JPH06292990A - フラックス入りワイヤ - Google Patents
フラックス入りワイヤInfo
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Abstract
性の良好な低合金鋼・高合金鋼用フラックス入りワイ
ヤ。 【構成】 フラックス成分とフラックス率が以下の範囲
であり、 ・Na化合物(Na2O換算量)+K化合物(K2O換算量)
(フラックス重量%):1.5〜6.0%、 ・可溶性Na化合物(Na2O換算量)(フラックス重量%):
1.5%以下、 ・可溶性K化合物(K2O換算量)(フラックス重量%):
0.8%以下、 ・SiO2(フラックス重量%):5〜30%、 ・TiO2+ZrO2+Al2O3(フラックス重量%):5〜4
0%、 ・フラックス率(ワイヤ重量%):10〜30%、 かつ、上記各成分が一定の関係式を満足することを特徴
としている。
Description
関し、より詳しくは、アーク安定性及びヒューム・スラ
グの耐吸湿性の良好な低合金鋼・高合金鋼用フラックス
入りワイヤに関する。
フラックス入りワイヤは、例えば、後述の実施例に示す
従来例の如く、種々の成分を含むフラックスを金属製鞘
に充填しているが、アークが安定して出るようにするた
めにフラックス中にNa含有物(Na2O換算量)を重量%
で1.5〜6%程度配合していた。
ード・オン・プレート、水平すみ肉溶接、多層盛溶接など
の作業を行う場合に、ビード表面やその近傍の母材表面
に溶接中に発生するヒュームが付着したり、ビード止端
部や表面にスラグが残ることがある。スラグの残留に関
しては、特に低合金鋼用フラックス入りワイヤや高合金
鋼用フラックス入りワイヤなどでは、一般にフラックス
中に合金成分を多く含有するため、スラグの剥離性が軟
鋼のフラックス入りワイヤに比べて劣ることから、ビー
ド上に剥離せずに残ることが相対的に多い。これはフラ
ックス中の合金成分の酸化物(特にNb、Cr、Ti酸化
物)がスラグと溶接金属表面との間に濃化されて、バイ
ンダとして作用するためである。したがって、低合金鋼
・高合金鋼用フラックス入りワイヤは、スラグが本質的
にビード表面に残り易いという性質を有している。
面やその近傍の母材表面のヒュームやビード表面上に残
ったスラグは、吸湿し、そのような状態のままでビード
近傍やビード上を多層盛溶接した場合、次のパスのビー
ドにピット及びブロー・ホールを発生させるという問題
が生じてくる。特に、高温・多湿な条件での溶接作業に
おいては、このような問題点が顕著に現われてくる。
て、アーク安定性及びヒューム・スラグの耐吸湿性の良
好な低合金鋼・高合金鋼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。
解決するために種々の実験研究を行った結果、ここに本
発明を完成したものである。
しているフラックス入りワイヤであって、充填フラック
ス中のNa化合物+K化合物、可溶性Na化合物、可溶性
K化合物並びにSiO2、TiO2、ZrO2及びAl2O3と
フラックス率が以下の範囲であり、 ・Na化合物(Na2O換算量)+K化合物(K2O換算量)
(フラックス重量%):1.5〜6.0%、 ・可溶性Na化合物(Na2O換算量)(フラックス重量%):
1.5%以下、 ・可溶性K化合物(K2O換算量)(フラックス重量%):
0.8%以下、 ・SiO2(フラックス重量%):5〜30%、 ・TiO2+ZrO2+Al2O3(フラックス重量%):5〜4
0%、 ・フラックス率(ワイヤ重量%):10〜30%、 かつ、下記の(1)式を満足することを特徴とする低合金
鋼・高合金鋼用フラックス入りワイヤを要旨としてい
る。 記 {可溶性Na化合物(Na2O換算量)+0.1×可溶性K化合物(K2O換算量)}/ {SiO2+0.5×(TiO2+ZrO2+Al2O3)}:40×10-3以下………(1)
クスを充填しているフラックス入りワイヤであって、充
填フラックス中のNa化合物+K化合物、可溶性Na化合
