多電極單面埋弧焊用粘結焊劑的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及造船等的大板連接中所用的多電極單面埋弧焊用粘結焊劑，特別涉及 適宜得到穩定的焊珠形狀同時可形成機械性能優異的焊接金屬的多電極單面埋弧焊用粘 結焊劑。
【背景技術】
[0002] 埋弧焊為下述方法：預先將粒狀的焊劑沿著焊接線散布，將電極線連續供給至其 中，使得該電極線的前端與母材之間發生電弧來連續進行焊接。利用該埋弧焊方法，可高效 地得到穩定的焊接作業性和焊接金屬的機械性能，因而被用于以造船、鋼結構、道管、橋梁、 車輛等大型結構物為代表的廣泛領域中。
[0003] 近年來，隨著能量產業的發展進行了鋼材的高強度化和高韌性化的研究；并且隨 著結構物的大型化進行了板厚的極厚化等的研究，高強度或極厚的鋼材的應用比例逐年增 加。因此，對于埋弧焊而言，為了提高焊接施工中的生產率、確保安全性和耐久性，要求品質 進一步的提高，其中特別是對焊接的高效率化與焊接金屬的高韌性化的要求極大。
[0004] 特別是在造船領域中，大型的散貨船、油船、集裝箱運輸船等的建造數量具有逐年 增加的傾向，在它們的建造中，為了提高生產率、確保安全性和耐久性，對于焊接的進一步 高效率化和焊接部的進一步高韌性化的期望極大。
[0005] 在該造船的建造工程中，作為主軸的大板連接多使用圖1所示的焊劑銅墊板單面 埋弧焊方法（下文中稱為FCuB法。）。在該FCuB法中，將背面焊劑2以約4_~7mm的程 度散布于背襯銅板1，將空氣注入到空氣軟管3中，將其抵接至與被焊接鋼板4的內側接觸 的坡口（開先）背面4a。并且使用2~4根焊絲（^ 4 \ )5由表側散布表面焊劑6進行 1層焊接，同時形成表面焊珠和背面焊珠。在該焊接方法中，由于在坡口背面4a附著有背面 焊劑2,因而墊板的接觸性（當>9 )良好；并且由于可利用背焊劑2下的背襯銅板1抑制背 面焊珠的余高，因而即使在大電流的焊接條件下進行施工，也可得到美麗且無焊接缺陷的 堅實的背面焊珠。因此，FCuB法在薄板到厚板中被廣泛應用。
[0006] 與被覆電弧焊或氣體保護電弧焊相比，埋弧焊的焊接輸入熱量高、母材稀釋率大， 因而焊接作業性或焊接金屬的性能基本上由焊劑與焊絲的成分組成來確定。在埋弧焊中， 特別是上述的單面埋弧焊方法具有焊接輸入熱量高、母材稀釋率大的特征。
[0007] 在該單面埋弧焊方法中，主要應用作為燒結焊劑的粘結焊劑。粘結焊劑是在各種 原材料中添加水玻璃等進行造粒、并在500°C左右進行燒制而得到的，由于可自由調整焊接 金屬的化學成分、并且可添加鐵粉，因而具有焊接效率增高這樣的優異特征。
[0008] 但是，在高速度的單面埋弧焊中，在表面焊珠的表面容易發生鐵粒突起，并且具有 熔渣（7 9夕'' )容易附著的傾向。特別是從焊絲電極數的方面考慮，與3電極相比，4電極 時具有顯著發生上述鐵粒突起的傾向，確認到這依賴于焊接速度。即，若焊絲電極數增加， 則焊接速度可能會提高；因而，由于4電極時的速度變快，從而容易發生表面焊珠表面的鐵 粒突起以及熔渣附著。
[0009] 從這方面考慮，以往有人提出了可得到良好的焊接作業性和焊接金屬機械性能的 埋弧焊接用焊劑和單面焊接方法。
[0010] 例如，在專利文獻1中公開了關于利用4電極進行的高速單面埋弧焊方法的基礎 技術。其中，為了在高速度的單面埋弧焊中得到堅實無缺陷的焊接金屬，其針對焊絲徑、焊 接電流、焊接速度、電極間的距離、焊劑和焊絲成分進行了限定從而來謀求改善。但是，盡管 該專利文獻1所述的技術能夠得到堅實無缺陷的焊接金屬，但其無法改善表面焊珠表面的 鐵粒突起和熔渣附著，并且在焊劑中并未限定脫氧劑、合金劑的添加。因此，若為厚板的大 輸入熱焊接，則焊接金屬的拉伸強度降低，進而韌性降低，因而存在著得不到穩定的焊接作 業性與焊接金屬的良好機械性能的問題。
[0011] 在專利文獻2中公開了使用3電極以上的電極的高速單面埋弧焊用焊劑和焊接方 法的相關技術。其限定了焊劑的成分，進一步限定了焊劑的粒度構成和堆積密度，從而實現 了堅實的表面焊珠和背面焊珠的改善。但是，在粒度構成中，由于粒徑超過840 μ m的顆粒 小于20重量％，因而焊劑整體的粒徑變細。由此，在焊接時的電弧狀態中，因致密散布的細 小焊劑的作用，電弧難以擴展，焊珠形狀為凸狀，氣體散逸變差，會發生凹坑和麻點等焊接 缺陷，因而存在著無法得到堅實且穩定的表面焊珠和背面焊珠的問題。
