JPS6054155B2

JPS6054155B2 - 片面溶接裏当て用焼成型フラックス

Info

Publication number: JPS6054155B2
Application number: JP52094088A
Authority: JP
Inventors: 公造赤秀; 輝男浮辺; 至山下
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1977-08-08
Filing date: 1977-08-08
Publication date: 1985-11-28
Also published as: JPS5428745A

Description

【発明の詳細な説明】この発明は金属製当金と粒状フラックスを併用する鉄鋼
の片面溶接に用いる裏当て用焼成型フラックスに関する
ものである。

片面自動アーク溶接は裏当の方法により銅バッキング法
、フラックスバッキング法およびこれらの双方を組合わ
せた銅・フラックスバッキング法の３種に分類される。

これらの中でとくに第１図ａに示した銅・フラックスバ
ッキング法は、銅当金の冷却作用により特に裏波ヒート
形状が安定すること、装置化により作業能率を著しく高
められることから造船、橋梁などの工場溶接において広
く用いられている。図中１、１’は鋼板、２は裏当てフ
ラックス、３は金属とくに銅当金である。このような銅
・フラックスバッキング片面溶接に用いる裏当フラック
ス２としては、従来の潜弧溶接用フラックスをそのまま
裏当用として使用するか、あるいは特殊なフラックス組
成とし、かつフェノール、フラン、フルフラールなどの
樹脂やデキストリンなどの有機材料を含有もしくは被覆
させたものが多い。

しかし、このような裏当フラックス２に含有される有機
材料は裏波ヒート形状を安定化し、溶鋼の流出防止やイ
バリ、アンダカツト、突起などの欠陥の発生防止のため
に添加されるが、これは比較的低温で変質するので、裏
当フラックスが吸湿した場合に再乾燥が不可能となりさ
らに、当金上に散布したフラックスのほぼ全量が溶接熱
で固化してしまうため再使用ができず、単位裏波ビード
ノ長さ当りの裏当フラックスの消費量は樹脂を含まない
場合の数倍も多くなり、かなりに不経済である点から問
題視されることがある。

発明者らは先にこの問題を解決するための新規な溶接方
法を開発した。

（特公昭５６−１７９９１号公報；参照）。たとえば第
１図を−ｄに示すように鋼板１、１″と金属製当金３と
の間において裏当フラックス２と、高分子フィルムや、
樹脂、油脂又はゴムのごとき有機物５を、紙やアルミ箔
などの基材４により鋼板１，１″、当金３の何れか一方
又は双方からへだてかつ溶接直前に裏当フラックス２と
有機物５との両者が重なり合うように配置する、粘着性
シート類を適用することである。

かくして裏当フラックスが万一吸湿していたとしても、
再乾燥を経た使用を可能ならしめ、また、溶接時に上記
の粘着性シート類が溶融して裏当フラックスの必要部分
のみを粘結するようにして単位裏波ビード長に対する裏
当フラックスの消費量を少なくし、粘結されていない裏
当フラックスの回収、再使用を可能とし、さらに、有機
物５による裏当フラックス２の有効な粘結作用により、
溶接時の溶鋼の流出防止、裏波ビードの安定化ならびに
、イバリ、アンダカツトおよび突起など、欠陥の減少に
も効果的であるなどの特長を示すものである。しかし、
さらに検討を進めたところ上述の方法においてもなおイ
バリやアンダ功ツトを完全になくすことは実際上困難な
事態に遭遇しこれは裏波ビードのエッジにおける酸化被
膜（スケール）がスラグとの反応によつても完全には除
去され難いために、エッジと裏波ビードとの濡れが悪い
ことに起因していることがたしかめられた。したがつて
これらの欠陥をなくすにはスラグの性質、すなわち裏当
フラックスの組成に検討の必要があることに気づいた。

そこで種々の実験、研究と試行錯誤をくり返した結果、
ＢａＯを主体とする組成の裏当て用焼成形！フラックス
の有用性を発見し、こ）に溶融スラグと鋼板のスケール
との反応がすみやかに行なわれて、鋼板裏面のエッジで
の溶鋼の濡れ性が著しく向上し、それ故イバリやアンダ
カツトの発生が抑止され、スラグ−メタル間の界面張力
が大きくな二ることから裏波ビードの接触角を小さくし
、さらに銅当金表面に対する溶融スラグのなじみ性も改
善されて突起の減少をもたらすという顕著な効果を見い
出した。

