JP6152316B2 - 片面サブマージアーク溶接用フラックス - Google Patents

Description

本発明は、１又は２以上の電極を使用して行う片面サブマージアーク溶接に用いられるフラックスに関する。より詳しくは、鉄粉を含有する片面サブマージアーク溶接用フラックスにおけるビード外観改善技術に関する。

片面サブマージアーク溶接では、通常、溶着量を確保し、大入熱溶接においても安定したビード形成を実現させるために、鉄粉が添加されたフラックスが使用されている（例えば、特許文献１，２参照。）。しかしながら、特許文献１に記載されているような鉄粉を含有する従来の片面サブマージアーク溶接用フラックスには、表ビードの表面に微小な鉄粒突起物が発生しやすいという問題がある。また、特許文献２に記載されているフラックス組成にした場合でも、鉄粒突起物を十分に抑制することはできない。

このような表ビード表面の突起物は、塗装工程で障害となる。例えば造船分野においては、国際海事機関（International Maritime Organization）により、船体の長寿命化や保守の容易化を目的に、全船舶のバラストタンク及びバルクキャリアの二重船側部を対象とする塗装基準が改訂され、例えば溶接時に発生するスパッタやビード表面汚れといった塗装性を阻害するものの除去実施の要件が定められた。このため、船舶の建造工程では、鉄粒突起物除去のために、ビード全線に亘ってグラインダー処理を余儀なくされている。

そこで、従来、片面サブマージアーク溶接用フラックスにおいて、鉄粒突起物の発生を抑制するための技術が提案されている（特許文献３，４参照。）。例えば、特許文献３に記載の片面サブマージアーク溶接用フラックスでは、粒径や見掛密度を特定の範囲にすることで、ビードの健全化を図っている。また、特許文献４に記載のサブマージアーク溶接用ボンドフラックスでは、鉄粒突起の発生を抑制するために、Ｆｅ成分の含有量を５質量％以下に規制している。

特開平１１−２６７８８３号公報 特開２０００−１０７８８５号公報 特開平６−２７７８７８号公報 特開２００６−２７２３４８号公報

しかしながら、特許文献３に記載の技術のように、フラックスの粒径や見掛密度を規制するだけででは、鉄粒突起の発生抑制に対する効果が小さい。また、特許文献４に記載のサブマージアーク溶接用ボンドフラックスのように、Ｆｅ含有量を規制すると、厚板の板継溶接において充分な溶着量を確保することが難しくなり、更に大入熱溶接においてビード形状が劣化する。このように、従来のビード外観改善技術では、片面サブマージアーク溶接において、フラックスへの鉄粉添加の効果を維持しつつ、鉄粒突起の発生を抑制して、ビード外観を健全化するには至っていない。

そこで、本発明は、健全な表ビード形状と機械的性能を得ることができる片面サブマージアーク溶接用フラックスを提供することを主目的とする。

本発明者等は、前述した課題を解決するために、１又は２以上の電極を用いた片面サブマージアーク溶接において、表ビードの健全性を確保すべく、鋭意実験検討を行った結果、鉄粒突起の発生抑制には、フラックスにおけるＳｉ、Ｓｉ合金及びＳｉ酸化物の総含有量、ＭｇＯ含有量、Ａｌ_２Ｏ_３含有量及びＴｉＯ_２含有量を特定の範囲にすることが有効であることを見出し、本発明に至った。

即ち、本発明に係る片面サブマージアーク溶接用フラックスは、Ｓｉ、Ｓｉ合金及びＳｉ酸化物からなる群から選択される少なくとも１種（ＳｉＯ_２換算値）：合計で６〜１２質量％、ＣａＯ：３〜９質量％、ＭｇＯ：１５〜３５質量％、ＴｉＯ_２：１０〜２３質量％、ＣａＦ_２：２〜９質量％、Ａｌ_２Ｏ_３：５〜２０質量％、ＣＯ_２：２〜９質量％、Ｎａ_２Ｏ：１〜３質量％、Ｂ_２Ｏ_３：０．１〜１質量％、Ｍｏ：０．２〜１質量％、鉄粉：１０〜３０質量％を含有すると共に、Ｍｎ：０．９質量％以下、Ｔｉ：１質量％以下、Ａｌ：３質量％以下に規制され、ＴｉＯ_２及びＡｌ_２Ｏ_３の総含有量（質量％）を［ＴｉＯ_２＋Ａｌ_２Ｏ_３］、Ｓｉ、Ｓｉ合金及びＳｉ酸化物の総含有量のＳｉＯ_２換算値（質量％）を［Ｔ．ＳｉＯ_２］、ＭｇＯの含有量（質量％）を［ＭｇＯ］としたとき、下記数式１及び数式２を満たす組成を有する。

