JPS5823593A - 潜弧溶接用焼結型フラツクス - Google Patents

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】 本発明性７フツクス消費率（フラックス消費量／ｖフイ
ヤ溶融量）の少ない潜弧溶接用焼結型フラックスに関す
るものであり、更にフラックス消費率が少ないことでス
ラグ剥離性及びアーク安定性をも向上させた澄弧溶接用
焼結型フラックスに関するものである。

潜弧連接方法は手溶接法やガスシールド溶接方法等と比
較して高電流の使用が可能であるから、高能率連接方法
として賞月されている。この方法は、予め散布されたフ
ラックス内（メルトパートン内）でアーク溶接するもの
で、溶接熱によって溶解したフラックスは溶接全翼のＶ
−ルドや冶金反応等に係わり、溶接部の健全性に対して
大きな役割９を果すと共に、とニームやアーク光を発生
しないから作−環境からみても極めて優れた方法と考え
られている。これらの効果はフラックスの成分によって
左右されることが多く、フラックス成分組成については
、これ迄種々の研究がされ溶接の適用例が増大している
。しかるに適用例の増大に伴なって新しい問題が認識さ
れるに至り、一つの転換期に来ている。その第１はスラ
グの生成量（フラックスの消費量）でありその第２はス
ラグの剥離性であるが、本発明者等の研究によると、ス
ラグの生成量とスラグの剥離性の間に重大な関係がある
ことも分かつてきた。

従来汎用されているフラックスのフラックス消費率は概
略１．２であり、多いもので１．６を越えるとともある
。即ちマイヤ使用量に対して少なくとも同等以上のフラ
ックスが消費され、スラグ化していることになり、潜弧
溶接の経済性にとって重要なファクターを占めている。

他方潜弧溶接による高能率化を一層顕著なものとする目
的で厚板の大入熱壷電極溶接が進められているが、厚鋼
板を多層溶接する場合の難点としては、開先底部特に１
層ｌバス溶接部におけるスラグの低剥離性を挙げること
ができる。スラグの剥離性を良好にする手段としては、
■開先角度を広げる方法、■溶接条件に制限を加え低電
流、低速度で溶接を行なう方法、■第１図に示す如く開
先底部にＣＯ８溶接部１、その上に潜弧溶接部−を積層
する方法醇が知られている。しかし開先角度を広けると
溶接材料の使用量が多くなり、溶接経済性という点で別
の問題を発生するし又せっかくの大入熱化や多電極化に
もかかわらず溶接熱影響部の脆化をともなう等スラグ剥
離性の数倍による作業能率の向上を相殺してしまうとい
う欠点がある。又他の溶接方法と併用することも考えら
れるが作業を繁雑にするので、むしろ開先角度を狭くし
て一層Ｏ高能率化を図９つつスラグの剥離性を別の手段
で改良する方向が強まっている。しかし１層１パス溶接
部は一般に溶接条件許容範囲が狭く、低電流及び低速度
の条件を設定するのが菅通であるが、開先角度を狭くす
ることによって更にｆ＃接条件許容範囲が狭ばまるので
、この様な１層１バス溶接部におけるスラグ剥離性の数
倍だけでなく、アークの安定性を更に向上させることが
必要になった。そこでスラグ剥離性の劣化やアーク不安
定の原因等を追求したところ、溶接時に生成するスラグ
の量によるところが大きいことが分かｐ、前述の目的「
フラックス消費率の低減」を達成すればスラグ生成量が
減少してスラグの剥離性が良好になり、且つアークの安
定性も向上するとの知見を得て本発明の完成に至った。

即ち本発明はフラックス組成及びその製造形式を特定す
ることによってフラックス消費率を低減し、同時にスラ
グ剥離性及びアーク安定性を合わせて向上することを目
的とするもので、この目的を達成し得るｒ至った７フツ
クスとは、Ｓｉｎ。

