JPH04367393A

JPH04367393A - 低水素系被覆アーク溶接棒

Info

Publication number: JPH04367393A
Application number: JP20250191A
Authority: JP
Inventors: Takashi Wada; 俊和田; Tomoyuki Abe; 阿部知之; Shozo Naruse; 成瀬省三
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1990-07-24
Filing date: 1991-07-17
Publication date: 1992-12-18

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、特にパイプの円周突合せ継手の下進溶接に
適用して優れた効果を発揮するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、パイプラインの現場における
円周突合せ溶接は、国内では低水素系被覆アーク溶接棒
やイルミナイト系被覆アーク溶接棒を用いた上進溶接が
行われており、一方、外国ではハイセルロース系被覆ア
ーク溶接棒を用いた下進溶接が行なわれている。しかし
、高張力鋼管の溶接、特に寒冷地における現場溶接では
水素による割れが大きな問題となることから、低水素系
被覆アーク溶接棒の使用が望ましいものの、従来、低水
素系被覆アーク溶接棒では下進で溶接することが非常に
困難であった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この問題を解決するた
め、本件出願人は先に特公昭５６−２１５１９号を提案
した。しかし、上記提案の低水素系被覆アーク溶接棒は
、それ以前のものに比較すると格段に優れた性能を有す
るものであるが、最近、より高能率化、苛酷な性能が求
められるようになり、必ずしも満足し得るものではなく
、改善が求められていた。

【０００４】すなわち、パイプの円周突合せ継手の下進
溶接において、図１に示すように４．５時〜６時（７．
５時〜６時）の位置を溶接する際、ビードと母材とのな
じみが不十分となることがあり、手直し作業（グライン
ダ作業等）が必要であった。

【０００５】本発明は、かゝる要請に応えるべくなされ
たものであって、特にパイプの円周突合せ継手の下進溶
接において４．５時〜６時（７．５時〜６時）の位置で
の溶接のみならず、全姿勢での溶接においても下進溶接
が可能であり、しかも高能率化も可能な低水素系被覆ア
ーク溶接棒を提供することを目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
、本発明者等は、高能率化と共に、特定の溶接位置（４
．５時〜６時、７．５時〜６時）において、ビードと母
材とのなじみが悪くなるのを防ぎ得る方策について種々
検討を重ねた結果、ここに本発明をなしたものである。

【０００７】すなわち、本発明（第１発明）は、ＣａＣ
Ｏ３：３５〜５５％、ＳｒＣＯ３：１〜４％、ＣａＦ２
：１．５〜４％、ＴｉＯ２：１〜５％、ＳｉＯ２：５〜
１２％、Ｓｉ：３〜９％、Ｍｎ：１〜６％及びＦｅ：１
５〜４０％を含有し、かつ、ＣａＣＯ３／ＣａＦ２：９
〜２５、Ｆｅ／ＣａＦ２：５〜２２の関係を満たす被覆
剤を鋼心線外周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を要旨とするものである。

【０００８】また、他の本発明（第２発明）は、ＣａＣ
Ｏ３：３５〜５５％、ＳｒＣＯ３：１〜４％、ＣａＦ２
：１．５〜４％、ＴｉＯ２：１〜５％、ＳｉＯ２：５〜
１２％、Ｓｉ：３〜９％、Ｍｎ：１〜６％及びＦｅ：１
５〜４０％を含有し、更にＴｉ：０．５〜３％及びＢ：
０．０５〜０．２％を含有し、かつ、ＣａＣＯ３／Ｃａ
Ｆ２：９〜２５、Ｆｅ／ＣａＦ２：５〜２２の関係を満
たす被覆剤を鋼心線外周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を要旨とするものである。

【０００９】また、更に他の本発明（第３発明）は、第
２発明において被覆剤が更にＮｉ：０．５〜４．５％を
含有していることを特徴とするものである。

【００１０】以下に本発明を更に詳述する。

【００１１】

【作用】

【００１２】各本発明は前述の構成を有する低水素系被
覆アーク溶接棒であるが、第１発明によれば、特にパイ
プの円周突合せ継手においても下進溶接が可能であり、
しかも高能率化も可能な低水素系被覆アーク溶接棒を提
供することができる。

