JPS62270297A - サブマ−ジア−ク溶接用溶融型フラツクス - 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】 ３、発明の詳細な説明 （産業上の利用分野） 本発明は、比較的薄い鋼板の単層溶接から厚い鋼板の多
層溶接まで適用できるサブマージアーク溶接用熔融型フ
ラックスに関するものであり、単層高速溶接で良好なビ
ードが得られるとともに大入熱多層溶接においてスラグ
剥離性が良好なサブマージアーク溶接用熔融型フラック
スに関するものである。

（従来の技術） 鋼板の自動溶接方法としてサブマージアーク溶接方法、
旧Ｇ溶接方法、ＣＯ，溶接方法等があるが、そのなかで
もサブマージアーク溶接方法は溶着量が多く、溶は込み
深さが探り、得られる継手の信頼性の面や能率面で優れ
た溶接方法である。特に、厚′ｗ４板の溶接にはサブマ
ージアーク溶接が広く用いられている。このサブマージ
アーク？合接用フラックスには焼成型フラックスと溶融
型フラックスがある。前者のフラックスは、原材料を水
ガラス等のバインダーを用いて造粒・焼成したもので、
フラックス中にガス発生源を添加してアーク中の水素分
圧を低減させて拡散性水素量を減らしたり、フラックス
から合金元素を添加できることが可能である反面、吸湿
し易く、多電極高速溶接が難しいなどの欠点がある。ま
た、後者のフラックスは、ガラス状になっているために
吸湿しにくく、しかも多電極高速溶接に適しているとい
う利点があり、各々のフラックスはそれぞれの利点が生
されるように使い分けされている。例えば、ＬＩＯＥパ
イプの如く溶接速度が生産能率に大きく影響する場合は
多電極高速溶接を採用し、溶融型フラックスを用い、２
〜４電極の両面１層溶接方法が適用されている。この場
合にフラックスに要求される特性は、高速でも欠陥のな
い良好なビードが得られるとともに溶接金属の機械的性
質が優れていることである。

所が、厚肉の鋼板や厚肉の板巻鋼管の如く多層溶接方法
を採用しなければならない場合には、実溶接時間よりも
むしろスラグ除去などに多大の時間と労力を要すること
が多く、スラグ剥離性にはビードの形状も影響するので
ビード形状が悪化しないように１〜２電掻の低速、低入
熱溶接方法を採用することが多い。このような条件下で
は、溶融型フラックスよりも焼成型フラックスの方がス
ラグ剥離性が良いことから、焼成型フラックスを用いる
。しかし、ガスの吹き上げ等があるために多電極大入熱
高速溶接が難しく、必然的に溶接パス数が多くなり、ス
ラグ剥離性が良好であっても溶接能率が低下する。多層
溶接法で溶接能率を向上させるためにはスラグ剥離性の
良好なフラックスを用いてかつ溶接パス数を低減させる
必要がある力（、）合接バス数を低減しようとすれば１
バス当たりの溶接入熱量を増大しなければならず、ビー
ド形状が劣化したり、ルートパスでのスラグの巻き込み
という問題が生じる。

所が、近年経済上の理由から、厚板の多層溶接でも［Ｉ
ＯＥパイプの溶接に要求されるような高速度で、高能率
な溶接方法、即ち２電極以上の大入熱高速多層サブマー
ジアーク溶接方法の開発が望まれている。この多層サブ
マージアーク）合接で最も問題となるのはスラグの剥離
性であり、剥離性の悪いフラックスではスラグ除去に多
大の時間と労力を要するので作業能率を阻害する。また
、スラグの除去が不完全であると取り残しなスラグが原
因となって、溶は込み不良やスラグの巻き込み等の溶接
欠陥が発生するという問題がある。特に、開先が狭い場
合にはスラグの剥離性が問題となり、通常のＸ開先等で
は角度の最もきつい初層の？６１１時のスラグ剥離性が
問題となる。

