JP2004314109A

JP2004314109A - 溶接用可撓性裏当て材

Info

Publication number: JP2004314109A
Application number: JP2003109893A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Ishibashi; 力石橋; Yozo Takasuka; 洋三高須賀
Original assignee: SUNOUCHI KK
Current assignee: SUNOUCHI KK
Priority date: 2003-04-15
Filing date: 2003-04-15
Publication date: 2004-11-11

Abstract

【課題】実用に極めて適した溶接用可撓性裏当て材を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明の溶接裏当て用鋼板は、ガラスファイバーを編成して構成された収容チューブ、およびこの収容チューブの内部に収容された無機質材料の粉体を備えた溶接用可撓性裏当て材であって、前記ガラスファイバーが、ＳｉＯ_２を４８〜７２ｗｔ％、アルカリ土類金属酸化物を０．３〜３５ｗｔ％含有するガラス材料で形成されたガラス繊維で構成されており、前記収容チューブの内部に収容された無機質材料の粉体の充填率が、５５〜９５％であることを特徴とするものである。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶接用可撓性裏当て材に関し、更に詳細には、造船・鉄構、圧力タンク・海洋等の鋼構造物および産業・建設機械等の複雑な形態をした溶接接合部に適合した溶接用可撓性裏当て材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、裏当て材は、被溶接部材と同じ材料（共金）を用いて、被溶接部材と一緒に溶接される。また、溶接用裏当て材としてはセラミック製のものがある。これは、通常は短尺もので、溶接線に沿って複数配列して使用する。この裏当て材は、通常、炉中で乾燥させた後に使用する。その他、陸上で船舶、橋梁など大型鋼構造物に用いられる片面溶接（下向き溶接）において、粒状フラックスを開先裏面に直接押し当てるバッキング法やガラス繊維帯を開先裏面に直接に押し当てるバッキング法など、開先の目違いに対応させるものがある。
【０００３】
ところで、湿式水中溶接用裏当て材として共金裏当てを用いた場合は、溶接後に裏当て材が残るため、この裏当て材と重なる被溶接部材の面の塗装などができず、特に海中構造物などの場合は、被溶接部材と裏当て材との隙間で生じる隙間腐食が問題となり、その対策として犠牲陽極などの施工が必要となる。すなわち犠牲陽極を裏当て材近傍に設けてそこで腐食を促進させることにより、隙間腐食の防止を図る。また、共金裏当て材付き溶接継ぎ手は、セラミック裏当て材など溶接後取りはずし可能な裏当て材による完全溶け込み裏波溶接継ぎ手に比べ８０％程度の疲労強度であるため、疲労強度部材の適用することは、材料費や製作コストの点で不利である。
【０００４】
銅製の裏当て材は、完全溶け込み裏波溶接後取りはずしできるが、水中溶接で形成される裏ビート表面はやや荒れた形状となるため、溶接部の疲労強度が低下するという問題がある。また、銅製の裏当て材は、内部に冷却水路を設ける等のため、通常は長尺でフレキシビリティーがないため、突き合わせ溶接される被溶接部材同士の目違いや変形に対応できず、裏ビート形状が不良になりやすい。従って開先合わせの精度が厳しく、施工準備に時間とコストがかかる。
【０００５】
陸上溶接用のセラミック裏当て材は、市販品として正方形の板に近い短尺ものを複数配列して使用するものがある。裏当て全体には、ある程度フレキシビリティーがあり、また溶融金属とのなじみがよく、裏ビードの形状も良好であり多用される。
【０００６】
陸上での片面溶接で用いられる、粒状フラックスによるバッキング法やガラス繊維帯によるバッキング法などは、開先の目違いに対応できるが、これらの方法は、水中又は湿気の多い環境では、粒状フラックス、ガラス繊維帯が吸湿するため、適用できない。溶接用裏当て材は、吸湿したり水に濡れて水分を含むと、溶接時に多量の水素ガスが発生し、ブローホールや割れ等の溶接欠陥の原因となる。
