CN117161521A - 单面埋弧焊方法、支持焊剂和衬垫焊剂 - Google Patents
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Abstract
提供一种单面埋弧焊方法、支持焊剂和衬垫焊剂，背面焊道的高度稳定，能够得到良好的背面焊道外观。单面埋弧焊方法，是使一对钢板(1a、1b)对接而构成坡口，使衬垫焊剂(10)接触配置在坡口的背面侧，从坡口的表面侧进行焊接的方法。衬垫焊剂(10)具有：构成上层的成渣焊剂(2)和构成下层的支持焊剂(3)。另外，成渣焊剂(2)和支持焊剂(3)中，均含有树脂，支持焊剂(3)含有熔点为1600℃以上且只含有一种金属元素的酸性氧化物、和熔点为2000℃以上且只含有一种金属元素的两性氧化物之中的一种或两种以上的成分，合计为43质量％以上，成渣焊剂(2)中的上述成分低于43质量％。
Description
技术领域
本发明涉及用于从单面侧对钢板进行焊接的单面埋弧焊方法、和用于此焊接方法的支持焊剂和衬垫焊剂。
背景技术
对于钢板从单面侧进行焊接的单面埋弧焊，作为拼板对接焊，是应用于以造船为中心的广泛领域的高效率的焊接施工方法。在这样的施工方法中，为了得到良好的背面焊道，应用在形成于钢板的坡口的背面侧配置衬垫焊剂的方法。
例如，在专利文献1中公开有一种单面焊接用熔融型衬垫焊剂，其具有焊剂原料和热固性树脂，堆积密度为1.20至1.45(g/cm3)。另外记述有焊剂原料以焊剂原料总重量计含有CaF2：5.0至20.0重量％、ZrO2：5.0至25.0重量％、MgO：20.0至40.0重量％、SiO2：30.0至50.0重量％、TiO2：1.0至5.0重量％、MnO：0.5至5.0重量％、CaO：0.3至5.0重量％和Al2O3：0.3至5.0重量％，余量由以总量计1重量％以下的微量成分和不可避免的杂质构成。
此外还记述有以重量％计设CaF2、ZrO2、TiO2、MnO的含量分别为[CaF2]、[ZrO2]、[TiO2]、[MnO]时，由算式A＝([CaF2]+[ZrO2])/([TiO2]+[MnO])计算的A为2.0至9.0重量％，在衬垫焊剂总重量中，含有上述热固性树脂0.5至15重量％。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平10－314983号公报
发明内容
发明所要解决的问题
但是近年来，以效率化和提高强度为目的，使焊接对象钢板厚板化，而越是厚板，需要的线能量越大。因此，由于热影响，导致背面焊道的高度有不稳定的倾向。
即便使用上述专利文献1所述的衬垫焊剂，在以厚板的钢板作为焊接对象的情况下，仍难以得到形状充分良好的背面焊道，对于能够得到更加稳定的背面焊道高度的焊接方法的需求增长。
本发明鉴于这样的课题而提出，其目的在于，提供一种单面埋弧焊方法、支持焊剂和衬垫焊剂，即使焊接厚板时，背面焊道的高度也稳定，能够得到良好的背面焊道外观。
解决问题的手段
本发明人等对于用于得到稳定的背面焊道高度和良好的背面焊道外观的单面埋弧焊方法进行了锐意研究。其结果发现，通过使历来使用的衬垫焊剂为双层结构，作为上层使用容易熔融的带树脂的焊剂，作为下层使用不易熔融、或即使稍有熔融，熔融渣的粘性也高的带树脂的焊剂，从而能够解决上述课题。
本发明基于这些发现而提出。
本发明的上述目的，由涉及单面埋弧焊方法的下述[1]的构成达成。
[1]一种单面埋弧焊方法，是使一对钢板对接而构成坡口，使衬垫焊剂与所述坡口的背面侧接触而配置，从所述坡口的表面侧进行焊接的单面埋弧焊方法，其中
所述衬垫焊剂，具有构成上层的成渣焊剂、和构成下层的支持焊剂，
在所述成渣焊剂和所述支持焊剂中，均含有树脂，
所述成渣焊剂，在熔点为1600℃以上且只含有一种金属元素的酸性氧化物、和熔点为2000℃以上且只含有一种金属元素的两性氧化物之中，一种或两种以上的合计含量低于43质量％(包括0％)，
所述支持焊剂，在熔点为1600℃以上且只含有一种金属元素的酸性氧化物、和熔点为2000℃以上且只含有一种金属元素的两性氧化物之中，含有一种或两种以上合计为43质量％以上。
另外，单面埋弧焊方法的本发明的优选实施方式，涉及以下的[2]～[8]。
[2]根据[1]所述的单面埋弧焊方法，其中，相对于所述成渣焊剂总质量，设粒径为400μm以上的成渣焊剂的总量为FU400(质量％)，粒径为212μm以下的成渣焊剂的总量为FU212(质量％)时，
由FU400/FU212计算的值为0.30以下，
相对于所述支持焊剂总质量，设粒径为400μm以上的支持焊剂的总量为FL400(质量％)，粒径为212μm以下的支持焊剂的总量为FL212(质量％)时，