[0012] 此外，在專利文獻3中公開了用于得到堅實的背面焊珠的技術，其中使用3電極以 上的電極，對焊絲徑、焊接電流、電極間的距離、電極的焊矩角度進行限定。專利文獻3所述 的技術技術在進行高速單面埋弧焊時也能夠得到堅實的背面焊珠，但其無法改善表面焊珠 表面的鐵粒突起和熔渣附著，未能得到堅實的表面焊珠。
[0013] 在專利文獻4中公開了利用單電極進行的單面埋弧焊方法所涉及的技術。利用本 方法，可通過焊接速度和焊接輸入熱的最佳化來得到表面焊珠和背面焊珠均堅實、穩定的 焊珠形狀和外觀，但由于為單電極焊接，因而存在著焊接速度變慢、焊接效率降低、生產效 率顯著降低的問題。
[0014] 在專利文獻5中公開了關于多電極高速單面埋弧焊用粘結焊劑的技術。該公開技 術謀求高速單面埋弧焊中的表面焊珠表面的鐵粒突起和咬邊的改善。在專利文獻5所述的 技術中限定了焊劑組成的成分，特別是使被認為是鐵粒突起發生原因的鐵粉（Fe)為5%以 下，結果能夠減少鐵粒突起的發生。但是，在高速單面焊接中，焊劑中的Fe為用于得到穩定 的背面焊珠形狀和熔透的必要成分，并且也是能夠期待提高熔敷效率的成分。因此，在如專 利文獻5所述技術那樣使其添加量為5%以下時，無法得到穩定的背面焊珠形狀，并且熔敷 效率也降低，因而存在著焊接作業性和生產效率顯著變差的問題。
[0015] 在專利文獻6還公開了與多電極高速單面埋弧焊用粘結焊劑相關的謀求表面焊 珠表面的鐵粒突起和焊接缺陷的改善的技術。在專利文獻6所述的技術中，與專利文獻5所 述的技術類似地限定了焊劑組成的成分，特別是使被認為是鐵粒突起發生原因的鐵粉（Fe) 為5 %以下，進一步使作為焊接對象的接頭板厚為16mm以下。但是，在該專利文獻6所公開 的技術中，即使如上述那樣使所應用的接頭板厚為16mm以下，在焊劑中的Fe添加量為5% 以下時也無法得到穩定的背面焊珠形狀，并且熔敷效率也降低，因而存在著焊接作業性和 生產效率顯著變差的問題。
[0016] 此外，在本申請人的專利文獻7中提出了可改善表面焊珠表面的鐵粒突起和焊接 缺陷并得到機械性能優異的焊接金屬的多電極高速單面埋弧焊用粘結焊劑所涉及的技術。 專利文獻7所述的技術通過限定焊劑組成的成分、進而調整焊劑的粒度來謀求表面焊珠表 面的鐵粒突起改善，但僅通過焊劑組成成分的限定和焊劑粒度的調整無法完全抑制鐵粒突 起的發生，進而在厚鋼板焊接的情況下，還具有焊珠形狀呈凸狀的問題。
[0017] 現有技術文獻
[0018] 專利文獻
[0019] 專利文獻1 :日本特開平5-337651號公報
[0020] 專利文獻2 :日本特開平6-277878號公報
[0021] 專利文獻3 :日本特開平8-99178號公報
[0022] 專利文獻4 :日本特開2004-154841號公報
[0023] 專利文獻5 :日本特開2006-272348號公報
[0024] 專利文獻6 :日本特開2007-136516號公報
[0025] 專利文獻7 :日本特開2012-218053號公報
【發明內容】
[0026] 發明所要解決的課題
[0027] 因此，本發明是鑒于上述問題而提出的，其目的在于提供一種多電極單面埋弧焊 用粘結焊劑，利用該多電極單面埋弧焊用粘結焊劑，特別是在即使為厚鋼板的3電極以上 的多電極高速單面埋弧焊中，也能夠進一步抑制表面焊珠表面發生鐵粒突起，可形成無焊 接缺陷的堅實的焊接金屬，能夠得到表面焊珠和背面焊珠均穩定的焊珠形狀和焊珠外觀， 進一步可得到機械性能優異的焊接金屬。
[0028] 解決課題的手段
[0029] 為了解決上述課題，本發明人對于粘結焊劑的化學組成和Fe成分所使用的鐵粉 原材料的粒度等進行了研究。其結果發現，通過限定粘結焊劑的化學組成、進一步限定Fe 成分所使用的鐵粉原材料的粒度，即使是在厚鋼板的3電極以上的多電極高速單面埋弧焊 中，也能夠進一步抑制表面焊珠的表面發生鐵粒突起，可形成無焊接缺陷的的堅實的焊接 金屬、得到表面焊珠和背面焊珠均穩定的焊珠形狀和焊珠外觀，進一步可得到機械性能優 異的焊接金屬。
[0030] 即，本申請第1發明的多電極單面埋弧焊用粘結焊劑的特征在于，以質量％計，其 含有：SiO2 :5%~24%、Mg0 :12%~30%、Ca0 :3%~15%、A1203 :5