(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軟鋼または合金鋼製外皮にフラックスを充填して製造されるガスシールドアーク溶接用塩基性系フラックス入りワイヤにおいて、該フラックスの構成成分は、ワイヤ全重量に対して、
ＴｉＯ２換算値としてＴｉおよびＴｉ酸化物：０．３〜３．０％、
ＳｉＯ２換算値としてＳｉおよびＳｉ酸化物：１．０〜２．５％、
ＭｇＯ換算値としてＭｇおよびＭｇ酸化物：０．１〜１．５％、
ＭｎＯ換算値としてＭｎおよびＭｎ酸化物：１．５〜４．０％、
Ａｌ２Ｏ３換算値としてＡｌおよびＡｌ酸化物：０．２〜１．５％、
ＺｒＯ２換算値としてＺｒおよびＺｒ酸化物：０．１〜１．０％、
ＣａＦ２：０．２〜３．５％、および
Ｋ２Ｏ：０．０１〜０．５％を含み、
該構成成分は、下記式（１）の塩基度の値が０．５〜４．５であることを特徴とするガスシールドアーク溶接用塩基性系フラックス入りワイヤ。
Ｂ＝（ＣａＦ２＋ＭｇＯ＋ＭｎＯ＋Ｋ２Ｏ）／（ＴｉＯ２＋ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３＋ＺｒＯ２） ・・・・・ (1)
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶接性に優れた塩基性系フラックス入りワイヤに関し、さらに詳細には、耐割れ性および低温靭性に優れており、溶接作業性が向上された塩基性系フラックス入りワイヤに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガスシールドアーク溶接用塩基性系フラックス入りワイヤとして、耐割れ性および低温靭性に優れたワイヤが提案されてきているが、今までのものはビード外観と形状、スラグ剥離性およびアーク安定性などが多少不良であった。また、こうした点が、塩基性系フラックス入りワイヤがチタニア系フラックス入りワイヤに比べて劣っている部分である。従来の非チタニア系フラックス入りワイヤは、フッ化バリウム系フラックスにＭｎ、Ｓｉ、Ｎｉなどを添加して低温靭性を改善したが、作業性が悪く、ビード外観や形状も不良であった（例えば、特許文献１参照。）。また、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｍｎを添加し、残留応力を除去するために溶接後熱処理を施して低温靭性の改善を図ったが、熱処理後の脆性破壊発生特性および低温靭性を改善するには限界があった（例えば、特許文献２参照。）。
【０００３】
また、通常の塩基性系フラックス入りワイヤは、アーク安定性および溶滴移行性を確保するためにシールドガスとして混合ガス（７５〜８０％のＡｒ＋２０〜２５％のＣＯ２）を使用しなければならず、その適用範囲が狭いという欠点があった。
【０００４】
【特許文献１】
特開昭６２−１６６０９８号公報
【特許文献２】
特開昭５２−０６５７３６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記問題点を解決するために案出されたものであり、耐割れ性および低温靭性、溶接性に優れており、Ａｒ／ＣＯ２混合ガスまたは１００％ＣＯ２をシールドガスとして使用できる塩基性系フラックス入りワイヤを提供することにその目的がある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明は、軟鋼または合金鋼製外皮にフラックスを充填して製造される塩基性系フラックス入りワイヤにおいて、前記フラックスの構成成分は、ワイヤ全重量に対して、ＴｉＯ２換算値としてＴｉおよびＴｉ酸化物：０．３〜３．０％、ＳｉＯ２換算値としてＳｉおよびＳｉ酸化物：１．０〜２．５％、ＭｇＯ換算値としてＭｇおよびＭｇ酸化物：０．１〜１．５％、ＭｎＯ換算値としてＭｎおよびＭｎ酸化物：１．５〜４．０％、Ａｌ２Ｏ３換算値としてＡｌおよびＡｌ酸化物：０．２〜１．５％、ＺｒＯ２換算値としてＺｒおよびＺｒ酸化物：０．１〜１．０％、ＣａＦ２：０．２〜３．５％およびＫ２Ｏ：０．０１〜０．５％を含めてなり、該構成成分は、下記式（１）の塩基度の値が０．５〜４．５を満たすことを特徴とする塩基性系フラックス入りワイヤによって達成される。
