JP6806109B2 - サブマージアーク溶接用ボンドフラックス - Google Patents
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Description
すなわち本発明は、厚鋼板のサブマージアーク溶接で用いるボンドフラックスであって、SiO2:5〜25質量%、MnO:3〜25質量%、MgO:3〜40質量%、CaO:8質量%以下、Al2O3:5〜30質量%、CaF2:5〜30質量%、および、融点が1000℃以下のフッ素化合物:3〜10質量%を含有し、残部が不可避的不純物からなるとともに、メッシュで表わされる粒度が48メッシュ以上10メッシュ以下である粒子の占める割合が70質量%以上のボンドフラックスである。
(Q+18)/d0.3≦h≦(2×Q+50)/d0.3 ・・・(1)
w≧2×Q+30 ・・・(2)
ここで Q:溶接入熱(kJ/mm)
d:フラックス嵩密度(g/cm3)
加えて、特にボンドフラックスの散布形態を適正に制御することによって、高速大電流の条件で多電極サブマージアーク溶接を行なっても、美麗なビード外観を得ることができる。
SiO2:5〜25質量%
SiO2は、サブマージアーク溶接で発生するスラグの粘性を調整し、大電流で溶接を行なう際に良好な外観のビードを得るために重要な成分である。SiO2の含有量が少なすぎると、スラグの粘性が低くなり、スラグが剥離し難くなるので、ビードの余盛高さが大きくなる。一方、SiO2の含有量が多すぎると、溶接金属に混入する酸素が増加して、溶接金属の機械的性質が劣化する。したがって、SiO2は5〜25質量%とする。
MnOは、サブマージアーク溶接で発生するスラグの粘性を上昇させ、サブマージアーク溶接の作業性を改善するために重要な成分である。MnOの含有量が少なすぎると、スラグの粘性が低くなるので、ビードの直進性が劣化し、アンダーカットが発生し易くなる。一方、MnOの含有量が多すぎると、スラグが剥離し難くなる。したがって、MnOは3〜25質量%とする。
MgOは、サブマージアーク溶接で発生するスラグの融点や粘性を調整し、スラグに良好な剥離性を付与するために重要な成分である。また、スラグの塩基度を高めて、溶接金属の酸素量を低減する効果も有する。MgOの含有量が少なすぎると、スラグの剥離性を改善する効果、および塩基度を高める効果が得られない。一方、MgOの含有量が多すぎると、スラグの融点が過剰に上昇し、ビードの外観が劣化(すなわち粗いリップルが発生)する。したがって、MgOは3〜40質量%とする。
CaOは、サブマージアーク溶接で発生するスラグの塩基度を高めて、溶接金属の酸素量を低減するために重要な成分である。また、スラグの流動性を改善する効果も有する。CaOの含有量が多すぎると、スラグの流動性が低下するので、ビードの形状が劣化する。したがって、CaOは8質量%以下とする。ただし、CaOの含有量が少なすぎると、塩基度を高める効果、および流動性を改善する効果が発揮され難いので、CaOは1〜8質量%が好ましい。
Al2O3は、サブマージアーク溶接で発生するスラグの融点や流動性を調整するとともに、アークの安定性を向上するために重要な成分である。Al2O3の含有量が少なすぎると、スラグが流動し難くなって、ビードの外観が劣化する。一方、Al2O3の含有量が多すぎると、溶接金属の酸素量が増加するので、溶接金属の靭性が劣化する。したがって、Al2O3は5〜30質量%とする。
CaF2は、サブマージアーク溶接で発生するスラグの塩基度を高めて、溶接金属の酸素量を低減するために重要な成分である。CaF2の含有量が少なすぎると、その効果が得られない。一方、CaF2の含有量が多すぎると、スラグが流動し易くなって、ビードの直進性が劣化する。したがって、CaF2は5〜30質量%とする。
なおCaF2は、高い融点(約1400℃)を有するフッ素化合物であるから、後述する低融点のフッ素化合物とは異なるものである。
低融点(すなわち融点1000℃以下)のフッ素化合物は、拡散性水素を低減するために重要な成分である。すなわち、ボンドフラックスに低融点のフッ素化合物を添加して、溶接のアーク熱によってフッ素化合物からフッ素を解離させ、そのフッ素と水分(すなわち水素)を結合してフッ素系ガスを発生させることによって、アーク内の水素の分圧を低下させ、ひいては、溶接金属中の拡散性水素を低減する。低融点のフッ素化合物の含有量が少なすぎると、拡散性水素を低減する効果が得られない。一方、低融点のフッ素化合物の含有量が多すぎると、フッ化水素の発生量が増加するので、溶接金属にポックマークが発生し易くなる。したがって、低融点のフッ素化合物は3〜10質量%とする。
