JPH03180295A

JPH03180295A - 焼結セラミックス製異形棒鋼溶接用裏当て材

Info

Publication number: JPH03180295A
Application number: JP31864189A
Authority: JP
Inventors: Motoomi Ogata; 素臣尾形; Eiji Suzuki; 英次鈴木; Takashi Oiwa; 大岩　堅志; Shunsaku Komoda; 薦田　俊策
Original assignee: KUMANO GIKEN KOGYO KK; JDC Corp; Osaka Prefecture
Current assignee: KUMANO GIKEN KOGYO KK; JDC Corp; Osaka Prefecture
Priority date: 1989-12-07
Filing date: 1989-12-07
Publication date: 1991-08-06
Also published as: JPH0455787B2

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、異形棒鋼をガスシールドアーク溶接する際に
使用するコージライト系焼結セラミックス製裏当て材に
関する。

なお、本明細書において、“部”および“％“とあるの
は、それぞれ重量部”および“重量％”を意味する。

従来技術とその問題点土木、建設などの工事現場では、鉄筋の接合が日常的に
行われている。これらの現場での鉄筋の接合には、他の
分野で一般的に行われている電気溶接またはガス溶接に
要求される条件が満たされない場合が多いので、２５ｍ
ｍ以下の鉄筋は、通常重ね合わされた後鉄線で結束され
ている。

一方、異形棒鋼からなる２５ｍｍ以上の主筋の場合には
、上記の結束法では、十分な強度が得られないため、通
常圧接工法による結合が行われている。圧接工法は、溶
接法とは異なって、接合すべき２個の被接合体を鉄材の
融点以下の温度に加熱しつつ加圧接合するので、操作が
煩雑であり、長時間を要し、また作業者の熟練を必要と
する。

より具体的には、まず両波接合体の接合部分を十分に研
削して清浄化し、酸化防止のために還元炎で加熱しつつ
両波接合体を十分な力で押し付け、さらに溶融させるこ
となく全体を加熱し、所定の温度まで昇温させて所定時
間保持した後、圧接部の形状を整形し１、徐冷する必要
がある。

さらに、圧接工法を行なうためには、作業ヤードを広く
とる必要があり、足場環境も整備されていなければなら
ない。また、圧接しただけ鉄筋の長さが短くなるため、
鉄筋の先組みが出来ないという問題もある。

さらにまた、圧接工法には、雨天乃至強風（風速４ｍ以
上）の場合には、接合部分に鉄錆、砂、泥などの異物が
付着したり、接合部分が急冷されたりするため、工事が
不可能となるか或いは不良率が高くなるなどの重大な障
害がある。

このため、建設現場で実施できる溶接技術の開発が切望
されている。しかしながら、連設用鉄筋は、雨中から回
収されたスクラップを主原料としているので、不純物濃
度が高く、再熱割れ、脆化などを起こす虞があり、主筋
の電気溶接は、好ましくないとされている。

従来、低炭素鋼異形棒鋼からなる主筋については、溶接
部分を炭酸ガスでシールドしつつアーク溶接する工法が
一部で実施されている。この場合、鉄筋同志の溶接位置
を所定位置に合わせるために、溶接部直上部分を切り除
いた鉄製パイプにより溶接部分を予め固定しておき、こ
の切り除き部分から鉄筋を溶接している。しかしながら
、この方法においても、種々の問題点がある。例えば、
（イ）溶接作業時に固定具である鉄製パイプの内面も溶
融するので、消費電力が増大し、溶接時間が長（なる、
（ロ）鉄製パイプからの放熱が大きくなるため、溶接部
が急冷されて、溶接部に熱歪みが残留しやすい、（ハ）
溶着された鉄製パイプのために、溶接部分からの酸化皮
膜、介在物などを除去することができない、（ニ）溶接
部分が、溶着された鉄製パイプの径だけ太くなるので、
コンクリートの打設時にコンクリートの流動が妨げられ
、骨材が分離しやすくなる、（ポ）鉄製パイプのために
、溶接部の外観検査ができない、などの問題点が解決さ
れていない。

さらに、銅製の裏当て材を（Ｅｍするシールドアーク溶
接工法も開発されている。しかしながら、この場合には
、銅の熱伝導性が高いため、溶接部が急冷され、熱影響
が出やすく、また、銅製の裏当て材が容易に損傷して使
用不能となるので、コスト高となるなどの問題点がある
。

問題点を解決するための手段本発明者は、上記の如き従来技術の問題点に鑑みて鋭意
実験および研究を重ねた結果、特定の組成からなる焼結
セラミックス製の裏当て材が、異形棒鋼をガスシールド
アーク溶接する際に優れた性能を発揮することを見出し
た。

