JPS596754B2 - 溶接材料用固着剤 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は溶接材料用固着剤に関し、詳細には、アルカリ
珪酸塩を含む溶接材料用固着剤中に適量のアミン及び／
又は第４級アンモニウム化合物を添加し、乾燥割れを防
止しつつ固着性を高めた溶接材料用固着剤に関するもの
である。

本発明においで溶接材料とは、被覆アーク溶接棒、エレ
クトロスラグ溶接用及びエレクトロガス溶接用の消耗ノ
ズル、焼結型フラックス、裏波溶接用裏当材等の如く、
溶剤粒子を固着してなる溶接材料を意味するが、下記で
は説明の便宜上被覆アーク溶接棒用として適用する場合
を主体にして説明する。

しかし本発明はこれに限定される訳でなく、他のあらゆ
る溶接材料用の固着剤として有効に使用できる。周知の
通り、被覆アーク溶接棒は、各種無機酸化物、炭酸塩、
弗化物、金属単体等の粉粒状無機物質等に珪酸アルカリ
を主体とする固着剤を添加し、これらを心線の外周に被
覆した後乾燥して製造している。

この溶接棒を製造する過程で最近しばしば指摘される問
題点は、固着剤及び被覆剤の種類によつては乾燥割れを
発生し、ひいては被覆剤の固着性が乏しくなることであ
る。

たとえば、被覆アーク溶接棒（以下単に溶接棒というこ
とがある）の耐吸湿性向上を主目的として開発された高
モル比水ガラス（特開昭５１一６４４３９号）やリチウ
ム入り水ガラス（特公昭５２−８２７号）リチウムシリ
ケート等の無機固着剤を使用した場合、その硬化速度が
速い為に乾燥時に過大な内部歪を生じる等の理由により
乾燥割れが生じることがある。

また前述の如き乾燥割れが比較的少ないとされている一
般の水ガラス（珪酸ソーダ、珪酸カリ及びそれらの混合
物）を固着剤として使用した場合でも、被覆剤中に酸化
マグネシウムやフエロシリコン等の活性を有する溶剤粒
子が含まれていると、それらと水ガラスとの急激な反応
によつて乾燥割れを生じることがある。

そして乾燥割れが起こると、溶接棒製造時の歩留りが低
下するほか、溶接作業時に被覆の脱落移行現象が生じ、
ひいては溶融鋼に対する瞬間的冶金反応が不均一になつ
て溶着金属の品質が低下し、またアークの安定性及び集
中性が低下しで溶接作業性が阻害される等の問題を誘発
する。

このように被覆の乾燥割れは極めて現実的な問題として
指摘され、その改善が待たれている。

このうち固着剤に起因する乾燥割れＫついては、固着剤
の硬化速度を抑制し、またその固着力を高めることによ
つて乾燥割れを防止すべく、種々の対策が講じられてい
るが、依然満足な成果を得るまでには至つておらない。
本発明者等は前述のような事情に着目し、特にアルカリ
珪酸塩を主体とする固着剤を用いた被覆剤の乾燥割れを
防止しつつ、その固着力を高め得る技術の確立を期して
鋭意研究を進めてきた。

その結果、アルカリ珪酸塩に適量のアミン及び／又は第
４級アンモニウム化合物を添加すれば上記の目的が見事
に達成できることを知り、鼓に本発明を完成するに至つ
た。即ち本発明に係る溶接材料用固着剤の構成とは、ア
ルカリ珪酸塩を主成分として含み、且つ全固着 ５剤中
に０．０１〜１０重量％のアミン及び／又は第４級アン
モニウム化合物を配合してなるところに要旨が存在する
。

本発明者等は、乾燥割れ防止技術を検索するに先立つて
まずその発生原因を究明したところ、下 ｊ記の事実が
確認された。

即ち難吸湿性水ガラスである高モル比水ガラスやリチウ
ム入り水ガラス、リチウムシリケート等では、それ自体
の結合力が弱いことが相当影響しているが、それ以上に
分子内のシラノール性℃Ｈ４基の脱水縮合反応に負うと
ころが大きい。

