JPH04279294A - 潜弧溶接用ボンドフラックス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は潜弧溶接用ボンドフラッ
クスに係り、特に高温環境下でのロール肉盛溶接におい
て優れた溶接作業性、就中スラグ剥離性が良く、溶接ヒ
ューム、フラックスの耐粉化性および耐吸湿性に優れた
潜弧溶接用ボンドフラックスに関するものである。

【０００２】

【従来の技術および解決しようとする課題】製鉄ロール
などの肉盛溶接では、その溶接金属は耐熱性、耐摩耗性
および耐食性などを要求されることから、炭素、クロム
およびモリブデンなどを多量に含むワイヤとフラックス
を使用し、ロール表面にスパイラル状に肉盛溶接する方
法が一般的に行われている。

【０００３】従来、このような肉盛溶接には組成の異な
るフラックスを使い分けて使用される。例えば、溶接金
属のクロム量が３％程度以下の低合金鋼では、低融点で
酸性寄りのメルトフラックスおよびボンドフラックスを
使用する。またクロム量が３％程度以上で、かつモリブ
デン、バナジウムなどを数パーセント含む高合金鋼では
、スラグ剥離性、合金歩留まりの点から、酸性寄りのメ
ルトフラックス、ボンドフラックスに比べ有利な、高融
点で塩基性寄りのボンドフラックスを使用するのが一般
的である。

【０００４】この種のボンドフラックスは、周知のごと
く各種鉱物性物質、脱酸剤および合金元素などの粉末原
料を混合し、水ガラスなどの粘結剤を加えて造粒、焼成
して製造されることから、フラックス粒子の結合力は弱
く、高温環境下で繰り返し使用されるとフラックスの粉
化を招き、微粒フラックスが多くなる。そのため合金歩
留まりが不安定になったり、溶接で生じたガスが十分抜
けきらないことから、ブローホール、ピットなどの溶接
欠陥が発生する。また微粒フラックスは大気に粉塵とし
て拡散し、作業環境の劣化の原因ともなり、長期間大気
中に放置すると、メルトフラックスに比べ吸湿しやすく
、溶接ヒュームも多いなどの欠点を持っている。

【０００５】また、高炭素、高クロム合金の溶接金属の
耐割れ性はかならずしも十分なものでなく、割れ防止の
ため溶接前に母材に３００〜３５０℃の高い予熱を行い
、かつ溶接中においても加熱バーナなどで加熱し、一定
の温度に保持し溶接することが避けられず、必然的にそ
のフラックスのスラグ剥離性は劣化し、融合不良などの
溶接欠陥の発生や作業能率の低下となる。

【０００６】従来、前述したボンドフラックスの問題点
を解決する方法として、例えば特開昭５８−１２８２９
５号公報〔サブマージアーク溶接用フラックス〕では、
フラックスの塩基度を調整することで小入熱のサブマー
ジアーク溶接から大入熱の帯状電極溶接までの溶接用フ
ラックスに適用可能で、溶接作業性、機械的性能に優れ
たフラックスを開示しているが、フラックスの粉化、吸
湿性については明記されていないばかりか、本発明の適
用例である肉盛溶接に適用した場合、十分な溶接作業性
を有しているとは言えない。また、特開昭６１−２４２
７８９号公報〔サブマージアーク溶接用焼成フラックス
〕では、微粒Ａｌ２　Ｏ３　を使用することで粘結剤で
ある水ガラスの添加量を少なくし、フラックスの耐吸湿
性および粉化強度の改善を開示している。しかし、溶接
金属に高炭素、高クロムを含み、かつ高温での溶接にお
いての溶接作業性、特にスラグ剥離性に対するフラック
ス組成などの開示がなされていない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来技
術の問題点を解決するためになされたもので、高温環境
下における高合金鋼の肉盛溶接において、優れた溶接作
業性、特にスラグ剥離性とフラックスの粉化、吸湿およ
び溶接ヒュームを低減し、作業能率の向上と溶接作業環
境の改善に寄与できるボンドフラックスを提供するもの
である。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上述のよ
うな問題点に対処すべくボンドフラックスについて種種
検討を重ねた。その結果、高温環境下における高合金鋼
の肉盛溶接において、優れた溶接作業性とフラックス特
性（耐粉化性、低ヒューム、耐吸湿性）を備えた潜弧溶
接用ボンドフラックスを見出した。

