JPS6352794A - サブマ−ジア−ク溶接用焼成型フラツクス - 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） 本発明はサブマージアーク溶接用焼成型フラックスに関
し、特に高張力鋼や低温用鋼などの低合金鋼の溶接に使
用し、良好な溶接作業性および低水素、高靭性の溶接金
属が得られるサブマージアーク溶接用焼成型フラックス
に関する。

（従来の技術） 低合金鋼の溶接構造物のサブマージアーク溶接は、溶接
金属の性能上、比較的小電流小人熱溶接条件で行なわれ
るが、この場合にフラックスの特性として、高い杓性し
訣ル全満足すること、寸だ溶接金属の拡散性水素量が低
く低温割れが発生し７にくいこと、さらにスラグ剥離性
、ビード外観、ビード形状など各種溶接作業性が良好で
あることが要求される。

まず、高靭性の溶性金属（＋−伯るためには溶接金属の
１￥２素量を低減できる高塩基性成分系のフラックスが
必要で、従来より裡々高塩基性成分系の溶融型あるいは
焼成型フラックスが提案さねている。

しかし、高地基性溶融型フラックスは溶融製造時の水素
吸収が大きいため溶接金属の拡散性水素量を完全に低減
することが困難であり、水素による低温割れが発生しや
すくなるという問題がある。

これに対し、焼成型フラックスは各種原料の混合粉に固
着剤を添加して造粒後、４５０℃〜６００℃程度の温度
で焼成して製造するものであるが、ＣａＣＯ３、ＭｇＣ
Ｏ３などの金属炭ｅ塩をガス発生剤成分として含有させ
ることが可能なことから、溶接時の金属炭酸塩の分解反
応によって発生するＣＯ□ガスがアーク雰囲気中の水素
分圧を下け、溶接金属に溶解する水素を低減することに
より、溶接金属の拡散性水素量を高塩基性溶融型フラッ
クスに比べ低くすることができる。しかし、溶接金属の
拡散性水素量を大幅に低減するためには多量の金属炭酸
塩を含有させる必要があり、さらにスラグ形成剤成分と
してアルミナ、マグネシア、珪砂などの高融点酸化物の
原料粉をその筐ま含有させていることにより、溶接時の
溶融がスムーズでなく、高靭性の溶接金属全得るために
比較的小電流小人熱溶接条件で行なう低合金鋼の溶接に
使用した場合、ピー１表面欠陥であるポックマーク（ビ
ード表面のガスによる圧痕）の発生や、♂−１−波形が
粗くなったり、ビーＰ止端部と下層ビードあるいは開先
内母材壁面とのなじみが不良になるなど溶接作業性が問
題となる。例えば最近、特開昭６１−１１５６９４号公
報においで金属炭酸塩を多量に含有する高塩基性焼成型
フシックス金使用Ｌ７た高張力鋼のザブマージアーク溶
接方法が肪、案されているが、本発明者らの実験によれ
ば、上記公報において開示された成分系のフラックス全
溶接時間短縮のだめに溶接速＋ｆ全速く１−て極Ｎ鋼の
狭開先多層盛溶接や薄板の両面１ノξス溶接に使用し７
た場合、耐ポツクマーク性が必ずしも十分でなく、まだ
溶融型フラックスを使用した場合のようなビード外観、
形状が良好でなめらかなビ〜Ｐが得られない。また、本
発明者らは先に特開昭６０−１０８１、９４号公報によ
り、従来一般的な高ＭｇＯ系の高塩基性焼成型フラック
スを小電流小人熱溶接条件で使用した場合の欠点である
溶接作業性全改善したザブマージマーク溶接用焼成型フ
ラックスを提案したが、引続き検討を行なった結果、溶
接速量を速くして溶接を行なった場合の溶接作業性が劣
化することがわかり、さらに改善する必要があった。

（発明が解決しようどする問題点） そこで、本発明は、低合金鋼のサブマージアーク溶接に
使用して、溶接金属の拡散性水素−１ｔ’ｌｒ低くｊ〜
低温割れの発生全防止できるという焼成型フラックスの
特性を失なうことなく、特に小電流小人熱溶接条件にお
いて溶接法１ｆｆｉｋ速くして溶接を行なった場合でも
各種溶接作業性が良好で、かつ高靭恰の溶接金属が得ら
れるサブマージマーク溶接用焼成型フラックスの提供を
目的とする。

