JP2017217672A - 低水素系被覆アーク溶接棒 - Google Patents
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Abstract
【課題】 交流電源および直流電源のどちらを用いて全姿勢で裏波溶接をしても、アークの安定性に優れてアーク切れが生じず、良好な裏波ビードが得られる低水素系被覆アーク溶接棒を提供する。【手段】 鋼心線に被覆剤が塗装されている低水素系被覆アーク溶接棒において、鋼心線に被覆剤が塗装されている低水素系被覆アーク溶接棒において、前記被覆剤は、被覆剤全質量に対する質量％で、金属炭酸塩の合計：３８〜５２％、金属弗化物の合計：６〜１４％、ＴｉＯ2換算値の合計：３〜９％、ＳｉＯ2換算値の合計：９〜２１％、Ａｌ2Ｏ3換算値の合計：０．５〜３．０％、ＣａＯ換算値の合計：０．５〜３．０％、Ｓｉ換算値の合計：２．５〜６．０％、Ｍｎ換算値の合計：３．０〜６．５％、Ｎａ2Ｏ換算値およびＫ2Ｏ換算値の合計で１．０〜３．５％を含有することを特徴とする。【選択図】 なし
Description
本発明は、低水素系被覆アーク溶接棒に関し、交流電源および直流電源のどちらの電源を用いて４９０ＭＰａ級鋼パイプの円周溶接等の全姿勢で裏波溶接をする場合においてもアークの安定性に優れ、良好な裏波ビードが得られる低水素系被覆アーク溶接棒に関する。
金属炭酸塩および金属弗化物を主成分とする低水素系被覆アーク溶接棒は、イルミナイト系被覆アーク溶接棒やライムチタニヤ系被覆アーク溶接棒に比べて全姿勢における裏波溶接が容易でかつ機械的性質が優れていること、また立向下進溶接が可能な高セルロース系被覆アーク溶接棒に比べて拡散性水素量が少なく耐割れ性に優れることから鋼パイプの円周溶接等の全姿勢での裏波溶接にも多く用いられている。
しかし、低水素系被覆アーク溶接棒は、一般的に交流電源を用いて溶接するように設計されており、鋼パイプなど屋外で円周溶接する場合は、直流電源が用いられることが多く、直流電源を用いて溶接した場合は、磁気吹きやアーク切れがしてアークが不安定となり健全な裏波ビードが得られないという問題がある。このため、交流電源および直流電源のどちらも適用できる低水素系被覆アーク溶接棒の開発要望が高い。
鋼パイプの円周溶接など、全姿勢での初層裏波溶接用の被覆アーク溶接棒は、例えば特開平５−２１２５８６号公報（特許文献１）に、被覆剤中のカリ長石の平均粒径を限定して裏波溶接時のアーク切れを少なくして裏波ビードを連続して均一に得る技術の開示がある。また、特開２０１２−１４３８１０号公報（特許文献２）には、被覆剤中のチタン酸カリウムの平均粒径を限定して裏波溶接時のアーク切れを少なくして裏波ビードを連続して均一に得るとともに一般的な溶接作業性も良好にするという技術の開示がある。
さらに、特開２０００−１１７４８７号公報（特許文献３）には、被覆剤中のカリ長石、ルチールおよびアルミナの含有量を調整することによって、裏波溶接から最終層の溶接までの全層を効率よく溶接することができ、良好なアーク安定性およびビード形状を得ることができるという技術の開示がある。しかし、特許文献１〜特許文献３に記載の技術は、何れも交流電源を用いた場合の技術であって、これらの低水素系被覆アーク溶接棒で直流電源を用いて溶接した場合、磁気吹きやアーク切れがしてアークが不安定となり健全な裏波ビードが得られない。
一方、本出願人は、特開２０１５−８５３４１号公報（特許文献４）で、直流電源用の低水素系被覆アーク溶接棒を提案した。しかし、特許文献４に記載の技術は、直流電源を用いて裏波溶接した場合においは、アークの安定性および良好な裏波ビードが得られるものの交流電源においては、アークが不安定で健全な裏波ビードが得られないという問題があった。
