JPH05169296A - 低水素系被覆アーク溶接棒 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、従来の低水素系被覆アーク溶接棒
よりもアークの安定性を極めて良好にすることで、スパ
ッタの発生量を低減し、さらに被覆剤の固着性を高める
ことで良好な生産性が確保できる低水素系被覆アーク溶
接棒を提供するものである。 【構成】 ルチールと炭酸石灰を主成分とする低水素系
被覆アーク溶接棒において、平均粒度を７４〜１７７μ
m に制限した珪砂を１．２〜１０．５重量％添加するこ
とによりアークの安定性を良好にし、特にスパッタの発
生量を低減すると共に被覆の固着性を高めることで、良
好な生産性が確保できる低水素系被覆アーク溶接棒であ
る。 【効果】 良好な生産性と優れた溶接作業性を発揮する
と共に、溶接施工において能率向上と火災防止に貢献で
きる低水素系被覆アーク溶接棒を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はアークの安定性を良好に
し、スパッタの飛散を減少させると共に、生産性が良好
で優れた溶接作業性が得られる低水素系被覆アーク溶接
棒（以下低水素系溶接棒と称する）に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】低水素系溶接棒は、耐割れ性や靱性が良
好で大型構造物用鋼材への適用や低温鋼あるいは耐熱鋼
などの溶接に使用されるが、アーク中の溶滴が短絡移行
であるため、非低水素系溶接棒に比べアークの安定性が
悪く、スパッタの発生量が多く、鋼板への付着スパッタ
除去作業に手間がかかり、さらには溶接作業場の可燃物
への引火が懸念されているのが現状である。

【０００３】このような低水素系溶接棒の問題点の解決
策としては、種々提案されている。例を挙げると、特開
昭５８−２０９４９９号公報記載の提案は、被覆剤中に
細粒アトマイズ原料を使用することでアークの安定性を
向上させ、スパッタの発生の低減を図ろうとするもので
あるが、被覆剤が緻密となり乾燥工程で被覆割れを生
じ、生産性の低下が問題である。

【０００４】一方、特開昭５８−１１６９９１号公報に
開示された提案は、鋼心線および被覆剤のＭｎ量と鋼心
線のＣ量を限定することでスパッタの発生を低減させよ
うとするもので、その目的はかなりの程度まで達成され
る。しかしこの提案は非低水素系溶接棒にかかわるもの
であり、この手法を低水素系溶接棒に適用してもほとん
ど効果がない。このように現状の低水素系溶接棒におい
て、優れた生産性と溶接作業性が達成されると共に、ス
パッタの発生を低減させることは非常に困難である。

【０００５】一方、溶接棒を使用する各業界からは、作
業能率や火災の危険性の点からスパッタの発生の少ない
溶接棒が強く求められ、それに合せて優れた溶接作業性
が確保でき、これらすべてを満たすことのできる低水素
系溶接棒が要望されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は前述した実状
に鑑み、被覆剤組成を吟味し、従来の低水素系溶接棒よ
りも溶接作業性を良好にすると共に、アークの安定性を
極めて良好にすることでスパッタの発生量を低減し、被
覆剤の固着性を高めることで良好な生産性が確保できる
低水素系溶接棒を提供するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は前述した要望に
応えるために溶接棒の被覆剤を種々検討した結果、生産
歩留が高く、アークの安定性が良好でスパッタの発生を
著しく減少させたものであって、その要旨とするところ
は下記のとおりである。 （１） 平均粒度を７４〜１７７μｍに制限した珪砂を
１．２〜１０．５重量％、ルチール３５〜５２重量％、
炭酸石灰９〜３０重量％、蛍石１．０〜８．０重量％、
珪灰石０．７〜６．６重量％、フェロマンガン３．０〜
１８．０重量％、フェロシリコン０．５〜３．５重量％
を含み、残部上記以外のスラグ生成剤と水ガラスから成
る被覆材を用いて鋼心線に塗布したことを特徴とする低
水素系被覆アーク溶接棒。

【０００８】（２） 平均粒度を７４〜１７７μｍに制
限した珪砂を１．２〜１０．５重量％、ルチール３５〜
５２重量％、炭酸石灰９〜３０重量％、蛍石１．０〜
８．０重量％、珪灰石０．７〜６．６重量％、フェロマ
ンガン３．０〜１８．０重量％、フェロシリコン０．５
〜３．５重量％および鉄粉３５重量％以下を含み、残部
上記以外のスラグ生成剤と水ガラスから成る被覆剤を用
いて鋼心線に塗布したことを特徴とする低水素系被覆ア
ーク溶接棒。

