JPH07116892A

JPH07116892A - ガスシールドアーク溶接用メタル系フラックス入りワイヤ

Info

Publication number: JPH07116892A
Application number: JP26398093A
Authority: JP
Inventors: Kazukuni Hase; 和邦長谷; Akihisa Yamaura; 晃央山浦; Yoshifumi Nakano; 善文中野
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1993-10-22
Filing date: 1993-10-22
Publication date: 1995-05-09

Abstract

(57)【要約】【目的】溶着効率が高く、連続多層溶接性に優れ、か
つスパッタ発生量が少なく、ビード形状、スラグ剥離性
に優れたメタル系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。【構成】ワイヤ中のＣ量、フラックス中のＦｅ量、
（Ｓｉ＋Ｍｎ）量およびＭｎ／Ｓｉ比、（Ａｌ＋Ｍｇ）
量、Ｍｇ／Ａｌ比、Ｎａ＋Ｋ＋Ｃａ量、スラグ形成剤
量、Ｂｉ量、フラックス充填率を規定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、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り、とくにスパッタ発
生量が少なく、スラグ剥離性が良好でかつ良好なビード
形状を得ることの可能な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】メタル系フラックス入りワイヤは、チタ
ニヤ系フラックス入りワイヤと比較して、溶着効率が高
い、スラグ生成量が少なく連続多層溶接が可能である、
など、溶接能率の点で優れた特徴を有していた。その一
方でチタニヤ系フラックス入りワイヤよりもスパッタが
多く、すみ肉ビード形状( とくに水平すみ肉溶接) が悪
いなどの問題を抱えていた。

【０００３】フラックス入りワイヤの作業性への影響と
して一般的に次の因子が影響していることが知られてい
る。 (1) スパッタ発生量・ワイヤ中のC 量( フープ、フラックス、伸線潤滑剤に
含まれるC 量) ・アーク安定剤( アルカリ金属) の添加量・フラックス充填率 (2) ビード形状・脱酸剤の種類、量、比率、スラグ量これらの問題を解決すべく特公平5-21677 号公報ではワ
イヤ中のC 量、脱酸剤Mn、Si、Al量、アルカリ金属Na、
K 量、スラグ形成剤量、フラックス粒度およびフラック
ス充填率を規制している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この発
明ではスラグ形成剤が少ないこと、脱酸剤が少なく溶接
金属の脱酸不足のためメタルの流動性が高くなっている
ことからビード形状の点についてはまだ解決されてはい
ない。また、メタル系フラックス入りワイヤは連続多層
溶接を行うため、チタニヤ系フラックス入りワイヤと比
較してスラグの焼付きが生じやすくスラグ剥離性が劣
り、作業性が低下するという問題もあるが、このことに
ついては全く検討されていない。

【０００５】スラグ剥離性の改善は特開昭58-13495号公
報、特開昭59-13955号公報、特公平2-14158 号公報など
において検討が行われている。このうち特開昭59-13955
号公報、特公平2-14158 号公報はいずれもBiをフッ化物
やその他の低融点酸化物と併用してスラグ剥離性を改善
させたものである。フラックス入りワイヤは種々の原料
を混合して使用しているため材料コストが高くなってい
る。コスト低減のためには可能な限りフラックスの種類
を低減させる方が好ましい。本発明では、メタル系フラ
ックス入りワイヤの場合Biの使用だけで効果が十分であ
ることが分かった。

【０００６】また、特開昭58-13495号公報はチタニア系
フラックス入りワイヤについてスラグ剥離性を改善する
ためにBiを添加したものである。本発明においてチタニ
ア系フラックス入りワイヤとメタル系フラックス入りワ
イヤは溶接アーク現象が異なるためチタニア系フラック
ス入りワイヤの知見をそのままメタル系フラックス入り
ワイヤに適用できないことが明らかになった。つまり、
チタニア系フラックス入りワイヤは、フラックス中に融
点の高い酸化物が多量に添加されているため溶接アーク
中にフラックスポールが形成されている。このため沸点
の低いBiはこのフラックスポールから蒸発してヒューム
となるため、スラグ剥離の効果を期待するためには蒸発
分を見込んでやや過剰に添加する必要があった。ところ
がメタル系フラックスではフラックス中に金属粉末が多
いためフラックスポールがチタニア系よりも短くなり蒸
発による損失が少ない。そのためメタル系フラックス入
りワイヤにスラグ系フラックス入りワイヤの配合をその
まま適用すると溶接金属中へのBiの歩留りが高くなり溶
接金属の機械的特性を低下させるという危険性があっ
た。そこで本発明ではメタル系フラックス入りワイヤで
のBiの適正範囲を明らかにすることにより、良好なスラ
グ剥離性を得つつ他の作業性への影響を除くことを可能
にした。

