CN103223563B

CN103223563B - 单面埋弧焊用焊剂

Info

Publication number: CN103223563B
Application number: CN201210551890.6A
Authority: CN
Inventors: 村西良昌; 幸村正晴
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2012-01-27
Filing date: 2012-12-18
Publication date: 2015-06-10
Anticipated expiration: 2032-12-18
Also published as: JP2013154364A; JP5874068B2; CN103223563A

Abstract

本发明提供一种能够得到健全的表面焊道形状和机械的性能的单面埋弧焊用焊剂。使焊剂成为如下组成：含有SiO₂：10～30质量％、CaO：3～9质量％、MgO：15～35质量％、TiO₂：4～20质量％、CaF₂：2～9质量％、Al₂O₃：5～20质量％、CO₂：2～9质量％、Na₂O：1～3质量％、B₂O₃：0.1～1质量％、Mo：0.2～1质量％、铁粉：10～30质量％，并且限制Si：2质量％以下、Mn：1.5质量％以下、Ti：1质量％以下、Al：3质量％以下。而且，铁粉使用氧含量为0.5质量％以下的雾化还原铁粉，相对于铁粉总量，使粒径为75μm以下铁粉调整为40质量％以上。

Description

单面埋弧焊用焊剂

技术领域

本发明涉及使用一个或两个以上的电极进行的单面埋弧焊所使用的焊剂。更详细地说，是涉及含有铁粉的单面埋弧焊用焊剂的焊道外观改善技术。

背景技术

在单面埋弧焊中，通常，为了确保熔敷量，在大线能量焊接中仍实现稳定的焊道形成，而使用添加有铁粉的焊剂(例如，参照专利文献1。)。但是，专利文献1所述的这种含有铁粉的现有的单面埋弧焊用焊剂，有着在表面焊道的表面容易发生微小的铁粒突起物这样的问题。这样的表面焊道表面的突起物，在涂装工序中成为障碍，因此例如在造船领域，为了对应建造工序的新涂装标准，除去铁粒突起物，不得不涉及焊道全线而进行磨光处理。

因此，以往在单面埋弧焊用焊剂中，提出有用于抑制铁粒突起物的发生的技术(参照专利文献2、3。)。例如，在专利文献2所述的单面埋弧焊用焊剂中，通过使粒径和表观密度处于特定的范围，来实现焊道的健全化。另外，在专利文献3所述的埋弧焊用粘结焊剂中，为了抑制铁粒突起的发生，将Fe成分的含量限制在5质量％以下。

【先行技术文献】

【专利文献】

【专利文献1】特开平11－267883号公报

【专利文献2】特开平6－277878号公报

【专利文献3】特开2006－272348号公报

但是，如专利文献2所述的技术，只是限制焊剂的粒径和表观密度，对于铁粒突起的发生抑制的效果小。另外，如专利文献3所述的埋弧焊用粘结焊剂，若限制Fe含量，则在厚板的拼板对接焊中难以确保充分的熔敷量，此外在大线能量焊接中焊道形状劣化。如此，现有的焊道外观改善技术在单面埋弧焊中，还无法达到一边维持铁粉添加到焊剂的效果，一边抑制铁粒突起的发生，而使焊道外观健全化。

发明内容

因此，本发明的主要目的在于，提供一种能够得到健全的表面焊道形状和机械的性能的单面埋弧焊用焊剂。

本发明者等，为了解决前述的课题，在使用了一个或两个以上的电极的单面埋弧焊中，为了确保表面焊道的健全性而进行了锐意实验研究，其结果发现，在铁粒突起的发生抑制中，焊剂所含有的铁粉的种类、氧量和粒径会产生重大影响，从而达成了本发明。

