JP2000141082A

JP2000141082A - 片面サブマージアーク溶接用裏フラックス

Info

Publication number: JP2000141082A
Application number: JP32259798A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Ohama; 展之大濱; Naoaki Matsutani; 直明松谷; Ryuichi Motomatsu; 隆一元松
Original assignee: Nippon Steel Welding and Engineering Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Welding and Engineering Co Ltd
Priority date: 1998-11-12
Filing date: 1998-11-12
Publication date: 2000-05-23

Abstract

(57)【要約】【課題】フラックス銅バッキング片面サブマージアー
ク溶接において、フラックス粒径のバラツキが少なく、
フラックス自動散布台車を用いても銅当て金上へ均一に
散布することができる裏フラックスを提供する。【解決手段】本発明の裏フラックスは、フラックス中
にニッケルスラグを５．０〜３０重量％、熱硬化性樹脂
を１．０〜５．０重量％含有することを特徴とする。ま
た、上記フラックス成分として重量％で、ＳｉＯ₂：２
１〜４１％、ＭｇＯ：２２〜４２％、ＣａＯ：９〜１９
％、Ａｌ₂Ｏ₃：３〜１１％を含有するものが用いら
れ、また更に、粒径８５０〜３００μｍのものを６０重
量％以上含み、かさ比重が１．２０〜１．４０としたも
のを用いる片面サブマ−ジア−ク溶接用裏フラックスで
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、フラックス銅バッ
キング片面サブマージアーク溶接に用いる裏フラックス
に関し、さらに詳しくはフラックス粒径のバラツキが少
なく、裏当て銅板上へ均一に散布することができ、安定
した溶接欠陥のない健全な裏ビードを得ることができる
片面サブマージアーク溶接用裏フラックスに関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来より、造船の大板継ぎ技術として主
にフラックス銅バッキング片面溶接法が適用されてい
る。この溶接法は図１に示すように、突き合わされた被
溶接材１，１ａの裏面から、銅当て金２上に層状に散布
した裏フラックス４をエアーホース５等の押し上げ機構
により被溶接材１、１ａの裏面に押圧しておき、表側よ
り電極ワイヤ３、表フラックス６を用いてサブマージア
ーク溶接を行い、被溶接材の表側と裏側に同時にビード
を形成する溶接方法である。

【０００３】特に裏ビードは溶接終了後まで観察できな
いので、ビードに不具合が発生すると大きな手直しが必
要となる。このため、開先形状、溶接条件の適正な管理
は当然として、均一な裏ビードを形成するためには裏フ
ラックスの組成・固化度および裏フラックスの鋼板裏面
への密着性が非常に重要である。この密着性は、銅当て
金の平滑度およびエアーホースの押し上げ圧力ととも
に、裏フラックスの散布状態が大きな影響を及ぼす。裏
フラックスの散布高さが少ないところは裏ビードの余盛
高さが少なく、また多いところは裏ビードの余盛高さが
過大となる。

【０００４】裏フラックスについては溶接時の固化性の
観点から、特公昭４８−２２５７２号公報、特公昭４９
−３１４７号公報、特公昭５６−２０９６０号公報、特
公昭６１−１３９１７号公報等に開示されている如く、
溶融型フラックスあるいはボンドフラックスに熱硬化性
樹脂を含有する裏フラックスが提案されている。当初、
銅当て金上への裏フラックス散布方法は、手動式の裏フ
ラックス散布台車で行っていた。しかし、近年設備全体
の自動化の流れに伴い、裏フラックス散布も自動散布台
車が適用されるようになった。手動の場合、散布状況を
確認しながら散布高さを調整できるため、比較的均一な
散布が可能であるが、自動散布の場合、形状・粒径など
フラックス固有の特性に影響を受け、フラックスの散布
が不均一になりやすいのが現状である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、フラックス
銅バッキング片面サブマージアーク溶接において、フラ
ックス粒径のバラツキが少なく、フラックス自動散布台
車を用いても銅当て金上へ均一に散布することができる
裏フラックスを提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は以下の構成を要旨とする。すなわち本発明
は、（１）フラックス中にニッケルスラグを５．０〜３
０重量％、熱硬化性樹脂を１．０〜５．０重量％含有す
ることを特徴とする片面サブマージアーク溶接用裏フラ
ックスである。また、（２）上記フラックスには重量％
で、ＳｉＯ₂：２１〜４１％、ＭｇＯ：２２〜４２
％、ＣａＯ：９〜１９％、Ａｌ₂Ｏ₃：３〜１
１％を含有するものを用いることを特徴とする前項
（１）記載の片面サブマージアーク溶接用裏フラックス
であり、（３）粒径が８５０〜３００μｍのフラックス
を６０重量％以上含み、かさ比重が１．２０〜１．４０
であることを特徴とする前項（１）または（２）記載の
片面サブマ−ジア−ク溶接用裏フラックスである。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明者らは、片面サブマージア
ーク溶接用裏フラックスについて、種々検討した結果、
銅当て金上への裏フラックスの散布状態には、フラック
ス中のかさ比重と粒度構成が大きく影響することを見出
した。

