JPH03285791A

JPH03285791A - 炭酸ガスアーク溶接用低スパッタソリッドワイヤ

Info

Publication number: JPH03285791A
Application number: JP8377790A
Authority: JP
Inventors: Minoru Yamada; 稔山田; Masato Konishi; 正人小西; Kishio Fujimoto; 藤本　己子男
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1990-03-30
Filing date: 1990-03-30
Publication date: 1991-12-16
Anticipated expiration: 2012-04-16
Also published as: JP2599807B2

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、アーク溶接用ソリッドワイヤに係り、より詳
細には、炭酸ガスアーク溶接に際し、溶滴の短絡移行と
グロビュラ移行の混在するスパッタの多発する電流域に
おいて、アークの安定性及びスパッタの低減を改良した
アーク溶接用ソリノｉ・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題）ソリッドワイ
ヤを用いた炭酸ガスアーク溶接では、比較的低電流域で
は溶滴は短絡移行する。しかし、電流を上げても、不活
性ガスアーク溶接のようにスプレー移行にはならず、溶
滴が極めて大きくなり、短絡移行とグロビュラ移行とが
混在するだけであるため、アークの安定性を損ない、ス
パッタが多発することになる。したがって、スパッタの低減を図るには、電流を下げて
短絡域で行なうか、或いは電流を極端に」ユげて完全な
グロビュラ移行とするかのいずれかが採用されている。しかし、前者の場合には能率が低下するという問題があ
る。また、後者の場合には、薄板溶接へ適用すると溶は
落ちや高速溶接の面で良くないという問題がある。結局、この短絡移行とグロビュラ移行とが混在する電流
域ではスパッタの発生を低減できないのが現状である。１− 本発明は、」１記従来技術の問題点を解決し、短絡移行
とグロビュラ移行とが混在する電流域においても、アー
クの安定性を確保し、スパッタ発生を低減できる炭酸ガ
スアーク溶接用ソリッド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）前記課題を解決するため、本発明者は、スパッタ発生の
機構及びアーク安定性を溶接材料の物性面より鋭意検討
を重ねた。その結果、最も効果的な成分系を確立するに
至り、特に、７ｆＪ滴の粘度及び表面張力をワイヤ成分
子ｊ、Ｍｎ、Ｃ等で調整すると共にＣＯガス爆発の抑制
を図ることにより、炭酸ガスアーク溶接における短ｍ移
行とグロビュラ移行とが混在する電流域でのスパッタの
発生を抑え、勿論、それ以外の電流域でも効果があり、
溶接作業性に優れた低スパツタソリッドワイヤを見い出
したものである。すなわち、本発明は、Ｃ：０．０２〜０．０８％、Ｓｊ
：０．６〜１．２％、Ｍｎ：１．．３−１．９％、Ｐ：
０．０３０％以下、Ｓ：○、○０５〜０，０３０％。Ｔｊ：０．０４〜０，１２％及びＡＱ：０．０２０％以
下を含有し、かつ、Ｓｊ／Ｍｎ＝Ｏ，／Ｉ　７−０．７
１、Ｃ／Ｔｉ＝０．２〜１．０、Ａ　Ｑ　／　Ｔ　ｊ二
〇、１７以下であり、残部がＦｅ及び不可避的不純物か
らなることを特徴とする炭酸ガスアーク溶接用低スパツ
タソリッドワイヤを要旨とするものである。以下に本発明を更に詳述する。（作用）まず、スパッタ低減のメカニズムを検討するに当たって
、高速度ビデオによる溶滴移行とアーク電圧波形のオシ
ログラフよりスパッタ発生状況を観察した。その結果、
第１表に示すように、次のことが判明した。短絡移行とグロビュラ移行とが混在する比較的高電流域
では、低電流域の短絡移行域と比べ溶滴形状が不安定で
径も大きくなり、短絡周期や短絡時間も不規則となる。その結果、スパッタ発生量が多くなり、大粒のスパッタ
も多くなる。また、大粒のスパッタが発生した時や溶滴
の爆発時にアークも不安定になり易い。＝３また、スパッタ発生過程を、（１）短絡した瞬間、（２）再アーク発生時点、で整理してみると、Ａ型短絡（完全溶滴移行）及びＢ型
矩絡（不完全移行、瞬間短絡）のいずれにおいても、再
アーク時にスパッタの発生が多くみられた。更に、Ｂ型
短絡よりもＡ型短絡の方での発生が多い。したがって、スパッタ発生を少なくするには、短絡回数
を少なくし、且つ溶滴形状を球状にして短絡周期を規則
的にすれば良いこと、更に、溶滴の爆発は、炭素と酸素
の反応によるＣＯ爆発を抑制すれば良いことも知見され
た。かメる知見に基づき、本発明のワイヤにおいては、スパ
ッタを少なくす入く、短絡数を少なく再アークの回数を
少なくしたものである。更にＣ○爆発な少なくしたもの
である。前者は、Ｔｊ、Ｍｎ、Ｓｉ等による酸素の抑制
及びＳの抑制により、溶滴の粘度及び表面張力が大きく
、月つ溶滴をやや大きく球状にすることによって実現し
た。一方、後者は、Ｃ添加の抑制により実現した。また、本発明のワイヤにおいては、短絡時の溶滴移行も
スムーズである。これは、表面張力が大きいことと、７
８滴径が大なることによる移行力増大に起因すると推定
される。

