JP2019005808A - Bond flux for submerged arc welding, and submerged arc welding method using the bond flux - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、厚鋼板のサブマージアーク溶接を行なう際に使用するボンドフラックスに関し、詳しくは、優れた品質を有する溶接金属が得られるボンドフラックス、およびそれを用いた厚鋼板のサブマージアーク溶接方法に関するものである。 The present invention relates to a bond flux used when performing a submerged arc welding of a thick steel plate, and more particularly to a bond flux capable of obtaining a weld metal having excellent quality and a method of submerged arc welding of a thick steel plate using the same. It is.
厚鋼板は溶接鋼管の素材として使用されるだけでなく、造船、建築、橋梁等の様々な用途で広く使用され、特に近年では厚鋼板の使用量を削減し、ひいては工期の短縮ならびに施工コストの低減を図る観点から、高強度厚鋼板を使用するための溶接技術が検討されている。 Thick steel plates are not only used as materials for welded steel pipes, but are also widely used in various applications such as shipbuilding, construction, bridges, etc. Especially in recent years, the use of thick steel plates has been reduced, resulting in shorter construction periods and lower construction costs. From the viewpoint of reduction, a welding technique for using a high-strength thick steel plate has been studied.
厚鋼板の溶接技術としてＭＩＧ溶接やサブマージアーク溶接等が従来から知られており、とりわけサブマージアーク溶接は、大電流を適用してワイヤ（すなわちソリッドワイヤ、フラックス入りワイヤ）の溶着速度を高めることによって、能率良く溶接できるという利点を有する。ところがサブマージアーク溶接を高強度厚鋼板（引張強さ500MPa以上、板厚25mm以上）に適用すると、溶接金属中の水素（いわゆる拡散性水素）に起因する低温割れが発生し易くなるという問題がある。 Conventionally, MIG welding, submerged arc welding, and the like are known as welding techniques for thick steel plates. In particular, submerged arc welding is performed by increasing the welding speed of a wire (ie, solid wire, flux-cored wire) by applying a large current. , It has the advantage that it can be welded efficiently. However, when submerged arc welding is applied to high-strength thick steel plates (tensile strength of 500 MPa or more, plate thickness of 25 mm or more), there is a problem that low-temperature cracking due to hydrogen (so-called diffusible hydrogen) in the weld metal is likely to occur. .
そして、サブマージアーク溶接を行なう際にソリッドワイヤと併用するフラックスは、溶融フラックス、ボンドフラックス、焼結フラックスに大別される。それらの中で、ボンドフラックスは大電流の溶接に適しており、高融点の原料に加えて合金成分や炭酸塩等を添加することによって溶接金属の化学組成を制御し、その結果、溶接金属の機械的性質を向上することが可能である。さらに、鉄粉を添加することによって溶着速度を一層高めることもできる。 And the flux used together with the solid wire when performing the submerged arc welding is roughly classified into a melt flux, a bond flux, and a sintered flux. Among them, bond flux is suitable for high current welding, and the chemical composition of the weld metal is controlled by adding alloy components, carbonates, etc. in addition to high melting point raw materials. It is possible to improve the mechanical properties. Furthermore, the welding speed can be further increased by adding iron powder.
しかし、ボンドフラックスは吸湿し易いので、サブマージアーク溶接にて、その水分から発生した水素が溶接金属に混入し、低温割れを引き起こすという問題がある。この問題に対して、ボンドフラックスの化学組成を最適化することによって、拡散性水素量を低減する技術（特許文献１参照）、あるいは、ボンドフラックスの粒子にコーティングを施すことによって吸湿性を抑制し、ひいては拡散性水素量を低減する技術（特許文献２参照）が検討されている。 However, since the bond flux easily absorbs moisture, there is a problem that hydrogen generated from the moisture is mixed into the weld metal in the submerged arc welding and causes low temperature cracking. In response to this problem, the chemical composition of the bond flux is optimized to reduce the amount of diffusible hydrogen (see Patent Document 1), or the bond flux particles are coated to suppress the hygroscopicity. Therefore, a technique for reducing the amount of diffusible hydrogen (see Patent Document 2) has been studied.
また、フラックス入りワイヤを用いてサブマージアーク溶接を行なう場合は、ワイヤの内部に内包されるフラックスに低融点のフッ素化合物を添加することによって、拡散性水素量を低減する技術（特許文献３参照）が検討されている。 In addition, when performing submerged arc welding using a flux-cored wire, a technique for reducing the amount of diffusible hydrogen by adding a low melting point fluorine compound to the flux contained in the wire (see Patent Document 3). Is being considered.
しかしながら、いずれの技術も、低温割れを十分に防止するには到っていない。つまり、実際に溶接作業が行なわれる環境は様々であるが、高温多湿（特に、温度30℃以上、相対湿度60％以上）の環境下で溶接作業を行なう場合は、ボンドフラックスが環境中に暴露されることによって短時間で多量に吸湿し、その結果、溶接金属の拡散性水素の低減を達成できない。 However, none of these techniques has been able to sufficiently prevent cold cracking. In other words, there are various environments where welding is actually performed, but when welding is performed in a high-temperature and high-humidity environment (particularly, a temperature of 30 ° C or higher and a relative humidity of 60% or higher), bond flux is exposed to the environment. As a result, a large amount of moisture is absorbed in a short time, and as a result, reduction of diffusible hydrogen in the weld metal cannot be achieved.
