JP2016140888A - サブマージアーク溶接用フラックス - Google Patents
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Abstract
Description
なお、本願での溶接作業性とは、ビード外観及びビード形状の良否、スラグ剥離性、アーク安定性、溶接金属の耐欠陥性をいう。
このような構成によれば、フラックスの吸湿特性が向上する。
このような構成によれば、溶接作業性が向上する。
このような構成によれば、溶接作業性が向上する。
Al2O3は、溶融スラグの粘性及び融点を調整する成分であり、溶接時のビード形状を良好にする効果がある。しかしながら、Al2O3含有量が15質量%未満の場合は、前述した効果が十分に得られず、また、Al2O3含有量が35質量%を超えると、溶融スラグの融点が上昇しすぎて、溶接時にビード形状の劣化を招く。よって、Al2O3含有量は15〜35質量%とする。
SiO2は、溶融スラグに適度の粘性を与えることによって、主にビード外観及びビード形状を良好にする効果がある。しかしながら、SiO2含有量が10質量%未満の場合、前述した効果が十分に得られず、ビード外観及びビード形状が劣化する。また、SiO2含有量が30質量%を超えると、スラグの粘性が過剰となり、スラグ剥離性が劣化すると共に、スラグの焼付きが激しくなる。よって、SiO2含有量は10〜30質量%とする。
MgOは、スラグ剥離性の向上に大きく寄与する成分であり、溶接電源の方式によらず、良好なスラグ剥離性を確保するために必須の成分である。しかしながら、MgO含有量が10質量%未満の場合、その効果が十分に得られず、また、25質量%を超えると、ビード形状が劣化し、溶接電源の種別に依存してスラグ巻込み、融合不良、更にはアンダーカットなどの欠陥が発生しやすくなる。特に、交流式溶接電源においては、前述したスラグ巻き込み及び溶融不良などの溶接欠陥の発生が顕著になる。よって、MgO含有量は10〜25質量%とする。
CaF2などのフッ化物は、溶融スラグの電気伝導性や流動性を高める効果があり、溶融スラグの高温粘性に影響を与える成分の1つである。この作用は、後述するCaOと同様に、その含有量に比例する。具体的には、F含有量(CaF2換算値)が10質量%未満の場合、前述した効果が十分に得られず、また、溶融スラグからCOガスの排出を促進し、耐ポックマーク性を改善する効果も期待できない。
Mnは、溶融スラグの粘性及び凝固温度に影響を与えると共に、耐ポックマーク性改善に有効な成分であり、主に、MnO、MnO2及びMn2O3などの酸化物の形態で添加される。各種形態の中でも、特に一酸化マンガン(MnO)の形態で添加すると、その有用性が発揮される。ただし、Mn含有量(MnO換算値)が3質量%未満の場合、その効果が十分に発揮されず、また、20質量%を超えると、スラグが脆くなってスラグ剥離性が劣化する。よって、Mn含有量(MnO換算値)は、3〜20質量%とする。
Na、K及びLiは、主に溶接時のアーク安定性とフラックスの吸湿特性に影響を与える成分であり、主に、Na2O、K2O及びLi2Oなどの酸化物の形態で添加される。しかしながら、Na含有量(Na2O換算値)、K含有量(K2O換算値)及びLi(Li2O換算値)が合計で0.5質量%未満の場合、溶接時のアーク電圧が不安定となり、ビード外観及びビード形状が劣化する。
また、ここでのNa、K、Liは、鉱石原料及び水ガラスに由来するものである。
Feは、脱酸現象を促進し、耐ポックマーク性を高める効果があり、主に、Fe−Siなどの金属粉の形態で添加される。前述した効果は、その存在量に比例し、Fe含有量(FeO換算値)が0.5質量%未満の場合、特に溶接電源が直流式の場合に、十分な効果が得られない。一方、Fe含有量(FeO換算値)が8質量%を超えると、スラグの凝固温度に影響を与え、ビード外観、ビード形状及びスラグ剥離が劣化する。よって、Fe含有量(FeO換算値)は0.5〜8質量%とする。
CaOは、スラグの塩基度を高めて溶接金属の清浄度を高めると共に、溶融スラグの流動性にも影響を与える成分であり、その存在量に比例して、前述した効果が発揮される。しかしながら、CaO含有量が6質量%を超えると、溶融スラグの流動性が過大となり、ビードの外観及び形状が劣化する。よって、CaO含有量は6質量%以下に規制する。
水溶性SiO2は、フラックスの耐吸湿性の劣化防止と溶接金属の拡散性水素量の増加を抑制するため、焼結作業を実施した後で1.0質量%以下になるように規制する。水溶性SiO2の含有量が1.0質量%を超えると、フラックスの耐吸湿性が劣化すると共に、溶接金属の拡散水素量が増加する。よって、水溶性SiO2含有量は1.0質量%以下とする。
