JPS6268696A - ステンレス鋼溶接用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〕 本発明は、ステンレス鋼のガスシールドアーク溶接に用
いるフラックス入りワイヤの改良に係り、さらに詳しく
は１００％Ｃｏ２のシールドガスにおいてもスパッタが
少なく、アークが安定で、溶滴移行性に優れ、溶着効率
の良好なステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤに関
する。

〔従来の技術〕

フラックス入りワイヤを用いるステンレス鋼のガスシー
ルドアーク溶接はワイヤに内蔵されたフラックスによる
スラグシールドとガスシールドの両方によって溶接金属
を保護するので、ソリッドワイヤによるミグ溶接にくら
ベビード形状が良好で、ブローホール、融合不良などの
欠陥が発生しにくいという長所があるため急速に普及し
ている。

特に近年、立向姿勢やより薄板への適用が検討され、１
４２簡φ、　１．０Ｗｒ１ｎφあるいはそれ以下の細径
ワイヤ需要が高まって来ている。

しかしながら、ステンレス鋼溶接用フラノクスコアード
ワイヤの場合には外皮ステンレス鋼成分と目的とする溶
着金属成分との差を調整したり溶接による合金成分の消
耗を補償するための合金成分をフラックス中に多量に含
有しなければならず、いきおい充填率が高く外皮肉厚が
薄くなり、しかも外皮ステンレス鋼の電気抵抗が太きい
ために、スパッタの発生が多くなりがちであった。

また、特開昭４９−１２３１４０号公報において指摘さ
れているように、フラックス入りワイヤには溶接電流が
ワイヤの外皮のみに流れ、芯部の７ラノクスの溶融が遅
れる結果、アークの足が動き廻ってアークが乱れ、アー
クの集中性が悪くなるという問題点があるが、とくにス
テンレス鋼溶接用ワイヤの場合には外皮の電気抵抗が大
きく、（−かも肉厚が薄いため、これら問題点はより顕
著であり同号公報で開示されているような、内蔵フラッ
クスの粒度調整という手段のみでは解決できなかった。

ス・−ツタ発生量の低減については、特開昭５８−７０
９９３号公報において、金属フッ化物の１０倍以上のＳ
ｉＯ□をワイヤ中に含有せしめる技術が開示されている
が、金属フッ化物は耐ピツト性を改善したりスラグの融
点調整に有効な成分であり、他の成分の含有の必要性や
フラックス充填率の適正範囲との兼ね合いの中での前記
のようなＳ　ｉＯ２の十分の一以下という制限は、フラ
ンクス入すワイヤの性能設計上かなりの障害となり得る
ものであったＯ サラに、ステンレス鋼の溶接においては、腐食の起点と
なり得るのでスパッタ除去が必要であり、その作業工数
の低減を図るため、より一層のスラグツタ低減が各方面
より求められていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は以上のような問題点を解決すべくなされたもの
であって、その目的とするところは、スパッタ発生量が
少なく、アーク状態、溶滴移行性が優れ、溶着効率が良
好なステンレス鋼溶抜用フラックス入シワイヤの提供に
ある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明者らは、フラックス入りワイヤによるステンレス
鋼のガスシールドアーク溶接におけるスノッタ低減を目
的に鋭意検討した結果、スパッタ発生量はワイヤ中のス
ラグ含有量が少ない程減少する傾向が認められ、少ない
スラグ量でも、十分なスラグ被包性と良好なスラグ剥離
性を示すスラグ系としてＳｉＯ□−Ｚ　ｒ　０２−　Ｔ
　ｒ　Ｏ□系酸成分範囲新たに見出すに到った。またフ
ラックス中の金属成分含有量を多くし、フラックスを溶
融しやすくすることによってアーク状態、溶滴移行性が
改善されることを見出した。

本発明は以上の知見に基づくものであって、その要旨と
するところはワイヤ全重量に対し１．５〜３．７チのＳ
ｉＯ２、０．７〜２．０％のｚｒＯ２１０，７〜４．２
％　ノＴｉｅ２．０．１〜０．７　％の金属７フ化物、
０．３〜２．３チのＭｎをフラックス中に含有すると共
に、フラックス中のスラグ成分の合計がワイヤ全重量の
４．５〜９．５チで、さらにフラックス中の金属成分の
合計がフラックス全重量の５９〜８５チを占め、かつ炭
酸塩を実質的に含有しないことを特徴とするステンレス
鋼溶接用フラックス入りワイヤにある。

