JP6913463B2 - 裏当フラックス - Google Patents
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- B23K35/362—Selection of compositions of fluxes
Description
本発明は、裏当フラックスに係り、より詳しくは、サブマージアーク溶接に用いられる裏当フラックスに関する。
サブマージアーク溶接法は、被覆アーク溶接及びガスシールドアーク溶接等の溶接法と比較して、高電流及び高速度で溶接を行うことができるという利点を有している。そのため、サブマージアーク溶接法は、造船、鉄骨及び橋梁分野等の大型鋼構造物の製造において、重用されている高能率な溶接法である。
サブマージアーク溶接法においては、広範囲な溶接施工性と、溶接金属（溶接継手）の機械的性能及び外観形状に高い品質が要求されている。このような状況下において、裏ビードの形状及び健全性に対する要求も例外ではなく、裏当フラックスが具備すべき特性は、低入熱から大入熱までの溶接において、良好な裏ビードの形状及び健全性が得られることである。
サブマージアーク溶接法においては、広範囲な溶接施工性と、溶接金属（溶接継手）の機械的性能及び外観形状に高い品質が要求されている。このような状況下において、裏ビードの形状及び健全性に対する要求も例外ではなく、裏当フラックスが具備すべき特性は、低入熱から大入熱までの溶接において、良好な裏ビードの形状及び健全性が得られることである。
そこで、例えば、特許文献１には、熱硬化性樹脂の含有量が１．０質量％未満の片面サブマージアーク溶接用裏当フラックスであって、フラックス成分は、ＭｇＯ：１９乃至４３質量％、ＴｉＯ２：８乃至３２質量％、ＳｉＯ２：８乃至３５質量％、Ａｌ２Ｏ３：３乃至１８質量％、ＣａＯ：３乃至２３質量％、ＣａＦ２：２乃至１４質量％、ＳｉＯ２及びＴｉＯ２：総量で２２乃至５８質量％を含有する組成を有し、前記フラックス成分によって形成されるスラグの１４００℃における粘度が０．０８５乃至０．２５０Ｐａ・秒であり、Ｆｅを除くフラックス成分の融点が８５０乃至１４００℃であることを特徴とする片面サブマージアーク溶接用裏当フラックスが開示されている。
特許文献１に記載の裏当フラックスは、溶接金属において、良好な裏ビード形状を得ることができる。しかしながら、サブマージアーク溶接において、良好な裏ビード形状や裏ビード高さの安定性等の溶接金属の品質の更なる向上が望まれている。
本発明は、前記問題を解決するものであり、裏ビード形状及び裏ビード高さの安定性に優れる溶接金属を得ることができる裏当フラックスを提供することを課題とする。
本発明の裏当フラックスは、サブマージアーク溶接に用いられる裏当フラックスであって、ＳｉＯ２：２０質量％以上５０質量％以下、ＭｇＯ：１５質量％以上４０質量％以下、ＣａＦ２：５質量％以上２０質量％以下、ＴｉＯ２：３０質量％以下及びＡｌ２Ｏ３：４０質量％以下から選択される少なくとも一種、樹脂：１．０質量％以上含有し、ＣａＯを含有せず、融点が１６５０℃以下であることとする。
かかる構成を有することによって、得られる溶接金属は、裏ビード形状及び裏ビード高さの安定性に優れたものとなる。
また、本発明の裏当フラックスは、更に、ＺｒＯ２：２０質量％以下含有することが好ましい。
かかる構成を有することによって、スラグの凝固温度と剥離性がより良好となり易くなる。
かかる構成を有することによって、スラグの凝固温度と剥離性がより良好となり易くなる。
また、本発明の裏当フラックスは、更に、ＭｎＯ：１５質量％以下含有することが好ましい。
かかる構成を有することによって、スラグの生成が促進される。
かかる構成を有することによって、スラグの生成が促進される。
本発明に係る裏当フラックスは、裏ビード形状及び裏ビード高さの安定性に優れる溶接金属を得ることができる。
以下、本発明の裏当フラックスを実施するための形態について詳細に説明する。
裏当フラックスは、サブマージアーク溶接に用いられるものである。そして、裏当フラックスは、ＳｉＯ２、ＭｇＯ、ＣａＦ２を所定量含有し、更に、ＴｉＯ２及びＡｌ２Ｏ３から選択される少なくとも一種を所定量含有する。また、裏当フラックスは、ＺｒＯ２、ＣａＯ及びＭｎＯから選択される少なくとも一種を所定量含有してもよい。
また、裏当フラックスは、樹脂を所定量含有する。更に、裏当フラックスは、融点が所定温度以下である。
なお、各成分の含有量は、裏当フラックス全体についての含有量である。