即ち水ガラス中にはシラノール結合の０Ｈ基が多量含ま
れているから、乾燥工程でシロキサン結合（Ｓｉ−０鈷
を）への脚−Ａ（象春痘肉バ＃，｝ｈβノ 紹吐間でゾ
ル状態からゲル状態に移行する。従つて硬化速度が大き
くなるが、その結果乾燥時に過大な内部歪が生じ、被覆
の乾燥割れや固着力の低下となつて表われる。この脱水
縮合反応は次の〔１〕式で示すことができる。二方被覆
剤中に存在する活性な溶剤構成原子等との相互作用によ
る乾燥割れ傾向についてみると、次の〔〕式に示す如く
金属酸化物による珪酸ソーダの架橋反応が主因となる。

この種の架橋反応はＭｇ２＋の如き２価イオン等によつ
て起こり易いとされているが、一般に水ガラスの硬化剤
とされている金属（Ｚｎ，Ｃａ，Ｓｒ等のａ族金属）、
金属酸化物（Ａｔ及び遷移金属等の酸化物）、珪化物（
珪酸カルシウム、珪酸アルミニウム等の珪酸金属塩、フ
エロシリコン、マンガンシリコン等）、硼酸化合物（硼
酸、硼砂等）、有機化合物（グリオキザール、アジピン
酸アミド等）等も、前記と同様に水ガラスとの架橋反応
を起こし、急激に硬化反応が進行する。

〔］式の反応が乾燥工程で発生すると、１この反応自体
が十種のゲル化反応であるから、それによつて内部歪が
起こる、２この反応に誘発されて〔１〕式の脱水縮合反
応が促進される、３この反応においてガスが発生する場
合は、それによる外力の負荷も起こり、前記１〜３が相
加的に悪影響をもたらす結果、乾燥割れが生じ易くなり
固着力も低下する。もつとも前記〔１〕式及び〔〕式の
反応は、固着剤に必須の接着強度、耐水性及び耐熱性等
の諸機能を確保するうえでは極めて有効であるから、こ
の反応が起こらないようにしてはならないが、少なくと
もこの硬化反応速度を遅くしてやれば内部歪が抑制され
、乾燥割れを可及的に防止できると考えられる。

本発明者等は前記の知見を基にして、アルカリ珪酸塩を
主成分とする固着剤に対し、固着剤本来の具備すべき機
能（接着強度、耐水性、耐熱性等）を確保しつつその硬
化反応速度を遅らせるような変性法を確立すべく鋭意研
究を行なつた。

その結果アルカリ珪酸塩に対して適量のアミン及び／又
は第４級アンモニウム化合物を添加すると、硬化反応が
アミン及び／又は第４級アンモニウム化合物の化学的封
鎖作用によつて抑制されて徐々に進行し、急激な硬化反
応による内部歪を可及的に防止できることがわかつた。
このような効果を有するアミン又は第４級アンモニウム
化合物としては、第１級アミン、第２級アミン、第３級
アミン又は第４級アンモニウム水酸化物などがあり、そ
の具体例としてはモノエチルアミン、ジエタノールアミ
ン、トリメチルアミン、ヒドロキシルアミン、クロルア
ミン、ピリジン等の狭義のアミンの他、テトラメチルア
ンモニウム水酸化物、トリメチルエタノールアンモニウ
ム水酸化物、モノメチルトリエタノールアンモニウム水
酸化物、テトラエタノールアンモニウム水酸化物、水酸
化フエニルメチルエチルアリルアンモニウム、ヨウ化テ
トラメチルアンモニウム、ヨウ化テトラエチルアンモニ
ウム等の第４級アンモニウム化合物が挙げられ、中でも
第４級アンモニウム水酸化物、特にモノメチルトリエタ
ノールアンモニウム水酸化物は卓越した添加効果を発揮
する。

