JPS595078B2 - サブマ−ジア−ク溶接用フラックス - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はサブマージアーク溶接用フラックスに関し、詳
細には、ペイント塗布鋼板をそのまま母材として用いて
溶接する場合でも、溶接金属部にピットやブローホール
等の欠陥を生じないように改良されたサブマーージアー
ク溶接用フラックスに関するものである。

５ ペイント塗布鋼板をそのままの状態で溶接すると、
溶接金属部にピットやブローホール等の欠陥を生じるこ
とが知られている。

これは鋼板表面のペイントに含まれるブチラール樹脂や
エポキシ樹脂等の有機化合物が溶接熱によつて分解し、
Ｃｏ、１０Ｈ２、Ｏ２、炭化水素等のガスを発生し、こ
れが溶接金属内に混入して気泡や気孔を生じる為と考え
られている。従つてペイント塗布鋼板を溶接する場合は
、従来鋼板上のペイントを予め除去しておく方法が採用
されていたが、溶接部及びその近辺１５のペイントをそ
の都度除去する作業は極めて煩雑で時間を要することで
あり、作業者に多大の労力を与えると共に溶接能率も著
しく低下する。この様なところから、ペイント塗布鋼板
をそのまま適用しても前述の如き欠陥を発生しないよう
、サブ２０マージアーク溶接用フラックスの組成を改良
する方法が研究されつつある。この種の研究成果の１つ
としてフラックス組成中に含水鉱物を配合する方法が提
案され、溶接金属表面のピットを可及的に減少し得るこ
とが解明された。ところがこの技２５術では、溶接金属
表面のピットを減少し得るのみで溶接金属内部に発生す
るブローホールについては満足な抑制効果が得られず、
溶接欠陥を完全に解消することはできなかつた。本発明
者等がこの原因を究明したところ、以下に示す様な事実
が確３０認された。即ちフラックス中に含水鉱物を配合
すると、水が溶接熱によつて分解してガス化し溶融プー
ルの攪拌を助長し、ペイント熱分解ガスの逸散を加速す
る結果ピットやブローホールを減少できると考えられて
いる。ところがペイント分解ガ３５ス及び水分解ガス中
には多量の水素ガスが含まれており、これは溶融金属に
対しては比較的高い溶解度を有しているから、溶融プー
ルからこの溶存水素を完全に逸散させることはできない
。ところが水素ガスは凝固状態の溶接金属中には殆んど
溶解しないから、溶融金属が凝固する過程で多量の水素
ガスを放出するが、ビード表面は内部より冷却速度が早
いから溶接金属内部の水素ガスは、内部にとじこめられ
ブローホールとなつて現われる。この様な傾向は水素ガ
スに限らず酸素ガスや窒素ガスにもみられ、結局ビード
表面にピツトが殆んどない場合でも溶接金属内部に多量
のブローホールを生じることが確かめられた。本発明者
等は前述の様な知見に基づき、溶融金属に対して溶解度
の小さい分解ガスはもとより、水素、酸素、窒素の如く
溶解度の高いガスをも溶融金属から可及的に逸散させる
ことができれば、溶接金属の表面及び内部に発生するピ
ツトやブローホールを完全に解消できると考え、当該目
的を満足し得る様なフラツクス組成を見出すべく鋭意研
究を重ねてきた。

その結果、フラツクス組成中に１酸化鉄と脱酸性元素を
配合することにより脱酸反応を活発化して溶融プールの
攪拌を助長し、２結晶水を含有せしめて分解ガスを発生
させることにより溶融プールの攪拌を一段と助長する他
、３炭素を配合することにより、溶融金属中の溶存水素
や溶存酸素を溶解度の乏しいＣＯやＣＨに変換して逸散
させる様にすれば、溶接金属の表面は Ｃもとより内部
にも溶接欠陥の殆んどない健全な継手が得られることを
見出し、舷に本発明を完成した。即ち本発明に係るサブ
マージアーク溶接用フラツクスの構成とは、組成中に重
量％で、酸化鉄： ．′１０〜２０％、酸化チタン：３
０〜５５％、脱酸性元素：１０〜２０％、炭素：０．１
〜０．４％、結晶水：０．１〜０．５％を含有してなる
ことを要旨とするものである。

以下本発明のフラツクスを構成する各成分の作 ．こ用
及び配合量の限定理由を説明する。

（１）酸化鉄及び脱酸性元素 酸化鉄と脱酸性元素とは、次式に示す如く溶接過程で活
発な脱酸反応を起こして溶融プールを攪拌し、ペイント
の熱分解によつて生じるガ ４スの溶融金属外への逸散
を加速する作用がある。

