(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融型フラックス剤のみを使用したフラックス原料及び熱硬化性樹脂を有し、嵩密度が１．２０乃至１．４５（ｇ／ｃｍ３）である裏当てフラックスにおいて、
前記フラックス原料は、フラックス原料全重量あたり、ＣａＦ２：５．０乃至２０．０重量％、ＺｒＯ２：５．０乃至２５．０重量％、ＭｇＯ：２０．０乃至４０．０重量％、ＳｉＯ２：３０．０乃至５０．０重量％、ＴｉＯ２：１．０乃至５．０重量％、ＭｎＯ：０．５乃至５．０重量％、ＣａＯ：０．３乃至５．０重量％及びＡｌ２Ｏ３：０．３乃至５．０重量％を含有し、残部が総量で１重量％以下の微量成分及び不可避的不純物からなるものであって、
前記ＣａＦ２、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、ＭｎＯの含有量を重量％で、夫々、［ＣａＦ２］、［ＺｒＯ２］、［ＴｉＯ２］、［ＭｎＯ］としたとき、数式Ａ＝（［ＣａＦ２］＋［ＺｒＯ２］）／（［ＴｉＯ２］＋［ＭｎＯ］）によって算出されるＡが２．０乃至９．０重量％であり、
前記熱硬化性樹脂は、裏当てフラックス全重量あたり、０．５乃至１５重量％含有されていることを特徴とする片面溶接用溶融型裏当てフラックス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は造船等の種々の構造物の溶接に適用される片面溶接用の裏当てフラックスに関し、特に、均一で適切な余盛り高さを有する裏ビードを形成することができると共に、裏ビード表面の横割れを防止することができる片面溶接用溶融型裏当てフラックスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
フラックス銅当金片面サブマージアーク溶接法は、銅板の上に裏当てフラックスを一定厚さで配置し、この銅板をフラックスが存在する面を母材（鋼板）の開先裏面側に向けて配置し、これをエアホースによって開先裏面側に押しつけながら開先面側から溶接する溶接方法である。この溶接方法は両面溶接と同様の効果を得ることができるものであるので、鋼板を反転させることなく、片側のみからの溶接で１００％の溶込みを確保することができ、その溶接能率は極めて高くなる。従って、片面溶接法は造船等の分野を主として、種々の多くの構造物の溶接に適用されている。
【０００３】
このような片面溶接法においては、裏ビード側の溶融金属は銅板によって保持されるので、裏ビードの先端は銅板により冷却されて凝固する。しかし、溶接条件、開先精度及び母材の溶接歪み等によって、裏ビードの余盛り高さが過大になったり、不均一になったりすると、銅板による冷却状態も変化することがある。これにより、例えば裏ビードの凝固状態が局部的に異なり、凝固収縮時に割れが発生し、これが裏ビード表面に横割れを発生させることになる。従って、片面溶接法を使用する場合、均一で適切な余盛り高さを有する裏ビードを形成することができる条件を選択することが必要である。
【０００４】
そこで、均一で適切な余盛り高さを有する裏ビードを形成することができると共に、裏ビード表面の横割れの防止を図った片面溶接方法が提案されている（特開昭５３−８５７４６号公報、特開昭５６−１２６０７１号公報及び特開昭５８−８４６７５号公報）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開昭５３−８５７４６号公報及び特開昭５８−８４６７５号公報に開示された溶接方法を使用する場合、２層の粉体を正確な高さで均一に散布することが極めて困難であるので、溶接作業が煩雑になるという問題点がある。また、特開昭５６−１２６０７１号公報に開示された溶接方法においては、２種類の粉体を均一に混合することが極めて困難であるので、その結果、安定した余盛り高さを有する裏ビードを得ることができないことがある。このように、従来の片面溶接方法は、いずれも、実用に適したものではない。
