JPH08290271A - 片面サブマージアーク溶接方法 - Google Patents

片面サブマージアーク溶接方法

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JPH08290271A
JPH08290271A JP11528995A JP11528995A JPH08290271A JP H08290271 A JPH08290271 A JP H08290271A JP 11528995 A JP11528995 A JP 11528995A JP 11528995 A JP11528995 A JP 11528995A JP H08290271 A JPH08290271 A JP H08290271A
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submerged arc
arc welding
welding
wire
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Nobuyuki Ohama
展之 大濱
Nobuaki Tobishima
伸昭 飛嶋
Ryuichi Motomatsu
隆一 元松
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 低温靱性が要求される大板継ぎ溶接におい
て、高能率で、かつ耐割れ性に優れた片面サブマージア
ーク溶接方法を提供する。 【構成】 4電極を用いて行う片面サブマージアーク溶
接方法において、フラックスの塩基度が1.5〜2.5
となるフラックスと、C:0.01〜0.14%,S
i:0.20%以下を含有し、さらにMn,Ni,Mo
の1種または2種以上を適量含有するワイヤと、Al2
3 :45.0〜65.0%,SiO2 :20.0〜5
0.0%,ZrO2 :3.0〜8.0%,MgO:1.
0〜7.0%を含有し、かつAl23 ,SiO2 ,Z
rO2 の合計が90.0%以上である裏当材の固化形成
フラックスとを用いる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は4電極を用いて行う片面
サブマージアーク溶接方法に関わり、特に低温靱性が要
求される大板継ぎの片面サブマージアーク溶接方法に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】従来より、造船等の大板継ぎはフラック
ス銅バッキング片面溶接方法(以下、FCuB法とい
う)あるいはフラックスバッキング片面溶接方法等の高
能率な溶接方法が適用されてきた。このうち、FCuB
法は図3に示すように、突き合わされた被溶接鋼板8の
裏面から、銅当金12上に層状に散布した裏フラックス
11をエアホース13等の押上機構により被溶接鋼板8
の裏面に押圧しておき、表側よりワイヤ10、フラック
ス9を用いてサブマージアーク溶接を行い、被溶接鋼板
の表側と裏側に同時にビード形成する溶接方法である。
この溶接方法は、鋼板裏面にフラックスが密着するため
バッキングの当りがよく、またフラックスの下の銅当金
で裏ビードの余盛高さを抑制するので、大電流を使用し
ても美麗かつ健全な裏ビードが得られる。このため、F
CuB法は薄板から厚板まで広く適用されてきた。
【0003】しかし、FCuB法は溶接入熱量が大きい
ため結晶粒が粗大化し、靱性が大きく劣化する欠点があ
る。従って、低温靱性が要求される溶接部に対しては、
特開昭55−40002号公報あるいは特開昭58−3
789号公報等に開示されているような第1電極と第2
電極の距離を大きくとり、溶接入熱を分散し結晶粒の粗
大化を防止した技術が適用されていた。しかし、これら
の技術は第1電極だけで裏ビードを形成するため溶接速
度が遅く、能率が大幅に低下する欠点がある。
【0004】一方、本発明者らは、上記FCuB法の、
さらなる高能率化を目的に特開平3−238174号公
報に高速の片面サブマージアーク溶接法を開示してい
る。この技術は溶接速度が1m/min以上と高速のた
め、従来のFCuB法に比べ同一板厚では溶接入熱が小
さく、低温靱性もかなり向上した。しかし、この技術を
LPG等の低温用鋼の溶接に適用すると微小割れが発生
するという新たな問題が発生した。すなわち、FCuB
法は、図3に示すような裏フラックス11を使用する
が、この裏フラックスは、良好な裏ビードを得るため溶
接中に裏フラックスを固化させる目的で、通常のフラッ
クス組成中に熱硬化性樹脂を含有している。この熱硬化
性樹脂は約80℃以上で溶融固化するため、裏フラック
スの乾燥はこの温度以下で製造する必要があり、フラッ