本発明は、交流電源および直流電源のどちらを用いて鋼パイプの円周溶接等の全姿勢で裏波溶接をしても、アークの安定性に優れてアーク切れが生じず、良好な裏波ビードが得られる低水素系被覆アーク溶接棒を提供することを目的とする。
本発明の要旨は、鋼心線に被覆剤が塗装されている低水素系被覆アーク溶接棒において、前記被覆剤は、被覆剤全質量に対する質量％で、金属炭酸塩の１種または２種以上の合計：３８〜５２％、金属弗化物の１種または２種以上の合計：６〜１４％、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値の合計：３〜９％、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計：９〜２１％、Ａｌ酸化物のＡｌ2Ｏ3換算値の合計：０．５〜３．０％、Ｃａ酸化物のＣａＯ換算値の合計：０．５〜３．０％、金属ＳｉおよびＳｉ合金の１種または２種以上：Ｓｉ換算値の合計で２．５〜６．０％金属、ＭｎおよびＭｎ合金の１種または２種以上：Ｍｎ換算値の合計で３．０〜６．５％、Ｎａ化合物およびＫ化合物の１種または２種以上：Ｎａ2Ｏ換算値およびＫ2Ｏ換算値の合計で１．０〜３．５％を含有し、その他は塗装剤、鉄合金からのＦｅ分及び不可避不純物からなることを特徴とする。
また、被覆剤全質量に対する質量％で、金属ＡｌおよびＡｌ合金または金属Ｍｇおよび
Ｍｇ合金の１種または２種以上：Ａｌ換算値およびＭｇ換算値の合計で０．５〜３．０％をさらに含有することも特徴とする低水素系被覆アーク溶接棒にある。
Ｍｇ合金の１種または２種以上：Ａｌ換算値およびＭｇ換算値の合計で０．５〜３．０％をさらに含有することも特徴とする低水素系被覆アーク溶接棒にある。
本発明の低水素系被覆アーク溶接棒によれば、交流電源および直流電源のどちらを用いてパイプの円周溶接等の全姿勢で初層の裏波溶接した場合においても、アークの安定性に優れてアーク切れが生じず、良好な裏波ビードが得られ、一般的な溶接作業性も良好であるので溶接能率が大幅に改善できるとともに、溶接金属の機械的性能も良好であるので高品質な溶接部が得られる。
本発明者らは、低水素系被覆アーク溶接棒を用いて交流電源と直流電源を用いて溶接した場合の差違を詳細に調査した結果、直流電源を用いて裏波溶接した場合は、交流電源を用いて溶接した場合に比べて、アークが弱くなることに起因して磁気吹きやアーク切れがしてアークが不安定で健全な裏波ビードが得られないことが判明した。
一方、直流電源で裏波溶接した場合に、アークが安定する低水素系被覆アーク溶接棒を用いて交流電源で裏波溶接した場合は、アークが強すぎて表ビードおよび裏波ビード共にビード形状が不良となることが判明した。そこで、交流電源と直流電源のどちらを用いて裏波溶接をした場合においてもアークが安定してアーク切れが生じず、かつ良好な裏波ビードを得るために、低水素系被覆アーク溶接棒の被覆剤成分について種々試作して検討した。
その結果、金属炭酸塩、ＴｉＯ2、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＣａＯ、Ｓｉ、Ｎａ2ＯおよびＫ2Ｏを適量とすることによって、これらの単独あるいは相乗効果で、交流電源および直流電源のどちらの電源を用いて全姿勢で裏波溶接をした場合でもアークの吹き付けを良好にし、アークが安定化して良好な裏波ビードおよび表ビードの形状が得られ、金属弗化物、ＳｉＯ2およびＣａＯを適量とすることによって、スパッタ発生量が少なくスラグ剥離性も良好になることを知見した。また、ＡｌおよびＭｇの添加量を調整することにより、さらに表ビードの形状が良好になることを見出した。
