JP2009190078A - ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ - Google Patents
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Abstract
【課題】 スパッタ付着量の低減およびアンダーカットや止端部の膨らみがない良好なビード形状が得られる黒皮鋼板の２電極高速水平すみ肉溶接に適し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】 鋼製外皮のＣ：０．０３質量％以下、ワイヤ全質量に対する質量％で、フラックスに、Ｔｉ酸化物：ＴｉＯ２換算値で１．８〜２．８％、Ｓｉ酸化物：ＳｉＯ２換算値で０．４〜１．０％、Ｚｒ酸化物：ＺｒＯ２換算値で０．２〜０．５％、Ｆｅ酸化物：ＦｅＯ換算値で０．１〜０．６％、さらに、鋼製外皮とフラックスの合計で、Ｓｉ：０．３〜１．２％、Ｍｎ：１．５〜３．５％、Ａｌ：０．４〜１．０％、ＮａおよびＫ：Ｎａ２Ｏ換算値およびＫ２Ｏ換算値の合計で０．１０〜０．２５％、弗素化合物：Ｆ換算値で０．０２〜０．０８％を含有し、残部はＦｅ成分からなることを特徴とする。
【選択図】 図２
【解決手段】 鋼製外皮のＣ：０．０３質量％以下、ワイヤ全質量に対する質量％で、フラックスに、Ｔｉ酸化物：ＴｉＯ２換算値で１．８〜２．８％、Ｓｉ酸化物：ＳｉＯ２換算値で０．４〜１．０％、Ｚｒ酸化物：ＺｒＯ２換算値で０．２〜０．５％、Ｆｅ酸化物：ＦｅＯ換算値で０．１〜０．６％、さらに、鋼製外皮とフラックスの合計で、Ｓｉ：０．３〜１．２％、Ｍｎ：１．５〜３．５％、Ａｌ：０．４〜１．０％、ＮａおよびＫ：Ｎａ２Ｏ換算値およびＫ２Ｏ換算値の合計で０．１０〜０．２５％、弗素化合物：Ｆ換算値で０．０２〜０．０８％を含有し、残部はＦｅ成分からなることを特徴とする。
【選択図】 図２
Description
本発明は、軟鋼および４９０Ｎ／ｍｍ２級高張力鋼をはじめとする各種鋼構造物を製造する際に使用するガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤに係わるものであり、特にショットブラスト加工がなく熱延スケールが生成したままの無塗装鋼板（以下、黒皮鋼板という。）の２電極高速水平すみ肉溶接に使用した場合でも、鋼板表面へのスパッタ付着が少なく、良好なビード形状が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（以下、フラックス入りワイヤという。）に関する。
船舶、橋梁などの建造分野では、製造コスト低減のために特許文献１に記載されているようなフラックス入りワイヤを使用する２電極高速水平すみ溶接が行われている。２電極高速水平すみ肉溶接用フラックス入りワイヤとして、例えば特許文献２、特許文献３および特許文献４などが提案されている。しかし、これらに記載されたフラックス入りワイヤはショッププライマ塗装鋼板の耐気孔性向上を目的としたものであるために、黒皮鋼板の２電極高速水平すみ肉溶接に使用すると鋼板表面へのスパッタの付着やビード形状劣化が問題になる。すなわち、プライマ塗装鋼板の溶接ではワイヤ先端および溶融プールから発生したスパッタがプライマ膜に妨げられて鋼板にほとんど付着しないのに対し、黒皮鋼板の溶接ではスパッタが融着しやすく付着量も多くなる。この付着したスパッタの除去作業は大幅な能率低下となっている。また、黒皮鋼板の熱延スケールは、溶接時に溶融スラグの流動性を高めるのでビードの形成を左右するスラグによるビードの被包状態（以下、スラグ被包性という。）に悪影響をおよぼし、アンダーカットの発生や丸く凸状で止端部が膨らんだビード形状になる。このビード形状の劣化はすみ肉ビードの耐疲労強度性を著しく損なうので、さらに重厚な補修作業が必要となる。
図１は、黒皮鋼板の２電極高速水平すみ肉溶接において問題となる鋼板表面のスパッタ付着およびビード形状の欠陥例を説明するために示した模式図である。下板１と上板２の表面には熱延スケール３があり、４は付着したスパッタ粒、５はビード上脚側に発生したアンダーカット、６はビード下脚側の止端部の膨らみで全体的に丸く凸状のビード形状になる。
