JPH05237693A - 全姿勢溶接用セルフシールドアーク溶接フラックス入りワイヤ - Google Patents

全姿勢溶接用セルフシールドアーク溶接フラックス入りワイヤ

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JPH05237693A
JPH05237693A JP12556992A JP12556992A JPH05237693A JP H05237693 A JPH05237693 A JP H05237693A JP 12556992 A JP12556992 A JP 12556992A JP 12556992 A JP12556992 A JP 12556992A JP H05237693 A JPH05237693 A JP H05237693A
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保広 永井
Kazuo Ikemoto
和夫 池本
Tetsuo Suga
哲男 菅
Masaharu Sato
正晴 佐藤
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 鋼製鞘内に、下記の成分を必須成分として含
有する粉粒状フラックスを、ワイヤ全重量に対して15〜
30%(重量%、以下同じ)充填してなることを特徴とす
る全姿勢溶接用セルフシールドアーク溶接フラックス入
りワイヤ。BaF2:32〜70%,アルカリ金属のふっ化物:
1〜30%,Ca,Sr 及びBaよりなる群から選択されるアル
カリ土類金属の酸化物と、Fe,Mn,Ni,Co,Ti,Al,Zrよりな
る群から選択される金属の酸化物との複合酸化物:1〜
30%,Al:3〜12%,Mg:2〜10%,Mn:0.5 〜10%,
Ni:0.5 〜20%,Zr:0.1 〜4%。 【効果】 鋼製鞘内へ充填するフラックスの成分組成を
特定することによって、ピットや融合不良等の溶接欠陥
がなく且つ機械的諸特性(特に靭性)の優れた溶接金属
をあらゆる溶接姿勢で得ることのできるセルフシールド
アーク溶接用フラックス入りワイヤを提供し得ることに
なった。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はセルフシールドアーク溶
接用フラックス入りワイヤに関し、特にピットや融合不
良等の溶接欠陥がなく且つ高靭性の溶接金属を全姿勢溶
接で得ることのできるフラックス入りワイヤに関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】フラックス入りワイヤとは金属鞘内にフ
ラックスを充填したものであり、ここで使用されるフラ
ックスの一般的組成はスラグ形成剤又はシールド剤とし
てのCaF2 、脱酸・脱窒剤としてのAl、脱酸・シー
ルド剤としてのMg等を主成分とするものである。この
フラックス入りワイヤを用いるときは、シールドガスや
フラックスを別途供給する必要がないので溶接作業性が
良く、且つ耐風性に優れている等種々の利点を有してい
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら現在のと
ころその用途は土木・建築等における屋外溶接の特定分
野に限られており、十分に活用されているとは言い難
い。この様に用途が限定され、他分野への普及が遅れて
いる理由としては、次の様な欠点が挙げられる。 脱酸・脱窒剤として添加するAl及び脱酸・シールド
剤として添加するMg等に由来する高融点のMgOやA
23 が生成スラグの主成分となるので、特に多層溶
接に適用したときにスラグの巻込みを生じ易い。 溶着金属中に多量のAlが歩留る他、酸素の異常減少
(50〜100ppm程度)によって結晶粒が粗大化し
易く、良好な切欠靭性が得られない。 生成スラグ及び溶融金属の表面張力が大きすぎるの
で、立向上進姿勢や上向姿勢のときにビードが垂れ易く
なる。 適正アーク電圧範囲が狭く、電圧やワイヤ突出し長さ
を厳密に管理しなければピットやブローホールをなくす
