JPS5856679B2 - サブマ−ジア−ク溶接用メルトフラツクス - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 溶接金属を得るために使用される溶接作業性の良好なサ
ブマージアーク溶接用メルト（溶融型）フラックスに関
するものである。

構造物の高張力化、厚板化に伴い、それに使用されるサ
ブマージアーク溶接用フラックスは、靭性，耐水素割れ
性および溶接作業性の改善が望１れる。

一般にメルトフラックスは、Ｓ ｉ ０２ − ＭｎＯ
ＣａＯ−ＭｇＯを主成分とする成分系のものが多く。

このタイプのフラックスは（１）一般に靭性の高い溶接
金属が得られるフラックスは、水素量が多い。

（２）水素量が低く、耐割れ性の良好なフラックスは靭
性が低い。

（３）ビード形状、耐欠陥性などの溶接作業性の良好な
フラックスは、靭性が低いかあるいは、水素量が多く耐
割れ性が悪い。

などの欠点を有して，高靭性、低水素，良い作業性の３
者を十分満足するフラックスがなかった。

これらの個々の性能の改善については、かなりの知見が
得られ，改良が逐次なされており，例えば、靭１ｑＫ関
してはフラックスの塩基度を高め。

溶接金属中の酸素含有量を低くするために。

ＳｉＯ２，ＭｎＯ等溶接時に溶融したフラックスから酸
素が溶接金属に入るような酸化物の含有量を極力おさえ
、代りにＡ１２０３，ＣａＦ２，ＣａＯ等の酸素との親
和力の大きな物質を多量に添加し。

溶接金属に酸素が入ることが少ない成分系にすることに
より靭性の向上を行う改善が可能である。

一方、耐割れ比を劣化させる溶接金属中の水素は，フラ
ックスから侵入する水素が大半を占めることが知られて
おり、フラックス中の水素低減が。

耐割れ性の改善になる。

そのために、メルトフラックスの製造溶解時に、大気中
の水分が溶融物に溶解するのを少なくするためにフラッ
クス組成を中性〜酸性域にすることにより水素低減をは
かることが行われる。

また良好な溶接作業性即ち、アーク安定性、スラグ剥離
性、ビート外観、ビート形状に関して、良好に維持する
ために、フラックスの嵩密度を軽くするなどが行われる
。

しかし、これらの改善は靭性、水素１作業性の総合的な
見地にたち実施されねばならない問題があり１個々の性
能改善に注目していると問題がある。

すなわち、靭性の改善のために５１０２２Ｍｎ０を減ら
し、ＣａＦ２およびＡｌ３Ｏ３などを増加させると、塩
基度が高くなり水素量が多くなるとともに、溶接時フラ
ックスの撒布量が少しでも多いとアークが不安定になり
極度に溶接ビードの波形を荒くし、凹凸のビード外観と
なりやすく、溶接作業性が極めて悪くなる。

また水素量に関しては、溶解時に大気中の水分が溶融物
に溶解するのを少なくするために、フラックス組成を中
性〜酸性にすれば溶接金属中の酸素量が多くなり、高い
靭性が得られない。

さらに溶融物を水などによう急冷し、フラックス粒子を
軽質にし、溶接作業比を改善しようとするならば。

フラックス粒子の微小キレンに侵入した水分に加えて１
表面積が大きいため、その付着水分が増加し、著しく耐
水素割れ性が劣るようになる。

このような理由で耐水素割れ注が良好で、高い靭性が得
られ、かつ溶接作業性の良好なメルトフラックスが開発
困難となっていた。

しかし本発明者らは、中ＭｎＯ系メルトフラックスにお
いて、種々研究試作を行ない、耐水素割れ性が良好で、
フラックスの撒布高さを制限する必要のない程度の良好
な溶接作業性を有し、高い靭性を有する溶接金属を得る
ことのできるメルトフラックスの組成について検討を行
った結果、以下に述べるような知見を得た。

