JPH05277788A - サブマージアーク溶接用フラックス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 溶接金属への成分添加あるいは脱酸作用が安
定して行われるサブマージアーク溶接用フラックスを提
供する。 【構成】 溶融フラックスに混合添加した金属の振動に
よるフラックス中での含有量変動を規定したことを特徴
とするサブマージアーク溶接用フラックス。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は鋼構造物に適用するサブ
マージアーク溶接用フラックスに係わり、詳しくはフラ
ックス中の混合添加した金属成分が、極めて安定して溶
接金属に添加または作用するサブマージアーク溶接用フ
ラックスに関する。

【０００２】

【従来の技術】サブマージアーク溶接材料はワイヤとフ
ラックスとからなり、ワイヤには必要とする強度や靭性
に応じた溶接金属成分あるいは脱酸剤としての作用に供
する金属元素が添加されている。

【０００３】フラックスにおいてもワイヤと同様の作用
を得ることが可能であり、この場合、金属を含めた粒状
の原料粉を固着剤として水ガラスを用い、混練造粒のの
ち高温乾燥した焼成フラックスが一般に使用される。し
かし焼成フラックスは粉化しやすいため、均一に固着し
ていた金属粉が分離しフラックス中で偏析を生じたり、
耐吸湿性が劣化して溶接金属の機械的性能や溶接作業性
に悪影響を及ぼすことがあった。

【０００４】これに対し溶融フラックスは、主に金属酸
化物および弗化物を原料とし、一旦溶融したのち凝固さ
せたガラス状であるため、焼成フラックスに比べ耐粉化
性や耐吸湿性は非常に優れる。よって、このような優れ
た特性の溶融フラックスに金属を混合添加して、溶接金
属の脱酸作用を期待する提案が多くなされている（例え
ば特開昭５６−２３３９５号公報、特開昭６０−６１１
９７号公報）。

【０００５】しかし、溶融フラックスへの単なる金属粉
添加では、溶融フラックスと金属との密度差があるた
め、実際のサブマージアーク溶接において均一な混合状
態を保つことが困難であった。すなわち混合添加した金
属の偏析により、必要量以上に金属が含有した場合に
は、溶接金属の強度が過大となったり、ビード表面に添
加金属が突起状に付着し、逆に必要添加量に不足する場
合は金属添加の効果が得られない問題を生じた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記従来技術
の欠点を解消し、溶接金属への成分添加あるいは脱酸作
用が安定して行われるサブマージアーク溶接用フラック
スの提供を目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、溶融、
凝固を経た酸化物および弗化物を主体とする粉粒体に、
金属粉を混合添加し、下記方法で求めた混合度Ａが０．
７５以上であることを特徴とするサブマージアーク溶接
用フラックスにある。混合度Ａ＝Ｍ_U ／Ｍ_L であり、Ｍ
_U は内径３６mm、深さ１００mmの円筒容器内にフラック
スを満たし、垂直方向に振幅５mm、毎秒３回の速さで１
８０回振動させた後、容器内フラックスを垂直方向に４
等分した最上部フラックス中に混合添加した金属の含有
量。同様にＭ_L は、円筒容器内にフラックスを垂直方向
に４等分した最下部フラックス中に混合添加した金属の
含有量。

【０００８】

【作用】本発明者らは、溶融フラックスに混合添加した
金属が、フラックス中で均一な混合状態を保つ方法につ
いて種々検討した。まず、混合添加した金属がフラック
ス中で不均一に分布する原因の究明を行ったところ、溶
融フラックスに混合添加する金属の形状については従来
検討されておらず、焼成フラックスの原料として利用さ
れる粒状粉を用いることに問題があると考えた。

【０００９】すなわち実際のサブマージアーク溶接にお
いて、溶接完了後に吸引回収されたフラックスは貯蔵容
器内に落下されるが、その容器内で、粒状の金属粉は振
動によりフラックス粒間を容易に通過してフラックス中
の下方に多く集積し、偏析した状態で再びフラックスが
散布されて溶接が行われることがわかった。

