JPH0455795B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕 本発明は、鋼構造物などの溶接に用いるための
非低水素系被覆アーク溶接棒（以下非低水素系棒
と称する）に関するものである。 〔従来の技術〕 非低水素系棒は、低水素系被覆アーク溶接棒に
比べ溶接金属中の水素量が多いことから拘束の大
きい被溶接物での耐われ性は劣るものの、溶接作
業性が良好であるところから利用範囲が極めて広
い。例えば、イルミナイト系溶接棒は造船、橋
梁、機械、建築および圧力容器などに使用され、
またライムチタニヤ系溶接棒では、軽量鉄骨、自
動車部品、セグメント、ドラム缶などの溶接に用
いられ、いずれも軟鋼の薄板、中板の溶接に適し
ている。 ところで、このような溶接棒は、水に濡れて吸
水したり高温多湿下で吸湿した場合、被覆剤中の
水分量はかなり増加することになり、このままの
状態にある非低水素系棒を用いて溶接作業を行な
うと種々の弊害が生じてくる。特に、溶接中には
溶接棒の加熱現象で被覆剤内部の蒸気圧が極めて
高くなり、ついには被覆剤の一部がはく離、また
は亀裂を生じ易くなる。これによつて、被覆筒は
不均一な形状を呈し、アークの指向性が悪くなり
溶接作業性の劣化と共にシード不足や被覆剤中の
水分量が多いことにより溶接金属にブロホールが
多発し易くなる。したがつて、この場合には溶接
施工の前に再乾燥を実施する必要があり作業能率
の低下を招くものであつた。このような従来溶接
棒の欠点、すなわち耐水性や耐吸湿性を良好にす
るために種々の提案がなされている。 例えば、特開昭47−38546号公報において、有
機疎水性物質を有機溶剤に溶かしたものを被覆剤
表面に塗布し有機保護膜を形成して、耐水性や耐
吸湿性を改善する方法を提案しているが、有機溶
剤の揮発に伴なう作業環境の汚染の問題、および
保護膜が水素源となり、溶接金属中の水素量が増
加する問題点がある。一方、特開昭52−49946号
公報では、被覆剤中にLiの水酸化物、炭酸塩を添
加し、耐吸湿化させている。ところが、この方法
は、被覆剤粒子間および被覆剤と心線間との固着
力が弱く、被覆剤の可撓性劣化と輸送中に被覆剤
が脱落し易くなる欠点があり、耐水性の改善もさ
れていない。 このように現状の非低水素系棒においては、水
に濡れた状態または高湿度の悪条件下でも耐水性
と耐吸湿性に優れ、かつアーク状態、スパツタ、
スラグ状態、ビード外観などの溶接作業性を満足
し、溶接金属のブロホールを防止させることは非
常に困難であつた。 しかるに、これらの要求をすべて満たす溶接棒
を得ることは各業界から強く要望されていた。 〔発明が解決しようとする課題〕 本発明は、前述した実情に鑑みて被覆剤を吟味
することによつて、溶接棒が水に濡れた状態また
は高湿度の悪条件下で使用された場合において、
被覆剤の耐水性と耐吸水性を著しく向上させ、溶
接中における被覆のはく離や亀裂を防止し、良好
な溶接作業性を維持し、欠陥のない健全な溶接金
属を得る非低水素系棒を提供するものである。 〔課題を解決するための手段〕 本発明は、前述した要望に応えるために非低水
素系棒の被覆剤を種々検討した結果、被覆剤の耐
水性および耐吸湿性を著しく改善し、かつ良好な
溶接性能を維持したものであつて、その要旨とす
るところは、シリコーンを0.05〜0.20重量％（以
下％と称する）含有し、残部がアーク安定剤、ス
ラグ生成剤、脱酸剤、有機物および固着剤または
これらと鉄粉からなる被覆剤を用い、鋼心線に被
覆したことを特徴とする非低水素系棒にある。 本発明者らは、製造が容易でコスト高となら
ず、かつ諸性能を満たしつつ被覆剤の耐水性と耐
吸水性を改善するには、被覆剤に撥水性を与える
ことが極めて有効であることに着目し、種々研究
を積み重ねた結果、被覆剤中にシリコーンを使用
することが極めて効果的であることを見出した。
なお、ここでいうシリコーンとは分子構造の骨格
が珪酸塩鉱物と同じでシロキサン結合−Si−Ｏ−
Si−からできており、珪酸原子にさらにアルキ
ル、アリールまたはそれらの誘導基が結合した側
鎖をもち、半無機半有機的構造であり、この分子
構造に起因して撥水性が特に優れているものであ
る。又、その他の特性として耐熱性、耐老化性お
よび不揮発性などは、どれも純有機性の物性より
も優れている。 本発明は、以上のような知見に基づいてなされ
