(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＮｉまたはＮｉ基合金からなるパイプ状の金属外皮内にフラックスが充填された溶接用フラックス入りワイヤにおいて、
前記フラックスと一緒に前記金属外皮内には、ＮｉまたはＮｉ基合金からなる導電性心線が前記金属外皮に支持されることなく配置されており、
前記フラックス中には、粒状の金属粉が前記フラックスに対して２０〜８０重量％含有されており、
前記ワイヤの単位長さの重量に対する前記フラックスの重量の重量％が６．５〜３０重量％であり、
前記ワイヤの単位長さの重量に対する前記導電性心線の重量の重量％が１．５〜１５重量％であり、
前記導電性心線は、略円形状の横断面形状を有してい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】
ＮｉまたはＮｉ基合金からなる金属外皮内にフラックスが充填された溶接用フラックス入りワイヤにおいて、
前記フラックスの略中心部に前記金属外皮に支持されることなく、ＮｉまたはＮｉ基合金からなる導電性心線が配置されており、
前記フラックス中には、粒状の金属粉が前記フラックスに対して５０〜６０重量％含有されており、
前記ワイヤの単位長さの重量に対する前記フラックスの重量の重量％が１５．５〜１９．５重量％であり、
前記ワイヤの単位長さの重量に対する前記導電性心線の重量の重量％が３．５〜７．５重量％であり、
前記導電性心線は、略円形状の横断面形状を有していることを特徴とする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、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】
米国特許６１５３８４７号等には、溶接金属の機械的性質、耐割性等を向上させるために、金属外皮内に種々のフラックスを充填した溶接用フラックス入りワイヤが用いられている。フラックスは、脱酸剤、スラグ形成剤、アーク安定剤、金属粉末等から構成されている。しかしながら、このようなワイヤでは、金属外皮と被溶接材料との間でアークが発生するため、金属外皮が先に溶融する。そのため、フラックスの中心部が十分に溶融せず、アークが不安定になりやすい。その結果、スパッタが発生しやすくなり、溶接作業性が低下するという問題があった。特にＮｉまたはＮｉ基合金からなる溶接ワイヤでは、ＮｉまたはＮｉ基合金の融点が鉄等に比べて低いため、このような問題が顕著であった。また、溶接用フラックス入りワイヤは、帯状の外皮材料を円筒状に丸める加工を施して外皮を形成するため、外皮の厚み寸法が所定の寸法より大きくなると円筒状に丸める加工ができなくなる。そのため、外皮内のフラックスを充填できる空間を小さくするには限界があり、フラックス含有量を少な目に調整できないという問題があった。フラックス含有量が必要以上に多くなると、フラックスに含まれる不純物により、溶接金属に割れが生じやすい。そこで、１９９８年に日本のコロナ社から発行された鈴木春義著の「最新溶接工学（改訂２版）」の７３頁に示すように、フラックス１０１の略中心部に金属外皮１０２と一体に形成された支持部１０２ａに支持された導電性心線１０３を配置することが提案された（図５参照）。このように、導電性心線１０３を配置すると、導電性心線１０３と被溶接材料との間でもアークが発生し、フラックス１０１の溶融が促進されて、アークが安定する。また、金属外皮１０２内のフラックス１０１を充填できる空間を小さくでき、フラックス量を適宜に調整して溶接金属の割れを抑制できる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようなワイヤでは、導電性心線１０３を支持させるために、金属外皮１０２に支持部１０２ａを形成する複雑な加工が必要になり、製造が煩雑であった。特に直径寸法が２．０ｍｍ以下に小さくなると、製造の煩雑さがより大きくなる。
【０００４】
