JPH06210491A - フラックスコアガス遮蔽電極 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】溶接金属ビーズをデポジットするためのガス遮
蔽アーク溶接用のコア電極を提供する。 【構成】電極は、鉄を含む管により囲まれた充填材料の
コアを有し、充填材料は、合金化剤及び酸化物フラック
ス成分を有しさらに充填材料の重量に基づいて４０−６
０％の二酸化チタン及び１．０−５．０％のアルミニウ
ム粉末を含み、アルミニウム粉末は、合金化剤及び酸化
物フラックス成分より酸素に関して高い親和性を有し、
アルミニウム粉末の量は、溶接金属中に０．０２−０．
０８％のチタン及び０．１０％より少ないアルミニウム
を生成するように選択される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、消耗可能な鋼電極を使
用するアーク溶接の技術に関し、さらに特に改良された
フラックスコアガス遮蔽電極に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来技術の情報として、先願の１９９２
年６月２２日に出願された出願番号第９０２０２０号
は、従来技術の情報としてここに参考として引用され
る。譲受人の先願は、アーク溶接法中に生ずるフューム
を減少させるために、電極のコア中に少量のアルミニウ
ム粉末を用いる、遮蔽ガスとともに使用されるタイプの
フラックスコア電極に関する。粉末状のアルミニウム
は、遮蔽ガスにより囲まれるアークとして規定される領
域又は反応帯中の電極の被覆及びコア材料中の他の成分
と反応する。反応帯は、電極と溶融した金属溶接ビーズ
との間である。減少したフュームの特徴を有する新規な
フラックスコア電極の開発中、遅蔽されたフラックスコ
ア電極技術におけるさらに一般的な発明がなされた。フ
ラックスコア電極の技術におけるこの新規な進歩は、本
発明の目的である。先願は、繰り返される必要のない本
発明の或る態様及び従来技術の情報を含む。Ｏｋｕの米
国特許第３５５８８５１号は、従来技術の情報としてこ
こに参考として引用される。少量の鉄−アルミニウム
は、強い脱酸素成分として充填材料に加えられる。少量
の鉄−アルミニウム又はアルミニウム粉末は、溶接ビー
ズの鋼への添加に使用され、そして溶接ビーズの溶融し
た金属の上のアーク帯で反応しない。この特許の鉄−ア
ルミニウムの量は、本発明を実施するのに必要なことが
分っているのより実質的に少ない。この特許は、合金化
のために二酸化チタン及び／又は酸化ホウ素を還元させ
る目的でアルミニウムを使用する有利さを教示していな
いし、又は本発明の窒素除去機能を行うのに十分な量の
アルミニウムをＯｋｕの特許の電極中に使用する有利さ
を教示していない。

【０００３】Ｋｏｂａｙａｓｈｉの米国特許第４５１０
３７４号は、遮蔽アーク溶接法で使用される電極のため
の低炭素被覆の使用に関する。又、アルミニウムは、通
常に使用される脱酸素剤として述べられているが、この
従前の特許に使用されるアルミニウムは、合金化の目的
のための鉄−アルミニウム又はアルミニウム粉末の形で
ある。さらに、アルミニウム粉末が溶接金属中の溶融し
た金属の上で反応して溶融した金属から離れた位置で還
元機能を行う本発明の機能を実施するのに必要なアルミ
ニウムの量を教示していない。この従前の特許におい
て、鉄−アルミニウム又はアルミニウム粉末は、溶接金
属に入り、そして次に脱酸素剤として使用される。この
作用は、溶接ビーズの上のスラグ中の包接のために溶接
ビーズの表面に浮遊しなければならない酸化アルミニウ
ムを生ずる。本発明は、アルミニウムがそれ自体溶接ビ
ーズに入る前の溶接ビーズの上の化学反応のためにアル
ミニウム粉末を使用する。従って、化学的還元効果は、
溶接ビーズの外の反応帯中のアルミニウムの作用により
生ずる。その上、本発明のアルミニウムは、溶接金属の
窒素スキャベンジングに利用できる。Ｍｕｎｚの米国特
許第４７２３０６１号は、溶接ビーズ上の溶融したスラ
グの物理的性質をコントロールする目的で酸化アルミニ
ウムを使用するフラックスコア電極に関する。酸化アル
ミニウムは、スラグ形成の目的のためだけである。多量
の酸化アルミニウムは、充填材料に含まれるスラグ粘度
コントロール成分として使用された。アルミニウム粉末
は、酸化のために使用でき、そしてスラグをコントロー
ルするのに使用できた。酸化アルミニウムを用いること
は、この従来の特許で説明された唯一つの目的であるた
め、この特許は、酸化アルミニウムを生ずるのに使用さ
れるアルミニウムの量を教示していない。酸化アルミニ
ウムの形成以外のガス遮蔽電極の或る特別の機能を得る
ために、任意の割合でアルミニウム粉末を使用する実施
例は、何も存在しない。Ｂｕｓｈｅｙの米国特許第５０
９５１９１号は、セシウムを使用するガス遮蔽アーク溶
接電極を開示している。或る量のアルミニウムは、多数
の合金化要素の一つとして示唆されているが、それによ
りアルミニウムが、合金化の目的を除く任意の特別な用
途に使用できるやり方を何も教示していない。

【０００４】長い間、アルミニウム合金化システムが、
自己遮蔽フラックスコア溶接電極に満足して使用され
て、例外的な衝撃及び強さの性質を有する溶接デポジッ
トを生成してきた。例外的な機械的性質は、デポジット
された溶接金属が約０．５％のアルミニウム含量を有す
るときの自己遮蔽フラックスコア溶接電極を使用する場
合、現れる。アルミニウムが、溶接ビーズの金属中に沈
殿しそして溶接金属の機械的性質を増大する窒化物を形
成するものと考えられる。アルミニウムは、溶接金属と
の合金化に使用されて、固体化した溶接ビーズから酸素
及び遊離窒素を除く。自己遮蔽フラックスコア溶接電極
を生成するために使用される十分に開発された専門技術
において、溶接ビーズ金属との合金化にアルミニウムを
使用することにより、約０．５−１％のアルミニウムが
溶接ビーズ合金に存在した。この合金組成により、窒化
アルミニウムは形成され、そして遊離の窒素は一般に利
用されない。合金化されたアルミニウムの量は溶接金属
中で減少したので、溶接金属の多孔度は増大して、溶接
結合部の強さ及び衝撃特性を減少させることを見出し
た。その結果、アルミニウムが自己遮蔽溶接における溶
接金属のための合金化剤として使用されるとき、溶接金
属に０．５％より多いアルミニウムを生成することが必
要であることが考えられた。溶接ビーズの性質をコント
ロールするためのアルミニウムのこの使用は、アルミニ
ウムをして合金化成分として溶接ビーズ内で相互作用さ
せた。電極は自己遮蔽であったので、アークにより生じ
たガスは空気を追い出し、そしてアークにより生じたガ
スの急速な出現により、酸素及び窒素をして溶融した金
属中に進入することを防いだ。従って、アルミニウムが
他の成分と主として反応するアーク中の反応帯が存在し
なかった。アルミニウムは、溶接ビーズに入り、そして
溶接ビーズの金属と合金を形成した。

