(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素鋼からなる母材にステンレス鋼からなる合わせ材が積層されてなる２枚のステンレスクラッド鋼板を開先を形成するように並べ、
ガスシールドアーク溶接により前記２枚のステンレスクラッド鋼板の前記母材を溶接し、
その後、サブマージアーク溶接により前記２枚のステンレスクラッド鋼板の前記合わせ材を溶接して、前記２枚のステンレスクラッド鋼板を溶接する溶接方法において、
前記ガスシールドアーク溶接後に、前記ガスシールドアーク溶接により生じたスラグを除去せずに前記サブマージアーク溶接を行い、
前記サブマージ溶接用フラックスとして、ＳｉＯ２を７〜１９重量％、Ａｌ２Ｏ３を１４〜３１重量％、ＣａＯを１０〜３０重量％、ＭｇＯを１３〜２４重量％、Ｋ２Ｏを０．５〜２．５重量％含み、ＴｉＯ２を含まず、（ＮＣａＯ＋ＮＭｇＯ＋ＮＬｉ２Ｏ＋ＮＮａ２Ｏ＋ＮＫ２Ｏ＋ＮＭｎＯ＋ＮＭｎＯ２）／（ＮＳｉＯ２＋ＮＡｌ２Ｏ３＋ＮＺｒＯ２）（Ｎｘｘｘは、ｘｘｘのモル分率であり、０の場合もあり）の式で表される塩基度が２．３〜４．４のものを用いることを特徴とする溶接方法。
【請求項２】
２枚のステンレス鋼板を開先を形成するように並べ、
ガスシールドアーク溶接により前記開先の所定部分を溶接し、
その後、前記開先内の前記ガスシールドアーク溶接による溶接金属上の部分をサブマージアーク溶接により溶接して、前記２枚のステンレス鋼板を溶接する溶接方法において、
前記ガスシールドアーク溶接後に、前記ガスシールドアーク溶接により生じたスラグを除去せずに前記サブマージアーク溶接を行い、
前記サブマージ溶接用フラックスとして、ＳｉＯ２を７〜１９重量％、Ａｌ２Ｏ３を１４〜３１重量％、ＣａＯを１０〜３０重量％、ＭｇＯを１３〜２４重量％、Ｋ２Ｏを０．５〜２．５重量％含み、ＴｉＯ２を含まず、（ＮＣａＯ＋ＮＭｇＯ＋ＮＬｉ２Ｏ＋ＮＮａ２Ｏ＋ＮＫ２Ｏ＋ＮＭｎＯ＋ＮＭｎＯ２）／（ＮＳｉＯ２＋ＮＡｌ２Ｏ３＋ＮＺｒＯ２）（Ｎｘｘｘは、ｘｘｘのモル分率であり、０の場合もあり）の式で表される塩基度が２．３〜４．４のものを用いることを特徴とする溶接方法。
【請求項３】
前記ガスシールドアーク溶接では、フラックス入り溶接ワイヤを用いることを特徴とする請求項１または２に記載の溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶接方法及びサブマージ溶接用フラックスに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
特開２００１−３８４７２公報には、次のようにしてステンレスクラッド鋼板を溶接する方法が示されている。まず、炭素鋼からなる母材にステンレス鋼からなる合わせ材が積層されてなる２枚のステンレスクラッド鋼板を開先を形成するように並べる。次に、ガスシールドアーク溶接により２枚のステンレスクラッド鋼板の母材を溶接する。その後、サブマージアーク溶接により２枚のステンレスクラッド鋼板の合わせ材を溶接して、ステンレスクラッド鋼板の溶接を完了する。
【０００３】
このような溶接方法では、ガスシールドアーク溶接後にガスシールドアーク溶接により生じたスラグを除去してからサブマージアーク溶接を行うのが一般的である。スラグを除去せずにサブマージアーク溶接を行うと、サブマージアーク溶接後に生じるスラグの剥離性が低下したり、サブマージアーク溶接のビード形状が乱れたりする。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ガスシールドアーク溶接により生じたスラグの除去を行うと、溶接が煩雑になる上、溶接時間が長くなる。また、廃棄物の処理量も増えるという問題がある。
【０００５】
