JPH08243786A - 片面サブマージアーク溶接用裏当材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、片面溶接、特に造船、橋梁等にお
ける現場溶接で使用される片面サブマージアーク溶接用
の裏当材を提供する。 【構成】 固化形成フラックス組成がＡｌ₂ Ｏ₃ ：４５
〜６５％、ＳｉＯ₂ ：２０〜５０％、ＺｒＯ₂ ：３〜８
％の範囲内であるとともに、ＭｇＯ：１〜７％を含有
し、かつＡｌ₂ Ｏ₃ 、ＳｉＯ₂ 、ＺｒＯ₂ の合計が９０
％以上であることを特徴とする片面サブマージアーク溶
接用裏当材。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、片面溶接、特に造船、
橋梁等における現場溶接で使用される片面サブマージア
ーク溶接用の裏当材に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ＦＣｕＢあるいはＦＢなどの
大型片面サブマージアーク溶接装置では、溶接が困難な
造船における曲がり外板、および橋梁等における現場溶
接に、裏当材と簡易治具との併用による片面サブマージ
アーク溶接が適用されてきた。片面溶接用裏当材として
は、ＳｉＯ₂ −Ａｌ₂ Ｏ₃ −ＭｇＯを主成分としてフラ
ックスを固化形成したもの（以下、固形フラックスとい
う）がある。例えば、特開昭５９−１３７１９３号公報
には、固形フラックスの融点が１３５０〜１５００℃の
温度領域内にあり、比較的小入熱の溶接に対しては有効
な裏当材が提案されているが、片面サブマージアーク溶
接などの大入熱溶接法では、固形フラックスが深く削り
込まれたり、固形フラックスの融点が低いために裏ビー
ドの保持力に欠け、ビードが過大となるという問題があ
る。また、特開平１−２６６９８８号公報には、ＳｉＯ
₂ −Ａｌ₂ Ｏ₃ −ＭｇＯ系組成で、耐火性を向上させた
裏当材が提案されているが、生成スラグの流動性が過大
となり、裏ビード趾端部のなじみが劣化するという問題
がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来技
術の問題点を解決するためになされたもので、大入熱の
片面サブマージアーク溶接において、裏ビードの保持力
が十分で、生成スラグの流動性が良好であることによ
り、裏ビード趾端部のなじみの良い、良好な裏ビードが
得られる裏当材を提供することを目的とするものであ
る。

【０００４】

【課題を達成するための手段】すなわち、本発明の要旨
とするところは、固化形成フラックス組成がＡｌ
₂ Ｏ ₃ ：４５〜６５％、ＳｉＯ₂ ：２０〜５０％、Ｚｒ
Ｏ₂ ：３〜８％の範囲内であるとともに、ＭｇＯ：１〜
７％を含有し、かつＡｌ₂ Ｏ₃ 、ＳｉＯ₂ 、ＺｒＯ₂の
合計が９０％以上であることを特徴とする片面サブマー
ジアーク溶接用裏当材にあり、その形状は、被溶接鋼板
との接触面に溝を設け、固形フラックス同士の継ぎ部に
は連結用の凹凸を有し、かつ連結した固形フラックスの
溝を設けた側にガラス繊維シートを装着するとともに、
該固化形成フラックスの見掛気孔率を２５〜５５％とす
ることを特徴とする。

【０００５】

【作用】以下、本発明について詳細に説明する。本発明
は、固形フラックスの耐火性を向上させるためには、ア
ルミナリッチの成分系で、ＺｒＯ₂ を添加することによ
り、裏ビード趾端部のなじみが良くなるということの他
に、以下のことを究明した。

【０００６】（１）本発明における固形フラックスを構
成する主成分は、Ａｌ₂ Ｏ₃ 、ＳｉＯ₂ 、ＺｒＯ₂ であ
り、これらの成分バランスを特定範囲内に設定すること
によりスラグの融点を上昇させ、かつ裏ビード形成層と
して適度な耐火性およびスラグの粘性を与えるものであ
り、特にＡｌ₂ Ｏ₃ を多量に含有し、ＺｒＯ₂ を添加す
ることが本発明における最大の特徴である。

【０００７】（２）耐火性を上げるためにＭｇＯを多量
に含有した場合は、裏ビードのなじみが悪くなる。従っ
て、ＭｇＯは、なじみを劣化させない程度の添加は許さ
れるが、極力制限する必要がある。 （３）本発明における固形フラックス形状を限定し、連
結して使用することにより任意の長さが得られ、ガラス
繊維シートを装着することにより均一幅の裏ビードを形
成できる。