図２は２電極高速水平すみ肉溶接状況を説明するために示した模式図である。良好なすみ肉ビードを形成するためには、後退角度θ１の先行電極ワイヤ７と前進角度θ２の後行電極ワイヤ８との間に湯溜り９を形成して、後行電極ワイヤ８後方の溶融プール１０を安定に保持することが基本である。しかし、黒皮鋼板の熱延スケール３の悪影響で湯溜り９が断続的に乱れる現象が起こりやすく、このとき先行電極ワイヤ７から激しく粒径の大きいスパッタが発生し鋼板表面に融着する。また、湯溜まり９の乱れに連動して後行電極ワイヤ８後方の溶融プール１０が著しく不安定になり、スラグ被包性が不十分となる。ビード全体のスラグ被包性が不十分になると、アンダーカットや止端部が膨らむなどビード形状の欠陥につながる。なお、１１は溶融スラグ、１２は凝固スラグ、１３は溶接ビードを示す。
本出願人は先に特許文献５において、黒皮鋼板の水平すみ肉溶接の高速化要望に対応したすみ肉肉溶接用フラックス入りワイヤを提案したが、引き続き、鋼板表面へのスパッタ付着量低減および止端部形状を含めた良好なビード形状が得られるフラックス入りワイヤについて検討した。
本発明は、黒皮鋼板の２電極高速水平すみ肉溶接に使用した場合に問題となる鋼板表面へのスパッタ付着量の低減およびアンダーカットや止端部の膨らみがない良好なビード形状が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を提供することを目的とする。
本発明の要旨は、鋼製外皮内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、
鋼製外皮のＣ：０．０３質量％以下、
ワイヤ全質量に対する質量％で、フラックスに、
Ｔｉ酸化物：ＴｉＯ２換算値で１．８〜２．８％、
Ｓｉ酸化物：ＳｉＯ２換算値で０．４〜１．０％、
Ｚｒ酸化物：ＺｒＯ２換算値で０．２〜０．５％、
Ｆｅ酸化物：ＦｅＯ換算値で０．１〜０．６％、
さらに、鋼製外皮とフラックスの合計で、
Ｓｉ：０．３〜１．２％、
Ｍｎ：１．５〜３．５％、
Ａｌ：０．４〜１．０％、但し、
（Ｔｉ酸化物のＴｉＯ２換算値＋Ｓｉ酸化物のＳｉＯ２換算値）／Ａｌ＝３．０〜７．０、
ＮａおよびＫ：Ｎａ２Ｏ換算値およびＫ２Ｏ換算値の合計で０．１０〜０．２５％、
弗素化合物：Ｆ換算値で０．０２〜０．０８％を含有し、
残部は、主に鋼製外皮のＦｅ成分、フラックスの鉄粉、鉄合金等からのＦｅ成分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フラックス入りワイヤにある。
鋼製外皮のＣ：０．０３質量％以下、
ワイヤ全質量に対する質量％で、フラックスに、
Ｔｉ酸化物：ＴｉＯ２換算値で１．８〜２．８％、
Ｓｉ酸化物：ＳｉＯ２換算値で０．４〜１．０％、
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Ｆｅ酸化物：ＦｅＯ換算値で０．１〜０．６％、
さらに、鋼製外皮とフラックスの合計で、
Ｓｉ：０．３〜１．２％、
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ＮａおよびＫ：Ｎａ２Ｏ換算値およびＫ２Ｏ換算値の合計で０．１０〜０．２５％、
弗素化合物：Ｆ換算値で０．０２〜０．０８％を含有し、
残部は、主に鋼製外皮のＦｅ成分、フラックスの鉄粉、鉄合金等からのＦｅ成分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フラックス入りワイヤにある。
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によれば、黒皮鋼板の２電極高速水平すみ肉溶接に使用した場合でも、鋼板表面へのスパッタ付着量が少なく、良好なビード形状が得られるので、溶接後のスパッタ除去やビード欠陥の補修作業を大幅に軽減でき、溶接の高能率化および溶接部の品質向上が図れる。
本発明のフラックス入りワイヤは、鋼製外皮のＣ量規制とともに、スラグ形成剤としての酸化物（Ｔｉ酸化物、Ｓｉ酸化物、Ｚｒ酸化物、Ｆｅ酸化物）、溶融スラグ組成となるＳｉ、Ｍｎ、Ａｌおよびアーク安定剤（Ｎａ、Ｋ、Ｆ）をそれぞれ適量含有させた構成にすることにより、黒皮鋼板の２電極高速水平すみ肉溶接に使用した場合に問題となる鋼板表面へのスパッタ付着量の低減およびビード形状の改善という初期の目的を達したものである。
