JPS6167597A - 低水素系被覆ア−ク溶接棒用心線 - 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〕 ゛　　本発明はフラックス入り心線を使用することによ
って、低温度の溶接環境下の溶接施工において溶接作業
が容易で溶接作業能率が向上し、かつ溶接金属の耐われ
性が著しく向上した低水素系被覆アーク溶接棒用心線に
関するものである。

〔従来の技術〕

ＪＩＳ　Ｇ　３５２３５ＷＹ−１１すどの炭素鋼心［ｃ
ＣａＣＯ３−ＣａＦ２やＭｇＣＯ３−ＭｇＯを主成分と
した被覆剤を塗布した全姿勢用または下向もしくは水平
すみ肉専用の従来低水素系被覆アーク溶接ｎは造船、造
機、車両、建築、橋梁、各種圧力容器および海洋構造物
など特に機械的性能および耐われ性などが重要視される
溶接構造物の分野に広く使用されている。

しかし上記の従来低水素系被覆アーク溶接棒による溶接
では、寒冷地における軟鋼厚板および５０キロ以上の高
張力鋼の溶接に際し、溶接金属の拡散性水素量に起因す
る低温われがしばしば発生し問題となっている。この低
温われは予熱あるいは後熱を行なえばある程度防止でき
るが完全な対策ではないとともに手数がかかって非能率
的であり、かつ燃料費がかかり経済的でないなど、低温
度環境域での海洋構造物や低温タンクなどの建設におい
て満足できるものではなかった。

さらに従来の低水素系被覆アーク溶接棒は非低水素系被
覆アーク溶接棒に比べ溶融速度〔単位時間当りの溶融棒
長さく　ｗ／ｍｉｎで表わされる〕が遅く、溶滴移行性
が劣シ高電流側で使用するとアークが荒くなシスバッタ
の飛散が多く、また溶は込みも浅いなど溶接作業能率と
溶接作業性の面でも必ずしも満足できるものではなかっ
た。

これら性能を改善する試みとして、特公昭４８−３４４
８５号公報には溶接金属の拡散性水素量を低減する方法
として溶接棒の被覆剤中に含有する水素量を減少するた
めに水素源の含有量が少ない被覆原材料の選択、あるい
は予備焼成した被覆原材料を用いるか、また溶接棒を大
気中で高温焼成し、被覆の耐吸湿化を計る手法が提案さ
れているが、このような消極的手段では低水素系被曇ア
ーク溶接棒の溶接金属の拡散性水素量を十分に減少出来
ず、予熱なしで溶接金属のわれを完全に防止できないと
ともに溶接棒の生産性が悪く、その生産歩留り率が低下
する々ど効果的でない。

すなわち水分の少ない被覆原材料からなる被覆剤を用い
る場合、その塗装性が悪くなったり溶凄棒の生産性が著
しく低下する。また、予備焼成などを厖して水分を抑制
した被覆原材料を用いても、これら被覆剤原料と水ガラ
スなどの固着剤との混線において、固着剤に含有する水
と接触すること、さらに溶接棒の予備乾燥時において放
出される水分と反応して、再び水素源として溶接棒被覆
剤中に吸収されることがある＠ 溶接棒を大気中で高温焼成し、被覆剤中の水分を脱水す
ることは耐吸湿性を得るとともに溶接金属の拡散性水素
量全減少するのに効果はあるが、被覆剤中に多量に添加
される炭酸塩鉱物および金属粉や合金粉が高温度にさら
されるために、これら被覆原材料が分解あるいは酸化現
象を呈し、所期の目的とする作用効果が得られなくなシ
、溶接作業性、機械的性能などが劣化する。

このように被覆剤に含有または付着する水素源全減少す
ることや大気中で高温焼成し脱水することには限度があ
シ、十分に溶接棒の低水素化を図ることが出来ない。

特開昭５３−１３８９４７号公報や特公昭５９−１５１
９号公報には被覆アーク溶接棒の心線、被覆剤ちるいは
これら両者中に適量のＴｅ　、　Ｓ＠の添加、さらＫは
炭酸ガス界囲気中で高温焼成する方法が提案され一部実
施されている。心線や被覆剤あるいはこの両者に微量の
Ｔｅ　、　Ｓｅを添加することによる効果はあるが微量
添加のため、製造条件、溶接条件および溶接姿勢などの
影響をうけ偏析しやすく、溶接金属中の拡散性水素量が
バラツキやすく、よって耐われ性も安定するものではな
かった。

