片面サブマージアーク溶接用裏当フラックス
【課題】裏当銅板へのフラックスのこびりつきを防止し、溶接後の清掃作業及び裏当装置のメンテナンス作業を改善し、低入熱から大入熱までの溶接において、健全で良好な裏ビードを得ることができる片面サブマージアーク溶接用裏当フラックスを提供する。
【解決手段】熱硬化性樹脂の含有量が１．０質量％未満の片面サブマージアーク溶接用裏当フラックスであって、フラックス成分は、ＭｇＯ：１９乃至４３質量％、ＴｉＯ２：８乃至３２質量％、ＳｉＯ２：８乃至３５質量％、Ａｌ２Ｏ３：３乃至１８質量％、ＣａＯ：３乃至２３質量％、ＣａＦ２：２乃至１４質量％、ＳｉＯ２＋ＴｉＯ２：総量で２２乃至５８質量％を含有し、前記フラックス成分によって形成されるスラグの１４００℃における粘度が０．０８５乃至０．２５０Ｐａ・秒であり、Ｆｅを除くフラックス成分の融点が８５０乃至１４００℃である。
【解決手段】熱硬化性樹脂の含有量が１．０質量％未満の片面サブマージアーク溶接用裏当フラックスであって、フラックス成分は、ＭｇＯ：１９乃至４３質量％、ＴｉＯ２：８乃至３２質量％、ＳｉＯ２：８乃至３５質量％、Ａｌ２Ｏ３：３乃至１８質量％、ＣａＯ：３乃至２３質量％、ＣａＦ２：２乃至１４質量％、ＳｉＯ２＋ＴｉＯ２：総量で２２乃至５８質量％を含有し、前記フラックス成分によって形成されるスラグの１４００℃における粘度が０．０８５乃至０．２５０Ｐａ・秒であり、Ｆｅを除くフラックス成分の融点が８５０乃至１４００℃である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、裏当銅板の清掃作業、及び手直し作業を軽減し、良好な裏ビード形状、及び高い溶接施工性を得ることができる片面サブマージアーク溶接用裏当フラックスに関する。
【背景技術】
【０００２】
サブマージアーク溶接法は、被覆アーク溶接及びガスシールドアーク溶接等の溶接法と比して、高電流及び高速度で溶接を行うことができるという利点を有しており、造船、鉄骨及び橋梁分野等の大型鋼構造物の製造において、重用されている高能率な溶接法である。特に、片面サブマージアーク溶接法は、造船分野において、平行ブロック等のパネル板継ぎ溶接に多用されており、鋼板の表面側から裏面側まで１パスでビードを形成することができる高能率な溶接法である。
【０００３】
片面サブマージアーク溶接法において、被溶接鋼板の板厚範囲は６乃至４０ｍｍ程度まで実用化されており、広範囲な溶接施工性と、溶接継手の機械的性能及び外観形状に高い品質が要求されている。このような状況下において、裏ビードの形状及び健全性に対する要求も例外ではなく、裏当フラックスが具備すべき特性は、低入熱から大入熱までの溶接において、良好な裏ビードの形状及び健全性が得られることである。一方、一連の溶接施工において、ビードの形状に不具合が生じた場合、グラインダーによる手直し等の余分な作業を要する。また、溶接施工によって発生する溶接スラグの清掃作業及び裏当フラックスを押し上げる裏当装置のメンテナンス作業があり、アークタイム間に必須な作業の軽減は溶接施工の能率向上に直接寄与する。
【０００４】
特許文献１及び特許文献２は、フラックス粒度とその重量構成を規定することにより、裏当銅板への溶接スラグのこびりつくことを防止する裏当フラックスを提案している。
【０００５】
【特許文献１】特開平７−３０３９８９
【特許文献２】特開平６−２１８５７６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述の従来の技術には下記に示す問題点がある。
【０００７】
特許文献１及び特許文献２は、裏ビードの形成性を向上させるため、フェノール系樹脂等の熱硬化性樹脂を裏当フラックスに添加している。このため、溶接熱により裏当フラックスが裏当銅板へ固着することを回避することはできない。更に、熱硬化性樹脂を含有するフラックスでも良好な裏ビード形状を得るためには、溶接後の清掃作業は必須であり、その清掃作業及び裏当装置のメンテナンス作業が多大となることは、溶接工程の能率低下をもたらすという問題点がある。
【０００８】
また、特許文献１及び特許文献２は、裏当銅板へこびりつくことを防止するために、裏当フラックスのフラックス粒度とその重量構成を規定しているが、厚肉鋼板に適用される大入熱溶接施工において、裏当銅板へのこびりつきを防止することは困難である。
【０００９】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、従来の片面サブマージアーク溶接法における裏当フラックスが含有している熱硬化性樹脂を好ましくは無添加とし、裏当銅板へのフラックスのこびりつきを防止し、溶接後の清掃作業及び裏当装置のメンテナンス作業を改善し、低入熱から大入熱までの溶接において、健全で良好な裏ビードを得ることができる片面サブマージアーク溶接用裏当フラックスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る片面サブマージアーク溶接用裏当フラックスは、熱硬化性樹脂の含有量が１．０質量％未満の片面サブマージアーク溶接用裏当フラックスであって、フラックス成分は、ＭｇＯ：１９乃至４３質量％、ＴｉＯ２：８乃至３２質量％、ＳｉＯ２：８乃至３５質量％、Ａｌ２Ｏ３：３乃至１８質量％、ＣａＯ：３乃至２３質量％、ＣａＦ２：２乃至１４質量％、ＳｉＯ２及びＴｉＯ２：総量で２２乃至５８質量％を含有する組成を有し、前記フラックス成分によって形成されるスラグの１４００℃における粘度が０．０８５乃至０．２５０Ｐａ・秒（０．８５乃至２．５ポアズ）であり、Ｆｅを除くフラックス成分の融点が８５０乃至１４００℃であることを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る他の片面サブマージアーク溶接用裏当フラックスは、熱硬化性樹脂の含有量が１．０質量％未満の片面サブマージアーク溶接用裏当フラックスであって、フラックス成分は、ＭｇＯ：１９乃至４３質量％、ＴｉＯ２：８乃至３２質量％、ＳｉＯ２：８乃至３５質量％、Ａｌ２Ｏ３：３乃至１８質量％、ＣａＯ：３乃至２３質量％、ＣａＦ２：２乃至１４質量％、ＳｉＯ２及びＴｉＯ２：総量で２２乃至５８質量％、ＭｎＯ：１．０乃至９．５質量％、Ｂ２Ｏ３：１．６質量％以下、ＺｒＯ２：１１質量％以下、Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏ：総量で６質量％以下を含有する組成を有し、前記フラックス成分によって形成されるスラグの１４００℃における粘度が０．０８５乃至０．２５０Ｐａ・秒であり、Ｆｅを除くフラックス成分の融点が８５０乃至１４００℃であることを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る更に他の片面サブマージアーク溶接用裏当フラックスは、熱硬化性樹脂の含有量が１．０質量％未満の片面サブマージアーク溶接用裏当フラックスであって、フラックス成分は、ＭｇＯ：１９乃至４３質量％、ＴｉＯ２：８乃至３２質量％、ＳｉＯ２：８乃至３５質量％、Ａｌ２Ｏ３：３乃至１８質量％、ＣａＯ：３乃至２３質量％、ＣａＦ２：２乃至１４質量％、ＳｉＯ２及びＴｉＯ２：総量で２２乃至５８質量％、ＭｎＯ：１．０乃至９．５質量％、Ｂ２Ｏ３：１．