JPS6333197A

JPS6333197A - 耐割れ性に優れた被覆ア−ク溶接棒

Info

Publication number: JPS6333197A
Application number: JP17357486A
Authority: JP
Inventors: Koki Sato; 佐藤　功輝; Junya Matsuyama; 松山　準也; Noboru Nishiyama; 昇西山
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1986-07-25
Filing date: 1986-07-25
Publication date: 1988-02-12

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、既設鋼構造の橋梁、海洋構造物等におけるよ
うに、変動応力が繰り返し作用している個所の溶接施工
に際しても、耐割れ性に優れた溶接部が形成できる被覆
アーク溶接棒に関するものである。

〈従来の技術〉橋梁は車両等の通行で変動応力を繰り返し受けているが
、この補修、改造工事での溶接の際には溶接開先開口部
は当然変位を受ける。第１図（ａ：２ｍｍ）に、橋梁で
車両が通過したときの溶接開先開口部の変位量を示した
。

このような変位下での溶接に際して、溶接金属は、溶接
金属の延性が十分でない高温度域で、引張、圧縮が繰り
返されるために、溶接直後に割れが発生することが多い
。さらに、供用中にこの割れを起点として割れがさらに
進展し、橋梁の構造物としての寿命を短縮しているのが
現状である。

従来は、このような変動応力下の溶接で、耐割れ性に優
れた溶接金属が形成される被覆アーク溶接棒がなかった
ので、■車両等の通行を制限、停止して溶接施工する。

■溶接開先部を治具等で仮固定した後に溶接施行する。

■溶（妾割れ発生は不可蒔であるとし、設計変更や耐用
寿命を短く見込む等の方便を講じているのが現状であっ
た。

〈発明が解決しようとする問題点〉繰り返し変動応力を受けているような個所での溶接施工
に際して、従来の被覆アーク溶接棒を使用すると、溶接
金属に割れが発生し易いので、前述のような溶接施工時
における諸対策の実施や設計変更などの必要があった。

本発明は、このような欠点を克服するために。

橋梁における車両通行によって発生するような開先開口
部の変動応力下（開口部変位下）で溶暗施工しても、溶
接割れの発生しない被覆アーク溶接体を提供するために
なされたものである。さらに本発明は１本発明者らが先
に行った発明（特願昭６１−０９２２６９号、以下光発
明と略す。）のＭｎ及びＭｎ／Ｓの範囲をＲＨＭの添加
によってより拡げることを可能としたものである。

〈問題点を解決するための手段〉本発明者らは、変動応力下での溶接割れについて鋭意研
究を重ねた結果、この溶接割れと溶接凝固過程で生成す
る非金属介在物の融点との間に密接な関係があることを
見出し、さらには、心線中にＲＥ？、４の限定量を添加
すれば一層の効果があることを見出した。その効果は先
発明よりも低Ａｊ　ｎ別。

低ＩＩ　ｎ　／　Ｓ域まで拡げられることにある。この
知見に基づいて本発明をなすに至った。

本発明は、金属炭酸塩：４０〜６０％、　金属弗化物二
１０〜２５％、　金属酸化物：４〜２５％を含有する被
覆剤が、溶接棒重量に対して２４〜３２％の範囲で鋼心
線外周に塗布されるとともに、溶接棒全重量に対してＣ
：Ｑ、　００５〜０．０５％、　　Ｓ＋：０．１〜１．
１％、Ｍｎ：ｌ。０〜２．５％、　　Ｓ：０．００７％
以下、　　Ｎｉ：０．２５％以下、　　ＲＥＪ、４：０
．０１〜０．１０％であり、かつＭｎ／Ｓが２７０以上
である被覆アーク溶接棒であり、また、溶接棒全重量に
対してＴ＋　＋２ｒ：１．２％及び／又はＡｌ　＋Ｍｇ
＋１．２％以下を含む前記の被覆アーク溶接棒である。

前述の通り、変動応力下での溶接割れと溶接凝固過程で
生成する非金属介在物の融点との間に密接な関係がある
が、特に、溶接金属の化学成分のうちＳ、　Ｍｎ、　Ｓ
ｉ　　及びＣは溶接割れに対する影響が大きいことを見
出した。すなわち、■Ｍｎ／Ｓが小さい場合はＦｅ−Ｆ
ｅ５系の低融点介在物が生じ。

