JPH02121800A - ステンレス鋼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、ステンレス鋼フラックス入りワイヤに係り、
特にスラグの発生量が少なく、溶接作業性の優れた消耗
電極式ガスシールドアーク溶接ステンレス鋼フラックス
入りワイヤに関するものである６ （従来の技術及び解決しようとする課題）近年、ステン
レス鋼製等の各種構造物の溶接においては、能率向上或
いは取り扱いが便利であるといった理由により、溶接の
半自動化が進み、従来の被覆アーク溶接に代わり、消耗
電極式（溶極式）ガスシールドアーク溶接が普及しつつ
ある。 溶極式ガスシールドアーク溶接でのステンレス鋼溶接材
料としては、ソリッドワイヤとフラックス入すワイヤが
あるが、各々欠点を持ち合わせている。 すなわち、ステンレス鋼溶接用ソリッドワイヤはスラグ
発生量が少ないものの、適正溶接条件が狭いという欠点
を有しており、例えば、成る電流値に対して電圧が適正
電圧値から１ｖ程度ずれるだけでアークの安定性が悪く
なり、スパッタが増加し、溶接作業性が劣化し、ブロー
ホール、ピンホール、融合不良などの溶接欠陥を生じ易
くなるという傾向があった。 これに対して、従来のステンレス鋼溶接フラックス入り
ワイヤは適正溶接条件範囲が広く、ビードの広がりや形
状が良好である反面、スラグの発生量が多いために繁雑
なスラグ除去作業が必要であり、またスラグ巻きを生じ
易いという欠点を持ち合わせていた。 このような状況において、溶極式ガスシールドアークス
テンレス鋼溶接材料として、発生するスラグ量はソリッ
ドワイヤ並みに少なく、しかも従来のフラックス入りワ
イヤ並みに適正溶接条件が広く５良好な溶接作業性を有
するワイヤの開発が望まれていた。 本発明は、か）る要請に応えるべくなされたものであっ
て、発生するスラグ量が少ないにも拘わらず、従来のフ
ラックス入すワイヤ並みの良好な溶接作業性を有するス
テンレス鋼フラックス入りワイヤを提供することを目的
とするものである。 （課題を解決するための手段） 本発明者らは、前記目的を達成し得る溶極式ガスシール
ドアーク溶接ステンレス鋼フラックス入りワイヤについ
て鋭意研究を重ねた結果、スラブ発生剤を減らし、アー
ク安定剤として金属Ｔｉ及びＴｉ化合物を含有させ、ス
パッタ低減剤として金属Ｓｉ及びＳｉ合金を含有させ、
更にアークの集中性を向上させるために金属弗化物を含
有させ、低電流域におけるアークの安定性を改善するた
めにＳ単体又はＳ化合物を含有させ、低電流域における
アークの集中性を改善し、スパッタを低減するためにア
ルカリ金属酸化物を含有させることにより、可能である
ことを見い出し、ここに本発明をなしたものである。 すなわち、本発明に係るステンレス鋼フラッグス入すワ
イヤは、金属外皮中にフラックスを充填してなる消耗電
極式ガスシールドアーク溶接フラックス入りワイヤにお
いて、ワイヤ全重量に対して、 ■フラックス中の金属成分の重量と金属外皮の重量の合
計が９６％以上。 ■フラックス中の金属Ｔｉ及びＴｉ化合物の合計がＴｉ
換算で０．０５〜２．０％、 ■フラックス中の金属Ｓｉ及びＳｉ合金中のＳｉ成分の
合計がＳｉ換算で０．０５〜２．０％、■フラックス中
の金属弗化物の合計がＦ換算で０．００５〜１．０％、 含有させ、必要に応じて更に ■フラックス中のＳ単体及びＳ化合物の合計がＳ換算で
０．００１〜０．０７％。 （Φフラックス中のアルカリ金属の酸化物の合計が０．
００２〜０．０５％。 含有させることを特徴とするものである。 （作用） 上記構成の本発明は、アーク安定剤を用いることができ
