JPH0647191B2 - ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、造船・橋梁・鉄骨などの分野で多用されてい
るプライマー塗装鋼板の溶接において、ピット，ガス溝
やブローホール等の溶接欠陥の少ない高品質な溶接部が
高能率で得られるガスシールドアーク溶接用フラックス
入りワイヤに関する。

（従来の技術） 近年、フラックス入りワイヤを用いる場合の溶接の高能
率性、良好な溶接作業性の面からフラックス入りワイヤ
の使用の増加が著しい。フラックス入りワイヤは溶接の
能率が被覆アーク溶接棒の約２倍以上であり、またソリ
ッドドワイヤより溶接中のスパッタが少なく。更に含有
フラックスの効果により、優れた溶接ビード外観が得ら
れる。このためフラックス入りワイヤは鋼材の突き合せ
溶接およびひずみ肉溶接に多く採用されてきている。

しかしながら、鋼材の多くは発錆を防止するため切断や
溶接等の加工前にショッププライマー（防錆塗料）が塗
布されており、その鋼材を溶接した場合、溶接欠陥なな
ど様々な不具合が生じ易い。特に、プライマー塗装鋼板
のすみ肉溶接においては、溶接アーク熱により発生した
水素や一酸化炭素などのプライマー分解ガスが溶融金属
内に侵入し、ピット，ガス溝やブローホールが発生し易
く、溶接速度低減や手直しによる工数増などでフラック
ス入りワイヤ本来の目的である溶接の高能率化を達成し
ていないという問題がある。

こうした問題を解決する方策として、特開昭52-68040
号公報、特開昭52-144341号公報等のフラックス入り
ワイヤが提案されている。これらはいずれも、シールド
ガスや充填フラックスから所定量の水素を供給し、溶融
金属中のガス放出速度を早くして溶融金属の凝固前にガ
スを放出させることにより、ピットやブローホール等の
溶接欠陥を防止するものである。しかしこれらの方法で
は溶接金属中の水素が多いため耐割れ性の点で鋼種や板
厚が制限される他、アーク安定性が悪いため高速溶接が
できない等、溶接の高能率化が達成されないという問題
がある。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は、上記問題を解決するためになされたものであ
って、ショッププライマー塗装鋼板のすみ肉肉溶接にお
いても、ピット，ガス溝やブローホール等の欠陥発生を
抑えると共にビード外観・形状が良好で、高速溶接性に
優れた低水素系の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。

（課題を解決するための手段） 本発明に係わるガスシールドアーク溶接用フラックス入
りワイヤの要旨は、ワイヤのポテンシャル水素量が９０
ppm以下であり、かつワイヤ全重量に対し下記成分を必
須とすることにある。

スラグ形成剤の総量（Ａ）；2.5〜5.5％ TiO₂ ；1.5〜3.5％ TiO₂／Ａ ；0.45〜0.77 ZrO₂ ；0.3〜1.0％ 金属弗化物（Ｆ換算値で）；0.01〜0.23％ Si ；0.3〜1.0％ Mn ；0.8〜2.8％ Al，Mg，Tiの１種または２種以上の合計（Ｂ）が下記式
を満足すること 0.7≦（Ａ／１０）＋Ｂ≦1.2 以下に本発明に係わるワイヤを上記構成とした理由を詳
細に説明する。

（作 用） 本発明者等は、プライマー塗装鋼板の水平すみ肉溶接に
おけるピット，ガス溝（ガス圧痕）およびブローホール
発生機構について種々実験を重ねた結果、次のような知
見を得て本発明を完成したものである。

(1)ピット，ブローホール発生原因となる溶接金属中の
ガス量、特に水素量を極力低減させること。

(2)生成スラグ量を極力少なくして溶融金属および溶融
スラグからのガス放出を容易にさせること。

(3)スラグ量低減によるスラグ被包劣化（ビード形状劣
化）を防止するにはスラグ量に応じた強脱酸剤の調整が
必要であること。

本発明は上記知見に基づいて完成したものであり、以下
に本発明の構成理由について詳細に説明する。

まずワイヤのポテンシャル水素量を９０ppm以下と限定
したのは次の理由による。即ちワイヤ中の水素は充填フ
ラックス、鋼外皮およびワイヤ表面付着物に含有されて
いるが、この水素はプライマーの熱分解ガス中の水素と
共に溶接中アーク雰囲気中の水素分圧を上げて溶融金属
中に侵入し、ピット、ブローホールの発生原因となる。
この水素に起因するピット、ブローホールを抑制するた
めにはワイヤ中のポテンシャル水素量を極力低く抑える
ことが必要であり、実験の結果９０ppm以下であれば目
的を達成できるので、ワイヤ中のポテンシャル水素量の
上限は９０ppmとした。なおワイヤ中のポテンシャル水
素量は不活性ガス雰囲気中で2000℃以上に加熱して抽出
される全水素量を示し、充填フラックス、外皮および表
面付着物に含有する水素量の合計した値である。

