JPH03166000A - 金属コア電極 - 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】 本発明は、ＣＯ２ガス遮蔽金属アーク溶接のための金属
コア電極に関し、より詳しくは逆極性溶接のためのセシ
ウム含有継ぎ、目金属コア電極に関する。

逆極性溶接及び正極性溶接、並びに交流溶接方法におい
て、高品質の溶接を得るために、大気から溶接アークを
遮蔽するために、アルゴン及びヘリウムのような比較的
高価な不活性ガスが長い間使用されていた。当該技術分
野においては、逆極性溶接方法（加工物が陰極である）
が、陰極の加工物が陽極の加工物より熱くなり、溶込み
が良好となるため好ましい。例えば、下記の文献を参照
：米国特許第２，　８０６，　１２８号、第２．　９３
２，　７２２号及び第３，　１４７．　３６２号及びこ
れらに引用された特許、並びにＣｕｓｈｍａｎ，”　Ｂ
ｌｅｃｔｒｏｄｅ　ｆｏｒ　Ｓｐａｔｔｅｒ−Ｆｒｅｅ
Ｗｅｌｄｉｎｇｏｆ　Ｓｔｅｅｌ　ｉｎ　Ｃａｒｂｏｎ
　Ｄｉｏｘｉｄｅ”．　ＷｅｌｄｉｎｇＲｅｓｅａｒｃ
ｈＳｕｐｐｌｅｍｅｎｔ，　Ｊａｎｕａｒｙ　１９６１
，ｐａｇｅ　１４−ｓ＝　２１−ｓ　ｏこの技術におい
て詳細に開示されているように、遮蔽ガスとして不活性
ガスの代わりにＣＯ■含有ガスを使用して、ガス遮蔽溶
接のコストを下げている。該ガスは、通常、２５％以上
のＣＯ２及び７５％以下の不活性ガスを含む。しかしな
がら、ＣＯ２遮蔽アークによる金属の移行は、形状が球
形になる傾向があり、特に逆極性溶接方法において調寮
が困難になる傾向にある。この結果、アークが不安定に
なり、そしてスパッタレベルが過剰となり、これにより
溶接の品質が低下し、溶接効率が低下し、そして洗浄コ
ストが高くなる。

米国特許第２，　９３２．　７２２号には、金属移行の
噴霧形状を改良し、これによりスパッタの発生を減少す
るために、いわゆる放出材（ｅｍｉｓｓｉｖｅ　ａｇｅ
ｎｔ）、例えばセシウム（炭酸塩又は水酸化物〉を、他
のアルカリ金属塩と配合して含むコーティングを提供す
る改良された電極が開示されている。しかしながら、米
国特許第２；　９３２，　７２２号に開示されているよ
うに、セシウム被覆電極による溶接では、正極性溶接（
電極が陰極であり、加工物が陽極である）による操作時
の調整が可能になるに過ぎない。

米国特許第３，　１４７．　３６２号には、米国特許第
２，　９３２，　７２２号の電極のセシウム含有コーテ
ィングが吸湿性が高く、セシウム化合物が破壊する傾向
にあり、表面フィルムが電気接点の問題を起こす傾向に
ある。従って、該特許の目的は、フィルに放出材を提供
することにある。コア材料、例えば金属スクラップに、
アルカリ金属炭酸塩（ｌ％未満のセシウム炭酸塩及び９
９％以上のルビジウム、カリウム、ナトリウム及びリチ
ウム炭酸塩を含む）をコーティングしたものを、金属管
に収め、その後充填された管に押出工程及び引張工程を
加える。

この改良によると、コア中のセシウム及び他の高度に吸
湿性の成分が大気中の湿気に対してシールされているの
で、セシウム含有コーティングに見られたような電気接
点の問題がない。

米国特許第３．　１４７．　３６２号に開示されている
金属コア電極は、市販の複合電極はフィリングチューブ
で製造されない方が好ましいので、商業的な需要を得て
いない。むしろ、平らな金属ストリップをＵ型の形状に
連続的に或形し、コア成分を充填し、その後管状にして
、ス｝　ＩＪップの隣接した縁？よる継ぎ目を形或し、
そして最後に使用サイズに引き抜く。セシウムは大気か
ら容易に湿気を吸収して、その後塊が生じ、装置が詰ま
り始めるので、セシウム含有化合物をそのようなストリ
ップに連続的且つ急速に供給するのは非常に困難である
。さらに、大気からの湿気が複合電極の継ぎ口を通って
コアに侵入するのは避けられず、その結果高レベルの悪
影響を及ぼす水素が溶接部に存在する結果となりうる。