【０００５】本発明によるガス遮蔽フラックスコアアー
ク溶接電極を使用するとき、溶接金属の脱酸素又は溶接
金属の窒素のコントロールは、アルミニウムに主として
依存しない。これらの特別な電極は、周りの大気を除く
ことにより溶接プール金属の窒素の汚染を防ぐためにガ
ス遮蔽に依存する主として炭素−マンガン−ケイ素タイ
プシステムである。マンガン及びケイ素は、溶接金属ビ
ーズ中の金属を中和する又は脱酸素するための合金化剤
として使用される。実際に使用される概念ではないガス
遮蔽電極中の任意のタイプのアルミニウムの使用は、溶
接金属を合金化する多くの可能な手段の一つとして示唆
されているに過ぎない。遮蔽ガスを使用するタイプの電
気アーク溶接法における溶接金属プール上のアークの反
応帯の反応のためにアルミニウムを使用することは何も
示唆されていない。従って、遮蔽ガスとともにアーク溶
接に使用される電極は、デポジット中のアルミニウムを
意識して避け、デポジット中にアルミニウムがないこと
は、より良好な機械的性質をもたらすことを助けるもの
と考えられる。過去において、ガス遮蔽電極にアルミニ
ウム合金化剤を使用することは、実際に使用されず、そ
して溶接金属は、概して溶接金属にアルミニウムを有し
なかった。これは、より良好な強さ及び衝撃の特徴を確
実にするものと考えられた。遮蔽ガスタイプのフラック
スコア電極を使用するとき、溶接ビーズの合金化剤とし
てアルミニウムを使用する試みは存在しなかった。

【０００６】

【発明の概要】内部遮蔽ガスを有しないタイプの電極の
コア中の粉末の形の少量のアルミニウムが、フュームの
レベルを減少させそして早いワイヤ供給速度でアーク作
用を改善するのに助けになることが最近分ってきた。コ
アに約１．０−２．０％までのアルミニウム粉末を使用
することは、フュームを減少させるために従来の炭素−
マンガン−ケイ素系を修飾することが分った。遮蔽フラ
ックスコア電極技術における従来の知識とは逆に、電極
のコア中のアルミニウム粉末は、固体ワイヤ溶接により
得ることのできるこれらのレベルに近付く引張り強さ及
びＣｈａｒｐｙ衝撃特性をもたらすことが分った。これ
は、フラックスコア電極の技術の最終の目的である。現
在まで、フラックスコア電極は、好都合であるが犠牲に
なった機械的性質の有利さを有した。固体ワイヤ溶接の
性質に近付く目的には、本発明によるガス遮蔽フラック
スコアアーク溶接電極のコア中のアルミニウム粉末をコ
ントロールした量で使用することにより近付く。従っ
て、本発明は、ガス遮蔽フラックスコア電極のための従
来の炭素−マンガン−ケイ素系におけるアルミニウムの
使用に関し、それは、すべての残留する量が溶接金属に
入る前に、所望の機能を行うために溶接金属の上のアー
クで非常に反応的である。アーク中のアルミニウムは、
二酸化チタン及び酸化ホウ素を還元して、僅かな量のチ
タン及びホウ素の金属をして合金化剤として溶接金属の
溶融したプールに入らせることが分った。又、Ｃ−Ｍｎ
−Ｓｉ−Ｔｉ系に比べるとき、溶接デポジット中の全窒
素を減少させるように思われる。本出願で％として規定
される十分な量のアルミニウムは、溶接金属中或る量の
残留アルミニウムを生ずる。本発明の使用により生ずる
量の溶接金属のこのアルミニウム成分は、非常に利益に
なる。この残留アルミニウムは、溶接金属中の遊離の窒
素を減少するのに使用される。これは、溶接金属中の遊
離の窒素が増大すると溶接デポジット金属のノッチタフ
ネス及びＣＴＯＤ性が急速に劣化するために、有利であ
る。

【０００７】本発明の使用により、アルミニウムは、溶
接金属中の或る量の元素状チタン及び／又はホウ素を生
ずる目的で二酸化チタン及び／又は酸化ホウ素を還元さ
せる。チタン及びホウ素の利点は、ガス遮蔽フラックス
コア電極の技術で周知である。本発明は、又ＴｉＢｏｒ
タイプ電極に有用である。さらに、本発明は、溶接金属
中の実際のホウ素をコントロールするために、酸化ホウ
素及びコントロールされた量のアルミニウム粉末の結合
を行わせる。この概念は、電極の鋼被覆中の合金として
ホウ素を使用することより優れており、そして電極のコ
ア中に元素状ホウ素を使用することよりコントロールす
ることが容易である。本発明では、最も重要な特徴の一
つは、コアワイヤ中の所定の窒素含量について従来のＣ
−Ｍｎ−Ｓｉ−Ｔｉ系に比べるとき、アルミニウムの使
用による溶接金属中の全窒素の減少である。これは、ア
ーク中の酸化窒素の形成の減少により溶接金属中の窒素
の取込みを減少させるか、又は溶接金属の表面上の鉄酸
化物の形成の防止により溶接金属からの窒素発生を助け
ることによるかの何れかにより、達成される。その上、
本発明では、溶接金属中の残留アルミニウムは、溶接金
属の０．１重量％より少ない。溶接金属中のアルミニウ
ムのこのコントロールされた量は、溶接ビーズ中の遊離
の窒素の量を減少させるのに十分である。溶接金属中の
全窒素及び遊離の窒素の減少は、その機械的性質を高め
る。この概念の説明として、溶接金属中の窒素の状態の
詳細は、助けとなる。溶接ビーズ中の全窒素は、以下の
形の窒素を表す。クレン境界の付近に分散又は集められ
た遊離の格子間窒素、筒単な又は複雑な窒化物の形の窒
素並びに溶接金属の多孔度に寄与する分子状ガスの状態
の包接窒素。ガス遮蔽系では、溶接金属中の全窒素は、
大気からアーク及び溶接金属を遮蔽することにより、完
全に低くなり易い。本発明を使用することにより、１−
５重量％の量の電極のコア中のアルミニウムは、溶接デ
ポジット中の全窒素をさらに減少させる。これは、溶接
金属中の包接窒素の存在を排除する。そのため、この系
の溶接金属中の全窒素は、遊離の窒素及び窒化物の形の
窒素の合計であり、その相対的な量は、利用可能な窒化
物形成物の量により決定される。チタン及びホウ素は強
力な窒化物形成物であるため、窒素の或るものは、窒化
チタン及び窒化ホウ素として固定されるだろう。残りの
窒素は、アルミニウムと結合するのに利用される遊離の
窒素として存在する。本発明の使用により、溶接金属の
０．１％より少なくそして好ましくは溶接金属の０．０
３％より少ない僅かな量のアルミニウムが、デポジット
された金属中に存在する。このアルミニウムは、遊離の
窒素と反応し、窒化アルミニウムを形成する。溶接金属
中のアルミニウム及び窒素の量が少ないので、これらの
窒化アルミニウム粒子は、恐らく固体の溶接金属中で、
遅く成長する。何れにせよ、アルミニウムは、溶接金属
中の遊離の窒素を減少させる。その上、溶接金属中のこ
れらの窒化物の包接の量は少ない。これらのファクター
の両者は、溶接金属の衝撃性を改良する。

