JP2667629B2 - サブマージアーク溶接用ボンドフラックス - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はサブマージアーク溶接用
ボンドフラックスに係り、特に２.５〜３.５％Ｎi鋼の
溶接や小入熱溶接が強いられる高張力鋼の溶接などに適
用して、良好な作業性と高靭性な溶接金属が得られるサ
ブマージアーク溶接用ボンドフラックスに関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】これま
で、２.５〜３.５％Ｎi鋼のサブマージアーク溶接に関
しては、幾つかの発明事例が提案されている。すなわ
ち、２.５〜３.５％Ｎi鋼では、特殊な方法、例えば、
高Ｎi系溶材或いは高塩基性フラックスを使用すること
によって溶接金属原質域のラス状ベイナイトを低減する
方法や、或いは特別なワイヤの狙い位置の管理等によっ
て靭性を維持しようとする方法(例えば、特開昭５２−
１１６７５２号)があるが、いずれも作業性面で難度の
高い技術を必要としている。

【０００３】また、低温用鋼や高張力鋼などのサブマー
ジアーク溶接では、靭性面から小入熱溶接条件による溶
接が望まれているが、この対策方法として、焼成型フラ
ックスに溶融型フラックスを含有させたフラックスが提
案されているが(特開昭６０−１９６２９０号)、靭性面
において未だ充分とは云えない。

【０００４】本発明は、上記従来技術の問題点を解決し
て、２.５〜３.５％Ｎi鋼や小入熱溶接を強いられる高
張力鋼などの溶接において、良好な作業性と高靭性な溶
接金属が得られるサブマージアーク溶接用ボンドフラッ
クスを提供することを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者は、前記課題を
解決すべく、低電流の溶接ができ、高靭性な溶接金属が
得られると共にアークの安定性及び作業性を改善し得る
方策について鋭意研究を重ねた結果、通常の共金系ソリ
ッドワイヤを使用して、容易な溶接施工が可能なサブマ
ージアーク溶接用ボンドフラックスを見出し、ここに本
発明をなしたものである。

【０００６】すなわち、本発明は、フラックス全体の主
成分として、ＳiＯ₂：２０〜３０％、ＭgＯ：１０〜１
７％、ＣaＯ：１５〜２５％、Ａl₂Ｏ₃：９〜１７％、Ｂ
aＯ：６〜１５％、金属炭酸塩(ＣＯ₂換算)：４〜９％、
ＣaＦ₂：２〜６％、Ｃa：０.２〜０.８％、Ｎa₂Ｏ及び
Ｋ₂Ｏの１種又は２種：４〜８％、を含み、(ＣaＯ＋Ｂa
Ｏ＋ＭgＯ)／(ＳiＯ₂)：１.５〜２.１を満たすボンドフ
ラックスにおいて、溶融型フラックス全体に対する重量
％で、ＳiＯ₂：２２〜３２％、ＣaＯ：２２〜３２％、
ＭgＯ：１６〜２２％、Ａl₂Ｏ₃：１６〜２２％、Ｃa
Ｆ₂：１〜７％、Ｎa₂Ｏ及びＫ₂Ｏの１種又は２種：１〜
５％、を含む溶融型フラックスを５０〜７３％含有して
いることを特徴とするサブマージアーク溶接用ボンドフ
ラックスを要旨としている。

【０００７】

【作用】以下に本発明を更に詳細に説明する。

【０００８】本発明は上述の組成を有するボンドフラッ
クスであるが、その基本的材料設計思想は以下のとおり
である。

【０００９】まず、靭性を向上させる手段は、（１）低
電流の溶接によって溶接金属全層を細粒化組織とするこ
と(図１)、（２）溶接金属の酸素量〔Ｏ〕を３００ppm
以下とすること(図２)、である。

【００１０】また、低電流の溶接を可能とする手段は、
主に、（ａ）塩基性溶融型フラックスを５０％以上含有
させて共融点を低減させること、（ｂ）Ｎa₂Ｏ及び／又
はＫ₂Ｏを４％以上含有させること(図３)、（ｃ）(Ｃa
Ｏ＋ＢaＯ＋ＭgＯ)／(ＳiＯ₂)の比を２.１以下とするこ
と(図４)、（ｄ）ＢaＯを６％以上含有させることによ
ってアークの安定性及び作業性を著しく改善したこと、
である。

【００１１】更に、低酸素化を達成する手段は、（ｅ）
(ＣaＯ＋ＢaＯ＋ＭgＯ)／(ＳiＯ₂)の比を１.５以上とす
ること(図４)、（ｆ）ＣaＦ₂を２％以上含有させること
(図５)、（ｇ）Ｃaを０.２％以上含有させること(図
６)、である。

【００１２】本発明によれば、共金系のソリッドワイヤ
を用い、特別な技術或いは施工管理を必要とせずに、健
全性及び靭性に優れた溶接部を容易に得ることが可能と
なる。溶接用途も２.５〜３.５％Ｎi鋼に限定されず、
小入熱溶接を強いられる、例えば７８０〜９８０Ｎ／mm
²級高張力鋼の溶接用としても最適である。

