JPS5944958B2 - 片面裏当溶接法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は片面裏当溶接法の改良に関し、殊に裏ビードの
余盛り高さ及びビード幅を均一に保持し且つビード外観
を美麗に仕上げ得る様に工夫された片面裏当溶接法に関
するものである。

片面裏当溶接法は、裏当手段によつてフラックス裏当法
、銅裏当法、銅−フラックス裏当法に大別され、夫々次
の様な特徴を有している。

即ちフラックス裏当法は、裏当材が粉粒状であるため母
材との密着性が良く、溶着金属の流出（バリ）やアンダ
ーカットが発生し難い利点があるが、裏ビードを粉粒状
フラックスのみで保持するためその表面が凹凸になり易
く、溶接条件の適正範囲が狭いという不利がある。また
銅裏当法は、溶接条件の適正範囲も広く且つ均一な裏ビ
ードが得られるが、固形銅板と母材との密着性が悪く、
溶着金属の流出（バリ）やアンダーカットを発生し易い
。特に銅板は繰返し使用するものであるから摩耗が激し
くなるとこれらの欠点は一層顕著になる。また銅−フラ
ックス裏当法は上記２つの方法を組合せたものであり、
母材と接するのは粉粒状フラックスであり、優れた密着
性を確保でき、しかも裏ビードは銅板で保持されるため
に適正な余盛り高さを確保でき、溶接条件の適正範囲も
広いから現在最もひろく利用されている。一方最近でＩ
ＩＬフラックス裏当法や銅−フラックス裏当法において
、フラックスに熱硬化性バインダ一を配合することによ
つて裏ビードを美麗にする方法が開発され、一定の成果
を得ている。

これは例えば特公昭４８−２２５７２号公報に示される
様に、フラツクスが熱硬化性バインダーの硬化によつて
固形化し、裏ビードを安定に保持するためと考えられて
いる。ところが銅−フラツクス裏当法の場合、裏ビード
側の溶融金属は銅板によつて保持されるので裏ビードの
先端は銅板により冷却されて凝固するが、溶接条件や開
先精度或は母材の溶接歪等によつて裏ビードの出力が変
わると銅板による冷却状態も変化し、裏ビードの凝固状
態が局部的に不均一になる。そしてこの様な凝固の不均
一は裏ビードの突起、へこみ、アンダーカツト、しわ等
の欠陥となつてあられれる。これらの現象は、フラツク
スに熱硬化性バインダーを配合することによつてある程
度防止できるが、銅板による冷却作用を期待するもので
ある限り、前記欠点を皆無にすることはできない。しか
も前述の欠陥は裏ビードの外観不良に止まらず、継手欠
陥やペイントの塗装性不良等をも惹起し、場合によつて
はグラインダー研磨や手溶接による補修等が必要になり
、当然作業能率は大幅に低下する。本発明は前述の様な
事情に着目してなされたものであつて、その目的とは、
母材に対する密着性及び裏ビードの保持性を高め（余盛
り、ビード幅の適正化及び均一化）ると共に溶接条件の
適正範囲を拡大し、継手性能及び溶接作業性の向上を同
時に達成し得る様な溶接法を提供しようとするものであ
る。この様な目的を達成し得た本発明の構成とは、１金
属板上に、７４μ（ＪｌＳ規格２００メツシユ）よりも
粗い粒子が８０〜１００重量％を占めると共に１４９μ
（ＪｌＳ規格１００メツシユ）よりも粗い粒子が３０〜
１００重量％を占める粉粒状耐火溶剤を２〜１０ｕの厚
さで均一に散布し、２その上部に、８４０μ（ＪＩＳ規
格２０メツシユ）よりも細かい粒子が５０〜１００重量
％を占めると共に７４μ（ＪＩＳ規格２００メッシユ）
より粗い粒子が４０〜１００重量％を占め、更に熱硬化
性バインダーを含有する粉粒状裏当フラツクスを２〜６
ｕの厚さで均一に散布し、３これを被溶接材の裏面に押
し当てて表面から溶接する、ことを要旨とするものであ
る。即ち本発明では、金属板の上部に粉粒状耐火性溶剤
層と粉粒状裏当フラツクス層を形成し、母材裏面に対し
て裏当フラツクスを当接させることによつて母材に対す
る密着性を高め、また裏当フラツクスと金属板の間に耐
火性溶剤層を設けることによつて裏ビードの先端が金属
板に直接接触して局部冷却されるのを防止し、もつて健
全且つ美麗な裏ビードを安定して形成することに成功し
たものである。

