JPS6284892A - 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］ 本発明はガスシールドアーク溶接用フラフクス入りワイ
ヤに関し、詳細には軟鋼や高張力鋼の溶接に適し、スパ
ッタ発生ｊ１？の低減に成功した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］ 近年、船舶や橋梁等を始めとする各種構造物の溶接建造
においては、溶接施工の能率向上及び省力化を推進して
いくうえで右利なガスシールドアーク溶接法の利用が急
速に拡大しフラッグス入すワイヤの消費ｊ、ｌ：が増大
してきている。殊に鉄粉系フラックス人りワイヤは、−
・般のチタニア系フラッグス入すワイヤに比べてスラグ
の発生が少ないという特長を右しており、その使用；、
８は増加するとｆ想される。

しかしながら、績ワイヤの最大の難点はスパッタの発生
量、が多いことであり、この為その除去に労力を費やさ
なければならなず、その；１１はチタニア系フラックス
入りワイヤを使用した場合の２〜２．５倍にも達するこ
とがある。

この様な状況から低スラグ化という特性を具備し、Ｉｔ
つスパッタ発生１．１の少ないガスシールドアーク溶接
用フラックス人りワイヤの開発が強くｑｌまれていた。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明はこうした゛ト情に着１１してなされたものであ
って、その目的は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
を提供するものである。

［問題点を解決する為の手段］ 本発明の鉄粉系フラックス入りワイヤは、ワイヤ全Ｗ　
ｊＭに対して８〜２０％の鉄粉を含み、外皮金属中の炭
素量を０．０５％以下、（外皮金属断面図／ワイヤ全断
面図）で規定される比を０．０６〜０．８０にすると共
に、ワイヤ長手方向１０ｃ層当たりにおける′！！４該
比のばらつきを０．０５以下に制限してなるところに要
旨を有するものである。

［作用］ 本発明者らは、鉄粉系フラックス入りワイヤの低スパツ
タ化について種々検討した結果、後述する様にその支配
因子として外皮金属の化学成分（特に炭素！１０や物理
的性状が重要であることが認められた。

以下実験結果に）＾づいて本発明の構成φ作用を説明す
る。尚実験条件は以下の通りとした。

く供試ワイヤ〉 ワイヤＰ１．：１．２■−φ 外皮金属　　：軟鋼（Ｃ：　０．００５〜０，０６％）
断面形状　　：後記第４図（Ａ） フラックス　：鉄粉系（後記第１表Ｎｏ、１）フラック
ス−Ｆ：１５％ く溶接条件〉 溶接電流　　：　３５０Ａ アーク電圧　：３４Ｖ 溶接速度　　：３０ｃ＋＊／分 シールドガス：　ＣＯ２、２０１／分 チップ争ｔ１材間距離：２０■鳳 Ｌ；Ｌ材　　　　：３Ｍ５０Ａ（１２ｍ■ｔ）溶接法　
　　：ビードオンプレート法 くスパッタ酸の測定方法〉 後記実施例と同じ 第１図は外皮金属中の炭素量（％）とスパッタ発生ｒ、
；、の関係を示したものである。

第１図から明らかな様に外皮金属の炭素量とスパッタ発
生量には相関関係が認められ、特に該炭素量（％）を０
．０５％以下にするとスパッタ量の低減に顕著な効果が
認められた。即ち外皮金属中の炭素う！：（％）を０．
０５％以下に抑えてやればスパッタの発生を有効に抑制
し得ることが明らかとなった。この理由については下記
の様に理解する事ができる。鉄分系フラックス入りワイ
ヤのスパッタ発生の一因としてはワイヤ先端での懸垂溶
滴の爆発が知られているが、炭素量を減少させると該溶
滴内におけるＣＯガス（又はＣＯ２ガス）の発生が抑制
され、溶滴爆発が低減してスパッタ発生が抑制されるも
のと推定される。又外皮金属中の炭素ｈ１減少による上
記効果は、フラックス中の炭素！、）　減少による効果
よりも大きいことが分かった。