由FL400/FL212计算的值为0.50以上且3.80以下。
[3]根据[1]或[2]所述的单面埋弧焊方法，其中，所述成渣焊剂中，相对于成渣焊剂总质量，含有树脂1.0质量％以上且5.0质量％以下。
[4]根据[1]～[3]中任一项所述的单面埋弧焊方法，其中，所述支持焊剂中，相对于支持焊剂总质量，含有树脂1.0质量％以上且5.0质量％以下。
[5]根据[1]～[4]中任一项所述的单面埋弧焊方法，其中，与所述钢板的板厚方向平行的方向上的所述上层的厚度，为1mm以上且7mm以下，
与所述钢板的板厚方向平行的方向上的所述下层的厚度，为3mm以上且20mm以下。
[6]根据[1]～[5]中任一项所述的单面埋弧焊方法，其中，使用焊剂垫法。
[7]根据[1]～[6]中任一项所述的单面埋弧焊方法，其中，所述钢板的板厚高于20mm。
[8]根据[1]～[7]中任一项所述的单面埋弧焊方法，其中，相对于支持焊剂总质量，粒径为850μm以上的支持焊剂的总量为18质量％以下。
本发明的上述目的，由涉及支持焊剂的下述[9]的构成达成。
[9]一种支持焊剂，是用于使一对钢板大致水平对接而构成坡口从所述坡口的上侧进行焊接的单面埋弧焊方法，在配置于所述坡口的背面侧的具有上层和下层的衬垫焊剂之中，配置在构成所述上层的成渣焊剂的下侧，支持所述成渣焊剂的支持焊剂，其中，
配置在如下的成渣焊剂的下侧，所述成渣焊剂含有树脂，在熔点为1600℃以上且只含有一种金属元素的酸性氧化物、和熔点为2000℃以上且只含有一种金属元素的两性氧化物之中，一种或两种以上的合计含量低于43质量％，
所述支持焊剂含有树脂，在熔点为1600℃以上且只含有一种金属元素的酸性氧化物、和熔点为2000℃以上且只含有一种金属元素的两性氧化物之中，含有一种或两种以上合计为43质量％以上。
本发明的上述目的，由涉及衬垫焊剂的下述[10]的构成达成。
[10]一种衬垫焊剂，是用于使一对钢板大致水平对接而构成坡口，从所述坡口的上侧进行焊接的单面埋弧焊方法，配置在所述坡口的背面侧的衬垫焊剂，其中，
具有与所述坡口的背面侧接触而配置的成渣焊剂、和配置在所述成渣焊剂的下侧的支持焊剂，
在所述成渣焊剂和所述支持焊剂中，均含有树脂，
所述成渣焊剂，在熔点为1600℃以上且只含有一种金属元素的酸性氧化物、和熔点为2000℃以上且只含有一种金属元素的两性氧化物之中，一种或两种以上的合计的含量低于43质量％，
所述支持焊剂，在熔点为1600℃以上且只含有一种金属元素的酸性氧化物、和熔点为2000℃以上且只含有一种金属元素的两性氧化物之中，含有一种或两种以上合计为43质量％以上。
发明效果
根据本发明，能够提供一种单面埋弧焊方法、支持焊剂和衬垫焊剂，即使在焊接厚板时，背面焊道的高度也稳定，能够得到良好的背面焊道外观。
附图说明
图1是示意性地表示本发明的实施方式的单面埋弧焊方法的剖视图。
图2是示意性地表示使用现有的衬垫焊剂的单面埋弧焊方法的剖视图。
图3是表示通过焊剂垫法实施本实施方式的单面埋弧焊的情景的示意图。
符号说明
1a、1b、11a、11b钢板
2 成渣焊剂
3 支持焊剂
4、14底层焊剂
5、15焊接金属
6、16熔渣
10、12衬垫焊剂
具体实施方式
以下，参照附图对于本发明的实施方式详细说明。还有，本发明不受以下说明的实施方式限定，在不脱离本发明要点的范围内，能够任意变更实施。
[单面埋弧焊方法]
图1是示意性地表示本发明的实施方式的单面埋弧焊方法的剖视图。首先，使一对钢板1a、1b大致水平对接而构成坡口，使衬垫焊剂10与坡口的背面侧接触而配置。
在本实施方式中，衬垫焊剂10，由构成上层的成渣焊剂2、和构成下层的支持焊剂3构成。
构成下层的支持焊剂3，是难以熔融、或即使稍微熔融，熔融渣的粘性也高的焊剂，并含有树脂。另外，构成上层的成渣焊剂2，与构成下层的支持焊剂3相比，是容易熔融的焊剂，与支持焊剂3同样含有树脂。后面对于支持焊剂3和成渣焊剂2详述。
此外，在衬垫焊剂10之下配置底层焊剂4，并且在坡口散布表层焊剂(未图示)。
其后，从坡口的上侧朝向表层焊剂之中送给焊丝，在钢板1a、1b与焊丝之间发生电弧。
这时，在衬垫焊剂10中，受到熔融金属的热影响的区域被热分解而成为熔融渣，该熔融渣覆盖焊接背面侧的熔融金属。其后，熔融金属和熔融渣被冷却而凝固，由此形成焊接金属5和熔渣6。
在此，为了与本实施方式进行比较，参照附图说明使用现有的衬垫焊剂的单面埋弧焊方法。
图2是示意性地表示使用现有的衬垫焊剂的单面埋弧焊方法的剖视图。如图2所示，使一对钢板11a、11b大致水平对接而构成坡口，使衬垫焊剂12与坡口的背面侧接触而配置。