るというフラックス入りワイヤの特徴を活用し、スラブ
発生量が少なく、且つ良好な作業性を有するステンレス
鋼フラックス入りワイヤの開発を目的とし、種々の検討
を重ねた結果、完成されたものである。 以下に本発明を更に詳細に説明する。 フラックス　の金　Ｔｉ　　びＴｘ　　Ａ　　：溶接時
に発生するスラグ量を少・なくするためには、フラック
ス中のスラグ生成剤を減らし、金属粉量をなるべく多く
することが必要である。しかし、スラグの生成量を少な
くすることを目的として、金属外・皮に必要とされる合
金成分のみからなるフラックス、或いは単に従来のフラ
ックス入りワイヤのスラグ生成剤量を減らしたフラック
スを充填してワイヤを製作しても、従来のフラックス入
りワイヤによる溶接の如く、安定したガスシールドアー
ク溶接が行えず、スパッタが大量に発生する。 そこで、本発明者らは、まず、アーク安定剤について検
討を行った。 ステンレス鋼フランクス入りワイヤは、フラックス中に
合金成分として多量のＮｉ、Ｃｒ、Ｍｏなどの金属粉を
含むので、フラックスに含まれている合金成分の量が少
ない軟鋼用鉄粉系フラックス入りワイヤと比較して、フ
ラックス中の金属粉の溶は方が均一でなくなる傾向にあ
り、したがって、アークが乱れ易いという特有の問題が
ある。このため、従来の軟鋼用鉄粉系フラックス入りワ
イヤに用いられていたアーク安定剤をそのままステンレ
ス鋼フラックスワイヤに適用することはできない。 このような事態を鑑み、本発明者らは、アーク安定剤と
して種々の醸化物、弗化物、金属粉を検討した結果、金
属Ｔｉ及びＴｉ化合物が非常に有効であることを見い出
したのである。 Ｔｉは、従来、様々な鋼種のフラックス入りワイヤにお
いて、脱酸剤、Ｎ固定剤などの目的で添加されているが
、本発明においては、Ｔｉをアーク安定剤として用いる
点が特徴である。 すなわち、Ｔｉはフラックス中の他の原子に比べて電離
し易い、つまり電子を放出し易いので、アーク中に電子
及びイオンの供給が絶えず行なわれ、アーク電流を安定
にして、アークを安定にすると共に、溶滴移行を円滑に
する作用がある。しかし、全ワイヤ重量に対して、Ｆｅ
−Ｔｉ合金又はＴｉ化合物の形で添加した場合、そのＴ
ｉ換算値の合計が０６０５％未満ではその効果が明確で
なく、２．０％を超えると、スラグとして発生するＴｉ
１ｌ化物の量が多くなりすぎて、連続多層溶接時にスラ
グ巻きなどの溶接欠陥が発生する。 したがって、ワイヤ全重量に対し、フラックス中の金属
Ｔｉ及びＴｉ化合物の合計がＴｉ換算で０゜０５〜２．
０％の範囲とした。 ここで、Ｔｉとは、Ｔｉ単体（金、［Ｔｉ）のほか、Ｆ
ｅＴｉ、ＮｉＴｉなどのＴｉ合金、ＴｉＣ２、ＴｉＮ、
ＴｉＣなどのＴｉ化合物中のＴｉ成分を指すものである
。なお、Ｔｉ換算で０．０５〜２．０％の範囲であれば
、Ｔｉ源は金属ＴｉとＴｉ化合物の両方含有しても、ど
ちらか一方含有してもよい。 フラックス　の金　Ｓｉ　　びＳｉＡ金　のＳｉ　　二
上記のように、フラックス中にＴｉを０．０５〜２．０
％添加すると、アークは安定するものの、スパッタがか
なり発生する。そこで、本発明者らは、このスパッタを
低減させるために有効な成分について種々検討した結果
、Ｔｉをアーク安定剤として添加した場合、金属Ｓｉ及
びＳｉ合金が有効であることを見い出しのである。 その−例として、ワイヤ全重量に対するフラックス中の
Ｓｉ成分（ここでは金属Ｓｉ）の割合とスパッタ発生量
の関係を第１図に示す。 第１図より明らかなとおり、フラックス中の金属Ｓｉ量
の合計がワイヤ全重量に対して０．０５％未満では、ス
パッタ発生量がかなり多く実用的でない範囲にある。一
