JPS5852478B2 - ステンレス鋼被覆ア−ク溶接棒 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、低炭素鋼心線を用い被覆剤よりＣｒおよびＮ
ｉを添加して健全なＣｒ−Ｎｉステンレス溶着金属が得
られるステンレス鋼用の被覆アーク溶接棒に関するもの
である。

従来、ステンレス鋼溶接棒は心線の種類により、目標と
する溶着金属のＣｒおよびＮｉ量と同程度にＣｒおよび
Ｎｉを含有したステンレス鋼心線を用い、被覆剤のＣｒ
およびＮｉ含有量は成分の調整のためにとどめたものと
、低炭素心線を用いＣｒおよびＮｉの全てを被覆剤から
添加するものとの２種類がある。

ステンレス鋼心線を用いた溶接棒は、溶接金属のＣｒお
よびＮｉの偏析が少ないため、耐食性などの性能上の信
頼性が高く市販ステンレス溶接棒の大部分がこの種のも
のである。

しかしＣｒ−Ｎｉステンレス鋼心線は電気抵抗が太きい
ため溶接中に溶接棒が赤熱しアークが不安定となる、い
わゆる棒焼は現象が生じやすく適正電流として軟鋼用溶
接棒の７０〜８０ ％ｌこ設定しているがそのために融
合不良などの溶接欠陥が生じやすく、溶接能率を低下さ
せる欠点がある。

一方、低炭素鋼心線を用いる溶接棒は、心線の電気抵抗
がＣｒ−Ｎｉステンレス鋼の１１５以下であり、溶接電
流を低く規制する必要がないため融合不良などの欠陥が
生じにくく、溶接能率が高いなどの使用性能が向上する
利点がある。

しかし被覆剤より添加したＣｒおよびＮｉの偏析が生じ
やすく、これが溶接金属の耐食性および耐割れ性を劣化
させる原因となる欠点がある。

本発明者らは、溶接欠陥の発生が少なく溶接能率が高い
低炭素心線を用いるステンレス鋼溶接棒の溶接金属のＣ
ｒおよびＮｉの偏析をなくし、耐食性および耐割れ性を
向上させる因子について検討した結果、次の事柄が明ら
かとなった。

まず低炭素鋼心線を用いＣｒおよびＮｉの全てを被覆剤
より添加する溶接棒に生ずる溶接金属中のＣｒおよびＮ
ｉの不均一部は次の原因の異なる２種がある。

一つの原因は被覆剤の固着が弱く一部がかけ落ちを生じ
て被覆剤の溶融が不均一となった時、およびアークの発
生方向によって被覆剤が一方に片よって溶ける片溶けが
生じた時である。

他の一つは溶接ビードスタート部から数量の範囲でＣｒ
およびＮｉがビード中央部より少ない欠乏層の生成であ
り、原因は前述した現象と異なり溶接棒の先端部形状に
よるものである。

通常の溶接棒の先端部は、アークの発生を容易とするた
め心線が被覆剤より数量露出した形状であるが、アーク
の発生の後は心線が先行して溶融し、被覆剤は内側に円
錐形にへこんだ筒となり、アークは筒の奥の心線先端か
ら発生するようになる。

この形が良好な保護筒が形成された状態であり、被覆剤
の筒がアークに方向性を持たせ溶接を安定にする。

保護筒が形成された後は、その形を保ったまま溶接棒は
溶融するので被覆剤と心線の溶融寸法は同一となり、被
覆剤と心線の溶融量の比は一定となり、被覆剤から添加
する合金剤を一定の量含有する溶接金属が得られる。

すなわち溶接棒が目標とする合金を含有する溶接金属が
得られるのは、安定に保護筒が形成された後であって、
アーク発生より保護筒が形成されるまでの間は心線の溶
融が先行することにより被覆剤から添加する合金は、溶
接棒が目標とする量に対して不足する。

