JP3686545B2 - 簡易片面サブマージアーク溶接用開先充填材およびそれを用いた溶接方法。 - Google Patents
簡易片面サブマージアーク溶接用開先充填材およびそれを用いた溶接方法。 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3686545B2 JP3686545B2 JP08314399A JP8314399A JP3686545B2 JP 3686545 B2 JP3686545 B2 JP 3686545B2 JP 08314399 A JP08314399 A JP 08314399A JP 8314399 A JP8314399 A JP 8314399A JP 3686545 B2 JP3686545 B2 JP 3686545B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- less
- submerged arc
- groove
- arc welding
- welding
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Images
Landscapes
- Arc Welding In General (AREA)
- Nonmetallic Welding Materials (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は主に造船分野で用いられるいわゆる簡易片面サブマージアーク溶接に関する。簡易片面サブマージアーク溶接は固形耐火性酸化物を主成分とする裏当て材を使用する片面溶接であって、本発明はこれに使用する開先充填材およびそれを用いた溶接方法に係わる。さらに詳しくはＬＰＧ船のアッパーデッキ等に用いられる低温用鋼を対象とする片面１層溶接時に、強度および低温靭性に優れた溶接金属が得られる簡易片面サブマージアーク溶接に使用する開先充填材およびそれを用いた低温用鋼の溶接方法に関するものである。
ここでいう低温用鋼とは造船に用いられるＪＩＳ Ｇ３１２６で「低温圧力容器用炭素鋼鋼板」として規定されるＳＬＡ３２５、ＳＬＡ３６０鋼等やこれらと同等の強度を持ち、シャルピー試験温度で−４０〜−６０℃における靭性を満足する鋼材を総称したものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、造船等の厚鋼板の溶接では、溶接効率の優れた片面サブマージアーク溶接法が一般に用いられているが、入熱量が大きいため溶接部の靭性が劣化する傾向があった。従って、特に低温靭性の要求が厳しいＬＰＧ船等の低温用鋼の溶接では、溶接部の低温靭性を満足させるために、溶接入熱を９ｋＪ／ｍｍ程度以下規制しなければならず、また適用できる板厚は約１６ｍｍ以下であった。
【０００３】
しかしながら、近年、材質開発の面から上記ＬＰＧ船等で低温用厚鋼板を片面サブマージアーク溶接する際の母材熱影響部の靭性向上がなされ、板厚２５ｍｍまでの低温用厚鋼板を溶接することが可能となった。これらの片面サブマージアーク溶接用低温用鋼としては、例えばＴＭＣＰ（Ｔｈｅｒｍｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｐｒｏｃｅｓｓ）技術により、炭素当量の低減と共にＴｉ脱酸又はＡｌとＴｉの複合脱酸を利用した酸化物制御により母材熱影響部の低温靭性を向上させたものが実用化されている。
【０００４】
一般に造船等の長さ２０ｍにもおよぶ大板継ぎ溶接に用いられる片面サブマージアーク溶接法としては、フラックス銅バッキング片面サブマージアーク溶接法と簡易片面サブマージアーク溶接法が用いられている。前者は専用の装置を使用し、これの裏当て銅板上に粒状裏フラックスを散布し、その上に被溶接鋼板を配置した状態で、開先のルートに表フラックスを充填して溶接用ワイヤを用いて溶接する方法である。また、後者は、固形耐火性酸化物を主成分とした裏当材上にＳｉＯ２が主成分のガラステープを４〜８枚程度配して、それを被溶接鋼板の開先裏面に当接した状態で、表フラックスと開先のルートギャップが大きい場合には鋼粒の開先充填材を充填して溶接用ワイヤを用いて溶接する方法である。
【０００５】
従来、上記片面サブマージアーク溶接法で用いられている開先充填材としては、例えば実公昭４３−３３２号公報及び特開昭６０−４６８９５号公報等で提案されている。しかしながら、実公昭４３−３３２号公報の開先充填材は、軟鋼およびＨＴ４９０には適用できても、−６０℃の低温靭性が要求されるＬＰＧ船などの低温用鋼の溶接には適用できないものである。また、特開昭６０−４６８９５号公報には、ガラステープ系裏当て材を用いた場合の裏ビードのスラグ剥離の向上を目的としてＰｂやＢｉをを含有する低温用鋼の片面潜弧溶接用開先充填剤が提案されている。しかしながら、裏当材からの冷却が早い片面サブマージアーク溶接法では、高温割れの発生にとってこれら低融点成分の含有は好ましくない。
【０００６】
また、本発明者らも、特開平１０−２６３８８１号公報にて、低温用鋼を片面サブマージアーク溶接する際の開先充填材として、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｎ、Ｏを規定すると共に、粒子径を４５μｍから１８０μｍにした開先鋼充填材を提案した。
しかしながら、その後、検討を重ねた結果、片面サブマージアーク溶接法の中で、フラックス銅バッキング片面サブマージアーク溶接法には適用できるが、これの方法に比べて裏当材の保持力が低く、冷却速度が遅い簡易片面サブマージアーク溶接法では、開先裏面の裏ビード形状の制御や低温靭性の確保が困難であることが判った。
【０００７】
簡易片面サブマージアーク溶接法は、固定された装置を用いるフラックス銅バッキング片面サブマージアーク溶接法に比べて、造船等の組み立て現場で容易に実施が可能なため、この簡易片面サブマージアーク溶接法を用いた低温用鋼の溶接法の開発が望まれている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の従来技術の課題に鑑みて、低温用鋼の簡易片面サブマージアーク溶接において、低温靭性に優れた溶接金属と共に良好な溶接作業性が得られる開先充填材とそれを用いた溶接方法を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記目的を達成するため種々検討し、良好な裏ビード形状と低温じん性が得られる開先充填材とその開先充填材を用いて特定成分の溶接ワイヤおよびボンドフラックスを用いた溶接方法を見出し、本発明を完成した。その発明の要旨とするところは以下の通りである。
【００１０】
（１）簡易片面サブマージアーク溶接用開先充填材において、重量％で、Ｃ：０．０７％以下、Ｓｉ：０．０５％以下、Ｍｎ：０．６〜１．５％、Ｎｉ：２．４〜３．４％、Ａｌ：０．００２〜０．４％を含有し、Ｐ：０．０１５％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ｎ：０．００５％以下とした鋼粒であって、かさ比重が４〜６であることを特徴とする簡易片面サブマージアーク溶接用開先充填材。
（２）鋼粒のＡｌ含有量が０．０３超〜０．４％であることを特徴とする（１）記載の簡易片面サブマージアーク溶接用開先充填材
（３）粒径が０．５〜２ｍｍであることを特徴とする（１）または（２）に記載の簡易片面サブマージアーク溶接用開先充填材。
【００１１】
（４）低温用鋼鋼板の開先裏面に耐火性酸化物を主成分とする裏当て材を当接させて、１層溶接する簡易片面サブマージアーク溶接方法において、前記開先内に（１）ないし（３）のいずれかに記載の開先充填材を充填し、重量％で、ＳｉＯ２：１０〜２０％、ＭｇＯ：２０〜３３％、Ａｌ２Ｏ３：１３〜２５％、ＴｉＯ２：５〜１５％、ＣａＦ２：６〜１２％、ＣａＣＯ３：５〜８％、Ｂ２Ｏ３：０．２〜０．５％を含有し、かつ下式で定義されるＢｎが０．８〜１．５であるボンドフラックスと、重量％で、Ｃ：０．０１〜０．１％、Ｓｉ：０．０５％以下、Ｍｎ：０．６〜１．６％、Ｎｉ：２．４〜３．４％、Ａｌ：０．００２〜０．５％を含有し、Ｐ：０．０１５％以下、Ｓ：０．０１０％以下、Ｎ：０．００５％以下とし、かつワイヤ径が４．４〜６．６ｍｍである鋼製溶接ワイヤとを用いて、前記開先のルートギャップが６ｍｍ以下の状態で溶接することを特徴とする低温用鋼の簡易片面サブマージアーク溶接方法。