ＦｅＯ＋Ｍｎ：Ｆｅ＋ＭｎＯ２Ｆｅ２Ｏ３＋３Ｓｉ：２
Ｆｅ＋３Ｓｉ０２Ｆｅ２０３＋Ｍｎ→２Ｆｅ０＋ＭｎＯ
しかしながら酸化鉄の配合量が１０％未満では上記脱酸
反応に伴なう攪拌効果が乏しくピツトやブローホールを
防止する効果が満足に発揮されず、一方２０重量％を越
えるとスラグの粘性が低下してアークが不安定になり、
ビード形状の不ぞろいやスラグの噛込み等を生じる他、
スラグの剥離性が低下してくるので実用的でない。

しかるに１０〜２０重量％の範囲の配合量を採用すれば
溶接作業性、ビード形状、スラグの剥離性等が優れると
共に溶接金属表面及び内部のピツトやブローホールを効
果的に抑制できる。尚脱酸性元素は酸化鉄の配合量に応
じてこれとほぼ等量使用するのが最も一般的であるが、
酸化鉄の種類或はペイント中に含まれる酸素量等によつ
ても最適配合量は若干相違する。従つて必ずしも酸化鉄
の配合量との関連において脱酸性元素の配合量を規定す
る訳にはいかないが、本発明者等が実験によつて確認し
たところでは、フラツクス全組成中１０〜２０重量％配
合するのが最適であつた。前述の様な効果を奏する酸化
鉄とはＦｅＯ及びＦｅ２Ｏ３であり、一般的には溶接材
料として汎用されるイルミナイト、砂鉄、ミルスケール
、赤鉄鉱等の形態で使用される。

また脱酸性元素としては、酸素との結合力が鉄よりも大
きい元素であればどの様な金属元素でも使用できるが、
最も好ましいのはＭｎ，Ｓｉ，Ａｌ，Ｔｉ，Ｎｂ等であ
る。）．）酸化チタン 本発明において酸化チタンはスラグ形成剤の主体となる
ものであり、スラグに適度の粘性を付与して適正なビー
ドを形成し且つスラグの剥離性を高める効果がある。

その適正配合量はフラツクス全組成中３０〜５５重量？
となる範囲であり、この範囲外では何れも本発明の目的
を達成できない。即ち酸化チタンが３０重量％未満では
スラグの粘性が低下してビード形状が乱れる他スラグの
剥離性が著しく低下する。一方５５重量％を越えるとス
ラグの融点及び粘性が過大となつて流動性が乏しくなり
、ビードが拡がり難くなつてアンダーカツトやスラグの
巻込みを生じる傾向があり、更には溶融プールの攪拌効
果も乏しくなつてピツトやブローホールを発生し易くな
る。しかるに３０〜５５重量％の範囲であれば、スラグ
は適正な粘性、流動性及び剥離性を発揮すると共に、溶
融プールに対して十分な攪拌効果を付与できピツトやブ
ローホールを可及的に防止できる。この様な機能を奏す
る酸化チタンとしては勿論酸化チタン単品であつてもよ
いが、一般的には酸化チタンを多量に含有する鉱物例え
ばイルミナイト、ルチール、チタンスラグ、還元イルミ
ナイト等の形で使用される。（３）結晶水及び炭素 結晶水は先に述べた如く溶接熱によつて分解して水素及
び酸素を生じ、これらガスが溶融プールの攪拌を助長す
る結果、溶接金属部分に生じるピツトやブローホールを
可及的に防止できると考えられている。

しかしながら本発明者等がフラツクスに対する水の添加
量とピツト発生個数及びブローホール発生率の関係を実
験によつて確かめたところ第１図の如き結果を得た。即
ち第１図からも明白な様にＨ２Ｏを０．３重量％以上添
加するとピツトは殆んど完全に防止されるが、ブローホ
ールはＨ２Ｏの添加量を増加すればする程逆に増加して
いる。この理由は先に説明した如く分解ガス中のＨ２，
Ｏ２等が溶融金属に対してよく溶解し凝固した溶接金属
に対して溶解し難いことに起因すると考えられる。とこ
ろがフラツクス中に炭素を配合しておくと、炭素がこの
水素や酸素と反応して溶融金属に溶解し難いＣＯや炭化
水素に変換され、溶融金属からすみやかに逸散する。こ
れらの関係を初めて明確にした本発明者等の実験結果を
第２図に示す。

即ち第２図はフラツクス中の結晶水及び炭素の量とブロ
ーホール発生率の関係を示すグラフであり、図中○印は
ブローホール発生率が１０％未満、△印は同発生率が１
０〜１５％、Ｘ印は同発生率が１５％を越えたものを示
している。第２図の結果を解析すると、炭素量が０．１
％未満ではたとえ結晶水の量を増加してもブローホール
発生率を抑制することができず、また炭素量が０．４％
を越えると結晶水の量を如何に増減変更してもブローホ
ールを抑制することはできない。また結晶水が０．１％
未満では炭素量を増減変更してもブローホールを抑制し
難くなる他ピツトの発生が著しくなり、一方結晶水が０
．５％を越えるとピツトは効果的に防止し得るものの、
炭素量を如何に増減変更してもブローホールを抑制でき
なくなる。即ち第２呻結果から明白な様にピツト及びブ
ローホールの及方を効果的に抑制する為には、結晶永の
添加量を０．１〜０．５重量％、炭素の添加量を０．１
〜０．４重量％（特に好ましくは０．２〜０．４重量％
）の範囲内に設定すべきである。又、この範囲内で更に
好適な範囲は、炭素含有量を〔Ｃ〕％、結晶水含有量を
〔Ｈ２Ｏ〕％としたとき、の関係を満たす場合であり、
この条件を満足するときはブローホールをもほぼ完全に
しかも確実に防止できることが確認された。