【０００９】即ち、本発明の要旨とするところは、重量
％でＳｉＯ２　：１４〜２５％、ＭｇＯ：２０〜３５％
、ＣａＦ２　：５〜１５％、ＣａＣＯ３　：３〜１０％
、ＣａＯ：５〜１５％、Ｔ．ＣＯ２　：０．５〜１．５
％、Ａｌ２　Ｏ３　：１５〜２５％を含み、かつ同Ａｌ
２　Ｏ３　のうち０．５〜１０μｍの微粒Ａｌ２　Ｏ３
　が８〜２５％であることを特徴とする潜弧溶接用ボン
ドフラックスにある。

【００１０】

【作　　用】本発明における各組成の含有量の限定理由
について作用効果とともに以下に述べる。ＳｉＯ２　は
酸性成分であって、スラグの粘性、凝固温度を調整する
のに有効な成分である。しかし、１４％未満ではスラグ
粘性が不十分で、ビード幅の均一性に欠ける。一方、２
５％を超えると塩基度が低下し、溶接金属のＳｉ量が増
加し、耐割れ性劣化の原因となる。またスラグ粘性が過
多となり、ビードが凸ビードとなってスラグ剥離性劣化
の原因となることから、ＳｉＯ２　量は１４〜２５％の
範囲とした。ここで、ＳｉＯ２　源としてはカリ長石、
珪砂および珪灰石などから添加できる。

【００１１】ＭｇＯは塩基性成分であり、スラグの粘性
調整やスラグ剥離性改善の効果は大きい。しかし、２０
％未満ではスラグの粘性不足となり、スラグが流れ易く
ビードが蛇行する。一方、３５％を超えるとスラグ粘性
過多となり、ビードは凸ビードとなることから、ビード
重ね部のスラグ巻き込みや溶け込み不良の原因となる。 また、スラグ剥離性が悪くなり、スラグ焼き付きも発生
するので、ＭｇＯは２０〜３５％の範囲とした。ここで
、ＭｇＯ源としてはマグネシアクリンカー、炭酸マグネ
シウムなどから添加できる。

【００１２】ＣａＦ２　は塩基性成分であり、溶接金属
中の酸素量を低下させることと、スラグの粘性調整に効
果がある。しかし、５％未満では、スラグが安定して溶
接金属を被包しない。また、アバタが発生する。一方、
１５％を超えるとスラグ粘性が低下し、スラグが流れ易
くなって安定したビードが得られないことから、ＣａＦ
２　は５〜１５％の範囲とした。

【００１３】ＣａＣＯ３　は塩基性成分であり、ＣａＣ
Ｏ３　は熱分解によりＣＯ２　ガスを発生し、このガス
は還元性雰囲気を作り、大気からの窒素、酸素などの有
害ガスの溶接金属への侵入を防止し、健全な溶接を維持
する。 また、熱分解により生成されたＣａＯはスラグを形成し
、スラグ被包性の改善に有効である。しかし、ＣａＣＯ
３　が３％未満では、その効果は十分でない。一方、１
０％超えるとＣＯ２　ガスが過多となり溶接ヒュームの
増加となることからＣａＣＯ３　を３〜１０％の範囲と
した。

【００１４】Ｔ．ＣＯ２　は溶接中に炭酸石灰、炭酸バ
リウムなどの炭酸塩の分解により発生するが、そのＣＯ
２　ガスはアーク直下のアーク分圧を高め、大気から侵
入する窒素、酸素量を低減する効果があり、またフラッ
クスの残留水分による溶接金属に移行する水素量を低減
する効果もある。しかし、Ｔ．ＣＯ２　が０．５％未満
では、シールド不足により溶接金属表面にアバタが発生
する。 また、フラックスの吸湿による溶接金属中の水素量の増
加が激しくなり、溶接金属の耐割れ性の面で問題である
。一方、１．５％を超えると溶接ヒュームの発生が激し
く、作業環境面で好ましくないことから、Ｔ．ＣＯ２　
を０．５〜１．５％の範囲とした。ＣＯ２　ガスは化学
分析により定量した値である。