さらに炭酸ガス雰囲気中で高温焼成すると被覆剤中に多
量に添加される炭酸塩鉱物および金属粉や合金粉が高温
度にさらされるために、これら被覆原材料が分解あるい
は酸化現象を呈し、所期の目的とする作用効果が得られ
々〈なり溶接作業性、機械的性能および被覆脱落性が劣
化するとともに溶接棒の製造管理と溶接管理が非常に耐
難で、また製造コストが高い々ど経済的でない。

特願昭５８−２４３６６号で本発明者らはフラックス入
り心線を用いることによって低水素系被覆アーク溶接棒
の溶接作業能率と溶接作業性や溶接金属の耐われ性と靭
性を改善する方法全提案して、その著しい効果を得てい
るが、まだ低温度の溶接環境下の溶接施工において溶接
金属のわれ発生を完全に防止するには問題のあることが
判明した。

このように現在の低水素系被覆アーク溶接棒において、
超低温度環境下での溶接作業において、安定した耐われ
性を有し、かつ使い易さと能率性を保有した低水素系被
覆アーク溶接棒は皆無に等しく、業界よシこれら性能を
備えた溶接棒が強く要望されているとともに当溶接Ｓ業
界でも重要な研究課題であった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は前述した実情に対し、充填剤全吟味したフラッ
クス入り心線を用いることによって、従来の諸性能を確
保するとともに超低温度溶接作業環境下での溶接におい
て、充分順応する優れた溶接金属の耐われ性と溶接作業
性および作業能率が得られること全目的とした低水素系
被覆アーク溶接棒用心線の提供を目的とする。

〔問題点を解決するだめの手段〕

本発明は前述した要望に応えるために低水素系被覆アー
ク溶接棒の使用心線種について種々検討した結果、Ｏ′
Ｃ以下の低温度の溶接環境下での溶接において溶接金属
の耐われ性が著しく向上し、嘔らには溶接作業を効率的
、かつ効果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金属の炭酸塩、弗化物、酸化
物またはこれら複合物と金属粉及び／又は合金粉を含み
、かつ金属粉及び／又は合金粉に対する金属の炭酸塩、
弗化物、酸化物またはこれら複合物との重量比が０．３
〜７とした粉状原料に液状固着剤を添加し、混練した後
、造粒したフラックスを４００℃〜８００℃でピント化
あるいは焼結化した充填剤を長さ方向に開口部を有しな
い炭素鋼鞘内に該炭素調和重量に対し、３〜３０％充填
したこと全特徴とする低水素系被覆アーク溶接棒用心線
にある。

本発明の低水素系被覆アーク溶接棒用心ｉば、充填剤と
して封入した金属粉及び合金粉や、金１の炭酸塩、弗化
物、酸化物またはこれら複合物７−溶融するに際し、優
れたアーク状態と溶融スラグを形成するため、溶融金属
が細粒化し溶接移行がなめらかになりアークが安定する
とともにスパッタの発生が少なく溶接作業性と能率性が
著しく向上する。又フラックス入シ心線の特徴である断
面状に対する電流密度が高くなるため封入した充填剤が
溶融するに際し、良好なアーク雰囲気を形成するため大
気中のＦ２，０□、Ｎ２の侵入を防ぎＦ２，０２゜Ｎ２
量を激減した優れた溶接金属が得られるとともに溶接ピ
ードの始端および継目部のブローホールとビットあるい
は融合不足が発生せず、Ｘ線性能が著しく向上する。さ
らには封入する充填剤を高温度でピント化あるいは焼結
化することによって、アーク雰囲気のシールド効果と相
乗し、溶接金属の拡散性水素量が激減するため溶接金属
の低温われ性が著しく向上する。