【０００９】ここで珪砂の平均粒度を７４〜１７７μｍ
に制限した理由を説明する。スパッタの発生量を低減
し、生産性を向上させるために被覆剤について種々検討
した結果、被覆剤の粒度によって大きく影響され、特に
珪砂の平均粒度が極めて大きく影響することが分かっ
た。即ち、本発明者等の実験によれば、特定粒度範囲の
珪砂を適量添加することによって溶融スラグの粘度が適
度に高くなり、スパッタの発生量が低減すると共に生産
性の向上が期待できるという知見を得た。

【００１０】前述のような状況に鑑み、本発明者等は低
水素系溶接棒の溶接作業性およびスパッタの発生量の低
減について被覆剤の面からさらに鋭意研究を進めてき
た。その結果、これ等の課題を解決する手段として、ル
チール、炭酸石灰、蛍石を主成分とする被覆剤に平均粒
度を７４〜１７７μｍに制限した珪砂を１．２〜１０．
５％添加することにより、溶接作業性の安定化および使
い易さ、被覆剤の固着性と均一性を図り、生産性を向上
させ、かつスパッタの発生量を著しく低減させることに
成功した。

【００１１】以下に本発明における構成要件を説明す
る。

【００１２】

【作用】

［珪砂］珪砂は粒度範囲を特定することで溶融スラグの
粘度を適度に高め、特にアーク状態を良好にし、スパッ
タを減少させ、かつ生産性を向上させる。平均粒度が７
４μｍ未満では粒度構成が細かすぎるためスラグの粘度
が低下し、スパッタの発生が多くなり、また、乾燥時に
被覆割れが発生する。一方、１７７μｍを超えるとスラ
グの粘度が高くなりスパッタは減少するが、被覆剤の結
合力が弱まり、溶接中に被覆が欠け落ち易く、アークが
不安定になる。また、塗装時にフラックスの流動性が悪
く、偏心が発生する。このような理由から、珪砂の適正
平均粒度範囲を７４〜１７７μｍに制限した。

【００１３】また、その添加量が１．２％未満ではスラ
グの粘度が低下し、下向溶接におけるスラグの被包性が
劣化し、ビード形状が凸状となる。一方、１０．５％を
超えるとスラグの粘度が著しく増大し、また溶接中被覆
筒が深くなりすぎてアーク状態が不安定となる。なお、
珪砂の平均粒度はＪＩＳ Ｚ８８０１に準じて各粒度間
の重量比率を求めた後、次式を用いて算出した。

【００１４】平均粒度Ｄ（μｍ）＝（Ｗ１×２１０＋Ｗ
２×１９４＋Ｗ３×１６３＋Ｗ４×１３７＋Ｗ５×１１
５＋Ｗ６×９７＋Ｗ７×７６＋Ｗ８×５４＋Ｗ９×２
２）／１００ 但し各数字は測定ふるい間の平均粒度を示し、Ｗ１〜Ｗ
９は下記の意味を有する。

【００１５】 Ｗ１：２１０μｍ以上のＷｔ％ Ｗ２：２１０〜１７７μｍのＷｔ％ Ｗ３：１７７〜１４９μｍのＷｔ％ Ｗ４：１４９〜１２５μｍのＷｔ％ Ｗ５：１２５〜１０５μｍのＷｔ％ Ｗ６：１０５〜 ８８μｍのＷｔ％ Ｗ７： ８８〜 ６３μｍのＷｔ％ Ｗ８： ６３〜 ４４μｍのＷｔ％ Ｗ９： ４４μｍ未満のＷｔ％ ［ルチール］ルチールはスラグ生成剤、粘性調整剤およ
びアーク安定剤として使用される。３５％未満ではアー
ク状態が不安定で、また再アーク性が悪くなる。一方、
５２％を超えるとスラグの流動性が増大し、溶接中に溶
接棒端にスラグがからみつき、ビード形状を損ね、さら
に被覆剤の耐熱性が劣化し、溶接時の溶接棒後半部は棒
焼け現象を呈し、アークが弱くなり過ぎるので溶接欠陥
が生じ易くなる。

【００１６】［炭酸石灰］炭酸石灰はスラグの粘性を調
整し、またガス発生剤として作用する。９％未満ではガ
ス発生剤としての効果が不十分で、ブローホールが生じ
易く、スラグ剥離性が悪くなる。一方、３０％を超える
とアークが強くなり過ぎてスラグの被包性が劣化し、水
平すみ肉溶接におけるビード形状が凸状となる。