これは−・般のフラックス入りワイヤはワイヤ先端でフ
ラックス柱と懸１ト溶滴に分離しており、又懸垂溶滴は
外皮金属端にぶら下る様に付いているので溶滴爆発には
外皮金属中の１に素の寄与の方が大きくなる為であると
思われる。

次に（外皮断面積／ワイヤ全断面積）で与えられる比（
以下外皮金属率ということもある）とスパッタ！、１．
との関係を第２図に示した。第２図から明らかな様に、
外皮金属率が減少するにつれて、スパッタｌｉ）が減少
しており、スパッタ発生については外皮の影響が大きい
ことを理解することができる。尚第２図における外皮金
属率のワイヤ長手方向１０ｃｍ＋当たりのばらつきは０
．０２であった。

第２図に示した現象は、溶滴移行を規定しているピンチ
力の大小で説１ｊ１することができる。即ちスパッタ発
生の原因としては、上述した溶滴爆発以外に溶滴の粗大
化が知られており、それは溶融金属中を流れる電流によ
る電磁力に対応するピンチ力に影響される（所謂ピンチ
効果）、シかして外皮金属率が減少すると電流密度が増
大するのであるが、それに伴ない溶滴におけるピンチ力
が有効に働いて溶滴移行が噴霧状となり、このことによ
ってスパッタ−シは低減するものと思われる。第２図か
ら明らかな様に外皮金属率の値が０．８０以下であると
低スパツタ効果が有効に発揮されるのであるが、　ｏ、
ｅｏ未満になると外皮金属の肉厚が薄くなりすぎてワイ
ヤが軟弱になる為溶接時の送給不安定或は生産時のワイ
ヤ断線等を招く、従って本発明では、（外皮金属断面積
／ワイヤ断面積）で規定される比は０．６０〜０．８０
の範囲内にあるものであることが焚励される。

更に本発明者らは上記外皮金属率について種々検討した
ところ、外皮金属率のワイヤ長手方向におけるばらつき
（ワイヤ長手方向１０ｃｍ当たり、以下同じ）もスパッ
タの発生に影響することが分かった。外皮金属率のばら
つきとスパッタ場との関係を第３図に示す、尚このとき
における外皮金属率の基準値は０．７５である。第３図
から明らかな様に、外皮金属率のばらつきを０．０５以
下に制限すると、スパッタ量低減に極めて有効であるこ
とが理解される。これはスパッタ発生と重要な関係を有
する外皮金属率のワイヤ長手方向の安定化がスパッタ量
低減に寄与する為と思われる。又はらつきの調整は、成
型、伸線速度等の生産技術面及びフラックス粒度等のワ
イヤ組成面での調節によって達成することができる。尚
外皮金属率の測定は、ワイヤ断面上における外皮断面積
及びワイヤ全断面積を画像処理（面積分析）等により求
め、その比を計算する。その際のワイヤ断面の採取は、
ワイヤ長手方向で１０ｃ■ごとに行なうものとする。尚
上記外皮金属率のＡ整によるスパッタｌＸＬ低減の効果
は、スパッタ低減に有効なアーク安定剤やスラグ形成剤
などを多：Ｉ：に含有しない点に特徴を有する鉄粉系フ
ランクス入すワイヤにおいて特に大きい。

以に本発明の鉄粉系フラックス入りワイヤの主な構成に
ついて述べてきたが、本発明は従来の技術に比較して特
に（１）外皮金属中のＷ；ＲＭが低いこと、（２）外皮
金属率を安定に［［つ低１１に設定すること、に特徴を
有し、これによりスパッタ発生ｊＩｋを顕著に減少させ
得るのである。

しかしながら本発明は上記２安素の他、以下に述べる様
な鉄粉系フラックス粒りワイヤの一般的要件も合わせて
具備することが推奨される。即ちスパッタ発生賃との関
係を十分に考慮すると共に、フラックス成分として本来
要求される特性を踏まえて各成分の好ましい含有率を定
めると下記の様になる。

