JPH0156879B2

JPH0156879B2 -

Info

Publication number: JPH0156879B2
Application number: JP25252985A
Authority: JP
Inventors: Takashi Kato; Satoru Myahara
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1985-11-11
Filing date: 1985-11-11
Publication date: 1989-12-01
Also published as: JPS62110895A

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野）本発明は軟鋼、50キロ以上の高張力鋼、低温用
鋼等の突合わせ溶接に用いるサブマージアーク溶
接用フラツクスに関するもので、特に厚板の多層
盛溶接においてスラグ剥離性の優れたフラツクス
に係るものである。（従来の技術）鋼板の突合わせ溶接は、鋼板をＸ開先、Ｙ開
先、Ｕ開先あるいはＶ開先で突合わせ、被覆アー
ク溶接法、ガスシールドアーク溶接法あるいはサ
ブマージアーク溶接法等のアーク溶接法を用いて
溶接し、継手を完成するものであるが、近年、船
舶、鉄骨、橋梁、貯蔵タンクと共に石油掘削のた
めのオイルリグ、人工島等の海洋構造物が建造さ
れるようになり、高能率で安価な溶接法に対する
要望が増々強くなつている。溶接の高能率化およびコストダウンの主要な手
段としては、使用する電流を上げて溶着速度を
上げる事、開先の断面積を狭くして溶着金属を
節約する事、の２点が揚げられる。ところで前述の３つの溶接法のうち、サブマー
ジアーク溶接法は、他の２つの方法に比して電流
を高くする事が出来るため高能率溶接法として最
も利点があり、広く適用されている。ところがサ
ブマージアーク溶接法の作業上の大きな問題は、
溶融したフラツクスがスラグとして開先内にはま
り込んだ状態で残存し、除去するのに多大な労力
を要する事である。即ち、被溶接材の板厚が比較的薄く両面１層溶
接が出来る場合は、スラグが開先の外側に生成す
るのでただちに除去する事が出来、問題にならな
いが、板厚が厚く多層盛溶接を行なう場合、特に
初層又はその後の２〜３層ではスラグが開先内に
はまり込むため除去するのが極めて困難となる。
このような場合は、ジエツトタガネのような特別
なスラグ除去用工具を用いてスラグを機械的に破
砕しながら除去する事が必要であり、溶接能率を
大きく低下せしめる結果となる。又、スラグの剥離性は開先形状とも大きな相関
性を有し、開先が狭ければそれだけスラグがはま
り込み、ますます取れ難くなり、サブマージアー
ク溶接において狭い開先を用いる事は事実上不可
能となる。しかしながらこの場合、スラグの特性を改善し
てスラグを取れやすくする事が可能であれば、上
記のような問題がなく、電流を高くし、かつ狭開
先を用いた高能率溶接が可能となる。ところで、サブマージアーク溶接用のフラツク
スは、製造工程から２種類に分ける事が出来る。
即ち、原料を溶融し、その後凝固粉砕して粒状の
フラツクスとするメルト型フラツクスと、原料粉
を水ガラス等の固着剤を用いて造粒した後、焼成
して製造するボンド型フラツクスである。メルト型フラツクスの場合は製造工程で一端溶
融する事が必要で、比較的多量のSiO₂、MnOあ
るいはTiO₂が添加され、溶融点が低く設計され
ている。このような組成の場合は、スラグがガラ
ス質となり、砕けやすいためスラグを比較的容易
に除去する事が出来る。しかしながら溶融点が低
いため、電流が高い溶接ではビード表面にスラグ
が焼き付くため、常に剥離性が良好であるとは言