【０００８】（４）本発明における固形フラックスの気
孔率を規定することにより、適度な耐火性を与え、かつ
固形フラックス保存時の吸湿による水分量の増大を防止
する。 〔固形フラックス成分の限定理由〕 Ａｌ₂ Ｏ₃ ：４５〜６５％ Ａｌ₂ Ｏ₃ は固形フラックスの融点を高めるのに効果が
あり、大入熱のサブマージアーク溶接においては、裏ビ
ード形状を整えるのに重要な成分である。このような効
果を発揮させるためには、Ａｌ₂ Ｏ₃ は４５％以上含有
させる必要があり、それ未満の場合には裏ビードの保持
力に欠け、裏ビードが過大となる。一方、６５％を超え
て含有した場合には耐火性が高くなり過ぎ、溶接反応中
のガス抜けが劣化し、ピット等の溶接欠陥が生じやすく
なる。

【０００９】ＳｉＯ₂ ：２０〜５０％ ＳｉＯ₂ は生成スラグの粘性を高め、裏ビード形成にお
いては重要な成分である。ＳｉＯ₂ 量が２０％未満で
は、スラグの流動性を欠き、また５０％超ではスラグの
流動性が過大となり過ぎ、ビード幅の均一性を損ねるば
かりでなく、アンダーカット等の溶接欠陥が生じやすく
なる。

【００１０】ＺｒＯ₂ ：３〜８％ ＺｒＯ₂ はＳｉＯ₂ と同様に生成スラグの粘性を高め、
裏ビ−ド趾端部のなじみを改善する。これらの効果を発
揮させるためには、ＺｒＯ₂ は３％以上が必要である。
一方、８％を超えると粘性が過大となり、ガス抜けが劣
化する。 ＭｇＯ：１〜７％ ＭｇＯは耐火性調整成分としての機能を有するほか、ス
ラグ剥離性を向上させる効果がある。このような効果を
発揮させるためには、ＭｇＯは１％以上が必要である。
一方、多量に添加した場合には耐火性が上がり過ぎて生
成スラグの粘性が過大となり、ガス抜けが劣化するの
で、７％以下に制限する。

【００１１】また、その他の不純物としては、鉱物中に
含有される微量の酸化物やＮａ₂ Ｏ、Ｋ₂ Ｏなどのアル
カリ酸化物、付着水、吸湿水、結晶水等の水分があり、
水分は溶接反応中にガス化してピット等の溶接欠陥とな
る。しかし、耐火物を形成する上記粉末粒子間に介在し
て焼結性を高めるのに必要であり、水分量を０．１％以
下にするのが望ましい。また、これら不純物が含まれて
いても、Ａｌ₂ Ｏ₃ 、ＳｉＯ₂ 、ＺｒＯ₂ の合計が９０
％以上で上記範囲内であれば、裏ビードの保持作用を高
めることができ、良好な裏ビードを形成することができ
る。

【００１２】〔固形フラックス形状を規定し、ガラス繊
維シートを装着する理由〕裏ビードは溶接中のアーク力
により押し出された溶着金属を固形フラックスにより保
持することにより形成されるが、この裏ビード形成の因
子としては、固形フラックス成分および形状によるとこ
ろが大きい。成分規定については、前述のように規定さ
れる。しかし、形状については固形フラックスに溝を設
けることにより、押し出された溶着金属が溝形状に沿っ
て冷却され、ビード幅均一の裏ビードが形成されるほ
か、スラグ剥離性が向上する。また、大入熱のサブマー
ジアーク溶接の場合、裏ビードが過大になりやすいた
め、被溶接鋼板と接触する固形フラックス面にガラス繊
維シートを装着することにより、鋼板との密着性が向上
し、ビード保持力も増加して、良好な裏ビードを形成す
ることができる。

【００１３】一方、これら裏当材を適用するにあたって
は、図１、図２に示すように、固形フラックスを溶接長
に応じて任意の長さに連結し、粘着アルミニウム箔等の
接着テープ上に配列して使用する。固形フラックス継ぎ
部６（図１（ｂ））に凹凸を設けることにより連結が容
易となり、溶接作業能率が向上するほか、造船における
曲がり外板への追従性も向上し、被溶接鋼板との密着性
も良くなる。また、溶接反応中に発生するガスが連結部
側面より拡散し、ピット等の溶接欠陥が発生し難くな
る。

