JPS5913955B2 - ステンレス鋼溶接用複合ワイヤ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ステンレス鋼溶接用複合ワイヤに関し、詳細
にはビード表面からのスラグの剥離性を高めたガスシー
ルドアーク溶接用の上記ワイヤに関するものである。

ガスシールドアーク溶接に使用されるシールドガスとし
ては、ＡｒやＨｅ等の如き不活性ガスの他ＣＯ２（一部
Ｏ２を混合した）ガスが汎用され、場合によつてはこれ
らの混合ガスも使用される。

例えば不活性ガス雰囲気下のＭＩＧ溶接は、スラグの発
生が無く、ビード外観も良好であるが、アークの安定性
が劣る為、若干のＣＯ２ガスやＯ２ガスを併用している
。その結果作業性は向上するが、合金元素が溶滴として
移行するときに酸化消耗さ５ れ易くなり、一部はスラ
グになつてビード表面に付着する。しかるに、ステンレ
ス鋼用ワイヤの如き含Ｃｒ合金ではＣｒ酸化物を含む高
融点スラグが生成し、且つビード表面に固く付着する。
このスラグを剥離しないで次層溶接を行なうと、ブ口１
０−ホールや融合不良等を招くので、スラグ除去作業は
省略できない。ところがスラグの付着が強固である場合
には、グライダー研摩の様なハードな作業が要求され、
本出願人は、例えば特開昭５３−１２９１３８号等にお
いて、剥離容易なスラグ１５を形成するワイヤを提供し
ているが、引続き型光をおこたつていない。即ち上記の
ワイヤはアルカリ性無機弗化物をフラックス成分とする
複合ワイヤであつたが、新たに提供される複合ワイヤと
は、フラックス中の無機質成分として、ク００．１％≦
珪酸塩≦１０％（重量％：以下同じ）０．０１％≦低融
点金属酸化物≦０．７５％の２条件を満足せしめる様な
ものとした複合ワイヤである。

そして本ワイヤを用いる場合におけるシールドガスとし
ては、不活性ガス、炭酸ガス、２５或はこれらの混合ガ
スが利用され、使用ガスによつてワイヤ成分を調整すべ
き場合もあるが、本質的には上記条件が必須であり、以
下の具体的説明は本発明を制限する主旨のものではなく
、前・後記の要旨に悪影響を与えない変更実施は全て本
発３０明の技術的範囲に含まれる。まず第１の必須成分
たる珪酸塩とは、珪砂、カリ長石、ソーダ長石、無水珪
酸ソーダ、無水珪酸カリ等の珪酸ナトリウムや珪酸カリ
ウムを包含するものであり、溶接雰囲気下で発生する金
属酸化３５物を包み込む様な状態で、ビード表面に広が
るという性質がある。

又ビードのぬれ角度を小さくし形状の良いビードを与え
ることができる。従つて炭酸ガスアーク溶接用ソリツド
ワイヤを用いて行なうＭＩＧ溶接のときの様に、スラグ
がビード表面に固く付着することがなく、剥離性は極め
て高い。更に珪酸塩は、アークの安定性を高める機能が
あり、シールドガスの如何にかかわらず、安定アークに
よる低スパツタ溶接が可能となる。尚炭酸ガスアーク溶
接では、シールドガスの熱分解によつて溶着金属中の炭
素量を増大させるという傾向があり、特にステンレス鋼
の場合には耐食性低下の原因になり易い。しかるに珪酸
塩を配合しておけばこの傾向が抑制され、不活性ガスア
ーク溶接なみの低炭素溶着金属が得られるから、粒界腐
食も発生し難い。尚珪酸塩の種類は上記例示によつて限
定されるものではない。珪酸塩による上記効果は、炭酸
ガスアーク溶接の場合、０．１％未満では発揮され難い
。

しかるに珪酸塩における酸化珪素は、一般に脱酸剤によ
つて還元され易いから、１０％を越えて配合すると溶着
金属中への珪素移行量が増大するという問題がある。よ
つて珪酸塩の上限は１０７０であり、珪酸塩単独では、
当初期待された程のスラグ剥離性改善効果は得難い。そ
こで本発明者等は、酸化鉛、酸化銅、酸化ビスマス、酸
化アンチモン、酸化錫等の低融点金属酸化物を併用する
ことに想到した。

これらの酸化物は、アーク安定性に悪影響を与えずに、
スラグ剥離性を高める機能がある。しかしその効果は０
．０１％以上の配合によつてはじめて発揮され、０．７
５％を越えて配合すると、スパツタの発生、溶融金属の
なじみ不良等の作業性低下要因が発現すると共に、溶接
割れを誘発する危険も生じる。尚低融点金属酸化物の種
類は例示されたものに限定されない。本発明ワイヤにお
けるフラツクス成分は上記２種をもつて必須成分とし、
それらの相剰作用によつてアークの安定性及びスラグの
剥離性が改善されるが、必要によりルチール、チタン酸
カルシウム、チタンスラグ、或はその他のＴｉ酸化物及
び／又はジルコニア、ジルコンサンド等のＺｒ酸化物を
配合することもできる。