【００１５】ＣａＯは塩基性成分であり、スラグ剥離性
、スラグ粘性の調整に効果がある。しかし、ＣａＯが５
％未満ではその効果が十分でない。一方、１５％を超え
るとスラグが硬くなり、スラグ剥離性劣化の原因となる
ので、ＣａＯは５〜１５％の範囲とした。ＣａＯ源は、
ここでは珪灰石、ドロマイトなどで添加できる。Ａｌ２
　Ｏ３　はスラグの粘性、凝固温度を調整するのに有効
な成分である。しかし、Ａｌ２　Ｏ３　が１５％未満で
は、スラグの粘性が不十分でスラグが流れ易くなり、ビ
ード形状が劣化する。一方、２５％を超えるとスラグ粘
性が過多となり、凸ビードになってスラグ剥離性劣化の
原因となるので、Ａｌ２　Ｏ３　量は１５〜２５％の範
囲とした。

【００１６】また、Ａｌ２　Ｏ３　量のうちの微粒Ａｌ
２Ｏ３　（粒度：０．５〜１０μｍ　）の量を規定した
理由について述べる。通常、ボンドフラックスの原料と
して使用されるＡｌ２　Ｏ３　粉末の粒度は４０〜１０
０μｍ程度であり、その平均粒子径は５５μｍ程度のも
のが一般的である。このＡｌ２　Ｏ３　は水酸化アルミ
ニウムを焼成して作られる白色粉末結晶で、数ミクロン
単位の結晶が凝集したものであり、顕微鏡などで粉末表
面を観察すると多孔質状の粉末である。このＡｌ２　Ｏ
３　は平均粒子径の大きさに比し比表面積が６．０ｍ２
／ｇと大きく、かつ不安定である。そのためフラックス
の造粒時に水ガラスを多く必要とする割りには、Ａｌ２
　Ｏ３　粉末が多孔質のためフラックス粒子の凝集化（
造粒）には、水ガラスはあまり有効に働かない。

【００１７】一方、本発明に従って規定された微粒Ａｌ
２　Ｏ３　は、単結晶粒子径に近い０．５〜１０μｍの
ものであり、比表面積は０．８ｍ２／ｇと小さく比較的
安定したものである。従って、Ａｌ２　Ｏ３　の微粒化
により、水ガラスを添加するとフラックス粒子間の凝集
力がより大きくなり、また水ガラスが有効に働くため、
フラックス粒子の結合力が向上する。特に高温環境下に
おいて繰り返し使用される場合、図１に示すように微粒
Ａｌ２　Ｏ３　を含有することでフラックスの耐粉化性
が大幅に改善されることの知見を得た。即ち、図１は同
一組成で、かつ同一配合量のフラックスのＡｌ２　Ｏ３
　における微粒Ａｌ２Ｏ３　配合比率とフラックス粉化
強度の関係を示したものである。

【００１８】フラックスの耐粉化性の測定は、フラック
ス回収機を使用して８００℃×１０分間、電気炉で加熱
したフラックスを回収して２１０μｍ以下（６５ｍｅｓ
ｈ）の微粒フラックスの発生量を測定し、２１０μｍ（
６５ｍｅｓｈ）超のフラックス重量との重量比で整理し
たもので、図１から微粒Ａｌ２　Ｏ３　の効果が著しい
ことがわかる。しかし、微粒Ａｌ２　Ｏ３　が８％未満
ではその効果は十分でない。一方、２５％を超えるとフ
ラックス造粒時に水ガラスがフラックス表面ににじみ出
てフラックス粒子が形成されない。また、水ガラス添加
量のわずかな変動により造粒条件が大きく影響するので
製造上好ましくない。よって、微粒Ａｌ２　Ｏ３　の含
有量は８〜２５％とした。

【００１９】その他の成分については、溶接金属性能お
よび溶接作業性を考慮し、Ｓｉ，Ｍｎなどの合金粉末を
Ｆｅ−Ｓｉ、金属ＳｉまたＦｅ−Ｍｎ、金属Ｍｎなどの
形で適宜添加することが可能である。