本発明の片面サブマージアーク溶接用フラックスでは、ＴｉＯ_２及びＡｌ_２Ｏ_３の総含有量を特定の範囲にすると共に、これらの総含有量とＭｇＯ含有量及びＳｉＯ_２含有量との関係を特定することにより、溶接ビードが凝固する温度域においてスラグ内にＭｇ・Ａｌ・Ｔｉ系酸化物を積極的に生成させている。Ｍｇ・Ａｌ・Ｔｉ系酸化物がスラグ内に生成されると、スラグ内の鉄粒が凝固したビード表面に沈降する前にこの酸化物と結合するため、ビード表面への微小突起物の生成が抑制される。

この片面サブマージアーク溶接用フラックスは、ＴｉＯ_２及びＡｌ_２Ｏ_３の総含有量（［ＴｉＯ_２＋Ａｌ_２Ｏ_３］）と、Ｓｉ、Ｓｉ合金及びＳｉ酸化物の総含有量（［Ｔ．ＳｉＯ_２］）と、ＭｇＯ含有量（［ＭｇＯ］）との関係が、下記数式３を満たすの組成とすることもできる。

また、ＭｇＯ含有量は２０〜３５質量％とすることもできる。
更に、ＴｉＯ_２含有量は１２〜２３質量％とすることもできる。
一方、Ｔｉを０．１〜１質量％の範囲で含有していてもよい。
また、Ｍｎを０．１〜０．９質量％の範囲で含有していてもよい。
更に、Ａｌを０．７〜３質量％の範囲で含有していてもよい。

本発明によれば、フラックス成分及びその含有量を特定しているため、１電極又は多電極を用いた片面サブマージアーク溶接においても、裏当て構造によらず、健全なビード形状と機械的性能を得ることができる。

片面サブマージアーク溶接過程における鉄粒発生挙動の想定図である。 本発明の実施例で使用した鋼板の開先形状を示す断面図である。

以下、本発明を実施するための形態について、詳細に説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。

図１は片面サブマージアーク溶接過程における鉄粒発生挙動の想定図である。図１に示すように、片面サブマージアーク溶接において、従来の鉄粉５を含有するフラックス３を用いた場合、溶融・凝固中のフラックス（スラグ）４内で鉄粉５が凝集し（鉄粉の凝集６）、この凝集鉄粉（鉄粒）７が沈降して、母材１の溶接部に形成された溶接金属２の表面（ビード表面２ａ）に付着して、微小な突起物が発生すると想定される。そこで、本発明者等は、フラックスの特性を改善することで、鉄粒突起発生の問題を解決することにした。

具体的には、本発明の実施形態に係るフラックスは、片面サブマージアーク溶接に用いられるものであり、少なくとも、Ｓｉ、Ｓｉ合金及びＳｉ酸化物からなる群から選択される少なくとも１種、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＴｉＯ_２、ＣａＦ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＣＯ_２、Ｎａ_２Ｏ、Ｂ_２Ｏ_３、Ｍｏ及び鉄粉を特定量含有すると共に、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｔｉ及びＡｌを特定量以下に規制した組成を有する。

そして、このフラックスでは、ＴｉＯ_２及びＡｌ_２Ｏ_３の総含有量を１６〜３５質量％にすると共に、ＴｉＯ_２及びＡｌ_２Ｏ_３の総含有量とＭｇＯ含有量とＳｉ、Ｓｉ合金及びＳｉ酸化物の総含有量との関係が、下記数式４を満たすように調整している。なお、下記数４において、［ＴｉＯ_２＋Ａｌ_２Ｏ_３］はＴｉＯ_２及びＡｌ_２Ｏ_３の総含有量（質量％）、［ＭｇＯ］はＭｇＯ含有量（質量％）、［Ｔ．ＳｉＯ_２］はＳｉ、Ｓｉ合金及びＳｉ酸化物の総含有量のＳｉＯ_２換算値（質量％）である。

