JPS6397396A - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明はガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイ
ヤに関し、特にスパッタ発生量が少なく、優れたビード
形状を得ることのできる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および省力化を推進して
いくうえで有利なガスシールドアーク溶接法の利用が急
速に増大してきている。

該溶接で使用するワイヤはソリッドワイヤとフラックス
入りワイヤに大別されるが、後者の内でも特に鉄粉系フ
ラックス入りワイヤは、一般のチタニア系フラックス入
りワイヤに比べて（１）スラグの発生量が少なく、開先
内の連続多層溶接が可能、 （２）　？８着効率が高い などの特徴を有しており、前記構造物への通用に止まら
ず、建設機械や一般産業０１械等の分野においても利用
されつつある。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら鉄粉系フラックス入りワイヤにおいては次
のような問題点が指摘されている。

（１）スパッタ発生量が多いので、溶接中の作業性が悪
いだけでなくその除去に労力を要する。

（２）ビード形状（特に水平すみ肉溶接時）が悪く、そ
の手直しが必要となり、作業能率が低下する。

従って本発明は、鉄粉系フラックス入りワイヤの特性（
低スラグ、高溶着効率）を具備しつつスパッタの発生量
が少なく、優れたビード形状を得ることのできるガスシ
ールドアーク溶接用フラックス入りワイヤの提供を目的
とするものである。

［問題点を解決するための手段］ 上記問題点を解決することのできた本発明とは外皮金属
中にフラックスを充填してなるフラックス入りワイヤに
おいて、 全ワイヤ中のＣ含有量が０．０１〜０．０δ％（重量％
の意味、以下同じ）であり、 フラックスは 鉄粉（鉄合金粉の場合はＦｅに換算して）＝６５〜８５
％ Ｍｎ＋Ｓ　ｉ　：　１３〜２３％でかつＭ　ｎ　／　Ｓ
　ｉ＝１．５〜３．３ Ａｌ：１〜３％ Ｎ　　ａ　＋　Ｋ　　：　　０．０５〜０．２　　％造
滓剤＝０．５〜６．５％ を含有し、且つ該フラックスを全ワイヤ中１３〜２５％
となるように充填したものであることを構成要旨とし、
特にフラックスの粒度が１５０μｍ以上のものが３５％
以下としたものは生産性の点およびアーク安定性の点で
良好なものである。

［作用コ 次に本発明における鉄粉系フラックス入りワイヤの成分
を限定するに当たっての検討経過と成分限定理由につい
て述べる。

（検討１） 鉄粉系フラックス入りワイヤの課題であるスパッタの発
生およびビード形状について種々検討した結果、 （１）スパッタの発生に対しては ワイヤ中の化学成分 アルカリ金属の量 フラックスの充填率 （２）ビード形状に対しては 脱酸剤の種類、量、比 （ＡＩ量、Ｍｎ＋Ｓｉ量、Ｍｎ／Ｓｔ比）がそれぞれ支
配因子として重要であることを究明できた。

（検討２） そこでまずスパッタの発生について検討した。

検討結果を第１〜３図に示す。尚供試ワイヤについては
第１表に、溶接条件は第２表に示す。またスパッタ量の
測定法は後述する実施例のものと同一である。

第　　　１　　　表 °ｑ゛　・・ 第　　　２　　　表 第１図はワイヤ中のＣ量（第８表Ｎｏ、１のワイヤ中の
０％のみを変えたもの）とスパッタ量の関係図であり、
第２図はフラックス中の（Ｎａ十に）量［第８表Ｎｏ、
１のワイヤ中（Ｎａ＋Ｋ）量を変化させたものであり、
変化分はＦｅ粉で調整コとスパッタ量の関係図であり、
第３図はフラックス充填率（第８表Ｎｏ、１で充填率の
みを変化させたもの）とスパッタ量の関係図である。

第１〜３図より明らかなように鉄粉系フラックス入りワ
イヤのスパッタ減少には （ａ）ワイヤ中のＣ量 ［ＣＯ（又はＣｏ、）ガスの発生による溶滴爆発の抑制
］ （ｂ）アルカリ金属量（Ｎａ＋Ｋ）量 ［電離電圧が小さいことによるアーク安定化作用］ （ｃ）フラックス充填率 ［電流密度を増大させ、ピンチ力を有効に働かせる（溶
滴移行のスプレー化）コ 等の規制が必須であり、その内どれが欠けても有効な手
段とならないことがわかる。

