(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
800℃の還元性雰囲気における還元減量が0.05wt％以上、かつSiＯ2：30〜60wt％、MgＯ：30〜50wt％、あるいはさらにMnＯ：0.01〜30wt％を含む、SiＯ2−MgＯ系複合酸化物を、フラックス中のSiＯ2源、MgＯ源、あるいはさらにマンガン酸化物源の少なくとも一部として10〜80wt％配合してなり、1100℃×30分の熱処理による嵩の減少量が20％以下、軟化温度が1200〜1300℃であることを特徴とするサブマージアーク溶接用焼成型フラックス。
【請求項２】
800℃の還元性雰囲気における還元減量が0.05wt％以上、かつSiＯ2：30〜60wt％、MgＯ：30〜50wt％、あるいはさらにMnＯ：0.01〜30wt％を含む、SiＯ2−MgＯ系複合酸化物を10〜80wt％配合したフラックスであり、しかもこのフラックスは、少なくともマンガン酸化物（MnＯ量換算で）：５〜20wt％、Li2Ｏ、Na2Ｏ、Ｋ2Ｏの合計量：３wt％以下を満足し、1100℃×30分の熱処理による嵩の減少量が20％以下、軟化温度が1200〜1300℃であることを特徴とするサブマージアーク溶接用焼成型フラックス。
【請求項３】
請求項１または２に記載のフラックスにおいて、フラックスの成分組成が、全SiＯ2：30〜70wt％、MgＯ：３〜30wt％、マンガン酸化物（MnＯ量換算で）：５〜20wt％、Li2Ｏ、Na2Ｏ、Ｋ2Ｏの合計量：３wt％以下Al2Ｏ3：２〜20wt％、CaＯ：10wt％以下、CaＦ2：15wt％以下および脱酸剤：10wt％以下を含有してなることを特徴とするサブマージアーク溶接用焼成型フラックス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、船舶、海洋構造物、貯槽、鉄骨、橋梁等の鋼構造物の溶接に用いられるサブマージアーク溶接用フラックスに関し、とくに溶接組立式Ｈ型部材の隅肉継手溶接を高速でサブマージアーク溶接する場合等において、欠陥のない溶接部が安定して得られ、優れた溶接作業性を有するサブマージアーク溶接用焼成型フラックスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
サブマージアーク溶接（潜弧溶接）用のフラックスは、一般に、２酸化ケイ素（ＳｉＯ２）を主体とし、酸化マグネシウム  （ＭｇＯ）、マンガン酸化物（ＭｎＯ、  Ｍｎ３Ｏ４など）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３  ）およびその他の酸化物、ふっ化物等を原料として製造されている。
そして、このサブマージアーク溶接用フラックスはその製造方法により、溶融型フラックス、焼成型フラックス（焼結型フラックスも含む、以下同じ）および混合型フラックスに分類される。
このうち、焼成型フラックスは一般に、酸化物やふっ化物等のフラックス原料粉に結合剤（バインダー）として珪酸ソーダなどを添加し、混練、造粒、乾燥、焼成の工程を経て製造される。まれに、結合剤が省略される場合もある。このような焼成型フラックスは、比較的簡単な設備で製造可能なために、安価であるうえに、脱酸剤や合金元素の添加が可能であるので、溶接金属成分の調整ができるという利点がある。
しかしながら、焼成型フラックスの品質ひいては溶接金属の特性は、原料の種類によって大きく変化し、とくに低入熱溶接や高速溶接を行う場合には、ビード形状不良、ビード趾端部のなじみ不良およびアンダーカット等の欠陥が発生し易くなるという問題があった。
【０００３】
このため、溶接欠陥の発生を抑えるために、従来から種々の方法が提案されてきた。たとえば、特開平６−３１４８１  号公報には、ＣａＯとＣａＦ２  の添加量をコントロールし、かつ単体としての融点が高い  Ａｌ２Ｏ３  やＭｇＯの添加量を低く抑え、フラックス軟化温度を１１００℃以下にすることにより、スラグ巻き込みなどの溶接欠陥の発生を防ぐ方法が開示されている。
しかしながら、フラックスの軟化温度を単純に低下させるだけの方法では、溶接組立式Ｈ型部材の隅肉継手溶接を行う場合、スラグの剥離不良が発生しやすくなるなどの問題を残していた。
また、例えば、特公昭５１−１４０９５  号公報および特公平３−２８９９７  号公報において、高融点の単一成分の酸化物であるＭｇＯ（マグネシアあるいはマグネシアクリンカー）や珪砂（ＳｉＯ２）を使用する代わりに、多成分複合酸化物である  Ｍｇ２ＳｉＯ４  を主とするオリビンサンドおよびニッケルスラグを用い、フラックス融点を下げることにより、ビード形状不良、ビード趾端部のなじみ不良およびアンダーカット等の欠陥の発生を防ぐ方法が開示されている。