従来多層サブマージ）合接用フラックスとして一般に用
いられているＳｉＯ□−ＭｎＯ系フラックス、ＳｉＯ□
−ＭｎＯ−ＣａＯ系フラックスでは、開先内でのスラグ
剥離性を良くするために開先角度を６０°位まで広げ、
しかもビード形状の劣化を防止するために１〜２電極で
、低速度、低入熱溶接をすることが多く能率が悪いもの
であった。

そこで、スラグの剥離性を改善するために、ＳｉＯ２Ｍ
ｎ０系フラツクスにＰｂＯを少Ｎ’（６加する方法が特
開昭５３−１３３５４３号公報で提案されている。

また、狭開先サブマージアーク溶接用フランクスの成分
範囲を規定し、狭開先溶接を可能にすることが特開昭５
５−１０３５６号公報、特開昭５５−１０３５７号公報
および特開昭５５−１０３５８号公報で提案されている
。

（発明が解決しようとする問題点） しかし、特開昭５３−１３３５４３号公報で提案されて
いるフラックスでは、ｐｂによる人体への影響が心配さ
れ、またその実施例にもあるように開先角度は５０″と
やや狭いものの２電極でパス数も多くなっている。また
、後者の各公報で提案されている狭開先サブマージアー
ク溶接用フランクスは、その実施例にもあるように小人
熱多パス溶接であり特殊な単品の溶接には有効であるが
、多バス溶接であるため厚鋼管や厚鋼板の溶接などの大
量生産に適していない。

本発明は、多電極大入熱多層溶接に適したサブマージア
ーク溶接用フランクスで、スラグ剥離性が良好でしかも
良好なビード形状が得られ、また単層高速溶接時でも良
好な形状のビードが得られしかも溶接金属の機械的性質
が優れているサブマージアーク溶接用゛溶融型フランク
スを提供することを目的としている。

（問題点を解決するための手段） スラグの剥離性を改善するためには、 ｌ）　スラグの体積収縮量と溶接金属の体積収縮量の差
が大きいこと、 ２）　スラグと溶接金属との付着力が小さいこと、３）
　ビードの断面形状が凹型で、機械的にスラグを拘束し
ないこと、 が要因として挙げられ、１）に関してはスラグの熱膨張
係数が大きいほうが有利であり、そのためにはスラグの
分離凝固温度が高いことが望ましい。

また、２）に関してはスラグと溶接金属間の界面張力が
密接に関係し、界面エネルギーが増加する程付着力は小
さくなる。さらに、３）に関しては凸ビードであるとエ
ツジ部にアンダカソトが生して、機械的にスラグを拘束
して剥離性を悪くするのでビード形状をフラットか凹型
にする必要がある。

さらに、スラグの剥離性が良好である以外に溶接金属の
靭性が良好で、低温割れが発生しないように溶接金属中
の拡散性水素量を少なくする必要がある。

本発明者等は、種々の組成を存するフラックスを溶製し
、単層高速溶接時のビード形状・溶接欠陥および大入熱
多層溶接時のスラグ剥離性・ビード形状・溶接金属の靭
性等を検討した。その結果、ＢａＯ、Ｔｉｅ、、　Ａ１
．Ｏ，、ＣａＦ２を多く含有し、Ｔｉｅ、とＡ１□０．
が一定の関係を満足しているときに、フラックスの融点
が高く、開先内でも極めて良好なスラグ剥離性を示し、
ビードの断面形状もフラットまたは凹型になるという知
見を得た。この時のスラグは結晶質で、Ｘ線回折ではＢ
ａＯ系、Ａｈ（ｈ系。

ＴｉＯ□系の結晶が確認され、これらがスラグの体積収
縮量を大きくしていること、またスラグがガラス質のも
のは総じてスラグ剥離性が悪くスラグのガラス化を促進
する５ｉＯｚ量は、ＢａＯ、Ａｌｚｏｌ　、　ＴｉＯ２
に比較して少なくする必要があること及びフラックス粒
度も一定の粒度構成を存しているフラックスのほうが凸
形状のビードとならず良好な形状のビートが得られるこ
とも判った。