以下、本実施形態のフラックスにおける組成限定理由について説明する。

［Ｓｉ、Ｓｉ合金及びＳｉ酸化物の総含有量：６〜１２質量％］
Ｓｉ及びＦｅ−ＳｉなどのＳｉ合金は、脱酸作用を有し、溶接金属中の酸素と反応してＳｉＯ_２を生成し、このＳｉＯ_２は、粘結剤やスラグ造滓剤として作用する。また、Ｓｉ酸化物も同様に、スラグ造滓剤として作用する。

ただし、Ｓｉ、Ｓｉ合金及びＳｉ酸化物の総含有量が、ＳｉＯ_２換算で、１２質量％を超えると、溶融スラグ全体の粘性が増加し、スラグの流動性が低下する。そして、高速片面サブマージアーク溶接の場合、表ビード幅が広がらず、かつ不安定になるため、アンダーカットが発生しやすくなる。更には、鉄粒が発生しやすくなる。一方、Ｓｉ、Ｓｉ合金及びＳｉ酸化物の総含有量が、ＳｉＯ_２換算で、６質量％未満の場合、溶融スラグの凝固温度が高くなり過ぎるため、良好な表ビード形状が得られない。

よって、Ｓｉ、Ｓｉ合金及びＳｉ酸化物の総含有量は、ＳｉＯ_２換算で、６〜１２質量％とする。なお、本実施形態のフラックスでは、Ｓｉ、Ｓｉ合金及びＳｉ酸化物のうちの少なくとも１種を含有していればよい。

［ＣａＯ：３〜９質量％］
ＣａＯは、溶融スラグの粘度を低下させ、スラグの流動性を高めて、表ビード幅を広げる効果がある。しかしながら、ＣａＯ含有量が９質量％を超えると、溶融スラグの凝固温度が高くなり過ぎて、表ビード形状が損なわれる。一方、ＣａＯ含有量が３質量％未満の場合、溶融スラグの流動性を高める効果が得られず、表ビード幅が不足するため、アンダーカットが発生しやすくなる。よって、ＣａＯ含有量は３〜９質量％とする。

［ＭｇＯ：１５〜３５質量％］
ＭｇＯは、前述したＣａＯと同様に、溶融スラグの粘度を低下させ、スラグの流動性を高めて、表ビード幅を広げる効果がある。ただし、ＭｇＯの含有量が１５質量％未満の場合、溶融スラグの流動性を高める効果が得られず、表ビード幅が不足し、アンダーカットが発生しやすくなる。

一方、ＭｇＯは高融点の成分であることから、３５質量％を超えて添加すると、フラックス全体の溶融性が損なわれ、安定したビードが確保できず、中凸ビードとなりやすい。ここで、「中凸ビード」とは、溶接方向に対して表ビード中央部が凸状となることであり、塗装不良の要因の一つである。よって、ＭｇＯ含有量は１５〜３５質量％とする。なお、ＭｇＯ含有量は２０質量％以上とすることが好ましく、これにより、溶融スラグの流動性を向上し、表ビード形状を更に健全化することができる。

［ＴｉＯ_２：１０〜２３質量％］
ＴｉＯ_２は、片面溶接におけるスラグ剥離性の改善に、特に有効な成分である。しかしながら、その含有量が２３質量％を超えると、表ビードの波目が粗くなる。また、ＴｉＯ_２含有量が１０質量％未満の場合、前述したスラグ剥離性の改善効果が得られず、更には鉄粒が発生しやすくなる。よって、ＴｉＯ_２含有量は１０〜２３質量％とする。なお、表ビード形状の健全化の観点から、ＴｉＯ_２含有量は１２質量％以上とすることが好ましい。

［Ａｌ_２Ｏ_３：５〜２０質量％］
Ａｌ_２Ｏ_３は中性成分であり、スラグの粘性及び凝固温度の調整に有効な成分である。しかしながら、Ａｌ_２Ｏ_３含有量が５質量％未満の場合、スラグの粘性及び凝固温度が低下し、ビード幅が不揃いになる。一方、２０質量％を超えてＡｌ_２Ｏ_３を添加すると、スラグの凝固温度が高くなり過ぎて、ビードが広がり難くなり、ビード形状が凸型となる。よって、Ａｌ_２Ｏ_３含有量は５〜２０質量％とする。

