JP2577714B2

JP2577714B2 - 含Ｃｒ被覆アーク溶接棒

Info

Publication number: JP2577714B2
Application number: JP63074574A
Authority: JP
Inventors: 弘之小池; 聰之三宅; 達夫榎本
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1988-03-30
Filing date: 1988-03-30
Publication date: 1997-02-05
Anticipated expiration: 2012-02-05
Also published as: JPH01249297A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は含Cr被覆アーク溶接棒に係るものであり、詳
しくはステンレス鋼や高Ni合金の溶接において可溶性Cr
の溶接ヒューム発生が抑制された被覆アーク溶接棒に関
わる。

従来の技術本発明は含Cr被覆アーク溶接棒の改良に係るものであ
る。含Cr被覆アーク溶接棒にはステンレス鋼系および高
ニッケル合金系の溶接棒などがあるが、使用対象となっ
ているステンレス鋼および高ニッケル合金は耐食性、耐
酸化性、耐熱性および低温靭性などに優れており、これ
ら合金同志の接合、低温靭性に優れた５〜９％Niの極低
温用のフェライト系低合金鋼の溶接、あるいはステンレ
ス鋼および高ニッケル合金と低合金フェライト鋼との異
材接合など、その適用の対象となっている合金の種類が
多い。

他方、産業別には石油化学、繊維、原子力、化工機お
よび低温貯槽の各分野で広く採用されており、今後も含
Cr被覆アーク溶接棒の需要が拡大するものと予想されて
いる。

上述のように含Cr被覆アーク溶接棒は各産業分野でそ
の優れた特質を生かして数多く使用されているが、溶接
中にヒュームを発生するものであり、ヒューム中には有
害性があるとされている水に可溶性のCrが数％含まれて
いることが確認されている。

現在、作業環境改善の立場から、環境中のヒューム量
を規制することが望まれ、例えばWES9004においてはヒ
ューム量の規制として5mg/m³以下となっている。

最近、含Cr被覆アーク溶接棒から発生するヒューム中
には前述したごとく、有害性があるとされている水に可
溶性のCrが数％含まれていることを考慮して、国内外に
おいて作業環境中のヒューム量の規制の再検討がなされ
ており、1mg/m³以下の規制値が提案されている。

作業環境改善方法としては、その環境を許容濃度以下
に管理することが重要であり、一般的にはまず換気を良
くすることであって、局部排気、外気の導入、防じんマ
スクの着用などが行なわれ成果を上げているが、含Cr被
覆アーク溶接棒から発生するヒューム中の特に有害成分
とされている水に可溶性のCrを減少させることが最も重
要であると考えられる。

発明が解決しようとする課題本発明は以上のような問題点を解決すべくなされたも
のであって、その目的とするところは、ステンレス鋼お
よび高ニッケル合金等の溶接において、溶接材料の面か
ら作業環境の改善を可能とし、しかもその溶接継手部の
性能や溶接作業性も良好な含Cr被覆アーク溶接棒の提供
にある。

課題を解決するための手段そこで本発明者らは含Cr被覆アーク溶接棒が発生する
ヒューム中の可溶性Cr量を減少させるべく種々な角度か
ら研究した結果、主に心線へ被覆剤を固着させるために
使用する水ガラス中のK₂O＋Na₂O量を１％以下に制限す
る方法（特開昭52−114447）とは異なる方法を見出し
た。

即ち、溶接時に心線や被覆剤中のCrの酸化がヒューム
中のCr量に影響をおよぼすため、その酸化を抑制させ、
また固着剤、塗装性およびアークの安定性などを目的と
して使用する水ガラス、マイカおよびチタン酸カリなど
に含まれるNa₂O、K₂O量とともにNa₂O/（Na₂O＋K₂O）の
重量比を適正範囲にすることにより、ヒューム中の可溶
性Cr量を減少させるという全く新しい知見が得られた。

本発明は以上のような知見によってなされたものであ
り、その要旨とするところは、心線中に10〜27％のCrを
含有し、心線または被覆剤中にSi、AlおよびTiの１種ま
たは２種以上の合計が心線重量比で１〜５％含有し、被
覆剤中のNaとＫ成分をその酸化物である（Na₂O、K₂O）
に換算して（Na₂O＋K₂O）が１％を超える３％以下、さ
らにNa₂O/（Na₂O＋K₂O）の比は0.5〜1.0で、かつ必要に
応じて添加するCrが10％以下であることを特徴とする含
Cr被覆アーク溶接棒にある。

