JPS63157794A - Ｍａｇ溶接用鋼ワイヤ - 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、ＭＡＧ溶接においてビード形状良好でスノぞ
ツタの少ない鋼ワイヤに関するものである。

（従来の技術］ シールドガスにＡｒ　ｆ主ガスとして使用するＭＡＧ溶
接法は、Ｃ０２ガス溶接に比ペスノξツタ、ヒユーム発
生量が少なく、またビード形状、ビード外観が優れてい
る等の特長からますます広く使用されている。

特に最近のロゼツトの普及にともなって、スパッタは母
材や溶接トーチに付着して能率、シールド性を損なう等
のほか、ロゼツトや周辺の装置、治工具に侵入しその動
作の円滑性を阻害する原因となるため、ＭＡＧ溶接およ
びノぐルスＭＡＧ溶接においてもスノξツタの低減が強
く求められている。

また、広く適用されている横向重ね、下向重ね、水平す
み内継手においてビード形状は、単に溶接能率のみなら
ず、溶接継手部の疲労強度に影響する要因として、その
向上が求められている。

このような課題に対して従来、溶接電源および溶接ワイ
ヤ両者からの改善のアプローチがなされている。

溶接電源については、最近インバータ制御のＭＡａ電源
、パルスＭ　Ａ　Ｇ電源によってかなりのスパッタ低減
が計られているが、アーク長さの短かい、例えば高速溶
接のように短絡の生じる条件に於ては効果が大きいもの
の、アーク長きが長く短絡の生じない条件では不充分で
ある。

一方ワイヤからの対果としては％特開昭５０−２１９５
２号、特開昭５５−４０９５９２号、特開昭６１−＋５
９２９６号の各公報に開示される如く、ＭＡＧ溶接にお
けるスパッタの低減、ビード形状の改善等の検討がなさ
れている。

これらはいずれも短絡移行領域における、短絡時に発生
するスパッタ低減等に対する技術であつ札 （発明が解決しようとする問題点） 本発明は、従来スパッタ発生量が短絡時（で比べ少ない
ためにあまり問題視されていなかった非短短絡が生じな
い程度に適当なアーク長さを保持した条件は、最もスパ
ッタ発生が少なく、アークも安定し、かつピード外観も
美麗な範囲として、従来から広く使用されている。

そこでこれらのことを確認する目的で、、Ｔｌ５Ｚ３３
１２　　ＹＧＷ１５に相洛する第り表に示す組成のワイ
ヤを用い、高電流域の条件として、一般的に使用される
第２表の条件のもとて溶接電圧とスノξツタ１１の関係
を求めたのが第１図である。

第　　１　　表 第１図は第２図に示すスノぐツタ採取装置Ｏでより採取
し念スパッタを秤量し、最もスパッタ量の少ない電圧（
３２７）の量を基準としてその量比で表わしている。な
おこの場合、溶接ノズルおよびチップに付着したものは
秤量対象外とした。

第１図から、スノぐツタ発生量が最も少なくなる電圧は
短絡域から約２ｖ程高い非短絡域にあり、短絡域ではア
ーク長さが短かく（低電圧）なるに従がい、はぼ比例的
にスノξツタ量が増加する傾向を示し、スノぐツタ量最
少電圧から８ＶＷ王の低い２４Ｖでは約４倍のスパッタ
量となっているが、スパッタ量最少電圧より高い非短絡
域では、■ｖ程度の電圧でヌノξツタ分は約２．５倍も
増加している。

このように、従来からスパッタも宮め使用性の良い領域
として広く使用されている非短絡域では、わずかな電圧
の変化によってスパッタ量及び七〇粒径が急激に増加す
る場合があることがわかった。

このような溶接電圧とス・Ｃツタ量の現象全把握するた
め、高速度写真によってアーク全観察しア上ところ、短
絡域での短終に２ｍｑｅｃ以下の非常に短時間での短絡
が主体でちゃ、スノ？ツタは溶滴の短絡が終了しアーク
発生時に、そのアーク力により溶滴および場合によって
は溶融プールの一部が飛散するものであり、第１図の２
２　ｖにおいてスノξツタ量が減少しているのは、アー
ク長が短かいため、アークが溶融プールを凹ませて発生
してお９゜溶滴の飛散の際にその一部が再度溶融プール
に接触して捕捉されるチャンスが増すためである。