以下に本発明を作用と共に詳細に説明する。

〔作用〕

まず１本発明のフラックス入りワイヤとは第１図（−）
〜（ｄ）にその−例を示すような断面形状のワイヤで、
ツクイブあるいは帯鋼から成る外皮１によって充填７ラ
ククス２を被包したものであり同図（ｂ）〜（ｄ）の如
く継目３を有するもの、あるいは同図（−）に示すよう
な継目のないものでもよい。

外皮材としては軟鋼、フェライト系ステンレス鋼、およ
びオーステナイト系ステンレス鋼を用いることができる
が、オーステナイト系ステンレス鋼溶接用ワイヤの場合
には、軟鋼やフェライト系ステンレス鋼外皮を用いるこ
とは成分設計が困難である。

次に、本発明は以下の実験結果に基づくものである。

まず、ＳＵＳ　３０４Ｌ鋼の帯鋼およびツクイブを用い
て、第１図に示すような断面形状のフラックス組成オヨ
び充填率の異なるＪＩＳ　Ｚ３３２３　ＹＦ−３０８Ｌ
相当のワイヤ径１．２震のフラックス入シワイヤを製造
し、５ＵＳ３０４Ｌ鋼平板上にＤＣＲＰ　２０　ＯＡ、
３１　Ｖ。

３０ｃＴＬ／ｍｉｍの溶接条件で炭酸ガスアーク溶接を
行ない、その時発生したスパッタを銅製捕集容器内に集
収、秤量すること【よって、各ワイヤのスフ４クタ発生
量を比較し、スパッタ発生量に影響を及ぼす要因につい
て検討した。なお、フラックス充填率の検討範囲は９〜
３０チとした。

その結果、ワイヤの単位長さ当り重ａとス・やツタ発生
量との間に弱い相関があるのに着目し、ワイヤ中のスラ
グ成分含有量（フラックス中のスラグ成分量×フラック
ス充填率）とス・ゼツタ発生量との間の明らかな傾向を
把握するに到った。

すなわち第２図は、ワイヤ中のスラグ成分含有量とス・
ぐツタ発生量との関係を示すものであり、ス・ぐツタの
発生量はワイヤの断面形状やワイヤ中のフラックス充填
率にはほとんど関係なく、ワイヤ中のスラグ成分量の減
少と共に減少することが明らかとなった〇 これはワイヤ中のスラグ成分含有量の低いワイヤは、フ
ラックス充填率が低く、外皮肉厚が厚いか、もしくはフ
ラックス中の金属成分量が多くなっておシ、ワイヤ断面
における金属物質の占める割合が多くなる結果、溶接時
の電流密度が実質的に低下したことがその原因と考えら
れる。

しかしながら、ガスシールドアーク溶接用フランクス入
すワイヤにおけるスラグはビード形状を整え、溶接金属
を保護するために添加するものであり、一般にその量が
不足すれば、上記の効果が発揮できなくなり、スラグが
ビード表面にこびりついたり、ビード形状、ビード外観
が悪化するだめ単純にスラグ量を低下することはできな
い・そこで本発明者らは、少ないスラグ量でもスラグ被
包性やスラグ剥離性を損なわないスラグ成分系の開発を
目的に、スラグの融点、流動性について検討を重ねた結
果、後述するような数値範囲の８１０−ＺｒＯ−ＴｉＯ
ｚ系スラグが適することを見出すに到りた。

次に、ワイヤ外皮に対して内部フラックスの溶融が遅れ
、アークが不安定となり、アークの集中性が劣化するフ
ラックス柱の突出し現象についてはフラックス部分の溶
融のタイミングを早めるべく稽々検討した結果、内蔵フ
ラックス中の金属成分含有率が高い程アークの集中性、
安定性が増し、溶滴もほとんどスプレー状の移行形態と
なシ、均一なアーク音の極めて安定したアーク状態とな
ることを見出した。

この現象は次のように理解される。すなわち、スラグを
形成する成分としては一般に酸化物や７７化物が用いら
れるが、このうちフッ化物やＮａ２Ｏ。

Ｋ２Ｏといったアルカリ金属酸化物はスラグ物性やアー
ク状態に及ぼす影響が顕著であるため、その使用量は必
然的に限定され、スラグはＳｉＯ２，ＴｉＯ２゜ＺｒＯ
２，Ａｔ２０３１Ｍｇ０等の酸化物によって主成分が構
成される。

