(57)【要約】【課題】本発明は、溶接作業性を劣化させることなく、スラグ剥離性を向上させスパッタ発生量の少ないイルミナイト系被覆アーク溶接棒を提供する。【解決手段】ガス発生剤、アーク安定剤、スラグ生成剤、脱酸剤、および固着剤からなる被覆剤を鋼心線に塗布してなるイルミナイト系被覆アーク溶接棒において、イルミナイトから通常由来する被覆剤中のＮｂ２  Ｏ５  とＶ２  Ｏ５  の合計量を、０．３０質量％以下に規制する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス発生剤、アーク安定剤、スラグ生成剤、脱酸剤および固着剤からなる被覆剤を鋼心線に塗布してなるイルミナイト系被覆アーク溶接棒において、被覆剤中に含まれるＮｂ２  Ｏ５  とＶ２  Ｏ５  の合計を０．３０質量％以下にすることを特徴とするイルミナイト系被覆アーク溶接棒。
【請求項２】
Ｎｂ２  Ｏ５  とＶ２  Ｏ５  のイルミナイトに含まれる量を規制することにより、被覆剤中に含まれるこれらの合計を前記の規定量の範囲にしたことを特徴とする請求項１記載のイルミナイト系被覆アーク溶接棒。
【請求項３】
被覆剤中のイルミナイトは５〜３５質量％であることを特徴とする請求項１または２記載のイルミナイト系被覆アーク溶接棒。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、全姿勢溶接において、スラグ剥離性に優れ、スパッタ発生量が少ないイルミナイト系被覆アーク溶接棒（以下、イルミナイト系棒と称する。）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
イルミナイト系棒は、低水素系被覆アーク溶接棒と比較し、溶接金属中の拡散性水素量が多いことから拘束の大きい被溶接物での耐割れ性や衝撃靱性は劣るが、各種非低水素系被覆アーク溶接棒の中では、深い溶け込みが得られるなどの溶接作業性が良好なことから、一般軟鋼用被覆アーク溶接棒として幅広く使用されている。
【０００３】
このようなイルミナイト系棒は、全姿勢溶接での溶接作業性の向上が強く要求され、様々な条件下で使用されることが多い。溶接施工においては、アークの吹付けが強く被溶接物への深い溶け込みが得られる反面、スラグ剥離性が劣り、またスパッタ発生量が多い。したがって溶接作業後のスラグ除去や被溶接物に付着したスパッタの除去に時間が費やされ、作業能率の低下となる。
【０００４】
このようなイルミナイト系棒の問題に対して種々の提案がなされている。例えば、特開昭５７−８１９９９号公報では、被覆剤中のＴｉＯ２  、ＺｒＯ２  を規制しスラグ剥離性が改善されているが、スパッタ発生量の低下は成されていない。
一方、特開昭５８−１１６９９１号公報では、被覆アーク溶接棒の心線成分と被覆剤成分を規制しスパッタ発生量を低減しているが、スラグ剥離性に問題がある。
このように、現状のイルミナイト系棒においては、諸性能を満足しつつスラグ剥離性に優れ、スパッタ発生量を低減したものにすることは困難であった。
【０００５】
【引用文献】
（ａ）特許文献１（特開昭５７−８１９９９号公報）
（ｂ）特許文献２（特開昭５８−１１６９９１号公報）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような実状に鑑み、他の溶接作業性を劣化させることなく、スラグ剥離性に優れ、スパッタ発生量が少ないイルミナイト系棒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】
本発明は上記課題を解決すべくイルミナイト系棒について、スラグ剥離性に優れ、スパッタ発生量を低減させる方法を被覆剤原料の面から鋭意研究した。その結果、被覆剤中のＮｂ２  Ｏ５  とＶ２  Ｏ５  の量を規制することが極めてスラグ剥離性を向上し、スパッタ発生量を低減させる効果が大きく、諸溶接性能に悪影響を与えないことを知見として本発明を完成した。
【０００８】