【以下余白】

次に、本発明のワイヤにおける化学成分の限定理由につ
いて説明する。Ｃ：０．０２〜０．０８％Ｃ量を減少すれば、スパッタは少なくなっていく傾向が
見られる（第３図参照）。また、溶滴径も大きくなり、
短絡回数も少なくなると共にアークもソフトになり安定
する。これは、ＣＯ爆発の減少によるためと思われる。この効果は０．０８％以下でみられる。しかし、０．０２％未満になると、スパッタが逆に多少
増加傾向になるだけでなく、機械的性能の引張強さが低
下してしまう。したがって、Ｃ量は、０．０２〜０．０８％の範囲とし
、更に望ましくは０．０２〜０．０６％である。Ｓｊ：０．６〜１．２％Ｓｊ量を増加すれば、スパッタは減少の傾向にある（第
４図参照）。しかし、１．２％を超えるとスラグの発生
が多くなったり、ビードが凸になり、更には溶接金属の
靭性も低下する。一方、０．６％未満ではスパッタの減
少効果が少なくなり、健全な溶接金属を得るための脱酸
効果も薄れる。したがって、Ｓｊ量は０．６〜１．２％の範囲とし、更
に望ましくは０．８〜１．０％である。Ｍｎ：　１．３−１−．９％Ｍｎは、Ｓｊと同様、その量が増加するとスパッタは減
少の傾向にある（第５図参照）。しかし、１゜９％を超
えると生産時の伸線性が極端に悪くなる。一方、１．３％未満に減少させるとスパッタの減少効果
が弱くなるだけでなく、溶接金属の引張強度も保持でき
なくなる。したがって、Ｍｎ量は１．３〜１．９％の範囲とし、更
に望ましくは１．４〜１゜７％である。Ｐｒｏ、０３０％以下Ｐは、割れ発生防止の点より、０．０３０％以下に抑制
するのが良い。Ｓ：Ｏ，ＯＯ５〜０．０３０％Ｓを抑制すれば、スパッタは減少の傾向にある（第６図
参照）。しかし、通常の生産上では０．００５％以下に
抑制するのはニス１−アップになる。また、０．００５％未満ではビート形状が凸になりすぎ
る。一方、０．０３０％を超えると高温割れの発生、ビ
ードの波目の不揃いが発生する。したがッテ、Ｓ量は０．００５−０．０３０％の範囲と
する。Ｔｉ：０．０４〜０．］２％Ｔｉ量を増加すれば、スパッタ減少の傾向は大きい（第
７図参照）。しかし、０６１２％を超えるとスパッタ減
少の傾向は飽和し、逆にスラブが多くなる。また、０．
０４％未満てばスパッタの減少は見られなく、増加傾向
にある。したがって、Ｔｉ量は０．０４〜０．１２％の範囲とし
、更に望ましくは０．０６〜０．１０％である。ＡＱ：０．０２０％以下ＡＱはスパッタ減少には良くない。したがって極力少な
い方が良い（第８図参照）。しかし、ビート外観を整え
るために、０．０２０％以下で若干量を含有させるのが
良い。Ｓｉ／Ｍ口：０．４７〜０．７１スパッタ発生量は、Ｓ　ｊ　／　Ｍ　ｎ比にあまり左右
されないが、ビ・−１＜形状に影響を与えることか判明
した。すなわち、この比が０．７１より大きすぎるとビ
ート形状が凸どなり、逆に０．４７より小さくなるとビ
ートが偏平になりすぎる。したがって、本発明において
は、Ｓ　ｉ　／　Ｍ　ｎ　：　０　、４７−０　。７１に規制するものである。Ｃ／Ｔｉ：０．２〜１．０Ｃ／　Ｔ　ｊ比が小さくなるにつれて、スパッタ発生量
は減少していく傾向がある１　しがし、この比が０．２
より小さくなると、スパッタは逆に増加し、しかも大粒
のスパッタが多くなる。一方、この比が１．０を超える
とスパッタの減少が望めなくなる（第１図参照）。した
か−って１本発明においては、Ｃ／Ｔｉ：０．２〜１．
０に規制するものである。Ａ＋２／Ｔｉ：０．１７以下Ａ　Ｑ　／　Ｔ　ｊ比は小さい方がスパッタ減少には良
いことが判明した。具体的にはＯｌ」７以下が良い（第
２図参照）。なお、ビートの外観を保つため０１には、この比が若干の値となるようにするのが望ましい
。なお、本発明においては、ワイヤに含まれる総酸素量を
３０〜１８０ｐｐｍの範囲に規制するのが望ましい。酸
素量が上限値を超えると溶滴の表面張力低下によってス
パッタがやや多くなり、また溶接金属の衝撃値低下が生
じる。逆に、下限値を割るとアークの安定性が悪くなる
。以」二、本発明のワイヤにおける化学成分の限定理由に
ついて述べたが、スパッタ発生量については、各成分を
変化させ、スパッタ発生量、ビート形状、スラグ発生量
等について比較検討した結果、得られたものである。ワイヤ径は特に限定されないが、０．８〜１゜６ｍｍφ
の範囲が特に実用範囲である。次に本発明の実施例を示す。（実施例）第２表及び第３表に示す化学成分を有するワイヤを試作
し、各ワイヤについて第４表に示す条件で溶接試験を行
ない、その時発生したスパッタを調べた。その結果を第
２表及び第３表に併記する。なお、スパッタは第９図に示す装置を用いて採取した。第２表及び第３表より、次のように考察される。（１）　表中、Δ１〜Ａ１．０１ＡＩｌ〜Ａ＋２、ＡＩ
３〜Ａ１４、Ａ＋５〜Ａ］７、Ａ２１〜Ａ２２、Ａ２１
〜Ａ２２及びＡ２３〜Ａ、２４は本発明例であり、いず
れも、スパッタ発生量は少なく（はぼ０．４−０．７ｇ
／ｍｊｎ）、スラグ発生量も少なく、ビート形状及び溶
接金属の性能も良好であった。（２）　一方、Ｂ４、Ｂ１０、Ｂ１０、Ｂ１０、Ｂ１６
は一成分のみ本発明範囲を外れた比較例である。Ｂ４はＣ量が少ないために引張強度（Ｔ、Ｓ、）が低い
。Ｂ１２はＰ量が多いために高温割れが発生した。Ｂ１０はＳ量が少ないために溶解コス１〜が高い。Ｂ１４はＳ量が多いために割れが発生し、ビード外観が
悪化した。Ｂ１６はＴｉ量が多いためにスラグが多発し
た。（３）　また、Ｂ１〜Ｂ３、Ｂ５、Ｂ８、Ｂ］、７は各
成分は本発明範囲に入っているが、成分比が本発明２３範囲を逸脱している比較例である。Ｂ１及びＢ８はＳｊ
／Ｍｎが本発明範囲外であるためにビード外観が悪化し
、Ｂ２及びＢ］、７はＡ（１，／Ｔｉが本発明範囲外で
あるためにスパッタが多発し、Ｂ３及びＢ５はＣ／Ｔ〕
が本発明範囲外であるためにスパッタが多発した。（４）　更に、Ｂ６〜Ｂ７．１３９、ＢＩＯ〜Ｂｌｌ、
Ｂ１．５、Ｂ１８は各成分及び成分比が本発明範囲を外
れている比較例である。、Ｂ６、Ｂ１８、Ｂ１．５はＣ
１ＡＱ、ＴｊやＣ／　Ｔ　ｉ、ＡＱ／Ｔｉが本発明範囲
を外れているためにスパッタが多発し、Ｂ７及びＢ９は
ＳｊやＭｎが少ないためにスパッタが多発し、Ｓ　ｉ　
／　Ｍ　ｎが本発明範囲を外れているためにビード形状
が悪化した。Ｂ９及びＢ１．］はＳｊやＭｎが多いため
にスラグ量が増加し、Ｓｊ／Ｍｎが本発明範囲外である
ためにビード形状が悪化した。