えない。一方、ボンドフラツクスの場合は、種々の原料
粉をその溶融点にかかわらず添加する事が出来、
MgO等の高融点材料の多量の使用も可能でフラ
ツクスの高耐火性が得られやすい。しかしなが
ら、ボンドフラツクスの場合スラグが結晶質とな
つて硬化しやすく、開先内で砕け難いため、スラ
グ剥離性は著しく劣る。従来のこのようなボンドフラツクスにおけるス
ラグ剥離性の改善策は、特開昭56−89396号、特
開昭57−202996号、特開昭58−13493号、特開昭
55−92292号、および特開昭55−120488号の各公
報に開示されている。即ち、特開昭56−89396号公報は、多量のMgO
およびBaOを含有し、溶接によりペリクレース
結晶およびバリウムマイカ結晶を含有するスラグ
を生成する高塩基性焼成型フラツクスに関するも
のであり、上記のような結晶の生成によりスラグ
の熱収縮が大きくなり、その剥離性が改善される
ものである。しかしながらこのフラツクスは多量
のMgOを含有し、結晶質の硬いスラグを生成す
るため、アンダーカツト等を伴つて開先内に一度
深く喰い込むとこれを除去するのは極めて困難で
あり、本発明にスラグ剥離性を改善したものとは
言い難い。又、特開昭57−202996号公報のフラツクスは、
特開昭56−89396号公報のフラツクスと同様に
MgO、BaOおよび金属炭酸塩を多量に含み、さ
らにAl₂O₃、SiO₂、CaF₂からなるフラツクスで
あるが、前記の硬質スラグの問題と、さらに多量
の金属炭酸塩を含有しているため、これにより発
生するガス分がアークを不安定にし、又ガスによ
るポツクマークの発生という問題があり、実用的
なフラツクスであるとは言えない。さらに、特開昭58−13493号公報はSiO₂、MgO
およびTiO₂を主成分とするフラツクスを用いて
行なう潜弧溶接法に関するもので、スラグ剥離性
の改善と共にフラツクスの消費量を少くする事を
目的とするものである。しかしながら、この方法
もフラツクスの組成が必ずしも適切でなく、
TiO₂の含有量が過剰で、スラグの流動性が過大
となり、ビード形状が整い難く、このためスラグ
の剥離が阻害される問題点がある。又、特開昭55−92292号公報はAl₂O₃、TiO₂お
よびSiO₂等を主成分とするフラツクスに関する
ものであるが、このフラツクスも又TiO₂が過剰
なためスピード形状的に好ましいものではない。一方、特開昭55−120488号公報はAl₂O₃、
SiO₂、TiO₂、MnO、BaO、CaO、金属弗化物等
からなるフラツクスを用い、開先形状および１パ
スでの溶着厚さ、溶接速度を厳密に特定して行な
う狭開先溶接法に関するものであるが、溶接パラ
メーターを極めてシビヤーにコントロールする事
が必要で、一般的なサブマージアーク溶接に用い
る事は出来ない。（発明が解決しようとする問題点）本発明は、多層盛のサブマージアーク溶接にお
いて、特に初層又はその近傍の溶接で、スラグが
開先にはまり込んで除去し難いという問題を防止
し、狭い開先でもスラグが極めて容易に剥離し、
かつ優れたビード外観を得る事が出来るサブマー
ジアーク溶接用ボンドフラツクスの組成を提供す
るものである。（問題点を解決するための手段）即ち、本発明の要旨は、全フラツクスに対し、
重量％でSiO₂8〜20％、MgO19％以下、Al₂O₃20
〜50％、TiO₂5〜17％、金属弗化物５〜25％、
CaO12％以下を含有する事を特徴とするサブマー
ジアーク溶接用ボンドフラツクスにある。（作用）本発明は、スラグの剥離性を改善する事を目的
とするものであるが、このためには以下のような
技術的項目が重要である。まず、スラグを出来るだけガラス質とし、結晶
質のスラグにならないよう組成を構成する事が重
