JPH09300097A

JPH09300097A - ステンレス鋼用フラックス入りワイヤ

Info

Publication number: JPH09300097A
Application number: JP8118030A
Authority: JP
Inventors: Masaru Yamashita; 賢山下; Tsuyoshi Kurokawa; 剛志黒川
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1996-05-13
Filing date: 1996-05-13
Publication date: 1997-11-25
Also published as: SE9701656L; SE518732C2; US5854463A; NL1005975A1; KR100252573B1; SE9701656D0; NL1005975C2

Abstract

(57)【要約】【課題】良好な再アーク性を安定して得ることができ
ると共に、溶接作業性を向上させることができるステン
レス鋼用フラックス入りワイヤを提供する。【解決手段】金属外皮内にフラックスが充填されてい
るフラックス入りワイヤにおいて、フラックス中のスラ
グ造滓剤はワイヤ全重量あたり６．０乃至１３．０重量
％であり、金属外皮は、金属外皮全重量あたり、Ｏ：
０．００３乃至０．０９０重量％、Ｓ：０．０００５乃
至０．０２重量％、Ｓｉ：０．１乃至０．６重量％及び
Ｖ：０．００５乃至０．２重量％を含有するオーステナ
イト系ステンレス鋼である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半自動溶接及び自動
溶接に適用されるステンレス鋼用フラックス入りワイヤ
に関し、特に、再アーク性が良好であるステンレス鋼用
フラックス入りワイヤに関する。

【０００２】

【従来の技術】ステンレス鋼用フラックス入りワイヤ
は、アーク安定剤及びスラグ造滓剤等がフラックス中に
添加されていることから、良好なアーク安定性を有する
と共に、スパッタ発生量が少なく、ビード外観も優れて
いるという利点を有している。従って、近時、ステンレ
ス鋼用フラックス入りワイヤの使用量は、急速に増加し
ている。また、産業界における高能率化及び自動化に対
する要望が高まっていることから、半自動溶接のみでな
く、自動機又は溶接ロボット等の自動溶接への適用も増
加しつつある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
フラックス入りワイヤを使用すると、再アーク性（再ア
ークスタート性）が不良であるという問題点がある。こ
の再アーク性は、母材に接触するワイヤ先端部の状態に
左右されるものである。例えば、ペンチ等で切断した新
鮮なワイヤ先端部を溶接母材に接触させて溶接する場合
は、何の問題もなく、円滑にアークスタートを実施する
ことができる。

【０００４】しかし、ワイヤ先端部に溶接電流の流れを
阻害する物質が存在する場合、具体的には、溶接終了時
にワイヤ先端部に形成される球状体（以下、玉という）
がスラグで覆われている場合には、このスラグがワイヤ
と溶接母材との間の溶接電流の流れを阻害する。従っ
て、円滑なアークスタート性、即ち、再アーク性が低下
してしまう。

【０００５】前述の如く、ステンレス鋼用フラックス入
りワイヤは、金属外皮内に充填されたフラックス中にス
ラグ造滓剤が添加されているので、溶接終了時にワイヤ
先端部に形成される玉についても、その表面は不可避的
にスラグに覆われている。このスラグによって、再アー
ク性が低下し、アークスタート時にアークが不安定とな
ってスパッタが発生したり、このスパッタの発生を防止
するために技術を要する等、作業能率が低下するという
問題が生じる。

【０００６】更に、自動溶接においても、再アーク性が
不良になることにより、溶接ロボットが停止したり、所
定の長さの溶接ビードを得ることができない等、溶接工
程全体の生産性を低下させる問題を引き起こす。

【０００７】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、良好な再アーク性を安定して得ることがで
きると共に、溶接作業性を向上させることができるステ
ンレス鋼用フラックス入りワイヤを提供することを目的
とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係るステンレス
鋼用フラックス入りワイヤは、金属外皮内にフラックス
が充填されているフラックス入りワイヤにおいて、前記
フラックス中のスラグ造滓剤が、ワイヤ全重量あたり
６．０乃至１３．０重量％であり、前記金属外皮は、金
属外皮全重量あたり、Ｏ：０．００３乃至０．０９０重
量％、Ｓ：０．０００５乃至０．０２重量％、Ｓｉ：
０．１乃至０．６重量％及びＶ：０．００５乃至０．２
重量％を含有するオーステナイト系ステンレス鋼である
ことを特徴とする。

