JPS6357156B2

JPS6357156B2 -

Info

Publication number: JPS6357156B2
Application number: JP59281359A
Authority: JP
Inventors: Mikio Sakashita; Koji Shinkawa; Noboru Nishama
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1984-12-27
Filing date: 1984-12-27
Publication date: 1988-11-10
Also published as: JPS61154794A

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野）溶接金属の低温靭性が優れ、しかも安価な無被
包ガス溶接用コアードワイヤについての開発研究
の成果を以下に提案する。シールドガスや散布フラツクスを用いないいわ
ゆる無被包アーク溶接にはAl、TiまたはZrなど
を含有させた軟鋼線を用いる中実ワイヤ方式と、
軟鋼フープによる中空シースの内部空間にフラツ
クスを充てんしたコアードワイヤ方式（又はフラ
ツクス入りワイヤ方式）が知られている。両方式のうちとくに後者の改良に関して、この
明細書に述べる技術内容は、主として空気中のＮ
ガスの吸収をできるだけ少なくすること、また、
とくに低電圧での溶接条件に適合を図ることを目
指している。コアードワイヤによる無被包アーク溶接法は、
ワイヤシースの内部空間に充てんするフラツクス
により、まずこれに配合したガス発生成分からコ
アードワイヤの自らが発生するシールドガスなら
びに生成した溶融スラグにてワイヤ先端の溶滴を
外気から保護することが特色である。従つて溶接施工環境、とくに風の影響を受け難
いという利点があり、また、コアードワイヤは10
〜20Kg程度の単位でコイルあるいはスプール状に
巻いてあるため、連続溶接が可能で、被覆アーク
溶接棒のように溶接棒のつかみかえの必要もな
く、またつかみ部のロスがないことも特徴に数え
られる。（従来の技術）この種の無被包アーク溶接については、これま
でに数多くの提案がなされているが、それらの大
部分はAlを多量に含んだものであり、その結果
溶接金属の靭性が悪いという結果になつている
（たとえば、特公昭45−40771号公報参照）。それ故に、コアードワイヤは重要構造物などに
はあまり使用されず、土木用の基礎杭（鋼管杭）
の継ぎ溶接などにわずかに使用されているにすぎ
ないのが現状であつた。またこの種のコアードワイヤは、中空シースの
内部空間中にフラツクスとして、主に金属粉系の
低融点成分と、主として酸化物、弗化物系の高融
点成分を予め混合した上で充てんされていたこと
の故に、窒素吸収を少なくするために直流逆極性
で溶接を行うと溶接中に未溶融フラツクスの突出
しが発生するために、とくに低電圧の溶接が不可
能となる。そのため従来は未溶融フラツクスの突
出しを防止するために窒素吸収が多い直流正極性
が使用されてきた。その結果溶接金属中の窒素量
が高くなり、そのため靭性を悪くするAlを添加
しなければならなかつた。（発明が解決しようとする問題点） Al無添加で欠陥がなく、しかも靭性の良好な
溶接金属を得ることができる無被包ガス溶接用コ
アードワイヤを与えることがこの発明の目的であ
る。ここに上記欠陥の原因として溶接金属中への
窒素吸収の防止に有利な直流逆極性でこの種の無
被包ガス溶接を行うと、未溶融フラツクスの突出
しがしばしば発生するため一般に、低電圧での溶
接が不可能となるが、この発明は、この点の問題
点を克服して直流逆極性での低電圧溶接を可能に
しようとするものである。（問題点を解決するための手段）この発明は、軟鋼フープによる中空シースの内
部空間に、フラツクスを充填してなる無被包アー
ク溶接用コアードワイヤにおいて、フラツクスは
下記組成になる低融点成分と高融点成分とを互い
に分離し、かつ高融点成分はその充填層の厚さ
が、前記コアードワイヤ外径の1/3をこえず、低
融点成分と一緒に中空シース内に緊密に収容して
成り、直流逆極性において供用することを特徴と
する、無被包アーク溶接用コアードワイヤ記低融点成分鉄粉：20〜80wt％、ナトリウム、カリウムお
よびバリウムのふつ化物のうち少なくとも１種：
５〜20wt％、Fe−Si：１〜15wt％、およびFe−
Mn：５〜30wt％高融点成分螢石：15〜50wt％、炭酸カルシウム：５〜
40wt％、けい灰石：５〜25wt％、ルチール５〜
20wt％、マグネシアクリンカ：５〜20wt％およ
びナトリウム、カリウムおよびバリウムのけいふ
