JPH07314176A - ガスシールドアーク溶接用シームレスフラックス入りワイヤ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 耐ピット性、耐低温割れ性、ワイヤの耐錆
性、溶接チップの耐摩耗性、ワイヤ送給性など溶接性能
に種々の利点があるシームレスタイプの断面構造におい
て、低酸素量の外皮素材を用いた場合でもワイヤ溶融速
度が速く高溶着性が得られるフラックス入りワイヤを提
供する。 【構成】 ワイヤ長手方向に連続して設けられた外皮部
内面の凹部に、粒度が１００μｍ以下の酸化鉄粉末を外
皮総重量に対し０．０１〜０．２０重量％含有するシー
ムレスフラックス入りワイヤ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は鋼構造物の自動または半
自動溶接に使用するガスシールドアーク溶接用フラック
ス入りワイヤに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、造船や鉄骨、橋梁等の鋼構造物の
製作において溶接の高能率化、省力化の要求が一段と強
まり、これにともない１．０〜２．０ｍｍを中心とする
細径のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ
（以下、フラックス入りワイヤという）がその良好な溶
接作業性および高能率溶接性等の利点により使用量が増
加している。従来一般的に使用されているフラックス入
りワイヤの断面構造は、図４に示すように外皮部１に開
口部２がある突合せタイプ（ａ）、（ｂ）と開口部がな
いシームレスタイプ（ｃ）、（ｄ）とに大別できる。図
中３はフラックス、４は溶接部である。突合せワイヤタ
イプのフラックス入りワイヤは比較的小さいサイズの帯
鋼を管状体に成形する段階でフラックスを供給した後、
両端部を突合せたままにして仕上げられる。一方、シー
ムレスフラックス入りワイヤは、例えば特開昭６１−１
５９３０号公報に見られるようにあらかじめ用意した鋼
管を用いて、その端口からフラックスを充填するか、あ
るいは特開昭６０−２３４７９５号公報に見られるよう
に比較的大きいサイズの帯鋼を用いて、突合せタイプの
フラックス入りワイヤと同様に成形、フラックス供給
後、突き合わせた両端部のシームを溶接して製造され
る。

【０００３】ところで、両者の断面構造の違いが溶接性
能に及ぼす影響を比較すると、突合せタイプのフラック
ス入りワイヤは外皮部の開口部を通しフラックスが吸湿
し、ピットやブローホール、低温割れ等の溶接欠陥が発
生しやすい。またワイヤ癖がありロボット溶接に使用す
る場合に重要なワイヤ先端の直進性や長尺でのワイヤ送
給性が劣るという問題点がある。他方、シームレスフラ
ックス入りワイヤは製造工程で脱水素焼鈍処理やワイヤ
表面に銅めっき処理を行うことができるので、耐ピット
性、耐低温割れ性、ワイヤ自体の耐錆性、溶接チップの
耐摩耗性、ワイヤ送給性等に優れている。

【０００４】しかしながら、シームレスフラックス入り
ワイヤは同一電流で使用した場合、突合せタイプのフラ
ックス入りワイヤに比較してワイヤ溶融速度がやや遅く
なる傾向を示すため溶接能率面からの改善要望がある。
これに対し、特開昭５９−１５０６９５号公報は酸素量
を高くした外皮素材を用いることによってワイヤの溶融
速度を高めて高溶着性が得られるシームレスフラックス
入りワイヤを提案したものであるが、製鋼方面での連続
鋳造が進み酸素量が低い強脱酸鋼が溶接材料の外皮素材
として一般的に用いられるようになった。なお、特開昭
６０−２２３６９７号公報は外皮部内面にスケール層を
形成したシームレスフラックス入りワイヤ、特公平１−
３１９９２号公報は鋼製外皮の内面粗さを規定したシー
ムレスフラックス入りワイヤをそれぞれ提案したもので
あるが、本発明が目的とする高溶着性を得ることはでき
ない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は上記
のような溶接性能に種々の利点があるシームレスタイプ
の断面構造において、低酸素量の外皮素材を用いた場合
でもワイヤ溶融速度が速く高溶着性が得られるフラック
ス入りワイヤを提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明の要旨
は、鋼製外皮にフラックスが充填されてなるガスシール
ドアーク溶接用フラックス入りワイヤにおいて、ワイヤ
長手方向に連続して設けられた外皮部内面の凹部に、粒
度が１００μｍ以下の酸化鉄粉末を外皮総重量に対し
０．０１〜０．２０重量％含有することを特徴とするガ
スシールドアーク溶接用シームレスフラックス入りワイ
ヤにある。

