JPH01215495A - セルフシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野） 本発明はアーク溶接用フラックス入りワイヤに係り、よ
り詳細には、ピット、ブローホール等に対する耐気孔性
の良いセルフシールドアーク溶接用フラックス入りワイ
ヤに関するものである。 （従来の技術及び解決しようとする課題）従来より、セ
ルフシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤの１つ
として、金属ＬＬを脱窒剤として用いる方法が提案され
ている（米国特許第３６９１３４０号明細書参照）。 しかし、金属Ｌ１は非常に活性であるので、長期間大気
中で安定に存在させることは困難であり、上記方法は実
用的ではないと考えられている。 そこで、Ｌｉを炭酸塩、酸化物、弗化物又はこれらを含
む複合化合物などのＬｉ化合物の形でフラックスに添加
し、アーク熱によりＬｉ化合物を還元剤にて還元し、元
素状Ｌｉを得る方法が提案されている０例えば、特開昭
４８−４３４７号、同４８−８６２７号ではＬｉ化合物
として鉄酸塩、珪酸塩、マンガン酸塩、アルミン酸塩が
用いられている。 しかし、Ｌｉは、その工業的な製造゛方法が溶融塩電解
による方法であることからも明らかなように、非常に還
元されにくい元素であるため、上記方法では脱窒が不充
分となり、溶接金属にピットやブローホールを生じるこ
とが多かった。 本発明は、上記従来技術の問題点を解決するためになさ
れたものであって、ＬＬ金金属反応性を抑制し、ワイヤ
性能が長期間にわたり変化せず。 且つ耐気孔性に優れたセルフシールドアーク溶接用フラ
ックス入りワイヤを提供することを目的とするものであ
る。 （課題を解決するための手段） 前記目的を達成するため、本発明者らは、当初、ＬＬ金
金属反応性を抑制するために、各種コーティング方法や
マイクロカプセル化等の表面処理技術を駆使したが、い
ずれの方法によっても、金属Ｌｉを大気中で長期間安定
に保持することは不可能であった。 そこで、金属Ｌｉの濃度を薄める。すなわち。 金属Ｌｉを合金化して、その反応性を抑制する可能性に
ついて調査を開始した。 まず、状態図からみて金属Ｌｉが溶解し得る元素は／ｌ
、Ｃａ、Ｃｕ％Ｍｇ、に、Ｎａ、　Ｓｎ、Ｚｎ、Ｎｉ、
Ｓｉ、Ｇｏが考えられるので、これら金属元素に金属Ｌ
ｉを溶解し、Ｌｉ含有金属粉を各種製造した。得られた
金属粉について密度、耐酸化性能、吸湿等の諸物性を調
べたところ、ＡＱ、Ｍｇ系のＬｉ含有金属粉がＬｉ源と
して比較的有望であることが判明した。 次に、金属粉の取扱上の安全性（保管及びワイヤ製造時
）を考慮して、ハルトマン式金属粉塵爆発試験を行った
。その結果、Ｌｉ含有金属粉としては、ＡＪ−Ｌｉ系合
金の方がＭｇ−Ｌｉ系よりも安全であることが判った。 以上の調査結果に基づき、更に、ＡＱ−Ｌｉ合金をフラ
ックスに含有せしめた際の耐気孔性について研究を重ね
、ここに本発明をなしたものである。 すなわち、本発明に係るセルフシールドアーク溶接用フ
ラックス入りワイヤは、ＬＬをＡＱ−Ｌｉ系合金（但し
、該合金中のＬｉ含有量は０．１〜５０ａｔ％）の形で
フラックス中に１〜５０ｖｔ％添加し、更にワイヤ全重
量あたりの水分量を１００〜４０００ｐｐ■としたこと
を特徴とするものである。 以下に本発明を更に詳細に説明する。 本発明は、フラックス中に含有させるＬｉとしてＡＱ−
Ｌｉ系合金の形を採用したことを最大の特徴とするもの
である。 フラックス中に添加するＡＱ−Ｌｉ量はアーク安定性（
アークのバタつき、アークの拡がり、アークの強さ等）
、スラグのかぶり、ヒユーム発生量、ビード形状、溶接
金属中の窒素量などから判断して、１〜５０ｗｔ％の範
囲が好ましい＋＋１ｗｔ％未満ではＡＱ−Ｌｉによる溶
接金属中の窒素量の低減効果が得られず、好ましくない
