JPS62244597A - 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、ソリッドワイヤ又はフラックス入りワイヤを
使ったガスシールドアーク溶接、特にエレクトロガスア
ーク溶接のような大人熱溶接等に使用される溶接用真当
材に関し、特に母材裏面への密着性が良好であるばかり
でなく生成ガスの抜けも良好であり、気孔欠陥やあばた
等のない健全、かつ良好な形状で裏ビードを形成するこ
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）水冷銅当金
の他、（ｂ）無機質のガラス繊維成形体（特公昭５０−
３５４８８号や同５９−４２３８号等）や（Ｃ）耐火物
成形体（特開昭５９−１３７１９３号等）、或は（ｄ）
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）水冷銅当金は繰返し使用できるという利
点を有するものの、ビード外観があまり良くなく、かつ
柔軟性や耐目違い性に劣るという欠点を有しており、（
ｂ）無機質のガラス繊維成形体は、母材裏面への密着性
が良好であるという特性は有しているものの、比較的低
融点であり又構造的にも溶融金属の保持作用が不十分で
ある為、裏ビードの余盛が過剰になり易い。また（Ｃ）
の耐火物成形体の場合は、成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高め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、という利点はあるものの、耐
火物の気密性が高い為生成ガス（水素等）の抜けが悪く
、裏ビード表面に気孔やあばた等の欠陥が発生し易い。

更に（ｄ）の積層裏当材では、耐火物成形体（Ｃ）単独
のものに比べて母材裏面への密着性が向上するという利
点を有している反面、溶接冶金反応で生ずるガスに加え
てガラス繊維成形体から生成したガスまでも溶融金属の
下面側へとじ込められる為、裏ビードの気孔欠陥等はか
えって著しくなる。

［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、大入熱溶接、例えば４０にＪ／ｃｍ以上
で良好な形状を有し、かつ気孔欠陥やあばた等のない健
全で美麗な裏ビードを形成することのできる溶接用裏当
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、 ＳｉＯ□　：３０〜６０％（重量％：以下同じ）Ｚｒ０
２　　：１５〜５５％ ＡＩ！、２０３　：　１〜２５％ アルカリ金属酸化物の１種以上：　０．１〜３．２％及
び 水分０．０１〜０．２５％ を必須成分として含む固形耐火物の上部に、厚さが０．
０５〜２．０　ｍｍで水分量が１．８％以下であるガラ
ス繊維シートを添装してなるところに要旨を有するもの
である。

［作用］ 上記構成々分の種類及び含有率等を定めた理由を明らか
にしつつ本発明の作用を明確にする。

まず固形耐火物は、主として裏ビードの外観・形状及び
高さ等を良好に保つ為の基材となるものであり、必須構
成４分の種類及び量を前述の様に定めた理由は次の通り
である。

ＳｉＯ２：３０〜６０％ 固形耐火物の主構成４分となるものであり、３０％未満
では耐火性が不足する為裏ビードが出過ぎたり、或はア
ーク熱で溶融物が多量生成ｌノ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グ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ＳｉＯ２
源としてはシリカ、ろう石、粘土、長石、珪灰石、シャ
モット、コージェライト、ムライト等が使用される。

ＺｒＯ２：　１５〜５５％ 固形耐火物の融点を高め、大人熱溶接の溶接施工におい
て裏ビードの形状を整えるうえで不可欠の成分である。

こうした機能を有効に発揮させる為にはＺｒＯ２を少な
くとも１５％含有させなければならないが、反面含有量
が多過ぎると耐火性が上がり過ぎてガス抜けが悪くなり
、ピットやブローホール或はあばた等の欠陥が生じ易く
なる他裏ビードも出にくくなるので、こうした問題を生
じさせない為にＺｒＯ２量を５５％以下に抑えるべきで
ある。尚ＺｒＯ２源としてはジルコン、ジルコニヤが用
いられる。

Ａｌ２Ｏ３：１〜２５％ ＺｒＯ２と同様に耐火度を高め、かつ生成スラグの粘性
も高めてビード外観、ビード形状を向上させる作用を有
すると共に、５ｉｎ２−ＺｒＯ２系スラグでのスラグ剥
離性を改善する。こうした効果を有効に発揮させるため
には１％以上含有させねばならない。しかし２５％を超
えると耐火度が上がり過ぎて裏ビードが出にくくなる。

尚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。

アルカ□す金属酸化物の１種以上：０．１〜３．２％Ｌ
ｉ２０．Ｎａ２Ｏ，に２０等は裏当材用耐火物として要
求される最低限の機械的性質（圧縮強さ、曲げ強さ、衝
撃強さ等）及び成形性を得る為に欠くことのできない成
分であり、０．１％未満ではこれらの効果が有効に発揮
されず、一方３．２％を超えるとスラグの剥離性及び耐
火性が乏しくなるばかりでなく耐吸湿性も劣悪になる。

