JPS6356037B2

JPS6356037B2 -

Info

Publication number: JPS6356037B2
Application number: JP53035243A
Authority: JP
Inventors: Ansonii Bisheru Robaato
Original assignee: Huntington Alloys Corp
Current assignee: Huntington Alloys Corp
Priority date: 1977-03-28
Filing date: 1978-03-27
Publication date: 1988-11-07
Also published as: US4149063A; JPS53144439A

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕本発明は、不活性シールドガスを必要とするこ
となく自動溶接装置で用いるのに適した管状のア
ーク溶接用複合電極に関する。〔従来技術およびその問題点〕近年、多くの自己シールドフラツクスを芯にし
た溶接材料が、工業に取入れられ、特に鉄に基づ
く合金の高速溶接に取入れられた。より高度に合
金化されたオーステナイト金属は慣用的に製造し
た鍛練溶加材によつて十分溶接されて来たが、フ
ラツクスを芯にした溶加材を用いて前記のような
金属に似た組成の金属中に溶接溶着部を設けるこ
とが極めて望ましい。フラツクスを芯にした溶加
材の使用により、高価なシールドガスの必要がな
くなり、しかも連続螺旋状ワイヤを供給する自動
溶接法の使用を通して速い溶着速度が得られる。
フラツクス芯に合金成分を加えることができる
が、慣用の高温及び低温加工法で作製する際には
若干難点のある溶接溶着部が比較的低合金ストリ
ツプから有利に作製され、フラツクス成分を通し
て合金化が完成する。フラツクスを芯にした溶接ワイヤの製造技術は
公知である。この公知方法は、実質的には、金属
ストリツプ鞘をＵ字型の溝に成形し、フラツク
ス／合金成分混合物をこの溝に入れ、そして混合
物を鞘内で機械的に固着させるために溝を管状の
形態に成形することからなる。本発明の製造で用いられる成分並びに現在入手
し得るフラツクスを芯にした溶接ワイヤは、溶接
技術において公知である。一般に、フラツクスを
芯にしたワイヤの新規性は、製造時に用いられる
成分の選定及び特別な組合せにある。〔問題点を解決するための手段〕以下に説明する自己シールドフラツクスを芯に
した管状溶接電極を用いることにより、約15％の
クロム及び約８％の鉄を含む種類のニツケル―ク
ロム―鉄合金中に完全な溶接溶着部を設け得るこ
とが見いだされた。すなわち、この溶接電極は、
例えば、ニツケル―クロム―鉄及びニツケル―ク
ロム―鉄―マンガン―ニオブ―チタン合金から製
造されるもののような鞘内に含まれる芯成分の新
規組合せを有するものである。一般に、本発明は金属の鞘及び前記鞘内に囲ま
れた芯（フラツクス）を含んでなり、前記鞘が重
量％で0.2％迄の炭素と；0.1〜４％のマンガン
と；20％迄の鉄と；0.05〜0.75％の珪素と；0.6％
の銅と；10〜24％迄のクロムと；２％迄のチタン
及び４％迄のニオブから成る群から選択された少
なくとも１種の元素と；並びに残部ニツケルとを
含有し、そして前記フラツクスがフラツクス成分
の重量部で、炭酸カルシウム、炭酸ストロンチウ
ム及び炭酸バリウムから成る群から選ばれた２〜
20部の炭酸塩と；20〜45部の弗化カルシウム；弗
化チタンカリウム及び弗化チタンナトリウムから
成る群から選ばれた３〜15部の弗化物と；２〜10
部の弗化ジルコニウムカリウムと；５〜15部の酸
化チタンと；２〜15部の酸化マンガン、４部迄の
酸化ジルコニウム及び３部迄の酸化マグネシウム
から成る群から選択された少なくとも１種の金属
酸化物と；0.3〜2.2部のマグネシウムと；ニツケ
ル及び鉄から成る群から選ばれた少くとも１種の
５〜30部の元素；15部迄のマンガン、10部までの
クロムおよび25部迄のモリブデンから成る群から
選ばれた少なくとも１種の元素；および20部迄の
ニオブとを含有することを特徴とするものであ
る。具体的な説明以下、この発明をより詳細に説明する。金属鞘中に含まれる成分は、鞘重量の約15〜約
60％の量で存在し得る。含有成分の量は、ワイヤ
成形機の能力に大いに左右される。厚さ0.33mmの
ストリツプには約20〜約30％の含有率が好まし
く、一方、薄手ストリツプ（例えば0.20mmのスト
リツプ）については、好ましい含有率は、約45〜
約55％であることが見いだされた。フラツクスを芯にした溶接ワイヤを用いて作製
した溶接溶着部の組成は、金属鞘の組成に大いに
左右される。何故ならば、フラツクス芯を通して
加え得る合金元素の量は、幾何学的に考えてある
程度限定されるからである。好ましい一具体例で
は、鞘は次の成分を含有する。すなわち、重量％
で約0.15％までの炭素、約１％までのマンガン、
約６〜約12％の鉄、約0.05〜約0.5％のケイ素、
約14〜約18％のクロム、約0.6％までの銅、及び
実質的に残部のニツケルを含有する。その他の好
