JPS5910874B2 - 潜弧溶接用非溶融型フラックス - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は各種溶接姿勢で施工される潜弧溶接に用いられ
る非溶融型フラックスに係り、特に主として貯槽や圧力
容器などの製造における横向潜弧溶接に用いて良好な溶
接作業性と機械的性質が得られる溶接フラックスに関す
るものである。

円筒形タンク、球形タンク、高炉、熱風炉などの製鉄機
械、化学工業における反応容器、原子炉格納容器などの
建造における横向継手にはその高能率性のため潜弧溶接
が使用されることが多い。横向姿勢の潜弧溶接では重力
作用のため、その溶接ビードは上側は薄く下側は厚くな
り、上板側にはガスが集まりやすく、ホックマーク、ア
ンダーカットが、また下板側にはオーバラップ、たれ１
０肉が生じやすく、また下向溶接に比較して開先角度が
小さくなるためスラグ剥離し難く、内質欠陥としてはス
ラグ巻込み、ピット、ブローホールが発生しやすい。さ
らに横向潜弧溶接では下向の場合よりも溶接金属中の酸
素が高くなり、とくに直１５流電源を使用し、小電流で
多層盛溶接した場合、溶接金属中の酸素含有量が著しく
増加して靭性が劣化する。また交流溶接では窒素含有量
が増加し、良好な靭性を得ることが困難である。したが
つて、横向潜弧溶接に適用するフラッグスにおいては溶
接作業性および溶接金属の機械的性質に関する前記のよ
うな問題点がすべて解決されなければならない。

本発明はこれらの横向潜弧溶接用フラックスの具備すべ
き特性を満足するフラックスを提供する２５ものであり
、それは主成分としてＴｉＯ＿２１３〜３０％、ＣａＦ
＿２１０〜５０％、ＭｇＯ＿２０〜４０％、Ａ１２０３
１２〜３０％、５ｉＯ＿２２〜〔２０一（％ＣａＦ＿２
）÷３〕％、Ｂ２０３０．１〜１．０％を含有するか、
又はこれにさらに必要に応じてｃａｃｏ３３０１１．５
％以下を含有することを特徴とする潜弧溶接用非溶融型
フラックスである。

以下に本発明について詳述する。

先ず、本発明のフラックスは低酸素、Ｔｉ、、Ｂ含有横
向溶接金属によつて良好な機械的性質を得るために、Ｔ
１Ｏ２３５を主成分の一つとし、Ｂ２Ｏ３を含有させて
、溶接金属中にフラックスからＴｉとＢを移行させ、こ
のＴｉの移行をＡｌ２Ｏ３成分によつて促進し、かつＣ
ａＦ２成分とＭｇＯ成分によつて溶接金属中の酸素を低
下させるものである。また、横向の狭い開先内でのスラ
グ剥離をＴｉＯ２成分とＡｌ２Ｏ３成分との相乗効果に
よつて確保し、ＭｇＯ成分によつてフラツクスの耐火度
を高めてビードのたれ肉を抑制し、Ａｌ２Ｏ３成分とＳ
ｉＯ２成分によつてビード形状とビードの艶を良好にす
るものであり、とくにＳｉＯ２成分は低酸素化のために
含有するＣａＦ２分に応じて含有量を調整し、アークの
安定性を維持する効果を発揮するものである。

また、ＣａＦ２成分は上記の効果のほかにスラグの巻込
みを防止する効果も有しており、更にＣａｃＯ３を添加
してアークの安定化を行ない、かつ溶接金属の水素吸収
を防止する。このように、本発明フラツクスの各構成成
分は相互に関連して溶接金属の材質と溶接作業性の両者
に対して有効に相乗効果を発揮するように、その含有量
が決められている。次にその各々の成分の含有量限定の
理由について詳述する。ＴｉＯ２は溶接金属へ溶接アー
クを経てチタンを添加し、溶接金属の靭性を向上するた
め、また、特に横向溶接のように狭い角度の開先内での
初層のスラグ剥離を良好にし、ビード表面の滑らかさを
良くしホックマークを減少させるためには不可欠の酸性
成分である。

しかし、上限３０（Ｉ）を越えると溶接金属中のチタン
濃度が高くなりすぎ、多層盛溶接金属では再熱効果によ
りチタン化合物の析出による脆化がおこり、またフラツ
クスの粘性が低下しすぎ溶接ビードのおさえが不可能に
なり、ビード表面がべたつきぎみになる。また、ＴｉＯ
２が１３％未満ではビード形状、表面性状が悪くなり、
ビード表面にこびりつきができやすく、開先内スラグ剥
離性が著しく劣化し、溶接金属のチタン濃度が不足し、
その靭性を高めることができない。なお、本発明のフラ
ツクスへのＴｉＯ２としての添加源はたとえばルチルサ
ンド、チタンフラワー、アナターゼ、およびイルミナイ
トから鉄分を除去して製造される人造ルチルなどがあり
、ＴｉＯ２に換算して１３〜３０％添加するものである
。ＣａＦ２はその添加量の増加に応じて溶接金属中の酸
素含有量は減少し、溶接金属中のチタンの靭性改善作用
を促進し、フラツクスの流動性を著しく高め、溶接中の
溶鋼の溶融スラグの分離を促進でき、スラグ巻込みを減
少できる。