金属結晶粒界に介在して高温延性を著しく劣化。

割れを発生させる。■Ｓ１が高い場合には、低融点の珪
酸塩（例５１−Ｍｎ−０系）介在物を生じ、前期と同じ
現象で割れを発生する。更に■Ｃは、凝固時の濃度偏析
が最も起こり易い元素の一つで、結晶粒界での高濃度偏
析によって、凝固直下での割れを発生する。

これらの知見及び発明者の試験研究から１本発明におけ
る被覆アーク溶接棒の成分９組成を特定したが、以下に
その根拠を説明する。

まず１本発明において被覆剤中の金属炭酸塩。

金属弗化物及び金属酸化物の含有率及び被覆率を定めた
理由は次の通りである。

金属炭酸塩〔被覆剤中含有率（以下略す）：４０〜６０
％〕が４０％未満では、溶融スラグの粘度が高くなり９
　スラグが先行し易くなり溶接作業性が悪化する。また
、シールドガスが不足して溶接金属中に気孔を発生する
。一方、６０％を超えると、溶融スラグの粘性が不足し
てスラグの包被性が悪くなり、ビード形状を悪化する。

金属弗化物（１０〜２５％〉が１０％未満では、溶融ス
ラグの粘性が高くなりすぎ、特に立向き溶接での溶接作
業性を悪化する。一方、２５％を超えると。

溶融スラグの粘度が高くなり、満足な溶接作業性が得ら
れない。

被覆率（２４〜３２％、　被覆率とは溶接棒全重量に対
する被覆剤の重量と定義する。）２４％未満では保護筒
の形成が不十分でありスパッターが増加したり、生成ス
ラグの不足によってビード外観も悪化する。一方、３２
％を超えるとスラグ量が多くなりすぎ、特に開先内での
溶接でスラグの巻き込み等の欠陥が発生し易くなる。

次に上記溶接棒、すなわち被覆剤及び鋼心線のいずれか
に含有させる必須元素の成分組成設定の根拠について説
明する。

Ｓ〔溶接棒全重量に対する含有率（以下略す）：　０．
００７％以下〕は本発明において最も注目すべき元素の
一つであるが、Ｓは溶接金属中に歩留まって、大部分は
硫化物となって結晶粒界に介在物として生成する。なか
でもＦｅ−Ｆｅ５のように低融点共晶介在物を生成する
場合に、凝固温度から１０００℃程度までの高温延性を
著しく低下させる。したがって不可避的成分として混入
する程度の範囲にとどめることが望ましい。一方、　０
．００７％を超えれば後で説明するように、　Ｍｎ、　
Ｔｉ、　Ｚｒ等の添加量を上限まで多くしても、　Ｆｅ
Ｓの低融点介在物の生成を防止できなくなるので、　０
．００７％を上限とした。

Ｍｎ（１，０〜２．５％）はＳとともに１本発明におけ
る最も注目すべき元素の一つである。Ｍｎは溶接中にＳ
と結びつき高融点のＭｎＳ　となり、低融点のＦｅＳを
生成させないために不可欠の成分であり。

１．０％未満ではこれらを満足させることが出来ない。

一方２．５％を超えると溶接金属の焼入れ硬化性が大と
なり、耐割れ性が悪化する。

５ｉ（０，１〜１．１％）は溶接金属中の脱酸を主目的
とするもので、溶接金属中の含有率が０．１％未満では
脱酸不足になり溶接金属中に気孔が発生する。

一方、１．１％を超えると低融点の珪酸塩系の介在物を
生成して溶接金属の延性が低下する。

Ｃ（０，００５〜０．５％）は、溶接金属中に歩留って
粗大フェライト相の析出を抑制する効果があり、溶接棒
中に少なくとも０．００５％以上含育させなければなら
ない。しかし、多すぎると溶接金属の高温延性が劣化す
るので０．０５％以下に抑えなければならない。

Ｎｉ　（０，２５％以下）はオーステナイト安定化元素
の一つであるが、必ずしも添加の必要はない。しかし、
添加量が多い場合には旧オーステナイト結晶粒へのＳの
固溶を低下させ２粒界でのＳ偏析を起こし易いので０．
２５％を限界とした。

