JPS61206590A - 片面溶接用裏当材 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明はガスシールドアーク溶接等に使用される片面溶
接用裏当材に関し、特に溶接電流の適用範囲を広くとる
ことがでさ、しかも耐気孔性の優れた裏ビードを得るこ
とのできる片面溶接用裏当材に関するものである ［従来の技術］ 片面溶接用の裏当材としては従来より（ａ）無機質のガ
ラス繊維成形体や（ｂ）耐火物成形体、或は（ｃ）耐火
物成形体の上部にガラス繊維成形体を添装した積層物等
が汎用されている。しかしながらこれらの裏当材を用い
て片面溶接を行なった場合、下記の様な問題を生ずるこ
とが指摘されており、改善策の開発が待たれている。

即ち前記（ａ）のガラスｍ雌成形体は、母材裏面、特に
曲り部への密着性が良好であるという特性を宥している
が、比較的低融点であって溶接熱で溶融し易い、従って
スラグが過剰になって裏ビードの形状が不均一になり易
く、高電流溶接（例えば１．２１腸φのワイヤで２Ｏ０
Ａ以上の電流）に適用しにくい′という問題がある。ま
た（ｂ）の耐火物成形体は、ｒ＆分組成を調整すること
によって耐火度を任意に調整することができ、それによ
り溶融金属の保持作用を調整することができるので、形
状の良好な裏ビードが得られ易い、という利点はある。

しかし溶接工程で生成するガス（水素や炭酸ガス＄）の
抜けが悪い為裏ビードに気孔欠陥やポックマークが生じ
易く、また母材裏面の特に曲り部への密着性に劣り肚つ
破損の危険が多いといった難点がある。またこの種の耐
火物としては、ＳｉＯ２、Ａｌ１０ｘ　　、ＣａＯ，Ｍ
ｇＯ等の成分を含むフラックス粉末を水ガラス等の粘結
剤と共に混合した後成形し、その後３００〜５００℃の
比較的低温度で焼成したものが通常であるが、大気中で
吸湿しやすく、良好な耐気孔性を得るためには、使用前
に１００〜３００℃で再乾燥しなければならないという
問題も指摘されていた。更に（ｃ）の積丹裏８材では、
耐火物成形体（ｂ）単独の場合に比べて母材裏面への密
着性は良好であるが、ガラス繊維が溶接熱によって溶融
する為前記（ａ）と同様スラグ過剰による裏ビード形状
の不均一化という問題があり、高電流溶接への適用が困
難である。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明はこの様な事情に着目してなされたものであって
、その目的は、広い溶接電流範囲に亘って耐気孔性に優
れ且つ良好な形状の裏ビードを得ることのできる片面溶
接用裏当材を提供しようとするものである。

［問題点を解決する為の手段］ 上記の様な目的を達成し得た本発明裏当材の構成は。

５ｉ０２　　：４５〜６０％ Ａ　Ｉ２Ｏ３　　：　Ｊ５〜３８％ ＭｇＯ：３〜１５％ アルカリ金属酸化物の１種以上二〇、３〜３．２％ 及び水分：　０．０１〜０．２５％を必須成分として含
有し、且つ上記Ｓ　ｉ　０２　　、　Ａ　１２Ｏ３及び
ＭｇＯのうち少なくとも一部をコージェライトとして存
在させてなるところに要旨を有するものである。

［作用］ 本発明は、上記の様に固形裏当材中の配合成分及び各成
分の含有率を特定し、且つ必須構成４分のうち５ｉ０２
　　、Ａ１２Ｏ３及びＭｇＯをコージェライトとして存
在させてなるものであり、以下それらの要件を定めた理
由を明らかにしつつ本発明の作用を明確にしてく。

５ｉＯｚ：４５〜６０％ 本発明裏当材の主構成４分となるものであり。

４５％未満では耐火性が不足する為裏ビードが出すぎた
り、或はアーク熱で溶融物が多量生成してアーク不安定
を招く、一方６０％を超えると生成スラグの流動性が過
大となり、均一な裏ビードが形成されなくなるばかりで
なく、アンダーカットやスラブ巻込み等の欠陥が生じた
り耐高温割れ性が悪化するという難点があられれる。尚
Ｓ　ｉ　０２源としてはシリカ、ろう石、シャモット、
コージェライト、ムライト等が使用される。