しかし、これら主成分酸化物はいずれも外皮ステンレス
鋼にくらべその融点が高く、これが先に述べた外皮ステ
ンレス鋼と内部フラックスとの溶融の時間的ずれの原因
となっていたものと考えられる。これら高融点の酸化物
粒の間に比較的低融点の金属粉が多量に入り込むことに
よ゛って金属自体がアークの発生点になったり、発生点
にはならない場合でも周囲の高融点酸化物より先に溶融
されるためフラックス全体が極めて溶融されやすくなる
結果、外皮との溶融の時間差がほとんどなくなり、フラ
ックス柱の突出し現象が解消され、アーク状態や溶滴移
行性が改善されるものと考えられる。

なお金属成分の増加によりアーク状態が改善される効果
は第１図（ａ）　、　（ｂ）　、　（ｅ）のような単純
円型断面のワイヤにおいて特にその効果が顕著であった
Ｏ以下に本発明において規定した各種数値の限定理由に
ついて述べる。

まず、本発明の根幹とも言えるスラグ成分について説明
するならば、ＳｉＯ□は被包性の良いスラグを形成する
に必要な成分であるが、１．５チ未満ではその効果が発
揮できず、スラグ被包性が劣化するが、３．７％を超え
るとスラグの焼付きを生じ剥離性が劣化する。なお、Ｓ
　ｉＯ２の原材料としてはケイ砂、ケイ石の他、ケイ灰
石、ジルコンサンド、カリ長石等の原料の副成分を利用
できる。

ＺｒＯ□は、スラグに流動性を与え、スラグ量低減に有
効な成分であり、０．７％未満では、その効果が不十分
であり、逆に２．０％を超えた場合にはフラックスが溶
けにくくなり、ワイヤ外皮と内部フラックスとの溶融時
間差が拡がりアーク状態が劣化する。原材料としては酸
化ジルコニウム、ジルコンフラワー、ジルコンサンド等
を用い得るが、Ｍ点の低いジルコンサンドを用いること
が望ましい。

Ｔ　ｒ　０２は、緻密な剥離性の良いスラグを形成する
が０．７％未満ではその効果が発揮されず、４．２％を
超えるとスラグの流動性が劣化し、スラグ被包性を確保
するために必要なスラグ量が増大し、スパッタが発生し
やすくなる。原材料としては、ルチール、チタン白、チ
タンスラグ、イルミナイトさらにはチタン酸カリ、チタ
ン酸ソーダ、チタン酸カルシウム等のチタン酸塩等が単
独、あるいは複合で用いられる。

金属フッ化物はスラグの融点調整や耐ビット性改善のた
めに添加され、０．１％未満では耐ピツト性が確保でき
ず、逆に０．７％を超えるとスラグ融点が低くなり過ぎ
、ビード形状が劣化すると共に、フッ素ガス発生により
スパッタが発生しやすくなる。金属フッ化物としてはＣ
ＩＬＦ２　、　ＮａＦ　＊　ＡｔＦｓ　＊　ＭｇＦ’２
．ＬｉＦ等を単独もしくは複合で用いるが、上記範囲内
であればその効果はどのフッ化物もほぼ同等であった。

本発明においてスラグ成分とは、酸化物、フッ化物等の
非金属成分を意味するものであり、上記の他にスラグ塩
基度の調笈やスラグの融点、流動性の微詞整に用いるＡ
ｔ２０３　、　Ｆｅｅ　、　ＭｇＯ、ＣａＯ。

ＭｎＯ、ＢａＯ、合金歩留シの調整に用いるＣｒ２Ｏ３
゜Ｎ１０．アーク状態の若干の調整に用いるＮａ２Ｏｒ
Ｋ２０　、、　Ｌｉ２Ｏ、さらにはスラグ剥離性の改善
に用いるＢ１２０．　、　ＰｂＯ等、さらＶこはこれら
の原料からもたらされる不純物としてのＰ、Ｓ等も含ま
れる。

これらをも含めた全スラグ成分がワイヤ全重量に対し４
．５〜９．５チの範囲とすることが本発明のポイントの
ひとつであるが、これはスラグ成分が９．５チを超えた
場合には前述のようにスパッタ量が多くなり、４．５チ
未満ではいかに被包性の良いスラグ系といえどもスラグ
量が不足しスラグがビード表面を覆うことが不可能とな
ることによる。

