JPS58500986A - エレクトロスラグ溶接法及びフラツクス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 エレクトロスラグ溶接法及びフラックス茂術分野 本発明は、消耗性電極を用いたエレクトロスラグ溶接法及びこの方法に用いるフ ラックスに係る。本発明は、実際上いかなる厚みでもよいが好ましくはアルミニ ウムや銅等のような熱伝導率の高い金属で作られたインゴットの溶接に利用でき る。

背景技術 プレート電極を用いたエレクトロスラグ溶接法が知られている（　１９６６年、 Ｋ−Ｔｅｋｈｎ、１ｋａ＋第５７−６１頁に掲載のＡ、　Ｎ、５ａｆｏｎｎｉｋ ｏｖ著の５ｖａｒｋａ　ｒｎｅｔａｌｌｏｖ　ｐｌａｓｔｉｎｃｈ−ａｔｙｍ　 ｅｌｅｋｔｒｏｄｏｍ　”参照〕。

この公知溶接法は次のように実施される。溶接さるべき部品間に所要のギャップ を設けてこれら部品を取り付ける。次いで、整形装置を取り付ける。電極ホルダ 内に取シ付けられたプレート電極をギャップ空間に挿入する。

フラックスを充填して電極の下端がこれに浸漬されるようにする。短時間の切換 えによりプレート電極の送り速度を低くして溶接工程を開始する。先ず始め、主 溶接フラックスの溶剤として働く導電性フラックスの溶融が生じる。スラグ酸が 形成されつつある時に、部品溶接用のフラックスを少量添加する。スラグ酸が形 成された後は、安定したエレクトロスラグ工程が行なわれる。電極の送シ速嫁を 徐々に高め、計算された速度に基づいて調整する。溶接工程が終る前には、溶接 されている部品の縁面での熱除去に限度があるため、突合せ溶接部の上部の縁面 に著しい高熱がみられ、これによシ、溶接されつつある縁面への溶込みが非均− になり、特に溶接部の開始点では溶込みが不完全なものになることもある。

上記の方法を実施するためには、弗化カルシウム系のフラックスを用いるのが最 も便利であることが実験により分った。これらフラックスの主な特徴は、これら フラックスが実際土中性のスラグを形成する点にある。このようなフラックスを 用いて溶接を行なう際には、溶融池に対して信頼性のある保護が確保され、スラ グと金属との閾の相互作用がなくなる。上記のフラックスは、弗化カルシウムに 加えて、種々の酸化物を含んでいる。例えば、次のような成分を含むフラックス が知られている。

ＣａＦ２　６５〜７５重量％ ＣａＯ１８〜ろ０１ ３ｉ０２　２　″ 然し乍ら、上記の方法に用いられるフラックスは酸化膜に対しての活性が不充分 であ如、従って、縁面への溶込みが充分な場合でも溶接継手の溶融がみかけ上玉 完全なものとなる。

本発明の目的は、断面積の大きい部品を溶接する時に溶接中の電極溶融速度を制 御することにより溶接継手の品質を高めるようなエレクトロスラグ溶接法及びフ ラックスを提供することである。

この目的は、溶接さるべき部品間に所要のギャップを設けてこれらの部品を取り 付け、整形装置を取付け、溶接さるべき部品間の上記ギャップに電極を挿入し、 上記ギャップにフラックスを充填し、スラグ酸を設定し、次いで上記電極及び溶 接される縁面を溶融するようなエレクトロスラグ溶接法において、溶接中に上記 電極の溶融ゾーンを冷却することを特徴とする方法によって達成される。

この方法においては、熱伝導率の高い金属を溶接する時に、溶接される縁面の溶 融が均一で且つ充分なものにされる。電極の溶融速度が低下されることから単位 長さ当たりのエネルギが増加するために顕著な効果が得られる。電極の溶融速度 は、電極の溶融ゾーンを冷却することによって低下される。

電極の溶融ゾーンは、熱吸収によって分解する物質を電極に付着することによっ て冷却されるのが望ましい。

本発明の方法のこの態様においては、スラグ酸の大きさを一定に維持することが できる。

熱吸収によって分解する物質としてはアルカリ金属の炭酸塩を用いるのが便利で ある。本方法のこの態様では、溶接工程を安定化することができる。アルカリ金 属の炭酸塩としては炭酸ナトリウムを用いるのが最も経済的である。

