JPH03297597A - 鋳鉄溶接用Ｎｉ心線挿入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、鋳鉄溶接用のフラックス入りワイヤに関し、
特にアーク安定性が良好で、ビードの広がりが良（、そ
の結果ブローホール、ピットなどの溶接欠陥が発生しな
い鋳鉄溶接用フラックス入りワイヤに関するものである
。

〔従来の技術〕

従来、鋳鉄の溶接では、母材への溶は込みを極力少なく
し、熱影響部の硬化層（白銑化）の発生域を小さくする
ことで、割れ発生の低減に努めて来た。その結果、溶接
電流、アーク電圧が低くでき、溶接入熱を他の溶接法に
比べ低く制御できる被覆アーク溶接棒の改良が行われ、
鋳鉄の溶接には被覆アーク溶接棒が一般的に使用されて
いる。

しかし最近、鋳鉄の溶接にも自動化および高品質化のニ
ーズが広まり、例えば特開昭５６４７２９２号公報「鋳
鉄用溶接心線」では、４０〜７０％Ｎｉのソリッドワイ
ヤにＳｔ　　ＭｎおよびＮｂを限定添加することで溶接
金属、母材の耐割れ性を改良した溶接ワイヤが開示され
ており、特開昭５１−１７８１９５号公報「球状黒鉛鋳
鉄の溶接に使用する自動溶接ワイヤ」では、４０〜６０
％Ｎｉのソリッドワイヤに希土類金属およびＮｂ、　Ｎ
を限定添加することで溶接金属の高靭性化と、高温割れ
の低減を図った溶接ワイヤが開示されている。

しかし、これらの溶接ワイヤは、いずれもワイヤの形状
はソリッドタイプであることから、溶接作業性の改善が
十分できない。またソリッドワイヤは、母材への溶は込
みが大きくなり、熱影響部の硬化層が大きくなるなどの
問題を十分に解決されていない。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明の目的は、鋳鉄アーク溶接において、特にアーク
が安定して溶接作業性が良く、その結果ビーＩ・形状が
良く、熱影響部の硬化層が少なく、スラグ巻き込み、ブ
ローールなどの発生しない健全な鋳鉄の肉盛溶接部また
は継手溶接部が得られる鋳鉄溶接用フランクス入すワイ
ヤを提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の要旨とするところは、重量比で黒鉛：２〜１０
％、Ｍｎ＝１５〜３０％、炭酸塩：３〜３５％、金属ふ
つ化物：３〜３５％、Ａｌ、　Ｔｉ、　Ｍｇの１種また
は２種以上２〜１０％を含む充填フラックスを、ワイヤ
全重量に対して３〜１５％を軟鋼外皮中に充填し、かつ
ワイヤ全重量に対して４０〜６０％のＮ＋心線をワイヤ
内部に挿入してなることを特徴とする鋳鉄溶接用Ｎｉ心
線挿入フラックス入りワイヤにある。

〔作用１ 以下本発明の詳細な説明する。

まず充填フラックスの成分を限定した理由について述べ
る。

黒鉛は鋳鉄用溶接材料の場合は、溶接時に溶接部に存在
する酸素と反応してＣＯ２ガスを発生し、溶滴を細粒化
してアークを安定化する効果や、アーク電圧を低くし、
母材への溶は込みを少なくすると同時に、溶接金属境界
部の脱炭による硬化層（白銑化）を緩和する効果がある
。また本発明のフラックス入りワイヤでは、黒鉛を適量
添加することにより伸線中にワイヤ内部に充填されたフ
ラックスの滑りがよくなり伸線性が向上する。しかし、
重量比で２％未満では、生産時の伸線性が十分でなく、
また溶接時に母材熱影響部の白銑化された層が大きくな
り、一部でマルテンサイト組織が観察され、熱影響部に
割れが発生する。一方、黒鉛の添加量が１０％を超える
と、溶接金属の境界部の白銑化域は小さくなるが、アー
ク電圧が低くなりアーク吹き付けも弱くなってアークが
不安定となり、ビード形状が凸ビードになるなど溶接作
業性の面で好ましくない。よって黒鉛の添加量を２〜１
０％の範囲に限定した。

