JPH0284295A

JPH0284295A - セルフシールドアーク溶接フラックス入りワイヤ

Info

Publication number: JPH0284295A
Application number: JP23735488A
Authority: JP
Inventors: Yoshiya Sakai; 酒井　芳也; Isao Aida; 藍田　勲; Tetsuo Suga; 哲男菅; Katsushi Nishimura; 西村　勝士
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1988-09-21
Filing date: 1988-09-21
Publication date: 1990-03-26
Anticipated expiration: 2011-07-31
Also published as: JP2519308B2

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）本発明はセルフシールドアーク溶接フラックス入りワイ
ヤに係り、特に溶接欠陥のない健全な溶接部を安定して
得ることができるセルフシールドアーク溶接フラックス
入りワイヤに関する。

（従来の技術及び解決しようとする課題）セルフシール
ドアーク溶接は、風によりピット。

ブローホール等の欠陥が生じる危険が少なく、また、外
部からのシールドガスを必要としないことから取扱いが
容易であるなど、屋外溶接に適した特長を持っており、
建設現場に適した溶接法と云える。

しかし乍ら、セルフシールドアーク溶接は上記利点を有
するものの、溶接条件による作業性の変化が著しく大き
いため、高度の溶接技輌を必要とし、厚板の多層溶接な
どでは、溶接欠陥（スラグインクルージヨン、融合不良
）の発生機会が多く、健全な溶接部を得ることは極めて
困難と云える。

建設現場で常用される横向姿勢では特に欠陥が生じ易い
。このため、建設現場の溶接には、ガスシールドアーク
溶接が適用されている。

しかし、ガスシールドアーク溶接では、風の影響を受は
易いことから防風対策を講じる必要があり、特に風速の
強い時には溶接作業を中断しなければならない等の欠点
がある。

このようなことから、容易に健全な溶接部が得られるセ
ルフシールドアーク溶接ワイヤの開発が望まれており、
従来より種々の提案がある。例えば、特公昭６２−２５
４７９号等が提案されているが、横向溶接に対しては必
ずしも十分とはいえない。

本発明は、上記従来技術の欠点を解消して、特に横向姿
勢の多層溶接でも溶接欠陥の発生率が極めて少なく、靭
性及び曲げ延性等の溶接性能の優れたセルフシールドア
ーク７ｓ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、本発明者は、まず、従来のセ
ルフシールドアーク１容接フラックス入りワイヤによる
溶接部において溶接欠陥が発生し易い要因について分析
したところ、以下のような要因により溶接欠陥が発生し
易いことが判明した。

■ビードが凸状になるため、ビードとビードの間に狭い
溝を形成し、スラグインクルージヨンや融合不良が生じ
る。

■ビードが垂れ落ち易いため、コールトラップを形成す
る。

■ビードの揃いが不良のため、凹凸が生じ、融合不良や
スラグインクルージヨンの原因になる。

■ビートにスラグが焼付くので十分な除去が困難であり
、焼付いたスラグの上から溶接した場合にはスラグイン
クルージヨンやコールドラップを生じ易い。

■アークが安定しないため、安定した溶込みや安定した
溶融状況が得にくく、溶接欠陥の原因になり易い。

■ワイヤの突出し長さが短くなったり、またアーク電圧
が高すぎるとピットが発生し、条件変動に弱く、溶接条
件範囲が狭い。

これらの要因のうち、■〜■はスラグの物性に起因し、
■はフラックス率の安定性に起因し、■はシールド性に
基因するものと考えられる。

そこで５本発明者は、シールド性を強化し、スラグに適
正な物性を与えると共に、フラックス率の安定したフラ
ックス入りワイヤを作成することによって健全な溶接部
が得られるとの知見に基づいて鋭意研究を重ねた。

