JPS6356396A - 横向サブマージアーク溶接方法 - 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］ 本発明はシャルピー衝撃性能及びＣＯＤ性能の両特性を
満足する高靭性溶接金属を得ることのできるサブマージ
アーク溶接方法に関するものである。

［従来の技術］ 大型のＬＰＧ貯蔵用低温タンクは低温用アルミキルド鋼
をｉ接して建造されるが、他の溶接構造物と大きく異な
る点は、現場溶接であることと、横向突合せ継手の占め
る割合が大きいことである。

ＬＰＧ貯蔵用低温タンクの溶接継手に対する靭性要求値
は、最低使用温度−４５〜−５０℃におけるシャルピー
衝撃値が２．８　ｋｇｆ−ｍ以上というのが一般的であ
り、横向継手の多くは溶融型フラックスとＣ−Ｍｎ−Ｍ
ｏ系ワイヤの組合せによるサブマージアーク溶接によっ
て施工されている。

［発明が解決しようする問題点］ ところが近年、安全に対する考え方から要求衝撃値のレ
ベルアップ、更には溶接継手の新しい評価基準であるＣ
ＯＤ性能の要求などの動きがみられ、従来の横向サブマ
ージアーク溶接材料では対応が困難となってきている。

また横向サブマージアーク溶接は重力の法則に逆らって
いる面もあるので、通常の下向溶接に比較して制約が多
く、たとえばスラグ巻きなどの溶接欠陥が発生しやすい
などの問題も多い。

一方焼成型フラックスは溶融型フラックスに比べて一般
的に脱酸剤や合金成分の添加調整が容易である為、アー
クの安定性や作業性が良好であり、フラックスの消費量
が少ないなどの特徴を有する。

本発明はこの様な背景のもとに検討されたものであり、
本発明の目的は鋼の突合せ溶接に際して後述するような
ワイヤおよび焼成型フラックスを使用してサブマージア
ーク溶接することによって、シャルピー衝撃性能、ＣＯ
Ｄ性能ともにすぐれた高靭性溶接金属を得ることのでき
るサブマージアーク溶接方法、特に直流電源による横向
サブマージアーク溶接方法を提供する点にある。

［問題点を解決するための手段］ 上記問題点を解決することのできた本発明とは鋼の突合
せ多層溶接に際し、 Ｃ：　０．１〜０．１６％（重量％の意味、以下同じ）
Ｓ　ｉ　：　０．０１〜０．２％ Ｍ　ｎ　：　１．６〜２．１％ Ｔ　ｉ　：　０．０７〜０．１９％ 残部Ｆｅおよび不可避不純物からなり特にＮを０．００
７％以下に抑制してなる鋼ワイヤを使用するとともに、 ２０メツシュのふるいを通過するものが８０％以上とな
るように粒度調製した粉粒状焼成型フラックスであり、 ＣａＦ、：５〜１２％ ＭｇＯ：２０〜３５％ Ａｌ２Ｏ３：１８〜２８％ Ｎａ２Ｏ、Ｋ２ＯおよびＬｉ２Ｏの内１種以上の合計：
２〜６％ 炭酸塩の形で含まれるＣｏ２　：１．５〜５％Ｓｉおよ
びＴｉの１種あるいは２種の合計：０．５〜３．０％ 酸化物あるいは合金の形で含まれるＢ　：　０．０３〜
０．３％を夫々含み、更に を満足するＣａＯ及びＢａＯの１種以上、並びに５ｉ０
２を含有し、且つＴｉＯ２を２．５％以下に抑えてなる
焼成型フラックスを使用することを構成要旨とするもの
である。

［作用］ 本発明は溶接用ワイヤおよび焼成型フラックスについて
種々検討した結果、鋼の突合せ多層溶接に際し、後述す
るようなワイヤおよびフラックスを使用してサブマージ
アーク溶接を行なうとシャルピー衝撃性能、ＣＯＤ性能
ともにすぐれた高靭性溶接金属が得られるという知見を
得てなされたものであり、次に本発明方法で使用するワ
イヤおよび焼成型フラックスについて詳述する。

ワイヤについて Ｃ：　０．１〜０．１６％ Ｃは溶接金属の焼入れ性の確保に必要な元素であり、０
．１％未満ではその効果がなく、０．１６％を超えると
硬化しすぎて特にＣＯＤ性能が低下する。