６質量％以下、ＺｒＯ２：１１質量％以下、Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏ：総量で６質量％以下を含有し、残部はＦｅ及び不可避不純物からなり、この不可避不純物の量を７質量％以下に規制した組成を有し、前記フラックス成分によって形成されるスラグの１４００℃における粘度が０．０８５乃至０．２５０Ｐａ・秒であり、Ｆｅを除くフラックス成分の融点が８５０乃至１４００℃であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、裏当銅板へのフラックスのこびりつきを防止することができ、これにより、溶接後の清掃作業及び裏当装置のメンテナンス作業といった従来必要であった溶接作業環境を改善し、低入熱から大入熱の溶接において、健全で良好な裏ビードを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について、添付の図面を参照して具体的に説明する。従来技術で使用されている熱硬化性樹脂は、約１００乃至２００℃程度で固化する特性を有している。即ち、従来の熱硬化性樹脂を含有する裏当フラックスは、溶接アークが到達する直前に裏当フラックスを熱硬化性樹脂により固化させ、裏当フラックスと鋼板との密着性を向上させ、裏ビードと鋼板のなじみを良くする特徴を有している。
【００１５】
本発明者等は、裏当フラックスに熱硬化性樹脂を添加することなく、この裏フラックスに熱硬化性樹脂を添加することによって得られる効果を、フラックスの成分範囲を特定の範囲に規定し、更に高温粘度及び融点を規定することにより、得るものであり、熱硬化性樹脂の添加効果の代替が可能であることを見出したものである。
【００１６】
以下、本発明の片面サブマージアーク溶接用裏当フラックスの組成限定理由について説明する。
【００１７】
「ＭｇＯ：１９乃至４３質量％」
ＭｇＯはスラグ形成のための主要な成分であり、その添加により、スラグの粘度を低下させる。ＭｇＯの含有量が１９質量％未満であると適正なスラグ量が確保できず裏ビードが過大になる。一方、ＭｇＯの含有量が４３質量％を超えるとスラグ量は増大し、裏ビードの余盛高さが低くなると共に、スラグ粘度が低下し裏ビードの幅の揃いが劣化し、波目が粗くなり外観が損なわれる。従って、ＭｇＯの添加量を１９乃至４３質量％とする。
【００１８】
「ＴｉＯ２：８乃至３２質量％」
ＴｉＯ２は、その添加により、フラックスの融点及び高温での粘度を変化させる特性を有し、スラグの粘度と剥離性を調整するのに特に重要な成分である。ＴｉＯ２の含有量が８質量％未満であると裏ビードのスラグ焼き付きが発生し、スラグの剥離性が劣化する。一方、ＴｉＯ２の含有量が３２質量％を超えるとスラグの粘度が増加するため、鋼板と裏ビードのなじみ性が劣化し、アンダーカットが発生する。また、ＴｉＯ２の含有量が８質量％未満の場合と同様に、スラグの剥離性が劣化する。従って、ＴｉＯ２の添加量を８乃至３２質量％とする。
【００１９】
「ＳｉＯ２：８乃至３５質量％」
ＳｉＯ２は、その添加により、フラックスの高温における粘度及び融点を変化させる特性有し、スラグ粘度の調整とスラグ形成のため特に重要な成分である。ＳｉＯ２の含有量が８質量％未満ではスラグの粘度が低下することで、裏ビードの幅の揃いが劣化し、波目が粗くなるため外観が損なわれる。一方、ＳｉＯ２の含有量が３５質量％を超えるとスラグの粘度が過大となり、鋼板と裏ビードのなじみ性が劣化しアンダーカットが発生すると共に、スラグ量が増大し、裏ビードの余盛高さが過小となる。従って、ＳｉＯ２の添加量を８乃至３５質量％とする。
【００２０】
「Ａｌ２Ｏ３：３乃至１８質量％」
Ａｌ２Ｏ３は、その添加により、スラグの粘度および凝固温度を調整するのに有効な成分である。Ａｌ２Ｏ３の含有量が３質量％未満であるとスラグの粘度が低くなり、裏ビードの幅の揃いが劣化し、波目が粗くなるため、ビード外観が損なわれる。一方、Ａｌ２Ｏ３の含有量が１８質量％を超えるとスラグの凝固温度が低くなり、裏ビードの形状が過大となる。従って、Ａｌ２Ｏ３の添加量を３乃至１８質量％とする。
【００２１】
「ＣａＯ：３乃至２３質量％」
ＣａＯは、その添加により、スラグの粘度を調整しビード形状を整えるために重要な成分であり、またスラグの剥離性を調整するのに有効な成分である。ＣａＯの含有量が３質量％未満であるとスラグの粘度が過小となり、裏ビードの幅の揃いが劣化する。一方、ＣａＯの含有量が２３質量％を超えるとスラグの粘度が過大となり、鋼板と裏ビードのなじみ性が劣化し、アンダーカットが発生すると共に、スラグが焼付き及びスラグ剥離性が劣化する。従って、ＣａＯの添加量を３乃至２３質量％とする。
【００２２】
「ＣａＦ２：２乃至１４質量％」
ＣａＦ２は、その添加により、スラグの粘度を調整しスラグ生成を促進させるために有効な成分である。ＣａＦ２の含有量が２質量％未満であるとスラグ量が不足するため裏ビードの余盛が過大となる。一方、ＣａＦ２の含有量が１４質量％を超えるとスラグの粘度が過大となり、鋼板と裏ビードのなじみ性が劣化する。また、アンダーカットが発生し、ビード外観が損なわれる。従って、ＣａＦ２の添加量を２乃至１４質量％とする。
【００２３】
「熱硬化性樹脂の含有量：１．０質量％未満」
熱硬化性樹脂は裏当銅板へのこびりつきを抑制するため、極力添加しないことが好ましい。熱硬化性樹脂の含有量が１．０質量％を超えると溶接熱により裏当フラックスの裏当銅板へのこびりつきが増加する。従って、こびりつきと工業的な混入量を考慮し、熱硬化性樹脂の添加量を1.0%未満に規制する。
【００２４】
「ＳｉＯ２、及びＴｉＯ２：総量で２２乃至５８質量％」
ＳｉＯ２、及びＴｉＯ２はフラックスの主成分であり、その添加により、融点、及び高温におけるスラグの粘度を変化させる特に重要な成分である。ＳｉＯ２、及びＴｉＯ２の含有量が総量で２２質量％未満であるとスラグの高温粘度が低下し、裏ビードの幅の揃いが劣化し、波目が粗くなり外観を損なうと共に、スラグ剥離性が劣化する。また溶接アーク直近における裏当フラックスの溶融、凝固反応のバランスが崩れ、適正な裏ビードの余盛高さと幅が得られない。一方、ＳｉＯ２、及びＴｉＯ２の含有量が総量で５８質量％を超えるとスラグの高温粘度が増加し、鋼板と裏ビードのなじみ性が劣化し、アンダーカットが発生する。また溶接アーク直近における裏当フラックスの溶融、凝固反応のバランスが崩れ、適正な裏ビードの余盛高さと幅が得られない。従って、ＳｉＯ２、及びＴｉＯ２の含有量を総量で２２乃至５８質量％とする。
【００２５】
「スラグの１４００℃における粘度：０．０８５乃至０．２５０Ｐａ・秒」
スラグの高温における粘度は、裏ビード形状の調整のため重要なパラメータである。スラグの１４００℃における粘度が０．０８５Ｐａ・秒未満であると、スラグの粘度が過小となるため、裏ビードの幅の揃いが劣化し、波目が粗くなり外観を損なう。一方、スラグの１４００℃における粘度が０．２５０Ｐａ・秒を超えるとスラグの粘度が過大となり、鋼板と裏ビードのなじみ性が劣化し、アンダーカットが発生する。従って、スラグの１４００℃における粘度を０．０８５乃至０．２５０Ｐａ・秒に規定する。なお、主にＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＣａＦ２、ＣａＯ、及びＭｇＯは高温粘度を変化させる重要な成分であり、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＣａＦ２、及びＣａＯの含有量を増加、又はＭｇＯの含有量を減少させると粘度は増加する。一方、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＣａＦ２、及びＣａＯの含有量を減少、又はＭｇＯの含有量を増加させると粘度は低下する。
