JPS60216995A - 低水素系被覆ア−ク溶接棒 - Google Patents

低水素系被覆ア−ク溶接棒

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Publication number
JPS60216995A
JPS60216995A JP7415784A JP7415784A JPS60216995A JP S60216995 A JPS60216995 A JP S60216995A JP 7415784 A JP7415784 A JP 7415784A JP 7415784 A JP7415784 A JP 7415784A JP S60216995 A JPS60216995 A JP S60216995A
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JP
Japan
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welding
weld metal
content
alloy powder
powder
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Application number
JP7415784A
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English (en)
Inventor
Yoshikazu Tanaka
義和 田中
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Steel Corp filed Critical Nippon Steel Corp
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Publication of JPS60216995A publication Critical patent/JPS60216995A/ja
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/36Selection of non-metallic compositions, e.g. coatings, fluxes; Selection of soldering or welding materials, conjoint with selection of non-metallic compositions, both selections being of interest
    • B23K35/365Selection of non-metallic compositions of coating materials either alone or conjoint with selection of soldering or welding materials

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Nonmetallic Welding Materials (AREA)

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は低水素系被覆アーク溶接棒に関し、特に溶接金
属の機械的性質のうち低温度域での衝撃靭性を著しく改
善し、さらには溶接作業を容易にすることを目的とした
低水素系被覆アーク溶接棒に関するものである。
〔従来技術とその問題点〕
最近、寒冷地における海洋構造物、低温タンクあるいは
ノミイブラインなでが建設あるいは施工されるとともに
その量も増加している。これにともない使用される溶接
金属についても低温度域で高く、かつ安定した衝撃靭性
が要求されるようになり、良好な衝撃靭性を有する低水
素系被覆アーク溶接棒が多量に使用されるようになって
きた。
この低水素系被覆アーク溶接棒は、溶接構造物の適用条
件例えば材質、板厚、溶接環境などによりその溶接金属
に対して要求される靭性や強度に応じて、被覆剤中K 
B 、 M 9 、 A l 、 S i 、 T i
 ’tOr 、 M n 、i 、 M oなどの金属
粉、S i −MnAl−Mj7. N i −Mfj
 、 Fe−Mn 、 Fc−8i 、 Fe −T 
iなどの合金粉や鉄合金粉を適宜選択、配合することに
より、溶接金属の所望の機械的性能を得るように設計さ
れている。
この低水素系被接アーク溶接棒で得られる溶接金属を、
シャルピー衝撃試験の吸収エネルギーで表わされる衝撃