一方非短絡域におけるスパッタ最少電圧では、アークは
溶滴下端球面の広い範囲から発生し、その移行は規則的
に行なわれている。しかしこの電圧よりアーク長この長
い高電圧ｊＩｔ１１になると、アークは溶滴最下端部に
集中するようになね、これにともなって溶滴の粒径は大
きく成長し上方に押し上げられ激しく動き１わり、アー
クが短かくなった瞬間に、大粒のスノξツタとして飛散
する現象が認められた。

また、ｃ０２溶接に比べ、ビード外観の良好なＭＡＧ溶
接は比較的大脚長の水平、横向重ね、下向重ね等各姿勢
のすみ肉溶接に使用される。

第３図は、目標脚長９ｕとした水平すみ肉溶接における
下板と溶接ビードの接触角と溶接電圧との関係を示した
もので、溶接電流は２７０Ａ、溶接速度は２０　ｃｍ　
／　ｍｉｎ、トーチ角度（水平角）は４５°であり、　
ワイヤ及びシールドがスは第１図の場合と同じとしてい
る。

第３図から明らかなように、高電圧側の非短絡域では下
板側のビー）′接触角が大きくなり、ビード形状は凸型
となり劣化する。

以上詳述した如く、ＭＡＧ溶接の高１！流域において、
短絡の生じない非短絡の条件下では、スパッタ発生量の
少ない電圧条件が存在するもの＼、わずかの電圧変化に
よって、スノソツタは増加すると共に、ビード形状も良
好でない。

本発明の目的は、上述のようなＭＡＣ）溶接の非短絡時
のス、ｏツタ低減およびビード形状の改善ヲ計り、合せ
て短絡時のスパッタをも低減させることによって広い条
件領域において作業性の優れ穴Ｍ　Ｉ−Ｇ溶接用鋼ワイ
ヤを提供することである。

（問題点を解決するための手段） 本発明の要旨とするところは、重量％で、Ｃ：０．００
５〜０．０４壬、Ｓｉ　：　０．３０〜０．８０％、Ｍ
ｎ　：　１．４０−２．４０％、　３　：　０．０１０
〜（＋、０３５あ、Ｔｉ　：　０．０５〜＋３．１５壬
、Ｏ：０．＋］０３０〜０．０２５０％を含有し、かつ
ＣＸＯ：４ＸＩＱ−４以下、Ａｌ：０．０２０％以下、
Ｎ　：　（１，００５０％以下に制限され、残部がＦｅ
および不可避不純物からなることを特徴とするＭＡＧ溶
摺用犯ワイヤである。

以下、本発明について詳述する。

（作用） 本発明者らは、前述の問題点をワイヤ成分の点から解決
すべく名１】々検討を重ねた。特に前述の扁速度写真に
よるスフ４ツタ免生現象覗察で、１）スノぞツタが短ア
ーク時に押上げられる胡象、ｌ：）　　！？量蟲粒が粗
大化する現象に着目した。

スパッタの発生に関して汀、これら２つの現象は相互ｖ
ｃ　ｒ！ｑ連していると考えられ、溶滴ｉｔ大傑化：て
よって、溶、、：５の下り、“４１而部ンＣアークが甲
’、　Ｉ−ｉコし、ア一り発生径／溶滴径の比が小さく
なり、ピンチ力が有効に働らかなくなり溶滴が押上げを
助長する。

ま念溶滴の押上げ力が大きくなると、溶滴移行の機会は
減少し、溶滴粒が粗大化する。

したがって、スパッタの減少には、溶滴の粗大化を抑制
しかつ短アーク時の押上げ力の減少を同時に計らねばな
らない、このような観点から、ワイヤ成分元素を検討し
た結果、溶滴粒を細粒化するには、０　、　Ｅｌ　、　
ｓｅ　、　’ｒｅ等のいわゆる表面活性化元素の添加が
有効であることがわかった。

