JPS6129838B2

JPS6129838B2 -

Info

Publication number: JPS6129838B2
Application number: JP55151874A
Authority: JP
Inventors: Osamu Tanaka; Noryuki Hara; Tetsuya Hashimoto; Yasuyoshi Kitazawa; Minoru Ishii
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1980-10-28
Filing date: 1980-10-28
Publication date: 1986-07-09
Also published as: JPS5775300A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は被覆アーク溶接棒に関し、特に被覆の
保護筒としての機能を改善し、溶接作業性及び継
手性能を高めた低水素系被覆アーク溶接棒に関す
るものである。溶接能率及び継手性能を向上すべく種々の溶接
方法及び溶接材料が提案されており、水素脆化を
抑えた低水素系被覆アーク溶接棒についても多く
の技術が開発されている。しかしながら溶接後の
手直し（補修溶接）を含めた全溶接所要時間の短
縮及び継手性能の両面を満足するものは少ない。
特に低水素系被覆アーク溶接棒においては、溶接
中断後再アークを発生させる時点で溶接棒を母材
にたたきつけたときに多量の被覆が脱落し、保護
筒としての機能が失なわれてアークが不安定にな
ると共に、シールド不足によつてブローホールや
ピツト等の継手欠陥が発生する。また溶接時間を
短縮すべく高電流溶接を行なうと被覆が焼けて脆
くなり、溶接中に脱落して保護筒としての機能が
低下し、上記と同様アークが不安定になつて作業
性が低下すると共にシールド不足によつて継手欠
陥が発生する。更にシールド不足になるとアーク
雰囲気中に大気中の水分等が混入し、低水素系溶
接棒の特長である耐水素脆性も害される。本発明者等は前述の様な事情に着目し、耐水素
脆性を含めた継手性能を阻害することなく、高い
溶接作業性が得られる様な低水素系立向上進溶接
用溶被覆アーク溶接棒を開発すべく、被覆剤の成
分組成や被覆の物性等について研究を進めてき
た。本発明はかかる研究の結果完成されたもので
あつて、その構成とは、SiO₂：３〜８％（重量
％：以下同じ）、TiO₂：２〜10重量％、炭酸塩：
30〜60％、金属フツ化物：10〜25％（但し、
CaF₂を除く金属フツ化物の総和が５％以下）、脱
酸性金属：３〜15％を含有する被覆剤を軟鋼心線
外周に塗布し焼成した低水素系被覆アーク溶接棒
において、焼成後の被覆剤の嵩密度が1.9〜３
ｇ／cm³であることを特徴とする溶接中及び再アー
ク発生時の被覆の耐脱落性の優れた低水素系被覆
アーク溶接棒にしたところに要旨が存在する。本発明では、被覆剤の成分組成を特定すると共
に、焼成後における被覆の嵩密度を特定範囲に設
定することによつて、溶接中及び再アーク発生時
の被覆の脱落を防止し、保護筒としての本来の機
能を保持せしめることができた。その結果良好な
アーク安定性とシールド効果が確保され、高品質
の溶接継手が作業性良く得られることになつた。以下本発明における数値範囲設定の根拠を説明
する。 SiO₂：３〜８％スラグの粘性調整剤として作用すると共にアー
ク力を高める作用があり、これらの効果は３％以
上の添加で有効に発揮される。しかし８％を越え
るとスラグの剥離性が著しく劣化し作業性が低下
する。原料としては、珪砂、タルク、マイカ或は
その他の珪酸塩が用いられ、粘結剤として使用さ
れる水ガラス中のSiO₂も含まれる。炭酸塩：30〜60％ガス発生剤として不可欠の成分であり、発生し
たガスによつて溶接金属を大気から保護する。30
％未満ではシールド不足となり、ブローホール等
の継手欠陥が生じ易くなると共に耐水素脆性が低
下し、一方60％を越えると溶け込みが深くなりす
ぎてアンダーカツトが生じ易くなる。CaCO₃，
MgCO₃，BaCO₃等が同効物質として使用される
が、最も一般的なのはCaCO₃である。 TiO₂：２〜10％スラグの粘性調整剤として不可欠の成分であ
り、２％未満では過度に粘稠なスラグとなつて立
向上進溶接が困難になる。しかし10％を越えると
スラグの剥離性が著しく悪化する。金属フツ化物：10〜25％気孔防止剤及びスラグの粘性調整剤として極め
て重要であり、10％未満ではスラグが粘すぎて立
向上進溶接が困難になると共に気孔防止効果も不
十分になり、一方25％を越えるとアークの広がり
が阻害され、上向溶接が困難になる。金属フツ化
物としてはCaF₂，AlF₃，MgF₂等が用いられる
が、CaF₂以外のフツ化物は、気孔防止剤として
の効果は発揮するもののその総和が５％を越える
とスラグの剥離性が著しく悪くなるので、注意し