靭性について試験温度を変え評価すると、−20℃まで
の温度範囲では比較的バラツキの少ない安定した衝撃靭
性値を示すが、−30℃以下の低温度側になると衝撃靭
性値が大巾なバラツキを示すようになる。例えば−30
℃における2藺■ノツチシヤルピー衝撃靭性値を見ると
、最小値は2.5kff−mであり最大値は180kg
f−m となる。さらには−70℃において最小値は0
.6kff−mであり最大値は15kff−mとなる。
このようにバラツキ範囲は著しく大きく、安定した衝撃
靭性が得られないため、溶接金属の脆性破壊の観点より
その性能を評価する上において信頼性に乏しく問題であ
った。
また低水素系被覆アーク溶接棒の高靭性化を計る試みと
して、特公昭3’6−5966号公報では被覆剤中に強
脱酸剤であるFeA7?を含有させろことにより溶接金
属中の酸素含有量全減少し改善すること、特公昭54−
40059号公報と特公昭58−47960号公報では
特に心線中のNもしくはC量を制限し、Ti、Zr、M
uもしくはI3量を規制した心線と被覆する被覆剤原料
を規制し、これらを組合せることにより改善すること、
特開昭57−118’896号公報ではFe−8iの粒
度構成を規制することにより改善すること、など種々の
手段が講じられ、提案されている。
これら溶接棒ではある程度の高靭性化は達成されるが、
最近要求される一30℃から一105℃の超低温度域で
の衝撃靭性に対しては、その値のバラツキ巾がまだ大き
く、十分に改善されたものとはいえない。さらに特公昭
59−1516号公報には、鉄粉中のN量を制限すると
立向下進溶接における耐ピツト性とのと厚を得ることに
効果が有ると報じられているが、超低温度域での衝撃靭
性においては前記溶接棒以上にその値は低く、かつバラ
ツキ巾も太きいものである。
また、これら低水素系被覆アーク溶接棒における重要構
造物の溶接作業においては極力安定性の有る溶接金属の
靭性な得るため、溶接入熱、溶接継目のオーツζラップ
法、およびその継[]部のグラインダ一作業などきめこ
まかい溶接施工が重要であるとともに、その管理と注意
が必要で、経済的あるいは能率的ではなかった。
このように、現状の低水素系被覆アーク溶接棒において
超低温度域での溶接金属の高靭性と安定性を得ることは
、非常に困難であるとともに高度な技術が要求されてい
る。これらの要求を満たす溶接棒を得ることは溶接棒業
界で重要な研究課題であった。
〔発明の構成、作用〕
本発明は前述した実情に対し、種々の研究を重さねた結
果、超低温度域における溶接金属の高靭性と安定化を達
成するとともに溶接作業を効率的に実施することを可能
としたものであって、その要旨とするところはN量を0
030%以下に制限したB 、Mg、Al、Sr 、T
i、Or、Mn、Ni、M。
の金属粉、合金粉または鉄合金粉のいずれか2種以上を
被覆剤中に重量ノミ−セントで5〜27%含有したこと
を特徴とする低水素系被覆アーク溶接棒である。
まず本発明では、超低温度域における溶接金属の高靭性
化と安定化を計るための要因について種々調査したとこ
ろ、溶接金属中に存在する全N量を常にO,Qr−08
0w 1%以下に保てば、超低温度域で高靭性が得られ
るとともにバラツキ巾も極端に小さくなり、信頼性ある
溶接金属を確保出来るの生成を抑制することが肝要であ
るとの理念に立ち、種々の基礎試験を重ね、被覆剤原料
が保有するN量を制限すればよいとの観点より、200
数種類におよぶ被覆剤原料のN分析方法を確立するとと
もに、そのN含有量全調査したところ、特に、被覆剤原
料の内でも溶接金属の機械的性能の調整剤や脱酸剤の役
目をする金属粉、合金粉あるいは鉄合金粉のN含有量が
千差万別で、かつ高い値を示し、これが溶接金属のN量
を高くしている主要因であることをつきとめたのである
B 、 八4,9.Aj?、Si、Ti、Or、Mn、
Ni、Mo、 の金属粉、合金粉または鉄合金粉のN量
を00300%%l 1%以下に制限したのは、第1表
に示す基礎実験の結果(表中%はwt%である)、各原
料のN含有量がO,O’300 w 1%以下であれば
溶接金属へ移行す6N量が極微量となり、非常に曖れた
低温靭性を得るのに効果があるためである。
すなわ゛ら、B、M、9.AJ、Si、Ti、Or、M
n。
Ni、Moの金属粉、A l−Mll 、 N i −
Ml 、 S i −Mnの合金粉、Fe −B 、 
Fe−Al 、 Fe −8i 、 Fe −T i 
FeMnの鉄合金粉の17種類について、N量を重量%
で0. OO20〜0.0150%、 0.0151〜
0.0300%、 0.0400〜0.06.00%。
