JPS5926397B2 - ア−ク溶接棒被覆用材料 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は改良された珪灰石組成のアーク溶接棒被覆材
料に関する。

アーク溶接棒被覆剤はアーク発生材、ガス発生材、スラ
グ形成材、流動性増加材、脱酸材、合金材および固着材
などの種々の素材より組成されており、その主たる機能
としては、溶着金属の酸化や窒化を防止すると共に脱酸
を行つて機械的性質をよくすることおよびアークの発生
を安定させることにあろ。従来より、この目的のため、
アーク溶接棒被覆材の代表的なものの１つに珪灰石があ
り、天然品又は合成品がそれぞれ適宜必要に応じて該被
覆剤中に５〜６０％の割合で使用されている。

しかしながら従来の珪灰石において、天然品の場合は鉱
脈が変り易く又良質のものが得られなくなつてきており
、現状では組成が不安定であり品質的に劣化の傾向にあ
る。そのうえ最近の公害や労災問題で入手も困難となつ
てきている。従つて最近は合成品が使用されるようにな
つてきた。この合成品はＣａ原料とＳｉＯ２原料とを高
温で焼結反応させて得られる結晶質の珪灰石であるが、
その性質上、遊離石灰の発生が避け難く又前者と同様組
成も一定し難いなどの理由から溶接時のアークの安定性
に欠ける欠点があるといわれている。本発明は叙上の問
題に鑑み、種々の研究を重ねたところ非晶質の合邦珪酸
カルシウムが極めて良好なアーク溶接棒被覆用材料とし
て適用できることを知見して本発明を完成した。すなわ
ち本発明の要旨とするところは、アーク溶接棒被覆用材
料において、造滓剤として、モル比組成が一般式；〔（
１−ｎ）ＣａＯ＋ｎＭｇ０〕・ｘＳｉ０２・ｙＦ（式中
ｎ二０−０．３、ｘ＝０．７７〜１．０及びｙ＝０．０
５〜０．３を示す）で表わされる非晶質の合邦珪酸カル
シウム又は合邦・含苦土珪酸カルシウムの粉末を前記材
料あたり１０〜７０重量％配合してなることを特徴とす
るアーク溶接棒被覆用材料（以下被覆材料という）にか
かる。以下、本発明について詳述する。

本発明に係る被覆材料において、基材である造滓剤の前
記組成は厳密な分子相を意味するものではないが、主成
分となるＣａＯ及びＳｉＯ２の含有量及びそのモル比は
溶融特性、粘性および表面張力などの基本的物性を与え
るものであり、かつＦはそれらに微妙な影響を与え、安
定に存在して珪酸分子が適当な結合数で結合するための
量的関係を示すもので、少量といえども、他の成分が不
純分として影響するのとは別に、必要な成分であるため
に一定の化学量論的関係を持たせることが不可欠である
ことによる。

本発明に係る被覆材料は、非晶質の合邦珪酸カルシウム
を基本とするが、この系において、ＭｇＯがある場合、
特に融点降下をもたらし、その他の物性にも影響を与え
るもので必要に応じ被覆材料としての適用性の拡大のた
め適宜ＣａＯと一部置換することができる。

被覆材料として使用する非晶質の含弗（含苦う珪酸カル
シウムにおいて上記の組成に限定した理由を図と共に次
に説明する。

第１図は、珪酸カルシウムの融点を弗素の含有量の関係
でみたグラフであり、第２図は、同様にして粘度、第３
図は表面張力、第４図はそれらの表面張力と粘度との関
係を表わしたグラフである。

まず、Ｘ，ｙについてみると、グラフに示すようにＸが
０．７７以下７（モル比ＣａＯ／ＳｉＯ２が１．３以上
）ではＪｉＰ時に被覆剤溶融物の粘性が低下し、表面張
力が上昇して好ましくなく、一方１．０以上（モル比Ｃ
ａＯ／ＳｉＯ２が１以下）では粘性が増加し、表面張力
が低下するため好適な溶接作業が行なえないからである
。更に、本発明の含弗珪灰石は、溶接棒心線金属中に不
可避的に混在する微量のＰを溶滓中に移行させ、Ｐによ
る溶接強度の低下を改善する効果がある事が見出された
。

この場合にｘが１．０以上ではその効果が激減する傾向
があるばかりでなく、かえつて被覆剤中のＰが溶着金属
中に溶入するので、この点からもｘは１，０以下でなけ
ればならないまた、ｙの値が０．０５〜０．３範囲外で
は溶融温度が高すぎたり低すぎたりして均一な組成の含
弗珪灰石が得られぬばかりでなく、ｙが０，０５以下の
弱塩基性珪酸カルシウムは、第１図に示す様に、溶融温
度が１５００℃を越えるので、工業的に製造する場合、
熱エネルギーを多量に消費し経済上不利である。

更に溶融時の融液の粘性が高く急冷非晶化作業が困難と
なり、急冷時に少量の結晶質ウオラストナイトが析出し
て非晶質になり難いことなどに基づくものであり、一方
、ｙの上限を０．３０としたのは、これ以上含有させる
と、溶融時にＦとＳｉとの反応が起こり、ＳｉＦ４その
他の含弗素ガスを発生して、作業環境汚染などの原因に
なるからである。又、ｙがこの範囲であると適度な珪酸
分子鎖長のガラス質となるため溶融物の表面張力が好適
で、かつ粘性が均質なものとなつて、被覆材料の性能上
および溶接作業の点からも適切である。即ち、溶接作業
時、スラグ溶融物のノ溶着金属へのぬれや流れの現象は
その表面張力と粘性に関連する。

第４図に見られる如く、含弗珪酸カルシウムは低粘度お
よび低表面張力の物性を有し、従来のＣａＯ−ＳｉＯ２
系では得られぬ優れた作業性を示し、特にこの図におい
て点Ａ（粘度１．６ボィズ；表面張力４１０ダイン／Ｃ
ｍ），Ｂ（粘度１．８ボイズ；表面張力４３８ダイン／
Ｃｍ），Ｃ（粘度２．８ボイズ；表面張力４０６ダイン
／Ｃｍ）及びＤ（粘度１．８ボイズ；表面張力３７８ダ
イン／Ｃｍ）で囲まれた部分は、被覆材料の特性上およ
びその製造上の面からみて好適な範囲を示すものである
。更に第５図は含弗珪酸カルシウムにおけるＣａＯに代
つて、一部ＭｇＯを置換させた場合の溶融温度との関係
を示すものであるが、前記したように、ＭｇＯの置換と
共に弗素と同様に著しい融点降下を示すもので被覆材料
の特性を害さない程度に所望によりＭｇＯの添加を行う
ことができ、多くの場合その限度は前記の式中ｎ＝０．
３までである。

これ以上は、融点降下はせずむしろ又Ｅ昇する傾向にあ
ると共に、凝固時にジオプサイトの初晶析出を起すなど
して含弗珪酸カルシウムの基本的性質がなくなり好まし
い結果が得られなくなるからである。従つて、前記のよ
うに第４図は含弗珪酸カルシウムを基本とするものであ
り、その点ＡＢＣＤで囲まれた領域が好ましい特性であ
るが、ＣａＯに代りＭｇＯが一部置換しても、この範囲
内にあることが望ましい。本発明に係る被覆材料の他の
特色の一つとしていずれも非晶質であることが必要であ
る。

この理由は、被覆材料としての品質の安定性を保証する
ことは勿論、操作上の作業環境や溶解に際しての組成の
移動、溶解性などの諸点からみていずれも結晶質より優
れている。又同一組成であつても結晶性のものは、Ｃａ
ｓｉＯ３，ｃａ２ｓｉＯ２Ｆ２，ｃａ３ｓｉ２Ｏ７など
の混晶があつて不均質であり、物性も非晶質と異なり前
記の如き脱燐作用は起さない。

これはＳｉＯ２分子の結合がランダム配置となるため、
溶接時の心線および母材中の燐分が−Ｓｉ−０−Ｓｉ−
の網状分子に捕束され易いからであろう。急冷による非
晶質の含弗珪灰石と徐冷による結晶質の同一組成のそれ
とを実際に溶接作業性で比較するとアークの発生および
保持は前者の方が優れている。本発明にかかる被覆材料
は含弗（含苦土）珪灰石の組成が前記組成となるように
石灰源、珪酸源及び弗素源を所定敞配合し、その際必要
に応じ、苦土含有の石灰源、苦土源を混合した後、これ
を加熱溶融後、急冷乾燥および所望の粒度に粉砕するこ
とにより製造される。

石灰源としては、石灰石、生石灰、消石灰、珪酸カルシ
ウム又はそれらを主成分とする各種電熱冶金スラグなど
であり、珪酸源としてはケイ岩、ケイ砂フライアツシユ
など弗素源としてはホタル石、氷晶石などがあげられる
。又他の原料として、ドロマイト、蛇紋岩、ガンラン岩
など苦土含有物を用いることもできる。かくして製造さ
れた非晶質の粉末はその主組成が前記式に示される範囲
のものであるがこれを百分率で表わすと、原料事情によ
り、不純物の影響で多少の変動はみられるが多くの場合
、ＣａＯ：４５〜５５％，ＳｌＯ２：４０〜５０ｑ６，
Ｆ：１〜５％．ＭｇＯ：０〜１０％の範囲にある。本発
明にかかるアーク溶接棒被覆用材料において、上記造滓
剤、即ち、非晶質の含弗（含苦土）珪酸カルシウムの粉
末を前記材料中に配合させる割合は該粉末の物性、溶接
棒の種類、他の溶接材料の種類と配合量、溶接条件等に
よつて変化しうるものであるが、多くの場合従来の結晶
質合成珪灰石等よりもやや高い配合が可能であり、特に
１０〜７０重量％の範囲で用いられる。

この理由は、それが１０重量％未満の場合は溶接により
生ずるスラグ剥離性が悪くなる傾向となり、一方７０重
量％をこえるとアーク安定性が悪くなる傾向になるから
である。

本発明において、上記造滓剤は従来の一般的に使用され
ている他のアーク溶接棒被覆材料に配合して所望に従い
組成されるが、特に他の材料に限定されることなく使用
できる。

従つて、他の材料、Ｆｅ，Ｍｎ，Ｃｕ，Ｃｒ，ＭＯ，Ｔ
ｉ等の如き合金剤、氷晶石、ソーダ灰、炭酸マンガン等
の如き溶滓化剤、鉄、ケイ素、チタン、マンガン等の酸
化物や、フエロマンガン、フエロクロム、フエロシリコ
ンなどのフエロアロイ等を適宜配合してアーク溶接棒被
覆用材料の組成物を構成し、少量の珪酸アルカリ又はＣ
ＭＣ、小麦粉等の結合剤と共に混練後、アーク溶接棒心
線に所望の塗装機にて圧着被覆して用いられる。

かくして、本発明にかかるアーク溶接棒被覆用材料は良
好なアーク安定性とアーク溶接の際のスラグ剥離性がよ
く、溶接の作業性にすぐれ、かつ溶接性もすぐれている
ものである。実施例 １ 第１表に示す石灰石、ケイ岩、ホタル石を３〜５能φに
粉砕後、石灰石８２．８部ケイ岩４４．７部ホタル石６
．６部（いずれも重量）を混合後、電気炉で溶融し水冷
して、第２表に示す組成の非晶質の含弗珪灰石を得た。

これを乾燥後粉砕し比表面積２８００ｃｒｉｉ／ｔの粉
末６０部、氷晶石１５部、イルメナイト５部、二酸化マ
ンガン５部及び鉄粉１０部を配合して溶接棒被覆用材料
とし、これに少量の結合剤を用いて市販の軟鋼用溶接棒
心線（神戸製鋼所（株）社製、軟鋼用Ｂ−１７溶接棒用
心線）に圧着被覆して被覆溶接棒を得た。

該被覆溶接棒と母材として６．４ｒｒＩｎ１ｔ×１５０
１ｒＩｒ１１ｗ×６００ｎ１１１１Ｌの一般構造用圧延
鋼材（ＳＳ４ｌ）を用いて、溶接電流１５０〜１６０Ａ
で溶接作業を行い、そのときの溶接作業性を実験した結
果を第３表に示す。更に溶着金属のＰ，Ｓ分を分析した
結果を第４表に示す。なお第３表および第４表において
結晶質含弗珪灰石は前記の溶融体を徐冷して結晶化させ
たものである。実施例 ２上記第１表に示す石灰石、ケ
イ岩、ホタル石と第５表に示すドロマイトを３〜５ｗｎ
φに粉砕し、石灰石６８．７部、ケイ岩４２．４部、ホ
タル石７．９部、ドロマイト１５．４部（いずれも重量
）を混合後、電気炉で溶融し、水冷して第６表に示す組
成の非晶質の含弗・含苦土珪灰石を得た。

これを乾燥後、実施例１と同じ程度に粉砕した粉末５０
部にイルメナイト１５部、二酸化マンガン１０部、氷晶
石２０部及び鉄粉５部および少量の結合剤を混合してな
るアーク溶接棒被覆用材料を実施例１と同様の市販の溶
接棒心線に圧着被覆し、実施例１と同様の母材を用いて
溶接作業性を実験した結果、上記第３表の含弗珪灰石と
ほとんど同じであつた。

又、溶着金属の機械的強度を測定したところ、降伏点は
４２〜４３ｋｇ／Ｉ，引張強さは４４〜４７ｋｇ／ｍｌ
及び衝撃値は１１〜１３ｋｇ−ｍの範囲にあり、市販品
と同等以上であつた。測定方法は引張強さはＪＩＳＺ２
２４ｌ、衝撃値はＪＩＳＺ２２４２及び降伏点は引張強
さの試験から各々求めた。

【図面の簡単な説明】

第１図はＣａＯ−ＸｓｉＯ２●ＹＦ系のｘとｙの変化に
伴う溶融温度の関係を示す曲線図、第２図は１５５０℃
における同じくＸ，ｙの変化に伴う粘度の関係を示す曲
線図、第３図は１５５０℃における同じくＸ，ｙの変化
に伴う表面張力の関係を示す曲線図、第４図はＸ，ｙの
変化に伴う表面張力と粘度の関係を示す曲線図及び第５
図は含弗珪酸カルシウムにＭｇＯを置換させた場合の溶
融温度の変化図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ アーク溶接棒被覆用材料において、造滓剤として、
   モル比組成が一般式；〔（１−ｎ）ＣａＯ＋ｎＭｇＯ〕
   ・ｘＳｉＯ＿２・ｙＦ（式中ｎ＝０〜０．３、ｘ＝０．
   ７７〜１．０及びｙ＝０．０５〜０．３を示す）で表わ
   される非晶質の含弗珪酸カルシウム又は合弗・含苦土珪
   酸カルシウムの粉末を前記材料あたり１０〜７０重量％
   配合してなることを特徴とするアーク溶接棒被覆用材料
   。