JPH0783952B2

JPH0783952B2 - ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤ

Info

Publication number: JPH0783952B2
Application number: JP1218844A
Authority: JP
Inventors: 裕西川; 恒司小川; 剛志黒川; 敏治丸山
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1989-08-25
Filing date: 1989-08-25
Publication date: 1995-09-13
Anticipated expiration: 2010-09-13
Also published as: EP0414481A2; EP0414481A3; CA2022748A1; DE69023299D1; JPH0381094A; EP0414481B1; CA2022748C; DE69023299T2

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明はステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤに係
り、特に、下向、横向、立向、水平すみ肉の各溶接のみ
ならず、上向溶接を含む全姿勢溶接が同一溶接条件で可
能であり、しかも溶接作業性に優れ、Ｘ線性能に優れた
溶接金属が得られるステンレス鋼溶接用フラックス入り
ワイヤに関する。

（従来の技術及び解決しようとする課題）ステンレス鋼の溶接においても、フラックス入りワイヤ
（FCW）は高能率で使い易く、且つ高品質であることか
ら、近年急速にその需要が増えてきている。しかし、そ
の用途は下向、水平すみ肉溶接が大部分であり、横向、
立向溶接は一部に限られ、上向溶接に至っては殆ど適用
されていない。

すなわち、ステンレス鋼は、炭素鋼に比べ、熱伝導性が
悪く、且つ凝固温度も低いことから、溶接金属のタレ落
ちが生じ易く、横向、立向溶接には下向溶接に比べて高
い溶接技倆が必要とされる。特に上向溶接においては特
殊な電源やシールドガスを用いても、Ｘ線性能が充分で
なく、実用化のネックとなっている。

こうしたことから、全姿勢溶接用フラックス入りワイヤ
の要望が高まっており、これまでにも幾つか検討されて
いる。例えば、特公昭59−15757号、特開昭59−212192
号が提案されている。

前者の特公昭59−15757号は横向、立向溶接に主眼をお
いたワイヤであり、後者の特開昭59−212192号は下向、
横向、立向溶接の全てに適用可能なワイヤであるが、下
向と立向とで溶接条件が大きく異なっている。しかも、
いずれの提案に係るワイヤも、下向溶接に比べ、立向溶
接では低電流の溶接条件が適用されている。したがっ
て、溶接施工が全姿勢に及ぶ場合、下向溶接と立向（横
向）溶接とではワイヤの使い分けが必要であり、或いは
同一ワイヤでの施工であっても溶接条件の使い分けが必
要となる。具体的には、立向溶接では、下向溶接よりも
約50％ダウンの低電流での施工となるので能率が悪く、
またウィービングを必要とするので小脚長ビードが得ら
れず、板厚も5mm以上を必要とするので薄板の溶接がで
きない等の問題があり、更に立向下進はアークが不安定
で溶接金属がタレ易く、溶融プールが安定しないため、
施工が難しい。

このように、従来のFCWでは溶接施工の管理上の問題、
更には立向溶接の能率上の問題が生じ、また上向溶接に
おいては、FCWは適用されず、被覆アーク溶接或いはTIG
溶接で施工されている。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、上
向を含む全姿勢溶接が可能で、且つ溶接作業性が優れる
と共に適用溶接条件が異ならず、しかもＸ線性能等の健
全な溶接金属が得られるステンレス鋼溶接用フラックス
入りワイヤを提供することを目的とするものである。

（課題を解決するための手段）従来のステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤの場
合、フラックスは、殆どがTiO₂−SiO₂−ZrO₂系であり、
これに粘性、スラグ凝固温度の調整のために少量のAl₂O
₃、MgO、MnOなどを適当に添加したものである。

しかし、このようなフラックス入りワイヤでは、特に、
上向を含む全姿勢溶接が困難であり、したがって、全
姿勢で優れた溶接作業性は得られず、立向、上向溶接
での溶融金属のタレ落ちの問題は、ワイヤ中の造滓剤量
を増加させ生成スラグ量を被覆溶接の如く多くすれば防
ぐことができるものの、造滓剤量を増加するとＸ線性能
が劣化し、立向、上向溶接を高電流でできない等、溶
接姿勢毎に適用溶接条件が異なり、殊にウィービングが
必要であり、立向下進ができない等、の問題があった。

