JP3586362B2 - ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、溶接ワイヤを負極とし母材を正極としてアーク溶接を行う直流正極性のガスシールドアーク溶接で使用されるフラックス入り溶接ワイヤに係り、低電流から中電流の溶接電流範囲（５０〜３００ Ａ程度）において、下向き溶接のみならず立向き溶接などの全姿勢溶接でのスパッタ発生量が少なく、かつ、溶接性（ビード形成性）が良好であるとともに靱性の良好な溶接金属が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ものである。
【０００２】
【従来の技術】
先に、本出願人は、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、アークを安定化させることでスパッタ発生量を少なくするために、フラックス中にフッ化物としてＢａＦ２を添加したフッ化バリウム系のフラックス入りワイヤを提案している（特開平２−５５６９６ 号公報）。このフッ化バリウム系のフラックス入りワイヤでは、ワイヤを負極（母材：正極）として直流のアーク溶接を行う直流正極性で用いられており、直流正極性で使用すると、ワイヤ先端の溶滴には陽イオンによる衝撃力に加えて、高蒸気圧のＢａＦ２等の蒸発による大きな反作用力が働くため、ワイヤ先端の溶滴がこれらの合力により衝撃を受け、小さな溶滴粒に変化して母材へとスムーズな移行を行う。これによりアークの安定化、スパッタ発生量の低減化を図るようにしている。
【０００３】
前記提案した従来の直流正極性用ガスシールドアーク溶接フラックス入りワイヤは、ＢａＦ２、Ａｌ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｍｎ及びＳｉを必須のフラックス成分とし、これらのフラックス成分量を適正化することにより、低溶接電流域（１００ 〜２００ Ａ程度）においてスパッタ発生量が少ないことを特長とするものである。
【０００４】
しかしながら、前記従来のフラックス入りワイヤでは、低電流から中電流の溶接電流範囲（５０〜３００ Ａ程度）での、立向き溶接，横向き溶接，上向き溶接などの重力の影響によって溶融金属が垂れ下がり易い全姿勢溶接において、▲１▼スパッタ発生量の低減、▲２▼溶接性（良好なビード形状の得られ易さ）の向上、▲３▼溶接金属の靱性の向上という改善すべき点があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
そこでこの発明は、直流正極性のガスシールドアーク溶接で使用されるフラックス入りワイヤであって、低電流から中電流の溶接電流範囲（５０〜３００ Ａ程度）において、下向き溶接のみならず立向き溶接などの全姿勢溶接でのスパッタ発生量が少なく、かつ、溶接性が良好であるとともに靱性の良好な溶接金属が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を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するための手段として、本願発明は次の手段を講じている。
【０００７】
請求項１の発明は、鋼製外皮内にフラックスを充填してなり、直流正極性で使用さ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おいて、ワイヤ全重量に対して、Al：0.7 〜3 重量％、Mg：0.1 〜1.2 重量％（但し、Al＋ 3Ｍｇ：1.3 〜5 重量％）、BaF2：1.2 〜5 重量％、 Ni ： 0.1 〜 3 重量％を含有するフラックスを、ワイヤ全重量に対するフラックス充填率5 〜30重量％にて充填し、かつ、鋼製外皮及びフラックス中のMnの総和：0.2 〜1.9 重量％、鋼製外皮及びフラックス中のSiの総和：0.001 〜0.9 重量％であり、フェライト形成元素に対するオーステナイト形成元素の比Ｘ＝（ 4Ni＋ 7Mn＋20C ）／（ 2Al＋Si）が0.7 以上を満足し、ワイヤによる溶接金属中の酸素量が200 ｐｐｍ以下であ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である。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１記載の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、前記 Al は 0.9 〜 2.5 重量％、前記 Mg は 0.1 〜 0.8 重量％（但し、 Al ＋ 3Mg ： 1.6 〜 4 重量％）、前記 BaF 2 は 1.2 〜 4 重量％、前記フラックス充填率は 7 〜 20 重量％、前記 Mn の総和は 0.4 〜 1.6 重量％、前記 Si の総和は 0.001 〜 0.6 重量％、前記Ｘ値は 1.2 以上であり、さらに、鋼製外皮及びフラックス中の C の総和： 0.005 〜 0.08 重量％であることを特徴とするものである。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の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、フラックス中にワイヤ全重量に対する重量％で、酸化物を 1.5 重量％以下含有することを特徴とするものである。
