(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼製外皮に金属マグネシウム及びフッ素化合物の少なくとも一方からなる特定フラックスを含有するフラックスを充填してなる溶接用フラックス入りワイヤにおいて、前記特定フラックスに対してのみその粒子表面に水素原子を含む液体状の有機化合物を前記フラックス全質量に対する含有量で１０乃至５０００質量ｐｐｍ付着させたことを特徴とする溶接用フラックス入りワイヤ。
【請求項２】
前記金属マグネシウム及び／又は前記フッ素化合物はその粒子表面が前記有機化合物で被覆されていることを特徴とする請求項１に記載の溶接用フラックス入りワイヤ。
【請求項３】
前記有機化合物はフッ素原子を含むものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の溶接用フラックス入りワイヤ。
【請求項４】
前記フラックス全質量に対して、前記金属マグネシウムを０．０１乃至２０質量％含有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の溶接用フラックス入りワイヤ。
【請求項５】
前記フラックス全質量に対して、前記フッ素化合物を０．０１乃至２０質量％含有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の溶接用フラックス入りワイヤ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フラックス粒子の表面に極性分子が付着しにくい溶接用フラックス入りワイヤに関し、特に、フラックス粒子の表面に水分子が付着しにくい溶接用フラックス入りワイヤに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、溶接材料の吸湿により溶接金属内に水素原子が取り込まれ、溶接部の水素脆性を引き起こすという問題が生じていた。
【０００３】
そこで、溶接材料の難吸湿化を図るために、溶接材料を高温焼成したり、又は、溶接用フラックス入りワイヤではシームレス構造のワイヤが実用化されている。しかし、シームレス構造のものは、製造コストが高くなるという問題点がある。
【０００４】
この問題点を解決するために、外皮にオーステナイト系ステンレス鋼を使用し、フラックス内にフッ素ガス又は炭酸ガス発生原料からなるガス発生剤を含有した溶接用フラックス入りワイヤが提案されている（特開平６−１５５０８０号公報）。
【０００５】
しかし、特開平６−１５５０８０号公報に記載された溶接用フラックス入りワイヤは、溶接材料自体の吸湿を防いでいるわけではなく、溶接時の気孔欠陥の発生を防止するために、溶接時にフッ素ガス又は炭酸ガスを発生させているだけなので、雰囲気の湿度が高い場合には、フラックスが吸湿してしまい、気孔欠陥の発生を防止する効果が薄まる虞がある。
【０００６】
一方、帯鋼製のフープ内に成形及び製線する過程の中で充填するフラックスに粒子表面被覆用シリコーンオイルを含有させた溶接用フラックス入りワイヤが提案されている（特開昭６１−２１６８９２号公報）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開昭６１−２１６８９２号公報では、シリコーンオイルの潤滑作用を利用してフラックスの流動性を改善しているが、シリコーンオイルによるフラックスの難吸湿化に関して、何ら開示されていない。
【０００８】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、溶接材料の耐吸湿性を向上させ、溶接金属中の拡散性水素を低減することができる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。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る溶接用フラックス入りワイヤは、鋼製外皮に金属マグネシウム及びフッ素化合物の少なくとも一方からなる特定フラックスを含有するフラックスを充填してなる溶接用フラックス入りワイヤにおいて、前記特定フラックスに対してのみその粒子表面に水素原子を含む液体状の有機化合物を前記フラックス全質量に対する含有量で１０乃至５０００質量ｐｐｍ付着させたことを特徴とする。
