JPS6092078A - 片面ア−ク溶接法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は高張力鋼の片面アーク溶接法の改善に係るもの
で、さらに詳しくは、高張力鋼の溶接において発生しや
すい拡散性水素に起因する溶接部の低温割れを防止し、
かつ、優れた興ビーＰ形状を得る牛が出来る片面アーク
溶接法に関するものである。

片面アーク溶接法とは、バッキング材を被溶接材の開先
奥面に押圧しておき、表側からアーク溶接を行なう事に
より被溶接材の表裏にビードを形成する方法であり、被
溶接材を反転する必要がなく、又、少層の溶接で継手を
完成する事が可能なため、極めて茜能率な溶接法として
、鋼の溶接に広く用いられている。特に、真当金と県フ
ラックス金併用してバッキング材とする方法は、裏ビー
ドの安定性および耐高電流性が優れており、平板の片面
アーク溶接に最も広く用いられる方法である。

即ち、本方法は第１図に示すごとく、裏当金３の上に均
一な厚さに散布した裏フラックス４を突合わされた被溶
接材１，１′の裏面よシ溶接線に沿ってエアホース５等
の押上機構により押し当て表側から溶接ワイヤ６を用い
てアーク溶接を行ない溶接金属２を生成し継手を完成す
る方法である。

ところで、最近、柚々の構造物において軽量化およびコ
ストダウンのために６０　ｋｇ／ｍｍ２以上の高張力鋼
が頻繁に用いられるようになったが、これらの高張カー
においても市能率な片面アーク浴接法が要望されている
。本発明は、この点に着目し、優れた高張力鋼の片面ア
ーク溶接法を提供しようとするものである。

〔従来技術〕

ところで、片面アーク溶接における裏フラックスは真当
金と共にパッキング材として作用させ、優れた員ビード
を形成する事を目的とするものである。

従って、より良好な性能を得るために、裏フラックスに
対し、棟々の工夫がなされている。即ち、最も有効な手
段として、溶接熱で溶融し粘結性を呈する粘結バインダ
ーを、フラックスの粒子表面に被僚しておく事が一般的
に行なわれている。

粘結バインダーとしては、デキス）　ｌ）ン、ブＰつ糖
等の炭水化物又はフェノール樹脂等の樹脂が用いられて
いる。これらヲ裏フラックス粒子表面に４〜６％程度被
檀しておくと溶接熱により溶融しフラックス粒子同志を
粘結するため裏フラックスが溶接中に固形化され、それ
により耐火性が向上すると共に、裏当金上に固定される
。

このような、裏フラックスのノＺッキング作用の強化は
溶融金属の溶落ちを防止し、又、健全な裏ビード形成に
著しい効果を有するものである。

例えば、特公昭４８−２２５７２号公報には、銅当金と
被溶接材の間の少くとも被溶接材の開先裏面に接する部
分に、８４０μより細かい粒子が４０％以上で、１４９
μより粗いものが７０％以上を占め、かつ溶接熱で溶融
硬化する樹脂を含有した粉粒状フラックスを置いて行な
う片面アーク溶接法。特公昭４９−１８７０４号公報に
は、裏当金上に熱硬化性樹脂を２〜６％含んだ耐火性材
料、さらにその上に熱硬化性樹脂を０．５〜２．０チ含
んだ裏当溶剤を２層にし、浴接する片面浴接法。特開昭
５４−５７４３８号には金属板上に７４μよシ徂い粒子
が８０％以上で１．且つ１４９μよシも粗い粒子が３０
−以上を占める粉状耐火性溶剤ｆｃ２〜１０ｍの厚さに
散布し、その上部に８４０μより細かい粒子が５０慢以
上で、がっ、７４μよシ粗い粒子が４０−以上を占め、
更に熱硬化性バインダーケ含有する粉粒状裏当フラック
スを２〜６震の厚さで散布して行なう片面溶接法。

等の片面溶接法が提案されている。

ところが、粘結バインダーとして用いる炭水化物あるい
は１■脂はいずれも有機物であり、射≠時においては、
その一部がｃｏ　、　ｃｏ２あるいはＨ２ガスに分解し
、特にＨ２分は浴接金属中に印〕として浴解し、溶接金
属中の拡散性水素全署しく増加せしめるものである。