o、 o s o o〜0.1000 、0.1800
〜022001O,3000%以上含有した102種類
の粉末原料を試作し、これらを第2表に示す基本被覆剤
配合成分に重量%で5%と10%になるように配合した
被覆剤に珪酸ソーダと珪酸カリからなる水ガラスである
粘結剤を添加したものをJISG35231種1号の4
 ma X 450 msの心線に公知の手段により被
覆外径が6.3’Omになるように夫々被覆し、その後
乾燥および焼成工程を経て溶接棒を作成した。
これらの溶接棒とJIS規格に相当する5M−50B鋼
板の板厚25關、開先角度が60°Vの突合せ継手試験
板とを用い、130〜160 Ampの溶接電流で立向
溶接を行い、突合せ溶接金属な作成した。
この溶接金属より分析試料を採取し、溶接金属中に含有
するN量を分析し調査した。この分析値より配合比率1
%に対する溶接金属へのN移行量を式■にて算出したも
のを第1表に示したのであここに示す0.0046は基
本被覆剤の溶接棒における溶接金属の全N量である。
第1表に示す結果より明らかなように、各種金属粉、合
金粉および鉄合金粉ともN含有量が0、0 ’300 
w t%を超えると溶接金属へのN移行量は著しく増加
する傾向を示している。したがって溶接金属のN含有量
を低くおさえるためには金属粉、合金粉および鉄粉のN
含有量を0.0300wt%以下とすることが好ましい
ことが明らかとなった。またN移行量は配合比率5wt
%よりも10wt%のほうが極くわずか高い量を示す傾
向にあるが、はぼ一定量と考えても差しつかえなし・程
度のものである。なおここで使用した金属粉、合金粉お
よび鉄合金粉の粒度構成は80Mesbす、下が95%
以上のものを用いた。
このように金属粉、合金粉および鉄合金粉とも0、03
0 Q w t%以下のN含有量であれば溶接金属への
移行量が減少する理由としては、全N量が少ないためで
あるのはもとより、前記原料がアーク熱で溶融する際全
N量が少ないため、アーク雰囲気中のNガス量が少なく
過飽和状態とならず窒化物の生成を抑制するため溶接金
属中の全N量が少なくなるためでもあると考えられる。
B 、M#、Aj’、Si 、Ti、Or、Mn、Ni
’、Mo の金属粉、合金粉または鉄合金粉の2種以上
の含有量を規制したのは、これらは溶接金属の機械的性
能の調整剤や脱酸剤として作用するためで、5%未満で
は脱酸不足となり溶接金属にブロホールが発生するとと
もに耐われ性や靭性なと十分な機械的性能を得るのに不
十分である。一方27%を超える1と溶接金属の全N量
が0.0080 w t%以上となりやすく、超低温度
域での靭性値のバラツキ1]が大きくなりこのましくな
い。また粘結剤である水ガラスと反応し、生産性におい
て被覆表面にわれやガスふくれが発生し、歩留りが低下
し、経済的でない。
本発明溶接棒な用いれば溶接金属中の全N量が低いため
溶接継目部の溶接金属の靭性劣化もなくなり、特にオー
バーラツプ法などの継目溶接を実施する必要がなく、か
つ過乗継目部の溶接金属のグラインダー切除作業も不必
要となる。また溶接入熱やアーク長の保持も従来溶接棒
程に敏感に管理することがなくなり、溶接作業が能率的
に容易に出来るのである。
なおこれら金属粉、合金粉および鉄合金粉はM、90−
’Mg003 ’a’主成分とする低水素系すみ肉溶接
棒や、他被覆系統溶接棒に適用しても本発明溶接棒と同
様な効果が得られることを確認した。
本発明溶接棒の製造手段は通常の低水素系溶接棒と同様
であって、配合フラックスに固着剤として水ガラスを重
量%で15〜30%添加して湿式混合を行い、JIS7
,3523心線または相当品あるいは合金心線に塗装し
、適当な温度で乾燥を経た後300〜600℃にて05
〜3時間焼成するものである。
この場合金属粉、合金粉および鉄合金粉は適当な前処理
を行なって粉末粒子表面に不働態化皮膜を生じさせて使
用してもよい。
以下に実施例にもとづいて本発明の効果をさらに具体的
に述べる。
〔実施例〕
第3表は本発明溶接棒と比較溶接棒の被覆剤配合割合な
示す。
溶接棒はJISZ3j23のS W Y相当品で、4、
 Ol+a X 450 axに成形加工した心線に第
3表に示す被覆剤を公知の手段により被覆外径が6.3
0Uになるように夫々被覆し、その後適当な温度で乾燥
を行った後、400℃×1時間の焼成工程を経て溶接棒
を作成した。これら本発明溶接棒と比較溶接棒とについ
て、J ’I S規格に相当する5M−50BおよびW
ES規格に相当するH W 56材を用い、溶接金属の
N量と靭性および溶接作業性を詳細に試験した。