【０００７】本発明は、メタル系フラックス入りワイヤ
の特徴である高溶着効率、連続多層溶接性を具備しつつ
かつスパッタ発生量が少なく、ビード形状、スラグ剥離
性に優れたガスシールドアーク溶接用フラックス入りワ
イヤを提供することを目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、金属性外皮中
に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、ワイヤ全体( フラックス、外皮および潤滑剤を含
む) のC 含有量が0.01〜0.08%(ワイヤあたりwt% 、以下
同様とする) であり、フラックスが、Fe( 鉄粉および鉄
合金中のFe換算値):60〜80% 、Mn+Si:10〜22% 、Mn/Si:
1.5 〜 3.5、Al+Mg:3.1 〜5%、Mg/Al ≦0.65、Na+K+Ca:
0.2 〜0.7%、スラグ形成剤:6.6〜20% 、Bi:0.01 〜0.60
%(Bi換算値) からなるとともに、ワイヤ全体に対してフ
ラックスを15〜25% 充填したことを特徴とするガスシー
ルドアーク溶接用メタル系フラックス入りワイヤであ
る。

【０００９】

【作用】次に本発明におけるメタル系フラックス入りワ
イヤのスパッタ発生量、スラグ剥離性、ビード形状につ
いて種々検討した結果次のようなことが明らかになっ
た。 (1) スパッタ発生量スパッタ発生量に対しては、ワイヤ中のC 量、アルカリ
・アルカリ土類金属量、フラックスの充填率が重要であ
ることが明らかになった。

【００１０】(a) ワイヤ中のC 量の影響ワイヤ中のC は溶接中に酸素と反応してCOを形成する。
その際ガス化による急激な体積膨張により溶滴爆発が生
じスパッタが増加する。そのためスパッタ減少のために
は、ワイヤ中C によるCO反応の制御が必要である。 (b) アルカリ金属、アルカリ土類金属量アルカリ金属およびアルカリ土類金属は、電離電圧が小
さいため他の元素と比較して容易に電離する。そのため
アーク安定化にともなう溶滴移行の安定化によってスパ
ッタを低減する。

【００１１】(c) フラックス充填率同一径のワイヤにおいてフラックス充填率を増加すると
外皮の断面積が減少する。そのため同一電流ではフラッ
クスの充填率が高くなると電流密度が増大する。ピンチ
力を有効に利用できる適正な電流密度にすることにより
溶滴移行をスムーズにし、スパッタを低減させることが
できる。 (2) スラグ剥離性スラグ剥離性が悪くなる原因として一般的にスラグ巻き
込み、黒皮へのかみ込みおよびスラグの焼付きなどがあ
る。連続多層溶接を行う場合溶接部の入熱が高くなりス
ラグの焼付きを生じやすい状態となる。Biは融点、沸点
が低く蒸気圧の高い元素であるため、スラグメタル間の
接触を妨げ、焼付きを防止する効果がある。 (3) ビード形状溶接ビードの形状は溶接金属やスラグの流動性および粘
性によって決まる。

【００１２】Si+Mn 量、Mn/Si 比、Al+Mg 量は溶接金
属、スラグの流動性、粘性の調節剤として働きこれらを
規制することによりビードの垂れを調整し、ビード形状
を調整することができる。以上のような理由から以下に
示すようにメタル系フラックス入りワイヤの成分を限定
した。

【００１３】(成分限定理由)ワイヤ中のC 量:0.01 〜0.08% ワイヤ中のC 量が 0.01%未満では、アークが不安定とな
り、アークのばたつき感の増加が生じる。またワイヤの
強度が不足してワイヤ送給性が安定しなくなる。0.08%
を越えると溶滴中でワイヤC とO 間のCO反応に伴う爆発
によりスパッタが増加し、ヒュームも増加する。したが
ってC 量の範囲は0.01〜0.08% と規定した。Fe( 鉄粉、鉄合金中のFe換算値):60〜80% フラックス中のFe量が60% 未満では、メタル系フラック
ス入りワイヤの特徴である溶着効率が低下する。80% を
越えると脱酸剤やアーク安定剤が不足し、スパッタの増
加、ビード形状の不良を生じる。したがってFe換算値は
60〜80% と規定した。Si+Mn:10〜22% かつMn/Si=1.5 〜3.5 フラックス中の(Si+Mn) 量が10% 未満では脱酸不足にな
り、すみ肉ビード形状が悪化するとともにブローホール
などの欠陥が発生するためＸ線性能が低下する。22% を
越えると溶接金属の強度が高くなり過ぎ、靱性および耐
割れ性が低下する。Mn/Si が1.5 未満では溶接金属の靱
性が損なわれ、3.5 を越えるとビード形状が不良となり
スパッタが増加する傾向にあるため好ましくない。した
がってMn+Si の範囲は 10 〜22% 、Mn/Si の範囲は 1.5
〜 3.5と規定した。Al+Mg:3.1 〜5%かつMg/Al ≦0.65 Si、Mnとともに脱酸剤として作用する。Al+Mg が3.1%未
満では脱酸不足によりビード形状が不良となる。また、
Mgは急激な酸化反応によりスパッタを増加させるためMg
/Al 比を0.65以下にする必要がある。したがってAl+Mg
の範囲を3.1 〜5%、Mg/Al を0.65以下とした。Na+K+Ca:0.2 〜0.7% (Na+K+Ca)量が0.2%未満ではアークが集中し、溶滴移行
が不安定になるためスパッタが増加する。0.7%を越える
とガス発生成分が増加するためスパッタが多くなる。し
たがってNa+K+Ca の範囲を0.2 〜0.7%と規定した。