以下、裏当フラックスの各成分及び融点の限定理由について説明する。
また、裏当フラックスは、樹脂を所定量含有する。更に、裏当フラックスは、融点が所定温度以下である。
なお、各成分の含有量は、裏当フラックス全体についての含有量である。
以下、裏当フラックスの各成分及び融点の限定理由について説明する。
［ＳｉＯ２：２０質量％以上５０質量％以下］
ＳｉＯ２は、その添加により、フラックスの高温における粘度及び融点を変化させる特性有し、スラグの粘度の調整とスラグの形成のため特に重要な成分である。ＳｉＯ２の含有量が２０質量％未満では、スラグの粘度が低下することで裏ビードの幅の揃いが劣化し、波目が粗くなるため外観が損なわれる。また、裏ビード高さが不安定となる。一方、ＳｉＯ２の含有量が５０質量％を超えると、スラグの粘度が過大となり、鋼板と裏ビードのなじみ性が劣化し、アンダーカットが発生すると共に、スラグの量が増大し、裏ビードの余盛高さが過小となる。また、裏ビード高さが不安定となる。従って、ＳｉＯ２の含有量は２０質量％以上５０質量％以下とする。ＳｉＯ２の含有量は、添加の効果をより向上させる観点から、好ましくは２５質量％以上、より好ましくは３０質量％以上である。また、ＳｉＯ２の含有量は、スラグの粘度及びスラグの量をより調整し易くする観点から、また、裏ビード高さをより安定させる観点から、好ましくは４５質量％以下、より好ましくは４０質量％以下である。
ＳｉＯ２は、その添加により、フラックスの高温における粘度及び融点を変化させる特性有し、スラグの粘度の調整とスラグの形成のため特に重要な成分である。ＳｉＯ２の含有量が２０質量％未満では、スラグの粘度が低下することで裏ビードの幅の揃いが劣化し、波目が粗くなるため外観が損なわれる。また、裏ビード高さが不安定となる。一方、ＳｉＯ２の含有量が５０質量％を超えると、スラグの粘度が過大となり、鋼板と裏ビードのなじみ性が劣化し、アンダーカットが発生すると共に、スラグの量が増大し、裏ビードの余盛高さが過小となる。また、裏ビード高さが不安定となる。従って、ＳｉＯ２の含有量は２０質量％以上５０質量％以下とする。ＳｉＯ２の含有量は、添加の効果をより向上させる観点から、好ましくは２５質量％以上、より好ましくは３０質量％以上である。また、ＳｉＯ２の含有量は、スラグの粘度及びスラグの量をより調整し易くする観点から、また、裏ビード高さをより安定させる観点から、好ましくは４５質量％以下、より好ましくは４０質量％以下である。
［ＭｇＯ：１５質量％以上４０質量％以下］
ＭｇＯは、スラグの形成のための主要な成分であり、その添加により、スラグの粘度を低下させる。ＭｇＯの含有量が１５質量％未満では、適正なスラグの量が確保できず裏ビードが過大になる。また、裏ビード高さが不安定となる。一方、ＭｇＯの含有量が４０質量％を超えると、スラグの量が増大し、裏ビードの余盛高さが過小となると共に、スラグの粘度が低下することで裏ビードの幅の揃いが劣化し、波目が粗くなり外観が損なわれる。また、アンダーカットやビードの凹み等の溶接欠陥が生じる。また、裏ビード高さが不安定となる。従って、ＭｇＯの含有量は１５質量％以上４０質量％以下とする。ＭｇＯの含有量は、添加の効果をより向上させる観点から、好ましくは２０質量％以上、より好ましくは２５質量％以上である。また、ＭｇＯの含有量は、スラグの量及びスラグの粘度をより調整し易くする観点から、また、裏ビード高さをより安定させる観点から、好ましくは３５質量％以下、より好ましくは３０質量％以下である。
ＭｇＯは、スラグの形成のための主要な成分であり、その添加により、スラグの粘度を低下させる。ＭｇＯの含有量が１５質量％未満では、適正なスラグの量が確保できず裏ビードが過大になる。また、裏ビード高さが不安定となる。一方、ＭｇＯの含有量が４０質量％を超えると、スラグの量が増大し、裏ビードの余盛高さが過小となると共に、スラグの粘度が低下することで裏ビードの幅の揃いが劣化し、波目が粗くなり外観が損なわれる。また、アンダーカットやビードの凹み等の溶接欠陥が生じる。また、裏ビード高さが不安定となる。従って、ＭｇＯの含有量は１５質量％以上４０質量％以下とする。ＭｇＯの含有量は、添加の効果をより向上させる観点から、好ましくは２０質量％以上、より好ましくは２５質量％以上である。また、ＭｇＯの含有量は、スラグの量及びスラグの粘度をより調整し易くする観点から、また、裏ビード高さをより安定させる観点から、好ましくは３５質量％以下、より好ましくは３０質量％以下である。
［ＣａＦ２：３質量％以上２０質量％以下］