、３５ｖｔ％をオーバーするとアーク安定性が少し悪く
なり、溶接金属中の窒素量が若干増加する傾向になるが
、５０ｖｔ％を超えるとＬｌによるシールド効果が過剰
になるため、ヒユームの発生量が極端に多くなり、好ま
しくない、したがって、フラックス中のへ〇−Ｌｉ量は
１〜５０ｗｔ％の範囲とする。なお、溶接金属中の窒素
量を考慮すれば、更に好ましくは５〜３５ｖｔ％である
。 ここで、フラックス中の金属Ｌｉ添加量は、以下の簡便
な方法により判定することが可能である。 すなわち、第１図に示すように、電気炉１の中に石英管
２を挿通し、この石英管にＮ８ガスを蒸留水３を介して
導入りるアンモニア測定装置を使用し、フラックス中に
ＡＱ−Ｌｉ合金を含むフラックス入りワイヤ４を、湿潤
窒素気流下で１例えば。 ４００℃に加熱すると、ＡＱ−Ｌｉ系合金中の金属Ｌｉ
が窒素と反応してＬｉ３Ｎを生成する。生成したＬｉ、
Ｎは非常に不安定なため、水と反応してＮＨ３（アンモ
ニア）を形成する。このＮＨ，を蒸留水に吸収させ、生
成したＮＨ，を測定して、フラックス中の金属Ｌｉ添加
量を判定することができる。この場合、フラックス中の
ＡＱ−Ｌｉ合金含有量が１〜５０ｖｔ％であれば、ワイ
ヤ１００ｇ当たりのＮＨ，は０．００５〜１■ｇに相当
する。ＡＱ−Ｌｉ合金以外のＬｉ系合金の場合でも、同
様にして、定量したＮＨ，量よりフラックス中のＬｉ添
加量を判定することができる。したがって、フラッグ°
スの調整に際してこの簡便法を利用すればよい。 Ａｎ−Ｌｉ系合金としては、ＡＱ−Ｌｉのほか。 これに瀉３成分としてＦｅ、　Ｚｒ、　Ｃｕ、　Ｓｉ、
Ｍｇ、Ｃａ、ＺｎｌＭｎ等々を単独又は複合して添加（
数ｐｐｍ−数ａｔ％）したＡＱ−Ｌｉ’ｉ合金（特願昭
６２−２０２６７７号参照）でもよく、特に成分系は限
定されない０本発明者らの実験研究によれば、第３成分
添加の脱窒作用への影響はそれ程認められず、ｌｖｔ％
以下の微量添加でもＡＱ−Ｌｉ系合金粉の安全性（耐金
属粉塵爆発）を高める効果がある。 このようなＡΩ−Ｌｉ系合金は、ＲＥＰ法、ガスアトマ
イズ法、機械的粉砕法等の適宜方法により製造されが、
フラックス混合時の偏析や金属粉塵爆発防止の点からす
ると、粒径は４５μ園以上、５００μｍ以下が望ましい
、特に粒径が４５μ朧以上であれば、金属粉塵爆発が発
生しない。 Ａ１１−Ｌｉ系合金中のＬｉ含有量（濃度）は適切な量
とする必要がある。この点、本発明者らは、各種Ｌｉ濃
度のＡＱ−Ｌｉ系合金粉を製造し、それらを用いてセル
フシールドアーク用フラックス入りワイヤを試作し、溶
接金属中の窒素量を調査した結果、ＡＱ−Ｌｉ中のＬｉ
含有量が０　、１　ａｔ％以上あれば、溶接金属中の窒
素量が著しく低下し、ワイヤの耐気孔性が改善されるこ
とが判った。Ｌｉ含有量を徐々に増加すると、増加量に
つれて溶接金属中の窒素量も徐々に低下するが、その傾
向は顕著ではない、しかし、５０ａｔ％以上になるとＡ
ｆｉ−Ｌｉ金属粉が大気中で安定に存在しなくなる。し
たがって、Ｌｉ濃度は０．１〜５０ａｔ％の範囲が好ま
しく、更に３〜２０ａｔ％であれば脱窒効果が顕著であ
る。 次に、本発明におけるフラックス入りワイヤの水分量に
ついて説明する。 Ａｆｉ−Ｌｉ系合金粉をワイヤの中で長期間安定な状態
で保持するには、ワイヤ水分量を一定値以上にすること
が必要である。すなわち、Ａ１１−Ｌｉ系合金粉が不安
定であるのは、金属粉表面に非常に活性な金属Ｌｉが露
出している場合と考えられることから、金属Ｌｉを安定
な形に予め変化させておけば、Ａ（１−Ｌｉ合金粉を長
期間安定な状態に保持することができる。具体的には、
ｊｕｌ　−Ｌｉ系合金粉表面に露出した金属Ｌｉを空気
中の炭酸ガス（Ｃｏｘ）と反応させ、ＡＱ−Ｌｉ系合金
粉をＬｉ、Ｃｏ、でコーティングする方法が好ましい。 そのためには、金属Ｌｉが水酸化物となって炭酸ガスを
吸収し易い形にする必要があり、フラックス入りワイヤ