そこで、本発明者は、前記問題点を解決するには、スラ
グの生成量、凝固温度、粘性の適正化、並びに広範囲の
溶接条件においてアークの安定性、集中性に優れている
ことが不可欠であり、特に立向、上向溶接と下向溶接と
では適正スラグ物性が異なることを考慮して、適正な成
分系を見い出すべく鋭意研究を重ねた。

その結果、フラックスTiO₂−Al₂O₃系でAl₂O₃を主成分と
して且つTiO₂リッチとするフラックス系とし、しかもTi
O₂、Al₂O₃、SiO₂及び／又はZrO₂の適正バランスを確保
し、金属フッ化物量の限定、更にTi添加と、造滓剤量と
（Al₂O₃＋SiO₂＋ZrO₂）量を限定することにより可能で
あることを知見し、ここに本発明をなしたものである。

すなわち、本発明に係るステンレス鋼溶接用フラックス
入りワイヤは、ワイヤ全重量に対して、TiO₂:4.7〜8.5
％、Al₂O₃:0.5〜3.5％、SiO₂及びZrO₂の１種又は２種:
0.6〜3.2％を次式 TiO₂＞Al₂O₃＋SiO₂＋ZrO₂ Al₂O₃＋SiO₂＋ZrO₂≦5.0％を満たすように含み、更に金属フッ化物（Ｆ換算値）:
0.02〜0.25％及びTi:0.1〜1.0％を含むと共に、造滓剤:
8.5〜13.5％に規制したフラックスを、ステンレス鋼外
皮に充填してなることを特徴とするものである。

以下に本発明を更に詳細に説明する。

（作用）本発明におけるフラックス成分の限定理由は以下のとお
りである。なお、各成分は単独のみで以下の効果を有す
るものではなく、それぞれの成分がバランスよく複合添
加されて始めて各効果が相乗的に得られるものである。

（１）TiO₂、Al₂O₃、SiO₂、ZrO₂の適正バランス化 TiO₂は、造滓剤として、スラグの被り、スラグの剥離性
を良化させる効果があり、またアーク安定剤として、ア
ークの集中性を良化させ、スパッタを減らす効果があ
る。しかし、4.7％未満ではそのような効果がなく、8.5
％を越えると逆にスラグ被りが劣化し、ビード外観が不
良となり、更にはＸ線性能が劣化する。したがって、Ti
O₂量はワイヤ全重量に対して4.7〜8.5％を範囲とする。

Al₂O₃は、本フラックス系の主成分であり、造滓剤とし
て、スラグ粘性を変えることなくスラグの凝固温度を上
げ、またスラグ剥離性を良化させる効果がある。なお、
MgOやZrO₂もスラグの凝固温度を上げるが、スラグ粘性
を変えるので主成分としては適当でない。しかし、Al₂O
₃量が0.5％未満ではそのような効果がなく、3.5％を越
えるとＸ線性能が不良になる。したがって、Al₂O₃量は
ワイヤ全重量に対して0.5〜3.5％の範囲とする。

SiO₂、ZrO₂は、造さい剤として、スラグの被りを良化
し、スラグ粘性を上げ、ビード形状を改善させる効果が
あるので、単独又は複合で添加する。しかし、0.6％未
満ではそのような効果がなく、3.2％を越えるとビード
が凸になり、形状不良が生じ、Ｘ線性能が劣化する。し
たがって、SiO₂及びZrO₂の１種又は２種の量はワイヤ全
重量に対して0.6〜3.2％の範囲とする。

但し、上記各成分は次式 TiO₂＞Al₂O₃＋SiO₂ZrO₂ を満足するように添加する必要がある。これは、スラグ
の凝固温度、粘性の適正化に不可欠であり、アークの安
定性、集中性が良化し、適正条件範囲が拡がり、全姿勢
溶接を同一溶接条件で可能にする。