なおここで言う心線重量比とは次式の関係で示される
ものを指し、かつ同式中の被覆剤配合比とは被覆剤全重
量に耐する添加原料の配合比を意味し、さらに被覆率と
は溶接棒全重量中で被覆剤重量の占める割合を意味す
る。

以下に本発明を作用と共に詳細に説明する。

作用まず、本発明溶接棒と母材との組み合せによって得ら
れる溶接金属の耐食性、耐摩耗性、機械的性質等の諸性
能を確保するために必要な合金剤としてのCrは、溶接時
の酸化消耗を極力抑える事により、溶接ヒューム中の可
溶接Crを抑制出来る。その添加方法は、大部分を心線中
からとし、被覆剤中からは微量な成分調整程度にとどめ
る事が望ましい。

しかし、心線中から大部分のCrを添加した場合におい
ても、その添加量が10％を超えた場合は、さらに本発明
におけるその他の方法を用いて、溶接ヒューム中の可溶
性Cr量を抑制する必要があるため、本発明溶接棒の心線
中のCr量は下限値を10％とし、上限値は現在実用化され
ている含Cr被覆アーク溶接棒の製造可能な範囲内である
27％とした。

必要に応じて被覆剤における合金剤としてのCrは、心
線に添加する場合よりも酸化しやすいため、添加しない
方が良く、その大部分を心線中から添加するものの、微
量な成分調整を必要とする場合は、被覆剤からの添加で
対応する方が容易である。従って、被覆中にCr添加の必
要な場合、その量はヒューム中の可溶性Cr量におよぼす
影響が小さく、しかも微量成分調整が可能な範囲である
0.1〜10％に制限する。

本発明の特徴の一つは、溶接時におけるCrの酸化を抑
制することにあり、Si、AlおよびTiの脱酸剤元素の添加
が最も重要となる。これら脱酸剤元素は心線または被覆
剤中に心線重量比で１％以上添加することによりヒュー
ム中のCr量が減少する。その添加量は多いほど効果的で
あるが、５％を超えると溶接金属中にこれら脱酸剤元素
が過剰に入り、溶接金属の耐われ性を劣化させたり、ス
ラグの流動性等の溶接作業性が劣化する。従って１〜５
％に制限する。

また本発明の他の特徴の一つに溶接時に発生するヒュ
ーム量を減少させ、かつ、（ヒューム中の水に可溶性の
Cr量／ヒューム中の全Cr量）の比を減少させることにあ
り、被覆剤中のNa、Ｋ成分が少ないほどヒューム発生量
が少なくなる。しかし、Na、Ｋ成分がその酸化物（Na₂O
＋K₂O）に換算して１％以下になると被覆剤の固着性が
劣化し、溶接棒としての実用化が困難となる。また被覆
剤中のNa₂O/（Na₂O＋K₂O）の比を0.5％以上にするとヒ
ューム中のの比が著しく減少する。従って、被覆剤中のNa、Ｋ成分
をその酸化物（Na₂O、K₂O）に換算して（Na₂O＋K₂O）が
１％を超える３％以下にし、かつNa₂O/（Na₂O＋K₂O）比
を0.5〜１に制限する。

その他、本発明溶接棒の合金成分として機械的性質、
耐食性、耐熱性および耐摩耗性等を目的とする諸特性に
応じて、心線または被覆剤の一方または両方に心線重量
比で0.5％以下のＣ、10％以下のMn、15％以下のMo、５
％以下のNb、2.5％以下のCu、80％以下Ni等を適宜選択
して１種以上含有することができる。

また、スラグ形成剤として被包性、流動状態、はくり
性を良好にするためやアークの安定性、スパッタの減
少、ビード形状の改善等の良好な溶接作業性を確保する
目的に応じて、CaCO₃、MgCO₃等の炭酸塩やTiO₂、ZrO₂、
SiO₂、Al₂O₃、CaO、MgO、MnO、FeO、Fe₂O₃、Bi₂O₃等の
金属酸化物、CaF₂、MgF₂、AlF₃等の金属弗化物等を含有
することができる。

以上のように本発明による含Cr被覆アーク溶接棒は大
部分のCr量を心線中に添加し、脱酸剤としてAl、Si、Ti
の適量添加により、溶接中のCrの酸化を著しく抑制する
ことと、被覆剤中のNa、Ｋ成分の量およびその構成割合
を規制することとの相乗効果によりヒューム中に含まれ
る水に可溶性のCr量が著しく減少する。

