JP2000271788A

JP2000271788A - 簡易片面サブマージアーク溶接用開先充填材およびそれを用いた溶接方法。

Info

Publication number: JP2000271788A
Application number: JP11083143A
Authority: JP
Inventors: Ryuichi Motomatsu; 隆一元松; Kazuhiro Kojima; 一浩児嶋; Nobuyuki Ohama; 展之大濱; Naoaki Matsutani; 直明松谷
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1999-03-26
Filing date: 1999-03-26
Publication date: 2000-10-03
Anticipated expiration: 2019-03-26
Also published as: JP3686545B2

Abstract

(57)【要約】【課題】低温用鋼の簡易片面サブマージアーク溶接に
おいて、溶接作業性、耐割れ性が良好で、かつ低温靭性
が良好な溶接部を得る開先充填材及びそれを用いた溶接
方法を提案する。【解決手段】簡易片面サブマージアーク溶接用開先充
填材であって、重量％で、Ｃ：０．０７％以下、Ｓｉ：
０．０５％以下、Ｍｎ：０．６〜１．５％、Ｐ：０．０
１５％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ｎｉ：２．４〜３．
４％、Ａｌ：０．０３超〜０．４％、Ｎ：０．００５％
以下を含有し、かつかさ比重が４〜６であることを特徴
とする簡易片面サブマージアーク溶接用開先充填材及び
その開先充填材と所定成分のボンドフラックスを開先内
に充填し所定成分の溶接ワイヤで溶接する簡易片面サブ
マージアーク溶接法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は主に造船分野で用い
られるいわゆる簡易片面サブマージアーク溶接に関す
る。簡易片面サブマージアーク溶接は固形耐火性酸化物
を主成分とする裏当て材を使用する片面溶接であって、
本発明はこれに使用する開先充填材およびそれを用いた
溶接方法に係わる。さらに詳しくはＬＰＧ船のアッパー
デッキ等に用いられる低温用鋼を対象とする片面１層溶
接時に、強度および低温靭性に優れた溶接金属が得られ
る簡易片面サブマージアーク溶接に使用する開先充填材
およびそれを用いた低温用鋼の溶接方法に関するもので
ある。ここでいう低温用鋼とは造船に用いられるＪＩＳ
Ｇ３１２６で「低温圧力容器用炭素鋼鋼板」として規
定されるＳＬＡ３２５、ＳＬＡ３６０鋼等やこれらと同
等の強度を持ち、シャルピー試験温度で−４０〜−６０
℃における靭性を満足する鋼材を総称したものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、造船等の厚鋼板の溶接では、溶接
効率の優れた片面サブマージアーク溶接法が一般に用い
られているが、入熱量が大きいため溶接部の靭性が劣化
する傾向があった。従って、特に低温靭性の要求が厳し
いＬＰＧ船等の低温用鋼の溶接では、溶接部の低温靭性
を満足させるために、溶接入熱を９ｋＪ／ｍｍ程度以下
規制しなければならず、また適用できる板厚は約１６ｍ
ｍ以下であった。

【０００３】しかしながら、近年、材質開発の面から上
記ＬＰＧ船等で低温用厚鋼板を片面サブマージアーク溶
接する際の母材熱影響部の靭性向上がなされ、板厚２５
ｍｍまでの低温用厚鋼板を溶接することが可能となっ
た。これらの片面サブマージアーク溶接用低温用鋼とし
ては、例えばＴＭＣＰ（ＴｈｅｒｍｏＭｅｃｈａｎｉ
ｃａｌＣｏｎｔｒｏｌＰｒｏｃｅｓｓ）技術によ
り、炭素当量の低減と共にＴｉ脱酸又はＡｌとＴｉの複
合脱酸を利用した酸化物制御により母材熱影響部の低温
靭性を向上させたものが実用化されている。

【０００４】一般に造船等の長さ２０ｍにもおよぶ大板
継ぎ溶接に用いられる片面サブマージアーク溶接法とし
ては、フラックス銅バッキング片面サブマージアーク溶
接法と簡易片面サブマージアーク溶接法が用いられてい
る。前者は専用の装置を使用し、これの裏当て銅板上に
粒状裏フラックスを散布し、その上に被溶接鋼板を配置
した状態で、開先のルートに表フラックスを充填して溶
接用ワイヤを用いて溶接する方法である。また、後者
は、固形耐火性酸化物を主成分とした裏当材上にＳｉＯ
_２が主成分のガラステープを４〜８枚程度配して、それ
を被溶接鋼板の開先裏面に当接した状態で、表フラック
スと開先のルートギャップが大きい場合には鋼粒の開先
充填材を充填して溶接用ワイヤを用いて溶接する方法で
ある。

