CN108274157A - 衬垫焊剂 - Google Patents

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Abstract

提供一种能够得到背面焊道形状和背面焊道高度的稳定性优异的焊接金属的衬垫焊剂。一种用于埋弧焊的衬垫焊剂，其特征在于，含有SiO2：20质量％以上且50质量％以下、MgO：15质量％以上且40质量％以下、CaF2：3质量％以上且20质量％以下、从TiO2：30质量％以下和Al2O3：40质量％以下之中选择的至少一种、树脂：1.0质量％以上，熔点为1650℃以下。

Description

衬垫焊剂
技术领域
本发明涉及衬垫焊剂，更详细地说，是涉及用于埋弧焊的衬垫焊剂。
背景技术
埋弧焊法与焊条电弧焊和气体保护电弧焊等的焊接法比较，具有能够以高电流和高速度进行焊接这样的优点。因此，埋弧焊法在造船、钢结构及桥梁领域等的大型钢结构物的制造中，是被重用的高效率的焊接法。
在埋弧焊法中，要求有大范围的焊接施工性，以及对于焊接金属(焊接接头)的机械的性能和外观形状有高品质的要求。在这样的状况下，对于背面焊道的形状和健全性的要求也不例外，衬垫焊剂应该具备的特性是，在从低线能量至大线能量的焊接中，都能够得到良好的背面焊道的形状和健全性。
因此，例如，在专利文献1中，公开有一种单面埋弧焊用衬垫焊剂，其是热固化性树脂的含量低于1.0质量％的单面埋弧焊用衬垫焊剂，其特征在于，焊剂成分具有如下组成，含有MgO：19至43质量％、TiO2：8至32质量％、SiO2：8至35质量％、Al2O3：3至18质量％、CaO：3至23质量％、CaF2：2至14质量％、SiO2和TiO2：以总量计为22至58质量％，由所述焊剂成分形成的焊渣在1400℃下的粘度为0.085至0.250Pa·秒，除去Fe的焊剂成分的熔点为850至1400℃。
【现有技术文献】
【专利文献】
【专利文献1】日本特开2007－268548号公报
专利文献1所述的衬垫焊剂，在焊接金属中，能够得到良好的背面焊道形状。但是，在埋弧焊中，希望良好的背面焊道形状和背面焊道高度的稳定性等的焊接金属的品质的进一步提高。
发明内容
本发明是解决所述问题的发明，其课题在于，提供一种衬垫焊剂，其能够得到背面焊道形状和背面焊道高度的稳定性优异的焊接金属。
本发明的衬垫焊剂，是用于埋弧焊的衬垫焊剂，含有SiO2：20质量％以上且50质量％以下、MgO：15质量％以上且40质量％以下、CaF2：3质量％以上且20质量％以下、从TiO2：30质量％以下和Al2O3：40质量％以下中选择的至少一种、树脂：1.0质量％以上，熔点为1650℃以下。
通过具有这样的构成，所得到的焊接金属，其背面焊道形状和背面焊道高度的稳定性优异。
另外，本发明的衬垫焊剂中，优选还含有ZrO2：20质量％以下。
通过具有这样的构成，焊渣的凝固温度和剥离性容易变得更良好。
另外，本发明的衬垫焊剂中，优选还含有CaO：20质量％以下。
通过具有这样的构成，背面焊道形状容易变得更良好。
另外，本发明的衬垫焊剂中，优选还含有MnO：15质量％以下。
通过具有这样的构成，焊渣的生成得到促进。
本发明的衬垫焊剂能够得到背面焊道形状和背面焊道高度的稳定性优异的焊接金属。
附图说明
图1是表示实施例的焊接中的电极配置的示意图。
图2是表示实施例的焊接中的坡口形状的截面图。
图3是表示实施例的背面焊道高度的稳定性的评价中的供试材的测量位置的截面图。
图4是表示实施例的背面焊道高度的稳定性的评价中的供试材的测量范围的仰视图。
【符号的说明】
1 钢板
2 坡口填充材
3 焊接金属
T 背面焊道高度
T1、T2、L 电极
具体实施方式