物、可溶性K化合物、Li化合物、Cs化合物並びにSi
O2、TiO2、ZrO2及びAl2O3とフラックス率が以下
の範囲であり、 ・Na化合物(Na2O換算量)+K化合物(K2O換算量)
(フラックス重量%):1.5〜6.0%、 ・可溶性Na化合物(Na2O換算量)(フラックス重量%):
1.5%以下、 ・可溶性K化合物(K2O換算量)(フラックス重量%):
0.8%以下、 ・Li化合物(Li2O換算量)及びCs化合物(Cs2O換算
量)の1種又は2種以上の合計量(フラックス重量%):
0.1〜3.0%、 ・SiO2(フラックス重量%):5〜30%、 ・TiO2+ZrO2+Al2O3(フラックス重量%):5〜4
0%、 ・フラックス率(ワイヤ重量%):10〜30%、 かつ、下記の(2)式を満足することを特徴とする低合金
鋼・高合金鋼用フラックス入りワイヤを要旨としてい
る。 記 {可溶性Na化合物(Na2O換算量)+0.1×可溶性K化合物(K2O換算量)− Li化合物(Li2O換算量)−Cs化合物(Cs2O換算量)}/{SiO2+0.5×(T iO2+ZrO2+Al2O3)}:20×10-3以下 ………………………………(2)
発明の基本的思想を見い出すに至った基礎実験の結果に
ついて説明する。
ム・スラグ中の吸湿量は、ヒューム・スラグ中の可溶性N
a化合物量や可溶性K化合物量とスラグ形成剤との比に
影響される。また、他のスラグ形成剤の組成が同じであ
る場合、ヒューム・スラグの可溶性Na化合物量(Na2O
換算量)は、フラックス中の可溶性Na化合物量(Na2O
換算量)に影響されている。
物中のNa量の定量を以下の要領にて行った。
を粉砕後、0.5〜5mmとなるようにふるい分ける。 このの試料50gに、混合液が500mlになるよう
に純水を加えた(重量体積比10%)。 このを6時間、連続振とうした(振とう幅=4〜5c
m、200回/min)。 前記の混合液をガラス繊維フィルタ(孔径1μm)で
濾過した溶液について、Naを定量し、Na2Oに換算し
たものを可溶性Na化合物量とする。分析方法は原子吸
光法を用いた。
ついては後述する。
策: ヒューム・スラグの耐吸湿性を向上するには、充填フラ
ックス中の可溶性アルカリ金属化合物量を下げると効果
はあるが、中でも可溶性Na化合物が他のアルカリ金属
化合物よりも影響が大きいことが判った。しかし、フラ
ックス中のトータルのアルカリ金属化合物(特にNa)の
量を下げすぎるとアーク安定性が悪化するという点で問
題が生じる。したがって、アーク安定性を確保するため
には、充填フラックス中のトータルのアルカリ金属化合
物のうち、可溶性アルカリ金属化合物量を減少させて、
トータルのアルカリ金属化合物量はアーク安定性が確保
できる量を添加することが重要である。これによりヒュ
ーム、スラグの耐吸湿性を向上させ、かつ、アークの安
定性を確保することができる。
化合物量が多いものの中にも、耐吸湿性が優れたものが
存在した。これは、スラグになった時のスラグ中のSi
O2量が影響していることが判った。つまり、SiO2が
スラグ中の可溶性アルカリ金属化合物に由来するアルカ
リ金属(以下、可溶性アルカリ金属という)をガラス状に
取り込み、スラグ中から可溶性アルカリ金属を溶出させ
ないためである。しかし、SiO2にも可溶性アルカリ金
属を取り込む限界があり、可溶性アルカリ金属とSiO2
量との間に適当な関係が存在することが判った。SiO2
以外にも、ガラス(ポリマー)の骨格を形成する成分(以
下、NWF成分という)としてTiO2、ZrO2、Al2O3
があるが、取り込み効果が異なり、その効果はSiO2が
一番大きい。また、スラグ中のSiO2量はフラックス中
のSiO2量に比例すると考えて良い。
Na、Kより原子半径が小さいLiを加えると、よりガラ
ス構造を強化し、耐吸湿性が向上することが考えられ
た。
して配合すると、可溶性アルカリ金属(Na、K)を含有
していても、ヒューム・スラグの耐吸湿性を向上させ得
ることを見い出した。
