JP2694034B2 - 高電流密度ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ - Google Patents

高電流密度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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JP2694034B2 JP1311732A JP31173289A JP2694034B2 JP 2694034 B2 JP2694034 B2 JP 2694034B2 JP 1311732 A JP1311732 A JP 1311732A JP 31173289 A JP31173289 A JP 31173289A JP 2694034 B2 JP2694034 B2 JP 2694034B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、高電流密度ガスシールドアーク溶接におい
て高溶着で、溶接作業性に優れ、かつ良好な溶け込み形
状が得られるように溶接に供するフラックス入りワイヤ
に関するものである。
[従来の技術] 最近、溶接の自動化、高能率化に伴い、ガスシールド
アーク溶接はますます広く使用されている。効能率化の
手段として電流密度を高めてワイヤの溶融速度を増加さ
せることが一般的に採られている。しかし、高電流密度
溶接ではスパッタの多発、耐気孔性、耐割れ性、融合不
良性等多くの問題が生ずる。
即ち、鋼ワイヤをCO2ガスで使用して溶接する場合、
電流密度を高めると安定した溶滴移行性が得られず、ビ
ード表面は不均一となり、スパッタが急増し、母材表面
に付着し、またその除去作業を非常に困難となる。シー
ルドガスにスパッタ発生の少ないAr−CO2混合ガスを使
用して溶接すると、ピンチ力によって中央部に巾の狭い
過大な溶込み、いわゆる“フィンガー状”の溶込みを呈
する。また積層溶接や突合せ継手溶接では、溶込み巾が
小さいためしばしば融合不良などの形状欠陥が発生する
などの問題点があった。このフィンガー状溶込み形状を
円形状の溶込みに改善する手段としてシールドガスにHe
を添加した。例えば特開昭59−45084号公報のAr−He−C
O2−O2の4種混合ガスによる溶接方法が提案されてい
る。しかしこの方法は、溶融状態にあるワイヤ先端が回
転するため微小な溶滴がビード両端に飛散し付着してし
まい、その除去が難かしいことと、特殊なシールドガス
を使用するためガスコストが高くなることから、実用上
に課題を残すものである。
[発明が解決しようとする課題] 本発明は、このような従来の鋼ワイヤによる高電流密
度溶接の諸問題を解決したもので、安定した溶滴移行性
が得られ、良好なビード外観並びに円形状溶込みでかつ
溶接作業性に優れた高電流密度シールドアーク溶接用の
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、(1)炭酸ガスをシールドガスとし
てフラックス入りワイヤを用い、300(A/mm2)以上の高
電流密度溶接するフラックス入りワイヤにおいて、ワイ
ヤ重量比でフラックスに下記成分を含有することを特徴
とする高電流密度ガスシールドアーク溶接用フラックス
入りワイヤ。TiO2:1.5〜7.5wt%,SiO2:0.3〜1.5wt%,
