JPH0129632B2

JPH0129632B2 -

Info

Publication number: JPH0129632B2
Application number: JP56127664A
Authority: JP
Inventors: Hadoson Meshitsuku Jatsuku; Edowaado Shuumeikaa Ruisu; Furankurin Furiiman Richaado
Original assignee: Huntington Alloys Corp
Current assignee: Huntington Alloys Corp
Priority date: 1980-08-15
Filing date: 1981-08-14
Publication date: 1989-06-13
Also published as: DE3169047D1; EP0046368A1; US4355224A; JPS5758995A; CA1157324A; EP0046368B1; ATE11884T1

Description

【発明の詳細な説明】

技術分野本発明は溶接技術一般に関するものであり、特
にニツケル基合金の溶接に適した被覆溶接電極乃
至被覆アーク溶接棒に関するものである。背景技術ニツケル基合金は構造材として永く多量に使用
されており、特に原子炉、ジエツトエンジン等に
ついて見られる様な高温環境において使用された
時に特に有効であることが知られている。これら
のニツケル合金は、すぐれた高温強さ特性と、高
温時に受ける変動応力と衝撃に対する高い抵抗力
とを示す。更に、多くのニツケル基合金は、種々
の熱ガスおよび腐食性液に伴う腐食作用に対して
高度に抵抗性である。更に詳細に述べれば、本出願人は、INCONEL
合金617と呼ばれる特許された固溶体ニツケル−
クロム−コバルト−モリブデン−アルミニウム合
金を生産している。（INCONELは、米国ウエス
トバージニア州、ハンテイングトン、ハンテイン
グトン合金インコーポレーテツドの商標である）。
米国特許第3859060号参照。この合金は高温強さ
特性と耐酸化性のすぐれた組合せを示す。また
INCONEL合金617は種々の腐食環境に対するす
ぐれた抵抗力を有し、また通常技術によつて容易
に形成され溶接される。この合金は（他の合金と同様に）最終的に何物
かに接合されるのであるから、この合金そのもの
を心線として使用したアーク溶接棒を開発するこ
とを試みた。従つて、われわれはアーク溶接棒の
心線としてまず標準生産INCONEL合金617を使
用した。この様にして、アーク溶接棒のためにの
み別の新規な電極を導入し製造する問題が除去さ
れることになつた。われわれの目標は、溶接される合金製品のもの
と同一の引張り応力、破断特性および酸化特性を
示す溶着物を生じるアーク溶接棒を開発するにあ
つた。またこのアーク溶接棒がすぐれた操作性を
示し健全な溶接物を生じることが期待された。最初は、この種のアーク溶接棒は製造できるも
のと考えられたが、開発作業が進むに従つて、こ
のアーク溶接棒を不適当な所に使用した場合、ア
ーク溶接棒の形で使用される合金組成の正確な複
製では無欠点の溶接物を製造できないことが発見
された。実際に、得られた溶着物を精密に検査す
ると、望ましくない微小亀裂（microfissuring）
が確認された。この問題がしばしば生じるので、
無欠点溶接物を製造することのできるアーク溶接
棒が開発されなければならなかつた。本発明の要約二種の少し相違したフラツクス配合を有する被
覆アーク溶接棒が提供され、このフラツクス被覆
の組成は心線の径の関数である。即ち、心線の径
に応じてフラツクスの処方は合金617を溶接する
ために変更されるのである。先に述べた様に、心線はニツケル−クロム−コ
バルト−モリブデン−アルミニウム合金である。
フラツクス組成物は心線の組成と類似であるが、
同一ではない。フラツクスの中に含有される二元
素、マンガンとニオブの百分比は心線の径を反映
する様に調整される。より小径の溶接棒は微小亀
裂の衰弱効果と戦うため、対応の高い百分比のマ
ンガンとニオブを含有するであろう。本発明を実施するための好ましい実施態様広く言つて、本発明は、ニツケル基合金の心線
と、これと共に制御量のニオブおよびマンガンを
含有する特殊のフラツクス被覆とを有するフラツ
クス被覆溶接棒を提供しようとするものである。
本発明の重要な特色は、すぐれたアーク行動特
性、スラツギング特性および高温割れ抵抗を有す
るアーク溶接棒を製造するため、心線中のアルミ
ニウムの特殊制御量と共に、被覆溶接棒が他の成
分と特殊のバランスに制御された量のニオブとマ
ンガンとを含有するにある。一般に、ニオブとマ
ンガンは、一部はフラツクス中に、一部は心線中
に存在する。ニオブの一部をタンタルをもつて代
用することができる。実際上、ニオブの多くの市
販源は通常タンタルを含有している。ニツケル基合金溶接ワイヤ（INCONEL合金
617）の公称化学組成を下表１に示す。