次にＭｎは、脱酸剤としてブローホールの発生防止やア
ーク直下で発生ずる溶滴を微細にし、アーク安定性の向
上に効果があるが、重量比で１５％未満では、脱酸不足
から溶接金属にブローボールが発生したり、或いは溶滴
が大きくなりアークの安定性の向上に効果がない。また
３０％を超えると、過膜酸となり溶接金属にブローホー
ルが発生ずるなど好ましくないのでＭｎ量を１５〜３０
％の範囲に限定した。

炭酸塩は、溶接中に分解してＣＯ。ガスを発生し、安定
したアークとアーク直下の溶接プールを大気からシール
ドする効果と、溶接スラグとなり、ビード表面を保護し
、ピント、ブローボールの発生を防止する効果がある。

しかし３％未満では、発生ずるガスおよびスラグが少な
く、効果は十分でない。３５％超では、溶接スラグが多
量に発生し、アーク直下の溶接プールに回り込むなどし
て安定したアークが得られないばかりか、多量に発生し
たＣＯ□ガスにより、溶滴移行が粗くなりスパッタが多
量に発生する。よって、炭酸塩を３〜３５％の範囲に限
定した。尚、ここで言う炭酸塩とは、炭酸石灰、炭酸バ
リウム、炭酸マグネシウム、炭酸リチウムなどを言う。

金属ふつ化物は、スラグ流動性の調整によるビート形状
の改善効果と、溶接スラグとなって溶接ビート表面に被
包し、アハタ、ピントなどの溶接欠陥を防止する効果を
奏する。しかし、金属フッ化物が３％未満では、スラグ
流動性が悪くスラグがアーク直下にとどまり、アーク発
生を疎外する。またスラグが球状になるなどしてスラグ
流動性向上効果は十分でない。３５％超では、溶接スラ
グ量が過多となると共に、スラグ流動性が大きくなるた
めに、スラグがビード止端部に回り込みビードが凸にな
ることから、ビード重ね部にスラグ巻き込みなどが発生
ずる。よって金属ふつ化物を３〜３５％の範囲に限定し
た。尚ここで言う金属ふつ化物とは、ふつ化カルシウム
、ふつ化ソーダ、ふつ化カリおよびふつ化マグネシウム
などを言う。

Ａ／ＸＴｉおよびＭｇは、Ｍｎと同様に脱酸剤としての
効果があるが、Ｍｎとは別にアーク電圧を低（設定でき
、かつアーク安定性改善に著しい効果がある。

この効果により、鋳鉄溶接用材料として重要なアク吹き
付Ｌ−１をソフトに調整することが可能となり、母材へ
の溶は込みを少なくすることができる。また溶滴を微細
にし、スパッタの低減にも効果がある。しかし、Ａ／、
Ｔｉ、およびＭｇの１種または２種以上が２％未満では
、これらの効果は十分でない。１０％を超えると、アー
ク吹き付けが弱くなり過ぎ、アークが不安定となる。し
かも過膜酸となり、ピットも発生ずるので／Ｖ、Ｔｉお
よびＭｇの１種または２種以上を２〜１０％の範囲に限
定した。

次に充填フラックスの充填率を限定した理由は以下のと
おりである。

充填フラックスの充填率が３％未満（ワイヤ全重量に対
して、以下同じ）では、溶接作業性を改善するスラグ剤
の添加が十分でなく、溶接欠陥（ピノＩ・、ブローホー
ル）が発生し、また安定した溶接ができない。一方、充
填率が１５％を超えると、溶接中のガスまたはスラグ発
生量が過多となり安定した溶接ができないことから、フ
ラックス充填率を３〜１５％の範囲に限定した。

次に軟鋼外皮を用いた理由について述べる。

鋳鉄用溶接材料は、純Ｎｉ系または４０〜６０％Ｎｉを
含む５０％Ｎｉ−５０％Ｆｅ系からなる成分系が一般的
に用いられている。被覆アーク溶接棒を例にとると、純
Ｎ１心線または５０％Ｎｉ心線の外周に黒鉛を主成分と
する被覆剤を塗布した溶接棒がよく知られている。