また、拡散性水素を低減するために、ガス発生成分を多く添加したボンドフラックスを使用すると、ビードの表面にアバタ状の窪み（いわゆるポックマーク）が発生し易いという問題がある。この問題に対して、ボンドフラックスの化学組成と粒度分布を調整することによって、ポックマークを低減し、ひいてはビードの外観を改善する技術（特許文献４参照）が検討されている。しかしこの技術では、ボンドフラックスにCaCO3を添加しており、ボンドフラックスの製造過程で800℃以上の高温で焼成すると、CaCO3が分解してしまう。したがって、高温で焼成したボンドフラックスを使用してサブマージアーク溶接を行なう場合に、溶接金属の拡散性水素を低減できず、その結果、ポックマークを低減する効果、ならびに、ビードの波打ち状の起伏（いわゆるリップル）を防止する効果が得られない。 Further, when bond flux containing a large amount of gas generating components is used in order to reduce diffusible hydrogen, there is a problem that an avatar-shaped depression (so-called pock mark) is likely to occur on the surface of the bead. In order to solve this problem, a technique for reducing the pock mark and thus improving the appearance of the bead by adjusting the chemical composition and particle size distribution of the bond flux (see Patent Document 4) has been studied. However, in this technique, CaCO 3 is added to the bond flux, and when it is baked at a high temperature of 800 ° C. or higher in the manufacturing process of the bond flux, CaCO 3 is decomposed. Therefore, when submerged arc welding is performed using a bond flux fired at a high temperature, the diffusible hydrogen of the weld metal cannot be reduced. As a result, the effect of reducing pock marks and the wavy undulations of beads ( The effect of preventing so-called ripples cannot be obtained.
本発明は、従来の技術の問題点を解消し、厚鋼板をサブマージアーク溶接で溶接する際に、ソリッドワイヤとともに用いるボンドフラックスを高温多湿の環境下に暴露しても、溶接金属の拡散性水素を低減することができ、ポックマークならびにリップルを抑制して美麗な外観を有するビードを得ることが可能であり、高強度厚鋼板のサブマージアーク溶接にも好適なボンドフラックス、およびそれを用いた厚鋼板のサブマージアーク溶接方法を提供することを目的とする。 The present invention eliminates the problems of the prior art, and even when a thick steel plate is welded by submerged arc welding, even if the bond flux used with the solid wire is exposed to a high-temperature and high-humidity environment, The bond flux suitable for submerged arc welding of high-strength thick steel plates and the thickness using the same can be obtained. It aims at providing the submerged arc welding method of a steel plate.
本発明者は、溶接金属の拡散性水素を低減するためにボンドフラックスに含有させるCaCO3の代替成分としてフッ素化合物に着目した。つまり、サブマージアーク溶接におけるアーク内でフッ素化合物から発生するフッ素が水素と結合してフッ素系ガスを発生させることによって、アーク内の水素の分圧を低下させ、ひいては、溶接金属の拡散性水素を低減できることを見出した。 The inventor paid attention to a fluorine compound as an alternative component of CaCO 3 to be contained in the bond flux in order to reduce diffusible hydrogen in the weld metal. In other words, the fluorine generated from the fluorine compound in the arc in submerged arc welding combines with hydrogen to generate a fluorine-based gas, thereby reducing the partial pressure of hydrogen in the arc, and thus the diffusible hydrogen of the weld metal. We found that it can be reduced.
そして、種々のフッ素化合物を含有するボンドフラックスを用いて、高強度を有する厚鋼板のサブマージアーク溶接を行ない、溶接金属の拡散性水素量およびビードの形状について調査した。その結果、融点の低いフッ素化合物（融点1000℃以下）をボンドフラックスに添加するとともに、ボンドフラックスの粒度分布を適正に調整することによって、ボンドフラックスを高温多湿（温度30℃以上、相対湿度60％以上）の環境下に暴露しても、溶接金属の拡散性水素量を低減し、ポックマークならびにリップルを抑制して良好な外観のビードが得られることを見出した。しかも、CaCO3を含有しないので、800℃以上の高温で焼成したボンドフラックスを用いてサブマージアーク溶接を行なっても、溶接金属の拡散性水素量を低減する効果、ビードのポックマークならびにリップルを抑制する効果は十分に維持される。加えて、特にボンドフラックスの散布形態を適正に制御することによって、高速大電流の条件で多電極サブマージアーク溶接を行なっても、美麗なビード外観が得られることを見出した。 Then, submerged arc welding of thick steel plates having high strength was performed using bond fluxes containing various fluorine compounds, and the amount of diffusible hydrogen in the weld metal and the shape of the beads were investigated. As a result, by adding a fluorine compound with a low melting point (melting point 1000 ° C or lower) to the bond flux and adjusting the particle size distribution of the bond flux appropriately, the bond flux is heated and humid (temperature 30 ° C or higher, relative humidity 60%). It was found that a bead with a good appearance can be obtained by reducing the amount of diffusible hydrogen in the weld metal and suppressing pock marks and ripples even when exposed to the above environment. Moreover, since it does not contain CaCO 3 , the effect of reducing the amount of diffusible hydrogen in the weld metal, bead pock marks, and ripples are suppressed even when submerged arc welding is performed using bond flux fired at a high temperature of 800 ° C or higher. The effect to do is fully maintained. In addition, it has been found that a beautiful bead appearance can be obtained even when performing multi-electrode submerged arc welding under the condition of high-speed and high-current by appropriately controlling the dispersion mode of bond flux.
本発明は、このような知見に基づいてなされたものである。
すなわち本発明は、厚鋼板のサブマージアーク溶接で用いるボンドフラックスであって、SiO2：５〜25質量％、MnO：３〜25質量％、MgO：３〜40質量％、CaO：８質量％以下、Al2O3：５〜30質量％、CaF2：５〜30質量％、および、融点が1000℃以下のフッ素化合物：３〜10質量％を含有し、残部が不可避的不純物からなるとともに、メッシュで表わされる粒度が48メッシュ以上10メッシュ以下である粒子の占める割合が70質量％以上のボンドフラックスである。
The present invention has been made based on such knowledge.