Ｓ　ｉ　：　０．０１〜０．２％ ＳＬは脱酸作用があるが、０．０１％ではその効果がな
く０．２％を超えると溶接金属のＳｉ含有量が増えて靭
性が低下する。

Ｍ　ｎ　：　１．［ｉ　〜２．１％ Ｍｎはフェライト組織の強靭化に必要な元素であり、１
．６％未満では強度、靭性とも低下する。

２．１％を超えると硬化しすぎて靭性特にＣＯＤ性能が
低下する。

Ｔ　ｉ　：　０．０７〜０．１９％ Ｔｉは本発明で使用するワイヤの特に特徴的な要素であ
り溶接金属のミクロ組織を微細化するので、低温靭性の
向上に非常に有効である。横向サブマージアーク溶接に
おける溶接金属のＴｉ含有量と低温靭性の関係は、第１
図および第２図に示すように溶接金属の酸素量レベルで
異なる（シャルピー衝撃性能とＣＯＤ性能では若干具な
る）。

一般に横向サブマージアーク溶接の場合、溶接金属の酸
素量レベルを２５０　ｐｐｍ未満にすることは溶接作業
性の著しい低下をきたし実用的とは言えない。また５　
５０　ｐｐｍ以上とした場合には溶接作業性の維持は容
易であるが、良好なＣＯＤ性能を得るととはできない。

従って溶接金属の酸素量レベルを３００〜５００　ｐｐ
ｍとし、また目標性能を一６０℃でのシャルピー衝撃値
が５ｋｇｆ−ｍ以上、−５０℃でのＣＯＤ値が０．５　
ｍｍ以上として成分設計を行なうこととすると、溶接金
属のＴｉ含有量は第１図および第２図から０．０１７〜
０．０５％が目標の値となる。また第３図はワイヤのＴ
ｉ含有量と溶接金属のＴｉ含有量の関係を示すもの（斜
線部分）であるがこの図から酸素量が３００〜５００　
ｐｐｍでの高靭性溶接金属領域（０，０１’７〜０．０
５％）をとると、ワイヤのＴｉ含有量は０．０８〜０．
１８％と決定される。実際本発明者らの実験結果による
と０．０７〜０．１９％が可能であったので本発明の範
囲を０．０７〜０．１９％とした。

残部は実質的にＦｅ及び不可避不純物からなるが、不純
物のうち特にＮは溶接金属の靭性面で好ましい元素では
なく　０．００７％を超えると靭性が低下するのでＮを
０．００７％以下に抑える必要がある。その他年可避不
純物は、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｏ。

ＡＩ、Ｐ、Ｓ等が原料製鋼上の不純物として混入される
ことがあり、また表面めっきのＣｕが含まれる可能性が
ある。なお意識的にＮｉ、Ｍｏを溶接金属の強度向上の
ために添加することもある。

次に本発明で使用する焼成型フラックスについて述べる
。

焼成型フラックスの粒度構成はアークの安定性やビード
外観に影響を与えるものであり、２０メツシュより粗い
ものが２０％を超えるとアークの安定性が悪くなり、ま
たスラグ巻欠陥が発生しやすくなってビード表面に小さ
なポックマークを発生しやすくなる。

次にフラックスの成分組成について述べる。

ＣａＦ２　：５〜１２％ フラックス中のＣａＦ２は溶融スラグ中で塩基性物質と
して作用し溶接金属中の酸素量を低減して、溶接金属の
機械的性能を良好にする働きがあるが、５％未満ではそ
の効果が認めやれない。−方１２％を超えるとアークの
安定性が悪くなってスラグ剥離性を発生しやすくなる。

ＭｇＯ　：　２０〜３５％ ＭｇＯはスラグの塩基度を上げるので、前述のＣａＦ２
及び後述するＴｉやＳｉの脱酸作用とともに溶接金属中
の酸素量を低減して溶接金属の機械的性能を良好にする
効果があるが、２０％未満ではその効果が認められない
。一方３５％を超えるとスラグの流動性が悪くなってビ
ード外観が悪くなり、またスラグ巻欠陥も発生しやすく
なる。

Ａ１２０３　：１８〜２８％ Ａｌ２Ｏ３はビード外観の他、スラグ剥離性等の溶接作
業性の維持に必要な成分であるが、１８％未満および２
８％を超えるとそれらの効果が認められず、ビード外観
及びスラグの剥離性が悪くなる。

