JPS58500111A - エレクトロスラグ溶接のための方法、フラツクス及び装置 - 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】 エレクトロスラグ溶接のための方法、フラックス及び装置技術分野 本発明は溶接技術に関し、特定的にはスラグの密度よりも小さい密度を有する軽 金属及び軽合金のエレクト。

スラグ溶接法、ハロゲン化アルカリ金属及びハロゲン化アルカリ土類金属をベー スとする溶接用フラックス、及び該溶接法を遂行するための装置に関する。

背景技術 本発明はアルミニウム、マグネシウム、チタン、それらの合金、及びその他の軽 金属の溶接に用い得る。本発明は非鉄冶金、化学産業、電気産業、及びその他の 工学分野においてアルミニウムバスバーを溶接するのに特に有用である。

スラグ浴を確立し、溶接棒及び溶接接合される双方のへりを溶融させ、そしてそ の両ヘリ間の隙間に溶融金属を充填させることを含む、金属のエレクトロスラグ 溶接法は公知である（　ＥｌｅｋｔｒｏｓｈｌａｋｏｖａＪａ　５ｖａｒｋａ　 、　Ｅｄ、　ｂｙＢ、Ｅ、Ｐａｔｏｎ、Ｍｏｓｃｏｗ−Ｋｌｅｖ、”Ｍａｓｈｇ ｌｚ″ｌ　／りｊり、ｐｐ。

り０−／ゲタ）。

従来技術のフラックスを用いて軽金属及び軽合金をエレクトロスラグ溶接する過 程において、溶接金属中のガス含量は溶接接合される加工片の厚さの増加と共に 増加することも公知である。

例えば、軽金属及び軽合金のエレクトロスラグ溶接に意図されたフラックスであ って、・・ロゲン化アルカリ金属及びハロゲン化アルカリ土類金属を含有し、組 成（重量％）が下記の通りであるフラックスは提案されている（ソ連発明者証第 ６２６．り７３号、／り７７年３月２ｒ弗化ストロンチウム　／３〜７７ 弗化マグネシウム　１０〜／グ 弗化リチウム　／４−．２０ 弗化カリウム（′１Ｍ厚水溶液）　３　Ｊ　−４Ｚ　Ｆ溶接金属中のガス含量を 低下させるための公知の技術を用いることなしで溶接の過程で上記のフラックス を用いて製造された溶接部は、ガス含量が増加していて不良であり、このガス含 量の増加は溶接接合部の機械的特性を強烈処置する。更に、上記のフラックスは （その組成に弗化カリウムの濃厚水溶液を含むために）極めて吸湿性であり、こ のことはエレクトロスラグ溶接の過程で溶接プールの飛散を生じさせてそのプロ セスの安定性を混乱させろことがある。

上記のエレクトロスラグ溶接法は、底プレート、モールディングシュー、ラン・ オンプレート、及び溶接棒からなる装置を使用するものである。

上記の如き方法、フラックス、及び装置を使用すると、増加したガス含量を特色 とする溶接部が生じ、それで溶接臨界構造の点での溶接部品質を改良するために 追加の加工操作が必要である。

上記の方法での溶接金属の十分な脱ガスは、溶接金属の追加の予備加熱操作、同 伴加熱操作及び後続加熱操作を実施すること（このことは追加の複雑な装置の使 用によってのみ達成できる）により溶接金属の結晶化プロセスを抑制することで 達成できる。

更に、上記の方法は、ガス生成性成分を固定して安定な化合物にし得る追加の化 学元素を溶接の過程で溶接金属中に導入することを必要とし、また溶接域を不活 性ガスで更に保護することを必要とする。

上記の方法、フラックス、及び装置な上記の追加の加工工程と共に利用すること は労務費及び溶接プロセスのコストを大きく増加させる。

組成（重量％）が 塩化カリウム　μよ 塩化ナトリウム　２７ ナトリウム氷晶石（３ＮＢＦ−、Ｉｔ／Ｆ３）　２２塩化リチウム　６ であるスラグ浴（プール）を確立し、次いで溶接棒及び溶接接合される双方のへ りを溶融させ、そしてその両ヘリ間の隙間罠金属を充填させることを含む、アル ミニウムの垂直溶接法（米国特許第３．ｊ♂ｊ、３４ｔＪ号）も提案されている 。

