JPS6249160B2

JPS6249160B2 -

Info

Publication number: JPS6249160B2
Application number: JP57087275A
Authority: JP
Inventors: Rokuro Fujimoto; Kyukichi Yanagidate; Tatsuo Enomoto
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1982-05-25
Filing date: 1982-05-25
Publication date: 1987-10-17
Also published as: JPS58205696A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、ガスシールドアーク溶接用ステンレ
ス鋼溶接材料に係り、さらに詳しくはガスシール
ドアーク溶接において溶接作業性にすぐれ、また
生産性のよいステンレス鋼フラツクス入りワイヤ
に関するものである。ステンレス鋼は、すぐれた耐銹性、耐食性、耐
酸化性、耐熱性を有することから各方面で広く使
用されているが、溶接法として被覆アーク溶接棒
による手溶接が主体であるが、能率が劣るという
点で問題がある。これに代るものとしてソリツド
ワイヤによるMIG溶接法が普及してきている。しかるにソリツドワイヤによるMIG溶接法は能
率面ですぐれているが、ステンレス鋼に適用する
とブローホールが発生しやすいこと、また多層溶
接で溶接金属の広がりが得られにくく、融合不良
を生じやすく適正条件範囲が非常にせまいなど問
題がある。これらのことから能率面ですぐれ、溶
接作業性が良好で、しかもブローホール、融合不
良など溶接欠陥の発生しにくい溶接法の確立が必
要である。ソリツドワイヤによるMIG溶接における短所を
解決する手段として、フラツクスを内包した細径
ワイヤ1.6mmφ、1.2mmφを用い、さらにシールド
ガスを流して溶接を行う手段が注目されてきてい
る。このようなフラツクス入りワイヤの細径化によ
るガスシールドアーク溶接は内包フラツクスによ
るスラグシールドとガスシールドの両者により溶
接金属を保護するので、溶接金属の広がりが得ら
れ、ビード形状が良好で、ブローホール、融合不
良などの溶接欠陥が発生しにくく、且つ高能率溶
接が可能であり、近年ますますその需要が高まつ
てきている。一方、ステンレス鋼溶接用フラツクス入りワイ
ヤの外皮にはCr―Niステンレス鋼、Crステンレ
ス鋼、および軟鋼が用いられているが、これらの
内、Cr―Niステンレス鋼は加工硬化性がいちぢ
るしく大であるため、伸線加工がむずかしい。これに対し、Crステンレス鋼および軟鋼はCr
―Niステンレス鋼ほど加工硬化性がいちぢるし
くないが、必要とするCr、Niなどの合金元素
は、充填フラツクスから供給してやる必要があ
り、そのためおのずから充填率の高いものとな
る。しかし乍ら充填率が高くなるにしたがい、当
然の結果として伸線加工性が劣つてくるのは止む
を得ない。したがつて現在のフラツクス入りワイヤの製造
法にあつてはいずれの外皮を用いようとも伸線加
工がむずかしいので、2.5mmφ以下の細径成形か
ら伸線加工により1.6mmφ、1.2mmφのフラツクス
入りワイヤを生産しており、生産性が非常に低
く、かかるワイヤの需要が高いにもかかわらず大
量安定供給できないのが実情である。これを解決すべく３mm以上の太径ワイヤから伸
