JP2907794B2 - 炭酸ガスアーク溶接用セラミック裏当材 - Google Patents
炭酸ガスアーク溶接用セラミック裏当材Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、炭酸ガスアーク溶
接に使用される片面溶接用セラミック裏当材に関し、特
に急熱や急冷という熱衝撃に対して高い抵抗性を有する
無機化合物を用い、また、三酸化二鉄（Ｆｅ2 Ｏ3)含量
を最小化することにより、高電流・高電圧の広い溶接範
囲内で内気孔性が優れたバックビードを付与し、優れた
スラグ剥離性を示し、スパッタリング、オーバーラッ
プ、アンダーカット等の溶接缺陥を発生しない炭酸ガス
片面溶接用セラミック裏当材に関する。
接に使用される片面溶接用セラミック裏当材に関し、特
に急熱や急冷という熱衝撃に対して高い抵抗性を有する
無機化合物を用い、また、三酸化二鉄（Ｆｅ2 Ｏ3)含量
を最小化することにより、高電流・高電圧の広い溶接範
囲内で内気孔性が優れたバックビードを付与し、優れた
スラグ剥離性を示し、スパッタリング、オーバーラッ
プ、アンダーカット等の溶接缺陥を発生しない炭酸ガス
片面溶接用セラミック裏当材に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の代表的な炭酸ガス片面溶接用セラ
ミック裏当材には、耐火物成形体や上部がガラス繊維で
補強されている耐火物成形体がある。前者においては、
バックビードの広さや深さを調節するために、全厚の約
１／３程度の成形体がアーク熱により部分融解する。ま
た、後者においては、１，０００℃を超えるアーク熱や
融解金属の熱により、耐火物成形体を保護するガラス繊
維が完全に融解してしまい耐火物成形体が露出する結
果、成形体が融解してしまう場合がある。
ミック裏当材には、耐火物成形体や上部がガラス繊維で
補強されている耐火物成形体がある。前者においては、
バックビードの広さや深さを調節するために、全厚の約
１／３程度の成形体がアーク熱により部分融解する。ま
た、後者においては、１，０００℃を超えるアーク熱や
融解金属の熱により、耐火物成形体を保護するガラス繊
維が完全に融解してしまい耐火物成形体が露出する結
果、成形体が融解してしまう場合がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】このような場合、すな
わち、耐火物成形体が融解するような場合、鋼板の溶接
において、スラグ剥離性低下、スパッタリング、オーバ
ーラップ、アンダーカット等の溶接欠陥が生じる場合が
あった。
わち、耐火物成形体が融解するような場合、鋼板の溶接
において、スラグ剥離性低下、スパッタリング、オーバ
ーラップ、アンダーカット等の溶接欠陥が生じる場合が
あった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明者は、耐火物成形
体である裏当材中の三酸化二鉄の含有量を０．７重量％
以下とすることにより上記課題を解決しうることを見出
し、本発明を完成するに至った。
体である裏当材中の三酸化二鉄の含有量を０．７重量％
以下とすることにより上記課題を解決しうることを見出
し、本発明を完成するに至った。
【０００５】すなわち、本発明は、酸化マグネシウム５
〜１８重量％、酸化アルミニウム２５〜４０重量％およ
び酸化珪素４７〜６５重量％を含み、三酸化二鉄が０．
７重量％以下である炭酸ガスアーク溶接用セラミック裏
当材である。
〜１８重量％、酸化アルミニウム２５〜４０重量％およ
び酸化珪素４７〜６５重量％を含み、三酸化二鉄が０．
７重量％以下である炭酸ガスアーク溶接用セラミック裏
当材である。
【０００６】また、本発明は、アルカリ金属酸化物およ
び／またはアルカリ土類金属酸化物０．５〜２．５重量
