JPS608149B2 - 被覆ア−ク溶接棒 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は被覆アーク溶接棒に関し、詳細には、軟鋼等の
横向き突合せ溶接及び上向すみ肉溶接などに適用した場
合に、平滑性の優れた溶接ビードを与える被覆アーク溶
接棒に関するもである。

上記の様な用途に適用される溶接榛としては、ィルミナ
ィト系熔接棒（ＪＩＳＤ−４３０１）やライム・チタニ
ア系溶接樺（ＪＩＳＤ−４３０３）等の全姿勢溶接の可
能な被覆アーク溶接棒が汎用されている。ところがこれ
らの溶接棒は生成スラグの粘性が小さいから、横向姿勢
や上向すみ肉溶接に適用した場合に生成スラグがビード
表面を十分に被包せず、ビードの下方へ流れ落ちる傾向
がある。その為ビード波形が荒くなると共に表面の凹凸
が著しくなり、更にはアンダーカットやオーバーラッブ
等の欠陥が発生し、補修溶接の対象となっている。殊に
実際の熔接作業現場では溶接電流等の溶接条件が変動し
易いから、スラグの被包性は更に悪く且つ不安定になり
易い。従って横向突合せ溶接や上向すみ肉溶接の最終仕
上げ層の溶接は高度の熱練者が担当しているが、それで
も前述の様な欠陥を完全に防止することは困難であり、
最終的にはビード表面をグラィンダ等で削った後凹凸の
補修溶接を行なっている。その為溶接能率を高めること
ができない。本発明者等は上記の様な事情に着目し、熟
練者でなくとも平滑で欠陥のない仕上げビードが得られ
る様な被覆アーク熔接棒の開発を期して研究を進めてき
た。

そして目的達成の為には、■スラグに適度の流動性を与
え被包性を高めるべきであること、■しかし流動性をむ
やみに高めると横向き突合せ溶接や上向すみ肉溶接でス
ラグの流れ落ちが起こるから、これを防止する為にはス
ラグの粘性を高めるべきであること、更に■溶接後の後
処理を簡素化する為にはスラグの剥離性を高めるべきで
あること、が必要であると考え、その線に沿って更に研
究を進めた。本発明はかかる研究の結果完成されたもの
であって、その構成は、山２０３：２．５〜１０％（重
量％：以下同じ）、Ｚの２：３〜２０％、Ｔｉ０２：１
０〜３０％、ＳｉＱ：１５〜３０％、Ｍｎ：５〜１５％
、有機物：１〜４％、鉄粉：２０〜４０％、４００〜１
０００００で分解して放出される水分：０．２５〜１．
５％を必須成分として含有すると共に、Ｆｅ○、Ｍｇ０
及びＣａ○よりなる群から選択される酸化物を合計で５
％以下含有し、且つＴｉ０２／（Ｎ２０３十Ｚぬ２）比
が０．８〜２．５である被覆剤を、鋼心線の外周に被覆
してなるところに要旨が存在する。

以下本発明における数値範囲設定の理由を説明する。

Ｍ２０３：２．５〜１０％ 溶融スラグの粘性を高め流れ落ちを防止すると共に、ス
プレーァークを形成してビードの平滑性を高めるのに不
可欠の成分であり、２．５％未満ではこれらの作用が有
効に発揮されない。

しかし１０％を越えるとアークが荒くなってスパッタが
増大し、ビードが不均一になる。Ｚｒ０２：３〜２０％ Ｎ２０３と同様溶融スラグの粘性を高めて流れ落ちを防
止すると共に、スラグの破砕性を高めて剥離性を向上す
るのに不可欠の成分であり、３％未満ではその効果が不
十分である。

しかし２０％を越えるとスラグの粘性が高くなりすぎて
ビードが広がらなくなり凸ビード化が起こる。Ｔｉ０２
：１０〜３０％ スラグの流動性を高め良好なスラグ被包性を得るのに重
要な成分であり、スラグの被包性及び流動性を高めてビ
−ドの揃いや広がりを良くする。

１０％未満ではスラグ被包性が悪化しビードが不揃いに
なり、一方３０％を越えるとスラグの被りや流動性が不
安定になり、ビード表面の凹凸が著しくなる。

Ｔｉ０２／（Ｚｒ０２十ＡＩ２０３）比：０．８〜２．
５上記説明からも明らかな様に、Ｔｉ０２はスラグの被
包性及び流動性を高めると共にビードの広がりを改善す
るが、多すぎるとスラグの流動性が大きくなりすぎてス
ラグの流れ落ちが生じ易くなり、且つスラグの被りが悪
くなると共にビードの凹凸が著しくなる。

