JPH0796394A

JPH0796394A - 低水素系被覆アーク溶接棒

Info

Publication number: JPH0796394A
Application number: JP26562893A
Authority: JP
Inventors: Tomoyuki Abe; 阿部知之; Noboru Kasai; 登笠井; Shozo Naruse; 成瀬省三
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1993-09-29
Filing date: 1993-09-29
Publication date: 1995-04-11
Anticipated expiration: 2013-02-10
Also published as: JP2711060B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】ウィービング施工による１層１パス溶接でも
スラグの垂れ等を防止し得る結果、少ないパス数による
溶接施工が可能な低水素系被覆アーク溶接棒を提供す
る。【構成】粒径０.３μm以下である超微粒Ｔi酸化物を
４０％以上含むＴi酸化物：１〜６％を含有した被覆剤
を、鋼心線外周に被覆率２０〜３５％の範囲で塗布して
なり、且つ溶接棒全体の下記式による炭素量を０.０８
〜０.２５％に規制した低水素系被覆アーク溶接棒であ
る。炭素量＝(心線中の炭素量)＋{(被覆剤中の炭素量)×(被
覆率／心線率）｝ここで、被覆率＝(被覆剤の重量／溶接棒全体の重量)×
１００％、心線率＝(心線の重量／溶接棒全体の重量)×
１００％。【効果】特にパイプの円周突合せ継手の下進溶接に適
する。

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、従来は、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開平４−３６７３９３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、高能率化を図るために、パス数
をできる限り少なくした１層１パス溶接が望まれてい
る。つまり、１層２パス溶接の場合は、第１ビードを溶
接した後、第２ビードを溶接する前に開先内の第１ビー
ド止端部をグラインダー等で研削して、開先を広げて溶
込み不足などを防止していた。しかし、その作業に時間
がかかるため、１層１パスで溶接すれば、上記の工程が
不要なことから、１層１パスが可能な低水素系被覆アー
ク溶接棒が望まれていた。

【０００５】しかしながら、従来の低水素系被覆アーク
溶接棒では、１層１パス溶接をするためにウィービング
施工を行うと、スラグが垂れやすく、溶接金属の垂れが
発生しやすい欠点があった。

【０００６】また、従来の低水素系被覆アーク溶接棒で
は、裏波溶接を高能率に施工しようとして高電流、高溶
接速度の条件で行うと、スラグが垂れやすく、溶接金属
が凹形の裏波ビードになる欠点があった。

【０００７】本発明は、上記従来技術の欠点を解消し
て、ウィービング施工による１層１パス溶接でもスラグ
の垂れ等を防止し得る結果、少ないパス数による溶接施
工が可能となる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。

【０００８】

【課題を解決するための手段】以上の状況において、本
発明者らは、まず、スラグの垂れを防止する方法を検討
した。従来の溶接棒はアークの広がりが少なく、また溶
滴移行も安定性に欠け、その結果、ウィービングを行っ
た時、クレータの広がりが不充分でスラグが垂れやすい
ことが判明した。したがって、クレータの広がりを充分
確保し、かつアークをスプレー化し、溶滴移行を安定に
させる手段について種々検討した。その結果、超微粒の
Ｔi酸化物を添加することにより、保護筒が安定し、つ
まり保護筒が均一に溶融して、アークの方向性が安定
し、クレータの広がりを制御しやすいことが判明した。

【０００９】従来の溶接棒ではストレートに近い施工で
且つコンタクト溶接であるため、保護筒の安定性はそれ
ほど問題にはならなかったが、ウィービング施工におい
ては、若干溶接棒を母材から離して施工するため、より
保護筒の均一な溶融性が必要となり、これが、従来の溶
接棒ではウィービング施工に適さなかった理由と考えら
れた。

【００１０】しかしながら、超微粒のＴi酸化物は、上
記の効果が得られるものの、一方では、スパッタ量は充
分少なくならず、後工程でのスパッタ除去や溶接中の安
全面でより一層の改善が必要であることが判明した。

【００１１】そこで、本発明者らは種々の成分を検討し
た結果、従来の低水素系被覆剤では耐割れ性の点で低い
のが望ましいとされていた炭素量を逆に増加させること
で、アークを安定化させ、かつスパッタの発生量も減少
できることを見い出し、ここに本発明を完成したもので
ある。

