JPH02205295A - アーク溶接における酸化スケール防止剤 - 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］ 本発明はアーク溶接における酸化スケールの発生を防止
するための薬剤に関するもので、とりわけ、ステンレス
鋼のティグアーク溶接部を防止するのに有効な薬剤に係
わるものである。

［従来の技術］ 現在、ティグ（Ｔ　Ｉ　Ｇ）アーク溶接、ミグ（ＭＩＧ
）アーク溶接等のアーク溶接は種々なる産業に広く利用
されており、非常に重要な技術となっている。

このアーク溶接の大きな欠点は、溶接部位及びその周辺
部が溶接時に発生する強力な熱で酸化され、酸化スケー
ルとなって残るということである。

この酸化スケールは、例えば茶色に着色した帯状のもの
で、これを除去するには従来より酸洗い、電解スケール
除去法、研磨法、ブラスト法などの種々なる方法が行な
われているが、金属母材表面を犯すとか、かなりの手間
を要するなどの問題点を有しているのである。

この欠点を解消するために色々な試みが行なわれている
が、未だ満足すべき解決策は見い出されていない現状と
なっている。

例えば、酸化スケールの発生を防止するために、シール
ドガスを使用することが行なわれているが、その防止効
果は不十分である。また、ガラス粉やフラックス粉等の
塗布剤を予め塗布しておくことも試みられたが、その効
果は低くかつこれら塗布剤が焼は付いてその除去が困難
となってしまうのである。

［発明が解決しようとする課題］ 未発明は、この問題点を解決することを目的としてなさ
れたもので、酸化スケールの発生を完全に防止し、しか
も簡単に水洗することによって塗布した薬剤を洗浄でき
、母材に悪影響を及ぼすこともなく、きわめて能率的な
作業でその目的が達成できるというアーク溶接における
酸化スケール防止剤を提供しようとするものである。

［課題を解決するための手段］ 上記の目的を達成するために種々検討したところ、テト
ラエチルシリケートを加水分解して重合させる場合、単
に低沸点溶媒中で水及び触媒によって反応させただけの
生成物ではなく。

リチウム化合物を混在させた溶液系にて前記反応を行な
ってやると得られた組成物がアーク溶接の酸化スケール
防止にきわめて有効に作用することを見い出したのであ
る。またテトラエチルシリケートの加水分解反応後にリ
チウム化合物を配合した場合でも効果は少し劣るものの
、酸化スケール防止に有効であることも知ったのである
。

すなわち本発明は、テトラエチルシリケートを低沸点溶
媒中で加水分解させるに際して又は前記加水分解の後に
、前記低沸点溶媒やテトラエチルシリケート及び水と均
一に混り合うリチウム化合物を配合し、前記加水分解反
応により得られた配合組成物を有効成分とすることを特
徴とするアーク溶接における酸化スケール防止剤、を要
旨とするものである。

本発明におけるテトラエチルシリケートとは分子量が２
０８で沸点が１６５℃のアルコキシ金属化合物であり、
下記の様な化学式を有する無色透明な液体である。

ＯＣ，Ｈ。

Ｃ２Ｈ６０Ｓ　　ｉ　　−ＯＣ１Ｈｔ；０　Ｃ，Ｈり このテトラエチルシリケートは水と触媒を加えて加水分
解反応させることにより、脱エタノールしながら重合し
高分子化合物となるものである。

通常、このテトラエチルシリケートの加水分解による重
合は、これをエタノール等の水溶性低沸点溶媒に溶かし
て、水と触媒を加えて加水分解して重合させるのである
が、この様にして得られた生成物はアーク溶接時におけ
る酸化スケールの防止性を一応有しているものの、その
程度は低く実用的ではないとされているのである。

そこで１本発明者等はこのテトラエチルシリケートの加
水分解時に他の配合物を混在させることによりその組成
物の酸化スケール防止性を向上できないかと考えて、種
々なる物質の配合を試みたところ、リチウム化合物が非
常に有効に働くことを知見したのである。

つまり本発明における最大の特徴は、このリチウム化合
物をテトラエチルシリケートの加水分解反応に際して配
合するという点である。

本発明におけるリチウム化合物は、テトラエチルシリケ
ート、水、及びこの加水分解反応に用いる低沸点溶媒に
対して均一に混り合うことが必要であり、具体的には塩
化リチウム、硝酸リチウム、リン酸リチウムなどのリチ
ウム塩、またリチウムエトキシド、リチウムメトキシド
、リチウムイソプロポキシドなどのリチウムアルコキシ
ド、さらにはアセチルアセトンリチウムなどがあげられ
、低沸点溶媒がアルコール類の場合には金属リチウムを
直接加えても良いものである。

また、本発明に用いる低沸点溶媒としては、テトラエチ
ルシリケートと水とに混り合う沸点１４０℃以下の溶媒
であり、具体的にはメタノール、エタノール、インプロ
パツール、ブタノール等の低級アルコール類、メチルセ
ロソルブ、エチルセロソルブ等のセロソルブ類、アセト
ン、メチルエチルケトン等のケトン類、ギ酸メチル、酢
酸メチル等のエステル類などがあげられる。

