JPH02290692A - 焼結型フラックス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、焼結型フラックスに係り、特に再使用時に粉
化しにくい潜弧溶接用焼結型フラックスに関する． （従来の技術及び解決しようとする課題）従来、潜弧溶
接用の焼結型フラックス（以下、単に「フラックス」と
いう）は、造滓剤、ガス発生剤、アーク安定剤、合金成
分，脱酸剤などの原料粉を秤量、混合した後，水ガラス
に代表される固着剤を添加し，混合，造粒の後、乾燥、
焼成することによって製造されている（例えば、特開昭
６１−６７５９６号参照）。

ここで、使用されている水ガラスは市販の水ガラスであ
り、水ガラス中にはＳｉＯ．やＬｉ，０、Ｎａ２０、Ｋ
２０などが含まれており、したがって、殊に水に可溶性
のＳｉｎ，（以下、ｒｓｏｌ．　Ｓ　ｉｏ２Ｊと記す）
やＮａ，Ｏ（以下，ｒｓｏｌ．Ｎａ２０」と記す）が多
く含まれているフラックスである。

また、造粒されたフラックスの焼成温度は，通常、４０
０℃以上で、原料が変質しない範囲の高温であり、雰囲
気としては、大気中が主である。

このようにして製造されたフラッグスは、吸湿しないよ
うな紙袋、フレキシブルコンテナーやスチール缶に保管
されており、開封時迄、製造直後と同レベルの水分量が
維持されている。溶接中、フラックスは回収装置を用い
、回収しながら再散布するなどして繰り返し使用される
ので、溶接に伴い発生する熱により，常に乾燥されてお
り吸湿しない。

しかし、一度使用された後、長期保管されたフラックス
は、再使用時に吸湿水分を取り除くために再乾燥される
が、再乾燥したフラックスは、開封して初めて使用する
フラックスとは異なり，繰り返し使用時に粉化し易く，
粉塵の飛散はもとより、ビード形状の不良ポックマーク
の発生など、溶接作業性が劣化する問題点があった。

本発明は、かＮる問題点を解決するためになされたもの
であって、再使用時に粉化しにくい焼結型フラックスを
提供することを目的とするものである。

（課題を解決するための手段） 前記問題点に鑑みて、本発明者は、まず、粉化した再使
用フラックスを走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて観
察したところ、バインダーの結合力の低下が粉化の原因
ではないかと思われた。

すなわち、一度使用されたフラッグスは回収→らかの変
化が生じ、そのために吸湿するとこのく作用するものと
推定した６ また、再乾燥前の再使用フラックスをＥＰＭＡを用いて
観察してみると，バインダーである固化した水ガラス表
面にアルカリ金属（Ｌｉ．Ｎａ．Ｋ）の炭酸塩が認めら
れた。

この現象もバインダー中のフリーのアルカリ分が吸湿し
，アルカリ水溶液となり，更に空気中の炭酸ガスを吸収
したものと考えられる，上記調査結果に基づき、一度使
用した後、長期保管により吸湿しても再使用時に粉化し
にくいフよりも強化すること。

■バインダー中のフリーのアルカリ分を現状よりも少な
くすること。

などの必要があると判断した。

そこで、次の３点について調査を進めた。

■水ガラスの種類（化学組成） ・Ｓｉｏ，．アルカリ金属の濃度 ・Ｓｉｎ，．アルカリ金属以外の第３成分（無機イオン
）の添加 ■混練方法 ・水ガラスの投入方法 ・混線雰囲気の制御（調温，調湿） ・混線時間 ■乾燥条件 ・乾燥雰囲気（加湿） ・雰囲気ガスと造粒フラックスの相対速度（速くする） ・焼成前の一次乾燥後の造粒フラッグスの水分量の制御 これら■，■，■について数多くの調査を行った結果、
■，■、■を適宜コントロールすることにより、一度使
用した後、長期保管により吸湿しても、再使用時に粉化
しにくいフラックスを見い出し、ここに本発明をなした
ものである。