［ＴｉＯ_２＋Ａｌ_２Ｏ_３：１６〜３５質量％］
前述したように、ＴｉＯ_２及びＡｌ_２Ｏ_３は、鉄粒発生やビード形状に影響する成分であり、これらの総含有量が１６質量％未満の場合、鉄粒が発生する。一方、ＴｉＯ_２及びＡｌ_２Ｏ_３の総含有量が３５質量％を超えると、ビードが中凸形状になりやすい。よって、ＴｉＯ_２及びＡｌ_２Ｏ_３の総含有量は、１６〜３５質量％とする。

［ＣａＦ_２：２〜９質量％］
ＣａＦ_２は、フラックス全体の溶融性を良好にする成分であり、特に片面サブマージアーク溶接のように、短時間にフラックスを溶かし、スラグを生成しなければならない溶接方法においては、不可欠な成分である。しかしながら、ＣａＦ_２含有量が９質量％を超えると、アーク安定性が劣化し、アーク切れを発生しやすくなる。一方、ＣａＦ_２含有量が２質量％未満の場合、フラックスの溶融性改善効果が得られず、ビード蛇行が発生する。よって、ＣａＦ_２含有量は２〜９質量％とする。

［ＣＯ_２：２〜９質量％］
ＣＯ_２は、溶接金属への窒素の侵入抑制と、拡散性水素量の低減に有効な成分であり、金属炭酸塩としてフラックス中に添加される。しかしながら、ＣＯ_２含有量が２質量％未満の場合、溶接金属中の拡散性水素量が高くなり、耐低温割れ性が劣化する。一方、ＣＯ_２含有量が９質量％を超えると、ガス発生量が過大となり、表ビードにポックマークが発生する。よって、ＣＯ_２含有量は２〜９質量％とする。

［Ｎａ_２Ｏ：１〜３質量％］
Ｎａ_２Ｏはアーク安定性の確保のために必要な成分である。具体的には、Ｎａ_２Ｏ含有量が１質量％未満の場合、アークが極端に不安定となり、アーク切れが発生し、ビード形状及び溶込みが不均一となる。一方、Ｎａ_２Ｏ含有量が３質量％を超えると、耐吸湿性が低下して、耐低温割れ性が劣化する。よって、Ｎａ_２Ｏ含有量は１〜３質量％とする。

［Ｂ_２Ｏ_３：０．１〜１質量％］
Ｂ_２Ｏ_３は、溶接中に還元され、溶接金属中にＢとして存在して、靭性の確保に有効に作用する。しかしながら、Ｂ_２Ｏ_３含有量が０．１質量％未満の場合、その効果が十分に発揮されず、靭性が劣化する。一方、Ｂ_２Ｏ_３含有量が１質量％を超えると、強度が過大となり、高温割れが発生する。よって、Ｂ_２Ｏ_３含有量は０．１〜１質量％とする。

［Ｍｏ：０．２〜１質量％］
Ｍｏは、焼入れ性向上に有効な成分であり、Ｍｏ単体の他、Ｆｅ−Ｍｏなどの合金の形態で、フラックスに添加される。ただし、Ｍｏ含有量が０．２質量％未満の場合、溶接金属の組織が粗大化し、靭性が劣化する。一方、１質量％を超えてＭｏを添加すると、溶接金属の強度が過大となり、高温割れが発生する。よって、Ｍｏ含有量は０．２〜１質量％とする。

［鉄粉：１０〜３０質量％］
鉄粉は、一度に多量の溶着金属が必要とされる片面サブマージアークにおいて必須の添加成分である。そして、鉄粉含有量が１０質量％未満の場合、溶着金属量を補う効果が得られなくなると共に、フラックスの見掛密度が小さくなるため、耐吹き上げ性が劣化する。一方、３０質量％を超えて鉄粉を含有させると、溶融・凝固中のフラックス内で鉄粉が凝集しやすくなり、凝集鉄粉が沈降する量が多くなって、ビード表面に鉄粒が付着しやすくなる。加えて、フラックスの見掛密度が高くなり、ビード幅が確保できなくなる。よって、鉄粉の含有量は１０〜３０質量％とする。