【００１０】そこで次に、振動によってもフラックス粒
間を通過しにくい金属の形状について検討した。この実
験結果の例を図１に示す。実験は、表１に示すwt％でＳ
ｉＯ₂ ：４１％、ＭｎＯ：２１％、ＣａＯ：１７％、Ｔ
ｉＯ₂ ：４％、ＣａＦ₂ ：１０％、ＭｇＯ：２％、その
他：５％の組成で、原料を溶融、凝固させ粉砕した後、
８５０μｍの篩網を通過し、７５μｍの篩網を用いて微
粉を除去した表２示す粒度分布の溶融フラックスに、各
種形状のＡｌを１．０wt％混合添加したフラックスにつ
いて振動によるＡｌの偏析状況を調べた。

【００１１】

【表１】

【００１２】

【表２】

【００１３】振動によって混合添加した金属のフラック
ス中での均一な混合度合を評価する値として混合度Ａを
考え、その測定に用いた装置の概略を図２に示す。混合
度Ａの求め方は、図２において、内径ｄ＝３６mm、深さ
ｈ＝１００mmの金属製円筒容器Ｖにフラックスを満た
し、振幅Ｌ＝５mmとしたカムの回転により円筒容器Ｖを
毎秒３回の速さで１８０回垂直方向に振動させる。フラ
ックスは振動によって密に充填されるため、振動開始後
１０秒間はフラックスを補充し、その後円筒容器最上部
から盛り上がったフラックスは振動中に切り落とす。

【００１４】振動終了後、フラックスを垂直方向に４等
分した最上部と最下部のフラックスを採取し、最上部フ
ラックス中の混合添加した金属の含有量（Ｍ_U ）および
最下部フラックス中の混合添加した金属の含有量
（Ｍ_L ）を分析し、混合度Ａ＝Ｍ_U／Ｍ_L で表した。な
お金属製円筒容器Ｖは、分析用フラックスを採取しやす
くするため、最上部と最下部がねじ込み式で分離できる
構造としている。

【００１５】実験結果を示す図１において、焼成フラッ
クスは脱酸剤として常用される０．１５mm径〜０．３０
mm径の範囲の粒状Ａｌを混合したフラックスの混合度Ａ
が約０．６であるのに対し、０．０５mm厚さで１．５mm
角とした箔状のＡｌを混合したフラックスの混合度Ａは
１．０に近い結果となり、振動による偏析に対して箔状
金属の混合が極めて有効であることを見いだした。

【００１６】また、箔状に比べやや厚みのある０．１０
mm厚で１．０mm角の偏平状とした場合も、粒状Ａｌの混
合に比べ、Ａｌの沈下は非常に少ないこともわかった。
これは、箔状あるいは偏平状に加工して混合添加した１
片の金属は、振動を受けても溶融フラックスの複数の粒
子によって上下方向に固定され、フラックス粒間を通過
しにくいものと考えられる。

【００１７】溶融フラックスに混合添加する金属あるい
は合金の量は、混合添加する金属の種類や溶融金属の目
標添加量あるいは脱酸効果の度合に応じて異なるもので
ある。よって、金属の均一な混合状態を保つことが目的
の本発明においては、混合度Ａのみを規定している。

【００１８】混合度Ａを０．７５以上と規定した理由
は、混合添加した金属が溶接時に過不足なく作用するた
めに必要な数値であり、混合度Ａが０．７５未満では溶
接金属強度の変動幅が大きくなったり、疎に偏析した場
合は脱酸不足でビード表面にポックマークが発生し、密
に偏析した場合にはビード表面に添加金属が突起状に付
着することがあり、材質面やビード外表面で劣るためで
ある。

【００１９】本発明における溶融フラックスの組成、粒
度は限定されるものではなく、溶融、凝固を経た酸化物
および弗化物を主体とする粉粒体であれば良い。混合添
加する金属についても同様で、Ｓｉ，Ｍｎ，Ｎｉ，Ｃ
ｒ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｃａ，Ａｌ，Ｍｇなどいずれの単体あ
るいは合金に限定されるものではない。

【００２０】

【実施例】金属を混合前の溶融凝固を経た酸化物および
弗化物を主体とする粉粒体である溶融フラックスの組成
（表１）を得て、これを整粒（表２）し、各種形状のＡ
ｌを上記溶融フラックスに合計で１．０wt％混合添加し
たフラックス記号Ｆ１〜Ｆ５の混合度Ａを得た。この溶
接結果を表３に示す。