（問題点を解決−するための手段） 本発明者らは種々の試作フラックスにより詳細に検討し
た結果、スラグ形成剤成分ばＣａＯ、Ｍｇ０゜８１０２
、　Ａｎ２０．を主成分と１７、これに金属弗ｆヒ物を
含有させ、さらにガス発生剤成分としてＣａＣＯ３゜Ｍ
ｇＣＯ３などの金属炭酸塩および金属粉をそれぞれ適正
範囲において含有する高塩基性焼成型フラックス全見出
し、これによって前記問題点を解決したのである。

即ち、本発明の要旨は、スラブ形成剤、ガス発生剤およ
び金属粉の混合物からなるサブマージアーク溶接用焼成
型フラックスにおいて、重量％で、ＣａＯ１，２〜１８
壬、Ｍｇ０２２〜３１壬、５ｉｏ２ｓ〜２０壬、Ａ＃、
２０６２２〜３５壬、金属弗化物５〜１５彊、金属炭酸
塩を００２換算量で５〜１２係、および金属粉１〜１０
４に含有し、かつ件を満足すること全特徴とするザブマ
ージマーク溶接用焼成型フラックスである。

（作用） まず、本発明フラックスは焼成型フラックスであること
が必要であり、これは前述のごとく、低合金鋼の溶接金
属に要求される高い靭性レベルを満足するためには溶接
金属の酸素量を低減できる高塩基性成分系のフラックス
にしなければならず、その場合溶融型フラックスよりも
金属炭酸塩を含有させることが可能な焼成型フラックス
の方が溶接金属の拡散性水素量全大幅に低減でき、低温
割れ全防止できることによる。

以下に本発明フラックスの成分の限定理由について説明
する。

Ｃａ、０１２〜１．８４　：　ＣａＯが１２憾未満の場
合、フラックスの塩基度が低下し、高靭性の溶接金属が
得られない。逆に、ＣａＯを１８係金超えて多量に含有
させるとポックマークが多発し、また波形が粗くなり、
止端部が不揃いになるなどビーＰ外観が不良となる。

Ｍｇ０２２〜３１優：　ＭｇＯが２２憾未満の場合、フ
ラックスの塩基度が低下し、高靭性の溶接金属が得られ
ない。逆に、ＭｇＯを３１係を超えて多量に含有させる
と拡如かなく細い凸状のビードとなシ、このビード形状
不良は例えば極厚鋼の狭開先多層盛溶接においてスラグ
巻込み欠陥の発生原因となる。

ＳｉＯ□８〜２０ｑｂ：５ＩＯ２が８係未満の場合、ス
ラグの粘性が不足し、蛇行気味のビードとなシ、またビ
ード形状が不良になる。逆に、５ｉ０２が２０憾を超え
ると７ラツクスの塩基度が低下し、溶接金属の靭性が低
下する。

Ａ＃、２０５２２〜３５％：　ｈｔｂ２ｏ３が２２憾未
満の場合、ビード形状、外観とも良好でなめらかなビー
ドが得られない、逆に、３５壬を超えて多量に含有させ
るとフラックスの塩基１が低下し、高靭性の溶接金属が
得られず、またビード波形が粗くな９、外観不良となる
他、狭開先多層盛溶接においてスラグ剥離性が不良とな
る。

金属弗化物５〜１５曝：金属弗化物は溶接金属の酸素量
を低減し、靭性を向上させ、またスラグの融点および粘
性を下げ、スラグの流動性を調整し、ビード形状全改善
するために含有させる成分であシ、ＣａＦ２　、　Ｍｇ
Ｆ２　、　ＮａＦなどの金属弗化物の合計が５幅未満の
場合、これらの効果は十分に発揮されず、逆に１５憾を
超えて多量に含有させるとアークが不安定になり、スラ
グ巻込み欠陥の発生、ボツクマ−りやスラグ巻込み発生
によりビーＰ外観およびビード形状が不良となる。

なお、上記のスラグ形成剤成分全含有させる原材料とし
ては、　ＣａＯ源は王に珪灰石、炭酸カルシウムなど、
ＭｇＯ源は主にマグネシアクリンカ−１炭酸マグネシウ
ムなど、５１０２源は主に珪灰石、珪砂、および珪酸塩
（粘結剤として使用する水ガラス）など、Ａ１２０５源
は主にアルミナ粉など、金属弗化物源は主に金石の他、
弗化マグネシウム、弗化ナトリウムなどである。また、
上記各成分の２種以上全含有し１人工的に溶融製造した
溶融型フラックスを原材料の一部として使用すること本
できる。

