(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製外皮中に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であって、前記フラックスに含有される酸化チタンのうち、ルチル型酸化チタンの含有量を［Ｉｒ］とし、アナターゼ型酸化チタンの含有量を［Ｉａ］とするとき、前記［Ｉｒ］と前記［Ｉａ］との比［Ｉｒ］／［Ｉａ］が５以上であり、前記フラックス全重量当たり、前記酸化チタンを２０乃至６０重量％含有する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】
前記酸化チタンの平均粒度は、７０乃至６００μｍであ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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属製外皮中に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関し、特に、過酷な製造環境下にあってもフラックスが吸湿することなく、良好なフラックスの流動性を保持すると共に、長手方向での良好なアーク安定性を確保することができる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、フラックス入りワイヤ（以下、ＦＣＷという。）は、継ぎ目があるもの（シーム有り）とないもの（シームレス）に大別されるが、それらの製造時には必ず金属鞘（フープ）の中にフラックスをつめる工程がある。
【０００３】
周知のように、フラックスの量又は種類は、ＦＣＷの溶接作業性及び溶着金属の性能等ＦＣＷの品質上重要な因子である。従って、これまで、数多くのフラックスの量又は種類の検討がなされてきている。特に、ＦＣＷの長手方向の品質を安定させるために、フラックスの量を製造時に安定して投入することは極めて重要である。
【０００４】
そこで、従来、フラックスの製造方法、粒度及び水分の管理について、種々の提案がなされている。
【０００５】
例えば、フラックスの粒度を規定し、フラックスの充填むら及び成分偏析を防止すると共に、ＦＣＷの伸線時に断線を防止するものが開示されている（特開昭６３−４９３９７号公報）。
【０００６】
また、フラックスをバインダを用いて造粒し、２５０メッシュより細かい粒子が６０％以上になるように調整したフラックスを充填して、フラックスの供給性及びＦＣＷの長手方向のフラックス率の変動を防止したものが開示されている（特開昭５２−１２５４３６号公報）。
【０００７】
更に、フラックスにシリコーンオイルを含有させて、フラックスの流動性を高め、ＦＣＷの高速製造に対応させたものが提案されている（特開昭６１−２１６８９２号公報）。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の従来の溶接用フラックス入りワイヤ（特開昭５２−１２５４３６、特開昭６３−４９３９７号公報及び特開昭６１−２１６８９２号公報）においては、温度又は湿度等の製造環境によっては、フラックスが吸湿してしまい、フラックスの流れが劣化し、ＦＣＷの長手方向のフラックス率が安定せず、溶接時のアークの安定性が劣化するという問題点があり、これが依然として指摘されつづけている。
【０００９】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、フラックス製造時の温度及び湿度等の環境が過酷なものであってもフラックスが吸湿することなく、良好なフラックス流動性を有し、良好なアーク安定性を確保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。
【００１０】
【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、金属製外皮中に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であって、前記フラックスに含有される酸化チタンのうち、ルチル型酸化チタンの含有量を［Ｉｒ］とし、アナターゼ型酸化チタンの含有量を［Ｉａ］とするとき、前記［Ｉｒ］と前記［Ｉａ］との比［Ｉｒ］／［Ｉａ］が５以上であり、前記フラックス全重量当たり、前記酸化チタンを２０乃至６０重量％含有することを特徴とする。
【００１１】
本発明においては、前記酸化チタンの平均粒度は、７０乃至６００μｍであることが好ましい。
【００１２】
