JPS6225479B1 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、アーク溶接技術に関するものであつ
て、特に、空気中でのアーク溶接に用いる改良さ
れた電極に関する。 本発明は、特に、管の内側にフラツクス材料の
ある裸管状電極を使用して、空気中でアーク溶接
をするのに適用される電極に関する。 アーク溶接技術においては、棒状または管状に
成形された溶接金属の電極を電源に接続してエネ
ルギー活性化し、そしてこの電極と加工片との間
に電弧（アーク）を発生させる。そしてこのアー
ク熱により、電極ならびに電極からの溶融金属が
沈着する加工片の部分を溶融させる。一般的にい
つて、多孔性を示さず、満足すべき降伏特性、引
張り特性および伸び特性ならびに高い衝撃強さを
有する溶接金属を沈着させることが好ましい。電
極によつて作られる溶接金属の組成は、この溶接
金属が上記特性を有するように注意して調整しな
ければならない。 溶接金属の多孔性は、種々の原因によつて生ず
る。 この溶接金属の多孔性に影響を与える原因の１
つは、加工片金属中に存在する炭素によつて、酸
化鉄が鉄に還元されることであり、このことによ
つて、溶融した溶接金属中に一酸化炭素および／
または二酸化炭素ガスが発生し、そしてこの溶接
金属が凝固する際にその中に取り込まれることに
なる。酸化鉄生成の主な根源は、空気中の酸素と
溶接金属ビードの溶融表面および電極がアーク中
を移動している際に生ずる溶融電極の小滴との反
応による。 従つて、電極組成中に脱酸素剤、ないしは還元
剤として公知の成分を配合することが知られてい
る。この脱酸素剤、ないしは還元剤は酸素に対す
る親和力が大であるため、溶融した溶接金属に先
だつて酸化され、そのため酸化鉄の生成を妨げる
こととなる。例えばアルミニウム、チタンおよび
珪素のような多くの材料が挙げられるけれども、
還元剤として有効なものは少なく、これらの還元
剤は溶接金属と合金化する傾向があり、そしてこ
の種の還元剤の過剰量が存在すると、砕けやすさ
のような好ましくない物理的特性、すなわち低い
衝撃強さを与える傾向を示す。マグネシウムおよ
びカルシウムもまた還元剤として良好な材料であ
るが、しかしながら、この種の還元剤は低いあわ
だち温度を持つており、この低いあわだち温度は
有効ではなく、またカルシウムは湿潤空気中では
非常に不安定である。 溶接金属の多孔性に影響を与える上記以外の主
要な原因は、溶接プール中に大気中の窒素が入り
込み、そしてこの窒素が溶融した溶接金属中に溶
解することである。溶解した窒素ガスは溶融溶接
金属が冷却する時に、この溶融物から出ようとす
る。金属が冷却すると、上記溶解ガスの脱出する
あわを囲んで凝固することとなり、このために、
溶接金属が多孔質となる。この現象は“窒素あわ
だち”として表現されている。この窒素あわだち
はアルミニウム、チタンおよび／またはジルコニ
ウムのような還元剤を電極組成物に過剰量配合し
て（脱酸素のために必要な量よりも、より多くの
量の還元剤を配合して）抑制することができると
いうことは従来から知られている。これらの過剰
の還元剤は、窒素と反応して安定な窒化物を生成
し、これが溶接金属内に含有物として取り込まれ
ることになる。過剰量の窒化物の存在は、溶接金
属が低い衝撃特性を有することになるので好まし
くない。未反応の、過剰量のアルミニウムもまた
溶接金属に入り込み、この過剰量のアルミニウム
の存在（一般に約１％の過剰アルミニウムで）
も、前述した溶接金属の冶金的性質に悪影響を与
える。 上記問題点を考慮すると、必要なことは、窒素
ガスをアークプラズマおよび溶接場所に入り込ま
せないようにし、こうして窒素ガスがすでに入り
込んだ後からこのガスを追い出すことを試みるよ
りはむしろ、窒素ガスが溶接金属に入るのを防ぐ
方法であるという結論が導き出される。従つて、
Landis等による米国特許第2909648号明細書（特
許日1969年10月20日、本出願人に譲渡されたも
の）には、スチール電極の表面に金属被覆を使用
することが記載されている。この金属被覆は、ア
ーク熱により気化して、アーク周囲に金属蒸気か
らなる遮蔽物を形成し、これによつて溶接プール
付近から空気（および空気中の窒素）が排除され
ることになる。その後の研究の結果、リチウム金