金属炭酸塩ＣＯ２換算量で５〜１２係：金属炭酸塩は溶
接時の分解反応によりＣ０２ガス全発生し、アーク雰囲
気中の水蒸気分圧金工げ、溶接金属の拡散性水素量を低
減させるために含有させる成分である。溶接施工時のフ
ラックスの大気からの吸湿も考慮し、ＣａＣＯ３、Ｍｇ
ＣＯ３などの金属炭酸塩の００２換算量の合計が５ｑｂ
未満の場合、溶接金属の拡散性水素量の低減は不十分で
あり、例えばＨＴ２Ｏ鋼の溶接を予熱源［１００’Ｃ以
下で行なうような場合、低温割れが発生しやすくなる。

しかし、ＣＯ２換算量が１２４を超えるとアークが不安
定にな夛、ビード形状不良、ポックマークの多発、スラ
グ巻込み発生など、溶接作業性が著しく不良となる。

なお、金属炭酸塩の分解反応によシ生成するＣａＯ、Ｍ
ｇＯ々どの金属酸化物はスラグ形成剤成分として作用す
るものであり、本発明フラックスにおいて前記ＣａＯお
よびＭｇＯの含有量はＣａＣＯ３およびＭｇ　ＣＯ６の
各酸「ヒ物換算量を含めた量である。

また、金属炭酸塩の種類については特に限定するもので
なく、ＣａＣＣ）５　、　ＭｇＣＯ３以外にＢａＣＯ３
、ｒ６００３゜ＳｒＣＯ３＋　ＬＳ２ＣＯ５なども適宜
含有させることができる。

金属粉１〜１０憾：金属粉は主に脱酸剤としてＳｔ　、
　Ｍｎ　、　Ａ＃　、　Ｔｉなどの脱酸性元素全単体あ
るいは合金の形態で、上記金属炭酸塩を多量に含有する
ことによる溶接金属の酸素量増加の抑制とともにポック
マークの発生傾向を抑え、良好なビーＰ外観を得るため
に１循以上含有させる必要がある。さらに、溶接金属の
強度、靭性の調整改善のために上記脱酸性元素以外にＮ
ｉ　、　Ｃｒ　、　Ｍｏ　、　Ｎｂ。

Ｖなどの種々の合金元素の添加、あるいは溶着効率向上
のためにＦｅ粉を含有させることも可能であるが、金属
粉が１０係を超えて多量に含有されると７ラツクス製造
時の造粒性が悪くなり、フラックスのくシ返し使用によ
る粉化による金属粉の偏析によシ溶接金属性能が劣比し
、さらにビード表面にスラグの焼付きやスパッタ状の金
属粒の付着、ビットが発生しゃすくなυ、また狭開先多
層盛溶接においてフラックスのかさ密度が大きくなるこ
とによシビーＰ形状が不良になるなど、本発明フラック
スの特性が失なわれる傾向を示すので、金属粉の合計は
１０彊以下でなければならない。

さらに、本発明フラックスは上記各々成分の含有量の範
囲において、下記の条件を満足する特定の範囲に限定さ
れる。

な塩基性成分であるＣａＯとＭｇＯの含有量の関係を規
定することにより特にビード形状をなめらかにし、かつ
内部欠陥のない健全な溶接金属となし得る。ＣａＯとＭ
ｇＯの含有量の比が０．５０未満の場合、すなわちＣａ
Ｏの含有量が少な（ＭｇＯの含有量が多すぎる場合には
スラグの融点が上昇し、例えば薄板の両面１）ぐス溶接
のような小電流小人熱溶接条件において細く凸状のビー
ドとカリ、形状、外観が不良となり、さらに厚板の３０
〜４０’Ｖ開先の特に第１パス目溶接や極厚鋼の１層１
パス盛の狭開先多層盛溶接においてビード形状不良によ
る融合不良およびスラグ巻込みなどの内部欠陥が発生し
やすくなる。

フラックスは最近の溶接時間の短縮、温材コストの低減
の要望からすう勢にある極厚鋼の狭開先多層盛溶接にお
いて問題とカるスラグ剥離性についても十分に良好なら
しめるものであるが、そのためには生成するスラグをガ
ラス質にし、砕けやすいものにしておくことが必要で、
スラグのガラス質化を促進する５ｉ０２の含有量は極め
て重要となる。一方、　ＣａＯ、ＭｇＯはスラグを結晶
質化し、非常に硬く砕けにくいスラグを形成する成分で
ある。

また、５ｉｎ２はスラグの粘性全保持１〜、ビード形状
を良好にする成分でもあり、従って、Ｓ　ｉ　Ｏ２の含
有量はＣａＯとＭｇＯの含有量との関係で決定されなけ
ればならない。