【０００６】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、均一で適切な余盛り高さを有する裏ビードを容易に形成することができ、これにより、裏ビードの表面に発生しやすい横割れを防止することができる片面溶接用溶融型裏当てフラックスを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る片面溶接用溶融型裏当てフラックスは、溶融型フラックス剤のみを使用したフラックス原料及び熱硬化性樹脂を有し、嵩密度が１．２０乃至１．４５（ｇ／ｃｍ３）である裏当てフラックスにおいて、前記フラックス原料は、フラックス原料全重量あたり、ＣａＦ２：５．０乃至２０．０重量％、ＺｒＯ２：５．０乃至２５．０重量％、ＭｇＯ：２０．０乃至４０．０重量％、ＳｉＯ２：３０．０乃至５０．０重量％、ＴｉＯ２：１．０乃至５．０重量％、ＭｎＯ：０．５乃至５．０重量％、ＣａＯ：０．３乃至５．０重量％及びＡｌ２Ｏ３：０．３乃至５．０重量％を含有し、残部が総量で１重量％以下の微量成分及び不可避的不純物からなるものであって、前記ＣａＦ２、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、ＭｎＯの含有量を重量％で、夫々、［ＣａＦ２］、［ＺｒＯ２］、［ＴｉＯ２］、［ＭｎＯ］としたとき、数式Ａ＝（［ＣａＦ２］＋［ＺｒＯ２］）／（［ＴｉＯ２］＋［ＭｎＯ］）によって算出されるＡが２．０乃至９．０重量％であり、前記熱硬化性樹脂は、裏当てフラックス全重量あたり、０．５乃至１５重量％含有されていることを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
片面溶接時に使用する裏当てフラックスは、粒状物により構成されているので、粒子内及び粒子間に空隙部を有している。このような裏当てフラックスは、溶接中に溶融してスラグになると、空隙分だけ体積減少が起こって空間が生じる。裏ビードは、このような空間に溶融金属が充填されて凝固することにより形成される。即ち、良好な裏ビードを形成させるためには、適切な量の空間を形成させることが極めて重要な課題であり、裏当てフラックスの嵩密度を特定範囲内に保持することが必要となる。
【０００９】
そこで、本願発明者等が種々の嵩密度を有する裏当てフラックスを使用して、鋭意実験研究を重ねた結果、適切な余盛り高さの裏ビードを得ることができる裏当てフラックス嵩密度の範囲は、１．２０乃至１．４５（ｇ／ｃｍ3）であることを見い出した。裏当てフラックスに含有されるフラックス原料の種類としては、ボンドフラックス剤単体、ボンドフラックス剤と溶融型フラックス剤との混合剤又は溶融型フラックス剤と原料粉との混合品を使用すると、同一の嵩密度を有していても良好な余盛り高さの裏ビードを得ることができない。即ち、溶融型フラックス剤のみを使用した場合に、適切な余盛り高さを有する裏ビードを得ることができる。
【００１０】
このように、フラックス原料として溶融型フラックス剤を使用して、裏当てフラックスの嵩密度を規制すると、適切な余盛り高さの裏ビードを得ることができる。しかし、これらの規制のみでは、余盛り高さの均一性を十分に得ることができない。そこで、本願発明者等がフラックス原料の組成について種々研究を行った結果、ＣａＦ2含有量及びＺｒＯ2含有量の総量と、ＴｉＯ2含有量及びＭｎＯ含有量の総量との比を適切に規制すると、これが溶融スラグの固化に影響を与えて、余盛り高さが安定した裏ビードを得ることができることを見い出した。
【００１１】
以下、本発明に係る片面溶接用溶融型裏当てフラックスについて、更に説明する。先ず、フラックス原料の組成限定理由について説明する。
【００１２】
ＣａＦ2：５．０乃至２０．０重量％