【０００８】本発明によれば、溶接金属中の残留アルミ
ニウムは、溶接金属の０．１０重量％より少ない。溶接
金属中のこのコントロールされた量のアルミニウムは、
溶接ビーズの物理的性質を高める目的で、溶接ビーズ中
の遊離窒素の量を減少させるのに十分である。この概念
の説明として、窒素形成の詳細が助けになる。窒素は、
グレン境界の周りに分散又は集合する遊離の格子間の窒
素として溶接ビーズ中に存在できる。又、窒素は、簡単
な又は複雑な沈殿した相中の窒化物として存在できる。
さらに、包接された窒素は、溶接金属の多孔度に寄与す
る分子状ガスの状態で存在できる。本発明の使用によ
り、溶接金属の０．１％より少なくそして好ましくは溶
接金属の０．０３％より少ない僅かな量のアルミニウム
が、デポジットされた金属中に存在する。この量のアル
ミニウムは、安定な窒化アルミニウムの形成により遊離
の窒素を明らかにさらに減少させることにより、溶接デ
ポジット中に優れた機械的性質を生じさせることが分っ
た。この窒化物が固体化工程中に遅く成長するので、本
発明を使用するとき形成する窒化物は、標準の炭素−マ
ンガン−ケイ素系の初めに形成された窒化物とは異な
る。本発明が関するタイプのフラックスコア電極のため
の従来の系のこれらの窒化物は、固体化工程の初期に形
成される。これは、溶接金属の結晶性構造を破壊し勝ち
な力を生ずる固体化した溶接金属の格子中に歪みを生じ
させる凝集性の沈殿粒子を生ずるだろう。従って、Ｃｈ
ａｒｐｙ Ｖノッチ衝撃試料の溶接結合部を破壊するの
に要求されるエネルギーの量は、本発明の使用により実
質的に増加する。それは、非凝集性の窒素沈殿物により
生成する内部歪みエネルギーの量が、従来の炭素−マン
ガン−ケイ素電極系で実現する窒化物化合物の凝集性の
沈殿物粒子より実質的に低いからである。

【０００９】本発明の好ましい態様では、二酸化チタン
及び酸化ホウ素は、電極のコアに含まれる。電極のコア
内のアルミニウム粉末は、アークにより生ずる帯中で化
学的に反応して、酸化ホウ素及び一部の二酸化チタンを
還元する。これは、コントロールされた量のチタン及び
ホウ素をして溶接金属中に導入させる。溶接金属のため
のこれらの２種の合金化剤の利点は、十分に記述されて
いる。本発明は、電極のコア内のアルミニウム粉末の量
の適切な選択により溶接金属ビーズ中のチタン又はホウ
素を正確にコントロールする能力を有する。これは、他
のガス遮蔽フラックスコアアーク溶接電極に使用されて
いない本発明の特徴である。本発明は、やや標準的なフ
ラックスコア電極の充填物に加えられるコントロールさ
れる量のアルミニウム粉末を使用する。本発明を使用す
ることにより、電極からの冶金グレートの鉄のタイプの
チタンの除去は、得られる溶接金属の衝撃性を減少させ
ないことが分った。これらの機械的性質は、コア材料中
にアルミニウム粉末を使用することにより維持される。
優れた機械的性質は、本発明により得られるものと考え
られる。それは、コントロールされた量で加えられたア
ルミニウムは、加えられたアルミニウムにより二酸化チ
タン及び酸化ホウ素の直接還元により最適な機械的性質
のための溶接デポジット中のチタン及びホウ素の適切な
レベルを生ずるからである。その結果、金属状チタン例
えば鉄−チタン及び金属状ホウ素は、充填材料に必要と
されない。アルミニウムは、溶接金属の上の電気アーク
の帯で反応して、溶接ビーズ中にデポジットするために
コントロールされる量のチタン及びホウ素を生じて、所
望の機械的性質を得る。溶接デポジットの残留アルミニ
ウム含量は、コア中の充填材料が、酸化アルミニウムの
負の自由エネルギーよりさらに正である負の自由エネル
ギーを有する十分な酸化物を有する限り、本発明を使用
することにより低いまま保たれる。従って、本発明は、
コアにコントロールされた量のアルミニウム粉末を使用
する。この粉末は、溶融した金属プールの上の帯で反応
して、溶接ビーズ中の２種の元素の合金化のために、酸
化チタン又は酸化ホウ素又はその両者を還元する。アル
ミニウム粉末は、溶接ビーズ中の残留アルミニウムの量
が溶接ビーズ金属の０．１重量％より少ないように選択
される。アルミニウムのこの量は、溶接ビーズ金属中の
窒素と反応して窒化アルミニウムを形成するのに十分で
ある。電極の所定の充填組成物のために溶接ビーズデポ
ジットに回収されるチタン及びホウ素の量は、電極のコ
ア中の金属状アルミニウム粉末の量に比例する。増加し
た量のアルミニウムは、電極の充填材料に存在する二酸
化チタン及び酸化ホウ素からのチタン及びホウ素のより
多い回取をもたらすだろう。そのため、アルミニウム粉
末の量は選択されて、溶接金属中に所望の量のチタン、
ホウ素及び残留アルミニウムを生成する。充填材料中に
要求されるアルミニウム粉末の％が充填材料の約１．０
−５．０重量％であることが分った。

【００１０】アルミニウム粉末の実質的な％は、アーク
の反応帯中で消耗され、僅かな量のアルミニウムが本発
明に従って溶接金属に実際に入る。本発明を使用するこ
とにより、溶接ビーズの窒素含量は、炭素−マンガン−
ケイ素及びチタンを使用する従来の電極系で実現される
のより少ない。アルミニウムの添加が、生ずるであろう
窒化アルミニウムによりデポジットされた窒素を高いレ
ベルで生ずるものと最初考えられるだろう。しかし、上
述のように、アルミニウムは、アーク中の酸化ポテンシ
ャルを低下させる。これは、溶接中の窒素取込みを減少
させる酸化窒素の形成を恐らく最小にする。アルミニウ
ムは、又溶接金属からの窒素の発生を助ける溶接金属の
表面上の鉄酸化物の形成を減少させる。残留アルミニウ
ムは、溶接金属中に残る遊離の窒素と結合して、窒化ア
ルミニウムを形成する。従って、本発明の使用は、合計
のそして遊離の窒素を減少させさらにコントロールされ
た少ない量のアルミニウムを有することにより溶接ビー
ズ金属の機械的性質を実質的に高める。実質的に高い％
のアルミニウムは、充填材料に使用されて、アルミニウ
ムは、利用されて溶接金属プールの上で反応して合金化
する目的でチタン又はホウ素又はその両者を減少させ、
僅かな残留アルミニウムは溶接ビーズ金属中に少量で現
れる。