That is, the present invention is a bonded flux used in submerged arc welding thick steel plates,
本発明のボンドフラックスにおいては、融点が1000℃以下のフッ素化合物として、NaF、KF、LiF、SbF3、Na3AlF6、K2SiF6、K2TiF6、Na2TiF6、K2ZrF6、KBF4、NaBF4の中から選ばれる１種または２種以上を合計３〜10質量％を含有することが好ましい。 In the bond flux of the present invention, NaF, KF, LiF, SbF 3 , Na 3 AlF 6 , K 2 SiF 6 , K 2 TiF 6 , Na 2 TiF 6 , K 2 ZrF are used as fluorine compounds having a melting point of 1000 ° C. or less. It is preferable to contain a total of 3 to 10% by mass of one or more selected from 6 , KBF 4 and NaBF 4 .
また本発明は、上記のボンドフラックスを使用し、電極の個数を２電極以上かつ溶接速度を500mm／min以上とするとともに、電極のうちの少なくとも１電極の溶接電流を500Ａ以上とし、ボンドフラックスの平均散布高さｈ（mm）と散布幅ｗ（mm）が各々下記(1)式と(2)式を満たすようにボンドフラックスを散布してサブマージアーク溶接を行なう厚鋼板のサブマージアーク溶接方法である。
（Ｑ＋18）／ｄ0.3≦ｈ≦（２×Ｑ＋50）／ｄ0.3 ・・・(1)
ｗ≧２×Ｑ＋30 ・・・(2)
ここで Ｑ：溶接入熱（kJ／mm）
ｄ：フラックス嵩密度（ｇ／cm3）
Further, the present invention uses the above-described bond flux, sets the number of electrodes to 2 or more electrodes, sets the welding speed to 500 mm / min or more, sets the welding current of at least one of the electrodes to 500 A or more, This is a submerged arc welding method for thick steel plates that performs submerged arc welding by spreading bond flux so that the average spreading height h (mm) and spreading width w (mm) satisfy the following formulas (1) and (2). is there.
(Q + 18) / d 0.3 ≦ h ≦ (2 × Q + 50) / d 0.3 (1)
w ≧ 2 × Q + 30 (2)
Where Q: Weld heat input (kJ / mm)
d: Flux bulk density (g / cm 3 )
本発明のボンドフラックスを用いて、高強度厚鋼板をサブマージアーク溶接で溶接すれば、溶接金属の拡散性水素を低減することができ、ポックマークならびにリップルを抑制して美麗な外観を有するビードを得ることができる。しかも、製造過程にて高温で焼成したボンドフラックス、あるいは、製造した後に高温多湿の環境下に暴露したボンドフラックスであっても、その効果は十分に維持される。特に、高速大電流の条件で多電極サブマージアーク溶接を行なっても、美麗なビード外観を得ることが可能となる。 If the high strength thick steel plate is welded by submerged arc welding using the bond flux of the present invention, the diffusible hydrogen of the weld metal can be reduced, and a bead having a beautiful appearance by suppressing pock marks and ripples. Can be obtained. Moreover, even if the bond flux is fired at a high temperature in the manufacturing process, or the bond flux is exposed to a high temperature and high humidity environment after manufacturing, the effect is sufficiently maintained. In particular, a beautiful bead appearance can be obtained even when multi-electrode submerged arc welding is performed under conditions of high speed and high current.
溶接金属の拡散性水素は、溶接する鋼板に付着した水分、ワイヤの送給性を確保するための潤滑剤に起因するワイヤからの水分、あるいは使用するフラックスに混入した水分、さらに大気中の水分等の影響を著しく受ける。鋼板に付着した水分は、溶接を施工する前に鋼板を予熱することによって除去できるが、大気中の水分を除去するのは容易ではない。また、フラックスに混入した水分は、溶接を施工する前に、そのフラックスを乾燥することによって除去できる。 The diffusible hydrogen of the weld metal is the moisture adhering to the steel sheet to be welded, the moisture from the wire caused by the lubricant to ensure the wire feedability, the moisture mixed in the flux used, and the moisture in the atmosphere. It is significantly affected by the above. The moisture adhering to the steel plate can be removed by preheating the steel plate before welding, but it is not easy to remove the moisture in the atmosphere. In addition, moisture mixed in the flux can be removed by drying the flux before welding is performed.
ところが、高強度を有する厚鋼板のサブマージアーク溶接で使用するボンドフラックスは、大気中の水分を吸湿し易いので、溶接を施工する前に乾燥させることは可能であっても、溶接の施工に先立つ各種のセッティング作業の間も乾燥状態を保つことは難しい。 However, the bond flux used in submerged arc welding of thick steel plates with high strength easily absorbs moisture in the atmosphere, so it can be dried before welding, but prior to welding construction. It is difficult to keep dry during various setting operations.
そこで本発明は、ボンドフラックスに低融点のフッ素化合物を添加して、溶接のアーク熱によってフッ素化合物からフッ素を解離させ、そのフッ素と水分（すなわち水素）を結合してフッ素系ガスを発生させることによって、アーク内の水素の分圧を低下させ、ひいては、溶接金属の拡散性水素を低減する。 Therefore, the present invention adds a low melting point fluorine compound to the bond flux, dissociates fluorine from the fluorine compound by welding arc heat, and combines the fluorine and moisture (that is, hydrogen) to generate a fluorine-based gas. Reduces the partial pressure of hydrogen in the arc, and consequently reduces the diffusible hydrogen of the weld metal.
さらに、ボンドフラックスの粒度分布を適正に調整することによって、良好な外観のビードを得ることが可能となる。
加えて、特にボンドフラックスの散布形態を適正に制御することによって、高速大電流の条件で多電極サブマージアーク溶接を行なっても、美麗なビード外観を得ることができる。
Furthermore, it is possible to obtain a bead having a good appearance by appropriately adjusting the particle size distribution of the bond flux.
In addition, a beautiful bead appearance can be obtained even when performing multi-electrode submerged arc welding under the condition of high-speed and high-current, by appropriately controlling the bonding flux distribution form.