１ず、耐水素割れ性を良好にするためには、フラックス
磁性を中性系にして、配合原料を溶解する際、溶融物に
大気中の水分が溶解し、水素量が増加するのを防止する
必要があるため、塩基度（ＢＩ）が０．９〜１．３の範
囲にある必要がある。

また、溶融物を金属板上に冷却させたり、あるいは水中
に急冷して発泡させたりして、フラックスのかさ密度を
自由にかえることができるが、このかさ密度が水素量に
およぼす影響を調べた結果、水中に急冷して発泡させた
軽質フラックスは著しく水素量が増加するので好捷しく
ない。

しかし金属板上に冷却させたフラックスは水素量が低く
かつ。

かさ密度が１．３〜１．９ ｙ７ｃｍｐのものが低い水
素量を示す。

なお、このかさ密度は疎充填法によって測定したもので
具体的には、ＪＩＳＫ６７２１−１９６６の「塩化ビニ
ル樹脂試験方法」のかさ比重の測定に準じて測定した。

次に高い靭性を得るためには、溶接金属中の酸素含有量
を減らすことが有効であり、そのためには溶液中還元さ
れやすい５ｉ０２．ＭｎＯの含有量を減らす必要があり
、溶接作業性が劣化しない程度に減少させる必要がある
。

Ｓ ｉ ０２ （％） ＋ Ｍｎ０（％）が３５〜４８
（％） において、溶接作業比が良好でかつ溶接金属
中の酸素量が５００ｐｐｍ以下のものが得られる。

ところでＣａＦ２量が１０饅以上のように多量となり、
かつそのかさ密度が１．３〜１．’ｌ／ａ−のメルトフ
ラックスは、溶接の際、フラックスの撒布高さと関連し
て溶接作業性が一般に悪くなるという問題がある。

すなわち高ＣａＦ２系フラックスＶｃトいては、フラッ
クスの撒布量が多すぎると溶接中に溶融金属およびスラ
グから発生するいろいろのガスが外部へ十分に逸出する
ことができず、また不安定なアークとなりフラックスを
爆発的に吹きあげて逸散するなど不安定アークになるこ
とにより、ビードの波形を著しく荒くしたり、凹凸状の
ビード形状となり、ビード外観、スラグの剥離性を悪く
する。

このようなフラックスでは、溶接時に撒布高さにきびし
い制限をつけて、溶接する必要があるわけである。

特に低水素で高靭性の溶接金属の得られるフラックス粒 を比較的多く用い、かつ高い靭性を得るためにＣａＦ２
の増加や、アルカリ酸化物の添加をおこなっているが、
このため融点が低くなり、スラグの流動性も過度になり
、このような傾向が生じがちである。

またフラックスのもつ密度もこの問題に関連する因子で
あり、密度の大きいフラックスは、安定してアークが維
持できず、フラックス撒布高さの影響をうけやすぐ、ビ
ード外観がみだれやすくなることも判明している。

このような問題を解決するために、フラックスの撒布高
さが、ビード外観ニ釦よぼす影響を高ＣａＦ２系フラッ
クスで、水素、靭性の良好な成分範囲にち・いて調べた
結果、ＣａＯ，ＭｇＯなど強塩基性成分は悪い影響をお
よぼさないが、塩基性成分でも原子量の大きく、密度の
大きいＢａＯ１それにアルカリ金属酸化物では、やはり
原子量の犬であるに２０、さらに酸性成分のＺｒＯ，、
などはその添加量が多くなると特に悪い影響を与えるこ
とを確認し、またフラックスの主要成分である５ｉ０２
とＭｎＯの量は、Ｓ ｉ ０２ （％） ＋ ＭｎＯ（
％）で※※３５〜４８条の範囲が最も好ましいことが明
らかとなった。