【００１４】なお、Na+K+Ca は酸化物、複合酸化物およ
びフッ化物いずれのかたちでの添加も含む。スラグ形成剤:6.6〜20% スラグ形成剤が6.6%未満ではアークが不安定となり、ス
パッタが増加する他、スラグ量が少なくなりビード形状
が不良となる。しかし、20% を越えるとスラグ量が増大
してメタル系フラックス入りワイヤの特徴である低スラ
グ性が損なわれるほかに連続多層溶接も困難になる。し
たがってスラグ形成剤の範囲を6.6 〜20% と規定した。

【００１５】ここでのスラグ形成剤はSiO₂、TiO₂、Al₂O
₃、ZrO₂、MgO 、MnO などの酸化物である。Bi:0.01 〜0.6% Bi 添加量が、0.01% 未満ではスラグの焼付きが生じや
すく剥離性が不良になる。0.6%を越えると溶接金属の靱
性および伸びの低下が見られる。したがってBi含有量の
範囲を0.01〜0.6%と規定した。フラックス充填率:15 〜25% フラックス充填率が15% 未満ではスパッタ量が増大し、
25% を越えると金属性外皮の肉厚が減少し、ワイヤの電
流密度が高くなりすぎる。その結果、溶滴の押し上げ力
が増加してアークが不安定となりスパッタが増大する。
したがってフラックス充填率の範囲を15〜25% と規定し
た。

【００１６】本発明におけるワイヤは、図１に示すよう
な断面形状のワイヤとすることができる。ワイヤ線径に
おいても、直径が1.2mm 、1.6mm 、2.0mm 、2.4mm 、3.
2mmなど任意の線径を選択できる。

【００１７】

【実施例】外皮として軟鋼を用い、フラックスとして表
1に示す配合を用いた。そして、同じく表１に示すワイ
ヤのC 量、フラックス充填率を示す種々のメタル系フラ
ックス入りワイヤ( 線径1.2mm)を作成し、該ワイヤを使
用して以下に示す条件で溶接を行い、スパッタ発生量、
スラグ剥離性、ビード形状およびアークの安定性につい
て検討した。その結果を表２に示す。

【００１８】極性: 直流逆極性条件: 300A-33V-40cm/min シールドガス:100% CO₂ 20ｌ/min 突き出し長さ:20mm 溶接姿勢：スパッタ量測定のとき下向きビードオンプレ
ート溶接その他は水平すみ肉溶接母材:SM-400(20nmt)

【００１９】

【表１】

【００２０】

【表２】

【００２１】

【表３】

【００２２】表２における測定方法およびその評価方法
は次の通りである。スパッタ発生量の測定方法: 図２に
示すスパッタ補修装置を用いた。補修装置内で一定時間
溶接したときに発生するスパッタを補修装置で全量捕集
し、測定した。測定時間は1 分間とし、1 分間あたりの
発生量(g/min) を3 回測定しその平均値を求めた。

【００２３】ビード形状評価方法: 水平すみ肉溶接を行
い、ビード平滑度、止端部の揃い、オーバーラップ、ア
ンダーカットについて目視で観察し、形状が良好である
場合には○、不良の場合には×とした。スラグ剥離性評
価方法: 連続多層溶接後にスラグ除去を行い、容易に剥
離した場合には○、スラグ焼付きなどが生じ剥離が困難
であった場合には×とした。