方、フラックス中の金Ｒ８ｉ量がワイヤ全重量に対して
０．０５％を超え、ＳＪ量が１．０％程度まで増加する
に従ってスパッタ発生量も減少している。しかし、１．
０％程度を超えるとスパッタ発生量は再び増加し、Ｓｉ
量が２．０％を超えると、スパッタ発生量は３ｇ／分以
上と多くなり、実用的でなくなってしまう。このように
、Ｓｉの適量添加によってスパッタが減少する理由は、
アーク中での溶滴の大きさが小さくなっているからであ
ると考えられる。なお、この傾向はフラックス中にＳｉ
合金を添加した場合も同様であることが確認した。 したがって、ワイヤ全重量に対し、フラックス中の金属
Ｓｉ及びＳｉ合金中のＳｉ成分の合計をＳｉ換算で０．
０５〜２．０％の範囲とした。 ここで、Ｓｉとは、金属Ｓｉのほか、Ｆｅ−８ｉ、Ａｎ
−８Ｌ、Ｎｉ−８ｉなどのＳｉ合金中のＳＬ酸成分指す
ものである。なお、Ｓｉが０．０５〜２．０％の範囲で
あれば、Ｓｉ源は金属ＳｉとＳｉ合金の両方含有しても
、どちらか一方含有してもよい。 フラックス　の金　　ヒ　： しかし、上記の如くフラックス中にＴｉとＳｉを添加し
たフラッグス入すワイヤは、まだアークの集中性に欠け
、やや広がったぼやけたようなアークになることが認め
られた。このようなアークでは、溶は込み深さや溶は込
み形状が安定せず、その結果、母材の希釈がまちまちに
なり、異材溶接、肉盛り溶接などの際、化学成分の変動
が生じ、欠陥或いは性能の劣化を生じることもある。 そこで、本発明者らは、これを改善し、アーク柱を引き
締まったものにし、アークの集中性を増す方策について
研究した結果、金属弗化物が有効であることを見い出し
たのである。 フラックス中に金属弗化物を添加してアークの集中性が
良好になるのは、Ｆがアーク中で電子を取り込み、イオ
ン半径が比較的小さいにも拘わらず、安定した一価の陰
イオンとなり、アーク中での電子イオンの流れを円滑に
するためであると考えられる。ワイヤ全重量に対する金
属弗化物の合計がＦ換算で０．００５％以上になると、
金属弗化物の添加の効果が明確となり、アークの集中性
は向上するが、１．０％を超えると、アークの安定性が
劣化するが故に多くのスパッタが発生する。 したがって、ワイヤ全重量に対し、フラックス中の金属
弗化物の合計がＦ換算で０．００５〜１゜０％の範囲と
した。 ここで、金属弗化物とは、ＬｉＦ、ＮａＦ、ＢａＦ２、
ＣａＦ２．Ａ　Ｑ　Ｆ、などを指す。 なお、フラックス入りワイヤを用いたＣｒ系ステンレス
鋼の溶接に関しては、フラックス中に金属弗化物を含む
方が含まない場合に比へて、溶接金属の拡散性水素量が
少なく、溶接金属の耐割れ性が良好となることを確認し
ている。したがって、Ｃｒ系ステンレス鋼フラックス入
リすイヤのフラックス中へ弗化物を添加することは、ア
ークの集中性を良好とするだけでなく、溶接金属の耐割
れ性能をも向上させるという２つの作用を有することに
なる。 フラックス　の金属　　の重量と金属　　の重量公金ｆ
＝ 上記のように１本発明では、ワイヤに充填するフラック
スは、主として金属粉及びアークの安定剤よりなるのが
特徴であるが、フラックスとしての粉粒体の粒度或いは
粒度分布によってはワイヤ中に多くの空隙を作ることが
ある。ワイヤ中に多くの空隙があると、溶接金属中の酸
素量や窒素量が多くなったり、また、ワイヤ自身が吸湿
し易くなったりする。そのため、多少のスラグ生成剤を
添加して、この空隙を埋めても構わない。しかし、この
スラグ生成剤は、溶接金属の性能を変えるものであって
はならない。更には、スラグ生成剤の添加があまり多い
と、本発明の主旨であるスラグ発生量の少ないフックス