鉄粉＝８〜２０％（％は対ワイヤ全重液：以下同じ） 鉄粉系フラックス入りワイヤの特徴である低スラグ性を
十分に達成するために、鉄粉は８％以−［−配合すべき
である。しかし２０％を超えるとスラグ形成剤等の他成
分が相対的に減少してビート形状が悪化する他、シール
不足となってビットやブローホール等の溶接欠陥が発生
し易くなると共にアーク不安定によりスパッタの発生が
増えるなど却って本発明の趣旨を損うことになる。

脱酸剤：２〜９％ 脱酸剤はその名の示す通り脱酸作用によって溶接金属中
の非金属介在物賃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Ｍｎ、Ｓ　ｔ、
Ａ　１．Ｍｇ、Ｔｉ、Ｚｒ等の金属或はこれらの鉄合金
が挙げられる。これらは弔独で使用してもよく、また２
種以上をＭ１合せて使用してもよいことは勿論である。

脱酸剤が２％未満では脱酸不足となってＸ線性能等が劣
悪になる。従って２％以、ヒ含有させなければならない
。

しかし９％を超えと脱酸過剰になって溶接金属の靭性及
び酎割れ性が低ＩＩ′る。尚１１ｎ剤はスパッタの原因
であるＣＯ（又はＣ０２）ガスの発生を抑制するので、
低スパツタ化にも有効であり、この面から好ましくは４
〜９％の範囲の配合が推奨される。尚本発明においては
、上記の脱酸剤の配合割合はＭｎ、Ｓｉ、Ｔｉ等の金属
％　７６％を示しており、脱酸剤が鉄合金の場合のＦ　
ｅ；、＋、（％）は含んでおらず、Ｆｅ１ｉ’ｃ（％）
はＬ記鉄分の配合；１合の中に含めている。

アーク安定剤：　Ｏ，ＯＳ〜２％ アーク安定剤とはアーク中で電離しやすい物質を言゛い
、例えばＬｉ　、Ｎａ、に、Ｒｂ、Ｃｓ。

Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ等の酸化物、弗化物、炭酸塩、硝酸塩
等が挙げられる。これらの物質はアークを安定化してス
パッタを低減するのに効果があるものの、０．０５％未
満ではその効果を十分発揮し得す、２％を超えるスラグ
やヒユームの発生１−を増大させるので好ましくない。

尚実用上特に好ましいアーク安定剤を囲体的に挙げると
に＋Ｔｉ４０ｑ、Ｋ２ＳｉＯ３，Ｎａ２５ｉＯ＋　、　
Ｋ＋ＺｒＯ３，Ｋ２ＺｒＳｉＯｓ　　、ＬｉＦｅＯ２，
ＮａＦ　、　Ｋ２ＳｉＦ６．　　、　Ｋ２ＳｉＦ６、Ｌ
ｉＦ　’９が例示される。尚ここで言うアーク安定剤に
は、造粒フラックス中の水ガラス成分（Ｎａ２ＳｉＯｔ
　、に２ＳｉＯ３）も含まれる。

本発明で使用する外皮金属としては、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が使用される
が、」−述から明らかな様に０着は極力少ないものを使
用する方が有利である。また金属中のＭｎやＳｉ等は脱
酸剤として作用し、溶滴移行中のＣＯ及びｃｏ２の発生
賃を抑制する効果があるから、ある程度含有させた方が
有利である。しかしこれらの含有５ｋが多すぎると加工
性が低下するので外皮金属中のＭ　ｎ　Ｑは２．０％以
下、３　ｉ　、Ｉ、：、は１．０％以下に抑えるのがよ
い。

本発明の鉄粉系フラックス入りワイヤを製造する際に使
用する伸線用潤滑剤としては、高級脂肪酸エステル系（
Ｎａ、に、Ｃａ、Ｍｇ、Ｂａ等の高級脂肪酸ｆｉｌ）１
ＭｏＳｚ系、テフロン系、グラファイト系等、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。しか
し低（１，）という面から、特に好ましいものとしてＭ
　ｏ　Ｓ　２系の潤滑剤が推奨される。尚潤滑剤の付着
二一二としては０．５〜２ｇ／ワイヤ１０ｋｇがよい。