ことができない。 充填フラックス成分として蒸気圧の高いMgやCaF
2 を多量使用するので、ヒューム発生量が多く作業環境
を著しく損なう。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明者等は上記の様な
フラックス入りワイヤの欠点を解消し、その最大の特長
である優れた耐風性を幅広く活用できる様にしようとし
て鋭意研究を進めてきた。本発明はこうした研究の結果
完成したものであって、その構成は、鋼製鞘内に、下記
の成分を必須成分として含有する粉粒状フラックスを、
ワイヤ全重量に対して15〜30%(重量%:以下同
じ)充填してなるところに要旨が存在する。 BaF2 :32〜70% アルカリ金属のふっ化物:30% Ca,Sr及びBaよりなる群から選択されるアルカリ
土類金属の酸化物と、Fe,Mn,Ni,Co,Ti,
Al,Zrよりなる群から選択される金属の酸化物との
複合酸化物:1〜30% Al:3〜12% Mg:2〜10% Mn:0.5〜10% Ni:0.5〜20% Zr:0.1〜4%
【0005】
【作用】以下本発明において粉粒状フラックスの含有成
分を定めた理由を詳細に説明する。まず主なスラグ形成
々分としてBaF2 を32〜70%含有させる。即ちB
aF2 は、スラグ形成剤として一般に使用されているC
aF2 やSrF2 等に比べて溶滴移行性及びシールド性
が良好であると共に、立向上進姿勢における溶融金属の
垂れ落ちを抑制する作用があり、こうした特徴は直流正
極性の場合に特に顕著に発揮される。BaF2 が32%
未満ではこれらの特徴が有効に発揮されず、一方70%
を越えるとスラグ生成量が過剰になりスラグ巻込み等の
溶接欠陥が発生し易くなる他溶接作業性も低下する。
【0006】ところでBaF2 は、スラグ形成剤として
の性能からすれば次の様な欠点を有している。即ちBa
2 は従来のCaF2 やSrF2 等に比べて溶込みを浅
くする性質があり、しかも後述の脱酸剤・脱窒剤として
添加されるAlやMgの反応生成物であるAl23
MgOと共に高融点のスラグを形成する為、スラグの巻
込みや融合不良等の溶接欠陥を生じ易く、しかもビード
の光沢及び外観も良好とは言えない。こうしたBaF2
の欠点を改良する為、本発明では適量のアルカリ金属
ふっ化物及び、アルカリ土類金属酸化物と後述する金
属酸化物との複合酸化物の2者を併用する。
【0007】まずアルカリ金属(Li,K,Na等)ふ
っ化物は、生成スラグの融点及び粘性を調整すると共に
アーク力を強く且つ安定化して溶込みを深くし、スラグ
の巻込み及び融合不良等の欠陥を抑える機能を果たす。
こうした機能を確保する為には1%以上含有させなけれ
ばならないが、30%を越えるとスラグの流動性が過大
となって被包性が低下しビード外観が悪化すると共に、
スラグが異常に強く固着して剥離性が悪くなり、更には
立向姿勢や上向姿勢でスラグ及び溶融金属の垂れ落ちが
著しくなる。尚フラックス中の水分は溶接金属に気孔を
発生させる原因となるので、アルカリ金属ふっ化物とし
ては難吸湿性のNa2 ZrF6 ,K2 SiF6 ,K2
rF6 ,LiF,LiBaF3 等が最適である。
【0008】次にCa,Sr及びBaよりなる群から選
択されるアルカリ土類金属酸化物と、Fe,Mn,N
i,Co,Ti,Al,Zrよりなる群から選択される
金属の酸化物との複合酸化物は、ビードの外観及び光沢
を改善し且つスラグシールド効果を高めると共に、Al
やMg等の強力脱酸剤により過剰に脱酸された溶着金属
に酸素を補給して切欠靭性を高める作用があり、これら
の機能を有効に発揮させる為には上記複合酸化物を1%
以上含有させなければならない。しかし30%を越える
と溶滴が大きくなってスパッタが多発すると共にスラグ
の剥離性も悪化する。
【0009】ところで前述のアルカリ土類金属酸化物は
空気中で吸湿したりCO2 を吸収し易く且つ高融点であ
るので、これを単独で使用すると気孔及びスラグ巻込み
等の溶接欠陥を起こし易く、スパッタも多発する。しか
しこれと前述の金属酸化物との間で複合酸化物を形成さ
せると難吸湿性で安定な化合物となり、またFe,Mn
