JPS6247635B2 - - Google Patents
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- JPS6247635B2 JPS6247635B2 JP57213764A JP21376482A JPS6247635B2 JP S6247635 B2 JPS6247635 B2 JP S6247635B2 JP 57213764 A JP57213764 A JP 57213764A JP 21376482 A JP21376482 A JP 21376482A JP S6247635 B2 JPS6247635 B2 JP S6247635B2
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Description
本発明はガスシールドアーク溶接用フラツクス
入りワイヤに関し、殊に溶接ヒユームの発生量を
ソリツ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ツ
ク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ツクス入りワイ
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ツタが少なく優れ
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、ソリツドワイヤを使用し
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
クの着用、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つて本
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ツクス
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Ｃ量と、フラツクス入りワイヤの成形工程で
付着した残留潤滑剤のＣ量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た（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Ｃ量の低減に加えて充填フラツクスの成
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
あつて、その構成は、外皮軟鋼中に含まれるＣ量
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、フラツクス全重量に対して
TiO2：20〜50％、SiO2：１〜15％、Al2O3：１〜
15％、ZrO2：2.5〜10％、MgO：0.1〜10％、アー
ク安定剤：0.1〜５％、脱酸剤：10〜45％、鉄酸
化物：１〜10％及び鉄粉：５〜50％を含むフラツ
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Ｃ
量と残留潤滑剤由来のＣ量を低下（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、ここではフラツクス組成を
採り上げて検討した。 即ちフラツクス入りワイヤのヒユーム発生量は
ソリツドワイヤに比べて著しく多いという事実に
着眼し、充填フラツクスがヒユーム発生と密接に
関連していると推定し、フラツクスの組成とヒユ
ーム発生量の関係を明確にすべく基礎実験を行な
つた。尚充填フラツ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
グ塩基度等によつてチタニア系、ライム・チタニ
ア系、ライム系等に分類されるが、実験に当つて
はヒユーム発生量の最も少ないチタニア系フラツ
クスを基準組成とした。そしてチタニア系フラツ
クスの主要成分であるスラグ形成剤（TiO2、
SiO2、Al2O3、ZrO2、Fe2O3、MgO）、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（40mmφ）、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ユーム
をハイボリユームエアサンプラーで全量捕集し、
単位時間当りのヒユーム発生量（mg／分）を求
め、３回繰り返し実験したときの平均値によつて
判定した。 〔供試ワイヤ及び溶接条件〕 ワイヤ 外皮金属：軟鋼 フラツクス：チタニア系 フラツクス率：15％ 潤滑剤：MoS2系 断面形状：後記第８図Ａ ワイヤ径：1.6mmφ 溶接条件 溶接電流：300A 溶接電圧：32V 溶接速度：30cm／分 シールドガス：CO2、20／分 ワイヤ突出長さ：17mm 母 材：12mmt 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、ZrO2、Al2O3、SiO2、TiO2及びMgO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図は上記データを用い横軸に各フラツクス成分
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、
ZrO2、SiO2、Al2O3、MgO、TiO2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、フラツクス成分として
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、全フラツク
ス中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
ート形状が悪化し、更には溶接金属中に過剰の還
元チタンが酸化チタンが歩留つて機械的性質（特
に靭性）が低下する。 SiO2：１〜15％ SiO2もヒユーム発生量低減効果を有すると共
に、ビート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％ Al2O3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
する為には少なくとも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。 ZrO2：2.5〜10％ ZrO2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：0.1〜10％ 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、反面多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：0.1〜５％ 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、Rb、Cs、Ca、Sr、Ba
等の酸化物、ふつ化物、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ツタ
の多発等溶接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量を増大させるので、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つて溶
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、Si、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つてＸ線性能等が劣悪になる
のでこれ以上は含有させなければならない。しか
し45％を越えると脱酸過剰になつて溶接金属の靭
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、Mgに限つ
てはヒユーム量を増加させる傾向があるので、極
力添加量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FeO、Fe2O3、Fe3O4或いは
こ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Fe3O4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
なりスパツ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つて低下する。 鉄粉：５〜50％ 第４図にも示した通りヒユ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
不足となつてピツ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ツクスの成分組成は
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H2量があり、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離電圧の為
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50ppm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ツクス中の成分含有率を規
定することによつ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％程度少なくで
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ツ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量及びフラツ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つた。 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