属は最良の遮蔽金属の１つであることを見い出
し、これに伴なつて米国特許第3691340号明細書
には、空気を溶接アークから排除することによつ
て、この溶接アークを保護するために、アーク遮
蔽材料としてリチウム金属を使用することが記載
されている。このリチウムは、溶接金属の小滴が
アーク内から溶接プール中へ移動する時に、この
溶接金属の小滴の周りにリチウム溶接蒸気からな
る遮蔽物を形成するものであると考えられてい
る。このような機構とは無関係に、溶接アーク中
に元素状のリチウムを導入することにより、溶接
金属の冶金的性質に悪影響を与えることなしに、
窒素あわだちを防止することができることが知ら
れている。リチウムはスチールの溶融点より低い
温度で沸騰するものであり、従つてリチウムは沸
騰除去されて、溶接金属中に残存しないようにな
る。 さらに、上記米国特許第3691340号明細書に
は、電極に金属リチウムを適用することに関する
製造手段の他の問題点も解決されている。被覆操
作中に、電極を清掃し、そして空気を遮断する必
要があるが、これ以外にリチウムと共に結合剤お
よび変性剤を使用することが必要である。 米国特許第3488469号明細書には、アルミニウ
ム還元剤および合金化剤の外に炭酸リチウムを含
む管状電極が記載されている。充分な量の炭酸リ
チウムをアーク内へ供給すると、窒化物生成材料
（例えばアルミニウム）を溶接金属の衝撃強度に
良くない影響を与えるような量で供給しなくても
窒素あわだちを抑制することができ、かつ非多孔
性で良好な衝撃強さを持つ溶接金属が得られる。 しかしながら、この炭酸リチウムは、非多孔性
の溶接金属を得るのに必要な程度まで窒素あわだ
ちを抑制するためには、比較的多量を必要とする
という欠点を有している。 更に上記Bussによる米国特許第3488469号で使
用する炭酸リチウムは、爆発的に分解して二酸化
炭素ガスを発生し、そして実質的に非多孔性で、
かつ満足すべき冶金的性質を持つ溶接金属を得る
に必要な程度に窒素あわだちを抑制するのに充分
な量の炭酸リチウムを使用すると、溶融溶接金属
の飛散現象（Spatter）を示す。この飛散現象
は、溶接操作を妨げることとなり、見苦しく目ざ
わりであり、そして溶接操作終了後清掃する必要
がある。又、この多量の炭酸ガスの放出は溶接ア
ークを分裂させる傾向を示す。 上記Bussの特許では、炭酸リチウムが如何な
る作用をするのか正確に述べることができない旨
の記載がなされているけれども、炭酸リチウムの
すぐれた溶接作用により、および炭酸リチウムの
分解温度（1310℃）とスチールの溶融点とが近接
していることにより、溶接金属を空気および空気
中の窒素から遮蔽することとなると考えられる。 最終的に特許になつた特許出願に続いて行われ
た研究により該特許に記載された組成物がアーク
の熱で炭酸リチウムを元素状のリチウムに還元す
るのに充分な量のアルミニウムを含有しており、
Bussによつて得られた満足な結果は元素状リチ
ウムの存在によるものであることがわかつた。 従つて、この理論を試験し、他のリチウム化合
物が溶接アーク内で元素状のリチウム源として使
用できるか否かを確かめる研究が行われた。この
研究の結果がJ.Parksによる米国特許第3742185号
明細書に記載されている。このParksによる特許
明細書には、リチウム化合物、好ましくは、珪酸
２リチウム、弗化リチウムまたは珪酸リチウム
を、電極内で還元剤と組み合せて使用することに
ついて記載されていて、この還元剤は、溶接アー
ク熱で上記リチウム化合物を元素状のリチウムに
還元させる働きをするものである。珪酸リチウム
は、マグネシウム、アルミニウムまたは珪素によ
つて還元されうるものであるけれども、弗化リチ
ウム（これは好ましいリチウム化合物である）に
対しては、還元剤としてカルシウムを必要とす
る。カルシウムは、空気中の湿分と反応しやす
く、従つて上記Parksの特許明細書によれば、ア
ルミニウムおよびマグネシウムとの気中安定性で
かつ貯蔵安定性のある金属間化合物または合金の
形で使用される。この種の還元剤の使用は、弗化
リチウムを必要量の元素状リチウムに還元させる
ものであるが、このようなカルシウム含有還元剤
をその製造工程の間、安全に貯蔵でき、かつ安全
に取り扱うことができるようにするために、これ
らの化合物を非常に正確な量比で配合しなければ