【０００５】従来、上記片面サブマージアーク溶接法で
用いられている開先充填材としては、例えば実公昭４３
−３３２号公報及び特開昭６０−４６８９５号公報等で
提案されている。しかしながら、実公昭４３−３３２号
公報の開先充填材は、軟鋼およびＨＴ４９０には適用で
きても、−６０℃の低温靭性が要求されるＬＰＧ船など
の低温用鋼の溶接には適用できないものである。また、
特開昭６０−４６８９５号公報には、ガラステープ系裏
当て材を用いた場合の裏ビードのスラグ剥離の向上を目
的としてＰｂやＢｉをを含有する低温用鋼の片面潜弧溶
接用開先充填剤が提案されている。しかしながら、裏当
材からの冷却が早い片面サブマージアーク溶接法では、
高温割れの発生にとってこれら低融点成分の含有は好ま
しくない。

【０００６】また、本発明者らも、特開平１０−２６３
８８１号公報にて、低温用鋼を片面サブマージアーク溶
接する際の開先充填材として、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、
Ａｌ、Ｎ、Ｏを規定すると共に、粒子径を４５μｍから
１８０μｍにした開先鋼充填材を提案した。しかしなが
ら、その後、検討を重ねた結果、片面サブマージアーク
溶接法の中で、フラックス銅バッキング片面サブマージ
アーク溶接法には適用できるが、これの方法に比べて裏
当材の保持力が低く、冷却速度が遅い簡易片面サブマー
ジアーク溶接法では、開先裏面の裏ビード形状の制御や
低温靭性の確保が困難であることが判った。

【０００７】簡易片面サブマージアーク溶接法は、固定
された装置を用いるフラックス銅バッキング片面サブマ
ージアーク溶接法に比べて、造船等の組み立て現場で容
易に実施が可能なため、この簡易片面サブマージアーク
溶接法を用いた低温用鋼の溶接法の開発が望まれてい
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の従来
技術の課題に鑑みて、低温用鋼の簡易片面サブマージア
ーク溶接において、低温靭性に優れた溶接金属と共に良
好な溶接作業性が得られる開先充填材とそれを用いた溶
接方法を提供することを目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記目的
を達成するため種々検討し、良好な裏ビード形状と低温
じん性が得られる開先充填材とその開先充填材を用いて
特定成分の溶接ワイヤおよびボンドフラックスを用いた
溶接方法を見出し、本発明を完成した。その発明の要旨
とするところは以下の通りである。

【００１０】（１）簡易片面サブマージアーク溶接用開
先充填材において、重量％で、Ｃ：０．０７％以下、Ｓ
ｉ：０．０５％以下、Ｍｎ：０．６〜１．５％、Ｎｉ：
２．４〜３．４％、Ａｌ：０．００２〜０．４％を含有
し、Ｐ：０．０１５％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ｎ：
０．００５％以下とした鋼粒であって、かさ比重が４〜
６であることを特徴とする簡易片面サブマージアーク溶
接用開先充填材。（２）鋼粒のＡｌ含有量が０．０３超〜０．４％である
ことを特徴とする（１）記載の簡易片面サブマージアー
ク溶接用開先充填材（３）粒径が０．５〜２ｍｍであることを特徴とする
（１）または（２）に記載の簡易片面サブマージアーク
溶接用開先充填材。