要である。即ち、ガラス質のスラグは破砕されや
すく、軽度の打撃で砕け、開先内から取れやすい
のに対し、結晶質のスラグは硬くて割れ難く、開
先内にはまり込んでいると極めて取れ難くなるた
めである。一方、スラグの熱収縮も重要な要因となる。即
ち、溶接により生成したスラグがその冷却過程に
おいて起る体積収縮が被溶接材のそれより大きけ
れば、開先内でスラグが遊離した状態となり、除
去しやすくなる。さらに、スラグ剥離性の点で注意を要する点
は、開先内で開先側壁にカツトを生じないように
する事であり、カツトが出来るとスラグの端がそ
のカツトにかみ込んだ状態となり、全く取れ難く
なる。又、ビードが溶着する部分の開先部の幅に対し
てビード幅が大巾に広いと、特に欠陥としてのア
ンダーカツトが生じなくても開先側壁部は滑らか
に凹んだ状態となり、そこにスラグがはまり込
み、スラグが取れ難い状態となる。さらに、スラグ剥離性に有効な対策として、ス
ラグをポーラスになるよう設計すれば、それだけ
脆く、くだけやすくなり、剥離性が改善される。本発明フラツクスは、以上のような観点からフ
ラツクス組成を総合的に検討し、スラグ剥離性の
良好なフラツクスとして完成したものである。まず、本発明フラツクスは８〜20％のSiO₂を
含有する事が必要である。SiO₂はスラグの粘性
を増加させ、ビードの整形に対し極めて有効な成
分であると共に、スラグをガラス質化する特性が
あり、これにより砕けやすい剥離性の良好なスラ
グを生成する事が出来る。このようなSiO₂の効
果は全フラツクスに対し８％以上の添加で得られ
るが、一方、20％を超えて添加するとスラグの融
点が下がり、大入熱側での溶接においてビード形
状が劣化し、かつスラグの焼付き生じるので、
SiO₂の添加量は20％以下にする事が必要である。
又、SiO₂は溶接金属中の酸素量を増加させ、こ
れにより溶接金属の靭性が劣化する傾向となるの
で、この点からもSiO₂の過剰な添加は好ましく
ない。 SiO₂を添加する原料は、珪砂、珪灰石、オリ
ビンサンド等のSiO₂を主成分とするか又はSiO₂
を含有する酸化物鉱石を用いるものとする。又、
原料を造粒する際に用いる水ガラス成分としての
SiO₂もSiO₂の添加量として考慮する。次に、本発明フラツクスにおいてはMgOの含
有量が19％以下である事が必要である。 MgOはSiO₂とは全く逆の効果を有するもので
あり、MgOを多量に添加するとペリクレース等
の結晶を生成するが、結晶質のスラグは極めて硬
く、一度開先内にはまり込むと剥離が著しく困難
になる。又、開先の側壁にアンダーカツト等の凹
部が存在するとさらに剥離性が劣化し、事実上除
去する事が不可能になる。従つて、スラグの剥離性を改善するためには
MgOの添加は出来る限り少量に留める事が肝要
である。即ち、MgOは19％以下である事が必要
である。なお、MgOは高融点（2700℃）を有し、フラ
ツクスに高耐火性を附与し、大入熱溶接において
ビード形状を安定化する効果を有するので、19％
以下の範囲において必要に応じて添加する事が出
来る。又、MgOは溶接金属中の酸素量を低減し、
靭性を向上せしめる効果をも有する。 MgOを添加する材料としてはマグネシアクリ
ンカー（MgO）、オリビンサンド（MgO・
SiO₂）、スピネル（MgO・Al₂O₃）等のMgOを主
成分とするかMgOを含有する酸化物、マグネサ
イト（MgCO₃）、ドロマイト（MgCaC₂O₆）のよ
うなMgOを含有する炭酸塩等を用いる。さらに、本発明フラツクスにおいては20〜50％
のAl₂O₃を添加する事が必要である。即ち、本発
明フラツクスにおいてはスラグの結晶質化を防止
するためMgO量を制限するのであるが、これに