水溶性Na2Oは、フラックスの耐吸湿性の劣化防止と溶接金属の拡散性水素量の増加を抑制するため、焼結作業を実施した後で1.0質量%以下になるように規制する。水溶性Na2Oの含有量が1.0質量%を超えると、フラックスの耐吸湿性が劣化すると共に、溶接金属の拡散水素量が増加する。よって、水溶性Na2O含有量は1.0質量%以下とする。
なお、ここでいう水溶性Na2Oは、前述した方法で分析して得たフラックスの全Na量を、Na2Oで換算した値であり、前述した全Na2Oとは区別して、その含有量を特定している。
本発明者は、水ガラスへの水溶性K2Oの適正量添加は、水ガラスの難吸湿化温度を低下させる効果を有することを見出した。すなわち、水溶性K2Oが適正量添加された水ガラスを用い、800℃以上で焼結作業を実施したフラックスにおいて、水溶性K2Oの量が0.8質量%以下の管理範囲を満足する場合には、従来と比べてフラックスの耐吸湿性が大きく向上した。
水溶性K2Oは、フラックスの耐吸湿性の劣化防止と溶接金属の拡散性水素量の増加を抑制するため、焼結作業を実施した後で0.8質量%以下になるように規制する。水溶性K2Oの含有量が0.8質量%を超えると、フラックスの耐吸湿性が劣化すると共に、溶接金属の拡散水素量が増加する。よって、水溶性K2O含有量は0.8質量%以下とする。
なお、ここでいう水溶性K2Oは、前述した方法で分析して得たフラックスの全K量を、K2Oで換算した値であり、前述した全K2Oとは区別して、その含有量を特定している。
[水溶性Li2O:0.3質量%以下]
水溶性Li2Oは、添加量に応じて吸湿特性を更に向上させる効果がある。ただし、焼結作業を実施した後で水溶性Li2O含有量が0.3質量%を超えると、アーク安定性が劣化し、ビード外観やビード形状が劣化する。よって、水溶性Li2Oを添加する場合は、0.3質量%以下とする。水溶性Li2O含有量は、アーク安定性の向上や、ビード外観及びビード形状の向上の観点から、0.2質量%以下であることが好ましく、より好ましくは0.15質量%以下である。また、吸湿特性の観点から、より好ましくは0.05質量%以上である。
なお、ここでいう水溶性Li2Oは、前述した方法で分析して得たフラックスの全Li量を、Li2Oで換算した値であり、前述した全Li2Oとは区別して、その含有量を特定している。
MgO、Al2O3及びMnは、それぞれ個別にその含有量を規定しているが、本実施形態のフラックスでは、更に、MgO含有量(質量%)とAl2O3含有量(質量%)及びMn含有量(MnO換算値)(質量%)の合計量との比(=[MgO]/([Al2O3]+[MnO]))も規定する。
本実施形態のフラックスは、前述した成分に加えて、TiO2を含有していてもよい。TiO2は、スラグ剥離性向上に有効な成分であり、ビード形状を良好に整える効果もある。また、TiO2の一部は、溶接時の還元反応によりTiとなり、このTiは溶接金属中に添加されて、靭性向上に寄与する。
Cは、フラックスの各原料に不純物として含まれる炭酸塩などに由来し、不可避的に導入される。一方、前述したように直流式の溶接電源を用いた場合、フラックスの消費量が増大し、交流式の溶接電源を用いた場合に比べて、炭酸塩の分解が一層促進される。このため、C含有量が微量であっても、溶接中にCOやCO2ガスが大量に発生し、耐ポックマーク性の劣化やビードの外観及び形状の劣化を招くこととなる。よって、溶接作業性の劣化を防止するため、フラックス中のC量は、0.2質量%以下に低減することが好ましい。
本実施形態のフラックスにおける上記以外の成分は、Zr、Ba、P及びSなどの不可避的不純物である。これらの不可避的不純物のうち、Zr及びBaはそれぞれ1.0質量%以下に規制することが好ましく、特に溶接品質に影響するP及びSはそれぞれ0.05質量%以下に規制することが好ましい。また、Zr、Ba、P及びSは、合計で0.1質量%以下であることが好ましい。
本実施形態のフラックスを製造する場合は、例えば、前述した組成となるように原料粉を配合し、結合剤と共に混練した後、造粒し、焼成する。その際、結合剤(バインダ)としては、例えば、ポリビニルアルコールや水ガラスを使用することができる。また、造粒法は、特に限定されるものではないが、転動式造粒機や押し出し式造粒機などを用いる方法が好ましい。
溶接金属中の拡散水素量は、原則、JIS Z 3118:2007に規定される方法に基づいて測定した。ただし、溶接条件は,表3の溶接条件Aを採用した。本実施例では、拡散水素量が3.5ml/100g以下であったものを合格とした。
吸湿量は、2時間の強制吸湿後の吸湿量により評価した。具体的には、500〜850μmの粒子径を有するフラックスの再乾燥を250℃×1hr行った後、30℃かつ相対湿度80%の条件にて、2時間の強制吸湿をさせた際にフラックスが有する水分量をKF(カールフィッシャー)法を用いて測定した。2時間の吸湿後のKF水分量が500ppm以下のものを耐吸湿性が良好とした。
