JPH02268996A - ガスシールドアーク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］ 本発明は鋼構造物の溶接に用いるガスシールドアーク溶
接用フラックス入りワイヤに係るものであり、更に詳し
くは、スパッタ発生が少なく、より高能率な溶接が可能
な金属粉系フラックス入りワイヤに関するものである。

［従来の技術］ 最近、ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ
は、軟鋼５０キロ級高張力をはじめとする各種鋼種を用
いる鋼構造物の溶接に広く用いられるようになった。こ
の理由として、フラックス入りワイヤはその内部に充填
されるフラックスの作用効果によって溶接の作業性が良
く、良好なビード外観、形状が得られると共にワイヤ溶
接速度が高く、溶接能率が向上することが挙げられる。

しかし、最近の溶接の自動化、ロボット化の動向下にお
いて更に高性能、高能率なフラックス入りワイヤの開発
が待望されている現状にある。

このフラックス入りワイヤはワイヤの外皮部が鋼であっ
て、内部に１０〜３０％のフラックスを充填して構成さ
れている。

内部に充填するフラックスを大別すると、チタニャ系な
どのスラグ剤とＳｉ、Ｍｎなどの脱酸剤、合金剤からな
るものと、鉄粉、Ｓｉ、Ｍｎなどの金属粉で構成される
ものとがあるが、本発明は後者の金属粉系フラックス入
りワイヤに関する。

従来の金属粉系フラックス入りワイヤは次の特長を有す
るものの後述の欠点があり、実用化できていなかった。

■　ソリッドワイヤと同等以上の溶着量を得ることがで
きて高能率である。

■　スラグの生成が少なく溶着効率が高いため、厚板の
多層溶接時などのスラグ除去が要らず、連続溶接が可能
である。

■　金属、合金類を充填フラックスに添加できるので溶
接金属組成調整の自由度が広い。

■　鋼に添加が困難な金属、合金類および少量の酸化物
なども添加が可能である。

以上のように金属粉系フラックス入りワイヤは多くの特
長を有しているものの、特に炭酸ガスをシールドガスと
するアーク溶接時において前記チタニャ系フラックス入
りワイヤに比較するとスパッタ発生量が多く溶接能率の
低下を来すという問題があり、金属粉系フラックス入り
ワイヤを広く実用化できていないのが現状である。

このようなスパッタの発生を押えるために例えば特開昭
６０−２５７９９３号公報、特開昭６１−１８０８９６
号公報記載の技術などが知られている。前者はフラック
スの流動度により、後者はフラックス率や炭素あるいは
アーク安定剤の添加量によりアークの安定化を図り、ス
パッタの低減を狙ったものである。

しかしながら、上記技術は溶接作業性面の向上を主体に
狙ったものであり、金属粉系ワイヤ本来の最も特徴とす
るところの溶接能率すなわち、高溶着性を得る点におい
ては、十分満足しうるものではない。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明は上記従来ワイヤの問題点を解決するためになさ
れたものであって、炭酸ガスシールドとするアーク溶接
においても、スパッタ発生が少ないのは勿論のこと、よ
り高能率な溶接が可能な金属粉系フラックス入りワイヤ
を提供するものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイ
ヤは、鋼製外皮に鉄粉を主体とする金属粉を９０％以上
含有するフラックスをワイヤ重量比で１０〜２５％充填
してなるフラックス入りワイヤにおいて、鋼製外皮のＣ
量が０．０１〜０．０６％、全フラックスに対する鉄粉
含有量が、４１〜８７％であり、かつ該鉄粉中のＦｅＯ
が２．３〜１２．５％であることを特徴とするものであ
る。

以下、本発明について詳細に説明する。

まず、本発明においてフラックス中の金属粉を９０％以
上と限定したのは、余分なスラグを溶接中に生成させず
溶着効率を高めるためである。フラックス中の金属粉の
比率が９０％未満では溶着効率においてソリッドワイヤ
よりも低くなることと、生成スラグが多くなり過ぎ１パ
ス毎にスラグ除去を要するようになり、溶接能率が低下
する。従ってフラックスの９０％以上は金属粉でなけれ
ばならない。なおここでいう金属粉とは、鉄粉の他、Ｓ
ｉ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｂ、Ａｉ、Ｍｇ、［：ａ等の脱酸性元
素とＮｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｃｕ等の合金元素を意味してい
る。これら元素の添加方法としては、各々単体で添加し
ても、またこれらの元素の合金として添加してもよい。