ＣａＦ２は、スラグの粘度を調整しスラグの生成を促進させるために有効な成分である。ＣａＦ２の含有量が３質量％未満では、スラグの量が不足するため、裏ビードの余盛が過大となる。また、裏ビード高さが不安定となる。一方、ＣａＦ２の含有量が２０質量％を超えると、スラグの粘度が過大となり、鋼板と裏ビードのなじみ性が劣化し、アンダーカットが発生する。従って、ＣａＦ２の含有量は３質量％以上２０質量％以下とする。ＣａＦ２の含有量は、添加の効果をより向上させる観点から、好ましくは５質量％以上、より好ましくは７質量％以上である。また、ＣａＦ２の含有量は、スラグの粘度をより調整し易くする観点から、好ましくは１５質量％以下、より好ましくは１０質量％以下である。
ＣａＦ２は、スラグの粘度を調整しスラグの生成を促進させるために有効な成分である。ＣａＦ２の含有量が３質量％未満では、スラグの量が不足するため、裏ビードの余盛が過大となる。また、裏ビード高さが不安定となる。一方、ＣａＦ２の含有量が２０質量％を超えると、スラグの粘度が過大となり、鋼板と裏ビードのなじみ性が劣化し、アンダーカットが発生する。従って、ＣａＦ２の含有量は３質量％以上２０質量％以下とする。ＣａＦ２の含有量は、添加の効果をより向上させる観点から、好ましくは５質量％以上、より好ましくは７質量％以上である。また、ＣａＦ２の含有量は、スラグの粘度をより調整し易くする観点から、好ましくは１５質量％以下、より好ましくは１０質量％以下である。
［ＴｉＯ２：３０質量％以下］
ＴｉＯ２は、その添加により、フラックスの融点及び高温での粘度を変化させる特性を有し、フラックスの融点、スラグの粘度及びスラグの剥離性を調整するのに有効な成分である。しかし、ＴｉＯ２の含有量が３０質量％を超えると、スラグの粘度が増加するため、鋼板と裏ビードのなじみ性が劣化し、アンダーカットやポックマークが発生する。また、スラグの剥離性が劣化する。従って、ＴｉＯ２を含有させる場合は、ＴｉＯ２の含有量は３０質量％以下とする。ＴｉＯ２の含有量は、スラグの粘度及びスラグの剥離性をより調整し易くする観点から、好ましくは１５質量％以下である。また、Ａｌ２Ｏ３が所定量含有されていれば、ＴｉＯ２の含有量は、０質量％でもよい。しかし、ＴｉＯ２は、添加の効果をより向上させる観点から、１質量％以上含有することが好ましく、３質量％以上含有することがより好ましい。なお、ＴｉＯ２及びＡｌ２Ｏ３のいずれも含有しない場合、裏ビード高さが不安定となる。
ＴｉＯ２は、その添加により、フラックスの融点及び高温での粘度を変化させる特性を有し、フラックスの融点、スラグの粘度及びスラグの剥離性を調整するのに有効な成分である。しかし、ＴｉＯ２の含有量が３０質量％を超えると、スラグの粘度が増加するため、鋼板と裏ビードのなじみ性が劣化し、アンダーカットやポックマークが発生する。また、スラグの剥離性が劣化する。従って、ＴｉＯ２を含有させる場合は、ＴｉＯ２の含有量は３０質量％以下とする。ＴｉＯ２の含有量は、スラグの粘度及びスラグの剥離性をより調整し易くする観点から、好ましくは１５質量％以下である。また、Ａｌ２Ｏ３が所定量含有されていれば、ＴｉＯ２の含有量は、０質量％でもよい。しかし、ＴｉＯ２は、添加の効果をより向上させる観点から、１質量％以上含有することが好ましく、３質量％以上含有することがより好ましい。なお、ＴｉＯ２及びＡｌ２Ｏ３のいずれも含有しない場合、裏ビード高さが不安定となる。
［Ａｌ２Ｏ３：４０質量％以下］
Ａｌ２Ｏ３は、その添加により、フラックスの融点及び高温での粘度を変化させる特性を有し、フラックスの融点、スラグの粘度及びスラグの剥離性を調整するのに有効な成分である。しかし、Ａｌ２Ｏ３の含有量が４０質量％を超えると、フラックスの融点が高くなり、裏ビード高さが不安定となる。従って、Ａｌ２Ｏ３を含有させる場合は、Ａｌ２Ｏ３の含有量は４０質量％以下とする。Ａｌ２Ｏ３の含有量は、フラックス融点をより調整し易くする観点から、好ましくは３０質量％以下、より好ましくは１５質量％以下である。また、ＴｉＯ２が所定量含有されていれば、Ａｌ２Ｏ３の含有量は、０質量％でもよい。しかし、Ａｌ２Ｏ３は、添加の効果をより向上させる観点から、５質量％以上含有することが好ましく、８質量％以上含有することがより好ましい。
