JP2674860B2 - ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は亜鉛めっき防錆処理を施した鋼板に適用する
ガスシールドアーク溶接ワイヤに関し、特にピット、ブ
ローホール等の溶接欠陥が発生しにくく健全な溶接金属
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
イヤに関する。

（従来の技術） 亜鉛めっき鋼板は熱延あるいは冷延された鋼板の表面
に亜鉛めっきを施し防錆効果を保つもので、その主な用
途は薄板分野が多く、自動車の足廻り部や住宅用軽量鉄
骨部材等に適用が拡大している。しかし、亜鉛めっき鋼
板を溶接する場合、亜鉛は鋼の融点よりも低い沸点（90
6℃）であるので、溶接上問題がある。

溶接アークに加熱された亜鉛は溶融、蒸発するが、溶
融池および溶滴に侵入した亜鉛蒸気は突沸して溶接を不
安定にする。また溶接金属の凝固過程で亜鉛蒸気は、溶
融池の表面に浮上しきれず気泡として残存し、ピットや
ブローホール等の有害な溶接欠陥を多発させるという問
題がある。

一般に亜鉛めっき鋼板のガスシールドアーク溶接法に
おいて、高速溶接を行うと亜鉛蒸気が逸脱する時間的余
裕がなく、ピット、ブローホール等の溶接欠陥が発生し
易くなる。更に薄板の溶接は、鋼板表面にある亜鉛の影
響を受け易い継手形状である重ねすみ肉溶接継手が多用
されるので、亜鉛に起因する溶接欠陥が発生し易い条件
下にある。

このために従来から亜鉛めっき鋼板の溶接にあたって
は溶接速度を極端に下げるか、あるいは溶接線上の亜鉛
を砥石等によって機械的に除去する等、非能率的な溶接
施工を余儀なくされているのが現状である。

このような問題点を解決する手段として、例えば特開
昭63−72498号公報、特開昭64−78699号公報記載の技術
が提案されている。前者はTi,Al,Ni,Cuを含有させたソ
リッドワイヤ、後者はC,Si,Mn,水素量を特定したフラッ
クス入りワイヤがあるが、これらはいずれも本発明が対
象としている亜鉛めっき鋼板の溶接には効果が期待でき
ない。

これについて本発明との関係を述べると特開昭63−72
498号公報の技術は、本発明と形態の異なるソリッドワ
イヤであり、組成的な類似性はない。また特開昭64−78
699号公報の技術は本発明と同じくフラックス入りワイ
ヤであるが、その技術思想において水素を積極的に添加
する効果で亜鉛の悪影響を除去するもので本発明とは異
なっている。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は、上記記載の従来方法の問題点を解決するた
めになされたものであって、亜鉛めっき鋼板のすみ肉溶
接において、ピット、ブローホール等の溶接欠陥が少な
く、かつ高速度溶接が可能な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ものである。

（課題を解決するための手段） 本発明の要旨は軟鋼製外皮内に金属粉を95％以上含有
するフラックスを充填してなるフラックス入りワイヤに
おいて、ワイヤ全重量に対し重量％で、C;0.040％以
下、Si;0.20〜0.50％、Mn;0.30〜1.00％、Al,Ti,Mg,Zr
およびCaの総和が0.030％以下であり、Li,Na,KおよびRb
の１種または２種以上の合計が0.005〜0.30％であり、
かつワイヤのポテンシャル水素量が90ppm以下であるこ
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
りワイヤにある。

（作用） 本発明者らは、ガスシールドアーク溶接、特に亜鉛め
っき鋼板の溶接でのピット、ブローホールの発生原因と
して次のように考察した。即ち （１） 溶接時溶融金属に侵入した亜鉛は、鋼に溶解し
にくく、かつ鋼に比較して低融点、低沸点であるので溶
接金属の凝固過程において亜鉛は蒸気状態にあり、この
亜鉛が溶接金属内に残存してブローホールになり、溶接
金属の表面まで貫通する場合はピットになる。

（２） 高速溶接では溶接金属の凝固速度が早くなるの
で、亜鉛は溶接金属の凝固過程で溶融池の表面に浮上し
除去される時間的余裕がなく、溶接金属内に残存し易
い。

（３） しかし亜鉛が酸化されて酸化亜鉛（ZnO）にな
ると、酸化亜鉛の融点は1500℃以上であるからスラグ化
して溶接欠陥に対して無害化されると考えられる。一般
にガスシールドアーク溶接の溶接雰囲気は酸化性である
のでZnの酸化が期待できるが、溶接用ワイヤには清浄な
溶接金属を得るために、Znよりも脱酸力の強いSi,Mn等
の脱酸性元素を添加するのが通例である。

従ってこれらのZnOを還元する脱酸性元素が存在する
とZnOは常にZnに還元されて存在することになる。この
結果、脱酸作用を強化すると溶融池にZnが存在すること
になりZnの蒸気に起因する溶接欠陥の発生を防止できな
い。