【００２０】

【実施例】次に本発明の実施例を示す。

【００２１】まず、表１、表２（表１のつづき）に示す
フラックスを製造した。ＳｉＯ２　，ＣａＯおよびＴ．
ＣＯ２　以外は単体の原材料により添加した。ＳｉＯ２
　は珪灰石、カリ長石および水ガラスから添加した。Ｔ
．ＣＯ２　分は製造されたフラックスの化学分析を行い
、成分の定量を行った。Ａｌ２　Ｏ３　粒度については
、平均粒子径５５μｍの粉末は従来のＡｌ２　Ｏ３　粉
末を示し、平均粒子径５μｍについては、１〜１０μｍ
の微粒粉末を単独もしくは混合して用いた。

【００２２】フラックス組成のその他については、Ｓｉ
，Ｍｎ以外の合金剤、ふっ化物、ＮａおよびＫ化合物を
適宜少量添加した。それぞれ配合されたフラックス原料
は、乾式混合後、ヘンシェルミキサーで湿式造粒した。 湿式混合に使用した水ガラスは、ＳｉＯ２　：２２％、
Ｎａ２　Ｏ：１０％、Ｋ２　Ｏ：４％からなる成分のも
のを用い、その後２５０℃の予備乾燥を行い、表１、表
２のフラックス焼成温度により焼成した。フラックス粒
度は、全て１０×１００ｍｅｓｈに整粒した。

【００２３】製造されたフラックスは、表３に示すフラ
ックス入りワイヤ３．２ｍｍφを用い、表４の溶接条件
でＳＭ材平板（寸法：２５ｔ×２００×５００ｍｍ）に
４層盛溶接を行い、スラグ剥離性、溶接ヒュームなどの
作業性の評価を行った。その試験結果を表５、表６（表
５のつづき）に示す。スラグ剥離性評価は、自然に剥離
するフラックスは◎印、軽く衝撃を与えると剥離するも
のは○印とし、以上が実用上問題ないスラグ剥離性であ
った。ハンマーでかなりの衝撃が必要なものは△印、ビ
ード表面にスラグが焼き付いて残るものは×印として評
価した。

【００２４】フラックスの耐粉化性評価については、前
述のごとく■フラックス１Ｋｇを金属容器に投入、■８
００℃の加熱炉で１０分間加熱、■冷却（４００℃程度
）、■サイクロン式フラックス回収機で回収、■ふるい
分け（２１０μｍ）、■ふるい上フラックスを■の工程
に戻し、この工程を１０回繰り返した後、ふるい下、ふ
るい上のフラックス重量の比率によりフラックス耐粉化
性を評価した。フラックス耐粉化性の評価は、フラック
ス残量で８０％以上が実用上問題にならないことから良
好として○印、それ未満を×印とした。

【００２５】フラックス吸湿量については、３００℃×
１ｈｒ再乾燥したフラックスを８０φ×１５ｍｍの金属
容器に深さ１０ｍｍ程度フラックスを入れ、３０℃−８
０％の雰囲気に調整された恒温恒湿槽に４８時間挿入放
置し、フラックスの吸湿水分量を測定し、もとのフラッ
クス重量で割った値で評価した。この雰囲気中に２４時
間放置したフラックスを用いて溶接しても溶接欠陥（ピ
ット，アバタ）が発生しない吸湿量１．０％を目安に合
否の判定基準とした。

【００２６】溶接ヒュームの評価は、比較例で示したＦ
−１０フラックスを基準にそのヒューム発生状況の比較
を目視により評価した。フラックス記号Ｆ−１からＦ−
９は全て本発明の範囲にあり、その結果良好な溶接作業
性およびフラックス性能を示した。一方、比較例で示し
たフラックス記号Ｆ−１０は、粒度が粗いアルミナ粉末
を単独で使用したため溶接作業性は良好であったが、フ
ラックスの粉化強度の改善およびフラックス吸湿量が１
．２６％と多く、目標とする性能が得られない。

【００２７】フラックスＦ−１１は、ＳｉＯ２　量、フ
ラックス中のＣＯ２　量が本発明の範囲の下限を割って
いることから、スラグ剥離性やビードの安定性などの溶
接作業性に問題があった。また、粒度の粗いアルミナを
単独で使用したためフラックスの粉化、耐吸湿性におい
ても十分な性能が得られない。フラックスＦ−１２は、
ＳｉＯ２　量が上限を超え、微粒アルミナの配合量およ
びＣＯ２　量が下限を割っているため、特にビード表面
にアバタが発生するなど溶接作業性が全般的に悪く、フ
ラックス粉化強度も満足するものでない。