【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。本願発明者等は、フラックスの流動性を向上させるために、先ず、フラックスの各構成原料について逐一検討した。周知のように、フラックスは１５乃至２５種類程度のフラックス原料を混合することで構成されている。従って、フラックスの流動性については、その各原料が何らかの作用をなしていると考えられている。
【００１３】
その結果、フラックスの流動性については、フラックス中の水分量、特に、吸湿環境下に放置したときの吸湿水分量を極小にすることが重要であることを見出した。そこで、１５乃至２５種類程度のフラックス原料中でも、フラックス原料中で最も一般的で配合量が多い（約２０乃至６０重量％）酸化チタン（ＴｉＯ２）に着目した。
【００１４】
このＴｉＯ２を詳細に検討したところ、結晶構造的にみてアナターゼ型酸化チタンが多いＴｉＯ２は吸湿量が多い傾向にあることが分かった。また、ＴｉＯ２に含有されるルチル型酸化チタンとアナターゼ型酸化チタンとの比が５以上である場合には、耐吸湿性が良好であり、流動性も良好であることが分かった。また、このルチル型酸化チタンとアナターゼ型酸化チタンとの比が２０以上であるフラックスにおいて、更に耐吸湿性が良好になり、その結果、更に、良好な流れ性を有することが分かった。
【００１５】
また、ルチル型酸化チタンとアナターゼ型酸化チタンとの比が５以上であり、更にＴｉＯ２の平均粒度を適正な粒度にすることにより、より一層流動性が向上することを見出した。
【００１６】
平均粒度が細かすぎる場合には、ＴｉＯ２の比表面積が大きくなり、耐吸湿性及び流動性が劣化する。一方、平均粒度が粗すぎると、耐吸湿性は向上するものの、伸線時に断線を生じるという別の問題点がある。
【００１７】
なお、ＴｉＯ２に含まれるルチル型酸化チタンとアナターゼ型酸化チタンとの比は、粉末Ｘ線回折分析（粉末ＸＲＤ）法による強度比で測定することができる。図１は縦軸に回折強度、横軸に回折角をとり、ＸＲＤ法により得られた酸化チタンの回折ピークを示す模式図である。具体的には、図１に示すように、アナターゼ型酸化チタンの回折ピークと、ルチル型酸化チタンの回折ピークとの強度比をＴｉＯ２に含まれるルチル型酸化チタンとアナターゼ型酸化チタンとの比とすることができる。また、ルチル型酸化チタンとアナターゼ型酸化チタンとの比はＴｉＯ２が採掘される場所により異なり、種々の値をとるが、人工的な処理、例えば、１０００℃以上の温度で焼成することにより、その比を変えることができる。本発明においては、ルチル型酸化チタンとアナターゼ型酸化チタンとの比を制限したことに特徴がある。更に、上述のようなルチル型酸化チタンとアナターゼ型酸化チタンとの比が２０以上の場合において、更に一層フラックス流動性が向上する。これはＴｉＯ２自体の良好な流動性によるものである。
【００１８】
以下、本発明の溶接用フラックス入りワイヤの数値限定理由について説明する。
【００１９】
［Ｉｒ］／［Ｉａ］：５以上
ＴｉＯ２に含有されるルチル型酸化チタンとアナターゼ型酸化チタンとの比、即ち、［Ｉｒ］／［Ｉａ］が５よりも小さいと、結晶構造的に見て、アナターゼ型酸化チタンが多くなり、ＴｉＯ２の水分、特に、高湿度環境下での耐吸湿性が劣化し、フラックスの流動性ひいてはワイヤのアーク安定性が劣化する。従って、［Ｉｒ］／［Ｉａ］は５以上とする。更に、［Ｉｒ］／［Ｉａ］が２０以上であると更に良好な流動性を得ることができる。このことから、好ましくは［Ｉｒ］／［Ｉａ］は２０以上とする。
【００２０】
フラックス中の酸化チタンの含有量：２０乃至６０重量％
フラックス中の酸化チタンの含有量が２０重量％未満である場合には、上記［Ｉｒ］／［Ｉａ］の値を満足した場合でも、良好な流動性の向上は認められない。一方、フラックス中の酸化チタンの含有量が６０重量％を超える場合には、脱酸剤及びアーク安定剤等が不足し、溶接作業性が劣化してしまうという問題点がある。従って、フラックス中の酸化チタンの含有量はフラックス全重量当たり１乃至６０重量％とする。
【００２１】
酸化チタンの平均粒度：７０乃至６００μｍ
酸化チタンの平均粒度が７０μｍより小さい場合には、フラックスの比表面積が大きくなり、より良好な流動性の効果が発揮されない。一方、酸化チタンの平均粒度が６００μｍを超えると、フラックスの流動性は確保されるものの、粒度が大きいために伸線中に断するという問題が生じる。従って、酸化チタンの平均粒度は７０乃至６００μｍとする。
【００２２】
【実施例】
以下、本発明の範囲に入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。
【００２３】