フラックス入りワイヤによりプライマー塗装鋼板の水平
すみ肉溶接において特徴的に見られるガス溝はビード表
面のスラグによりガスの放出が阻害されて発生するもの
であり、スラグ量が多い程この傾向が強いと考えられ
る。そこでスラグ量、即ちワイヤ中のスラグ形成剤の総
量とピット，ガス溝等の表面欠陥発頻度の関係を実験し
た結果、スラグ形成剤の総量が5.5％以下であればこれ
ら欠陥が大幅に低減できることが分かった。一方スラグ
剤が極端に少なくなると水平すみ肉ビードの表面に均一
にスラグが被包せず、ビード形状・外観が劣化すると共
に高速溶接性も犠牲になる。スラグ被包性、高速溶接性
共に満足するためには以下に述べるスラグ組成の調整を
しても2.5％以上のスラグ形成剤が必要である。従っ
て、ワイヤ中のスラグ形成剤の総量は2.5〜5.5％とす
る。なお、スラグ形成剤とはTiO₂等の酸化物、金属弗化
物および金属炭酸塩などである。

TiO₂は本発明におけるフラックスの主要な成分であり、
スラグ形成剤として、またアーク安定剤として不可欠の
成分である。即ち、TiO₂はスラグの流動性を良好にして
ビード全体を均一に被包させ、すみ肉ビード形状を整え
る作用をする。またアーク安定剤としての作用も有し、
安定したアークを持続させる効果がある。TiO₂量が1.5
％未満では上記効果が発揮されず、スラグがビード全面
を被包しないため良好な外観・形状が得られず。スパッ
タも増大する。一方、3.5％を超えるとスラグ被包性、
ビードド形状が良好になるが、スラグ粘性が高くなるた
めガスの放出が阻害されてピットやガス溝が多発する。
従ってTiO₂の添加範囲はワイヤ全重量に対し1.5〜3.5％
とする。

またスラグ形成剤総量（Ａ）の中のTiO₂量を限定したの
は次の理由による。即ち、TiO₂／Ａが0.77を超えるとア
ーク安定性およびビード形状は良好であるが、スラグの
粘性が高くなってピット，ガス溝の発生を抑制できな
い。一方、TiO₂／Ａが0.45未満ではTiO₂量が相対的に減
少するためアーク安定性が劣化すると共に、ビード形状
・外観が劣悪になる。従ってTiO₂／Ａは0.45〜0.77とす
る。

ZrO₂はスラグの粘性を調整する作用を有し、特にスラグ
量を低く抑えた本発明においてスラグ被包性を改善し、
良好なビード形状を得るためにはTiO₂と共に必須の成分
である。ZrO₂が0.3％未満ではスラグの被包効果が期待
できず、ビード形状が劣化する。一方1.0％を超えると
スラグが粘調になると共に緻密化するため生成スラグに
よりガスの放出が阻害されてピットやガス溝の発生が顕
著になる。従ってZrO₂の添加量は0.3〜1.0％の範囲とす
る。

金属弗化物はスラグの粘性を調整してすみ肉ビード形状
をより平滑化し、母材とのなじみを良好にすると共に、
溶融金属の撹拌作用によりガスの放出を容易にし、ピッ
ト、ブローホールの低減に効果がある。金属弗化物がＦ
換算値で001％未満では上記効果が認められずピット、
ブローホールが発生し、0.23％を超えるとスラグの流動
性が過剰となってスラグ被包性およびビード形状が劣化
すると共にアークが不安定となるので、金属弗化物の添
加量はＦ換算値で0.01〜0.23％とする。なお金属弗化物
としてはLi，Na，Ｋ，Mg，Ca，Al等の弗化物やK₂SiF₆等
の珪弗化アルカリ金属化合物が用いられる。

Siは主として脱酸剤としての機能を発揮し、溶着金属の
機械的性質を改善すると共にビードのなじみを良好にす
る。しかし0.3％未満では脱酸不足による気孔が多発す
る他、ビードのなじみが悪くなる。一方1.0％を超えて
添加すると溶着金属の機械的性質、特に衝撃値が劣化す
るのでSiの添加量は0.3〜1.0％とする。

