JP2793969B2 - ステンレス鋼フラックス入りワイヤ - Google Patents

ステンレス鋼フラックス入りワイヤ

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JP2793969B2 JP3741295A JP3741295A JP2793969B2 JP 2793969 B2 JP2793969 B2 JP 2793969B2 JP 3741295 A JP3741295 A JP 3741295A JP 3741295 A JP3741295 A JP 3741295A JP 2793969 B2 JP2793969 B2 JP 2793969B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ステンレス鋼のアーク
溶接に使用されるフラックス入りワイヤにおいて、特
に、CO2又はAr−CO2混合ガスシールドアーク溶接
において、アークの安定性が優れ、スパッタの発生が少
なく、極めて高品質な溶着金属が得られるステンレス鋼
フラックス入りワイヤに関する。
【0002】
【従来の技術】ステンレス鋼のフラックス入りワイヤ
は、CO2又はAr−CO2混合ガスシールドアーク溶接
に使用されており、高溶着速度が得られると共に能率的
であること、適正溶接条件範囲が広くて使いやすいこ
と、ビード形状及び外観が良好であること等の優れた特
徴を有する。このため、従来の被覆アーク溶接棒又はM
IG溶接用ソリッドワイヤ等に替わって、フラックス入
りワイヤは近時ステンレス鋼の溶接に広く適用されるに
至っている。
【0003】最近では熟練した優秀な溶接技能者が減少
しており、こうした溶接を取り巻く社会環境の変化を反
映して、ステンレス鋼のフラックス入りワイヤに要求さ
れる特性も、溶接金属の機械的性質及び耐食性などの健
全性のみならず、アークの安定性及びスパッタ発生が少
ない等の使いやすさに重点がおかれている。特に、スパ
ッタの発生は溶接部の外観を損ねるのみならず、腐食の
原因になることから、最も避けなければならない重要な
課題である。フラックス入りワイヤにおいてもスパッタ
の発生を防止する観点から、種々の技術が提案されてい
る。例えば、特開昭62−006797号又は特開昭6
2−068696号等では、ワイヤ中に充填するフラッ
クスの配合組成を改善し、安定したアーク状態を得て低
スパッタを達成している。また、ワイヤの送給性が劣る
とアークが不安定となり、スパッタの発生に影響を及ぼ
すとして、ワイヤの送給性の改善等も図られている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ようなワイヤ中に充填するフラックスの種類及び配合比
率の改善又はワイヤの送給性の改善だけでは、スパッタ
の発生は全般的には低減するものの、なお、部分的に発
生するアークの不安定性を伴うスパッタの発生は防止で
きていない。このため、スパッタの防止のために、更に
一層の根本的な対策が必要となっている。
【0005】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、アークの安定性が優れ、スパッタの発生を
十分に防止することができ、高品質な溶着金属が得られ
るステンレス鋼フラックス入りワイヤを提供することを
目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明に係るステンレス
鋼フラックス入りワイヤは、ステンレス鋼からなる外皮
にワイヤ全重量に対して10〜30%のフラックスを含
有してなるフラックス入りワイヤであって、このワイヤ
の300mm〜1000mm離れた任意の2点に通電し
て、ワイヤを500〜1000℃に加熱したときに、こ
の通電区間内における最高温度と最低温度の差が20℃
以下であることを特徴とする。
【0007】
【作用】本発明者等は、こうしたステンレス鋼のフラッ
クス入りワイヤにおいて生じるスパッタの原因を詳細に
調査したところ、ワイヤの長手方向における不均質性に
よるものが大きいことを見出した。
【0008】図1(a)〜(d)はワイヤ先端における
アークの発生位置及びスパッタの発生状況を高速度ビデ
オ撮影によって観察した結果を示す模式図である。図1
(a)に示すようにアークが生成すると、(b)に示す
ように溶滴が成長し、次いで、(c)に示すように、溶
滴が溶融プールに移行する。そして、このときに、
(d)に示すように、スパッタが発生する。
【0009】スパッタの発生時には溶滴の大きさが不規
則になっており、アークの発生位置か変動し、特に大き
く成長した溶滴が溶融プールに移行するときにスパッタ
となって飛び散る様子が多く認められた。このときのア
ーク電圧の変動は、微小ではあるが安定部と比較すると
いくぶん大きいものが観察された。
【0010】また、一つ一つの溶滴がワイヤ先端から離
脱して溶融プールへ移行するときの時間間隔と、スパッ
タの発生傾向を調査すると、同一溶接条件の下では両者
の間には図2に示すように相関関係が認められた。即
ち、図2は横軸に平均溶滴移行時間をとり、縦軸に付着
スパッタ個数をとって両者の関係を示すグラフ図であ
