JPH09253872A

JPH09253872A - 非鉄金属溶接用加熱剤

Info

Publication number: JPH09253872A
Application number: JP6602296A
Authority: JP
Inventors: Kazunori Yano; 千紀矢野; Shuichi Hoshi; 修一星; Kimiharu Sato; 公春佐藤; Yoshimitsu Sato; 義光佐藤
Original assignee: Nippon Koki Co Ltd
Current assignee: Nippon Koki Co Ltd
Priority date: 1996-03-22
Filing date: 1996-03-22
Publication date: 1997-09-30
Anticipated expiration: 2016-03-22
Also published as: JP3348763B2

Abstract

(57)【要約】【課題】火花、スラグの飛散、流出を防止すると共
に、溶接部の溶けすぎを防止することができる非鉄金属
溶接用加熱剤を提供することにある。【解決手段】酸化鉄と、シリコンと、二酸化マンガン
から成る。この非鉄金属溶接用加熱剤に、シリコンで還
元されない酸化物から成る燃焼調節剤を配合した。酸化
鉄の組成比が、６８重量％〜７２重量％である。シリコ
ンの組成比が、２４重量％〜２８重量％である。二酸化
マンガンの組成比が、３重量％〜５重量％である。シリ
コンは、ＪＩＳＩ号相当品であり、且つ、カルシウムの
含有率が、０．２重量％以下である。燃焼調節剤がアル
ミナである。アルミナの配合量は、酸化還元剤に対し外
割で１重量％〜５重量％である。燃焼調節剤が酸化ケイ
素である。酸化ケイ素の配合量は、酸化還元剤に対して
外割で、３重量％〜８重量％である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アルミニウム、ア
ルミニウム合金、銅等の非鉄金属の断片を溶接する加熱
剤に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、アルミニウム、アルミニウム合
金、銅等の非鉄金属の断片をテルミット反応熱で溶接す
る加熱剤としては、例えば、特開昭４８−３４０４９号
公報、特開昭６２−２５３７０３号公報等に開示される
ものが知られている。そして、これらに用いられる加熱
剤としては、テルミット反応を起こす酸化還元剤が使用
されている。

【０００３】この加熱剤は、点火器による点火で反応
し、そのテルミット反応熱によって溶接装置に装着した
溶接材を加熱溶融し接合する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】然し、この種の加熱剤
では、テルミット反応中に、火花、スラグ（高温の溶融
反応物）が飛散、流出するという問題があった。

【０００５】又、溶接する熱量が高すぎると（アルミニ
ウム系のテルミット剤では、その熱量が約１２００cal
／ｇ）、接続材の溶接部に溶けすぎが発生するという問
題があった。本発明は、斯かる従来の問題点を解決する
ために為されたもので、その目的は、火花、スラグの飛
散、流出を防止すると共に、溶接部の溶けすぎを防止す
ることができる非鉄金属溶接用加熱剤を提供することに
ある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、酸化
鉄と、シリコンと、二酸化マンガンから成ることを特徴
とするものである。

【０００７】請求項２の発明は、請求項１記載の非鉄金
属溶接用加熱剤に、シリコンで還元されない酸化物から
成る燃焼調節剤を配合したことを特徴とするものであ
る。請求項３の発明は、請求項１又は２記載の非鉄金属
溶接用加熱剤において、酸化鉄の組成比が、６８重量％
〜７２重量％であることを特徴とするものである。請求
項４の発明は、請求項１又は２記載の非鉄金属溶接用加
熱剤において、シリコンの組成比が、２４重量％〜２８
重量％であることを特徴とするものである。

【０００８】請求項５の発明は、請求項１又は２記載の
非鉄金属溶接用加熱剤において、二酸化マンガンの組成
比が、３重量％〜５重量％であることを特徴とするもの
である。請求項６の発明は、請求項１又は２記載の非鉄
金属溶接用加熱剤において、シリコンは、ＪＩＳＩ号相
当品であり、且つ、カルシウムの含有率が、０．２重量
％以下であることを特徴とするものである。