【０００７】

【作用】本発明者らは、低酸素量の外皮素材を用いて製
造したシームレスフラックス入りワイヤの溶融速度を速
くし高溶着性を得るために種々の検討を行った。その結
果、フラックス充填率を高めたり鉄粉を多量に配合した
フラックスを充填して外皮部の肉厚を薄くすること、あ
るいはＳｉ、Ｍｎ含有量が多い合金鋼外皮を用いること
による効果は非常に大きいことが判明した。しかし外皮
部の薄肉化は細径段階の伸線工程で断線が多発し生産面
での問題があり、また合金鋼外皮は加工硬化が大きいこ
とによる断線の他、特にＴｉＯ₂ 、ＳｉＯ₂ 、Ａｌ₂ Ｏ
₃ 、ＭｇＯ、ＺｒＯ₂ 等の高融点酸化物をスラグ形成剤
として多量に含有するフラックス入りワイヤにおいて
は、溶接時に充填フラックスよりも外皮部の方が先溶け
するいわゆる未溶融フラックスの突き出し現象が生じス
パッタ多発やスラグ巻き込み欠陥が発生しやすくなるな
ど溶接作業性にも問題があることがわかった。

【０００８】次に、突合せタイプのフラックス入りワイ
ヤとシームレスフラックス入りワイヤの溶融状態がワイ
ヤ溶融速度に影響しているのではないかと考え、同一組
成のフラックスで充填率を同じくしたフラックス入りワ
イヤを試作し、ワイヤ溶融状態を高速度ビデオカメラで
詳細に観察した。図５は高速度ビデオカメラによるワイ
ヤ先端の溶融状態を観察し模式的に示したものである。
突合せタイプのフラックス入りワイヤの場合、ワイヤ先
端の溶滴５はあまり大きく成長せず単位時間当りの溶滴
の離脱回数も多い。一方、シームレスフラックス入りワ
イヤの場合には、溶滴が比較的大きく成長し離脱回数も
少な目になることがわかった。

【０００９】さらに両者のワイヤ先端での溶滴の離脱の
仕方に明確な差異があることが観察できた。溶滴は図５
（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）の順にワイヤ先端を周
回するように移動しながらある程度の大きさに成長し、
（ｅ）図のように離脱した溶滴６となってから新しい溶
滴ができてまた成長を開始するのであるが、突合せタイ
プのフラックス入りワイヤの場合は外皮部の開口部分に
さしかかると大きく成長しなくともほとんどが離脱して
いくのに対し、外皮部に開口部のないシームレスフラッ
クス入りワイヤの場合には離脱するまでの周回距離およ
び時間が長い。なお、両ワイヤの溶融速度、溶着速度を
比較したところ、同一の組成およびフラックス充填率に
もかかわらず突合せタイプのフラックス入りワイヤの方
が速くなるという測定結果を示した。つまりワイヤ先端
の溶滴の成長を抑え、かつ離脱を速くすることによりワ
イヤ溶融速度が速くなり高溶着性が得られる。

