JPS59153596A - 低水素系被覆ア−ク溶接棒 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は溶接金属の拡散性水素量が極めて少なく溶接金
属の耐割れ性を向上でき、かつ被覆の良好な固着性を維
持できる低水素系被覆アーク溶接棒に関するものである
。

溶接金属の低温割れの発生の原因として溶接金属や熱影
響部の硬化、大きな拘束度、溶接金属の水素量が多いこ
となどがあげられる。そして、その防止法として溶接施
工面からは溶接入熱の制限や予熱を行なって冷却速度を
遅くする等の対策がとられている。一方溶接材料面から
は、溶接金属の水素量低減のために、溶接棒に対して種
々の方法が試みられているが、現状では十分とはいい難
く、溶接金属の水素量が極めて低い被覆アーク溶接棒の
開発が強く望まれている。

従来から被覆アーク溶接による溶接金属の拡散性水素量
を低減させるために溶接棒に対して試みられた方法とし
て、溶接棒を高温で焼成して被覆フラックス中の結晶水
分および吸湿水分を分解放出させる処理方法、あるいは
原材料を厳選して水分含有量の少ない被覆フラックスを
使用する方法がある。しかしながら前者においては、高
温度で焼成すると水素量の低減は図れるものの固着剤で
ある水ガラスが分解する几めに被覆フラックスの固着力
が弱まり、輸送中に被覆がはく離脱落する欠点がある。

また後者においては被覆フラックスの特性上全く水分を
含まない鉱物を用いることは実際上極めて困難なことで
あり、その使用においておのずから限界がある。

本発明は、前記の要望九応えるためになされ定もので、
溶接棒の被覆フラックスの剥離を増大させることなしに
拡散性水素量が極めて少ない溶接金属を得る几めに特に
溶接棒の充填フラシクスと被覆７ラツクスについて研究
し、その結果得られ友ものである。

而して本発明の要智は、重量％で金属炭酸塩を２６〜６
０％、金属弗化物ｔ−１〜２３％、残部上記成分以外の
アーク安定剤、スラグ形成剤、酸化剤、脱散剤９合金剤
の１種以上を含有する充填フラックスを炭素鋼パイプに
対して３〜３０％充填し、１ｏｏｏ℃における充填７ラ
ツクスの全水分率を０．１５％以下になるよう焼成した
後、線引きして心線を作成し、更に金属炭酸塩を２６〜
６０％。

金属弗化物を１〜２３Ｘ、残部上記以外のアーク安定剤
、スラグ形成剤、酸化剤、脱酸剤９合金剤。

粘結剤の１種以上を含有する被覆フラックスを、前記充
填心線の外周に被覆して成る低水素系被覆アーク溶接棒
である。

なお、本発明に卦いて、金属炭酸塩とはａａ　ｃ　Ｏ，
。

ＭｇＯ０３、Ｍｎ００３　、　Ｂａ　ＣＯ３など、金属
弗化物とはＱａ　Ｆ２　、　ＡｌＦ２　、　ＢａＦ２　
、　ＭｇＦ２．　Ｎａ２ＡＬＦ６など、アーク安定剤と
はＴｉ　０２　、　ＴＩ　ＯｘｏＦｅＯの化合物など、
スラグ形成剤とは５ｉ０２　、　Ｚｒ　０２　、　Ｍｇ
Ｏ１０ａＯなど、酸化剤とはＭｎＯ，Ｉ’１（ｎ０２　
、　Ｆｅ２０３など、脱酸剤９合金剤とはＭｎ、　ｓｉ
、　Ｔ＊、　Ｎｒ、　ａｒ、　ＭＯ，鉄合金中の鉄、Ａ
４　Ｍｇなどの単体もしくはそれぞれの合金、粘結剤と
は有機物、　　５ｊ０２　”　Ｋ２Ｏ，５１０２・Ｎａ
２０などの化合物、を指す。

以下に本発明の詳細な説明する。

本発明は充填フラックスを炭素鋼）ξイブ内に充填し、
焼成した心線を用いることにょシ溶接金属の拡散性水素
量が極めて少なくかつ被覆フシックスの固着力を向上せ
しめた被覆アーク溶接棒であや、該溶接棒の要件につい
ての根拠は次のような試験結果にもとづくものである。