しかしながら、単にこれらを原料として用いるだけでは、ポックマークの発生、とりわけプライマー塗料を塗布した鋼板を溶接する場合のポックマークの発生を抑えることは困難であった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、この発明は、上記の問題を有利に解決するもので、溶接欠陥であるポックマークの発生を効果的に防止し、ひいてはビード形状不良、ビード趾端部のなじみ不良およびアンダーカット等の欠陥の発生を抑えることが可能な高能率で優れた溶接作業性を有するサブマージアーク溶接用焼成型フラックスを提案することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、焼成型フラックスを用いたプライマー塗布鋼板溶接時の耐ポックマーク性の改善を目的として、溶接時に発生するガスの溶接スラグ内からのガス抜けについて鋭意研究検討を重ねた。その結果、ＳｉＯ２およびＭｇＯ源として用いるＳｉＯ２−ＭｇＯ系酸化物の特性および組成とフラックスの組成を制御することが極めて有効であることを知見した。
そこで、発明者らは、上記観点からさらに検討した結果、特定成分のＳｉＯ２−ＭｇＯ系複合酸化物を用いて、特定の成分となるように製造したフラックスによれば、プライマー塗布鋼板溶接時に発生するガスの溶接スラグからのガス抜けを改善でき、耐ポックマーク性を効果的に改善し得ることを知見した。さらに、ポックマークの発生とフラックスの溶融挙動との関係についても詳細に検討した結果、ポックマーク発生個数と、フラックスの焼結、軟化、溶融挙動、あるいはまた所定温度で加熱したときの嵩の減少量などとの間に極めて強い相関があることが判明した。
【０００６】
この発明は、上記知見に立脚するものであり、その要旨構成は次のとおりである。
(1) 800℃の還元性雰囲気における還元減量が0.05wt％以上、かつSiＯ2：30〜60wt％、MgＯ：30〜50wt％、あるいはさらにMnＯ：0.01〜30wt％を含む、SiＯ2−MgＯ系複合酸化物を、フラックス中のSiＯ2源、MgＯ源、あるいはさらにマンガン酸化物源の少なくとも一部として10〜80wt％配合してなり、1100℃×30分の熱処理による嵩の減少量が20％以下、軟化温度が1200〜1300℃であることを特徴とするサブマージアーク溶接用焼成型フラックス。
(2) 800℃の還元性雰囲気における還元減量が0.05wt％以上、かつSiＯ2：30〜60wt％、MgＯ：30〜50wt％、あるいはさらにMnＯ：0.01〜30wt％を含む、SiＯ2−MgＯ系複合酸化物を10〜80wt％配合したフラックスであり、しかもこのフラックスは、少なくともマンガン酸化物（MnＯ量換算で）：５〜20wt％、Li2Ｏ、Na2Ｏ、Ｋ2Ｏの合計量：３wt％以下を満足し、1100℃×30分の熱処理による嵩の減少量が20％以下、軟化温度が1200〜1300℃であることを特徴とするサブマージアーク溶接用焼成型フラックス。
(3) 上記(1)または(2)に記載のフラックスにおいて、フラックスの成分組成が、全SiＯ2：30〜70wt％、MgＯ：３〜30wt％、マンガン酸化物（MnＯ量換算で）：５〜20wt％、Li2Ｏ、Na2Ｏ、Ｋ2Ｏの合計量：３wt％以下Al2Ｏ3：２〜20wt％、CaＯ：10wt％以下、CaＦ2：15wt％以下および脱酸剤：10wt％以下を含有してなることを特徴とするサブマージアーク溶接用焼成型フラックス。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について詳しく説明する。最初に、この発明をするに至った経緯を実験結果に基づいて説明する。
表１に示す比率になるように配合した原料（ニッケルスラグはＭｇＯ、ＳｉＯ２源であり、その組成は後述の表４に示す）を水ガラスを結合剤として１２〜１００  メッシュに造粒し、８５０  ℃、１時間の条件で焼成した。なお、フラックス中Ｎａ２Ｏ量がポックマーク発生に及ぼす影響を調べるため、結合剤にはＮａ２Ｏ含有量の異なる水ガラスを用いた。これらのフラックスと２ｗｔ％Ｍｎ系ワイヤ（４．８  ｍｍφ）を用いて、溶接電流：７５０  Ａ、溶接電圧：３５Ｖ、溶接速度：４０ｃｍ／ｍｉｎ  の溶接条件で、プライマー塗装を施したＳＳ  ４００相当の鋼板を下向き隅肉シングル溶接し、ポックマークの発生状況について調査した。
得られた結果を表１に併せて示す。表１より明らかなように、ＭｇＯおよびＳｉＯ２源として用いる酸化物の種類およびフラックス中  Ｎａ２Ｏ量がポックマークの発生個数に及ぼす影響が極めて大きい。そこで、これらのフラックスの焼結、軟化、溶融挙動について調査した結果、ポックマークの発生個数が多いフラックスに比べ、発生個数の少ないフラックスは１１００℃×３０分の熱処理によるフラックスの嵩の減少量が２０％以下と小さく、また軟化温度が１３００℃以下と低いことが判明した。
