JPS62240195A - 低水素型ボンドフラツクス - 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】 本発明は高張力鋼あるいは低合金鋼の溶接に用いられる
ボンドフラックスに関し、詳しくは、吸湿性を低く押え
、かつ溶接金属中の拡散性水素量を著しく低減すること
が出来るサブマージアーク溶接用ボンドフラックスに係
るものである。 〔従来の技術〕 現在、鋼の自動溶接法としてサブマージアーク溶接法が
広く用いられている。このサブマージアーク溶接用フラ
ックスには、各種原材料を混合し電気炉で溶融し、冷却
、粉砕、整粒してなるいわゆる溶融フラックスと、各種
細粒の原料を水ガラス等の固着剤で造粒し、３００〜５
００℃の温度で焼散するいわゆるボンドフラックスがあ
る。 このうチ＆ンドフランクスは、最近のシビャーな低温靭
性の要求に応え得る高塩基性のものが容易に設計し得る
こと、かつ原材料中に炭酸塩鉱物を添加し得ることによ
って低水素化が達成出来ること、更には脱酸剤５合金剤
が容易に添加出来ることなどの組戊面での自由度が大き
い事により広く利用されている。 しかしながら、このゼンＰフラックスの最大の問題点は
、造粒のだめの固着剤として水ガラスを使用することに
よって生ずる吸湿性である。原料粉末を水ガラスで造粒
し、３００〜５００℃程度の低鴻で焼１ｆｆｌ’に行な
ったフラックスでは、缶に密封されていた状態から溶接
時に開缶され大気中に放置されると水分の吸収が著しく
、例えば室温３０℃、相対湿度（ＲＨ）３０％のような
高湿度雰囲気では８時間の放置で１％程度の水分吸湿が
みられる。このようなフラックスをそのまま溶接に用い
ると、その吸湿水分によって拡散性水素量の増大により
溶接部に水素割れが発生する等の問題が生じるばかりで
なく、溶接部にピット、ブローホール、ポックマーク等
の欠陥が生じる。この吸湿現象は水ガラスの吸湿性によ
るものである。 以上の様なボンドフラックスの欠点を改善するために、
従来からフラックスの難吸湿化ならびにフラックス中に
炭酸塩鉱物を添加する方法が検討されてきている。すな
わち、難吸湿化によりフラックスの吸湿水分を少なくし
、溶接金属中の拡散性水素を低減させるのである。 これについては、従来、例えば特公昭５２−２７００号
公報に開示されている如＜、３５０〜６００℃程度の低
い軟化点を有するガラス粉末を７ラツクスに添加し、焼
１ｆｆｌ全ガラス粉末の軟化湯度以上で行ない、フラッ
クス中のガラス粉末を溶融させてフラックス中に含有さ
れている吸湿性成分を覆うようにした難吸湿性フラック
ス、あるいは特開昭５５−１３３８９９号公報に開示さ
れている如く、（８１０２／アルカリ酸化物）のモル比
とに２０　／　（Ｎａ２Ｏ＋　Ｋ２Ｏ）のモル比を制限
した水ガラスを用いたフラックスなどの検討がなされて
きているが、十分な効果が得られてないのが実状である
。 一方、フラックス中に炭酸塩鉱物を添加する方法は、フ
ラックス中の炭酸塩鉱物が溶接中に酸化物とＣＯ又はＯ
Ｏ２ガスに分解し、ガス分がアーク雰囲気中の水素分圧
を低減するため溶接金属中の拡散性水素を著しく低減さ
せるものである。この場合、炭酸塩鉱物のフラックスへ
の添加量はフラックスの組成あるいはフラックスの使用
目的によって異なるが、通常２〜９％程度の００２相当
量の範四で行なう。添加量の増加にしたがって溶接金属
中の拡散性水素量は減少していくが、９％程度で極小値
全示し、それ以上の添加はアーク空洞内の圧力が過大と
なり、ガスの吹上げ現象が起こり、アーク不安定となり
、かえって増加する傾向を示す。これについては、従来
例えば特公昭６１−３５９６号公報に開示されている如
く、炭酸塩鉱物である０ａ００ｓ　’ｆ（１５〜３５％
添加したフラックスがある。 しかしながら、ジンドフラツクスにおいてはＣａＣＯ３
の添加は当初の原材料から行なわれており、高温焼成時
におけるＣａＣＯ３の分解を考慮すると焼散温度は低め
に抑制する事が必要であり、これではフラックスの耐吸
湿性が満足し得るものとは言えない。 したがって、実際には難吸湿対策および炭酸塩鉱物の含
有を同時に行なう事が肝要であり、一方のみでは結局使
用に際して水素対策に多大な注意を払う必要がある。 （発明が解決しようとする問題点） 本発明は、高温焼成によりフラックスの吸湿性を非常に
少なくし、かつ焼成後の炭酸塩鉱物の添、加により溶接