クス中の水分を十分除去できない。このため、溶接金属
中の拡散性水素量が高くなり、低温用鋼の溶接では結晶
粒界に微小割れが発生しやすくなる。従って、低温靱性
が要求される大板継ぎには、品質確保の面から裏フラッ
クスを使用しない両面一層溶接が多用されている。しか
し、鋼板の反転作業を伴うため、溶接能率は著しく低下
する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、低温靱性が
要求される大板継ぎ溶接において、高能率で、かつ耐割
れ性に優れた片面サブマージアーク溶接方法を提供する
ことを目的とするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は前記課題を解決
するものであって、4電極を用いて行う片面サブマージ
アーク溶接方法において、フラックスの構成成分(重量
%)により、 L=(0.0605CaCO3 +0.068MnO+
0.100MgO+0.078CaF2 )/(0.10
5SiO2 +0.002Al23+0.080TiO2
) なる式で計算される塩基度Lが、L=1.5〜2.5と
なるフラックスと、ワイヤ構成成分が、C:0.01〜
0.14%,Si:0.20%以下を含有し、さらにM
n:0.40〜2.10%,Ni:0.5〜4.0%,
Mo:0.2〜1.0%の1種または2種以上を含有す
るワイヤと、裏当材の固化形成フラックス組成が、Al
23 :45.0〜65.0%,SiO2 :20.0〜
50.0%,ZrO2 :3.0〜8.0%,MgO:
1.0〜7.0%を含有し、かつAl23 ,SiO
2 ,ZrO2 の合計が90.0%以上である固化形成フ
ラックスとを用いることを特徴とする片面サブマージア
ーク溶接方法である。またここにおいて固化形成フラッ
クスは、被溶接鋼板と接する面に溝を設け、該フラック
ス同士の継ぎ部は凹凸形状で結合し、かつ連結した該フ
ラックスの溝を設けた側に被溶接鋼板との間にガラス繊
維シートを装着したものであることも特徴とする。
【0007】
【作用】本発明者らは前記の目標を達成するため、電極
数、組み合わせ溶接材料および裏当て材について検討し
た結果、以下の知見を得た。
【0008】(1)溶接入熱を高くしないで溶接の能率
を向上するためには、高速化が必須であり、そのために
は電極数は4本以上必要である。しかし、電極数が多く
なると装置そのものが大型化し、設備コストが膨大とな
る。また、薄板に5電極以上使用すると余盛が大きくな
りすぎる。従って、最適な電極数は4電極である。
【0009】(2)低温靱性を確保するためには、溶接
金属中の酸素低減が非常に重要で高塩基性のフラックス
を使用する。また、溶接金属の合金調整は主としてワイ
ヤで行う。
【0010】(3)裏当材は、高温乾燥が可能な固化形
成フラックスにする。以下、本発明について詳細に説明
する。
【0011】[電極数の限定理由]まず、本発明におい
ては4本の電極を用いることが必要である。これによ
り、先行電極(第1、第2電極)で裏ビードを形成し、
後行電極(第3,第4電極)で溶接金属の凝固形態と表
面ビード形成の役割分担ができ、必要な溶着量を確保す
ることが可能となる。5本以上では溶着量の面から各電
極の電流を低くする必要が生じ、アークが不安定の結
果、特に鋼板が薄くなると溶接が不可能となる。
【0012】[フラックスの塩基度]フラックスの構成
成分により、 L=(0.0605CaCO3 +0.068MnO+
0.100MgO+0.078CaF2 )/(0.10
5SiO2 +0.002Al23+0.080TiO2
) なる式で計算される塩基度Lが1.5未満では溶接金属
の酸素が高すぎて低温靱性が劣化し、Lが2.5を超え
ると溶接作業性が著しく劣化し、4電極溶接に適用でき
ない。
【0013】この場合、CaCO3 :3〜12%,Mn
O:2%以下、MgO:10〜30%,CaF2 :5〜
15%,SiO2 :5〜25%,Al23 :10%以
下、TiO2 :10%以下が好ましい。なお、フラック
ス成分は上記以外に、K2 O,Na2 O,B23 ,C
aO,Fe,Si,Mn,Ti等を適宜含有することは
本発明の技術を損なうものではない。
【0014】[ワイヤ中のC]Cは強度を確保するうえ
でワイヤ全重量に対し0.01%以上必要である。しか
し、0.14%を超えると高温割れ感受性が増加すると
ともに靱性を劣化させる。
【0015】[ワイヤ中のSi]Siは溶接金属の靱性
を低下させる。この場合、溶接金属中のSiはワイヤ以
外に、母材の希釈あるいはフラックスからも影響を受け
る。従って、ワイヤ中のSiはワイヤ全重量に対し0.