本酸化物はアーク安定性を低下せずにスラグの剥離性を
高めるもので、４％を上限として配合が許される。しか
し４％超ではアークの安定性を阻害し、スパツタを多発
させるという危険がある。本発明のフラツクス中には、
後記合金成分はもとより、公知或は今後開発されるであ
ろうその他の成分、例えばスラグ形成剤、アーク安定剤
、脱酸剤等を配合することもあるが、ＣａｃＯ３，Ｍｎ
ＣＯ３，ＳｒＣＯ３，ＢａＣＯ３等の炭酸塩或はＣａＦ
２等の弗化物は、アークの安定性を害してスパツタ一の
多発を招き、又ブローホールや融合不良等の溶接欠陥に
もなるので、いずれも併用は好まれない。

そして不可避的に混入する場合、或はその他積極的理由
によつて配合する場合があつたとしても、前者では０．
０２％（但しＣＯ２換算量）、後者では１．５％を上限
とすべきである。次に本発明ワイヤに配合される合金元
素について説明する。

合金元素はフラツクス中に粉状で加えるが、及び／又は
ワイヤの外皮中に合金元素として加えるが、本発明ワイ
ヤがステンレス鋼溶接用であることに鑑み、Ｃｒ，Ｍｎ
及びＳｌを重要成分とし、場合によりＮｉ，ＭＯ，Ｔｉ
，Ａｌ，Ｎｂ，Ｔａ等を加えてもよいこととする。そし
て上記各合金元素のワイヤ全体に含有される割合（％）
〔フラツクスに含まれる割合（％）＋ワイヤ外皮に含ま
れる割合（％）〕が夫々０．１≦Ｃｒ≦３５，０．１≦
Ｍｎ≦１０，０．１≦Ｓｉ≦１，０≦Ｎｉ≦２５，０≦
ＭＯ≦７，０≦Ｔｉ＋Ａｌ≦２， ０≦Ｎｂ＋Ｔａ≦１．５ を満足する様に配合するが、これらの配合量はシールド
ガスの種類によつて変る歩留り（溶着金属中への移行率
）によつて考慮しなければならないこともある。

ちなみにこれらの歩留りは、ＣＯ２シールドの場合、Ｃ
ｒ：９０％、Ｍｎ：６０％、Ｓｉ：６０％、Ｎｉ：９５
％、ＭＯ：９０％、Ｔｉ：１０％、Ａｌ：１０％、Ｎｂ
：６０％、Ｔａ：６０７０であり、Ａｒシールドの場合
は、Ｃｒ：９５％、Ｍｎ：６０％、Ｓｉ：６０％、Ｎｉ
：１００％、ＭＯ：９５％、Ｔｉ：５０％、Ａｌ：５０
％、Ｎｂ：８０７０．．Ｔａ：８０７０である。ところ
でＣｒは溶接部の耐食性を向上させる機能があり、特に
溶接対象がステンレス鋼である時は必ず添加する必要が
あるが、その上・Ｆ限は上記式を満足しなければならな
い。

尚下限は耐食性を発揮させるに必要な量であり、上限を
超えて配合すると靭性及び高温での脆化において難点が
生じる。又Ｍｎは脱酸剤として作用する他、脱硫剤とし
ての作用もあり、溶接割れの防止にも効果的である。そ
してアーク安定剤としての作用もあるので、少なくとも
０．１Ｚ０以上は配合する。但し１０％を越えるとアー
ク安定性を阻害し、且つスラグの剥離性を損なうので好
ましくない。又Ｓｉは脱酸剤として作用する他、なじみ
性を改善するので、最底０．１％を配合するが、過剰に
存在すると割れ感受性を高めるので、１％を上限と定め
た。尚Ｍｎ（！：：Ｓｉはいずれも重要元素と述べたが
、Ｍｎ又はＳｉの一方を多いめに使用するとぎは、ワイ
ヤの用途等を考慮して他方を省く場合もある。次にＮｉ
は溶接部の靭性と耐食性を向上させる為に加えるが、２
５７０を越える様に添加すると耐割れ性が劣化する傾向
を示すので実用的な上限は１５％と定めたが、被溶接金
属の鋼種や用途等によつては加えなくとも良い場合があ
る。又ＭＯは、非酸化性環境下での耐食性付与効果があ
る。しかし上記式で定めた上限を越えると却つて靭性を
低下させる恐れもあるので上記式の範囲内で加えるべき
であるが、被溶接金属の鋼種や用途等によつては加えな
くとも良い場合がある。Ｔｌ及びＡ２はいずれも脱酸剤
であり、特にＴ１はアークを安定にし、粒界の耐腐食性
を高めるが、共に過剰であるとアークを却つて不安定に
し、Ａｊの場合はスラグの剥離性を阻害する。