なお、Ｎａ２Ｏ，、Ｎ２０等のアルカリ金属酸化物は過
多となるとスパッタ増加の原因となるので合計０．６％
以内が、Ｂ１２Ｏ３等低融点金属酸化物は、ビード形状
の劣化や靭性の低下をもたらすので総量０．２チ以下が
それぞれ望ましい。

また、フラックスは原材料粒度、フシックス成分、充填
方法等に応じて、固着剤によって造粒して用いることも
あるが、その場合には固着剤からもたらされる成分、例
えば水ガラスの場合ではｓ　ｓ　Ｏ２、Ｎａ　２０　、
に２０等が増加することをあらかじめ考慮して原料配合
を行うことが必要である。

次に、Ｍｎは脱酸剤として添加するものであシ、耐割れ
性を改善しアーク安定化の効果もあるが・０．３％未満
ではその効果が発揮できず、２．３チを超えるとスラグ
の流動性、スラグ剥離性を損う。

なお、ここで言うＭｎは、金属マンガンあるいはフェロ
マンガンを用いるものであり、鉄粉やステンレス鋼粉か
らもたらされるＭｎは含まないものとする。これは鉄粉
やステンレス鋼粉中に含まれるたかだか２％程度のＭｎ
では脱酸剤としての効果が期待できないことによる。

本発明において金属成分とは、通常ステンレス鋼に用い
られるＮｉ　、Ｃｒ　ｒ　Ｍｏ　＋　Ｎｂ、Ｗ　＊　Ｃ
ｕ等の合金剤、Ａｔ、ＴＩ、Ｍｎ等の脱酸剤、これら成
分を含有する合金鉄、さらには鉄粉やステンレス鋼粉等
を意味し特に鉄粉、ステンレス鋼粉、合金鉄はフラック
ス中の金属成分含有量を調整するためにその成分組成に
応じて使い分けることができる。

すなわち、市販されている各種のステンレス鋼に合わせ
て、ＪＩＳＺ３３２３には各種のステンレス鋼ブラック
ス入りワイヤが規格化されているが、例えば外皮として
ＳＵＳ　３０４鋼を用いた場合、合金成分の高い溶着金
属を得るＹＦ　−３０９やＹＦ−３０９Ｊ相当ワイヤを
設計する場合にはフラックス中の合金成分量を多くしな
ければならないので純ニッケルや純りローム粉を用い、
比較的合金成分の低いＹＦ　−３０８相当ワイヤの場合
には、鉄粉、ステンレス粉、あるいはフェロクローム等
合金含有量の低い金属粉を用いて、フラックス中の金属
成分量を高く保持しなければならない。

各種規格ワイヤにおける溶着金属成分に対し、溶接によ
る消耗を考慮の上、次式を目安にしてワイヤ合金量の設
計を行う。

ＭｃＸ　（１００−Ｒ）　＋Ｍ、　Ｘ　ＲＭＤ：消耗の
ない場合の溶着金属中の合金含有量（チ） Ｍｃ：外皮中の合金含有量（チ） 馬：フラックス中の合金含有量（チ） Ｒ：フラツクス充填率（チ） Ｓ　：ワイヤ中のスラグ含有率（チ） 例えば、炭酸ガスアーク溶接の場合、Ｎｉについてはほ
ぼ１００チ、Ｃｒについては約９０チの歩留を示し、シ
ールドガス中のアルゴン比率が高くなるに従って歩留は
わずかに高くなる。

本発明においてフラックス中の金属成分をフラックス充
填率の５９〜８５チとしたのは、５９チ未満ではフラッ
クス溶融のタイミングが遅れ、スプレー状の溶滴移行で
アーク音が均一な安定したアーク状態とはならず、また
８５％を超えると、スラグ成分量との兼ね合いからワイ
ヤ中のフラックス充填率が高くならざるを得す、ワイヤ
の伸線工程における！ＦｒＦｒシトラブルじやすくなる
ことによる。

最後に、炭酸塩は溶接中に分解して炭酸ガスを発生しス
パッタの原因となるためその含有量は少ない方が望まし
く、積極的には添加しない。本発明において実質的に含
有しないとは、他の原料の不可避的不純物として混入し
た場合の許容限度としてＣＯ２換算でワイヤ全重量あた
り０．０５％以下を意味する。

