤が多量に添加されておシ、このＡ、ｌが溶着金属に
多量に残留し、結晶粒が粗大化し、良好な低温靭性が得
られｋかった。さらにＯａＦ　２を主たる金属ふつ化物
として使用してきた従来のセルフシールドワイヤでは、
ＣａＦ２　　はスラグの流動性を著しく大きくするため
立向姿勢や上向姿勢におけるビード形成性に問題があり
、全姿勢溶接性が要求される現場施工への適用は困難で
あった。

これらの欠点を解消するために、例えば特開昭５８−１
４８０９５号公報に示されるように、ワイヤを細径化し
て全姿勢溶接での良好な使用特性と耐気孔性および低温
靭性の向上を図ったセルフシールドワイヤがある。そこ
に示されたワイヤは金属ぶつ化物としてＢａＦ２　’ｉ
ｊ”用い、　さらに細径化することで確かに従来ワイヤ
よシも低温靭性および全姿勢溶接性が向上しているが、
特に狭開先内でのスラグはくり性およびビード外観、形
状の点で必らずしも満足できるものではない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は上記従来ワイヤの欠点を解消し、適用分野を拡
大することを目的としてなされたもので、良好な全姿勢
溶接性および低温靭性を有すると共に狭開先内でのスラ
グはくり性およびビード外観、形状の優れたセルフシー
ルドワイヤを提供するものである。

ｗｔ％、ｒＪｉ）ｉ’　：　ｌ　〜Ｉ　５　ｗｔ％、　
　５ｉ０２：　０．２〜３．５ｗｔ％、ＣａＯ：　０．
４〜５．８　ｗｔ％、鉄酸化物：４〜２８ｗｔ％、ＡＡ
’　：　４〜１５　ｗｔ％、Ｍ’　：　３〜１２　ｗｔ
％、ｕｎ　：　２〜９ｗｔ％を必須成分とする粉粒状フ
ラックスを金属鞘内にワイヤ全重量に対して１３〜３゜
ｗｔ％充填する点にあり、特に一部または全部が溶融粉
砕された粉粒状である５ｉ０２およびＣａＯを使用する
ことにより、狭開先内スラグのはぐり性やビード外観、
形状を更に改善することができる。

以下に、本発明に係るセルフシールドワイヤを上記構成
にした理由を詳細に説明する。

セルフシールドワイヤに多量に使用する金属ぶつ化物の
役割は、スラグ剤として溶接金属を被包しビード形状を
良好にすること、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
揮させることである。

本発明ではＢａＦ２　ｅ　２５〜７０　ｗｔ％含有させ
るが、その理由は、従来使用されていたＯａ　Ｆ　２等
に比べてＢａ　Ｆ　２はシールド性および溶滴移行性が
良好であると共に、立向や上向姿勢でのスラグの被包性
とビード形成性に優れｆｃ特性を有するからである。

Ｂ　ａＦ　２が　２５　ｗｔ％未満ではこれらの特徴が
十分発揮されず、一方７０　ｗｔ％を超えるとアークが
不安定になる他、スラグ生成量が過剰になってスラグ巻
込み等の欠陥を生じ易い。よってＢａ　Ｆ　２　の適正
範囲は２５〜７０　ｗｔ％とする。

本発明ではさらにＬｉＦ　ｆ　１〜１５−ｗｔ％添加す
るが、この目的は溶着金属の耐気孔性および低温靭性の
向上である。Ｔ、ＩＦは溶接アーク熱により容易に気化
して高圧の雰囲気を形成し、これが溶滴を外気から効果
的にシールドする。また熱解離によって生じｆｉＴ、ｉ
イオンがアークを極めて安定とし、溶滴移行をなめらか
にするため、溶滴や溶融池の外気吸収を最小限とし、溶
着金属中の窒素量が減少する。さらに、上記効果によっ
て脱酸、脱嗜剤であるＡｌの添加量を低減でき、溶着金
属中のＡｌ量が減少し、低温靭性を向上させることがで
きる。

ＬｉＦが１　ｗｔ％未満では上記効果がなく、一方１５
ｗｔ％を超えると過度の高圧蒸気のためかえってアーク
が不安定になシ、スノξツタも多発して好ましく々い。

よってＬｌＦの適正範囲は１−１５　ｗｔ％とする。

従来のＢａＦ２　ｋ　主成分とするセルフシールドワイ
ヤは全姿勢溶接、特に狭開先溶接におけるスラグはくり
性に問題があった。このためスラグの除去に時間がかか
り、作業能率が低下したり、開先内に残留したスラグが
次パスにより完全に溶融しきれず、スラグ巻込等の溶接
欠陥が生じたりし易かった。オた、ビードの外観、形状
、特に母材とのなじみが悪く、疲労強度に問題があった
。