すなわち、黒皮鋼板の２電極高速水平すみ肉溶接におけるスパッタ発生量の低減については、安定したアーク状態にして、かつ、両電極ワイヤ間の安定した湯溜まりを保持させることが必須である。これに対し、鋼製外皮のＣ量を低く抑えアークの吹き付けを弱くすること、アーク集中性のよいＡｌを相当量含有させること、さらに適量のアーク安定剤を添加することが有効であった。
ビード形状の改善については、上記アーク状態の安定化とともに、湯溜まりおよび後行電極ワイヤ後方の溶融プールを安定に保持して、むらがなく均一なスラグ被包状態にすることが基本である。これにはＳｉおよびＭｎを含めた全構成が溶融スラグとなり相乗的、相加的に作用し合うので、各々の適正な含有量に調整した。
アンダーカットおよびビード止端部の膨らみの防止には、十分なスラグ被包性の下で、溶融プールの後退を極力抑えて後行電極に近い距離で凝固させることが有効であった。本発明で、スラグ剤として含有させるＴｉ酸化物およびＳｉ酸化物に対するＡｌの割合を限定することによって、Ａｌの脱酸生成物であるＡｌ酸化物を溶融スラグの主要成分として作用させて、溶融スラグの凝固開始温度および粘性を高め溶融プールの後退を抑えることができる。なお、Ｚｒ酸化物はアンダーカットの防止、Ｆｅ酸化物はビード止端部形状の改善に効果的に作用する。
図３は、本発明のフラックス入りワイヤにおける溶融プールの凝固状況を説明するために示した模式図である。（ａ）は後行電極ワイヤ８後方の溶融プール１０の後退を抑制したことにより溶融プール１０の凝固開始線１４がゆるやかな円弧状になっている。（ｂ）は同溶融プール１０の後退距離が大きい場合の溶融プール形状で、凝固開始線１４が長く伸びている。アンダーカットおよびビード止端部形状のいずれに対して、Ａｌを相当量含有させて溶融プール１０の後退を抑制した方が有利であることがわかる。
以下に、本発明のフラックス入りワイヤの成分限定理由を黒皮鋼板の２電極高速水平すみ肉に使用した場合を例として述べる。
鋼製外皮Ｃ：０．０３質量％以下
鋼製外皮のＣが０．０３質量％（以下、％という。）以下のものを使用することにより両電極ワイヤのアークの吹きつけが弱くなり、湯溜まりおよび溶融プールが極めて安定に形成できるので、鋼板表面のスパッタ付着量が少なくなり、また、スラグ被包性も十分で良好なビード形状が得られる。一方、鋼製外皮のＣが０．０３％を超えるとアークの吹き付けが強くなり、湯溜まりおよび溶融プールが不安定になりやすく鋼板表面へのスパッタ付着量が増加し、スラグ被包むらも発生しやすくビード形状が劣化する。
鋼製外皮のＣが０．０３質量％（以下、％という。）以下のものを使用することにより両電極ワイヤのアークの吹きつけが弱くなり、湯溜まりおよび溶融プールが極めて安定に形成できるので、鋼板表面のスパッタ付着量が少なくなり、また、スラグ被包性も十分で良好なビード形状が得られる。一方、鋼製外皮のＣが０．０３％を超えるとアークの吹き付けが強くなり、湯溜まりおよび溶融プールが不安定になりやすく鋼板表面へのスパッタ付着量が増加し、スラグ被包むらも発生しやすくビード形状が劣化する。
なお、溶接構造物に要求される溶接金属の強度、衝撃靱性を得るために、ワイヤ全体のＣは鋼製外皮およびフラックスの合計で０．０３〜０．０８％であることが好ましい。
Ｔｉ酸化物：ＴｉＯ２換算値で１．８〜２．８％
ルチール、チタンスラグなどのＴｉ酸化物は、溶融スラグの粘性を高めスラグ被包性を向上させる作用を有する。しかし、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ２換算値の合計が１．８％未満では、スラグ生成量が不足してスラグ被包性が不十分で、アンダーカットが発生しやすくなる。一方、ＴｉＯ２換算値が２．８％を超えると、下脚側が厚いスラグ被包状態となり止端部が膨れたビード形状となる。したがって、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ２換算値は１．８〜２．８％とする。