即ち、本発明の溶接棒用心線は心線の内側に封入するガ
ス発生剤、スラグ生成剤、ア〜り安定剤。

脱酸剤の構成により本発明心＠を用いた低水素系被覆ア
ーク溶接棒は全姿勢または下向および水平すみ肉専用姿
勢での溶接において溶接作業性と能率性および溶接金属
の低温われ性とＸ線性能に優れた効果を発揮するもので
ある。

なお本発明における金属の炭酸塩とはＣａＣＯ３１Ｍｇ
ＣＯ３，ＣａＣＯＣａＣ０３−ｈｉ、　ＭｎＣＯ３，Ｂ
ａＣＯ３，Ｎａ２Ｃｏ３゜Ｋ２ＣＯ３などであシ金属の
弗化物とばＣａＦ２ｒ　ＡＺＦ５　。

ＢａＦ２．　ＭｇＦ２　＊　ＮａＦ　、　ＫＦ　、　Ｎ
ａ５ＡｔＦ６などであシ、金属の酸化物とばＴｌ０２ｒ
　５ｉ０２．　ＣａＯ、ＭｎＯ＋　ＭｇＯｒ　ＦｅＯ＋
Ｆｅ２Ｏ３，Ｌ１２０　、　ＢａＯ、Ｎａ２Ｏ、Ｎ２０
やこれら複合物のＴｉＯ−ＦｅＯ、ＺｒＯ２・５ＩＯ２
，２ＣａＯ−Ｍｇ０２８１０゜。

Ｎａ２０−ｎ５ｌｏ２・ｘＨ２Ｏなどであり、金属粉あ
るいは合金粉とはＭｎ　＋　Ｓ　ｉ＋　ＴＩ　、Ｎ１＋
　Ｃｒ　１Ｍｏ　＋　Ｆｅ　ＨＶ　＋Ｆｓ−Ｍｎ　、Ｆ
ｅ−８１、Ｆ　ｅ−Ａｌ　、Ｆｅ−Ｔｌ　　、ｋｌ−Ｔ
ｉ　、ｋｌ−Ｍｇ　。

Ｃａ−８ｉ　、　Ｓｔ−Ｍｎ　、などを指す。

〔作　用〕

以下本発明について作用と共に詳述する。

本発明の低水素系被覆アーク溶接棒用心線において、ま
ず金属の炭酸塩、弗化物、酸化物またはこルら複合物と
金属粉及び／又は合金＠を含み、かつ金属粉及び／又は
合金粉に対する金属の炭酸塩、弗化物、酸化物またはこ
れら複合物との重量比ｉ　０．３〜７としたのは溶接作
業性の安定性および使い易さと、充填剤の造粒性の均一
性および生産歩留り向上を計るためで０３未満ではガス
発生剤、スラグ生成剤、アーク安定剤として封入する金
属の炭酸塩、弗化物５酸化物またはこｎら複合物が不足
し、溶接作業性特にアークの吹付は性が弱く、溶滴が細
粒化せず、ビート９外観が悪く唸る。

また金属粉１合金粉が多すぎるため造粒性が悪いととも
に粒強度が弱く生産歩留りが著しく低下するため好まし
くない。一方７を超えるとガス発生剤、スラグ生成剤、
アーク安定剤として封入する金属の炭酸塩２弗化物、酸
化物プたはこれら複合物が過剰となり、溶接作業性特に
スラグ流動性が悪く、ス・ｆワタの発生が多い。又アー
クの吹付けが強くなりすき゛立向溶接姿勢で溶融金屑が
垂れやすぐなる。又造粒時において粒子径が大きくなり
すぎ充填性が；春しく悪るぐなるため好虜しくない。

