JPS6057954B2 - 対プライマ−耐気孔性、低水素系被覆ア−ク溶接棒 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、対プライマ耐気孔性、低水素系被覆アーク
溶接棒に関するものである。

この発明はとくに有機質プライマーが塗布されたような
場合に従来のつき合わせ或いはすみ肉溶接では不可避と
された機孔発生の問題の解消に有利な溶接棒用低水素系
被覆剤組成の開発成果をこ）に提案するものである。従
来低水素系被覆アーク溶接棒による溶接が、その施工の
際すでに発銹したり、あるいはプライマーが塗布された
鋼板に適用された場合には、とくに突合せ又はすみ肉溶
接部に気孔（ビットおよびブローホール）が発生し易い
という問題があつた。

こ）にＪｌＳでは溶接金属の拡散性水素量測定法を規定
し、この測定方法によつて求めたときの拡散性水素量が
１０（ｍｌ／溶接金属１００ｙ）以下の溶接棒を低水素
系溶接棒と定め、これらの低水素系溶接棒を用いて高張
力鋼を溶接すれば、水素による脆化や割れ防止の為に極
めて有効であることは公知である。

しかしながらこれらの溶接棒を用いてウォッシュプライ
マーやジンクリッチプライマー等を塗布した鋼材の下向
あるいは水平すみ肉溶接部材を手溶接や重力式溶接法で
溶接するとき、プライマーに起因する気孔が発生する為
、その欠陥部の補修溶接が必要であつたり、あるいは気
孔発生防止の為すみ肉溶接部材のプライマーを予め研摩
除去したりするなど多大の労力が払われている。

プライマー塗布鋼板のすみ肉溶接における気孔発生の原
因は、すみ肉溶接部材の空隙部に発生したプライマーの
燃焼ガスによつて生成する気孔の成長と、溶融メタルの
凝固の進みとが一致する為と解釈され、これと全く同じ
現象が突合せ溶接の場合に起ることがある。

これは突合せ開先面の雨濡れや、湿分によつて間隙部に
存在する水分の影響や、ないしはこれに基いて錆中の水
分が発生源となり、こうしたときには前述したプライマ
ー塗布鋼材の溶接の場合と同様な気孔を発生し、従つて
この発明ではその防止についても対プライマー．耐気孔
性に含めるものとする。発明者らはかような気孔発生の
防止対策に関してさきに特公昭５５−２４３９７号の公
報の発明を提案した。

これは主に溶接金属の濡れ性を向上させる手段によるも
のでかなりの効果をみているが、しかしこの方法は被覆
剤を塩基性にする必要があるため必らずしも溶接作業性
において十分満足できる結果が得られない面を残してい
る。さて溶接部材にプライマーなどが存在しない場合に
おいても、拡散性水素量と気孔の発生は密接な関係があ
り、発明者らの検討により第１図〜第３図のようにまと
めることができる。

これらを要約すれば第３図に示したように、低水素量領
域では溶接金属中に気孔を発生するだけのガスを生じな
い為、結果的に凝固した溶接金属に気孔は発生しないこ
とがわかる。一方高水素量領域に於いては溶接金属の凝
固に伴つて過飽和に溶解した水素が溶融金属内に極めて
盛んに放出され、このため・に溶接溶融金属内のガス泡
は系外に放出され易くなり、結果的に凝固金属中の気孔
が消滅し、気孔は発生しない結果となる。この様な効果
を発明者らはしくプリング効果ョと呼んでいる。これに
対し、中間水素量領域では溶融金属内にガス泡を生成す
るに十分な水素溶解量が存在するし、又、かと云つて前
述のバブリング効果が表われるだけの十分な水素量は存
在しない為、溶接溶融金属の凝固と気孔の発生、生長の
タイミングが合致して、結果的に凝固した溶接金属に気
孔が発生するわけである。

一般に軟鋼用溶接棒は非低水素型溶接棒である為、先述
の水素による１バブリング効果ョが強くてプライマーな
どの影響を受けず、プライマー塗布部材あるいは発錆材
に対しても鈍感で、気孔を発生することなく使用が可能
である。

ところて第３図の気孔が発生する中間水素量領域は溶接
条件（溶接電流、被覆剤の塩基度、母材化学成分等）お
よびプライマーの存在等で若干のずれがあることを発明
者らは確認している。