脱酸剤:1.5〜6.0wt%,酸化物((TiO2,SiO2を含め
て):10.0wt%以下。
[作用] 本発明者等はフラックス入りワイヤによる高電流密度
ガスシールドアーク溶接のビード形成について種々実験
を重ねた結果、次のように知見を得て本発明を完成した
ものである。
(1)第1図に示すようにビード形状は、シールドガス
が純Ar{第1図(イ)}、Ar−CO2{同(ロ)},Ar−O2
{同(ハ)},Ar−CO2−O2{同(ホ)},Ar−He−CO2
O2{同(ニ)}等各種混合ガスのいずれを用いても溶込
み形状はフィンガー状を呈し、場合によっては溶接金属
に融合不良を発生するが、第1図(ヘ)に示すCO2ガス
を用いた場合のみ電流密度300A/mm2以上で安定した円形
状の溶込みが得られる。
(2)ビード外観、形状及びスパッタア発生の観点か
ら、フラックス入りワイヤの適用が最も好ましい。
(3)フラックス入りワイヤのフラックス成分を特定の
範囲に限定することにより、高電流において溶滴移行性
が安定し、良好な溶込み形状が得られる。
本発明は上記知見に基づいて完成したものであり、以
下に本発明について詳細に説明する。
シールドガスとしては、CO2ガスを使用するが、使用
するワイヤが鋼ワイヤの場合、安定した溶滴移行性が得
られず、良好なビード外観、ビード形状にならない。
そこで、フラックス入りワイヤを使用すれば、スラグ
によるビード平滑化効果が得られ、ビード外観、ビード
形状及びアークの安定な良好な溶接作業性が得られる。
なお、フラックス入りワイヤでもワイヤ中にスラグ量
を殆ど含まない例えばメタル形ワイヤでは鋼ワイヤの場
合と同様な結果となり好ましくない。また電流密度につ
いては、300(A/mm2)未満では所定の結果、特に巾広の
円形状溶込みが得られず300(A/mm2)以上と限定した。
なお、電流密度の算出は次式で行う。
電流÷ワイヤの鋼部断面積=電流密度 ところで、鋼ワイヤのワイヤ断面積は単に{π×(ワ
イヤ直径)}}/4で算出できるが、フラックス入りワ
イヤの場合は、電流を流す鋼製外皮部と見掛上電流を流
さないフラックス部に区別されるため、同一ワイヤ径で
あってもフラックスの充填率及び充填フラックスの比重
の大小によって、電流を流す鋼製外皮の面積は変化す
る。そのため、フラックス入りワイヤのワイヤ断面積は
鋼ワイヤに比べ実質的に小さくなり、電流密度も高くな
る。そこで本願発明の溶接方法で規定する電流密度算出
のためのワイヤ断面積は、第2図に示す鋼製外皮の断面
積を使用する。
高電流密度ガスシールドアーク溶接方法で溶滴移行の
安定性、良好なビード形状並びに優れた溶接作業性を得
るためには、フラックス入りワイヤの構成成分を規定す
る必要がある。
以下にフラックス入りワイヤのフラックスの成分限定
理由を述べる。
TiO2をワイヤ重量比で1.5〜7.5wt%添加するのはアー
クの安定化とスラグ被包性を良好になるためである。1.
5wt%未満ではアーク安定化効果が期待できずスパッタ
が多発したり、スラグ被包性が劣化してビード形状が凸
形状となる。一方7.5wt%を超えるとスラグ過多になっ
てスラグ巻き込みが発生し易くなるので、TiO2はワイヤ
重量比で1.5〜7.5wt%に限定した。
次にSiO2は0.3wt%未満ではスラグの粘性が低下し、
スラグの被りが不安定でビード形状が劣化する。一方1.