进而，在衬垫焊剂12之下配置底层焊剂14，并且在坡口散布表层焊剂(未图示)。
其后，向散布在坡口的表层焊剂之中送给焊丝，并在钢板1a、1b与焊丝之间使电弧发生，由此实施单面埋弧焊。
这样，在现有的焊接方法中，在衬垫焊剂中受到熔融金属等的热影响的区域成为熔融渣，另外，熔融金属和熔融渣被冷却，形成焊接金属15和熔渣16。
但是，使用现有的焊接方法，对于厚钢板11a、11b实施焊接时，需要大线能量焊接，因此衬垫焊剂12大量熔融，熔融渣的生成量增加。其结果是，熔融金属流入到衬垫焊剂12熔融而形成的空间，背面焊道15a的高度超出希望的高度，另外，背面焊道15a的高度有变得不稳定的倾向。
另外，为了抑制熔融渣生成量的增加，使用难以熔融的衬垫焊剂12时，衬垫焊剂12不怎么熔融，熔融渣也只会少量生成。因此，会发生如下问题点：不能形成熔融金属流入的空间，背面焊道15a无法充分形成；和背面的坡口不熔化而发生未熔合，背面焊道15a的外观不良等。
另一方面，根据图1所示的本实施方式的焊接方法，因为使用用于使背面焊道5a的外观良好的成渣焊剂、和用于使背面焊道5a的高度保持一定的支持焊剂这两种焊剂，所以能够得到良好的背面焊道外观和稳定的背面焊道高度。
在本发明中，作为使衬垫焊剂10与钢板1a、1b的背面侧接触而配置的方法，没有特别限定。例如，能够使用以下所示的焊剂垫法和铜垫法。
图3是表示通过焊剂垫法实施本实施方式的单面埋弧焊的情形的示意图。还有，在图3中，对于与图1相同或等同的部分，在图上附加同一符号并省略或简化其说明。
如图3所示，大致水平配置一对钢板1a、1b而构成坡口，在此坡口的下侧，配置由成渣焊剂2和支持焊剂3构成的衬垫焊剂10。衬垫焊剂10，经由填充在无定形的袋状容器8中的底层焊剂4，通过空气软管20内的气体的压力，被按压在钢板1a、1b的背面侧。
还有，空气软管20和填充在袋状容器8的底层焊剂4，被收纳在上表面侧开放的金属箱9中。
若像这样使用焊剂垫法，则通过空气软管20，能够将成渣焊剂2和支持焊剂3保持在规定位置，并且能够将其确实地按压在钢板1a、1b的背面侧。
作为使衬垫焊剂10与钢板1a、1b的背面侧接触而配置的方法，还能够使用铜垫法。
图示省略，但铜垫法是将图3所示的焊剂垫法中的底层焊剂替换成铜板，将衬垫焊剂10按压在钢板1a、1b的背面，实施焊接的方法。
只使用焊剂的焊剂垫法具有如下的优点：无论钢板的板厚有差异时、或是未对齐时，都能够沿着在钢板背面侧产生的高差，配置衬垫焊剂和底层焊剂，因此，无论钢板有无板厚差异或是否对齐，都可以进行焊接。
另一方面，上述焊剂铜垫法，因为在衬垫焊剂之下配置铜板，所以具有容易使背面焊道的高度稳定这样的优点。
根据本实施方式的单面埋弧焊方法，作为衬垫焊剂10，层叠上层的成渣焊剂2和下层的支持焊剂3，能够利用支持焊剂3按压熔融金属。因此，不必使用铜板，能够使背面焊道的高度稳定。
另外，通过使用焊剂垫法，无论钢板的板厚有差异时、或是未对齐时，都能够使背面焊道高度稳定，同时得到良好的背面焊道外观。
因此，在本实施方式中，若应用焊剂垫法，则能够同时获得焊剂垫法和铜垫法两者的优点，因此是特别适宜的。
在本实施方式的单面埋弧焊方法中，关于使用特定的衬垫焊剂10以外的焊接条件没有特别限制，能够使用通常的单面埋弧接方法的条件。关于电极，以1个电极实施的方法、以2个电极以上的多电极实施的方法均能够选择。
以下，对于衬垫焊剂10，以及构成衬垫焊剂10的成渣焊剂2和支持焊剂3等更详细地说明。
[1.衬垫焊剂]
衬垫焊剂10，具有构成上层的成渣焊剂2、和构成下层的支持焊剂3。在本实施方式中，使成渣焊剂2与坡口的背面侧接触而配置，使支持焊剂3与成渣焊剂2的下侧接触而配置即可，例如，可以在支持焊剂3的下侧，配置具有其他功能的焊剂。
〔1－1.支持焊剂〕
对于下层的支持焊剂，要求能够得到稳定的背面焊道高度的效果。为了能够得到高度稳定的背面焊道，认为重要的是支持焊剂本身难以熔融、或者支持焊剂即使稍有熔融，熔融渣的粘性也高。如果熔融渣的粘性高，则可设想到熔融渣不会深入到构成支持焊剂3的下层的下方，而是留在下层的上端进行渣化。
因此，本发明人等进行各种研究的结果认为，着眼于粘性和熔点，熔点为1600℃以上且只含有一种金属元素的酸性氧化物、和熔点为2000℃以上且只含有一种金属元素的两性氧化物，作为满足支持焊剂所需要求的物质是有效力的。
即，本发明人等发现，通过使用在熔点为1600℃以上且只含有一种金属元素的酸性氧化物、和熔点为2000℃以上且只含有一种金属元素的两性氧化物之中，将一种或两种以上的含量的合计调整到43质量％以上的支持焊剂，能够得到稳定的高度的背面焊道。