【表】前記の諸要件に合致したアーク溶接棒の製造が
可能であることが発見された。開発された第１溶
着物組成は、5/32″（0.41cm）および3/16″（0.48
cm）径アーク溶接棒について表２に示された組成
である。しかし、そののち、この組成は不適当な
場合に使用されると無欠陥溶接物を製造しえない
ことが発見された。ここで「不適当な場合」又は
「不適当な位置」（out of position）とは、次の
ような状況を指すものである。即ち、溶接棒は通
常、下向きにされ、ときには横向きにされる。し
かし、溶接棒端が非常に高い（頭上にまで）場合
は溶着物は流れず、また正しく固着しないような
場合があり、このような場合を指す。この事態を
解決するため、小径溶接棒（3/32″〔0.23cm〕と
１／８″〔0.32cm〕、通常、不適当な位置において使
用されうるサイズ）の溶着物に対して、フラツク
ス被覆を介して、ニオブと、より高水準のマンガ
ンとを添加し、これらの元素のより多くを溶着物
に導入した。故に、２種の、少し相違したフラツ
クス配合を製造することが必要であつた。その一
方は、大径アーク溶接棒用の配合であり、その他
方は、小径用の、より高いマンガンとニオブ含有
量を有する配合であつた。以前の合金617の溶接
物は欠陥で満たされていた。このような問題を予
め避けるために、小径の溶接棒にはマンガンとニ
オブを更に加えてこれらの元素を溶接物に導入す
るようにする。表２には４サイズのアーク溶接棒の溶着物の化
学分析を示したのであるが、この表から明かな様
に大サイズと小サイズの差はマンガンとニオブの
水準にある。ニオブがフエロニオブの形で添加さ
れているので、鉄分も相違している。その他の点
では、溶着物の組成は全く類似である。

【表】乾燥焼成後に持続性の硬質被覆を生じるため、
フラツクス組成についてケイ酸塩型結合剤を使用
した。このケイ酸塩型結合剤は、ケイ酸ナトリウ
ムと／またはケイ酸カリウムの溶液とすることが
できる。好ましい結合剤配合を下表３に示す。

【表】乾燥成分と結合剤からフラツクス被覆を製造す
る際に、心線上の押出しに適した軟度
（consistency）を得るのに必要な追加水分と共
に、結合剤を乾燥成分混合物に添加する。フラツ
クス被覆は任意の方法で、例えば押出し法によつ
て、心線に対して塗装し、次に適当な乾燥およ
び／または焼付けによつて心線の表面上で乾燥さ
せることができる。その結果、正規の操作条件で
の破損が比較的少い、高機械強度の固着被覆がえ
られる。フラツクス／結合剤混合物の満足な乾燥
処理または焼付け処理は、温度を徐々に約600〓
（316℃）まで上昇させる段階と、この温度に約２
時間保持する段階とを含む。フラツクス被覆の配合を下表４に示す。

【表】

【表】２配合の溶接物の縦方向全溶接試料から得られ
た引張りテスト結果を第５表に示す。２配合の溶
接物の特性にほとんど差のないことが理解されよ
う。尚、以下の表５、６、７、８にあげるデータ
はいずれも表１の組成を有する心線と表４の組成
を有するフラツクス被覆を含む溶接棒によつてえ
られたものである。

【表】

【表】２配合から得られた応力破断テストの結果を表
６に表示する。前記の場合の様に、２配合間の首
尾一貫した相違点は見られない。溶接棒を破断す
るための応力は1600〓を除くすべての温度におい
て基金属より少し低いことが見られる。しかし、
これらの相違は小である。この溶接棒の破断強さ
は大ていの用途について十分であると考えられ
る。このデータから計算された連結効率を表７に
示した。

【表】

【表】溶接棒の溶着物の安定性が表８に示されてい
る。溶接材料は延性と衝撃強さの損失を示してい
るのであるが、この損失は溶接物を使用不能とす
るほどではないことが見られる。

