JPH055598B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は先出願である特願昭61−266502号（特
開昭62−148096号これは米国特許第4673796号に
相当する）に関連した改良発明に関する。

先出願には中央棒およびその周囲に集められた
個々の棒から形成されたクラスター電極が記載さ
れ、集束中の各棒は外側を新規なフラツクス組成
物で被覆されたそして低炭素鋼であるクラスター
電極からなつている。そうすることによつて、最
小電流および電圧値を利用して液体溶接金属の最
大重量の溶着を得ている。この方法で作られた固
化溶接金属は一定の増強された物理的性質を示す
ことが見出された。

先願発明におけるフラツクス組成物は規定され
た量の炭酸カルシウム（CaCO₃）および弗化カ
ルシウム（CaF₂）を含有する。これらはスラグ
形成剤としてのみならずアーク安定剤および清浄
剤として組合せた重要な機能を果たす。この組合
わせは適切な焼失または溶融速度および金属の良
好な清浄化を与える。

フラツクス組成物中の追加金属または鉱物は特
定量のマンガン、ケイ素、鉄、クロムおよびシリ
ケートである。先願にはまたフラツクス配合物が
これも規定範囲のモリブデン、タングステン、ニ
ツケル、バナジンおよびチタンも含有しうる。

上記先願のフラツクス組成物の例を下記に示
す。

成 分 大体の重量％範囲 マンガン ２〜12 ケ イ 素 ２〜10 鉄 ５〜35 CaCO₂ 20〜60 CaF₂ ８〜35 ク ロ ム ３〜12 シリケート ５〜15 又上記成分に加えて10重量％までのモリブデ
ン、10重量％までのタングステン、15重量％まで
のニツケル、15重量％までのチタン及び３重量％
までのバナジウムを含有させてもよいことが記載
されている。

上述した各成分の機能は当業者に良く知られて
いるが、例えばマンガンは変態を減少させること
により焼入れ性を増大し、ケイ素は強度を増大さ
せる機能を有し、クロムも硬度を増大しかつ耐摩
耗性を改良する。ニツケルはこの種の鋼において
靭性を強化し、かつ耐腐蝕性を改良する。チタン
は不活性粒子中で炭素を固定する効果を有する。
バナジウムはカーバイドを安定化し、延性を保持
しながら強度を増大する。チタン及びバナジウム
は高価な材料であるから、用いるとしても限定さ
れた量で使用すべきである。炭酸カルシウム及び
弗化カルシウムについては前述した通りである。

出願人の発見に対する一般的な情況は例示する
と加工片の摩耗部の修理、機械掛け処理される鍛
造ダイ上の凹みをフラツデイングすることを含む
完全凹所を設けること、個々の部品の技術的な変
更および機械掛け誤差の修正をすることにある。
本発明の代表的な用途には、鍛造ダイ、プレスダ
イ、トリムダイ、ハンマー基台、ラム、口金
（saw block）、カラムおよびタイプレート、およ
び補修を必要とする比較的重工業の装置がある。

本発明によれば前記の先願の発明における溶接
金属の物理的性質が、特に硬度値の分野で、後述
する特別な規定量のモリブデンおよびタングステ
ンを加えることによつて増強されることをここに
見出した。後者の金属は特に溶接金属の加工特性
を改良することを明らかにし、同様に加熱下その
硬度を金属に維持させる。更にフラツクス組成物
の合金は溶接金属の炭素含有率に稀釈効果を有
し、溶接金属中の炭素の重量％を0.01〜0.15重量
％という低いものにさせることが見出された。先
願発明のクラスター電極配置およびその上のフラ
ツクス被覆を使用する溶接法において明らかに生
起するこの現象はこれらの高度に望ましい結果に
寄与することに疑いはない。

本発明により、ここで使用するクラスター電極
なる語は、1950年８月29日発行の米国特許第
2520112号に示されている一般構造を称する。し
かしながら特に、本発明の範囲内のクラスター電
極は、周囲に複数の中実の小さい直径低炭素鋼電
極を集めた中実中央低炭素鋼電極で具体化され
る。小さい直径の電極及び棒電極は長手方向に配
置された形であり、クラスター関係で中央電極ま
たは芯棒および小さい直径の棒電極を維持するた
めの手段が設けられている。

溶着または溶接金属が密な孔を含まぬそして均
質であることを確実にするため、ニツケル−クロ
ム−モリブデン系の溶着の製造において、各棒電
極に実質的に下記組成を有する密に接着したフラ
ツクス被覆を設けることが重要である。