【００１３】次に本発明における成分組成の限定理由を
説明する。

【００１４】（１）ボンドフラックス全体の成分組成： ＳiＯ₂：２０〜３０％ ＳiＯ₂はビード形状を左右する重要成分で、２０％未満
ではビードの広がりが減少し凸ビードを形成する。また
３０％より多過ぎる場合には溶接金属中の〔Ｏ〕が増加
して靭性が低下する。

【００１５】ＭgＯ：１０〜１７％、ＣaＯ：１５〜２５
％ ＭgＯ及びＣaＯはいずれもほぼ同効成分で、ビード形状
を左右すると共に塩基度を調整するのに有効であり、そ
のためには、ＭgＯは１０％以上、ＣaＯは１５％以上が
必要である。しかし、それぞれ上限値を超えるとアーク
が不安定となり凸ビードを形成する。

【００１６】Ａl₂Ｏ₃：９〜１７％ Ａl₂Ｏ₃はビード外観の改善に有効な成分であるが、９
％未満ではビード波形が荒く、また１７％を超えると粘
性が過度となり、凸ビードを形成する。

【００１７】ＢaＯ：６〜１５％ ＢaＯはビード形状、アークの安定性を左右する重要な
成分であり、６％より少くないと凸ビードを形成し、ま
た１５％より多いと場合にはアークが不安定となる。Ｂ
aＯは主にＢaＣＯ₃の形で添加される。

【００１８】金属炭酸塩(ＣＯ₂換算)：４〜９％ ＣＯ₂成分は溶接金属の拡散性水素量の低減に有効であ
る。しかし、４％未満では水素量が高く、低Ｎi鋼溶接
用としては不適当であり、また９％よりも多いとポック
マークを生じ易くなる。ＣＯ₂成分は金属炭酸塩として
添加される。

【００１９】ＣaＦ₂：２〜６％ ＣaＦ₂は溶接金属中の〔Ｏ〕を減少させ、靭性の向上に
有効な成分であるが、６％を超えるとアークが不安定と
なり、欠陥を発生し易くなる。また２％未満では〔Ｏ〕
低減効果が認められない。

【００２０】Ｃa：０.２〜０.８％ Ｃaは溶接金属中の〔Ｏ〕を減少させ、靭性の向上に有
効な成分である。しかし、０.２％未満では〔Ｏ〕低減
効果が認められず、一方、０.８％より多すぎる場合に
は製造時に発熱反応を生じ、製造困難となる。Ｃaは、
例えば、レア・アースＣa−Ｓi等で添加される。

【００２１】Ｎa₂Ｏ及び／又はＫ₂Ｏ：４〜８％ Ｎa₂Ｏ及びＫ₂Ｏは低電流域でのアークの安定性に極め
て有効な成分であるが、４％未満ではアークが不安定と
なり欠陥が生じ易くなる。また８％よりも多すぎる場合
には粘性が減じ、ビード形状が劣化する。

【００２２】(ＣaＯ＋ＢaＯ＋ＭgＯ)／(ＳiＯ₂)：１.５
〜２.１ (ＣaＯ＋ＢaＯ＋ＭgＯ)／(ＳiＯ₂)の比は、低電流条件
の溶接でのアークの安定性及び作業性に影響を与え、ま
た低酸素化に影響を及ぼす要因の一である。この比が
２.１％を超えるとアークが不安定となり欠陥が生じ易
くなる。また１.５未満では低酸素化を達成できなくな
る。

【００２３】（２）溶融型フラックスの成分組成、添加
量：溶融型フラックスは、溶融型フラックス全体に対す
る重量％で、以下の成分を含有させる必要がある。

【００２４】ＣaＯ：２２〜３２％、ＭgＯ：１６〜２２
％ ＣaＯ及びＭgＯはいずれも塩基性成分で、それぞれ、下
限値未満ではボンドフラックス全体の塩基度を調整する
ことが困難となる。また、それぞれ上限値を超えると、
溶解時にガラス化が困難となり、結晶化してボンドフラ
ックスの原料として不適当である。

【００２５】ＳiＯ₂：２２〜３２％ ＳiＯ₂は酸性成分で、２２％未満では溶解時にガラス化
が困難となり、また３２％を超えるとボンドフラックス
全体の塩基度を調整することが困難となる。

【００２６】Ａl₂Ｏ₃：１６〜２２％ Ａl₂Ｏ₃は溶解性を調整する成分であるが、１６％未満
では速やかな溶解性が損なわれ、また２２％を超えると
融点が高くなり過ぎて不適当である。

【００２７】ＣaＦ₂：１〜７％ ＣaＦ₂も溶解性を調整する成分であるが、１％未満では
融点が高過ぎ、また７％を超えると溶解時に溶融スラグ
が飛散するようになって不適当である。