つ化物の少なくとも１種：５〜20wt％である。なおここにフラツクスの充てん率は、コアード
ワイヤ全重量に対して、低融点成分につき合計量
で５％〜20％、高融点成分についてもやはり合計
量で５％〜20％であることがのぞましい。さて、中空シースの成形に用いられる軟鋼フー
プは通常厚みが0.1〜0.8mm、幅が10〜30mmであ
り、これは種々な横断面の中空シースに成形しつ
つフラツクスを内部空間内に巻き込み、しかるの
ち引抜き加工を経て第１図ａ，ｂに示したような
種々な断面形状のコアードワイヤとする。図中１は中空シース、２，３はフラツクスとし
ての高融点成分と低融点成分であり、とくに高融
点成分２は、中空シース１の内面からその外径の
をこえない最大の充てん厚みＦにおいて、低融
点成分とともに、中空シース１の内部空間内に緊
密に収容する。これに対し従来のコアードワイヤは、第２図ａ
〜ｅに示すような断面形状のものであつて、それ
らのほとんどは低融点成分と、高融点成分を予め
混合して充てんしたものであつた。そのため溶接
時に第３図ａ〜ｄのような未溶融フラツクスの突
出し４が発生しやすいという欠点があるために、
ワイヤの細径化あるいは第２図ｅに示すような複
雑断面のものが用いられていた。しかし、かりに
ワイヤの細径化を計つたとしても、無被包アーク
溶接では、ある一定以上のスラグ量を確保しなけ
ればならないために、どうしても内包フラツクス
の占める断面割合が大きくなつて未溶融フラツク
スの突出し４の発生は不可避である。また、第２
図ｅのような複雑断面状のものについても同じ
く、高融点成分と低融点成分を混合している以上
はどうしても内包フラツクスの占める断面割合が
大きくなつてやはり溶接時の未溶融フラツクスの
突出しを防止しきれないばかりでなくとくに断面
形状が非常に非対称なため、ワイヤの捩れ等が発
生しやすく送給性にも問題がある。（作用）そこで、中空シース１を第１図ａに示したよう
な断面にしてその内側には低融点成分３を、外側
に高融点成分２をそれぞれ分離して収容し、とく
に外側の高融点成分２については中空シース１の
外径の1/3をこえない充てん厚みＦとすることに
より、溶接時の未溶融フラツクスの突出しが有効
に防止されるのである。次に第１図ｂは低融点成分３と高融点成分２と
を分離して収容した他の例を示し、高融点成分２
の充てん最大厚みＦを中空シース１の外径の1/3
以内に制限しているので、未溶融フラツクスの突
出しが防止される。その他にこの発明の特徴として、溶接金属中に
Al等の強力な窒素固定元素を含有させる要なく
して無被包アーク溶接を行うために、どうしても
空気中のＮガスの吸収を抑えなければならず、こ
こに電源特性として、直流定電圧特性の逆極性で
なければならない。つまり、正極性と逆極性とを比較して第４図に
示すように逆極性の方が溶接金属中Ｎ量がはるか
に低い。しかし、逆極性では、ことに第３図につ
いて述べたように未溶融フラツクスの突出しが発
生しやすくて、低電圧条件での溶接作業が不可能
となるために、正極性とするとＮ量が多くなり欠
陥が発生しやすくなるのである。この発明によれば突出し４の原因となる高融点
成分２をその最大充てん厚さＦについて中空シー
ス１の外径の1/3以内として、低融点成分３に対
し分離収容することにより、突出し４を著しく軽
減できるので逆極性のときでも第６図のように低
電圧での溶接に妨げなくなる。この発明はさらに
フラツクス両成分についての組成範囲もまた必須
である。まず、低融点成分であるが、鉄粉が低融点成分
全体のうち20wt％以上でしかも80wt％以下をし
めることが必要である。鉄粉が20％未満である
と、内側の低融点成分の融点が高くなり未溶融フ
ラツクスの突出しが発生しやすくなり、しかも溶
着量が減少してしまう。一方、鉄粉が80％を超え
るとフラツクスの溶融のタイミングが不均一にな
り、また、他の脱酸剤等の必要添加量が得られな
くなる。次にふつ化物として、ふつ化ナトリウム、ふつ
化カリウム、およびふつ化バリウムの単体あるい
は混合物が、5wt％以上でしかも20wt％以下であ
ることが必要である。ふつ化物が５％未満である
とワイヤ表面に残留している伸線潤滑剤や、フラ
ツクス原料に含まれる水分などによつて発生する
水素のために、溶接金属が多孔質になり易く、ま
たシールド作用も悪くなるために溶接金属中のＮ
量が増して、溶接金属の性能劣化ならびにブロー
ホール等が発生し易くなる。一方、ふつ化物が20
％を超えると、Ｆガスによるアーク雰囲気の中性
化のために、アーク柱の電位傾度が高くなり、非
常にアークが不安定となるために、スパツタの発
生が著しくなり、しかもスラグの融点が下がりす
ぎるために、とくに立向溶接での作業性が悪化す