【００２６】
「Ｆｅを除くフラックス成分の融点：８５０乃至１４００℃」
Ｆｅを除くフラックス成分の融点は、フラックスの溶融と凝固のバランスを適正化し、裏ビード余盛高さを調整するための重要なパラメータである。融点が８５０℃未満であると、裏ビードの余盛高さが過大となり溶接中に溶落する可能性が高くなる。一方、１４００℃を超えると、フラックスの溶融と凝固のバランスが崩れ、十分な裏ビードの余盛高さを得ることができない。従って、Ｆｅを除くフラックス成分の融点を８５０乃至１４００℃に規定する。なお、主にＳｉＯ２及びＡｌ２Ｏ３はフラックスの融点を変化させる重要な成分であり、ＳｉＯ２及びＡｌ２Ｏ３の含有量を増加させると融点は下がる。一方、ＳｉＯ２及びＡｌ２Ｏ３の含有量を減少させると融点は上がる。
【００２７】
さらに良好な溶接作業性を得るために、上記成分の規定に加え、以下のフラックス成分を規定値の範囲とすることが好ましい。
【００２８】
「ＭｎＯ：１．０乃至９．５質量％」
ＭｎＯは、その添加により、スラグ生成を促進させるために有効な成分である。ＭｎＯの含有量が１．０質量％未満であるとスラグ量が少なくなり、裏ビードが大きくなる。一方、ＭｎＯの含有量が９．５質量％を超えるとスラグ量が増加し、裏ビードが小さくなる。従って、ＭｎＯの添加量を１．０乃至９．５質量％とする。
【００２９】
「Ｂ２Ｏ３：１．６質量％以下」
Ｂ２Ｏ３は溶接アーク熱で還元され、表フラックスに含有した場合Ｂとして溶接金属中に存在し靱性を確保する効果を有するが、裏当フラックスに含有しても溶接金属全体への歩留は低いため特にその効果は少ない。しかし、Ｂ２Ｏ３の含有量が１．６質量％を超えると裏ビードに多く固溶し、耐高温割れ性が劣化する可能性があると共に、スラグ焼き付きが発生する可能性がある。従って、Ｂ２Ｏ３の添加量を１．６質量％以下に規制する。
【００３０】
「ＺｒＯ２：１１質量％以下」
ＺｒＯ２は、その添加により、スラグの剥離性を調整するために有効な成分である。しかし、ＺｒＯ２の含有量が１１質量％を超えると、スラグの焼き付きが増加し、部分的にスラグ剥離性が劣化する可能性がある。従って、ＺｒＯ２の添加量を１１質量％以下に規制する。
【００３１】
「Ｎａ２Ｏ、及びＫ２Ｏ：総量で６質量％以下」
Ｎａ２Ｏ、及びＫ２Ｏは、その添加により、アークの安定性を確保するために有効な成分であるが、Ｎａ２Ｏ、及びＫ２Ｏの含有量が総量で６質量％を超えると耐吸湿性が劣化し、ブローホールの発生、及び耐低温割れ性が劣化する可能性がある。従って、Ｎａ２Ｏ、及びＫ２Ｏの添加量を総量で６質量％以下に規制する。
【００３２】
「微量成分、及び不可避的不純物の総量が７質量％以下」
溶接中の大気からのシールド性及び溶接作業性等を適正に保つため、Ｍｏ、ＣＯ２、ＢａＯ、Ｆｅ、及びＦｅ酸化物などを添加できるが、微量成分、不可避的不純物の総量を７質量％以下に規制する。
【００３３】
なお、裏当フラックスの粒度構成は裏ビード形状の安定性を考慮すると、フラックスの粒度が０．０７５乃至２．３６ｍｍの占める割合が９０質量％以上であることが好ましいが、特に限定するものではない。
【実施例１】
【００３４】
次に、本発明の効果を実証するため実施例及び比較例について説明する。
【００３５】
溶接条件を下記表３、図１及び図２に示す。４本の電極（Ｌ：ワイヤ径４．８ｍｍ、Ｔ１：ワイヤ径４．８ｍｍ、Ｔ２：ワイヤ径６．４ｍｍ、Ｔ３：ワイヤ径６．４ｍｍ）が溶接方向に沿って一列に配置されている。第１電極から各電極までの距離は３０ｍｍ、２００ｍｍ、２３０ｍｍである。Ｌは溶接面の法線方向から溶接方向に対して１０°傾斜した後退角、Ｔ１は５°傾斜した前進角、Ｔ２は３°傾斜した前進角、Ｔ３は１３°傾斜した前進角を形成している。電流値は第１電極から１５００Ａ、１２５０Ａ、１２００Ａ、１２５０Ａであり、電圧値は第１電極から３３Ｖ、３８Ｖ、４２Ｖ、４６Ｖである。溶接速度は５３ｃｍ／分である。試験鋼板は、板厚が３５ｍｍ、長さが１５００ｍｍ、開先形状がＹ形状、その開先角度が４５°であり、ルートフェースは６ｍｍである。上記の条件により、４電極ＦＣＢサブマージアーク溶接を行った。試験に用いた鋼板、及びワイヤの主成分を下記表１、及び表２に示す。ＪＩＳ・Ｚ３３５１・ＹＳ−Ｓ６相当のワイヤ、及びＪＩＳ・Ｚ３３５２・ＦＳ-ＢＴ１相当の表フラックスを使用した。
【００３６】
【表１】
【００３７】
【表２】
【００３８】
【表３】
【００３９】
溶接中に溶接金属の溶落ちなどの作業性及び溶接後に裏ビードの形状、裏当銅板への焼き付きを評価した。また裏ビードの健全性を評価するため、超音波透過試験により溶接欠陥の有無、欠陥箇所については、断面マクロ組織観察により欠陥の形態について調査し、手直し作業の要否を評価した。上記の評価は、下記に示す方法で評価した。溶け落ちの発生について、溶け落ちが発生しなかった場合を○、溶け落ちが発生した場合を×とした。裏ビード形状、及びスラグ焼き付きについて、裏ビード形状、及びスラグ焼き付きに問題がなければ良好、裏ビード形状、及びスラグ焼き付きに問題があれば、その問題について具体的な内容を表記した。裏ビードの健全性について、超音波透過試験により溶接欠陥が確認されなければ○、超音波透過試験により溶接欠陥が確認されれば、溶接欠陥の具体的な内容を表記した。手直し作業の有無を含む総合評価について、手直し作業の必要がないと判断された場合、良好（◎）、若しくは可（○）とし、手直し作業の必要があると判断された場合、不良（×）とした。
【００４０】
下記表４に実施例と比較例の裏当フラックスの成分と特性を示す。下記表４中のその他とは、Ｆｅを含む不可避的不純物等である。また、下記表５に本実施例の評価結果を示す。なお、裏当フラックスの粒度は０．０７５乃至２．３６ｍｍの範囲を９３質量％以上とした。
【００４１】
【表４】
【００４２】
【表５】
【００４３】
本発明の実施例１乃至６の溶接作業性、裏ビード形状及び健全性、裏当銅板への焼き付き性評価結果は良好であり、溶接施工に関連する手直し作業など余分な工程は不必要であった。実施例７はフラックス中のＭｎＯの含有量が１．０質量％未満であるため、スラグ生成は少なくなり、裏ビードはやや大きくなったが、手直し作業は不要であった。実施例８はＭｎＯの含有量が９．５質量％を超えているためスラグ量が多くなり、裏ビードはやや小さくなったが、手直し作業は不要であった。実施例９はフラックス中のＢ２Ｏ３の含有量が１．６質量％を超えているため局所的にスラグが焼き付き、スラグ剥離性がやや劣化したが、手直し作業は不要であった。実施例１０はフラックス中のＺｒＯ２の含有量が１１質量％を超えているため局所的にスラグが焼き付き、スラグ剥離性がやや劣化したが、手直し作業は不要であった。実施例１１はフラックス中のＮａ２Ｏ、及びＫ２Ｏが総量で６質量％を超えているためと耐吸湿性が劣化し、１ｍｍ未満の微小なブローホールが１ヶ所発生したが、手直し作業は不要であった。