JPH0328997B2

JPH0328997B2 -

Info

Publication number: JPH0328997B2
Application number: JP3319787A
Authority: JP
Inventors: Takashi Kato; Masao Kamata; Masami Yamaguchi
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1987-02-18
Filing date: 1987-02-18
Publication date: 1991-04-22
Also published as: JPS63203296A

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野）本発明は船舶、海洋構造物、貯槽、鉄骨、橋梁
等の鋼構造物の溶接に用いられるサブマージアー
ク溶接用フラツクスに係り、さらに詳しくは優れ
たビード形状と共に良好な機械的性質を得るサブ
マージアーク溶接用フラツクスに関するものであ
る。（従来の技術）溶接構造物の溶接には一般にアーク溶接が用い
られるが、現在実用されている主なアーク溶接法
としては、被覆アーク溶接法、ガス被包アーク溶
接法およびサブマージアーク溶接法があげられ
る。このうちサブマージアーク溶接法は比較的大
電流を用いることが可能で、溶接能率が最も良好
であり、突合わせ溶接やすみ肉溶接に広く用いら
れている。サブマージアーク溶接法は、電極ワイヤとフラ
ツクスとを組み合わせて行なう自動溶接法である
が、電極ワイヤは開先部への金属の充填と、合金
の添加が主な目的であり、一方フラツクスの目的
は大気からの溶融池の保護とフラツクスが溶融し
て生成するスラグによるビードの整形および脱
酸・脱硫等による溶接金属特性の向上にあり、溶
接部品質に対するフラツクスの役割は極めて重要
である。ところで、フラツクスの形態としては、製断方
法により溶融形フラツクス、焼成形フラツクス
（焼結形フラツクスも含む、以下同じ）、原料混合
形フラツクスに大別されるが、溶融形フラツクス
は原料を電気炉等の溶解炉で溶融し、冷却後適正
粒度に粉砕し、フラツクスとしたものである。焼成形フラツクスは原料粉を水ガラス等の固着
剤で適正粒度に造粒した後、所定温度で加熱脱水
しフラツクスとするものであり、又、原料混合形
フラツクスは適正粒度の原料をそのまま機械混合
して製造したものである。以上のフラツクスのうち、溶融形フラツクス
は、溶融処理されて均一な化学組成のものとなつ
ているため、その品質特性は主に化学組成に依存
するものであるが、他のフラツクスは、原料の状
態が殆んどそのまゝ製品フラツクスに持ち来たさ
れるので、フラツクスの組成と共に原料の特性
が、フラツクスの品質にとつて極めて重要なもの
となる。即ち、原料の物理的又は化学形態、有害な不純
物の含有、結晶水等の水分の含有あるいは吸湿、
特性等の要因は、フラツクスの品質に大きく影響
するものである。一般にフラツクスに添加される成分としては、
MgO、TiO₂、SiO₂、Al₂O₃等の合属酸化物、
CaF₂のような金属弗化物、CaCO₃のような金属
炭酸塩あるいは金属類等であるが、特に金属酸化
物においては、単一組成物ばかりでなく、珪灰石
（CaO・SiO₂）、オリビンサンド〔（Mg、
Fe）₂SiO₄〕、紅柱石（Al₂O₃・SiO₂）、スピネル
（MgO−Al₂O₃）のような複合酸化物も原料とし
て用いられる。これは安価な天然鉱石の利用あるいは入手の容
易性等にもよるが、フラツクスの品質面から言え
ば単一成分よりも多成分形の方が共晶組成の生成
により、本来の成分の場合より溶融点が低下し、
溶融しやすくなるためビード形状の改善、即ち表
面の平滑化および趾端部のなじみの向上に有効な
ことによる。特に高溶融点（2800℃）のMgOを主成分に用