ましい具体例では、鞘の材料は次の成分を含有す
る。すなわち、重量％で約0.1％の炭素、少なく
とも約２％のマンガン、約15％までの鉄、約0.5
％までのケイ素、約18〜約22％のクロム、約0.5
％までの銅、約0.2〜約0.75％のチタン、約1.5〜
約3.5％のニオブ、及び実質的に残部のニツケル
を含有する。金属及び非金属のフラツクス成分は、米国標準
篩度30以下のメツシユ度を有する粉末として混合
状態で加えることができ、又は、より自由に流動
する混合物を与えるために、固着剤の添加を通し
て混合及び凝結させることによつて加えることが
できる。例えば、ケイ酸ナトリウム又はカリウム
のボーメ度70゜の水溶液のような固着剤を約５重
量％の水と共に加え、そして増圧器を有するＶ形
ブレンダー中、または類似の装置中で混合及び凝
結させることができる。次いで、凝結粉末は約
290℃で乾燥され、そして過度に細かな粒子（米
国標準篩度―325メツシユ）及び過度に粗大な粒
子（＋30メツシユ）を除くために篩分けされる。炭酸塩は、分解により比較的不活性シールドガ
スを発生して二酸化炭素を与えるのに寄与するも
のと考えられる。炭酸塩はフラツクスを芯にした
溶接ワイヤの作業特性に寄与し、保護的スラグ被
覆を形成する働きがあり、そして所望のスラグ除
去特性に寄与する。炭酸塩は約２〜約20重量％の
量で芯に存在すべきである。炭酸カルシウム
（CaCO₃）はニオブを含まない鞘を有するフラツ
クス芯のワイヤに好ましく、そして炭酸ストロン
チウム（SrCO₃）はニオブ含有鞘を有するフラツ
クス芯ワイヤに好ましいが、これらの成分の全部
又は一部を炭酸バリウムウムで置替えることがで
きる。このような置替えはわずかに光沢のないビ
ードの外観を生じ、ヌレ（wetting）が低減し、
そしてスラグ除去特性が多少損われる。炭酸カル
シウム又は炭酸ストロンチウムをその他のアルカ
リ土類金属の炭酸塩、特に炭酸マグネシウム及び
炭酸リチウムで置替えることはできない。何故な
らば、この置替えによつて作業特性及びスラグ化
特性の低下を生じるからである。２部程度の炭酸塩成分を用いることによつて有
用な溶接溶着部を作製できるが、ニオブを含まな
い鞘合金を用いる際にはこの成分は約４部以上の
量で存在することが好ましい。何故ならば、少量
しか存在しないと、溶接溶着部の表面に除去困難
な二次スラグが生じるからである。さらに、この
ような溶接部ではビードに光沢がなく曇つてお
り、そして溶接溶着部の表面はシワが生じる。ニ
オブを含まない鞘内に含まれる炭酸塩の量が増す
につれてビードの巾が大きくなり、約12部の量で
存在すると、ビード巾又はフラツクス芯のワイヤ
のヌレ特性には、この成分をより少量、例えば７
部、含む場合と同様には望ましくない。炭酸ストロンチウムをニオブ含有鞘合金と組合
せて炭酸塩成分として用いる場合、所望の作業特
性を与え、かつ除去困難な二次スラグ及び光沢の
ないビード外観が生じるのを防ぐには、フラツク
ス中の炭酸ストロンチウムの量を約８〜約18部と
すべきである。フツ化カルシウム（CaF₂）はフラツクス芯の
主要なフツ化物含有成分である。スラグ除去を容
易にする目的で母材表面での所望の清浄化作用を
与えるため、及び極めて望ましいヌレ特性を与え
るために、前記成分は約20〜約45部の量で存在さ
せ得る。この成分が20部以下の量で存在すると、
ヌレ及び流動特性が低下する。さらに、20部以下
又は45部以上の量で存在すると、生じる溶接溶着
部は、溶接金属の前にスラグが固化することに帰
因すると考えられる中心線の乱れを起こし易い。好ましい具体例では、フラツクス芯に存在する
フツ化カルシウムは、フラツクス100部を含む場
合に下記の関係 22CaF₂−２（炭酸塩）１に従つて炭酸塩に比例させるべきである。上記の
関係に従わずに約22以上の値を有するフラツクス
で製造したワイヤは、他の観点では有用であつて
も、作業中に所望のものより若干飛散が多く、そ
して得られる溶接ビードはわずかにシワのある表
面を有する。１以下の値では、溶融スラグは過度
のヌレを示し、溶接ビードの表面に粘性の二次ス
ラグを生じる傾向があり、そして溶接ビードの表
面はわずかにシワの寄つた外観を呈する。従つて
前記の式で１以下の値を有するフラツクスの使用
は避けることが極めて望ましい。ニオブを含まない被覆合金と共に用いるには、
約22〜約32部のフツ化カルシウムを含むフラツク
スを用いることが好ましい。このようなフラツク
スでは、炭酸カルシウムは約４〜約12部の量で存
在することが好ましい。ニオブを含む鞘合金を用
いる場合には、フツ化カルシウムを約30〜約41部
の量で用いることが好ましい。後者のフイラー
は、炭酸ストロンチウムを約８〜約18部の量で含
むフラツクスを用いて製造することが好ましい。フツ化チタンカリウム（K₂TiF₆）及びフツ化
チタンナトリウム（Na₂TiF₆）は、限界ビード
巾を調節する化合物である。これらの化合物は溶
接溶着部及びスラグ被覆を拡げる役割をする。さ
らに、これらの成分は高ニツケル合金上での二次
スラグの形成を防ぐ働きもする。少なくともこれ
らの成分の一種は約３〜約15部の量で存在すべき
である。これらの成分は、フラツクス芯ワイヤか
