JPH05111791A

JPH05111791A - 低水素系被覆アーク溶接棒

Info

Publication number: JPH05111791A
Application number: JP27273291A
Authority: JP
Inventors: Masao Umeki; 正夫梅木; Isao Nagano; 功長野
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1991-10-21
Filing date: 1991-10-21
Publication date: 1993-05-07
Anticipated expiration: 2015-07-24
Also published as: JP3068280B2

Abstract

(57)【要約】【目的】スラグ剥離性を著しく改善すると共に、溶接
機の無負荷電圧が低い場合でも耐アーク切れ性が良好
で、かつ良好な溶接作業性を確保できる全姿勢用低水素
系被覆アーク溶接棒を提供すること。【構成】低水素系被覆材の主要成分の添加量を限定
し、かつ酸化鉄のＦｅＯ換算分を極力少なく規制したこ
とを特徴とする。【効果】現場作業の溶接作業能率を著しく向上させる
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、スラグ剥離性を著しく
改善すると共に、溶接機の無負荷電圧が低い場合でも耐
アーク切れ性が良好で、溶接作業能率の向上が図れ、か
つ良好な溶接作業性を確保できる全姿勢用低水素系被覆
アーク溶接棒（以下低水素系棒と称する）に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】低水素系棒は、一般にＣａＣＯ₃、Ｃａ
Ｆ₂を主成分とするが、特にＣａＣＯ₃はアーク中で分
解し、ＣＯ₂ガスを発生して溶接金属を大気からの窒素
や酸素を遮断すると共に水素の分圧を下げるために耐割
れ性や靭性が良好であるため、重要構造物用鋼材へ適用
されるのは周知の通りである。

【０００３】しかし、低水素系棒はイルミナイト系やラ
イムチタニヤ系などの非低水素系溶接棒に比べてスラグ
が緻密なことと、スラグの被包性が悪いために凸ビード
形状になり易く、これらに起因してスラグの剥離性が悪
い欠点があり、溶接作業能率の低下を招いていた。

【０００４】また、溶接機の無負荷電圧が低い場合に溶
接すると、溶接の途中でアークが切れることがある。こ
の現象が生じると、一般には被覆筒をたたき砕いて再ア
ークさせる訳だが、低水素系棒は高温乾燥して製造され
るために被覆剤がもろい欠点があり、被覆筒に衝撃を与
えると鋼心線が露出することになる。このまま再アーク
させようとすると溶接棒の先端が被溶接物に短絡した
り、この部分では溶接金属にブローホールやピットが生
じることがあり、溶接作業能率の低下や健全な溶接金属
を得られない問題点があった。

【０００５】ところで、低水素系棒以外の被覆アーク溶
接棒のスラグ剥離性の改善については、いくつか提案さ
れすでに実施されているものもある。例えば、特公昭６
１−３５９７号公報では被覆剤中のＭｇＯによってスラ
グの粘性を維持しつつ、結晶水から発生する水素ガスを
該スラグ中に拡散させて多孔質化し、くだけ易いスラグ
にすることでスラグ剥離性の向上を提案している。

【０００６】また、特公昭６０−４０９６０号公報です
でに提案れている如く、ステンレス鋼用被覆アーク溶接
棒のライムチタニヤ系において被覆剤中にＳ，Ｓｅなど
の周期律表第６族の表面活性元素の単体または化合物を
微量添加することにより、溶融金属と溶融スラグの界面
張力を低下させることにより、実用化されている。

【０００７】そこで本発明者らは、これらの手法を低水
素系棒に適用し実験したところ溶接金属中の水素、酸素
または硫黄の増加を招き、溶接金属や熱影響部の耐割れ
性と靭性が劣化し低水素系棒としての特徴が阻害される
ことが分かった。

【０００８】また、耐アーク切れ性向上の手段として、
低水素系棒で特開昭５２−１１７８４５号公報に示すよ
うに溶接棒製造時の塗装剤として用いられるアルギン酸
ソーダ中の塩素量を低減することで、アーク切れを減少
する技術がある。ところが、同号公報においてアルギン
酸ソーダの塩素量調整には、通常よりもアルギン酸ソー
ダの洗浄回数を増加させて製造しており、アルギン酸ソ
ーダ製造コストを高めることになり、実用性に乏しい状
況にある。