以下，就用于实施本发明的衬垫焊剂的方式详细地加以说明。
衬垫焊剂用于埋弧焊。而且，衬垫焊剂中，以规定量含有SiO2、MgO、CaF2，还以规定量含有从TiO2和Al2O3中选择的至少一种。另外，衬垫焊剂中，也可以规定量含有从ZrO2、CaO和MnO中选择的至少一种。
另外，衬垫焊剂中含有规定量的树脂。此外，衬垫焊剂的熔点为规定温度以下。
还有，各成分的含量是在衬垫焊剂整体中的含量。
以下，对于衬垫焊剂的各成分及熔点的限定理由进行说明。
[SiO2：20质量％以上且50质量％以下]
SiO2具有通过其添加而使焊剂在高温下的粘度和熔点发生变化的特性，是用于焊渣的粘度的调整和焊渣的形成特别重要的成分。SiO2的含量低于20质量％时，焊渣的粘度降低，背面焊道的宽度的整齐性劣化，焊波变粗，因此外观受损。另外，背面焊道高度变得不稳定。另一方面，若SiO2的含量高于50质量％，则焊渣的粘度过大，钢板和背面焊道的融合性劣化，咬边发生，并且焊渣的量增大，背面焊道的余高过小。另外，背面焊道高度变得不稳定。因此，SiO2的含量为20质量％以上且50质量％以下。从进一步提高添加的效果的观点出发，SiO2的含量优选为25质量％以上，更优选为30质量％以上。另外，从使焊渣的粘度和焊渣的量更容易调整的观点出发，且从使背面焊道高度更稳定的观点出发，SiO2的含量优选为45质量％以下，更优选为40质量％以下。
[MgO：15质量％以上且40质量％以下]
MgO是用于焊渣形成的主要成分，通过其添加而使焊渣的粘度降低。MgO的含量低于15质量％时，不能确保适当的焊渣的量，背面焊道变得过大。另外，背面焊道高度变得不稳定。另一方面，若MgO的含量高于40质量％，则焊渣的量增大，背面焊道的余高过小，并且焊渣的粘度降低，背面焊道的宽度的整齐性劣化，焊波变粗，外观受损。另外，咬边、焊道的塌陷等的焊接缺陷发生。另外，背面焊道高度变得不稳定。因此，MgO的含量为15质量％以上且40质量％以下。从进一步提高添加的效果的观点出发，MgO的含量优选为20质量％以上，更优选为25质量％以上。另外，从使焊渣的量和焊渣的粘度更容易调整的观点出发，且从使背面焊道高度更稳定的观点出发，MgO的含量优选为35质量％以下，更优选为30质量％以下。
[CaF2：3质量％以上且20质量％以下]
CaF2是用于调整焊渣的粘度并促进焊渣的生成有效的成分。CaF2的含量低于3质量％时，焊渣的量不足，因此背面焊道的余高过大。另外，背面焊道高度变得不稳定。另一方面，若CaF2的含量高于20质量％，则焊渣的粘度过大，钢板和背面焊道的融合性劣化，咬边发生。因此，CaF2的含量为3质量％以上且20质量％以下。从进一步提高添加的效果的观点出发，CaF2的含量优选为5质量％以上，更优选为7质量％以上。另外，从使焊渣的粘度更容易调整的观点出发，CaF2的含量优选为15质量％以下，更优选为10质量％以下。
[TiO2：30质量％以下]
TiO2具有通过其添加而使在焊剂的熔点和高温下的粘度发生变化的特性，对于调整焊剂的熔点、焊渣的粘度及焊渣的剥离性是有效的成分。但是，若TiO2的含量高于30质量％，则焊渣的粘度增加，因此钢板和背面焊道的融合性劣化，咬边和麻点发生。另外，焊渣的剥离性劣化。因此，使TiO2含有时，TiO2的含量为30质量％以下。从使焊渣的粘度和焊渣的剥离性更容易调整的观点出发，TiO2的含量优选为15质量％以下。另外，如果Al2O3以规定量含有，则TiO2的含量也可以是0质量％。但是，从进一步提高添加的效果的观点出发，TiO2优选含有1质量％以上，更优选含有3质量％以上。还有，TiO2和Al2O3均不含有时，背面焊道高度变得不稳定。
[Al2O3：40质量％以下]