たものである。 〔作用〕 以下に本発明における作用について詳述する。 まず、被覆剤中のシリコーンの適正含有量を調
べるために次のような実験を行なつた。即ち、第
１表に示す被覆剤に対してシリコーンを0.01〜
0.30％含有させた後、鋼心線に塗装し、乾燥した
被覆剤の耐水性と耐吸湿性の試験を行ない、さら
にその溶接棒の溶接作業性と溶接金属のブロホー
ル調査を実施した。それらの結果を第１、第２図
に示す。なお、被覆剤のNo.１はイルミナイト系
で、No.２はライムチタニヤ系であり、溶接棒サイ
ズは4.0mmφ×450mmとし、鋼心線はJIS G3523
の１種１号に相当するものを使用した。まず第１
図は、耐水性を調べるための吸水量測定と、吸水
した溶接棒の溶接作業性および溶接金属のブロホ
ール調査を示したもので、各試験条件とその良否
判定基準は以下のとおりとした。すなわち、吸水
量測定では、水の入つた容器へ100℃で１時間再
乾燥した溶接棒各10本を７時間浸水させた後、大
気中に10分間放置し、その時の被覆剤の吸水量を
測定し、その平均値が3.0％以下を良好とした。
尚、吸水量の算出式は次のとおりとした。 吸水量＝吸水した溶接棒重量−再乾燥した溶接棒
重量／吸水した溶接棒重量−鋼心線重量×100 溶接作業性調査では、12.7mmｔ×100mmｗ×450
mmの軟鋼板を用いてスミ肉試験片を作製し、交
流溶接機で水平スミ肉溶接を電流170A、立向上
進溶接を電流150Aで行ない、アーク状態、スパ
ツタの多少、スラグ状態、およびビード外観など
を調査した後、総合評価し、○印を良好、△印を
やや不良、×印を不良の評価基準とした。また、
溶接金属のブロホール調査ではNK方式のスミ肉
溶接継手の破面試験方法に準拠し、12.7mmｔ×75
mmｗ×300mmの軟鋼板で水平スミ肉試験片を作
製し電流170Aで約280mm溶接を行ない、これに外
力を加えて破断しブロホール箇所の長さの和が溶
接全長の10％以下のものを良好とし、その値は、
くり返し３回の平均値とした。以上の試験から得
られた結果は、被覆剤中に含まれるシリコーンが
増加するに伴なつて吸水量が減少する傾向にあ
り、特にその含有量が0.05％以上ではシリコーン
の撥水性が効果を発揮し急激に吸水量が減少して
3.0％以下となつたが、シリコーンの含有量が
0.20％を超えるとアークの安定性が悪くなり、ス
パツタの飛散も多く溶接作業性の劣化を招いた。
一方、シリコーンの含有量が0.05％未満の溶接棒
は吸水量が多いために溶接中に被覆のはく離また
は亀裂を生じ、被覆筒が不均一の形状となり、ア
ーク状態の劣化やスパツタの飛散が多く溶接作業
性は極めて悪くなつた。 また、溶接金属のブロホール調査では吸水量が
減少するに伴なつて溶接ビード長に対するブロホ
ール長さの和の割合は小さくなつており、10％以
下の良好な値を満足するにはシリコーンの含有量
が0.05％以上必要であつた。このように溶接棒が
浸水した場合、シリコーン含有により被覆剤の吸
水量を低減させ、良好な溶接作業性と健全な溶接
金属を得られることが分かつた。 第２図は、耐吸湿性を調べるために高温多湿下
で溶接棒被覆剤の吸湿水分量を測定し、その溶接
棒の溶接作業性と溶接金属のブロホールを調査し
た結果であり、吸湿水分量測定は、温度30℃、湿
度80％の恒温恒湿槽の中に100℃で１時間再乾燥
させた溶接棒をそれぞれ被覆系につき５本入れ、
48時間放置した後、被覆剤の吸湿水分量を測定し
５本の平均値が3.0％以下を良好とした。なお、
吸湿水分量の算出式は次のとおりとした。 吸湿水分量＝吸湿した溶接棒重量−再乾燥した溶
接棒重量／吸湿した溶接棒重量−鋼心線重量×100 また、吸湿した溶接棒の溶接作業性と溶接金属
のブロホール調査では第１図の試験条件の良否判
定基準に準じて実施した。この結果、高温多湿下
で吸湿させた溶接棒の吸湿水分量は、シリコーン
が増加するのに伴なつて減少する傾向を示し、そ
の含有量が0.02％以上になると吸湿水分量は3.0
％以下となり、第１図の浸水試験結果から得られ
た適正含有量の下限値よりもやや低い値で水分量
が3.0％以下となつた。 また、吸湿させた溶接棒の溶接作業性について
は、シリコーンが含有されていない従来溶接棒で
は、吸湿水分量が3.0％を超えているために溶接
中に被覆筒が欠けたりして不均一な形状を呈し、
アーク状態、スパツタ、ビード外観などがやや劣
化するが、シリコーンが0.02〜0.20％含有される
と良好な溶接作業性が得られる。更に、0.20％を
