JPH0899192A

JPH0899192A - ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ

Info

Publication number: JPH0899192A
Application number: JP6235760A
Authority: JP
Inventors: Shigeo Nagaoka; 茂雄長岡; Koichi Hosoi; 宏一細井; Kazuyuki Suenaga; 和之末永
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1994-09-29
Filing date: 1994-09-29
Publication date: 1996-04-16
Anticipated expiration: 2013-02-10
Also published as: JP2711077B2

Abstract

(57)【要約】【目的】立向上進姿勢及び上向姿勢において、溶接施
工を高能率で行うことができ、溶接電流を高くして溶接
しても溶融金属及びスラグの垂れ落ち並びにビード形状
の不良が発生しない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。【構成】軟鋼又は合金鋼製外皮にフラックスを充填し
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
である。そして、ワイヤ全重量あたり、ＴｉＯ₂：３〜
１０％、Ａｌ₂Ｏ₃：０．３〜２．０％、ＭｇＯ：０．０
１〜１．０％、ＳｉＯ₂：０．３〜１．０％、ＺｒＯ₂：
０．１〜０．８％、Ｓｉ：０．５〜１．５％、Ｍｎ：
１．０〜３．０％、Ａｌ：０．１〜０．５％、アルカリ
金属フッ化物及び／又はアルカリ金属酸化物（但し、ア
ルカリ金属の１価酸化物に換算した値）：０．０５〜
０．７％を含有する。また、（Ａｌ＋Ｓｉ＋Ａｌ₂Ｏ₃＋
ＭｇＯ）／（ＳｉＯ₂×（アルカリ金属フッ化物＋酸化
物））（但し、アルカリ金属フッ化物、酸化物は、アル
カリ金属１価酸化物に換算した値）の値が１０〜１００
である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はガスシールドアーク溶接
用フラックス入りワイヤに関し、更に詳述すれば、軟
鋼、高張力鋼又は低合金鋼等の溶接に適用できる立向上
進溶接及び上向溶接に好適の作業性が優れたガスシール
ドアーク溶接用フラックス入りワイヤに関する。

【０００２】

【従来の技術及びその問題点】近年、溶接施工の高能率
化及び脱技能化に対する要求が益々高まってきている。
これに対し、特に下向溶接及び水平すみ肉溶接等におい
ては、設備面において、溶接ロボット又はラインウェル
ダー等を導入し、材料面において、メタル系フラックス
入りワイヤ等にみられるように、下向及び水平すみ肉溶
接専用の溶接材料が種々開発され、使用されており、こ
の種の要求に応えるべく技術開発が促進されている。

【０００３】一方、立向又は上向姿勢においては、近
年、特に全姿勢溶接用フラックス入りワイヤの適用が増
加しているが、このような溶接材料は、立向又は上向姿
勢で行う場合は、下向又は水平姿勢の場合に比して溶接
電流をかなり低くする必要があるなど、高能率及び脱技
能化という観点では不十分である。このため、未だ実用
化されていない。僅かに特開昭５７−１９０７９８号に
は、特に立向上進姿勢及び上向姿勢を考慮したガスシー
ルドアーク溶接用フラックス入りワイヤが開示されてい
る。しかし、溶融金属又はスラグの垂れ落ちによるビー
ド形状の不良等が生じることがあり、未だ実用上の難点
が解決されていない。

【０００４】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、立向上進姿勢及び上向姿勢において、溶接
施工を高能率で行うことができ、溶接電流を高くして溶
接しても溶融金属及びスラグの垂れ落ち並びにビード形
状の不良が発生しない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ことを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明に係るガスシール
ドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、軟鋼又は合金
鋼製外皮にフラックスを充填し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、ワイヤ全重量
あたり、ＴｉＯ₂：３〜１０％、Ａｌ₂Ｏ₃：０．３〜
２．０％、ＭｇＯ：０．０１〜１．０％、ＳｉＯ₂：
０．３〜１．０％、ＺｒＯ₂：０．１〜０．８％、Ｓ
ｉ：０．５〜１．５％、Ｍｎ：１．０〜３．０％、Ａ
ｌ：０．１〜０．５％、アルカリ金属フッ化物及び／又
はアルカリ金属酸化物（但し、アルカリ金属の１価酸化
物に換算した値）：０．０５〜０．７％を含有し、（Ａ
ｌ＋Ｓｉ＋Ａｌ₂Ｏ₃＋ＭｇＯ）／（ＳｉＯ₂×（アルカ
リ金属フッ化物＋酸化物））（但し、アルカリ金属フッ
化物、酸化物は、アルカリ金属１価酸化物に換算した
値）の値が１０〜１００であることを特徴とする。