【００１０】これらの調査結果からワイヤ溶融速度、溶
着速度の向上には溶滴の離脱をスムーズに行わせる手段
が必要であり、これに突合せタイプのフラックス入りワ
イヤの外皮部の開口部は極めて有効に働いているとの結
論に達した。しかし、外皮部に開口部をもつ突合せタイ
プのフラックス入りワイヤには前記のようなフラックス
の吸湿やワイヤ直進性、ワイヤ送給性等の問題点があ
る。本発明者らはこのような観点から、突合せタイプの
フラックス入りワイヤとシームレスフラックス入りワイ
ヤのそれぞれの利点を合わせもったシームレスフラック
ス入りワイヤを開発すべく製造方法を含め試作ワイヤに
より検討した結果、外皮部内面にワイヤ長手方向に連続
して凹部を設け、その凹部に細粒の酸化鉄粉末を微量含
有させるという本発明の構成を得て目的を達したもので
ある。

【００１１】図１に本発明によるシームレスフラックス
入りワイヤの断面構造を示す。外皮部１の内面に設けら
れた凹部７はワイヤ長手方向に連続しており、同図
（ａ）は凹部が１本、（ｂ）は凹部が２本の場合であ
る。この凹部には埋め込まれるようにして酸化鉄粉末８
が外皮金属と接触状態にある。

【００１２】本発明において、外皮部内面に凹部を設け
ることは、酸化鉄粉末をワイヤ長手方向に均一に含有さ
せること以外に、外皮部に厚さが薄い部分を形成しその
部分の溶融を先行させて、突合せタイプの断面構造のフ
ラックス入りワイヤと同様な溶融状態にするためであ
る。つまり本発明のシームレスフラックス入りワイヤは
溶融する直前までは開口部のないシームレスフラックス
入りワイヤの耐吸湿性等の本来の利点を有し、溶融状態
に入って後は突合せタイプのフラックス入りワイヤの開
口部がもたらす溶融状態への利点を活用できるようにし
たものである。

【００１３】なお、外皮部内面の凹部の形状については
酸化鉄粉末を所定量含有できる大きさであればよく特に
限定するものでないが、上記凹部の先行溶融の特性面と
成形や細径段階の伸線性等の生産性面から凹部の深さは
外皮部の厚さに対し１０〜６０％程度にすることが好ま
しい。なお、凹部の幅についてはあまり小さすぎると凹
部の先行溶融が起こりにくく、逆に広すぎると所定量の
酸化鉄が外皮部に接して含有されていても溶滴の離脱に
有効な溶融金属への酸素の供給が十分でなくなりワイヤ
溶融速度は向上しないので、０．０５〜０．３ｍｍの範
囲にあることが好ましい。

【００１４】さらに凹部に酸化鉄粉末を含有させること
は、外皮部に接触した状態で酸化鉄を溶融させることに
より、ワイヤ先端にできた溶滴の酸素量を高め表面張力
を小さくして溶滴の離脱を容易にするためである。ここ
で凹部に含有させる酸化鉄粉末について粒度を１００μ
ｍ以下の細粒に限定したことは、酸化鉄粉末は比較的比
重が小さく粗粒の場合には凹部を大きく設けなければな
らず生産性が問題になることおよび酸化鉄自体の溶融を
容易にし溶滴に酸素を供給しやすくするためである。１
００μｍを超える粗粒の酸化鉄粉末を含有させた場合に
は酸化鉄の溶融が遅れ溶滴への酸素の供給がスムーズに
行われず、アーク状態も不安定になりスパッタ損失によ
り高溶着性が得られない。