次に本発明におけるテトラエチルシリケートの加水分解
反応に関する諸条件について説明する。

まず、テトラエチルシリケートと低沸点溶媒との配合割
合は、テトラエチルシリケートの１モルに対して低沸点
溶媒は０，８〜１．５モルが好ましく、０，８モル未満
では生成物が不透明・不均一になるし、１，５モルをこ
えると有効成分の濃度が低くなって効果が落ちるのであ
る。

またテトラエチルシリケートと水との割合は当モルであ
ることが好ましく、水が多過ぎると保存中にゲル化する
し、水が少な過ぎると加水分解が進行しにくくなるので
ある。

そして、テトラエチルシリケートとリチウム化合物の配
合割合は、テトラエチルシリケート１モルに対してリチ
ウムとして０，０２〜０．２モルの比率が好ましく、０
．０２モル未満ではリチウムの配合効果はほとんどなく
なり、一方０．２モルをこえる配合では生成物液が不透
明となり均一な透明液にならないのである。

なお、リチウム化合物を反応後に後添加することもでき
るが、この場合は０．０２〜０．１モルの範囲でないと
均一な透明液になりにくいのである。

この加水分解において触媒を添加することは勿論であり
、この触媒としては酸触媒とアルカリ触媒とがあり、酸
触媒には塩酸、硝酸、酢酸、硫酸、フッ酸などがあげら
れ、アルカリ触媒としてはアンモニア、トリエタノール
アミン、ジプロピルアミン、ブチルアミンなどがあげら
れる。

この触媒の添加量はテトラエチルシリケート１モルに対
して約０，０１モル前後が好ましいものである。

以上の様な配合割合でテトラエチルシリケートを加水分
解させるのであるが、その反応温度は８０°Ｃ以下が良
く、特に室温から５０℃位が望ましいものであり、８０
℃をこえる温度では反応により生成したエタノールが沸
騰して生成液が不均一化するおそれが生じるのである。

又この反応時間は４０〜８０分が好ましく、４０分未満
では反応が完結しない場合があり、８０分をこえてもそ
れ以上反応は進行しないのである。

以上の結果からテトラエチルシリケート、低沸点溶媒、
水を各々１モルづつ配合し、リチウム化合物を約０．１
モル、及び触媒を０．０１モル添加して、５０℃にて６
０分間反応させるという条件が非常に好適なものとなる
のである。

この様にして得られた組成物をそのまま酸化スケール防
止剤として使用してやれば良いのである。

なお、本発明においてテトラエチルシリケートを低沸点
溶媒中で加水分解してからリチウム化合物を後添加する
場合は、重合してから配合するため溶解度の点でその配
合量は前記の様にリチウム化合物に対して０．０２〜０
．１モルに制限されるのである。したがってこの後添加
の場合は効果がやや落ちるのであるが、従来技術よりは
有効なものとなっている。

ところで、この組成物中には反応副成物としてエタノー
ルを含有し、また低沸点溶媒も多く存在するため可燃性
となっているが、実用上は金属母材に塗布し２〜７分は
ど経過した時点でこれらはほとんど蒸発するため問題な
いのであるが、保管中などには火災に対する注意が必要
になるのである。

したがってこの可燃性の含有物をエバポレーターにより
取除いてからパークレン、トリクレン等の塩素系溶媒で
置換してやると、不燃性液となり安全上好ましいものと
なるのである。

なお、最初の低沸点溶媒としてこれらの不燃性溶媒を使
用することは、水と混合しないので適切ではないのであ
る。

［作用］ 本発明は以上の様な構成からなり、テトラエチルシリケ
ートの加水分解による重合物中に、リチウム化合物がそ
の反応前から或いは反応後に添加されて含有していると
いう点に最大の特徴を有するものとなっている。

単にテトラエチルシリケートを加水分解反応により重合
させた生成物に比べて、リチウム化合物を配合して重合
させた組成物は、アーク溶接における酸化スケールの発
生をきわめて効果的に防止するのである。

その理由は明確には解明できないが、おそらく、テトラ
エチルシリケートの重合に際して、この珪素−酸素のネ
ットワーク中の間隙にこのリチウム化合物が入り込み、
シリカのアルカリ塩微粒子が主成分として形成され、シ
リカの低融点化、液膜化の促進が行なわれ、アーク溶接
の熱によって完全な液膜状となって溶接母材を覆い大気
中からの酸素の侵入のバリヤーとなり、酸化スケールの
発生が防止されるものと判断されるのである。

このリチウム化合物が配合されていない場合は、反応生
成物はシリカ微粒子が主成分となっていて、上記シリカ
のアルカリ塩微粒子とは異なりアーク溶接の熱によって
完全に液膜化しにくく、その結果大気中からの酸素侵入
のバリヤー膜にならず酸化スケールが発生しやすいので
ある。