線加工により1.6mmφ、1.2mmφの細径フラツクス
入りワイヤを得るべく種々検討した結果、中間に
少なくとも１回以上の外皮を軟化すべく熱処理が
必要であることが判明し、生産性の高いワイヤの
製造法が可能となつた。しかし乍ら、既存のスラグ剤では熱処理回数が
増えるほど、溶接作業性、特にスラグのはく離性
が劣つてくることが判明した。而してスラグのは
く離性に関しては、従来より酸化ビスマスなどを
添加すると効果があることが、例えば特開昭56−
4393号公報に開示されているが、この酸化ビスマ
スを前述の中間熱処理を適用したワイヤに添加す
るとスラグのはく離性はたしかに改善される。し
かし乍ら、その効果が顕著になる範囲においては
溶接金属の高温割れ感受性が増し、ビード形状も
均一になりにくいことが判明した。本発明者らは、上述の問題点に鑑み、これを改
善すべく数多くの研究を行つた結果、既存のスラ
グ剤中に微量のＳに加えて微量のBiを添加し、こ
れら元素の添加量の数値限定により、これらの相
乗効果が顕著に現われ、溶融金属および溶融スラ
グの界面張力が低下しスラグのはく離性が著るし
く良好となり、さらには外観のより美しいビード
が得られ、且つ他の溶接作業性の劣化、高温割れ
感受性、機械的性能の劣化はないというまつたく
新しい知見が得られた。本発明は以上の如き知見によりなされたもので
あり、シールドガスAr―O₂、Ar―CO₂混合、お
よびCO₂のみによるガスシールドアーク溶接にお
いて溶接作業性、特にスラグのはく離性がすぐ
れ、しかも溶接部にすぐれた耐割れ性および機械
的性質が得られる新規なステンレス鋼フラツクス
入りワイヤを提供することにある。即ち、本発明の要旨は、ステンレス鋼または軟
鋼を管状に成形した外皮の内部にワイヤ重量に対
してＳの単体あるいは化合物の１種または２種以
上の合計が単体に換算して0.001〜0.1％、Biの単
体あるいは化合物の１種または２種以上の合計が
単体に換算して0.001〜0.04％、TiO₂に換算した
チタン酸化物の１種または２種以上の合計が１〜
10％、さらにSiO₂に換算した硅砂あるいは硅酸
塩化合物の１種または２種以上の合計が１〜10％
を含有するスラグ形成物とワイヤ重量に対して45
％以下の金属粉末からなる充填物粉末を充填した
ことを特徴とするガスシールドアーク溶接用ステ
ンレス鋼フラツクス入りワイヤにある。以下に本発明について詳細に説明する。まず、本発明にいうフラツクス入りワイヤと
は、第１図にその一例を示すような態様のワイヤ
断面をもつワイヤをさすものであり、ステンレス
鋼または軟鋼を管状に成形した外皮１の内部に充
填物粉末２を充填したものである。なお、外皮の
形状は第１図に示す態様以外の種々の形状とする
ことは本発明の趣旨を損うものではない。次にワイヤに充填されるスラグ形成物の成分範
囲について述べると、Ｓはスラグのはく離性およ
びビード形状と外観を極めて良くする。即ち表面
活性度が非常に大きく、溶融金属および溶融スラ
グの界面張力を低下させ、このことによりビード
形状をフラツトにし、ビード止端部のなじみを良
くする。さらにビード表面とそれに接触するスラ
グ表面をなめらかにするためビード外観も美しい
ものとなる。またビード表面に接触するスラグ面
近傍のスラグ間の結合力を大きくすると同時に溶
接金属とスラグ間の結合力を小さくすることによ
り前記ビード表面および止端部がなめらかになる