【０００６】なお、Ｓｉ、Ｍｎ、Ａｌはフラックスのみ
ならず、外皮からも添加することができる。

【０００７】

【作用】先ず、本願発明者等は、ビード形状不良の原因
となる溶融金属の垂れ落ちをなくすため、一般的に行わ
れるスラグの組成を変更し、スラグの凝固点を高める手
段を検討した。そのために高融点スラグになると考えら
れるＡｌ₂Ｏ₃、ＭｇＯ又はＺｒＯ₂の添加量を増加させ
た。

【０００８】しかしながら、これらを増加させると、確
かにスラグの凝固温度は上昇し、溶融金属の垂れ落ちは
少なくなるものの、ビード止端部のなじみはこれとは逆
に劣化し、ビード形状は満足できるものではなかった。
そこで、更に、検討を進め、他の垂れ落ち防止手段を調
査した。それはスラグの凝固を早めること以外に、溶融
金属そのものを垂れ落ちが発生しにくい組成及び特性に
することである。種々検討した結果、溶融金属の高温で
の粘性を上げることが効果的であると予想し、粘性増加
のために溶融金属中の酸素量を低下させることによって
粘性を上げることを試みた。そこで各種の脱酸剤を添加
してそれらの効果を検証した。通常、フラックス入りワ
イヤには、脱酸剤としてＭｎ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｍｇ
等が使用されるが、本発明においては特にＡｌ及びＳｉ
の添加が効果的である。勿論、Ａｌ及びＳｉ以外の脱酸
剤、例えばＭｎとそれらより強脱酸剤であるＴｉ及びＭ
ｇ等によっても溶融金属中の酸素量はより減少するはず
であるが、溶融金属の垂れ落ちに関してはＡｌ及びＳｉ
の添加は必須であった。

【０００９】この理由は十分に解明されてはいないが、
Ａｌについては脱酸剤としての効果に加え、溶融現象の
際、高温でも極めて安定なＡｌ₂Ｏ₃を生成するため、溶
融スラグとの反応又は分解等を起こすことなく、殆どが
そのままスラグ形成剤として作用し、スラグの融点を上
昇させるためであると考えられる。また、Ｓｉについて
は、脱酸によって生成するＳｉＯ₂が、スラグ中では凝
固点を低下させる方向に作用すると考えられるが、高温
での安定性が良いことから、スラグ成分のバランスを崩
すほど大きくは作用せず、むしろ脱酸剤としての作用の
方が大きいためと考えられる。また、他の脱酸剤につい
ては、脱酸過程において生成した酸化物が溶融スラグ中
で反応又は分解し、スラグ成分のバランスに影響したた
め、大きな効果がなかったものと考えられる。

【００１０】本発明は上述したＡｌ及びＳｉの効果と、
更にスラグの垂れ落ちを防止し且つビード形状を劣化さ
せないため、下記数式１により示すＡｌ₂Ｏ₃、ＭｇＯ及
びＺｒＯ₂とＳｉＯ₂、アルカリ金属フッ化物及びアルカ
リ金属酸化物との関係を、数式１の値が１０〜１００に
なるように調整することによって完成された。

【００１１】

【数１】（Ａｌ＋Ｓｉ＋Ａｌ₂Ｏ₃＋ＭｇＯ）／（ＳｉＯ
₂×（アルカリ金属フッ化物＋アルカリ金属酸化物））但し、アルカリ金属フッ化物、酸化物はアルカリ金属１
価酸化物に換算した値である。

