JPH0491866A - 高速度ワイヤ送給溶接法 - 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） 本発明は軟鋼及び高張力鋼（特に厚板）に適する高能率
ガスシールドアーク溶接法に係り、より詳しくは、鉄粉
系フラックス入りワイヤとＣＯ２ガスを組合せ、高速度
ワイヤ送給装置と大宮を電源を用いてワイヤを高速で送
給し、大電流で溶接を行う施工法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）各種構造物の
溶接建造においては、溶接施工の能率向」−及び省力化
を推進していく丘で、有利なガスシールド溶接法の利用
が増大してきている。 特に最近では、鉄骨、橋梁、造船といったいわゆる電導
長大産業が活況を呈しているが、その景気とは裏腹に人
手不足の問題が生じており、高能率化（自動化）が強く
望まれている。 ガスシールドアーク溶接法による高能率化手段とし、で
は、ワイヤを高速で送給し、大電流で溶接登行い、高溶
着速度を得ることであり、既に、多元系（アルゴン、ヘ
リウム、炭酸ガス、酸素等）不活性ガスとソリッドワイ
ヤ（１，２ｍ＋ｏφ）を組合せた高速度ワイヤ送給溶接
法が発表され、注目を集めている。 しかしながら、この溶接法は、溶接作業性（特にスパッ
タ、アークの安定性）の面で優れていると共に、能率性
（溶着速度）の向上は図れるが。 （１）条件範囲が狭く、欠陥（ブローホール等）が発生
し易い。 （２）大入熱で安定した品質（強度）が得られない。 （３）ガスが高価である。 （４）アークからの輻射熱が強い。 等の問題点があり、実用化の障害となっている。 本発明は、上述のような事情に鑑みてなされたものであ
って、溶接作業性、溶接品質ともに優れた高能率ガスシ
ールドアーク溶接方法を提供することを目的とするもの
である。 （ＮＭを解決するための手段） ガスシールドアーク溶接法を用いた下向溶接（特に厚板
）の高能率化（自動化）を具現化するためには、 （ａ）良好な耐欠陥性（溶接条件範囲が広く施工に熟練
を要しない）２、 （ｂ）大人熱で安定した品質の確保。 （ｃ）連続多層溶接＋１（スパッタ、スラグが少ないこ
と）。 などが必須条件であり、更には、アークからの輻射熱、
溶接コストなど゛も考慮する必要がある。 このような要求特性を実現し得る改善策を見出すべく、
ワイヤ／シールドガスの組合せＬａｒついで予備実験を
行った。その結果、以トの（１）〜・（２）の知見を得
た。 （１）大電流ＭＡＧ溶接法として使用するシールドガス
としては、耐欠陥性（気孔、融合不良等）、輻射熱の低
減、ガスコスト等を考慮した場合、（二０２ガスが最も
好ましい。 （２）Ｇｏ、ガスと組合せるワイヤとしては、連続溶接
性（スパッタ、スラグ発生量が少ないこと）の面より、
鉄粉系フラッグス入すワイヤが有効である。ガスシール
ド用ワイヤとしてはソリッドワイヤとフラックス入りワ
イヤ（チタニア系、鉄粉系）に大別されるが、ＧＯ２ガ
スと組合セた場合、ソリッドワイヤはスパッタ発生量が
多く、チタニア系フラックス中りワイヤはスラブ発生量
が多いので、連続溶接性の面で適していない。 上述の如く、大電流Ｍ　Ａ　Ｇ溶接法としては、Ｃ０２
ガスと鉄粉系フラックス入りワイヤとの組合せが有効で
あるとの結論を得た。 しかし、従来から汎用されている鉄粉系フラックス入り
ワイヤでは、大入熱施工での溶接品質（Ｘ線性能、強度
）面の配慮がなされておらず、更には溶接作業性の面（
特に耐湯流れ性、溶込み）でも不十分であることが把握
された。 そこで、上記問題について、ワイヤ組成２施工条件等を
種々検討した結果、ここに本発明をなしたものである。 すなわち、本発明は、鋼外皮内に、金属粉：９０％以上
