JPH04167998A - 潜弧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、潜弧溶接用ボンドフラックスに係り、特に鉄
骨ボックス柱の角継手溶接等に適し、極厚板の２電極大
入熱１層盛溶接及び多層盛溶接において優れたスラブ剥
離性、耐水素割れ性能、耐繰返し使用性能を有し、しか
もフラックス消費量が少なく経済的な潜弧溶接用ボンド
フラックス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）近年、地価の
高騰並びにハイテク機能を有したインテリジェントビル
の増加に伴い、地上空間の有効活用を図るため、超高層
化、大スペース化が進み、使用される鉄骨柱はますます
厚肉化の傾向を示し、５０〜１００閣鳳の超厚板の溶接
が各所で行われている。

鋼の溶接方法としては被覆アーク溶接法、炭酸ガスアー
ク溶接法、潜弧溶接法などがあるが、厚板の溶接におい
ては、太径ワイヤを用いて高電流溶接が可能なため、高
溶着速度が得られる潜弧溶接法が一般に広く用いられて
いる。

しかし、鉄骨ボックス柱の超厚板角継手部の潜弧溶接に
おける現状の問題点として以下の点が挙げられる。

■多層盛溶接において、溶接中に生成するスラブが開先
内にははまり込んでしまうため、スラブ除去に多大な時
間と労力を要すること。

■溶接金属中の拡散性水素量は溶接入熱の増大と共に増
加するため、特に厚板の多層盛溶接においては、水素割
れ（低温割れ）を防止するために。

予熱、パス間温度の厳しい管理が必要となり、多大な労
力を要すること。

■大入熱溶接であるがために不可視アークで大気からの
シールド性を確保するのに、フラックス散布高さは通常
の潜弧溶接に比べて極端に高くする必要がある。そのた
め、フラックスの回収作業に手間取りがちであり、強力
なフラックス回収機を使用するケースが多い、その結果
フラックスが粉化微細化し易く、溶接作業性や溶接金属
の機械的性能に悪影響を与えること。

■厚板の大入熱溶接においては、溶接で生成するスラグ
量も多大なものとなり、その廃却に要する費用、労力も
多大であること。

これらの各々の問題点については、従来より、改善策が
提案されており、スラブ剥離性の改善を意図したもの（
特開平２−４１７９５号、特開昭５８−２３５９３号）
、低水素化を図ったもの（特開昭６０−１９６２９０号
、特開昭６２−２０３６９８号）、フラックス回収機の
改善を意図したもの（特公平２−３９３５８号、特開昭
５８−１１９４９１号）、スラブ生成量の低減を意図し
たもの（特公平６２−１８２２７７号等）などがある。

しかし、いずれも、１ｏＯ〜２００ＫＪ／ｃＩ＋＋以上
の大入熱溶接において、上記全ての問題点を解決できる
ものではない。

本発明は、上記従来技術の問題点を解決して、特に極厚
板の大入熱潜弧溶接に適する溶接材料を提供することを
目的とするものである。

（課題を解決するための手段） 本発明者は、前記課題を解決するために特にボンドタイ
プの潜弧溶接用フラックスの成分組成について鋭意研究
を重ねた結果、ここに本発明をなしたものである。

すなわち、本発明は、 ｔｏｔａｌＳｉＯ、：　１０〜２０％ ＡＱ２０．：１０〜２０％ ｔｏｔａｌＴｉＯ、：　３〜１４％ ＭｇＯ：１０〜２０％ ＣａＣ０，：５〜１５％ ｔｏｔａｌＭｎ：　０　、５〜８％ 鉄粉：２０〜４０％ ｓｏｌ、５ｉｏ２：１．０〜６．０％ ｓｏ１．Ｎａ、ｏ：１．５〜３．５％ を含み、かつ、 ｓｏｌ　、Ｎ　ａ２０　／　ｔｏｔａｌ　Ｎ　ａ、　Ｏ
比：０．６０〜０．９８ （但し、ｓｏｌ、　Ｎａ２Ｏはｓｏｌ、　Ｎ　ａ、　Ｏ
＋　ｓｏｌ。

Ｋ、　Ｏ＋ｓｏ１．　Ｌｉ、　Ｏの合計量、ｔｏｔａｌ
０〜６．０％ｓｏｌ．Ｎａ２ＯはｔｏｔａｌＮａ２０　
＋ｔｏｔａｌＫ、○＋　ｔｏｔａ　Ｉ　Ｌ　ｉ２０の合
計量である）Ｍｇ○／　Ｓ　ｉＯ２（ｔｏｔａｌ）比：
０．７５〜１．３０ を満足することを特徴とする潜弧溶接用ボンドフランク
スを要旨とするものである。

