JP2002144084A

JP2002144084A - 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: JP2002144084A
Application number: JP2001265580A
Authority: JP
Inventors: Takuzo Kawamoto; 拓三河本; Takeshi Kato; 剛加藤; Satoyuki Miyake; 聰之三宅; Atsutada Motoe; 敦忠本江; Toshihiko Chiba; 利彦千葉
Original assignee: Nippon Steel Welding and Engineering Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Welding and Engineering Co Ltd
Priority date: 2000-09-04
Filing date: 2001-09-03
Publication date: 2002-05-21
Anticipated expiration: 2021-09-03
Also published as: JP3718464B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】高入熱、高パス間温度溶接において、強度及
び靱性の劣化を改善し、低スラグ発生量と安定した溶接
作業性等を備えた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。【解決手段】鋼製外皮にフラックスを充填したアーク
溶接用ワイヤであり、ワイヤ全質量で、アーク安定剤：
０．１５〜１．８％を含み、Ｃ：０．０２〜０．１５
％、Ｓｉ：０．３〜１．８％、Ｍｎ：０．８〜４．０
％、Ｔｉ：０．０２〜０．３％、Ｂ：０．００１〜０．
０１％（１０〜１００ｐｐｍ）を含有し、フラックス充
填率が３〜１０％である。さらにＭｏ：０．７％以下、
Ｎｉ：１．５％以下、Ｃｒ：１．０％以下の１種または
２種以上を含有させてもよい。アーク安定剤としては、
Ｎａ₂ＯとＴｉＯ₂を含む合性物：１．８％以下、Ｎａ₂
Ｏ源のＮａ₂Ｏ換算値：０．３％以下、ＴｉＯ₂源のＴｉ
Ｏ₂換算値：１．５％以下の１種または２種以上を含有
させたワイヤである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、建築、橋梁、造船
等における各種鋼構造物の溶接に用いるガスシールドア
ーク溶接用フラックス入りワイヤに関し、高入熱、高パ
ス間温度溶接において、アーク状態が極めて良好で、ス
パッタが少なく、溶着金属の強度、靭性が安定して得ら
れる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】建築構造物の鉄骨等の溶接には、溶接の
高能率化を図るために、ガスシールドアーク溶接が広く
使われている。しかし近年では、更なる溶接の高能率化
が必要とされており、溶接条件はより高入熱、高パス間
温度側へと推移している状況にある。このような高入
熱、高パス間温度での溶接では、溶接電流、アーク電圧
が高く、各パス間の時間間隔が短いために、通常の溶接
と比較すると、アーク状態が不安定になり易く、スパッ
タなどの溶接作業性が劣化してしまう。さらに、溶着金
属の強度が低下し、靭性も劣化するため、溶接部の機械
的性質が低下してしまい、ＪＩＳ規格を満足できなくな
るものもある。また建築鉄骨では、近年、より高靭性化
を要求される傾向があり、ＣＯＤ特性などの要求も多
く、高入熱、高パス間温度での溶接でも、十分な強度と
靭性が高い溶接材料の要求が非常に高くなっている。

【０００３】このような高入熱、高パス間温度溶接にお
ける溶着金属の強度低下、靭性劣化を改善する方法とし
て、Ｔｉ、Ｂ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｎｉなどを添加した溶接材
料の検討が行われている。

【０００４】その例として、特開昭６３−１５７７９５
号公報では、高入熱、高パス間温度における溶接におい
て、ワイヤ中にＴｉ、Ｂ、Ｎｉ等の合金元素を添加し
て、靭性向上を改善したソリッドワイヤが紹介されてい
る。また、特開平９−２５９７１３号公報では、ワイヤ
中にＴｉ−Ｂ、Ｍｏを添加することによって、高入熱、
高パス間温度溶接にて、溶着金属の靭性に優れ、且つ、
高ＣＯＤ値を有するソリッドワイヤが紹介されている。
しかし、これらの方法では、高入熱、高パス間温度溶接
における溶着金属の強度低下、靭性劣化といった機械的
性質は改善できるが、アーク状態の不安定化、スパッタ
量の増加などの溶接作業性の劣化は改善されない。

【０００５】高入熱、高パス間温度溶接における溶着金
属の機械的性質の改善を行いつつ、さらに、溶接作業性
を改善させる方法としては、溶接作業性に優れるフラッ
クス入りワイヤに合金添加を行う方法がある。フラック
ス入りワイヤには、スラグ系と総称されているスラグ成
分を主に充填したワイヤと、メタル系と総称されている
主に金属成分を充填したメタル系フラックス入りワイヤ
があり、フラックス充填率は１０〜２０％程度が主流
で、ＪＩＳＺ３３１３、他で規格化されており、これ
まで様々な目的に適応したフラックス入りワイヤが多数
開発されている。