【００１２】次に、本願発明における数値限定理由につ
いて説明する。

【００１３】ＴｉＯ₂：３〜１０％ＴｉＯ₂は、一般的にはスラグ形成剤及びアーク安定剤
として作用する。ＴｉＯ₂が３％未満では、溶融金属を
支えるだけのスラグ量を確保することができず、溶融金
属が垂れ落ちてしまう。また、１０％を超えるとアーク
が不安定となり、スパッタの発生が増加する。このた
め、ＴｉＯ₂は３〜１０％にするが、より好ましくは、
５．０〜８．０％である。

【００１４】なお、ＴｉＯ₂を供給する原料としては、
ルチール及びルコキシン等がある。

【００１５】Ａｌ₂Ｏ₃：０．３〜２．０％Ａｌ₂Ｏ₃は、スラグ凝固点を上昇させる作用を有する。
０．３％未満ではその効果はなく、２．０％を超える
と、ビード形状が劣化する。このため、Ａｌ₂Ｏ₃は０．
３〜２．０％とするが、より好ましくは、０．５〜１．
５％である。

【００１６】ＭｇＯ：０．０１〜１．０％ＭｇＯは、スラグ凝固点を上昇させると共に、アーク安
定剤としての作用がある。ＭｇＯが０．０１％未満では
その効果は少なく、１．０％を超えるとビート形状が劣
化する。このため、ＭｇＯは０．０１〜１．０％である
が、より好ましくは、０．１〜０．７％である。

【００１７】なお、ＭｇＯを供給する原料としては、マ
グネシアクリンカー、マグネサイト、オリビンサンド等
がある。

【００１８】ＳｉＯ₂：０．３〜１．０％ＳｉＯ₂は、スラグ形成剤及びアーク安定剤としての作
用がある。Ｓｉ₂Ｏが０．３％未満ではアークが不安定
となってスパッタの発生が増加し、１．０％を超えると
スラグが固くなりスラグ剥離が劣化する。このため、Ｓ
ｉＯ₂は０．３〜１．０％とするが、より好ましくは
０．４〜０．７％である。

【００１９】ＺｒＯ₂：０．１〜０．８％ＺｒＯ₂は、スラグ凝固点を上昇させると共にアーク安
定剤としての作用がある。ＺｒＯ₂が０．１％未満では
その効果がなく、０．８％を超えるとアークが不安定に
なり易く、スパッタの発生が増加する。このため、Ｚｒ
Ｏ₂は０．１〜０．８％とするが、より好ましくは０．
２〜０．６％である。

【００２０】なお、ＺｒＯ₂を供給する原料としては、
ジルコンサンド等がある。

【００２１】Ｓｉ：０．５〜１．５％Ｓｉは前述の如く脱酸剤として作用する。Ｓｉが０．５
％未満では脱酸不足のため溶接部にブローホール等の溶
接欠陥が発生したり、溶融金属の垂れ落ちが生じ易くな
る。Ｓｉが１．５％を超えるとスラグの垂れ落ちが生じ
易くなったり、靱性が劣化する。このため、Ｓｉは０．
５〜１．５％にするが、より好ましくは、０．６〜１．
２％である。

【００２２】なお、Ｓｉを供給する原料としては、金属
Ｓｉ、Ｆｅ−Ｓｉ又はＦｅ−Ｓｉ−Ｍｎ等がある。

【００２３】Ｍｎ：１．０〜３．０％Ｍｎは脱酸剤として作用すると共に、溶接金属における
強度及び靱性を向上させる作用がある。Ｍｎが１．０％
未満では脱酸不足のため、溶接部にブローホール等の溶
接欠陥が発生したり、強度及び靱性が劣化したりする。
Ｍｎが３．０％を超えると、溶接金属の強度が大きくな
りすぎて高温割れが生じ易くなる。

【００２４】なお、Ｍｎを供給する原料としては、金属
Ｍｎ、Ｆｅ−Ｍｎ又はＦｅ−Ｓｉ−Ｍｎ等がある。

【００２５】Ａｌ：０．１〜０．５％Ａｌは前述したように脱酸剤及びスラグ形成剤として作
用する。Ａｌが０．１％未満では溶融金属の垂れ落ちが
生じ易くなり、０．５％を超えるとビード形状が劣化す
る。このため、Ａｌは０．１〜０．５％とするが、より
好ましくは、０．２〜０．４％である。

