JP2011079021A - 溶接材料用酸化チタン原料、フラックス入りワイヤ、被覆アーク溶接棒及びサブマージアーク溶接用フラックス - Google Patents
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Abstract
【解決手段】溶接材料用酸化チタン原料は、最大幅に対する最大長さの比であるアスペクト比が2.6乃至3.5の酸化チタン粒子1を酸化チタン原料の全質量あたり3乃至20質量%含有し、アスペクト比が3.5を超える酸化チタン粒子1を含有しない。この溶接材料用酸化チタン原料を、フラックス入りワイヤ、被覆アーク溶接棒及びサブマージアーク溶接用フラックスの原料として使用する。
【選択図】図1
Description
酸化チタン粒子のアスペクト比は、溶接材料におけるフラックス粒子の流動性を向上させ、酸化チタン粒子の偏析を防止するために最も重要な因子である。上述の如く、酸化チタン粒子の形状は、フラックス粒子の流動性と酸化チタン粒子の偏析に関係している。即ち、アスペクト比が2.6乃至3.5の範囲である酸化チタン粒子の含有量が酸化チタン原料の全質量あたり3乃至20質量%である場合に、フラックス粒子の流動性を効果的に向上させ、酸化チタン粒子の偏析を防止することができる。従って、本発明においては、フラックス粒子の流動性を向上させ、酸化チタン粒子が偏析することを防止するために効果的なアスペクト比を2.6乃至3.5と規定した上で、アスペクト比がこの範囲である酸化チタン粒子を酸化チタン原料中に適正な量で含有させる。アスペクト比が2.6未満の酸化チタン粒子は、形状が球形に近づくため、フラックス粒子の流動性向上及び酸化チタン粒子の偏析防止の効果を十分に得ることができなくなる。これにより、フラックス入りワイヤにおいては、フラックス率のばらつきが大きくなり、被覆アーク溶接棒においては、溶接棒の周囲にフラックスが偏って塗布されたり、フラックス中に酸化チタン粒子が偏析し、その結果、溶接時の再アーク性及びアーク安定性が低下しやすくなる。また、被覆アーク溶接棒においては、微細な酸化チタン粒子(例えば74μm以下の酸化チタン粒子が100%の粒度構成の酸化チタン原料)を用いた場合に、製品の被覆径が規定の径に対して大きくなりやすくなり、製品の歩留まりが低下しやすくなる。なお、このとき、被覆径が規定の径に対して大きくなるのは、微細な酸化チタン粒子が被覆層の表面に偏在することによってガス(水蒸気)の抜けが悪くなり、フラックス塗布後の乾燥工程において、水分が被覆層から十分に排除されていないことが原因であると考えられる。更に、サブマージアーク溶接用フラックスにおいては、ダスト(製品粒径アンダー品)の発生量が増加したり、造粒フラックスの粉化率が増加しやすくなる。一方、酸化チタン粒子のアスペクト比が3.5を超えると、溶接原料内に細長い形状の酸化チタン粒子が存在することになって、他のフラックス粒子と酸化チタン粒子との衝突頻度を高めることになるため、却ってフラックス粒子の流動性が低下し、酸化チタン粒子の偏析が発生しやすくなる。従って、本発明においては、フラックス粒子の流動性向上及び酸化チタン粒子の偏析防止のために、アスペクト比が2.6乃至3.5の酸化チタン粒子を全質量あたり3乃至20質量%含有する酸化チタン材料を使用する。また、この溶接材料用酸化チタン原料は、アスペクト比が3.5を超える酸化チタン粒子を含有しない。なお、酸化チタン原料の原産地が異なると、酸化チタン粒子のアスペクト比の範囲が異なる。また、同一の原産地で産出された酸化チタン原料であっても、鉱脈が異なる場合には、含有する酸化チタン粒子のアスペクト比の範囲が異なる場合がある。そこで、酸化チタン原料において、アスペクト比を所定の範囲に調整するためには、例えば原産地又は鉱脈が異なる複数種類の酸化チタン原料から、アスペクト比が本発明の範囲になるように1又は複数の原産地又は鉱脈を選定して、その酸化チタン原料を使用すればよい。
上述の好適なアスペクト比の範囲の酸化チタン粒子は、酸化チタン原料において、適量含有させることにより、フラックスの流動性向上及び酸化チタン粒子の偏析防止の効果を十分に得ることができる。アスペクト比が2.6乃至3.5の酸化チタン粒子の含有量が酸化チタン原料の全質量あたり3質量%未満であると、フラックスの流動性向上及び酸化チタン粒子の偏析防止の効果を十分に得ることができない。一方、アスペクト比が2.6乃至3.5の酸化チタン粒子の含有量が酸化チタン原料の全質量あたり20質量%を超えると、球形に近い酸化チタン粒子の中に細長い形状の酸化チタン粒子が多く存在することになるため、フラックスの流動性が却って低下し、酸化チタン粒子も偏析しやすくなる。従って、本発明においては、アスペクト比が2.6乃至3.5の酸化チタン粒子の含有量を酸化チタン原料の全質量あたり3乃至20質量%と規定する。フラックス入りワイヤ及び被覆アーク溶接棒において、再アーク性及びアークの安定性を向上させるためには、アスペクト比が2.6乃至3.5の酸化チタン粒子の含有量を酸化チタン原料の全質量あたり3乃至14質量%とすることが好ましい。アスペクト比が本発明の範囲である酸化チタン粒子の含有量を調整するためには、例えば原産地又は鉱脈が異なる複数種類の酸化チタン原料から、アスペクト比が本発明の範囲になるように、酸化チタン原料を1又は複数種類選定し、夫々の酸化チタン原料の配合割合を調整するだけでよく、生産性を低下させることなく本発明を適用することができる。