ＣａＦ2はスラグの粘性を調整する効果を有する成分である。フラックス原料中のＣａＦ2含有量がフラックス原料全重量あたり５．０重量％未満であると、スラグの流動性が不足して、スラグが部分的に凝縮し易くなるので、裏ビードの余盛り高さが不均一になって、横割れが発生する。一方、フラックス原料中のＣａＦ2含有量が２０．０重量％を超えると、スラグの流動性が過大となるので、裏ビード幅が広がりやすくなって、裏ビードの形状が不安定になる。その結果、良好な形状の裏ビードを得ることができない。従って、フラックス原料中のＣａＦ2含有量はフラックス原料全重量あたり５．０乃至２０．０重量％とする。
【００１３】
ＺｒＯ2：５．０乃至２５．０重量％
ＺｒＯ2もＣａＦ2と同様に、スラグの粘性を調整する効果を有する成分である。フラックス原料中のＺｒＯ2含有量がフラックス原料全重量あたり５．０重量％未満であると、スラグの流動性が不足して、スラグが部分的に凝縮し易くなるので、裏ビードの余盛り高さが不均一になって、横割れが発生する。一方、フラックス原料中のＺｒＯ2含有量が２５．０重量％を超えると、スラグの流動性が過大となるので、裏ビード幅が広がりやすくなって、裏ビードの形状が不安定になる。その結果、良好な形状の裏ビードを得ることができない。従って、フラックス原料中のＺｒＯ2含有量はフラックス原料全重量あたり５．０乃至２５．０重量％とする。
【００１４】
ＭｇＯ：２０．０乃至４０．０重量％
ＭｇＯはスラグを形成するための主要な成分である。フラックス原料中のＭｇＯ含有量がフラックス原料全重量あたり２０．０重量％未満であると、スラグ量が不足して、裏ビードの余盛り高さが過大となるので、裏ビードに横割れが発生する。一方、フラックス原料中のＭｇＯ含有量が４０．０重量％を超えると、スラグ量が過大となるので、スラグが厚くなって裏ビードの余盛り高さが不足する。更に、スラグ巻込みが発生することがある。従って、フラックス原料中のＭｇＯ含有量はフラックス原料全重量あたり２０．０乃至４０．０重量％とする。
【００１５】
ＳｉＯ2：３０．０乃至５０．０重量％
ＳｉＯ2もＭｇＯと同様に、スラグを形成するための主要な成分である。フラックス原料中のＳｉＯ2含有量がフラックス原料全重量あたり３０．０重量％未満であると、スラグ量が不足して、裏ビードの余盛り高さが過大となるので、裏ビードに横割れが発生する。一方、フラックス原料中のＳｉＯ2含有量が５０．０重量％を超えると、スラグ量が過大となるので、スラグが厚くなって裏ビードの余盛り高さが不足する。更に、スラグ巻込みが発生することがある。従って、フラックス原料中のＳｉＯ2含有量はフラックス原料全重量あたり３０．０乃至５０．０重量％とする。
【００１６】
ＴｉＯ2：１．０乃至５．０重量％
ＴｉＯ2はスラグ剥離性を調整する効果を有する成分である。フラックス原料中のＴｉＯ2含有量がフラックス原料全重量あたり１．０重量％未満であると、良好なスラグ剥離性を得ることができない。また、フラックス原料中のＴｉＯ2含有量が５．０重量％を超えても同様であり、特に、スラグがビードに焼き付いて、スラグ剥離性が著しく低下する。従って、フラックス原料中のＴｉＯ2含有量はフラックス原料全重量あたり１．０乃至５．０重量％とする。
【００１７】
ＭｎＯ：０．５乃至５．０重量％
ＭｎＯもＴｉＯ2と同様に、スラグ剥離性を調整する効果を有する成分である。フラックス原料中のＭｎＯ含有量がフラックス原料全重量あたり０．５重量％未満であると、良好なスラグ剥離性を得ることができない。また、フラックス原料中のＭｎＯ含有量が５．０重量％を超えても同様であり、特に、スラグがビードに焼き付いて、スラグ剥離性が著しく低下する。従って、フラックス原料中のＭｎＯ含有量はフラックス原料全重量あたり０．５乃至５．０重量％とする。
【００１８】
ＣａＯ：０．３乃至５．０重量％