入りワイヤでなくなり、スラグ巻き込みなどの溶接欠陥
を生じ易くなる。 したがって、ワイヤ全重量に対し、フラックス中の金属
成分の重量と金属外皮の重量の合計を９６％以上とした
。勿論、フラックス中のＴｉ源、Ｓｉ源も金属であれば
フラックス中の金属成分に含まれることは云うまでもな
い。 次に、本発明者らは、上記構成のステンレス鋼フラック
ス入すワイヤに若干の改良を加えることにより、低電流
域でのアークの安定性、集中性、ビード形状が更に改善
されることを見い出した。 すなわち、薄板溶接などを行う時には、溶は落ちを防ぐ
ため、低電流のグロビュール移行或いはショートアーク
移行条件を用いて、溶接を５０ａｍ／　ｍｉｎ〜３００
　ｃｍ／　ｗｉｎ位の速いスピードで溶接を行う。しか
し、上記構成のフラックス入りワイヤでは、低電流で溶
接を行うと、ワイヤから母材へ移行する溶滴の大きさが
不均一で、時々ワイヤ径の２〜３倍程度の大粒の溶滴が
発生することがある。その結果、ビードうねりや蛇行が
生じることがあり、更には、高速溶接を行うと、ビード
のうねりや蛇行の発生する傾向が更に顕著になる。 そこで、本発明者らは、この点を改善すべく種々の実験
を重ねた結果、フラックス中へのＳの添加により、低電
流域での溶滴を細かくし、溶滴の大きさの揃った均一な
溶滴移行をすることを見い出したのである。 第２図に低電流域におけるフラックス中のＳ量と電流値
の変動の関係を示す。電流値の変動（最大値−最小値）
はオシロスコープにて測定した。 同図より、電流値の変動が小さい方がアークの安定性が
良好であるから、フラックス中のＳ量が０゜００１％以
上であればよいことがわかる。しかし。 ０．００１％未満では添加の効果が明確でなく、また０
、０７％を超えると高温割れが危惧されるため、好まし
くない。この傾向はフラックス中にＳ化合物を添加した
場合も同様である。 したがって、ワイヤ全重量に対して、フラックス中のＳ
単体及びＳ化合物の合計がＳ換算で０゜００１〜０．０
７％の範囲とした。 ここで、Ｓとは、Ｓ単体のほか、Ｆｅ−８，Ｃｕ−８な
どのＳ化合物中のＳ成分を指す。 更に、上記のようにＳを添加した場合、低電流域では、
アークの集中性が悪化するため、溶滴がアークのまわり
に飛散し、スパッタ発生量が多くなる傾向にあることが
判明した。そこで、本発明者らは、この点を改善すべく
、種々の実験を重ねた結果、アルカリ金属酸化物を添加
することにより、アークの吹き付けを強くシ、溶滴の周
囲への飛散を少なくし、その結果、スパッタ発生量を少
なくできることを見い出したのである。この効果が現れ
るのは、ワイヤ全重量に対し、フラックス中のアルカリ
金属の酸化物の合計が０．００２％以上であるが、０．
０５％を超える添加はかえってアークを不安定にし、逆
にスパッタが増加する。 したがって、ワイヤ全重量に対し、フラックス中のアル
カリ金属の酸化物の合計が０．００２〜０．０５％の範
囲とした。 ここで、アルカリ金Ｒｕｔ化物とは、ＬＬ、　Ｎａ、Ｋ
等のアルカリ金属の酸化物（例、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｌ
ｉ、Ｏ）を指す。 なお、本発明のステンレス鋼フラッグス入すワイヤは、
従来と同様に製造することができ、充填率、ワイヤ断面
形状、ワイヤ径等々は適宜法めることができることは云
うまでもない。 また、付言するならば、軟鋼用鉄粉系フラックス入りワ
イヤにおいては、本発明と同様、フラックス中にＴｉ、
Ｓｉを添加した例もある。例えば、特開昭６１−１８０
６９６号、同６２−１２７１９３号等が挙げられるが、
これらにおいては。 Ｔｉ、Ｓｉを添加するのは、単に脱酸剤としての添加で