プライマーの存在は概ね拡散性水素量が約３〜５ｍ１上
昇する様な現象を示す。この現象を５０ＨＴＪ１１Ｍｇ
０一ＳｉＯ２−ＴｉＯ２系すみ肉溶接棒について述べる
ならば、プライマー塗布がない部材のすみ肉溶接におい
て拡散性水素量が約１３ｍ１を境にして低い側はビット
が発生し、それより高い場合にはビットが発生しない。
これに対し９．５ｍ１の拡散性水素量をもつ溶接棒を用
い、プライマーを塗布しないすみ肉溶接部材の溶接にお
いては気孔が発生するのに対し、プライマーを膜厚２０
〜３０μｍで塗布した部材のすみ溶接を行なつた場合に
は気光が発生しない結果となる。しかしながら、ＪＩＳ
Ｄ５Ｏ２６（５０ＨＴ用すみ肉溶接棒）の規格において
は拡散性水素量が１０ｍ１以下であることが必要である
から、この条件を満足し、なおかつ対プライマー耐気孔
性を満足させながらプライマーのない状態で気孔を発生
することなく、作業性にすぐれ５０ＨＴ用すみ肉溶接棒
は末だ開発されていない状態にあつた。この発明は従来
の対プライマー耐気孔性にすぐれた溶接棒が強度のバブ
リング効果によることに着目し、ＪＩＳに規制される拡
散性水素量を１０ｍＬ以下にした場合のバブリング効果
の不足を、まず溶接溶融金属に溶解中の炭素と酸素の反
応生成ガスＣＯの利用によつて補うことにより対プライ
マー耐気孔性を完全にし、また被覆剤中に窒化マンガン
や窒化モリブデンなどの窒素化合物を添加し、溶接溶融
金属中の窒素溶解量を増し、溶融金属の凝固に伴う窒素
溶解度の減少による過飽和窒素のガス放出によつてバブ
リング効果を増強し、耐気孔性を完全にした被覆溶接棒
の改良を提案するものてある。

前述の如く拡散性水素量とビット発生の関係は各種の溶
接条件で影響を受けるが、発明者らは第４図の如く溶接
金属中の脱酸成分によつて気孔が発生する限界拡散性水
素量が大きく変化することを見出した。

すなわち全溶接金属中のマンガン含有量が１．０重量％
の場合はその限界拡散性水素量が１４ｍ１であるのに対
し、０．３５重量％では約１０ｍ１にまで減少する。

こ）でＪＩＳＤ５Ｏ２６の拡散性水素量の規格値は１０
ｍ１以下であるから溶接金属中のマンガン量を０．３５
重量％以下とすればほぼ満足できるが、拡散性水素量の
測定値のバラツキを考慮すると十分満足できる値ではな
い。溶接金属中の溶解酸素濃度は溶接溶融金属中の脱酸
剤濃度に逆比例するが、被覆剤中に赤鉄鉱、磁鉄鉱、イ
ルミナイトあるいは二酸化マンガンなどの酸化物を添加
し、溶鋼中の酸素濃度を高めることはＣＯ反応を積極的
に起させるのに効果的であるが、下記の如く被覆剤中に
炭素を添加する場合は必らずしも必要としない。

すなわちバブリング作用を高める為被覆剤中にグラファ
イト、活性炭あるいは炭素を含有する合金、例えば、中
、高炭フェロマンガン（ＪＩＳＧ２３Ｏｌ）、高炭フェ
ロモリブデン（ＪＩＳＧ２３Ｏ７）あるいは鋳鉄、銑鉄
などを添加するのも効果的である。

被覆剤への炭素の添加量は本来最終的な溶接金属中炭素
および酸素濃度で規制すべきであり、溶接金属中炭素量
は０．０４〜０．１鍾量％以下とするのが良い。

溶接金属中炭素が０．０４重量％未満ではＣＯ反応とし
てバブリング効果を起すだけの十分な炭素量ではなく、
０．１踵量％を越えれば、溶接金属の硬さを増し、衝撃
性能を著しく劣化させるので良くない。

ここで発明者らは被覆剤への炭素の添加がグラファイト
あるいは活性炭の如く単体および高炭フェロマンガン、
中炭フェロマンガンなどの合金として添加してもその効
果には全く差がなく、これらの炭素量の合計添加量とし
て考えれば良いことを確認した。

