JPH05237691A

JPH05237691A - 鋳鉄用被覆アーク溶接棒

Info

Publication number: JPH05237691A
Application number: JP1345792A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Nishimura; 均西村; Hiroyuki Koike; 弘之小池; Satoyuki Miyake; 聰之三宅
Original assignee: Nippon Steel Welding and Engineering Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Welding and Engineering Co Ltd
Priority date: 1992-01-28
Filing date: 1992-01-28
Publication date: 1993-09-17

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、アークの安定性、集中性に優れた
スパッタの発生が少なく、溶接欠陥が発生しない健全な
継手性能が得られると同時に生産性良好な溶接を可能と
する鋳鉄被覆アーク溶接棒を提供する。【構成】重量比で４０％以上のＮｉを含有し、残部が
実質Ｆｅ及び不可避不純物からなる心線の外周に、炭酸
石灰；６〜１６％、炭酸バリウム；３０〜４５％、金属
弗化物；８〜１６％、ドロマイト；４〜１２％、有機
物；１〜６％、粒度が４４μｍ以下の酸化鉄；３〜９
％、黒鉛；５〜１５％を含有し、該被覆剤を溶接棒全重
量に対して１０〜３０％塗布したことを特徴とする鋳鉄
用被覆アーク溶接棒。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鋳鉄用の被覆アーク溶
接棒に関し、特にアーク安定性に優れ、スパッタの発生
も少なく良好な溶接作業性を有し、且つ、生産性良好な
鋳鉄用被覆アーク溶接棒に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より鋳鉄の溶接では、溶接金属組成
が純ニッケル系、及び５０％ニッケル系からなる被覆ア
ーク溶接棒が一般的に使用される。その理由としてニッ
ケルは、炭素の固溶度が低く炭素が析出し易いことか
ら、溶接の際に鋳鉄母材から希釈を受けた溶接金属は、
炭素による硬化も少なく、又、オーステナイト組織とな
り延性に優れるなど、他の溶接材料に比べ鋳鉄の溶接に
適していること、５０％ニッケル系組成では、他の合金
組成と比較して線膨張係数が鋳鉄母材に近く、耐割れ性
の面からも優れた点がある。

【０００３】溶接作業性の面から見ると鋳鉄用被覆アー
ク溶接棒は、母材希釈を低く抑える必要から溶接入熱を
極力低く抑える溶接が一般的である。そこで他の溶接材
料に見られる被覆組成では、アーク電圧が高く母材への
溶け込みが大きくなり、熱影響部の白銑化が増長され割
れの原因となるなど鋳鉄用溶接棒として適当でない。鋳
鉄用溶接棒の被覆剤としては、アーク電圧を低くするこ
とができる黒鉛を多量に含有した被覆剤を適用し、上記
問題の解決を図っている。この先行技術としては、例え
ば特開昭５８−２３５９４号公報、特開平３−１４６２
９６号公報があるが被覆剤を特定することで溶接作業性
の改善を行い、スラグ巻き込み、融合不良などに起因す
る溶接性能の劣化防止を目的としている。しかし黒鉛を
多量に含有した被覆剤は、アークの安定性及び集中性に
劣り、スラグ巻込み、ブローホールなどの溶接欠陥が発
生し易く、まだ十分な継手性能が得られるといえない。

【０００４】又、鋳鉄溶接では、スパッタの発生量及び
発生するスパッタの粒径の大小が溶接の品質、能率の面
で大きく作用する。即ち、溶接部に付着したスパッタ
は、通常の被覆アーク溶接法では溶接入熱も大きくアー
ク電圧も高く設計されているのでスパッタは簡単に次溶
接で溶けるのでスパッタを原因とする内部欠陥は発生し
ないが、鋳鉄用被覆アーク溶接棒では溶接入熱も小さ
く、アーク電圧も低く設計されているので溶接部に付着
したスパッタは容易に溶けずその結果、スパッタは半溶
融状態で溶接内部に残り欠陥となる。