％を更に含む前記裏当材である。
び／またはアルカリ土類金属酸化物０．５〜２．５重量
％を更に含む前記裏当材である。
【０００７】更に、本発明は、耐火度が１，３８０〜
１，５００℃である前記裏当材である。
１，５００℃である前記裏当材である。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明に係る裏当材の酸化マグネ
シウム含有量は、全重量に対して、５〜１８重量％であ
る。この成分は、裏当材の耐火度を高めるものである
が、その含有量が５重量％未満の場合は、溶融金属の粘
性が低下してスラグの剥離性が低下するためにアンダー
カットやオーバーラップ等の多くの溶接缺陥を生じ、他
方、１８重量％を超える場合は、溶融金属の粘性が過大
になりアーク熱により発生するガスの放出が困難となる
ためにフローホールやくぼみ等の溶接缺陥を生ずる。
シウム含有量は、全重量に対して、５〜１８重量％であ
る。この成分は、裏当材の耐火度を高めるものである
が、その含有量が５重量％未満の場合は、溶融金属の粘
性が低下してスラグの剥離性が低下するためにアンダー
カットやオーバーラップ等の多くの溶接缺陥を生じ、他
方、１８重量％を超える場合は、溶融金属の粘性が過大
になりアーク熱により発生するガスの放出が困難となる
ためにフローホールやくぼみ等の溶接缺陥を生ずる。
【０００９】本発明に係る裏当材の酸化アルミニウム含
有量は、全重量に対して、２５〜４０重量％である。こ
の成分は、裏当材の耐熱性の調整のために用いられるも
のであるが、その含有量が２５重量％未満の場合は、裏
当材の耐熱性が低下してバックビード形状の調節が困難
となるため、生成するスラグの粘性が低下してスラグの
剥離性が低くなり、他方、４０重量％を超える場合は、
耐火度および生成スラグの粘性が高すぎるため、スパッ
タリング、アンダーカットやオーバーラップ等の溶接缺
陥が発生する。
有量は、全重量に対して、２５〜４０重量％である。こ
の成分は、裏当材の耐熱性の調整のために用いられるも
のであるが、その含有量が２５重量％未満の場合は、裏
当材の耐熱性が低下してバックビード形状の調節が困難
となるため、生成するスラグの粘性が低下してスラグの
剥離性が低くなり、他方、４０重量％を超える場合は、
耐火度および生成スラグの粘性が高すぎるため、スパッ
タリング、アンダーカットやオーバーラップ等の溶接缺
陥が発生する。
【００１０】本発明に係る裏当材の酸化珪素含有量は、
全重量に対して、４７〜６５重量％である。４７重量％
未満の場合は、耐熱性が低下するために過多スラグを発
生しながらインナービードを生成し、溶融物が多くなり
アーク熱に対して不安定になりアンダーカットやスパッ
タリング等の溶接缺陥を生じ、他方、６５重量％を超え
る場合は、スラグの流動性が低下するのでスラグの巻か
れ現象やくぼみ形状等の溶接缺陥を生じる。
全重量に対して、４７〜６５重量％である。４７重量％
未満の場合は、耐熱性が低下するために過多スラグを発
生しながらインナービードを生成し、溶融物が多くなり
アーク熱に対して不安定になりアンダーカットやスパッ
タリング等の溶接缺陥を生じ、他方、６５重量％を超え
る場合は、スラグの流動性が低下するのでスラグの巻か
れ現象やくぼみ形状等の溶接缺陥を生じる。
【００１１】酸化マグネシウム、酸化アルミニウムおよ
び酸化珪素の含有量が、前記に規定した範囲内であって
も、酸化鉄（Ｆｅ2 Ｏ3)の含有量いかんにより、セラミ
ック裏当材の性質が大きく変わる。特に、酸化鉄の含有
量が０．７重量％を超える場合、スラグの剥離性欠如、
スパッタリング、オーバーラップ、くぼみ、インナービ
ード、気孔生成をはじめとする溶接欠陥が生じる。した
がって、本発明に係る裏当材の酸化鉄含有量は、全重量
に対して０．７重量％以下である。