【表】

【表】 INCONEL合金617は、そのすぐれた耐酸化性
をその組成中の約１％アルミニウムから得てい
る。しかし、シールドアーク溶接中にアークを通
して転送されるこのアルミニウム分は極めて少
い。故にこの溶接棒の溶着物は原則として0.25％
以下のアルミニウムを含有している。この理由か
ら、溶着物の耐酸化性は溶接合金の耐酸化性より
小となると考えられた。事実、その通りであるこ
とが発見された。被覆を介して溶着物に対してア
ルミニウムを添加することは操作性の観点から効
果的でないので、合金組成の大きな変動なしで溶
着物の耐酸化性を大巾に増大できるか否かは疑し
い。従つて、溶接棒の被覆に対してマンガン、クロ
ムおよびニオブを添加することにより、溶着物の
耐酸化性が改良される。またフラツクスのニツケ
ル−炭素組成を変更することにより、溶着物の応
力破断特性をも改良することができた。実験溶接棒の物理特性を表10に示した。溶着効
率は下記の様に計算された。溶着効率＝１本の溶接棒から溶着された金属重量／１本の溶接
棒の重量×100 ここに、“溶着された金属重量”とは、２イン
チ（5.08cm）スタブまで消耗された１本の溶接棒
から得られた溶着物（スラグを除く）の重量と定
義される。故に、10ポンド（4.5Kg）の5/32イン
チ（0.41cm）径の溶接棒から、溶接工は約６−1/
２ポンド（2.9Kg）の溶着金属を溶着させる。

【表】溶接棒について推奨される電流範囲を表11に示
した。これらの範囲は“最適”範囲として定めら
れた。最低値以下で溶接棒を操作すれば、アーク
の不安定性、ぬれ不良（poor wetting）、および
スラグの混入（trapped slag）を生じる。最大ア
ンペア数以上であれば、溶接工は過熱と、アーク
安定性およびアーク力の損失、もろさ、および割
れを生じる。

【表】本発明は実質的に熱間割れを示さず、またスラ
グを簡単に除去することのできる様に改良された
健全な延性溶着物を生じるための特殊組成のニツ
ケル合金心線を含む独特のフラツクス被覆アーク
溶接棒を提供するものであることは理解されよ
う。本発明によれば、特殊溶接棒において、その
ニオブおよびマンガン含有量を心線中のアルミニ
ウム制御含有量と結合することにより、また更に
アルミニウムをフラツクス中に含有させることに
よつて大きな利点が得られ、種々の金属の接合ま
たは重ね合わせにおいて、特に同種または異種の
金属の接合において十分に強い溶接を生じると共
に、すぐれたアーク安定性特性とすぐれたスラグ
特性を有し、またすぐれた溶接健全性と延性を持
ち熱間割れおよび微小亀裂を示さない溶着物を生
じることのできる溶接棒が提供される。更に本発
明によれば、前述の特殊溶接棒は心線中の制御含
有量のアルミニウムと共に、制御量の必須金属、
ニオブとマンガンを含有する。これらの新規な溶
接棒は溶着物のもろさ傾向と、熱間割れ傾向を低
減させ、また更に溶着物の炭素含有量を低く保持
するのに十分な炭酸カルシウムをフラツクス中に
含有する。またフラツクスは、高機械強度のフラ
ツクス被覆、および割れとチツピングを伴うこと
なく乱暴に扱うことのできる被覆を生じるに適し
た結合剤を含有する。法令の条項に従つて本発明の特定の実施例につ
いて説明したのであるが、本発明はこれらの例に
限定されるものでなく、その主旨の範囲内におい
て任意に変更実施できる。