【０００９】なお、この金属外皮は、金属外皮全重量あ
たり、Ｏが０．００５乃至０．０９０重量％、Ｓが０．
００１０乃至０．０２重量％、Ｓｉが０．１５乃至０．
４５重量％、Ｖが０．０１０乃至０．１重量％であるこ
とが好ましい。また、金属外皮中の不可避的不純物とし
てのＮ及びＮｂの合計が、金属外皮全重量あたり０．２
重量％以下に規制されていることが好ましい。

【００１０】更に、スラグ造滓剤は、金属酸化物、金属
弗化物、炭酸塩及び珪酸化合物からなる群から選択され
た少なくとも１種とすることができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】本願発明者等は、溶接終了時にワ
イヤ先端部に形成される玉の形状及びこの玉を覆うスラ
グの挙動が、次の溶接時におけるアークスタート性、即
ち、再アーク性にどのような影響を及ぼすかについて、
種々実験研究を行った。その結果、母材に接触するワイ
ヤ先端部の玉が小さいと共に、この玉を覆うスラグの厚
さが均一で薄いものほど、玉からスラグが剥離しやすく
なるため、再アーク性が良好になることを見い出した。
更に、玉を覆うスラグが脆くて壊れやすいほど、良好な
再アーク性を安定して得られることも知見した。

【００１２】これらのことから、本願発明者等は、ワイ
ヤ先端部に形成される玉からスラグを剥離しやすくする
と共に、玉を覆うスラグ自身を脆くて壊れやすいものに
することにより、良好な再アーク性を安定して得ること
ができるという結論に至った。

【００１３】そこで、金属外皮として使用するオーステ
ナイト系ステンレス鋼の化学成分、及びこの金属外皮内
に充填するフラックスの組成等について鋭意実験研究を
重ねた結果、以下に示す条件を満足させることにより、
良好な再アーク性が安定して得られることを見い出し
た。即ち、第１に、玉を覆うスラグの厚さを均一にする
ために、フラックス中のスラグ造滓剤の合計量を規定す
る。第２に、玉を小さくすると共に、この玉を覆うスラ
グの厚さを薄くするために、金属外皮中に所定量のＯ、
Ｓｉ及びＳを含有させる。第３に、玉を覆うスラグを剥
離しやすくするために、金属外皮中のＳｉ含有量及びＳ
含有量を適切に規定する。第４に、玉を覆うスラグを脆
くて破壊されやすいものにするために、金属外皮中に所
定量のＶを含有させる。

【００１４】これらの条件は、このいずれかが欠けると
良好な再アーク性を安定して得ることができず、更に、
溶接作業性及び溶着金属の健全性に悪影響が及ぼされ
る。また、これらの効果は、金属外皮内に含有されるフ
ラックス中の特定成分の含有量を規定することによって
も得ることができるが、金属外皮中の特定成分の含有量
を調整する方が、顕著な効果を得ることができる。従っ
て、本発明においては、金属外皮中の特定成分の含有量
を規定するものとする。なお、金属外皮中のＮ及びＮｂ
の合計量を規制すると、より一層良好な再アーク性を安
定して得ることができる。

【００１５】以下、本発明におけるステンレス鋼用フラ
ックス入りワイヤについて、更に説明する。先ず、ワイ
ヤ全重量あたりのフラックス中のスラグ造滓剤について
説明する。

【００１６】スラグ造滓剤：６．０乃至１３．０重量％フラックス中のスラグ造滓剤が、ワイヤ全重量あたり
６．０重量％未満であると、ワイヤ先端部に形成される
玉を均一な厚さのスラグで覆うことができない。一方、
スラグ造滓剤がワイヤ全重量あたり１３．０重量％を超
えて過剰に含有されると、玉を覆うスラグの厚さが不均
一になると共に、部分的に極めて厚くなるので、再アー
ク性が著しく低下する。また、溶接中においては、溶融
プールにスラグが先行して覆い被さる現象が発生するた
め、アークが不安定となったり、スラグ巻込み又は融合
不良等の溶接欠陥を引き起こす。従って、フラックス中
のスラグ造滓剤はワイヤ全重量あたり６．０乃至１３．
０重量％とする。