次に金属粉中の鉄粉含有量を全フラックスに対し４１〜
８７％とした理由は金属粉系複合ワイヤの溶着速度を向
上させ溶接能率をあげるためである。金属粉中の鉄粉が
４１％未満では溶接能率向上効果が認められず、８７％
を超えると金属粉中の他の成分、例えばＳｉ、Ｍｎ、Ｔ
ｉなどの脱酸剤およびＮｉ、Ｃｒ、Ｍｏなどの合金剤の
絶対量が不足するため、所望の溶接金属性能が得られな
くなると共にアークが不安定になりスパッタが多発する
。

次にフラックスをワイヤ重量比で１０〜２５％充填して
なるとした理由は、フランクス充填率が低いとワイヤ断
面積に対する外皮の面積比率が大きくなり、電流が流れ
やすくなるため、外皮の抵抗発熱による溶融効果が期待
できず、結果的に溶融速度が低下する。また、アークが
集中し過ぎるため、アークの広がりが望めず、ビード形
状が凸形となり、母材とのなじみ性が劣化する。

一方フラックス充填率が高くなり過ぎると外皮の面積比
率が小さくなり、電流密度が高くなって、外皮抵抗発熱
は向上する。しかし、外皮の溶融過剰傾向が著しくなり
、アークの不安定化が起こる。その結果スパッタが多発
しワイヤ溶着速度の低下を生じ、アンダーカット等の溶
接欠陥も起こり易い。更に外皮の薄肉化によるワイヤ剛
性が下がり、ワイヤ送給時の座屈が生じ易くなり、溶接
作業性能率のダウンにもつながる。以上の理由により、
フラックスの充填率は１０〜２５％に定めた。

次に鉄粉および金属粉の添加量を上記範囲にすることに
より、金属粉系フラックス大すワイヤの特長である溶接
能率の向上は一応達成できるが、しかし従来の最大の問
題点であったスパッタ量の低減と同時により優れた溶着
性を図ることはできない。そこで本発明者らはスパッタ
低減と同時により優れた溶着性の向上を目的に実験を重
ねた結果、フラックス入りワイヤ中の成分、特にＣ量が
スパッタ発生に大きく影響し、またフラックス中の含有
量の最も高い鉄粉に着目し、その成分中のＦｅＯが溶着
速度に大きく寄与していることを見出した。

すなわちＦｅＯ量を０．１〜１８％の範囲で種々変動さ
せた鉄粉を６０％含むフラックスをＣ＝０．０３％、　
Ｓｉ＝　０．０１．　Ｍｎ＝　０．３０．　　Ｐ　＝　
０．０１％。

Ｓ＝０．０１％の外皮に２１％充填した１、６　＋ｎｍ
φの金属粉系フラックス入すワイヤを作製した。

第１図はこれらワイヤの下向溶接姿勢における溶接能率
の測定結果を示す。溶接条件は電流４００Ａ、電圧３２
Ｖ％溶接速度４０　Ｃａ１ｌ／分、ＣＣｈガス流１２５
１／分、チップ母林間距１１２５ｍｍとし、下向溶接を
行ってワイヤの溶着速度を比較検討した。なお、試験板
は５Ｍ−５０Ｂ鋼の板厚２０　ｍｍ、サイズは幅１３０
ｍｍ、長さ４００ｍｍを用いて行った。

実験から鉄粉中のＦｅＯが２．３％未満では溶着速度の
向上はみいだせなかった。これは、充填フラックスに多
量に含まれる鉄粉のＦｅＯが少量であるため、フラック
ス中部の絶縁作用が有効に働かずフラックスにも通電作
用が生じるためと考えられる。つまり、ワイヤに流れる
電流が一定とすればワイヤの外皮に流れる電流が減少し
ていることである。

すなわち、充填フラックスへの分流率増大を意味し、結
果的にワイヤ外皮の抵抗発熱が減少するため、溶着速度
の低下が起きるものと考えられる。一方１２．５％超で
は、フラックスの絶縁作用が大きくなり外皮の抵抗発熱
が増大するが、ワイヤ先端の溶滴のＣＯ反応が激しくな
ってスパッタ発生量が増加すると共にスラグが多量に生
成されて逆に溶着量の減少を来たす。次にスパッタ量に
及ぼす外皮のＣ量の影響を検討した。即ち第１表に示す
フラックスを用いＣ量をｏ、ａｏａ〜０，０９％と変化
させた種々の外皮を用いてり、Ｓ　ｍｌｌ１φのワイヤ
を作製し、下向溶接におけるスパッタ発生量を測定した
。