電極は、例えば棚に放置することにより数日間湿気に暴
露した後でも、溶接金属１ｇ当たり５一未満の水素しか
存在しない高品質の溶接部を提供する（好ましくは逆極
性ＣＤ。

ガス遮蔽溶接方法により）のが望ましい。

本発明は、ＣＯ■ガス遮蔽溶接に用いられる少量のセシ
ウム及び他のアルカリ金属を含有する継ぎ目（ｓｅａｍ
ｅｄ）金属コア電極に関する。噴霧型金属トランスファ
ー、安定なアーク及び減少されたスパッタは、二次加工
法中及びその後電極の接合部を通して必然的に起こる吸
湿にかかわらず、逆極性並びに正極性ＤＣ及びＡＣ溶接
中に得られる。電極の金属管のコア中の成分は、金属コ
ア電極の重量％で、０．Ｏｌ〜０．５％のセシウムと；
リチウム、ナトリウム、カリウム及びルビジウムからな
る群から選ばれた少なくとも１種の他のアルカリ金属を
、セシウム／他のアルカリ金属の重量比が約０．１〜約
３．０となる量；約０．３〜約１０％の少くとも１種の
金属合金元素と；約０．０１％までの硼素と；残部鉄及
び付随的不純物からなる。

溶接アークを有効に安定化するために、少くとも約０．
０１％のセシウムが必要であり、セシウムが約０．５％
より多いと溶接アークがスラグ状になる傾向がある。本
電極は、非常に低いスパッタ水準を得るため、０，０７
〜０，２％のセシウムを含有することが好ましい。セシ
ウム及びナトリウム放出化合物を含有する本発明を具現
化する電極は、ナトリウム化合物の代わりにカリウムま
たはリチウム化合物を含有し、やはり本発明を具現化す
る電極と比較して、逆極性溶接方法において、アーク安
定性を著しく向上し、スパッタ水準を減少するので、「
その他のアルカリ金属」成分は、主にｑ ナトリウムからなることが望ましい。本発明の電極は、
噴霧金属トランスファーのために、セシウムの他に約０
．０４〜約０．１７％のナトリウムを含有することが最
も望ましい。

溶接溶着層の望ましい性質を得るためには、０．２〜２
％の珪素及び０．１〜３％のマンガン、並びに場合によ
り０，５％までのチタン、０．５％までのアルミニウム
、３％までのニッケル、３％までのクロム及び３％まで
のコバルトを含有する共通の金属合金元素が、全体で約
０．３〜約ｌｏ％の量で存在することができる。これら
の元素は、合金成分として、または、混在物としてセシ
ウム源中に含まれることができる。

本明細書中に参考文献として、組み込まれている米国特
許第４．　２８２，　４２０号明細書の開示に従って、
硼素は微小合金成分として添加することができる。

残りのコア成分は、鉄と副次的な不純物から或る。この
副次的不純物は、Ｃ，ＯＳＮ，Ｓ，Ｐ等のように金属中
に普通含まれているようなタイプの不純物は、アルカリ
金属（塩形態をなすもの〉１０ とともに金属コア電極中に通常含まれているアニオン及
びカチオンを含む。

本発明の好ましい実施例において、電極は、８０％の相
対湿度及び３７℃（８０°Ｆ〉に９日間暴露した後、管
及びコア材料の重量に基づいてコア中に約ｌ％未満の水
分を含有する。コア中に約ｌ％未満の水分とコア成分を
有し、本発明を具現化する電極は、有効に安定な溶接ア
ークを促進し、スパッタを減少する。５一水素／ｇ未満
の溶接金属溶着層を有し、有孔性でなく、またはその他
の許容し難い欠点を有しない高品質の溶着を得るために
は、電極は約０．５％未満の水分を含有することが好ま
しく、０．３％未満の水分を含有することが最も好まし
い。