この発明の裏当て用焼成型フラックスによれば１第１図
ａのようにフラックスのみでも十分実用に耐えうる裏波
ビードが得られ、また、第１図ｂ〜ｄの改良技術との組
合せでよりすぐれた裏波ビードが形成されることをたし
かめた。

ＢａＯを主体とする組成というように上述した裏当て用
焼成型フラックスの特徴とするところは、金属粉とフラ
ックス粉との混合物から′より、金属粉はおもに脱酸剤
、合金剤であり、これらがフラックス全体に対し３〜１
８Ｗｔ％（以下単に％で示す）を占め、金属粉を除いた
フラックス粉を１００％として、必須成分のＢａＯ，Ｓ
ｉＯ２，Ａｌ２Ｏ３，ＣａＦ２，ＭｇＯ，ＣＯ２成分の
合計が７５％以上であり、これらの各必須成分はＢａＯ
７〜５０％，ＭｇＯｌＯ）〜３０％，ＳｌＯ２５〜３０
％，Ａｌ２Ｏ３５〜３０％，ＣａＦ２ｌＯ〜２５％、そ
してＣＯ２成分３〜１５％とし、ＢａＯ＋ＭｇＯが２０
〜６０％の範囲にあるものとして、上記混合物を常法た
とえば水ガラスを用いて造粒焼成したところにある。

この裏当て用焼成型フラックスの各成分の作用と成分範
囲限定の理由を以下に示す。

適正量のＢａＯは、他の必須成分と融合してスラグ化し
、このスラグがさきにも触れたように裏波ビードのエッ
ジでの鋼板の酸化被膜（スケール）と容易に反応するた
め溶鋼の濡れ性が著しく改善され、イバリ、アンダカツ
トが発生しにくく、接触角の小さい裏波ビードを形成す
る効果に奏効する。

さらに、このスラグは銅当金へのなじみ性も良好である
ため突起の発生防止にも顕著な効果をもたらす。このよ
うな効果はＢａＯく７％では期待できず、また、ＢａＯ
〉５０％では裏波ビード表面にスラグの一部が残留し、
またスラグの塩基度が高くなりすぎてビード外観不良や
形状不均一を生じるためＢａＯは７〜５０％の範囲にあ
ることが必要である。

なお、ＢａＯ源としては炭酸バリウムがＣＯ２成分を含
有するため適当であるが、その他に、バリウム長石など
の複合塩、その他炭酸バリウムを焼成してＣＯ２成分を
除いたものでもよく、この場合もＢａＯが上記の範囲内
であれば同様の効果を示す。ＳｌＯ２は〈５％ではきわ
めて強塩基性のスラグとなつてビード外観不良や、凸型
形状をつくる。いつぽう、ＳｉＯ２〉３０％ではビード
形状は偏平となり、ビード表面につやが出る反面上記の
ＢａＯの効果を阻害し、イバリやアンダカツトの発生率
を高め勝ちとなるためＳｉＯ２は５〜３０％範囲内であ
ることが必要である。Ａｌ２Ｏ３はフラックスの耐火度
およびスラグの融点、粘性を調整するために５〜３０％
の範囲内で含有させることが有効である。

Ａｌ。Ｏ３〈５％では耐火度が低すぎて裏波ビードが不
均一となり、蛇行ビードとなりやすく、Ａｌ２Ｏ３〉３
０％では耐火度が高くなりすぎて裏波ビードが形成され
にくく不安定ビードになる。ＣａＦ２はスラグの融点お
よび粘性を適正とするために１０〜３０％の範囲である
ことが効果的であり、１０％より少ない場合はスラグの
融点、粘性が高くなりすぎて十分な裏波ビードが形成さ
れにくく、また、３０％を超えるとスラグの融点が低下
しすぎ、粘性も著しく小さくなるために裏波ビードが蛇
行しやすくなり、場合によつては溶鋼の流出が起ること
もある。

