JPH07102473B2 - 溶接用ボンドフラツクスの製造方法 - Google Patents

溶接用ボンドフラツクスの製造方法

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JPH07102473B2
JPH07102473B2 JP3776387A JP3776387A JPH07102473B2 JP H07102473 B2 JPH07102473 B2 JP H07102473B2 JP 3776387 A JP3776387 A JP 3776387A JP 3776387 A JP3776387 A JP 3776387A JP H07102473 B2 JPH07102473 B2 JP H07102473B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は高張力鋼あるいは低合金鋼の溶接に用いるボン
ドフラツクスの製造方法に関し、更に詳しくは吸湿性が
低く、かつ溶接金属において高靭性を得ることが出来る
ボンドフラツクスの製造方法に関する。
(従来の技術) 近年、寒冷地における石油資源の開発が盛んとなり、こ
れを掘削するための海洋構造物およびLPGタンク、LNGタ
ンク等の液化ガス貯蔵タンクの建造が多数行われてい
る。このような低温用構造物の溶接には優れた溶接性を
有する溶接材料が要求されており、最近では低温で高靭
性が得られること、および溶接金属の拡散性水素量が少
ないことが特に重要である。
さて、現在、鋼の自動溶接法として、サブマージアーク
溶接法が広く用いられている。このサブマージアーク溶
接用フラツクスには、各種原材料を混合し電気炉で溶融
し、冷却、粉砕、整粒してなるいわゆる溶融フラツクス
と、各種細粒の原料粉を水ガラス等の固着剤で造粒し、
400〜550℃の温度で焼成するいわゆるボンドフラツクス
がある。このうちボンドフラツクスの方が高塩基性に設
計しやすいこと、原材料中にガス成分鉱物および脱酸
剤、合金剤を添加することが出来ることなど組成面での
自由度が大きいので最近のシビアーな要求に対して利用
されている。
まず最初に溶接金属において低温靭性を得る方法として
は、溶接金属中にTiおよびBを添加し、ミクロ組織を均
一微細化する方法が既に開発され広く利用されている。
ボンドフラツクスにおいて、TiはTi酸化物あるいはTi合
金、金属Tiをフラツク中に含有させて溶接金属中に安定
して添加出来る。しかしながらBは溶接金属中での適正
量は極めて微量であり、良好な靭性を得るためには添加
量をシビアーに管理する必要があり、かつ安定して添加
する必要がある。このためフラツクスには溶接条件の変
動により歩留り変化が大きい金属Bで含有させることは
好ましくなく、B化合物、主に酸化物で含有させる方法
を一般的に用いている。しかし、B化合物をフラツクス
に含有させる場合においても更に偏析防止法を検討し適
用している。すなわち、B化合物は水分によつて固まり
を作り易いのでフラツクス中に均一に分布させるため、
例えば特開昭57−47598号公報にはフラツクスの構成原
料粉のうち金属粉を選び、これとB化合物を予め部分的
に混合し、B化合物の固まりを比重の大きい金属粉で粉
砕分散させておき、その後に該混合原料粉と他の原料と
を混合し均一に分布させることを特徴とするボンドフラ
ツクスの製造方法が提案されている。又、更に改善した
方法として本発明者らは先に特願昭60−241199号におい
て水溶性B化合物を予め含水固着剤中に均一に溶解させ
ておき該含B化合物固着剤を用いることを特徴とするボ
ンドフラツクスの製造方法を提案し、実用化している。
次に溶接金属中の拡散性水素量を低減する方法として
は、ボンドブラツクスではフラツクス中に炭酸塩鉱物を
含有させる方法を一般的に用いている。しかしながらボ