【０００８】
【表１】
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【０００９】
このフラックスの焼結，  軟化，  溶融挙動，  あるいはまた所定温度で加熱したときの嵩減少量がポックマーク発生と密接な関係がある理由としては、下記のようなことが考えられる。
通常、溶接時に生成する溶接スラグは、図１に示すような断面を有する。図中の１−ａ  部は、溶接時にはフラックスが溶融して溶融スラグとなり、溶接後凝固した部分である。それに対し、図中の１−ｂ  部は溶接時においてもフラックスは完全に溶融せずにフラックスの一部のみが溶融し、凝固時に溶融していないフラックス成分とともに溶接スラグとなった部分、もしくは溶融しても溶融したスラグがほとんど流動しなかった部分である。この１−ｂ  部が、溶接時に発生するガスの溶接スラグからのガス抜けに影響すると考えられる。１−ｂ  部では、溶接時の最高加熱温度が場所により異なり、１−ａ  部と接する部分がいちばん高い温度まで加熱され、またその反対側の溶融しなかったフラックスと接していた部分がいちばん低い温度に加熱された場所となる。１１００℃×３０分の熱処理によるフラックスの嵩の減少量が小さく、軟化温度が低くなると、この１−ｂ  部の生成量が少なくなり、溶接時に発生するガスの溶接スラグからのガス抜けが改善されると考えられる。
【００１０】
つぎに、発明者らは、フラックスのＭｇＯおよびＳｉＯ２源となる酸化物およびフラックス組成がポックマーク発生に及ぼす影響について検討した。フラックスのＭｇＯおよびＳｉＯ２源となる酸化物原料の組成を表２に示す。ここに、溶解原料はニッケルスラグと酸化マンガンを電気炉で溶解して製造したものであり、オリビンサンドおよび溶解原料はフラックス原料中の結晶水等の水分の影響を除去するために  ８５０℃で１０分間熱処理したものを用いた。
表２の酸化物原料を用いて、主成分が表３となるように配合してフラックスを製造した。これらのフラックスと２ｗｔ％Ｍｎ系ワイヤ（４．８  ｍｍφ）を用い、溶接電流：７００  Ａ、溶接電圧：３３Ｖ、溶接速度：６５ｃｍ／ｍｉｎ  の溶接条件でプライマー塗装を施したＳＳ  ４００相当の鋼板を下向き隅肉シングル溶接し、ポックマークの発生状況について調査した。
溶接結果をもとに、フラックス中のＭｎＯ量がポックマーク発生に及ぼす影響を調べたところ図２に示す結果となった。図２から、フラックスのＭｇＯおよびＳｉＯ２源となる酸化物原料の種類とともに、フラックス中のＭｎＯ量がポックマーク発生個数に及ぼす影響が極めて大きいことがわかる。このようなＭｎＯによる影響は、フラックスの軟化温度の低下によるものであると考えられた。
【００１１】
【表２】
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【００１２】
【表３】
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【００１３】
以上の実験をさらに押し進め、研究を重ねた結果、ポックマークの発生を抑制するには、フラックスの原料に用いるＭｇＯおよびＳｉＯ２源となる酸化物の種類  （特性）  、組成とフラックス中のＭｎＯ量を適正化することによって、フラックスの焼結、軟化、溶融挙動、さらに前記嵩の減少量を制御することがとくに重要であることがわかった。
とりわけ、ニッケルスラグやオリビンサンドに例示される、特定の成分および特性をもつＳｉＯ２−ＭｇＯ系の複合酸化物を配合原料とし、これらを特定の成分となるように用いて製造したフラックスは、プライマー塗布鋼板の溶接において、発生ガスの溶接スラグからのガス抜けを良好にし、耐ポックマーク性を効果的に改善することが明らかとなった。
ここで、プライマー塗布鋼板とは、鋼溶接構造物の製作期間中における鋼板の発錆防止または防食・下塗りのためにプライマー塗料を鋼板に塗布したものである。プライマー塗料としては、無機ジンクリッチプライマー，  ウォッシュプライマーなどがある。
【００１４】
以下に、本発明における構成要件を前記範囲に限定した理由について説明する。
本発明では、還元性雰囲気における８００  ℃での還元減量が０．０５ｗｔ％以上、かつＭｇＯを３０〜５０ｗｔ％、ＳｉＯ２を３０〜６０ｗｔ％含有するＳｉＯ２−ＭｇＯ系の複合酸化物を原料中に１０〜８０ｗｔ％含有  （配合）  させる必要がある。
まず、本発明フラックスの原料に添加するＳｉＯ２−ＭｇＯ系複合酸化物は、８００  ℃の還元性雰囲気における還元減量が０．０５ｗｔ％以上である必要がある。還元減量０．０５ｗｔ％以上を満足するだけの量の鉄分を複合酸化物中に含有することにより、フラックス原料の予備乾燥処理などを施した際に、微量の酸化鉄を含むＳｉＯ２−ＭｇＯ系酸化物が形成され、この微量の酸化鉄を含むＳｉＯ２−ＭｇＯ系酸化物がフラックスの軟化温度の低下に顕著に貢献する。還元減量が０．０５ｗｔ％未満では、十分な軟化温度の低下がもたらされず、とくにプライマー塗装材のようなガス発生の激しい素材の溶接においてポックマークを充分低減することができない。
