(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステンレス鋼心線に被覆剤重量に対して重量％で、ＣａＣＯ3 を５〜３０％、ＣａＦ2 を１０〜２６％、ＳｉＯ2 を５〜２０％、ＺｒＯ2 を１〜１０％、合金剤を３６〜６５％含有する被覆剤が塗布されており、かつ、前記合金剤をＦｅ以外の成分の合計値として被覆剤重量に対して２０％以上含有していることを特徴とするステンレス鋼溶接用被覆アーク溶接棒。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は全姿勢での溶接作業性が優れたステンレス鋼溶接用被覆アーク溶接棒に関するものである。特に被覆剤中に多量の合金剤を含む溶接棒において、被覆の絶縁性が良好で、保護筒が強く、アーク安定性が良好なものを提供する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ステンレス鋼の優れた耐食性や高温特性等から、用途に合わせて多くの種類のステンレス鋼が開発されている。そのステンレス鋼種に合わせて、溶接材料の開発も行われているが、母材と同一成分系の心線を適用すれば、母材と同等の性能を得る成分を確保することは比較的容易である。しかし、市場で少量しか使用されない鋼種では、同一成分系の心線を製造するにあたり、特殊成分であること、少量生産であることから、非常にコストの高い心線となる。そこで比較的安価で汎用的な心線を使用して被覆剤中に合金剤を添加し、目的の成分を得ることで、コストを低く抑える手法が用いられる。しかし、被覆剤中に多量の合金剤を添加することは、被覆に十分な絶縁性が得られない、また保護筒の片溶けが発生してアーク不安定となる等の課題がある。
【０００３】
ステンレス鋼溶接用の被覆アーク溶接棒に関する研究は従来から実施されており、特許第１２１８０４３号公報には、被覆剤として特定量の石灰石、蛍石、珪灰石を含有させ、かつ石灰石と蛍石の比を限定することで、全姿勢でビード形状が良好で、溶接欠陥のない健全な溶接が行えるステンレス鋼被覆アーク溶接棒が提案されている。
【０００４】
また、特開平９−１２２９７６号公報には、被覆剤として特定量のＴｉＯ2 、ＳｉＯ2 、Ａｌ2 Ｏ3 、ＣａＣＯ3 、ＣａＦ2 、Ｋ2 Ｏ、ＭｎＯ2 、Ｎａ2 Ｏを含有させ全姿勢での溶接作業性に優れるステンレス鋼溶接用被覆アーク溶接棒が提案されている。しかし、これらの技術では被覆剤中に多量の合金剤を添加すると、十分な被覆の絶縁性や溶接作業性が得られなかった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、被覆剤中に多量の合金剤を含有しても、被覆に十分な絶縁性を持ち、アーク安定性等の溶接作業性が良好なステンレス鋼溶接用被覆アーク溶接棒を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、ステンレス鋼溶接用被覆アーク溶接棒の被覆の絶縁性、溶接作業性を改善するため、被覆剤組成を種々検討した。その結果、ＺｒＯ2 を添加することで、被覆の絶縁性が向上するとの知見を得た。さらにＣａＣＯ3 中のＣａＯが、ＺｒＯ2 の安定剤として作用することで、より高温で強固な保護筒を形成し、保護筒の片溶けを防止、アーク安定性を良好にするとの知見も得た。
【０００７】
本発明は以上の知見を基に構成されたものであり、その要旨とするところは、ステンレス鋼心線に被覆剤全重量に対して、重量％でＣａＣＯ3 を５〜３０％、ＣａＦ2 を１０〜２６％、ＳｉＯ2 を５〜２０％、ＺｒＯ2 を１〜１０％、合金剤を３６〜６５％含有する被覆剤が塗布されており、かつ、前記合金剤をＦｅ以外の成分の合計値として、被覆剤重量に対して２０％以上含有していることも特徴とするステンレス鋼溶接用被覆アーク溶接棒にある。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に本発明ステンレス鋼溶接用被覆アーク溶接棒の各組成の数値限定理由を述べる。
【０００９】
ＣａＣＯ3 はアーク安定性を向上させる目的で添加する。被覆剤重量に対し５％未満であるとアーク不安定となる。３０％を超えて添加するとスパッタ発生量が多くなる。したがってＣａＣＯ3 は５〜３０％にする必要がある。
【００１０】
ＣａＦ2 は、スラグの流動性を良好とし、立向のビード形状を良くする目的で添加する。被覆剤重量に対し１０％未満であるとスラグの流動性が悪く、立向のビード形状が凸状となる。２６％を超えて添加するとスラグの被包性が悪くなる。したがってＣａＦ2 は１０〜２６％にする必要がある。
【００１１】
ＳｉＯ2 は被包性の良いスラグを形成する目的で添加するが、被覆剤重量に対し５％未満であるとスラグの被包性が悪く、水平すみ肉のビード形状が凸状となる。２０％を超えて添加すると立向のビード形状が凸状になる。したがって、ＳｉＯ2  は５〜２０％にする必要がある。添加源として、珪砂、カリ長石、マイ カ、固着剤に用いる水ガラス等がある。
【００１２】
ＺｒＯ2 は、絶縁性の高い被覆を形成させる目的で添加する。さらに溶接時にＣａＯ＋ＣＯ2 に分解するＣａＣＯ3 が上記特定量で添加されると、そのＣａＯがＺｒＯ2 の安定剤として作用し、より高温で安定なＺｒＯ2 となる。そして強固な保護筒を形成し、保護筒の片溶けを防止、アーク安定性を向上させる。被覆剤重量に対し１％未満であると被覆の絶縁性が悪く、強固な保護筒が得られないため保護筒が片溶けし、アーク不安定となる。１０％を超えて添加するとスパッタ発生量が多くなる。したがって、ＺｒＯ2 は１〜１０％にする必要がある。