【００２６】なお、Ａｌを供給する原料としては、金属
Ａｌ、Ｆｅ−Ａｌ又はＡｌ−Ｍｇ等がある。

【００２７】アルカリ金属フッ化物及び／又はアルカリ
金属酸化物：アルカリ金属酸化物（１価の酸化物）に換
算した価で０．０５〜０．７％アルカリ金属フッ化物及び／又はアルカリ金属酸化物
は、アーク安定剤として作用するが、多すぎるとスラグ
の粘性を下げる方向に作用し、スラグの垂れ落ちが生じ
易くなる。０．０５％未満ではアーク安定剤としての効
果がなく、０．７％を超えるとスラグの垂れ落ちが生じ
易くなる。

【００２８】なお、アルカリ金属フッ化物を供給する原
料としては、珪フッ化カリウム、珪フッ化ナトリウム、
フッ化ソーダ、フッ化チリウム又はＮａ₂ＡｌＦ₆等があ
げられる。また、アルカリ金属酸化物を供給する原料と
しては、長石、Ｎａ₂ＣＯ₃、珪酸ソーダ、カリガラス、
Ｌｉ₂Ｃｏ₃等がある。本発明においては、このアルカリ
金属フッ化物とアルカリ金属酸化物を単独で又は複合し
てアルカリ金属酸化物（１価の酸化物、例えばＮａ
₂Ｏ₃、Ｋ₂Ｏ、Ｌｉ₂Ｏ等）に換算した値で０．０５〜
０．７％（複合添加の場合は総量）含有するものであ
る。

【００２９】前記数式１式の値：１０〜１００前記数式１は、溶融金属及びスラグの垂れ落ち並びにビ
ード止端部の形状に影響を及ぼす。Ａｌ、Ｓｉ、Ａｌ₂
Ｏ₃、ＭｇＯの合計量と、アルカリ金属フッ化物及びア
ルカリ金属酸化物（１価の酸化物換算値）との比率が溶
融金属及びスラグの垂れ落ちに影響し、その値が大きい
方が垂れ落ちにくい。しかしながら、同時にビード止端
部形状が凸になり易く、その改善にはＳｉＯ₂量と前記
数式１の値とのバランスが重要である。本発明の特徴の
一つは、前記数式１の値を１０〜１００に調整すること
にある。この数式１の値が１０未満であると、スラグの
垂れ落ちが生じ易くなり、１００を超えると、ビード形
状が劣化する。より好ましくは、１０〜５０である。

【００３０】なお、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｔｉ等の合金元素は外
皮及び／又はフラックスから添加することができる。ま
た、溶接部の耐食性、高温強度及び耐高温腐食性等を向
上させるために、上記以外の合金成分（Ｃｒ、Ｃｕ、Ｎ
ｉ、Ｍｏ、Ｖ、Ｎｂ、Ｓｂ等）を添加することができ
る。また、ワイヤ表面の状態及びワイヤ断面におけるフ
ラックスの充填形状には何等制限はない。ワイヤ表面は
Ｃｕ等によりメッキを施してもよく、ワイヤ断面形状は
通電性等を安定させるべく、円形とすることが好ましい
が、その内部形状については制約がない。

【００３１】

【実施例】以下、本発明の実施例について、比較例と比
較して説明する。

【００３２】先ず、鋼製（ＪＩＳＧ３１４１、ＳＰ
ＣＣ）外皮中にフラックスを充填し、ワイヤ全重量に対
するフラックスの割合が２０％となるようにして、ワイ
ヤ径１．２ｍｍのフラックス入りワイヤを作製した。こ
のワイヤの化学成分を下記表１に示す。作製したフラッ
クス入りワイヤを下記表２に示す溶接条件で溶接し、溶
融金属及びスラグの垂れ、ビード形状並びにアーク安定
性等を評価した。この評価の結果を下記表３に示す。