【０００５】一方、被覆の塗装工程において微粒である
黒鉛は、比重が他の原料に比べ非常に小さく、固着剤と
のヌレ性が悪くなり均一な湿式混合が難かしい。又、撹
拌中に被覆の粘性が過度に大きくなり安定した塗装がで
きない原因ともなっているが、この問題解決にもまだ十
分とは言えない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記したような現状に
鑑みて本発明は、鋳鉄用被覆アーク溶接棒を用いた溶接
においてアークの安定性、集中性に優れスパッタの発生
が少なく、溶接欠陥が発生しない健全な継手性能が得ら
れると同時に生産性良好な鋳鉄用被覆アーク溶接棒を提
供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、重量比
で４０％以上のＮｉを含有し、残部が実質Ｆｅ及び不可
避不純物からなる心線の外周に、炭酸石灰；６〜１６
％、炭酸バリウム；３０〜４５％、金属弗化物；８〜１
６％、ドロマイト；４〜１２％、有機物；１〜６％、粒
度が４４μｍ以下の酸化鉄；３〜９％、黒鉛；５〜１５
％を含有し、該被覆剤を溶接棒全重量に対して１０〜３
０％塗布したことを特徴とする鋳鉄用被覆アーク溶接棒
にある。

【０００８】

【作用】本発明者らは、上記鋳鉄溶接の問題である被覆
アーク溶接棒のアーク安定性、集中性、溶融スラグの流
動性調整及び被覆剤と被覆固着剤の均一な撹拌性及び被
覆剤粘性など塗装性の改善を重点に被覆剤の組成、粒度
構成及び被覆固着剤の種類、ボーメ度など種々検討し
た。その結果、４４μｍ以下の微粒酸化鉄を適当量被覆
剤に添加することにより、溶接プール内に発生する溶融
スラグが順次ビード後方に排除、凝固し、従来の鋳鉄溶
接に比べ溶接棒先端にスラグが絡みアーク切れになる現
象が大幅に減少し、良好な溶接作業性を示した。又、溶
接作業性の改善効果の他に被覆剤と固着剤との湿式混合
時にフラックスの粘性（ネバリ）が適正となり、機械塗
装時に被覆剤を押し出すシリンダー内部での被覆剤の流
動性も安定し、良好な塗装性を示した。

【０００９】以下本発明を詳細に説明する。心線として
は、純Ｎｉ及びＮｉ−Ｆｅ合金及び純Ｎｉ心線の外周に
鋼製外皮を巻きこんだ複合心線などを使用するが、これ
は前述の鋳鉄用溶接棒として、Ｎｉの特徴を確保するた
めいずれも４０％以上のＮｉを含有する心線を使用する
必要がある。心線としては、純Ｎｉ及び５５％ニッケ
ル、残部Ｆｅからなる心線が一般的である。

【００１０】次に被覆剤を限定した理由について述べ
る。炭酸石灰は、溶接中にＣＯ₂ガスを発生し、溶融プ
ールを大気から遮断すると同時にスラグの一部となる。
又、アーク安定性の改善にも効果が大きい。しかし、炭
酸石灰が６％未満では、ＣＯ₂ガス発生量が十分でなく
大気の遮断が十分行えないことから、スパッタの発生、
アークが不安定になるなどその効果は十分でない。又、
１６％超では、ＣＯ₂ガスが多く発生し、スパッタが多
くなると同時にスラグ発生量も過多となり、溶接棒先端
にスラグが回り込みアークが不安定となり、アーク切れ
の原因となることから炭酸石灰を６〜１６％の範囲に限
定した。

【００１１】炭酸バリウムは、炭酸石灰と化学的性質は
近く溶接棒の被覆剤としての効果もほぼ類似している。
しかし、炭酸石灰の分解温度８９０℃程度であるのに対
し炭酸バリウムは１４２０℃と高い。被覆組成、溶接金
属組成などにより両者を使い分けて溶接棒の主要原料と
して使用される。特に鋳鉄用被覆アーク溶接棒では、炭
酸バリウムは炭酸石灰より多量に配合される。炭酸バリ
ウムが３０％未満では、その効果は十分でなく４５％超
ではスラグ量が過多となり溶接棒先端にスラグが絡み安
定した溶接ができないことから炭酸バリウムを３０〜４
５％の範囲に限定した。