ならないということがわかつた。このカルシウム
含有還元剤を非常に正確に製造しなければならな
いという理由は、元素状のカルシウムが空気およ
び湿分に対して非常に反応性のの高いものである
ために、規定配合比をほんの少しでもはなれて製
造すると、その結果得られたカルシウム含有還元
剤は、貯蔵および取り扱いが困難であり、また、
危険でさえあり、更には、貯蔵中に電極を劣化せ
しめることになるからである。この元素状のカル
シウム還元剤は実際上非常に不利なものであり、
すなわち正確な製造処方に従つて有用化合物を製
造しなければならない欠点があり、そしてこの不
利な点は、元素状のカルシウム含有還元剤の使用
を必要とすることなしに、溶接アーク熱で、元素
状リチウムに還元することができる非吸湿性のリ
チウム化合物が必要であるということを意味す
る。 製造および貯蔵のために空気中で安定であり、
またアークを分裂させるような量で炭酸ガスのよ
うなガス成分に分解することなく、溶接アーク内
で元素状のリチウムに還元されうるリチウム含有
材料を開発するために、次のことが考えられた。
すなわちリチウムは強塩基性であるので、このリ
チウム化合物は酸性または両性の金属化合物と容
易に結合し、化合物ないし鉱物様の錯塩を形成す
るであろうと考えられた。これらの化合物ないし
錯塩は、カルシウム還元剤を必要としないで、ま
た、アークを分裂させるような分解ガスを発生し
ないで、溶接アーク内で元素状のリチウムに還元
されることのできるものであり、さらには、充分
安定なものであり、しかも、溶接用電極での使用
に妨げとなるような吸湿性のものでもない。 この分野で行われた研究は、窒素あわだちを抑
制する働きを示す元素状リチウムの傾向は、他の
アルカリ金属と同様なリチウムの幾つかの性質に
よるものであつて、上記Parksの米国特許明細書
に示唆されているように、リチウムが窒素よりも
軽く、そのために溶接アークの熱中心部から窒素
を移動させる傾向があるという事実によるもので
はないということを示している。 本発明は、新規な改良された溶接用電極に関す
るものである。すなわち本発明は、リチウム化合
物またはリチウム金属の鉱物タイプの錯塩を、元
素状のカリシウム還元剤、または他の吸湿性また
は高反応性還元剤を使用しないで、溶接用アーク
内で元素状のリチウム金属に還元せしめることか
らなる新規な改良された溶接用電極に関する。こ
のようなリチウム化合物または錯塩は、本明細書
および特許請求の範囲で“組成物
（Composite）”と称する。この“組成物”なる語
は、リチウムの鉄酸塩、珪酸塩、マンガン酸塩、
アルミン酸塩などの化合物、準化合物、鉱物タイ
プ錯塩を含むものとして理解すべきである。以下
これらについてより詳細に記載する。これらの組
成物のいくつかは、真の化学的化合物であり、ま
た、これら組成物のいくつかは、各成分化合物の
分子間の単なる錯物タイプの結合によつて存在し
ているものである。本発明を理解または実施する
ために、例えば、リチウムの鉄酸塩が真正の化学
的化合物LiFeO₂およびLi₂Fe₅O₈として存在する
か（このことはＸ線回析分析によつて確認でき
る）、または一定割合の酸化リチウムと酸化鉄と
の鉱物タイプの錯塩Li₂O・FeOxとして存在する
かということを知ることは問題とはならない。
（この組成物中の酸素含有量は、この組成物の物
理化学的性質に影響を与えないで、広範囲にわた
つて変えることができる）。 本発明によれば、溶接用アーク内でアルミニウ
ム、マグネシウムまたは他の還元剤によつて元素
状のリチウムに還元されるリチウム組成物が提供
される。この元素状のリチウムは、窒素あわだち
を抑制する作用を奏するものであり、その結果、
良好な衝撃強さを持ち、非多孔性の溶接金属が得
られる。 リチウム化合物と結合して、適当なリチウム組
成物を形成することのわかつた酸性または両性金
属化合物は酸化鉄、酸化マンガン、酸化珪素、酸
化アルミニウム、酸化ニツケル、酸化チタンおよ
び酸化コバルトである。酸化ニツケルおよび酸化
コバルトは高価であるために、単に経済上の見地
からのみいえば実際上好ましくない。酸化アルミ
ニウムはリチウムの酸化物とリチウム組成物を製
造することができて有用なものであるけれども、
他の金属酸化物を用いたリチウム組成物よりもア
ーク内で元素状のリチウムに還元するのが困難で
