JP2000107885A

JP2000107885A - サブマージアーク溶接用ボンドフラックス

Info

Publication number: JP2000107885A
Application number: JP27922798A
Authority: JP
Inventors: Seiji Saruhashi; 清司猿橋
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1998-10-01
Filing date: 1998-10-01
Publication date: 2000-04-18
Anticipated expiration: 2018-10-01
Also published as: JP3617605B2

Abstract

(57)【要約】【課題】５０ｋＪ／ｃｍ以上の大入熱溶接において、
−４０℃乃至−６０℃程度の低温においても良好な靭性
を有する溶接金属を得ることができるサブマージアーク
溶接用ボンドフラックスを提供する。【解決手段】ＭｇＯを２０乃至３５重量％、Ａｌ₂Ｏ₃
を５乃至１５重量％、鉄粉を１０乃至３０重量％、Ｓｉ
Ｏ₂を５乃至２０重量％、ＣａＦ₂を３乃至１０重量％、
ＴｉＯ₂を５乃至１５重量％、ＣａＯを３乃至１０重量
％、ＣＯ₂を２乃至８重量％、Ａｌを０．５乃至３重量
％、Ｍｎを０．５乃至３重量％、Ｓｉ及びＴｉからなる
群から選択された少なくとも１種又は２種の総量を０．
２乃至３重量％、Ｂ₂Ｏ₃を０．１乃至２重量％含有し、
前記ＣａＯとＴｉＯ₂との重量比ＣａＯ／ＴｉＯ₂が０．
４乃至０．９である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、サブマージアーク
溶接用ボンドフラックスに係り、軟鋼又は高張力鋼の入
熱量５０ｋＪ／ｃｍ以上の大入熱サブマージアーク溶接
に関し、特に低温においても良好な靭性を得ることがで
きるボンドフラックスに関する。

【０００２】

【従来の技術】近時、構造物の大型化又は複雑化によ
り、板厚又は溶接工数が増加している。このため、継手
を大入熱で１パス又は２パス施工する方法が採用されて
いる。１パスの代表的な施工法としては、鉄骨ボックス
の角継手一層溶接又は片面一層溶接が挙げられる。この
片面一層溶接には、裏ビード形成用ガラステープ、裏ビ
ードの余盛り調整用固形フラックス、耐火材、ダンボー
ルパット、被包フィルム及び両面接着テープから構成さ
れている裏当材を開先裏面に押し当て、表面側から裏ビ
ードを形成しながら溶接を行なう方法（以下ＦＡＢ法
という。）、また、銅板の上に裏当てフラックスを均一
な厚さに敷き、それをエアホース等の簡単な押し上げ機
構により開先裏面に押し当て、表面側から、裏ビードを
形成しながら溶接を完了させる方法（ＦＣＢ法）、更
に、熱硬化性樹脂を含んだ粉末の裏当てフラックスをベ
ルト式又は桶型の溶接裏当て冶具内フラックス袋の中の
下敷フラックスの上層にまき、下方のエアホースを膨張
させることにより、フラックスを開先裏面に押し当て、
表面側から一度に裏ビードも形成しながら溶接を完成さ
せる方法（ＲＦ法）等がある。

【０００３】また、２パスの代表的な施工法としては、
両面一層溶接が挙げられる。

【０００４】これらの大入熱溶接においては、溶接金属
部の冷却速度が遅くなることから、溶接金属のミクロ組
織は粗大な初析フェライトが大部分を占めるようになる
ため、溶接金属の靭性が低下する問題点がある。また、
片面溶接又は両面一層溶接では、−４０℃乃至−６０℃
程度の低温領域でも使用されるため低温靭性が要求され
る場合がある。

【０００５】大入熱においても良好な靭性が得られる溶
接方法として、特開平９−１５５５８８号公報に焼入れ
性向上成分（Ｍｎ又はＭｏ等）の含有量を増加させ、靭
性を向上させる方法が提案されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、実際には、大
入熱溶接において、Ｍｎは、酸化されてスラグに移行し
やすくなり、溶接金属中に安定して歩留まりにくいた
め、十分な焼入れ効果がないためにミクロ組織が微細に
なりにくく、−４０℃乃至−６０℃程度の低温において
良好な靭性が得られない場合が認められるという問題点
がある。