ら溶接スラグへ移動する間にシールド雰囲気を与
える役割もする。フツ化チタンカリウム又はフツ
化チタンナトリウムは約５〜約９部の量で存在す
ることが好ましい。何故ならば、約５以下しか存
在しないと、過度に飛散する傾向を示し、そして
溶接ビードの表面は粗い外観を呈する。これらの
成分を約５部以下の量、並びに約９部以上の量で
存在すると、スラグ除去はより困難になる。この
成分の量が約９部を越えて増加すると、溶接ビー
ドは光沢のない曇つた外観を呈し始める。この外
観自体は別に差支えないが、好ましい組成に対応
するフラツクスで得られる光沢のあるビードのよ
うに望ましいものではない。フツ化ジルコニウムカリウム（K₂ZrF₆）は、
この成分を増すと溶接溶着部の巾及びスラグが減
る点で、フツ化チタンナトリウム及び／又はフツ
化チタンカリウムについて先に述べた観点とは逆
の働きをする。この成分は約２〜約10の量で存在
すべきである。約２部以下の量で加えると、乱れ
た外観又はオレンジ皮状外観を呈し、そして除去
困難な二次スラグが生じる。約10部以上のフツ化
ジルコニウムカリウムをフラツクスに加えると、
溶接溶着部の巾が過度に縮小し、そして溶接溶着
部は乱れた外観又はオレンジ皮状外観を呈する。
所望の巾及び厚さを有する均一な外観のビードを
与え、かつ表面の乱れた外観を実質的に制限する
ために、好ましくは、この成分は約４〜約９部の
量で存在すべきである。好ましい具体例では、フ
ツ化チタンカリウム、フツ化チタンナトリウム、
及びフツ化ジルコニウムカリウムは合計約10部以
上存在する。本発明のフラツクスは、フツ化カル
シウム、フツ化チタンカリウム、フツ化チタンナ
トリウム、及びフツ化ジルコニウムカリウムの一
部を置替えるか、これらに加えて他のフツ化物
（例えば、氷晶石、フツ化リチウム等）を含んで
はならない。このような置替え又は添加は、作業
特性、ビード外観及びスラグ除去特性の実質的な
低下を来す。ジルコニア（ZrO₂）は、融点を上げ、それに
よつてスラグの溶融特性を変えるために用いられ
る。また、ジルコニウムはスラグ放出特性及びビ
ード外観を改良する。この成分は一般にバリ取り
用添加剤として有用である。ジルコニウムは約４
部までの量で加えられる。４部を上まわつて加え
ると、スラグの融点が過度に高くなり、そして流
動性が低減する。ジルコニウムは約0.5〜約３部
の量で加えることが好ましい。特にフラツクスを芯にしたワイヤを用いて鋼上
に溶接溶着を行なう場合、スラグ除去特性を改良
するために少量の酸化マグネシウム（MgO）を
加えることができる。約３部を超えても加えて
も、それ以上の利点は得られない。フラツクス中
には約0.5〜約1.5部のマグネシアが存在すること
が好ましい。チタニア（TiO₂）は約５〜約15部の量でフラ
ツクス芯に含まれ、そして成分はアーク安定剤、
スラグ形成剤としての機能を有し、かつ所望のス
ラグ除去特性を付与する助けをする。この化合物
は、例えばルチルとして加えることができ、そし
てスラグの均一性に供給する。この目的のために
は、チタニアは約５％の量で存在すべききであ
る。鋼の溶接に用いる場合、15％を越える量のチ
タニアでもスラグ除去特性を改良するが、溶接溶
着部の光沢のないシワが生じた外観のために、溶
接溶着部の外観はニツケル―クロム―鉄合金では
十分でない。均一なスラグ被覆及びビード外観の
両者を与えるには、チタニアは約６〜約12部の量
で存在することが好ましい。酸化マンガン（Mn₃O₄）は溶接溶着部の光沢
ある外観に大いに関係があり、そして主としてス
ラグ形成成分として機能する。さらに、溶接中に
この化合物を多少減らすと、溶接溶着部のマンガ
ン含有量を増す。約２部以下の量で存在すると、
生じるスラグはその中心で薄く、そして流動性が
かなり低下する。また、このような溶接ビードは
光沢のない外観を有し、そしてシワが寄り易い。
酸化マンガンが増すにつれてスラグ除去が容易に
なる。酸化マンガンは約３部以上の量で存在する
と、縁に厚いスラグが付着した凸溶接ビードが生
じ、その結果、特に溝付継手の場合にはスラグ除
去が困難となる。好ましくは、約13部以上でない
酸化マンガンがフラツクス中に存在すべきであ
る。耐溶接割れ性を与え、そして溶接部の極限引張
り強さを増すために、ニオブ（一般に多少のタン
タルを含む）が加えられる。ニオブはフラツクス
にも、また鞘合金にも加えることができる。フラ
ツクス芯への添加率は、鞘のニオブ含有率に応じ
て低く調節して、溶接溶着部が約８重量％以上、
好ましくは約７重量％以上を含まないようにする
ことができる。溶接溶着部に少なくとも約0.5％
のニオブ、好ましくは少なくとも約１％のニオブ
を与えるのに足るニオブを鞘、フラツクス又は両
者に含ませるべきである。フラツクスでは、厳しい制限を課した条件下で
完全な溶接を行なうには、約20部程度のニオブが
有用であることが見いだされた。−40メツシユの
粉末状ニツケル−60％ニオブ母合金は、本発明を
行なう上で有用である。その他のニオブ含有母合
金、例えば、クロム―ニオブ、鉄―ニオブ等、並
びにニオブ粉末を用いて前記ニツケル―ニオブ母