よりフラツクスの耐火性が劣化し、スラグがビー
ド表面に焼付き、スラグの剥離性が改善されない
結果となる。そこで、本発明においてはこの点を
改善するため多量のAl₂O₃を用いるのである。即
ち、Al₂O₃の融点は2050℃で、耐火性成分として
極めて有用である。さらに、Al₂O₃を多量に添加したフラツクスは
ビード幅を狭くするというスラグ剥離性の観点か
ら極めて有用な特性を有する事が判明した。前述
の如く、スラグ剥離性を阻害する要因として、ビ
ード幅が広いことがあげられ、開先の側壁を溶融
して凹部を形成するとこゝにスラグがはまり込ん
で固定され除去する事が出来ない状態になるが、
Al₂O₃の添加によりビード幅が狭くなる傾向が認
められ、20％以上の添加によりスラグ剥離性が著
しく改善される。しかしながらAl₂O₃を50％を超えて添加すると
ビード跡端部のなじみが劣化し、アンダーカツト
を生じやすくなるため却つてスラグ剥離性を劣化
させる。又、Al₂O₃の過剰によりスラグインクル
ージヨンが発生する傾向もあるので、この点から
もAl₂O₃は50％以下にする事が必要である。 Al₂O₃はアルミナ（Al₂O₃）あるいはスピネル
（Al₂O₃・MgO）、シヤモツト（Al₂O₃・SiO₂）等
のAl₂O₃を主成分とするか又は含有する酸化物を
用いるものとする。次にTiO₂であるが、本発明フラツクスにおい
てはTiO₂の添加量は５〜17％である事が必要で
ある。TiO₂はスラグに流動性を与え、平滑なビ
ード形成に有効であると共に、SiO₂と同様にス
ラグのガラス質化に効果があり、これにより脆く
て砕けやすいスラグになるので、スラグ剥離性の
改善に著しい効果を有する。又、本発明のフラツクスのように多量のAl₂O₃
を含有するフラツクスにTiO₂を添加するとアル
ミニウム・チタネート（Al₂O₃・TiO₂）が生成
し、これが冷却過程において極めて大きな収縮現
象を示し、スラグ剥離性の改善に大きく寄与す
る。又、TiO₂は、スラグ剥離性の観点ばかりでな
く、溶接雰囲気中においてTiO₂の一部が還元さ
れてTiが溶接金属中に移行し、これが溶接金属
組織の微細化による靭性の向上に有効であり、
TiO₂の添加はこの点からも重要な要件である。以上のようなTiO₂の効果を得るには、TiO₂は
フラツクス全体に対し５％以上添加する事が必要
であるが、一方、17％を超えて添加するとスラグ
の流動性が過大となり、ビード表面に不規側な凝
固波を形成する事になるので、TiO₂は17％以下
である事が必要である。なお、TiO₂はルチール（TiO₂）、又はチタン
スラグ（TiO₂−Ti₃O₅）等により添加する。又、
Ti₃O₅の如き低級酸化物はTiO₂相当量に換算して
添加量を決定する。次に、本発明におけるフラツクスは、金属弗化
物をフラツクス全体に対し５〜25％含有する事が
必要である。金属弗化物とはCaF₂、NaF、
AlF₃、MgF₂、BaF₂、Na₃AlF₆等の溶接材料の
原料として用いられる弗化物の事であるが、これ
ら弗化物は沸点が低く、アーク雰囲気で蒸気とな
りやすく、これが凝固中の溶融スラグ中に移行
し、凝固スラグを極めてポーラスなものとする特
性を有する。従つて、金属弗化物によりスラグ剥
離性を改善する事が出来る。金属弗化物の量が５
％未満ではこのような効果は得難く、一方25％を
超えると、金属弗化物は融点が低いためスラグの
流動性が過大になり、ビード形状が不安定になる
ので、金属弗化物の合計量は25％以下にする事が
必要である。次にCaOであるが、本発明フラツクスにおいて
はCaOは12％以下である事が必要である。CaOは
炭酸石灰（CaCO₃）、珪灰石（CaO・SiO₂）等か
ら添加され、MgOと同様に塩基性成分として溶
