JP3805602B2 - ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤの改良に係り、さらに詳しくは立向、上向等の姿勢溶接性に優れ、アークの安定性も良好で、且つスパッタの発生が少ないステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤの適用範囲が広がり、従来被覆アーク溶接棒により溶接施工を行っていた箇所も置き換えて使用され、更にはより良いビード外観、形状など仕上がりの要求も厳しくなってきている。特にオーステナイトステンレス鋼は炭素鋼に比べ、融点が低く熱伝導性が悪いことから、溶融金属が垂れやすく立向溶接では凸ビード形状となりやすく、上向溶接では溶融金属が垂れビード形成が困難であった。
【０００３】
この様な条件を克服し良好な姿勢溶接が行えるものとして本発明者らは、特開平３−２６４１９４号公報に開示される如く、スラグ剤主成分についてＳｉＯ₂ ；０．６〜１．２％、ＺｒＯ₂ ；０．６〜１．２％、ＴｉＯ₂ ；１．７〜３．７％と量を規定し、更に（ＴｉＯ₂ ＋ＺｒＯ₂ ）／ＳｉＯ₂ ＝３．０〜５．０と割合を制限し、立向溶接において良好なビード形状を得られることを可能としたが、上向溶接を行うのが困難であった。さらに発明者らは特開平９−２０１６９６号公報に開示される如く、スラグ剤主成分であるＴｉＯ₂ を４．０〜７．５％と増量し、ＺｒＯ₂ はＴｉＯ₂ の０．１〜０．２倍で、かつＳｉＯ₂ の量を超える量とし、更に金属弗化物をＦ換算値で０．０５〜０．２％に制限する等して、上向姿勢の溶接を可能とした。しかしながら、フラットなビードの形状を得るまでは至らなかった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前述の問題点に鑑み、従来困難であった上向姿勢の溶接を可能とし、かつフラットで良好なビード形状の得られるステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤを提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明らが、充填するフラックス中のスラグ剤主成分に加え、高温でスラグ化しやすく凝固が速い金属成分を検討した結果、Ｔｉ成分は強脱酸剤であることから他の金属より早く酸化反応し、ＴｉＯ₂ としてスラグ化した後は高温で凝固し溶融金属の垂れ防止として有効に作用することを見いだした。さらに、Ｔｉ成分の原料としての検討を行った結果、金属チタンとフェロチタンを複合して添加し、金属チタンとフェロチタンの比率の調整によりアーク吹き付け状態のソフト化およびビード形状の向上ができることが明らかとなった。またＴｉ成分を使用することにより、従来より少量のスラグでも溶融金属の垂れ防止が確保でき、スラグイン、スパッタ等スラグの増量により懸念される課題も解消されることがわかった。
【０００６】
本発明は以上の知見を基になされたものであり、その要旨とするところは以下の通りである。
ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤにおいて、フラックス中にワイヤ全重量に対する質量％で、
ＳｉＯ₂ ：０．２〜１．２％、
ＺｒＯ₂ ：０．２〜０．９％、
ＴｉＯ₂ ：４．０〜６．０％
をスラグ成分として含有し、かつスラグ成分の合計を５．４〜８．４％とするとともに、金属チタンおよびフェロチタンをＴｉ換算値の合計で０．３〜０．９％含有し、かつ金属チタンとフェロチタンの含有割合がＴｉ換算で金属チタン：２０〜６０％、フェロチタン：４０〜８０％を満たすようにし、前記フラックスをステンレス鋼外皮中に１８〜２５％充填することを特徴とするステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤ。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明のフラックス入りワイヤとは図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）に示すような断面形状で、パイプ又は帯鋼から成る外皮１にフラックス２を充填したものである。図２（ａ）のような継目のないもの、図２（ｂ）ないし（ｃ）のような継目３があるものいずれも含まれる。
次に本発明の充填フラックスについて、成分限定理由を述べる。なお、以下において％はワイヤ全重量に対する質量％を示す。
【０００８】
ＳｉＯ₂ は適度の粘性があり、共に被包性の良いスラグを形成するのに必要な成分であるが、０．２％未満ではその効果が発揮できずスラグ被包性は劣化するが、１．２％を超えるとスラグの融点を低下させ、立向および上向溶接において溶融金属の垂れが生じビード形成が困難となる。従ってＳｉＯ₂ は０．２〜１．２％とする。なお、ＳｉＯ₂ の原材料としては珪砂、珪石の他、珪灰石、ジルコンサンド、カリ長石等の原料の副成分も利用できる。