すなわち、本発明は、下記の裏当て材を提供するもので
ある：「異形棒鋼の溶接用裏当て材において、（ａ）ＳｉＯ２
６０〜７５％、Ａｌ２２０３１５〜２５％およびＭｇＯ
８〜２０％の合計１００部、（ｂ）ＣａＦ２２〜５部、および（ｃ）Ｆｅ２　ｏ３２〜５部からなる焼結セラミックス製異形棒鋼溶接用裏当て材。

」本発明においては、主として上記（ａ）成分が焼結によ
りコージライトを形成する。（ａ）成分の組成割合が、
規定範囲外となる場合には、耐熱衝撃性が低下して、溶
接時に裏当て材が割れる場合がある。

上記（ｂ）成分としてのＣａＦ２は、異形棒鋼の溶接時
に溶融したセラミックス製裏当て材中に適当量のガラス
相を形成させるので、裏当て材の溶融を容易ならしめる
ともに、溶接後の溶融裏当て材の除去を容易にする。（
ｂ）成分の量が、（ａ）成分１００部に対し２部未満の
場合には、ガラス相の量が不十分となって、裏当て材の
溶融および除去が困難となる傾向がある。一方、５部を
上回る場合には、裏当て材の融点が低下して、耐熱性が
不足する場合がある。

上記（ｃ）成分としてのＦｅ２Ｏ３は、異形棒鋼の溶接
時に溶融した裏当て材と棒鋼との繻れ性を改善すること
により溶接部分を良好に被覆して、溶接部分の酸化をａ
効に防止し、溶接後の外観を著しく良好なものとする。

（Ｃ）成分の量が、（ａ）成分１００部に対し２部未満
の場合には、上記濡れ性の改善が十分に行われないのに
対して、５部を上回る場合には、溶接時に裏当て材の内
面部が発泡したり、或いは焼成した裏当て材が黒色に変
化して、その一部が溶接個所に残存した場合に鉄筋と見
分は難くなる。

なお、本発明の裏当て材は、上記（ａ）乃至（Ｃ）成分
のほかに、使用する原料に山来する少量の不可避的不純
物（通常裏当て材重量の５％程度まで）を含んでいても
良い。この様な不純物としては、Ｎａ２０．に２０．Ｃ
ａｂ、ＭｎＯ。

ＴｉＯ２などがある。

本発明の焼結セラミックス製異形棒鋼溶接用裏当て材は
、素性にしたがって、製造することができる。すなわち
、（ａ）、（ｂ）および（Ｃ）成分が所定の組成範囲と
なるように、例えば、カオリン、タルク、蛍石およびＦ
ｅ２Ｏ３の粉末（通常粒径１０〜３００μｍ程度）を秤
量配合し、十分に混合し、必要ならば水および／または
少量のバインダー（例えば、ＰＶＡ）を添加し、混合す
る。次いで、水含有量５〜１０％程度の混合物を金型に
入れてブレス底形するか、或いは水含Ｇ量１０〜１７％
程度の混合物を抑出し成形した後、水含有量が３％以下
となるまで乾燥し、焼成すれば良い。これらの各原料、
各工程などは、すべて公知技術に準じて実施することが
できるので、詳述しない。

裏当て材の形状は、特に限定されるものではないが、異
形棒鋼断面の少なくとも半分程度を覆う様な半円筒形状
乃至Ｕ字形状とすることが好ましい。

発明の効果本発明による焼結セラミックス製異形棒鋼溶接用裏当て
材を使用する場合には、下記の様な顕著な効果が達成さ
れる。

（１）金属製の裏当て材もしくは固定具に比して、断熱
性が著しく良好なので、溶接入熱が低減され、その結果
、電力消費量および溶接時間が大幅に短縮される。

（２）また、裏当て材の優れた断熱性により、溶接部分
が急冷されないので、熱歪みが残留しない。

従って、普通鋼のみならず、高炭素鋼製の異形棒鋼をも
溶接することができる。

（３）裏当て月を構成するセラミックスの急膨張係数が
、異形棒鋼のそれよりも小さいので、溶接終了後に、裏
当て材の溶融物が溶接部分から容易に剥離し、除去され
る。従って、溶接部分の外観検査が容易である。

（４）溶接した異形棒鋼の形状が変化しないので、コン
クリートの打設に何ら影響を及ぼさない。

（５）溶接中に発生する棒鋼表面の酸化皮膜、フラック
スなどは、セラミックス製裏当て材の溶融物中に溶は込
む。従って、溶接後には、これらは、セラミックスの溶
融固化物とともに除去されるので、溶接表面に異物の残
存による欠陥が発生せず、綺麗である。また、若し溶接
欠陥が発生していたとしても、その発見が容易である。