在本实施方式中，使支持焊剂中含有熔点为1600℃以上且只含有一种金属元素的酸性氧化物、和熔点为2000℃以上且只含有一种金属元素的两性氧化物之中的一种或两种以上，合计为43质量％以上。由此，能够得到稳定的背面焊道高度。作为熔点为1600℃以上且只含有一种金属元素的酸性氧化物，例如优选为SiO2。作为熔点为2000℃以上且只含有一种金属元素的两性氧化物，例如优选使用Al2O3、ZrO2。
支持焊剂的余量没有特别限定，可以包含：熔点低于1600℃且只含有一种金属元素的化合物、熔点低于1600℃且含有多种金属元素的复合化合物、熔点为1600℃以上且只含有一种金属元素的碱性氧化物、熔点为1600℃以上并低于2000℃且只含有一种金属元素的两性氧化物、熔点为1600℃以上且含有多种金属元素的复合化合物、Fe、Si、Mn、Ti等一种或两种以上的金属粉、不可避免的杂质。
熔点低于1600℃且只含有一种金属元素的化合物，例如有CaF2、MnO2、Na2O、K2O、FeO、Fe2O3。熔点低于1600℃且含有多种金属元素的复合化合物，例如有CaO－MgO－SiO2系的熔融焊剂。熔点为1600℃以上且只含有一种金属元素的碱性氧化物，例如有MgO、CaO、BaO、MnO。熔点在1600℃以上并低于2000℃且只含有一种金属元素的两性氧化物，例如有TiO2。熔点为1600℃以上且含有多种金属元素的复合化合物，例如有BaTiO3、CaTiO3、MgAl2O4。
若熔点为1600℃以上且只含有一种金属元素的酸性氧化物、和熔点为2000℃以上且只含有一种金属元素的两性氧化物之中，一种或两种以上的含量的合计低于43质量％，则支持焊剂3容易熔融，熔融渣的粘性也降低，因此，不能将后述的成渣焊剂所生成的熔融渣和熔融金属拦阻在支持焊剂3(下层)的上端。其结果是，熔融渣和熔融金属可能进入到支持焊剂3层的中间或下方，背面焊道5a的高度不稳定。
因此，熔点为1600℃以上且只含有一种金属元素的酸性氧化物、和熔点2000℃以上且只含有一种金属元素的两性氧化物之中，一种或两种以上的含量合计为43质量％以上，优选为55质量％以上，更优选为70质量％以上，进一步优选为80质量％以上。另外，其含量的合计可以为90质量％以上，93质量％以上，95质量％以上。虽然上限为100质量％，但优选为99质量％以下，更优选为97质量％以下。还有，在支持焊剂3中，含有树脂。
熔点为1600℃以上且只含有一种金属元素的酸性氧化物，关于在焊剂中的形态没有特别限定。可以是将两性氧化物单体进行粉碎，或将含有两性氧化物的矿石原料作为焊剂使用。同样，熔点为2000℃以上且只含有一种金属元素的两性氧化物，关于在焊剂中的形态也没有特别限定。可以将两性氧化物单体进行粉碎，或将含有两性氧化物的矿石原料作为焊剂使用。
在此，对于本实施方式中的酸性氧化物、两性氧化物和复合氧化物更详细地说明。
氧化物根据其反应性而被分为3种类型，与碱反应的酸性氧化物、与酸反应的碱性氧化物、与酸·碱两方反应的两性氧化物。作为只含有一种金属元素的酸性氧化物，例如可列举SiO2、MoO3、V2O5等，作为熔点为1600℃以上且只含有一种金属元素的酸性氧化物，可列举SiO2等。
作为只含有一种金属元素的两性氧化物，可列举Al2O3、TiO2、B2O3、ZrO2、Fe2O3、Cr2O3等，作为只含有熔点为2000℃以上且含有一种金属元素的两性氧化物，可列举Al2O3、ZrO2、Cr2O3等。
复合氧化物是复合化合物的一种。复合氧化物是指由多个金属元素和氧O构成的氧化物。例如，CaO－MgO－SiO2系的熔融焊剂就是复合氧化物。
(由支持焊剂构成的下层的厚度：3mm以上且20mm以下)
在本实施方式中，因为由上述支持焊剂形成的熔融渣的熔点比较高，所以能够以背面焊道的高度不会过高的方式进行控制。
如果由支持焊剂构成的下层的厚度为3mm以上，则能够使背面焊道的高度稳定。因此，下层的厚度优选为3mm以上。另一方面，下层的厚度没有特别限定，但实用上优选为20mm以下。还有，所谓下层的厚度，表示与钢板的板厚方向平行的方向上的厚度。
＜1－1－1.支持焊剂所含有的树脂＞
在本实施方式中，支持焊剂3在其表面具有树脂。作为该树脂，包括热固性树脂，具有一旦受热熔融后进行固化的特性即可。若支持焊剂具有这样的树脂，则在焊炬的焊接行进方向侧，因熔融金属和熔融渣的热而熔融的树脂，其后固化，使支持焊剂3彼此粘接。其结果是，能够使支持焊剂3的流动性降低，使熔融金属的流动性降低。特别是支持焊剂3所含有的树脂，能够使相对于焊接方向纵向即上下方向的熔融金属的流动性降低。因此，通过在支持焊剂3中含有树脂，能够将背面焊道5a的高度保持为一定。
