JP2016209931A - 改良された溶接法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 改良された溶接法を提供する。【解決手段】 本明細書に記載された本発明は一般的に、(a)Ti、Zr、Ca、BaおよびAlからなる群から選択され、それらの金属合金または特定された金属の少なくとも1つを混合する合金を包含する、少なくとも1つの金属窒化物形成剤においてさらに、Alが少なくとも1つの金属窒化物形成剤中に存在しないときLi化合物が代用される金属窒化物形成剤または(b)La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、ScおよびYからなる群から選択される少なくとも1つの希土類金属からなる群から選択され、(a)および(b)の組合せを包含する、0.25〜10部の間の少なくとも1つの有孔性減少剤をフッ化石灰系スラグを含む電極組成物に添加する工程によって、有効に低減されるシールドガス流量に関連して推奨されるよりも長いコンタクト−ワークピース間距離を使用する溶接分野の改良された方法に関する。【選択図】なし

Description

本明細書に記載される本発明は一般的に、シールドガス流量の低減に関連して推奨されるよりも長いコンタクト−ワークピース間距離を使用して溶接するための改良された方法および同方法を達成するための溶接組成物に関する。
推奨される距離と比較して過度のコンタクト−ワークピース間距離(contact−to−work−distance)(「CTWD」)を使用して(例えば、推奨される距離が例えば、1と8分の3インチである時に2.5インチもの値)および過度の電圧(例えば、36ボルトもの値)および(乱流のためにシールドガス量が有効に低下されるという結果になる)推奨されるよりも高いシールドガス量を使用して大断面板を溶接および接合するとき、上記の全てが、T5溶接電極を使用するときに溶接ビードの内部有孔性をもたらす。
何れか一つの理論または作業方式にとらわれることがなければ、この有孔性の原因の少なくとも1つは溶融した溶接パドル中の過度の窒素であると考えられる。
AWS A5.20/A5.20M(2005)
本発明に従って、(a)少なくとも1つの金属窒化物形成剤または(b)少なくとも1つの希土類化合物からなる群から選択される少なくとも1つの有孔性減少剤を電極組成物に添加する工程を含む、フラックス入り被覆電極を使用して推奨されるコンタクト−ワークピース距離の範囲外で製造される溶接ビードの有孔性を低減する方法が提供され、前述の「または」は選言的な意味において使用されならびに(a)および(b)の組合せ、前述の「および」は連言的な意味において使用される。
本発明の一態様において、少なくとも1つの金属窒化物形成剤は、Ti、Zr、Ca、BaおよびAlからなる群から選択され、それらの金属合金または特定された金属の少なくとも1つを混合する合金を包含する。
本発明の別の態様において、少なくとも1つの窒化物形成剤の金属合金が、Al/Zr粉末合金(50/50)およびCa/Si/Ba粉末合金(4〜19%のCa/45〜65%のSi/8〜18%のBa/最大9%のFe/最大1%のAl)を含む。
本発明のさらに別の態様において、希土類金属の添加は窒化特性を改良することにさらに留意されたい。この適用において使用されるとき、しばしばケイ化物または酸化物の形態の希土類金属には、周期表の17の化学元素のセット、具体的には15のランタニド:La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、YbおよびLu;ならびにScおよびYが含まれる。スカンジウムおよびイットリウムは、ランタニドと同じ鉱床に存在する傾向があり同様な化学的性質を示す傾向があるので稀土類元素であると考えられる。それらの名称にもかかわらず、稀土類元素は−放射性プロメチウムを例外として−地殻に比較的豊富である。それらは、本質的に一緒に存在する傾向があり、互いに分離するのが難しい。しかしながら、それらの地球化学的性質のために、稀土類元素は典型的に、経済的に利用できる鉱床中に分散され、時たま希土類鉱物として濃縮されて発見される。