B=(CaF2+MgO+MnO+K2O)/(TiO2+SiO2+Al2O3+ZrO2)  ......  (1)
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、前記のような本発明の構成による各成分の果たす役割および数値限定の理由について説明する。
【０００８】
ＴｉＯ２は、スラグ形成剤およびアーク安定剤として作用する成分であって、主としてルチールおよび還元イルミナイトなどをその供給源とする、酸性系フラックスである。ＴｉＯ２の添加量が０．３重量％未満であれば、十分なスラグ量を確保するのが不可能であり、溶融金属が立向上進溶接の際、垂れ落ちやすい問題点が生じる。また、添加量が３．０重量％を超えると、アークの安定性が悪くなり、スパッタ発生量が増加して溶接作業性が劣化する。したがって、ＴｉＯ２の換算値としてＴｉおよびＴｉ酸化物の添加量は０．３〜３．０重量％が好ましい。
【０００９】
ＳｉＯ２は、スラグの粘性調整およびアーク安定剤として作用するものであって、酸性系フラックスである。仮に、その添加量が１．０重量％未満であれば、アークが不安定になり、スパッタの発生量が増加し、スラグの被包性が不安定になる。また、その添加量が２．５重量％を超えると、スラグが硬くなってスラグ剥離性が低下する問題点がある。したがって、ＳｉＯ２の換算値としてＳｉおよびＳｉ酸化物が１．０〜２．５重量％添加されるのが好ましい。
【００１０】
Ａｌ２Ｏ３は、スラグ凝固点を上昇させる作用をし、溶滴を微細化させてスプレーアーク移行を形成させる添加剤であり、酸性を示すフラックスである。その添加量が０．２重量％未満であれば、その効果は微弱であり、１．５重量％を超えると、ビードの形状が不良となる。したがって、Ａｌ２Ｏ３の換算値としてＡｌおよびＡｌ酸化物が０．２〜１．５重量％添加されるのが好ましい。
【００１１】
ＺｒＯ２は、スラグ凝固点を上昇させると同時にアークを安定にさせるアーク安定剤としての役割をする、酸性を示すフラックスである。その添加量が０．１重量％未満であれば、その効果は極めて微弱であり、１．０重量％を超えると、アークが不安定になりやすく、スパッタ発生量が増加して溶接作業性が劣化する。したがって、ＺｒＯ２の換算値としてＺｒおよびＺｒ酸化物添加量は０．１〜１．０重量％にするのが好ましい。
【００１２】
ＣａＦ２は、主としてスラグ形成剤としてビード外観を良好にするために添加するものであって、分解ガス（ＣＯ２）を発生させて遮蔽性を向上させる作用をする、塩基性系フラックスである。その効果を得るためには添加量を０．２重量％以上にする必要があり、添加量が３．５重量％を超えると、ヒューム発生量とスパッタ発生量が多くなり、溶着金属の粘性が劣ってビード形状が不良になる。したがって、ＣａＦ２は０．２〜３．５重量％に添加するのが好ましい。
【００１３】
ＭｇＯは、スラグ凝固点を上昇させ、脱酸剤およびアーク安定剤としての役割をする添加剤であり、塩基性系フラックスである。その添加量が０．１重量％未満であれば、その効果は少なく、１．５重量％を超えると、アークが不安定になってビード形状が不良になる問題点がある。したがって、ＭｇＯの換算値としてＭｇおよびＭｇ酸化物の添加量は０．１〜１．５重量％にするのが好ましい。
【００１４】
ＭｎＯは、脱酸剤として作用をすると同時に溶接金属の強度および靭性を向上させる作用がある、塩基性系フラックスである。ＭｎＯの添加量が１．５重量％未満であれば、脱酸不足によって溶接部に溶接欠陥が生じ、強度および靭性が低下する問題点がある。また、４．０重量％を超えると、溶接金属の強度が増加して高温割れが発生しやすく、低温靭性を低下させる問題点がある。したがって、ＭｎＯの換算値としてＭｎおよびＭｎ酸化物の添加量は１．５〜４．０重量％にするのが好ましい。