なお、還元減量とは還元雰囲気  （通常、露点−２０℃以下の水素ガス）  中で熱処理したときの重量減少率のことであり、８００  ℃の還元性雰囲気における還元減量とは、８００  ±１０℃で６０分間保持する還元減量試験をＪＩＳ  Ｈ２６０１  に準拠した方法により測定した値を意味する。
【００１５】
ＳｉＯ２−ＭｇＯ系複合酸化物の量は、フラックス原料粉の合計量  （結合剤は含めない）  に対し１０〜８０ｗｔ％とするのが好ましい。ＳｉＯ２−ＭｇＯ系複合酸化物原料の量が１０ｗｔ％未満でも、ポックマーク発生抑制効果はある程度期待できるが、１０ｗｔ％以上添加することで極めて良好な耐ポックマーク性を得ることができる。一方、ビード外観を良くするためのふっ化物、脱酸剤あるいは造粒時の結合剤を必要量を確保することも考え、ＳｉＯ２−ＭｇＯ系の複合酸化物の添加量は８０ｗｔ％以下、好ましくは７０ｗｔ％以下とする。
【００１６】
上記ＳｉＯ２−ＭｇＯ系の複合酸化物は、ＭｇＯの含有量が３０〜５０ｗｔ％でかつＳｉＯ２の含有量が３０〜６０ｗｔ％であることが好ましい。ＳｉＯ２−ＭｇＯ系複合酸化物のＭｇＯおよびＳｉＯ２の含有量がこの範囲よりはずれるとフラックスの軟化温度が上昇し、溶接時に発生するガスのスラグ内からのガス抜けが悪くなり、ポックマークが発生しやすくなる。
ＳｉＯ２−ＭｇＯ系の複合酸化物の形態としては、  Ｍｇ２ＳｉＯ４およびＭｇＳｉＯ３などが存在するが、複合酸化物の組成比率がＭｇＯ：３０〜５０ｗｔ％、ＳｉＯ２：３０〜６０ｗｔ％であればポックマークを抑制する効果が得られる。この効果は、  Ａｌ２Ｏ３、ＣａＯ、  Ｃｒ２Ｏ３、Ｆｅ酸化物など他の成分を含んでいても影響はない。なお  フラックス成分調整の観点からは、ＭｇＯの含有量を３０〜４５ｗｔ％とするのが好ましい。
また、このＳｉＯ２−ＭｇＯ系複合酸化物には、ＭｇＯおよびＳｉＯ２の他に、マンガン酸化物を０．０１〜３０ｗｔ％（ＭｎＯ量換算で）含有しても構わない。ただし、マンガン酸化物含有量がこの範囲よりはずれるとポックマークが発生しやすくなる。よって、ＳｉＯ２−ＭｇＯ系複合酸化物中のマンガン酸化物（ＭｎＯ量換算で）含有量は０．０１〜３０ｗｔ％が好ましい。
【００１７】
本発明フラックスの原料として好適であるＳｉＯ２−ＭｇＯ系複合酸化物の具体例としては、溶解により製造した溶解原料、ニッケルスラグ、オリビンサンド、蛇紋岩などが挙げられる。これらの他にも、ＳｉＯ２、ＭｇＯ、マンガン酸化物を適正量含有した複合酸化物であれば同様な作用効果が期待され、使用上の支障はない。
【００１８】
しかしながら、一般に上記の溶解原料やスラグ類はそのままでは０．０５ｗｔ％以上の還元減量を有さないので、かかる還元減量を得るために必要な処理を行う。
具体的には、４００  〜１３００℃程度の酸化性雰囲気下  （大気下など）  にて５〜６０分程度の予備焼成処理を施し、結晶水等の水分を除去すると共に、原料中の鉄分を酸化させることによって還元減量を増加させる。
この予備焼成処理は、鉱石原料等において水分除去のために行われるものに類似し、同じ設備で処理できるが、好適な鉄酸化物を形成しうる焼成温度の設定に留意して処理する点で、単なる水分除去処理とは異なる。
【００１９】
上述したＳｉＯ２−ＭｇＯ系複合酸化物をフラックス原料として配合することのほか、フラックスの成分組成は、焼成後のフラックス原料粉と結合剤の合計量に対して、以下の範囲に調整することが望ましい。
マンガン酸化物：５〜２０ｗｔ％（ＭｎＯ量換算で）
マンガン酸化物含有量はＭｎＯ量換算で５〜２０ｗｔ％とする。マンガン酸化物量が５ｗｔ％未満ではフラックスの軟化温度の低下が不十分となり、一方、２０ｗｔ％を超えると溶接スラグが脆くなりスラグの剥離性が劣化するなどの問題が生じる。このため、マンガン酸化物の含有量は、ＭｎＯ量換算で５〜２０ｗｔ％の範囲とするのが望ましい。
【００２０】
Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ  の合計量：３ｗｔ％以下
Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ  の各含有量の合計量は３ｗｔ％以下に限定するのが好ましい。フラックスの軟化温度を低めに制御したフラックスであっても、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ  の合計量が３ｗｔ％を超えると、１１００℃以下の温度域においてフラックスが部分的ではあるが多量に溶融するため、フラックスの１１００℃×３０分の熱処理による嵩の減少量が２０％を超え、ポックマーク発生を充分防止することができない。これらの合計量を３ｗｔ％以下に保つには、配合する原料に留意する必要があり、とくに溶接スラグ等の再生原料については、含有されるＬｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ  の量を注意して管理することが好ましい。
【００２１】
全ＳｉＯ２：３０〜７０ｗｔ％
ＳｉＯ２は、ビード外観を良好に保つための造滓剤として添加する。全ＳｉＯ２量が３０ｗｔ％未満ではその効果が少なく、とくに高速隅肉溶接のようにビード端部のなじみが重要な場合には、３０ｗｔ％未満では良好なビードが保持できない。一方、７０ｗｔ％を超えて多量に含まれると粘性が高くなりすぎてかえってビード外観が乱れやすくなり、またスラグの剥離性が劣化するなどの不具合が生じる。このため、全ＳｉＯ２の量は３０〜７０ｗｔ％の範囲とするのが好ましい。
【００２２】
ＭｇＯ：３〜３０ｗｔ％
ＭｇＯは、スラグの融点および粘性を調節し、優れたスラグ剥離性を確保するのに有用な成分である。３ｗｔ％未満では十分な効果が得られず、一方、３０ｗｔ％を超えると粘性が低下し過ぎたり、融点が上昇し過ぎてビード外観が劣化する傾向が現れる。このため、ＭｇＯは３〜３０ｗｔ％の範囲とするのが望ましい。
【００２３】
Ａｌ２Ｏ３  ：２〜２０ｗｔ％
Ａｌ２Ｏ３  はスラグの粘性および融点を調整する上で重要な成分であるが、２ｗｔ％未満ではこれらの効果に乏しく、一方２０ｗｔ％を超えると融点が上昇しすぎてビード形状の劣化を招くので、含有量は２〜２０ｗｔ％の範囲とするのが望ましい。
【００２４】
ＣａＯ：１０ｗｔ％以下
ＣａＯは、スラグの流動性に影響を及ぼす成分であり、１０ｗｔ％を超えると流動性が阻害されビード形状の劣化を招くため、ＣａＯは１０ｗｔ％以下とするのが望ましい。なお、好ましい含有量は５ｗｔ％以下である。
【００２５】
ＣａＦ２：１５ｗｔ％以下
ＣａＦ２は、スラグの流動性を向上させる成分であり、１５ｗｔ％を超えるとスラグが流動し易くなる。このためＣａＦ２は１５ｗｔ％以下とするのが望ましい。なお、好ましい含有量は５ｗｔ％以下である。
【００２６】
これらの他に、必要に応じ、スラグ生成剤として、ＴｉＯ２：１０ｗｔ％以下、ＢａＯ：５  ｗｔ％以下、ＺｒＯ２：５ｗｔ％以下、Ｂ２Ｏ３：４ｗｔ％以下、ＣａＣＯ３  ：５ｗｔ％以下から選ばれる１種以上を添加してもよい。
ＴｉＯ２は、溶接中に還元され、溶接金属中へＴｉが移行し溶接金属の靱性を向上させる作用を有するが、１０ｗｔ％を超えるとかえって靱性が劣化する。
ＢａＯおよびＺｒＯ２は、スラグの塩基度や融点を調整するために添加する。しかし、５ｗｔ％を超える添加は、いずれもビード外観やスラグ剥離性を劣化させる。
Ｂ２Ｏ３は、溶接中の還元反応により、溶接金属中にＢが移行して溶接金属の靱性改善に寄与する。しかし、４ｗｔ％を超えると溶接金属の凝固割れを助長する。
ＣａＣＯ３  は、溶接中に分解してＣＯ２  を発生し、水素分庄を下げるため溶接金属中の水素量低減に有効である。しかし、５ｗｔ％を超えるとビード外観を劣化させる。
【００２７】
脱酸剤：１０ｗｔ％以下
さらに、上記した以外に、脱酸剤を添加するのが好ましい。脱酸剤はビードの表面光沢を向上させ、また溶接金属の靱性を向上させるために配合するのが好ましい。脱酸剤としては、Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｍｎ等あるいはそれら元素と鉄（Ｆｅ）との合金が考えられるが、なかでもＳｉ、Ｍｎあるいはフェロシリコン、フェロマンガンが好適である。脱酸剤は１種のみでも、また、複合して添加してもよい。しかし、１０ｗｔ％を超えて添加しても効果が飽和するので、脱酸剤の添加は１０ｗｔ％以下とするのが望ましい。なお、好ましい添加量は１ｗｔ％以上である。
【００２８】
所定量配合されたこれらのフラックス原料は、結合剤とともに混練され、造粒されたのち焼成される。造粒法はとくに限定しないが、転動式造粒機、押し出し式造粒機を用いるのが好ましい。造粒されたのち、ダスト除去、粗大粒の解砕などの整粒処理を行って、粒子径が０．０７５  〜１．４  ｍｍの範囲となる大きさの粒子とするのが好ましい。
なお、結合剤（バインダ）としては、ポリビニルアルコールなどの水溶液、水ガラスが好適である。なかでも、従来から用いられているＳｉＯ２と  Ｎａ２Ｏのモル比：１〜５の珪酸ソーダ（水ガラス）で十分である。また、使用量はフラックス原料１ｋｇあたり８０〜１５０  ｃｃ程度でよい。
また、焼成温度は６５０  ℃以上とするのが好ましい。というのは、焼成温度が６５０  ℃を下回ると、結合剤（バインダ）より持ち込まれる水分の乾燥が不十分となり、溶接金属中の拡散性水素の増加を招くからである。
