JP3051251B2 - 低水素系被覆アーク溶接棒 - Google Patents

低水素系被覆アーク溶接棒

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JP3051251B2 JP4065386A JP6538692A JP3051251B2 JP 3051251 B2 JP3051251 B2 JP 3051251B2 JP 4065386 A JP4065386 A JP 4065386A JP 6538692 A JP6538692 A JP 6538692A JP 3051251 B2 JP3051251 B2 JP 3051251B2
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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、水平すみ肉姿勢による重力式1パス溶
接で、大脚長が得られかつ等脚性が良好な被覆アーク溶
接棒に関するものである。
【0002】
【従来の技術】マグネサイト−硅砂−蛍石を主成分とす
る490N/mm2 高張力鋼用低水素系被覆アーク溶接棒
(以下単に溶接棒という)は、炭酸石灰−蛍石を主成分
とする低水素系溶接棒に比べ、ビード形状が平滑でかつ
アンダカットの発生が極めて少ないことから、船体構造
用鋼材の水平すみ肉姿勢による重力式1パス溶接に多く
用いられている。
【0003】しかしながら近年、船舶が大型化されるに
従い使用される構造用鋼材は厚板化し、必然的に溶接棒
における溶接ビードの大脚長が要求され、かつ等脚性も
重要視されるようになってきている。ここで大脚長と
は、脚長が8mm以上得られることをいい(以下大脚長と
いう)、等脚性とは上脚長と下脚長の比率をいい、一般
的には上脚長/下脚長が0.9以上であることが望まし
いとされる。以下の説明では等脚性あるいは上脚長/下
脚長で表わす。
【0004】このような状況下において、従来溶接棒を
用いて板厚30mm程度の厚鋼板に水平すみ肉姿勢による
重力式1パス溶接を行なうと、下脚長が大きく上脚長が
小さいビード、すなわち不等脚となり目標とする大脚長
が得られない大きな欠点を持っている。
【0005】又、水平すみ肉用溶接棒において、良好な
大脚長、等脚性を得る方法としては、1パス目を重力式
溶接法で溶接を行なった後、上脚長の不足分を2パス目
の手溶接により補足するいわゆる2パス溶接が行なわれ
るが、極めて非能率的な方法であることから、能率向上
をめざす業界では大きな問題点となっている。
【0006】また、最近では溶接能率向上を目的として
炭酸ガス溶接用フラックス入りワイヤの普及が目覚しい
が、これらのフラックス入りワイヤを用いて厚板の溶接
を行なった場合においても、下脚長の止端部がオーバー
ラップ状となり大脚長が得られずかつ等脚性が得られな
い状況にある。
【0007】一方、特開昭49−87544号公報およ
び特開昭50−10741号公報には、MgCO3 やS
iO2 を主成分とする溶接棒において、ビード形状を良
好ならしめる方法が開示されている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明者等は前記の公
報開示の実施例に基づいて棒径8mmの溶接棒を試作し
て、大脚長および等脚性について調査したが、いずれも
大脚長が得られずかつ等脚性も期待した効果を得ること
ができなかった。従って本発明は従来太径溶接棒におい
て成し得なかった課題を解決し、大脚長が得られ、かつ
等脚性が良好な溶接棒を提供することを目的としたもの
である。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、特に太径
溶接棒の水平すみ肉溶接において、大脚長のビードが得
られかつ等脚性が良好な溶接棒の開発について、被覆剤
組成および高炭素フェロマンガンの粒径の面から鋭意研
究を進めてきた。その結果、使用する高炭素フェロマン
ガンの平均粒径を限定することにより溶融スラグの流動
性が大幅に改善されることがわかった。その状態を図1
および図2に示す。
【0010】図1においてAは従来溶接棒の溶融スラグ
の状態図、Bは高炭素フェロマンガンの平均粒径を限定
した溶接棒の溶融スラグの状態図で、1はスラグ、2は
溶融プールを示す図である。図2Aは従来溶接棒のビー
ド形状を示し、Bは高炭素フェロマンガンの平均粒径を
限定した溶接棒のビード形状で、3はビード、4は鋼板
である。
【0011】図1では従来溶接棒Aに比べて高炭素フェ
ロマンガンの平均粒径を限定した溶接棒Bの溶融スラグ
1が、溶融プール2を細長くなるように形成するため、
図2の溶接ビード形状断面図に示すように、従来溶接棒
Aのすみ肉ビード3は上脚長が小さく、下脚長が大きい
不等脚なビード形状を示すが、高炭素フェロマンガンの
平均粒径を限定した溶接棒Bのすみ肉ビード3は、上脚
長と下脚長が等しい大きさで等脚性が改善されている。
【0012】以上の結果およびその他被覆剤組成の検討
結果から、水平すみ肉溶接における溶接作業性が良好
で、すみ肉ビードの大脚長が得られ等脚性が良好な溶接
棒を見い出した。
【0013】すなわち本発明の要旨とするところは、平
均粒径が50〜90μmの高炭素フェロマンガンを3〜
11%、マグネシアクリンカー4〜15%、マグネサイ
ト4〜15%、金属弗化物4〜11%を含有する被覆剤
を、水ガラスを用いて鋼心線に塗布してなることを特徴
とする低水素系溶接棒にある。
【0014】
【作用】以下に本発明を詳細に説明する。本発明溶接棒
の構成要件は次のような試験結果に基づくものである。
被覆剤の配合において高炭素、フェロマンガンの平均粒
径を25〜105μmの間で種々変化させて分割した。
そして別途準備したルチール9.7%、硅砂8.3%、
蛍石8.3%、マグネシアクリンカー10.2%、マグ
ネサイト7.9%、マイカ1.3%、フェロシリコン
1.4%、鉄粉36.4%、弗化リチュウム0.4%、
中炭素フェロマンガン1.1%、その他4.3%に、前
記の分割したそれぞれの高炭素フェロマンガンを10.
7%添加して乾式混合を行ない、珪酸ソーダ2+珪酸カ
リ1の組合せからなる水ガラスを22%添加して湿式混
合を行なった後、C;0.06%、Si;0.01%、
Mn;0.51%、P;0.011%、S;0.006
%、N;0.0012%からなる直径8mm、長さ700
mmの鋼心線に被覆外径が、約12.8mmになるように通
常の押し出し式塗装機により塗装した後、最高温度40
0℃で乾燥を行なって溶接棒を試作した。
【0015】得られたそれぞれの試作溶接棒を用いて、
寸法が板厚30mm×幅100mm×長さ1000mmでジン
クリッチプライマーが約20μmになるように塗布した
490N/mm2 級高張力鋼材をT型に組立て、溶接電流
390A、運棒比(溶接ビード長を消費棒長で除した
値)は1.2倍で、水平すみ肉重力式1パス溶接を行な
った。
【0016】その後脚長ゲージを用いて上、下の脚長を
測定するとともに等脚性を算出し、さらにビードから分
析試料を採取して〔C〕の化学分析を行なった。尚、溶
接金属の〔C〕量は、0.13%以下であれば高温われ
が起きないことを別途確認している。
【0017】その結果、表1に示すように、等脚性が良
好で大脚長を得るには、高炭素フェロマンガンの平均粒
径が大きく影響することを見出した。
【0018】
【表1】
【0019】高炭素フェロマンガンの平均粒径を50〜
90μmとしたのは表1から明らかなように、50〜9
0μmの範囲内であれば溶接作業性が良好で上脚長、下
脚長共に目標とする8mm以上が得られ、かつ等脚性が
0.9以上で優れていること、更には溶接金属の〔C〕
量も、高温われを起さない限界量0.13%以下である
ことを根拠とするものである。
【0020】高炭素フェロマンガンの平均粒径が50μ
m未満では、粒径が小さ過ぎるため、溶接金属の〔C〕
量は0.13%以下であるが、スラグの流動性が過小で
不等脚かつ大脚長が得られない。平均粒径が90μmを
超える場合においては、大脚長が得られかつ等脚性も良
好であるが、スラグの流動性が過大で棒先端にややから
み易くなるので採用できない。
【0021】更に前記高炭素フェロマンガンの平均粒径
と添加量の関係を詳細に調査するために、高炭素フェロ
マンガンの平均粒径が50〜90μmのものを用い、配
合比率を変化させて通常用いられる低水素系被覆アーク
溶接棒の被覆組成となるように組合せ、前記の鋼心線お
よび水ガラスを用いて塗装し、最高温度400℃で乾燥
を行ない、前記と同様の試験を行なった結果、平均粒径
を50〜90μmに限定した高炭素フェロマンガンが3
〜11%の範囲の添加であれば、良好な結果が得られる
ことを確認した。
【0022】平均粒径が50〜90μmに限定した高炭
素フェロマンガンが3%未満の添加では目標とするスラ
グの流動形態にならないため、大脚長が得られずかつ等
脚性を満足させることはできない。11%を超えて添加
するとアーク切れが発生しやすくなるとともに、溶接金
属の〔C〕量の歩留りが多くなり、耐高温われ性が劣化
する。
【0023】マグネシアクリンカーはスラグの塩基度お
よびスラグの粘性を調整するために添加するものである
が、4%未満ではその効果が得られない。15%を超え
て添加するとスラグの粘性が高くなりすぎて、ビード形
状を劣化させアークが不安定となる。
【0024】マグネサイトはアークの安定性に優れ、C
2 源として溶接金属のシールド効果を発揮するととも
に、MgOはビード表面を滑らかにする。4%未満では
保護筒が形成されにくくピットも発生しやすくなる。1
5%を超えるとスラグが流れやすくなり、正常なビード
形状が得られない。
【0025】金属弗化物は4%未満の添加ではスラグの
流動性が劣化し、ビード形状が凸状となる。11%を超
えると被覆筒が浅くなり、母材に短絡するので溶接が困
難となる。
【0026】尚、上記の検討における高炭素フェロマン
ガンの平均粒径はJIS Z8801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 +w4×127+w5×90+w6×68+w9 ×53+w8×22)/100 但し各数字は測定ふるい間の平均粒径を示し、w1〜w
8は下記の意味を有する。
【0027】w1:210μm以上のwt% w2:210〜177μmのwt% w3:177〜149μmのwt% w4:149〜105μmのwt% w5:105〜 74μmのwt% w6: 74〜 62μmのwt% w7: 62〜 44μmのwt% w8:44μm未満のwt%
【0028】なお、本発明に用いる高炭素フェロマンガ
ンはJIS G2301の1号に該当するものをいう。
また、金属弗化物は、蛍石、氷晶石、弗化バリウム、弗
化アルミ、弗化リチウム等を示す。本発明の他の被覆剤
組成としては、アーク安定剤としてルチール、チタン酸
カリ、二酸化マンガン、炭酸マンガン、脱酸剤および合
金剤としては、フェロシリコン、フェロマンガン、フェ
ロチタン、スラグ生成剤としては硅砂、石灰、ドロマイ
ト、マイカ、タルク等、溶着効率向上剤として鉄粉、水
ガラスとしては珪酸ソーダ、珪酸カリ等を用いることが
できる。
【0029】
【実施例】鋼心線径8.0mmφのJIS G3523の
1種1号に相当する心線に表2に示す被覆剤の組合せに
より、被覆外径が約12.8mmになるようにして塗装
し、400℃×60分の乾燥を実施した。得られたそれ
ぞれの溶接棒を用い後述の溶接条件にて溶接を行ない、
脚長、等脚性、スラグのからみ度合を含む一般的な溶接
作業性および溶接金属の〔C〕量を調査した。その結果
は、表2のとおりである。
【0030】(溶接条件) 試験板;490N/mm2 級高張力鋼板(36mmt×10
0mmH×1000mml)無機ジンクリッチプライマー2
0μm塗布 重力式溶接機;市販品 溶接姿勢 ;1パス水平すみ肉溶接 溶接電流 ;380〜400A 運棒比 ;1.2
【表2】
【0031】
【表3】
【0032】なお評価基準は大脚長においては上脚長、
下脚長共に8mmを超えるものについて良好○印、下廻る
ものについては、不良×印。等脚性については上脚長を
下脚長で除した値が0.9以上のものを良好○印、0.
9を下廻ったものについては不良×印。スラグの流動性
および一般溶接作業性については従来棒とそん色のない
ものは良好○印、劣るものを不良×印。溶接金属の
〔C〕量については0.13%以下のものを良好○印、
0.13%を超えるものについては不良×印とした。
【0033】本発明例である溶接棒F1〜F7は、高炭
素フェロマンガンの平均粒径、添加量およびマグネシア
クリンカー、マグネサイト、金属弗化物の添加量が適正
であるため、大脚長が得られ、等脚性、溶接作業性が良
好で溶接金属の〔C〕量が極めて良好な結果を示した。
【0034】比較例の溶接棒では、F8およびF9は高
炭素フェロマンガンの平均粒径が小さ過ぎるため溶接金
属の〔C〕量は低目で良好であるが、スラグの流動性が
過小で等脚性が劣化するとともに大脚長が得られていな
い。F10は高炭素フェロマンガンの添加量が少な過ぎ
るため、スラグの流動形態が不具合で等脚性が劣化し
た。F11は、高炭素フェロマンガンの添加量が多過ぎ
るため、大脚長が得られ等脚性は良好であるが、スラグ
の流動性が過大で溶接棒先端にスラグがからみ溶接作業
性が劣化した。また溶接金属中の〔C〕量も高い。F1
2は、マグネシアクリンカーの添加量が少な過ぎるた
め、スラグの粘性が調整されず溶接作業性が劣化した。
F13は、マグネシアクリンカーの添加量が多過ぎるた
め、スラグの粘性が高くなり過ぎてビード形状が劣化
し、アークも不安定となった。
【0035】F14は、高炭素フェロマンガンを全く添
加しない例であるが、スラグの流動性が劣化するととも
に等脚性が劣化した。F15は、マグネサイトの添加量
が少な過ぎるため、保護筒がもろくなり溶接作業性が劣
化した。F16は、マグネサイトの添加量が多過ぎるた
め、スラグの流動性が過大となり、ビード形状が劣化し
た。F17は、弗化物の添加量が少な過ぎるため、スラ
グの流動性が悪く溶接作業性が劣化した。F18は、弗
化物の添加量が多過ぎるため、被覆筒が浅くなり溶接棒
が母材に短絡し、溶接が困難なため中断した。F19,
20は、高炭素フェロマンガンの粒径が大き過ぎるため
大脚長が得られ等脚性は良好であるが、スラグの流動性
が過大で棒先端にスラグがからみ、溶接作業性が劣化し
た。
【0036】
【発明の効果】本発明の溶接棒によれば、水平すみ肉姿
勢による重力式1パス溶接においても、従来の低水素溶
接棒のように上脚長の不足分を補う必要がなく大脚長が
得られかつ等脚性が良好であるため、溶接能率向上、作
業工数の低減が計れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】Aは従来の溶接棒の溶融スラグの流動状態図。
Bは本発明溶接棒の溶融スラグの流動状態図。
【図2】Aは従来の溶接棒で溶接したすみ肉ビード形状
の断面図。Bは本発明溶接棒で溶接したすみ肉ビード形
状の断面図。
【符号の説明】
1 溶融スラグ 2 溶融プール 3 すみ肉ビード 4 鋼板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−294892(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B23K 35/365

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 平均粒径が50〜90μmの高炭素フェ
    ロマンガンを3〜11重量%(以下%)、マグネシアク
    リンカー4〜15%、マグネサイト4〜15%、金属弗
    化物4〜11%を含有する被覆剤を、水ガラスを用いて
    鋼心線に塗布してなることを特徴とする低水素系被覆ア
    ーク溶接棒。
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