すなわち、本発明に係る焼結型フラックスは．フラック
ス中のｓｏ１．ｓｉＯ，を０．６０〜３．４０ｗｔ％に
し、かつ、ｓｏｌ．　Ｎａ２０　／　ｔｏｔａｌＮａ，
　Ｏ比（但し，Ｎａ２０量はＮａ，Ｏｕｔ％＋Ｌｉ２０
ｗｔ％＋Ｋ，Ｏｗｔ％の合計量である）を０．２０〜０
．９０にしたことを特徴とするものである。

以下に本発明を更に詳細に説明する。

（作用） 本発明における数値の限定理由は以下のとおり？粒フラ
ックスの中のＳｉ源としては、水ガラスとシリカ（Ｓｉ
Ｏ■）系の鉱物が存在するが，これらの中で水に可溶性
のＳｉ源は水ガラスのみと思われる．通常、乾燥型フラ
ックスには、原料フラックスの約２０重量％の水ガラス
が添加されている。一方，乾燥固化により形成した水ガ
ラスの−そこで，造粒フラックスを一度粉砕し、これを
蒸留水で煮沸して、Ｓｉｎ，を溶解させ、溶解した調査
の結果、水に可溶性のＳ　ｉｏ２（ｓｏｌ．　Ｓ　ｉ０
２）がフラックスの３．４０％Ｉｔ％以下であれば，耐
粉化性（特に再使用時）のよいフラックスであることが
判明した。

しかしながら，理由については不明であるが、ｓｏ１．
ｓｉ０２が０．６０ｗｔ％未満になると、造粒フラック
スが脆くなり、回収装置の種類によってはかえって粉化
し易くなった。

但し、ｓｏ１．８ｉｏ２量が０．６０ｗｔ％近く迄低下
すると、ビード外観が少し悪くなる傾向にあるので，ビ
ード外観を重視する時はｓｏｌ．ｓＬＯｚを１。

Ｏ％＋１％以上にすることが更に望ましい。

したがって，フラックス中のｓｏｌ．ｓｉｏ２は０．６
０〜３，４０ｖｔ％の範囲にコントロールするのである
。

（２）　　ｓｏ１．Ｎａ，Ｏ／ＴｏｔａｌＮａ２０比＝
０．２０〜０．９０ 前述のようにｓｏｌ．　Ｓ　ｉ０２量を０．６０〜３．
４０％＋１％にすると、確かに、再使用時において酎粉
化性が遥かに改善されたが、保管の状態（例えば、フラ
ックスが常に外気にさらされる状態で保管される場合）
によっては、その効果が弱くなることがあった。

そこで、耐粉化性がそれ程改善されなかったフラックス
について、その原因を詳細に調査した結果、このような
フラッグスをよく見ると、フラッグス全体が白っぽく変
色しており，更に調査を進めたところ，この変色はフラ
ックス表面に炭酸ソーダＮ　ａ，　Ｃ　Ｏ　３が生成し
たものであることが判明した。

Ｎ　ａ　−　Ｃ　Ｏ　ａの生成について考えて見ると、
フラックス中のフリーな状態にあるＮａ分（Ｎａ＋Ｋ＋
Ｌｉ）が空気中の炭酸ガス（Ｃ　ＯＸ）を吸収したので
はないかと推察された。

フラックス中にはスラブの粘性やその他の溶接？業性を
維持するためにフラックスの種類によらず、ほぼ一定量
のアリカリ分（Ｎａ．Ｋ．Ｌｉ）が添加されているが，
分析の結果，フリーなＮａ分はその殆どが水ガラスから
添加されていることがわかった。なお、鉱石類より添加
されるＮａ分はあまり水に溶解しない． 言い換えると、フラックス表面にＮａ，Ｃｏ■が生成し
ているということは、フリーなＮａ分が存在することを
示していると考えられる。フリーなＮａ分は他の元素と
結合しているＮａ分に比較し．吸湿し易いと思われる。

また、フリーなＮａ分は吸湿されるとＮａＯＨ水ので，
その結果として，長期保管後吸湿したフラックスは、再
使用時に粉化する傾向が大きいのではないかと推察され
た（「化学大辞典５」共立出版一発行ｐ．１９参照）。