Ｎａ２Ｏ，に２０およびＬｉ２０（７）内１種以上の合
計：２〜６％ Ｎａ２Ｏ，に２０およびＬｉ２Ｏ＋７）フルカリ成分は
特にアークの安定性に有効であり、微小なスラグ巻欠陥
の発生率を低減させる上で効果がある。しかしこれらの
うち１種以上の合計が２％未満ではその効果が誌められ
ず、６％を超えると逆にアークは不安定となる。

炭酸塩の形で含まれるＣＯ２：１．５〜５％Ｃ０２は炭
酸塩の形で含有され、溶接中に熱分解を受けてＣ０２と
なり、アーク雰囲気をシールドし溶接金属中の窒素量の
上昇を防止して、溶接金属の機械性能の低下を防ぐ働き
がある。しかし１．５％未満ではその効果が認められず
５％を超えるとアークが不安定となりまた発生ガス量が
多くなってビード表面にポックマークが発生しやすくな
る。

ＳｉおよびＴｉの１種あるいは２種の合計＝０．５〜３
．０％ ＳｔおよびＴｉは合金鉄等の合金の形で含有され、脱酸
剤としての作用を有するが、その１種または２種の合計
が０．５％未満ではその効果が認められず、３．０％を
超えるとスラグが焼付いて剥離性が著しく悪くなる。ま
たＳｉやＴｉは合金成分でもあり、このような合金成分
なフラックス中に含有させることは溶接金属性能を予期
しない程度に改変するので継手性能の安定性の面で好ま
しくない。

酸化物あるいは合金の形で含まれるＢ　：　０．０３〜
０．３％ Ｂは微量添加で溶接金属の焼入れ性を高め、切欠き靭性
を向上させる働きがあり、ＬＰＧタンクなど低温靭性が
特に要求される場合には有効である。Ｂは酸化物あるい
は合金鉄などの合金の形で含有され、その量が０．０３
％未満では効果が認められず、０．３％を超えると溶接
金属の耐割れ性が悪くなり、靭性も逆に低下する。

５ｉ０２　、Ｃａｂ、ＢａＯ等は造さい剤であり、Ｓｉ
Ｏ２はビード外観、スラグの剥離性等の作業性の維持の
ために必要な成分であり、ＣａＯやＢａＯはスラグの流
動性の調整に効果がある。

尚ＣａＯ及びＢａＯは単独であっても有効であり、いず
れか一方しか配合しないものも本発明に含まれる。ここ
で と限定したのは本発明者等が種々検討した結果この比が
溶接金属中の酸素量に影響し、微小なスラグ巻欠陥の発
生率に関係があるという知見を得たためである。即ちこ
の比が２．０未満あるいは３．５超の領域においてはス
ラグ巻欠陥の発生率が高くなる傾向にある。さらに量比
が２．０未満では溶接金属中の酸素量が高くなり、溶接
金属の機械的性能が悪くなる。

また焼成型フラックスの場°合、ＴｉＯ２はスラグの焼
付きを促進し、２．５％を超えて含有しているとスラグ
の剥離性が極端に悪くなるのでその含有量を２．５％以
下に抑える必要がある。

以上のような組成の焼成型フラックスをサブマージアー
ク溶接に使用すると、溶接作業性が良く、スラグ巻欠陥
の発生も少なく、溶接金属性能の良好な溶接が可能とな
る。

以上のように規制したワイヤおよび焼成型フラックスを
使用してサブマージアーク溶接を行なうと、円筒型ＬＰ
Ｇ貯蔵用低温タンク等の横向溶接を、良好な溶接作業性
、耐溶接欠陥性のもとに施工することが可能で、シャル
ピー衝撃性能。

ＣＯＤ性能ともにすぐれた高靭性溶接金属を得ることが
できる。従って、ＬＰＧタンクの分野において今後予想
される要求靭性値のレベルアップ、ＣＯＤ性能要求に対
しても十分対応できるものであり、その工業的価値は大
といえる。

なお、当然のことながら本発明方法を下向サブマージア
ーク溶接に適用しても良好な結果が得られる。

［実施例コ 第１表に示すワイヤおよび第４表に示すフラックスを使
用し、第２表に示す鋼を第３表に示す溶接条件にて第４
図に示すように突合せ多層溶接して溶接金属のシャルピ
ー衝撃性能、ＣＯＤ性能。