【００１７】［蛍石］蛍石はスラグ生成剤および粘性調
整剤として使用される。１．０％未満ではスラグの流動
性が悪くなり、ビード形状が悪くなる。一方、８．０％
を超えるとアーク状態が不安定となると共に、スラグ剥
離性が劣化する。 ［フェロマンガン］フェロマンガンは脱酸剤および合金
剤としての効果がある。３．０％未満では脱酸不足とな
り、ピット、ブローホールが発生する。また溶接金属の
機械的性質が劣化するほか、アークの強さ、アークの広
がりが損なわれてビード形状が悪くなる。一方、１８．
０％を超えると脱酸過剰となってピットが発生し、溶接
作業性ではスラグの粘性が低下し、立向溶接では溶接金
属が垂れ易くなり、水平すみ肉溶接では凸ビード形状と
なる。

【００１８】［フェロシリコン］フェロシリコンは有効
な脱酸剤および溶融金属の粘性調整剤として使用され
る。溶接時に脱酸剤として溶接金属の酸素量を低減し、
機械的性質を向上させるほか溶融金属に適当な粘性を与
え、全姿勢において良好な溶接作業性を確保するのに有
効である。０．５％未満では溶接金属の酸素量の低減効
果が十分でなく、溶接作業性も悪くなる。一方、３．５
％を超えると靱性が劣化すると共に、アークが強くな
り、水平すみ肉溶接ではビードが凸形状となり易い。

【００１９】［珪灰石］珪灰石はアーク安定剤およびス
ラグの粘性調整剤として使用される。さらに、珪灰石の
添加は溶接中に溶融金属とスラグの界面における反応を
促進し、溶融金属中の酸化物をスラグアウトし易くし、
清浄な溶接金属を得るのに有効である。０．７％未満で
はその効果が充分でなく、一方、６．６％を超えるとア
ークが弱くなり、耐棒焼け性が劣化する。

【００２０】［鉄粉］鉄粉は高溶着速度で溶接能率の向
上を図り、また良好な再アーク性を得るために添加され
るものである。３５％を超えると溶着速度や再アーク性
は維持されるが、スラグ量が不足し、またスラグの被包
性が損なわれてビード形状が悪くなる。

【００２１】

【実施例】表１に示す各種組成の被覆剤に水ガラスを添
加して湿式混合を行った後、Ｃ０．０７％、Ｓｉ０．０
２％、Ｍｎ０．４９％、Ｐ０．０１２％、Ｓ０．００８
％、Ｎ０．００１５％から成る直径４ｍｍ、長さ４００
ｍｍの炭素鋼心線（ＪＩＳＺ３５２３）に通常の押出し
式塗装機により被覆外径が６．６ｍｍになるように塗装
して、最高温度４００℃で乾燥を行い、溶接棒を作製し
て、各溶接棒について、交流溶接機において溶接作業性
試験、スパッタの発生量、生産性を調査した。

【００２２】溶接作業性試験、スパッタの発生量、生産
性は下記の方法で試験を行った。 ［溶接作業性］板厚１２．７ｍｍの軟鋼板をＴ型に組立
て、立向上進溶接（電流１５０Ｖ）および水平すみ肉溶
接（電流１８０Ａ）を行った。評価基準は従来のＣａＣ
Ｏ₃ −ＣａＦ₂ を主成分とする低水素系溶接棒に比べ、
溶滴移行状態、アーク状態、ビード形状、耐棒焼け性、
スラグ剥離性などの溶接作業性が良好なものを○印、同
程度のものを×印とした。

【００２３】［スパッタ測定試験］スパッタ発生量の調
査は幅２００ｍｍ、長さ６００ｍｍ、高さ２００ｍｍ銅
板の補集箱内部に板厚２０ｍｍ、幅５０ｍｍ、長さ４５
０ｍｍの軟鋼板を立て、スリットに溶接棒を挿入して板
厚面の溶接を行った。溶接条件は電流１８０Ａ、速度１
５０ｍｍ／ｍｉｎとし、判定基準はスパッタ量１．５ｇ
／ｍｉｎ未満を良好、１．５ｇ／ｍｉｎ以上を劣るとし
た。

【００２４】［生産性］生産性の試験は溶接棒約１００
ｋｇを製造し、塗装時または乾燥工程において被覆に
疵、へこみ、割れがないものを良品とし、製造した全溶
接棒に対する良品の割合を生産歩留とし、その値が９
９．０％以上であったものを良好とし、９９．０％未満
を不良とした。

