JPS5937720B2 - 低水素系すみ肉溶接用被覆ア−ク溶接棒 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は被覆アーク溶接棒に関し、特に被覆の保護筒と
しての機能を改善し、溶接作業性及び継手性能を高めた
低水素系のすみ肉溶接専用被覆アーク溶接棒に関するも
のである。

溶接能率及び継手性能を向上すべく種々の溶接方法及び
溶接材料が提案されており、水素脆化を抑えた低水素系
被覆アーク溶接棒についても多くの技術が開発されてい
る。

しかしながら溶接後の手直し（補修溶接）を含めた全溶
接所要時間の短縮及び継手性能の両面を満足するものは
少ない。特に低水素系すみ肉溶接被覆アーク溶接棒にお
いては、溶接時間を短縮すべく高電流溶接を行なうと被
覆が焼けて脆くなり、溶接中に脱落することがある。そ
の為被覆の保護筒としての機能が低下し、アークが不安
定になつて作業性が低下すると共にシールド不足によつ
てブローホール等の継手欠陥が発生し、更にはビードが
不揃いになつて等脚性が乱れる。またアーク雰囲気中に
大気中の水分等が混入し、低水素系溶接棒の特長である
耐水素脆性も害される。本発明者等は前述の様な事情に
着目し、継手性能を害することなく優れた溶接作業性が
得られる様な低水素系すみ肉溶接用被覆アーク溶接棒の
開発を期して、被覆剤の成分組成や被覆の物性等につい
て研究を進めてきた。

本発明はかかる研究の結果完成されたものであつて、そ
の構成とは、ＳｉＯ２：１０〜２０％（重量％：以下同
じ）、ＴｉＯ２：５〜２０％、鉄粉：１５〜４５％、炭
酸塩：５〜３０％（但しＭｇＣＯ３を除く炭酸塩の総和
が１０％以下）、金属フッ化物：３〜１５％、脱酸性金
属：３〜１５％を含有する被覆剤を、軟鋼心線外周に塗
布し焼成してなる低水素系すみ肉溶接用被覆アーク溶接
棒であつて、焼成後の被覆剤の嵩密度を２．３〜３．３
１／ｄ＆Ｃしたところに要旨が存在する。本発明では、
被覆剤の成分組成を特定すると共に、焼成後における被
覆の嵩密度を特定範囲に設定することによつて溶接中の
被覆の脱落を防止し、保護筒としての本来の機能を保持
せしめることができた。

その結果、等脚性及び耐水素脆性の優れた高品質の溶接
継手が作業性良く得られることになつた。以下本発明に
おける数値範囲設定の根拠を説明する。

ＳｉＯ２：１０〜２０％ スラグの粘性調整剤として不可欠の成分であり、１０％
未満ではスラグの粘性が低下し安定した被包性が得られ
ない。

一方２０％を越えるとスラグの粘性が高くなりすぎて特
脚性が著しく劣化する。原料としては、珪砂、タルク、
マイカ或はその他の珪酸塩が用いられ、粘結剤として使
用される水ガラス中のＳｉＯ２も含まれる。ＴｉＯ２：
５〜２０％ スラグの被包性を決定する重要な成分で、５％未満では
スラグの被包性が悪くビードが凸状になる。

また２０％を越えるとスラグ量が多くなりすぎて２段ビ
ードが形成され易くなる。原料としてはルチールやイル
ミナイト等が使用される。鉄粉：１５〜４５％溶着金属
量を増大し溶接能率を高めるのに重要な成分であると共
に、すみ肉溶接専用棒として必要なビードの伸びを高め
る作用があり、１５％未満ではこれらの効果が十分に発
揮されない。

しかし４５％を越えるとビードが凸状になり継手強度が
低下する。通常は鉄粉単独で使用されるが、Ｆｅ一Ｍｎ
やＦｅ−Ｓｉ等の鉄合金と併用することもできる。炭酸
塩：５〜３０％ ＭｇｃＯ３−ＣａｃＯ３，ＢａｃＯ３が代表的なものと
して挙げられ、ガス発生剤としてシールド効果を発揮し
、耐ブローホール性及び耐ピツト性を高めると共に、大
気中の水分等の混入を防止して水素脆性の低下を防止す
る。