金属中の拡散性水素量を著しく低減する事が出来るボン
ドフラックスを提供すること全目的としている。 （問題点を解決するための手段） 本発明の要旨は、炭酸塩鉱物を含有しない原料混合粉を
固着剤で造粒し、５５０〜９５０℃で焼成した後、フラ
ックス全重量に対して炭酸塩鉱物をＣＯ２相当量で２〜
９％添加した事′ｌｔ特徴とする低水素型ボンドフラッ
クスである。 以下に本発明の詳細な説明する。 （作用） まず、本発明において炭酸塩鉱物とは０ａ００３＋Ｍ、
Ｃｏ５．　ＢａＣＯ３，Ｍｎ００３等の００２　ｆ含有
する金属炭酸塩を意味する。 次に、本発明においては５５０〜９５０℃の高温で焼成
する必要がある。その理由は、原料が含有している付着
水、結合水および造粒時に供給された水分は温度が高け
ればそれだけ多く減少させる事が出来るためであり、か
つ固着剤中の水ガラスの難吸湿化を達成する事が可能な
事による。 通常、５００℃以下の低温で焼成した場合の水ガラスは
一応脱水されているが、構造的にはゲＡ・状のものであ
り、水分に対して活性であシ、吸湿性が大きいものであ
るが、それ以上の加熱により水ガラスはガラス状に変質
し、吸湿性が著しく低減していく１，５５０℃以上と限
定したのは以上の効果を得るためであり、５５０℃未満
ではフラックスの水分が十分減少せず、又フラックスの
吸湿性も十分小さくならないため溶接金属中の拡散性水
素量低減効果が十分得られないためである。又、９５０
℃以下と限定したのは、９５０″Ｃを超えると水分は十
分減少するものの水ガラス成分と他成分との反応が進み
、固着性能が劣化し、フラックスの粉化が起シやすく、
溶接作業性を劣化させるためである。 次に高調焼成する原材料粉中に炭酸塩鉱物を添加しない
理由は、炭酸塩鉱物は、溶接金属中の拡散性水素低減に
重要な原料であるが５５０℃以上の況厩ではその大半が
金属酸化物と００２に分解し００２が逸散するため、溶
接時の効果が全く期待出来ないためである。 次に、高調で焼成した後に、炭酸塩鉱物をスラックス全
重量に対してＯＯＺ相当量で２〜９％添加する必要があ
る。その理由は、高調で焼成し、フラックス中の水分を
極力少なくシ、かつスラックスの吸湿性を極力小さくさ
せたとしても、フラックスの粒子は多孔質であるため、
大気保管中又は使用中に水分の吸着が生じるため、拡散
性水素の低減効果は満足されないものとなる。そこで、
フラックス中にＯＯ２ガス発生成分である炭酸塩鉱物を
添加し、溶接金属中の拡散性水素量を十分低値とする事
が必要であシ、そのために焼成後に炭酸塩鉱物をフラッ
クスに添加するのである。 すなわち、炭酸塩鉱物の００２相当量が２％未満では拡
散性水素量の低減には十分な効果がない。 又、添加量を増加すれば拡散性水素量は減少していくが
、Ｃ０２相当量が９％を超えるとアークが不安定となり
、アーク空洞からのガスの吹き上げ現象も起り、水素低
減の効果はなく、又ポックマークが発生するなどの不都
合が生じるためである。 ところで、本発明フラックスにおいて、原料混合粉を固
着剤で造粒し、５５０〜９５０℃の高温テ焼散したベー
スフラックスに炭酸塩鉱物を添加する方法は、ベースフ
ラックスと炭酸塩鉱物を機械的に混合添加する方法でよ
い。 さらに、通常ポンドフラックスに添加する炭酸塩鉱物と
しては炭酸カルシウムが多く用いられているが、これは
ＣａＯとＣＯ２に分解し、ＯａＯは塩基性のスラグ成分
として寄与し、Ｃ０２は拡散性水素の低減に有効である
ことによる。 本発明においても炭酸カルシウムの添加は極めて望まし
いものである。この場合、使用する炭酸カルシウムの粒
子径は１０μｍ以下の粒子の割合が８０％以上の粒度構
成とすることが望ましい。 すなわち、ポンドフラックスに用いられる炭酸カルシウ
ムは概ね２１０μｍ以下、通常４４μｍ以下であるが、
ベースフラックスにより均一に添加し、かつ繰り返し使
用時の炭酸カルシウムの脱落によるフラックスの劣化を
小さくするためには炭酸カルシウムの粒度が小さいもの
が良く、これにより本発明の効果をより確実なものとす
る。 以上に述べたフラックスの組成の他には、目的に応じて
通常スラックス原料として用いられるＴｉＯ２、ＭｙＯ
、５４０２＋　ＺｒＯ２、ＭｎＯのような金属酸化物ｂ
　ＯａＦ’２　＋　ＡｌＦ３　、　ＮａＦのような金属
弗化物、Ｆｅ　−Ｓ＋　、　Ｍｙ　、　Ａ７のような脱
酸剤、Ｍｎ　、　’Ｆｅ　−Ｍｎ　、　Ｔｉ　、　Ｍｏ
　、　Ｎｉのような合金元素を適宜選択して添加する事