作为树脂的种类，具体来说，能够使用酚醛系树脂、呋喃系树脂、环氧树脂、脲系树脂、二甲苯系树脂等。
另外，作为得到上述这样的支持焊剂的方法，可列举将作为原料的焊剂和上述树脂，一起添加到乙醇、甲醇、丙酮等溶剂中，混炼后，在树脂的熔融温度以下进行干燥的方法。还有，作为支持焊剂，能够使用在作为原料的焊剂上涂覆有树脂的焊剂，但树脂不需要涂覆在作为原料的焊剂的整个表面，只要附着在表面的至少一部分上即可。
(树脂的含量：1.0质量％以上且5.0质量％以下)
若支持焊剂所含有的树脂量即支持焊剂中的树脂含量为1.0质量％以上，则焊接时，能够使粉粒状的焊剂恰当地固化，如上述能够取得背面焊道外观更良好的效果。因此，支持焊剂中的树脂含量优选为1.0质量％以上，更优选为1.5质量％以上，进一步优选为2.0质量％以上，特别优选为2.5质量％以上。
另一方面，若支持焊剂所含有的树脂的量为5.0质量％以下，则能够恰当地调整焊接时粉粒状的焊剂固化的程度，如上述能够使背面焊道外观更加良好。因此，树脂相对于支持焊剂总质量的含量，优选为5.0质量％以下，更优选为4.5质量％以下，进一步优选为4.0质量％以下，特别优选为3.5质量％以下。
〔1－2.成渣焊剂〕
如上述，成渣焊剂2，是与构成下层的支持焊剂3比较容易熔融的焊剂，在上述支持焊剂3中含有43质量％以上的、难以熔融或即使稍有熔融熔融渣的粘性也高的焊剂成分被限制在低于43质量％。具体来说，熔点为1600℃以上且只含有一种金属元素的酸性氧化物、和熔点为2000℃以上且只含有一种金属元素的两性氧化物之中，一种或两种以上的含量合计限制在低于43质量％。
换言之，成渣焊剂2，在熔点低于1600℃且只含有一种金属元素的化合物、熔点低于1600℃且含有多种金属元素的复合化合物、熔点为1600℃以上且只含有一种金属元素的碱性氧化物、熔点为1600℃以上并低于2000℃且只含有一种金属元素的两性氧化物、熔点为1600℃以上且含有多种金属元素的复合化合物、金属粉、树脂之中，含有一种或两种以上合计在5 7质量％以上。其合计的含量优选为60质量％以上，更优选为65质量％以上，进一步优选为70质量％以上。虽然上限为100质量％，但优选为99质量％以下，更优选为97质量％以下。成渣焊剂2也与支持焊剂3同样，在表面含有树脂。余量可以包含不可避免的杂质。
所述熔点为1600℃以上且只含有一种金属元素的碱性氧化物，优选为熔点为1600℃以上并在2900℃以下且只含有一种金属元素的碱性氧化物。所述熔点为1600℃以上且含有多种金属元素的复合化合物，优选为熔点为1600℃以上并在2900℃以下且含有多种金属元素的复合化合物。
熔点为1600℃以上且只含有一种金属元素的酸性氧化物、和熔点为2000℃以上且只含有一种金属元素的两性氧化物之中，若一种或两种以上的含量合计高于43质量％，则成为与上述支持焊剂3同样的成分，难以熔融、或即使稍有熔融熔融渣的粘性也高。其结果是，不能生成足够量的熔融渣，背面焊道的外观不良。此外，因为难以熔融到成渣焊剂的下方，所以熔融金属无法流入到钢板1a、1b的背面的下方，钢板的坡口不熔融，发生未熔合。
熔点为1600℃以上且只含有一种金属元素的酸性氧化物、和熔点为2000℃以上且只含有一种金属元素的两性氧化物之中，通过将一种或两种以上的含量合计限制在低于43质量％，能够直至成渣焊剂2的下方都变成熔融渣，生成充足量的熔融渣。其结果是，熔融渣能够充分覆盖熔融金属，因此能够使背面焊道的外观良好。熔点为1600℃以上且只含有一种金属元素的酸性氧化物、和熔点为2000℃以上且只含有一种金属元素的两性氧化物之中，一种或两种以上的含量的合计优选为40质量％以下，更优选为35质量％以下，进一步优选为30质量％以下。还有，下限没有特别限定，也可以为0质量％。
在成渣焊剂2中，熔点为1600℃以上且只含有一种金属元素的酸性氧化物、熔点为2000℃以上且只含有一种金属元素的两性氧化物之中，如果一种或两种以上的含量的合计限制在低于43质量％，则能够使用用于埋弧焊的衬垫焊剂。如果是埋弧焊用衬垫焊剂，则可使用熔融焊剂、烧结焊剂、粘结焊剂、混合焊剂。熔融焊剂与粘结焊剂的混合物、熔融焊剂与烧结焊剂的混合物也能够使用。
(由成渣焊剂构成的上层的厚度：1mm以上且7mm以下)
在本实施方式中，上述成渣焊剂形成的熔融渣的熔点比较低，因此，通过恰当地调整由成渣焊剂构成的上层的厚度，能够得到高度更理想的背面焊道。还有，所谓上层的厚度，表示与钢板的板厚方向平行的方向上的厚度。
如果上层的厚度为1mm以上，则熔融金属流入的高度和熔渣量适当，能够得到更加良好的背面焊道外观。另一方面，如果上层的厚度为7mm以下，则能够更固定地保持背面焊道的高度。