従つてルートキヤツプの大きいすみ肉溶接に通用する場
合は特に重要な成分となる。これらの効果を確保する為
には５％以上配合する必要があるが、３０％を越えると
溶け込みが深くなつてアンダーカツトが発生し易くなる
。尚炭酸塩の中でもＭｇＣＯ３が最も適当であり、これ
以外の炭酸塩（ＣａｃＯ３やＢａｃＯ３等）の総和が１
０％を越えると、スラグが先行し２段ビードが形成され
易くなるので注意しなければならない。金属フツ化物：
３〜１５％ 金属フツ化物としては、ＣａＦ２、ＡｌＦ３、ＭｇＦ２
が用いられ気孔防止剤として不可欠の成分である。

３％未満ではヒツト等の継手欠陥が発生する。

しかし１５％を越えるとスラグの粘性が低くなりすぎて
凸ビードになるので好ましくない。脱酸性金属：３〜１
５％ＭｎｌＳｉｓＴｉｌＡｌｓＭｇ或はこれらの鉄合金
が代表的なものとして挙げられ、３％未満では脱酸不足
によつてブローホールやアンダーカツトが発生し易く、
一方１５％を越えると溶接金属が硬くなり耐割れ性が低
下する。

本発明では上記６成分を被覆剤の必須成分とするが、こ
のほか必要に応じて下記の成分を配合することもある。

ＭｇＯ：１０％以下 ビード形状を滑らかにするのに有効であるが、１０％を
越えると等脚性が著しく害される。

Ａｌ２Ｏ３：５％以下スラグの粘性調整剤として有効で
あるが、５％を越えると等脚性が劣化する。

合金粉：５％以下 溶接金属の機械的性質や耐食性等を改善する為に、目標
性能に応じてＣＵｓＭＯｓＮｉｓＣｒ等の合金元素単体
或はこれらの鉄合金を添加することは極めて有効であり
、通常は５％以下の範囲で添加される。

本発明で使用する被覆剤の成分組成は上記の通りである
が、この被覆剤を軟鋼心線外周に塗布し焼成して得られ
る本発明溶接棒の性能は、被覆の耐脱落性と密接な関係
を有している。

即ち先に説明した如く被覆は溶接時に保護筒を構成し、
アークを安定にすると共にシールド効果を高める作用が
あるが、溶接時に被覆が脱落すると上記の効果が失なわ
れる。そこで被覆の耐脱落性を改善すべく実験を行なつ
たところ、耐脱落性は焼成後の被覆の嵩密度と密接な関
係があり、嵩密度が２．３〜３．３ｇ／ｄになる様に被
覆剤原料の粒度や製造条件等を設定すれば、優れた耐脱
落性を確保できることが分つた。ちなみに第１図は、上
記成分組成を満足する低水素系すみ肉溶接用被覆アーク
溶接棒における、被覆の嵩密度と溶接中の脱落回数及び
すみ肉溶接部の上脚の最小脚長との関係を示したグラフ
である。但しこの実験では、５．５鼎φ×７００ｍｍ１
の供試棒を使用し、Ｔ型のすみ肉試験片に３００Ａ（Ａ
．Ｃ．）でグラビテイー溶接を行なつた。また被覆の嵩
密度は次式により算出した。式中Ｋ：嵩密度（９／Ｃｎ
ｔ） Ｇ：溶接棒の両端を切断・除去した後の棒重量（９） ｌ：溶接棒の両端を切断・除去した後の棒長（Ｃ７ｒＬ
） ｄ：心線直径（ＣＴｒＬ） Ｄ：被覆径（（Ｖ７ｌ） 第１図からも明らかな様に、嵩密度が２．３〜３．３１
／Ｃｒｉｔを外れるものは被覆の脱落が著しいのに対し
、嵩密度が上記好適範囲のものの被覆の脱落は皆無であ
る。

尚直径５．５ｍｍ程度の被覆アーク溶接棒を用いたとき
の適正電流は通常２３０〜２７０Ａ程度であるから、第
１図の実験データ（電流：３００Ａ）からも明らかな様
に、本発明の溶接棒は高溶接電流の条件奢こおいても高
い耐脱落性を発揮することが理解される。また上記好適
嵩密度範囲においては上脚部の脚長低下も少なく、高い
等脚性が得られる。尚上記嵩密度の好適範囲は、先に説
明した好適成分組成の被覆剤を使用した場合に限つて適
合するのであつて、異なる成分組成の被覆剤に対して同
列に論することはできない。

その理由は、嵩密度が好適範囲にあつても、その成分組
成が異なれば生成されるスラグの粘性が異なつてくる為
、良好なビード形状が形成されなくなる為である。被覆
の嵩密度を調整する方法は特に限定されないが、最も一
般的なのは、１被覆剤原料の粒度構成を調整する方法、
２軟鋼心線外周へ塗布する際の圧力を調整する方法、３
上記１，２を組み合わせた方法・等が挙げられる。本発
明は以上の様に構成されており、被覆剤の成分組成を特
定すると共に、特に焼成後における被覆の嵩密度を特定
範囲に調整することによつて、被覆の耐脱落性を著しく
高め得ることになつた。