【００１１】ガス遮蔽フラックスコア電極のコアに粉末
化アルミニウムを使用することが、低いレベルで、電極
のフューム発生を減少させることが見出された。酸化チ
タン又は酸化ホウ素又はその両者の所望の還元に応じ
て、コントロールされた量にアルミニウム粉末の量を増
加することにより、最適な機械的性質が達成できる。溶
接金属内のチタン及びホウ素の量もコントロールされ
る。溶接金属中のチタンは、溶接金属の０．０２０−
０．０８０重量％の範囲になければならない。好ましく
は、溶接金属中のチタンは、溶接金属の０．０２５−
０．０５５重量％の範囲にある。ホウ素の量は、デポジ
ットの金属の少なくとも０．００２重量％そして好まし
くは０．００２５−０．００６５重量％の範囲になけれ
ばならない。溶接金属ビーズのこれらの所望の特徴を得
るためのアルミニウムの選択は、本発明の態様の一つで
ある。本発明のアルミニウム系の使用は、炭素、マンガ
ン及びケイ素のみを用いる従来の合金化系により得られ
るのより実質的に高められた機械的性質をもたらすだろ
う。この結果は、実施例２に示される従来の溶接ビーズ
に比べて、電極Ａにより形成される溶接ビーズを比較す
るとき、確認される。実質的に高められた機械的特徴を
生ずる本発明のアルミニウム系の使用は、又他の利点を
有する。上述のように、本発明のアルミニウム系を使用
する溶接デポジット窒素は、コアワイヤ中の所定の窒素
含量について、従来の系を使用して得られるのより低
い。これは、溶接金属にアルミニウムをデポジットする
のに十分なアルミニウムをコアに有する電極Ａにより得
られる結果、並びにアルミニウムを使用しなかった従来
技術の実施例２を比較するとき、立証される。このデー
タは、本発明により処方された種々の他の電極Ａ−Ｅと
一致する。本発明の利点は、溶接金属の上の反応帯中の
二酸化チタン及びホウ素を還元するアルミニウムから溶
接金属を合金化するためのチタン及びホウ素の利用性と
ともに、溶接金属中の全窒素の減少である。溶接金属中
の全窒素は、この帯中の利用可能な酸素と結合するアー
ク帯中のアルミニウムにより減少されると考えられる。
そのため、酸素は、溶接金属中に窒素を生ずる化合物で
ある酸化窒素を形成するための窒素を吸収できない。さ
らに、溶接金属上の反応帯中の酸素は、ＦｅＯを生ず
る。この酸化物は、溶接プールの表面上に層を形成す
る。この層は、固体化溶接金属からの窒素の発生を阻害
する。そのため、酸化鉄のハリヤーは、溶接金属中に高
い窒素含量をもたらす。本発明のアルミニウムの使用
は、溶接プールの表面上の層又はハリヤーとしての酸化
鉄の形成を妨げ勝ちである。本発明は、ガス遮蔽フラッ
クスコア電極のための従来の系より低い窒素溶接デポジ
ットを生成するので、本発明は、遮蔽ガスの損失により
敏感でない溶接工程をもたらすだろう。過去において、
遮蔽ガスとともに使用される電極は、遮蔽ガスが中断し
たとき、重大な問題を提起する。増加した窒素は、大気
から溶接金属により吸収される。これは、溶接金属デポ
ジットのノッチタフネスの対応する減少を生ずる。この
有害な現象は、電極のコア中のアルミニウム粉末の使用
により減少して、溶融した金属の上のアーク中の窒素及
び酸素を吸収し、それにより、電極の周りの遮蔽ガスの
囲みの思いがけない中断があっても、窒素が溶融した金
属に入ることを妨げる。

【００１２】本発明は、チタン及び／又はホウ素に関す
る限り、必要なデポジット化学組成を得る遮蔽ガスとと
もに使用されるフラックスコア電極をもたらし、そして
さらに一定の溶接デポジットを提供する。従来の系で
は、電極のコア内で少ないコントロールされた量でチタ
ン及びホウ素合金化元素を使用することは、その長さに
沿って溶接デポジットの化学組成における分離及び変動
を防ぐために、非常な注意によってのみ達成される。本
発明を使用することにより、チタン及びホウ素は、溶接
金属に対するこれらの有害な作用を防ぐコントロールさ
れた少量でさらに容易に溶接金属に利用できる。本発明
の使用は、連続的な鋳鋼から電極のための鋼被覆の生産
を行うことができる。過去において、これらの安価な鋼
は、鋼が或る量のアルミニウム及び窒素を含むために、
ガス遮蔽フラックスコア電極には使用できなかった。本
発明は、電極に配合されるアルミニウムが溶接金属中の
全窒素取込みを減少させそして残留遊離窒素を無害の窒
化アルミニウム粒子に固定するので、元来窒素含量の高
い連続的鋳鋼の使用を可能にする。ガス遮蔽フラックス
コア電極を使用するときの主な懸念は、デポジットされ
た金属のマンガン及びケイ素のレベルが衝撃性について
最適にされるとき達成される得られる高い強さのレベル
である。溶接金属中のマンガン及びケイ素は、所望の衝
撃性を生ずる量で使用されるとき、比較的高い強さをも
たらす。これは、特に、電極が二酸化炭素遮蔽ガスとと
もに使用されるようにデザインされるが遮蔽ガスのアル
ゴンブレンドとともに実際に使用されるときの懸念であ
る。これらブレンドは、溶接金属中のマンガン及びケイ
素の高い取込みにより、高い強さのレベルを生ずる。そ
のため、強さのレベルは、マンガン及びケイ素の系の所
望の衝撃性のための過剰な所望の強さのレベルであろ
う。本発明を使用することにより、溶接金属のデポジッ
トの強さは、従来のマンガン及びケイ素の系で生ずるも
のに比べて顕著に低下する。従って、もし電極が二酸化
炭素についてテザインされさらにアルゴンブレンドが遮
蔽ガスとして使用されるならば、強さは、所望のパラメ
ーターを超えないだろう。この特徴は、従来技術の電極
の実施例２に比べて電極Ａによる溶接金属デポジットを
比較するとき、立証される。コアのアルミニウム含量
は、本発明によりコントロールされるとき、高い衝撃性
に必要なマンガン及びケイ素のレベルを認めるために、
デポジットされる溶接金属の強さのレベルを制限するメ
カニズムをもたらす。本発明を使用するとき強さのレベ
ルの低下は、溶接デポジットから生じ、標準の従来の炭
素−マンガン−ケイ素系から生ずるのより少ないマイク
ロ包接であると考えられる。これらの包接は、内部の小
板の滑りを遅らせそして得られる溶接金属の強さを高め
るのに働く。

【００１３】本発明の他の利点は、電極のコア内のアル
ミニウムの包接であり、アルミニウムは、溶接工程の初
めに反応して、離れそして全ての水分含有材料を発生す
る。従って、電極は、ガス遮蔽アーク溶接に使用される
タイプの他の電極より水分及び潤滑剤混在物に対して敏
感ではない。この減少された水分感受性は、又電極中の
所定の水分含量に関して低い水素含量をもたらす。その
ため、本発明は、水分を追い出す電極焼付けのための要
件を減少させる。新規な電極中のアルミニウム粉末は、
溶接フューム中の酸化鉄含量を低下させ勝ちであり、そ
してそのため、ここに参考として引用される譲受入の先
願に記載されているフュームレベルを低下させる。本発
明によれば、溶接金属ビーズをデポジットするためのガ
ス遮蔽アーク溶接に関するコア電極が提供される。この
新規な電極は、鉄を含む管により囲まれた充填材料のコ
アを有する。充填材料は、１．０−５．０％のアルミニ
ウム粉末とともに合金化剤及び酸化物フラックス成分を
含み、アルミニウム粉末は、充填材料の合金化剤又は酸
化物フラックス成分より酸素に対して高い親和性を有す
る。アルミニウム粉末の量は選択されて、得られる溶接
金属中に０．１０％より少ないアルミニウムを生ずる。
合金化のために少ない量の残留アルミニウムを生ずるに
過ぎないアルミニウム粉末の量の適切な選択は、溶接金
属中の窒素の低下を行わせ、そして溶接金属上のアーク
反応帯中の合金化剤を脱酸素する。本発明の他の態様に
より、充填材料中に４０−６０％の二酸化チタンが提供
され、そしてアルミニウム粉末は、溶接金属中に０．０
２−０．０８％のチタンを生ずるように選択される。本
発明の他の態様により、充填材料は、充填材料の０．３
−０．５重量％の範囲の酸化ホウ素を含み、そしてアル
ミニウムは、少なくとも０．００２重量％のホウ素を含
む溶接金属を生ずるように選択される。好ましくは、溶
接金属中のホウ素は、溶接金属の０．００２５−０．０
０６５重量％の範囲にある。