ルチール、チタンスラグなどのＴｉ酸化物は、溶融スラグの粘性を高めスラグ被包性を向上させる作用を有する。しかし、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ２換算値の合計が１．８％未満では、スラグ生成量が不足してスラグ被包性が不十分で、アンダーカットが発生しやすくなる。一方、ＴｉＯ２換算値が２．８％を超えると、下脚側が厚いスラグ被包状態となり止端部が膨れたビード形状となる。したがって、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ２換算値は１．８〜２．８％とする。
Ｓｉ酸化物：ＳｉＯ２換算値で０．４〜１．０％
珪砂やジルコンサンドなどのＳｉ酸化物も、溶融スラグの粘性を高めスラグ被包性を向上させる作用を有する。しかし、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ２換算値が０．４％未満では、スラグ生成量が不足してスラグ被包性が不十分で、アンダ−カットが発生しやすくなる。一方、ＳｉＯ２換算値が１．０％を超えると、溶融スラグの生成量が過剰になり、止端部が膨れたビード形状となる。したがって、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ２換算値は０．４〜１．０％とする。
珪砂やジルコンサンドなどのＳｉ酸化物も、溶融スラグの粘性を高めスラグ被包性を向上させる作用を有する。しかし、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ２換算値が０．４％未満では、スラグ生成量が不足してスラグ被包性が不十分で、アンダ−カットが発生しやすくなる。一方、ＳｉＯ２換算値が１．０％を超えると、溶融スラグの生成量が過剰になり、止端部が膨れたビード形状となる。したがって、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ２換算値は０．４〜１．０％とする。
Ｚｒ酸化物：ＺｒＯ２換算値で０．２〜０．５％
ジルコンサンド、酸化ジルコンなどのＺｒ酸化物のＺｒＯ２換算値が０．２％未満では、スラグ被包むらが現れてビード表面のなめらかさがなく、アンダーカットも発生しやすくなる。一方、ＺｒＯ２換算値が０．５％を超えると、下板とのなじみ性が悪い丸く凸状のビード形状となる。したがって、Ｚｒ酸化物のＺｒＯ換算値は０．２〜０．５％とする。
ジルコンサンド、酸化ジルコンなどのＺｒ酸化物のＺｒＯ２換算値が０．２％未満では、スラグ被包むらが現れてビード表面のなめらかさがなく、アンダーカットも発生しやすくなる。一方、ＺｒＯ２換算値が０．５％を超えると、下板とのなじみ性が悪い丸く凸状のビード形状となる。したがって、Ｚｒ酸化物のＺｒＯ換算値は０．２〜０．５％とする。
Ｆｅ酸化物：ＦｅＯ換算値で０．１〜０．６％
酸化鉄、ミルスケールなどのＦｅ酸化物は、溶融スラグの粘性および凝固温度を調整し、ビード止端部の膨らみをなくし、下板とのなじみ性を良好にする。しかし、Ｆｅ酸化物のＦｅＯ換算値が０．１％未満では、ビード止端部形状が不良となる。一方、ＦｅＯ換算値が０．６％を超えると、凸状のビード形状となる。したがって、Ｆｅ酸化物のＦｅＯ換算値は０．１〜０．６％とする。
酸化鉄、ミルスケールなどのＦｅ酸化物は、溶融スラグの粘性および凝固温度を調整し、ビード止端部の膨らみをなくし、下板とのなじみ性を良好にする。しかし、Ｆｅ酸化物のＦｅＯ換算値が０．１％未満では、ビード止端部形状が不良となる。一方、ＦｅＯ換算値が０．６％を超えると、凸状のビード形状となる。したがって、Ｆｅ酸化物のＦｅＯ換算値は０．１〜０．６％とする。
Ｓｉ：０．３〜１．２％
Ｓｉは、溶接金属の強度および衝撃靭性を得るための合金剤および脱酸剤として、鋼製外皮、金属Ｓｉ、Ｆｅ−ＳｉおよびＦｅ−Ｓｉ−Ｍｎなどから含有させる。しかし、Ｓｉが鋼製外皮およびフラックスの合計で０．３％未満では、前記Ｓｉ酸化物が還元されて減少するのでスラグ被包性が不十分で、アンダーカットが発生しやすくなる。一方、Ｓｉが１．２％を超えると、Ｓｉの脱酸反応により生成するＳｉ酸化物が増加するので、止端部が膨れた丸いビード形状となる。したがって、Ｓｉは０．３〜１．２％とする。
