JPS6340698A - サブマ−ジドア−ク溶接用フラツクス - 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】 本発明は電気アーク溶接技術、特に低炭素鋼サブマージ
ドアーク溶接に使用される粒状フラックスの改良組成物
に関する。

鋼鉄の電気アーク溶接においては通常溶接接合線上に粒
状７ラツクス列をつけた後電気的に負荷された低炭素鋼
電極を列にそって前進させて電極端と溶接する接合端の
間にアークを生じさせる。アークはこれらの端と電（執
端をとがしてとけた密接プールをつくる。同時に粒状フ
ラックスの少量がとけてとけた溶着ビードの表面に浮び
溶接プール中のとけた鋼がこねられた後かたまるのでか
たまった溶着ビードの表面を形成してそれに適当な表面
組織を与える。

従来これらのフラックスは種々の知られた溶剤性成分、
例えばカルシウムとカリウムのふつ化物；アルミニウム
、けい素、マンガン、チタン、ジルコニウム等の酸化物
；オよび時には脱酸剤の混合物であり、これらの成分は
すべてとけたスラグに望ましい固化温度、望むスラグ除
去特性および最も重要なつけた浴着ビードに望ましい機
械的性質をえる様調節量が注意深ズえらばれる。

植々の粉状フラックス成分は通常完全に混合された後全
成分がとけて相互反応する温度まで加熱溶融され冷却さ
れ望む粒径に粉砕されるか又はけい酸ナトリウムの様な
低溶融温度結合剤が混合物に加えられ加熱されて凝集さ
れ未反応状態の他の粒子が望む粒径をもつ粒子に結合さ
れるかいづれかである。

溶融されたフラックスは全成分を溶融するに要するよシ
大きいエネルギーのため又は制置に耐える複雑な装置と
液状物質を冷却粉砕する追加工程とのため製造経費がよ
り高くつく。また溶融フラックスは溶接時により多量を
溶融するので使用するのに高価である。本発明の秀でて
いる原理は溶融フランクス組成物にも応用できるが、本
発明は凝集フラックスである。反対に溶融スラックスに
使われる調合法は凝集フラックスにしばしば使用できな
い。

溶着ビードに必要な機械的性質は通常良好な引張強さで
あり、更に重要なことに今やチャービー衝撃試験の様な
種々の認められた試験法によって測定される様な高衝撃
強さである。

この試験において前記大きさの試料が溶着ビードがらと
られ、ノツチされた後切欠き部において試料をくだくに
十分な衝撃を与えられる。試料を砕くエネルギーが大き
い程衝槃値は太きい。

溶着金属の切欠き部強靭性を増すためこれまでとられた
１手段は溶着プール中の酸素と結合した後スラグの１部
となって溶着金属酸素含量を減少する種々の知られた効
力をもつ金属脱酸剤又は倉金の溶接用フラックスへの混
入であった。しかしアルミニウム又はチタンの様な有効
金属脱酸剤の溶融又は凝集フラックスいづれかへの混入
はそれらがフラックス製造温度で容易に酸化されるので
むつかしい。

フラックスが焼かれ粒径をそろえられた後の脱酸剤添加
はフラックス輸送又は取扱い中その内部で沈降分離する
問題をおこす。−まだ金属脱酸剤の過剰はＭ着金域内に
回収されマルチパス浴接では各パスで増加し最終的に過
剰量となってｍｊＡ的性質性質害となる点に達するであ
ろうから脱酸剤使用ｍｌは注意深く調節を要する。

溶着ビードの酸素含量が減少するにつれてチャピー衝撃
値が増加すると研究は示している。酸素は溶接用フラッ
クス、電極又は基本金属中に含まれる鉄その他の金属の
酸化物の形で溶着ビード中にあってもよい。これらの酸
化物が溶着ビード中にもしあるならば顕微鏡的粒子とし
てあられれ、それは浴融溶着金属がかたまる前にその表
面に浮かばずに浴着金属全体に結晶境界線にそって点在
して残りかたまった鋼中に低エネルギー破砕可能領域と
なる。