本発明の目的は、サブマージアーク溶接のスラグの剥離性が低下したり、ビード形状を乱すことなく、ガスシールドアーク溶接により生じたスラグの除去を行う必要のない溶接方法及びサブマージ溶接用フラックスを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明が改良の対象とする溶接方法は、まず、炭素鋼からなる母材にステンレス鋼からなる合わせ材が積層されてなる２枚のステンレスクラッド鋼板を開先を形成するように並べる。次に、ガスシールドアーク溶接により２枚のステンレスクラッド鋼板の母材を溶接し、その後、サブマージアーク溶接により２枚のステンレスクラッド鋼板の合わせ材を溶接して、２枚のステンレスクラッド鋼板を溶接する。本発明の溶接方法では、ガスシールドアーク溶接後に、ガスシールドアーク溶接により生じたスラグを除去せずにサブマージアーク溶接を行う。そして、サブマージ溶接用フラックスとして、ＳｉＯ２を７〜１９重量％、Ａｌ２Ｏ３を１４〜３１重量％、ＣａＯを１０〜３０重量％、ＭｇＯを１３〜２４重量％、Ｋ２Ｏを０．５〜２．５重量％含み、（塩基性酸化物のモル分率の総和）／（酸性酸化物のモル分率の総和）の式で表される塩基度が２．３〜４．４のものを用いる。このような塩基度は、例えば、（ＮＣａＯ＋ＮＭｇＯ＋ＮＬｉ２Ｏ＋ＮＮａ２Ｏ＋ＮＫ２Ｏ＋ＮＭｎＯ＋ＮＭｎＯ２）／（ＮＳｉＯ２＋ＮＡｌ２Ｏ３＋ＮＺｒＯ２＋ＮＴｉＯ２）［Ｎｘｘｘは、ｘｘｘのモル分率であり、０の場合もあり］等の式により得られる。なお、ここで言うサブマージ溶接用フラックスの各成分は、フラックス中に含まれるその成分全ての量である。例えば、ＳｉＯ２の量は、原料としてのＳｉＯ２、バインダ用の水ガラスに含まれるＳｉＯ２等フラックス中に含まれる全てのＳｉＯ２の量である。本発明に示すサブマージ溶接用フラックスを用いれば、ガスシールドアーク溶接により生じたスラグの除去を行わずに、サブマージアーク溶接を行っても、サブマージアーク溶接後に発生するスラグの剥離性が低下したり、ビード形状が乱れるのを抑制することができる。そのため、スラグの除去を行う必要がなく、溶接が容易になり、溶接にかかる時間を短くすることができる。また、廃棄物の処理量も少なくてすむ。
【０００７】
サブマージ溶接用フラックス中のＳｉＯ２は、スラグに適度の粘性及び流動性を与え、ビード形状を整える作用を有する。ＳｉＯ２量が７重量％を下回ると、スラグの粘性が低下して流動性が高くなる。これによりビード波形が荒く不均一になり、ビード形状が悪くなる。ＳｉＯ２量が１９重量％を上回ると、スラグ剥離性が低下する。また、ＳｉＯ２は、酸性成分であるので、ＳｉＯ２量が１９重量％を上回ると、フラックスの塩基度が下がり、溶接金属中の酸素量が増加して、溶接金属の耐割性が低下する。
【０００８】
Ａｌ２Ｏ３も、スラグに適度の粘性及び流動性を与え、ビード形状を整える作用を有する。Ａｌ２Ｏ３量が１４重量％を下回ると、スラグの粘性が低下してビード形状が悪くなる。Ａｌ２Ｏ３量が３１重量％を上回ると、スラグの融点が高くなると共に、スラグの粘性が高くなりスラグ剥離性が低下する。なお、Ａｌ２Ｏ３は、中性からやや酸性の酸化物であるため、ＳｉＯ２程には、フラックスの塩基度を下げない。
【０００９】
ＣａＯは、溶接金属の清浄度を高め、溶融スラグの粘性を低下させる作用がある。ＣａＯ量が１０重量％を下回ると、溶融スラグの粘性が低下せず、スラグ剥離性が低下し、ビード形状が悪くなる。また、ＣａＯ量が１０重量％を下回ると、スラグの塩基度が下がり、溶接金属中の酸素量が増加して、溶接金属の耐割性が低下する。ＣａＯ量が３０重量％を上回ると、スラグの粘性が低下しすぎ、アークが不安定になり、ビード形状が悪くなり、スラグ剥離性も低下する。
【００１０】
ＭｇＯは、ＣａＯとほぼ同様の作用を果たしている。
【００１１】
Ｋ２Ｏは、アーク安定剤としての作用を果たす。また、スラグの粘性を低下させる作用もある。Ｋ２Ｏ量が０．５重量％を下回ると、アークが不安定になる。Ｋ２Ｏは、吸湿性を有しているため、Ｋ２Ｏ量が２．５重量％を上回ると、フラックスが吸湿しやすくなり、ピット、ブローホールが発生したり、ビート形状が悪くなり、スラグの剥離性も低下する。
【００１２】
