JPH0454558B2

JPH0454558B2 -

Info

Publication number: JPH0454558B2
Application number: JP14436884A
Authority: JP
Inventors: Takashi Kato; Ryuichi Motomatsu; Shizuka Saito; Tosha Mibu
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1984-07-13
Filing date: 1984-07-13
Publication date: 1992-08-31
Also published as: JPS6123597A

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野）本発明は、サブマージアーク溶接法に用いるボ
ンドフラツクスに係り、特に繰り返し使用して
も、良好な溶接作業性および良好な機械的性能を
保持出来るボンドフラツクスに関するものであ
る。（従来技術）近年、エネルギー開発が活発になり、LPGタ
ンク、LPG船、寒冷地向パイプあるいは、石油
掘削装置など低温での靭性が要求される構造物の
建造が盛んになつている。これに伴なつて低温用鋼、高張力鋼などを高能
率で溶接し、かつ優れた低温靭性が得られる溶接
材料の研究がなされている。特に最近、溶接金属
中にTiおよびＢを含有せしめ、ミクロ組織を微
細にし、優れた低温靭性を得る方法が、50キロ級
鋼の片面潜弧溶接、両面潜弧溶接あるいは、横向
潜弧溶接等に実用化されており、これらの溶接に
用いるボンドフラツクスが、特公昭51−33510号
公報、特公昭52−17507号公報、特開昭55−44166
号公報等で提案されている。ところで、一般にサブマージアーク溶接用フラ
ツクスは、メルトフラツクスとボンドフラツクス
に分けられる。このうち、ボンドフラツクスは、
配合した原材料を水ガラス等のバインダーを用い
造粒し、300〜600℃程度の温度で焼成し、整粒し
て用いられる。従つてフラツクス中に鉄粉、合金
元素、脱酸剤あるいはガス発生剤等の添加が可能
であり、溶接金属の性能調整が比較的容易に出来
る利点がある。しかしながら、ボンドフラツクスの個々の粒子
は、配合した原材料の各粒子がバインダーを介し
て物理的に結合しているにすぎず、熱や衝撃に弱
く粉化しやすい。このため溶接終了後のフラツク
スを回収機によつて吸引回収し、繰り返し使用す
る場合には、一例を第１図に示すように、フラツ
クスが粉化し、ダスト分が増加する。第１図は、第５表の記号F10と同一のフラツク
スの組成で、粒度12×100メツシユの片面溶接に
用いられる通常の鉄粉含有フラツクスを用いて、
溶接とフラツクス回収機による吸引回収のサイク
ルを、５回繰り返し行なつた場合の粒度分布の変
化を示す。５サイクルフラツクス(A)は、当初フラ
ツクス(B)に比較し、840μm以上および840μm〜
210μmの粒径の構成割合が減少し、その分210μm
以下の構成割合が増加していることがわかる。このようにフラツクスが粉化し、ダスト分が多
くなると、フラツクスの通気性が損なわれ、ビー
ド表面にポツクマークが発生する。更に、ダスト
分には、鉄粉、合金元素および脱酸元素等が偏析
し、成分組成値がフラツクスの設計値からずれ
る。従つて、このような粉化しやすいフラツクス
を、溶接−吸引回収のサイクルを繰り返して行な
う場合に用いれば、ダスト分が逸散したり、ある
いはダスト分が偏析して、溶接部に供給されて、
溶接金属の化学組成が適正値からずれる。このた
め機械的性質が変動し、特に靭性が劣化し、所定
の性能が得られなくなる。以上の様な欠点を防止するためには、溶接一吸
引回収のサイクルを繰り返しても、粉化しにくい
フラツクスにする必要がある。粉化しにくいフラ
ツクスにするために、従来からフラツクスの組成
を検討したり、バインダーの濃度を高くしたり、
あるいは焼成温度を高くする等の検討がなされて
きた。たとえば、特開昭51−52953号公報には、フラ
ツクス中に粘土質鉱物を含有させ、アルカリ水溶
