JPS61186197A - Ｎｉ基被覆ア−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】 （産業上の利用分野） 本発明は９％ＮｉＭなとの極低温用鋼の下向、横向姿勢
の溶接に用いられるＮｉ基被覆アーク溶接棒関するもの
である。

（従来の技術） 現在、市販されているＮｉ基被覆アーク溶接棒は、心線
にＮｉ、　Ｃｒ等の主成分を含むＮｉ基合金を使用し、
成分調整のための合金剤を含む被覆剤を被覆させた溶接
棒と、心線にＮｉを使用し、目標成分にするために必要
な合金剤を大量に含む被覆剤を被覆させた溶接棒とがあ
る。

Ｎｉ基合金を心線に使用した抜機アーク溶接棒は、例え
ば特公１８５６−８７１２号公報に開示されている。こ
の溶接棒は被覆系が石灰石−螢石一硅灰石で、脱酸剤お
よび合金成分を含む被覆剤を、Ｎｉ基合金心線に被覆し
た溶接棒を用いるもので、得られる溶接金属に合金の偏
析は発生しに（いが、心線の電気比抵抗が太きいため、
棒焼は現象が起こり高電流の使用ができない。そのため
に溶接作業態率が劣るという問題点がある。

一方、電気比抵抗が軟鋼と同程度のＮｉを心線に使用し
ている被覆アーク溶接棒は、上記の問題点を解決するた
めに開発された溶接棒であり、例えば特開昭５７−１５
９２９５号公報に開示されている。

この溶接棒は、被覆系が金属炭酸塩−金属弗化物で、Ｎ
ｉ以外の主要合金成分が全て被覆剤中に含まれている。

高電流を使用しても棒焼は現象がなく、高電流の使用が
可能となり、溶接作業能率が良好である。

しかし被覆剤から合金を添加するため、合金心線に比べ
合金の歩留りが悪く、多量の合金剤の配合が必要となる
。そのため被覆外径を太（する必要があり、被覆率も大
きくなっている。合金剤を被覆から多量に添加すること
は、溶接金属の合金成分に偏析が発生し易く、又生産性
の面でも被覆割れが発生し易くなり、脱落率の低下とい
う問題点がある。

さらにＮｉ心線を使用する溶接棒には、上記の溶接棒を
発展させ、溶接姿勢を横向と下向に限定したものがある
。例えば特開昭５８・・９７９４号公報で提案されてい
る。この溶接棒は、被覆系がチタン酸化物−金属炭酸項
一金属弗化物とし、溶接姿勢を限定することで、溶接金
属の耐ブローホール性を改善し、溶接金属の耐割れ性を
劣化させる脱酸剤を除去することにより、耐割れ性の良
い健全な溶接金属を得ている。

又高電流が使用できるため、横向、下回姿勢における溶
接作業性も良好で、特にアークの吹付けが強（、スラグ
剥離、ビード形状、外観が良好となり、作業能率が向上
している。しかし前記の特公昭５７−１５９２９５号公
報記載のものと同様な問題点がある。

上記の被覆アーク溶接棒の外に、特開昭５９−９全１９
６号公報に、Ｎｉ、Ｃｒ等の合金粉末を充填した炭素鋼
・ξイブを心線としたステンレス鋼被覆アーク溶接棒が
提案されている。この溶接棒は、心線外皮を炭素鋼にす
ることで電気比抵抗を小さくし、棒焼は現象を改善して
いる。

又アークが発生する外皮の断面積が少ないため、電流密
度が太き（なり、心線に内包される金属粉末の存在と相
まって、アーク状態が良（なり、全姿勢での溶接作業性
が良好で、スパッタが少ない溶接を可能にしている。

しかしこの被覆アーク溶接棒は、ステンレス成分を目的
としており、Ｎｉ基合金成分を得るためには、炭素鋼パ
イプに多量の合金粉を充填する必要がある。合金粉末を
多量充填した炭素鋼パイプは、充填率が高くなり、伸線
中に断線する事が多（なり、心線としての加工が難かし
い。そのため炭素鋼パイプでのＮｉ基被覆アーク浴接棒
への適用は困難である。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明者等は、Ｎｉ基合金としての主要成分の金属粉末
を内包してなるＮｉパイプを心線として、これに被覆剤
を被覆した溶接棒を用いることにより、下向、横向姿勢
での溶接作業性が優れ、溶接作業能率が良好で且つ合金
の偏析が少ない溶接金属が得られるＮｉ基被覆アーク溶
接棒提供を目的とする。

