JPH02307698A - アーク溶接用金属粉系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
接用金属粉系フラックス入りワイヤに関する。

［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すワイヤ
（以下フラックス入りワイヤと記す）は軟鋼や、５０キ
ロ高張力鋼をはじめとする各種鋼種を用いる鋼構造物の
製作溶接に広く使用されるようになった。

フラックス入りワイヤが普及してきた理由として、フラ
ックス入りワイヤはその内部に充填しているフラックス
の作用と効果により、溶接の作業性がよく良好なビード
形状、外観が容易に得られると共に、ワイヤの溶着速度
が速く、溶接能率に優れていること等が挙げられる。し
かし昨今の溶接の自動化、ロボット化の動向下において
は、さらに高性能、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。

一般にフラックス入りワイヤは、その直径が１゜０〜２
．．４ｍｍであって、軟鋼の外皮部と内部充填されたフ
ラックスで構成されている。フラックス入りワイヤの内
部に充填するフラックスは、大別すると次の二系統があ
る。

（１）チタニア系、ライム系およびライムチタニア系の
スラグ剤とＳｊ、、Ｍｎなどの脱酸剤および合金剤から
なるものと、 （２）鉄粉、Ｓｉ、Ｍｎなどの金属粉で主として構成さ
れるものとがある。

後者の（２）は金属粉系フラックス入りワイヤと呼ばれ
る。

本発明は、この金属粉系フラックス入りワイヤに関する
ものである。

さて金属粉系フラックス入りワイヤは次の諸特長を持っ
ているものの、後述の欠点もあり実用化の障害になって
いる。

（ａ）同一の溶接電流で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。

（ｂ）スラグの生成量が少なく溶着効率が高い。この特
長は厚板の多層溶接の際などスラブの除去が少なくなり
、連続溶接が可能で高能率である。

（Ｃ）金属、合金類をフラックスに添加できるので溶接
金属組成を調整する自由度が広い。

（ｄ）鋼に添加が困難な金属、合金類および少量の酸化
物、弗化物、炭酸塩なども充填フラックスに添加できる
などの特長を有している。

しかるに欠点として、溶接中においてスパッタの発生が
多い問題がある。シールドガスを主として炭酸ガスとす
る溶接の場合、特にスパッタの発生が多い。スパッタ多
発がこの数々の特長を持つ金属粉系フラックス入りワイ
ヤの普及を阻害している。金属粉系フラックス入りワイ
ヤを実用化している欧米では、炭酸ガスを使用するのを
諦め、シールドガスとして炭酸ガスに高価なＡｒガスを
混合した混合ガスを用いてスパッタを減少させているの
が通例である。

炭酸ガスアーク溶接において、金属粉系フラックス入り
ワイヤを使用する時、多発するスパッタは、ガスノズル
に付着してシールドガスの流れを乱し、ガスシールドを
劣化させ、溶接欠陥発生の原因になると共に、溶接作業
を阻害する。また飛散したスパッタは被溶接物の溶接線
の周囲、近傍に付着するのでスパッタ除去作業が必要に
なる。

スパッタは溶着金属量を減少させ、溶接能率を低下させ
る。金属粉系フラックス入りワイヤは、高溶接電流にす
るほど溶着速度が増加するので、このような溶接条件を
採用するのが望ましいのであるが、使用する溶接電流に
ほぼ比例してスパッタ発生も多くなるという問題点があ
った。

［発明が解決しようとする課題］ このようなスパッタ発生を押えるために、従来技術とし
て特開昭６１−１８０６９６号公報、特開昭６２−２５
２６９４号公報、特開昭６３−１５４２９４号公報の技
術などが知られている。これらの技術を整理すると、（
イ）充填フラックス中の原材料の組合せによるスパッタ
の低減、 （ロ）充填フラックスの金属粉原材料の選定によるスパ
ッタの低減、 （ハ）シールドガス組成の選定によるスパッタの低減、 等となる。これらのうち（イ）は金属粉系フラックス入
りワイヤにおける充填フラックスの原材料の組成を調整
する方法である。例えばアーク安定剤を適量添加してス
パッタ低減を図るものであるが、単なる充填フラックス
の組成の調整からのみでは十分なスパッタ低減の対策に
ならなかった。（ロ）は充填フラックス原材料の特性や
化学成分、例えば金属粉の流動性や鉄粉のＣ，Ｆｅ○を
規制するものであるが、これらによっても十分なスパッ
タ低減の効果はなかった。また（イ）と（ロ）を組合せ
てみたが、同様に十分なスパッタ低減の対策にならなか
った。

（ハ）のシールドガス組成の選定、例えば不活性なＡｒ
ガスを主要ガスとして使用すると、アークは安定化され
てスパッタは低減する。しかし一般に大電流の溶接条件
下ではガスシールド性を上げるためにガス流量を増す必
要がある。この場合、溶接のガスコストが高くなり、金
属粉系フラックス入りワイヤのメリットがなくなる結果
となってしまった。