以下、本発明の低水素系被覆アーク溶接棒について、被覆剤全質量に対する各成分組成の含有量の限定理由について詳細に説明する。以下、各成分組成における質量％は、単に％と記載する。
［金属炭酸塩の１種または２種以上の合計：３８〜５２％］
金属炭酸塩は炭酸カルシウム、炭酸バリウム、炭酸マンガン、炭酸マグネシウム等から添加され、アーク中で分解してＣＯ2ガスを発生して溶着金属を大気から遮断しアーク雰囲気中の水素分圧を下げる効果がある。金属炭酸塩の１種または２種の合計が３８％未満であると、シールド効果が不足してブローホールが発生しやすくなる。また、拡散性水素量が多くなって耐割れ性が劣化する。一方、金属炭酸塩の１種または２種の合計が５２％を超えると、特に直流電源を用いた場合にアークの吹きつけが弱くなってアークが不安定になり安定した裏波ビードが得られない。したがって、金属炭酸塩の１種または２種以上の合計は３８〜５２％とする。
金属炭酸塩は炭酸カルシウム、炭酸バリウム、炭酸マンガン、炭酸マグネシウム等から添加され、アーク中で分解してＣＯ2ガスを発生して溶着金属を大気から遮断しアーク雰囲気中の水素分圧を下げる効果がある。金属炭酸塩の１種または２種の合計が３８％未満であると、シールド効果が不足してブローホールが発生しやすくなる。また、拡散性水素量が多くなって耐割れ性が劣化する。一方、金属炭酸塩の１種または２種の合計が５２％を超えると、特に直流電源を用いた場合にアークの吹きつけが弱くなってアークが不安定になり安定した裏波ビードが得られない。したがって、金属炭酸塩の１種または２種以上の合計は３８〜５２％とする。
［金属弗化物の１種または２種以上の合計：６〜１４％］
金属弗化物は蛍石、弗化バリウム、弗化マグネシウム、弗化アルミニウム等から添加され、いずれも溶融スラグの粘性を下げて流動性のよいスラグを作り優れたビード形状となる。また、アーク雰囲気中の水素分圧を下げて耐割れ性を向上させる。金属弗化物の１種または２種以上の合計が６％未満であると、適当な溶融スラグの粘性が得られず表ビードの形状が劣下する。また、拡散性水素量が多くなって耐割れ性が劣化する。一方、金属弗化物の合計が１４％を超えると、スラグ剥離性が劣化する。したがって、金属弗化物の１種または２種以上の合計は６〜１４％とする。
金属弗化物は蛍石、弗化バリウム、弗化マグネシウム、弗化アルミニウム等から添加され、いずれも溶融スラグの粘性を下げて流動性のよいスラグを作り優れたビード形状となる。また、アーク雰囲気中の水素分圧を下げて耐割れ性を向上させる。金属弗化物の１種または２種以上の合計が６％未満であると、適当な溶融スラグの粘性が得られず表ビードの形状が劣下する。また、拡散性水素量が多くなって耐割れ性が劣化する。一方、金属弗化物の合計が１４％を超えると、スラグ剥離性が劣化する。したがって、金属弗化物の１種または２種以上の合計は６〜１４％とする。
［チタン酸化物のＴｉＯ2換算値の合計：３〜９％］
Ｔｉ酸化物は、ルチール、酸化チタン、チタンスラグ、イルメナイト等から添加され、アークを安定にするとともにスラグの粘性を調整する。チタン酸化物のＴｉＯ2換算値の合計が３％未満であると、アークが不安定となり良好な裏波ビードを得ることが困難となる。一方、チタン酸化物のＴｉＯ2換算値の合計が９％を超えると、立向および上向姿勢の溶接時に溶融スラグの粘性が高くなりスラグの流れが低下するので、表ビードの形状が凸状となる。したがって、チタン酸化物のＴｉＯ2換算値の合計は３〜９％とする。