これはモノメチルトリエタノールアンモニウム水酸化物
が他のものに比較して塩基性が高く、かつ高分子量であ
るため、先述の化学的封鎖作用の効果とともに溶剤粒子
との濡れ性を向上させる、又は一定量残有して固化溶剤
の可塑性を上げる等の補促的効用を有しているためと思
われる。そしてこれらアミン及び／又は第４級アンモニ
ウム化合物の添加量は、アルカリ珪酸塩を主体とする全
固着剤に対し０．０１〜１０重量％の範囲となるように
設定すべきである。しかして０．０１％未満では硬化速
度抑制効果が殆んど発揮されず、被覆に対して優れた耐
乾燥割れ性及び固着力を付与することができず、一方１
０％を越えると被覆成分中の水素源が多くなりすぎて溶
着金属の性質が劣化する他、被覆の耐吸湿性が低下し更
には溶接過程で悪臭を発生して作業性が悪くなる。とこ
ろが前記範囲内でアミン及び／又は第４級アンモニウム
化合物を添加した固着剤を使用すると、接着強度、耐水
性、耐熱性等はもとより優れた溶接作業性及び溶着金属
強度を維持しつつ、卓越した耐乾燥割れ性及び固着力を
得ることができる。この場合アミンと第４級アンモニウ
ム化合物の両者を併用するときの両者の配合比は特に制
限されず、両者の総添加量が０．０１〜１０重量％の範
囲内におさまる限り任意の配合比率で併用することがで
きる。尚本発明において固着剤の主体となるアルカリ珪
酸塩とは、珪酸ソーダ、珪酸カリ、珪酸リチウム或はそ
れらの２種又は３種の混合物が代表例として例示され、
一般的には水溶液の型で使用される。

従つてこのアルカリ珪酸塩溶液は、ＳｉＯ２が分散相、
Ｌｉ，．ＮａｌＫ等のアルカリ金属が安定剤、水が分散
媒として夫々併存するコロイド状物であるが、場合によ
つては安定性を阻害しない範囲でメタノール、エタノー
ル、アセトン、ジメチルホルムアミド、グリコール等の
水溶性有機溶媒を分散媒として併用しても差支えない。
なお、リチウムシリケートはシリカゾルにリチウム化合
物を安定剤として添加したものでアルカリ珪酸塩溶液と
ねるが、シリカゾルそのものはアルカリ珪酸塩溶液とは
いえない。これらのアルカリ珪酸塩溶液の中でも本発明
の特徴が極めて効果的に発揮されるのは、先に説明した
如く特に乾燥割れの著しい高モル比水ガラスやリチウム
入り水ガラス、リチウムシリケートに適用した場合であ
り、．これらの特徴を留保しつつその最大の難点を解消
し得ることになつた。

本発明は概略以上のように構成されているが、要はアル
カリ珪酸塩に対して適量のアミン及び／又は第４級アン
モニウム化合物を配合することによつて、以下に示すよ
うな諸効果を享受し得ることになつたものである。１ア
ミン及び／又は第４級アンモニウム化合物を添加するこ
とによつてアルカリ珪酸塩の急激な硬化反応が抑制され
る結果、乾燥時における被覆の内部歪が抑制され、乾燥
割れが防止される。

しかも強力な固着性を確実に得ることができる。２本発
明の効果はアルカリ珪酸塩自体の硬化反応の抑制のみな
らず、被覆剤中の活性な溶剤構成原子との相互反応によ
る急激な硬化も抑制するから、その適用分野は極めて広
い。

即ち本明細書では、被覆アーク溶接棒への適用例を中心
にして説明したが、同様の趣旨でエレクトロスラグ溶接
用及びエレクトロガス溶接用の消耗ノズル、裏波溶接用
裏当材等を製造する際の固着剤としても卓効を発揮する
。３殊に耐吸湿性等の優れたリチウム水ガラス、リチウ
ムシリケートや高モル比水ガラスでは、乾燥割れ及び固
着性の低下が重大な難点とされており、実用化の障害と
なつていたが、本発明によれば耐吸湿性等の特徴を留保
しつつ耐乾燥割れ性及び固着性を改善できるから、全体
として卓越した性能の固着剤となる。