ある。 本発明によれば、酸化鉄、酸化マンガン、酸化
アルミニウム、二酸化珪素、酸化ニツケル、二酸
化チタンおよび酸化コバルトとリチウム化合物と
をそれぞれ結合させた組成物が提供される。 これらの組成物は、対応するリチウム化合物に
比較して吸湿性のない組成物である。これらの組
成物は、選択されたリチウム化合物と選択された
酸性または両性金属化合物とを混合し、この混合
物を単独でかまたは最終電極フラツクス材料の他
の成分と一緒に、リチウムと酸性または両性金属
化合物とを結合させるような温度で加熱し、本発
明のリチウム組成物が製造される。 リチウム化合物と１種以上の酸性または両性金
属化合物とを結合させて、本発明による組成物を
製造することもできる。本発明の組成物はその中
に含有されているリチウム化合物よりも少ない吸
湿性を持つものであるが、その吸湿性の度合、す
なわち空気中の湿分を吸収する傾向を本発明の
種々の組成物間で色々変えることができる。本発
明のいくつかの組成物は湿分吸収に対して非常な
抵抗性があり、これは長期間にわたつて貯蔵でき
るものである。 従つて本発明によれば、防湿材料、すなわち二
酸化珪素、酸化カルシウム、酸化アルミニウムお
よび酸化マグネシウムをリチウム組成物中に配合
する。弗化ナトリウム、弗化リチウム、弗化カル
シウムおよび弗化バリウムもまた、有効な防湿材
料であり、他のアルカリ土類金属の弗化物もまた
防湿材料として作用することができるものと考え
られる。（このアルカリ土類金属はベリリウム、
マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バ
リウムおよびラジウムである。弗化ラジウムは放
射性であつて、当然のことであるが実用上の見地
からいつて適当でない）。これらの防湿材料は、
リチウム組成物の空気中からの湿分の吸収を妨害
する能力を強める。 本発明によるリチウム組成物は、リチウム化合
物（好ましくは炭酸リチウム）と酸化鉄および二
酸化珪素ならびに後に詳述する他の成分を混合す
ることによつて作られる。この混合物を高温、好
ましくは約899℃〜1010℃に加熱して酸化リチウ
ム（好ましくは組成物Li₂O・FeOx）と残存成分
とを含む固溶体の混合物が得られる。 仕上げられたフラツクス材料中に存在する
Li₂OとSiO₂との割合は実際上重要である。なぜ
ならばリチウム対珪素の比があまりにも小さい混
合物では、窒素あわだちを抑制するために必要な
リチウムを供給しようと意図するときに、溶接金
属内へあまりにも多量の珪素が導入されることに
なつてしまう。（この点について、二酸化珪素が
アルミニウムまたは存在するその他の脱酸素剤に
よつて、元素状の珪素に還元されることに注意し
なければならない。）一方、リチウム対珪素の比
があまりにも大であると、フラツクス材料は酸化
リチウムが鉄酸リチウム組成物中に結合されてい
るにもかかわらず、湿分吸収に対して過度に敏感
になつてしまう。 酸化マグネシウムは、通常吸湿性の問題に悩ま
される傾向があるが、アーク内でリチウム組成物
を元素状のリチウムに容易に還元せしめる働きを
するものである。酸化カルシウムは、前記したよ
うに防湿材として使用され、そして一般的にリチ
ウム組成物のリチウムへの還元作用に対して不利
な作用をする。従つてこの２つの化合物（酸化マ
グネシウムと酸化カルシウム）を結合させて、組
成物の好ましい化学的および物理的性質を与える
ことができる。従つて、本発明の具体例において
は、酸化マグネシウムと酸化カルシウム、および
酸化アルミニウムをリチウム酸化物と一緒に使用
して、吸湿性と組成物中のリチウム酸化物の元素
状リチウムへの還元性とを調節することができ
る。 従つて、本発明の主要な目的は、元素状のカル
シウムを含む還元剤または超反応性の還元剤を必
要としないで、溶接アーク内で元素状のリチウム
金属を放出することにより、耐吸湿性であつて高
衝撃強さおよび良好な降伏点、引張りおよび伸び
特性を有する非多孔性の溶接金属を与える溶接用
電極を供給し、それによつて溶接金属内に過剰量
の脱酸素剤を添加することなく溶接金属内の窒素
あわだちを実質的に減少させるかまたは除去する
ことができるようにすることである。 本発明の他の目的は、リチウム組成物を含む電
気溶接用電極を提供することであり、そしてこの
リチウム組成物はアーク内で元素状のリチウム金