Ｔｉ酸化物は、ルチール、酸化チタン、チタンスラグ、イルメナイト等から添加され、アークを安定にするとともにスラグの粘性を調整する。チタン酸化物のＴｉＯ2換算値の合計が３％未満であると、アークが不安定となり良好な裏波ビードを得ることが困難となる。一方、チタン酸化物のＴｉＯ2換算値の合計が９％を超えると、立向および上向姿勢の溶接時に溶融スラグの粘性が高くなりスラグの流れが低下するので、表ビードの形状が凸状となる。したがって、チタン酸化物のＴｉＯ2換算値の合計は３〜９％とする。
［Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計：９〜２１％］
Ｓｉ酸化物は、珪砂、珪酸カリウム、珪酸ナトリウム、カリ長石、珪灰石等から添加され、アークを強くして安定にするとともに生成したスラグをガラス状にしてスラグ剥離性を良好にする。Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計が９％未満であると、特に直流電源を用いた場合にアークが弱くなり裏波ビードの形状が安定しない。一方、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計が２１％を超えると、特に交流電源を用いた場合にアークが強くなりすぎて裏波ビードおよび表ビードともに形状が不良となる。したがって、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計は９〜２１％とする。
Ｓｉ酸化物は、珪砂、珪酸カリウム、珪酸ナトリウム、カリ長石、珪灰石等から添加され、アークを強くして安定にするとともに生成したスラグをガラス状にしてスラグ剥離性を良好にする。Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計が９％未満であると、特に直流電源を用いた場合にアークが弱くなり裏波ビードの形状が安定しない。一方、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計が２１％を超えると、特に交流電源を用いた場合にアークが強くなりすぎて裏波ビードおよび表ビードともに形状が不良となる。したがって、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計は９〜２１％とする。
［Ｃａ酸化物のＣａＯ換算値の合計：０．５〜３．０％］
Ｃａ酸化物は、珪灰石、チタン酸カルシウム等から添加され、アークを安定にしてスパッタ発生の低減に有効である。Ｃａ酸化物のＣａＯ換算値の合計が０．５％未満であると、アークが不安定で安定した裏波ビードが得られない。また、スパッタ発生量が多くなる。一方、Ｃａ酸化物のＣａＯ換算値の合計が３．０％を超えると、特に直流電源を用いた場合にアークが弱くなって安定した裏波ビードが得られない。また、スラグ剥離性が不良となる。したがって、Ｃａ酸化物のＣａＯ換算値の合計は０．５〜３．０％とする。
Ｃａ酸化物は、珪灰石、チタン酸カルシウム等から添加され、アークを安定にしてスパッタ発生の低減に有効である。Ｃａ酸化物のＣａＯ換算値の合計が０．５％未満であると、アークが不安定で安定した裏波ビードが得られない。また、スパッタ発生量が多くなる。一方、Ｃａ酸化物のＣａＯ換算値の合計が３．０％を超えると、特に直流電源を用いた場合にアークが弱くなって安定した裏波ビードが得られない。また、スラグ剥離性が不良となる。したがって、Ｃａ酸化物のＣａＯ換算値の合計は０．５〜３．０％とする。