アルカリ金属酸化物として最も一般的なのはＬｉ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、ペタライト、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、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、セルロース、アルギン酸
ソーダ等が挙げられる。

本発明で使用される固形耐火物の必須構成４分は以上の
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ＭｇＯ，ＴｉＯ２゜ＣａＯ，ＳｒＯ，Ｂａｄ、
Ｆｅｄ、Ｆｅａ　０４　。

Ｆｅ、Ｏ，、ＭｎＯ，ＭｎＯ２の酸化物、ＢａＣＯ３，
５ｒＣＯ，、ＣａＣＯ３の炭酸塩、ＣａＦ２　、ＳｒＦ
２．ＢａＦ２　、ＬｉＦ。

ＮａＦ、に２　Ｓ　ｉ　Ｆａ等のふっ化物等を適量含有
させることも可能である。

この様な構成からなる固形耐火物の上面に添装されるガ
ラス繊維シートは、固形耐火物に不足する可撓性を補足
すると共に母材裏面への密着性（特に曲がり部や目違い
を有する開先への適用性）を高め、更にはガス抜けを良
くする為に使用されるものであり、その構成４分はその
種類の如何を問うものではなく、ＳｉＯ２　、Ａｌ１０
３　。

ＺｒＯ２、ＣａＯ及びＮａやに等のアルカリ金属の酸化
物などを主体とする普通の無機質ガラスが使用されるが
、目的達成の為にはシート材としての厚さが０．０５〜
２．０　ｍｍであり且つ含有水分量が１．８％以下のも
のを使用しなければならない。

しかしてガラス繊維シートが０．０５　ｍｍ未満の薄肉
であると、母材裏面への密着性（特に曲がり部や目違い
を有する開先への適合性）が低下し目標通りの形状の裏
ビードが形成されにくくなるばかりでなく、生成ガスの
抜けが不十分となる為裏ビードに気孔欠陥やあばたが生
じ易くなる。但しガラス繊維シートの厚さが２．０　ｍ
ｍを超えると、スラグ量が増加して溶融池が見にくくな
ることやアーク不安定が生じやすくなると共に該シート
自体の耐火度が低い為に裏ビードが過度に突出し、或は
裏当材からの渇こぼれの危険が生じてくる。

また該ガラス繊維シートの形態は格別限定されるもので
はなく、単層のシート状物や複数枚を重ね合わせたもの
、或はテープ状、マット状、更にはクロス状に編んだも
の等として使用することができる。尚ガラス繊維シート
は一部が溶接熱で溶融してスラグの一成分となるが、内
部に含まれる吸着水分、吸湿水分、結晶水等の水分や有
機物水分は溶接熱でガス化してＨ２による気孔欠陥等の
原因になるので、これを防止する為にはガラス繊維シー
ト中の水分量（有機物中の水素もＨ２Ｏに換算して含め
る）を１．８％以下に抑えておく必要がある。

第１．２図は片面裏当材の基本的な構造を例示する一部
見取り図であり、前述の様な成分組成からなる固形耐火
物１上にガラス繊維シート２を添装することにより作成
される。尚第１図では固形耐火物１の上面を平面として
形成しており、第２図では固形耐火物１の上面に余盛り
ビート形成用の凹溝３を形成した例を示しているが、固
形耐火物１の断面形状又は凹溝３の有無或はその形状等
は、もとより本発明に如何なる制約を与えるものでもな
い。

第３図は本発明の技術思想を生かしたより実用的な具体
例を示す一部見取り図であり、母材裏面への添設簡便性
を考慮した工夫が加えられている。そして固形裏当材１
の裏面側に取付用シート（例えばアルミニウム箔等）４
を被装すると共に、該シート４を固形耐火物の両側縁よ
りも更に幅方向へ延在せしめ、この部分に接着剤５を塗
布し、該接着剤５の上面には取扱い性を考慮して剥離紙
６が貼合されている。尚取付用シート４のガラス繊維シ
ート２側縁に沿って穿設した細孔７はガス抜き孔を示す
。さらにエレクトロガスアーク溶接の場合、大入熱溶接
となるため取付は用シート４のみの固定では不十分であ
るので、第４図に示す如く裏当材裏面に薄肉の鋼板９を
当て、裏当材支持治具８（例えばマグネットクランプや
ボルトナツト付Ｌピースなど）により固定する。

この裏当材を片面溶接に適用する場合は、剥離紙６を剥
離した後、第４図に示す如く母材Ｍ下面の開先溶接線に
沿って添着し、かつ支持治具８で固定した後溶接を行な
えばよい。