【０００９】請求項７の発明は、請求項２記載の非鉄金
属溶接用加熱剤において、燃焼調節剤がアルミナである
ことを特徴とするものである。請求項８の発明は、請求
項２記載の非鉄金属溶接用加熱剤において、アルミナの
配合量は、酸化還元剤に対し外割で１重量％〜５重量％
であることを特徴とするものである。

【００１０】請求項９の発明は、請求項２記載の非鉄金
属溶接用加熱剤において、燃焼調節剤が酸化ケイ素であ
ることを特徴とするものである。請求項１０の発明は、
請求項９記載の非鉄金属溶接用加熱剤において、酸化ケ
イ素の配合量は、酸化還元剤に対して外割で、３重量％
〜８重量％であることを特徴とするものである。

【００１１】（作用）請求項１乃至６の発明に係る酸化
鉄、シリコン、二酸化マンガンから成る酸化還元剤は、
テルミット反応中の火花の発生はない。然し、組成比に
より、スラグの飛散、流出、溶接部の溶け過ぎが発生す
る。組成比を種々に変えて試験した結果を表１に示す。

【表１】表１から明らかなように、スラグの飛散、流出は、シリ
コンの組成比が２１重量％以下では発生し易くなり、溶
け過ぎは、シリコンの組成比が２９重量％以上では発生
し易くなる。この結果より、テルミット反応中のスラグ
の流動を防止し、溶接部の溶け過ぎを防止する組成とし
ては、酸化鉄６８重量％〜７２重量％、シリコン２４重
量％〜２８重量％、二酸化マンガン３重量％〜５重量％
が適切であることが判明した。

【００１２】尚、二酸化マンガンとシリコンの反応熱は
酸化鉄の場合と比べ約４０％程高いため二酸化マンガン
を少量加えると反応が安定する。然し、二酸化マンガン
が少な過ぎると効果がなく、多すぎると燃焼速度が不安
定となる。二酸化マンガンの組成比は３重量％〜５重量
％の範囲であれば問題はないが、表１ではより適切であ
ることが判明した４重量％とした場合について説明し
た。

【００１３】シリコンには、不純物として、Ｐ、Ｓ、Ｆ
ｅ、Ｃａが含まれており、これらは加熱剤の燃焼性能に
影響を及ぼす。特に、Ｃａの量が増えると、燃焼が阻害
され、酸化還元反応がシリコンの粒子の表面のみで行わ
れ、粒子の内部まで達しないため、見かけ状の反応速度
が速くなる。溶接の可否を左右する要因として、加熱剤
の熱量と共に、反応速度、即ち、単位時間当たりの加熱
剤の発生熱量と燃焼速度が重要である。

【００１４】アルミニウム、アルミニウム合金、銅等の
非鉄金属の断片の溶接に適する加熱剤の燃焼速度は、大
凡０．５０ｍｍ／ｓｅｃであり、シリコン中のＣａの割
合を０．２０重量％以下とする必要がある。

【００１５】請求項２、請求項７乃至１０の発明に係る
燃焼調節剤は、加熱剤の熱量を調整し、溶接部の溶け過
ぎを防止する。請求項７の発明に係る燃焼調節剤のアル
ミナは、アルミナと酸化鉄の酸素とシリコンとの反応で
ムライトを生成しこの時の吸熱反応で、熱量を調節する
ことができる。

【００１６】請求項８の発明に係るアルミナは、アルミ
ナの量が外割で１重量％では、熱量の調整がほとんど無
く、逆に、アルミナの両が外割で５重量％を越えると、
溶接に必要とされる熱量に達しなくなる。請求項９の発
明に係る燃焼調節剤の酸化ケイ素は、酸化鉄の酸素とシ
リコンとの酸化還元反応時に、酸化ケイ素がテルミット
反応を阻害し、熱量を調節ことができる。

【００１７】請求項１０の発明に係る酸化ケイ素は、酸
化ケイ素の量が外割で３重量％未満では、熱量の調節が
殆ど無く、逆に、酸化ケイ素の量が外割で８重量％を越
えると、溶接に必要とされる熱量に達しなくなる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の詳細を図面に示す
実施形態について説明する。