【０００９】一方、非低水素系溶接棒では、低水素系棒
に比べアーク状態が良好なのでアーク切れしにくい特徴
を有するが、アーク切れを無くすために次のような提案
が成されている。即ち、特開昭６１−１９５７９６号公
報では焼成マンガン中の総Ｍｎ酸化物含有率およびＭｎ
Ｏ₂の含有率を限定し、この焼成マンガンの被覆剤中含
有率を限定することにより、アーク切れを防止しようと
するものである。この手法を低水素系棒に適用すると、
スラグの粘性が低下し立向姿勢で溶接金属が垂れ易くな
り、さらに溶接金属中の酸素量増加により耐ブロホール
性や靭性の劣化が生じ易い問題があった。

【００１０】このように、低水素系棒において良好なス
ラグ剥離性を確保しつつ、耐アーク切れ性を向上できる
改善策が見あたらないのが実状であり、低水素系棒を使
用する業界からこれら課題に対する改善は急務であっ
た。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】以上の実状に鑑みて、
本発明は低水素系棒のスラグ剥離性を良好にすると共に
溶接機の無負荷電圧が低い場合でも耐アーク切れ性に優
れ、溶接作業能率の向上が図れる全姿勢低水素系棒を提
供しようとするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、前述した要望
に応えるために、種々被覆剤成分を検討し、良好なスラ
グ剥離性と耐アーク切れ性を確保したものであって、そ
の要旨とするところは、ＣａＣＯ₃；３０〜５５重量％
（以下％と称する）、ＣａＦ₂；５〜３５％、酸化鉄の
１種若しくは２種以上をＦｅＯ換算で０．４０％以下、
Ｓｉ；０．５〜８．０％、Ｍｎ；０．３〜７．５％、Ｔ
ｉＯ₂；０．４〜８．４％からなる被覆剤を用いて鋼心
線周囲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。

【００１３】スラグ剥離性の劣化の原因は、溶融スラグ
が凝固する過程での膨張率に対する収縮率の差が小さい
ことや形成されたスラグの密度が高くビード表面積に対
するスラグの接触面積が大きいことによるとされる。さ
らに大きな原因としてビードが凸形状を呈するとスラグ
がビード止端部へ付着し易くなることが知られている。

【００１４】そこで、本発明者らは鋭意研究の結果、被
覆剤に添加する酸化鉄の１種若しくは２種以上の組合せ
のいかんにかかわらず酸化鉄のＦｅＯ換算分を極力抑え
ることにより、スラグの熱膨張と収縮の差を大きくする
ことができ、スラグの凝固が速くなることによりスラグ
にガスが閉じ込められ易くなり多孔質なスラグを形成で
きスラグ剥離性改善に有効であることが分かった。さら
に、スラグの粘性が高まるので、スラグの被包性が良く
なりビード形状が平滑となるので、これもスラグ剥離性
の改善に寄与できることを見いだした。

【００１５】一方、酸化鉄は、アーク電圧を高める作用
があるので過剰に多く添加すると無負荷電圧よりも再点
弧電圧が高くなり溶接中にアーク切れが生じ易くなるこ
とを突き止めた。従って、低水素系棒においては、特に
溶接機の無負荷電圧が低い場合でも耐アーク切れ性を良
好にするには被覆剤中の酸化鉄を極力少なく添加するこ
とが肝要であることも分かった。なお、ここでいう酸化
鉄とはＦｅＯ，Ｆｅ₂Ｏ₃，Ｆｅ₃Ｏ₄を意味する。こ
のように酸化鉄のＦｅＯ換算分を抑制することは、スラ
グ剥離性と耐アーク切れ性に有効であるがその上限の値
を見いだすことも本発明を完成させる上で重要なポンイ
トであった。

【００１６】

【作用】以下に本発明における作用について詳述する。
まず、酸化鉄を１種若しくは２種以上の組合せで被覆剤
中に添加し、そのＦｅＯ換算分がスラグ剥離性とアーク
切れ回数にどのように影響するかを調査し、その適正含
有量を把握するために次のような実験を行った。即ち、
表１に示す全姿勢用低水素系棒の被覆剤に対して酸化鉄
のＦｅＯ換算分が０〜１．５２％となるように変化さ
せ、これを直径４．０mm、長さ４５０mmのＪＩＳＧ３
５２３，ＳＷＹ１１の軟鋼心線に被覆塗装し、乾燥して
溶接棒を作成し、交流溶接機の無負荷電圧７０Ｖにおけ
るスラグ剥離性とアーク切れ回数を調査した。