実施例１２はフラックス中の微量成分および不可避的不純物の総量が７質量％を超えているため、溶接作業性が劣化し、局所的に微小な突起が発生したが、手直し作業は不要であった。比較例１３はフラックス中のＭｇＯの含有量が１９質量％未満であるため、適正なスラグ量が確保できず裏ビードが過大となったため手直し作業が必要となった。比較例１４はフラックス中のＭｇＯの含有量が４３質量％を超えているためスラグ量が増大し、裏ビードの余盛高さが過小となった。また、スラグの粘度が低下により、裏ビードの幅の揃いが劣化し、波目が粗くなり外観が損なわれたため、手直し作業が必要となった。比較例１５はフラックス中のＴｉＯ２の含有量が８質量％未満であるため、裏ビードのスラグ焼き付きが発生しスラグの剥離性が劣化し、手直し作業が必要となった。比較例１６はフラックス中のＴｉＯ２の含有量が３２質量％を超えているためスラグの粘度が増加するため、鋼板と裏ビードのなじみ性が劣化し、アンダーカットが発生した。また、スラグの剥離性が劣化し、手直し作業が必要となった。比較例１７はフラックス中のＳｉＯ２の含有量が８質量％未満であるため、スラグの粘度が低下し、裏ビードの幅の揃いが劣化し、波目が粗くなり外観が損なわれたため、手直し作業が必要となった。比較例１８はフラックス中のＳｉＯ２の含有量が３５質量％を超えているため、スラグの粘度が過大となり、鋼板と裏ビードのなじみ性が劣化しアンダーカットが発生すると共に、スラグ量が増大し、裏ビードの余盛高さが過小となり、手直し作業が必要となった。
【００４４】
比較例１９はフラックス中のＡｌ２Ｏ３の含有量が３質量％未満であるため、スラグの粘度が低くなり、裏ビードの幅の揃いが劣化した。また、波目が粗くなり、ビード外観が損なわれたため、手直し作業が必要となった。比較例２０はフラックス中のＡｌ２Ｏ３の含有量が１８質量％を超えているため、スラグの凝固温度が低くなり、裏ビードの形状が過大となったため、手直し作業が必要となった。比較例２１はフラックス中のＣａＯの含有量が３質量％未満であるため、スラグ粘度が過小となり、裏ビードの幅の揃いが劣化したため、手直し作業が必要となった。比較例２２はフラックス中のＣａＯの含有量が２３質量％を超えているためスラグ粘度が過大となり鋼板と裏ビードのなじみ性が劣化しアンダーカットが発生した。またスラグ剥離性が劣化したため、手直し作業が必要となった。比較例２３はフラックス中のＣａＦ２の含有量が２質量％未満であるため、スラグを形成するスラグ量が不足し、裏ビードの余盛が過大となった。これにより、手直し作業が必要となった。比較例２４はフラックス中のＣａＦ２の含有量が１４質量％を超えているためスラグの粘度が過大となり、鋼板と裏ビードのなじみ性が劣化、及びアンダーカットが発生し、ビード外観が損なわれたため、手直し作業が必要となった。比較例２５は熱硬化性樹脂の含有量が１．０質量％以上であるため、裏フラックスの裏当銅板へのこびりつきが発生し、施工能率が劣化した。比較例２６はフラックス中のＳｉＯ２、及びＴｉＯ２の含有量が総量で２２質量％未満であるため、フラックスの高温粘度が低下し、裏ビードの幅の揃いが劣化し、波目が粗くなり外観を損なうと共に、スラグ剥離性が劣化した。また、溶接アーク直近における裏当フラックスの溶融、凝固反応のバランスが崩れ、適正な裏ビードの余盛高さと幅が得られなかったため、手直し作業が必要となった。比較例２７はフラックス中のＳｉＯ２、及びＴｉＯ２の含有量が総量で５８質量％を超えているため、フラックスの高温粘度が増加し、鋼板と裏ビードのなじみ性が劣化し、アンダーカットが発生した。また溶接アーク直近における裏当フラックスの溶融、凝固反応のバランスが崩れ、適正な裏ビードの余盛高さと幅が得られなかったため、手直し作業が必要となった。
【００４５】
比較例２８は１４００℃におけるスラグの粘度が０．０８５Ｐａ・秒未満であるため、スラグの粘度が過小となり、裏ビードの幅の揃いが劣化し、波目が粗くなったため、手直し作業が必要となった。比較例２９は１４００℃におけるスラグの粘度が０．２５０Ｐａ・秒を超えているため、スラグの粘度が過大となり、鋼板と裏ビードのなじみ性が劣化し、アンダーカットが発生したため、手直し作業が必要となった。比較例３０はＦｅ以外のフラックス成分の融点が８５０℃未満であるため、フラックスの溶融と凝固のバランスが不適となり、溶接中に溶接金属の溶落ちが発生したため、備の復旧作業と溶接継手の手直し作業が必要となった。比較例３１はＦｅ以外のフラックス成分の融点が１４００℃を超えているため、フラックスの溶融と凝固のバランスが不適となり、十分な裏ビードの余盛高さを得ることができなかったため、手直し作業が必要となった。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】電極配置を示す図である。
【図２】開先形状を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１：溶接方向を示す矢印
２：電極
３：鋼板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、裏当銅板の清掃作業、及び手直し作業を軽減し、良好な裏ビード形状、及び高い溶接施工性を得ることができる片面サブマージアーク溶接用裏当フラックスに関する。
【背景技術】
【０００２】
サブマージアーク溶接法は、被覆アーク溶接及びガスシールドアーク溶接等の溶接法と比して、高電流及び高速度で溶接を行うことができるという利点を有しており、造船、鉄骨及び橋梁分野等の大型鋼構造物の製造において、重用されている高能率な溶接法である。特に、片面サブマージアーク溶接法は、造船分野において、平行ブロック等のパネル板継ぎ溶接に多用されており、鋼板の表面側から裏面側まで１パスでビードを形成することができる高能率な溶接法である。
【０００３】
片面サブマージアーク溶接法において、被溶接鋼板の板厚範囲は６乃至４０ｍｍ程度まで実用化されており、広範囲な溶接施工性と、溶接継手の機械的性能及び外観形状に高い品質が要求されている。このような状況下において、裏ビードの形状及び健全性に対する要求も例外ではなく、裏当フラックスが具備すべき特性は、低入熱から大入熱までの溶接において、良好な裏ビードの形状及び健全性が得られることである。一方、一連の溶接施工において、ビードの形状に不具合が生じた場合、グラインダーによる手直し等の余分な作業を要する。また、溶接施工によって発生する溶接スラグの清掃作業及び裏当フラックスを押し上げる裏当装置のメンテナンス作業があり、アークタイム間に必須な作業の軽減は溶接施工の能率向上に直接寄与する。
【０００４】
特許文献１及び特許文献２は、フラックス粒度とその重量構成を規定することにより、裏当銅板への溶接スラグのこびりつくことを防止する裏当フラックスを提案している。
【０００５】
【特許文献１】特開平７−３０３９８９
【特許文献２】特開平６−２１８５７６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述の従来の技術には下記に示す問題点がある。
【０００７】
特許文献１及び特許文献２は、裏ビードの形成性を向上させるため、フェノール系樹脂等の熱硬化性樹脂を裏当フラックスに添加している。このため、溶接熱により裏当フラックスが裏当銅板へ固着することを回避することはできない。更に、熱硬化性樹脂を含有するフラックスでも良好な裏ビード形状を得るためには、溶接後の清掃作業は必須であり、その清掃作業及び裏当装置のメンテナンス作業が多大となることは、溶接工程の能率低下をもたらすという問題点がある。