合金に置換えることができる。特定の鞘合金とともに加工する際、鞘合金及び
フラツクス芯のニオブに対する広範囲の必要量は８＞0.55（鞘中のNb）＋0.43（芯中のNb）＞0.5 と表わすことが有用であると判明した。上式中、
鞘中のニオブは重量％で表わされ、そして芯中の
ニオブは100部のフラツクス中での部数が表わさ
れる。好ましいフラツクスを芯にしたフイラーワイヤ
では、ニオブの必要量は７＞0.55（鞘中のNb）＋0.43（芯中のNb）＞1.0 で規定される。ニオブの亀裂防止添加剤としての役割に加え
て、ニオブは溶接剤の作業特性にも影響を与え
る。例えば、ニオブを含まないニツケル―クロム
―鉄合金の鞘で製造したフイラーワイヤでは、こ
の成分が約６〜約18部の溶接フラツクス中に存在
することが好ましい。何故ならば、約６部以下の
ニオブを含むフラツクス芯の電極で作製した溶接
ビードの外観は光沢のないビードの外観を呈する
ためである。また、このフイラーでは好ましい組
成範囲のフラツクス芯で作製したものよりもスラ
グ除去特性が若干劣る。溶接したニツケル―クロ
ム―鉄合金の継手ではスラグ除去特性が劣つてい
たが、鋼上にこれと同じ溶接材を用いて作製した
溶接肉盛部はスラグ除去特性が若干改良された。
この異常な挙動は、約20部のニオブを含んだフラ
ツクス芯ワイヤで作製した溶接溶着部でも見られ
た。しかし、このフイラーワイヤでは飛散量が増
加することも見いだされた。これらの特定な作業
特性を考慮することは、好ましい範囲のニオブを
選ぶ上で重要である。マグネシウムは、溶接溶着部の脱酸を行ない、
噴霧型の移動を促進し、そして飛散を低減するた
めにフラツクス芯に加えられる。マグネシウム
は、溶接作業中生じた金属酸化物を排除するのに
助ける。酸化された状態ては、この成分は溶接プ
ールの表面に浮上し、そしてスラグと共に除かれ
る。マグネシウムは反応性が高いので、母合金と
して加える必要がある。この目的のためにはニツ
ケル―15％マグネシウム合金が好ましい。ある種
の他のマグネシウム合金も使用できることは当然
である。ニツケル―15％マグネシウム合金をより
多量及びより量のマグネシウム、例えば５％の
Mg、50％のMg等を含むニツケル―マグネシウ
ム合金に置替えて所望の脱酸を行なうことができ
る。マグネシウムを加えずに作製した溶接溶着部
は、スラグ除去特性のみは良好であるが表面の外
観は光沢がなく、この点から前記のような溶着部
は望ましくない。さらにこのような溶接溶着部は
割れ易い。従つて、有用な脱酸能力を与えるに
は、最低約0.3部のマグネシウム（２部のニツケ
ル―15％はマグネシウム合金）がフラツクス芯に
含まれるべきである。約2.2以上のマグネシウム
（15部のニツケル―15％マグネシウム合金）はス
ラグ除去を困難にするので、フラツクス芯に加え
てはならない。また、過剰量のマグネシウムが溶
接溶着部に移動し、特に厚手の断面の溶接部の場
合は亀裂を生じる危険性がある。約0.1％以上の
マグネシウム、さらに約0.06％以上のマグネシウ
ムを含む溶接溶着部はこのような危険性を有し得
る。これらの同じ理由から、約0.4〜約1.8部のマ
グネシウム（約2.7〜約12部のニツケル―15％の
マグネシウム合金）がフラツクス芯に含まれるこ
とが好ましい。この範囲内でマグネシウムが存在
するフラツクス芯ワイヤは、好ましい脱酸能力及
び作業特性の組合せを与える。マンガンは、溶接溶着部の耐溶接割れ特性を改
良するためにフラツクス芯に加えられる。しか
し、約15部を超えて加えると、溶接溶着部の表面
に二次スラグが形成すするため、スラグ除去が困
難になる。この成分を含まない溶接溶着部は光沢
のない曇つた仕上りとなり、一方少量のマンガン
の添加は光沢ある清浄なビード外観を生じる役割
をする。約１％以下のマンガンを含む鞘合金が用
いられた場合、溶接溶着部の清浄性を高め、さら
に耐溶接割れ特性を与え、そして二次スラグが生
じてスラグ除去が困難になるのを防ぐには、約２
〜約12部のマンガンがフラツクス芯に存在するこ
とが好ましい。また、マンガンは鞘合金を通して
約４％まで量で加えることもできる。この方法で
の添加はフラツクスを通しての添加で得られるの
と本質的に同じ利点が与えられる。少なくとも約
１％のマンガンを溶接溶着部に与えるのにたるマ
ンガンが芯及び／又は鞘合金中に存在することが
好ましい。クロムは、特に鞘中に約15％のクロムを有する
フラツクス芯ワイヤの場合、一般に溶接溶着部の
クロム分を保つフラツクス芯に加えられる。何故
ならば、この成分は溶接アークを経て移動する間
に酸化され、その際溶接プールから失われるから
である。クロムを含まないフラツクスを有する有
芯ワイヤで作製した溶接溶着部は、クロム粉末を
加えたものと本質的に同じ作業特性を示す。一般
に、約10部以上でないクロムがフラツクス芯に加
えられる。これは、より多量の添加ではスラグ除
去が困難になり、かつ溶接表面が光沢のない外観
を有するためである。これらの同じ理由から、約
８部以上でないクロムがフラツクス芯に存在する
ことが好ましい。高められた温度特性並びに改良された耐食性を
実質的に増すために、ある場合にはフラツクスを
通して溶接溶着部にモリブデンを加えることが有
