JPS63299889A - 溶接用フラックス入りワイヤ - 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］ 本発明は溶接用フラックス入りワイヤに関すＣる。

［従来技術］ 溶接用フラックス入りワイヤには管状外皮中に、脱酸剤
、合金成分剤、アーク安定剤、スラグ剤等よりなるフラ
ックスが充填されている。

しかし、脱酸剤、合金成分剤、アーク安定剤、スラグ剤
等は、衆知の如く、溶接作業性等に直接影響を及ぼすも
のであり、多量に充填されるわけではなく、しかも、体
積的に小さいため脱酸剤、合金成分剤、アーク安定剤、
スラグ剤等のみでは管状外皮内をフラックスで満たす事
ができず、管状外皮内には空隙が生じる。

かかる空隙が管状外皮内に生じると、伸線、焼鈍、メッ
キ（継ぎ目なしフラックス入りワイヤの場合）等のワイ
ヤを加工する段階でフラックスが管状外皮中を長手方向
に移動し、ワイヤ長手方向でフラックスの偏在が生じか
ねない、このようなフラックスの偏在したワイヤを用い
て溶接を行うと、溶接金属の成分偏析をまねくのみなら
ず、アークが不安定となったり、要するに、良好な溶接
を行い得ない。

そこで、上記偏在を防止するために、従来よりフラック
ス組成のバランスをとるべく、特開昭５８−８４６９６
号に示されている如く、スラックス中に鉄粉を添加する
等の対策を講じてきた。

［発明が解決しようとする問題点］ しかし、従来より使用されている鉄粉は比較的安価で入
手容易な還元鉄粉であり、この還元鉄粉を用い、フラッ
クス組成のバランスをとりつつ、パイプ内の空隙をなく
した従来のワイヤを用いて溶接を行うと、溶接金属の靭
性がばらつきやすいという問題があった。

本発明は、溶接金属に、靭性のばらつきがなく、しかも
、良好な溶接が可能なフラックス入りワイヤを提供する
ことを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 上記問題点を解決する本発明は、Ｃ５０，２重量％、脱
酸作用を有する元素の総和が０．１〜２重量％、残部Ｆ
ｅ及び不可避的不純物からなるアトマイズド鉄粉を、フ
ラックスに添加したことを特徴とするフラックス入りワ
イヤにその要旨を有する。

なお、従来においても溶接材料中にアトマイズド鉄粉あ
るいはアトマイズド金属粉を添加することは特公昭５４
−８３４０号や特開昭５４−８３４７号に開示されてい
る。

特公昭５４−８３４０号は被覆アーク溶接棒に関するも
ので被覆材中に配合する鉄粉中のＣ９５ｔ、Ｍｎの百分
比と溶接棒心線中のＣ，Ｓｉ。

Ｍｎの百分比との比をそれぞれの元素について特定する
ことにより、ピットおよびブローホールの発生を少なく
したもので、鉄粉としてアトマイズド鉄粉を用いるのは
被覆剤の固着性向上のためであり、本発明とは対象とす
る溶材も添加する目的も全く異なっている。一方特開昭
５４−５８３７号は、フラックス人ワイヤに関するもの
で０．５重量％より多く、１０．０重量％以下のＢを含
むアトマイズド金属粉を１．５〜３０．０重量％含有す
るフラックスを鋼製外皮内に充填することによってボロ
ンの偏析防止をはかったものであり、本発明におけるア
トマイズド鉄粉とはその成分も異なり且つ添加する目的
も異なっている。

本発明は前記従来技術とは全く異なった技術思想にもと
づき、特定のアトマイズド鉄粉をフラックス入りワイヤ
に用いることにより、溶接金属の靭性のばらつきを小さ
くしたものである。

［作用］ 本発明者は、還元鉄粉を用いた場合の溶接金属の靭性が
ばらつく原因について、金属組織、介在物、析出物、化
学成分等、各種数多くの調査を行った結果、溶接金属の
靭性のばらつきは酸素に原因があり、その酸素は還元鉄
粉から混入してくるという知見を得た。