しては、Na、Kに比べ原子半径が大きく、詳細な理由
は不明であるが、Liと同様な効果が見られた。しか
し、Cs等と同じアルカリ金属であるRbについてもCs
と同様の効果は見られたが、汎用性等を考慮すると、溶
接材料として不適当と考えられる。
を重ねた結果、次の(1)式又は(2)式を満足するような
フラックスであるワイヤのとき、良好なアーク安定性及
びヒューム・スラグの耐吸湿性を示すことを見出した。
フラックス入りワイヤにおける充填フラックスの成分及
びフラックス率の限定理由を示す。なお、各成分の割合
(%)はフラックス全体に対する重量%である。
換算量)+K化合物(K2O換算量)が1.5%未満ではア
ーク安定性に欠ける。また6.0%を超えると高温蒸気
圧が上昇して、スパッタ・ヒューム量が増加する。した
がって、Na化合物(Na2O換算量)+K化合物(K2O換
算量)を1.5〜6.0%とする。
Na化合物(Na2O換算量)が1.5%を超えると、ヒュー
ム及びスラグ中の可溶性Naが増加し、ヒューム及びス
ラグが吸湿し、ピット及びブロー・ホールを生じる。可
溶性Naを減少させるためには、フラックス中のNa源を
減少させるとよい。したがって、可溶性Na化合物量(N
a2O換算量)は1.5%以下の範囲とする。なお、好まし
い範囲は、吸湿性を考慮すると、0.7%以下である。
また可溶性Na化合物としては通常、NaF、無水珪酸ソ
ーダ、炭酸ソーダなどが用いられる。
化合物(K2O換算量)が0.8%を超えると、可溶性Na
化合物の場合と同様の理由でヒューム及びスラグが吸湿
し、ピット及びブロー・ホールを生じる。したがって、
可溶性K化合物量(K2O換算量)は0.8%以下の範囲と
する。なお、好ましい範囲は、吸湿性及びアーク安定性
を考慮すると0.6%以下である。また可溶性K化合物
としては通常、チタン酸カリなどが用いられる。
超えるとスラグ巻込みや作業能率が低下するなどの問題
が生じてくる。逆に、SiO2が5%未満になるとスラグ
量が少なくなり、スラグのかぶりが悪化してデポ表面の
外観が悪くなったり、立て向き溶接が困難になるなどの
問題が生じてくる。したがって、SiO2の含有量は5〜
30%の範囲とする。なお、好ましい範囲は15〜20
%である。
2、Al2O3は、SiO2と同様にNWF成分(ガラスの骨
格形成成分)であり、これらTiO2、ZrO2及びAl2O3
の1種又は2種以上の合計量は、SiO2の場合と同様の
理由から5〜40%の範囲とする。すなわち、これらの
合計量が40%を超えるとスラグ巻込みや作業能率が低
下するなどの問題が生じてくる。逆に、5%未満になる
とスラグ量が少なくなり、スラグのかぶりが悪化してデ
ポ表面の外観が悪くなったり、立て向き溶接が困難にな
るなどの問題が生じてくる。なお、好ましい範囲は20
〜30%である。
成分量の関係式:SiO2や、TiO2、ZrO2、Al2O3
などのNWF成分は可溶性アルカリ金属をスラグ中に取
り込む効果がある。これらの効果を発揮させるためには
可溶性アルカリ金属量とNWF成分量との間に適切な関
係があることが必要である。すなわち、{可溶性Na化合
物(Na2O換算量)+0.1×可溶性K化合物(K2O換算
量)}/{SiO2+0.5×(TiO2+ZrO2+Al2O3)}
の式の値が特定の範囲内の値をとる必要がある。
の時は、ヒューム・スラグの耐吸湿性が劣り、ピット及
びブロー・ホールが生じてしまう。したがって、上式の
値を40×10-3以下の範囲とすることにより、耐吸湿
性が良好である。この式の値の好ましい範囲は25×1
0-3以下である。
換算量)及びCs化合物(Cs2O換算量)の1種又は2種を
適当量で添加することにより、アーク安定効果を損なう
ことなくガラス構造が強化され、耐吸湿性が向上する効
果があると推定されるので、必要に応じて添加すること
ができる。添加する場合、3%を超えると、溶接時にお
いてスパツタが増加する問題が生じる。高速度ビデオで
アーク現象を観察すると、懸垂溶滴が激しく運動し(ふ