【００１０】
前記構成を有する本願発明に係る、直流正極性のガスシールドアーク溶接で使用されるフラックス入りワイヤによると、５０〜３００ Ａ程度の、低電流から中電流の溶接電流範囲において、下向き溶接のみならず上向き溶接などの全姿勢溶接でのスパッタ発生量が少なく、かつ、溶接性が良好であるとともに靱性の良好な溶接金属を得ることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本願発明に係るフラックス入りワイヤでは、Ａｌ、Ｍｇ、ＢａＦ２などのフラックス成分量を適正にバランス化することにより、低電流から中電流の溶接電流範囲（５０〜３００ Ａ程度）において、全姿勢溶接でのスパッタ発生量が少なく、かつ、良好なビード形状が得られるようにしたものである。すなわち、Ａｌ，Ｍｇという強力な脱酸剤は、溶融金属中の酸素量を低減させて溶融金属の粘性を高めることにより、重力の影響に抗して良好な形状のビードが得られる役割を担い、フッ化物であるＢａＦ２は、直流正極性でアークを安定にしてスパッタ発生量を減らすアーク安定剤であるとともに、溶接金属中の酸素量を上昇させることなくビード形状を整えるスラグ形成剤の役割を担う。ワイヤによる溶接金属中の酸素量が２００ ｐｐｍ以下であると、溶融金属の粘性が顕著に高くなり、全姿勢溶接での溶接性（ビード形成性）が向上する。また、ワイヤ中のフェライト形成元素Ａｌ，Ｓｉに対するオーステナイト形成元素Ｎｉ，Ｍｎ，Ｃ の比が適正値を満足するようにこれらの成分量を定めることにより、靱性の良好な溶接金属が得られる。
【００１２】
本願発明に係るフラックス入りワイヤでは、軟鋼・高張力鋼の溶接に適用されるものであり、前述のように溶融金属がその粘性が高く垂れ下がり難いことから、下向き・立向き姿勢などの全姿勢の溶接において、ルートギャップ（開先ルート間隙）を有する突合せ継手を、従来と違って裏当て材（ビードの垂れ落ちを防いで裏ビードを形成するためのもの）を用いることなく、裏ビードを形成し片面溶接することができるという利点もある。
【００１３】
以下に、本願発明に係るワイヤを前記の構成に限定した理由を説明する。なお、各成分の含有量はワイヤ全重量に対する重量％である。
【００１４】
Ａｌは、フラックス中に必須として入れる成分であって、強力な脱酸剤で溶融金属の粘性を高めて全姿勢溶接でのビード形状を良くするとともに、直流正極性でのアークを安定にする効果がある。しかし、０．７ 重量％未満ではアークが不安定でスパッタの発生量も多く、一方、３ 重量％を超えると溶接金属中のＡｌ量が過剰となり、溶接金属の組織が粗大化し、靱性が低下する。したがって、Ａｌ量は０．７ 〜３ 重量％の範囲とするのがよく、アークの安定化及び靱性向上の点より、０．９ 〜２．５ 重量％の範囲がより好ましい。
【００１５】
Ｍｇは、フラックス中に必須として入れる成分であって、強力な脱酸剤で溶融金属の粘性を高めて全姿勢溶接におけるビード形状を良好にするとともに、直流正極性でのアークを安定にする効果がある。しかし、０．１ 重量％未満ではアークが不安定でスパッタの発生量も多く、一方、１．２ 重量％を超えるとアークの集中性が劣り、これによってもスパッタが増大し、また凸ビードとなってビード形状が悪くなる。したがって、Ｍｇ量は０．１ 〜１．２ 重量％の範囲とする。ビード形状を悪化させない点より、Ｍｇ量のより好ましい範囲は０．１ 〜０．８ 重量％である。なお、ＭｇはＡｌと同じような効果を担うものであるが、Ａｌとの違いは、Ａｌよりも溶融金属の粘性を高める度合いが大きく、過剰添加した場合、スパッタが増大するとともにビード形状が悪くなるという相違点がある。
【００１６】
前記したようにＡｌ及びＭｇはともに、強力な脱酸剤で溶融金属の粘性を高めて全姿勢溶接におけるビード形状を良くするとともに、直流正極性でのアークを安定にする効果がある。しかし、Ａｌ＋ ３Ｍｇの量が１．３ 重量％未満ではそれらの効果が十分でなく、溶接金属の酸素含有量が２００ ｐｐｍを超え、溶融金属が垂れ下がり易くなり、一方、５ 重量％を超えると溶融金属の粘性が高くなりすぎて凸ビードとなってビード形状が悪化する。したがって、Ａｌ＋ ３Ｍｇの量は１．３ 〜５ 重量％の範囲を満足するのがよく、溶接性の向上及びアークの安定化の点より、１．６ 〜４ 重量％の範囲がより好ましい。
【００１７】