【００１７】

【表１】

【００１８】スラグ剥離性の調査では、板厚２０mm、開
先形状５０°Ｖ開先の軟鋼板を用いて立向および下向突
合せ溶接を実施し、立向突合せ溶接では、溶接電流１５
０Ａ、溶接速度６cm／min を使用し、下向突合せ溶接で
は溶接電流１８０Ａ、溶接速度１５cm／min とした。

【００１９】判定は、立向突合せ溶接と下向突合溶接の
総合判定であり、その基準は○印を良好（チッピングハ
ンマーによる軽打でスラグ除去）、△印はやや不良（チ
ッピングハンマーによりやや強打でスラグ除去）、×印
を不良（チッピングハンマーによる強打でスラグ除去）
とした。

【００２０】アーク切れ回数調査では、板厚１２．７m
m、幅１００mm、長さ５００mmの軟鋼板をＴ型に組み、
水平すみ肉の溶接姿勢で電流１８０Ａを使用し、溶融棒
長さ４００mmの間にアーク切れした回数を調査した。値
は、供試溶接棒５本の平均値であり、１．０回未満を良
好、１．０回以上３．５回未満をやや劣る、３．５回以
上を劣るとした。

【００２１】以上の試験から得られた結果を図１に示
す。酸化鉄種類の組合せによるＦｅＯ換算分は、０．７
０％以上では、スラグが緻密化することや、スラグ被包
性劣化によって凸ビードを呈することなどに起因してス
ラグ剥離性が悪くなった。また、ＦｅＯ分が０．４０％
を超えるとアーク力が強くなって、アーク電圧も高くな
ると共に再点弧電圧も上昇するので溶接の途中でアーク
が切れ易くなり、平均で１．０回を超えるようになっ
た。

【００２２】このように、スラグ剥離性では、ＦｅＯ換
算分が０．７０％未満であれば良好であり、耐アーク切
れ性については、０．４０％以下が良好であったが、本
発明の目的とするのはスラグ剥離性を満足しつつ耐アー
ク切れ性を良好にするものであるので酸化鉄によるＦｅ
Ｏ換算分は０．４０％以下にすべきであることが分かっ
た。

【００２３】以下本発明における各成分の作用と成分範
囲限定の理由を述べる。（ＣａＣＯ₃；３０〜５５％）ＣａＣＯ₃はアーク中で
分解し、ＣＯ₂ガスを発生するので溶接金属や溶融スラ
グを大気から遮断し、窒素や酸素の侵入を防ぐと共に水
素分圧を下げるので、溶接金属の水素割れの防止も可能
である。また、アーク力を確保し、スラグの流動性や粘
性を調整するために添加する。３０％未満ではスラグの
溶融点が低下し、スラグの流動性が過剰となって良好な
ビードができない。また、ガス発生量が不足するため大
気の影響を受け、ピットやブロホールが発生するので不
適当である。一方、５５％を超えるとガス発生量が過剰
となり、ブロホールが多く発生すると共にスラグの流動
性が悪くなりビード外観は不良となる。

【００２４】（ＣａＦ₂；５〜３５％）ＣａＦ₂はスラ
グの溶融点を下げ、流動性の良いスラグを作るために含
有させるものであり、５％未満では適当な流動性が得ら
れないためビード外観が悪く、３５％を超えるとスラグ
の被包性が悪くなるのでビード外観が劣化すると共にア
ークの安定性が悪くなる。

【００２５】（酸化鉄の１種若しくは２種以上をＦｅＯ
換算で０．４０％以下）酸化鉄の組合せによるＦｅＯ換
算分を極力少なくしたのは、本発明でもっとも重要な部
分であり、スラグを多孔質化しビードを平滑にすること
でスラグ剥離性を良くすると共に、再点弧電圧を低下さ
せるので無負荷電圧が低い場合でも溶接中にアーク切れ
しにくくする効果を発揮するものであり、酸化鉄の１種
若しくは２種以上をＦｅＯ換算で０．４０％以下とした
理由は次の通りである。即ち、スラグ剥離性は０．７０
％未満であればスラグの多孔質化と平滑ビードにより良
好であるものの、耐アーク切れ性においては０．４０％
以下の場合に適度なアーク電圧低下で極めて良好となる
ので、双方を満足させるには０．４０％以下にする必要
がある。但し、Ｆｅ₂Ｏ₃，Ｆｅ₃Ｏ₄のＦｅＯ換算分
は、ＦｅＯとの分子量比に基き算出した。