上記のフラックスは安定なエレクトロスラグ溶接法の実施を可能にし、溶接され る加工片上の酸化物膜を十分に還元するが、前記した溶接金属脱ガス技術を利用 しないならば強固な溶接を確保することができない。

十Ｒｅの方法は、金属製型、グラファイト製モールディング／ニー　、導電部材 、及び中実断面の溶接棒を、その溶接棒を捩りそしてスラグ浴中で回転させるガ イドブッ／ユと共に含む装置を用いるものであり、その導電部材は溶接プールの 外部に配置されている。

溶接過程での溶接部の脱ガスは、溶接プールがらの熱の除去を低下させるグラフ ァイト製モールデインクシユ−の使用により、並びにスラグ浴中での溶接棒の回 転により生じる。

溶接金属の結晶化速度が高いために、並びに溶接棒の回転は溶接過程においての みスラグ浴に機械的影響を及ぼすことの故に、この従来技術法は溶接金属を十分 に脱ガスすることができない。

上記したフラックス及び装置を用いるエレクトロスラグ溶接法は、溶接プール中 での溶接棒の配置を調整すると（！ｌ−洗よってそのプロセスの安定性を確実に するために複雑な追従装置を必要とし、このためにそのプロセスは複雑になり、 コストが増加し、更にはフラックスの融点が低いために溶接金属の結晶化の前に 溶接金属からガスを十分に除去することができない。

本発明の目的は、溶接棒溶融速度の自己調節によって溶接金属中のガス含量を最 少にし且つ安定な溶接プロセスを確実にし、更には溶接プロセス及び凝固の両方 の過程での溶接プールからのガスの除去及び使用するフラックスの定量的及び定 性的組成の変更を確実にする、軽金属及びその合金のエレクトロスラグ溶接のた めの方法、溶接用フラックス、及び装置を提供することにある。

これらの目的及びその他の目的は、スラグ浴を確立し。

溶接棒及び溶接接合される双方のヘリヲ溶融させ、そしてその両ヘリ間の隙間に その溶融金属を充填させることを含む軽金属及び軽合金のエレクトロスラグ溶接 法において、本発明に従って、溶接電流を切った後にも溶接金属が液体状態に保 持され、熱容量が共同的に高められ、溶接金属がその溶接の前に実験的に決定さ れた溶接金属の十分な脱ガス時間よりも７０〜／ｊ％長い時間の間液体状態に保 持されることによって達成される。

上記の方法により、強固な溶接金属を有する溶接接合部を得ることができる。

本発明に従って、スラグ浴の容量を増加させることによってスラグ浴の熱容量を 高めることができる。このことは溶接過程での溶接金属の冷却速度を低下させる 。

スラグ浴の熱容量を高めるために、本発明に従って。

下記組成（重量％ンのフラックスを用いる：弗化バリウム　ｔｏ、ｏ〜りｏ、。

弗化カルシウム　ｊｒ、０〜／！ｒ、Ｑ弗化リチウム　／、０〜　！、θ 弗化ナトリウム　ｉ、ｏ〜１０．０ 弗化カリウム　／、０〜／３．０ 弗化バリウムを上記の特定量でフラックス中に混入させると、そのフラックスの 密度は被溶接金属の密度よりも犬きくなり、それでエレクトロスラグ溶接の過程 でのスラグからの溶融金属の分離が容易になり、１だそのプロセスの安定性が達 成される。

フラックス中の弗化バリウム含量を前記の下限よりも少なくすると、溶接プロセ スでのスラグからの溶融金属の分離が悪くなり、それでそのプロセスの安定性が 悪くなる。一方前記の上限よりも多くするとフラックスの活性が低下し、それで 溶接接合されるヘリの還元が悪くなり、結局は溶接欠陥になる。

弗化カルシウムを前記の特定量でフラックス組成物中に混入させると、フラック スの活性が高まり、またスラグと金属との界面での表面張力が低下することによ りエレクトロスラグ溶接の過程で個々の金属液滴が合体して７つの金属プールに なることが促進される。フラックス組成物中の弗化カルシウム含量が前記の特定 範囲よりも少なくなるかまたは多くなるとフラックスの活性が低下する。