【００１７】なお、フラックス中に含有されるスラグ造
滓剤としては、例えば、ＴｉＯ₂、ＳｉＯ₂、ＺｒＯ₂及
びＡｌ₂Ｏ₃等の金属酸化物、ＮａＦ、ＣａＦ₂、Ｋ₂Ｓｉ
Ｆ₆、ＡｌＦ₃及びＫ₂ＺｒＦ₆等の金属弗化物、ＣａＣＯ
₃、ＢａＣＯ₃及びＬｉ₂ＣＯ₃等の炭酸塩並びにＫ₂Ｏ・
Ａｌ₂Ｏ₃・６ＳｉＯ₂（カリ長石）及びＮａ₂Ｏ・Ａｌ₂
Ｏ₃・６ＳｉＯ₂（ソーダ長石）等の珪酸化合物等があ
る。

【００１８】フラックス中のスラグ造滓剤成分は、溶融
してスラグを形成し、溶融金属上に浮遊して溶融金属の
酸化を防止するものである。フラックスにはこのような
スラグ造滓剤の他に、溶着金属の成分調整のための合金
粉及び金属粉（例えば、Ｆｅ−Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｏ等）、
各種炭化物、窒化物及び硫化物（例えば、Ｃｒ−Ｃ、Ｃ
ｒ−Ｎ、Ｆｅ−Ｓ等）、脱酸剤（Ｆｅ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｍ
ｎ、Ｆｅ−Ａｌ、Ｆｅ−Ｔｉ等）並びに鉄粉等もある
が、これらとスラグ造滓剤とは、溶融金属のシールド作
用の有無という点で明確に区別される。

【００１９】次に、金属外皮全重量あたりの金属外皮中
の含有成分の組成限定理由について説明する。

【００２０】Ｏ：０．００３乃至０．０９０重量％金属外皮中のＯ（酸素）は、ワイヤ先端部において溶融
した金属の表面張力を低下させ、形成される玉を小さく
する効果を有すると共に、玉とスラグのなじみ性を良好
にして、玉表面を覆うスラグの厚さを薄くすることがで
きる。金属外皮中のＯが金属外皮全重量あたり０．００
３重量％未満であると、その効果を得ることができな
い。一方、金属外皮中のＯが０．０９０重量％を超えて
過剰に含有されると、玉を覆うスラグが垂れてしまい、
その厚さが不均一になるので、スラグの剥離性が劣化
し、再アーク性が低下する。更に、金属外皮中にＯが過
剰に含有されていると、金属外皮中に存在するＣと反応
してスパッタが発生する原因となるので好ましくない。
従って、金属外皮中のＯは金属外皮全重量あたり０．０
０３乃至０．０９０重量％とする。好ましくは、金属外
皮中のＯは０．００５乃至０．０９０重量％とすること
が望ましい。

【００２１】なお、金属外皮中のＯ含有量を所定量に調
整する手段としては、金属外皮の製造時における脱酸剤
の量を調整する方法、ワイヤ製造時に金属外皮表面を積
極的に酸化させる方法、又は金属外皮の内面及び外面の
いずれか一方若しくは両方に金属酸化物を押しつけて埋
め込む方法等がある。

【００２２】Ｓ：０．０００５乃至０．０２重量％金属外皮中のＳもまた、Ｏと同様の作用を有する。即
ち、ワイヤ先端部に形成される玉を小さくすると共に、
玉とスラグとのなじみ性を良好にして薄いスラグを形成
する効果を有している。また、玉とスラグとの結合力を
弱めて、スラグの剥離を容易にする効果も有している。
金属外皮中のＳが金属外皮全重量あたり０．０００５重
量％未満であると、その効果を得ることができない。一
方、金属外皮中のＳが０．０２重量％を超えて過剰に含
有されると、玉を覆うスラグが垂れてしまい、その厚さ
が不均一になるので、スラグの剥離性が劣化し、再アー
ク性が低下する。更に、金属外皮中にＳが過剰に添加さ
れていると、溶接金属の耐割れ性が低下するので好まし
くない。従って、金属外皮中のＳは金属外皮全重量あた
り０．０００５乃至０．０２重量％とする。好ましく
は、金属外皮中のＳは０．００１０乃至０．０２重量％
とすることが好ましい。