【００１３】一方、第２発明及び第３発明は、溶接オペ
レータの高齢化や、溶接作業性をより容易にし、負荷を
軽減したいとの要請が強まり、更に溶接作業性に優れた
低水素系被覆アーク溶接棒が望まれるようになり、特に
溶接作業性のなかでアークの集中性は安定した溶け込み
を得るのに必要であり、またビードと母材のなじみも従
来に増して良好なことが望まれるようになってきたこと
に鑑みて、特定の溶接位置（４．５時〜６時、７．５時
〜６時）において、ビードと母材とのなじみが悪くなる
のを防ぎ得る方策を勘案しつつ、更に全姿勢でのアーク
の集中性及び母材とのなじみを改善する点について種々
検討を重ねた結果、完成したものである。

【００１４】さて、本発明における被覆剤成分の特徴の
一つは、高能率化のために、Ｆｅを必須成分として添加
したことであり、その量も前記提案の低水素系被覆アー
ク溶接棒の場合よりも相当多く添加している。しかし、
Ｆｅの添加は高能率化を意図したものであるが、この多
量添加による高能率化がビードと母材のなじみに悪影響
を与える一因になっていることが判明した。

【００１５】そこで、この問題を解決するために、本発
明では、次のような基本的な手段をとることにより、全
姿勢でのビードと母材のなじみを飛躍的に改善したもの
である。

【００１６】（イ）ＣａＦ２の添加量を少なくすること
。（ロ）ＣａＣＯ３／ＣａＦ２の比を大きくすること。（ハ）Ｆｅ／ＣａＦ２の比を特定すること。（ニ）必要に応じてＴｉとＢを添加したこと。（ホ）衝撃性能を更に向上させたいときにＮｉを添加し
たこと。

【００１７】次に本発明における被覆剤の成分限定理由
を説明する。

【００１８】（ＣａＣＯ３：３５〜５５％）ＣａＣＯ３
はガス発生剤として添加するが、３５％未満ではガス発
生量が少なくシールド不足になると共にスラグの粘性が
小さくなってビード表面にピットが発生し、また２時〜
４時の位置でのビードのなじみが悪くなる。一方、５５
％を超えるとスラグの粘性が著しく増大してビードのな
じみが悪くなり、またガス発生量が多くなってスパッタ
の発生が多くなる。したがって、ＣａＣＯ３量は３５〜
５５％の範囲とする。

【００１９】（ＳｒＣＯ３：１〜４％）ＳｒＣＯ３はク
レータの拡がりを大きくし、またビードのなじみを良好
にする作用がある。しかし、１％未満ではその効果がな
く、また４％を超えるとアークが不安定となってスパッ
タが増加し、またスラグの剥離性が悪くなる。したがっ
て、ＳｒＣＯ３量は１〜４％の範囲とする。

【００２０】（ＣａＦ２：１．５〜４％）ＣａＦ２はス
ラグの粘性と流動性を調整する作用がある。しかし、１
．５％未満ではその効果がなく、これより多くすると２
時〜４時の位置で良好なビードが形成されるが、４％を
超えるとスラグの粘性が比較的小さくなりスラグの流動
性が増して、４．５時〜６時及び７．５時〜６時の位置
においてビードと母材のなじみが悪くなる。したがって
、ＣａＦ２量は１．５〜４％の範囲とする。

【００２１】（ＴｉＯ２：１〜５％、ＳｉＯ２：５〜１
２％）ＴｉＯ２、ＳｉＯ２はそれぞれスラグ形成剤とし
て添加するが、ＴｉＯ２が１％未満ではビードのなじみ
が悪くなり、また５％を超えるとスラグの流動性が増し
て２時〜４時の位置でスラグが垂れ落ち易くなる。Ｓｉ
Ｏ２が５％未満ではアークが弱くクレーターの拡がりも
小さく２時〜４時の位置でのビードのなじみが悪くなり
易く、また１２％を超えると特に２時〜４時の位置でス
ラグが邪魔し巻き込み易く良好なビードが得られなくな
る。したがって、ＴｉＯ２量は１〜５％の範囲とし、Ｓ
ｉＯ２量は５〜１２％の範囲とする。なお、ＴｉＯ２は
ルチール、イルメナイトとして、ＳｉＯ２は硅酸塩や硅
砂として添加すればよい。