【００１１】（４）低温用鋼鋼板の開先裏面に耐火性酸
化物を主成分とする裏当て材を当接させて、１層溶接す
る簡易片面サブマージアーク溶接方法において、前記開
先内に（１）ないし（３）のいずれかに記載の開先充填
材を充填し、重量％で、ＳｉＯ _２：１０〜２０％、Ｍｇ
Ｏ：２０〜３３％、Ａｌ_２Ｏ_３：１３〜２５％、ＴｉＯ
_２：５〜１５％、ＣａＦ_２：６〜１２％、ＣａＣＯ_３：
５〜８％、Ｂ_２Ｏ_３：０．２〜０．５％を含有し、かつ
下式で定義されるＢｎが０．８〜１．５であるボンドフ
ラックスと、重量％で、Ｃ：０．０１〜０．１％、Ｓ
ｉ：０．０５％以下、Ｍｎ：０．６〜１．６％、Ｎｉ：
２．４〜３．４％、Ａｌ：０．００２〜０．５％を含有
し、Ｐ：０．０１５％以下、Ｓ：０．０１０％以下、
Ｎ：０．００５％以下とし、かつワイヤ径が４．４〜
６．６ｍｍである鋼製溶接ワイヤとを用いて、前記開先
のルートギャップが６ｍｍ以下の状態で溶接することを
特徴とする低温用鋼の簡易片面サブマージアーク溶接方
法。Ｂｎ＝（０．１０８［ＣａＯ］＋０．０６８［ＭｎＯ］
＋０．１０［ＭｇＯ］）／（０．１０５［ＳｉＯ_２］＋
０．００２［Ａｌ_２Ｏ_３］）

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明者らは、特開平１０−２６
３８８１号公報にて提案した低温用鋼の片面サブマージ
アーク溶接用開先充填材を基に簡易片面サブマージアー
ク溶接時の裏ビード形状と溶接金属の機械的特性をさら
詳細に調査検討した。その結果、簡易片面サブマージア
ーク溶接法とフラックス銅バッキング片面サブマージア
ーク溶接法とでは、裏当て方式の違いによって裏ビード
形成能および溶接金属の成分設計に大きな差が生じるこ
とが判った。

【００１３】一般に簡易片面溶接は、裏当材として主に
耐火性酸化物を含有する粉末を水ガラスで板状にしたも
のを用い、その上にＳｉＯ２が主成分のガラステープを
４〜８枚程度配し、それらを被溶接鋼板の開先裏面に当
接して溶接する。これに対し、フラックス銅バッキング
片面サブマージアーク溶接法では、裏当て銅板が固定さ
れた装置として配置され、その上に散布された粒状裏フ
ラックスを介して被溶接鋼板の溶接を行う。このため、
フラックス銅バッキング片面サブマージアーク溶接法で
は、比較的大きな電流で溶接しても、開先裏面が裏当て
銅板で保持されているため、裏フラックスの中で生成す
る裏ビードの高さは、銅板で規制される。これに対し
て、簡易片面サブマージアーク溶接は、前記の銅板に比
べて耐火性が低いガラステープと主に耐火性酸化物から
なる裏当材で開先裏面を保持するため、裏ビードは、ガ
ラステープと裏当材の中で生成し、裏ビードの保持力は
非常に小さく、溶接不良を防止するための裏ビードの高
さ制御が困難である。

【００１４】また、簡易片面サブマージアーク溶接法で
用いられる主に耐火性酸化物からなる裏当材は、フラッ
クス銅バッキング片面サブマージアーク溶接法で用いら
れる裏当て銅板に比べ、溶接金属の冷却効果が小さいた
め溶接金属の強度や靭性の劣化が大きい。以上の発明者
らの実験結果から、簡易片面サブマージアーク溶接を用
いて低温用鋼を溶接する場合は、フラックス銅バッキン
グ片面サブマージアーク溶接法を用いた溶接に比べて、
より厳密な溶接条件の管理が必要であることが判った。

【００１５】そこで、本発明者らは、簡易片面サブマー
ジアーク溶接を用いて低温用鋼を溶接する際の溶接条件
を詳細に調査検討した。その結果、フラックス銅バッキ
ング片面サブマージアーク溶接法に比べ、裏ビードの高
さ制御が難しく、かつ溶接金属の冷却能が小さい簡易片
面サブマージアーク溶接においては、下記の対策をとる
必要があることがわかった。すなわち開先充填材中の成
分においてＮｉのマトリックスの固溶による靭性を確保
した上で、Ａｌを増加することにより溶接金属中の酸化
物制御及び酸素量調整を行うことでフェライト生成およ
び組織の微細化を図り、強度を過度に上昇させずに低温
靭性の向上を図ると共に、開先充填材のかさ比重を規定
することにより溶接不良の問題がない良好な裏ビード形
状が得られることが判った。本発明は、上記の充填材と
所定成分のボンドフラックスを開先内に充填し、所定成
分の溶接ワイヤによって低温用鋼を溶接することによ
り、−４０〜−６０℃において良好な靭性が確保できる
溶接金属が得られ、かつ裏ビード形状などの溶接作業性
の優れた簡易片面サブマージアーク溶接が可能である。