［実施例］ 第１表に示す成分組成を有する固形耐火物及び同表に示
す厚さと含水率のガラス繊維シートを用いて第４図に示
す様な形状の片面裏当材を作成し、これを母材Ｍの裏面
に添着した後、下記の条件で片面溶接実験を行なった。

尚ガラス繊維の成分は第２表に示した。

（溶接条件） 溶接ワイヤ：炭酸ガスアーク溶接用フラックスワイヤ、
ＤＷＳ−４３０１，Ｉｉ　ｍｍφ母　　　材　　：ＪＩ
Ｓ　　　Ｇ　　　３１０６．５Ｍ−５ＯＡ　（ｔ　６ｔ
ｘｔ　５０’ｘ６００ｕ：ａ＋ｍ） 開先形状　：開先角度４５度、ルート幅５ｍｍ溶接電流
　：３８０Ａ、直流・ワイヤ（＋）溶接電圧　：３４■ 溶接速度　：１０ｃｍ／分 溶接入熱　：　７７．５にＪ／ｃｍ ワイヤ突出し長さ：約３５ｍｍ シールドガス：　Ｃｏ、　、３０１／ｍｉｎ溶接法　　
：立向自動溶接装置５ＥＧＡＲＣ−２によるエレクトロ
ガスアーク溶 接（摺動式表銅当金使用） 溶接姿勢　：立向上進 結果を第３表に示す。

（結果） 上記の実験結果より次のように考えることができる。

Ｎｏ、　１〜１１：本発明の規定要件を全て満足する実
施例であり、何れも良好な結果が得られている。

これに対して裏当材Ｎｏ、１１〜１８は規定要件の何れ
かを欠く比較例であり、下記のとおり裏ビードの品質に
問題がある。

Ｎｏ、　１１　：固形耐火物主成分がＳ　ｉ　０２−Ａ
ｌ２Ｏ３ＭｇＯ系でＺｒＯ２が少なすぎるために耐火度
が低く、裏ビードの余盛が過剰で不揃いである他、ガラ
ス繊維シートが薄すぎるため、ガス抜けが悪く、Ｘ線性
能がやや不良である。

Ｎｏ、　１２　：固形耐火物中のＳｉＯ２が不足で、Ｚ
ｒＯ２が多過ぎ、るため耐火度が高くなりすぎて裏ビー
ドが出に＜＜、かっビードが不揃いである。

Ｎｏ、　１３　：固形耐火物中のＺｒＯ２が不足で、Ｓ
ｉＯ２が多過ぎるために耐火度が低く、裏ビードが過大
である。

Ｎｏ、　１４　：固形耐火物主成分がＳ　ｉ　０２−Ｚ
ｒＯ２系でＡｌ２Ｏ３が含まれていないためにスラグ剥
離性が不良である。

Ｎｏ、　１５　：固形耐火物中のＡｌ２Ｏ３が多過ぎる
ため、耐火度が高くなりすぎて裏ビードが出にくく、か
つビードが不揃いである。

Ｎｏ、　１６　：固形耐火物中のアルカリ酸化物及び水
分が多過ぎるため、スラグの剥離性が悪く、かつＸ線性
能がやや不良である。

Ｎｏ、　　１７　ニガラス繊維シートが厚過ぎるため、
裏ビードが過大でかつアークが不安定である。

Ｎｏ、　　１８　ニガラス繊維シート中の水分が多過ぎ
るためＸ線性能が不良である。

［発明の効果］ 本発明は以上の様に構成されるが、要は固形耐火物の構
成々分を厳密に規定すると共に、該耐火物の上面に貼装
されるガラス繊維シートの厚さ及び含水率を厳密に規定
することによって、耐気孔性、外観、形状等の優れた極
めて健全な裏ビードを与える溶接用裏当材を提供し得る
ことになった。

【図面の簡単な説明】

第１．２図は本発明に係る溶接用裏当材の基本的な形状
を例示する一部見取り図、第３図は実用面からの工夫を
加えた実施例を示す一部見取り図、第４図は母材裏面へ
の設置例を示す概略横断面図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ＳｉＯ＿２：３０〜６０％（重量％：以下同じ）ＺｒＯ
   ＿２：１５〜５５％ Ａｌ＿２Ｏ＿３：１〜２５％ アルカリ金属酸化物の１種以上：０．１〜３．２％及び 水分０．０１〜０．２５％ を必須成分として含む固形耐火物の上部に、厚さが０．
   ０５〜２．０ｍｍで水分量が１．８％以下であるガラス
   繊維シートを添装してなることを特徴とする片面溶接用
   裏当材。