JPS62127193A - 鉄粉系フラツクス入りワイヤ - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明はガスシールドアーク溶接用として使用される鉄
粉系フラックス入りワイヤに関し、特にスパッタ発生量
が少なく優れた溶接作業性を得ることのできる鉄粉系フ
ラックス入りワイヤに関するものである。

［従来の技術］ フラックス入りワイヤを用いるガスシールドアーク溶接
法は作業性が良く、しかも高レベルの溶接能率が得られ
るといった利点を有しているところから、適用範囲は急
速に増大してきている。

かかる溶接法で用いられるフラックス入りワイヤの中で
も鉄粉系フラックス入りワイヤは、チタニャ系フラック
ス入りワイヤに比べて一般にスラグ発生量が少なく且つ
溶着金属量が多いという特徴を有している為大きな期待
がかけられている。

［発明が解決しようとする問題点］ ところが鉄粉系フラックス入りワイヤには、スパッタ発
生量が多くその除去に多大な労力を要するという大きな
欠点がある為、上記期待にもかかわらず消費量は少ない
。

しかしながら溶接能率の向上が重要な課題とされている
現在において、鉄粉系フラックス入りワイヤの有する前
記特長（低スラグ量、高溶着金属景）は見逃すことので
きないものであり、こうした特徴を活用する為には、ス
パッタ発生量を低減して溶接作業性の改碧を図ることが
不可欠の要件となる。本発明はこうした状況のもとで鉄
粉系フラックス入りワイヤの欠点（多発スパッタ）を解
消し、その汎用性を高めようとするものである。

［問題点を解決する為の手段］ 本発明に係る鉄粉系フラックス入りワイヤの構成は、下
記 鉄　　粉　　：４０〜９０％（対フラックス全重量） アーク安定剤：０．５〜７．５％（〃）スラグ形成剤：
１〜１５％　（〃） １５％（対脱酸剤全重量）以上のＴｉを含む脱酸剤：１
０〜４５％（〃） を含有するフラックスを金属製外皮内へワイヤ全重量に
対し１０〜３０％充填してなり、且つワイヤ全重量中の
Ｃ量を０．０５％以下に抑えてなるところに要旨を有す
るものである。

［作用］ 以下、全ワイヤ中のＣｆｆ１、充填フラックスの成分組
成及びフラックス充填率を定めた理由を詳細に説明する
ことにより、本発明の作用を明確にする。

全ワイヤ中のＣ量：　Ｏ，ＯＳ％以下 スパッタ発生原因の一つとして、溶接熱によるＣｏ（又
はＣ０２）ガスの形成による溶滴の爆発が考えられる。

従ってスパッタを抑制する為には全ワイヤ中のＣ源をで
きる限り少なくすることが重要な一方策であると考えら
れ、本発明者等が種種実験を行なったところによると、
全ワイヤ中のＣ量を０．０５％以下、より好ましくは０
．０２％以下に抑えることによってスパッタ発生量を著
しく減少し得ることが確認された。

ちなみに第１図は下記の条件で溶接実験を行なって得た
ワイヤ中のＣ量とスパッタ発生量の関係を示したもので
あり、０．０５％付近を境界としてスパッタ発生量は急
変している。

（実験条件） 供試ワイヤ 外皮金属　−軟鋼 フラックス；鉄粉系（後記第１表のＮｏ。

断面形状　；第４図（Ａ） フラックス率：１５％ ワイヤ径　：　１．４　ｍ＋ｕφ Ｃ量　　　・外皮金属中のＣ量により調整１垣ゑ豆 電　　　　流　　：３００Ａ 電　　　　圧　　＝　　３２Ｖ 速　　　　度　　：　　３０　ｃｍ／　分シールドガス
：Ｃｏ２．２０λ／分 チップ／母林間距離＋２０＋ｎｍ 母　　　　材　　：１２ｍｍｔ 溶　接　法　：ビードオンプレート法 ムニニ久塁皿亙ユ 後記実施例で詳述する。