ＢａＦ２は、フラックス中に必須として入れる成分であって、直流正極性でアークを安定にしてスパッタ発生量を減らす効果がある。しかし、ＢａＦ２量が１．２ 重量％未満ではそのような効果が発揮されず、一方、５ 重量％を超えるとワイヤ先端の溶滴が大粒化してスムーズな移行を行わず逆にスパッタが大粒化し発生量が増加する。したがって、ＢａＦ２量は１．２ 〜５ 重量％の範囲とするのがよく、スパッタの大粒化抑制の点より、１．２ 〜４ 重量％の範囲がより好ましい。
【００１８】
Ｍｎは必須成分であり、オーステナイト形成元素であるＭｎの量を鋼製外皮及びフラックス中の総和（Ｔ．Ｍｎ）で０．２ 〜１．９ 重量％にした理由は、Ａｌを含んだ溶接金属での靱性を確保するためである。Ｔ．Ｍｎ量が０．２ 重量％未満ではそのような効果が発揮されず、一方、１．９ 重量％を超えると溶接金属の強度が高くなりすぎて逆に靱性が劣化する。したがって、Ｍｎ量は０．２ 〜１．９ 重量％の範囲とするのがよく、靱性確保の点より、０．４ 〜１．６ 重量％の範囲がより好ましい。
【００１９】
Ｓｉは必須成分であり、Ｓｉ量を鋼製外皮及びフラックス中の総和（Ｔ．Ｓｉ）で０．００１ 〜０．９ 重量％にした理由は、母材と溶接金属とのなじみを良くするためである。Ｓｉ量が０．００１ 重量％未満ではそのような効果が発揮されない。一方、０．９ 重量％を超えると溶接金属の靱性が低下する。したがって、Ｓｉ量は０．００１ 〜０．９ 重量％の範囲とするのがよく、靱性確保の点より、０．００１ 〜０．６ 重量％の範囲がより好ましい。
【００２０】
Ｃ はオーステナイト形成元素であり、Ｃ 量を鋼製外皮及びフラックス中の総和（Ｔ．Ｃ ）で０．００５ 〜０．０８重量％にした理由は、Ａｌを含んだ溶接金属の靱性を確保するためである。Ｃ 量が０．００５ 重量％未満ではそのような効果が発揮されず、一方、０．０８重量％を超えると溶接金属の強度が高くなりすぎて逆に靱性が低下する。したがって、Ｃ 量は０．００５ 〜０．０８重量％の範囲とするのがよく、靱性確保の点より、０．００５ 〜０．０６重量％の範囲がより好ましい。
【００２１】
ワイヤ全重量に対するフラックス充填率は５ 〜３０重量％の範囲にするのがよい。すなわち、フラックス充填率が５ 重量％未満ではフラックス構成成分の個々の含有量が不足するために満足な効果を得ることができず、一方、３０重量％を超えると鋼製外皮を薄肉としなければならず、ワイヤへの電流密度が高くなりすぎてアークが不安定となり、スパッタ発生量が増大する。したがって、フラックス充填率は５ 〜３０重量％の範囲とするのがよく、各フラックス成分の有効発揮及びアークの安定化の点より、７ 〜２０重量％の範囲がより好ましい。
【００２２】
本発明においては、ワイヤによる溶接金属中の酸素量を２００ ｐｐｍ以下にすることがよい。溶融金属の粘性と該金属中の酸素量との間には強い関係があり、酸素量が低いほど溶融金属の粘性が高められ、ワイヤによる溶接金属中の酸素量を２００ ｐｐｍ以下にすると、全姿勢溶接での溶接性（ビード形成性）が向上する。この溶接金属中の酸素量とフラックス成分との関係については、Ａｌ，Ｍｇなどの強力な脱酸剤の量に比例して酸素量が減る傾向があるほかに、酸素量を決定するその他の要因として、これら脱酸剤とフッ化物とのバランス、脱酸剤と酸化物とのバランス、及び、スラグの塩基度などがあるため、一概には定められない。本発明においては、Ａｌ＋ ３Ｍｇの量が溶接金属中の酸素量と最も相関があると考えられる。なお、これらのＡｌ、Ｍｇ以外の強力な脱酸剤として、Ｃａ、Ｔｉなどをフラックス又は／及び鋼製外皮に含有させることができるのは勿論である。
【００２３】
本発明においては、Ni をフラックス中に添加することができ、また、酸化物を必要に応じてフラックス中に添加することができる。オーステナイト形成元素であるNiは、比較的高価であるものの、Alを含んだ溶接金属での靱性を確保するために有効な元素である。しかし、Ni量が0.1 重量％未満ではそのような効果が発揮されず、一方、3 重量％を超えると溶接金属の強度が高くなりすぎて逆に靱性が低下する。したがって、Ni量は0.1 〜3 重量％の範囲とするのがよい。また、酸化物は、ビード形状を整えるなどのスラグ形成剤として有効な元素である。しかし、酸化物の量が1.5 重量％を超えるとスパッタ発生量が激増する。したがって、酸化物の量は1.5 重量％以下とするのがよい。なお、鉄酸化物やMn酸化物のような中性系酸化物、及び、Mg酸化物やAl酸化物のような塩基性酸化物は、スパッタの増大度合いが比較的少ない酸化物である。
【００２４】
フェライト形成元素Ａｌ，Ｓｉに対するオーステナイト形成元素Ｎｉ，Ｍｎ，Ｃ の比Ｘ＝（ ４Ｎｉ＋ ７Ｍｎ＋２０Ｃ ）／（ ２Ａｌ＋Ｓｉ）を０．７ 以上にする理由は、フェライト形成元素Ａｌ，Ｓｉに対して、オーステナイト形成元素Ｎｉ，Ｍｎ，Ｃ をＸ＝０．７ 以上を満足するように添加することにより、靱性が良好な溶接金属を得ることができるためである。Ｘ値のより好ましい範囲は１．２ 以上である。
【００２５】