Ｃｒ−Ｎｉステンレス鋼心線を用い、被覆剤に合金剤を
多量に含まない溶接棒では溶接ビード先端部にＣｒおよ
びＮｉの欠乏層は生成しないが、低炭素鋼心線を用い、
ＣｒおよびＮｉのすべてを被覆剤から添加する溶接棒で
は溶接ビード先端部にＣｒおよびＮｉの欠乏層が生ずる
原因となる。

本発明は以上に述べた原因による偏析および欠乏層の発
生を解決することを目的として種々検討した結果、固着
が強固であり、かつ片溶けが生じにくい被覆剤成分を見
いだし、さらにその被覆厚さく心線に円筒状に被覆した
被覆剤の厚み）は一定値以上に厚くすればさらに固着性
を良くし、被覆剤のかけ落ちおよび片溶けが生じなくな
ることが明らかとなった。

さらにＪＩＳ Ｚ３２２１に規定されるＣｒ−Ｎｉス
テンレス鋼溶着金属を得るに必要なＣｒおよびＮｉ粉末
を含有し、以上の条件を満す被覆剤成分としてはルチー
ル、石灰石および金属弗化物を主成分とし、心線径に対
する被覆厚さの比が３／８以上で被覆した場合に良好な
結果が得られ、溶接金属の成分偏析は解消した。

また、ビードスタート部のＣｒおよびＮｉの欠乏層に対
しては、アークの発生より保護筒が形成されるまでの間
の問題であり、前述の成分偏析が解消した被覆剤成分１
こついて保護筒が安定した状態となり心線と被覆剤の溶
融量が一定となる時期について検討した結果、保護筒の
深さは被覆厚さが厚くなる程深くなることがわかった。

則ち、被覆厚さが厚くなる程保護筒が形成されるまでの
時間が長くなり欠乏層が広くなる関係があり、保護筒が
形成されるまでに溶融する心線の長さは被覆厚さの２．
５〜４．５倍の長さであることが明らかとなった。

またＣｒおよびＮｉ欠乏層のＣｒおよびＮｉ量はビード
中央部に比べて２０〜ｂ とが明らかとなったことにより、低炭素鋼心線の先端部
について被覆厚さの２．５倍以上の長さを元の体積より
２０〜５０％減するような先端穴あけ加工により溶接ビ
ード先端部のＣｒおよびＮｉの欠乏が解消された。

以上の結果より低炭素鋼心線を用いてＣｒおよびＮｉの
全てを被覆剤より添加するステンレス溶接棒はルチール
、石灰石、金属弗化物、Ｃｒ粉末、Ｎｉ粉末よりなる被
覆剤を、心線径の３／８以上の厚さで被覆し、かつ心線
先端から被覆厚さの２．５〜４．５倍の長さまでの体積
を元の体積から２０〜５０％減するように先端加工すれ
ば、偏析およびスタート部のＣｒおよびＮｉの欠乏層が
解消し、耐食性および耐われ性が良好な溶接金属が得ら
れ、その使用性能ｔｒｉ Ｃｒ −Ｎ ｉステンレス鋼
心線を用いる溶接棒より優れているという知見を得たも
のである。

本発明は上記の如き知見によりなされたものであり、溶
接作業性がすぐれかつ溶接能率が高いＣｒ−Ｎｉステン
レス鋼用の溶接棒を提供するものである。

すなわち本発明の要旨とする所は、被覆剤および心線よ
り成る被覆アーク溶接棒であって、ルチール１０〜３０
％、石灰石３〜１５％、金属弗化物１〜１０％、Ｃｒ粉
末２５〜５０φ、Ｎｉ粉末１０〜３０％を含有する被覆
剤を心線径の３７８〜６／８の被覆厚さで低炭素鋼心線
に被覆し、かつ心線先端部から被覆厚さの２．５〜４．
５倍の長さの体積を元の体積の２０〜５０φ減するよう
に加工したことを特徴とするステンレス鋼被覆アーク溶
接棒にある。

以下本発明の詳細な説明する。

まず被覆剤成分についてのべると、本発明被覆剤は溶接
作業性を良好に保つとともに被覆が強固に固着し、かつ
片溶けが生じないことにより被覆から添加したＣｒおよ
びＮｉの偏析を防止する効果を有する成分である。