ビード外観は、主にビードの波目や光沢に関する評価であり、溶接部を目視観察することにより行った。その結果、ビードの波目に乱れがなくビードに金属光沢があるものを◎、単位溶接長(1m)あたりにビード波目の乱れが1箇所でビードに金属光沢があるものを○、単位溶接長(1m)あたりにビード波目の乱れが2〜4箇所でビードに金属光沢がないものを△、単位溶接長(1m)あたりにビード波目の乱れが5箇所以上ありビードに金属光沢がないものを×とした。そして、本実施例では、評価が◎又は○であったものを合格とした。
ビード形状は、主にビードの凹凸や母材へのなじみに関する評価であり、溶接部を目視観察することにより行った。その結果、ビード形状が、非常に良好であったものを◎、良好であったものを○、やや不良であったものを△、不良であったものを×とした。そして、本実施例では、評価が◎又は○であったものを合格とした。
スラグ剥離性は、スラグ除去の容易さや焼き付きの有無により評価した。具体的には、スラグが、自然剥離し、焼き付きがなかったものを◎、自然剥離するが、単位溶接長(1m)あたり3箇所以下で焼き付きが発生したものを○、自然剥離せず、単位溶接長(1m)あたり4〜9箇所で焼き付きが発生したものを△、自然剥離せず、単位溶接長(1m)あたり10箇所以上で焼き付きが発生したものを×とした。そして、本実施例では、評価が◎又は○であったものを合格とした。
アーク安定性は、溶接時の電流や電圧の振れにより評価した。具体的には、溶接電流が±50Aかつアーク電圧が±2Vであったものを◎、溶接電流が±100Aかつアーク電圧が±2Vであったものを○、溶接電流が±100Aかつアーク電圧が±4Vであったものを△、溶接困難であったものを×とした。そして、本実施例では、評価が◎又は○であったものを合格とした。
溶接欠陥(内在)は、主に気孔欠陥、スラグ巻き込み及び融合不良などの溶接金属内部で発生する溶接欠陥に関する評価であり、これらの溶接欠陥の発生がなかったものを◎、単位溶接長(1m)あたりの発生比率が0.5%以下であったものを○、単位溶接長(1m)あたりの発生比率が0.5%を超え1.0%以下であったものを△、単位溶接長(1m)あたりの発生比率が1.0%を超えていたものを×とした。そして、本実施例では、評価が◎又は○であったものを合格とした。
なお、溶接欠陥(内在)の検出には、JIS Z 3104:1995に準拠して撮影したX線透過写真を使用した。溶接欠陥(内在)の評価における単位溶接長(1m)あたりの発生比率とは、JIS Z 3104:1995に準拠して個々の欠陥(きず)の寸法(長さ)を測定して、欠陥(きず)の総長さを算出した後、試験部の有効長さで割り返し、単位溶接長あたりに換算したものである。
なお、溶接欠陥(外在)の検出は、目視により行った。溶接欠陥(外在)の評価における単位溶接長(1m)あたりの発生比率とは、個々のアンダーカット及びポックマークなどの長さを目視で測定し、溶接欠陥(外在)の総長さを算出した後、溶接欠陥(内在)と同じ試験部の有効長さで割り返し、単位溶接長あたりに換算したものである。
Claims (6)
- Al2O3:15〜35質量%、
SiO2:10〜30質量%、
MgO:10〜25質量%、
FのCaF2換算値:10〜25質量%、
MnのMnO換算値:3〜20質量%、
NaのNa2O換算値、KのK2O換算値及びLiのLi2O換算値のうち少なくとも一つ以上の合計:0.5〜6.5質量%、
FeのFeO換算値:0.5〜8質量%、
CaO:6質量%以下、
水溶性SiO2:1.0質量%以下、
水溶性Na2O:1.0質量%以下、
水溶性K2O:0.8質量%以下を含有し、
前記Al2O3含有量を[Al2O3]、前記MgO含有量を[MgO]、前記MnのMnO換算値での含有量を[MnO]としたとき、下記数式(I)を満たすことを特徴とするサブマージアーク溶接用フラックス。
- 更に、水溶性Li2O:0.3質量%以下を含有することを特徴とする請求項1に記載のサブマージアーク溶接用フラックス。
- 更に、TiO2:8質量%以下を含有することを特徴とする請求項1又は2に記載のサブマージアーク溶接用フラックス。
- C含有量が0.2質量%以下であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のサブマージアーク溶接用フラックス。
- 800℃以上で焼成されたものであることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載のサブマージアーク溶接用フラックス。
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