これまで浴着金属の酸素含量を金属脱酸剤を制限せずに
たんだん減少するにはフラックス塩基性塵をだんだん増
加する必要があると研究は示している。

この現象は探究され時間を検べ再び塩基性層を計算して
溶着金属中の酸素と衝撃値の結果を推定するいくつかの
式％式％ 問題は高塩基性度をもつフラックスは一般に溶接性がよ
くないということである。これらの７ラツクスはぶつ化
カルシウム、酸化カルシウムおよび酸化マグネシウムの
様な塩基性フラックス成分多量と２酸化けい素の様な酸
性７ラツクス成分少量を含んでいる。これらは開放突合
せ継手よりもずっとよい溶接を生成できていない。

一般に低塩基性度フラックスはアンダーカットとスラグ
包含酸の少ない押々の継手形態を高速で溶接すると知ら
れている。またより低い塩基性度フラックスは一般によ
くスラグ除去するのでこれらは小耐密（小角）溶接、深
グループ溶接又はすみ肉溶接に使用できる。しかしこの
フラックスは本発明以前には低酸素濃度と高衝撃強さを
もって溶接することができていない。故にこれまで溶着
ビードのよい切欠き部強さをえるには溶接作業者は高塩
基性塵フラックスを使用し溶接速度、浴着ビード外観全
犠牲にする必要があり、作業長はこの厳重な仕様に合う
様訴えている。

本発明は上記のすべての困難を解決するフラックス組成
物を予定しまたよい溶着ビード外観、容易なスラグ除去
および高速溶接をもちながら同時に切欠き部高靭性をも
つ浴着金属を生成する酸性フラックスを提供するもので
ある。

これは溶着金属の酸素含量調節によってできる。

本発明によりカルシウム、リチウム、アルミニウム、マ
グネシウム、カリウム、ナトリウム、又はバリウムのふ
つ化物ｌ又は２以上の合ｌ１１０乃至３０％、酸化アル
ミニウムの全ｔ２０乃至５０％およびスラグの凝固範囲
と組成を望む溶接特性に調節しながらフラックスの塩基
性度指数を１．２５以下に保つ様にチタン、けい素、マ
グネシウム、マンガン、ジルコニウム、カルシウム、ナ
トリウム、カリウム、ストロンチウム、リチウムおよび
バリウムより成る沼からえらばれた酸化物成分より成シ
かつフラックス中の有効酸素を５％以下に限定する様な
鋼のサブマージドアーク溶接用フラックス組成物が提供
されるのである。

本明細書で使われる塩基性度指数とはチュリアニらの月
　３２７−３３９ページに記載の次式で本質的に示され
る。

塩基性度指数ＢＩ＝ Ｓｔ０２　＋　Ｔ（Ａｔ２０ｓ　＋ＴｉＯ２＋ＺｒＯ２
）上式は以後本明細書において弐Ａといい、ＭｇＯはフ
ラックス中の酸化マグネシウムの重量％をあられし、Ｃ
ａＯはフラックス中の酸化カルシウムの重量％をあられ
し以下同様である。

更に知られた塩基性度肝ｎ法はモリのＪａｐａｎｅｓｅ
ページに記載の外交に提案されている。

ＢＬ（塩基性度数）＝　−６，３１（ＳｉＯ２）−４，
９７（ＴｉＯｚ）−０，２（Ａｔｚ０３）＋３．４（Ｆ
ｅＯ）＋４．０（ＭｇＯ）＋４．８（ＭｎＯ）　＋６．
０５（Ｃａｂ） 上式のＭｇＯはフラックス中の酸化マグネシウムのモル
チであり、ＣａＯはフラックス中の酸化カルシウムのモ
ルチであり、以下同様である。

本発明によりこのフラックスの塩基性度指数は１．２５
以下であシ、またこのフラックスの塩基性度数（ＢＬ）
は５０以下である。この型の７ラツクスは一般に酸性又
は中性／酸性フラックスという。

このフラックス組成物はチタン、アルミニウム又はマグ
ネシウムの様な効力ある脱酸剤を全く含まないのである
。

これらの金属はフラックス塩基性度に影響することなく
溶着金属酸素を低下するに役立つが、これらは本発明に
よるフラックス組成物に使われる成分よりずっと高価で
ある。

またアルミニウムおよびチタンの様な脱酸剤はそれらが
全部反応してスラグ部分とならない場合に逆に溶着金属
と合金をつくり脆くなり亀裂する点で悪影響をもちうる
。本発明はこの様な脱酸剤を必要としない。