超えて含有するとシリコーンの物性によりアーク
状態が劣化し、スパツタの飛散が多くなる。一
方、溶接金属のブロホールは、シリコーンが増加
するのに伴なつて減少し、その含有量が0.02％以
上で溶接ビート長に対するブロホール長さの和の
割合が10％以下の良好な値になつた。 以上、第１図と第２図の悪条件での試験結果か
ら、被覆剤の吸水量および吸湿水分量は3.0％以
下にする必要があり、溶接作業性を維持し、健全
な溶接金属を得るためのシリコーンの被覆剤への
適性含有量は、第１図の耐水性試験では0.05〜
0.20％、第２図の耐吸湿性試験では0.02〜0.20％
であつた。したがつて、本発明は耐水性と耐吸湿
性を兼備えることを目的とするので、シリコーン
の適正含有量は0.05〜0.20％とするものである。
また、本発明の非低水素系棒は、被覆剤が吸水ま
たは吸湿しない場合でも良好な溶接作業性と健全
な溶接金属が得られることを確認している。 なお、本発明における残部とは、アーク安定剤
はルチール、イルミナイト、長石などであり、ス
ラグ生成剤は珪砂、炭酸石灰、マグネサイト、マ
グネシアクリンカー、マイカ、タルクなど、脱酸
剤はフエロマンガン、フエロシリコンなどを指
し、有機物はセルロース、澱粉、デキストリンで
あり、固着剤とは珪酸ナトリウム、珪酸カリウム
を指し、これらはそれぞれ１種もしくは２種以上
の組合せで使用できる。また、溶着量を増大し、
溶接作業能率を向上させる場合は鉄粉の使用も可
能であることを確認している。 〔実施例〕 次に実施例により本発明の効果をさらに具体的
に示す。 第２表は、イルミナイト系、ライムチタニヤ
系、および鉄粉酸化鉄系の各被覆系における本発
明溶接棒と比較溶接棒および従来溶接棒の被覆成
分と各性能試験結果を示すものである。なお、供
試溶接棒の製造は第２表に示すそれぞれの被覆剤
に鋼心線を用い、そのサイズをイルミナイト系、
ライムチタニヤ系のものが4.0mmφ×450mm、鉄
粉酸化鉄系のものが5.0mmφ×550mmとし、通常
の押し出し式塗装機により被覆塗装した後、イル
ミナイト系、ライムチタニヤ系で最高温度160℃、
鉄粉酸化鉄系で最高温度190℃の乾燥を行ない各
種溶接棒を作製した。 各試験条件とその良否判定基準は以下のとおり
とした。まず、耐水性試験における各性能試験に
ついては、吸水量測定では水の入つた容器に100
℃で１時間再乾燥したそれぞれの被覆タイプの溶
接棒10本を７時間浸水させた後、大気中に10分間
放置してその時に被覆剤へ吸水した水分量を測定
し、その平均値が3.0％以下のものを良好、3.2〜
5.0％をやや不良、5.1％以上を不良とした。ま
た、その際の溶接作業性調査では、交流溶接機を
使用し、12.7mmｔ×100mmｗ×450mmの軟鋼板を
用いてイルミナイト系、ライムチタニヤ系では下
向、水平スミ肉姿勢を電流170A、立向姿勢を電
流150Aで溶接し、鉄粉酸化鉄系では下向、水平
スミ肉姿勢を電流220Aで行ない、アーク状態、
スパツタの多少、スラグ状態およびビード外観な
どを調査したものを総合評価し、その基準を○印
を良好、△印をやや不良、×印を不良とした。さ
らに、溶接金属のブロホール調査ではNK方式の
スミ肉溶接継手の破面試験方法に準拠し、12.7mm
ｔ×75mmｗ×300mmの軟鋼板で水平スミ肉試験
片を作製し、交流溶接機を用いてイルミナイト
系、ライムチタニヤ系を電流170A、鉄粉酸化鉄
系を220Aでそれぞれ約280mmのビード長となるよ
うに溶接を行ない、これに外力を加えて破断し、
ブロホール箇所の長さの和が溶接全長の10％以下
のものを良好、11〜30％をやや不良、31％以上を
不良とし、その値は、くり返し３回の平均値とし
た。次に耐吸湿試験における各性能試験について
は、吸湿水分量では温度30℃、湿度80％の恒温恒
湿槽の中に100℃で１時間再乾燥させた溶接棒を
それぞれの被覆タイプにつき５本入れ、48時間放
置した後、被覆剤の吸湿水分量を測定し、平均値
が3.0％以下を良好とし、3.1〜5.0％をやや不良と
した。また、その際の溶接作業性と溶接金属のブ
ロホール調査の試験条件および良否判定基準は前
述した耐水性試験に準じて実施した。なお、これ
ら試験の総合判定は、○印を良好、△印をやや不
良、×印を不良とした。 第２表においてNo.１、No.２、No.７〜No.10、No.20
〜No.23はイルミナイト系であり、No.３〜No.５、No.