【００１４】本発明の他の態様は、充填材料が二酸化チ
タン及び酸化ホウ素の両者を含み、溶接金属は、９−１
１：１の一般的な範囲のチタン対ホウ素の比を生ずるコ
ア電極を提供する。本発明の他の態様により、溶接金属
ビーズをデポジットするためにコア電極によりガス遮蔽
アーク溶接をする方法が提供される。方法は、鉄を含む
管により囲まれた充填材料のコアを有する電極を使用す
る工程を含む。充填材料は、充填材料の重量に基づいて
４０−６０％の二酸化チタン及び１．０−５．０％のア
ルミニウム粉末を含む。アルミニウム粉末の量は、該溶
接金属中に０．０２−０．０８％のチタン及び０．１０
％より少ないアルミニウムを生成するように選択され
る。新規な方法の領域における本発明の最も広い態様に
より、溶接金属ビーズをデポジットするためにコア電極
によりガス遮蔽アーク溶接をする方法が提供される。こ
の方法は、鉄を含む管により囲まれた充填材料のコアを
有する電極を使用する。充填材料は、充填材料の重量に
基づいて１．０−５．０％のアルミニウム粉末を含み、
アルミニウム粉末の量を、該溶接金属中に０．１０％よ
り少ないアルミニウムを生成するするように選択する。
本発明は、さらに、溶接金属ビーズをデポジットするた
めに遮蔽ガスによりアーク溶接をする方法を含む。この
方法は、金属酸化物及び充填材料の重量に基づいて１．
０−５．０％のアルミニウム粉末を含む充填材料のコア
を有する鉄を含む管を有する電極を設ける工程、該電極
と該金属ビーズとの間の反応帯中で前記の鉄を含む管を
溶融するために該溶接金属ビーズと該電極との間にアー
クを生じさせる工程、そして該反応帯中に該金属酸化物
を還元するために該反応帯中に該アルミニウム粉末を導
入し、該金属ビーズに入る該アルミニウムの一部は該ビ
ーズ中の該金属の０．１０重量％よりすくないアルミニ
ウムのアルミニウム合金を形成させる工程を含む。

【００１５】本発明の他の態様により、本発明を実施す
るとき溶接ビーズ中のアルミニウムは、溶接ビーズの金
属の０．０１−０．０５重量％の範囲にある。本発明の
主な目的は、ガス遮蔽アーク溶接に使用されるフラック
スコア電極の提供であり、その電極は、アーク溶接に使
用される固体ワイヤのそれらに近い強さ及び衝撃の特徴
を有する。本発明の他の目的は、フラックスコアアーク
溶接電極の提供であり、その電極は、合金化金属を生ず
るために電気アーク又はプラズマ帯内で反応する量でコ
ア中で粉末化アルミニウムを使用し、一方又少量のコン
トロールされた残留量のアルミニウムをそれ自体溶接ビ
ーズ内にデポジットする。本発明の他の目的は、上記の
フラックスコアアーク溶接電極の提供であり、その電極
は、溶接ビーズ合金化系中でチタン又はホウ素又はその
両者の量をコントロールする。本発明の他の目的は、上
記のフラックスコアアーク溶接電極の提供であり、その
フラックスコア電極は、連続的な鋳鋼から製造される被
覆を使用し、そして水分除去のために実質的な焼付けを
必要としない。本発明の他の目的は、上記のフラックス
コアアーク溶接電極の提供であり、その電極は、少量を
超える量のアルミニウムを増加することなく、溶接ビー
ズ中の窒素の量を減少させ、その少量は、溶接金属のグ
レン特徴を損なわない。本発明の他の目的は、ガス遮蔽
アーク溶接の新規な方法の提供であり、その方法は、チ
タン又はホウ素又はその両者との溶接金属のコントロー
ルされた合金化により、少ない量の窒素及びコントロー
ルされた少量の残留アルミニウムを有する溶接ビーズを
生ずる。これら及び他の目的及び利点は、図を利用して
以下の記述から明らかになるだろう。

【００１６】図１は、本発明の好ましい態様に従って構
築された電極の概略断面図であり、本発明の実施に助け
になる反応帯を説明する。図２は、溶接金属中の窒素の
量の減少と、溶接ビーズ金属又は溶接部の衝撃特徴との
間の関係を示すグラフである。

【００１７】示されていることは好ましい態様を説明す
るだけの目的であってそれを制限することを目的として
いない図に関して、図１は、被覆中に鋼の０．０７重量
％より少ない炭素含量を好ましくは有する低炭素鋼から
形成された外側の鋼被覆１２を有する消耗可能な電極１
０を示す。電極１０は、好ましくは最低のコストのため
に二酸化炭素である遮蔽ガス２０ともに使用されるが、
酸素、ヘリウム、アルゴンなどのような成分との遮蔽ガ
スのブレンドも使用できる。電極１０のコア３０内に、
アーク５０が電極１０の末端と溶接金属プール４０との
間に生ずるとき溶接ビーズ又は溶融した金属プール４０
上に適切なスラグを形成するのに必要な合金化剤、フラ
ックス剤及び他の成分の形の粒状材料が設けられる。本
発明の好ましい態様により、コア３０は、コア全体に分
散した粒子６０として概略的に示されそしてコア３０を
構成する充填材料の１．０−５．０％の重量を有するア
ルミニウム粉末を含む。コア３０からの金属状のアルミ
ニウムは、反応帯７０として示される帯中のアーク５０
で反応する。本発明により、アルミニウムの量は、二酸
化チタン又は酸化ホウ素又はその両者を還元するように
選択されて、溶接ビーズ４０の金属中の合金化のための
或る量のチタン及びホウ素を放出する。十分量のアルミ
ニウム粉末は、溶融したプール４０中の溶接金属と合金
になる少量の残留アルミニウムが存在するように、コア
３０中に入れられる。実際では、アルミニウムの量は、
プール４０の溶接金属中で０．１０％より少ないアルミ
ニウムを生ずるように選択される。その結果、１．０−
５．０％の範囲のアルミニウム粉末は、帯７０中のコア
材料と直接反応するのに使用される。この化学的及び熱
的作用は、或る合金化剤例えばチタン及びホウ素を放出
させ、又少量の残留アルミニウムを合金化、窒素除去及
び溶接金属中の溶解した酸素との反応に利用させる。

【００１８】コア材料中のアルミニウムは、溶接金属中
の全体のそして遊離の窒素を減少させることが分った。
周知のように、溶接金属中の窒素は、溶接金属の衝撃特
徴に影響する。図２は、溶接デポジット中の全窒素の増
大する量が溶接金属ビーズのＣｈａｒｐｙ Ｖノッチ強
さを減少させるこの概念を説明する。コア材料中のアル
ミニウムは、帯７０中の酸素ポテンシャルを低下させ、
窒素−酸素形成従って溶接金属中の窒素取込みを減少さ
せる。それが溶融しそして遊離の窒素と結合し窒化アル
ミニウムが形成されるとき、アーク帯７０中の反応から
本発明により提供される残留アルミニウムは、溶接金属
に入る。従って、溶接金属中の窒素の多くは、固定した
窒化物の形である。そのため、アルミニウム及び窒素
は、本発明を使用するとき、溶接金属の強さ及び衝撃の
特徴に実質的な有害な作用を有しない。本発明は、炭素
−マンガン−ケイ素電極系にコントロールされた量のア
ルミニウムを用いる。このアルミニウムは、二酸化チタ
ンを還元し、それは電極の好ましいフラックス成分であ
る。アルミニウムの量は、還元され溶接金属にデポジッ
トされるチタンの量をコントロールする。チタンのこの
量は、比較的少なく、溶接金属の約０．０２−０．０８
重量％のチタンを生ずる。又、アルミニウム粉末は、コ
ア３０に含まれる酸化ホウ素を還元して、溶接金属にコ
ントロールされた量のホウ素をもたらす。非常に少量の
ホウ素が要求され、そのため、非常に少量の酸化ホウ素
がコア３０中に置かれる。この量は、充填物の０．３０
−０．５０重量％の範囲である。溶接金属に所望のチタ
ン及び／又はホウ素を与えるのに十分なアルミニウムが
存在する。さらに、アルミニウムは、帯７０中のアーク
大気の酸化ポテンシャルを低下させる。その結果、上記
の理由により、窒素は、大気から有効に吸収できない。
ジルコニウム金属は、溶接金属から酸素を除くのに使用
できた。しかし、実質的な量のジルコニウムが必要とさ
れ、そして溶接金属中のチタン及びホウ素のコントロー
ルは、困難になるだろう。その上、得られた酸化物は、
酸化アルミニウムにより達成される程度にスラグの特徴
を増大させないだろう。

