JPH082513B2

JPH082513B2 - 大入熱サブマージアーク溶接用焼成型フラックス

Info

Publication number: JPH082513B2
Application number: JP1160883A
Authority: JP
Inventors: 修一阪口; 忠政山口; 要西尾
Original assignee: 川崎製鉄株式会社
Priority date: 1989-06-26
Filing date: 1989-06-26
Publication date: 1996-01-17
Anticipated expiration: 2011-01-17
Also published as: JPH0327891A

Description

【発明の詳細な説明】＜産業上の利用分野＞本発明は、軟鋼あるいは引張強度が50kgf/mm²以上の
低合金高張力鋼の入熱量90kJ/cm以上の大入熱サブマー
ジアーク溶接に用いるフラックスに関し、特に良好な溶
接作業性のもとにビード外観に優れ、かつ欠陥のない溶
接ビードを容易に得ることのできるフラックスに関する
ものである。

＜従来の技術＞近年、高層ビルに代表される鋼構造物の大型化及び需
要の増加による鋼構造建築物の増加、溶接技能者の不足
などからより高能率な溶接方法が要求されている。

従来、厚鋼板の高能率サブマージアーク溶接用フラッ
クスとしては、突き合わせ溶接や角継手溶接に鉄粉入り
フラックスを用いた両面一層溶接や片面一層溶接が適用
されている。

例えば特開昭53−108839号公報では、鉄粉を添加した
フラックスを用いて溶着量を増し、多電極大入熱溶接を
行うことにより、35mm以上の厚鋼板を１パス溶接する技
術が開示されている。しかしこのような鉄粉添加フラッ
クスでは、溶着量を増加させることによってより厚い鋼
板の１パス溶接が可能となるが、鉄粉添加によってアー
クが絞られビード幅が狭くなる。このためボックス柱角
継手にみられるようなレ型開先を用いた１パス溶接で
は、ワイヤのねらい位置や溶接電圧を厳密に管理しない
と融合不良を生じやすいため、溶接速度を上げて能率を
向上させることが難しい。またフラックスが必要以上に
重いためビード形状が凸型になりやすく、美麗な外観を
得ることができないなどの不都合があった。

また、特開昭62−259697号公報では、鉄粉を用いずMg
O,Al₂O₃,SiO₂の組成比を特定して大入熱溶接性と高速溶
接性を向上させる技術が開示されている。しかしMgO,Al
₂O₃といった高融点酸化物の比率に対し、造滓剤として
ビード形状を整えるのに重要なSiO₂の比率が過少である
ため、ビードが凸状になりやすく、開示された技術に係
る大入熱かつ高速度の溶接ではビード幅が出にくいなど
の問題があった。

このように従来開示されている大入熱溶接用フラック
スでは、スラグの耐火性を上げるために高融点酸化物の
比率を上げたものが殆どであり、フラックスの具備すべ
き重要な条件であるビード外観が犠牲にされてきた。

＜発明が解決しようとする課題＞本発明は、一般鋼造物用の難鋼あるいは引張強度が50
kgf/mm²以上の低合金高張力鋼の大入熱サブマージアー
ク溶接において、高電流，高速度の能率の良い溶接条件
の下で、優れた溶接作業性があり、かつ溶接後に手入れ
が不要で美麗な外観を有する溶接ビードを容易に得るこ
とのできる焼成型フラックスを提供するためになされた
ものである。

＜課題を解決するための手段＞本発明は、主成分として、SiO₂:30〜45重量％（以
下％）,MgO:25〜45％,CaO:5〜15％,Al₂O₃:2〜15％,Ti
O₂:2〜10％,CaF₂:1〜５％を含み、脱酸成分として、Mn,
Si,TiおよびAlのうちの１〜３種類の合計で３〜15％を
含み、ガス成分として、CO₂:2〜10％を炭酸塩の形で含
み、残部は、微量元素および不純物からなる入熱量90kJ
/cm以上の大入熱サブマージアーク溶接用焼成型フラッ
クスで、かつ粒度が36メッシュ以下の含有率が20％以
下で、かつ14メッシュ以下で36メッシュ超の含有率が60
％以上の粒度分布を有する前項記載の入熱量90kJ/cm
以上の大入熱サブマージアーク溶接用焼成型フラックス
である。