本発明は以上のような知見を総合して、これに基いてな
されたものである。

すなわち本発明は主要成分が重量％にして。

５ｉＯ２２５〜３８φ、Ｍｎ０６〜１７％、Ｃａ０１４
〜２７ ％、ＣａＦ２１２〜２０％、 Ａｌ２０３５〜
２０嶺、ＴｉＯ２１〜５％、Ｎａ２ＯあるいはＬｉ２Ｏ
の一方または両方０．３〜２．０多ｌＭｇＯ６饅以下か
ら成り、かつ次の（１）〜（３）式の条件を満足するこ
とを特徴とする低水素、高靭性溶接金属の得られるサブ
マージアーク溶接用メルトフラックスである。

（１） ５ｉ０２（％）＋Ｍｎ０（％） 〜３５〜４
８ （％）（２）塩基度（ＢＩ）〜０．９〜１．３ （３）かさ密度が１．３〜１．９ Ｖ／ａｍ、”以下に
、各成分別の限定理由を述べると次の通りである。

先ス、ＳｉＯ２はフラックスの性能に大きく影響をおよ
ぼし、２５多未満では、溶接金属中の水素量が多く、耐
割れ性が悪く、溶接作業性が劣る。

また３８咎を超えると、溶接金属中の酸素含有量が増加
し、靭性が低下するので好１しくない。

次に、ＭｎＯは５ｉ０２同様フラツクスの性能に犬きく
影響をおよぼし、６咎未満では溶接作業性。

耐割れ性が劣化するので好１しくなく’、１７％を超え
ると、靭性が低下するので好１しくない。

また、５ｉＯ２（％）＋Ｍｎ０（％）含有量は、高い靭
性と、良好な溶接作業性を維持するために、特に重要で
あり、５ｉＯ２（％′）＋Ｍｎ０（％）が３５％未満で
は水素量が増加するとともに、スラグの融点が高くなり
すぎ溶接作業性が悪くなる。

またＳｉＯ□（４）＋Ｍｎ０（２）が４８優を超えると
、溶接金属中の酸素量が増加し、高い靭性が得られない
ほか、前述の如くフラックス撒布高さに関する溶接作業
性が悪くなる。

ＣａＯは１４％未満では溶接作業性が悪くなり。

靭性も低いので好１しくなく、２７％を超えると水素量
が多くなり耐割れ性が悪くなるので好１しくない。

ＣａＦ２は１２％未満では溶接金属中の酸素含有量が低
下せず、水素量も低下しないので好１しくない。

また２０％を超えるとアークが不安定となり、溶接作業
性が悪くなる。

Ａｌ２Ｏ３は塩基度の調整のために５咎以上必要である
が、２０多を超えると水素量が多くなり靭性も低下し、
筐た溶接作業性も悪化するので好ましくない。

ＴｉＯ２は高い靭性を得るために必要であり、１咎未満
ではその効果がなく、５饅を超えるとスラグの焼付きが
発生し、靭性も低下するので好筐しくない。

Ｎａ２ＯあるいはＬｉ２Ｏの一方またはその両方は、高
い靭性な得るために必要であるが、０．３％未満ではそ
の効果がなく、２．０咎を超えると水素量が増加するの
で好筐しくない。

ＭｇＯは高い靭性とビード表面を美麗にするためには有
効であるが、６％を超えると水素量を著しく増加させる
ので、６多以下に制限する必要がある。

さらにフラックスの塩基度に関しても（ＢＩ）が０．９
〜１．３としたのは高い靭性と低水素の溶接金属の得ら
れるフラックスを得るために必要なものであり、０．９
未満では、溶接金属中の酸素量が増加し、靭性が低下す
るので好１しくない。

筐た塩基度が１．３を超えると溶接時に溶融物に侵入す
る水分が多くなり耐水素割れ性が劣化するのでこの範囲
でなければならない。

渣た。

前述の方法で測定したかさ密度が１．３〜１、９ Ｖ／
ｃｍＦ’としたのは高い靭性と低水素の溶接金属の得ら
れるフラックスを得るために必要であり、１．３Ｓ’／
Ｃ−未満になると、フラックスの通気度がよくなり大気
とのシールドが不完全となり靭性が低下し、水素量も増
加するので好１しくない。