本発明のさらなる態様において、表Iに示されるようにH4拡散性水素レベルを満たすT5フラックス入り被覆電極用の電極組成物が提供される。この適用において使用されるとき、T5という名称を有する電極組成物はCO2シールドガスと共に使用されるが、電極をCO2とArのブレンドと共に使用してスパッタを低減してもよい。この適用において使用されるとき、これらの電極はフッ化石灰系スラグ(CaF2)を有するということにさらに留意されたい。
Figure 2016209931
(a)Ti、Zr、Ca、BaおよびAlからなる群から選択され、それらの金属合金または特定された金属の少なくとも1つを混合する合金を包含する、少なくとも1つの金属窒化物形成剤においてさらに、Alが少なくとも1つの金属窒化物形成剤中に存在しないときLi化合物が代用される金属窒化物形成剤、または(b)La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、ScおよびYからなる群から選択される少なくとも1つの希土類金属からなる群から選択され、(a)および(b)の組合せを包含する、0.25〜10部の間の少なくとも1つの有孔性減少剤をフッ化石灰系スラグを含む電極組成物に添加する工程を含む、mL/100g溶着物で測定された時に拡散性水素が4.0以下であるフラックス入り被覆T5電極から製造された、推奨されるコンタクト−ワークピース距離の範囲外で製造される溶接ビードの有孔性をT5電極を使用して低減する方法が本明細書に記載される。
上記の方法において、Li化合物は、Li2CO3およびLiFからなる群から選択され、好ましくはLiFである。方法において、少なくとも1つの窒化物形成剤の金属合金には、Al/Zr粉末合金およびCa/Si/Ba粉末合金などが含まれる。本発明の一態様において、特許請求の範囲の方法は、セリウムおよびランタンからなる群から選択される少なくとも1つの希土類金属の添加を包含する。
構成において、電極から得られる溶接部の拡散性水素が4.0mL以下/100g溶着物であり、少なくとも1つの有孔性減少剤を含み、フッ化石灰系スラグを形成するフラックス入り被覆電極であって、少なくとも1つの有孔性減少剤が、(a)Ti、Zr、Ca、BaおよびAlからなる群から選択され、それらの金属合金または特定された金属の少なくとも1つを混合する合金を包含する、少なくとも1つの金属窒化物形成剤においてさらに、Alが少なくとも1つの金属窒化物形成剤中に存在しないときLi化合物が代用される金属窒化物形成剤、または(b)La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、ScおよびYからなる群から選択される少なくとも1つの希土類金属からなる群から選択され、(a)および(b)の組合せを包含する。
Li化合物が、Li2CO3およびLiFからなる群から選択され、好ましくはLiFである。少なくとも1つの窒化物形成剤の金属合金には、Al/Zr粉末合金およびCa/Si/Ba粉末合金などが含まれる。少なくとも1つの希土類金属は好ましくは、ランタンおよびセリウムからなる群から選択される。
本発明の別の態様において、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、ScおよびYからなる群から選択される少なくとも1つの希土類金属を含む0.25〜10部の間の少なくとも1つの有孔性減少剤をフッ化石灰系スラグを含む電極組成物に添加する工程を含む、mL/100g溶着物で測定された時に拡散性水素が4.0以下であるフラックス入り被覆T5電極から製造された、推奨されるコンタクト−ワークピース距離の範囲外で製造される溶接ビードの有孔性をT5電極を使用して減少させる方法が記載される。
方法においてフラックス入り被覆電極は、Li2CO3およびLiFからなる群から選択されるLi化合物、好ましくはLiFをさらに含有する。少なくとも1つの希土類金属は好ましくは、セリウムおよびランタンからなる群から選択される。
本発明のさらに別の態様において、電極から得られる溶接部の拡散性水素が4.0mL以下/100g溶着物であり、少なくとも1つの有孔性減少剤を含み、フッ化石灰系スラグを形成するフラックス入り被覆電極が記載され、そこで少なくとも1つの有孔性減少剤が、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、ScおよびYからなる群から選択される少なくとも1つの希土類金属を含有する。
Li化合物は典型的にLi2CO3およびLiFからなる群から選択され、好ましくはLiFであるが、他方、少なくとも1つの希土類金属は、ランタンおよびセリウムからなる群から選択される。
