CN104772580A - 多电极单面埋弧焊用粘结焊剂 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种多电极单面埋弧焊用粘结焊剂，其能够进一步抑制在表面焊缝的表面产生铁粒突起，可形成无焊接缺陷的坚实的焊接金属，能够得到稳定的焊缝形状和焊缝外观，进而可得到机械性能优异的焊接金属。其特征在于，以质量％计，其含有SiO2：5％～24％、MgO：12％～30％、CaO：3％～15％、Al2O3：5％～17％、CaF2：7％～19％、ZrO2：0.5％～5.0％、B2O3：0.1％～3.0％、CO2换算值的合计：2％～7％、Fe：10％～35％、Si：0.3％～4.0％、Mn：0.3％～1％、Mo：0.1％～3.0％、Ti：0.1％～3.0％，其它包含碱金属氧化物和不可避免的杂质。
Description
技术领域
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
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。
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究，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。
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。
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(当り)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。
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。
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℃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。
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(スラグ)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。
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。
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。
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840μm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。
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。
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。
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。
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。
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。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平5-337651号公报
专利文献2：日本特开平6-277878号公报
专利文献3：日本特开平8-99178号公报
专利文献4：日本特开2004-154841号公报
专利文献5：日本特开2006-272348号公报
专利文献6：日本特开2007-136516号公报
专利文献7：日本特开2012-218053号公报
发明内容
发明要解决的问题
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。
用于解决问题的手段