その結果、鋼製外皮に充填するフラックスとして金属弗
化物、金属炭酸塩、Ｌｉ、脱酸剤、鉄粉等を必須成分と
して調整し且つフラックス率を規制することにより可能
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、本発明に係るセルフシールドアーク溶接フラ
ンクス入りワイヤは、鋼製外皮中に、金属弗化物：１８
〜３０％、金属炭酸塩：２〜１５％、Ｌｌ：０．１〜４％、Ａｌ：８〜１５％、Ｍｇ：３〜１０％。

Ｍｎ：０．２〜８％、鉄粉：３０〜６０％、但し、金層弗化物／鉄粉：０．４〜０．７％を必須成分
として含有する組成のフラックスをフラックス率が１７
〜２３％重量％となるように充填してなることを特徴と
するものである。

以下に本発明を更に詳細に説明する。

（作用）まず、本発明のセルフシールドアーク溶接フラックス入
りワイヤに用いるフラックスの成分限定理由を説明する
。

倉且兆■璽：金属弗化物はシールド剤であると共に主要な造滓剤であ
り、１８〜３０％の範囲で添加する。

添加量が多いほどシールド効果を増すが、スパッタ及び
ヒユーム量が過大になり、溶接作業性を著しく損なう。

そして、３０％を超える量ではスラグの融点を上げ、横
向などの姿勢溶接においてはビードが垂れ落ち易く、ま
たコールドラップの原因となる。シールド性及び作業性
のからみからみて、最適含有量は２０〜２６％であるが
、上限値以下であれば許容できる。一方、金属弗化物量
は少ないほど作業性向上の傾向にあるが、過少になると
シールドが不十分になり、ピット、ブローホール等の欠
陥が生じるので、下限値は１８％にとどめるのが望まし
い。

なお、金属弗化物としては５種々のものが使用できるが
、スラブの剥離性や耐吸湿性の点から蛍石（ＣａＦ２）
が最も望ましい。この蛍石量の一部をＬｉＦ、に、Ｓｉ
Ｆ、、ＮａＦ、ＢａＦ２等で置換すると溶滴移行をスム
ーズにして、吹き付は等を改善できるなどの好ましい影
響を与えるが、過大になるとスラグの剥離性等を損ない
、却ってスパッタ量が増すので、置換量は１０％以下に
するのがよい。

金、１！ＪＬ東：金属炭酸塩はスラグの剥離性及びスラグの粘性を好まし
いものにする作用がある。したがって、光沢のあるビー
ド表面が得られると共にビードの垂れ落ちを改善し、均
一で平滑なビード形状が得られる。更にはシールド剤と
しても作用するものである。そのために、金属炭酸塩は
２〜１５％の範囲で添加する。

添加量が多いほどスラグの剥離性、ビート形状、シール
ド性は改善されるが、１５％を超えて過大になると溶接
時に発生する分解ガス（ＣＯ２）のため著しく大粒の叉
バッタが発生し、作業性上望ましくない。最適量は４〜
７％であるが、１５％までは許容できる。一方、含有量
が２％より少なすぎるとスラブが焼付く傾向にあり、ま
たスラブの粘性が低くなるので均一で平滑なビード形状
が得られない。

なお、金属炭酸塩としては、ＣａＣ○、が最も適当であ
るが、その他にはＢａＣＯ２、ＳｒＣＯ２、Ｌｉ２Ｃ０
，等も１種以上併用することができる。

Ｌｉ：Ｌｉはアーク電圧及び突出し長さの変動によるピットの
発生を抑制する効果があるので０．１〜４％の範囲で添
加する。

第１図はＬｉを含有しないセルフシールドアーク溶接フ
ラックス入りワイヤについて、ビードオンプレート溶接
法でテストした結果を示したもので、突出し長さが短く
なるとピットが発生する状況を示したものである。

第１図の結果より、ピットが発生し易い突出し長さ（１
５ｍｍ）にして、Ｌｉを含有するセルフシールドアーク
溶接フラックス入りワイヤについてテストした結果を示
したものが第２図である。同図より、ＬＬがピン１〜の
抑制及びアーク電圧範囲の拡大に有効であることが判る
。しかし、０．１％未満では効果が少なく、４％を超え
るとスラグが流れ易くなり、特に横向溶接ではビードが
垂れ。