る。次に、Fe−Si（40％Si）は、1wt％以上でしか
も15wt％以下であることが必要である。Fe−Si
が1wt％未満であると、溶接金属が脱酸不足とな
り、ブローホールが発生しやすくなり溶接金属の
性能も劣化する。また、スラグがビード表面に付
着しやすくなり、スラグの剥離性も劣化する。一
方、15wt％を超えると溶接金属中のSiが過剰に
なり、溶接金属の性能が劣化する。 Fe−Mn（80％Mn）は、5wt％以上でしかも
30wt％以下であることが必要である。Fe−Mnが
5wt％未満であると溶接金属中のMn量が過少と
なり、溶接金属の脱酸不足となり、ブローホール
も発生しやすくなる。また、30wt％を超えると、
溶接金属中のMn量が過剰となり、溶接金属の割
れが発生しやすくなる。次に、高融点成分であるが、螢石は高融点成分
全体の15wt％以上でしかも50wt％以下であるこ
とが必要である。螢石が15wt％未満であると、
スラグの融点が上り、ビード形状が不良となり、
また空気からのワイヤ先端の溶滴のシールドが不
完全となつて溶接金属のＮ量が増加する。一方、
螢石が50wt％を超えると、スラグの融点が下が
りすぎて立向きでの溶接作業性が悪くなり、また
スパツタの増加をまねく。次に炭酸カルシウムは5wt％以上でしかも40wt
％以下であることが必要である。炭酸カルシウム
が5wt％未満であると、スラグの融点が下がりす
ぎて、立向きでの溶接作業性が悪くなり、またワ
イヤ先端における溶滴のシールドが不完全となつ
て溶接金属中のＮおよびＨ量が増加する。一方、
炭酸カルシウムが40wt％を超えるとアーク熱に
よる分解のために、ワイヤ先端の溶滴の飛散（ス
パツタ）が多くなる。けい灰石は5wt％以上でしかも25wt％以下であ
ることが必要である。けい灰石は、溶接作業性を
向上させるが、5wt％未満ではその効果が期待で
きず、25wt％を超えるとSiO₂分が過剰となつて
溶接金属の性能が劣化する。ルチールは5wt％以上でしかも20wt％以下であ
ることが必要である。ルチールは塩基性をそれほ
ど下げずに、溶接作業性を改善させるが、5wt％
未満ではその効果が期待できず、20wt％を超え
ると塩基度が下がりすぎて、溶接部の性能が劣化
する。マグネシアクリンカーは、スラグの融点を
上げる作用をするが、5wt％未満ではその効果が
期待できず、20wt％を超えるとスラグの融点が
上がりすぎて、ビード形状が不良となる。また、高融点成分は、けいふつ化物として、け
いふつ化ナトリウム、けいふつ化カリウム、けい
ふつ化バリウムの単体あるいは混合物が5wt％以
上でしかも20wt％以下であることが必要である。
けいふつ化物が5wt％未満であるとワイヤ表面に
残留している伸線潤滑剤、フラツクスの水分によ
つて発生する水素のため溶接金属が多孔質になり
易くまたシールド性が悪くなるために溶接金属中
のＮ量が増して、溶接金属の性能劣化ならびにブ
ローホール等が発生し易くなる。一方けいふつ化
物が20％をこえるとＦガスによるアーク雰囲気の
中性化のために、アーク柱の電位傾度が高くな
り、非常にアークが不安定となるために、スパツ
タの発生が著しくなり、しかもスラグの融点が下
がりすぎるために、とくに立向溶接での作業性が
悪化する。次にフラツクスの充填率は、フラツク
ス入りワイヤの全重量に対して、低融点成分量が
５〜20wt％、高融点成分量が５〜20wt％である
ことが望ましい。つまり、低融点成分量が5wt％
未満であると、溶接金属中の合金成分が低くなり
溶接部の性能が劣化する。てまた、20wt％を超
えると、溶接金属中の合金成分が高くなりすぎる
ために溶接部の性能劣化、割れの発生等の問題が
生じる。一方、高融点成分量が5wt％未満であると、ワ
イヤ先端の溶滴のシールドが不完全となり、溶接
金属中のＮ量の増加をまねき、最悪の場合にはブ
ローホール等の欠陥が発生する。また、20wt％
を超えると、スラグ量が過剰すると、ビード形状
が劣化する。（実施例）表１にフラツクス各成分の配合例をこの発明に
従う適合例と比較例について示す。これらのフラツクスをワイヤ全重量に対して、
表１に掲げた所定の充填率にて巻締めた後、伸線
工程を経て直径2.0mmのコアードワイヤ（第１図
ａタイプを製造した。このワイヤをコイル状に巻
き、以下の溶接条件で無被包アーク溶接を行つ
て、溶接作業性ならびに溶接部の機械性能を調べ
た。 (1) 溶接条件：溶接電流250A、アーク電圧20V 溶接速度10cm／min、極性RP（棒プラス）電源特性：直流定電圧エクステンシヨン：20mm (2) 被溶接材料：鋼板SM−50A（板厚20mm）溶接部の機械性能を表２に、全溶着金属につい
て適合例を比較例と対比した。