本発明ではＳｍ２およびＣａＯを必須成分とするが、そ
の理由は狭開先内のスラグはくり性およびビード外観、
形状を改善するためである。

ｓ　ｉｏ２は　ビード表面をなめらかにし、光沢のある
ビードを形成することにより被包スラグがビード表面か
ら分離し易くする作用を持つ。さらに、ビードの湯流れ
を良好にし、−一ド形状、特に母材とのなじみを改善す
る効果がある。５１０２が０．２ｗｔ％未満では上記効
果は々く、逆に３．５　ｗｔ％を超えると強力脱酸剤の
ｋｌ　、　ＭＰによシ還元され７’Ｃ８ｉが溶着金属中
に過剰に歩留り、結晶粒を粗大化して靭性を低下させる
ので好ましく々い。従って５ｉｏ２の適正範囲は０．２
　ｗｔ％〜３．５　ｗｔ％とする。

ＣａＯもまたスラグはくり性改善に効果のある成分であ
る。即ち、０ａＯＦｉ特にＢ　ａＦ　２　　を主成分と
するスラグ系においてビード表面と凝固スラグの結合力
を減少させる作用を持ち、狭開先溶接においてもビード
表面に被包したスラグを砕は易くする。

この特性はＣａＯを単独添加するよりも５ｔＯ２と共存
させたときの方が効果が大きい。０．４　ｗｔ％以下で
は上記効果は期待し得す、５．８ｗｔ％を超えるとビー
ド形状が凸気味になることおよびアークが不安定に力る
ことにより採用できない。よってＣａＯの適正範囲は０
．４　ｗｔ％〜５．８　ｗｔ％とする。

ｈお、上記５１０２およびＣａＯの原料であるが、５ｈ
ｏ２源はケイ砂、長石、ケイ灰石などの他、Ｋ２　Ｓ　
＋　０３、Ｌｉ２ＳｉＯ３　　などの酸化物が用いられ
る。

ま７７、’ＣａＯ源としては生石灰（ＣａＯ）は吸湿し
易い材料なので好ましくなく、石灰（Ｏａ　００　ｓ　
）も一定量以上添加するとスパッタが多発して作業性劣
化を招くので推奨できない。ケイ灰石（ＣａＯ・５ｉ０
２）やカルシウムフェライト（ＣａＯ・Ｆｅ２０５）な
ど、湿気に対してより安定な態様で使用するのが好まし
い。

また、上記５ｉ０２　、　ＣａＯの原料として５ｉ０２
　。

ＣａＯｆ予かじめ溶融粉砕した組成物を使用すると更に
効果的であることが判った。す々わち５ｉｏ２とＣａＯ
とを含むフラックス原料を電気炉等で溶解したのち粉砕
した組成物は、融点がそれぞれ単独の成分よりも低く々
るため溶融スラグの流動性を増加させ、スラグ被包性が
良好になると共に、ビード表面とスラグ間の結合力を弱
める作用が増大する。このため、Ｓ＋０２　ｓ　ＣａＯ
の原料をそれぞれ複合添加した場合よりも特に狭開先内
のスラグはくりが一層良好になる。さらにワイヤ溶融時
において原料の激しい解離や反応による膨張、爆発が起
こら々いため、アークは常に安定でスノぐツタ発生も少
なく力る効果がある。この８ｉ０２　、　ＣａＯｋ予め
溶融粉砕した組成物の添加範囲はそれぞれの成分が前述
した範囲にあれば良い。例えば８Ｉ０２、ＣａＯ分を全
量予め溶融した組成物に置換しても良いし、一部のみを
置換しても良い。

本発明では鉄酸化物を必須成分とするが、その理由は、
第１に、Ａｌ−ＭＰにより過剰に脱酸された溶接金属に
酸素を補給してフェライトの核生成を促進させて溶接金
属の靭性を向上させる友めである。第２に、鉄酸化物は
低融点であるため、ｋｉ−Ｍｒ　　の脱酸反応により生
成された高融点のＡ１２ｏ３やＭＰ（１’ｉｉスラグと
して浮上させ、スラブ巻込み等の溶接欠陥を防止するこ
とができるためである。