Ｂｎ＝（０．１０８［ＣａＯ］＋０．０６８［ＭｎＯ］＋０．１０［ＭｇＯ］）／（０．１０５［ＳｉＯ２］＋０．００２［Ａｌ２Ｏ３］）
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、特開平１０−２６３８８１号公報にて提案した低温用鋼の片面サブマージアーク溶接用開先充填材を基に簡易片面サブマージアーク溶接時の裏ビード形状と溶接金属の機械的特性をさら詳細に調査検討した。
その結果、簡易片面サブマージアーク溶接法とフラックス銅バッキング片面サブマージアーク溶接法とでは、裏当て方式の違いによって裏ビード形成能および溶接金属の成分設計に大きな差が生じることが判った。
【００１３】
一般に簡易片面溶接は、裏当材として主に耐火性酸化物を含有する粉末を水ガラスで板状にしたものを用い、その上にＳｉＯ２が主成分のガラステープを４〜８枚程度配し、それらを被溶接鋼板の開先裏面に当接して溶接する。これに対し、フラックス銅バッキング片面サブマージアーク溶接法では、裏当て銅板が固定された装置として配置され、その上に散布された粒状裏フラックスを介して被溶接鋼板の溶接を行う。このため、フラックス銅バッキング片面サブマージアーク溶接法では、比較的大きな電流で溶接しても、開先裏面が裏当て銅板で保持されているため、裏フラックスの中で生成する裏ビードの高さは、銅板で規制される。これに対して、簡易片面サブマージアーク溶接は、前記の銅板に比べて耐火性が低いガラステープと主に耐火性酸化物からなる裏当材で開先裏面を保持するため、裏ビードは、ガラステープと裏当材の中で生成し、裏ビードの保持力は非常に小さく、溶接不良を防止するための裏ビードの高さ制御が困難である。
【００１４】
また、簡易片面サブマージアーク溶接法で用いられる主に耐火性酸化物からなる裏当材は、フラックス銅バッキング片面サブマージアーク溶接法で用いられる裏当て銅板に比べ、溶接金属の冷却効果が小さいため溶接金属の強度や靭性の劣化が大きい。
以上の発明者らの実験結果から、簡易片面サブマージアーク溶接を用いて低温用鋼を溶接する場合は、フラックス銅バッキング片面サブマージアーク溶接法を用いた溶接に比べて、より厳密な溶接条件の管理が必要であることが判った。
【００１５】
そこで、本発明者らは、簡易片面サブマージアーク溶接を用いて低温用鋼を溶接する際の溶接条件を詳細に調査検討した。その結果、フラックス銅バッキング片面サブマージアーク溶接法に比べ、裏ビードの高さ制御が難しく、かつ溶接金属の冷却能が小さい簡易片面サブマージアーク溶接においては、下記の対策をとる必要があることがわかった。すなわち開先充填材中の成分においてＮｉのマトリックスの固溶による靭性を確保した上で、Ａｌを増加することにより溶接金属中の酸化物制御及び酸素量調整を行うことでフェライト生成および組織の微細化を図り、強度を過度に上昇させずに低温靭性の向上を図ると共に、開先充填材のかさ比重を規定することにより溶接不良の問題がない良好な裏ビード形状が得られることが判った。
本発明は、上記の充填材と所定成分のボンドフラックスを開先内に充填し、所定成分の溶接ワイヤによって低温用鋼を溶接することにより、−４０〜−６０℃において良好な靭性が確保できる溶接金属が得られ、かつ裏ビード形状などの溶接作業性の優れた簡易片面サブマージアーク溶接が可能である。
【００１６】
本発明の詳細について、以下に述べる。
本発明の開先充填材は、その基本成分として、低Ｃ系で、ＮｉとＡｌを所定量含有し、さらにＳｉ、Ｍｎ、Ｎを規定するものであり、これにより低温で良好な靭性を得ることができる。また、Ｎｉが高いので耐高温割れ性の点からＰ、Ｓを制限した。さらに、開先内に充填して溶接したときに良好な裏ビードが得られように開先充填材のかさ比重を特定した。また、本発明では、前記開先充填材を用いて、低温用鋼を簡易片面サブマージアーク溶接する際に、溶接金属の良好な低温靭性と良好な溶接作業性を得るために、前記開先充填材の他に、同様な理由でワイヤの成分組成を規制すると共に、ボンドフラックスの塩基度：Ｂｎを規定するものである。
【００１７】
まず、本発明の開先充填材の成分組成についてその限定理由を説明する。
Ｃは０．０７％以下であることが必要である。Ｃは良好な靭性を得るためには低く設定する必要がある。溶接金属で良好な低温靭性を得るためには溶接金属のＣ量は０．１％以下程度に低くする必要があり、鋼板は０．１２％以下であるため母材希釈を考慮して、開先充填材のＣ量は、０．０７％以下とした。
【００１８】
Ｓｉは０．０５％以下であることが必要である。Ｓｉは脱酸元素として有用であるが、０．０５％を越えると溶接金属の靭性が劣化するするため、その上限を０．０５％とした。
【００１９】
Ｍｎは０．６〜１．５％であることが必要である。Ｍｎは溶接金属の焼き入れ性を確保し、粒内フェライトの変態核を生成する上で必要である。このようなＭｎの効果は、０．６％以上で得られるが、１．５％を越えると溶接金属の焼き入れ性が過大となり靭性が劣化する。
【００２０】
Ｎｉは２．４〜３．４％であることが必要である。Ｎｉは溶接金属のマトリックスに固溶してフェライトそのものを高靭性化する。このようなＮｉの効果は、本溶接金属では２．４％以上で得られる。一方、３．４％を越えるとＰおよびＳが粒界に析出しやすく、高温割れが生じやすくなるため、その上限を３．４％とした。
【００２１】
Ａｌは０．００２〜０．４％であることが必要である。Ａｌは溶接金属の酸素量を低くして変態温度を低下させるとともに、その酸化物は、靭性を改善するアシキュラフェライトの変態核として作用する。このようなＡｌの効果は、０．００２％以上で得られるが、０．４％を越えるとベイナイトが生成し溶接金属の強度が過大となり靭性が劣化する。上記の効果をより高めるためには、Ａｌの添加量の下限を０．０３％超とすることが好ましい。
【００２２】
Ｐは０．０１５％以下、Ｓは０．０１以下であることが必要である。本発明では、溶接金属の靭性向上のためにＮｉを多量に含有するために、ＰおよびＳは粒界に析出して靭性が劣化しやすいので、それぞれ０．０１５％以下、０．０１％以下に制限する。
【００２３】
Ｎは０．００５％以下であることが必要である。Ｎは靭性を劣化させる元素であり、溶接金属の靭性が劣化するので上限を０．００５％とした。
【００２４】
次に、本発明の開先充填材のかさ比重の限定理由を説明する。
上記のように成分組成を限定しても、良好な溶接ビードと必要溶着金属量を得るためにはかさ比重は４〜６に規定することが必要である。
図１には、本発明の開先充填材のかさ比重と裏ビード高さの関係を示す。
図に示すようにかさ比重が小さいと裏ビードが出易く、大きくなるに従って出方が少なくなる傾向にあり、開先への充填厚が表面からの深さ４ｍｍ以下の範囲では、かさ比重が４未満で裏ビードが過大となり、そのため溶着金属量が不足するが、かさ比重が６を超えると裏ビードが出難く過小となり、溶着金属量が過多となり、裏ビード形状不良及び溶接不良の問題が生ずる。
【００２５】
本発明では、裏ビード形状を向上させるためにかさ比重を上記範囲に規制することを要件とするが、充填材の粒径が小さいと溶接時に溶接金属で発生するガスの抜けが悪化し、大きすぎると溶け込み難くなるため、さらに、充填材の粒径を０．５〜２ｍｍに規定することが好ましい。
【００２６】
次に、本発明の開先充填材を用いた溶接方法の限定理由について説明する。