［金属ＳｉおよびＳｉ合金の１種または２種以上のＳｉ換算値の合計：２．５〜６．０％］
Ｓｉは、Ｆｅ−Ｓｉ、金属Ｓｉ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｎ等から添加され、溶接金属の脱酸を目的として添加されるが、溶接作業性確保のためにも必要である。金属ＳｉおよびＳｉ合金の１種または２種以上のＳｉ換算値の合計が２．５％未満では、脱酸不足で溶接金属中にブローホールが発生し易く、アークが不安定で表ビードおよび裏波ビードともに外観が不良となる。一方、金属ＳｉおよびＳｉ合金の１種または２種以上のＳｉ換算値の合計が６．０％を超えると、粒界に低融点酸化物を析出させ靱性が低下する。したがって、金属ＳｉおよびＳｉ合金の１種または２種以上のＳｉ換算値の合計は２．５〜６．０％とする。
Ｓｉは、Ｆｅ−Ｓｉ、金属Ｓｉ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｎ等から添加され、溶接金属の脱酸を目的として添加されるが、溶接作業性確保のためにも必要である。金属ＳｉおよびＳｉ合金の１種または２種以上のＳｉ換算値の合計が２．５％未満では、脱酸不足で溶接金属中にブローホールが発生し易く、アークが不安定で表ビードおよび裏波ビードともに外観が不良となる。一方、金属ＳｉおよびＳｉ合金の１種または２種以上のＳｉ換算値の合計が６．０％を超えると、粒界に低融点酸化物を析出させ靱性が低下する。したがって、金属ＳｉおよびＳｉ合金の１種または２種以上のＳｉ換算値の合計は２．５〜６．０％とする。
［金属ＭｎおよびＭｎ合金の１種または２種以上のＭｎ換算値の合計：３．０〜６．５％］
Ｍｎは、金属Ｍｎ、Ｆｅ−Ｍｎ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｎ等から添加され、Ｓｉと同じく、脱酸剤として添加する他、溶接金属の強度向上に有効である。金属ＭｎおよびＭｎ合金の１種または２種以上のＭｎ換算値の合計が３．０％未満では、溶接金属の強度が低下する。また、溶接金属の酸素量が多くなって靭性も低下する。一方、金属ＭｎおよびＭｎ合金の１種または２種以上のＭｎ換算値の合計が６．５％を超えると、溶接金属の強度が高くなり靭性が低下する。したがって、金属ＭｎおよびＭｎ合金の１種または２種以上のＭｎ換算値の合計は３．０〜６．５％とする。
Ｍｎは、金属Ｍｎ、Ｆｅ−Ｍｎ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｎ等から添加され、Ｓｉと同じく、脱酸剤として添加する他、溶接金属の強度向上に有効である。金属ＭｎおよびＭｎ合金の１種または２種以上のＭｎ換算値の合計が３．０％未満では、溶接金属の強度が低下する。また、溶接金属の酸素量が多くなって靭性も低下する。一方、金属ＭｎおよびＭｎ合金の１種または２種以上のＭｎ換算値の合計が６．５％を超えると、溶接金属の強度が高くなり靭性が低下する。したがって、金属ＭｎおよびＭｎ合金の１種または２種以上のＭｎ換算値の合計は３．０〜６．５％とする。
［Ｎａ化合物およびＫ化合物の１種または２種以上：Ｎａ2Ｏ換算値およびＫ2Ｏ換算値の合計で１．０〜３．５％］
Ｎａ化合物およびＫ化合物は、水ガラス中の珪酸ナトリウム、珪酸カリウム、カリ長石、カリガラス、ソーダ長石等から添加され、アークを安定にする効果を有する。Ｎａ化合物およびＫ化合物の１種または２種以上のＮａ2Ｏ換算値およびＫ2Ｏ換算値の合計が１．０未満では、アークが不安定で安定した裏波ビードが得られない。一方、Ｎａ化合物およびＫ化合物の１種または２種以上のＮａ2Ｏ換算値およびＫ2Ｏ換算値の合計が３．５％を超えると、特に交流電源を用いた場合にアークが強くなりすぎて表ビードおよび裏波ビードともにビード形状が不良になる。したがって、Ｎａ化合物およびＫ化合物の１種または２種以上のＮａ2Ｏ換算値およびＫ2Ｏ換算値の合計は１．０〜３．５％とする。