【０００６】例えば、特開平６−３１４８３号公報で
は、充填フラックス中にＣｒ、Ｎｂ、Ｖを添加すること
によって、高入熱溶接において、溶着金属の強度の低下
や靭性劣化を改善すると共に、スパッタ発生量低減など
の溶接作業性を改善したフラックス入りワイヤなどが紹
介されている。しかし、この方法ではスパッタ量もそれ
ほど低減されておらず、アーク状態に関してもやや不安
定であり、溶接作業性が十分に改善されているとはいえ
ない。

【０００７】フラックス入りワイヤの大きな特徴とし
て、ソリッドワイヤと比較して、アーク状態の安定性な
どの溶接作業性が優れる反面、ビードを覆っているスラ
グ量が多く、溶接中のヒュームも多いなどの溶接作業上
の問題点もある。さらに、溶接の溶け込みがソリッドワ
イヤの溶接より浅く、スラグ巻き込み、融合不良などを
引き起こすことがある。そのため、溶接電流が高く、ワ
イヤ送給量が多い高入熱、高パス間温度での溶接でフラ
ックス入りワイヤを使用した場合、溶接ビードのスラグ
量も増え、浅溶け込み性であることから溶接欠陥などが
発生しやすくなる。

【０００８】以上に述べたように、高入熱、高パス間温
度での溶接の問題点である溶着金属の強度の低下、靭性
の劣化、溶接作業性の劣化を改善するためには、ソリッ
ドワイヤおよびフラックス入りワイヤ双方の長所を取り
入れたガスシールドアーク溶接用の細径ワイヤが望まれ
ている。

【０００９】このようなフラックス入りワイヤの低スラ
グ化、低ヒューム化、溶込み深さなどの改善の目的か
ら、フラックス充填率５％といった低充填率フラックス
入りワイヤの技術開示が散見されている。しかしなが
ら、従来のフラックス成分系では溶接スラグ量の過多、
ヒューム発生量の過多などの問題があり、このような低
充填率ワイヤは実用に供給されていないのが実状であ
る。

【００１０】例えば、ワイヤ断面積率で５〜２５％が開
示されている特公昭５１−１６９５号公報がある。この
発明のフラックスのワイヤ断面積率は５％と低い例が開
示されているが、充填フラックスはアーク安定剤として
グラファイトを必須成分とするＴｉ、Ａｌ、Ｍｇ等から
なるもので、その配合比２〜１０％、さらに脱酸剤を２
０〜９０％含むものであって、且つ実質的に金属酸化物
を含まないフラックスを充填するワイヤである。しか
し、グラファイトを含むアーク安定剤は、そのグラファ
イトとワイヤ中の酸素またはワイヤ表面の付着酸素との
ＣＯ反応によるアーク不安定化の要因を含み、アークが
粗くなり溶接作業性を劣化してスパッタ発生量を増加さ
せる。また、溶接金属中へＣ量の歩留りが過大となり溶
接金属性能の調整が容易でない。

【００１１】また、特開平６−２１８５７７号公報では
フラックス充填率が５〜３０％、ＭｎおよびＳの含有量
そしてＭｎ／Ｓの比を限定した鉄粉を４０〜６０％、Ｓ
ｉ、Ｍｎ、Ｔｉの鉄合金粉からなる脱酸剤を４０〜６０
％含むフラックスを充填したフラックス入りワイヤが開
示されている。これはメタル系フラックス入りワイヤに
属するワイヤであって、フラックス充填率が５％、１０
％のワイヤにおいて、このような金属粉からなる充填フ
ラックスでは十分に安定したアークが得られずフラック
ス入りワイヤとしての優れた溶接作業性と良好な溶接結
果は得られない。

【００１２】さらに、特開平３―１８０２９８号公報で
は、一次防錆剤であるプライマを塗布された鋼板のすみ
肉溶接時におけるピット、ガス溝防止のために、ＴｉＯ
₂をベースとしてＮａ₂Ｏを含有し、金属弗化物及び水分
をも必須とするワイヤである。これはワイヤ質量比％
で、低充填量のＴｉＯ₂、Ｎａ₂Ｏを必須として含むフラ
ックス入りワイヤであり、金属弗化物及び水分をも必須
とするもので、その水分とガス放出の調整が容易ではな
く、また、スラグの流動性が高く、ビード形成性、溶着
金属の性質に問題がある。

【００１３】これらの溶接材料には、充填フラックス中
にＴｉ、Ｂ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｎｉといった高入熱、高パス
間温度溶接における溶着金属の強度低下、靭性劣化の改
善する合金元素の添加について開示がなく、高入熱、高
パス間温度における溶接では適用が困難である。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】高入熱、高パス間温度
のガスシールドアーク溶接において、フラックス入りワ
イヤを使用し、溶着金属の強度低下、靭性の劣化を改善
し、ソリッドワイヤの高溶着性能、生産性、低スラグ発
生量とフラックス入りワイヤの安定した溶接作業性等の
諸性能とを備えた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にある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、フラックス入
りワイヤ中に、アーク安定剤および特定範囲に限定され
たＣ、Ｓｉ、Ｍｎと共に、Ｔｉ、Ｂを含み、Ｍｏ、Ｃ
ｒ、Ｎｉを単独または複合添加し、さらに、フラックス
充填率を３〜１０％と低充填化することにより高入熱、
高パス間温度の溶接においてより改善された効果が得ら
れることを見出し、本発明を完成した。