【００１２】すなわち、本発明は、被覆剤全重量％で、
金属炭酸塩：３０〜５０％、金属フッ化物：１.５〜４
％、ＳiＯ₂：５〜１２％、Ｔi酸化物：１〜６％(但し、
粒径０.３μm以下である超微粒Ｔi酸化物を４０％以上
含有すること。)、Ｓi：３〜９％、Ｍn：１〜６％、Ｆ
e：２５〜５０％、を含有した被覆剤を、鋼心線外周に
被覆率２０〜３５％の範囲で塗布してなり、且つ溶接棒
全体の下記(１)式による炭素量を０.０８〜０.２５％に
規制してなることを特徴とする低水素系被覆アーク溶接
棒を要旨としている。記炭素量＝(心線中の炭素量)＋{(被覆剤中の炭素量)×(被覆率／心線率)}…(１) ここで、被覆率＝(被覆剤の重量／溶接棒全体の重量)×１００％心線率＝(心線の重量／溶接棒全体の重量)×１００％

【００１３】また、他の本発明は、被覆剤が更に、Ｎ
i：０.５〜４.５％、Ｍo：０.１〜４.５％、Ｔi：０.１
〜３％のうちの１種又は２種以上、及び／又は、Ｂ：
０.０５〜０.２％を含有していることを特徴としてい
る。

【００１４】

【作用】まず、本発明における各成分並びに被覆率の限
定理由は以下のとおりである。

【００１５】金属炭酸塩：３０〜５０％金属炭酸塩はガス発生剤として添加するが、３０％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す
る。一方、５０％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、金属炭
酸塩量は３０〜５０％の範囲とする。なお、金属炭酸塩
は例えばＣaＣＯ₃、ＢaＣＯ₃、ＭgＣＯ₃などが使われ
る。

【００１６】金属フッ化物：１.５〜４％金属フッ化物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２〜４時の位置で良好なビードが形成さ
せるが、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、４.５〜６時及び７.５〜
６時の位置(図１参照)においてビードと母材のなじみが
悪くなる。したがって、金属フッ化物量は１.５〜４％
の範囲とする。なお、金属フッ化物としては例えばＣa
Ｆ₂等々が使われる。

【００１７】ＳiＯ₂：５〜１２％ＳiＯ₂はアークを強くして溶込みを確保する作用があ
る。しかし、５％未満ではアークが弱く、クレータの広
がりが小さい。またビードのなじみも劣化する。一方、
１２％を超えると２〜４時の位置において、スラグが邪
魔し巻き込み易くなり、良好なビードが得られなくな
る。したがって、ＳiＯ₂量は５〜１２％の範囲とする。

【００１８】Ｔi酸化物：１〜６％(但し、粒径０.３μm
以下の超微粒Ｔi酸化物を４０％以上含むこと) Ｔi酸化物は保護筒の溶融を均一化することにより、ア
ークの方向性が一定になり、ウィービング施工において
も溶接金属の垂れを防止する効果がある。そのために
は、粒径０.３μm以下の超微粒Ｔi酸化物を４０％以上
含んだＴi酸化物を１〜６％含有させることが必要であ
る。１％未満ではその効果が得られず、更にビードのな
じみも劣化する。また６％を超えるとスラグの流動性が
増し、２〜４時の位置でスラグ邪魔が生じやすい。

【００１９】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、Ｍnは金属Ｍn或いはＦe−Ｍn、Ｓi
−Ｍn等の形で添加できる。

【００２０】Ｆe：２５〜５０％Ｆeは溶着効率を向上させるために添加するが、２５％
未満ではその効果が少なく、また５０％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２５〜５０％の範囲と
する。なお、Ｆeは鉄粉として、又はＦe−Ｍn、Ｆe−Ｓ
i等のＦe分として添加できる。

【００２１】被覆率：２０〜３５％被覆率が２０％未満ではスラグ形成剤が少なくなり、シ
ールド不足によるピットが発生する。また３５％を超え
るとスラグ形成剤が多くなりすぎ、スラグの邪魔が発生
し、良好なビードが得られない。したがって、被覆率は
２０〜３５％の範囲とする。

【００２２】炭素量(式(１)の値)：０.０８〜０.２５％下記の(１)式で定義される炭素量が０.０８％未満では
溶滴が大粒になり、スパッタが増し、また、０.２５％
を超えるとアークが強くなりすぎて、クレータを掘り下
げ溶接金属が垂れやすくなったり、またスパッタ量もや
や増すことが判明した。したがって、本発明では下記の
(１)式で定義される炭素量を０.０８〜０.２５％の範囲
に規制する。より好ましくは０.１２〜０.２０％であ
る。

【００２３】炭素量＝(心線中の炭素量)＋{(被覆剤中の炭素量)×(被覆率／心線率)}…(１) ここで、被覆率＝(被覆剤の重量／溶接棒全体の重量)×１００％心線率＝(心線の重量／溶接棒全体の重量)×１００％