ルチールはアークを安定にし、スラグの表面張力を減少
させスラグの被包性を良くする。

本発明において１０〜３０％と規定したのは、１０％未
満ではアークの安定性がなくなり、またスラグがビード
を覆わなくなるからであり、３０φを超えるとスラグの
流動性が犬となりすぎ溶接が困難となるからである。

石灰石は分解生成するＣＯ２ガスによって溶融金属をシ
ールドしピット、ブローホールなどの欠陥を防止する。

本発明において３〜１５％に規定したのは３％未満では
ブローホールなどの欠陥を防止するに充分なＣＯ２ガス
が発生せず、１５％を超すとスパッタの発生が多くなる
と共に片溶けが生ずるようになるからである。

螢石、氷晶石、弗化アルミニウム、弗化マグネシウム、
弗化バリウム、弗化ソーダ、弗化カリなどの金属弗化物
はスラグに適当な流動性を与える。

本発明で１〜１０％と規定したのは、１％未満では有効
な効果がなく、１０％を超えるとアークが不安定となり
スパッタが多く発生すると共に片溶けを生ずるからであ
る。

金属Ｃｒ、Ｆｅ−ＣｒなどのＣｒ粉末および金属Ｎｉ、
Ｆｅ−ＮｉなどのＮｉ粉末は、低炭素鋼心線を用いてＪ
ＩＳ Ｚ３２２１に規定するＣｒ−Ｎｉステンレス溶
着金属を成すに必要な量を配合する。

溶接条件によるＣｒおよびＮｉの歩留りおよび被覆厚さ
を考慮すると、Ｃｒ粉末は金属Ｃｒを用いた場合で２５
％以上の配合が必要であり、Ｎｉ粉末は金属Ｎｉを用い
た場合で１０％以上の配合が必要である。

しかし金属Ｃｒが５０％を超すと被覆剤の固着を弱める
ので本発明１ＩｉＣｒ粉末を２５〜５０％ｌこ規定した
。

また金属Ｎｉが３０％を超すと被覆剤の固着を弱めるの
で本発明ばＮｉ粉末を１０〜３０ ％？こ規定した。

Ｆｅ−ＣｒおよびＦｅ−Ｎｉは金属Ｃｒおよび金属Ｎｉ
と複合または単独でＣ，ｒおよびＮｉの換算値がそれぞ
れ２５％および１０％以上配合できるが、多量に配合す
ると被覆剤の固着を弱めることは金属Ｃｒおよび金属Ｎ
ｉと同じであり、Ｆｅ−Ｃｒ中のＣｒと金属Ｃｒの計は
５０％に留めるべきであり、Ｆｅ−Ｎｉ中のＮｉと金属
Ｎｉの計は３０％に留めるべきである。

以上が被覆剤成分についての説明であり、該被覆剤を心
線に塗装する被覆厚さは、心線径の３／８未満と薄い場
合は溶接時の心線の加熱膨張のため被覆に割れを生じて
かけ落ちが生じやすくなり、また適正な深さの保護筒が
形成されないため片溶けが生じやすくなりＣｒおよびＮ
ｉの偏析が防止できない。

一方被覆厚さが心線径の６／８を超えると保護筒が深く
なりすぎるためアーク長さが長くなりアーク切れが生じ
やすくなる。

したがって本発明では被覆厚さを心線径の３／８〜６／
８に規定した。

次に本発明の低炭素鋼心線について述べると、本発明で
低炭素鋼心線と規定したのは、Ｃｒ−Ｎｉステンレス鋼
心線と比べて電気抵抗が１１５以下と小さいことによる
ものであり、「Ｊ、ＩＳ Ｇ３５２３被覆アーク溶接棒
心線」に規定されるような軟鋼溶接棒心線をさすもので
あるが、Ｃｒ ） Ｎ ｉ＋Ｍｏ、ＮｂなどＣｒ−Ｎｉ
ステンレス鋼に含有される成分の１種または２種以上の
合計が５φ以下含有されていても電気抵抗が小さい特性
はほぼ同程度であり、本発明に云う低炭素心線と同様な
特性が得られる。