Al2O3具有通过其添加而使在焊剂的熔点和高温下的粘度发生变化的特性，对于调整焊剂的熔点、焊渣的粘度及焊渣的剥离性是有效的成分。但是，若Al2O3的含量高于40质量％，则焊剂的熔点变高，背面焊道高度变得不稳定。因此，使Al2O3含有时，Al2O3的含量为40质量％以下。从使焊剂熔点更容易调整的观点出发，Al2O3的含量优选为30质量％以下，更优选为15质量％以下。另外，如果TiO2以规定量被含有，则Al2O3的含量也可以是0质量％。但是，从进一步提高添加的效果的观点出发，优选Al2O3含有5质量％以上，更优选含有8质量％以上。
TiO2的含量和Al2O3的含量的合计优选为40质量％以下，更优选为15质量％以下。另外，TiO2的含量和Al2O3的含量的合计优选为5质量％以上，更优选为8质量％以上。
[ZrO2：20质量％以下]
ZrO2是用于调整焊渣的凝固温度和剥离性有效的成分。但是，若ZrO2的含量高于20质量％，则焊渣的凝固温度变高，焊渣的咬粘增加，焊渣的剥离性有可能部分性地劣化。另外，背面焊道高度变得不稳定。因此，使ZrO2含有时，ZrO2的含量为20质量％以下。从使焊渣的剥离性更容易调整的观点出发，且从使背面焊道高度更稳定的观点出发，ZrO2的含量优选为15质量％以下，更优选为8质量％以下。另外，ZrO2的含量也可以是0质量％。但是，从进一步提高焊渣的凝固温度的调整效果的观点出发，优选ZrO2含有1质量％以上，更优选含有4质量％以上。
[CaO：20质量％以下]
CaO是用于调整焊渣的粘度，整理焊道的形状的重要成分，另外对于调整焊渣的剥离性是有效的成分。但是，若CaO的含量高于20质量％，则焊渣的粘度过大，钢板和背面焊道的融合性劣化，咬边发生，并且焊渣发生咬粘，焊渣的剥离性劣化。另外，背面焊道高度变得不稳定。因此，含有CaO时，CaO的含量为20质量％以下。从使焊渣的粘度和焊渣的剥离性更容易调整的观点出发，且从使背面焊道高度更稳定的观点出发，CaO的含量优选为10质量％以下，更优选为5质量％以下。另外，CaO的含量也可以为0质量％。但是，使进一步提高添加的效果的观点出发，优选CaO含有1质量％以上，更优选含有3质量％以上。
[MnO：15质量％以下]
MnO是用于促进焊渣的生成有效的成分。但是，若MnO的含量高于15质量％，则焊渣的量增加，背面焊道变得过小。另外，咬边等的焊接缺陷发生。因此，使MnO含有时，MnO的含量为15质量％以下。从使焊渣的量更容易调整的观点出发，且从使焊接金属的状态更容易达到良好的观点出发，MnO的含量优选为10质量％以下，更优选为8质量％以下。另外，MnO的含量也可以是0质量％。但是，从进一步提高添加的效果的观点出发，优选MnO含有1质量％以上，更优选含有2质量％以上。
[余量：微量成分和不可避免的杂质]
为了适当地保持焊接中避免大气的保护性和焊接操作性等，能够添加Mo、CO2、BaO、Fe及Fe氧化物等。另外，作为不可避免的杂质，例如，可列举P、S等。微量成分和不可避免的杂质的总量限制在5质量％以下。还有，Mo、CO2、BaO、Fe及Fe氧化物等可以积极添加，但也可以作为不可避免的杂质包含。
[树脂：1.0质量％以上]
为了使背面焊道形状良好，以及为了使背面焊道高度稳定而添加树脂。树脂的含量低于1.0质量％时，将衬垫焊剂用于RF(Resin Flux)(注册商标)方式的埋弧焊时，余高过大，背面焊道形状变差。另外，背面焊道高度变得不稳定。因此，树脂的含量为1.0质量％以上。从进一步提高添加的效果的观点出发，树脂的含量优选为1.2质量％以上，更优选为1.5质量％以上。另外，从防止树脂对钢板的粘附观点出发，树脂的含量优选为10.0质量％以下，更优选为5.0质量％以下。
