JPH0952193A - ガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課 題】 炭酸ガスアーク溶接で発生するスラグの剥
離性を著しく向上させるとともにスパッタ量を低下させ
る最も効果的な成分系を持ったガスシールドアーク溶接
用鋼ワイヤを提供する。 【解決手段】 重量％で、Ｃ：0.10％以下, Si：0.5 〜
1.0 ％, Mn：1.2 〜2.0％, Ti：0.06〜0.15％, Bi：0.0
5〜0.15％, Se：0.0020〜0.0040％, Ｓ：0.02〜0.03％,
Ｏ：0.010 〜0.025 ％で、残部がFeおよび不可避的不
純物からなることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鋼材を溶接する際の溶
接金属表面に付着するスラグの剥離性が良好であり、か
つ、溶接の際に発生するスパッタ量が少ないガスシール
ドアーク溶接用鋼ワイヤに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】炭酸ガスアーク溶接では、溶接ワイヤか
らの脱酸生成物や溶解メタル−スラグ間分解により溶接
ビード上にスラグが形成されるとともに、ワイヤ端に形
成される溶滴には溶滴移行を妨げる方向にアーク力が働
くためにアーク不安定などの理由によりスパッタが発生
し、溶接ビード周辺に付着する。溶接施工後にはメッキ
や塗料処理が施されることが多いが、このように溶接後
にビード上に残ったスラグおよびビード周辺のスパッタ
は、表面処理の前にブラッシング，ハンマリング，ウォ
ータージェットによる洗浄，ショットブラスト処理など
を行って剥離，除去していた。このときのスラグ剥離お
よびスパッタの除去が不十分であった場合、塗装にむら
が生じたり、塗装後にスラグが剥離したときにそこから
錆が発生して被溶接物の品質および耐久性を劣化させ
る。そのため溶接工程での溶接ビード表面のスラグ被包
率が高かったり、スラグ剥離性が悪かったり、またスパ
ッタが多発したりした場合には、その除去に多大な時間
および労力をかけねばならず、この除去工程は高能率
化，省人化を要求される自動溶接，ロボット溶接での非
常に重要な課題となっている。

【０００３】この様な問題点を解決する方法として、主
に溶接後のスラグ剥離性を向上させる方法がいくつか提
案されている。まず、特開昭61-195793 号公報，特開昭
62-124095 号公報，特開平6-182585号公報においては、
剥離性の良いSiO₂-FeO-MnO系の金属酸化物スラグを得る
ために高Si−低Mnのワイヤ合金組成とし、さらにスラグ
剥離性を向上させるために、Bi, Sb, Nbを添加している
が、これらは特にSiやMnが少ない領域においてスラグの
生成が少なくなりすぎて、必ずしも剥離性が良くない。

【０００４】また、特開平2-241961号公報，特開平3-29
7596号公報においては、Si, Mn量の適正化とSe, Te,
Ｓ, Biの添加によりスラグ剥離性を向上させる方法が開
示されているが、Se, Te, Ｓ, Biの添加範囲が過大であ
るため、スラグ剥離性が向上する一方でスパッタ量がや
や増加する傾向にあることが判明しており、低スパッタ
化の面からは必ずしも十分ではなかった。また、特開昭
62-40995号公報では、Bi, Se, Teによりスラグ剥離性を
改善した上で、Ti, Ｏにより低スパッタ化を達成してい
るが、スパッタ量の面ではかなり低い値が達成されてい
るもののスラグ剥離性のレベルは満足できるものではな
かった。また、スラグ剥離性の向上に加えて、溶接ビー
ド表面のスラグ被包率を低減させる方法として、特開昭
61−238493号公報に、Si，Mn，Ti量を適正化した上で、
Ｓ，Ｏ，Bi，Sbを添加する方法が開示されているが、低
スパッタ化の面からは必ずしも十分ではなかった。すな
わち前記先行技術が開示するいずれのワイヤについても
スラグ剥離性と低スパッタ性の両方の特性を同時に満足
するものではなかった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は前述したよう
な従来の問題点を解決するものであり、主としてスラグ
剥離性向上の面からはBiに加えてSe, Ｓを添加し、スラ
グ被包率低減および低スパッタ性の面からはSe, Ｓ，Ｏ
を制限することにより、炭酸ガスアーク溶接で発生する
スラグの剥離性を著しく向上させるとともにスパッタ量
を低下させる最も効果的な成分系を持ったガスシールド
アーク溶接用鋼ワイヤを提供することを課題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
になされた本発明は、重量％で、Ｃ：0.10％以下, Si：
0.5 〜1.0 ％, Mn：1.2 〜2.0 ％, Ti：0.06〜0.15％,
Bi：0.05〜0.15％, Se：0.0020〜0.0040％, Ｓ：0.02〜
0.03％, Ｏ：0.010 〜0.025 ％で、残部がFeおよび不可
避的不純物からなることを特徴とするガスシールドアー
ク溶接用鋼ワイヤである。