【００２８】Ｎa₂Ｏ及び／又はＫ₂Ｏ：１〜５％ Ｎa₂Ｏ及びＫ₂Ｏはいずれもボンドフラックスのアーク
の安定性を維持する同効成分であり、ボンドフラックス
全体で４％以上を水ガラスのみで補うことが困難なた
め、溶融型フラックスに１％以上を添加する必要があ
る。しかし、溶融型フラックスでの含有量が５％を超え
ると、溶融スラグが飛散するようになって不適当であ
る。

【００２９】溶融型フラックスの添加量：５０〜７３％ ボンドフラックス全体に対する溶融型フラックスの添加
量が５０％未満ではスラグの融点が高く、低電流域での
ビード形状が改善されない。また、７３％を超える添加
量では、ボンドフラックスの造粒性が損なわれ、ＣＯ₂
源である炭酸塩(ＣaＣＯ₃やＢaＣＯ₃)や、ＢaＯ源であ
るＢaＣＯ₃を多く含有させることも困難となる。

【００３０】次に本発明の実施例を示す。

【実施例】

【００３１】表１の化学成分の塩基性溶融型フラックス
を用い、これを表２に示すように所定量配合したボンド
フラックスを製造した。溶接試験では、表３の共金系ソ
リッドワイヤ(４mmφ)を用い、表４の条件で多層盛溶接
試験を実施した。溶接試験結果を表５に示す。

【００３２】表中のフラックス記号Ａ１〜Ａ４は本発明
例であり、いずれも良好な作業性、耐欠陥性と低温靭性
を示している。

【００３３】これらに対し、フラックス記号Ｂ１〜Ｂ６
は比較例であり、Ｂ１は、溶融型フラックスを含有しな
いため及びＮa₂ＯとＫ₂Ｏの合計量が４％未満のため、
アークの安定性が極めて悪く、スラグ巻き込みが発生し
た。Ｂ２は、(ＣaＯ＋ＢaＯ＋ＭgＯ)／(ＳiＯ₂)の比が
２.１を超えるため作業性が不良であった。Ｂ３は、(Ｃ
aＯ＋ＢaＯ＋ＭgＯ)／(ＳiＯ₂)の比が１.５％未満のた
め高靭性が得られなかった。Ｂ４はＮa₂ＯとＫ₂Ｏの合
計量が４％未満のために、Ｂ５ではＢaＯが１５％を超
えるために、Ｂ６ではＢaＯが６％未満のために、それ
ぞれ表５に示すように作業性が不良であった。

【００３４】

【表１】

【００３５】

【表２】

【００３６】

【表３】

【００３７】

【表４】

【００３８】

【表５】

【００３９】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
２.５〜３.５％Ｎi鋼や小入熱溶接が強いられる高張力
鋼など溶接において、良好な作業性と高靭性な溶接金属
が得られる効果は顕著である。

【図面の簡単な説明】

【図１】電流値と溶接部原質域の割合及び低温靭性(−
１００℃での吸収エネルギー)の関係を示す図である。

【図２】溶接金属の〔Ｏ〕と低温靭性(−１００℃での
吸収エネルギー)の関係を示す図である。

【図３】Ｎa₂Ｏ＋Ｋ₂Ｏとアーク短絡回数の関係を示す
図である。

【図４】(ＣaＯ＋ＢaＯ＋ＭgＯ)／(ＳiＯ₂)比と溶接金
属の〔Ｏ〕及びアーク短絡回数の関係を示す図である。

【図５】ＣaＦ₂と溶接金属の〔Ｏ〕の関係を示す図であ
る。

【図６】Ｃaと溶接金属の〔Ｏ〕の関係を示す図であ
る。

【図７】開先の形状寸法(mm)を示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−130793（ＪＰ，Ａ) 特公 平４−60752（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量％で(以下同じ)、フラックス全体の
   主成分として、 ＳiＯ₂：２０〜３０％、 ＭgＯ：１０〜１７％、 ＣaＯ：１５〜２５％、 Ａl₂Ｏ₃：９〜１７％、 ＢaＯ：６〜１５％、 金属炭酸塩(ＣＯ₂換算)：４〜９％、 ＣaＦ₂：２〜６％、 Ｃa：０.２〜０.８％、 Ｎa₂Ｏ及びＫ₂Ｏの１種又は２種：４〜８％、 を含み、 (ＣaＯ＋ＢaＯ＋ＭgＯ)／(ＳiＯ₂)：１.５〜２.１ を満たすボンドフラックスにおいて、溶融型フラックス
   全体に対する重量％で、 ＳiＯ₂：２２〜３２％、 ＣaＯ：２２〜３２％、 ＭgＯ：１６〜２２％、 Ａl₂Ｏ₃：１６〜２２％、 ＣaＦ₂：１〜７％、 Ｎa₂Ｏ及びＫ₂Ｏの１種又は２種：１〜５％、 を含む溶融型フラックスを５０〜７３％含有しているこ
   とを特徴とするサブマージアーク溶接用ボンドフラック
   ス。