Ｎａ化合物およびＫ化合物は、水ガラス中の珪酸ナトリウム、珪酸カリウム、カリ長石、カリガラス、ソーダ長石等から添加され、アークを安定にする効果を有する。Ｎａ化合物およびＫ化合物の１種または２種以上のＮａ2Ｏ換算値およびＫ2Ｏ換算値の合計が１．０未満では、アークが不安定で安定した裏波ビードが得られない。一方、Ｎａ化合物およびＫ化合物の１種または２種以上のＮａ2Ｏ換算値およびＫ2Ｏ換算値の合計が３．５％を超えると、特に交流電源を用いた場合にアークが強くなりすぎて表ビードおよび裏波ビードともにビード形状が不良になる。したがって、Ｎａ化合物およびＫ化合物の１種または２種以上のＮａ2Ｏ換算値およびＫ2Ｏ換算値の合計は１．０〜３．５％とする。
［金属ＡｌおよびＡｌ合金または金属ＭｇおよびＭｇ合金の１種または２種以上：Ａｌ換算値およびＭｇ換算値の合計で０．５〜３．０％］
Ａｌは、金属Ａｌ、Ｆｅ−Ａｌ、Ａｌ−Ｍｇ等から添加され、Ｍｇは、金属Ｍｇ、Ａｌ−Ｍｇ等から添加され、これらは脱酸剤として作用し、溶接金属の酸素量を低減するとともに溶接金属の粘性を増加して特に立向や上向姿勢溶接時のビード形状を良好にする。金属ＡｌおよびＡｌ合金または金属ＭｇおよびＭｇ合金の１種または２種以上のＡｌ換算値およびＭｇ換算値の合計が０．５％未満であると、溶接金属の靭性向上効果や立向や上向姿勢溶接時のビード形状を良好にする効果が得られない。一方、金属ＡｌおよびＡｌ合金または金属ＭｇおよびＭｇ合金の１種または２種以上のＡｌ換算値およびＭｇ換算値の合計が３．０％を超えると、アークが不安定になり安定した表ビードおよび裏波ビードの形状が不良になる。また、スパッタ発生量が多くなる。
Ａｌは、金属Ａｌ、Ｆｅ−Ａｌ、Ａｌ−Ｍｇ等から添加され、Ｍｇは、金属Ｍｇ、Ａｌ−Ｍｇ等から添加され、これらは脱酸剤として作用し、溶接金属の酸素量を低減するとともに溶接金属の粘性を増加して特に立向や上向姿勢溶接時のビード形状を良好にする。金属ＡｌおよびＡｌ合金または金属ＭｇおよびＭｇ合金の１種または２種以上のＡｌ換算値およびＭｇ換算値の合計が０．５％未満であると、溶接金属の靭性向上効果や立向や上向姿勢溶接時のビード形状を良好にする効果が得られない。一方、金属ＡｌおよびＡｌ合金または金属ＭｇおよびＭｇ合金の１種または２種以上のＡｌ換算値およびＭｇ換算値の合計が３．０％を超えると、アークが不安定になり安定した表ビードおよび裏波ビードの形状が不良になる。また、スパッタ発生量が多くなる。
なお、前記被覆剤組成以外の被覆剤は、塗装剤としてマイカ、アルギン酸ソーダ等の１
種以上を合計で４％以下を含み、その他は鉄合金からのＦｅ分および不可避不純物である。また、被覆剤の軟鋼心線への被覆率（溶接棒全質量に対する被覆剤の質量％）は２５〜３８％とする。
種以上を合計で４％以下を含み、その他は鉄合金からのＦｅ分および不可避不純物である。また、被覆剤の軟鋼心線への被覆率（溶接棒全質量に対する被覆剤の質量％）は２５〜３８％とする。
本発明の効果を実施例により具体的に説明する。
ＪＩＳ Ｇ３５２３ ＳＷＹ１１に規定される外径３．２ｍｍ、長さ４００ｍｍの鋼心線に、表１に示す各種被覆剤を用いて、被覆率２８〜３２％で鋼心線に塗装して低水素系被覆アーク溶接棒を試作した。試作した低水素系被覆アーク溶接棒を用いて、ＪＩＳ Ｚ３１１８に準じて拡散性水素量を測定した。
