(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱硬化性樹脂をコーティングしたフラックスと熱硬化性樹脂をコーティングしないフラックスとを混合してなる片面サブマージアーク溶接用裏当てフラックスにおいて、熱硬化性樹脂をコーティングしたフラックスはフラックス全質量あたり４０乃至５０質量％であり、前記熱硬化性樹脂量は熱硬化性樹脂をコーティングしたフラックス全質量あたり２乃至９質量％であり、粒子径が２１０乃至１１９０μｍであるフラックスはフラックス全質量あたり８０質量％以上であり、１４メッシュ、３２メッシュ、４８メッシュ及び６５メッシュの如何なる篩にかけた場合にも、熱硬化性樹脂をコーティングしたフラックス全量に対する前記篩中に残る熱硬化性樹脂をコーティングしたフラックスの質量比率と、熱硬化性樹脂をコーティングしないフラックス全量に対する前記篩中に残る熱硬化性樹脂をコーティングしないフラックスの質量比率との差が５質量％以下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てフラックス。
【請求項２】
前記熱硬化性樹脂をコーティングしたフラックスと前記熱硬化性樹脂をコーティングしないフラックスとの間の見かけ密度の差が０．７ｇ／ｃｍ３以下であることを特徴とする請求項１に記載の片面サブマージアーク溶接用裏当てフラックス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、片面サブマージアーク溶接において、被溶接材の溶接部裏側に設けられた銅板と被溶接材との間に配置される裏当フラックスに関し、特に、この銅板と裏当てフラックスとを使用する片面サブマージアーク溶接において発生しやすいアンダーカット等の欠陥を防止することができる片面サブマージアーク溶接用裏当てフラックスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
片面サブマージアーク溶接方法は、片面から一度の溶接のみで、比較的厚板まで仕上げることができ、極めて高能率な溶接方法であることから、造船の板継ぎ溶接を始めとして、種々の構造物の溶接に適用されている。
【０００３】
しかし、この片面溶接は、被溶接材の表側から溶接して被溶接材の裏側にビードを形成することから、不適正な裏当てフラックスを使用して溶接すると、裏ビードに欠陥が生じ、その欠陥の補修に多大な時間が費やされ、高能率という利点も効果が半減してしまう。
【０００４】
現在、多く適用されている片面サブマージアーク溶接方法は、裏当てに、フラックスのみを使用する方法と、銅板及びフラックスを使用する方法とに大別することができる。このうち、銅板及びフラックスを裏当てに使用する片面サブマージアーク溶接方法においては、当金として銅板を使用し、この銅板に裏当てフラックスを一定厚さで配置し、このフラックスを間に挟んで銅板を被溶接母材である鋼板の開先裏面に押し付け、開先裏面にフラックスと銅板とを配置して溶接する溶接方法である。この方法は、裏当に銅板を使用することから、高電流による溶接が可能であり、フラックスのみによる方法に比して更に高能率な溶接方法である。
【０００５】
しかし、この銅板とフラックスとを使用する片面サブマージアーク溶接方法は、裏ビードにアンダーカットが発生しやすく、また、溶接条件、開先精度又は母材の溶接歪み等により当金銅板の冷却状態が変化して裏ビードの凝固が不均一になることから、ビード幅及び余盛高さが揃いにくいという欠点を有する。
【０００６】
そこで、これらの欠点を改善すべく従来から種々検討がなされた結果、固形の裏当てフラックスを使用することにより、アンダーカットを防止でき、ビード幅及び余盛高さを安定化できることが判った。しかし、固形の裏当てフラックスは溶接対象の鋼板との密着性が悪く、裏ビードに鋳バリが生じたり、溶落したりするという問題点がある。そこで、裏当てフラックスが鋼板裏面に密着するまでは粉体又は粉状で、裏ビードを形成するときに固形になるように、フラックスの粒子表面に熱硬化性樹脂をコーティングした裏当てフラックスが一般に使用されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