即，本发明的单面埋弧焊用焊剂，具有如下组成，即含有SiO₂：10～30质量％、CaO：3～9质量％、MgO：15～35质量％、TiO₂：4～20质量％、CaF₂：2～9质量％、Al₂O₃：5～20质量％、CO₂：2～9质量％、Na₂O：1～3质量％、B₂O₃：0.1～1质量％、Mo：0.2～1质量％、铁粉：10～30质量％，并且限制Si：2质量％以下、Mn：1.5质量％以下、Ti：1质量％以下、Al：3质量％以下，所述铁粉使用氧含量为0.5质量％以下的雾化还原铁粉，相对于铁粉总量，使粒径为75μm以下的处于40质量％以上。

在本发明的单面埋弧焊用焊剂中，特定量添加氧含量为0.5质量％以下的雾化还原铁粉，此外，添加的铁粉之中，使粒径为75μm以下的为40质量％以上，因此在表面焊道难以发生铁粒，能够得到没有铁粒突起的健全的表面焊道。

该单面埋弧焊用焊剂，也可以含有Si：0.5～2质量％和/或Ti：0.3～1质量％。

另外，也可以含有Mn为0.5～1.5质量％。

此外，也可以含有Al为0.7～3质量％。

根据本发明，因为特定焊剂的成分及其含量，并且限定铁粉的种类、氧量和粒径，所以在使用了单电极或多电极的单面埋弧焊中，无论衬垫构造，都能够得到健全的焊道形状和机械的性能。

附图说明

图1是单面埋弧焊过程中铁粒发生举动的假想图。

图2是表示本发明的实施例中使用的钢板的坡口形状的剖面图。

符号说明

1 母材

2 焊接金属

2a 焊道表面

3 未熔融的焊剂

4 熔融/凝固中的焊剂(熔渣)

5 铁粉

6 铁粉的凝集

7 凝集铁粉(铁粒)

11 填充剂

具体实施方式

以下，就用于实施本发明的方式进行详细地说明。还有，本发明并不限定为以下说明的实施方式。

图1是单面埋弧焊过程的铁粒发生举动的假想图。如图1所示，假设在单面埋弧焊中，使用含有现有的铁粉5的未熔融的焊剂3时，在熔融/凝固中的焊剂(熔渣)4内铁粉5凝集(铁粉的凝集6)，该凝集铁粉(铁粒)7沉积，附着在形成于母材1的焊接部的焊接金属2的表面(焊道表面2a)，微小的突起物发生。因此，本发明者们决定改善焊剂的特性，从而解决铁粒突起发生的问题。

具体来说，本发明的实施方式的焊剂，用于单面埋弧焊，至少具有如下组成：以特定量含有SiO₂、CaO、MgO、TiO₂、CaF₂、Al₂O₃、CO₂、Na₂O、B₂O₃、Mo和铁粉，并且将Si、Mn、Ti和Al限制在特定量以下。而且，在该焊剂中，铁粉使用氧含量为0.5质量％以下的雾化还原铁粉，相对于铁粉总量使粒径为75μm以下的铁粉调整为40质量％以上。以下，对于本实施方式的焊剂的组成限定理由进行说明。

[SiO₂：10～30质量％]

SiO₂是玻璃化成分，但若其含量超过30质量％，则熔融渣整体的粘性增加，熔渣的流动性降低。而且，高速单面埋弧焊的情况下，表面焊道宽度无法扩展，并且变得不稳定，因此容易发生咬边。另一方面，SiO₂含量低于10质量％时，熔融渣的凝固温度变得过高，因此得不到良好的表面焊道形状。因此，SiO₂含量为10～30质量％。

[CaO：3～9质量％]

CaO具有使熔融渣的粘度降低，提高熔渣的流动性，扩展表面焊道宽度的效果。但是，若CaO含量超过9质量％，则熔融渣的凝固温度变得过高，表面焊道形状受损。另一方面，CaO含量低于3质量％时，和不到提高熔融渣的流动性的效果，表面焊道宽度不足，因此容易发生咬边。因此，CaO含量为3～9质量％。

[MgO：15～35质量％]