本発明及びその発明を実施する方法に関するその他の詳
細な事項、目的及び利点は、本発明の現在の好ましい実
施態様についての以下の説明が進むにつれて、明瞭とな
る。

本発明を具体化するＣＯ２ガス遮蔽溶接用電極は、一般
に接合（ｓｅａｍ＞された鉄系金属管と、（その重？に
基づいて〉コア成分とを有する。このコア成分は、０．
５〜１％のクロム酸セシウムと、０，５〜１．５％の炭
酸ナトリウムと、１８〜２６％の鉄合金（珪素、マンガ
ン及びチタンからなり、電極の重量に基づいて、０．２
〜２％の珪素、０．　１〜３％のマンガン及び０．５％
迄のチタンとなるようなもの）と、鉄粉末及び主に炭素
からなる付随的な不純物からなる残分とからなっている
。このコア成分は、通常全電極重量の約５〜３０％を占
める。

直径を約１　ｍｍ以下から約３ｍｌＩ１以上としてもよ
い管は、炭素、ステンレス鋼又は合金鋼からなっていて
もよい。

接合されたｌ．２ｎ＋ｍ　（０．０　４　５＄ン〉径の
軟鋼管と、上記限定の範囲内で存在する約１７％のコア
戒分とを有する電極は、ＤＣ電源を使用し、約２６０ア
ンペア及び２９ボルトの条件で、ガス遮蔽された逆極性
溶接方法において、セシウム含有塩を使用しない比較電
極に対して試験を行った。遮蔽ガスは、公称ｉｏｏ％Ｃ
Ｏ■であった。１５ｃｍ（６＄ν）の長さの溶接部を平
坦な位置に析出させ、スパツ１１ 夕放出を集め、重量を測定した。次いでスパッタレベル
を、析出した溶接金属のキログラム当たりで算定した。

第１図〜第３図は、一般に比較実験の結果を示す。円で
囲ったデータの点は、セシウムを含まない電極で行った
試験結果である。第１図は、スバッタレベルが０．４〜
２．６のセシウム／ナトリウムの添加により大きく低下
することを示している。

同様に、第２図及び第３図は、電流及び電圧の変化がセ
シウムの少量添加により大きく低下することを示してい
る。また、これらの図面は、約０，８のセシウム／ナト
リウムを含有する電極が、比較電極に対して劇的な特性
の改良を提供し、電圧及び電流の変化のある増大が約２
重量％のセシウム／ナトリウムで始まることを示すと考
えられる。

最良のスバッタレベルは、１．２〜１．８重量％のセシ
ウム／ナトリウムを含有する電極で得られる。

この電極は、それぞれ０．２０％セシウム／０．１７％
ナトリウムと、０．０７％セシウム／０。０４％ナトリ
ウムとを含む。

１９ １２ 本発明の実施態様の電極と、ＣＯ２ガス遮蔽溶接に適し
ている市販の電極（セシウムを含まない）とに対して行
った同様の比較実験により、本発明の態様の電極は、比
較市販電極におけるよりも高い線速度（ｗｉｒｅ　ｓｐ
ｅｅｄ）及び移動速度（ｔｒａｖｅｌｓｐｅｅｄ）にお
いて水平隅肉溶接における平坦なビード断面（ｐｒｏｆ
ｉｌｅ）を溶着することが分かる。市販の電極は、高い
線速度で溶接する場合、溶融パドルによって埋められる
アークを形或した。このため、溶着溶接金属には、溶融
不足やスラグ包含（ｅｎｔｒａｐｍｅｎｔ）の危険を生
ずる。

セシウム及び他のアルカリ金属を、クロム酸塩とともに
適当な形に形或してもよい。従って、これらのものを、
酒石酸塩、過マンガン酸塩、チタン酸塩、アルミン酸塩
、ステアリン酸塩、炭酸塩、三オブ酸塩（ｃｏｌｕｍｂ
ｉａｔｅ）、タンタル酸塩、ジルコン酸塩などのように
形或してもよく、これらの塩はまた鉄、ニッケル、クロ
ム、カルシウム等を含んでもよい。クロム酸セシウムは
好ましいセシウム源である。セシウム源としてクロム酸
セシウム１４ を含有する電極は、１２０時間８０％相対湿度７５５℃
（ｌ３０°Ｆ）に曝した。これらの電極は、ＣＤ２ガス
遮蔽溶接試験において、孔やその他の検出できる欠陥の
ない高品質の溶接部を溶着した。

チタン酸セシウムは、別の好ましいセシウム源である。

リューコシン及び他の天然のチタン酸源は、好適にはク
ロムやコロンビウムのような金属合金元素を含有しても
よいが、又カルシウムやフッ素のような不純物を含有し
てもよい。セシウム源と他の成分が何であろうども、本
発明で用いる電極は、３％以下のクロム、０．５％以下
のチタン及び０．５％以下のコロンビウムを含有する。

