JPS5857280B2 - コア−ドタイプ溶接棒 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、スチールのアーク溶接技術、特にフラック
ス材料を充填したスチールチューブからなるコアードタ
イプの溶接棒に関する。

この発明は、外部のガス状または粒状フラックスアーク
保護を必要とせずに良好な耐衝撃性を有する溶接ビード
の溶着が可能なチューブ状スチール溶接棒に特に適して
いるが、この溶接棒はまた上記のような外側から供給さ
れるシールド媒体を使用する場合にも使用できる。

大気中における、あるいは外側にシールドガスを供給し
ながらのチューブ状スチール溶接棒を使用するアーク溶
接技術においては、従来このチューブに、主要量のリチ
ウム、ナトリウム、カルシウム、バリウムおよび／また
はアルミニウムの弗化物に対して酸化物脱酸剤および必
要に応じてガス発生剤を添加してなるフラックス材分の
混合物を充填するのが通例であった。

このような溶接棒について記載された米国特許の代表的
なものを挙げると、１ａｌｄｉｓとＰａｔｔｏｎのＵ
ＳＦ３，９０９，７７８；ＨａｖｅｒｓｔｒａｗとＬ
ａｎｄ ｉ ｓのＵＳＰ３，７６７．８９１；Ｇｏｎｚ
ａｌｅｚとＭｕｎｚのＵＳＰ３，９４７，６５５ ；Ｃ
ａｒｒｏｌｌとＳｔｕｍｐのＵＳＰ３，８２５，７２１
；ＢｌａｃｋのＵＳＰ３，５６６．０７３ （以上
はすべて本出願人の出願に係るものである）およびＤａ
ｈｎ−ｉｅｒのＵＳＰ３，１７７．３４０ 、Ｄｅｌｏ
ｎｇのＵＳＰ３．５８０，７４８がある。

多くの先行技術のチューブ状溶接棒がかかえていた間願
点、とりわけ高い溶着速度が要求される場合の問題点は
、溶接棒から溶融池への金属の大きな溶滴移行とアーク
が定常でないために溶接作業を正確に行なうことが困難
なことであった。

その上に、多量の弗化物を含む溶接棒は、多量の煙を発
生するという欠点があった。

さらにこのような溶接棒は、満足な溶接ビードの得られ
る電圧範囲が狭いという欠点もあった。

この発明は、チューブ状ないしコアートスチール溶接棒
の充填物に対する新規にして改良された処方に関するも
のであり、これによって上記のような難点を克服し、か
つ、良好な溶込みを有し、煙の発生が少なく、耐衝撃性
があり、大気中で溶接する場合に満足な溶接を行ないう
る改良された電圧範囲をもった溶接棒を提供するもので
ある。

この発明においては、アークおよび溶接ビードに移行す
る金属を保護するための弗化物を多量に使用する代りに
、ある種の塩基性酸化物を通常の使用量よりも多く使用
すると同時に、その他の公知フラックス成分−酸性もし
くは両性酸化物、弗化物および脱酸剤−の量を制限する
のである。

この発明によれば、塩基性酸化物は、リチウム、バリウ
ム、カルシウム、マグネシウム、カリウム、ナトリウム
、ストロンチウム、セシウムおよび希土類元素の各酸化
物からなる群から選ばれ、その使用量は、これら酸化物
の総量が溶接棒全体の少なくとも３．６重量％を占める
ような量である。

上限は決められていないが、１０％のオーダーが適当で
ある。

酸性または両性酸化物は、チタン、ケイ素およびジルコ
ニウムの酸化物からなる群から選ばれる。

これら酸化物の全量は溶接棒重量の５饅をこえないよう
に制限される。

というのは、これらの酸化物はアルミニウムまたはマグ
ネシウム脱酸剤によってアークの熱で還元され、酸化物
の金属を形威し、これが溶融池に移行し、溶接金属の貧
弱な溶込みおよび低い切欠きじん性を生じるからである
。

その上に、ケイ素は気孔群に対する感度を増大させる。

弗化物はカルシウム、バリウム、リチウム、マグネシウ
ム、カリウム、ナトリウムおよびストロンチウムの弗化
物から選ばれるが、その使用量は弗化物中の全弗素量が
溶接棒重量の０．５咎をこえないように制限される。

この点で、コアード溶接棒中に多量の弗素が存在すると
溶接棒の溶込みが低くなりやすいことに注意しなくては
ならない。

しかしながら、前記の塩基性酸化物を使用することによ
り、この弗素の悪影響は克服され、より高温のアークか
えられるのである。

この高温のアークは、作業片中へのアークの侵入を非常
に増加させる。

最適のスラグ除去をえるためには、いくらかの弗素は望
ましいものであり、この発明の一態様においてはフラッ
クス中の弗素含量が溶接棒重量の少なくとも０．１％、
ただし０．５重量％をこえない程度の量で弗素がフラッ
クス中に存在する。

