多电极单面埋弧焊用粘结焊剂的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及造船等的大板连接中所使用的多电极单面埋弧焊用粘结焊剂，特别是 涉及适宜得到稳定的焊缝形状同时可形成机械性能优异的焊接金属的多电极单面埋弧焊 用粘结焊剂。
【背景技术】
[0002] 埋弧焊为下述方法：预先将粒状的焊剂沿着焊接线散布，将电极焊丝连续供给至 其中，使得该电极焊丝的前端与母材之间产生电弧来连续进行焊接。利用该埋弧焊方法，可 高效地得到稳定的焊接作业性和焊接金属的机械性能，因而被应用于以造船、钢架、制管、 桥梁、车辆等大型结构物为代表的广泛领域中。
[0003] 近年来，随着能源产业的发展进行了钢材的高强度化和高韧性化、以及伴随结构 物大型化的板厚极厚化等方面的研宄，高强度或极厚的钢材的应用比例逐年增加。因此，对 于埋弧焊而言，为了提高焊接施工中的生产率、确保安全性和耐久性，要求品质进一步的提 高，其中特别是对焊接的高效率化与焊接金属的高韧性化的需求极大。
[0004] 特别是在造船行业中，大型的散货船、油船、集装箱运输船等的建造数量趋于逐年 增加，在它们的建造中，为了提高生产率、确保安全性和耐久性，对于焊接的进一步高效率 化和焊接部的进一步高韧性化的需求极大。
[0005] 在该造船的建造工程中，作为主轴的大板连接多使用图1所示的焊剂铜垫单面埋 弧焊方法（下文中称为FCuB法。）。在该FCuB法中，将背面焊剂2以约4mm~7mm的程度 散布于背衬铜板1上，将空气注入到空气软管3中，将其抵接至对应于被焊接钢板4的背侧 的坡口（開先）背面4a。并且使用2~4根焊丝5由表侧散布表面焊剂6进行1层焊接， 同时形成表面焊缝和背面焊缝。在该焊接方法中，由于背面焊剂2密合于坡口背面4a，因而 衬垫的接触性（当*9 )良好；并且由于可利用背面焊剂2之下的背衬铜板1抑制背面焊缝 的余高，因而即使在大电流的焊接条件下进行施工，也可得到美观且无焊接缺陷的坚实的 背面焊缝。因此，FCuB法在薄板到厚板中被广泛应用。
[0006] 与被覆电弧焊或气体保护电弧焊相比，埋弧焊的焊接线能量高、母材稀释率大，因 而焊接作业性和焊接金属的性能基本上由焊剂与焊丝的成分组成来确定。在埋弧焊中，特 别是上述的单面埋弧焊方法具有焊接线能量高、母材稀释率大的特征。
[0007] 在该单面埋弧焊方法中，主要应用作为烧结焊剂的粘结焊剂。粘结焊剂是在各种 原材料中添加水玻璃等进行造粒、并在500°C左右进行烧制而得到的，由于可自由调整焊接 金属的化学成分、并且可添加铁粉，因而具有熔敷效率增高这样的优异特征。
[0008] 但是，在高速度的单面埋弧焊中，在表面焊缝的表面容易产生铁粒突起，并且具有 熔渣（只）容易附着的倾向。特别是从焊丝电极数的方面考虑，与3电极相比，4电极 时具有显著产生上述铁粒突起的倾向，确认到这依赖于焊接速度。即，若增加焊丝电极数， 则能够提高焊接速度，因而，由于4电极时的速度变快，从而容易产生表面焊缝表面的铁粒 突起以及熔渣附着。
[0009] 从这方面考虑，以往以来提出了可得到良好的焊接作业性和焊接金属机械性能的 埋弧焊接用焊剂和单面焊接方法。
[0010] 例如，在专利文献1中公开了关于利用4电极进行的高速单面埋弧焊方法的基础 技术。其中，为了在高速度的单面埋弧焊中得到坚实无缺陷的焊接金属，其针对焊丝径、焊 接电流、焊接速度、电极间的距离、焊剂和焊丝成分进行了限定从而来谋求改善。但是，尽管 该专利文献1所述的技术能够得到坚实无缺陷的焊接金属，但其无法改善表面焊缝表面的 铁粒突起和熔渣附着，并且并未限定在焊剂中添加脱氧剂、合金剂。因此，若为厚板的高线 能量焊接，则焊接金属的拉伸强度降低，进而韧性降低，因而存在着得不到稳定的焊接作业 性与焊接金属的良好机械性能的问题。
[0011] 在专利文献2中公开了使用3电极以上的电极的高速单面埋弧焊用焊剂和焊接方 法的相关技术。其限定了焊剂的成分，进一步限定了焊剂的粒度构成和堆积密度，从而实现 了坚实的表面焊缝和背面焊缝的改善。但是，在粒度构成中，由于粒径超过840 μπι的颗粒 小于20重量％，因而焊剂整体的粒径变细。由此，在焊接时的电弧状态中，因致密散布的细 小焊剂的作用，电弧难以扩展，焊缝形状为凸状，气体散逸变差，会产生凹坑和麻点等焊接 缺陷，因而存在着无法得到坚实且稳定的表面焊缝和背面焊缝的问题。