本発明が対象とする低温用鋼は、主に造船分野でＬＰＧ船用等に用いられるものであって、ＪＩＳ Ｇ３１２６で規定されるもの、またはこれに準ずるものであり、その組成としては重量％でＣ：０．０５〜０．１２％、Ｓｉ：０．０５〜０．３％、Ａｌ：０．００２〜０．０４５％、Ｔｉ：０．００５〜０．０２％、Ｎ：０．００５％以下を含有し、残部が鉄及び不可避不純物からなる鋼である。本発明では、上記の成分組成の鋼板をその開先裏面に耐火性酸化物系裏当て材を当接させて１層溶接する、いわゆる簡易片面サブマージアーク溶接方法を用いることを前提とする。
【００２７】
本発明では、上記簡易片面サブマージアーク溶接方法において、上記開先充填材を用い、さらに溶接ワイヤおよびフラックスを規定することを要件とするものであり、その限定理由を以下に説明する。
まず、溶接ワイヤの成分組成の限定理由について説明する。
【００２８】
Ｃは０．０１〜０．１％であることが必要である。Ｃは良好な靭性を得るためには低く設定する必要がある。溶接金属で良好な低温靭性を得るためには溶接金属のＣ量は０．１％以下に低くする必要があり、０．１％以下とした。しかしながら、０．０１％未満では脱酸不足となり、靭性が劣化する。
【００２９】
Ｓｉは０．０５％以下であることが必要である。Ｓｉは脱酸元素として有用であるが、本溶接金属では０．０５％を越えると靭性が劣化するため、その上限を０．０５％とした。
【００３０】
Ｍｎは０．６〜１．６％であることが必要である。Ｍｎは溶接金属の焼き入れ性を確保し、粒内フェライトの変態核を生成する上で必要である。このようなＭｎの効果は、０．６％以上で得られるが、１．６％を越えると溶接金属の焼き入れ性が過大となり靭性が劣化する。
【００３１】
Ｎｉは２．４〜３．４％であることが必要である。Ｎｉは溶接金属のマトリックスに固溶してフェライトそのものを高靭性化する。このようなＮｉの効果は、本溶接金属では２．４％以上で得られる。一方、３．４％を越えるとＰおよびＳが粒界に析出しやすく、高温割れが生じやすくなる。
【００３２】
Ａｌは０．００２〜０．５％であることが必要である。Ａｌは溶接金属の酸素量を低くするとともに、その酸化物は、靭性を改善するアシキュラフェライトの変態核として作用する。このようなＡｌの効果は、本溶接金属では０．００２％以上で得られるが、０．５％を越えるとベイナイトが生成し強度が過大となりじん性が劣化する。
【００３３】
Ｐは０．０１５％以下、Ｓは０．０１以下であることが必要である。本発明では、溶接金属の靭性向上のためにＮｉを多量に含有するために、ＰおよびＳは粒界に析出して靭性が劣化しやすいので、それぞれ０．０１５％以下、０．０１０以下に制限する。
【００３４】
Ｎは０．００５０％以下であることが必要である。Ｎは靭性を劣化させる元素であり、他の靭性対策を施してもじん性が劣化するので上限を０．００５０％とした。
【００３５】
また、溶接ワイヤ径は４．４〜６．６ｍｍであることが必要である。被溶接鋼板の板厚が小さい場合は、入熱が小さいため、用いる溶接ワイヤ径は小さい方が有利であり、板厚が大きい場合は、太径ワイヤの方が有利であり、それぞれ被溶接鋼板の板厚によって使い分けるが、溶接ワイヤ径が４．４ｍｍ未満であると裏ビードが過大で溶着量が不足し、６．６ｍｍを越えると裏ビードが出にくくなり、電流を上げると溶着量が過多となるため、その範囲を４．４〜６．６ｍｍに規定する。
【００３６】
また、本発明の溶接法では、溶接金属の酸素制御による靭性向上のため、フラックスとしてはボンドフラックスを用いる。
サブマージアーク溶接用として一般的に用いられる溶融フラックスは酸化物を主成分とするため、溶接金属の脱酸は溶接ワイヤにより行う必要があるが、本発明の溶接ワイヤは、靭性向上のためにＣ量を低く制限するため脱酸不足となり、低温での靭性向上は望めない。これに対して、ボンドフラックスはフラックス中にＣＯ２を含有し、フラックスによって溶融金属にＣが供給されるので脱酸が良好になる。
【００３７】
本発明では、上記ボンドフラックスを採用し、さらに溶接金属の酸素制御の点から、フラックスの下記（１）式で定義される塩基度Ｂｎを０．８〜１．５にする。すなわち、Ｂｎが０．８未満では溶接金属中の酸素量が高くなり良好な靭性が得られない。一方、Ｂｎが１．５を越えると酸素が低くなり過ぎかえって靭性が劣化する。
【００３８】
本発明でのフラックスの組成の限定理由を説明する。
ＳｉＯ２ は１０〜２０％であることが必要である。ＳｉＯ２は大入熱溶接において良好な溶接ビードを形成するためにもっとも重要な成分であるが、過多になると靭性を劣化させる。すなわち、１０％未満では表ビードの揃いが悪く不良となり、２０％を越えると良好な靭性が得られない。
【００３９】
ＭｇＯは２０〜３３％であることが必要である。ＭｇＯは大入熱溶接における作業性確保のために有用な成分である。２０％未満では表ビードの表面が乱れ不良となる。一方、３３％を越えると、表ビード表面に断続的に突起状ビードが生じる。
【００４０】
Ａｌ２Ｏ３は１３〜２５％であることが必要である。Ａｌ２Ｏ３表ビードのスラグ剥離性を確保するために有用な成分である。１３％未満では表ビードの剥離性が劣化し、２５％を越えると凸ビードとなる。
【００４１】
ＴｉＯ２は５〜１５％であることが必要である。ＴｉＯ２は表ビードの表面の平滑性を得るのに有用な成分である。しかも、靭性向上にも効果がある。このような効果は５％以上の添加で得られるが、１５％を越えると表ビード趾端部の立ち上がり角度が大きくなる。
【００４２】
ＣａＦ２は６〜１２％であることが必要である。ＣａＦ２は靭性改善に効果があるが、融点が低いため大入熱溶接では、表ビード表面の平滑性が損なわれる。すなわち６％未満では靭性改善に効果がなく。一方１２％を越えると表ビードが不良となる。
【００４３】
ＣａＣＯ３は５〜８％であることが必要である。ＣａＣＯ３は溶接金属中の拡散性水素量を下げることに効果がある。このような効果は６％以上で得られるが、１２％を越えるとポックマークが発生し易くなり、表ビードが不良となる。なおこのＣａＣＯ３および前記ＣａＦ２は先に述べた塩基度Ｂｎの計算においてＣａＯに換算される。
【００４４】
Ｂ２Ｏ３は０．２〜０．５％であることが必要である。Ｂ２Ｏ３は靭性向上に効果がある。このような効果は０．２％以上で得られるが、一方０．５％を越えると溶接金属が硬化しかえって靭性が劣化する。
【００４５】
以上が本発明の簡易片面サブマージアーク溶接法において必要とする限定条件であり、その他の条件は特に規定する必要はないが、さらに以下の条件で溶接することがより好ましい。
本発明の簡易片面サブマージアーク溶接で対象とする被溶接鋼板の板厚は、対象となる低温用鋼の熱影響部特性と溶接効率の観点から１０〜２５ｍｍの鋼板とすることが好ましい。
【００４６】
また、被溶接鋼板の開先角度およびルートギャップは、特に規定する必要がないが、被溶接鋼板の開先角度は４０〜６０°で、ルートギャップは、６ｍｍ以下にすることがより好ましい。ルートギャップについては、１．５〜６ｍｍで開先充填材による裏ビード形状の制御効果が得られる。
また、開先充填材の開先への散布厚は鋼板表面より深さが４ｍｍを超えると裏ビードが過大となり、溶着金属量が不足するので４ｍｍ以下が好ましい。
【００４７】
【実施例】
以下実施例により、本発明の効果をさらに具体的に示す。
表１に示すＡ１〜Ａ８の８種類の開先充填材を作製した。このうちＡ１〜Ａ４は本発明例の開先充填材、Ａ４〜Ａ８は本発明の効果を明確にするための比較例の開先充填材である。同様に、表２に示すＷ１〜Ｗ５の５種類の組成のワイヤを作製した。このうちＷ１〜Ｗ３は本発明例のワイヤ、Ｗ４、Ｗ５は本発明の効果を明確にするための比較例のワイヤである。ワイヤ径は全てのワイヤにおいて６．４ｍｍを作成した。Ｗ１においてはさらに４．０、４．８、７．２ｍｍを作成した。
【００４８】
【表１】
【００４９】
【表２】
【００５０】
フラックスは表３に示すＦ１〜Ｆ１１の１１種類の組成のボンドフラックスを作製した。このうちＦ１〜Ｆ３は本発明例のフラックス、Ｆ４〜Ｆ１３は本発明の効果を明確にするための比較例のフラックスである。フラックスは水ガラスで造粒し、５００℃で１時間焼成し、１２×１００メッシュに整粒して供試した。
