JPH1024395A - 自動溶接用支持具 - Google Patents
自動溶接用支持具Info
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Abstract
用支持具の提供。 【解決手段】 70〜95重量%のSiO2 、2〜15
重量%のAl2 O3 、1〜5重量%のMgO、1.2〜
8重量%のNa2 O及び/またはK2 O並びに0.01
〜0.5重量%の水分を含む、気孔率25〜48%及び
耐火度1,435〜1,670℃のセラミック母材、並
びに該母材上に積層された40〜70重量%のSiO
2 、5〜20重量%のAl2 O3 、3〜15重量%のB
2 O3 、8〜28重量%のCaO、0.5〜4重量%の
アルカリ金属酸化物及び0.01〜0.5重量%の水分
を含む、厚さ0.3〜1.5mmのガラス繊維体を含むこ
とを特徴とする自動溶接用支持具。
Description
に関し、特に母材補助具としてガラス繊維体が母材面に
積層された、母材材質が改善された自動溶接用支持具に
関する。
1,250A)、高電圧で行われる溶接手法であり、セ
ラミックス製溶接用支持具の母材自体は耐熱性及び耐熱
衝撃性に優れていることが望ましい。
持具として用いられてきた、鋳物砂にフェノール樹脂を
覆い180℃前後の低温で熱硬化させた固形フラックス
には、溶接時の高熱(約1,550℃前後)により支持
具の鋳物砂を覆っているフェノール樹脂が完全に分解燃
焼するという欠点があった。
後多量の粉塵を発生させる原因となり、また鋼板に固形
フラックスを取り付けるために第2図のようなマグネチ
ッククランプ2aを用いるが、これは劣悪の勤労条件に
つながり、生産性低下及び原価上昇要因となる。
長さ(EA)600mmと完全に規格化されているので、
曲面部のように溶接が難しい部位には適用できない。
なく、マグネチッククランプを使用せず、曲面部溶接も
可能な自動溶接用支持具を提供することを目的とする。
具は、70〜95重量%のSiO2 、2〜15重量%の
Al2 03 、1〜5重量%のMgO、1.2〜8重量%
のNa2 O及び/またはK2 O並びに0.01〜0.5
重量%の水分を含む、気孔率25〜48%及び耐火度
1,435〜1,670℃のセラミック母材、並びに該
母材上に積層された40〜70重量%のSiO2 、5〜
20重量%のAl2O3 、3〜15重量%のB2 O3 、
8〜28重量%のCaO、0.5〜4重量%のアルカリ
金属酸化物及び0.01〜0.5重量%の水分を含む、
厚さ0.3〜1.5mmのガラス繊維体を含むことを特徴
とする。
の母材が、石英、トリジマイト及び/またはクリストバ
ライトを含有していてもよい。
成分であるSiO2 は、セラミック母材中に70〜95
重量%含まれる。この範囲に規定した理由は、70重量
%未満では耐熱性が低下し、過大スラグを発生してイン
ナービードを生成し、また溶解物が多いのでアーク熱が
不安定になり、アンダーカット、スパッタリングという
融点欠陥をもたらし、また95重量%を超える場合はス
ラグの流動性が少なくなるので均一のインナービードが
生成できず、スラグの剥離性が低下され、スラグの巻か
れ現象等が発生するからである。
まれるAl2 O3 の含有量は、セラミック母材の耐火度
を高めて自動溶接時の高熱に耐えられるようにし、溶接
時に生成されるスラグの粘性を高めて均一バックビード
を有するように2〜15重量%の範囲である。この範囲
に規定した理由は、2重量%未満ではスラグの剥離性が
弱く、溶接の後バックガウジングを行う必要があり、1
5重量%を超える場合は耐火度が高くなりすぎ、スラグ
の粘性が低くなりスラグの巻かれ現象であるアンダーカ
ットが発生し、またスパッタリング、オーバーラップ等
のような溶接欠陥も発生するからである。
まれるMgOは、作用的にはAl2O3 と類似する成分
であり、セラミック母材の耐熱性を高め、スラグの薄性
を良好にする成分である。ここでMgOの含有量は1〜
5重量%であり、この範囲に規定した理由は、1重量%
未満では溶融金属の粘性が低くなりスラグの剥離性が低
下し、多量のアンダーカット及びオーバーラップ等が生
じ、また5重量%を超える場合は溶融金属の粘性が過大
になりガス放出が困難になりフローフォール、スパッタ
リング、くぼみ等の溶接欠陥の発生を招くからである。
まれるNa2 OやK2 Oは、セラミック母材内でフラッ
クス作用とセラミック母材の塑性範囲を広げる作用をす
る成分である。ここでNa2 OやK2 Oの含有量は1.
2〜8重量%であり、この範囲に規定した理由は、1.