以下に、本発明のボンドフラックスの化学組成、粒度分布および散布形態について説明する。
SiO2：５〜25質量％
SiO2は、サブマージアーク溶接で発生するスラグの粘性を調整し、大電流で溶接を行なう際に良好な外観のビードを得るために重要な成分である。SiO2の含有量が少なすぎると、スラグの粘性が低くなり、スラグが剥離し難くなるので、ビードの余盛高さが大きくなる。一方、SiO2の含有量が多すぎると、溶接金属に混入する酸素が増加して、溶接金属の機械的性質が劣化する。したがって、SiO2は５〜25質量％とする。
Below, the chemical composition of the bond flux of this invention, a particle size distribution, and a dispersion | distribution form are demonstrated.
SiO 2 : 5 to 25% by mass
SiO 2 is an important component for adjusting the viscosity of slag generated in submerged arc welding and obtaining a bead having a good appearance when welding is performed with a large current. If the SiO 2 content is too small, the viscosity of the slag becomes low and the slag becomes difficult to peel off, so that the surplus height of the bead increases. On the other hand, if the content of SiO 2 is too large, oxygen mixed in the weld metal increases and the mechanical properties of the weld metal deteriorate. Thus, SiO 2 is 5 to 25 mass%.
MnO：３〜25質量％
MnOは、サブマージアーク溶接で発生するスラグの粘性を上昇させ、サブマージアーク溶接の作業性を改善するために重要な成分である。MnOの含有量が少なすぎると、スラグの粘性が低くなるので、ビードの直進性が劣化し、アンダーカットが発生し易くなる。一方、MnOの含有量が多すぎると、スラグが剥離し難くなる。したがって、MnOは３〜25質量％とする。
MnO: 3 to 25% by mass
MnO is an important component for increasing the viscosity of slag generated by submerged arc welding and improving the workability of submerged arc welding. If the MnO content is too small, the viscosity of the slag will be low, so that the straightness of the bead will deteriorate and undercut will easily occur. On the other hand, when there is too much content of MnO, it will become difficult to peel off slag. Therefore, MnO is 3 to 25% by mass.
MgO：３〜40質量％
MgOは、サブマージアーク溶接で発生するスラグの融点や粘性を調整し、スラグに良好な剥離性を付与するために重要な成分である。また、スラグの塩基度を高めて、溶接金属の酸素量を低減する効果も有する。MgOの含有量が少なすぎると、スラグの剥離性を改善する効果、および塩基度を高める効果が得られない。一方、MgOの含有量が多すぎると、スラグの融点が過剰に上昇し、ビードの外観が劣化（すなわち粗いリップルが発生）する。したがって、MgOは３〜40質量％とする。
MgO: 3-40% by mass
MgO is an important component for adjusting the melting point and viscosity of slag generated by submerged arc welding and imparting good peelability to slag. It also has the effect of increasing the basicity of the slag and reducing the oxygen content of the weld metal. When there is too little content of MgO, the effect which improves the peelability of slag and the effect which raises basicity are not acquired. On the other hand, when the content of MgO is too large, the melting point of the slag is excessively increased and the appearance of the bead is deteriorated (that is, rough ripple is generated). Therefore, MgO shall be 3-40 mass%.
CaO：８質量％以下
CaOは、サブマージアーク溶接で発生するスラグの塩基度を高めて、溶接金属の酸素量を低減するために重要な成分である。また、スラグの流動性を改善する効果も有する。CaOの含有量が多すぎると、スラグの流動性が低下するので、ビードの形状が劣化する。したがって、CaOは８質量％以下とする。ただし、CaOの含有量が少なすぎると、塩基度を高める効果、および流動性を改善する効果が発揮され難いので、CaOは１〜８質量％が好ましい。
CaO: 8 mass% or less
CaO is an important component for increasing the basicity of slag generated in submerged arc welding and reducing the oxygen content of the weld metal. It also has the effect of improving the fluidity of the slag. If the content of CaO is too large, the fluidity of the slag is lowered, so that the bead shape is deteriorated. Therefore, CaO is 8 mass% or less. However, if the content of CaO is too small, the effect of increasing the basicity and the effect of improving the fluidity are difficult to be exhibited. Therefore, CaO is preferably 1 to 8% by mass.
Al2O3：５〜30質量％
Al2O3は、サブマージアーク溶接で発生するスラグの融点や流動性を調整するとともに、アークの安定性を向上するために重要な成分である。Al2O3の含有量が少なすぎると、スラグが流動し難くなって、ビードの外観が劣化する。一方、Al2O3の含有量が多すぎると、溶接金属の酸素量が増加するので、溶接金属の靭性が劣化する。したがって、Al2O3は５〜30質量％とする。
Al 2 O 3 : 5 to 30% by mass
Al 2 O 3 is an important component for adjusting the melting point and fluidity of slag generated by submerged arc welding and improving the stability of the arc. If the content of Al 2 O 3 is too small, the slag becomes difficult to flow and the appearance of the bead deteriorates. On the other hand, if the content of Al 2 O 3 is too large, the oxygen content of the weld metal increases, so the toughness of the weld metal deteriorates. Accordingly, Al 2 O 3 is 5 to 30 mass%.
CaF2：５〜30質量％
CaF2は、サブマージアーク溶接で発生するスラグの塩基度を高めて、溶接金属の酸素量を低減するために重要な成分である。CaF2の含有量が少なすぎると、その効果が得られない。一方、CaF2の含有量が多すぎると、スラグが流動し易くなって、ビードの直進性が劣化する。したがって、CaF2は５〜30質量％とする。
なおCaF2は、高い融点（約1400℃）を有するフッ素化合物であるから、後述する低融点のフッ素化合物とは異なるものである。
CaF 2 : 5 to 30% by mass
CaF 2 is an important component for increasing the basicity of slag generated in submerged arc welding and reducing the oxygen content of the weld metal. If the CaF 2 content is too small, the effect cannot be obtained. On the other hand, if the content of CaF 2 is too large, the slag tends to flow and the straightness of the beads deteriorates. Therefore, CaF 2 is 5 to 30 mass%.
Since CaF 2 is a fluorine compound having a high melting point (about 1400 ° C.), it is different from a low melting point fluorine compound described later.