Ｍｎ／Ｓ　（２７０以上）が、２７０未満では、溶接金
属中のＳの大部分を高融点介在物であるＭｎｓとして析
出させるには不十分で、低融点介在物のＦｅＳとして析
出させるので、高温度域での延性を高温延性を低下させ
る。したがって、　Ｍｎ／Ｓを２７０以上とすることが
変動応力下（ルートギャップ２０のときで変動量２０％
以下）の溶接施工において９割れを防止するのに極めて
有効であることを見出した。

Ｒ［ｌ：Ｍ　（０，０１〜０．１０％）は、Ｓとの結合
量が強く。

かつ生成する硫化物の凝固温度が高いので、低融点の粒
界析出物が生成し難いため高温延性を低下しない。しか
しながら、０．０１％未満ではその効果が表われない。

また、０．１０％を超えればＲ１１１Ｍ酸化物の析出が
多くなりすぎ、常温延性を低下させるので良くない。な
お、　ＲＥＭの添加は被覆剤から行っても良いが、溶接
棒製造工程上問題があるので。

心線に添加するのが望ましい。なおＲＥＭはＣｅ　５０
％のミブシュメタルを使用した。

本発明は以上の成分範囲であれば、その効果を発揮する
が、以下の元素を適量添加すれば１本発明の効果は一層
発揮される。

７’ｉ＋Ｚｒ（：溶接棒全重量に対する含有率（以下略
す）：１．２％以下〕は、溶接金属の脱酸（Ｓｉ低減に
ともなう補助脱酸）、窒化及び硫化を目的として添加す
るものであるが、Ｓの固定（高温延性低下防止）にも有
効である。ただし、１．２％を超えると炭窒化物の析出
が多くなり常温での機械性能を劣化させるので良くない
。

Ａｌ＋Ｍｇ　（１，２％以下）ハ、溶接金属の脱酸（Ｓ
　ｉ　低減にともなう補助脱酸）を目的として添加する
ものであるが、１．２％を超えて添加すると被覆剤中の
５ｉａ２の還元によってＳｉが増加して、高温延性低下
をまねくので良くない。

本発明に係わる被覆アーク溶接棒は以上のような合金元
素で構成されており、その種類及び含有率を特定するこ
とによって、変動応力下（２０％以下の変動の−とき）
の溶接においても割れを発生することのない溶接が可能
な溶接棒を得ることができた。

その他の元素としては、　Ｍｏ、　Ｃｒ、　Ｂ等の現状
市販ＨＴ６０　クラス用被覆アーク溶接棒に添加されて
いる範囲（溶接棒全体中）ＭｏＳ２．４５％Ｃｒ≦０．５０％Ｂ又はＢ酸化物のＢ換算≦０．１５％についても検討を行ったが、上記範囲内では１本発明効
果に対する影響は河ら認められなかった。

〈実施例〉つぎに実施例を挙げて１本発明を具体的に説明する。鋼
心線（４胴φ）の外周に、被覆率が２４〜３２％となる
ように被覆剤を塗布し、第１表に示す成分組成の被覆ア
ーク溶接棒を製造した。得られた溶接棒を用いて第２（
１）図に示したように鋼板（成分は第３表に示す。）の
開先内を溶接して盛り上げたのち、切出して試験片とし
た。（第２（２）図参照。）この試験片を板表面の曲げ
歪量を４〜１５％の範囲で変化させるパレストレイント
試験法によって試験し９割れ発生の全く生じないものを
良好とした。

第１及び第２表からも本発明要件を満たす溶接棒（Ｎｏ
、　５〜１２）を用いた溶接部は４〜１５％の歪量を与
えたパレストレイント試験においても割れは全く発生し
ていない。

これに対して従来捧に近いＮα１は、　Ｃ，Ｓｉ、　Ｓ
。

ｉＪ　ｎ　／　ＳおよびＲＥＭが本発明範囲をはずれて
おり４％の曲げ歪でも割れが発生する。またＮα２は、
　ＲＥｉ’、Ｉ以外の成分は先発明のものであり、１５
％の曲げ歪でも割れは発生しない。しかし、Ｎｏ、３及
びＮｏ、　４は。