Ａｌ２Ｏ３：２５〜３８％ 四当材の融点を高め、且つ生成スラブの粘性を高めて裏
ビードの形状を整えるうえで不可欠の成分であり、特に
開先のルート間隔が標準（４〜５）程度）よりも広い場
合の裏ビードの形状を整えるのに重要な成分である。こ
うした機能を有効に発揮させる為にはＡ１２Ｏｘ　を少
なくとも２５％含有させなければならないが１反面含有
量が３８％を超えると耐火性が上がりすぎて生成スラグ
の粘性が過大となり、ガス抜けが悪くなる為ビットやブ
ローホール或はあばた等の欠陥が生じ易くなるばかりで
なく、裏ビードも出にくくなる。

Ａｌ２Ｏ３源としては、アルミナ、長石、マイカ、シャ
モット、コージェライト、ムライト、ろう石等が用いら
れる。

ＭｇＯ：　３〜１５％ 耐火性調整材としての機能を有する他スラグ剥離性を改
善する作用があり、こうした効果を有効に発揮させる為
には３％以上含有させなければならない、しかし１５％
を超えると耐火度が上がりすぎて生成スラグの粘性が過
大となり、ガス抜けが悪くなる為にピットやブローホー
ル、あばた等の欠陥が発生し易くなる。ＭｇＯ源として
はマグネシア、タルク、ドロマイト、スピネル、７オル
ステライト等が挙げられる。

アルカリ金属酸化物の１種以上＝０．３〜３．２％Ｌｉ
２Ｏ．Ｎａｚ　Ｏ，に２Ｏ等は裏当材用耐火物として要
求される最低域の機械的性質（圧縮強さ、曲げ強さ、衝
撃強さ等）及び成形性を確保する為に欠くことのできな
い成分であり、０．３％未満ではこれらの効果が有効に
発揮されず、一方３．２％を超えると耐火性やスラグ剥
離性が悪くなるばかりでなく耐湿性も’１９悪になる。

アルカリ金属酸化物として最も一般的なのはＬ＋酸化物
、Ｎａ酸化物及びに酸化物であり、Ｌｉ酸化物源として
はリチウム水ガラス、リチウムシリケート、リチウムフ
ェライト、リチウムマンガナイト、ベラタイト炭酸リチ
ウム等が、又Ｎａ酸化物源としてはナトリウム水ガラス
、長石、ソーダ灰、無水珪酸ソーダ、アルミン酸ソーダ
等が、又に酸化物としてはカリ水ガラス、長石、カリガ
ラス４チタン酸カリウム等が夫々使用される。

水分：　０．０１〜０．２５％ 耐火物を構成する上記粉末粒子間に介在して焼結性を高
める作用があり、０．０１％未満ではこれらの効果が有
効に発揮されない為機械的性質や成形性が劣悪になる。

但し水分は溶接熱でガス化してビットやブローホール、
あばた等を生ずる原因になるので、０．２５％以下に抑
えなければならない。

尚ここでいう水分とは、吸湿水、付着水、結晶水を合計
した全水分を指すものであり、その分析法としては、試
料を磁製ポートに秤取して酸素気流中で１０００℃に加
熱し、遊離した水分を過塩素酸マグネシウムに吸収させ
た後重量を測定し、増量分から水分を求める方法があり
、この方法はＡＷＳ規格（Ａ５．５）においても標準化
されている。尚水分源としては水、アルコール、高級脂
肪酸、水酸化アルミニウム、ベントナイト、アルギン酸
ソーダ、セルロース等が使用される。

ちなみに第１図は１片面裏当材中に含まれる水分量が暑
ビード表面の気孔欠陥及びあばたの発生に及ぼす影響を
調べた実験結果を示したグラフである。但し実験条件は
次の通りとした。