あり、ステンレス鋼フラッグス入すワイヤ特有の問題点
（すなわち、フラックス中の金属粉の溶は方の不均一に
よるアークの乱れ）を解決することについては、何ら示
唆しておらず、本発明とは技術思想が全く異なっている
。また、フラックス中に金属弗化物を添加した例もみら
れるが、単にＦのシールド効果による低水素化を狙った
ものであり、本発明の如く前記ステンレス鋼フラックス
入すワイヤ特有の問題点をＴｉ及びＳｉと協同で相乗的
に解決しようとすることについては全く開示されていな
いので、本発明とは無関係である。 （実施例） 次に本発明の実施例を示す。 ス１目１Ｆ 第１表に示す化学成分を有する金属外皮と、第３表及び
第４表に示すフラックスを用いて、常法によりフラック
ス入すワイヤを製造した。なお、ワイヤはいずれも第３
図に示す単純突き合わせの形状とし、充填率（ワイヤ全
重量に対するフラックスの重量の割合）は２０〜４５％
とした。ワイヤ径はいずれも１．２ｍｎ＋φとした。 次に、１９ｍｍｔの軟鋼板を用いて第４図に示す形状寸
法の開先を用意し、供試ワイヤで３層バタリング後、第
２表に示す溶接条件にて連続多層溶接を行い、溶着金属
試験を行った。その際、アークの安定性を調へた。アー
クの安定性は○（良好）、×（不良）にて評価した。 また、溶接終了後、ｘｌ透過試験を行ってＸ線性能を調
べた。Ｘ線性能はＯ（良好）、×（不良）にて評価した
。 また、第２表に示す溶接条件にて、軟鋼板上でビードオ
ンプレート溶接を行い、発生するスパッタ量を捕集装置
にて回収してその重量を測定した。 スパッタについては、スパッタ発生量が３ｇ／分以下の
ものを０．３ｇ／分以上のものをＸにて評価した。 更に、溶接終了後、溶接ビードを溶接方向と垂直に切断
し、１ｏ断面を切り出して溶は込み深さｄを測定しく第
５図）、その標準偏差σ。を求めて溶は込み形状の安定
性を評価した。溶は込み形状の安定性については、σＤ
が１未満のものを０．１以上のものを×として評価した
。 以上の試験結果は第５表及び第６表に示すとおりであり
、以下の如く考察される。 ワイヤＮα１〜Ｎａ　１６は本発明例であり、ワイヤＮ
α１７〜Ｎα２８は比較例である。 本発明例は、いずれもアーク安定性、Ｘｉ性能、スパッ
タ、溶は込み形状安定性に優れていることがわかる。 一方、比較例Ｎα１７は金属外皮内に所定の合金成分の
みを添加したワイヤであり、アークが安定しないために
試験が行えなかった。 比較例ＮＱ１９．Ｎα２７はフラックス中にＴｉを添加
し或いは添加しなかった例であり、添加の効果が明確で
なく、アークが安定しなかったので試験が行えなかった
。 比較例Ｎα１８はＴｉ及びＳｉの添加によりアークは安
定したものの、アークの集中性が悪く、溶は込みが安定
しなかった例である。 比較例Ｎα２０はフラックス中Ｓｉ量が少ないため、ま
た比較例Ｈａ　２８はフラックス中にＳｉ成分がないた
めに、スパッタが３ｇ／分以上も発生し、実用的ではな
かった。 また、比較例Ｎ（１２１、嵐２２はフラックス中のＴｉ
量が多すぎるために溶接金属中にスラブ巻きの欠陥が生
じた例を示している。 比較例Ｎα２３、Ｎａ　２４はフラックス中の金属成分
と金属外皮の合計が９６％を下回ったためにスラグ巻き
が起こっている。 比較例Ｎα２５、ＮＱ　２６はフラックス中のＦ又はＳ
ｉが多いためにスパッタが多い。 ［以下余白１ 去」１１λ 実施例１と同様に第１表に示した金属外皮を用い、また
第７表に示すフラックスを用いて、常法によりフラック
ス入すワイヤを製造した。なお、他の条件は実施例１と
同様である。 次いで、第９表に示す溶接条件にて軟鋼板上でビードオ