【表】

【表】 ○ 良い
△ 普通
× 悪い
この発明によれば、Al−Mg等の特殊な原料を
用いずに高靭性溶接金属を得ることが可能な無被
包アーク溶接を行うことができることである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明に従うコアードワイヤの断
面図、第２図は、従来のコアードワイヤの断面図
であり、第３図は未溶融フラツクスの突出し発生
の模式図であつて、第４図は極性が溶接金属中の
Ｎ量におよぼす影響の比較図、第５図は高融点成
分の充てん厚さが、適正最低電圧におよぼす影響
を示すグラフである。１……中空シース、２……高融点成分、３……
低融点成分、４……突出し。

Claims

【特許請求の範囲】１軟鋼フープによる中空シースの内部空間に、
フラツクスを充填してなる無被包アーク溶接用コ
アードワイヤにおいて、フラツクスは下記組成に
なる低融点成分と高融点成分とを互いに分離し、
かつ高融点成分はその充填層の厚さが、前記コア
ードワイヤ外径の1/3をこえず、低融点成分と一
緒に中空シース内に緊密に収容して成り、直流逆
極性において供用することを特徴とする、無被包
アーク溶接用コアードワイヤ。記低融点成分鉄粉：20〜80wt％、ナトリウム、カリウムお
よびバリウムのふつ化物のうち少なくとも１種：
５〜20wt％、Fe−Si：１〜15wt％、およびFe−
Mn：５〜30wt％高融点成分螢石：15〜50wt％、炭酸カルシウム：５〜
40wt％、けい灰石：５〜25wt％、ルチール５〜
20wt％、マグネシアクリンカ：５〜20wt％およ
びナトリウム、カリウムおよびバリウムのけいふ
つ化物の少なくとも１種：５〜20wt％。