【００１６】本発明の詳細について、以下に述べる。本
発明の開先充填材は、その基本成分として、低Ｃ系で、
ＮｉとＡｌを所定量含有し、さらにＳｉ、Ｍｎ、Ｎを規
定するものであり、これにより低温で良好な靭性を得る
ことができる。また、Ｎｉが高いので耐高温割れ性の点
からＰ、Ｓを制限した。さらに、開先内に充填して溶接
したときに良好な裏ビードが得られように開先充填材の
かさ比重を特定した。また、本発明では、前記開先充填
材を用いて、低温用鋼を簡易片面サブマージアーク溶接
する際に、溶接金属の良好な低温靭性と良好な溶接作業
性を得るために、前記開先充填材の他に、同様な理由で
ワイヤの成分組成を規制すると共に、ボンドフラックス
の塩基度：Ｂｎを規定するものである。

【００１７】まず、本発明の開先充填材の成分組成につ
いてその限定理由を説明する。Ｃは０．０７％以下であ
ることが必要である。Ｃは良好な靭性を得るためには低
く設定する必要がある。溶接金属で良好な低温靭性を得
るためには溶接金属のＣ量は０．１％以下程度に低くす
る必要があり、鋼板は０．１２％以下であるため母材希
釈を考慮して、開先充填材のＣ量は、０．０７％以下と
した。

【００１８】Ｓｉは０．０５％以下であることが必要で
ある。Ｓｉは脱酸元素として有用であるが、０．０５％
を越えると溶接金属の靭性が劣化するするため、その上
限を０．０５％とした。

【００１９】Ｍｎは０．６〜１．５％であることが必要
である。Ｍｎは溶接金属の焼き入れ性を確保し、粒内フ
ェライトの変態核を生成する上で必要である。このよう
なＭｎの効果は、０．６％以上で得られるが、１．５％
を越えると溶接金属の焼き入れ性が過大となり靭性が劣
化する。

【００２０】Ｎｉは２．４〜３．４％であることが必要
である。Ｎｉは溶接金属のマトリックスに固溶してフェ
ライトそのものを高靭性化する。このようなＮｉの効果
は、本溶接金属では２．４％以上で得られる。一方、
３．４％を越えるとＰおよびＳが粒界に析出しやすく、
高温割れが生じやすくなるため、その上限を３．４％と
した。

【００２１】Ａｌは０．００２〜０．４％であることが
必要である。Ａｌは溶接金属の酸素量を低くして変態温
度を低下させるとともに、その酸化物は、靭性を改善す
るアシキュラフェライトの変態核として作用する。この
ようなＡｌの効果は、０．００２％以上で得られるが、
０．４％を越えるとベイナイトが生成し溶接金属の強度
が過大となり靭性が劣化する。上記の効果をより高める
ためには、Ａｌの添加量の下限を０．０３％超とするこ
とが好ましい。

【００２２】Ｐは０．０１５％以下、Ｓは０．０１以下
であることが必要である。本発明では、溶接金属の靭性
向上のためにＮｉを多量に含有するために、ＰおよびＳ
は粒界に析出して靭性が劣化しやすいので、それぞれ
０．０１５％以下、０．０１％以下に制限する。

【００２３】Ｎは０．００５％以下であることが必要で
ある。Ｎは靭性を劣化させる元素であり、溶接金属の靭
性が劣化するので上限を０．００５％とした。

【００２４】次に、本発明の開先充填材のかさ比重の限
定理由を説明する。上記のように成分組成を限定して
も、良好な溶接ビードと必要溶着金属量を得るためには
かさ比重は４〜６に規定することが必要である。図１に
は、本発明の開先充填材のかさ比重と裏ビード高さの関
係を示す。図に示すようにかさ比重が小さいと裏ビード
が出易く、大きくなるに従って出方が少なくなる傾向に
あり、開先への充填厚が表面からの深さ４ｍｍ以下の範
囲では、かさ比重が４未満で裏ビードが過大となり、そ
のため溶着金属量が不足するが、かさ比重が６を超える
と裏ビードが出難く過小となり、溶着金属量が過多とな
り、裏ビード形状不良及び溶接不良の問題が生ずる。