下記表１に示すフラックスＡと下記表３に示す金属製外皮とを使用して溶接用ＦＣＷを作製した。同様に、下記表２に示すフラックスＢと下記表４に示すＳＵＳ３０４Ｌからなる金属製外皮とを使用して溶接用ＦＣＷを作製した。なお、表１に示すスラグ形成剤は、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｚｒ、Ａｌ、Ｃａ、Ｍｇ及びＢａ等の金属酸化物である。但し、ＴｉＯ２は除く。また、メタル成分は、Ｆｅ、Ｆｅ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｍｎ、Ｆｅ−Ａｌ、Ｎｉ及びＭｇ等である。
【００２４】
また、表２に示すスラグ形成剤は、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｚｒ、Ａｌ、Ｃａ、Ｍｇ及びＢａ等の金属酸化物である。但し、ＴｉＯ２は除く。また、メタル成分は、Ｆｅ、Ｆｅ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｍｎ、Ｆｅ−Ｃｒ、Ｎｉ及びＭｏ等である。
【００２５】
表１及び表２に示すフラックスＡ及びＢについて、焼成温度を８５０乃至１３００℃の温度範囲で、焼成時間を１乃至６０分の範囲で夫々調整して種々の溶接用ＦＣＷを作製することにより、耐吸湿性、流動性及びアーク安定性を評価した。
【００２６】
なお、作製したフラックス入りワイヤは表１に示すフラックスＡを使用したものは、フラックス率が１３±１％で、線径が１．２ｍｍであった。また、表２示すフラックスＢを使用したものは、フラックス率が２６±１％で、線径が１．２ｍｍであった。
【００２７】
【表１】
0003580720.tif 000002
【００２８】
【表２】
0003580720.tif 000003
【００２９】
【表３】
0003580720.tif 000004
【００３０】
【表４】
0003580720.tif 000005
【００３１】
ＴｉＯ２に含有されるルチル型酸化チタンとアナターゼ型酸化チタンとの含有量比は夫々に起因する特有な回折強度ピークの強度面積比により算出した。図２はルチル型酸化チタンとアナターゼ型酸化チタンとの含有量比の測定方法を示すフローチャート図である。先ず、図２に示すように、下記表５に示す測定条件でＸＲＤ法により回折角（２θ）における強度を測定した（ステップＳ１）。次に、Ｘ線回折結果からルチル型酸化チタンとアナターゼ型酸化チタンとの回折ピークを抽出した（ステップＳ２）。次に、アナターゼ型酸化チタンの強度面積は回折角（２θ）の範囲を２４．９乃至２５．５ｄｅｇとし、ルチル型酸化チタンの強度面積は回折角（２θ）の範囲を２７．１乃至２７．７ｄｅｇとして、強度面積を夫々求めた（ステップＳ３）。次に、求めた強面積の比からＴｉＯ２に含有されるルチル型酸化チタンとアナターゼ型酸化チタンとの含有量比［Ｉｒ］／［Ｉａ］を求めた（ステップＳ４）。
【００３２】
【表５】
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【００３３】
図３は本発明の溶接用フラックス入りワイヤの耐吸湿性の測定試験方法を示す模式図である。
【００３４】
耐吸湿性は図３に示すように、秤量瓶１にフラックス２が試料高さ約１０ｍｍ（正確には９乃至１１ｍｍ）になるようにサンプリングした。次に、フラックス２を１１０℃の温度で２時間の予備乾燥を行った。次に、フラックス２を３０℃の温度で相対湿度８０％の雰囲気に４８時間放置した。次いで、フラックス２を良く混合し抽出条件として温度が１０００℃のＡｒ雰囲気でＫ．Ｆ水分測定を行った。評価は、水分が１００ｐｐｍ未満を◎とし、水分が１００以上２００ｐｐｍ未満を○＋とし、水分が２００以上４００ｐｐｍ未満を○とし、４００ｐｐｍ以上を△とした。
【００３５】
流動性の評価方法は、溶接用ＦＣＷを試作した時のＣＶ値（ワイヤ重量の標準偏差／ワイヤ重量の単重平均）で評価する。調査は成型後の溶接用ＦＣＷ（線径：２．０乃至５．５ｍｍ）について、サンプル本数は３０本で行った。評価は、ＣＶ値が０．００３未満を◎とし、ＣＶ値が０．００３乃至０．００８未満を○＋とし、ＣＶ値が０．００８以上０．０１０未満を○とし、ＣＶ値が０．０１０以上を△とした。
【００３６】
このＣＶ値が大きいほど電流変動に伴うアーク長変動が大きいことを確認している。これは、フラックスの充填むらによる電流密度の変動を無くすべく電流値により修正しようとする電流特性から生じるものである（定電圧特性）。
【００３７】
平均粒度は、先ず、レーザ光により粒度分布を測定した。その後、データ解析により平均粒度を求めた。なお、測定条件は、測定方法として乾式法で行い、測定圧力を２気圧、測定時間を５乃至１０秒とした。図４は縦軸に積算粒子数及び粒度分布、横軸に粒度をとり、本発明の溶接用フラックス入りワイヤのフラックスの平均粒度を測定した測定例を示すグラフ図である。この平均粒度の測定結果の一例を図４に示す。図中、曲線Ａと積算粒子数とは下記数式１を満足する。