一方ＡＩ２ＱとＺの２はスラグの粘性を高めて流れ落ち
を抑制する反面、スラグの被包性を低下させてビードの
広がりを且害する。即ち本発明の目的を達成するうえで
最も重要なスラグの流動性と粘性という観点からみると
、Ｔｉ０２と（釘２０３及びＺｒ０２）とは相反する機
能を発揮し、両目的を達成する為にはＴｉ０２と（山２
０３十Ｚｒ０２）の配合比率が重要なポイントになると
考えられる。そこで個々の成分の含有率はすべて上記の
要件を満足するものを対象として、Ｔｊ０２／（釘２０
３十Ｚｒ０２）比を種々変えた被覆アーク溶接榛を作製
し、下記の条件で溶接した場合の仕上げビードの平滑性
を比較した。〔溶接条件〕溶接綾 ：４胸０×４０仇仰
ぐ 溶接電流：１６Ｍ 溶接姿勢：横向き 供試母材：軟鋼板（１劫吻ｔ×２０仇吻Ｗ×５０仇舷夕
）の側面を２５度に切断して突き合わせ、５０度のＶ開
先を形成 溶接累層法：第１図 判定基準：○・・・ビードの平滑性優秀 △．・・ビードの平滑性普通 ×．・−ビードの平滑性不良 結果は第２図に示した通りで、Ｔｉ０２／（祉２０３十
Ｚの２）比が０．８未満ではＴｉ０２量が相対的に少な
すぎる為にスラグの流動性が不足し、一方２．５を越え
るとＴｉ０２量が相対的に多すぎる為にスラグの粘性が
乏しくなり、何れの場合も良好なビードの平滑性を得る
ことができない。

これに対しＴｉ０２／（ＡＩ２０３十Ｚの２）比が０．
８〜２．５の範囲内のものは適度の流動性と粘性を有す
るスラグを生成し「平滑性の優秀な仕上げビードを得る
ことができる。Ｓｉ０２：１５〜３０％ アークの吹き付け強さを調整する作用があり〜１５％禾
満では吹き付け力が弱くなってスラグが被りすぎとなり
、ビードが不揃いになる。

一方３０％を越えると吹き付け力が強くなりすぎてビー
ドの平滑性が劣化すると共にスパッタが多発し、アンダ
ーカットが発生し易くなり、またスラグの剥離性も低下
する。Ｍｎ；５〜１５％ 強力な脱酸剤でありビットやブローホールのない健全な
溶接金属を得るのに不可欠の成分であり、５％未満では
脱酸不足によりビット等の欠陥が発生する。

また１５％を越えると逆に脱酸通剰によるビットが発生
する。有機物三１〜４％ アークの吹き付けを安定化させると共に再アーク性を高
める作用があり、１％未満ではこれらの効果が有効に発
揮されない。

しかし４％を越えるとアンダーカットやスパッタが多発
する。鉄粉：２０〜４０％ 溶着金属量を増大して溶接能率を高め、且つ再アーク性
を向上すると共に、スラグ量を調整する作用も有してお
り、２０％未満ではこれらの効果が有効に発揮されない
。

一方４０％を越えると被覆の絶縁性が低下し熔接作業性
が悪化すると共に、生成スラグ量が減少して被包性が低
下し、ビードが不揃いになる。水分：０．２５〜１．５
％ ここで言う水分とは、４００〜１０００００で分解して
放出される水分（一般には結晶水と言われている）を言
い、棒焼け防止に有効である。

０．２５％未満ではその効果が発揮されず、溶接棒の後
半（特にホルダー付近）になると棒焼けによって正常な
保護筒が形成されなくなり、且つ溶滴がドロップ移行に
なってビード表面が荒くなる。

一方１．５％を越えると粗ァークになってスパッタが増
大し、アンダーカットが発生し易くなる。Ｆｅ○，Ｍｇ
○，ＣａＯの１種以上：５％以下これらの３成分は極く
微量でスラグの流動性を高める作用があり、またスラグ
を多孔質化して破砕性を高め剥離性を高める。

これらの成分を全く配合しなかった場合は、Ｔｊ０２／
（ＡＩ２０３十Ｚｒ０２）比を適正に調整した場合でも
粘性と流動性のバランスを適正に調整することが困難で
あり、スラグの流動性が不十分になってビード止織部が
オーバラップ気味になると共にビード表面の平滑性も低
３下する。更に生成スラグが硬く繊密になって関先内の
スラグ剥離性が劣化する。これらの欠点は上記３成分を
１種又は２種以上組み合わせて極〈微量（好ましくは０
．２％以上）添加することによって解消されるが、５％
を越えるとスラグの流動性が高くなりすぎて、特に横向
き姿勢溶接の仕上げ層でビードが下方へ流れ落ち、ビー
ドの凹凸が著しくなる。本発明は概略以上の様に構成さ
れており、被覆剤の成分組成、殊にＮ２０３，Ｔｉ０２
，Ｚｒ０２等の含有率を特定すると共にＴｉ０２／（Ａ
Ｉ２０３十Ｚの２）比を適正に調整し、且つ少量のＦｅ
○，Ｍｇ○又はＣａ○を含有させることによって、適度
の粘性と流動性を有し且つ剥離性の良好なスラグの生成
を可能にし、溶接作業員の技術に左右されることなく、
健全且つ美麗で平滑な溶接ビードを形成し得ることにな
つた。