さらに第３に、鉄酸化物を添加することにより全姿勢溶
接用として適度のスラグ流動性が得られるため、ピード
外観、形状を改善すると共に、スラグシールドを高める
作用を有しているためである。

鉄酸化物が４　ｗｔ％未満では上記効果がなく、一方２
８　ｗｔ％　ｆ超えると溶滴移行性が劣化する他、スラ
グ過多によるスラグ巻込等の欠陥が発生し易くなるので
好ましくない。よって鉄酸化物の適正範囲は４〜２８　
ｗｔ％とする。

ガお、鉄酸化物としては、ＦｅｘＯｙで表わせる酸化鉄
、例えばＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ３０４などの形態で
添加してもよく、あるいはＭｘＦｅｙＯｚで表わせるア
ルカリもしくはアルカリ土類金属の酸化物との複合酸化
物（例えばＴ、１Ｆｅ０２、Ｎ　ａ　Ｆｅ　０２、Ｏａ
　Ｐ　ｅ　２０４．８ｒ２Ｆｅ０４’、　　　５ｒ２Ｆ
ｅ２０５　　ｂ　　　５ｒ７Ｆｅ１１０２２　　、　　
Ｂ　ａ　Ｆ　ｅ　２０４　　、ＢａＦｅ１２Ｏ１９など
）の形態でも添加できる・Ａｌは強力な脱酸、脱窒剤と
して溶接金属の耐気孔性を改善する作用を持ち、セルフ
シールドワイヤには不可欠の元素である。４　ｗｔ％未
満では上記効果は不十分でピット、ブローホール等の溶
接欠陥が発生し、一方１５　ｗｔ％を超えると溶接金属
中の　Ａ／量が過剰になって結晶粒の粗大化を招き、靭
性を劣化させるので好ましくない。従ってＡｌは４〜１
５ｗｔ％とする。なお、Ａｌは単体で用いＭ２は強力な
脱酸剤である他、溶滴の移行性を改善する元素である。

ＭＰの添加により溶滴の粒子が細かくなシ、スプレー状
の溶滴移行になる。

ＭＰが３　ｗｔ％未満では上記効果は不十分であシ、１
２　ｗｒ％を超えるとスノぐツタの多発とヒユームの増
加を招くので好ましくない。よってＭＷの適正範囲は３
〜１２　ｖｒｔ％とする。なお、　　Ｍｆは単体で用い
てもよいし、Ａｌ−ＭＳ’　、　Ｎ１−ＭＷ　、Ｌｉ　
−ＭＷ　、Ｏａ　−ＭＷ等のＭ２合金の形態で添加して
もよい。

Ｍｎの添加量を２〜９　ｗｔ％にした理由は、溶接継手
に適した必要十分な強度を与えるためである。

２ｗｔ％未満では必要強度および良好なビード形状が得
られなく彦り、一方９’ｗｔ％を超えると強度が高くな
り過ぎて耐ワレ性を劣化させる。従ってＭｎの添加量は
２〜９　ｗｔ％とする。なお、　　Ｍｎは単体で用いら
れる他ｓ　Ｆｅ−Ｍｎ等の鉄合金を含む各種合金や、　
ＭｎＯの如き酸化物、　Ｌｉ２ＭｎＯ２の如き複合酸゛
化物の形態でも使用できる。

以上が本発明のワイヤにおける粉粒状フラックスの必須
成分であるが、本発明ではシールド効果を更に高める意
味でＴ、１２００３、Ｎａ２００３　Ｂａ００３．０ａ
００　　５ｒＯＯＭｆＯＯＭｎ００３ｆｘどの金属炭酸
３％３’５％ 塩をスノぐツタ多発等の作業性劣化をきたさない範囲内
で添加すること、およびスラグの物性調整剤として０ａ
Ｏ５Ａ１２０３、ＭｒＯ１Ｋ２０、Ｎａ２Ｏ、ＴｌＯ２
、ＺｒＯ２’ｌどの酸化物、ＯａＦ　２、Ｓ　ｒ　Ｆ２
、ＮａＦ　。

Ｋ２ＳｉＦ６　　などのぶつ化物を必要に応じて添加し
てもよい。

さらに、特に海洋構造物等の低温靭性（−２０℃〜−４
０℃）の要求される分野に適用される場合にはＮｉ、　
Ｔｉ、　Ｚｒ、　Ｂ　　などの元素を添加して低温靭性
を更に向上させてもよい。