その試験結果を第4表に示す。
溶接金属の靭性の良い悪いの判定基準は、板厚25II
IJlの5M−5013鋼板を用い開先角度60°■開
先を立向姿勢にて突合せ継手溶接を行い、その継手部よ
りJ I S 7.2204.4号試験片を作成し、J
’ l S Z 2242の試験方法に準拠して試験温
度−30℃、−70℃−105℃で試験な行い、−30
℃では全ての試験本数とも衝撃値が15kf(−m以上
の場合を、同様に一70℃の場合は10kLL’−m以
上な、−105℃の場合は7kf r−m以上で、さら
に最大と最小の衝撃値の差が4kff−111以内の溶
接棒を良好とした。
溶接作業性の良い悪いの判定基準は板厚25間の8M−
50Bと1.1 W 、56鋼板に深さ20關で開先角
度が60°となるV溝を加工した試験板を用い、下向溶
接は溶接電流170〜190Ampにて、立向溶接は溶
接電流130〜160Ampで盛土溶接を行なって、ア
ークの安定性、スラグの流動性と剥離性、ビード外観お
よびビード継目のピント発生の有無について試験な行っ
た。またこの試験片よりブロホールの発生状況をX−線
で調査し、これら試験項目の全てが優れている場合を良
好とした。
ます庵1〜&10は本発明による溶接棒で、溶接金属の
N量は全て0. OO80w 1%以下を示しており、
溶接金属の衝撃靭性において高い値が得られるとともに
、そのバラツキ11]も少なく安定してお訪信頼出来る
。また溶接作業性においても陵れており、十分満足でき
るものである。
一方IK、 11〜爲17は比較溶接棒であって、泥1
1と512はN含有量が0.0300 w 1%以下の
金属粉、合金粉および鉄合金粉を用いているが、その配
合割合が本発明の要件を満たさないため一70℃以下の
衝撃靭性値のバラツキ巾が大きく安定性に欠は信頼でき
るもので&斜ない。また溶接作業性において、特に溶接
ビード継目部にブロホールやビットが発生しこのましく
ない。
爲13〜爲16はN含有量が本発明の要件を満たす金属
粉、合金粉および鉄合金粉と本発明の要件を満たさない
ものと?併用し、配合割合は5〜27wt%の範囲内に
あるが、N含有量0030wj%以上の金属粉、合金粉
および鉄合金粉からの溶接金属へのN移行量が太きいた
め、溶接金属中のN量が0.0135〜00373wt
%と高く、目標とする温度での衝撃靭性値が得られない
とともにノ々ラツキl〕も大きく安定性に欠は信頼性が
ない。−1:た溶接作業性においてはIK、 13とI
K、 14は良好であったが、爲15と厖16において
は溶接仝厘のN今右魯7へ京すギス介払成f茨培−−「
ポロにビットが著しく発生しやすくこのましくない。
爲17はN含有量が0.030 w 1%以上の金属粉
、合金粉および鉄合金粉を用い、配合割合は5〜27w
t%の範囲内にあり溶接作業性は良好であるが、溶接金
属のN含有量が0.0107wt%と高く、目標とする
温度での衝撃靭性値が得られないとともにバラツキ巾も
大きく安定性に欠は信頼性がない。以上、いずれの比較
溶接棒も要求される諸溶接性能を有しない。
し発明の効果〕 以上説明したように、本発明は特に超低温度域での靭性
な一段と向上するとともに溶接作業が容易で、かつ能率
的である低水素系被覆アーク溶接棒を提供するものであ
る。
自発手続補正書 1.事件の表示 特願昭59−第74157号 2、発明の名称 低水素系被覆アーク溶接棒 :(、補正をする者 事件との関係 出 願 人 住 所 東京都千代田区大手町2丁g6番3号名 称 
(665)新日本製鐵株式会社4、代理人 居 所 東京都中火区日本橋兜町12番1号補正の内容 1、明細書第1ベージドから2打の1なでが」を1など
が」と補正する。
2、明細書第2ページ第1行の「使用される」を[得ら
れる」と補正する。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 N量を0.030%以下に制限したB、Ml。 A l 、 S i 、 T i 、 Or 、 M 
    ++ 、 N i 、 M oの金属粉、合金粉または
    鉄合金粉のいずれか2種以上を被覆剤中に重量ノミ−セ
    ントで5〜27%含有したことを特徴とする低水素系被
    覆アーク溶接棒。
JP7415784A 1984-04-13 1984-04-13 低水素系被覆ア−ク溶接棒 Pending JPS60216995A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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