JPH02235595A - ガスシールドアーク溶接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，ガスシールドアーク溶接フラックス入りワイ
ヤに係り，特に臨界電流（すなわち，溶滴が粗大化し、
アークの不安定が生じる最低ｆｆｉ流）が低く、低電流
域においてアークの安定性が良好で、３ＩＩＩＩｎ前後
の脚長の小さな溶接施工（以下、「小脚長溶接」と略す
。）を実施し易いことを特長とし、軟鋼及び高張力鋼等
の溶接、特に薄板等の溶接に好適なガスシールドアーク
溶接フラックス入りワイヤに関するものである． （従来の技術及び解決しようとする課Ｍ）ガスシールド
アーク７８接フラックス入りワイヤは、溶接作業性（ス
パッタ，アーク安定性等）及び溶接能率が良好であるこ
とに加え、優れたビード外観を有する等の利点を有して
いるため、その使用量はますます増加する傾向にある。

一方，近年、豪華客船の建造ブームにより簿板等への小
脚長溶接の頻度も増加している。この場合，フラックス
入りワイヤで小脚長溶接を実施するには、溶接速度を速
くするか成いは溶接電流を下げる必要があるが、溶接速
度を速くするとビード形状が凸化することや、半自動溶
接の場合には溶接速度に上限（約６　０　ｃ＋ｌ／　ｗ
ｉｎ）があること等から，か＼る小脚長溶接には、溶接
電流を低下させることが最も有効である． しかし乍ら、通常のフラックス入りワイヤは、臨界電流
が比較的高く，例えば、１．２ｍｇ＋φワイヤの場合は
約２００Ａ，１．０ｍｍφワイヤの場合は約１８０Ａで
あるため、低電流域では良好なスプレーアークを得るこ
とが難しく、アーク安定性が良好とは言えず、スバッタ
の発生量も多かった．このため、特に小脚長溶接を低電
流域で実施し得るフラックス入りワイヤが望まれていた
．本発明は、か）る事情のもとでなされたものであって
、臨界電流を下げることにより、低電流域でのアーク安
定性を良好にし、特に小脚！％溶接が容易なガスシール
ドアーク溶接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） 前記目的を達成するため、本発明者等は、内包フラック
スの組成に重点を置いて様々な方面から研究を進めた結
果，殊に特定組成のフラックスを充填すると共に、ワイ
ヤの（外皮断面積）／（ワイ？断面積）の比をある範囲
に規定することにより可能であることを見い出すに至っ
たものである。

すなわち、本発明は、外皮金属で囲まれた腔部にフラッ
クスを充填してなるフラックス入リワイヤであって、該
フラックスは、ワイヤ全重量当たり、’ｒｉｏ，：ｓ〜
１６％、Ｃ：０．０４〜０．２％、ＺｒＯ２：０．１０
〜２．０％、ＳｉＯ２：０．２〜３．０％、アーク安定
剤：０．０２〜１．４％、脱酸剤：２．０〜９．０％及
びＦｅ：１．５〜６．０％を、（　Ｔ　１ｏ　ｚ　＋　
Ｓ　ｉＯ　ａ　＋　Ｚ　ｒ　Ｏ　ｚ　）　／　Ｆ　ｅ　
＝３　．５　〜７となるように含有すると共に，（外皮
断面積）／（ワイヤ断面積）の比が０．６０〜０．８０
であることを特徴とするガスシールドアーク溶接フラッ
クス入りワイヤを要旨とするものである。

本発明のガスシールドアーク溶接フラックス入りワイヤ
は，上記構成を有するが、その特長は、ＴｉＯ■、Ｃ．
ＺｒＯ２等々の量、及びスラブ形成剤であるＴｉＯ■と
Ｓｉｎ，とＺｒＯ■の合計量とＦｅ量との比、並びに（
外皮断面積）／（ワイヤ衛面積）の比をそれぞれ規定す
ることによって臨界電流を下げ、低電流域でのアーク安
定性を良好にし、小脚長溶接を容易に実施できるように
したことにある．以下に本発明を更に詳細に説明する。