その他として、本発明においては、特に低温靱性を確保するため、Ｔｉ：０．０１〜０．２ 重量％、Ｂ ：０．００１ 〜０．０２重量％の１種または２種を、フラックス又は／及び鋼製外皮に含有させることができる。
【００２６】
なお、ワイヤ断面形状については特に制限されるものではなく、例えば図１（ａ）〜（ｄ）に例示する種々の形状ものに適用できる。図１（ｄ）の形状（継目無し）の場合にはワイヤ表面にＣｕメッキを施してもよい。また、シールドガスとしては、炭酸ガスまたは炭酸ガスとアルゴンガスとの混合ガスのいずれも使用可能である。
【００２７】
【実施例】
表２に示す化学成分の鋼製外皮（ＪＩＳ Ｇ ３１４１ ＳＰＣＣ−ＳＤ相当）を用いて、表３及び表４に示すフラックス入りワイヤを製作した。なお、各ワイヤいずれも、ワイヤ径：φ１．６ ｍｍ、フラックス充填率：１０％であり、ワイヤ断面形状は図１（ｂ）である。
【００２８】
これらのフラックス入りワイヤを用いて、表１に示す溶接条件で、全姿勢溶接の代表として立向き姿勢の多層多パス溶接をＶ形突合せ継手にて実施し、良好なビード形状の得られ易さ（溶接性）、スパッタ発生の度合い、溶接金属の靱性（JIS Z 3313に準じる）について評価した。
【００２９】
溶接試験結果を表５に示す。評価は、◎：特に良好（優）、○：良好（良）、△：普通（可）、×：劣る（不良）、とした。
【００３０】
【表１】
【００３１】
【表２】
【００３２】
【表３】
【００３３】
【表４】
【００３４】
【表５】
【００３５】
試験結果から、Ｎｏ．１〜１２の比較例では本発明で規定する要件の何れかを欠くため、次のような問題があった。Ｎｏ．１はＡｌ量が下限値を下回るためにアーク不安定でこれによってスパッタ発生量が多く、一方、Ｎｏ．２は逆にＡｌ量が上限値を外れて過剰となり、溶接金属の靱性が劣化した。Ｎｏ．３はＭｇ量が下限値を下回るためにアークが不安定でスパッタ発生量が多く、Ｎｏ．４はＡｌ＋ ３Ｍｇの量が下限値を下回るためにビードが垂れ下がり気味でビード形状が悪く、かつ、アーク不安定でスパッタが多かった。なお、溶接金属中の酸素量は規定値２００ ｐｐｍを超えている。Ｎｏ．５はＭｇ量及びＡｌ＋ ３Ｍｇの量が上限値を上回るためにビードが凸状で形状が悪く、かつ、スパッタ発生量が多い。
【００３６】
Ｎｏ．６はＢａＦ２量が下限値を下回るためにアークが不安定でスパッタ発生量が多く、一方、Ｎｏ．７は逆にＢａＦ２量が上限値を上回るために大粒のスパッタが多発した。Ｎｏ．８はＴ．Ｍｎ量が下限値を下回り、Ｎｏ．９はＴ．Ｍｎ量が上限値を上回り、両者ともに溶接金属の靱性が低かった。Ｎｏ．１０ はＴ．Ｓｉ量が下限値を下回るために、ビード形状自体は良いがビード同士、ビードと母材とのなじみが悪かった。一方、Ｎｏ．１１ は逆にＴ．Ｓｉ量が上限値を上回るために靱性が低下した。Ｎｏ．１２ はＡｌ＋ ３Ｍｇの量が上限値を上回り、また、Ｔ．Ｍｎ量が推奨値を下回るために（Ｘ＝０．５７＜０．７ ）、ビードが凸気味で、また溶接金属の靱性が低かった。
【００３７】
これに対して、表５から明らかなように、本発明例（ No.16 〜 No.19 ）は、全姿勢溶接の代表である立向き溶接でスパッタ発生量が少なく、かつ、良好なビード形状及び靱性の良い溶接金属が得られている。なお、当然ながら下向き溶接でも同様に良好な結果が得られることを確認している。
【００３８】
【発明の効果】
以上述べたように、この発明によれば、直流正極性のガスシールドアーク溶接で使用されるフラックス入りワイヤであって、５０〜３００ Ａ程度の、低電流から中電流の溶接電流範囲において、下向き溶接のみならず立向き溶接などの全姿勢溶接でのスパッタ発生量が少なく、かつ、溶接性が良好であるとともに靱性の良好な溶接金属が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を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明に係るフラックス入りワイヤの断面形状の例を模式的に示す図である。
【符号の説明】
Ｍ…鋼製外皮 Ｆ…フラックス
【発明の属する技術分野】
この発明は、溶接ワイヤを負極とし母材を正極としてアーク溶接を行う直流正極性のガスシールドアーク溶接で使用されるフラックス入り溶接ワイヤに係り、低電流から中電流の溶接電流範囲（５０〜３００ Ａ程度）において、下向き溶接のみならず立向き溶接などの全姿勢溶接でのスパッタ発生量が少なく、かつ、溶接性（ビード形成性）が良好であるとともに靱性の良好な溶接金属が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ものである。
【０００２】
【従来の技術】