フラックス中の弗素が多いと、固化した溶接ビードに固
着するスラグが生威し、溶込みが減少する。

弗素は通常リチウム、カルシウムまたはバリウムの弗化
物として供給されるが、弗素の総量が前記した範囲内に
ある限りは、弗化物を形成する金属の種類は余り重要で
はない。

脱酸剤は、アルミニウム、マグネシウム（一次脱酸剤と
して）、ジルコニウム、チタン、鉄およびケイ素（二次
脱酸剤として）からなる群から選ばれ、金属および／ま
たは合金のどちらであってもよい。

一次脱酸剤はアルミニウムに時としてマグネシウムを加
えたものである。

このアルミニウムのいくらかは残留物として常に溶接ビ
ードに移行する。

移行するアルミニウムのパーセンテージは多くの因子に
よって変動するが、まず充填物中に存在し、アルミニウ
ムによって還元される酸化物（例えば鉄、ケイ素または
マンガンの酸化物）の量によって変わる。

アルミニウムが過剰に存在すると溶着金属の切欠きじん
性が低下しやすくなる。

したがって、アルミニウムの量は、溶着金属中の残留ア
ルミニウム量が１１係をこえない程度に制限される。

この残留量になる最大アルミニウムは一般に溶接棒重量
の５饅である。

犬シ中で溶接する場合には、アルミニウムは不十分な脱
酸剤であるから、前記したような−またはそれ以上のそ
の他の脱酸剤が用いられる。

マグネシウムは、すぐれた脱酸剤であり、溶接物中に残
留物として残ることはなく、通常はアルミニウムとの合
金（例えばＭｇ４５％、 Ａ、６５５％）の形で一次脱
酸剤として用いられる。

さらに、二次脱酸剤（例えばチタン、ケイ素またはジル
コニウム）を使用してもよい。

これらの金属のいくらかは残留物として常に溶接ビード
に移行する。

溶着金属中にこれらの金属が過剰に存在すると、前述し
たように切欠きじん性が低下し、溶接金属の延性が低下
するので、この発明によれば、脱酸剤または酸化物とし
てのチタン、ケイ素およびジルコニウムの量は、溶接ビ
ード中の残留物がケイ素に対しては０．４％、チタンに
対しては０．１４φ、ジルコニウムに対してはｏ、１４
％、、−こえないように制限される。

溶接ビード中に移行するこれら金属のパーセンテージは
、多くの因子、例えば充填物中のアルミニウムの量、ま
たは合金または元素の形態にあるこれらの金属によって
還元されるであろうその他の酸化物の存在等によって変
動する。

一般に、元素の形態または合金または酸化物として充填
物中に存在するチタン、ケイ素およびジルコニウムの総
量は、溶接棒重量の２優をこえてはならない。

ジルコニウムが使われる場合には、アルミニウムとの合
金として使用されるのが好ましい。

アルミニウムは、合金または純粋な金属として使用され
る。

多量のアルミニウムと共に用いられるとき、マンガンは
脱酸剤としては作用しない。

存在するマンガンの実質的に１００％が溶接ビードに移
行する。

マンガンが使用される場合、このマンガンは合金化の目
的で使用されるのである。

この発明に従って使用される塩基性酸化物は通常極めて
吸湿性であるから、これらの酸化物は、例えば酸化鉄お
よび／または酸化マンガンのような中性酸化物および場
合により、大気中の水分から塩基性酸化物を遮蔽するの
に十分な量の上記した如き−またはそれ以上のその他の
酸性または両性酸化物を含む複合材料の形態で使用して
もよい。

複合材料の製造については先のＨａｖｅｒｓｔｒａｗの
特許中に記載されているので、ここでは省略する。

フラックス混合物の配合に際しては、スラグの融点が溶
着金属の固化温度よりも低いことが必要である。

酸化バリウムおよび／または酸化リチウムはその他の酸
化物と共融物をつくり、低い固化温度を有するので、通
常は酸化バリウムおよび／または酸化リチウムが常に用
いられる。

この点からして、これらはそれ自体酸化物の形態、また
は炭酸塩として供給される。

しかしながら、炭酸塩として使用される場合は、炭酸塩
はアークの熱で分解して炭酸ガスを発生し、アークにお
ける炭酸ガスの発生は作業性の損失と共にスパッタリン
グの原因となるので、炭酸塩中の炭酸ガスの量は、溶接
棒重量の１４５φをこえないないようにしなければなら
ない。

上記のフラックス成分は通常非常に微粉化された粉末形
態で、十分に混合され、ついでＵ形の軟鋼帯鋼の上に、
希望の充填率かえられる量だけ、帯鋼の大きさを考慮し
た上で注入される。