Ｓｉは、溶接金属の強度および衝撃靭性を得るための合金剤および脱酸剤として、鋼製外皮、金属Ｓｉ、Ｆｅ−ＳｉおよびＦｅ−Ｓｉ−Ｍｎなどから含有させる。しかし、Ｓｉが鋼製外皮およびフラックスの合計で０．３％未満では、前記Ｓｉ酸化物が還元されて減少するのでスラグ被包性が不十分で、アンダーカットが発生しやすくなる。一方、Ｓｉが１．２％を超えると、Ｓｉの脱酸反応により生成するＳｉ酸化物が増加するので、止端部が膨れた丸いビード形状となる。したがって、Ｓｉは０．３〜１．２％とする。
Ｍｎ：１．５〜３．５％
Ｍｎも同様に溶接金属の強度および衝撃靭性を得るための合金剤および脱酸剤として作用し、鋼製外皮、金属Ｍｎ、Ｆｅ−ＭｎおよびＦｅ−Ｓｉ−Ｍｎなどから含有させる。しかし、Ｍｎの脱酸反応により生成するＭｎ酸化物は溶融スラグの主要な成分となりビード形状にも影響をおよぼす。Ｍｎが鋼製外皮およびフラックスの合計で１．５％未満では、Ｍｎ酸化物が不足して止端部の揃いが悪く膨れたビード形状となり、また、必要な溶接金属の強度、衝撃靱性が得られない。一方、Ｍｎが３．５％を超えると、Ｍｎ酸化物の過剰生成により丸く凸状のビード形状となる。したがって、Ｍｎは１．５〜３．５％とする。
Ｍｎも同様に溶接金属の強度および衝撃靭性を得るための合金剤および脱酸剤として作用し、鋼製外皮、金属Ｍｎ、Ｆｅ−ＭｎおよびＦｅ−Ｓｉ−Ｍｎなどから含有させる。しかし、Ｍｎの脱酸反応により生成するＭｎ酸化物は溶融スラグの主要な成分となりビード形状にも影響をおよぼす。Ｍｎが鋼製外皮およびフラックスの合計で１．５％未満では、Ｍｎ酸化物が不足して止端部の揃いが悪く膨れたビード形状となり、また、必要な溶接金属の強度、衝撃靱性が得られない。一方、Ｍｎが３．５％を超えると、Ｍｎ酸化物の過剰生成により丸く凸状のビード形状となる。したがって、Ｍｎは１．５〜３．５％とする。
Ａｌ：０．４〜１．０％
Ａｌは、鋼製外皮、金属Ａｌ、Ｆｅ−ＡｌおよびＡｌ−Ｍｇなどで含有させる。Ａｌは強脱酸剤として作用する以外に、本発明ではスパッタ低減およびビード形状改善の両方に極めて有効に作用する。Ａｌを０．４％以上含有させると集中性のある安定したアーク状態となり、両電極ワイヤ間の湯溜まりの乱れにより発生するスパッタが減少する。また、脱酸生成物であるＡｌ酸化物が溶融スラグの主要な成分となるので、溶融プールの過度の後退がなくなり、良好な止端部形状が得られる。Ａｌ酸化物が０．４％未満では、溶融スラグのＡｌ酸化物の割合が少ないので溶融プールの後退を抑えられず丸く凸状のビード形状となる。一方、Ａｌが１．０％を超えると、溶融スラグの粘性が過剰でごつごつしたビード表面となり、止端部のなじみ性がなくなる。したがって、Ａｌは０．４〜１．０％とする。
Ａｌは、鋼製外皮、金属Ａｌ、Ｆｅ−ＡｌおよびＡｌ−Ｍｇなどで含有させる。Ａｌは強脱酸剤として作用する以外に、本発明ではスパッタ低減およびビード形状改善の両方に極めて有効に作用する。Ａｌを０．４％以上含有させると集中性のある安定したアーク状態となり、両電極ワイヤ間の湯溜まりの乱れにより発生するスパッタが減少する。また、脱酸生成物であるＡｌ酸化物が溶融スラグの主要な成分となるので、溶融プールの過度の後退がなくなり、良好な止端部形状が得られる。Ａｌ酸化物が０．４％未満では、溶融スラグのＡｌ酸化物の割合が少ないので溶融プールの後退を抑えられず丸く凸状のビード形状となる。一方、Ａｌが１．０％を超えると、溶融スラグの粘性が過剰でごつごつしたビード表面となり、止端部のなじみ性がなくなる。したがって、Ａｌは０．４〜１．０％とする。
（Ｔｉ酸化物のＴｉＯ２換算値＋Ｓｉ酸化物のＳｉＯ２換算値）／Ａｌ＝３．０〜７．０
アンダーカットおよびビード止端部の膨らみを防止するには、図３（ａ）に示すように、溶融プールの後退を抑制した溶融プール形状とした方が有利である。溶融プール形状は、溶融スラグの流動性の影響を受け、溶融スラグの流動性が高い程溶融プールが後退する傾向がある。本発明では溶融プール形状に影響を与える溶融スラグの流動性を最適化すべく、溶融スラグの流動性を助長する成分であるＴｉ酸化物およびＳｉ酸化物と、溶融スラグの流動性を抑制する成分であるＡｌとの関係を最適化した。即ち、（Ｔｉ酸化物のＴｉＯ２換算値＋Ｓｉ酸化物のＳｉＯ２換算値）／Ａｌ＝３．０〜７．０とすることで、溶融スラグの流動性を調整でき、止端部を含めビード形状を整えることができることを実験により見出した。