以下本発明の構成及び作用効果を詳細に説明するが、本
発明は下記に限定される訳ではなく、また特許請求の範
囲に記載した実施態様も本発明を特定する主旨のもので
は７よく、前後記の趣旨に徴して適宜に変更して実施す
ることは何れも本発明の技術的範囲に属するものである
。

まず粉粒状耐火性溶剤及び粉粒状裏当フラツクスを支持
すべき金属板であるが、これは前記溶剤及びフラツクス
を開先裏面に沿つて支持し得るものであればよいから、
耐火性を有する固形物であれば金属以外でも適用できる
が、フラツクスを支持することが主な役目とは言え、か
なり高温に曝されること、また繰返し使用に耐えられな
ければならないことなどの理由から金属板が適材である
。

金属板としては銅板、鋼板等の各種金属板或は各種合金
板のすべてが適用可能である。しかし裏ビードの冷却凝
固を促進させるためには銅板の如き熱伝導度の高い金属
板を使用するのがよく、更には水冷銅板の如く冷媒によ
る冷却手段を付した金属板は本発明においても極めて有
利に適用される。また金属板の裏当手段も特に限定的で
なく、従来から知られている種々の裏当装置或はそれら
の改善装置のすべてが適用できる。次に粉粒状耐火性溶
剤であるが、これは先にも簡単に説明した様に粉粒状裏
当フラツクスと金属板とが直接接触するのを防ぎ、裏ピ
ードの局部的冷却に起因する障害を防止する機能を期待
するものであるから、適度の耐火性を有する無機化合物
粉末であればすべて使用できる。

しかし本発明者が実験によつて確認したところでは、Ｍ
ｇＯ，ＳｉＯ，、及びＺｒＯ２を有効成分として６０重
量％以上含有するものが最も優れており、中でも前記３
成分の含有量がＭｇＯ：５〜４０重量％、ＳｌＯ２：１
０〜５０重量％、ＺｒＯ２：１０〜５０重量％の範囲に
ある混合物は極めて優れたものであつた。尚該組成中に
は必要に応じて或は代替物若しくは不純成分として少量
のＡｌ，Ｏ，やＣａＯ等の他の無機酸化物が含まれてい
てもよい。従つて実際に使用される粉粒状耐火性溶剤【
ζジルコンサンド、オリピンサンド、珪砂、アルミナ、
マグネシアクリンカー等の天産物を単独若しくは２種以
上混合して調整するのが一般的であり、経済的にも最も
有利である。この他造粒焼結したフラツクスも耐火性溶
剤として有効に利用できる。ところで粉粒状耐火性溶剤
の粒径であるが、これは本発明の目的を達成するうえで
極めて重要であり、７４μ（ＪＩＳ規格２００メツシユ
）より粗いものが全溶剤中の８０重量％以上で且つ１４
９μ（ＪｌＳ規格１００メツシユ）より粗いものが３０
重量％以上を占めるものでなければならず、全体として
比較的粗いめの粉粒体を用いなければならない。しかし
て上記粒度構成よりも細かい粒子が多いと、耐火溶剤層
の耐火性が低下して裏ビード先端の局部的な冷却を防止
し難くなり、また裏ビード形成時に発生するガスの放出
が困難となつてへこみ等のガス欠陥を生じる傾向が生じ
、他方粗い粒子が多すぎると、裏当材を母材裏面に押し
当てたときに耐火溶剤層のしまりにバラツキが生じ、裏
ビードを均一且つ安定に保持できなくなつて突起等の継
手欠陥を生じ易くなるからである。尚該溶剤の粒径は以
下に示す好適散布厚さ（２〜１０Ｔ１ｇ１）との関係に
おいても自動的に上限が決まつてくるが、この厚さで全
体に均一に散布し得る限り上限は特に存在しない。更に
該耐火性溶剤は、金属板上に２〜１０ｕの厚さで均一に
散布しなければならず、２藺よりも薄いと耐火層として
の機能が十分発揮されず、金属板による裏ビード先端の
局部冷却を軽減できない。