【００３３】

【表１】注１）単位；ワイヤ全重量に対する重量％（但し、数式１の値は無次元）注２）アルカリ金属フッ化物、酸化物の値は各々アルカリ金属元素量をアルカリ金属酸化物（１価の酸化物）に換算した総和注３）残部はＦｅ、Ｃ、Ｐ、Ｓ等をあらわす。

【００３４】

【００３５】

【表２】

【００３６】

【表３】評価基準：（優れる）←◎○△×→（劣る）この表３に示すように、比較例１は、Ａｌ₂Ｏ₃が下限値
を外れており、ＳｉＯ₂及びＡｌがその上限値を外れて
いるため、スラグの垂れ落ちが発生し、ビード形状が不
良であり、スラグの剥離性も悪い。

【００３７】比較例２は、ＭｇＯ及びアルカリ金属フッ
化物・酸化物がその下限値を外れており、Ｍｎが上限値
を外れているため、スラグの垂れ落ちが発生し、スパッ
タの発生が多く、溶接金属の強度が高すぎる。

【００３８】比較例３は、ＳｉＯ₂がその下限値を外れ
ており、Ｓｉが上限値を外れており、数式１の値が上限
値を外れているため、スパッタの発生が多く、ビード形
状が不良である。

【００３９】比較例４は、ＴｉＯ₂及びＡｌがその下限
値を外れており、Ａｌ₂Ｏ₃及びＭｇＯがその上限値を外
れているため、溶融金属の垂れ落ちが発生し、ビード形
状も不良である。

【００４０】比較例５は、ＴｉＯ₂及びＺｒＯ₂が上限値
を外れ、Ｓｉが下限値を外れており、数式１の値が下限
値を外れているため、スパッタの発生が多く、溶融金属
及びスラグの垂れ落ちが発生する。

【００４１】比較例６は、ＺｒＯ₂及びＭｎが下限値を
外れており、アルカリ金属フッ化物及び酸化物が上限値
を外れているため、スパッタの発生が多く、スラグの垂
れ落ちが発生し、溶接部の強度及び靱性が低い。

【００４２】比較例７及び８は、各化学成分の含有量自
体は本願発明の特許請求の範囲を満足しているが、前記
数式１の値だけが外れている例である。比較例７は、数
式１の値が下限値を外れているため、スラグの垂れ落ち
が発生する。また、比較例８は数式１の値が上限値を外
れているため、ビード形状が不良となる。

【００４３】これに対し、実施例９〜１５は本発明例で
あるから、溶融金属及びスラグの垂れ落ちが発生せず、
ビード形状も良好であり、スパッタ発生及びスラグ剥離
性等の溶接作業性も良好であった。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、本願発明によれ
ば、立向上進姿勢及び上向姿勢により、溶接施工を高効
率で行うことができ、高溶接電流で溶接しても溶融金属
及びスラグの垂れ落ちが防止され、ビード形状不良が防
止される。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】軟鋼又は合金鋼製外皮にフラックスを充
填し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、ワイヤ全重量あたり、ＴｉＯ₂：３〜１
０％、Ａｌ₂Ｏ₃：０．３〜２．０％、ＭｇＯ：０．０１
〜１．０％、ＳｉＯ₂：０．３〜１．０％、ＺｒＯ₂：
０．１〜０．８％、Ｓｉ：０．５〜１．５％、Ｍｎ：
１．０〜３．０％、Ａｌ：０．１〜０．５％、アルカリ
金属フッ化物及び／又はアルカリ金属酸化物（但し、ア
ルカリ金属の１価酸化物に換算した値）：０．０５〜
０．７％を含有し、（Ａｌ＋Ｓｉ＋Ａｌ₂Ｏ₃＋ＭｇＯ）
／（ＳｉＯ₂×（アルカリ金属フッ化物＋酸化物））
（但し、アルカリ金属フッ化物、酸化物は、アルカリ金
属１価酸化物に換算した値）の値が１０〜１００である
ことを特徴とするガスシールドアーク溶接用フラックス
入りワイヤ。