（問題点を解決するための手段、作用）本発明の要旨は
、心線全重量に対してｌＯ〜２２チのＣｒ、０．２〜５
％のＭｎ、０．３〜４％の歯および０．３〜１０％のＭ
ｏを含み、さらに必要に応じて、５％以下のＷを含む充
填剤を内包してなるＮｉバイブを心線とし、この心線に
被覆剤全重量の１０〜４０％のチタン酸化物、５〜２５
％の金属炭酸塩、３〜１５％の金属弗化物を含む被覆剤
を被覆したことを特徴とするＮｉ基被覆アーク溶接棒あ
る。

なお、本明細書で用いる矛は貞量襲を指し、心線全重量
とはＮｉバイブと充填剤の合計重量を指丁。

以下本発明の詳細な説明する。

本発明は、従来から問題となっていたＮｉ基合金を、心
線に使用しているＮｉ基被覆アーク溶接棒棒焼は現象に
伴なう作業能率の悪さを、合金粉を内包したＮｉノξイ
ブを心線とすることにより改善した。

すなわち心線の電気比抵抗を小さくすることにより、高
電流を使用しても棒焼は現象が起きず、しかもアークの
発生するＮｉ外皮の断面積が小さいため、電流密度が太
き（なり、内包する合金粉の存在と相まってＮｉ外皮が
溶融するため、アークの安定性、母材とのなじみ性が良
好で、スパッタの発生が少ない溶接が可能となる。

又被覆割をチタン酸化物、金属炭酸塩、金属弗化物を主
成分にすることにより、横向、下向姿勢でスラグ剥離性
が良好で、ビード形状、外観が良好な溶接が可能となり
、作業能率が大きく向上することが判明した。

又、純Ｎｉ心線を使用して、溶接作業能率を向上させた
Ｎｉ基被覆アーク溶接棒問題となる溶接金属の合金偏析
は、心線の外皮をＮｉとし、合金剤をＮｉパイプに内包
させることにより、電流密度が大きくなったＮｉ外皮と
、はぼ同時に内包された合金剤が浴融されるため、合金
成分を被覆から添加す。

る時よりも効率よく、しかも安定して歩留り、均一な偏
析の少ない合金成分となり、健全な溶接金属が得られる
ことが判明した。特に含有量が少ない成分はどその傾向
が太きい。

さらに、Ｎｉ心線を使用した溶接棒は、被覆率が大きく
、乾燥での被覆割れ、脱落率の低下等の生産性に問題が
あったが、合金剤をＮｉパイプに内包させることにより
、被覆割れが発生しない通常の被覆径で生産が可能とな
り、乾燥での被覆割れ、脱落率が改善され、溶接棒の生
産性が向上することが判明した。

本発明は以上の如き知見によってなされたものであり、
Ｎｉ基被覆アーク溶接棒おいて、偏析が少ない健全な溶
接金属が得られ、溶接作業性が良好で、作業能率が同上
し、又、生産性が良好な溶接棒を提供することを可能と
したものである。

心線の外皮としてＮｉパイプを使用する理由は、心線の
電気比抵抗を小さくし、高電流を使用した場合の棒焼は
現象を防ぎ、且つ断面積を小さくすることにより電流密
度を太き（し、アークを安定させ、融合不良、スラグ巻
込み等の溶接欠陥を生じさせないためである。

なおここで云うＮｉパイプとは、溶接Ｎｉパイプ、継目
なしＮｉ　／’ｅイブのみならず帯状Ｎｉを管状に加工
した物を指し、その成分は、Ｎｉが多いほど電気比抵抗
が小さく、加工性が良いが、Ｎｉが９５％以上含まれて
いれば電気比抵抗、加工性の点で、本発明を実施するに
は問題ない。心線に加工する前の溶接Ｎｉパイプ、継目
なしパイプの外径は、８１１ＥＩ１１〜２５簡、肉厚は
０．５〜３ｍ、帯状Ｎｉは板厚０．２闘〜２ｎａｒ＋、
板巾１３〜３５頚のものが、心線に加工し易く、生産性
の点から望ましい。