【００１０】
本発明においては、フラックスに含有される吸湿量の多い金属マグネシウム及び／又はフッ素化合物の粒子表面に有機化合物を付着させるので、フラックスを難吸湿化することができる。また、有機化合物が、例えば、フラックス混合又は伸線工程において、金属マグネシウム及び／又はフッ素化合物から他のフラックス原料の粒子表面に再付着すると、難吸湿効果がある有機化合物皮膜がフラックス原料の粒子表面に形成され、フラックスを難吸湿化することができる。このように、フラックスを難吸湿化することにより、溶接金属中の拡散性水素を低減することができ、溶接部の水素脆化を防止することができる。
【００１１】
この場合、金属マグネシウム及び／又はフッ素化合物はその粒子表面が有機化合物で被覆されていることが好ましい。
【００１２】
金属マグネシウム及び／又はフッ素化合物の粒子表面を有機化合物で被覆することにより、フラックスをより一層難吸湿化させることができる。例えば、金属マグネシウム及び／又はフッ素化合物に予め極微量の有機化合物を被覆（コーティング）したものを他の原料と混合したフラックスを使用して製造した溶接用フラックス入りワイヤは、特に、吸湿量の低減効果が優れている。
【００１３】
また、前記有機化合物はフッ素原子を更に含むものとすることができる。
【００１４】
更に、前記フラックス全質量に対して、前記金属マグネシウムを０．０１乃至２０質量％含有することができ、また、前記フッ素化合物を０．０１乃至２０質量％含有することができる。
【００１５】
本願発明者等は本発明の課題を解決するために鋭意実験研究を重ねた結果、金属マグネシウム及びフッ素化合物のうちいずれか一方を含有する溶接用フラックス入りワイヤにおいて、金属マグネシウム及び／又はフッ素化合物の粒子表面に極微量の有機化合物を付着させ、又は粒子表面を極微量の有機化合物で覆うことにより、溶接材料を難吸湿化できることを見出した。難吸湿化の目的は、溶接金属中の拡散性水素を低減することである。従来、有機化合物はそれ自身に水素原子を保有しているので、溶接金属中の拡散性水素の低減に対しては悪影響を及ぼすと考えられていた。しかし、本発明者等は、多量に存在すれば悪影響を及ぼす有機化合物でも、極微量の有機化合物をフラックス粒子の表面にコーティングすることにより、通常、フラックス表面に十数層に亘って付着する水分子の吸着を防ぎ、フラックス表面上の有機化合物由来及び水分子由来のトータルの水素原子数を低減することができることを見出した。即ち、水素源となってしまう有機化合物をフラックスの表面に極微量存在させれば、吸着水分子を低減することができ、有機化合物由来及び水分子由来のトータルでの水素原子数を少なくすることができる。本発明はこのように従来の高温焼成等による溶接材料の難吸湿化とは全く異なる機構により吸湿を防止するものである。
【００１６】
また、本発明においては、難吸湿化を図りたいフラックス原料の固体表面にどの程度有機化合物を付着させるかも重要であり、本願発明者等が鋭意研究を重ねた結果、フラックス全質量に対して、有機化合物の量が１０質量ｐｐｍ以上の有機化合物をフラックス原料の固体表面に付着させると、有機化合物がフラックス原料の水分子吸着サイトを覆うため、難吸湿化に効果があり、また、水素原子を含む有機化合物が５０００質量ｐｐｍを超えてフラックス原料の固体表面に付着すると、有機化合物自身の水素原子量が吸着水由来の水素原子量よりも多くなってしまい、最終的に溶接金属の水素脆性を防ぐという目的の達成が困難になる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例に係る溶接用フラックス入りワイヤについて詳細に説明する。