凸状になるので好ましくない。

なお、ＬＬ単体は大気との反応が激しいため、原料とし
て適していない。したがって、Ｌｉ源の原料としては他
の金属との合金化した粉末で使用するのが好ましく、Ａ
ｆｌ−Ｌｉが最適である。この場合、Ａｌ−ＬｉのＬＬ
含有量は１．５〜６％程度が望ましい。６％以上では大
気との反応が激しくなり、また爆発性も増すので好まし
くない。

Ｌｉ源の原料としては、Ａｌ−Ｌｉの池に、炭酸リチウ
ム、リチウムフェライト、リチウムマンガネート、リチ
ウムジルコネート、リチウムシリケート等が使用できる
。なお、炭酸リチウムは分解してＣＯ２を生成し、スパ
ッタの発生を増加させるので１０％以下に抑えるのがよ
い。Ａｌ−Ｌｉや炭酸リチウム、或いは炭酸リチウム以
外の化合物を適宜併用することにより、作業性を損なう
ことなく、広い条件範囲で耐ピツト性を向上させること
ができる。

Ａ　Ｑ：Ａｌは脱酸剤として作用すると共に溶着金属中に侵入し
たＮを固定し、ピント及びブローホールを防止するので
、８〜１５％の範囲で添加する。

しかし、８％未満ではピント及びブローホールが発生し
、健全な溶接部が得られない。また１５％を超えると、
溶着金属中に残存するＡｌが増加するので結晶粒が粗大
化し、著しく延性を損なうので好ましくない。なお、Ａ
ｌ原料としては金属アルミのほか、　Ｆｅ−Ａ　Ｑ　、
Ａ　Ｑ　−Ｍｇ、　Ａ　Ｑ　−Ｌｉ等の合金で使用する
のが望ましい。

」：Ｍｇは蒸気になって溶接部のシールドを行うと共に脱酸
剤としても作用するので、３〜１０％の範囲で添加する
。しかし５３％未満ではピット。

ブローホールの抑制が困難である。また過剰な添加はス
ラグの粘性を下げ、ビードの垂れ落ちを助長し、またヒ
ユーム量も著しく増加するので、１０％を超える添加は
好ましくない。なお、Ｍｇ原料としてはＭｇ粉末のほか
、Ａ　Ｑ　−Ｍｇ、　Ｆｅ　−Ｓｌ−Ｍｇ、　Ｎｉ−Ｍ
ｇ、等の合金が最適である。

Ｍｎ：Ｍｎは脱酸剤として作用すると共に溶着金属に適正な引
張強さを与えるので、０．２〜８％の範囲で添加する。

しかし、０．２％未満では引張強さが不足し、８％を超
えると引張強さが過剰になり、曲げ延性を著しく損なう
ので好ましくない。

なお、Ｍｎ原料としてはＭｎ粉末のほか、Ｆｅ　　Ｍｎ
、ＦｅＦｅ−８ｉ−等の合金が適当である。

灰皿：鉄粉はフラックスの流動性を増すのでフラックス率を安
定にする。また、溶接時の作用としては、熱伝導の役割
を担い、金属弗化物の溶融を促進しているものと考えら
れる。したがって、鉄粉はアークを安定にし、且つ安定
した溶融状態が得られるので、３０〜６０％の範囲で添
加する。しかし、３０％未満ではフラックス柱の生成が
観察され。

溶接欠陥の抑制に好ましくなく、スパシタ増加の問題が
ある。また６０％を超えると、金属弗化物の添加量が相
対的に減少し、シールド低下等の問題が発生するので好
ましくない。なお、鉄粉のカサ比重は２．５〜３．７％
のものが望ましく、成分的には特に制約を受けない。

