JPH08118071A - ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 窒素入りステンレス鋼と炭素鋼との異材溶接
において、アークが安定でスパッタ発生量が少なく、ス
ラグの被包性及び剥離性が良好で、さらにスラグが溶接
直後に飛散しない等、溶接作業性の優れたステンレス鋼
溶接用フラックス入りワイヤを提供する。 【構成】 ステンレス鋼からなる外皮の内部に、フラッ
クスをワイヤ全重量に対し１５〜２５％充填し、フラッ
クス中にワイヤ全重量に対して３．５〜７．０％のＴｉ
Ｏ₂ 、０．３５〜０．７０％のＳｉＯ₂ 、１．０〜１．
５％の金属フッ化物を含有すると共に、フラックス中の
スラグ成分がワイヤ全重量の５．４〜９．１％含有す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ステンレス鋼のガスシ
ールドアーク溶接用フラックス入りワイヤの改良に係
り、さらに詳しくは、特に窒素が０．１０〜０．４０ｗ
ｔ％含有されているステンレス鋼と炭素鋼の異材溶接に
おいて用いられるフラックス入りワイヤに関する。

【０００２】

【従来の技術】フラックス入りワイヤを用いるステンレ
ス鋼のガスシールドアーク溶接、特に窒素入りステンレ
ス鋼と炭素鋼との異材溶接では、ワイヤに内蔵されたフ
ラックスによるスラグシールドとシールドガスの両方に
よって溶接金属を保護し、ビード外観、機械的性能等を
確保している。しかし、窒素入りステンレス鋼と炭素鋼
の異材溶接においては、特公平１−５９０７９号公報に
おいて開示されているような、ＳｉＯ₂ −ＺｒＯ₂ −Ｔ
ｉＯ₂ を主成分とするスラグ系のフラックス入りワイヤ
を用いて溶接を行うと、スラグの焼付きを生じたり、溶
接直後にスラグが飛散する等の問題が発生する。この問
題は、同公報で開示されている、ＳｉＯ₂添加量の制限
という手段だけでは解決できないものであった。また、
窒素入りステンレス鋼と炭素鋼の異材溶接であるため
に、特開平３−２９４０９４号公報で開示されている、
ＳＵＳ３０４Ｎ２鋼用の窒素入りステンレス鋼溶接用フ
ラックス入りワイヤでは、窒素入りステンレス鋼の共金
溶接用フラックス入りワイヤであるので、異材溶接にお
いては、要求されている溶接性能を得ることが不可能で
あった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、ステンレス
鋼と炭素鋼の異材溶接において、アークが安定で、スパ
ッタ発生量が少なく、スラグの被包性および剥離性が良
好で、さらにスラグが溶接直後に飛散しない等、溶接作
業性の優れた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。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨とするとこ
ろは、ステンレス鋼からなる外皮の内部に、ワイヤ全重
量に対してフラックスを１５〜２５％充填し、フラック
ス中にワイヤ全重量に対し、３．５〜７．０％のＴｉＯ
₂ 、０．３５〜０．７０％のＳｉＯ₂ 、１．０〜１．５
％の金属フッ化物を含有するとともに、フラックス中の
スラグ成分の合計がワイヤ全重量の５．４〜９．１％で
あることを特徴とするステンレス鋼溶接用フラックス入
りワイヤにある。

【０００５】

【作用】本発明は以下の実験結果に基づくものである。
まず、オーステナイト系ステンレス鋼のパイプおよび帯
鋼を用いて、図１の（ａ）〜（ｄ）に示すような断面形
状のフラックス組成および充填率の異なるＪＩＳ Ｚ３
３２３ ＹＦ−３０９Ｌ相当のワイヤ径１．２ｍｍのフ
ラックス入りワイヤを種々製造し、それらを用いてＳＵ
Ｓ３０４Ｎ２鋼と炭素鋼のすみ肉溶接をＤＣ−ＲＰ ２
００Ａ、３１Ｖ、溶接速度３０ｃｍ／ｍｉｎ、ＣＯ₂ ２
０リットル／ｍｉｎの溶接条件で炭酸ガスアーク溶接を
行い、各条件での溶接作業性に影響を及ぼす要因につい
て検討した。なお、フラックス充填率の検討範囲は９〜
３０％とした。

【０００６】実験の結果、従来採用されていたＳｉＯ₂
−ＴｉＯ₂ −ＺｒＯ₂ 系のスラグ系では、スラグの焼付
きや、スラグが飛散してしまい良好な溶接作業性を得る
ことはできなかった。そこで、スラグの焼付きやスラグ
が飛散しないスラグ系の検討を重ねた結果、充填率を限
定し、ＴｉＯ₂ −ＳｉＯ₂ −金属フッ化物系のフラック
スで、かつスラグ成分量を限定することにより本発明を
見出すに至った。