MgO与前述的CaO同样，具有使熔融渣的粘度降低，提高熔渣的流动性，扩展表面焊道宽度的效果。但是，MgO的含量低于15质量％时，得不到提高熔融渣的流动性的效果，表面焊道宽度不足，咬边容易发生。另一方面，由于MgO是高熔点的成分，所以若添加超过35质量％，则焊剂整体的熔融性受损，特别是在进行处于小线能量下的薄板的高速单面埋弧焊时，不能确保稳定的焊道。因此，MgO含量为15～35质量％。

[TiO₂：4～20质量％]

TiO₂对于改善单面焊接的熔渣剥离性是特别有效的成分。但是，若其含量超过20质量％，则表面焊道的鳞纹变粗，另外，低于4质量％时，得不到前述的熔渣剥离性的改善效果。因此，TiO₂含量为4～20质量％。

[CaF₂：2～9质量％]

CaF₂是使焊剂整体的熔融性良好的成分，特别像单面埋弧焊这样必须在短时间内使焊剂熔化并生成熔渣的焊接方法中，是不可或缺的成分。但是，若CaF₂含量超过9质量％，电弧稳定性劣化，容易发生断弧。另一方面，CaF₂含量低于2质量％时，得不到焊剂的熔融性改善效果，蛇行焊道发生。因此，CaF₂含量为2～9质量％。

[Al₂O₃：5～20质量％]

Al₂O₃是中性成分，是对于熔渣的粘性和凝固温度的调整有效的成分。但是，Al₂O₃含量低于5质量％时，熔渣的粘性和凝固温度降低，焊道宽度不一致。另一方面，若添加Al₂O₃超过20质量％，则熔渣的凝固温度变得过高，焊道难以展开，焊道形状成为凸型。因此，Al₂O₃含量为5～20质量％。

[CO₂：2～9质量％]

CO₂是对于抑制氮向焊接金属的侵入以及降低扩散性氢量有效的成分，作为金属碳酸盐添加到焊剂中。但是，CO₂含量低于2质量％时，焊接金属中的扩散性氢量变高，耐低温裂纹性劣化。另一方面，若CO₂含量超过9质量％，气体发生量过大，在表面焊道发生麻面。因此，CO₂含量为2～9质量％。

[Na₂O：1～3质量％]

Na₂O是用于确保电弧稳定性所需要的成分。具体来说，Na₂O含量低于1质量％时，电弧极端不稳定，断弧发生，焊道形状和熔深不均匀。另一方面，若Na₂O含量超过3质量％，则耐吸湿性降低，耐低温裂纹性劣化。

[B₂O₃：0.1～1质量％]

B₂O₃在焊接中被还原，在焊接金属中作为B存在，对于确保韧性有效地发挥作用。但是，B₂O₃含量低于0.1质量％时，其效果得不到充分发挥，韧性劣化。另一方面，若B₂O₃含量超过1质量％，则强度过大，高温裂纹发生。因此，B₂O₃含量为0.1～1质量％。

[Mo：0.2～1质量％]

Mo是对淬火性提高有效的成分，除Mo单体以外，还以Fe－Mo等的形态添加。但是，Mo含量低于0.2质量％时，焊接金属的组织粗大化，韧性劣化。另一方面，若添加Mo超过1质量％，则焊接金属的强度过大，高温裂纹发生。

[铁粉：10～30质量％]

铁粉在一度需要有大量的熔敷金属的单面埋弧焊中是必须的添加成分。于是，铁粉含量低于10质量％时，得不到补充熔敷金属量的效果，并且焊剂的表观密度变小，因此耐吹起性劣化。另一方面，若使铁粉含有超过30质量％，则在熔融/凝固中的焊剂内，铁粉容易凝集，凝集铁粉沉积的量变多，铁粒容易附着在焊道表面。而且，焊剂的表观密度变高，不能确保焊道宽度。因此，铁粉的含量为10～30质量％。