１、９ Ｖｃｌｎ、３を超えると、溶接作業性が著しく
悪くなるので、これ以下でなければならない。

な釦、本発明のフラックスにおいては、上記添加成分に
より十分その性能は満足できるが、スラグの剥離性の向
上、塩基度、流動性および融点の調整の目的で他のＢａ
Ｏ，ＺｒＯ２等を夫々必要に応じて添加できる。

※※ まず、ＢａＯは
塩基度が比較的高い場合には。

ＣａｏＫ代って１０％昔では使用できるが、１０優を超
えるとフラックス密度が犬となり、安定したアークが維
持できなくなり、溶接作業性が劣化するので１０％以下
に制限する必要がある。

またＺｒＯ，、は高ＣａＦ２系フラックスのスラグ剥離
性の向上、流動性、融点の調整のために５多以下の使用
は可能であるが、５饅を超えると溶接作業性に極めて悪
い影響をおよぼし、融点が高くなりすぎるとともに、ア
ークが不安定となり、溶接作業性が悪くなるので、５％
以下に匍１限しなければならない。

さらに本発明フラックスにおいては、溶接作業性の点℃
に２０威分は皆無が好ｌしいが、ＭｎＯなど他の原材料
より０．５％程度不可避的に混入する。

しかしこの程度以下ならば溶接作業性に悪影響はないの
で許容される。

なお、ＢａＯ、ＺｒＯ２、Ｋ２０を含む場合の塩基度（
ＢＩ）は次式による。

さらに本発明フラックスは通常のグラファイトなど還元
剤を適量添加し、溶解製造することが可能である。

以下実施例にもとづいて本発明の効果を詳述する。

実施例 本発明フラックスＦ１〜Ｆ６および比較フラックスＦγ
〜Ｆ１４を用いて、その差異を確認するために（１）溶
接金属の拡散性水素量、（２）溶接作業性の調査として
、平板ビート外観、形状におよぼすフラックス撒布高さ
の影響の調査、（３）全溶着金属の機械的性質と化学成
分を調査した。

第１表に供試鋼板の化学成分、第２表に供試ワイヤの化
学成分、第３表に供試フラックスの化学成分と諸元を示
すが、Ｆ１〜Ｆ６が本発明フラックスであり、Ｆ７〜Ｆ
１４が比較フラックスである。

これらフラックスはいずれも各種の粉状モジくは粒状の
原材料を混合溶融したものでＦ１〜Ｆ１３はその溶融物
を金属板上に流して放冷し。

またＦ１４は水中に急冷させ、それぞれ２０×Ｄｕｓｔ
メツシユに整粒して製造したものである。

第４表には、試験方法について記しているが、拡散性水
素量の測定は、第１表に示す調香Ｓ−２を用い、２０ｍ
ｍＸ１３０朋×４０間の大きさの試験板に加工し、第２
表に示したワイヤＷ−２で溶接条件６００Ａ、３０ Ｖ
、 ２６ ／′７７７／ｍｉｎで試験ビードをおいた。

その他の条件はＪＩＳＺ３１１３の方法に準じて行い、
グリセリン法によυ拡散性水素量を測定し、〈υ返し４
回の平均値を求めたものである。

また、フラックスの撒布高さがビード外観におよぼす影
響についての平板による溶接作業性の調査は、第１表に
示す調香Ｓ−１（８０キロ鋼相当）を用い、２５關Ｘ５
００ｍｍ×２００間の大きさの板に第２表のワイヤＷ−
２を用い、フラックスの撒布高さは５０ｍ扉にして溶接
条件７００Ａ、３３■、３０ ｃｍｙ’ｍ ｉ ｎで１
パスビードをおき、ポックマークの有無、ビード形状が
凹凸かどうか、ビード外観の調査を行ったものである。