上記式において、ＴｉＯ２換算値とＳｉＯ２換算値の合計とＡｌとの比が３．０未満では、溶融プールの後退は抑制できるが、下脚長が大きい不等脚で止端部が膨らんだビード形状となる。一方、同比が７．０を超えると、溶融プールが後退しすぎて凸状のビード形状となる。
アンダーカットおよびビード止端部の膨らみを防止するには、図３（ａ）に示すように、溶融プールの後退を抑制した溶融プール形状とした方が有利である。溶融プール形状は、溶融スラグの流動性の影響を受け、溶融スラグの流動性が高い程溶融プールが後退する傾向がある。本発明では溶融プール形状に影響を与える溶融スラグの流動性を最適化すべく、溶融スラグの流動性を助長する成分であるＴｉ酸化物およびＳｉ酸化物と、溶融スラグの流動性を抑制する成分であるＡｌとの関係を最適化した。即ち、（Ｔｉ酸化物のＴｉＯ２換算値＋Ｓｉ酸化物のＳｉＯ２換算値）／Ａｌ＝３．０〜７．０とすることで、溶融スラグの流動性を調整でき、止端部を含めビード形状を整えることができることを実験により見出した。
上記式において、ＴｉＯ２換算値とＳｉＯ２換算値の合計とＡｌとの比が３．０未満では、溶融プールの後退は抑制できるが、下脚長が大きい不等脚で止端部が膨らんだビード形状となる。一方、同比が７．０を超えると、溶融プールが後退しすぎて凸状のビード形状となる。
ＮａおよびＫ：Ｎａ２Ｏ換算値およびＫ２Ｏ換算値の合計で０．１０〜０．２５％
珪酸ソーダや珪酸カリなどの水ガラス、氷晶石、カリ長石などによるＮａおよびＫは、アーク安定剤として作用する。しかし、ＮａおよびＫのＮａ２Ｏ換算値およびＫ２Ｏ換算値の合計が０．１０％未満では、アークが不安定となりスパッタ発生量の増加やビード形状が不良となる。一方、Ｎａ２Ｏ換算値およびＫ２Ｏ換算値の合計が０．２５％を超えると、溶融スラグの粘性が低下しすぎてスラグ被包性が悪くなり、ビード形状が不良となる。したがって、ＮａおよびＫのＮａ２Ｏ換算値およびＫ２Ｏ換算値の合計は０．１０〜０．２５％とする。
珪酸ソーダや珪酸カリなどの水ガラス、氷晶石、カリ長石などによるＮａおよびＫは、アーク安定剤として作用する。しかし、ＮａおよびＫのＮａ２Ｏ換算値およびＫ２Ｏ換算値の合計が０．１０％未満では、アークが不安定となりスパッタ発生量の増加やビード形状が不良となる。一方、Ｎａ２Ｏ換算値およびＫ２Ｏ換算値の合計が０．２５％を超えると、溶融スラグの粘性が低下しすぎてスラグ被包性が悪くなり、ビード形状が不良となる。したがって、ＮａおよびＫのＮａ２Ｏ換算値およびＫ２Ｏ換算値の合計は０．１０〜０．２５％とする。
弗素化合物：Ｆ換算値で０．０２〜０．０８％
弗化ソーダや珪弗化カリなどの弗素化合物のＦはアークに集中性を与えるとともに、溶融スラグの流動性を調整してスラグ被包性を良好にする。しかし、弗素化合物のＦ換算値が０.０２％未満では、アークの集中性が弱く安定したアーク状態を得ることができない。一方、Ｆ換算値が０．０８％を超えると、溶融スラグの流動性が過剰となりビード形状が凸状となり止端部形状が改善できない。したがって、弗素化合物のＦ換算値は０．０２〜０．０８％とする。
弗化ソーダや珪弗化カリなどの弗素化合物のＦはアークに集中性を与えるとともに、溶融スラグの流動性を調整してスラグ被包性を良好にする。しかし、弗素化合物のＦ換算値が０.０２％未満では、アークの集中性が弱く安定したアーク状態を得ることができない。一方、Ｆ換算値が０．０８％を超えると、溶融スラグの流動性が過剰となりビード形状が凸状となり止端部形状が改善できない。したがって、弗素化合物のＦ換算値は０．０２〜０．０８％とする。
以上、本発明のフラックス入りワイヤの構成要件の限定理由を述べたが、残部は、主に鋼製外皮のＦｅ成分、フラックスの鉄粉、鉄合金等からのＦｅ成分および不可避的不純物である。
その他のワイヤ成分として、軟鋼、４９０Ｎ／ｍｍ２級高張力鋼用以外にも、５７０〜５９０Ｎ／ｍｍ２級高張力鋼用、低温用鋼用、耐候性鋼用などのフラックス入りワイヤの品種毎に規定されている溶着金属試験の機械的性質および化学成分を満足するためにＭｏ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒなどの必要な合金成分を含有させて適用鋼種を拡大することができる。