2重量%未満ではスラグの粘性が低くなりスラグの剥離
性が缺如し、生成されたインナービードの巻かれ現象す
なわち多量のアンダーカットという溶接欠陥が発生する
反面、8重量%を超える場合はセラミック母材をガラス
化し、急熱、急冷の際の熱衝撃抵抗性を低下させるから
である。
まれる水分は、0.01〜0.5重量%であるが、この
範囲に規定した理由は、セラミック母材の水分含量が溶
接時のフローホールやくぼみに大きな影響を与えるから
であり、0.5重量%を超える水分がセラミック母材内
に存在する場合には溶接時に瞬間的にセラミック母材か
らの水分を溶融金属が吸湿しバックビード内に多量の微
細気孔を発生させるからである。なお、この水分は、大
気中の水分を吸収することにより、セラミック母材表面
や気孔中に存在するものである。
率は、25〜48%である。この範囲に規定することに
より、セラミック母材の急熱や急冷による熱衝撃抵抗力
が増加し、特に溶接時にセラミック母材が破損すること
なく溶融金属の支持が可能となる。気孔率が25%未満
の場合、セラミック母材が緻密すぎてセラミックスがガ
ラス化し、ガスが容易には放出されなくなり、熱衝撃に
よりセラミックスが破損し易くなり、反対に48%以上
の場合、セラミック母材の機械的強度が低下して外部衝
撃による破損が生じる恐れがあり、大気中に存在する水
分を吸収して溶接時のバックビード内微細気孔を形成さ
せる原因となる。なお、この気孔率は、次式で定義され
る。 気孔率=(W3 −W1)/(W3 −W2)×100 (W1 :乾燥重量、W2 :水中重量、W3 :水から引き
上げたときの飽水重量)
1,435〜1,670℃(SK15〜30番)であ
る。一般的に自動溶接は約1,550℃前後の高温で行
われるが、1,435℃(SK15番)以下の耐火度の
場合はスラグを過剰発生して溶融金属内部へセラミック
構成成分が溶入してしまうために溶接鋼の純度が低下す
る反面、1,670℃(SK30番)以上の耐火度の場
合はスラグ発生が抑制されすぎ溶接後にセラミック母材
がスラグに貼り付いて鋼から剥離せず、そのためにバッ
クガウジングという二重作業をする必要があるからであ
る。
Fe2 O3 、TiO2 、Li2 O、CaO、ZrO2 等
のような金属酸化物の1種以上を0.5〜5重量%含有
していてもよい。
含有し、その含有量は40〜70重量%である。この範
囲に規定した理由は、40重量%では耐熱性が低下し、
ガラス繊維が過大に溶融し、多量のガスが発生し、スラ
グの過剰生成によるスラグの剥離低下、フローホール、
くぼみ等の溶接欠陥の原因となり、また70重量%を超
える場合はガラス繊維の弾性が低下し、曲がり強度が著
しく低下し、ガラス繊維の破壊により溶接時のセラミッ
ク母材が溶融金属から保護されず、スラグの流動性が低
下して多量のアンダーカットやオーバーラップ等の欠陥
が発生するからである。
るAl2 O3 の含有量は、5〜20重量%である。この
範囲に規定した理由は、5重量%未満では耐熱性が低す
ぎ多量の溶融金属とスラグ生成を起こしガス放出を困難
にし、スラグの剥離低下及びフローホールのような欠陥
をもたらす反面、20重量%を超える場合はガラス繊維
体の耐火度が高すぎてスラグの流動性低下を招き、アン
ダーカットのような溶接欠陥が発生するからである。
れるB2 O3 の含有量は、3〜15重量%である。この
範囲に規定した理由は、B2 O3 はガラス繊維内でフラ
ックス作用をしてガラス繊維の塑性範囲を広げる役割を
するが、3重量%未満ではスラグの流動性が低下してス
ラグの剥離性が缺如し、生成したインナービードの巻か
れ現象が発生する反面、15重量%を超える場合はガラ
ス繊維の曲がり強度が低下し、ガラス繊維が細砕し、バ
ックビード形状が必要以上広く深く形成され、ワイヤが
多量消耗されて原価上昇を招くからである。
れるCaOの含有量は、8〜28重量%である。作用的
にはCaOはB2 O3 と類似する成分であり、ガラス繊
維体の耐熱性、機械的強度、塑性範囲等を調節する。こ
こで、含有量をこの範囲に規定した理由は、8重量%未
満ではスラグの流動性が低下し、スラグの剥離性が缺如
し、インナービード巻かれ現象によってアンダーカット
が発生する等の溶接欠陥を招く反面、28重量%を超え
る場合は耐火度が低くなるため溶融物が過大となりスラ
グが過剰生成してガスが大量発生し、そのガスの一部が
水分と化学反応を起こして溶接後にビード内に気泡をも