【０００８】
また、特許文献１及び特許文献２は、裏当銅板へこびりつくことを防止するために、裏当フラックスのフラックス粒度とその重量構成を規定しているが、厚肉鋼板に適用される大入熱溶接施工において、裏当銅板へのこびりつきを防止することは困難である。
【０００９】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、従来の片面サブマージアーク溶接法における裏当フラックスが含有している熱硬化性樹脂を好ましくは無添加とし、裏当銅板へのフラックスのこびりつきを防止し、溶接後の清掃作業及び裏当装置のメンテナンス作業を改善し、低入熱から大入熱までの溶接において、健全で良好な裏ビードを得ることができる片面サブマージアーク溶接用裏当フラックスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る片面サブマージアーク溶接用裏当フラックスは、熱硬化性樹脂の含有量が１．０質量％未満の片面サブマージアーク溶接用裏当フラックスであって、フラックス成分は、ＭｇＯ：１９乃至４３質量％、ＴｉＯ２：８乃至３２質量％、ＳｉＯ２：８乃至３５質量％、Ａｌ２Ｏ３：３乃至１８質量％、ＣａＯ：３乃至２３質量％、ＣａＦ２：２乃至１４質量％、ＳｉＯ２及びＴｉＯ２：総量で２２乃至５８質量％を含有する組成を有し、前記フラックス成分によって形成されるスラグの１４００℃における粘度が０．０８５乃至０．２５０Ｐａ・秒（０．８５乃至２．５ポアズ）であり、Ｆｅを除くフラックス成分の融点が８５０乃至１４００℃であることを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る他の片面サブマージアーク溶接用裏当フラックスは、熱硬化性樹脂の含有量が１．０質量％未満の片面サブマージアーク溶接用裏当フラックスであって、フラックス成分は、ＭｇＯ：１９乃至４３質量％、ＴｉＯ２：８乃至３２質量％、ＳｉＯ２：８乃至３５質量％、Ａｌ２Ｏ３：３乃至１８質量％、ＣａＯ：３乃至２３質量％、ＣａＦ２：２乃至１４質量％、ＳｉＯ２及びＴｉＯ２：総量で２２乃至５８質量％、ＭｎＯ：１．０乃至９．５質量％、Ｂ２Ｏ３：１．６質量％以下、ＺｒＯ２：１１質量％以下、Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏ：総量で６質量％以下を含有する組成を有し、前記フラックス成分によって形成されるスラグの１４００℃における粘度が０．０８５乃至０．２５０Ｐａ・秒であり、Ｆｅを除くフラックス成分の融点が８５０乃至１４００℃であることを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る更に他の片面サブマージアーク溶接用裏当フラックスは、熱硬化性樹脂の含有量が１．０質量％未満の片面サブマージアーク溶接用裏当フラックスであって、フラックス成分は、ＭｇＯ：１９乃至４３質量％、ＴｉＯ２：８乃至３２質量％、ＳｉＯ２：８乃至３５質量％、Ａｌ２Ｏ３：３乃至１８質量％、ＣａＯ：３乃至２３質量％、ＣａＦ２：２乃至１４質量％、ＳｉＯ２及びＴｉＯ２：総量で２２乃至５８質量％、ＭｎＯ：１．０乃至９．５質量％、Ｂ２Ｏ３：１．６質量％以下、ＺｒＯ２：１１質量％以下、Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏ：総量で６質量％以下を含有し、残部はＦｅ及び不可避不純物からなり、この不可避不純物の量を７質量％以下に規制した組成を有し、前記フラックス成分によって形成されるスラグの１４００℃における粘度が０．０８５乃至０．２５０Ｐａ・秒であり、Ｆｅを除くフラックス成分の融点が８５０乃至１４００℃であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、裏当銅板へのフラックスのこびりつきを防止することができ、これにより、溶接後の清掃作業及び裏当装置のメンテナンス作業といった従来必要であった溶接作業環境を改善し、低入熱から大入熱の溶接において、健全で良好な裏ビードを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について、添付の図面を参照して具体的に説明する。従来技術で使用されている熱硬化性樹脂は、約１００乃至２００℃程度で固化する特性を有している。即ち、従来の熱硬化性樹脂を含有する裏当フラックスは、溶接アークが到達する直前に裏当フラックスを熱硬化性樹脂により固化させ、裏当フラックスと鋼板との密着性を向上させ、裏ビードと鋼板のなじみを良くする特徴を有している。
【００１５】
本発明者等は、裏当フラックスに熱硬化性樹脂を添加することなく、この裏フラックスに熱硬化性樹脂を添加することによって得られる効果を、フラックスの成分範囲を特定の範囲に規定し、更に高温粘度及び融点を規定することにより、得るものであり、熱硬化性樹脂の添加効果の代替が可能であることを見出したものである。
【００１６】
以下、本発明の片面サブマージアーク溶接用裏当フラックスの組成限定理由について説明する。
【００１７】
「ＭｇＯ：１９乃至４３質量％」
ＭｇＯはスラグ形成のための主要な成分であり、その添加により、スラグの粘度を低下させる。ＭｇＯの含有量が１９質量％未満であると適正なスラグ量が確保できず裏ビードが過大になる。一方、ＭｇＯの含有量が４３質量％を超えるとスラグ量は増大し、裏ビードの余盛高さが低くなると共に、スラグ粘度が低下し裏ビードの幅の揃いが劣化し、波目が粗くなり外観が損なわれる。従って、ＭｇＯの添加量を１９乃至４３質量％とする。
【００１８】
「ＴｉＯ２：８乃至３２質量％」
ＴｉＯ２は、その添加により、フラックスの融点及び高温での粘度を変化させる特性を有し、スラグの粘度と剥離性を調整するのに特に重要な成分である。ＴｉＯ２の含有量が８質量％未満であると裏ビードのスラグ焼き付きが発生し、スラグの剥離性が劣化する。一方、ＴｉＯ２の含有量が３２質量％を超えるとスラグの粘度が増加するため、鋼板と裏ビードのなじみ性が劣化し、アンダーカットが発生する。また、ＴｉＯ２の含有量が８質量％未満の場合と同様に、スラグの剥離性が劣化する。従って、ＴｉＯ２の添加量を８乃至３２質量％とする。
【００１９】
「ＳｉＯ２：８乃至３５質量％」
ＳｉＯ２は、その添加により、フラックスの高温における粘度及び融点を変化させる特性有し、スラグ粘度の調整とスラグ形成のため特に重要な成分である。ＳｉＯ２の含有量が８質量％未満ではスラグの粘度が低下することで、裏ビードの幅の揃いが劣化し、波目が粗くなるため外観が損なわれる。一方、ＳｉＯ２の含有量が３５質量％を超えるとスラグの粘度が過大となり、鋼板と裏ビードのなじみ性が劣化しアンダーカットが発生すると共に、スラグ量が増大し、裏ビードの余盛高さが過小となる。従って、ＳｉＯ２の添加量を８乃至３５質量％とする。
【００２０】
「Ａｌ２Ｏ３：３乃至１８質量％」
Ａｌ２Ｏ３は、その添加により、スラグの粘度および凝固温度を調整するのに有効な成分である。Ａｌ２Ｏ３の含有量が３質量％未満であるとスラグの粘度が低くなり、裏ビードの幅の揃いが劣化し、波目が粗くなるため、ビード外観が損なわれる。一方、Ａｌ２Ｏ３の含有量が１８質量％を超えるとスラグの凝固温度が低くなり、裏ビードの形状が過大となる。従って、Ａｌ２Ｏ３の添加量を３乃至１８質量％とする。