フラックス入りワイヤの場合は、純Ｎｉ外皮の内部にス
ラグ剤、脱酸剤からなるフラックスを充填したワイヤが
考えられる。しかしこのフラックス入りワイヤでは、安
定した１００％Ｎｉ系および５０％Ｎｌ系のＮｉ量が得
られ、成分調整は容易であるが、純Ｎｉ外皮は通常の軟
鋼外皮に比べ延性、深絞り性に劣り、外皮の成形性が悪
い。またコストも高いものになる。一方、溶接作業性に
ついては、Ｎｉ外皮は軟鋼外皮に比較して比電気抵抗が
低く、また融点も低いことから、充填されたフラックス
よりもワイヤ先端で外皮が早く溶融するため、ワイヤ先
端に未溶融フラックスが残り、溶融が不安定となる。そ
の結果、溶滴が大きくなり溶滴移行も不安定となるため
スパックが増加することになるので、ワイヤ外皮をＮｉ
外皮に比べ生産性、溶接作業性の面で優位な軟鋼外皮と
した。

次に、ワイヤ全重量に対して４０〜６０％のＮｉ心線を
挿入した理由について述べる。

５０％Ｎｉ−５０％Ｆｅ系フラックス入りワイヤを製造
する場合は、軟鋼外皮にＮｉ粉末を主成分とするフラッ
クスを充填することで成形性、伸線性が良いワイヤの製
造が可能となる。しかし、鋳鉄溶接材料が、必要とする
Ｎｉ量を得るためにＮｉ粉末をフラックスとしてワイヤ
内部に重量で４０〜６０％程度充填する必要があり、通
常のフラックス入すワイヤに比べ高充填率ワイヤとなる
。このため伸線性が著しく劣化し、生産性に問題がある
。これを解決するには、充填率を低く抑えＮｉ量を極力
低くするか、外皮厚さを薄＜シて外皮重量を少なくする
方法などが考えられる。しかし、ワイヤ中のＮｉ量が４
０％未満では、鋳鉄母材と溶接金属との線膨張係数に大
きな差が生じ、溶接後冷却中に母材熱影響部に割れが発
生ずるに至る。また外皮が薄いため、伸線中に断線する
などの生産技術の面からも、Ｎｉ粉末を充填した鋳鉄溶
接用フラックス入りワイヤが、今まで実用化されない大
きな理由となっていた。

本発明者らは、上記問題の解決を計るべく、ワイヤ中に
安定し、かつ効率的にＮ１を添加する方法について種々
検討し、軟鋼金属靴内にＮｉ心線と充填フラックスを同
時かつ連続的に巻き込んだ第１図に示すワイヤ形状にす
ることで、本発明を創案し得たものである。

０ 即ち、本発明はワイヤ全重量に対して４０〜６０％のＮ
ｉ心線を充填フラックスと共に軟鋼外皮中に充填したフ
ラックス入りワイヤとすることで本発明の課題を解決し
たもので、ワイヤ外皮と同じソリッドタイプのＮｉ心線
をワイヤ内部に挿入することは、かさ密度が約１／３で
あるＮｉ粉末を充填した場合に比べ、外皮と充填フラッ
クスを含んだＮｉ心線との容積比ははるかに小さなもの
となり、前述の生産性などの問題は解消される。

しかし、ワイヤ全重量に対して、Ｎｉ心線が４０％未満
では前述の如く鋳鉄母材と溶接金属との相互の線膨張係
数が大きく異なることになり、その結果、冷却中に収縮
などの応力に耐えられず母材熱影響部に割れが発生し品
質上問題となる。

方、６０％超では、Ｎｉの効果も飽和してこれ以上添加
しても溶接金属の性能も変化しないことからワイヤ全重
量に対して４０〜６０％のＮｉ心線を挿入することに限
定した。