溶接金属の衝撃靱性を向上させるためにＢ（０．００３〜０．０１０％）、スラグ剥離性を向上させるためにＢｉ（０．３％以下）、Ｓ（０．３％以下）の添加は効果的である。
Ｍｇは強脱酸剤として作用して溶接金属の衝撃靱性を高めるに有効であるが、本発明のフラックス入りワイヤはスラグ生成量が少ないので、脱酸生成物のＭｇ酸化物がスラグ被包性を悪くする。
マグネシアクリンカーや天然マグネシアによるＭｇＯ、アルミナなどのＡｌ酸化物を含有させることもスラグ被包むらを発生しやすくする。またこれらＭｇ、ＭｇＯおよびＡｌ酸化物はスパッタ発生量も増加させるので、それぞれ０．２％未満に抑えることが好ましい。
フラックス充填率は、アーク安定性および高溶着性に有効な鉄粉を多めに含有させて１２〜１８％程度にすることが好ましい。ワイヤ径は１．２〜２．０ｍｍ、断面構造も市販各種のフラックス入りワイヤと同じでよい。表面にＣｕなどのめっきを施して衝撃靭性や防錆効果を高めることも可能である。シールドガスはＣＯ２ガスが一般的であるが、Ａｒ−ＣＯ２混合ガスも用いることができる。なお、本発明のフラックス入りワイヤは、黒皮鋼板に限定することなく無機ジンクプライマ塗装鋼板の１電極すみ肉溶接および２電極高速水平すみ肉溶接に使用できる。
以下、実施例により本発明の効果をさらに詳細に説明する。
表１に示す２種類の成分の軟鋼製外皮を使用し、フラックスを充填後、縮径してワイヤ径１．６ｍｍのフラックス入りワイヤを各種試作した。表２にそれぞれの試作ワイヤを示す。
これら試作ワイヤを各々両電極に使用して、黒皮鋼板のＴ字すみ肉試験体を用いて表３に示す溶接条件で２電極高速水平すみ肉溶接試験を行った。なお、シールドガスは両電極ともＣＯ２ガスである。
溶接試験体は、板厚１６ｍｍ、試験体長さ１．０ｍの黒皮鋼板（４９０Ｎ／ｍｍ２級高張力鋼用）であって、下板および立板の全面に熱延スケールが厚く付着しているものを用いた。
各試作ワイヤについて、溶接状況（アーク安定性、湯溜りおよび溶融プールの安定性）、溶接後のスラグ被包状態、ビード形状および鋼板に融着したスパッタの付着量を評価した。なお、ビード形状は目視により判定した。
各試験の評価基準は、溶接状況は○：アーク状態、湯溜り、溶融プールとも安定した状態、×：アーク状態、湯溜り、溶融プールのいずれかが不安定な状態を示す。スラグ被包性は○：ビード全面が十分な被包状態、×：部分的、または全線で被包むらが生じた不十分な被包状態を示す。ビード形状は○：アンダーカットがなく、ビード止端の膨らみがなく外観も良好なビード、×：アンダーカット、ビード止端の膨らみがありビードが凸状のいずれかが発生し不良なビード形状を示す。スパッタ付着量は○：上板および下板に融着したスパッタがビード長さ１ｍ当たり５個未満の付着、×：同５個以上、または多数の付着を示す。それらの結果を表４にまとめて示す。
表４中ワイヤ記号Ｗ１〜Ｗ１０が本発明例、ワイヤ記号Ｗ１１〜Ｗ２６は比較例である。
本発明例であるワイヤ記号Ｗ１〜Ｗ１０は、鋼製外皮のＣ、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ２換算値、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ２換算値、Ｚｒ酸化物のＺｒＯ２換算値、Ｆｅ酸化物のＦｅＯ換算値、Ｓｉ、Ｍｎ、Ａｌ、ＴｉＯ２換算値とＳｉＯ２換算値の合計に対するＡｌの比、ＮａおよびＫのＮａ２Ｏ換算値およびＫ２Ｏ換算値の合計、弗素化合物のＦ換算値が適正であるので、アーク状態が安定し、両電極間の湯溜り、後行電極ワイヤ後方の溶融プールの後退が抑えられて安定し、スラグ被包性が十分でビード形状も良好であった。また、鋼板のスパッタ付着量が少ないなど極めて満足な結果であった。
比較例中ワイヤ記号Ｗ１１は、鋼製外皮Ｓ２のＣが高いので、アークの吹き付けが強くなり、湯溜まりおよび溶融プールが不安定で鋼板表面へのスパッタ付着量多く、スラグ被包むらも発生してビード形状も不良であった。