ことと相まつてスラグのはく離が良好になる。し
かし0.001％未満では上記効果は認められず、0.1
％を超えると溶接金属の高温割れ感受性が大きく
なるので、本発明ではＳの単体あるいは化合物の
１種または２種以上の合計を単体に換算して
0.001〜0.1％に規定した。特にBiと同時に添加す
ると両方の相乗効果によりスラグのはく離性が顕
著に良くなる。ここでＳの化合物とは、硫化亜鉛、硫化鉛、硫
化鉄、硫化銅、硫化バリウム、硫化カルシウム、
硫化マンガン等の硫化物、硫化アルミニウム、硫
酸カルシウム、硫酸バリウム、硫酸鉄、硫酸鉛等
の硫酸塩を指す。次にBiは、これを添加すると溶融スラグの融点
が低下し、流動性も良くなり界面張力が低下し、
スラグのはく離性が著るしく良好となるが、
0.001％未満では上記効果は認められず、0.04％
を超えると溶接金属の高温割れ感受性が増大する
とともにビードがなめらかに形成されない。なお、ここでBiの化合物とはBi₂O₃、Bi
（CH）₃、BiF₃、BiCl₃、BiBr₃、BiI₃などを指す。チタン酸化物は溶接金属を均一に被包し、しか
も追従性の良好なスラグ形成し、ビード形状を良
好にするが、１％未満ではその効果が発揮され
ず、10％を超えるとスラグ量が多くなりすぎて開
先内でスラグが先行し、スラグ巻込みなどの欠陥
を生じやすく、またスラグが固くなり、開先内で
のはく離性をかえつて損うので１〜10％に制限す
る。なお、本発明でいうチタン酸化物とはルチー
ル、イルミナイト、チタン白、チタンスラグ、チ
タン酸カリ、等を指し、単独または複合で用い
る。硅砂あるいは硅酸塩化合物は被包性のよいスラ
グを形成するとともに、集中性が良好で、スパツ
タの発生が少なく、アーク状態が安定して得られ
る。しかし硅砂、硅酸塩化合物およびチタン酸化
物のみにより形成されるスラグでは、はく離の点
で問題があり、前述のSiおよびBiを適量添加する
ことにより、スラグ被包性、追従性、スパツタ、
アーク状態を損わずにスラグのはく離性を格段に
向上させることができるものである。硅砂あるいは硅酸塩化合物の添加量が１％未満
ではその効果が不十分であり、10％を超えるとス
ラグが固くなるとともに、焼付きを生じ、かえつ
てはく離性を損うので、１〜10％に制限する。なお、ここでいう硅酸塩化合物とは、カリ長
石、マイカ、タルク、カオリン、硅酸カリ、硅酸
ソーダ、硅酸リチウム等の硅酸塩化合物をSiO₂
換算したものを指し、単独または複合で用いる。
スラグ形成物以外に、溶接金属の成分調整のた
め、Cr、Ni、Mn、Nb、Mo、Cuなど、さらに脱
酸剤として、Si、Al、Tiなどの金属粉末を充填
する。本発明によるステンレス鋼フラツクス入りワイ
ヤの溶着金属成分は、AWSA5.22―80に規定され
るステンレス鋼フラツクス入りワイヤの溶着金属
と同等の化学成分を含有するものであり、外皮に
軟鋼を用いた場合でも成分調整に必要な金属粉末
はワイヤ重量に対し45％以下充填すれば充分であ
る。したがつて本発明で金属粉末を45％以下に規
定した。外皮は、ステンレス鋼または軟鋼であるが、ス
テンレス鋼の場合、オーステナイト系、オーステ
ナイト・フエライト系、またはフエライト系ステ
ンレス鋼を用いるがその成分例を示すと、オース
テナイト系ステンレス鋼は、Cr16〜26％、Ni3.5
〜22％を主要成分とし、さらにMo1.2〜６％、
Cu1〜25％、N0.30％以下、Nb0.15％以下または
10×Ｃ％以上、Ti5×Ｃ％以上をそれぞれ単独に