【００２２】（Ｓｉ：３〜９％、Ｍｎ：１〜６％）Ｓｉ
、Ｍｎは脱酸剤として添加されるが、それぞれ下限値未
満ではその効果がなく、また上限値を超えると脱酸過剰
となってビード表面にピットが発生するようになる。な
お、Ｓｉは単体或いはＦｅ−Ｓｉ、Ｓｉ−Ｍｎ、Ｃａ−
Ｓｉ等の形で添加できる。Ｍｎは金属Ｍｎ或いはＦｅ−
Ｍｎ、Ｓｉ−Ｍｎ等の形で添加できる。

【００２３】（ＣａＣＯ３／ＣａＦ２：９〜２５）Ｃａ
ＣＯ３／ＣａＦ２の比は、スラグの粘性及び流動性に大
きな影響を及ぼし、全姿勢の下進溶接では重要な因子で
ある。この比が９未満ではスラグの粘性が比較的小さく
なり、４．５時〜６時（７．５〜６時）の位置での作業
性が悪く、この比を大きくしていくと、２時〜４時の位
置での作業性が良くなるが、２５を超えるとスラグの粘
性が増して４．５時〜６時（７．５〜６時）の位置での
作業性が劣り、ビードと母材のなじみが悪くなる。した
がつて、ＣａＣＯ３／ＣａＦ２の比は９〜２５の範囲と
する。

【００２４】（Ｆｅ：１５〜４０％）Ｆｅは溶着効率を
向上させるために添加するが、１５％未満ではその効果
が少なく、４０％を超えると相対的にスラグ形成剤の量
が少なくなり、スラグの被包性が悪くなる。したがって
、Ｆｅ量は１５〜４０％の範囲とする。

【００２５】（Ｆｅ／ＣａＦ２：５〜２２）上述の如く
溶着効率を向上させるためにＦｅを比較的多量に添加す
ると、高能率溶接が可能となるが、一方では４．５時〜
６時の位置及び７．５時〜６時の位置においてビードと
母材のなじみを悪くする一因となる。これを防止するた
めにはＦｅ／ＣａＦ２の比を５以上とすればよいことが
判明した。この比が５未満では特に溶融金属がたれ易く
なり、前記位置でのビードと母材のなじみが改善されな
い。また、この比が２２を超えるとクレーターの拡がり
が悪くなる。したがって、Ｆｅ／ＣａＦ２の比は５〜２
２の範囲とする。

【００２６】（Ｔｉ：０．５〜３％）Ｔｉの溶接作業性
に与える作用としては、アークの集中性を改善し、かつ
アークをソフトにすることができるが、０．５％未満で
はアークの集中性が劣るので融合不良の発生原因となる
ので運棒操作に熟練を要する。また３％を超えるとアー
クが弱くなりすぎて溶け込み不良が発生する。したがっ
て、Ｔｉ量は０．５〜３％の範囲とする。

【００２７】（Ｂ：０．０５〜０．２％）Ｂは母材との
なじみを改善するために有効であるが、０．０５％以下
では母材とのなじみが劣るのでなじみ不足の発生原因と
なり、運棒操作に熟練を要する。また０．２％を超える
とアークが弱くなりすぎ、溶け込み不良が発生する。し
たがって、Ｂ量は０．０５〜０．２％の範囲とする。

【００２８】（Ｎｉ：０．５〜４．５％）Ｎｉはフェラ
イト組織の強靱化を図るのに有効であるが、０．５％未
満ではその効果が得られず、一方、４．５％を超えると
アークが弱くなり溶滴移行性が悪くなって溶け込み不良
が発生する。したがって、Ｎｉ量は０．５〜４．５％の
範囲とする。

【００２９】なお、溶着金属の機械的性質を調整するた
めにＣｒ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｎｂ等の合金成分を１種類以上
を同時に添加してもよい。

【００３０】また、本発明では通常粘結剤として水ガラ
スを使用するが、水ガラスにはＮａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ等の成
分が若干量含まれているので、スラグ形成剤、アーク安
定剤としても作用する。本発明における被覆剤と鋼心線
の断面積比は適宜決定されるものである。