（作用） まず、本発明におけるワイヤ成分の限定理由について説
明する．なお、各成分の量はワイヤ全重量に対する割合
である。

（１）Ｃ：０．０４〜０．２％ 本発明者等は，ガスシールドアーク溶接フラックス入り
ワイヤのフラックスについて種々検討の結果、まずＣに
ついて着目し、ワイヤ中のＣと臨界電流及び溶接作業性
（スバッタ発生量等）との関係を調べた。なお、実験に
おける供試ワイヤ及び溶接条件は以下の通りとし，臨界
電流の測定は、溶接電流を高電流側から低電流側へ移行
していく際に溶滴が粗大化し、アークの不安定が生じる
最低電流をもって臨界電流として、官能により判定した
． く供試ワイヤ〉 外皮金属：軟鋼 フラックス及びフラックス率：後述実施例のワイヤ＆２
をベースにＣ量を鉄粉との置換によって増減させた。他
の成分はＮα２と同じとした． ワイヤ断面形状：第６図中の（Ａ） ワイヤ径：１，２ｍｍφ 〈溶接条件〉 溶接電流：２００Ａ→ＩＯＯＡ アーク電圧：適正値 溶接速度：　５　０ｃｍ／ｗｉｎ シールドガス：１００％ＣＯ２ （流量：　２　０　Ｑ　／ｆｆｌｉｎ）チップ・母材間
距離：１５ｍｍ 姿　勢：下向（前進角、後退角＝０゜）極　性：ＤＣＥ
Ｐ（ビードオンプレート溶接）第１図は、Ｃ量の適正添
加量を調査するためにその添加量を増減させた場合の試
験結果を示している．同図から明らかな如く，臨界電流
はワイヤ中のＣ量の増加と共に低下する傾向にあるが、
Ｃ量が０．０４％未満では臨界電流の低下は不十分であ
り、しかし、０．２％を超えるとヒューム及びスパッタ
発生量が多く、作業性が良くなかった．したがって、ワ
イヤ中のＣ量は０．０４〜０．２％の範囲に止める必要
があることが判明した。

このようにＣ量の増加と共に臨界電流が下がる理由とし
ては、以下のように考えられる。

すなわち、第２図は、フラックス入りワイヤを用いて溶
接した場合のアーク発生部を高速度カメラでｗ４察した
ときの模式図であり，同図に示すように、溶接工程では
、まず外皮金属２がアーク熱によって溶融し，溶滴３（
図中、点線）となり，これが順次母材４に移行すること
よって溶接が進行するが、ワイヤ先端に懸垂した溶滴が
爆発して破砕され，このような溶′ａ６が母材４に移行
する方が、より安定な溶滴移行状態となり、臨界電流が
低下するのである。そして、Ｃのアーク現象に及ぼす効
果は、アーク雰囲気中で酸素と反応してＣｏガス又はＣ
ｏ２ガスを発生する際に前記爆発を生じることにある。

すなわち、ワイヤ中のＣ量が増加すると溶滴移行時のＣ
Ｏ及びＣＯ２発生に？う爆発が促進され、それによって
溶滴径が減少し、溶滴移行が安定化し、臨界電流が下が
るのである． （２）　ＴｉＯ，、ＺｒＯ２、Ｓｉｎ，及びＦｅ第３図
は、フラックス入りワイヤを用いて溶接した場合のアー
ク発生部を高速度カメラで観察した場合の模式図である
が、同図に示すように、溶接工程では溶滴表面からの蒸
発による上向きの力（Ｒｅｐｕｌｓｉｖｅ　ｆｏｒｃｅ
）　８が溶滴３を支持し、母材４への移行を妨げている
。すなわち、溶滴成分の蒸気圧が低ければＲｅｐｕｌｓ
ｉｖｅ　ｆｏｒｃｅが減少し、溶滴移行が促進され（つ
まり、スプレー化の方向）、臨界電流が低下することに
なる。

ところで、ＴｉＯ，、ＺｒＯ■及びＳｉｏ，は、ワイヤ
成分の中でも比較的その蒸気圧が低いために、臨界電流
の低下に有効な筈である。

そこで、本発明者等は、種々実験を行った結果、ＴｉＯ
，．ＺｒＯ，及びＳｉＯ■と臨界電流との関係を十分に
考慮すると共にワイヤ成分として本来要求される特性を
踏まえ，これら各成分の含有量を以下のように規定した
ものである． （２−１）ＴｉＯ２：　８〜１６％ 前述のように、ＴｉＯ，は臨界電流の低下に有効である
他、アークの安定性及びスラブの被包性を高める上でも
不可欠の成分であり，そのためには８％以上含有させな
ければならない．しかし、１６％を超えるとスラグの粘
性が高くなりすぎてビード形状が悪化し，更には溶接金
属中に過剰の還元チタンやＴｉＯ２が歩留って機械的性
質（特に靭性）が低下する。したがって、ＴｉＯ，量は
８〜１６％とする。