【００１９】図１は、請求項１乃至１０に係る非鉄金属
溶接用加熱剤をアルミニウム製の接続材の断片を溶接す
る溶接装置に適用した実施形態を示す。（実施形態１）図において、１は、収容部を示す。この
収容部１は、例えば、角筒形状のセラミック製の加熱剤
容器２と、２分割の角筒状鉄板製の保持部材３と、二つ
の留金具４、４と、角筒状の塞板６と、加熱剤７と、点
火器５とから成るものである。

【００２０】この収容部１は、予め加熱剤容器２の内側
に保持部材３を配置し、一方の端部に角筒状の塞板６を
取り付けて底付の角筒状体に形成した後、この角筒状体
内に加熱剤７を充填すると共に、残りの端部に塞板６を
取り付け、最後に点火器５を取り付けることによって形
成される。セラミック製の加熱剤容器２は、厚さ５ｍｍ
〜１０ｍｍのセラミックを角筒状に形成したものであ
る。又、塞板６も同様にセラミック製で形成されてい
る。

【００２１】２分割の角筒状鉄板製の保持部材３は、図
２乃至図４に示すように、両端に鍔部３ａ、３ａを有す
る。この２分割の角筒状鉄板製の保持部材３は、例え
ば、１．５ｍｍの厚みの鉄板で形成され、その鍔部３
ａ、３ａを断面略コの字状の留金具４、４によって被嵌
されることによって角筒状体に構成される。

【００２２】留金具４、４は、断面略コの字状の鉄板製
の部材４ａ、４ａと、その内側に取り付けられるセラミ
ックシート４ｂ、４ｂとで構成される。このセラミック
シート４ｂ、４ｂは、溶接時に溶融するアルミニウム製
の溶接材８が鍔部３ａ、３ａの合わせ面から漏出するの
を防ぐためのものである。又、２分割の角筒状鉄板製の
保持部材３の内面、鍔部３ａ、コの字状の鉄板製の部材
４ａ、４ａには、加熱溶融時の熱伝導度が0.006cal／se
c／cm²／℃／cm以上の塗型剤が塗布されている。この塗
型剤としては、黒鉛、純ＢｅＯ焼結体、純ＭｇＯ焼結
体、純Ａｌ₂Ｏ₃焼結体が望ましい。

【００２３】本実施形態では、加熱溶融時の熱伝導度が
0.006cal／sec／cm²／℃／cm以上の塗型剤としては、例
えば、日本黒鉛工業株式会社製のプロハイト＃１５系
（天然鱗状黒鉛２０ｗｔ％、界面活性剤７ｗｔ％、水７
３ｗｔ％）を用い、これを２分割の角筒状鉄板製の保持
部材３の内面にスプレーで塗布した。このプロハイト＃
１５系の代わりにフォセコ・ジャパン製のダイコート＃
１４０を用いてもよい。

【００２４】加熱剤７は、テルミット反応で代表される
金属酸化物と金属又は金属合金とのテルミット反応を応
用したものである。加熱剤７の組成配合比としては、Ｆ
ｅ₃Ｏ₄７１重量％、Ｓｉ２５重量％、ＭｎO₂４重量％と
した。ここで、Ｆｅ₃Ｏ₄は、ＦｅＯ４８．０重量％以
上、Ｆｅ₂Ｏ₃４０．０重量％以上から成り、粒度２００
メッシュ通過９２％以上のミルスケールである。

【００２５】Ｓｉは、ＪＩＳ１号品（低カルシウム品）
であり、塊状品の品質規格は次の通りである。Ｓｉ９８
重量％以上、Ｃ０．１０重量％以下、Ｐ０．０５重量％
以下、Ｓ０．０５重量％以下、Ｆｅ０．７重量％以下、
Ｃａ０．２重量％以下。ＭｎＯ₂は、含量８５．０重量
％以上、粒度２００メッシュ通過８０．０％以上であ
る。

【００２６】この加熱剤７は、テルミット反応中に、熱
を発するだけで、火花の吹出、スラグの流動はない。点
火器５は、図示しない電源から点火器５内部の発熱体へ
伝わり点火薬に点火し加熱剤７に着火するものである。
収容部１内には、アルミニウム製の溶接材８が配置され
ているが、このアルミニウム製の溶接材８は、アルミニ
ウム製の接続材９と実質的に同質か或いは良質のものが
用いられる。