【００２５】本発明では、裏ビード形状を向上させるた
めにかさ比重を上記範囲に規制することを要件とする
が、充填材の粒径が小さいと溶接時に溶接金属で発生す
るガスの抜けが悪化し、大きすぎると溶け込み難くなる
ため、さらに、充填材の粒径を０．５〜２ｍｍに規定す
ることが好ましい。

【００２６】次に、本発明の開先充填材を用いた溶接方
法の限定理由について説明する。本発明が対象とする低
温用鋼は、主に造船分野でＬＰＧ船用等に用いられるも
のであって、ＪＩＳＧ３１２６で規定されるもの、ま
たはこれに準ずるものであり、その組成としては重量％
でＣ：０．０５〜０．１２％、Ｓｉ：０．０５〜０．３
％、Ａｌ：０．００２〜０．０４５％、Ｔｉ：０．００
５〜０．０２％、Ｎ：０．００５％以下を含有し、残部
が鉄及び不可避不純物からなる鋼である。本発明では、
上記の成分組成の鋼板をその開先裏面に耐火性酸化物系
裏当て材を当接させて１層溶接する、いわゆる簡易片面
サブマージアーク溶接方法を用いることを前提とする。

【００２７】本発明では、上記簡易片面サブマージアー
ク溶接方法において、上記開先充填材を用い、さらに溶
接ワイヤおよびフラックスを規定することを要件とする
ものであり、その限定理由を以下に説明する。まず、溶
接ワイヤの成分組成の限定理由について説明する。

【００２８】Ｃは０．０１〜０．１％であることが必要
である。Ｃは良好な靭性を得るためには低く設定する必
要がある。溶接金属で良好な低温靭性を得るためには溶
接金属のＣ量は０．１％以下に低くする必要があり、
０．１％以下とした。しかしながら、０．０１％未満で
は脱酸不足となり、靭性が劣化する。

【００２９】Ｓｉは０．０５％以下であることが必要で
ある。Ｓｉは脱酸元素として有用であるが、本溶接金属
では０．０５％を越えると靭性が劣化するため、その上
限を０．０５％とした。

【００３０】Ｍｎは０．６〜１．６％であることが必要
である。Ｍｎは溶接金属の焼き入れ性を確保し、粒内フ
ェライトの変態核を生成する上で必要である。このよう
なＭｎの効果は、０．６％以上で得られるが、１．６％
を越えると溶接金属の焼き入れ性が過大となり靭性が劣
化する。

【００３１】Ｎｉは２．４〜３．４％であることが必要
である。Ｎｉは溶接金属のマトリックスに固溶してフェ
ライトそのものを高靭性化する。このようなＮｉの効果
は、本溶接金属では２．４％以上で得られる。一方、
３．４％を越えるとＰおよびＳが粒界に析出しやすく、
高温割れが生じやすくなる。

【００３２】Ａｌは０．００２〜０．５％であることが
必要である。Ａｌは溶接金属の酸素量を低くするととも
に、その酸化物は、靭性を改善するアシキュラフェライ
トの変態核として作用する。このようなＡｌの効果は、
本溶接金属では０．００２％以上で得られるが、０．５
％を越えるとベイナイトが生成し強度が過大となりじん
性が劣化する。

【００３３】Ｐは０．０１５％以下、Ｓは０．０１以下
であることが必要である。本発明では、溶接金属の靭性
向上のためにＮｉを多量に含有するために、ＰおよびＳ
は粒界に析出して靭性が劣化しやすいので、それぞれ
０．０１５％以下、０．０１０以下に制限する。

【００３４】Ｎは０．００５０％以下であることが必要
である。Ｎは靭性を劣化させる元素であり、他の靭性対
策を施してもじん性が劣化するので上限を０．００５０
％とした。

【００３５】また、溶接ワイヤ径は４．４〜６．６ｍｍ
であることが必要である。被溶接鋼板の板厚が小さい場
合は、入熱が小さいため、用いる溶接ワイヤ径は小さい
方が有利であり、板厚が大きい場合は、太径ワイヤの方
が有利であり、それぞれ被溶接鋼板の板厚によって使い
分けるが、溶接ワイヤ径が４．４ｍｍ未満であると裏ビ
ードが過大で溶着量が不足し、６．６ｍｍを越えると裏
ビードが出にくくなり、電流を上げると溶着量が過多と
なるため、その範囲を４．４〜６．６ｍｍに規定する。