なければならない。脱酸性金属：３〜15％ Mn，Si，Ti，Al，Mg或はこれらの鉄合金が代
表的なものとして挙げられ、３％未満では脱酸不
足によつてブローホールやアンダーカツトが発生
し易く、一方15％を越えると溶接金属が硬くなり
耐割れ性が低下する。本発明では上記５成分を被覆剤の必須成分とす
るが、このほか必要に応じて下記の成分を配合す
ることもある。鉄粉：40％以下溶接金属量を増大し溶接能率を高めるのに極め
て有効であるが、40％を越えるとアーク力が乏し
くなり、上進溶接が困難になる。鉄粉単独で使用
するのが一般的であるが、Fe−Mn等の鉄合金と
して配合することもできる。合金粉：５％以下溶接金属の機械的性質や耐食性等を改善する為
に、目標性能に応じてCu，Mo，Ni，Cr等の合金
元素単体或はこれらの鉄合金を添加することは極
めて有効であり、通常は５％以下の範囲で添加さ
れる。本発明で使用する被覆剤の成分組成は上記の通
りであるが、この被覆剤を軟鋼心線外周に塗布し
焼成して得られる本発明溶接棒の性能は、被覆の
耐脱落性と密接な関係を有している。即ち先に説
明した如く被覆は溶接時に保護筒を構成し、アー
クを安定にすると共にシールド効果を高める作用
があるが、溶接中或は再アーク発生時に被覆が脱
落すると上記の効果が失なわれる。そこで被覆の
耐脱落性を改善すべく実験を行なつたところ、耐
脱落性は焼成後の被覆の嵩密度と密接な関係があ
り、嵩密度が1.9〜3.0ｇ／cm³となる様に被覆剤原
料の粒度や製造条件等を設定すれば、優れた耐脱
落性を確保でき、更には溶接棒製造時における乾
燥割れも抑制された歩留りも向上することが分か
つた。ちなみに第１図は、上記成分組成の満足す
る低水素系被覆アーク溶接棒における、被覆の嵩
密度と溶接中の被覆の脱落量及び製造時（乾燥
後）における歩留りの関係を示したグラフ、第２
図は、同じく被覆の嵩密度と再アーク発生時の被
覆の脱落長さ及び当該溶接部のブローホール発生
数の関係を示したグラフである。但し供試棒とし
ては5.0mm〓×450mm_lのものを使用し、また被覆
の嵩密度は次式により算出した。式中Ｋ：嵩密度（ｇ／cm³）Ｇ：溶接棒の両端を切断・除去した後の
棒重量（ｇ）ｌ：溶接棒の両端を切断・除去した後の
棒長（cm）ｄ：心線直径（cm）Ｄ：被覆径（cm）第１図からも明らかな様に、嵩密度が1.9〜3.0
ｇ／cm³の範囲のものは、溶接中の被覆の脱落が殆
んど起こらず、しかも製造時の乾燥割れがなく高
い歩留りが得られるのに対し、上記範囲を外れる
と脱落が著しく且つ製造時の歩留りも低下してい
る。また第２図によれば、嵩密度が1.9ｇ／cm³未
満では再アーク時の被覆の脱落が著しく、それに
伴なつて再アーク位置のブローホール発生数が大
幅に増大するのに対し、1.9ｇ／cm³以上ではこれ
らの欠点が殆んど現われていない。これらの結果
からも明らかな様に、被覆の嵩密度は製造時の歩
留り、溶接時の耐脱落性及び得られる溶接金属の
耐ブローホール性等のすべてと密接に関係してお
り、嵩密度を1.9〜3.0ｇ／cm³の範囲に設定するこ
とによつて上記要求のすべてを満足できる。但し上記嵩密度の好適範囲は、先に説明した好
適成分組成の被覆剤を使用した場合に限つて適合
するのであつて、異なる成分組成の被覆剤に対し
ては同列に論じられない。その理由は、嵩密度が
好適範囲にあつても、その成分組成が異なれば生
成されるスラグの粘性が異なつて来る為、良好な
ビード形状を得にくくなる為である。被覆の嵩密度を調整する方法は特に限定されな
いが、最も一般的な方法としては、被覆剤原料
の粒度構成を調整する方法。軟鋼心線外周へ塗
布する際の圧力を調整する方法、上記，を
組み合わせた方法、等が挙げられる。本発明は以上の様に構成されており、被覆剤の
成分組成を特定すると共に、特に焼成後における
被覆の嵩密度を特定範囲に調整することによつ
て、被覆の耐脱落性を著しく高め得ることになつ
た。その結果、溶接中及び再アーク発生時の被覆
の脱落に起因するアーク不安定及びシールド不良
が解消され、高品質の溶接継手が作業性良く得ら
れることになつた。しかも本発明で規定する要件
を満足するものは製造時における被覆の乾燥割れ
も少なく、高い歩留りを得ることができる。次に実験例を挙げて本発明の構成及び作用効果
を明確にする。実験例１第１表に示す成分組成の被覆剤（粒度構成は第
２表の通り）を、軟鋼心線（5.0mm〓×450mm^l）
の外周に塗装圧60Kg／cm³、速度270ｍ／分で塗布
し、50〜100℃で１時間予備乾燥した後400℃で１
時間本焼成して、低水素系立向上進溶接用被覆ア
ーク溶接棒を製造した。得られた各溶接棒を使用
し、試験板（材質：SM−50、断面形状：第３
図）の立向溶接線を、電流190A（A.C.）で上進
溶接した。尚溶接工程ではアークの中断・再開を
繰り返し行なつた。このとき溶接作業性、再アー
ク発生時の被覆の脱落長さ及び得られた溶接部の
物性を調べたところ第１表の結果が得られた。

