JPH07276081A

JPH07276081A - 低水素系被覆アーク溶接棒

Info

Publication number: JPH07276081A
Application number: JP8605694A
Authority: JP
Inventors: Shozo Naruse; 成瀬省三; Noboru Kasai; 登笠井
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1994-03-31
Filing date: 1994-03-31
Publication date: 1995-10-24
Anticipated expiration: 2014-08-30
Also published as: JP2942142B2

Abstract

(57)【要約】【目的】特に低電流域でのアーク安定性、耐ショート
性に優れた低水素系被覆アーク溶接棒を提供する。【構成】被覆剤重量％で、炭酸石灰：２５〜５５％、
ホタル石：５〜２４％、ルチール：２〜９％、Ｍn及び
／又はＭn合金(Ｍn換算量)：１〜５％、Ｓi及び／又は
Ｓi合金(Ｓi換算量)：２〜８％を含有し、かつ、前記炭
酸石灰の粒度が、炭酸石灰の重量％で、３μm未満の粒
子(Ａ)：２０％以下、３μm以上１６μm未満の粒子
(Ｂ)：１５〜４０％、但し、Ａ／Ｂ≧１／３、１２５μ
m以上の粒子：１０〜４５％であることを特徴とする被
覆剤を鋼心線の外周に塗布してなる低水素系被覆アーク
溶接棒である。マイカを、被覆剤重量％で、３％以下に
抑制するのが望ましい。非熟練溶接工でも安定した溶接
が可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は溶接作業性が良好で、特
に低電流域でのアークの安定性、耐ショート性に優れた
低水素系被覆アーク溶接棒に関するものである。以下、
低水素系被覆アーク溶接棒を便宜上「低水素系溶接棒」
と称する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】低水素
系溶接棒は、溶接金属の耐割れ性や機械的性質が優れて
いるため、高張力鋼や低温用鋼を使用する重要構造物や
厚板を使用する大型構造物などの溶接に適用されている
が、このような重要構造物では溶接金属の強度や低温靭
性を確保するため、溶接入熱が制限されることが多く、
そのため、低電流でもアークが安定した溶接が求められ
ていた。

【０００３】ところが、低水素系溶接棒では、被覆剤に
有機物を含有している非低水素系溶接棒と異なり、アー
クの吹き付けが弱く、そのため低電流域での溶接ではア
ークが不安定となったり、溶接中ショートし易いという
問題があり、熟練溶接工でなければ溶接が困難であると
の欠点があった。

【０００４】こういったアークが不安定になるという問
題に対し、例えば、特開平５−１６９２９６号では硅砂
の粒度を制限する方法や、また、特開平４−２９４８９
２号では珪石灰を用いる方法が提案されている。両方法
ともアークの安定性を増すことでスパッタの発生量を減
少させることを狙った発明であり、低電流域でのアーク
の安定性、耐ショート性を解決できる手段とはなり得て
いない。

【０００５】一方、溶接棒を使用する産業界では、熟練
溶接工の不足が深刻な問題となっており、いつまでも熟
練工に頼ることが難しくなってきている。このため、非
熟練工でも、安定した溶接が可能な溶接作業性のよい低
水素系溶接棒の開発が強く要望されているのが現状であ
る。

【０００６】本発明は、前述した実情に鑑み、特に低電
流域でのアーク安定性、耐ショート性に優れた低水素系
被覆アーク溶接棒を提供することを目的とするものであ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明者らは、被覆剤組成を吟味した結果、従来の
低水素系溶接棒よりも溶接作業性が良好で、特に低電流
域でのアークの安定性、耐ショート性が格段に優れた低
水素系溶接棒を見い出したものである。

【０００８】すなわち、本発明は、被覆剤重量％で、炭酸石灰：２５〜５５％、ホタル石：５〜２４％、ルチール：２〜９％、Ｍn及び／又はＭn合金(Ｍn換算量)：１〜５％、Ｓi及び／又はＳi合金(Ｓi換算量)：２〜８％、を含有
し、かつ、前記炭酸石灰の粒度が、炭酸石灰の重量％
で、３μm未満の粒子(Ａ)：２０％以下、３μm以上１６μm未満の粒子(Ｂ)：１５〜４０％、但し、Ａ／Ｂ≧１／３、１２５μm以上の粒子：１０〜４５％、であることを特
徴とする被覆剤を鋼心線の外周に塗布してなる低水素系
被覆アーク溶接棒を要旨としている。