属に還元することができ、フラツクス中に元素状
のカルシウムを含む還元剤を存在させる必要がな
く、さらに著しい吸湿性を有しないものである。 本発明の上記以外の目的および利益は、以下の
好ましい具体例の触細な説明で明らかになるであ
ろう。実施例には、本発明のリチウム組成物を含
有するフラツクスを含む中空管状電極が含まれ
る。 本発明のリチウム組成物は、仕上げられたフラ
ツクス材を構成する少なくとも数種の他の成分ま
たはそれらの前駆体と組合わせて製造することが
できる。すなわち、リチウム化合物、酸性または
両性金属化合物および任意の防湿材料を、スラツ
グ剤（溶接操作中に適当なスラツグを形成させる
ための薬剤）、合金化剤（溶接金属に入り込み、
そしてこの溶接金属に好ましい治金特性を与える
ための薬剤）、あるいは前述した前記以外の前駆
体と組合わせて製造することができる。これらの
成分を配合して混合物を作り、次いでこの混合物
を加熱して得られた組成物にさらに他の成分を配
合し、このようにしてフラツクス材料組成物を製
造することができる。例えば前駆体である炭酸カ
ルシウムを混合物に添加し、ついでこの炭酸カル
シウムが防湿材として作用する酸化カルシウムに
なるまで、加熱工程において分解させることもで
きる。 上記成分の内いくつかは、二重の作用をするも
のである。還元剤、またはその還元剤の内の一部
のものはリチウム組成物を還元して、元素状のリ
チウム金属にし、さらに脱酸素剤としても働く。
防湿材料としてのSiO₂またはその一部は元素状
の珪素に還元された溶接金属と合金を作る。一
方、CaOは防湿材料としての作用をするが、スラ
ツグ系に入り込みスラツグ剤の有用な成分とな
る。 “全電極の重量％”または類似の語は、すべて
スチール製外被と他の電極成分との合計重量に対
する重量％である。 次の実施例１は本発明のリチウム鉄酸遠組成物
の製造例を示す。（以下の全実施例において、ミ
ル・スケール（mill scale）は単に“酸化鉄”と
して記載しあるが、この組成物は製断条件によつ
て変動し、不均一なものであるから、表面が酸化
物となつている元素状の鉄粉を含むことが多
い。） 実施例 １ 次の混合物を準備する。 炭酸リチウム（Li₂CO₃） 33.5重量％ ミル・スケール（酸化鉄） 66.5重量％ この混合物を、最高温度1010℃のキルン中で、
このキルン中に１時間存在させながら加熱する。
この結果得られた組成物は次のものを含有してい
る。 酸化リチウム（Li₂O） 15.8重量％ 酸化鉄（Fe₂Ox） 84.2重量％ （ｘの平均値は約1.6〜3.0の範囲内にある）。 この組成物中の酸素含有量は製造条件によつて
変動する。分析された試料中の全酸素含有量は約
30.9重量％〜約37.6重量％の範囲内で変動する。
34.7重量％の酸素含有量では、リチウム鉄酸塩
（LiFeO₂）の組成からなる管状スチール製外被が
生成する。組成物の湿分吸収に対する感度を著し
く変化させることなく、広範囲にわたる酸素含有
量の組成物を得ることができる。 実施例 ２ 次の混合物を準備する。 炭酸リチウム（Li₂CO₃） 25.5重量％ ミル・スケール（酸化鉄） 45.2重量％ 二酸化珪素（SiO₂） 10.4重量％ 炭酸カルシウム（CaCO₃） 18.9重量％ この混合物を最高温度1010℃のキルン中で、こ
のキルン中に１時間存在させながら加熱する。こ
の結果得られた組成物は次のものを含有してい
る。 酸化リチウム（Li₂O） 13.6重量％ 二酸化珪素（SiO₂） 13.6重量％ 酸化カルシウム（CaO） 13.6重量％ 酸化鉄（Fe₂Ox） 59.2重量％ （ｘの平均値は約1.6〜3.0の範囲内にある）。 実施例 ２−Ａ 加熱後に次の好ましい範囲の組成物を製造する
ために、Li₂CO₃、ミル・スケール、SiO₂および
CaCO₃の量を変える。 酸化リチウム（Li₂O） 10〜18重量％ 二酸化珪素（SiO₂） 10〜28重量％ 酸化カルシウム（CaO） ０〜20重量％ 酸化鉄（Fe₂Ox） 残部 （ｘの平均値は約1.6〜3.0の範囲内にある）。 リチウム鉄酸塩のＸ線回析分析の結果は
Li₂O・FeOに対する強い線を示す。しかしなが
ら酸素分析の結果は、この組成物は湿分吸収に対
する感度に悪影響与えることなしに酸素含有量レ
ベルを広範囲に変えることができることを示す。