（２−２）　　ＺｒＯ，：　０　．　１　０　〜２　．
　０％ＺｒＯ，も臨界電流の低下に有効であると共にス
ラブの被包性を高め，更にその凝固温度が高いことによ
り全姿勢溶接性を良好にする成分である．これらの作用
を有効に発揮させるためには０．１０％以上を含有させ
なければならない。しかし、２．０％を超えると凝固温
度が高い故にスラブ巻込み等の欠陥が発生し易くなる．
したがって，ＺｒＯ，量は０．１０　〜２．０％とする
．（２−３）ｓｉｏ２：ｏ．２〜ａ．ｏ％Ｓｉｏ２も臨
界電流の低減効果を有すると共に、ビード形状を整える
効果があり，これらの効果は０．２％以上の添加で有効
に発揮される。しかし、３．０％を超えると溶融スラブ
の粘性が低下して溶接作業性及びビードの外観、形状が
悪化する他、溶接金属の靭性も乏しくなる。したがって
、Ｓｉ０２量は０．２〜３．０％とする。

これら３成分のうち，特に，臨界電流の低下に有効なＴ
ｉＯ，量が通常のフラックス入りワイヤよりも多いこと
は、本発明の特長の１つである。

（２−４）Ｆｅ：　１．５〜６．０％ Ｆｅは溶着金属量を増大して溶接能率を高める作用があ
り，１．５％以上を配合すべきである．しかし、６．０
％を超えると他のフラックス成分が相対的に減少してビ
ード外期が悪化し、アーク安定性も劣化する他、溶着量
増加によるシールド不足が起こり、ビットやブローホー
ル等の溶接欠陪も発生し易くなる．したがって、Ｆｅ量
は１．５〜６．０％とする。

（２−５）（ＴｉＯ，＋Ｓｉｎ，＋ＺｒＯ．）／Ｆｅ上
記の如＜ＴｉＯ，、ＺｒＯ，、Ｓｉｏ，及びＦａについ
てそれぞれの含有量が規定されるが，これらの成分量の
関係について第１図の実験と同様の条件にて溶接試験を
行ったところ、第４図に示すように、主としてスラグ形
成剤となるＴｉＯ，、Ｚｒｏ２及びＳｉｏ．とＦｅ量と
の間にはバランスが必要であることが判明した． すなわち．（ＴｉＯ，＋ＳｉＯ，＋ＺｒＯ．）／Ｆｅの
比が３．５より小さいと臨界電流は低くなく、またスラ
グ形成剤量が相対的に不足してビード外観，形状も良好
でなく、全姿勢溶接も実施し難くなる．しかし、その比
が７．０よりも大きくなると溶着速度が減少して能率が
上がらず，またスラグ巻等の溶接欠陥が発生し易くなる
．したがって、（ＴｉＯ．＋ＳｆＯ，＋ＺｒＯｔ）／Ｆ
ｅ＝３．５〜７．０の範囲とする． （３）アーク安定剤：０．０２〜１．４％アーク安定剤
としては，アーク中で電離し易い物質．例えば、Ｌｉ，
Ｎａ．Ｋ．Ｒｂ．Ｃｓ，Ｃａ、Ｓｒ．Ｂａ等の酸化物、
フッ化物、炭酸塩，硝酸塩などを挙げることができ、こ
れらを単独で或いは複数を添加する．これら成分は、蒸
気圧が高く、（２）項で述べたＲｓｐｕｌｓｉｖｅ　ｆ
ｏｒｃｅを増大させる臨界電流を引き上げる作用がある
が．０．０２％未満ではアークが不安定でスパッタの多
発等の溶接作業性の面で問題が現われるので、０．０２
％以上が必要である．しかし，その作用が顕著であるの
は１．４％までである．したがって、アーク安定剤の量
は０．０２〜１．４％とする。

（４）脱酸剤：２．０〜９．０％ 脱酸剤は、その名の示す通り、脱酸作用によって溶接金
属中の非金属介在物量を減少し、溶接金属の物性を高め
るのに有効な成分であり、代表的なものとしては、Ｍｎ
，　ＳＬ．Ａ　Ｑ　．　Ｍｇ．　Ｔｉ、Ｚｒ等の金属或
いはこれらの鉄合金が挙げられ、これらを単独で或いは
複数を添加する。脱酸剤が２．０％未満では脱酸不足と
なってＸ線性能等が劣悪になるので、これ以上の含有が
必要である。