以下に本発明を更に詳細に説明する。

（作用） 本発明における化学成分の限定理由は次のとおりである
。

堕１１μｓ」工５上上９〜２０％ ＳｉＣ２は酸性成分であり、スラグの粘性を調整するの
に必須の成分であるが、１０％未満ではスラブの粘性が
不十分となり、ビード幅が不安定又は不均一となる。更
に、スラグ生成量も増すため好ましくない。一方、２０
％を超えるとスラグの粘性が過剰となり、ビードの広が
りが悪くなる。

また、スラグの剥離性も劣化し、塩基度が低下するため
、靭性も劣化し易い。

２へ１工ｐ工ＬＬ旦二じし立３− ＡＱ、○、は中性成分であり、溶接金属の靭性を損うこ
となくスラグの粘性及び凝固温度を調整するのに有効な
成分である。しかし、１０％未満ではスラブの粘性及び
凝固温度が低くなり、ビード幅が不均一となったり、ビ
ード形状が凸形となるため好ましくない。一方、２０％
を超えるとスラグの凝固温度が高くなり過ぎるため、ビ
ードの広がりが不十分であったり、蛇行し易い。

ぢ１１３通匹り１旦：」−失３− Ｔｉｅ、はスラグの融点及び粘性調整剤として有効な成
分である。また、Ｔｉｅ２は溶接中還元反応によって溶
接金属中に（Ｔｉ）を添加し、衝撃性能を向上させる作
用もある。したがって、フラックス中にはルチール、ル
コキシン等のＴｉＯ□源から添加することも可能である
が、Ｆｅ−Ｔｉ等の合金元素と組合せて使用することも
できる０本発明では、Ｆｅ−Ｔｉ等の合金からＴｉを添
加する場合も含め、このような場合にはＴｉｅ、に換算
し、Ｔｉｅ２の総量（（ｔｏｔａｌ）として規定するこ
とにした。

しかし、Ｔ　ｉ　Ｏ２の総量が３％未満では、溶接金属
中の（Ｔｉ）量が少なく衝撃性能が劣化し、またアンダ
ーカットが発生し易いため好ましくない。

一方、１４％を超えるとスラブ剥離性が急激に劣化し、
スラグ生成量も増大する。

Ｍ工Ｑ±１０−ヨし９５− ＭｇＯは塩基性成分であり、溶接金属中の（Ｏ３を低減
し、靭性を確保するのに有効な成分である。

また、粘性調整剤としての作用も有している。しかし、
１０％未満では（Ｏｌの低減効果が少なく、靭性が劣化
する。また、ビードが蛇行し易く、アンダーカットが発
生する。一方、２０％を超えるとスラブ焼付が増すとと
もに、ポックマークが発生し易い。更にスラブ生成量も
増大するため好ましくない。

旦ユＱぶよＬに」」Ｌ℃ ＣａＣ０，は溶接中にＣａ　ＯとＣＯ２とに分解され、
ＣＯ□ガスによって溶接部を外気からシールドすると共
に、不純物ガス（Ｎ２又はＮ２等）の分圧を低下させ、
溶接金属中への侵入を防止するのに有効な成分である。

しかし、５％未満ではＣＯ２ガスによるシールド効果が
不十分であり、溶接金属中の水素及び窒素量が増大し、
低温割れ及び靭性の低下が生じ易い。特に１層盛（Ｏｎ
ｅ　−Ｒｕｎ）溶接において、水素量が増大するため、
割れが発生し易い。一方、１５％を超えるとＣＯ２ガス
の発生量が過剰になり、ガスが均一に抜けずに溶接中の
吹上げ現象が極めて多くなり、ビード外観が劣化し易い
。特に、多層盛溶接におけるスラブ剥離性が劣化する。

ｔｏｔａｌＭｎ：　０　、５−８％ Ｍｎはスラブの粘性、凝固温度を調整するのに有効な成
分であるだけでなく、溶接金属中のＭｎ量を調整し、引
張性能、衝撃性能を確保するために必須の成分である。