又、熱吸収によって分解する物質としてアルカリ土金属の炭酸塩を用いることが できる。

本方法のこの変形態様においては、電極端の温度を一定に維持することができる 。

アルカリ土類金属の炭酸塩としては炭酸カルシウムを用いるのが最も経済的であ る。

又、熱吸収によって分解する物質として結晶水を含む物質を用いるのが好ましい 。

本発明の方法のこの変形態様では、少量の成分を用いて電極を効果的に冷却する ことができる。

結晶水を含む物質としては硼砂を用いるのが最も経済的である。

又、電゛極の溶融ゾーンの冷却は、電極表面にスプレーがけされた低沸点物質を 電極表面から蒸発させることによって行なうのが好ましい。

本発明の方法のこの変形態様では、電極の冷却速度を高くすることができる。こ こで”低沸点物質”と、は、使用されるフラックスの溶融温度よりも沸点が低い 物質を意味するものとする。

電極表面に低沸点物質をスプレーがけする前に水分吸収被膜を電極表面に形成す るのが最も好ましい。

本発明の方法のこの変形態様においては、溶接用として形成された電極の有効利 用性を低下することなくこの電極を長期間保管することができる。

低沸点物質としては水を用いる゛のが最も経済的である。

被膜としてはセルロース物質を用いることができる。

本発明の方法のこの変形態様“においては、低沸点物質の蒸発率を高めることが できる。

又、低沸点物質とボンディング材との混合体を電極表面にスプレーかけするのが 好ましい。

本発明め方法のこの変形態様においては、低沸点物質がスラグ池に流れ４まない ようにすることができる。

ボンディング材としては水ガラスを用いるのが最も経済的である。

又、電極の溶融ゾーンの冷却は、熱吸収によって分解する物質を電極付近のスラ グ池の領域に与えることによって行なうことができる。

本発明の方法のこの変形態様においては、準備操作を簡単に行なうことができる 。

又、電極の溶融ゾーンの冷却は、冷却されたガスを電極に吹きつけることによっ て行なうのが望ましい。

本発明の方法のこの変形態様においては、スラグ池の表面の近くに配置された電 極部分の冷却を確保することができる。

又、電極の溶融ゾーンの冷却・は、電極付近のスラグ池の領域に冷却された不活 性ガスで気泡を形成することに−よって行なうのが好ましい。

本発明の方法のこの変形態様では、一定のスラグ組成を確保することができる。

不活性ガスとしてはアルゴンを用いるのが最も経済的である。

又、電極の溶融ゾーンの冷却は、熱吸収によってスラグに溶ける物質を電極付近 のスラグ池の領域に与えることによって行なうのが好ましい。

本発明の方法のこの変形態様では、溶接プロセスの安定性を確保することができ る。

熱吸収によってスラグに溶ける物質としては酸化カルシウムを用いるのが最も経 済的である。

又、電極の溶融ゾーンの冷＃１ハ、電極に設けられた長手方向ダクトに冷却され た加圧ガスを供給し、上記長手方向ダクトに通じるように電極の側面に形成され た横方向ダクトを通して上記ガスを電極から放出させることによって行なうのが 好ましい。

本発明の方法のこの変形態様では、電極の冷却作用を強めることができる。

又、上記の目的は、弗化カルシウム及び酸ｆヒカルシウムヲ、含むフラックスに おいて、このフラックスは塩化カルシウムを更に含んでいて、弗化カルシウムと 酸化カルシウムとの比が６：１であることを特徴とするフラックスによって達成 されるっ 上記フラックスは溶接プロセス〜に対して良好な特性を有し且つ酸化膜に対して 非常に活性であることを特徴とする。

溶接プロセスの安定性を確保するたゆには、フラックスが次のような重量％比の 成分を含むのが好ましい。

弗化カルシウム　１５〜６０ 酸化カルシウム　５〜１０ 塩化カルシウム　６０〜８゜ 図面の簡単な説明 以下添付図面を参照し本発明の実施例を詳細に説明する。

第１図は本発明のエレクトロスラグ溶接法を説明する概略図、 第２図は電極−低沸点物質をスプレーかけした場合の本発明のエレクトロスラグ 溶接法を説明する概略図、オろ図はスラグに溶ける物質を電極付近のスラグ池の 領域に与える場合の本発明のエレクトロスラグ溶接法を説、明する概略図、 第４図はスラグ池に不活性ガスで気泡を形成する場合の本発明のエレクトロスラ グ溶接法を説明する概略図、第５図は冷却されたガスを電極に吹きつける場合の 本発明のエレクトロスラグ溶接法を説明する概略図、そして 第６図は電極の内部ダクトを通して冷却されたガスを吹きつける場合の本発明の エレクトロスラグ溶接法を説明する概略図である。