の酸化物との複合酸化物はアルカリ土類金属酸化物単体
よりも融点が低くなる。これらの複合酸化物はMxy
z の一般式(式中MはCa,Sr,Baのいずれか、
NはFe,Mn,Ni,Co,Ti,Al,Zrのいず
れか、x,y及びzは正数を示す)で表わすことがで
き、例えばMがCaである複合酸化物としてはCaFe
24 ,Ca2 FeO5 ,Ca2 MnO4 ,CaMn2
4 ,CaMn310等が、MがSrである複合酸化物
としてはSr2 FeO4 ,Sr7 Fe1022,SrFe
2.5 ,Sr2 Fe25 ,Sr3 SiO5 ,SrSi
3,SrMnO3 ,Sr2 MnO4 ,Sr3 Mn27
,SrNiO3 ,SrTiO3 ,Sr3 Al26
Sr2 ZrO4 等が、またMがBaである複合酸化物と
してはBaFe24 ,Ba(MnO4)2 ,Ba3 Ni
4 ,BaSiO4 ,BaSiO3 ,Ba3 SiO4
が、夫々代表的なものとして例示される。ただし、Si
を含有する複合酸化物は、強力脱酸剤であるAl,Mg
により還元されて、溶着金属にSiとして歩留り、フェ
ライト結晶組織を粗大化して靭性を低下させるので本発
明の必須元素としなかった。
【0010】Alは強力脱酸剤及び脱窒剤としてまた窒
素固定剤として不可欠の元素であり、大気中から侵入す
る酸素や窒素を捕捉して気孔の発生を防止する。こうし
たAlの効果を発揮させる為にはフラックス中に3%以
上含有させなければならないが、多すぎると溶着金属中
に過剰量のAlが歩留って晶粒が粗大化し脆弱になるの
で12%以下に抑えるべきである。尚Al源としては金
属Alの他、Fe−Al,Al−Mg,Al−Li等の
Al合金を使用することもできる。
【0011】Mgは強力な脱酸機能を有する他、アーク
熱によって容易に金属蒸気となり優れたシールド効果を
発揮する。Mg量が2%未満ではこうした効果が十分に
発揮されず、しかも併用するAlの歩留りが低下してA
lの脱窒効果及び窒素固定効果が十分に発揮されなくな
る。しかし多すぎるとヒューム発生量が著しく増加して
溶融池の観察が困難になると共に作業環境を汚染し、ま
たスパッタの増大及びスラグの粘性増大による被包性の
悪化を招くので10%以下に抑えるべきである。尚Mg
源としては金属Mgを使用することも可能であるが、こ
れはアーク熱によって気化が爆発的に進行しスパッタが
多発する傾向があるので、Al−Mg,Mg−Si,M
g−Si−Ca,Ni−Mg,Li−Mg等のMg合金
として含有させるのがよい。
【0012】Mnは溶着金属の強度を高めると共に、溶
融金属の表面張力を下げてビード形状を整える作用もあ
り、少なくとも0.5%含有させなければならない。し
かし10%を越えると溶着金属の強度が過大になって延
性や耐割れ性が乏しくなる。Mn源としては金属Mnや
Fe−Mn,Fe−Si−Mn等のMn合金が使用され
るが、この他のMnOやMnO2 等の酸化物更にはLi
2 MnO3 ,SrMnO3 ,Ba(MnO4 )の様な複
合酸化物もMn源として使用することもできる。その理
由は、本発明で使用するフラックス中には、Mnよりも
酸素との親和力の大きい元素(AlやMg)が多量含ま
れているので、Mn酸化物は脱酸を受けて金属Mnに変
換されるからである。
【0013】Niはオーステナイト生成元素であり、多
量のAlの歩留りによるフラックス結晶粒の粗大化を抑
制し溶融金属の切欠靭性を高める作用がある。こうした
効果は0.5%以上の配合で有効に発揮されるが、20
%を越えると強度が過大になって耐割れ性が乏しくな
る。Ni源としては金属Niの他、Fe−Ni−Cr,
Ni−Mg等のNi合金、あるいはNiO,Ba2 Ni
4 等の酸化物,複合酸化物が挙げられる。
【0014】Zrは溶着金属の結晶粒を微細化すると共
に侵入した窒素を固定して切欠靭性を改善する作用を有
しており、これらの効果は0.1%以上の添加で有効に
発揮されるが、4%を越えるとスラグの焼付きが著しく
なって剥離性が悪化する他、切欠靭性もかえって低下す
る。ちなみに図1は、BaF2 :50%,LiF:3.