【００５１】
【表３】
【００５２】
表４に示す鋼板により図２の開先を構成し、表５に示す開先条件を用いて表１の開先充填鉄合金を開先内に散布し、表２のワイヤと表３のフラックスを用いて表５の条件で溶接した。鋼板はＳＬＡ３２５で低温用鋼である。なお図２において１は固形耐火性酸化物を主成分とする裏当材、２はガラステープである。
【００５３】
【表４】
【００５４】
【表５】
【００５５】
溶接が終了してから表ビードと裏ビードを評価した。その後、機械試験とマクロ試験を実施した。板表面７ｍｍ下の溶接部よりＪＩＳ Ａ１号引張試験片およびＪＩＳ４号Ｖノッチシャルピー試験片をそれぞれ採取して供試した。また、断面マクロ組織から溶接割れの有無を観察した。それらの結果を表６および表７に示す。
【００５６】
【表６】
【００５７】
【表７】
【００５８】
表６および表７の中で記号Ｂ１〜Ｂ９は本発明の実施例、記号Ｂ１０〜Ｂ２４は本発明の効果を明確にするための比較例である。これらの結果、本発明の実施例Ｂ１〜Ｂ９は溶接作業性も良好であり、かつ割れの発生もなく、引張強度、−５５℃のシャルピー吸収エネルギー値とも良好な値を示した。
【００５９】
比較例のうちＢ１０は開先充填材のＣおよびＭｎが過多で引張強度が過大となり、かつＮｉとＡｌが不足して靭性が劣化した。
比較例のうちＢ１１は開先充材のかさ比重が過小なため裏ビードが過大となり、かつＮｉとＰが過多のため高温割れが発生した。
比較例のうちＢ１２は開先充填材のＭｎおよびＮが過多で引張強度が過大となり、さらにじん性が劣化した。
【００６０】
比較例のうちＢ１３は開先充填鉄合金のかさ比重が過大で裏ビードが出にくく過小となった。
比較例のうちＢ１４はワイヤ径が過大で裏ビードが出にくく過小となった。
比較例のうちＢ１５はワイヤ径が過小で裏ビードが過大となった。
【００６１】
比較例のうちＢ１６はワイヤのＡｌが不足し、またＮが過大でじん性が劣化した。
比較例のうちＢ１７はワイヤのＮｉおよびＰが過多で高温割れが発生した。
比較例のうちＢ１８はフラックスのＢｎが過大で引張強度が過大となり、さらにＳｉＯ２が過少で表ビードが不揃いとなり、さらにＡｌ２Ｏ３が過多で表ビードが凸となった。
【００６２】
比較例のうちＢ１９はフラックスのＳｉＯ２が過多で、Ｂｎが過小のためじん性が劣化し、またＭｇＯが過少で表ビード表面が乱れた。
比較例のうちＢ２０はフラックスのＭｇＯが過多で表ビード表面に断続的に突起が発生し、ＴｉＯ２が過小のため表ビードの平滑性が劣った。
比較例のうちＢ２１はフラックスのＣａＦ２が過少およびＢｎが過少のためじん性劣化した。
【００６３】
比較例のうちＢ２２はフラックスのＴｉＯ２が過多で表ビードの趾端部が不揃いで、かつＣａＦ２が過多で表ビードの平滑性が劣った。
比較例のうちＢ２３はフラックスのＢ２Ｏ３が過多で溶接金属が硬化し、引張強度が過大となった。
比較例のうちＢ２４はフラックスのＢ２Ｏ３が過少でじん性が劣化した。
【００６４】
【発明の効果】
以上説明したごとく本発明を用いれば、実施例にも示した通り低温用鋼の簡易片面サブマージアーク溶接方法において溶接作業性及び裏ビード形状が良好で溶接割れもなく低温靭性性も良好な溶接部が得られ、大型構造物の溶接に貢献するところが大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】開先充填鉄合金のかさ比重と裏ヒードの高さの関係を示すグラフである。
【図２】本発明の実施例に用いた鋼板の開先形状を示す断面図である。
【発明の属する技術分野】
本発明は主に造船分野で用いられるいわゆる簡易片面サブマージアーク溶接に関する。簡易片面サブマージアーク溶接は固形耐火性酸化物を主成分とする裏当て材を使用する片面溶接であって、本発明はこれに使用する開先充填材およびそれを用いた溶接方法に係わる。さらに詳しくはＬＰＧ船のアッパーデッキ等に用いられる低温用鋼を対象とする片面１層溶接時に、強度および低温靭性に優れた溶接金属が得られる簡易片面サブマージアーク溶接に使用する開先充填材およびそれを用いた低温用鋼の溶接方法に関するものである。
ここでいう低温用鋼とは造船に用いられるＪＩＳ Ｇ３１２６で「低温圧力容器用炭素鋼鋼板」として規定されるＳＬＡ３２５、ＳＬＡ３６０鋼等やこれらと同等の強度を持ち、シャルピー試験温度で−４０〜−６０℃における靭性を満足する鋼材を総称したものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、造船等の厚鋼板の溶接では、溶接効率の優れた片面サブマージアーク溶接法が一般に用いられているが、入熱量が大きいため溶接部の靭性が劣化する傾向があった。従って、特に低温靭性の要求が厳しいＬＰＧ船等の低温用鋼の溶接では、溶接部の低温靭性を満足させるために、溶接入熱を９ｋＪ／ｍｍ程度以下規制しなければならず、また適用できる板厚は約１６ｍｍ以下であった。
【０００３】
しかしながら、近年、材質開発の面から上記ＬＰＧ船等で低温用厚鋼板を片面サブマージアーク溶接する際の母材熱影響部の靭性向上がなされ、板厚２５ｍｍまでの低温用厚鋼板を溶接することが可能となった。これらの片面サブマージアーク溶接用低温用鋼としては、例えばＴＭＣＰ（Ｔｈｅｒｍｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｐｒｏｃｅｓｓ）技術により、炭素当量の低減と共にＴｉ脱酸又はＡｌとＴｉの複合脱酸を利用した酸化物制御により母材熱影響部の低温靭性を向上させたものが実用化されている。
【０００４】
一般に造船等の長さ２０ｍにもおよぶ大板継ぎ溶接に用いられる片面サブマージアーク溶接法としては、フラックス銅バッキング片面サブマージアーク溶接法と簡易片面サブマージアーク溶接法が用いられている。前者は専用の装置を使用し、これの裏当て銅板上に粒状裏フラックスを散布し、その上に被溶接鋼板を配置した状態で、開先のルートに表フラックスを充填して溶接用ワイヤを用いて溶接する方法である。また、後者は、固形耐火性酸化物を主成分とした裏当材上にＳｉＯ２が主成分のガラステープを４〜８枚程度配して、それを被溶接鋼板の開先裏面に当接した状態で、表フラックスと開先のルートギャップが大きい場合には鋼粒の開先充填材を充填して溶接用ワイヤを用いて溶接する方法である。
【０００５】
従来、上記片面サブマージアーク溶接法で用いられている開先充填材としては、例えば実公昭４３−３３２号公報及び特開昭６０−４６８９５号公報等で提案されている。しかしながら、実公昭４３−３３２号公報の開先充填材は、軟鋼およびＨＴ４９０には適用できても、−６０℃の低温靭性が要求されるＬＰＧ船などの低温用鋼の溶接には適用できないものである。また、特開昭６０−４６８９５号公報には、ガラステープ系裏当て材を用いた場合の裏ビードのスラグ剥離の向上を目的としてＰｂやＢｉをを含有する低温用鋼の片面潜弧溶接用開先充填剤が提案されている。しかしながら、裏当材からの冷却が早い片面サブマージアーク溶接法では、高温割れの発生にとってこれら低融点成分の含有は好ましくない。
【０００６】
また、本発明者らも、特開平１０−２６３８８１号公報にて、低温用鋼を片面サブマージアーク溶接する際の開先充填材として、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｎ、Ｏを規定すると共に、粒子径を４５μｍから１８０μｍにした開先鋼充填材を提案した。
しかしながら、その後、検討を重ねた結果、片面サブマージアーク溶接法の中で、フラックス銅バッキング片面サブマージアーク溶接法には適用できるが、これの方法に比べて裏当材の保持力が低く、冷却速度が遅い簡易片面サブマージアーク溶接法では、開先裏面の裏ビード形状の制御や低温靭性の確保が困難であることが判った。
【０００７】