因此，上层的厚度优选为1mm以上且7mm以下，更优选为1.5mm以上且5mm以下。
＜1－2－1.成渣焊剂所含有的树脂＞
在本实施方式中，成渣焊剂2在其表面也具有树脂。作为该树脂，只要具有一旦受热熔融后进行固化的特性即可。若成渣焊剂具有这样的树脂，则在焊炬的焊接行进方向侧，因熔融金属和熔融渣的热而熔融的树脂，在其后进行固化，使成渣焊剂2彼此粘接。其结果是，能够使成渣焊剂2的流动性降低，使熔融金属的流动性降低。特别是成渣焊剂2所含有的树脂，能够使相对于焊接方向横向即左右方向的熔融金属的流动性降低。因此，通过在成渣焊剂2中含有树脂，借助与上述支持焊剂所含有的树脂的协同效果，能够将背面焊道5a的高度保持为一定。
关于树脂的种类、得到成渣焊剂的方法和含有树脂的形态，与上述支持焊剂的情况一样。
(树脂的含量：1.0质量％以上且5.0质量％以下)
若成渣焊剂所含有的树脂的量即成渣焊剂中的树脂含量为1.0质量％以上，则焊接时，能够使粉粒状的焊剂适当地进行固化，如上述能够得到使背面焊道外观更良好的效果。因此，树脂相对于成渣焊剂总质量的含量，优选为1.0质量％以上，更优选为1.5质量％以上，进一步优选为2.0质量％以上，特别优选为2.5质量％以上。
另一方面，若成渣焊剂所含有的树脂的量为5.0质量％以下，则能够恰当地调整焊接时粉粒状的焊剂固化的程度，如上述能够使背面焊道外观更加良好。因此，树脂相对于成渣焊剂总质量的含量，优选为5.0质量％以下，更优选为4.5质量％以下，进一步优选为4.0质量％以下，特别优选为3.5质量％以下。
＜1－2－2.成渣焊剂的组成＞
在本实施方式中，关于成渣焊剂的组成，只要满足〔1－2.熔渣形成焊剂〕中阐述的条件，便没有特别限定。可以含有CaF2、SiO2、TiO2、ZrO2、MgO的一种或两种以上。此外，也可以含有Fe、Si、Mn、Ti等一种或两种以上的金属粉。
在本实施方式中，CaF2是熔点低于1600℃，只含有一种金属元素的化合物。在本实施方式中，SiO2是熔点为1600℃以上且只含有一种金属元素的酸性氧化物。在本实施方式中，TiO2是熔点为1600℃以上并低于2000℃且只含有一种金属元素的两性氧化物。本实施方式中，MgO是熔点为1600℃以上且只含有一种金属元素的碱性氧化物。在本实施方式中，ZrO2是熔点为2000℃以上且只含有一种金属元素的两性氧化物。
[2.底层焊剂]
在本实施方式中，在衬垫焊剂10的下侧配置底层焊剂4，但在本发明中，不一定需要底层焊剂4。例如，在衬垫焊剂10的下侧配置铜板的情况下，也能够取得与底层焊剂4同样的作用。
使用底层焊剂时，作为其原料，能够使用耐吸湿性优异的原料。
[3.其他条件]
＜3－1.成渣焊剂和支持焊剂的粒度构成＞
(根据FU400/FU212计算的值：0.30以下)
相对于成渣焊剂总质量，设粒径为400μm以上的熔渣形成焊剂的总量为FU400(质量％)，粒径为212μm以下的熔渣形成焊剂的总量为FU212(质量％)时，若由FU400/FU212计算的值为0.30以下，则成渣焊剂的粒之间的间隙变多，密度变低。另外，在本实施方式中，因为成渣焊剂由比较容易熔融的材料构成，所以熔融渣化的成渣焊剂的表观体积变大，并且由于成渣焊剂熔融渣化而产生的空间也变大。于是，溶融金属流入到上述这样取得的充足的空间中，因此能够得到适度的背面焊道高度。
因此，由FU400/FU212计算的值，优选为0.30以下。还有，虽没有特别下限，但由FU400/FU212计算的值优选为0.01以上。
(由FL400/FL212计算的值：0.50以上且3.80以下)
相对于支持焊剂总质量，设粒径为400μm以上的支持焊剂的总量为FL400(质量％)，粒径为212μm以下的支持焊剂的总量为FL L212(质量％)时，若由FL400/FL212计算的值为0.50以上且3.80以下，则支持焊剂的粒之间的间隙变少，密度变高。另外，在本实施方式中，因为支持焊剂由比较难熔融的材料构成，所以熔融渣化的支持焊剂的表观体积变小，另外，支持焊剂即使熔融渣化，也不会形成大的空的空间。其结果是，由支持焊剂构成的下层的高度不会大幅变化，熔融渣和熔融金属的位置也不会大幅变化，因此能够使背面焊道高度更加稳定。
因此，由FL400/FL212计算的值优选为0.50以上，更优选为0.55以上。另外，由FL400/FL212计算的值优选为3.80以下。
(粒径为850μm以上的支持焊剂的总量：18质量％以下(包括0质量％))
如上述，为了减少支持焊剂的粒之间的间隙，提升支持焊剂的密度，重要的是平衡地配合具有大粒径(FL400)的支持焊剂、和具有小粒径(F L212)的支持焊剂。
此外，通过将粗大粒抑制在一定量以下，能够进一步稳定减少粒之间的间隙，其结果是，能够使背面焊道的高度更稳定。