5%,SrMnO3 :6%,Al:9.2%,Mg:7
%,Mn:0.5%,Ni:5%,残部Feよりなる基
本組成のフラックスに、ZrをFe−Zr(Zr:30
%)の形で0.1〜5%配合した粉粒状フラックスを、
軟鋼製鞘内にワイヤ全重量に対して20%充填し伸線加
工して得た1.6mmφのフラックス入りワイヤを用いて
溶接実験を行ない、フラックス中のZr量と切欠靭性の
関係を調べたものである。尚溶接試験条件は次の通りで
あった。
【0015】[試験条件] 母材:SM−50A,板厚19mm 溶接姿勢:下向き、7層13バス 溶接電流:250A、DC(−) 溶接電圧:21V 溶接速度:15〜22cm/分 ワイヤ突出長さ:25mm 切欠靭性試験:JIS Z3112の2mmVノッチシ
ャルピー試験法
【0016】図1からも明らかな様に、Zrをフラック
ス中に0.1〜4%配合すると切欠靭性が著しく改善さ
れる。尚Zr源としてはFe−Zr,Zr−Si等の合
金やK2 ZrF6 ,Na2 ZrF6 等のふっ化物、ある
いはZrO2 ,ZrSiO4(ジルコンサンド),Li2
ZrO3 等の酸化物,複合酸化物が挙げられる。
【0017】本発明で使用するフラックスの必須成分は
上記の通りであるが、特に海洋構造物の様な低温靭性
[一般に(−10)〜(−60)℃]が要求される分野
に適用する場合は、更にTi:0.01〜0.5%、
B:0.01〜0.2%を配合し、またCe等の希土類
元素を配合することも効果的である。以下これらの副配
合成分についても簡単に説明を加える。
【0018】Tiは極めて少量で切欠靭性を高める作用
があり、その効果は0.01%以上で有効に発揮され
る。この場合前述した範囲のZrや0.01〜0.2%
のBと併用するとその効果は一段と顕著になる。但しT
i量が0.5%を越えるとスラグの焼付きが著しくな
り、ビード外観及び溶接能率が悪化する。尚Ti源とし
ては金属Ti,Fe−Ti等の合金の他、TiO2 やT
23 等の酸化物、あるいはLi2 TiO3 ,CaT
24 ,CaTiO3 等の複合酸化物を使用すること
もできる。
【0019】Bは単独では切欠靭性改善効果を殆ど示さ
ないが、前述の様に適量のTiと併用することによって
Tiの効果を助長する働きがある。こうした効果は0.