【０００９】また、他の本発明は、更に、マイカを、被
覆剤重量％で、３％以下に抑制したことを特徴としてい
る。

【００１０】

【作用】以下に本発明を更に詳述する。

【００１１】低電流でアークを持続させるためには、ア
ーク長を通常よりも短かく保つ必要があり、その際、溶
接棒先端の保護筒が鋼板に接触してしまうが、従来の低
水素系溶接棒は軽く接触しただけで保護筒がくずれ、そ
の結果、ショートを引き起こしていることが観察され
た。

【００１２】その原因は、被覆剤原料同志の固着力が不
足していると考えられたので、固着剤の種類や量を種々
変えてテストしてみたが、満足のいく結果は得られなか
った。一方、微粒原料を使用し、フラックスを緻密にす
ることで被覆剤原料同志の結合力の強化も図ってみた。
確かに保護筒は硬くはなったが、溶接棒製造時に被覆剤
の乾燥割れによる歩留りの低下や被覆内部に内在した割
れのため輸送中の振動により被覆剤が脱落したり、また
溶接中保護筒に微少な割れが生じ、かえって耐ショート
性を劣化させることもあった。

【００１３】そこで、乾燥割れを発生させることなく、
かつ、被覆剤原料同志の結合力も向上させる最適な原料
粒度について、鋭意検討を重ねた結果、特に低水素系溶
接棒の主要原料である炭酸石灰の粒度を特定の範囲に規
制することで解決できることを見い出し、本発明に至っ
たものである。まず、炭酸石灰の粒度構成について説明
する。

【００１４】炭酸石灰の粒度構成：３μm以上１６μm未
満の微粒子(Ｂ)は、大きな粒子間を埋め、被覆剤原料同
志の結合力を向上させるのに必要で、炭酸石灰重量％に
て１５％以上で効果を発揮する。但し、被覆剤の固着強
度を増し、所定の保護筒の強度を得るためには、このよ
うな微粒子同志間を埋める３μm未満の超微粒子(Ａ)の
存在が重要で、その量は３μm以上１６μm未満の粒子
(Ｂ)の１／３以上が必要である。

【００１５】一方、微粒子の量が多くなると乾燥割れが
発生するようになるので、その量は制限され、３μm未
満の超微粒子(Ａ)では炭酸石灰重量％にて２０％以下、
３μm以上１６μm未満の微粒子(Ｂ)では炭酸石灰重量％
にて４０％以下とする必要がある。

【００１６】更に、１２５μm以上の粒子は、乾燥割れ
を防ぐために有効で、炭酸石灰重量％にて１０％以上の
添加で効果を発揮する。しかし、４５％を超えて添加す
ると被覆の強度が劣化し、保護筒が欠け易くなる。よっ
て、この範囲の粒子は炭酸石灰重量％にて１０〜４５％
が適当である。なお、粒度の測定はレーザー回折式粒度
測定装置を用いた。

【００１７】本発明は、被覆剤として上記の粒度構成の
炭酸石灰を添加することを必須とするが、この炭酸石灰
並びに他の原料成分の限定理由は以下のとおりである。
なお、添加量は被覆剤重量％である。

【００１８】炭酸石灰：２５〜５５％炭酸石灰は被覆剤の主成分となるもので、スラグ生成剤
及びガス発生剤等としての作用を有する。しかし、２５
％未満ではガス発生量が不足し、大気中の窒素や酸素を
十分に遮断できず、溶接金属の耐ピット性及び耐ブロー
ホール性が劣化し、Ｘ線性能が著しく悪化する。一方、
５５％を超えるとアークが弱くなりすぎ、大粒のスパッ
タが多発し、しかも凸ビードとなる。よって、被覆剤中
の炭酸石灰は２５〜５５％の範囲とする。

【００１９】ルチール：２〜９％ルチールはスラグ生成剤、粘性調整剤及びアークの安定
性等、溶接作業性調整剤としての作用を有している。し
かし、２％未満ではアークが不安定となり、アンダーカ
ットが発生し、スパッタが増える。一方、９％を超える
とアークが弱くなりすぎ、溶け込み不足等の欠陥が発生
する。よって、被覆剤中のルチール量は２〜９％の範囲
とする。