被覆剤への炭素量添加は前述の如く、最終的には溶接金
属中の炭素含有量で管理されねばならないが、これを被
覆剤への添加量に換算すればこれらの炭素量合計が、０
．１４重量％から０．８５重量％の範囲としなければな
らないことを確認した。

溶接溶融金属の酸素溶解量は被覆剤中の前述の酸化物に
よつて影響を受けるが、最終的には溶接金属の脱酸成分
であるマンガン含有量によつて決定される。従つて全溶
接金属中のマンガン含有量は０．３５重量％以下とする
ことが必要である。しかしながらマンガン含有量が０．
１呼量％以下では脱酸能力が余りにも不足し、溶接金属
のインクルージヨンが限界以上に増し、溶接金属は不清
浄となり、衝撃性能や延性を著しく障ねるので良くない
。したがつて水素量が１０ｍ１以下であることにより耐
気孔性を満足するため、被覆剤へのＭｎ添加量を前述の
如く、最終的には全溶接金属中のＭｎ含有量で管理すべ
きところ、下記の如く酸化剤としての鉄酸化物等の添加
も考慮して種々検討実験し・た結果、Ｆｅ−Ｍｎなど、
Ｍｎを含有する合金鉄類の配合によるＭｎ含有量は、１
．９〜６．踵量％の範囲とすることが必要である。

また酸化剤としての鉄酸化物の被覆剤への添加量は、上
述の如く溶接金属中の脱酸剤としてのマンガン含有量を
考慮しノたものでなければならないが、赤鉄鉱、磁鉄鉱
あるいはミルスケールのいずれか一つあるいはそれらの
二つあるいは三者の合計が８重量％以下、又、イルミナ
イトの場合は１４重量％以下とするのが良い。夫々これ
らの限界添加量を越してもそれに見合うだけの脱酸剤を
添加すればこの発明の効果を何ら損ねるものではないが
、それだけ価格的に高価な脱酸金属を多量に添加すると
になり、経済的に割高となるので、上記限界内とするの
が良い。更に窒素については第５図に示す如く、溶接金
属中に溶解した窒素は水素とほぼ同じ挙動を示すので、
前述の水素同様のバブリング効果が期待できる。

しかしながら溶接金属中の窒素は種々の金属窒化物をつ
くり、脆化させるので、その残存量は制限されねばなら
ない。通常のすみ肉溶接棒の溶接金属中の窒素量は０．
００９鍾量％以下であるが、この発明では被覆剤中に窒
素化合物、例えばフェロ窒化マンガン（窒素含有量４〜
６重量％）あるいはフェロ窒化クロム（窒素含有量２〜
４重量％）を添加し、溶接溶融金属の窒素溶解を高め、
窒素によるバブリング効果を起させることを見出した。

しかしながら、窒素は前述の如く脆化現象を伴うもので
、凝固した溶接金属中の窒素含有量は０．０２２重量％
以下に制限されねばならず、そのためフェロ窒化マンガ
ンについては、３重量％以下、フェロ窒化クロムについ
ては４重量％以下とする。以下他の被覆剤組成の限定理
由について述べる。

ＭｇＣＯ３はスラグの粘性を調整し、又、分解ガスによ
る大気からのシールド効果がある。

８重量％未満ではスラグの粘性が高すぎ、又、シールド
効果が薄れ溶接金属のビード形状あるいは機械的性能を
損ねるのて良くない。

２踵量％を越えれば．スラグ流動が出すぎビード形状を
悪くするので良くない。

ＭｇＯは本来ＭｇＣＯ３と同じくスラグ粘性調整用とし
て用いられるので、ＭｇＯの添加量はＭｇＣＯ３換算に
して上記の範囲内に制限する必要がある。

ＴｉＯ２＋ＺｒＯ２は造滓剤としての効果があり、スラ
グ粘性の大部分を支配する。１４重量％未満ではスラグ
量が不足し、３５重量％を越えればスラグ粘性が増しす
ぎ、溶接中溶接棒端にからみつきアークが不安定になり
、ビード形状を損ねるので良くない。