本発明の要旨は、ガス発生剤、アーク安定剤、スラグ生成剤、脱酸剤および固着剤からなる被覆剤を鋼心線に塗布してなるイルミナイト系被覆アーク溶接棒において、被覆剤中に含まれるＮｂ２  Ｏ５  とＶ２  Ｏ５  の合計を０．３０質量％（以下、％という。）以下にすることを特徴とする。
また、Ｎｂ２  Ｏ５  とＶ２  Ｏ５  のイルミナイトに含まれる量を規制することにより、被覆剤中に含まれるこれらの合計を前記の規定量の範囲にしたことも特徴とする。またさらに、被覆剤中のイルミナイトは５〜３５％であることも特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
溶接棒におけるスラグ剥離性劣化の原因は、溶融スラグが凝固する過程での膨張率に対する収縮率の差が小さいことや、形成されたスラグの密度が高くビード表面積に対するスラグの接触面積が大きいことによるとされている。さらにアンダーカットなどを生じるとスラグがビード趾端部へ付着し、特に狭開先内ではスラグ除去が困難となる。
【００１０】
また、スパッタの発生原因としては、アーク発生時のプラズマ気流やアーク力が過剰に強い場合、あるいは溶滴のガス爆発などが知られている。特に粗大化した溶滴は、内部ガスの圧力により破裂し大粒のスパッタとなり、アーク電圧の変動も激しくなってアークの安定性も悪くなる。
【００１１】
まず、スラグ剥離性を改善するには、密度の高い緻密なスラグを多孔質にすることでビード表面とスラグの接触面積を小さくすると除去が容易になる。また、アークが不安定であるとアンダーカットなどが発生しビード趾端部のスラグ除去が困難となるので、適正なアークの吹付けと良好な安定性を持たせることが肝要である。スパッタの防止も同様にアークに良好な安定性を持たせ、溶滴の粗大化を防止することが肝要であり、これらを解決する手段が考えられた。
【００１２】
イルミナイト系棒の被覆剤中には、主成分としてイルミナイトが用いられ、良好なアーク状態と強い吹付けによる溶け込みを確保するものであり、主成分にＴｉＯ２  、Ｆｅ２  Ｏ３  を含み、その他成分としてＦｅＯ、ＳｉＯ２  、Ａｌ２  Ｏ３  、Ｎｂ２  Ｏ５  、Ｖ２  Ｏ５  、Ｐ、Ｓ等を含むものである。
【００１３】
本発明者らは、この主要原料として用いられるイルミナイトの成分に着眼して詳細に検討したところ、Ｎｂ２  Ｏ５  、Ｖ２  Ｏ５  が少ないイルミナイトを用いるとスラグが多孔質になり、さらにアーク電圧が低くなりアーク安定性が向上するので、アンダーカットの発生が防止でき、スラグ除去が容易となった。また溶滴の移行がスムーズになり、溶滴が細粒化されたのでスパッタ発生量も低減した。
【００１４】
そこで、被覆剤中のイルミナイトからもたらさせるＮｂ２  Ｏ５  、Ｖ２  Ｏ５  の適正含有量を調べるため、次のような実験を行った。
表１に示す被覆剤に対して、表２のＮｂ２  Ｏ５  、Ｖ２  Ｏ５  の含有量が異なる３種類のイルミナイトを表３に示すように１種もしくは２種以上の組合せで使用し、その合計量を５〜４２％まで変化させ、これにより得られるイルミナイトからのＮｂ２  Ｏ５  、Ｖ２  Ｏ５  の合計含有量を０．００８〜０．４６０％まで変化させた。この被覆剤を直径４．０ｍｍ、長さ４５０ｍｍの軟鋼心線に被覆塗装して溶接棒を試作し、交流溶接機を用いてスラグ剥離性、スパッタ発生量およびその他の溶接作業性を調査した。
【００１５】
【表１】
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【００１６】
【表２】
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【００１７】
【表３】
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【００１８】