【００２０】ホタル石：５〜２４％ホタル石はスラグの粘性調整剤としての作用を有してい
る。しかし、５％未満ではスラグの粘性が高くなりす
ぎ、スラグがビードを均一に覆わず、ビード外観が劣化
し、しかもピットが発生する。一方、２４％を超えると
スラグの粘性が著しく低下するので、スラグが被りすぎ
てスラグが邪魔し、スラグの巻き込み、融合不良等の欠
陥が発生する。よって、被覆剤中のホタル石の量は５〜
２４％の範囲とする。

【００２１】Ｍn及び／又はＭn合金(Ｍn換算量)：１〜
５％Ｍnが１％未満になると脱酸不足になり、ピット、ブロ
ーホールが発生してＸ線性能を低下させる。一方、５％
を超えると脱酸過剰になり、ピット、ブローホールが発
生してＸ線性能を低下させる。よって、Ｍn量は１〜５
％の範囲とする。なお、Ｍnの添加方法は金属Ｍnのほ
か、Ｆe−Ｍn、Ｆe−Ｓi−Ｍn等のＭn合金の形で添加が
可能であり、Ｍn合金の場合はＭn換算量とする。

【００２２】Ｓi及び／又はＳi合金(Ｓi換算量)：２〜
８％Ｓiが２％未満になると、母材と溶接金属とのなじみが
著しく悪化し、溶接金属が垂れ易くなり、ビード外観も
悪くなると同時に脱酸不足になり、ピット、ブローホー
ルが発生してＸ線性能を低下させる。一方、８％を超え
ると脱酸過剰になり、ピット、ブローホールが発生して
Ｘ線性能を低下させる。よって、Ｓi量は２〜８％の範
囲とする。なお、Ｓiは、Ｆe−Ｓi、Ｆe−Ｓi−Ｍn或い
はＣa−Ｓi等の合金の形で添加でき、Ｓi合金はＳi料に
換算した量で添加する。

【００２３】マイカ：３％以下マイカは塗装性を改善し、生産性、歩留りの向上に寄与
する原料であり、スラグ生成剤としての作用も有する。
しかし、３％を超えるとスラグ量、粘性が増し、スラグ
巻き込み融合不良等の欠陥が発生すると共に、含有する
結晶水により溶着金属の拡散性水素量が増加(溶接継手
の耐割れ性の劣化)するため、本発明においては、必要
に応じて、３％以下に抑制するのが望ましい。

【００２４】なお、アークの強さ、なじみ性、、クレー
タの広がり等の溶接作業性の調整を図るために、炭酸バ
リウム、マグネサイトのような炭酸塩や、タルク、硅砂
のような珪酸塩、或いは、溶接金属の機械的性質の改善
を図るためにＮi、Ｍo、Ｃr、Ｔi、Ｂ等の合金成分を適
量被覆剤中に添加することができる。

【００２５】次に本発明の実施例を示す。

【００２６】

【実施例】表１に示す被覆剤を有する被覆アーク溶接棒
を以下の方法により製作し、溶接作業性、Ｘ線性能、生
産性を調査した。その結果を表１に示す。

【００２７】〈溶接棒の製作〉３.２mmφ×３５０mmＬ
の軟鋼心線の回りにそれぞれの被覆剤を被覆率２５〜３
５％となるように塗装し、最高温度４５０℃で乾燥して
製作した。

【００２８】〈溶接試験法(溶接作業性及びＸ線性能)〉開先形状：図１に示す。鋼種：ＳＭ４９０形状寸法：９mmｔ×１５０mmｗ×５００mmＬ溶接姿勢：上向溶接電源：ＡＣ(交流) 溶接方法：表溶接後、裏はつりし、裏溶接溶接電流：８０〜９０Ａmp(３.２mmφ棒の低電流域に属
する) 溶接作業性の判定基準：○(良好)、△(やや不良)、×
(不良)(特にアーク安定性、耐ショート性を重点に評価) Ｘ線性能の判定基準：ＪＩＳＺ３１０４に基づく等級
で１級(良)(○)、２級(やや不良)(△)、３級以下(不良)
(×)の３段階。