本発明の目的は、ＮｉまたはＮｉ基合金からなる金属外皮に複雑な加工をせずにＮｉまたはＮｉ基合金からなる導電性心線を配置できる溶接用フラックス入りワイヤを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ＮｉまたはＮｉ基合金からなるパイプ状の金属外皮内にフラックスが充填された溶接用フラックス入りワイヤを改良の対象として、フラックスと一緒に金属外皮内に、ＮｉまたはＮｉ基合金からなる導電性心線を金属外皮に支持されることなく配置し、フラックスには、金属外皮と被溶接材料との間に加えて、導電性心線と被溶接材料との間でもアークが発生する程度まで金属外皮と導電性心線との間の電気抵抗値を下げることができる量の金属粉を含有させる。なお、ここでいう「金属外皮に支持されることなく」とは、例えば、図５のように金属外皮の一部に接続された状態で内包または係止等されることなく、金属外皮とは実質的に分離された状態にあるという意味である。金属外皮と導電性心線とが一部において接触しているものは、導電性心線が金属外皮に支持されておらず、本発明に含まれるものである。本発明では、金属外皮と導電性心線との間の電気抵抗値を下げることができる量の金属粉をフラックスに含有させることによって、金属外皮と導電性心線との電気的な導通を図る。これにより、金属外皮に支持されることなく、金属外皮内にフラックスと一緒に導電性心線を配置してもフラックス中の金属粉を介した金属外皮からの通電により、導電性心線と被溶接材料との間でもアークを発生させることができる。そのため、従来のように導電性心線を支持させるための複雑な加工を金属外皮に施す必要がなく、ワイヤの製造が容易になる。特に金属外皮の平均外径寸法が２．０ｍｍ以下に小さくなるような場合にこの製造の容易性が大きな効果を発揮する。
【０００６】
導電性心線と被溶接材料との間でもアークが発生する程度まで金属外皮と導電性心線との間の電気抵抗値を下げることができる量の金属粉を含有させるには、例えば、フラックス中に、粒状の金属粉をフラックスに対して２０〜８０重量％含有させればよい。金属粉として粒状のものを用いれば、フラックス中に金属粉を略均等に分散させて混入できる利点がある。粒状の金属粉量が２０重量％を下回ると、フラックスによる金属外皮と導電性心線との間の導電性を十分に高めることができず、導電性心線と被溶接物との間においてアークが十分に発生しない。そのため、アークの状態が悪くなり、スパッタが発生しやすくなる。また、８０重量％を上回ると、アーク安定剤等の非金属フラックスの必要量が減少する。そのため、アークの状態が悪くなり、スパッタが発生しやすくなる。
【０００７】
また、ワイヤの単位長さの重量に対するフラックスの重量の重量％を６．５〜３０重量％にすれば、フラックスの効果を高めて、しかも溶接金属の割れを抑制できる。６．５重量％を下回ると、溶接金属の機械的性質、耐割性等を向上させるフラックスの効果が得られない。３０重量％を上回ると、フラックスに含まれる不純物により溶接金属に割れが生じやすくなる。また、導電性心線を内包することが困難になる。
【０００８】
更に、ワイヤの単位長さの重量に対する導電性心線の重量の重量％を１．５〜１５重量％にすれば、アークが安定して、スパッタが発生し難くなる。１．５重量％を下回ると、導電性心線におけるアーク発生が十分でないため、アークが不安定になり、スパッタが発生しやすくなる。１５重量％を上回ると、フラックスの量が制限され、アーク安定剤等の非金属フラックスの必要量が減少する。そのため、アークの状態が悪くなり、スパッタが発生しやすくなる。
【０００９】
導電性心線は、多角形，円形等の種々の横断面形状のものを用いることができる。略円形状の横断面形状のものを用いれば、アーク状態を良好にできる。
【００１０】
本発明のより具体的な溶接用フラックス入りワイヤでは、フラックスの金属粉含有量が５０〜６０重量％であり、ワイヤの単位長さの重量に対するフラックスの重量の重量％が１５．５〜１９．５重量％であり、ワイヤの単位長さの重量に対する導電性心線の重量の重量％が３．５〜７．５重量％である。この範囲にすれば、最も望ましい効果が得られる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は、下記表１に示す試験に用いた各溶接用フラックス入りワイヤ１の断面図を示している。本図に示すように、試験用溶接用フラックス入りワイヤ１は、金属外皮（フープ）２と金属外皮２内に充填されたフラックス３とフラックス３の略中心部に金属外皮２に支持されることなく配置された導電性心線４とを有している。なお、表１の中で比較例１，６，７は、導電性心線が配置されていないが、導電性心線以外は上記と同じ構造を有している。金属外皮２は、ＹＮｉＣｒ３の成分からなるＮｉ基合金により形成されており、フラックス３は、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、平均粒子径１０〜１００μｍの粒状のＮｉ，Ｃｒからなる金属粉等を含有している。導電性心線４は、ＹＮｉ−１（ＪＩＳ−Ｚ３３３４）の成分からなるＮｉ基合金により形成されており、断面形状が円形を有している。