以下本発明のＮｉ心線挿入フラックス入りワイヤの製造
例を詳述する。

本発明のｉｑｉ心線挿入フラックス入りワイヤにおいて
、生産性と同時に外皮の幅、厚さ寸法と金属靴内に挿入
されるＮｉ心線径との関係が目標とするＮｉＭおよび伸
線性を含めて生産性の上からも重要である。

本発明者らは、上記生産性を考慮し、下記（１）弐で求
められるワイヤ成形外径りが２．８〜５．５Ｍであり、
下記（２）式で求められるワイヤ成形内径にとの関係が
Ｄ／にカ月、１〜１．６にあり、更にワイヤ内部に挿入
されるＮｉ心線外径が０．７５〜０．９４Ｋにあれば良
いことを見出した。

Ｄ＝（匈／π＋ｔ）（１） Ｋ　−（Ｗ／π−ｔ　）（２） 冶金属外皮の幅（ｍｍ） ｔ：金属外皮の厚さ（ｍｍ） Ｄ：ワイヤ成形外径（ｍ＋ｎ） Ｋ：ワイヤ成形内径（ｍｍ） 即ち、（１）式により、外皮の幅および厚さにより、本
発明の単純ワイヤ断面（突き合わせ）形状のワイヤ外径
（成形外径）が決定される。しかし、（１）１ ２ 式から求められたワイヤ成形外径が２．８　ｍｍ未満で
は、ワイヤ成形外径が細く、ワイヤ成形時に充填フラッ
クスおよびＮｉ心線の充填および挿入が安定しない。ワ
イヤ成形外径が５．５胴を超えると、ＮｉＮ４０％以上
を確保するためにワイヤ内部に挿入するＮｉ心線径が大
きくなり、ワイヤ仕上がり径の１、２　ｍｍまでの伸線
途中に断線が発生ずるおそれがあるのでワイヤ成形外径
りは２．８〜５．５肝程度が好ましい。

（２）式は、（１）式と同様に金属外皮の幅、厚さによ
り、成形されるワイヤの内径Ｋが決定される。しかしな
がら、上記ワイヤ成形外径り値が上述の範囲内にあって
も、外皮の厚さにより、ワイヤ内径が異なってくる。即
ち、外皮の厚さが大きくなるとワイヤ外皮重量そのもの
が増加し、（２）式で求められたワイヤ内径に合った旧
心線を挿入しても、目標とするＮｉ量が得られない。そ
こでワイヤ成形外径りとワイヤ成形内径にとの関係を検
討し、ＤＺＫカ月、１〜１．６の範囲にあればワイヤ中
に４０〜６０％のＮｉ量と良好な生産性を確保でき、Ｄ
／に値が１．１未満では、ワイヤ外皮厚さに比ベワイヤ
内径が大きく内径に合ったＮｉ心線を挿入した場合にＮ
ｉ量が６０％を超えることになることを確かめた。また
、製品ワイヤ径を１．２　ｍｍまでの伸線中、外皮がＮ
ｉ心線に比較して薄くなり、伸線工程での引張強さに耐
えられず断線する結果となった。

１．６超では、外皮の厚さが大きいためワイヤ内径が小
さく、必然的にワイヤ内部のＮｉｉが目標の４０％に達
しないことからＤ／に値を１．１〜１．６の範囲に制限
することが好ましい。

本発明では、金属外皮の靴内部にフラックスを充填する
ワイヤであり、（２）式で求められるワイヤ成形内径に
と同一径のＮｉ心線を挿入すると、ワイヤ内部の隙間が
なくフラックスの充填ができない。またワイヤ内径より
旧心線径が小さずぎるとワイヤ内部でＮｉ心線が自由に
移動し、ワイヤの中心にＮｉ心線が挿入できないことに
なり、フラックス、Ｎｉ心線が片寄り、その結果、溶接
中の溶融状態が不安定となり、溶接作業性が問題となる
。

Ｎｉ心線外径が０．７５に未満では、ワイヤ内径とＮｉ
心３ ４ 線との隙間が大きく、充填フラックス、Ｎｉ心線の片寄
りが見られた。また、挿入されるＮｉ心線径が小さくな
ることで目標とするＮｉ量が得られない。