尚Ｃ９低減策としては、外皮金属及び鉄粉を含めたフラ
ックス中のＣ量を低減し且つ外皮表面に付着する伸線用
潤滑剤中のＣ量を低減する方法が挙げられるが、溶滴爆
発の抑制という観点からすればフラックス中のＣＩｔは
関与が少ないと考えられるので、外皮金属及び潤滑剤中
のＣ量を出来るだけ少なくするのが最も効果的である。

次に充填フラックスについては、鉄粉系フラックス入り
ワイヤとしての本来の特性を維持しつつ低スパツタ化の
目的を果たす為、成分組成が次の様に限定される。

鉄粉＝４０〜９０％（対フラックス全型２ｔ：以下特に
ことわらないものは同じ意味） 鉄粉系フラックス入りワイヤにおける充填フラックスの
主成分となるものであり、低スラグ量、高溶着金属量と
いった本来の特徴を確保する為には４０％以上含有させ
なければならない。しかし多過ぎると以下に説明してい
く他成分の絶対量が不十分となり、シールド不足による
気孔欠陥の発生量はスパッタ発生量の増大といった問題
が現われてくるので、９０％以下に抑えなければならな
い。

脱酸剤：１０〜４５％ 脱酸剤としてはＭｎ、Ｓｔ、ＡＩ、Ｔｉ、Ｚｒなどの金
属或はこれらの金属の鉄合金よりなる群から選択される
１種又は２　ｆｆｆｉ以上を使用することができ、これ
ら脱酸剤量が１０％未満では脱酸不足により溶接金属の
Ｘ線性能が不十分となり、一方４５％を超えると溶接金
属の靭性及び耐割れ性が悪くなるので、１０〜４５％の
範囲に収めなければならない。

また脱酸剤を多めに含有させると、スパッタの原因であ
るＣｏガスの発生を抑制するという効果も得られるので
、こうした利点を考えると脱酸剤は２０〜４５％含有さ
せるのがよい。

次に脱酸剤の種類であるが、脱酸剤を種々変更してスパ
ッタ発生量との関係を調べたところ、第２図（実験条件
は前記第１図の場合と同様とし、充填フラックス中の脱
酸剤のみを変更した）に示す結果が得られた。即ち上記
脱酸剤の中でもスパッタの抑制に最も優れた効果を発揮
するのはＦｅ−Ｔｉであり、これはＴｉの電離電圧が低
く優れたアーク安定化作用を示す為、低スパツタ化に好
影響をもたらしたものと考えられる。

そこで低スパツタ化を達成することのできる脱酸剤中の
Ｔｉ量を明確にすべく更に実験を行なった結果、本発明
の目的達成の為には脱酸剤中に１５％（対脱酸剤全ｉｔ
）以上のＴｉを含有させるべきであるとの結論に達した
。尚本発明で規定する脱酸剤量は、Ｔｉ、Ｓｉ、Ａ１等
の脱酸性金属の含有量を意味しており、これらの金属を
含む鉄合金の場合は鉄分を除いた脱酸性金属換算量を意
味し、鉄合金中に含まれる鉄分は鉄粉の含有率に加算さ
れる。

アーク安定剤：０．５〜７．５％ アーク安定剤とはアーク霊囲気中で１ｕｉｔ、てアーク
を安定化させる物質を総称するもので、例えばＬｉ、Ｎ
ａ、に、Ｃｓ、Ｃａ、Ｒｂ、Ｓｒ。