：１６〜８丁饅（重量哄の意味、以下同じ）、Ｔ息０．
：２６〜４４９ＩＩ％ｊｌ、Ｏ５：５〜２８−１ｚｒｏ
、≦ｇｔｓ％ｃａｉｒ、≦１（１、ＭｇＯ≦１！ＩＩｔ
含有し、且つＺｒＯ，／ＴＩＯ，≦０．５０を満足する
焼結型の７フツクスであり必要によｒｅ粉或いは合金用
の金属粉等を配合することができる。尚本フヲツクスは
１０１１．以下の３ａσを含んでいてもよい、尚上記成
分組成を満足する限り、フラックス消費率を低減できる
が粒度構成により７フツクス消費率や溶接作業性が異な
ることを知ったので、本明細書ではこれらについても説
明を加える。

まず本発明フラックスにおける成分組成の限定理由を示
す。

８１０、は本質的にスラグ形成剤であるが含有量が多く
なるにつれてフラックス消費率が減少する傾向にある。

しかしながら含有量の増加にともないビード巾が狭くな
９、ビード中央部にポックマーク中へりンボーンが発生
してビード外観を劣化させると共にスラグの剥離性１劣
化させるので８７哄が上限である。逆に１５哄未満では
フラックスの消費率が低減されないと共に、溶接中に吹
上げ現象が生じたｐビードの蛇行を招き溶接作業性が劣
化する。従って５ｔｏ２ｃ適正範囲は１６〜８丁−と定
めた。

丁１０８の含有量を高めると、Ｓｉｎ、とは逆にビード
外観や形状は良好になるがフラックス消費率は増加する
。又含有量を高め過ぎるとしわ状ビードが形成されてア
ンダーカットを発生すること％あるので好ましくない、
このためＴｌＯ２の上限は４４ｓとした。逆にＴｌＯ２
が２５％未満ではスラグが焼付き易く剥離性を損なうば
かりでなくビード形状が凸形となるのでＴｌＯ２の範囲
は！！６〜４４嘔と定めた。

Ａ＃２０．社、フラックス消費率に対して余り大きい影
響は及ぼさないが、溶接作業性を調整するのに有効な成
分である。しかし２８哄を越えると凸型ビードとなる。

又Ｓ−未満ではアークの安定性が劣化するためＡｌ２Ｏ
３のｍ囲は５〜２８−と定めた。

フラックス中ＫＺτ０．を含有せしめておけばフラック
ス消費率が減少する。しかし２１−を越えると溶融状態
のスラグが凝固するときに２層に分れて表層部の畷固が
速くなり、溶接時に発生するガスが十分に抜けきらない
状態で固化するため。

溶接金属とスラグ下層部の間に発生ガスを残留した状態
となり、ビードに大きな凹凸を生じた９、ガスの跡が残
る。又ｚｊＯ□は作業性に対してＴｉｅ！！と同じ様な
傾向を示す成分であるが、含有量が多くなるにつれてビ
ード形状は巾が狭い凸型となり、特にＺｒＯ，／ＴＩＯ
，の比率が高い場合にこの傾向が強くなってビード外観
や溶接作業性を損なう、しかし上記比率がＯ，ＳＳ以下
であれば良好な溶接性を得ることができる。

ｃａｐ２は本発明において溶接金属の衝撃性能を確保す
るために配合されるものである。しかし、含有量が多く
なり過ぎるとフラックスの消費率が増加し、又溶接時に
発生するガスが臭気をともなうので、上限を１０哄とす
る。

ＭｇＯはスラグの焼付きを防止する上で不可欠であり、
又溶融スラグに適度のｔｊ性ｔ％危せるために含有され
るが、過量になると７フツクヌ消費率が増加し、ビード
表面にボッ？マークが生じるため１２１１以下が良い。