Ａｌ２Ｏ３は、その添加により、フラックスの融点及び高温での粘度を変化させる特性を有し、フラックスの融点、スラグの粘度及びスラグの剥離性を調整するのに有効な成分である。しかし、Ａｌ２Ｏ３の含有量が４０質量％を超えると、フラックスの融点が高くなり、裏ビード高さが不安定となる。従って、Ａｌ２Ｏ３を含有させる場合は、Ａｌ２Ｏ３の含有量は４０質量％以下とする。Ａｌ２Ｏ３の含有量は、フラックス融点をより調整し易くする観点から、好ましくは３０質量％以下、より好ましくは１５質量％以下である。また、ＴｉＯ２が所定量含有されていれば、Ａｌ２Ｏ３の含有量は、０質量％でもよい。しかし、Ａｌ２Ｏ３は、添加の効果をより向上させる観点から、５質量％以上含有することが好ましく、８質量％以上含有することがより好ましい。
ＴｉＯ２の含有量とＡｌ２Ｏ３の含有量の合計は、４０質量％以下が好ましく、１５質量％以下がより好ましい。また、ＴｉＯ２の含有量とＡｌ２Ｏ３の含有量の合計は、５質量％以上が好ましく、８質量％以上がより好ましい。
［ＺｒＯ２：２０質量％以下］
ＺｒＯ２は、スラグの凝固温度と剥離性を調整するために有効な成分である。しかし、ＺｒＯ２の含有量が２０質量％を超えると、スラグの凝固温度が高くなり、スラグの焼き付きが増加し、部分的にスラグの剥離性が劣化する可能性がある。また、裏ビード高さが不安定となる。従って、ＺｒＯ２を含有させる場合は、ＺｒＯ２の含有量は２０質量％以下とする。ＺｒＯ２の含有量は、スラグの剥離性をより調整し易くする観点から、また、裏ビード高さをより安定させる観点から、好ましくは１５質量％以下、より好ましくは８質量％以下である。また、ＺｒＯ２の含有量は、０質量％でもよい。しかし、ＺｒＯ２は、スラグの凝固温度を調整する効果をより向上させる観点から、１質量％以上含有することが好ましく、４質量％以上含有することがより好ましい。
ＺｒＯ２は、スラグの凝固温度と剥離性を調整するために有効な成分である。しかし、ＺｒＯ２の含有量が２０質量％を超えると、スラグの凝固温度が高くなり、スラグの焼き付きが増加し、部分的にスラグの剥離性が劣化する可能性がある。また、裏ビード高さが不安定となる。従って、ＺｒＯ２を含有させる場合は、ＺｒＯ２の含有量は２０質量％以下とする。ＺｒＯ２の含有量は、スラグの剥離性をより調整し易くする観点から、また、裏ビード高さをより安定させる観点から、好ましくは１５質量％以下、より好ましくは８質量％以下である。また、ＺｒＯ２の含有量は、０質量％でもよい。しかし、ＺｒＯ２は、スラグの凝固温度を調整する効果をより向上させる観点から、１質量％以上含有することが好ましく、４質量％以上含有することがより好ましい。
［ＣａＯ：２０質量％以下］
ＣａＯは、スラグの粘度を調整しビードの形状を整えるために重要な成分であり、またスラグの剥離性を調整するのに有効な成分である。しかし、ＣａＯの含有量が２０質量％を超えると、スラグの粘度が過大となり、鋼板と裏ビードのなじみ性が劣化し、アンダーカットが発生すると共に、スラグが焼付き、スラグの剥離性が劣化する。また、裏ビード高さが不安定となる。従って、ＣａＯを含有させる場合は、ＣａＯの含有量は２０質量％以下とする。ＣａＯの含有量は、スラグの粘度及びスラグの剥離性をより調整し易くする観点から、また、裏ビード高さをより安定させる観点から、好ましくは１０質量％以下、より好ましくは５質量％以下である。また、ＣａＯの含有量は、０質量％でもよい。しかし、ＣａＯは、添加の効果をより向上させる観点から、１質量％以上含有することが好ましく、３質量％以上含有することがより好ましい。
ＣａＯは、スラグの粘度を調整しビードの形状を整えるために重要な成分であり、またスラグの剥離性を調整するのに有効な成分である。しかし、ＣａＯの含有量が２０質量％を超えると、スラグの粘度が過大となり、鋼板と裏ビードのなじみ性が劣化し、アンダーカットが発生すると共に、スラグが焼付き、スラグの剥離性が劣化する。また、裏ビード高さが不安定となる。従って、ＣａＯを含有させる場合は、ＣａＯの含有量は２０質量％以下とする。ＣａＯの含有量は、スラグの粘度及びスラグの剥離性をより調整し易くする観点から、また、裏ビード高さをより安定させる観点から、好ましくは１０質量％以下、より好ましくは５質量％以下である。また、ＣａＯの含有量は、０質量％でもよい。しかし、ＣａＯは、添加の効果をより向上させる観点から、１質量％以上含有することが好ましく、３質量％以上含有することがより好ましい。
［ＭｎＯ：１５質量％以下］
