JPH0231034B2

JPH0231034B2 -

Info

Publication number: JPH0231034B2
Application number: JP61270419A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Kuno
Original assignee: Inax Corp
Current assignee: Inax Corp
Priority date: 1986-11-13
Filing date: 1986-11-13
Publication date: 1990-07-11
Also published as: JPS63123880A

Description

【発明の詳細な説明】

［産業上の利用分野］本発明はアーク溶接等の溶接用裏当材の製造方
法に係り、特に高温度域まで非常に安定した熱膨
張特性を示し、割れや亀裂発生等の問題が改善さ
れた溶接用裏当材の製造方法に関する。［従来の技術］アーク溶接用裏当材は、通常、上面にスラグポ
ケツト用凹部を有する矩形平板状の小片であり、
その使用に際しては、複数の溶接用裏当材をアル
ミ箔テープ上に接続配列して用いる。従来、アーク溶接用裏当材１′としては、第２
図に示す如く、上面にスラグポケツト４′を有し、
両端の側面２′，３′が互いに相補関係のジグザグ
面とされ、裏当材１′を接続配列する際、隣接す
る裏当材１′同志が接合性良く接続し、溶接時の
溶接ビード漏れを防止するように構成されたもの
が用いられている。しかしながら、このような形状の裏当材１′を
製造するには、その構造上矢印Ａ方向の縦型成形
が必要となるが、縦型成形では次のような問題を
有し、工業的に不利である。原料粉体の充填率が不均一になる。充分な充填率を得るためには2000Kgｆ／cm²程
度の圧力が必要であり、金型の寿命が短くな
る。成形型、特に下型のストロークが長いため
（約50mm）、横枠および下型の材質及び精度を向
上させる必要がある。成形体の脱型時に約600Kgｆ／cm²以上の押上
げ力が必要であり、そのため脱型時に成形体の
破損が多い。成形体の破損を防止するためには原料粉末に
有機バインダー（ポリビニルアルコール
（PVA）、カルボキシメチルスルロース
（CMC）及び／又はアクリル樹脂エマルジヨン
等）を２〜３重量％程度添加する必要があり、
原料コストが約２倍になる上に、セラミツク強
度も劣化する。成形歪が生じ易いため、焼成時及び使用時に
割れが生じ易い。このような問題を解決するものとして、本出願
人は第３図に示す如く、側面２，３に下表面又は
上表面に対して実質的に垂直な面と実質的に水平
な面とで構成され互いに相補関係にある切欠部２
０，３０を形成した溶接用裏当材１及びそれを製
造する方法について、先に特許出願した（昭和61
年９月24日出願「溶接用裏当材及びその製法」以
下「先願」という。）。（なお、第３図中、４はス
ラグポケツトである。）先願に係る裏当材１であれば、矢印Ｂ方向の横
型成形が可能であるため、前記〜の問題が解
決され、金型の耐久性、原料粉末の充填の均一性
が向上され、且つ相対的に安価な原料粉末を用い
て比較的低いプレス圧にて簡単に製造することが
できる。［発明が解決しようとする問題点］ところで、このような溶接用裏当材は、熱膨張
率が小さく、溶接棒からの鉄、鋼等から成る溶接
的灼熱ビードが表面に載つた際に、該裏当材が僅
かに溶解（従つて、ビードが固化した際に溶接面
が滑らかになる）するものであつて実用的強度を
有するセラミツク材料から成ることが要求され、
かかる材料として、従来、ムライト、コージエラ
イト、リチウム長石、リチウム長石とコージエラ
イトとの混合物等が提案されている。特に、裏当材の熱膨張特性については、使用時
の割れ、亀裂発生を防止する点から、高温度域に
おいても極めて安定していることが要求される
が、現在、このような要求を十分に満足し得る優
れた熱膨張特性を有する裏当材は提供されていな
い。［問題点を解決するための手段及び作用］本発明は、上記事情に鑑み、熱膨張特性に優れ
た裏当材の製造方法を提供するべくなされたもの
であつて、マグネシアクリンカー５〜15重量％、コージエ
ライトシヤモツト40〜80重量％及び粘土10〜40重
量％をMgO5〜15重量％、SiO₂40〜55重量％及び
Al₂O₃25〜50重量％含むように配合し、500Kg／
cm²以下で成形し、1250〜1290℃で焼成することを
特徴とする溶接用裏当材の製造方法、を要旨とするものである。以下、本発明につき詳細に説明する。なお、本明細書において、「％」は気孔率の表