次にパイプに充填する充填剤について述べる。

Ｃｒは溶接金属の高強度化と、浴接金属の健全性、特に
耐ブローホール性を良好ならしめる効果がある。心線全
重量の１０％未満では効果が少なく、多ければ効果は大
きくなるが、２２％を超えると溶接金属の靭性が低下す
る。従ってＣｒを心線全重量に対して、１０〜２２％に
制限する。なおＣｒは金属ＣｒあるいはＦｅ　−Ｃｒを
粉本にして、単独、又は複合で充填される。

地は溶接金属の耐割れ性を良好ならしめるために有効で
あるが、心線全重量に対して０．２％未満では効果が少
な（，５％を超えると溶接作業性、特にスラグ剥離性が
劣化する。従って胤を心線全重量に対して０．２〜５％
に制限する。なおＭｎは金属胤あるいはＦｅ−Ｆ（Ｉｎ
を粉体にして単独又は複合で充填される。

隅は溶接金属の高強度化に効果があり、又溶接作業性、
特にアークの安定化、母材とのなじみ性を良好ならしめ
るために効果がある。心線全重量に対して、０．３％未
満では効果が少な（，４％を超えると溶接金属の耐割れ
性が劣化する。従って綿を心線全重量に対し、０．３〜
４％に制限する。

なお縄は金属ＮｂあるいはＦｅ−Ｎｂを粉体にして、単
独、又は複合で充填される。

Ｍｏは溶接金属の高強度化と、耐割れ性を良好ならしめ
るために非常に有効である。心線全重量に対し、０．３
％未満では効果が少なく多いほど効果は大であるが、１
０％を超えると溶接金属の靭性が低下する。従って論を
心線全重量に対して、０．３〜１０％に制限する。なお
Ｍｏは金属ＭｏあるいはＦｅ−Ｍｏを、粉体にして単独
又は複合で充填される。

本発明ではさらに、充填剤中にＷを含有させることが出
来る。Ｗは溶接金属の高強度化に有効である。心線全重
量に対して５％を超えると溶接金属の耐割れ性が劣化す
る。従ってＷを心線全重量に対して５％以下に制限する
。なおＷは金属ＷあるいはＦｅ−Ｗを、粉体にして単独
又は複合で充填される。

充填剤はＮｉパイプと充填剤の合計量に対して、２０〜
５０％にすることが望ましい。その理由として２０％未
満では、Ｎｉ基合金としての成分および機械的性質を得
るために、被覆剤中にＣｒ、Ｍｎなどの主要成分を過剰
に配合しなければならず、溶接金属の合金偏析の原因と
なる。又５０％を超えると均一な充填及び伸線が困難と
なり、心線の生産性が低下する。従って充填剤をＮｉパ
イプと充填剤の合計重量に対して、２０〜５０％にする
ことが望ましい。

次に被覆剤成分について述べる。

チタン酸化物はアークを安定化し、スラグの流動性、被
包性、剥離性を良好にし、ピード形状、外観を良好にす
るが、これ以外にも溶接金属の柱状晶を微細化し、水素
脆性および高温割れ感受性を著るしく小さくする。１０
チ未満では効果が少な（，４０％を超えるとスラグがア
ークにからむため溶接が困難となる。又スラグが固（な
り、かえって剥離性を損なう。従ってチタン酸化物を被
覆剤全重量に対して１０〜４０％に制限する。

なおここで言うチタン酸化物とは、ルチール、チタン白
、チタンスラブ、チタン酸カリ、イルミナイト等のチタ
ン酸化物系化合物を指す。

金属炭酸塩はスラグに高塩基性を与え、溶接金属のＰ、
ＳおよびＳｉの増加を抑制するとともに、分解生成する
Ｃ０２ガスによって水素分圧を下げ、且つ軟鋼溶接棒と
同等の高電流溶接でも、溶接金属の耐割れ性を充分に良
好ならしめるために５％以上必要である。一方２５％を
超えると、スラグの剥離性および流動性が悪くなる。従
って金属炭酸塩を被覆剤全重量に対して、５〜２５％に
制限する。

なおここで言う金属炭酸塩とは、石灰石、炭酸バリウム
、炭酸マグネシウム、炭酸リチウム、炭酸マンガン、炭
酸ストロンチウム或いはこれらの複合添加物があげられ
る。

金属弗化物はスラグの流動性を良（し、スラグ巻込み等
のない健全な溶接金属を得るために３％以上必要である
。一方１５％を超えると、アークが不安定となり、スラ
グ剥離性を悪くする。従って金属弗化物を被覆剤全重量
に対して、３〜１５チに制限する。