次に実験例を示す。

実験例 第１図に示す成分組成の被覆剤を鋼心線（軟鋼）の外周
に塗布して被覆アーク溶接榛を製造し、各溶接綾を用い
て下記の条件で熔接を行ない、溶接作業性、ビード形状
等を調べた。

結果を第１表に一括して示す。〔溶接条件〕 溶接榛 ：４柵０×４０物吻そ 溶接電流：１６０Ａ 溶接姿勢：横向き 供試母材：２枚の敏鋼板（１９肌ｔ×２０比吻Ｗ×５０
０職〆）の側部を２５度の角度に切断し、突合せて５０
度のＶ関先を形成 溶接累層法：第１図 判定基準：◎極めて良好 ○良好 △やや不良 ×不良 船 芯 汽 処 ん 母 産室 きｄ ○内 。

Ｚ〇 ′ 【芯 ±雪 ＯＳ 寸べ ※※ 第１表より次の様に考察できる。

【１｝ Ａ−１，２及び４では、個々の成分の含有率は
本発明の要件を満足するが、Ｔｉ０２／（Ｎ２０３十Ｚ
ｒ０２）比が規定範囲を外れる比較例で、何れもビード
の平滑性が悪い。

またＡ−３はＴｉ０２／（ＡＩ２０３十Ｚの２）比が規
定範囲を外れると共に、（Ｆｅ○十Ｃａ○十Ｍｇ○）量
が多すぎる為やはりビードの平滑性が悪い。

‘２） Ａ−５はＡＩ２０３及びＺｒ０２の絶対量が不
足する為ビードの平滑性が悪く、且つスラグの剥離性Ｚ
も悪い。

【３’ Ａ−６はＺｒ０２と有機物量が多すぎる為にス
パッタ‐が多く且つビードの広がりが乏しい。

しかも鉄粉量が不足している為再アーク性も悪い。
Ｚ｛４’Ａ−７
は山２０３量が過剰で且つＴｉ０２軍が不足している為
、アークが粗く且つスラグの被包性も不良であり、ビー
ドの揃い及び平滑性が悪い。しかも水分量が不足してい
る為溶接棒の後半で榛焼けが起こる。
２｛５ｉ Ａ−８はＴｉ０２量が多すぎると共に
Ｓｉ０２軍が不足している為に、アーク力が弱く且つス
ラグの流動性が大きくなりすぎて、波の荒に凸ビードが
形成される。しかも（Ｆｅ○，Ｃａ○，Ｍｇ○）が添加
されていないからスラグの剥離性が悪い。｛６｝ Ａ−
９はＳｊ０２及び水分量が多すぎる為アークが強く且つ
粗くなり、アンダーカットができ易く、ビードの平滑性
等も勿論悪い。

【７｝ Ａ−１０はＭｎ量が不足している為脱酸不足に
よるビットの発生が著しく、且つ鉄粉量が多すぎる為被
覆の絶縁性が低下し作業が危険である。

【８） Ａ−１１は有機物量が不足で且つ（Ｆｅ０十Ｍ
ｇ０十Ｃａ０）量が多すぎる為、アーク力が弱く且つス
ラグの流動性が大きくなりすぎて、ビードが不揃いにな
る。

｛９１Ａ−１２はＣａ○単独で酸化物量が過剰になって
いるが、（Ｆｅ○十Ｍｇ○十Ｃａ○）の混合物量が過剰
である場合（Ａ−１１）と同様ビードが不揃いになる。

【１０ これらに対しＢ−１〜１川ま本発明の要件を満
足する実施例で、アークは適度の強さでスプレー状に発
生し極めて安定であると共に、生成スラグは適度の粘性
と流動性を有しており、平滑性及び揃いの良好なビード
が得られる。しかもスラグは多孔質で破砕し易く剥離性
も優れている。

【図面の簡単な説明】

第１図は実験例で採用した溶接継手の形状及び累層法を
示す説明図、第２図はＴｉ０２／（Ｎ２０３十Ｚｒ０２
）比とビードの平滑性の関係を示すグラフである。 第１図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ Ａｌ＿２Ｏ＿３：２．５〜１０％（重量％：以下同
   じ）、ＺｒＯ＿２：３〜２０％、ＴｉＯ＿２：１０〜３
   ０％、ＳｉＯ＿２：１５〜３０％、Ｍｎ：５〜１５％、
   有機物：１〜４％、鉄粉：２０〜４０％、４００℃〜１
   ０００℃で分解して放出される水分：０．２５〜１．５
   ％を必須成分として含有すると共に、ＦｅＯ、ＭｇＯ及
   びＣａＯよりなる群から選択される酸化物を合計で５％
   以下有し、且つＴｉＯ＿２／（Ａｌ＿２Ｏ＿３＋ＺｒＯ
   ＿２）比が０．８〜２．５である被覆剤を、鋼心線の外
   周に被覆してなることを特徴とする被覆アーク溶接棒。