低融点のフッ素化合物：３〜10質量％
低融点（すなわち融点1000℃以下）のフッ素化合物は、拡散性水素を低減するために重要な成分である。すなわち、ボンドフラックスに低融点のフッ素化合物を添加して、溶接のアーク熱によってフッ素化合物からフッ素を解離させ、そのフッ素と水分（すなわち水素）を結合してフッ素系ガスを発生させることによって、アーク内の水素の分圧を低下させ、ひいては、溶接金属中の拡散性水素を低減する。低融点のフッ素化合物の含有量が少なすぎると、拡散性水素を低減する効果が得られない。一方、低融点のフッ素化合物の含有量が多すぎると、フッ化水素の発生量が増加するので、溶接金属にポックマークが発生し易くなる。したがって、低融点のフッ素化合物は３〜10質量％とする。
Low melting point fluorine compound: 3-10% by mass
A fluorine compound having a low melting point (that is, a melting point of 1000 ° C. or lower) is an important component for reducing diffusible hydrogen. That is, a low melting point fluorine compound is added to the bond flux, fluorine is dissociated from the fluorine compound by welding arc heat, and the fluorine and moisture (that is, hydrogen) are combined to generate a fluorine-based gas. The partial pressure of hydrogen in the inside is lowered, and consequently diffusible hydrogen in the weld metal is reduced. If the content of the low melting point fluorine compound is too small, the effect of reducing diffusible hydrogen cannot be obtained. On the other hand, if the content of the fluorine compound having a low melting point is too large, the amount of hydrogen fluoride generated increases, so that a pock mark is likely to be generated on the weld metal. Therefore, the low melting point fluorine compound is 3 to 10% by mass.
低融点のフッ素化合物を具体的に挙げると、NaF、KF、LiF、SbF3、Na3AlF6、K2SiF6、K2TiF6、Na2TiF6、K2ZrF6、KBF4、NaBF4等であり、これらの中から選ばれる１種または２種以上を使用することが好ましい。低融点のフッ素化合物を１種のみ使用する場合は、ボンドフラックスに３〜10質量％添加する。低融点のフッ素化合物を２種以上併用する場合は、ボンドフラックスに合計３〜10質量％添加する。 Specific examples of low melting point fluorine compounds are NaF, KF, LiF, SbF 3 , Na 3 AlF 6 , K 2 SiF 6 , K 2 TiF 6 , Na 2 TiF 6 , K 2 ZrF 6 , KBF 4 , NaBF 4 or the like, and it is preferable to use one or more selected from these. When only one low melting point fluorine compound is used, 3 to 10% by mass is added to the bond flux. When two or more low melting point fluorine compounds are used in combination, a total of 3 to 10% by mass is added to the bond flux.
粒度48メッシュ以上10メッシュ以下の粒子：70質量％以上
ボンドフラックスの粒度は、溶接の作業性に多大な影響を及ぼす。すなわち、粒度が細かすぎると、フッ素系ガスの排出（いわゆるガス抜け）が困難になるので、溶接金属にポックマークが発生し易くなる。一方、粒度が粗すぎると、溶接部のシールド性が劣化し、粗いリップルが発生し易くなる。したがって、メッシュで表わされる粒度は48メッシュ以上10メッシュ以下である粒子の占める割合が、ボンドフラックスの全質量に対して70質量％以上とする。
Particles with a particle size of 48 mesh or more and 10 mesh or less: 70% by mass or more The bond flux particle size greatly affects the workability of welding. That is, if the particle size is too fine, it becomes difficult to discharge the fluorine-based gas (so-called outgassing), so that a pock mark is likely to occur in the weld metal. On the other hand, when the particle size is too coarse, the shielding property of the welded portion is deteriorated, and rough ripples are easily generated. Accordingly, the proportion of particles having a particle size represented by a mesh of 48 mesh or more and 10 mesh or less is 70% by mass or more based on the total mass of the bond flux.
以上に説明した化学組成と粒度分布を有する本発明のボンドフラックスを用いてサブマージアーク溶接を行なう際には、溶接条件や開先形状を限定する必要はない。
ただし、本発明のボンドフラックスは、ソリッドワイヤを用いてサブマージアーク溶接を行なう際に、散布して使用することが好ましい。こうすることによって、必要量を満たす低融点のフッ素化合物を供給できる。
これに対して、フラックス入りワイヤの内部に内装されるフラックスの体積は少量であるから、必要量を満たす低融点のフッ素化合物を含有させることは困難である。つまり、本発明のボンドフラックスを内包するフラックス入りワイヤを使用しても、拡散性水素の低減、ならびに、ポックマークやリップルの抑制を十分に達成することは難しい。
When performing submerged arc welding using the bond flux of the present invention having the chemical composition and particle size distribution described above, it is not necessary to limit the welding conditions and groove shape.
However, the bond flux of the present invention is preferably dispersed and used when performing submerged arc welding using a solid wire. By doing so, a low melting point fluorine compound that satisfies the required amount can be supplied.
On the other hand, since the volume of the flux contained inside the flux-cored wire is small, it is difficult to contain a low melting point fluorine compound that satisfies the required amount. That is, even if the flux-cored wire containing the bond flux of the present invention is used, it is difficult to sufficiently achieve reduction of diffusible hydrogen and suppression of pock marks and ripples.