【００１６】本発明のガスシールドアーク溶接用ワイヤ
は、詳しくは、鋼製外皮にフラックスを充填したアーク
溶接用ワイヤであり、ワイヤ全質量で、アーク安定剤：
０．１５〜１．８％（全ワイヤ質量％、以下同じ）を含
み、Ｃ：０．０２〜０．１５％、Ｓｉ：０．３〜１．８
％、Ｍｎ：０．８〜４．０％、Ｔｉ：０．０２〜０．３
０％、Ｂ：０．００１〜０．０１０％（１０〜１００ｐ
ｐｍ）を含有し、フラックス充填率が３〜１０％であ
る。

【００１７】前記した成分に加える合金剤は、Ｍｏ：
０．７％以下、Ｎｉ：１．５％以下、Ｃｒ：１．０％以
下の１種または２種以上を含有させたワイヤである。

【００１８】本発明ワイヤに充填するアーク安定剤とし
ては、Ｎａ₂ＯおよびＴｉＯ₂を含む合成物：１．８％以
下、合成物以外のＮａ₂Ｏ源をＮａ₂Ｏ換算値で０．３％
以下、合成物以外のＴｉＯ₂源をＴｉＯ₂換算値で１．５
％以下の１種または２種以上を含有させたワイヤであ
る。

【００１９】さらに、充填フラックスに鉄を含むワイヤ
である。

【００２０】また、鋼製外皮に継ぎ目がない前記したワ
イヤである。

【００２１】以上の鋼製外皮の表面には、銅めっきが施
されている前記したワイヤである。

【００２２】

【発明の実施の形態】本発明者らは、充填フラックスに
Ｎａ₂ＯおよびＴｉＯ₂を含む合成物、Ｎａ₂Ｏ、ＴｉＯ₂
との単独、または複合添加したアーク安定剤を含有させ
ることにより、溶接時の溶滴の離脱を促進して溶滴の細
粒化および移行回数を増加させてアーク安定化を解決
し、適正な範囲のＣ、Ｓｉ、Ｍｎと共に、高入熱、高パ
ス間温度溶接による溶着金属の機械的性質劣化の問題に
対してＴｉ、Ｂ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｃｒを添加することによ
って強度低下、靭性劣化を改善し、フラックス入りワイ
ヤの改善すべき点であり、より向上が望まれる溶着速度
が低い、ヒュームが多い、溶け込みが浅い、または、ス
ラグ発生量が多い等のことに対してフラックス充填率を
３〜１０％と低くすることで解決できることを、多くの
実験によって要求される多くの課題解決に極めて有効で
あることを究明した全く新しいアーク溶接用フラックス
入りワイヤである。

【００２３】以下に本発明のフラックス入りワイヤにお
ける成分等の限定理由を述べる。

【００２４】Ｃ：０．０２〜０．１５％について、Ｃは
固溶強化による溶着金属の強度を調整する最も重要な元
素の１つであり、靭性にも大きく関係する。そのため、
Ｃの添加量が０．０２％未満になると、高入熱、高パス
間温度溶接では、必要な強度が確保できない。また添加
量が０．１５％を超えると、溶着金属の組織がマルテン
サイト化して強度が過剰に高くなって靭性も劣化し、ス
パッタが多発して溶接作業性が劣化する。

【００２５】Ｓｉ：０．３〜１．８％について、Ｓｉは
脱酸剤として使用し、溶接金属中の酸素量を低減させる
効果がある。しかし、０．３％未満では脱酸力が不足し
て溶接金属にブローホールが発生し、また１．８％を超
えると溶接金属中へのＳｉ成分の歩留りが過大となり、
結晶粒が粗大化して靭性が劣化する。

【００２６】Ｍｎ：０．８〜４．０％について、Ｍｎは
溶接金属の脱酸を促進すると共に、溶融金属の流動性を
高め、溶接ビード形状を改善する。また、溶接金属に歩
留まることにより、溶接金属の性能を調整し、その強度
を高める効果がある。これらの効果を得るためには０．
８％以上の添加が必要であるが、４．０％を超えると溶
滴が大きくなりスパッタ低減効果が無くなり、溶接金属
へのＭｎ成分の歩留りが過大となって溶接金属の強度が
高まり、割れが発生しやすくなる。

【００２７】充填フラックスのＳｉよおよびＭｎ含有量
は金属Ｓｉ、金属ＭｎまたはＦｅ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｓｉ−
Ｍｎ、Ｆｅ−Ｍｎ等鉄合金のＳｉ、Ｍｎの換算値であ
る。