（４） 更にワイヤに起因する溶接雰囲気中の水素も溶
融金属に侵入してピット、ブローホールの原因となりう
るから極力少ない方がよい。

従って亜鉛めっき鋼板の主としてすみ肉継手溶接にお
けるピット、ブローホールの発生を防止するには（ａ）
有害な亜鉛を固定する、あるいはZnOとしてスラグオフ
する。（ｂ）溶融金属からアーク熱により蒸発した亜鉛
を、溶接系外に放出させる。（ｃ）アーク雰囲気中の水
素分圧を極力低くし、亜鉛蒸発以外の溶接欠陥発生源を
除去する。ことが有効であるとの観点から、フラックス
入りワイヤの成分について鋭意検討を行い、本発明を構
成するに至ったものである。

即ち本発明はC,Si,MnおよびAl,Ti,Mg,Zr,Ca等の添加
量を極力最小量に制限して、シールドガスによる溶接金
属の酸化力を利用することにより酸化反応を活発にさ
せ、亜鉛の酸化を促進する。かつアーク安定化元素であ
るアルカリ金属の化合物を適量添加することによってア
ークを安定化して亜鉛蒸気の放出を促す。更にはワイヤ
のポテンシャル水素量を極力低く抑さえることで水素に
起因するピット、ブローホールの発生を抑制するところ
に最大の特徴がある。

以下に本発明ワイヤの成分限定理由について詳細に説
明する。

まず本発明において充填フラックス中の金属粉を95％
以上と限定したのは、余分なスラグを溶接中に生成させ
ず溶着効率を高め、溶接の能率を高めるためである。充
填フラックスの金属粉の比率が95％未満ではスラグ生成
剤の比率が相対的に高くなって生成スラグ量が多くな
り、溶着効率がソリッドワイヤより低くなる。生成スラ
グが溶融金属の表面に存在するとZn蒸気の溶接系外への
放出が阻害され、ピット、ブローホールが発生する傾向
になる。このような理由で充填フラックス中の95％以上
は金属粉でなければならない。

なおここで言う金属粉とは鉄粉の他、Si,Mn,Al,Ti,M
g,ZrおよびCa等の脱酸、脱窒元素あるいはNi,Cr,Cu,Mo
等の合金元素を意味する。これら金属粉の形態としては
各々単体で添加しても、またこれから選択される２種以
上の金属の合金として添加しても良い。

次にＣを0.040％以下に限定したのは、CO₂,Ar−CO₂ガ
ス等酸化性の雰囲気におけるガスシールドアーク溶接で
は高温における溶接金属の酸化、還元挙動がワイヤＣ量
に左右されるためである。一般にワイヤのＣが約0.05％
以下の場合、溶接金属は酸化傾向にある。本発明のワイ
ヤはZnを酸化する必要性からＣの上限を0.040％とし
た。

Siは主脱酸剤として添加するが、添加量を制限して脱
酸力を低く調整し溶融金属の酸化ポテンシャルを高める
ことにより、亜鉛の酸化を促進する。しかし0.50％を超
えて添加すると脱酸過剰となり、ピット、ブローホール
が多発するので、上限は0.50％とした。また0.20％未満
では基本的に脱酸不足によるピット、ブローホールが発
生するので下限は0.20％とした。

MnはSiと共に脱酸剤として添加されるが、その脱酸能
はSiよりも低いため、脱酸力を低くして溶融金属の酸素
ポテンシャルを高める本発明においては、Mnが主たる脱
酸剤として利用される。しかしMnが1.0％を超えると亜
鉛めっき鋼板の溶接では脱酸過剰と見られるピット、ブ
ローホールが発生するので、Mnの上限を1.0％とした。
また0.30％未満では脱酸不足と見られるピット、ブロー
ホールが発生するので下限は0.30％とした。

Al,Ti,Mg,ZrおよびCaは強力な脱酸剤であるので極力
低く抑さえる必要がある。これらの強力な脱酸性元素に
よって溶接金属の酸素が低下するとともに、ZnOの還元
が生じ亜鉛蒸気によるピット、ブローホールの発生原因
になる。このような理由で上限を0.030％に限定した。

Li,Na,KおよびRb等のアルカリ元素をワイヤに少量添
加すると、ガスシールド溶接アークを安定化する作用が
ある。亜鉛めっき鋼板用のフラックス入りワイヤは、ア
ークを安定化させ亜鉛蒸気の放出を促す必要がある。L
i,Na,KおよびRb等の１種または２種以上の和が0.005％
未満の場合、アーク安定化効果がないので下限を0.005
％とした。また0.30％を超えるとアーク安定化の効果は
飽和し、これらアルカリ源の添加量増加によるスラグ量
の増大、スパッタの多発等が生じるので上限を0.30％と
した。これらのアルカリ元素は炭酸塩、酸化物、複合酸
化物、珪酸塩、および有機物等の単体またはその組合せ
で添加することができる。

