JPH0460755B2

JPH0460755B2 -

Info

Publication number: JPH0460755B2
Application number: JP2046285A
Authority: JP
Inventors: Yosha Sakai; Isao Aida; Tetsuo Suga; Tetsuya Hashimoto
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1985-02-05
Filing date: 1985-02-05
Publication date: 1992-09-28
Also published as: JPS61180696A

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕本発明は軟鋼や高張力鋼を対象とするガスシー
ルドアーク溶接用鉄粉系太径フラツク入りワイヤ
に関し、殊にスパツタを少なくする技術に関する
ものである。〔従来の技術〕近年、船舶、橋梁等を始めとする各種構造物の
溶接建造においては、溶接施工の能率向上及び省
力化を推進していくうえで有利なガスシールドア
ーク溶接法の利用が急速に増大してきている。特に建設機械業界ではこの傾向が強く、ガスシ
ールドアーク溶接が早くから導入されており、他
の業界に比較し普及率も著しく高い。ところで建設機械における溶接は、(1)溶接線が
短く複雑であり、しかも多層溶接を適用すること
が多い、(2)中厚板が主体であり、大電流・大脚長
溶接が多い、(3)ポジシヨニングによる下向き溶接
が基本である、等の特徴があり、大電流高溶着や
低スラグ（連続多層溶接）の要求が強く、この為
太径ソリツドワイヤが最も多く使用されている。
しかしながらこの種のワイヤの最大の難点はスパ
ツタ発生量が多くその除去に労力を費やすことで
あり、スパツタ発生量は通常フラツクス入りワイ
ヤ（チタニヤ系）を使用した場合の２〜2.5倍に
も達することが指摘されている。このような状況
から高溶着、低スラグというソリツドワイヤの特
性を具備し、且つスパツタリング発生量の少ない
ガスシールドアーク溶接用フラツク入りワイヤの
開発が強く望まれている。ところで、鉄粉系フラツクス入りワイヤは、ソ
リツドワイヤ並みの溶着金属量を得ることができ
溶接能率が高く、またフラツクス入りワイヤ特有
の優れた溶接作業性が得られる、といつた特徴を
有しており最近注目されて来ている。しかしなが
ら該ワイヤにおいても通常のフラツクス入りワイ
ヤ（チタニア系）に比較すると尚スパツタ発生量
が多いという問題があり、市場商品としての実用
化は著しく立ち遅れているのが現状である。〔発明が解決しようとする問題点〕本発明はこうした事情に着目してなされたもの
であつて、その目的はスパツタ発生量が少なく、
高溶着量で優れた溶接作業性を得ることのできる
鉄粉系太径フラツクス入りワイヤを提供しようと
するものである。尚ここにいう鉄粉系太径フラツ
クス入りワイヤとは、上述の如き大電流・高溶着
の趣旨から、その径が（1.6〜3.2）mm〓のものが望
ましい。〔問題点を解決する為の手段〕本発明の鉄粉系太径フラツクス入りワイヤは、
鉄粉を60〜85％、脱酸剤を８〜25％、アーク安定
剤を１〜10％及び無機弗化物を0.1〜６％夫々含
有するフラツクスを鋼製外皮中にワイヤ全重量に
対し15〜35％充填してなり、且つ全ワイヤ中の炭
素量を0.05％以下に制限してなるところに要旨を
有するものである。〔作用〕本発明者らは、鉄粉系太径フラツクス入りワイ
ヤのスパツタ発生機構について、そのアーク現象
を高速度撮影用カメラで観察し種々検討を加え
た。その結果、スパツタの発生は主に次の３点即
ち(1)溶滴の粗大化、(2)溶滴の爆発、(3)アークの不
安定、に起因していることが明らかとなつた。こ
のことから低スパツタ化を実現するためには、(a)
フラツクス率の増加により電流密度を増大させ、
ピンチ力を有効に作用させること、即ち溶滴移行
をスプレー化させること、(b)CO（CO₂）ガスの爆
発を抑制するため全ワイヤ中の炭素量を低減させ
ること、(c)アーク安定剤を適切に添加することに
より、アークの安定化を図ること、等が有効であ
ること知つた。以下これらのことを実験結果に基
づき詳細に説明する。尚、実験条件は以下の通り