（検討３） 次に水平すみ肉溶接を行いビード形状について検討した
のでその検討結果を第４〜６図に示す。

尚供試ワイヤについては第３表に、溶接条件については
第４表に夫々示す。またビード形状評価方法については
後述する実施例と同じである。

第　　　３　　　表 ＊但しフラックス成分変化は Ｆｅ粉にて調整した 第　　　４　　　表 第４図はフラックス中のＡｌ量とＳ０／Ｓとの関係図、
第５図はフラックス中の（Ｍｎ＋Ｓｉ）量とＳ０／Ｓと
の関係図、第６図はＭ　ｎ　／　Ｓ　ｉとＳ、／Ｓとの
関係図である。尚Ｓと８０については第１０図に示す実
施例にて述べる。

第４〜６図から明らかなようにビード形状の改善には（
ａ）Ａｌ量、　（ｂ）　Ｍｎ＋Ｓ　ｉ量、（ｃ）Ｍ　ｎ
　／　Ｓ　ｉ比等の規制が必要である。これらは溶接金
属の流動性調整剤として働き、溶融金属やスラグの粘性
を高めてビードの垂れを抑制する。

以上のような検討結果から次のように鉄粉系フラックス
入りワイヤの成分を限定し、またその成分限定理由につ
いて述べる。

ワイヤ中のＣ：　０．０１〜０．０６％ワイヤ中のＣｉ
（外皮金属中のＣも含む）が０．０１％未満ではアーク
が弱く不安定となり（ばたつぎの発生）、溶込みも浅く
なる。しかし０．０６％を超えるとスパッタが増え、ヒ
ユームも増大する。

フラックス中の鉄粉（鉄合金粉の場合はＦｅに換算して
）＝６５〜８５％ フラックス中の鉄粉量が６５％未満では鉄粉系フラック
ス入りワイヤの特徴である溶着効率が低下する。８５％
を超えると脱酸剤やアーク安定剤等の他の成分が不足し
、ピットやブローホール等の欠陥が発生し、またビード
形状の悪化やスパッタの増大が生じる。

フラックス中のＭｎ＋Ｓｉ：１３〜２３％で且つＭ　ｎ
　／　Ｓ　ｉ　＝　１．５〜３．３フラックス中の（Ｍ
　ｎ　＋　３１　）　量が１３％未満では脱酸不足ぎみ
になり、水平すみ肉形状が悪化すると共にＸ線性能が低
下する。２３％を超えると溶接金属の強度が高くなり過
ぎて、靭性および耐割れ性の面で好ましくない。またＭ
　ｎ　／　Ｓ　ｉが１．５未満では溶接金属の靭性が損
われ、３，３を超えるとビード形状が悪化し、スパッタ
、ヒユーム共に増える傾向にある。

フラックス中のＡｌ：１〜３％ フラックス中のＡｌが１％未満では水平すみ肉形状が悪
化し、３％を超えると溶接金属の耐高温割れ性が低下す
る。

フラックス中の［Ｎ　ａ　＋　Ｋ　］　　：　００．０
５〜０．２％フラックスの［Ｎ　ａ　＋　Ｋ］量が０．
０５％未満ではアークが不安定（短絡が発生）となり、
スパッタが増える。しかし０．２％を超えるとスラグの
融では造粒フラックス中の水ガラスも含めて考える。

フラックス中の造滓剤二０．５〜６．５％フラックス中
の造滓剤が０．５％未満ではアークが不安定となり、ス
パッタも増える。しかしδ、５％を超えるとスラグ量が
増大し鉄粉系フラックス入りワイヤの特長である低スラ
グ性が損われ、スラグ量が多いと連続多層溶接が困難と
なる。またヒユーム量も増える。ここでの造滓剤とは従
来よりよく知られているＴｉｏｚ　、５ｉｎ２゜Ａｌ．
０３．ＺｒＯ２等の酸化物およびチタン酸カリ、カリ長
石等やＮａおよびＫなどのアルカリ（アルカリ土類金属
との化合物をいう。

フラックス充填率：１３〜２５％ フラックス充填率が１３％未満ではスパッタ量が増大し
、２５％を超えると外皮金属の肉厚が薄くなり製造加工
（特に伸線）性が悪くなりワイヤ表面が凹凸となる。ワ
イヤ表面が凹凸であると溶接時のワイヤの送給不安定を
起こし易くなり、アーク切れが発生する。

以上のようにワイヤまたはフラックス組成を規制するこ
とによりスパッタ発生量が少なく、優れたビード形状を
与えることのできるフラックス入りワイヤが得られる。

さらに建設機械や産業機械の分野においては低温仕様の
ものがあり、その場合には溶接金属の靭性向上を目的と
してＮｉを添加する。しかしＮｉの添加量がフラックス
中１０％を超えるとＳＲ脆化を起こすので１０％以下と
する。また溶接金属の水素量の低減を目的としてＦを添
加することもあるが、Ｆの添加量がフラックス中３％を
超えるとアークが不安定となり、且つスラグが逃げ易く
ビード外観も悪くなる上にヒユームも増加するので３％
以内とする。