20%以下に制限する必要がある。
【0016】[ワイヤ中のMn,Ni,Mo]Mnは、
強度および靱性を確保するうえで不可欠な成分であり、
ワイヤ全重量に対し0.40%以上含有すると効果があ
る。一方、2.10%を超えると、強度が高くなり、靱
性が低下する。またNiは靱性を向上させるうえでワイ
ヤ全重量に対し0.5%以上で効果がある。しかし、
4.0%を超えると逆に靱性が低下し、またワイヤが硬
く十分な矯正ができない。またMoは強度および耐力を
得るためにワイヤ全重量に対し0.2%以上含有すると
効果がある。しかし、1.0%を超えると強度が高くな
りすぎ微小割れが発生する。これら3成分については、
被溶接鋼板の成分あるいは溶接部に必要な強度、靱性等
を考慮して1種また2種以上含有すればよい。
【0017】なお、本発明で限定した以外のワイヤ成分
はCuが0.30%以下、Tiが0.10%以下、Al
が0.02%以下、P,Sとも0.015%以下である
ことが好ましい。
【0018】[裏当て材]本発明は従来のFCuB法に
代わり、裏当材として固化形成フラックスを使用するこ
とに大きな特徴がある。固化形成フラックスは高温で乾
燥できるため、微小割れ防止対策として、低水素化が達
成できる。しかし、ガスシールドアーク溶接に適用され
ている従来成分の固化形成フラックスでは、4電極を用
いる片面サブマージアーク溶接で良好な裏ビードを得る
ことはできなかった。そこで、4電極片面サブマージア
ーク溶接を実施し、良好な裏ビードが得られる適正成分
を種々検討した。
【0019】その結果、スラグ融点を向上させ、かつ裏
ビード形成層として適度な耐火性およびスラグの粘性を
有するには、固化形成フラックスの主成分は、Al2
3 ,SiO2 ,ZrO2 であり、特にAl23 を多量
に含有することが重要である。しかし、耐火性を上げる
ためにMgOを多量に含有すると、裏ビードのなじみが
悪くなる。従って、MgOはなじみを劣化させない程度
の添加は許されるが極力制限する必要がある。さらに固
化形成フラックス形状を限定し、連結して使用すること
により任意の長さが得られ、ガラス繊維シートを装着す
ることにより均一幅の裏ビードを形成できることが判明
した。上記知見で得られた個々の限定理由は以下の通り
である。
【0020】Al23 :45〜65%とする理由は、
Al23 は固化形成フラックスの融点を高めるのに効
果があり、片面のサブマージアーク溶接においては、裏
ビード形状を整えるのに重要な成分である。このような
効果を発揮させるためには45%以上含有させる必要が
あり、それ未満の場合には裏ビード保持力に欠け、裏ビ
ード過大となる。また65%を超えて含有した場合には
耐火性が高くなりすぎ、溶接反応中のガス抜けが劣化
し、ピット等の溶接欠陥が生じやすくなる。
【0021】SiO2 :20〜50%とする理由は、S
iO2 は生成スラグの粘性を高め、裏ビード形成におい
ては重要な成分である。20%未満ではスラグの流動性
を欠き、50%超ではスラグの流動性が過多となり、ビ
ード幅の均一性を損ねるばかりではなく、アンダーカッ
ト等の溶接欠陥を生じやすくなる。
【0022】ZrO2 :3.0〜8.0%とする理由
は、SiO2 同様生成スラグの粘性を高め、裏ビード趾
端部のなじみを改善する。これらの効果を発揮させるた
めには3.0%以上必要であり、8.0%を超えると粘
性が過大となりガス抜けが劣化する。
【0023】MgO:1.0〜7.0%とする理由は、
MgOは耐火性調整成分として機能を有するほか、スラ
グ剥離性を向上させる効果がある。このような効果を発
揮させるためには1.0%以上必要であり、多量に添加
した場合には耐火性が上がりすぎて、生成スラグの粘性
過大となりガス抜けが劣化するので、7.0%以下に制