【００２５】表１においてＣ１〜Ｃ９は本発明の実施例
で、Ｃ１０〜Ｃ２４は比較例である。Ｃ１〜Ｃ９は本発
明の要件を満たす低水素系溶接棒を用いた場合で、全判
定項目とも良好である。Ｃ−１０は珪砂の添加量が少な
く、スラグ量および粘性が不足し、溶接作業性で特にビ
ード形状が悪くなった。

【００２６】Ｃ−１１は炭酸石灰が少なく、ガス発生剤
の効果が不十分で溶接作業性が劣化した。Ｃ−１２は蛍
石が少なく、スラグの流動性が悪くなり、溶接作業性が
悪くなった。Ｃ−１３は珪砂の平均粒度が細かいためス
ラグの粘度が低下し、スパッタが多く発生した。また乾
燥時割れが発生し、生産性が悪かった。

【００２７】Ｃ−１４は蛍石が多いため、溶接作業性が
悪く、特にアーク状態が不安定となり、スラグ剥離性が
劣化した。またルチールが少なく、アーク状態が不安定
になり、再アーク性が悪くなった。Ｃ−１５は炭酸石灰
が多いため、アークが荒くなり、アンダーカットが生
じ、ビード形状が悪くなった。

【００２８】Ｃ−１６は珪砂が多いため、スラグの粘性
が著しく増し、スパッタの減少がやや見られるが、被覆
筒が深くなりアーク状態が不安定でビード形状が劣化し
た。Ｃ−１７は珪灰石が少なく、スラグ量および粘性が
不足し、溶接作業性が劣化した。Ｃ−１８は溶接作業性
は良好であったが、珪砂の平均粒度が細かいためスラグ
の粘性が不足し、スパッタが多く発生し、また生産性が
悪かった。

【００２９】Ｃ−１９はフェロマンガンが少なく、スラ
グの流動性が悪くなり、ビードの波形が乱れ、ビード外
観が劣化し、合金剤として作用しなかった。Ｃ−２０は
ルチールが多く、スラグの流動性が増大しすぎ、ビード
形状を悪くし、棒焼けによる耐ブローホールやアンダー
カットが生じた。Ｃ−２１はフェロマンガンが多く、ス
ラグの粘性が低下することで立向や水平すみ肉溶接で凸
ビードとなり、溶接作業性が劣化した。

【００３０】Ｃ−２２は珪灰石が多く添加されたのでス
パッタの飛散がやや多く、アーク状態、ビード形状が劣
化した。Ｃ−２３はフェロシリコンが少なく、酸素量の
低減効果が十分でなく、溶接作業性が悪くなった。Ｃ−
２４は珪砂の平均粒度が粗く、塗装時にフラックスの流
動性が悪くなり、また溶接中に被覆が欠け落ち易く、ア
ークが不安定になり、溶接性能に欠陥を生じた。

【００３１】

【表１】

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、従来の低水素系溶接棒
の欠点を克服し、アークの安定性を良好にすることによ
りスパッタの発生量を大幅に低減させ、良好な生産性と
優れた溶接作業性を発揮し、溶接施工においては火災防
止と能率向上に大いに貢献できる低水素系溶接棒を提供
することができる。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 平均粒度を７４〜１７７μｍに制限した
   珪砂を１．２〜１０．５重量％、ルチール３５〜５２重
   量％、炭酸石灰９〜３０重量％、蛍石１．０〜８．０重
   量％、珪灰石０．７〜６．６重量％、フェロマンガン
   ３．０〜１８．０重量％、フェロシリコン０．５〜３．
   ５重量％を含み、残部上記以外のスラグ生成剤と水ガラ
   スから成る被覆材を用いて鋼心線に塗布したことを特徴
   とする低水素系被覆アーク溶接棒。
2. 【請求項２】 平均粒度を７４〜１７７μｍに制限した
   珪砂を１．２〜１０．５重量％、ルチール３５〜５２重
   量％、炭酸石灰９〜３０重量％、蛍石１．０〜８．０重
   量％、珪灰石０．７〜６．６重量％、フェロマンガン
   ３．０〜１８．０重量％、フェロシリコン０．５〜３．
   ５重量％および鉄粉３５重量％以下を含み、残部上記以
   外のスラグ生成剤と水ガラスから成る被覆剤を用いて鋼
   心線に塗布したことを特徴とする低水素系被覆アーク溶
   接棒。