一方、一般に高張力鋼の浴接において最も注意すべき点
は、拡散性水素に起因して発生する浴接部の低温割れの
問題である。即ち、浴接部に過剰な拡散性水素が存在す
ると、金属中の介在物、粒界あるいはミクロビイＰ部に
水素が集積し、極めて大きい内部応力となシこれに熱収
縮等にょる引張応力が加わる事により１００℃程度以下
の低温において割れが発生するものであり、この顧向は
引張強さが大きい程著しくなる。

片面アーク浴接においても、このような低温割れ発生は
同様であるが、特に片面アーク溶接は通常の多層盛溶接
に比し入熱縫が大きく、溶接金属の結晶粒が粗大化しや
すい。

このため、結晶粒界における低温割れ傾向が大きいのが
特徴であり、充分な防止対策が必要である。

ところで前述の如く、片面アーク溶接に用いる夷フラ、
クス中の粘結パイン〆一は溶接金属中の拡敵性水索祉全
著しく増加せしめるものであり、低温割れ防止の１１５
１点から望ましくないものであり、このような片面アー
ク溶接法は６０　ｋｇ７ｍ２クラス以上の高張力鋼には
通用されていないのが現状である。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、以上に述べたような高張力鋼の片面ア
ーク溶接において、襄フラックスのパ。

キング性能を劣化せしめる事なく、拡散性水素に起因す
る低温割れを防止し、優れた高張力鋼の片面アーク溶接
法を提供する事にある。本発明者らは上記の目的全達成
すべく種々横側を行なった結果、上記のような片面アー
ク醪接において、水素に起因する低温割れを防止するに
は、裏フラックスに添加する粘結バインダーの扇、全出
来るだけ少量に制限する事が必要であり、かつ、その上
で優れた裏ビード形状を得るには、裏当金上に２種類の
薬フラックスｆ！：２層に散布し、それらの粒度分布高
智度あるいはフラックス形態を判定する串が極めて重装
でおる事を見出した。

〔発明の構成・作用〕

本発明は上記の如き検討結果に基いてなされたものであ
り、その要旨は、裏当金上に博フラックス全敗布し、該
夷フラックスを被浴接材の開先裏面に押圧して行なう片
面アーク溶接法において、２種類の晟フラックスを２層
に散布して行なう方法であって、下Ｉ＠端ラフラックス
して、高密度を０、８０〜１．４０　ｇ／１ｔｎ５に調
整した焼成形フラックス？１〜５聴のＪ’Ｊさに散布し
、さらにその上に上層泉フラックスとして粘結バインダ
ゝ−の酩加績勿フラックス全嶽量に対し、３゜０チ以下
に制限し、かつ粒度構成を該径が５００μ以下のものが
８０チ以上、粒径１０５μ以下のものが１５％以下に調
整した溶融形フラックス又は原料混会形フランクスもし
くは、それらを混１合したフラックスを２〜５間の厚さ
に散布して行なう４＋　（１１−特徴とする片面アーク
俗接法にある。

捷す、本発明において、裏当金上に２種類の轟フラック
スを散布するのは、特性の異なる裏フラ゛ックスを上下
２層に散布する事が水素に起因する低温割れ全防止し、
かつ、没れた與ビード形状を得るだめの手段として極め
て有効である小金見出したためである。

即ち、上層には少量の粘結バインダーでも優れた固形化
が得られるよう、粒度構成およびブラックス形態金特定
した裏フラックスを、下層には拠ビーｒの余盛を安定化
せしめるために、高密度およびフラックス形Ｉｌｌ特定
した裏フラックスを散布するものである。

上層の裏フラックスに粘結バインダー全添加する理由で
あるが、前述のごとく、粘結バインダーが溶接中に溶融
して裏フラックスを固形化するためそのバッキング性能
が著しく向上するためである。夷フラックスを２層にし
た、揚台このような粘結バインダーの効果は、上＠央フ
ラックスのみで充分であり、これにより優れたバッキン
グ性能衾得る事が出来る。

一方、水素に起因する低温割れを防止するためには粘結
バインダーの添加量全制限する事が必要で、検討の結果
によれば、上層ｐフラックス中への粘結バインダーの添
加量は全ブラックス暇に対し３．０チ以下に制限する事
が必要である。。

この嚇台の粘結バインダーは、央フラックス中に添加し
ておく事により、溶接中に台４接熱により溶融しフラッ
クス粒子同志を粘結する作用を有する物質であり、具体
的にはデキストリン、澱粉、ブドウ糖等の炭水化物又は
フェノール樹脂、アクリル１封脂、酢酸ビニール樹脂等
の脅威樹脂等である。