【０００８】裏フラックス散布台車の一例を図３に示
す。図において７は裏フラックス散布台車であり、該台
車はは銅当て金２上をガイド８で倣いながら、例えば駆
動チェーン等の駆動源にて牽引され、裏フラックス４を
散布する。表１に示す同一成分のフラックスを７種類製
造し、裏フラックス散布台車７を用いて、裏フラックス
散布台車７のホッパーからのフラックスの落下状態、銅
当て金２上の散布状態を調査した。

【０００９】

【表１】

【００１０】この結果、３００μｍ未満の粒径の多いフ
ラックスＧＣ，ＧＤは散布状態が不安定であった。ま
た、細粒部が少なくかさ比重の小さいフラックスＧＡ，
ＧＧは散布後の裏フラックス散布台車のホッパーからの
落下がやや不安定であった。一方、細粒部が少なく、か
さ比重が大きいフラックスＧＢ，ＧＥ，ＧＦは良好であ
った。すなわち、フラックスのかさ比重が小さいと裏フ
ラックス散布台車から銅当て金上への落下がスムーズに
行われず、局部的に散布厚さが不安定になる。また、フ
ラックスの粒径の細かいものの割合が多くなると、フラ
ックスが落下しずらく、散布状態が不均一になる。ただ
し、フラックスを粗粒に製造しても、フラックスは輸送
あるいは使用中に粉化し易く、製造時に比べて実際の使
用時には細かくなり易い。このため、フラックス製造時
に上記問題点を考慮したフラックスの設計が必要であ
る。

【００１１】そこで、本発明者らは、裏フラックスの組
成として必須の成分であるＳｉＯ₂，ＭｇＯを主成分と
し、かつ、かさ比重が大きく、造粒性に優れた材料とし
てニッケルスラグに着目し検討を行った。本発明に用い
るニッケルスラグとはＮｉ精錬工程において排出される
スラグである。即ち、ニッケル地金の生産は、ニッケル
鉱石を電気炉等で溶解還元し、Ｎｉを回収することによ
り行われ、ニッケルスラグはこのニッケルの精錬工程に
おいてニッケル鉱石よりＮｉを採取した後のスラグであ
る。

【００１２】ニッケルスラグの組成は、表２に一例を示
すようにＳｉＯ₂：５０〜６０％、ＭｇＯ：３０〜４０
％を主成分とし、他にＡｌ₂Ｏ₃：５％以下、ＣａＯ：
５％以下、Ｔ．Ｆｅ：１０％以下を含むものである。片
面サブマージア−ク溶接用裏フラックスが主成分とす
る、ＳｉＯ₂、ＭｇＯ、Ａｌ₂Ｏ₃を含有していること
から組成的に好ましく最適である。

【００１３】

【表２】

【００１４】このニッケルスラグを片面サブマージアー
ク溶接用裏フラックスの原料として造粒した。ニッケル
スラグは他の原料との凝集性が強く、造粒性に非常に優
れていることが判明した。表３はニツケルスラグ添加量
に対して、フラックスの粒度構成およびかさ比重を測定
した結果である。ニッケルスラグ５％未満のフラックス
ＨＡ，ＨＢでは粒度構成、かさ比重への影響は認められ
ない。しかし、さらにニッケルスラグを添加すると、フ
ラックスＨＣ〜ＨＧのように粒径３００μｍ以上の割合
が増加し、かさ比重も増えていく。ただし、３０％を超
えて添加すると８５０μｍ超の粒径のフラックスが急激
に増え、溶接裏ビードに悪影響を及ぼす。