ンプレート溶接を行い、アークの安定性。 アークの集中性を観察し、また、スパッタ捕集装置を用
いてスパッタ量を測定した。スパッタ発生量については
、実施工においてスパッタがノズルに付着するなどの問
題が起こらないと思われる４ｇ／分以下をＯ（良好）に
て評価した。 以上の試験結果を第８表に示す。 同表より明らかなように、本発明例Ｎα４１は。 フラックス中にＳ、アルカリ金属酸化物の双方が添加し
てないワイヤであり、第９表の溶接条件ではアークの安
定性、集中性が極めて良好とは云えない。 しかし、本発明例Ｎａ４２〜Ｎα４５はフラックス中に
更にＳ、アルカリ金属酸化物の双方を添加した例であり
、第９表の溶接条件でもアークの安定性、集中性とも極
めて良好でスパッタ量も少なく、幅の広いビードが得ら
れている。したがって、このワイヤは厚板溶接の初層溶
接や狭開先溶接時だけでなく、薄板の高速溶接にも最適
である。

【以下余白】

（発明の効果） 以上詳述したように、本発明によれば、ステンレス鋼フ
ラックス入すワイヤとして、フラックス中に金属Ｔｉ及
びＴｉ化合物などのＴｉ成分、金属ＳＬ及びＳｉ合金な
どのＳｉ成分、並びに金属弗化物を含有させると共に、
フラックス中の金属成分と金属外皮の合計を規制する構
成としたので、発生するスラグ量が少ないにも拘らず良
好な溶接作業性が得られる。また、更にフラックス中に
Ｓ単体及びＳ化合物などのＳ成分と、アルカリ金属酸化
物を含有させる構成にすると、低電流域でのアークの安
定性、集中性、ビード形状が改善され。 薄板溶接等に適している。

【図面の簡単な説明】

第１図はフランクス中金属Ｓｉ量とスパッタ発生量の関
係を示す図、 第２図はフラックス中Ｓ量と電流値の変動の関係を示す
図、 第３図は実施例に用いたワイヤ断面形状を示す図、 第４図は実施例に用いた開先形状寸法を示す図。 第５図は溶は込み深さを説明する図である。 １・・・金属外皮、２・・・フラックス、３・・・母材
、４・・・裏当材、５・・・バタリング層。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）金属外皮中にフラックスを充填してなる消耗電極
   式ガスシールドアーク溶接フラックス入りワイヤにおい
   て、ワイヤ全重量に対して、［１］フラックス中の金属
   成分の重量と金属外皮の重量の合計が９６％以上、 ［２］フラックス中の金属Ｔｉ及びＴｉ化合物の合計が
   Ｔｉ換算で０．０５〜２．０％、 ［３］フラックス中の金属Ｓｉ及びＳｉ合金中のＳｉ成
   分の合計がＳｉ換算で０．０５〜２．０％、［４］フラ
   ックス中の金属弗化物の合計がＦ換算で０．００５〜１
   ．０％、 含有していることを特徴とするステンレス鋼フラックス
   入りワイヤ。
2. （２）金属外皮中にフラックスを充填してなる消耗電極
   式ガスシールドアーク溶接フラックス入りワイヤにおい
   て、ワイヤ全重量に対して、［１］フラックス中の金属
   成分の重量と金属外皮の重量の合計が９６％以上、 ［２］フラックス中の金属Ｔｉ及びＴｉ化合物の合計が
   Ｔｉ換算で０．０５〜２．０％、 ［３］フラックス中の金属Ｓｉ及びＳｉ合金中のＳｉ成
   分の合計がＳｉ換算で０．０５〜２．０％、［４］フラ
   ックス中の金属弗化物の合計がＦ換算で０．００５〜１
   ．０％、 ［５］フラックス中のＳ単体及びＳ化合物の合計がＳ換
   算で０．００１〜０．０７％、 ［６］フラックス中のアルカリ金属の酸化物の合計が０
   ．００２〜０．０５％、 含有していることを特徴とするステンレス鋼フラックス
   入りワイヤ。