なお、Ｎ　ａ　Ｏ　Ｈ水溶液は良好なＣＯ２ガス吸収剤
でもある（「化学大辞典９」共立出版一発行ｐ．１９参
照）ことからも首肯されよう． そこで、水ガラスの種類やフラックスの製造条件を様々
に変えて、ｓｏｌ．　Ｎａ，　Ｏ　／　ｔｏｔａｌＮａ
，　Ｏ比の異なる数多くのフランクスを試作し、２０〜
３０℃で相対湿度６０〜８０％の雰囲気で強制吸湿させ
た後、再乾燥し、フラックス回収装置を用いながら溶接
し、フラックスの耐粉化性を調査した。

調査の結果，ｓｏｌ．　Ｎａ，　Ｏ　／　ｔｏｔａｌ　
Ｎ　ａ２０比が０．９０以下であれば，フラックスの耐
粉化性が改善されることが判った。

しかしながら、ｓｏｌ．　ＮａＡＯ　／　ｔｏｔａｌ　
Ｎａ２０比が０．２０未満になると、最初製造する時の
製品歩留り（造粒時の歩留り）が悪くなった。なお、溶
接時のアーク安定性（電流や電圧の変動による場合）を
重視した場合、ｓｏｌ．　Ｎａ２０　／ｔｏｔａｌ．　
ＮａｚＯ比は０．４０以上あれば更に望ましい。

したがって，フラックスにおけるｓｏｌ．　Ｎａ２０　
／ｔｏｔａｌ　Ｎ　ａ２０比は０．２０−０．９０の範
囲とするのである。但し、Ｎａ２Ｏ量はＮａ２Ｏｗｔ％
＋Ｌｉ２０ｗｔ％＋Ｋ２０ｗｔ％の合計量である。

なお、焼結型フラックスの他の条件（成分組成、溶接条
件など）は制限されないことは云うまでもない。

次に本発明の実施例を示す。

（実施例） 第１表に示す化学組成を有する水ガラスを用い．第２表
に示す原料フラツクス組成を有する焼結型フラックスを
常法に従い試作した。試作したフラックスの粒度は１２
Ｘ４８メッシュであった。この場合、試作フラックスの
ｓｏｌ．ｓｉｏ２量や、Ｓ０１．Ｎａ２０／　ｔｏｔａ
ｌＮａ２０比は、主に水ガラスの化学組成とフラックス
の乾燥条件とを組み合わせることによりコントロールし
た。

このようにして試作されたフラックスを用いて、まず、
一旦溶接した。溶接条件は、以下のとおりである。

〈溶接条件〉 電流、電圧：　７００Ａｘ３６Ｖ 速度：６０ｃｐｍ 極性＝ＡＣ ワイヤ種類：ＪＩＳ　　Ｚ　　３３５１　　ＹＳ−Ｓ６
ワイヤ径　：４．８ｍｍφ 母材　：ＳＭ４１Ｂ、１９ｍｍｔ 溶接法　　：潜弧溶接、ビードオンプレートその後、３
０℃Ｘ８０％の雰囲気で約１ケ月間強制吸湿させた。強
制吸湿後．２５０℃Ｘｌｈｒ再乾燥し、フラックスの繰
返し使用回数を調査した。

すなわち、潜弧溶接（溶接条件は前記溶接条件と同じ）
に際し、フラックス回収機を用いて、フラックスを回収
して繰返し使用し、ボックマークが発生するまでの回数
をチェックした。

第３表に試作フラックスの試作条件及びｓｏｌ．ＳｉＯ
．ｆｆｉ、ｓｏｌ．Ｎａ２０／　ｔｏｔａｌ　Ｎ　ａ２
０比、並びに繰返し使用回数を示す。

なお、繰返し使用回数については、５回未満の場合を耐
粉化性不良（Ｘ）とし、５回以上の場合を耐粉化性良好
（０）とし、特に１０回以上の場合を非常に良好（０）
とした。

また、ｓｏｌ．ｓｉｏ，とｓｏｌ．　Ｎａ，　Ｏの定量
は、次の手順に従って行なった。

毛販上：　　フラックスを振動ミルによって十分に粉砕
し，そこから約０．２ｇサンプリングし、それを石英製
三角フラスコに蒸留水１００ＩＩＩＱと共に入れ、可溶
性成分の抽出を行なう。

