JP3184743B2 - 低水素系立向下進溶接用被覆アーク溶接棒 - Google Patents

低水素系立向下進溶接用被覆アーク溶接棒

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JP3184743B2 JP12988395A JP12988395A JP3184743B2 JP 3184743 B2 JP3184743 B2 JP 3184743B2 JP 12988395 A JP12988395 A JP 12988395A JP 12988395 A JP12988395 A JP 12988395A JP 3184743 B2 JP3184743 B2 JP 3184743B2
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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立向下進溶接用被覆アーク溶接棒
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。特に低水素系立向下進溶接用被覆アーク溶
接棒においては、高電流溶接が常用されており、このた
め被覆が脆くなり保護筒としての機能が低下してシール
ド不足が起こる。このため溶接雰囲気中に大気の水分が
混入してピットやブローホール等の欠陥が発生し、さら
には溶接金属中の水素量が増加し低水素系溶接棒として
の特徴も低下するだけでなく、溶接作業性も低下する。
【0003】割れ発生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。しかしながら、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。
【0004】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。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は溶接作業性が
優れるとともに、耐割れ性の良好な溶接金属の得られる
低水素系立向下進溶接用被覆アーク溶接棒を提供するこ
とを目的とするものである。
【0006】
【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、低水素系立向下進溶接用被覆アーク
溶接棒において、SiO2 :2〜10重量%、炭酸塩:
28〜60重量%、金属弗化物:0.3〜8重量%、S
i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
低水素系立向下進溶接用被覆アーク溶接棒である。
【0007】
【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。
【0008】〔SiO2 〕SiO2 はスラグの粘性調整
剤として作用すると共にアーク力を高める作用があり、
これらの効果は2重量%以上の添加で有効に発揮され
る。しかし、10重量%を超えるとスラグの剥離性が著
しく劣化し作業性が低下する。原料としては、珪砂、タ
ルク、マイカあるいはその他の珪酸塩が用いられる。
【0009】〔炭酸塩〕炭酸塩はガス発生剤として不可
欠の成分であり、発生するガスによって溶接金属を大気
から保護する。28重量%未満ではシールド不足とな
り、ブローホール等の継手欠陥が生じ易くなると共に耐
低温割れ性が低下する。一方、60重量%を超えると溶
け込みが深くなりすぎてアンダーカットが生じ易くな
る。CaCO3 、MgCO3 、BaCO3 等が同効物質
として使用されるが、最も一般的なのはCaCO3 であ
る。
【0010】〔金属弗化物〕金属弗化物は気孔防止剤お
よびスラグの粘性調整剤として不可欠の成分で、0.3
重量%未満ではこれらの機能が有効に発揮されずピット
が発生しやすい。一方、8重量%を超えるとスラグの流
動性が大きくなりすぎて先行し易くなる。CaF2 、A
lF3 、MgF2 等はすべてこれらの作用を有してお
り、単独であるいは2種類以上を組み合せて使用でき
る。
【0011】〔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。
【0012】〔Al、Mg、Ti〕被覆剤への少量の強
脱酸剤の添加は、溶接金属の酸素量を低減し、機械的性
質の改良を行える。このためには、Al、Mg、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ほか、それぞれの合金および鉄
合金としても添加できる。
【0013】〔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%、CaCO3 :50重量%、
CaF2 :6重量%、 AlF3 :2重量%、SiO
2 :5重量%、Si:7重量%、Mn:12重量%、T
i:2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。
【0014】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30%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JIS Z3157に
従って予熱温度50℃で繰り返し3回で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。
【0015】
【表1】
【0016】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。
【0017】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。
【0018】
【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。
【0019】
【表2】
【0020】
【表3】
【0021】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31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、JIS Z
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。
【0022】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JIS Z3118「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3〜6m
1/100gであり、JIS Z3212記載のD50
16水素量15m1/100g以下を充分に満足した。
【0023】一方、被覆剤中のV量が0.7重量%を超
える溶接棒B−2、B−4、被覆剤中にVを含有しない
溶接棒B−1、また金属弗化物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SiO2 が多すぎるため、溶接棒B−5
はSiO2 が少ないため、溶接棒B−6は炭酸塩が少な
いため、溶接棒B−7は炭酸塩が多すぎるため、溶接棒
B−8はSi、Mnが少ないため、溶接棒B−9はS
i、Mnが多すぎるため、溶接棒B−10はAl、M
g、Tiが含有されていないため、溶接棒B−11はA
l、Mg、Tiが多すぎるため、それぞれ溶接作業性が
悪かった。
【0024】
【発明の効果】以上のように、本発明溶接棒は従来の溶
接棒と比較して溶接作業性が良好で、かつ耐割れ性に優
れる低水素系立向下進溶接用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 (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 低水素系立向下進溶接用被覆アーク溶接
    棒において、 SiO2 :2〜10重量%、 炭酸塩:28〜60重量%、 金属弗化物:0.3〜8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
    系立向下進溶接用被覆アーク溶接棒。
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