スラグ剥離性の調査は、板厚１２ｍｍ、開先形状５０°Ｖ開先の軟鋼板を用いて立向および下向突合せ溶接を実施し、立向溶接では溶接電流１４０Ａ、下向突合せ溶接では溶接電流１６０Ａとした。判定は立向、下向突合せ溶接の総合判定であり、その判定基準は、軽い打撃でビード表面全面からスラグを除去できるものを良好とし○印、やや強い打撃でビード表面全面からスラグを除去できるものをやや劣るとし△印、強い打撃で除去できるものや、ビード趾端部にスラグが一部残存するものを劣るとし×印とした。
【００１９】
スパッタ発生量の調査は、幅２００ｍｍ、長さ６００ｍｍ、高さ２００ｍｍの銅製の捕集箱を作成し、その上部の開閉板に幅４０ｍｍ、長さ５５０ｍｍのスリットを設け、捕集箱内部に板厚２０ｍｍ、幅５０ｍｍ、長さ４５０ｍｍの軟鋼板を立て、スリットから溶接棒を挿入し、鋼板上に溶接を行いスパッタの捕集を行った。溶接条件は交流溶接機で電流１８０Ａ、溶接速度２００ｍｍ／ｍｉｎとし、判定基準はスパッタの捕集量が１．３ｇ／ｍｉｎ未満を良好、１．３ｇ／ｍｉｎ以上を劣るとした。
【００２０】
また、溶接作業性の試験では、板厚１２ｍｍ、幅１００ｍｍ、長さ５００ｍｍの軟鋼板をＴ型に組み、交流溶接機を用い、溶接電流は水平すみ肉が１８０Ａ、立向が１４０Ａを使用し、それぞれのアーク状態、スラグ状態、ビード形状などを調査した。その判定は水平すみ肉と立向姿勢を総合判定して、良好または劣るとした。
【００２１】
以上の試験から得られた結果を図１に示す。
図１に示すように、被覆剤中のＮｂ２  Ｏ５  とＶ２  Ｏ５  の合計含有量が０．３０％以下ではスラグ剥離性に優れ、スパッタ発生量が少なく、さらに溶接作業性も良好な結果が得られた。また、その値が０．３０％を超えるとスラグが緻密になりビード表面に密着する箇所が生じ、スラグ剥離性が劣化した。また、アーク安定性が劣化し、アンダーカットを生じやすくなり、これもスラグ剥離性劣化の原因となった。またアーク安定性劣化に伴う溶滴の粗大化などによりスパッタ発生量も増加した。さらに、Ｎｂ２  Ｏ５  とＶ２  Ｏ５  の合計が０．４０％以上になると、アーク力が過剰な影響でスラグ被包性が悪くなりビード形状の劣化が生じた。また、立向姿勢ではビードが垂れ易くなり凸形状を呈するようになった。
【００２２】
以上の結果から、良好な溶接作業性を確保しつつ、優れたスラグ剥離性とスパッタ発生量の低減を得るには、被覆剤中のＮｂ２  Ｏ５  とＶ２  Ｏ５  の合計含有量は０．３０％以下にすべきことが判明した。
以下、上記のような各配合成分の作用および効果に基づき、本発明の構成要件に関する数値限定理由について説明する。
【００２３】
被覆剤中のＮｂ２  Ｏ５  とＶ２  Ｏ５  の合計を０．３０％以下にすると、溶接作業性を劣化させずにスラグ剥離性とスパッタ発生量を低減することができ、逆に被覆剤中のＮｂ２  Ｏ５  とＶ２  Ｏ５  の合計が０．３０％を超えると、スラグの緻密化、アンダーカットによるスラグ剥離性の劣化とアーク安定性劣化に伴う溶滴の粗大化などによるスパッタ発生量の増加も招くようになる。
【００２４】
また、Ｎｂ２  Ｏ５  とＶ２  Ｏ５  のイルミナイトに含まれる量を規制するとしたのは、これらの成分はイルミナイトには必ず含まれる微量成分であり、これらの成分を規制することがスラグ被包性やスパッタ発生量に大きな影響を与えるためである。
【００２５】
さらに、被覆剤中のイルミナイトを５〜３５％としたのは、被覆剤中のイルミナイトは、イルミナイトからのＮｂ２  Ｏ５  量とＶ２  Ｏ５  量を決定し、スラグ剥離性とスパッタ発生量および溶接作業性に大きく影響するからである。イルミナイトが５％未満ではアークの吹付けが弱く、溶込み不足などの溶接欠陥を生じやすくなる。一方、３５％を超えるとアーク力が強くなり過ぎてスラグ被包性が悪くなりビード形状が劣化し、さらに立向姿勢ではビードが垂れ易くなるなどの溶接作業性の劣化を招くようになる。
【００２６】
なお、本発明で用いられるガス発生剤は炭酸石灰や炭酸マグネシウムなどであり、アーク中で分解し、ＣＯ２  ガスを発生するので溶接金属や溶融スラグを大気から遮断し、窒素や酸素の進入を防ぐと共に、適度なアーク力を確保し、スラグの流動性や粘性を調整する。