フラックス粒度：１５０μｍ以上のものが３５％以下 本発明においては低スパツタ化の観点よりフラックス率
を高めており、フラックスの主体が金属粉であるための
ワイヤ中のフラックス率のばらつきが生じ易く、そのた
めアークの安定性（ワイヤ送給の安定性）にやや問題を
有する。そこで生産技術面（伸線速度、ダイススケジュ
ール、潤滑剤）およびフラックス粒度等について種々検
討した結果支配因子としてフラックス粒度特に１５０μ
ｍ以上の粗目のものが悪影響を与えることが認められた
。なおここで第５表に示す供試ワイヤおよび第６表に示
す溶接条件で溶接しフラックス中の１５０μｍ以上のフ
ラックス含有率とアーク不安定性との関係を第７図に示
す。第７図においてアーク不安定回数は１０分間連続溶
接し、目視にてアーク乱れ回数を測定した。同図より明
らかなようにフラックスの粒度が１５０μｍ以上のもの
が３５％以下であるものはアーク安定性が良好であるこ
とが分かる。

第　　　５　　　表 第　　　６　　　表 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、例えば第８図（Ａ）〜（Ｄ）にワイヤの断面形状
を４　ｆｆｌ顕示したが、これらのいずれの形状であっ
てもよい。１はフラックス２は外皮金属である。ワイヤ
径も用途に応じて１．２　ｍｍす。

１．６　　ｍｍ中　、　　２．０　　ｍｍす　、　　２
．４　　ｍｍす　、　　３．２　　ｍｍ中　等イ壬息に
決めることができる。また第８図（Ｄ）　においてはワ
イヤ表面にＡＩ、Ｃｕ等のめっき処理を施しても良い。

めっき量としては０．０５〜０．３％が適正である。

また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、この他低合金鋼や高合
金鋼等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、Ａ
ｒやＨｅ或はそれらの混合ガス等を使用することも勿論
可能である。

［実施例］ 第８表に示す成分組成の充填用フラックスを作成した後
同じく第８表に示すフランクス粒度、フラックス充填率
、ワイヤ中Ｃ（％）を示す種々の鉄粉系フラックス入り
ワイヤを作成し、該ワイヤを使用して第７表に示す条件
で溶接を行ない、スパッタ発生量、スラグ発生量、ビー
ド形状および溶接作業性（アークの安定性）について検
討した。その結果を第９表に示す。

第７表 第　　９　　表　　（実験結果） 第９表における測定方法および評価方法は次の通りであ
る。

スパッタ発生量の測定法、第９図に示すような溶接装置
を用いて溶接し、補集板５を用いてアーク点のまわりに
飛散するスパッタを補集し重量を測定し求めた。尚第９
図において３はワイヤ。

４は送給装置、５はトーチ、６は母材、７は補集板（母
材固定治具）である。測定時間は１分間とし、１分間当
たりの重量（ｇ／ｌｌ１ｉｎ）を３回測定し平均値を求
めた。

スラグ発生量の測定法＝１分間溶接した際に発生するス
ラグを採取し、その重量（ｇ／ｍ１ｎ）を３回測定し平
均値を求めた。

ビード形状評価法：第１０図に示すように水平すみ肉溶
接してその断面総面積−３，Ｎ部面積＝８１、盛り上が
り部面積＝Ｓｏ　、（Ｓ＝Ｓｏ　＋３１）とし、（Ｓｏ
　／Ｓｘ　１００）　　（％）の値を求めて行った［Ｓ
、、Ｓは画像処理（面積分析）等により求めその比で評
価］。

アーク安定性評価法：１０分間連続で下向溶接した際に
発生するアーク乱れ状態を目視にて評価（アーク乱れ無
し二〇、アーク乱れ発生有り：×） これらの実験結果より下記の如く考察できる。

（１）実験Ｎｏ、１〜９は本発明の要件を満足する実施
例であり、鉄粉系フラックス入りワイヤの特性（低スラ
グ、高溶着効率）を有し、スパッタ発生量が少なく、且
つビード形状も極めて良好であり、優れた溶接作業性を
有している（スパッタ発生量、ビード形状は通常のチタ
ニア系フラックス入りワイヤ並みとなっている）。

（２）実験Ｎｏ、１０．１１は鉄粉の量が本発明の範囲
外のものであり鉄粉量が少なすぎるＮｏ、１０は他成分
（造滓剤等）が相対的に多くなりスラグ量が多くなると
共に能率性が低下している。またＮｏ、１１は鉄粉量が
多過ぎて他成分［（Ｍｎ＋Ｓｔ）量等］が不足し、ビッ
トやブローホール等の欠陥が発生し易くなっており、更
にはビード形状が悪くなっている。