ＳｉＯ２はＴｉＯ２などと同様造滓剤およびスラグ粘性
増加としての働きがある。

５重量％未満ではスラグ量および粘性が不足し、ビード
形状が悪化する。

又、３鍾量％を越えればスラグ粘性が著しく増しすぎ、
溶接棒にスラグがからみつき、アークが不安定になり、
ビード形状を損ねるので良くない。鉄粉はとくにすみ肉
溶接棒の場合に溶接能率向上の為に在来の慣用に従い添
加することができる。

しかし４５重量％を越えればスラグ量が不足し、ビード
形状を損ねるので良くない。タルク、マイカ、カオリン
、セリサイト、白土は夫々結晶水を含む鉱物として溶接
金属中の拡散性水素量に直接に関係を及ぼす点で同効で
あり、これらの一種または一種以上が合計で３重量％を
越えれば、拡散性水素量が１０ｍ１を越えてＪＩＳＤ５
Ｏ２６の規格値を満足できなくなる。

また０．４重量％未満では溶解水素量が余りにも少なく
、バブリング作用が不足し、気孔を発生するに至る。モ
リブデンおよびニッケルは溶接金属中のマンガン含有量
減少に伴なう溶接金属の引張強さの減少の補正および衝
撃性能改善の為に添加する。モリブデンおよびニッケル
の添加量は夫々の添加量との関連で考慮されねばならな
い。こ）に被覆剤へのモリブデンおよびニッケルの添加
はＭＯ＋青Ｎ１量％）で示されるＭＯ当量で、３．踵量
％以下とくに、０．７〜３．呼量％の範囲とするのが良
く３．唾量％を越えれば引張強さが出すぎ良くない。

以下表１に記した実施例について述べる。

ＮＯ．ｌは従来のＭｇＯ−ＳｉＯ２−ＴｉＯ２系すみ肉
溶接棒（ＪＩＳＤ５ＯＯＯ及びＤ５ＯＯ３）を示したも
ので、拡散性水素量が高く１０ｍ１を越える。

ＮＯ．２は従来のＭｇＯ−ＳｉＯ２−ＴｉＯ２系低水素
系すみ肉溶接棒（ＪＩＳＤ５Ｏ２６）を示したものであ
るが、対プライマー耐気孔性が悪い。

ＮＯ．３はこの発明に関連した比較例であり、被覆剤中
の結晶水量が不足し、バブリング効果が十分でなく対プ
ライマー耐気孔性が悪い。

ＮＯ．４〜７はこの発明の適合例であり、被覆剤中の結
晶水を含む鉱物（タルク、マイカ、カオリン）の添加量
を変化させているが、これらの場合拡散性水素量、耐気
孔性は勿論、すべての点で満足てきる結果が得られる。

ＮＯ．８は上述の結晶水鉱物の添加量が多すぎ、拡散性
水素量が１０ｍ１を越えＪＩＳ規格を満足できない比較
例てある。ＮＯ．９〜１１は被覆剤中に酸素供給剤とし
ての鉄酸化物を添加したこの発明の適合例であり、この
添加量に見合う脱酸金属の添加によつてこの発明の主旨
に沿つて満足な結果が得られる。

ＮＯ．ｌ２はこの発明の別な具体例であり、被覆剤中グ
ラファイトを用いず、炭素源を高炭フェロマンガンから
だけとした例を示す。

ＮＯｌ３〜１５はバブリング効果をとくに被覆剤中に添
加した窒化物（フェロ窒化マンガン、窒素５．１、マン
ガン７０重量％）で促進する例を示した。

ＮＯｌ３，ｌ４はこの発明範囲内であり、全ての面で満
足出来る結果が得られる。しかし、ＮＯ．ｌ５では窒化
物の添加量が多く、溶接金属中の窒素濃度が限界値を越
え衝撃性能が著しく悪化する。ＮＯ．ｌ６，ｌ７はバブ
リング効果をＣＯ反応ガスと窒素による複合効果を示し
たこの発明の例である。

両者の制限範囲内での添加量では問題なく良好であるこ
とを示す。ＮＯ．ｌ８，ｌ９はこの発明の例として、窒
化クロムを窒素源として用いた場合の例であり、全ての
点で満足出来る結果が得られた。