【００１２】
各試験用ワイヤは、次のようにして製造した。まず図２に示すように、Ｎｉ基合金からなる幅寸法が８ｍｍの帯状の板材２´を成形ロール１０で断面形状がＵ字状になるように（上方に開口部を形成するように）丸める成形をした後に、フラックス充填装置１１からフラックスを充填すると共に導電性心線１２を挿入した。次に密閉成形ロール１３でさらに丸める成形を施した。これにより、図１に示すラップ部２ａが形成されて金属外皮２は円筒状に密閉される。次に、伸線工程で伸線して径寸法１．２ｍｍの各試験用ワイヤを作った。このようにワイヤを製造すれば、従来のように導電性心線を支持させるための複雑な加工を金属外皮に施す必要がなく、ワイヤの製造が容易になる。特に直径寸法が２．０ｍｍ以下に小さくなるような場合に製造が容易になる。なお、表１に示す外皮厚みは、成形工程前の帯状の板材での金属外皮の厚みであり、心線径は、成形工程前の導電性心線の径寸法である。これらの寸法は、成形工程により減少するものである。また、表１に示すフラックス量は、成形工程後のワイヤの単位長さの重量に対するフラックスの重量の重量％であり、心線量は、成形工程後のワイヤの単位長さの重量に対する導電性心線の重量の重量％である。これら表１に示す成形工程後のフラックス量及び心線量は、ロール成形及び成形工程前の金属外皮，フラックス及び導電性心線の各重量から算出した。
【００１３】
【表１】
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次に、これらの試験用ワイヤを用いて、Ｔ形溶接割れ試験を行った。本試験は、基本的にはＪＩＳ−Ｚ−３１５３（１９９３）Ｔ形溶接割れ試験に準じた方法で行った。具体的には、図３に示すように、ＳＭ４９０Ａからなる２つの板Ｐ１，Ｐ２を１ｍｍのギャップＧを設けてＴ形に溶接して試験ビードＢ１及び拘束ビードＢ２を形成し、試験ビードＢ１及びクレータ部の割れ長さを染色浸透探傷試験方法により求めて割れ率［（割れ長さ／クレータの長さ）×１００］を算出した。なお、溶接条件は、電流２００〜２１０Ａ、電圧２９〜３０Ｖ、試験ビードの溶接速度３００ｍｍ／ｍｉｎ、拘束ビードの溶接速度２５０ｍｍ／ｍｉｎとした。また、割れはクレータ部のみで生じたのでクレータ部の割れだけを調べた。表１には、その試験結果が併せて示されている。表１より、導電性心線を配置しない比較例１，６，７のワイヤ及びフラックス量（ワイヤの単位長さの重量に対するフラックスの重量の重量％）が３０重量％を上回る比較例３のワイヤでは、割れ率が高いのが分かる。これは、フラックス量が増加することによりフラックスに含まれる不純物により割れが生じたものと考えられる。また、フラックスの金属粉含有量が２０重量％を下回る比較例５，８のワイヤも割れ率が高いのが分かる。これは、導電性心線への通電が不十分でアークが不安定になったためであると考えられる。また、フラックスの金属粉含有量が８０重量％を上回る比較例９のワイヤも割れ率が高いのが分かる。これは、アーク安定剤等の非金属フラックスの必要量が減少するためである。
【００１４】
次にＳＭ４９０Ａからなる１２×１００×２５０ｍｍの板の表面に板の長手方向に延びる方向にビードを形成して、アークの状態（アークの強弱，連続性等）を目視により良好な順に◎，○，○−，△，×の５段階で評価した。また、発生したスパッタの大きさ及び個数からスパッタの発生状況を◎，○，○−，△，×の５段階で評価した。具体的には、溶接ビード中央部１５０ｍｍ当たりのスパッタ付着量が０〜１個：◎，２〜５個：○，６〜１０個：○−，１１〜２５個：△，２６個以上：×を評価基準とした。表１には、その試験結果が併せて示されている。表１より、導電性心線を配置しない比較例１，６，７のワイヤでは、アークの状態が悪く、スパッタが発生しやすいのが分かる。これは、導電性心線を配置しないワイヤでは、金属外皮と被溶接材料との間でアークが発生するため、金属外皮が先に溶融し、フラックスの中心部が十分に溶融しないためである。