【００３６】また、本発明の溶接法では、溶接金属の酸
素制御による靭性向上のため、フラックスとしてはボン
ドフラックスを用いる。サブマージアーク溶接用として
一般的に用いられる溶融フラックスは酸化物を主成分と
するため、溶接金属の脱酸は溶接ワイヤにより行う必要
があるが、本発明の溶接ワイヤは、靭性向上のためにＣ
量を低く制限するため脱酸不足となり、低温での靭性向
上は望めない。これに対して、ボンドフラックスはフラ
ックス中にＣＯ_２を含有し、フラックスによって溶融金
属にＣが供給されるので脱酸が良好になる。

【００３７】本発明では、上記ボンドフラックスを採用
し、さらに溶接金属の酸素制御の点から、フラックスの
下記（１）式で定義される塩基度Ｂｎを０．８〜１．５
にする。すなわち、Ｂｎが０．８未満では溶接金属中の
酸素量が高くなり良好な靭性が得られない。一方、Ｂｎ
が１．５を越えると酸素が低くなり過ぎかえって靭性が
劣化する。Ｂｎ＝（０．１０８［ＣａＯ］＋０．０６８［ＭｎＯ］＋０．１０［ＭｇＯ］）／（０．１０５［ＳｉＯ_２］＋０．００２［Ａｌ_２Ｏ_３］）・・・・・・（１）

【００３８】本発明でのフラックスの組成の限定理由を
説明する。ＳｉＯ_２は１０〜２０％であることが必要
である。ＳｉＯ_２は大入熱溶接において良好な溶接ビー
ドを形成するためにもっとも重要な成分であるが、過多
になると靭性を劣化させる。すなわち、１０％未満では
表ビードの揃いが悪く不良となり、２０％を越えると良
好な靭性が得られない。

【００３９】ＭｇＯは２０〜３３％であることが必要で
ある。ＭｇＯは大入熱溶接における作業性確保のために
有用な成分である。２０％未満では表ビードの表面が乱
れ不良となる。一方、３３％を越えると、表ビード表面
に断続的に突起状ビードが生じる。

【００４０】Ａｌ_２Ｏ_３は１３〜２５％であることが必
要である。Ａｌ_２Ｏ_３表ビードのスラグ剥離性を確保す
るために有用な成分である。１３％未満では表ビードの
剥離性が劣化し、２５％を越えると凸ビードとなる。

【００４１】ＴｉＯ_２は５〜１５％であることが必要で
ある。ＴｉＯ_２は表ビードの表面の平滑性を得るのに有
用な成分である。しかも、靭性向上にも効果がある。こ
のような効果は５％以上の添加で得られるが、１５％を
越えると表ビード趾端部の立ち上がり角度が大きくな
る。

【００４２】ＣａＦ_２は６〜１２％であることが必要で
ある。ＣａＦ_２は靭性改善に効果があるが、融点が低い
ため大入熱溶接では、表ビード表面の平滑性が損なわれ
る。すなわち６％未満では靭性改善に効果がなく。一方
１２％を越えると表ビードが不良となる。

【００４３】ＣａＣＯ_３は５〜８％であることが必要で
ある。ＣａＣＯ_３は溶接金属中の拡散性水素量を下げる
ことに効果がある。このような効果は６％以上で得られ
るが、１２％を越えるとポックマークが発生し易くな
り、表ビードが不良となる。なおこのＣａＣＯ_３および
前記ＣａＦ_２は先に述べた塩基度Ｂｎの計算においてＣ
ａＯに換算される。

【００４４】Ｂ_２Ｏ_３は０．２〜０．５％であることが
必要である。Ｂ_２Ｏ_３は靭性向上に効果がある。このよ
うな効果は０．２％以上で得られるが、一方０．５％を
越えると溶接金属が硬化しかえって靭性が劣化する。

【００４５】以上が本発明の簡易片面サブマージアーク
溶接法において必要とする限定条件であり、その他の条
件は特に規定する必要はないが、さらに以下の条件で溶
接することがより好ましい。本発明の簡易片面サブマー
ジアーク溶接で対象とする被溶接鋼板の板厚は、対象と
なる低温用鋼の熱影響部特性と溶接効率の観点から１０
〜２５ｍｍの鋼板とすることが好ましい。