【００２７】
アーク安定剤には、ルチールや珪灰石などがあり、良好なアーク状態を確保するために用いられる。これらの１種または２種以上の組合せで使用する。
スラグ生成剤には、珪砂、長石、酸化マグネシウムなどがあり、スラグの流動性や被包性を調整する。これらの１種または２種以上の組合せで使用する。
脱酸剤には、Ｆｅ−Ｍｎ、金属Ｍｎなどがあり溶接作業性や合金剤の機能を併用している。
【００２８】
固着剤には、珪酸カリウムと珪酸ナトリウムなどがあり、これらの１種または２種以上の組合せで使用する。
なお、本発明における被覆剤を構成する成分としては、以上の成分の他に通常のイルミナイト系棒の被覆剤に添加されるアルミナ、マイカ等や、また不可避的不純物のＣ、Ｐ、Ｓ、Ｃｌ等があるが、これら各成分の存在によって本発明の効果を損なうものではなく、本発明に含まれる。
【００２９】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づき、比較例と共に詳細に説明する。
表１に示すイルミナイト系棒の２種類の被覆剤に対して、表２のＮｂ２  Ｏ５  、Ｖ２  Ｏ５  の含有量が異なる３種類のイルミナイトをそれぞれ組み合わせて使用した。これらの被覆剤を直径４．０ｍｍ、長さ４５０ｍｍの軟鋼心線に被覆塗装して溶接棒を試作し、交流溶接機を用いて、前述したＮｂ２  Ｏ５  、Ｖ２  Ｏ５  の適正含有量とスラグ剥離性、スパッタ発生量、溶接作業性調査で実施した溶接条件、測定条件、および判定方法によって、スラグ剥離性、スパッタ発生量と溶接作業性を調査した。それらの結果を表４におよび表５示す。
【００３０】
【表４】
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【００３１】
【表５】
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【００３２】
表４および表５中、溶接棒Ｎｏ．１〜１１が本発明例、溶接棒Ｎｏ．１２〜２２は比較例である。
本発明例である溶接棒Ｎｏ．１〜１１は、イルミナイトから被覆剤へのＮｂ２Ｏ５  、Ｖ２  Ｏ５  の合計含有量と、被覆剤中へのイルミナイトの添加量が適正であるので、スラグ剥離性、スパッタ発生量はもとより、溶接作業性も良好で、極めて満足な結果であった。
【００３３】
比較例中、溶接棒Ｎｏ．１２、Ｎｏ．１３、Ｎｏ．１６、Ｎｏ．１９は、Ｎｂ２  Ｏ５  、Ｖ２  Ｏ５  の合計含有量が多いため、スラグ剥離性が劣り、スパッタ発生量が増加した。
溶接棒Ｎｏ．１４、Ｎｏ．１５、Ｎｏ．２０、Ｎｏ．２１は、イルミナイトの添加量が多いので、アーク力が過剰な影響でスラグ被包性が悪くなりビード形状が劣り、さらに立向姿勢ではビードが垂れ易くなるなどの溶接作業性も劣化した。
【００３４】
溶接棒Ｎｏ．１７およびＮｏ．１８は、イルミナイトの添加量が少ないため、アークの吹付けが弱く、溶込み不足を生じるなどの溶接作業性が劣化した。
溶接棒Ｎｏ．２２は、Ｎｂ２  Ｏ５  、Ｖ２  Ｏ５  の合計含有量、イルミナイトの添加量が共に多いため、スラグ剥離性の劣化、スパッタ発生量の増加および溶接作業性も劣化した。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のイルミナイト系被覆アーク溶接棒によれば、溶接作業  性を劣化させることなくスラグ剥離性を向上させスパッタ発生量を低減させることができ、溶接施工においては、溶接作業が容易で、溶接作業能率の向上に大いに貢献できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｎｂ２  Ｏ５  とＶ２  Ｏ５  の合計含有量とスパッタ発生量、スラグ剥離性および溶接作業性の関係を示した図
【図１】
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