その後、Ｕ形帯鋼のエツジ部を閉じ、このようにして製
造された内部にフシックス材料を含むチューブを延伸し
て希望する外径に仕上げる。

この発明によれば、軟鋼チューブ用の改良された充填物
は、全溶接棒重量に基づく優で表わして下記の組成より
なるものである。

塩基性酸化物 ３．６饅−１０％酸性
または両性酸化物 ０２φ−５，０１φ一次脱酸
剤 ３．５φ−５，５優二次脱酸剤
０．１％−２，０多結合弗素
０．１％−０，５％中性酸化物
０．５係−１２％マンガン 溶接ビー
ド マンガンに匹敵する必要量 これらの範囲内における代表的なフラックス配合は第１
表の通りである。

平均充填範囲における典型的な配合の各々に対する上記
フラックス配合は下記の第２表のような成分となる。

ただし、第２表において重量は全電極重量の百分率とし
て与えられる。

この発明の溶接棒を使用する典型的な溶接条件は、下記
の第３表に示す通りである。

この発明の溶接棒を使用して、第４表に示す通りの試験
結果が得られた。

溶接金属特性または残留物が一定のとき、これらは作業
片金属からの希釈がほとんどないかあるいは全くない、
全てが溶着金属（すなわちマルチパス溶着金属）からな
るものである。

この発明の重要な点は、主要フラックスまたはシールド
成分として少なくとも３．６俤の塩基性酸化物をコアー
ドタイプの溶接棒に通常用いられるその他の成分と共に
使用することである。

ただし、その使用量の上限は、スラグまたは溶着金属の
物理的な諸性質を損なわない程度におさえることが必要
である。

この点から、溶着金属中のアルミニウムが１１饅をこえ
ると有害である。

ケイ素は０．４％、ジルコニウムまたはチタンは各々０
．１４φをこえると有害である。

従って、チューブ中に遊離金属または化合物（Ｓｉ 、
ＺｒおよびＴｉのように）の形で存在するこれら元素
の量は、溶着金属への移行効率を考慮して、溶着金属残
留物が一定量以下になるように制限される。

チューブ中のどのような弗化物も常にスラグ中に現われ
る。

余り量が多過ぎても、逆に少な過ぎてもスラグを固着さ
せる。

適正な量であればスラグは簡単に剥離する。

必要と考えられる弗素の範囲は０．１−０．５％である
。

これは従来のものにくらべて非常に少ない量である。

弗素の量を減らし、高い沸点をもつ酸化物を多く使うこ
とによって、煙の量が減少するのである。

塩基性酸化物は限定された量で炭酸塩の形または酸化物
の形で使用される。

これらの酸化物は吸湿性であるから、酸化物の形で使用
するときは−またはそれ以上の中性酸化物と共に「複合
材料」として使用するのが好ましい。

複合材料とは、特定の成分を十分に加熱して得られる均
質混合物として定義されよう。

この特定の成分は、高温に加熱される結果増加するラン
ダムネスが、少なくとも一つの成分がその他の成分と反
応して事実上少なくとも成分の一部が二またはそれ以上
の成分の化合物となることを許容するに十分なだけの高
温に加熱されるのである。