フラックス組成物中に前記の量で含有される弗化リチウム、弗化ナトリウム及び 弗化カリウムもまたフラックスの活性を増強する。

フラックス組成物の前記の百分率ではそのフラックスの融点が被溶接金属の融点 よりも高くなり、このことＫより、溶接接合される双方のへりの間の隙間にある 溶融金属の結晶化が抑制され、それで溶接金属は一層高度に脱ガスされ、強固な 溶接部が得られる。前記のフラックスの上記の利益により、溶接接合部の品質及 び操作信頼性が大きく増強される。

本発明の方法に従ってスラグ浴の熱容量を増加させること及び溶接金属をその十 分な脱ガスまで液体状態に保持することは、底プレートを有する金属製型、モー ルディングシュー、導電部材及び溶接棒を含む装置であって、本発明に従って、 溶接棒が底プレートの中央にある穴を通して設置されており且つ低抵抗の導電部 材が溶接棒溶融域中に設置されている装置を用いて達成される。

上記の如き配置により、溶接棒溶融速度の自己調節によって溶接プロセスの安定 性が得られる。なぜなら、溶接棒端が上記導電部材の上面よりも下に１で溶融す ると、アーク発生部位が溶接棒から導電部材に移り、そのこと罠より溶接棒の溶 融速度は低下するからである。

溶接棒溶融域罠設置される導電部材は、本発明に従って、融点が溶接加工温度を 越える固体物質または沸点が溶接加工温度を越える液体物質のいずれかで作り得 る。

このように選定すれば、導電部材物質は溶接において破壊されない。

導電部材として液体物質を選ぶ場合には、その物質は。

本発明に従って、その密度がスラグ浴の密度を越えるように且つその物質が液体 溶接金属と混合したりそれ中に溶解したりすることがないように選定される。

上記のように物質を選ぶことにより、溶接過程において溶接金属が導電部材物質 で汚染されることはなくなる。

溶接棒がその溶接棒に沿って並びに横切って配置された内部通路を有し、この通 路にはガス伝達物質が充填されており、この通路が金属製型の底プレート中の同 様な通路と連絡していることからなる、エレクトロスラグ溶接装置の変更が好ま しい。

上記のような通路を設けることにより溶接の過程において溶接プールからガスを 除去することができ、一方その通路にはガス伝達物質が充填されているので、溶 接プールが溶接接合される双方のへりの間の隙間から流出することは防止される 。

図面の簡単な説明 本発明を、添付図面を参照して一層詳しく説明する。

第１図は、固体導電部材を用いての、本発明に従う軽金属及び軽合金のエレクト ロスラグ溶接法を例示している。

第２図は第１図と同様であるが、しかし液体導電部材を用いている場合を例示し ている。

第３図は、溶接電流を切った後に、本発明に従って、高温床上に液体溶接金属を 保持するプロセスを例示している。そして 第ｖ図は結晶化後の得られた溶接部を示している。

本発明を特定の実施例により説明する。

実施例／ 下記の方法によって溶接するように製作された装置で加工片のエレクトロスラグ 溶接を実施した。

一体に溶接すべき、断面ｊＱ×１００ｍ、長さｓｏ。

闘のアルミニウム試験片２（第７図）を、溶接接合される双方のヘリの間の隙間 がＡＯｍとなるようにして金属製型１の上に置いた。それらの試験片はその金属 製型から電気的に断路させた。

グラファイト製ラン・オンプレート３を試験片２の上に設置した。溶接接合され る双方のヘリ間の隙間をその側部において、溶接される試験片２から電気的に断 路されたモールディングシュー４によって閉じた。

断面２０’ＸｌｆｉＯｍのアルミニウム製溶接棒６を底プレート５の中央の穴を 通して、溶接接合される双方のヘリの間の隙間中に挿入した。

溶接棒６が挿入されている上記の穴をアスベストコードＴでシールした。次いで 、グラファイト製導電部材８を、溶接棒６及びシール１の周囲で、底プレート５ の上で、金属製型１の内側に設置した。

底プレート５及び溶接棒６には溶接過程で溶接プールからガスを逃がすための内 部通路１１．１２．１３が設けられており、これらの通路には、溶接プールがそ れらの通路を通って流出することがないように、微粉砕金属物質と粗粒フラック ス１４との混合物が充填されていた。