作为树脂，例如，可列举热固化性树脂。作为热固化性树脂没有特别限定，例如，聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂、密胺树脂、尿素树脂、丙烯酸树脂等。
[熔点：1650℃以下]
衬垫焊剂的熔点是用于使衬垫焊剂的熔融和凝固的平衡适宜化，并使背面焊道的高度稳定化的重要的参数。即，本发明者们着眼于后述的变动系数进行各种研究的结果发现，衬垫焊剂的熔点为规定的温度以下时，使变动系数降低，能够使背面焊道的高度稳定，直至开发出本实施方式的衬垫焊剂。若衬垫焊剂的熔点高于1650℃，则焊渣生成量少，背面焊道高度变得不稳定。因此，衬垫焊剂的熔点为1650℃以下。从使背面焊道高度更稳定的观点出发，衬垫焊剂的熔点优选为1600℃以下，更优选为1550℃以下。实际上，焊剂的熔点为900℃以上。
还有，衬垫焊剂的熔点通过SiO2、TiO2、MgO、CaF2、ZrO2、CaO、Al2O3的含量进行控制。
关于衬垫焊剂的熔点的测量，例如能够由以下的方法进行。
将衬垫焊剂放入高纯度的氧化铝坩埚而投入炉内，从常温以10℃/min的加热速度升温至规定的温度并等待1小时。其后，使之空冷而从炉中取出，目视确认焊剂是否融化。所述的规定的温度从1400℃起以50℃为单位升高，将焊剂融化的温度作为熔点。
本发明的衬垫焊剂能够适用于RF方式的埋弧焊。但是，也可以用于FCB(FluxCopper Backing)(注册商标)方式的埋弧焊。
＜衬垫焊剂的制造方法＞
衬垫焊剂能够通过如下方式制造，用电炉等以例如1200℃以上的高温度，溶化含有所述说明的成分的各种原料使之冷却固化后，再粉碎成粉末状。
根据以上这样构成的本实施方式的衬垫焊剂，通过规定为前述的成分，在用于例如单面埋弧焊的衬垫焊剂时，能够得到良好的背面焊道形状。另外，通过熔点为1650℃以下，从而能够使后述的变动系数降低，并使背面焊道高度稳定化。
【实施例】
接下来，基于实施例更详细地说明本发明。还有，各附图表示的构件的大小、位置关系等，为了使说明明确而有所夸张。
使用表1所示的钢板，表2所示有焊丝，表3所示的衬垫焊剂，以表4所示的条件进行三电极RF单面埋弧焊。还有，作为焊丝，使用相当于JISZ3351：2012YS－S6的焊丝。另外，作为正面焊剂，使用相当于JIS Z 3352：2010SACI1的正面焊剂。还有，使用酚醛树脂作为衬垫焊剂的树脂。另外，表3中的余量是前述的微量成分和不可避免的杂质。
图1中显示电极配置，图2中显示坡口形状。还有，图1的箭头是焊接方向，图2的坡口填充材2是以增加焊接部的熔融金属量为目的而添加的Fe粉。另外，符号T1、T2、L是电极，符号1是钢板。
还有，表1～4所示的条件以外的条件是现有公知的条件，为全部相同的条件。另外，对不满足本发明的范围的数值引下划线表示。
衬垫焊剂的熔点通过以下所示的方法计算。另外，对于所得到的焊接金属进行以下的评价。
【表1】
【表2】
【表3】
【表4】
＜熔点＞
将衬垫焊剂放入高纯度的氧化铝坩埚并投入炉内，从常温起以10℃/min的加热速度升温至规定的温度等待1小时。其后，使之空冷从炉中取出，目视确认焊剂是否融化。所述的规定的温度从1400℃起以50℃为单位升高，将焊剂融化的温度作为熔点。
＜背面焊道形状＞
背面焊道形状以目视观察背面焊道进行评价。
没有焊接缺陷，不需要修整，目视下的外观极其良好的为背面焊道形状极其良好(◎)，没有焊接缺陷，需要部分修整，但是目视下的外观良好的为背面焊道形状良好(○)，有焊接缺陷，或目视下的外观不良的为背面焊道形状不良(×)。而后，◎、○为合格。还有，这里的所谓焊接缺陷是指发生0.5mm以上的咬边、气孔、麻点及裂纹之中的一个以上的。另外，在此所谓的目视下的外观不良，包括背面焊道的高度和宽度的不整齐(不稳定)，和背面焊道的高度、宽度过大或过小。