ＮＯ．２Ｏ，２ｌは被覆剤中の炭素添加量を少なくした
場合の比較例であり、バブリング効果が薄く耐気孔性が
劣る。

ＮＯ．２２は被覆剤中にモリブデンを添加しない場合の
例であり、溶接金属の引張強度がやや不足するがその必
要のない用途には適合する。

低水素系溶接棒としてＪＩＳ規格を満足しながら、対プ
ライマー耐気孔性にすぐれた性質を示すこの発明溶接棒
を用いることによつて、気孔発生部の補修はもとより不
要で、気孔防止の為のプライマー除去の如き手間が不必
要となるなどの点で大幅な能率向上が期待できる。

なおこの発明被覆剤中に適度のＣｕ，Ｎｉ，Ｃｒを添加
することによつて耐候性あるいは耐蝕性にすぐれた同主
旨のすみ肉溶接棒が出来ることも確認されている。

【図面の簡単な説明】

第１図は被覆剤中の炭酸塩（ＣＯ２換算）と結晶水含有
量と気孔発生率との関係を示した図表、第２図は第１図
の試験結果を模式的に示した図表、第３図は第１，２図
の結果を溶接金属中の拡散性水素量と気孔発生数につい
て整理した図表、第４図は全溶接金属中のマンガン含有
量を変化させたノ場合に気孔が発生しはじめる拡散性水
素量の限界値の変化について示した図表、第５図は純鉄
に対する水素及び窒素溶解度を示したグラフである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ＭｇＣＯ＿３８〜２７重量％、ＴｉＯ＿２とＺｒＯ
   ＿２のうち一方又は双方１４〜３５重量％、ＳｉＯ＿２
   ５〜３０重量％と、タルク、マイカ、カオリン、白土及
   びセリサイトのうち１種又は２種以上の合計０．４〜３
   ．０重量％とを、グラファイト、活性炭、ないしは炭素
   を含有する合金鉄類よりなる炭素源を炭素量で０．１４
   〜０．８５重量％、並びに該合金鉄も含めてマンガンを
   含有する合金鉄よりなるマンガン源をＭｎ量で１．９〜
   ６．２重量％とともに配合した組成の被覆剤を、水ガラ
   スを用いて鋼心線のまわりに塗布して成る対プライマ耐
   気孔性、低水素系、被覆アーク溶接棒。 ２ ＭｇＣＯ＿３８〜２７重量％、ＴｉＯ＿２とＺｒＯ
   ＿２のうち一方又は双方１４〜３５重量％、ＳｉＯ＿２
   ５〜３０重量％と、タルク、マイカ、カオリン、白土及
   びセリサイトのうち１種又は２種以上の合計０．４〜３
   ．０重量％とを、グラファイト、活性炭、ないしは炭素
   を含有する合金鉄類よりなる炭素源を炭素量で０．１４
   〜０．８５重量％、並びに該合金鉄も含めてマンガンを
   含有する合金鉄類よりなるマンガン源をＭｎ量で１．９
   〜６．２重量％さらにモリブデン及び／又はニッケル或
   いはそれらを含有する合金をＭｏ＋（１／４．５）Ｎｉ
   であらわされるモリブデン当量で３．０重量％以下とと
   もに配合した組成の被覆剤を、水ガラスを用いて鋼心線
   のまわりに塗布して成る対プライマ耐気孔性、低水素系
   、被覆アーク溶接棒。 ３ ＭｇＣＯ＿３８〜２７重量％、ＴｉＯ＿２とＺｒＯ
   ＿２のうち一方又は双方１４〜３５重量％、ＳｉＯ＿２
   ５〜３０重量％と、タルク、マイカ、カオリン、白土及
   びセリサイトのうち１種又は２種以上の合計０．４〜３
   ．０重量％とを、グラファイト、活性炭、ないしは炭素
   を含有する合金鉄類よりなる炭素源を炭素量で０．１４
   〜０．８５重量％、並びに該合金鉄も含めてマンガンを
   含有する合金鉄類よりなるマンガン源をＭｎ量で１．９
   〜６．２重量％さらに、モリブデン及び／又はニッケル
   或いはそれらを含有する合金をＭｏ＋（１＋４．５）Ｎ
   ｉであらわされるモリブデン当量で３．０重量％以下そ
   して上記合金鉄類のうちのフェロ窒化マンガンは３重量
   ％以下とフェロ窒化クロム４重量％以下との何れか一方
   とともに配合した組成の被覆剤を、水ガラスを用いて鋼
   心線のまわりに塗布して成る対プライマ耐気孔性、低水
   素系、被覆アーク溶接棒。