従つて前者は１．５％、後者は１％を夫々上限とするが
、両者併用時の上限は２％とする。最後にＮｂとＴａは
、共に粒界の耐腐食性を高める元素であるが、過剰にな
ると割れ感受性を高めるので、単独使用時の上限は、Ｎ
ｂ：２％、Ｔａ：２％と定め、併用時の上限も２％と定
めた。

上記各合金元素は、既述の如く、フラツクス中又はワイ
ヤ外皮中に配合され、ワイヤ外皮を構成する金属組成そ
のものについては格別の制限はない。しかし特に好まし
いのは、加工硬化性の小さいフエライト系ステンレス鋼
か、複合ワイヤ製造時のフープ材のシーム溶接上問題を
生じないオーステナイト系ステンレス鋼が望ましい。尚
フエライト系ステンレス鋼の場合は、シーム溶接後の線
引段階において、結晶粒の粗大化に基づく溶接部の破断
を招く場合もあるが、Ｔｌ及び／又はＡｌを含有せしめ
ておけば、結晶粒の粗大化に基づく生産性の低下は惹起
されない。次に本発明の実施例を示す。

実施例 １ 幅１２ｍＴ１Ｌ１厚さ０．７ＵＷ！のＳＵＳ４３Ｏ製フ
ープに、第１表に示す組成のフラツクスを乗せ、折曲成
形後線引きし１、６ｍＴＩＬφの複合ワイヤを製造した
（Ｄ３Ｏ８溶着金属を与える。

フラツクス率：２５％）。ＣＯ２をシールドガスとし（
流量：２０１／Ｍｉｎ）、ＤＣＲＰ（溶接電流：３００
Ａ１溶接電圧：３１Ｖ）で突合わせ溶接を行なつた。尚
開先部の形状は、板厚：１９ｍｍ．Ｖ開先、開先角度：
４５度、ルート高さ：３ｍｍ、ルートギヤツプ：ほぼ零
であり、母材はＳＵＳ３Ｏ４Ｌを使用した。又ワイヤ外
皮中の合金元素含有率は第２表の通りであり、溶接金属
中の化学成分は第３表に示す結果を得た。本実施例にお
いてはアーク安定性は極めて良好であり、溶接作業性は
優秀であつた。

又Ｘ線性能はＪＩＳｌ級であり、又溶接部のサイドベン
ド、フエースベンド、ルートベンドとも良好であり、割
れの発生は皆無であつた。更に全溶着金属片による引張
試験の結果を第４表に示す（溶接のまま）。実施例 ２ フラツクス成分中における珪酸塩、低融点金属酸化物及
びＴ１酸化物の効果、特に相乗効果を知る為、下記の実
験を行なつた。

尚上記成分の代表化合物としては、長石、酸化ビスマス
及びルチー補ルを選択した。第５表は長石単独の効果を
みたもので、本発明の数値範囲を満足する量的範囲のも
のでは、アーク安定性、スパツタの多少、スラグ被包性
及びビード形状の各評価をみると、いずれも◎（優）又
は〇（良）であつたが、スラグの剥離性はΔ（不可）で
あつた。又範囲外のものは、アーク安定性等の項目も殆
んど△印になつた。尚以下の評価において◎、○、△は
いずれも上記と同じ意味で使われる。従つて長石のみで
は本発明の目的が達せられないことを知り、第６表に示
す如く、酸化ビスマス−を併用した。

第６表に見られる如く本発明を満足する範囲の供試ワイ
ヤ（磨７〜１１）は極めて良好な結果を与えており、特
にスラグ剥離性の改善効果は極めて顕著である。

次にＴｉ酸化物或はＺｒ酸化物の併用効果を知る目的で
、第７表に示す組成のフラツクスを充填したワイヤを作
つて同様の項目について検討したところ、本発明を満足
するワイヤ（滝２０〜２３及び２８）は全項目において
◎印の評価を得ることができた。

尚第８表はワイヤ，／Ｆ６ｌ〜２４における合金元素の
全量（フラツクス中の量とワイヤ外皮中の量の和）を示
している。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ステンレス鋼のガスシールドアーク溶接に用いるフ
   ラックス入りの複合ワイヤであって、フラックス中には
   、ワイヤ全重量に対して、０．１％≦珪酸塩≦１０％（
   重量％：以下同じ）０．０１％≦低融点金属酸化物≦０
   ．７５％を満足する無機質成分が配合されたものである
   ことを特徴とする複合ワイヤ。