ＣａＯは裏ビードを形成する際に、ビード両端において母材へのなじみ性を調整する効果を有する成分である。フラックス原料中のＣａＯ含有量がフラックス原料全重量あたり０．３重量％未満であると、アンダカットが発生する。一方、フラックス原料中のＣａＯ含有量が５．０重量％を超えると、オーバラップが発生する。従って、フラックス原料中のＣａＯ含有量はフラックス原料全重量あたり０．３乃至５．０重量％とする。
【００１９】
Ａｌ2Ｏ3：０．３乃至５．０重量％
Ａｌ2Ｏ3もＣａＯと同様に、裏ビードを形成する際に、ビード両端において母材へのなじみ性を調整する効果を有する成分である。フラックス原料中のＡｌ2Ｏ3含有量がフラックス原料全重量あたり０．３重量％未満であると、アンダカットが発生する。一方、フラックス原料中のＡｌ2Ｏ3含有量が５．０重量％を超えると、オーバラップが発生する。従って、フラックス原料中のＡｌ2Ｏ3含有量はフラックス原料全重量あたり０．３乃至５．０重量％とする。
【００２０】
次に、フラックス原料中の特定化合物の含有量の比率、裏当てフラックス全重量あたりの熱硬化性樹脂の含有量及び裏当てフラックスの嵩密度の規定理由について説明する。
【００２１】
数式Ａ＝（［ＣａＦ2］＋［ＺｒＯ2］）／（［ＴｉＯ2］＋［ＭｎＯ］）によって算出されるＡ：２．０乃至９．０
本発明においては、ＣａＦ2、ＺｒＯ2、ＴｉＯ2及びＭｎＯの含有量が適切に規制されていても、数式Ａ＝（［ＣａＦ2］＋［ＺｒＯ2］）／（［ＴｉＯ2］＋［ＭｎＯ］）によって算出されるＡが適切に規制されていない場合は、均一な余盛り高さを有する裏ビードを得ることができない。上記数式によって算出されるＡが２．０未満であると、スラグの固化が遅くなり、薄いスラグ層が部分的に形成されるので、裏ビードの余盛り高さが不均一になって、横割れが発生する。一方、上記数式によって算出されるＡが９．０を超えると、スラグの固化が速くなり、厚いスラグ層が部分的に形成されるので、裏ビードの余盛り高さが不均一になって、横割れが発生する。従って、数式Ａ＝（［ＣａＦ2］＋［ＺｒＯ2］）／（［ＴｉＯ2］＋［ＭｎＯ］）によって算出されるＡは２．０乃至９．０とする。
【００２２】
なお、上記数式中において、［ＣａＦ2］、［ＺｒＯ2］、［ＴｉＯ2］、［ＭｎＯ］は、夫々、フラックス原料中に含有されるＣａＦ2、ＺｒＯ2、ＴｉＯ2、ＭｎＯの含有量を重量％で表したものである。
【００２３】
裏当てフラックス全重量あたりの熱硬化性樹脂：０．５乃至１５．０重量％
熱硬化性樹脂は加熱によって硬化する特性を有しているので、この樹脂を裏当てフラックス中に含有させることによって、溶接時に粉粒状のフラックス原料が固形化して、母材とのなじみがより一層良好になる。これにより、裏ビードの外観及び余盛り高さの均一性を更に一層向上させることができる。裏当てフラックス全重量あたりの熱硬化性樹脂の含有量が０．５重量％未満であると、その効果を十分に得ることができない。一方、裏当てフラックス全重量あたりの熱硬化性樹脂の含有量が１５．０重量％を超えると、溶接中に熱硬化性樹脂から多量の分解ガスが発生して、裏ビードにガス溝等のガス欠陥が発生する。従って、裏当てフラックス全重量あたりの熱硬化性樹脂の含有量は、０．５乃至１５．０重量％とする。
【００２４】
微量成分及び不可避的不純物の総量：１重量％以下
ＦｅＯ、ＬｉＯ2等の微量成分及び不可避的不純物の総量が１重量％を超えると、裏ビードの余盛り高さが不均一になって、横割れが発生する。従って、裏当てフラックス全重量あたりの微量成分及び不可避的不純物は総量で１重量％以下に規制する。
【００２５】
裏当てフラックスの嵩密度：１．２０乃至１．４５（ｇ／ｃｍ3）