そして、ボンドフラックスの平均散布高さｈ（mm）と散布幅ｗ（mm）が、各々(1)(2)式を満たすように、ボンドフラックスを散布してサブマージアーク溶接を行なう。なお、Ｑは溶接入熱（kJ／mm）、ｄはボンドフラックスの嵩密度（ｇ／cm3）（以下、フラックス嵩密度という）である。
（Ｑ＋18）／ｄ0.3≦ｈ≦（２×Ｑ＋50）／ｄ0.3 ・・・(1)
ｗ≧２×Ｑ＋30 ・・・(2)
ボンドフラックスは、溶融フラックスと比較して粗粒でフラックス嵩密度が低い。そのため、高速大電流の多電極サブマージアーク溶接（図１、２参照）を行なう際に、散布高さｈが低すぎると、コンタクトチップ５、ワイヤ６で構成される電極のワイヤ突き出し部間でアークの吹き上げが発生し、コンタクトチップ５の溶損やビードの直進性の劣化が起き易くなる。加えて、シールド性の劣化によって溶接金属内の酸素量も増加する。一方、ボンドフラックス２の散布高さｈが高すぎると、溶接時のガス抜けが悪くなるので、ポックマークが発生し易くなり、しかも、余盛高さも過大になり易い。
Submerged arc welding is performed by spraying the bond flux so that the average spread height h (mm) and spread width w (mm) of the bond flux satisfy the expressions (1) and (2), respectively. Q is the welding heat input (kJ / mm) and d is the bulk density (g / cm 3 ) of the bond flux (hereinafter referred to as the flux bulk density).
(Q + 18) / d 0.3 ≦ h ≦ (2 × Q + 50) / d 0.3 (1)
w ≧ 2 × Q + 30 (2)
The bond flux is coarser and has a lower flux bulk density than the molten flux. Therefore, when performing high-speed, high-current, multi-electrode submerged arc welding (see FIGS. 1 and 2), if the scattering height h is too low, an arc is generated between the wire protrusions of the electrode composed of the
また、ボンドフラックス２の散布幅ｗがビード幅に対して狭すぎると、ビード止端部の直進性が悪くなる。
Moreover, when the spreading | diffusion width | variety w of the
以上のことから、電極数を２電極以上とし、かつ溶接速度を500mm／min以上とするとともに、電極のうちの少なくとも１電極に溶接電流として500Ａ以上を供給してサブマージアーク溶接を行なう。その際、既に説明した通り、本発明のボンドフラックスの散布高さｈ（mm）と散布幅ｗ（mm）が(1)式と(2)式を満たすようにボンドフラックスを散布する必要がある。 From the above, the number of electrodes is set to 2 or more, the welding speed is set to 500 mm / min or more, and at least one of the electrodes is supplied with a welding current of 500 A or more to perform submerged arc welding. At that time, as already explained, it is necessary to spray the bond flux so that the bond flux distribution height h (mm) and the distribution width w (mm) of the present invention satisfy the expressions (1) and (2). .
ボンドフラックス２の散布幅ｗについて、(2)式では上限の規定はない。一般的に、散布されたボンドフラックス２は溶接時に溶融してスラグになる分を除いて回収され、循環利用される。その結果、ボンドフラックス２の粉化が進み、しかも大気に暴露されることによって吸湿するという問題が生じるので、ボンドフラックス２を過剰に散布するのは避けることが好ましい。具体的には、散布幅ｗを150mm以下とすることが好ましい。
Regarding the spreading width w of the
散布幅ｗを適正範囲に制御しながらサブマージアーク溶接を行なうためには、フラックス固定枠３を使用することが好ましい。
In order to perform submerged arc welding while controlling the spreading width w within an appropriate range, it is preferable to use the
ボンドフラックス２を散布する手段は、特に限定せず、従来から知られている機器を使用する。たとえば、サブマージアーク溶接を開始する前に所定の位置に予め散布しておく、あるいはサブマージアーク溶接を行ないながらボンドフラックス２をフラックスホッパー等から散布することによって、円滑にサブマージアーク溶接を行なうことができる。
The means for spraying the
＜実施例１＞
表１に示す組成を有する高強度厚鋼板と、表２に示す組成を有するワイヤとを用いて、ＪＩＳ規格Z3118に従ってサブマージアーク溶接を行なった。なお、使用したワイヤはソリッドワイヤである。
<Example 1>
Submerged arc welding was performed according to JIS standard Z3118 using a high-strength thick steel plate having the composition shown in Table 1 and a wire having the composition shown in Table 2. In addition, the used wire is a solid wire.
ボンドフラックスは、高温多湿の環境下における溶接を模擬するために、事前に恒温恒湿槽を用いて温度40℃、相対湿度80％の環境に10分間静置して吸湿させた後に、遅滞なく溶接に使用した。そのボンドフラックスの組成と粒度分布は表３に示す通りである。なお、ボンドフラックスの粒度は、ＪＩＳ規格Z8801に従って公称目開きに対応するメッシュで表記する。なお、低融点（1000℃以下）のフッ素化合物として、K2ZrF6を使用した。 In order to simulate welding in a hot and humid environment, the bond flux is allowed to stand for 10 minutes in a constant temperature and humidity chamber in advance at a temperature of 40 ° C and a relative humidity of 80%. Used for welding. The composition and particle size distribution of the bond flux are as shown in Table 3. The particle size of the bond flux is represented by a mesh corresponding to the nominal opening according to JIS standard Z8801. As the fluorine compound of low melting point (1000 ° C. or less), were used K 2 ZrF 6.
こうしてサブマージアーク溶接を行なった後、スラグの剥離性、ビードの外観、余盛高さ、溶接金属の拡散性水素と酸素の量を調査した。その結果を表４に示す。スラグの剥離性は、溶接の後にスラグが自然に剥離したものを可とし、剥離しなかったものを不可として示す。ビードの外観は、ポックマークが発生したもの、ビードの直進性が劣り蛇行したもの、アンダーカットが発生したもの、リップルが粗いものを不可とし、いずれも発生せずに美麗な外観を有するものを可として示す。 After performing the submerged arc welding in this way, the slag peelability, the appearance of the bead, the surfacing height, the amount of diffusible hydrogen and oxygen in the weld metal were investigated. The results are shown in Table 4. The slag peelability indicates that the slag is naturally peeled after welding, and indicates that the slag is not peeled. The appearance of the bead should not have a pock mark, a bead with inferior straightness, meandering, undercut, or a rough ripple. Shown as acceptable.