【以下余白】

１４（発明の効果）以上詳述したように、本発明によれば、ソリッドワイヤ
を用いた炭酸ガスアーク溶接で、特に短絡移行とグロビ
ュラ移行とが混在する電流域でスパッタの発生を低減用
能としたので、用途範囲を拡張できる効果は顕著である
。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図はスパッタ発生量とワイヤの成分比の
関係を示す図、第３図〜第８図はスパッタ発生量とワイヤの各成分との
関係を示す図、第９図はスパッタ発生量の測定装置を示す図で、（ａ）
は側面図、（ｂ）は一部平面図である。１　スパッタ補集板、２　ワイヤ送給装置、３トーチ、
４・・・母材、５・・台車。

Claims

【特許請求の範囲】

重量％で（以下、同じ）、Ｃ：０．０２〜０．０８％、
Ｓｉ：０．６〜１．２％、Ｍｎ：１．３〜１．９％、Ｐ
：０．０３０％以下、Ｓ：０．００５〜０．０３０％、
Ｔｉ：０．０４〜０．１２％及びＡｌ：０．０２０％以
下を含有し、かつ、Ｓｉ／Ｍｎ＝０．４７〜０．７１、
Ｃ／Ｔｉ＝０．２〜１．０、Ａｌ／Ｔｉ＝０．１７以下
であり、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなることを
特徴とする炭酸ガスアーク溶接用低スパッタソリッドワ
イヤ。