因此，相对于支持焊剂总质量，粒径为850μm以上的支持焊剂的总量，优选为18质量％以下，更优选为15质量％以下，进一步优选为10质量％以下，更进一步优选为5质量％以下。另外，粒径为850μm以上的支持焊剂的总量，特别优选为0质量％。
(钢板的厚度：高于20mm)
如上述，根据现有的单面埋弧焊方法，越是厚板，需要的线能量越大，由于热影响，有背面焊道的高度变得不稳定的倾向。在本实施方式中，即使焊接厚板时，也能够使背面焊道的高度稳定，并且能够得到良好的背面焊道外观。因此，作为焊接对象的钢板的厚度没有特别限定，例如，也能够适用于厚度高于20mm的钢板。作为焊接对象的钢板厚度的上限，例如，优选为55mm以下。
还有，本实施方式的支持焊剂，如上述〔1－1.支持焊剂〕中所说明。
另外，本实施方式的衬垫焊剂，如上述[1.衬垫焊剂]中所说明。
(成渣焊剂、支持焊剂的制造方法)
作为制造本实施方式的成渣焊剂和支持焊剂的方法，能够使用现有的方法。例如，可以通过按前述组成的方式调合原料粉，与树脂一起混炼而进行制造。
作为将支持焊剂和成渣焊剂调整为目标粒度的方法，没有特别限制，例如能够使用以下的方法。使用以下任意方法调整均可：使用预先过筛等而调整过粒度的原料粉的方法、将混炼后的焊剂过筛而调整粒度分布的方法等。
实施例
以下，列举发明例和比较例，对于本发明详细说明，但本发明不受其限定。
[单面埋弧焊]
作为被焊接材，准备2张厚度为25mm的钢板，并且准备第1电极～第4电极的4个电极。另外，准备所含有的成分和粒度构成不同的成渣焊剂和支持焊剂。
接着，以能够适用于图3所示的焊剂垫法的方式，配置准备好的上述钢板、表层焊剂、成渣焊剂和支持焊剂，使焊接速度为800(mm/分钟)，实施单面埋弧焊。
以下显示第1电极～第4电极的焊接电流、电弧电压、和这些电极中使用的焊丝的丝径。
(第1电极)焊接电流：1400A，电弧电压：35V，丝径：4.0mm
(第2电极)焊接电流：1000A，电弧电压：32V，丝径：4.8mm
(第3电极)焊接电流：1200A，电弧电压：44V，丝径：4.8mm
(第4电极)焊接电流：1150A，电弧电压：44V，丝径：6.4mm
[评价]
对于得到的焊接金属，评价背面焊道的高度稳定性和背面焊道的外观。
(背面焊道的高度稳定性的评价方法和评价标准)
对于距钢板的起始端600mm～900mm的范围，以0.10mm间隔使用激光位移计计测，计算标准偏差，据此评价背面焊道的高度稳定性。
作为评价标准，标准偏差低于0.55mm的为◎(优异)，0.55mm以上并低于1.00mm的为○(良好)，1.00mm以上的为×(不良)。
(背面焊道的外观的评价方法和评价标准)
通过目视观察背面焊道，评价背面焊道的外观。
作为评价标准，良好的为○，不良的为×。
作为被焊接材的钢板的种类和组成显示在下述表1中，使用的焊丝的组成显示在下述表2中，表层焊剂的组成显示在下述表3中。另外，发明例的熔渣形成焊剂和支持焊剂的组成，分别显示在下述表4和表5中，比较例的成渣焊剂和支持焊剂的组成，分别显示在下述表6和表7中。此外，粒度分布显示在下述表8中，成渣焊剂和支持焊剂的粒度构成、树脂量(质量％)和散布的高度(mm)，以及评价结果显示在下述表9中。在表4～7中，记有数值的，表示成渣焊剂和支持焊剂中有意含有的组成。表4～7中的“－”，表示并非在成渣焊剂和支持焊剂中刻意含有。表4～7中合计的余量，是并非在成渣焊剂和支持焊剂中刻意含有的不可避免的杂质。在不可避免的杂质中，包括微量非刻意含有的熔点为1600℃以上且只含有一种金属元素的碱性氧化物和熔点在1600℃以上并低于2000℃且只含有一种金属元素的两性氧化物、熔点低于1600℃且只含有一种金属元素的化合物、熔点低于1600℃且含有多种金属元素的复合化合物、和Fe、Ti、Mn和Si的至少一种的金属粉之中一种或两种以上。
【表1】
表1
余量:Fe和不可避免的杂质
【表2】
表2
余量:Fe和不可避免的杂质
【表3】
表3
*B2O3和CaCO3等
【表4】表4
【表5】表5
【表6】表6
【表7】表7
【表8】
表8
【表9】
表9
如上述表4～9所示，发明例No.1～18中，作为衬垫焊剂的上层，含有树脂，配置具有本发明中规定的特定性质的成渣焊剂，作为下层，含有树脂，配置具有本发明中规定的特定性质的支持焊剂，实施单面埋弧焊。因此，背面焊道的高度稳定，能够得到具有良好外观的背面焊道。特别是，发明例No.1～15、发明例No.17和18，支持焊剂的粒度构成(FL400/FL212)的值，是比本发明中规定的更优选下限值大的值，所以达成了背面焊道的高度稳定性更优异的结果。