なおここで言う金属弗化物とは螢石、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、弗化リチ
ウム、弗化ナトリウム、弗化カリウム或いはこれら複合
添加物があげられる。

被覆剤には主成分の他に、砕砂、アルミナ、マグネシア
、アルギン酸ソーダ、マイカ、カリ長石等を配合出来る
。又Ｃｒ　、　Ｅ’ｅ−Ｃｒ、　Ｍｎ　、　Ｆｅ　−Ｍ
ｎＭｏ　、　Ｆｅ−Ｍｏ、　Ｎｂ　、　Ｆｅ−Ｎｂ　、
　Ｗ、　Ｆｅ−Ｗ、　Ｎｉ。

Ｆｅ粉末等を合金剤として配合することが出来るが、用
途に応じて適宜選択配合する。これらの補助的な合金剤
の量は、溶接金属の合金偏析を考慮すると３０％以下が
望ましい。

以上の様に本発明はＣｒ粉末、胤粉末、歯粉末、Ｍｏ粉
末を含む充填剤、さらにこの充填剤にＷ粉末を含む充填
剤を、Ｎｉ　／ξイブに充填せしめたパイプを心線とし
、該心線にチタン酸化物、金属炭酸塩、金属弗化物を含
む被覆剤を被覆した溶接棒を用いることで、軟鋼溶接棒
と同等の高電流の使用が可能で作業能率が向上し、又合
金成分の偏析が少なく、耐割れ性、耐ブローホール性が
良好で、健全な溶接金属が得られる溶接が可能となった
。

本発明の溶接棒の製造方法について言及すると、Ｂ　９
６ｒｔａｓ　〜２５１”のＮｉパイプにＣｒ、Ｎｈ、Ｍ
ｏ等の合金剤を、混合攪拌して充填せしめた後、４．０
ＩＺｆａ〜５．Ｑｇ餌の適当な径に伸線し、その径に応
じて３００〜５００簡の長さに切断し、これを心線とす
る。

この心線に被覆剤粉末と、水ガラス（硅酸カリ水溶液十
硅酸ソーダ水溶液）などの適当なバインダーで混和して
被覆し、３００〜４５０℃で約１時間柱度焼成する。な
お被覆外径は、Ｄ／ｄ（Ｄ：被覆外径、ｄ：心線径）が
１．３〜２．０、被覆率としては２０〜４０％が望まし
い。

以下本発明の実施例について説明する。

（実施例） 第１表に使用した溶接Ｎｉパイプと管状に加工した帯状
Ｎｉの化学成分を示す。

第２表にＮｉパイプと充填剤の組合せによる心線の組成
を示す。心線寸法は直径４．０１１１１、長さ４００１
１１１１１である。

なお６１口は、板厚１１０１、板巾２０龍の帯状Ｎｉに
、充填剤を充填後、管状に加工して伸線したものである
。心線＆５以外は、外径１２ｗＩｎ、肉厚２咽の溶接Ｎ
ｉパイプに充填剤を充填後伸線したものである。

第３表は上記心線と被覆剤の組合せによる溶接棒の組成
を示す。被覆外径を６．５１０１（Ｄ／ｄ＝１．６３χ
被覆率を約３３％とした。

第４表に使用した９％Ｎｉ鋼の化学成分を示す。

第５表に第３表溶接棒と第４表使用母材との組合せによ
り、溶接方法をＪＩＳ　Ｚ　３２２４に準拠して、板厚
２０１訓ｔを用い、電流１５０Ａ　（交流）で溶接した
溶接金属の化学成分と機械的性質を示す。

第６表にこれら溶接棒の割れ試験結果、Ｘ線性能試験結
果および溶接作業性試験結果を示す。なお、割れ試験は
、ＪＩＳ　Ｚ　３１１５により、板厚２０ＩＩＩＩＩｔ
の９％Ｎｉ鋼を用い、６０°Ｙ型開先、ルートフェイス
１０ａｌ、ルートギャップ２ｍ、電流１５０Ａ（交流）
、溶接速度１５０■／ｍｉｎの試験条件で行なった。