5wt%を超えるとスラグ粘性が高くなりすぎ、ビード表
面にガス溝等の溶接欠陥が発生する。従ってSiO2はワイ
ヤ重量比で0.3〜1.5wt%に限定した。
脱酸剤としてはSi,Mn,Al,Ti,Mg等を1種または2種以
上添加できるが、その添加量は合計で1.5〜6.0wt%が適
当である。1.5wt%未満では脱酸不足となるためブロー
ホールやピット等の溶接欠陥が発生し、X線性能が劣化
する。一方6.0wt%を超えて添加すると脱酸性元素が溶
接金属に多量に歩留り、溶接金属が硬くなり、衝撃靭性
と耐割れ性の低下をきたす。このため脱酸剤は1.5〜6.0
wt%に限定する。これら脱酸剤は単体で添加しても、合
金形態で添加してもよい。
酸化物としては主成分であるTiO2,SiO2以外にAl2O2,M
gO2,ZrO,CaO,FeO,Fe2O3,Na2O,K2Oなどスラグ剤、アーク
安定剤として添加できるがTiO2,SiO2を含めた酸化物が1
0.0wt%を超えるとスラグ過多になってスラグ巻き込み
を生じたり、スラグ剥離性が劣化すると共にビード表面
にガス圧痕が生じ易くなる。従ってTiO2,SiO2を含めた
酸化物は10.0wt%以下とする。
以上がフラックス入りワイヤの主要構成であるが、そ
の他溶接金属の機械的性質を向上させるためNi,Cr,Mo,B
などの合金元素が添加でき、溶着速度を高める目的で鉄
粉をも添加できる。またワイヤの断面形状は特に制限は
なく第2図に示したいずれの形状も採用できるが、(2
は鋼製外皮、3はフラックスを示す)アークの安定性ワ
イヤの送給性及び直進性に優れたシームレスタイプ(第
2図、d)が高電流密度溶接には最適である。なお、本
発明の鋼製外皮は軟鋼剤や合金鋼剤が使用できる。
以下に本発明を実施例により更に具体的に説明する。
[実施例1] ワイヤ径1.2mmφの鋼ワイヤ及び各種系統のフラック
ス入りワイヤを用い、シールドガスにAr−He−CO2−O2
混合ガス(以下4種混合ガスと略す)と炭酸ガスの2種
類を使用し、第1表に示す高電流密度条件で溶接を行っ
た。その結果を第2表に示す。アークの安定性は溶接中
にアークがシャープで乱れることなく安定して溶滴が移
行するものを非常に良好◎とし、アークが乱れることは
ないが溶滴が若干大きな形で移行するものを良好○と
し、アークがバタツキ溶滴もその分不規則に移行するも
のを不良×とした。また、溶込み形状は第4図に示すよ
うに、最大溶込み深さ(P)の1/2位置(P/2)における
溶込み巾(W1)が最大溶込み巾(W)の50%以上を良好
と判定した。
No.1の鋼ワイヤを4種混合ガスで使用する場合はアー
クの安定性、及びビード形状とも良好であるものの、ガ
スコストが高く、スパッタ発生自体少ないもののビード
両端に微小な溶滴が付着し、除去が困難である。No.2の
組合せではアーク状態が劣化し、スパッタの多発を起こ
しビード外観も不均一なものとなる。No.3,4,5の各種系
統のフラックス入りワイヤを4種混合ガスで使用する
と、アーク安定性、スパッタ発生も少なく溶接作業性は
良好なものの、ビード外観が不均一となり、溶込み形状
はフィンガー状を呈し、ガスコストも高い。No.6,7,8に
示す本発明例によればアーク安定性及びビード形状並び
にガスコストも安く、いずれの項目とも良好で特にルチ
ールを主成分とするフラックス入りワイヤを使用すると
定した高電流密度ガスシールドアーク溶接が可能とな
る。
[実施例2] 外皮材として極軟鋼(C:0.05%,Si:0.01%,Mn:0.28
%,P:0.014%,S:0.009%)を用い、第2図(d)の断面
を有する第3表のワイヤ径1.2mmφのフラックス入りワ
イヤを使用し、第3図に示す鋼板(鋼種SM−50B,t=30m
m,w=150mm,d=15mm,θ=90゜,長さ750mm)を第4表に
示す溶接条件で溶接を実施した。その結果を第5表に示
す。なおアーク安定性及び溶込み形状については実施例
1と同様の評価を行った。第5表において、ワイヤ番号
7は脱酸剤の合計が本発明の限定範囲を超えているた
め、アーク安定性やスパッタ発生、スラグはくり性は良
好なるも、溶接金属に割れが発生しており、採用出来な
い。
ワイヤ番号8はSiO2及びTiO2,SiO2を含む酸化物の合計
