JPH0241795A - サブマージアーク溶接用ボンドフラックス - 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） 本発明は軟鋼又は高張力網の板継ぎ溶接或いは鉄骨ボッ
クス柱の角継手溶接等に用いるサブマージアーク溶接用
ポンドフラックスに関し、さらに詳しくは極厚鋼板の大
入熱多層盛溶接において優れたスラグ剥離性を得る事の
出来るサブマージアーク溶接用ポンドフラックスに関す
るものである。

（従来の技術） 近年、鋼構造物の大型化あるいは建築物の高層化等によ
り被溶接材の板厚が厚くなる傾向が著しく、５０〜１０
０胴の厚板の溶接が各所で行なわれている。

ところで、鋼の溶接法としては被覆アーク溶接法、ガス
シールドアーク溶接法およびサブマージアーク溶接法等
があるが、サブマージアーク溶接法は他の溶接法に比し
溶接電流を高くする事が可能で、かつアークがフラック
ス中で発生し、不可視アークのため大電流高能率溶接に
適しており、広く用いられている。さらに、サブマージ
アーク溶接ではフラックス中に多量の鉄粉を添加する事
が出来るため、これが溶接金属に移行し、高溶着速度を
も期待する事が出来る。

一方、サブマージアーク溶接における作業上の最大の問
題点は、多層盛溶接において、溶接中に生成したスラグ
が開先内にはまり込んでしまうため、これを除去するの
に多大な労力を要する事である。この傾向は、電流を上
げると、開先内に生成するスラグ量も増大するため特に
顕著となる。

この場合、開先を１層溶接で完成すれば、スラグは被溶
接材の表面即ち開先の外側に生成するため開先内にはま
り込む事なく、容易に除去する事が出来る。しかしなが
ら、１層溶接で仕上げる事が出来る板厚には限度があり
、２電極あるいは３電極溶接の如き多電極溶接を用いて
も片側からのみの溶接の場合は板厚５０鵬程度が１層溶
接の限度である。

従来より、このようなスラグの除去しやすさ、即ちスラ
グ剥離性の改善策については、特開昭５６８９３９６号
、特開昭５７−２０２９９６号、特開昭５８−１３４９
３号、特開昭５５−９２２９２号、特開昭５８−２３５
９３号の各公報に提案されている。

即ち、特開昭５６−８９３９６号公報は、多量のＭｇＯ
およびＢａＯを含有し、ペリクレース結晶およびバリウ
ムマイカ結晶を含有するスラグを生成する高塩基性焼成
型フラックスに関するものであるが、このフラックスは
多量のＭｇＯにより結晶質の硬いスラグを生成し、大入
熱溶接を行なうと開先壁にアンダーカットを生成して深
く喰い込んでしまうため、除去するのは極めて困難であ
る。特開昭５７−２０２９９６号公報のフラックスもＭ
ｇＯ，ＢａＯおよび金属炭酸塩を多量に含んでいるもの
であり、硬いスラグを生成し、又元来小人熱溶接の狭開
先溶接に設計されたものであり、大入熱溶接におけるス
ラグ剥離性の効果は得られ難い。

特開昭５８−１３４９３号公報による方法のフラックス
および特開昭５８−２３５９３号公報のフラックスはＳ
ｉＯ□＋　Ｔｉｎ□にＭｇＯあるいは八１２０３を主成
分とするフラックスで、スラグ剥離性の改善と共にフラ
ックスの消費量を少なくする事を目的とするものである
が、これらとても大入熱溶接におけるスラグ剥離性の改
善には組成が必ずしも適切でなく、又過剰のＴｉＯ□の
ためスラグの流動性が過大となり、ビード形状が整い難
く、実用的でない。

特開昭５５−９２２９２号公報はＡ　１２　ｚ０３．　
ＴｉＯ２およびＳｉＯ□を主成分とするフラックスに関
するもので、このフラックスも又ＴｉＯ２が過剰なため
ビード形状的に好ましくない。