このＣａＦ２のフラツクスにおける作用についてはすで
に一般に認められており、ＳｉＯ２を主成分とした従来
のフラツクスでは溶接金属の酸素含有量が特に高くなり
やすいので、このＣａＦ２を利用するべく努力が払われ
てきたが、ＣａＦ２が１５％を越えると、アーク不安定
となり有効に利用できずＣａＦ２の添加量は一般に低い
値に制限されていた。この問題に対して本発明者らはＳ
ｉＯ２の添加量をＣａＦ２の添加量に応じて制限するこ
とにより解決できることを見出し、本発明のフラツクス
ではこのＣａＦ２の作用を有効に利用するためには５％
以上を添加することが必要であるという結論を得た。し
かし、５０％を越えるとたとえＳｉＯ２の添加量を制限
してもアークが不安定となり、アーク切れが生じたり、
ワイヤの突込みが生じやすくなりむしろスラグ巻込みの
発生のチヤンスを作る恐れがあり、さらにフラツクスの
粘性の過度な低下によりビードおさえが低下し、たれ肉
やオーバーラツプを発生することが判つた。このような
理由によりＣａＦ２の添加量の適正範囲を１０〜５０％
と定めた。本発明で使用するＣａＦ２の添加源は例えば
採掘されたままの蛍石、精製された蛍石、ＣａＦ２を主
成分とした溶融フラツクス粉、などがあり、ＣａＦ２に
換算して１０〜５０％添加するものである。ＭｇＯはフ
ラツクスの塩基度を高め、溶接金属中の酸素含有量の増
加を抑え、またフラツクスの耐火度を高め、特に横向ビ
ードのたれ肉をおさえるので２０％以上は必要である。
しかし、４００１）を越えると、アークが不安定になり
スラグ巻込みを発生しやすく、さらにビード表面のつや
が悪くなる。本発明のフラツクスへのＭｇＯの添加源と
してはたとえば、シリカボンドマグネシアクリンカー、
鉄ボンドマグネシアクリンカー、電融マグネシア、海水
マグネシア、軽焼マグネシア、ＭｇＯ含有スピネルなど
があり、ＭｇＯに換算して２０〜４０％添加するもので
ある。Ａｌ２Ｏ３はＴｉＯ２と共に多量添加されること
によつて、優れた相乗効果を発揮するものであつて、特
に開先内での初層のスラグ剥離性の改善とＴｉＯ２から
溶接金属へチタンの還元添加の促進に有効である。