、Ｍｎ＋　Ｓｉ：　１０〜２５％及び造滓剤：１〜８％
を必須成分として含有し、必要に応じて更にＭｇ：、０
．２〜１．５％及び炭酸塩（ＣＯ，換算）〜０゜１０〜
０．６０％を含有した組成のフラックスを充填し、且つ
フラックス率が８〜２５％であるフラックス入りワイヤ
（ワイヤサイズ：１．２〜１．４■φ）を用い、シール
ドガスとしてＣＯ，ガスを使用し、ワイヤ送給速度が１
５〜３５ｍ／ｍ行１の範囲で溶接することを特徴とする
高速度ワイヤ送給溶接法を要旨とするものである。 以Ｆに本発明を更に詳側に説明する。 （作用） 息子に、本発明におけるフラックス入りワイヤの成分等
の限定理由及び溶接条件の限定理由について説明する。 （１）フイ２−ヤー威分 余興−粉」−隻Ｑ−％−早−↓− フラックス中の金属粉が９０％未満では、能率性が低下
すると共にスラブ発生量が増え、スラグ除去なしの連続
多層溶接が不可能となるため、自動化が難しい。したが
って、フラックス中の金属粉の量は９０％以上とする。 なお、金属粉は大部分が鉄粉であるが、後述の各種金属
の単体又は合金も含まれる。 フラックス中のＭｎとＳｉの合計量が１０％未満では脱
酸不星となり、ｘ、ｍ性能が大幅に低下し、、また２５
％を超えると溶接金属の靭性が低下する。 したがって、フラックス中のＭｎとＳｊの合計量を１０
〜２５％の範囲とする。 なお、Ｍｎ、Ｓｉは単体又はＦｅ−Ｍｎ、Ｆｅ−５ｉ等
の合金の形態で添加する６ ム欅、剤−Ｈ，，，，１，、、、−７旦−腎造滓剤はア
ーク安定化作用を目的として配合されるものである。し
２かし、フラックス中の造滓剤の量が１％未満ではアー
クが不安定で、スパッタが増大する。また８％を超える
とスラブ量が増え、連続多層溶接が困難となる。したが
って、フラックス中の造滓剤の量は１〜８％の範囲とす
る。 なお、造滓剤としてはＴ　ｊ、　０２、ＳｉＯ□、ＡＱ
２０１、ＺｒＯ，等の酸化物、及びチタン酸カリ、カリ
長石、ソーダ長石等、Ｎａ及びＫなどの化合物が挙げら
れる。 以−１−の成分がフラックス入りワイヤの必須酸、分で
あるが、フラックス中にＭｇや炭酸塩を適量含有させる
ことが好ましい。 Ｍ　：０．２−１．５％ 前述の如く、本施工法はワイヤを高速で送給し。 大電流で溶接する方法であり、この溶接法においては溶
融池の先行により融合不良、溶込み不良等の欠陥が発生
し易い傾向にある。このため、特に耐湯流れ性の向上が
要求される。その手段としては、Ｍｇの添加が最も有効
である。し５かし、０．２％未満ではその効果がなく、
また１、５％を超えるとヒユームやスパッタが増大する
ので、フラックス中のＭｇ量は０　、２−１．　、５％
の範囲どする。 なお、Ｍｇは金属Ｍｇや、Ｓｌ−Ｍｇ、　Ａ　Ｑ　−Ｍ
ｇ等の金属間化合物の形態で配合される。 酸塩ＣＯ換　）：０．１〜０．６％ 本施工法は特に厚板の溶接を主要な対象としている。一
般にそのような溶接においては良好なＵＴ性能が要求さ
れるが、そのためには溶込み深さの安定化を図ることが
重要である。その手段としてはＣＯ７を含有されること
が最も有効である。 Ｃ０２はＭｇＣ０，、ＣａＣＯ，、Ｍ　ｎ　ＣＯｖ等の
炭酸塩の形態で配合されるが、ＣＯ，換算で０．１％未
満ではその効果はなく、また０、６％を超えるとヒユー
ムやスパッタが増大する。したがって、フラックス中の
炭酸塩はＣＯ２換算で０．１〜０．６％の範囲とする。 （２）フラノゲス率＝８〜・２５％ フラッグス率が８％未満では溶接作業性（アークの安定
性、スパッタ）が劣悪となる。また２５％を超えると外
皮金属の肉厚が薄くなり、送給不安定となるほか、ワイ
ヤ製造（伸線加コ−）時に断線等の問題が発生する。し
たがって、フラックス率は８．〜２５％の範囲とする。 （３）ワイヤサイズ＝１．２〜Ｌ、４＋ｕｉワイヤサイ