利である。なお、モリブデンは約10％までの量で
鞘にも含まれ得る。フラツクスを通してモリブデ
ンを加える場合、約25部までをフラツクスに加え
ることが有用であると判明した。モリブデンはモ
リブデン粉末として、または母合金（例えばフエ
ロモリブデン）としてフラツクスに加えることが
できる。フラツクス芯の成分の残部は母合金（例えば、
Fe―60％Nb、Ni―15％Mg等）からのニツケル、
鉄、又はその他の元素である。これらの元素は、
溶着部の組成をある程度まで変えるために元素状
粉末としても加えることができる。一般に、フラ
ツクス芯に存在するニツケル又はその他の金属元
素の量は約５〜約30部である。溶接溶着部は、種々の鞘内に含まれる前記フラ
ツクスで作製することができる。このような溶接
溶着部は、一般にほぼ次のような広範囲の組成を
有する。すなわち、重量％で約0.2％までの炭素、
約１〜約６％のマンガン、約５％までの鉄、約
0.05〜約0.6％のケイ素、約0.6％までの銅、約10
〜約30％のクロム、約２％までのチタン、約８％
までのニオブ、約10％までのモリブデン、約0.1
％までのマグネシウム、それぞれ約0.02％以下の
リン及び硫黄、及び本質的に残部のニツケルであ
る。１つの好ましいフラツクス／鞘の組合せを示
す溶接溶着部は、重量％で約0.1％までの炭素、
約１〜約６％のマンガン、約15％までの鉄、約
0.05〜約0.6％のケイ素、約0.6％までの銅、約12
〜約25％のクロム、約0.75％までのチタン、約２
〜約６％のニオブ、約0.06％までのマグネシウ
ム、それぞれ約0.015％までのリン及び硫黄、及
び本質的に残部のニツケルを含み得る。〔実施例〕当業者が本発明の理解を深め、及び／又は本発
明の利点を評価し得るようにするため、以下説明
のための例を示す。表１に示す組成を有する番号１のフラツクスは
45.3Kgの仕込原料から製造したた。一方、番号２
〜21、番号ａおよびｂは、450ｇの仕込原料から
製造した。こらのフラツクスを製造するのに用い
た成分は篩分けと行なつて、米国標準篩度30以下
及び325以下の粒度とした。秤量等、仕込原料を
Ｖ形ブレンダーで混合した。番号１のフラツクス
は約30分の間混合し、そして他のフラツクスは約
５分間混合した。混合した粉末は、ストリツプをフラツクス芯ワ
イヤに成形するのに適した商業的ヨーダーミルの
ホツパーに入れた。Cr16％、Fe8％、残部Niの合
金の巾10mm×厚さ0.33mmのストリツプ、及びCr20
％、Mn3％、Nb2.5％、Ti0.5％、残部Niの合金
の巾10mm×厚さ0.25mmのストリツプ（以下、ニオ
ブ含有鞘と呼ぶ）を直径3.2mmのワイヤに成形し
た。これらの鞘は、表２に示す組成を有する。成
形したストリツプ内に粉末を機械的に保持するよ
うに、このワイヤを直径3.2mmまで冷間引抜きを
行なつた。この方法で製造したワイヤをここに記
載した例に用いた。さらに、慣用の引抜きダイヤ
を通して少数の代表的試料を引抜いて、直径約
2.4及び1.6mmを有するワイヤにした。前記の方法
で製造した直径2.7mmのフラツクス芯ワイヤを用
いて、自動的ガス式金属アーク溶接法によつて下
記のように溶接溶着部を作製した。

【表】表１に示した組成を有するフラツクス芯ワイヤ
作業特性は、クロム15％、鉄８％、残部がニツケ
ルの合金中の厚さ２cm、70゜のＶ形溝付継手に溶
接溶着部を設けることによつて調べた。さらに、
軟質板の表面に溶接ビードを設けた。350アンペ
ア、31ボルトの電流、及び38cm／分の移動速度を
用いた。ガス金属アーク装置は先端を1.9cmの作
業間隔まで接近させて操作した。フラツクスを芯
にした溶接ワイヤの分解により、シールドを完全
に供給した。炭酸カルシウムを含む表１の番号１のフラツク
スは、フラツクス成分とニツケル―クロム―鉄合
金鞘との好ましい組合せを示している。このフラ
ツクス芯ワイヤの操作はすべての点で優れてい
た。このフイラーワイヤは始動が容易であり、そ
して溶接プールがすぐに生じた。溶接アークの目
立つた揺れはなく、このフラツクス芯ワイヤの優
れたアーク安定性を示していた。完成された溶接
溶着部の表面に生じたスラグは実質上、自動的に
移動した。溶接クレーター近傍でのわずかな部分
の固着スラグは、比較的軽量のハンマーで板の表
面を打つことによつて容易に除かれた。得られた
溶接溶着部は光沢ある外観を有し、そして残存一
次又は二次スラグはなかつた。また、番号２，３および４のフラツクスは、
CaCO₃を部分的に置替えたSrCO₃を含むCr15％、
Fe8％、残部がNiの被覆を用いて製造した。この
置替え並びにジルコニア及びマグネシアのバリ取
り用添加剤が欠けているため、これらの有芯ワイ
ヤは、商業的に有用な品質を有するにも拘らず、
番号１のフラツクスほど満足な挙動を示さない。
これらのフラツクスはNa₂TiF₆の代りにK₂TiF₆
を含でおり、そして番号４のフラツクスは12重量
部のマンガンを含有していた。番号５，６及び７のフラツクスもCr15％、Fe8
％、残部がニツケルの合金の被覆に含まれてお
り、そして好ましい組成からの変動を示してい
る。これらのフラツクスは、好ましいフラツクス