限する。
【0024】また、その他の不純物としては、鉱物中に
含有される微量の酸化物やNa2 O,K2 Oなどのアル
カリ酸化物、付着水、吸湿水、結晶水等の水分があり、
水分は溶接反応中にガス化してピット等の溶接欠陥とな
る。しかし、耐火物を形成する上記粉末粒子間に介在し
て焼結性を高めるのに必要であり、水分量を0.1%以
下にするのが望ましい。また、これら不純物が含まれて
いてもAl23 ,SiO2 ,ZrO2 の合計が90%
以上で上記範囲内であれば、裏ビードの保持作用を高め
ることができ良好な裏ビード形状を形成できる。
【0025】[固化形成フラックス形状を規定し、ガラ
ス繊維シートを装着する理由]裏ビードは溶接中のアー
ク力により押し出された溶着金属を固化形成フラックス
が保持することにより形成されるが、この裏ビード形成
の因子としては、固化形成フラックスの成分および形状
によるところが大きい。成分規定については前述のよう
に規定される。しかし、形状については固化形成フラッ
クスに溝を設けることにより、押し出された溶着金属が
溝形状に沿って冷却され、ビード幅均一の裏ビードが形
成されるほか、スラグ剥離性が向上する。また、片面サ
ブマージアーク溶接の場合、裏ビード過大になりやす
く、被溶接鋼板と接触する固化形成フラックス面にガラ
ス繊維シートを装着することにより、鋼板との密着性が
向上しビード保持力も増加し、良好な裏ビードを形成す
る。
【0026】一方、これら裏当材を適用するにあたって
は、図1の正面図および図2(a)の斜視図に示すよう
に固化形成フラックス1を溶接長に応じて任意の長さに
連結し、粘着アルミ箔4等の接着テープ上に配列して使
用する。図2(a)のA部の拡大側面図である(b)図
に6で示すように固化形成フラックス継ぎ部に凹凸を設
けることにより連結が容易となり、溶接作業能率が向上
するほか、被溶接鋼板との密着性も良くなる。また、溶
接反応中に発生するガスが連結部側面より拡散し、ピッ
ト等の溶接欠陥が発生し難くなる。ところで、図2の符
号4の粘着アルミ箔は固化形成フラックス1の下面また
は側面をも被うものであるが、ヒューム発生量が多い場
合には、固化形成フラックス連結部側面を回避してアル
ミ箔を装着する必要があり、たとえば、アルミ箔等にガ
ス穴などを設けて装着することも必要である。なお、図
1および図2において2はガラス繊維シート、3は溝、
5は粘着テープである。
【0027】図1により本発明の片面サブマージアーク
溶接方法を説明すると、被溶接鋼板8を突き合わせ、鋼
板裏面側に固化形成フラックス1をセットし、マグネッ
トクランプ7等で密着させる。その後、表側より電極1
0(4本ある)とフラックス9で溶接を行う。以上本発
明について詳述したが、本発明効果をさらに明確にする
ため、以下実施例について述べる。
【0028】
【実施例】表1に示す鋼板に対し、表2のワイヤ、表3
のフラックス、表4の固化形成フラックスを用いて、表
5の溶接条件で13種類の片面サブマージアーク溶接を
行った。本明細書の各表においてアンダーラインを引い
たデータは本発明範囲外であることを示す。なお、鋼板
の開先形状は角度50°、ルートフェース3mmを用い
た。
【0029】
【表1】
【0030】
【表2】
【0031】
【表3】
【0032】
【表4】
【0033】
【表5】
【0034】表3のフラックスは、原料粉を水ガラスを
用いて造粒した後、400℃×120minの条件でロ
ータリーキルンで焼成した焼成形フラックスである。ま
た、表4の固化形成フラックスは、目標成分に混合した
後、焼成炉を用いて焼結させた。
【0035】本発明実施例における溶接結果を表6に示
す。本発明例であるT1〜T6は本発明の効果によりい