【０００９】
ＺｒＯ₂ はＳｉＯ₂ 同様に適度の粘性と共に被包性の良いスラグを形成するのに必要な成分であり、さらにスラグの融点を上げることにより、スラグの凝固を早め溶融金属の垂れを防止するのに有効である。０．２％未満ではその効果が不十分であり、逆に０．９％を超えた場合スラグが硬くなり剥離性が劣化し、スパッタも増加する。従ってＺｒＯ₂ は０．２〜０．９％とする。原材料としては酸化ジルコニウム、ジルコンフラワー、ジルコンサンド等を用いる。
【００１０】
ＴｉＯ₂ は緻密な剥離性の良いスラグを形成し、アークの安定性をもたらすが、４．０％未満ではその効果が発揮できず、６．０％を超えるとスラグの流動性が増すと共に、アークの吹付けが強く広がりがなくなるためビード形状が不良となる。従ってＴｉＯ₂ は４．０〜６．０％とする。原材料としてはルチル、チタンスラグ、イルミナイト、さらにはチタン酸カリ、チタン酸ソーダ等のチタン酸塩等が単独あるいは複合で用いられる。
【００１１】
本発明では上記ＳｉＯ₂ 、ＺｒＯ₂ 、ＴｉＯ₂ のスラグ成分を主にフラックス中に含有することにより、粘性や被包性、剥離性の良好なスラグを形成し、アーク安定性も良好に維持させるが、これらの特性を調整するためにその他の例えば、Ａｌ₂ Ｏ₃ 、Ｂｉ₂ Ｏ₃ 、ＦｅＯ等のスラグ成分をさらに含有させても良い。
【００１２】
本発明では、ＳｉＯ₂ 、ＺｒＯ₂ 、ＴｉＯ₂ の本発明の主要スラグ成分およびその他の調整用のスラグ成分のフラックス中のスラグ成分を合計で５．４〜８．４％に規定する。フラックス中のスラグ成分が合計で５．４％未満では、スラグの被包性が不十分となり、立向および上向溶接において溶融金属の保持が十分できずビード形成が困難となり、８．４％を超えるとスパッタが増加し、スラグインクルージョンが発生しやすくなる。従ってフラックス中のスラグ成分の合計はワイヤ全重量の５．４〜８．４％とする。なお本発明においてスラグ成分とは、非金属成分を意味する。
【００１３】
以上のスラグ成分をフラック中に含有することで横向きおよび立向き溶接における溶接ビード形状および溶接作業性は確保することが可能であるが、立向き溶接を可能としかつ溶接ビード形状、さらには、溶接作業性を良好に維持するためには、フラックス中の金属成分を以下のように規定することが必要である。
【００１４】
Ｔｉはそのほとんどがアーク中で酸化反応しＴｉＯ₂ となり、スラグとして作用するが、本来スラグ形成材として使用しているＴｉＯ₂ の融点が１８４０℃であるのに対し、金属チタンで１６６０℃、フェロチタンで１３１７℃と、より融点が低いため早い時点でスラグ化する。したがって凝固も早期に始まり溶融金属の垂れを防止するのに有効である。０．３％未満ではその効果が得られず、０．９％を超えるとスラグの流動性が増し被包性の劣化が生じる。従って金属チタンおよびフェロチタンからなるＴｉ（フェロチタンはＴｉ換算値）は０．３〜０．９％とする。
【００１５】
さらにＴｉ源としては図１に示す通り、金属チタンとフェロチタンの適正な割合があることが明らかとなった。金属チタンはアークのソフト化をも行い、スパッタの低減、立向溶接におけるアンダーカットの防止および凸ビード形状の抑制に効果がある。２０％未満ではその効果が不十分で、６０％を超えるとアークの吹付けが弱く、開先内における下向溶接でスラグが絡みやすくスラグインクルージョンが発生し易くなる。一方、フェロチタンは金属チタンより融点が低く充填フラックスの溶融を円滑にする効果をも併せ持ち、スパッタの低減、充填フラックスの未溶融によるスラグインクルージョンの防止に効果がある。４０％未満ではその効果が不十分で８０％を超えるとビード表面のテンパーカラーが濃化し溶接施工物の商品価値を低下させる。従ってＴｉ源のうち２０〜６０％が金属チタン、４０〜８０％がフェロチタンとする。
【００１６】
また、本発明では、ステンレス鋼外皮へのフラックスの充填は１８〜２５％とする。この理由は、ステンレス鋼外皮へのフラックスの充填が１８％未満では外皮の肉厚が厚くなり、溶滴が肥大化しスパッタが増加し、２５％を超えると逆に外皮の肉厚が薄くなり伸線加工中に断線が発生しやすくなるからである。
【００１７】
本発明の構成は上記の通りであるが、この他溶着金属の成分調整のためＭｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｃｕ、Ｎ等を外皮やフラックス中に添加することができる。
【００１８】
【実施例】
表１に示す外皮および表２、表３に示す充填フラックスからなるＪＩＳ Ｚ３３２３ ＹＦ３０８Ｌおよび２０％Ｃｒ−１８％Ｎｉ−６％Ｍｏ−０．６％Ｃｕ−０．２％Ｎ系の高耐食ステンレス鋼の２タイプのステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤを製造した。断面形状は図２（ａ）に示すもので、太さは１．２ｍｍである。
【００１９】
【表１】