【００２８】Ｔｉ：０．０２〜０．３％について、Ｔｉ
は溶着金属の組織を微細化する働きがあり、溶着金属の
強度、靭性を改善するためには、必要不可欠の元素であ
る。さらに、Ｂを同時添加することによって、更なる高
靭性化が得られる。そのため、本発明のような高入熱、
高パス間温度での溶接では、Ｔｉの添加量が０．０２％
未満になると、組織が微細化されず、必要な靭性が確保
されない。しかし、添加量が０．３％を超えると、硬度
上昇によって靭性が低下し、強度も過剰に高くなってし
まう。

【００２９】Ｂ：０．００１〜０．０１％について、Ｂ
は、Ｔｉと同時添加することによって高靭性を得るため
に必要不可欠の元素である。そのため、添加量が０．０
０１％（１０ｐｐｍ）未満になると、微細組織が形成さ
れず、靭性向上が得られない。しかし、添加量が０．０
１％（１００ｐｐｍ）になると、溶着金属の硬度が上昇
して過強度、靭性劣化を引き起こしてしまう。

【００３０】Ｍｏ：０．７％以下について、Ｍｏは溶着
金属の組織を微細化し、高入熱、高パス間温度での溶接
において強度を確保するのに重要な元素である。しか
し、過剰添加は溶着金属の過強度、靭性劣化を起こすた
めに、上限を０．７％以下とした。

【００３１】Ｎｉ：１．５％以下について、Ｎｉは固溶
強化によって、溶着金属の強度を向上させ、且つ耐食性
と靭性を向上させる働きを持つ。しかし、１．５％を超
える添加は、強度過剰になり、高温割れの原因となる。

【００３２】Ｃｒ：１．０％以下について、Ｃｒは、Ｍ
ｏと同様に高温強度を確保するのに重要な元素であり、
溶接金属の耐熱性、耐食性および耐候性を向上させる働
きを持つ。しかし、１．０％を超える添加は、過強度、
靭性劣化を引き起こすことから、上限を１．０％とし
た。

【００３３】また、本発明においては、Ｃ、Ｓｉ、Ｍ
ｎ、Ｔｉ、Ｂ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｎ、ｃｕの各成分に
おいて、式（１）で規定される炭素等量Ｃｅｑ．が０．
２５〜１．０の範囲内であることが必要である。炭素等
量Ｃｅｑ．が０．２５未満になると、高入熱、高パス間
温度溶接における溶着金属の強度が十分に確保されず、
また、１．０を超えると、強度が超過し、靭性が劣化す
る。Ｃｅｑ．＝Ｃ＋０．０７Ｓｉ＋０．１Ｍｎ＋０．７５Ｔｉ＋５Ｂ＋０．１４Ｍｏ＋０．０４Ｎｉ＋０．１１Ｃｒ＋１．３６Ｎ＋０．０５Ｃｕ・・・（１）次にアーク安定剤の添加量とその効果について記述す
る。

【００３４】Ｎａ₂ＯおよびＴｉＯ₂を含む合成物：１．
８％以下について、１．８％を超えると、アーク切れは
防止できるが、アーク長が必要以上に長くなり、その結
果、スパッタ発生量が増加し、ヒュームの発生量も増加
する。よって、１．８％以下においては、溶接中のアー
ク状態が非常に良好で溶滴が小さく、スパッタ発生量が
極めて少ない。

【００３５】Ｎａ₂ＯおよびＴｉＯ₂を含む合成物は、Ｓ
ｉＯ₂を含む三成分系の合成物、Ｎａ₂ＯとＴｉＯ₂の割
合が種々変化した合成物であっても同様な効果が得ら
れ、本発明技術思想に含まれる。Ｎａ₂ＯおよびＴｉＯ₂
を含む合成物はチタン酸ソーダであり、例えば、水酸化
ナトリウムとルチールを所望の割合で配合して高温処理
する方法で得ることができるが、Ｎａ₂Ｏが１０〜５０
％で、ＴｉＯ₂が５０〜９０％の範囲内の割合の合成物
とすることが好ましい。例えば、１３Ｎａ₂Ｏ−８０Ｔ
ｉＯ₂、２０Ｎａ₂Ｏ−７３ＴｉＯ₂、４２Ｎａ₂Ｏ−５３
ＴｉＯ₂、或は１３Ｎａ₂Ｏ−２５ＳｉＯ₂−５８ＴｉＯ₂
を主要成分とする合成物等が挙げられるが、これらに限
定されるものではない。１３Ｎａ₂Ｏ−２５ＳｉＯ₂−５
８ＴｉＯ₂（チタン酸珪酸ソーダ）は、チタン酸ソーダ
に比較して、スラグの流動性が増してビード表面を均一
に覆ってビード形成を良好にする。