ＪＩＳ Ｇ３５２３ ＳＷＹ１１に規定される外径３．２ｍｍ、長さ４００ｍｍの鋼心線に、表１に示す各種被覆剤を用いて、被覆率２８〜３２％で鋼心線に塗装して低水素系被覆アーク溶接棒を試作した。試作した低水素系被覆アーク溶接棒を用いて、ＪＩＳ Ｚ３１１８に準じて拡散性水素量を測定した。
また、板厚９ｍｍのＪＩＳ Ｇ３１０６ ＳＭ４９０Ａ鋼を開先角度４５°、ギャップ
２ｍｍ、ルートフェイス１．５ｍｍの開先形状とし、全姿勢溶接で溶接作業性が最も問題となる立向上進姿勢で、溶接電源を交流電源（以下、ＡＣという。）と直流電源（以下、ＤＣという。）を用い、溶接電流８５Ａで溶接長５００ｍｍを裏波溶接し、アークの安定性、裏波ビード形状、表ビード形状およびスラグ剥離性を調査した。次いでＪＩＳ Ｚ３１０６に準じてＸ線透過試験を実施して溶接欠陥の有無を調査した。
２ｍｍ、ルートフェイス１．５ｍｍの開先形状とし、全姿勢溶接で溶接作業性が最も問題となる立向上進姿勢で、溶接電源を交流電源（以下、ＡＣという。）と直流電源（以下、ＤＣという。）を用い、溶接電流８５Ａで溶接長５００ｍｍを裏波溶接し、アークの安定性、裏波ビード形状、表ビード形状およびスラグ剥離性を調査した。次いでＪＩＳ Ｚ３１０６に準じてＸ線透過試験を実施して溶接欠陥の有無を調査した。
さらに、板厚１６ｍｍのＪＩＳ Ｇ３１０６ ＳＭ４９０Ａ鋼を用いて、ＪＩＳ Ｚ３
１１１に準じてＡＣで溶着金属試験を行い、引張試験（Ａ２号）と衝撃試験片を採取して機械的性能を調査した。拡散性水素量は５ｍｌ／１００ｇ以下を良好とした。引張試験の引張強さは５２０〜６５０ＭＰａを良好、衝撃試験は試験温度−３０℃で繰り返し５本シャルピー衝撃試験を実施し、吸収エネルギーの平均値が１００Ｊ以上を良好とした。これらの結果を表２にまとめて示す。
１１１に準じてＡＣで溶着金属試験を行い、引張試験（Ａ２号）と衝撃試験片を採取して機械的性能を調査した。拡散性水素量は５ｍｌ／１００ｇ以下を良好とした。引張試験の引張強さは５２０〜６５０ＭＰａを良好、衝撃試験は試験温度−３０℃で繰り返し５本シャルピー衝撃試験を実施し、吸収エネルギーの平均値が１００Ｊ以上を良好とした。これらの結果を表２にまとめて示す。
本発明例である溶接棒Ｎｏ．１、Ｎｏ．２、Ｎｏ．４、Ｎｏ．５、Ｎｏ．７、Ｎｏ．９およびＮｏ．１０は、被覆剤の金属炭酸塩、金属弗化物、ＴｉＯ2換算値、ＳｉＯ2換算値、Ａｌ2Ｏ3換算値、ＣａＯ換算値、Ｓｉ換算値、Ｍｎ換算値およびＮａ2Ｏ換算値とＫ2Ｏ換算値の合計が適量であり、Ａｌ換算値とＭｇ換算値も適量であるので、拡散性水素量が低く、ＡＣおよびＤＣともにアークが安定して裏波ビード形状、表ビードの形状およびスラグ剥離性が良好で、ブローホール等の溶接欠陥もないなど極めて満足な結果であった。また、溶着金属の引張強さおよび吸収エネルギーも良好な値であった、
なお、溶接棒Ｎｏ．３、Ｎｏ．６およびＮｏ．８は、被覆剤にＡｌ換算値およびＭｇ換算値を含んでいないので、表ビードの形状がやや凸状となったが、他は全て良好であり実用上問題にならない結果であった。比較例中溶接棒Ｎｏ．１１は、金属炭酸塩の合計が少ないので、拡散性水素量が多く、ブローホールも発生した。また、Ｎａ2Ｏ換算値とＫ2Ｏ換算値の合計が多いので、ＡＣでアークが強くなりすぎてスパッタ発生量が多く、裏波ビードおよび表ビードともに形状が不良であった。
溶接棒Ｎｏ．１２は、金属炭酸塩の合計が多いので、ＤＣでアークが弱く裏波ビード形状が不良であった。また、Ｓｉ換算値が多いので、溶着金属の吸収エネルギーが低値であった。さらに、Ａｌ換算値とＭｇ換算値の合計が少ないので、表ビードがやや凸状となり、溶着金属の吸収エネルギー値の向上効果が得られなかった。溶接棒Ｎｏ．１３は、金属弗化物の合計が少ないので、拡散性水素量が多く、表ビードの形状が不良であった。また、ＴｉＯ2換算値が少ないので、アークが不安定で裏波ビード形状が不良であった。