ンドフラツクスでは使用中の吸湿が問題であり、炭酸塩
鉱物を含有させたとしても吸湿によつて拡散性水素量が
増加し、溶接部に水素割れが発生する場合がある。この
吸湿性は大部分が水ガラスの吸湿性によるものであり、
この欠点を改善するために水ガラスの組成の検討がなさ
れている。例えば、珪酸リチウム水ガラスあるいは特開
昭55−133899号公報に開示されているごとく(SiO2/ア
ルカリ酸化物)のモル比とK2O/(Na2O+K2O)のモル比
を制限した水ガラスを用いている。このうち、珪酸リチ
ウムはフラツクス強度が小さく、繰り返し使用した場合
粉化し易く好ましいものではないため、ボンドフラツク
スにおいては吸湿性を低くした固着剤として通常珪酸ソ
ーダと珪酸カリを混合して水ガラスを用いる。
さて、低温で高靭性が得られかつ拡散性水素量が少ない
溶接金属を得るために、ボンドフラツクスにおいては、
前述の2つの対策を同時に適用する必要がある。しかし
ながらこの吸湿性を低くした水ガラスにB化合物を溶解
させてボンドフラツクスを製造する場合、次下のような
問題点がある。すなわち、第1に、水ガラスにB化合物
を溶解するに際しては、特に冬期のように水ガラスの温
度が低い場合、能率的にかつ確実に溶解させる為に水ガ
ラスを30℃温度に加温しかつスクリユー式撹拌機で撹拌
する方法を用いる。しかしながら珪酸カリは加温する過
程においてカリが析出しやすく、特にヒーターを直接水
ガラス中に入れ加温する場合にはヒーターの廻りにカリ
分が多量に析出し、組成が変化し好ましくない。従つて
珪酸ソーダと珪酸カリを混合した低吸湿対策水ガラスの
場合も同様に好ましくない。第2に、(SiO2/アルカリ
酸化物)のモル比と吸湿量は反比例関係にあり、吸湿量
を小さくするためにはモル比を大にする必要がある。一
方水ガラスに溶解するB化合物としては、工業的には硼
砂(Na2O・2B2O3・10H2O)を一般的に用いるが、硼砂は
水ガラスのモル比が大となると溶解しにくくなり、低吸
湿対策水ガラスにおいては硼砂の未溶解が発生し易く好
ましくない。
(発明が解決しようとする問題点) 本発明は以上のような従来法の欠点を解決するためにな
されたもので、珪酸ソーダと珪酸カリを混合する水ガラ
スにおいて硼砂を能率的にかつ均一に溶解出来、それに
よつてフラツクス中に硼砂を均一に分布させる事が出来
る溶接用ボンドフラツクスの製造方法を提供することを
目的にしている。
(問題点を解決するための手段) 本発明の要旨は、SiO2/Na2Oのモル比が2.5以下の珪酸ソ
ーダ水ガラスを20℃〜90℃とし、該水ガラスに硼砂を溶
解させた後に珪酸カリ水ガラスを混合してSiO2/(Na2O
+K2O)のモル比を2.3〜3.9にした水ガラスを用い原材
料粉を造粒することを特徴とするボンドフラツクスの製
造方法にある。
本発明を以下に説明する。
(作 用) 本発明は、組成、モル比および硼砂の溶解法について規
定した水ガラスを用いて原材料粉を造粒し、Bが均一に
分布しかつ耐吸湿性が優れたボンドフラツクスを製造す
る方法である。
本発明法では、まず硼砂は、気候が低温時には加温して
20℃〜90℃としたSiO2/Na2Oのモル比2.5以下の珪酸ソー
ダ水ガラスに溶解させる必要がある。20℃以上とするの
は硼砂の水ガラスへの溶解を能率的にかつ偏析のないよ
うにするために必要であり、20℃未満では目的を達成出
力来ない。又90℃を超える加温は水分の蒸発が著しく組
成変化を来たし、好ましくない。ここにフラツクス中の
適正硼砂量は0.2〜2%程度であり、フラツクスへの水
ガラスの適正添加量は配合原材料粉100kgに対して15〜3
0kg程度である。従つて水ガラス中への硼砂の適正添加
量は水ガラス100kgに対して1〜13kg程度である。
次に、SiO2/Na2Oのモル比が2.5以下の珪酸ソーダ水ガラ