これらの混合物はまた完全な融解が起る温度に加熱され
てもよい。

以上、この発明を好ましい実施態様に基いて説明してき
たが、この明細書を読解するならば、記載された配合の
修正や変更は容易に想到しうるであろう。

クレームの範囲内にある限り、これらの修正および変更
はすべてこの発明に含まれるのである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 主要成分として（ａ）’Ｊチウム、バリウム、カル
   シウム、マグネシウム、ストロンチウム、セシウムおよ
   び希土類元素の酸化物からなる群から選ばれるーまたは
   それ以上の塩基性酸化物；（ｂ）マンガン酸化物および
   鉄酸化物からなる群から選ばれる−またはそれ以上の中
   性酸化物；（Ｃ）ジルコニウム、チタンおよびケイ素の
   酸化物からなる群から選ばれるーまたはそれ以上の酸性
   もしくは両性酸化物；（ｄ）アルミニウムおよびマグネ
   シウムからなる群から選ばれるーまたはそれ以上の一次
   脱酸剤；（ｅ）ケイ素、ジルコニウム、チタンおよび鉄
   からなる群から選ばれるーまたはそれ以上の二次脱酸剤
   ；および（ｆ）カルシウム、バリウム、リチウム、マグ
   ネシウム、カリウム、ナトリウム、ストロンチウム、セ
   シウムおよび希土類元素の弗化物からなる群から選ばれ
   るーまたはそれ以上の弗化物；を軟鋼チューブの内側に
   充填してなるコアードタイプの溶接棒において、 主要成分が溶接棒全重量に基づく重量％で（ａ）塩基性
   酸化物 ３．６−１０％（ｂ）中性酸化
   物 ０．５−１２φ（Ｃ）酸性もしく
   は両性酸化物 ０．２−５．０饅（ｄ）一次脱酸剤
   ３．５−５．５ダ（ｅ）二次脱酸剤
   ０．１．０−２．０％（ｆ）弗化物
   最大３．０優までの元素または化合
   物を含み； 脱酸剤の合計量；酸性もしくは両性酸化物の合計量が、
   アルミニウムにあっては５．０％；ジルコニウム、チタ
   ンおよびケイ素の合計量にあっては２．０％をこえない
   ような量であることを特徴とするコアードタイプ溶接棒
   。 ２ 全弗素量が０．１−０．５咎である特許請求の範囲
   第１項記載のコアードタイプ溶接棒。 ３ 塩基性酸化物の少なくとも一つが中性または両性酸
   化物との複合材料の形態にある特許請求の範囲第１項記
   載のコアードタイプ溶接棒。 ４ 塩基性酸化物が酸化リチウムを少なくとも０、５
   ％の量で含み、遊離金属、合金としてのまたは化合物中
   におけるケイ素、チタン、およびジルコニウムの最大合
   計量が２．０％をこえない特許請求の範囲第１項のコア
   ードタイプ溶接棒。 ５ 塩基性酸化物の少なくとも一つが炭酸塩の形態にあ
   り、炭酸塩中の全炭酸ガスが１．５％をこえない特許請
   求の範囲第１項記載のコアードタイプ溶接棒。 ６ 充填物が重量φでほぼ下記の成分からなる特許請求
   の範囲第２項、第３項、第４項または第５項記載のコア
   ードタイプ溶接棒。 Ａ、Ｊ ４．２３俸 Ｔｉ Ｏ，２４φ Ｚｒ ０．７８％ Ｆｅ Ｏ，３５％ Ｍｇ０ ０．９４咎 Ｌ１２０ １．０３％ Ｂａ０ ３．９９％ ＦｅｘＯｙ ９．５８ ％ ＢａＦ２ １．６５％ ７ 充填物が重量φでほぼ下記の成分からなる牛許請求
   の範囲第２項、第３項、第４項または第５項記載のコア
   ードクイプ溶接棒。 Ａｌ ４．３５φ Ｔｉ Ｏ，２４咎 Ｚｒ Ｏ，７８饅 Ｆｅ Ｏ，３５係 Ｍｇ０ ０．９４条 Ｌｉ２Ｏ０，９５％ ＢａＯ４，１５％ Ｆｅ ＸＯｙ ９．３８％ Ｂａ Ｆ２ １．６５％ ８ 充填物の重量係でおおよそ下記の成分からｔｊる特
   許請求の範囲第２項、第３項、第４項またに・第５項記
   載のコアードタイプ溶接棒。 ＡＪ ４．２５φ Ｍｇ ０．２６％ Ｔｉ ０．２１％ Ｚｒ ０．６６係 Ｆｅ Ｏ，３１饅 Ｍｇ０ ０．６８％ Ｃａ０ ０．３１％ Ｌ１２０ １．２３φ ＢａＯ３，１１％ Ｆｅ ＸＯｙ ９．５３％ ５ｉｎ２ ０．３５咎 ＢａＦ２ １．６５ ％ ９ 充填物が重量係でおおよそ下記の成分からなる特許
   請求の範囲第２項、第３項、第４項または第５項記載の
   コアードタイプ溶接棒。 Ａｌ ３．８１％ Ｍｇ Ｏ，７８％ Ｚｒ Ｏ，４２φ Ｆｅ Ｏ，１１饅 Ｃａ０ ０．９３％ ：Ｌ＋ ２０ ０．８６係 Ｂａ０ ２．７４％ Ｆｅ ＸＯＹ ７．６５％ ＳｉＯ□ １．０８φ ＴｌＯ２０７２％ ＢａＦ２１．５１％ １０充填物が重量係でおおよそ下記の成分からなる特許
   請求の範囲第２項、第３項、第４項または第５項記載の
   コアードタイプ溶接棒。 Ａｅ ３．９１％ Ｍｇ Ｏ，６７％ Ｚｒ Ｏ，３０饅 Ｍｇ０ ０．３８係 Ｃａ０ ０．１７６％ Ｌｉ２Ｏ０，９８％ ＢａＯ２，６６％ ＦｅｘＯｙ ５．１．０％ Ｍｎ ｘＯｙ １．７５％ ５ｉｎ２ ０．６４１％ Ｔｔ ０２ ０．６３１φ ＢａＦ２ ０．７３％ ＣａＦ、、 ０．３、