01%以上の配合で有効に発揮されるが、0.2%を越
えると焼入れ硬化によって耐割れ性が低下し、切欠靭性
も乏しくなる。B源としてはFe−B等の合金やB23
等の酸化物、あるいはLi247 ,Na247
等の複合酸化物が挙げられる。
【0020】この他フラックス中には、スラグ形成剤と
してAl23 ,MgO,FeO,Fe23 ,Na2
O,K2 O,LiFeO2 ,Li2 MnO3 ,Li2
iO3 ,SiO2 等の酸化物やCaF2 ,SrF2 ,M
gF2 ,NaF,Na3 AlF6 ,Na2 SiF6 等の
ふっ化物、更にはLi2 CO3 ,Na2 CO3 ,BaC
3 ,CaCO3 ,MgCO3 ,SrCO3 ,MnCO
3 等の炭酸塩を配合することができ、又、溶接金属の高
温強度等の機械的性質や耐食性を改善する為にCr,M
o,Cu,Nb,V,Co,P等の元素を配合すること
もできる。
【0021】以上、鋼製鞘内に充填するフラックス組成
について説明したが、それら各成分の効果を有効に発揮
させる為にはフラックスの充填率も極めて重要であり、
ワイヤ全重量に対する充填量が15〜30%の範囲とな
る様に充填率を設定しなければならない。即ち充填率が
15%未満では先に規定したフラックス構成々分の個々
の含有量が不足する為に満足な効果を得ることができ
ず、一方30%を越えると溶着金属中のAl等の合金量
が過剰になって目標程度の機械的性質が得られなくなっ
たり、あるいは生成スラグ量が過大になってスラグの巻
込みが著しくなったり溶接作業性が低下する等の問題が
現われる。
【0022】鋼製鞘の材質としては軟鋼が最も一般的で
あるが、用途によっては低合金鋼や高合金鋼等を使用す
ることもでき、またその断面構造も特に限定されない
が、2mmφ以下の細径の場合は比較的単純な円筒形の
ものが、また2.4〜4mmφ程度の太径ワイヤの場合
は鞘材を内部へ複雑に折り込んだ構造のものが一般的で
ある。
【0023】
【発明の効果】本発明は概略以上の様に構成されてお
り、特に鋼製鞘内へ充填するフラックスの成分組成を特
定することによって、ピットや融合不良等の溶接欠陥が
なく且つ機械的諸特性(特に靭性)の優れた溶接金属を
あらゆる溶接姿勢で得ることのできるセルフシールドア
ーク溶接用フラックス入りワイヤを提供し得ることにな
った。次に実施例を挙げて本発明の効果を明確にする。
【0024】
【実施例】
実施例1 表1に示す化学成分の鋼製鞘内に、表2に示す成分組成
の粉粒状フラックスを充填(充填率20%)して伸線加
工し、2mmφのフラックス入りワイヤを製造した。得
られたワイヤを用いて下記の条件で溶接実験を行なっ
た。結果を表3および表4に示す。
【0025】[溶接条件] 試験板:JIS G3106,SM−50A,板厚45
mm×長さ500mm 開先形状:X開先(図2) 溶接電流:250(A),DO[ワイヤ(−)] 溶接電圧:21〜22(V) 溶接速度:13〜24(cm/分) ワイヤ突出長さ:20〜25(mm) 累層法:表・裏側共に8層14パス 溶接姿勢:下向 裏はつり:アークエアガウジング後グラインダで黒皮除
【0026】[試験法] 引張時間:JIS Z3111 衝撃試験:JIS Z3112 側曲げ試験:JIS Z3122 超音波探傷試験:JIS Z3060
【0027】
【表1】
【0028】
【表2】
【0029】
【表3】
【0030】
【表4】
【0031】*1 引張試験片:機械加工後試験前に1
00℃×24時間エージング処理 *2 側曲げ試験:曲げ角度180°、曲げ半径19m
m *3 超音波探傷試験:ブローホールについては総個数
を、またスラグ巻・融合不良については総長さを示す。 *4 溶接作業性の評価 ◎:優,○:良,△:不良 溶接電流×溶接電圧:下向姿勢250A×21V 立向姿勢170A×20V その他の溶接条件は下向継手溶接の条件に同じ。
【0032】実施例2〜8および比較例 表1に示す化学成分の鋼製鞘内に、表5に示す成分組成
の粉粒状フラックスを充填(充填率20%)して伸線加
工し、1.6mmφのフラックス入りワイヤを製造し
た。得られたワイヤを用いて下記の条件で溶接実験を行
なった。結果を表6に示す。 [溶接条件] 母材:SM−50A,板厚19mm 溶接姿勢:下向き、7層13バス 溶接電流:250A、DC(−) 溶接電圧:21V 溶接速度:15〜22cm/分 ワイヤ突出長さ:25mm 切欠靭性試験:JIS Z3112の2mmVノッチシ