[0012] 此外，在专利文献3中公开了用于得到坚实的背面焊缝的技术，其中使用3电极以 上的电极，对焊丝径、焊接电流、电极间的距离、电极的焊矩角度进行限定。专利文献3所述 的技术在进行高速单面埋弧焊时也能够得到坚实的背面焊缝，但其无法改善表面焊缝表面 的铁粒突起和熔渣附着，无法得到坚实的表面焊缝。
[0013] 在专利文献4中公开了关于利用单电极进行的单面埋弧焊方法的技术。利用该方 法，可通过使焊接速度和焊接线能量最佳化来得到表面焊缝和背面焊缝均坚实、稳定的焊 缝形状和外观，但由于为单电极焊接，因而存在着焊接速度慢、焊接效率降低、生产效率显 著降低的问题。
[0014] 在专利文献5中公开了关于多电极高速单面埋弧焊用粘结焊剂的技术。该公开技 术谋求高速单面埋弧焊中的表面焊缝表面的铁粒突起和咬边的改善。在专利文献5所述的 技术中限定了焊剂组成的成分，特别是使被认为是铁粒突起产生原因的铁粉（Fe)为5%以 下，结果能够减少铁粒突起的产生。但是，在高速单面焊接中，焊剂中的Fe为用于得到稳定 的背面焊缝形状和熔透的必要成分，并且也是能够期待提高熔敷效率的成分。因此，在如专 利文献5所述技术那样使铁粉添加量为5%以下时，无法得到稳定的背面焊缝形状，并且熔 敷效率也降低，因而存在着焊接作业性和生产效率显著变差的问题。
[0015] 在专利文献6还公开了与多电极高速单面埋弧焊用粘结焊剂相关的实现了表面 焊缝表面的铁粒突起和焊接缺陷的改善的技术。在专利文献6所述的技术中，与专利文献 5所述的技术类似地限定了焊剂组成的成分，特别是使被认为是铁粒突起产生原因的铁粉 (Fe)为5%以下，进一步使作为焊接对象的接头板厚为16mm以下。但是，在该专利文献6 所公开的技术中，即使如上述那样使所应用的接头板厚为16mm以下，在焊剂中的Fe添加量 为5%以下时也无法得到稳定的背面焊缝形状，并且熔敷效率也降低，因而存在着焊接作业 性和生产效率显著变差的问题。
[0016] 此外，在本申请人的专利文献7中提出了关于可改善表面焊缝表面的铁粒突起和 焊接缺陷并得到机械性能优异的焊接金属的多电极高速单面埋弧焊用粘结焊剂的技术。专 利文献7所述的技术通过限定焊剂组成的成分、进而调整焊剂的粒度而实现了改善表面焊 缝表面的铁粒突起，但仅通过限定焊剂组成成分和调整焊剂粒度无法完全抑制铁粒突起的 产生，进而在焊接厚钢板的情况下，还具有焊缝形状呈凸状的问题。
[0017] 现有技术文献
[0018] 专利文献
[0019] 专利文献1 :日本特开平5-337651号公报
[0020] 专利文献2 :日本特开平6-277878号公报
[0021] 专利文献3 :日本特开平8-99178号公报
[0022] 专利文献4 :日本特开2004-154841号公报
[0023] 专利文献5 :日本特开2006-272348号公报
[0024] 专利文献6 :日本特开2007-136516号公报
[0025] 专利文献7 :日本特开2012-218053号公报
【发明内容】
[0026] 发明要解决的问题
[0027] 因此，本发明是鉴于上述问题而提出的，其目的在于提供一种多电极单面埋弧焊 用粘结焊剂，利用该多电极单面埋弧焊用粘结焊剂，特别是即使在厚钢板的3电极以上的 多电极高速单面埋弧焊中，也能够抑制表面焊缝表面产生铁粒突起，可形成无焊接缺陷的 坚实的焊接金属，能够得到表面焊缝和背面焊缝均稳定的焊缝形状和焊缝外观，进一步可 得到机械性能优异的焊接金属。
[0028] 用于解决问题的手段
[0029] 为了解决上述课题，本发明人对于粘结焊剂的化学组成和用于Fe成分的铁粉原 材料的粒度等进行了研宄。其结果发现，通过限定粘结焊剂的化学组成、进一步限定用于 Fe成分的铁粉原材料的粒度，即使是在厚钢板的3电极以上的多电极高速单面埋弧焊中， 也能够抑制表面焊缝的表面产生铁粒突起，可形成无焊接缺陷的的坚实的焊接金属、得到 表面焊缝和背面焊缝均稳定的焊缝形状和焊缝外观，进一步可得到机械性能优异的焊接金 属。
[0030] 即，本申请第1发明的多电极埋弧焊用粘结焊剂的特征在于，以质量％计，其含 有：Si0 2:5%~24%、MgO :12%~30%、CaO :3%~15%、Al 203:5%~17%、CaF2:7%~ 19%、21〇 2:0.5%~5%、8 203:0.1 %~3%、〇&0)3和]\%0)3中的1种或2种的0)2换算值的 合计：2%~7%、Fe :10%~35%、Si :0· 3%~4%、Mn :0· 3%~1%、Μο :0· 1%~3%、Ti : 0. 1 %~3%，其它包含碱金属氧化物和不可避免的杂质。<