液で造粒し、又炭酸ガスを含む雰囲気中で焼成を
行う方法が開示されている。又、特開昭58−
119491号では、フラツクスの耐崩壊性を改善する
ため、フラツクス中に、ポルトランドセメントを
混合する方法が提案されている。（発明が解決しようとする問題点）本発明は、ボンドフラツクスを用いて高靭性を
得る溶液において、溶接−吸引回収のサイクルを
繰り返し行なつた場合のフラツクスの粉化、成分
偏析による溶接金属中の成分が変動し、溶接作業
性の劣化および機械的性質、特に靭性の劣化を防
止できるボンドフラツクスを提供するものであ
る。（問題点を解決するための手段及び作用）本発明は、TiO₂5〜25重量％及び／又はTi0.1
〜3.0重量％、MgO5〜50重量％、金属炭酸塩を
CO₂量に換算して１〜10重量％、金属弗化物３〜
25重量％、SiO₂20重量％以下、Al₂O₃30重量％以
下、B₂O₃0.1〜1.0重量％を含有し、かつ840μmよ
り粒径の大きい粒子が15〜60重量％、210μmより
粒径の小さい粒子が40重量％以下を占め、更にか
さ密度が1.1〜1.6ｇ／cm³であり、後記の方法で測
定される粒子強度Ｃが10以下であるサブマージア
ーク溶接用ボンドフラツクスにある。即ち、高靭性を得るために、フラツクス組成を
特定する。更に繰り返し使用しても粉化が小さ
く、従つて溶接金属の成分変動が小さく、良好な
溶接作業性および安定して高靭性を得るために、
フラツクス粒子の粒度構成、フラツクスのかさ密
度およびフラツクス粒子強度の物理的性質を最適
に継続するものである。すなわち、第１にフラツクスの組成において
は、(1)TiO₂及び／又はTiとB₂O₃を複合添加する
ことにより、溶接金属のミクロ組織を均一微細化
し、高靭性を得ること(2)MgO、Al₂O₃を適量添加
し、耐火性を向上させ、大入熱においても良好な
溶接作業性を得ること(3)金属炭酸塩を適量添加
し、溶接金属中の拡散性水素量を低減し、低温で
高靭性を得るような焼入性の大きい溶接金属にお
いても、水素割れが生じないようにすること(4)金
属弗化物を適量添加し、溶接金属中の酸素量を低
減せしめ、低温高靭化を促進するとともに、フラ
ツクスの融点を調整し、良好な溶接作業性を得る
こと(5)SiO₂を20重量％以下に制限し、溶接金属
中の酸素を低く保つとともに、適量添加し、溶接
によるスラグの粘性を適正にし、良好な作業性を
得ること第２に、フラツクスの物理的性質については、
(1)フラツクスの粒度構成を適正範囲に保つことに
より良好な溶接ビードを得ること(2)かさ密度を適
正範囲に保持することにより、粒子の粉化度合が
軽減され、粉化によるフラツクスの成分偏析を防
止するとともに、良好なビード形状を維持しなが
ら適正な通気性が得られること、更に(3)粒子強度
を規制することによつて、繰り返し使用において
もフラツクスの粉化を防止し、成分偏析を少なく
し、溶接金属の良好な機械的性能を永く保持する
とともに、適正な通気性を有し、ポツクマークを
防止出来る。以下、本発明について作用と共に詳述する。まず、フラツクスの各成分について限定理由を
述べる。 TiO₂5〜25重量％及び／又はTi0.1〜3.0重量％
添加することが必要である。B₂O₃との複合添加
によつて、溶接金属のミクロ組織が微細化され高
靭性が得られる。TiO₂及び／又はTiが、下限値
より少ない場合にはミクロ組織の微細化がなされ
ず、靭性が劣化する。又、上限値を超えた場合に
は、溶接金属中にTiC等の脆い化合物が生成し、
引張強さの過大及び靭性劣化が生じる。又、この
場合用いるTiO₂は、ルーチン、チタンスラグ等
を、又、TiはＮ量の低い例えばNa還元品を適宜
用いる。 B₂O₃はTiO₂及び／又はTiとの複合添加で、高
靭性を得るものであり、0.1重量％未満では、そ
の効果が充分発揮されず、靭性が劣化する。又、
1.0重量％を超えると、溶接金属中に高温割れが
生じ好ましくない。B₂O₃としては、溶融硼砂
（Na₂B₄O₇）、硼砂（Na₂B₄O₇・10H₂O）、コレマ
ナイト（2CaO・3B₂O₃・5H₂O）、硼砂ガラス
（SiO₂−B₂O₃−K₂O、SiO₂−B₂O₃−Na₂O）等の