還元鉄粉は、通常、スケール粉を還元して製造され、る
ので、第３図及び第４図（第３図は還元鉄粉の表面を示
す走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真であり、第４図は還元
鉄粉の断面を示す走査電子顕微鏡写真である）に示すよ
うに、 ■外形には凹凸が多く、 ■その内部には空隙が数多く存在する。

しかるに、 ■外形に凹凸が多いと比表面積が大きくなり、比表面積
が大きくなると、フラックスの造粒工程や、ワイヤの焼
鈍工程等で、鉄粉が酸化される割合が高くなる。従って
、還元鉄粉には酸化物として酸素を含有する割合が高く
ならざるを得す、また、 ■内部に空隙が数多く存在するとその空隙に酸素が入り
込みやすくなり、鉄粉は酸素を包含した状態にならざる
を得ない。

以上のことから、鉄粉からの酸素の混入を防止するため
には、 ■鉄粉の比表面積を小さくし、鉄粉の酸化を抑制する、 ■鉄粉の空隙を少なくする、 等の対策が有効であることを知見した。

かかる知見に基づき、アトマイズド鉄粉を還元鉄粉の代
りに添加した所、非常に良好な結果が得られた。

これは、アトマイズド鉄粉の形状が球形に近く、かつ、
粒子表面が滑らかで同一粒度であれば、還元鉄粉に比較
し表面積が小さいということのみならず、アトマイズド
鉄粉が粒子内部に殆ど空隙を持たないので、比表面積も
小さいということに起因していると考えられる。

ちなみに、アトマイズド鉄粉のかさ密度が一般に３±Ｉ
ｇ／ｃｒｎ’と還元鉄粉の２．５±１ｇ　／　ｃ　ｍ’
に比較し大ぎいことは、アトマイズド鉄粉が粒内部に空
隙を有していないことを裏付けている。

第１図及び第２図にアトマイズド鉄粉の表面及び断面の
走査電子顕微鏡写真像を示す。第１図から明らかなよう
に、アトマイズド鉄粉の形状は球形に近く、また、第２
図から明らかなように粒子内部にはほとんど空隙を有し
ていない。

なお、電解鉄粉も粒子内部に殆ど空隙を有していないの
で、電解鉄粉を還元鉄粉の代わりに適用した所、アトマ
イズド鉄粉の場合と同様良好な結果が得られた。しかし
、電解鉄粉は価格が高く、コスト的に適用困難な場合が
多いので、本発明ではアトマイズド鉄粉に限定した。

本発明においては、上記アトマイズド鉄粉の組成はＣ５
０，２重量％、０．１重量％≦（脱酸作用を有する元素
の総和）５２重量％、残部Ｆｅ及び不可避的不純物から
なるものであるが、このような組成とした理由は次の通
りである。

まず、Ｃについては、０．２％を越えると、他の化学組
成とは無関係にＣと酸素との反応によりアトマイズド鉄
粉の内部に気泡が生じたり、表面の凹凸が多くなること
が多く、その為、比表面積が増加し、造粒、焼鈍工程で
鉄粉の酸素量が増加する割合が多くなる。従って、Ｃ５
０，２重量％とする。

次に、脱酸作用を有する元素については、Ｃが主に溶鋼
中の酸素と反応するため、アトマイズド鉄粉の空隙率及
び表面の凹凸を減少させるには、溶鋼中に存在するフリ
ーの酸素量を脱酸作用を有する元素で低下させなければ
ならないという知見に基づき、脱酸作用を有する元素の
総和は０．１重量％以上とした。

一方、総和が２重量％を越えると、鉄粉内部の空隙につ
いては問題ないが、脱酸作用を有する元素が酸化物を形
成し、形成された酸化物に起因して、アトマイズド鉄粉
の酸素量が増加し、溶接金属の靭性が悪化する傾向が認
められるので、脱酸作用を有する元素の総和は２重量％
以下とする。もちろん、これに限定されるものではない
。