旧心線外径が０．９４に超では、ワイヤ内部のＮｉ心線
との隙間が小さくなることで充填フラックスが充填中に
こぼれたり、安定して充填されないため溶接作業性にば
らつきが見られた。このためワイヤ内部に挿入するＮｉ
心線径は０．７５〜０．９４　Ｋ　ｍｍの範囲にあるこ
とが好ましい。

以上、述べたように製造工程における金属外皮と挿入す
るＮｉ心線との関係を管理して製造される本発明の鋳鉄
溶接用Ｎｉ心線挿入フラックス入りワイヤは、ソリッド
ワイヤ並の安定した成分を得ることができ、かつ、所望
のスラグ生成剤、アーク安定剤、脱酸剤を添加すること
により、ビードの広がりが良く、プローホールおよびビ
ットなどの溶接欠陥が発生しないフランクス入すワイヤ
であり、またワイヤ中から黒鉛などの炭素を添加するこ
とが可能となり、鋳鉄溶接で問題となる脱炭層の白銑化
による硬化層の発生を低く抑えることが可能となり、耐
割れ性も向」ニジ、鋳鉄の溶接における信頼性、品質の
向上と相まって自動化へのニーズにもマツチしたもので
ある。

以下実施例により本発明を具体的に説明する。

〔実施例〕

第１表に使用した金属外皮の成分と寸法を示す。

第２表に製造したフラックス入りワイヤを示す。

ワイヤ径は、全て１．２ｍｍとした。溶接作業性を観察
した時の溶接条件を第３表に示す。第４表に試験結果を
示す。溶接作業性は、ＦＣＤ３６の鋳鉄母材（１５ｍｍ
厚さ、２００ｍｍ　φの円板）にビード長さ１５０ｍｍ
のビードオンプレーＩ・による溶滴の大小、移行状況な
どの溶接作業性の観察、またビード表面のピット発生、
断面マクロでブローホール及び母材割れを観察及びビー
ド形状を目視で観察し判定した。また伸線性とは、ワイ
ヤ仕上り径１．２　ｍｍφまでの伸線工程での断線の有
無で判定した。実用上問題にならないものには○印、ま
た実用上改善の余地が残っているものは×印とした。

５ ６ ７ 本発明で示したワイヤ記号ＣＩ＋−１〜ＣＨ−ｉｏのワ
イヤについては、いずれも充填の安定性、伸線性ともに
問題はなく、良好な生産性が得られた。

また、目標とするＮｉ量が得られ、その結果、鋳鉄母材
への溶接においても、割れなど発生せず良好な結果を得
た。一方溶接作業性についても、溶滴が微細で移行も安
定したアークが得られ、ビード形状およびブローホール
、ビットなどの溶接欠陥もなかった。また目標とするＮ
ｉ量の確保と、母材への溶は込みが少なく、更にワイヤ
からの炭素添加も可能であり、母材熱影響部の白銑化域
の低減にもなり、溶接時の母材の耐割れ性も改善された
鋳鉄用フランクス入りワイヤとして、十分実用に供し得
るものであり、鋳鉄溶接の自動化による品質の安定化お
よび省力化が可能となった。

一方比較例で示したワイヤＣ）ｌ−１１は、炭酸塩が添
加されてなく、また金属ふつ化物、フラックス充填率が
本発明の上限を超えており、スラグ発生量が多くまたス
ラグ流動性が大きいため、溶接プールにスラグが回り込
みアークを遮断したり、多０ 量に発生したスラグがビード止端部に厚く被包するなど
して、アーク不安定およびビート形状が凸になるなどの
問題があった。また、ワイヤ中のＮｉ量が４０％未満で
あり、鋳鉄母材への溶接で、母材熱影響部に割れが認め
られた。

ワイヤＣｌ−１，２は、フラックス充填率が低く、／Ｖ
、　Ｔｉ、　ｈが添加されていない。また炭酸塩が本発
明の上限を超えている。その結果、アーク吹き付けが極
めて弱く、発すするスラグ量も少ないことによりピッＩ
・、ブローホールの発生が認められた。また溶滴が大き
く、その移行も安定しないなどアーク安定性を含む溶接
作業性が極めて悪い。