另外，在本实施方式的焊剂中，作为铁粉，使用雾化还原铁粉。一般作为铁粉的种类，根据其制法分类为还原铁粉和雾化铁粉。其中，雾化铁粉中存在还原型或未还原型。而且，其中对于铁粒突起物的减少，雾化铁粉的还原型有效。

此外，铁粉的氧量对于铁粒的发生也产生影响。具体来说，若铁粉的氧量超过0.5质量％，则在熔渣内铁粉难以熔化，容易在表面焊道作为铁粒突起物发生。因此，本实施方式的焊剂所调合的铁粉，氧量为0.5质量％以下。还有，优选铁粉的氧量为0.3质量％以下，由此，能够进一步得到铁粒减少效果。在此，铁粉的氧量，例如能够通过在惰性气体中的加热熔化法来测量。

另外，铁粉的粒径对熔融渣内的凝集/沉积也产生影响，对铁粒的发生也有影响。具体来说，在铁粉总量中，粒径为75μm以下的低于40质量％时，每个铁粉容易熔化沉积。其结果是，容易在焊道表面发生铁粒突起。因此，本实施方式的焊剂所调合的铁粉，使粒径为75μm以下的达到40质量％以上。在此，铁粉的粒径，例如能够通过筛网和(ロータップshaker)的粒度测量装置进行测量。

[Si：2质量％以下]

若含有Si超过2质量％，则熔渣容易烧结在焊道表面，熔渣的剥离性劣化，因此Si含量限制在2质量％以下。另一方面，Si也是对于减少焊接金属中的氧量有效的成分，因此若使Si含有0.5质量％以上，则还会显示脱氧效果，韧性改善。因此，在本实施方式的焊剂中，根据需要，在0.5～2质量％的范围添加Si。还有，Si除了Si单体以外，也能够以Fe－Si等的形态进行添加。

[Ti：1质量％以下]

Ti与前述的Si同样，是对于减少焊接金属中的氧量有效的成分，但这一效果可以通过Si的添加等而充分达成，因此在本实施方式的焊剂中，Ti不是必须的成分。另外，若Ti含量超过1质量％，则熔渣烧结在焊道表面，熔渣剥离性劣化。因此，Ti含量限制在1质量％以下。另一方面，若Ti含有0.3质量％以上，则焊接金属的脱氧效果进一步实现，能够实现韧性的提高。因此，在本实施方式的焊剂中，根据需要，在0.3～1质量％的范围添加Ti。还有，Ti除了以Ti单体的形态添加以外，还能够以Fe－Ti等的形态进行添加。

[Mn：1.5质量％以下]

Mn与前述的Mo同样，具有使淬火性提高的效果，是对于强度和韧性的提高有效的成分，但若Mn含量超过1.5质量％，则熔渣烧结在焊道表面，熔渣剥离性劣化。另外，在本实施方式的焊剂中，为了添加Mo，由此得到淬火性的效果，将Mn含量限制在1.5质量％以下。另一方面，若Mn含有0.5质量％以上，则淬火性进一步提高实现，韧性改善。因此，在本实施方式的焊剂中，根据需要，在0.5～1.5质量％的范围添加Mn。还有，Mn除了Mn单体以外，还能够以Fe－Mn等的形态进行添加。

[Al：3质量％以下]

Al使焊接金属的组织微细，是对于韧性的提高有效的成分。但是，这一效果可以通过其他成分的添加充分达成，因此在本实施方式的焊剂中，Al不是必须的成分。另外，若Al含量超过3质量％，则淬火过度，强度上升，低温裂纹发生。因此，Al含量限制在3质量％以下。另一方面，若使Al含有0.7质量％以上，则组织的微细化进一步实现，韧性提高。因此，在本实施方式的焊剂中，根据需要，0.7～3质量％的范围添加Al。还有，Al除以Al单体以外，还能够以Fe－Al和Al－Mg等的形态添加。

[其他的成分]