【００２０】
【表２】

【００２１】
【表３】

【００２２】
図３に示す板厚１０ｍｍのＳＵＳ３０４Ｌおよび２０％Ｃｒ−１８％Ｎｉ−６％Ｍｏ−０．６％Ｃｕ−０．２％Ｎ系の高耐食ステンレス鋼のそれぞれ共金すみ肉試験板へ立向上進にて溶接を行い、溶接作業性を調査した。シールドガスはＣＯ₂ で、流量：２０ｌ／ｍｉｎ、溶接電流：１８０Ａ、溶接電圧：２６Ｖである。
【００２３】
その結果は表４、表５に示す通りである。これらの表における溶接作業性のアーク状態、スパッタおよびスラグ被包・剥離の評価は、○：良好、△：やや不良、×：不良を示し、ビード形状はＡＷＳ Ａ５．２２−９５、ステンレスフラックス入りワイヤに規定のすみ肉試験要求を満足すものを○：良好、満足できないものを×：不良とした。
【００２４】
【表４】

【００２５】
【表５】

【００２６】
比較例のＳｉＯ₂ が少ないワイヤＮｏ．１７は、スラグの粘性および被包性が劣り、ビード形状も不良であった。
ＳｉＯ₂ が多いワイヤＮｏ．１８は、スパッタがやや多く、スラグの被包性が劣り、ビード形状も不良であった。
ＺｒＯ₂ の少ないワイヤＮｏ．１９は、スラグの粘性および被包性が劣り、ビード形状も不良であった。
【００２７】
ＴｉＯ₂ の少ないワイヤＮｏ．２０は、アーク状態がやや不良で、スラグ剥離が劣った。
ＴｉＯ₂ の多いワイヤＮｏ．２１は、アーク状態が強くてやや不良でスパッタもやや多く、スラグ被包性が劣り、ビード形状も不良であった。
ＺｒＯ₂ の多いワイヤＮｏ．２２は、スパッタが多く、スラグ剥離も劣った。
【００２８】
Ｔｉ換算値合計の少ないワイヤＮｏ．２３は、スラグの凝固が遅くビードが凸形状となり不良であった。
Ｔｉ換算値合計の多いワイヤＮｏ．２４は、スラグの流動性が増し被包性が劣化し、ビード形状不良であった。
金属チタン／フェロチタンの比率が適正値より小さいワイヤＮｏ．２５は、スパッタが多くビード形状不良で、一方、金属チタン／フェロチタンの比率が適正値より大きいワイヤＮｏ．２６は、アークの吹付けが弱くスラグの絡みやすい傾向であった。
【００２９】
スラグ成分合計の少ないワイヤＮｏ．２７は、スラグの被包が不十分でビード形状も不良であった。
スラグ成分合計の多いワイヤＮｏ．２８は、スパッタがやや多く不良であった。
スラグ成分合計が多く充填率の高いワイヤＮｏ．２９は、伸線加工中の断線が多発し、溶接した結果はスパッタがやや多く不良であった。
充填率の低いワイヤＮｏ．３０は、アーク状態がやや不良で、スパッタが多く認められた。
【００３０】
これらに対し、ＳｉＯ₂ 、ＺｒＯ₂ 、ＴｉＯ₂ 、Ｔｉ換算値合計および金属チタンとフェロチタンの割合、フラックス中のスラグ成分の合計、充填率の適正な本発明ワイヤＮｏ．１〜１６は、立向溶接においてアーク状態、スパッタ、スラグ剥離等の溶接作業性が良好で、メタルの垂れがなく平滑なビード形状が得られた。
【００３１】
【発明の効果】
以上のように本発明はステンレス鋼の溶接において従来困難であった上向姿勢の溶接を可能とし、かつフラットで良好なビード形状の得られることを可能にしたものであって、ステンレス鋼溶接の品質と能率向上に大きく貢献するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｔｉ含有量と金属チタン、フェロチタンの割合の適正範囲を示すグラフ
【図２】（ａ）〜（ｄ）は各種フラックス入りワイヤの断面形状
【図３】試験板形状
【符号の説明】
１ 外皮
２ 充填フラックス
３ 継目

Claims (1)

1. ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤにおいて、フラックス中にワイヤ全重量に対する質量％で、
   ＳｉＯ₂ ：０．２〜１．２％、
   ＺｒＯ₂ ：０．２〜０．９％、
   ＴｉＯ₂ ：４．０〜６．０％
   をスラグ成分として含有し、かつスラグ成分の合計を５．４〜８．４％とするとともに、金属チタンおよびフェロチタンをＴｉ換算値の合計で０．３〜０．９％含有し、かつ金属チタンとフェロチタンの含有割合がＴｉ換算で金属チタン：２０〜６０％、フェロチタン：４０〜８０％を満たすようにし、前記フラックスをステンレス鋼外皮中に１８〜２５％充填することを特徴とするステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤ。

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