【０００７】一方、Ｍｏは、析出強化又は固溶強化によ
る溶接金属の強度向上には有効な成分であり、強度向上
面からは焼入れ性向上成分といえるが、溶接金属のミク
ロ組織を微細にする効果は少なく、−４０℃乃至−６０
℃程度の低温において良好な靭性が得られない場合が認
められるという問題点がある。

【０００８】本発明はかかる問題に鑑みてなされたもの
であって、５０ｋＪ／ｃｍ以上の大入熱溶接において、
−４０℃乃至−６０℃程度の低温においても良好な靭性
を有する溶接金属を得ることができるサブマージアーク
溶接用ボンドフラックスを提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に係るサブマージ
アーク溶接用ボンドフラックスは、ＭｇＯを２０乃至３
５重量％、Ａｌ₂Ｏ₃を５乃至１５重量％、鉄粉を１０乃
至３０重量％、ＳｉＯ ₂を５乃至２０重量％、ＣａＦ₂を
３乃至１０重量％、ＴｉＯ₂を５乃至１５重量％、Ｃａ
Ｏを３乃至１０重量％、ＣＯ₂を２乃至８重量％、Ａｌ
を０．５乃至３重量％、Ｍｎを０．５乃至３重量％、Ｓ
ｉ及びＴｉからなる群から選択された少なくとも１種又
は２種の総量を０．２乃至３重量％、Ｂ₂Ｏ₃を０．１乃
至２重量％含有し、前記ＣａＯとＴｉＯ₂との重量比Ｃ
ａＯ／ＴｉＯ₂が０．４乃至０．９であることを特徴と
する。

【００１０】

【発明の実施の形態】本願発明者等は、大入熱で良好な
溶接金属靭性が得られないのは、溶接金属中に粗大初析
フェライトが析出するためであり、更に、高い焼入れ性
を確保し粗大初析フェライトの析出を抑えることが必要
である。しかし、その場合に上部ベイナイトが生成する
と強度が上昇し、０℃程度の靭性改善は認められるが、
低温での靭性改善は認められない。上述のＭｏ添加の場
合がこの代表例である。そこで、Ｍｎ又はＭｏに代わる
焼入れ性向上成分について種々検討を重ねた。その結果
本願発明者等は、溶接金属に含まれる微量のＡｌ添加に
より溶接金属の靭性に大きく影響を及ぼすことを新たに
見出した。即ち、微量のＡｌ添加により溶接金属の組織
が下部ベイナイト主体の微細組織になるため、靭性が向
上する。

【００１１】また、大入熱において良好な溶接作業性を
確保するためにＣａＯとＴｉＯ₂との重量比を規制する
必要がある。この知見に基づき、溶接金属中の酸素量又
は全体の溶接作業性を考慮して各成分を適正範囲内に決
定したのが本発明のサブマージアーク溶接用ボンドフラ
ックスである。

【００１２】以下、本発明に係るサブマージアーク溶接
用ボンドフラックスに含有される化学成分の成分限定理
由について説明する。

【００１３】ＭｇＯ：２０乃至３５重量％ＭｇＯは、塩基成分であり、溶接金属中の酸素量を低減
するのに有効な成分であり、粘性調整剤としての作用も
有している。フラックス中のＭｇＯの含有量が２０重量
％未満であると、溶接金属の酸素量が高くなり靭性が低
下すると共に、ビードの蛇行又はアンダカットが発生し
やすくなる。一方、フラックス中のＭｇＯの含有量が３
５重量％を超えると、スラグは焼付き、剥離性が劣化す
ると共に、ポックマークが多発する。従って、ＭｇＯ量
は２０乃至３５重量％とする。

【００１４】Ａｌ₂ Ｏ₃ ：５乃至１５重量％Ａｌ₂Ｏ₃は中性成分であり、スラグの塩基度を下げるこ
となく、スラグの粘性及び凝固温度を調整するのに有効
な成分である。フラックス中のＡｌ₂Ｏ₃の含有量が５重
量％未満であるとアンダカットが発生しやすくなる。一
方、フラックス中のＡｌ₂Ｏ₃の含有量が１５重量％を超
えると粘性が高くなりすぎてスラグ巻き込みが発生しや
すくなると共に、ビードが凸になりやすい。従って、Ａ
ｌ₂Ｏ₃量は、５乃至１５重量％とする。