酸化物を適宜用いる。 MgOは５〜50重量％添加することが必要で、
５重量％未満では、大入熱溶接に於いて耐火性が
低く、良好な作業性が得られない。又、50重量％
を超えると、溶接ビード表面に馬の背状の突起が
生じ、溶接作業性が劣化する。又、MgOとして
は、マグネシアクリンカー、酸化マグネシア等を
適宜用いる。金属炭酸塩をCO₂量に換算し、１〜10重量％添
加する事が必要である。すなわち、１重量％未満
では、溶接金属の拡散性水素量が高く、水素割れ
が生じる。又、10重量％を超えて添加すると、溶
接ビード表面にアバタが生じ、溶接作業性が劣化
すると共に、溶接金属中の酸素量が高くなり、充
分な低温高靭性が得られなくなる。金属炭酸塩と
しては、CaCO₃、BaCO₃、MgCO₃、MnCO₃等を
適宜用いる。金属弗化物は、３〜25重量％添加することが必
要である。すなわち、３重量％未満では、溶接金
属の酸素量が低くならず高靭性が得られない。
又、25重量％を超えて添加すると、溶接スラグの
融点が低くなり、大入熱溶接に於いて溶接作業性
が劣化する。金属弗化物としては、CaF₂、
BaF₂、AlF₃等を適宜用いる。 SiO₂は、バインダーあるいは、他原材料の不
純物等からも不可避的に入つてくるものである
が、スラグの粘性を適正に保つためには、適量添
加することが必要である。又、低温高靭性を得る
ために、20重量％以下に制限し、溶接金属中の酸
素量を低減することが必要である。SiO₂として
は硅砂、硅石、硅灰石等を適宜用いる。 Al₂O₃は、フラツクスの耐火性の向上あるい
は、スラグの粘性調整上必要であるが、30重量％
を超えて添加すると、溶接金属中のスラグインが
増える傾向にあり、又、酸素量も増加するため、
高靭性が得られなくなる。又、Al₂O₃としては、
アルミナ、シヤモツト等を適宜用いる。以上の如く、高靭性を得るために、成分を特定
したフラツクスに於いて、更に物理的性質を特定
した理由は、次の通りである。まずフラツクスは、840μmより粒径の大きい粒
子が15〜60重量％を占め、かつ210μmより粒径の
小さい粒子が、40重量％以下であることが必要で
ある。これは、フラツクスの通気性を適正にする
ためであり、840μmより粒径の大きい粒子の構成
割合が、15重量％未満であると、適正な通気性が
保持出来ず、ポツクマークが発生する。又、60重量％を超えると、フラツクスの耐火性
が過大となりビードが不整となつたり、アンダー
カツトが生じるようになる。又、210μmより粒径
の小さい粒子が40重量％を超えると、繰り返し使
用において、通気性が悪くなりポツクマークが発
生する。更に、上記粒度構成のフラツクスにおいても、
かさ密度を、1.1〜1.6ｇ／cm³にすることが必要で
ある。すなわち、かさ密度は、フラツクスの粉化
の軽減ならびに通気性を適正にするために必要で
あり、1.1ｇ／cm³未満になると繰り返し使用にお
いて、粉化が激しく成分が偏析し良好な低温靭性
が得られなくなると同時に、通気性が悪くなる。
又、1.6ｇ／cm³を超えると、フラツクスによるビ
ードの押えが強すぎ、ビードが乱れると同時に、
通気性が悪くなり、ポツクマークが発生する。更に、後述の粒子強度測定法による粒子強度Ｃ
は10以下であることが必要である。すなわち、10
を超えると、たとえば適正な粒度構成およびかさ
密度にしても、フラツクスの粉化が大となり、成
分が偏析し良好な低温靭性が得られなくと同時
に、通気性が悪くなりポツクマークが発生する。本発明における粒子強度は、210μmより小さい
粒子の構成割合Ａ重量％を、予め測定したフラツ
クス50ｇを、直径８mmの鉄球９個とともに、内径
40mm、長さ300mmの円筒型容器に入れ、容器の両
端部中心から、軸線方向150mmの点を中心として、
その点を通り、円筒軸に直交する線の周りに、30
回転／分の回転数で60分間回転させた後、210μm
より小さい粒子の構成割合Ｂ重量％を測定し、Ｃ
＝Ｂ−Ａで求めた値Ｃを粒子強度とする。この測定法は、フラツクスの粒子強度の評価を
定量的に求めるに当り、より現実の粉化傾向に近
づけることを考慮し、実際溶接に使用する粒度構