【００１５】また、酸化鉄粉末の含有量を外皮総重量に
対し０．０１〜０．２０重量％に限定したことは、この
範囲において溶接作業性および溶接金属の機械的性質に
悪影響をおよぼすことなく、酸化鉄による上記作用が得
られるためである。酸化鉄粉末の含有量が０．０１重量
％未満では溶融状態が改善されずワイヤ溶融量の向上効
果は小さい。一方、０．２０重量％を超えると溶融金属
の粘性が小さくなりすぎて、例えばＴｉＯ₂ 系の全姿勢
溶接用フラックス入りワイヤにおいては立向溶接姿勢で
のメタル垂れ発生や溶接金属の酸素量が増加し安定した
低温衝撃靱性が得られなくなるなど溶接性が劣化する。
酸化鉄の種類についてはＦｅＯ、Ｆｅ₂Ｏ₃ 、Ｆｅ₃ Ｏ₄
等を主成分とするものであればよく特に限定するもの
ではない。例えば粒度調整したヘマタイトやミルスケー
ルを用いることができる。

【００１６】ワイヤ長手方向に連続して外皮内面に凹部
を設け酸化鉄を含有させることは、上記凹部および酸化
鉄の作用効果をワイヤ全長にわたって十分に発揮させ、
溶接中のアークやワイヤ溶融状態の変動をなくし良好な
溶接作業性のもとにワイヤ溶融速度を速くし高溶着性を
得るためである。なお、特開昭６０−２２３６９７号公
報は外皮部内面全体にスケール層を形成することによっ
てアークを安定化させスパッタ発生量を少なくできるこ
とを提案したものであるが、本発明のシームレスフラッ
クス入りワイヤは外皮部内面に凹部を設けそこに酸化鉄
粉末を含有させその相乗効果によりワイヤ溶融速度を速
くして高溶着性を得るという技術である。

【００１７】図２に本発明のシームレスフラックス入り
ワイヤの製造装置の一例を示す。図２において矢印で示
しているのは装置のその場所における材料の状態であ
る。図２において、まず帯鋼供給装置９より供給された
帯鋼１０には凹部形成装置１１で外皮部内面となる帯鋼
表面に所定のサイズの凹部７が長手方向に連続して設け
られる。凹部の形成は切削が最も簡便な方法であるが、
あるいは尖状の圧子で強く圧縮し塑性変形させてもよ
い。次に酸化鉄供給装置１２によりまだ平板状の段階で
凹部に酸化鉄粉末８を充満させた後、成形装置１３によ
り帯鋼をＵ字型に成形する段階でフラックス供給装置１
４からフラックス３を供給する。

【００１８】この後、帯鋼の両端部を突き合わせて管状
体に成形し、その突合せ部を高周波、ＴＩＧ、レーザー
等の溶接装置１５によりシーム部を溶接する。引続き圧
延装置１６により内部のフラックスが移動しなくなるま
で縮径しボビン１７に巻取る。この後所定のサイズに伸
線して仕上げられるが、必要に応じて伸線過程で軟化や
脱水素のための中間焼鈍処理や銅めっき処理を行う。

【００１９】なお鋼管を用いて本発明のシームレスフラ
ックス入りワイヤを製造する場合は、図２に示す製造装
置によりフラックスを供給しないでシーム部の溶接、圧
延を行い、図３に示すような外皮部内面に酸化鉄を密に
含有する断面構造の鋼管を得て、特開昭５９−３５８９
８号公報に示されているような振動充填法等により鋼管
の端口からフラックスを充填後、細径まで伸線して仕上
げる。なお、本発明のシームレスフラックス入りワイヤ
は、軟鋼、高張力鋼、低温用鋼等の全姿勢溶接あるいは
すみ肉溶接用に多用されているＴｉＯ₂ 系組成において
その効果をよく発揮するが、鉄粉等の金属粉を多く含有
する組成系においてもワイヤ溶融速度の向上に効果が認
められる。フラックス充填率は８〜２５重量％の範囲が
ワイヤ溶融速度および生産性の両面から好ましい範囲で
ある。

【００２０】

【実施例】以下に、実施例により本発明の効果を具体的
に示す。図２に概略を示す製造装置により表１に示す帯
鋼および表２に示すＴｉＯ₂ 系のフラックスを用いて仕
上がりサイズ１．２ｍｍのシームレスフラックス入りワ
イヤを試作した。フラックス充填率は１３．５重量％、
ワイヤ断面における外皮部内面の凹部の形状を変化させ
て酸化鉄粉末の含有量を調整した。