［Ｔｉ：１質量％以下］
Ｔｉは、前述したＳｉと同様に、溶接金属中の酸素量低減に有効な成分であるが、この効果はＳｉの添加などによって十分達成可能であるため、本実施形態のフラックスにおいて、Ｔｉは必須の成分ではない。また、Ｔｉ含有量が１質量％を超えると、スラグがビード表面に焼付き、スラグ剥離性が劣化する。よって、Ｔｉ含有量は１質量％以下に規制する。

一方、Ｔｉを０．１質量％以上含有していると、溶接金属の更なる脱酸効果が実現し、靭性の向上を図ることができる。そこで、本実施形態のフラックスでは、必要に応じて、Ｔｉを０．１〜１質量％の範囲で含有することができる。なお、Ｔｉは、Ｔｉ単体の他、Ｆｅ−Ｔｉなどの合金の形態で、フラックスに添加される。

［Ｍｎ：０．９質量％以下］
Ｍｎは、前述したＭｏと同様に、焼入れ性を向上させる効果があり、強度及び靭性の向上に有効な成分であるが、Ｍｎ含有量が０．９質量％を超えると、スラグがビード表面に焼付き、スラグ剥離性が劣化する。また、本実施形態のフラックスでは、Ｍｏを添加しており、それにより焼入れ性の効果が得られるため、Ｍｎ含有量は０．９質量％以下に規制する。

一方、Ｍｎを０．１質量％以上含有していると、更なる焼入れ性の向上が実現し、靭性が改善する。そこで、本実施形態のフラックスでは、必要に応じて、Ｍｎを０．１〜０．９質量％の範囲で含有することができる。なお、Ｍｎは、Ｍｎ単体の他、Ｆｅ−Ｍｎなどの合金の形態で、フラックスに添加される。

［Ａｌ：３質量％以下］
Ａｌは、溶接金属の組織を微細にして、靭性の向上に有効な成分である。しかしながら、この効果は他成分の添加により十分達成可能であるため、本実施形態のフラックスにおいて、Ａｌは必須の成分ではない。また、Ａｌ含有量が３質量％を超えると、焼入れが過度となり、強度が上昇して低温割れが発生する。よって、Ａｌ含有量は３質量％以下に規制する。

［ＴｉＯ_２及びＡｌ_２Ｏ_３の総含有量と、ＭｇＯ含有量と、Ｓｉ、Ｓｉ合金及びＳｉ酸化物の総含有量との関係］
上記数式４を満たすように、ＴｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｇＯ、Ｓｉ、Ｓｉ合金及びＳｉ酸化物の添加量を調整することで、溶接ビードが固まる温度付近において、スラグ内にＭｇ・Ａｌ・Ｔｉ系酸化物を積極的に生成することが可能となる。なお、このＭｇ・Ａｌ・Ｔｉ系酸化物は単相に限定されるものではなく、複相生成してもよい。

また、Ｍｇ・Ａｌ・Ｔｉ系酸化物が溶接ビード凝固付近の温度でスラグ内に生成すると、スラグ内の鉄粒がビード表面に落下する前にスラグ内に留まらせることができる。その結果、ビード表面における微小突起物の発生を抑制することができる。ただし、ＴｉＯ_２及びＡｌ_２Ｏ_３の総含有量と、ＭｇＯ含有量と、Ｓｉ、Ｓｉ合金及びＳｉ酸化物の総含有量との関係が、上記数式４を満足しない場合、溶接時スラグ内にＭｇ・Ａｌ・Ｔｉ系酸化物が生成されないため、溶接ビード凝固付近の温度でスラグ内の鉄粒が凝固し、ビード表面に落下して微小突起物が発生する。

なお、ＴｉＯ_２及びＡｌ_２Ｏ_３の総含有量と、ＭｇＯ含有量と、Ｓｉ、Ｓｉ合金及びＳｉ酸化物の総含有量との関係は、下記数式５を満たすことが好ましく、これにより、鉄粒突起の発生抑制効果を更に高めることができる。