本発明者は、鉄粉につき主要な造滓剤である金属弗化物
との関係で溶接現象を調査したところ、（金属弗化物）
／（鉄粉）の比がアーク状態と密接な関係が認められ、
０．４〜０．７％の範囲で極めて効果的であることが判
明した。

すなわち、第３図に示すように、（金属弗化物）／（鉄
粉）の比が０．７％を超えるとアークの安定性が損なわ
れ、スパッタ発生量が増す傾向が認められる。一方、０
．４％未満では、フラックス柱の形成が認められ、シー
ルド不良等が生じる。この比を規定した点が本発明の特
長でもある。

以上の組成のフラックスは以下のフラックス率にて鋼製
外皮中に充填して製造することにより、目的とする溶接
性能が得られる。

フラックス率：ワイヤ構成中のフラックス率は１７〜２３％の範囲内に
とどめるべきである。１７％未満では必要なスラグ基が
確保できなくなるので、作業性を劣化させる。また、２
３％を超えると伸線中に断線が発生し、能率的な生産を
行うことができなくなるので避けるべきである。

なお、本発明においては、必要に応じて次の成分を加え
てフラックス入りワイヤを製造することができる。

Ｎ１：Ｎｉは靭性を向上させるので、ワイヤ全重量当たり０．
２〜３％の範囲で添加することができる。

しかし、０．２％未満では効果が得られず、３％を超え
ると溶着金属の引張強さが過剰になり、靭性を損なうの
で好ましくない。

二乙キ水分ｌ：ワイヤの水分量は３００〜２０００ｐｐｍの範囲が推奨
される。３００ｐｐｍ未満ではシールド性の面で、また
２０００ｐｐｍを超えると耐ピツト性、割れの面でそれ
ぞれ問題となる。なお、ワイヤの水分量は、ＪＩＳ　　
Ｋ　　０１１３（１９７９）に準じて１ｌｌ１１定した
値である。

なお、本発明ワイヤは、上記成分を混合したフラックス
を鋼製の外皮内に充填されたものであるが、外皮の化学
成分は特に限定されないが、Ｓｊ：１％以下、Ｔｏｔａ
ｌＮ：　１００ｐｐｍ以下の組成のものが望ましい。こ
れらの成分は、アーク特性に影響を与え、スパッタ発生
量を増加させる傾向にあり、特にＮはピットやブローホ
ールの原因となるので、上記のように規制するのが望ま
しい。

なお、本発明のセルフシールドアーク溶接フラックス入
りワイヤの製造方法は、通常のフラックス入りワイヤの
製造方法と特に変わるところはなく、同様に生産するこ
とができる。

また、ワイヤの断面形状においても特に制限を受けるも
のではなく、第４図に例示する断面形状のものが使用で
きる。作業性の面で（ｂ）がよい。

ワイヤ径は１．２〜２　、４　ｍｍφのいずれも対象と
なるが、使い易さ、性能等の面より特にり、６＋ｎｍφ
、２　、０　ｍ＋ａφがよい。

対象鋼種は軟鋼、ＨＴ　−５０、低温用鋼が主たる対象
であるが、特に制限を受けない。

極性は正極性（ＤＣＥＮ）が望ましい。

次に本発明の実施例を示す。

（実施例）第１表及び第２表に示す諸元により、ワイヤ径２ｍｍφ
のフラックス入りワイヤを作成した。ワイヤ断面形状は
第４図の（ｃ）の形状であり、鋼製外皮成分はＣｏ０．
０７％、Ｍｎ：０．３％、　Ｓｉ：０．１％、Ｃｒ：０
．０５％、Ｔ、Ｎニア０ｐｐｍ等である。

次いで、このフラックス入りワイヤを用い、横向姿勢で
２５ｍｍｔのＶ形開先（ギャップ６１Ｉ１ｍ、開先角度
３５°）の半自動溶接を行い、溶接部の性能及び作業性
を調査した。なお、溶接条件はＤＣＥＮ、３００Ａ−２
４〜２６Ｖである。作業性の評価は、試験板作成時に！
！！察したものである。