【００１２】金属弗化物については、スラグの流動性を
高め、ビード形状の改善に効果は大きい。しかし８％未
満では、その効果が発揮されず１６％超では、スラグ量
が過多となりアーク切れの原因となる。又、スラグ流動
性が小さくなり過ぎることから、安定したビードが得ら
れないので金属弗化物を８〜１６％の範囲に限定した。
尚ここで言う金属弗化物とは、弗化カルシウム、弗化ソ
ーダ、弗化カリ及び弗化マグネシウムなどを言う。

【００１３】ドロマイトは、ＣａＭｇ（ＣＯ₃）₂から
なる組成を持ち、溶接材料の原料としてほぼ炭酸石灰と
類似した効果があるが、炭酸石灰、炭酸バリウム等の炭
酸塩に比べアークをソフトにしスラグの流動性調整に効
果がある。しかし、ドロマイトが４％未満では、その効
果はなく１２％超ではスラグの流動性が小さくなりビー
ドが凸となる。又、ビード表面にスラグが焼き付くなど
好ましくないのでドロマイトを４％〜１２％の範囲に限
定した。

【００１４】有機物は、アーク力の強化及び被覆固着性
の改善に効果が大きい。又、鋳鉄用溶接棒特有の黒鉛を
多量に含む被覆系では、被覆の保護筒を強化する効果も
ある。しかし、１％未満ではその効果がなく、６％を超
えると被覆の保護筒が長くなりアーク安定性に欠ける。
又、被覆の塗装工程においてバインダーと混合した時、
被覆の粘性が大きくなり被覆の流動性が悪く被覆の欠
落、カスレなど発生し、安定した塗装ができないので有
機物を１％〜６％の範囲に限定した。尚、ここで言う有
機物とはアルギン酸ソーダ等の塗装剤、小麦澱粉、デキ
ストリン、コーンスターチ及びセルロースを言う。

【００１５】酸化鉄は、スラグの流動性の調整とアーク
安定性に効果がある。又、鋳鉄用溶接棒では黒鉛を多量
に配合する関係から被覆塗装工程でバインダー添加した
後、湿式混合工程で被覆の粘性が大きくなり流動性に欠
ける。そのため被覆押し出しのためのシリンダー内部で
不規則に流動するため、安定して塗装できないことから
被覆表面にカスレ、欠け落ちが発生する。その改善方法
として被覆とバインダーのヌレ性に着目し、本発明をな
しえたものである。即ち、４４μｍ以下の微粒酸化鉄を
添加することにより、前述の通り酸化鉄の効果としてス
ラグ流動性及びアーク安定性にも効果が大きいばかり
か、湿式混合時における被覆の粘性が急速に減少し、適
当な被覆流動性となり、安定した塗装性を示す。一般的
に、使用される７４〜２１０μｍ程度の粒度を有する酸
化鉄では塗装性の改善には効果は認められたが、アーク
の安定性にやや欠け溶滴の移行が粗くなり溶接作業性の
面好ましくない。しかし、４４μｍ以下の酸化鉄が３％
未満ではその効果はなく、９％を超えては、溶滴の移行
が粗くなるので４４μｍ以下の粒度の酸化鉄を３％〜９
％の範囲に限定した。