前述の如く、本発明においては、適切な余盛り高さの裏ビードを得るために、裏当てフラックスの嵩密度を規定している。嵩密度が１．２０（ｇ／ｃｍ3）未満であると、スラグ量が不足して、裏ビードの余盛り高さが過大になるので、裏ビードに横割れが発生する。一方、嵩密度が１．４５（ｇ／ｃｍ3）を超えると、スラグ量が過大になって、裏ビードの余盛り高さが不足すると共に、スラグ巻込みが発生することがある。従って、裏当てフラックスの嵩密度は１．２０乃至１．４５（ｇ／ｃｍ3）とする。
【００２６】
【実施例】
以下、本発明に係る片面溶接用溶融型裏当てフラックスの実施例についてその比較例と比較して具体的に説明する。
【００２７】
先ず、種々の組成を有するフラックス原料と熱硬化性樹脂とを混合して裏当てフラックスを調整し、これを使用して、下記表１に示す溶接条件で片面サブマージアーク溶接を実施した。次に、得られた裏ビードの形状、横割れの発生の有無等を観察することにより、溶接性を評価した。
【００２８】
図１は本実施例において溶接母材として使用した鋼板の開先形状を示す断面図である。図１に示すように、上面から端面に向けて傾斜した切欠きが設けられた２枚の鋼板１を準備し、これらをその端面同士を突き合わせて配置することによりＶ型開先部２を形成した。そして、銅板（図示せず）の表面に前記裏当てフラックスを配置し、この銅板を鋼板１の開先裏面３に当接させた後、Ｖ型開先部２側からサブマージアーク溶接を実施した。
【００２９】
なお、本実施例においては、板厚が２０ｍｍであるＳＭ４００鋼板１を使用し、開先部２の開先角度を５０°、ルート面の幅を３ｍｍとして、溶接には、４．８ｍｍ、６．４ｍｍの２種類のワイヤ径を有するワイヤを使用した。また、溶接面側におけるフラックス剤としては、ＪＩＳ  Ｚ３３５２に規定された粒度メッシュが１０×４８のものを使用した。
【００３０】
本実施例において使用した鋼板及びワイヤの化学組成を下記表２に示し、溶接面側におけるフラックス剤の化学組成を下記表３に示す。また、フラックス原料全重量あたりのフラックス原料組成を下記表４乃至６に示し、数式Ａ＝（［ＣａＦ2］＋［ＺｒＯ2］）／（［ＴｉＯ2］＋［ＭｎＯ］）によって算出されるＡの値、裏当てフラックス全重量あたりの熱硬化性樹脂の含有量及び裏当てフラックスの嵩密度並びに溶接性の評価結果を下記表７乃至９に示す。なお、下記表４乃至６のフラックス原料の化学組成において、その他の成分としては、ＦｅＯ及びＬｉＯ2等の微量成分と不可避的不純物とがある。
【００３１】
【表１】
0003672148.tif 000002
【００３２】
【表２】
0003672148.tif 000003
【００３３】
【表３】
0003672148.tif 000004
【００３４】
【表４】
0003672148.tif 000005
【００３５】
【表５】
0003672148.tif 000006
【００３６】
【表６】
0003672148.tif 000007
【００３７】
【表７】
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【００３８】
【表８】
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【００３９】
【表９】
0003672148.tif 000010
【００４０】
上記表４乃至９に示すように、実施例Ｎｏ．１乃至１８はフラックス原料の組成、数式により算出されるＡ値、裏当てフラックス中の熱硬化性樹脂の含有量及び裏当てフラックスの嵩密度が本発明の範囲内であるので、均一で適切な余盛り高さを有する裏ビードが形成された。また、裏ビード表面において、横割れの発生を防止することができた。
【００４１】
一方、比較例Ｎｏ．１９はフラックス原料中のＣａＦ2含有量が本発明範囲の下限未満であるので、裏ビードの余盛り高さが不均一になって横割れが発生した。比較例Ｎｏ．２０はフラックス原料中のＣａＦ2含有量が本発明範囲の上限を超えているので、裏ビード幅が広がりすぎて、良好な形状の裏ビードを得ることができなかった。比較例Ｎｏ．２１はフラックス原料中のＺｒＯ2含有量が本発明範囲の下限未満であるので、裏ビードの余盛り高さが不均一になって横割れが発生した。比較例Ｎｏ．２２はフラックス原料中のＺｒＯ2含有量が本発明範囲の上限を超えているので、裏ビード幅が広がりすぎて、良好な形状の裏ビードを得ることができなかった。