＜発明をなすに至った経過および作用＞大入熱溶接用フラックスとしては、溶接スラグの融点
の調整が容易で合金元素の添加ができる焼成型フラック
スが好適であるが、溶融型フラックスに比べてビード外
観や高速性の点で劣るといわれている。

すなわち溶融型フラックスは原料をアーク炉などで溶
融させた後凝固・粉砕したものであり、一般に融点が低
く、大入熱溶接への適用は難しいが、通常の溶接では美
麗な外観を得やすい。一方、焼成型フラックスは、金属
酸化物，弗化物あるいは炭酸塩などの混合結合体である
ため、フラックスの溶融・凝固が不均一になりやすく、
ビード外観や高速性の点で劣ると考えられる。

本発明者はこのような現状に鑑み、大電流・高速度の
高能率な条件を用いた大入熱溶接において、ビード外観
を向上させるため焼成型フラックスの特性を総合的に検
討した結果、ビード外観を良好に保つ上でSiO₂が最も重
要な役割を果たしており、大入熱溶接性に関してはMgO
を特定量添加することで十分な作業性を保つことが可能
であり、さらに良好なビード外観を得るためには粒度分
布が重要であるということが判明した。本発明はこのよ
うな知見に基づくものである。

以下にこの発明につき組成・粒度の限定理由を述べ
る。

まず、本発明に係るフラックスは、ビード外観を良好
に保つ上でSiO₂を30％以上含むことが肝要である。

SiO₂は、造滓剤としてビード外観を良好に保つために
必要な成分であり、特にビード幅を広げ、ビード表面を
平滑に保つ効果があるが、30％未満ではビード形状は焼
成型特有の凸状ビードになりやすくビード幅も広がりに
くい。一方、45％を超えると大入熱溶接の際にスラグ量
が増加しすぎてかえってビード外観が乱れやすくなる。

MgOは、生成スラグの融点を上げ大入熱溶接時の作業
性を改善すると同時に、フラックスの塩基度を上げ溶接
金属中の酸素量を低減して靱性を確保するのに重要な成
分であるが、25％未満では十分な効果が得られず、45％
を超えて含有されるとビード形状が凸状になりやすくス
ラグの剥離性が劣化する。

CaOは、MgOと同様に生成スラグの耐火性を向上させ、
フラックスの塩基度を上げる成分として重要であるが、
５％未満ではこの効果に乏しく、15％を超えて含まれる
とスラグが硬くなって剥離性が悪くなる。

Al₂O₃は、粘性を低下させずに融点を上昇させるのに
有効な成分であるが、５％未満ではこれらの効果に乏し
く、一方15％を超えるとビード形状が凸状になる傾向が
ある。

TiO₂は、スラグの剥離性を改善するだけでなく、アー
クを安定させ溶接金属の組織を微細化させて靱性を向上
させるのに有効な成分であるが、２％より少ないと靱性
を向上させる効果に乏しく、10％を超えて添加してもこ
の効果の増進はなく、かえってビード外観を害する。

CaF₂は、アークの安定性の向上に効果があるが、１％
未満ではこの効果に乏しく、５％を超えるとスラグの流
動性が増してビード形状が乱れやすくなる。

これらのスラグ構成成分に加え、脱酸剤として単体金
属または合金をMn,Si,Ti,Alの１〜４種類の合計で３〜1
5％添加する必要がある。この添加量が３％未満では溶
接金属の靱性を確保することが難しいだけでなくポック
マークが発生しやすくなる。一方15％を超えると酸素量
が低くなりすぎてかえって靱性を劣化させる。

また、炭酸塩の形で含まれるCO₂は溶接金属中の水素
量を低減させるために必要であるが、２％未満ではその
効果に乏しく、10％を超えるとガス発生量が増えすぎて
ポックマークの発生やビード形状が乱れやすくなる。

以上フラックスの特定成分に関して述べたが、これら
特定成分以外でも通常フラックスに用いられている成分
は添加してもさしつかえない。

このような成分としてはMnO,BaO,ZrO,B₂O₃,アルカリ
金属酸化物（K₂O,Na₂Oなど）があり、MnOは10％以下の
範囲で、アルカリ金属酸化物は合計で５％以下の範囲
で、その他の成分も各々５％以下の範囲で含有させるこ
とができる。