Ｂａ等の金属の酸化物、チタン酸塩、ジルコン酸塩、ぶ
つ化物、炭酸塩、珪酸塩等が挙げられ、フラックスの造
粒用バインダーとして用いられる水ガラス成分（Ｎａ２
Ｓｉ０３　、に２Ｓｆ０３等）もアーク安定剤として作
用する。これらはアークを安定化してスパッタ低減に寄
与するが、０，５％未満ではその効果が有効に発揮され
ず、一方７．５％を超えるとスラグ生成玉が増大して鉄
粉系フラックス入りワイヤの特徴が害されるばかりでな
く、ヒユーム量が多くなって溶接作業性が悪くなる。尚
実用性を考慮して最も好ましいアーク安定剤を挙げれば
、チタン酸カリウム（に２Ｔｉ、０．等）、珪酸カリウ
ム（に２Ｓｉ（ｈ）珪酸ナトリウム（Ｎａ２ＳｉＯｓ　
）　、ジルコン酸カリウム（Ｌ、２ｒ０３）　、珪ジル
コン酸カリウム（に、Ｚｒ５ｉｏｓ）　、　ＮａＦ　、
　ＬｉＦ　、　Ｋ２Ｓ１Ｏ，、に２ＺｒＦ６等であり、
アーク安定剤のより好ましい含有率は２．０〜５．０％
である。

スラグ形成剤：１〜１５％ スラグ形成剤としてはＴｉＯ２，５ｉ０２．　ＺｒＯ２
゜Ａｌ２Ｏ３、ＭｎＯ、ＭｇＯ、鉄酸化物（ＦｅＯ、Ｆ
ｅ２０ｓ　。

Ｆｅ５Ｏ４）等の酸化物が挙げられ、溶接金属の表面を
被覆して表面酸化を防止すると共にビード形状を整える
。更にはスパッタを低減させる作用も有しており、これ
らの作用を有効に発揮させる為には１％以上含有させな
ければならない、しかし多過ぎるとスラグ量の増大及び
それに伴うスラグ巻込み欠陥の多発を招くので、１５％
以下に抑える必要がある。

フラックス率：１０〜３０％（対ワイヤ全重量、以下車
に対Ｗと記す） 本発明のフラックス入りワイヤは、上記成分組成を満足
する鉄粉系フラックスを外皮金属中に充填してなるもの
であるが、該フラックスの充填率もスパッタ発生量と密
接な関係を有しており、目的達成の為には該充填率を１
０％（対Ｗ）以上に設定しなければならない。ちなみに
第３図は、フラックス率がスパッタ発生量に与える影響
を調べた実験結果（実験条件は第１図の例と同様としフ
ラックス率のみを変更した）を示したグラフであり、低
スパツタ化の目的を果たす為にはフラックス率を１０％
（対Ｗ）以上、より好ましくは１５％（対Ｗ）以上とす
べきであることが分かる。こうした傾向は、フラックス
率の増大につれて溶滴穆行がスプレー化の方向に向かう
傾向ともよく対応している。

但しフラックス率が３０％（対Ｗ）を超えると、外皮金
属の肉厚が薄くなってワイヤが軟弱になり送給性が低下
する（座屈が生じ易くなる）他、アークが不安定となっ
てアンダーカット等の欠陥が発生し易くなるので、３０
％（対Ｗ）を上限と定めた。

本発明で使用する外皮金属としては、成形性及び伸線性
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
が最も好ましいが勿論これらに限定される訳ではなく、
必要により低合金鋼や高合金鋼更には非鉄合金等を使用
することも可能である。しかしながら何れにしてもでき
るだけＣ量の少ないものを使用することが望まれる。ま
た外皮金属中のＭｎやＳｉは脱酸剤として作用し、溶滴
径行時に生ずるＣｏやＣＯ２の発生を抑制して低スパツ
タ化を一段と助長する効果があるので、ある程８度含有
させておいた法が有利である。但しこれらの含有量が多
過ぎると加工性が劣悪になるので、外皮金属中のＭｎ量
は２．０％以下、Ｓｉ量は１．０％以下に抑えるのがよ
い。

