JPH0825059B2 - 低水素系被覆アーク溶接棒 - Google Patents

低水素系被覆アーク溶接棒

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JPH0825059B2
JPH0825059B2 JP3088864A JP8886491A JPH0825059B2 JP H0825059 B2 JPH0825059 B2 JP H0825059B2 JP 3088864 A JP3088864 A JP 3088864A JP 8886491 A JP8886491 A JP 8886491A JP H0825059 B2 JPH0825059 B2 JP H0825059B2
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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5
1.5%,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:0.0
07%,N:0.0014%からなる直径4mm、長さ
400mm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4
00℃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170
A,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150m
m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および表2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、シャルピー吸収エネルギーの最小
値が平均値の15%を超えず、安定かつ向上するためで
ある。平均粒径75μm 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、シャルピー吸収エネルギーの
最小値が平均値の15%を超え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、シャル
ピー吸収エネルギーの最小値が平均値の15%を超え
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
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松谷 直明 神奈川県相模原市淵野辺5−10−1 新日 本製鐵株式会社 第2技術研究所内 (56)参考文献 特開 昭61−202795(JP,A) 特公 昭64−6875(JP,B2)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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。
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