４乾燥割れが激減することから被覆溶接棒等を製造する
際の歩留りが向上し、品質も高められる。

５溶剤粒子中の活性成分たとえばフエロシリコン等が水
ガラスと反応すると、フエロシリコンの脱酸効果等の点
でマイナスになるが、本発明ではこれら活性成分との反
応も抑制されるから、溶接材料構成成分の機能を最大限
有効に発揮できる。

次に本発明を被覆アーク溶接棒に適用した場合の実施例
を示す。

しかし下記はもとより本発明を限定する性質のものでは
なく、前・後記の趣旨に徴して適宜に変更して実施する
ことも勿論可能である。実施例 第１表に示す被覆剤原料に、第２表に示す組成の固着剤
を添加して被覆剤を得、これを５０キロ級高張力鋼用心
線（直径４ｒｆｍ０）に対し被覆径が６．２５ｗＬ０と
なるように被覆する。

次いで予備乾燥に続いて４００℃で１時間ベーキング乾
燥した後の歩留試験及び脱落試験を行なつた。また歩留
試験及び脱落試験の方法は下記に従つた。

歩留試験：作製した溶接棒のうち乾燥割れが発生してい
ないものの割合いで測定、脱落試験：作製した溶接棒の
うち乾燥割れが発生していないものの複数本を鋼製パイ
プに入れ、これを一定高さから鋼 製基盤上に数回落下させたときの被 覆の脱落量として測定、 結果を第１図（歩留試験）及び第２図（脱落試験）ＶＣ
．一括して示す。

尚第１，２図において６印は第２表における番号１〜７
（高モル比水ガラスへの適用例）、Ｏ印は番号８〜１４
（リチウム入り水ガラスへの適用例）、▲印は番号１５
〜２４、及び３２〜３４（リチウムシリケート溶液への
適用例）、Δ印は番号２５〜３１（−ｆの水ガラスへの
適用例）の結果を示し、且つ実線はＮ（Ｃ２Ｈ４ＯＨ）
３（ＣＨ３）０Ｈ１鎖線はモノエチルアミン、１点鎖線
はＮ（ＣＨ３）４０Ｈ１２点鎖線は〔Ｎ（Ｃ２Ｈ４ＯＨ
）３（ＣＨ３）０Ｈ＋Ｃ２Ｈ５ＮＨ２〕を夫々用いた場
合を示している。

第１，２図の結果からも明らかな如く、アルカリ珪酸塩
からなる固着剤中に適量のアミン及び／又は第４級アン
モニウム化合物を添加することによつて乾燥割れが著し
く抑制され、歩留りが大幅に向上する。

しかも脱落量も相当低減しており、固着性も高められて
いることが確認される。又アミン又は第４級アンモニウ
ム化合物の中では水酸化モノメチルトリエタノールアン
モニウムが特にそれらの効果が顕著であることが認めら
れる。

【図面の簡単な説明】

第１，２図は本発明の効果を例示するグラフである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ アルカリ珪酸塩と、全固着剤に対して０．０１〜１
   ０重量％のアミン及び／又は第４級アンモニウム化合物
   とを含有することを特徴とする溶接材料用固着剤。 ２ 特許請求の範囲第１項において、アルカリ珪酸塩が
   水ガラスである固着剤。 ３ 特許請求の範囲第１項において、アルカリ珪酸塩が
   リチウムシリケートである固着剤。 ４ 特許請求の範囲第２項において、水ガラスがリチウ
   ム入り水ガラスである固着剤。 ５ 特許請求の範囲第２項において、水ガラスが高セル
   比水ガラスである固着剤。 ６ 特許請求の範囲第１〜４又は５項において、アルカ
   リ珪酸塩との架橋反応性を有する成分を含む溶接材料に
   対して適用される固着剤。 ７ 特許請求の範囲第１〜５又は６項において、アミン
   及び／又は第４級アンモニウム化合物が水酸化モノメチ
   ルトリエタノールアンモニウムである固着剤。