【００１５】鉄粉：１０乃至３０重量％鉄粉は、一度に多量の溶着金属を必要とする片面サブマ
ージアーク溶接の場合、溶着金属量を補うのに必要な成
分である。フラックス中の鉄粉の含有量が１０重量％未
満であると溶耀着金属を補う効果が得られない。一方、
フラックス中の鉄粉の含有量が３０重量％を超えると溶
融スラグの流動性が阻害されビード幅が不安定になり、
アンダカットも発生しやすくなる。従って、鉄粉量は１
０乃至３０重量％とする。

【００１６】ＳｉＯ₂ ：５乃至２０重量％ＳｉＯ₂は、酸性成分であり、スラグの粘性及び凝固温
度を調整するのに有効な成分である。フラックス中のＳ
ｉＯ₂の含有量が５重量％未満であるとスラグの粘性が
低くなりすぎるためビードが蛇行する。一方、フラック
ス中のＳｉＯ₂の含有量が２０重量％を超えるとフラッ
クスの塩基度が低下し溶接金属の酸素量が高くなり、靭
性が低下する。従って、ＳｉＯ₂量は、５乃至２０重量
％とする。

【００１７】ＣａＦ₂ ：３乃至１０重量％ＣａＦ₂は、塩基性成分であり、溶接金属中の酸素量を
低下させる効果があると共に、スラグの流動性を調整
し、溶接中のスラグ−メタル間の反応を促進させるため
に有効な成分である。フラックス中のＣａＦ₂の含有量
が３重量％未満であると溶接スラグを形成するスラグ量
が不足するためにビードが蛇行すると共に、溶接金属の
酸素量が高くなり、靭性が低下する。一方、フラックス
中のＣａＦ ₂の含有量が１０重量％を超えるとアークが
不安定になりアーク切れを発生しやすくなる。従って、
ＣａＦ₂量は、３乃至１０重量％とする。好ましくは、
ＣａＦ₂量は、４乃至９重量％である。

【００１８】ＴｉＯ₂ ：５乃至１５重量％ＴｉＯ₂は、酸性成分であり、スラグの流動性を調整
し、更に溶融時に還元されて溶接金属中にＴｉとして歩
留まるため溶接金属の靭性向上に有効な成分である。フ
ラックス中のＴｉＯ₂の含有量が５重量％未満であると
溶接金属中に供給されるＴｉ量が不足し、靭性が低下す
る。一方、フラックス中のＴｉＯ₂の含有量が１５重量
％を超えるとスラグが焼付き、剥離が劣化する。従っ
て、ＴｉＯ₂量は、５乃至１５重量％とする。

【００１９】ＣａＯ：３乃至１０重量％ＣａＯは、塩基性成分であり、フラックスの塩基度を高
め溶接金属の酸素量低減に極めて効果のある成分であ
る。フラックス中のＣａＯの含有量が３重量％未満であ
ると溶接金属の酸素量が高くなり靭性が低下する。一
方、フラックス中のＣａＯの含有量が１０重量％を超え
るとスラグが焼付き、剥離性が悪くなる。従って、Ｃａ
Ｏ量は、３乃至１０重量％とする。

【００２０】金属炭酸塩（ＣＯ₂ 換算）：２乃至８重量
％ＣＯ₂は、溶接金属中の窒素量と拡散性酸水素量の低減
に有効な成分である。フラックス中のＣＯ₂の含有量が
２重量％未満であると溶接金属中の拡散性水素量が高く
なり、低温割れを発生しやすくする。一方、フラックス
中のＣＯ₂の含有量が８重量％を超えるとガス発生量が
増えすぎてポックマークが発生しやすくなる。従って、
ＣＯ₂量は、２乃至８重量％とする。なお、フラックス
中のＣＯ₂成分は、金属炭酸塩として添加される。