本实施方式的焊剂的上述以外的成分，例如有FeO、ZrO₂、K₂O等。

如以上详述，本实施方式的焊剂，特定量添加氧含量为0.5质量％以下的雾化还原铁粉，并且相对于铁粉总量，使粒径为75μm以下的铁粉为40质量％以上，因此能够抑制熔融/凝固中的焊剂内的铁粉的凝集和生成的铁粒向表面焊道的附着。其结果是，在单面埋弧焊中，可以形成机械的性能优异，没有铁粒突起的健全的表面焊道。

还有，本实施方式的焊剂，主要在单面埋弧焊方法中使用，但关于其衬垫方法，没有特别限定，以焊剂和铜为衬垫材的焊剂铜衬垫法、只以焊剂为衬垫材的焊剂衬垫法、使用固形焊剂的衬垫法等任意一种方法都能够适用。另外，关于衬垫焊剂，也没有特别限定，可以直接应用现有的焊剂。

【实施例】

以下，列举本发明的实施例和比较例，对于本发明的效果具体进行说明。在本实施例中，使用下述表1所示的钢板和表2所示的焊丝，根据下述表3所示的焊接条件和图2所示的钢板(母材1)的坡口形状，实施单面埋弧焊，评价实施例和比较例的各焊剂的性能。这时，在填充剂11中，使用市场销售的填充剂(95质量％以上的铁粉)。还有，下述表1所示的钢板组成和下述表2所示的焊丝组成的余量是Fe和不可避免的杂质。

【表1】

【表2】

【表3】

电极	电流(A)	电压(V)	焊接速度(cm/分)	焊接线能量(kJ/cm)
					第一电极	950	38	28	77

实施例和比较例的各焊剂的评价，通过焊接操作性(焊道外观、咬边等)、依据JISZ3060的超声波探伤(UT)试验(有无裂纹、夹渣等)和依据JISZ2242的摆锤冲击试验进行。这些评价结果以及实施例和比较例的各焊剂组成显示在下述表4和表5中。还有，下述表4和表5所示的“75μm(质量％)”，是相对于铁粉总量，粒径为75μm以下的铁粉的含量(质量％)。另外，摆锤冲击试验，在试验温度－20℃下的摆锤吸收能(vE－20℃)在50J以上的为合格，低于50J的为不合格。

【表4】

【表5】

如表4所示，在本发明的范围内制作的实施例1～32的焊剂，焊接操作性、超声波探伤(UT)试验和韧性(vE－20℃)全部良好。

相对于此，如表5所示，比较例1的焊剂，因为焊剂中的MgO的含量，低于本发明范围的下限，所以咬边发生。另一方面，比较例2的焊剂，因为MgO的含量超过本发明范围的上限，所以焊瘤发生。比较例3的焊剂因为Fe含量低于本发明范围的下限，所以余高不足发生。比较例4的焊剂因为Fe含量超过本发明范围的上限，所以焊道表面发生铁粒。

比较例5的焊剂，因为SiO₂含量低于本发明范围的下限，所以焊瘤发生。另一方面，比较例6的焊剂，因为SiO₂含量超过本发明范围的上限，所以咬边发生。另外，比较例7的焊剂，因为Al₂O₃含量低于本发明范围的下限，所以焊道宽度的不一致。另一方面，比较例8的焊剂，因为Al₂O₃含量超过本发明范围的上限，所以焊道成为凸型。

比较例9的焊剂，因为TiO₂含量低于本发明范围的下限，所以熔渣剥离性劣化。另一方面，比较例10的焊剂，因为TiO₂含量超过本发明范围的上限，所以焊道的鳞纹变粗。另外，比较例11的焊剂，因为CaO含量低于本发明范围的下限，所以咬边发生。另一方面，比较例12的焊剂，因为CaO含量超过本发明范围的上限，所以焊道成为凸型。