しかし，９．０％を超えると脱酸過剰になって溶接金属
の靭性及び耐割れ性が低下する．したがって、脱酸剤の
量は２．０〜９．０％とする．なお、上記脱酸剤のうち
．Ｆｅ−Ｓｉ等は臨界電流の低下のためにも有効である
． （５）（外皮断面積）／（ワイヤ断面積）：０．６０〜
０．８０ 以上のように、フラックス入りワイヤ中の成分含有量を
規定することにより，臨界電流のかなりの低下が可能と
なるが、これのみでは、臨界電流を従来のフラックス入
りワイヤに比べ、１．２φで約３０Ａ程度低下させるに
止まり，臨界電流の低下による小脚長溶接の容易化の目
的からすれば十分とは言い難い． そこで、本発明者等は，臨界電流を更に低下すべく、ワ
イヤ断面に占める外皮断面積の割合と臨界電流の関係に
ついて更に研究を行った．すなわち，以下に示す如く、
（外皮断面積）／（ワイヤ断面積）の比が異なるフラッ
クス入りワイヤを作製し，第１図の実験と同様の条件で
溶接試験を行い、その時の臨界電流を調査した．〈ワイ
ヤ〉 ワイヤ径：１．２ｍｍφ フラックス：後述実施例Ｎα２ （外皮断面積）／（ワイヤ断面積）：０．６０〜０．９
０ なお、（外皮断面積）／（ワイヤ断面積）の比はワイヤ
断面における外皮面積及びワイヤ面積を画像処理（面積
分析）等により求め、その比を計算して得た．その際の
ワイヤ断面のサンプリングは、スブール巻きワイヤの場
合は１スプールの中央部よりサンプリングし，バック入
りワイヤの場合は収納中央部よりサンプリングし、いず
れの場合もワイヤ長手方向１０ｃ一間隔でｎ＝３０ｆｉ
定し、その平均値で示した． その結果は、第５＠に示す如く，（外皮断面ｆｉｔ）／
（ワイヤ断面積）の比と臨界電流との間には明確な相関
関係があり，この比の低減により、臨界電流は画期的に
低下することが判明した．すなわち、この比を０．８０
より小さくすることにより臨界電流が顕著に低下する。

このように（外皮断面積）／（ワイヤ断面積）の比が臨
界電流に影響を及ぼすのは、溶滴と外皮金属との表面張
力による支持力に原因があると考えられる． すなわち，懸垂溶滴は，外皮金属端に形成されるため、
表面張力による支持力は溶滴と外皮金属端との接触面積
に依存し、その接触面積は外皮端の厚さと比例関係にあ
ると考えられる．したがって、（外皮断面積）／（ワイ
ヤ断面積）の比が低くなると表面張力による支持力も低
下し、溶滴移行が安定して臨界電流が低下するものと考
えられる．この他にも、この比によって外皮金属側の電
流密度が変化し，ピンチカも変化していると考えられる
。したがって、臨界電流を下げるためには、この比は低
いほど好ましいが．第５図に示す如く、ワイヤの生産性
（特に断線）、送給性，通電性の面からこの比の低減に
は限度がある．したがって，（外皮断面積）／（ワイヤ
断面積）の比は０．６０〜０．８０が適当である． 以上詳述したように、本発明によれば、フランクス入り
ワイヤ中の特定成分の含有量と（外皮断面積）／（ワイ
ヤ断面積）の比との相乗効果により，臨界電流は１．２
一園φワイヤで５０〜６０Ａ低下し、これにより、小脚
長溶接は非常に容易となり，目的を見事に達成すること
ができるのである。