ＭｇＯはフラックスの耐火度およびスラグの塩基度を調
整するために１０〜３０％の範囲で添加する。

ＭｇＯがこの範囲よりも少ない場合にはフラックスの耐
火度が低く、裏波ビードが過大となり、ビードエツジで
のなじみ性が悪くイバリやアンダカツトも発生しやすく
なる。いつぽう、ＭｇＯが３０％を超えるとスラグの融
点が高くなりすぎて裏波ビードが形成されにくく、また
ビード表面にへこみが発生しやすくなる。また、塩基性
成分であるＢａＯとＭｇＯの和は２０〜６０％の範囲で
あることが必要であり、この合計が２０％未満ではイバ
リやアンダカツトの発生率が高く、また６０％を超える
と塩基度が高くなりすぎビード外観を損なう。

上述したように、裏当フラックスは一般に樹脂などの有
機物を従来含有させていたが、このような有機物は溶接
熱により燃焼もしくは分解されて酸素、窒素、水素など
の有害ガスを発生し、これが溶接金属に吸収されてビー
ド外観不良、ビット、プロホールの発生、靭性の低下や
遅れ破壊につながることもある。

このような状態で裏当フラックス中にＣＯ２成分を添加
することは、上記有害ガスの分圧を低下させ、有害ガス
による弊害を効果的に除去できる。

このためにはフラックス組成中に３〜１５％のＣＯ２成
分が必要である。ＣＯ２成分が３％未満ではこの効果が
十分に発揮できず、１５％を超えると裏波ビードにボツ
クマークが発生しやすくなり、とくに焼結粒度が細かい
場合にはアーク空洞の圧力が高くなりすぎて溶鋼の吹き
出しが起ることもある。このＣＯ２成分は炭酸カルシウ
ム、炭酸バリウム、炭酸マグネシウム、炭酸マンガン、
炭酸ナトリウム、炭酸カリウムなどの金属炭酸塩で添加
すればよいが分解温度や吸湿性などの点から炭酸カルシ
ウム、炭酸バリウムがとくに適し、これら両者を主体と
し上記の各種炭酸塩と適宜に組合わせて用いてもよい。
上述した必須成分群はこの発明においてフラックス組成
中に少くとも７５％を占める配合とせねばならず、これ
に満たないときは、上述のＢａＯの効果が十分に発揮さ
れず、イバリ、アンダーカットや突起が発生するような
不都合がある。

こ）でフラックス組成成分たり得る任意ないしは選択成
分はＴｌＯ２，ＣａＯ，ＭｎＯ，ＺｒＯ２，Ｋ２Ｏ，Ｎ
ａ２Ｏ，ＦｅＯ，Ｂ２Ｏ３およびこれらの複化合物であ
り、これらの成分は、１種で最大１０％まで添加しても
よく、これらと不可避的に混入される不純物を含めた合
計が２５％未満でなければならない。この発明において
金属粉というのは鉄粉を除いた主成分の脱酸剤および、
被溶接材の組成や用途により適宜添加する合金剤を指し
、Ｍｎ，Ｆｅ−Ｍｎ，Ｓｉ，Ｆｅ−Ｓｉ，Ａｌ，Ｆｅ−
Ａｌ，Ｆｅ−Ｂ，Ｆｅ一Ｔｉ，Ｆｅ−Ｚｒ，ＭＯ，Ｆｅ
−ＭＯ，Ｎｉ，Ｆｅ−Ｎｉ，Ｃｒ，Ｆｅ−Ｃｒ，Ｗの１
種もしくは２種以上を、金属粉とフラックス粉末の混合
物の全体量に対し３〜１８％を占める。

ちなみに鉄粉は添加材とそしての作用を有するため、必
要に応じて適宜添加してもよ゜い。鉄粉を除いた上記金
属粉が３％未満では溶接金属の脱酸作用が不十分となり
、ビット、ブローホール、ポツクマークが発生する。い
つぽう、鉄粉を除く金属粉が１８％を超えると溶接金属
硬化、合金成分の偏析、高温ワレ、曲げ試験におけるワ
レ発生の原因となる。以下に実施例を示す。

