JPH033559B2

JPH033559B2 -

Info

Publication number: JPH033559B2
Application number: JP18965287A
Authority: JP
Inventors: Yosha Sakai; Isao Aida; Tetsuo Suga; Shigeo Nagaoka
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1987-07-28
Filing date: 1987-07-28
Publication date: 1991-01-18
Also published as: JPS6431596A

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野）本発明はフラツクス入りワイヤに係り、より詳
しくは、亜鉛メツキ鋼板のガスシールドアーク溶
接において健全な溶接金属を得ることができるフ
ラツ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問題点）亜鉛メツキ鋼板は、耐食性及び塗装性の良さか
ら自動車の足廻り材、住宅用軽量鉄骨等々の材料
として多分野にて使用されているところである。ところで、亜鉛メツキ鋼板は、このように優れ
た特性を有しているものの、表面処理が施されて
いない通常の鋼板に比べ、その溶接性が極めて悪
いという問題がある。すなわち、例えば、亜鉛メツキ鋼板をアーク溶
接する場合、アーク熱により亜鉛が酸化亜鉛とな
つて溶接ヒユームを増大したり、或いはアーク熱
によつて分解逸散する亜鉛蒸気が溶接金属に多く
の気孔を生じさせ易くし、溶接継手の機械的性質
等を著しく劣化させるおそれがある。また、溶接
作業性についても、アークの乱れによりスパツタ
発生量が増大し、スパツタ除去作業を必要とする
等の余分な手間がかかり、溶接作業能率が著しく
低下するという問題がある。このため、従来よ
り、亜鉛メツキ鋼板のアーク溶接に当つては、比
較的亜鉛メツキの影響を受けにくい被覆アーク溶
接棒を使用したり、或いはガスシールドアーク溶
接においては溶接速度を極端に下げる等により、
溶接部の気孔（ピツト、ブローホール）等の欠陥
をできるだけ減少させるべく、非能率的な施工を
余儀なくされているのが実情である。本発明は、かゝる事情に鑑みてなされたもので
あつて、ガスシールドアーク溶接の有利性に着目
し、これにより亜鉛メツキ鋼板を溶接するに際
し、溶接金属中にピツト、ブローホール等の気孔
が極めて少なく、しかも溶接作業性の面でもスパ
ツタ発生量が少なく安定アークが持続でき、且つ
能率的な高速溶接を可能にするガスシールドアー
ク溶接用フラツ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。（問題点を解決するための手段）上記目的を達成するため、本発明者は、まず、
ガスシールドアーク溶接による亜鉛メツキ鋼板の
溶接時に溶接速度を極端に下げる従来の溶接施工
法が溶接金属の気孔を減少せしめることができる
原因を究明するべく努めたところ、溶接金属の凝
固前に亜鉛蒸気が大気に逸散できるかどうかによ
ることが判明した。そこで、溶接速度を下げなく
ともこれを積極的に促進できる方策があれば溶接
速度を下げたときと同等の特性の溶接金属が得ら
れることに着目し、そのような方策を見い出すべ
く鋭意研究を重ねた結果、溶接時に溶融プールを
活性化し撹拌する効果を有する成分をワイヤ中に
含有せしめる、つまりワイヤ中の炭素量及び酸素
量を多くすればよいことが判明した。しかし乍
ら、これのみでは充分な対応ができないことから