（発明が解決しようとする課題） 本発明者らは、大入熱溶接におけるスラグ剥離性を改善
する事を目的として、先に特願昭６２２４０３１号によ
り、多量の鉄粉を含有し、かつ５ｊＯｚ＋ＭｇＯ，＾！
２０３およびＴｉＯ２を特定したサブマージアーク溶接
用フラックスを提案した。しかしながら、本フラックス
においても板厚１００胴近くの極厚鋼の大入熱多層溶接
において初層から最終層迄の全層において容易にスラグ
除去が可能なわけではなく、特に中間層で広幅のビード
上に厚くスラグ層が生成し、かつビード踵端で開先壁に
スラグが深く喰い込んだような場合ジェットタガネのよ
うな強力な打撃を加えてスラグを除去する特殊なスラグ
除去工具を用いて充分破砕して除去する事が必要で、こ
のための労力も多大なものである。

そこで、本発明は極厚鋼の大入熱多層溶接において、初
層から最終層のすべてにおいてスラグを極めて容易に除
去する事の出来るフラックス中成を提供するものである
。

（課題を解決するための手段） 本発明の要旨は、全フラックスに対し、重量％で鉄粉１
０〜５０％、ＳｉＯ□５〜２０％、ＭｇＯ５〜２０％、
八ｆｆｉ、０３７〜２５％、Ｔｉ０ｚ５〜１９％、Ｚｒ
Ｏ２２〜１５％を含有する事を特徴とするサブマージア
ーク溶接用ボンドフラックスにある。

（作　用） まず、本発明フラックスは鉄粉を１０〜５０％含有する
が、鉄粉の添加は溶接能率の向上とスラグ剥離性の改善
の２つの効果を有する。フラックス中に鉄粉を添加する
と、溶接中に溶融してスラグ中から溶融池へ移行し、溶
着量を増加させ、溶着速度の向上に寄与する。一方、鉄
粉の溶融によりそれだけスラグ生成量が減少し、開先内
のスラグが取れ易くなる。このような鉄粉添加の効果は
、フラックス全重量に対し１０％以上で得る事が出来る
が、一方５０％超含有すると、鉄粉が完全に溶融して溶
融池へ移行するのが困難となり、ビード表面に突起とし
て残存し、又ビード形状も不安定となる。即ち、本発明
における適正な鉄粉添加量は１０〜５０％である。

なお、本発明に規定する鉄粉量は、フラックス中に含有
される脱酸剤等の合金鉄中のＦｅ分も含むものとする。

次にＳｉＯ□であるが、ＳｉＯ２はスラグの粘性を増加
させ、踵端部のなじみの良いビード形状を生成するのに
極めて有効な成分であると共に、スラグをガラス質の性
状とする傾向を有し、これにより砕けやすい剥離性の良
好なスラグを生成する事が出来る。このようなＳｉＯ□
の効果は、全フラックス重量に対し５％以上の添加で得
る事が出来るが、方２０％を超えて添加すると、スラグ
の融点が低下するためビード表面が乱れ、又ビード中央
部に不規則な自由晶が生成するため、５ｉ（ｈは２０％
以下に抑える事が必要である。ＳｉＯ□は珪砂又は珪灰
石、ジルコンサンド、シャモット、オリビンサンド等５
ｉＯｚを含有する鉱石又は合成物で添加する。

次にＭｇＯであるが、本発明フラックスにおいてはフラ
ックス全体に対し５〜２０％添加する事が必要である。

ＭｇＯは融点が２７００°Ｃと高いためフラックスに高
耐火性を与え、大入熱溶接においてビード形状を安定化
する効果があるので５％以上添加する事が必要である。

一方、ＭｇＯを多量に添加するとペリクレース結晶を生
成し、スラグを硬化させる。このような硬いスラグが開
先内にはまり込むと容易に破砕出来ず、これを除去する
のは著しく困難である。従って、フラックス中のＭｇＯ
は２０％以下にする事が必要である。ＭｇＯはマグネシ
アクリンカ−、オリビンサンド、スピネル等ＭｇＯを含
有する鉱石又は合成物で添加する。