らついている)スパッタになっている状況が観察され
た。逆に、0.1%未満ではヒューム・スラグの耐吸湿性
が劣り、ピット及びブローホールを生じる。高速度ビデ
オでアーク現象を観察すると、懸垂溶滴が激しく運動し
(ふらついている)スパッタになっている状況が観察され
た。したがって、Li化合物(Li2O換算量)及びCs化合
物(Cs2O換算量)の1種又は2種の添加量は0.1〜3
%とする。更に好ましくは0.5〜2%の範囲である。
加する場合は、より好ましくは、Li化合物及びCs化合
物の単独での添加量の適正範囲はそれぞれLi2O換算
量、Cs換算量で0.01〜2.0%であり、更に好まし
くはそれぞれ0.05〜1.0%である。
の関係式:Li化合物及びCs化合物の1種又は2種を添
加する場合、更に、Li2O換算量及びCs2O換算量を考
慮した関係式が特定の範囲内の値をとる必要がある。す
なわち、 {可溶性Na化合物(Na2O換算量)+0.1×可溶性K化
合物(K2O換算量)−Li化合物(Li2O換算量)−Cs化
合物(Cs2O換算量)}/{SiO2+0.5×(TiO2+Z
rO2+Al2O3)}=20×10-3以下である。
の時は、ヒューム・スラグの耐吸湿性が劣り、ピット及
びブロー・ホールが生じてしまう。したがって、上式の
値を20×10-3以下の範囲とすることにより、アーク
安定性も耐吸湿性も良好である。この式の値の更に好ま
しい範囲は10×10-3以下である。
率が30%を超えると、フラックス入りワイヤ製造時に
伸線が困難になってくる。逆に、フラックス率が10%
未満になるとスラグ造滓剤やアーク安定剤が減少してし
まい、スラグの被りやアーク安定性が悪化してしまう。
したがって、フラックス率は10〜30%の範囲とす
る。好ましい範囲は17〜25%である。
剤などの他の成分を適当に含有させることができる。ま
た、金属製鞘の材質やフラックス入りワイヤの寸法・形
状も適宜のものとすることができる。
し、溶接試験を行った。
の場合はSUS304製フープ(サイズ:厚さ0.4mm、
幅9mm)を用い、マルテンサイト系ワイヤの場合はSU
S410製フープ(サイズ:厚さ0.4mm、幅9mm)を用
いた。なお、ワイヤ径は1.2mmφとした。
して、表1、表2、表3に示す成分量を調整し、フラッ
クス率約22%で前記金属製鞘に充填した。 メタル成分:55% NWF成分:35% フッ化物:1% その他:9% ここで、メタル成分とはCr、Ni、Fe、Moなどであ
り、NWF成分とはSiO2、TiO2、ZrO2、Al2O3
などである。
物の調整は以下に示す各種原料を適宜配合して行った。 強可溶性のNa化合物:NaF、無水珪酸ソーダ、炭酸ソ
ーダ 強可溶性のK化合物:チタン酸カリ 弱可溶性のNa化合物:ソーダ長石、マイカ 弱可溶性のK化合物:カリ長石、珪フッ化カリ 不溶性のNa化合物:チタン酸Naガラス 不溶性のK化合物:チタン酸Kガラス
0mm溶接後、母材に残留したもの(主にスラグ・ヒュー
ム)をワイヤブラシで採取した。
K化合物、Li化合物、Cs化合物の定量は以下の方法に
より行った。 ワイヤを5〜10mmの範囲になるように切断。 これを振動ミルで3分間粉砕。 粉砕後、28メッシュの篩いに通す(フープを除去)。 これを2g用意し、60℃の純水中に(純水の体積:
スラグ及びヒュームの重量=10:1)、1時間放置す
る。 これを沈降させた後、1μフィルターに通過させた液
を原子吸光法でNa+、K+、Li+、Cs+を測定し、それ
ぞれをNa2O、K2O、Li2O、Cs2Oに換算する(フラ
ックスから何%溶出したかを見る)。
化学分析し、Si、Ti、Zr、Al値を出し、それぞれを
SiO2、TiO2、ZrO2、Al2O3に換算したものをN
WF量(フラックス全体中のwt%)とした。
吸湿性を以下の要領にて評価した。その結果を各表に示
す。
行い、以下の基準で評価した。 ・良い →○ ・やや劣る(アーク長がやや安定しない) →△ ・アークが安定せず、電流・電圧とも安定しない→×