が本発明の限定範囲を超えているため、スラグ粘性が高
くなりすぎ、ビード表面欠陥及びスラグ過多でアークが
スラグの上に発生し、溶接 金属にスラグ巻き込みが発生している。
ワイヤ番号9は、ワイヤ番号7と逆の脱酸剤の合計が
本発明範囲未満であるため、脱酸不足となり、アーク安
定性、スパッタ発生及びスラグはくり性がやや劣化する
とともに溶接金属にブローホールの溶接欠陥が発生す
る。
ワイヤ番号10は、TiO2が本発明範囲を超えているた
め、スラグ過多となりアークがスラグ上で発生し、スラ
グ巻き込みが起こり、X線試験も3級と不良になってい
る。
ワイヤ番号11,12は、スラグ剤を殆ど含有しないフラ
ックス入りワイヤでTiO2,SiO2も本発明範囲未満である
ため、溶込み形状は良いもののアーク安定性が悪く、ス
ラグの被りが少なく、ビード表面も不均一でスパッタ発
生もあり、採用出来ない。一方ワイヤ番号1〜6ではア
ーク安定性をはじめ、いずれの項目とも良好で安定した
高電流密度溶接が行われる。
[実施例3] 第3表のワイヤの内、ワイヤ番号1,5,10,12のワイヤ
を用い第5図に示す鋼板(鋼種SM50B,t=25mm,w=100m
m,H=100mm,長さ500mm)を第6表に示す溶接条件で水平
すみ肉溶接を実施した。なお鋼板表面は機械加工で切削
し、使用した。アーク安定性及び溶込み形状は実施例1
と同様に評価した。その結果を第7表に示す。第7表に
おいてワイヤ番号10のTiO2が本発明範囲を超えるもの及
びワイヤ番号12のようにTiO2,SiO2が本発明範囲未満の
ワイヤではアークがやや不安定で、スラグの被包性に大
きな差があり、下板側でのオーバラップやビード外観劣
化を引き起こしていて到底採用出来ない。一方本発明例
のワイヤ番号1及び5ではアーク状態、スラグ被包性、
スラグ発生状況やビード形状も優れている。なお、鋼板
表面に無機ジンクプライマーを塗装した鋼板(膜厚20μ
mに塗装、鋼種及びサイズは第5図と同じ)を使用した
場合も上記同様の結果となり、本発明例ワイヤはさらに
鋼板への溶接金属のなじみが優れまた溶接欠陥も発生し
ない優れたワイヤであることが明らかになった。
[発明の効果] 以上説明したように、本発明の高電流密度ガスシール
ドアーク溶接用フラックス入りワイヤによれば、高溶着
でアーク安定性や溶接作業性に優れた溶接ができ、さら
にビード外観、溶込み形状が良好な溶接部が得られる。
これは溶接の高能率化や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図は各種シールドガス組成によるビード形状を示す
模式図、 第2図はフラックス入りワイヤの断面図、 第3図は試験片断面図、 第4図は溶込み形状を示す図、 第5図は試験片断面図、 である。 1:融合不良、2:鋼膜外皮、3:フラックス、4:トーチ、5:
鋼板表面、6:ワイヤ。
フロントページの続き (72)発明者 河辺 仁 神奈川県相模原市淵野辺5―10―1 新 日本製鐵株式会社第2技術研究所内 (56)参考文献 特開 昭63−154267(JP,A) 特開 昭55−68184(JP,A) 特開 昭52−144341(JP,A) 特開 昭54−52639(JP,A)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】炭酸ガスをシールドガスとして、300A/mm2
    以上の高電流密度で溶接する際に用いるフラックス入り
    ワイヤのフラックス組成がワイヤ重量比で下記の成分を
    有することを特徴とする高電流密度ガスシールドアーク
    溶接用フラックス入りワイヤ。 TiO2 :1.5〜7.5wt% SiO2 :0.3〜1.5wt% 脱酸剤:1.5〜6.0wt% 酸化物(TiO2,SiO2を含めて):10.0wt%以下。
JP1311732A 1989-11-30 1989-11-30 高電流密度ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ Expired - Lifetime JP2694034B2 (ja)

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