さらに、本発明フラックスには八〇２０３を７〜２５％
添加するが、Ａｊ！ｚ０３は溶融点が２０５０°Ｃで比
較的耐火性の高い材料で、大入熱溶接用フラックスとし
ては重要な成分である。さらに、Ａ　Ｉ！　ｚＯ’ｓは
スラグの剥離性の改善にも有効である。即ち、Ａｆｆｉ
ｘ（ｈの重要な点はビード幅を狭くするという効果を有
する事であり、開先壁のビードのかみ込みを防止する。

即ち、通常、ビード幅が広いと、開先内の溶接ではビー
ド踵端が開先壁を溶融し、アンダーカット状態になり、
ここにスラグがはまり込んでスラグを除去するのが困難
になる。

Ａ　１　ｚＯ’ａの添加によりビードが不必要に広くな
らず、これを防止するのに極めて有効となる。又、Ａ　
１２０３の添加はビード幅ばかりでなくスラグの生成量
そのものも少なくする効果があり、これによってもスラ
グを取れ易くする効果がある。

以上のような１ＺＯ３の添加はフラックス全体に対し７
％以上で効果があるが、２５％を超えて添加するとビー
ド幅が狭くなり過ぎ、母材へのなじみが悪く、スラグイ
ンクルージヨンの発生原因になるので避ける事が必要で
ある。Ａ　ｌ　ｚ０３はアルミナあるいはスピネルやシ
ャモット等Ａ　ｌ　２０３を主成分とするか又は構成成
分として含有している鉱石又は合成物を用いる。

次にＴｉＯ□であるが、ＴｉＯ□はスラグに流動性を与
え、ビード外観やビード鉦端部のなじみを改善すると共
にＳｉＯ□と同様にスラグを部分的ではあるがガラス質
のものとし、砕けやすいものとする。即ち、スラグの破
砕性が向上するとそれだけスラグが取れやすいものとな
る。

一方、ＴｉＯ□の他の重要な効果として、溶融金属の特
性の改善がある。即ち、Ｔｉ０ｚはアーク空洞において
還元されて、部分的にＴｉとして溶接金属中に移行する
。溶接金属中のＴｉは結晶粒の微細化に著しい効果を有
し、溶接金属の靭性および延性の向上に効果を有する。

特に大入熱溶接金属においては結晶粒が粗大化する傾向
が大きいが、Ｔｉの添加はこの結晶粒粗大化による靭性
の劣化の防止に極めて有効である。

以上のようなＴｉＯ２の効果は、フラックス全体に対し
５％以上の添加により得られるが、１９％超添加すると
スラグの流動性が過大となり、ビード表面の波形が粗く
かつ不均一になる。

なお、ＴｉＯ□はルチール又はイルミナイトを還元して
製造されるチタンスラグ等により添加する。

この場合、チタンスラグはＴｉ＋Ｏｓの如き低級酸化物
を含有しているが、このような低級酸化物はＴｉＯ２相
当量に換算して添加量を決定する。

さらに、本発明のフラックスにはＺｒ０ｔを２〜１５％
添加するが、ＺｒＯ□はその高耐火性による大入熱溶接
でのビード外観の改善と特殊な膨張挙動によるスラグ剥
離性の改善の二つの効果を有する。まずビード外観の改
善に関してであるが、ＺｒＯ□の溶融温度は２９５０°
ＣでＭｇＯと同等の耐火性を有する。

これにより、Ｚｒ０ｚの添加は大入熱溶接においても優
れたビード形状を生成する効果を有する。特に、本発明
フラックスはスラグ剥離性の観点からＭｇＯの添加量を
制限しており、この点では耐火性が減少しており、これ
を補うためのＺｒ０ｚの添加は必須である。

さらにＺｒＯ２の添加はスラグの剥離性の改善に対して
も極めて有効であるが、これは溶接後のスラグが極めて
砕けやすくなるため、開先内にはまり込んでもこれを破
砕する事により容易に除去する事が出来る事による。即
ち、本発明はＭｇＯ量の制限によりスラグ中のペリクレ
ース結晶（ＭｇＯ）を低減し、スラグの破砕性を向上さ
せるが、さらにその上ＺｒＯ□の添加によりより一層砕
は易くする。