更に本発明は、あらゆる断面形状のワイヤとすることが
でき１例えば第４図（Ａ）〜（Ｄ）にワイヤの断面形状
を４種類例示したが、いずれの形状であってもよい、尚
第４図中、ｌはフラックス、２は外皮金属を示す、しか
しより好ましくはこれらのうち（［］）に示した外皮金
ＦｆＳ２に継目のないものが推奨され、（ロ）のワイヤ
を使用した場合にはアーク安定性が一段と向１しスパッ
タ量の減少に一層有効である。又（Ｄ）の場合にはワイ
ヤの送給性、耐錆性向トのためにＣｕ、Ａｔ等の金属め
っきを支障なく施すことができるという利点もある。尚
めっき量としては０．０５〜０．３０％が適正であり、
　０．０５％未満では送給性改停効果が十分発揮されず
、一方０．３０％を超えると溶融速度が減少して作業能
率を低下させることになる。ワイヤ径は用途に応じて１
．２１鳳　φ　、　１．８腫腸　ψ　　、２．０鳳鳳　
ψ　　、２．４１１１１１０　、３．２■■φ等から任
意に決めることができる。

ところで本発明の鉄粉系フラックス入りワイヤが使用さ
れる対象鋼種は主として軟鋼及び高張力鋼であるが、特
にこれらに限定されるものではなく、この地代合金鋼や
高合金鋼の溶接に適用することも勿論可能である。また
シールドガスとしては炭酸ガスが最も一般的であるが、
ＡｒやＨｅ或はそれらの混合ガス等を使用することも勿
論Ｅ’Ｔ　ｔＥである。

［実施例］ 第１表に示す組成のワイヤを常法により作成した。ワイ
ヤ径は１．８ｍｍψ、断面形状はＮｏ、　　１〜１５、
Ｎｏ、１９．２０が第４図の（ロ）、Ｎｏ、１６〜１８
が第４図の（［））（Ｃｕメッキｊｌ；０．２０％）で
ある。又潤滑剤として、Ｎ００１〜１５、Ｎｏ。

１９．２０はＭ　ｏ　Ｓ　２系（Ｃ４１’（≦０．Ｏ１
％）　、　Ｎｏ。

１６〜１８は鋸油系を夫々使用した。該ワイヤの外皮金
属として使用した軟鋼の含有成分はＣ：０．００５％、
Ｍ　ｎ　：　０．３５％、　　Ｓ　ｉ　：０．０１％、
Ｐ：０．０１５％、Ｓ　：　０．０１％をヘースとして
、炭素ｔ−を種々に変化させている。

上記で作成した各ワイヤについて下記の条件でビードオ
ンプレート溶接を行い、その際のスパッタ発生；−を調
べたところ第１表（スパッタ発生を龜）に示す結果が得
られた。

く溶接条件〉 溶接型ｆｌｉ、：４０ＯＡ アーク′屯圧　：３８ｖ 溶接速瓜　　：３０ｃ朧／ｗｉｎ シールドガス：Ｃ０２，２５４１／ｗｉｎチップ・母材
間圧１＠：２５ｍｍ ｆ；Ｉ材　　　　：　５Ｍ５０Ａ　（１９ｍｍ’　）尚
スパッタ発生ｒ５の測定には第５図に示す装置（３はス
パッタ捕集板、４はワイヤ送給装置、５はトーチ、６は
母材、７は母材固定治具、８は台・１（を示す）を使用
した。即ちスパッタ発生りψは第５図に示す捕集板を用
いてアーク点のまわりに飛散するスパッタを捕集しＩＩ
Ｉ：ｊ、ｔを測定することにより求めた。測定時間は１
分間とし中位時間当たりの値（ｇ／ｗｉｎ）を出した（
ｎ＝３）、またスラグ発生Ｈ，（（よ１分間溶接した際
に発生するスラグを採取し、その重量を測定することに
より単位時間当たりの値（ｇ／ｌｎ）を求めた（ｎ＝３
）。