スを用いるのは、硼砂の溶解能率を高めるためである。
すなわち2.5を超えると目的を達する事が出来ない。
又、硼砂をまず珪酸ソーダ水ガラスに溶解する理由は、
硼砂を能率的にかつ偏析のないよう溶解するためには加
温する必要があるが、珪酸カリ水ガラスは加温した場合
カリが析出するので好ましくないためである。
次に、硼砂含有珪酸ソーダ水ガラスに珪酸カリ水ガラス
を混合しSiO2/(Na2O+K2O)のモル比が2.3〜3.9の水ガ
ラスにする。なおこの場合、モル比の計算には硼砂から
のNa2Oは含まない。珪酸カリ水ガラスを混合するのは、
珪酸ソーダ水ガラスと混合することにより吸湿性の低い
水ガラス組成にするためであり、夫々単体では目的を達
成出来ない。この場合、珪酸ソーダ水ガラスと珪酸カリ
水ガラスの混合割合は、珪酸ソーダ/(珪酸ソーダ+珪
酸カリ)の重量比で0.2〜0.7程度である。又、混合する
珪酸カリのモル比は、珪酸ソーダ水ガラスおよび出来上
がりの水ガラスのモル比より自ずから決まるものであ
る。
上記珪酸ソーダ水ガラスと珪酸カリ水ガラス混合の硼砂
含有水ガラスのモル比を2.3以上にするのは耐吸湿性を
得るためであり、2.3未満では目的を達成出来ない。
又、3.9を超えると水ガラスの乾きが速く、フラツクス
の造粒が均一に行われなくなる。
以上により、硼砂が均一に溶解し、かつ耐吸湿性に優れ
た水ガラスを作製出来る。更に混錬工程では水ガラスは
原材料粉と充分均一に混錬される。従つて水ガラス中に
硼砂が均一に分布しているのでフラツクス中においても
硼砂が充分均一に分布し、それによつて溶接金属におい
てもBを均一に分布させることが出来、満足なものとな
る。混錬の後は、乾燥、焼成、整粒の通常のボンドフラ
ツクスの工程を得てフラツクスとなる。
尚、本発明におけるフラツクスのB以外の原材料粉は通
常のボンドフラツクスに使用されるものであり、TiO2,S
iO2,Al2O3,CaO,MgO,BaO等の金属酸化物、又はこれらの
複合酸化物、CaCO3,BaCO3,MgCO3等の金属炭酸塩又はこ
れらの複合炭酸塩、CaF2,BaF2,AlF3,NaF等の金属弗化
物、SiMn,Ti,Al等の脱酸剤、Mo,Ni等の合金等を目的に
沿つて適宜添加するものとする。
以下に、本発明の効果を実施例によりさらに具体的に述
べる。
(実施例) まず第1表に実施例に用いたサブマージアーク溶接用フ
ラツクスのの原材料粉の組成を示す。
A1,A2は夫々、高速撹拌羽根を具備した乾式混合機を用
いて5分間の乾式混合を行つた。
第2表は硼砂含有水ガラスを作製するための水ガラスを
示したもので、B1〜B3は珪酸ソーダ、B4〜B7は珪酸カ
リ,B8は珪酸ソーダと珪酸カリを混合した耐吸湿性水ガ
ラスである。
第3表は第2表の水ガラスに硼砂(Na2O・2B2O310H2O)
を溶解する場合の例を示し、C1〜C5は本発明の要件を満
す例、C6〜C13は比較例である。
水ガラスはスクリユー式撹拌機で撹拌しながら硼砂を加
え、20分間混合し、C1〜C5はいずれも問題なく硼砂が溶
解出来たが、C6〜C13はいずれも問題が生じた。すなわ
ち、C6は水ガラスの温度が低く、水ガラスの粘度が大き
く、撹拌不良で、C8はモル比が大のため硼砂の溶解能率
が劣化し、未溶解物が残留した。又、C7は水ガラスの温
度が高すぎ水分が蒸発し、析出物が発生した。又、C9〜
C13はいずれも珪酸カリを含有しているため加温により
白色の析出物が発生した。
第4表は、第3表のうち本発明の要件を満す例のC1〜C5
および比較例のC6に第2表に示す珪酸カリ、B4,B5,B6,B
7および水を混合し作成した含硼砂水ガラスを示す。撹
拌混合はスクリユー式撹拌機を用い、20分間行つた。
第5表は本発明法の実施例を示す。すなわち、F1〜F7は
本発明例、F8〜F12は比較例である。第4表に示す含硼
砂水ガラスを用いて第1表に示す混合原材料粉を高速撹