【０００７】
そこで特開平１１−２１６５９５号においては、溶接開先の目違いに対応する柔軟性があり、かつ特に水中又は高湿度の作業環境でも良好な溶接ビート裏面を形成できる溶接用柔軟裏当て材を提供することを目的として、被溶接部材間に形成される溶接開先の裏側に配置する溶接用柔軟裏当て材であって、粒状フラックスとこの粒状フラックスを内部に充填する柔軟梱包袋とから構成される溶接用柔軟裏当て材が提案された。
【０００８】
この裏当て材は、柔軟な柔軟梱包袋と、該柔軟梱包袋中にあって流動性のある粒状フラックスとから構成されているので、裏当て材を溶接開先の裏面に押し付けておけば、裏当て材は溶接開先の目違い、または溶接中に生じる変形に対して、容易になじんで形状を変える。従って、柔軟裏当て材により、溶接ビード裏側の形状をスムーズにすることができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公開公報に記載された発明に係る溶接用可撓性裏当て材は、もっぱら水中で使用することを目的としているので、その撥水性等に主眼が置かれ、その他の具体的なファクターについては、あまり考慮されていない。
そこで、本発明者らは、特に陸上において実用的な溶接用可撓性裏当て材を精査研究し、種々の知見を得た。
本発明は、この知見に基づくものであり、実用に極めて適した溶接用可撓性裏当て材を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、本発明の下記（１）〜（１４）の構成の溶接用可撓性裏当て材により達成される。
（１）ガラスファイバーを編成して構成された収容チューブ、およびこの収容チューブの内部に収容された無機質材料の粉体を備えた溶接用可撓性裏当て材であって、
前記ガラスファイバーが、ＳｉＯ_２を４８〜７２ｗｔ％、アルカリ土類金属酸化物を０．３〜３５ｗｔ％含有するガラス材料で形成されたガラス繊維で構成されており、前記収容チューブの内部に収容された無機質材料の粉体の充填率が、５５〜９５％であることを特徴とする溶接用可撓性裏当て材。
（２）前記充填率が、６０〜９０％である上記（１）の溶接用可撓性裏当て材。
（３）前記ガラス繊維が、Ａｌ_２Ｏ_３を２〜１８ｗｔ％、ＣａＯを３〜２５ｗｔ％を含有する上記（１）または（２）の溶接用可撓性裏当て材。
（４）前記ガラス繊維の直径が、１〜１８μｍである上記（１）〜（３）のいずれかの溶接用可撓性裏当て材。
（５）前記ガラス繊維の直径が、５〜１０μｍである上記（１）〜（３）のいずれかの溶接用可撓性裏当て材。
（６）前記収容チューブの壁の厚みは０．１〜２．０ｍｍである上記（１）〜（５）のいずれかの溶接用可撓性裏当て材。
（７）前記収容チューブの直径は５〜２５ｍｍである上記（１）〜（６）のいずれかの溶接用可撓性裏当て材。
（８）前記粉体は、主成分としてＳｉＯ_２とＡｌ_２Ｏ_３を含有し、これに塩基性ないしアルカリ系酸化物が添加された材料で形成されている上記（１）〜（７）のいずれかの溶接用可撓性裏当て材。
（９）前記粉体の材料が、鋳物用珪砂、礬土頁岩、カイヤナイト類、蝋石、ドロマイト、およびマグネサイト等の耐火物原料から選ばれた少なくとも一種の材料である上記（８）の溶接用可撓性裏当て材。
（１０）前記粉体の材料が、溶接用エンドタブ材または裏当て材製造不具合品または使用済み棄材の粉砕物である上記（１）〜（９）のいずれかの溶接用可撓性裏当て材。
（１１）前記粉体の材料が、製鉄・非鉄精錬・焼成炉等の炉材や湯路等の廃棄用耐火物の粉砕物である上記（１）〜（１０）のいずれかの溶接用可撓性裏当て材。
（１２）前記粉体は、その粒度および粒度分布が共に１００μ〜５，０００μｍｍの範囲である上記（１）〜（１１）のいずれかの溶接用可撓性裏当て材。
（１３）前記粉体の融点が１４００℃以上であり、収容チューブの融点が８００〜１３００℃である上記（１）〜（１２）の溶接用可撓性裏当て材。
（１４）前記粉体が、フラックス粉である上記（１）の有機廃棄物の処理剤。
【００１１】
【発明の作用・効果】
本発明の溶接用可撓性裏当て材は、上記した形態のものであるので、溶接接合部が円形等の曲線、段差や歪、うねり、狭隘部等のあらゆる接合部に対応でき、その結果、どのようなる形態をした接合部であっても良好に溶接をすることができるようになる。