Ｚｒ０ｚの破砕性に対する効果は以下のように考えられ
る。即ち、フラックス中にＺｒＯ□を添加する事により
、溶融スラグの凝固過程においてジルコニア結晶（Ｚｒ
Ｏｚ）が晶出する。この結晶は高温では正方晶を呈する
が、冷却途中の１０００℃の近傍で正方品より単斜晶に
転移する。その時に急激でかつ大きな体積膨張を起し、
この体積膨張はスラグ中に大きな歪エネルギーを内在さ
せているものと考えられ、軽度の打撃でも容易に破砕出
来るのである。

このようなＺｒＯ□の効果は、フラックス全体に対して
２％以上の添加で得られるが、一方１５％を超えて添加
すると、ＺｒＯ□の溶融点が極めて高いためスラグ中で
完全に溶融させる事が困難となり、スラグの流動性が失
なわれるためビードのなじみ、ビード表面の平滑さが失
なわれる。

ＺｒＯ□の添加は主にジルコンサンドを用いればよいが
、ジルコニアを用いてもよい。

以上、本発明フラックスにおける特定成分について説明
したが、本発明フラックスは以上の成分の他に通常のフ
ラックスの材料も必要に応じて適宜添加する。

即ち、まず金属弗化物であるが、フラックス全体に対し
１５％以下添加すればスラグ生成量も増大する事なくス
ラグ剥離性を阻害するものではない。

金属弗化物は溶接金属の拡大性水素を低減し、かつ靭性
の向上に有効であり、ある程度は添加するほうがよい。

金属弗化物はＣａＦ、、　ＮａＦ、八Ｉ！、Ｆ、１Ｍｇ
Ｆｚ＋　ＢａＦ２．　Ｎａｚ八１へｂ等の溶接材料の原
料として用いられるものとする。

次にＣａＯであるが、ＣａＯはフラックス全体に対し１
０％以下であればよい。ＣａＯは炭酸石灰や、珪灰石等
により添加され、ＭｇＯと同様に塩基性成分として溶接
金属の靭性の向上に有効な成分であるが、多量に添加す
ると、本発明フラックスの必須成分であるＴｉＯ□と反
応してカルシウム・チタネート（ＣａＯ−Ｔｉ０ｚ）を
生成し、これがビード表面に焼き付きとして残り、スラ
グ剥離性を劣化させる。

以上の他にＭｎＯ，Ｂ２Ｏ３のような酸化物、ＢａＣ０
１＋ＳｒＣＯ３のような炭酸塩、Ｓｉ、八ｌ＝　＋　ｈ
　＊　Ｍｎ等の脱酸剤、　Ｍｏ、　Ｎｉ、　Ｎｂ、　Ｖ
等の合金剤も適宜添加する事が出来る。

又、本発明フラックスは適当な固着剤を用いて造粒して
製造するボンドフランクスであるが、固着剤として用い
る水ガラス、アルミナゾル、シリカゾル等に含まれる５
ｉＯ１，Ａ　ｌ　！０３の如き本発明フラックスの特定
成分は、その量を本発明が特定する添加量として考慮す
るものとする。

以上、本発明フラックスについて詳述したが、さらに本
発明について効果を明確にするために以下に実施例につ
いて述べる。

（実施例） まず、第１表に示すＦ−１〜Ｆ−９の９種類の組成のボ
ンドフランクスを作製した。第１表の上段はフラックス
の原料組成、下段は特定成分の組成を示す。第１表のう
ちＦ−１〜Ｆ−５は実施例、Ｆ−６〜Ｆ−９は比較例で
ある。これらフラックスは、まずフラックス原料を配合
・混合した後、水ガラスを固着剤として造粒し、４００
℃Ｘ２ｈｒの条件で焼成し、１２〜１００メツシユに整
粒して作製した。

次に上記フラックスを用いて大入熱多層盛溶接を実施し
た。溶接に用いたワイヤおよび鋼板を第２表および第３
表に示す。

第１図（ａ）に示すようにボックス柱の角継手溶接を想
定し、被溶接材としてフランジ板１とウェブ板２をＹ開
先を設けて角継手に仮組し、開先裏側には裏当金３を取
付けた。この場合の開先角度θは４５″、ルートフェイ
スｒは４ｆｌＩＩ１１である。又、ｔば板厚で８０ＩＩ
ＩＩ１１である。