溶接試験を行なつたときのヒユーム発生量を調べ
た。 〔ワイヤ〕 ワイヤ径：1.6mmφ 外皮軟鋼：Ｃ量0.005〜0.08％ フラツクス：チタニア系 フラツクス率：15％ 潤滑剤：MoS2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Ａ フラツクス組成：後記第３表のNo.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。 一般にフラツクス入りワイヤの前記Ｃ量は0.07
％程度以上であり、充填フラツクスの成分組成も
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ツクス入りワイヤの
充填フラツクスとしては、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
ツクス組成の適正化に加えて前記Ｃ量を低レベル
に抑えるとヒユーム低減効果は大幅に高まり、該
Ｃ量を0.045％以下にすればヒユーム発生量をソ
リツ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
来のワイヤの1/2以下に抑えることができ、低ヒ
ユーム化の目的を見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つて明らかにするこ
とができた。まず第６図Ａ，Ｂ〔溶接状況を示す
概略図：図中８は母材、９は外皮軟鋼、１０はフ
ラツクス、１１はアーク、１２は溶滴、１３はヒ
ユームを夫々示す〕は、フラツクス入りワイヤを
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つて溶接が進行する
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
よつてアーク雰囲気外へ放出される為と考えられ
る。従つて溶滴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CO2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お
よび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ツクス入りワイヤを用いて
溶接を行なつたときの、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
加によつて溶滴の爆発は極めて著しくなつてい
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、充填フラツクス中の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ー
ク発生部においてフラツクス柱と溶滴は分離し易
く、フラツクスから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。但しフラツクス全量に対す
るＣ量が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Mn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Mn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、フラツ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、Ca、Mg、Ba等の高級
脂肪酸塩）、M0S2系、テフロン系、グラフアイト
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は相当量
のＣが含まれている。従つ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
か、或いは伸線後のワイヤをベーキング、ブラツ
シング、溶剤洗浄等によつて除去し、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M0S2系潤滑
剤が最も好ましい。 次に外皮軟鋼に対するフラツクスの充填率は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ツ
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、フラツクス率が増加する
と溶融速度が大きくなつ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溶接条件
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，Ｂ，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Al、Cu等のメツキ処理を施してもよい。この
メツキ処理は、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。メツキ量（ワ
イヤ全重量に対する重量％）は0.05〜0.20％が望
ましい。0.05％以下では、耐錆性、送給性、ヒユ
ーム等の面でのメツキの効果がなく、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1.2mmφ、1.6mmφ、2.0mm
φ、2.4mmφ、3.2mmφ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
フラツ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つて、
ヒユーム発生量自体を大幅に低減し得ることにな
つた。従つてCO2やAr等のシールドガスを使用
するアーク溶接にお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ツクスを使用し、第２表の
潤滑剤を用いてフラツ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1.6mmφ、フラツクス充填率
は15％とし、ワイヤ断面形状はワイヤNo.１〜13に
ついては第８図Ａ、ワイヤNo.14は同図Ｂ、ワイヤ
No.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メツキを施した。 上記で得た各フ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つた
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：32V 溶接速度30cm／分 シールドガス：CO2、20／分 母 材：0.12％Ｃ、0.29％Si、1.44％Mn、0.020
％Ｐ、0.008％Ｓ、残部鉄 チツプ−母材間距離：17mm 結果を第４表に示す。
入りワイヤに関し、殊に溶接ヒユームの発生量を
ソリツ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ツ
ク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ツクス入りワイ
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ツタが少なく優れ
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、ソリツドワイヤを使用し
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
クの着用、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つて本
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ツクス
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Ｃ量と、フラツクス入りワイヤの成形工程で
付着した残留潤滑剤のＣ量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た（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Ｃ量の低減に加えて充填フラツクスの成
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
あつて、その構成は、外皮軟鋼中に含まれるＣ量
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、フラツクス全重量に対して
TiO2：20〜50％、SiO2：１〜15％、Al2O3：１〜
15％、ZrO2：2.5〜10％、MgO：0.1〜10％、アー
ク安定剤：0.1〜５％、脱酸剤：10〜45％、鉄酸
化物：１〜10％及び鉄粉：５〜50％を含むフラツ
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Ｃ
量と残留潤滑剤由来のＣ量を低下（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、ここではフラツクス組成を
採り上げて検討した。 即ちフラツクス入りワイヤのヒユーム発生量は
ソリツドワイヤに比べて著しく多いという事実に
着眼し、充填フラツクスがヒユーム発生と密接に
関連していると推定し、フラツクスの組成とヒユ
ーム発生量の関係を明確にすべく基礎実験を行な
つた。尚充填フラツ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