ＭｎＯは、スラグの生成を促進させるために有効な成分である。しかし、ＭｎＯの含有量が１５質量％を超えると、スラグの量が増加し、裏ビードが過小となる。また、アンダーカット等の溶接欠陥が生じる。従って、ＭｎＯを含有させる場合は、ＭｎＯの含有量は１５質量％以下とする。ＭｎＯの含有量は、スラグの量をより調整し易くする観点から、また、溶接金属の状態をより良好にし易くする観点から、好ましくは１０質量％以下、より好ましくは８質量％以下である。また、ＭｎＯの含有量は、０質量％でもよい。しかし、ＭｎＯは、添加の効果をより向上させる観点から、１質量％以上含有することが好ましく、２質量％以上含有することがより好ましい。
ＭｎＯは、スラグの生成を促進させるために有効な成分である。しかし、ＭｎＯの含有量が１５質量％を超えると、スラグの量が増加し、裏ビードが過小となる。また、アンダーカット等の溶接欠陥が生じる。従って、ＭｎＯを含有させる場合は、ＭｎＯの含有量は１５質量％以下とする。ＭｎＯの含有量は、スラグの量をより調整し易くする観点から、また、溶接金属の状態をより良好にし易くする観点から、好ましくは１０質量％以下、より好ましくは８質量％以下である。また、ＭｎＯの含有量は、０質量％でもよい。しかし、ＭｎＯは、添加の効果をより向上させる観点から、１質量％以上含有することが好ましく、２質量％以上含有することがより好ましい。
［残部：微量成分及び不可避的不純物］
溶接中の大気からのシールド性及び溶接作業性等を適正に保つため、Ｍｏ、ＣＯ２、ＢａＯ、Ｆｅ、及びＦｅ酸化物等を添加することができる。また、不可避的不純物としては、例えば、Ｐ、Ｓ等が挙げられる。微量成分及び不可避的不純物の総量は５質量％以下に規制する。なお、Ｍｏ、ＣＯ２、ＢａＯ、Ｆｅ、及びＦｅ酸化物等は、積極添加してもよいが、不可避的不純物として含まれていてもよい。
溶接中の大気からのシールド性及び溶接作業性等を適正に保つため、Ｍｏ、ＣＯ２、ＢａＯ、Ｆｅ、及びＦｅ酸化物等を添加することができる。また、不可避的不純物としては、例えば、Ｐ、Ｓ等が挙げられる。微量成分及び不可避的不純物の総量は５質量％以下に規制する。なお、Ｍｏ、ＣＯ２、ＢａＯ、Ｆｅ、及びＦｅ酸化物等は、積極添加してもよいが、不可避的不純物として含まれていてもよい。
［樹脂：１．０質量％以上］
樹脂は、裏ビード形状を良好にするため、及び、裏ビード高さを安定させるために添加する。樹脂の含有量が１．０質量％未満では、裏当フラックスをＲＦ（Ｒｅｓｉｎ Ｆｌｕｘ）（登録商標）方式のサブマージアーク溶接に用いた場合に、余盛が過大となり、裏ビード形状が悪くなる。また、裏ビード高さが不安定となる。従って、樹脂の含有量は１．０質量％以上とする。樹脂の含有量は、添加の効果をより向上させる観点から、好ましくは１．２質量％以上、より好ましくは１．５質量％以上である。また、樹脂の含有量は、鋼板への樹脂のこびりつきを防止する観点から、１０．０質量％以下であることが好ましく、５．０質量％以下であることがより好ましい。
樹脂としては、例えば、熱硬化性樹脂が挙げられる。熱硬化性樹脂としては特に限定されるものではなく、例えば、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、アクリル樹脂等が挙げられる。
樹脂は、裏ビード形状を良好にするため、及び、裏ビード高さを安定させるために添加する。樹脂の含有量が１．０質量％未満では、裏当フラックスをＲＦ（Ｒｅｓｉｎ Ｆｌｕｘ）（登録商標）方式のサブマージアーク溶接に用いた場合に、余盛が過大となり、裏ビード形状が悪くなる。また、裏ビード高さが不安定となる。従って、樹脂の含有量は１．０質量％以上とする。樹脂の含有量は、添加の効果をより向上させる観点から、好ましくは１．２質量％以上、より好ましくは１．５質量％以上である。また、樹脂の含有量は、鋼板への樹脂のこびりつきを防止する観点から、１０．０質量％以下であることが好ましく、５．０質量％以下であることがより好ましい。
樹脂としては、例えば、熱硬化性樹脂が挙げられる。熱硬化性樹脂としては特に限定されるものではなく、例えば、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、アクリル樹脂等が挙げられる。
［融点：１６５０℃以下］
裏当フラックスの融点は、裏当フラックスの溶融と凝固のバランスを適正化し、裏ビードの高さを安定化させるための重要なパラメータである。すなわち、本発明者らは、後述する変動係数に着目して種々検討した結果、裏当フラックスの融点が所定の温度以下である場合に、変動係数を低下させ、裏ビードの高さを安定させることができることを見出し、本実施形態に係る裏当フラックスを開発するに至った。裏当フラックスの融点が１６５０℃を超えると、スラグ生成量が少なく裏ビード高さが不安定となる。従って、裏当フラックスの融点は１６５０℃以下とする。裏当フラックスの融点は、裏ビード高さをより安定させる観点から、好ましくは１６００℃以下、より好ましくは１５５０℃以下である。