なお、溶接金属の酸素量により靭性が大きく影響を受け
る様な場合においては、使用されるフラックス入りワイ
ヤに適用するアトマイズド鉄粉の化学組成は、Ｃｏ０．
１％、０．２≦（脱酸作用を有する元素）５１．０％に
することがさらに望ましい。

また、粉体表面の酸化被膜量を低減するためには、金属
表面に酸化被膜を形成しやすい元素、例えば、Ｂのよう
な元素は、０．５％未満にすべきであり、さらに、より
安定した靭性を得るためには、０．１％以下にすること
がより望ましい。

また、特に溶接金属の低酸素化が必要な時は、アトマイ
ズド鉄粉を無機酸や有機酸で洗浄し、造粒後の乾燥を非
酸化性乃至還元性雰囲気で行うことにより、一層の低酸
素化が可能となる。

なお、本発明におけるフラックス入りワイヤとしては、
いわゆる継ぎ目なしワイヤであっても、継ぎ目ありワイ
ヤであってもよい。

また、フラックスは造粒したものでもよいし、造粒しな
いものでもよい。

フラックス中のＦｅ配合率が５％以上であると、フラッ
フとしての鉄粉が溶接金属に持ち込む酸素量が多くなる
ので、靭性のばらつきが発生しゃすくなるが、本発明は
このように、フラックス中のＦｅ配合率が５％以上のフ
ラックス入りワイヤに適用することにより、特に有効で
ある。

さらに本発明は、鉄粉はど顕著ではないが、ワイヤ外皮
中の酸素量も溶接金属の靭性に影響゛を与えていること
を知見し、１５６ｐｐｍ以下とすることで靭性向上に効
果があることを知見した。

ただ、外皮中には非金属介在物（主に酸化物）などが存
在するため、外皮の酸素量を２０ｐｐｍ以下にすること
がコスト面等で困難と考えられるので、１５０〜２０９
Ｐｍの範囲内にすることが望ましい。

［実施例１］ アトマイズド鉄粉を製造する際、原料となる鉄の組成を
種々調整し、第１表に示す様な組成を有するアトマイズ
ド鉄粉を作成した。

上記アトマイズド鉄粉を用い、継ぎ目なしフラックス入
りワイヤ用造粒フラックスを常法により製造し、第２表
（ａ）に示す組成のフラックスを得た。

なお、造粒フラックスの乾燥温度は３５０℃ＸＩＨｒと
した。

得られた造粒フラックスを、フラックス率１５％で第２
表（ｂ）の組成を有するパイプ（溶接管）に充填し、伸
線→焼鈍→伸線→メツキー仕上巻取工程等を経て、最終
ワイヤ径１．２ｍｍφの継ぎ目なしフラックス入りワイ
ヤを製造した。

このワイヤを使用して下記の溶接条件で溶接を行った。

溶接条件 電圧＝２９ｖ 電流：　２８０Ａ 速度：２５〜４０ｃｐｍ 極性：　ＤＣ−ＲＰ シールドガス：ＣＯ□ガス 開先形状二開先角度４５°　（第５図）材質：５Ｍ４１
Ｂ 溶接層＝５層１０パス 以上の溶接後、溶接金属の靭性を調査したところ、第３
表に示す結果が得られた。なお、靭性は、ＪＩＳＺ２２
０２　４号試験片を用い、ＪＩＳＺ２２４２に基づき、
シャルピー試験により評価した。なお、シャルピー試験
は一２０℃において行った。試験片は表面から７ｍｍの
位置において課取した。第３表より明らかな様に、還元
鉄粉を用いた試験Ｎｏ、１−４．１−９は、Ｃ９５ｔ、
Ｍｎ、Ａｊ！量が本発明範囲内にあるにもかかわらず、
還元鉄粉の表面、内部性状に起因し、ワイヤ製造工程中
に酸素量が増え、その為に溶接金属の酸素量も増加し、
靭性のばらつきが大きくなフている。