【００３８】
【数１】
Ａ＋積算粒子数＝１（一定）
【００３９】
数式１より、曲線Ａが積算粒子数を示すとき、曲線Ａは積算粒子数を示す曲線と積算粒子数が０．５のところで交わる。即ち、Ａ＝積算粒子数＝０．５となる。この場合の粒度の値を平均粒度とした。なお、平均粒度の条件として、積算粒子数を０．５とすれば、曲線Ａがなくても、平均粒度を算出することができる。
【００４０】
これらの測定結果を下記表６及び表７に示す。なお、表６はフラックスＡを使用したものであり、表７はフラックスＢを使用したものである。また、フラックスＡを使用した評価結果を下記表８に示し、フラックスＢを使用した評価結果を下記表９に示す。
【００４１】
【表６】
0003580720.tif 000007
【００４２】
【表７】
0003580720.tif 000008
【００４３】
【表８】
0003580720.tif 000009
【００４４】
【表９】
0003580720.tif 000010
【００４５】
上記表８及び表９に示したように本発明の請求項１を満足する実施例Ｎｏ．１乃至１４はフラックスの耐吸湿性、フラックスの流動性及びアーク安定性が充分に満足するものであった。
【００４６】
なお、特に酸化チタンの［Ｉｒ］／［Ｉａ］の値が２０を超える実施例Ｎｏ．６及び７はフラックスの耐吸湿性、フラックスの流動性及びアーク安定性が非常に良好であった。
【００４７】
実施例Ｎｏ．９は平均粒度が６５μｍと小さく、本発明の請求項１は満足しているものの、本発明の請求項２の範囲未満ではあるが、フラックスの耐吸湿性、フラックスの流動性及びアーク安定性が充分に満足するものであった。
【００４８】
実施例Ｎｏ．１２は平均粒度が６２０μｍと大きく、本発明の請求項１は満足しているものの、本発明の請求項２の範囲を超えている。しかし、フラックスの耐吸湿性、フラックスの流動性及びアーク安定性は充分に満足するものの、現在の製造技術においては断線が発生した。
【００４９】
一方、表８及び表９に示す比較例Ｎｏ．１５及び１６は夫々ＴｉＯ２の含有量が３及び１５重量％と少なく、フラックスの耐吸湿性、フラックスの流動性及びアーク安定性が劣った。比較例Ｎｏ．１７はＴｉＯ２の含有量が６５重量％と過多で、脱酸不足等を生じアーク安定性が劣った。比較例Ｎｏ．１８は［Ｉｒ］／［Ｉａ］の値が本発明の範囲未満であるため、フラックスの耐吸湿性、フラックスの流動性及びアーク安定性が劣った。
【００５０】
比較例Ｎｏ．１９は［Ｉｒ］／［Ｉａ］の値が本発明の範囲未満であるため、フラックスの耐吸湿性、フラックスの流動性及びアーク安定性が劣った。
【００５１】
比較例Ｎｏ．２０は［Ｉｒ］／［Ｉａ］の値が本発明の範囲未満であるため、フラックスの耐吸湿性、フラックスの流動性及びアーク安定性が劣った。
【００５２】
比較例Ｎｏ．２１は［Ｉｒ］／［Ｉａ］の値が本発明の範囲未満であるため、フラックスの耐吸湿性、フラックスの流動性及びアーク安定性が劣った。
【００５３】
【発明の効果】
以下詳述したように本発明においては、酸化チタンに含まれるルチル型酸化チタンとアナターゼ型酸化チタンとの比［Ｉｒ］／［Ｉａ］の値及び酸化チタンの含有量を規定することにより、フラックス製造時の温度及び湿度等の環境が苛酷なものであっても、フラックスの耐吸湿性、フラックスの流動性及びアーク安定性が優れたフラックス入りワイヤを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】縦軸に回折強度、横軸に回折角をとり、ＸＲＤ法により得られた酸化チタンの回折ピークを示す模式図である。
【図２】本発明の溶接用フラックス入りワイヤの酸化チタンに含有されるルチル型酸化チタンとアナターゼ型酸化チタンとの比を測定する方法を示すフローチャート図である。
【図３】本発明の溶接用フラックス入りワイヤのフラックスの耐吸湿性試験方法を示す模式図である。
【図４】縦軸に積算粒子数及び粒度分布、横軸に粒度をとり、本発明の溶接用フラックス入りワイヤのフラックスの平均粒度を測定した測定例を示すグラフ図である。
【符号の説明】
１；秤量瓶
２；フラックス
Ａ；曲線
【図１】
0003580720.tif 000011
【図２】
0003580720.tif 000012
【図３】
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【図４】
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