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究。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。
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：SiO2：5％～24％、MgO：12％～30％、CaO：3％～15％、Al2O3：5％～17％、CaF2：7％～19％、ZrO2：0.5％～5％、B2O3：0.1％～3％、CaCO3和MgCO3中的1种或2种的CO2换算值的合计：2％～7％、Fe：10％～35％、Si：0.3％～4％、Mn：0.3％～1％、Mo：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。
此外，本申请第2发明的多电极埋弧焊用粘结焊剂的特征在于，在本申请第1发明中，进一步还含有Al：0.05％～0.5％。
此外，本申请第3发明的多电极埋弧焊用粘结焊剂的特征在于，在本申请第1发明或本申请第2发明中，TiO2为1.5％以下。
进一步地，本申请第4发明的多电极埋弧焊用粘结焊剂的特征在于，在本申请第1发明～本申请第3发明中，用于Fe成分的铁粉原材料的平均粒径为150μm以下。
发明的效果
通过应用了本发明的多电极单面埋弧焊用粘结焊剂，特别是在厚钢板的3电极以上的多电极高速单面埋弧焊中，也能够进一步抑制表面焊缝的表面产生铁粒突起，可形成无焊接缺陷的坚实的焊接金属、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。
附图说明
图1为示出本发明的实施例中所使用的焊剂铜垫单面埋弧焊方法的截面图。
图2为示出本发明的实施例中所使用的钢板的坡口形状的图。
具体实施方式
为了在厚度8mm以上的厚钢板的多电极单面埋弧焊中能够维持良好的焊接金属机械性能、能够进一步抑制在表面焊缝的表面产生铁粒突起，得到无焊接缺陷的优异的表面焊缝和背面焊缝的形状，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详细的研究。
造船建造的大板连接中所应用的多电极高速单面埋弧焊中，板厚为8mm到40mm的宽范围，钢板的板厚越厚则越需要高线能量的焊接。因此，为了在高线能量焊接中也可得到优异的焊接金属机械性能，需要在粘结焊剂中添加脱氧剂、合金剂等，将焊接金属的氧量抑制得较低、提高淬火性。但是，若过量添加脱氧剂和合金剂，则焊接金属的淬火性过度，强度增高、韧性降低。因此，为了开发出与各种板厚下的焊接线能量的变化对应的粘结焊剂，对于各种脱氧剂和合金剂进行了研究，结果发现，通过适量添加Si、Mn和Mo，可得到良好的焊接金属拉伸强度和韧性。
此外发现，通过适量添加Al，即使是在钢板板厚较厚的高线能量焊接的情况下，也可得到良好的焊接金属韧性。
进而，在焊接作业性的改善方面，目前是在造船的大板连接中所应用的单面埋弧焊中作为最重要课题的表面焊缝表面的铁粒突起改善。若表面焊缝产生铁粒突起，则在造船的涂布工程中在铁粒突起部分有大量涂料附着、或者由于铁粒突起的形状而容易剥落，因此剥离的部分无涂布，容易生锈、耐腐蚀性显著降低。因而，目前在造船厂中，利用研磨机或喷砂清理等除去表面焊缝表面的铁粒突起，因而存在着生产率降低所引起的成本升高的问题。
为了改善上述课题，对于粘结焊剂的化学组成进行了研究。对于铁粒突起产生的原因，粘结焊剂中所添加的铁粉(Fe)为原因，焊接时在焊接金属和熔渣凝固过程中添加到粘结焊剂中的铁粉熔融落于半熔融状态的焊接金属表面，在未完全熔透的状态时残留在表面。
因此，首先除去粘结焊剂中的铁粉，结果表面焊缝的表面无铁粒突起，但背面焊缝形状不稳定，且产生熔透不良、咬边等焊接缺陷；进一步地，由于除去铁粉导致熔敷效率降低，因而随着焊接速度的降低，生产率显著降低。由上述情况可判明，在高速单面焊接中，为了得到稳定的背面焊缝形状、熔透与高熔敷效率，粘结焊剂中的铁粉为必要成分，不能除去。
因此，以铁粉添加型的粘结焊剂为前提，对粘结焊剂化学组成进行了研究，结果通过对TiO2、SiO2、MgO、CaO、A12O3、CaF2等熔渣组成进行最佳化而成功减少了铁粒突起。但是，仅对这些熔渣组成进行最佳化无法完全抑制铁粒突起，进一步对熔渣组成进行了研究。
其结果可知，在熔渣组成中含有TiO2时，熔渣容易附着在焊缝表面，会助长铁粒突起的产生。因此，为了使其不含有TiO2，通过尽量使用不含有TiO2的原材料，从而成功使铁粒突起大幅减少。