また、試験Ｎｏ、１−５．１−６．１−１２はアトマイ
ズド鉄粉を用いた例であるが、試験Ｎｏ、１−５は、Ｓ
ｉ、Ｍｎ、Ａｌ１量の総和が本発明の下限より小さく、
試験Ｎｏ、１−６は、ＳＬ、Ｍｎ、Ａｊｉ量の総和が本
発明の上限を越えており、また、試験Ｎｏ、１−１２は
Ｃ量が本発明範囲の上限を趙えているので、溶接金属の
酸素量が増加し、靭性のばらつきも大きくなっている。

これらに対し、すべての条件が本発明の範囲内にある試
験Ｎｏ、１−１．１−２．１−３．１−７．１−８．１
−１０．１−１１は、低レベルの酸素量、ばらつきの小
さい靭性値を示している。

［実施例２］ 実施例１と同様に、第１表に示される各種鉄粉を用い、
継ぎ目なしフラックス入りワイヤ用造粒フラックスを常
法により製造し、第４表（ａ）に示す組成のフラックス
を得た。

なお、造粒フラックスの乾燥温度は３５０℃ＸＩＨｒと
した。

得られたフラックスをフラックス率１４％で第４表（ｂ
）に示す組成を有するバイブ（溶接管）に充填し、実施
例１の場合と同様にして、最終ワイヤ径１．２ｍｍφの
継ぎ目なしフラックス入りワイヤを製造した。

この様にして得られた継ぎ目なしフラックス入りワイヤ
を使用して下記の条件で溶接を行った。

溶接条件 電圧：２９ｖ 電流：　２８０Ａ 速度：２６〜４２ｃｐｍ 極性：　ＤＣ−ＲＰ シールドガス： ８０％Ａｒ−２０％ＣＯ２ガス 開先形状二開先角度４５°　（第６図）材質：　５Ｍ４
１　Ｂ 溶接層＝５層１０バス 以上の溶接後、溶接金属の靭性を実施例１と同様にして
調査したところ、第５表に示す結果が得られた。

第５表より明らかな様に、還元鉄粉を用いた試験Ｎｏ、
２−４．２−９は、Ｃ，ＳＬ、Ｍｎ。

Ａ１量がすべて本発明範囲内であるにもかかわらず、還
元鉄粉の表面、内部性状に起因し、ワイヤ製造中に酸素
量が増え、その為に溶接金属の酸素量も増加し、靭性の
ばらつきが大きくなっている。

試験Ｎｏ、２−５．２−６．２−１２はアトマイズド鉄
粉を用いた例であるが、試験Ｎｏ。

２−５は、Ｓｔ、Ｍｎ、Ａｊ！量の総和が本発明の下限
より小さく、試験Ｎｏ、２−６は、Ｓｔ。

Ｍｎ、Ａｊ２量の総和が本発明の上限を越えており、ま
た、試験Ｎｏ、２−１２はＣ量が本発明範囲の上限を越
えているので、溶接金属の酸素量が増加し、靭性のばら
つきも大きくなっている。

これらに対し、すべての条件が本発明の範囲内にある試
験Ｎｏ、２−１．２−２．２−３．２−７．２−８．２
−１０．２−１１は低レベルの酸素量、ばらつきの小さ
い靭性値を示している。

また、試験Ｎｏ、２−３は還元鉄粉Ｆｅ−３とを重量比
１：１にして混合したものを適用した例であるが、この
様な場合においても、低レベルの酸素量、ばらつきの小
さい靭性値が得られた。

［実施例３］ 実施例１．２と同様、第１表に示される各種鉄粉を用い
、継ぎ目なしフラックス入りワイヤ用造粒フラックスを
常法により製造し、第６表（ａ）に示す組成のフラック
スを得た。