さらに、溶接金属の靭性面から還元され易いＳｉＯ□、
　ＭｎＯを少なくし、他方脱酸作用のあるＣａＯ。

ＣａＦｚを添加して溶接金属中の酸素量を低減すること
が有効であることが判った。

以上の知見に基づいて、本発明のサブマージアーク溶接
用溶融型フラックスとして次のような組成範囲と粒度に
するとよいことが判った。

第１発明は、Ｓｉｎｇ　：　６〜１８重量％、ＴｉＯ□
：１５〜２０重ｉ％、ＡＩｚＯｉ　　：ｔｏ　〜２０重
ｉ％、ＢａＯ：　１８〜３０重■％、ＭｎＯ：１〜８重
量％、ＭｇＯ：５重量％以下、ＣａＯ：　２〜１２重量
％１、ＣａＦｚ　：　１０〜３０重量％、ＺｒＯ□：　
５重量％以下、ＬｉＯ２，Ｍａｚｅ、　Ｋ２Ｏのうち１
種以上の合計が１．０〜３，５重量％、残部は不純物か
らなり、且つＴｉＯ□／Ａｈａ、＝１．０〜１．８にな
る関係を有する組成になり、さらに３５１　ｔｔｍより
粗粒のフラックスが全体の４％以下、７４μｍより細粒
のフラックスが全体の１０〜２５％、残部の５０％のフ
ラックスの粒径が１００〜１８０μｍの範囲にあること
を特徴とするサブマージアーク溶接用溶融型フラックス
である。

また、第２発明は、上記フラックスに８２０３を１重量
％以下添加したサブマージアーク熔接用溶融型フランク
スである。

（作用） 次に各発明の組成範囲と粒度を限定した理由について述
べる。

５ｉ０２　：　５ｉ０２は塩基度とスラグの粘性を調整
するために添加されるが、６重量％未満では粘性が小さ
くなりすぎて単層高速溶接時の溶接作業性が劣化する。

また、１８重重景を超えるとスラグがガラス質となり開
先内でのスラグ剥離性が劣化し、溶接金属の靭性も劣化
するので、その範囲は６〜１８重量％とする。

ＴｉＯ□：　Ｔｉ０ｚは開先内でのスラグ剥離性に大き
く影響し、１５重量％未満ではスラグがビードにこびり
つき易く、２０重量％を超えると溶接金属中の酸素量が
増加して溶接金属の靭性を劣化させるので、１５〜２０
重量％の範囲とする。

＾１ｚｏｓ　　：　Ａｌｚ（ｈはスラグの軟化温度を高
めてスラグ剥離性を改善するが、１０重量％未満ではそ
の効果は得られず、２０重千％を超えるとスラグの融点
が高くなり過ぎて良好なビードが得られないので１０〜
２０重■％の範囲とする。

ＢａＯ：　ＢａＯはスラグの剥離性を改善し、アークの
幅を広げ溶は込み底部の曲率を大きくしてスラグの巻き
込みを防止するとともに溶接金属の酸素量を低減させ靭
性を向上させる作用があるが、１８重量％未満ではその
効果は小さい。一方、３０重星％を超えるとスラグの融
点が高くなり過ぎて良好なビードが得られなくなるので
、１８〜３０重量％の範囲とする。

ＭｎＯ：　ＭｎＯはビードの形状と溶接金属の靭性に関
与する成分で、その含有量が少ないとビードが凸形状に
なり易（、スラグの剥離性を劣化させろ。

また、溶接金属中のＭｎの歩留りが悪くなるため焼入性
が不足し靭性が劣化することから１重量％以上添加する
必要がある。一方、８重量％を超えるとＭｎＯの還元に
より酸素が増加するため溶接金属の靭性が劣化するので
、１〜８重■％の範囲とする。

ＭｇＯ：ＭｇＯは塩基性成分であり、溶接金属の酸素量
を低減させ靭性を向上させる作用があるために必要に応
じて添加する。しかし、５重量％を超えるとビードが凸
形状となり、スラグの剥離性が劣化する。