簡易片面サブマージアーク溶接法は、固定された装置を用いるフラックス銅バッキング片面サブマージアーク溶接法に比べて、造船等の組み立て現場で容易に実施が可能なため、この簡易片面サブマージアーク溶接法を用いた低温用鋼の溶接法の開発が望まれている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の従来技術の課題に鑑みて、低温用鋼の簡易片面サブマージアーク溶接において、低温靭性に優れた溶接金属と共に良好な溶接作業性が得られる開先充填材とそれを用いた溶接方法を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記目的を達成するため種々検討し、良好な裏ビード形状と低温じん性が得られる開先充填材とその開先充填材を用いて特定成分の溶接ワイヤおよびボンドフラックスを用いた溶接方法を見出し、本発明を完成した。その発明の要旨とするところは以下の通りである。
【００１０】
（１）簡易片面サブマージアーク溶接用開先充填材において、重量％で、Ｃ：０．０７％以下、Ｓｉ：０．０５％以下、Ｍｎ：０．６〜１．５％、Ｎｉ：２．４〜３．４％、Ａｌ：０．００２〜０．４％を含有し、Ｐ：０．０１５％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ｎ：０．００５％以下とした鋼粒であって、かさ比重が４〜６であることを特徴とする簡易片面サブマージアーク溶接用開先充填材。
（２）鋼粒のＡｌ含有量が０．０３超〜０．４％であることを特徴とする（１）記載の簡易片面サブマージアーク溶接用開先充填材
（３）粒径が０．５〜２ｍｍであることを特徴とする（１）または（２）に記載の簡易片面サブマージアーク溶接用開先充填材。
【００１１】
（４）低温用鋼鋼板の開先裏面に耐火性酸化物を主成分とする裏当て材を当接させて、１層溶接する簡易片面サブマージアーク溶接方法において、前記開先内に（１）ないし（３）のいずれかに記載の開先充填材を充填し、重量％で、ＳｉＯ２：１０〜２０％、ＭｇＯ：２０〜３３％、Ａｌ２Ｏ３：１３〜２５％、ＴｉＯ２：５〜１５％、ＣａＦ２：６〜１２％、ＣａＣＯ３：５〜８％、Ｂ２Ｏ３：０．２〜０．５％を含有し、かつ下式で定義されるＢｎが０．８〜１．５であるボンドフラックスと、重量％で、Ｃ：０．０１〜０．１％、Ｓｉ：０．０５％以下、Ｍｎ：０．６〜１．６％、Ｎｉ：２．４〜３．４％、Ａｌ：０．００２〜０．５％を含有し、Ｐ：０．０１５％以下、Ｓ：０．０１０％以下、Ｎ：０．００５％以下とし、かつワイヤ径が４．４〜６．６ｍｍである鋼製溶接ワイヤとを用いて、前記開先のルートギャップが６ｍｍ以下の状態で溶接することを特徴とする低温用鋼の簡易片面サブマージアーク溶接方法。
Ｂｎ＝（０．１０８［ＣａＯ］＋０．０６８［ＭｎＯ］＋０．１０［ＭｇＯ］）／（０．１０５［ＳｉＯ２］＋０．００２［Ａｌ２Ｏ３］）
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、特開平１０−２６３８８１号公報にて提案した低温用鋼の片面サブマージアーク溶接用開先充填材を基に簡易片面サブマージアーク溶接時の裏ビード形状と溶接金属の機械的特性をさら詳細に調査検討した。
その結果、簡易片面サブマージアーク溶接法とフラックス銅バッキング片面サブマージアーク溶接法とでは、裏当て方式の違いによって裏ビード形成能および溶接金属の成分設計に大きな差が生じることが判った。
【００１３】
一般に簡易片面溶接は、裏当材として主に耐火性酸化物を含有する粉末を水ガラスで板状にしたものを用い、その上にＳｉＯ２が主成分のガラステープを４〜８枚程度配し、それらを被溶接鋼板の開先裏面に当接して溶接する。これに対し、フラックス銅バッキング片面サブマージアーク溶接法では、裏当て銅板が固定された装置として配置され、その上に散布された粒状裏フラックスを介して被溶接鋼板の溶接を行う。このため、フラックス銅バッキング片面サブマージアーク溶接法では、比較的大きな電流で溶接しても、開先裏面が裏当て銅板で保持されているため、裏フラックスの中で生成する裏ビードの高さは、銅板で規制される。これに対して、簡易片面サブマージアーク溶接は、前記の銅板に比べて耐火性が低いガラステープと主に耐火性酸化物からなる裏当材で開先裏面を保持するため、裏ビードは、ガラステープと裏当材の中で生成し、裏ビードの保持力は非常に小さく、溶接不良を防止するための裏ビードの高さ制御が困難である。
【００１４】
また、簡易片面サブマージアーク溶接法で用いられる主に耐火性酸化物からなる裏当材は、フラックス銅バッキング片面サブマージアーク溶接法で用いられる裏当て銅板に比べ、溶接金属の冷却効果が小さいため溶接金属の強度や靭性の劣化が大きい。
以上の発明者らの実験結果から、簡易片面サブマージアーク溶接を用いて低温用鋼を溶接する場合は、フラックス銅バッキング片面サブマージアーク溶接法を用いた溶接に比べて、より厳密な溶接条件の管理が必要であることが判った。
【００１５】
そこで、本発明者らは、簡易片面サブマージアーク溶接を用いて低温用鋼を溶接する際の溶接条件を詳細に調査検討した。その結果、フラックス銅バッキング片面サブマージアーク溶接法に比べ、裏ビードの高さ制御が難しく、かつ溶接金属の冷却能が小さい簡易片面サブマージアーク溶接においては、下記の対策をとる必要があることがわかった。すなわち開先充填材中の成分においてＮｉのマトリックスの固溶による靭性を確保した上で、Ａｌを増加することにより溶接金属中の酸化物制御及び酸素量調整を行うことでフェライト生成および組織の微細化を図り、強度を過度に上昇させずに低温靭性の向上を図ると共に、開先充填材のかさ比重を規定することにより溶接不良の問題がない良好な裏ビード形状が得られることが判った。
本発明は、上記の充填材と所定成分のボンドフラックスを開先内に充填し、所定成分の溶接ワイヤによって低温用鋼を溶接することにより、−４０〜−６０℃において良好な靭性が確保できる溶接金属が得られ、かつ裏ビード形状などの溶接作業性の優れた簡易片面サブマージアーク溶接が可能である。
【００１６】
本発明の詳細について、以下に述べる。
本発明の開先充填材は、その基本成分として、低Ｃ系で、ＮｉとＡｌを所定量含有し、さらにＳｉ、Ｍｎ、Ｎを規定するものであり、これにより低温で良好な靭性を得ることができる。また、Ｎｉが高いので耐高温割れ性の点からＰ、Ｓを制限した。さらに、開先内に充填して溶接したときに良好な裏ビードが得られように開先充填材のかさ比重を特定した。また、本発明では、前記開先充填材を用いて、低温用鋼を簡易片面サブマージアーク溶接する際に、溶接金属の良好な低温靭性と良好な溶接作業性を得るために、前記開先充填材の他に、同様な理由でワイヤの成分組成を規制すると共に、ボンドフラックスの塩基度：Ｂｎを規定するものである。
【００１７】
まず、本発明の開先充填材の成分組成についてその限定理由を説明する。
Ｃは０．０７％以下であることが必要である。Ｃは良好な靭性を得るためには低く設定する必要がある。溶接金属で良好な低温靭性を得るためには溶接金属のＣ量は０．１％以下程度に低くする必要があり、鋼板は０．１２％以下であるため母材希釈を考慮して、開先充填材のＣ量は、０．０７％以下とした。
【００１８】
Ｓｉは０．０５％以下であることが必要である。Ｓｉは脱酸元素として有用であるが、０．０５％を越えると溶接金属の靭性が劣化するするため、その上限を０．０５％とした。
【００１９】
Ｍｎは０．６〜１．５％であることが必要である。Ｍｎは溶接金属の焼き入れ性を確保し、粒内フェライトの変態核を生成する上で必要である。このようなＭｎの効果は、０．６％以上で得られるが、１．５％を越えると溶接金属の焼き入れ性が過大となり靭性が劣化する。
【００２０】
Ｎｉは２．４〜３．４％であることが必要である。Ｎｉは溶接金属のマトリックスに固溶してフェライトそのものを高靭性化する。このようなＮｉの効果は、本溶接金属では２．４％以上で得られる。一方、３．４％を越えるとＰおよびＳが粒界に析出しやすく、高温割れが生じやすくなるため、その上限を３．４％とした。
【００２１】