先に、本出願人は、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、アークを安定化させることでスパッタ発生量を少なくするために、フラックス中にフッ化物としてＢａＦ２を添加したフッ化バリウム系のフラックス入りワイヤを提案している（特開平２−５５６９６ 号公報）。このフッ化バリウム系のフラックス入りワイヤでは、ワイヤを負極（母材：正極）として直流のアーク溶接を行う直流正極性で用いられており、直流正極性で使用すると、ワイヤ先端の溶滴には陽イオンによる衝撃力に加えて、高蒸気圧のＢａＦ２等の蒸発による大きな反作用力が働くため、ワイヤ先端の溶滴がこれらの合力により衝撃を受け、小さな溶滴粒に変化して母材へとスムーズな移行を行う。これによりアークの安定化、スパッタ発生量の低減化を図るようにしている。
【０００３】
前記提案した従来の直流正極性用ガスシールドアーク溶接フラックス入りワイヤは、ＢａＦ２、Ａｌ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｍｎ及びＳｉを必須のフラックス成分とし、これらのフラックス成分量を適正化することにより、低溶接電流域（１００ 〜２００ Ａ程度）においてスパッタ発生量が少ないことを特長とするものである。
【０００４】
しかしながら、前記従来のフラックス入りワイヤでは、低電流から中電流の溶接電流範囲（５０〜３００ Ａ程度）での、立向き溶接，横向き溶接，上向き溶接などの重力の影響によって溶融金属が垂れ下がり易い全姿勢溶接において、▲１▼スパッタ発生量の低減、▲２▼溶接性（良好なビード形状の得られ易さ）の向上、▲３▼溶接金属の靱性の向上という改善すべき点があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
そこでこの発明は、直流正極性のガスシールドアーク溶接で使用されるフラックス入りワイヤであって、低電流から中電流の溶接電流範囲（５０〜３００ Ａ程度）において、下向き溶接のみならず立向き溶接などの全姿勢溶接でのスパッタ発生量が少なく、かつ、溶接性が良好であるとともに靱性の良好な溶接金属が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を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するための手段として、本願発明は次の手段を講じている。
【０００７】
請求項１の発明は、鋼製外皮内にフラックスを充填してなり、直流正極性で使用さ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おいて、ワイヤ全重量に対して、Al：0.7 〜3 重量％、Mg：0.1 〜1.2 重量％（但し、Al＋ 3Ｍｇ：1.3 〜5 重量％）、BaF2：1.2 〜5 重量％、 Ni ： 0.1 〜 3 重量％を含有するフラックスを、ワイヤ全重量に対するフラックス充填率5 〜30重量％にて充填し、かつ、鋼製外皮及びフラックス中のMnの総和：0.2 〜1.9 重量％、鋼製外皮及びフラックス中のSiの総和：0.001 〜0.9 重量％であり、フェライト形成元素に対するオーステナイト形成元素の比Ｘ＝（ 4Ni＋ 7Mn＋20C ）／（ 2Al＋Si）が0.7 以上を満足し、ワイヤによる溶接金属中の酸素量が200 ｐｐｍ以下であ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である。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１記載の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、前記 Al は 0.9 〜 2.5 重量％、前記 Mg は 0.1 〜 0.8 重量％（但し、 Al ＋ 3Mg ： 1.6 〜 4 重量％）、前記 BaF 2 は 1.2 〜 4 重量％、前記フラックス充填率は 7 〜 20 重量％、前記 Mn の総和は 0.4 〜 1.6 重量％、前記 Si の総和は 0.001 〜 0.6 重量％、前記Ｘ値は 1.2 以上であり、さらに、鋼製外皮及びフラックス中の C の総和： 0.005 〜 0.08 重量％であることを特徴とするものである。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の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、フラックス中にワイヤ全重量に対する重量％で、酸化物を 1.5 重量％以下含有することを特徴とするものである。
【００１０】
