JPH04319092A

JPH04319092A - 低水素系被覆アーク溶接棒

Info

Publication number: JPH04319092A
Application number: JP8886491A
Authority: JP
Inventors: Isao Nagano; 長野　功; Kunihide Yamane; 山根　國秀; Yutaka Takahashi; 豊高橋; Naoaki Matsutani; 松谷　直明
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1991-04-19
Filing date: 1991-04-19
Publication date: 1992-11-10
Anticipated expiration: 2011-03-13
Also published as: JPH0825059B2

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は低水素系被覆アーク溶接
棒に関し、特に溶接金属（溶着金属）の靱性が良好でか
つ安定して得られる被覆アーク溶接棒に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】金属炭酸塩、金属弗化物を主成分とする
低水素系被覆アーク溶接棒は、イルミナイト系溶接棒な
どの非低水素系被覆アーク溶接棒に比べて溶接金属の靱
性、延性、耐割れ性などが優れているので、５０キロ以
上の高強度を要求される鋼材の溶接に多く用いられてい
る。しかしながら最近では、寒冷地における海洋構造物
の建造など時代の趨勢から特に高強度で、高靱性かつ安
定した靱性が得られる溶接棒の開発要望が強まる一方で
ある。

【０００３】周知のとおり溶接金属の靱性確保に最も簡
便な方法としてＮｉを添加するのが一般的であるが、平
均値的には高靱性が得られても安定化、すなわちバラツ
キの点からは十分な方法とは云い難い問題点を残してい
る。一方、特開昭５７−１３９４９５号公報の低合金耐
熱鋼用低水素系被覆アーク溶接棒にはＭｇを添加して溶
接金属中の酸素量を低減し、微細化して使用中脆化、す
なわち良好な靱性を得ることが開示されているが、本発
明者等は前記公報記載の実施例に基づいて溶接棒を試作
し、多くの衝撃試験片を作製してＭｇと靱性の関係を詳
細に調査したところ、個々の値にバラツキが生じ、安定
性では、本発明者等が期待する効果が得られなかった。

【０００４】また、特開昭４９−１２１７５７号公報の
クロムモリブデン鋼用溶接棒にもＭｇを添加してフェラ
イト組織を微細化し、溶接部の硬度分布を均一化するこ
とを開示しているが、前記同様の試験から、靱性の安定
化に対して不十分な結果を示した。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】以上述べたように金属
炭酸塩、金属弗化物を主成分とする低水素系被覆アーク
溶接棒は、使用特性が多様化するに従い、溶接金属性能
の要求値も高レベルとなり、特に高強度部材の溶接にお
ける高靱性化、安定化の要求が強まり、これらの溶接金
属性能を兼備した被覆アーク溶接棒の開発が強く要望さ
れていた。

【０００６】本発明は、従来溶接棒の課題である溶接金
属性能のレベルアップを計り、健全な溶接金属性能を得
ることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】以上のような状況から、
本発明者等は低水素系被覆アーク溶接棒の溶接金属性能
の健全性について金属マグネシウムの粒径の面から鋭意
研究を進めてきた。その結果、使用する金属マグネシウ
ムの粒径を限定することにより、溶接金属の靱性が向上
し、極めてバラツキの少ない健全な溶接金属を得て本発
明を成したものである。

【０００８】すなわち本発明の要旨とするところは、平
均粒径を７５〜１２０μｍに制限した金属マグネシウム
を１〜５％、金属炭酸塩を２５〜６０％、金属弗化物を
１２〜３０％含有し、残部がアーク安定剤、スラグ生成
剤、合金剤、有機物、不可避的不純物からなる被覆剤を
水ガラスを用いて鋼心線に塗布したことを特徴とする低
水素系被覆アーク溶接棒にある。

【０００９】

【作用】以下に本発明を詳細に説明する。本発明溶接棒
の構成要件は次のような試験結果に基づくものである。すなわち、被覆剤の配合において、金属マグネシウムの
粒径を５４〜１２３μｍの間で種々変化させて分割した
。そして別途準備したルチール６．１％、炭酸石灰５１
．５％，蛍石１５．６％，アルミナ１．０％，マグネシ
アクリンカー０．３％，Ｆｅ−Ｓｉ１２．９％，Ｎｉ粉
４．５％，Ｆｅ−Ｔｉ１．６％，金属マンガン３．６％
，アルギン酸ソーダ０．８％に前記の分割したそれぞれ
の金属マグネシウムを２．１％添加して乾式混合を行い
、珪酸ソーダ（４５ボーメ）２＋珪酸カリ（４４ボーメ
）１の組合せからなる水ガラスを２１．５％添加して湿
式混合を行った後、Ｃ：０．０７％，Ｓｉ：０．０１％
，Ｍｎ：０．５２％，Ｐ：０．０１１％，Ｓ：０．００
７％，Ｎ：０．００１４％からなる直径４ｍｍ、長さ４
００ｍｍの心線に被覆外径が６．３ｍｍになるように通
常の押し出し式塗装機により塗装した後、最高温度４０
０℃で乾燥を行って溶接棒を作製した。