また本発明ワイヤの断面形状は格別特殊なものではなく
、例えば第４図（Ａ）〜（Ｄ）に示す様な種々の断面構
造とすることができる。

第４図（Ｄ）に示したワイヤは外皮金属に継目のない例
であり、この種のワイヤであれば外皮内部へのめつと液
の浸入が起こらないので、表面にＣｕ、ＡＩ等の金属を
めっきしてワイヤの送給性、通電性、耐錆性等を改善す
ることも有効である。この場合のめっき量としては０．
０５〜０．３０％程度が適当であり、特にめっき量が多
過ぎるとワイヤの溶融速度が低下し溶接能率に悪影響が
表われるので注意しなければならない。また上記の様な
継目なしの外皮金属を有するワイヤは継目ありのワイヤ
に比、べてアーク安定性に優れており、スパッタ量も少
ないという特徴を有している。

ワイヤ径は用途に応じて１．２φ、１．６φ、２．０φ
、２．４φ、３．２φ（ｍｍ）等の中から任意に選定す
ればよく、またシールドガスとしてはＣＯ２が最も一般
的であるが、この他ＨｅやＡｒ等の不活性ガス、或はそ
れらの混合ガス等を使用することも可能である。

［実施例コ 第１表に示す充填フラックスと軟ｍ　（Ｃ：ｏ、ｏｏｓ
％、Ｍ　ｎ　：　０．３５％、Ｓ　ｉ　：　０．０１％
、Ｐ：０．０１５％、Ｓ　：　０．０１．残部Ｆｅ）製
外皮材を組合せて第２表に示す鉄粉系フラックス入りワ
イヤを作製した。尚ワイヤ中のＣ量は用いた鉄粉及びＭ
ｎ中のＣ量により調整した。尚ワイヤＮｏ、　　１〜１
４及び１８〜２０の各ワイヤは断面形状が第４図（Ａ）
に示すタイプで、伸線用潤滑剤としてＭｏＳ系（Ｃ≦０
．０１％）潤滑剤を用いた。またワイヤＮｏ、１５〜１
７の各ワイヤは断面形状が第４図（Ｄ）に示すタイプで
表面に０．０２０％のＣｕめっき処理が施され、伸線用
潤滑剤として鉱油系潤滑剤を用いた。

得られた各ワイヤを用い、下記の条件でビードオンプレ
ートによる溶接実験を行ない、スパッタ発生量を調べた
。

結果を第２表に一括して示す。

笹韮Ｊｉ東任 電流　　　　：　２８０Ａ、ＤＣ（＋）電圧　　　　：
　３４■ 速度　　　　＋３０ｃｍ／分 シールドガス：ＣＯ２，２０℃／分 チップ／母材間距離：２０ｍｍ 母材　　　　：　ＳＭ４１　Ｂ、１２ｍｌｌ１ｔスパツ
タ　土量の測 第５図に略示する如く、下向き溶接トーチ２及びワイヤ
送給装置３を備えた自動溶接装置１におけるトーチ２の
直下に、母材４を台車５に搭載して対峙させ、アーク点
Ｐを中心としてそのまわりに直径１２００＋ｎ＋ｎの捕
集板６を配置する。そして台車５を紙面貫通方向に穆勤
させることにより母材４の溶接位置を徐々に変更しつつ
溶接を行ない、飛散するスパッタを捕集板６によって捕
集する。測定時間は１分間とし、単位時間当たりのスパ
ッタ捕集量（ｇ／分）を測定する。この操作を各供試ワ
イヤについて３回ずつ行ない平均値をもってスパッタ量
とした。

第　　２　　表 これらの実験結果より、次の様に考えることができる。

（１）　Ｎｏ、　１〜３より、全ワイヤ中のＣ量が増加
するにつれてスパッタ量は明らかに増大しており、Ｎｏ
、１７．１８等の結果を含めて総合的に判断すると、全
ワイヤ中のＣ量は０．０５％以下に抑えるべきである。