前記構成を有する本願発明に係る、直流正極性のガスシールドアーク溶接で使用されるフラックス入りワイヤによると、５０〜３００ Ａ程度の、低電流から中電流の溶接電流範囲において、下向き溶接のみならず上向き溶接などの全姿勢溶接でのスパッタ発生量が少なく、かつ、溶接性が良好であるとともに靱性の良好な溶接金属を得ることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本願発明に係るフラックス入りワイヤでは、Ａｌ、Ｍｇ、ＢａＦ２などのフラックス成分量を適正にバランス化することにより、低電流から中電流の溶接電流範囲（５０〜３００ Ａ程度）において、全姿勢溶接でのスパッタ発生量が少なく、かつ、良好なビード形状が得られるようにしたものである。すなわち、Ａｌ，Ｍｇという強力な脱酸剤は、溶融金属中の酸素量を低減させて溶融金属の粘性を高めることにより、重力の影響に抗して良好な形状のビードが得られる役割を担い、フッ化物であるＢａＦ２は、直流正極性でアークを安定にしてスパッタ発生量を減らすアーク安定剤であるとともに、溶接金属中の酸素量を上昇させることなくビード形状を整えるスラグ形成剤の役割を担う。ワイヤによる溶接金属中の酸素量が２００ ｐｐｍ以下であると、溶融金属の粘性が顕著に高くなり、全姿勢溶接での溶接性（ビード形成性）が向上する。また、ワイヤ中のフェライト形成元素Ａｌ，Ｓｉに対するオーステナイト形成元素Ｎｉ，Ｍｎ，Ｃ の比が適正値を満足するようにこれらの成分量を定めることにより、靱性の良好な溶接金属が得られる。
【００１２】
本願発明に係るフラックス入りワイヤでは、軟鋼・高張力鋼の溶接に適用されるものであり、前述のように溶融金属がその粘性が高く垂れ下がり難いことから、下向き・立向き姿勢などの全姿勢の溶接において、ルートギャップ（開先ルート間隙）を有する突合せ継手を、従来と違って裏当て材（ビードの垂れ落ちを防いで裏ビードを形成するためのもの）を用いることなく、裏ビードを形成し片面溶接することができるという利点もある。
【００１３】
以下に、本願発明に係るワイヤを前記の構成に限定した理由を説明する。なお、各成分の含有量はワイヤ全重量に対する重量％である。
【００１４】
Ａｌは、フラックス中に必須として入れる成分であって、強力な脱酸剤で溶融金属の粘性を高めて全姿勢溶接でのビード形状を良くするとともに、直流正極性でのアークを安定にする効果がある。しかし、０．７ 重量％未満ではアークが不安定でスパッタの発生量も多く、一方、３ 重量％を超えると溶接金属中のＡｌ量が過剰となり、溶接金属の組織が粗大化し、靱性が低下する。したがって、Ａｌ量は０．７ 〜３ 重量％の範囲とするのがよく、アークの安定化及び靱性向上の点より、０．９ 〜２．５ 重量％の範囲がより好ましい。
【００１５】
Ｍｇは、フラックス中に必須として入れる成分であって、強力な脱酸剤で溶融金属の粘性を高めて全姿勢溶接におけるビード形状を良好にするとともに、直流正極性でのアークを安定にする効果がある。しかし、０．１ 重量％未満ではアークが不安定でスパッタの発生量も多く、一方、１．２ 重量％を超えるとアークの集中性が劣り、これによってもスパッタが増大し、また凸ビードとなってビード形状が悪くなる。したがって、Ｍｇ量は０．１ 〜１．２ 重量％の範囲とする。ビード形状を悪化させない点より、Ｍｇ量のより好ましい範囲は０．１ 〜０．８ 重量％である。なお、ＭｇはＡｌと同じような効果を担うものであるが、Ａｌとの違いは、Ａｌよりも溶融金属の粘性を高める度合いが大きく、過剰添加した場合、スパッタが増大するとともにビード形状が悪くなるという相違点がある。
【００１６】
前記したようにＡｌ及びＭｇはともに、強力な脱酸剤で溶融金属の粘性を高めて全姿勢溶接におけるビード形状を良くするとともに、直流正極性でのアークを安定にする効果がある。しかし、Ａｌ＋ ３Ｍｇの量が１．３ 重量％未満ではそれらの効果が十分でなく、溶接金属の酸素含有量が２００ ｐｐｍを超え、溶融金属が垂れ下がり易くなり、一方、５ 重量％を超えると溶融金属の粘性が高くなりすぎて凸ビードとなってビード形状が悪化する。したがって、Ａｌ＋ ３Ｍｇの量は１．３ 〜５ 重量％の範囲を満足するのがよく、溶接性の向上及びアークの安定化の点より、１．６ 〜４ 重量％の範囲がより好ましい。
【００１７】
ＢａＦ２は、フラックス中に必須として入れる成分であって、直流正極性でアークを安定にしてスパッタ発生量を減らす効果がある。しかし、ＢａＦ２量が１．２ 重量％未満ではそのような効果が発揮されず、一方、５ 重量％を超えるとワイヤ先端の溶滴が大粒化してスムーズな移行を行わず逆にスパッタが大粒化し発生量が増加する。したがって、ＢａＦ２量は１．２ 〜５ 重量％の範囲とするのがよく、スパッタの大粒化抑制の点より、１．２ 〜４ 重量％の範囲がより好ましい。
【００１８】
Ｍｎは必須成分であり、オーステナイト形成元素であるＭｎの量を鋼製外皮及びフラックス中の総和（Ｔ．Ｍｎ）で０．２ 〜１．９ 重量％にした理由は、Ａｌを含んだ溶接金属での靱性を確保するためである。Ｔ．Ｍｎ量が０．２ 重量％未満ではそのような効果が発揮されず、一方、１．９ 重量％を超えると溶接金属の強度が高くなりすぎて逆に靱性が劣化する。したがって、Ｍｎ量は０．２ 〜１．９ 重量％の範囲とするのがよく、靱性確保の点より、０．４ 〜１．６ 重量％の範囲がより好ましい。
【００１９】