【００３１】次に本発明の実施例を示す。

【００３２】

【実施例１】鋼心線に

【表１】に示す成分組成の被覆剤を塗布して、試験溶接棒を試作
した。これらの試験溶接棒を使用し、水平固定管（１０
．３ｍｍｔ×１０１６ｍｍφ）の突合せ継手（６０°Ｖ
開先）を下進で溶接し、各溶接位置における作業性を調
査した。その結果を

【表２】に併記する。

【００３３】表２より明らかなように、本発明例はいず
れも、どの位置の下進溶接においても優れた溶接性を示
している。

【００３４】一方、比較例Ｎｏ．１１はＣａＣＯ３が少
ないので３時（９時）の位置でのビードのなじみが悪く
、またＣａＣＯ３／ＣａＦ２比が小さいので６時の位置
でのビードのなじみがやや悪い。

【００３５】比較例Ｎｏ．１２はＣａＣＯ３／ＣａＦ２
比が大きすぎるので６時の位置でのビードのなじみが悪
い。

【００３６】比較例Ｎｏ．１３は、ＣａＦ２が少ないの
で、ＣａＣＯ３／ＣａＦ２の比及びＦｅ／ＣａＦ２の比
が大きくなりすぎ、スラグの安定性及びビードのなじみ
が悪い。しかもＳｒＣＯ３が多いのでスラグの剥離性も
悪くなっている。

【００３７】比較例Ｎｏ．１４はＳｒＣＯ３及びＴｉＯ
２が低いのでビードのなじみが悪い。しかもＦｅが高い
のでスラグの被包性が悪い。また、Ｓｉが低いのでブロ
ーホールが発生した。

【００３８】比較例Ｎｏ．１５はＳｉＯ２が低いのでア
ークがやや弱く、またＦｅ／ＣａＦ２の比が低いので６
時の位置でビードが垂れ易くなり、なじみが悪い。

【００３９】比較例Ｎｏ．１６はＴｉＯ２が多いので３
時（９時）の位置でのスラグ安定性が悪くビードのなじ
みがやや悪い。

【００４０】比較例Ｎｏ．１７はＣａＣＯ３が少ないの
で３時（９時）の位置や６時の位置でのビードのなじみ
がやや悪い。

【００４１】比較例Ｎｏ．１８はＳｉＯ２が多いのでス
ラグが邪魔し易く、しかもＦｅ／ＣａＦ２比が小さいの
で３時（９時）〜６時の位置でのビードのなじみが悪い
。

【００４２】比較例Ｎｏ．１９はスラグ安定性やビード
のなじみは良いものの、脱酸剤が多すぎるため、ビード
表面にピットが発生した。

【００４３】比較例Ｎｏ．２０はＳｉＯ２が低いのでア
ークはやや弱く、３時（９時）の位置でのビードのなじ
みがやや悪い。また、Ｓｉが高いので脱酸過剰となり、
ビード表面にピットが発生した。

【００４４】比較例Ｎｏ．２１はＭｎが少ないため脱酸
不足し、ブローホールが発生した。

【００４５】

【実施例２】鋼心線に

【表３】、

【表４】に示す成分組成の被覆剤を塗布して、試験溶接棒を試作
した。これらの試験溶接棒を使用し、水平固定管（１２
ｍｍｔ×１０００ｍｍφ）の突合せ継手（６０°Ｖ開先
）を下進で溶接し、各溶接位置における作業性並びに靭
性を調査した。衝撃試験には図２に示す位置から採取し
た衝撃試験片（１０ｍｍｔ×１０ｍｍｗ×５０ｍｍｌ、
２Ｖノッチ）を用いた。それらの結果を

【表５】、

【表６】に併記する。

【００４６】表５、表６より明らかなように、本発明例
はいずれも、どの位置の下進溶接においても特に優れた
溶接作業性を示している。

【００４７】一方、比較例Ｎｏ．１３は、Ｔｉが少ない
ため、アークの集中性が劣るので溶接作業者に高度な溶
接技術が要求される。

【００４８】比較例Ｎｏ．１４は、Ｂが少ないため、母
材とのなじみが劣るので溶接作業者に高度な溶接技術が
要求される。

【００４９】比較例Ｎｏ．１５は、ＣａＣＯ３及びＳｉ
Ｏ２が少なく、Ｔｉ及びＢが多く、しかもＣａＣＯ３／
ＣａＦ２の比が小さいため、アークが弱くなりすぎ、ク
レータの拡がりがなく、スラグが邪魔し易くなり、母材
とのなじみ不足及び溶け込み不良が発生した。