【００２９】
以上のように、本発明フラックスは、上記の工程のように、フラックス原料粉と結合剤とを混合し焼成した焼成型フラックスであり、フラックス原料粉として、８００  ℃の還元性雰囲気における還元減量が０．０５ｗｔ％以上、かつＭｇＯを３０〜５０ｗｔ％、ＳｉＯ２を３０〜６０ｗｔ％、あるいはさらにＭｎＯを０．０１〜３０ｗｔ％含むＳｉＯ２−ＭｇＯ系の複合酸化物を原料粉の合計量に対して所定量含有するものである。このほか、マンガン酸化物と、  Ｌｉ２Ｏ、  Ｎａ２ＯおよびＫ２  Ｏの１種以上などを焼成後の原料粉量に対して所定量含有する。
上記の成分で一連の工程で焼成することにより、１１００℃×３０分の熱処理による嵩の減少量が２０％以下となり、また軟化温度が１２００〜１３００℃となって、ポックマーク抑制に好適なフラックス特性が得られる。
【００３０】
１１００℃×３０分の熱処理による嵩の減少量が２０％を超えると溶接時に発生するガスのスラグ内からのガス抜けが非常に悪くなり、ポックマークが発生しやすくなる。このため、本発明の焼成型フラックスの１１００℃×３０分の熱処理による嵩の減少量は２０％以下とした。
ここで、嵩の減少量とは、熱処理時のフラックスの焼結および部分的な溶融にともなうフラックスの嵩  （占める体積）  の減少率を意味し、フラックスを充填した磁製るつぼを上記条件で熱処理し、その前後のフラックスの嵩測定から減少率を求めたものである。具体的測定を次に示す。磁製るつぼへのフラックスの充填は漏斗を用いて行い、るつぼが一杯になってあふれ出るまで流し込む。あふれ始めたら直ちにフラックスの流入をやめ、振動を与えないようにるつぼの上に盛り上がったフラックスをへら等でるつぼの上端に沿って平らにかきとる。このフラックスを充填した磁製るつぼを大気中において１１００℃で３０分保持する熱処理を行う。
【００３１】
フラックスの軟化温度は１２００℃〜１３００℃以下とする。フラックスの軟化温度が１３００℃を超えると、溶接時に発生するガスのスラグ内からのガス抜けが非常に悪くなり、ポックマークが発生しやすくなる。また、フラックスの軟化温度が１２００℃未満では溶接スラグが脆くなりスラグの剥離性が劣化するなどの問題が生じる。このため、フラックスの軟化温度は１２００℃〜１３００℃の範囲とする。
ここで、フラックスの軟化温度は、フラックスを  １５０μｍ以下に粉砕後、成形圧力：１．２７ｔ／ｃｍ２  で直径１０ｍｍ、高さ１０ｍｍのボタンを作り、これを炉内で連続的に加熱し、元の高さの８０％の高さになる温度で定義した。
【００３２】
以上述べたように、本発明者らの知見によれば、とくにプライマー塗装材のようなガス発生の激しい素材の溶接においてもポックマークの発生を防止するためには、フラックスの一部溶融温度を１１００℃以上の高温とし  （１１００℃×３０分の熱処理による嵩の減少量≦２０％）  、かつフラックスの軟化温度は１３００℃以下と低めの温度に設定することにより、スラグ内からのガス抜けの悪いスラグ層の幅を狭くすることが重要である。
しかるに、たとえばＭｇＯ等を添加してフラックスの一部溶融温度を上昇させるとフラックス軟化温度も上昇し、また逆に一方を低温とすると他方の温度も下がるため、フラックスに求められるこのような特性を得るのは困難であった。
本発明によれば、ＭｇＯ等の適正量の添加や、とりわけＬｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ  の合計量制限等によりフラックスの一部溶融温度を適度に上昇させ、かつ、特性等を適正に制御したＳｉＯ２−ＭｇＯ系複合酸化物原料を用いること等によりフラックスの軟化温度は適度に低減することができ、上記条件を満足するフラックスを得ることができ、溶接に際してのポックマークの発生を回避することができる。
当然、上記条件を満足するフラックスは、プライマーを塗布していない鋼板に対してもポックマークの発生を非常に効果的に防止できる。
【００３３】
【実施例】
実施例１
機械粉砕により粒径：３００  μｍ以下とし、還元減量が０．０３ｗｔ％である表４に示す組成のニッケルスラグを熱処理により還元減量が０．０５ｗｔ％のフラックス原料とした。これらのニッケルスラグをフラックス原料粉として、表５に示す割合で配合し、結合剤とともに混練し、１２〜２００  メッシュの粒子に造粒したのち、７５０  ℃×１ｈｒで焼成して、焼成型フラックスを得た。得られたフラックス中のＬｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ  の合計含有量はいずれも３ｗｔ％以下であった。