なお、ワイヤの断面形状は何ら制限されず、例えば、第
６図（Ａ）〜（Ｄ）に示す種々の形状のものが使用でき
る．（Ｄ）の形状（継目無）の場合にはワイヤ表面にＡ
ｎ，Ｃｕ等のメッキ処理を施してもよく、その場合、メ
ッキ量（ワイヤ全重量に対する重量％）は０．０５〜０
．２０％が望ましい．０．０５％以下では耐錆性、送給
性、通電性等の面での効果がなく、０．２０％以上にな
ると生産性の低下、溶接金属の靭性低下を来すので望ま
しくない．なお，Ｃｕ等のメッキを施すとジュール発熱
が抑えられ、溶着速度が低下するので、小脚長溶接上好
ましい． また、ワイヤ径も何ら制限を受けないが、“小脚長溶接
性上、１，０、１．２ｍｍφが望ましい．更に、シール
ドガスとしては、Ｃｏ２及びＡｒ−ＣＯ２混合ガス等の
いずれも使用可能である．また、適用鋼種としては、本
発明では軟鋼及び高張力鋼を対象とするのが好適である
が，他の網種も適用可能なことは勿論である。特に本発
明は薄板の小脚長溶接に好適であり，全姿勢溶接も可能
である． 次に本発明の実施例を示す． （実施例） 第１表及び第２表に示す種々の成分含有率を有するフラ
ックス入りワイヤ（ワイヤ径：１．２ｍ＋＠φ、外皮金
属：軟鋼、ワイヤ断面形状：第６図（Ａ）の形ｌ状）を
作製し，以下の溶接条件にて軟鋼母材（板厚：６　ｍｍ
）にガスシールドアーク溶接を行った．臨界電流及び溶
接作業性を評価した結果を第３表及び第４表に示す． く溶接条件〉 溶接電流：２０ＯＡ−）ＩＯＯＡ アーク電圧：適正値 溶接速度：　５　０ｃｍ／ｗｉｎ シールドガス：　１００％ｃｏ２ （流量：　２　０　Ｑ　／ｗｉｎ） チップ・母林間距１１：１５ｍｍ 姿　勢：水平すみ肉（前進角，後退角＝０゜）極　性：
ＤＣＥＰ 第３表及び第４表に示すように、本発明例はいずれも臨
界電流が低く、小脚長溶接性に優れており、ワイヤ製造
時にも問題がなかった．一方、本発明範囲外の条件によ
る比較例は．臨界電流が低くなく、或いは作業性等が劣
っていた。

【以下余白Ｊ （発明の効果） 以上詳述したように、本発明によれば、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、フラックスに
おけるＴｉＯ２、Ｃ．ＺｒＯ，等々の量、及びスラグ形
成剤であるＴｉＯ，とＳｉｎ，とＺｒＯ２の合計量とＦ
ｅ量との比、並びに（外皮断面積）／（ワイヤ断面積）
の比をそれぞれ規定したので、臨界電流を下げることが
でき，したがって、低電流域でのアーク安定性が良好で
あり、小脚長溶接を容易に実施することが可能となる．

【図面の簡単な説明】

第１図はＣ量と臨界電流の関係を示す図、第２図及び第
３図はフラックス入りワイヤを用いて溶接した場合のア
ーク発生部を高速度カメラでＩ！察したときの模式図、 第４図はスラグ形成剤（ＴｉＯ２＋ＳｆＯ，＋Ｚ　ｒ　
Ｏ　２）とＦｅ量の比が臨界電流に及ぼす影響を示す図
、 第５図は（外皮断面積）／（ワイヤ断面積）の比と臨界
電流の関係を示す図、 第６図（Ａ）〜（Ｄ）は種々のワイヤ断面形状を示す図
である． １・・・ブラックス入りワイヤ、２・・・外皮金属、３
・・・溶滴，４・・・母材、５・・・内包フラックス．
６・・・爆発した溶滴、７・・・アーク、８・・・溶滴
表面からの蒸発による引き上げ力， 特許出願人　　株式会社神戸製鋼所 代理人弁理士　中　　村　　　尚 第１図 第４図 第２図 第３図 （丁＋Ｏｚ士ＳｉＯｘ＋ＺｒＱｊ／Ｆｅ第５図 （タト皮ｔＩｒ６牛責フ／（ワイヤぎ汀式０ネ禽）第 （Ａ） （Ｂ） （Ｃ） （Ｄ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 外皮金属で囲まれた腔部にフラックスを充填してなるフ
   ラックス入りワイヤであって、該フラックスは、ワイヤ
   全重量当たり、ＴｉＯ＿２：８〜１６％、Ｃ：０．０４
   〜０．２％、ＺｒＯ＿２：０．１０〜２．０％、ＳｉＯ
   ＿２：０．２〜３．０％、アーク安定剤：０．０２〜１
   ．４％、脱酸剤：２．０〜９．０％及びＦｅ：１．５〜
   ６．０％を、 （ＴｉＯ＿２＋ＳｉＯ＿２＋ＺｒＯ＿２）／Ｆｅ＝３．
   ５〜７となるように含有すると共に、（外皮断面積）／
   （ワイヤ断面積）の比が０．６０〜０．８０であること
   を特徴とするガスシールドアーク溶接フラックス入りワ
   イヤ。