含有し、且つC0.15％以下、Si5％以下、Mn10％
以下、P0.040％以下、S0.030％以下を含有するも
のである。オーステナイト・フエライト系ステンレス鋼
は、Ni3〜６％、Cr23〜28％、Mo1〜３％を主要
成分とし、且つC0.08％以下、Si1％以下、Mn1.5
％以下、P0.040％以下、S0.030％以下を含有する
ものである。フエライト系は、Cr11.5〜27.5％を主要成分と
し、さらにMo0.75〜2.5％、Al0.10〜0.30％、
Ti、Nb、Zr又はそれらの組合せで８×（Ｃ％×Ｎ
％）〜0.80％を単独または複数を含有し、且つ
C0.12％以下、Si1％以下、Mn1％以下、P0.040％
以下、S0.030％以下、N0.025％以下を含有するも
のである。なお、パイプを外皮とする場合、外径10〜15
mm、肉厚0.3〜２mm、帯鋼を用いて外皮を形成す
る場合は、成形寸法３〜４mm、肉厚0.5〜0.8mm、
幅9.5〜12.5mmのものを用いるのが望ましい。ここで本発明のステンレス鋼フラツクス入りワ
イヤの製造手段の一例について言及すると、たと
えばステンレス鋼または軟鋼の外皮と充填物粉末
を準備し、外皮の内部に充填物粉末を充填し、外
皮がCr―Ni系ステンレス鋼の場合、800〜1150
℃、Cr系ステンレス鋼の場合は780〜850℃、そ
して軟鋼の場合は600〜700℃で中間熱処理を１回
以上施して所定のワイヤ径に伸線したのち、必要
により100〜450℃で30分以上乾燥するものであ
る。以下に本発明の効果を実施例によりさらに具体
的に述べる。実施例第１表に外皮とするステンレス鋼および軟鋼の
化学成分を示す。なお、外皮の形状および寸法
は、フラツクス入りワイヤ記号No.１〜20は、肉厚
0.7mm、幅11mmの帯鋼を用い、フラツクス入りワ
イヤ記号No.21は、外径13mmφ、肉厚1.42mmのパイ
プを用い、フラツクス入りワイヤ記号No.22は外径
14mmφ、肉厚１mmのパイプを用いた。第２表に外皮と充填物粉末の組合せによるフラ
ツクス入りワイヤの組成を示す。第３表に母材の化学成分を示す。板厚はそれぞ
れ12mmと30mmである。第４表に第２表のフラツクス入りワイヤと第３
表の母材を用いて行つた水平すみ肉溶接作業性試
験結果、30mmｔ厚板を使つた狭開先内溶接作業性
試験結果、溶着金属の化学成分および高温割れ感
受性試験結果を示す。なお、溶接条件は水平隅肉溶接作業性試験、厚
板狭開先内溶接作業性試験とも同一で、フラツク
ス入りワイヤ記号No.１〜12はワイヤ径1.6mmφを
用い、溶接電流260A、溶接電圧28V、溶接速度30
cm/min、フラツクス入りワイヤ記号No.13〜22は
ワイヤ径1.2mmφを用い、溶接電流240A、溶接電
圧26V、溶接速度30cm/min、電源は直流定電圧、
極性は逆極性、シールドガスCO₂、ガス流量20
/minとし、厚板狭開先内溶接作業性試験は、
第２図に示す開先を溶接して試験した。第２図において開先角度θ＝20度、開先底部の
形状Ｒは半径２mmで、ルートフエースｆは２mm、
この時のルートギヤツプは密着とした。ｂは銅当
金で初層の裏ビードを良好に形成させるために用
いた。溶着金属の化学成分は、第２図の開先を溶接し
たのち、母材を混入しない位置の溶接部より試料
を採取して分析を行つた。高温割れ感受性試験は、第２図の開先の初層を
溶接後、染色浸透探傷試験を実施して割れの有無
を調査した。

