JPH0130597B2

JPH0130597B2 -

Info

Publication number: JPH0130597B2
Application number: JP55088424A
Authority: JP
Inventors: Naoki Okuda; Kazuo Tanaka
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1980-06-27
Filing date: 1980-06-27
Publication date: 1989-06-21
Also published as: US4338142A; JPS5714496A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、潜弧溶接用溶融型フラツクスに関
し、特に、スラグが剥離性の改善され、しかも高
速溶接においてスラグインクルージヨンの生じな
いフラツクスに関するものである。厚肉の鋼材を使用して各種化学工業用機器や缶
等を製作する場合、全製作工程中に占める溶接時
間の比率は相当大きい。従つてこの種の溶接に用
いられる溶接材料は溶接作業性が良くしかも手直
しを要する様な溶接欠陥を発生しないことが必要
である。ところで溶接作業性を支配する要因の１
つとしては、特にスラグの剥離性が挙げられ、ス
ラグ剥離性の悪いフラツクスを用いて潜弧溶接す
ると、スラグ除去に多大な労力と時間を要し、ま
たスラグの除去が不十分であると次層溶接に際し
て溶け込み不良やスラグの巻込み等の溶接欠陥が
発生する。このためスラグ剥離性の改善を期して
種々の研究が進められているが、本発明はこれら
の一環としてなされたものである。従来、スラグの剥離性を改善するために、フラ
ツクスにAl₂O₃，TiO₂，SiO₂などを適量含有さ
せることが、特開昭55―10356号公報、特開昭55
―10357号公報および特開昭55―10358号公報など
に記載されている。しかしながら、Al₂O₃を20％以上含有するこれ
らのフラツクスを使用した場合、低入熱高速溶接
を行なうとスラグが溶融金属中に巻き込まれてそ
のまま溶接金属となつてしまうスラグインクルジ
ヨンが発生する。そこで、本発明者等は、Al₂O₃量を少なくして
しかもスラグの剥離性を改善するために、まず剥
離性を左右する因子について考察した。そして該
因子としては、スラグの凝固温度、粘性、濡れ
性、熱膨張率等が種々考えられているが、特に狭
開先内においてはスラグが開先内一杯に広がらな
いことが極めて重要であること、そのためにはあ
る程度凝固温度が高く且つ高温で高粘性であるも
のが好ましいことを確認し、これらの条件に合致
し得る様なフラツクスを製造すべく、多種類のフ
ラツクス構成成分についてその種類及び配合比等
を変えて性能の比較検討を行なつた。その結果下
記成分組成の溶融型フラツクスであれば低入熱高
速溶接に使用した際にスラグインクルージヨンを
生じることなくスラグ剥離性も良好であることを
知り、ここに発明を完成するに至つた。即ち、本発明に係る潜弧溶接用溶融型フラツク
スは、MgO6〜15重量％，CaO5〜10重量％，
CaF₂10〜20重量％，Al₂O₃14〜19重量％，
TiO₂20〜25重量％，SiO₂15〜20重量％，MnO5
〜10重量％を含有することを第１の特徴とし、該
フラツクスにさらにB₂O₃0.1〜1.5重量％含有する
ことを第２の特徴とする。まず本発明者等が実験的に確認したところで
は、MgO，Al₂O₃，TiO₂の各成分系のフラツク
スは、極めて優れたスラグ剥離性を有しており、
Al₂O₃量の減少をMgOにより補うことができた。
しかしこの成分は高融点であつてスラグの凝固温
度が非常に高く、低入熱溶接の場合ビード形状や
外観が悪化する。従つてこれらの弊害を防止する
ためには、CaO，CaF₂，MnO，SiO₂等を併用し
てスラグの凝固温度を低下させる必要がある。し
かしSiO₂等の酸性成分の含有量が多くなると、
溶接金属の酸素量が増大して靭性が低下する傾向
がある。又CaO等の塩基性成分は、フラツクスの
塩基度を高める作用があり、溶接金属の酸素量を
低減して靭性を高めるが、多すぎるとフラツクス
中の水素量が増加して溶接金属の耐割れ性が低下
する。更にCaF₂及びMnOはスラグの濡れ性を改
善する作用があるが、多すぎるとスラグの剥離性
が低下してくる。この様にフラツクス構成成分には夫々特有の作
用効果が確認される。本発明者等はこれらの知見に基づき、殊に低入
熱高速溶接におけるスラグインクルージヨンとス
ラグの剥離に主眼をおいて、しかもビード形状や
外観、溶接金属の靭性、耐割れ性等についても要
求を満たす様な潜弧溶接用溶融型フラツクスを製
造すべく鋭意研究の結果、前記成分組成を本質と
する本発明に到達したものである。以下夫々の構成成分の作用と含有率限定の根拠
を説明する。まずMgOは、スラグの剥離性を改
善するのに不可欠の成分であり、含有率は６〜15
％（全フラツクス中の重量％：以下同様）とすべ
きである。しかして６％未満ではスラグがビード
表面に焼付き易くなつて剥離性が極端に悪くな
り、一方15％を越えると、スラグの凝固温度が高
くなりすぎてビード形状が悪化する。CaOは先に
述べた様にフラツクスの塩基度を高めて溶接金属
に所定の靭性を付与するのに不可欠であり、含有
率は５―10％の範囲にすべきである。しかして５
％未満ではその効果が不十分で溶接金属の靭性が