とした。〔供試ワイヤ〕ワイヤ径：2.4mmφ 外皮金属：軟鋼断面形状：後記第４図Ａフラツクス：鉄粉系（後記第１表No.１）フラツクス率：20％〔溶接条件〕極性：DC.ワイヤ溶接電流：600A 溶接電圧：適正（アーク長：母材より1.5mm）溶接速度：50cm／分シールドガス：CO₂ 25／分ワイヤ突出し長さ：30mm 母材：50HT、25t 溶接法：ビードオンプレート溶接〔スパツタ測定法〕後記実施例と同じ第１図は全ワイヤ中の炭素含有率（％）とスパ
ツタ発生量（ｇ／min：以下同じ）の関係、第２
図はアーク安定剤含有率（％）とスパツタ発生量
の関係、第３図はフラツクス充填率（％）とスパ
ツタ発生量の関係、を夫々示したものである。第１図から、スパツタ発生量は全ワイヤ中の炭
素含有率が上昇するにつれて、特に0.05％付近ま
で急激に増加するもののその後の変化は小さいこ
とが分る。即ち全ワイヤ中の炭素含有率を0.05％
以下に抑えてやればスパツタの発生を有効に抑制
し得ることが明らかとなつた。第２図から、スパツタ発生量はアーク安定剤
（K₂Ti₄O₉）が０〜１％の間で直線的に急速に減
少し、その後の変化は小さい。言い換えるとスパ
ツタの発生を有効に抑制するためにはアーク安定
剤を少なくとも１％以上添加する必要があり、そ
れ未満であると添加量のわずかな違いによりスパ
ツタ発生量が大きく変動して好ましくないことが
明らかとなつた。しかし、ここでアーク安定剤の
量が10％を越えた場合は、スパツタ発生量は少な
くなるもののスラグ量が増大し本発明に係る鉄粉
系フラツクス入りワイヤの特徴である「低スラグ
化」が損なわれることになる。即ちスラグ量の増
大は連続多層溶接を困難とし、またヒユーム量が
増えるなどの欠点がある為溶接作業を低下させる
ことにつながる。従つてアーク安定剤含有量は１
〜10％の範囲とすることが好ましい。尚ここでア
ーク安定剤とは、アーク放電に関与してアークを
安定化させる作用を有するものを意味し、例えば
Na、Ｋ等のアルカリ（又はアルカリ土類）金属
の化合物が挙げられ、より具体的にはこれらの金
属の酸化物、炭酸塩、珪酸塩、チタン酸塩が例示
される。この内特に好ましいものとしては
K₂Ti₄O₉とK₂SiO₃が推奨される。第３図はフラツクス充填率とスパツタ発生量の
関係を示したものであり、スパツタ発生量はフラ
ツクス充填率を低くすればする程（特に15％以
下）高くなつている。従つて低スパツタ化の目的
を達成する為にはフラツクス充填率を15％以上と
することが必要であり、更に好ましくは20％以上
とするのが望ましいことが分かる。しかしここで
フラツクス充填率をあまり高くすると外皮金属の
肉眼が薄くなり過ぎてワイヤ製造時（特に伸線加
工時）に断線等のトラブルが発生したり、溶接作
業に際し送給不安定となるといつた恐れが生じ
る。この為フラツクス充填率は35％程以下とする
のが好ましい。即ち上述から、本発明に係る鉄粉
系太径フラツクス入りワイヤはフラツクス充填率
を15〜35％の範囲とすることが望ましいとの結論
が得られる。以上、スパツタ発生機構に関する考察に基づ
き、鉄粉系フラツクス入りワイヤの低スパツタ化
には(a)フラツクス充填率の増加、(b)炭素量の低
減、(c)アーク安定剤の適正添加、が必須であるこ
とを述べたがこれら内のいずれが欠けても「低ス
パツタ化」の目的を達成することができない。し
かして発明における最大の特徴は、上記の３因子
をすべて満足させるところにあり、これにより初
めて鉄粉系フラツクス入りワイヤのスパツタを画
期的に減少させ得るのである。尚上述の如き考え
方は、鉄粉系太径フラツクス入りワイヤの径が
（1.6〜3.2）mm〓の場合について最もよくあてはま
るものと考えられる。これに対して（1.6〜3.2）
mm〓以外のもの例えば径が1.6mm〓未満のものにつ
いては、上記(a)〜(c)の要素が低スパツタ化に寄与
する程度も若干異なつてくると考えられる為、必
ずしも（1.6〜3.2）mm〓のときと同じであるとは言
い難いが、基本的には（1.6〜3.2）mm〓のときと同
様であるものと考えられる。しかしながら、ここ
において本発明は上記３要素のみを満たせば完成
するものではなく、本発明の目的を十分に達成す
るためには、更に以下に述べる様な鉄粉系太径フ
ラツクス入りワイヤーの一般的要求条件をも合せ
て具備する必要がある。即ち鉄粉は、フラツクス全体に占る割合として