Ｓｉは必須成分であり、Ｓｉ量を鋼製外皮及びフラックス中の総和（Ｔ．Ｓｉ）で０．００１ 〜０．９ 重量％にした理由は、母材と溶接金属とのなじみを良くするためである。Ｓｉ量が０．００１ 重量％未満ではそのような効果が発揮されない。一方、０．９ 重量％を超えると溶接金属の靱性が低下する。したがって、Ｓｉ量は０．００１ 〜０．９ 重量％の範囲とするのがよく、靱性確保の点より、０．００１ 〜０．６ 重量％の範囲がより好ましい。
【００２０】
Ｃ はオーステナイト形成元素であり、Ｃ 量を鋼製外皮及びフラックス中の総和（Ｔ．Ｃ ）で０．００５ 〜０．０８重量％にした理由は、Ａｌを含んだ溶接金属の靱性を確保するためである。Ｃ 量が０．００５ 重量％未満ではそのような効果が発揮されず、一方、０．０８重量％を超えると溶接金属の強度が高くなりすぎて逆に靱性が低下する。したがって、Ｃ 量は０．００５ 〜０．０８重量％の範囲とするのがよく、靱性確保の点より、０．００５ 〜０．０６重量％の範囲がより好ましい。
【００２１】
ワイヤ全重量に対するフラックス充填率は５ 〜３０重量％の範囲にするのがよい。すなわち、フラックス充填率が５ 重量％未満ではフラックス構成成分の個々の含有量が不足するために満足な効果を得ることができず、一方、３０重量％を超えると鋼製外皮を薄肉としなければならず、ワイヤへの電流密度が高くなりすぎてアークが不安定となり、スパッタ発生量が増大する。したがって、フラックス充填率は５ 〜３０重量％の範囲とするのがよく、各フラックス成分の有効発揮及びアークの安定化の点より、７ 〜２０重量％の範囲がより好ましい。
【００２２】
本発明においては、ワイヤによる溶接金属中の酸素量を２００ ｐｐｍ以下にすることがよい。溶融金属の粘性と該金属中の酸素量との間には強い関係があり、酸素量が低いほど溶融金属の粘性が高められ、ワイヤによる溶接金属中の酸素量を２００ ｐｐｍ以下にすると、全姿勢溶接での溶接性（ビード形成性）が向上する。この溶接金属中の酸素量とフラックス成分との関係については、Ａｌ，Ｍｇなどの強力な脱酸剤の量に比例して酸素量が減る傾向があるほかに、酸素量を決定するその他の要因として、これら脱酸剤とフッ化物とのバランス、脱酸剤と酸化物とのバランス、及び、スラグの塩基度などがあるため、一概には定められない。本発明においては、Ａｌ＋ ３Ｍｇの量が溶接金属中の酸素量と最も相関があると考えられる。なお、これらのＡｌ、Ｍｇ以外の強力な脱酸剤として、Ｃａ、Ｔｉなどをフラックス又は／及び鋼製外皮に含有させることができるのは勿論である。
【００２３】
本発明においては、Ni をフラックス中に添加することができ、また、酸化物を必要に応じてフラックス中に添加することができる。オーステナイト形成元素であるNiは、比較的高価であるものの、Alを含んだ溶接金属での靱性を確保するために有効な元素である。しかし、Ni量が0.1 重量％未満ではそのような効果が発揮されず、一方、3 重量％を超えると溶接金属の強度が高くなりすぎて逆に靱性が低下する。したがって、Ni量は0.1 〜3 重量％の範囲とするのがよい。また、酸化物は、ビード形状を整えるなどのスラグ形成剤として有効な元素である。しかし、酸化物の量が1.5 重量％を超えるとスパッタ発生量が激増する。したがって、酸化物の量は1.5 重量％以下とするのがよい。なお、鉄酸化物やMn酸化物のような中性系酸化物、及び、Mg酸化物やAl酸化物のような塩基性酸化物は、スパッタの増大度合いが比較的少ない酸化物である。
【００２４】
フェライト形成元素Ａｌ，Ｓｉに対するオーステナイト形成元素Ｎｉ，Ｍｎ，Ｃ の比Ｘ＝（ ４Ｎｉ＋ ７Ｍｎ＋２０Ｃ ）／（ ２Ａｌ＋Ｓｉ）を０．７ 以上にする理由は、フェライト形成元素Ａｌ，Ｓｉに対して、オーステナイト形成元素Ｎｉ，Ｍｎ，Ｃ をＸ＝０．７ 以上を満足するように添加することにより、靱性が良好な溶接金属を得ることができるためである。Ｘ値のより好ましい範囲は１．２ 以上である。
【００２５】
その他として、本発明においては、特に低温靱性を確保するため、Ｔｉ：０．０１〜０．２ 重量％、Ｂ ：０．００１ 〜０．０２重量％の１種または２種を、フラックス又は／及び鋼製外皮に含有させることができる。
【００２６】
なお、ワイヤ断面形状については特に制限されるものではなく、例えば図１（ａ）〜（ｄ）に例示する種々の形状ものに適用できる。図１（ｄ）の形状（継目無し）の場合にはワイヤ表面にＣｕメッキを施してもよい。また、シールドガスとしては、炭酸ガスまたは炭酸ガスとアルゴンガスとの混合ガスのいずれも使用可能である。
【００２７】
【実施例】
表２に示す化学成分の鋼製外皮（ＪＩＳ Ｇ ３１４１ ＳＰＣＣ−ＳＤ相当）を用いて、表３及び表４に示すフラックス入りワイヤを製作した。なお、各ワイヤいずれも、ワイヤ径：φ１．６ ｍｍ、フラックス充填率：１０％であり、ワイヤ断面形状は図１（ｂ）である。
【００２８】
これらのフラックス入りワイヤを用いて、表１に示す溶接条件で、全姿勢溶接の代表として立向き姿勢の多層多パス溶接をＶ形突合せ継手にて実施し、良好なビード形状の得られ易さ（溶接性）、スパッタ発生の度合い、溶接金属の靱性（JIS Z 3313に準じる）について評価した。