溶接棒Ｎｏ．１４は、金属弗化物の合計が多いので、スラグ剥離性が不良であった。また、Ａｌ換算値とＭｇ換算値の合計が多いので、アークが不安定でスパッタ発生量が多く、裏波ビードおよび表ビードともに形状が不良であった。溶接棒Ｎｏ．１５は、ＴｉＯ2換算値が多いので、表ビードが凸状となった。また、Ｍｎ換算値が少ないので、溶着金属の引張強さおよび吸収エネルギーが低値であった。
溶接棒Ｎｏ．１６は、ＳｉＯ2換算値が少ないので、ＤＣでアークが弱く裏波ビードおよびスラグ剥離性が不良であった。また、Ｍｎ換算値が多いので、溶着金属の引張強さが高く吸収エネルギーが低値であった。溶接棒Ｎｏ．１７は、ＳｉＯ2換算値が多いので、ＡＣでアークが強く裏波ビードおよび表ビードともに形状が不良であった。溶接棒Ｎｏ．１８は、Ａｌ2Ｏ3換算値が少ないので、裏波ビード形状が不良であった。
溶接棒Ｎｏ．１９は、Ａｌ2Ｏ3換算値が多いので、表ビードが凸状となった。また、Ａｌ換算値とＭｇ換算値の合計が少ないので、表ビードの形状を整える効果は得られなかった。溶接棒Ｎｏ．２０は、ＣａＯ換算値が少ないので、アークが不安定でスパッタ発生量が多く、裏波ビード形状も不良であった。
溶接棒Ｎｏ．２１は、ＣａＯ換算値が多いので、ＤＣでアークが弱く裏波ビード形状が不良であった。溶接棒Ｎｏ．２２は、Ｓｉ換算値が少ないので、アークが不安定で裏波ビードおよび表ビードともに形状が不良であった。また、ブローホールも発生した。溶接棒Ｎｏ．２３は、Ｎａ2Ｏ換算値とＫ2Ｏ換算値の合計が少ないので、アークが不安定で裏波ビードの形状が不良であった。
特許出願人 日鐵住金溶接工業株式会社
代理人 弁理士 椎 名 彊 他１
特許出願人 日鐵住金溶接工業株式会社
代理人 弁理士 椎 名 彊 他１
Claims (2)
- 鋼心線に被覆剤が塗装されている低水素系被覆アーク溶接棒において、前記被覆剤は、被覆剤全質量に対する質量％で、
金属炭酸塩の１種または２種以上の合計：３８〜５２％、
金属弗化物の１種または２種以上の合計：６〜１４％、
Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値の合計：３〜９％、
Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計：９〜２１％、
Ａｌ酸化物のＡｌ2Ｏ3換算値の合計：０．５〜３．０％、
Ｃａ酸化物のＣａＯ換算値の合計：０．５〜３．０％、
金属ＳｉおよびＳｉ合金の１種または２種以上：Ｓｉ換算値の合計で２．５〜６．０％、金属ＭｎおよびＭｎ合金の１種または２種以上：Ｍｎ換算値の合計で３．０〜６．５％、Ｎａ化合物およびＫ化合物の１種または２種以上：Ｎａ2Ｏ換算値およびＫ2Ｏ換算値の合計で１．０〜３．５％を含有し、その他は塗装剤、鉄合金からのＦｅ分及び不可避不純物からなることを特徴とする低水素系被覆アーク溶接棒。 - 被覆剤全質量に対する質量％で、金属ＡｌおよびＡｌ合金または金属ＭｇおよびＭｇ合金の１種または２種以上：Ａｌ換算値およびＭｇ換算値の合計で０．５〜３．０％をさらに含有することを特徴とする請求項１に記載の低水素系被覆アーク溶接棒。
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-
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