その結果、ビート形状が凸ビードとなり、安定した溶接
ができなかった。また充填率が低く、ソリッドワイヤ並
みのワイヤ断面形状となり、母材への溶は込めも大きく
、その結果、溶接金属境界部の硬さ上昇が大きく、その
幅も実施例に示すワイヤに比べ広（、フラックス入すワ
イヤの優位性が認められない。

ワイヤＣ１１−１３は、脱酸剤Ｍｎが本発明の下限を下
回っていること、および金属ふつ化物が上限を超え、か
つＡｌ、　Ｔｉ、　Ｍｇを添加していないことから、溶
滴が大きく、移行も安定しない。またスラグ流動性が大
きく、流れやずくなり、ビード止端部に回り込むなど溶
接作業性が極めて悪い。

ワイヤＣＩ＋−１４は、金属ふつ化物が添加されていな
い。また脱酸剤ｊＭｎが上限を超えていることがらスラ
グの発生量が極めて少なく、スラグ流動性も小さく、ア
ーク直下でスラグが球状に滞留し、ビトの広がりを疎外
し、かつ安定したアークが得られない。また過膜酸とな
るためピント、ブローポールなどの発生が認められ、ビ
ード形状および溶接作業性が極めて悪い結果となった。

ワイヤＣｌ−１５は、充填フラックスは、本発明の範囲
にあり、溶接作業性は全く問題はない。しかしながらワ
イヤ内部に挿入したＮｉ心線外径が他のワイヤに比べ３
．Ｌｍｍと大きく、Ｎｉ量も６３．５％と高い。この結
果、伸線中に断線も発生し、成形中にフラックスがこぼ
れ落ちるなど生産性にやや問題があった。また、Ｎｉ量
が６３．５％と高＜、Ｎｉの１ ２ 効果も飽和し、変化が認められなかった。

ワイヤＣＩ＋−１６は、黒鉛が本発明の下限を下回って
おり、またＡｌ、　Ｔｉ、　Ｍｇが上限を超えている。

その結果、伸線中充填フラックスの滑りが悪く、断線が
発生した。またアークの吹き付けが極端に弱くなり過ぎ
、溶滴も大きく、移行不安定きなり安定した溶接ができ
ない。また過膜酸となりブローホールおよびピットなど
の溶接欠陥が発生した。

更にワイヤ中の炭素量が低いため溶接金属境界部にかな
り広い範囲で硬化領域が見られ、割れも認められた。

ワイヤＣＨ−１７は、充填フラックスは本発明の範囲で
あり、溶接作業性での問題はなかった。しかし、ワイヤ
中のＮｉ量が３６．３％と本発明の下限を割っており、
１量不足によりＣ１１−１１ワイヤと同様に母材熱影響
部に割れが認められた。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明による鋳鉄用フランクス入りワ
イヤは、ワイヤ内部にＮｉ心線を挿入することにより、
中実ワイヤ並の安定したＮｉ成分が得られると共に、溶
接作業性を改善するスラグ剤をワイヤ内部に充填するこ
とが可能となり、鋳鉄の溶接における信頼性と性能が大
幅に改善することができる。また自動化による溶接を可
能としたことで、その産業上の有用性は極めて大である
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のワイヤ断面形状を示した図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 重量比で黒鉛：２〜１０％、Ｍｎ：１５〜３０％、炭酸
   塩：３〜３５％、金属ふっ化物：３〜３５％、Ａｌ、Ｔ
   ｉ、Ｍｇの１種または２種以上２〜１０％を含む充填フ
   ラックスを、ワイヤ全重量に対して３〜１５％を軟鋼外
   皮中に充填し、かつワイヤ全重量に対して４０〜６０％
   のＮｉ心線をワイヤ内部に挿入してなることを特徴とす
   る鋳鉄溶接用Ｎｉ心線挿入フラックス入りワイヤ。