【００２９】
溶接試験結果を表５に示す。評価は、◎：特に良好（優）、○：良好（良）、△：普通（可）、×：劣る（不良）、とした。
【００３０】
【表１】
【表２】
【表３】
【表４】
【表５】
試験結果から、Ｎｏ．１〜１２の比較例では本発明で規定する要件の何れかを欠くため、次のような問題があった。Ｎｏ．１はＡｌ量が下限値を下回るためにアーク不安定でこれによってスパッタ発生量が多く、一方、Ｎｏ．２は逆にＡｌ量が上限値を外れて過剰となり、溶接金属の靱性が劣化した。Ｎｏ．３はＭｇ量が下限値を下回るためにアークが不安定でスパッタ発生量が多く、Ｎｏ．４はＡｌ＋ ３Ｍｇの量が下限値を下回るためにビードが垂れ下がり気味でビード形状が悪く、かつ、アーク不安定でスパッタが多かった。なお、溶接金属中の酸素量は規定値２００ ｐｐｍを超えている。Ｎｏ．５はＭｇ量及びＡｌ＋ ３Ｍｇの量が上限値を上回るためにビードが凸状で形状が悪く、かつ、スパッタ発生量が多い。
【００３６】
Ｎｏ．６はＢａＦ２量が下限値を下回るためにアークが不安定でスパッタ発生量が多く、一方、Ｎｏ．７は逆にＢａＦ２量が上限値を上回るために大粒のスパッタが多発した。Ｎｏ．８はＴ．Ｍｎ量が下限値を下回り、Ｎｏ．９はＴ．Ｍｎ量が上限値を上回り、両者ともに溶接金属の靱性が低かった。Ｎｏ．１０ はＴ．Ｓｉ量が下限値を下回るために、ビード形状自体は良いがビード同士、ビードと母材とのなじみが悪かった。一方、Ｎｏ．１１ は逆にＴ．Ｓｉ量が上限値を上回るために靱性が低下した。Ｎｏ．１２ はＡｌ＋ ３Ｍｇの量が上限値を上回り、また、Ｔ．Ｍｎ量が推奨値を下回るために（Ｘ＝０．５７＜０．７ ）、ビードが凸気味で、また溶接金属の靱性が低かった。
【００３７】
これに対して、表５から明らかなように、本発明例（ No.16 〜 No.19 ）は、全姿勢溶接の代表である立向き溶接でスパッタ発生量が少なく、かつ、良好なビード形状及び靱性の良い溶接金属が得られている。なお、当然ながら下向き溶接でも同様に良好な結果が得られることを確認している。
【００３８】
【発明の効果】
以上述べたように、この発明によれば、直流正極性のガスシールドアーク溶接で使用されるフラックス入りワイヤであって、５０〜３００ Ａ程度の、低電流から中電流の溶接電流範囲において、下向き溶接のみならず立向き溶接などの全姿勢溶接でのスパッタ発生量が少なく、かつ、溶接性が良好であるとともに靱性の良好な溶接金属が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を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明に係るフラックス入りワイヤの断面形状の例を模式的に示す図である。
【符号の説明】
Ｍ…鋼製外皮 Ｆ…フラックス
Claims (3)
- 鋼製外皮内にフラックスを充填してなり、直流正極性で使用さ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おいて、
ワイヤ全重量に対して、Al：0.7 〜3 重量％、Mg：0.1 〜1.2 重量％（但し、Al＋ 3Ｍｇ：1.3 〜5 重量％）、BaF2：1.2 〜5 重量％、 Ni ： 0.1 〜 3 重量％を含有するフラックスを、ワイヤ全重量に対するフラックス充填率5 〜30重量％にて充填し、かつ、鋼製外皮及びフラックス中のMnの総和：0.2 〜1.9 重量％、鋼製外皮及びフラックス中のSiの総和：0.001 〜0.9 重量％であり、フェライト形成元素に対するオーステナイト形成元素の比Ｘ＝（ 4Ni＋ 7Mn＋20C ）／（ 2Al＋Si）が0.7 以上を満足し、ワイヤによる溶接金属中の酸素量が200 ｐｐｍ以下であ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。 - 前記Alは0.9 〜2.5 重量％、前記Mgは0.1 〜0.8 重量％（但し、Al＋ 3Mg：1.6 〜 4重量％）、前記BaF2は1.2 〜 4重量％、前記フラックス充填率は7 〜20重量％、前記Mnの総和は0.4 〜1.6 重量％、前記Siの総和は0.001 〜0.6 重量％、前記Ｘ値は1.2 以上であり、さらに、鋼製外皮及びフラックス中のC の総和：0.005 〜0.08重量％であることを特徴とする請求項１記載のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
- フラックス中にワイヤ全重量に対する重量％で、酸化物を 1.5 重量％以下含有する請求項１又は２に記載のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
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