8メッシュ以下にし、 30℃−80%R.Hに48時間放置し、増量を測定し
(増量法)、以下の基準で評価した。 0.1%以上 →× 0.05〜0.1% →△ 0.01〜0.05%→○ 0.01%以下 →◎
性が良好であるが、スラグ・ヒュームの耐吸湿性が不充
分である。比較例No.2は従来例No.1でスラグをSi
O2系にしたワイヤであり、アーク安定性は良好である
が、スラグ・ヒュームの耐吸湿性が不充分である。比較
例No.3は従来例No.1でスラグを更にSiO2系にした
ワイヤであり、アーク安定性は良好であるが、スラグ・
ヒュームの耐吸湿性が不充分である。
Naを半分にしたワイヤであり、アーク安定性が良好で
(トータルNa20+K20量を満足)、スラグ・ヒュームの
耐吸湿性も満足し得る(可溶性Na20量を満足)。本発明
例No.5は、比較例No.4で可溶性Naを更に半分にし
たワイヤであり、アーク安定性が良好で(トータルNa2
0+K20量を満足)、スラグ・ヒュームの耐吸湿性も満
足し得る(可溶性Na20量を満足)。
Naを更に半分にしたワイヤであり、アーク安定性が不
充分であり(トータルNa20+K20量を満足せず)、ス
ラグ・ヒュームの耐吸湿性は満足し得る(可溶性Na20量
を満足)。
Na量を変化させずに、トータルNa20量を増加させた
ワイヤであり、アーク安定性が良好で(トータルNa20
+K20量を満足)、スラグ・ヒュームの耐吸湿性も満足
し得る(可溶性Na20量を満足)。本発明例No.8は、本
発明例No.5でトータルK20量を増加させたワイヤで
あり、アーク安定性が良好で(トータルNa20+K20量
を満足)、スラグ・ヒュームの耐吸湿性も満足し得る(可
溶性Na20量を満足)。本発明例No.9も本発明例No.
8と同様である。
性K20量を0.9%にしたワイヤであり、アーク安定性
は良好であるが(トータルNa20+K20量を満足)、ス
ラグ・ヒュームの耐吸湿性は不充分である(可溶性Na20
量が多い)。
溶性K20量を0.10%にしたワイヤであり、アーク安
定性が良好で(トータルNa20+K20量を満足)、スラ
グ・ヒュームの耐吸湿性も満足し得る(可溶性Na20量を
満足)。
9C(AWS:E09T−1)スラグ成分系において可溶
性Na20量を0.88%にしたワイヤであり、アーク安
定性は良好であるが、スラグ・ヒュームの耐吸湿性が不
充分である。比較例No.13はYF309C(AWS:E
09T−1)スラグ成分系において可溶性Na20量を0.
01%、可溶性K20量を0.60%にしたワイヤであ
り、アーク安定性が不良で(トータルNa20+K20量を
満足)、スラグ・ヒュームの耐吸湿性は満足し得る。
性Na20量を0.30%にしたワイヤであり、アーク安
定性が良好で(トータルNa20+K20量を満足)で、ス
ラグ・ヒュームの耐吸湿性も満足し得る。本発明例No.
15はNo.14でスラグベースをTiO2系にしたワイヤ
であり、アーク安定性が良好で(トータルNa20+K20
量を満足)、スラグ・ヒュームの耐吸湿性も満足し得る。
本発明例No.16は比較例No.12に比らべ、トータル
Na20量はほぼ同じであるが、可溶性Na20量が0.3
2%にしたワイヤであり、アーク安定性が良好で(トー
タルNa20+K20量を満足)、スラグ・ヒュームの耐吸
湿性も満足し得る。本発明例No.17はNo.14で可溶
性Na20量を0.45%にしたワイヤであり、アーク安
定性が良好で(トータルNa20+K20量を満足)、スラ
グ・ヒュームの耐吸湿性も満足し得る。
性K20量を1.00%にしたワイヤであり、アーク安定
性は良好であるが、スラグ・ヒュームの耐吸湿性が不充
分である。比較例No.19は(1)式は満たしているがNa
2O量が1.5%より大きいため、耐吸湿性が不良であ
る。比較例No.20も(1)式は満たしているがK2O量が
0.8%より大きいため、耐吸湿性が不良である。
ックス中にLi化合物及び/又はCs化合物を添加した例
である。本発明例No.21〜No.25、No.28、No.