いる場合は、MgOを含有する複合酸化物で添加
した方が低入熱溶接、高速溶接あるいはすみ肉溶
接におけるビード形状の改善に有効である。複合酸化物の適用は、このように大きな利点を
有するものであるが、一方ではその種類の選択に
より必ずしも有利な点ばかりでなく問題が生ずる
場合もある。例えば、特公昭51−14095号公報にはオリビン
サンドを５〜60重量％（以下％という）含有する
潜弧溶接用焼結形フラツクスが開示されている
が、オリビンサンドは天然鉱物で結晶水を有する
ため、これを原料として用いると、溶接金属中の
拡散性水素が著しく増加し、高張力鋼、耐熱鋼等
水素割れを起しやすい銅種には用いることが出来
ないものである。従つて、複合酸化物を用いる場合は、溶融特性
以外の材料として適応性についても充分注意する
ことが必要である。（発明が解決しようとする問題点）本発明はMgOを多量に含有する焼成形フラツ
クスあるいは原料混合形フラツクスを用いて、低
入熱溶接、高速溶接あるいはすみ肉溶接を行なう
場合に発生しやすいビード形状不良、ビード趾端
部のなじみ不良およびアンダーカツト等の欠陥を
防止することを目的とするものである。（問題点を解決するための手段作用）本発明はニツケルスラグを30〜98％含有するこ
とを特徴とするサブマージアーク溶接用フラツク
スにある。本発明におけるニツケルスラグとは、Niの製
練工程において排出されるスラグを意味するもの
である。即ち、ニツケル地金の生産はニツケル鉱
石を電気炉等で溶解還元し、Niを回収すること
により行なわれるが、ニツケルスラグとはこのニ
ツケル鉱石よりNiを取り去られた後のスラグで
あり、組成としてはSiO₂50〜60％程度、MgO30
〜40％程度を主成分とし、他にAl₂O₃5％以下、
CaO5％以下、Ｔ・Fe10％以下等から構成される
ものである。本発明フラツクスは、上記のようなニツケルス
ラグを30〜98％程度含有するものであるが、これ
は第１にはSiO₂とMgOがサブマージアーク溶接
法フラツクスとして極めて有用な成分であること
による。 SiO₂は溶融スラグ中において、スラグの粘性
を上げ平滑でなじみのよいビード形状を生成する
のに極めて有用な成分であり、特に高速溶接およ
びすみ肉溶接におけるビード形状の改善に有効で
ある。一方、ニツケルスラグはMgOを30〜40％程度
含有する。MgOは溶融点が高くサブマージアー
ク溶接のように、比較的高電流を用いる溶接にお
いては、スラグの耐火性を上げビード形状に均一
性を附与するのに効果を有する。又、MgOは塩基性酸化物であり、これにより
溶接金属中の酸素量を低減し、溶接金属の靭性を
向上するのに有効な成分であり、この観点からフ
ラツクスには多量のMgOを添加するのが望まし
い。この場合、MgOをマグネシアクリンカーあ
るいは電融マグネシアの如き単一酸化物で添加す
ると、その融点が2800℃と極めて高くスムーズに
溶け難いためスラグの流動性が阻害され、馬の背
状のビード形状、趾端部のなじみ不良等の欠陥が
生ずる。ところが本発明においてはMgOをニツケルス
ラグとして添加するため、SiO₂との共晶組成の
生成により本来のMgOの溶融度2800℃より大巾
に溶融点が低下し、上記のような欠陥発生を防止
することが出来る。本発明におけるニツケルスラグにおいては、そ
の組成により1600℃迄溶融点が低下し、又軟化点
は1100℃まで低下する。さらに、ニツケルスラグ
の長所はそれが精選された鉱石を溶融して得られ
たスラグであり、有害な不純物の含有量が極めて
少く、かつ、結晶水のような水分も全く含有しな
い点にある。従つて、通常の構造用鋼はもとより、高張力
鋼、耐熱鋼あるいは低温用鋼を目的としたフラツ
クスにも適用することが出来る。ところで本発明においては、フラツクス全体に
対してニツケルスラグを30〜98％に特定するもの
であるが、ニツケルスラグが30％未満では以上の