発明を実施する最良の態様 溶接さるべき試料１間にギャップ２を設けてこれらの試料１を取り付ける。次い で、溶接さるべき試料１に整形装置を取付けて、電極ろを設置する。整形装置は 、型４、トレイ５及びストラップ６より成る。電極６は試料１の溶接さるべき縁 面間にギャップ２の軸に沿って配置する。電極面には、熱吸収により分解する物 質７、例えばアルカリ金属又はアルカリ土金属の炭酸塩が被着されている（第１ 図）。上記物質と共に、硼砂やボウ硝のような結晶水を含む物質を用いることも できる。又、電極面には、エーテルや水のような低沸点物質をスプレーがけする こともできる（第２図）。スプレーかけ操作は、例えばセルロース物質のような 吸湿性被覆を電極に形成した後に行なう。スプレーかけ操作の前に水ガラスのよ うなボンディング材を低沸点物質に添加してもよい。この場合には、吸湿性被膜 が電極に形成されない。

ギャップ２にフランクスフを充填する。整形装置及び電極６を電源の異極に接続 し、１Ｖイ５にスラグ池８を設定する。スラグ池８を設定した後、溶接電流を流 し、溶接プロセスを開始する。

溶接プロセス中には、電極に付着された物質が熱吸収によって分解又は蒸発され る。従って電極の温度が下がり、電極の溶融速度が低下すると共に、試料１の溶 接される縁面の溶込みが均一になる。

熱吸収によって分解する物質を電極付近のスラグ池の領域に与えることもできる 。父、この領域には、熱吸収によってスラグに溶ける物質例えば酸ｆヒカルシウ ムを与えてもよい（オろ図つ。この場合は、電極付近のスラグ池の温度が下がり 、電極の溶融速度が下がり、これにより、試料１の溶接される縁面が均一に溶融 する。

父、電極付近のスラグ池の領域に冷却された不活性ガス例えばアルゴンで気泡を 形成することによって電極付近のスラグ池の温度を下げてもよい（第４図〕。こ の場合は、電極３に設けられた長手方向タリト９を通してアルゴンを加圧状態で 供給する。この時には、電極６が同時に冷却される。

電極乙の冷却は、冷却されたガスを電極に吹きつけることによって行なうことも できる（第５図）。この場合は、沸点まで冷却された窒素がパイプ１ｏを経て送 られ、この窒素が電極６の冷却を確保する。又、溶接中に例えば窒素のような冷 却されたガスを加圧状態で電極乙の長手方向ダクト９に供給することによって電 極を冷却してもよく、このガスは電極６の長手方向タリト９がら横方向ダクト１ １を通って放出されてスラグ池に達する（′７６図）。

以上に述べた本発明の方法に用いられるフラックスは、弗ｆヒカルシウム、酸化 カルシウム及び塩化カルシウムを次のような重量製比で含んでいる。

弗化カルシウム　１５〜３゜ 酸化カルシウム　５〜１゜ 塩化カルシウム　６０〜８゜ 弗ｆヒカルシウムと酸化カルシウムとの比は６：１である。

例　１ アルミニウムの試料を溶接した。溶接さるべき試料の断面は５０Ｘ３６０ｍｍで あシ、６０閣のギャップを設けてこれらの試料を取り付けた。その後、整形装置 及びアルミニウム電極を取り付けた。

電極の表面に炭酸ナトリウムのデカヒトレートを付着した。溶接さるべき縁面間 のギャップに次のような重量係の組成のフラックスを充填した。

弗化カルシウム　１５．０ 酸化カルシウム　５．０ 塩化カルシウム　８０．０ スラグ池をセットした後、溶接される縁面及び電極端の溶融が生じた。溶接中に 、熱吸収による炭酸ナトリウムのデカヒトレートの分解及び電極の冷却が生じた 。

次のような条件で溶接を行々った。

溶接電流（１ｗ）＝６．　Ｏ・−−−−−４、０ｋＡ無負荷電圧（Ｕｎｌ　）　 ＝６６、ＯＶ溶接電圧（ＵＷ）＝３２．０−＝−３６，ｏｖこの溶接により、高 品質の溶接部が得られ、溶込み深さは１５ないし２０胴であった。