浴を作るためのフラックス１４の融点は溶接される金属の融点（ｇｘＯｃ）を越 えなければならないことを考慮して、下記のフラックス組成物（重量％）を選ん だ：弗化バリウム　ｔｏ、。

弗化カルシウム　ｌオ、Ｏ 弗化リチウム　Ｓ、Ｏ 弗化ナトリウム　７０．０ 弗化カリウム　１０．Ｑ 上記フランクスの密度は３．／？／ｃｍ”であり、融点はりｏｏＣであった。

上記のフラックス１４を、溶接される試験片２の間の隙間中に、溶接棒６の上部 が１０．露出されたまま罠なるようにして充填した。

ラン・オンプレート３及び溶接棒６を電流供給ケーブル１５によって溶接用変圧 器１６に連結させた。

次いで、前もって溶融させたフラックスを、溶接接合される双方のヘリの間の隙 間中に充填されたフラックスｌ≠の上圧注入した。

加工片のエレクトロスラグ溶接法を実施する装置を、操作のために上記のように 調整した。

溶接条件は次の通りであった： 電源、無負荷電圧　３ｖｖ 溶接電流　弘ＪＫＡ 溶接電気回路の完成で、試験片２の溶接接合されるヘリ及び溶接棒６は溶融して 金属プール１γが生じ、一方フラックスは溶融してスラグ浴１８を形成した。そ の金属プール１７を不活性ガスのアルゴンによって大気の影響から保護した。

溶接過程で、溶接棒６の溶融端が導電部材８の上面より下の位置にくるまで溶接 棒６は溶融して短かぐなり、その溶融金属は溶接接合される双方のヘリの間の隙 間を充填した。

溶接棒が上記のように配置されているので、アーク発生位置が溶接棒端から導電 部材８の上面に移行することＫより、溶接棒の溶融は低下した。その結果として 溶接棒端が導電部材８の上面より上になり、即ち溶接過程での溶接棒６の溶融速 度の自己調節が生じた。

溶接過程で溶接プールから発生したガスは溶接棒６及び底プレート５０通路１１ ．１２．１３’＆通って逃げた。

試験片２の溶接接合されるヘリの間の隙間が溶融金属１γで充填された後に、溶 接電流を切った。

そのスラグ浴１８は固化して、温度りＯＯＣの高温床１９を形成した。

床１９の温度及び液体金属１γの温度はへ５分間でり００Ｃから、溶接される金 属２の固化温度、即ち１１０ＣＫ低下した。この時間の間は金属プール１７は液 体のままであり、このことは溶接金属からのガスの最大除去を促進した。溶接金 属の脱ガスはへ２分間で生じた（金属プールの脱ガス時間は溶接の前に実験的に 決定された）。

液体金属が固化した後に、強固な溶接金属を有する溶接接合部が得られた。

その溶接金属の強さは溶接される金属の強さの７Ｑ〜２２チであり、これは従来 技術法についての同様な特性を越えるものであった。

金属顕微鏡的分析により、その溶接金属は孔のないものであることが示された。

固体物質の導電部材８は液体物質の導電部材２０（第２図）で償き換えてもよい 。後者の場合の溶接プロセスは上記の実施例におけると同様である。

実施例２．３、≠、ｊ 実施例λ、３、グ及びｊは実施例／の方法と同様であった。これらの各実施例に ついてのパラメーターを下記の表に示す： 実施例　被溶接　溶接棒　フラックス組成（重量％）屋　物質　物質ＢａＦ２　 ＣａＦ２　ＬｉＦ　ＮａＦ　ＫＦ２　Ｔｉ　Ｔｉ　タ０．Ｏｊ、０　２．０　２ ．０　／、０３　Ｍｇ　埼　７ｊ、０　１０．０　３．０　．２．０１０．０４ ’　Ｎ　Ａｔ　ｊＯ，０２０，０！、０　！、０　２θ、Ｏｊ　Ｎ　Ａｔ　タｊ 、０　２．０　／、！ｒ　／、０　０．夕実施例λ及び３におけるエレクトロス ラグ溶接では、被溶接金属の強さのそれぞれ７０．０％及び７　！ｒ、０％の強 さを有する強固な溶接金属を有する溶接接合部が得られた。