第1実施例は、酸化チタン原料をフラックス入りワイヤのフラックス原料として使用する場合の実施例である。表2に示す各実施例及び比較例の酸化チタン原料を粉末状に加工した金属弗化物、Si、Mn、Fe、MgO及びNi等のフラックス原料と混合してフラックスを作製した。各実施例及び比較例のフラックスについて、酸化チタン原料並びに金属弗化物、Si、Mn、Fe、MgO及びNi等のフラックス原料の組成を表4に示す。そして、各実施例及び比較例のフラックスを表3に示す組成を有する外皮に充填し、筒状に成形して実施例及び比較例のフラックス入りワイヤを作製した。このとき、各実施例及び比較例のフラックス入りワイヤについて、外皮へのフラックスの充填率を測定した。フラックス率については、各実施例及び比較例のフラックス入りワイヤを30cmの長さに切断し、切断後の各ワイヤの重量を基準重量とし、基準重量とフラックスを除去した後のワイヤ重量とを比較し、下記数式によってフラックス率を算出した。各実施例及び比較例のフラックス入りワイヤについて、夫々10本分のフラックス率を平均して、フラックス率のばらつきの判定に使用した。各実施例及び比較例のフラックス入りワイヤのフラックス率のばらつきについて、目標フラックス率に対するずれが0.3%以内であったものを◎、0.3%を超え0.7%以内であったものを○、0.7%を超えたものを△と判定し、表4に示す。
(溶接条件)
極性:直流ワイヤプラス
溶接電流:300A
溶接電圧:31V
溶接速度:30cm/分
シールドガス:100%−CO2、25リットル/分
チップ母材間距離:25mm
溶接姿勢:下向きビードオンプレート
試験板:JIS G 3106 SM490A(溶接構造用圧延鋼材)
第2実施例は、酸化チタン原料を被覆アーク溶接棒の芯線周囲に塗布するフラックス原料として使用する場合の実施例である。表2に示す各実施例及び比較例の酸化チタン原料を粉末状に加工したCaCO3、SiO2、MgO、Fe−Mn及びFe等のフラックス原料と混合し、水ガラスを添加した後、混練して実施例及び比較例のフラックスを作製した。各実施例及び比較例のフラックスについて、酸化チタン原料並びにCaCO3、SiO2、MgO、Fe−Mn及びFe等のフラックス原料の組成を表5に示す。そして、各実施例及び比較例のフラックスをJIS G 3523に規定されている軟鋼芯線(直径4.0mm、長さ450mm)の周囲に塗布し、400℃で乾燥させて被覆アーク溶接棒を作製した。作製した溶接棒について、乾燥後の被覆厚さの規定値を1.15mmとして被覆厚さを測定し、乾燥後の被覆厚さが1.20mmを超えるものを不合格製品とし、製品として不合格の被覆アーク溶接棒を抽出し、不合格率を算出した。そして、不合格率が4%以下であったものを◎、4%を超え7%未満であったものを○、7%以上であったものを×と判定した。各実施例及び比較例の被覆アーク溶接棒について、製品の不合格率及び判定結果をあわせて表5に示す。
第3実施例は、酸化チタン原料をサブマージアーク溶接用フラックスの原料として使用する場合の実施例である。表2に示す各実施例及び比較例の酸化チタン原料をCaO、SiO2、Al2O3、MgO、CaF2及びCO2等のフラックス原料と混合し、水ガラスを添加した後、混練して実施例及び比較例のフラックスを作製した。各実施例及び比較例のフラックスについて、酸化チタン原料並びにCaO、SiO2、Al2O3、MgO、CaF2及びCO2等のフラックス原料の組成を表6に示す。そして、各実施例及び比較例のフラックスを造粒し、400℃で乾燥させてサブマージアーク溶接用フラックスを作製した。各実施例及び比較例のサブマージアーク溶接用フラックスをふるい分けし、製品としての歩留まりを質量比によって求め、ダスト(規定の粒径未満のフラックス)の発生率を算出した。そして、ダスト発生率が6%未満であったものを◎、6%以上10%未満であったものを○、10%以上であったものを×と判定した。各実施例及び比較例のサブマージアーク溶接用フラックスについて、ダスト発生率及び判定結果をあわせて表6に示す。
Claims (5)
- 溶接材料用酸化チタン原料において、最大幅に対する最大長さの比であるアスペクト比が2.6乃至3.5の酸化チタン粒子を酸化チタン原料の全質量あたり3乃至20質量%含有し、アスペクト比が3.5を超える酸化チタン粒子を含有しないことを特徴とする溶接材料用酸化チタン原料。
- 酸化チタン原料の全質量あたりに占める前記アスペクト比が2.6乃至3.5の前記酸化チタン粒子の割合は3乃至14質量%であることを特徴とする請求項1に記載の溶接材料用酸化チタン原料。
- 請求項1又は2に記載の溶接材料用酸化チタン原料と他のフラックス原料とが混合され、皮材に充填されていることを特徴とするフラックス入りワイヤ。
- 請求項1又は2に記載の溶接材料用酸化チタン原料及び他のフラックス原料に水ガラスが添加され、混練された材料が金属製の芯線の周囲に被覆され乾燥されていることを特徴とする被覆アーク溶接棒。
- 請求項1又は2に記載の溶接材料用酸化チタン原料と他のフラックス原料とが混合されたものであることを特徴とするサブマージアーク溶接用フラックス。
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