なお、予熱は行なわず溶接した。

さらに、全溶着金属の機械的性質と化学成分は。

第１表に示した調香Ｓ−１（８０キロ鋼相当）を用いて
、２５１１ｔπ×５００朋×２００皿の大きさの板２枚
に、開先角度３０°の開先な形成せしめるようにガス切
断ルートギャップ１２．７關とし、同鋼種（板厚２５１
１ＬＮ）で巾３Ｑｍｍの裏当金を作製してこれを開先裏
面に当接し第２表のワイヤＷ−１（８０キロ級ワイヤ）
を用い、予熱パス量温度とも１５０℃で溶接条件５５０
Ａ、３１Ｖ、４０／７７７ｙ／ｍｉｎで１５パスの多層
盛溶接を行った。

その後第１図に示す要領により２ｍｙｒｔ■ノツチシャ
ルピー衝撃試験片３とＡ１号丸棒引張試験片２をビード
１より採取した。

なお同図においてｔ ＝ ２．５ ｍａｌ。ｔ’＝ ９
．５ ｍｍである。

また全溶着金属の化学成分は。引張試験後の試験片２を
用いて行った。

これらの各試験結果を第５表と第６表に示しているが、
第５表、第６表から明らかなとうり、本発明フラックス
（Ｆｌ〜Ｐ６）は、いずれも拡散性水素量がｌ、ＱｅＣ
／ｌ ＯＯｆ以下と低く、耐割れ性が良好で、溶着金属
の酸素量も５００ ｐｐｍ以下で衝撃値も一１５℃で８
ｋｇ〜ｍ以上の高い値が得られ、かつフラックスの撒布
高さを、５Ｑｍｌｎと過大にしても、美麗なビード外観
が得られ、溶接作業性が良好である。

しかし、それ以外の７ラツクス（Ｆ７〜Ｆ１４）は、拡
散性水素量が低く、耐割れ性の良好なものは、溶接作業
性が悪かった幻、あるいは衝撃値が低く、また衝撃値の
高いフラックスは、溶接作業性が悪かったりして、水素
、靭性、作業性の３者を満足しない。

それらは次の理由による。

１ず、Ｆ７はＳ ｉ ０２（％） ＋ ＭｎＯ（％）の
含有量が５１．６％と多いため、溶着金属の酸素量が増
加し。

衝撃値が低く、さらに溶接作業性も悪い。

Ｆ８はに２０成分を０．８優も含有しているなめ溶接作
業性が悪い。

Ｆ９は、ＺｒＯ２成分を６．３％も含有しているため、
Ｆ８同様溶接作業に問題がある。

ＦＩＯは５ｉＯ２（％） ＋Ｍｎ０（％）の含有量が３
３．２％と少ないため、拡散性水素量は若干増加した程
度であったが、溶接作業性に問題があった。

Ｆｉｌは塩基度が１．４２と高いために拡散性水素量が
２．４ＣＣ／１００ Ｐと非常に多く、耐割れ性に問題
がある。

Ｆ１２はＮａ２Ｏの含有量が２．４％と多いため。

拡散性水素量は若干増加した程度であるが、溶接作業性
が悪い。

Ｆ１３は塩基度（ＢＩ）が０．８５と低いため、溶着金
属中の酸素量が増加し、衝撃値が低い。

Ｆ１４は、かさ密度を小さくするために溶融物を水中に
急冷して製造したフラックスであるが。

拡散性水素量が２．８ｃｃ／ １００ ？と非常に増加
し、耐割れ性に問題があった。

実施例 ２ 実施例１で得たフラックスの使用例について述べる。

第４表の最後にその試験方法を示すように。

般に実用されている第１表のＳ−３（ＳＢ−４９相当）
の１００７７１ｆｆｌｔを用い、 １００ｍｍＸ１０．
Ｏ０ｍｍＸ２５０ｍ７Ｗの大きさ２枚に切断し、第２図
ａＫ示すような開先形状で突合せ断手溶接を行ない、６
２０℃で１３ｈｒの熱処理を実施して、引張、衝撃、側
曲げおよび分析試験を行なった。