また、産業廃棄物の再利用に繋がる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の好ましい実施の形態による溶接用可撓性裏当て材について説明する。
本発明の好ましい実施の態様による溶接用可撓性裏当て材１０は、ガラスファイバーを編成して構成された収容チューブ１２、およびこの収容チューブ１２の内部に収容された無機質材料の粉体１４を備えている。
前記ガラスファイバーは、ＳｉＯ_２を４８〜７２ｗｔ％、好ましくは５２〜５６ｗｔ％、アルカリ土類金属酸化物を０．３〜３５ｗｔ％、好ましくは１５〜３２ｗｔ％含有するガラス材料で形成されたガラス繊維で構成されている。
上記ＳｉＯ_２が上記範囲未満であるばあいには、ガラスファイバーの強度が低下し、範囲を超えた場合には、融点の低下を起こす。また、上記アルカリ土類金属酸化物が上記範囲未満である場合にも、前記同様に融点の低下を引き起こす。
上記アルカリ土類金属酸化物としては、ＣａＯやＭｇＯが好ましい。
上記収容チューブ１２の内部に収容された無機質材料の粉体１４の充填率は、５５〜９５％であり、好ましくは７０〜９０％である。
上記充填範囲を超えた場合は、ガラスチューブ内での粉体の流動が損なわれ、可撓性が損なわれる。また、範囲未満の場合にはガラスチューブ内部に隙間が多すぎる結果となり好ましくない。
上記ガラス繊維は、Ａｌ_２Ｏ_３を２〜１８ｗｔ％、ＣａＯを３〜２５ｗｔ％を含有することが好ましい。
【００１３】
Ａｌ_２Ｏ_３は融点を決める物質であるため、範囲未満の場合には、低融点となり、範囲を超えた含有には融点が上昇して好ましくない。ＣａＯはガラス繊維の製造に必要な物質であり、最適な含有は１６〜２５％である。
上記ガラス繊維の直径は、１〜１８μｍ、好ましくは４〜１０ｍｍ、更に好ましくは５〜１０ｍｍであることが望ましい。
上記収容チューブの壁の厚みは、０．１〜２．０ｍｍ、好ましくは０．３〜１．５ｍｍであることが望ましい。上記範囲を超えた場合は、ガラスファイバーが溶けきらず残存する。また、範囲未満の場合には、収容された粉体が繊維間を通して外部に零れる懸念性がある。
【００１４】
上記収容チューブの直径は、５〜２５ｍｍ、好ましくは５〜２０ｍｍであることが望ましい。
上記前記粉体は、主成分としてＳｉＯ_２とＡｌ_２Ｏ_３を含有し、これに塩基性ないしアルカリ系酸化物が添加された材料で形成されていることが好ましい。塩基性ないしアルカリ土類酸化物を添加する理由は、ガラスファイバーは主として冶金的に好ましくない、酸性が強い化学成分ＳｉＯ_２で構成されている。そのため、収容物に塩基性剤やアルカリ酸化物を添加して塩基性に還元する必要があるためである。
上記粉体の材料は、鋳物用珪砂、礬土頁岩、カイヤナイト類、蝋石、ドロマイト、およびマグネサイト等の耐火物原料から選ばれた少なくとも一種の材料であることが望ましい。
【００１５】
上記粉体の材料は、また、溶接用エンドタブ材または裏当て材製造不具合品または使用済み棄材の粉砕物であることが特に望ましい。
上記粉体の材料は、更にまた、製鉄・非鉄精錬・焼成炉等の炉材や湯路等の廃棄用耐火物の粉砕物であることが望ましい。これにより、産業廃棄物の再利用が図れ、廃棄コスト等を節約できる。
上記粉体は、その粒度および粒度分布は共に１００μ〜５，０００μｍｍの範囲であるが、最も好ましい範囲は５９０μ〜３，３６０μｍである。
上記粉体は、フラックス粉とすることもできる。
上記粉体の融点は１４００℃以上であり、収容チューブの融点がそれより低い８００〜１３００℃であることが好ましい。これにより、溶接入熱でガラス繊維製チューブが溶けて、収容した耐火性粉体の表面に薄いガラスの被膜層を形成させ、健全な溶着金属底面ビードを作る作用効果がある。
溶接用可撓性裏当て材を被溶接部材裏側に配置するためには、収容チューブの表面で溶接部材裏側と接する部位に接着テープまたは磁石を設けておくとよい。あるいは、溶接用可撓性裏当て材を溶接開先の裏側に当接するように、各部材にまたがる支持部材により支持してもよく、この場合、この支持部材の溶接部材裏側と接する部位に接着テープを取り付けておくとよい。
【００１６】
【実施例】
本実施例においては、互いに溶接される第１母材２０と第２母材２２は、図３に示したような変形した母材であるとする。
溶接に当たっては先ず、次ぎのような構成の溶接用可撓性裏当て材を準備した。