良好な噴霧トランスファーを得るために、本発明で用い
る電極は、好ましくは０．０６％以下のチタン、より好
ましくは０．０２％以下のチタンを含有する。

又、良好な噴霧トランスファーを得るために、本発明で
用いる電極は、好ましくは０．１％以下のコロンビウム
、より好ましくは０．０５％以下のコロンビウムを含有
する。アルカリ金属は、ハロゲン塩として用いてもよい
が、これらの塩は極めて吸１ ５ 湿性が高いので好ましくない。従って、これらは、電極
の製造にあたって、計量機に移送し、供給するのが特に
困難である。アルカリ金属源としての使用を容易にする
ために、これらの吸湿性塩の粒子に水ガラスの被膜を焼
き付けて凝集させてもよい。セシウムに加えて、他のア
ルカリ金属は、極めて吸湿性が高いルビジウムを痕跡量
以上の量で含まないものが好ましい。

単塩に加えて、セシウムは、天然源からや合戊により複
塩として用いてもよい。つまり、例えば、ポルサイトか
らのセシウム　アルミニウム　シリケートを用いてもよ
い。これとは別に、より高価なセシウム　アルミニウム
　コロンビエートのような複塩をゾルゲル法や別の方法
で合或してもよい。セシウム源や他の成分が何であろう
とも、本発明で用いる電極は、０，５％以下のアルミニ
ウムを含み、これは転移する金属上に耐火性酸化アルミ
ニウムを形或する傾向がある。本発明で用いる電極は、
溶接アークを横切る球状金属トランスファーを最小にす
るために、０．　１％未満のアルミニｌ６ ウムを含むのが好ましく、より好ましくは、アークを横
切る噴霧トランスファーを得るために０．０１％未満の
アルミニウムを含むのがより好ましい。第１図には、試
験した上記電極と一般的には類似しているが、セシウム
をセシウム　アルミニウム　コロンビエート複塩の形で
含む本発明の金属コア電極についてのスパッタ試験の結
果を要約した脱字記号（Ａ）で示す２つのデータが含ま
れている。つまり、第１図は、アルミニウム、及びコロ
ンビウムやタンタルのような他の耐火性元素を含む複塩
が、本発明においてセシウム源として有用であることを
示している。しかしながら、フッ化チタン酸セシウムの
ようなハロゲン塩を含む複塩は、ハロゲン塩が一般的に
吸湿性のために好ましくない。

合金成分は、アルカリ金属含有化合物及び／又は鉄合金
をはじめとする合金として使用するのが好ましいが、こ
れらに伴う不純物は、溶接プロセスや蒸着溶接金属に対
して実質的に悪影響を及ぼすべきではない。鉄は、通常
、粒子の形態にある。

１７ ？着溶着金属や溶接プロセス中のセシウムに対して湿度
の効果を低下させるために、９口間、３５℃（８０°Ｆ
）で相対湿度８０％に暴露した後、本発明で用いる電極
は全電極重量の約ｌ％未満の量の水分を含有するのが好
ましい。本発明で用いる電極は製品寿命を向上させるた
めに、０，５％未満の水分を含有するのが一層好ましい
。高い湿度下に■露されて０．３％未満の水分を含む電
極は、高い品質の溶接をもたらす。

６％までの珪素、１２％までのマンガン、１％までのチ
タン、少なくとも約７０％の鉄及び下記の量（電極コア
成分のみの重量を基準として）の放出剤を含む合金成分
を有する１７％の充填物をコア内に有する別の電極につ
いて追加の炭酸ガス遮蔽溶接試験を行った。

１ ８ 電極成分　　ＡＢＣＤ ＣＳ２Ｔｌ０２　　　　　　　　　　　　　　　１．　
４０Ｃｓ２Ｃｏ３０．５−１．０　　０，５−１　　　
１，ＯＮａ２ＣＯ３１．２５　　　１、２５ Ｋ２［’ｌＯ３−０．４−０．７　　０、３Ｌｉ２ＣＯ
３０．５ これらの電極は、セシウムを含有しない市販の電極に比
べて、アーク安定性が向上し、スパッタレベルが低下し
、より平らなビード形で、ロールオーバーが少ない。