成 分 重量％範囲 マンガン ２〜12 ケイ素 ２〜10 鉄 ５〜35 CaCO₃ 20〜60 CaF₂ ８〜35 クロム ３〜12 シリケート ５〜15 モリブデン 0.05〜10 タングステン 0.05〜10 ニツケル 0.10〜15 チタン ０〜15 バナジン ０〜３ コロンビウム ０〜1.5 チタン、バナジン及びコロンビウムは任意成分
である。本発明によれば、先願発明のフラツクス
被覆に上述した量の範囲でモリブデンおよびタン
グステンを加えることにより加熱下で硬度を維持
する溶接金属を生ぜしめ、更に溶接金属の熱間加
工特性を改良する。

クラスター電極と組合せて有効な結果を生ぜし
める更に特別のフラツクス配合物は次のとおりで
ある。

実施例 成 分 重量部 マンガン ６ ケイ素 ８ 鉄 10 CaCO₃ 50 CaF₂ 20 クロム 12 シリケート ４ モリブデン ６ ニツケル ８ タングステン 1.5 コロンビウム 1.0 しかしながら出願人の引き続いて行なつた研究
では、低炭素鋼体または溶接金属の物理的性質に
おける著しい改良が、好ましくはフエロタングス
テン合金の形で、制御された量のタングステンを
フラツクス組成物に加えることによつて達成され
ることが明らかになつた。フラツクス配合物中の
タングステンは溶接金属の熱加工特性を改良し、
高温下で製品中でその硬度を維持することを著し
く助ける。製品はすぐれた延性を有し、認めうる
破壊の徴候なしに試料をそれ自体曲げ戻すことが
できる程度に冷間成形できる。金属体は鋳造とし
て使用でき、鋳造は必要ない。硬化は必要ない、
従つて焼戻しは必要ない。形成された金属体は空
気冷却させることによつて析出硬化させ、金属体
の厚さそれぞれ2.54cm（1in.）について１時間371
〜649℃（700〜1200°F）で焼戻ししたときすぐれ
た結果が達成される。

前述した広いフラツクス組成物において、タン
グステンは約0.05重量％〜約10重量％の量で存在
させるのが好ましい。前述した実施例のより特別
な配合において、タングステンの1.5重量部の添
加が最終製品に特に良好な結果を与える。

本発明のクラスター電極から作られ、別の硬化
を含まぬ前記熱処理後の溶接金属の試料は分析し
て次の結果を有していた。

成 分 重量％範囲 炭 素 0.01〜0.15 マンガン 0.50〜2.00 ケ イ 素 0.05〜1.00 ク ロ ム 0.50〜5.00 モリブデン 0.25〜2.50 ニツケル 0.50〜5.00 タングステン 0.25〜1.50 バナジン ０〜1.50 コロンビウム ０〜1.00 コバルト ０〜2.00 上記バナジン、コロンビウムおよびコバルトは
任意成分である。好ましい試料の分析値は次の結
果を有していた。

成 分 重量％範囲 炭 素 0.06 マンガン 1.35 ケ イ 素 0.08〜0.10 ク ロ ム 3.00〜3.50 モリブデン 1.00〜2.00 ニツケル 1.50 タングステン 0.25〜1.50 鉄 残 余 実施例の特別なフラツクス組成物によつて得ら
れる溶接金属製品の分析は下記結果を示した。残
余は鉄である。

成 分 重量％ 炭 素 0.06 マンガン 1.35 ケ イ 素 0.09 ク ロ ム 3.25 モリブデン 1.50 ニツケル 1.50 タングステン 0.75 上記溶接金属製品の機械的性質は下記の通りで
あつた。

降伏強さ（Kg／cm²） 8437 引張り強さ（Kg／cm²） 9843 延び率（％） 15.7 面積減少（％） 42.5 硬度（Bhn） 372 上述した進歩した観点に従つて得た溶接金属製
品の無作意採取試料では下記の機械的性質を示し
た。

降伏強さ（Kg／cm²） 7030〜10546 引張り強さ（Kg／cm²） 7030〜13358 延び率（％） 15〜30 面積減少（％） 30〜70 硬度（Bhn） 195〜500 溶接作業において、中央の相対的に大直径の電
極および周囲の小さい直径の電極は軟鋼または低
炭素鋼、一般に炭素約0.04〜0.12重量％の鋼から
構成した。この種の鋼はＣ−1004〜C1012として
取引に当つて命名されている、しかし他の品質の
ものも場合によつては好適であることが見出され
る。中央即ち芯電極は例示すると長さ約121.9cm
（約48in.）、直径約2.07cm（約0.8137in.）を有す
る。一方相対的に小さい直径の棒電極は一般に約
119.4cm（約47in.）以下の長さと約0.635cm（約
0.250in.）の直径のものである。棒の組成および
その寸法の実質的な改変は、特別な溶接に用いる
必要があるとき行ないうることは勿論である。フ
ラツクス被覆の厚さもまた変えることができる、
しかしながら直径約2.07cm（約0.8137in.）を有す
る芯棒電極上に厚さ約0.118cm（約0.0463in.）の
被覆が一般に付与される。直径0.635cm
（0.250in.）を有する小さい直径の周囲の棒電極は
0.381cm（0.150in.）の厚さのフラツクス被覆を担
持する。