【００４２】
比較例Ｎｏ．２３はフラックス原料中のＭｇＯ含有量が本発明範囲の下限未満であるので、裏ビードの余盛り高さが過大となって横割れが発生した。比較例Ｎｏ．２４はフラックス原料中のＭｇＯ含有量が本発明範囲の上限を超えているので、裏ビードの余盛り高さが不足した。比較例Ｎｏ．２５はフラックス原料中のＳｉＯ2含有量が本発明範囲の下限未満であるので、裏ビードの余盛り高さが過大となって横割れが発生した。比較例Ｎｏ．２６はフラックス原料中のＳｉＯ2含有量が本発明範囲の上限を超えているので、裏ビードの余盛り高さが不足すると共に、スラグ巻込みが発生した。
【００４３】
比較例Ｎｏ．２７はフラックス原料中のＴｉＯ2含有量が本発明範囲の下限未満であるので、溶接裏面側において裏当てフラックスのスラグ剥離性が低下した。比較例Ｎｏ．２８はフラックス原料中のＴｉＯ2含有量が本発明範囲の上限を超えているので、溶接裏面側において裏当てフラックスのスラグ剥離性が低下すると共に、スラグの焼き付きが発生した。比較例Ｎｏ．２９はフラックス原料中のＭｎＯ含有量が本発明範囲の下限未満であるので、溶接裏面側において裏当てフラックスのスラグ剥離性が低下した。比較例Ｎｏ．３０はフラックス原料中のＭｎＯ含有量が本発明範囲の上限を超えているので、溶接裏面側において裏当てフラックスのスラグ剥離性が低下すると共に、スラグの焼き付きが発生した。
【００４４】
比較例Ｎｏ．３１はフラックス原料中のＣａＯ含有量が本発明範囲の下限未満であるので、裏ビードにアンダカットが発生した。比較例Ｎｏ．３２はフラックス原料中のＣａＯ含有量が本発明範囲の上限を超えているので、裏ビードにオーバラップが発生した。比較例Ｎｏ．３３はフラックス原料中のＡｌ2Ｏ3含有量が本発明範囲の下限未満であるので、裏ビードにアンダカットが発生した。比較例Ｎｏ．３４はフラックス原料中のＡｌ2Ｏ3含有量が本発明範囲の上限を超えているので、裏ビードにオーバラップが発生した。
【００４５】
比較例Ｎｏ．３５乃至３７は数式により算出されるＡ値が本発明範囲の上限を超えており、比較例Ｎｏ．３８乃至４０は数式により算出されるＡ値が本発明範囲の下限未満であるので、いずれも裏ビードの余盛りの高さが不均一となって、横割れが発生した。比較例Ｎｏ．４１は裏当てフラックスの嵩密度が本発明範囲の下限未満であるので、裏ビードの余盛り高さが過大となって横割れが発生した。比較例Ｎｏ．４２は裏当てフラックスの嵩密度が本発明範囲の上限を超えているので、裏ビードの余盛りの高さが不足した。
【００４６】
比較例Ｎｏ．４３は熱硬化性樹脂の含有量が本発明範囲の下限未満であるので、裏ビードの余盛り高さが不均一となって、横割れが発生した。比較例Ｎｏ．４４は熱硬化性樹脂の含有量が本発明範囲の上限を超えているので、裏ビードにガス溝が発生した。
【００４７】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、片面溶接時に使用する裏当てフラックスのフラックス原料組成、裏当てフラックス中の熱硬化性樹脂の含有量及び裏当てフラックスの嵩密度等が適切に規定されているので、均一で適切な余盛り高さを有する裏ビードを容易に形成することができ、これにより、裏ビードの表面に発生しやすい横割れを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施例において溶接母材として使用した鋼板の開先形状を示す断面図である。
【符号の説明】
１；鋼板
２；開先部
３；開先裏面
【図１】
0003672148.tif 000011