拌羽根を具備したヘンシユルにて造粒した。水ガラスの
添加量は混合原材料粉A1,A2各々100kgに対して夫々23k
g,20kgとした。造粒の後、夫々のフラツクスは500℃×
2時間の焼成を行い、その後12×100メツシユに整粒し
た。
出来上つたフラツクスについて、まず吸湿試験を行つ
た。100mmφのアルミ製容器に厚さ約7mm、重量約60gの
フラツクスを入れ、30℃×80%RHの恒温恒湿槽中に24時
間放置後の重量増加率を測定し吸湿量とした。その結果
は第5表中に示しているとおり、本発明例はいずれも吸
湿量が小さく、問題ないが、比較例F8〜F10はいずれも
0.55%以上吸湿量が大きく満足出来るものではない。す
なわち、F8およびF9は用いた水ガラスのモル比が小さい
ため、又、F10は珪酸ソーダを用い水ガラスの組成が不
適正のため耐吸湿性が劣つたためである。しかし、F11
およびF12は耐吸湿性は良好である。
次に本発明によるフラツクスF1〜F7および比較例におい
て、耐吸湿性の良好なフラツクスF11およびF12から夫々
無作為に10個の分析試料を採取し、B2O3の分析を行つ
た。夫々のフラツクス中の目標B2O3量は第5表に示すと
おりである。分析結果を第1図に示す。更に、F1〜F7,F
11およびF12のフラツクスを用いて、2電極一層サブマ
ージアーク溶接を行つた。供試鋼板は35mmのEH−36−06
0を用い、第6表に示す溶接条件で実施した。開先形状
は第3図に示す通りであつて、図中θは開先角度,aは開
先深さ、bはルートフエイス高さ、tは鋼板の板厚であ
る。この場合ワイヤには2%Mn−0.5%Mn系,4.8φの鋼
ワイヤを用いた。溶接後、200mm毎の7ケ所について、
Bの分析試験を実施した。分析試料の採取位置を第4図
に示す。図中Aは分析試料を示し、Dは採取位置を示
し、8mmである。溶接金属中のBの分析結果を第2図に
示す。第1図および第2図に示すように本発明法による
フラツクスF1〜F7の場合、フラツクスにおいても安定し
たB2O3の分析値が得られ、かつ、溶接金属中において
は、安定したBの分析値が得られた。これに対して、比
較例F11およびF2の場合は、フラツクス中にB2O3が不均
一に分布しており、その結果溶接金属中のBが不均一分
布となり満足出来なかつた。
(発明の効果) 以上の様に本発明によればボンドフラツクスの製造に際
し、硼砂が均一に分散分布出来かつ吸湿性を低くするこ
とが出来、これにより、低温靭性に優れかつ吸湿による
拡散性水素の増加が少ない溶接金属を安定して得ること
が出来、産業上の効果は顕著である。
【図面の簡単な説明】
第1図は実施例におけるフラツクス中のB2O3の分析結果
を示す図、第2図は実施例における溶接金属のB分析結
果を示す図、第3図は供試鋼板の開先形状を示す断面
図、第4図は実施例における分析試料の採取位置を示す
断面図である。 θ……開先角度,t……板厚、a……開先深さ,b……ルー
トフエイス、A……分析試料、D……試料採取位置。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】SiO2/Na2Oのモル比が2.5以下の珪酸ソーダ
    水ガラスを20℃〜90℃とし、該水ガラスに硼砂を溶解さ
    せた後に珪酸カリ水ガラスを混合してSiO2/(Na2O+K
    2O)のモル比を2.3〜3.9にした水ガラスを用い原材料粉
    を造粒することを特徴とする溶接用ボンドフラツクスの
    製造方法。
JP3776387A 1987-02-23 1987-02-23 溶接用ボンドフラツクスの製造方法 Expired - Lifetime JPH07102473B2 (ja)

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