【００２１】

【表１】

【００２２】

【表２】

【００２３】高周波誘導加熱によるシーム部の溶接後、
引続き、冷間圧延、カセットローラ、引き抜きダイスに
よる伸線を行った。この伸線過程で脱水素および軟化の
ために２回の中間焼鈍（７００℃）と銅めっき処理を行
った。表３に溶接試験方法、表４に溶接試験結果である
半自動溶接による溶接作業性評価と自動溶接による溶着
速度測定値（３回の平均値）を示す。なお、ワイヤ記号
Ｗ８は表１に示す帯鋼Ｈ２を用いて製造した図４（ａ）
に示す従来の突合せタイプのフラックス入りワイヤであ
る。

【００２４】

【表３】

【００２５】

【表４】

【００２６】本発明によるシームレスフラックス入りワ
イヤＷ１、Ｗ２、Ｗ３は製造上のトラブルもなく、良好
な溶接作業性で溶着速度も突合せタイプのフラックス入
りワイヤ（Ｗ８）と同等ないし同等以上のレベルに達し
ている。これに対し、Ｗ４〜Ｗ８は比較例である。

【００２７】Ｗ４は凹部に含有する酸化鉄粉末の含有量
が少なすぎる場合で、溶着速度向上への効果は小さい。
Ｗ５は酸化鉄の粒度が粗すぎる場合で、ワイヤ溶融速度
は速くなったがアークが不安定になりスパッタ損失によ
り溶着速度はむしろ低下した。Ｗ６は酸化鉄粉末の含有
量が多すぎる場合で、アーク状態が不安定で粗粒のスパ
ッタが発生し、また立向下進溶接でメタルが垂れやすく
なった。Ｗ７は外皮部内面に凹部を設けない従来のシー
ムレスフラックス入りワイヤで溶着速度が遅い。Ｗ８は
溶接作業性、溶着速度とも良好であるが、開口部がある
ことによりフラックスが吸湿し水平すみ肉溶接でピット
が発生した。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように本発明はフラックス
の耐吸湿性、ワイヤ直進性、ワイヤ送給性等種々の利点
をもつシームレスタイプの断面構造において、酸素量の
低い外皮素材を用いた場合でもワイヤ溶融速度を速くし
高溶着性が得られるガスシールドアーク溶接用フラック
ス入りワイヤを提供するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明によるシーム
レスフラックス入りワイヤの断面構造の例を示す図

【図２】本発明のシームレスフラックス入りワイヤの製
造装置の概念図

【図３】本発明のシームレスフラックス入りワイヤを製
造するための外皮の例

【図４】（ａ）ないし（ｄ）はそれぞれフラックス入り
ワイヤの断面構造の例を示す図

【図５】フラックス入りワイヤの溶融状態を説明する図
で、（ａ）ないし（ｅ）は時間的経過による状態の変化
を順に示す

【符号の説明】

１ 外皮部 ２ 開口部 ３ フラックス ４ 溶接部 ５ ワイヤ先端の溶滴 ６ 離脱した溶滴 ７ 外皮部内面の凹部 ８ 酸化鉄粉末 ９ 帯鋼供給装置 １０ 帯鋼 １１ 凹部形成装置 １２ 酸化鉄供給装置 １３ 成形装置 １４ フラックス供給装置 １５ 溶接装置 １６ 圧延装置 １７ ボビン

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鋼製外皮にフラックスが充填されてなる
   ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤにおい
   て、ワイヤ長手方向に連続して設けられた外皮部内面の
   凹部に、粒度が１００μｍ以下の酸化鉄粉末を外皮総重
   量に対し０．０１〜０．２０重量％含有することを特徴
   とするガスシールドアーク溶接用シームレスフラックス
   入りワイヤ。