更に本発明を用いて溶けた溶接プールに溶融又は清浄作
用を示す高ふつ化物量によって低溶着金属酸素が大部分
えられるのである。このため本発明は低溶着金属酸素量
とよい溶着ビード外観をえるに金属脱酸剤の実質的量を
必要としない。溶着金属は合金含量、特にマンガンとけ
い素の目立った変化を示さず、溶融フラックス量の変化
は溶接パラメーターの変更から生ずる。この望ましい特
徴を示すフラックスは中性フラックスとして知られてい
る。中性フラックスはウオール（Ｗａｌｌ）中性度数２
５又はそれ以下をもつフラックスと定義できる。

ウオール中性度数はＡＷＳ型板から全溶着金属試料２個
をとって計算される。これらの板の一方は２８ボルトで
試嵌し他は３６ボルトで試験した。ウオール数は２ｆｇ
着物中のマンガンの絶対変化値とこれらの中のけい素の
絶対変化値の合計の１００倍で次式で示される。

ＮｍＬＬ＝（１Ｍｎ３６ｖ−Ｍｎｚｓｖｌ　＋１ｓｉ３
６Ｖ−８ｉ２８Ｖ＋　）　×１００塩基性度指数０．９
８をもつ凝集フラックスを用いて本発明による４試料の
溶着金属酸素試駆は４７０乃至３３０ｐｐｍの範囲であ
り平均３９７ｐｐｍであった。

更に上記発明の必要条件はフラックス中の有効酸素の制
限である。有効酸素は酸化物生成の遊離エネルギー（司
）が１６００乃至２０００℃のどの点におけるＳｉ＋０
２→５ｉＯｚのそれよりもレスネガチプである様な元素
又は物質に結合している酸素と定義される。本発明にお
いて有効酸素は全フラックスの５ｉｔ％よシ小さく制限
される。これより大きい有効酸素量は酸素ポテンシャル
を急速に増すので本発明の残りと混合してもえられる溶
着金属酸素は望む結果をえる程十分低くならない。

有効酸素のこの低量に達するため使用金属酸化物を少し
選択する必要がある。酸化マンガンを使うならばＭｎ２
Ｏ３又はＭｎ３Ｏ４よシもＭｎＯ状態であるべきである
。ＭｎＯはマンガン酸化物の他の安定性よくないものよ
りも酸素放出しにくいからこのことは重要である。この
酸素は酸素又は酸化物含有物として溶着金属中に残りう
る。また便うならばそれをフラックス混合物中に混合す
る前にそれを他の酸性酸化物と反応させて部分的にアー
ク作用から遮蔽できる。

本発明は種々の理由により成功と信じられるが、完全の
ためここで次の理論を記述する。

サブマージドアーク溶接中収素並びに鉄、けい素、マン
ガンその他の元素はこの方法の漸進段階で発見できる。

第１段階は移動する金属にとけたイオンとしてである。

第２段階は治着泥の熔解金属に懸濁している含有物とし
てである。最後にこれらはスラグ中に発見できる。

溶接操作で金属は電気アークで熱せられる。同化中酸素
は（けい素、マンガンその他の元素と共に）金属にとけ
ているもの、金、属内に含有物として懸濁しているもの
およびスラグ中のものの間で平衡に達する様努力する。

急速冷却のためこれらの領域間の平衡には至らない。も
し平衡かえられるならば基本的製鋼技術は劇着物清浄化
に適合するだろう。

第１本発明は浴着泥における渦巻順境をつくることによ
り反応を平衡の方へ動かす。これはとけた浴着金属とス
ラグにとけた元素を熱力学的平衡へと追いやる。第２に
よシ重要なことはこのとけた金稿移１（力が懸濁含有物
がとけた溶着金属表面に行くのを助けそれをスラグ中に
混入させる。

非常にきれいなまた酸化物含有量の非常に少ない浴着物
かえられる。

浴着金属の低酸素含量が標準的な効力ある脱酸剤（Ｍｇ
、ＡｔＸＴｉ、Ｓｉ等）の添加によっておこらないこと
を注意するのはＮ要である。以前には単一パス溶接にお
いて表面不完全なく輝く溶着ビードをえるにはこれらの
標準的金属脱酸剤をフラックスに大量加えた。各バスで
溶着ビードに残っている未反応合金が最後に極端な量に
なりうるので、この添加はフラックスをマルチパス溶接
には適しないものとした。このフラックスが脱酸される
独特の方法は唯１パス蘭接後よい外観をもつ清純な浴着
物をえるには金属脱酸前があっても極く僅かでよい。