なお、造粒フラックスの乾燥温度は３５０℃×ＩＨｒと
した。

得られたフラックスをスラックス率１５％で第６表（ｂ
）の組成を有するパイプ（溶接管）に充填し、実施例１
．２の場合と同様にして、最終ワイヤ径１．２ｍｍφの
継ぎ目なしフラックス入すワイヤを製造した。

この様にして得られた継ぎ目なしフラックス入りワイヤ
を使用して下記の溶接条件にて溶接を行った。

溶接条件 電圧＝３０ｖ 電流：　２７０Ａ 速度：３０ｃｐｍ 極性：　ＤＣ−ＲＰ シールドガス： ８０％Ａｒ−２０％Ｃ０２ガス 間先形状二開先角度４５°　（第７図）材質：　ＳＭ４
１　Ｂ 溶接層：６層１３パス 以上の溶接後、溶接金属の靭性を実施例１と同様にして
調査したところ、第７表に示す結果が得られた。

第７表から明らかなように、実施例１．２の場合と同様
、還元鉄粉を用いた試験Ｎｏ、３−４゜３−９は、Ｃ，
Ｓｉ、Ｍｎ、ＡＩＬ量がすべて本発明の範囲内にあるに
もかかわらず、還元鉄粉の表面、内部性状に起因し、ワ
イヤ製造中に酸素量が増え、その為に溶接金属の酸素量
も増加し、靭性のばらつきが大きくなっている。

試験Ｎｏ、３−５．３−６．３−１２は、アトマイズド
鉄粉を用いた例であるが、試験Ｎｏ。

３−５は、Ｓｉ、Ｍｎ、ＡＪ２量の総和が本発明の下限
より小さく、試験Ｎｏ、３−６は、Ｓｔ。

Ｍｎ、ＡｆＬ量の総和が本発明の上限を越えており、ま
た、試験Ｎｏ、３−１２はＣ量が本発明範囲の上限を越
えているので、溶接金属の酸素量が増加し、靭性のばら
つきが大きくなっている。

これらに対し、すべての条件が本発明の範囲内にある試
験Ｎｏ、３−１．３−２．３−３．３−７．３−８．３
−１０．３−１１は、低レベルの酸素量、ばらつきの少
ない靭性値を示している。

［実施例４］ ワイヤ外皮中の酸素量の影響を調べるために、実施例３
の試験Ｎｏ、３−１とフラックス組成および溶接管（パ
イプ）組成が同じで、パイプ中の酸素量を変えた継ぎ目
なしフラックス入りワイヤを試作し、実施例３と同様の
溶接条件にて溶接試験を行った。

試験結果を第８表に示す。

第８表の結果から明らかなように、ワイヤ外皮（バイブ
）の酸素量が１５０ｐｐｍ以下の試験Ｎｏ、４−２．４
−３は溶接金属の靭性が試験Ｎｏ、４−１に比較して一
段と良好な結果を示している。

［発明の効果］ 本発明は以上のように構成したので、次のような効果が
得られる。

■フラックス中の酸素含有量が少なく、溶接を行った場
合においても溶接金属の靭性のばらつきがない。

■ワイヤ加工時にフラックスが偏在せず、溶接を行った
場合においても溶接金属において成分偏析がない。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は、アトマイズド鉄粉の粒子構造を示
す走査電子顕微鏡写真である。第３図及び第４図は、還
元鉄粉の粒子構造を示す走査電子顕微鏡写真である。第
５図から第７図は実施例における溶接時の開先形状を示
す概念図である。 第５図 第６図 第７図 １２．５

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、Ｃ≦０．２重量％、脱酸作用を有する元素の総和が
   ０．１〜２重量％、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からな
   るアトマイズド鉄粉を、フラックスに添加したことを特
   徴とする溶接用フラックス入りワイヤ。 ２、脱酸作用を有する元素が、Ａｌ、Ｍｎ、Ｓｉである
   特許請求の範囲第１項記載の溶接用フラックス入りワイ
   ヤ。