但是，TiO2作为用于维持电弧稳定性和焊缝平滑性的成分是焊接材料中的必要成分，通过削除TiO2可减少铁粒突起，但确认到有电弧稳定性变差、焊缝形状紊乱的倾向。此外，TiO2在焊接金属组织形态中会生成Ti氧化物等，成为生成微细晶粒的针状铁素体的重要成核点，该针状铁素体对于提高强度和韧性是有效的。因而，TiO2的削除会使得用于生成针状铁素体的成核点消失，确认到有焊接金属韧性降低的倾向。
为了解决这些问题，对熔渣组成进一步进行了研究，其中，进行了ZrO2与金属Ti的添加。与TiO2同样，ZrO2也确认到有提高电弧稳定性和焊缝平滑性的效果，并且完全未确认到熔渣的附着，进一步确认到焊趾部的贴合性(なじみ)良好、熔渣剥离性也良好。
用于生成针状铁素体的成核可通过添加少量金属Ti来进行，确认到使焊接金属韧性得到改善。
通过进行上述焊剂化学组成的最佳化，可大幅减少表面焊缝表面的铁粒突起，并且可得到优异的焊接金属机械性能，但在高速度和连续长时间的焊接时，无法完全消除表面焊缝表面的铁粒突起。
因此，为了进一步改善该铁粒突起，本发明人着眼于用于粘结焊剂的Fe成分的铁粉原材料的粒度，发现通过调整铁粉原材料的粒度，成功地完全消除铁粒突起，得到了良好的表面焊缝形状和外观。
进一步判明了，若钢板的板厚增厚，则表面焊缝的形状呈凸状，进一步进行了研究。其结果发现，通过调整MgO、A12O3和SiO2的量，在厚钢板的焊接中也可使表面焊缝形状良好。
即，在应用了本发明的多电极埋弧焊用粘结焊剂中，以质量％计，含有SiO2：5％～24％、MgO：12％～30％、CaO：3％～15％、A12O3：5％～17％、CaF2：7％～19％、ZrO2：0.5％～5％、B2O3：0.1％～3％、CaCO3和MgCO3中的1种或2种的CO2换算值的合计：2％～7％、Fe：10％～35％、Si：0.3％～4％、Mn：0.3％～1％、Mo：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。此时，以质量％计，可以进一步含有Al：0.05％～0.5％。并且以质量％计，可使TiO2为1.5％以下，用于Fe成分的铁粉原材料的平均粒径可以设定为150μm以下。
下面对应用了本发明的多电极单面埋弧焊用粘结焊剂的焊剂成分组成、用于Fe成分的铁粉原材料的粒度构成的限定理由进行说明。需要说明的是，各成分的含量以相对于多电极单面埋弧焊用粘结焊剂总质量的质量％来表示，在表示该质量％时，仅记载表示为％。
(SiO2：5％～24％)
以硅砂、锆石砂、硅灰石、水玻璃(硅酸钠、硅酸钾)等为原料的SiO2为用于形成良好的焊接焊缝的重要成分，但若其过多，则焊接金属中的氧量增加、韧性变差。SiO2小于5％时，焊趾部的贴合性变差、熔渣剥离性劣化，并且特别是在高速单面焊接中还会产生咬边。另一方面，SiO2超过24％时，焊接金属的氧量增加而韧性劣化。因而，SiO2设定为5％～24％。
(MgO：12％～30％)
以氧化镁熔块、碳酸镁等为原料的MgO具有提高熔渣的耐火性和碱度而降低焊接金属的氧量的效果。MgO小于12％时，焊剂的碱度降低，焊接金属中的氧量增加而韧性降低。另一方面，MgO超过30％时，焊剂的软化熔融点增高，焊缝表面的波纹***，熔渣剥离性和焊缝外观不良。因而，MgO设定为12％～30％。
(CaO：3％～15％)
以硅灰石、碳酸钙等为原料的CaO为用于调整熔渣的熔点和流动性的重要成分。CaO小于3％时，焊趾部的贴合性变差、焊缝外观不良，在高速单面焊接中还会产生咬边。另一方面，CaO超过15％时，熔渣流动性不良，焊缝高度不均匀且熔渣剥离性也不良。因而，CaO设定为3％～15％。
(Al2O3：5％～17％)
以氧化铝为主要原料的A12O3为用于在高速单面焊接中得到良好的熔渣剥离性和焊缝外观的极为重要的成分。此外还具有使电弧稳定性良好的效果。A12O3小于5％时，得不到上述效果。另一方面，若A12O3超过17％，则形成凸焊缝，熔渣剥离性也不良。因而，A12O3设定为5％～17％。
(CaF2：7％～19％)
以萤石为原料的CaF2具有韧性改善的效果，但由于其熔点低，因而若其过多，则焊缝的平滑性受损。CaF2小于7％时，无韧性改善的效果；若超过19％，则会导致焊缝外观不良。因而，CaF2设定为7％～19％。
(ZrO2：0.5％～5％)