【００１８】
溶接用フラックス入りワイヤのフラックスの表面を極微量の有機化合物で覆う具体的な方法を以下に述べる。フラックス原料を予め乾燥させ、更に、Ｍｇ又はＭｇ合金等の金属マグネシウム及びフッ素化合物の少なくとも一方を入れ、ミキサにより表面被覆用有機化合物と共に混合し、金属マグネシウム及び／又はフッ素化合物に有機化合物のコーティングを行う。
【００１９】
また、フラックス原料の混合時に、フラックスに極微量の有機化合物を噴霧し、混練することにより、この有機化合物を金属マグネシウム及び／又はフッ素化合物に付着させてもよい。
【００２０】
本発明においては、金属マグネシウム及び／又はフッ素化合物は配合割合が少ないにも拘らず、吸湿性が高いので、ワイヤ全体の吸湿に及ぼす影響は大きく、有機化合物がコーティングされていないフラックスに比べて、フラックスを難吸湿化することができ、特に、金属マグネシウム及びフッ素化合物に重点的にコーティングを施すと、フラックスの難吸湿化効果がより一層高くなる。しかしながら、フラックス原料の混合時に、極微量の表面被覆用有機化合物をフラックス原料に噴霧し、混練し、有機化合物を全てのフラックス原料の粒子表面に付着させても、コーティングを行っていないフラックスに比べて、難吸湿化効果がある。
【００２１】
以下、本発明におけるフラックスの成分添加理由及び数値限定理由について説明する。
【００２２】
有機化合物
有機化合物を吸湿量の多い金属マグネシウム（Ｍｇ、Ｍｇ合金及びＡｌ−Ｍｇの金属間化合物等）及び／又はフッ素化合物に付着させるとフラックスを難吸湿化することができ、特に、コーティングすると、フラックスをより一層難吸湿化することができる。また、有機化合物は他のフラックス原料の粒子表面に付着しても、難吸湿効果のある有機化合物皮膜を形成するので、フラックスを難吸湿化することができる。なお、本発明における有機化合物とは、分子内に炭素原子を含む全ての有機化合物をいう。具体的には、油脂、鎖式炭化水素、環式炭化水素、アルコール、有機酸、エーテル、アルデヒド、ケトン、エステル、フェノール、アミン、カップリング剤、フッ素油又はシリコーン油等の天然及び人工の有機化合物をいい、高分子も含む。特に、鉱油、合成油、油脂、アルコール、有機酸、カップリング剤及びシリコーン油は、その難吸湿性効果が著しい。
水素原子を含む有機化合物：１０乃至５０００質量ｐｐｍ
水素原子を含む有機化合物の量が１０質量ｐｐｍ未満の場合、有機化合物がフラックス粒子の表面の水分子吸着サイトを十分に覆うことができず、難吸湿化効果が不十分である。一方、水素原子を含む有機化合物の量が５０００質量ｐｐｍを超えると、有機化合物由来の水素原子が多くなりすぎて、溶接部の水素脆性を防止する効果が薄れてしまう。従って、水素原子を含む有機化合物の含有量は１０乃至５０００質量ｐｐｍとすることが好ましい。
フッ素原子を含む有機化合物：１０質量ｐｐｍ以上
フッ素原子を含む有機化合物の量が１０質量ｐｐｍ未満の場合、有機化合物がフラックス粒子の表面の水分子吸着サイトを十分に覆うことができず、難吸湿化効果が不十分である。従って、フッ素原子を含む有機化合物の含有量は１０質量ｐｐｍ以上とすることが好ましい。なお、例えば、フッ素油は水素原子を含まないので、有機化合物の含有量が５０００質量ｐｐｍを超えても、拡散水素量が増加することがない。しかし、フッ素油が高価であることを考慮すると、フッ素油を５０００質量ｐｐｍを超えて含有させることは現実的ではない。
【００２３】
また、本発明における有機化合物の量の測定は以下の方法によるものである。但し、フッ素油とこのフッ素油以外の有機化合物とでは測定方法が異なり、別々に説明する。
【００２４】
以下、フッ素油以外の有機化合物量の測定方法について説明する。
【００２５】