MnもSiと同様脱酸剤としての機能を有し、溶着金属の機
械的性質を改善するが、0.8％未満では脱酸不足のため
気孔を発生し、他方、2.8％を超えると溶着金属の強度
が高くなり過ぎ衝撃値が劣化したり、割れが発生するの
でMnの添加量は0.8〜2.8％とする。

以上の要件を満足すればピット、ブローホールが発生し
にくく、ビード形状・外観も良好な水平すみ肉ビードが
得られるが、溶接を高速化するとスラグが後退し、部分
的に被包性が劣化する場合がある。そこで高速溶接にお
いても安定したスラグ被包性が得られる条件を更に検討
した。その結果、Al，Mg，Tiの１種以上をスラグ量に応
じて適量添加することが有効でであることを発見した。
即ち、各スラグ形成剤の添加比率を一定としてスラグ形
成剤の量のみ段階的に変化させ、同時にAl，Mg，Tiの添
加量を種々変化させたフラックスを鋼製外皮に充填し、
第１図(d)の断面形状の径1.2mmのワイヤを試作し、実験
を行なった。この場合、スラグ形成剤量は2.0〜6.5％の
範囲で、Al，Mg，Tiの合計は０〜1.2％の範囲で変動さ
せた。第２図はこれら試作ワイヤの水平すみ肉溶接にお
けるスラグ被包性，耐プライマー性を示す実験結果のグ
ラフである。但し、本実験を行った溶接条件は次の通り
である。

＜溶接条件＞ ・試験鋼板 ；SM-50B，12.7t（無機ジンクプライ マーを20〜25μｍ厚に塗布） ・試験板形状；Ｔ型すみ肉溶接試験板 ・溶接姿勢 ；水平すみ肉溶接 ・溶接電流 ；３００Ａ ・溶接電圧 ；３３Ｖ ・溶接速度 ；８０cm／min ・ワイヤ突出し長さ；２５mm ・トーチ角度；下板から４５゜（前進角５゜） ・CO₂流量 ；２０／min 第２図から、スラグ剤総量（Ａ）が2.5〜5.5％の範囲に
おいて、Al＋Mg＋Ti量（Ｂ）とＡの関係が（Ａ／１０）
＋Ｂが0.7未満では、溶接速度８０cpmの速度になるとス
ラグがビード表面に完全に被包しない部分が発生し、ビ
ードが不揃いとなる。一方、（Ａ／１０）＋Ｂが1.2を
超えるとスラグ被包性およびビード外観はは良好になる
がピット，ガス溝が多く発生した。（Ａ／１０）＋Ｂが
0.7〜1.2の範囲においてスラグ被包性，ビード外観およ
び耐プライマー性いずれも良好であった。従って、スラ
グ剤総量（Ａ）およびAl，Mg，Tiの１種または２種以上
の合計（Ｂ）の関係は0.7≦（Ａ／１０）＋Ｂ≦1.2とす
る。このようにスラグ剤の量に応じて強脱酸剤であるA
l，Mg，Tiの添加量を調整することにより、高速溶接に
おいても良好なスラグ被包性およびビード形状を保ちつ
つ、ピット，ガス溝等の溶接欠陥を防止できることが判
明した。この理由は次のように推察される。即ち、強脱
酸剤であるAl，Mg，Tiを添加することにより、これらよ
り脱酸力の弱いSi，Mn、特にMnの消耗が抑制され、スラ
グ中のMnOが減少する。このMnOはスラグの融点および粘
性を下げる作用を有するため、特にスラグ量の少ない場
合は水平すみ肉溶接において溶融スラグがビード下脚側
に流れ易く、上脚部のスラグ被包性が劣化する傾向を示
す。Al，Mg，Tiの添加量を本発明の範囲に調整すること
により過剰なMnOの生成を抑制すると共に、より高融点
の脱酸生成物のAl₂O₃，MgO，TiO₂をスラグに与え、適度
な粘性、融点をもつスラグ組成になって、スラグ被包
性，耐プライマー性が改善されるものと考えられる。ス
ラグ量に対してAl，Mg，Tiの添加が少ない場合は、上記
効果が期待出来ず、逆にこれら強脱酸剤が多過ぎる場合
はスラグの粘性が高くなってガス放出が阻害され、耐プ
ライマー性が劣化する。

以上が本発明の主要構成であるが、アークの安定化やス
ラグ物性調整によるビード形状良好化を図るため、上記
TiO₂，ZrO₂以外の例えばNa₂O，K₂O，Li₂O，SiO₂，MnO，
Al₂O₃，MgO，FeO，Fe₂O₃などの酸化物、CaCO₃,MgCO₃，K
₂CO₃，Li₂CO₃等の炭酸塩をその総量が5.5％を超えない
範囲で添加することができる。

