JP2579860B2

JP2579860B2 - 裏波溶接用低水素系被覆アーク溶接棒

Info

Publication number: JP2579860B2
Application number: JP4022970A
Authority: JP
Inventors: 功長野; 正夫梅木; 豊高橋; 直明松谷
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1992-02-07
Filing date: 1992-02-07
Publication date: 1997-02-12
Anticipated expiration: 2012-02-12
Also published as: JPH05212586A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は低水素系被覆アーク溶接
棒に関し、特にパイプの溶接などにおける裏波ビードの
形状が良好でかつ安定して得られる被覆アーク溶接棒に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】金属炭酸塩、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ズ系被覆アーク溶接棒
に比べて耐割れ性が優れていることなどから、パイプラ
インなどの裏波溶接に多く用いられている。

【０００３】しかしながら近年、安全面、すなわち溶接
作業者の電撃防止のために、２次側無負荷電圧が従来の
ものより低電圧に制御された溶接機が増加しており、こ
のような溶接機を用いて従来溶接棒で裏波溶接を行うと
アーク切れが多く発生し、十分な裏波ビードが得られな
いという欠点を持っている。周知のごとく裏波用溶接棒
のアーク切れを改善する方法としては、アーク安定剤や
Ａｌ−Ｍｇ、ルチールなどを被覆剤中に添加することが
知られており、これ等の技術によってアーク切れをかな
り減少させることができるが、アーク力が弱過ぎて十分
な裏波ビートが形成されなかったり、アーク力を強める
と、いわゆるパイピングブローホールが発生するなどの
課題を残している。

【０００４】一方特開昭５６−１４８４９２号公報には
１％前後のＣｒを含む鋼材に対する裏波溶接棒が開示さ
れているが、同公報の表１の成分比に従って被覆剤成分
の配合を行い、試作溶接棒を作成してパイプの立向上進
溶接により調査したが、２次側低無負荷電圧の溶接機使
用ではアーク切れが発生し、期待した効果を得ることが
できなかった。

【０００５】また特開昭５５−９２２８９号公報には、
鋼管の現地溶接用低水素系溶接棒が開示されているが、
これ等の溶接棒は立向下進溶接により能率向上を計るこ
とを目的としているが、本発明者等の知見からは全姿勢
用被覆アーク溶接棒に比べ、溶接技量の依存性が高く、
裏波ビードを安定して得ることは困難であるところか
ら、広く実用化されていない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】以上述べたように金属
炭酸塩、金属弗化物を主成分とする従来の低水素系被覆
アーク溶接棒は、全姿勢溶接における裏波溶接が容易
で、機械的性質が優れている反面、溶接機の２次側無負
荷電圧が低電圧の場合においてアーク切れが多く発生
し、裏波ビードが断続的に凹形となったり、Ｘ線性能の
低下など健全な溶接ビードを得ることは困難な状況にあ
るため、溶接能率の向上をめざす業界では、これらの課
題を解決した低水素系被覆アーク溶接棒の開発を強く要
望している。

【０００７】本発明は、従来溶接棒の課題である溶接機
の２次側無負荷電圧が低電圧であってもアーク切れの発
生が極めて少なく、健全な裏波ビードを得て、溶接能率
を大幅に向上させた低水素系裏波被覆アーク溶接棒を提
供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】以上のような状況に鑑
み、本発明者等は裏波溶接用低水素系被覆アーク溶接棒
のアーク切れ防止と、健全な裏波ビードを得るための手
段として、カリ長石の粒径の面から鋭意研究を進めてき
た。その結果、被覆剤中に添加するカリ長石の粒径を選
定することにより、２次側無負荷電圧が低電圧の溶接機
を用いた溶接においてもアーク切れが極めて少なく、健
全な溶接ビードが得られることを見出し、本発明を成し
たものである。

【０００９】すなわち、本発明の要旨とするところは、
平均粒径を７５〜１２５μｍに制限したカリ長石を３．
５〜１１．５％含有し、金属炭酸塩４０〜５８％、金属
弗化物４〜１２％、残部がアーク安定剤、合金剤、脱酸
剤、スラグ生成剤、水ガラスおよび不可避的不純物から
成る被覆剤を鋼心線の周囲に塗布したことを特徴とする
裏波溶接用低水素系被覆アーク溶接棒にある。