安価な炭酸ガスを主とするシールドガス組成下において
スパッタの低減ができれば、広く金属粉系フラックス入
りワイヤを普及できる。

本発明は上述した現状の問題点を改善し、スパッタ発生
の少ない、良好な溶接性能を発揮するアーク溶接用金属
粉系フラックス入りワイヤの提供を目的とした。

［課題を解決するための手段］ 本発明者らは前述の金属粉系フラックス入りワイヤによ
るスパッタ発生の問題点を克服するために、多くの実験
と検討を行ってきた。

スパッタ発生防止のために、充填フラックスの原材料の
諸特性、諸原材料の組合せ、使用する外皮の化学成分お
よび溶接の諸条件について検討した。さらにワイヤの構
造特性、即ちワイヤの開口部の有無などについても着目
し、スパッタ発生の挙動を研究した。

この結果、金属粉系フラックス入りワイヤにおいては、
ワイヤ外径が一定でも、ワイヤの外皮肉厚は厚さの変動
があること、即ちワイヤを長手方向に見たワイヤの鋼製
外皮の縦断面の肉厚変動がスパッタ発生の主要因である
との知見を得て、本発明をなしたものである。

本発明の要旨とするところは、シールドガスを主として
炭酸ガスとするアーク溶接ワイヤにおいて、金属粉を９
０重量％以上含有してなるフラックスを、鋼製外皮中に
ワイヤ全重量に対して５〜２５重量％充填してなり、か
つ次式に示す数値比Ｐが１．０≦Ｐ≦２．０であること
を特徴とするアーク溶接用金属粉系フラックス入りワイ
ヤにある。

Ｐ＝ｔ１／ｌ。

ｔｌ：縦断面方向のワイヤの鋼製゛外皮の最大厚さｔ２
：縦断面方向のワイヤの鋼製外皮の最小厚さ以下本発明
について詳細に説明する。

［作用コ 本発明において、充填フラックス中の金属粉を９０重量
％以上と限定したのは、本発明のフラックス入すワイヤ
は余分なスラブを溶接中に生成させず、溶着効率を高め
、溶接の能率を高めるためである。充填フラックス中の
金属粉の比率が９０重量％未満では溶着効率において、
比較の溶接材料であるソリッドワイヤよりも低くなる。

さらにスラグが多く生成すると、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。このような理
由で充填フラックスの９０重量％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、Ｓｉ
、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｂ、Ａｆｌ、Ｍｇ、Ｃａ等の脱酸性元素
とＮｉ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｍｏ等の合金元素を意味している
。これらの金属元素の形態として各々単体で添加しても
、またこれらから選択される二種以上の金属の合金とし
て添加しても良い。

次に、フラックス入りワイヤ長手方向の鋼製外皮肉厚の
変化とスパッタ発生の関係について述べる。

まずフラックス入りワイヤの長手方向の鋼製外皮肉厚の
変動は、ワイヤの中心線を長手方向に切断し観察、測定
することができる。その状況を第１図に示している。第
１図は２種類の金属粉系フラックス入すワイヤの縦断面
を［６したスケッチ図であって、（Ａ）はＰ＝２．０．
　（Ｂ）はＰ＝１．５でそれぞれワイヤの鋼製外皮の肉
厚がワイヤの長手方向に変化している。金属粉系フラッ
クス入りワイヤのスパッタ発生挙動は、このワイヤ外皮
の肉厚変動に関係する事実を知った。

一般に金属粉系フラックス入りワイヤを用いる′溶接で
は定電圧特性の直流溶接電源の溶接機が使用される。こ
のタイプの溶接機では溶接ワイヤは溶接電流に見合う一
定の速度で供給される。このような使用状況において、
ワイヤの鋼製外皮の肉厚が変化している金属粉系フラッ
クス入りワイヤを使用して溶接すると、肉厚が厚い部分
と薄い部分ではワイヤの溶融速度が異なる現象が生じる
。

即ち外皮肉厚が薄い時、ワイヤの外皮断面積は相対的に
減少するから、ワイヤの鋼製外皮を流れる溶接電流密度
が高まりワイヤの溶融速度が早くなる。逆に外皮肉厚が
厚いと、ワイヤの外皮断面積は相対的に増加するから、
ワイヤの鋼製外皮を流れる溶接電流密度が低くなりワイ
ヤの溶融速度が遅くなる。このような機構でワイヤの鋼
製外皮の肉厚変動は溶接中にミクロ的なワイヤ溶融速度
変化の直接の原因となっている。溶接中のワイヤ溶融速
度変化は、アーク長さの変化を生み、スパッタ発生の原
因となるのである。

そこでワイヤの鋼製外皮の肉厚変化を第１図に示すよう
に測定して、下式に示す数値比Ｐで規定した。

Ｐ＝ｔ１／１２ ここでｔ工；縦断面方向のワイヤの鋼製外皮の最大厚さ ｔ２：縦断面方向のワイヤの鋼製外皮の最小厚さ 金属粉系フラックス入りワイヤについて数値比Ｐの測定
方法を述べ、る。多数のワイヤについて、多数の縦断面
を観察しＰを測定し、それらのＰの挙動について検討し
た。