たらし、致命的な溶接欠陥を招くからである。
2 O、K2 O、Li2 Oのアルカリ金属酸化物を含有し
ていてもよく、好ましくはその含有量は0.5〜4重量
%である。アルカリ金属酸化物は、ガラス繊維の引張強
度、圧縮強度、曲がり強度等のような機械的性質及び成
形性に関して重要な成分である。
有量は、0.01〜0.5重量%である。この範囲に規
定した理由は、水分含有量はセラミック母材と同様に溶
接欠陥に影響を及ぼすが、0.5重量%を超える場合は
溶接時のバックビード内に多量の水分が浸透し、溶接
後、ビード内に多量の微細気孔が発生するからである。
なお、この水分は、大気中の水分を吸収することによ
り、ガラス繊維体表面や気孔(繊維組織間を含む)中に
存在するものである。
は、0.3〜1.5mmであるのが好ましい。ガラス繊維
体はアーク熱により発生するガスの放出を容易にし、溶
接欠陥を防ぐ役割をするが、その際、ガラス繊維の厚さ
により作用効果が異なる。0.3mm以下の場合は鋼とセ
ラミック母材との緩衝作用が得られず、また、溶接の際
早い段階で溶融してしまいセラミック母材の露出及びガ
ス放出が困難となり、バックビード内にくぼみが露出し
スラグの剥離を低下させる反面、1.5mmを超える場合
はガス放出が容易となるが、厚すぎるため、溶接後、ガ
ラス繊維がセラミック母材上に残存し、バックビードの
広さ及び深さ等の調節が困難になる。
1重または多重にしたものでもよい。
方法を説明する。先ず、使用する原料は、例えば60〜
80メッシュの粒度分布を有するα−石英、トリジマイ
トやクリストバライトを用いる。また、天然のこれら鉱
物は、SiO2 、Al2 O3 、MgO、Na2 O、Fe
2 O3 、TiO2 、Li2 OやZrO2 等を含有してい
るものもあるので、この場合はこれらを利用すれば準備
すべき原料の種類が減り好ましい。
てもよい。例えば、SiO2 源として、シリカ、カオリ
ン、長石、雲母、滑石、ムライト等、Al2 O3 源とし
て、アルミナ、カオリン、ムライト、ボーキサイト等、
MgO源として、コージェライト、酸化マグネシウム、
滑石等、Na2 O源として、ソーダ長石、酸化ナトリウ
ム、水ガラス等、K2 O源として、カリ長石、チタン酸
カルシウム、カリ物ガラス等が挙げられる。その他の成
分に関しては、Li酸化物、酸化鉄、チタン酸バリウ
ム、チタニウム、ルチル、珪酸ジルコン及びジルコニア
等を用いてもよい。
りセラミック母材を製造する。例えばシリカを60〜8
0メッシュに粉砕し、ソーダ長石、カリ長石、アルミナ
を所定の比率で配合し325メッシュ以下へ粉砕し、両
者を混合する。
ニルアルコール(PVA205)、ステアリン酸、パラ
フィンワックス、ナフタリンやおがくず等の添加物を加
え、オーブンにより90〜110℃で8〜24時間乾燥
し、40トンの機械圧力により一個当り成形圧力10〜
30kgf/cm2 で所定形態により圧搾成形した後、再度オ
ーブンにより90〜110℃で24時間乾燥し、1,1
80〜1,350℃で6〜14時間塑性する。なお、水
分量は、気孔率の調節により所望の範囲に調節しうる。
また、水分含量の測定は、KSL5502試験方法に準
じて行い、乾燥機で110℃に加熱し2時間後に測定す
る〔水分量=(当初重量−乾燥重量)/乾燥重量×10
0%〕。その後に包装する。
法を説明する。SiO2 :40〜70%、Al2 O3 :
5〜20%、B2 O3 :3〜15%、CaO:8〜28
%にNa2 O、K2 O、Li2 O等のようなもう一つア
ルカリ金属酸化物1種以上を0.5〜4%重量%を含み
ながら編織されたガラス繊維シートを1重〜10重に重
ねて0.3〜1.5mmの厚さとし、水分含量が0.01
〜0.5%としてガラス繊維積層板を製造する。なお、
水分量は、気孔率の調節により所望の範囲に調節しう
る。
O3 、CaOとNa2 O、K2 O、Li2 O中1種以上
の純粋原料となったガラス繊維のかわりに上記の組成成
分の各々を含有している鉱物質を混合使用して、本発明
ガラスを製造することができる。
3 源としては前記のセラミック母材で挙げたものがあ
り、B2 O3 源として硼砂や硼酸等が挙げられ、CaO
源としては石灰石、白雲石、消石灰、蛍石、珪石灰等が
挙げられる。
によりガラス繊維体を製造する。以上のように製造され
た上記のセラミック母材(1)を通常のアルミニウムテ
ープ(2)上に密着させ、上記のガラス繊維積層板