Ｍｎが先発明の範囲よりも下回った場合でかつＲＥＭが
添加されていないもので４％以上の曲げ歪みで割れが発
生する。

Ｎｏ、１３は、　ＲＢ１４を本発明限界以上に添加した
場合であるが、　Ｍｎ／Ｓの下限値を２７０未満に拡げ
る効果は１尋られず、１０％以上の曲げ歪でわれが発生
した。

さらに、これらの溶接棒を用いて実橋に近い変動応力下
での溶接とするため以下の試験を行った。

第３図及び第４図に示したような試験片（図中ｂ：３０
．　ｃ：１５０．　　ｄ：３００．　　ｅ：１６ｍｍ、
　　α：６０°である。）を彼方試験機にセットし、第
１（２）図に示したような変動サイクル（試験のときの
変位量は±０．２ｍとした。）を与えながら、溶接施工
（溶接条件：横向、　１７０Ａｍｐ、　２４〜２５Ｖｏ
ｌｔ、　１５ｃｍ／ｍ１ｎ）を行い、溶接終了後ただち
に試験片をとりはずして溶接部断面１０ケ所について切
出研磨後、顕微鏡で割れの有無を観察した。これらの試
験の結果９本発明にかかわる溶接棒（Ｎα５〜１２）お
よび先発明の溶接部（Ｎα２）を用いた場合にはいずれ
も割れが発生しなかった。

これに対し、Ｎｏ、ｌはＣ，Ｓｉ、　Ｓ　Ｍｎ／Ｓおよ
びＲＥＭが、Ｎα３及びＩＱ、　４はＲＥＭが本発明範
囲外でありこれらの比較溶接棒を用いた場合には、高温
延性不足に起因した割れが多数みられた。ｋ１３はＲＥ
Ｍを本発明上限を超えて添加した例であるが、溶接スタ
ート部に若干のわれが発生した。

なおこのとき用いた５Ｍ−５８Ｑ　（１６ｍｍｔ）の化
学成分組成を第３表に示す。

第２表軍３表〈発明の効果〉本発明に係わる被覆アーク溶接棒を使用すれば。

通常の橋梁における車両通行によって発生する開口部の
変位量（ルートギャップ２胴のときで２０％以下）を与
える変動応力下でも、全く割れを発生することなく溶接
が可能である。したがって従来の溶接棒を使用したとき
のような車両等の通行制限、治具の取付け、設計変更や
耐用寿命の短縮などを全く考慮する必要がなくなった。

【図面の簡単な説明】

第１（１）図は、溶接開先部の断面図、第１（２）図は
第１（１）図の溶接開先開口部における変位量と時間と
の関係を示す説明図、第２（１）図はパレストレイント
用溝付試験片の斜視図、第２（２）図はパレストレイン
ト用試験片の斜視図、第３図は、疲労試験にセットする
試験片の平面図、第４図は第３図のＡＡ’　　断面拡大
図である。１・・・母材２・・・ルート３・・・溝付試験片４・・・多層盛溶接金属５・・・試験片変位（ｍｍ）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）金属炭酸塩：４０〜６０重量％、（以下％と略す
。）、金属弗化物：１０〜２５％、金属酸化物：４〜２
５％を含有する被覆剤を、溶接棒重量に対して２４〜３
２％の範囲で鋼心線外周に塗布するとともに、溶接棒全
重量に対してＣ：０．００５〜０．０５％、Ｓｉ：０．
１〜１．１％Ｍｎ：１．０〜２．５％、Ｓ：０．００７
％以下、Ｎｉ：０．２５％以下、ＲＥＭ（Ｒａｒｅ　ｅ
ａｒｔｈ　ｍｅｔａｌ）：０．０１〜０．１０％を含有
し、かつ、Ｍｎ／Ｓが２７０以上である被覆アーク溶接
棒。
（２）溶接棒全重量に対してＴｉ＋Ｚｒ：１．２％以下
、及び／又はＡｌ＋Ｍｇ：１．２％以下を含む特許請求
の範囲第１項に記載の被覆アーク溶接棒。