しかし、Ｏ，Ｅｌに比べて重元素であるＳｅ　、　Ｔｅ
は必要添加量が多くなり、この量では溶接金属の靭性劣
化等の悪影響が大きく溶接作業性の他シで裔い靭性が要
求されるＭＡＧ溶接には不適光である。

一方、短アーク長時の押上げ力は、アークの局部的集中
のほかに、発生ガスが強く作用していると考え、この影
響について検討した。溶接中に発生するガスとしては、
主にＣｏ　、　Ｎ　、　Ｈなどが挙げられるが、ＭＡＧ
溶凄の場合、Ｈは一般的に低レベルにあり問題（でなら
ない。

Ｎガスは、ワイヤ溶製時に不純物として混入するもので
あ抄、低い程望ましいが、通常に行なわれている溶解法
である転炉溶解レベルではさほどス・ぞツタに問題とな
らない。

したがって、発生ガスとしてはＣＯが最つとも影響が大
きいと推定され、ＣＯ発生をコントロールするＣとＯに
ついて検討した結果、ｌ）ｏが一足の場合、Ｃの低減に
よってスノぞツタ量は減少し、Ｃ×０を４×ＩＯ以下に
することで、より顕著となり、ｆりｏｌ低くするとスパ
ッタは減少するが、溶滴粒径が大きくなるという知見ｆ
　ｑ５た。

即ち、スノぐツタ発生量を抑え、発生粒径を細かくする
ためには、０を添加しかつＣの添加を低くすることが必
要であり、Ｏ：　（１，１１０５〜０．０４係。

０　：　０．００３　ｎ−１，０２５（’１％およびＣ
×０く４　Ｘ　Ｉ　Ｏ−’とすることによって達Ｗが可
能となり、またＳの同時添加でより効果的にスパッタ低
減をはかることができる。

第４図は、上述の結果をまとめたもので、　ｅｘａお工
びＳ−Ｍ−とスパッタ発生量および粒径の関係について
示している。

第４図において、溶接電圧＝３３ｖ以外の溶接条件は第
２表と同じである。

第４図から明らかなように、スパッタ量はＣ×０が４×
ｌＯ近傍で大きな変曲点があり、これ以上で急激に増加
し、これ以下では急激に減少し、低位安定する。

また３　２　ｍｅｓｈ（約（１，５ｍｓ＋／）以上の大
粒スノぞツタ比率も同様の傾向にあるが、Ｓの低いレベ
ル（≦ｏ、、ｏ　ｏ　ｓ％）では大粒スパッタ比率が一
様に増加している。

一方ビード形状に関してＨ，ｓの効果が著しく、ｓｌｉ
を増加するに従い改善される。

第５図は第３図と同じ条件での水平すみ肉の平均脚長と
Ｓｉの関係を示したもので、日が０．００８チ近傍以上
で等脚性が増し、平滑なビードが得られるが、０．０３
５％を超えると上板側にアンダーカットの発生が生ずる
ようになり、ま次ビード形状が凹状となり好ましくない
。

以下に本発明の■分範囲を限定した理由について詳述す
る。

Ｃ：　０．００５〜０．０４％ ｃＶｉ前述し穴とおり、減少させることによりＭＡＧ溶
接時の溶滴移行粒を細かくしス・ぞツタ量低減および粒
径を細かくするに極めて効果的な元素であるので田来る
限り少い添加量が望ましいが、ｏ、ｏ　ｏ　ｓ　ｓ未満
では溶解上、コントロールが難かしく、又原材料に制限
が出てくるためコスト高になる等の実用上の観点から制
限した。また０、０４チ超では、（！、Ｏ＜４Ｘ１０　
　以下に保つ必要上から０量を低くせねばならず、０の
効果が期待できなくなる。

Ｓｉ　　二　　０．３０〜０．８０　％８１は主要な脱
酸性元素として溶接金属の清浄度、靭性を確保する念め
に必須であり％０．３０％未満ではＭＡＧ溶接溶接金属
台有量が低下し脱酸が不足し、ブロホール、ビット等の
発生機賃が多くなる。また０、８０％超では溶接金属靭
性が低下するため上限とした。