【０００７】

【作用】本発明は前述のとおり、Bi，SeおよびＳを複合
添加することにより、スラグ剥離性向上、スラグ被包率
低減およびスパッタの低減を同時に達成したものであ
る。図１〜４はＣ：0.05％，Si：0.70％，Mn：1.60％，
Ti：0.15％を含み、残部がほぼFeで、Bi，Se, Ｓのいず
れか１種を含有する溶接用鋼ワイヤを用いて、表２に示
す溶接条件で溶接した時のスパッタ発生量、スラグ剥離
率およびスラグ被包率を示したものである。ここに、ス
ラグ被包率とは、溶接後のビードをスラグが覆った面積
率、すなわち、スラグが被包した面積／全ビード面積×
100 （％）であり、またスラグ剥離率とは、溶接後室温
まで低下したビード上に残るスラグ（自然剥離したもの
は除く）を、鋼製ブラシで２回ブラッシングしたとき剥
離したスラグの面積率、すなわち、剥離したスラグの面
積／全ビード面積×100 （％）である。

【０００８】図１および図２には、Biを0.15％を超えて
添加するとスパッタ発生量が急増すること、0.003 ％程
度のSe添加または0.03％程度のＳ添加によりスパッタ発
生量が減少すること、また、図３および図４には、0.00
2 ％程度以上のSe添加または0.02％程度以上のＳ添加に
よりスラグ剥離率, スラグ被包率は良好となることが、
それぞれ示されている。

【０００９】また、図５〜７はＣ：0.05％，Si：0.70
％，Mn：1.60％，Ti：0.15％を含み、残部がほぼFeで、
Biを0.10％含み、さらにはＳを0.03％含む溶接用鋼ワイ
ヤに種々の比率のSeを添加した時の、スパッタ発生率,
スラグ被包率およびスラグ剥離性を表２の溶接条件で調
べた結果を示したものである。これらの結果からBi，Ｓ
およびSeを複合添加することにより、上記溶接作業性が
著しく改善されることがわかる。

【００１０】以下に本発明におけるガスシールドアーク
溶接用鋼ワイヤの成分範囲の限定理由について説明す
る。 Ｃ：0.10％以下（重量％、以下同じ） Ｃは溶接金属の強度確保のために必要であるが、Ｃ量増
加に伴いCO反応によるスパッタが増大し、スパッタ量は
直線的に増加する傾向がある。多量のＣ含有はスパッタ
の多発を招くとともにスラグ量を増加させるので上限は
0.10％とした。

【００１１】Si：0.5 〜1.0 ％ Siは溶接金属を脱酸する効果があるが、0.5 ％未満では
脱酸不足となり、ピットやブローホールが発生する。Si
量の増加によりスパッタ量はわずかに減少する傾向があ
るが、多量に含有するとスラグ量が多くなり溶接金属の
靱性も低下するため上限を1.0 ％とした。

【００１２】Mn：1.2 〜2.0 ％ Mnは溶接金属を脱酸し強度を得るために必要な元素であ
り、1.2 ％以上の含有によってその効果が得られる。し
かし、2.0 ％を超えるとスラグのビード表面へのこびり
つきやスパッタ量の増加とか強度が上がり過ぎることに
よる伸線性の悪化などの作用を及ぼすため上限は2.0 ％
とした。

【００１３】Ti：0.06〜0.15％ Tiはアークを安定化しスパッタ量を減少させ、ビード形
状を良好に保つ効果の高い元素である。特に、スパッタ
減少効果は0.06％以上のTi含有によりその効果が得られ
る。しかし、0.15％を超えるとスラグ量が著しく増加
し、また溶接金属の靱性が低下するため上限を0.15％と
した。

【００１４】Bi：0.05〜0.15％ Biはスラグ剥離性の向上やピット, ブローホールの発生
減少に非常に有効であり約0.05％以上の添加でその効果
が顕著となる。また、剥離後の溶接ビード表面も非常に
滑らかとなる。しかし、多量の含有によりスパッタが非
常に増加するうえに溶接金属の強度が低下するため上限
を0.15％とした。

【００１５】Se：0.0020〜0.0040％ Seは溶滴および溶融池の表面張力を低下させる元素であ
り、添加により溶融池の湯流れを活発にする効果と溶滴
を微細化する効果とがある。溶融池の表面張力が低下し
湯流れが活発化するので、スラグは溶接ビードの止端部
に形成されスラグ被包率が低下する。このSeによるスラ
グ被包率の低下効果はワイヤに対して0.0020％以上のと
き発揮される。また、Se添加は、Biでのスラグ剥離性向
上効果をさらに促進させる効果がある。

【００１６】一方、Seにより溶滴が微細化するためスパ
ッタは減少する。しかし、湯流れの活発化により溶融池
が不安定となるため過度のSe添加は逆にスパッタの増大
を招く。Seによりスパッタ量が低下する効果はワイヤに
対して0.0010％以上, 0.0040％以下のとき発揮される。
以上２つの効果を考慮にいれ、Se添加の範囲は0.0020％
〜0.0040％とした。