【００２１】Ａｌ：０．５乃至３重量％Ａｌは、溶接金属のミクロ組織を微細にして、靭性を高
めるのに有効な成分である。特に、大入熱溶接時に溶接
金属に着実に歩留まり効果を発揮する。フラックス中の
Ａｌの含有量が０．５重量％未満であると大入熱溶接時
の焼入れ性が不足し、靭性が低下する。一方、フラック
ス中のＡｌの含有量が３重量％を超えると焼入れが過度
になり強度が上昇し、低温割れが発生しやすくなる。従
って、Ａｌ量は、０．５乃至３重量％とする。好ましく
は、０．５乃至２重量％である。なお、Ａｌは、Ａｌ単
体の他、Ｆｅ−Ａｌ又はＡｌ−Ｍｇ等で添加することが
できる。

【００２２】Ｍｎ：０．５乃至３重量％Ｍｎは、焼入れ性を向上させて、強度及び靭性を高める
のに有効な成分である。フラックス中のＭｎの含有量が
０．５重量％未満であると大入熱溶接時の焼入れ性が不
足し、靭性が低下する。一方、フラックス中のＭｎの含
有量が３重量％を超えるとスラグが焼付き、剥離が劣化
する。従って、Ｍｎ量は、０．５乃至３重量％とする。
好ましくは、０．５乃至２重量％である。なお、Ｍｎ
は、Ｍｎ単体の他、Ｆｅ−Ｍｎ等で添加することができ
る。

【００２３】Ｓｉ及びＴｉからなる群から選択された少
なくとも１種又は２種の総量：０．２乃至３重量％Ｓｉ又はＴｉは共に、溶接金属中の酸素量を抑えるのに
有効な成分である。フラックス中のＳｉ及びＴｉからな
る群から選択された少なくとも１種又は２種の含有量が
０．２重量％未満であると溶接金属の酸素量が高くな
り、靭性が低下する。一方、フラックス中のＳｉ及びＴ
ｉからなる群から選択された少なくとも１種又は２種の
含有量が３重量％を超えるとスラグが焼付き、剥離が劣
化する。従って、Ｓｉ及びＴｉからなる群から選択され
た少なくとも１種又は２種の総量は、０．２乃至３重量
％とする。なお、Ｓｉ、Ｔｉは単体の他、Ｆｅ−Ｓｉ又
はＦｅ−Ｔｉ等で添加することができる。

【００２４】Ｂ₂ Ｏ₃ ：０．１乃至２重量％Ｂ₂Ｏ₃は、溶接熱で還元され、Ｂ（ホウ素）として溶接
金属中に歩留まって、溶接金属の靭性を向上させるのに
有効な成分である。フラックス中のＢ₂Ｏ₃の含有量が
０．１重量％未満であると溶接金属に歩留まるＢが不足
し、靭性が低下する。一方、フラックス中のＢ₂Ｏ₃の含
有量が２重量％を超えると溶接金属中のＢが過度に存在
することにより高温割れが発生しやすくなる。従って、
Ｂ₂Ｏ₃量は、０．１乃至２重量％とする。

【００２５】ＣａＯ／ＴｉＯ₂ ：０．４乃至０．９ＣａＯ／ＴｉＯ₂は、大入熱において良好な溶接作業性
を確保するために制限する必要がある。フラックス中の
ＣａＯ及びＴｉＯ₂の含有量比ＣａＯ／ＴｉＯ₂が０．４
未満であるとアークが不安定となりビードに凹凸が生じ
やすくなる。一方、フラックス中のＣａＯ／ＴｉＯ₂が
０．９を超えるとビードが蛇行する。従って、ＣａＯ／
ＴｉＯ₂は、０．４乃至０．９とする。

【００２６】上記成分の他にフラックス中には、Ｎａ₂
Ｏ、Ｋ₂Ｏ、ＢａＯ、ＦｅＯ、ＺｒＯ ₂及びＭｎＯ等の成
分を含有することができ、その含有量は全ての総量が５
重量％以下とする。