（裏当材の組成及び寸法） 組成・・・５ｉＯｚ：４９％、Ａｌ２Ｏ３：３２％、Ｍ
ｇＯ：１０％、Ｎ　ａ２Ｏ　：　０．２Ｏ％、Ｋ２Ｏ：
１．５％、水分：　０．０３〜０．３０％、残部：その
他の成分 寸法　：　　１　０ｍｍ’　　Ｘ　　３　０５ｍ１ｌ　
　Ｘ６００　　ｍｍｌ　　、　　第２図参照、 （供試板） 鋼種：ＪＩＳ　　Ｇ　　３１０６．５Ｍ−５ＯＡ寸法：
　１６ｓｍＬ　Ｘ１５０５ａｉｌ　Ｘ８００　ａｍ’開
先形状：開先角度５０度、開先幅５１、第３図参照。

（溶接条件） 溶接ワイヤ；Ｃ０２ガスアーク溶接用フラックス入りワ
イヤ（１，２層腸φ）（ ＪＩＳ−Ｚ−３３１３ＹＦＷ −２４相当、チタニア系フラッ クス使用） 溶接電流：１８０〜２５０　（Ａ）　、直流　ワイヤ（
＋） 溶接電圧：２２〜２９（Ｖ） ワイヤ突出し長さ＝２Ｏ會履 シールドガス：　ＣＯ２、２５Ｊ？／ｓｉｎ溶接姿勢：
下向き 第１図からも明らかな様に、裏当材中の水分量が０．２
５％を超えると、裏ビード表面におけるピットやブロー
ホール等の欠陥が著しくなることが分かる。

本発明の片面溶接用裏当材を構成する必須成分は以との
通りであるが、上記構成４分の規定要件を満足し得る限
度で更にＭｎＯ、ＭｎＯ２。

Ｆｅｄ、ＦｅｚＯ３、Ｆｅ３Ｏ４、ＴｉＯ２。

ＺｒＳｉＯ４、ＺｒＯ２、ＣａＯ，ＳｒＯ。

ＢａＯ等の酸化物、ＣａＰ２　　、ＮａＦ、ＬｉＦ等の
弗化物等を適量含有させることも可能である。

本発明における必須の構成４分は以上の通りであるが、
目的達成の為には上記の構成に加えて、必須成分として
含まれる５ｔＯ２，Ａｌ２Ｏ３及びＭｇＯの少なくとも
一部がコージェライト（２ＭｆＯ・２ＡＩ２Ｏコ　・５
ＳｉＯｚ）よりなる複合酸化物の結晶として存在させる
必要がある。しかして上記３種の酸化物が夫々個別に分
散しているだけの場合、例えば、アルミナ（Ａ　１２Ｏ
ｚ　。

融点２Ｏ５０℃）、マグネシャ（Ｍ　ｇ　Ｏ１融点２８
００℃）、スピネル（ＭｇＯ＋１Ａ　１２Ｏ３　、融点
１８３０℃）、ムライト（ｊＡ１２Ｏ３　・２ＳｉＯ２
．融点１８３０℃）といった酸化物は、融点が高すぎて
、良好な裏ビード形状や耐気孔性が得られないし。

ンリカ（ＳｉＯ２．融点１７２Ｏ℃）は比較的融点は低
いがスラグの流動性を過大にし、かつスラグ巻込みや高
温割れを生じやすくする。しかしこれらがコージェライ
トの形態で含有されているときは、これら複合酸化物に
よって適度の耐火性、耐熱衝撃性１強度等の性能が与え
られ、優れた品質、形状を備えた衷ビードを得ることが
できる。

尚り記の様な複合酸化物として存在させる為の具体的な
方法は特に限定されないが、一般的な方法としては（１
）　Ｓ　ｉ　０２　　、　Ａ　１２Ｏ３及びＭｇＯを当
初からコージェライトの形態で配合する方法、及び（２
）原料粉末の配合→粘結剤添加→混練−プレス成形→乾
燥→焼成、を順次行なって裏当材とするに当たり、特に
焼成温度を１２Ｏ０〜１３５０℃に設定することによっ
て複合酸化物を形成させる方法、等が挙げられる。