Ａｌは０．００２〜０．４％であることが必要である。Ａｌは溶接金属の酸素量を低くして変態温度を低下させるとともに、その酸化物は、靭性を改善するアシキュラフェライトの変態核として作用する。このようなＡｌの効果は、０．００２％以上で得られるが、０．４％を越えるとベイナイトが生成し溶接金属の強度が過大となり靭性が劣化する。上記の効果をより高めるためには、Ａｌの添加量の下限を０．０３％超とすることが好ましい。
【００２２】
Ｐは０．０１５％以下、Ｓは０．０１以下であることが必要である。本発明では、溶接金属の靭性向上のためにＮｉを多量に含有するために、ＰおよびＳは粒界に析出して靭性が劣化しやすいので、それぞれ０．０１５％以下、０．０１％以下に制限する。
【００２３】
Ｎは０．００５％以下であることが必要である。Ｎは靭性を劣化させる元素であり、溶接金属の靭性が劣化するので上限を０．００５％とした。
【００２４】
次に、本発明の開先充填材のかさ比重の限定理由を説明する。
上記のように成分組成を限定しても、良好な溶接ビードと必要溶着金属量を得るためにはかさ比重は４〜６に規定することが必要である。
図１には、本発明の開先充填材のかさ比重と裏ビード高さの関係を示す。
図に示すようにかさ比重が小さいと裏ビードが出易く、大きくなるに従って出方が少なくなる傾向にあり、開先への充填厚が表面からの深さ４ｍｍ以下の範囲では、かさ比重が４未満で裏ビードが過大となり、そのため溶着金属量が不足するが、かさ比重が６を超えると裏ビードが出難く過小となり、溶着金属量が過多となり、裏ビード形状不良及び溶接不良の問題が生ずる。
【００２５】
本発明では、裏ビード形状を向上させるためにかさ比重を上記範囲に規制することを要件とするが、充填材の粒径が小さいと溶接時に溶接金属で発生するガスの抜けが悪化し、大きすぎると溶け込み難くなるため、さらに、充填材の粒径を０．５〜２ｍｍに規定することが好ましい。
【００２６】
次に、本発明の開先充填材を用いた溶接方法の限定理由について説明する。
本発明が対象とする低温用鋼は、主に造船分野でＬＰＧ船用等に用いられるものであって、ＪＩＳ Ｇ３１２６で規定されるもの、またはこれに準ずるものであり、その組成としては重量％でＣ：０．０５〜０．１２％、Ｓｉ：０．０５〜０．３％、Ａｌ：０．００２〜０．０４５％、Ｔｉ：０．００５〜０．０２％、Ｎ：０．００５％以下を含有し、残部が鉄及び不可避不純物からなる鋼である。本発明では、上記の成分組成の鋼板をその開先裏面に耐火性酸化物系裏当て材を当接させて１層溶接する、いわゆる簡易片面サブマージアーク溶接方法を用いることを前提とする。
【００２７】
本発明では、上記簡易片面サブマージアーク溶接方法において、上記開先充填材を用い、さらに溶接ワイヤおよびフラックスを規定することを要件とするものであり、その限定理由を以下に説明する。
まず、溶接ワイヤの成分組成の限定理由について説明する。
【００２８】
Ｃは０．０１〜０．１％であることが必要である。Ｃは良好な靭性を得るためには低く設定する必要がある。溶接金属で良好な低温靭性を得るためには溶接金属のＣ量は０．１％以下に低くする必要があり、０．１％以下とした。しかしながら、０．０１％未満では脱酸不足となり、靭性が劣化する。
【００２９】
Ｓｉは０．０５％以下であることが必要である。Ｓｉは脱酸元素として有用であるが、本溶接金属では０．０５％を越えると靭性が劣化するため、その上限を０．０５％とした。
【００３０】
Ｍｎは０．６〜１．６％であることが必要である。Ｍｎは溶接金属の焼き入れ性を確保し、粒内フェライトの変態核を生成する上で必要である。このようなＭｎの効果は、０．６％以上で得られるが、１．６％を越えると溶接金属の焼き入れ性が過大となり靭性が劣化する。
【００３１】
Ｎｉは２．４〜３．４％であることが必要である。Ｎｉは溶接金属のマトリックスに固溶してフェライトそのものを高靭性化する。このようなＮｉの効果は、本溶接金属では２．４％以上で得られる。一方、３．４％を越えるとＰおよびＳが粒界に析出しやすく、高温割れが生じやすくなる。
【００３２】
Ａｌは０．００２〜０．５％であることが必要である。Ａｌは溶接金属の酸素量を低くするとともに、その酸化物は、靭性を改善するアシキュラフェライトの変態核として作用する。このようなＡｌの効果は、本溶接金属では０．００２％以上で得られるが、０．５％を越えるとベイナイトが生成し強度が過大となりじん性が劣化する。
【００３３】
Ｐは０．０１５％以下、Ｓは０．０１以下であることが必要である。本発明では、溶接金属の靭性向上のためにＮｉを多量に含有するために、ＰおよびＳは粒界に析出して靭性が劣化しやすいので、それぞれ０．０１５％以下、０．０１０以下に制限する。
【００３４】
Ｎは０．００５０％以下であることが必要である。Ｎは靭性を劣化させる元素であり、他の靭性対策を施してもじん性が劣化するので上限を０．００５０％とした。
【００３５】
また、溶接ワイヤ径は４．４〜６．６ｍｍであることが必要である。被溶接鋼板の板厚が小さい場合は、入熱が小さいため、用いる溶接ワイヤ径は小さい方が有利であり、板厚が大きい場合は、太径ワイヤの方が有利であり、それぞれ被溶接鋼板の板厚によって使い分けるが、溶接ワイヤ径が４．４ｍｍ未満であると裏ビードが過大で溶着量が不足し、６．６ｍｍを越えると裏ビードが出にくくなり、電流を上げると溶着量が過多となるため、その範囲を４．４〜６．６ｍｍに規定する。
【００３６】
また、本発明の溶接法では、溶接金属の酸素制御による靭性向上のため、フラックスとしてはボンドフラックスを用いる。
サブマージアーク溶接用として一般的に用いられる溶融フラックスは酸化物を主成分とするため、溶接金属の脱酸は溶接ワイヤにより行う必要があるが、本発明の溶接ワイヤは、靭性向上のためにＣ量を低く制限するため脱酸不足となり、低温での靭性向上は望めない。これに対して、ボンドフラックスはフラックス中にＣＯ２を含有し、フラックスによって溶融金属にＣが供給されるので脱酸が良好になる。
【００３７】
本発明では、上記ボンドフラックスを採用し、さらに溶接金属の酸素制御の点から、フラックスの下記（１）式で定義される塩基度Ｂｎを０．８〜１．５にする。すなわち、Ｂｎが０．８未満では溶接金属中の酸素量が高くなり良好な靭性が得られない。一方、Ｂｎが１．５を越えると酸素が低くなり過ぎかえって靭性が劣化する。
本発明でのフラックスの組成の限定理由を説明する。
ＳｉＯ２ は１０〜２０％であることが必要である。ＳｉＯ２は大入熱溶接において良好な溶接ビードを形成するためにもっとも重要な成分であるが、過多になると靭性を劣化させる。すなわち、１０％未満では表ビードの揃いが悪く不良となり、２０％を越えると良好な靭性が得られない。
【００３９】
ＭｇＯは２０〜３３％であることが必要である。ＭｇＯは大入熱溶接における作業性確保のために有用な成分である。２０％未満では表ビードの表面が乱れ不良となる。一方、３３％を越えると、表ビード表面に断続的に突起状ビードが生じる。
【００４０】
Ａｌ２Ｏ３は１３〜２５％であることが必要である。Ａｌ２Ｏ３表ビードのスラグ剥離性を確保するために有用な成分である。１３％未満では表ビードの剥離性が劣化し、２５％を越えると凸ビードとなる。
【００４１】
ＴｉＯ２は５〜１５％であることが必要である。ＴｉＯ２は表ビードの表面の平滑性を得るのに有用な成分である。しかも、靭性向上にも効果がある。このような効果は５％以上の添加で得られるが、１５％を越えると表ビード趾端部の立ち上がり角度が大きくなる。
【００４２】
ＣａＦ２は６〜１２％であることが必要である。ＣａＦ２は靭性改善に効果があるが、融点が低いため大入熱溶接では、表ビード表面の平滑性が損なわれる。すなわち６％未満では靭性改善に効果がなく。一方１２％を越えると表ビードが不良となる。
【００４３】
ＣａＣＯ３は５〜８％であることが必要である。ＣａＣＯ３は溶接金属中の拡散性水素量を下げることに効果がある。このような効果は６％以上で得られるが、１２％を越えるとポックマークが発生し易くなり、表ビードが不良となる。なおこのＣａＣＯ３および前記ＣａＦ２は先に述べた塩基度Ｂｎの計算においてＣａＯに換算される。
【００４４】