（以下余Ｅ１す。

一箋゛１−１ ｂ！−’ニー：　　。

・１霞・ 第１表に小才結果から、次の様に考察することができる
。

（１）　Ｎｏ、　　１〜４から、外皮金属中の炭素量が
増加するに伴ないスパッタＨ，Ｈは増加傾向を示し、特
に炭素！Ｉｉが０．０５％以−Ｌになるとスパッタ績増
加は＆ＩＯ箸になる。

（２）　Ｎｏ、　５〜８から、（外皮金属断面積／ワイ
ヤ全断面積）の比が増加するとスパッタｊ−：は増大す
る傾向を示し、その傾向は０．８０以Ｅで大きい（Ｎｏ
、　６）　、一方その比が小さすぎる（０．６未満）と
、ワイヤ断線等の生産上の問題を生じた（Ｎｏ、　８）
　。

（３）　Ｎｏ、　　ｌ　、　９〜ｌ　１から、（外皮断
面積／ワイヤ全断面積）の比のばらつきが（１，０５以
りになるとスパッタ！ＩＸ：は増大する。

（４）　Ｎｏ、　　１２及び１３は、脱酸剤の漬が本発
明の範囲外にある場合の比較例であり、脱酸剤の鑓が不
足すると（Ｎｏ、１２）スパッタ量が増加するとＪ（に
Ｘ線性能等の溶接性が悪化し、一方多すぎると（Ｎｏ、
１３）溶接金属の靭性が低下して耐割れ性に問題が生じ
る。

（５）　Ｎｏ、　　１　、１４．１５から、アーク安定
剤が増加するとスパッタ賃が減少することが分かる。

しかしアーク安定剤が多すぎると（Ｎｏ、１５）ヒユー
ムやスラグのｈ′Ｃが増大して連続多層溶接が困難とな
る。

（８）　Ｎｏ、　　ｌ　６は継目なしワイヤ［第４図（
Ｄ）］を使用した場合の例である。Ｎｏ、１５とＮｏ、
　　１は、本発明で規定するフラックス率、フラックス
組成及び外皮金属中の炭素量については同様であり、従
って両者の比較から継目のないワイヤを使用した場合ス
パッタ賃が更に減少することが分かる。

（７）　Ｎｏ、　　１７〜２０は本発明で規定する条件
を全て満足する実施例であるが、スパッタ発生量は少な
く、溶接金属の靭性その他も良好であった。

［発明の効果］ 本発明は以上の様に構成されており、フラックスの組成
成分及び（外皮金属断面８＆／ワイヤ全断面積）の比並
びに当該比のばらつきを工夫することにより、鉄粉系フ
ラックス人すワイヤにおいてソリッドワイヤ並みのスラ
グ礒を得ると共にスパッタ発生にを少なくし得た。

【図面の簡単な説明】

第１図は外皮金ＩＡ中の炭素９とスパッタにの関係を示
すグラフ、第２図は（外皮金属断面積／ワイヤ全断面積
）で規定される比とスパッターＩＪ：の関係を示すグラ
フ、第３図はスパッタ量に及ぼすＬ配化のばらつきの影
響を示すグラフ、第４図は各種ワイヤの断面形状を示す
図、第５図はスパッタ賃の測定装置の概略説明図である
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ワイヤ全重量に対して８〜２０％の鉄粉を含み、外皮金
   属中の炭素量を０．０５％以下、（外皮金属断面図／ワ
   イヤ全断面図）で規定される比を０．０６〜０．８０に
   すると共に、ワイヤ長手方向１０ｃｍ当たりにおける当
   該比のばらつきを０．０５以下に制限してなることを特
   徴とする鉄粉系フラックス入りワイヤ。