【００２１】
「ＣａＯ：３乃至２３質量％」
ＣａＯは、その添加により、スラグの粘度を調整しビード形状を整えるために重要な成分であり、またスラグの剥離性を調整するのに有効な成分である。ＣａＯの含有量が３質量％未満であるとスラグの粘度が過小となり、裏ビードの幅の揃いが劣化する。一方、ＣａＯの含有量が２３質量％を超えるとスラグの粘度が過大となり、鋼板と裏ビードのなじみ性が劣化し、アンダーカットが発生すると共に、スラグが焼付き及びスラグ剥離性が劣化する。従って、ＣａＯの添加量を３乃至２３質量％とする。
【００２２】
「ＣａＦ２：２乃至１４質量％」
ＣａＦ２は、その添加により、スラグの粘度を調整しスラグ生成を促進させるために有効な成分である。ＣａＦ２の含有量が２質量％未満であるとスラグ量が不足するため裏ビードの余盛が過大となる。一方、ＣａＦ２の含有量が１４質量％を超えるとスラグの粘度が過大となり、鋼板と裏ビードのなじみ性が劣化する。また、アンダーカットが発生し、ビード外観が損なわれる。従って、ＣａＦ２の添加量を２乃至１４質量％とする。
【００２３】
「熱硬化性樹脂の含有量：１．０質量％未満」
熱硬化性樹脂は裏当銅板へのこびりつきを抑制するため、極力添加しないことが好ましい。熱硬化性樹脂の含有量が１．０質量％を超えると溶接熱により裏当フラックスの裏当銅板へのこびりつきが増加する。従って、こびりつきと工業的な混入量を考慮し、熱硬化性樹脂の添加量を1.0%未満に規制する。
【００２４】
「ＳｉＯ２、及びＴｉＯ２：総量で２２乃至５８質量％」
ＳｉＯ２、及びＴｉＯ２はフラックスの主成分であり、その添加により、融点、及び高温におけるスラグの粘度を変化させる特に重要な成分である。ＳｉＯ２、及びＴｉＯ２の含有量が総量で２２質量％未満であるとスラグの高温粘度が低下し、裏ビードの幅の揃いが劣化し、波目が粗くなり外観を損なうと共に、スラグ剥離性が劣化する。また溶接アーク直近における裏当フラックスの溶融、凝固反応のバランスが崩れ、適正な裏ビードの余盛高さと幅が得られない。一方、ＳｉＯ２、及びＴｉＯ２の含有量が総量で５８質量％を超えるとスラグの高温粘度が増加し、鋼板と裏ビードのなじみ性が劣化し、アンダーカットが発生する。また溶接アーク直近における裏当フラックスの溶融、凝固反応のバランスが崩れ、適正な裏ビードの余盛高さと幅が得られない。従って、ＳｉＯ２、及びＴｉＯ２の含有量を総量で２２乃至５８質量％とする。
【００２５】
「スラグの１４００℃における粘度：０．０８５乃至０．２５０Ｐａ・秒」
スラグの高温における粘度は、裏ビード形状の調整のため重要なパラメータである。スラグの１４００℃における粘度が０．０８５Ｐａ・秒未満であると、スラグの粘度が過小となるため、裏ビードの幅の揃いが劣化し、波目が粗くなり外観を損なう。一方、スラグの１４００℃における粘度が０．２５０Ｐａ・秒を超えるとスラグの粘度が過大となり、鋼板と裏ビードのなじみ性が劣化し、アンダーカットが発生する。従って、スラグの１４００℃における粘度を０．０８５乃至０．２５０Ｐａ・秒に規定する。なお、主にＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＣａＦ２、ＣａＯ、及びＭｇＯは高温粘度を変化させる重要な成分であり、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＣａＦ２、及びＣａＯの含有量を増加、又はＭｇＯの含有量を減少させると粘度は増加する。一方、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＣａＦ２、及びＣａＯの含有量を減少、又はＭｇＯの含有量を増加させると粘度は低下する。
【００２６】
「Ｆｅを除くフラックス成分の融点：８５０乃至１４００℃」
Ｆｅを除くフラックス成分の融点は、フラックスの溶融と凝固のバランスを適正化し、裏ビード余盛高さを調整するための重要なパラメータである。融点が８５０℃未満であると、裏ビードの余盛高さが過大となり溶接中に溶落する可能性が高くなる。一方、１４００℃を超えると、フラックスの溶融と凝固のバランスが崩れ、十分な裏ビードの余盛高さを得ることができない。従って、Ｆｅを除くフラックス成分の融点を８５０乃至１４００℃に規定する。なお、主にＳｉＯ２及びＡｌ２Ｏ３はフラックスの融点を変化させる重要な成分であり、ＳｉＯ２及びＡｌ２Ｏ３の含有量を増加させると融点は下がる。一方、ＳｉＯ２及びＡｌ２Ｏ３の含有量を減少させると融点は上がる。
【００２７】
さらに良好な溶接作業性を得るために、上記成分の規定に加え、以下のフラックス成分を規定値の範囲とすることが好ましい。
【００２８】
「ＭｎＯ：１．０乃至９．５質量％」
ＭｎＯは、その添加により、スラグ生成を促進させるために有効な成分である。ＭｎＯの含有量が１．０質量％未満であるとスラグ量が少なくなり、裏ビードが大きくなる。一方、ＭｎＯの含有量が９．５質量％を超えるとスラグ量が増加し、裏ビードが小さくなる。従って、ＭｎＯの添加量を１．０乃至９．５質量％とする。
【００２９】
「Ｂ２Ｏ３：１．６質量％以下」
Ｂ２Ｏ３は溶接アーク熱で還元され、表フラックスに含有した場合Ｂとして溶接金属中に存在し靱性を確保する効果を有するが、裏当フラックスに含有しても溶接金属全体への歩留は低いため特にその効果は少ない。しかし、Ｂ２Ｏ３の含有量が１．６質量％を超えると裏ビードに多く固溶し、耐高温割れ性が劣化する可能性があると共に、スラグ焼き付きが発生する可能性がある。従って、Ｂ２Ｏ３の添加量を１．６質量％以下に規制する。
【００３０】
「ＺｒＯ２：１１質量％以下」
ＺｒＯ２は、その添加により、スラグの剥離性を調整するために有効な成分である。しかし、ＺｒＯ２の含有量が１１質量％を超えると、スラグの焼き付きが増加し、部分的にスラグ剥離性が劣化する可能性がある。従って、ＺｒＯ２の添加量を１１質量％以下に規制する。
【００３１】
「Ｎａ２Ｏ、及びＫ２Ｏ：総量で６質量％以下」
Ｎａ２Ｏ、及びＫ２Ｏは、その添加により、アークの安定性を確保するために有効な成分であるが、Ｎａ２Ｏ、及びＫ２Ｏの含有量が総量で６質量％を超えると耐吸湿性が劣化し、ブローホールの発生、及び耐低温割れ性が劣化する可能性がある。従って、Ｎａ２Ｏ、及びＫ２Ｏの添加量を総量で６質量％以下に規制する。
【００３２】
「微量成分、及び不可避的不純物の総量が７質量％以下」
溶接中の大気からのシールド性及び溶接作業性等を適正に保つため、Ｍｏ、ＣＯ２、ＢａＯ、Ｆｅ、及びＦｅ酸化物などを添加できるが、微量成分、不可避的不純物の総量を７質量％以下に規制する。
【００３３】
なお、裏当フラックスの粒度構成は裏ビード形状の安定性を考慮すると、フラックスの粒度が０．０７５乃至２．３６ｍｍの占める割合が９０質量％以上であることが好ましいが、特に限定するものではない。
【実施例１】
【００３４】
次に、本発明の効果を実証するため実施例及び比較例について説明する。
【００３５】