ズ（径）が１．２■未満では高速ワイヤ送給による溶接
でのアークが不安定となり、スパッタが増えると共に、
アーク拡がりが小さいためにビード形状が凸となり、次
層溶接時に融合不良等の欠陥となり易い。またワイヤ挫
折等の送給トラブルが発生し易い。 また１、４−ｌ１ｍを超えると高速ワイヤ送給による能
率性髪維持するためには、過大＠流が必要となり、七の
結果、アークからの輻射熱・、ヒユーム発生量が増大す
る。また溶着速度の点からも細径がよい。したがって、
ワイヤサイズは１．２〜１．４ＩＩ１ｍφの範囲とする
。 （４）ワイヤ給　　：　１５−３５ｍ／ｌ１ｉｎワイヤ
送給速度が１５ｏａ／ｍｊ、ｎ未満では能率低下は勿論
のこと、作業性（特にスパッタ）が劣化する。 一方、３５ｍ／ｓｉｎを超えるとアークの吹き付は力が
強くなりすぎて、スパッタやヒユームが増大する。また
アーク輻射熱も増大する。更にはワイヤの挫折等送給ト
ラブルが発生し７易くなると共に。 過大電流となり、シールド性も劣化する。したがって、
ワイヤ送給速度は１５〜３５ｍ／ｗｉｎの範囲とする。 （５）シールドガス：ＣＯガス 前述のとおり、大電流ＭＡＧ溶接法として使用するシー
ルドガスとしては、耐欠陥性（気孔、融合不良等）、輻
射熱の低減、ガスコスト等を考慮した場合、Ｃ０２ガス
が最も好ましい。多元系不活性ガス（Ａ　ｒ　、Ｈｅ　
、ＣＯｚ、０２等）を用いる大電流Ｍ　Ａ、　Ｇ溶接法
は溶接作業性の面で優れているが、溶接条件範囲が狭く
、欠陥が発生し易い欠点があり、また輻射熱及びガスコ
ストが増大する問題がある。 また、本発明で用いるフラックス入りワイヤにおいて、
強度、靭性の向上を目的として、Ｎ】、Ｔｉ、Ｂ、Ｍｏ
、Ｃｒ等の合金元素を任意に添加［２ても差し支えない
。特にＭＯは連続多層大入熱溶接時の強度安定に有効で
あり、その適正添加量はフラックス全重量に対し１〜５
％である。５％を超えるとアーク安定性、スパッタ発生
量の点で若干劣化傾向がみられる。また、アーク安定性
の向上、拡散性水素量の低減を目的として、ＮａＦ。 Ｋ　２　Ｓ　ｊＦ　ｓ等の若干量の弗化物を添加しても
よい。 なお、本発明で用いるフラックス入りワイヤの断面形状
には何らの制限もなく１例えば、第１図の（Ａ）〜（Ｄ
）に示す種々の形状のものが使用でき、また、防錆或い
は通電性改善のためにＣｕ、ＡＱ、Ｎｊ等のメツキ処理
を施したものであっても、勿論支障ない。また、本発明
における通用鋼種は五として軟鋼、高張力鋼であるが、
用途によ−）では低合金鋼、高合金鋼などに適用するこ
とも０ｆ能である。 次に本発明の実施例を示す。 （実施例） 第１表に示す成分組成の充填用フラックスを作成し７こ
ｉｔを第１表１．こ示すフラックス中にて軟鋼外皮内に
充填し、第１図（Ｂ）の断面形状を有する供試ワイヤ（
ワイヤ径：　１．Ｏｍｍ、　　１．２ｍｎ＋、　　、］
、、４ａｍ、１　、６　ｍｍ）を作成した。なお、フラ
ックス成分のうち、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｍｏ、Ｍｇはそれぞれ
Ｆ　ｅ　−Ｍ　ｎ、Ｆｅ−８ｉ、Ｆｅ−Ｍｏ、Ｍ−Ｍｇ
の形態で添加

【また。 得られた名フラックス入りワイヤを使用し、第１−表及
び以トに示す溶接条件で溶接試験を行い、溶接作業性、
溶接品質等を調査した。その結果を第２表に示す。 （供試鋼接） ・ＳＭ−５ＯＡ（３２ｔＸ３００Ｍ） ・開先形状寸法：第２図参照 （溶接条件） ・自動溶接（トーチ垂直、前後進角＝０’　）・極性：
ＤＣワイヤ■ ・溶接法：下向連続溶接 ・スラグ除去：無し ・シールドガス：　Ｃ０２（２５Ｑ　／ｍｊｎ）・溶接
電圧：適正（アーク長約］、、　、　５　ｍｍ）・目標