【００１６】黒鉛は、鋳鉄溶接では母材希釈を低く抑え
る必要から、溶接入熱を極力低く抑える溶接が一般的で
ある。そこで他の溶接材料に見られる被覆組成では、ア
ーク電圧が高く母材への溶け込みが大きくなり、熱影響
部の白銑化が増長され、割れの原因となるなど鋳鉄用溶
接棒として適当でない。鋳鉄用溶接棒の被覆剤として
は、アーク電圧を低くすることができる黒鉛を多量に含
有した被覆剤を適用し、上記問題の解決を図っている。
黒鉛の種類としては、結晶質の天然産及び非晶質の人造
黒鉛等が溶接棒の原料として使用される。天然産の黒鉛
には、黒鉛粒子の形状が燐片状になった燐状黒鉛及び塊
状になった土状黒鉛などがある。本発明では、結晶質、
非晶質いずれの黒鉛も作用に差はなく使用可能であっ
た。しかし、黒鉛が５％未満ではその効果はなく、１５
％超になるとアークが弱く安定した溶接ができないこと
から黒鉛を５％〜１５％の範囲に限定した。

【００１７】本発明の鋳鉄用溶接棒は、上記被覆剤組成
を必須とするが、その他必要に応じＳｉ，Ｍｎ，Ｎｉ，
Ｆｅ，Ｔｉ，Ａｌ及びＭｇなどの合金、脱酸剤、又、Ｓ
ｉＯ₂，ＴｉＯ₂及びＡｌ₂Ｏ₃等の酸化物を適宜添加
することができる。

【００１８】次に、被覆剤を１０％〜３０％心線の外周
に塗布する理由について述べる。被覆剤塗布量は、溶接
棒を設計する上で、合金成分の調整及び溶接作業性の調
整を加味して決定される。しかし、１０％未満では、ス
ラグ量が不足しビード表面に均一に被包しないばかりか
シールド不足によるブローホールの発生が認められた。
３０％超では、スラグ量が過多になりアーク直下に溶融
スラグが回り込みアーク切れ及び融合不良が発生したの
で溶接棒全重量に対し、被覆剤塗布量を１０％〜３０％
の範囲に限定した。

【００１９】以上、述べたように本発明による鋳鉄用溶
接棒、母材への希釈を低く抑えると共に、ビード形状特
にビードの広がりが良くスラグ巻込み、ブローホール、
スパッタなどの発生もなく安定した溶接が可能とし、且
つ、生産性良好な鋳鉄用溶接棒であり、鋳鉄溶接におけ
る信頼性、品質向上が期待される。以下実施例により本
発明の効果を更に具体的に説明する。

【００２０】

【実施例】表１に使用した心線を示す。心線Ａは純Ｎｉ
心線、Ｂは純Ｎｉ心線の外周に鋼製帯鋼を巻き所定の寸
法に伸線したものを使用した。表２に製造した溶接棒を
示す。尚、表２の被覆剤原料の他に被覆固着剤を被覆剤
単位重量当たり２６．５wt％の割合で添加した。溶接棒
寸法は全て３．２×３５０mmとした。表３に使用した酸
化鉄を示す。記号Ａ，Ｂは本発明外の酸化鉄、記号Ｃは
本発明に適用した酸化鉄である。

【００２１】

【表１】

【００２２】

【表２】

【００２３】

【表３】

【００２４】

【表４】

【００２５】表４に試験結果を示す。溶接作業性の試験
方法は、鋳鉄母材（寸法；２０^t×１００×３５０mm）
に３００mmのビード長さ（運棒比＝１：１．１）で溶接
して試験した。溶接電流は全て１００Ａとした。各項目
の評価基準は下記基準で評価した。アーク安定性は、溶
接棒１本溶接した時に全くアーク切れの発生もなく、溶
融スラグが棒先端に絡まないものについては○、それ以
外は×とした。スパッタの評価は、上記溶接条件で溶接
した時、スパッタ発生量が１．０ｇ／min 以下は実用範
囲として○、それ以上は実用上問題発生の恐れがあるの
で×とした。尚、スパッタ補集方法は図１に示す方法で
行なった。保護筒の評価は、溶接中に被覆先端の溶融が
安定したものは○、被覆先端が欠け或いは、被覆先端の
溶融が球状になって移行（花咲き現象）するものについ
ては×とした。スラグ流動性については、溶融スラグが
溶融プールからすみやかに排除されかつ溶融プールの形
状がはっきり目視できるものは○、溶融スラグが溶接棒
先端に絡むものについては×とした。スラグ被包性につ
いては、ビード表面に安定した厚さで均等に被包するも
のについては○、スラグ厚さが不均一で不規則に被包す
るものについては×とした。塗装性の評価については、
被覆剤の滑りが悪く塗装圧力が５００kg／cm²以上にな
るものについては×、それ以下の塗装圧力で塗装可能な
ものについては○とした。尚、被覆固着剤の添加量は、
被覆剤重量に対し２６．５wt％と一定で塗装した。