ャルピー試験法
【0033】
【表5】
【0034】
【表6】
【0035】*1 引張試験片:機械加工後試験前に1
00℃×24時間エージング処理 *4 溶接作業性の評価 ◎:優,○:良,△:不良 溶接電流×溶接電圧:下向姿勢250A×21V 立向姿勢170A×20V その他の溶接条件は下向継手溶接の条件に同じ。
【0036】表3、4、6からも明らかな様に、本発明
で規定する要件を充足するワイヤ(実施例)を用いた場
合は、溶接作業性が良好でブローホールやスラグ巻込
み、融合不良等の欠陥がなく、溶着金属の機械的性質も
良好である。中でもフラックス中に適量のTi及びZr
を配合したワイヤ(実施例1)を用いて得た溶着金属の
低温(−30℃)切欠靭性は極めて優れている。これに
対し本発明の要件を欠く比較ワイヤを用いた場合は、溶
接作業性や機械的性質が劣悪であり、本発明の目的を達
成することができない。
【図面の簡単な説明】
【図1】フラックス中のZr量と衝撃値の関係を示す実
験グラフである。
【図2】溶接実験で採用した開先形状を示す図である。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成4年5月18日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0004
【補正方法】変更
【補正内容】
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明者等は上記の様な
フラックス入りワイヤの欠点を解消し、その最大の特長
である優れた耐風性を幅広く活用できる様にしようとし
て鋭意研究を進めてきた。本発明はこうした研究の結果
完成したものであって、その構成は、鋼製鞘内に、下記
の成分を必須成分として含有する粉粒状フラックスを、
ワイヤ全重量に対して15〜30%(重量%:以下同
じ)充填してなるところに要旨が存在する。 BaF2 :32〜70% アルカリ金属のふっ化物:1〜30% Ca,Sr及びBaよりなる群から選択されるアルカリ
土類金属の酸化物と、Fe,Mn,Ni,Co,Ti,
Al,Zrよりなる群から選択される金属の酸化物との
複合酸化物:1〜30% Al:3〜12% Mg:2〜10% Mn:0.5〜10% Ni:0.5〜20% Zr:0.1〜4%
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0016
【補正方法】変更
【補正内容】
【0016】図1からも明らかな様に、Zrをフラック
ス中に0.1〜4%配合すると切欠靭性が著しく改善さ
れる。尚Zr源としてはFe−Zr,Zr−Si等の合
金が挙げられる。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0033
【補正方法】変更
【補正内容】
【0033】
【表5】
【手続補正4】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0034
【補正方法】変更
【補正内容】
【0034】
【表6】

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 鋼製鞘内に、下記の成分を必須成分とし
    て含有する粉粒状フラックスを、ワイヤ全重量に対して
    15〜30重量%充填してなることを特徴とする全姿勢
    溶接用セルフシールドアーク溶接フラックス入りワイ
    ヤ。 BaF2 :32〜70重量% アルカリ金属のふっ化物:1〜30重量% Ca、Sr及びBaよりなる群から選択されるアルカリ
    土類金属の酸化物と、Fe,Mn,Ni,Co,Ti,
    Al,Zrよりなる群から選択される金属の酸化物との
    複合酸化物:1〜30重量% Al:3〜12重量% Mg:2〜10重量% Mn:0.5〜10重量% Ni:0.5〜20重量% Zr:0.1〜4重量%
JP12556992A 1992-04-17 1992-04-17 全姿勢溶接用セルフシールドアーク溶接フラックス入りワイヤ Expired - Lifetime JPH0771760B2 (ja)

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