の水分量を多くすることが得策である。 本発明者らがフラックスを強制吸湿させ、フラッフ入水
分量を色々と変えて調査した結果、ワイヤ全重量あたり
の水分量が１１００ｐｐ以上であれば、ＡＱ−Ｌｉ系合
金粉がワイヤの中で長期間安定な状態にあり、ワイヤ性
能も同様に長期間一定に維持できることが判明した。し
かし、ワイヤ全重量あたりの水分量が４０００ｐｐｍを
超えると。 当然のことながら、ワイヤ自身が錆易くなり、ワイヤ送
給性１通電性、アーク安定性などが悪化する傾向が認め
られた。 したがって、ワイヤ全重量あたりの水分量は１００〜４
０００ｐｐｍの範囲に規制する。なお、ここでワイヤ全
重量あたりの水分量とは７５０℃、０２雰囲気中で抽出
した水分量をカールフィッシャー法で定量した値を云う
。 なお１本発明においては、フープ材質、ワイヤの寸法、
断面形状、フラックス率、適用被溶接材料等は特に制限
されないことは云うまでもない。 （実施例） 次に本発明の実施例を示す。 失産五上 第１表に示す各種Ｌｉ濃度のＡ１１−Ｌｉ系合金を試作
した。得られたＡｊｌ　−Ｌｉ合金粉を、第２表に示す
フラックス組成の混合フラックス１００重量部に対して
適宜混合し、セルフシールドアーク溶接用の充填フラッ
クスとした。 この時、ワイヤ全重量あたりの水分量は、原料フラック
スの水分量を変化させることによりコントロールした。 具体的には、同一原料で水分量の異なるもの（産地や精
製工程が異なると水分量が大きく異なることがある）を
適宜混合したり、溶接作業性に影響を及ぼさないような
含水鉱物を第２表に示さ九る組成に別途添加した。 このようにして得られた充填フラックスを、第３表に示
す化学組成を有するフープ材をパイプ状に成形しながら
フラックス充填率１４％にて充填し、常法により、フラ
ックス入りワイヤを製造した。 使用したＡＱ−Ｌｉ系合金の種類、秤量混合したＡＱ−
Ｌｉ添加量（（Ａ！−Ｌｉ系合金の重量部）＋（１００
＋ＡＪ−Ｌｉ系合金の重量部）ｘ　１００）、並びにワ
イヤ水分量は第５表に示すとおりであった。 次に、これらフラックス入りワイヤ（ワイヤ径１．２印
１ｍφ）を使用し、第２図に示すように、厚さ２０μ−
のジンクプライマーを有する１２ｍ−厚、５００ｍｍ長
さの被溶接鋼板の隅肉溶接継手を第４表に示す溶接条件
で溶接した。 耐気孔性、ヒユーム量、アーク安定性について調査した
結果を第５表に併記する。 なお、耐気孔性は、２ｎｄパス（第２図）表面のピット
の有無により、ピット無しの場合に０印、ピット有り場
合にｘ印を付して評価した。この場合の溶接条件は２８
０ＡＸ３０ｃｐｍである。 ヒユーム量は、ＪＩＳＺ３９３０に従い測定し、ヒユー
ム発生量が１５００ｍｇ／分以下の場合に０印、それ以
上の場合にｘ印を付して評価した。この場合の溶接条件
は２８０ＡＸ３０ｃｐ園である。 アーク安定性は、溶接時（下向ビードオンプレート）の
アーク長をハイスピードビデオを用いて調査し、アーク
長の変動がワイヤ径の２倍以内の場合に０印、２倍以上
の場合にｘ印を付して評価した。 第５表より明らかなとおり、ＡＱ−Ｌｉ系合金中のＬｉ
濃度が０．１ａｔ％未滴の試験ＮＱＩや、　Ｌｉ濃度は
０．１ａｔ％以上であるがＡ　Ｑ　−Ｌｉ系合金添加量
がｌｖｔ％未滴の試験に３，５．１２においては、Ｌｉ
によるシールドが不充分なため、耐気孔性が悪化した。 また、ＡＱ−Ｌｉ系合金添加量が５０％Ｉｔ％を超える
試験＆８．１４においては、Ｌｉによるシールド効果が
過剰になり、ヒユーム発生量が非常に多くなり、強力な
排気設備がないような場所では溶接が困難である。 ワイヤ全重量あたりの水分量が１１００ｐｐ＋未満の試
＠＆９．１７においては、ＡＱ−Ｌｉ系合金の不安定さ
に起因して、耐気孔性及びアーク安定性が悪化した。こ
れは、Ａｆｉ−Ｌｉ系合金が非常に酸化され易い状態に
あり、アーク雰囲気に曝される以前に酸化されてしまい
、Ｌｉのシールド効果が低下したものと考えられる。 また、ワイヤ全重量あたりの水分量が４０００ｐｐ−を