【００１０】

【作用】以下に本発明を詳細に説明する。本発明溶接棒
の構成は次のような試験結果に基づくものである。すな
わち、被覆剤の配合において、カリ長石の平均粒径を４
３〜１５２μｍの間で種々に変化させて分割した。そし
て別に準備したルチール２．９％、珪砂５．８％、炭酸
石灰５０．１％、蛍石７．９％、マイカ１．３％、珪灰
石２．７％、Ｆｅ−Ｓｉ１３．９％、金属Ｍｎ２．７
％、Ａｌ−Ｍｇ１．５％、Ｆｅ−Ａｌ０．７％、アルギ
ン酸ソーダ０．５％に粒径を分割した前記のカリ長石を
１０．０％添加して乾式混合を行い、２モルの珪酸ソー
ダ４４ボーメ１と２モルの珪酸カリ４４ボーメ２の割合
いで調合した水ガラスを２０％添加して湿式混合を行っ
た後、Ｃ０．０７％、Ｓｉ０．０１％、Ｍｎ０．５６
％、Ｐ０．００６％、Ｓ０．００７％、Ｎ０．００１５
％、Ｏ０．００６１％からなる直径３．２ｍｍ、長さ４
００ｍｍの鋼心線に被覆外径が約５．１ｍｍになるよう
に通常の押し出し式塗装機を用いて塗装した後、最高温
度４００℃で乾燥を行って溶接棒を作成した。

【００１１】得られたそれぞれの試験溶接棒を用いて、
図１に示すパイプに２次側無負荷電圧が７０Ｖの交流溶
接機を用いて全姿勢溶接を行い、アーク切れを調査する
とともに裏波ビードの均一性を評価した。ここで図１の
１はパイプａは６ｍｍ、ｂは１５０ｍｍ、ｃは６０°で
ある。その結果、表１および図２に示すように、アーク
切れを防止し、均一な裏波ビードを得るには被覆剤中に
添加するカリ長石の粒径が大きく影響することを見出し
たものである。

【００１２】

【表１】

【００１３】カリ長石の平均粒径を７５〜１２５μｍに
制限した根拠は、表１および図２から明らかなようにア
ーク切れが極めて少なく、裏波ビードが連続して均一に
得られるためである。すなわち、カリ長石の平均粒径を
調整し、適正なものを使用することにより、被覆剤の溶
融状態がスムーズとなり、アーク電圧が調整されてアー
ク切れが減少し、健全な溶接ビードが得られるものと思
われる。

【００１４】平均粒径が７５μｍ未満ではカリ長石の平
均粒径が小さすぎるため、アーク電圧が上昇してアーク
切れが生じやすく、健全な裏波ビードが得られない。ま
た平均粒径が１２５μｍを超えるとアーク電圧が下降し
て、アーク切れは生じないが裏波ビードの出方が小さ
く、健全なビードを得ることができなくなる。さらに前
記カリ長石の平均粒径と被覆剤中添加量の関係を詳細に
調査するため、カリ長石の平均粒径が７５〜１２５μｍ
のものを使用し、添加量を変化させて数種類の配合被覆
剤を作製し、水ガラスを固着剤として塗装して最高温度
４００℃で乾燥を行った後、前記と同一の溶接試験を行
った結果、カリ長石の平均粒径が７５〜１２５μｍで配
合比率が３．５〜１１．５％の範囲内であれば、裏波ビ
ードが良好となることを確認することができた。

【００１５】すなわち、カリ長石の平均粒径が７５〜１
２５μｍのものを３．５％未満の添加ではスラグの流動
性が過大で適当なキーホールが形成されず、不均一な裏
波ビードとなる。またアークの安定性が悪く、アーク切
れも多く発生した。一方、１１．５％を超えて添加する
とスラグの流れが劣化し、表ビードが凸状で裏波ビード
も十分形成されなかった。

【００１６】以上のような理由により本発明におけるカ
リ長石の平均粒径および被覆剤中添加量の範囲を前記の
ように定めたものである。なお、上記の検討におけるカ
リ長石の平均粒径はＪＩＳＺ８８０１に準じて各粒
径間の重量比率を求めた後、次式を用いて算出した。平均粒径Ｄ（μｍ）＝（ｗ１×２１０＋ｗ２×１９４＋ｗ３×１６３＋ｗ４×１３７＋ｗ５×１１５＋ｗ６×９７＋ｗ７×７６＋ｗ８×５４＋ｗ９×２２）／１００但し各数字は測定ふるい間の平均粒径を示し、ｗ１〜ｗ
９は下記の意味を有する。

