JPH0212680B2

JPH0212680B2 -

Info

Publication number: JPH0212680B2
Application number: JP8746086A
Authority: JP
Inventors: Isao Aida; Kazuo Ikemoto; Hidehiko Kanehira
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1986-04-16
Filing date: 1986-04-16
Publication date: 1990-03-23
Also published as: JPS62244597A

Description

【発明の詳細な説明】

［産業上の利用分野］本発明は、ソリツドワイヤ又はフラツクス入り
ワイヤを使つ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入熱溶接等に
使用される溶接用裏当材に関し、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つた場合、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つて耐
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
かえつて著しくなる。［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
であつて、その目的は、大入熱溶接、例えば
40KJ／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、 SiO₂：30〜60％（重量％：以下同じ） ZrO₂：15〜55％ Al₂O₃：１〜25％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、必須構成々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々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、或い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
ーカツ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われ
る。尚SiO₂源としてはシリカ、ろう石、粘土、
長石、珪灰石、シヤモツト、コージエライト、
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、大入熱溶接の溶接
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
ツ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、SiO₂−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、シヤモツト、コージエライト、ムライト、
ろう石等が用いられる。アルカリ金属酸化物の１種以上：0.1〜3.2％ Li₂O、Na₂O、K₂O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Ｋ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、リチウムフエライト、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、アルキン酸ソ
ーダ等が、又Ｋ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
ス化してピツトやブローホール、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々分
は以上の通りであるが、上記構成々分の規定要件
を満足し得る限度で更にMgO、TiO₂、CaO、
SrO、BaO、FeO、Fe₃O₄、Fe₂O₃、MnO、
MnO₂の酸化物、BaCO₃、SrCO₃、CaCO₃の炭酸
塩、CaF₂、SrF₂、BaF₂、LiF、NaF、K₂SiF₆等
のふつ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、その構成々分はその種類の如何を
問うものではなく、SiO₂、Al₂O₃、ZrO₂、CaO及
びNaやＫ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0.05mm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2.0mm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
当材からの湯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、マツト状、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ド形成用
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側縁に沿つて穿設した細孔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け用シート４
のみの固定では不十分であるので、第４図に示す
如く裏当材裏面の薄肉の鋼板９を当て、裏当材指
示治具８（例えばマグネツ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
の開先溶接線に沿つて添着し、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つた。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ツクスワ
イヤ、DWS−43G 1.6mmφ 母材：JIS Ｇ 3106、SM−50A（16^t×150^w×
600：mm）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：34V 溶接速度：10cm／分溶接入熱：77.5KJ／cm ワイヤ突出し長さ：約35mm シールドガス：CO₂、30／min 溶接法：立向自動溶接装置SEGARC−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。

【表】＊１：水分量はガラス繊維シートを大気中で加熱す
ることにより調整

【表】

【表】 ◎印：優秀、○印：良好、△印：不良、×
印：著しく不良
＊２：X線性能の評価：JIS Z 3104に従つて実
施
（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SiO₂−Al₂O₃−MgO
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、ZrO₂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.13：固形耐火物中のZrO₂が不足で、SiO₂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SiO₂−ZrO₂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：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：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つて、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つ
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。１……固形耐火物、２……ガラス繊維シート、
３……凹溝、４……取付シート、５……接着剤、
６……剥離紙、７……ガス抜孔、Ｍ……母材、８
……支持治具、９……鋼板。

Claims

【特許請求の範囲】１ SiO₂：30〜60％（重量％：以下同じ） ZrO₂：15〜55％ Al₂O₃：１〜25％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。