以锆石砂、氧化锆石等为原料的ZrO2是用于在高速单面焊接中得到电弧稳定性和良好的焊缝形状/外观、熔渣剥离性而极为重要的成分。ZrO2小于0.5％时，得不到该效果。另外，若ZrO2超过5％，则焊接金属的氧量增加而韧性劣化。因而，ZrO2设定为0.5％～5％。
(B2O3：0.1％～3％)
以氧化硼、硼砂等为原料的B2O3具有韧性提高的效果。B2O3小于0.1％时，得不到韧性提高的效果；若超过3％，则焊接金属固化，韧性反而劣化。因而，B2O3设定为0.1％～3％。
(CaCO3和MgCO3中的1种或2种的CO2换算值的合计：2％～7％)
来自CaCO3(碳酸钙)、MgCO3(碳酸镁)的CO2对于使电弧稳定、并且提高焊接金属的韧性而言是重要的元素，其具有下述效果：在焊接中CaCO3和MgCO3分解，CO或CO2气体使电弧稳定，同时降低电弧气氛中的氮分压，降低焊接金属的氮量。CaCO3和MgCO3中的1种或2种的CO2换算值的合计小于2％时，电弧不稳定，特别是表面焊缝的形状和外观不良，而且焊接金属的氮增高，韧性降低。另一方面，若CaCO3和MgCO3中的1种或2种的CO2换算值的合计超过7％，则CO或CO2气体过量，在焊缝表面产生麻点。因此，CaCO3和MgCO3中的1种或2种的CO2换算值的合计为2％～7％。
(Fe：10％～35％)
以铁粉以及Fe-Si、Fe-Mn或Fe-Mo等铁合金为原料的Fe具有提高熔敷效率和集中电弧的效果。Fe小于10％时，熔敷效率降低、电弧的集中性变差，因而背面焊缝的焊缝形状不稳定。另一方面，Fe超过35％时，在焊缝表面产生铁粒突起而导致熔渣附着、熔渣剥离性也不良。因而，Fe设定为10％～35％。
(用于Fe成分的铁粉原材料的平均粒径：150μm以下)
用于Fe成分的铁粉原材料的粒度是为了在高速度和连续长时间的焊接中完全消除焊缝表面的铁粒突起的重要因子。为了使焊缝表面不产生铁粒突起，需要在焊接时的早期阶段使铁粉熔融落入到熔融金属中，通过将焊剂整体的粒度限定为最佳构成而实现一定程度的改善，但优选所应用的铁粉原材料的粒度为更细粒的铁粉原材料，其平均粒径优选为150μm以下。但是，在本发明中，铁粉原材料的平均粒径为150μm以下并非为必须的，即使超过该粒径也可发挥出所期望的效果。
(Si：0.3％～4％)
以金属Si、Fe-Si、Fe-Si-Mn等为原料的Si为脱氧元素，其可降低焊接金属的氧量。Si小于0.3％时，得不到脱氧效果，韧性降低。另一方面，Si超过4％时，过剩地残留于焊接金属中而导致强度提高、韧性降低。因而，Si设定为0.3％～4％。
(Mn：0.3％～1％)
以金属Mn、Fe-Mn、Fe-Si-Mn等为原料的Mn与Si同样地为脱氧元素，其可降低焊接金属的氧量。Mn小于0.3％时，得不到脱氧效果，韧性降低。另一方面，Mn超过1％时，过剩地残留于焊接金属中而导致强度提高、韧性降低。因而，Mn设定为0.3％～1％。
(Mo：0.1％～3％)
以金属Mo、Fe-Mo为原料的Mo作为焊接金属的淬火性增大元素而为重要的成分。Mo小于0.1％时，焊接金属的强度降低、也没有韧性提高的效果；另一方面，Mo超过3％时，焊接金属的淬火性过大，硬度过高、韧性降低。因而，Mo设定为0.1％～3％。
(Ti：0.1％～3％)
以金属Ti、Fe-Ti等为原料的Ti在焊接金属的组织形态中生成Ti氧化物等，为生成微细晶粒的针状铁素体的重要成核点，该针状铁素体对于提高强度和韧性而言是有效的。Ti小于0.1％时，无法生成对韧性提高有效的针状铁素体、韧性降低。另一方面，Ti超过3％时，焊接金属的强度提高、韧性降低。因而，Ti设定为0.1％～3％。
(Al：0.05％～0.5％)
Al为强脱氧剂，在焊接对象钢板的板厚较厚的高线能量的焊接中，其可确保焊接金属的韧性。Al小于0.05％时，得不到在高线能量的焊接时确保韧性的效果。另一方面，Al超过0.5％时，其以氧化物的形式在焊接金属中过度残留而导致焊接金属的韧性降低。因而，Al优选设定为0.05％～0.5％。但是，在本发明中，Al的含量设定为0.05％～0.5％并非为必须的，即使脱离该范围，也可发挥出所期望的效果。
(TiO2：1.5％以下)
TiO2为用于维持电弧稳定性和焊缝平滑性的有效成分，但其也为容易使熔渣附着在焊缝表面、助长铁粒突起的产生的成分。因而，优选作为各原料中的杂质的TiO2含量尽量低，其含量优选为1.5％以下。但是，在本发明中，该TiO2的含量为1.5％以下并非为必须的，即使超出该范围，也可发挥出所期望的效果。