また溶接金属の機械的性質を向上させるためにNi，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
鉄粉も添加できる。

また本発明は、フラックス充填率は上述の条件を満たす
限り７〜２０％の範囲で選択でき、ワイヤ径は特に限定
されないが溶着速度の点で1.0〜2.0mmの細径が望まし
い。ワイヤの断面形状は第１図の何れの形状も採用でき
るが、自動化、ロボット化を考慮すれば、ワイヤの直進
性、送給性の良好な第１図(d)のシームレスワイヤが最
適である。さらに本発明ワイヤを用いて溶接する場合の
シールドガス組成としてはCO₂のほかにAr−CO₂，Ar−O₂
等も適用可能である。

以上のように構成されたフラックス入りワイヤを用いて
ショッププライマー塗装鋼板の水平すみ肉溶接を高速で
行なっても、ピット、ガス溝、ブローホール発生の少な
い良好な水平すみ肉ビード形状が得られる。

次に実施例に基づいて本発明ワイヤを更に具体的に説明
する。

（実施例） 第１表に本発明ワイヤおよび比較ワイヤのフラックス組
成を示す（表中のフラックス成分の数値はワイヤ全重量
に対する百分率である）。いずれも軟鋼外皮（Ｃ；0.04
7％，Si：0.01％，Mn；028％）を用い、断面形状が第１
図(d)のフラックス入りワイヤ1.2mmφ）を作製した。第
２表にこれらワイヤを用いて無機ジンクプライマー塗装
鋼板を水平すみ肉溶接したときの試験結果を示す。

第１表および第２表においてNo.１No.９が本発明例、N
o.１０〜No２１が比較例である。本発明の構成要件を満
足するNo.１〜No.９はいずれも耐プライマーおよび高速
溶接作業性が良好である。

これに対し、No１０はワイヤのポテンシャル水素量が多
いため耐プライマー性が不良であり、No１１はスラグ剤
が少なく、かつ強脱酸剤が多いためスラグ被包性、耐プ
ライマー性共に悪い。No１２はスラグ剤が多過ぎてピッ
ト，ガス溝が多発し、No１３およびNo.１４はTiO₂，ZrO
₂が少ないためビード外観・形状が不良である。No.１
５，No.１６，No１７はTiO₂の量および比率、あるいはZ
rO₂が本発明の要件を満足しないため、耐プライマー性
やビード形状が劣化する。またNo１８，No.１９は金属
弗化物およびSi，Mnが本発明の範囲外のためビード全線
にわたってピットが発生した。さらにNo.２０，No.２１
はSi，Mnの量が多いため溶着金属性能が劣化し、特にN
o.２１は割れが発生した。

（発明の効果） 以上のように、本発明のガスシールドアーク溶接用フラ
ックス入りワイヤはプライマー塗装鋼板のすみ肉溶接に
おいて、ビード外観・形状が良好で、スパッタが少ない
など溶接作業性に優れ、かつピット、ブローホールさら
にはビード表面のガス溝の発生が極めて少ないワイヤで
ある。従って溶接ビードの手直しを軽減でき、溶接部の
信頼性向上および溶接の高能率化に大きく貢献するもの
である。

【図面の簡単な説明】 第１図はフラックス入りワイヤの断面形状を示す断面
図、第２図はスラグ形成剤総量およびAl，Mg，Tiの添加
量とすみ肉溶接性能の関係を示す図である。 １：外皮、２：フラックス

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 窪田 晴敏 神奈川県相模原市淵野辺５―10―１ 新日 本製鐵株式會社第２技術研究所内 (56)参考文献 特開 昭61−283493（ＪＰ，Ａ) 特公 昭63−32560（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】鋼製外皮中にフラックスを充填してなるガ
   スシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤにおい
   て、ワイヤのポテンシャル水素量が９０ppm以下であ
   り、かつワイヤ全重量に対し下記成分を必須とすること
   を特徴とするガスシールドアーク溶接用フラックス入り
   ワイヤ。 スラグ形成剤の総量（Ａ）；2.5〜5.5％ TiO₂ ；1.5〜3.5％ TiO₂／Ａ ；0.45〜0.77 ZrO₂ ；0.3〜1.0％ 金属弗化物（Ｆ換算値で）；0.01〜0.23％ Si ；0.3〜1.0％ Mn ；0.8〜2.8％ Al，Mg，Tiの１種または２種以上の合計（Ｂ）が下記式
   を満足すること 0.7≦（Ａ／１０）＋Ｂ≦1.2