また本発明者等の実験によれば、リチウムと同じアルカ
リ金属であるナトリウム、カリウムについてその塩や有
機金属塩について同様なテストをしたところ、これらの
化合物はその添加量が０．０２モル以下でも液が不透明
となり均一な透明組成物が得られなかったのである。

つまり、これらナトリウムやカリウムのイオンはリチウ
ムイオンよりもそのイオン半径が大きく、テトラエチル
シリケートの重合に際してその珪素−酸素のネットワー
ク中に入り込むことができず前述した様な作用効果が起
こらないと考えられ、リチウム化合物のみ上記の如きア
ルカリ塩効果が具現するのは、そのイオン半径の小さい
ことに起因すると推察できるのである。なお、反応後に
リチウム化合物を後添加する場合にもかなり有効である
のは、重合物の前記ネットワーク中にリチウム化合物が
侵入して行くものと考えられるが、その量は反応中の場
合よりも少ないものと推察されるのである。

かくして、リチウム化合物を含有したテトラエチルシリ
ケートの加水分解重合組成物液は債れた酸化スケール防
止性を示し、ステンレス鋼などの金属母材の溶接すべき
部位やその周辺に塗布してから、アーク溶接してやれば
酸化スケールの発生が完全に防止できるのである。

また、この組成物は溶液状であるため塗布性も良く、さ
らに水洗によって容易に洗浄できるので使用後の洗浄も
非常に楽に達成されるのである。

ところで、本発明においてはテトラエチルシリケートを
出発材料として選定したが、その理由はこの加水分解重
合物を溶接すべき材料に塗布した場合そのコーテイング
膜が加熱によって低融点の連続ガラス膜を形成しやすい
からであり、他の金属アルコキシド化合物に比べて酸素
侵入のバリヤー性が大きいと共に、工業的に安価に製造
でき実用化の可能性も大きいと考えられるからである。

また、この反応組成物のコーテイング膜は基板金属に対
しては高温から低温まで化学的に不活性であり、何らの
悪影響も及ぼさないのである。

［実施例１ 下記の第１表で示した様な各種リチウム化合物の配合と
各溶媒中で、テトラエチルシリケート１モルと水１モル
を、触媒として塩酸０．０１モルを加えて５０℃にて６
０分間反応させた。

なお、実験Ｎｏ１〜６が本発明の実施例であり、実験Ｎ
ｏ７〜１０が比較例となっている。

第１表 ＴＩＧアーク溶接電極棒・・・２．６■Φタングステン
棒トリウム入り 溶接電流・・・５０Ａ 溶接速度・・・２０ｃｍ／分 溶加棒　・・・５ＵＳ３０８　０．６醜薦Φガス　　・
・・アルゴン　６文／分 子めステンレス鋼板上に前記各種の組成物を刷毛で溶接
側の裏側に１回塗りした後、５分後に上記条件でＴＩＧ
アーク溶接を行なった。

溶接終了後、塗布した組成物を水洗し、溶接部裏側の酸
化スケール発生状況を目視観察した。

その結果を第２表に示す。

この様にして得られた各種組成物を、下記の試験条件で
テストした。

金属材料・・・ステンレス鋼板（ＳＵＳ３０４．２Ｂ仕
上げ２■厚） 第２表 性と水洗性を示しているが、リチウム化合物を配合しな
い実験Ｎｏ７、リチウム化合物の少なすぎる実験Ｎｏ８
、リチウム化合物の多すぎる実験ＮＯ９，高沸点溶媒を
使用した実験Ｎ０ＩＯなどは不適切であることが認めら
れるのである。

この表より１本発明の実施例に相当する実験Ｎｏ１〜６
はいずれもすぐれた酸化スケール防止［発明の効果］ 本発明は以上の様なものであり、従来アーク溶接時にお
いて金属母材の表側は勿論・のこと裏側にも発生しやす
かった酸化スケールを、本発明防止剤を予め金属母材に
塗布することによりその発生が防止できるという効果を
有するものである。

この本発明の効果は、テトラエチルシリケートの加水分
解重合に際してリチウム化合物を配合するという非常に
特徴のある手段により達成されたものであり、アーク溶
接における酸化スケールの発生を完全に防止し、しかも
塗布性も良く使用後は簡単に水洗することによって洗浄
できるし、きわめて能率的な作業で目的が達成され、母
材にも何らの悪影響も及ぼさないのである。

この様に本発明は非常に顕著な効果を有し。

アーク溶接を利用する産業にきわめて高い有用性を発揮
するものである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、テトラエチルシリケートを低沸点溶媒中で加水分解
   させるに際して又は前記加水分 解の後に、前記低沸点溶媒やテトラエチル シリケート及び水と均一に混り合うリチウ ム化合物を配合し、前記加水分解反応によ り得られた配合組成物を有効成分とするこ とを特徴とするアーク溶接における酸化ス ケール防止剤。