另一方面，比较例No.1～4，表7所示的支持焊剂中的熔点为1600℃以上且只含有一种金属元素的酸性氧化物、和熔点为2000℃以上且只含有一种金属元素的两性氧化物之中，一种或两种以上的合计含量脱离本发明所规定的范围。特别如表6和表7所示，比较例No.1，作为支持焊剂，使用与成渣焊剂相同的焊剂，为单层结构。因此，背面焊道的高度均不稳定，背面焊道的外观也不良。
另外，比较例No.5～7，表6所示的成渣焊剂中的熔点为1600℃以上且只含有一种金属元素的酸性氧化物、和熔点为2000℃以上且只含有一种金属元素的两性氧化物之中，一种或两种以上的合计的含量脱离本发明所规定的范围，特别是比较例No.6，作为成渣焊剂，使用与支持焊剂相同的焊剂，为单层结构。因此，背面焊道的外观不良。
Claims (10)
1.一种单面埋弧焊方法，是使一对钢板对接而构成坡口，使衬垫焊剂与所述坡口的背面侧接触而配置，从所述坡口的表面侧进行焊接的单面埋弧焊方法，其中，
所述衬垫焊剂具有构成上层的成渣焊剂、和构成下层的支持焊剂，
在所述成渣焊剂和所述支持焊剂中，均含有树脂，
所述成渣焊剂，在熔点为1600℃以上且只含有一种金属元素的酸性氧化物、和熔点为2000℃以上且只含有一种金属元素的两性氧化物之中，一种或两种以上的合计含量低于43质量％且包括0％，
所述支持焊剂，在熔点为1600℃以上且只含有一种金属元素的酸性氧化物、和熔点为2000℃以上且只含有一种金属元素的两性氧化物之中，含有一种或两种以上合计为43质量％以上。
2.根据权利要求1所述的单面埋弧焊方法，其中，
相对于所述成渣焊剂总质量，以质量％计，设粒径为400μm以上的成渣焊剂的总量为FU400，粒径为212μm以下的成渣焊剂的总量为FU212时，
由FU400/FU212计算的值为0.30以下，
相对于所述支持焊剂总质量，以质量％计，设粒径为400μm以上的支持焊剂的总量为FL400，粒径为212μm以下的支持焊剂的总量为FL212时，
由FL400/FL212计算的值为0.50以上且3.80以下。
3.根据权利要求1或2所述的单面埋弧焊方法，其中，所述成渣焊剂，相对于成渣焊剂总质量，含有树脂为1.0质量％以上且5.0质量％以下。
4.根据权利要求1或2所述的单面埋弧焊方法，其中，所述支持焊剂，相对于支持焊剂总质量，含有树脂为1.0质量％以上且5.0质量％以下。
5.根据权利要求1或2所述的单面埋弧焊方法，其中，
与所述钢板的板厚方向平行的方向上的所述上层的厚度为1mm以上且7mm以下，
与所述钢板的板厚方向平行的方向上的所述下层的厚度为3mm以上且20mm以下。
6.根据权利要求1或2所述的单面埋弧焊方法，其中，使用焊剂垫IA230844H
法。
7.根据权利要求1或2所述的单面埋弧焊方法，其中，所述钢板的板厚高于20mm。
8.根据权利要求1或2所述的单面埋弧焊方法，其中，相对于支持焊剂总质量，粒径为850μm以上的支持焊剂的总量为18质量％以下。
9.一种支持焊剂，是用于使一对钢板对接而构成坡口从所述坡口的上侧进行焊接的单面埋弧焊方法，在配置于所述坡口的背面侧的具有上层和下层的衬垫焊剂之中，配置在构成所述上层的成渣焊剂的下侧，支持所述成渣焊剂的支持焊剂，其中，
配置在如下成渣焊剂的下侧，所述成渣焊剂含有树脂，在熔点为1600℃以上且只含有一种金属元素的酸性氧化物、和熔点为2000℃以上且只含有一种金属元素的两性氧化物之中，一种或两种以上的合计含量低于43质量％，
所述支持焊剂含有树脂，在熔点为1600℃以上且只含有一种金属元素的酸性氧化物、和熔点为2000℃以上且只含有一种金属元素的两性氧化物之中，含有一种或两种以上合计为43质量％以上。
10.一种衬垫焊剂，是用于使一对钢板对接而构成坡口从所述坡口的上侧进行焊接的单面埋弧焊方法，配置在所述坡口的背面侧的衬垫焊剂，其中，
具有与所述坡口的背面侧接触而配置的成渣焊剂、和配置在所述成渣焊剂的下侧的支持焊剂，
在所述成渣焊剂和所述支持焊剂中，均含有树脂，
所述成渣焊剂，在熔点为1600℃以上且只含有一种金属元素的酸性氧化物、和熔点为2000℃以上且只含有一种金属元素的两性氧化物之中，一种或两种以上的合计含量低于43质量％，
所述支持焊剂，在熔点为1600℃以上且只含有一种金属元素的酸性氧化物、和熔点为2000℃以上且只含有一种金属元素的两性氧化物之中，含有一种或两种以上合计为43质量％以上。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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