本発明のこれらおよびその他の目的は、図面、詳細な説明および添付した特許請求の範囲を考慮に入れて検討されるとき明らかであろう。
図1は、異なった電極を使用してワンパス溶接からとられる窒素のグラフであり、溶接ビードは端溶接ビードの端から2インチに穿孔され、使用される溶接条件は、CTWD=2.5インチ、ワイヤ送り速度(「WFS」)=300ipm、電圧=36v、移動速度=11.9ipm、アンペア数=約450amps、CO2ガス流量35CFH、およびワイヤ直径3/32インチであった。
本特許出願の出願時に出願人に公知の最良の方式を示す目的のために本発明を実施するための最良の方式がここで説明される。実施例および図は例示のためにすぎずそして本発明を制限することを意図せず、それは特許請求の範囲および趣旨によって判断される。
文脈がはっきりと他に指示しない限り:「および(and)」という語は連言的な意味を示し、「または(or)」という語は選言的な意味を示し、項目が選言的に表現され、その後に、「または両方」または「それらの組合せ」という語が続くとき、連言的な意味および選言的な意味の両方が意図される。
溶融した溶接パドルの有孔性は多くの要因によって生じさせられる場合があり、それらの少なくとも1つには、過度の窒素の存在が含まれる。窒素レベルを低減させる一つの方法は、溶融状態で窒素を組み合わせることである。これは、少なくとも1つの金属窒化物形成剤の添加、例えば、金属Ti、Zr、Ca、BaおよびAl、ならびにそれらの金属合金または特定された金属の少なくとも1つを混合する合金の添加によってまたは少なくとも1つの希土類鉱物の添加、または両方の添加によって行なわれる。窒化物形成剤は、溶液中の有効窒素と結合し、スラグ中に流れ出る。溶接が終わった後に固溶体中に若干の窒化物が存在している場合がある。本発明の組成物を使用することによって、溶接金属の窒素の量は、標準Lincoln Electric Company UltraCore(登録商標)75Cフラックス入り電極製品と比較した時に25〜55%低減することができた。電極中にAlが存在しないとき、炭酸リチウム(Li2CO3)およびフッ化リチウム(LiF)を代用することができるが、Li2CO3は水を吸収し、溶接金属の水素含有量を増加させる傾向があり、このため、それは好ましくないことに留意されたい。
LiFの添加は、溶接アークのボールトランスファーのサイズに影響を与えるように思われ、或る場合には、ボールをより球状にし、アークプラズマに対して付加的なシールドを与えるが、それは有孔性を低下させるという結果をさらにもたらす場合がある。
Lincoln Electricの UltraCore(登録商標)75Cは、H4拡散性水素レベルを達成する下向きおよび横向きの高溶着用に設計されたT5溶接電極である。それは典型的に、高級なアーク性能およびビード外観のためにシールドガスとして100%のCO2を使用する溶接のために使用される。40〜55の間のCFHの流量が推奨される。
この適用において使用されるとき、T5溶接電極は、表IIに示されるようにH4拡散性水素レベルを満たすT5フラックス入り被覆電極を包含する。この適用において使用されるとき、T5という名称を有する電極組成物は、CO2シールドガスと共に使用されるが、電極をCO2とArのブレンドと共に使用してスパッタを低減してもよい。この適用において使用されるとき、これらの電極はフッ化石灰系スラグ(CaF2)を有するということにもさらに留意されたい。
さらに、この適用において使用されるとき、形成される石灰系スラグまたはCaF2は好ましくは、スラグ系の約80%を占める。
この適用において使用されるとき、用語「約」は、特記される場合を除き、表記値の10%の範囲内である。
Lincoln Electric UltraCore(登録商標)75C溶接電極は典型的に、インチおよび括弧内のmm単位の両方で記載される以下のワイヤ直径で販売されている:1/16インチ(1.6)、5/64インチ(2.0)および3/32インチ(2.4)。(非特許文献1)によって必要とされる機械的性質が以下の表IIに示される。
Figure 2016209931
AWS A5.20/A5.20M(2005)によって必要とされる溶着組成物が表IIIに示される。
Figure 2016209931
下向きおよび横向き溶接姿勢のための典型的な作業手順は、以下の表IVの通りである。