なお、裏当フラックスの融点は、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＭｇＯ、ＣａＦ２、ＺｒＯ２、ＣａＯ、Ａｌ２Ｏ３の含有量により制御する。
裏当フラックスの融点は、裏当フラックスの溶融と凝固のバランスを適正化し、裏ビードの高さを安定化させるための重要なパラメータである。すなわち、本発明者らは、後述する変動係数に着目して種々検討した結果、裏当フラックスの融点が所定の温度以下である場合に、変動係数を低下させ、裏ビードの高さを安定させることができることを見出し、本実施形態に係る裏当フラックスを開発するに至った。裏当フラックスの融点が１６５０℃を超えると、スラグ生成量が少なく裏ビード高さが不安定となる。従って、裏当フラックスの融点は１６５０℃以下とする。裏当フラックスの融点は、裏ビード高さをより安定させる観点から、好ましくは１６００℃以下、より好ましくは１５５０℃以下である。
なお、裏当フラックスの融点は、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＭｇＯ、ＣａＦ２、ＺｒＯ２、ＣａＯ、Ａｌ２Ｏ３の含有量により制御する。
裏当フラックスの融点の測定は、例えば、以下の方法で行うことができる。
裏当フラックスを高純度のアルミナ坩堝に入れ炉内に投入し、常温から加熱速度１０℃／ｍｉｎで所定の温度まで昇温し１時間待機する。その後、空冷させて炉から取り出し、フラックスが融解したかどうか目視で確認する。前記の所定の温度は、１４００℃から、５０℃単位で高くし、フラックスが融解した温度を融点とする。
裏当フラックスを高純度のアルミナ坩堝に入れ炉内に投入し、常温から加熱速度１０℃／ｍｉｎで所定の温度まで昇温し１時間待機する。その後、空冷させて炉から取り出し、フラックスが融解したかどうか目視で確認する。前記の所定の温度は、１４００℃から、５０℃単位で高くし、フラックスが融解した温度を融点とする。
本発明の裏当フラックスは、ＲＦ方式のサブマージアーク溶接に好適に用いることができる。しかしながら、ＦＣＢ（Ｆｌｕｘ Ｃｏｐｐｅｒ Ｂａｃｋｉｎｇ）（登録商標）方式のサブマージアーク溶接に用いてもよい。
＜裏当フラックスの製造方法＞
裏当フラックスは、前記説明した成分を含有する種々の原料を電気炉等で、例えば１２００℃以上の高温度で溶解し、冷却して固化した後、更に粉末状に粉砕することにより製造することができる。
裏当フラックスは、前記説明した成分を含有する種々の原料を電気炉等で、例えば１２００℃以上の高温度で溶解し、冷却して固化した後、更に粉末状に粉砕することにより製造することができる。
以上のような構成とされた本実施形態に係る裏当フラックスによれば、前述の成分に規定することにより、例えば片面サブマージアーク溶接の裏当フラックスに用いた際に、良好な裏ビード形状を得ることができる。また、融点が１６５０℃以下とされていることで、後述する変動係数を低下させ、裏ビード高さを安定化させることができる。
次に、本発明を実施例に基づいて更に詳細に説明する。なお、各図面が示す部材の大きさ、位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。
表１に示す鋼板、表２に示すワイヤ、表３に示す裏当フラックスを使用し、表４に示す条件で３電極ＲＦ片面サブマージアーク溶接を行った。なお、ワイヤとしては、ＪＩＳ Ｚ ３３５１：２０１２ ＹＳ−Ｓ６相当のワイヤを用いた。また、表フラックスとしては、ＪＩＳ Ｚ ３３５２：２０１０ ＳＡＣＩ１相当の表フラックスを使用した。なお、裏当フラックスの樹脂としてはフェノール樹脂を用いた。また、表３中の残部は、前述した微量成分及び不可避的不純物である。
図１に電極配置を示し、図２に開先形状を示す。なお、図１の矢印は溶接方向であり、図２の開先充填材２は、溶接部の溶融金属量を増加させる目的で添加したＦｅ粉である。また、符号Ｔ１，Ｔ２，Ｌは電極であり、符号１は鋼板である。
なお、表１〜４に示す条件以外の条件は従来公知の条件であり、すべて同一条件とした。また、本発明の範囲を満たさないものは数値に下線を引いて示す。
裏当フラックスの融点は、以下に示す方法により算出した。また、得られた溶接金属について、以下の評価を行った。