ずれも良好な溶接部を得ることができたが、一方、比較
例のT7〜T13の場合、満足できる溶接部ができなか
った。
【0036】
【表6】
【0037】すなわち比較例T7およびT8はフラック
スの塩基度不足で靱性が劣化した。またT9はフラック
スの塩基度過大でアークが不安定となり、溶接を中止し
た。
【0038】比較例T10はワイヤのSi過大、Mn不
足、Ni不足で靱性が劣化した。またT11はワイヤの
C過大、Mn過大、Ni過大で靱性が不良であると共に
Mo過大のため割れが発生した。
【0039】比較例T12は固化形成フラックスのAl
23 過大、SiO2 不足、ZrO2 過大、MgO不足
により裏ビード不良でピットが発生した。またT13は
固化形成フラックスのAl23 不足、SiO2 過大、
ZrO2 不足、MgO過大、Al23 +SiO2 +Z
rO2 の合計量の不足により裏ビード不良でピットが発
生した。このためT12,T13は衝撃値等の以後の試
験を中止した。
【0040】
【発明の効果】以上説明したように、本発明方法は片面
サブマージアーク溶接方法のため非常に能率的で、また
品質面では低温靱性と耐割れ性に優れた溶接部を得るこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の片面サブマージアーク溶接方法を説明
する正面図
【図2】本発明裏当材の構成を説明する(a)斜視図
と、(b)A部の拡大側面図
【図3】従来のフラックス銅バッキング片面溶接方法を
説明する正面図
【符号の説明】
1 固化形成フラックス 2 ガラス繊維シート 3 溝 4 粘着アルミ箔 5 粘着テープ 6 固化形成フラックス接続用凹凸 7 マグネットクランプ 8 被溶接鋼板 9 フラックス 10 電極ワイヤ 11 裏フラックス 12 銅当金 13 エアホース
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 B23K 37/06 B23K 37/06 E

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 4電極を用いて行う片面サブマージアー
    ク溶接方法において、フラックスの構成成分(重量%)
    により、 L=(0.0605CaCO3 +0.068MnO+
    0.100MgO+0.078CaF2 )/(0.10
    5SiO2 +0.002Al23+0.080TiO2
    ) なる式で計算される塩基度Lが、L=1.5〜2.5と
    なるフラックスと、ワイヤ構成成分が、C:0.01〜
    0.14%,Si:0.20%以下を含有し、さらにM
    n:0.40〜2.10%,Ni:0.5〜4.0%,
    Mo:0.2〜1.0%の1種または2種以上を含有す
    るワイヤと、裏当材の固化形成フラックス組成が、Al
    23 :45.0〜65.0%,SiO2 :20.0〜
    50.0%,ZrO2 :3.0〜8.0%,MgO:
    1.0〜7.0%を含有し、かつAl23 ,SiO
    2 ,ZrO2 の合計が90.0%以上である固化形成フ
    ラックスとを用いることを特徴とする片面サブマージア
    ーク溶接方法。
  2. 【請求項2】 固化形成フラックスは、被溶接鋼板と接
    する面に溝を設け、該フラックス同士の継ぎ部は凹凸形
    状で結合し、かつ連結した該フラックスの溝を設けた側
    に被溶接鋼板との間にガラス繊維シートを装着したもの
    であることを特徴とする請求項1記載の片面サブマージ
    アーク溶接方法。
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