【００２６】

【表５】

【００２７】本発明で示した棒記号Ｃ−１〜Ｃ−８の溶
接棒は、いずれもアークはソフトで安定し、鋳物溶接棒
のいままでの欠点であったスラグ流動性及び保護筒の脆
弱性などが大幅に改善された。その結果ビード形状が安
定し、スラグ巻き込みもなくスパッタ発生も少ない良好
な溶接が可能となった。又、被覆のカスレや欠け落ちも
なく良好な塗装性を示した。

【００２８】一方比較例に示した溶接棒Ｃ−９は、炭酸
石灰の量が少なく、アークが不安定となりスパッタが多
く又、シールド不足によるピット発生などの溶接欠陥が
認められた。溶接棒Ｃ−１０は、被覆率が小さく金属弗
化物が多いためアークが不安定となり、スラグ流動性が
小さくスラグ被包性も悪いためビード形状が悪い。又、
粗い酸化鉄を使用したことで被覆の粘性が過多となり被
覆表面にカスレが発生し塗装性も悪い結果となった。溶
接棒Ｃ−１１は、炭酸バリウムが多く、スラグ量が増加
し、スパッタの発生が多く安定した溶接ができない。溶
接棒Ｃ−１２は、炭酸石灰が多く、スラグ量が増加し、
スパッタの発生が多く安定した溶接ができない。溶接棒
Ｃ−１３は、被覆率が大きくスラグ量が増加すると同時
に保護筒が長くなり、スパッタの発生が多く安定した溶
接及びビード形状が得られない。溶接棒Ｃ−１４は、炭
酸バリウムの量が少なくスパッタが多く発生し、スラグ
被包性にかける。溶接棒Ｃ−１５は、本発明外の粗い酸
化鉄を使用したため塗装工程で被覆の粘性が過多となり
均一の塗装ができない。溶接棒Ｃ−１６は、ドロマイト
の量が多くアークが不安定となりスパッタが多く、スラ
グ流動性が小さくビードが凸ビードになる。又、本発明
外の粗い酸化鉄を使用したため塗装工程で被覆の粘性が
過多となり均一の塗装ができない。溶接棒Ｃ−１７は、
ドロマイトの量が少なくアークが不安定となりスパッタ
が多く、スラグ流動性が大きくスラグ被包性にかける。
溶接棒Ｃ−１８は、有機物が全く添加されておらず保護
筒が形成されないことからアークが不安定となりスパッ
タも多く発生した。

【００２９】

【発明の効果】以上述べたように本発明による溶接棒
は、溶接作業性を良好に保ち、且つ溶接棒の生産性の向
上を可能としたことで従来の鋳物溶接における諸問題
（溶接欠陥、溶接棒の生産性）は大幅に改善されその工
業的価値は高い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明又は、比較例で示したスパッタ発生量を
測定した治具の説明図である。

【符号の説明】

１溶接棒２スパッタ補修箱（銅製）３鋳鉄母材４溶接ビード５交流電源

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量比で４０％以上のＮｉを含有し、残
部が実質Ｆｅ及び不可避不純物からなる心線の外周に、
炭酸石灰；６〜１６％、炭酸バリウム；３０〜４５％、
金属弗化物；８〜１６％、ドロマイト；４〜１２％、有
機物；１〜６％、粒度が４４μｍ以下の酸化鉄；３〜９
％、黒鉛；５〜１５％を含有し、該被覆剤を溶接棒全重
量に対して１０〜３０％塗布したことを特徴とする鋳鉄
用被覆アーク溶接棒。