【００２９】〈生産性〉塗装・乾燥工程において被覆に
乾燥割れの入った不良品の全溶接棒に対する割合が１％
以下を良品(○)、１％を超え３％以下をやや不良(△)、
３％を超えるものを不良(×)の３段階で評価した。その
際、製品を梱包する５kg紙箱に選別済の良品溶接棒を詰
め、１mの高さから鋼板上に落下させ、脱落した被覆の
重量が５.０gを超えたものは被覆内部に割れが内在して
いた可能性があることを考え、１ランク下の等級に判定
変更した。

【００３０】表１において、Ｎo.１〜Ｎo.１４は本発明
例であり、いずれも低電流域での溶接で優れたアーク安
定性、耐ショート性を示し、Ｘ線性能も良好である。ま
た乾燥割れもなく歩留りも良好で脱落試験でも被覆剤の
脱落はなかった。

【００３１】これに対し、比較例Ｎo.１５〜Ｎo.２６の
うち、Ｎo.１５とＮo.１６は炭酸石灰につき３μm未満
の超微粒子が少なく、かつ、Ｎo.１５は１２５μm以上
の粒子も多く、被覆剤原料同士の結合力がなく、溶接作
業性、Ｘ線性能のいずれも不良である。

【００３２】比較例Ｎo.１７は、炭酸石灰につき３μm
以上１６μm未満の微粒子はあるが、３μm未満の超微粒
子が不足し、被覆剤原料同士の結合力が十分でないた
め、溶接作業性、Ｘ線性能ともやや不良である。

【００３３】比較例Ｎo.１８は、炭酸石灰につき１６μ
m未満の微粒子は十分あるが、１２５μm以上の粗目が不
足したため、歩留りは“良”の範囲であったが、脱落試
験で５.０g以上被覆剤の脱落が認められたのでランクは
やや不良である。また溶接中も時々保護筒に割れが入り
溶接が難しく、溶接作業性、Ｘ線性能ともやや不良であ
る。

【００３４】比較例Ｎo.１９とＮo.２０は、炭酸石灰に
つき１６μm未満の微粒子が多すぎ、かつ１２５μm以上
の粗目が少なすぎたため、歩留りそのものが“不良”の
範囲であり、被覆剤の脱落も多く、当然溶接中の保護筒
の欠けも激しく、溶接作業性、Ｘ線性能、生産性とも不
良である。

【００３５】比較例Ｎo.２１は炭酸石灰が少なく、ホタ
ル石が多いため、Ｘ線性能が不良で、スラグの巻込み、
融合不良が発生した。比較例Ｎo.２２はルチールが多い
ため、アークが弱く溶け込み不良が発生した。

【００３６】比較例Ｎo.２３はＳi、Ｍnが多く、ピッ
ト、ブローホールの発生でＸ線性能が不良であったが、
溶接作業性は良好であった。比較例Ｎo.２４はＳi、ホ
タル石が少く、ビード外観が劣化し、脱酸不足でピッ
ト、ブローホールが発生した。比較例Ｎo.２５はＭnが
少なく、ピット、ブローホールの発生でＸ線性能が不良
であったが、溶接作業性は良好であった。

【００３７】比較例Ｎo.２６は、炭酸石灰が多く、ルチ
ールが少ないため、アークが弱く、不安定で、スパッタ
が増加した。

【００３８】

【表１】

【００３９】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
溶接作業性が良好で、特に低電流域でのアークの安定
性、耐ショート性に優れた低水素系被覆アーク溶接棒を
提供することができ、非熟練溶接工でも安定した溶接が
可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】溶接試験における開先形状を説明する図であ
る。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被覆剤重量％で、炭酸石灰：２５〜５５％、ホタル石：５〜２４％、ルチール：２〜９％、Ｍn及び／又はＭn合金(Ｍn換算量)：１〜５％、Ｓi及び／又はＳi合金(Ｓi換算量)：２〜８％、を含有し、かつ、前記炭酸石灰の粒度が、炭酸石灰の重
量％で、３μm未満の粒子(Ａ)：２０％以下、３μm以上１６μm未満の粒子(Ｂ)：１５〜４０％、但し、Ａ／Ｂ≧１／３、１２５μm以上の粒子：１０〜４５％、であることを特
徴とする被覆剤を鋼心線の外周に塗布してなる低水素系
被覆アーク溶接棒。
【請求項２】マイカを、被覆剤重量％で、３％以下に
抑制したことを特徴とする請求項１に記載の低水素系被
覆アーク溶接棒。