び酸化珪素の含有量が、前記に規定した範囲内であって
も、酸化鉄（Ｆｅ2 Ｏ3)の含有量いかんにより、セラミ
ック裏当材の性質が大きく変わる。特に、酸化鉄の含有
量が０．７重量％を超える場合、スラグの剥離性欠如、
スパッタリング、オーバーラップ、くぼみ、インナービ
ード、気孔生成をはじめとする溶接欠陥が生じる。した
がって、本発明に係る裏当材の酸化鉄含有量は、全重量
に対して０．７重量％以下である。
【００１２】本発明に係る裏当材は、更に０．５〜２．
５重量％のアルカリ金属酸化物および／またはアルカリ
土類金属酸化物を含有してもよい。これら酸化物として
は、例えば原料鉱物中に含まれている酸化ナトリウム
（Ｎａ2 Ｏ）、酸化カリウム（Ｋ2 Ｏ）、酸化カルシウ
ム（ＣａＯ）が挙げられる。これらの成分はセラミック
母材内でフラックス作用をし、セラミック母材の塑性範
囲を広げる役割をするが、０．５重量％未満の場合には
スラグの粘性が低下して生成したインナービードの巻か
れ現象、すなわちアンダーカットという溶接缺陥が発生
し、他方、２．５重量％を超える場合にはセラミック母
材の結晶構造を過剰にガラス化させ、急熱、急冷につい
ての熱衝撃抵抗性が低くなり、生成したスラグの粘性が
高過ぎてガス放出が困難になり、バックビードのくぼみ
等の溶接缺陥が発生する。
５重量％のアルカリ金属酸化物および／またはアルカリ
土類金属酸化物を含有してもよい。これら酸化物として
は、例えば原料鉱物中に含まれている酸化ナトリウム
（Ｎａ2 Ｏ）、酸化カリウム（Ｋ2 Ｏ）、酸化カルシウ
ム（ＣａＯ）が挙げられる。これらの成分はセラミック
母材内でフラックス作用をし、セラミック母材の塑性範
囲を広げる役割をするが、０．５重量％未満の場合には
スラグの粘性が低下して生成したインナービードの巻か
れ現象、すなわちアンダーカットという溶接缺陥が発生
し、他方、２．５重量％を超える場合にはセラミック母
材の結晶構造を過剰にガラス化させ、急熱、急冷につい
ての熱衝撃抵抗性が低くなり、生成したスラグの粘性が
高過ぎてガス放出が困難になり、バックビードのくぼみ
等の溶接缺陥が発生する。
【００１３】炭酸ガス片面溶接は、通常約１，４５０〜
１，５５０℃の高温で行うので、セラミック裏当材の耐
火度は約１，３８０〜１，５００℃が好ましく、ＳＫ
１６番（１，４６０℃）前後がより好ましい。融点が
１，３８０℃未満であるセラミック母材（＜ＳＫ １３
番）は耐熱性が低く溶接の際の融解速度が大きく、スラ
グの過剰生成により、アンダーカット、オーバーラップ
現象等の溶接缺点がある。他方、融点が１，５００℃を
超えるセラミック母材（＞ＳＫ １８番）は、溶接の際
に融解しないのでスラグの発生は抑制できるが、熱衝撃
抵抗性が低く容易に破損する場合がある。
１，５５０℃の高温で行うので、セラミック裏当材の耐
火度は約１，３８０〜１，５００℃が好ましく、ＳＫ
１６番（１，４６０℃）前後がより好ましい。融点が
１，３８０℃未満であるセラミック母材（＜ＳＫ １３
番）は耐熱性が低く溶接の際の融解速度が大きく、スラ
グの過剰生成により、アンダーカット、オーバーラップ
現象等の溶接缺点がある。他方、融点が１，５００℃を
超えるセラミック母材（＞ＳＫ １８番）は、溶接の際
に融解しないのでスラグの発生は抑制できるが、熱衝撃
抵抗性が低く容易に破損する場合がある。
【００１４】また、裏当材は、好ましくは２５〜４８％
の気孔率を有することにより、急熱、急冷という熱衝撃
に対する高い抵抗性を有する。
の気孔率を有することにより、急熱、急冷という熱衝撃
に対する高い抵抗性を有する。
【００１５】気孔率が２５％未満の場合には母材の緻密
化を招きセラミックスがガラス化し、ガス放出が困難に
なり溶接時の高熱によりセラミックス破損が生じ、他
方、４８％を超える場合にはセラミック母材の機械的強