なお、表１〜４に示す条件以外の条件は従来公知の条件であり、すべて同一条件とした。また、本発明の範囲を満たさないものは数値に下線を引いて示す。
裏当フラックスの融点は、以下に示す方法により算出した。また、得られた溶接金属について、以下の評価を行った。
＜融点＞
裏当フラックスを高純度のアルミナ坩堝に入れ炉内に投入し、常温から加熱速度１０℃／ｍｉｎで所定の温度まで昇温し１時間待機した。その後、空冷させて炉から取り出し、フラックスが融解しているかどうか目視で確認した。前記の所定の温度は、１４００℃から、５０℃単位で高くし、フラックスが融解した温度を融点とした。
裏当フラックスを高純度のアルミナ坩堝に入れ炉内に投入し、常温から加熱速度１０℃／ｍｉｎで所定の温度まで昇温し１時間待機した。その後、空冷させて炉から取り出し、フラックスが融解しているかどうか目視で確認した。前記の所定の温度は、１４００℃から、５０℃単位で高くし、フラックスが融解した温度を融点とした。
＜裏ビード形状＞
裏ビード形状は、裏ビードを目視にて観察して評価した。
溶接欠陥がなく、手直しが不要であり、目視による外観が極めて良好であったものを裏ビード形状が極めて良好（◎）、溶接欠陥がなく、一部手直しが必要であったものの、目視による外観が良好であったものを裏ビード形状が良好（○）、溶接欠陥があったもの、又は、目視による外観が不良であったものを裏ビード形状が不良（×）とした。そして、◎、○であったものを合格とした。なお、ここでの溶接欠陥とは、０．５ｍｍ以上のアンダーカット、ブローホール、ポックマーク、及び、割れのうちの一つ以上が生じたものをいう。また、ここでの目視による外観が不良とは、裏ビードの高さや幅の不揃い（不安定）と、裏ビードの高さや幅の過大又は過小が含まれる。
裏ビード形状は、裏ビードを目視にて観察して評価した。
溶接欠陥がなく、手直しが不要であり、目視による外観が極めて良好であったものを裏ビード形状が極めて良好（◎）、溶接欠陥がなく、一部手直しが必要であったものの、目視による外観が良好であったものを裏ビード形状が良好（○）、溶接欠陥があったもの、又は、目視による外観が不良であったものを裏ビード形状が不良（×）とした。そして、◎、○であったものを合格とした。なお、ここでの溶接欠陥とは、０．５ｍｍ以上のアンダーカット、ブローホール、ポックマーク、及び、割れのうちの一つ以上が生じたものをいう。また、ここでの目視による外観が不良とは、裏ビードの高さや幅の不揃い（不安定）と、裏ビードの高さや幅の過大又は過小が含まれる。
＜裏ビード高さの安定性＞
裏ビード高さの安定性は、裏ビード高さの変動係数により評価した。
溶接後の鋼板（供試材）を反転し、台車に積載した２次元レーザ変位計で裏ビード高さＴ（図３参照）を測定した。図３に供試材の測定位置を示し、図４に供試材の測定範囲を示す。なお、符号１は鋼板、符号３は溶接金属である。
裏ビード高さＴは、図４に示すように、スタート側２００ｍｍとエンド側４００ｍｍを除いた定常部約６００ｍｍを測定範囲とし、１ｃｍ間隔で６０点を測定した。そして、この６０点の平均値（実測データの平均値）を算出するとともに、標準偏差を算出した。
ここで、本願での標準偏差は、公知の式である以下の式（１）により算出されたものである。式（１）において、「ｎ：実測個数、Ｘｉ：ｉ個目の実測データ、ｍ：実測データの平均値」である。
裏ビード高さの安定性は、裏ビード高さの変動係数により評価した。
溶接後の鋼板（供試材）を反転し、台車に積載した２次元レーザ変位計で裏ビード高さＴ（図３参照）を測定した。図３に供試材の測定位置を示し、図４に供試材の測定範囲を示す。なお、符号１は鋼板、符号３は溶接金属である。
裏ビード高さＴは、図４に示すように、スタート側２００ｍｍとエンド側４００ｍｍを除いた定常部約６００ｍｍを測定範囲とし、１ｃｍ間隔で６０点を測定した。そして、この６０点の平均値（実測データの平均値）を算出するとともに、標準偏差を算出した。
ここで、本願での標準偏差は、公知の式である以下の式（１）により算出されたものである。式（１）において、「ｎ：実測個数、Ｘｉ：ｉ個目の実測データ、ｍ：実測データの平均値」である。
そして、下記式（２）より、変動係数を導出した。式（２）において、「ＣＶ：変動係数、σ：標準偏差、ｍ：実測データの平均値」である。
式（２）より導出された変動係数において、０．３以下であったものを合格とした。
これらの結果を表５に示す。
これらの結果を表５に示す。
表５に示すように、Ｎｏ．１〜３０は、本発明の要件を満たすため、又は参考例のため、全ての評価項目において優れていた。