【００２３】Ｓｉ：０．１乃至０．６重量％金属外皮中のＳｉは、ワイヤ先端部において溶融した金
属の粘性を低下させ、形成される玉を小さくする効果を
有している。金属外皮中のＳｉが金属外皮全重量あたり
０．１重量％未満であると、その効果を得ることができ
ない。一方、金属外皮中のＳｉが０．６重量％を超えて
過剰に含有されると、玉を覆うスラグの剥離性が劣化す
るので、再アーク性が低下してしまう。更に、金属外皮
中にＳｉが過剰に添加されていると、溶融金属の粘性が
低下しすぎるため、立向溶接等の溶接姿勢で溶接する場
合においてビード形状が凸状となり好ましくない。従っ
て、金属外皮中のＳｉは金属外皮全重量あたり０．１乃
至０．６重量％とする。なお、好ましくは、金属外皮中
のＳｉは０．１５乃至０．４５重量％とすることが望ま
しく、更に好ましくは、金属外皮中のＳｉは０．１５乃
至０．３５重量％である。

【００２４】Ｖ：０．００５乃至０．２重量％金属外皮中のＶは玉を覆うスラグを脆くして、破壊しや
すくする効果を有する。これは、Ｖが玉を覆うスラグに
混入して低融点の複酸化物を形成し、スラグ自身の結合
力を弱めるためであると考えられる。金属外皮中のＶが
金属外皮全重量あたり０．００５重量％未満であると、
その効果を得ることができない。一方、金属外皮中のＶ
が０．２重量％を超えて過剰に含有されると、玉を覆う
スラグが部分的に焼き付く現象が生じるので、良好な再
アーク性を得ることができなくなる。従って、金属外皮
中のＶは金属外皮全重量あたり０．００５乃至０．２重
量％とする。好ましくは、金属外皮中のＶは０．０１０
乃至０．１重量％とすることが望ましい。

【００２５】Ｎ及びＮｂの合計：０．２重量％以下前述の如く、金属外皮中のＯ、Ｓ、Ｓｉ及びＶ含有量
が、全て、本発明において規定する範囲を満足している
と、良好な再アーク性を安定して得ることができるが、
これらのいずれかが本発明において規定する範囲から外
れると、再アーク性が不良になってしまう。一方、金属
外皮中の不可避的不純物であるＮ及びＮｂは、玉を覆う
スラグの剥離性を劣化させて、再アーク性を低下させる
ものであるので、Ｎ及びＮｂの合計を所定量以下に規制
すると、更に一層優れた再アーク性を得ることができ
る。金属外皮中のＮ及びＮｂの合計が０．２重量％を超
えると、玉を覆うスラグの剥離性が低下するため、良好
な再アーク性を得ることができないことがある。従っ
て、金属外皮中のＮ及びＮｂの合計を金属外皮全重量あ
たり０．２重量％以下にすることが好ましい。

【００２６】本発明のフラックス入りワイヤにおいて
は、上記化学成分以外の金属外皮中の成分及びフラック
ス成分等は特に限定するものではない。即ち、溶着金属
の化学成分及び機械的性能を好ましい値にするため、又
はアークの安定性を高めると共に、スパッタの発生を低
減するために、成分及びその含有量を適宜調整して使用
することができる。フラックスの充填率も特に限定しな
いが、ワイヤ製造時に発生する断線トラブルを考慮する
と、フラックスの充填率は１５乃至３０重量％の範囲で
あることが適当である。

【００２７】また、フラックス入りワイヤの断面形状と
しては種々の形状のものがあるが、本発明においては特
に限定せず、ワイヤ直径についても、用途に応じて、例
えば、０．８、０．９、１．０、１．２及び１．６ｍｍ
等の種々の直径のワイヤを選択することができる。更
に、本発明のフラックス入りワイヤを使用して溶接する
場合、ＣＯ₂ガス、Ａｒ／ＣＯ₂混合ガス等のシールドガ
スを使用することができる。