ワイヤ記号Ｗ１２は、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ２換算値が少ないので、スラグ被包性が不十分でアンダーカットが発生した。また、Ｆｅ酸化物のＦｅＯ換算値が多いので、ビード形状が凸となった。
ワイヤ記号Ｗ１３は、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ２換算値が多いので、止端部が膨れたビード形状となった。また、弗素化合物のＦ換算値が少ないので、アークが不安定であった。
ワイヤ記号Ｗ１４は、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ２換算値が少ないので、スラグ被包性が不十分でアンダ−カットが発生した。また、Ｍｎが多いのでビード形状が凸となった。
ワイヤ記号Ｗ１５は、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ２換算値が多いので、ビード止端部が膨れた。
ワイヤ記号Ｗ１６は、Ｚｒ酸化物のＺｒＯ２換算値が少ないので、スラグ被包むらが現れてビード表面のなめらかさがなくアンダーカットも発生した。また、弗素化合物のＦ換算値が多いのでビード形状が凸となった。
ワイヤ記号Ｗ１７は、Ｚｒ酸化物のＺｒＯ２換算値が多いので、下板とのなじみ性が悪くビード形状が凸となった。
ワイヤ記号Ｗ１８は、Ｆｅ酸化物のＦｅＯ換算値が少ないので、ビード止端部形状が不良であった。
ワイヤ記号Ｗ１９は、Ｓｉが少ないので、スラグ被包性が不十分でアンダーカットが発生した。また、ＴｉＯ２換算値とＳｉＯ２換算値の合計に対するＡｌの比が大きいのでビード形状が凸となった。
ワイヤ記号Ｗ２０は、Ｓｉが多いので、止端部が膨れた丸いビード形状となった。
ワイヤ記号Ｗ２１は、Ｍｎが少ないので、止端部の揃いが悪く膨れたビード形状となった。
ワイヤ記号Ｗ２２は、Ａｌが少ないので、溶融プールの後退を抑えられず丸く凸状のビード形状となった。
ワイヤ記号Ｗ２３は、Ａｌが多いので、凹凸が大きいビード表面となった。
ワイヤ記号Ｗ２４は、ＴｉＯ２換算値とＳｉＯ２換算値の合計に対するＡｌの比が小さいので、下脚長が大きい不等脚で止端部が膨らんだビード形状となった。
ワイヤ記号Ｗ２５は、ＮａおよびＫのＮａ２Ｏ換算値およびＫ２Ｏ換算値の合計が少ないので、アークが不安定となりスパッタ付着量が多くビード形状も不良であった。
ワイヤ記号Ｗ２６は、ＮａおよびＫのＮａ２Ｏ換算値およびＫ２Ｏ換算値の合計が多いので、スラグ被包性が悪くビード形状も不良であった。
１ 下板
２ 立板
３ 熱延スケール
４ スパッタ粒
５ アンダーカット
６ ビード下脚側の膨らみ
７ 先行電極ワイヤ
８ 後行電極ワイヤ
９ 湯溜り
１０ 溶融プール
１１ 溶融スラグ
１２ 凝固スラグ
１３ 溶接ビード
１４ 凝固開始線
２ 立板
３ 熱延スケール
４ スパッタ粒
５ アンダーカット
６ ビード下脚側の膨らみ
７ 先行電極ワイヤ
８ 後行電極ワイヤ
９ 湯溜り
１０ 溶融プール
１１ 溶融スラグ
１２ 凝固スラグ
１３ 溶接ビード
１４ 凝固開始線
Claims (1)
- 鋼製外皮内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、
鋼製外皮のＣ：０．０３質量％以下、
ワイヤ全質量に対する質量％で、フラックスに、
Ｔｉ酸化物：ＴｉＯ２換算値で１．８〜２．８％、
Ｓｉ酸化物：ＳｉＯ２換算値で０．４〜１．０％、
Ｚｒ酸化物：ＺｒＯ２換算値で０．２〜０．５％、
Ｆｅ酸化物：ＦｅＯ換算値で０．１〜０．６％、
さらに、鋼製外皮とフラックスの合計で、
Ｓｉ：０．３〜１．２％、
Ｍｎ：１．５〜３．５％、
Ａｌ：０．４〜１．０％、但し、
（Ｔｉ酸化物のＴｉＯ２換算値＋Ｓｉ酸化物のＳｉＯ２換算値）／Ａｌ＝３．０〜７．０、
ＮａおよびＫ：Ｎａ２Ｏ換算値およびＫ２Ｏ換算値の合計で０．１０〜０．２５％、
弗素化合物：Ｆ換算値で０．０２〜０．０８％を含有し、
残部は、主に鋼製外皮のＦｅ成分、フラックスの鉄粉、鉄合金等からのＦｅ成分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フラックス入りワイヤ。
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