ところでこの発明では使用フラックスにつき、単に上
記した成分組成範囲を満足させるだけでも良好なビード
外観を得ることができるが、さらに粒度分析も36メッシ
ュより細いものが20％以下で、かつ14メッシュ以下で36
メッシュより粗いものを60％以上とすることにより、さ
らに良好な溶接作業性の下により大入熱で優良なビード
外観を得ることができるようになる。

粒度分布は、大入熱溶接の際のガス抜けを良好に保つ
ために重要な要素であり、特に良好なビード外観を得る
ためには間欠的なガスの流出を避ける必要がある。この
ためには粒径の揃った粒子が主体を占める構成とするこ
とが肝要であり、14メッシュ以下で36メッシュより粗い
粒子が60％に満たなかったり、36メッシュ以下の細い粒
子が20％を超えるとガス抜けが悪くなりビード外観が劣
化する。

以上に示したフラックス成分組成と粒度構成の特定に
よって、高電流を用いた大入熱サブマージアーク溶接に
おいてビード外観に優れ、かつ十分な靱性を有する溶接
金属を容易に欠陥なく得ることができる。

また、靱性がそれほど高くなくても良い場合には、Ti
O₂を添加しなくてもさしつかえない。

＜実施例＞本発明に係る実施例を以下に説明する。

供試材として第１表に示す組成である鋼板と、第２表
に示す組成および粒度分布であるフラックス、および第
３表に示す溶接ワイヤを用いて、入熱量91kJ/cm、305kJ
/cmの大入熱溶接によって第４表に示す溶接条件下に片
面１パス溶接を行った。なお、本溶接時の間先形状を第
１図に示す。

このときの溶接結果を第５表に示す。第２図にビード
形状の種類を示したが、（ａ）は優良な形状、（ｂ）は
凸状で幅が狭く不良な形状、（ｃ）はビード幅は狭いが
良好な形状である。

フラックス記号Ａ〜Ｅは、この発明に係る実施例であ
り組成および粒度構成が適正範囲に入っているため優良
な形状の溶接ビードを欠陥なく得ることができた。フラ
ックス記号Ｆ〜Ｉは、フラックスの組成が適正範囲をは
ずれているためいずれも良好なビード外観が得られなか
った。フラックス記号Ｊ〜Ｌは、粒度構成が適正範囲を
はずれているためビード幅がやや狭いが組成が適正範囲
に入っているため比較的良好なビード外観が得られた。

また、フラックス記号Ｍでは、TiO₂を含まないため靱
性がやや劣るが、良好なビード外観が得られた。

＜発明の効果＞前述のように、本発明に係るフラックスを用いれば、
高電流を用いた能率のよい溶接条件の下で、外観の優れ
た溶接ビードを容易に欠陥なく得ることができ、ボック
ス柱の角継手のような溶接線の長いサブマージアーク溶
接に要する時間を大幅に短縮することができる。

【図面の簡単な説明】第１図は、実施例における開先形状を示す断面図、第２
図は、ビード形状の種類を示した模式図である。１……母材、２……開先部、３……裏あて材、４……溶接金属、ａ……開先角度、ｄ……開先深さ、ｆ……ルート面。

フロントページの続き (56)参考文献特開昭61−159298（ＪＰ，Ａ) 特開昭50−139043（ＪＰ，Ａ) 特公平１−56879（ＪＰ，Ｂ２) 特公昭57−31516（ＪＰ，Ｂ２)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】主成分として、 SiO₂:30〜45重量％（以下％）， MgO:25〜45％， CaO:5〜15％， Al₂O₃:2〜15％， TiO₂:2〜10％， CaF₂:1〜５％を含み、脱酸成分として、 Mn,Si,TiおよびAlのうちの１〜４種類の合計で３〜15％
を含み、ガス成分として、 CO₂:2〜10％を炭酸塩の形で含み、残部は、微量元素および不純物からなる入熱量90kJ/cm
以上の大入熱サブマージアーク溶接用焼成型フラック
ス。
【請求項２】粒度が36メッシュ以下の含有率が20％以下
で、かつ14メッシュ以下で36メッシュ超の含有率が60％
以上の粒度分布を有する請求項１記載の入熱量90kJ/cm
以上の大入熱サブマージアーク溶接焼成型フラックス。