（６）大形の異形棒鋼でも、現場で容易に溶接できる。

（７）コストが低減される。

実施例以下に実施例を示し、本発明の特徴とするところをより
一層明確にする。

実施例１下記第１表に示す組成の天然カオリン７０部および第２
表に示す組成の滑石３０部とからなる混合物を（ａ）成
分源として使用した。

第１表５ｉｎ２　　　　　　　５８．０２％Ｑ２０３灼熱酸量２７゜９．６５％４７％部表ｉ０２ｇ　０６２、　３６％３１．０１％また、得られた（ａ）成分源としての混合物の組成は、
第３表に示す通りであった。

第３表Ｓ　ｉ　０２　　　　　　　　　６５．４６％Ａ９２０
３　　　　　　　２０．　３７％ＭｇＯ１０，１３％上記の（ａ）成分源としての混合物１００部に第４表に
示す割合で（ｂ）成分源としての蛍石粉末（ＣａＦ２９
８％以上）および／または（ｃ）成分源としての酸化鉄
粉末を所定量加え、均一に混合し、水８部を加え、成形
した後、プレス成形し、水分含量が３％以下となるまで
乾燥し、１２００℃で１時間焼成した。かくして得られ
たセラミックス製裏当て材は、内径３２ｍｍｘ厚さ１０
ｍｍＸ長さ３０ｍｍの半円筒形状のものであった。

第酸化鉄（部）表蛍石（部）次いで、直径３０ｍｍの５Ｄ３０の異形棒鋼２シを３ｍ
ｍの間隔をおいて固定配置するととも（こ、名接部分の
下方に上記の半円筒形裏当て材をそれ＝れ設置して、３
０〜４０秒にわたり突き合わせ溶接を行なった。溶接は
、炭酸ガス流ｆｆ１２０１／分、電流２００Ａ、電圧２
８Ｖの一定条件下にアークシールド溶接法により、行な
った。

溶接終了後、棒鋼とセラミックスとの熱膨張係数の差異
により、溶融セラミックスが溶接部から自然に剥離脱落
した。

溶接後に引張り試験を行なったところ、Ｎｏ、　１０を
除いてすべて母材部分で切断し、溶接部分での破断は生
じなかった。

第５表に溶接部の外観、溶接部分断面のマイクロビッカ
ース硬度（最高値）および裏当て材の内面状況をまとめ
て示す。

外観第５表硬度裏当て科内面金属光沢なし金属光沢劣る金属光沢劣る金属光沢劣るざらつき金属光沢良好金属光沢良好金属光沢良好金属光沢良好金属光沢劣る３０５　　　　　　ざらつき３１〇　　　一部ガラス化２８６　　一部ガラス化２７５　　一部ガラス化２６６　　　　一部発泡３００　　　　　ガラス化２８３　　　　　ガラス化２７４　　　　　ガラス化２７５　　　　　ガラス化 −（焼結中発泡変形により使用不能）２８０　　　　　ガラス化第５表に示す結果から、以下のことが明らかである。

ＣａＦ２およびＦｅ２Ｏ３を含まない試料Ｎｏ、　１は
、溶融した裏当て材と棒鋼との嬬れ性が劣るため、溶融
後固化した裏当て材の棒鋼からの分離性が劣り、金属光
沢が失われている。

Ｆｅ２Ｏ３のみを２〜５％含むＮｏ、２〜４テハ、溶融
した裏当て材のガラス化の程度が不十分であり、溶接部
の金属光沢が劣っている。

Ｆｅ２Ｏ３のみを７％含むＮ０１５では、溶融した裏当
て材が一部発泡しているため、溶接部表面がざらついて
いる。

一方、ＣａＦ２２〜５％およびＦｅ２０３２〜５％を含
む試料Ｎｏ、　６〜９では、溶融した裏当て材のガラス
化が良好であるため、溶接時に棒鋼が十分に被覆保護さ
れて、美しい金属光沢を有する外観良好な溶接部が得ら
れている。この状態は、溶接部に酸化皮膜が形成されて
おらず、且つ溶融した裏当て材の自然剥離が容易である
ことを示している。

但し、ＣａＦ２の含有量が過剰である試料Ｎｏ。

１０では、裏当て材の焼結による製造時に発泡および変
形を生じて、実用的な裏当て材が得られなかった。

また、ＣａＦ２を含まない試料Ｎｏ、１１では、溶融し
た裏当て材と棒鋼との濡れ性が不十分であるため、溶接
部の金属光沢が劣っている。

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Claims

【特許請求の範囲】

（１）異形棒鋼の溶接用裏当て材において、（ａ）ＳｉＯ＿２６０〜７５％、Ａｌ＿２Ｏ＿３１５〜
２５％およびＭｇＯ８〜２０％の合計１００部、（ｂ）ＣａＦ＿２２〜５部、および（ｃ）Ｆｅ＿２Ｏ＿３２〜５部からなる焼結セラミックス製異形棒鋼溶接用裏当て材。