が０．１５未満の場合にはスラグの結晶化が進み、スラ
グ剥離性が不良となシ、またスラブの粘性が不足するこ
とによりビード形状が不良となる。逆の粘性が大きくな
り、流動性が不足し、狭開先多層盛溶接においてビード
形状が不良となる。

は低合金鋼の溶接において溶接金属に要求される高い靭
性レベルを十分に満足するものであり、前記金属弗化物
および脱酸剤の添加に加えて高塩基性の溶融スラグを形
成し、それらの脱酸反応によりできるだけ溶接金属の酸
素ｆｔｆｆ：低減する必要がある。

スラグ形成剤成分として含有され、塩基性成分明フラッ
クスの塩基変ヲ表わしだものであって、接金風が得られ
ない。なお、上限については溶接作業性面から２．５０
以下であることが好ましい。

なお、本発明フラックスは以上限定した成分の他にＴｉ
Ｏ２、ＭｎＯ、ＺｒＯ２などの金属酸化物も必要に応じ
含有させることができる。また、固着剤として使用する
水ガラスの成分であるに２０　、　Ｎａ２Ｏはアーク安
定性の向上に効果的に寄与するものである。さらに、高
杓性の溶接金属中心るためのＢ添加の効果は従来から知
られているが、Ｂの酸化物を７ラツクス中に含有させる
ことも可能である。

以下、本発明の効果を実施例によりさらに具体的に示す
。

（実施例１） 第１表に成分を示す焼成型フラックス（Ｆ１〜Ｆ１４）
’！に試作製造した。製造方法は各種原料の混合粉に水
ガラスを添加し、造粒後、フランクス温度５３０℃（±
１０℃）　Ｘ　９０　ｍｉｎの焼成を行なった。なお、
焼成後のフラックスの粒度構成は８メツシユ以下１２メ
ツシユよりも粗いもの、および１００メツシユ以下の細
いものが各々１０幅未満で、またフラックスのかさ密度
はＪ　Ｉ　Ｓ　　Ｚ　２５０４による測定法によ、！５
０．９０〜Ｌ　１５　？／ｃｒｌの範囲にあった。これ
らフラックスを３５０℃Ｘ　１　ｈｒ　　保持の条件で
再乾燥後、第２表に示す化学成分のワイヤＷｌ（ワイヤ
径４簡φ）と組合せて、第３表に示す化学成分の板厚ｔ
−８０關のＨＴ８０＠Ｂ１を第１図（ａ）に示す形状で
ｔｌ　＝５０１１ａ、　Ｒ１−６簡Ｒ９α、−４°のＵ
溝開先とし、第４表に示す溶接条件により第１図（ｂ）
に示すようにＩ　Ｊｄ　Ｉ　Ａス盛の狭開先多層盛溶接
試験を行なった。

まず、溶接時の溶接作業性の観察とともに溶接径内部欠
陥および低温割れ発生の有無を調査した。

次いで、第１図（ｂ）に示すように板厚方向ｔ２−２５
鴎の位置を中心にして溶接金属中心にノツチＢ金入れた
ＪＩ８４号２　ｓｍ　Ｖノツチシャルピー衝撃試験片Ａ
およびＪＩＳＡ２号引張試験片Ｃ１また同引張試験片と
同位置より分析試料を採取し、各々試験に供した。これ
ら結果を第５表にまとめて示す。

試験屋１〜５は本発明スラックス（Ｆｌ〜５）を使用し
た場合で、いずれも良好な溶接作業性で、溶接金属の低
温割れの発生もなく、高い衝撃値が得られた。試験Ａ６
〜１４は比較フラックス（Ｆ６〜Ｆ１４）′Ｊｋ使用し
た場合で、それぞれ本発明フラックスの各々成分の限定
範囲をはずれている（第１表中、アンダーラインで示す
）ことによシ良好な溶接作業性が得られず、またこのう
ち屋６はスラックスの塩基度が低すぎるために溶接金属
の酸素量が増加し、衝撃値が低下し、Ａ７，８はフラッ
クスの金属炭酸塩の含有景が少なすぎるために低温割れ
が発生した。

（実施例２） 第１表に示す成分のフラックス（Ｆｌ、４およびＦ　７
　、８　、９　、１１）’！ｒ第２表に示す化学成分の
ワイヤＷ２　　（ワイヤ径４．０頗φ）と組合せて、第
３表に示す化学成分の板厚ｔ＝１４ｓｎの３．５壬Ｎ１
鋼Ｂ２’に第２図（ａ）に示す形状でｔｌ　＝　７　ｍ
、α。