【００２８】

【実施例】以下、本発明に係るステンレス鋼用フラック
ス入りワイヤの実施例についてその比較例と比較して具
体的に説明する。

【００２９】先ず、下記表１乃至４に示す種々の組成を
有するオーステナイト系ステンレス鋼からなる金属外皮
を作製し、この金属外皮内にフラックスを充填してフラ
ックス入りワイヤを製造した。このワイヤ全重量あたり
のフラックス中のスラグ造滓剤の含有量を下記表１に併
せて示す。

【００３０】

【表１】

【００３１】

【表２】

【００３２】

【表３】

【００３３】

【表４】

【００３４】図１は本発明に係るステンレス鋼用フラッ
クス入りワイヤの形状の例を示す断面図である。図１
（ａ）は帯板状の金属外皮Ｍの内部にフラックスＦを充
填しながら、金属外皮Ｍの両端縁を突き合わせるように
して管状に曲げ加工し、その後、所定の径まで伸線した
ものである。このワイヤの突き合わせ端面は平坦である
が、図１（ｂ）はその突き合わせ端面が湾曲したもので
ある。図１（ｃ）は突き合わせ端部をＬ字状に屈曲さ
せ、突き合わせ端面を広くしたものである。また、図１
（ｄ）はシームレスの金属外皮Ｍの内部にフラックスＦ
を充填したものである。

【００３５】本実施例においては、図１（ｂ）の断面形
状を有し、フラックス充填率を２０乃至２５重量％とし
て、直径が１．２ｍｍであるフラックス入りワイヤを製
造し、これを使用して溶接することにより再アーク性試
験、溶接作業性試験及び溶接欠陥評価試験を実施した。

【００３６】再アーク試験の試験方法及び評価基準につ
いて以下に説明する。先ず、ワイヤ先端部をペンチで切
断した後、新鮮なワイヤ先端部を母材に接触させてアー
クを発生させ、ビード長が５０ｍｍの第１ビードを母材
上に溶接する。次いで、この溶接終了時にワイヤ先端部
に形成される玉を１５秒間保持した後、そのままビード
長が５０ｍｍの第２ビードを母材上に溶接する。第３ビ
ード以降は、第２ビードと同様の方法で溶接し、合計５
１本の試験ビードを断続溶接する。再アーク性の評価基
準は、第１ビードのアークスタートを除く５０回のアー
クスタートにおいて、アークスタートの失敗回数が５回
以下のものを○○○（優）、アークスタートの失敗回数
が６乃至１０回のものを○○（良）、アークスタートの
失敗回数が１１乃至１５回のものを○（可）とし、アー
クスタートの失敗回数が１６回以上のものを×（不良）
とした。

【００３７】また、溶接作業性については、スパッタの
発生状況及びビード形状を官能評価し、良好なものを
○、不良のものを×とした。

【００３８】更に、溶接欠陥の評価試験方法及び評価基
準について以下に説明する。溶接欠陥はＪＩＳＺ３
１０６に準じて、ステンレス鋼溶接部の放射線透過試験
を実施することにより評価するものとした。

【００３９】図２は放射線透過試験用の試験板の開先形
状を示す断面図である。図２に示すように、２枚の溶接
母材１は、その端面が斜面となるように切断されてお
り、上方が開いたＶ形状の開先部４が形成されるよう
に、２枚の溶接母材１が若干離間して配置されている。
また、この開先部４の下部には裏当金２が配置されてい
る。これらの溶接母材１及び裏当金２の溶接金属が形成
される表面には、溶接に使用するフラックス入りワイヤ
で３層バタリングの処理が施されて、３層の溶接金属３
が形成されている。

【００４０】本実施例においては、溶接母材１の下部の
離間距離を１２ｍｍ、板厚を２０ｍｍとし、開先角度を
４５°として、開先部４に溶接金属を形成した。溶接欠
陥は、放射線透過試験により、スラグ巻込み、融合不良
及び割れが認められなかったものを○（良好）、スラグ
巻込み、融合不良及び割れが認められたものを×（不
良）とした。