［その他の成分］
本実施形態のフラックスにおける上記以外の成分は、ＦｅＯ、ＺｒＯ_２及びＫ_２Ｏなどである。

［製造方法］
本実施形態のフラックスを製造する場合は、例えば、前述した組成となるように原料粉を配合し、結合剤と共に混練した後、造粒し、焼成する。その際、結合剤（バインダ）としては、例えば、ポリビニルアルコールなどの水溶液や水ガラスを使用することができる。また、造粒法は、特に限定されるものではないが、転動式造粒機や押し出し式造粒機などを用いる方法が好ましい。

更に、造粒されたフラックスは、ダスト除去及び粗大粒の解砕などの整粒処理を行い、粒子径を２．５ｍｍ以下とすることが望ましい。一方、造粒後の焼成は、ロータリーキルン、定置式バッチ炉及びベルト式焼成炉などで行うことができる。その際の焼成温度は、４００〜６５０℃とすることが好ましい。

以上詳述したように、本実施形態のフラックスは、微小突起物の発生機構から創意工夫を行ない、新たな視点でフラックス成分及び含有量を特定しているため、１電極又は多電極を用いた片面サブマージアーク溶接においても、裏当て構造によらず、健全なビード形状と機械的性能を得ることができる。

具体的には、Ｓｉ、Ｓｉ合金及びＳｉ酸化物の総含有量を従来よりも少ない６〜１２質量％とすると共に、Ａｌ_２Ｏ_３及びＴｉＯ_２の総含有量を１６〜３５質量％とし、更に、ＴｉＯ_２及びＡｌ_２Ｏ_３の総含有量とＭｇＯ含有量とＳｉ、Ｓｉ合金及びＳｉ酸化物の総含有量との関係を特定しているため、溶融・凝固中のフラックス内での鉄粉の凝集及び生成した鉄粒の表ビードへの付着を抑制することができる。これにより、片面サブマージアーク溶接において、機械的性質に優れ、鉄粒突起のない健全な表ビードを形成することが可能となる。

なお、本実施形態のフラックスは、主に片面サブマージアーク溶接方法で用いるものであるが、その裏当方法については、特に限定されるものではなく、フラックスと銅を裏当材とするフラックス銅裏当法、フラックスのみを裏当材とするフラックス裏当法、固形フラックスを用いた裏当て法など、いずれの方法にも適用することができる。また、裏当フラックスについても、特に限定されるものではなく、従来のフラックスをそのまま適用することが可能である。

以下、本発明の実施例及び比較例を挙げて、本発明の効果について具体的に説明する。本実施例においては、下記表１に示す鋼板及び表２に示すワイヤを使用し、下記表３に示す溶接条件及び図２に示す鋼板（母材１０）の開先形状により、片面サブマージアーク溶接を実施し、下記表４に示す実施例のフラックス及び下記表５に示す比較例のフラックスについて、その性能を評価した。なお、本実施例では、下記表４及び表５に示す組成となるように原料を配合し、結合剤（水ガラス）と共に混練した後、造粒し、更にロータリーキルンを用いて４００〜６５０℃で焼成し、整粒することにより、粒子径が２．５ｍｍ以下のフラックスを得た。

なお、上記表１に示す鋼板組成及び上記表２に示すワイヤ組成の残部は、Ｆｅ及び不可避的不純物である。また、上記表４及び表５に示す「ＡＴ」はＡｌ_２Ｏ_３＋ＴｉＯ_２の総含有量（［Ａｌ_２Ｏ_３＋ＴｉＯ_２］）であり、「ＭＧ」は上記数式４の右辺（−７．５×（［ＭｇＯ］／［Ｔ．ＳｉＯ_２］）＋４３．５）の値であり、「ＭＨ」は上記数式５の右辺（−７．５×（［ＭｇＯ］／［Ｔ．ＳｉＯ_２］）＋４６．５）の値である。

実施例及び比較例の各フラックスの評価は、溶接作業性（ビード外観、アンダーカットなど）、ＪＩＳ Ｚ３０６０に準拠した超音波探傷（ＵＴ）試験（割れ、スラグ巻き込みなどの有無）及びＪＩＳ Ｚ２２４２に準拠したシャルピー衝撃試験により行った。

これらの評価結果を下記表６及び表７に示す。なお、下記表６及び表７に示す「鉄粒突起」の評価では、優を◎、良好を○、不良を×とした。また、シャルピー衝撃試験は、試験温度−２０℃におけるシャルピー吸収エネルギー（ｖＥ−２０℃）が５０Ｊ以上のものを合格、５０Ｊ未満のものを不合格とした。