【００１３】
合金剤は、目的とする成分を得るために種々の合金を添加するが、被覆剤重量に対し６５％を超えて添加すると被覆に十分な絶縁性が得られない。したがって、合金剤は６５％以下にする必要がある。合金剤は低くくても、被覆の絶縁性、アーク安定性等の溶接作業性は良好であるが、目的の成分を得るために心線を高合金にしなければならず、コスト高となる。したがって、低コスト化を考慮し、比較的汎用性ある低合金のステンレス鋼心線を用い、被覆剤中の合金剤を被覆剤重量に対しＦｅ以外の成分の合計値として１０％以上、好ましくは２０％以上として目的の成分を得るようにするとよい。すなわち、この場合は先の合金剤の量の上限と異なり、合金成分として寄与しないフェロアロイ中のＦｅは計算に入れない。合金剤として、Ｆｅ−Ｓｉ、Ｍｎ、窒化Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｆｅ−Ｃｒ、Ｍｏ、Ｆｅ−Ｍｏ、Ｗ、Ｆｅ−Ｎｂ、Ｆｅ−Ｖ、Ｃｕ等があり、目的の成分に合わせ１種または２種以上を用いることができる。
【００１４】
以上のように被覆剤を特定量に限定することで、全姿勢での溶接作業性に優れ、特に被覆の絶縁性が良好で、強固な保護筒が得られ、アーク安定性が良好なステンレス鋼溶接用被覆アーク溶接棒を得ることができる。
【００１５】
被覆アーク溶接棒の製造方法について言及すると、心線と配合・混合した被覆剤を準備してから被覆剤に固着剤（珪酸カリおよび珪酸ソーダの水溶液）を添加しながら湿式混合を行い、心線周囲に被覆剤を塗装し、さらに塗装後１５０〜４２０℃で約１〜３時間の乾燥・焼成を行うことにより製造することができる。
【００１６】
【実施例】
表１に供試心線の主な化学成分を示す。また表２および表３に供試心線と被覆剤の組み合わせによる被覆アーク溶接棒の組成を示す。表４に使用した母材の化学成分を示す。
【００１７】
【表１】
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【００１８】
【表２】
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【００１９】
【表３】
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【００２０】
【表４】
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【００２１】
溶接作業性の試験方法は、棒径４．０ｍｍの溶接棒を用い、溶接電流１００〜１４０Ａ（ＡＣ）、アーク電圧２０〜２５Ｖ、溶接速度１００〜２５０ｍｍ／ｍｉｎで、図１に示すすみ肉溶接試験板に水平および立向姿勢で溶接を行なった。図１のすみ肉溶接試験板は、表３に示す板厚６ｍｍの母材を用いた。
被覆の絶縁性は、溶接棒サイド部の被覆剤部分を母材に接触させて、アークの発生の有無により判定した。
【００２２】
溶接棒Ｎｏ．１〜３、Ｎｏ．９〜１０の溶接には母材記号Ｓ１を使用した。溶接棒Ｎｏ．６〜８、Ｎｏ．１１〜１３の溶接には母材記号Ｓ２を使用した。なお、表２および表３中の被覆率とは、溶接棒全重量に対して被覆剤重量の占める割合を意味する。また、表２および表３中のその他スラグ剤は、ＭｇＯ、ＴｉＯ2、Ｎａ2 Ｏ、Ｋ2 Ｏ、Ａｌ2 Ｏ3 等である。溶接作業性試験結果を表５に示す。表中溶接棒Ｎｏ．１〜３および６〜８が本発明例、溶接棒Ｎｏ．９〜１３が比較例である。
【００２３】
【表５】
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【００２４】
本発明例である溶接棒Ｎｏ．１〜３および６〜８は、ＣａＣＯ3 、ＣａＦ2 、ＳｉＯ2 、ＺｒＯ2 、合金剤の含有量が適正であるので被覆の絶縁性、水平および立向姿勢共に溶接作業性が良好であった。
【００２５】
比較例中溶接棒Ｎｏ．９は被覆剤中のＣａＣＯ3 が高いのでスパッタ発生量が多く、またＣａＦ2 が低いのでスラグの流動性が悪く、立向のビード形状が凸状となった。
溶接棒Ｎｏ．１０は被覆剤中のＣａＣＯ3 が低いのでアーク不安定で、またＣａＦ2 が高いのでスラグの被包性が悪かった。
【００２６】
溶接棒Ｎｏ．１１は被覆剤中の合金剤が高いので、被覆の絶縁性が悪かった。溶接棒Ｎｏ．１２は被覆剤中のＳｉＯ2 が高いので、立向のビード形状が凸状となった。またＺｒＯ2 を含有していないので被覆の絶縁性が悪く、保護筒が片溶けしアーク不安定であった。
【００２７】
溶接棒Ｎｏ．１３は被覆剤中のＳｉＯ2 が低いのでスラグの被包性が悪く、水平すみ肉のビード形状が凸状となった。また、ＺｒＯ2 が高いのでスパッタ発生量が多かった。
【００２８】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、全姿勢での溶接作業性が優れており、特に被覆剤中に多量の合金剤を含む溶接棒で被覆の絶縁性が良好で、保護筒が強く、アーク安定性が良好なステンレス鋼溶接用被覆アーク溶接棒を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に用いたすみ肉溶接試験板を示す図
【図１】
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