なお。第２図ａにおいてｔ＝１００ｍｍ、７＝ｌ （：
）ｍｍ、θ＝＝１４°、Ｒ＝１２７Ｘ７１１とした。

ワイヤは第２表のＷ−３（５０〜６０ＨＴ用）を用い、
フラックスは本発明フラックスとして、Ｆ２．Ｆｌ−よ
びＦ６．比較フラックスとしてＦ８を用い、予熱、パス
量温度とも１５０℃で６５ ＯＡ、 ３４ Ｖ、 ３０
ｃｌｎＡｎｉｎで５７パスの多層溶接を行った。

なお、溶接はＢ、Ｐ側終了後Ｆ、Ｐ側をアークカラジン
クにより裏辻つりを実施して溶接した。

また、フラックスの撒布高さは約４０關程度で行なって
いる。

その後６２０℃Ｘ１３ｈｒでＳＲを行ない、第２図すに
示す要領で溶接ビード１から引張試験片２、衝撃試験片
３を採取した。

なお、同図においてｔ＝１００間、 ｔ’＝１／ ４
ｔ （２５ｍｍ）、 ｔ“＝ａ／ ４ ｔ （７５ｍｍ
）とした。

また、側曲げ試験は全厚（１００πｍｔ）で〈ｂ返し２
本行ない、化学成分は引張試験後の試験片２よ如分析し
た。

第７表の機械的性質、第８表に溶接金属の化学”来成分
を示した。

第７表から明らかなように１本発明フラックスＦ２ 、
Ｆ４およびＦ６は良好な延性を示したが比較フラックス
Ｆ８は、側曲げ試験において１部スラグ巻込み欠陥が発
生し、３／４ｔから採取した引張試験片においても、の
び、絞りが悪く問題であった。

これは開先底部近くの溶接時のビード形状不良（作業性
不良）から生じた欠陥によるものと思われる。

なお第８表の溶接金属の分析結果からは、特に差異は認
められない。

以上詳述したように本発明フラックスは、その撒布高さ
を制限する必要のない程度の良好な溶接作業性を有し、
耐水素割れ性が良好で高い靭性を有する溶接金属を得る
ことのできるもので、耐水素割れ性と高い靭性の要求さ
れるＨＴ−８０鋼や。

高い靭性と多層溶接の際、良好な溶接作業性の要求され
る極厚鋼板の多層溶接のサブマージアーク溶接を能率よ
〈実施できる点でその工業的価値はきわめて高い。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図ａ、ｂはいずれも本発明実施例における
性能試験の実施要領を示す図である。 １・・・・・・ビード、２・・・・・・引張試験片、３
・・・・・・衝撃試験片。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 主要成分が重量％にして、５ｉ０２２５〜３８φ、
   Ｍｎ０６〜１７％、Ｃａ１１４〜２７％。 ＣａＦ２１２〜２０％、Ａｌ２０３５〜２０％、Ｔｉ０
   ２１〜５％、Ｎａ２ＯあるいはＬｉ２Ｏの一方筐たは両
   方０．３〜２．０％Ｍｇ０６％以下から成り。 かつ、次の（１）〜（３）式の条件を満足することを特
   徴とする低水素、高靭性溶接金属の得られるサブマージ
   アーク溶接用メルトフラックス。 （１） Ｓ ｔ０２ （％） ＋Ｍｎ０（％） ＝
   ３５〜４８ （％）（２）塩基度（Ｂｉ）〜０．９〜１
   ．３ （３）かさ密度が１．３〜１．９ ？／ａｍ３