Ｍｎ　：　１．４０〜２．４０％ 本発明では、Ｃの添加量を低いレベルに抑えてあり、Ｃ
の他方の働きである溶接金属の強度確保が期待できない
。従ってＭｎはこれを補ぎなうための元素であり、また
本発明では、Ｓを添加しているため、Ｓによる高温ワレ
感受性を軽減する目的からも必要な元素である。１．４
０％未満では一般の使用条件下で強叶不足となり、上限
は、溶接金属の強度および靭性の点から２．４０％とし
た。

ｅ　：　ｏ、ｏ　ｔ　ｏ〜０．０３５％本発明では、日
をスパッタ発生量の低下および大粒スパッタ比率の抑制
、さらにはビード形状の改善を意図して添加している。

０．０１０　％未満ではこの効果は期待できず、また０
、０３５％超では添加量ヲ増してもビード形状改善の点
からは効果が少くなると共に高温ワレ感受性が高まるた
めこれ全上限とした。

Ｔｉ　：　０．０５〜０．１５喝 Ｔｉは、溶接金属の衝突靭性を向上する為に添加してお
り、良好な範囲は０．０５〜０．１５％である。

０　　：　　０．０　０　３　０　〜０．０　２　５　
０　　％０は前述の如く、溶滴移行時の溶滴細粒効果を
有する。０．００３０％未満では、このような効果が期
待できず、０．０２５０　’Ａ超ではその効果は飽和す
るばかりでなく、実用上これ以上の安定添加は難かしく
なる。

なお０の添加方法および存在位置に制限はなく、例えば
、８ｉ　、　Ｍｎ　、　Ｔｉ　　等の非金属酸化物とし
て添加、あるいはワイヤ表面近傍のスケール層、またワ
イヤ表面の油脂類、酸化物の塗布およびこれらを組合せ
た方法によっても同様な効果を示す。

Ｃ×Ｏ：　４Ｘｌ　Ｏ以下 本発明では、Ｃおよび０の各々添加量を限定した上で、
さらにＣ×０′５Ｉ：制限している、これは前述の通す
スバッタ発生ｔＫ極めて影響が大きく、４×ｌＯ超では
スパッタが急激に増加する。

Ａｌ：　０．０２０％以下 ＡｌＨ通常鋼ワイヤ中に不純物元素として混入する９、
多量の混入はアークを不安定にし、かつ溶接金属の靭性
を劣化させる。０．０２０％以下であればこのような影
響はない。

Ｎ　：　０．００５０チ以下 Ｎはス、ｏツタ発生の点から少い程、良いが、実用溶解
技術上の点から、Ｏ，００５０％以下であれば問題ない
。

以下に本発明の効果を実施例によって具鉢的に説明する
。

〔実施例〕

第３表に示す３０種成分を溶解し、鍛造、圧延、線引、
メッキ、巻取りの各工穆を径で１．２＋＋ｕ＋／のワイ
ヤに仕上げた。このワイヤを用いて、第２表に示す溶接
条件で溶接を行ない、スパッタ量および採取スパッタの
粒度を測定し、またＸ線透過試験を行った。

なおスパッタ採敞方法は第２図に示す装置で行い、溶接
電圧は３２７である。

またＪ工Ｓ　Ｇ３１０ｔｉ　５Ｍ−５０Ｂ　１．９ｍｔ
の鋼板を用い、目標脚長８　Ｍｇの水平すみ自溶［−行
ない、上脚長と下脚長を測定して平均脚長を求め、まｉ
　一部のワイヤについてｆｄピード硬さを測定し、＠４
表の結果を得た。