の組成によつて示されたものと本質的に同一の作
素特性及びスラグ除去特性を示した。番号５のフ
ラツクスは、番号１のフラツクスであつたニツケ
ル―15％マグネシウム母合金を８部含んでいた。
番号６のフラツクスはマンガンの添加がなく、そ
して番号１のフラツクスより多くのフツ化カルシ
ウムを有していた。番号７のフラツクスは番号１
のフラツクスより多くのフツ化カルシウムを有
し、そして低レベルのフツ化チタンナトリウム及
びフツ化ジルコニウムカリウムを含んでいた。表１の番号８のフラツクスは、炭酸カルシウム
の一部分を３部の炭酸ストロンチウムで置替えた
以外は、本質的に第一のスラリーと同じであつ
た。番号９のフラツクスは炭酸カルシウムを全部
炭酸ストロンチウムに置替えて含んだものであつ
た。番号８及び９のフラツクスを含むワイヤで作
製した溶接溶着部は所望の品質を有し、そして作
業特性は番号１のフラツクスと著しくは異ならな
かつた。しかし、溶接溶着部の表面からスラグを
除去するのに要する労力は、全部が炭酸カルシウ
ムである番号１のフラツクスで作製した溶接溶着
部からスラグを除去するのに要するものよりも若
干大きくかつた。スラグは容易に除去し得たとは
いえ、除去にはチツピング鏨及びハンマーの使用
を必要とした。スラグ除去法がさらに多少困難で
あると同時に、ビード外観が若干光沢を欠いてい
た。番号10のフラツクスでは、６部の炭酸カルシウ
ムを６部の炭酸バリウムに置替えて用いた。この
置替えによつてワイヤのヌレ特性がわずかに低減
しスラグ除去の困難さが増し、そして光沢のない
ビード外観が生じた。炭酸カルシウムを炭酸バリ
ウムに置替えて作製した溶接溶着部の外観は、炭
酸カルシウムを炭酸ストロンチウムに置替えて作
製した溶接溶着部よりわずかに劣るものと評価さ
れた。しかし、これらのフイラーの作業特性及び
スラグ除去特性は商業的に有用であると考えられ
た。表１の番号11のフラツクスは、フツ化チタンナ
トリウムをフツ化チタンカリウムで置替えたこと
以外は、番号11のフラツクスと同じ組成を有して
いた（この点で番号２，３及び４のフラツクスと
同じであつた）。Na₂TiF₆の代りにK₂TiF₆を含む
フラツクス芯ワイヤで作製した溶接溶着部の作業
特性又はスラグ除去特性には、識別し得る差異は
なかつた。番号12のフラツクスも広に組成範囲を有する
が、存在する炭酸カルシウムの量に対して十分な
フツ化カルシウムが存在しないので（すなわち、
CaF₂―２（炭酸塩）＝−２、好ましい組成範囲外
であり、所望のものより若干流動性の大きなスラ
グを示した。得られたビードは商業的性質を有す
るが、表面に多少シワを生じ、そしてビード縁部
付近にわずかに二次スラグを生じた。番号13のフラツクスにはモリブデンをモリブデ
ン粉末として15部加えた。この添加は、ニツケル
―クロム―鉄合金で被覆したフイラーワイヤの作
業特性に悪影響を与えなかつた。このフイラーで
作製した番号５の溶接部は、4.88％のモリブデン
を含んでいた（表２）。比較例の番号ａのフラツクスは、マグネシウム
を添加していないので、本発明の範囲外である。
このフラツクスを含むワイヤで作製した溶接ビー
ドは望ましくないスラグ除去特性を有し、そして
このビードは光沢のない表面の外観を示した。表１の番号14〜17のフラツクスは、ニオブ含有
鞘合金と組合せて用いたフラツクス組成の代表的
な好ましい具体例である。番号14のフラツクス
は、安定なアーク、最少限の飛散、自動的に流動
するスラグ、良好な外観、及び溶接の堅牢性を含
む最も好ましい特性の組合せを与えると考えられ
る。番号15〜17のフラツクスを含むフイラーで作
製した溶接部は、多くの点で番号14のフラツクス
と等しく、かつ許容される商業的品質を有する
が、溶接ビードの表面に若干の美的不規則性が見
られた。番号18のフラツクスは、故意にニツケル及び鉄
粉末並びにクロム―60％ニツケル母合金を含有す
る。この有芯ワイヤで作製した溶接部は所望のも
のより薄いスラグ被覆と溶接中心縁に沿つてわず
かに美的不規則性を有していた。しかし、他のす
べての点では、このワイヤは好ましい組成のフラ
ツクス芯ワイヤに匹敵する性能を与えた。番号19のフラツクスは広い組成範囲内にある
が、存在する炭酸塩の量に対して過剰のフツ化カ
ルシウムが存在するため（すなわち、CaF₂―２
（炭酸塩）＝24）、このましい組成範囲に含まれな
い。Nb含有合金の鞘内でこのフラツクスを用い
て作製した溶接ビードは、所望のものより多少溶
接飛散（すなわち、アーク流及び溶接溶着部から
の溶融滴の放出）が多く、そしてビードの表面は
わずかにシワに寄つた外観を有していた。番号20
のフラツクスは、番号19のフラツクスに組成が極
めて類似しており、そして改良された作業特性を
与えたが、スラグ除去は番号14のフラツクスのよ
うな最も好ましいフラツクスで製造した有芯ワイ
ヤのもと同等には良好ではなかつた。ニオブ含有合金で被覆した番号21のフラツクス
中のSrCO₃をCaCO₃に置替えると、番号14のフラ
ツクスで得られるよりは望ましくない作業特性及
びビード外観を示した。さらに、溶接ビードの表
面に生じたスラグはガスを発生し、その結果、気