一方、Ｎｏ．３１〜４３は、本発明の要件を満たさないため、以下の結果となった。
一方、Ｎｏ．３１〜４３は、本発明の要件を満たさないため、以下の結果となった。
Ｎｏ．３１は、ＳｉＯ２含有量が多いため、裏ビード形状が不良であり、また、フラックスの融点が高くなり、裏ビード高さの安定性に劣った。
Ｎｏ．３２は、ＳｉＯ２含有量が少ないため、裏ビード形状が不良であり、また、フラックスの融点が高くなり、裏ビード高さの安定性に劣った。
Ｎｏ．３３は、ＴｉＯ２含有量が多いため、裏ビード形状が不良であった。
Ｎｏ．３２は、ＳｉＯ２含有量が少ないため、裏ビード形状が不良であり、また、フラックスの融点が高くなり、裏ビード高さの安定性に劣った。
Ｎｏ．３３は、ＴｉＯ２含有量が多いため、裏ビード形状が不良であった。
Ｎｏ．３４は、ＺｒＯ２含有量が多いため、フラックスの融点が高くなり、裏ビード高さの安定性に劣った。
Ｎｏ．３５は、ＣａＯ含有量が多いため、裏ビード形状が不良であり、また、フラックスの融点が高くなり、裏ビード高さの安定性に劣った。
Ｎｏ．３６は、ＭｇＯ含有量が多いため、裏ビード形状が不良であり、また、フラックスの融点が高くなり、裏ビード高さの安定性に劣った。
Ｎｏ．３５は、ＣａＯ含有量が多いため、裏ビード形状が不良であり、また、フラックスの融点が高くなり、裏ビード高さの安定性に劣った。
Ｎｏ．３６は、ＭｇＯ含有量が多いため、裏ビード形状が不良であり、また、フラックスの融点が高くなり、裏ビード高さの安定性に劣った。
Ｎｏ．３７は、ＭｇＯ含有量が少ないため、裏ビード形状が不良であり、また、フラックスの融点が高くなり、裏ビード高さの安定性に劣った。
Ｎｏ．３８は、ＭｎＯ含有量が多いため、裏ビード形状が不良であった。
Ｎｏ．３９は、Ａｌ２Ｏ３含有量が多いため、フラックスの融点が高くなり、裏ビード高さの安定性に劣った。
Ｎｏ．３８は、ＭｎＯ含有量が多いため、裏ビード形状が不良であった。
Ｎｏ．３９は、Ａｌ２Ｏ３含有量が多いため、フラックスの融点が高くなり、裏ビード高さの安定性に劣った。
Ｎｏ．４０は、ＣａＦ２含有量が多いため、裏ビード形状が不良であった。
Ｎｏ．４１は、ＣａＦ２含有量が少ないため、裏ビード形状が不良であり、また、フラックスの融点が高くなり、裏ビード高さの安定性に劣った。
Ｎｏ．４２は、樹脂含有量が少ないため、裏ビード形状が不良であり、また、裏ビード高さの安定性が劣った。
Ｎｏ．４３は、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３のいずれも含有していないため、フラックスの融点が高くなり、裏ビード高さの安定性に劣った。
Ｎｏ．４１は、ＣａＦ２含有量が少ないため、裏ビード形状が不良であり、また、フラックスの融点が高くなり、裏ビード高さの安定性に劣った。
Ｎｏ．４２は、樹脂含有量が少ないため、裏ビード形状が不良であり、また、裏ビード高さの安定性が劣った。
Ｎｏ．４３は、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３のいずれも含有していないため、フラックスの融点が高くなり、裏ビード高さの安定性に劣った。
以上、本発明について実施の形態及び実施例を示して詳細に説明したが、本発明の趣旨は前記した内容に限定されることなく、その権利範囲は特許請求の範囲の記載に基づいて解釈しなければならない。なお、本発明の内容は、前記した記載に基づいて改変・変更等することができることはいうまでもない。
１ 鋼板
２ 開先充填材
３ 溶接金属
Ｔ 裏ビード高さ
Ｔ１，Ｔ２，Ｌ 電極
２ 開先充填材
３ 溶接金属
Ｔ 裏ビード高さ
Ｔ１，Ｔ２，Ｌ 電極
Claims (3)
- サブマージアーク溶接に用いられる裏当フラックスであって、
ＳｉＯ２：２０質量％以上５０質量％以下、
ＭｇＯ：１５質量％以上４０質量％以下、
ＣａＦ２：５質量％以上２０質量％以下、
ＴｉＯ２：３０質量％以下及びＡｌ２Ｏ３：４０質量％以下から選択される少なくとも一種、
樹脂：１．０質量％以上含有し、
ＣａＯを含有せず、
融点が１６５０℃以下であることを特徴とする裏当フラックス。 - 更に、ＺｒＯ２：２０質量％以下含有することを特徴とする請求項１に記載の裏当フラックス。
- 更に、ＭｎＯ：１５質量％以下含有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の裏当フラックス。
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