例　２ 断面が７０Ｘ２５０ｆｌのアルミニウム試料を溶接した。

溶接さるべき試料間−に６０聴のギャップを設けてこれらの試料を取り付けた。

その後、整形装置及びアルミニウド電極を取り付けた。

溶接さるべき縁面間のギャップに次のような重量％の組「戊のフラックスを充填 した。

弗化カルシウム　２４．０ 酸化カルシウム　８．０ 塩化カルシウム　６８．０ 溶接中、電極表面に水をスプレーし、その蒸発によって電極を冷却した。

次のような条件で溶接を行なった。

この溶接により、高品質の溶接部が得られ、溶込み深さは１０ないし１５１Ｗｌ であった。

さるべき試料間のギャップを８０順にしてこれらの試料を取り付けた。その後、 整形装置及び銅の電極を取り付けた。冷却ガスを供給するパイプを電極付近に配 置した。

溶接さるべき縁面間のギャップに次のような重量％の組成のフラックスを充填し た。

弗化カルシウム　６０．０ 酸化′カルシウム　１０．０ 塩化カルシウム　６０．０ 溶接中に、沸点まで冷却した窒素で電極を冷却した。

次のような条件で溶接を行なった。

１ｗ　３．０　＝・・−６，５ｋＡ Ｕｎｌ　３０．０−−−−−・４０．ＯＶＵｗ３６．叶・・・・−４５，ＯＶ この溶接により、高品質の溶接部が得られ、溶込み深さは１５ないし４０調であ った。

例　４ 断面が１００Ｘ’１００１１ｍのアルミニウム試料を溶接した。ギャップを６０ 胴にして試料を取り付けた。その後、整形装置及びアルミニウム電極を取り付け 、電極に直径６閣の長手方向ダクトを設け、そしてこのダクトが直径Ｉｍの横方 向ダクトを通して大気に通じるようにした。

溶接さるべき縁面間のギャップに次のような重量％組成のツーラックスを充填し た。

弗化カルシウム　１５．０ 酸化カルシウム　５．０ 塩化カルシウム　８０．０ スラグ池を設定した後、溶接される縁面及び電極端の溶融が生じた。

溶接中に、電極の長手方向ダクトに０　、５　ａｔｍｇの圧力で窒素を供給し、 この窒素はその沸点まで冷却されたものであり、この窒素は横方向ダクトを経て 放出されてスラグ池に達し、（極が冷却された。

次の条件で溶接を行なった。

この溶接により、高品質の溶接部が得られ、溶込み深さは１４ないし２９陥であ った。

断面力１４０’Ｘ　２５０　ｒａｎのアルミニウム試料を溶接した。ギャップを ７０刷にしてこれらの試料を取り付けた。

その後、整形装置と、アルミニウムーマグネシウム合金で作られた電極とを取り 付け、この電極は直径５間の長手方向ダクトが設けられたものであった。

溶接さるべき縁゛面間のギャップに次のような重量−組成のフラックスを充填し た。

弗化カルシウム　１５．０ 酸化カルシウム　５．０ 塩化カルシウム　８０．０ スラグ池を設定した後、溶接される縁面及び電極端の溶融が生じた。溶接プロセ ス中に、電極に設けられた長手方向ダクトを経て冷えたアルゴンを供給し、電極 付近のスラグ池に気泡を形成した。

次の条件で溶接を行なった。

こ・の溶接により、高品質の溶接部が得られ、溶込み深さは１２ないし６４胴で あった。

例　６ 断面が１’４０Ｘ２５０ｆｉのアルミニウムーマグネシウム合金試料を溶接した 。溶接さるべき試料間のギャップを７０閣にして試料を取り付けた。その後、整 形装置と、アルミニウムーマグネシウム合金で作られた電極とを取り付けた。

溶接さるべき縁面間のギャップに次のような重量％組成のフラックスを充填した 。

弗化カルシウム　２１．０ 酸化カルシウム　７．０ 塩化カルシウム　７２．０ スラグ池を設定した後、溶接される縁面及び電極端の溶融が生じた。

溶接中に、電極付近のスラグ池領域に酸化カルシウムの粉末を連続的に供給した 。

次の条件で溶接を行なった。

この溶接の結果、高品質の溶接部が得られ、溶込みの深さは１２ないし２４ｆｌ であった。

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明の請求の範囲から逸 脱せずに多数の変更及び修正がなされ得、るであろう。