この開先を用い、第４表および第２図（ａ）、ら）、（
Ｃ）に示す溶接条件により、２電極サブマ一ジアーク溶
接機により、第１図（ｂ）に示す積層要領により５層６
パスの溶接を行った。第４表においてワイヤシャフトと
は溶接線に対して直角方向におけるワイヤ先端の位置を
示すものであり、第２図（ａ）に示すように前層溶接金
属の踵端８ａ、８ｂからワイヤ先端４ａ、４ｂまでの距
離Ｃ，Ｃ，を意味するものである。

又、極間とは第２図（ｂ）又は（Ｃ）に示すようにルー
ト部あるいは前層溶接金属７上でのワイヤ先端４ａ。

４ｂ間の距離ｄを示す。ワイヤ突出しとは第２図（Ｃ）
に示すように電極チップ６ａ、６ｂからルート部あるい
は前層溶接金属７上に位置するワイヤ先端４ａ＋４ｂ迄
の距離ｇ＋ｇ＋を意味する。なお、５．６パスにおける
ワイヤシャフトは、第２図（ｂ）に示す如く、同−Ｍ端
からワイヤ先端４ａ、４ｂまでの距離ｅ、ｅ＋を示す。

なお、第２図において、ａは被溶接材表面上における開
先幅であり、ｂ、ｂ、は前層溶接金属の幅を示すもので
ある。又、矢印５は溶接方向である。

以上のような溶接条件に基いて第１表の９種類のフラッ
クスによる溶接を行った結果を第５表に示す。溶接の結
果としては、実施例である階１〜Ｎｏ、　５において、
極めて満足し得るＵラグ剥離性とビード外観が得られ、
かつ溶接金属の靭性も満足し得るものであった。一方、
比較例であるＮα６〜Ｎｏ、　９においては、第５表の
問題発生理由欄に記載した理由によりスラグ剥離性或い
はビード外観が不満足なものであった。

なお、本実施例における溶接金属の靭性のテストは、第
３図に示すように板厚表面下ｈ・２０ｍｍの溶接金属中
央部からＪＩＳ　Ｚ　３１１２号４号試験片９を採取し
て試験温度Ｏ′Ｃで実施した。

第 表 ワ イ ヤ 成 分 第 表 供 試 綱 板 （発明の効果） 以上述べたように、本発明は極厚鋼板の大入熱多層盛溶
接において開先内のスラグ剥離性の極めて良好なフラッ
クスを供給するものであり、溶接能率の向上に大きく寄
与するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は実施例に用いた開先形状を説明するため
の正面図、第１図（ロ）も同様に実施例において行なっ
た溶接の積層要領を説明するための正面図であり、 第２図（ａ）、（ｂ）、（Ｃ）は本発明実施例の溶接要
領を説明するための図で、同図（ａ）、（ｂ）は平面図
、同面（Ｃ）は側面図であり、 第３図は実施例において実施した衝撃試験の試験片を採
取した位置を説明するための正面図である。 １・・・フランジ板、２・・・ウェブ板、３・・・裏当
金、４ａ、４ｂ・・・ワイヤ先端、５・・・溶接方向、
６ａ、６ｂ・・・電極チップ、７・・・ルート部あるい
は前層溶接金属、８ａ、８ｂ・・・前層溶接金属の踵端
、９・・・試験片、ａ・・・開先幅、ｂ、　ｂ、・・・
前層溶接金属の幅、ｃ、ｃ、、ｅ、ｅ、・・・前層溶接
金属の踵端とワイヤ先端の距離、ｄ・・・距離、ｇｌｇ
ｌ・・・ワイヤ突出し長さ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）全フラックスに対し、重量％で 鉄粉１０〜５０％、 ＳｉＯ＿２５〜２０％、 ＭｇＯ５〜２０％、 Ａｌ＿２Ｏ＿３７〜２５％、 ＴｉＯ＿２５〜１９％、 ＺｒＯ＿２２〜１５％ を含有する事を特徴とするサブマージアーク溶接用ボン
   ドフラックス。