泡が生じて溶接ビード表面が美的に不規則性を呈
した。従つて、Nb含有合金の鞘で製造したフイ
ラーワイヤには、SrCO₃を用いることが好まし
い。比較例の番号ｂのフラツクスでは、フツ化カル
シウムの一部をフツ化リチウムで置替えた。この
置替えにより、フラツクス芯ワイヤの操作中に過
度の飛散を生じそして固化した溶接ビードは中心
線に沿つて大きく乱れた。この例は、本明細書に
掲げたもの以外のフツ化物は本発明のフラツクス
中で置替えられてはならないことを示した。典型的な好ましいフラツクス組成を有し、かつ
好ましい組成のNi―Cr―鉄鞘（表２の番号１の
鞘合金）中に含まれる表１の番号１〜４のフラツ
クスを用いて、表２中の母材Ａに示す組成を有す
るクロム15％、鉄８％、残部がニツケルの２枚の
板の間に、厚さ２cmの突合せ継手を設けた。この
板は巾7.6cm×長さ20cmであり、20cmの面の一方
は35゜の角度で面取りを行なつた。この板を厚さ
６mm×巾4.4cm×長さ21.6cmの裏あて金にのせた。
この板を１cm離して固定し、そして厚さ10cmを有
する表面が銅の鋼プラテンに締付けることによつ
て押えた。自動式ガス金属―アーク溶接装置を用いて、直
径2.7mmのフラツクス芯ワイヤを板の間に形成さ
れたＶ型溝内で溶着させた。300アンペアの直流
逆極性、30ボルト、及び15〜45cm／分の囲の移動
速度を用いて、番号１〜４の溶接部を作製した。
溶触先端と加工片の距離はすべてのパスについて
２cmであつた。継手を完成させるには合計８パス
を必要とした。シールド雰囲気はフラツクス芯の
溶接ワイヤによつて与えられ、補助的シールドガ
スの必要性はなかつた。溶接操作の結果として生じたスラグは自動的に
多量除去され、そして例えば溶接クレーター近傍
による残留スラグはハンマーで軽く打つことによ
り容易に除かれた。溶接溶着部の表面は滑らかで
光沢があり、そして二次スラグの付着はなかつ
た。典型的な溶接溶着部の化学組成を表２に示
す。

【表】各溶接溶着部（表３の継手番号１〜４の溶接
部）から厚さ１cmの横方向切片２枚を切取り、研
磨、艶出し、レピト剤によるエツチングを行なつ
た。各溶接部から得たこれらの切片の四面を10倍
の倍率で調べ、そして欠陥のないことを見いだし
た。横方向切片を直径3.8cmのピンを挾んで180゜
曲げた。10倍の倍率で顕微鏡的に調べたところ、
継手番号１〜３の溶接部にある長さ1.6mm以下の
２つの小さな亀裂、及び番号４の溶接部にある長
さ0.8mm以下の２つ亀裂の存在が認められたが、
これらの事実は溶接部の完全さの許容水準を示す
ものである。これらの継手から作製した全溶接金属の引張り
試験用試料を室温で試験した。表３に示す通り、
降伏強さ、極限引張り強さ、伸び、及び断面縮小
率は、焼鈍及び鍛練されたクロム15％―鉄８％―
残部ニツケルのいたで典型的に得られる特性に匹
敵するものであつた。このことは、フラツクス芯
のフイラーワイヤと意図する母材合金の引張り適
合性を証明している。表３の継手番号５の溶接部は、番号１〜４の溶
接部について先に述べた方法により、厚さ２cmの
Ni―Cr―Fr母材Ａ中に、ニツケル―クロム―鉄
鞘及びモリブデン粉末を含む番号５のフラツクス
を有するフイラーを用いて設けた。モリブデンの
添加により、溶接溶着部の降伏強さが増した（表
３）。

【表】継手番号１〜４の溶接部について先に述べた条
件を用いて、ニオブ含有合金内に被覆された好ま
しい番号14のフラツクスを有するフイラーワイヤ
で厚さ２cmの突合せ継手（表３の継手番号６の溶
接部）を溶接した。研磨及びエツチングした横方
向切片を顕微鏡で調べたところ、亀裂及びその他
の欠陥は認められなかつた。折曲げた試料は、断
面あたり長さ約1.6mm以下の亀裂をわずかに２個
示したに過ぎず、この溶接溶着部の堅牢性を証明
している。ニオブ含有合金の被覆にとつて必ずし
も典型的に好ましいフラツクスでないが、広義に
は本発明に包含されるフラツクスを用いて溶接し
た継手番号７〜11の溶接部は、すべて優れた溶接
堅牢性を示した。継手番号６〜11の溶接部は、母
合金の引張り特性に匹敵する特性を示した。本発明のフラツクス芯ワイヤが異なつた溶接部
を作製するのに有用であることを説明するため
に、表３の継手番号12の溶接継手を作製した。こ
の溶接部は、クロム15％―鉄８％―残部ニツケル
の合金とS.A.E.1020鋼との間に表１の番号16のフ
ラツクスを有するフラツクス芯ワイヤ及び表２の
番号３の鞘に示した組成を有する成形ストリツプ
を用いて作製した。こられの板は厚さ２cm×巾
7.6cm×長さ20cmであり、各板の一方の20cmの縁
部を機械加工て70゜のＶ形面取りを施した。継手
は厚さ６mm×巾５cmの裏あて金の上で６mmの間隔
を保つた。前記の溶接条件を用いて、溶接には、
８パスを必要とした。研磨及びエツチングした切片を顕微鏡で調べた
ところ、亀裂及びその他の欠陥は認められなかつ
た。直径3.8cmのピンを挾んで180゜折曲げた後、
折曲げた横方向には断面あたり２個の亀裂を生
じ、亀裂の長さは約1.6mm以下であつて、許容水
準の亀裂であつた。このことは、このフラツクス
芯ワイヤがNi―Cr―Fe合金を異種合金に接合し