【００１４】ところで、図１のアルミニウム箔４は固形
フラックス下面または側面を被うものであるが、ボンド
フラックスあるいは大入熱溶接においては、ヒューム発
生量が多いため、固形フラックス連結部側面を回避して
アルミニウム箔を装着する必要があり、例えばアルミニ
ウム箔等にガス穴などを設けて装着する。一方、比較的
小入熱の溶接、あるいはメルトフラックス等のヒューム
発生量の少ない場合には、固形フラックス連結部側面を
被って装着（図２）しても影響を受けない。

【００１５】〔気孔率の限定理由〕固形フラックスの製
造方法としては、上記主成分を目標成分に混合した後、
焼成炉を用いて焼結させる。焼成時における生成ガスの
抜け跡として気孔が形成される。気孔率は固形フラック
スの耐火性や吸湿性等に影響を与えることが確認されて
おり、保存時の吸湿による水分量の増大を防止するため
には、見掛気孔率を２５〜５５％に限定する。また、適
度な空隙を有することにより固形フラックスに柔軟性を
与え、被溶接鋼板との密着性も向上する。なお、ここで
いう見掛気孔率とは下記の式で計算した値をいう。

【００１６】

【数１】 Ｗ１：固形フラックスの乾燥重量（ｇ） Ｗ２：飽水させた固形フラックスの水中重量（ｇ） Ｗ３：飽水させた固形フラックスの大気中重量（ｇ） 上記乾燥重量の乾燥条件は固形状態のまま炉中で１０５
℃×２時間以上とする。固形フラックスの見掛気孔率が
５５％超になると、裏ビードが出やすくなり、ビードが
過大となる。一方、２５％未満の場合には、固形フラッ
クスによるスラグ層が形成し難く、オーバラップ等の溶
接欠陥が発生して、裏ビード形状が悪化する。

【００１７】なお、本発明の裏当材は片面サブマージア
ーク溶接に用いられるものであり、溶接材料として裏フ
ラックスおよび電極ワイヤを必要とするものであるが、
これらの溶接材料に関しては、目的に応じた適正な溶接
金属を得ることのできるものであれば、それらの組成に
ついては特に限定されるものではない。また、高溶着量
を目的として、開先内にカットワイヤのようなものを散
布して溶接を行っても問題はない。

【００１８】すなわち、裏フラックスとしては、メルト
型、ボンド型のいずれでもよく、ＳｉＯ₂ 、Ａｌ
₂ Ｏ₃ 、ＴｉＯ₂ 、ＭｎＯ、ＭｇＯ等の金属酸化物、Ｃ
ａＦ₂ 、ＭｇＦ₂ 等の金属弗化物、ＣａＣＯ₃ 等の金属
炭酸塩、Ｓｉ、Ｍｎ等の脱酸剤、Ｎｉ、Ｍｏ等の合金剤
あるいは鉄粉を適宜配合して作製されたフラックスを用
いればよい。電極ワイヤはフラックス組成との関連によ
り適宜選択されるものであるが、Ｍｎ：０．３〜３．２
％、Ｍｏ：０．１５〜０．７５％の１種または２種を含
有するワイヤが強度および靱性を確保する上で好まし
い。また、カットワイヤについても、電極ワイヤと同成
分系であれば構わない。

【００１９】以上本発明について詳述したが、本発明の
効果をさらに明確にするため、以下に実施例について述
べる。

【００２０】

【実施例】

〔実施例〕本発明の実施例における溶接結果を表４、表
５（表４のつづき）のＮｏ．１〜５に示す。本発明例で
あるＮｏ．１〜３は、表１に示す板厚１４ｍｍの鋼板に
対し、表２に示すワイヤ、表３に示す表フラックスを用
いて、溶接条件を電流：８８０Ａ、電圧：３８Ｖ、溶接
速度：２５ｃｐｍで設定し、開先内にカットワイヤを約
１２ｍｍ散布して、入熱：６２ｋＪ／ｃｍの片面サブマ
ージアーク溶接を実施した。何れの実施例においても固
形フラックス組成および気孔率が本発明の限定範囲内に
あり、図１に示すように、固化形成フラックスを粘着ア
ルミニウム箔上に連結し、被溶接鋼板との接触面にガラ
ス繊維シートを装着することにより、ビード幅が均一で
溶接欠陥のない良好なビードを得ることができた。ま
た、Ｎｏ．４、５は、表１に示す板厚９ｍｍの鋼板で、
電流：５６０Ａ、電圧：３４Ｖ、溶接速度：３０ｃｐ
ｍ、入熱：３８ｋＪ／ｃｍと片面サブマージアーク溶接
においては比較的小入熱の溶接を実施した例である。こ
れらは、固形フラックスの組成および気孔率が本発明の
限定範囲内にあり、粘着アルミニウム箔上に連結して配
列した実施例であり、ガラス繊維シートを装着しなくと
も良好な裏ビードを形成できた。