【００１７】ｗ１：２１０μｍ以上のｗｔ％ｗ２：２１０〜１７７μｍのｗｔ％ｗ３：１７７〜１４９μｍのｗｔ％ｗ４：１４９〜１２５μｍのｗｔ％ｗ５：１２５〜１０５μｍのｗｔ％ｗ６：１０５〜８８μｍのｗｔ％ｗ７：８８〜６３μｍのｗｔ％ｗ８：６３〜４４μｍのｗｔ％ｗ９：４４未満のｗｔ％また、前記の被覆剤組成として使用するカリ長石以外の
被覆剤としては、金属炭酸塩は炭酸石灰、炭酸バリウ
ム、炭酸マンガンなど、金属弗化物は蛍石、氷晶石、弗
化アルミニウムなど、アーク安定剤はイルミナイト、ル
チール、二酸化マンガン、ヘマタイト、珪砂、珪灰石、
マイカなど、スラグ生成剤はタルク、カオリン、マグネ
サイトなど、脱酸剤はアルミ・マグネシウム、フェロア
ルミニウムなど、合金剤はフェロマンガン、フェロシリ
コン、金属マンガン、ニッケル、フェロモリブデン、鉄
粉など、水ガラスは珪酸ソーダ、珪酸カリなどを用い
る。

【００１８】さらに鋼心線については、ＪＩＳＧ３
５２３の成分範囲のものを用いれば本発明の目的が達成
されることを実験により確かめている。

【００１９】

【実施例】表２（表２のつづき−１（表３）および表２
のつづき−２（表４）を含む）にはカリ長石の平均粒径
と他の被覆剤との組合せにより得られた各溶接棒のアー
ク切れ回数、裏波ビードの均一性、一般的溶接作業性お
よび総合評価を示す。溶接棒は心線径３．２ｍｍ、長さ
４００ｍｍで被覆外径は約５．１ｍｍであり、塗装後は
最高温度４００℃で約１時間乾燥した。

【００２０】溶接棒のアーク切れ、裏波ビードの均一性
および一般的溶接作業性は図１に示すパイプを用いて２
次側無負荷電圧が７０Ｖの交流溶接機を使用し、電流９
０Ａで全周溶接して評価した。なお、評価基準のアーク
切れについては使用した溶接棒５本についてアーク切れ
を調査し、１本当りの平均アーク切れ回数に換算した値
とし、裏波ビードの均一性はビードに凹凸がなく均一で
あるものを○印良好、不均一なものを×印不良とし、一
般的溶接作業性についてはスラグの流動性や表ビードの
形状など従来棒と遜色ないものを○印良好、従来棒より
劣るものを×印不良として評価した。

【００２１】本発明Ｅ−１〜Ｅ−７はアーク切れが全く
発生せず、裏波ビードも均一であり、一般的溶接作業性
も良好である。比較溶接棒ではＥ−８〜Ｅ−１０はカリ
長石の平均粒径が小さ過ぎるため、アーク電圧が上昇す
るとともにアーク切れが多く発生した。Ｅ−１１〜Ｅ−
１３はカリ長石の平均粒径が大き過ぎるためにアーク力
が弱くなり、裏波ビードの出方が悪い。

【００２２】Ｅ−１４、Ｅ−１５はカリ長石の平均粒径
が適正なものの適用例であるが、Ｅ−１４は添加量が不
足のためアークが不安定でアーク切れが発生し、Ｅ−１
５は添加量が多過ぎるためスラグの流動性が劣化した。
Ｅ−１６〜Ｅ−１９は主成分である金属炭酸塩や金属弗
化物の添加量が過剰または不足のため、一般的溶接作業
性が劣った。

【００２３】

【表２】

【００２４】

【表３】

【００２５】

【表４】

【００２６】

【発明の効果】以上のように本発明溶接棒によれば、従
来溶接棒の欠点であった２次側無負荷電圧が低電圧の溶
接機を用いても、アーク切れを防止でき、均一な裏波ビ
ードが得られ、一般的溶接作業性も良好であるので、溶
接能率を大幅に改善し、産業上寄与するところ大なるも
のである。

【図面の簡単な説明】

【図１】溶接棒のアーク切れ、裏波ビードの均一性およ
び一般的溶接作業性を調査するための要領図である。

【図２】溶接棒のアーク切れ状況を示す説明図である。

【符号の説明】

１パイプａ９ｍｍｂ１５０ｍｍｃ６０°

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者松谷直明千葉県富津市新富20−１新日本製鐵株式会社技術開発本部内 (56)参考文献特公昭58−47949（ＪＰ，Ｂ２)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】平均粒径を７５〜１２５μｍに制限した
カリ長石を３．５〜１１．５重量％（以下単に％で表わ
す）、金属炭酸塩４０〜５８％、金属弗化物４〜１２
％、残部アーク安定剤、合金剤、脱酸剤、スラグ生成
剤、水ガラスおよび不可避的不純物から成る被覆剤を鋼
心線の周囲に塗布したことを特徴とする裏波溶接用低水
素系被覆アーク溶接棒。