以上で本侮明の必須成分を説明したが、これらの他廖接
命属中に歩留まって溶接金属の物性を数倍するものとし
て鉄粉及び金属粉が挙げられる。

叉鉄粉は溶接金属の高溶着化をもたらす作用も発揮する
自復りて開先内に鉄系充填材を配置する場合と同様フラ
ックス消費率を低減させる働きを示すが、余り過剰に入
れてフラックス消費率を低下し遥「ると溶接性が損なわ
れるので４０−を上限と走める。鉄粉以外の合金粉は、
母材や溶接用ワイヤの成分によっても異なるが一般的に
は８ｓを上限とし、鉄粉及び金属粉は、いずれか一方配
合するだけでもよいが必要に応じて両方泥倉することも
ある。尚鉄粉系フラックスを用いたり、開先内に鉄系充
填材を配置して溶接する場合は、非鉄粉茶フラックスを
用いる場合や充填材を１ｉａｌｌＬない場合に比べてフ
ラックス消費率は少なくなる傾向を示す− 尚上記以外の成分については潜弧溶接の実施に際して悪
影響を与えないＩ１９、各種の成分を配合することがで
き、その種類及び配合量は夫々の目的に応じて自由に定
めれば良いが１代表的な成分としてＢａＯをと９上げて
説明する。ＢｍＯは本発明フラックスを用いたすみ肉潜
弧溶接等におけるｌツクマークの生成を抑える効果があ
り、１０−以下の含有量であればフラックス消費率を増
大させる仁ともな−、しかし１０＄ｔ−越えると７ヲツ
クス消費率の増加だけでな（ビードのなじみを劣化させ
るので１０哄以下で抑えることが望ましい。

上述のフラックス組成によってフラックス消費率が減少
する為には該フラックスが焼結法によって製造される焼
結型フラックスでなければならなｉ、即ちフラックスの
消費率を少なくすると、スラグの熱容量が少なくなるの
で、スラグの凝固速度は当然ながら早くなるが、溶接時
に発生したガスがメＡ／）パートンの外へ速やかに抜け
ない場合はガスを内包したｔ′ｔで凝固が完了し、ビー
ド形状に凹凸を生じた９、ポックマークを生じる等の不
都合が生じる。又一般にフラックスの嵩比重が高くなる
と上記現象の他、ビードが中高になり易いと−う問題が
ある。これらの現象を防止するには、フラックス粒子間
の空隙を広くシ、ガスの抜けを良くすることが必要であ
るが、溶融型フラックスで粒子を粗くした場合は嵩比重
が高くなってビード外観及び形状が劣化する。他方溶融
型７フツクスを発泡タイプとし嵩比重を低くすることも
不可能ではないが溶接金属中の拡散性水素が増加する傾
向にあり、いずれにしても問題が残るーこれに対し焼結
型フラックスではフラックス粒子を比較的粗く形成して
もビード外観が良好であり、且つ発生ガスが抜は易いの
で、フラックス消費率の低減に伴なうスラグの素速い凝
固にもかかわらず不都合社無ｉ、又前述の様にスラグ凝
固速度の早いフラックスは概して高融点のものであるが
。

溶融型フラックスは製造上の理由によって比較的低融点
であるから上記フラックス組成を採用してもフラックス
消費率の低減効果を得ることができず、又前述の如くビ
ード外観も悪くなる。これに対し焼結型のものは高融点
を満足しビード外観を損なうむとなくフラックス消費率
低減効果を遺憾無く発揮することができる。この様な条
件を満足する焼結型フラックスを使用して潜弧溶接を施
すことにより、入熱の大小や溶接速度の大小停の如何を
問わず、常にスラグ剥離性は良好で溶接作業能率の向上
を図ることができると共に、フラックス消費率が少なく
、経済的な潜弧溶接を行なうことができる。又溶接の結
果ビード外観及び形状並びに機械的性質の優れた溶接継
手を得ることができる。尚上記構成に近似のものとして
裏当てフラックスが知られているが、裏当てフラックス
は単にビードを支持するものである為元々溶融量が少す
く、表側への散布フラックスの様に溶融量が多い場合に
こそ、本発明における課題が重要になってくる。又表側
への散布フラックスは溶融金属に対する冶金反応或いは
アーク現象に対して重要な影響を発揮するから裏当てフ
ラックスの課題は表側への散布フラックスでは、解決課
題自体が異なる０例えば上記の公知フラックスにはフェ
ノール樹脂が含まれているので７フツクス同士の粘結性
が高まり浴融金属の支持機能を向上させるものであるが
、この様な点拡本発明の潜弧溶接におけるフラックスの
機能とは全く異なるところである。