【００２４】アーク安定性評価方法:15 分間連続で下向
き溶接した際に発生するアーク乱れ状態を目視で観察
し、アーク乱れが生じなかった場合には○、アーク乱れ
が生じた場合には×とした。これらの実験結果より下記
のことが分かる。 (1) 実験1 〜9 は本発明の実施例である。これらのワイ
ヤは低スラグ、高溶着効率などメタル系フラックス入り
ワイヤの特性を具備しつつ、スパッタ発生量が少なく、
スパッタ剥離性が良好でビード形状も良好であり、優れ
た溶接作業性を示している。

【００２５】(2) No.10 、11はワイヤ中のC 量が本発明
の範囲外のものであり、C 量が少なすぎるNo.10 はアー
クが弱く不安定であり、C 量が多すぎるNo.11 はスパッ
タ、ヒュームが多かった。 (3) No.12 、13はFe量が本発明の範囲外のものであり、
Fe量の少ないNo.12 はスラグ形成剤が相対的に多くな
り、スラグ量が多くなりすぎ、作業性が低下する。No.1
3 はFe量が多すぎ、Si、Mnが相対的に不足してビード形
状が悪くなった。

【００２６】(4) No.14 、15は(Si+Mn) 量が本発明の範
囲外のものであり、(Si+Mn) 量が少ないNo.15 はビード
形状が悪く、ピットやブローホールなどの欠陥が発生し
た。(Si+Mn) 量の多すぎるNo.14 は溶接金属の靱性、伸
びおよび耐割れ性に問題があった。 (5) No.16 、17はMn/Si が本発明の範囲外のもので、Mn
/Si が小さすぎるNo.16では溶接金属の靱性が悪く、Mn/
Si が大きすぎるNo.17 ではビード形状が悪くスパッ
タ、ヒュームも増加した。

【００２７】(6) No.18 、19は(Al+Mg) 量が本発明の範
囲外のものであり、(Al+Mg) 量の少なすぎるNo.18 はビ
ード形状が悪く、(Al+Mg) 量の多すぎるNo.19 は耐割れ
性が低かった。 (7) No.20 はMg/Al 比が本発明の範囲外のものであり、
溶滴移行が安定せずスパッタが多かった。

【００２８】(8) No.21 、22はスラグ形成剤の量が本発
明の範囲外のものであり、スラグ形成剤が少なすぎるN
o.21 はアーク不安定になり、スパッタが増加する傾向
にあった。スラグ形成剤が多すぎるNo.22 では、スラグ
が多くなりすぎて効率が低下しヒュームが多くなる傾向
にあった。 (9) No.23 、24はBi添加量が本発明の範囲外のものであ
り、Bi量が少なすぎるNo.23 は、スラグ剥離が困難とな
った。Biが多すぎるNo.24 はアークが不安定になりスパ
ッタが増加した。また溶接金属の靱性が悪かった。

【００２９】(10) No.25、26は(Na+K+Ca) 量が本発明の
範囲外のものであり、(Na+K+Ca) 量が少なすぎるNo.25
はアークが不安定となり、スパッタ量が多くなった。(N
a+K+Ca) 量が多すぎるNo.26 はガス成分が多くなりかえ
ってアーク不安定となり、スパッタが増加した。 (11) No.27、28はフラックス充填率が本発明の範囲外の
ものであり、フラックス充填率の低いNo.27 はスパッタ
量が増大し、フラックス充填率の高すぎるNo.28はアー
クが不安定であった。

【００３０】

【発明の効果】以上のように本発明におけるメタル系フ
ラックス入りワイヤは該ワイヤの低スパッタ性および高
溶着効率の特性を具備したままスパッタ発生量が少な
く、スラグ剥離性が良好で優れたビード形状を与えるも
のである。

【図面の簡単な説明】

【図１】種々のフラックス入りワイヤの断面を示す説明
図である。

【図２】スパッタ発生量測定装置の側面図である。

【図３】図２のスパッタ補修装置の上面から見た平面図
である。

【符号の説明】

1.金属性外皮 2.フラックス 3.スパッタ捕集容器 4.溶接トーチ 5.鋼板 6.台車 7.ワイヤ送給装置 8.トーチカバー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属性外皮中に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、ワイヤ全体( フラッ
クス、外皮および潤滑剤を含む) のC 含有量が0.01〜0.
08%(ワイヤあたりwt% 、以下同様とする) であり、フラ
ックスが、Fe( 鉄粉および鉄合金中のFe換算値):60〜80
% 、Mn+Si:10〜22% 、Mn/Si:1.5 〜 3.5、Al+Mg:3.1 〜
5%、Mg/Al ≦0.65、Na+K+Ca:0.2 〜0.7%、スラグ形成
剤:6.6〜20% 、Bi:0.01 〜0.60%(Bi換算値) からなると
ともに、ワイヤ全体に対してフラックスを15〜25% 充填
したことを特徴とするガスシールドアーク溶接用メタル
系フラックス入りワイヤ。