すなわち、前述のようにＴｉＯ２単独のみでも開先内で
の初層のスラグ剥離性の改善に効果はあるが、Ａｌ２Ｏ
３と共存することによりその作用が一層増大する。また
、同−ＴｉＯ２量のもとで溶接金属へのチタンの還元量
はＡｌ２Ｏ３量の多いほど増加する。フラツクス中のＡ
ｌ２Ｏ３もまた溶接を通じて還元され溶接金属にわずか
にアルミニウムが添加され、その溶接金属中のアルミニ
ウムの適正の量の存在がチタン、ボロンの靭性向上促進
に寄与している。その他に、ＴｉＯ２の添加によりスラ
グが粘性低下し、ビード形状が劣化することに対してＡ
ｌ２Ｏ３の添加によりスラグ粘性を良好なビード形状の
得られる適した値までコントロールする。また、低Ｓｉ
Ｏ２のフラツクスに起りやすいビ一１俵面の艶の低下を
ＴｌＯ２とＡｌ２Ｏ３の共存により改善する。これらの
効果を発揮するにはＡｌ２Ｏ３は１２０１）以上必要で
ある。しかし、３０％を越えるとＴｉＯ２から溶接金属
へチタンの還元量が多くなりすぎかえつて脆化がおこり
、また溶接金属のアルミニウム濃度が増加し、ミクロ組
織中のフエライト量の増加により脆化を生じ、また粘性
が増加しすぎてビード形状が不良となり、さらにはフラ
ツクス造粒性が悪くなる。本発明のフラツクスへＡｌ２
Ｏ３の添加源としてはたとえば工業用精製アルミナ、焼
ボーキサイト、シヤモツト、ムライトクリンカー、紅柱
石、高アルミナセメントなどがあり、Ａｌ２Ｏ３に換算
して１２〜３０％添加するものである。なお、ＭｇＯと
Ａｌ２Ｏ３は個々に添加する他にスピネル（ＭｇＯ・Ａ
ｌ２Ｏ３）としても添加することも出来る。ＳｉＯ２は
酸性成分としてフラツクスの粘性をコントロールしビー
ド表面のつやを良好に保つためのスラグガラス化に必要
であり、また、他のフラツクス原料より不可避的に混入
されるので、少なくとも２％以上は含有されるものであ
るが、一方ＳｉＯ２を多量に含有したフラツクスを用い
特に直流逆極性で横向多層盛溶接をおこなつた場合溶接
金属の酸素含有量が著しく増加し、その靭性を劣化させ
る。さらに、多量のＣａＦ２と共存する場合、アーク空
洞の大きさが激しく変動し、アークが安定せずビード形
状を著しく損い、この現象があられれない最大ＳｉＯ２
添加量はＣａＦ２の量に応じて変化する。すなわち、Ｃ
ａＦ２添加量の上限である５０％の場合には３．３％で
あり、ＣａＦ２下限の１００！）に対しては１６．７％
であり、この間は直線関係にあるので、その関係は（％
ＳｉＯ２）≦〔２０−（％ＣａＦ２）÷３〕で示される
ことがわかつた。従つてＳｉＯ２添加量の上限を〔２０
−（％ＣａＦ２）÷３〕％とした。このようにＳｉＯ２
量を低い値に制限しても本発明のフラツクスは酸性成分
としてＴｌＯ２を１３〜３０（ｆｌ）含有しているため
良好な溶接作業性を得ることができる。なお、本発明の
フラツクスへのＳｉＯ２の添加源としては珪砂、珪灰石
、カリ長石があり、ＳｉＯ２に換算して２〜〔２０−（
％ＣａＦ２）÷３〕％添加するものである。Ｂ２Ｏ３は
その添加量に応じて溶接金属に硼素が添加でき、チタン
と共存して溶接金属のミクロ組織を均一微細にし、靭性
を著しく高めるために、０．１％以上必要である。しか
し溶接金属中の硼素が過剰に存在すると、溶接金属の靭
性向上の効果は減少し、むしろ、高温割れの発生する可
能性が多くなるのでＢ２Ｏ３の添加量の上限は１．０％
とした。本発明のフラツクスへのＢ２Ｏ３の添加源とし
てはたとえば硼酸、硼砂、コレマナイト電気石、硼珪酸
ガラス、ダンブリ石、小藤石、遂安石などがあり、Ｂ２
Ｏ３に換算して０．１〜１．０％添加するものである。
ＣａｃＯ３を１１．５％以下添加するのはアーク安定化
改善、溶接金属の水素吸収を低減するために効果的だか
らであるが、ＣａｃＯ３を１１．５０１）を越えて添加
すると、ＴｉＯ２と反応し、高融点でビード表面に析出
しやすい灰チタン石（ＣａＯ−ＴｉＯ２）が生じ、スラ
グはく離性を損うようになるので好ましくない。

ＣａｃＯ３の添加源としては緻密質石灰石、結晶質石灰
石、大理石などがあり、ＣａｃＯ３に換算して１１．５
（：Ｆｆ）以下添加するものである。

また、マンガンの酸化物は珪酸マンガン、二酸化マンガ
ン、マンガンスラグ、炭酸マンガンとして溶接金属中の
マンガン濃度を高め、靭性を向上するために添加するこ
ともできるが、これらはホックマークを発生しやすくし
、溶接金属中の酸素含有量を高め、スラグはく離性を悪
くするので、その添加量はＭｎＯに換算して５（ｆｌ）
以下が望ましい。この他にＭｇ，Ａｌ，Ｓｉの弗化物、
Ｚｒ，Ｋ，Ｎａ，Ｌｌの各酸化物、各弗化物、鉄粉、合
金粉をアーク安定化などのために少量添加することは差
支えない。また、必要に応じて合金剤、脱酸剤として、
Ｓｉ，Ｍｎ，Ｎｉ，ＭＯ，Ｃｒの金属、合金、あるいは
これらの鉄合金を添加することが出来る。本発明のフラ
ツクスを製造する際全体を予め溶融すると特に横向溶接
においてはビードの支えが弱くなりアークが不安定とな
り、さらに溶接部の拡散性水素量が高くなり好ましくな
い。したがつて本発明のフラツクスの製造法は非溶融方
式に限る。すなわち原料粉末を結合剤を用い造粒し、焼
成する方法か、あるいは全体を高温焼結し、その後、粉
砕整粒する方法のいずれかである。なお、本発明フラツ
クスは横向用に限らず、これより各制約の少ない下向や
完全溶込みの水平すみ肉溶接への適用も可能であること
は言うまでもない。以下に実施例により本発明の効果を
さらに具体◆唾的に説明する。実施例 １ 第１表に化学組成と機械的性質を示した３０田板厚の低
温用アルミキルド鋼に第１図に示す形状の開先をとり、
その中に第２表に示される化学組成の直径３．２ＩＬＩ
ＩＬのワイヤを用い、直流逆極性の電源で電流４５０Ａ
（初層のみ３５０Ａ）、電圧２８Ｖ）速度４０ＣＩｎ／
Ｍｉｎ）トーチ角度３００）突出し長さ２５”ｌパス間
温度１５０℃以下の溶接条件で両側にそれぞれ３パスの
横向多層盛溶接をおこなつた。