実施例１第１表に示す９種類のフラックスを用いて継手の２電極
サブマージアーク溶接を行ない、裏波ビＬ−ドの状態を
調査した。

この場合、Ｆ２〜８はこの発明によるフラックスの実施
例であり、Ｆｌ９，ｌＯは比較例である。

なお、ここでの裏当の形態は第１図ａのごとくであり、
高分子フィルム、樹脂などの補助材は用いていない。使
用した鋼板は板厚２５順のＳＭ５Ｏ（ＣＯ．ｌ６％，Ｓ
ｌＯ．３３％，Ｍｎｌ．４３％，ＰＯ．Ｏ２Ｏ％，ＳＯ
．Ｏ２２％）であり、開先は角度５００、ルートフェー
ス４ｍである。

８刈２０×１５００ＴＩｒ１ｎの銅当金上に裏当フラッ
クスを高さ４７ｒ＄ｔ１幅１００７ｍに均一に散布し、
開先裏面にエアーホースの圧力１．２ｋ９／Ｃｌｌで押
し上げた。

溶接材料としてワイヤはＫＷ−４３（ＣＯ．Ｏ６％，Ｍ
ｎＯ．４３％，ＰＯ．Ｏｌ２％，ＳＯ．ＯｌＯ％）、表
フラックスはＫＢ−５０（ＣａＦ２ｌ８％，ＳｌＯ２ｌ
４％，Ａｌ２Ｏ３ｌ４％，ＣａＯｌ５％，ＭｇＯ２６％
、その他１３％）（塩基性焼成型フラックス）を用いた
。

溶接条件は以下に示すごとくである。ワイヤ径；先行極
４．８薦、後行極６．４ＴＩｎ１ワイヤの傾き；先行極
０４（垂直）、後行極２０Ｔ前進角、溶接電流；先行極
１４００Ａ、後行極１２００Ａ１アーク電圧；先行極羽
■、後行極４２Ｖ１溶接速度：Ｊ（４）ｏ／Ｍｉｎｌ電
極間距離；５『この溶接による裏波ビードの状態を第２
表に示す。

これから明らかなごとく、この発明で指定した組成範囲
内にあるＦ２〜Ｆ７はごくわすかの突起が発生している
もののイバｌ八アンダカツトは皆無であり形状が安定し
かつ外観良好な裏波ビードが得られた。

いつぽう、指定組成範囲外であるＦ１ではイバリ、アン
ダカツトが発生し裏波ビード形状も不安定であつた。こ
れはＢａＯの含有量が７％未満であつて、鋼板裏面とス
ラグの反応が不十分であり、また銅当金に対するスラグ
の濡れ性が不良であつたことによる。Ｆ９による裏波ビ
ードにはイバＩ八アンダカツト、突起およびポツクマー
クが多発しているがイバリ、アンダカツト、突起はＢａ
Ｏが添加されていないためまたポツクマークはＣＯ２ガ
ス成分の過多により発生したものである。また、ＦｌＯ
では突起、イバＩ八アンダカツトのほかにヘリンボーン
、ビットが多発しているが突起、イバリ、アンダカツト
はＢａＯの無添加のため、またはヘリンボーン、ビット
は脱酸剤などの金属成分の含有量が少なすぎることに起
因している。実施例２厚み１０Ｔ！Ｒｌｎｌ幅１０『の銅当金上に厚み０．５
順、幅８０ＷＩＩｎのガラステープにポリクロロプレン
を主成分とするエラストマー型接着剤を１００ｙ／ｄに
塗布したシートを接着剤の塗布されていない面を銅当金
に接するように載置し、第１表のＦ２の裏当フラックス
を高さ４．５ｗｔ１幅８０噸に散布して裏当材を形成し
ＳＭ４ｌ鋼板（板厚１６ＴＷ１（ＣＯ．ｌ９％、ＳｉＯ
．Ｏ２％，ＭｎＯ．８３％，ＰＯ．Ｏ２７％，ＳＯ．Ｏ
ｌ５％））の開先裏面にエアホースの圧力０．８ｋ９／
Ｃｌｉで押し当て、表側より２電極サブマージアークー
層溶接を行つた。

開先は５００でルートフェース３Ｔ１ｒ！！ｌとし、ワ
イヤは実施例１と同じくＫＷ−置表フラックスは罰−５
０（組成一実施例１と同じ）てある。溶接条件の中でワ
イヤ径、ワイヤ傾斜角は実施例１と同じである。その他
の条件は溶接電流：先行極１２００Ａ、後行極８００Ａ
１アーク電圧；先行極３８Ｖ１後行極４０■、溶接速度
；６０ｃｆｆ１／Ｍｉｎｌ電極間距離７０Ｗ＄ｔである
。溶接結果はきわめて良好であり、裏波ビード長２ｍ１
こおいて何ら欠陥は認められず接触角の小さい、形状の
安定したつやのある裏波ビードが得られた。

