JPH11216593A

JPH11216593A - 低水素系被覆アーク溶接棒

Info

Publication number: JPH11216593A
Application number: JP2904298A
Authority: JP
Inventors: Junichi Aoyama; 淳一青山; Kunihide Yamane; 國秀山根
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1998-01-28
Filing date: 1998-01-28
Publication date: 1999-08-10

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、全姿勢用低水素系被覆アーク溶接
棒に際し、機械性能、耐欠陥性や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を提供する。【構成】少なくとも金属炭酸塩および金属弗化物を含
むガス発生剤、アーク安定剤、スラグ生成剤、脱酸剤、
合金剤、固着剤および不可避的不純物からなる被覆剤と
鋼心線からなる低水素系被覆アーク溶接棒において、重
量％で、Ｓｉ：５〜３０％、Ｍｎ：１９〜６０％、Ｆ
ｅ：３０〜７０％、残部不可避的不純物からなるＦｅ−
Ｓｉ−Ｍｎ合金粉を、被覆剤中のＳｉ、Ｍｎ総量に対し
Ｓｉ、Ｍｎ換算で４０％以上添加することを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、全姿勢用低水素系
被覆アーク溶接棒に関し、特に立向上進溶接において優
れた溶接作業性を有し、かつ耐欠陥性の良好な溶接金属
が得られる全姿勢用低水素系被覆アーク溶接棒に係わる
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より被覆アーク溶接棒のうち、金属
炭酸塩や金属弗化物を含むガス発生剤を主とする低水素
系被覆アーク溶接棒は、優れた機械的性質を有すること
から幅広く使用されている。反面、イルミナイト系溶接
棒やライムチタニア系溶接棒と比較しアークの安定性に
欠け、溶融速度が遅い、スラグ剥離性が劣る、凸ビード
になるなどの溶接作業性の欠点を持っている。

【０００３】一方、ＭｇＣＯ₃ 、ＳｉＯ₂ 、ＭｇＯを主
成分とした低水素系被覆アーク溶接棒は、前記作業性の
欠点は相当除かれており、水平すみ肉溶接等は良好であ
るが、立向、上向き等を含めた全姿勢溶接が困難である
など欠点を有している。このような欠点を解決するため
に、ＣａＣＯ₃ 、ＳｉＯ₂ 、ＴｉＯ₂ 、鉄粉を主成分と
して配合することによって溶接作業性を改善した溶接棒
が特公昭４９−２０４６７号公報によって開示されてい
る。しかし、本発明者の知見では、立向上進溶接におい
て凸ビードになりやすく、溶接者の熟練した技術が必要
になる。また、昨今の厳しい耐割れ性の要求を十分に充
たすものとなっていない。

【０００４】また、高鉄粉系被覆アーク溶接棒に関し、
鉄粉、Ｆｅ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｍｎ、Ｓｉ、Ｍｎを１種以上
含有し、その他ＳｉＯ₂ 、ＴｉＯ₂ 、ＣａＣＯ₃ 、Ｂａ
ＣＯ₃ 等を規制することで、溶接作業性を改善した溶接
棒が特公昭５６−５３４７８号公報によって開示されて
いるが、ここでいう鉄粉、Ｆｅ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｍｎ、Ｓ
ｉ、Ｍｎは溶着効率を稼ぐために多量に添加されるもの
であり、溶接作業性を十分に改善するものではない。ま
た、溶接ビード外観は水平すみ肉溶接時にのみ有効であ
り、他の姿勢溶接では良好な溶接ビード外観を得られる
ものではない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、低水素系被
覆アーク溶接棒に要求される機械性能、耐欠陥性が良好
であり、溶接作業性、特に立向上進溶接が良好な全姿勢
用低水素系被覆アーク溶接棒を提供するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨とするとこ
ろは、少なくとも金属炭酸塩および金属弗化物を含むガ
ス発生剤、アーク安定剤、スラグ生成剤、脱酸剤、合金
剤、固着剤および不可避的不純物からなる被覆剤と鋼心
線からなる低水素系被覆アーク溶接棒において、重量％
で、Ｓｉ：５〜３０％、Ｍｎ：１９〜６０％、Ｆｅ：３
０〜７０％、残部不可避的不純物からなるＦｅ−Ｓｉ−
Ｍｎ合金粉を、被覆剤中のＳｉ、Ｍｎ総量に対しＳｉ、
Ｍｎ換算で４０％以上添加することを特徴とする低水素
系被覆アーク溶接棒にある。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下に本発明における実施形態を
説明する。立向上進溶接において、凸ビードまたは垂れ
落ちる原因として、アークを発生させた時の被覆剤およ
び鋼心線の溶融温度が溶接金属やスラグの凝固温度に接
近すため、溶接金属やスラグの凝固が遅れたり粘性が劣
化して起こる。また、大気中の酸素やアーク中で分解さ
れた酸素が溶接金属に溶け込むことによって、溶接金属
の凝固温度が低下する。そして、これらはアンダーカッ
トを起こしたり、溶融プールを大きくし、シールド不足
により機械性能の劣化、溶接欠陥の発生を引き起こし、
健全な溶接金属を得ることが困難になる。