一方１０ｕよりも厚くすると、母材裏面に押し当てたと
き従来のフラツクス裏当法の如く溶剤層の密度にバラツ
キが生じ易く、裏ビードに凹凸が生じ、何れも本発明の
目的を達成し難くなる。しかるに前記好適粒度構成の耐
火性溶剤を２〜１０ｕの厚さで散布すれば、後記粉粒状
裏当フラックスの好適粒度構成及び散布厚とも相俟つて
、健全で美麗な裏ビードを確実に得ることができる。次
に粉粒状裏当フラツクスであるが、この成分は何ら限定
されずＳｉＯ２，ＭｎＯ，ＣａＯ，ＭｇＯ，Ａｌ２Ｏ３
，ＦｅＯ，ＢａＯ，ＺｒＯ２，ＴｌＯ２，ＣａＦ２，Ｎ
ａ２Ｏ，Ｋ２Ｏ等の各種金属酸化物或はこれらに適宜の
添加剤を配合したもの等がすべて適用できる。しかしそ
の粒度構成は、８４０μ（ＪｌＳ規格２０メツシユ）よ
りも細かい粒子が全フラツクス中の５０重量％以上で且
つ７４μ（ＪＩＳ規格２００メツシユ）よりも粗い粒子
が４０重量％以上である比較的細かい粒径の粉粒体を使
用しなければならず、しかもこの成分中には適量の熱硬
化性バインダーを配合しなければならない。しかして該
フラツクスの粒度構成が前記よりも粗いと、母材裏面に
押し当てたときにフラツクスの締りが悪くなつて密度に
バラツキが生じ、裏ビードに凹凸やアンダーカツト、し
わ等の欠陥が発生し易くなり、他方粒度構成が細かくな
りすぎると母材裏面に押し当てたときにフラツクス層の
密度が高くなりすぎ、精錬作用で発生するガスが逃散し
難くなつてへこみやピンホール等のガス欠陥を惹起する
からである。しかし上記粒度構成の要件を満たす限り少
量の微粉状物を含むものであつても該フラツクスの上記
機能には殆んど悪影響は見られない。また該フラツクス
中に配合される熱硬化性バインダーは、前に述べた様に
該バインダーが溶接熱によつて硬化し、それによつてフ
ラツクスを固形化して耐火性を高めると共にフラツクス
粒子のズレを防止するもので、裏ビードを安定且つ均一
に保持するうえで卓効を示す。ここでフラックスに配合
される熱硬化性バインダーの量は特に限定されないが、
配合量が少なすぎるとフラツクスの固形化が不十分とな
つて健全な裏ビードが形成され難くなり、一方多すぎる
と固化度が強くなりすぎ、裏ビードに対して強力に固着
して溶接後の剥離除去が困難になるので、通常は全フラ
ツクス中に２〜１０重量％程度含有させるのがよい。尚
本発明では、粉粒状裏当フラツクスに対して熱硬化性バ
インダーを配合することを必須としたが、前記バインダ
ーの具備する諸機能に鑑みれば、粉粒状耐火性溶剤に対
して該バインダーを含有させることも極めて有効であり
、この場合の配合量も前記と同程度である。また粉粒状
裏当フラツクスの散布量であるが、本発明では耐火性溶
剤の上部に２〜６藺の厚さで均一に散布することを必須
とする。しかして裏当フラツクスの散布厚が２Ｔ１１ａ
よりも薄いと精錬作用が不十分になつたり、或はアーク
熱によつて下層の耐火性溶剤が溶融して裏ビードの外観
が悪くなり易く、一方６藺よりも厚いと従来のフラツク
ス裏当法と同様裏ビードに凹凸が発生し易くなり、何れ
も本発明の目的に合致しないからである。尚粉粒状耐火
性溶剤と粉粒状裏当フラツクスを例えば熱収縮性フィル
ムの中に保持収納したり、これらの間に他の耐火物を介
在させる等の変法を行なうことも本発明の技術的範囲に
包含される。本発明は概略以上の様に構成されているか
ら密着性不良に起因する溶接金属の流出（バリ）やアン
ダーカツト等、粉粒状裏当材使用に起因する裏ビードの
凹凸、裏当金属の局部冷却に起因する裏ビードの突起、
へこみ、しわ等を悉く解消し、健全でしかも美麗な裏ビ
ードを広い溶接条件範囲のもとで形成し得ることになつ
たものである。