示以外は「重量％」を示す。本発明で製造される溶接用裏当材は、気孔率が
40％以上の、MgO5〜15％、SiO₂40〜55％、
Al₂O₃25〜50％を含むコージエライト質よりな
る。裏当材の気孔率が40％未満では十分な耐熱衝撃
抵抗性が得られない。しかしながら、気孔率が過
度に高いと機械的強度が低下することから、本発
明においては、特に気孔率が40〜45％であること
が好ましい。また、コージエライト質のMgO，、SiO₂及び
Al₂O₃の各成分含量は、いずれも上記限度範囲を
はずれると、安定かつ低い熱膨張係数が得られな
い。本発明の方法においては、まず、マグネシアク
リンカー５〜15％、コージエライトシヤモツト40
〜80％、及び結合材として粘土10〜40％をMgO5
〜15％、SiO₂40〜55％及びAl₂O₃25〜50％となる
ように配合する。なお、MgO源としては、マグネシアクリンカ
ーの他にタルク、マグネサイトもあるが、タルク
を用いた場合には、熱膨張係数が大きくなり易い
ことから好ましくない。また、マグネサイトを用
いた場合には、比較的良好な熱膨張係数が得られ
るが、マグネサイトはMgO換算した場合の価格
がマグネシアクリンカーより高価である上に、水
に溶け易く、後工程の泥漿調合時に溶出する
Mg²⁺イオンのために、泥漿粘度が高くなるとい
う不具合を有している。このため、本発明の製造
方法においては、マグネシアクリンカーを用い
る。本発明において、主成分の１つとして配合され
るMgOは、実質的にすべて（例えば90％以上と
りわけ95％以上）コージエライト質となつている
ことが重要である。MgOがコージエライトにな
らず、ペリクレース（MgO）、フオルステライト
（2MgO・SiO₂）等の形態であると、熱膨張係数
が大きくなり、良好な熱膨張特性が得られない。
従つて、MgO源であるマグネシアクリンカーと
コージエライトシヤモツトとの配合比率は極めて
重要であり、このような観点から、本発明におい
ては、マグネシアクリンカー10％、コージエライ
トシヤモツト60％及び粘土30％の配合が最適であ
る。マグネシアクリンカー、コージエライトシヤモ
ツト及び粘土、必要に応じて他の配合剤を混合し
て得られた混合物は、好ましくは、次いで適当量
の、例えば同重量程度の、水を添加した後、ボー
ルミルで粉砕し、スプレードライヤーで造粒した
後、得られた泥漿を成形型内に充填する。なお、この際、原料の粒度は、コージエライト
結晶化度に大きく影響し、得られる裏当材の熱膨
張係数にも影響を与え、粒度が大き過ぎると、良
好な熱膨張係数が得られない。しかしながら、粒
度を小さくするために、過度に長い時間ボールミ
ル粉砕を行なうと、粉砕時にイオン化するMg²⁺
のために、得られる泥漿の粘度が上がり、製造に
適さなくなる。このため、本発明においては、24
時間程度のボールミル粉砕を行なつて、原料粒度
は44μｍ篩残査５％程度とするのが好ましい。本発明において、成形は500Kg／cm²以下の圧力
で行なう。成形圧力が高いと、良好な耐熱衝撃抵
抗性を示す気孔率、即ち気孔率40％以上の焼成品
が得られない。本発明では、成形圧力は200〜400
Kg／cm²程度とするのが好ましい。成形により得られた成形体は次いで1250〜1290
℃の温度で焼成する。焼成温度が1290℃を超える
と焼結性が高くなり、上記気孔率40％以上の焼成
品が得られない。しかしながら、焼成温度が低過
ぎて1250℃未満である場合には、焼成が不十分で
ある上に、良好な熱膨張特性が得られない。この
ため、本発明においては、焼成は1250〜1290℃
で、好ましくは２〜50時間より好ましくは10〜30
時間程度行なう。このようにして得られた焼成品は、必要に応じ
て表面研摩等の後処理を施した後、製品とされ
る。［実施例］以下に本発明を実施例により更に具体的に説明
するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下
の実施例に限定されるものではない。実施例１、比較例１ MgO原料として、マグネサイト、タルク又は
マグネシアクリンカーを用い、各々の適性を調べ
た。なお、試料の製造は以下の通りに行なつた。第１表に示す配合でMgO原料（粒径５mm以
下）、コージエライトシヤモツト（粒径５mm以下）
及び粘土（粒径30mm以下）を混合し、これに同量
（２Kg）の水を添加した後、ボールミルで24時間
粉砕し、スプレードライヤーで造粒した後成形型
内に入れ、200Kg／cm²で成形し、得られた成形体
を1290℃で焼成した。各試料の20〜1200℃におけ
る平均熱膨張係数（１／℃）を第１表に示す。ま
た、熱膨張率（％）の変化を第１図に示す。