次に本発明にいう所の心線先端部の体積を元の体積より
減する先端加工とは、第１図および第２図に示すような
態様のものをいう。

図面において第２図は第１図のＡＡ断面図であり、被覆
剤１を被覆された溶接棒心線２の先端に穴３を加工する
ことによって心線２の先端部の体積を減少させるもので
ある。

かかる加工を施すことによって、アーク発生から保護筒
が形成されるまでの間の心線と被覆剤の溶融量の比を保
護筒が形成された後と同じくし、被覆剤より添加するＣ
ｒおよびＮｉのビード先端部の欠乏を防止する。

先端加工の穴３の深さおよび体積減少量によりビード先
端部のＣｒおよびＮｉの量および分布が変動する。

先端加工の穴の深さは、保護筒が形成されるまでの心線
の溶融長さに相当する深さ以上の加工が必要である。

本発明において被覆剤の保護筒形成の特性から溶接開始
後、保護筒が安定して形成され、心線と被覆剤の溶融量
の比が一定となるのは被覆厚さの２．５〜４．５倍の長
さの心線か溶融する範囲にある。

したがって先端加工の穴深さは被覆厚さの２．５〜４．
５倍に規定した。

心線先端部の体積減少量によりビード先端のＣｒおよび
Ｎｉの欠乏層の発生を防止する。

本発明の先端加工の穴深さでは、元の体積の２０％未満
の減少ではＣｒおよびＮｉ量が不足し、ビード先端部の
耐食性および耐割れ性の劣化を防止できない。

逆に元の体積の５０φを超す減少でばＣｒおよびＮｉが
過剰となるので５０％以下の体積減少で充分である。

したがって本発明では２５〜５０％に規定した。

以ム ビード先端部のＣｒおよびＮｉ欠乏層の生成を防
止するのに必要な心線先端加工の穴の寸法について述べ
たが、先端加工の穴形状はＣｒおよびＮｉの欠乏層の生
成を防止する目的にあった形状、即ちアーク発生に必要
な心線露出部があり、アーク発生後から保護筒が形成さ
れるまでの間の心線と被覆剤の溶融量の比が保護筒が形
成した後と同じくなり、また保護筒が形成した後の溶接
棒先端形状に近い形状であれば良く、第１図に示すよう
に心線先端部の端面より円筒状あるいは円錐状の穴を加
工するのが適当である。

以上のように本発明は先端部の体積を減少した低炭素鋼
心線に、ルチール、石灰石、金属弗化物、Ｃｒ粉末およ
びＮｉ粉末からなる被覆厚さを規定した被覆剤を塗装す
ることにより、溶接欠陥が発生しにくく溶接能率が高い
など、Ｃｒ −Ｎ ｉステンレス鋼心線を用いる溶接棒
より使用性能が優れ、さらにＣｒおよびＮｉの偏析が防
止でき、耐食性および耐割れ性の優れたＣｒ−Ｎｉステ
ンレス溶接棒が得−られることか明らかである。

なお本発明溶接棒ばＡｔ、Ｔｉ、Ｍｎ、ＭｏおよびＮｂ
などの粉末を合計２０％を超えず、かつＣｒ粉末および
Ｎ１粉末との合計が８５％を超えない範囲で耐食性およ
び機械的性質を向上させる目的で被覆剤に配合しても、
ＣｒおよびＮｉと同様ごれら成分の偏析を防止でき溶接
作業性上も本発明溶接棒の性能を損なうものではない。

ここで本発明溶接棒の心線への被覆剤の塗装など製造方
法の一例について言及すると、被覆剤粉末を水ガラス（
硅酸カリ水溶液、硅酸カリ水溶液＋硅酸ソーダ水溶液）
などの適当なバインダーで混和して心線に被覆し、２０
０〜４５０℃で１時間以上乾燥、焼成する。