成のままのフラツクスを、供試フラツクスとした
ものである。以下、実施例により本発明を具体的に説明す
る。実施例第１表に示す28種類のフラツクスを作製した。
鉄粉含有フラツクスＦ５，Ｆ１０〜Ｆ１２，Ｆ１
７，Ｆ１８およびＦ２３〜Ｆ２５は380℃で２時
間、他の鉄粉を含まないフラツクスは、500℃で
２時間焼成した。フラツクス記号Ｆ１〜Ｆ１２が
本発明例に相当し、フラツクス記号Ｆ１３〜Ｆ２
８が比較例である。比較例のうち、Ｆ２０，Ｆ２２，Ｆ２４，Ｆ２
５およびＦ２７はフラツクスの成分、Ｆ１６，Ｆ
２３およびＦ２６はフラツクス成分と粒度構成、
Ｆ２１およびＦ２８はフラツクス成分と粒子強
度、Ｆ１８およびＦ１９は粒度構成、Ｆ１７はか
さ密度、Ｆ１５はかさ密度と粒子強度、Ｆ１３と
Ｆ１４は粒子強度が夫々適正範囲を外れたもので
ある。以上のフラツクスを、まず第２表に示すワイヤ
Ｗ１を用い、第３表に示す鋼板Ｐ３上に、第４表
に示す条件で平板ビード置き溶接を行ない、溶接
後そのフラツクスをフラツクス回収機で吸引回収
した。この溶接−吸引回収のサイクルを５回行な
つた後、第５表に示す溶接を実施した。すなわち、フラツクスＦ１〜Ｆ３，Ｆ６，Ｆ１
３〜Ｆ１５およびＦ２６は２電極の片側１層溶
接、フラツクスＦ４，Ｆ７〜Ｆ９，Ｆ１６，Ｆ１
９〜Ｆ２２，Ｆ２７およびＦ２８は１電極多層盛
溶接、フラツクスＦ５，Ｆ１０，Ｆ１７およびＦ
２４は、３電極フラツクスバツキング片面１層溶
接、フラツクスＦ１１，Ｆ１２，Ｆ１８，Ｆ２３
およびＦ２５は、３電極フラツクス・銅バツキン
グ片面１層溶接を行なつた。それぞれの溶接部について、溶接作業性検査、
UST検査ならびに衝撃試験を行なつた。溶接作
業性の判定は、ポツクマークの発生の有無、アン
ダーカツトの発生の有無、ビード表面外観などで
行なつた。UST検査は70゜斜角でビード直上から
溶接方向と平行方向に行ない、欠陥と思われると
ころは、断面マクロにて確認した。又、衝撃試験は、片側１層溶接およば片面１層
溶接は板表面より２mm下、多層盛溶接は板表面よ
り５mm下から採取し、ノツチを溶接金属中央部に
入れた試験片を各３本作成し、実施した。これらの溶接試験結果は第５表にまとめて示し
た通りである。すなわち、No.１〜No.12は本発明に
よるフラツクスによる実施例であるが、いずれも
溶接作業性UST検査、衝撃試験の全てに良好な
結果が得られた。これに対し、比較例のフラツク
スを用いたNo.13〜No.28の場合は、いずれも欠点が
あり、満足出来るものではなかつた。 No.13およびNo.14は、粒子強度、No.15は粒子強度
とかさ密度が適正範囲を外れたフラツクスを用い
たため、溶接作業性が劣化するとともに、衝撃値
の最大値と最小値の差によつて示されるばらつき
が不安定であつた。又、No.16は金属弗化物量およ
び粒度構成が適正範囲を外れたフラツクスを用い
たために、靭性ならびに溶接作業性が劣化した。
No.17は、かさ密度、No.18およびNo.19は粒度構成が
適正範囲を外れたフラツクスを用いたため、溶接
作業性が劣化した。No.20はCO₂量が下限値を割つ
たフラツクスを用いたため、水素割れが発生し
た。 No.21は、TiO₂量、金属弗化物および粒子強度、
No.22はMgO量およびAl₂O₃量、No.23は、TiO₂及
び／又はTi量及び・粒度構成、No.26は、B₂O₃量
および粒度構成、No.28はCO₂量および粒子強度が
夫々適正範囲を外れたフラツクスを用いたので、
溶接作業性および衝撃値が劣化した。No.24は、
Ti量が適正範囲を外れたフラツクスを用いたの
で衝撃値が劣化した。 No.25は、SiO₂量およびTiO₂及び／又はTi量が
適正範囲を外れたフラツクスを用いたので、衝撃
値が劣化した。No.27はMgO量およびB₂O₃量が適
正範囲を外れたため、溶接作業性および衝撃値が
劣化するとともに高温割れが発生した。（発明の効果）成分組成およびその添加量を特定し、かつ粒度
構成、かさ密度および粒子強度を適正範囲に継持
する本発明フラツクスを用いれば、繰り返し使用
する場合でも、良好な溶接作業性と良好な溶接金
属性能、特に安定した高靭性が得られる。