【００１５】

【表３】

【００１６】以下、本発明のニッケルスラグ、各成分お
よび粒度、かさ比重の限定理由について詳細に説明す
る。まず、本発明フラックスにおけるニッケルスラグ：
５．０％〜３０％の添加限定理由を説明する。ニッケル
スラグは、本発明の特定成分として限定したＳｉＯ₂お
よびＭｇＯを含有するフォルステライト（２ＭｇＯ・Ｓ
ｉＯ₂）であり、ニッケルスラグを添加することによっ
てＳｉＯ₂およびＭｇＯの特性が発揮される。ニッケル
スラグ中のＳｉＯ₂約５５％、ＭｇＯ約３５％は、ニッ
ケルスラグ添加量に応じてフラックス中のＳｉＯ₂とＭ
ｇＯ含有量に換算される。

【００１７】ニッケルスラグのＳｉＯ₂はスラグ粘性を
増加させ、平滑な裏ビ−ドを形成する効果があり、Ｍｇ
Ｏはスラグの耐火性を増加させ、片面溶接において裏ビ
−ド形状を安定化する効果がある。さらに、ニッケルス
ラグ添加による固有の効果は、造粒時の他原料との凝集
性が強く、かさ比重が大きく、粒径が安定したフラック
スを製造できることである。従って、ニッケルスラグの
これら効果が明瞭となる添加量として５．０％以上必要
である。しかし、ニッケルスラグの添加が３０％超にな
ると、粒径が８５０μｍ超のフラックスが多くなり、フ
ラックス間の間隙の増加により、裏ビードが過大となり
やすい。よってニッケルスラグの添加量は、５．０〜３
０％含有するものである。

【００１８】熱硬化性樹脂はアークが到達する前に、溶
接熱によって樹脂が溶融しフラックスを固形化するもの
で、フラックスは鋼板の裏面に沿って密接し、良好な裏
ビードを得るのに有効である。このため、裏ビード形成
の面から熱硬化性樹脂は必須である。熱硬化性樹脂の量
が１．０％未満であるとフラックスの固化度が不足し、
裏ビードが出やすく、良好なビード形成が困難となる。
また、熱硬化性樹脂の量が５．０％を超えると、逆に裏
ビードが出にくくなる。熱硬化性樹脂として、フェノー
ル系樹脂、フラン系樹脂、エポキシ系樹脂、尿素系樹
脂、キシレン系樹脂など熱によって溶融硬化する樹脂を
用いる。なお、本発明では原料粉を水ガラス（珪酸ソー
ダ）を固着剤として造粒・焼成したボンドフラックスを
用いる。

【００１９】フラックスへの熱硬化性樹脂の添加方法
は、ボンドフラックスにエタノール、メタノール、アセ
トンなどの溶媒とともに添加、混練した後、樹脂の溶融
温度以下で乾燥したものである。この場合、樹脂と溶媒
の添加については、事前に樹脂を溶媒により溶液状とし
て添加、混合しても、あるいはフラックスと樹脂を混合
し、溶媒を溶解しても、いずれの方法でもかまわない。

【００２０】なお、熱硬化性樹脂の量は、以下に示す有
機溶剤抽出法により、定量分析できる。裏フラックス約１０ｇを精密に秤取り、特級エタノー
ル２０ｍｌずつを加え沸点近くまで加熱した後、超音波
照射下に抽出を行い、抽出液をＮｏ．５Ｃろ紙でろ過す
る。この操作を４回繰り返して、ろ液を１つに合わせドラ
フト中で風乾する。分離回収した熱硬化性樹脂の重量を
測定する。

【００２１】次に、フラックス組成成分の限定理由を示
す。以下はニッケルスラグ値からの成分と他の各々の成
分との全量が溶接中に溶けた裏ビード側のスラグとして
の作用効果を説明する。

【００２２】ＳｉＯ₂はスラグの粘性を増加させ、平滑
なビード形成に対して極めて有効な成分として添加す
る。このようなＳｉＯ₂の効果は、フラックス全質量に
対して２１％以上の含有が必要である。一方、ＳｉＯ₂
を４１％を超えて含有すると、スラグの粘性が著しく高
くなるため、裏ビード表面の波目が粗くなり、ビード外
観が劣化する。ＳｉＯ₂としては、先ずニッケルスラグ
中のＳｉＯ₂を含め、残りのＳｉＯ₂を珪砂、珪灰石、
シャモット等のＳｉＯ₂を含有する鉱石や酸化物を用い
る。また、本発明はボンドフラックスであり、原料を造
粒する際に用いる水ガラスのＳｉＯ₂成分も含まれる。