乏しくなり、一方10％を越えるとフラツクス中の
水素量が増加し、溶融金属の耐割れ性が乏しくな
る。CaF₂はスラグの凝固温度及び粘性を調整す
る成分として不可欠で、含有率は10―20％の範囲
から選択すべきである。なぜなら10％未満ではス
ラグの凝固温度及び粘性が高くなりすぎてビード
形状が悪化し、一方20％を越えるとビード表面に
ポツクマークが発生し易くなるので好ましくな
い。TiO₂はスラグの剥離性を改善するのに不可
欠の成分で、含有率は20〜25％にしなければなら
ない。なぜならば20％未満ではポツクマークが発
生し易くなり、一方25％を越えるとスラグの剥離
性は一段と良好になるが、スラグの粘性が必要以
上に高くなり、特に小入熱溶接の場合のビード外
観が悪化するので避けるべきである。尚TiO₂を
前記好適範囲内で配合すると、溶接金属中に
0.010〜0.025重量％程度のTiが含有されることに
なり、低温靭性の卓越した溶接金属が得られる。
Al₂O₃は、TiO₂及びMgOとの共存下でスラグ剥
離性を高める作用を示し、またこれは安定な中性
成分であつて、フラツクスの塩基度に影響を及ぼ
すことなく含有率を調整できる等、本発明におけ
る貴重な構成成分の１つである。そしてその含有
率は14〜19％の範囲にすべきで、14％未満では上
記の効果が有意に発揮されず、また19％を越える
とスラグの凝固温度及び粘性が高くなりすぎてビ
ード形状が悪化し低入熱高速溶接を行なうと溶接
金属中にスラグインクルージヨンが発生しやすく
なる。SiO₂は、先に触れた様に酸性成分として
スラグの塩基性を調整し、且つスラグの凝固温度
を調整するのに不可欠で、その含有率は15〜20％
の範囲から選択すべきである。しかして15％未満
では上記の効果が有意に発揮されず、一方20％を
越えると溶接金属中の酸素量が増大して溶接金属
の靭性が低下するので好ましくない。 MnOはスラグの凝固温度や粘性を低くする成
分として有効でありその含有率は５〜10％の範囲
にすべきである。５％未満では上記の効果を発揮
できず、10％を越えるとビードにポツクマークが
発生し易くなり、スラグ剥離性も悪くなる。このほか本発明のフラツクスには、必要に応じ
て溶接金属の低温靭性を一段と高めるために、
0.1〜1.5％程度のB₂O₃を含有させることができ
る。即ちB₂O₃は溶接中に還元されＢとして溶接
金属中に混入する（上記含有率であれば、Ｂとし
て0.001〜0.007重量％程度混入する）が、これは
前述したTiとの共存下において溶接金属の組織
を微細化し、その低温靭性を一段と高める。しか
しフラツクス中に多量含有させると、溶接金属中
のＢ量が過剰になつて割れ感受性が高くなるの
で、添加する場合は1.5％程度を上限とすべきで
ある。更に本発明のフラツクスには、上記B₂O₃のほ
か前記必須構成分以外のものたとえば酸化鉄、
Na₂OやK₂O等のアルカリ金属酸化物等を含有さ
せることが可能であるが、前記した本発明の効果
特にスラグ剥離性を確実に得る為には、前記必須
成分の総和がフラツクス全体の85％以上になる様
にする必要があり、これ未満になると本発明の特
長が有意に発揮されにくくなる。上記の要件を充足する溶融型フラツクスは、低
入熱高速溶接においてスラグインクルージヨンを
発生することなく卓越したスラグ剥離性を発揮し
つつ優れた物性の溶接金属を与えるもので、これ
らの効果は溶接条件やフラツクスの粒度構成等に
関係なく発揮される。しかし更に溶接作業性を高めビード形状及び外
観を改善する意味で、その最適粒度構成について
も検討を加えたところ、840μより粗粒のものが
全体の５％以下で、且つ420μより細粒のものが
全体の50％以上を占める粒度構成のものが最も適
していることを確認した。即ち840μより粗粒の
ものが５％を越えると、小電流溶接に適用したと
きに電圧が若干不安定になつてビードの波形が乱
れる傾向があり、また420μより細粒のものが50
％未満では、ビード幅が狭くなつて母材とのなじ
みが若干悪くなる傾向があるからである。しかし
スラグの剥離性についてみる限り、フラツクスの
粒度構成による影響は殆んど確認できなかつた。本発明は概略以上の様に構成されており、フラ
ツクス構成分の種類を特定すると共に、各構成成
分の含有率を特定範囲に設定することによつて、
スラグの剥離性を著しく改善し溶接作業性を大幅
に高め得ることになつたもので、厚板鋼材の多層
盛り溶接をはじめとする各種の溶接作業を、簡単
にしかも迅速に実施し得ることになつた。しかも
本発明のフラツクスを用いて潜弧溶接した溶接金
属は、靭性や耐割れ性等の物性も優れており、且
つスラグ剥離性が良好であることから溶接金属へ
のスラグの巻込みも可及的に防止され、高品質の
溶接金属が得られる等、極めて有益なものであ
る。次に本発明の実験例を示すが、下記は特許請求
の範囲に記載した実施態様と同様本発明を限定す
る性質のものではなく、前・後記の趣旨に沿つて
適宜変更して実施することも可能であり、それら
はすべて本発明技術の範疇に含まれる。実験例１第１表に示す成分組成の溶融型フラツクスＡ〜
Ｊ（但しＡ〜Ｆは実施例、Ｇ〜Ｊは比較例）を調
製し、これを用い第２表に示す開先形状及び溶接
条件を採用して１層１パス溶接を行なつた。但し
溶接ワイヤとしては、0.12C―1.95Mn系で4.0mm
φのものを用いた。このときのスラグ剥離性及び得られた溶接金属
の衝撃値（−40℃・Kg・ｍ）スラグインクルージ
ヨンの有無およびビードの形状を第３表に示す。