この熱硬化性樹脂をコーティングしたフラックスを裏当フラックスに使用することにより、銅板とフラックスとを裏当てに使用する片面サブマージアーク溶接における課題、即ち、裏ビードのアンダーカット、ビード幅及び余盛高さの不揃いは解決される。この場合に、フラックスを溶接熱で固まらせる作用を有する熱硬化性樹脂は、その扱い易さの点から常温では固形であることが必要であり、フラックス粒子の表面に均一に散布する目的から比較的低温（７０〜１００℃）で液状になる特性ものが好ましい。しかしながら、このような特性を有する熱硬化性樹脂をコーティングした裏当てフラックスは、溶接終了後、フラックス粒子の表面にコーティングされている熱硬化性樹脂が溶接熱で溶融固化することから、熱硬化性樹脂がフラックス粒子間を固結すると同時に、裏当て銅板にもフラックスがこびり付き、その除去に多大な労力と時間とが費やされる。
【０００８】
この課題を解決するために、裏当て銅板に接する部分、即ち、裏当てフラックスの下層には熱硬化性樹脂を含まないフラックスを散布する方法が提案されている（特公昭５９−４４９５８号公報）。
【０００９】
また、裏当てフラックスの粒度構成の中で、裏当て銅板上に接する部分の粒度構成を調査した結果、比較的細粒なものが多いことから、細粒フラックスについては熱硬化性樹脂のコーティング量を減らすか、又は熱硬化性樹脂をコーティングしないこととし、裏当て銅板へのフラックスのこびり付きを改善する方法が提案されている（特開平６−２１８５７６号公報）。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の裏当てフラックスの下層に熱硬化性樹脂を含まないフラックスを散布する方法では、その散布の高さの調整及び裏ビードの余盛高さが揃いにくい等の問題点がある。
【００１１】
また、細粒フラックスについては熱硬化性樹脂のコーティング量を減らすか、又は熱硬化性樹脂をコーティングしないこととする方法では、裏ビードの出方、即ち余盛高さが高いか又は低いかにより、外観が異なる虞れがあり、銅板からのフラックスの剥離性の安定性が十分でないという問題点がある。
【００１２】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、銅板とフラックスとを裏当てとして使用する片面サブマージアーク溶接法において、幅広い溶接条件でアンダーカット等の溶接欠陥を防止でき、裏ビードの余盛り高さが安定しており、形状及び外観が良好な裏ビードが得られ、溶接終了後に残フラックスが銅板表面に付着することがなく容易に剥離することができ、銅板形状の安定性を確保することができる片面サブマージアーク溶接用裏当てフラックスを提供することを目的とする。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明に係る片面サブマージアーク溶接用裏当てフラックスは、熱硬化性樹脂をコーティングしたフラックスと熱硬化性樹脂をコーティングしないフラックスとを混合してなる片面サブマージアーク溶接用裏当てフラックスにおいて、熱硬化性樹脂をコーティングしたフラックスはフラックス全質量あたり４０乃至５０質量％であり、前記熱硬化性樹脂量は熱硬化性樹脂をコーティングしたフラックス全質量あたり２乃至９質量％であり、粒子径が２１０乃至１１９０μｍであるフラックスはフラックス全質量あたり８０質量％以上であり、１４メッシュ、３２メッシュ、４８メッシュ及び６５メッシュの如何なる篩にかけた場合にも、熱硬化性樹脂をコーティングしたフラックス全量に対する前記篩中に残る熱硬化性樹脂をコーティングしたフラックスの質量比率と、熱硬化性樹脂をコーティングしないフラックス全量に対する前記篩中に残る熱硬化性樹脂をコーティングしないフラックスの質量比率との差が５質量％以下であることを特徴とする。
【００１４】