【００１９】アルミニウムは、得られるデポジットされ
た溶接金属の機械的性質を低下させることなく、フラッ
クスコアタイプのガス遮蔽溶接電極に使用できないと現
在まで信じられてきた。外部遮蔽ガスとともに使用され
るように特に処方された電極が使用されるとき、溶接金
属中の元素状の形の過剰の残留アルミニウムが望ましく
ない微細構造を生ずることが現在まで知られている。し
かし、本発明により、この問題は、ユニークなやり方で
解決される。残留アルミニウムは、結合されていない遊
離のアルミニウム並びに酸化物の形の結合されたアルミ
ニウムよりなる。コア中のアルミニウムの量を注意深く
コントロールすることにより、溶接金属中に或る量の残
留アルミニウムを残すことが本発明の目的である。本発
明により、溶接金属は、０．１％より少ないアルミニウ
ムそして好ましくは約０．０５％のアルミニウムを有す
る。遊離（酸素と結合していない）のこの残留アルミニ
ウムの部分は、存在する遊離の窒素形成窒化アルミニウ
ムと結合する。そのため、溶接金属中の元素状アルミニ
ウムの量は減少し、それにより望ましくない微細構造を
排除する。溶接金属中の遊離の窒素の量は又減少され
る。その結果、溶接金属中の過剰の元素状アルミニウム
及び遊離の窒素の両者の有害な作用が避けられる。本発
明を使用するとき、コア内のコントロールされた量のア
ルミニウム粉末の選択は新規である。アルミニウム粉末
は、溶接金属の０．１０重量％より少ないアルミニウム
そして好ましくは０．０５％のアルミニウムである。コ
ア中のアルミニウムは、粉末状の金属状アルミニウムの
形であって、それは、反応帯７０中でコア３０の成分と
直接そして直ちに反応する。鉄−アルミニウム及び他の
アルミニウム合金は、溶融した金属プール４０に入った
後反応する。これらの合金は、一般に、本発明により予
想されるように、帯７０では反応しない。本発明の主な
使用は、二酸化チタンフラックスコアの消耗可能な電極
についてであるが、しかし、本発明は、コアが塩基性で
あるフラックスコア電極でも使用できる。アルミニウム
粉末は、それが酸化物を還元し、酸素を還元しそしてそ
れにより溶接ビーズ中の窒素を還元するため、得られた
溶接金属中に均一性をもたらす。二酸化チタンを使用す
るとき、アルミニウムの量は、溶接金属中に所望の量の
チタンを生ずるように選択される。要するに、少なくと
も１．０％のアルミニウムは、電極のコアに加えられ、
そして０．１０％より少ない量が溶接金属中にデポジッ
トされる。得られる電極が、水分にやや敏感でなくそし
て遮蔽ガスの偶然の損失であることが分った。

【００２０】反応帯７０では、アルミニウム粉末は、酸
素の大部分を除く。従って、酸化窒素は、形成できな
い。窒化アルミニウムは、本発明を使用するとき、溶接
金属中に形成される。そのため、溶接金属中のアルミニ
ウムの多くは、一般に、窒化アルミニウム及び酸化アル
ミニウムの形であり、元素状アルミニウムではない。ア
ルミニウム粉末は、遮蔽ガスとともに使用するように特
にデザインされたＴｉＢｏｒタイプフラックスコア電極
に主として有用である。これは特別な技術である。溶接
金属中のチタン及びホウ素の結合は、オーステナイトグ
レン境界でプロオイテクトイドフェライトの量を減少さ
せる。さらに、チタンは、前のオーステナイトグレン中
に細かい針状のフェライトを生ずる。チタン、ホウ素及
びアルミニウムは、系中の遊離の窒素を減少させる。そ
のため、本発明の使用により生ずるチタン、ホウ素及び
アルミニウムは、全て、改良された強さ及び衝撃の特徴
を有する合金化系に寄与する。本発明の好ましい態様
は、ニッケルを用いるフラックスコア電極とともに示さ
れる電極Ａ−Ｅとして説明される。ニッケルは、低温度
で延性を改善するが、それは、本発明の実施に必須では
ない。本発明の好ましい態様の電極Ａ−Ｅのニッケル含
量は、ニッケルが望まれる溶接に使用される電極である
が、他の合金化剤は、本発明に使用できる。

【００２１】過去において、フラックスコアガス遮蔽タ
イプのＴｉＢｏｒ電極は、得られる溶接金属中に少量の
ホウ素を含んでいた。ホウ素は、種々のメカニズムによ
り溶接金属中にもたらされる。本発明の態様によれば、
ホウ素は、酸化ホウ素としてコア３０に含まれる。それ
は、コア中の金属状のアルミニウム粉末により還元され
て、溶接ビーズ金属中のホウ素の次の合金化を行う。ホ
ウ素は、周知のように、一次フェライトＣ曲線を右にシ
フトする。アルミニウムは、窒化物及び酸化物を形成す
る。チタンは、クレン境界で酸化からホウ素を保護す
る。ホウ素は、窒化物形成剤であるが、チタンは、ホウ
素又はアルミニウムの何れかよりも窒素化合物を形成で
きる。しかし、アルミニウムは、強力な脱酸素剤であ
り、それをこの系で使用する利益がある。アルミニウム
は、溶接金属中の窒素の取込みを減少させるアーク中の
ＮＯ形成を減少させる。アルミニウムは、又溶接金属の
表面からの窒素の発生を助けることができる。この特徴
は、酸化鉄が、酸素とアルミニウム粉末との好ましい反
応により溶接ビーズの表面に形成できないとき、促進さ
られる。そのため、溶接金属中の窒素のレベルは、本発
明に従ってアルミニウムの使用とともに減少する。金属
中に存在する量の窒化アルミニウムは、又遊離の窒素又
は包接した窒素より有害ではない。本発明は、帯７０で
酸化アルミニウムを形成するアルミニウムの主要な部分
をもたらす。この化合物は、スラグの特徴をコントロー
ルするのに有利である。アルミニウム粉末は、又溶接金
属中に入るチタン及びホウ素の量をコントロールする。
帯７０から利用できるアルミニウムの残留量は、溶接金
属中に使用されて、窒素と結合して、安定な窒化アルミ
ニウムの粒子を形成することにより溶接金属から遊離の
窒素を除く。溶接金属中のチタン対ホウ素の比は、好ま
しくは約１０：１である。比は、実際には、チタン対ホ
ウ素の約９−１１：１の比である。本発明の使用は、コ
ア３０中のアルミニウムの量をコントロールすることに
より、そしてアルミニウムが溶接ビーズ金属の物理的特
徴をコントロールするのに有利である窒素化合物を形成
するという認識により、有利であり可能になる。遮蔽ガ
スと一緒のアーク溶接用の従来技術のフラックスコア電
極は、以下の通りである。