【表】

【表】第３表の結果から明らかなように、本発明の要
件を満足するＡ〜Ｆのフラツクスを使用すると、
スラグインクルージヨンがなくしかもスラグの剥
離性が良好である。またB₂O₃を0.4％含有した
Ａ，Ｄのフラツクスを使用すると溶接金属の衝撃
値が格段と優れる。比較例Ｇは、MgOおよび
Al₂O₃が少ないのでスラグの剥離性が不良であ
る。比較例Ｈは、MgOが少ないのでスラグの剥
離性がやや不良である。比較例ＩはAl₂O₃が多
く、MgO、TiO₂が少ないので、スラグインクル
ージヨンが見られ、スラグ剥離もやや不良であ
る。比較例Ｊは、Al₂O₃が多いためにスラグイン
クルージヨンがみられる。

Claims

【特許請求の範囲】１ MgO6〜15重量％，CaO5〜10重量％，
CaF₂10〜20重量％，Al₂O₃14〜19重量％，
TiO₂20〜25重量％，SiO₂15〜20重量％，MnO5
〜10重量％を含有することを特徴とする潜弧溶接
用溶融型フラツクス。２ MgO6〜15重量％，CaO5〜10重量％，
CaF₂10〜20重量％，Al₂O₃14〜19重量％，
TiO₂20〜25重量％，SiO₂15〜20重量％，MnO5
〜10重量％，B₂O₃0.1〜1.5重量％を含有すること
を特徴とする潜弧溶接用溶融型フラツクス。