その結果高電流を適用した高速溶接が可能になると共に
、被覆の脱落に起因するシールド不足や等脚性の低下も
解消され、溶接能率及び継手性能向上の２大要求を一挙
に達成し得ることになつた。次に実験例を挙げて本発明
の構成及び作用効果を明確にする。実験例 第１表に示す成分組成の被覆剤（粒度構成は第２表の通
り）を、軟鋼心線（５．５ｎφ×７００ｍ“）の外周に
塗装圧６０ｋ９／ｃ？ｉｌ）速度２７０ｍ／分で塗布し
、５０〜１００℃で１時間予備乾燥した後４００℃で１
時間本焼成して、低水素系すみ肉溶接用被覆アーク溶接
棒を製造した。

得られた各溶接棒を使用し、試験板（材質：ＳＭ−５０
）断面形状：第２図）の水平すみ肉溶接線を運棒比１．
３でグラビテイ溶接し、溶接時における被覆の脱落回数
、ビードの最小上脚長及び溶接作業性を調べｔに結果を
第１表に一括して示す。

第１表より次の様に考察できる。（１）比較棒Ｂ−１，
２はＳｉＯ遣が規定範囲を外れたもので、不足の場合（
Ｂ−１）はスラグが先行してアンダーカツトが発生し、
過剰の場合（Ｂ−２）はスラグの粘性が高すぎて等脚性
が低下する。

（２）比較棒Ｂ−３，４はＴｉＯ２量が規定範囲を外れ
たもので、不足の場合（Ｂ−３）はスラグの被包性が乏
しくビードが凸状になり、過剰の場合（Ｂ−４）はスラ
グ量が多すぎて先行し２段ビードが形成される。

（３）比較棒Ｂ−５は鉄粉量が多すぎたもので、アーク
の広がりが小さくなつてビードが凸状になる。

（４）比較棒Ｂ−６，７は炭酸塩量が規定範囲を外れた
もので、不足の場合（Ｂ−６）はシールド不良によつて
ピツトが発生し、過剰の場合（Ｂー７）は溶け込みが深
くなつてアンダーカツトが発生する。

尚比較棒Ｂ−８，９は、ＭｇＣＯ３以外の炭酸塩（Ｃａ
ｃＯ３又はＢａＣＯ３）が１０％を越えたもので、スラ
グの先行が起こり２段ビードになる。（５）比較棒Ｂ−
１０，１１は金属フツ化物量が規定範囲を外れたもので
、不足の場合（Ｂ−１０）は気孔防止効果が不十分でピ
ツトが発生し、過剰の場合（Ｂ−１１）はスラグの粘性
が高すぎて凸ビードになる。

（６）比較棒Ｂ−１２〜１６は脱酸性金属量が規定範囲
を外れたもので、不足の場合（Ｂ−１２，１３）は脱酸
不足によつてブローホール及びアンダーカツトが発生し
、過剰の場合（Ｂ−１４，１５，１６）は溶接金属の耐
割れ性が悪い。

（７）比較棒Ｂ−１７，１８は被覆の嵩密度が規定範囲
を外れたもので、嵩密度が低すぎると（Ｂ一１８）被覆
が脱落してアンダーカツト等が発生し、高すぎると（Ｂ
−１７）被覆に縦割れが発生する。

（８）これらに対し本発明の要件を満足するＡ−１〜１
０の溶接棒は、被覆の脱落が起こらず良好な作業性が得
られ、ビードの等脚性も優れている。

【図面の簡単な説明】

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ＳｉＯ＿２：１０〜２０重量％、ＴｉＯ＿２：５〜
   ２０重量％、鉄粉：１５〜４５重量％、炭酸塩：５〜３
   ０重量％（但しＭｇＣＯ＿３を除く炭酸塩の総和が１０
   重量％以下）、金属フッ化物：３〜１５重量％、脱酸性
   金属：３〜１５重量％を含有する被覆剤を軟鋼心線外周
   に塗布し焼成してなる低水素系すみ肉溶接用被覆アーク
   塩溶棒であつて、焼成後の被覆剤の嵩密度が２．３〜３
   ．３ｇ／ｃｍ＾３であることを特徴とする低水素系すみ
   肉溶接用被覆アーク溶接棒。