この片面サブマージアーク溶接用裏当てフラックスにおいて、前記熱硬化性樹脂をコーティングしたフラックスと前記熱硬化性樹脂をコーティングしないフラックスとの間の見かけ密度の差を０．７ｇ／ｃｍ３  以下とすることが好ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本願発明者等が前記課題を解決すべく、鋭意実験研究を重ねた結果、以下の知見を得た。先ず、形状及び外観が良好であり、余盛高さが安定しており、アンダーカットがない裏ビードを得るためには、被溶接材の開先裏側に、溶融プールが形成される前に、裏当てフラックスが固形状になっている必要がある。この裏当フラックスを固形状にする役割をするのが熱硬化性樹脂である。熱硬化性樹脂をフラックスの各粒子の表面に均一にコーティングするためには、そのコーティング時に熱硬化性樹脂は液状であることが好ましい。しかし、熱硬化性樹脂が常温で液状であると、フラックス同士が溶接前に付着してしまうことから、熱硬化性樹脂は常温では固体であり、７０〜１００℃程度で液状となり、更に、高温になると固化する特性を有する熱硬化性樹脂がフラックスの品質の安定性及び良好な裏ビードを得る上で必要である。
【００１６】
ところが、このような特性を有する熱硬化性樹脂をコーティングしたフラックスを銅板上に散布し、溶接を行うと、溶接熱によって、銅板表面が１００℃前後に加熱されることから、フラックス粒子表面にコーティングされている熱硬化性樹脂が軟化溶融し、溶接後、裏当てフラックスが銅板表面にこびり付く原因となる。
【００１７】
これを回避するためには熱硬化性樹脂の量を低減することが効果的であるが、健全で外観及び形状が良好な裏ビードを得るためには溶接時にフラックスの各粒子が安定して結合固化する必要がある。このためには、フラックス粒子表面に均一に熱硬化性樹脂がコーティングされている必要があり、この熱硬化性樹脂を均一にフラックス粒子表面にコーティングするためには、全フラックス粒子に対して２重量％以上の熱硬化性樹脂が必要である。但し、熱硬化性樹脂が全フラックス粒子に対して９重量％を超えると、溶接時のガス量が過剰となり、フラックス内からガスが放出しきれないため、裏ビードの外観が損なわれたり、ピット又はブローホール等のガス欠陥が発生したりする原因となる。従って、裏当てフラックス全重量あたりの熱硬化性樹脂量は２乃至９重量％とする。
【００１８】
而して、上述の熱硬化性樹脂を粒子表面に均一にコーティングしたフラックスを、裏当てフラックス全体に適用した場合、良好な品質の裏ビードが得られるものの、溶接後に裏当て銅板に残留するフラックスが銅板にこびり付くことを回避することができない。そこで、上述の熱硬化性樹脂をコーティングしたフラックスに熱硬化性樹脂をコーティングしないフラックスを機械的に均一混合して裏当フラックスとし、この裏当てフラックスの固化状態と裏ビードの品質及び溶接後の残留フラックスの銅板へのこびり付き状況について種々実験研究したところ、粒度構成が略同じフラックスで、フラックスの全重量を１００％としたとき、熱硬化性樹脂をコーティングしたフラックスが４０乃至５０重量％を占める裏当てフラックスの場合にはフラックスの固化状態が良好であり、裏ビードのアンダーカットが発生せず、外観が良好で、形状が安定した裏ビードが得られ、更に課題であった溶接後の残留フラックスの銅板へのこびり付き現象も飛躍的に改善することができた。
【００１９】
熱硬化性樹脂をコーティングしたフラックスの比率が裏当てフラックス全重量あたり４０重量％未満では裏当てフラックスの固化力が弱く、裏ビードの安定性が不十分となる。一方、熱硬化性樹脂をコーティングしたフラックスの比率が裏当てフラックス全重量当たり５０重量％を超えると、溶接後に残留する裏当てフラックスが銅板にこびり付く現象を改善することができない。従って、本発明においては、熱硬化性樹脂をコーティングしたフラックスと熱硬化性樹脂をコーティングしないフラックスとを混合して裏当てフラックスとし、この裏当てフラックス全重量あたり、熱硬化性樹脂をコーティングしたフラックスは４０乃至５０重量％とし、残部を熱硬化性樹脂をコーティングしないフラックスとする。
【００２０】