ＣａＦｚ　’：　ＣａＦｚは溶接金属の酸素量を低減さ
せる作用があり、１０重量％未満ではその効果が少ない
。また、３０重量％を超えると、スラグの流動性が大き
くなりすぎて開先内でのスラグ剥離性が劣化するので、
１０〜３０重量％の範囲とする。

ＣａＯ：　ＣａＯはフラックスの塩基度を高め、溶接金
属の酸素量を低減させ靭性を向上させる作用があるが、
２重量％未満ではその効果は小さい。また、１２重量％
を超えると、ビード表面に通称“あばた”と呼ばれるポ
ットマークが発生し易くなるとともにフラックス中の水
分量も増加するために２〜１２重量％の範囲とする。

ＺｒＯ□：　Ｚｒ０ｚはスラグの融点を高めてスラグの
ｆｆ１ｌｌ　Ｎｆ性を改善する作用があり、必要に応じ
て添加する。

しかし、５重量％を超えると溶接金属の酸素量が増加し
て、溶接金属の靭性が劣化する。

ＬｉＯ２，ＮａｚＯ，Ｋ２Ｏ：アークを安定に保ことば
良好なビードを得るための基本条件であり、特に狭開先
溶接のように通常の溶接よりも厳しい条件では必須の成
分である。これらのアルカリ酸化物は少量でサブマージ
アーク溶接時のアーク安定性を大幅に向上させるが、こ
れらの１種以上の合計量が１．０重量％未満ではアーク
安定性を向上できない。

また、３．５重量％を超えるとフラックス中の水分量が
増加して、溶接金属中の拡散性水素量も増加するので、
これらの酸化物の１種以上の合計量は１〜３．５重量％
とする。

Ｂｚ（ｈ　：　ＢｚＯｉは還元により溶接金属にＢの添
加を可能とし、Ｔｉ−Ｂ系溶接金属として靭性を向上さ
せる作用がある。しかし、１．０重量％を超えるとビー
ドに高温割れが発生し易くなるので１．０重量％以下と
する。さらに、八１□０３　とＴｉＯ□について、Ｔｉ
Ｏ□／Ａｌｚ（ｈ　＝１．０〜１．８にした理由につい
て述べる。

Ｔｉ（ｈ／＾１２０３が１６０未満であると、スラグが
ガラス質になりスラグの剥離性が悪くなり、ＴｉＯ□／
Ａ１□０３が１．８を超えるとビード形状が不整になり
、スラグを物理的に拘束してスラグの剥離性が悪くなる
。

なお、不可避的に混入するＦｅＯ等は、それらの合計が
３重量％以下であれば問題がない。

次に、フラックスの粒度について限定した理由を述べる
。

フラックスの粒度が粗い場合には、アーク中で発生する
ガスの逸出とアーク圧力のバランスが悪くなり、ガスの
不連続な吹き上げが起こり易いため良好な形状のビード
が得られず、フラックス全体の粒度構成を細粒側にする
必要がある。しかし、細粒のフラックスが多すぎるとガ
スが抜けにくくなり、良好な形状のビードが得られなく
なる。つまり、高速単層サブマージアーク溶接や大入熱
多層サブマージアーク溶接で良好なビードを得るために
は、発生するガスの逸出がスムーズに行われ、アーク空
洞圧力が略々一定に保たれる必要がある。

このため、３５１　μｍより粗粒のフラックスがフラッ
クス全体の４％以下で、７４μｍより細粒のフラックス
がフラックス全体の１０〜２５％の範囲にあり、残部の
フラックスの５０％のフラックスの粒子径が１００〜１
８０μｍの範囲になる粒子構成にする必要がある。ここ
で、３５１　μｍより粗粒のフラ。