【００２７】

【実施例】以下、本発明に係るサブマージアーク溶接用
ボンドフラックスの実施例についてその比較例と比較し
て具体的に説明する。図１は、本発明の実施例に係る開
先形状を示す断面図である。図２は、本発明の実施例に
係るサブマージアーク溶接方法を示す模式図である。

【００２８】表１に示す化学組成の鋼板１に斜面を形成
し、夫々、鋼板１の斜面を対向させて突き合わせ、開先
を得る。この場合、開先角αは５０°である。表２に示
す化学組成のワイヤ及び表３乃至９に示すフラックスを
使用し、表９に示す溶接条件で図２に示すように裏当材
２を両面粘着テープにより開先裏面に取付ける。その
後、裏当材２に裏当て補助材３を、開先が開口されてい
ない鋼板１の裏面１ａ側に、マグネット４を取付け，ク
ランプ５のねじ部６を操作して鋼板１に裏当材２を固定
する。このように裏当材２を固定した後にＦＡＢ法で溶
接を行なった。なお、裏当補助材３は、例えば、厚さが
３乃至４ｍｍのアルミニウム板を使用することができ
る。溶接終了後に、溶接金属の酸素量としてデポ酸素量
を測定し、溶接金属の−６０℃における吸収エネルギ値
及びビード外観を調べた。その結果を表１０乃至１２に
示す。

【００２９】

【表１】

【００３０】

【表２】

【００３１】

【表３】

【００３２】

【表４】

【００３３】

【表５】

【００３４】

【表６】

【００３５】

【表７】

【００３６】

【表８】

【００３７】

【表９】

【００３８】

【表１０】

【００３９】

【表１１】

【００４０】

【表１２】

【００４１】上記表１０乃至１２に示すように、フラッ
クス中のフラックスの成分及び含有量比が本実施例の範
囲にある実施例Nｏ.１乃至１４は、溶接作業性について
良好なものとなった。また、その他についても問題はな
かった。

【００４２】一方、比較例Nｏ.１５は、フラックス中の
ＭｇＯの含有量が本発明の範囲の下限未満であるので、
アンダカットが発生すると共に、溶接金属中の酸素量が
増加して、靭性が低下した。比較例Nｏ.１６は、フラッ
クス中のＭｇＯの含有量が本発明の範囲の上限を超えて
いるので、スラグ剥離が劣化すると共に、ポックマーク
が発生した。

【００４３】比較例Nｏ.１７は、フラックス中のＡｌ₂
Ｏ₃の含有量が本発明の範囲の下限未満であるので、ア
ンダカットが発生した。比較例Nｏ.１８は、フラックス
中のＡｌ₂Ｏ₃の含有量が本発明の範囲の上限を超えてい
るので、スラグの巻込みが発生すると共に、ビードが凸
になった。

【００４４】比較例Nｏ.１９は、フラックス中の鉄粉の
含有量が本発明の範囲の下限未満であるので、溶着金属
が不足したために余盛り不足が発生した。比較例Nｏ.２
０は、フラックス中の鉄粉の含有量が本発明の範囲の上
限を超えているので、アンダカットが発生した。

【００４５】比較例Nｏ.２１は、フラックス中のＳｉＯ
₂の含有量が本発明の範囲の下限未満であるので、ビー
ドが蛇行した。比較例Nｏ.２２は、フラックス中のＳｉ
Ｏ₂の含有量が本発明の範囲の上限を超えているので、
溶接金属中の酸素量が増加し、靭性が低下した。

【００４６】比較例Nｏ.２３は、フラックス中のＣａＦ
₂の含有量が本発明の範囲の下限未満であるので、ビー
ドが蛇行すると共に、溶接金属中の酸素量が増加し、靭
性が低下した。比較例Nｏ.２４は、フラックス中のＣａ
Ｆ₂の含有量が本発明の範囲の上限を超えているので、
アーク切れが発生した。

【００４７】比較例Nｏ.２５は、フラックス中のＴｉＯ
₂の含有量が本発明の範囲の下限未満であるので、溶接
金属中のＴｉが不足し、靭性が低下した。比較例Nｏ.２
６は、フラックス中のＴｉＯ₂の含有量が本発明の範囲
の上限を超えているので、スラグが焼付き剥離が劣化し
た。