溶接条件を下記表３、図１及び図２に示す。４本の電極（Ｌ：ワイヤ径４．８ｍｍ、Ｔ１：ワイヤ径４．８ｍｍ、Ｔ２：ワイヤ径６．４ｍｍ、Ｔ３：ワイヤ径６．４ｍｍ）が溶接方向に沿って一列に配置されている。第１電極から各電極までの距離は３０ｍｍ、２００ｍｍ、２３０ｍｍである。Ｌは溶接面の法線方向から溶接方向に対して１０°傾斜した後退角、Ｔ１は５°傾斜した前進角、Ｔ２は３°傾斜した前進角、Ｔ３は１３°傾斜した前進角を形成している。電流値は第１電極から１５００Ａ、１２５０Ａ、１２００Ａ、１２５０Ａであり、電圧値は第１電極から３３Ｖ、３８Ｖ、４２Ｖ、４６Ｖである。溶接速度は５３ｃｍ／分である。試験鋼板は、板厚が３５ｍｍ、長さが１５００ｍｍ、開先形状がＹ形状、その開先角度が４５°であり、ルートフェースは６ｍｍである。上記の条件により、４電極ＦＣＢサブマージアーク溶接を行った。試験に用いた鋼板、及びワイヤの主成分を下記表１、及び表２に示す。ＪＩＳ・Ｚ３３５１・ＹＳ−Ｓ６相当のワイヤ、及びＪＩＳ・Ｚ３３５２・ＦＳ-ＢＴ１相当の表フラックスを使用した。
【００３６】
【表１】
【００３７】
【表２】
【００３８】
【表３】
【００３９】
溶接中に溶接金属の溶落ちなどの作業性及び溶接後に裏ビードの形状、裏当銅板への焼き付きを評価した。また裏ビードの健全性を評価するため、超音波透過試験により溶接欠陥の有無、欠陥箇所については、断面マクロ組織観察により欠陥の形態について調査し、手直し作業の要否を評価した。上記の評価は、下記に示す方法で評価した。溶け落ちの発生について、溶け落ちが発生しなかった場合を○、溶け落ちが発生した場合を×とした。裏ビード形状、及びスラグ焼き付きについて、裏ビード形状、及びスラグ焼き付きに問題がなければ良好、裏ビード形状、及びスラグ焼き付きに問題があれば、その問題について具体的な内容を表記した。裏ビードの健全性について、超音波透過試験により溶接欠陥が確認されなければ○、超音波透過試験により溶接欠陥が確認されれば、溶接欠陥の具体的な内容を表記した。手直し作業の有無を含む総合評価について、手直し作業の必要がないと判断された場合、良好（◎）、若しくは可（○）とし、手直し作業の必要があると判断された場合、不良（×）とした。
【００４０】
下記表４に実施例と比較例の裏当フラックスの成分と特性を示す。下記表４中のその他とは、Ｆｅを含む不可避的不純物等である。また、下記表５に本実施例の評価結果を示す。なお、裏当フラックスの粒度は０．０７５乃至２．３６ｍｍの範囲を９３質量％以上とした。
【００４１】
【表４】
【００４２】
【表５】
【００４３】
本発明の実施例１乃至６の溶接作業性、裏ビード形状及び健全性、裏当銅板への焼き付き性評価結果は良好であり、溶接施工に関連する手直し作業など余分な工程は不必要であった。実施例７はフラックス中のＭｎＯの含有量が１．０質量％未満であるため、スラグ生成は少なくなり、裏ビードはやや大きくなったが、手直し作業は不要であった。実施例８はＭｎＯの含有量が９．５質量％を超えているためスラグ量が多くなり、裏ビードはやや小さくなったが、手直し作業は不要であった。実施例９はフラックス中のＢ２Ｏ３の含有量が１．６質量％を超えているため局所的にスラグが焼き付き、スラグ剥離性がやや劣化したが、手直し作業は不要であった。実施例１０はフラックス中のＺｒＯ２の含有量が１１質量％を超えているため局所的にスラグが焼き付き、スラグ剥離性がやや劣化したが、手直し作業は不要であった。実施例１１はフラックス中のＮａ２Ｏ、及びＫ２Ｏが総量で６質量％を超えているためと耐吸湿性が劣化し、１ｍｍ未満の微小なブローホールが１ヶ所発生したが、手直し作業は不要であった。実施例１２はフラックス中の微量成分および不可避的不純物の総量が７質量％を超えているため、溶接作業性が劣化し、局所的に微小な突起が発生したが、手直し作業は不要であった。比較例１３はフラックス中のＭｇＯの含有量が１９質量％未満であるため、適正なスラグ量が確保できず裏ビードが過大となったため手直し作業が必要となった。比較例１４はフラックス中のＭｇＯの含有量が４３質量％を超えているためスラグ量が増大し、裏ビードの余盛高さが過小となった。また、スラグの粘度が低下により、裏ビードの幅の揃いが劣化し、波目が粗くなり外観が損なわれたため、手直し作業が必要となった。比較例１５はフラックス中のＴｉＯ２の含有量が８質量％未満であるため、裏ビードのスラグ焼き付きが発生しスラグの剥離性が劣化し、手直し作業が必要となった。比較例１６はフラックス中のＴｉＯ２の含有量が３２質量％を超えているためスラグの粘度が増加するため、鋼板と裏ビードのなじみ性が劣化し、アンダーカットが発生した。また、スラグの剥離性が劣化し、手直し作業が必要となった。比較例１７はフラックス中のＳｉＯ２の含有量が８質量％未満であるため、スラグの粘度が低下し、裏ビードの幅の揃いが劣化し、波目が粗くなり外観が損なわれたため、手直し作業が必要となった。比較例１８はフラックス中のＳｉＯ２の含有量が３５質量％を超えているため、スラグの粘度が過大となり、鋼板と裏ビードのなじみ性が劣化しアンダーカットが発生すると共に、スラグ量が増大し、裏ビードの余盛高さが過小となり、手直し作業が必要となった。
【００４４】
比較例１９はフラックス中のＡｌ２Ｏ３の含有量が３質量％未満であるため、スラグの粘度が低くなり、裏ビードの幅の揃いが劣化した。また、波目が粗くなり、ビード外観が損なわれたため、手直し作業が必要となった。比較例２０はフラックス中のＡｌ２Ｏ３の含有量が１８質量％を超えているため、スラグの凝固温度が低くなり、裏ビードの形状が過大となったため、手直し作業が必要となった。比較例２１はフラックス中のＣａＯの含有量が３質量％未満であるため、スラグ粘度が過小となり、裏ビードの幅の揃いが劣化したため、手直し作業が必要となった。比較例２２はフラックス中のＣａＯの含有量が２３質量％を超えているためスラグ粘度が過大となり鋼板と裏ビードのなじみ性が劣化しアンダーカットが発生した。またスラグ剥離性が劣化したため、手直し作業が必要となった。比較例２３はフラックス中のＣａＦ２の含有量が２質量％未満であるため、スラグを形成するスラグ量が不足し、裏ビードの余盛が過大となった。これにより、手直し作業が必要となった。比較例２４はフラックス中のＣａＦ２の含有量が１４質量％を超えているためスラグの粘度が過大となり、鋼板と裏ビードのなじみ性が劣化、及びアンダーカットが発生し、ビード外観が損なわれたため、手直し作業が必要となった。比較例２５は熱硬化性樹脂の含有量が１．０質量％以上であるため、裏フラックスの裏当銅板へのこびりつきが発生し、施工能率が劣化した。比較例２６はフラックス中のＳｉＯ２、及びＴｉＯ２の含有量が総量で２２質量％未満であるため、フラックスの高温粘度が低下し、裏ビードの幅の揃いが劣化し、波目が粗くなり外観を損なうと共に、スラグ剥離性が劣化した。また、溶接アーク直近における裏当フラックスの溶融、凝固反応のバランスが崩れ、適正な裏ビードの余盛高さと幅が得られなかったため、手直し作業が必要となった。比較例２７はフラックス中のＳｉＯ２、及びＴｉＯ２の含有量が総量で５８質量％を超えているため、フラックスの高温粘度が増加し、鋼板と裏ビードのなじみ性が劣化し、アンダーカットが発生した。また溶接アーク直近における裏当フラックスの溶融、凝固反応のバランスが崩れ、適正な裏ビードの余盛高さと幅が得られなかったため、手直し作業が必要となった。
【００４５】