これらのフラックスと２％Ｍｎ系ワイヤ（４．８  ｍｍφ）を用いて溶接電流：７５０  Ａ、溶接電圧：３５Ｖ、溶接速度：４０ｃｍ／ｍｉｎ  の溶接条件でプライマー塗装を施した鋼板  （ＳＭ  ４９０Ｂ）を下向き隅肉シングル溶接し、ポックマークの発生状況について調査した。また、それぞれのフラックスの１１００℃×３０ｍｉｎ  の熱処理による嵩の減少量および軟化温度を測定した。それらの結果を表６に示す。
【００３４】
【表４】
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【００３５】
【表５】
0003551082.tif 000006
【００３６】
【表６】
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【００３７】
表６より、還元減量が０．０５ｗｔ％であるニッケルスラグをフラックス原料に用いた発明例（フラックスＮｏ．  ２）は、嵩の減少量および軟化温度が本発明の適正範囲内であり、ポックマークの発生量が少なく、良好なビード外観が得られることがわかる。一方、還元減量が本発明の範囲外であるニッケルスラグをフラックス原料に用いた比較例（フラックスＮｏ．  １）とＳｉＯ２−ＭｇＯ系複合酸化物を用いずに単体の酸化物である珪砂とマグネシアクリンカーをフラックス原料に用いた比較例（フラックスＮｏ．  ３）はフラックスの軟化温度が本発明範囲外となり、ビード表面にポックマークが発生し、ビード外観不良となっている。
【００３８】
実施例２
フラックス原料に用いたＳｉＯ２−ＭｇＯ系複合酸化物の組成を表７に示す。溶解原料はニッケルスラグと酸化マンガンを電気炉で溶解して製造したものである。また、オリビンサンドには熱処理雰囲気を変えることにより還元減量が０．０４ｗｔ％と０．２６ｗｔ％の２種類のものを用いた。
これらのＳｉＯ２−ＭｇＯ系酸化物をフラックス原料粉として、表８に示す割合で配合し、結合剤とともに混練し、１２〜１００  メッシュの粒子に造粒したのち、８５０  ℃×３０  ｍｉｎで焼成して、焼成型フラックスを得た。得られたフラックス中のＬｉＯ２、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ  の含有量がいずれも３ｗｔ％以下であった。
以上のフラックスと２ｗｔ％Ｍｎ系ワイヤ（４．８  ｍｍφ）を用いて溶接電流：７５０  Ａ、溶接電圧：３５Ｖ、溶接速度：４０ｃｍ／ｍｉｎ  の溶接条件でプライマー塗装を施した鋼板  （ＳＭ  ４９０Ｂ  ）  を下向き隅肉シングル溶接し、ポックマークの発生状況について調査した。また、それぞれのフラックスの１１００℃×３０ｍｉｎ  の熱処理による嵩の減少量および軟化温度を測定した。それらの結果を表９に示す。
【００３９】
【表７】
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【００４０】
【表８】
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【００４１】
【表９】
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【００４２】
表９より、還元減量が０．２６ｗｔ％であるオリビンサンドおよび溶解原料をフラックス原料に用いた発明例（フラックスＮｏ．  ５、６）は、嵩の減少量および軟化温度が本発明の適正範囲内であり、ポックマークの発生量が少なく、良好なビード外観が得られることがわかる。一方、還元減量が本発明の範囲外であるオリビンサンドをフラックス原料に用いた比較例（フラックスＮｏ．  ４）はフラックスの軟化温度が発明範囲外となり、ビード表面にポックマークが発生し、ビード外観不良となっている。
【００４３】
実施例３
実施例２で用いた還元減量０．２６ｗｔ％のオリビンサンドをフラックス原料として２０ｗｔ％配合し、結合剤とともに混練し、１２〜６５メッシュの粒子に造粒したのち、９００  ℃×５ｍｉｎ  で焼成して、焼成型フラックスを得た。それぞれのフラックスに対してＮａ２Ｏ含有量の異なる結合剤  （水ガラス）  を用いた。得られたフラックスの組成を表１０に示す。これらのフラックスと２％Ｍｎ系ワイヤ  （４．８  ｍｍφ）  を用いて溶接電流：８００  Ａ、溶接電圧：３５Ｖ、溶接速度：６０ｃｍ／ｍｉｎ  の溶接条件でプライマー塗装を施した鋼板  （ＳＭ  ４９０Ｂ  ）  を下向き隅肉溶接し、ポックマークの発生状況について調査した。また、それぞれのフラックスの１１００℃の熱処理による嵩の減少量および軟化温度を測定した。それらの結果を表１１に示す。