【００２３】ＭｇＯは、フラックス全質量に対して２２
〜４２％の含有が必要である。ＭｇＯは高融点（２８３
０℃）の成分であり、スラグの耐火性を増すことにより
ビード形状を安定化する効果があり、その効果は２２％
以上含有することが必要である。一方、ＭｇＯが４２％
を超えるとフラックスの耐火性が高すぎ、裏ビードが出
にくくなる。ＭｇＯとしては、ニッケルスラグ中のＭｇ
Ｏを求め、その他にマグネシアクリンカー、オリビンサ
ンド、マグネサイト、ドロマイトなどを原料として用い
る。

【００２４】ＣａＯは、フラックス全重量に対して９〜
１９％の含有が必要である。ＣａＯはスラグの融点およ
び流動性を調整するために添加する。９％以上添加する
ことにより、ビード趾端部のなじみが良好となる。しか
し、１９％を超えるとスラグ流動性が不良になり、ビー
ド高さが不均一になる。ＣａＯとしては、炭酸石灰、硅
灰石などを用いる。

【００２５】Ａｌ₂Ｏ₃はフラックス全重量に対して３
〜１１％の含有が必要である。Ａｌ ₂Ｏ₃の融点は２０
５０℃と高く、極めて高い耐火性を有する成分で良好な
裏ビード形成に有効である。この効果を得るためには３
％以上含有することが必要である。一方、Ａｌ₂Ｏ₃を
１１％超含有した場合にはビードが凸になる。Ａｌ₂Ｏ
₃はアルミナ、シャモットなどの酸化物を用いる。

【００２６】以上、本発明フラックスにおける特定成分
について説明したが、本発明フラックスは以上の成分の
ほかに、通常フラックス成分も適宣添加できる。例え
ば、弗化物はスラグ粘性の調整に有効であり、好ましい
含有量は６％以下である。弗化物は蛍石、弗化アルミ、
弗化マグネシュウム、弗化ナトリウム、弗化バリウム、
氷晶石等を原料として用いる。Ｓｉ、Ｍｎ、Ａｌ等の脱
酸剤は、ビ−ドの表面光沢の向上に有効とともにポック
マークの発生を防止する。脱酸剤の合計は１５％以下が
好ましい。また、配合原料を造粒する際に用いる水ガラ
スやアルミナゾル等の固着剤の成分を含有する。固着剤
から添加される成分が本発明フラックスの限定成分に該
当する場合、その量も本発明が限定する添加量として考
慮する。

【００２７】次に、フラックス粒度およびかさ比重の限
定理由を示す。フラックス粒度は、裏フラックスの裏フ
ラックス散布台車のホッパーからの落下の安定性、すな
わち散布状態に影響するとともに、裏ビードの溶接作業
性にも影響する。粒径８５０〜３００μｍのフラックス
を６０％以上含有すると裏ビード外観、形状とも十分に
満足する結果を得られる。しかし、３００μｍ未満の細
粒が多くなり、粒径８５０〜３００μｍのフラックスが
６０％未満になると、裏フラックス散布台車のホッパー
からの落下が不安定で散布状態が不均一になり、また溶
接時のガス抜けが悪く裏ビードにピットが発生する。一
方、８５０μｍ超の粗粒が多くなり、粒径８５０〜３０
０μｍのフラックスが６０％未満になるとフラックス間
の間隙が多いため、溶接時に裏ビードが過大となる。

【００２８】フラックスのかさ比重は、裏フラックス散
布台車のホッパーからの落下に影響する。かさ比重が
１．２０未満では落下が不安定で、銅当て金上の散布状
態が不均一になる。かさ比重が１．４０を超えると裏ビ
ードが凸になる。スムーズなフラックス散布を考慮する
と、フラックスのかさ比重は１．２０〜１．４０の範囲
とする必要である。

【００２９】

【実施例】以下、実施例により本発明の効果をさらに具
体的に説明する。表４に示す記号Ｆ１〜Ｆ１２の１２種
類の表２に示すニツケルスラグを含有した裏フラックス
を作製した。各例のフラックス源はニッケルスラグの他
は各成分の限定理由および原料の説明で開示した原料
を、各原料成分品位に基づいて実施例の成分に併せて配
合し、原料粉を水ガラス（珪酸ソーダ）を固着剤として
造粒した後、４００℃で２時間焼成し、１４００〜１５
０μｍの粒度に整粒した後、熱硬化性樹脂を添加、混練
した後、乾燥した。