【０００８】本発明は、前述の問題点を解決し機械性能
や耐欠陥性を維持しつつ溶接作業性を向上させる手段を
見出したものである。以下に本発明における要件を説明
する。

【０００９】［Ｓｉ、Ｍｎ、Ｆｅ］Ｓｉは、脱酸剤およ
びスラグの粘性調整剤として使用され、溶接金属の酸素
量を低減し機械性能を向上させ、またスラグに適度な粘
性を与え全姿勢での溶接作業性を得るのに有効である。
通常被覆剤にＦｅ−Ｓｉ、Ｓｉ−Ｍｎといった２種の成
分の原材料で添加することができるが、Ｓｉ−Ｍｎにつ
いては固着剤と反応し易く多量に用いると、混練、塗装
時にガスが発生し健全な被覆を形成することが困難にな
るので注意する必要がある。一方、Ｆｅ−Ｓｉは従来の
溶接棒に必須原材料である。

【００１０】Ｍｎは、脱酸剤および合金剤として効果が
あり、強度調整および溶接金属の酸素量を低減し機械性
能を向上させる。通常被覆剤にＭｎ、Ｆｅ−Ｍｎ、Ｓｉ
−Ｍｎといった１種または２種の成分の原材料で添加す
る場合が多い。

【００１１】Ｆｅは、主に溶着量を稼いだり、アーク力
や成分調整等に用いられる。通常被覆剤に鉄粉、Ｆｅ−
Ｓｉ、Ｆｅ−Ｍｎのような鉄合金で添加される。前に説
明した通り、これら各元素はそれぞれ溶接作業性および
機械性能に有効であり、１種または２種の成分の原材料
で添加することができる。

【００１２】［Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｎ］Ｆｅ、Ｓｉ、Ｍｎ合
金粉は、それぞれ１種または２種の前述の合金剤よりも
溶融温度が１１００〜１３００℃と低く、さらにＳｉ、
Ｍｎの脱酸効率が向上し、溶接金属の凝固速度を調整す
る効果がある。また、溶接棒の製造時、入手した各原料
の成分、粒度構成は厳密に管理されているが、原料種類
毎、また原料の製造ロット単位毎にその成分範囲および
粒度構成には差異が生じている。従って上記数種類のＳ
ｉ、Ｍｎの原材料粉を組み合わせて配合するよりも、目
標成分と同じ成分を持った単一のＦｅ−Ｓｉ−Ｍｎ合金
粉を予め用意して配合する方が被覆剤中の成分が安定
し、偏析や溶接金属中の異材混入（合金の偏析）も低減
することができ、機械性能のバラツキが低減できる。ま
た製造時に生じる被覆剤の偏心が少なくなり歩留まりが
向上する（図１参照）。上記特性は、被覆剤中に含有す
る総量に対し、Ｓｉ、Ｍｎ換算でＦｅ−Ｓｉ−Ｍｎ合金
粉を４０％以上で添加することで効果が得られ、残部Ｆ
ｅ、Ｓｉ、Ｍｎについては、従来と同様にＦｅ、Ｓｉ、
Ｍｎの１種または２種の成分の原材料で添加すればよ
い。

【００１３】また、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｎ合金粉の各元素の
割合は重量％で、Ｓｉ：５〜３０％、Ｍｎ：１９〜６０
％、Ｆｅ：３０〜７０％、残部不可避的不純物からな
り、それぞれ上限および下限値を外れると合金粉の融点
が上昇し、最良の効果が得られにくい。さらに合金にし
たことによりＭｎの脱酸能が向上して脱酸過剰を引き起
こし、ブローホールやピットが発生し易く、機械性能が
劣化するため合金の各成分量を制限した。

【００１４】本発明の被覆アーク溶接棒は、前述の成分
の他に金属炭酸塩、金属弗化物、アーク安定剤、スラグ
生成剤として被覆剤中に石灰、蛍石、アルミナ、アルカ
リ成分、ルチル等を添加する。脱酸剤としては前述の脱
酸剤でよいが、Ａｌ、Ｍｇ、Ｔｉといった強脱酸剤を使
用してもよい。合金剤も主に前述の合金剤でよいが、溶
接金属の強度増加、耐蝕性などの向上の目的で、Ｎｉ、
Ｃｒ、Ｍｏ等をそれぞれ必要に応じて添加してもよい。
被覆アーク溶接棒全重量に対する被覆剤の重量％（被覆
率）の範囲は、２５〜３５重量％にする必要がある。２
５重量％未満では保護筒としての機能が不十分になって
スパッタが増加したり、生成スラグ量の不足によってビ
ード外観が悪化する。一方３５重量％を超えると、スラ
グ量が多くなりすぎるためにスラグ巻き込み等の欠陥が
発生し易くなると共に、開先幅の狭い溶接継手に適用し
た場合に運棒が困難になる。さらに固着剤としては、主
に珪酸ソーダ、珪酸カリを含有する水ガラスを用いるも
のである。