（２）　Ｎｏ、　１．４〜６より、フラックス中の脱酸
剤量を増加するにつれてスパッタ量は明らかに減少して
おり、少なくと１０％程度の脱酸剤を配合すべきである
。しかし脱酸剤量が多過ぎるＮｏ、　６の例では溶接金
属の靭性が明らかに低下することが確認された。

（３）　Ｎｏ、　　１．７．８の実験により脱酸剤中の
Ｔｉ量の影響を確認することができ、Ｔｉ量は１５％以
上でないと低スパツタ化の目的を果たすことができない
。

（４）　Ｎｏ、　１．９．１０よりフラックス中のアー
ク安定剤量の影響を知ることができ、アーク安定剤が１
％未満ではスパッタ量を十分に低減させることができな
い。但しアーク安定剤量が７．５％を超えるＮｏ、１０
では、ヒユーム量及び生成スラグ量の増大が著しく実用
的でない。

（５）　Ｎｏ、　　１．１１．１２よりフラックス中の
スラグ形成剤量の影響を知ることができ、スラグ形成剤
量の増加につれてスパッタ量は明らかに減少傾向を示し
ており、低スパツタ化の為には少なくとも１％程度以上
含有させるべきである。但しスラグ形成剤量が多過ぎる
Ｎｏ、１２の例では生成スラグが非常に多くなり、鉄粉
系フラックス入りワイヤ本来の特性が損なわれる。

（６）　Ｎｏ、　　１．１３．１４よりフラックス率の
影響を確認することができ、フラックス率が１０％（対
Ｗ）未満であるＮｏ、１３では低スパツタ化が達成され
ず、一方３０％（対Ｗ）を超えるＮｏ、１４ではワイヤ
の送給性低下によりアークが非常に不安定となり溶接を
円滑に進めることができなかった。

（７）　Ｎｏ、　　１５〜１７は継目なしの外皮金属よ
りなる実施例であり、Ｎ０１１の如き継目ありの外皮金
属を使った実施例に比べてもスパッタ量は更に少ないこ
とが分かる。

（８）　Ｎｏ、　　１８〜２０は継目ありの外皮金属よ
りなる他の実施例であり、何れの場合もスパッタ量が少
なく、又他の性能にも全く問題はなかった。

［発明の効果］ 以上の様に本発明では、■鉄粉系フラックスの成分組成
を厳密に設定し、特に■脱酸剤中に適量のＴｉを含有せ
しめ、■該フランクスの充填率を特定する他、■全ワイ
ヤ中のＣ］ｔに制限を与え、これら各構成の相剰的作用
によって、鉄粉系フラックス入りワイヤに指摘されてい
たｒスパッタ多発１の問題を解消したので、鉄粉系フラ
ックス入りワイヤ本来の特長である「低スラグ量」、「
高溶着金属量」を実際の溶接施工で有効に活用すること
が可能となり、溶接能率の向上に著しく貢献することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はワイヤ中のＣ量とスパッタ発生量の関係を示す
グラフ、第２図は脱酸剤の種類とスパッタ発生量の関係
を示すグラフ、第３図はフラックス率とスパッタ発生量
の関係を示すグラフ、第４図はワイヤの断面形状を例示
する横断面図、第５図はスパッタ発生量の測定法を示す
説明図である。 １・・・自動溶接装置　　　２・・・溶接トーチ３・・
・ワイヤ送給装置　　４・・・母材５・・・台車　　　
　　　　６・・・捕集板Ｐ・・・アーク点

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 下記成分 鉄粉：４０〜９０％（対フラックス 全重量） アーク安定剤：０．５〜７．５％（〃） スラグ形成剤：１〜１５％（〃） １５％（対脱酸剤全重量）以上のＴｉを含む脱酸剤：１
   ０〜４５％（〃） を含有するフラックスを金属製外皮内へワイヤ全重量に
   対し１０〜３０％充填してなり、且つワイヤ全重量中の
   Ｃ量を０．０５％以下に抑えてなることを特徴とする鉄
   粉系フラックス入りワイヤ。