【００４６】また、被溶接鋼板の開先角度およびルート
ギャップは、特に規定する必要がないが、被溶接鋼板の
開先角度は４０〜６０°で、ルートギャップは、６ｍｍ
以下にすることがより好ましい。ルートギャップについ
ては、１．５〜６ｍｍで開先充填材による裏ビード形状
の制御効果が得られる。また、開先充填材の開先への散
布厚は鋼板表面より深さが４ｍｍを超えると裏ビードが
過大となり、溶着金属量が不足するので４ｍｍ以下が好
ましい。

【００４７】

【実施例】以下実施例により、本発明の効果をさらに具
体的に示す。表１に示すＡ１〜Ａ８の８種類の開先充填
材を作製した。このうちＡ１〜Ａ４は本発明例の開先充
填材、Ａ４〜Ａ８は本発明の効果を明確にするための比
較例の開先充填材である。同様に、表２に示すＷ１〜Ｗ
５の５種類の組成のワイヤを作製した。このうちＷ１〜
Ｗ３は本発明例のワイヤ、Ｗ４、Ｗ５は本発明の効果を
明確にするための比較例のワイヤである。ワイヤ径は全
てのワイヤにおいて６．４ｍｍを作成した。Ｗ１におい
てはさらに４．０、４．８、７．２ｍｍを作成した。

【００４８】

【表１】

【００４９】

【表２】

【００５０】フラックスは表３に示すＦ１〜Ｆ１１の１
１種類の組成のボンドフラックスを作製した。このうち
Ｆ１〜Ｆ３は本発明例のフラックス、Ｆ４〜Ｆ１３は本
発明の効果を明確にするための比較例のフラックスであ
る。フラックスは水ガラスで造粒し、５００℃で１時間
焼成し、１２×１００メッシュに整粒して供試した。

【００５１】

【表３】

【００５２】表４に示す鋼板により図２の開先を構成
し、表５に示す開先条件を用いて表１の開先充填鉄合金
を開先内に散布し、表２のワイヤと表３のフラックスを
用いて表５の条件で溶接した。鋼板はＳＬＡ３２５で低
温用鋼である。なお図２において１は固形耐火性酸化物
を主成分とする裏当材、２はガラステープである。

【００５３】

【表４】

【００５４】

【表５】

【００５５】溶接が終了してから表ビードと裏ビードを
評価した。その後、機械試験とマクロ試験を実施した。
板表面７ｍｍ下の溶接部よりＪＩＳＡ１号引張試験片
およびＪＩＳ４号Ｖノッチシャルピー試験片をそれぞれ
採取して供試した。また、断面マクロ組織から溶接割れ
の有無を観察した。それらの結果を表６および表７に示
す。

【００５６】

【表６】

【００５７】

【表７】

【００５８】表６および表７の中で記号Ｂ１〜Ｂ９は本
発明の実施例、記号Ｂ１０〜Ｂ２４は本発明の効果を明
確にするための比較例である。これらの結果、本発明の
実施例Ｂ１〜Ｂ９は溶接作業性も良好であり、かつ割れ
の発生もなく、引張強度、−５５℃のシャルピー吸収エ
ネルギー値とも良好な値を示した。

【００５９】比較例のうちＢ１０は開先充填材のＣおよ
びＭｎが過多で引張強度が過大となり、かつＮｉとＡｌ
が不足して靭性が劣化した。比較例のうちＢ１１は開先
充材のかさ比重が過小なため裏ビードが過大となり、か
つＮｉとＰが過多のため高温割れが発生した。比較例の
うちＢ１２は開先充填材のＭｎおよびＮが過多で引張強
度が過大となり、さらにじん性が劣化した。

【００６０】比較例のうちＢ１３は開先充填鉄合金のか
さ比重が過大で裏ビードが出にくく過小となった。比較
例のうちＢ１４はワイヤ径が過大で裏ビードが出にくく
過小となった。比較例のうちＢ１５はワイヤ径が過小で
裏ビードが過大となった。

【００６１】比較例のうちＢ１６はワイヤのＡｌが不足
し、またＮが過大でじん性が劣化した。比較例のうちＢ
１７はワイヤのＮｉおよびＰが過多で高温割れが発生し
た。比較例のうちＢ１８はフラックスのＢｎが過大で引
張強度が過大となり、さらにＳｉＯ_２が過少で表ビード
が不揃いとなり、さらにＡｌ_２Ｏ_３が過多で表ビードが
凸となった。

【００６２】比較例のうちＢ１９はフラックスのＳｉＯ
_２が過多で、Ｂｎが過小のためじん性が劣化し、またＭ
ｇＯが過少で表ビード表面が乱れた。比較例のうちＢ２
０はフラックスのＭｇＯが過多で表ビード表面に断続的
に突起が発生し、ＴｉＯ_２が過小のため表ビードの平滑
性が劣った。比較例のうちＢ２１はフラックスのＣａＦ
_２が過少およびＢｎが過少のためじん性劣化した。

【００６３】比較例のうちＢ２２はフラックスのＴｉＯ
_２が過多で表ビードの趾端部が不揃いで、かつＣａＦ_２
が過多で表ビードの平滑性が劣った。比較例のうちＢ２
３はフラックスのＢ_２Ｏ_３が過多で溶接金属が硬化し、
引張強度が過大となった。比較例のうちＢ２４はフラッ
クスのＢ_２Ｏ_３が過少でじん性が劣化した。

【００６４】

【発明の効果】以上説明したごとく本発明を用いれば、
実施例にも示した通り低温用鋼の簡易片面サブマージア
ーク溶接方法において溶接作業性及び裏ビード形状が良
好で溶接割れもなく低温靭性性も良好な溶接部が得ら
れ、大型構造物の溶接に貢献するところが大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】開先充填鉄合金のかさ比重と裏ヒードの高さの
関係を示すグラフである。

【図２】本発明の実施例に用いた鋼板の開先形状を示す
断面図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大濱展之千葉県富津市新富20−１新日本製鐵株式会社技術開発本部内 (72)発明者松谷直明千葉県富津市新富20−１新日本製鐵株式会社技術開発本部内Ｆターム(参考） 4E001 AA03 BB05 CA05 DC01 DC03 DC05 DF00 EA04 EA05 EA07 EA09 4E084 AA02 AA03 AA07 AA11 AA13 AA20 AA26 BA23 DA18 DA31 EA04 GA04 HA04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】簡易片面サブマージアーク溶接用開先充
填材において、重量％で、Ｃ：０．０７％以下、Ｓｉ：
０．０５％以下、Ｍｎ：０．６〜１．５％、Ｎｉ：２．
４〜３．４％、Ａｌ：０．００２〜０．４％を含有し、
Ｐ：０．０１５％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ｎ：０．
００５％以下とした鋼粒であって、かさ比重が４〜６で
あることを特徴とする簡易片面サブマージアーク溶接用
開先充填材。
【請求項２】鋼粒のＡｌ含有量が０．０３超〜０．４
％であることを特徴とする請求項１記載の簡易片面サブ
マージアーク溶接用開先充填材。
【請求項３】粒径が０．５〜２ｍｍであることを特徴
とする請求項１または２に記載の簡易片面サブマージア
ーク溶接用開先充填材。
【請求項４】低温用鋼鋼板の開先裏面に耐火性酸化物
を主成分とする裏当て材を当接させて、１層溶接する簡
易片面サブマージアーク溶接方法において、前記開先内
に請求項１ないし３のいずれかに記載の開先充填材を充
填し、重量％で、ＳｉＯ_２：１０〜２０％、ＭｇＯ：２
０〜３３％、Ａｌ_２Ｏ_３：１３〜２５％、ＴｉＯ_２：５
〜１５％、ＣａＦ_２：６〜１２％、ＣａＣＯ_３：５〜８
％、Ｂ _２Ｏ_３：０．２〜０．５％を含有し、かつ下式で
定義されるＢｎが０．８〜１．５であるボンドフラック
スと、重量％で、Ｃ：０．０１〜０．１％、Ｓｉ：０．
０５％以下、Ｍｎ：０．６〜１．６％、Ｎｉ：２．４〜
３．４％、Ａｌ：０．００２〜０．５％を含有し、Ｐ：
０．０１５％以下、Ｓ：０．０１０％以下、Ｎ：０．０
０５％以下とし、かつワイヤ径が４．４〜６．６ｍｍで
ある鋼製溶接ワイヤとを用いて、前記開先のルートギャ
ップが６ｍｍ以下の状態で溶接することを特徴とする低
温用鋼の簡易片面サブマージアーク溶接方法。Ｂｎ＝（０．１０８［ＣａＯ］＋０．０６８［ＭｎＯ］
＋０．１０［ＭｇＯ］）／（０．１０５［ＳｉＯ_２］＋
０．００２［Ａｌ_２Ｏ_３］）