【００３０】表４中Ｆ１〜Ｆ５が本発明例、Ｆ６〜Ｆ１
０は比較例である。これら裏フラックスの評価は、図３
に示す裏フラックス自動散布台車で裏当て金にフラック
スを散布した後、片面サブマージアーク溶接を実施しし
て調べた。この場合の供試鋼板を表５に、供試ワイヤを
表６に示し、さらに図２に示すＹ型開先を用い、表７に
示す溶接条件にて溶接した。裏フラックス自動散布台車
でのフラックス散布状況、サブマージアーク溶接終了後
のビード形状、ビード外観を調べた。その調査結果を表
８に示す。

【００３１】表８中、本発明の要件を満たすフラックス
記号Ｆ１〜Ｆ５は、フラックス散布状態、ビード形状、
ビード外観とも十分満足する結果を得ることができた。

【００３２】これに対して、フラックス記号Ｆ６はニッ
ケルスラグの添加量が少なく、粒径８５０〜３００μｍ
の部分が少なく、またかさ比重も小さいためフラックス
の散布が不均一でビードが不安定となった。フラックス
記号Ｆ７はニッケルスラグの添加量が過剰で、粒径８５
０μｍ超のフラックスが多くなり、その結果８５０〜３
００μｍが不足し、またかさ比重が過大となって、裏ビ
ードが出過ぎで凸型になった。

【００３３】フラックス記号Ｆ８はＳｉＯ₂が過剰のた
めビード波形が粗く、また、ＭｇＯが不足し、ＣａＯが
過剰で熱硬化性樹脂の付着量が不足のためビード形状が
不安定となった。フラックス記号Ｆ９はＳｉＯ₂が不足
し、ＭｇＯ、Ａｌ₂Ｏ₃および熱硬化性樹脂が過剰で裏
ビードが不足し不安定であった。フラックス記号Ｆ１０
は、ＣａＯとＡｌ₂Ｏ₃が不足したため、ビードが凸で
不安定であった。

【００３４】

【表４】

【００３５】

【表５】

【００３６】

【表６】

【００３７】

【表７】

【００３８】

【表８】

【００３９】

【発明の効果】本発明の片面サブマージアーク溶接用裏
フラックスによれば、フラックス銅バッキング片面サブ
マージアーク溶接において、裏フラックスを裏当て銅板
上へ均一に散布することができると共に、安定した溶接
欠陥のない健全な裏ビードを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】フラックス銅バッキング片面サブマージアーク
溶接法を示す概要図である。

【図２】本発明の実施例に用いた開先形状を示す図であ
る。

【図３】本発明の裏フラックス散布の一例を示す図であ
る。

【符号の説明】

１、１ａ：被溶接材２：銅当て金３：電極ワイヤ４：裏フラックス５：エアーホース６：表フラックス７：裏フラックス散布台車８：ガイドローラｔ：板厚ｄ：ルートフェース θ：開先角度

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者元松隆一東京都中央区築地三丁目５番４号日鐵溶接工業株式会社内Ｆターム(参考） 4E001 AA02 BB05 DC05 DF01 EA07 QA05 4E081 AA02 BA02 BA40 BB03 BB13 BB17 CA05 DA05 DA11 DA28 DA36 DA60 DA81 EA38 4E084 AA03 AA07 AA11 AA12 AA38 AA44 CA10 CA21 DA16 DA25 EA04 EA05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】フラックス中にニッケルスラグを５．０
〜３０重量％、熱硬化性樹脂を１．０〜５．０重量％含
有することを特徴とする片面サブマージアーク溶接用裏
フラックス。
【請求項２】フラックスの成分が重量％で、ＳｉＯ₂：２１〜４１％、ＭｇＯ：２２〜４２％、ＣａＯ：９〜１９％、Ａｌ₂Ｏ₃：３〜１１％を含有するものであることを特
徴とする請求項１記載の片面サブマージアーク溶接用裏
フラックス。
【請求項３】粒径が８５０〜３００μｍのフラックス
を６０重量％以上含み、かさ比重が１．２０〜１．４０
であることを特徴とする請求項１または２記載の片面サ
ブマ−ジア−ク溶接用裏フラックス。