超えた試験＆１５においては、多水分量によりワイヤが
錆易くなり、ワイヤ内外面に錆が発生して通電不良とな
り、アークの安定性が著しく劣化した。 これらに対し、本発明例の試験翫２．４．６〜７．１０
〜１１，１３，１６．１８においては、耐気孔性に優れ
、ヒユーム発生量が少なく、アーク安定性も優れている
。

【以下余白】

ヌ１１」λ 実施例１の場合と同様にして、第１表に示したＡＱ−Ｌ
ｉ系合金を、第６表に示すフラックス組成を有する混合
フラックス１００重量部に対して適宜混合し、セルフシ
ールドアーク溶接用の充填フラックスとした。 使用したＡＱ−Ｌｉ系合金の種類−秤量混合したＡＭ−
Ｌｉ系合金添加量、並びにワイヤ水分量は第９表に示す
とおりである。ワイヤの水分量は、充填される原料フラ
ックスの水分量を変化させることにより調整した。 得られた充填フラックスを、第７表に示す化学組成を有
するフープ材をパイプ状に成形しながらフラックス充填
率１３％で充填し、常法によりフラックス入りワイヤを
製造した。 製造されたこれらのセルフシールドアーク溶接用のフラ
ックス入りワイヤを使用し、第８表に示す溶接条件で溶
接し、実施例１の場合と同様にして、ワイヤの耐気孔性
、ヒユーム発生量及びアーク安定性を調査した。それら
の結果を第９表に併記する。 第９表より明らかなとおり、ＡＱ−Ｌｉ系合金中のＬｉ
濃度がＯ，ｌａｔ％未渦の試験＆１や、　Ｌｉ濃度は０
．１ａｔ％以上であるがＡＭ−Ｌｉ系合金添加量が１ｗ
ｔ％未満の試験＆３においては、Ｌｉによるシールドが
不充分であるため、耐気孔性が悪い結果が得られた。 また、ＡＱ　−Ｌｉ系合金添加量が５０ｖｔ％を超える
試験に５においては、Ｌｉによるシールド効果が過剰に
なるため、ヒユームの発生量が非常に多くなり１強力な
排気設備がないような場所での溶接は困難である。 ワイヤ全重量あたりの水分量が１１００ｐｐ未満の試験
＆１１においては、Ａｆｆｉ−Ｌｉ系合金の不安定さに
よりアークが不安定になり易く、耐気孔性が悪化した。 また、ワイヤ全重量あたりの水分量が４０００ＰＰ１１
を超える試験ＮｃｉｌＯにおいては、実施例１の場合と
同様に、ワイヤが錆易く、ワイヤ内外面に錆が発生して
通電不良となり、アークが不安定になり易く、耐気孔性
が悪化した。 一方、これらに対し、本発明例の試験＆２．４゜６〜９
においては、いずれも耐気孔性が優れており、ヒユーム
発生量が少なく、アーク安定性も優れている。

【以下余白】

（発明の効果） 以上詳述したように、本発明によれば、セルフシー・ル
ドアーク溶接用フラックス入りワイヤとして、Ｌｉを適
正なＬｉ濃度のＡｌ−Ｌｉ合金の形で特定量でフラック
スに添加すると共に、ワイヤ全重量あたりの水分量を規
制するので、耐気孔性に優れ、長期間にわたりワイヤ性
能の変゛化がなく、作業性の優れたワイヤを提供するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はフラックス入りワイヤ中のＡΩ−Ｌｉ合金添加
量を判定するためのアンモニア測定装置を示す概略説明
図、 第２図は実施例で使用した溶接法を説明する図である。 １・・・電気炉、２・・・石英管、３・・・蒸留水、４
・・・試料（フラックス入りワイヤ）、５・・・電源。 特許出願人　　株式会社神戸製鋼所 代理人弁理士　中　　村　　　尚 第１図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）ＬｉをＡｌ−Ｌｉ系合金（但し、該合金中のＬｉ
   含有量は０．１〜５０ａｔ％）の形でフラックス中に１
   〜５０ｗｔ％添加し、更にワイヤ全重量あたりの水分量
   を１００〜４０００ｐｐｍにしたことを特徴とするセル
   フシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。