以下本発明の効果を実施例についてさらに具体的に述べ
る。

実施例 第１表に低炭素鋼心線材の寸法および化学成分を示す。

第２表はこれら心線に組合せる被覆剤の組成と被覆厚さ
および心線先端部の端面より円筒状の穴あけ加工を行な
った穴の深さおよび穴の直径などの溶接棒組成を示す。

全ての溶接棒はＪＩＳ Ｚ３２２１ｒステンレス鋼被
覆アーク溶接棒」に規定されるＤ３０８．Ｄ３０９゜Ｄ
３１６Ｌ、Ｄ３４７．Ｄ３０８Ｌ、Ｄ３０９Ｌのいずれ
かに該当するよう被覆剤中に合金剤が添加されている。

第３表δとこれら溶接棒の溶着金属の成分を示す。

第４表にこれら溶接棒により板厚１２關の５ＵＳ３０４
ステンレス鋼のＶ型突合せ溶接継手を溶接した時の溶接
状況および溶接棒に衝撃を加えた時に被覆剤のはがれ落
ちる量から被覆剤の固着性を脱落率で評価した結果を示
す。

継手溶接は、開先角度７０°のＶ型開先内を下向溶接姿
勢で、心線径３．２ ｍｍ （Ａ １〜嵐１０ ）は溶
接電流１３０Ａで５パス溶接、心線径４闘（廐１１〜嵐
２０）は１９０Ａで３パス溶接、心線径５關（Ａ２１〜
嵐２６）は２４０Ａで２パス溶接を行なった後、ルート
部を裏はつりし開先内と同条件でそれぞれ１パス裏溶接
を行なった。

溶接速度は１５〜２５ｃＩｆＬ／ｕ溶接電源は交流を用
いた。

継手溶接中で溶接棒をとり変え、新たな溶接棒によりア
ークを発生させ溶接を続ける「棒つき」の位置は各パス
とも同一場所で行ない、棒つき部およびビード中央部が
区゛別できるようにし、溶接状況を評価すると共に一部
をＣｒおよびＮｉ分析、腐食試験に供した。

被覆剤の脱落率は、内側寸法６５ｎｍＸ ２９０ｍｍＸ
４２０ｍｍの鋼製の箱内に試験溶接棒を約１．５ｋｇを
入れ、６５ｍｍＸ ２９０ｖｒｍの面の中央を結んだ線
を水平方向の回転軸として３５回／分の回転速度′で３
分間回転させ、被覆剤のはがれ落ちた重量を計り、被覆
剤の脱落率（係）＝はかれ落ちた被覆剤重量／試験前の
被覆剤重量×１００として計算した。

第５表に溶接棒記号点１２〜嵐２０で溶接した継手部の
溶接ビ−ド先端部と溶接ビード中央部のＣｒおよびＮｉ
量および分析位置によるＣｒおよびＮｉ量の差を示す。

第６表に心線径４ｍｍのＪＩＳ Ｄ３０８該当溶接棒
のフイスコ割れ試験結果を示す。

各溶接試験ビードは、溶接棒先端部形状と割れ率の関係
をもとめるため各ビード毎に未使用の溶接棒を使用した
。

第７表に本発明溶接棒のうちＪＩＳ規格鋼種Ｄ３０８．
Ｄ３０９．Ｄ３１６Ｌ、Ｄ３４７゜Ｄ３０８Ｌ、Ｄ３０
９Ｌに該当するそれぞれの１種と比較例δこよる継手部
６５％硝酸腐食試験結果を示す。

腐食試験片は溶接のままの継手部より、溶接ビード先端
部および溶接ビード中央部の耐食性が比較できる位置よ
り採取した。

第８表に溶接棒記号＆６（心線径３．２ｍｍ）、嵐１４
（心線径４ｍｍ）、Ａ１８（心線径！５ｍｍ）を１ＯＡ
毎に溶接電流を変えて溶接した時の溶接棒の棒焼けの状
況を、それぞれ心線径が同じのＣｒ−Ｎｉステンレス鋼
を心線とする市販の同一鋼種溶接棒と比較しで示す。