まずＣ０，０６％、５ｉＯ００１％１Ｍ００゜３５％、
ＰＯ００１０％、５Ｏ０００６％から成る炭素鋼パイプ
（外径１２．５１、内径８ｍ、長さ７ｍ）に、あらかじ
め混合割合を変化させて作成し九充填７ラツクスのそれ
ぞれを、充填率を変化させて充填した。さらにその後そ
れぞれのノソイプを焼成温度と時間を変化させて焼成を
行なった後一部分を切りとり充填フラックスの１０００
℃における全水分率を測定した。そしてその残部を外径
が４％ｍになるまで線引きし、それを４５０ｍの長さに
切断した後、その充填心線の外周に通常の押出し式塗装
機により被覆７ラツクスを被覆率を変化させて塗装し４
００℃で焼成して溶接棒を作成した。

さらに充填心線の効果を明確にするために従来から使用
さ与れている外径が４冑、長さ４５０ｍの通常の中史心
線（ＪＩＳ、Ｇ３５２３該当）に通常の被覆フラックス
を被覆率が約２９％になるように被覆し、それぞれにつ
いて焼成温度を変化させて従来の溶接棒を作成し几。

このようにして得られた各々の溶接棒につ−て溶接電流
１７０ＡＫて溶接を行ないガスクロマトグラフ法により
拡散性水素量を測定するとともに被覆フラックスの固着
度と溶接作業性も併せて評価した。

それらの試験結果のうちから充填７ラツクスの混合割合
が０ａ００３：　４５．３％ｌ　　Ｈａｃ　ｏ　３　　
：　１．９　Ｘ　ＴＯａＦ２　：　１３．６％、　　Ｓ
ｉｎ、　：　１．１Ｘ、　　Ｔｉ１ｔ　：３．６％、　
　Ａｔ２０３　　ｅ　Ｏ，１％、　　ｐｅｏ　：　０．
３％、Ｍｎ：１、３　Ｘ　、　　Ｓｉ　：　４．５　Ｘ
−鉄合金中の鉄：２４．ＯＸ、その他の成分：４．３％
で充填率が１０．６％の　７ラツクス充填心線を選定し
、焼成温度を４００〜８５０℃の範囲で変化させ、焼成
時間１５分にて焼成した上記充填心線の周囲に、Ｃ！ａ
ＯＯ３＊　４２．６％。

ＢａＯＯｓ　：　０．９％ｔ　　ａａＩｉ’２：　１１
゜３Ｘ、　　ＳｉＱ、　；　７゜８％＋　　Ｔ！０２：
　２．３％、　　Ａｔ２０３　：　Ｏ−３Ｘ＠　　Ｆｅ
Ｏｍα２％＋　Ｍｌｌ　：　１．５　Ｘ、　　Ｓｉ　：
　４．９％、鉄合金中の鉄：２５．６％Ｔ　　Ｎ　ａ２
０　＋に２０　ｅ　２．ｂ％、がら成る被覆７ラツク荷
、被覆率が２５．６％になるように被覆塗装した充填心
線使用被覆溶接棒と、従来心線使用被覆溶接棒と比較し
友結果について一例を示せば第１表のごとくである。

すなわち第１表は、従来心線使用被覆溶接棒は溶接棒の
焼成温度が高くなるに従って確実に溶接金属の拡散性水
素量が減少しているが被覆７ラツクスの固着度は逆に極
めて悪くなることを表わしている。

これに対Ｉ−フラックス充填心線使用被覆溶接棒は、充
填心線の焼成温度が高くなるに従って、充′ｊｆｉ４７
ラツクスの全水分率が減少し、溶接金属の拡散性水素量
が著しく低下していること、さらに被覆剤塗装後の溶接
棒の焼成温度を４００℃とすることができるため被覆の
固着度も極めて良好で安定１〜ていることを示している
。

なお、ここで被覆の固着度とは鋼板厚さ９鵡。

高さ４５０＋ｗ、長さ５００簡、横Ｉ１１１５　、）四
の立方体容器より成る回転式脱落試験機（回転速１ｒ３
０回／門）に溶接棒を１．５神投入して３分間回転させ
た後、その溶接棒被覆のはく離脱落する度合いを調査し
たものであり、次式によって計算されるものである。