60〜85重量％の範囲に設定しなければならない。
その理由は、鉄粉の含有率が60％未満では鉄粉径
太径フラツクス入りワイヤの特徴である溶接能率
向上効果を十分に達成することができず、一方85
重量％を越えるとフラツクス中の他の成分、例れ
ばスラグ形成成分、アーク安定剤等の絶対量が不
十分となり、生成スラグ量の不足によりビード形
状が劣化したり或はアーク不安定によりスパツタ
の発生が増えるなど却つて本発明の趣旨を損こな
うことになるからである。脱酸剤は、フラツクス全体に占める割合として
８〜25％でなければならない。その理由は、脱酸
剤の含有率が８％未満では脱酸不足となりＸ線性
能が大幅に低下するばかりでなく、水平すみ肉形
状が悪化する。一方25％を越えると溶接金属の靭
性や耐割れ性を低下させるなどの障害が現われれ
てくる。ここで脱酸剤とは溶接金属中の酸素と結
合し、これを除去する作用をするもので、具体的
にはマンガン、珪素、アルミニウム、チタン等の
金属粉末或はこれらと鉄の合金などが例示され
る。これらの脱酸剤は単独で使用してもよく、ま
た２種以上を組合せて使用してもよいが、本発明
者らが個々についてその最適添加量を求めたとこ
ろによると、例えばマンガンは５〜15％、珪素は
２〜６％、アルミニウムは１〜３％の範囲で使用
することが最も効果的であることを確認してい
る。弗化物は、フラツクス全体に占る割合として
0.1〜６％でなければならない。本発明の鉄粉系
太径フラツクス入りワイヤは、前述した様に建設
機械等の中厚板の溶接を主要な対象としており、
一般に該溶接において拘束度が高く低温割れが発
生し易い傾向にある。この為特に低水素化が要求
されるが、その手段として弗化物の配合が最も有
効である。該つ弗化物として弗化アルカリやケイ
弗化アルカリなどのアルカリ金属化合物が挙げら
れ、特に好ましいものを具体例に例示すれば
K₂SiF₆やNaFが挙げられるが、本発明に係るフ
ラツクス中にはこれら弗化物を0.1〜６％の範囲
で必須的に配合しなければならない。0.1％未満
では十分に低水素化効果を発揮し得ず、一方６％
を超えるとアークが不安定となりスパツタやヒユ
ームが増加し本発明の趣旨を損うことになるから
である。ところで、本発明の鉄粉系太径フラツクス入り
ワイヤが使用される対象鋼種は主として軟鋼及び
高張力鋼であるが、特にこれらに限定されるもの
ではなく、この他低合金鋼や高合金鋼等の溶接に
適用することも勿論可能である。またシールドガ
スとしては炭酸ガスが最も一般的であるが、Ar
やHe或はそれらの混合ガス等を使用することも
勿論可能である。更にワイヤの形状についても何
ら特段の制限はなく、本発明ではあらゆる断面形
状のワイヤとすることができる。例えば第４図に
ワイヤの断面形状を４種類例示したが、これらの
いずれの形状のものであつてもよく、また例えば
(D)においてワイヤ表面にアルミニウムや銅のめつ
きを施こして使用することもできる。尚これら４
種類のワイヤの内継目なしワイヤ(D)の場合にはア
ークの安定性が向上する為、スパツタ発生量の減
少によつて特に有効である。〔実施例〕第１表に示すNo.１〜No.22の成分組成の充填用フ
ラツクスを調整し、常法により第４図(A)，(D)の断
面形状の鉄粉系太径フラツクス入りワイヤ（ワイ
ヤ径：2.0mmφ、1.6mmφ、外皮金属：軟鋼）を作
製した。上記で作製した各ワイヤについて下記の条件で
溶接を行い、その際のスパツタ発生量及びスラグ
発生量並びに溶接作業性及び溶接能率を調査した
ところ第２表、第３表に示す結果が得られた。〔溶接条件〕極性：DC.ワイヤ溶接電流：500A 電圧：適正（アーク長：母材表面より1.5mm）速度：50cm／min シールドガス：CO₂ 25／分ワイヤ突出し長さ：30mm 母材：50HT、25t×600（mm）溶接法：ビードオンプレート溶接尚スパツタ発生量の測定には第５図に示す装置
（３はスパツタ捕集板、４はワイヤ送給装置、５
はトーチ、６は母材、７は台車を示す）を使用し
た。即ち、スパツタ発生量は第５図に示す捕集板
３を用いてアーク点のまわりに飛散するスパツタ
を捕集し重量を測定することにより求めた。測定
時間は１分間とし単位時間当たりの値（ｇ／
min）を求めた（ｎ＝３）。又スラグ発生量は１
分間溶接した際に発生するスラグを採取し、その
重量を測定することにより単位時間当たりの値
（ｇ／min）を求めた（ｎ＝３）。