（２）金属フッ化物金属フッ化物は、耐気孔性（Ｘ線性能）を良化させるた
めの必須条件であり、スラグの流動性を調整する効果が
あり、TiO₂などの他の造滓剤とのバランスによりその添
加量を決定するのが肝要である。しかし、0.02％未満で
はその効果がなく、0.25％を越えるとヒューム、スパッ
タ発生量が増す。したがって、金属フッ化物量はＦ換算
でワイヤ全重量に対して0.02〜0.25％の範囲とする。溶
接作業性（特にスラグの被り）の点からは、0.02〜0.15
％の範囲がより好ましい。

（３）Tiの添加 Tiはアーク安定剤として、アークの集中性を良化させ、
スパッタ発生量を減らす効果があり、脱酸剤としてＸ線
性能を良化する効果もある。

更に重要なことは、Tiは溶け易い形であり、しかも溶融
酸化し、造滓剤として作用する。

すなわち、FCWの場合、ワイヤ中の酸化物造滓剤の量が
多すぎると、溶接電流がワイヤの外皮のみに流れ、酸化
物はメタルよりも融点が高いので、内部のフラックスの
溶融が遅れ、それらの溶け残りが生じ、結果的にＸ線性
能が劣化するため、ワイヤ中の造滓剤量には上限があ
る。一方、立向、上向溶接での溶融金属のタレ落ちを防
ぐには、造滓剤量を多く添加する必要がある。このよう
な問題を解決するため、本発明では、まず、前述の如く
TiO₂、Al₂O₃等の適正バランスによって溶け残りの生じ
難い設計とすると共に、スラグ中の主成分であるTiO
₂を、溶け残りの生じ難いメタルの形で添加するのであ
る。Tiは溶け易いので溶融酸化し、TiO₂となり、生成ス
ラグ量を増加させ、溶融金属のタレ落ちを防ぐ効果があ
る。しかし、Tiが0.1％未満ではそのような効果はな
く、1.0％を越えると下向溶接でのスパッタが増し、更
にビード形状が不良となり、アンダーカットが生じる。

したがって、Ti量はワイヤ全重量に対して0.1〜1.0％の
範囲とする。なお、Tiは金属チタンのほか、フェロチタ
ンの形で添加してもよい。

以上が本発明の骨子であるが、全姿勢溶接、特に立向、
上向溶接での適用条件範囲をより拡げ、より高い高電流
域での施工を可能にするために、次の手段が有効であ
る。

（４）造滓剤量及び（Al₂O₃＋SiO₂＋ZrO₂）量造滓剤は、溶融金属のタレを防ぐためには8.5％以上が
必要である。しかし、13.5％を超えると造滓剤の溶け残
りが生じ、Ｘ線性能が不良となる。したがって、造滓剤
量はワイヤ全重量に対して8.5〜13.5％の範囲とする。

また、高電流域でのアークの安定性、集中性、Ｘ線性能
の良化の点より、（Al₂O₃＋SiO₂＋ZrO₂）量をワイヤ全
重量に対して5.0％以下とするのが好ましく、1.1〜5.0
％が望ましい。

特に薄板の立向、上向溶接の場合、アークの集中性（強
さ）が重要な意味を持つことから、Ti/F（換算量）の比
が4.3以上に調整する。これにより、特に上向溶接の場
合、同じ電流で溶滴の“吹付け”が強くなり、ストレー
ト運棒が可能となり、優れた溶接作業性が確保される。

なお、上記成分以外の任意添加成分としては、実質的に
CO₂或いは炭酸塩を含まないことを条件に、以下の成分
を適量にて適宜添加可能である。

スラグ物性の微調整のためにMgO、MnO等を、スラグの剥
離性を改善するためにBi₂O₃を、アークの安定性をよく
するためにNa及びＫを、更に、溶接金属の成分を調整す
るためにNi、Cr、Mo、Mn、Si、Nb、Ｃ、Ｎ或いはFe等を
適宜添加することができる。