【００１０】得られたそれぞれの試作溶接棒を用いてＪ
ＩＳＺ３２４１に準拠して板厚２０ｍｍの鋼板を用い、
図１および図２の試験板に交流溶接機を用いて１７０Ａ
，１５パスで、下向溶接を行い、引張、衝撃、および〔
Ｏ〕を含む化学分析試験を行った。ここで図１および図
２の１は鋼板、２はビードであり、３は引張試験片、４
は衝撃試験片、５は化学分析試験片のそれぞれの採取位
置、ａは３００ｍｍ，ｂは２００ｍｍ，ｃは１５０ｍｍ
である。

【００１１】その結果、表１および表２（表１のつづき
）に示すように衝撃値のバラツキを防止し、安定化させ
るには、金属マグネシウムの粒径が大きく影響すること
を見出した。

【００１２】

【表１】

【００１３】

【表２】

【００１４】金属マグネシウムの平均粒径を７５〜１２
０μｍとしたのは表１から明らかなとおり、溶着金属に
おける〔Ｏ〕量が低減でき、溶着金属の靱性のバラツキ
が少なく、安定かつ向上するためである。平均粒径７５
μｍ　未満では金属マグネシウムの平均粒径が小さ過ぎ
るため、溶着金属の〔Ｏ〕量も多く、靱性にバラツキが
生じて、本発明が期待する安定化の効果は薄い。この理
由は低水素系被覆アーク溶接棒は拡散性水素量低減のた
め高温乾燥を行うために金属マグネシウムが酸化し、本
来の機能を発揮しないからであると思われる。

【００１５】平均粒径が１２０μｍを超える場合におい
ては、溶着金属性能は良好で健全な溶着金属を得ること
ができるが、フラックスの流動性に問題があり、生産性
を阻害するので採用できない。更に前記金属マグネシウ
ムの平均粒径と添加量の関係を詳細に調査するために、
金属マグネシウムの平均粒径が７５〜１２０μｍのもの
を用い、配合比率を変化させて、通常用いられる低水素
系被覆アーク溶接棒の被覆組成となるように組合せ、前
記の心線および水ガラスを用いて塗装し、最高温度４０
０℃で乾燥を行い、前記と同様の試験を行った結果、金
属マグネシウムの平均粒径が７５〜１２０μｍで１〜５
％の添加であれば良好な結果が得られることを確認した
。

【００１６】すなわち、金属マグネシウムの平均粒径が
７５〜１２０μｍのものを１％未満の添加では〔Ｏ〕の
低減効果が十分でなく、溶着金属の靱性が低く、バラツ
キも大きかった。５％を超えて添加すると溶接棒の被覆
筒が弱化し、スラグの流動性が劣化し、良好なビード形
状が得られない。また、金属炭酸塩は２５％未満の添加
ではシールド不足が生じ、溶着金属にブローホールが発
生し易くなるので不適当である。６０％を超えると立向
上進溶接でのスラグの流動性が劣化し、ビード形状が不
揃いとなるとともにアンダカットが発生する。

【００１７】金属弗化物は１２％未満の添加ではスラグ
の流動性が劣化し、ビード形状が凸状となる。３０％を
超えると被覆筒が浅くなり、母材に短絡するので溶接が
困難となる。以上のような理由により、本発明における
金属マグネシウムの平均粒径、添加量範囲および金属炭
酸塩、金属弗化物の添加量範囲を前記のように定めたも
のである。

【００１８】なお、上記の検討における金属マグネシウ
ムの平均粒径はＪＩＳＺ８８０１に準じて各粒径間の重
量比率を求めた後、次式を用いて算出した。平均粒径Ｄ（μｍ）＝（ｗ１×２１０＋ｗ２×１９４＋ｗ３×１６３＋ｗ４
×１３７＋ｗ５×１１５＋ｗ６×９７＋ｗ７×７６＋ｗ
８×５４＋ｗ９×２２）／１００但し各数字は測定ふるい間の平均粒径を示し、ｗ１〜ｗ
９は下記の意味を有する。

【００１９】ｗ１：２１０μｍ以上のｗｔ％ｗ２：２１０〜１７７μｍのｗｔ％ｗ３：１７７〜１４９μｍのｗｔ％ｗ４：１４９〜１２５μｍのｗｔ％ｗ５：１２５〜１０５μｍのｗｔ％ｗ６：１０５〜　　８８μｍのｗｔ％ｗ７：８８〜６３μｍのｗｔ％ｗ８：６３〜４４μｍのｗｔ％ｗ９：４４未満のｗｔ％また、前記被覆剤組成として使用される金属マグネシウ
ム以外の被覆剤として金属炭酸塩とは炭酸石灰，炭酸バ
リウムなど、金属弗化物とは蛍石，氷晶石などアーク安
定剤およびスラグ生成剤としてはルチールなど、スラグ
生成剤としてアルミナ，マグネシアなど、合金剤として
フェロシリコン，ニッケル粉，フェロチタン，フェロモ
リブデン，フェロクロム，金属マンガン，カーボランダ
ム，フェロバナジン，鉄粉など、有機物としてはアルギ
ン酸ソーダ，デキストリンなど、水ガラスとしては珪酸
ソーダ珪酸カリなどを用いる。