塩基度が２．３を下回ると、溶接金属中の酸素量が高く、耐割れ性が低下し、ビート形状が悪くなり、スラグの剥離性も低下する。塩基度が４．４を上回ると、アークが不安定になり、ビート形状が悪くなり、スラグの剥離性も低下する。
【００１３】
ガスシールドアーク溶接では、種々のワイヤを用いることができるが、ガスシールドアーク溶接の溶接効果を高めるには、フラックス入り溶接ワイヤを用いるのが好ましい。
【００１４】
上記発明では、炭素鋼からなる母材にステンレス鋼からなる合わせ材が積層されてなるステンレスクラッド鋼板の溶接を対象としているが、本願の他の発明では、ステンレスのみの鋼板（ステンレス鋼板）の溶接も対象とすることができる。その場合、２枚のステンレス鋼板を開先を形成するように並べ、ガスシールドアーク溶接により開先の所定部分を溶接する。その後、開先内のガスシールドアーク溶接による溶接金属上の部分をサブマージアーク溶接によって溶接する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下の方法により、ステンレスクラッド鋼板を溶接して、本発明の実施の形態の溶接方法の効果を確認する試験を行った。図１（Ａ）及び（Ｂ）は、試験で行った溶接方法を実施する工程の一部を示す図である。まず、２枚のステンレスクラッド鋼板１，２を用意した。これらステンレスクラッド鋼板１，２は、炭素鋼からなる母材３，４にステンレス鋼からなる合わせ材５，６がそれぞれ積層されて形成されている。なお、母材３，４及び合わせ材５，６は、表１に示す組成を有する炭素鋼及びステンレス鋼をそれぞれ用いた。２枚のステンレスクラッド鋼板１，２の開先７を形成する端部のそれぞれ形状は、母材３，４側にルート間隔Ｒを開け且つ開先角度θが６０°になる開先７を両者で形成できる形状にする。次に、開先７を形成するように２枚のステンレスクラッド鋼板１，２を並べる。その際に、２枚のステンレスクラッド鋼板１，２の母材３，４と接触し且つ開先７の母材３，４側の開口部を塞ぐ裏当材８を２枚のステンレスクラッド鋼板１，２間に形成される開先に対応するように配置する。裏当材８には良好な裏波ビードを形成するビード形成用凹部８ａが形成されている。
【００１６】
次にガスシールドアーク溶接によりフラックス入り溶接用ワイヤを用いて開先７の開口部側から２枚のステンレスクラッド鋼板１，２の母材３，４を溶接してガスシールドアーク溶接金属９を得た。なお、ガスシールドアーク溶接のワイヤは、表１に示す組成を有するＦＣＷ３０９ＭｏＬにより形成されているものを用いた。また、溶接条件は、電流２００Ａ、電圧３１Ｖ、溶接速度５００ｍｍ／ｍｉｎ、溶接入熱量７．４ｋＪ/ｃｍ、パス間温度１５０℃以下とし、シールドガスとしては炭酸ガスを用いた。ガスシールドアーク溶接の回数は、母材の厚みによって１回の場合もあれば、２回以上の複数回の場合もある。このガスシールドアーク溶接では、母材３，４を完全に溶接してもよいが、図１（Ａ）に示すように、母材３，４が一部に溶接されない部分を残すようにするのが好ましい。このようにガスシールドアーク溶接を行うと、ガスシールドアーク溶接金属９上には、スラグ１０が生じる。
【００１７】
その後、スラグ１０を除去せずに、図１（Ｂ）に示すように、サブマージアーク溶接により２枚のステンレスクラッド鋼板１，２の合わせ材５，６を溶接してサブマージアーク溶接金属１１を得た。なお、サブマージアーク溶接のワイヤは、表１に示す組成を有するＳＵＢ３１６Ｌにより形成されているものを用いた。サブマージアーク溶接のフラックスは、表２に示す組成及び塩基度［（塩基性酸化物のモル分率の総和）／（酸性酸化物のモル分率の総和）］のものをそれぞれ用いた。例えば、塩基度は、（ＮＣａＯ＋ＮＭｇＯ＋ＮＬｉ２Ｏ＋ＮＮａ２Ｏ＋ＮＫ２Ｏ＋ＮＭｎＯ＋ＮＭｎＯ２）／（ＮＳｉＯ２＋ＮＡｌ２Ｏ３＋ＮＺｒＯ２＋ＮＴｉＯ２）［Ｎｘｘｘは、ｘｘｘのモル分率であり、０の場合もあり］等の式により得られる。また、溶接条件は、電流５００Ａ、電圧３０Ｖ、溶接速度３００ｍｍ／ｍｉｎ、溶接入熱量３０ｋＪ/ｃｍ、パス間温度１５０℃以下とした。この例のように母材３，４の一部が溶接されずに残っている場合には、母材３，４も合わせてサブマージアーク溶接により溶接した。そして、サブマージアーク溶接金属１１上のスラグを除去して溶接を完了した。