【００２４】なお、上記成分のほか、必要に応じて、以
下の成分の１種又は２種以上を適量にて被覆剤中に添加
することができる。

【００２５】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。

【００２６】Ｍo：０.１〜４.５％Ｍoは強度の調整のために有効であるが、０.１％未満で
はその効果が得られず、一方、４.５％を超えると衝撃
値が劣化する。したがって、Ｍo量は０.１〜４.５％と
する。

【００２７】Ｔi：０.１〜３％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点
である。しかし、０.１％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り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込み
不良が発生する。したがって、Ｔi量は０.１〜３％の範
囲とする。なお、Ｔiは例えばＦe−Ｔi等の形態で添加
する。

【００２８】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％未満では母材とのなじみが劣るので、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。なお、ＢはＢ合金若
しくはＢ酸化物の形態で添加することができる。

【００２９】なお、溶着金属の機械的性質を調整するた
めにＣr、Ｃu、Ｎb等の合金成分の１種類以上を被覆剤
又は心線中に添加してもよい。鋼心線の他の成分組成は
特に限定されない。

【００３０】また、本発明では通常粘性剤として水ガラ
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。なお、直流電源を使用する場合に
は水ガラスとしてＫ₂Ｏを含まないものの方が保護筒が
より安定して好ましい。

【００３１】次に本発明の実施例を示す。

【実施例】

【００３２】鋼心線に、表１及び表３に示す成分組成の
被覆剤を被覆率２０〜３５％の範囲で塗布して、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１層１パス溶接にて溶接条件：電流８０〜２
２０Ａ、電圧１８〜２８Ｖ、溶接速度１０〜２５cm／mi
nで下進で溶接し、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】表中、Ｎo.１〜Ｎo.１０はいずれも本発明
例であり、良好な結果を示した。溶接金属の垂れ、スラ
グの垂れもなく、スパッタ発性量も少ない。

【００３４】これに対し、比較例のＮo.１１は、金属炭
酸塩が多すぎ、スパッタ発生量が増し、かつスラグの安
定性に欠けた。またＴi酸化物中の超微粒Ｔi酸化物量が
４０％未満であり、溶接金属の安定性(垂れ)に欠けた。

【００３５】比較例Ｎo.１２は、Ｔi酸化物が多すぎス
ラグの邪魔が生じている。また(１)式の炭素量も低いた
めスパッタが多発した。また金属フッ化物が多く、スラ
グの流動性が増し、母材とのなじみが劣化した。

【００３６】比較例Ｎo.１３は、ＳiＯ₂量が多く、スラ
グの邪魔が生じている。また(１)式の炭素量が高すぎて
溶接金属の安定性が劣化した。

【００３７】

【表１】

【００３８】

【表２】

【００３９】

【表３】

【００４０】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の低水素系
被覆アーク溶接棒によれば、ウィービング施工による１
層１パス溶接でも、スラグの垂れ等を防止することがで
き、少ないパス数による施工が達成できる。また裏波施
工も可能である。

【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。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被覆剤全重量％で(以下、同じ)、金属炭酸塩：３０〜５０％、金属フッ化物：１.５〜４％、ＳiＯ₂：５〜１２％、Ｔi酸化物：１〜６％(但し、粒径０.３μm以下である超
微粒Ｔi酸化物を４０％以上含有すること。)、Ｓi：３〜９％、Ｍn：１〜６％、Ｆe：２５〜５０％、を含有した被覆剤を、鋼心線外周
に被覆率２０〜３５％の範囲で塗布してなり、且つ溶接
棒全体の下記(１)式による炭素量を０.０８〜０.２５％
に規制してなることを特徴とする低水素系被覆アーク溶
接棒。記炭素量＝(心線中の炭素量)＋{(被覆剤中の炭素量)×(被覆率／心線率)}…(１) ここで、被覆率＝(被覆剤の重量／溶接棒全体の重量)×１００％心線率＝(心線の重量／溶接棒全体の重量)×１００％
【請求項２】被覆剤が更に、Ｎi：０.５〜４.５％、
Ｍo：０.１〜４.５％、Ｔi：０.１〜３％のうちの１種
又は２種以上を含有していることを特徴とする請求項１
に記載の低水素系被覆アーク溶接棒。
【請求項３】被覆剤が更に、Ｂ：０.０５〜０.２％を
含有していることを特徴とする請求項１又は２に記載の
低水素系被覆アーク溶接棒。