本発明の好ましい態様をここに記載したが、本発明はこ
れらに限定されるものではなく、本発明の請求の範囲内
で種々の変更を行うことができる。

【図面の簡単な説明】 第１図は、本発明の好ましい態様により析出させた溶接
物のスパッタレベルに対するセシウム／アルカリ金属比
の与える効果を示す図であり、第２閏は、電流変動に何
えるセシウＡ／アルカリ金属比の効果を示す図であり、
そして１９ 第３図は、 電圧変動に与えるセシウム／アルカ リ金属比の効果を示す図である。 ２０ （８１ω清凌／３）市ン刈 ４’ｙ’１ （Ｌν／：，Ｃ）’ｌ｝激ソ犯 手 続 補 正 書 （方式） 平或 と１一 年 月 日 １．事件の表示 平或２年特許願第２４２２８７号 ２．発明の名称 金属コア電極 ３．補正をする者 事件との関係 出 願 人 ４，代 理 人 ５．補正命令の日付 平戒２年１１月２７日 ７．補正の内容 別紙のとおり

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）鉄系金属管中にコア成分を含む二酸化炭素ガス遮
   蔽溶接用の金属コア電極であって、 該金属管が継ぎ目を有すること、及び コア成分が以下の成分を含むこと（電極に対する重量％
   ）を特徴とする金属コア電極。 （ａ）セシウムを０．０１％〜０．５％； （ｂ）リチウム、ナトリウム、カリウム及びルビジウム
   からなる群から選ばれた少なくとも１種の他のアルカリ
   金属を、セシウム／他のアルカリ金属の重量比が約０．
   １〜約３．０となる量； （ｃ）０．２〜２％の珪素、 ０．１〜３％のマンガン、 ０．５％以下のチタン、 ０．５％以下のコロンビウム、 ０．５％以下のアルミニウム、 ３％以下のクロム、 ３％以下のニッケル、及び ３％以下のコバルト からなる群から選ばれた少なくとも１種の金属合金元素
   を０．３％〜１０％ （ｄ）０．０１％以下の硼素；及び （ｅ）残部鉄及び付随的な不純物。 （２）０．０７％〜０．２％のセシウムを含む請求項（
   １）記載の電極。 （３）他の少なくとも１種のアルカリ金属が、ナトリウ
   ム、カリウム及びリチウムからなる群から選ばれる請求
   項（１）記載の電極。 （４）他のアルカリ金属が、ナトリウムである請求項（
   １）記載の電極。 （５）ナトリウムが０．０４％〜０．１７％含まれる請
   求項（４）記載の電極。 （６）セシウム／ナトリウムの重量比が０．８〜２であ
   る請求項（４）記載の電極。 （７）セシウム／ナトリウムの重量比が１．２〜１．８
   である請求項（４）記載の電極。（８）コア成分が、相
   対湿度８０％、３５℃、９日間暴露した後の金属コア電
   極の重量に対して１％未満の水分を含む請求項（１）記
   載の電極。 （９）コア成分が、相対湿度８０％、３５℃、９日間暴
   露した後の金属コア電極の重量に対して０．５％未満の
   水分を含む請求項（１）記載の電極。 （１０）コア成分が、相対湿度８０％、３５℃、９日間
   暴露した後の金属コア電極の重量に対して０．３％未満
   の水分を含む請求項（１）記載の電極。 （１１）セシウムが、クロム酸セシウムとして供給され
   る請求項（１）記載の電極。 （１２）セシウムが、チタン酸セシウムとして供給され
   る請求項（１）記載の電極。 （１３）セシウムが、炭酸セシウムとして供給される請
   求項（１）記載の電極。 （１４）加工物を請求項（１）記載の金属コア電極でア
   ーク溶接する工程、 該アークの周囲に、少なくとも約２５％のＣＯ＿２を含
   むガス遮蔽を与える工程、及び 電源から逆極性を適用して加工物を負に、電極を正にす
   る工程 を含むＣＯ＿２ガス遮蔽溶接法。 （１５）電源が、ＡＣ源により供給される請求項（１４
   ）記載の方法。 （１６）電源が、ＤＣ源により供給される請求項（１４
   ）記載の方法。 （１７）加工物を請求項（１）記載の金属コア電極でア
   ーク溶接する工程、 該アークの周囲に、少なくとも約２５％のＣＯ＿２を含
   むガス遮蔽を与える工程、及び 電源から正極性を適用して加工物を正に、電極を負にす
   る工程 を含むＣＯ＿２ガス遮蔽溶接法。