崗本発明に係る上述の７ツツクスは潜弧溶接′に用−て
はじめてその効果を発揮するものであり、その他の溶接
法、例えば帯状電極を用いる肉感溶接法（工Ｖクトロス
ラグ溶接）に適用する場合は、Ｖニール熱を得る為に大
量のスラグを形成する必要がＴｏす、フラックス消費率
が却って増大するのみならず、スラグの剥離性も極めて
悪くなる。

ところで上記のフラックスは、その粒度構成によっても
フラックス消費率に相違を生じることが分かったので説
明を加える。即ち本発明フラックスにおいてフラックス
粒子の粗いものを多くするとフラックス消費率が少なく
、逆に細か一粒子を多く含有させるとフラックス消費率
が増加する傾向があった。又粗い粒子を多く含有すると
、ビードの巾が狭くな９易く凹凸中ポックマークの発生
も多くなる。これに対し細かい粒子を多く含有させると
、溶接作業性を良好にするという効果もある。従ってフ
ラックス消費率とビード外観、形状および作業性の面か
ら本発明フラックスの最適粒度構成を求めたところ、２
０メツＶ二以上の粗い粒子を多く含有させた方がフラッ
クス消費率の面で有利であるが６Ｍ−を越えて含有する
とビード外観、形状が劣化し、又４８メツＶユ以下の粒
子が８６−を越えると７ツツクス消費率が多くなり好ま
しくない、よって２０メツＶユ以上の粗大粒子ｔ−６Ｉ
Ｓ１＆以下、４８メツＶユ以下の微細粒子を８６１＆以
下とするのが好適であるとの結論に到達した。

上記構成の焼結型フラックスはフラックス消費率が少な
く且つ剥離性の良好なスラグを与えるという点で所期の
目的を十分に達成するものであるが、該フラックスを用
−ることＯ効果を潜弧溶接の実施面から説明すると下記
Ｏ通ｐである。

開先内における１層１パス溶接の状況は第２図及び七の
ｌｌ−１線断面図（第８図）に示される通りである。Ｓ
中８は散布フラックス、４は凝固スラグ、６は溶接金属
、６は溶融スラグ、７線光行スフグを示し、溶融スラグ
の状態では開先の両側。

壁によって横方向への流れが防止される為溶融デーＡ／
の方向へ流れ、場合によってはアークより先行して、ア
ークの安定性を乱すこともある。そのためアークが開先
の側Ｉ！を溶かし、この部分にスラグが流れ込む状０（
いわゆる開先をなめる現象）が生じ晶（、スラグの剥離
性を悪くする傾向にある。又余剰スラグによってスラグ
の厚さが増大するが、これによって開先側壁との接触面
積が増し、加えて溶接熱収量によって開先中が狭まる傾
向にあるので、これらの影響を受けてスラグ抱込み現象
が起と９、スラグの剥離は更に劣化し易くなってくる。

この様なところから開先内の溶接における１ｍ）１パス
溶接部でのスラグ生成量は必要最小限にとどめることが
望まれるが、上述のフラックスを用いるとフラックス消
費率が約０．４〜０．９程度になる為スラグ生成量も勢
い少なくなり、スラグ剥離性にとりて好まし一潜接状況
が得られる。