が出来る。但し、高調焼成であるので高調で反応しにく
い原材料を選択することは当然の事である。又、固着剤
としては、珪酸ソーダおよび／又は珪酸カリによる通常
の水ガラスと共に珪酸リチウム等を添加したものも適宜
選択出来る。 以上、本発明について詳述したが、以下に本発明フラッ
クスの効果をより明らかにするために実施例について述
べる。 （実施例） まず、第１表に示すような１３種類のフラックス全作製
した。スラックスは炭酸塩鉱物を含有しない原料混合粉
を珪酸ソーダと珪酸力ＩＪ　ｆ混合した水ガラスで造粒
し、それぞれ所定の湯度で８゜分間焼改し、フラックス
の粒度全１２Ｘ１００メツシユ（１４１Ｑμｍ〜１４９
μｍ　）に整粒した。 その後、炭酸塩鉱物を所定量添加し、Ｙ型ミキサーで５
分間混合した。 第１表のフラックスのうちＦ１〜Ｆ８１ｊ：本発明フラ
ックス、７９〜Ｆ１３は本発明の効果を明らかにするた
めの比較例のフラックスである。 上記方法で作製したフラックスは、まず炭酸塩鉱物が均
一に混合されているか観察した。炭酸塩鉱物の偏析がみ
られるものについては更に混合し、混合状態が良好とか
った時点で、粉化試験、吸湿試験、拡散性水素試験およ
びビードオンナヒト溶接による溶接作業性試験を行なっ
た。 粉化試験は、１２Ｘ１００メツシユ（１４１０μｍ〜１
４９μｍ）のフラックス５０グを直径８藺の鉄球９個と
ともに内径４０藺、長さ３００Ｍの円筒型容器に入れ、
これを長手方向に３０回回転弁の回転数で３０分間回転
させた後、１００メツシユ（■４９μｍ〕より小さい粒
子の増加量（重量％〕を測定し、それを粉化率とした。 吸湿試験は、３０℃、８０％ＲＨの恒温恒湿槽内で２４
時間吸湿させた後の吸湿による重９の増加率を吸湿量と
した。 拡散性水素試験は、ガスクロマトグラフ法（ＷＥＢ　　
１００３）’ｅ実施した。ワイヤとしては１．５％Ｍｎ
ワイヤ（Ｊ工Ｓ　　Ｚ　　３３１１　　Ｅ？ＡＷ　３１
該当）４．０−を用いた。 溶接作業性試験は、１．５％Ｍｎワイヤ（Ｊ工５Ｚ３３
１１　　ＳＡＷ　　３１該当）４．８φを用いて、０．
１４％０　、０．２９％８ｉ　、　１．３７％Ｍｎ含有
の鋼板（ＮＫ規格に：３２−Ｄ相当板厚２０關〕に、第
３表に示す溶接条件で平板ビード置き溶接を行なった。 作業性の判定はポックマークの発生の有無、アンダーカ
ットの発生の有無、ビード表面の突起の有無などで行な
った。 第２表は結果を示したものであり、本発明のフラックス
のうち１１Ｆ６〜Ｆ８は炭酸塩鉱物の粒子径が大である
ので、５分間×２回混合となったが、Ｆｌ−ＩＦ８のい
ずれのフラックスも粉化率１０％程度以下、吸湿量０．
３％程度、拡散性水素量１．５ＴＩＬｌ／１００ｆ程度
と十分に低く、良好な結果であった。 これに対して、比較例のＦ９〜７１３は何らかの欠点が
ある。すなわち、Ｆ９は焼成温度が低すぎ、吸湿性が犬
となり、拡散性水素量が多く、溶接作業性も劣化した。 ＦＩＯは焼成温度が高すぎ、フラックスの粒子強度が劣
化し、又溶接作業性も劣化した。ＦｌｕおよびＦｌ３は
混合するＯＯ２量が過少のため拡散性水素量が多い。Ｆ
ｌ２は混合する００２　量が過多のため、溶接作業性が
劣化した。 以上の如く、比較例に用いたフラックスＦ９〜Ｆ１３Ｖ
ｉ何らかの欠点があり、いずれも好ましいものではなか
った。 （発明の効果〕 以上の結果から明らかな如く、本発明フラックスを用い
ればポンドフランクスの欠点である吸湿性を大巾に減少
することが出来、かつ拡散性水素量を著しく低下出来、
これらのフラックスの使用により現場での長時間に亘る
使用においても拡散性水素量を低く保つことが出来、溶
接時のフラックスの吸湿管理が容易になるとともに、溶
接時、水分吸湿にもとづく水素割れの防止が出来、更に
吸湿水分にもとづくブローホール、ピット、ポックマー
クの発生を防止する事が可能となる。 代理人　弁理士　　秋　沢　政　光 他１名

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）炭酸塩鉱物を含有しない原料混合粉を固着剤で造
   粒し、５５０〜９５０℃で焼成した後、フラックス全重
   量に対して炭酸塩鉱物をＣＯ＿２相当量で２〜９％添加
   した事を特徴とする低水素型ボンドフラックス。
2. （２）炭酸塩鉱物は粒子径が１０μｍ以下の粒子の構成
   割合が８０％以上の微粒炭酸カルシウムである特許請求
   の範囲第１項記載の低水素型ボンドフラックス。