る。この図2に示すように、移行時間が長くなるにつれ
て付着するスパッタ数が増大する。
【0011】なお、図3はスパッタの付着試験方法を示
す図である。この方法においては、捕集板1を水平に載
置し、試験板2を垂直にして、捕集板1の上に重ねる。
この突合わせ部をトーチ3を水平に対して45°傾斜し
てフラックス入りワイヤ4によりすみ肉溶接する。な
お、試験板2及び捕集板1はSUS304鋼である。ま
た、図3中の数値の単位はmmであり、この形状の捕集
板1の長さは600mm、試験板2の長さは370m
m、溶接長は300mmである。そして、試験板2及び
捕集板1に付着したスパッタの個数によって、スパッタ
発生量を評価した。
【0012】図2に示すように、溶滴移行時間が長いも
のは、溶滴が大きく成長することを意味し、このように
大きく成長する溶滴が多い場合は、アーク発生点の微小
変動を伴う不均一な現象が生じていることを意味するも
のである。従って、この試験から、平均離脱時間が短い
ほどアーク電圧の変動も少なく、スパッタ発生量が少な
いことが明らかとなった。
【0013】このように、安定した溶接作業性を有し、
かつスパッタ発生量を低減するには、ワイヤが溶融して
ワイヤ先端に形成され、その後溶融プールに移行する溶
滴の大きさが一定であり、更にこの溶滴移行の時間間隔
が常に一定であることが必要であり、それに伴ってアー
ク発生位置が一定で電圧変動が少ないことが重要であ
る。
【0014】本願発明者等がこのようなアーク電圧及び
溶滴の離脱時間を変動させている要因を調査したとこ
ろ、ワイヤを通電加熱したときの温度のばらつきが大き
いワイヤの場合に、その傾向が顕著であることが明らか
になった。そこで、本発明においては、アークの安定性
を高め、スパッタ発生量を低減させるために、ステンレ
ス鋼からなる外皮にワイヤ全重量に対して10〜30%
のフラックスを充填したフラックス入りワイヤであっ
て、ワイヤの300mm〜1000mm離れた任意の2
点に通電してワイヤを500〜1000℃に加熱したと
きに、その2点間の区間におけるワイヤの温度差が20
℃以下になるフラックス入りワイヤを使用してアーク溶
接する。
【0015】即ち、本発明は、使用せんとするワイヤを
通電過熱することにより、そのスパッタの発生を前述の
如くして事前に評価し、この新規な評価方法により、ス
パッタの発生がないワイヤを得、これにより、高品質な
溶着金属を得ようとするものである。本願発明者等は溶
接作業中に部分的に発生するスパッタの原因がフラック
スの不均一性、伸線加工のばらつき、外皮の厚さのばら
つき等の僅かな変動であるとの観点に立ち、その有力な
評価方法を開発して本発明を完成したものである。
【0016】以下、各条件の数値限定理由について説明
する。 (1)フラックス率:10〜30% フラックス率が10%未満では、高溶着性及び高溶接作
業性等のフラックス入りワイヤとしての利点を活かすこ
とができない。また、フラックス率が30%を超える
と、伸線性が著しく損なわれ、軟化のための焼鈍を何回
も繰り返す必要がある等、加工コストが著しく増大して
好ましくない。 (2)通電加熱温度:500〜1000℃ 通電加熱温度が500℃未満では、いずれのワイヤにお
いても顕著な温度差が現れず、本発明にてスパッタの発
生の評価をすることができず、本発明の目的を達成でき
ない。一方、1000℃を超える温度は本来必要でな
く、また1000℃を超える温度に加熱する場合は、温
度制御を厳密にしないとワイヤの溶融等のトラブルの発
生を引き起こしやすくなる。このため、このような温度
制御の必要上、複雑でかつ高価な設備が必要になり、実
際的でない。 (3)通電区間内の温度差:20℃以下 図4はワイヤの通電加熱による温度差と、溶接時のアー
ク電圧変動及びスパッタ発生量の関係を示すグラフ図で
ある。温度差が±10℃以下では、アーク安定性及びス
パッタの発生状況が極めて良好になっていることが分
る。これに対し、温度差が20℃を超えると、スパッタ
の発生量が多くなると共に、アーク電圧の変動が大きく
なる。 (4)通電加熱区間の距離(通電加熱点間の距離):3
00〜1000mm 通電するワイヤの2点間の距離については、300mm
未満では温度差が明瞭に現れず、一方1000mmを超
える距離では試験が煩雑になるとともに、本来必要とす
る情報以外の外乱因子が多くなり適切な評価が行えない
場合が生じる。なお、通電する時間は特に制約はない
が、ワイヤ表面に発生する酸化膜により、温度測定手
段、例えば赤外線温度計に誤差が出る場合があり、通
常、通電開始後1分以内にワイヤ長手方向の全長を測定
することが好ましい。
【0017】
【実施例】以下、本発明の実施例について、比較例と比
較して説明する。表1に示すステンレス鋼帯の外皮に、
表2に示すフラックスを充填してなるJIS Z332
3に相当するフラックス入りワイヤを製作し、ワイヤの
通電加熱試験及び溶接試験を行った。
【0018】ワイヤ通電加熱実験装置の一例を図5に示
す。架台11上に支持台12が立設されており、その垂
直な前面に2本の支持棒13が固定されており、この各
支持棒13の上端にはリール14が回転自在に取り付け
られている。そして、試験対象のワイヤ10の一端が固