本発明によるフラックス組成物は次のとおりである：Ａ
４０ｓ　　　　　２０−５０　　　　　　３４ＣａＦ２
　　　　１０−３０　　　　　　２２任意化合物 ＭｎｘＯｙ　　　　　Ｏ１５１，５ ＮａｚＯ０−１０１，５ 金属Ｍｎ＋ｓｉ　　　Ｏ−５１，５ 他の酸化物 ＭｇＯ０−２０１０ ＳｉＯｚ　　　　　　　５　２５　　　　　　１３Ｔｉ
Ｏｚ　　　　　　２−２５　　　　　　１５微量化合物
　　　　　　　　　　　　残り１００％ Ｎａ２Ｏは通常Ｓ　ｉ０２の少量又は全部と組合ってあ
り、他成分の凝集結合剤として作用する。もし本発明の
原理を浴融フラックスに使うならば又は他の結合剤を凝
集に使うならばＮａｚＯは必要ないであろう。

本発明を詳細記述しまた特定フラックス組成物を記載し
たのである。この明ｉ賽をよみ諒解した者には修正法や
変更法本考えられるであろう。これらの修正法や変更法
は本発明の特許情求範囲内である限りそれらも本発明に
包含されるものと考えているのである。

特許出願人　ザ　リンカーン　エレクトリツクカンノ々
ニー 同　　　　弁理士　　川　　瀬　　良　　治７．−２ｌ
・ （−・

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、カルシウム、カリウム、アルミニウム、マグネシウ
   ム、バリウム、ナトリウムおよびリチウムより成る群か
   らえらばれた金属のふつ化物１０乃至３０重量％；酸化
   アルミニウム２０乃至５０重量％；およびナトリウム、
   カリウム、ストロンチウム、リチウム、バリウム、マン
   ガン、けい素、マグネシウム、チタン、ジルコニウムお
   よびカルシウムより成る群からえらばれた他の金属の酸
   化物より成りかつ最大有効酸素が５％以下でありまたフ
   ラックスの塩基性度指数を式Ａ： 塩基性度指数Ｂ１＝ ＣａＯ＋ＭｇＯ＋ＢａＯ＋ＳｒＯ＋Ｎａ＿２Ｏ＋Ｌｉ＿
   ２Ｏ＋Ｌｉ＿２Ｏ＋ＣａＦ＿２＋１／２（ＭｎＯ＋Ｆｅ
   Ｏ）ＳｉＯ＿２＋１／２（Ａｌ＿２Ｏ＿３＋ＴｉＯ＿２
   ＋ＺｒＯ＿２）（上式中ＣａＯはフラックス中の酸化カ
   ルシウム重量％をあらわす、以下同様）によつて計算し
   たとき１．２５以下に下げる様な量で上記他の金属の酸
   化物が存在することを特徴とする鉄鋼の電気アーク溶接
   用凝集フラックス。 ２、次の成分範囲： 化合物　重量％ ＣａＦ＿２　１０−３０ Ａｌ＿２Ｏ＿３　２０−５０ Ｎａ＿２Ｏ　０−１０ Ｍｎ＿ｘＯ＿ｙ　０−１５ ＳｉＯ＿２　５−２５ ＴｉＯ＿２　２−２５ ＭｇＯ　０−２０ 金属Ｍｎ＋Ｓｉ　０−５ をもつ特許請求の範囲第１項に記載のフラックス。 ３．下記成分の示す量： 化合物　重量％ ＣａＦ＿２　２２ Ａｌ＿２Ｏ　３４ Ｍｎ＿ｘＯ＿ｙ　１．５ ＭｇＯ　１０ ＳｉＯ＿２　１３ ＴｉＯ＿２　１５ Ｎａ＿２Ｏ　１．５ 金属Ｍｎ＋Ｓｉ　１．５ を含んでいる特許請求の範囲第１項に記載のフラックス
   。