表６に示すように、本発明の範囲内で作製した実施例１〜３１のフラックスは、溶接作業性、超音波探傷（ＵＴ）試験及び靭性（ｖＥ−２０℃）の全てにおいて、良好であった。特に、本願請求項２〜４に規定する要件を全て満足するものは、鉄粒突起の発生を抑制する効果が高く、鉄粒突起の評価が優（◎）であった。また、ＴｉやＭｎを特定量含有するものは、これらの元素を含有しない実施例１７のフラックスに比べて溶接金属の靭性が向上しており、特にＴｉとＭｎの両方を含有しているものは靭性に優れた溶接金属が得られた。

これに対して、表７に示すように、比較例１のフラックスは、Ｓｉ、Ｓｉ合金及びＳｉ酸化物の総含有量が本発明範囲の下限未満であったため、中凸ビードが発生した。一方、比較例２のフラックスは、Ｓｉ、Ｓｉ合金及びＳｉ酸化物の総含有量が本発明範囲の上限を超えていたため、アンダーカットが発生した。また、比較例３のフラックスは、ＣａＯ含有量が本発明範囲の下限未満であったため、アンダーカットが発生した。一方、比較例４のフラックスは、ＣａＯ含有量が本発明範囲の上限を超えていたため、ビードが凸型となった。

比較例５のフラックスは、フラックス中のＭｇＯの含有量が、本発明範囲の下限未満であったため、アンダーカットが発生した。一方、比較例６のフラックスは、ＭｇＯの含有量が本発明範囲の上限を超えていたため、中凸ビードが発生した。比較例７のフラックスは、ＴｉＯ_２含有量が本発明範囲の下限未満であったため、スラグ焼付きと鉄粒が発生した。一方、比較例８のフラックスは、ＴｉＯ_２含有量が本発明範囲の上限を超えていたため、ビードの波目が粗くなった。

比較例９のフラックスは、ＣａＦ_２含有量が本発明範囲の下限未満であったため、ビード蛇行が発生した。一方、比較例１０のフラックスは、ＣａＦ_２含有量が本発明範囲の上限を超えていたため、アーク切れが頻発した。また、比較例１１のフラックスは、Ａｌ_２Ｏ_３含有量が本発明範囲の下限未満であったため、ビード幅の揃いが不良であった。一方、比較例１２のフラックスは、Ａｌ_２Ｏ_３含有量が本発明範囲の上限を超えていたため、ビードが凸型となった。

比較例１３のフラックスは、ＣＯ_２含有量が本発明範囲の下限未満であったため、溶接金属中の拡散性水素量が高くなり、低温割れが発生した。一方、比較例１４のフラックスは、ＣＯ_２含有量が本発明範囲の上限を超えていたため、ビード表面にポックマークが発生した。また、比較例１５のフラックスは、Ｎａ_２Ｏ含有量が本発明範囲の下限未満であったため、アーク切れによるビード蛇行が発生した。一方、比較例１６のフラックスは、Ｎａ_２Ｏ含有量が本発明範囲の上限を超えていたため、低温割れが発生した。

比較例１７のフラックスは、Ｂ_２Ｏ_３含有量が本発明範囲の下限未満であるので、靭性が劣化した。一方、比較例１８のフラックスは、Ｂ_２Ｏ_３含有量が本発明範囲の上限を超えていたため、溶接金属内に高温割れが発生した。また、比較例１９のフラックスは、Ｍｏ含有量が本発明範囲の下限未満であったため、靭性が劣化した。一方、比較例２０のフラックスは、Ｍｏ含有量が本発明範囲の上限を超えていため、溶接金属内に高温割れが発生した。

比較例２１のフラックスは、Ｆｅ（鉄粉）含有量が本発明範囲の下限未満であったため、吹上げ頻発によるビード外観不良が発生した。一方、比較例２２のフラックスは、Ｆｅ（鉄粉）含有量が本発明範囲の上限を超えていたため、ビード表面に鉄粒が発生した。また、比較例２３のフラックスは、Ａｌ_２Ｏ_３及びＴｉＯ_２の総含有量が本発明範囲の上限を超えていたため、中凸ビードが発生した。