クスと７４μｍより細粒のフラックスを除いた残部のフ
ラックスの５０％を占めるフラックスの粒径をメジアン
径で表し、ｄ、。（μｍ）と表わす。

（実施例１） 第１表に示す組成のフラックスを調整し、これらのフラ
ックスＡ１〜Ｂ６と１．８　Ｍｎ−０，５Ｍｏ系ワイヤ
を組合せ、角度７０°、深さ８龍の■溝を設けた厚み２
０ｍ−のＡＰＩ規格Ｘ−６０相当の鋼板に、第２表に示
す条件で３電極高速溶接を行い、ビード形状、溶接欠陥
等を調べた結果を第３表に示す。なお、２ｉｍ　Ｖノツ
チシャルピー衝撃試験片は、外表面より２餞の位置から
採取した。また、溶接欠陥検査は、目視によるアンダカ
ソト検査とＸ線透過検査による内部欠陥検査を行い、さ
らに全ワラ、７クスについてＪＩＳ　Ｚ　３１１６に基
づいて水素試験を行った・ 第２表　Ｖｒ＃　Ｉ　Ｎ’ｔｔｉ＋Ｆｋ件第３表に示す
上第３表本発明の範囲内のフラックスＡＩ−Ａ６はスラ
グ剥離性とビード形状が良好で凸形状とならず、溶接欠
陥も無く、溶接金属の靭性も優れており、拡散性水素量
も２ｃｃ　／　１００ｇＤ、Ｍ以下であり水素割れの危
険性が少ないことが判る。

一方、比較のために調整したフラックスＢｌ〜Ｂ６は、
Ｖ７４１層熔接であるため組成範囲、粒度が本発明の範
囲外であってもスラグｆｆ１ｌｌ　離性については問題
はない。しかし、フラックスＢ１は、ＴｉＯ□／Ａｌ２
０１が低いのでスラグ？す離性にやや劣る。

フラックスＢ２は、ＳｉＯ□量が多いため５ｉＯｚの還
元により溶接金属中の酸素量が増加し、溶接金属の靭性
が低くなっている。フラックスＢ３は、フラックスの粒
度が粗いためビード形状が凸状でアンダカットが発生し
た。フラックスＢ４は、スラグ♀’Ｉ　Ｌ’Ｊ性にやや
劣る以外、■溝１層溶接では特に問題はなかった。フラ
ックスＢ５は、フラックス粒度がやや粗く、多少凸状ビ
ードとなった。フラ。

クスＢ６は、細粒のフラックスが多すぎて）容接時に吹
き上げが起こり、ビードが蛇行した。

（実施例２） 第１表に示すフランクスと１．８０Ｍｎ　−０，５Ｍｏ
系のワイヤを用いて、第１図のようにＸ開先を加工した
板厚５０ｎのＳＭ　５０に３電極大人熱多層溶接をした
。第２図に示すように内面側は１パス仕上げとし、外面
側は１層１パス積層法で３パス溶接とし、このときの溶
接条件を第４表に示す。

外面側の多層溶接時のスラグ剥離性とビード形状および
完全に積層した後のＸ線透過検査による溶接欠陥を検査
した結果を第５表に示す。

本発明のフラックスＡ１〜Ａ６は、内面側の１層溶接で
も、また多層溶接となる外面側においてもスラグ２＋１
離性、ビード形状ともに良好でビードが凸形状とならず
、またＸ線透過検査でもスラグの巻き込みが発生してい
ないことが判る。

一方、比較フラックスＢ１〜Ｂ６は、Ｖ？ｇ１層溶接と
なる内面側では実施例１と略々同様の結果であった。し
かし、多層溶接となる外面側の溶接では、開先内でのス
ラグ剥離性が悪く、ビード形状も悪いものであった。特
に、比較フラックスでは、全て開先内のスラグ剥離性が
悪く、ビードにこびりついたスラグをハンマー等で除去
するために多大な時間を要し、大入熱溶接法でバス数を
低域しても従来の小人熱多パス溶接と大差がなかった。

この原因として、フラックスＢ１は組成範囲が本発明と
大幅に相違しているため、ビード形状が良好であっても
スラグがビード表面にこびりつき、スラグ剥離性が悪い
。またフラックスＢ２では、ｓ＋ｏｚ量が多くＢａ０４
ｊｔが少ないために開先内でのスラグ剥離性が悪い。ま
たフラックスＢ３では、ＢａＯおよびＣａＯが本発明の
範囲外となっておりＴｉＯ□／＾１□０３の値も０．９
５となっているために、開先内でのスラグ剥離性が悪い
。さらに粒度構成も３５１　μｍより粗粒のものが１９
．４％と多く、細粒のものが８．１％と多いためビード
形状が凸状となった。またフラックスＢ４は、Ａ１２ｏ
ｓおよびＢａＯが本発明の範囲外となっているためにビ
ード形状が良好であってもスラグの剥離性が悪かった。