Ｘ線性能試験は、下向姿勢で１６１１１１１ｔの９％Ｎ
ｉ鋼を用い、６０’ｙ型開先で浴接電流１５０Ａ（交流
）、溶接大勢約２万ジユール／ａｎで継手溶接を行ない
；ＪＩＳ　Ｚ　３１０６によって判定を行なった。溶接
作業性は１６１１１ｔの９％Ｎｉ＠を用い、下向姿勢で
隅肉溶接を電流１５０Ａ（交流）で行ない、ビード形状
、外観、スラグの流動性、剥離性等を調査し、特にビー
ド形状、外観およびスラグ剥離性等を重視して判定を行
なった。

以上から本発明の溶接棒記号ム１、ム２．７ｆＬ３、厘
５、ムロ、Ａ７、Ａ９、ム１０、Ａｌｌ、ム１３、ム１
４、ム１５、Ａ１７、Ａ１８、Ａ１９、ム２１１煮２２
、煮２３、ノに２５、Ａ２６、Ａ２７、Ａ２９、Ａ３０
及びＡ　３１は、溶接金属の機械的性質、耐割れ性能、
Ｘ線性能が良好で、下向姿勢における隅肉溶接での溶接
作業性が良好ｒ、　％る。

これに対し比較例＆４はチタン酸化物が４０％を超え一
；−おり、＆８はチタン酸化物が４０％を超え、菫、＜
・ｉ、炭酸塩が５％未満であり、ム１２は金属炭酸塩が
２５％を超え、金属弗化物が３％未満であり、扁１６は
金属炭酸塩が２５％を超えており、ノに２０はチタン酸
化物が１０％未満で、金属弗化物が１５％を超えており
、Ａ２４はチタン酸化物が１０％未満で、金属炭酸塩が
２５％を超え、金属弗化物が１５％を超えており、Ａ２
８は金属炭酸塩が２５％を超えており、扁３２は金属弗
化物が３％未満であるため、いずれも第６表に見られる
様に、溶接作業性、ｘｍ性能が劣化するなどの問題点が
ある。

又比較例煮３３、Ａ３４は心線の充填剤・中に、金属単
体に換算してＣｒ粉末が２０％を超え、胤粉末がハ　リ
　と土ｌ茎＋ｆ＋屯　ｈ　　　、ｅワｅ　　　、ｅワｃ
　階　−１軸へ六揃刻出に金属単体に換算して、Ｃｒ粉
末が１０％未満で、飾粉末が０．２％未満で、Ｍｏ粉末
が１０％を超えており、ム３７．４３８は心線の充填剤
中に金属単体に換算して、Ｎｂ粉末が４％を超え、Ｗ粉
末が５チな超えており、Ａ３９．４４０は心線の充填剤
中に金属単体に換算して、胤粉末が５％を超え、Ｍｏ粉
末が０．３％未満であるため、第５表、第６表に見られ
るように、博接金属の機械的性質、耐割れ性能、Ｘ線性
能および溶接作業性が劣るという問題点がある。

第　　１　　表 （発明の効果） 以上説明したように、本発明の溶接棒を用いれば、横向
、下向姿勢における溶接作業性が良好で、耐割れ性、耐
ブローホール性が良好で、合金偏析がない溶接金属が得
られるとともに、作業能率を向上することが出来る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　心線全重量に対し、１０〜２２％のＣｒ、０．２〜
   ５％のＭｎ、０．３〜４％のＮｂおよび０．３〜１０％
   のＭｏを含む充填剤を内包してなるＮｉパイプを心線と
   し、該心線に被覆剤全重量に対して、１０〜４０％のチ
   タン酸化物、５〜２５％の金属炭酸塩、３〜１５％の金
   属弗化物を含む被覆剤を被覆したことを特徴とするＮｉ
   基被覆アーク溶接棒。 ２　心線全重量に対し、１０〜２２％のＣｒ、０．２〜
   ５％のＭｎ、０．３〜４％のＮｂ、０．３〜１０％のＭ
   ｏを含み、さらに５％以下のＷを含む充填剤を内包して
   なるＮｉパイプを心線とし、該心線に被覆剤全重量に対
   して、１０〜４０％のチタン酸化物、５〜２５％の金属
   炭酸塩、３〜１５％の金属弗化物を含む被覆剤を被覆し
   たことを特徴とするＮｉ基被覆アーク溶接棒。