入熱：　５０〜６０ＫＪ／ｃｍ （注）大容量電源及び高速度送給（最大４０璽／ｗｉｎ
）装置を使用 これらの実験結果より以下の如く考察される。 （１）実験魔】〜ＮｃｉｌＯは本発明例であり、いずれ
も、高速度ワイヤ送給溶接において良好な溶接作業性及
び品質が得られている。 （２）実験走１１はワイヤ径が本発明範囲外で細すぎる
例であり、アーク不安定となり、スパッタが増えている
。更にはビード形状の劣化、アークの拡がりの減少に伴
い融合不良などの欠陥が発生した。一方、実験魔１２は
ワイヤ径が本発明範囲外で太すぎる例であり、本発明の
目的はほぼ達成し得るものの、ヒユームやアークからの
輻射熱が過大となり、実用的でない。 （３）実験Ｎｕ　Ｌ　３、ｔ（ａ　］−４はワイヤ送給
速度が本発明範囲外の例であり、Ｎ０１３のように遅す
ぎると能率低ドは勿論のこと、スパッタが多くなる。 一方、Ｎａ　１４のように速すぎるとスパッタ、ヒュム
、アーク輻射熱等が増大し、更には送給トラブル、過大
電流によるシールド不良等の危険性がある。 （４）実験Ｎα１５はフラックス中の金属粉の量が本発
明範囲外で少ない例であり、能率性が低下すると共に、
スラブ発生量が増えるため、スラグ除去なしの連続多層
溶接が困難となる。 （５）実験勲１６、Ｎｏｉ７はフラックス中のｒＭｎ＋
Ｓｉｊ量が本発明範囲外の例であり、　Ｎｏｉ　６のよ
うに少なすぎると脱酸不足となり、Ｘ線性能が大幅に低
下する。一方、翫〕７のように多すぎると溶接金属の靭
性が低下する。 （６）実験陥〕８、Ｎｏｉ９はフラックス中の造滓剤の
量が本発明範囲外の例であり、ＮＱ１８のように少なす
ぎるとアークが不安定でスパッタが多い。 −力、Ｎｏ１９のように多すぎるとスラブ発生量が多く
なるため、連続多層溶接が困難となり、スラグ巻き等の
欠陥が発生し易くなる。 （７）実験Ｎα２０、ＮＧ２１はフラックス率が本発明
範囲外の例であり、Ｎｃｉ２０のように低すぎるとアー
ク安定性、スパッタが劣悪となる。一方、Ｎ。 ２１のように高すぎると外皮金属の肉厚が薄くなりすぎ
て送給不安定となる７、また製造時、断線等の１ヘラプ
ルも発生し易い。

【以下余白】

（発明の効果） 以１−詳述したように、本発明によれば、高能率ガスシ
ールドアーク溶接法１７．′７おいて、ブラックス入す
ワイヤのフラックス成分、フラックス率、ワイヤ径、シ
ールドガス並びにワイヤ送給速度杏総合的に規制したの
で、溶接作業性、溶接品質ともに優れた高速度ワイヤ送
給溶接が可能である。軟鋼及び高張力鋼、特にその厚板
の溶接に適し、でいる。

【図面の簡単な説明】

第１Ｉｙｌ（Ａ、）〜（Ｄ）はフラックス入りワイヤの
断面形状の例を示す図、第２図は開先形状を説明する断
面図である。 Ｆ・・・フラックス、Ｍ・・・外皮金属。 特許出願人　　株式会社神戸製鋼所 代理人弁理セ　中　　村　　　尚 （Ａ） （Ｂ） （Ｃ） （Ｄ） 〕 Ｑ−罎

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）鋼外皮内に、重量％で（以下、同じ）金属粉：９
   ０％以上 Ｍｎ＋Ｓｉ：１０〜２５％ 造滓剤：１〜８％ を含有する組成のフラックスを充填し、且つフラックス
   率が８〜２５％であるフラックス入りワイヤ（ワイヤサ
   イズ：１．２〜１．４ｍｍφ）を用い、シールドガスと
   してＣＯ＿２ガスを使用し、ワイヤ送給速度が１５〜３
   ５ｍ／ｍｉｎの範囲で溶接することを特徴とする高速度
   ワイヤ送給溶接法。
2. （２）前記フラックスが、金属粉：９０％以上、Ｍｎ＋
   Ｓｉ：１０〜２５％、造滓剤：１〜８％、Ｍｇ：０．２
   〜１．５％及び炭酸塩（ＣＯ＿２換算）：０．１０〜０
   ．６０％を含有しているものである請求項１に記載の方
   法。