本発明のセルフシールドワイヤにおいては粉粒状フラッ
クスを金属鞘に充填する割合を１３〜３０　ｗｔ％とじ
た。これは１３　ｗｔ％未満ではフラックスの上記各種
効果は期待し得す、溶接金属に気孔が発生したり、スラ
グの被包効果が損われたシし、逆に３０　ｗｔ％を超え
るとスラグの生成量が多すぎたり、溶接金属中の合金成
分やＡｌ量が増加する結果、所要の機械的性質が得難く
、さらに伸線加工性が低下してワイヤ製造が困難になる
ためである。

なお、本発明ワイヤの金属鞘の材料は通常軟鋼を用いる
が、用途に応じて低合金鋼、高合金鋼をも用いることが
できる。ワイヤサイズは使用特性および全姿勢溶接性の
点から２．４ｗａ／以下の細径にするのが好ましい。ま
た、ワイヤの断面形状は、第１図に示す（Ａ）の如き複
雑断面では細径に伸線するのが困難であること、ワイヤ
にねじれや方向性ができ、ワイヤ送給性が劣化すること
力どによ郵採用できず、（Ｂ）、（０）、（Ｄ）、（Ｅ
）の如き単純断面にするのが伸線加工性、およびワイヤ
送給性等の使用特性の両面から好ましい。

〔実施例〕

本発明に係るセルフシールドワイヤの効果ヲ笑施例によ
シ更に具体的に説明する。

試作した２、０ｍ５ｔｌ’のセルフシールドワイヤヲ第
１表に、その溶接性能調査結果を第２表に示す、。

本発明の条件を満足するワイヤ（Ａｌ−Ａ６）は第２表
に示す如く低温靭性にすぐれ、かつ良好な全姿勢作業性
（スラグはくり性およびビード外観、形状）を示してい
る。

これに対し、扁７、扁８のワイヤはＢ　ａ　Ｆ　２　　
が本発明の要件を満たしておらず、全姿勢作業性に欠点
があり、　Ａ　９　、扁ｌＯのワイヤはＬＩＦが本発明
の要件を満たしていがいため特にアークの安定性に問題
がある。扁１１は５ｉ０２　、　ＣａＯが少ないためス
ラグはくりが悪（、Ａ　１２　、Ａ　１３はそれぞれ５
ｉｎ２．　ＣａＯが過剰なため佃調靭性やビード形状が
劣化する。Ａ　１４　、Ａ　ｌ　５は鉄酸化物が本発明
の要件を満たしておらず、ビード形状やＸ線性能に問題
がある。Ａｌ、１ｖｌｒの少々い７’ｉ　ｌ　６は気孔
が多発し、Ａｅの過剰々Ａ１７は低温靭性が極端に劣化
し、　　Ｍ９の過剰な４１８はアークの安定性に問題が
ある。さらにＭｎが本発明の要件を満たしていない＆　
ｌ　９　、　Ａ　２０のワイヤはそれぞれ強度不足や低
温靭性不足の点で採用でき々い。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明のセルフシールドワイヤは従
来の問題点を解消し、低温靭性に優れ。

かつ良好力全姿勢溶接作業性（特にスラグはくシ性およ
びビード外観、形状）が得られるため、セルフシールド
溶接の適用分野拡大に大きく寄与するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）〜（Ｅｌは複合ワイヤの断面図を示す。 代理人　弁理士　　秋　沢　政　光 信２名 １り （Ａ）（Ｂ）　　　　（Ｃ） 井１［！ （Ｄ）　　　　　　（Ｅ”）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ＢａＦ＿２：２５〜７０ｗｔ％、 ＬｉＦ：１〜１５ｗｔ％、 ＳｉＯ＿２：０．２〜３．５ｗｔ％、 ＣａＯ：０．４〜５．８ｗｔ％、 鉄酸化物：４〜２８ｗｔ％、 Ａｌ：４〜１５ｗｔ％、 Ｍｇ：３〜１２ｗｔ％、 Ｍｎ：２〜９ｗｔ％、 を必須成分とする粉粒状フラックスを金属鞘内にワイヤ
   全重量に対して１３〜３０ｗｔ％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複合ワイヤ。
2. （２）ＳｉＯ＿２およびＣａＯの一部または全部が溶融
   粉砕された粉粒状である特許請求の範囲第１項記載のセ
   ルフシールドアーク溶接用複合ワイヤ。