定部9に固定され、途中をリール14により係止され、
他端に重り8が取り付けられて、リール14間に張設さ
れている。この一定の張力で水平に真直に張ったワイヤ
10に対して、銅製のローラ等の給電部15を接触さ
せ、この給電部15に対して電源16から直流電流を供
給して、ワイヤ10に通電し、ワイヤ10を所定の温度
(500〜1000℃)に加熱する。
【0019】一方、ワイヤの温度測定は、架台11上に
ワイヤ10に平行に設置された定速移動台20上に赤外
線温度計21を設置し、この定速移動台20に沿って、
赤外線温度計21を定速で移動させて、ワイヤをその長
手方向にスキャニングしながら、赤外線温度計21によ
りワイヤ温度を測定することにより行った。この測定範
囲は、ワイヤの水平部分の500mm長の部分である。
そして、その平均値と、測定値の最大値と最小値との差
を求め、電源16内に設けた記録計に記録した。
【0020】溶接試験に関しては、SUS304鋼平板
(厚さ:9mm、長さ:50mm、幅:350mm)の
水平すみ肉溶接を炭酸ガスアーク溶接法により、表3に
示す溶接条件で行い、その際、アーク電圧をサンプリン
グタイム200msecにて記録計に記録した。得られ
たアーク電圧測定値からその平均値と標準偏差(σ)を
求め、3σをアーク電圧変動とした。また、スパッタ発
生量は、試験板に付着したスパッタの数を測定すること
により求めた。
【0021】
【表1】
【0022】
【表2】
【0023】
【表3】
【0024】表4は、各ワイヤの構成と試験結果を本発
明の実施例及び比較例と比較して示す。実施例No.1
〜9は本発明例であり、通電加熱試験によるワイヤ中の
温度差が20℃以内であり、アーク溶接中の電圧変動が
4V未満であり、スパッタ発生量も30個以下と極めて
少なく、良好な溶接性が得られている。
【0025】一方、比較例No.10〜17は通電加熱
試験で温度差が20℃を超えるワイヤであり、溶接中の
アーク電圧変動も大きく、またスパッタの発生量が多
い。これらの原因としては、例えば比較例No.10,
11,15,16,17は、フラックス充填時の均一性が
劣っており、比較例No.11,12,14,15では、
伸線ダイススケジュールが適切でなく、ワイヤに局部的
な伸線加工のばらつきが生じ、外皮の厚みに大きな変動
が生じたことによる。更に、比較例No.13,17で
は、成形時に型が安定せず、ワイヤに微小な凹凸が生じ
たため、成形における縮径が生じたか、又は伸線加工中
にフラックスが部分的に移動することにより、ワイヤが
不均一になったものと考えられる。
【0026】以上のように、フラックス入りワイヤにつ
いて、予め通電試験することにより、そのスパッタの発
生及び電圧変動を予測することができ、スパッタが少な
く、電圧の変動が少ないフラックス入りワイヤを選択し
てアーク溶接することにより、溶接作業を向上させるこ
とができる。
【0027】本発明の実施例のワイヤは、フラックス自
身については、その流動性及び混合の均一性が優れてい
るものを使用すると共に、その成形から伸線、更には焼
鈍、巻替にいたるすべての工程中において、均一な加工
を施すことで容易に製造することができる。
【0028】
【表4】
【0029】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
アークの安定性が優れ、スパッタの発生を防止できると
共に、高品質の溶着金属を得ることができるステンレス
鋼フラックス入りワイヤを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】スパッタの発生過程を説明する模式図である。
【図2】平均溶滴移行時間と付着スパッタ個数との関係
を示すグラフ図である。
【図3】スパッタ発生試験方法を説明する図である。
【図4】温度差とアーク電圧変動及びスパッタ発生量と
の関係を示すグラフ図である。
【図5】温度差測定装置を示す模式図である。
【符号の説明】
8:重り 9:固定部 10:試験ワイヤ 11:架台 12:支持台 13:支持棒 14:リール 15:給電部 16:電源 20:定速移動台 21:赤外線温度計
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西山 繁樹 神奈川県藤沢市宮前字裏河内100番1 株式会社神戸製鋼所藤沢事業所内 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B23K 35/00 - 35/40

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ステンレス鋼からなる外皮にワイヤ全重
    量に対して10〜30%のフラックスを含有してなるフ
    ラックス入りワイヤであって、このワイヤの300mm
    〜1000mm離れた任意の2点に通電して、ワイヤを
    500〜1000℃に加熱したときに、この通電区間内
    における最高温度と最低温度の差が20℃以下であるこ
    とを特徴とするステンレス鋼フラックス入りワイヤ。
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