ｘｉｏｏ’＝被覆の固着度（％） 次に充填７ラツクスおよび被覆フラックスの範囲限定理
由と効果について説明する。

Ｃａｃｏ３　、　ＭｇＣＯ３，Ｍｎ　００３　ＨＢａ　
００３などの金属炭酸塩はアーク熱で分解してＣＯ２ガ
スを発生させアーク雰囲気を大気から保砕する働きをす
るが、それらの１種以上の合計が２６Ｘ未満ではシール
ド不足が生じて溶接金属にブロホールが発生するととも
に大気中の窒素が侵入して靭性が劣化し、６０％を超え
ると溶融スラグの融点が高くなり過ぎ、ビード形状の不
揃いや立向上進溶接かやシにくくなるので２６〜６０％
の範囲とした。

０ａＦ２　、　ＡｌＦ２　ｇ　ＢａＦ２　ｇ　ＭｇＦ２
　、　Ｎａｇ　Ａｔｐ６などの金属弗化物は溶融スラグ
の流動性詞整に役立ち全姿勢での溶接を容易にする。こ
れらの１　ｉｎｉ以上の合計が１％未満では立向上進あ
るいは立向下進溶接におけるスラグ流動性が過大であり
、２３％を超えると逆にスラグの流動性が劣り、溶融金
属の垂れ落ちが生じビード形状を悪くする。したがって
１〜２３％の範囲とし念。

なお、充填フラックスおよび被覆フラックスそｉｔぞれ
の金属炭酸塩１、金属弗化物の両方の範囲を同一とした
理由は、主として溶接作業性の点からで、いずれも適正
範囲をはずれると溶接棒全体の溶融が不均一となってア
ーク状態が悪くなったりス／ξツタが増ノＪ口するため
である。

次に充填フラックスの全水分全減少させる方法は７ラノ
クス充填心線としたあと焼成するのが最も効果的であジ
、吸湿水分は約１００　℃から、結晶水分は約３５０℃
から分解放出を始める。

このようにして溶接棒から溶接金属に移行する水素源を
できる限り心線のときに減少させたことが本発明の最も
重要なところである。

そして第１表にも示すよりに、水素低減に対する効果は
、充填フラックスの１０００℃における全水分率が０．
１５Ｘ以下で認められ、０゜１５％を超えたものについ
ては、従来の溶接棒で溶接し友ものに比べて水素量の大
巾な低減が認められない。

し念がって充填フラックスの全水分率は０．１５％以下
にすることが必須である。

尚、上記のように７ラツクス充填心線を焼成して全水分
率を０．１５％以下としたので、被覆剤を施した後の溶
接棒の焼成温度は４００ｔ：で十分であシ、これにより
被覆フラックスの固着性を良好に維持できた。

炭素鋼パイプに充填するフラックスの充填率は炭素鋼パ
イプに対して３％未満であると充填フラックスが不足で
被覆フラックスの被覆率を太きくしなければならず、そ
のため被覆フラックスの影響を受けて、充填フラックス
の全水分率が。。１５％以下であっても水素量低減の顕
著な効果はみられ々い。また３０％を超えると、フラッ
クスが多過きるためにアークが不安定となってアーク切
れが生じやすくなる。したがって炭素鋼パイプに対する
充填率の範囲は３〜３０％とし友。

以上のような理由によυ本発明溶接棒心線の充填フラッ
クスの組成、充填率、充填フラックスｑ１０００℃にお
ける全水分率および心線に被覆する被覆フラックスの組
成を上記のように定め友。

なお、ここで炭素鋼パイプとしてはシームレスパイプ、
またはシーム部を溶接した。ｅイゾが好ましい。また充
填フラックスは、水ガラスその他の固着剤を用いて通常
の方法により造粒し、焼成した後炭素鋼パイプ内に充填
すると溶接棒から発生するヒユーム量がさらに減少する
効果があることも確かめている。

次に実施例と比較例とにより本発明の効果について説明
する。

第２表に本発明被覆溶接棒卦よび比較波１３に溶接棒に
用いた心線の詳細を、第３表には該心線の周囲に被覆フ
ラックスを塗装した被優溶接棒による拡散性水素量、被
覆フラックスの固Ｎ度、溶接作業性の評価を示す。