以上を用いて、図２に示したように、溶接用可撓性裏当て材を被溶接部に装着して状態で、次の条件で実際の溶接を行った。その結果を、表１に示した。
【００１７】
【表１】

【００１８】
溶接条件
電流：２７０Ａ
電圧：３４Ｖ
速度：２５〜３５ｃｍ／ｍｉｎ
入熱：Ｍａｘ２０ＫＪｕｌ／ｃｍ
以上から、本発明の実施例による裏当て材の効果が明かである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい実施の形態による溶接用可撓性裏当て材の斜視図である。
【図２】図１の溶接用可撓性裏当て材の横断面図である。
【図３】互いに溶接される２つの母材を示す斜視図である。
【図４】本発明の好ましい実施の形態による溶接用可撓性裏当て材を被溶接部に装着した状態を示す図である。
【符号の説明】
１０：溶接用可撓性裏当て材
１２：収容チューブ
１４：粉体
２０：第１母材
２２：第２母材

Claims

ガラスファイバーを編成して構成された収容チューブ、およびこの収容チューブの内部に収容された無機質材料の粉体を備えた溶接用可撓性裏当て材であって、
前記ガラスファイバーが、ＳｉＯ_２を４８〜７２ｗｔ％、アルカリ土類金属酸化物を０．３〜３５ｗｔ％含有するガラス材料で形成されたガラス繊維で構成されており、前記収容チューブの内部に収容された無機質材料の粉体の充填率が、５５〜９５％であることを特徴とする溶接用可撓性裏当て材。
前記充填率が、６０〜９０％である請求項１の溶接用可撓性裏当て材。
前記ガラス繊維が、Ａｌ_２Ｏ_３を２〜１８ｗｔ％、ＣａＯを３〜２５ｗｔ％を含有する請求項１または２の溶接用可撓性裏当て材。
前記ガラス繊維の直径が、１〜１８μｍである請求項１〜３のいずれかの溶接用可撓性裏当て材。
前記ガラス繊維の直径が、５〜１０μｍである請求項１〜３のいずれかの溶接用可撓性裏当て材。
前記収容チューブの壁の厚みは０．１〜２．０ｍｍである請求項１〜５のいずれかの溶接用可撓性裏当て材。
前記収容チューブの直径は５〜２５ｍｍである請求項１〜６のいずれかの溶接用可撓性裏当て材。
前記粉体は、主成分としてＳｉＯ_２とＡｌ_２Ｏ_３を含有し、これに塩基性ないしアルカリ系酸化物が添加された材料で形成されている請求項１〜７のいずれかの溶接用可撓性裏当て材。
前記粉体の材料が、鋳物用珪砂、礬土頁岩、カイヤナイト類、蝋石、ドロマイト、およびマグネサイト等の耐火物原料から選ばれた少なくとも一種の材料である請求項８の溶接用可撓性裏当て材。
前記粉体の材料が、溶接用エンドタブ材または裏当て材製造不具合品または使用済み棄材の粉砕物である請求項１〜９のいずれかの溶接用可撓性裏当て材。
前記粉体の材料が、製鉄・非鉄精錬・焼成炉等の炉材や湯路等の廃棄用耐火物の粉砕物である請求項１〜１０のいずれかの溶接用可撓性裏当て材。
前記粉体は、その粒度および粒度分布が共に１００μ〜５，０００μｍｍの範囲である請求項１〜１１のいずれかの溶接用可撓性裏当て材。
前記粉体の融点が１４００℃以上であり、収容チューブの融点が８００〜１３００℃である請求項１〜１２の溶接用可撓性裏当て材。
前記粉体が、フラックス粉である請求項１の有機廃棄物の処理剤。