第３表は試験結果を示したもので、以下の如く考察され
る。

Ｎｎ　１〜Ｎａ　１０は本発明例であり、いずれも作業
性（ビード形状、スラグ剥離性、アーク安定性、スパッ
タ、ピット）が優れていると共に、溶接性能（強度、曲
げ延性、靭性、溶接欠陥）も優れており、良好な結果が
得られている。

Ｎｎ１ｌ〜Ｎα１２は金属炭酸塩の配合比が適切でない
比較例であり、多すぎるとアーク不安定で、スパッタ量
が多く、溶接性能も良くない。少なすぎるとピトー形状
、スラブ剥離性が悪く、溶接性能も良くない。

Ｎα１３〜Ｎｎ　１４は金属弗化物の配合量が適切でな
い比較例であり、多すぎるとスパッタが多く溶接作業性
が悪い。少なすぎると溶接欠陥が多くなる。

Ｎα１５〜Ｎ［１１６はＬｉの配合量が適切でない比較
例であり、少なすぎるとピットが多く、？８接性能も良
くない。多すぎるとビート形状の面で悪く。

溶接性能も良くない。

ＮＱｌ　７−Ｎｎ　１８は（金属弗化物）／（鉄粉）の
比が適切でない比較例であり、この比が高すぎるとスパ
ッタが多く、少なすぎると溶接性能が劣る。

Ｎα１９〜Ｎα２０はＭｇ及びＡｌの配合比が適切でな
い比較例であり、Ｎα２１〜Ｎ０２２はＭｎ及びＮｉの
配合量が多すぎる比較例であり、Ｎａ　２３〜Ｎａ　２
４は鉄粉の配合比が適切でない比較例であり、いずれの
比較例も良い結果が得られなかった。

またＮα２５はフラックス率が適性でない比較例であり
、良い結果が得られなかった。

（以下余白）（発明の効果）以上詳述した如く、本発明のセルフシールドアーク溶接
フラックス入りワイヤによれば、容易に健全な溶接部を
得ることができ、特に、従来のセルフシールドアーク溶
接では溶接性能（欠陥、曲げ性能等）が十分保障されな
かった横向溶接部の健全性を画期的に向上させることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のフラックス入りワイヤ（Ｌｉ無添加のも
の）における突き出し長さの変動によるピット発生状況
を示した図、第２図は本発明のフラックス入りワイヤにおけるＬｉ含
有量とピット数及びピットの発生しない上限電圧の関係
を示した図、第３図は（金属弗化物）／（鉄粉）の比とスパッタ及び
溶着金属中のＮ量との関係を示した図、第４図（ａ）〜
（ｄ）はフラックス入りワイヤの断面形状の一例を示す
図である。ｌ・・・外皮金属、２・・フラックス。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）鋼製外皮中に、重量％で（以下、同じ）金属弗化
物：１８〜３０％、金属炭酸塩：２〜１５％、Ｌｉ：０．１〜４％、Ａｌ：８〜１５％、Ｍｇ：３〜１０％、Ｍｎ：０．２〜８％、鉄粉：３０〜６０％、但し、金属弗化物／鉄粉：０．４〜０．７％を必須成分
として含有する組成のフラックスをフラックス率が１７
〜２３％重量％となるように充填してなることを特徴と
するセルフシールドアーク溶接フラックス入りワイヤ。
（２）Ｎｉをワイヤ全重量当たり０．２〜３％含有する
請求項１に記載のセルフシールドアーク溶接フラックス
入りワイヤ。
（３）ワイヤの水分量が３００〜２０００ｐｐｍである
請求項１に記載のセルフシールドアーク溶接フラックス
入りワイヤ。
（４）Ｌｉ源としてＡｌ−Ｌｉ合金（Ｌｉ含有量：１．
５〜６．５％）粉末が使用される請求項１に記載のセル
フシールドアーク溶接フラックス入りワイヤ。