つぎに金属粉及び／又は合金粉に対する余積の炭酸塩、
弗化物、酸化物またはこれら複合物との重量比を０．３
〜７に調整した粉末原料を液状固着剤を添加し、混練し
た後、造粒し、さらに粒子径を整粒したフラックスを４
００℃〜８００℃テｓンド化あるいは焼結化することは
本発明の重要な部分で、低温度の溶接環境下での溶接施
工において、溶接金属の耐われ性の向上と安定化を計る
のに著しい効果る得るためにある。すなわち溶接金属の
拡散性水素量と耐われ性は相関関係にあシ、ガスクロマ
トグラフ法で溶接金属の拡散性水素量’ｆｔ　１．５　
ｒｎｌ／　１００　ｇ以下に抑制すれば前記溶接環境下
で、予熱あるいは後熱を施すことなく溶接金属のわれを
防止でき信頼性ある溶接金属を確保出来ることが確認さ
れたのである。

さらにこの事実全基礎実験にもとづいて詳述する。

第１表は第２表に示す粉末原料に第３表に示す液状固着
剤すなわち水ガラスを粉末原料に対し重量％で１０〜１
５％添加し、混練した後、造粒し、さらには整粒したフ
ラックスを２００℃、３００℃、４００℃、６００℃、
８００℃、９００℃。

１０００℃の各温度でゼンド化あるいは焼結化した充填
剤を管径が１５ｍで肉厚２．５ｆｌの長さ方向に開口部
を有しない炭素鋼精白に充填率が１０％になるように充
填し、その後４．０φＸ４５０ｆｌに伸線、切断した７
種類の７ラツクス入り心線を用いて第４表に示す被覆剤
を被覆外径が６．　Ｏｔｒｙｓになるよう通常用いられ
る手段によって塗装し、予備乾燥後、４３０℃Ｘ１ｈｒ
焼成した７種類の溶接棒と、この溶接棒による試験結果
を示す。なお溶接金属の拡散性水素量はがスクロマトグ
ラフ法にて調査した。

こｎより４００℃未満の温度で＃ｉ１．５　ｍ　１７１
００ｇ以下の拡散性水素量が得られない。一方４００℃
以上の温度では１．５　ｒｒＬ／１００　ｇ以下の拡散
性水素量は得られるが５ｏｏｔ：を超える温度になると
充填フラックスが分解あるいは酸化し、劣化するため溶
接作業性が悪くなるとともに整粒した粒子の固着力が低
下し崩壊しやすくなるため好ましくない。

第５表は板厚４０１ＨのＳＭ　−５０Ｂ鋼板を用いＪＩ
ＳＺ３１５７のＵ形浴接われ試験方法に準拠し、溶接雰
囲気が一１５℃の低温度の溶接環境下で溶接電流１７０
　Ａｍｐ、溶接速度１５０ｍ／順の溶接条件で溶接を行
い、４８時間放置した後溶接金属のわれを調査した結果
である。

これより溶接金属の拡散性水素量が１．５１１００．９
以下であｎば過酷な浴接条件に対し、浴接金属のわれは
防止できることがわかる。また拡散性水素量が１．５ｍ
Ｊ７１００．９以上になると溶接金属のわｎが発生する
とともにわｎ発生もバラツキやすいことがわかる。

このように充填するフラックスを４００℃〜８００℃の
範囲内の温度でメンド化あるいは焼結化すれば浴接金属
の耐われ性を著しく向上することができる。

長さ方向に開口部を有しない炭素調和を用いるのは心線
の成形加工性と溶接棒生産時の心線送給性を良好ならし
め能率よく、かつ経済的に溶接棒を製造するとともに充
填するフラックスの吸湿と溶接中の充填フラックスの膨
出と流出を防止するためである。またアーク状態も安定
し溶接作業性が良好となる。

この炭素鋼精白に炭素鋼鞘重量に対する充填剤の充填率
（充填剤重量／炭素鋼重量Ｘ１００　）を３〜３０チと
したのは、３％未満では充填剤が少なすぎるためアーク
の吹付は性、溶接の細粒化および能率性の面で目的とし
ている効果が不十分であシ、３０％をこえると生成スラ
グ量が多くなシ被包性と流動性が不安定となるとともに
ス・子ツタが増加し、アークも不安定となる。またフラ
ックス入シ心線の成形加工が安定して行えず低下すると
ともに溶接中に充填剤が流出しやすく溶接金属の性能が
不安定になるからである。