手順２：可溶性成分の抽出は、煮沸下で４時間行なった
。

手順３：抽出液を一昼夜放置した後，上澄液をサンプリ
ングし、ＬＬ．Ｎａ，Ｋ等のアルカリ金属イオンは原子
吸光法で、ＳＬ量は吸光光度法でそれぞれ定量した。

【以下余白ｌ 第３表より以下の如く考察される。

試験ＮＱＩ〜Ｎｌｌ３、＆７、ＮＱ１１は比較例であり
，試験Ｈａ　４　〜Ｈａ　６、＆８〜＆１　０．　Ｎａ
ｌ　２〜Ｎａｌ　３は本発明例である． 試験ＮＱｌはフラックス組成Ｆ−１の現状品であるが，
８０１．Ｓ１０２やｓｏｌ．Ｎａｚ○／ｔｏｔａｌＮａ
２０比が共に高いレベルにあるので、繰返し使用回数が
少ない例である。

試験Ｎｎ２、ＮＱ３は水ガラス組成（試験勲２）や乾燥
温度・時間（試験Ｎα３）をそれぞれ単独に調整した比
較例であり、いずれも、ｓｏｌ．ｓｉｏ，又はｓｏｌ．
Ｎ　ａ２０　／　ｔｏｔａｌ　Ｎ　ａ，　Ｏ比のいずれ
か一方の条件が本発明条件を満たしていないので、やは
り繰返し使用回数が少ない状況である。

これらに対し，本発明例の試験＆４、＆６は水ガラス組
成と乾燥雰囲気とを共に調整した例であり、両者とも本
発明条件を満たしているので、非常に良好な繰返し使用
回数が得られている。

また，試験Ｎα５は乾燥雰囲気のみを調整した本発明例
であるが，本発明例の試験Ｎα４，Ｎｎ６と同様に本発
明条件を満たしているので、非常に良好な結果が得られ
ている。

試験Ｎα７はフラックス組成Ｆ−２の現状品であるが，
ｓｏｌ．　Ｎａ，　Ｏ　／　ｔｏｔａｌＮａ２Ｏ比が低
いレベルにあるので、繰返し使用回数が少ない比較例で
ある。

試験Ｎα８は水ガラス組成と乾燥温度・時間を共に調整
した本発明例であり、ｓｏｌ．Ｎａ２０／ｔｏｔａｌＮ
ａ，Ｏ比が、現状品に比較し、少し改善されたので、繰
返し使用回数が５回以上になった例である。

本発明例の試験恥９、Ｎα１３は乾燥雰囲気を調整する
ことにより、ｓｏ１．Ｎａ２０／ｔｏｔａｌＮａ２０比
を改善し、フラックスの繰返し使用回数を増加させた例
である。

また、本発明例の試験Ｎα１０、１２は水ガラス組成と
乾燥雰囲気とを共に調整した例であり、両者とも本発明
条件を満たしているので良好な結果が得られている。

しかし、試験Ｎｃｉｌｌは水ガラス組成と乾燥温度・時
間とを調整した比較例であるが、この場合については、
ｓｏｌ．ｓｉｏ，とｓｏｌ．　Ｎａ２０　／　ｔｏｔａ
ｌ　Ｎａ２Ｏ比が共に本発明条件範囲よりも低いレベル
になっており，その結果として、フラックスの繰返し使
用回数が現状よりもかえって悪くなっている。

（発明の効果） 以上詳述したように、本発明によれば、フラックス中の
ｓｏｌ．ｓｉｏ，とｓｏｌ．　Ｎａ，　Ｏ　／　ｔｏｔ
ａｌＮａ，　０比をコントロールしたので、一旦使用し
た後，長期保管により吸湿しても、再使用時に粉化しに
くい焼結型フラッグスを提供することができる。

特許出願人　　株式会社神戸製鋼所 代理人弁理士　中　　村　　　尚

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　フラックス中のｓｏｌ．ＳｉＯ＿２を０．６０〜３．
   ４０ｗｔ％にし、かつ、ｓｏｌ．Ｎａ＿２Ｏ／ｔｏｔａ
   ｌＮａ＿２Ｏ比（但し、Ｎａ＿２Ｏ量はＮａ＿２Ｏｗｔ
   ％＋Ｌｉ＿２Ｏｗｔ％＋Ｋ＿２Ｏｗｔ％の合計量である
   ）を０．２０〜０．９０にしたことを特徴とする焼結型
   フラックス。