【００２１】〔比較例〕実施例に示す溶接条件にて、片
面サブマージアーク溶接を実施した結果を表４、表５の
Ｎｏ．６〜１３に示す。なお、Ｎｏ．６〜１３は表１に
示す板厚１４ｍｍの鋼板を使用した。Ｎｏ．６の条件で
は、Ａｌ₂ Ｏ₃ の上限を超えたため、耐火性が高くなり
過ぎて裏ビードが出難くなり、裏ビードの余盛不足とな
った。Ｎｏ．７の条件は固形フラックスは連結部がない
一体物を使用したため、溶接反応中のガス抜けが悪く、
裏ビードにピットが発生した。Ｎｏ．８の条件は、Ｍｇ
Ｏが上限を超え、生成スラグの粘性が高くなり過ぎて、
裏ビード趾端部のなじみが劣化した。Ｎｏ．９の条件は
Ａｌ₂ Ｏ₃ が限定範囲未満であり、気孔率も上限を超え
たため、裏ビードの保持力に欠け、ビードが過大となっ
た。Ｎｏ．１０の条件は、固形フラックスに溝がないた
め裏ビードが出難くなり、余盛不足気味であった。Ｎ
ｏ．１１の条件は、ＺｒＯ₂ 、ＭｇＯが限定範囲未満の
ため、裏ビード趾端部のなじみが劣化した。Ｎｏ．１２
の条件は、ＳｉＯ₂ が限定範囲未満のため、スラグの流
動性に欠け、裏ビード趾端部のなじみが悪くなった。Ｎ
ｏ．１３の条件は、Ａｌ₂ Ｏ ₃ 、ＳｉＯ₂ 、ＭｇＯの合
計が９０％未満であり、裏ビード保持作用が発揮され
ず、裏ビードが過大となった。

【００２２】

【表１】

【００２３】

【表２】

【００２４】

【表３】

【００２５】

【表４】

【００２６】

【表５】

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明を用いれ
ば、適用例にも示したとおり、片面サブマージアーク溶
接における裏ビード形成が確実なものとなり、良好な溶
接部を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明裏当材の構成を説明するための図であ
る。

【図２】本発明裏当材の適用例を説明するための図であ
る。 １ 固化形成フラックス ２ ガラス繊維シート ３ 溝 ４ 粘着アルミニウム箔 ５ 粘着テープ ６ 固形フラックス接続用凹凸 Ａ部 固形フラックス継ぎ部 ７ カットワイヤ ８ マグネットクランプ ９ 供試鋼板 １０ 表フラックス １１ 電極ワイヤ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固化形成フラックス組成がＡｌ₂ Ｏ₃ ：
   ４５〜６５％、ＳｉＯ₂ ：２０〜５０％、ＺｒＯ₂ ：３
   〜８％の範囲内であるとともに、ＭｇＯ：１〜７％を含
   有し、かつＡｌ₂ Ｏ₃ 、ＳｉＯ₂ 、ＺｒＯ₂ の合計が９
   ０％以上であることを特徴とする片面サブマージアーク
   溶接用裏当材。
2. 【請求項２】 固化形成フラックスの被溶接鋼板との接
   触面に溝を設け、該フラックス同士の継ぎ部には凹凸形
   状を有し、かつ連結した該フラックスの溝を設けた側に
   ガラス繊維シートを装着することを特徴とする請求項１
   記載の片面サブマージアーク溶接用裏当材。
3. 【請求項３】 片面サブマージアーク溶接用裏当材にお
   いて、固化形成フラックスの見掛気孔率が２５〜５５％
   であることを特徴とする請求項２記載の片面サブマージ
   アーク溶接用裏当材。