【００１５】
Ｋ２Ｏは、スラグの融点を下げてスラグの流動性をよくし、アークの安定性を向上させる役割をする塩基性系フラックスである。Ｋ２Ｏの含量が０．０１重量％未満であれば、アーク安定性の効果がなく、ビード形状が不良になる。また、０．５重量％を超えると、溶接時スラグの融点が低くなって立向上進姿勢で溶接作業するときビードの垂れ落ち現象が起こりやすい。したがって、Ｋ２Ｏの添加量は０．０１〜０．５重量％にするのが好ましい。
【００１６】
次いで、前記構成成分が満たすべき下記の式（１）について説明する。
B=(CaF2+MgO+MnO+K2O)/(TiO2+SiO2+Al2O3+ZrO2)  ......  (1)
式（１）は、フラックス構成成分の塩基度を数式化したものであって、耐割れ性および優れた低温靭性を表すためには、数式Ｂの範囲が０．５〜４．５を満たすのが好ましい。Ｂの値が０．５未満になると、耐割れ性および低温靭性が悪くなり、塩基性系というよりはチタニア系フラックスに近く、数式Ｂ値が４．５を超えると、作業性が悪くなり、スラグ剥離性が劣化し、ビード形状が不良になる。したがって、数式（１）の値Ｂの範囲は０．５〜４．５が好ましい。
【００１７】
前記の必須成分のほかに、鉄粉末をフラックスに添加するが、鉄粉末はアークの安定性および溶着効率を高め、ワイヤ製造の際、造管と線の引抜伸線過程で鋼製外皮内部に充填されたフラックスの流動性を増加させて、一部フラックスの偏り現象を防止することができる。
【００１８】
一方、ワイヤに充填されるフラックスの充填形状には何ら制限がなく、ワイヤ表面には通電性を円滑にし、防錆のために酸化被膜を被せることもできる。但し、ワイヤ断面形状は円形にするのが好ましいが、その内部形状にも何ら制約はない。
【００１９】
【実施例】
以下、本発明による塩基性系フラックス入りワイヤを製造し、その物性および作業性について説明する。
【００２０】
鋼製（ＫＳ  Ｄ  ３５１２、ＳＰＣＣ）外皮中に、ワイヤ全重量に対してフラックスの重量が１０〜２０％になるようにフラックスを充填させて１．２ｍｍの線径をもつフラックス入りワイヤを製造し、製造されたワイヤのフラックスを構成する成分の含量を表１に表した。
【００２１】
製造されたワイヤの水平すみ肉および立向上進姿勢における作業性評価は、表３および表４に表し、作業性評価の実施に適用された溶接条件は表２に表した。溶着金属の引張強度、降伏強度、シャルピー衝撃特性は、ＫＳ、ＡＷＳ規格の試験手順にしたがって行い、その結果を表５に表した。溶接部の拘束割れ試験は図１のような条件で行い、その結果も表５に表した。
【００２２】
拘束割れ試験は、溶接条件２４０〜２６０Ａ、３２Ｖで行い、使用鉄板母材は溶接構造用圧延鋼材であるＳＭ  ４９０Ａ鉄板２５ｔを使用した。
【００２３】
【表１】
0003956122.tif 000002
１）Ｔ〜Ｆｅ：金属外皮のＦｅを除いたＦｌｕｘのＦｅ粉末の合計。
２）その他の成分：Ｃ、ＮａＦなどの微量元素および不純物。
【００２４】
【表２】
0003956122.tif 000003
【００２５】
【表３】
0003956122.tif 000004
【００２６】
【表４】
0003956122.tif 000005
【００２７】
【表５】
0003956122.tif 000006
【００２８】
実施例および比較例の作業性および機械物理試験結果を表３〜表５に表した。
【００２９】
実施例１〜７は、本発明で提案する範囲、つまりフラックスを構成する化学成分の組成および化学成分間の比を満たすものであり、作業性評価の結果、水平すみ肉および立向上進姿勢でも極良好な溶接作業性を示した。また、機械物理試験で引張強度、降伏強度およびシャルピー衝撃試験で関連規格のＫＳ、ＡＷＳ規格を満たし、拘束割れ試験でも非常に優れており、１００％ＣＯ２遮蔽下でも優れた作業性を示した。