しかし、０．５％未満ではアンダーカット及びスラブ焼
付きが発生し易く好ましくない。また、安価な低Ｍｎワ
イヤと組合せた場合、溶接金属中の（Ｍｎ）量が不足し
、引張強度及び靭性が低下する。一方、８％を超えると
ビードが蛇行し易く、且つフラックス消費量が増大する
ため好ましくない。

なお−Ｍｎ成分は、金属ＭｎやＦｅ−Ｍｎなどの化合物
及びＭｎＯ，ＭｎＯ，などの酸化物の形でフラックス中
に添加されるが１本発明ではＭｎの総量としてｔｏｔａ
ｌＭｎで規定することにした。したがって、ｔｏｔａｌ
Ｍｎ量は０．５〜８％の範囲とする。

艶豆二しリー先隻羨 フラックス中に鉄粉を添加すると、溶接中に溶融池へ移
行し、消費量が増加する。これにより溶接能率の向上と
溶接入熱の低下を図ることが可能である。しかし、２０
％未満ではこの効果が少なく、大入熱溶接時の吹上げも
増大するため、好ましくない。一方、４０％を超えると
ビードの広がりが悪くなったり、スラグ巻込みが発生し
易くなる。

と法聾し■ｂニュー旦：」トＳと笈 ｓｏｌ、５ｉｏ２はフラックスの耐粉化性及び耐吸湿性
（吸湿量が増大すると溶接金属中の拡散性水素量が増す
）を改善するために規制する。ここで、ｓｏｌ、　Ｓ　
ｉｏ、は水に可溶性のＳｉＯ２である。

しかし、１．０％未満では、強力な回収機でフラックス
を回収すると粉化、微細化するため好ましくない。フラ
ックスが粉化した際、一番問題となるのは、ガス抜けが
悪くなり、異常な吹上げが発生したり、ポックマークが
発生し易いなどが挙げられる。一方、６．０％を超える
と、フラックスの耐吸湿性が劣化し、特に厚板の多層盛
溶接においては水素割れが発生し易いため好ましくない
。

胚１．Ｎａ□ｐよと」ト二Ａ工且３− ｓｏ１．Ｎａ２Ｏはアーク安定性の確保のための必須成
分である。厚板でしかも大入熱溶接になるほど溶接は難
しくなり、その適正溶接条件範囲は狭くなる。特にアー
ク電圧の制御が非常に重要である。

しかし、１．５％未満では電圧計の針の振れが非常に大
きくなるため、所定の電圧値にセットする際、溶接オペ
レータによって個人差が発生し、結果としてアンダーカ
ットや溶込み不足の欠陥につながることが非常に多い。

また、アーク電圧が不安定であるため、溶接長が長くな
るほど均一な溶接結果が得られにくいという問題も発生
する。−方、３．５％を超えるとフラックスの耐吸湿性
が劣化するため好ましくない。

なお、ｓｏｌ、　Ｎａ、　Ｏはｓｏｌ、Ｎａ２Ｏ＋ｓｏ
１．に２０＋ｓｏ１．Ｌｉ、○の合計量であり、ｓｏｌ
、　Ｎａ２Ｏ、ｓｏｌ。

Ｋ２Ｏ、ｓｏｌ、　Ｌ　ｉｚ　Ｏはそれぞれ水に可溶性
のＮａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｌｉ２Ｏである。

飢り上Ｍぶ山辻凡扛旦坦ゼし１没ごｏ、９８ｓｏ１．０
〜６．０％ｓｏｌ．Ｎａ２Ｏ／１ｏｔａｌ０〜６．０％
ｓｏｌ．Ｎａ２Ｏ比は、フラックスの耐粉化性及び耐吸
湿性を改善するために規制する。

しかし、０．６０％未満では、製造時の製品歩留りが低
下し、アークの安定性も劣るため好ましくない。一方、
０．９８を超えると、フラックスに２０〜４０％の鉄粉
を含有する鉄粉系ボンドフラックスの耐粉化性が劣化し
、繰返し使用時にフラックスが微細化し易い。また、フ
ラックスの耐吸湿性も劣化し、水素割れが発生し易いた
め好ましくない。

ここで、ｔｏｔａｌ０〜６．０％ｓｏｌ．Ｎａ２Ｏはｔ
ｏｔａｌＮａｚ○＋ｔｏｔａｌＫ２０　＋　ｔｏｔａｌ
　Ｌ　ｉ、○の合計量である。

ｙ１ｐ７謬ロＪｂＪニ」２ノ」辷ニュエｙニーＭ　ｇ　
ＯＺ　Ｓ　ｘ　Ｏｚ比は、溶接作業性を確保するために
規制する必要がある。しかし、０．７５未満では、開先
内でのスラブ剥離性が劣化する。一方。