各成分の線がなくなるが、このことは二酸化珪素
および酸化カルシウムがリチウム鉄酸塩組成物
Li₂O・Fe₂Oxと化学的に結合していることを示
している。 上述したように、酸化鉄以外の酸化物を使用す
ることができる。次の実施例３および実施例４
で、酸化マグネシウムおよび酸化ニツケルがそれ
ぞれ使用されている。二酸化チタンも、二酸化珪
素、酸化アルミニウムおよび酸化コバルトと同様
使用することができる。 実施例 ３ 次の混合物を準備する。 炭酸リチウム（Li₂CO₃） 25.5重量％ ミル・スケール（酸化鉄） 39.6重量％ 二酸化珪素（SiO₂） 10.4重量％ 炭酸カルシウム（CaCO₃） 18.9重量％ マンガン鉱（約40％MnO） 5.6重量％ この混合物を最高温度1010℃のキルン中で、こ
のキルン内に１時間存在させながら加熱する。こ
の結果得られた組成物は次のものを含有してい
る。 酸化リチウム（Li₂O） 13.6重量％ 二酸化珪素（SiO₂） 13.6重量％ 酸化カルシウム（CaO） 13.6重量％ 酸化鉄（Fe₂Ox） 52.0重量％ 酸化マンガン（Mn₂Ox） 7.2重量％ この組成の材料は、防湿成分として二酸化珪素
および酸化カルシウムを含むリチウムのマンガン
酸塩組成物、リチウムの鉄酸塩組成物であり、恐
らく単一の結晶構造のものである。そしてランダ
ムに鉄の代わりにマンガンの置換した組成物であ
る。（上記ｘの平均値は約1.6〜3.0の範囲内にあ
る。） 実施例 ４ 次の混合物を準備する。 炭酸リチウム（Li₂CO₃） 25.5重量％ ミル・スケール（酸化鉄） 34.0重量％ 二酸化珪素（SiO₂） 10.4重量％ 炭酸カルシウム（CaCO₃） 18.9重量％ マンガン鉱 5.6重量％ ニツケル焼結体（NiO＋Ni） 5.6重量％ この混合物を最高温度1010℃のキルン中で、こ
のキルン中に１時間存在せしめながら加熱する。
この結果得られた組成物は次のものを含有してい
る。 酸化リチウム（Li₂O） 13.6重量％ 二酸化珪素（SiO₂） 13.6重量％ 酸化カルシウム（CaO） 13.6重量％ 酸化鉄（Fe₂Ox） 44.8重量％ 酸化マンガン（Mn₂Ox） 7.2重量％ 酸化ニツケル（Ni₂Ox） 7.2重量％ この組成からなる材料は、リチウムの鉄酸塩、
リチウムのニツケル酸塩、リチウムのマンガン酸
塩からなる組成のものであり、防湿成分として二
酸化珪素および酸化カルシウムを含む組成物であ
り、恐らく鉄の代わりにマンガンおよびニツケル
がランダムに置換した単一の結晶構造のものであ
る。（上記ｘの平均値は約1.6〜8.0の範囲内にあ
る。） 管状電極の内部コア内に供給するフラツクス組
成物、または管状電極表面に被覆剤として供給す
るフラツクス組成物は、一般に電極の全重量当り
約20重量％である。すなわち通常は、スチール製
外被は電極重量当り80％よりなり、残部がコアに
充填されたフラツクスまたは被覆されたフラツク
スからなるものである。スチール製外被の組成は
通常、0.05〜0.07％の炭素、約0.50％のマンガ
ン、残部が鉄である。一般的にいつてスチール製
外被は電極の全重量当り約70％〜約90％とするこ
とができる。次の実施例は本発明によるリチウム
の鉄酸塩組成物を含む好ましい電極組成を示す。

【表】 上記の好ましい電極組成を参照すると、アルミ
ニウム、マグネシウムおよび炭素は溶接金属と合
金を作り、溶接金属に好ましい治金特性を与える
のに重要である。式Li₂O・Fe₂Ox、Li₂O・
SiO₂、Li₂O・C₀O、Li₂O・NiO、Li₂O・
Mn₂Ox、Li₂O・Al₂O₃およびLi₂O・TiO₂（式中
のｘは、0.8〜1.5の間を変動する値である）で表
わされるリチウム組成物は、本発明によつて使用
しうるものであり、そしてそれらを単独に、ある
いはそれらを任意に組み合せて、例えば実施例２
のリチウム組成物に代えて使用することができる
ものである。さらに、この種の組成物は、他の成
分と組み合せて妨湿材料をも含有せしめることが
できるものである。実施例２の組成物材料は高度
に酸化されている。各実施例におけるフラツクス
成分以外に、それ以外の成分も使用することがで
きる。すなわちスラツグ容量およびスラツグ凝固
点を調整し、さらにアーク特性を修正するスラツ
ジング剤の通常の手段で使用することができる。
例えば珪弗化カリウムはアークを横切る電圧勾配