（３）実験Ｎｏ、１２．１３は（Ｍｎ＋Ｓｉ）量が本発
明の範囲外のものであり、（Ｍｎ＋Ｓｉ）量が少ないＮ
ｏ、１２はビード形状が悪くまたピットやブローホール
等の欠陥が発生し易いものであった。また（Ｍｎ＋Ｓｉ
）量が多過ぎるＮｏ、１３は溶接金属の靭性および耐割
れ性の面で問題があった。（４）実験Ｎｏ、１４．１５
は（Ｍｎ／Ｓｉ）比が本発明の範囲外のものであり、Ｍ
　ｎ　／　Ｓ　ｉが小さ過ぎるＮｏ、１４では溶接金属
の靭性が悪くまたＭ　ｎ　／　Ｓ　ｉが大き過ぎるＮｏ
、１５ではビード形状が悪くスパッタおよびヒユーム共
に増える傾向にあった。

（５）　ＮＯ，１６，１７はＡｌ量が本発明の範囲外の
ものでありＮｏ、１６はＡｌ量が少な過ぎてビード形状
が悪く、またＮｏ、１７はＡｌ量が多過ぎて耐割れ性が
低いものであった。

（６）　Ｎｏ、ｆ　８．　１９は（Ｎａ＋Ｋ）量が本発
明の範囲外でありＮｏ、ｔ８は（Ｎａ＋Ｋ）量が少な過
ぎるのでアークが不安定でスパッタ量が多かった。Ｎｏ
、１９は（Ｎａ＋Ｋ）量が多過ぎる為スラグ融点が低下
し、スラグが逃げ易くビード外観が悪いものであフた。

（７）Ｎｏ、２０．２１は造滓剤の量が本発明の範囲外
のもので、造滓剤が少な過ぎるＮｏ、２０はアーク不安
定となり、スパッタも増える傾向にあった。造滓剤の多
過ぎるＮｏ、２１はスラグ量が増大し、連続多層溶接が
困難となり、ヒユーム量も多くなった。

（８）Ｎｏ、２２．２３はフラックス充填率が本発明の
範囲外のものであり、フラックス充填率の低いＮｏ、２
２ではスパッタ量が増大し、フラックス充填率の多過る
Ｎｏ、２３では溶接時に送給不良等の問題が発生し易く
、アークが不安定であった。

（９）Ｎｏ、２４はフラックス粒度（１５０μｍ以上の
もの）が本発明の好適範囲より多く送給不安定となりア
ークの安定性が悪い。

（１０）Ｎｏ、２５．　２６はワイヤ中のＣ量が本発明
の範囲外のもので、Ｃ量が少な過ぎるＮｏ、２５はアー
クが弱くまた不安定であり、Ｃ量が多過ぎるとＮｏ、２
６はスパッタが多くまたヒユーム量も多いものであった
。

［発明の効果］ 以上のように本発明における鉄粉系フラックス入りワイ
ヤは該ワイヤの低スラグ性および高溶着効率という特性
を有し、且つスパッタの発生量が少なく、また優れたビ
ード形状を与えるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はワイヤ中のＣ量とスパッタ量との関係図、第２
図はフラックス中の（Ｎａ＋Ｋ）量とスパッタ量との関
係図、第３図はフラックス充填率とスパッタ量との関係
図、第４図はフラックス中ＡＩ量とＳ０／Ｓとの関係図
、第５図はフラックス中（Ｍｎ＋Ｓｉ）量とＳ、／Ｓと
の関係図、第６図はＭ　ｎ　／　Ｓ　ｉとＳ。／Ｓとの
関係図、第７図はフラックス９１５０μｍ以上のフラッ
クス量とアーク不安定回数との関係図、第８図はワイヤ
の断面形状図、第９図はスパッタ発生量測定のための装
置、第１０図はビード形状評価のための説明図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）外皮金属中にフラックスを充填してなるフラック
   ス入りワイヤにおいて、 全ワイヤ中のＣ含有量が０．０１〜０．０６％（重量％
   の意味、以下同じ）であり、 フラックスは 鉄粉（鉄合金粉の場合はＦｅに換算して）：６５〜８５
   ％ Ｍｎ＋Ｓｉ：１３〜２３％でかつＭｎ／Ｓｉ＝１．５〜
   ３．３ Ａｌ：１〜３％ Ｎａ＋Ｋ：０．０５〜０．２％ 造滓剤：０．５〜６．５％ を含有し、且つ該フラックスを全ワイヤ中１３〜２５％
   となるように充填したものであることを特徴とする鉄粉
   系フラックス入りワイヤ。
2. （２）フラックスは１５０μｍ以上の粒度のものが３５
   ％以下である特許請求の範囲第１項記載の鉄粉系フラッ
   クス入りワイヤ。