また、金属外皮はステンレス鋼とするが、特にその成分
は規定されるものではなく、目的に応じて、オーステナ
イト系、フェライト系のものをそれぞれ適宜使用され
る。更にワイヤ断面形状も特に制限されるものではな
く、第１図に例示するいずれにも適用することが可能で
ある。

次に本発明の実施例を示す。

（実施例）第１表に示す化学成分を有し0.7mmt×12mmw寸法のステ
ンレス鋼を外皮として用いて、第２表及び第３表に示す
構成のフラックス入りワイヤを製造した。なおフラック
スの組成値はワイヤ全重量に対する％であり、金属フッ
化物の値はＦ換算値である。

これらのフラックス入りワイヤを用いて、第４表に示す
溶接条件で各種姿勢の溶接試験を行った。

その際、溶接試験は、第２図に示す突合せ継手にて下
向、立向、上向溶接を行い、また第３図に示す水平すみ
肉溶接を行った。第２図の継手の場合、バッキング材Ｂ
を用い、板厚Ti:16mm、開先角度θ:60゜、ルートフェー
スF:1mm、ルートギャップG:3mmで多パス溶接にて試験を
行った。第３図の継手の場合、板厚T:6mmで、１パス溶
接にて試験を行った。

また、試験板は、JIS G4304又はG4305に規定されるス
テンレス鋼板にて、ワイヤと同成分系のものを使用し
た。

溶接試験結果を第５表及び第６表に示す。作業性の評価
は、◎（極めて良好）、○（良好）、△（やや不良）、
×（不良）とし、Ｘ線性能の評価はJIS Z3106に従っ
た。

本発明例は、第６表に示すように、いずれも全姿勢で溶
接可能であって、且つ溶接作業性が優れており、しかも
Ｘ線性能も極めて良好である。

一方、第５表に示す比較例では、殆どが全姿勢溶接が困
難であり、全姿勢で溶接作業性が良好であっても（No.
9）、Ｘ線性能に劣っている。また、第６表に示す比較
例No.11〜No.15は、全姿勢で溶接可能であるものの、本
発明例に比べ、溶接作業性或いはＸ線性能が低下してい
る。

（発明の効果）以上詳述したように、本発明によれば、ステンレス鋼溶
接用フラックス入りワイヤにおいて、 TiO₂−Al₂O₃系でAl₂O₃を主成分として且つTiO₂リッチと
するフラックス系とし、しかもTiO₂、Al₂O₃、SiO₂及び
／又はZrO₂の適正バランスを確保し、金属フッ化物量の
限定、更にTi添加と、造滓剤量と（Al₂O₃＋SiO₂＋Zr
O₂）量を限定する構成としたので、上向を含くむ全姿勢
溶接が可能で、且つ各姿勢により適用溶接条件が異なる
ことがなく、溶接作業性が優れ、しかもＸ線性能が良好
な溶接金属が得られる。また立向、上向溶接が下向溶接
と同様の高電流で施工可能であり、更にまた立向溶接の
上進、下進ともストレート運棒で溶接可能であるので小
脚長ビードを置くことができると共に薄板の施工が可能
となる等、顕著な効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｄ）はフラックス入りワイヤの断面形
状の一例を示す図、第２図及び第３図は実施例において採用した継手形状を
示す説明図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ワイヤ全重量に対して、TiO₂:4.7〜8.5
％、Al₂O₃:0.5〜3.5％、SiO₂及びZrO₂の１種又は２種:
0.6〜3.2％を次式 TiO₂＞Al₂O₃＋SiO₂＋ZrO₂ Al₂O₃＋SiO₂＋ZrO₂≦5.0％を満たすように含み、更に金属フッ化物（Ｆ換算値）:
0.02〜0.25％及びTi:0.1〜1.0％をTi/F（換算値）の比
が4.3以上になるように含むと共に、造滓剤:8.5〜13.5
％に規制したフラックスを、ステンレス鋼外皮に充填し
てなることを特徴とするステンレス鋼溶接用フラックス
入りワイヤ。