これにより、アークが不安定になり、スパッタが発生しやすくなる。また、心線量（ワイヤの単位長さの重量に対する導電性心線の重量の重量％）が１．５重量％を下回る比較例２のワイヤもアークの状態が悪く、スパッタが発生しやすいのが分かる。これは、心線量が少ないため、導電性心線におけるアーク発生が十分でないためである。また、心線量が１５重量％を上回る比較例４のワイヤもアークの状態が悪く、スパッタが発生しやすいのが分かる。これは、フラックスの量が制限され、アーク安定剤等の非金属フラックスの必要量が減少するためである。また、フラックスの金属粉含有量が２０重量％を下回る比較例５，８のワイヤもアークの状態が悪く、スパッタが発生しやすいのが分かる。これは、フラックスの金属粉含有量が少なく金属外皮と導電性心線との導電性が十分に図られず、導電性心線におけるアーク発生が十分でないためである。また、フラックスの金属粉含有量が８０重量％を上回る比較例９のワイヤもアークの状態が悪く、スパッタが発生しやすいのが分かる。これは、アーク安定剤等の非金属フラックスの必要量が減少するためである。
【００１５】
次に、フラックスの金属粉含有量と、金属外皮と導電性心線との導電性との関係を調べた。厚み０．５ｍｍ×幅８ｍｍの金属外皮でフラックス及び０．５ｍｍ径の導電性心線を内包した１．２ｍｍ径ワイヤを作り、フラックスの金属粉含有量を種々に変えた場合の各ワイヤの５０ｃｍ当たりの電気抵抗値を調べた。表２は、その結果を示している。この電気抵抗値は、金属外皮と導電性心線との間の電気抵抗値に比例するものである。
【００１６】
【表２】
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表２より、フラックスの金属粉含有量が２０〜８０重量％であると電気抵抗値が低く、金属外皮と導電性心線との間の導電性を高められるのが分かる。なお、８０重量％を超えた場合、電気抵抗値は低いが、アーク安定剤等の非金属フラックスの必要量が減少するため、アークの状態が悪くなり、スパッタが発生しやすくなる。
【００１７】
なお、本例では、ラップ部２ａが形成されたラップＯ型の溶接用フラックス入りワイヤに本発明を適用した例を示したが、図４（Ａ）に示すような金属外皮が重ならずに突き当たって接合しているバットＯ型、図４（Ｂ）に示すシームレス型、図４（Ｃ）に示すＴ型に本発明を適用できるのは勿論である。
【００１８】
また、本例では、フラックスの金属粉として、粒状のものを用いたが、鱗片状、線状等の他の形状の金属粉を用いても構わない。
【００１９】
また、本例では、導電性心線として、円形の横断面形状を有するものを用いたが、角形等の他の横断面形状を有するものを用いても構わない。
【００２０】
【発明の効果】
本発明によれば、金属外皮と導電性心線との間の電気抵抗値を下げることができる量の金属粉をフラックスに含有させることによって、金属外皮と導電性心線との導電を図った。これにより、金属外皮に支持されることなく、金属外皮内にフラックスと一緒に導電性心線を配置してもフラックスを介した金属外皮からの通電により、導電性心線と被溶接材料との間でもアークを発生させることができる。そのため、従来のように導電性心線を支持させるための複雑な加工を金属外皮に施す必要がなく、ワイヤの製造が容易になる。特に金属外皮の平均外径寸法が２．０ｍｍ以下に小さくなるような場合に製造が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を含む試験用溶接用フラックス入りワイヤの断面図である。
【図２】図１に示す試験用溶接用フラックス入りワイヤの製造工程を説明するために用いる図である。
【図３】図１に示す試験用溶接用フラックス入りワイヤのＴ形溶接割れ試験の態様を説明するための図である。
【図４】（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の他の実施の形態の溶接用フラックス入りワイヤの断面図である。
【図５】従来の溶接用フラックス入りワイヤの断面図である。
【符号の説明】
１  溶接用フラックス入りワイヤ
２  金属外皮（フープ）
３  フラックス
４  導電性心線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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