【００２６】（Ｓｉ；０．５〜８．０％）Ｓｉは主にＦ
ｅ−Ｓｉとして添加し、アーク状態、スラグ状態、ビー
ド外観などの溶接作業や衝撃靭性に与える影響は極めて
大きく、良好な総合的溶接性能を維持するのに不可欠で
ある。０．５％未満ではアーク力が弱く、立向姿勢にお
いて鋼板に対する溶接金属の馴染み性が劣化し、ビード
外観が悪くなる。８．０％を超えるとアーク力が過剰に
なってアンダーカットが生じたりビード外観が劣化し、
さらに溶接金属の靭性も悪くなった。

【００２７】（Ｍｎ；０．３〜７．５％）本発明におい
てＭｎとは金属ＭｎやＦｅ−Ｍｎなどで配合されたＭｎ
量の合計を指すものであり、溶接作業性や合金剤の機能
を併有している。０．３％未満では、スラグの流動性が
悪くなりビードの波形が乱れビード外観が劣化し、合金
剤として作用しない。７．５％を超えるスラグの粘性が
低下することで立向や上向溶接で溶接金属が垂れ落ち凸
ビードを形成する。

【００２８】（ＴｉＯ₂；０．４〜８．４％）ＴｉＯ₂
はスラグ生成剤および粘性調整として作用し、スラグの
被包性を高め、さらにはアーク安定剤としても効果があ
る。０．４％未満ではアークの安定性が劣化してスパッ
タの飛散が多くなり、スラグの被包性が悪くなるのでビ
ード外観も劣化する。一方８．４％を超えるとアーク力
が弱くなり高電流を用いて溶接すると溶接棒が赤熱して
被覆剤が機能低下すると共にスラグの粘性が高くなって
立向姿勢ではスラグの流動性が悪くなりビードが凸形状
を呈するようになる。なお、本発明の固着剤には、Ｓｉ
Ｏ₂，Ｋ₂Ｏ，Ｎａ₂Ｏを主成分とするものを使用し
た。

【００２９】

【実施例】次に本発明の効果を実施例により更に具体的
に述べる。表２にに示す組成および構成の被覆剤を直径
４．０mm、長さ４５０mmのＪＩＳＧ３５２３，ＳＷＹ
−１１の軟鋼心線に被覆塗装した後に乾燥して、２８種
類の供試溶接棒を作成し、無負荷電圧を７０Ｖにした交
流溶接機を使用して、以下の条件でスラグ剥離性、耐ア
ーク切れ性および、溶接作業を性を調査した。

【００３０】スラグ剥離性の調査では、板厚２０mm、開
先形状５０°Ｖ開先の軟鋼板を用いて立向および下向突
合せ溶接を実施し、立向突合せ溶接では、溶接電流１５
０Ａ、溶接速度６cm／min を使用し、下向突合せ溶接で
は溶接電流１８０Ａ、溶接速度１５cm／min とした。

【００３１】判定は、立向突合せ溶接と下向突合溶接の
総合判定であり、その基準は○印を良好（チッピングハ
ンマーによる軽打でスラグ除去）、△印はやや不良（チ
ッピングハンマーによりやや強打でスラグ除去）、×印
を不良（チッピングハンマーによる強打でスラグ除去）
とした。

【００３２】耐アーク切れ回数調査では、板厚１２．７
mm、幅１００mm、長さ５００mmの軟鋼板をＴ型に組み、
水平すみ肉の溶接姿勢で電流１８０Ａを使用し、溶融棒
長さ４００mmの間にアーク切れした回数を調査した。値
は、供試溶接棒５本の平均値であり、１．０回未満を良
好、１．０回以上３．５回未満をやや劣る、３．５回以
上を劣るとした。

【００３３】溶接作業性では、立向突合せ、Ｔ型水平す
み肉の溶接を行い、それぞれ前述の試験片と溶接条件を
使用して、アーク状態、スラグ状態、ビード外観などを
調査した。その判定は各溶接姿勢を総合判定し、○印を
良好、△印をやや劣る、×印を劣るとした。

【００３４】また、スラグ剥離性、耐アーク切れ性およ
び、溶接作業性を総合判定し、○印を良好、△印をやや
劣る、×印を劣るとした。これら溶接条件における各々
の判定と総合判定を行ったところ表２に示すような結果
が得られた。