【００３６】Ｎａ₂Ｏ源をＮａ₂Ｏ換算値で０．３％以下
添加について、このＮａ₂Ｏ源は、Ｎａ₂ＯおよびＴｉＯ
₂又はＳｉＯ₂を含む合成物以外の添加成分であり、溶接
中のアーク長変動を少なくし、溶滴移行回数の増加、即
ち、溶滴の細粒化を促進させる効果を有する。しかしな
がら、０．３％を超えると溶滴移行回数は減少し、アー
ク長のみが長くなる傾向があり、その結果、スパッタ発
生量が増加する。Ｎａ₂Ｏ源としては、炭酸ソーダ、ソ
ーダガラスがある。

【００３７】ＴｉＯ₂源をＴｉＯ₂換算値で１．５％以下
添加について、このＴｉＯ₂源は、Ｎａ₂ＯおよびＴｉＯ
₂を含む合成物以外の添加成分であり、アーク安定剤と
して溶滴先端に発生するアークの発生面積を拡大させる
ことにより、溶滴移行を安定させる下向きの電磁ピンチ
効果を促進させる効果を有する。しかし、１．５％を超
えると、下向きの電磁ピンチ効果が過大となり、溶滴移
行を不安定にしてスパッタ発生量が多くなる。ＴｉＯ₂
源としては酸化チタン、ルチール、チタンスラグ、イル
ミナイト等がある。

【００３８】アーク安定剤０．１５〜１．８％につい
て、前記アーク安定剤であるＮａ₂ＯおよびＴｉＯ₂を含
む合成物、Ｎａ₂Ｏ源のＮａ₂Ｏ換算値およびＴｉＯ₂源
のＴｉＯ₂換算値の１種または２種以上：０．１５〜
１．８％について、アーク安定剤が０．１５％未満で
は、ソリッドワイヤの溶接と同様に、溶滴が移行した瞬
間に発生するアーク切れが防止できず、アーク状態が向
上せず、スパッタ発生量が減少しないので、ソリッドワ
イヤを超える改善はできない。一方、１．８％を超える
と、アーク切れは防止できるが、アーク長が必要以上に
長くなり、その結果、スパッタ発生量が増加し、ヒュー
ムの発生量も増加する。よって、アーク安定剤の添加量
は０．１５〜１．８％において溶接中のアーク状態が非
常に良好で溶滴が小さく、スパッタ発生量が極めて少な
い。

【００３９】充填フラックスに含有させる鉄は、溶着速
度を上げ、または、充填率を調整する目的で添加する。
その好ましい添加量は、５％以下を含ませることができ
る。この鉄成分は、脱酸剤のＳおよびＭｎの原料である
鉄合金の鉄成分および鉄粉の合計値である。鉄粉を添加
せず、金属Ｓｉ、金属Ｍｎ、金属Ｍｏ、金属ＢまたはＳ
ｉ―Ｍｎ合金を使用する場合には、充填フラックス中に
鉄粉を含まない場合がある。

【００４０】本発明のフラックス入りワイヤの断面形状
を図１（ａ）および（ｂ）に示す。同図１（ａ）は、軟
鋼性のパイプの鋼製外皮１に充填フラックス２を充填し
た後、伸線した断面、または、帯鋼を成形工程でフラッ
クス充填、Ｏ形に成形し、次いで溶接、伸線したワイヤ
の断面の模式図である。この鋼製外皮に継ぎ目のないワ
イヤは、大気中の水分を吸湿することなく、より良好な
溶接金属性能を得ることができる。

【００４１】また、図１（ｂ）に示す鋼製外皮１に継ぎ
目を有するフラックス入りワイヤは、帯鋼を成形工程
で、フラックス充填、Ｏ形に成形、さらに伸線したワイ
ヤの断面模式図である。このワイヤにおいても、充填率
が低いことから、外皮継ぎ目の接触面積が広くなり、充
填フラックスと大気との遮断効果が大きく、大気水分の
吸湿が極めて少ない。また、鋼製外皮の継ぎ目の形状
は、図示に限られるものでなく、斜め継ぎであってもよ
く、外気との遮断効果はさらに向上する。

【００４２】鋼製外皮表面に銅めっきを有することによ
り、外皮表面に錆が発生しない、または、通電性と共に
ワイヤ送給性を良好にすることができる。また、ワイヤ
表面にめっきを施さないワイヤは、ワイヤ表面に防錆
剤、潤滑剤を適宜付着させて、耐錆性とワイヤ送給性を
確保する。

【００４３】本発明フラックス入りワイヤの充填フラッ
クス充填率は、３〜１０％とする。充填率が３％未満で
あると、フラックス充填および成形が困難となり、生産
性が悪くなる。充填率が１０％を超えるとスラグ発生
量、スパッタ発生量が増えて、ワイヤの性能改善ができ
ず、また、ワイヤ製造時の伸線性が劣り、断線による生
産性の低下をきたす。しかし、より高い生産性と、スラ
グ過多、耐吸湿性を考慮した場合、フラックス充填率は
３．５〜８％が好ましい。