前述したパラメーターは、電圧が約26〜30V、
電流が約1500〜2400Aに制御された溶接作業に用
いられた。実質的に40.8Kg（90bs）以上の固体
溶接金属が１時間について溶着され、固化したと
きの溶接金属は密で、孔を含まず、均質であるこ
とが判つた。溶接金属のすぐれた機械的性質を以
下にまとめて示す。

フラツクス被覆はシールドアーク電極に少なく
とも三つの重要な機能を有することを知るべきで
ある。第一に、それらは発生したガスのイオン化
によつてアークカラム間の電気導電性を促進す
る。第二に、それらは溶接パドルから大気を排除
するシールドガス（基本的にCO₂）を生ぜしめ
る。第三にかかる被覆は粒子精錬のため、そして
ある場合には溶接部への合金添加のため溶融金属
パドルにスラグ形成材料を加える。これらの機能
は化学的保護を原則的に与える。機械的保護の分
野においては、被覆は、電極の端でアークが限定
された部域に集中するように電極の側面を絶縁す
る。これは重要で、深いＵまたはＶ型溝での溶接
を容易にする。更に被覆は、電極の先端でカツ
プ、コーンまたはシースを作るのに有効であり、
これは坩堝のような作用をし、機械的シールドを
与え、アークを集中し、指向させ、熱損失を減
じ、電極の端での温度を上昇させる。

出願人は一つの特定理論で拘束されるのを好ま
ぬのであるが、本発明のクラスター溶接電極集成
体において、中央電極または芯と組合せた形での
小さい直径または外側の電極は中央電極へ熱を伝
達する個々のアークを作り、これによつて溶接金
属の流れを容易にし、カツプ中での過剰金属を避
けるようにし、大量の球状伝達を作る傾向を有す
る。本発明によつて、溶接金属と電極の端の間の
接着力を減じ、あるいは溶融金属の表面張力を変
えることによつて微粒子の形で電極の端に残る溶
融金属の球の破壊を行なう。

上述したことから本発明は、最小電流および電
圧値を利用して最大重量の液体溶接金属の溶着を
可能にし、増大された機械的性質を有する低炭素
含有率の固化した溶接金属を作るクラスター溶接
電極集成体を提供したことを知ることができる。
これらの望ましい結果は、前述した範囲内での比
較的広い変化を受ける構成のフラツクス被覆を設
けた本発明のクラスター電極によつて達成され
る。ここに示した組成、溶接法および構造のこれ
らのおよび他の改変を本発明の範囲を逸脱するこ
となく行なうことができることは勿論である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 液体溶接金属を作るため、フラツクス被覆し
   た中実中央低炭素鋼棒電極および周囲のフラツク
   ス被覆した小さい直径の中実低炭素鋼棒電極から
   形成されたクラスター電極によつて与えられる電
   極チツプおよび基体金属の間にアークを作り、液
   体溶接金属を冷却して実質的に下記組成： 成 分 重量％範囲 炭 素 0.01〜0.15 マンガン 0.50〜2.00 ケ イ 素 0.05〜1.00 ク ロ ム 0.50〜5.00 モリブデン 0.25〜2.50 ニツケル 0.50〜5.00 タングステン 0.25〜1.50 を有し、残余が鉄である低炭素鋼体を作ることを
   特徴とするアーク溶接法。 ２ 液体溶接金属を作るため、フラツクス被覆し
   た中実中央低炭素鋼棒電極および周囲のフラツク
   ス被覆した小さい直径の中実低炭素鋼棒電極から
   形成したクラスター電極によつて与えられた電極
   チツプおよび基体金属の間にアークを作り、液体
   溶接金属を冷却して実質的に下記組成： 成 分 重量％範囲 炭 素 0.06 マンガン 1.35 ケ イ 素 0.08〜0.10 ク ロ ム 3.00〜3.50 モリブデン 1.00〜2.00 ニツケル 1.50 タングステン 0.25〜1.50 を有し、残余が鉄である低炭素鋼体を作る特許請
   求の範囲第１項記載のアーク溶接方法。