ような効果が得られない。一方、ニツケルスラグ
のみでは、ビード表面に微小あばたが発生する傾
向があるので、若干量の脱酸剤あるいはCaCO₃
の如きガス発生剤を添加する必要がある。そこで
ニツケルスラグの量は98％以下でなければならな
い。本発明におけるニツケルスラグ以外の他の成分
は、通常のサブマージアーク溶接に用いられる原
料であり、CaO、Al₂O₃、MnO、TiO₂等の金属
酸化物、又ニツケルスラグ中に含まれるSiO₂お
よびMgOも、場合によりニツケルスラグに追加
して添加することも可能である。さらにCaCO₃、MgCO₃、Na₂CO₃の如き金属
炭酸塩、CaF₂、NaF、AlF₃、Na₃AlF₆の如き金
属弗化物、Ca、Mg、Al、Si、Mnのような脱酸
剤、Ni、Mo、Crのような合金剤等を添加するも
のである。又、上記原料の他に一旦製造された溶融形フラ
ツクスも原料として用いることが出来る。フラツクスの形態としては、焼成形フラツク
ス、焼結形フラツクスあるいは原料混合形フラツ
クスである。（実施例）第１表に示すようなF1〜F10の10種類のフラツ
クスを作成した。F1〜F6は本発明のフラツクス
で、F7〜F10は本発明の効果を明確にするための
比較例に用いたフラツクスである。第１表の最下欄にそれぞれのフラツクスの形態
を示すが、焼成形および焼結形フラツクスの場合
は、原料粉を水ガラスで12〜100メツシユに造粒
し、前者は500℃×2hr、後者は800℃×2hrの条件
で加熱脱水した。原料混合形フラツクスでは、20〜60メツシユの
範囲で調整した原料を、単純機械混合して作製し
た。なお、ここで用いたニツケルスラグの組成を
第２表に示す。次に本フラツクスを用いて突合わせ溶接および
水平すみ肉溶接を実施した。この場合の供試ワイ
ヤと供試鋼板を第３表（W1、W2）および第４表
（P1、P2）に示す。又、溶接条件を第５表
（WC1〜WC4）に示す。実施した溶接は10種類であり、これらにおける
材料と溶接条件の組み合わせを第６表左欄No.１〜
No.10に示す。溶接実施後、溶接作業性について評価すると共
に、割れの有無の調査および溶接金属の衝撃試験
を実施した。割れの有無は溶接ビードについて50
mm毎にマクロ断面試験片を作製し、断面観察によ
り調査した。さらに、突合わせ溶接では直接その
試験片から又、すみ肉溶接を実施した組み合わせ
については、鋼板P3（第４表）を用いて、別途に
溶接条件WC5（第５表）により、全溶着金属を作
製し、それぞれ衝撃試験を実施した。衝撃試験は第２図ａ，ｂ，ｃに示すような位置
よりＶノツチシヤルピー試験片４（JISZ31124
号）を採取した。なお、第１図ａ，ｂ，ｃ，ｄは実施例の溶接に
用いた開先形状を示すもので、１，１ａは母材、
２は裏はつり形状、３は裏当金を示すものであ
る。以上の結果を第６表右欄に示すが、No.１〜No.６
は本発明の効果により充分満足し得る結果が得ら
れたが、No.７〜No.10ではニツケルスラグの不足あ
るいは過剰等が原因して不満足な結果となつた。

【表】

【表】 ◎；極めて良好 ○；良好 △；劣る ×；
かなり劣る。
（発明の効果）本発明フラツクスにおいては、ニツケルスラグ
の適正量添加の効果により、優れたビード形状お
よび趾端部のなじみが得られるとともに、割れ発
生の問題がなく、かつ良好な靭性の溶接金属を得
ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ，ｂ，ｃ，ｄは本発明実施例に用いた
開先形状の正面図、第２図ａ，ｂ，ｃは本発明実
施例において実施した衝撃試験に用いた試験片の
採取位置を説明するための正面図である。１，１ａ……母材、２……裏はつり形状、３…
…裏当金、４……衝撃試験片。

Claims

【特許請求の範囲】

１ニツケルスラグを30〜98重量％含有すること
を特徴とするサブマージアーク溶接用フラツク
ス。