Ｘ線透過試験による内部検査の結果、欠陥はまつたく認
められずＪＩＳｌ級であつた。実施例３厚み８ｗ！ｔ１
幅１００ｍの銅当金上に５０ｆ／ｄのクラフト紙（幅８
０Ｔ！ｒ！ｎ）に酢酸ビニル樹脂を主成分とする熱可塑
接着剤５０ｙ／イを塗布したシートを、接着剤の塗布さ
れていない面を銅当金に接するように載置して、第１表
のＦ４の組成を有する裏当フラックスを高さ４顛、幅８
０ｍに散布し、さらに前記のシートを接着剤が裏当フラ
ックスに接するように重ねて裏当材とした。

鋼板はＫ５Ｄ（ＣＯ．ｌ３％，ＳｌＯ．４３％，Ｍｎｌ
．５７％，ＰＯ．Ｏｌ８％，ＳＯ．Ｏｌ５％）の３２Ｔ
１ｒＩＩＥ厚であり、この開先裏面にエアーホースの圧
力０．５ｋ９／Ｃ７ｌ！で押し当て表面より２電極サブ
マージアークを用いて３層４バスで溶接を完了した。開
先は６００のＶ型でルートギャップ０Ｔｆｎとした。溶
接ワイヤはＫＷ−５０Ｃ（ＣＯ．Ｏ８％，ＳｉＯ．３％
，Ｍｎｌ．５％，ＰＯ．Ｏｌ５％，ＳＯ．ＯＯ８％，Ｍ
ＯＯ．５％）、表フラックスはＫＢ−１１０（組成Ｓｌ
Ｏ２ｌ５％，，Ａｌ２Ｏ３ｌ７％，ＭｇＯ２７％，Ｃａ
Ｏｌ８％，ＣａＦ２ｌ５％、その他１１％の塩基性焼成
型フラックス）を用いた。ワイヤ径、ワイヤ傾斜角は実
施例１と同様とし、電流：先行極１１００Ａ、後行極９
００Ａ、アーク電圧；先行極３６■、後行極４２■、溶
接速度５７ｃｍ／Ｍｉｎｌ電極間距離８ｉで溶接した。
この結果、第１バスによる裏波ビードにはポツクマーク
、突起、イバリなどの欠陥は皆無であり、接触角の低い
形状の安定した裏波ビードが得られた。

その後、バスを重ねて溶接を終了し、Ｘ軸透過試験を行
つたが、スラグ巻込み、ブローホール、割れなどの欠陥
はまつたく観察されなかつた。溶接部の機械的性質は継
手引張強さ５６ｋ９／Ｔｄｆｔ（母材破断）、０℃の２
顛■ノツチシヤルピーの吸収エネルギ６．５ｋ９−ｍと
良好で、側曲げ、自由曲げ（表曲げ、裏曲げ）試験にお
いても割れは認められなかつた。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ，ｂ，ｃおよびｄは、この発明の裏当フラック
スの好ましい適用例を示す溶接旋工要領を示す説明図で
ある。

Claims

【特許請求の範囲】１７〜５０ｗｔ％のＢａＯ、１０〜３０ｗｔ％のＭｇＯとをそれらの合計で２０〜６
０ｗｔ％、５〜３０ｗｔ％のＳｉＯ＿２ならびにＡｌ＿
２Ｏ＿３１０〜３０ｗｔ％のＣａＦ＿２および３〜１５
ｗｔ％のＣＯ＿２成分とを必須成分とし、これらの必須成分量がフラックス組
成中に少くとも７５ｗｔ％を占める配合になるフラック
ス粉と、溶接融解金属の脱酸剤ないし合金剤として機能
する金属粉との混合物よりなり、この金属粉は全体重量
の３〜１８ｗｔ％を占めるものとして、上記混合物を常
法により造粒焼成して成ることを特徴とする片面溶接裏
当て用焼成型フラックス。