なお、このフラックス入り心線を用いた溶接棒はＣａ　
ＣＯ３−Ｃａ　Ｆ　２系、ＭｇＯ−ＭｇＣＯ３系を主成
分とした低水素系被覆アーク溶接棒は勿論前記した主成
分の中水素糸被覆７−りｇｉａ　（ＪＩＳ　法１０〜２
０＋ｎ４／１００１　）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念
。

本発明の心線を用いた溶接棒の製造手段は通常の溶接棒
と同様であって配合７ラツクスに固着剤として水ガラス
を重量％で１５〜３０％添加して湿式混合した被覆剤を
７ラツクス入り心線に塗装し、適当な温度で予備乾燥を
経た後４００℃〜５００℃で１〜３時間焼成するもので
ある。

以下に実施例にもとづいて、本発明例と比較例および従
来例とを比較して本発明の効果をさらに具体的に述べる
。

〔実施例〕

第６表は本発明溶接棒と比較例溶接棒および従来溶接棒
のフラックス入り心線の充填剤と被覆剤組成を示す。な
お充填剤の粒子径は５３〜５００μｍが７０％以上とな
るよう配慮した。

第７表は本発明溶接棒と比較例溶接棒および従来溶接棒
の性能試験結果を示すものである。

すなわち種々の外径と肉厚を有した長さ方向に開口部を
有しない炭素鋼精白に充填するフラックスの金属粉及び
／又は合金粉に対する金属の炭酸塩、弗化物、酸化物ま
念はこれら複合物との重量比（第６表では充填フラック
ス比で示す）、プント化あるいは焼結化温度、充填率を
定め調整して充填し念フラックス入り心線を４．０ｍＸ
４５０ｍに成形加工し念心線あるいは通常用いられるＪ
ＩＳＧ３５２３　ＳＷＹ　−１１心線に被覆剤を公知の
手段により被覆外径が６．０ｆｉになるように夫々被覆
し、その後予備乾燥および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例溶接棒および従来溶接棒に
よりＪＩＳ規格に相当するＳＭ　−４１Ｂと５Ｍ−５０
Ｂおよび■Ｓ規格に相当するＨＷ−５０材を用いて溶接
作業性、溶接作業能率、溶接金属の拡散性水素量と耐わ
れ性およびＸ線性能を詳細に試験し判定し次。

溶接作業性の良い、悪いの判定基準は板厚２５慎の５Ｍ
−４１ＢとＨＷ　−５０鋼板に深さ２０瓢で開先角度が
６０°となるＶ溝を加工した試験板と板１１２．７聴の
幅１００問、長さ５００咽の鋼板をＴ型に組合せた試験
板を用い、下向および水平すみ肉溶接では溶接電流１７
０〜１９０　Ａｍｐにて、立向上進および上向溶接では
溶接電流１３０〜１６０Ａｍｐにて一層すみ肉溶接と盛
上げ溶接全行った場合のそれぞれのアークの安定性、ス
ラグの流動性、剥離性、ビード外観およびビード継目の
ビット発生の有無について試験を行い、これら試験項目
の全てが優れている場合を良好とした。

溶接作業能率の良い、悪いの判定基準は板厚１２．７ｍ
、幅７５聴、長さ３５０ｍｍの５Ｍ−４１Ｂ鋼板上を下
向溶接で、浴接電流１８０　Ａｍｐにてストレート運棒
で、くり返し５回溶接を行り念ときの単位時間当りの溶
接棒長さを測定し、溶融速度の平均値が３００１＋ｌ１
ｌＩ／ｍ１ｎ以上の場合全良好とし次。

溶接金属の拡散性水素量の良い、悪いの判定基準はガス
クロマトグラフ法にて測定し、この水素量が１．５　ｍ
４／１００１以下であれば良好とした。

溶接金属の耐われ性の良い、悪いの判定基準は板厚４０
ｍ＋７）ＳＭ−５０Ｂ鋼板を用イＪＩＳ　Ｚ　３１５７
のＵ型溶接われ試験方法に準拠し、溶接雰囲気が一１５
℃の低温度の溶接環境下で、溶接電流１８０Ａｍｐ、溶
接速度１５０　＋ｍ／ｍ１ｎの過酷な溶接条件でわれ試
験を行い、４８時間後のルートわれと表面われｆｔ調査
しこれられれの発生がない場合を良好とした。