【００２２】

【実施例】

実施例 １

【００２３】

【表１】

【００２４】この実施例の溶接ビーズの分析は、以下の
通りである。

【００２５】

【表２】

【００２６】実施例 ２

【００２７】

【表３】

【００２８】この実施例の溶接ビーズの分析は、以下の
通りである。

【００２９】

【表４】

【００３０】実施例 ３

【００３１】

【表５】

【００３２】この実施例の溶接ビーズの分析は、以下の
通りである。

【００３３】

【表６】

【００３４】実施例１及び２の上記の電極のフラックス
成分（重量％）は、以下通りである。

【００３５】

【表７】

【００３６】実施例３は、電極を形成する金属被覆のコ
ア中の合金の形又は粉末の形のアルミニウム金属を有し
ない市販の生成物である。好ましい態様では、溶接ビー
ズは、下の鋭い端が１／４インチ（６．４ｍｍ）空いて
いるように位置するプレート及び５０゜の包含角を設け
るために傾いたプレートの端を有する２枚の２インチ
（５０ｍｍ）の厚さのＡ５３７鋼のプレートの間に置か
れる。プレートは、２１２°Ｆ（１００℃）に予熱さ
れ、それぞれの溶接パスの間、既にデポジットされたビ
ーズの温度を約３２５°Ｆ（１６３℃）に放置して低下
させる。下記の電極Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ及びＥを使用する７
回のパスでは、以下の衝撃値を得た。

【００３７】

【表８】

【００３８】好ましい態様即ち電極Ａにより製造した溶
接ビーズの分析は、以下の通りである。

【００３９】

【表９】

【００４０】好ましい態様即ち電極Ｂにより製造した溶
接ビーズの分析は、以下の通りである。

【００４１】

【表１０】

【００４２】好ましい態様即ち電極Ｃにより製造した溶
接ビーズの分析は、以下の通りである。

【００４３】

【表１１】

【００４４】好ましい態様即ち電極Ｄにより製造した溶
接ビーズの分析は、以下の通りである。

【００４５】

【表１２】

【００４６】好ましい態様即ち電極Ｅにより製造した溶
接ビーズの分析は、以下の通りである。

【００４７】

【表１３】

【００４８】本発明のこれらのテスト試料は、鋼が低炭
素鋼の管（＜０．０７）の形である以下の電極を使用す
ることにより得られ、管のコアは以下のフラックス成分
（重量％）を充填された。

【００４９】

【表１４】

【００５０】上記の電極に関する代表的な溶接ハラメー
ターは、以下の通りであった。 ａ．０．０４５インチの直径の電極 ｂ．ＤＣ電極、正の極性 ｃ．３／４インチの電気スティックアウト ｄ．全電極の１４−１７重量％の電極充填物 ｅ．約２７５インチ／分のワイヤ供給速度。 電極Ａ−Ｅは、本発明に従って構築され、そして或るニ
ッケル消耗可能な電極を使用して溶接金属の物理的性質
を高めるためにコア中にアルミニウム粉末を使用した。

【００５１】本発明に従って使用された電極は、種々の
合金化剤例えばアルミニウム、クロム、マンガン、ニッ
ケル、カドミウム、ケイ素、ジルコン及び鉄を含む。他
の合金化剤も、又フラックス系に使用できる。種々のタ
イプの合金化剤は、アルミニウム粉末より酸素又は窒素
に関して低い親和性を有するもののみに限定される。ア
ルミニウム粉末は、溶接中フューム生成を同時に減少さ
せつつ、溶接金属中への所望の合金金属沈殿を得るため
に、フラックス系中の主な脱酸素剤及び脱窒化剤である
ようにテザインされる。合金化剤例えばマグネシウム又
はマクネシウム合金は、アルミニウム粉末より酸素又は
窒素に関する高い親和性を有するが、反応帯７０内に生
ずるアルミニウム粉末反応に悪影響を与えそして干渉す
る。アルミニウムより酸素又は窒素に関する高い親和性
を有するマグネシウム、マグネシウム合金及び／又は他
の合金化剤の有害な作用は、溶接中の増大したフューム
生成及び増大したスパッタリング及び／又は低い溶接ビ
ーズの品質を生じさせる。

【００５２】本発明は、好ましい態様及びその代替物に
関して記載された。ここに記載された態様への多くの修
飾及び代替物は、本発明の詳細な記述を読みそして理解
すると、当業者にとりそれ自身容易に示唆しているもの
と考えられる。それらが本発明の範囲内に入る限り、こ
れらの修飾及び代替物の全てを含むことを目的とする。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の好ましい態様に従って構築された電極
の概略断面図であり、本発明の実施に助けになる反応帯
を説明する。

【図２】溶接金属中の窒素の量の減少と、溶接ビーズ金
属又は溶接部の衝撃特徴との間の関係を示すグラフであ
る。

【符号の説明】 １０ 電極 １２ 被覆 ２０ 遮蔽ガス ３０ コア ４０ 溶接ビーズ又は溶融金属プール ５０ アーク ６０ 粒子 ７０ 反応帯

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ロナルド ジェイ ゴーディッシュ アメリカ合衆国オハイオ州 44094 カー トランド ヒッコリィ ヒル コート 10640 (72)発明者 カール ジェイ クリコウスキイ アメリカ合衆国オハイオ州 44121 クリ ーブランド ハイツ ハセルトン ロード 1195 (72)発明者 ロバート ピー ムンズ アメリカ合衆国オハイオ州 44047 ジェ ファーソン スタンプビル ロード 1817