溶接作業性および耐溶接欠陥性能を比較した。

ＣＯＤ試験はＢ５５７６２規格に従い、溶接欠陥の検査
はＸ線検査、磁粉探傷検査を併用して行なった。結果を
第５表に示す。

第２表 第　　　３　　　表 第　　　　５　　　表 村　溶接作業性　　Ｏ：良好　　×：不良率２　溶接長
１０００ｍｍ当たりのスラグ巻欠陥の総和を示す。

（結果） 試験Ｎｏ、　１〜７が従来例および比較例であり、Ｎｏ
、　８〜１７が本発明例である。

Ｎｏ、　１は従来型の溶融型フラックスとＣ−Ｍｎ−Ｍ
ｏ系ワイヤの組合せであり、溶接作業性は良好であるが
高靭性は得られない。

Ｎｏ、　２はワイヤがＣ−Ｍｎ−Ｍｏ系であり、Ｔｉが
含有されないために良好な低温靭性が得られていない。

Ｎ００３はＴｉ含有量が低すぎるために十分な低温靭性
が得られていない。Ｎｏ、　４はワイヤのＴｉ含有量が
高すぎて溶接金属が硬化し、靭性特にＣＯＤ値が低い。

Ｎｏ、　５はフラックスの粒度が粗いためアークが不安
定となり溶接作業性、耐溶接欠陥性が不良となっている
。

Ｎｏ、、６はＣａＦ２含有量が低すぎ、またＭｇＯ，Ｃ
ａｂ、Ｂａ０（７）合計と５ｉ０２（７）比が小さいた
めに溶接金属の酸素量が高くなって靭性が低くなってい
る。

　Ｏ Ｎｏ、　７はＣａＦ２．ｃｏ２およびＳｉとＴｉの合計
が高すぎるために溶接作業性が不良となっており、耐溶
接欠陥性も不良となっている。

Ｎ０１８〜１７は本発明例であり、溶接金属の低温靭性
、溶接作業性、耐溶接欠陥性ともに良好な結果が得られ
ている。

［発明の効果］ 以上のように本発明方法によれば良好な作業性のもとで
、耐溶接欠陥性、シャルピー衝撃性能およびＣＯＤ性能
ともにすぐれた高靭性溶接金属を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は溶接金属のＴｉ含有量と一６０℃におけるシャ
ルピー衝撃値との関係図、第２図は溶接金属のＴｉ含有
量と一５０℃におけるＣＯＤ値との関係図、第３図は溶
接金属のＴｉ含有量とワイヤのＴｉ含有量との関係図、
第４図は実施例の多層溶接の図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 鋼の突合せ多層溶接に際し、 Ｃ：０．１〜０．１６％（重量％の意味、以下同じ）Ｓ
   ｉ：０．０１〜０．２％ Ｍｎ：１．６〜２．１％ Ｔｉ：０．０７〜０．１９％ 残部Ｆｅおよび不可避不純物からなり特にＮを０．００
   ７％以下に抑制してなる鋼ワイヤを使用するとともに、 ２０メッシュのふるいを通過するものが８０％以上とな
   るように粒度調製した粉粒状焼成型フラックスであり、 ＣａＦ＿２：５〜１２％ ＭｇＯ：２０〜３５％ Ａｌ＿２Ｏ＿３：１８〜２８％ Ｎａ＿２Ｏ、Ｋ＿２ＯおよびＬｉ＿２Ｏの内１種以上の
   合計：２〜６％ 炭酸塩の形で含まれるＣＯ＿２：１．５〜５％Ｓｉおよ
   びＴｉの１種あるいは２種の合計：０．５〜３．０％ 酸化物あるいは合金の形で含まれるＢ：０．０３〜０．
   ３％を夫々含み、更に ２．０≦（ＭｇＯ（％）＋ＣａＯ（％）＋ＢａＯ（％）
   ）／（ＳｉＯ＿２（％））≦３．５を満足するＣａＯ及
   びＢａＯの１種以上、並びにＳｉＯ＿２を含有し、且つ
   ＴｉＯ＿２を２．５％以下に抑えてなる焼成型フラック
   スを使用することを特徴とするサブマージアーク溶接方
   法。