【０００７】まず、ステンレス鋼からなる外皮の内部に
充填するフラックスはワイヤ重量比に対して１５〜２５
％である。充填率が１５％未満では、アークが不安定で
溶滴移行が劣化する。一方、充填率が２５％を超える
と、フラックスの充填が困難になるとともに、伸線中に
断線が多々発生するため生産困難となる。次に、充填す
るフラックス中のＴｉＯ₂ は、スラグ被包性および剥離
性、さらには耐飛散性の良いスラグを形成するが、ワイ
ヤ全重量に対して３．５％未満ではその効果は発揮され
ず、また７．０％を超えるとスラグの流動性が劣化する
とともに、スラグ量が増大し、スパッタが発生しやすく
なる。なお、ＴｉＯ₂ の原料としてはルチール、チタン
スラグ、イルミナイト、さらにはチタン酸カリ、チタン
酸ソーダが望ましい。

【０００８】ＳｉＯ₂ は被包性の良いスラグを形成する
成分であるが、ワイヤ全重量に対して０．３５％未満で
はその効果が発揮されず、また０．７０％を超えるとス
ラグの焼付きを生じ、剥離性および耐飛散性が劣化す
る。なお、ＳｉＯ₂ 原材料としては、硅砂、硅石の他、
ジルコンサンド、カリ長石等の原料の副成分を利用でき
る。

【０００９】金属フッ化物は、耐ピット性、スラグの融
点調整のために添加するが、ワイヤ全重量に対して１．
０％未満では耐ピット性が確保できず、逆に１．５％を
超えるとスラグの融点が低くなり過ぎ、ビード形状が劣
化するとともに、フッ素ガス発生量が多くなり、スパッ
タが発生する。金属フッ化物としては、ＮａＦ、Ｌｉ
Ｆ、ＭｇＦ₂ 、ＡｌＦ₂ 、Ｋ₂ ＺｒＦ₆ 等を単独もしく
は複合して用いるが、上記範囲内であれば、その効果は
どのフッ化物もほぼ同等である。

【００１０】本発明においてスラグ成分とは、酸化物、
フッ化物等の非金属成分を意味するものであり、上記の
他に、スラグ塩基度の調整や、スラグの融点、流動性の
微調整に用いるＡｌ₂ Ｏ₃ 、ＭｇＯ、アーク状態の調整
に用いるＬｉ₂ ＣＯ₃ 、Ｋ₂Ｏ等、さらにはこれらの原
料からもたらされる不純物としてＰ、Ｓ等も含まれる。
これらを含めた全スラグ成分がワイヤ全重量に対して
５．４〜９．１％の範囲とすることが必要であるが、ス
ラグ成分が９．１％を超えるとスラグ量が過剰となり、
スパッタの発生量が多くなるとともに、スラグの巻込み
が生じやすくなる。一方、スラグ成分が５．４％未満で
はスラグ量が不足し、ビード全体を覆うことができず、
ビード形状が劣化する。

【００１１】また、フラックスは原材料粒度、フラック
ス成分、充填方法等に応じて固着剤によって造粒して用
いることもあるが、その場合には固着剤からもたらされ
る成分、例えば水ガラスの場合では、ＳｉＯ₂ 、Ｎａ₂
Ｏ、Ｋ₂ Ｏ等が増加することをあらかじめ考慮して原料
配合を行うことが必要である。本発明ワイヤは、上記の
他に、スラグの流動性を向上させるＦｅＯをワイヤ全重
量に対して０．０１〜０．１０％含有させることができ
る。ＦｅＯは、０．０１％未満ではスラグの粘性が改善
できず、また０．１０％を超えるとスラグが流れやすく
なりビード形状の劣化等の原因となる。また、前述した
不純物については、Ｐ、Ｓともに高温割れの原因となる
ので０．００５％以下が望ましい。また、本発明ワイヤ
は、異材溶接用としての溶着金属の化学成分を得るため
に、使用する外皮の化学成分に合わせてＮｉ、Ｃｒ、Ｍ
ｎ、ステンレス鋼粉等の合金をワイヤ全重量に対して２
０％以下含有させることができる。合金は、２０％を超
えるとワイヤの伸線工程における断線のトラブルが生じ
やすくなる。

【００１２】本発明のフラックス入りワイヤとは、図１
の（ａ）〜（ｄ）にその一例を示すような断面形状のワ
イヤで、パイプあるいは帯鋼からなる外皮１によって充
填フラックス２を被包したものであり、同図（ｂ）〜
（ｄ）の如く継ぎ目３を有するもの、あるいは同図
（ａ）に示すような継ぎ目のないものでもよい。外皮と
しては、フェライト系ステンレス鋼およびオーステナイ
ト系ステンレス鋼を用いることができるが、特に窒素入
りステンレス鋼と炭素鋼との異材溶接用ワイヤの場合に
は、フェライト系ステンレス鋼外皮を用いると成分設計
が困難である。

【００１３】次に、本発明ワイヤのワイヤ径についてで
あるが、０．５〜３．２ｍｍφとする。ワイヤ径が０．
５ｍｍφ未満であると断線等が多発して生産が困難とな
る。また、ワイヤ径が３．２ｍｍφを超えると適正溶接
電流が高いため、薄板への使用が困難となる。本発明ワ
イヤは、１００％ＣＯ₂ またはＡｒ＋２０％ＣＯ₂ 以上
のガスシールドアーク溶接に用い、突合せ、重ね、Ｔ字
等の継手形状で、下向、水平すみ肉、立向上進および立
向下進の姿勢で溶接を行うことができる。