【表】

【表】第１表より次の様に考察できる。 (1) 従来棒は被覆の嵩密度が小さい為に耐脱落性
が極めて悪く、溶接作業性及び継手性能共に極
めて悪い、またSiO₂量が多すぎる為にスラグ
がガラス化し剥離が困難である。 (2) 比較棒Ｂ−１，２はSiO₂量が規定範囲を外
れたもので、不足の場合（Ｂ−１）はアーク力
が弱く溶け込み不足の為融合不良がみられ、過
剰の場合（Ｂ−２）はスラグがガラス化し剥離
が困難になる。 (3) 比較棒Ｂ−３，４はSiO₂量が規定範囲を外
れたもので、不足の場合（Ｂ−３）はスラグが
粘稠になりすぎて上進溶接が困難であり、且つ
融合不良がみれらる。一方過剰の場合（Ｂ−
４）はスラグの剥離性が悪くなる。 (4) 比較棒Ｂ−５，６は炭酸塩量が規定範囲を外
れたもので、不足の場合（Ｂ−５）はシールド
不良によつてブローホールが発生し、過剰の場
合（Ｂ−６）は溶け込み深くなりすぎて最終層
にアンダーカツトが発生する。 (5) 比較棒Ｂ−７，８はCaF₂量が規定範囲を外
れたもので、不足の場合（Ｂ−７）はスラグの
融点が高すぎて上進溶接が困難であり且つ融合
不良が著しい。また過剰の場合（Ｂ−８）はア
ークが弱くやはり上進溶接が困難であり、且つ
融合不良を起こす。 (6) 比較棒Ｂ−９〜１３は脱酸性金属量が規定範
囲を外れたもので、不足の場合（Ｂ−１１，１
２）は脱酸不足によりブローホールが発生し、
過剰の場合（Ｂ−１３，１４，１５）は溶接金
属が硬くなり耐割れ性が劣悪になる。 (7) 比較棒Ｂ−１４，１５は被覆の嵩密度が規定
範囲を外れたもので、過少の場合（Ｂ−１５）
は耐脱落性が悪くブローホールが多発し、また
過大の場合（Ｂ−１４）も耐脱落性が乏しくま
た被覆に縦方向の乾燥割れがみられた。 (8) これらに対し本発明の要件を満足する溶接棒
Ａ−１〜１０は、何れも優れた耐脱落性を有し
ており、溶接作業性及び継手性能も極めて良好
である。

【図面の簡単な説明】

第１，２図は被覆の嵩密度と耐脱落性等の関係
を示すグラフ、第３図は実験例で採用した溶接部
の形状を示す説明図である。

Claims

【特許請求の範囲】

１ SiO₂：３〜８重量％、TiO₂：２〜10重量
％、炭酸塩：30〜60重量％、金属フツ化物：10〜
25重量％（但し、CaF₂を除く金属フツ化物の総
和が５％以下）、脱酸性金属：３〜15重量％を含
有する被覆剤を軟鋼心線外周に塗布し焼成した低
水素系被覆アーク溶接棒において、焼成後の被覆
剤の嵩密度が1.9〜３ｇ／cm³であることを特徴と
する溶接中及び再アーク発生時の被覆の耐脱落性
の優れた低水素系被覆アーク溶接棒。