【００５０】比較例Ｎｏ．１６は、ＣａＦ２とＳｉＯ２
が多く、しかもＣａＣＯ３／ＣａＦ２の比が小さいため
、スラグが邪魔して母材とのなじみが悪い。

【００５１】比較例Ｎｏ．１７は、ＣａＣＯ３が多く、
３時（９時）の位置でスラグがやや邪魔し易くビードの
なじみが悪い。

【００５２】比較例Ｎｏ．１８は、ＣａＦ２が少ないの
で、ＣａＣＯ３／ＣａＦ２の比及びＦｅ／ＣａＦ２の比
が大きくなりすぎスラグの安定性及びビードのなじみが
悪い。しかもＳｒＣＯ２が多いのでスラグの剥離性も悪
くなっている。

【００５３】比較例Ｎｏ．１９は、Ｍｎが多いため、脱
酸過剰となり、ビード表面にピットが発生した。

【００５４】比較例Ｎｏ．２０は、ＳｒＣＯ３及びＴｉ
Ｏ２が低いのでビードのなじみが悪い。しかもＦｅが高
いのでスラグの被包性が悪い。またＳｉが低いのでブロ
ーホールが発生した。

【００５５】比較例Ｎｏ．２１は、Ｆｅ／ＣａＦ２の比
が低すぎるので、６時の位置でビードが垂れ易くなり、
なじみが悪くなる。またＳｉが高いので脱酸過剰となり
、ビード表面にピットが発生した。

【００５６】比較例Ｎｏ．２２は、ＴｉＯ２が多いので
スラグが邪魔し易くなり、ビードと母材のなじみが悪い
。またＭｎが少ないのでブローホールが発生した。

【００５７】比較例Ｎｏ．２３は、Ｎｉが多いのでアー
クが弱くなり溶滴移行性が悪いため、溶け込み不良が発
生した。

【００５８】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
特にパイプの円周突合せ継手の下進溶接において全姿勢
で溶接可能となり、特に４．５時〜６時（７．５時〜６
時）の位置でビードと母材のなじみが優れているので、
手直し作業が不要であり、高能率化も可能である。更に
は、これらの優れた効果のほか、アークの集中性及び母
材とのなじみを更に向上させることもできるので、高度
な溶接技術を必要とせず溶接作業が非常にやり易い効果
も得られる。一方、低温靭性の更なる要求に対しても、
フェライト組織の強靱化を図ることにより低温靭性を改
良することもできるという効果も得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】パイプの円周突合せ継手の下進溶接における溶
接位置を時計式に表わした説明図である。

【図２】衝撃試験片の採取位置を示す図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　重量％で（以下、同じ）、ＣａＣＯ３
：３５〜５５％、ＳｒＣＯ３：１〜４％、ＣａＦ２：１
．５〜４％、ＴｉＯ２：１〜５％、ＳｉＯ２：５〜１２
％、Ｓｉ：３〜９％、Ｍｎ：１〜６％及びＦｅ：１５〜
４０％を含有し、かつ、ＣａＣＯ３／ＣａＦ２：９〜２
５、Ｆｅ／ＣａＦ２：５〜２２の関係を満たす被覆剤を
鋼心線外周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。
【請求項２】　　ＣａＣＯ３：３５〜５５％、ＳｒＣＯ
３：１〜４％、ＣａＦ２：１．５〜４％、ＴｉＯ２：１
〜５％、ＳｉＯ２：５〜１２％、Ｓｉ：３〜９％、Ｍｎ
：１〜６％及びＦｅ：１５〜４０％を含有し、更にＴｉ
：０．５〜３％及びＢ：０．０５〜０．２％を含有し、
かつ、ＣａＣＯ３／ＣａＦ２：９〜２５、Ｆｅ／ＣａＦ
２：５〜２２の関係を満たす被覆剤を鋼心線外周に塗布
してなることを特徴とする低水素系被覆アーク溶接棒。
【請求項３】　　被覆剤が更にＮｉ：０．５〜４．５％
を含有していることを特徴とする請求項２に記載の低水
素系被覆アーク溶接棒。