【００３５】

【表２】

【００３６】

【表３】

【００３７】Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１４は本発明例、Ｎｏ．
１５〜Ｎｏ．２８は比較例を示す。本発明低水素系棒の
Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１４は個々の成分が本発明の要件を満
足しており、酸化鉄のＦｅＯ換算分が０．４０％以下の
含有率であるのでスラグ剥離性が良好で、無負荷電圧の
低い場合もアーク切れ回数が少なく、同時に優れた溶接
作業性を有している。

【００３８】比較例Ｎｏ．１５は、酸化鉄のＦｅＯ換算
分が少ないので、スラグが多孔質化しビードも平滑とな
るのでスラグ剥離性が良好で、かつアーク電圧も適度に
低下するので耐アーク切れ性が良好であるが、ＣａＣＯ
₃が多くＣａＦ₂が少ないために、スラグの流動性が悪
くなり溶接作業性がやや悪くなった。

【００３９】Ｎｏ．１６は、ＦｅＯがやや多いのでアー
ク切れし易くなった。また、Ｓｉが少ないのでアーク力
が弱く、鋼板に対する溶接金属の馴染み性が悪くなり溶
接作業性がやや悪くなった。Ｎｏ．１７は、ＴｉＯ₂が
少な過ぎるのでアークの安定性が劣化しスパッタの飛散
が多くなり、スラグ被包性の劣化に伴いビード外観も悪
くなり溶接作業性は極めて悪化した。

【００４０】Ｎｏ．１８、Ｎｏ．２０およびＮｏ．２６
は、ＦｅＯ換算分が多いためにアーク切れし易くなり、
Ｎｏ．２０とＮｏ．２６はＦｅＯ分が過剰に添加される
のでスラグの剥離性が悪くなった。Ｎｏ．１９は、酸化
鉄のＦｅＯ換算分がやや多いので耐アーク切れ性が悪
く、ＣａＣＯ₃が少なく、Ｍｎが多いのでスラグの粘性
が低下し、立向姿勢においては、溶接金属が垂れ易くな
り凸ビード形状を呈するようになった。

【００４１】Ｎｏ．２１は、ＴｉＯ₂が多いのでアーク
力が弱くなり、スラグの流動性も悪くなりビード外観が
劣化し溶接作業性の劣化を招いた。Ｎｏ．２２は、Ｃａ
ＣＯ₃が過剰に添加され、かつＭｎが少ないのでアーク
力が強く、スラグの流動性も悪くビード外観が悪くなっ
た。Ｎｏ．２３は、ＣａＣＯ₃が少なくＣａＦ₂とＭｎ
が多いのでスラグの溶融点が低下するのでスラグの被包
性が劣化した。また、ＴｉＯ₂が多過ぎるのでアークが
極めて弱くなった。

【００４２】Ｎｏ．２４とＮｏ．２５は、Ｓｉが多いの
でアーク力が強くなり、ビード外観が劣化した。Ｎｏ．
２５においては酸化鉄のＦｅＯ換算分が過剰に添加され
るので、スラグが緻密となりビード止端部にスラグが残
り易くなった。Ｎｏ．２７は、ＣａＦ₂が多いのでスラ
グの被包性劣化に伴いビード外観が悪くなり、ＴｉＯ₂
が少ないのでアークの安定性が劣りスパッタも多くなっ
た。また、Ｓｉが少ないので溶接金属の馴染みが悪くな
りビード外観も悪くなり溶接作業性はかなり劣化した。
Ｎｏ．２８は、Ｍｎが多過ぎるのでスラグの粘性が低下
し、特に立向や水平すね肉姿勢でビードが凸形状となり
溶接作業性が劣化した。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の低水素系
棒は全姿勢の溶接において、スラグの剥離性が良好であ
ると共に、無負荷電圧が低い場合でもアーク切れが極め
て少なく、かつ良好な溶接作業性を確保したものであ
る。このような効果をもたらす本発明低水素系棒は、造
船、橋梁、建築などに使用され、現場作業の溶接作業能
率を著しく向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】酸化鉄のＦｅＯ換算分の添加量を変化させた場
合のアーク切れ回数およびスラグ剥離性の図表である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＣａＣＯ₃；３０〜５５重量％ＣａＦ₂ ；５〜３５重量％酸化鉄の１種若しくは２種以上をＦｅＯ換算で０．４０
重量％以下Ｓｉ；０．５〜８．０重量％Ｍｎ；０．３〜７．５重量％ＴｉＯ₂ ；０．４〜８．４重量％からなる被覆剤を用いて鋼心線周囲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。