＝７０°の突合せＹ開先とし、第４表に示す溶接条件に
より両面１ノぐス溶接試験を行なった。々お溶接作業性
の観察および溶接後６００　’ｅｘ　ｉｈｒの条件でＰ
ＷＨＴ処理を行なった溶接金属について、第２図（ｂ）
に示すように板厚方向ｔ２　＝　７　＋ｍの位置を中心
にして溶接金属中心にノツチＢｉ入れたＪＩＳＡ２号衝
撃試験片ＡおよびＪＩＳＡ２号引張試験片Ｃを採取し、
各々試験に供した。第６表に結果を示す。

試験Ａ　１５　、　Ａ　１６は本発明フラックス（Ｆｌ
。

Ｆ４）を使用した場合で、形状、外観とも良好なビーＰ
が得られ、壕だ高い衝撃値が得られた。屋１７〜２０は
比較フラックス（Ｆ７　、８　、９　。

１１）を使用した場合で、それぞれビード外観、形状が
不良となった。

（実施例３） 第１表に示す成分のフラックス（Ｆｌ、Ｆ４゜Ｆ８）’
に３５０℃Ｘ１ｈｒ　　保持の条件で再乾燥し、その直
後および温［３０℃−湿度８０壬の恒温恒湿槽内で吸湿
させた後、ＷＥＳ１００３に準じガスクロマトグラフ法
により溶接金属の拡散性水素試験を行なった。第７表に
結果を示す。

試験煮２１および屋２２は本発明フラックス（Ｆｌ　、
Ｆ’４）の場合で、吸湿後においても３．Ｏｍｅ／溶着
量１００９という極めて低い値全示したのに対し、Ａ２
３は比較フラックス（Ｆ８）の場合で、金属炭酸塩（Ｃ
ａＣＯ３）の含有量が少なすぎるために、特に吸湿後の
拡散性水素量は本発明フラックスに比べ著しく増加した
。

＊２）金属粉：　Ｆｅ−８ｔ　、　Ｓｔ　、　Ｆｅ　−
Ｍｎ　、　Ｆｅ　−Ａ＃　。

Ａｊ３　、　Ｆｅ−Ｔｉなどの脱酸剤、＊３）残　部：
　Ｋ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｌ１２０　、　ＦｅＯおよび不可
避不純物など。

第６表　　３．５４Ｎｉ鋼の両面ＩＡス溶接試験糺果１
）　フラックス記号、＊印：本発明フラックス、無印：
比較フラックス ２）　衝撃値は各３本の平均値 （発明の効果） 本発明は金属炭酸塩を多量に含有する高塩基性成分系の
焼成型フラックスを溶接速度を速くして行なう小人熱溶
接条件で使用した場合でも各種溶接作業性が良好で、さ
らに拡散性水素量が極めて低く、耐割れ性に優れ、かつ
高靭性の溶接金属が得られる低合金鋼用のサブマージア
ーク溶接用焼成型フラックスであシ、工業的実用性は極
めて高いものである。

【図面の簡単な説明】

第１図お工び第２図（３）は開先形状、第２図（ｂ）は
累層方法、衝撃試験片および引張試験片の採取位置を示
す図である。 Ａ・・・ＪＩ８４号２＋ｍＶノツチ衝撃試験片の採取位
置 Ｂ・・・同ノツチ位置 Ｃ・・・Ｊ　Ｉ　Ｋ２号引張試験片の採取位置代理人　
弁理士　　秋　沢　政　光 信１名 岸、２図 自発手続補正１： 昭和６１年９月２２日

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）スラグ形成剤、ガス発生剤および金属粉の混合物
   からなるサブマージアーク溶接用焼成型フラックスにお
   いて、重量％で、 ＣａＯ　１２〜１８％、 ＭｇＯ　２２〜３１％、 ＳｉＯ＿２　８〜２０％、 Ａｌ＿２Ｏ＿３　２２〜３５％、 金属弗化物　５〜１５％、 金属炭酸塩をＣＯ＿２換算量で５〜１２％、 および 金属粉　１〜１０％ を含有し、かつ ＣａＯ％／ＭｇＯ％≧０．５０、 ＳｉＯ＿２％／ＣａＯ％＋ＭｇＯ％＋ＳｉＯ＿２％＝０
   ．１５〜０．３０（ＣａＯ％＋ＭｇＯ％）／（ＳｉＯ＿
   ２％＋０．５Ａｌ＿２Ｏ＿５％）≧１．５０なる条件を
   満足することを特徴とするサブマージアーク溶接用焼成
   型フラックス。