更に研究を重ねた結果、亜鉛蒸気の大気中への逸
散の障害となるスラグの被いを少なくすると上記
効果が充分に発揮できることが判明し、そのため
に充填フラツクス中に多量の金属粉を含有せしめ
たところ、溶接金属中の気孔が極めて少なくな
り、スパツタ発生量も低減でき、高速溶接も可能
になることを見出したものである。一方、かゝる構成のフラツクス入りワイヤにお
いて、フラツクスとの成分について検討を重ねて
いた段階で金属粉以外の成分としてLi化合物を含
有せしめたところ、アークが極めてソフトにな
り、溶滴移行もスムーズで、スパツタ発生量が著
しく軽減でき、一層好ましいワイヤが得られるこ
とを見い出したものである。すなわち、本発明に係るガスシールドアーク溶
接用フラツクス入りワイヤは、亜鉛メツキ鋼板の
ガスシールドアーク溶接用フラツクス入りワイヤ
であつて、全ワイヤ中の炭素量が0.15〜0.35wt％
及び酸素量が500〜5000ppmの範囲に規制され、
かつ、鋼製外皮に充填するフラツクスが金属粉を
70wt％以上含有していることを特徴とするもの
であり、前記フラツクス中に金属粉以外の成分と
してLi化合物を含有せしめることを好ましい態様
とするものである。以下に本発明を実施例に基づいて詳細に説明す
る。まず、本発明においてガスシールドアーク溶接
用フラツクス入りワイヤの成分限定理由並びに根
拠を説明する。 (1) 全ワイヤ中の炭素量亜鉛メツキ鋼板の溶接において、その溶接金属
に生じる気孔は、溶接アーク熱によつて蒸気化し
た亜鉛が溶接金属中を逸散する際に亜鉛蒸気の圧
力や放出速度と溶融金属の凝固速度とのバランス
等の関係により、生成されると云われている。気
孔には溶接金属の表面（ビード表面）に開孔した
ものをピツトと称し、また溶接金属内に残留した
ものをブローホールと称されている。これらの気孔を防止するためには如何にして溶
接金属に気孔を生成させないようにするかにある
が、本発明では、亜鉛蒸気を溶接金属が凝固する
前に大気中に放出してやれば良いことに着目した
ものである。例えば、第５図に示すのは、一般の炭酸ガスア
ーク溶接用フラツクス（チタニア系）入りワイヤ
及びソリツドワイヤで亜鉛メツキ鋼板の溶接を行
つた際の溶接速度とピツト発生数の関係を示した
もので、同図から明らかなように、溶接速度を下
げることによりピツト発生数が減少している。こ
れは上述したように亜鉛蒸気が溶接金属が凝固す
る前に大気に逸散しやすくなるためと考えられ
る。なお、同図は、1.2mmφの各ワイヤを使用し、
板厚2.6mmで亜鉛目付量が45ｇ／m²の亜鉛メツキ
鋼板を第７図に示すように重ね合わせた継手に対
し、溶接電流電圧200A×26V、シールドガス100
％CO₂、トーチ角度の条件にて溶接し、繰り返し
４回のピツト発生数の平均値を各溶接速度につい
て調べた結果を示したものである。本発明者は、この点に着目して、溶接金属が常
に溶接速度を下げた場合と同じ特性になるように
してやれば、溶接金属の気孔を減少し得ると考
え、鋭意研究を重ねた結果、溶接時の溶融プール
を活性化させることにより気孔が減少することを
見い出した。例えば、フラツクス入りワイヤを用いた亜鉛メ
ツキ鋼板のガスシールドアーク溶接において、シ
ールドガスが80％Ar＋20％CO₂の場合と100％
CO₂の場合を比較してみると、第６図に示す試験
結果からわかるように、100％CO₂シールドガス
を用いた方が気孔を生じ難くなつている。これは
100％CO₂の場合、アーク熱により分解したCO₂
ガス（CO＋CO₂）が溶融プールを活性化し、か
つ撹拌する効果により亜鉛蒸気が放出しやすくな
つたためと考えられる。一方、80％Ar＋20％
CO₂シールドガスの場合には、Arガスが不活性