また、評価の〇は、余盛高さ2.5mm以下、拡散性水素５ml／100g以下、酸素350質量ppm以下のものを可として、全ての調査項目が可であったものを指す。評価の×は、一つ以上の調査項目が不可であったものを指す。なお、拡散性水素量の測定はＪＩＳ規格Z3118に従って行なった。 In addition, ◯ of evaluation indicates that all survey items were acceptable, with a surplus height of 2.5 mm or less, diffusible hydrogen of 5 ml / 100 g or less, and oxygen of 350 mass ppm or less. An evaluation x indicates that one or more survey items were not possible. The amount of diffusible hydrogen was measured according to JIS standard Z3118.
発明例であるNo.１〜11は、ボンドフラックスの組成および粒度分布が本発明の範囲を満たすので、評価は〇であった。 Inventive examples Nos. 1 to 11 were evaluated as ◯ because the composition and particle size distribution of the bond flux satisfied the scope of the present invention.
比較例であるNo.12は、ボンドフラックスのSiO2の含有量が５質量％未満であるから、スラグが剥離せず、また、余盛高さが大きくなった。No.13は、SiO2の含有量が25質量％を超えるので、多量の酸素が溶接金属に混入した。 No. 12, which is a comparative example, had a SiO 2 content of the bond flux of less than 5% by mass, so that the slag did not peel off and the surplus height increased. In No. 13, since the content of SiO 2 exceeded 25 mass%, a large amount of oxygen was mixed in the weld metal.
No.14は、ボンドフラックスのMnOの含有量が３質量％未満であるから、ビードの直進性が劣化し、蛇行およびアンダーカットが発生した。No.15は、MnOの含有量が25質量％を超えるので、スラグが剥離しなかった。 In No. 14, since the MnO content of the bond flux was less than 3% by mass, the straightness of the beads deteriorated, and meandering and undercutting occurred. In No. 15, since the MnO content exceeded 25 mass%, the slag did not peel off.
No.16は、ボンドフラックスのMgOの含有量が３質量％未満であるから、スラグが剥離しなかった。No.17は、MgOの含有量が40質量％を超えるので、ビードのリップルが粗くなった。 In No. 16, since the MgO content of the bond flux was less than 3% by mass, the slag did not peel off. In No. 17, since the MgO content exceeded 40% by mass, the bead ripple became rough.
No.18は、ボンドフラックスのCaOの含有量が８質量％を超えるので、ビードの直進性が劣化して、蛇行が発生した。余盛高さも大きくなった。 In No. 18, since the CaO content of the bond flux exceeded 8% by mass, the straightness of the beads deteriorated and meandering occurred. The surplus height has also increased.
No.19は、ボンドフラックスのAl2O3の含有量が５質量％未満であるから、ビードの外観が劣化した。No.20は、Al2O3の含有量が30質量％を超えるので、多量の酸素が溶接金属に混入した。 In No. 19, since the content of Al 2 O 3 in the bond flux was less than 5% by mass, the appearance of the bead deteriorated. In No. 20, since the content of Al 2 O 3 exceeds 30% by mass, a large amount of oxygen was mixed in the weld metal.
No.21は、ボンドフラックスのCaF2の含有量が30質量％を超えるので、ビードの直進性が劣化して、蛇行が発生した。No.22は、CaF2の含有量が５質量％未満であるから、多量の酸素が溶接金属に混入した。 In No. 21, since the CaF 2 content of the bond flux exceeded 30% by mass, the straightness of the beads deteriorated and meandering occurred. In No. 22, the content of CaF 2 was less than 5% by mass, so a large amount of oxygen was mixed in the weld metal.
No.23は、ボンドフラックスの低融点フッ素化合物の含有量が３質量％未満であるから、拡散性水素が増加した。No.24は、低融点フッ素化合物の含有量が10質量％を超えるので、ポックマークが発生した。 In No. 23, diffusible hydrogen increased because the content of the low melting point fluorine compound in the bond flux was less than 3% by mass. In No. 24, since the content of the low melting point fluorine compound exceeded 10% by mass, a pock mark was generated.
No.25は、粒度48メッシュ以上10メッシュ以下の粒子の占める割合が、ボンドフラックスの全質量に対して70質量％未満であり、48メッシュ未満の粒子が多いので、ポックマークが発生した。No.26は、粒度48メッシュ以上10メッシュ以下の粒子の占める割合が、ボンドフラックスの全質量に対して70質量％未満であり、10メッシュを超える粒子が多いので、リップルが粗くなった。 In No. 25, the proportion of particles having a particle size of 48 mesh or more and 10 mesh or less was less than 70% by mass with respect to the total mass of the bond flux, and there were many particles less than 48 mesh, so a pock mark was generated. In No. 26, the proportion of particles having a particle size of 48 mesh or more and 10 mesh or less was less than 70% by mass with respect to the total mass of the bond flux, and there were many particles exceeding 10 mesh, so the ripple became rough.