ワイヤ扁１−４１３は比較例、）に１４〜、拓３０は本
発明例を示す。

Ｉｆａ　ｉワイヤは０．８ｉ　、Ｍｎ、Ｅｌ、Ｔｉ　、
Ｎ、０１ＡＩは本発明の要件とする範囲内であるが。

ＣＸＯが範囲外のためスパッタ量が多い。

遥２はＮが本発明の要件とする範囲外にあるためスパッ
タが多発し、ま７’ＣＸ線性能もや＼低下している。Ａ
３は日が低いためビード形状が劣っている。Ａ４１ｊＳ
ｉが範囲下限未満であり、脱酸不足により微小スパッタ
が多く、ビード形状が劣っているばかりでな（、Ｘ線性
能も著しく悪い、扁５は０が範囲上限を超えており、ビ
ード形状が劣る。Ａ６はＣが非常に高く、スノξツタ量
も多くまたビードの硬化が認められる。、弧７はＳが範
囲下限未満で、かつＣＸＯが高い友め、ビード形状に劣
り、また大粒のスパッタが多発した。扁８は８ｉ、Ｍｎ
が範囲上限を超えるため、スパッタ、ビード形状は良好
であるが、ビードが著しく硬化している。扁９はＳｉ、
Ｍｎともに範囲下限未満であり脱酸不足のため、微小な
スパッタの多発ともにＸ線性能が著しく低下している。

ｌ６１０はＳ量が範囲上限を超えており、平均脚長が目
標脚長を太きくうわまわり、著しく扁平なビード形状と
なっている。ム１１は　ＡｌおよびＣＸＯが範囲上限を
超えるためアークも不安定でスパッタが多い。

＆　Ｌ　２は０およびＣ×Ｏが範囲上限を越えるため大
粒のスパッタが多いばかりでなく、０が非常に多いため
正常なメッキ状態が得られず、アークが不安定となりビ
ード形状も劣化した。＆　１３はＣＸＯが範囲上限を超
えるためスノξツタ量が多い。

このように各暇分が本発明の要件とする範囲外にあるワ
イヤＦｉ、スパッタ骨、スパッタ粒度、ビード形状、Ｘ
線性能あるいはビード硬さのいずれかを満足できず良好
なＭＡＧ溶接が行なえない。

一方、本発明ワイヤ＆１４〜）Ｋ　３０のいずれのワイ
ヤ共に、スパッタ量、スノぐツタ粒度、ビード形状、Ｘ
線性能、硬さの全ての項目に優れており良好なＭＡＧ溶
接が可能である。

（発明の効果） 本発明ワイヤを用いｆｃＭＡＧ溶接では、スノぐツタ発
生量および大粒のスノＲツタが少なく、かつ形状、外観
共に良好な溶接が行なえる。

【図面の簡単な説明】

第１図はＭＡＧ溶接における溶接電圧とスパッタ猾比の
関係を示す図、第２図はスＡツタ採取装置の断面図、第
３図は水平すみ自溶接における溶接電圧と下板とビード
の接触角の関係を示す図、第４図はワイヤのａｘｏ　、
ｓとスノξツタ発生量および３２メツシュ以上のスノぞ
ツタ量比率との関係を示す囚、第５図はワイヤのＳｇと
水平すみ肉の平均脚長との関係を示す図である。 ｌ・・・鋼板、２・・・溶接トーチ、３・・・銅製スノ
ぞツタ採取箱、４・・・ワイヤ、５・・・スノぐツタ、
６・・・溶接ピード。 代理人　弁理士　　秋　沢　政　光 信１名 １１図 ５各縛ｅ／ｌｆ＜ｖ） ７ｉ３図 〕き焙電圧（Ｖ） ７ｒ４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｃ：０．００５〜０．０４％（重量％、以下同じ
   ）、Ｓｉ：０．３０〜０．８０％、 Ｍｎ：１．４０〜２．４０％、 Ｓ：０．０１０〜０．０３５％、 Ｔｉ：０．０５〜０．１５％、 Ｏ：０．００３０〜０．０２５０％ を含有し、かつ Ｃ×Ｏ：４×１０＾−＾４以下、 Ａｌ：０．０２０％以下、 Ｎ：０．００５０％以下 に制限され、残部がＦｅおよび不可避不純物からなるこ
   とを特徴とするＭＡＧ溶接用鋼ワイヤ。