以上の結果より、本発明の溶接棒記号Ａｌ 、 ３゜５
．６，８，１２，１３，１４，１５，１６゜２１．２２
，２３．２４．２５および２６は溶接状況はいずれも良
好で溶接中に成分偏析の原因となる棒焼けおよび被覆剤
の片溶けは生ぜず、又被覆剤の脱落率は１０％以下で固
着性は良好である。

ビード先端部もＣｒおよびＮｉの欠乏層は生ぜずフイス
コ割れ試験においてビード先端部に割れの発生はなく、
６５％硝酸腐食試験においてもビード先端部の腐食量が
犬となることもない。

本発明溶接棒は棒焼けが生じにくいため使用電流はＣｒ
−Ｎｉステンレス鋼心線を用いる溶接棒に比べて高くで
き深い溶込みにより溶接欠陥の発生を防止できる他、溶
接電流を下げた時アークが短絡を生ずる電流値は同−心
線径のＣｒ−Ｎｉステンレス鋼心線溶接棒と同じであり
、適正な溶接電流範囲が広い優れた特性がある。

これに比べて、比較例溶接棒記号層２はルチールが１０
％未満であり、嵐４は石灰石が３多未満であり、Ａ７は
金属弗化物が１０％を超えており、Ａ９は石灰石が１５
％を超え、また金属弗化物が１０％を超えており、嵐１
０はルチールが３０％を超えており、ＡｌｌはＣｒが５
０％を超えており、被覆厚さ／心線直径の比が３／８以
下であり、また心線先端体積減少部の長さが被覆厚さの
４．５倍を超えており、嵐１７はルチールが３０俤を、
石灰石が１５優を、金属弗化物が１０％をそれぞれ超え
ており、Ｃｒが２５％未満であり、被覆厚さ／心線直径
の比が６／８以上であり、また心線先端体積減少部の長
さが被覆厚さの２．５倍未満であり、Ａ１８は心線先端
部体積減少がなく、嵐１９は心線先端部の体積減少量が
元の体積の２０優未満であり、Ａ２０は心線先端部の体
積減少量が元の体積の５０％を超えているので第４表に
見られるように溶接状況が不良であり偏析の原因となる
片溶けおよび棒焼けを生ずるか、被覆剤の固着が悪く脱
落率が大であるか、第５表に見られるように溶接ビード
先端部のＣｒおよびＮｉ量がビード中央部に比べて欠乏
しているか、あるいは２饅以上も多い。

溶接ビード先端部にＣｒおよびＮｉの欠乏を生じている
溶接棒では第６表に見られるようにフイスコ割れ試験で
溶接ビード先端部に割れが生じているか、あるいは第７
表に見られるように６５％硝酸腐食試験で溶接ビード先
端部の腐食量が太きい。

以上説明したように本発明溶接棒は、低炭素鋼心線を用
い被覆剤よりＣｒおよびＮｉを添加するステンレス溶接
棒の欠点であるＣｒおよびＮｉの偏析および溶接ビード
先端部のＣｒおよびＮｉの欠乏を解消することにより溶
接欠陥のなく、耐割れ性および耐食性良好な溶接金属が
得られるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明溶接棒の実施の一態様例を示す正面断面
図、第２図は第１図のＡ−Ａ断面図である。 １・・・・・・被覆剤、２・・・・・・心線、３・・・
・・・穴。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 被覆剤および心線より成る被覆アーク溶接棒であっ
   て、ルチール１０〜３０％、、石灰石３〜１５％、金属
   弗化物１〜１０％、Ｃｒ粉末２５〜５０％、Ｎｉ粉末１
   ０〜３０％を含有する被覆剤を心線径の３／８〜６／８
   の被覆厚さで低炭素鋼心線に被覆し、かつ心線先端部か
   ら被覆厚さの２．５〜４，５倍の長さの体積を元の体積
   の２０〜５０％減するように加工したことを特徴とする
   ステンレス鋼被覆アーク溶接棒。