＜実施例２＞
表１に示す組成を有する板厚25.4mmの高強度厚鋼板と、表２に示す組成を有する直径4.0mmのワイヤとを用いて多電極サブマージアーク溶接を行なった（図１、２参照）。ボンドフラックスは、表３に示すNo.1、No.8、No.9を使用し、散布形態を表８に示すように種々変化させて溶接を行なった。開先形状は表５、溶接条件は表６、電極配置は表７に示す通りである。なお、表６では、溶接方向の先頭に配置（図２参照）される電極を第１電極とし、その後方に配置される電極を順に第２〜４電極とする。表７では、第１電極〜第４電極をそれぞれ＃１〜＃４と記し、＃１と＃２の間の距離（以下、極間距離という）を＃１２、＃２と＃３の極間距離を＃２３、＃３と＃４の極間距離を＃３４と記す。また表７の電極角度は、厚鋼板１表面に垂直な直線とワイヤ６の中心軸とのなす角度を意味しており、コンタクトチップ５がワイヤ６先端よりも後方に配置（図２参照）されるように傾斜した電極角度を＋（プラス）、コンタクトチップ５がワイヤ６先端よりも前方に配置（図示せず）されるような電極角度を−（マイナス）とする。ただし表７では、電極角度が＋となるデータについて＋を省略して開示する。
<Example 2>
Multi-electrode submerged arc welding was performed using a high-strength thick steel plate with a thickness of 25.4 mm having the composition shown in Table 1 and a wire with a diameter of 4.0 mm having the composition shown in Table 2 (see FIGS. 1 and 2). As the bond flux, No. 1, No. 8, and No. 9 shown in Table 3 were used, and welding was performed by changing the dispersion form as shown in Table 8. The groove shape is shown in Table 5, the welding conditions are shown in Table 6, and the electrode arrangement is shown in Table 7. In Table 6, the electrode disposed at the beginning of the welding direction (see FIG. 2) is referred to as a first electrode, and the electrodes disposed behind the electrode are referred to as second to fourth electrodes in order. In Table 7, the first to fourth electrodes are denoted as # 1 to # 4, respectively, and the distance between # 1 and # 2 (hereinafter referred to as the distance between the electrodes) is the distance between # 12 and # 2 and # 3. The distance between # 23 and # 3 and # 4 is denoted as # 34. The electrode angle in Table 7 means an angle formed by a straight line perpendicular to the surface of the
こうしてサブマージアーク溶接を行なった後、スラグの剥離性、ビード幅の変動、ビードの外観、余盛高さ、溶接金属の酸素量を調査した。その結果を表９に示す。 After performing submerged arc welding in this way, the slag peelability, bead width fluctuation, bead appearance, surplus height, and oxygen content of the weld metal were investigated. The results are shown in Table 9.
スラグの剥離性は、サブマージアーク溶接の後でスラグが自然に剥離したものを可とし、剥離しなかったものを不可とした。ビード幅の変動は、溶接長1200mmの中央600mmのビード幅を10mm間隔で測定し、その標準偏差を算出した。ビード外観は、ポックマークが発生したもの、アンダーカットが発生したもの、リップルが粗いものを不可とし、それらが発生せず美麗な外観を有するものを可とした。余盛高さは、溶接長1200mmの中央600mmの範囲における鋼板表層から溶接ビードの最高点までの高さの最大値とした。溶接金属の酸素量は、溶接長1200mmの中央600mmの範囲から溶接金属の化学分析用サンプルを採取し、不活性ガス融解−赤外線吸収法で測定した。 The slag peelability was acceptable when the slag naturally separated after the submerged arc welding, and unacceptable. The fluctuation of the bead width was measured by measuring the bead width of the center 600 mm with a weld length of 1200 mm at 10 mm intervals, and calculating the standard deviation. As for the bead appearance, those with pock marks, undercuts, and rough ripples were not allowed, and those with a beautiful appearance without them were allowed. The extra height was defined as the maximum value of the height from the steel sheet surface layer to the highest point of the weld bead in the range of the center 600 mm of the weld length of 1200 mm. The amount of oxygen in the weld metal was measured by an inert gas melting-infrared absorption method by collecting a sample for chemical analysis of the weld metal from a central 600 mm range with a weld length of 1200 mm.
そして、スラグ剥離性が可、ビード幅の変動が0.7mm以下、ビード外観が可、余盛高さが2.5mm以下、酸素量が350質量ppm以下という制約を全て満たすものを良（〇）と評価し、それ以外のものを不良（×）と評価した。 And slag peelability is acceptable, bead width fluctuation is 0.7mm or less, bead appearance is acceptable, surplus height is 2.5mm or less, oxygen amount is 350 mass ppm or less. Evaluation was made, and the others were evaluated as defective (x).
表９から明らかなように、発明例であるNo.27〜40は、本発明のボンドフラックスを使用し、かつ散布高さと散布幅が(1)、(2)式を満たしており、〇と評価された。 As is apparent from Table 9, Nos. 27 to 40, which are invention examples, use the bond flux of the present invention, and the spray height and spread width satisfy the formulas (1) and (2). It was evaluated.
一方、比較例であるNo.41、44は、散布幅が狭く、(2)式を満足しないので、ビード幅の変動が大きくなった。No.42、45は、散布高さが低く、(1)式を満足しないので、ビード幅の変動が大きくなり、しかも溶接金属の酸素量が高くなった。No.43、46は、散布高さが高く、(1)式を満足しないので、ポックマークが発生し、しかも余盛高さが高くなった。 On the other hand, No. 41 and 44, which are comparative examples, have a narrow dispersion width and do not satisfy the expression (2), so that the fluctuation of the bead width is large. Nos. 42 and 45 had low spraying height and did not satisfy the formula (1), so the fluctuation of the bead width increased and the oxygen content of the weld metal increased. No. 43 and No. 46 had high spraying height and did not satisfy the formula (1), so a pock mark was generated, and the height of surplus was high.
１ 厚鋼板
２ ボンドフラックス
３ フラックス固定枠
４ ノズル
５ コンタクトチップ
６ ワイヤ
DESCRIPTION OF
Claims (3)
（Ｑ＋18）／ｄ0.3≦ｈ≦（２×Ｑ＋50）／ｄ0.3 ・・・(1)
ｗ≧２×Ｑ＋30 ・・・(2)
ここで Ｑ：溶接入熱（kJ／mm）
ｄ：フラックス嵩密度（ｇ／cm3）
The bond flux according to claim 1 or 2, wherein the number of electrodes is 2 or more, the welding speed is 500 mm / min or more, the welding current of at least one of the electrodes is 500 A or more, Submerged arc welding is performed by spraying the bond flux so that the average spread height h (mm) and spread width w (mm) of the bond flux satisfy the following formulas (1) and (2), respectively. Submerged arc welding method for thick steel plates.
(Q + 18) / d 0.3 ≦ h ≦ (2 × Q + 50) / d 0.3 (1)
w ≧ 2 × Q + 30 (2)
Where Q: Weld heat input (kJ / mm)
d: Flux bulk density (g / cm 3 )
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