次に本発明の実施例を示す。まず本発明に係る片面溶接
法の一例を断面説明図たる第１，２図に示す。

図中１は母材、２は金属板、３は粉粒状耐火性溶剤、４
は粉粒状裏当フラツクス、５は溶接トーチ、６は押付用
ホース、７は溶接金属を夫々示している。本発明を実施
する際は、例えば第１図の如く金属板２の上に粉粒状耐
火性溶剤３を散布し、その上に粉粒状裏当フラツクス４
を散布したものを、押付用ホース６等によつて母材１の
裏面に押し付けて溶接する。そして溶接後の状態は第２
図の如くであり、裏ビード１の表面にはスラグ及び裏当
フラツクスの溶融固化物が被覆され、これらは耐火性溶
剤３によつて支持される。即ち本発明は、基本的には銅
−フラツクス裏当法に属するものであるが、裏ビードを
金属板２によつて直接支持するのではなく、その間に耐
火性溶剤３を介在させることによつて裏ビードと金属板
２との直接的接触を断ち局部急冷に起因する裏ビードの
欠陥を解消したものである。第１，２図の如き方法を採
用し耐火性溶剤及び裏当フラツクスの種類、散布厚を種
々変更した場合の裏ビードの状態を比較した。但し金属
板としては銅板を用い溶接条件は下記の通りとした。溶
接条件開先形状：母材厚さ１６藺、ルート長さ３ｕ、開
先角度５０度耐火性溶剤層＋裏当フラツクス層：厚さ１
０ｕＸ幅１２０７１Ｊ１押付け圧：１Ｋｆ／ＣｒＡ 溶接方式：２電極溶接 溶接電流：先行極１１５０Ａ、後行極８００Ａ溶接電圧
：先行極３６Ｖ、後行極４２Ｖ溶接速度：５５０１Ｌ／
Ｉｍ 極間距離．４０（：７ｎ 結果を第１表に示す。

尚第１表に示す実験で使用した粉粒状耐火性溶剤及び粉
粒状裏当フラツクスの粒度構成は第２表に示【７た通り
である。但し第１表中◎印は極めて良好、Ｏ印は良好、
Δ印は従来例（銅−フラツクス裏当法）と同程度、Ｘ印
は従来例よりも不良、を夫々意味する。第１表及び第２
表より以下の如く考察することができる。実験黒１〜７
：裏当フラツクスの散布厚を変更した場合の実施例であ
るが、２〜６ｕ厚の範囲が適当であり、この範囲を外れ
ると何れも本発明の目的を達成できない。

実験應８〜１１：耐火性溶剤の散布厚を変更した場合の
実験例であるが、２〜１０ＶＩＩ厚の範囲が適当であり
、この範囲を外れると何れも本発明の目的を達成できな
い。

実験ｆ）．１２〜１５：耐火性溶剤の種類を変えた場合
の実験例で、本発明ではジルコンサンド（ＺｒＯ２系）
、オリピンサンド（ＳｉＯ２ＭｇＯ系）、珪砂（ＳｉＯ
２系）、マグネシアクリンカー（ＭｇＯ系）及びアルミ
ナ（Ａｌ２Ｏ３系）が単独で有効に使用できる。

実験黒１６：耐火性溶剤としてジルコンサンド：珪砂の
１：１（重量比）混合物を使用したものであるが、夫々
を単独で使用した場合にくらべて裏ビードの外観は更に
よくなり、均一且つ美麗な裏ビードが得られる。

実験應１７：耐火性溶剤としてジルコンサンド：珪砂：
マグネシアクリンカ一の４：３：３混合物を用いた場合
で、実験屋１６よりも更に優れた外観の裏ビードが得ら
れた。

実験ｆ）．１８：耐火性溶剤として、珪砂：マグネシア
クリンカ一の１：１混合物に４％の熱硬化性バインダー
を配合したものを用いた場合で、耐火性溶剤の固化によ
る耐火度の向上、裏ビードの安定保持により、非常に優
れた均一な外観の裏ビードが得られた。