【００２１】

【表３】

【００２２】

【表４】

【００２３】混合添加したＡｌの形状は、記号Ｆ１が
０．０５mm厚さで１．５mm角、記号Ｆ２が０．１０mm厚
さで１．０mm角、記号Ｆ３が０．０５mm厚さで１．５mm
角を０．５wt％と０．１５mm径〜０．３０mm径の範囲の
粒状粉を０．５wt％の併用であり、これらフラックスの
混合度Ａは０．７５以上となる本発明例である。

【００２４】比較例の記号Ｆ４は、０．１５mm径〜０．
３０mm径の範囲の粒状粉、記号Ｆ５は０．０５mm厚さで
１．５mm角を０．４wt％と０．１５mm径〜０．３０mm径
の範囲の粒状粉を０．６wt％の併用であり、いずれも混
合度Ａは０．７５未満である。

【００２５】これらフラックスの溶接性評価は、ビード
オンプレート溶接によるビード外観検査で行った。使用
した鋼板は、一般構造用圧延鋼材（ＪＩＳ Ｇ ３１０
１）ＳＳ４１の板厚２０mm、幅１５０mm、長さ６００mm
であり、化学成分はwt％でＣ：０．１０％、Ｓｉ：０．
１５％、Ｍｎ：０．７０％、Ｐ：０．０１８％、Ｓ：
０．０１０％である。鋼板表面の溶接部は、グラインダ
により黒皮を除去した。ワイヤは、炭素鋼および低合金
鋼用サブマージアーク溶接ワイヤ（ＪＩＳ Ｚ３３５
１）に規定された種類ＹＳ−Ｓ４の４．８mm径であり、
化学成分はwt％でＣ：０．１２％、Ｓｉ：０．０２％、
Ｍｎ：１．５５％、Ｐ：０．０１２％、Ｓ：０．００６
％である。

【００２６】使用したフラックス回収装置は、電動吸引
機、サイクロン方式のフラックス分離装置およびフラッ
クスホッパから成り、溶接後の回収フラックスはそのつ
どフラックスホッパ内に落下し、フラックス散布ホース
を通して溶接に供される。

【００２７】各フラックスは４kg準備し、１回の溶接に
使用されるフラックス量は約１．５kgであり、５回連続
した溶接を行った。溶接条件は、交流電源により電流７
００Ａ、電圧３５Ｖ、溶接速度３５０mm／min で行っ
た。

【００２８】表３に示すとおり、混合度Ａが０．７５以
上である本発明例の溶接結果に全く問題はなかった。こ
れに対し、比較例の記号Ｆ４は粒状Ａｌのみの添加によ
る混合度Ａ＝０．６３の場合であり、３本目溶接ビード
でＡｌの不足によるポックマークが発生し、４本目溶接
ビードにおいてはＡｌが過多に偏析し、ビード表面に突
起が発生した。５本目溶接ビードではポックマーク、突
起ともに発生しており、フラックス中のＡｌが不足した
部分と過剰な部分とに偏析したことがわかる。記号Ｆ５
の混合度Ａは０．７０であり、Ｆ４同様に５本目の溶接
時にフラックス中のＡｌは大きな偏析を生じ、ポックマ
ークと突起が発生した。

【００２９】

【発明の効果】本発明のフラックスは、サブマージアー
ク溶接において溶接金属成分の添加あるいは脱酸作用が
安定して行われ、その実用上の効果は非常に大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】溶融フラックスへの混合添加Ａｌ粉の形状と混
合度Ａとの関係を示す図表である。

【図２】（ａ）は混合度Ａの測定装置の説明図である。
（ｂ）は円筒容器の詳細図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶融、凝固を経た酸化物および弗化物を
   主体とする粉粒体に、金属を混合添加し、下記式で求め
   た混合度Ａが０．７５以上であることを特徴とするサブ
   マージアーク溶接用フラックス。 混合度Ａ＝Ｍ_U ／Ｍ_L ただし、Ｍ_U は内径３６mm、深さ１００mmの円筒容器内
   にフラックスを満たし、垂直方向に振幅５mm、毎秒３回
   の速さで１８０回振動させた後、容器内フラックスを垂
   直方向に４等分した最上部フラックス中に混合添加した
   金属の含有量。同様にＭ_L は、円筒容器内にフラックス
   を垂直方向に４等分した最下部フラックス中に混合添加
   した金属の含有量。