Ｂ２Ｏ３は０．２〜０．５％であることが必要である。Ｂ２Ｏ３は靭性向上に効果がある。このような効果は０．２％以上で得られるが、一方０．５％を越えると溶接金属が硬化しかえって靭性が劣化する。
【００４５】
以上が本発明の簡易片面サブマージアーク溶接法において必要とする限定条件であり、その他の条件は特に規定する必要はないが、さらに以下の条件で溶接することがより好ましい。
本発明の簡易片面サブマージアーク溶接で対象とする被溶接鋼板の板厚は、対象となる低温用鋼の熱影響部特性と溶接効率の観点から１０〜２５ｍｍの鋼板とすることが好ましい。
【００４６】
また、被溶接鋼板の開先角度およびルートギャップは、特に規定する必要がないが、被溶接鋼板の開先角度は４０〜６０°で、ルートギャップは、６ｍｍ以下にすることがより好ましい。ルートギャップについては、１．５〜６ｍｍで開先充填材による裏ビード形状の制御効果が得られる。
また、開先充填材の開先への散布厚は鋼板表面より深さが４ｍｍを超えると裏ビードが過大となり、溶着金属量が不足するので４ｍｍ以下が好ましい。
【００４７】
【実施例】
以下実施例により、本発明の効果をさらに具体的に示す。
表１に示すＡ１〜Ａ８の８種類の開先充填材を作製した。このうちＡ１〜Ａ４は本発明例の開先充填材、Ａ４〜Ａ８は本発明の効果を明確にするための比較例の開先充填材である。同様に、表２に示すＷ１〜Ｗ５の５種類の組成のワイヤを作製した。このうちＷ１〜Ｗ３は本発明例のワイヤ、Ｗ４、Ｗ５は本発明の効果を明確にするための比較例のワイヤである。ワイヤ径は全てのワイヤにおいて６．４ｍｍを作成した。Ｗ１においてはさらに４．０、４．８、７．２ｍｍを作成した。
【００４８】
【表１】
【表２】
フラックスは表３に示すＦ１〜Ｆ１１の１１種類の組成のボンドフラックスを作製した。このうちＦ１〜Ｆ３は本発明例のフラックス、Ｆ４〜Ｆ１３は本発明の効果を明確にするための比較例のフラックスである。フラックスは水ガラスで造粒し、５００℃で１時間焼成し、１２×１００メッシュに整粒して供試した。
【００５１】
【表３】
表４に示す鋼板により図２の開先を構成し、表５に示す開先条件を用いて表１の開先充填鉄合金を開先内に散布し、表２のワイヤと表３のフラックスを用いて表５の条件で溶接した。鋼板はＳＬＡ３２５で低温用鋼である。なお図２において１は固形耐火性酸化物を主成分とする裏当材、２はガラステープである。
【００５３】
【表４】
【表５】
溶接が終了してから表ビードと裏ビードを評価した。その後、機械試験とマクロ試験を実施した。板表面７ｍｍ下の溶接部よりＪＩＳ Ａ１号引張試験片およびＪＩＳ４号Ｖノッチシャルピー試験片をそれぞれ採取して供試した。また、断面マクロ組織から溶接割れの有無を観察した。それらの結果を表６および表７に示す。
【００５６】
【表６】
【表７】
表６および表７の中で記号Ｂ１〜Ｂ９は本発明の実施例、記号Ｂ１０〜Ｂ２４は本発明の効果を明確にするための比較例である。これらの結果、本発明の実施例Ｂ１〜Ｂ９は溶接作業性も良好であり、かつ割れの発生もなく、引張強度、−５５℃のシャルピー吸収エネルギー値とも良好な値を示した。
【００５９】
比較例のうちＢ１０は開先充填材のＣおよびＭｎが過多で引張強度が過大となり、かつＮｉとＡｌが不足して靭性が劣化した。
比較例のうちＢ１１は開先充材のかさ比重が過小なため裏ビードが過大となり、かつＮｉとＰが過多のため高温割れが発生した。
比較例のうちＢ１２は開先充填材のＭｎおよびＮが過多で引張強度が過大となり、さらにじん性が劣化した。
【００６０】
比較例のうちＢ１３は開先充填鉄合金のかさ比重が過大で裏ビードが出にくく過小となった。
比較例のうちＢ１４はワイヤ径が過大で裏ビードが出にくく過小となった。
比較例のうちＢ１５はワイヤ径が過小で裏ビードが過大となった。
【００６１】
比較例のうちＢ１６はワイヤのＡｌが不足し、またＮが過大でじん性が劣化した。
比較例のうちＢ１７はワイヤのＮｉおよびＰが過多で高温割れが発生した。
比較例のうちＢ１８はフラックスのＢｎが過大で引張強度が過大となり、さらにＳｉＯ２が過少で表ビードが不揃いとなり、さらにＡｌ２Ｏ３が過多で表ビードが凸となった。
【００６２】
比較例のうちＢ１９はフラックスのＳｉＯ２が過多で、Ｂｎが過小のためじん性が劣化し、またＭｇＯが過少で表ビード表面が乱れた。
比較例のうちＢ２０はフラックスのＭｇＯが過多で表ビード表面に断続的に突起が発生し、ＴｉＯ２が過小のため表ビードの平滑性が劣った。
比較例のうちＢ２１はフラックスのＣａＦ２が過少およびＢｎが過少のためじん性劣化した。
【００６３】
比較例のうちＢ２２はフラックスのＴｉＯ２が過多で表ビードの趾端部が不揃いで、かつＣａＦ２が過多で表ビードの平滑性が劣った。
比較例のうちＢ２３はフラックスのＢ２Ｏ３が過多で溶接金属が硬化し、引張強度が過大となった。
比較例のうちＢ２４はフラックスのＢ２Ｏ３が過少でじん性が劣化した。
【００６４】
【発明の効果】
以上説明したごとく本発明を用いれば、実施例にも示した通り低温用鋼の簡易片面サブマージアーク溶接方法において溶接作業性及び裏ビード形状が良好で溶接割れもなく低温靭性性も良好な溶接部が得られ、大型構造物の溶接に貢献するところが大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】開先充填鉄合金のかさ比重と裏ヒードの高さの関係を示すグラフである。
【図２】本発明の実施例に用いた鋼板の開先形状を示す断面図である。
Claims (4)
- 簡易片面サブマージアーク溶接用開先充填材において、重量％で、Ｃ：０．０７％以下、Ｓｉ：０．０５％以下、Ｍｎ：０．６〜１．５％、Ｎｉ：２．４〜３．４％、Ａｌ：０．００２〜０．４％を含有し、Ｐ：０．０１５％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ｎ：０．００５％以下とした鋼粒であって、かさ比重が４〜６であることを特徴とする簡易片面サブマージアーク溶接用開先充填材。
- 鋼粒のＡｌ含有量が０．０３超〜０．４％であることを特徴とする請求項１記載の簡易片面サブマージアーク溶接用開先充填材。
- 粒径が０．５〜２ｍｍであることを特徴とする請求項１または２に記載の簡易片面サブマージアーク溶接用開先充填材。
- 低温用鋼鋼板の開先裏面に耐火性酸化物を主成分とする裏当て材を当接させて、１層溶接する簡易片面サブマージアーク溶接方法において、前記開先内に請求項１ないし３のいずれかに記載の開先充填材を充填し、重量％で、ＳｉＯ２：１０〜２０％、ＭｇＯ：２０〜３３％、Ａｌ２Ｏ３：１３〜２５％、ＴｉＯ２：５〜１５％、ＣａＦ２：６〜１２％、ＣａＣＯ３：５〜８％、Ｂ２Ｏ３：０．２〜０．５％を含有し、かつ下式で定義されるＢｎが０．８〜１．５であるボンドフラックスと、重量％で、Ｃ：０．０１〜０．１％、Ｓｉ：０．０５％以下、Ｍｎ：０．６〜１．６％、Ｎｉ：２．４〜３．４％、Ａｌ：０．００２〜０．５％を含有し、Ｐ：０．０１５％以下、Ｓ：０．０１０％以下、Ｎ：０．００５％以下とし、かつワイヤ径が４．４〜６．６ｍｍである鋼製溶接ワイヤとを用いて、前記開先のルートギャップが６ｍｍ以下の状態で溶接することを特徴とする低温用鋼の簡易片面サブマージアーク溶接方法。
Ｂｎ＝（０．１０８［ＣａＯ］＋０．０６８［ＭｎＯ］＋０．１０［ＭｇＯ］）／（０．１０５［ＳｉＯ２］＋０．００２［Ａｌ２Ｏ３］）
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08314399A JP3686545B2 (ja) | 1999-03-26 | 1999-03-26 | 簡易片面サブマージアーク溶接用開先充填材およびそれを用いた溶接方法。 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08314399A JP3686545B2 (ja) | 1999-03-26 | 1999-03-26 | 簡易片面サブマージアーク溶接用開先充填材およびそれを用いた溶接方法。 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000271788A JP2000271788A (ja) | 2000-10-03 |