のため、溶融プールの活性化が生じないものと考
えられる。なお、第６図は、溶接電流電圧が
200A×24〜26Vである点を除き、第５図の場合
と同様の条件で溶接した結果である。そこで、シールドガスに左右されずに更に溶融
プールを活性化させるための手段について種々研
究を行つた段階で、CO＋CO₂ガスを生じさせる
ために一般に良く知られている炭素を含有させて
みることを試みた。すなわち、フラツクス入りワイヤにて炭素量レ
ベルを種々変化させたワイヤを製作し、亜鉛メツ
キ鋼板のガスシールドアーク溶接を行つて耐気孔
性を調査したところ、第１図に示すようにワイヤ
中の炭素量が0.15〜0.35wt％の範囲において気孔
が激減された。しかし、0.15wt％未満では溶融プ
ールの活性化が少ないためか効果が得られなかつ
た。一方、0.35wt％超ではCO＋CO₂ガスが増大
しすぎて、逆にCOガスによる気孔が増加したも
のと考えられる。なお、同図は、溶接電流電圧、
速度を200A×26V×60cpmとした以外は第５図
の場合と同様の溶接条件で溶接した結果である。したがつて、本発明では、全ワイヤの炭素量は
0.15〜0.35wt％の範囲とするものである。なお、全ワイヤ中の炭素量の調整は、鋼製外皮
中の炭素量のレベルをを変える方法による場合、
フラツクス中にグラフアイトカーボン等を添加す
る方法による場合等があり、いずれの方法によつ
てもよい。 (2) 全ワイヤの酸素量本発明者は、上記(1)の知見を踏まえ、更に耐気
孔性を向上させるために種々研究した結果、溶
接金属の粘性、溶接金属を包被するスラグの量
等が亜鉛蒸気の放出に関係することを判明した。一般に溶接金属の粘性は溶接金属中の酸素量に
起因することは良く知られており、本発明者はワ
イヤ中の酸素量が亜鉛メツキ鋼板の溶接における
耐気孔性にどのような効果があるかを調査した。まず、全ワイヤ中の酸素量を変化させたフラツ
クス入りワイヤを製作し、耐気孔性を調べた。そ
の結果、第２図に示すように、気孔（ピツト発生
数）と全ワイヤ中の酸素量に明確な関連が見い出
された。すなわち、全ワイヤ中の酸素量が500〜
5000ppmの範囲において耐気孔性が極めて向上し
た。しかし、全ワイヤの酸素量が500ppm未満の
場合は粘性が高いために耐気孔性が悪い。一方、
全ワイヤの酸素量が5000ppm超の場合は溶着金属
の酸素量が増大しすぎ、亜鉛蒸気に起因する気孔
よりもむしろ脱酸素不足による気孔も多くなるた
め、耐気孔性が悪くなる。なお、第２図は第１図
の場合と同様の溶接条件（但し、シールドガスの
流量は25／minに一定）で溶接した結果であ
る。したがつて、本発明では、全ワイヤ中の酸素量
は500〜5000ppmの範囲とする。なお、全ワイヤ中の酸素量の調整は鋼製外皮中
の酸素量を変えたり、またフラツクス中にFeO、
MnO、Al₂O₃等の金属酸化物を添加する等の方法
があり、いずれでもよい。 (3) フラツクス中の金属粉、その他金属粉溶接金属を包被するスラグは、その質、量によ
り溶融プールの被い方が変わつてくる。例えば、
溶融プールのスラグの被い方が多ければ、当然、
亜鉛蒸気は放出でき難くなり、耐気孔性が劣化す
るものと考えられる。そこで、溶融プールのスラグの被い方を少なく
するにはスラグ量が大きく関係すると予測し、ス
ラグ量を変化させるべくフラツクス入りワイヤを
製作した。その際、ワイヤ製作に当たり、一般的
にフラツクス入りワイヤのスラグ生成剤となるル
チール、酸化ジルコン、アルミナ等をスラグ生成
の少ない金属粉に置換してみた。これらのワイヤ
にて耐気孔性を調査したところ、第３図に示すよ
うに、スラグ量が３ｇ／（溶接金属100ｇ）以下、