其它为：来自水玻璃的K2O和Na2O等碱金属氧化物：5％以下；以及P、S等不可避免的杂质，由于P和S均会生成低熔点的化合物而导致韧性降低，因而优选尽量降低P和S。
需要说明的是，使用了本发明的多电极单面埋弧焊用粘结焊剂的单面焊接能够在提高电弧稳定性、焊丝送丝性、熔敷效率的情况下进行焊接，因而适用于组合后的焊丝径为4.0mm～6.4mm、3电极以上的多电极单面埋弧焊。
实施例1
下面通过实施例进一步详细说明本发明的效果。
使用表1所示各种焊剂成分和对用于Fe成分的铁粉原材料的粒度进行了调整的粘结焊剂、表2所示化学组成的背面焊剂、以及表3所示化学组成的焊丝，将表4所示化学组成的板厚为25mm的钢板(标号A)加工成如图2所示的坡口角度为50°、炖边为5mm的坡口形状，在基于表5所示的条件No.1(3电极)或条件No.2(4电极)的焊接条件下实施了图1所示的FCuB单面埋弧焊试验。
在该FCuB单面埋弧焊试验中，将包含表2所示的组成的背面焊剂以约4mm～7mm左右散布至背衬铜板，将空气吸入到空气软管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。
需要说明的是，以水玻璃为粘着剂对表1所示的粘结焊剂进行造粒后，在400℃～550℃下烧制2小时，整粒成1.4mm×0.15mm。
另外，表3所示的焊丝使用如下而成的焊丝：原线经缩径、退火、酸洗、铜镀覆而制成坯线(素線)，将这些坯线拉伸至4.8mm直径和6.4mm直径而进行使用。
[表2]
*其它为CO2、碱金属氧化物和不可避免的杂质。
[表3]
*其它为Fe和不可避免的杂质。
[表4]
关于各试制粘结焊剂的评价，在条件No.1或条件No.2下进行单面埋弧焊时的电弧稳定性、焊接后的熔渣剥离性、有无咬边、有无表面焊缝表面的铁粒突起和熔渣附着、焊缝外观/形状的调查，进一步进行焊接金属的拉伸强度、韧性和焊接金属氧量的调查。
关于焊接金属的机械性能评价，以焊接试验体的钢板板厚的中央为中心采取却贝冲击试验片(JIS Z2242 V缺口试验片)和拉伸试验片(JIS Z 224110号)，实施机械试验。韧性的评价利用-20℃的却贝冲击试验来进行，使用3根样品分别重复进行试验，以平均值进行评价。需要说明的是，却贝冲击试验中，吸收能量为80J以上为良好。拉伸强度评价中，490MPa～690MPa为良好。这些调查结果一并示于表6中。
表1和表6中的焊剂标号F1～F10为本发明例、焊剂标号F11～F24为比较例。作为本发明例的焊剂标号F1、F2、F4～F6、F8和F9中，焊剂成分和铁粉原材料的平均粒径为适当的，因而在基于3电极或4电极的单面埋弧焊中，均是电弧稳定性和熔渣剥离性良好、且无表面焊缝表面的铁粒突起和熔渣附着、表面焊缝和背面焊缝均具有良好的焊缝形状/外观、且焊接金属的机械性能也优异，是极为满意的结果。需要说明的是，在焊剂标号F3和F7中，由于铁粉原材料的平均粒径大，因而产生了少量铁粉的突起。此外，在焊剂标号F10中，由于TiO2多，因而在表面焊缝表面产生少量铁粒突起和熔渣附着，但为实用上没有问题的范围。
在比较例的焊剂标号F11中，由于SiO2少，焊趾部的贴合性差、熔渣剥离性不良、还产生了咬边。此外，由于Ti多，因而焊接金属的拉伸强度高、吸收能量为低值。
焊剂标号F12中，由于SiO2多，因而焊接金属的氧量多、吸收能量为低值。此外，由于TiO2多，因而少量熔渣附着在焊缝表面、也产生了少量铁粒突起。
焊剂标号F13中，由于MgO少，因而焊接金属的氧量多、吸收能量为低值。此外，由于铁粉原材料的平均粒径大，因而在表面焊缝产生了少量铁粒突起。
焊剂标号F14中，由于MgO多，因而焊缝表面的波纹***、熔渣剥离性和焊缝外观变差。此外，由于Si少，因而焊接金属的氧量多、吸收能量为低值。
焊剂标号F15中，由于CaO少，因而焊趾部的贴合性差、焊缝外观不良、还产生了咬边。此外，由于Si多，因而焊接金属的拉伸强度高、吸收能量为低值。焊剂标号F16中，由于CaO多，因而焊缝外观和熔渣剥离性不良。此外，由于Mn少，因而焊接金属的氧量多、吸收能量为低值。
焊剂标号F17中，由于A12O3少，因而电弧不稳定、熔渣剥离性和焊缝外观不良。此外，由于Mn多，因而焊接金属的拉伸强度高、吸收能量为低值。
焊剂标号F18中，由于A12O3多，因而焊缝形状和熔渣剥离性不良。此外，由于Mo少，因而焊接金属的拉伸强度和吸收能量为低值。