【表】第１表及び第１図より明らかなように、No.１，
３では熱膨張係数が小さく、熱膨張特性が良好で
あるが、No.２のタルク使用では熱膨張係数が大き
く、しかも約200℃において大きな熱膨張を示す。
これは、タルクにSiO₂が多く含まれ、クリスト
バランスの転移に起因するものである。このよう
なことから、MgO源としてタルクは不適である
ことが明らかである。また、前述の如く、マグネ
サイトは原料価格及び泥漿粘度の面で不適当であ
る。これに対し、本発明の如く、マグネシアクリン
カーを用いれば、低コストで効率的に高特性のも
のを得ることができる。実施例２、比較例２実施例１のNo.３において、焼成温度を第２表の
如く変えたこと以外は同様にして試料を製造し
た。焼成時の収縮率及び試料の気孔率及び平均熱
膨張係数を第２表に示す。なお、1350℃の焼成に
より得られた試料（No.６）については第１図に熱
膨張率の変化を示す。

【表】第２表及び第１図より、次のようなことが明ら
かである。即ち、実施例１のNo.３の配合では、20
〜1000℃の平均熱膨張係数は1250℃〜1290℃の焼
成品でも安定している。しかし、低温で焼成した
ものは焼成温度付近又はそれ以上の温度では収縮
を示すことがある。これに対し、高温で焼成した
ものは、1200℃付近まで非常に安定した熱膨張特
性を示すが、過度に高温焼成したものは、良好な
耐熱衝撃抵抗性を示す、気孔率20％以上の焼成品
が得られない。このため、本発明においては焼成温度は1250〜
1290℃とする。実施例３、比較例３実施例１のNo.３において、マグネシアクリンカ
ーとコージエライトシヤモツトの配合比を変え、
1250℃又は1290℃で焼成したこと以外は同様にし
て試料を製造し、得られた試料の20〜1000℃にお
ける平均熱膨張係数を調べた。結果を第３表に示
す。

【表】第３表より、明らかなように、No.７〜12のいず
れの配合においても良好な結果が得られ、焼成品
の熱膨張係数は大きく変化しないが、No.９，10の
配合の場合、最も優れた結果が得られる。実施例４実施例１のNo.３において、ボールミル粉砕時間
を第４表に示す時間とし、原料の粒度を第４表に
示す如くとし、1250℃又は1290℃で焼成したこと
以外は同様にして試料を製造した。泥漿の粘度と
得られた試料の20〜1000℃の平均熱膨張係数を調
べた。結果を第４表に示す。

【表】第４表より、12時間粉砕によるものでは、熱膨
張係数が大きく、少なくとも24時間粉砕を行なう
のが好ましい。しかし、粉砕時間が48時間と長過
ぎると、粉砕時にイオン化するMg²⁺のため泥漿
粘度が上がり、製造に適さなくなる。従つて、粉
砕時間は24時間程度が好ましい。［発明の効果］以上詳述した通り、本発明の方法によれば、気
孔率が40％以上の、MgO5〜15重量％、SiO₂40〜
55重量％及びAl₂O₃25〜50重量％を含むコージエ
ライト質よりなる溶接用裏当材が極めて容易かつ
低コストで効率的に製造される。本発明の方法で
製造された溶接用裏当材は、熱膨張係数が小さ
く、高温域に到るまで安定かつ良好な熱膨張特性
を示し、耐熱衝撃抵抗性が著しく高い。このた
め、使用時の割れ、亀裂発生等が殆どなく、耐久
性に極めて優れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例１及び２により得られた熱膨張
率の測定結果を示すグラフである。第２図は従来
の溶接用裏当材を示す斜視図、第３図は先願に係
る溶接用裏当材を示す斜視図である。１，１′……溶接用裏当材、２，２′，３，３′
……側面、４，４′……スラグポケツト。

Claims

【特許請求の範囲】

１マグネシアクリンカー５〜15重量％、コージ
エライトシヤモツト40〜80重量％及び粘土10〜40
重量％をMgO5〜15重量％、SiO₂40〜55重量％及
びAl₂O₃25〜50重量％含むように配合し、500
Kg／cm²で成形し、1250〜1290℃で焼成することを
特徴とする溶接用裏当材の製造方法。