Figure 2016209931
一組の比較例が実施され(表Vを参照)、図1に示されるように減少した有孔性を示すために部分組が試験された。
Figure 2016209931
上の表において、(S)は、Lincoln Electric Companyによって販売される標準T5溶接電極を表わし、少なくとも実施例(1)〜(4)は有孔性の減少を示す。実施例(7)〜(13)は、有孔性の減少を同様に示すことが予想される。実施例(5)および(6)は、標準T5フラックス入り被覆溶接電極に等しい機能を果たした。図1に示されるように、表IVに示される推奨される仕様外で溶接するとき、有孔性は不合格であった。
図1において、試料1〜4は、標準T5電極(S)よりも良く機能し、同様に比較試験組成物5〜6よりも良かった、それらの組成物は表IVに記載され、今までの最良の組成物は標準T5電極(S)と比較した時に溶接金属中の窒素の52%の減少を示す。試料7〜13は、標準電極(S)よりも良く機能することが予想される。
金属窒化物形成剤を含有することによって、例えば、Ti、Zr、Ca、BaおよびAlの少なくとも1つの金属、それらの金属合金または特定された金属の少なくとも1つを混合する合金を含む、を標準組成物 UltraCore(登録商標)75Cフラックス入り電極中に添加することによって、標準 UltraCore(登録商標)75Cフラックス入り電極製品と比較した時に、少なくとも部分的には窒素に起因する有孔性の約25〜55%の減少をもたらした。UltraCore(登録商標)75Cフラックス入り電極は表VIの説明文に示される有孔性試験に合格しないことに留意されたい。電極中にAlが存在しないとき、炭酸リチウム(Li2CO3)およびフッ化リチウム(LiF)を代用することができる。さらなる一連の実験結果を表VIに示す。
Figure 2016209931
さらなる一連の実験を表VIIに記載し、希土類ケイ化物および酸化物を含む希土類金属の含有物を示す。
Figure 2016209931
Figure 2016209931
希土類ケイ化物の特定の一つの分析において、表IXに示すように以下の組成が実験的に定量された。
Figure 2016209931
少なくとも1つの希土類ケイ化物および/または少なくとも1つの希土類酸化物、好ましくはそれらの組合せを含有することによって、表VIIに示されるように最終溶接生成物の特性が改良されると考えられる。
その時に出願人に公知である最良の方式を示す目的で本発明を実施するための最良の方式が説明された。実施例は例示のためにすぎず、そして本発明を制限することを意図せず、それは特許請求の範囲の範囲および趣旨によって判断される。本発明は、好ましいおよび別の実施形態を参照して説明された。明らかに、本明細書を読んで理解する時に改良形態および変更形態は思い浮かぶであろう。全てのこのような改良形態および変更形態が添付した特許請求の範囲の範囲またはその等価物の範囲内にある限りにおいて、それらを包含することが意図される。

Claims (19)

  1. mL/100g溶着物で測定された時に拡散性水素が4.0以下であるフラックス入り被覆T5電極から製造された溶接ビードの有孔性を前記T5電極を使用して減少させる方法において、
    (a)Ti、Zr、Ca、BaおよびAlからなる群から選択され、それらの金属合金または特定された金属の少なくとも1つを混合する合金を包含する、少なくとも1つの金属窒化物形成剤においてさらに、Alが前記少なくとも1つの金属窒化物形成剤中に存在しないときLi化合物が代用される金属窒化物形成剤、または
    (b)La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、ScおよびYからなる群から選択される少なくとも1つの希土類金属
    からなる群から選択され、(a)および(b)の組合せを包含する、0.25〜10部の間の少なくとも1つの有孔性減少剤をフッ化石灰系スラグを含む電極組成物に添加する工程を含むことを特徴とする方法。
  2. 請求項1に記載の方法において、前記Li化合物がLi2CO3およびLiFからなる群から選択されることを特徴とする方法。
  3. 請求項2に記載の方法において、前記Li化合物がLiFであることを特徴とする方法。