１．３０を超えるとフラックス消費量（スラブ生成量）
が増大し、スラグの焼付きも発生するため好ましくない
。また、ビード形状も凸となり、ビードの広がりもない
。

その他の成分としては１例えば、大入熱潜弧溶接時の靭
性向上のために適量の［：Ｔｉ］及び〔Ｂ〕を溶接金属
中に添加することは良く知られているが。

本発明においても同様に、必要に応じて（Ｂ）添加量が
溶接金属中で０．００１５〜０．００５０％となる量を
添加できる。この場合、フラックスから又はワイヤから
或いは双方から添加できる。

なお、本発明のフラックスがボンドタイプとするのは、
ボンドフラックスは原材料を水硝子等の固着剤を用いて
造粒し、その後焼成する工程で製造されるため、溶融型
フラックスに比べて、ＣａＣ０１などの金属炭酸塩を添
加できるため、溶接金属の低水素化が図れること、鉄粉
添加により高溶着速度が得られること、大入熱溶接に必
要なスラブの塩基度、凝固温度、粘性の調整が容易であ
ることなどの利点があるためである。

次に本発明の実施例を示す。

（実施例） ＪＩＳ　　Ｚ　　３３５１　　ＹＳ−３６相当で第１表
に示す化学成分の供試ワイヤ（ワイヤ径：先行極は６　
、４　ｍｍφ、後行極は６．４１１！ｌφ）と、第２表
に示す化学成分の供試フラックスを用いて、以下の条件
で潜弧溶接試験を行った。なお、供試フラックスにおけ
るｓｏｌ、５ｉｏ２量及びｓｏｌ、　Ｎ　ａ、○量やＳ
０１゜Ｎａ、○／　ｔｏｔａｌ　Ｎ　ａ２０比は、主に
水ガラスの化学組成とフラックスの乾燥条件とを組み合
わせることによりコントロールした。

〔他の溶接条件〕

・電極数：２電極溶接 ・電源極性：　ＡＣ−ＡＣ ・供試鋼板及び溶接条件： ■５０ｍｆｆｌｔＸ１０００ｒａｍｎ寸法の５Ｍ５０Ｂ
鋼を用い、３５＠Ｙ形開先（ルート面２　＋ｕ＋）で、
潜弧溶接により１層盛溶接（Ｏｎｅ−Ｒｕｎ溶接）を行
なう。溶接入熱量は４１０ＫＪ／ｃｍである。

■１００＠＋ｎｔＸ１０００ｍｓ＋１２寸法のＳ　Ｍ、
　５０Ｂ鋼を用い、５０Ｙ°形開先（ルート面２ｍ＋＋
＋）で、潜弧溶接により７層１６パスの多層盛溶接を行
なう。溶接入熱量は１６パスの平均値で１８０ＫＪ／ｃ
ｍである。

第３表及び第４表に試験結果（スラグ剥離性、耐水素割
れ性、フラックス回収性、スラグ生成量、溶接作業性及
び、ビード外観、溶接金属の衝撃特性）を示す。

なお、これらの評価方法は以下のとおりである。

■スラグ剥離性 スラブ剥離性は多層盛溶接の初層部で特に問題となるの
で、１０１００Ｉ１の供試鋼板の多層溶接で評価した。

その基準は以下のとおり。

Ｏ：チッパ−を使用しなくてもスラグ剥離する。

×：チッパ−を使用してもスラブ剥離しにくい。

■耐水素割れ性 １０Ｃ）＋＋ｍｔの供試鋼板の多層盛溶接で評価した。

すなわち、予熱温度：室温、パス間温度＝７５℃で管理
しながら多層盛溶接を実施し、その後、４８時間以上放
置した後、超音波探傷試験にて割れを調査した。フラッ
クスは初層の溶接を開始する前に２５０’ＣＸ１ｈｒの
再乾燥を行なったものを用いた。但し、その後は大気中
にそのまま放置した。