【００２７】一方、内面に加熱溶融時の熱伝導度が0.00
6cal／sec／cm²／℃／cm以上の塗型剤が塗布された２分
割の角筒状鉄板製の保持部材３は、図３に示すように、
中央部にアルミニウム製の溶接材８を配した状態で、図
５及び図６の示すように、重ね合わされ、その外側にセ
ラミックシートから成る断熱シート１０が巻き付けられ
る。

【００２８】又、加熱剤容器２の外側には、セラミック
シートから成る保温カバー１２が接着剤、針金等で取り
付けられている。これは、冷寒地等の大気温度の条件に
より使用するが、外気により溶融物が早く冷えてしま
い、溶接不良を起こさないようにするためのものであ
る。

【００２９】次に、このように構成された本実施形態の
作用を説明する。先ず、２分割の保持部材３の内面に、
加熱溶融時の熱伝導度が0.006cal／sec／cm²／℃／cm以
上の塗型剤を塗布する。次に、図３に示すように、２分
割の保持部材３の一方側から中央部に向かってアルミニ
ウム製の溶接材８を配し、その後、図４に示すように、
鍔部３ａ、３ａを合わせ、次いで、図５に示すように、
保持部材３の外周に留金具４、４を被嵌し、２分割の保
持部材３の外側に断熱シート１０を巻き付ける。次い
で、この保持部材３を加熱剤容器２の内側に配し、留金
具４と加熱剤容器２との間に一方の塞板６を取り付けて
角筒状体を形成した後、この角筒状体内に加熱剤７を充
填し、残りの塞板６を取り付ける。最後に、加熱剤７が
充填されている箇所に点火器５を取り付けることによっ
て、収容部１を形成する。

【００３０】このように構成された溶接装置には、保持
部材３の両端側から接続するアルミニウム製の接続材９
が挿入され、保持部材３の中央部に位置するアルミニウ
ム製の溶接材８に当接させる。これによって、溶接の準
備が完了する。この状態で点火器５を操作すると、テル
ミット反応を起こす加熱剤７が反応し、そのテルミット
反応熱が保持部材３を介してアルミニウム製の溶接材８
に加えられて加熱溶融する。

【００３１】その後、加熱が終わり温度が低くなり、溶
融物が凝固し始め、アルミニウムが冷却固化したところ
で、収容部１を取り除き、２分割の保持部材３を分解す
ることによって溶接したアルミニウム接続材１４を得る
ことができる。以上のように、本実施形態は、加熱剤７
の反応熱によってアルミニウム製の溶接材８が加熱溶融
したとき、２分割の保持部材３の内側に塗布された加熱
溶融時の熱伝導度が0.006cal／sec／cm²／℃／cm以上の
塗型剤はスラグの残留熱をアルミニウム製の接続材１１
を経由して放冷する際の熱媒体となり、積極的に放冷す
ることができるので、加熱剤容器２内部の熱勾配が、溶
融接合部１３の温度より高く維持され、気泡による凹み
部や収縮による鋳巣部を覆い、溶融接合部１３に凹みや
鋳巣による溶接不良を防止することができる。

【００３２】加えて、溶接完了後に、２分割の保持部材
３と両接続材９、９を容易に分離することができる。
又、２分割の保持部材３に挿入されているアルミニウム
製の溶接材８より外側の外周、即ち、塞板６と接する部
位で、二つの断熱シート１０、１０が巻き付けてあるの
で、加熱剤７の燃焼熱量がアルミニウム製の接続材９に
伝わりにくく、アルミニウム製の接続材９からの放熱が
少ない。

【００３３】又、２分割の保持部材３の鍔部３ａ、３ａ
に取り付けた留金具４、４は、その内側にセラミックシ
ート４ｂ，４ｂが配してあるので、溶接時に溶融するア
ルミニウム製の溶接材９の溶融物が鍔部３ａ、３ａの合
わせ面から漏出するのを防止する。そして、加熱剤７の
組成配合比として、Ｆｅ₃Ｏ₄７１重量％、Ｓｉ２５重量
％、ＭｎＯ₂４重量％としたので、この反応では、熱を
発するだけで、火花の吹出、スラグの吹出を防止するこ
とができる。