その結果、対象とするワイヤの任意の部分から約１ｍを
選び、それからワイヤ長さ約１ｃｍのサンプルを３個採
取して、それぞれについてＰを測定し、３個の中の最大
なものをそのワイヤのＰとすれば良いと判った。

ワイヤの鋼製外皮の肉厚の変動をしめす数値比Ｐを１．
０≦Ｐ≦２．０に限定した理由について述べる。

寸法の異なる軟鋼外皮を用意し、前述の９０重量％以上
の金属粉を含むフラックスを充填し、しかも充填率が同
じである直径１．．６ｍｍの金属粉系フラックス入すワ
イヤを作製した。即ち製品サイズ直径１　、６ｍｍに至
る加工度を変え金属粉系フラックス入りワイヤを作製し
、ワイヤ肉厚が変化する原因が、内部に充填した金属粉
の加工中の流れに起因するのを利用して、種々の数値比
Ｐのワイヤを作製したのである。

これらのフラックス入りワイヤを使用し、第１表の溶接
条件で１パス溶接を行い、スパッタ捕集箱によりスパッ
タの発生量を測定したのが、第２図である。

この結果をみると数値比Ｐが１．０から２．０までの間
は、スパッタ発生量は低い値であるが、Ｐが２．０を越
えるとスパッタ発生が急増している。Ｐ＝１．０とほの
鋼製外皮の肉厚の変動がない場合であり、Ｐ＝２．０と
は最大肉厚が最小肉厚の２倍となることである。

Ｐが２．０を越えると前述の溶接中のワイヤ溶融速度の
変化が大きくなり、スパッタ多発が生じるものと考えら
れる。このような理由から数値比Ｐの範囲を１．０≦Ｐ
≦２．０とした。

本発明の金属粉系フラックス入りワイヤはフラックスの
充填率が５〜２５重量％の範囲で、ワイヤ径は１．０〜
２　、４ｍｍ直径であることが望ましい。フラックスの
充填率が５重量％未満の場合には、フラックス入りワイ
ヤの溶融速度が比較の溶接材料であるソリッドワイヤよ
りも遅くなり特徴がなくなる。またフラックスの充填率
が２５重量％を越えるとフラックス入すワイヤの製造が
困難となる。

ワイヤ径についてはワイヤ溶融速度は相対的に電流密度
を高め、かつワイヤの突出し部分のジュール発熱効果を
積極的に利用できるワイヤ径１．０〜２．４ｍｍが望ま
しい。

またワイヤの断面構造ではワイヤ断面に開口部のあるワ
イヤおよび開口部のないシームレスタイプのワイヤのい
ずれの場合にも適用可能である。

また本発明のフラックス入すワイヤはシールドガスの組
成としては炭酸ガス以外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
ンとの混合ガスを使用する場合、アルゴンガスのアーク
安定作用が重畳されるのでさらにスパッタを減少させる
ことができる１［実施例コ 第２表に示す金属粉９０％以上を含むフラックスを用い
て、充填率２０％のフラックス入りワイヤを第３表に示
すワイヤ直径１　、６ｍｍを作製した。ワイヤの作製は
フラックス入りワイヤを作製する定法に従っているが、
出発材料である軟鋼の外皮フープおよびパイプの寸法を
変えて、数値比Ｐを変化させた。

それらのフラックス入りワイヤおよび比較ワイヤのスパ
ッタ発生量を測定した結果を、同じく第３表に示すが、
数値比Ｐが１．０以上から２．０以下の時、スパッタ発
生量が極めて少ない結果が得られている。なお第３表に
は比較例として、チタニア系フラックス入りワイヤ（Ｊ
ＩＳ　Ｚ　３３１３　ＹＦす２４）およびソリッドワイ
ヤ（ＪＩＳ　Ｚ　３３］２　ＹＧυ−１１）を使用した
場合のスパッタ発生量の測定結果を示し本発明ワイヤの
効果を明らかにしている。

第　　　　２　　　　表 第　　　　３　　　　表 （１）　ＪＩＳ　Ｚ　３３１３　ＹＦ１１２４　（チタ
ニア系フラックス入りワイヤ）（２）　ＪＩＳＺ　３３
１２　Ｙα１１（ソリッドワイヤ）［発明の効果コ 本発明の効果として、主として炭酸ガスを用いてスパッ
タ発生の少ない優れた金属粉系フラックス入りワイヤを
提供することができ、この種ワイヤの実用性を飛躍的に
高めることができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は数値比Ｐの測定方法を説明するワイヤの縦断面
の図、 第２図は数値比Ｐとスパッタの発生量の関係を示す図、 である。 １：ワイヤの鋼製外皮、　２：フラックス。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　金属粉を９０重量％以上含有してなるフラックスを、
   鋼製外皮中にワイヤ全重量に対して５〜２５重量％充填
   してなり、かつ次式に示す数値比Ｐが１．０≦Ｐ≦２．
   ０であるることを特徴とするアーク溶接用金属粉系フラ
   ックス入りワイヤ。 Ｐ＝ｔ＿１／ｔ＿２ ｔ＿１：縦断面方向のワイヤの鋼製外皮の最大厚さｔ＿
   ２：縦断面方向のワイヤの鋼製外皮の最小厚さ