これらの有機物全憂フラ、クス中に３．０チを超えて添
加すると、溶接金属又は母材の熱彰響邪に水素に起因す
る割れが発生する恐れがある。

ところで、粘結バインダーの冷加址を３．０％以下に制
限するという事は、即ち、裏フラックスの固形化能を劣
化せしめる事になシ、それを防止するだめの対策が必要
である。

そこで、本発明においては、まず上層裏フラックスの粒
度構成およびフラックス形態全特定する。

即ち、少量の粘結バインダーが有効に作用するためには
、（ａ）裏フラックス粒子間で形成されている個々の空
隙のサイズが小さく、かつ、粒子表面部に形成される凹
凸が少い事。および（ｂ）フラックスの高密度が適度に
大きく、フラックスのしまシが良い事。の両者が有効で
ある。

粒子間の空隙のサイズを小はイするには、裏フラックス
の粒度構成を細粒側にする事が有効で、粒度構成として
粒径５００μ以下のものが８０％以上、粒径１０５μ以
下のものが１５チ以下である事が必要で必る。即ち、粒
径５００μ以下のものが、８０％未満では空隙サイズが
大きく謹フラックスの充分な固形化が得られ雌い。

しかしながら１０５μ以下のものが１５％’ｚ超えると
過度に細粒になり、央ブラックスのしまりが悪く却って
同化性を劣化せしめ、又、通気性が低下するため、粘結
・ぐイングーが溶接熱で愁焼して発生するガスが逸出し
相＃＜ｍ接金川内にガス気泡欠陥を発生せしめるので好
ましくない。

次に、僅フラックス粒子表面部に形成さＪｚる凹凸を少
くシ、かつ、高密度を過度に大きくするために、上層裏
フラックスのフラックス形ｆｘＭ　ｋ　、Ｉ”ｔａ融形
フラックス、原料混合形フラックスもしくはそれらの混
合物のいずれかにする事が必要である。

溶融形フラックスとは目的に応じて適宜の組成に調整さ
れた涼科全准気炉等で溶融し、冷却凝固させた後、粉砕
、望粒して製造したフラックスである。又、原料混合形
フラックスとは、適度の粒度の原料全目的の組成に応じ
て機械的に混合して映造シたフラックスでおる。

従来、裏フラックスとしては、原料粉全水ガラス等の固
漸剤で造粒・焼成した焼成形フラックスが主に採用され
ているが、焼成形フラックスは個個の粒子の表面に凹凸
および空隙が多いので、これに粘結バインダーヲ添加し
た場合、粘結バインｊ−が凹部又は空隙に偏析しやすい
ので有効な粘結作用が得られ難い。

一方、浴融形あるいは原料混合形フラックスは、本来冨
実な塊状のものを粉砕整粒したものであり、粒子表面に
は空隙および凹凸が少いため粘結パインタ゛−が有効に
］）１子表面に被覆され固形化能を向上する事が可能と
なる。

さらに溶融形、原料混合形フラックスは造粒したもので
ないので粒子内および表面における空隙が少く、高密度
が焼成形フラックスに比して太きくバッキング時におけ
るフラックスのしまりが良いため優れた固形化能が得ら
れるのも大きな利点である。

以上の如き溶融形あるいは原料混合形フラックスで溝成
した上層裏フラ、クスにより尚もれ、鋳張りを防止し、
なじみのよい裏ビーｒを得る串が可能となるが、一方、
その欠点として、晶ビードの余盛ＤｇＪさが不安定にな
るという問題がある。

即ち、溶１独形めるーは原料混合形フラックスが祁笛度
が大きいという点は、固形化能の向上に寄与するもので
あるが、一方、裏ビード形成過程において、浴融スラグ
化した場合、その体積減少が小さく、畏ビード余盛を受
入れるだけの望睡量が不足するという傾向を生じる。