この様な添加効果を発揮する結晶水は、溶接原料として
汎用されている各種含水鉱物例えばタルク（結晶水を約
５％含有）やマイカ（結晶水を約６％含有）等の形で添
加すればよく、また炭素はカーボンブラツクや木炭粉等
の他、ＭｎやＳｉ等結合した炭素を使用してもよい。

ところでフラツクスには調合方法によつて溶融型フラツ
クスと焼結型フラツクスに大別されるが、本発明ではフ
ラツクス組成中に規定量の結晶水を含ませるところに一
つの特徴があるから、原料調合過程で結晶水を放出し難
い焼体型フラツクスとして使用するのがよい。本発明の
サブマージアーク溶接用フラツクスは以上の如き組成か
ら構成されているが、要は組成中に適量の酸化鉄及び脱
酸性元素、結晶水、並びに炭素を配合することにより、
ペイント塗布鋼板をそのまま母材として用いた場合でも
溶接金属の表面はもとよりその内部に発生するピツトや
ブローホールをほぼ完全に解消し得ることになり、内外
面共美麗で健全な継手が得られることになつたものであ
る。

次に本発明の実施例を示す。

実施例 第１表に示す配合例でサブマージアーク溶接用フラツク
スを調整し（固着剤として乾燥量約３％の水ガラス使用
）、このフラツクスＡ−Ｉを用いて溶接試験を行なつた
。

但し溶接条件は下記の通りとした。溶接ワイヤ ＵＳ−
３６（高Ｍｎワイヤ）１．６１Ｗ！φ母材軟鋼（ＳＳ４
ｌ）厚さ１２顛Ｘ幅１００×長さ１０００ウオツシユプ
ライマ一２０μ 全面 塗布 溶接姿勢 水平すみ肉溶接 溶接条件 ２６０Ａ−３２Ｖ−４０ｃＴＬ／Ｍｍ結果を
第２表に一括して示す。

第１表のフラツクス組成及び第２表の溶接結果を総合す
ると下記の如く考察される。

（イ）フラツクスＡ及びＢは炭素の配合量が規定範囲未
満である他はすべて本発明の範囲内とした比較例である
が、ブローホールの発生が著しく継手欠陥を防止できな
い。

（ロ）フラツクスＣ，Ｄ及びＥは炭素、結晶水の配合量
は勿論、すべて本発明の規定範囲に入る実施例であるが
、ピツト、ブローホール共極めて少なく溶接作業性も優
れると共に、ビードも美麗で継手欠陥もみられない。

（ハ）フラツクスＦは酸化鉄を規定範囲よりも多量配合
した比較例であるが、ビード外観、スラグの剥離性、ア
ンダーカツト等に於て著しく劣り使用に耐えない。

（ニ）フラツクスＧ，Ｈ及びＩは何れも本発明の規定範
囲内で酸化鉄とＴｉＯ２の配合比を変えたものであるが
、酸化鉄の配合量でみた場合約１３％程度（フラツクス
Ｈ）のときに最良の結果が得られた。

【図面の簡単な説明】

第１図はフラツクス中の結晶水含有量とピツト発生個数
及びブローホール発生率の関係を示すグラフ、第２図は
フラツクス中の結晶水及び炭素の含有量とプロ・−ホー
ル発生率の関係を示すグラフである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 酸化鉄：１０〜２０％、酸化チタン：３０〜５５％
   、脱酸性元素：１０〜２０％、炭素：０．１〜０．４％
   、結晶水：０．１〜０．５％を含有してなることを特徴
   とするサブマージアーク溶接用フラックス。 ２ 結晶水はタルク、マイカ等の含水鉱物として配合さ
   れるものである特許請求の範囲第１項記載のフラックス
   。 ３ 炭素は０．２％以上である特許請求の範囲第１又は
   ２項記載のフラックス。 ４ 炭素含有量を〔Ｃ〕％、結晶水含有量を〔Ｈ＿２Ｏ
   〕％とした時、−０．５〔Ｈ＿２Ｏ〕＋０．３≦〔Ｃ〕
   ≦−０．５〔Ｈ＿２Ｏ〕＋０．５なる式を満足するもの
   である特許請求の範囲第１、２又は３項記載のフラック
   ス。 ５ フラックスが焼結型である特許請求の範囲第１〜３
   又は４項記載のフラックス。