【００１７】Ｓ：0.02〜0.03％ ＳもSeと同様に溶滴および溶融池の表面張力を低下させ
る効果があり、適度な添加により溶接ビードのスラグ被
包率は低下しビード形状がフラットになり、スパッタ量
も減少する。また、Seと同様にBiでのスラグ剥離性向上
効果をさらに促進させる効果もある。これらの効果はＳ
の0.02％以上の添加で発揮される。またＳのスパッタ量
の低下効果は0.02％から0.03％の添加で発揮されるた
め、Ｓ添加の範囲は0.02％〜0.03％とした。

【００１８】Ｏ：0.010 〜0.025 ％ Ｏは溶接ワイヤ中に0.010 ％以上含有された場合、溶滴
の表面張力を低下させるとともに溶滴の移行を安定化す
る効果があり、低スパッタ化に非常に有用な元素であ
る。ＯはSe, Ｓと同様に溶融池の湯流れを活発化しスラ
グ被包率を低下させる傾向も持つが、Si, Mn, Tiなどの
脱酸剤とスラグを形成するため、結果としてＯ量増加に
よりスラグ生成量は増加しスラグ被包率も増加する。ま
た、Ｏの過度の含有は溶接金属の靱性を著しく低下させ
るため、以上を考慮し上限を0.025％とした。

【００１９】

【実施例】表１に溶接試験に使用したソリッドワイヤの
化学成分を示す（すべて単位は重量％）。No.1〜No.11
は本発明の要件を満足する実施例，No.12 〜No.21 は比
較例である。これらのワイヤを用いて表２に示す溶接条
件で溶接試験を行い、その際に発生するスパッタ量を測
定した。なお、スパッタ発生量は1.5g/min以下を目標と
した。また、溶接後のスラグ被包率およびスラグ剥離率
を調査した。それぞれワイヤの測定結果を表１にあわせ
て示す。なお、スラグ被包率についてはこれが30％以下
のものを良とし、スラグ剥離率についてはこれが95％以
上のものを良とした。

【００２０】

【表１】

【００２１】

【表２】

【００２２】表１からわかるように、本発明の要件を満
足するNo.1〜No.11 はいずれもスラグ被包率が低くスラ
グ剥離率も良好であり、スパッタ量もすべて目標値であ
る1.5g/min以下となっている。比較例No.12 はＣ量が高
いので、CO反応の増加によりスパッタ量が増加する。ま
た、スラグ被包率も高く、スラグ剥離性も悪い。No.13
は、Si, Mn量が多いためスラグ発生量が多いのでスラグ
被包率が高く、スラグ剥離率も低い。No.14 はTi量が多
いためスパッタ量は少ないものの、スラグ剥離率は低
い。No.15 はBi量が多くスラグ剥離率は高いがスパッタ
量が極端に多い。No.16 はSe量が適正量より少ないので
スラグ被包率は余り低下せず、スラグ剥離率も悪い。N
o.17 はSe量が適正量より多いためスラグ被包率および
剥離率は向上するが、溶融池および溶滴が不安定となり
スパッタ量は増加する。No.18 はＳ量が適正量より少な
いのでスラグ被包率は余り低下せず、スラグ剥離率も悪
い。No.19 はＳ量が適正量より多いためスラグ被包率お
よび剥離率は向上するが、溶融池および溶滴が不安定と
なりスパッタ量は増加する。No.20 はＯ量が多いためス
ラグ量が多くなり、スラグ被包率が高くなって、スラグ
剥離性は低下する。No.21 はBi量が不足しているのでス
ラグ剥離性が著しく低下する。

【００２３】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、鋼材をガ
スシールドアーク溶接する際に発生するスパッタ量を低
く抑えたままで、溶接金属表面に付着するスラグの剥離
性を良好ならしめることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】Se，Ｓ，Biの含有量とスパッタ発生量の関係を
示すグラフである。

【図２】Se，Ｓ，Biの含有量とスパッタ発生量の関係を
示すグラフである。

【図３】Se，Ｓ，Biの含有量とスラグ剥離率の関係を示
すグラフである。

【図４】Se，Ｓ，Biの含有量とスラグ被包率の関係を示
すグラフである。

【図５】Seの含有量とスパッタ発生量の関係を示すグラ
フである。

【図６】Seの含有量とスラグ剥離率の関係を示すグラフ
である。

【図７】Seの含有量とスラグ被包率の関係を示すグラフ
である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量％で、Ｃ：0.10％以下, Si：0.5 〜
   1.0 ％, Mn：1.2 〜2.0 ％, Ti：0.06〜0.15％, Bi：0.
   05〜0.15％, Se：0.0020〜0.0040％, Ｓ：0.02〜0.03
   ％, Ｏ：0.010 〜0.025 ％で、残部がFeおよび不可避的
   不純物からなることを特徴とするガスシールドアーク溶
   接用鋼ワイヤ。