接金属靭性の向上に有効な成分であるが、スラグ
剥離性の観点からは、多量の添加は有害となる。
即ち、本発明フラツクスはTiO₂の含有を必須と
するのであるが、CaOはTiO₂と反応してカルシ
ウム・チタネート（CaO・TiO₂）を生成し、こ
れがビード表面とスラグとの界面に介在し、焼付
きを生じ、スラグの剥離性を劣化せしめる結果と
なる。このようなカルシウム・チタネートの生成
によるスラグ剥離性の劣化現象を防止するために
は、CaOは12％以下にする事が必要である。以上、本発明フラツクスにおける特定成分につ
いて説明したが、本発明フラツクスは以上の成分
の他に、通常フラツクス成分として用いられる成
分、即ち、MnO、ZrO₂、B₂O₃のような酸化物、
BaCO₃、SrCO₃のような炭酸塩、Si、Al、Ti、
Mn等の脱酸剤、Mo、Ni等の合金剤を適宜添加
する事が出来る。又、本発明フラツクスはボンド
フラツクスであり、原料粉を造粒する時に用いる
水ガラス、アルミナゾル、シリカゾル等の固着剤
の成分も含有する。固着剤から添加される成分が本発明フラツクス
の特定成分に該当する場合は、その量も本発明が
特定する添加量として考慮するものとする。以上本発明について詳述したが、さらに本発明
の効果を明確にするために以下に実施例について
述べる。（実施例）まず、第１表に示すようなＦ−１〜Ｆ−12の12
種類のボンドフラツクスを作製した。即ち、フラ
ツクス原料組成欄に示すような原料粉を水ガラス
（珪酸ソーダ＋珪酸カリ）を固着剤として造粒し
た後、500℃×80分の条件で焼成し、12×100メツ
シユの粒度のフラツクスとした。仕上つたフラツ
クスの特定成分の含有量は第１表の特定成分欄に
示す。第１表のフラツクスのうちＦ−１〜Ｆ−５は本
発明例であり、Ｆ−６〜Ｆ−12は本発明の効果を
明確にするためめの比較例である。表中のそれぞれのフラツクスを用い、12種類の
厚板の突合わせ溶接を実施した。この場合の供試
鋼板、供試ワイヤ（Mn系鋼ワイヤ）を第２表お
よび第３表に、又溶接板件を第４表および第１図
に示す。第１図において１は被溶接材である。溶接結果を第５表に示す。スラグ剥離性につい
てはBP、FP側とも１〜２パス目の剥離しやすさ
について調べた。衝撃試験は、第２図に示すよう
な位置よりＶノツチシヤルピー試験片２（JIS Ｚ
31124号）を採取し、−60℃で試験を行なつた。
なお、第２図において、被溶接材１の表面から試
験片の中心迄の距離ｄは１／４ｔ（17.5mm）である。本発明例のNo.１〜No.５は本発明の効果によりい
ずれも満足し得る結果が得られたが、比較例のNo.
６〜No.12はいずれもスラグの剥離性が悪く、又ビ
ード形状もNo.６を除いて満足し得るものではなか
つた。衝撃値は、SiO₂過多のフラツクスを用い
たNo.10において特に低値が発生した。

【表】

【表】（）内平均値
（発明の効果）以上述べた如く、本発明フラツクスによれば、
厚板の大入熱多層盛サブマージアーク溶接におい
てもスラグを容易に除去する事が出来ると共に、
優れたビード形状および低温靭性を得る事が可能
となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例に用いた開先形状を説明するた
めの正面図、第２図は実施例で行なつた衝撃試験
における試験片の採取位置を説明するための正面
図である。１……被溶接材、２……シヤルピー試験片。

Claims

【特許請求の範囲】１全フラツクスに対し、重量％で SiO₂ ８〜20％、 MgO 19％以下、 Al₂O₃ 20〜50％、 TiO₂ ５〜17％、金属弗化物５〜25％、 CaO 12％以下を含有する事を特徴とするサブマージアーク溶接
用ボンドフラツクス。