【００４４】以上が本発明を構成する基本成分およびワ
イヤ構造であるが、充填フラックスに添加できる成分に
はＡｌ、Ｍｇ、Ｚｒ等の脱酸剤を通常のガスシールドア
ーク溶接用フラックス入りワイヤと同様に、溶接金属の
脱酸不足によるブローホールの発生防止および、または
機械的性質の調整のために含有させる。しかし、これら
が過剰に含有されるとスラグ焼き付きによるスラグ剥離
性不良、ビード外観不良、又は溶接金属の強度が過大と
なり耐割れ性が劣化する。なお、脱酸剤は溶接金属中に
歩留り合金剤として働く以外にもスラグ化し、溶融スラ
グの組成および生成量にも影響し、本発明の目的効果を
損なう場合があるので、種類、含有量は適宣制限するこ
とが好ましい。

【００４５】本発明は溶接ビードを覆っているスラグの
剥離性を向上させる成分として、Ｂｉ、Ｓ等を本発明の
基本的な技術思想に影響を与えない範囲で適宣添加でき
る。

【００４６】また、充填フラックスに含まれる金属成分
は鋼製外皮の成分とその含有量を考慮して各限定した範
囲内で配合成分を調整する。

【００４７】本発明フラックス入りワイヤの径は細径で
あり、溶接時の電流密度を高くし、高溶着率を得るため
に直径０．８〜２．０ｍｍが好ましい。

【００４８】本発明フラックス入りワイヤを使用するア
ーク溶接時のシールドガスは、ＣＯ ₂ガスを使用して十
分な溶接作業性が得られるが、さらに溶接作業環境面か
らヒューム発生量が少なくなるＡｒ―ＣＯ₂混合ガスを
使用してもよい。次に、本発明品のガスシールドアーク
溶接用フラックス入りワイヤの製造法を説明する。

【００４９】本発明フラックス入りワイヤの製造方法
は、鋼製外皮に継ぎ目を有しない図１（ａ）に示すワイ
ヤは軟鋼性のパイプをコイル状にして振動装置に設置
し、充填フラックスを振動充填した後、縮径して素線と
し、さらに伸線して０．８〜２．０ｍｍの所定径の製品
とする方法、また、帯鋼を成形工程で順次、Ｕ字形、フ
ラックス充填、Ｏ形、溶接後、縮径して素線とし、引き
続いて伸線してワイヤとする。

【００５０】また、鋼製外皮に継ぎ目を有する図１
（ｂ）に示すワイヤの製造方法は、帯鋼を成形工程で順
次、Ｕ字形、フラックス充填、Ｏ形した後、縮径して素
線とし、引き続いて、伸線してワイヤを製造する。これ
らの製造方法における伸線工程の中間においては適宣、
通常の焼鈍工程を採用する方法である。

【００５１】本発明フラックス入りワイヤの基本とする
アーク安定剤であるＮａ₂ＯおよびＴｉＯ₂の合成物、Ｎ
ａ₂Ｏ、ＴｉＯ₂の含有量とその作用および効果について
の基本的な発明思想は、本発明者らが先に出願した特許
願２０００−１８３９３、特許願２０００−１８３９４
および特許願２０００−１８３９５の３出願において開
示した技術思想を採用したものである。

【００５２】

【実施例】以下に本発明の総括した実施例と比較例を用
いて総括的に説明する。

【００５３】本発明および比較例に用いた継ぎ目なしワ
イヤ用の軟鋼パイプの成分は、表１に示すＰ１、２、３
を、また、継ぎ目ありのワイヤ用の帯鋼は表１のＨ１、
Ｈ２、Ｈ３を使用し、表２に示す組成のフラックスを充
填後、圧延およびダイス伸線、軟化および脱水素処理と
して中間焼鈍を施し、ワイヤ記号Ｗ７、Ｗ８、Ｗ１４〜
Ｗ１６およびＷ２６〜Ｗ３１を除いてめっき処理を行
い、鋼製外皮に継ぎ目なし、または継ぎ目ありのワイヤ
径１．２ｍｍのフラックス入りワイヤを製造した。

【００５４】

【表１】

【００５５】

【表２】

【００５６】表２に示すワイヤ記号Ｗ１〜Ｗ１６は本発
明の実施例であり、ワイヤ記号Ｗ１７〜Ｗ３２は比較例
である。

【００５７】表３に示す成分の鋼板（Ｂ１、Ｂ２）を用
いて表４に示す開先形状（Ｋ１、Ｋ２）に、溶接電流４
００Ａ、アーク電圧４０Ｖ、溶接速度２４ｃｍ／ｍｉ
ｎ、入熱量が４０ｋＪとし、パス間温度が３５０℃以下
の溶接条件で溶接を行い、溶着金属性能試験を行った。
また、スパッタ発生量、溶滴移行回数、溶滴移行回数の
標準偏差、スラグ状態、溶込み深さの測定は、表３に示
す鋼板Ｂ１の板厚２０ｍｍ、幅６０ｍｍ、長さ４００ｍ
ｍの試験片を用いて前記溶接条件で溶接を行った。