先ず、溶接用フラックス入りワイヤのシーム部を開き、ワイヤ内のフラックスを取り出し、３ｇ程度サンプリングする。
【００２６】
フラックスを６０℃の温度で１時間真空脱気することにより、フラックス表面に付着している水分子を脱離させた後、ＪＩＳ  Ｋ０１１３−９０に規定されているＫ．Ｆ．（カールフィッシャー）水分測定法により、Ｏ２雰囲気及びＡｒ雰囲気において、温度７５０℃の抽出の電量法を使用して水分を測定する。ここで、（Ｏ２雰囲気での水分量）−（Ａｒ雰囲気での水分量）は、有機化合物由来の水素原子が酸化されてＨ２Ｏになり、検出されたものである。
【００２７】
本発明においては、（（Ｏ２雰囲気での水分量）−（Ａｒ雰囲気での水分量））に２／１８を乗じて、水素原子含有量を計算し、これを１０倍して有機化合物量を下記数式１のように定義する。これにより、有機化合物量を測定する。
【００２８】
【数１】
（有機化合物量）＝（（Ｏ２雰囲気での水分量）−（Ａｒ雰囲気での水分量））×１０／９
【００２９】
次に、フッ素油量の測定方法について説明する。
【００３０】
重さが１０ｇのワイヤからフラックスを取り出し、１０ミリリットルのフロン１１３に浸し、５分間超音波洗浄する。次に、フロン１１３をメンブレンフィルタ（孔径：０．２μｍ）で吸引濾過する。次に、濾過液にＫＢｒを０．２ｇ投入し、ドラフト内で室温にて５分間乾燥させ、更に、電気乾燥により１１０℃の温度で５分間乾燥させる。次に、ＫＢｒを粉砕し、直径１３ｍｍ、厚さ１ｍｍのペレット状に加圧成形する。このペレットをＰＥＲＫＩＮ  ＥＬＭＥＲ  １６００  フーリエ変換赤外分光（ＦＴＩＲ）分析装置を使用して、フッ素油量のピークを測定し、事前に作成したフッ素油量の標準試料のピークと比較することにより、フッ素油量を測定する。
【００３１】
なお、フロン１１３を石油エーテルに変更して同様の分析を行うことにより、フラックス表面にコーティングされている他の有機化合物の同定及び定量測定を行うことができる。
【００３２】
金属マグネシウム：０．０１乃至２０質量％
金属マグネシウムとは、純Ｍｇ及びＭｇ合金の双方を含むものである。吸湿量が多いＭｇ又はＭｇ合金の含有量が０．０１質量％未満では、有機物により発揮される難吸湿化効果が低い。一方、Ｍｇ又はＭｇ合金の含有量が２０質量％を超えると、溶鋼の粘性が低くなり、ビードが垂れ易く、溶接作業性が悪化する。
【００３３】
フッ素化合物：０．０１乃至２０質量％
吸湿量が多いフッ素化合物の含有量が０．０１質量％未満では、有機物により発揮される難吸湿化効果が低い。一方、フッ素化合物の含有量が２０質量％を超えると、溶接時に発生するスパッタが多くなり、溶接作業性が悪化する。
【００３４】
【実施例】
以下、本発明の実施例に係る溶接用フラックス入りワイヤの実施例について、その特性を比較例と比較して具体的に説明する。
【００３５】
表１に示すＪＩＳ  Ｚ３３１３  ＹＦＷ−Ｃ５０ＤＲに規定されている溶接用フラックス入りワイヤのフラックス原料を２種類使用し、このフラックス原料中のＭｇ及びフッ素化合物夫々に表面被覆用有機化合物（油脂（灯油）、シリコーン油（温度２５℃における粘度：２００ｍｍ２／秒）及びフッ素油）を噴霧し、Ｖ字型ミキサで混合することにより、表面被覆用有機化合物をフラックス粒子表面にコーティングし、特に、Ｍｇ及びフッ素化合物には表面被覆用有機化合物の量が同量になるようにコーティングし、それら有機化合物の合計がフラックス全体に対して夫々１０乃至５００００質量ｐｐｍ程度になるように付着させ、これらのフラックス原料と表２に示す化学成分を有する板厚が０．９ｍｍ、板幅が１３ｍｍの軟鋼からなるフープとを使用して、フラックス率が１５±１質量％であるワイヤ直径が１．２ｍｍの溶接用フラックス入りワイヤを作成した。なお、フッ素化合物としては、氷晶石、ＮａＦ又はＫ２ＳｉＦ６等のフッ素原子を含む化合物が使用できる。
【００３６】