(3)を上記のセラミック母材(1)の上面に密着さ
せ、本発明の自動溶接支持具を有する。
材の上面に、上記にしたがい製造されたガラス繊維体を
密着させ、更にアルミニウムテープをセラミック母材に
密着させる。このようにして、図1に示すような本発明
の自動溶接用支持具が得られる。
ミック母材は溶融金属を保護し、一定の幅と深さ等を有
するバックビードを形成する役割をし、ガラス繊維は鋼
材にセラミック母材が完全に密着するような緩衝材とし
て働き、溶接時に発生するガスを容易に放出し、アンダ
ーカット、スパッタリング、オーバーラップ等とような
溶接欠陥を防止して、良好なバックビード及び形状を有
するよう補助する役割をする。
動溶接用支持具のセラミック母材とガラス繊維体の組成
成分を変えて各種試験を行った。図1に示すように、通
常の鋼に支持具を取り付ける役割をし、かつ溶接時に発
生するガスを放出するテークホールを多数有するアルミ
ニウムテープ(2)をセラミック母材(1)の低面に取
り付け、またセラミック母材(1)の上部面にはガラス
繊維体(3)を取り付け、下記の溶接条件の下で各種試
験を行い、その結果を表2及び表4に示した。
が本発明の範囲内に属する例4〜9では、溶接ビード外
観とスラグ剥離性及びその他溶接欠陥が全く発生してい
ない溶接ビードを有することが判明した。
及び例10は多くの欠陥を有するものである。例1〜3
については、Al2 O3 、MgO量が多く、相対的にS
iO2 量が少ないため、セラミック母材の耐火度が必要
以上高くなり溶融金属の粘性が低下した。したがって、
溶接後スラグ巻かれ現象やビード外観のくぼみ形状等の
溶接上の欠陥を招き、また気孔率が低くセラミック母材
の耐熱衝撃性が低下したため、溶接後セラミック母材が
容易に破損した。また、例10については、溶接ビード
形状及び外観は比較的良好であったが、SiO2 添加量
が過剰であるためセラミック母材の機械的強度が著しく
低下し、セラミック母材の一部が熱衝撃及び外圧に対し
て容易に破損し、溶接後粉塵が発生した。また、水分含
量が高すぎ、溶接時に水分がビード内に微細気孔として
存在し溶接欠陥を招いた。
維体が本発明の範囲に属する例14〜18では、自動溶
接用支持具として良好の溶接ビードを有することが判明
した。その反面、本発明の範囲外である例11〜13及
び例19〜22では、多くの溶接欠陥が発生した。例1
1〜13については、SiO2 量が少なく、Al2 O3
及びB2 O3 量が多いため、ガラス繊維体の機械的強度
である曲がり強度が低下し、著しい高耐熱性を示した。
そのため、ガラス繊維が細砕し、バックビード形状が必
要以上に広く深く形成され、また、ガラス繊維体の耐熱
性向上によるスラグの粘性の低下によりスラグの巻かれ
現象やオーバーラップ等の溶接欠陥が生じた。また、例
19では、SiO2 量が多く、Al2 O3 及びB2 O3
量が少ないのでガラス繊維体の耐熱性が低下し、そのた
めスラグが過剰発生し、ガス放出が困難になり、フロー
ホール、スパッタリング、スラグの剥離低下等の溶接欠
陥が生じた。また例20では、ガラス繊維体の厚さが薄
すぎて溶接時に発生するガス放出が困難になり、くぼみ
やスラグの剥離性低下等の溶接欠陥を招き、例21及び
例22では、ガラス繊維厚さが必要以上厚すぎてバック
ビードの広さや深さ等を調節するのが困難であり、溶接
時にガラス繊維体がセラミック母材上に残存し、オーバ
ーラップ、スラグの巻かれ現象、フローホール等のよう
な溶接欠陥を招いた。
Claims (2)
- 【請求項1】 70〜95重量%のSiO2 、2〜15
重量%のAl2 03、1〜5重量%のMgO、1.2〜
8重量%のNa2 O及び/またはK2 O並びに0.01
〜0.5重量%の水分を含む、気孔率25〜48%及び
耐火度1,435〜1,670℃のセラミック母材、並
びに該母材上に積層された40〜70重量%のSiO
2 、5〜20重量%のAl2O3 、3〜15重量%のB2
O3 、8〜28重量%のCaO、0.5〜4重量%の
アルカリ金属酸化物及び0.01〜0.5重量%の水分
を含む、厚さ0.3〜1.5mmのガラス繊維体を含むこ
とを特徴とする自動溶接用支持具。 - 【請求項2】 該母材が、石英、トリジマイト及び/ま
たはクリストバライトを含有する、請求項1記載の自動
溶接用支持具。
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