度が低下し、また、大気中に存在する水分を必要以上に
吸湿し、溶接の際にバックビード内に多量の微細気孔を
形成する原因になる。
化を招きセラミックスがガラス化し、ガス放出が困難に
なり溶接時の高熱によりセラミックス破損が生じ、他
方、４８％を超える場合にはセラミック母材の機械的強
度が低下し、また、大気中に存在する水分を必要以上に
吸湿し、溶接の際にバックビード内に多量の微細気孔を
形成する原因になる。
【００１６】本発明に係る裏当材は、例えば以下の要領
で製造される。先ず、酸化マグネシウム、酸化アルミニ
ウムおよび酸化珪素粉末、或いはこれら酸化物を含有す
る、例えば、カオリン、タルクおよびアルミナ粉末を原
料として用いる。最終製品の裏当材における各酸化物含
有量が前記範囲内に収まるように、これら原料を混合・
粉砕した後、磁力により鉄分を取り除く。その後、ポリ
ビニルアルコール（ＰＶＡ）やステアリン酸のような有
機バインダを添加し、加圧・加熱（１，３２０〜１，３
８０℃）することにより、所望の形状を有する裏当材が
得られる。
で製造される。先ず、酸化マグネシウム、酸化アルミニ
ウムおよび酸化珪素粉末、或いはこれら酸化物を含有す
る、例えば、カオリン、タルクおよびアルミナ粉末を原
料として用いる。最終製品の裏当材における各酸化物含
有量が前記範囲内に収まるように、これら原料を混合・
粉砕した後、磁力により鉄分を取り除く。その後、ポリ
ビニルアルコール（ＰＶＡ）やステアリン酸のような有
機バインダを添加し、加圧・加熱（１，３２０〜１，３
８０℃）することにより、所望の形状を有する裏当材が
得られる。
【００１７】
【発明の効果】本発明の裏当材は、耐熱衝撃性および機
械的強度に優れており、かつ、この裏当材を使用して炭
酸ガスアーク溶接を行う場合、優れたスラグ剥離性を示
し、オーバーラップ、スパッタリング、アンダーカット
等の溶接欠陥を回避することができる。
械的強度に優れており、かつ、この裏当材を使用して炭
酸ガスアーク溶接を行う場合、優れたスラグ剥離性を示
し、オーバーラップ、スパッタリング、アンダーカット
等の溶接欠陥を回避することができる。
【００１８】
【実施例】表１に示す組成を有する各種溶接用セラミッ
ク裏当材に関し、下記の溶接条件により溶接試験を行
い、その実験結果を表２に示す。
ク裏当材に関し、下記の溶接条件により溶接試験を行
い、その実験結果を表２に示す。
【００１９】〔溶接条件〕 溶接ワイヤ：炭酸ガスアーク（溶接用フラックスコード
ワイヤ１．２または１．４m/m) （韓国アロイロド、現代綜合金属ＳＦ−７１） （アメリカＤＳ−７１００） 溶接電流：２２０〜２４０Ａ 溶接電圧：２６〜２８Ｖ 溶接ギャップ：５〜６m/m 溶接速度：１６〜１８CPM 溶接姿勢：平面溶接、垂直溶接、水平溶接 〔評価方法〕肉眼検査、ＲＴ検査（放射線透過検査）お
よびＵＴ検査（超音波検査）による。
ワイヤ１．２または１．４m/m) （韓国アロイロド、現代綜合金属ＳＦ−７１） （アメリカＤＳ−７１００） 溶接電流：２２０〜２４０Ａ 溶接電圧：２６〜２８Ｖ 溶接ギャップ：５〜６m/m 溶接速度：１６〜１８CPM 溶接姿勢：平面溶接、垂直溶接、水平溶接 〔評価方法〕肉眼検査、ＲＴ検査（放射線透過検査）お
よびＵＴ検査（超音波検査）による。
【００２０】
【表１】
【００２１】
【表２】
【００２２】表１および表２から、セラミック裏当材中
の酸化鉄の重量により、溶接試験結果が明確に相違し
た。
の酸化鉄の重量により、溶接試験結果が明確に相違し
た。
【００２３】本発明のセラミック裏当材である例７〜１
０では、溶接缺陥が全くなく、非常に優れた溶接結果を
示し、他方、酸化鉄（Ｆｅ2 Ｏ3)の量が本発明の組成範
囲を外れている例１〜６では、多くの溶接缺陥が見られ
た。