尚生成スラグ量は溶接条件等によっても変化することが
知られているので標準フラックス消費率の測定は次の方
法に従うこととした。即ち２ｍ巾のソリッドザイヤを用
いて溶接条件６００Ａ−８４Ｖ−４０１１／分、ツイヤ
突出し長′ｇ：！６ｍにて軟鋼平板上にＶング〃ビード
ｔＳ接して測定し、このときの（スラグ生成量／Ｗフイ
ヤ消費量）を求めた。尚電源特性は直流定電圧逆極性と
した。即ち開先内１層１パス溶接において、フラックス
消費率がｏ、ｅｔ越えるとスラグ生成量が多くなり、溶
接時に溶融スラグがアークより先行したり、デーＶ内に
流れ込む等の現象によってアークを乱し、開先角度を８
０〜７０”と比較的広くとってもアークが開先の側壁を
溶かす状況が生まれ、開先角多層溶接の１層１パス溶接
部におけるスラグ剥離性を悪くする。尚アークの乱れに
よる上記現象を抑える手段としてアーク電圧を低く抑え
ることも考えられるがビードが凸型となｐＩ！に剥離性
が劣化するので採用できない、この点従来のフラックス
消費率は一般にｌ〜１．６のものが多いが、スラグ生成
量が多い為、スラグの剥離性が悪かった。

他方フツツタスー費率が０．４ｔ−下回わるとスラグ量
が少なく、ビード表面にボッタマーク中アパタが生じ易
く、又ビードに凹凸が出る。この点本発明のフラックス
を用いると、スラグＯ生成量は一応纏保されるので上述
の欠点は生じな−。

゛開先角多層溶接の１層１パス溶接部のスラグ剥離性は
開先角度が更に狭くなると前記フラックス消費率が０．
４〜０．９であっても劣化してくること＄ＴｏＬ特に開
先内厚が２０”以下になるとスラグ剥離性の劣化が著じ
るしい、そこで開先角度や開先の巾に応じた最適のスラ
グ量を検討した結果。

フラックス消費率ｔ０．４〜Ｏ０丁にしたフラックスで
あれば、２０以下の開先角度でもスラグ剥離性を良好に
保持することが可能になることが分かった。又ＬＩＩＮ
先の様な非対称の開先にかｉては一方の開先角度が狭く
なるが、この場合第°４図の如く、１層１パス溶接ビー
ドの再止端部でその接する部分の開先側Ｉ！のなす角度
（＃１１＃！りの和が！Ｏ＠以内である開先、或いは＃
ｌ接部では実質的に２０＠以下の対称開先と変らなりｈ
％のと考えればよい０以上０１１に開先内多層＃ｌｌ接
における１層１／（ス溶接部のスラグ剥離性を良くする
ためには、フラックス消費率の少ないフラックスを使用
したスラグ生成量を少なくすることが有効であゐが開先
角度がｇｏ−ｙｏ＠ｏ比較的広い開先角度の場合はフラ
ックス消費率０．４−０．９のものを用い、２０以下、
或いは１パス溶接ビードの再止端部でそれぞれの接する
開先側壁の角度の和が２０＠以下の場合はフラックス消
費率０．４〜０．７のフラックスを使用すればスラグの
剥離性は大巾に数倍される。

しかし、第４図に示される開先角度がＯ以下となる場合
はスラグ剥離性は改普されないのでＯｆ上の開先角度が
必要である。

本発明は以上の如く構成されて−るので、フラックス消
費率の低下によってＳ接コスＦが低減されると共に、ス
ラグの剥離性やアークの安定性が合わせて改普されるこ
とになった。

次に本発明の実施例を示す。

第１表に示す組成の焼結型フフツクスを用いて瀞弧溶接
を行ない、フフツクヌ消費率、スラグ剥離性及びビード
外観を観察して同表に併記した。

尚同様においてＯ印は良好、ｘ印は不良を意味し、ブラ
ックス成分中のその他は、Ｎａ　２０　、に２０＊Ｌ輸
ｏ、ｙ・ｏ　＃　Ｂ　：ａ　ｏ　３　ｅ　Ｍ　１１０等
を意味する。