この点の対策として、本発明においては、νあフラック
スを２層とし、下層ＶＣ＾１を６度の小きい魁°ム成形
フラックス全配する事が必要である。焼成形フラックス
は高密度を制御する皐が比較的Ｗ易であり、本発明にお
ける焼成形フラックスの高密１堤ｔよ０．８０〜１４す
ｑ　／ｒｍ　３とする牟が必要である。即ち下層オフラ
ックスの浦密度が１．５０ゾ／渕３を超えると、上層裏
フラックスとの組み合わせにおいて、裏ビードの栄盛り
を安定化させる塔が１．１！Ｉ　８ｅｌＩとなり、又、
０．８０　！ｊ／♂未７ｈでは、少ビーＰ余盛りが過大
となり、湯もれ等の問題も生じる揚台があり好ましくな
い。

又、鼻フラックスの敗布厚でめるが、上層裏ブラックス
は２〜５ｍ、下層オフラックスは１〜５調とするセ１が
必要である。

上層≠フラックスの散布岸が２調未満であると溶接中に
固形化し、裏ビード″形状を制御し得る裏フラックスが
不足し、ビード形状が平滑な満足し得るものとならない
。

一方、５＋ｍ’ｉ超えると、フラックスの固形化部分が
過剰となり、下Ｍ幾フラックスの効果が薄れ幾ビードの
余盛りが不安定になる。

Ｆ層機フラックスの散布厚が１問未満であるとＡビード
余盛りが不安定になり、又、５団を超えると過大になる
。

ところで、上層および下層部フラックスの組成であるが
ＴｉＯ２，５ｉｎ２．　Ａｔ２０３．　ＭｇＯ等の金属
０り化物、ＣａＣＯ３１ＭｇＣＯ３等の金属、炭酸寝、
Ｃａ　Ｆ　２　。

ＭｇＦ２等の金属弗化物、又Ｓｌ　、　Ａｔ、　Ｍｎ等
の脱酸剤、鉄粉等の通常の溶接フラックス成分を目的に
応じて適宜用いればよい。

又、Ｔ１−・鵡ブラックスへの粘結・ぐインダーは特に
必要でなく、通常（−１，μ質的に１１＞加しないで行
なえはよい。しかしながら、ガスンールＰアーク溶接の
ような、Ｉｂ流苗密度高い浴接法の揚台、あるいは１５
間程ＩＷ以下の薄板の浴接の局舎等は裏当金上の表フラ
ックスが動きやすくバッキングが不安定になる恐れもあ
るので、下層部フラックスにも、粘結・ぐインブーを添
加する事が好゛ましい。この嚇合の粘結・９イングーの
添加１迂も３．０　％以下に制限する事が必碩である。

丁層鳥フラ、クスの粒度はｌ妬汁）度が＋１．　）＋　
１１〜１、４０　ｇ／口であれば、特に規定するもので
１はないが、通常は粒径８４０μ以上のものが６０チ以
下、粒径２５０μ以下のものが２０％以下程度が適当で
ある。

本発明における溶接法は、アーク浴接法で・りれば特た
限定されるものでｔまなく、サブマージアーク溶接法、
ガスシールＰアーク浴接法あるいは手溶接法等を適用す
る事が出来る。

又、裏当金は、裏フラックスと共に、良ビード金属を受
止めるための金Ｗ４利であり、熱伝導性の良好なものが
望ましく、蛸、黄銅あるいはアルミニー−ム等？用いる
ものである。

〔実施例〕

以下に本発明の実施例について述べる。

まず、第１表に示すような８揮類の上ｊ−裏フラ７クス
ＵＦ−１〜ＵＦ−８および第２表、に示すような６棹類
の上層具フラックスＬＦ−１〜ＬＦ−６を作製した。

１８１表において、ＵＦ−１−ＵＦ−４は本発明法に用
いる上層婚フラックス、ＵＦ−５〜ＵＦ−８は本発明の
効果を明確にするだめの比較例に用いた上層間フラック
スである。即ち、ＵＦ−５は粘結バインダーであるフェ
ノール（ｆＡｌｉ旨が３．３第、ＵＦ−６は粒径５００
μ以下のものが７５チ、ＵＦ−７は１０５μ以下のもの
が２０．０係、さらにＵＦ−８はフラックス形態が焼成
形フラックスで３らりいずれも本発明の範囲外のもので
ある。

第２表においては、ＬＦ−１−ＬＦ−４が本発明法に用
いる下層裏ブラックス、ＬＩ＝’−５・、　ＬＦ−６は
比較例ｅこ用いる下屓誤フラックスである。即ち、Ｌ　
Ｉｉ”　−５Ｖｉ高屑度が１．５１）　９／αでかつフ
ラックス形態が浴融形フラックス、ＬＦ−６＋よ＋：３
＋　’（ｉｆ問が０、７５９７ｃｍ３でいずれも本発明
の範囲外である。