また、フラックスＢ５およびＢ６もＴｉ０ｚ、八１□０
３　、５ｉ０２等が本発明の範囲外となっているために
、開先内でのスラグ剥離性が悪く、フラックスの粒子構
成も本発明の範囲外となっているのでビード形状が凸状
となったり、アンダカットぎみのビードとなっている。

（実施例３） 実施例１で使用したフラックス八３および八６に０．３
重量％の８２０３を添加した各フラックスを用いて、実
施例１と同じ溶接条件、ワイヤ、鋼板でＶ溝１層溶接を
実施した結果を第６表に示す。

第６表 この表からも判るように溶接金属の靭性は、第３表に示
したものより更に向上している。

（発明の効果） 以上説明したように本発明のサブマージアーク溶接用溶
融型フラックスは、単層高速溶接時で良好な形状のビー
ドが得られるのみならず、大入熱多層溶接においても開
先内のスラグ剥離性およびビード形状が良好で、しかも
ン合接金属の機械的性質も優れている。また、大入熱多
層溶接時のスラグ剥離性が良好であることから、従来法
に比較して溶接工数を大幅に短縮できる。さらに、本発
明のフラックスは小入熱多層溶接にも適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例で用いたＸ開先の形状を示す
図である。 第２図は、内面側を１バス仕上げ、外面側を３層３バス
溶接したビードの断面を示す図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ＳｉＯ＿２：６〜１８重量％、 ＴｉＯ＿２：１５〜２０重量％。 Ａｌ＿２Ｏ＿３：１０〜２５重量％、 ＭｎＯ：１〜８重量％、 ＢａＯ：１８〜３０重量％、 ＭｇＯ：５重量％以下、 ＣａＯ：２〜１２重量％、 ＣａＦ＿２：１０〜３０重量％、 ＺｒＯ＿２：５重量％以下、 ＬｉＯ＿２、Ｎａ＿２ＯおよびＫ＿２Ｏのうち１種以上
   の合計が１．０〜３．５重量％を含み、残部は不純物か
   らなり且つＴｉＯ＿２／Ａｌ＿２Ｏ＿３＝１．０〜１．
   ８なる関係を有する組成になり、さらに全体の４％以下
   の３５１μｍより粗粒のフラックスおよび全体の１０〜
   ２５％の７４μｍより細粒のフラックスを除くフラック
   スの半分が１００〜１８０μｍの粒径のフラックスであ
   ることを特徴とするサブマージアーク溶接用溶融型フラ
   ックス。 ２、ＳｉＯ＿２：６〜１８重量％、 ＴｉＯ＿２：１５〜２５重量％。 Ａｌ＿２Ｏ＿３：１０〜２０重量％、 ＭｎＯ：１〜８重量％、 ＢａＯ：１８〜３０重量％、 ＭｇＯ：５重量％以下、 ＣａＯ：２〜１２重量％。 ＣａＦ＿２：１０〜３０重量％。 ＺｒＯ＿２：５重量％以下、 ＬｉＯ＿２、Ｎａ＿２ＯおよびＫ＿２Ｏのうち１種以上
   の合計が１．０〜３．５重量％、Ｂ＿２Ｏ＿３：１重量
   ％以下を含み、残部は不純物からなり、且つＴｉＯ＿２
   ／Ａｌ＿２Ｏ＿３＝１．０〜１．８なる関係を有する組
   成になり、さらに全体の４％以下の３５１μｍより粗粒
   のフラックスおよび全体の１０〜２５％の７４μｍより
   細粒のフラックスを除くフラックスの半分が１００〜１
   ８０μｍの粒径のフラックスであることを特徴とするサ
   ブマージアーク溶接用溶融型フラックス。