ここで溶接棒の製造法について言及すると、たとえば
含Cr心線および被覆剤粉末を準備し、被覆剤粉末を水ガ
ラス（硅酸カリ水溶液、硅酸ソーダ水溶液）のバインダ
ーで混和してから、心線へ被覆し、200〜450℃で約１時
間以上の乾燥、焼成をする。

以下に本発明の実施例について述べる。

実施例第１表に供試心線の化学成分を示す。また第２表に供
試心線と被覆剤の組合せによる被覆アーク溶接棒の組成
を示す。また第３表には使用した母材の化学成分を示
す。

第４表に第２表の被覆アーク溶接棒と第３表の母材を
用いて行た溶接ヒューム中のCr量と可溶性Cr量の分析試
験結果と溶接作業性試験結果と被覆剤の固着性試験結果
を示す。

なお、溶接ヒュームの分析は、JIS Z 3930（被覆アー
ク溶接棒の全ヒューム量測定法）に準拠してろ紙に溶接
ヒュームを捕集した後、その溶接ヒュームを溶液発光分
光分析法で行った。

溶接ヒュームの採取と溶接作業性調査における溶接条
件は、棒径4.0mmφの溶接棒を用い、溶接電流140A（A
C）、アーク電圧22〜26V、溶接速度25cm/minで平板上に
下向姿勢でビードを置いた。

次に、被覆剤の固着性は、溶接中に心線から被覆剤が
剥離して脱落しやすく溶接に支障があったものを「不
良」と判定し、このような現象が全く認められなかった
ものを「良好」と判定した。

第２表と第４表の被覆アーク溶接棒記号No1〜７は比
較例であり、No8〜22は本発明である。

第４表の結果から明らかなように、 No1の溶接棒は心線中のCr量が10％未満であるため、
溶接ヒューム中の可溶性Cr量は充分低く、本発明の特別
な制約である心線中あるいは被覆剤中からSi、Al、Tiを
添加する方法等の必要がない。

No2の溶接棒は10％を超えるCr量の心線を使用し、し
かも被覆中のCr量が10％を超えるため溶接ヒューム中の
可溶性Crは過多である。

No3の溶接棒は心線と被覆剤中のSi、Al、Tiの合計添
加量が１％未満のため、溶接ヒューム中の可溶性Cr量は
充分抑制出来ない。

No4の溶接棒は心線と被覆剤中のSi、Al、Tiの合計添
加量が５％を超えているため、スラグの流動状態やビー
ド外観等の溶接作業性が悪い。

No5の溶接棒は被覆剤中のNa、Ｋ成分を（Na₂O、K₂O）
に換算してその和が１％以下のため被覆剤の固着性が悪
い。

No6の溶接棒は被覆剤中のNa、Ｋ成分を（Na₂O、K₂O）
に換算してその和が３％を超えるため溶接ヒューム中の
可溶性Cr量が多い。

No7の溶接棒は被覆剤中のNa、Ｋ成分を（Na₂O、K₂O）
に換算して、Na₂O/（Na₂O＋K₂O）の比が0.5未満である
ため、溶接ヒューム中の可溶性Cr量が多い。

これに対して本発明に係るNo8〜22の溶接棒は、いず
れも溶接ヒューム中の可溶性Cr量が少なく、溶接作業性
と被覆剤の固着性が良好であった。

発明の効果以上に説明した通り、本発明における含Cr被覆アーク
溶接棒は、心線及び被覆剤から添加する合金剤としての
Crが溶接中の酸化により、ヒューム化するのを抑制する
ため被覆剤中からの添加を制限しながら、その大部分を
心線中から添加させ、しかもSi、Al、Tiを適量添加する
方法と同時に、NaとＫ成分の添加量やその添加比率を適
量範囲にする方法を併用する事によりこれらの相乗効果
から、溶接ヒューム中の可溶性Cr量が少なく、溶接作業
性や被覆剤の固着性も良好であり、ステンレス鋼ヤ高Ni
合金鋼等の溶接において作業環境の改善が出来る。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】心線中に10〜27％（重量％、以下同じ）の
Crを含有し、さらに心線または被覆剤中にSi、Al及びTi
の１種または２種以上の合計が心線重量比で１〜５％
で、しかも被覆剤中のNaとＫ成分をその酸化物のNa₂Oと
K₂Oに換算して（Na₂O＋K₂O）が１％を超える３％以下、
さらにNa₂O/（Na₂O＋K₂O）の比が0.5〜1.0であることを
特徴とする含Cr被覆アーク溶接棒。
【請求項２】被覆剤中のCrが0.1〜10％である請求項
（１）に記載の含Cr被覆アーク溶鋼棒。