最後にワイヤ中のポテンシャル水素量を90ppm以下に
限定したのは次の理由による。即ちワイヤ中の水素は主
として充填フラックスおよびワイヤの表面付着物に含有
されているが、この水素は溶接アーク雰囲気中の水素分
圧を上げ溶融金属に侵入しピット、ブローホールの発生
原因となる。

亜鉛めっき鋼板の溶接の場合、水素と亜鉛蒸気の両者
がピット、ブローホールの発生源となりうるので、水素
による発生を基本的に抑制するワイヤ中のポテンシャル
水素を極力低く抑さえることが必要である。

実験の結果90ppm以下であれば目的を達成できるの
で、ワイヤ中のポテンシャル水素の上限は90ppmとし
た。

なおワイヤのポテンシャル水素量は不活性ガス雰囲気
中で2,000℃以上に加熱して抽出される全水素量を示
し、充填フラックス、軟鋼外皮および表面付着物に含有
する水素量の合計した値である。

本発明によるフラックス入りワイヤのフラックス充填
率は上述の条件を満たすかぎり７〜20％の範囲で選択で
きる。ワイヤ径は亜鉛めっき鋼板は薄板であるから1.0
〜1.2mmであることが望ましい。ワイヤの断面形状は第
１図のいずれの形状も採用できるが、自動溶接化、ロボ
ット溶接化を考慮すれば、ワイヤの直進性、送給性の良
好な第１図ｄのシームレスワイヤが最適である。

本発明ワイヤを用いて亜鉛めっき鋼板を溶接する場合
に使用するシールドガス組成としては、CO₂,Ar−CO₂お
よびAr−O₂ガス等が適用可能である。

以上のように構成されたフラックス入りワイヤを用い
て亜鉛めっき鋼板をガスシールド溶接する場合、ピット
の発生がなく、ブローホールの発生も非常に少ない。亜
鉛めっき鋼板溶接用のフラックス入りワイヤとして十分
満足するものである。

（実 施 例） 外皮材として軟鋼（C;0.003％、Si;0.01％、Mn;0.30
％、P;0.016％、S;0.009％、Al;0.002％、O;0.0095％、
N;0.003％）を用い、第１図の断面ｄを有する第１表に
示す構成のフラックス入りワイヤを試作して試験ワイヤ
（1.2mmφ）とした。

これらのワイヤを使用した亜鉛目付量が60g/m²の亜鉛
めっき鋼板（板厚ｔ＝2.3mm、幅ｗ＝50mm、長さｌ＝300
mm）を第２図に示す継手形状に重ねて、第２表の溶接条
件にて水平重ねすみ肉溶接を繰り返し３回行い、すみ肉
溶接ビードに発生するピット、ブローホールの発生量お
よびビード外観を調査した。溶接試験においてピットは
個数計数後、ビード1m当たりに換算して発生数（個数/
m）として評価した。

ブローホールはＸ線透過試験のフィルムでビード長手
方向のブローホールの幅を測定し、ビード長さに対して
のブローホール幅総和からブローホール発生率（％）を
求めた。それらの試験結果を第３表に示す。

第３表から明らかであるが、フラックス入りワイヤN
o.1〜No.5の本発明ワイヤはピットの発生がなく、ブロ
ーホール発生率が非常に少なく、ビード外観が良好で健
全な溶接金属が得られている。これに対してNo.6〜No.1
0の本発明の構成外のワイヤでは、いずれもピットの発
生があり、ブローホール発生率が高く、ビード外観に劣
るものが多い。

（発明の効果） 本発明によって亜鉛めっき処理を行った薄鋼板を溶接
してピット、ブローホール等の亜鉛めっき鋼板特有の溶
接欠陥の発生を大幅に低減でき、ビード外観にも優れて
いるフラックス入りワイヤを得ることができた。本発明
ワイヤは今後の亜鉛めっき鋼板溶接の高能率化、省力化
に大きく寄与するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はフラックス入りワイヤの断面形状の説明図、第
２図は実施例で用いた試験板形状を示す斜視図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−230892（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−146295（ＪＰ，Ａ) 特公 平６−36998（ＪＰ，Ｂ２) 特許2588019（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】軟鋼製外皮内に金属粉を95％以上含有する
   フラックスを充填してなるフラックス入りワイヤにおい
   て、ワイヤ全重量に対し重量％で C;0.040％以下、 Si;0.20〜0.50％、 Mn;0.30〜1.00％、 Al,Ti,Mg,ZrおよびCaの総和が0.030％以下、 Li,Na,KおよびRbの１種または２種以上の合計が0.005〜
   0.30％、 かつワイヤのポテンシャル水素量が90ppm以下であるこ
   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。