０では、溶接缺陥が全くなく、非常に優れた溶接結果を
示し、他方、酸化鉄（Ｆｅ2 Ｏ3)の量が本発明の組成範
囲を外れている例１〜６では、多くの溶接缺陥が見られ
た。
【００２４】その理由は、酸化鉄がセラミック母材内に
多量含まれるため、溶接時のアーク温度（１，４５０℃
前後）で鋼板母材とセラミック裏当材間の溶融過程で生
じる化学反応を防止できず、このため、スパッタリン
グ、くぼみ、スラグ剥離低下等の溶接缺陥が生じたと理
解される。また、例６においては、酸化鉄が本発明の組
成範囲と近接しているものの、フローホールとピンホー
ル発生は防止できず、組成範囲を少しでも外れると溶接
缺陥は発生してしまうことが確認された。
多量含まれるため、溶接時のアーク温度（１，４５０℃
前後）で鋼板母材とセラミック裏当材間の溶融過程で生
じる化学反応を防止できず、このため、スパッタリン
グ、くぼみ、スラグ剥離低下等の溶接缺陥が生じたと理
解される。また、例６においては、酸化鉄が本発明の組
成範囲と近接しているものの、フローホールとピンホー
ル発生は防止できず、組成範囲を少しでも外れると溶接
缺陥は発生してしまうことが確認された。
【００２５】また、例１１および１２は酸化鉄の量が本
発明の組成範囲に含まれるが、酸化マグネシウム、酸化
アルミニウム或いは酸化珪素の含量が本発明の組成比率
を外れているので、多くの溶接缺陥が見られた。
発明の組成範囲に含まれるが、酸化マグネシウム、酸化
アルミニウム或いは酸化珪素の含量が本発明の組成比率
を外れているので、多くの溶接缺陥が見られた。
【００２６】この理由は、酸化珪素の添加量が過多であ
る反面酸化アルミニウムの添加量が過少であるために裏
当材の耐火度および気孔率の低下を招き、これにより裏
当材の融点が低下するために高温で容易に溶融してしま
い、また耐熱衝撃性も低下してしまうと理解される。し
たがって、溶接時に発生するアーク熱により裏当材と鋼
板間に溶融物が過剰に生成し、多量のガスが放出不能と
なりバックビード内にそのまま残存し、くぼみ、スラ
グ、巻かれ現象等の溶接缺陥を招いたと理解される。
る反面酸化アルミニウムの添加量が過少であるために裏
当材の耐火度および気孔率の低下を招き、これにより裏
当材の融点が低下するために高温で容易に溶融してしま
い、また耐熱衝撃性も低下してしまうと理解される。し
たがって、溶接時に発生するアーク熱により裏当材と鋼
板間に溶融物が過剰に生成し、多量のガスが放出不能と
なりバックビード内にそのまま残存し、くぼみ、スラ
グ、巻かれ現象等の溶接缺陥を招いたと理解される。
【図１】炭酸ガスアーク溶接時の、本発明に係る裏当材
と鋼板との位置関係を示した図である。
と鋼板との位置関係を示した図である。
１ 炭酸ガスアーク溶接用セラミック裏当材 ２ アルミニウムテープ ３ 鋼板
Claims (3)
- 【請求項１】 酸化マグネシウム５〜１８重量％、酸化
アルミニウム２５〜４０重量％および酸化珪素４７〜６
５重量％を含み、三酸化二鉄が０．７重量％以下である
ことを特徴とする炭酸ガスアーク溶接用セラミック裏当
材。 - 【請求項２】 アルカリ金属酸化物および／またはアル
カリ土類金属酸化物０．５〜２．５重量％を更に含む、
請求項１記載の裏当材。 - 【請求項３】 耐火度が１，３８０〜１，５００℃であ
る、請求項１または２記載の裏当材。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019960017368A KR0149272B1 (ko) | 1996-05-22 | 1996-05-22 | 탄산가스 편면 용접용 세라믹 이면재 |
| KR17368/1996 | 1996-05-22 |
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