次いで、フラックスの粒子径については、粒子径が２１０乃至１１９０μｍであるフラックスがフラックス全重量当たり８０重量％以上となるようにする。フラックス全体の粒度としては、２１０μｍ（ＪＩＳ  Ｚ３３５２規定の粒度メッシュ：６５メッシュ相当）より細粒であるフラックスの比率が裏当てフラックス全重量あたり２０重量％を超えると、裏ビードの余盛り高さが不安定になり、また、溶接後に残留する裏当てフラックスが銅板にこびり付きやすくなる。一方、１１９０μｍ（ＪＩＳ  Ｚ３３５２規定の粒度メッシュ：１４メッシュ相当）より粗粒のフラックスが裏当てフラックス全重量あたり２０重量％を超えると、裏ビードに鋳バリが発生したり、ビード幅が不安定になったりする。従って、粒子径が２１０乃至１１９０μｍであるフラックスが裏当てフラックス全重量あたり８０重量％以上となるように粒子径を規定する。
【００２１】
この２１０乃至１１９０μｍを下限値とするフラックス粒度構成において、熱硬化性樹脂をコーティングしたフラックスと、熱硬化性樹脂をコーティングしないフラックスとについて、夫々その全量あたりの重量比率の差が５％以下となるようにする。
【００２２】
熱硬化性樹脂をコーティングしたフラックスと、熱硬化性樹脂をコーティングしないフラックスとの各粒度構成が異なり、各粒度における熱硬化性樹脂をコーティングした粒子と熱硬化性樹脂をコーティングしていない粒子との存在割合が不均一になると、裏ビードの外観が損なわれたり、裏当てフラックスの固化状態が不安定になるため、ビードの余盛り高さが不均一となる。従って、２１０乃至１１９０μｍの間の如何なる粒度の篩を使用して篩った場合においても、篩中に残留するフラックスのうち、熱硬化性樹脂をコーティングしたフラックスの熱硬化性樹脂をコーティングしたフラックス全体に対する重量比率と、熱硬化性樹脂をコーティングしないフラックスの熱硬化性樹脂をコーティングしないフラックス全体に対する重量比率との差が５重量％以下となるようにする。
【００２３】
なお、裏当てフラックスの成分については、熱硬化性樹脂をコーティングしたフラックスと熱硬化性樹脂をコーティングしないフラックスとの成分が異なっていても裏ビードの形成等に何ら問題はない。
【００２４】
しかし、裏当てフラックスの見かけ密度については、熱硬化性樹脂をコーティングしたフラックスと熱硬化性樹脂をコーティングしないフラックスとの見かけ密度の差が０．７ｇ／ｃｍ３  以下にすることにより、双方のフラックスがより均一に混合され、より良好な裏ビードが得られる。
【００２５】
【実施例】
以下、本発明に係る片面サブマージアーク溶接用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。
【００２６】
先ず、種々の組成を有するフラックスについて、熱硬化性樹脂をコーティングしたフラックスと熱硬化性樹脂をコーティングしないフラックスとをその混合比率及びフラックスの粒度構成を変化させて混合し、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、得られた裏ビートの外観、形状、ビード幅の安定性等を観察することにより、溶接性を評価した。
【００２７】
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、鋼板の突合せ端面に開先角度６０°のＶ型開先２を形成した。ルート長は３ｍｍである。前記裏当てフラックスを開先裏面３に銅板に支持させて配置し、開先２側に表フラックスを供給してサブマージアーク溶接した。鋼板１は板厚が１６ｍｍで、鋼種はＳＭ４００である。また、使用した溶接ワイヤの径は４．８ｍｍ及び６．４ｍｍである。この鋼板１の材質及び溶接ワイヤの材質を、下記表１に示す。
【００２８】
また、表フラックスの組成を下記表２に示す。この表フラックスとしては、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。
【００２９】
更に、本実施例において使用した裏当てフラックスの組成を下記表３に示す。溶接条件は下記表４に示す。
【００３０】
下記表５及び表６は夫々本発明の実施例及び比較例における裏当てフラックスの種類、粒度構成、見掛密度、樹脂量及び熱硬化性樹脂をコーティングしたフラックスと熱硬化性樹脂をコーティングしないフラックスとの混合比率を示す。なお、表５及び６において、フラックスの種類、粒度構成、見掛密度、樹脂量及び混合比率の欄は、夫々、上段が熱硬化性樹脂をコーティングしたフラックス、下段が熱硬化性樹脂をコーティングしないフラックスについてのものである。但し、比較例７はフラックス全量が熱硬化性樹脂をコーティングしたものであり、比較例１１は、下段に熱硬化性樹脂をコーティングしたフラックスを示した。