工業への利用性 本発明のエレクトロスラグ溶接法及びフラックスは、実際上いかなる厚みでもよ いが主として熱伝導率の高い金属例えばアルミニウムや銅やその他の金属で作ら れたインゴットを溶接するのに利用される。

国際調査報告

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．　溶接さるべき部品間に所要のギャップを設けてこれらの部品を取り付け、 整形装置を組み立て、溶接さるべき部品間の上記ギヤノブに電極を挿入し、上記 ギャップにフラックスを充填し、スラグ池を設定し、その後、上記電極及び溶接 さるべき縁面を溶融するようなエレクトロスラグ溶接法において、上記電極の溶 融ゾーンを溶接中に冷却することを特徴とする方法。 ２、上記電極の溶融ゾーンの冷却は、熱吸収により分解する物質を上記電極に付 着することによって行々う請求の範囲第１項に記載の方法。 ３、熱吸収によシ分解する上記物質はアルカリ金属の炭酸塩である請求の範囲第 ２項に記載の方法。 ４、　上記アルカリ金属の炭酸塩は炭酸ナトリウムである請求の範囲オ６項に記 載の方法。 ５　熱吸収により分解する上記物質１はアルカリ士金属の炭酸塩である請求の範 囲第２項に記、載の方法。 ６　上記アルカリ士金属の炭酸塩は炭酸カルシウムである請求の範囲第５項に記 載の方法。 Ｚ　熱吸収により分解する上記物質＋ｒｉ結晶水を含む物質である請求の範囲第 ２項に記載の方法。 ８、結晶水を含む上記物質は硼砂である請求の範囲オフ項に記載の方法。 ９　上記電極の溶融ゾーンの冷却は、上記電極の表面にスプレーかけされた低沸 点物質を上記電極の表面から蒸発させることによって行なう請求の範囲第１項に 記載の方法。 １０、上記低沸点物質をスプレーかけする前に吸湿性被膜を上記電極の表面に形 成する請求の範囲オフ項に記載の方法。 且　上記低沸点物質は水である請求の範囲オフ項に記載の方法。 １２、上記吸湿性被膜はセルロース物質である請求の範囲第１０項に記載の方法 。 １３、低沸点物質とボンディング材との混合体を上記電極の表面にスプレーがけ する特許請求の範囲オフ項に記載の方法。 １４、上記ボンディング材は水ガラスである請求の範囲′１７１６項に記載の方 法。 １５、上記電極の溶融ゾーンの冷却：は、熱吸収により分解する物質、を上記電 極付近のスラグ池領域へ与えることによって行なう請求の範囲第１項に記載の方 法っ１６　上記電極の溶融ゾーンの冷却は、冷却されたガスを上記電極に吹きつ けることによって行なう特許請求の範囲第１項に記載の方法。 １Ｚ　上記電極の溶融ゾーンの冷却（は、上記電極付近のスラグ池領域に、冷却 された不活性ガスで気泡を形成することにより行なう請求の範囲第１項に記載の 方法。 １８、上記不活性ガスはアルゴンである請求の範囲第１７項に記載の方法。 １９　上記電極の溶融ゾーンの冷却は、熱吸収によりスラグに溶ける物質を電極 付近のスラグ池領域へ与えることにより行なう請求の範囲第１項に記載の方法。 ２０、熱吸収によりスラグに溶ける上記物質は酸化カルシウムである請求の範囲 第１９項に記載の方法。 ２１、上記電極の溶融ゾーンの冷却は、上記電極に設けられた長手方向ダクトに 冷却された加圧ガスを供給し、上記電極の側面に設けられていて上記長手方向ダ クトに通じている横方向ダクトを通して上記電極から上記ガスを放出することに よって行なう請求の範囲第１項に記載の方法。 η、　弗化カルシウム及び酸化カルシウムを含むエレクトロスラグ工程用のフラ ックスにおいて、このフラックスは更に塩化カルシウムを含み、弗化カルシウム と酸化カルシウムとの比は３：１であることを特徴とするフラックス。 ２６、　次のような重重襲比の成分を含む請求の範囲第２２項に記載のフラック ス。 弗化カルシウム　１５〜３０ 酸化カルシウム　５〜１０ 塩化カルシウム　６０〜８０