Claims (36)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】溶接金属ビーズをデポジットするためのガ
   ス遮蔽アーク溶接用のコア電極において、該電極は、鉄
   を含む管により囲まれた充填材料のコアを有し、該充填
   材料は、合金化剤及び酸化物フラックス成分を有しさら
   に充填材料の重量に基づいて４０−６０％の二酸化チタ
   ン及び１．０−５．０％のアルミニウム粉末を含み、該
   アルミニウム粉末は、該合金化剤及び該酸化物フラック
   ス成分より酸素に関して高い親和性を有し、さらにアル
   ミニウム粉末の量は、該溶接金属中に０．０２−０．０
   ８％のチタン及び０．１０％より少ないアルミニウムを
   生成するように選択されるコア電極。
2. 【請求項２】該充填材料は、該充填材料の０．３−０．
   ５重量％の範囲にある酸化ホウ素を含み、該溶接金属
   は、少なくとも０．００２重量％のホウ素を含む請求項
   １のコア電極。
3. 【請求項３】該溶接金属中の該チタン対該ホウ素の比
   は、９−１１：１の範囲にある請求項２のコア電極。
4. 【請求項４】チタン対ホウ素の該比は、約１０：１であ
   る請求項３のコア電極。
5. 【請求項５】該二酸化チタンは、該充填材料の５０−６
   ０重量％の範囲にある請求項３のコア電極。
6. 【請求項６】該二酸化チタンは、該充填材料の５０−６
   ０重量％の範囲にある請求項２のコア電極。
7. 【請求項７】該二酸化チタンは、該充填材料の５０−６
   ０重量％の範囲にある請求項１のコア電極。
8. 【請求項８】該充填材料は、該充填材料の２．０−４．
   ５重量％の範囲にある二酸化ケイ素を含む請求項３のコ
   ア電極。
9. 【請求項９】該充填材料は、該充填材料の２．０−４．
   ５重量％の範囲にある二酸化ケイ素を含む請求項２のコ
   ア電極。
10. 【請求項１０】該充填材料は、該充填材料の２．０−
    ４．５重量％の範囲にある二酸化ケイ素を含む請求項１
    のコア電極。
11. 【請求項１１】該充填材料の少なくとも約１０重量％の
    マンガン合金化削を含む請求項８のコア電極。
12. 【請求項１２】該マンガン合金化剤は、充填材料の１０
    −１５重量％の範囲にある請求項１１のコア電極。
13. 【請求項１３】該充填材料の少なくとも約１０重量％の
    マンガン合金化剤を含む請求項２のコア電極。
14. 【請求項１４】該充填材料の１０−１５重量％のマンガ
    ン合金化剤を含む請求項１３のコア電極。
15. 【請求項１５】該充填材料の少なくとも約１０重量％の
    マンガン合金化剤を含む請求項１のコア電極。
16. 【請求項１６】該マンガン合金化剤は、充填材料の１０
    −１５重量％の範囲にある請求項１５のコア電極。
17. 【請求項１７】合金化剤としてニッケルを含む請求項１
    １のコア電極。
18. 【請求項１８】該ニッケルは、該充填材料の８−１０重
    量％の範囲にある請求項１７のコア電極。
19. 【請求項１９】合金化剤としてニッケルを含む請求項２
    のコア電極。
20. 【請求項２０】該ニッケルは、該充填材料の８−１０重
    量％の範囲にある請求項１９のコア電極。
21. 【請求項２１】合金化剤としてニッケルを含む請求項１
    のコア電極。
22. 【請求項２２】該ニッケルは、該充填材料の８−１０重
    量％の範囲にある請求項１７のコア電極。
23. 【請求項２３】溶接金属ビーズをデポジットするための
    ガス遮蔽アーク溶接用のコア電極において、該電極は、
    鉄を含む管により囲まれた充填材料のコアを有し、該充
    填材料は、合金化剤及び酸化物フラックス成分を有しさ
    らに充填材料の重量に基づいて０．３−０．５％の酸化
    ホウ素及び１．０−５．０％のアルミニウム粉末を含
    み、該アルミニウム粉末は、該合金化剤及び該酸化物フ
    ラックス成分より酸素に関して高い親和性を有し、さら
    にアルミニウム粉末の量は、該溶接金属中に少なくとも
    ０．００２％のホウ素及び０．１０％より少ないアルミ
    ニウムを生成するように選択されるコア電極。
24. 【請求項２４】該フラックス酸化物は、二酸化チタンを
    含む請求項２３のコア電極。
25. 【請求項２５】該二酸化チタンは、該充填材料の４０−
    ６０重量％の範囲にある請求項２４のコア電極。
26. 【請求項２６】溶接金属ビーズをデポジットするために
    コア電極によりガス遮蔽アーク溶接をする方法におい
    て、該方法は、鉄を含む管により囲まれた充填材料のコ
    アを有する電極を使用し、該充填材料は、充填材料の重
    量に基づいて４０−６０％の二酸化チタン及び１．０−
    ５．０％のアルミニウム粉末を含み、アルミニウム粉末
    の量は、該溶接金属中に０．０２−０．０８％のチタン
    及び０．１０％より少ないアルミニウムを生成する工程
    を含む方法。
27. 【請求項２７】溶接金属ビーズをデポジットするために
    コア電極によりガス遮蔽アーク溶接をする方法におい
    て、該方法は、鉄を含む管により囲まれた充填材料のコ
    アを有する電極を使用し、該充填材料は、充填材料の重
    量に基づいて０．３−０．５％の酸化ホウ素及び１．０
    −５．０％のアルミニウム粉末を含み、アルミニウム粉
    末の量を、該溶接金属中に少なくとも０．００２％のホ
    ウ素及び０．１０％より少ないアルミニウムを生成する
    するように選択する工程を含む方法。
28. 【請求項２８】溶接金属ビーズをデポジットするために
    コア電極によりガス遮蔽アーク溶接をする方法におい
    て、該方法は、鉄を含む管により囲まれた充填材料のコ
    アを有する電極を使用し、該充填材料は、充填材料の重
    量に基づいて１．０−５．０％のアルミニウム粉末を含
    み、アルミニウム粉末の量を、該溶接金属中に０．１０
    ％より少ないアルミニウムを生成するするように選択す
    る工程を含む方法。
29. 【請求項２９】溶接金属ビーズをデポジットするための
    ガス遮蔽アーク溶接用のコア電極において、該電極は、
    鉄を含む管により囲まれた充填材料のコアを有し、該充
    填材料は、合金化剤及び酸化物フラックス成分を有しさ
    らに充填材料の重量に基づいて１．０−５．０％のアル
    ミニウム粉末を含み、該アルミニウム粉末は、該合金化
    剤及び該酸化物フラックス成分より酸素に関して高い親
    和性を有し、さらにアルミニウム粉末の量は、該溶接金
    属中に０．１０％より少ないアルミニウムを生成するよ
    うに選択されるコア電極。
30. 【請求項３０】溶接金属ビーズをデポジットするための
    ガス遮蔽アーク溶接用のコア電極において、該電極は、
    鉄を含む管により囲まれた充填材料のコアを有し、該充
    填材料は、合金化剤及び酸化物フラックス成分を有しさ
    らに充填材料の重量に基づいて１．０−５．０％のアル
    ミニウム粉末を含み、そしてアルミニウム粉末の量は、
    該溶接金属中に０．１０％より少ないアルミニウムを生
    成するように選択されるコア電極。
31. 【請求項３１】溶接金属ビーズをデポジットするために
    遮蔽ガスによりアーク溶接をする方法において、該方法
    は、金属酸化物及び充填材料の重量に基づいて１．０−
    ５．０％のアルミニウム粉末を含む充填材料のコアを有
    する鉄を含む管を有する電極を設ける工程、該電極と該
    金属ビーズとの間の反応帯中で前記の鉄を含む管を溶融
    するために該溶接金属ビーズと該電極との間にアークを
    生じさせる工程、そして該反応帯中に該金属酸化物を還
    元するために該反応帯中に該アルミニウム粉末を導入
    し、該金属ビーズに入る該アルミニウムの一部は該ビー
    ズ中の該金属の０．１０重量％よりすくないアルミニウ
    ムのアルミニウム合金を形成させる工程を含む方法。
32. 【請求項３２】該金属ビーズ中に合金化されたアルミニ
    ウムは、該ビーズの該金属の０．０３重量％より少ない
    請求項３１の方法。
33. 【請求項３３】該金属ビーズ中に合金化されたアルミニ
    ウムは、該ビーズの該金属の０．０１−０．０５重量％
    の範囲にある請求項３１の方法。
34. 【請求項３４】溶接金属ビーズをデポジットするための
    ガス遮蔽アーク溶接用のコア電極において、該電極は、
    鉄を含む管により囲まれた充填材料のコアを有し、該充
    填材料は、合金化剤及び酸化物フラックス成分を有しさ
    らに充填材料の重量に基づいて０．３−０．５％のホウ
    素及び１．０−５．０％のアルミニウム粉末を含み、ア
    ルミニウム粉末の量は、該溶接金属中に０．００２％よ
    り少ない量のホウ素及び０．１０％より少ないアルミニ
    ウムを生成するように選択されるコア電極。
35. 【請求項３５】フラックス成分として二酸化チタンを含
    む請求項３４のコア電極。
36. 【請求項３６】４０−６５％の二酸化チタンを含む請求
    項３５のコア電極。