【００５８】スパッタ発生量は、１分間の連続溶接を行
い、その溶接中に発生したスパッタの捕集作業を１つの
ワイヤに対して３回行い、その捕集量（ｇ／ｍｉｎ）の
平均値で評価した。スパッタ発生量は捕集量が１．０ｇ
／ｍｉｎ以下を良好とした。

【００５９】アーク溶接の溶滴移行回数、溶滴移行周期
の標準偏差については、溶接中のアーク現象を高速度ビ
デオカメラにて撮影し、１秒間の溶滴移行回数を計測
し、１つのワイヤに対して３回行い、その平均値で評価
した。溶滴移行回数は４０回／ｓｅｃ以上を良好とし
た。

【００６０】スラグ状態については、溶接後の溶接ビー
ド上に生成したスラグの生成量および剥離性を目視およ
び小ハンマーよる打撃にて調査した。

【００６１】溶込み深さは下向きビードオンプレート溶
接を行い、その溶接ビードを垂直方法に切断し、その断
面を研磨、腐食して溶込み状態を観察し、鋼板上面表面
から溶込み最下部までの距離を計測し、３回計測した結
果の平均値を溶込み深さとして評価した。溶込み深さは
６ｍｍ以上を良好とした。

【００６２】溶接金属の機械的性質は引張試験片（ＪＩ
ＳＺ２２０１Ａ１号）および衝撃試験片（ＪＩＳ
Ｚ２２４２４号）を作成し、試験した。引張強さ
は鋼板Ｂ１を用いた場合４９０〜５９０Ｎ／ｍｍ²、鋼
板Ｂ２の場合５２０〜６２０Ｎ／ｍｍ²を良好とし、衝
撃値は０℃において４７Ｊ以上を良好とした。

【００６３】表５に溶接試験結果および溶接作業性の評
価結果を示す。

【００６４】

【表３】

【００６５】

【表４】

【００６６】

【表５】

【００６７】ワイヤ記号Ｗ１〜Ｗ１６に示す本発明ワイ
ヤは溶滴移行回数および溶滴移行周期の標準偏差は共に
良好で安定した溶接を行うことができ、その結果、スパ
ッタ発生量は少ない。また、ビード表面に生成するスラ
グは、ソリッドワイヤに比べてやや多いが、生成量自体
は少量で、ビード表面に全体に薄く均一に生成してお
り、且つその剥離性は軽くハンマーで打撃を加えると容
易に剥離して良好な結果が得られた。さらに溶け込みに
関しても、従来のフラックス入りワイヤよりも深く、ソ
リッドワイヤ並の深さが得られ、溶接欠陥もなく非常に
良好な結果であった。また、引張強さおよび靱性も良好
な結果が得られ、極めて満足な結果であった。

【００６８】これに対し、比較例であるワイヤ記号Ｗ１
７〜Ｗ３２は以下の如く、本発明例に比較して問題点が
あった。

【００６９】ワイヤ記号Ｗ１７は、アーク安定剤である
Ｎａ₂Ｏ源のＮａ₂Ｏ換算値が少ないので、スパッタ量が
多く、溶接の溶滴移行回数も少なく、さらには、溶滴移
行周期の標準偏差も大きくなってアーク状態も不安定で
あった。また、Ｔｉが多いので、引張強さが高く靱性が
低くなった。

【００７０】ワイヤ記号Ｗ１８は、アーク安定剤である
Ｎａ₂ＯおよびＴｉＯ₂を含む合成物、Ｎａ₂Ｏ源のＮａ₂
Ｏ換算値およびＴｉＯ₂源のＴｉＯ₂換算値の合計量が多
いので、アーク長が伸びてスパッタ量が多くなった。ま
た、Ｃが少ないので、引張強さが低くなった。

【００７１】ワイヤ記号Ｗ１９は、アーク安定剤である
Ｎａ₂ＯおよびＴｉＯ₂を含む合成物が多いので、アーク
長が伸びてスパッタ量が多くなった。また、Ｓｉが少な
いので、溶接金属にブロホールが生じて引張試験におけ
る伸びが低くなった。

【００７２】ワイヤ記号Ｗ２０は、Ｎａ₂Ｏ源のＮａ₂Ｏ
換算値が多いので、アーク長が伸びてスパッタ量が多く
なった。また、Ｓｉが多いので、靱性が低くなった。

【００７３】ワイヤ記号Ｗ２１は、ＴｉＯ₂源のＴｉＯ₂
換算値が多いので、アーク長が伸びてスパッタ量が多く
なった。また、Ｍｎが少ないので、溶接金属の流動性が
悪くビード外観が不良で引張強さも低くなった。

【００７４】ワイヤ記号Ｗ２２は、フラックス充填率が
少ないので、ワイヤ生産性が不良でフラックス充填率が
不均一となったのでアークが不安定でスパッタ発生量が
多かった。また、Ｔｉが少ないので、靱性が低くなっ
た。