【００３４】尚、本発明に係る非鉄金属溶接用加熱剤が
適用される方法及び装置は、上記実施形態のものに限ら
ず、非鉄金属接続材の形状により、例えば、円筒状体の
もの等、適用できる。又、本発明に係る非鉄金属溶接用
加熱剤は、上記実施形態による接続材の他に、非鉄金属
の電気導体の単線やより線の加熱剤としても適用でき
る。

【００３５】（実施形態２）図１に示す実施形態１と同
様の溶接装置で、加熱剤７は、実施形態１の加熱剤にア
ルミナを添加した。この加熱剤７の組成配合比として
は、Ｆｅ₃Ｏ₄７１重量％、Ｓｉ２５重量％、ＭｎO₂４重
量％と、外割でＡｌ₂Ｏ₃１〜５重量％とした。この加熱
剤７は、テルミット反応中に、熱を発するだけで、発熱
中流動するものではない。

【００３６】この反応では、燃焼調節剤のアルミナと四
三酸化鉄の酸素とシリコンとの反応でムライトを生成
し、この時の吸熱反応で熱量を調整し、溶け過ぎを防止
するものである。ここで、加熱剤７の熱量は、四三酸化
鉄とシリコンと酸化マンガンの比率によって変えること
ができるが、これら３成分の比率を変えるだけでは溶接
に要求される熱量とする調整が困難であった。

【００３７】そこで、熱量を調節できる剤を種々研究の
結果、アルミナを添加することによって、酸化還元反応
に寄与する四三酸化鉄の酸素とシリコンとが、アルミナ
によってムライトを発生し、熱量を低下させることが確
認された。実験によると、実施形態１の加熱剤７におい
て、加熱剤７をＦｅ₃Ｏ₄７１重量％、Ｓｉ２５重量％、
ＭｎＯ₂４重量％とすると、その熱量は４７５ｃａｌ／
ｇであった。

【００３８】この酸化還元剤に、アルミナを０．５重量
％添加すると、その熱量は４７０ｃａｌ／ｇであった。
この酸化還元剤に、アルミナを１重量％添加すると、そ
の熱量は４６５ｃａｌ／ｇであった。この酸化還元剤
に、アルミナを２重量％添加すると、その熱量は４６０
ｃａｌ／ｇであった。

【００３９】この酸化還元剤に、アルミナを３重量％添
加すると、その熱量は４５０ｃａｌ／ｇであった。この
酸化還元剤に、アルミナを４重量％添加すると、その熱
量は４４０ｃａｌ／ｇであった。

【００４０】この酸化還元剤に、アルミナを５重量％添
加すると、その熱量は４３０ｃａｌ／ｇであった。この
酸化還元剤に、アルミナを６重量％添加すると、その熱
量は４１５ｃａｌ／ｇであった。又、図１に示すアルミ
ニウム接続材９、９の溶接に必要とされる熱量は、大凡
４４０ｃａｌ／ｇとされている。これは、溶接時の熱量
と溶接後のアルミニウム接続材の引っ張り強度との関係
から求められている。

【００４１】従って、上述のアルミナの添加量は、酸化
還元剤１００重量％に対し１〜５重量％が好適であるこ
とが確認できた。特に、酸化還元剤１００重量％に対し
アルミナ２〜４重量％が好適であったことが確認でき
た。特に、ムライトを生成することによって熱量を調整
するものであるが、本発明はこれに限らず、酸化還元剤
の反応生成物である酸化ケイ素を予め添加することによ
っても同様の結果を得ることが可能となる（請求項９及
び１０）。

【００４２】実験によると、酸化ケイ素の添加量は、酸
化還元剤１００重量％に対し３〜８重量％が好適である
ことが確認できた。

【００４３】

【発明の効果】以上述べたように、請求項１乃至請求項
６に係る非鉄金属溶接用加熱剤によれば、酸化鉄、シリ
コン、二酸化マンガンから成る酸化還元剤（テルミット
剤）は、テルミット反応中に熱を発するだけで、火花、
スラグ（高温の溶融反応物）を飛散、流出することはな
く、屋内に留まらず屋外での溶接作業が安全に施工でき
る。