実験ｆ）．１９：耐火性溶剤として、ジルコンサンド：
珪砂：マグネシアクリンカ一の２：１：１混合物に１０
重量％のアルミナを加え、これに水ガラスを加えて造粒
焼結後、粒度構成を７４μより粗粒のものが９０％で且
つ１４９μより粗粒のものが５０％となる様に調整して
使用した場合で、外観及び均一性の卓越した裏ビードが
得られた。

実験ｆ）．２０：耐火性溶剤として、実験屈１９の焼結
型フラツクスに５％の熱硬化性バインダーを配合したも
のを用いた場合で、実験應１９よりも更に良好な裏ビー
ドが得られた。実験應２１：ＭｇＯ，ＳｉＯ２，ＺｒＯ
２，Ａｌ２Ｏ３及びＣａＯを含有し、ＭｇＯ，ＳｉＯ２
及びＺｒＯ２の総和が８０重量％以上で且つ該３成分の
総和を１００部としたときの各成分がＭｇＯ：３０部、
ＳｉＯ２：３０部、ＺｒＯ２：４０部で、残部がＡｌ２
Ｏ３及びＣａＯである焼結型フラツクスを耐火性溶剤と
して用いた場合の実施例で、極めて良好な裏ビードが得
られた。

実験應２２：実験ｆ）．２１の焼結型フラツクスに８％
の熱硬化性バインダーを配合したものを耐火性溶剤とし
て使用した実施例で、実験黒２１よりも更に良好な裏ビ
ードが得られた。実験ｆ）．２３：裏当フラツクスとし
て溶融型フラツクスに熱硬化性バインダーを配合したも
のを用い、耐火性溶剤として実験Ｊｆｆ）．２２と同様
のものを使用した場合の実施例で、極めて良好な裏ビー
ドが得られた。

尚実施例１〜２３で用いた裏当フラツクスは、２０メツ
シユよりも細かい粒子のものが５０重量％以上で且つ２
００メツシユより粗粒のものが４０重量％以上を占める
粒度構成の粉粒体とした。

【図面の簡単な説明】

第１，２図は本発明に係る溶接法を例示する概略断面説
明図である。 １・・・母材、２・・・金属板、３・・・粉粒状耐火性
溶剤、４・・・粉粒状裏当フラツクス、５・・・溶接ト
ーチ、６・・・押付チユーブ、７・・・溶接金属。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 金属板上に粗粒の粉粒状耐火性溶剤を２〜１０ｍｍ
   の厚さで均一に散布し、その上部に熱硬化性バインダー
   を含有する微粒の粉粒状裏当フラックスを２〜６ｍｍの
   厚さで均一に散布し、これを被溶接材の裏面に押し当て
   て表面から溶接する片面溶接法であつて、前記粉粒状耐
   火性溶剤は、７４μ（ＪＩＳ規格２００メッシュ）より
   も粗い粒子が８０〜１００重量％を占めると共に１４９
   μ（ＪＩＳ規格１００メッシュ）よりも粗い粒子が３０
   〜１００重量％を占めるものであり、又前記粉粒状裏当
   フラックスは、８４０μ（ＪＩＳ規格２０メッシュ）よ
   りも細かい粒子が５０〜１００重量％を占めると共に７
   ４μ（ＪＩＳ規格２００メッシュ）より粗い粒子が４０
   〜１００重量％を占めるものであることを特徴とする片
   面裏当溶接法。 ２ 粉粒状耐火性溶剤がジルコンサンド、オリビンサン
   ド、珪砂、アルミナ、マグネシアクリンカーから選択さ
   れた１種若しくは２種以上を含むものである特許請求の
   範囲第１項記載の方法。 ３ 粉粒状耐火性溶剤はＭｇＯ、ＳｉＯ＿２、ＺｒＯ＿
   ２を有効成分として６０重量％以上含有するものであり
   、夫々の含有量が重量でＭｇＯ：５〜４０％、ＳｉＯ＿
   ２：１０〜５０％、ＺｒＯ＿２：１０〜５０％である特
   許請求の範囲第１又は２項記載の方法。 ４ 粉粒状耐火性溶剤は、２〜１０重量％の熱硬化性バ
   インダーを含むものである特許請求の範囲第１、２又は
   ３項記載の方法。