を増加せしめつつ、このアークを“冷却”させる
作用をし、そしてこれによつて溶接ゾーン中の作
業量を増大せしめることとなる。 本発明の好ましい具体的例をあげれば、低炭素
スチールからなる中空管電極を、本発明のリチウ
ム組成物を含むフラツクス材料を囲んで形成させ
る。または、中空管電極は本発明にしたがつて、
リチウム組成物を溶接アーク中に導入するのに好
適である。フラツクス材料には、又、高反応性の
還元剤（好ましくはアルミニウム含有の還元剤）
を、さらにはフラツクスの容積を増加させ、その
結果、フラツクス材料が電極管に完全に充填せし
めることができるようにするために、鉄粉を配合
することもできるものである。 窒素が溶接金属中に入ることを実質的に防止す
るのに充分な量の元素状リチウム金属を電極組成
中に導入することができるが、一般に溶接金属中
に残存する窒素の量が、溶接金属の0.03重量％を
越えないところまで窒素あわだちを抑制するのに
充分な量のリチウムを導入することだけで満足す
べき結果が得られるものである。約0.2〜0.7重量
％の還元しうるリチウムを含む電極は、溶接アー
ク内の条件下で、溶接金属中の窒素が0.03％をこ
えない値に維持するのに充分であることがわかつ
た。しかし還元機構が100％有効でないならば、
すなわちリチウム組成物の一部が還元されないな
らば、電極中に使用される合計量を、それに比例
して増加させなければならない。従つて一般に本
発明によれば、約0.2％〜約1.0重量％の還元しう
るリチウムを電極組成物に供給するに充分な量の
リチウム化合物を含有する電極を製造するのが好
ましい。この電極は、一般には0.9％〜10.0重量
％のリチウム組成物を電極組成物中に必要とする
ものである。0.9％以下では溶接金属内の窒素量
を満足に低下させることができず、また10重量％
以上の量ではフラツクス材料中のリチウムの量が
多くなり過ぎて経済的に不利である。 一般に、本発明のリチウム組成物は窒素あわだ
ちを抑制し、そして高衝撃強さおよび良好な引張
り特性ならびに伸び特性を有する非多孔性溶接金
属を与える。 本発明の好ましい電極組成物は、次の割合で配
合した混合物からなるものであり、この混合物は
高反応性の脱酸素剤、リチウム組成物、合金化
剤、鉄粉およびスラツジ剤からなる。勿論他の配
合割合の組成物も使用することができる。 特定基材（重量％） 好ましい範囲 リチウム組成物から得られるリチウム金属^*
0.2〜1.0％ 高反応性脱酸素剤 0.5〜6.0％ 全ハロゲン化物 1.5〜15.0％ 全合金化剤 0.0〜5.0％ 他のスラツジ剤 0.0〜5.0％ スチール製外被 70.0〜90.0％ 鉄 粉 0.0〜15.0％ ＊（リチウム組成物から得られるリチウムは、存
在するリチウム組成物がすべて還元された時の使
用された組成物から引き出される量である。上記
表中のリチウムの％が対応するリチウム酸化物組
成の％で記載されているときには、上記表中の％
はリチウム金属組成物から得られるリチウム金属
の0.2〜1.0％の値よりも約５倍〜10倍大きい値に
なる。リチウム組成物がリチウムの鉄酸塩または
リチウムのマンガン酸塩であるとき、この組成物
の重量％は電極の全重量の約８％〜約９％であ
る。リチウムのチタン酸塩組成物およびリチウム
のアルミン酸塩組成物は、いく分多量存在させな
ければならない。所定の組成物中に存在するリチ
ウムの％が減少するにつれて、必要量のリチウム
を供給するためにはより多量のリチウム組成物を
必要とすることは勿論である）。 還元剤の量は電極総重量の0.5〜6.0％の範囲内
であり、0.5％以下ではフラツクス材料中のリチ
ウム組成物をリチウム金属に還元するのに不充分
であり、6.0％以上使用しても上記還元に過剰と
なつて経済的に不利である。 高反応性の脱酸素剤は、元素の形、合金または
金属間化合物の形のアルミニウム、セリウム、ジ
ルコニウム、マグネシウム、チタン、珪素および
炭素である。 アルミニウム脱酸素剤は非常に好ましいもので
あり、アルミニウム−マグネシウム脱酸素剤も好
ましい。何故ならば溶接金属中の残存アルミニウ
ム（約0.5％であつて1.0％以下の量）は溶接金属
の冶金的性質に悪影響を与えないからであり、ま
た、リチウム組成物の元素状リチウムへの還元に
よつて生成するアルミニウムおよびマグネシウム