| JP3686545B2 true JP3686545B2 (ja) | 2005-08-24 |
Family
ID=13794005
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP08314399A Expired - Lifetime JP3686545B2 (ja) | 1999-03-26 | 1999-03-26 | 簡易片面サブマージアーク溶接用開先充填材およびそれを用いた溶接方法。 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3686545B2 (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3765761B2 (ja) * | 2002-02-08 | 2006-04-12 | 株式会社神戸製鋼所 | サブマージアーク溶接用ボンドフラックス |
| JP4707949B2 (ja) * | 2003-11-20 | 2011-06-22 | 株式会社大島造船所 | 多電極片面サブマージアーク溶接方法 |
| JP2005349407A (ja) * | 2004-06-08 | 2005-12-22 | Kobe Steel Ltd | 片面サブマージアーク溶接方法 |
| JP2007268551A (ja) * | 2006-03-30 | 2007-10-18 | Kobe Steel Ltd | 多電極片面サブマージアーク溶接方法 |
| JP2014213331A (ja) * | 2013-04-23 | 2014-11-17 | 川田工業株式会社 | ２電極式サブマージアーク溶接方法 |
| KR101665816B1 (ko) * | 2014-12-24 | 2016-10-13 | 주식회사 포스코 | 용접이음부 및 그 제조방법 |
| CN115179558A (zh) * | 2022-08-10 | 2022-10-14 | 安阳市超高工业技术有限责任公司 | 一种超高分子量聚乙烯板材无缝焊接的方法 |
| CN115464241A (zh) * | 2022-08-31 | 2022-12-13 | 中船黄埔文冲船舶有限公司 | 一种中厚板的焊接方法 |
-
1999
- 1999-03-26 JP JP08314399A patent/JP3686545B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2000271788A (ja) | 2000-10-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3476125B2 (ja) | ２相ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤ | |
| CN108526752B (zh) | 一种涉水环境下焊接用自保护药芯焊丝 | |
| JP2013154363A (ja) | 片面サブマージアーク溶接用フラックス | |
| JPS6313694A (ja) | サブマ−ジア−ク溶接用焼成型フラツクス | |
| JP5450260B2 (ja) | 耐高温割れ性に優れた溶接金属 | |
| JP3686545B2 (ja) | 簡易片面サブマージアーク溶接用開先充填材およびそれを用いた溶接方法。 | |
| JP2009178737A (ja) | 炭酸ガス溶接用ソリッドワイヤ | |
| CN100519049C (zh) | 用于高抗拉强度钢的气体保护电弧焊的粉芯焊丝 | |
| JP5726017B2 (ja) | サブマージアーク溶接用ボンドフラックス及び溶接方法 | |
| JPH08257785A (ja) | 鋼溶接部の耐低温割れ性を改善するアーク溶接用フラックス入りワイヤ | |
| JP3479200B2 (ja) | 片面サブマージアーク溶接開先用鋼充填材 | |
| JP3552375B2 (ja) | 溶接金属の靱性に優れる厚鋼板の大入熱潜弧溶接方法 | |
| JPH11147196A (ja) | 高張力鋼材の被覆アーク溶接方法 | |
| CN112108791B (zh) | 提高低合金高强钢焊接接头低温韧性的碱性无缝药芯焊丝 | |
| JP4309172B2 (ja) | 低合金耐熱鋼用低水素系被覆アーク溶接棒 | |
| CN104339100B (zh) | 单面埋弧焊用焊剂 | |
| JP6071797B2 (ja) | 片面サブマージアーク溶接用フラックス | |
| JPS6045996B2 (ja) | セルフシ−ルドア−ク溶接用フラツクス入りワイヤ | |
| WO2006126519A1 (ja) | サブマージアーク溶接用溶融型フラックス | |
| JPH09277083A (ja) | 大入熱用耐候性鋼サブマージアーク溶接方法 | |
| CN108515288A (zh) | 一种涉水环境下焊接用焊条和药皮、及其制备方法 | |
| JPH07303991A (ja) | ７８０ＭＰａまたは９６０ＭＰａ鋼のサブマージアーク溶接用ワイヤおよびボンドフラックス | |
| CN104339101B (zh) | 单面埋弧焊用焊剂 | |
| KR102664069B1 (ko) | 가스쉴드 아크 용접용 플럭스 충전 와이어 | |
| JPH11151592A (ja) | ガスシールドアーク溶接用メタル系フラックス入りワイヤ及び片面溶接方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20050517 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20050531 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20050603 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080610 Year of fee payment: 3 |
|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080610 Year of fee payment: 3 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090610 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100610 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110610 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110610 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120610 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120610 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130610 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130610 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140610 Year of fee payment: 9 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |