JP5869066B2 - Bond flux for multi-electrode single-sided submerged arc welding - Google Patents
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Description
本発明は、造船などの大板継ぎに用いる多電極片面サブマージアーク溶接用ボンドフラックスに関し、特に安定したビード形状を得るとともに優れた機械性能の溶接金属を形成させる上で好適な多電極片面サブマージアーク溶接用ボンドフラックスに関するものである。 The present invention relates to a bond flux for multi-electrode single-sided submerged arc welding used for large plate joints such as shipbuilding, and more particularly to a multi-electrode single-sided submerged arc suitable for obtaining a stable bead shape and forming a weld metal with excellent mechanical performance. The present invention relates to a welding bond flux.
サブマージアーク溶接は、予め粒状のフラックスを溶接線に沿って散布しておき、その中に電極ワイヤを連続的に供給し、この電極ワイヤの先端と母材との間でアークを発生させて溶接を連続的に行う方法である。このサブマージアーク溶接方法によれば、高能率で安定した溶接作業性及び溶接金属の機械性能が得られることから、造船、鉄骨、造管、橋梁、車両等の大型構造物を始めとした幅広い分野で適用されている。 In submerged arc welding, a granular flux is dispersed in advance along the welding line, and an electrode wire is continuously supplied therein, and an arc is generated between the tip of the electrode wire and the base material to perform welding. Is a method of continuously performing. According to this submerged arc welding method, high efficiency and stable welding workability and mechanical performance of weld metal can be obtained, so a wide range of fields such as shipbuilding, steel frames, pipes, bridges, vehicles, etc. Has been applied.
近年、エネルギー産業の発展に伴い鋼材の高強度化及び高靭性化、また構造物の大型化に伴う板厚の極厚化などが検討され、高強度又は極厚の鋼材の適用比率が年々増加している。そこで、サブマージアーク溶接においては、溶接施工における生産性の向上や安全性、耐久性の確保のため、更なる品質向上が求められているが、その中でも特に溶接の高能率化と溶接金属の高靭性化の要望が極めて大きい。 In recent years, with the development of the energy industry, high strength and high toughness of steel materials have been studied, and the increase in the thickness of structures due to the increase in size of structures has been studied. doing. Therefore, in submerged arc welding, further quality improvement is required in order to improve productivity and ensure safety and durability in welding construction. Among them, in particular, higher efficiency of welding and higher welding metal are required. There is a great demand for toughness.
特に造船業界においては大型のバルクキャリア、タンカー、コンテナ運搬船等の建造数が年々増加傾向にあり、これら建造における生産性の向上や安全性、耐久性の確保のため、更なる溶接の高能率化と溶接部の高靭性化の要望が極めて大きい。 Especially in the shipbuilding industry, the number of large-scale bulk carriers, tankers, container carriers, etc. is increasing year by year, and in order to improve productivity and secure safety and durability in these constructions, further increase the efficiency of welding. There is a great demand for higher toughness of welds.
この造船の建造工程の主軸である大板継は、図1に示すフラックス銅バッキング片面サブマージアーク溶接方法(以下、FCuB法という。)が多用されている。このFCuB法は、裏当銅板1に裏フラックス2を約4〜7mm程度散布し、エアーホース3に空気を注入して、これを被溶接鋼板4の裏側にあたる開先裏面4aに押し当てる。そして、2〜4本のワイヤ5を用いて表側より表フラックス6を散布して1層溶接し、表ビードと裏ビードを同時に形成するものである。この溶接方法は、開先裏面4aに裏フラックス2が密着するためバッキングの当りが良く、また裏フラックス2の下の裏当銅板1で裏ビードの余盛高さを抑制するので、大電流の溶接条件で施工しても美麗かつ溶接欠陥の無い健全な裏ビードが得られる。このため、FCuB法は薄板から厚板まで幅広く適用されている。
The large plate joint, which is the main axis of the shipbuilding construction process, is frequently used the flux copper backing single-sided submerged arc welding method (hereinafter referred to as FCuB method) shown in FIG. In this FCuB method, about 4 to 7 mm of
サブマージアーク溶接は、被覆アーク溶接やガスシールドアーク溶接に比べ、溶接入熱量が高く、母材希釈率が大きいため、溶接作業性や溶接金属の性能は、フラックスとワイヤの成分組成でほぼ決定される。サブマージアーク溶接の中でも特に上述した片面サブマージアーク溶接方法は、溶接入熱量が高く、母材希釈率が大きいことが特徴である。 Submerged arc welding has higher welding heat input and higher base metal dilution ratio than clad arc welding and gas shielded arc welding, so welding workability and weld metal performance are almost determined by the composition of flux and wire. The Among the submerged arc welding, the above-described single-sided submerged arc welding method is characterized by a high amount of welding heat input and a large base material dilution rate.
この片面サブマージアーク溶接方法には、焼成型フラックスであるボンドフラックスが主に適用されている。ボンドフラックスは、各種原材料に水ガラス等を添加して造粒し、500℃程度で焼成したものであり、溶接金属の化学成分を自由に調整でき、また鉄粉を添加することができるため溶着効率を高められるという優れた特徴がある。 In this single-sided submerged arc welding method, bond flux which is a calcined flux is mainly applied. Bond flux is made by adding water glass to various raw materials, granulated, and fired at about 500 ° C. It can be used to adjust the chemical composition of the weld metal freely and can add iron powder. There is an excellent feature that efficiency can be increased.
しかし、高速度の片面サブマージアーク溶接では、表ビード表面に鉄粒突起が発生し易く、またスラグがこびり付きやすい傾向がある。特にワイヤ電極数が3電極より4電極の方が顕著に発生する傾向があり、これは溶接速度に依存することが確認されている。即ち、ワイヤ電極数を増やすと溶接速度を上げることが可能となることから、4電極の方が速度は速くなるため、表ビード表面の鉄粒突起及びスラグこびり付きが発生し易くなる。 However, in high-speed single-sided submerged arc welding, iron grain protrusions are likely to occur on the surface bead surface, and slag tends to stick. In particular, the number of wire electrodes tends to be more prominent with 4 electrodes than with 3 electrodes, and it has been confirmed that this depends on the welding speed. That is, if the number of wire electrodes is increased, the welding speed can be increased. Therefore, the speed of the four electrodes is increased, and iron grain protrusions and slag sticking on the surface bead surface are likely to occur.
これらの点を考慮し、良好な溶接作業性及び溶接金属機械性能が得られるサブマージアーク溶接用フラックス及び片面溶接方法が従来から提案されている。 In consideration of these points, a flux for submerged arc welding and a single-sided welding method that can obtain good welding workability and weld metal mechanical performance have been proposed.
例えば特許文献1には、4電極による高速片面サブマージアーク溶接方法に関する基礎的な技術の開示がある。これは高速度の片面サブマージアーク溶接において健全な欠陥の無い溶接金属を得るためにワイヤ径、溶接電流、溶接速度、電極間の距離、フラックス及びワイヤ成分を限定し改善を図ったものである。しかし、この特許文献1記載の技術は、健全な欠陥の無い溶接金属を得ることは可能であるが、表ビード表面の鉄粒突起及びスラグこびり付きは改善できず、またフラックス中に脱酸剤、合金剤の添加が限定されていない。このため、厚板の大入熱溶接になると溶接金属の引張強度が低下し、さらに靭性が低下するため、安定した溶接作業性と良好な溶接金属機械性能は得られないという問題がある。
For example,
特許文献2には、3電極以上の電極を使用した高速片面サブマージアーク溶接用フラックス及び溶接方法に関する技術の開示がある。これはフラックスの成分を限定し、さらにフラックスの粒度構成及び嵩密度を限定して、健全な表ビード及び裏ビードの改善を図ったものである。しかし粒度構成において粒径840μmを超える粒子が20重量%未満であるため、フラックス全体の粒径が細かくなる。それにより溶接時のアーク状態が緻密に散布された細かいフラックスによってアークが広がり難くなりビード形状が凸になること、ガス抜けが悪くなりピット及びポックマークなどの溶接欠陥を発生するため、健全で安定した表ビード及び裏ビードを得ることはできないという問題がある。
また、特許文献3には、3電極以上の電極を使用し、ワイヤ径、溶接電流、電極間の距離、電極のトーチ角度を限定し、健全な裏ビードを得るための技術の開示がある。特許文献3記載の技術は、高速で片面サブマージアーク溶接しても健全な裏ビードを得ることは可能であるが、表ビード表面の鉄粒突起及びスラグこびり付きは改善できず、健全な表ビードを得ることはできない。
特許文献4には、単電極による片面サブマージアーク溶接方法に関する技術の開示がある。本方法によれば溶接速度や溶接入熱を最適化することで表ビード及び裏ビードともに健全で安定したビード形状及び外観を得ることができるが、単電極溶接であるため溶接速度が遅く、溶接効率が低下し、著しく生産効率が低下するという問題がある。
特許文献5には、多電極高速片面サブマージアーク溶接用ボンドフラックスに関する技術の開示がある。この開示技術では高速度の片面サブマージアーク溶接における表ビード表面の鉄粒突起及びアンダーカットの改善を図ったものである。特許文献5記載の技術によれば、フラックス組成の成分を限定し、特に鉄粒突起発生の原因として考えられる鉄粉(Fe)を5%以下とした結果、鉄粒突起の発生は減少させることができる。しかし、高速度の片面溶接においてフラックス中のFeは安定した裏ビード形状及び溶込みを得るための必須成分であり、また溶着効率の向上も期待できる成分である。このため、特許文献5記載の技術にように、添加量が5%以下では安定した裏ビード形状を得ることができず、また溶着効率も低下するため、著しく溶接作業性及び生産効率を劣化させるという問題がある。
特許文献6にも、多電極高速片面サブマージアーク溶接用ボンドフラックスに関する表ビード表面の鉄粒突起及び溶接欠陥の改善を図った技術の開示がある。特許文献6記載の技術では特許文献5記載の技術と類似してフラックス組成の成分を限定し、特に鉄粒突起発生の原因として考えられる鉄粉(Fe)を5%以下、さらに溶接対象としての継手板厚を16mm以下としている。しかし、この特許文献6に開示技術では、前述したように適用継手板厚が16mm以下でもフラックス中のFe添加量が5%以下では安定した裏ビード形状を得ることができず、また溶着効率も低下するため、著しく溶接作業性及び生産効率を劣化させるという問題がある。
Patent Document 6 also discloses a technique for improving iron grain protrusions and welding defects on the surface bead surface related to the bond flux for multi-electrode high-speed single-sided submerged arc welding. In the technique described in Patent Document 6, the components of the flux composition are limited in a manner similar to the technique described in
また、本出願人は特許文献7において、表ビード表面の鉄粒突起及び溶接欠陥の改善と優れた機械性能の溶接金属が得られる多電極高速片面サブマージアーク溶接用ボンドフラックスに関する技術を提案した。特許文献7記載の技術は、フラックス組成の成分を限定し、さらにフラックスの粒度を調整したことで表ビード表面の鉄粒突起改善を図ったが、フラックス組成の成分限定とフラックス粒度の調整だけでは完全に鉄粒突起の発生を無くすことはできず、さらに厚鋼板の溶接の場合にはビード形状が凸状になるという問題もあった。 In addition, the present applicant has proposed a technique related to bond flux for multi-electrode high-speed single-sided submerged arc welding, in which a weld metal with improved iron grain protrusions and welding defects on the surface bead surface and excellent mechanical performance can be obtained. The technology described in Patent Document 7 limits the components of the flux composition and further improves the iron grain protrusions on the surface bead surface by adjusting the particle size of the flux, but only by limiting the components of the flux composition and adjusting the flux particle size The generation of iron grain protrusions cannot be completely eliminated, and there is another problem that the bead shape becomes convex when welding thick steel plates.
そこで本発明は、上述の問題点に鑑みて案出されたものであり、特に厚鋼板の3電極以上の多電極高速片面サブマージアーク溶接においても表ビード表面に鉄粒突起が発生するのを抑えることができ、溶接欠陥の無い健全な溶接金属を形成させ、表ビード及び裏ビードともに安定したビード形状及びビード外観を得ることができ、さらに優れた機械性能の溶接金属が得られる多電極片面サブマージアーク溶接用ボンドフラックスを提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been devised in view of the above-described problems, and particularly suppresses the occurrence of iron grain protrusions on the surface bead surface even in multi-electrode high-speed single-sided submerged arc welding of three or more thick steel plates. Multi-electrode single-sided submerging that can form a healthy weld metal free of weld defects, can obtain a stable bead shape and bead appearance on both the front and back beads, and can provide a weld metal with superior mechanical performance. An object is to provide a bond flux for arc welding.
本発明者らは、前記課題を解決するために、ボンドフラックスの化学組成及びFe成分に使用する鉄粉原材料の粒度などについて検討を行った。その結果、ボンドフラックスの化学組成を限定し、さらにFe成分に使用する鉄粉原材料の粒度を限定することにより、厚鋼板の3電極以上の多電極高速片面サブマージアーク溶接においても表ビード表面に鉄粒突起が発生するのを抑えることができ、溶接欠陥の無い健全な溶接金属を形成させ、表ビード及び裏ビードともに安定したビード形状及びビード外観を得ることができ、さらに優れた機械性能の溶接金属が得られることを見出した。 In order to solve the above problems, the present inventors have studied the chemical composition of the bond flux and the particle size of the iron powder raw material used for the Fe component. As a result, by limiting the chemical composition of the bond flux and further limiting the particle size of the iron powder raw material used for the Fe component, iron is also applied to the surface bead surface in multi-electrode high-speed single-sided submerged arc welding of 3 or more thick steel plates. It is possible to suppress the occurrence of grain protrusions, to form a sound weld metal with no welding defects, and to obtain a stable bead shape and bead appearance on both the front and back beads, and welding with superior mechanical performance. It has been found that a metal can be obtained.
すなわち、本願第1発明に係る多電極サブマージアーク溶接用ボンドフラックスは、質量%で、SiO2:5〜24%、MgO:12〜30%、CaO:3〜15%、Al2O3:5〜17%、CaF2:7〜19%、ZrO2:0.5〜5%、B2O3:0.1〜3%、CaCO3及びMgCO3の1種又は2種のCO2換算値の合計:2〜7%、Fe:10〜35%、Si:0.3〜4%、Mn:0.3〜1%、Mo:0.1〜3%、Ti:0.1〜3%を含有し、その他はアルカリ金属酸化物及び不可避不純物からなることを特徴とする。 That is, the present multi-electrode submerged arc welding bonded flux according to the first invention, in mass%, SiO 2: 5~24%, MgO: 12~30%, CaO: 3~15%, Al 2 O 3: 5 ˜17%, CaF 2 : 7 to 19%, ZrO 2 : 0.5 to 5%, B 2 O 3 : 0.1 to 3%, CaCO 3 and MgCO 3 as one or two kinds of CO 2 conversion values Total: 2-7%, Fe: 10-35%, Si: 0.3-4%, Mn: 0.3-1%, Mo: 0.1-3%, Ti: 0.1-3% The others are characterized by comprising an alkali metal oxide and inevitable impurities.
また本願第2発明に係る多電極サブマージアーク溶接用ボンドフラックスは、本願第1発明において、更にAl:0.05〜0.5%を更に含有することを特徴とする。 Moreover, the bond flux for multi-electrode submerged arc welding according to the second invention of the present application is characterized by further containing Al: 0.05 to 0.5% in the first invention of the present application.
また本願第3発明に係る多電極サブマージアーク溶接用ボンドフラックスは、本願第1又は本願第2発明において、TiO2:1.5%以下であることを特徴とする。 The bond flux for multi-electrode submerged arc welding according to the third invention of the present application is characterized in that, in the first or second invention of the present application, TiO 2 : 1.5% or less.
更に本願第4発明に係る多電極サブマージアーク溶接用ボンドフラックスは、本願第1〜本願第3発明において、Fe成分に使用する鉄粉原材料の平均粒子径が150μm以下であることも特徴とする。 Furthermore, the bond flux for multi-electrode submerged arc welding according to the fourth invention of the present application is characterized in that, in the first to third inventions of the present application, the average particle diameter of the iron powder raw material used for the Fe component is 150 μm or less.
本発明を適用した多電極片面サブマージアーク溶接用ボンドフラックスによれば、特に厚鋼板の3電極以上の多電極高速片面サブマージアーク溶接においても表ビード表面に鉄粒突起が発生するのをより抑えることができ、溶接欠陥の無い健全な溶接金属を形成させ、表ビード及び裏ビードともに安定したビード形状及びビード外観を得ることができ、さらに優れた機械性能の溶接金属を高能率に得ることができる。 According to the bond flux for multi-electrode single-sided submerged arc welding to which the present invention is applied, it is possible to further suppress generation of iron grain protrusions on the surface bead surface even in multi-electrode high-speed single-sided submerged arc welding of three or more electrodes of a thick steel plate. It is possible to form a sound weld metal free of welding defects, to obtain a stable bead shape and bead appearance on both the front and back beads, and to obtain a weld metal with excellent mechanical performance with high efficiency. .
本発明者らは、厚さ8mm以上の厚鋼板の多電極片面サブマージアーク溶接において、良好な溶接金属の機械性能を維持し、表ビード表面に鉄粒突起が発生するのをより抑えることができ、溶接欠陥の無い優れた表ビード及び裏ビード形状を得るため、ボンドフラックスの化学組成及びFe成分に使用する鉄粉原材料の粒度などについて詳細に検討を行った。 In the multi-electrode single-sided submerged arc welding of a thick steel plate having a thickness of 8 mm or more, the present inventors can maintain good weld metal mechanical performance and can further suppress the occurrence of iron grain protrusions on the surface bead surface. In order to obtain excellent front and back bead shapes without weld defects, the chemical composition of the bond flux and the particle size of the iron powder raw material used for the Fe component were examined in detail.
造船建造の大板継に適用する多電極高速片面サブマージアーク溶接は、板厚が8mmから40mmまでと幅広く、鋼板の板厚が厚くなるほど大入熱の溶接となる。そのため、大入熱溶接においても優れた溶接金属の機械性能を得るために、ボンドフラックス中に脱酸剤、合金剤等を添加し、溶接金属の酸素量を低く抑え、焼入れ性を高める必要がある。しかし過剰に脱酸剤及び合金剤を添加すると、溶接金属の焼入れ性が過剰となり、強度が高くなって靭性が低下する。そこで、様々な板厚における溶接入熱量の変化に対応したボンドフラックスを開発するため、種々の脱酸剤及び合金剤を検討した結果、Si、Mn及びMoを適正量添加することによって、良好な溶接金属の引張強度及び靭性が得られることを見出した。 Multi-electrode high-speed single-sided submerged arc welding, which is applied to large plate joints for shipbuilding, has a wide range of plate thicknesses from 8 mm to 40 mm, and the heat input increases as the plate thickness increases. Therefore, to obtain excellent weld metal mechanical performance even in high heat input welding, it is necessary to add a deoxidizer, an alloying agent, etc. in the bond flux to keep the oxygen content of the weld metal low and to improve the hardenability. is there. However, if a deoxidizer and an alloying agent are added excessively, the hardenability of the weld metal becomes excessive, the strength increases, and the toughness decreases. Therefore, as a result of examining various deoxidizers and alloying agents in order to develop bond fluxes corresponding to changes in welding heat input at various plate thicknesses, by adding appropriate amounts of Si, Mn and Mo, good results are obtained. It has been found that the tensile strength and toughness of the weld metal can be obtained.
また、Alを適量添加することによって、鋼板の板厚が厚く大入熱の溶接の場合においても良好な溶接金属の靭性が得られることも知見した。 It has also been found that by adding an appropriate amount of Al, a good weld metal toughness can be obtained even in the case of welding with a large steel plate and a large heat input.
次に溶接作業性の改善では、現在、造船の大板継に適用する片面サブマージアーク溶接の最重要課題とされている表ビード表面の鉄粒突起改善である。表ビードに鉄粒突起が発生すると、造船の塗装工程において鉄粒突起部分に塗料が大量に付着することや、鉄粒突起の形状によっては剥がれ易いものもあるため、剥離した部分は塗装が無くなり、錆びが進行し易く耐食性を著しく低下させる。よって現在の造船所では表ビード表面の鉄粒突起をグラインダーやショットブラスト等で除去しているため、生産性の低下によるコストアップが問題とされている。 Next, the improvement in welding workability is the improvement of iron grain protrusions on the surface bead surface, which is currently considered the most important issue of single-sided submerged arc welding applied to large plate joints in shipbuilding. If iron grain protrusions occur on the front bead, a large amount of paint adheres to the iron grain protrusions in the shipbuilding coating process, and depending on the shape of the iron grain protrusions, it may be easy to peel off. Rust is easy to progress, and corrosion resistance is remarkably lowered. Therefore, the current shipyard removes the iron grain protrusions on the surface bead surface with a grinder, shot blasting, or the like, which raises a problem of cost increase due to a decrease in productivity.
上記課題を改善するため、ボンドフラックスの化学組成について検討を行った。鉄粒突起が発生する原因は、ボンドフラックス中に添加する鉄粉(Fe)が原因であり、溶接時の溶接金属及びスラグ凝固過程においてボンドフラックス中に添加された鉄粉が半溶融状態の溶接金属表面に溶け落ちて、完全に溶け込まない状態の時に表面に残るものである。 In order to improve the above problems, the chemical composition of bond flux was examined. The cause of the iron grain protrusion is the iron powder (Fe) added to the bond flux. The weld metal during welding and the iron powder added to the bond flux during the slag solidification process are in a semi-molten state. It melts on the metal surface and remains on the surface when it is not completely melted.
そこで、まずボンドフラックス中の鉄粉を除去した結果、表ビード表面の鉄粒突起は無くなったが、裏ビード形状が不安定で溶込み不良、アンダーカット等の溶接欠陥が発生し、さらに鉄粉を除去したことにより溶着効率が低下するため、溶接速度低下に伴って、生産性が著しく低下した。以上のことから、高速度の片面溶接では安定した裏ビード形状、溶込みと高い溶着効率を得るためには、ボンドフラックス中の鉄粉は必須成分であり、除去できないことが判明した。 Therefore, as a result of removing the iron powder in the bond flux, there was no iron grain protrusion on the front bead surface, but the back bead shape was unstable and welding defects such as poor penetration and undercut occurred. Since the welding efficiency is reduced by removing the, the productivity is remarkably reduced as the welding speed is reduced. From the above, it has been found that iron powder in the bond flux is an essential component and cannot be removed in order to obtain a stable back bead shape, penetration and high welding efficiency in high-speed single-side welding.
このため鉄粉添加型のボンドフラックスを前提としてボンドフラックス化学組成の検討を行った結果、TiO2、SiO2、MgO、CaO、Al2O3、CaF2等のスラグ組成を最適化することによって鉄粒突起を減少することに成功した。しかし、これらのスラグ組成を最適化するだけでは完全に鉄粒突起を無くすことができず、さらにスラグ組成の検討を行った。
Therefore the results of investigations of the bonded flux chemical composition assuming bonded flux of iron powder added type, by optimizing TiO 2, SiO 2, MgO, CaO, Al 2
その結果、TiO2がスラグ組成に含有されると、スラグがビード表面にこびり付き易くなり、鉄粒突起の発生が助長することが分かった。そこでTiO2を含有させないため、TiO2を含まない原材料を極力適用することで大幅に鉄粒突起を減少することに成功した。 As a result, it was found that when TiO 2 is contained in the slag composition, the slag tends to stick to the bead surface and the generation of iron grain protrusions is promoted. Therefore, in order not to contain TiO 2, we succeeded in significantly reducing iron grain protrusions by applying raw materials not containing TiO 2 as much as possible.
しかし、TiO2はアーク安定性及びビード平滑性を維持するための成分として、溶接材料では必須の成分であり、TiO2を削除することで鉄粒突起は減少したが、アーク安定性が劣化し、ビード形状が乱れる傾向が認められた。また、TiO2は溶接金属組織形態においてTi酸化物等を生成して、強度および靭性の向上に有効な微細な結晶粒のアシキュラーフェライトを生成する重要な核生成サイトとなる。よって、TiO2の削除によりアシキュラーフェライトを生成するための核生成サイトが無くなり、溶接金属靭性が低下する傾向が認められた。 However, TiO 2 is an essential component for welding materials as a component for maintaining arc stability and bead smoothness. By removing TiO 2 , iron grain protrusions decreased, but arc stability deteriorated. In addition, a tendency to disturb the bead shape was observed. In addition, TiO 2 is an important nucleation site that generates Ti oxide and the like in the form of weld metal structure and generates fine crystal grain acicular ferrite effective in improving strength and toughness. Therefore, the removal of TiO 2 eliminated the nucleation site for generating acicular ferrite, and the tendency for weld metal toughness to decrease was recognized.
これらの問題を解決するため、さらにスラグ組成の検討を行ったのが、ZrO2と金属Tiの添加である。ZrO2はTiO2と同様、アーク安定性及びビード平滑性を向上させる効果が認められ、またスラグのこびり付きは全く認められず、さらにビード趾端部のなじみが良くなり、スラグ剥離性も良好となることが認められた。 In order to solve these problems, the slag composition was further examined by adding ZrO 2 and metal Ti. ZrO 2 is similar to TiO 2 in that it has the effect of improving arc stability and bead smoothness, and no slag sticking is observed, and the bead heel end is well adapted and slag peelability is good. It was recognized that
アシキュラーフェライトを生成するための核生成は、金属Tiを少量添加することで可能となり、溶接金属靭性は改善されることが認められた。 Nucleation for generating acicular ferrite was made possible by adding a small amount of metal Ti, and it was found that weld metal toughness was improved.
以上のフラックス化学組成を最適化することで、表ビード表面の鉄粒突起が大幅に減少し、また、優れた溶接金属機械性能を得ることが可能となったが、高速度及び連続長時間の溶接では、表ビード表面の鉄粒突起を完全に無くすことはできなかった。 By optimizing the above flux chemical composition, the iron grain protrusions on the surface bead surface were greatly reduced, and it became possible to obtain excellent weld metal mechanical performance. In welding, the iron grain protrusion on the surface bead surface could not be completely eliminated.
そこで、本発明者らは、この鉄粒突起の更なる改善としてボンドフラックスのFe成分に使用する鉄粉原材料の粒度に着目し、鉄粉原材料の粒度を調整することで、完全に鉄粒突起を無くすことに成功し、良好な表ビード形状及び外観が得られることを見出した。 Therefore, the present inventors paid attention to the particle size of the iron powder raw material used for the Fe component of the bond flux as a further improvement of the iron particle protrusion, and by adjusting the particle size of the iron powder raw material, It was found that a good front bead shape and appearance can be obtained.
さらに、鋼板の板厚が厚くなると表ビードの形状が凸状となることが判明し、更なる検討を行った。その結果、MgO、Al2O3及びSiO2の量を調整することによって、厚鋼板の溶接においても表ビード形状が良好になることを見出した。 Furthermore, it became clear that the shape of a surface bead became convex when the plate | board thickness of a steel plate became thick, and further examination was performed. As a result, it was found that by adjusting the amounts of MgO, Al 2 O 3 and SiO 2 , the surface bead shape is improved even in the welding of thick steel plates.
すなわち、本発明を適用した多電極サブマージアーク溶接用ボンドフラックスは、質量%で、SiO2:5〜24%、MgO:12〜30%、CaO:3〜15%、Al2O3:5〜17%、CaF2:7〜19%、ZrO2:0.5〜5%、B2O3:0.1〜3%、CaCO3及びMgCO3の1種又は2種のCO2換算値の合計:2〜7%、Fe:10〜35%、Si:0.3〜4%、Mn:0.3〜1%、Mo:0.1〜3%、Ti:0.1〜3%を含有し、その他はアルカリ金属酸化物及び不可避不純物からなる。このとき、質量%で、Al:0.05〜0.5%を更に含有するものであってもよい。また質量%で、TiO2:1.5%以下とされていてもよいし、Fe成分に使用する鉄粉原材料の平均粒子径が150μm以下とされていてもよい。 That is, multi-electrode submerged arc welding bonded flux according to the present invention, in mass%, SiO 2: 5~24%, MgO: 12~30%, CaO: 3~15%, Al 2 O 3: 5~ 17%, CaF 2 : 7 to 19%, ZrO 2 : 0.5 to 5%, B 2 O 3 : 0.1 to 3%, CaCO 3 and MgCO 3 of one or two kinds of CO 2 conversion value Total: 2-7%, Fe: 10-35%, Si: 0.3-4%, Mn: 0.3-1%, Mo: 0.1-3%, Ti: 0.1-3% Others are composed of alkali metal oxides and inevitable impurities. At this time, it may further contain Al: 0.05 to 0.5% by mass%. In addition mass%, TiO 2: may be 1.5% or less, an average particle size of the iron powder raw materials used in the Fe component may be a 150μm or less.
以下に本発明を適用した多電極片面サブマージアーク溶接用ボンドフラックスのフラックス成分組成、Fe成分に使用する鉄粉原材料の粒度構成の限定理由について説明する。なお、各成分の含有量は、多電極片面サブマージアーク溶接用ボンドフラックス全質量に対する質量%で表わすこととし、その質量%を表わすときは単に%と記載して表すこととする。 The reasons for limiting the flux component composition of the bond flux for multi-electrode single-sided submerged arc welding to which the present invention is applied and the particle size configuration of the iron powder raw material used for the Fe component will be described below. The content of each component is expressed by mass% with respect to the total mass of the bond flux for multi-electrode single-sided submerged arc welding, and when expressing the mass%, it is simply expressed as%.
(SiO2:5〜24%)
珪砂、ジルコンサンド、珪灰石、水ガラス(珪酸ソーダ、珪酸カリウム)などを原料とするSiO2は、良好な溶接ビードを形成するための重要な成分であるが、過多になると溶接金属中の酸素量が増加して靭性が劣化する。SiO2が5%未満では、ビード趾端部のなじみが悪くなり、スラグ剥離性が劣化し、また特に高速度の片面溶接においてはアンダーカットも生じる。一方、SiO2が24%を超えると、溶接金属の酸素量が増加して靭性が低下する。したがって、SiO2は5〜24%とする。
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SiO 2 using silica sand, zircon sand, wollastonite, water glass (sodium silicate, potassium silicate), etc. as a raw material is an important component for forming a good weld bead. The amount increases and the toughness deteriorates. If the SiO 2 content is less than 5%, the fit of the bead heel ends is deteriorated, the slag peelability is deteriorated, and undercutting also occurs particularly in high-speed single-side welding. On the other hand, if SiO 2 exceeds 24%, the oxygen content of the weld metal increases and the toughness decreases. Thus, SiO 2 is set to 5-24%.
(MgO:12〜30%)
マグネシアクリンカー、炭酸マグネシウムなどを原料とするMgOは、スラグの耐火性及び塩基度を向上させて溶接金属の酸素量を低減する効果がある。MgOが12%未満では、フラックスの塩基度が低くなり、溶接金属中の酸素量が増加して靭性が低下する。一方、MgOが30%を超えると、フラックスの軟化溶融点が高くなり、ビード表面の波目が粗くなり、スラグ剥離性及びビード外観が不良となる。したがって、MgOは12〜30%とする。
(MgO: 12-30%)
MgO using magnesia clinker, magnesium carbonate, or the like as a raw material has the effect of improving the fire resistance and basicity of the slag and reducing the oxygen content of the weld metal. When MgO is less than 12%, the basicity of the flux is lowered, the amount of oxygen in the weld metal is increased, and the toughness is lowered. On the other hand, if MgO exceeds 30%, the softening and melting point of the flux becomes high, the waviness of the bead surface becomes rough, and the slag peelability and bead appearance become poor. Therefore, MgO is 12-30%.
(CaO:3〜15%)
珪灰石、炭酸カルシウムなどを原料とするCaOは、スラグの融点及び流動性を調整するために重要な成分である。CaOが3%未満では、ビード趾端部のなじみが悪くビード外観が不良となり、高速度の片面溶接ではアンダーカットも生じる。一方、CaOが15%を超えると、スラグ流動性が不良となり、ビード高さが不均一でスラグ剥離性も不良になる。したがって、CaOは3〜15%とする。
(CaO: 3 to 15%)
CaO using wollastonite, calcium carbonate or the like as a raw material is an important component for adjusting the melting point and fluidity of slag. If the CaO content is less than 3%, the bead collar will not fit well and the bead appearance will be poor, and undercut will also occur in high-speed single-sided welding. On the other hand, if CaO exceeds 15%, the slag fluidity becomes poor, the bead height is uneven, and the slag peelability becomes poor. Therefore, CaO is 3 to 15%.
(Al2O3:5〜17%)
アルミナを主原料とするAl2O3は、高速度の片面溶接で良好なスラグ剥離性及びビード外観を得るためには極めて重要な成分である。また、アーク安定性を良好にする効果もある。Al2O3が5%未満ではその効果が得られない。一方、Al2O3が17%を超えると、凸ビードとなりスラグ剥離性も不良になる。したがって、Al2O3は5〜17%とする。
(Al 2 O 3 : 5 to 17%)
Al 2 O 3 mainly composed of alumina is an extremely important component for obtaining good slag removability and bead appearance by high-speed single-side welding. It also has the effect of improving the arc stability. If Al 2 O 3 is less than 5%, the effect cannot be obtained. On the other hand, if Al 2 O 3 exceeds 17%, it becomes a convex bead and the slag peelability becomes poor. Accordingly, Al 2 O 3 is set to 5 to 17%.
(CaF2:7〜19%)
蛍石を原料とするCaF2は、靭性改善に効果があるが、融点が低いため過多になるとビードの平滑性が損なわれる。CaF2が7%未満では、靭性改善の効果がなく、19%を超えるとビード外観が不良となる。したがって、CaF2は7〜19%とする。
(CaF 2 : 7 to 19%)
CaF 2 using fluorite as a raw material is effective in improving toughness, but since the melting point is low, if it is excessive, the smoothness of the beads is impaired. When CaF 2 is less than 7%, there is no effect of improving toughness, and when it exceeds 19%, the bead appearance becomes poor. Therefore, CaF 2 is set to 7-19%.
(ZrO2:0.5〜5%)
ジルコンサンド、酸化ジルコンなどを原料とするZrO2は、高速度の片面溶接でアーク安定性及び良好なビード形状・外観、スラグ剥離性を得るためには極めて重要な成分である。ZrO2が0.5%未満では、その効果が得られない。一方、ZrO2が5%を超えると、溶接金属の酸素量が増加して靭性が劣化する。したがって、ZrO2は0.5〜5%とする。
(ZrO 2 : 0.5 to 5%)
ZrO 2 using zircon sand, zircon oxide, or the like as a raw material is an extremely important component for obtaining arc stability, good bead shape / appearance, and slag peelability by high-speed single-side welding. If ZrO 2 is less than 0.5%, the effect cannot be obtained. On the other hand, if ZrO 2 exceeds 5%, the oxygen content of the weld metal increases and the toughness deteriorates. Therefore, ZrO 2 is 0.5 to 5%.
(B2O3:0.1〜3%)
酸化硼素、硼砂などを原料とするB2O3は、靭性向上に効果がある。B2O3が0.1%未満では靭性向上の効果が得られず、3%を超えると溶接金属が硬化し、かえって靭性が低下する。したがって、B2O3は0.1〜3%とする。
(B 2 O 3 : 0.1 to 3%)
B 2 O 3 made from boron oxide, borax or the like is effective in improving toughness. If B 2 O 3 is less than 0.1%, the effect of improving toughness cannot be obtained, and if it exceeds 3%, the weld metal is hardened and the toughness is lowered. Therefore, B 2 O 3 is 0.1 to 3%.
(CaCO3及びMgCO3の1種又は2種のCO2換算値の合計:2〜7%)
CaCO3(炭酸カルシウム)やMgCO3(炭酸マグネシウム)からのCO2は、アークを安定にするとともに溶接金属の靭性向上に重要な元素であり、溶接中にCaCO3やMgCO3が分解してCO又はCO2ガスがアークを安定にするとともにアーク雰囲気中の窒素分圧を下げ、溶接金属の窒素量を低減する効果がある。CaCO3及びMgCO3の1種又は2種のCO2換算値の合計が2%未満では、アークが不安定で特に表ビードの形状及び外観が不良となり、また溶接金属の窒素が高くなり靭性が低下する。一方、CaCO3及びMgCO3の1種又は2種のCO2換算値の合計が7%を超えると、CO又はCO2ガスが過剰となってビード表面にポックマークが生じる。したがって、CaCO3及びMgCO3の1種又は2種のCO2換算値の合計は2〜7%とする。
(Total of one or two kinds of CO 2 converted values of CaCO 3 and MgCO 3 : 2 to 7%)
CO 2 from CaCO 3 (calcium carbonate) and MgCO 3 (magnesium carbonate) is an important element for stabilizing the arc and improving the toughness of the weld metal. During welding, CaCO 3 and MgCO 3 are decomposed to produce
(Fe:10〜35%)
鉄粉およびFe−Si、Fe−MnやFe−Moなどの鉄合金を原料とするFeは、溶着効率の向上及びアークの集中性に効果がある。Feが10%未満では、溶着効率が低下し、アークの集中性が劣るため裏ビードのビード形状が不安定になる。一方、Feが35%を超えると、ビード表面に鉄粒突起が発生してスラグがこびり付き、スラグ剥離性も不良になる。したがって、Feは10〜35%とする。
(Fe: 10 to 35%)
Fe using iron powder and iron alloys such as Fe-Si, Fe-Mn, and Fe-Mo as raw materials is effective in improving welding efficiency and arc concentration. If Fe is less than 10%, the welding efficiency is lowered and the arc concentration is inferior, so that the bead shape of the back bead becomes unstable. On the other hand, if the Fe content exceeds 35%, iron grain protrusions are generated on the bead surface, the slag sticks and the slag peelability becomes poor. Therefore, Fe is 10 to 35%.
(Fe成分に使用する鉄粉原材料の平均粒子径:150μm以下)
Fe成分に使用する鉄粉原材料の粒度は、高速度及び連続長時間の溶接において、ビード表面の鉄粒突起を完全に無くすための重要な因子である。ビード表面に鉄粒突起を発生させないためには、溶接時の早い段階で鉄粉が溶融金属に溶け落ちるようにする必要があり、フラックス全体の粒度を最適な構成に限定することで、ある程度改善が図れるが、適用する鉄粉原材料の粒度がより細粒のものを適用することが好ましく、その平均粒子径が150μm以下であることが望ましい。但し、本発明では、鉄粉原材料の平均粒子径が150μm以下であることは必須とならず、これを超えるものであっても所期の効果を奏するものである。
(Average particle size of iron powder raw material used for Fe component: 150 μm or less)
The particle size of the iron powder raw material used for the Fe component is an important factor for completely eliminating iron grain protrusions on the bead surface in high-speed and continuous long-time welding. In order not to generate iron grain protrusions on the bead surface, it is necessary to make the iron powder melt into the molten metal at an early stage of welding, and it is improved to some extent by limiting the overall particle size of the flux to the optimum configuration However, it is preferable to apply a finer particle size of the iron powder raw material to be applied, and the average particle size is desirably 150 μm or less. However, in the present invention, it is not essential that the average particle diameter of the iron powder raw material is 150 μm or less, and even if it exceeds this, the desired effect is exhibited.
(Si:0.3〜4%)
金属Si、Fe−Si、Fe−Si−Mnなどを原料とするSiは、脱酸元素であり、溶接金属の酸素量を低減する。Siが0.3%未満では、脱酸効果が得られず、靭性が低下する。一方、Siが4%を超えると、溶接金属に過剰に歩留って強度が高くなり靭性が低下する。したがって、Siは0.3〜4%とする。
(Si: 0.3-4%)
Si using metal Si, Fe-Si, Fe-Si-Mn, or the like as a raw material is a deoxidizing element and reduces the oxygen content of the weld metal. If Si is less than 0.3%, the deoxidation effect cannot be obtained, and the toughness decreases. On the other hand, when Si exceeds 4%, the yield is excessively increased in the weld metal, the strength is increased, and the toughness is lowered. Therefore, Si is 0.3 to 4%.
(Mn:0.3〜1%)
金属Mn、Fe−Mn、Fe−Si−Mnなどを原料とするMnは、Siと同様に脱酸元素であり、溶接金属の酸素量を低減する。Mnが0.3%未満では、脱酸効果が得られず、靭性が低下する。一方、Mnが1%を超えると、溶接金属に過剰に歩留って強度が高くなり靭性が低下する。したがって、Mnは0.3〜1%とする。
(Mn: 0.3 to 1%)
Mn using metal Mn, Fe—Mn, Fe—Si—Mn, or the like as a raw material is a deoxidizing element like Si, and reduces the oxygen content of the weld metal. If Mn is less than 0.3%, the deoxidizing effect cannot be obtained and the toughness is lowered. On the other hand, if Mn exceeds 1%, the yield is excessively increased in the weld metal, the strength is increased, and the toughness is lowered. Therefore, Mn is set to 0.3 to 1%.
(Mo:0.1〜3%)
金属Mo、Fe−Moを原料とするMoは、溶接金属の焼入れ性増大元素として重要な成分である。Moが0.1%未満では、溶接金属の強度が低くなり靭性向上にも効果がない。一方、Moが3%を超えると、溶接金属の焼入れ性が過大となり、強度が高くなり靭性が低下する。したがって、Moは0.1〜3%とする。
(Mo: 0.1 to 3%)
Mo made of metal Mo and Fe—Mo is an important component as an element for increasing the hardenability of weld metal. If Mo is less than 0.1%, the strength of the weld metal is lowered and there is no effect in improving toughness. On the other hand, if Mo exceeds 3%, the hardenability of the weld metal becomes excessive, the strength increases, and the toughness decreases. Therefore, Mo is 0.1 to 3%.
(Ti:0.1〜3%)
金属Ti、Fe−Tiなどを原料とするTiは、溶接金属の組織形態においてTi酸化物等を生成して、強度および靭性の向上に有効な微細な結晶粒のアシキュラーフェライトを生成する重要な核生成サイトとなる。Tiが0.1%未満では、靭性向上に有効なアシキュラーフェライトを生成することができず、靭性が低下する。一方、Tiが3%を超えると、溶接金属の強度が高くなり靭性が低下する。したがって、Tiは0.1〜3%とする。
(Ti: 0.1-3%)
Ti using metal Ti, Fe-Ti, etc. as a raw material is important to generate Ti oxides and the like in the weld metal microstructure, and to produce fine crystalline acicular ferrite effective in improving strength and toughness. It becomes a nucleation site. If Ti is less than 0.1%, acicular ferrite effective for improving toughness cannot be produced, and the toughness decreases. On the other hand, if Ti exceeds 3%, the strength of the weld metal increases and the toughness decreases. Therefore, Ti is 0.1 to 3%.
(Al:0.05〜0.5%)
Alは、強脱酸剤であり溶接対象鋼板の板厚が厚く大入熱の溶接において、溶接金属の靭性を確保できる。Alが0.05%未満であると、大入熱の溶接時に靭性を確保する効果が得られない。一方、Alが0.5%を超えると、酸化物として過度に溶接金属に残留して溶接金属の靭性を低下する。したがって、Alは0.05〜0.5%とされることが望ましい。但し、本発明においては、Alの含有量が0.05〜0.5%とされていることは必須ではなく、これから逸脱するものであっても所期の効果を奏するものである。
(Al: 0.05-0.5%)
Al is a strong deoxidizer, and the thickness of the steel plate to be welded is thick, and the toughness of the weld metal can be ensured in welding with high heat input. If Al is less than 0.05%, the effect of securing toughness during welding with high heat input cannot be obtained. On the other hand, if Al exceeds 0.5%, it excessively remains in the weld metal as an oxide and lowers the toughness of the weld metal. Therefore, Al is desirably 0.05 to 0.5%. However, in the present invention, it is not essential that the Al content is 0.05 to 0.5%, and even if it deviates from this, the desired effect can be obtained.
(TiO2:1.5%以下)
TiO2は、アーク安定性及びビード平滑性を維持するための有効な成分であるが、スラグがビード表面にこびり付き易くなり、鉄粒突起の発生が助長される成分でもある。よって、各原料中の不純物としてのTiO2の含有量は極力低いことが好ましく、その含有量は1.5%以下であることが望ましい。但し、本発明では、このTiO2の含有量が1.5%以下であることは必須とならず、これを超えるものであっても所期の効果を奏するものである。
(TiO 2 : 1.5% or less)
TiO 2 is an effective component for maintaining arc stability and bead smoothness, but it is also a component that facilitates slag sticking to the bead surface and promotes the generation of iron grain protrusions. Therefore, the content of TiO 2 as an impurity in each raw material is preferably as low as possible, and the content is desirably 1.5% or less. However, in the present invention, it is not essential that the content of TiO 2 is 1.5% or less, and even if it exceeds this, the desired effect can be obtained.
その他は、水ガラスからのK2O及びNa2Oなどのアルカリ金属酸化物:5%以下及びP、S等の不可避不純物であり、P及びSは共に低融点の化合物を生成して靭性を低下させるので、できるだけ低いことが好ましい。 Others are alkali metal oxides such as K 2 O and Na 2 O from water glass: 5% or less and inevitable impurities such as P and S. Both P and S produce a low melting point compound to improve toughness. Since it reduces, it is preferable that it is as low as possible.
なお、本発明の多電極片面サブマージアーク溶接用ボンドフラックスを用いた片面溶接は、安定したアーク、ワイヤ送給性、溶着効率向上を可能とした溶接をするために、組合せるワイヤ径は4.0〜6.4mmとし、3電極以上の多電極片面サブマージアーク溶接に適用する。 In the single-side welding using the bond flux for multi-electrode single-sided submerged arc welding according to the present invention, the wire diameter to be combined is 4 in order to perform welding that enables stable arc, wire feedability, and improved welding efficiency. 0 to 6.4 mm, and applied to multi-electrode single-sided submerged arc welding with 3 or more electrodes.
以下、実施例により本発明の効果をさらに詳細に説明する。 Hereinafter, the effect of the present invention will be described in more detail with reference to examples.
表1に示す各種フラックス成分及びFe成分に適用する鉄粉原材料の粒度を調整したボンドフラックスと表2に示す化学組成の裏フラックス、表3に示す化学組成のワイヤを用いて、表4に示す化学組成の板厚25mmの鋼板記号Aを図2に示すように開先角度50°、ルートフェイス5mmの開先形状に加工し、表5に示す条件No.1(3電極)又は条件No.2(4電極)による溶接条件にて、図1に示すFCuB片面サブマージアーク溶接試験を実施した。 Table 4 shows the bond flux adjusted for the particle size of the iron powder raw material applied to the various flux components and Fe components shown in Table 1, the back flux of the chemical composition shown in Table 2, and the wire of the chemical composition shown in Table 3. A steel plate symbol A having a thickness of 25 mm having a chemical composition was processed into a groove shape having a groove angle of 50 ° and a root face of 5 mm as shown in FIG. 1 (3 electrodes) or condition no. The FCuB single-sided submerged arc welding test shown in FIG. 1 was carried out under welding conditions of 2 (4 electrodes).
このFCuB片面サブマージアーク溶接試験では、裏当銅板に表2に示す組成からなる裏フラックスを約4〜7mm程度散布し、エアーホース3に空気を吸入して、これを被溶接鋼板4の裏側にあたる開先裏面4aに押し当てる。そして、2〜4本のワイヤ5を用いて表側より表フラックス6を散布して1層溶接し、表ビードと裏ビードを同時に形成するものである。
In this FCuB single-sided submerged arc welding test, about 4 to 7 mm of back flux having the composition shown in Table 2 is sprayed on the backing copper plate, air is sucked into the
なお、表1に示すボンドフラックスは水ガラスを固着剤として造粒した後、400〜550℃で2時間焼成し、1.4×0.15mmに整粒した。 The bond flux shown in Table 1 was granulated with water glass as a fixing agent, then baked at 400 to 550 ° C. for 2 hours, and sized to 1.4 × 0.15 mm.
また、表3に示すワイヤは原線を縮径、焼鈍、酸洗、銅めっきして素線とし、それらの素線を4.8mm及び6.4mm径まで伸線して用いた。 In addition, the wires shown in Table 3 were used by drawing the raw wires to 4.8 mm and 6.4 mm diameters by reducing the diameter, annealing, pickling, and copper plating to form the strands.
各試作ボンドフラックスの評価は、条件No.1又は条件No.2による片面サブマージアーク溶接時のアーク安定性、溶接後のスラグ剥離性、アンダーカットの有無、表ビード表面の鉄粒突起及びスラグこびり付きの有無、ビード外観・形状を調査し、さらに溶接金属の引張強度、靭性及び溶接金属酸素量を調査した。 Each prototype bond flux was evaluated under the condition no. 1 or condition no. Investigate the arc stability during single-sided submerged arc welding according to 2, the slag peelability after welding, the presence or absence of undercut, the presence of iron grain protrusions and slag sticking on the surface bead surface, the bead appearance and shape, and the tension of the weld metal The strength, toughness and weld metal oxygen content were investigated.
溶接金属の機械性能評価は、溶接試験体の鋼板板厚の中央を中心にシャルピー衝撃試験片(JIS Z2242 Vノッチ試験片)及び引張試験片(JIS Z 2241 10号)を採取して、機械試験を実施した。靭性の評価は、−20℃におけるシャルピー衝撃試験により行い、各々繰返し数3本の平均により評価した。なお、シャルピー衝撃試験の吸収エネルギーは80J以上を良好とした。引張強さの評価は490〜690MPaを良好とした。これらの調査結果を表6にまとめて示す。 The mechanical performance evaluation of the weld metal was performed by taking a Charpy impact test piece (JIS Z2242 V-notch test piece) and a tensile test piece (JIS Z2241 No. 10) around the center of the thickness of the steel plate of the weld specimen. Carried out. The toughness was evaluated by a Charpy impact test at −20 ° C., and evaluated by the average of 3 repetitions. The absorbed energy in the Charpy impact test was 80 J or more. Evaluation of tensile strength made 490-690 MPa favorable. The results of these surveys are summarized in Table 6.
表1及び表6中のフラックス記号F1〜F10が本発明例、フラックス記号F11〜F24は比較例である。本発明例であるフラックス記号F1、F2、F4〜F6、F8及びF9は、フラックス成分及び鉄粉原材料の平均粒子径が適正であるので、3電極または4電極による片面サブマージアーク溶接ともにアーク安定性及びスラグ剥離性が良好で表ビード表面の鉄粒突起及びスラグこびり付きは無く表ビード及び裏ビード共にビード形状・外観が良好で、溶接金属の機械性能も優れており、極めて満足な結果であった。なお、フラックス記号F3及びF7は、鉄粉原材料の平均粒子径が大きいので鉄粉の突起が少し生じた。また、フラックス記号F10は、TiO2が多いので表ビード表面に鉄粒突起及びこびり付きが少し生じたが実用上は問題が無い範囲であった。 Flux symbols F1 to F10 in Tables 1 and 6 are examples of the present invention, and flux symbols F11 to F24 are comparative examples. Flux symbols F1, F2, F4 to F6, F8, and F9, which are examples of the present invention, are suitable in terms of the average particle size of the flux component and the iron powder raw material, so that the arc stability is achieved in either one-sided submerged arc welding with three electrodes or four electrodes. And the slag peelability was good, there was no iron grain protrusion and slag sticking on the front bead surface, both the front bead and the back bead had good bead shape and appearance, and the mechanical performance of the weld metal was also excellent, which was a very satisfactory result. . In addition, the flux symbols F3 and F7 had some iron powder protrusions because the average particle diameter of the iron powder raw material was large. In addition, since the flux symbol F10 has a large amount of TiO 2 , iron grain protrusions and sticking slightly occurred on the surface bead surface, but there was no problem in practical use.
比較例中フラックス記号F11は、SiO2が少ないので、ビード止端部のなじみが悪くスラグ剥離性が不良でアンダーカットも発生した。また、Tiが多いので、溶接金属の引張強さが高くなり吸収エネルギーが低値であった。 In the comparative example, the flux symbol F11 has a small amount of SiO 2 , so that the conformity of the bead toe portion is poor and the slag peelability is poor and the undercut occurs. Moreover, since there is much Ti, the tensile strength of a weld metal became high and the absorbed energy was a low value.
フラックス記号F12は、SiO2が多いので、溶接金属の酸素量が多く吸収エネルギーが低値であった。また、TiO2が多いので、スラグがビード表面に少しこびり付き、鉄粒突起も少し発生した。 Flux code F12, since SiO 2 is large, amount of oxygen in the weld metal is large and the absorbed energy were low. Further, since TiO 2 is large, slag little sticking to the bead surface was also slightly generated iron particle projection.
フラックス記号F13は、MgOが少ないので、溶接金属の酸素量が多く吸収エネルギーが低値であった。また、鉄粉原材料の平均粒子径が大きいので、表ビードに鉄粒突起が少し発生した。 Flux symbol F13 has a small amount of MgO, so the amount of oxygen in the weld metal is large and the absorbed energy is low. Moreover, since the average particle diameter of the iron powder raw material was large, some iron grain protrusions were generated on the surface bead.
フラックス記号F14は、MgOが多いので、ビード表面の波目が粗くなりスラグ剥離性及びビード外観が劣化した。また、Siが少ないので、溶接金属の酸素量が多く吸収エネルギーが低値であった。 Since the flux symbol F14 has a large amount of MgO, the wavy surface of the bead surface becomes rough, and the slag peelability and the bead appearance deteriorate. Further, since the amount of Si was small, the amount of oxygen in the weld metal was large and the absorbed energy was low.
フラックス記号F15は、CaOが少ないので、ビード止端部のなじみが悪くビード外観が不良でアンダーカットも生じた。また、Siが多いので、溶接金属の引張強さが高くなり吸収エネルギーが低値であった。 フラックス記号F16は、CaOが多いので、ビード外観及びスラグ剥離性が不良であった。また、Mnが少ないので、溶接金属の酸素量が多く吸収エネルギーが低値であった。 Flux symbol F15 has a small amount of CaO, so that the familiarity of the toe end of the bead is poor and the bead appearance is poor and undercutting occurs. Moreover, since there is much Si, the tensile strength of a weld metal became high and the absorbed energy was a low value. Since the flux symbol F16 contains a large amount of CaO, the bead appearance and slag peelability were poor. Further, since Mn is small, the amount of oxygen in the weld metal is large and the absorbed energy is low.
フラックス記号F17は、Al2O3が少ないので、アークが不安定となり、スラグ剥離性及びビード外観が不良であった。また、Mnが多いので、溶接金属の引張強さが高くなり吸収エネルギーが低値であった。 Flux symbol F17 had little Al 2 O 3 , so the arc became unstable, and the slag peelability and bead appearance were poor. Moreover, since there was much Mn, the tensile strength of the weld metal became high and the absorbed energy was low.
フラックス記号F18は、Al2O3が多いので、ビード形状及びスラグ剥離性が不良であった。また、Moが少ないので、溶接金属の引張強さ及び吸収エネルギーが低値であった。 Since the flux symbol F18 has a large amount of Al 2 O 3 , the bead shape and slag removability were poor. Moreover, since there is little Mo, the tensile strength and absorbed energy of the weld metal were low values.
フラックス記号F19は、CaF2が少ないので、溶接金属の吸収エネルギーが低値であった。また、Feが少ないので、溶着量が少なく表ビード形状が不良で、アークの集中性が劣るため裏ビードのビード形状も不安定であった。 フラックス記号F20は、CaF2が多いので、ビード形状が不良であった。また、Moが多いので、溶接金属の引張強さが高く吸収エネルギーが低値であった。 Flux code F19, because CaF 2 is small, the absorbed energy of the weld metal was low. Further, since the amount of Fe was small, the amount of welding was small, the front bead shape was poor, and the arc concentration was poor, so the bead shape of the back bead was also unstable. Flux symbol F20 had a poor bead shape because of the large amount of CaF 2 . Moreover, since there is much Mo, the tensile strength of the weld metal was high and the absorbed energy was low.
フラックス記号F21は、ZrO2が少ないので、アークが不安定でビード形状・外観及びスラグ剥離性が不良であった。また、Tiが少ないので、溶接金属の吸収エネルギーが低値であった。 Flux symbol F21 had low ZrO 2 , so the arc was unstable and the bead shape / appearance and slag peelability were poor. Further, since Ti is small, the absorbed energy of the weld metal was low.
フラックス記号F22は、ZrO2が多いので、溶接金属の酸素量が多く吸収エネルギーが低値であった。また、CaCO3及びMgCO3の1種又は2種のCO2換算値の合計が少ないので、アークが不安定でビード形状・外観が不良であった。 Since the flux symbol F22 has a large amount of ZrO 2 , the amount of oxygen in the weld metal is large and the absorbed energy is low. Further, since the total of one or two kinds of CO 2 converted values of CaCO 3 and MgCO 3 was small, the arc was unstable and the bead shape / appearance was poor.
フラックス記号F23は、B2O3が少ないので、溶接金属の吸収エネルギーが低値であった。また、CaCO3及びMgCO3の1種又は2種のCO2換算値の合計が多いので、ビード表面にポックマークが生じ、表ビードの形状・外観が不良であった。 Since the flux symbol F23 has a small amount of B 2 O 3 , the absorbed energy of the weld metal was low. Further, since the total of one or two kinds of CO 2 converted values of CaCO 3 and MgCO 3 was large, a pock mark was generated on the bead surface, and the shape and appearance of the front bead were poor.
フラックス記号F24は、B2O3が多いので、溶接金属の引張強さが高く吸収エネルギーが低値であった。また、Feが多いので、ビード表面に鉄粒突起が発生し、スラグがこびり付き、スラグ剥離性も不良であった。 Since the flux symbol F24 has a large amount of B 2 O 3 , the tensile strength of the weld metal was high and the absorbed energy was low. Moreover, since there was much Fe, the iron particle protrusion generate | occur | produced on the bead surface, slag stuck, and slag peelability was also unsatisfactory.
表7に示す各種フラックス成分及びFe成分に適用する鉄粉原材料の粒度を調整したボンドフラックスと表2に示す化学組成の裏フラックス、表3に示す化学組成のワイヤを用いて、表4に示す化学組成の板厚40mmの鋼板記号Bを図2に示すように開先角度50°、ルートフェイス5mmの開先形状に加工し、表5に示す条件No.3(4電極)による溶接条件にて、図1に示すFCuB片面サブマージアーク溶接試験を実施した。FCuB片面サブマージアーク溶接試験方法の詳細は実施例1と同様である。 Table 4 shows the bond flux adjusted in particle size of the iron powder raw material applied to the various flux components and Fe components shown in Table 7, the back flux of the chemical composition shown in Table 2, and the wire of the chemical composition shown in Table 3. A steel plate symbol B having a thickness of 40 mm having a chemical composition was processed into a groove shape having a groove angle of 50 ° and a root face of 5 mm as shown in FIG. The FCuB single-sided submerged arc welding test shown in FIG. 1 was performed under the welding conditions of 3 (4 electrodes). The details of the FCuB single-sided submerged arc welding test method are the same as in Example 1.
各試作ボンドフラックスの評価は、条件No.3による片面サブマージアーク溶接時のアーク安定性、溶接後のスラグ剥離性、アンダーカットの有無、表ビード表面の鉄粒突起及びスラグこびり付きの有無、ビード外観・形状を調査し、さらに溶接金属の引張強度、靭性及び溶接金属酸素量を調査した。 Each prototype bond flux was evaluated under the condition no. Investigate arc stability during single-sided submerged arc welding according to No. 3, slag peelability after welding, presence of undercut, presence of iron grain protrusions and slag sticking on the surface bead surface, bead appearance and shape, and tensile of weld metal The strength, toughness and weld metal oxygen content were investigated.
溶接金属の機械性能評価は、溶接試験体の鋼板板厚の中央を中心にシャルピー衝撃試験片(JIS Z2242 Vノッチ試験片)及び引張試験片(JIS Z 2241 10号)を採取して、機械試験を実施した。靭性の評価は、−20℃におけるシャルピー衝撃試験により行い、各々繰返し数3本の平均により評価した。なお、シャルピー衝撃試験の吸収エネルギーは80J以上を良好とした。引張強さの評価は490〜690MPaを良好とした。これらの調査結果を表8にまとめて示す。 The mechanical performance evaluation of the weld metal was performed by taking a Charpy impact test piece (JIS Z2242 V-notch test piece) and a tensile test piece (JIS Z2241 No. 10) around the center of the thickness of the steel plate of the weld specimen. Carried out. The toughness was evaluated by a Charpy impact test at −20 ° C., and evaluated by the average of 3 repetitions. The absorbed energy in the Charpy impact test was 80 J or more. Evaluation of tensile strength made 490-690 MPa favorable. These survey results are summarized in Table 8.
表7及び表8中のフラックス記号F25〜F28が本発明例、フラックス記号F29〜F32は比較例である。本発明例であるフラックス記号F25〜F28は、フラックス成分及び鉄粉原材料の平均粒径が適正であるので、大入熱の4電極による片面サブマージアーク溶接でアーク安定性及びスラグ剥離性が良好で表ビード表面の鉄粒突起及びスラグこびり付きは無く表ビード及び裏ビード共にビード形状・外観が良好で、溶接金属の機械性能も優れており、極めて満足な結果であった。 Flux symbols F25 to F28 in Tables 7 and 8 are examples of the present invention, and flux symbols F29 to F32 are comparative examples. Since the flux symbols F25 to F28, which are examples of the present invention, have an appropriate average particle size of the flux component and the iron powder raw material, arc stability and slag peelability are good in single-sided submerged arc welding with four electrodes with large heat input. There was no iron grain protrusion and slag sticking on the surface of the front bead, both the front bead and the back bead had good bead shape and appearance, and the mechanical performance of the weld metal was excellent, which was a very satisfactory result.
比較例中フラックス記号F29は、Alを含有していないので、溶接金属の吸収エネルギーが低値であった。 Since flux symbol F29 in the comparative example does not contain Al, the absorbed energy of the weld metal was low.
フラックス記号F30は、Alが多いので、溶接金属の吸収エネルギーが低値であった。 Since the flux symbol F30 has a large amount of Al, the absorbed energy of the weld metal was low.
フラックス記号F31は、TiO2が多いので、スラグがビード表面に少しこびり付き、鉄粒突起も少し発生した。また、Alが少ないので、溶接金属の吸収エネルギーが低値であった。 Since the flux symbol F31 has a large amount of TiO 2 , the slag sticks a little on the bead surface, and a few iron grain protrusions are generated. Moreover, since there is little Al, the absorbed energy of the weld metal was low.
フラックス記号F32は、鉄粉原材料の平均粒子径が大きいので、表ビードに鉄粒突起が少し発生した。また、Alが多いので、溶接金属の吸収エネルギーが低値であった。 In the flux symbol F32, since the average particle diameter of the iron powder raw material is large, some iron grain protrusions were generated on the front bead. Moreover, since there is much Al, the absorbed energy of the weld metal was low.
1 裏当銅板
2 裏フラックス
3 エアーホース
4 被溶接鋼板
4a 開先裏面
5 ワイヤ
6 表フラックス
1 Back
Claims (4)
SiO2:5〜24%、
MgO:12〜30%、
CaO:3〜15%、
Al2O3:5〜17%、
CaF2:7〜19%、
ZrO2:0.5〜5%、
B2O3:0.1〜3%、
CaCO3及びMgCO3の1種又は2種のCO2換算値の合計:2〜7%、
Fe:10〜35%、
Si:0.3〜4%、
Mn:0.3〜1%、
Mo:0.1〜3%、
Ti:0.1〜3%を含有し、その他はアルカリ金属酸化物及び不可避不純物からなることを特徴とする多電極片面サブマージアーク溶接用ボンドフラックス。 % By mass
SiO 2 : 5 to 24%,
MgO: 12-30%,
CaO: 3 to 15%,
Al 2 O 3 : 5 to 17%,
CaF 2 : 7 to 19%,
ZrO 2 : 0.5 to 5%,
B 2 O 3 : 0.1 to 3%,
Sum of 1 or 2 types of CO 2 converted values of CaCO 3 and MgCO 3 : 2 to 7%,
Fe: 10 to 35%,
Si: 0.3 to 4%
Mn: 0.3 to 1%
Mo: 0.1 to 3%,
A bond flux for multi-electrode single-sided submerged arc welding characterized by containing Ti: 0.1 to 3% and the other consisting of an alkali metal oxide and inevitable impurities.
Al:0.05〜0.5%を更に含有することを特徴とする請求項1記載の多電極片面サブマージアーク溶接用ボンドフラックス。 % By mass
The bond flux for multi-electrode single-sided submerged arc welding according to claim 1, further comprising Al: 0.05 to 0.5%.
TiO2:1.5%以下であることを特徴とする請求項1又は2記載の多電極片面サブマージアーク溶接用ボンドフラックス。 % By mass
TiO 2: 1.5% claim 1 or 2 multielectrode sided submerged arc welding bonded flux, wherein the less.
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