第２，３表に示す溶接棒は心線径４鵡、長さ４５０箪、
被覆率２３．２〜４０．３％であジ、溶接電流１７０Ａ
でガスクロマトグラフ法により溶着金属の拡散性水素量
を測定し、３　ｍｌ／　１００　？ｒ以下を良好としｔ
ｏ ま几被覆フラックスの固着度は前述の回転式脱落試験＠
に各々の溶接棒を約１．５約投入し、３分間回転させた
後に溶接棒をとり出し、重量測定によって前述の計算弐
圧もとづき算出した。

この被覆フラックスの固着度が２０％以下であれば長距
離の輸送にも十分耐えられることがわかっているので２
０％以下を良好とし友。

溶接作業性は下向、立向姿勢により従来の溶接棒を基準
にして良否を判定した。

第２表に示す心線Ｎｏ　Ｓ−１〜５−１４が本発明の実
施例の溶接棒の７ラツクス充填心線であり、ノｂ線ＮＯ
３−１５〜５−２１は本発明外の比較例の７ラツクス充
填心線であり、５−２２は従来の中実心線である。

本発明の実施例心線のうちＮ０８−４〜Ｓ−９はＮＱＳ
−２と同一フシックス組成で焼成条件のみを種々変更し
たものであり、Ｎ（＋８−１０は充填フラックスを充填
前に造粒したものである。

第３表に示す溶接棒Ｎｏ　Ｅ　　１〜Ｅ−１４は本発明
の溶接棒である。

Ｅ−１〜Ｅ−３は溶接棒心線の充填率を変化させたもの
であり、Ｅ−４〜Ｅ−９は充填フラックスの全水分率を
変化させたものであり、さらにＥ−１０〜Ｅ−１４は主
に充填フラックスおよび被覆７ラツクスの種類や添加量
を変化させたもので、何れの溶接棒も本発明の要件を？
Ｒたしている。そして、Ｅ−１〜Ｅ−１４のいずれの溶
接棒の場合も溶着金属の拡散性水素量が２．９　ｒｒｒ
ｅ　／　１００ｆｒ以下と少なく、かつ被覆フラックス
の固着性と溶接作業性も良好な結果を示している。

溶接棒Ｎ０Ｅ−１５〜Ｅ−３０は比較例である。

Ｅ　−ｔ　５は充填フラックスの全水分率が０．１０％
であるが充填フラックスの充填率が少なすき、かつ被覆
率が大なるために被償７ラツクスの影響を受けて溶着金
属の拡散性水素量が３ｄ／１００Ｆよシ多くなっている
。

Ｅ−１６は充填心線中の充填フラックスの全水分率がや
や多いため拡散性水素量が顕著に低くならず良好とはい
い難い。Ｅ−１７は充填心線の焼成時間が不足のため結
晶水の放出が不十分で拡散性水素量が十分に低下し−こ
いない。

Ｅ−１８〜ＰＪ−２８は充填フラックスおよび被覆フラ
ックスの金属炭酸塩および金属弗化物の含有範囲を変化
させたもので、■ｙ−ｉｓは充填フラックス、被覆フラ
ックスの何れＧても金属弗化物が添加されていないため
、Ｅ−１９は逆に金属弗化物が多過ぎるため、Ｅ−２０
ｉｄ金属炭酸塩が多過ぎるため、Ｅ−２１は金属炭酸塩
が少な過ぎるため、Ｅ−２２は充填フラックスに金属弗
化物が添加されていないため、さらにＥ−２３は充填フ
ラックスの金属炭酸塩が多過ぎるためにいずれも作業性
が不良であり、またＥ−２４はフラックス充填心線に、
ＣａＦ２が過大に添加されているため、Ｅ−２５は充填
フラックスの金属炭酸塩の添加量が不足のため、　Ｅ−
２６は被覆フラックスにＣａＦ２が添加されてないため
、Ｅ−２７は被覆フラックスの金属炭酸塩が不足のため
、Ｅ−２８は逆に過大のため、それぞれ作業性不良であ
る。

さらＫＥ−２９およびＥ−３０は、従来心線を用い比例
であジ、Ｅ−２９は溶接作業性、被捷７ラックスの固着
性が良好であるが、拡散性水素量が多（、Ｅ−３０は拡
散性水素；■°の低減が不十分でかつ被覆フラックスの
固着度が極めて悪い。