31、No.33はいずれもアーク安定性、耐吸湿性が良
好である。
るが、(Cs20+Li20)量が過量なため、スパッタ量が
増加し、総合評価としては満足していない。比較例No.
26は従来例No.1と同様である。
めに耐吸湿性が劣っている。No.30は(2)式を満足せ
ず耐吸湿性が充分でない。比較例No.32はアーク安定
性が不良である(トータルNa20+K20量を不満足)。
ス入りワイヤによれば、アーク安定性が優れ、更にヒュ
ーム・スラグの耐吸湿性が良好であるので優れた耐ピッ
ト性を確保できる。
る。
Claims (3)
- 【請求項1】 金属製の鞘にフラックスを充填している
フラックス入りワイヤであって、充填フラックス中のN
a化合物+K化合物、可溶性Na化合物、可溶性K化合物
並びにSiO2、TiO2、ZrO2及びAl2O3とフラック
ス率が以下の範囲であり、 ・Na化合物(Na2O換算量)+K化合物(K2O換算量)
(フラックス重量%):1.5〜6.0%、 ・可溶性Na化合物(Na2O換算量)(フラックス重量%):
1.5%以下、 ・可溶性K化合物(K2O換算量)(フラックス重量%):
0.8%以下、 ・SiO2(フラックス重量%):5〜30%、 ・TiO2+ZrO2+Al2O3(フラックス重量%):5〜4
0%、 ・フラックス率(ワイヤ重量%):10〜30%、 かつ、下記の(1)式を満足することを特徴とする低合金
鋼・高合金鋼用フラックス入りワイヤ。 記 {可溶性Na化合物(Na2O換算量)+0.1×可溶性K化合物(K2O換算量)}/ {SiO2+0.5×(TiO2+ZrO2+Al2O3)}:40×10-3以下 ……(1) - 【請求項2】 金属製の鞘にフラックスを充填している
フラックス入りワイヤであって、充填フラックス中のN
a化合物+K化合物、可溶性Na化合物、可溶性K化合
物、Li化合物、Cs化合物並びにSiO2、TiO2、Zr
O2及びAl2O3とフラックス率が以下の範囲であり、 ・Na化合物(Na2O換算量)+K化合物(K2O換算量)
(フラックス重量%):1.5〜6.0%、 ・可溶性Na化合物(Na2O換算量)(フラックス重量%):
1.5%以下、 ・可溶性K化合物(K2O換算量)(フラックス重量%):
0.8%以下、 ・Li化合物(Li2O換算量)及びCs化合物(Cs2O換算
量)の1種又は2種以上の合計量(フラックス重量%):
0.1〜3.0%、 ・SiO2(フラックス重量%):5〜30%、 ・TiO2+ZrO2+Al2O3(フラックス重量%):5〜4
0%、 ・フラックス率(ワイヤ重量%):10〜30%、 かつ、下記の(2)式を満足することを特徴とする低合金
鋼・高合金鋼用フラックス入りワイヤ。 記 {可溶性Na化合物(Na2O換算量)+0.1×可溶性K化合物(K2O換算量)− Li化合物(Li2O換算量)−Cs化合物(Cs2O換算量)}/{SiO2+0.5×(T iO2+ZrO2+Al2O3)}:20×10-3以下 ………………………………(2) - 【請求項3】 充填フラックス中の以下の成分が、 Li化合物(Li2O換算量)(フラックス重量%):0.01
〜2.0%、 Cs化合物(Cs2O換算量)(フラックス重量%):0.01
〜2.0%、 である請求項2に記載の低合金鋼・高合金鋼用フラック
ス入りワイヤ。
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