比較例２５のフラックスは、Ｔｉ含有量が本発明範囲の上限を超えていたため、スラグ剥離性が劣化した。また、比較例２６のフラックスは、Ｍｎ含有量が本発明範囲の上限を超えていたため、スラグ剥離性が劣化した。更に、比較例２７のフラックスは、Ａｌ含有量が本発明範囲の上限を超えていたため、低温割れが発生した。

比較例２４、２８〜３２のフラックスは、「ＡＴ」の値よりも「ＭＧ」の値の方が大きく、ＴｉＯ_２及びＡｌ_２Ｏ_３の総含有量とＭｇＯ含有量とＳｉ、Ｓｉ合金及びＳｉ酸化物の総含有量との関係が上記数式４を満たさないため、ビード表面に鉄粒が発生した。

なお、前述した実施例及び比較例の各フラックスの評価では、固形フラックスで生成された裏当材を用いて片面サブマージアーク溶接を実施したが、銅板と裏当フラックスを用いるフラックス銅裏当法及び銅板を使用せずに裏当フラックスを固化させながら行うフラックス裏当法においても、ほぼ同様の結果が得られた。また、表４及び表５には３電極溶接の結果を示しているが、その他に１電極、２電極、更には４電極溶接においても、溶接後のフラックスの溶融・凝固過程に違いは無いため、表４及び表５に示す３電極溶接の場合と同様の結果が得られた。

以上の結果から、本発明のフラックスを使用することにより、１電極又は多電極の片面サブマージアーク溶接において、健全な表ビード形状と機械特性が得られることが確認された。

１、１０ 母材
２ 溶接金属
２ａ ビード表面
３ 未溶融のフラックス
４ 溶融・凝固中のフラックス（スラグ）
５ 鉄粉
６ 鉄粉の凝集
７ 凝集鉄粉（鉄粒）

Claims (6)

1. Ｓｉ、Ｓｉ合金及びＳｉ酸化物からなる群から選択される少なくとも１種（ＳｉＯ_２換算値）：合計で６〜１２質量％、
   ＣａＯ：３〜９質量％、
   ＭｇＯ：１５〜３５質量％、
   ＴｉＯ_２：１０〜２３質量％、
   ＣａＦ_２：２〜９質量％、
   Ａｌ_２Ｏ_３：５〜２０質量％、
   ＣＯ_２：２〜９質量％、
   Ｎａ_２Ｏ：１〜３質量％、
   Ｂ_２Ｏ_３：０．１〜１質量％、
   Ｍｏ：０．２〜１質量％、
   鉄粉：１０〜３０質量％
   を含有すると共に、
   Ｍｎ：０．９質量％以下、
   Ｔｉ：１質量％以下、
   Ａｌ：３質量％以下
   に規制され、
   ＴｉＯ_２及びＡｌ_２Ｏ_３の総含有量（質量％）を［ＴｉＯ_２＋Ａｌ_２Ｏ_３］、Ｓｉ、Ｓｉ合金及びＳｉ酸化物の総含有量のＳｉＯ_２換算値（質量％）を［Ｔ．ＳｉＯ_２］、ＭｇＯの含有量（質量％）を［ＭｇＯ］としたとき、下記数式（Ｉ）及び数式（II）を満たす片面サブマージアーク溶接用フラックス。
   
2. ＴｉＯ_２及びＡｌ_２Ｏ_３の総含有量（［ＴｉＯ_２＋Ａｌ_２Ｏ_３］）と、Ｓｉ、Ｓｉ合金及びＳｉ酸化物の総含有量（［Ｔ．ＳｉＯ_２］）と、ＭｇＯ含有量（［ＭｇＯ］）との関係が、下記数式（III）を満たすことを特徴とする請求項１に記載の片面サブマージアーク溶接用フラックス。
   
3. ＭｇＯ含有量が２０〜３５質量％であることを特徴とする請求項１又は２に記載の片面サブマージアーク溶接用フラックス。
4. ＴｉＯ_２含有量が１２〜２３質量％であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の片面サブマージアーク溶接用フラックス。
5. Ｔｉ：０．１〜１質量％含有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の片面サブマージアーク溶接用フラックス。
6. Ｍｎを０．１〜０．９質量％含有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の片面サブマージアーク溶接用フラックス。