JP3184742B2

JP3184742B2 - 低水素系被覆アーク溶接棒

Info

Publication number: JP3184742B2
Application number: JP12987695A
Authority: JP
Inventors: 國秀山根; 功長野; 淳一青山
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1995-04-07
Filing date: 1995-04-07
Publication date: 2001-07-09
Anticipated expiration: 2016-07-09
Also published as: JPH08281473A

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、特に溶接作業性が優れかつ耐割れ性の良好な
溶接金属の得られる低水素系被覆アーク溶接棒に係わる
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より被覆アーク溶接棒のうち、炭酸
石灰と蛍石を主成分とする低水素系溶接棒は、優れた機
械的性質を有することから幅広く使用されている。反
面、イルミナイト系溶接棒やライムチタニヤ系溶接棒と
比較し、アークの安定性に欠け、溶融速度が遅い、ビー
ドが伸びない、凸ビードになるなど溶接作業性の欠点を
もっている。

【０００３】このような欠点を除くためにＣａＣＯ₃ 、
ＳｉＯ₂ 、ＴｉＯ₂ 、鉄粉を主成分として配合すること
によって溶接作業性を改善した溶接棒が特公昭４９−２
０４６７号公報によって開示されている。しかし、本発
明者等の知見では、溶接作業性はかなり改善されている
が、昨今の厳しい耐割れ性の要求を充たすものではな
い。また、特開昭５０−７７２４３号公報ではＴｉＯ
₂ 、ＣａＣＯ₃ 、ＳｉＯ₂を主成分とする被覆剤を用い
て溶接ヒュームの発生量を低減することを開示してい
る。しかし溶接ヒュームの発生量の低減効果は認められ
るが、前記同様耐割れ性が目標とする域に達していな
い。さらに特開平４−３１３４９２号公報において、本
発明者等は心線および被覆剤のＣ量を限定し、溶接作業
性、機械的性質が良好な低水素系溶接棒を提案している
が、耐割れ性が目標とする域に達していない。

【０００４】割れを防止ないしは軽減する手段としてい
くつかの方法が見いだされているが、この中で従来から
最も一般的に用いられ、かつ溶接割れに最も効果がある
とされているのは、母材を予熱または後熱する方法であ
る。この方法は、溶接部の冷却速度を緩やかにして溶接
部の組織にマルテンサイトが生成するのを少なくする効
果と溶接部の拡散性水素の放出時間を長くして水素脆化
を抑制する効果および残留応力の発生を緩和する効果が
ある。予熱作業は溶接施工を困難にするうえに溶接施工
費の急増を招く元になり、予熱温度を必要としない、ま
たは予熱温度を低減できる耐割れ性の優れた被覆アーク
溶接棒の開発が要望されている。

【０００５】従来技術として、例えば特公昭５９−１５
７５８号公報や特公昭６０−４８２８０号公報に炭酸ガ
ス雰囲気で焼成を行って溶接部の拡散性水素量を極端に
減らした被覆アーク溶接棒がある。しかしこの方法は、
溶接棒製造の手間と費用がかさみ、汎用性に欠ける。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は溶接作業性が
すぐれるとともに、耐割れ性の良好な溶接金属の得られ
る低水素系溶接棒を提供することを目的とするものであ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は前記課題を解決
するものであって、ルチル：３５〜５２重量％、炭酸石
灰：９〜３０重量％、蛍石：１〜８重量％、珪灰石：１
〜５重量％、珪砂：１〜１０重量％、ＳｉおよびＭｎの
１種または２種の合計：３〜１５重量％、Ａｌ、Ｍｇ、
Ｔｉの１種以上の合計：０．１〜３重量％、Ｖ：０．１
〜０．７重量％を含有する被覆剤に粘結剤を添加し、炭
素鋼心線に被覆することを特徴とする低水素系被覆アー
ク溶接棒である。

【０００８】

【作用】本発明者等は拡散性水素量を低減する方法以外
で予熱温度を低減しても低温割れが防止できる被覆アー
ク溶接棒を開発すべく研究を重ねた。その結果、従来Ｃ
ｒ−Ｍｏ鋼用溶接材料で主に高温強度特性を向上させる
ために添加使用されているＶに着目し、溶接金属中に特
定量含有させることによって、微細炭化物を生成し溶接
金属中の炭素を固定することによってマトリックス中の
炭素を低減させ、それにより溶接金属の割れ感受性を低
下させることができ、かつ、これにより溶接金属の耐割
れ性が向上するうえ、強度をも確保できるとの知見を得
るに至った。本発明はかかる知見に基づいてなされたも
のであり、溶接作業性向上の点からはルチル、炭酸石
灰、蛍石を主成分とすること、耐割れ性の向上には溶接
金属中の水素量を低下するため含水鉱物の添加量を抑え
ることおよびＶを微量添加することが極めて有効である
という知見を見いだしたものである。以下に本発明にお
ける構成要件を説明する。

【０００９】〔ルチル〕ルチルはスラグ生成剤、粘性調
整剤およびアーク安定剤として使用される。特に低水素
系被覆アーク溶接棒のアークの移行状態改善に有効であ
る。その添加量が３５重量％未満ではアーク状態が不安
定であり再アーク性も悪くなる。一方、５２重量％を超
えるとスラグの粘性が増大し、溶接中に溶接棒端にスラ
グが絡みつき、ビード形状を損ねる。

【００１０】〔炭酸石灰〕炭酸石灰はスラグの粘性を調
整し、全姿勢溶接を可能にするとともにガス発生剤とし
て作用し、欠陥のない良好な溶接金属を得るのに有効で
ある。９重量％未満ではガス発生剤としての効果が不十
分でピット、ブローホールが発生し易くなる。一方、３
０重量％を超えるとアークが弱くなり、スラグの被包性
が劣化して水平すみ肉におけるビード形状が凸状にな
る。

【００１１】〔蛍石〕蛍石はスラグ生成剤および粘性調
整剤として使用され、溶接時にスラグの融点を低下し、
流動性の良いスラグをつくる。また、アーク中で分解し
た弗素は溶融メタルや溶融スラグの水素と反応し、溶接
金属の水素を下げ、耐割れ性の良好な溶接金属をつく
る。この添加量が１重量％未満では適当なスラグの流動
性が得られず、ビード形状が悪くピットが発生したり溶
接金属の水素量が増加して耐割れ性が劣化する。一方、
８重量％を超えるとアーク状態が不安定になるととも
に、スラグの剥離性が劣化する。

【００１２】〔珪灰石〕珪灰石はアーク安定剤およびス
ラグの粘性調整剤として使用される。さらに珪灰石の添
加は溶接中に溶融金属とスラグの界面における反応を促
進し、溶融金属中に酸化物をスラグアウトし易くし清浄
な溶接金属を得るのに有効である。添加量が１重量％未
満ではその効果が充分でなく、一方、５重量％を超える
と溶接中にスパッタ発生量が多くなるとともに、スラグ
の剥離性が劣化する。

【００１３】〔珪砂〕珪砂はスラグ生成剤として使用さ
れる。１重量％未満では充分なスラグの粘性が得られ
ず、下向溶接におけるスラグの被包性が劣化し、ビード
の粘性が増大し、ピットが発生したり溶接中におけるア
ーク状態が不安定となる。

【００１４】〔Ｓｉ，Ｍｎ〕Ｓｉ，Ｍｎは脱酸剤および
溶融金属の粘性調整剤として使用される。溶接時に脱酸
剤として溶接金属の酸素量を低下し、機械的性質を向上
するほか溶融金属に適当な粘性を与え、全姿勢において
良好な溶接作業性を確保するのに有効である。その添加
量が３重量％未満では脱酸不足となりピット、ブローホ
ールが発生する。またアークの広がりが損なわれてビー
ド形状が悪くなる。一方、１５重量％を超えると脱酸過
剰となってピットが発生するとともに、溶接金属が硬化
し、耐割れ性が劣化する。

【００１５】〔Ａｌ，Ｍｇ，Ｔｉ〕本発明溶接棒のよう
に、ルチルを多量に含有するタイプの溶接棒は、従来の
炭酸石灰、蛍石を主成分とする低水素系被覆アーク溶接
棒と比べて溶接金属の酸素量が多く、機械的性質が劣る
のが通例である。このため、少量の強脱酸剤を添加し、
機械的性質の改良を行った。このためには、Ａｌ，Ｍ
ｇ，Ｔｉの１種または２種以上の添加が有効である。そ
の添加量が０．１重量％未満では酸素量の低減効果が充
分なく、良好な機械的性質が得られない。一方、３重量
％を超えると脱酸が過剰となりピットが発生するととも
にアーク状態が劣化し、溶接作業性も悪くなる。Ａｌ，
Ｍｇ，Ｔｉはそれぞれの単体金属の他、それぞれの合金
および鉄合金としても添加できる。

【００１６】〔Ｖ〕さらに溶接金属の耐割れ性を向上す
るためには、Ｖを溶接金属中に特定量添加させることが
有効なことを見いだした。適正Ｖ量の影響を調べるため
に、Ｖ：０〜１．３重量％、ルチル：４４重量％、炭酸
石灰：２０重量％、蛍石：２．５重量％、珪灰石：２．
５重量％、珪砂：４重量％、Ｓｉ：１重量％、Ｍｎ：７
重量％、Ｔｉ：０．８重量％、その他鉄粉および粘結剤
よりなる被覆剤を作成した。

【００１７】これを直径４ｍｍ、長さ４００ｍｍの心線
に通常の方法により被覆率が３３％になるように被覆塗
装し、乾燥、焼成を行い溶接棒を作成した。表１は板厚
５０ｍｍのＳＭ４９０Ｂ鋼を用いＪＩＳＺ３１５７に
従って予熱温度５０℃でＵ形溶接割れ試験を行った結果
である。表中黒丸は割れが発生したもの、白丸は割れが
発生しなかったものを示す。被覆剤のＶ量が０．１〜
０．７重量％である溶接棒で全く割れが発生していな
い。

【００１８】

【表１】

【００１９】本発明溶接棒は以上述べた被覆剤を珪酸ソ
ーダ、珪酸カリで代表される水ガラスなどの粘結剤によ
り、炭素鋼心線の周囲に被覆率が２５〜４５重量％とな
るように通常の溶接棒塗装機により被覆塗装した後、水
分を除去するため３５０〜５５０℃で焼成して製造す
る。なお、本発明溶接棒の被覆剤には規定の原料のほか
必要に応じてＮｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｃｕ等の合金元素や鉄
粉等を添加することができる。

【００２０】また、ここで言う炭素鋼心線とはＪＩＳ
Ｇ３５２３に該当する溶接棒心線が使用でき、さらに機
械性能を向上させるためにＣ：０．０１〜０．０４重量
％、Ｎ：０．００１〜０．００５重量％、Ｏ：０．００
１〜０．０１重量％に低減させた心線等も指すものであ
る。以下、実施例に基づいて本発明の効果をさらに具体
的に述べる。

【００２１】

【実施例】表２および表３に本発明溶接棒および比較の
ために用いた溶接棒の被覆剤組成および各種試験結果を
示す。

【００２２】

【表２】

【００２３】

【表３】

【００２４】溶接棒の作製にあたっては、直径４ｍｍ、
長さ４００ｍｍの心線に、被覆剤を通常の押出し式塗装
機により被覆率が３３重量％になるように被覆塗装し、
乾燥、焼成した。この溶接棒により耐割れ性を試験する
ために板厚５０ｍｍのＳＭ４９０鋼を用い、ＪＩＳＺ
３１５７に従って予熱温度５０℃でＵ形溶接割れ試験を
行い割れ発生の有無を調査した。割れが発生しなかった
ものを白丸、割れが発生したものを黒丸とした。また、
これらの溶接棒の溶接作業性試験も実施した。

【００２５】本発明溶接棒は被覆剤中にＶを適正量添加
しているため、いずれも５０℃の予熱温度で割れが発生
していない。また、いずれの溶接棒も優れた溶接作業性
であった。さらにＪＩＳＺ３１１８「鋼溶接部の水素
量測定方法」に基づき、ガスクロマトグラフ法により拡
散性水素量を測定した。本発明溶接部はすべて４〜６ｍ
１／１００ｇであり、ＪＩＳＺ３２１２記載のＤ５０
１６水素量１５ｍ１／１００ｇ以下を充分に満足した。

【００２６】一方、被覆剤中のＶ量が０．７重量％を超
える溶接棒Ｂ−２、Ｂ−６、被覆剤中にＶを含有しない
溶接棒Ｂ−１、また蛍石を含有しない溶接棒Ｂ−３はＵ
形溶接割れ試験で低温割れが発生した。さらに、溶接棒
Ｂ−４はルチルが多すぎるため、溶接棒Ｂ−５はルチル
が少ないため、溶接棒Ｂ−６は炭酸石灰が少ないため、
溶接棒Ｂ−７は炭酸石灰が多すぎるため、溶接棒Ｂ−３
は蛍石が含有されていないため、溶接棒Ｂ−９は蛍石が
多すぎるため、溶接棒Ｂ−９は珪灰石が含有されていな
いため、溶接棒Ｂ−８は珪砂が含有されていないため、
溶接棒Ｂ−１はＳｉ、Ｍｎが多すぎるため、溶接棒Ｂ−
２はＳｉが含有されていないため、それぞれ溶接作業性
が悪かった。

【００２７】

【発明の効果】以上のように、本発明溶接棒は従来の低
水素系溶接棒と比較して溶接作業性が良好で、かつ耐割
れ性に優れる低水素系被覆アーク溶接棒である。これ
は、今後の溶接棒の使用分野を増大するものであり、各
種産業の発展に貢献するところ極めて大である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平４−266494（ＪＰ，Ａ) 特公昭52−26501（ＪＰ，Ｂ２) 特公昭54−29300（ＪＰ，Ｂ２) 特公平５−21676（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23K 35/365

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】低水素系被覆アーク溶接棒において、ルチル：３５〜５２重量％、炭酸石灰：９〜３０重量％、蛍石：１〜８重量％、珪灰石：１〜５重量％、珪砂：１〜１０重量％、ＳｉおよびＭｎの１種または２種の合計：３〜１５重量
％、Ａｌ、Ｍｇ、Ｔｉの１種以上の合計：０．１〜３重量
％、Ｖ：０．１〜０．７重量％を含有する被覆剤に粘結剤を
添加し、炭素鋼心線に被覆することを特徴とする低水素
系被覆アーク溶接棒。