【００３１】
片面サブマージアーク溶接後に得られた裏ビードの品質及び裏当てフラックスの銅板へのこびりつきの評価結果について、下記表７に示す。評価基準としては、極めて良好なものは◎、良好なものは○、やや不良のものは△、不良のものは×とした。
【００３２】
【表１】
0003617589.tif 000002
【００３３】
【表２】
0003617589.tif 000003
【００３４】
【表３】
0003617589.tif 000004
但し、その他の成分は、ＣＯ２，Ｂ２Ｏ３，Ｆｅ−Ｓｉ，Ｆｅ−Ｍｎ，Ｎａ２Ｏ，ＭｎＯ等である。
【００３５】
【表４】
0003617589.tif 000005
【００３６】
【表５】
0003617589.tif 000006
【００３７】
【表６】
0003617589.tif 000007
【００３８】
【表７】
0003617589.tif 000008
【００３９】
上記表５乃至７に示すように、実施例Ｎｏ．１乃至６は熱硬化性樹脂をコーティングしたフラックスと熱硬化性樹脂をコーティングしないフラックスとの混合比率及びフラックスの粒度構成並びに熱硬化性樹脂量が本発明の範囲内であるので、裏ビードの外観、形状、幅の安定性及び余盛り高さの安定性は全て良好であり、健全な裏ビードが形成された。また、裏当て銅板に裏当てフラックスがこびり付くことはなく、溶接後の余分な裏当てフラックスを銅板表面から容易に剥離することができた。但し、実施例５，６は、見掛密度差が０．７ｇ／ｃｍ３を超えているので、見掛密度差が０．７ｇ／ｃｍ３以下である他の実施例１乃至４に比して特性が若干低い。
【００４０】
一方、比較例Ｎｏ．７は全量熱硬化性樹脂をコーティングしたフラックスを裏当てフラックスとして使用したので、溶接後に残留した裏当てフラックスが銅板にこびりつき、その剥離が困難であった。また、比較例Ｎｏ．８は全フラックス重量当たりの熱硬化性樹脂をコーティングしたフラックスの比率が本発明の範囲を超えているため、銅板表面への裏当てフラックスのこびり付きが多く、その剥離が不十分であった。比較例Ｎｏ．９は逆に裏当てフラックス全重量あたりの熱硬化性樹脂をコーティングしたフラックスの比率が本発明の範囲より低いものであるため、溶接の際に、裏当てフラックスを固化する効果が低く、裏ビードの外観及び形状がやや不良であり、幅及び余盛り高さの安定性が低かった。
【００４１】
また、比較例Ｎｏ．１０は熱硬化性樹脂をコーティングしたフラックスと熱硬化性樹脂をコーティングしないフラックスとの粒度構成が本発明にて規定する範囲を外れており、熱硬化性樹脂をコーティングしないフラックスの方が熱硬化性樹脂をコーティングしたフラックスよりも本発明の範囲を超えて細粒であったので、裏ビードの幅及び余盛り高さの安定性が不十分であった。
【００４２】
更に、比較例Ｎｏ．１１は熱硬化性樹脂の量が本発明の範囲を超えているため、溶接中にガスが多量に発生し、裏ビードにポックマークが発生し、また、溶接後に残留する裏当てフラックスが銅板にこびり付く量が多く、その剥離が不十分であった。比較例Ｎｏ．１２は  熱硬化性樹脂量が本発明の範囲未満であったため、溶接時に裏当てフラックスを固化する効果が弱く、裏ビードの外観、形状、幅及び余盛り高さの安定性が不十分であった。
【００４３】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、熱硬化性樹脂を所定の範囲に規定してコーティングしたフラックスと、熱硬化性樹脂をコーティングしないフラックスとの混合比率及び前記双方のフラックス粒度構成を適切に規定したので、外観、形状、幅及び余盛り高さが安定した健全な裏ビードを形成することができ、裏当て銅板への裏当てフラックスのこびり付き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】
0003617589.tif 000009