ところで製品裏当材中には、焼成時における生成ガスの
抜は跡として気孔が形成され、気孔率は耐火度や吸湿性
等に影響を及ぼすことが確認されているが、保存時等に
おける吸湿による水分量の増太を防止する為には、見掛
けの気孔率を３０％以下に抑えるのがよい。

［実施例］ 第１表に示す化学成分及び結晶組成の片面溶接用裏当材
（寸法、形状は第２図に示したものと同じ）を作成し、
夫々の裏当材を用いて片面溶接実験を行なった。但し実
験条件は、溶接電流を２２Ｏ（Ａ）、溶接電圧を２Ｏ（
Ｖ）とした以外は、第１図の実験で採用した条件と同一
とした。

得られた各溶接部（裏ビード）の品質を第２表に示す、
但し第２表の品質評価基準は、０印：良好、Δ印：やや
不良、×印：不良とし、気孔についてはビード表面のビ
ット、ブローホールを肉眼で検査した。

第２表 （実）・・・本発明の実施例 （比）・・・比較例 第１．２表からも明らかな様に、本発明の規定要件を満
たす実施例（ＮＯ，１〜７）では、裏ビードの外観、形
状、スラグ剥離性、耐気孔性、＃割れ性の何れにおいて
も良好な結果が得られているが、実験Ｎｏ、　８以降の
比較例では、本発明で規定する要件の何れかを欠く島状
の様な問題がある。

実験Ｎｏ、　８　：水分を除く構成々分は規定範囲内に
あり、ビードの外観・形状共に 良好であるが、水分量が多い為ビ ードにピットやブローホールが発 生する。

実験Ｎｏ、　９：Ａｌ１０３　ｆｉが過剰で且っＳｉＯ
２醗が不足する為耐火度が Ｅがりすぎ、ガス抜は不良による ピットやブローホールが認められ る他ビード形状も悪い。

実験）ｌａ、ｌＯ：ＭｇＯ量が多過ぎるばかりでなく水
分量も規定範囲を超えている 為、ピットやブローホールが発生 する他ビード形状も悪い。

実験Ｎｏ、　１１：　Ｓ　ｉ　Ｏ２量が多過ぎる為に耐
火性が不十分であり、裏ビードが過大 になるばかりでなく形状も悪い。

実験Ｎｏ、　１２：　Ｓ　ｉ　０２量が規定範囲を超え
ている他、Ａｌ２Ｏ３量及びＭｇＯ量 が不足する為耐火性が不十分であ り、衷ビードの形状が不揃いでス ラグ剥離性も悪く、ブローホール 欠陥も認められる。

［発明の効果］ 本発明は以上の様に構成されるが、要は裏当材を構成す
る成分の種類及び含有率を特定すると共に水分量を厳密
に規定し、更には必須構成々分のうちＳｉＯ＋　、Ａｌ
１　（ｈ及びＭｇＯを特定の複合酸化物よりなる結晶と
して存在させることによって、適度の耐火性と優れた物
性を有し卓越した品質の裏ビードを与える片面溶接用裏
裏材を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は裏当材中の水分量及び溶接電流が裏ビードの気
孔欠陥に及ぼす影響を示す実験結果のグラフ、第２図は
上記の実験で使用した裏当材の寸法・形状を示す図、第
３図は同実験で採用した開先形状を示す説明図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ＳｉＯ＿２：４５〜６０％（重量％：以下同じ）Ａｌ＿
   ２Ｏ＿３：２５〜３８％ ＭｇＯ：３〜１５％ アルカリ金属酸化物の１種以上：０．３〜３．２％及び
   水分：０．０１〜０．２５％を必須成分として含有し、
   且つ上記ＳｉＯ＿２、Ａｌ＿２Ｏ＿３及びＭｇＯのうち
   少なくとも一部がコージェライトとして存在することを
   特徴とする片面溶接用裏当材。