【００４１】これらの３種の評価試験における溶接条件
について下記表５に示し、評価結果について下記表６及
び７に示す。

【００４２】

【表５】

【００４３】

【表６】

【００４４】

【表７】

【００４５】上記表１乃至４、６及び７に示すように、
実施例Ｎｏ．１乃至２１はフラックス中のスラグ造滓剤
量及び金属外皮中の含有成分が本発明の範囲内であるの
で、再アーク性が良好であると共に、溶接作業性及び溶
接欠陥の評価結果も優れたものとなった。特に、実施例
Ｎｏ．１、２、６、７、９、１１、１４乃至１６及び１
８は金属外皮中の成分含有量がより好ましい範囲を満足
していると共に、Ｎ及びＮｂの合計が規制されているの
で、再アーク性が更に一層優れたものとなった。

【００４６】一方、比較例Ｎｏ．２２乃至４２は全てア
ークスタート性が不良となった。特に、比較例Ｎｏ．２
３、４０及び４１はフラックス中のスラグ造滓剤が本発
明範囲の上限を超えているので、スラグ巻込み及び融合
不良等が発生し、比較例Ｎｏ．２７、３２、３５及び４
０は金属外皮中のＳ含有量が本発明範囲の上限を超えて
いるので、溶接金属に割れが発生した。従って、これら
は全て、溶接欠陥の評価結果が不良となった。

【００４７】また、比較例Ｎｏ．２５、３２、３３、３
６及び３９は、金属外皮中のＯ（酸素）含有量が本発明
範囲の上限を超えているのでスパッタが発生し、溶接作
業性の評価結果が不良となった。更に、比較例Ｎｏ．２
９、３７及び４１は、金属外皮中のＳｉ含有量が本発明
範囲の上限を超えているのでビード形状が劣化し、溶接
作業性の評価結果が不良となった。

【００４８】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
フラックス中のスラグ造滓剤量を規定すると共に、金属
外皮中のＯ、Ｓ、Ｓｉ及びＶ含有量が規定されているの
で、良好な再アーク性を安定して得ることができると共
に、溶接作業性を向上させることができるステンレス鋼
用フラックス入りワイヤを得ることができる。また、金
属外皮中のＮ及びＮｂの合計量を所定量以下に規制する
と、より一層再アーク性が優れたものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るステンレス鋼用フラックス入りワ
イヤの形状の例を示す断面図である。

【図２】放射線透過試験用の試験板の開先形状を示す断
面図である。

【符号の説明】

１；溶接母材２；裏当金３；溶接金属４；開先部Ｍ；金属外皮Ｆ；フラックス

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属外皮内にフラックスが充填されてい
るフラックス入りワイヤにおいて、前記フラックス中の
スラグ造滓剤が、ワイヤ全重量あたり６．０乃至１３．
０重量％であり、前記金属外皮は、金属外皮全重量あた
り、Ｏ：０．００３乃至０．０９０重量％、Ｓ：０．０
００５乃至０．０２重量％、Ｓｉ：０．１乃至０．６重
量％及びＶ：０．００５乃至０．２重量％を含有するオ
ーステナイト系ステンレス鋼であることを特徴とするス
テンレス鋼用フラックス入りワイヤ。
【請求項２】前記金属外皮は、金属外皮全重量あた
り、Ｏが０．００５乃至０．０９０重量％、Ｓが０．０
０１０乃至０．０２重量％、Ｓｉが０．１５乃至０．４
５重量％、Ｖが０．０１０乃至０．１重量％であること
を特徴とする請求項１に記載のステンレス鋼用フラック
ス入りワイヤ。
【請求項３】前記金属外皮中の不可避的不純物として
のＮ及びＮｂの合計が、金属外皮全重量あたり０．２重
量％以下に規制されていることを特徴とする請求項１又
は２に記載のステンレス鋼用フラックス入りワイヤ。
【請求項４】前記スラグ造滓剤は、金属酸化物、金属
弗化物、炭酸塩及び珪酸化合物からなる群から選択され
た少なくとも１種からなるものであることを特徴とする
請求項１乃至３のいずれか１項に記載のステンレス鋼用
フラックス入りワイヤ。