第　　１　　表 その結果を第２図に示す。なお溶接条件は溶接能率の試
験の場合と同条件で行った。なお、スパッタの捕集は銅
製のスパッタ捕集箱を用いて行った。実験から外皮のＣ
量が０．０１％未満ではアーク雰囲気中における酸素と
のＧＯ反応が減少するため、ワイヤ先端の溶滴離脱力が
低下する。そのために溶滴サイズが大粒化し、溶滴移行
がスムースに行なわれず最終的には大粒のスパッタとし
て周囲に飛散することになる。

方、外皮のＣ量が０．０６％超になるとＣＯ反応が過剰
となるためにスパッタ発生が増加する傾向になる。した
がって外皮のＣ量は０．ＯＩ〜０．０６％とした。

以上が本発明ワイヤの主要構成であるが、アーク安定化
や少量のスラグの物性調整によりビード形成良好化を図
るためにＳｉＯ２，ＭｎＯ，Ａ文２０３ＦａＯ，ＦｅＯ
３，ＭｇＯなどの酸化物を単体もしくは化合物の形態で
その総量が１０％を超えない範囲で添加することができ
る。ワイヤ外皮としては通常軟鋼を用いるが、低合金鋼
あるいは高合金鋼を用いれば外皮の電気抵抗が大き゛く
なフて、抵抗発熱による溶着速度向上が更に期待できる
。

また、ワイヤ断面構造は、外皮円周部に合せ目を有する
オーブンシームワイヤの他、円周部に合せ目を持たない
クローズドシームワイヤのいずれでもよいが、自動化、
ロボット化を考慮すればシームレスワイヤが望ましい。

また、本発明を用いて溶接する場合に使用するシールド
ガス組成としては、炭酸ガスの他に炭酸ガスに酸素ガス
あるいはアルゴンガスを混合する場合も適用可能である
。アルゴンガスとの混合ガスの場合、アルゴンのアーク
安定化作用が重畳されるので、更にスパッタを低減させ
ることができる。次に実施例を用いて本発明を更に具体
的に説明する。

［実　施　例］ 第２表に本発明フラックス入りワイヤおよび比較のため
に試作したフラックス入りワイヤのフラックス組成を、
第３表、第４表にこれらワイヤを用いて溶接したときの
溶接試験結果を示す。第３．４表において、Ｎｏ　１〜
Ｎａ１ｌが本発明例、Ｎｏ１２〜Ｎｏ１７が比較例であ
る。ワイヤ外皮は第２表に示す軟鋼外皮と合金外皮を用
いてフラックスを充填し、断面形状がシームレスワイヤ
の１．６　ｍｍφワイヤにて炭酸ガスをシールドとして
試験を供した。本発明例はいずれもスパッタ発生量が少
なく、高溶着性に富みかつ機減的性質も良好であった。

これに対しＮｏ１２ワイヤは金属粉量が少ないため、溶
接能率が満足されず、Ｎｏ１３は外皮のＣ量が多くＮｏ
１４は逆にＣ量が少ないため、いずれもスパッタが多発
した。

また、Ｎｏ１５は鉄粉のＦｅＯ量が少なく、Ｎｏ１６は
逆にＦｅＯ量が過剰のため、Ｎｏ１７はＣ量およびＦｅ
Ｏ量共に少ないため、溶着速度の低下あるいはスパッタ
が多発し採用できない。

第　　　　２　　　　表 ［発明の効果］ 以上のように、本発明のガスシールドアーク溶接用フラ
ックス入りワイヤは主として炭酸ガスをシールドガスと
して用いてもスパッタ発生量が少なく高溶着性に富むた
め、より高能率な溶接を可能にした。すなわちこの種ワ
イヤの実用性を飛躍的に高めることができる。

溶接の自動化、ロボット化および高能率化に答える本発
明の価値は高い。

【図面の簡単な説明】

第１図は鉄粉中のＦｅＯ量と溶着速度の関係を示す図、
第２図は外皮のＣ量とスパッタ発生の関係を示す図であ
る。 他４名 スパッタ発生量（ｇ／分） トコ ω （口 Ｄ ０口 溶着速度（ｇ／分）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １　鋼製外皮に鉄粉を主体とする金属粉を９０重量％以
   上含有するフラックスをワイヤ重量比で１０〜２５％充
   填してなるフラックス入りワイヤにおいて、鋼製外皮の
   Ｃ量が０．０１〜０．０６重量％、全フラックスに対す
   る鉄粉含有量が、４１〜８７重量％であり、かつ該鉄粉
   中のＦｅＯが２．３〜１２．５重量％であることを特徴
   とするガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ
   。