  4. 請求項1に記載の方法において、前記少なくとも1つの窒化物形成剤の前記金属合金がAl/Zr粉末合金およびCa/Si/Ba粉末合金を含むことを特徴とする方法。
  5. 請求項1に記載の方法において、前記少なくとも1つの希土類金属が、セリウムおよびランタンからなる群から選択されることを特徴とする方法。
  6. 請求項1に記載の方法において、前記フラックス入り被覆T5電極が、
    Figure 2016209931
    を含むことを特徴とする方法。
  7. 電極から得られる溶接部の拡散性水素が4.0mL以下/100g溶着物であり、少なくとも1つの有孔性減少剤を含み、フッ化石灰系スラグを形成するフラックス入り被覆電極において、前記少なくとも1つの有孔性減少剤が、
    (a)Ti、Zr、Ca、BaおよびAlからなる群から選択され、それらの金属合金または特定された金属の少なくとも1つを混合する合金を包含する、少なくとも1つの金属窒化物形成剤においてさらに、Alが前記少なくとも1つの金属窒化物形成剤中に存在しないときLi化合物が代用される金属窒化物形成剤、または
    (b)La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、ScおよびYからなる群から選択される少なくとも1つの希土類金属
    からなる群から選択され、(a)および(b)の組合せを包含することを特徴とするフラックス入り被覆電極。
  8. 請求項7に記載のフラックス入り被覆電極において、前記Li化合物が、Li2CO3およびLiFからなる群から選択されるとを特徴とするフラックス入り被覆電極。
  9. 請求項8に記載のフラックス入り被覆電極において、前記Li化合物がLiFであることを特徴とするフラックス入り被覆電極。
  10. 請求項7に記載のフラックス入り被覆電極において、前記少なくとも1つの窒化物形成剤の前記金属合金がAl/Zr粉末合金およびCa/Si/Ba粉末合金を含むことを特徴とするフラックス入り被覆電極。
  11. 請求項7に記載のフラックス入り被覆電極において、前記少なくとも1つの希土類金属が、ランタンおよびセリウムからなる群から選択されることを特徴とするフラックス入り被覆電極。
  12. mL/100g溶着物で測定された時に拡散性水素が4.0以下であるフラックス入り被覆T5電極から製造された溶接ビードの有孔性を前記T5電極を使用して減少させる方法において、
    La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、ScおよびYからなる群から選択される少なくとも1つの希土類金属を含む0.25〜10部の間の少なくとも1つの有孔性減少剤をフッ化石灰系スラグを含む電極組成物に添加する工程を含むことを特徴とする方法。
  13. 請求項12に記載の方法において、前記フラックス入り被覆電極が、Li2CO3およびLiFからなる群から選択されるLi化合物をさらに含むことを特徴とする方法。
  14. 請求項13に記載の方法において、前記Li化合物がLiFであることを特徴とする方法。
  15. 請求項13に記載の方法において、前記少なくとも1つの希土類金属が、セリウムおよびランタンからなる群から選択されることを特徴とする方法。
  16. 電極から得られる溶接部の拡散性水素が4.0mL以下/100g溶着物であり、少なくとも1つの有孔性減少剤を含み、フッ化石灰系スラグを形成するフラックス入り被覆電極において、前記少なくとも1つの有孔性減少剤がLa、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、ScおよびYからなる群から選択される少なくとも1つの希土類金属を含むことを特徴とする、フラックス入り被覆電極。
  17. 請求項16に記載のフラックス入り被覆電極において、Li2CO3およびLiFからなる群から選択されるLi化合物をさらに含むことを特徴とする、フラックス入り被覆電極。
  18. 請求項17に記載のフラックス入り被覆電極において、前記Li化合物がLiFであることを特徴とする、フラックス入り被覆電極。
  19. 請求項17に記載のフラックス入り被覆電極において、前記少なくとも1つの希土類金属が、ランタンおよびセリウムからなる群から選択されることを特徴とする、フラックス入り被覆電極。
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