【００７５】ワイヤ記号Ｗ２３は、フラックス充填率が
多いので、スラグ生成量およびスパッタ発生量が多く、
スラグ剥離性が悪く、さらに溶込み深さも浅くなった。
また、Ｍｎが多いので引張強さが高く、さらにクレータ
部に高温割れが生じた。

【００７６】ワイヤ記号Ｗ２４は、Ｃが多いので、スパ
ッタ発生量が多く、また引張強さが高く靱性が低くなっ
た。

【００７７】ワイヤ記号Ｗ２５は、Ｂが少ないので、靱
性が低くなった。

【００７８】ワイヤ記号Ｗ２６はＢが多いので、Ｗ２７
はＭｏが多いので、Ｗ２９はＣｒが多いので、Ｗ３１は
Ｃｅｑ．が高いので、いずれも引張強さが高く靱性が低
くなった。

【００７９】ワイヤ記号Ｗ２８は、Ｎｉが多いので、引
張強さが高く、さらにクレータ部に高温割れが生じた。

【００８０】ワイヤ記号Ｗ３０は、Ｃｅｑ．が低いの
で、引張強さが低くなった。

【００８１】ワイヤ記号Ｗ３２はソリッドワイヤであ
り、本発明例と比較するとアーク状態は不安定であり、
スパッタ発生量が多く、溶滴移行回数、移行周期の標準
偏差共に高かった。

【００８２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のガスシー
ルドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、特に建築構
造物の鉄骨等の高入熱、高パス間温度の溶接において、
溶着金属の強度低下、靭性劣化を改善し、アークが極め
て安定し、溶滴移行回数が多く、溶滴が細粒移行してス
パッタ発生量が少なく、溶け込みが深く、従来のソリッ
ドワイヤおよびフラックス入りワイヤの良い点をさらに
向上させ、溶接作業性および溶接ビード形状が良好であ
り、合金成分の添加調整が容易であることから、溶接部
の高品質化、溶着効率が優れて高能率化に貢献できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明ガスシールドアーク溶接用フラックス入
りワイヤの断面を示し、（ａ）は継ぎ目なしワイヤ、
（ｂ）は継ぎ目ありワイヤの断面模式図である。

【符号の説明】

１鋼製外皮２フラックス３継ぎ目

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者三宅聰之千葉県習志野市東習志野７丁目６番１号日鐵溶接工業株式会社研究所内 (72)発明者本江敦忠千葉県習志野市東習志野７丁目６番１号日鐵溶接工業株式会社研究所内 (72)発明者千葉利彦千葉県習志野市東習志野７丁目６番１号日鐵溶接工業株式会社研究所内Ｆターム(参考） 4E084 AA02 AA09 BA02 CA03 CA24 CA25 DA10 HA06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】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、鋼製外皮にフラックスを充填したワ
イヤであり、ワイヤ全質量でアーク安定剤：０．１５〜
１．８％（全ワイヤ質量％、以下同じ）、Ｃ：０．０２
〜０．１５％、Ｓｉ：０．３〜１．８％、Ｍｎ：０．８
〜４．０％、Ｔｉ：０．０２〜０．３％、Ｂ：０．００
１〜０．０１％を含み、フラックス充填率が３〜１０質
量％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。
【請求項２】質量％で、Ｍｏ：０．７％以下、Ｎｉ：
１．５％以下、Ｃｒ：１．０％以下の１種または２種以
上を含むことを特徴とする請求項１記載のガスシールド
アーク溶接用フラックス入りワイヤ。
【請求項３】下記式のカーボン等量（Ｃｅｑ．）が
０．２５〜１．０であることを特徴とする請求項１また
は請求項２記載のガスシールドアーク溶接用フラックス
入りワイヤＣｅｑ.＝Ｃ＋０．０７Ｓｉ＋０．１Ｍｎ＋
０．７５Ｔｉ＋５Ｂ＋０．１４Ｍｏ＋０．０４Ｎｉ＋０．１１Ｃｒ＋１．３６Ｎ＋０．０
５Ｃｕ・・・（１）
【請求項４】アーク安定剤としてＮａ₂ＯとＴｉＯ₂を
含む合成物：１．８％以下、合成物以外のＮａ₂Ｏ源を
Ｎａ₂Ｏ換算値で０．３％以下、合成物以外のＴｉＯ₂源
をＴｉＯ₂換算値で１．５％以下の１種または２種以上
であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいず
れかに記載のガスシールドアーク溶接用フラックス入り
ワイヤ。
【請求項５】充填フラックスに鉄粉を含むことを特徴
とする請求項１ないし４のいずれかに記載のガスシール
ドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
【請求項６】鋼製外皮に継ぎ目のないことを特徴とす
る請求項１ないし５のいずれかに記載のガスシールドア
ーク溶接用フラックス入りワイヤ。
【請求項７】鋼製外皮表面に銅めっきを有することを
特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の
ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。