なお、良フラックスにおける粘結バインダーの添加は、
それぞれの粘結バインダ゛−を予め溶媒に溶解し、液状
にしておき、これ全目的の組成に仕上げたフラックスに
混会し、後８０〜１２０Ｃの低温で乾煉した。

次に本実症■］に用いたザブマーノアーク溶１２録こお
ける表７ラノクスをｌ拮３表に、ザブマージアーク浴接
とがスンールドアーク（「手１汐用ワイヤｘ：１４１Ｊ
又全小４表に、供試声板として用いブこ（３０＋７０Ｊ
ｒよび８０キロ端の組成金第５衣に〕Ｊりす。

又、本実施例における浴接法としでは、ザブマーソアー
クＭｆｉＡ法およびＣＯ２ガス／−ルドアーク浴接法を
用いた。この蝙合の溶接条件を、ｆｒＪｌｉ表に示す。

以上の各表に示した浴接祠料、鋼板およびｔＢ接条件の
絹み合わせを第７表の左欄に示す。＆１〜人５は本発明
例で、ノに６〜煮１３は本発明以外の比較例である。

とのうら、Ａ５については、ＣＯ２ガスシールドアーク
浴接を実権したが、それ以外についてはサブマージアー
ク溶接法により行なった。

：み後後、訂接部について割れ検査と央ビード外観倹査
を行なった。

割れ検査としては、まずＵＳＴ探鍋法による内部欠陥検
査を実施し、その後マクロ断面検査により割ノしの有無
を実際に確認した１、 これらの結果を第７表右欄に示す。

本発明例である。・Ｋ１〜應５については、割れのない
適正な呉ビード形状を有する片面溶接部が得られたが、
應６〜Ａ６１１においては、裏フラックス中の粘結バイ
ンダー計の過剰、粒度構成、フラックス形態の不〕薗正
により割れの発生か、又は蘂ビード形状不良の問題が起
きた。又、Ａ１２は上層裏フラ、クスの散布厚過小、應
１３は上層裏フラックスの散布厚過大と下層部フラック
スの散布厚過小の両者により央ビード形状が不良であっ
た。

〔発明の効果〕

以上、本発明の実施例について述べたが、これにより明
らかな１１＋　＜　、本発明は高張力鋼の片面サブマー
ジアーク０４接において、表フラックスの影響による水
素割れを防止し、健全な（谷後部を得る裏金可能にする
と共に、裏ビード形状についても充分良好なものを得る
小が出来るものである。

従って、これ虻より、高張力鋼の溶接が晋るしく高能率
化される事は商う迄もないっ なお、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、
ｋフラックスからの粘結バインダーからの水素に、；弓
囚して耐接郡に発生ずる低温割れ防止を目的とする高張
力鋼の片面アークメ接に、商用出来るものである。

【図面の簡単な説明】

４１図は片面アークｍ接金飲、明するだめの正…ｉ図、
第２図（ａ＞　、　（ｂ）　ｔよ本発明の実施例に用い
た開先形状を示す旧面図である。 １　、１’・・・破溶接材、２・・・ｔｇ　ｉ＆金金属
３・・・渋当金、　４・・・鍼フラックス、５・・・エ
アホース、　６・・・Ｙ縛接ワイヤ。 ［”、−・−１ 本　多　小　平１１ 岸　１）　正　行　・ □ミ−−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 真当金上に、裏フラックスを散布し、該裏フラ、クスを
   被溶接材の開先層面に押圧して行なう片面アーク溶接法
   において、２種類の裏フラ、クスｆ：２層に散布して行
   なう方法であって、下層裏ブラックスとして高密度ｔ−
   ０，８０〜１．４０　ｉｔｃ！ｎ　に調整した焼成形フ
   ラックスを１〜５Ｉｆｌ＋の厚さに散布し、さらにその
   上に上層裏フラックスとして粘結パイン！−の添加量を
   ３．０チ以下に制限し、かつ粒度構成を粒径が５００μ
   以下のものが８０チ以上、粒径１０５μ以下のものが１
   ５１以下に調整した溶融形フラックス又は原料混合形フ
   ラックスもしくはそれらを混合したフラックスｔ−２〜
   ５■の厚さに散布して行なう事を％位とする片面アーク
   ｍ接法。