【００４４】又、請求項２乃至１０に係る非鉄金属溶接
用加熱剤では、酸化剤、シリコン、二酸化マンガンから
成る酸化還元剤に、シリコンで還元されない酸化物から
なる燃焼調節剤を配合したものであるから、溶接に必要
な熱量の調整が可能となり、溶接部の溶け過ぎを防止す
ることができる。

【００４５】請求項７乃至８に係る非鉄金属溶接用加熱
剤によれば、燃焼調節剤のアルミナが酸化還元剤の酸素
とシリコンとでムライトを生成し、燃焼温度を抑えるこ
とができる。請求項９乃至１０に係る非鉄金属溶接用加
熱剤によれば、酸化還元反応の生成物を添加するので、
酸化還元反応が阻害され、燃焼温度の上昇を抑えること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１乃至１０に係る非鉄金属溶接用加熱剤
をアルミニウム製の接続材の断片を溶接する溶接装置に
適した実施形態を示す断面図である。

【図２】図１のイ−イ線に沿った断面図である。

【図３】図１の保持部材の組立中における一方の保持部
材と留金具とを示す分解図である。

【図４】図３の側面から見た斜視図である。

【図５】図１の保持部材の組立状態を示す正面図であ
る。

【図６】図５の側面図である。

【図７】図１により溶接されたアルミニウム接続材を示
す断面図である。

【符号の説明】

１収容部２加熱剤容器３保持部材３ａ鍔部４留金具４ａコの字状部材５点火器６塞板７加熱剤８アルミニウム製の溶接材９アルミニウム製の接続材９ａアルミニウム製の接続材の端部１０断熱シート１１セラミックシート１２保温カバー１３溶融接合部１４溶接されたアルミニウム製の接続材

フロントページの続き (72)発明者佐藤義光福島県西白河郡西郷村大字長坂字土生２の１日本工機株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】酸化鉄と、シリコンと、二酸化マンガン
から成ることを特徴とする非鉄金属溶接用加熱剤。
【請求項２】請求項１記載の非鉄金属溶接用加熱剤
に、シリコンで還元されない酸化物から成る燃焼調節剤
を配合したことを特徴とする非鉄金属溶接用加熱剤。
【請求項３】請求項１又は２記載の非鉄金属溶接用加
熱剤において、酸化鉄の組成比が、６８重量％〜７２重
量％であることを特徴とする非鉄金属溶接用加熱剤。
【請求項４】請求項１又は２記載の非鉄金属溶接用加
熱剤において、シリコンの組成比が、２４重量％〜２８
重量％であることを特徴とする非鉄金属溶接用加熱剤。
【請求項５】請求項１又は２記載の非鉄金属溶接用加
熱剤において、二酸化マンガンの組成比が、３重量％〜
５重量％であることを特徴とする非鉄金属溶接用加熱
剤。
【請求項６】請求項１又は２記載の非鉄金属溶接用加
熱剤において、シリコンは、ＪＩＳＩ号相当品であり、
且つ、カルシウムの含有率が、０．２重量％以下である
ことを特徴とする非鉄金属溶接用加熱剤。
【請求項７】請求項２記載の非鉄金属溶接用加熱剤に
おいて、燃焼調節剤がアルミナであることを特徴とする
非鉄金属溶接剤用加熱剤。
【請求項８】請求項２記載の非鉄金属溶接用加熱剤に
おいて、アルミナの配合量は、酸化還元剤に対し外割で
１重量％〜５重量％であることを特徴とする非鉄金属溶
接用加熱剤。
【請求項９】請求項２記載の非鉄金属溶接用加熱剤に
おいて、燃焼調節剤が酸化ケイ素であることを特徴とす
る非鉄金属溶接用加熱剤。
【請求項１０】請求項９記載の非鉄金属溶接用加熱剤
において、酸化ケイ素の配合量は、酸化還元剤に対して
外割で、３重量％〜８重量％であることを特徴とする非
鉄金属溶接用加熱剤。