【００１８】
本試験では、サブマージアーク溶接金属１１上のスラグの剥離性及びビード外観を１〜４点の範囲でそれぞれ採点した。スラグの剥離性の４点は自然剥離する程度の剥離性であり、３点はチッピングハンマで軽く叩けば剥離する程度の剥離性であり、２点はチッピングハンマで強く叩けば剥離する程度の剥離性であり、１点はチッピングハンマで強く叩いても剥離しない程度の剥離性である。ビード外観の４点は、ビード表面にスラグの残存がなく、ポックマーク、ウォームホール等のへこみや欠陥が全くなく、ビードの止端がゆらがずに直線状を示す程度に極めて美麗な外観であり、３点は、ビード表面は４点と同様であるが、ビードの止端がわずかにゆらいでいる程度に美麗な外観であり、２点は、止端は３点と同様であるが、ビード表面に一部スラグが残り、へこみや欠陥が１〜２個／２０ｃｍ２程度存在する程度にやや悪い外観であり、１点は、止端は３点と同様であるが、ビード表面に半分以上スラグが残り、へこみや欠陥が３個／２０ｃｍ２以上存在する悪い外観である。表２には、各組成及び塩基度のフラックスを用いた溶接における、試験結果が併せて示されている。
【００１９】
【表１】
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【表２】
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表２に示すように、実施例１〜１０のフラックスを用いた溶接では、比較例１〜７のフラックスを用いた溶接に比べて、スラグの剥離性が低下したり、ビード形状が乱れるのを抑制できるのが分かる。
【００２０】
次に、実施例９のフラックスを用いて溶接した溶接金属のサブマージアーク溶接部分の組成と、比較例３のフラックスを用いて溶接した溶接金属のサブマージアーク溶接部分の組成との化学組成を調べた。表３には、その結果が示されている。なお、表３には、ＳＵＢ３１６Ｌ（本試験に用いたサブマージアーク溶接ワイヤの材質）を用いた場合の溶接金属の規格範囲も併せて示している。
【００２１】
【表３】
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表３より、実施例９のフラックスを用いた溶接金属の組成は、全てが規格範囲に含まれるのに対して、比較例３のフラックスを用いた溶接金属の組成では、Ｃｒの組成量（２１．３９重量％）が規格範囲（１７．０〜２０．０重量％）を超え、Ｍｏの組成量（２．９６重量％）が規格範囲（２．００〜３．００重量％）の上限値に近い値を示すのが分かる。
【００２２】
なお、上記例では、炭素鋼からなる母材にステンレス鋼からなる合わせ材が積層されてなるステンレスクラッド鋼板の溶接について試験を行ったが、ステンレスのみの鋼板（ステンレス鋼板）の溶接についても同様の効果が得られることを確認した。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によれば、ガスシールドアーク溶接により生じたスラグの除去を行わずに、サブマージアーク溶接を行っても、スラグの剥離性が低下したり、ビード形状が乱れるのを抑制することができる。そのため、スラグの除去を行う必要がなく、溶接が容易になり、溶接にかかる時間を短くすることができる。また、廃棄物の処理量も少なくてすむ。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）及び（Ｂ）は、試験で行った溶接方法を実施する工程の一部を示す図である。
【符号の説明】
１，２  ステンレスクラッド鋼板
３，４  母材
５，６  合わせ材
７  開先
１０  ガスシールドアーク溶接により生じるスラグ
【図１】
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