以上述べたよりに本発明被覆溶接棒によれば、溶接金属
の拡散性水素量全従来被覆溶接棒に比べ大巾に低減する
ことかでさ、浴接金属の耐割れ性が大１ｊ］に向上する
とともに、被覆フラックスの固層性も良好に維持できる
とい９効来がある。

上記の効果は従来の溶接棒では到底萎し得なかった効果
であり、本発明は腫業発展に寄与するところ極めて犬で
ある。

（金　　田） 昭す１１５８年４月２６日 特許庁長官　　殿 １、事件の表示 特願昭５８−第　２８３１７　　号 ２、発明の名称 低水素系被覆アーク溶接棒 ３　補正をする者 事件との関係　　出願人 イニト所（居所）　東京都千代田区大手町２丁目６番３
号氏名（名称）　（６６５）新日本製鐵株式会社４、代
　理　人 居　所　東京都中央区日本橋兜町１２番１号大洋ビル６
、補正により増加する発明の数　な　し補　　正　　の
　　内　　容 １　本願特許請求の範囲を下記の通り改める。

「（１）重量％で金属炭酸塩を２６〜６０％、金属弗化
物を１〜２３％、残部上記成分以外のアーク安定剤、ス
ラグ形成剤、酸化剤、脱酸剤、合金剤の１種以上な含有
する充填フラックスを炭素鋼パイプＶＣ対して３〜３０
％充填し、４００〜１０００℃で分解して放出される充
填フラックスの全水分率を０．１５％以下ＶＣなるよう
焼成した後、線引きして心線を作成し、更（Ｃ金属炭酸
塩を２６〜６０％、金属弗化物を１〜２３％、残部上記
以外のアーク安定剤、スラグ形成剤、酸化剤、脱酸剤、
合金剤、粘結剤の１種Ｊ２）上を含有する・被覆フラッ
クスを、前記充填心線の外周に被覆して成る低水素系被
覆アーク溶接棒。」 ２、　明細書矛３頁下から４行目ｒ１０００°ＣＶＣお
ける充填フラックスの全水分率」を「４００〜１０００
℃で分解して放出されろ充填７ラツクスの全水分率」と
改める。

３、同第５頁８〜９行目［充填フラックスの１０００°
ＣｙＣおける全水分率」を［４００〜１０００℃で分解
して放出されろ充填フラックスの全水分率」と改める。

４　四矛８頁３・１表上段木４欄「充填フラックスの１
０００℃ｙｃおける全水分率」を「４００〜１０００”
Ｃで分解して放出される充填フラックスの全水分率」と
改める。

５、　同号１１頁下かも４〜３行目「充填フラックスの
１０００”Ｃイ（おける全水分率」を「４００〜１００
０°Ｃで分解して放出される充填フラックスの全水分率
」と改める。

６　同士１２頁１行目「充填フラックスの全水分率」を
［４００〜１ｏｏｏ’ｃで分解し７放出される充填フラ
ックスの全水分率」と改める。

７、　同士１２頁下か５９行目「充顛フラックスの全水
分率ｊｔｒ４ｏｏ〜１０００℃で分解して放出される充
填フラックスの全水分率」と改める。

８、　同士１２頁下から２〜１行［充填フラックスの１
０００”ｃ　ｒｃおける全水分率」をｊ　４００〜１０
００”Ｃで分解して放出される充填フラックスの全水分
率」と改める。

９、　四牙１９頁牙２表（続き）最上段最右欄「充填フ
ラックスの１０００℃における全水分１゛」を［４００
〜１０００℃で放出される充填フラックスの全水分率」
と改める。

−４８（

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量％で金属炭酸基金２６〜６０％、金属弗化物
   を１〜２３％、残部上記成分以外のアーク安定剤、スラ
   グ形成剤、酸化剤、脱酸剤９合金剤の１種以上を含有す
   る充填フラックスを炭素鋼パイプに対して３〜３０％充
   填し、１ｏｏｏｔにおける充填フラックスの全水分率を
   ０．１５　％以丁になるよう焼成した後、線引きして心
   線を作成し、更に金属炭酸塩を２６〜６０％、金属弗化
   物を１〜２３％、残部上記以外のアーク安定剤、スラグ
   形成剤、酸化剤、脱酸剤９合金剤、粘結剤の１種以上を
   含有する被覆フラックスを、前記充填心線の外周に被覆
   して成る低水素系被覆アーク溶接棒。