すなわち、フラツクス中の金属粉を70％wt以上
とする範囲が耐気孔性が向上することが判明し
た。なお、第３図は第１図の場合と同様の溶接条
件で溶接した結果である。したがつて、本発明では、フラツクス入りワイ
ヤに充填するフラツクスに金属粉を70wt％以上
添加するものである。なお、金属粉としては鉄粉、或いはMn、Si、
Ti等の金属又は合金粉末を使用することができ
る。その他上述したように、全ワイヤ中の炭素量を0.15〜
3.5wt％とし、酸素量を500〜1500ppmとし、且つ
鋼製外皮に充填するフラツクスに金属粉を70wt
％以上含有せしめたガスシールドアーク溶接用フ
ラツクス入りワイヤを使用すれば、亜鉛メツキ鋼
板の高速溶接においても耐気孔性が極めて向上
し、スパツタ発生量の著減可能となる。しかし、
亜鉛メツキ鋼板の溶接の場合、耐気性が重要であ
るが、更に溶接作業性上、大きな問題となるスパ
ツタ発生量が普通の鋼板の溶接に比較して増大す
るという固有の問題がある。このため、亜鉛メツ
キ鋼板のガスシールドアーク溶接の場合には、コ
ンタクトチツプ、ノズル部分にスパツタが付着し
てワイヤ送給不良やアーク不安定を招き、且つノ
ズル部分に付着したスパツタはシールド不足を招
き、大気の巻込みによる気孔が生じ易くなる。こ
のようなスパツタ発生量の増大は短時間のうちに
溶接の続行を不可能にしてしまう。したがつて、
亜鉛メツキ鋼板の溶接では、耐気孔性能も重要で
あるが、スパツタ発生量の軽減も必要である。この点、上記構成のワイヤを使用すれば、スパ
ツタ発生量を従来よりも著減できるが、更にスパ
ツタ発生量を低減できるので極めて好ましいこと
である。そこで、本発明者は、亜鉛メツキ鋼板の溶接に
おけるスパツタ発生量の増大は亜鉛蒸気の吹き上
げ等によるアークの乱れにより生じるものと考
え、上記構成のワイヤについてより一層アークの
安定化を実現するために種々の検討を重ねた。まず、一般にアークを安定させるためにはアル
カリ金属類が良いとされているが、本発明者の実
験研究では、亜鉛メツキ鋼板の溶接にはあまり効
果は認められなかつた。そこで、更に検討を重ね
た結果、リチウム化合物がスパツタ発生量の軽減
に効果があることを見い出したものである。リチ
ウム化合物は非常にアークをソフトにするためか
スパツタ発生量が著減する。例えば、第４図に示
すように、フラツクス中に添加するLi化合物をリ
チウムに換算して0.05wt％以上の範囲で添加した
場合が良好である。0.05wt％未満ではスパツタ発
生量は減少せず、逆に5wt％超ではアークが弱く
なりすぎてビードの不揃特の問題が生じてしま
う。なお、第４図は第１図の場合と同様の溶接条
件で溶接した結果を示したものである。したがつて、本発明では、フラツクス中に所定
量の金属粉を添加するほか、好ましくはLi化合物
をLi換算量で0.05〜5wt％の範囲で添加する。なお、リチウム化合物としてはリチウムフエラ
イト、リチウムマンガナイト、リチウムシリケイ
ト、炭酸リチウム、フツ化リチウム等々を調整し
て添加することができる。以上、本発明のワイヤの諸条件について説明し
たが、その他の条件、例えば、フラツクス入りワ
イヤの組成については上述の条件を満たす限り、
他については特に制限されるものではない。また
フラツクス充填率はこの種のワイヤと同様でよ
く、通常10〜30％の範囲が選択される。シールド
ガスの種類としても同様であり、CO₂、CO₂＋
O₂、Ar、Ar＋O₂などを適宜選択できる。次に本発明の実施例を示す。（実施例）第１表に示す成分のフラツクス入りワイヤ
（1.2mmφ）を使用し、厚さ2.6mmで亜鉛目付量45
ｇ／m²の亜鉛メツキ鋼板の重ね溶接継手に対し、