【表】

〔発明の効果〕

本発明は以上の様に構成されており、鉄粉太径
フラツクス入りワイヤの高溶着、低スラグという
特徴を保持したままで低スパツタ化を確保し得る
ことになつた。その結果鉄粉系太径フラツク入り
ワイヤに指摘されていたスパツタ発生量が多いと
いう最大の難点が解消されてその特長（優れた溶
接能率）を十分に発揮させることができ、該ワイ
ヤの適用範囲を大幅に拡大し得、特に建設機械等
の分野で現在よく使用されている太径ソリツドワ
イヤの代替として画期的な効果が期待できる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図、第３図は、全ワイヤ中の炭素
量（％）とスパツタ発生量、アーク安定剤量
（％）とスパツタ発生量（ｇ／min）、フラツクス
充填率（％）とスパツタ発先量（ｇ／min）の関
係を夫々示すグラフである。また第４図はワイヤ
の構造を示す断面図、第５図は実施例において使
用した溶接スパツタ発生量の測定装置を示す説明
図である。１……鋼製外皮、２……フラツクス、３……ス
パツタ捕集板、４……ワイヤ送給装置、５……ト
ーチ、６……母材、７……台車。

Claims

【特許請求の範囲】

１鉄粉を60〜85％（重量％：以下同じ）、脱酸
剤を８〜25％、アーク安定剤を１〜10％及び無機
弗化物を0.1〜６％夫々含有するフラツクスを鋼
製外皮中にワイヤ全重量に対し15〜35％充填して
なり、且つ全ワイヤ中の炭素量を0.05％以下に制
限してなることを特徴とする太径フラツクス入り
ワイヤ。