Claims

【特許請求の範囲】１ 22％のクロムと、12.5％のコバルトと、９％
のモリブデンと、1.2％のアルミニウムと、0.07
％の炭素と、1.5％の鉄と、0.5％のケイ素と、0.5
％のマンガンと、0.008％の硫黄と、0.3％のチタ
ンと、0.2％の銅と、残分のニツケルとを含有す
る心線と、心線の周囲に配置され、10乃至50％の
炭酸カルシウムと、10乃至50％の氷晶石と、５乃
至35％のチタニアと、５乃至20％のクロムと、２
乃至15％のマンガンと、ケイ酸塩型結合剤とを含
有するフラツクス被覆とを有する被覆アーク溶接
棒。２フラツクス被覆は30％の炭酸カルシウムと、
30％の氷晶石と、10％のチタニアと、10％のクロ
ム金属と、３％のマンガン金属と、を含有する特
許請求の範囲第１項による溶接棒。３アーク溶接棒の溶着物は0.1％の炭素と、1.4
％のマンガンと、1.2％の鉄と、0.005％の硫黄
と、0.5％のシリカと、0.05％の銅と、23.1％のク
ロムと、0.2％のアルミニウムと、0.09％のチタ
ンと、0.001％までのマグネシウムと、11.5％の
コバルトと、9.2％のモリブデンと、0.5％のニオ
ブ−タンタルと、0.002％までのホウ素と、0.005
％のリンと、残分のニツケルとを含有することを
特徴とする特許請求の範囲第１項によるアーク溶
接棒。４アーク溶接棒の径は1/8インチ（0.32cm）で
あるか又はそれ以下であることを特徴とする特許
請求の範囲第２項による溶接棒。５アーク溶接棒の溶着物は0.1％の炭素と、0.6
％のマンガンと、0.8％の鉄と、0.004％の硫黄
と、0.5％のケイ素と、0.05％の銅と、23.2％のク
ロムと、0.2％のアルミニウムと、0.1％のチタン
と、0.001％までのマグネシウムと、11.7％のコ
バルトと、9.3％のモリブデンと、0.02％のニオ
ブ−タンタルと、0.001％のホウ素と、0.005％の
リンと、残分のニツケルとを含有する特許請求の
範囲第１項によるアーク溶接棒。６アーク溶接棒の径は1/8インチ（0.32cm）よ
り大であることを特徴とする特許請求の範囲第５
項によるアーク溶接棒。７結合剤は40乃至98％のケイ酸ナトリウムと、
50％までのケイ酸カリウムと、４％までのケイ酸
リチウムと、６％までの水分とを含有することを
特徴とする特許請求の範囲第１項によるアーク溶
接棒。８結合剤は95％のケイ酸ナトリウムと、４％の
ケイ酸リチウムと、１％の水分とを含有すること
を特徴とする特許請求の範囲第７項によるアーク
溶接棒。９ 22％のクロムと、12.5％のコバルトと、９％
のモリブデンと、1.2％のアルミニウムと、0.07
％の炭素と、1.5％の鉄と、0.5％のケイ素と、0.5
％のマンガンと、0.008％の硫黄と、0.3％のチタ
ンと、0.2％の銅と、残分のニツケルとを含有す
る心線と、心線の周囲に配置され、10乃至50％の
炭酸カルシウムと、10乃至50％の氷晶石と、５乃
至35％のチタニアと、５乃至20％のクロムと、２
乃至15％のマンガンと、ケイ酸塩型結合剤とを含
有し、かつ、30％までのシリカと、15％までの硅
灰石と、８％までのモリブデンと、２％までのニ
ツケル−炭素複合物と、８％までのコロイド粘土
と、12％までの高融点酸化物と、８％までのニオ
ブと、から成る群より選ばれる１またはそれ以上
の元素または物質を含むフラツクス被覆とを有す
る被覆アーク溶接棒。１０フラツクス被覆は30％の炭酸カルシウム
と、30％の氷晶石と、10％のチタニアと、４％の
シリカと、４％の硅灰石と、10％のクロム金属
と、３％のマンガン金属と、４％のモリブデン金
属と、１％のニツケル−炭素複合体と、４％のコ
ロイド粘土および押出し助剤と、４％の高融点酸
化物と、４％のニオブ金属とを含有する特許請求
の範囲第９項による溶接棒。１１アーク溶接棒の溶着物は0.1％の炭素と、
1.4％のマンガンと、1.2％の鉄と、0.005％の硫黄
と、0.5％のシリカと、0.05％の銅と、23.1％のク
ロムと、0.2％のアルミニウムと、0.09％のチタ
ンと、0.001％までのマグネシウムと、11.5％の
コバルトと、9.2％のモリブデンと、0.5％のニオ
ブ−タンタルと、0.002％までのホウ素と、0.005
％のリンと、残分のニツケルとを含有することを
特徴とする特許請求の範囲第９項によるアーク溶
接棒。１２アーク溶接棒の径は1/8インチ（0.32cm）
であるかまたはそれ以下であることを特徴とする
特許請求の範囲第１０項による溶接棒。１３アーク溶接棒の溶着物は0.1％の炭素と、
0.6％のマンガンと、0.8％の鉄と、0.004％の硫黄
と、0.5％のケイ素と、0.05％の銅と、23.2％のク
ロムと、0.2％のアルミニウムと、0.1％のチタン
と、0.001％までのマグネシウムと、11.7％のコ
バルトと、9.3％のモリブデンと、0.02％のニオ
ブ−タンタルと、0.001％のホウ素と、0.005％の
リンと、残分のニツケルとを含有する特許請求の
範囲第９項によるアーク溶接棒。１４アーク溶接棒の径は1/8インチ（0.32cm）
より大であることを特徴とする特許請求の範囲第
１３項によるアーク溶接棒。１５結合剤は40乃至98％のケイ酸ナトリウム
と、50％までのケイ酸カリウムと、４％までのケ
イ酸リチウムと、６％までの水分とを含有するこ
とを特徴とする特許請求の範囲第９項によるアー
ク溶接棒。１６結合剤は95％のケイ酸ナトリウムと、４％
のケイ酸リチウムと、１％の水分とを含有するこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１５項によるア
ーク溶接棒。