以下に実施例により本発明の効果を具体的に説明する 〔実施例〕 第１表に示すステンレス鋼の帯鋼およびＡ’イブを用い
、第２表に示す組成のＪＩＳ　Ｚ３３２３　ＹＦ　−３
０８Ｌ　、ＹＦ　−３０９Ｌ　、ＹＦ　−３１６Ｌ相当
のワイヤを製造し、５ＵＳ３０４Ｌ鋼平板上にＤＣＲＰ
２００Ａ、３１　Ｖ　、　３０ｃｍ／ｍｉｎの溶接条件
で下向姿勢の炭酸ガスアーク溶接を行ない、それぞれの
溶接作業性を比較した。

なおワイヤ径は１．２霧とし、外皮としてパイプＰ　１
．Ｐ　２．Ｐ　３を用いたものは第１図（−）に示すシ
ームレスタイプ、帯鋼Ｋｌ、Ｈ２を用いたものは第１図
（ｂ）、帯鋼Ｈ３を用いたものは第１図（ｄ）に示す断
面形状とした。

その結果は第３表に示すとおりで８１０２．ｚｒＯ２あ
るいは金属フッ化物含有量の少ないワイヤ順１５．１６
゜１８，４６．スラグ成分量の少ないワイヤＩｆｉｌＯ
，１５，４３はいずれもスラグ被包性が不十分であった
。

また、Ｓ　ｉＯ２あるいはＭｎ含有量の多いワイヤ随１
１　、１４　、４１　、　Ｔｉｅ２含有量の少ないワイ
ヤ随１７．４７はスラグの剥離性が劣った。

さらに、Ｚ　ｒ　Ｏ２含有量の高いワイヤＮＯ，４４，
５２およびフラックスに対する金属成分含有量の低いワ
イヤＮ１８，１２．４１．４２．５０．５１さらにはＭ
ｎ含有量の低いワイヤＮα１９はアーク状態や溶滴移行
性の点で問題があった。

ＴｉＯ□含有量の高いワイヤＮ［Ｌ　１２　、４５はス
ラグ被包性を確保するためにはスラグ成分量を増さざる
を得す、スラグ成分量の多いワイヤＮｌ１９，１２・４
１．４２と同様ス・セック発生量が多くなる結果となっ
たＯ まだ、金属フッ化物含有量の高いワイヤＮ１１３はガス
発生量が多くなリス・臂ツタ発生量が多くなった。

これらに対し、フラックス成分範囲、スラグ成分量が適
正で、フラックス中の金属成分含有量が多い本発明の場
合には、いずれもアーク状態、溶滴移行性が良好で、ス
パッタ発生量が少なくスラグ被包性、スラグ剥離性にも
問題はなく、極めて良好な溶接作業性を示した。

なお、第３表における溶接作業性の評価は、◎：極めて
良好、○：良好、Δ：やや不良、×：不良を示すもので
ある。

〔発明の効果〕

以上のように本発明は、ステンレス鋼溶接用フラックス
入すワイヤにおけるフラックス組成を、スラグ量が少な
くても十分なスラグ被包性と剥離性を示す５１０２−　
Ｚ　ｒ　Ｏ□−Ｔ　ｉ　０２系成分範囲に特定すること
によりス・ぞツタ発生量の低減を可能とし、さらにフラ
ックス中の金属成分含有量を多くすることによってアー
ク状態、溶滴移行性の改善を達成したものであって溶接
後のス・やツタ除去作業軽減が可能でステンレヌ鋼溶接
の作業能率向上に大きく貢献するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）　、　（ｂ）　、　（Ｃ＞　、　（ｄ）は
各種フラックス中りワイヤの断面形状を示す模式図、第
２図はワイヤ中のスラグ成分含有量とス・そツタ発生量
の関係を示す図である。 １・・・外皮、２・・・充填フラックス、３・・・継目
。 第１図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ワイヤ全重量に対し１．５〜３．７％のＳｉＯ＿２、０
   ．７〜２．０％のＺｒＯ＿２、０．７〜４．２％のＴｉ
   Ｏ＿２、０．１〜０．７％の金属フッ化物、０．３〜２
   ．３％のＭｎをフラックス中に含有すると共に、フラッ
   クス中のスラグ成分の合計がワイヤ全重量の４．５〜９
   ．５％で、さらにフラックス中の金属成分の合計がフラ
   ックス全重量の５９〜８５％を占め、かつ炭酸塩を実質
   的に含有しないことを特徴とするステンレス鋼溶接用フ
   ラックス入りワイヤ。