金属顕微鏡的分析によりその溶接金属は孔を持たないことが示された。

実施例グにおいては、溶接金属は固化したスラグ介在物を含有していた。これは スラグの密度と被溶接金属の密度との間の差が小さいことによって生じたもので あった。

実施例ｊにおいては、溶接金属と溶接接合されるヘリとの融合の悪い個所が認め られた。これはフラックスの不適切な活性によって生じたものである。

前記の各実施例より、本発明のフラックス組成物及び装置を用いて本発明の方法 に従ってエレクトロスラグ溶接を実施すると、高度の機械的特性を特色とする強 固な溶接金属が生じると結論することができる。

前記の諸実施例は被溶接金属の範囲を限定するものではない。なぜなら、本発明 のフラックス及び装置を用いての本発明の方法により、溶接フラックスの密度よ りも小さい密度の金属の溶接において強固な溶接接合が得られるからである。

産業適用性 本発明はアルミニウム、マグネシウム、チタン、それらの合金、及びその他の軽 金属の溶接に用いられる。本発明は非鉄冶金、化学産業、電気産業、及びその他 の工学分野においてアルミニウムバスバーを溶接するのに％に有用である。

Ｆ／ｌ；、　Ｊ ＦＩ５．４ 国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｌ　スラグ浴を確立し、溶接棒及び溶接接合される双方のヘリを溶融させ、そし てその両ヘリ間の隙間にその溶融金属を充填させることを含む軽金属及び軽合金 のエレクトロスラグ溶接法において、本発明に従って、溶接電流を切った後にも 溶接金属が液体状態に保持され、熱容量が共同的に高められ、溶接金属がその溶 接の前に実験的に決定された溶接金属の十分な脱ガス時間よりもｉｏ〜／ｊ％長 い時間の間液体状態に保持されることを特徴とする方法。 λ　溶接金属が溶接金属の脱ガス時間よりもｉｏ〜ｉｓ％長い時間の間液体状態 に保持される、請求の範囲第１項記載の方法。 ３　スラグ浴の熱容量がその容積を増加させることによって高められている、請 求の範囲第１項記載の方法。 ｑ　スラグ浴の熱容量が、被溶接金属の融点を越える融点を有するフラックスの 使用によって高められている、請求の範囲第１項記載の方法。 ！　請求の範囲第グ項記載の方法を実施するための。 弗化リチウム及び弗化ナトリウム並びにカリウム塩を含むフラックスにおいて、 弗化バリウム及び弗化カルシウムを追加含有し、カリウム塩が弗化カリウムであ り、各成分が下記の比率で用いられていることを特徴とするフラックス： 弗化バリウム　４ｏ、ｏ−タｏ、。 弗化カルシウム　ｓ、ｏ〜／！、Ｑ 弗化リチウム　／・Ｏ〜　！・θ 弗化ナトリウム　／、０〜１０．０ 弗化カリウム　７．０〜／θ、Ｏ ｔ　請求の範囲第１項記載の方法を実施するための、底プレートを有する型、モ ールディングシュー、溶接棒、及び導電部材を備えた装量において、溶接棒６が 底プレート５の中央の穴を通して挿入されており、また電気抵抗の小さい導電部 材８．２０が溶接棒溶融域中に設置されていることを特徴とする装置。 ７　導電部材８が溶接加工温度よりも高い融点を有する固体物質で作られている 、請求の範囲第を項記載の装置。 ざ　導電部材２０が、溶接温度よりも高い沸点を有し且つスラグ浴１８の密度よ りも大きい密度を有する液体物質で作られており、その導電部材２０の液体物質 と溶接材液体金属とは相互に非混和で且つ不溶性である、請求の範囲第６項記載 の装置。 タ　ガス排出用の相互に連結した内部通路１１．１２．１３が金属製型の底プレ ート５及び溶接棒６に設けられており且つガス通過性物質で充填されている、請 求の範囲第６項記載の装置。 １０　溶接棒６の内部通路１２が溶接棒６に沿って配置されており、且つ溶接棒 の全長にわたって溶接４ｍを横切って配置されている溶接棒通路１３と連結して いるこ１６ とを特徴とする請求の範囲第９項記載の装置。 １１）表昭５８−５００１１１（２）