【００１４】

【実施例】表１に示すステンレス鋼のパイプおよび帯鋼
を用いて、表２、表３（表２のつづき）に示す種々の組
成のワイヤ１．２ｍｍφを製造した。なお、外皮として
外皮記号Ａは図１（ｂ）に示すタイプ、外皮記号Ｂは図
１（ｄ）に示すタイプ、外皮記号Ｃ、Ｄは図１（ａ）に
示すシームレスタイプの断面形状とした。

【００１５】表２、表３においてワイヤＮｏ．１〜１３
が本発明例のステンレス鋼溶接用ワイヤであり、Ｎｏ．
１４〜２３が比較例である。表２、表３の各ワイヤを用
いて、板厚１２．７ｍｍ、幅１００ｍｍ、長さ３００ｍ
ｍのＳＵＳ３０４Ｎ２を下板とし、板厚１２．７ｍｍ、
幅１００ｍｍ、長さ３００ｍｍの炭素鋼（ＳＭ４９０
Ｂ）を立板としてＴ字形に組み、溶接条件ＤＣ−ＲＰ
２００Ａ、３１Ｖ、溶接速度３０ｃｍ／ｍｉｎ、ＣＯ₂
２０リットル／ｍｉｎで水平すみ肉溶接を行い、溶接作
業性を調べた。

【００１６】これらの結果を表４、表５（表４のつづ
き）にまとめて示す。なお、表４、表５の溶接作業性評
価は、良好な場合を○、若干問題がある場合を△、実用
に供し得ない場合を×と判定した。

【００１７】

【表１】

【００１８】

【表２】

【００１９】

【表３】

【００２０】

【表４】

【００２１】

【表５】

【００２２】表４、表５において、本発明のワイヤＮ
ｏ．１〜１３は、アーク状態が良好で、スパッタ発生量
が少なく、スラグ被包性および剥離性、さらにはスラグ
の耐飛散性およびビード形状ともに良好で、極めて満足
し得るものであった。また、別途行った通常のステンレ
ス鋼同士の溶接においても良好な溶接作業性が得られ、
かつ機械的性能も良好であった。

【００２３】比較例中のＴｉＯ₂ 量が過剰なＮｏ．１４
のワイヤは、スパッタの発生量に問題があった。また、
ＴｉＯ₂ 量が不足したＮｏ．１５のワイヤは、スラグの
被包性および剥離性に問題が生じ、さらにはスラグが溶
接直後に飛散が生じた。ＳｉＯ₂ 量が過剰なＮｏ．１６
のワイヤは、スラグの焼付きを生じ、スラグ剥離性およ
び飛散性において問題が生じた。また、ＳｉＯ₂ 量が不
足したＮｏ．１７のワイヤは、スラグの被包性に問題が
発生した。

【００２４】金属フッ化物の量が過剰なＮｏ．１８のワ
イヤは、フッ素ガス発生量が過剰となり、スパッタの発
生量に問題を生じるとともに、スラグの融点が下がりす
ぎビード形状に問題が生じた。また、金属フッ化物の添
加量が不足したＮｏ．１９のワイヤは、耐ピット性が劣
化し、ピットが発生した。全スラグ剤成分量が過剰なＮ
ｏ．２０のワイヤは、スラグ量が過剰となり、スパッタ
の発生量が多くなるとともに、スラグの巻込みを生じ
た。また、スラグ剤成分量が不足したＮｏ．２１のワイ
ヤは、スラグ量が不足し、ビード形状が不良であった。

【００２５】充填率が過剰なＮｏ．２２のワイヤは、フ
ラックスの充填が困難になるとともに、伸線中に断線が
多々発生し、生産不能であった。また、充填率が不足し
たＮｏ．２３のワイヤは、アークが不安定で溶滴移行に
問題を生じた。

【００２６】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明のステンレ
ス鋼のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ
によれば、特に窒素入りステンレス鋼と炭素鋼の異材溶
接用フラックス入りワイヤにおいて、スパッタの発生量
を低減し、アークが安定で、スラグの被包性、剥離性お
よび耐飛散性の良好な、溶接作業性に優れたフラックス
入りワイヤを提供することができ、作業能率の向上に大
きく貢献するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１（ａ）〜（ｄ）は各種フラックス入りワイ
ヤの断面形状を示す模式図である。

【符号の説明】

１ 外皮 ２ 充填フラックス ３ 継ぎ目

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石坪 紀久雄 千葉県富津市新富20−１ 新日本製鐵株式 会社技術開発本部内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ステンレス鋼からなる外皮の内部に、ワ
   イヤ全重量に対してフラックスを１５〜２５％充填し、
   フラックス中にワイヤ全重量に対し、３．５〜７．０％
   のＴｉＯ₂ 、０．３５〜０．７０％のＳｉＯ₂ 、１．０
   〜１．５％の金属フッ化物を含有するとともに、フラッ
   クス中のスラグ成分の合計がワイヤ全重量の５．４〜
   ９．１％であ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。