焊剂标号F19中，由于CaF2少，因而焊接金属的吸收能量为低值。此外，由于Fe少，因而焊接量少、表面焊缝形状不良；并且由于电弧的集中性差，因而背面焊缝的焊缝形状也不稳定。焊剂标号F20中，由于CaF2多，因而焊缝形状不良。此外，由于Mo多，因而焊接金属的拉伸强度高、吸收能量为低值。
焊剂标号F21中，由于ZrO2少，因而电弧不稳定、焊缝形状/外观和熔渣剥离性不良。另外，由于Ti少，因而焊接金属的吸收能量为低值。
焊剂标号F22中，由于ZrO2多，因而焊接金属的氧量多、吸收能量为低值。另外，由于CaCO3和MgCO3中的1种或2种的CO2换算值的合计少，因而电弧不稳定、焊缝形状/外观不良。
焊剂标号F23中，由于B2O3少，因而焊接金属的吸收能量为低值。另外，由于CaCO3和MgCO3中的1种或2种的CO2换算值的合计多，因而在焊缝表面产生麻点，表面焊缝的形状/外观不良。
焊剂标号F24中，由于B2O3多，因而焊接金属的拉伸强度高、吸收能量为低值。另外，由于Fe多，因而在焊缝表面产生铁粒突起，熔渣附着、熔渣剥离性也不良。
实施例2
使用表7所示各种焊剂成分和对用于Fe成分的铁粉原材料的粒度进行了调整的粘结焊剂、表2所示化学组成的背面焊剂、表3所示化学组成的焊丝，将表4所示化学组成的板厚为40mm的钢板(标号B)加工成如图2所示的坡口角度为50°、炖边为5mm的坡口形状，在基于表5所示的条件No.3(4电极)的焊接条件下实施图1所示的FCuB单面埋弧焊试验。FCuB单面埋弧焊试验方法的详细内容与实施例1相同。
关于各试制粘结焊剂的评价，在条件NO.3下进行单面埋弧焊时的电弧稳定性、焊接后的熔渣剥离性、有无咬边、有无表面焊缝表面的铁粒突起和熔渣附着、焊缝外观/形状的调查，进一步进行焊接金属的拉伸强度、韧性和焊接金属氧量的调查。
关于焊接金属的机械性能评价，以焊接试验体的钢板板厚的中央为中心采取却贝冲击试验片(JIS Z2242 V缺口试验片)和拉伸试验片(JIS Z 224110号)，实施机械试验。韧性的评价利用-20℃的却贝冲击试验来进行，使用3根样品分别重复进行试验，以平均值进行评价。需要说明的是，却贝冲击试验中，吸收能量为80J以上为良好。拉伸强度评价中，490MPa～690MPa为良好。这些研究结果一并示于表8中。
表7和表8中的焊剂标号F25～F28为本发明例、焊剂标号F29～F32为比较例。作为本发明例的焊剂标号F25～F28中，焊剂成分和铁粉原材料的平均粒径为适当的，因而在基于高线能量的4电极的单面埋弧焊中，电弧稳定性和熔渣剥离性良好、且无表面焊缝表面的铁粒突起和熔渣附着、表面焊缝和背面焊缝均具有良好的焊缝形状/外观、且焊接金属的机械性能也优异，是极为满意的结果。
在比较例中的焊剂标号F29中，由于不含有Al，因而焊接金属的吸收能量为低值。
焊剂标号F30中，由于Al多，因而焊接金属的吸收能量为低值。
焊剂标号F31中，由于TiO2多，因而少量熔渣附着在焊缝表面、也产生少量铁粒突起。此外，由于Al少，因而焊接金属的吸收能量为低值。
焊剂标号F32中，由于铁粉原材料的平均粒径大，因而在表面焊缝产生少量铁粒突起。此外，由于Al多，因而焊接金属的吸收能量为低值。
符号说明
1 背衬铜板
2 背面焊剂
3 空气软管
4 被焊接钢板
4a 坡口背面
5 焊丝
6 表面焊剂
Claims (4)
1.一种多电极单面埋弧焊用粘结焊剂，其特征在于，以质量％计，其含有：
SiO2：5％～24％、
MgO：12％～30％、
CaO：3％～15％、
Al2O3：5％～17％、
CaF2：7％～19％、
ZrO2：0.5％～5％、
B2O3：0.1％～3％、
CaCO3和MgCO3中的1种或2种的CO2换算值的合计：2％～7％、
Fe：10％～35％、
Si：0.3％～4％、
Mn：0.3％～1％、
Mo：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。
2.如权利要求1所述的多电极单面埋弧焊用粘结焊剂，其特征在于，以质量％计，其还含有Al：0.05％～0.5％。
3.如权利要求1或2所述的多电极单面埋弧焊用粘结焊剂，其特征在于，以质量％计，TiO2为1.5％以下。
4.如权利要求1～3中任一项所述的多电极单面埋弧焊用粘结焊剂，其特征在于，用于Fe成分的铁粉原材料的平均粒径为150μm以下。
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