評価基準は以下のとおり。

Ｏ：割れなし、Ｘ：割れあり ■フラックス回収性 ５０ｍｍｔの供試鋼板の１層盛溶接で評価した。

すなわち、新品フラックスを回収機で１０回繰返し回収
した後、溶接を行ない、作業性を調へた。

評価基準は以下のとおり。

Ｏ：新品フラックスと同様で作業性に大きな変化は認め
られない。

Ｘ：異常な吹上げやポックマーク発生、ビード外観劣化
。

■スラブ生成量 ５０ｍｍｔの供試鋼板の１層盛溶接で評価した。

すなわち、溶接長１＋ａ当りのフラックス消費量、ワイ
ヤ消費量を測定し、フラックス消費率（フラックス消費
量／ワイヤ消費量）を計算で求めた。フラックス消費量
が多いということは経済的にも問題があり、この方式で
評価した。評価基準は以下のとおり。

○：フラックス消費率・・・１．１５未満△：フラック
ス消費率・・・１．１５〜１．４０×：フラックス消費
率・・・１．４０超■溶接作業性及びビード外観検査 ５０ｖ＋＋ｔ、１００ｍｎｔの両供試鋼板の各溶接にお
いて、目視検査により判定した。

Ｏ：良好、×：不良 ■溶接金属の衝撃性能 ５０ｍｍｔの供試鋼板の１層盛溶接で評価した。

すなわち、母材表面１０ｍｍよりＪＩＳ　　Ｚ　　３１
１Ａ４号試験片を採取し、０℃で試験を行ない、３本の
平均値を求めた。

また、ｓｏｌ、５ｉｏ２、ｓｏｌ、Ｎａ２Ｏの定量は次
の１〜３の手順に従って行った。

（手順１）フラックスを振動ミルによって十分に粉砕し
、そこから約０．２ｇサンプリングし、それを石英製三
角フラスコに蒸留水１００ｍ１と共に入れ、可溶性成分
の抽出を行う。

（手順２）可溶性成分の抽出は、煮沸下で４時間行った
。

（手順３）抽出液を一昼夜放置した後、上澄液をサンプ
リングし、Ｌｉ、Ｎａ、に等のアルカリ金属イオンは原
子吸光法で、Ｓｌ量は吸光光度法でそれぞれ定量した。

第３表及び第４表より明らかなように、本発明例は、極
厚板の１層盛溶接や多層盛溶接において溶接作業性が優
れていることは勿論のこと、スラブ剥離性、耐水素割れ
性、耐繰返し使用性能等々も優れており、フラックス消
費量も少ない。

第１表　供試ワイヤの化学成分（υｔ％）（発明の効果
） 以上詳述したように、本発明によれば、特に極板厚の潜
弧溶接において、溶接作業用性、スラグ剥離性、耐水素
割れ性、耐繰返し使用性能等々の優れた性能を発揮し、
またスラグ消費量も少なく経済的である。鉄骨ボックス
柱の角継手溶接等の極厚板の２電極大入熱１層盛溶接及
び多層盛溶接に適している。

特許出願人　　株式会社神戸製鋼所 代理人弁理士　中　　村　　　尚

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量％で（以下、同じ）、 ｔｏｔａｌＳｉＯ＿２：１０〜２０％ Ａｌ＿２Ｏ＿３：１０〜２０％ ｔｏｔａｌＴｉＯ＿２：３〜１４％ ＭｇＯ：１０〜２０％ ＣａＣＯ＿３：５〜１５％ ｔｏｔａｌＭｎ：０．５〜８％ 鉄粉：２０〜４０％ ｓｏｌ．Ｓｉｏ＿２：１．０〜６．０％ ｓｏｌ．Ｎａ＿２Ｏ：１．５〜３．５％ を含み、かつ、 ｓｏｌ．Ｎａ＿２Ｏ／ｔｏｔａｌＮａ＿２Ｏ比：０．６
   ０〜０．９８ （但し、ｓｏｌ．Ｎａ＿２Ｏはｓｏｌ．Ｎａ＿２Ｏ＋ｓ
   ｏｌ．Ｋ＿２Ｏ＋ｓｏｌ．Ｌｉ＿２Ｏの合計量、ｔｏｔ
   ａｌＮａ＿２ＯはｔｏｔａｌＮａ＿２Ｏ＋ｔｏｔａｌＫ
   ＿２Ｏ＋ｔｏｔａｌＬｉ＿２Ｏの合計量である） ＭｇＯ／ＳｉＯ＿２（ｔｏｔａｌ）比：０．７５〜１．
   ３０ を満足することを特徴とする潜弧溶接用ボンドフラック
   ス。
2. （２）２電極１層盛又は多層盛溶接用である請求項１に
   記載の潜弧溶接用ボンドフラックス。