【表】

【表】【図面の簡単な説明】

第１図は、通常の鉄粉含有フラツクスを用い、
溶接−フラツクス回収機による回収を５回繰り返
し行なつた場合の粒度分布の変化の一例を示すグ
ラフ、第２図ａ，ｂは本発明の実施例に用いた試
験板の開先形状を示す正面図、第３図ａ，ｂ，ｃ
は本発明の実施例において衝撃試験片を採取した
位置を示す正面図である。

Claims

【特許請求の範囲】１ TiO₂5〜25重量％及び／又はTi0.1〜3.0重量
％、MgO5〜50重量％、金属炭酸塩をCO₂量に換
算して１〜10重量％、金属弗化物３〜25重量％、
SiO₂20重量％以下、Al₂O₃30重量％以下、
B₂O₃0.1〜1.0重量％を含有し、かつ840μmより粒
径の大きい粒子が15〜60重量％、210μmより粒径
の小さい粒子が40重量％以下を占め、更にかさ密
度が1.1〜1.6ｇ／cm³であり、下記の方法で測定さ
れる粒子強度Ｃが10以下であることを特徴とする
サブマージアーク溶接用ボンドフラツクス。〔粒子強度の測定法〕 210μmより小さい粒子の構成割合（重量％）が
Ａであるフラツクス50ｇを、直径８mmの鉄球９個
とともに、内径40mm、長さ300mmの円筒型容器に
入れ、容器の両端部中心から軸線方向150mmの点
を中心として、その点を通り、円筒軸に直交する
線の周りに、30回転／分の回転数で60分間回転さ
せた後、210μmより小さい粒子の構成割合（重量
％）Ｂを測定し、次式によつて求めた値Ｃを粒子
強度とする。Ｃ＝Ｂ−Ａ