【００２０】更に、被覆率については２５〜４０％の範
囲内であれば本発明の効果が発揮されること、および鋼
心線についてはＪＩＳＧ３５２３の成分範囲内のものを
用いれば本発明の目的が達成できることを確かめている
。

【００２１】

【実施例】表３、表４（表３のつづき）、表５、表６（
表５のつづき）には金属マグネシウムの平均粒径と他の
被覆剤との組合せにより、溶着金属の強度が８２０Ｎ／
ｍｍ２　以上になるように設計した溶接棒の〔Ｏ〕量、
吸収エネルギー、および溶接作業性および生産性の総合
評価を示す。

【００２２】溶接棒は心線径４ｍｍ、長さ４００ｍｍ、
被覆外径は鉄粉を１０％以上含有したものは約６．５ｍ
ｍ、鉄粉が１０％未満のものは約６．３ｍｍであり、塗
装後は最高温度４３０℃で乾燥して試験を行った。溶着
金属の引張強さ、化学成分、吸収エネルギーについては
図１および図２に示す鋼板を用いてＪＩＳ規格に準拠し
て、交流溶接機により１７０Ａで下向溶接を行い、各々
の溶接棒について引張試験片１本、化学分析試験片２試
料、衝撃試験片９本を採取して評価した。

【００２３】なお評価基準は、吸収エネルギーについて
は−８０℃で衝撃試験を行って、９本中の平均値が１０
０Ｊ以上で最高値と最低値の値が３０Ｊ以内のものを良
好○印、平均値が１００Ｊ以上であっても最高値と最低
値の値が３０Ｊを超えたものを不良×印とした。〔Ｏ〕
量については２５０ｐｐｍ以下のものを良好○印、２５
０ｐｐｍを超えたものを不良×印とした。

【００２４】溶接作業性については従来棒と遜色のない
ものを良好○印、劣るものを不良×印とした。生産性に
ついては従来棒に比べ、フラックスの流動性が同等以上
のものを良好○印、劣るものを不良×印とした。本発明
溶接棒Ｅ−１〜Ｅ−７は溶着金属の〔Ｏ〕量が低く、衝
撃値が良好でかつまた最高値と最低値の値が小さく、健
全な溶着金属が得られ、更に溶接作業性、生産性も良好
である。

【００２５】比較溶接棒ではＥ−８〜Ｅ−１０は金属マ
グネシウムの粒径が小さ過ぎるため〔Ｏ〕量の低減効果
が見られず、衝撃値のバラツキも大きい。Ｅ−１１は金
属マグネシウムの添加量が少な過ぎるため、〔Ｏ〕量が
多く、衝撃値のバラツキが大きい。Ｅ−１２は〔Ｏ〕量
の低減が計られ衝撃値も良好であるが、溶接作業性およ
び生産性に問題がある。

【００２６】Ｅ−１３およびＥ−１４は炭酸石灰の添加
量が不適当なため、溶接作業性が劣る。Ｅ−１５は金属
マグネシウムを全く添加しない例であるが、衝撃値も低
く、バラツキも極めて大きい。Ｅ−１６，Ｅ−１７は蛍
石の添加量が適正でないため、溶接作業性が劣る。

【００２７】

【表３】

【００２８】

【表４】

【００２９】

【表５】

【００３０】

【表６】

【００３１】

【発明の効果】以上のように本発明溶接棒によれば、従
来溶接棒の欠点であった溶接金属における靱性のバラツ
キが大幅に改善され、安定かつ健全なビードが得られる
ので産業上寄与するところ大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】溶着金属の化学成分、衝撃値を調査するための
溶接要領および試験片の採取位置を示した平面図である
。

【図２】溶着金属の引張強さを調査するための溶接要領
および試験片の採取位置を示した平面図である。

【符号の説明】

１　　　　鋼板２　　　　ビード３　　　　引張試験片採取位置４　　　　衝撃試験片採取位置５　　　　分析試験片採取位置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　平均粒径を７５〜１２０μｍに制限し
た金属マグネシウムを１〜５重量％（以下単に％で表わ
す）、金属炭酸塩を２５〜６０％、金属弗化物を１２〜
３０％含有し、残部がアーク安定剤、スラグ生成剤、合
金剤、有機物、不可避的不純物からなる被覆剤を水ガラ
スを用いて鋼心線に塗布してなることを特徴とする低水
素系被覆アーク溶接棒。