グ塩基度等によつてチタニア系、ライム・チタニ
ア系、ライム系等に分類されるが、実験に当つて
はヒユーム発生量の最も少ないチタニア系フラツ
クスを基準組成とした。そしてチタニア系フラツ
クスの主要成分であるスラグ形成剤（TiO2、
SiO2、Al2O3、ZrO2、Fe2O3、MgO）、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（40mmφ）、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ユーム
をハイボリユームエアサンプラーで全量捕集し、
単位時間当りのヒユーム発生量（mg／分）を求
め、３回繰り返し実験したときの平均値によつて
判定した。 〔供試ワイヤ及び溶接条件〕 ワイヤ 外皮金属：軟鋼 フラツクス：チタニア系 フラツクス率：15％ 潤滑剤：MoS2系 断面形状：後記第８図Ａ ワイヤ径：1.6mmφ 溶接条件 溶接電流：300A 溶接電圧：32V 溶接速度：30cm／分 シールドガス：CO2、20／分 ワイヤ突出長さ：17mm 母 材：12mmt 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、ZrO2、Al2O3、SiO2、TiO2及びMgO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図は上記データを用い横軸に各フラツクス成分
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、
ZrO2、SiO2、Al2O3、MgO、TiO2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、フラツクス成分として
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、全フラツク
ス中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
ート形状が悪化し、更には溶接金属中に過剰の還
元チタンが酸化チタンが歩留つて機械的性質（特
に靭性）が低下する。 SiO2：１〜15％ SiO2もヒユーム発生量低減効果を有すると共
に、ビート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％ Al2O3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
する為には少なくとも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。 ZrO2：2.5〜10％ ZrO2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：0.1〜10％ 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、反面多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：0.1〜５％ 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、Rb、Cs、Ca、Sr、Ba
等の酸化物、ふつ化物、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ツタ
の多発等溶接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量を増大させるので、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つて溶
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、Si、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つてＸ線性能等が劣悪になる
のでこれ以上は含有させなければならない。しか
し45％を越えると脱酸過剰になつて溶接金属の靭
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、Mgに限つ
てはヒユーム量を増加させる傾向があるので、極
力添加量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FeO、Fe2O3、Fe3O4或いは
こ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Fe3O4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
なりスパツ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つて低下する。 鉄粉：５〜50％ 第４図にも示した通りヒユ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
不足となつてピツ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ツクスの成分組成は
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H2量があり、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離電圧の為
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50ppm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ツクス中の成分含有率を規
定することによつ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％程度少なくで
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ツ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量及びフラツ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つた。 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
溶接試験を行なつたときのヒユーム発生量を調べ
た。 〔ワイヤ〕 ワイヤ径：1.6mmφ 外皮軟鋼：Ｃ量0.005〜0.08％ フラツクス：チタニア系 フラツクス率：15％ 潤滑剤：MoS2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Ａ フラツクス組成：後記第３表のNo.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。 一般にフラツクス入りワイヤの前記Ｃ量は0.07
％程度以上であり、充填フラツクスの成分組成も
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ツクス入りワイヤの
充填フラツクスとしては、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
ツクス組成の適正化に加えて前記Ｃ量を低レベル
に抑えるとヒユーム低減効果は大幅に高まり、該
Ｃ量を0.045％以下にすればヒユーム発生量をソ
リツ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
来のワイヤの1/2以下に抑えることができ、低ヒ
ユーム化の目的を見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つて明らかにするこ
とができた。まず第６図Ａ，Ｂ〔溶接状況を示す
概略図：図中８は母材、９は外皮軟鋼、１０はフ
ラツクス、１１はアーク、１２は溶滴、１３はヒ
ユームを夫々示す〕は、フラツクス入りワイヤを
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つて溶接が進行する
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
よつてアーク雰囲気外へ放出される為と考えられ
る。従つて溶滴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CO2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お
よび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ツクス入りワイヤを用いて
溶接を行なつたときの、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
加によつて溶滴の爆発は極めて著しくなつてい
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、充填フラツクス中の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ー
ク発生部においてフラツクス柱と溶滴は分離し易
く、フラツクスから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。但しフラツクス全量に対す
るＣ量が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Mn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Mn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、フラツ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、Ca、Mg、Ba等の高級