ボンドフラックスの粒度は、溶接の作業性に多大な影響を及ぼす。すなわち、粒度が細かすぎると、フッ素系ガスの排出(いわゆるガス抜け)が困難になるので、溶接金属にポックマークが発生し易くなる。一方、粒度が粗すぎると、溶接部のシールド性が劣化し、粗いリップルが発生し易くなる。したがって、メッシュで表わされる粒度は48メッシュ以上10メッシュ以下である粒子の占める割合が、ボンドフラックスの全質量に対して70質量%以上とする。
ただし、本発明のボンドフラックスは、ソリッドワイヤを用いてサブマージアーク溶接を行なう際に、散布して使用することが好ましい。こうすることによって、必要量を満たす低融点のフッ素化合物を供給できる。
これに対して、フラックス入りワイヤの内部に内装されるフラックスの体積は少量であるから、必要量を満たす低融点のフッ素化合物を含有させることは困難である。つまり、本発明のボンドフラックスを内包するフラックス入りワイヤを使用しても、拡散性水素の低減、ならびに、ポックマークやリップルの抑制を十分に達成することは難しい。
(Q+18)/d0.3≦h≦(2×Q+50)/d0.3 ・・・(1)
w≧2×Q+30 ・・・(2)
ボンドフラックスは、溶融フラックスと比較して粗粒でフラックス嵩密度が低い。そのため、高速大電流の多電極サブマージアーク溶接(図1、2参照)を行なう際に、散布高さhが低すぎると、コンタクトチップ5、ワイヤ6で構成される電極のワイヤ突き出し部間でアークの吹き上げが発生し、コンタクトチップ5の溶損やビードの直進性の劣化が起き易くなる。加えて、シールド性の劣化によって溶接金属内の酸素量も増加する。一方、ボンドフラックス2の散布高さhが高すぎると、溶接時のガス抜けが悪くなるので、ポックマークが発生し易くなり、しかも、余盛高さも過大になり易い。
表1に示す組成を有する高強度厚鋼板と、表2に示す組成を有するワイヤとを用いて、JIS規格Z3118に従ってサブマージアーク溶接を行なった。なお、使用したワイヤはソリッドワイヤである。
表1に示す組成を有する板厚25.4mmの高強度厚鋼板と、表2に示す組成を有する直径4.0mmのワイヤとを用いて多電極サブマージアーク溶接を行なった(図1、2参照)。ボンドフラックスは、表3に示すNo.1、No.8、No.9を使用し、散布形態を表8に示すように種々変化させて溶接を行なった。開先形状は表5、溶接条件は表6、電極配置は表7に示す通りである。なお、表6では、溶接方向の先頭に配置(図2参照)される電極を第1電極とし、その後方に配置される電極を順に第2〜4電極とする。表7では、第1電極〜第4電極をそれぞれ#1〜#4と記し、#1と#2の間の距離(以下、極間距離という)を#12、#2と#3の極間距離を#23、#3と#4の極間距離を#34と記す。また表7の電極角度は、厚鋼板1表面に垂直な直線とワイヤ6の中心軸とのなす角度を意味しており、コンタクトチップ5がワイヤ6先端よりも後方に配置(図2参照)されるように傾斜した電極角度を+(プラス)、コンタクトチップ5がワイヤ6先端よりも前方に配置(図示せず)されるような電極角度を−(マイナス)とする。ただし表7では、電極角度が+となるデータについて+を省略して開示する。
2 ボンドフラックス
3 フラックス固定枠
4 ノズル
5 コンタクトチップ
6 ワイヤ
Claims (2)
- 厚鋼板のサブマージアーク溶接で用いるボンドフラックスであって、SiO2:5〜25質量%、MnO:3〜25質量%、MgO:3〜40質量%、CaO:8質量%以下、Al2O3:5〜30質量%、CaF2:5〜30質量%、および、融点が1000℃以下のフッ素化合物:3〜10質量%を、合計で98質量%以上含有し、残部が不可避的不純物からなるとともに、メッシュで表わされる粒度が48メッシュ以上10メッシュ以下である粒子の占める割合が70質量%以上であることを特徴とするボンドフラックス。
- 前記融点が1000℃以下のフッ素化合物として、NaF、KF、LiF、SbF3、Na3AlF6、K2SiF6、K2TiF6、Na2TiF6、K2ZrF6、KBF4、NaBF4の中から選ばれる1種または2種以上を合計3〜10質量%を含有することを特徴とする請求項1に記載のボンドフラックス。
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