の酸化物（または弗化物）がスラツグに入り込
み、スラツグに好ましい性質を与えるからであ
る。スラツグ剤としてのハロゲン化物は金属ハロ
ゲン化物、好ましくはアルカリ金属弗化物、アル
カリ土類金属弗化物および弗化アルミニウムであ
るが、但し上記以外の金属ハロゲン化物を排除す
るものではない。 全合金化剤または鉄粉末としては、溶接工程中
に溶接金属の一部となるものが挙げられる。これ
らの配合剤は溶接金属の物理的性質を調整するた
めに特に添加されるものである。鉄粉もまた中空
ロツド電極のコア充填量を最小にして該電極の形
成を容易にするのに役立つ。 他のスラツグ剤としては酸化物、珪酸塩、炭酸
塩またはそれらの混合物を使用することができ
る。これらの材料の重要な機能はスラツグ組成、
溶融点ぬれ作用およびアーク作用を調整し、また
はスラツグの体積を調整することである。 本発明のリチウム組成物の２種またはそれ以上
と任意の脱酸素剤の２種またはそれ以上とを組み
合せ、さらに他の通常の成分と一緒に配合して所
望の電極を製造することもできる。 本発明によれば、本発明のリチウム組成物が溶
接アーク熱によつてその場で形成されるものでは
なく、あらかじめ製造され、次いで電極材料に添
加されることが重要なことである。すなわち、酸
性または両性金属酸化物と任意の防湿材とをリチ
ウム化合物と高温度で反応させ、こうして製造さ
れた組成物を、次いで電極材料に配合するのであ
る。この組成物の形成によりリチウム化合物の持
つている吸湿性を減ずることができ、電極を不当
な吸湿を生じることなく保存することができる。
防湿材は、比較的小量配合しても電極の吸湿性の
減少にすぐれた効果を示すものである。 本発明によつて得られたリチウム組成物は、こ
の組成物を構成する成分よりも一層貯蔵安定性が
あり、しかも溶接アーク内で元素状のリチウム金
属に還元することができるものである。この組成
物を製造する場合には、各原料の混合物を、組成
物を形成するのに充分に高い温度で（少なくとも
899℃で、好ましくは1010℃で）、組成物を形成す
るのに充分な時間（少なくとも１時間または原料
が溶融するまでの間）加熱する。 Parksの前記米国特許出願明細書には、アーク
熱の中でリチウム化合物を金属リチウムに還元
し、このアーク内で金属リチウムが窒素を追い出
すことができるような装置および方法が記載され
ている。吸湿性の問題を回避するために、Parks
はより安定な非吸湿性のリチウム化合物を使用し
ているがこのリチウム化合物は、その吸湿性を減
ずるように処理しなければならないカルシウムの
ようなより活性のある還元剤を必要とするもので
ある。 基本的に本発明は、不安定で吸湿性のあるリチ
ウム化合物の吸湿性を、本発明によるリチウム組
成物を形成することによつて実質的に減少させ、
次いでアーク熱でこのリチウム組成物をリチウム
金属に還元させるのに充分な活性のある還元剤を
使用して、上記不安定な吸湿性リチウム化合物を
処理したものである。 以上、本明細書を読み理解すれば、当業者なら
ば本発明の多数の変形および変更の考えられるこ
とは明らかである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 管状スチール製外被とフラツクス材料とから
   なるアーク溶接用電極において、前記フラツクス
   材料が本質的成分として (a) リチウムを酸化リチウムの形で含有してい
   て、リチウム化合物と酸性または両性の鉄、マ
   ンガン、珪素、アルミニウム、ニツケル、チタ
   ンおよびコバルトの酸化物から選ばれた１種以
   上の金属酸化物との反応生成物であるリチウム
   組成物、および (b) 前記(a)のリチウム組成物を溶接アーク内で元
   素状のリチウム金属に還元することのできる、
   アルミニウム、マグネシウム、セリウム、ジル
   コニウム、珪素、チタン、炭素およびこれらの
   合金または金属間化合物から選ばれた１種以上
   の還元剤を含有し、成分(a)の割合は電極総重量
   の0.9〜10％で、溶接金属内に保持される窒素
   量を溶接金属の0.03％以下に制限する量であ
   り、成分(b)の割合は電極総重量の0.5〜6.0％
   で、前記成分(a)の全てを還元するのに必要な少
   なくとも化学量論的量であることを特徴とする
   アーク溶接用電極。