【００２８】フラックスＦ−１３は、ＭｇＯ量が下限を
割り、ＣａＣＯ３　が上限を超えていることからスラグ
が流れ易くスラグ剥離性、ビード安定性に欠けた。また
微粒アルミナ量が多く、フラックス造粒時にフラックス
がべとつき、十分粒子が形成されないことからフラック
ス粉化強度は満足するものでなかった。フラックスＦ−
１４は、ＭｇＯが上限を超え、アルミナが下限を割って
いることからスラグ粘性が高く、流動性に欠けることか
らスラグ焼き付きが発生し、スラグ剥離性、ビード安定
性およびアバタが発生するなど溶接作業性が悪い。また
フラックス中のＣＯ２　量が上限を超え、微粒アルミナ
量が下限を割っており、フラックス粉化強度、溶接ヒュ
ームの面からも満足するものでなかった。

【００２９】フラックスＦ−１５は、ＣａＦ２　が下限
を割り、ＣａＯが上限を超えていることからスラグ剥離
性が悪く、またフラックス中のＣＯ２　量が上限を超え
ていることから溶接ヒュームも多く発生する。フラック
スＦ−１６は、ＣａＦ２　，ＣａＣＯ３　が上限を超え
、ＣａＯ，　アルミナが下限を割っていることからスラ
グ流動性が大きく、安定したビードが得られない。また
粗粒アルミナを単独で使用したためフラックス粉化強度
も満足するものでなかった。

【００３０】フラックスＦ−１７は、ＣａＦ２　，Ｃａ
Ｏが下限を割り、ＣａＣＯ３　およびＣＯ２　量が上限
を超えていることからスラグ流動性が小さく、安定した
ビードが得られない。また、ＣＯ２　量が多く溶接ヒュ
ームも多く発生した。フラックス粉化強度もＦ−１６フ
ラックス同様に粗粒アルミナを使用したため満足するも
のでなく、フラックスの吸湿量についても２．３５％と
多い。

【００３１】フラックスＦ−１８は、ＣａＣＯ３　量お
よびＣＯ２量がいずれも上限を超えていることから溶接
ヒュームが多く発生し、フラックス吸湿量も２．６２％
と多く、耐吸湿性の面で満足するものでなかった。以上
説明したように比較例で示したＦ−１０からＦ−１８フ
ラックスは、いずれも本発明におけるフラックスに比べ
溶接作業性およびフラックスの性能の面で満足するもの
でなかった。

【００３２】

【表１】

【００３３】

【表２】

【００３４】

【表３】

【００３５】

【表４】

【００３６】

【表５】

【００３７】

【表６】

【００３８】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、Ｓ
ｉＯ２　、ＭｇＯ、ＣａＦ２　、ＣａＣＯ３　、ＣａＯ
、Ｔ．ＣＯ２　およびＡｌ２　Ｏ３　などのフラックス
原料を適量配合し、かつ、粗粒アルミナ、微粒アルミナ
を適宜添加することで優れた溶接作業性とフラックスの
耐粉化性、耐吸湿性を備え、溶接ヒュームの低減と相ま
って溶接作業の能率化と作業環境の改善に大いに貢献で
きる潜弧肉盛用ボンドフラックスを提供し得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、アルミナ配合量１８％に一定にしたフ
ラックスの微粒、粗粒アルミナの配合比率とフラックス
粉化強度の関係を示した図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　重量％で、ＳｉＯ２　：１４〜２５％
   、ＭｇＯ：２０〜３５％、ＣａＦ２　：５〜１５％、Ｃ
   ａＣＯ３　：３〜１０％、ＣａＯ：５〜１５％、Ｔ．Ｃ
   Ｏ２　：０．５〜〜１．５％、Ａｌ２　Ｏ３　：１５〜
   ２５％を含み、かつ同Ａｌ２　Ｏ３　のうち０．５〜１
   ０μｍの微粒Ａｌ２　Ｏ３　が８〜２５％であることを
   特徴とする潜弧溶接用ボンドフラックス。