その時に使用したフラツクスの化学組成を第３表に示す
。

第４表はこれらのフラツクスを構成する原料の配合割合
を百分率で示す。フラツクスＦ−１からＦ−８までは本
発明の対象となるフラツクスであり、Ｆ−９とＦ−１０
は比較例のフラツクスである。

これらのフラツクスによつて得られた溶接作業性結果と
溶接金属の酸素含有量と機械的性質を第５表に示す。表
にみられるようにＦ−１〜Ｆ−８のフラツクスによる溶
接作業性と溶接金属の機械的性質は共に優れているが、
Ｆ−９はＣａＦ２とＳｉＯ２が多くてアーク電圧が激し
く変動し、アーク切れ、ワイヤ突込みがひんばんに発生
し、実用に供するには耐えられなかつた。Ｆ−１０のフ
ラツクスではアークは安定するがＢ２Ｏ３が含まれてい
ないので得られた溶接金属の靭性が悪く、その上スラグ
のこびつきもひどく、スラグは全くはく離することはで
きなかつた。実施例 ２ 第６表に化学組成と機械的性質が示されるＨＴ６Ｏ鋼と
溶接ワイヤおよび交流細径ワイヤ用潜弧溶接機を用いて
第１図と同じ開先内に電流３５０Ａ１電圧２８〜２９、
速度５０ＣＴＩＬ／Ｍｉｎでの溶接条件で両側にそれぞ
れ４パスの多層盛溶接をおこなつた。

使用したフラツクスはＦ−３，Ｆ−４，Ｆ−６，Ｆ−９
であつた。それらの結果を第７表に示す。Ｆ−３，Ｆ−
４，Ｆ−６のフラツクスによればスラグ巻込み、ピツト
、ホックマークなどの欠陥は全くなく、また、機械的性
質も良好で健全な横向溶接継手が得られるのに対し、Ｆ
−９のフラツクスではやはりアークが安定せず欠陥の多
い継手となつた。実施例 ３ 板厚２０ｍ１０）ＳＭ５Ｏの鋼板に第２図に示す形状の
開先を準備し、第２表に示す組成の４．８ｍｍ直径の溶
接ワイヤと第３表のフラツクスのうちＦ一５とでもつて
交流の溶接電流６５０Ａ、溶接電圧３１Ｖ，溶接速度５
０ｃｍ／Ｍｉｎで両側各３パスづつの下向多層盛溶接を
おこなつた。

その結果本発明の対象となるＦ−５のフラツクスを用い
ればその溶接作業性は優れており、溶接金属の衝撃値Ｅ
−４５％は１０．２ｋｇ−ｍであつた。実施例 ４ 第１表に示す組成の鋼板に第３図に示される開先を準備
し、第２表に示す組成で直径１．６ｕ１のワイヤと第３
表のＦ−３，Ｆ−４，Ｆ−１０のそれぞれのフラツクス
とでもつて交流細径ワイヤ用潜弧溶接機で完全溶込みの
水平すみ肉多層盛溶接をおこなつた。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 主成分としてＴｉＯ＿２１３〜３０％、ＣａＦ＿２
   １０〜５０％、ＭｇＯ＿２０〜４０％、Ａｌ＿２Ｏ＿３
   １２〜３０％、ＳｉＯ＿２２〜〔２０−（％ＣａＦ＿２
   ）÷３〕％、Ｂ＿２Ｏ＿３０．１〜１．０％を含有する
   ことを特徴とする潜弧溶接用非溶融型フラックス。 ２ 主成分としてＴｉＯ＿２１３〜３０％、ＣａＦ＿２
   １０〜５０％、ＭｇＯ＿２０〜４０％、Ａｌ＿２Ｏ＿３
   １２〜３０％、ＳｉＯ＿２２〜〔２０−（％ＣａＦ＿２
   ）÷３〕％、Ｂ＿２Ｏ＿３０．１〜１．０％およびＣａ
   ＣＯ＿３１１．５％以下を含有することを特徴とする潜
   弧溶接用非溶融型フラックス。