Ｘ線性能の良い、悪いの判定基準は、板厚２５■のＳＭ
　−５０Ｂ鋼板に深さ２０ｍ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１８０　Ａｍｐ
　、立向および上向溶接は１４０Ａ〜１６０　Ａｍｐの
溶接電流にてバックステップ運棒を実施せず溶接ビード
始端部およびビード継目の溶接をくり返し１０試験体づ
つ作成した後ＪＩＳ　−Ｚ・３１０４のＸ線試験方法に
て試験し、いづれも１級以上を示した場合を良好とした
。

第７表において、まず記号Ａ−１とＡ−２４−１１，従
来０ＪＩＳＧ３５２３、ＳＷＹ　−１１心線を用イアｊ
従来溶接棒による溶接の場合であって、特に溶接金属の
拡散性水素量が多いため低温度の浴接環境下でのＵ型溶
接われ試験でわれ発生率が高く、また浴接継目部のブロ
ホール発生頻度が著しく、溶接作業性も劣るなど諸溶接
性能を満足しない。

つぎに記号Ｂ−１〜Ｂ−９Ｈ本発明によるフラックス入
り心線を用い念溶接棒による溶接の場合で、各姿勢での
溶接の容易性に優れ、能率的で、溶接金属の拡散性水素
量も低く、低温度の浴接環境下でのＵ型溶接われ試験で
われは皆目発生せず、Ｘ線性能にも優れており溶接金属
として要求される諸性能を十分満足するものである。

さらに記号Ｃ−１〜Ｃ−６は本発明によるフラックス入
り心線を用いた比較例溶接棒であるが、充填する充填フ
ラックスの金属粉及び／又は合金粉に対する金属の炭酸
塩、弗化物、酸化物ま念はこれら複合物との充填フラッ
クス比、ピント化あるいは焼結化温度、充填率が本発明
範囲外にある。

記号Ｃ−１とＣ−２は充填フラックスのフラックス比が
好ましくないためガス発生剤、スラグ生成剤、アーク安
定剤、脱酸剤および機械的性能の調整剤として添加する
金属の炭酸塩、弗化物、酸化物またはこれら複合物、金
属粉、合金粉が不足あるいは過剰となり充填フラックス
生産の造粒性、浴接作業性が劣る。記号Ｃ−３とＣ−４
は充填フラックスのボンド化および焼結化温度がこのま
しくない。記号Ｃ−３は溶接金属の拡散性水素量が多く
われ発生率が高い。記号Ｃ−４は浴接金属の拡散性水素
量が少なくわれ発生率は低いが充填フラックスの固結力
が低下するとともに溶接作業性が劣る。記号Ｃ−５とＣ
−６は充填率がこのましくない。記号Ｃ−５は充填率が
低すぎるため溶接作業性、溶接作業能率、Ｘ線性能が特
に劣る。記号Ｃ−６は充填率が高すぎるためフラックス
入り心線の成形加工性が劣るとともに溶接作業性も劣り
さらには溶接中に充填剤が流出しやすく溶接金属の性能
が不安定になる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明の溶接棒用心線を用いれば低
温度の溶接環境下の溶接施工において溶接作業が容易で
溶接作業能率が向上し、かつ浴接金属の耐われ性が向上
した浴接ができるという効果が得られる、

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 金属の炭酸塩、弗化物、酸化物またはこれら複合物と金
   属粉及び／又は合金粉を含み、かつ金属粉及び／又は合
   金粉に対する金属の炭酸塩、弗化物、酸化物またはこれ
   ら複合物との重量比が０．３〜７とした粉状原料に液状
   固着剤を添加し混練した後、造粒したフラックスを４０
   ０℃〜８００℃でボンド化あるいは焼結化した充填剤を
   長さ方向に開口部を有しない炭素鋼鞘内に該炭素鋼鞘重
   量に対し、３〜３０％充填したことを特徴とする低水素
   系被覆アーク溶接棒用心線。