溶接電流220A、溶接電圧27V、溶接速度90cpm、
シールドガス100％CO₂、トーチ角度60゜の条件に
よつてガスシールドアーク溶接試験を行つた（第
７図照）。なお、ワイヤ中の炭素量は鋼製外皮中の炭素量
と不足分をフラツクス中にグラフアイトカーボン
を添加して調整し、酸素量は鋼製外皮中の酸素量
と不足分をフラツクス中にFeOを添加して調整し
た。またフラツクス中の金属粉としては鉄粉を用
い、同表中のLi量はリチウムフエライトを用いた
ときのLi換算量である。フラツクス率は10〜30％
の範囲で調整した。溶接試験後、ピツト発生数を調べて耐気孔性を
評価すると共にスパツタ発生量を測定した。それ
らの結果を第１表に併記する。なお、ピツト発生数は繰り返し４回溶接試験を
行つたときのピツト発生数の平均値で表わし、ま
たスパツタ発生量の測定に当つては銅板製の受け
皿を用いて全量を捕集した。第１表から明らかなとおり、全ワイヤ中の炭素
量、酸素量又はフラツクス中の金属粉量のいずれ
かが本発明範囲外である比較例はいずれも、ピツ
ト発生量が多くて耐気孔性に劣り、更にスパツタ
発生量も多いため、亜鉛メツキ鋼板溶接用ワイヤ
としては使用できず、また更にフラツクス中にLi
化合物を添加しても効果が得られない。一方、本発明例はいずれも、ピツト発生数が皆
無乃至殆ど零であり、しかもスパツタ発生量も著
減され、亜鉛メツキ鋼板溶接用ワイヤとして優れ
ていることがわかる。特に本発明例のうちでもLi
を添加したB7〜B9はスパツタ発生量が更に少な
い。

【表】（発明の効果）以上詳述したように、本発明によれば、亜鉛メ
ツキ鋼板のガスシールドアーク溶接用フラツクス
入りワイヤにおいて、全ワイヤ中の炭素量及び酸
素量を規定すると共にフラツクス中に多量の金属
粉を添加したので、亜鉛メツキ鋼板の溶接に当た
り、気孔の極めて少ない健全な溶接金属を提供す
ることができ、更にはスパツタ発生量を大幅に低
減できるのでノズル等に付着するスパツタが減少
乃至皆無となり、溶接の中断がなく長時間溶接が
可能となる。また溶接後の処理であるスパツタ除
去の工数も少なくてすみ、能率的な溶接が可能で
ある。勿論、従来の亜鉛メツキ鋼板溶接のように
溶接速度を極端に下げてピツト発生を防止する等
の配慮は一切不要で、高速溶接が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は亜鉛メツキ鋼板の溶接における全ワイ
ヤ中の炭素量とピツト発生数の関係を示す図、第
２図は同様に全ワイヤ中の酸素量とピツト発生数
の関係を示す図、第３図は同様にスラグ量（フラ
ツクス中の金属粉量）とピツト発生数の関係を示
す図、第４図は同様にフラツクス中のLi化合物量
（Li換算量）とスパツタ発生量の関係を示す図、
第５図はソリツドワイヤ及びチタニア系フラツク
ス入りワイヤを用いて亜鉛メツキ鋼板を溶接した
場合におけるピツト発生数と溶接速度の関係を示
す図、第６図はチタニア系フラツクス入りワイヤ
を用いて亜鉛メツキ鋼板を溶接した場合における
ピツト発生数とシールドガスの種類の関係を示す
図、第７図は亜鉛メツキ鋼板の溶専継手形状、ト
ーチ角度等を示す説明図である。

Claims

【特許請求の範囲】１亜鉛メツキ鋼板のガスシールドアーク溶接用
フラツクス入りワイヤであつて、全ワイヤ中の炭
酸量が0.15〜0.35wt％及び酸素量が500〜
5000ppmの範囲に規制され、かつ、鋼製外皮に充
填するフラツクスが金属粉を70wt％以上含有し
ていることを特徴とするガスシールドアーク溶接
用フラツクス入りワイヤ。２前記フラツクスがリチウム化合物をLi換算量
で0.05〜5wt％含有している特許請求の範囲第１
項記載のフラツクス入りワイヤ。