表１１より、還元減量が０．２６ｗｔ％であるオリビンサンドをフラックス原料に用い、フラックスの成分組成が本発明の適正範囲内である発明例  （フラックスＮｏ．  ７  ）  は、嵩の減少量および軟化温度が本発明の適正範囲内であり、ポックマークの発生量が少なく、良好なビード外観が得られることがわかる。一方、フラックス中Ｎａ２Ｏ，  Ｋ２Ｏ  ，  Ｌｉ２Ｏの合計量が本発明の範囲外である比較例  （フラックスＮｏ．  ８  ）  は、嵩の減少量が発明範囲外となり、ビード表面にポックマークが発生し、ビード外観不良となっている。また、フラックス中マンガン酸化物量が本発明の範囲外である比較例  （フラックスＮｏ．  ９）  は、軟化温度が本発明の範囲外であるが、ポックマークの発生量は比較的少ない。しかし、フラックス中マンガン酸化物量および軟化温度が発明範囲外であることよりスラグが非常に脆くなり、スラグの剥離不良が発生し、溶接作業性が低下した。
【００４４】
【表１０】
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【００４５】
【表１１】
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【００４６】
実施例４
実施例２で用いたオリビンサンド（表７）を定置式バッチ炉およびベルト式焼成炉を用いて  ８５０℃で５分間の予備焼成熱処理を行った。得られた酸化物原料の性状を表１２に示す。定置式バッチ炉およびベルト式焼成炉で焼成したオリビンサンドはいずれも原料中の水分量が十分に減少している。一方、還元減量はベルト式焼成炉で焼成したものの方が定置式バッチ炉で焼成したものに比べて大きくなっている。
これらのＳｉＯ２−ＭｇＯ系酸化物をフラックス原料として、表１３に示す割合で配合し、結合剤とともに混練し、１２〜１５０  メッシュの粒子に造粒したのち、  ９５０℃×５ｍｉｎ  の焼成を行い、焼成型フラックスとした。得られたフラックス中のＬｉＯ２、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏの含有量はいずれも３ｗｔ％以下であった。
【００４７】
これらのフラックスと２％Ｍｎ系ワイヤ（４．８ｍｍ）を用いて、溶接電流：８００  Ａ、溶接電圧：３５Ｖ、溶接速度：６０ｃｍ／ｍｉｎ  の溶接条件でプライマー塗装を施した鋼板  （ＳＭ  ４９０Ｂ  ）  を下向き隅肉シングル溶接し、ポックマークの発生状況を調査した。また、それぞれのフラックスの１１００℃の熱処理による嵩の減少量および軟化温度を測定した。得られた結果を表１４に示す。
表１４から、還元減量が０．１２ｗｔ％であるベルト式焼成炉で焼成したオリビンサンドをフラックス原料に用いた発明例（フラックスＮｏ．１１）は、嵩の減少量および軟化温度が本発明の適正範囲内であり、ポックマークの発生量が少なく、良好なビード外観が得られることがわかる。一方、定置式バッチ炉で焼成した、水分量は減少したものの還元減量が本発明の範囲外にある、オリビンサンドをフラックス原料に用いた比較例（フラックスＮｏ．１０）は、フラックスの軟化温度が本発明範囲外となり、ポックマークが発生し、ビード外観不良となっている。。
【００４８】
【表１２】
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【００４９】
【表１３】
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【００５０】
【表１４】
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【００５１】
図３は、発明者らが下向き隅肉溶接実験に用いた試験片の開先形状を示すものである。なお、母材１と母材２が接する部分のプライマー塗料はグラインダーにより除去したが、溶接による肉盛り部が掛かる部分には、プライマー塗料が残存していた。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、溶接時に発生するガスの溶接スラグ内からのガス抜けに好ましいフラックスの特性を定め、またフラックスの配合原料を適正化することにより、プライマー塗布鋼板溶接時に懸念される、耐ポックマーク性を大幅に改善できる。また本発明によれば、耐ポックマーク性の改善に伴い、ポックマークの発生原因と関連するビード形状不良、ビード趾端部のなじみ不良およびアンダーカット等の欠陥の発生も抑えることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】溶接スラグの断面を示す模式図である。
【図２】フラックス中のＭｎＯがポックマークの発生に及ぼす影響を示すグラフである。
【図３】下向き隅肉溶接に用いた試験片の開先形状を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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