これらの溶接用フラックス入りワイヤ内に存在する有機化合物の含有量（単位：質量ｐｐｍ）を上述の有機化合物量の測定方法により測定した。更に、溶接用フラックス入りワイヤを気温３０℃、相対湿度８０％の雰囲気に４８時間保持した後、溶接用フラックス入りワイヤの吸湿水分量を７５０℃のＡｒ雰囲気にて、Ｋ．Ｆ．法により測定した。
【００３７】
その後、ＪＩＳ  Ｚ３１１８に規定されている鋼溶接部の水素量測定法に準じて、この溶接用フラックス入りワイヤを使用して、下記表３示す溶接条件で溶接し、溶接部の拡散性水素量を測定した。表面被覆用有機化合物として、灯油を使用した場合の結果を表４に示し、シリコーン油を使用した場合の結果を表５に示し、フッ素油を使用した場合の結果を表６に示す。
【００３８】
【表１】
0003576438.tif 000002
【００３９】
【表２】
0003576438.tif 000003
【００４０】
【表３】
0003576438.tif 000004
【００４１】
【表４】
0003576438.tif 000005
【００４２】
【表５】
0003576438.tif 000006
【００４３】
【表６】
0003576438.tif 000007
【００４４】
上記表４に示すように、本発明の範囲に入る実施例Ｎｏ．２乃至７及び９乃至１１は吸湿後水分割合が少なく、水素試験結果が良好であり、拡散性水素量が少なかった。
【００４５】
なお、実施例Ｎｏ．１は請求項１を満足するが、有機化合物量が請求項３の下限値未満であるため、吸湿後水分割合が若干多かった。
【００４６】
実施例Ｎｏ．８は請求項１を満足するが、有機化合物量が請求項３の上限値を超えているため、吸湿後水分割合は小さいものの水素試験結果が若干悪かった。
【００４７】
一方、比較例Ｎｏ．３５は有機化合物を含有していないので、吸湿後水分割合が多く、水素試験結果も悪かった。
【００４８】
比較例Ｎｏ．３６は有機化合物を含有していないので、吸湿後水分割合が多く、水素試験結果も悪かった。
【００４９】
上記表５に示すように、本発明の範囲に入る実施例Ｎｏ．１３乃至１７及び２０乃至２２は吸湿後水分割合が少なく、水素試験結果が良好であり、拡散性水素量が少なかった。
【００５０】
なお、実施例Ｎｏ．１２は請求項１を満足するが、有機化合物量が請求項３の下限値未満であるため、吸湿後水分割合が若干多く、水素試験結果が若干悪かった。
【００５１】
実施例Ｎｏ．１８は請求項１を満足し、有機化合物量が請求項３の上限値を超えていたが、吸湿後水分割合は小さく、水素試験結果も良好であった。
【００５２】
実施例Ｎｏ．１９は請求項１を満足するが、有機化合物量が請求項３の上限値を超えているため、吸湿後水分割合は小さいものの水素試験結果が若干悪かった。
【００５３】
一方、比較例Ｎｏ．３７は有機化合物を含有していないので、吸湿後水分割合が多く、水素試験結果も悪かった。
【００５４】
比較例Ｎｏ．３８は有機化合物を含有していないので、吸湿後水分割合が多く、水素試験結果も悪かった。
【００５５】
上記表６に示すように、本発明の範囲に入る実施例Ｎｏ．２４乃至３４は吸湿後水分割合が少なく、水素試験結果が良好であり、拡散性水素量が少なかった。
【００５６】
なお、実施例Ｎｏ．２３は請求項１を満足するが、有機化合物量が請求項４の下限値未満であるため、吸湿後水分割合が若干多く、水素試験結果が若干悪かった。
【００５７】
一方、比較例Ｎｏ．３９は有機化合物を含有していないので、吸湿後水分割合が多く、水素試験結果も悪かった。
【００５８】
比較例Ｎｏ．４０は有機化合物を含有していないので、吸湿後水分割合が多く、水素試験結果も悪かった。
【００５９】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、溶接用フラックス入りワイヤを画期的に難吸湿化することができるので、溶接ワイヤの耐吸湿性が向上し、溶接金属中の拡散性水素を低減し、溶接部の水素脆性を防止することができる。