【００４８】比較例Nｏ.２７は、フラックス中のＣａＯ
の含有量が本発明の範囲の下限未満であるので、溶接金
属中の酸素量が増加し、靭性が低下した。比較例Nｏ.２
８は、フラックス中のＣａＯの含有量が本発明の範囲の
上限を超えているので、スラグが焼付き剥離が劣化し
た。

【００４９】比較例Nｏ.２９は、フラックス中のＣＯ₂
の含有量が本発明の範囲の下限未満であるので、溶接金
属中の拡散性水素量が増加し、低温割れが発生した。比
較例Nｏ.３０は、フラックス中のＣＯ₂の含有量が本発
明の範囲の上限を超えているので、ポックマークが発生
した。

【００５０】比較例Nｏ.３１は、フラックス中のＡｌの
含有量が本発明の範囲の下限未満であるので、溶接金属
の焼入れ性が不足し、靭性が低下した。比較例Nｏ.３２
は、フラックス中のＡｌの含有量が本発明の範囲の上限
を超えているので、溶接金属の強度が上昇し、靭性が低
下した。

【００５１】比較例Nｏ.３３は、フラックス中のＭｎの
含有量が本発明の範囲の下限未満であるので、溶接金属
の焼入れ性が不足し、靭性が低下した。比較例Nｏ.３４
は、フラックス中のＭｎの含有量が本発明の範囲の上限
を超えているので、スラグが焼付き、剥離が劣化した。

【００５２】比較例Nｏ.３５は、フラックス中のＳｉ及
び又はＴｉの総量が本発明の範囲の下限未満であるの
で、溶接金属中の酸素量が増加し、靭性が低下した。比
較例Nｏ.３６は、フラックス中のＳｉ及び又はＴｉの総
量が本発明の範囲の上限を超えているので、スラグが焼
付き、剥離が劣化した。

【００５３】比較例Nｏ.３７は、フラックス中のＢ₂Ｏ₃
の含有量が本発明の範囲の下限未満であるので、溶接金
属中のホウ素が不足し、靭性が低下した。比較例Nｏ.３
８は、フラックス中のＢ₂Ｏ₃の含有量が本発明の範囲の
上限を超えているので、溶接金属中のホウ素に起因する
高温割れが発生した。

【００５４】比較例Nｏ.３９は、フラックス中のＣａＯ
／ＴｉＯ₂が本発明の範囲の下限未満であるので、ビー
ドが凹凸になった。比較例Nｏ.４０は、フラックス中の
ＣａＯ／ＴｉＯ₂が本発明の範囲の上限を超えているの
で、ビードが蛇行した。

【００５５】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、サ
ブマージアーク溶接用ボンドフラックスにおけるフラッ
クス中の酸化物の含有量及び含有量の比率を適切に規制
しているので、大入熱溶接においても、−４０℃乃至−
６０℃程度の低温においても良好な靭性を有する溶接金
属を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係るサブマージアーク溶接の
開先形状を示す断面図である。

【図２】本発明の実施例に係るサブマージアーク溶接方
法を示す模式図である。

【符号の説明】

１；鋼板２；裏当材３；裏当補助材４；マグネット５；クランプ６；ねじ部ｔ；板厚 α；開先角

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＭｇＯを２０乃至３５重量％、Ａｌ₂Ｏ₃
を５乃至１５重量％、鉄粉を１０乃至３０重量％、Ｓｉ
Ｏ₂を５乃至２０重量％、ＣａＦ₂を３乃至１０重量％、
ＴｉＯ₂を５乃至１５重量％、ＣａＯを３乃至１０重量
％、ＣＯ₂を２乃至８重量％、Ａｌを０．５乃至３重量
％、Ｍｎを０．５乃至３重量％、Ｓｉ及びＴｉからなる
群から選択された少なくとも１種又は２種の総量を０．
２乃至３重量％、Ｂ₂Ｏ₃を０．１乃至２重量％含有し、
前記ＣａＯとＴｉＯ₂との重量比ＣａＯ／ＴｉＯ₂が０．
４乃至０．９であることを特徴とするサブマージアーク
溶接用ボンドフラックス。