比較例２８は１４００℃におけるスラグの粘度が０．０８５Ｐａ・秒未満であるため、スラグの粘度が過小となり、裏ビードの幅の揃いが劣化し、波目が粗くなったため、手直し作業が必要となった。比較例２９は１４００℃におけるスラグの粘度が０．２５０Ｐａ・秒を超えているため、スラグの粘度が過大となり、鋼板と裏ビードのなじみ性が劣化し、アンダーカットが発生したため、手直し作業が必要となった。比較例３０はＦｅ以外のフラックス成分の融点が８５０℃未満であるため、フラックスの溶融と凝固のバランスが不適となり、溶接中に溶接金属の溶落ちが発生したため、備の復旧作業と溶接継手の手直し作業が必要となった。比較例３１はＦｅ以外のフラックス成分の融点が１４００℃を超えているため、フラックスの溶融と凝固のバランスが不適となり、十分な裏ビードの余盛高さを得ることができなかったため、手直し作業が必要となった。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】電極配置を示す図である。
【図２】開先形状を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１：溶接方向を示す矢印
２：電極
３：鋼板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱硬化性樹脂の含有量が１．０質量％未満の片面サブマージアーク溶接用裏当フラックスであって、フラックス成分は、ＭｇＯ：１９乃至４３質量％、ＴｉＯ２：８乃至３２質量％、ＳｉＯ２：８乃至３５質量％、Ａｌ２Ｏ３：３乃至１８質量％、ＣａＯ：３乃至２３質量％、ＣａＦ２：２乃至１４質量％、ＳｉＯ２及びＴｉＯ２：総量で２２乃至５８質量％を含有する組成を有し、前記フラックス成分によって形成されるスラグの１４００℃における粘度が０．０８５乃至０．２５０Ｐａ・秒であり、Ｆｅを除くフラックス成分の融点が８５０乃至１４００℃であることを特徴とする片面サブマージアーク溶接用裏当フラックス。
【請求項２】
熱硬化性樹脂の含有量が１．０質量％未満の片面サブマージアーク溶接用裏当フラックスであって、フラックス成分は、ＭｇＯ：１９乃至４３質量％、ＴｉＯ２：８乃至３２質量％、ＳｉＯ２：８乃至３５質量％、Ａｌ２Ｏ３：３乃至１８質量％、ＣａＯ：３乃至２３質量％、ＣａＦ２：２乃至１４質量％、ＳｉＯ２及びＴｉＯ２：総量で２２乃至５８質量％、ＭｎＯ：１．０乃至９．５質量％、Ｂ２Ｏ３：１．６質量％以下、ＺｒＯ２：１１質量％以下、Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏ：総量で６質量％以下を含有する組成を有し、前記フラックス成分によって形成されるスラグの１４００℃における粘度が０．０８５乃至０．２５０Ｐａ・秒であり、Ｆｅを除くフラックス成分の融点が８５０乃至１４００℃であることを特徴とする片面サブマージアーク溶接用裏当フラックス。
【請求項３】
熱硬化性樹脂の含有量が１．０質量％未満の片面サブマージアーク溶接用裏当フラックスであって、フラックス成分は、ＭｇＯ：１９乃至４３質量％、ＴｉＯ２：８乃至３２質量％、ＳｉＯ２：８乃至３５質量％、Ａｌ２Ｏ３：３乃至１８質量％、ＣａＯ：３乃至２３質量％、ＣａＦ２：２乃至１４質量％、ＳｉＯ２及びＴｉＯ２：総量で２２乃至５８質量％、ＭｎＯ：１．０乃至９．５質量％、Ｂ２Ｏ３：１．６質量％以下、ＺｒＯ２：１１質量％以下、Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏ：総量で６質量％以下を含有し、残部はＦｅ及び不可避不純物からなり、この不可避不純物の量を７質量％以下に規制した組成を有し、前記フラックス成分によって形成されるスラグの１４００℃における粘度が０．０８５乃至０．２５０Ｐａ・秒であり、Ｆｅを除くフラックス成分の融点が８５０乃至１４００℃であることを特徴とする片面サブマージアーク溶接用裏当フラックス。
【請求項１】
熱硬化性樹脂の含有量が１．０質量％未満の片面サブマージアーク溶接用裏当フラックスであって、フラックス成分は、ＭｇＯ：１９乃至４３質量％、ＴｉＯ２：８乃至３２質量％、ＳｉＯ２：８乃至３５質量％、Ａｌ２Ｏ３：３乃至１８質量％、ＣａＯ：３乃至２３質量％、ＣａＦ２：２乃至１４質量％、ＳｉＯ２及びＴｉＯ２：総量で２２乃至５８質量％を含有する組成を有し、前記フラックス成分によって形成されるスラグの１４００℃における粘度が０．０８５乃至０．２５０Ｐａ・秒であり、Ｆｅを除くフラックス成分の融点が８５０乃至１４００℃であることを特徴とする片面サブマージアーク溶接用裏当フラックス。
【請求項２】
熱硬化性樹脂の含有量が１．０質量％未満の片面サブマージアーク溶接用裏当フラックスであって、フラックス成分は、ＭｇＯ：１９乃至４３質量％、ＴｉＯ２：８乃至３２質量％、ＳｉＯ２：８乃至３５質量％、Ａｌ２Ｏ３：３乃至１８質量％、ＣａＯ：３乃至２３質量％、ＣａＦ２：２乃至１４質量％、ＳｉＯ２及びＴｉＯ２：総量で２２乃至５８質量％、ＭｎＯ：１．０乃至９．５質量％、Ｂ２Ｏ３：１．６質量％以下、ＺｒＯ２：１１質量％以下、Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏ：総量で６質量％以下を含有する組成を有し、前記フラックス成分によって形成されるスラグの１４００℃における粘度が０．０８５乃至０．２５０Ｐａ・秒であり、Ｆｅを除くフラックス成分の融点が８５０乃至１４００℃であることを特徴とする片面サブマージアーク溶接用裏当フラックス。
【請求項３】
熱硬化性樹脂の含有量が１．０質量％未満の片面サブマージアーク溶接用裏当フラックスであって、フラックス成分は、ＭｇＯ：１９乃至４３質量％、ＴｉＯ２：８乃至３２質量％、ＳｉＯ２：８乃至３５質量％、Ａｌ２Ｏ３：３乃至１８質量％、ＣａＯ：３乃至２３質量％、ＣａＦ２：２乃至１４質量％、ＳｉＯ２及びＴｉＯ２：総量で２２乃至５８質量％、ＭｎＯ：１．０乃至９．５質量％、Ｂ２Ｏ３：１．６質量％以下、ＺｒＯ２：１１質量％以下、Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏ：総量で６質量％以下を含有し、残部はＦｅ及び不可避不純物からなり、この不可避不純物の量を７質量％以下に規制した組成を有し、前記フラックス成分によって形成されるスラグの１４００℃における粘度が０．０８５乃至０．２５０Ｐａ・秒であり、Ｆｅを除くフラックス成分の融点が８５０乃至１４００℃であることを特徴とする片面サブマージアーク溶接用裏当フラックス。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００７−２６８５４８（Ｐ２００７−２６８５４８Ａ）
【公開日】平成１９年１０月１８日（２００７．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−９５１５４（Ｐ２００６−９５１５４）
【出願日】平成１８年３月３０日（２００６．３．３０）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１０月１８日（２００７．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月３０日（２００６．３．３０）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
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