【００１５】本発明の被覆アーク溶接棒は、前述の被覆
剤を固着剤と共に混練して通常の溶接棒塗装機により鋼
心線に被覆塗装した後、水分を除去するために３００〜
６００℃で焼成して製造する。

【００１６】

【実施例】以下に本発明の実施例により効果を具体的に
示す。本発明例および比較例に用いた溶接棒は、鋼心線
の外周に表３に示す被覆剤を固着剤と混ぜ、被覆率２５
〜３５％となるように塗布し、乾燥、焼成を行い被覆ア
ーク溶接棒を製造した。また表３記載のＳｉ、Ｍｎ、Ｆ
ｅ源として表１に示す成分組成のＦｅ−Ｓｉ−Ｍｎ合金
粉と、表２に示す成分組成の原材料を、表４、表５に示
す添加量で、表３に示す被覆剤組成になるように、他の
原材料と共に配合した。得られた溶接棒を用い各種溶接
試験を行った結果を表６から表８に示す。

【００１７】

【表１】

【００１８】

【表２】

【００１９】

【表３】

【００２０】

【表４】

【００２１】

【表５】

【００２２】

【表６】

【００２３】

【表７】

【００２４】

【表８】

【００２５】溶接棒記号Ｓ１〜Ｓ７、Ｓ１７〜Ｓ１９、
Ｓ２４〜Ｓ２６、Ｓ３０〜Ｓ３２はいずれも本発明の要
件をすべて満たしており、良好な結果であった。溶接棒
記号Ｓ８〜Ｓ１６、Ｓ２０〜Ｓ２３、Ｓ２７〜Ｓ２９、
Ｓ３３〜Ｓ３５は比較例を示す。

【００２６】溶接棒記号Ｓ１６は、Ｓｉ−Ｍｎの添加量
が多いため溶接棒製造時においてガッシング（混練時に
固着剤と過剰に反応し、ガスが発生した）を生じ、健全
な溶接棒を製造できなかった。

【００２７】溶接棒記号Ｓ８、Ｓ１５、Ｓ２０、Ｓ２
３、Ｓ２７、Ｓ２９、Ｓ３３、Ｓ３５は被覆剤中に含有
するＳｉ、Ｍｎ総量に対し、Ｓｉ、Ｍｎ換算でＦｅ−Ｓ
ｉ−Ｍｎ合金粉が４０％以上添加しておらず、凸ビー
ド、スラグ剥離性の劣化やアンダーカットになったり、
溶接金属への成分のバラツキが生じ、機械性能が劣化し
た。溶接棒記号Ｓ１０、Ｓ１４、Ｓ２２、Ｓ３４は、添
加したＦｅ−Ｓｉ−Ｍｎ合金粉の成分組成が規制した値
を外れており、脱酸過剰を生じピットが発生した。

【００２８】溶接棒記号Ｓ９、Ｓ１１〜Ｓ１３、Ｓ２
１、Ｓ２８についても、添加したＦｅ−Ｓｉ−Ｍｎ合金
粉の成分組成が規制した値を外れている。ピットの発生
や他の溶接作業性および機械性能等の劣化は認められな
かったが、溶融温度が本発明例に比べやや高くなり、ビ
ードの凹凸がやや凸ビード気味になったため、総合判定
では不良とした。

【００２９】

【発明の効果】以上詳述したように、全姿勢用低水素系
被覆アーク溶接棒において、重量％で、Ｓｉ：５〜３０
％、Ｍｎ：１９〜６０％、Ｆｅ：３０〜７０％、残部不
可避的不純物からなるＦｅ−Ｓｉ−Ｍｎ合金粉を、被覆
剤中のＳｉ、Ｍｎ総量に対しＳｉ、Ｍｎ換算で４０％以
上添加した被覆剤を鋼心線に塗布してなることを特徴と
する低水素系被覆アーク溶接棒にある。特に立向上進溶
接において優れた溶接作業性を有し、かつ耐欠陥性の良
好な溶接金属が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】被覆剤中のＳｉ、Ｍｎ量と歩留り、衝撃値との
関係を示すグラフ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＣ２２Ｃ 38/00 ３０２Ｃ２２Ｃ 38/00 ３０２Ａ 38/04 38/04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも金属炭酸塩および金属弗化物
を含むガス発生剤、アーク安定剤、スラグ生成剤、脱酸
剤、合金剤、固着剤および不可避的不純物からなる被覆
剤と鋼心線からなる低水素系被覆アーク溶接棒におい
て、重量％で、Ｓｉ：５〜３０％、Ｍｎ：１９〜６０
％、Ｆｅ：３０〜７０％、残部不可避的不純物からなる
Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｎ合金粉を、被覆剤中のＳｉ、Ｍｎ総量
に対しＳｉ、Ｍｎ換算で４０％以上添加することを特徴
とする低水素系被覆アーク溶接棒。