尚合金成分、脱酸成分、鉄粉はブラックス成分１００に
対する配合比で表わした。

フラックスｈｔ−ｓは本発明の全要件を満足するもので
、フラックス消費率、スラグ剥離性、ビード外観の全項
目において艮好な成績をおさめた。

フラックスＮａ＠はＳＩＯ□が多い為にビード外観が低
下すると共に、ＴｉＯ□が少ない為にスラグが焼付暑、
スラグ剥離性が悪かった。フラックス翫７はｚｒｏ　　
が多いと共にｚｒｏ、／Ｔｌ０ｆＡの比が高い為にビー
ド外観が悪くなっている。フラックス翫８はＴＩＯ！！
が少ないのに対してｚ　ｒｏ。

が多く、且つＭｇＯが多いのでビード外観がかなり悪か
った。フラックス凪９はｈｅ２ｏ、がＩｋ＜ビード外観
が悪くなる他、ＴｉＯ□が少ないのでスラグ剥離性が悪
かった。フラックス−１０はｓｉｏ、が多くてビード外
観が劣化し、ＴｌＯ２が少ない為にスラグの剥離性が悪
かった。フラックス１１＆＆１１はＳｉｎ、が少ないの
に対してＴ１０゜が多く、フラックス消費率が増大して
いる。フラックス翫ｌ！はＳ　ｉ０２が少ない為にフラ
ックス消費率が高く、Ａ＃、０．が多い為にビード外観
が悪くなっている。フラックスＮａ１ＢはＴｉＯ□フッ
クス４１４はｚ「０．が多いのでビード外観が特に悪く
なっている。フラックスＮａ１５，１６はＴｌ０Ｑを含
まないか又は少なく、且つｚｒｏ。

を含まないのでフラックス消費率が高くなっている。

【図面の簡単な説明】

第１因は従来の溶接部を示す断面図、第２．８図は潜弧
溶接部の断面図、第４図は左右不均醇開先の例示図であ
る。 Ｓ拳−フラックス ４−１１固スラグ ６・−・溶接金属

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （υＢ１０．：する〜８７１（ｌ量哄：以下同じ）。 Ｔ直０思：１！５〜４４−１Ａｎ、ｏ、：ｓ　＃１８嘔
   、ｚｒｏ、：ｇｉ−以下、Ｃｔ　Ｆ　ｚ　＊　ｉ　０−
   以下、ＭｇＯ：１２ｍ１以下ｔ−含有Ｌ、２１０ＩＩ／
   τ１０怠の比が０．６哄以下であ２ことを特徴とすゐ潜
   弧溶接用焼結型フラックス。 傭）特許請求の範囲第１項において、フラックス中に１
   ０惧以下のＢａＯが含まれている潜弧溶接用焼結型フラ
   ックス。 （３）特許請求の範囲第１又は２項において、フラック
   スの粒子が、２０メツシュ以上の粗大粒子：６６ｓ以下
   、４８メツＶユ以下の微細粒子：８６−以下である潜弧
   溶接用焼結型フラックスａ（４）　８１０怠：１５〜８
   ７−（重量−：以下同じ）、’ｒｔｏ、１５〜４４−１
   Ａ＃ＱＯ，：５〜２８惧、ｚｒｏ、：ＳＳ＊以下、Ｃ”
   　Ｆ　１１　：　ｌＯ−以下、ＭｇＯ：４ｊｉ−以下を
   含有し、ｚｒｏ、７’ＴＩＯ，の比がＯ０器悌以下で番
   ゐ他、鉄粉：４０−以下及び／又は鉄粉を除く金属粉：
   ８ｓ以下を含有することを特徴とする潜弧Ｓ＊用焼結型
   フラックス。 （６）特許請求の範囲第４項において、フラックス中Ｋ
   ＩＯ−以下１２）ＢａＯを含有する潜弧溶接用焼結型フ
   ラックス。 （６）特許請求の範囲第４又杜６項において、フラック
   スの粒子が、１１０メツシュ以上の粗大粒子：ＳＳ＊以
   下、４８メツＶ：Ｌ以下の微細粒子：８６哄以下でめる
   潜弧溶接用焼＃Ｉ！！フフックス。