脂肪酸塩）、M0S2系、テフロン系、グラフアイト
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は相当量
のＣが含まれている。従つ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
か、或いは伸線後のワイヤをベーキング、ブラツ
シング、溶剤洗浄等によつて除去し、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M0S2系潤滑
剤が最も好ましい。 次に外皮軟鋼に対するフラツクスの充填率は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ツ
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、フラツクス率が増加する
と溶融速度が大きくなつ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溶接条件
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，Ｂ，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Al、Cu等のメツキ処理を施してもよい。この
メツキ処理は、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。メツキ量（ワ
イヤ全重量に対する重量％）は0.05〜0.20％が望
ましい。0.05％以下では、耐錆性、送給性、ヒユ
ーム等の面でのメツキの効果がなく、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1.2mmφ、1.6mmφ、2.0mm
φ、2.4mmφ、3.2mmφ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
フラツ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つて、
ヒユーム発生量自体を大幅に低減し得ることにな
つた。従つてCO2やAr等のシールドガスを使用
するアーク溶接にお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ツクスを使用し、第２表の
潤滑剤を用いてフラツ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1.6mmφ、フラツクス充填率
は15％とし、ワイヤ断面形状はワイヤNo.１〜13に
ついては第８図Ａ、ワイヤNo.14は同図Ｂ、ワイヤ
No.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メツキを施した。 上記で得た各フ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つた
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：32V 溶接速度30cm／分 シールドガス：CO2、20／分 母 材：0.12％Ｃ、0.29％Si、1.44％Mn、0.020
％Ｐ、0.008％Ｓ、残部鉄 チツプ−母材間距離：17mm 結果を第４表に示す。
【表】
【表】
【表】
【表】
【表】
【表】
上記実験結果より次の様に考えることができ
る。 No.１及びNo.５はフラツクス成分、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。 No.２、３及び４は、フラツクス成分は規定範
囲内であるがＣ量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。 No.６及び７、No.16、17は、Ｃ量は規定要件を
満足しているがフラツクス組成が規定要件を外
れる比較例で、ヒユーム低減効果は不十分であ
る。 No.８〜15、No.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No.13は外皮軟鋼の成分
を若干変えた場合、No.14、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。
る。 No.１及びNo.５はフラツクス成分、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。 No.２、３及び４は、フラツクス成分は規定範
囲内であるがＣ量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。 No.６及び７、No.16、17は、Ｃ量は規定要件を
満足しているがフラツクス組成が規定要件を外
れる比較例で、ヒユーム低減効果は不十分であ
る。 No.８〜15、No.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No.13は外皮軟鋼の成分
を若干変えた場合、No.14、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。
第１図はヒユーム発生量の測定に用いた装置を
示す一部破断見取り図、第２，３図はヒユーム発
生量とフラツクス成分の関係を示すグラフ、第４
図はフラツ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図はフラツ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はフラツクス
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……空気孔、６……溶
接台、７……試験板、８……母材、９……外皮軟
鋼、１０……フラツクス、１１……アーク、１２
……溶滴、１３……ヒユーム。
示す一部破断見取り図、第２，３図はヒユーム発
生量とフラツクス成分の関係を示すグラフ、第４
図はフラツ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図はフラツ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はフラツクス
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……空気孔、６……溶
接台、７……試験板、８……母材、９……外皮軟
鋼、１０……フラツクス、１１……アーク、１２
……溶滴、１３……ヒユーム。
Claims (1)
- １ 外皮軟鋼のＣ量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0.045％（重量％：以下同じ）以下であり、こ
の外皮で囲まれる腔部に、フラツクス全重量に対
してTiO2：20〜50％、SiO2：１〜15％、Al2O3：
１〜15％、ZrO2：2.5〜10％、MgO：0.1〜10％、
アーク安定剤：0.1〜５％、脱酸剤：10〜45％、
鉄酸化物：１〜10％及び鉄粉：５〜50％を含むフ
ラツクスを、ワイヤ全重量に対して10〜30％充填
してなることを特徴とするガスシールドアーク溶
接用フラツクス入りワイヤ。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57213764A JPS59104291A (ja) | 1982-12-06 | 1982-12-06 | ガスシ−ルドア−ク溶接用フラツクス入りワイヤ |
| US06/556,602 US4510374A (en) | 1982-12-06 | 1983-11-30 | Flux-cored wire electrode suitable for use in gas-shielded arc-welding |
| GB08332210A GB2136021B (en) | 1982-12-06 | 1983-12-02 | Flux-cored wire electrode |
| KR1019830005772A KR900000389B1 (ko) | 1982-12-06 | 1983-12-06 | 개스시일드 아아크용접용 플락스충전 와이어전극 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57213764A JPS59104291A (ja) | 1982-12-06 | 1982-12-06 | ガスシ−ルドア−ク溶接用フラツクス入りワイヤ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59104291A JPS59104291A (ja) | 1984-06-16 |
| JPS6247635B2 true JPS6247635B2 (ja) | 1987-10-08 |
Family
ID=16644634
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57213764A Granted JPS59104291A (ja) | 1982-12-06 | 1982-12-06 | ガスシ−ルドア−ク溶接用フラツクス入りワイヤ |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4510374A (ja) |
| JP (1) | JPS59104291A (ja) |
| KR (1) | KR900000389B1 (ja) |
| GB (1) | GB2136021B (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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