11〜No.16、No.24〜No.29はライムチタニヤ系を示
し、No.６、No.17〜No.19、No.30〜No.32は鉄粉酸化鉄
系を示す。No.１〜No.６は従来溶接棒の例であるが
被覆剤中にシリコーンが含有されていないので、
耐水性試験では吸水量、耐吸湿試験において吸湿
水分量が過剰で、いずれの場合でも溶接中に被覆
のはく離や亀裂現状を生じ、被覆筒が不均一であ
つたり欠け落ちたりするので、アークの指向性が
悪くスパツタの飛散も多くビード外観が劣化し、
溶接作業性は極めて悪くなつた。さらに、溶接金
属中のブロホールも多発している。 No.７〜No.19は本発明溶接棒に関するものであ
り、被覆剤中にシリコーンが0.05〜0.20％含有さ
れているので耐水性、耐吸湿試験において、それ
ぞれ吸水量と吸湿水分量が3.0％以下であるため
に、その溶接棒はアーク状態、スパツタ、スラグ
状態、およびビード外観などの溶接作業性が良好
であつた。また、溶接ビード長に対するブロホー
ル長さの和の割合は10％以下の良好な値であり、
ブロホールは少なくなつている。 次にNo.20〜No.32は比較溶接棒の例であり、No.
20、No.23、No.25、No.27、No.28、No.30、No.32は、シ
リコーンが0.20％を超えて含有されているので溶
接ビード長に対するブロホール長さの和の割合が
10％以下で少ないが、溶接作業性の劣化を招き、
特にNo.23、No.27、No.28、No.30についてはシリコー
ンを過剰に含有しているためにアークがかなり不
安定となり、スパツタが大粒でその飛散量も非常
に多く溶接作業性は極めて悪くなつた。 No.21、No.22、No.24、No.26、No.29、No.31はシリコ
ーンの含有量が少な過ぎるので耐水性試験の吸水
量が過剰になり、溶接中に被覆のはく離または亀
裂を生じるので被覆筒が不均一であつたり、欠け
落ちたりすることにより、アークの指向性が悪く
なつてスパツタの増加とビード外観が劣化し溶接
作業性が悪くなつた。さらにブロホールの発生も
多くなつた。なお、No.21、No.22、No.26、No.31で
は、シリコーンが0.02〜0.04％含有されているの
で耐吸湿試験における吸湿水分量が3.0％以下で
あり、その際の溶接作業性は良好でありブロホー
ルの発生割合も少ない値を示した。

【表】 ＊ その他はスラグ生成剤、アーク安定剤および固着
剤中の珪酸ナトリウム、珪酸カリウムなどの
固質成分を表わす。

【表】

【表】 ＊ その他はスラグ生成剤、アーク安定剤および固着
剤中の珪酸ナトリウム、珪酸カリウムなどの
固質成分を表わす。
〔発明の効果〕 以上説明したとおり、本発明溶接棒は従来の非
低水素棒の欠点を克服し、溶接棒が水に濡れた状
態または高湿度下で使用される場合に被覆剤の耐
水性と耐吸湿性を著しく向上させたことにより、
溶接中の被覆のはく離や亀裂現象を防止し、良好
な溶接作業性と健全な溶接金属が得られるので、
過酷な環境の溶接施工において溶接棒の再乾燥が
不要となり、溶接作業が容易で作業能率向上に大
いに貢献できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、被覆剤中のシリコーン含有量が、耐
水性試験における吸水量と溶接作業性、およびブ
ロホールにおよぼす影響を示したグラフである。 第２図は、被覆剤中のシリコーン含有量が、耐
吸湿試験における吸湿水分量と溶接作業性、およ
びブロホールにおよぼす影響を示したグラフであ
る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ シリコーンを0.05〜0.20重量％含有し、残部
   がアーク安定剤、スラグ生成剤、脱酸剤、有機物
   および固着剤からなる被覆剤を用い、鋼心線に被
   覆してなることを特徴とする非低水素系被覆アー
   ク溶接棒。 ２ シリコーンを0.05〜0.20重量％含有し、残部
   がアーク安定剤、スラグ生成剤、脱酸剤、有機
   物、固着剤および鉄粉からなる被覆剤を用い、鋼
   心線に被覆してなることを特徴とする非低水素系
   被覆アーク溶接棒。