【表】

【表】脚注 (1) 硫化鉄（S36％）をフラツクス入りワイヤ記
号No.１、２、３、４、６、７、９、10、17、18
および22に用いた。硫化カルシウム（S44％）をフラツクス入り
ワイヤ記号No.５、８および19に用いた。硫化亜鉛（S32％）をフラツクス入りワイヤ
記号No.11、13および15に用いた。硫化バリウム（S19％）をフラツクス入りワ
イヤ記号No.12および14に用いた。硫酸カルシウム（S23％）をフラツクス入り
ワイヤ記号No.20に用いた。硫酸バリウム（S14％）をフラツクス入りワ
イヤ記号No.21に用いた。 (2) Bi₂O₃（Bi90％）をフラツクス入りワイヤ記
号No.１、２、３、４、５、６、11、13、14、
15、16、17および22に用いた。 Bi₂（OH）₃（Bi89％）をフラツクス入りワイ
ヤ記号No.７、８、９、10、12、18、19、20およ
び21に用いた。 (3) ルチール（TiO₂96％）をフラツクス入りワ
イヤ記号No.１、２、３、４、11、12、13、19、
20、21および22に用いた。チタン白（TiO₂98％）をフラツクス入りワ
イヤ記号No.５、６および10に用いた。チタン酸カリ（TiO₂71％）をフラツクス入
りワイヤ記号No.８、９、14および15に用いた。イルミナイト（TiO₂71％）をフラツクス入
りワイヤ記号No.７、16、17および18に用いた。 (4) 硅砂（SiO₂97％）をフラツクス入りワイヤ
記号No.１、２、３、６、７、11、13、16、18、
20および22に用いた。カリ長石（SiO₂64％）をフラツクス入りワ
イヤ記号No.４、８および10に用いた。マイカ（SiO₂47％）をフラツクス入りワイ
ヤ記号No.５、14および15に用いた。タルク（SiO₂25％）をフラツクス入りワイ
ヤ記号No.９、17および19に用いた。カオリン（SiO₂81％）をフラツクス入りワ
イヤ記号No.12および21に用いた。硅酸カリ（SiO₂65％）をフラツクス入りワ
イヤ記号No.21に用いた。硅酸ソーダ（SiO₂70％）をフラツクス入り
ワイヤ記号No.22に用いた。なお、フラツクス入りワイヤ記号No.21につい
ては、ワイヤ重量に対しSiO₂換算値８％のう
ち、５％をカオリン、３％を硅酸カリにて添加
した。また、フラツクス入りワイヤ記号No.22につい
ては、SiO₂換算値８％のうち、５％を硅砂、
３％を硅酸ソーダにて添加した。

【表】

【表】本発明のフラツクス入りワイヤ記号No.１、２、
３、８、10、13、14、17、18、19、20、21および
22は水平すみ肉溶接作業性試験、厚板狭開先内溶
接作業性試験、高温割れ感受性試験のすべての試
験結果において良好な結果が得られた。その中で
No.18はステンレス鋼と軟鋼の異材継手溶接の例で
あるが、割れもみられず良好であつた。比較例として示したNo.４はＳ換算値合計が0.1
％を超え、No.７はBi換算値合計が0.04％を超え、
No.５はBi換算値合計で0.001％未満、No.６はＳ換
算値合計で0.001％未満であり、No.９はTiO₂換算
値合計が10％を超え、No.11はSiO₂換算値合計で
10％を超え、No.12はTiO₂換算値合計が１％未
満、No.15はSiO₂換算値合計が１％未満であり、
いずれも第４表に示すように、溶接作業性が不良
であつた。No.16は充填物粉末中にＳを添加しない
例で、ビード形状が劣るとともに高温割れがみら
れた。以上説明したように本発明におけるフラツクス
入りワイヤは充填物粉末中に適量のＳに加えて適
量のBiを添加し、これらの元素の添加量の数値限
定により両方の相乗効果により鋼種、板厚、開先
形状の如何にかかわらず溶接作業性、特にスラグ
のはく離性がすぐれ、しかも健全な溶接部が得ら
れるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、フラツクス入りワイヤの断面を示す
図、第２図は、厚板狭開先内溶接作業性試験用開
先形状を示す図である。１…外皮、２…充填物、θ…開先角度、Ｒ…開
先底部の半径、ｆ…ルートフエース、ｂ…銅裏当
金。

Claims

【特許請求の範囲】

１ステンレス鋼または軟鋼を管状に成形した外
皮の内部にワイヤ重量に対して、Ｓの単体あるい
は化合物の１種または２種以上の合計が単体に換
算して0.001〜0.1％、Biの単体あるいは化合物の
１種または２種以上の合計が単体に換算して
0.001〜0.04％、TiO₂に換算したチタン酸化物の
１種または２種以上の合計が１〜10％、さらに
SiO₂に換算した硅砂あるいは硅酸塩化合物の１
種または２種以上の合計が１〜10％、を含有する
スラグ形成物とワイヤ重量に対して45％以下の金
属粉末からなる充填物粉末を充填したことを特徴
とするガスシールドアーク溶接用ステンレス鋼フ
ラツクス入りワイヤ。