得ることを示している。番号14のフラツクスを用いて、S.A.E.1020鋼の
表面に溶接肉盛（表３の継手番号13の溶接部）を
行なつた。厚さ10接着×巾18cm×長さ25cmの鋼ブ
ロツクの18cm×25cmの表面研磨した。シールドガ
スを用いずに自動式ガス金属アーク溶接法によつ
て、25cmの方向に溶接ビードを走らせた。肉盛は
６ビードの巾及び３層の高さとした。溶接は300
アンペア、30ボルトで、18cm／分の移動速度を用
いて行なつた。溶接機のベルトは50回／分の割合
で首を振らせて、約3.8cmの巾のビードが得られ
るようにした。パスは約1/3重ね合わせた。完成された肉盛部をダイ・ペネトラント法で調
べたところ、溶接部の欠陥はないことが判明し
た。さらに、研磨、艶出し、及びエツチングを施
した横方向側面及び表面折曲げ試験片の調整及び
試験を行なつた。厚さ１cmの試験片を直径約3.8
cmのピンの周りに180゜折曲げたところ、溶接の欠
陥は見いだされなかつた。肉盛部の最上層は、
C0.034％、Mn3.41％、Si0.15％、Cr18.5％、
Fe5.06％、Cu0.10％、Al0.04％、Ti0.12％、
Nb2.38％、Mg0.006％、Mo0.04％、残部のニツ
ケルを含んでいた。この肉盛部は、本発明フラツクス芯ワイヤが溶
接肉盛に耐え得ることを証明しており、さらに高
度の鉄の希釈に耐え得ることを示している。以上本発明を好ましい具体例と組合せて説明し
たが、当業者には自明であるように、本発明の要
旨及び範囲を逸脱せずに変更及び修正を加え得る
ことは当然である。この種の変更及び修正は、本
発明の要旨及び範囲、並びに特許請求の範囲に含
まれるものとみなされる。

Claims

【特許請求の範囲】１金属鞘及び前記鞘に包まれたフラツクスより
成り、前記鞘が重量％で0.2％迄の炭素と；0.1〜
４％のマンガンと；20％迄の鉄と；0.05〜0.75％
の珪素と；0.6％迄の銅と；10〜24％迄のクロム
と；２％迄のチタン及び４％迄のニオブから成る
群から選択された少なくとも１種の元素と；並び
に残部ニツケルとを含有し、そして前記フラツク
スがフラツクス成分の重量部で、炭酸カルシウ
ム、炭酸ストロンチウム及び炭酸バリウムから成
る群から選ばれた２〜20部の炭酸塩と；20〜45部
の弗化カルシウム；弗化チタンカリウム及び弗化
チタンナトリウムから成る群から選ばれた３〜15
部の弗化物と；２〜10部の弗化ジルコニウムカリ
ウムと；５〜15部の酸化チタンと；２〜15部の酸
化マンガン、４部迄の酸化ジルコニウム及び３部
迄の酸化マグネシウムから成る群から選択された
少なくとも１種の金属酸化物と；0.3〜2.2部のマ
グネシウムと；ニツケル及び鉄から成る群から選
ばれた少くとも１種の５〜30部の元素；15部迄の
マンガン、10部までのクロムおよび25部迄のモリ
ブデンから成る群から選ばれた少なくとも１種の
元素；および20部迄のニオブとを含有することを
特徴とする管状複合自己シールドアーク溶接棒。２前記フラツクスが前記鞘の15〜60重量％であ
る特許請求の範囲第１項記載の溶接棒。３前記フツ化カルシウム及び炭酸塩が 22＞CaF₂−２（炭酸塩）＞１なる関係を有する特許請求の範囲第１項または第
２項記載の溶接棒。４前記鞘に含まれる前記ニオブ及び前記フラツ
クスに含まれる前記ニオブが８＞0.55（鞘中のNb）＋0.43（フラツクス中のNb）＞0.5 なる関係を有する特許請求の範囲第３項記載の溶
接棒。５フツ化カルシウムが22〜32部の量で存在し、
そして前記炭酸塩が４〜12部の量で存在する特許
請求の範囲第４項記載の溶接棒。６前記金属の外側鞘が0.15％までの炭素、１％
までのマンガン、６〜12％の鉄、0.05〜0.5％の
ケイ素、0.6％までの銅、14〜18％のクロム、及
び残部ニツケルを含む特許請求の範囲第５項記載
の溶接棒。７前記炭酸塩が炭酸カルシウムである特許請求
の範囲第６項記載の溶接棒。８前記フラツクスが６〜18％のニオブを含む特
許請求の範囲第７項記載の溶接棒。９前記フラツクスが0.4〜1.8部のマグネシウム
を含む特許請求の範囲第８項記載の溶接棒。１０前記フラツクスが30〜41部のフツ化カルシ
ウム、及び８〜18部の炭酸塩を含む特許請求の範
囲第４項記載の溶接棒。１１前記鞘が0.1％までの炭素、少なくとも２
％のマンガン、15％までの鉄、0.5％までのケイ
素、0.5％までの銅、18〜22％のクロム、0.2〜
0.75％のチタン、1.5〜3.5％のニオブ、及び残部
ニツケルを含む特許請求の範囲第１０項記載の溶
接棒。１２前記炭酸塩が炭酸ストロンチウムである特
許請求の範囲第１１項記載の溶接棒。１３前記フラツクスが0.4〜1.8部のマグネシウ
ムを含む特許請求の範囲第１２項記載の溶接棒。１４前記フラツクスが0.4〜1.8部のマグネシウ
ムを含む特許請求の範囲第１項記載の溶接棒。１５前記鞘中のニオブ及び前記フラツクス中の
ニオブが８＞0.55（鞘中のNb）＋ 0.43（フラツクス中のNb）＞0.5 なる関係を有する特許請求の範囲第１項記載の溶
接棒。１６前記フラツクス中のニオブが６〜18部の量
で存在する特許請求の範囲第１５項記載の溶接
棒。