【００３０】
一方、比較例８〜１７は、フラックスを構成する化学成分の１種または２種が本発明で提案する範囲を外れるか、本発明で提案する式（１）の塩基度が範囲を外れる場合であり、その結果溶接作業性が不良であるか、または機械物理試験で関連規格を満たすことができなかった。また、比較例では拘束割れ試験の結果、多量の割れが発生し、耐割れ性が脆弱なことがわかった。
【００３１】
比較例８は、酸化物に換算されたＴｉＯ２、ＳｉＯ２およびＫ２Ｏが、本発明で提案する範囲を外れているためアーク安定性とスラグ剥離性が良くなく、拘束割れ試験で耐割れ性が極めて不良であった。
【００３２】
比較例９は、酸化物に換算されたＭｇＯが０．１０％未満添加されたためアーク安定性およびビード形状が良くなく、耐割れ性に劣るものとして表れた。
【００３３】
比較例１０では、酸化物に換算されたＭｎＯが１．５％未満添加されたためスラグの剥離性が悪く、機械物性評価の結果、関連規格に及ばないものとして表れた。
【００３４】
比較例１１は、酸化物に換算されたＭｇＯとＣａＦ２が各々１．５％と３．５％を超えることからビード形状が不良になり、スパッタ発生量が増加して全般的な溶接作業性に劣るものとして表れた。
【００３５】
比較例１２は、酸化物に換算されたＡｌ２Ｏ３が本発明で提案する範囲を外れることからアーク安定性とスラグ剥離性が不良であり、耐割れ性に劣るものとして表れた。
【００３６】
比較例１３では、酸化物に換算されたＺｒＯ２が０．１％未満添加されたため、スラグ流動性およびスラグ剥離性が良くなく、機械物性評価で引張強度および降伏強度は規格を満たすが、シャルピー衝撃試験では規格に及ばないものとして表れた。
【００３７】
比較例１４は、酸化物に換算されたＳｉＯ２およびＺｒＯ２が各々本発明で提案する範囲を外れることからアーク安定性およびスラグ流動性が良くなく、特に、立向上進姿勢でスパッタ発生量が増加し、機械物性評価で関連規格に及ばないものとして表れた。
【００３８】
比較例１５は、酸化物に換算されたＭｎＯおよびＴｉＯ２が本発明で提案する範囲を超えて添加されたものであって、スラグ剥離性が悪く、ビード形状が不良であり、機械物性値は関連規格の上限値で満たすが、耐割れ性に劣るものとして表れた。
【００３９】
比較例１６は、本発明で提案した式（１）の塩基度が０．５未満であり、スラグ流動性が良くなく、ビード形状が不良であり、機械物性評価で関連規格に及ばないものとして表れた。
【００４０】
比較例１７は、本発明で提案した式（１）の範囲を超えるため、全般的な作業性が悪く、耐割れ性に劣るものとして表れた。
【００４１】
【発明の効果】
本発明は、以上の説明の如く、フラックスを構成する化学成分および化学成分間の比を最適化することによって、耐割れ性および低温靭性に優れるとともに全姿勢溶接でも優れた溶接作業性を示し、溶接作業の能率を向上させることができる。
【００４２】
また、既存の塩基性系フラックス入りワイヤでは主にシールドガスとして混合ガス（７５〜８０％のＡｒ＋２０〜２５％のＣＯ２）を使用するが、本発明のワイヤは、１００％のＣＯ２シールドガスでも優れた溶接性を示す。
【００４３】
本発明による溶接性に優れた塩基性系フラックス入りワイヤは、チタニア系に比べて作業性に劣っている既存の塩基性系フラックス入りワイヤとは異なり、下向および水平すみ肉と立向上進姿勢でも優れた作業性とビード形状が得られる全姿勢溶接を容易にする実用的な効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、拘束割れ試験時の条件を示す平面図である。
【図２】図２は、図１の断面図である。
【図１】
0003956122.tif 000007
【図２】
0003956122.tif 000008