比较例13的焊剂，因为CO₂含量低于本发明范围的下限，所以焊接金属中的扩散性氢量变高，低温裂纹发生。另一方面，比较例14的焊剂，因为CO₂含量超过本发明范围的上限，所以在焊道表面发生麻面。另外，比较例15的焊剂，因为CaF₂含量低于本发明范围的下限，所以蛇行焊道发生。另一方面，比较例16的焊剂，因为CaF₂含量超过本发明范围的上限，所以断弧频发。

比较例17的焊剂，因为Na₂O含量低于本发明范围的下限，所以蛇行焊道发生。另一方面，比较例18的焊剂，因为Na₂O含量超过本发明范围的上限，所以低温裂纹发生。另外，比较例19的焊剂，因为Si含量超过本发明范围的上限，所以熔渣烧结发生，韧性劣化。此外，比较例20的焊剂，因为Mn含量超过本发明范围的上限，所以熔渣剥离性劣化。另外，比较例21的焊剂，因为Ti含量超过本发明范围的上限，所以熔渣剥离性劣化。

比较例22的焊剂，因为Mo含量低于本发明范围的下限，所以韧性劣化。另一方面，比较例23的焊剂，因为Mo含量超过本发明范围的上限，所以在焊接金属内发生高温裂纹。另外，比较例24的焊剂，因为B₂O₃含量低于本发明范围的下限，所以韧性劣化。另一方面，比较例25的焊剂，因为B₂O₃含量超过本发明范围的上限，所以在焊接金属内发生高温裂纹。此外，比较例26的焊剂，因为Al含量超过本发明范围的上限，所以低温裂纹发生。

比较例27的焊剂，因为铁粉氧量超过本发明范围的上限，所以焊道表面有铁粒发生。另一方面，比较例28的焊剂，因为使用的铁粉的粒径的构成比率低于本发明范围的下限，所以在焊道表面有铁粒发生。另外，比较例29的焊剂，因为使用了以雾化法以外的方法制作的还原铁粉，所以在焊道表面有铁粒发生。此外，比较例30的焊剂，因为使用了未还原铁粉，所以在焊道表面有铁粒发生。

还有，在前述的实施例和比较例的各焊剂的评价中，使用以固体焊剂生成的衬垫材来实施单面埋弧焊，但在使用了铜板和衬垫焊剂的焊剂铜衬垫法和不使用铜板而一边使衬垫焊剂一边进行的焊剂衬垫法中，也能够得到大致同样的结果。另外，表4和表5中显示单电极焊接的结果，但在其他双电极、三电极和四电极焊接中，焊接后的焊剂的熔融/凝固过程中也没有差异，因此能够得到与表4和表5所示的单电极焊接的情况相同的结果。

根据以上的结果确认，通过使用本发明的焊剂，在单电极或多电极的单面埋弧焊中，能够得到健全的表面焊道形状和机械特性。

Claims

1.一种单面埋弧焊用焊剂，其特征在于，含有SiO₂：10～30质量％、CaO：3～9质量％、MgO：15～35质量％、TiO₂：4～20质量％、CaF₂：2～9质量％、Al₂O₃：5～20质量％、CO₂：2～9质量％、Na₂O：1～3质量％、B₂O₃：0.1～1质量％、Mo：0.2～1质量％、铁粉：10～30质量％，并且，限定Si：2质量％以下、Mn：1.5质量％以下、Ti：1质量％以下、Al：3质量％以下，

其中，所述铁粉是氧含量为0.5质量％以下的雾化还原铁粉，相对于铁粉总量，粒径为75μm以下的铁粉为40质量％以上。

2.根据权利要求1所述的单面埋弧焊用焊剂，其特征在于，含有Si：0.5～2质量％和/或Ti：0.3～1质量％。

3.根据权利要求1或2所述的单面埋弧焊用焊剂，其特征在于，含有Mn：0.5～1.5质量％。

4.根据权利要求1或2所述的单面埋弧焊用焊剂，其特征在于，含有Al：0.7～3质量％。

5.根据权利要求3所述的单面埋弧焊用焊剂，其特征在于，含有Al：0.7～3质量％。