＜背面焊道高度的稳定性＞
背面焊道高度的稳定性通过背面焊道高度的变动系数评价。
翻转焊接后的钢板(供试材)，以装载于转向架上的二维激光位移计测量背面焊道高度T(参照图3)。图3中显示供试材的测量位置，图4中显示供试材的测量范围。还有，符号1是钢板，符号3是焊接金属。
背面焊道高度T如图4所示，将除去起始侧200mm和结束侧400mm的恒定部约600mm作为测量范围，以1cm间隔测量60点。然后，计算该60点的平均值(实测数据的平均值)，并且计算标准偏差。
在此，本申请中的标准偏差由作为公知的算式的以下的式(1)计算。在式(1)中，“n：实测个数，Xi：第i个实测数据，m：实测数据的平均值”。
【算式1】
而后，由下式(2)导出变动系数。在式(2)，“CV：变动系数，σ：标准偏差，m：实测数据的平均值”。
【算式2】
由式(2)导出的变动系数中，0.3以下的为合格。这些结果显示在表5中。
【表5】
如表5所示，No.1～30因为本发明的要件，所以在全部的评价项目中优异。
另一方面，No.31～43因为不满足本发明的要件，所以为以下的结果。
No.31因为SiO2含量多，所以背面焊道形状不良，另外，焊剂的熔点变高，背面焊道高度的稳定性差。
No.32因为SiO2含量少，所以背面焊道形状不良，另外，焊剂的熔点变高，背面焊道高度的稳定性差。
No.33因为TiO2含量多，所以背面焊道形状不良。
No.34因为ZrO2含量多，所以焊剂的熔点变高，背面焊道高度的稳定性差。
No.35因为CaO含量多，所以背面焊道形状不良，另外，焊剂的熔点变高，背面焊道高度的稳定性差。
No.36因为MgO含量多，所以背面焊道形状不良，另外，焊剂的熔点变高，背面焊道高度的稳定性差。
No.37因为MgO含量少，所以背面焊道形状不良，另外，焊剂的熔点变高，背面焊道高度的稳定性差。
No.38因为MnO含量多，所以背面焊道形状不良。
No.39因为Al2O3含量多，所以焊剂的熔点变高，背面焊道高度的稳定性差。
No.40因为CaF2含量多，所以背面焊道形状不良。
No.41因为CaF2含量少，所以背面焊道形状不良，另外，焊剂的熔点变高，背面焊道高度的稳定性差。
No.42因为树脂含量少，所以背面焊道形状不良，另外，背面焊道高度的稳定性差。
No.43因为TiO2、Al2O3均未含有，所以焊剂的熔点变高，背面焊道高度的稳定性差。
以上，对于本发明展示实施的方式和实施例详细地进行了说明，但本发明的宗旨不受所述内容限定，其权利范围必须基于专利权利要求的范围的记载进行解释。还有，本发明的内容，当然能够基于前述记述进行改变·变更等。

Claims (5)

1.一种衬垫焊剂，其特征在于，是用于埋弧焊的衬垫焊剂，含有
SiO2：20质量％以上且50质量％以下、
MgO：15质量％以上且40质量％以下、
CaF2：3质量％以上且20质量％以下、
从TiO2：30质量％以下和Al2O3：40质量％以下之中选择的至少一种、
树脂：1.0质量％以上，
熔点为1650℃以下。
2.根据权利要求1所述的衬垫焊剂，其特征在于，还含有ZrO2：20质量％以下。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的衬垫焊剂，其特征在于，还含有CaO：20质量％以下。
4.根据权利要求1或权利要求2所述的衬垫焊剂，其特征在于，还含有MnO：15质量％以下。
5.根据权利要求3所述的衬垫焊剂，其特征在于，还含有MnO：15质量％以下。
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