JPS637877B2 - - Google Patents

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JPS637877B2
JPS637877B2 JP60046922A JP4692285A JPS637877B2 JP S637877 B2 JPS637877 B2 JP S637877B2 JP 60046922 A JP60046922 A JP 60046922A JP 4692285 A JP4692285 A JP 4692285A JP S637877 B2 JPS637877 B2 JP S637877B2
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JP
Japan
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welding
mgo
backing material
sio
moisture
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Application number
JP60046922A
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JPS61206590A (ja
Inventor
Yosha Sakai
Isao Aida
Kazuo Ikemoto
Hidehiko Kanehira
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kobe Steel Ltd
Original Assignee
Kobe Steel Ltd
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野] 本発明はガスシールドアーク溶接等に使用され
る片面溶接用裏当材に関し、特に溶接電流の適用
範囲を広くとることができ、しかも耐気孔性の優
れた裏ビードを得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)無機質
のガラス繊維成形体や(b)耐火物成形体、或は(c)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)のガラス繊維成形体は、母体裏面、
特に曲り部への密着性が良好であるという特性を
有しているが、比較的低融点であつて溶接熱で溶
融し易い。従つてスラグが過剰になつて裏ビード
の形状が不均一になり易く、高電流溶接(例えば
1.2mmφのワイヤで200A以上の電流)に適用しに
くいという問題がある。また(b)の耐火物成形体
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
保持作用を調整す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。
しかし溶接工程で生成するガス(水素や炭酸ガス
等)の抜けが悪い為裏ビードに気孔欠陥やポツク
マークが生じ易く、また母材裏面の特に曲り部へ
の密着性に劣り且つ破損の危険が多いといつた難
点がある。またこの種の耐火物としては、SiO2
Al2O3、CaO、MgO等の成分を含むフラツクス粉
末を水ガラス等の粘結剤と共に混合した後成形
し、その後300〜500℃の比較的低温度で焼成した
ものが通常であるが、大気中で吸湿しやすく、良
好な耐気孔性を得るためには、使用前に100〜300
℃で再乾燥しなければならないという問題も指摘
されていた。更に(c)の積層裏当材では、耐火物成
形体(b)単独の場合に比べて母材裏面への密着性は
良好であるが、ガラス繊維が溶接熱によつて溶融
する為前記(a)と同様スラグ過剰による裏ビード形
状の不均一化という問題があり、高電流溶接への
適用が困難である。 [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、広い溶接電流範囲に亘つ
て耐気孔性に優れ且つ良好な形状の裏ビードを得
ることのできる片面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、 SiO2:45〜60% Al2O3:25〜38% MgO:3〜15% アルカリ金属酸化物の1種以上:0.3〜3.2% 及び水分:0.01〜0.25%を必須成分として含有
し、且つ上記SiO2、Al2O3及びMgOのうち少な
くとも一部をコージエライトとして存在させてな
るところに要旨を有するものである。 [作用] 本発明は、上記の様に固形裏当材中の配合成分
及び各成分の含有率を特定し、且つ必須構成々分
のうちSiO2、Al2O3及びMgOをコージエライト
として存在させてなるものであり、以下それらの
要件を定めた理由を明らかにしつつ本発明の作用
を明確にしてく。 SiO2:45〜60% 本発明裏当材の主構成々分となるものであり、
45%未満では耐火性が不足する為裏ビードが出す
ぎたり、或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、シヤモツト、コージエライ
ト、ムライト等が使用される。 Al2O3:25〜38% 裏当材の融点を高め、且つ生成スラグの粘性を
高めて裏ビードの形状を整えるうえで不可欠の成
分であり、特に開先のルート間隔が標準(4〜5
mm程度)よりも広い場合の裏ビードの形状を整え
るのに重要な成分である。こうした機能を有効に
発揮させる為にはAl2O3を少なくとも25%含有さ
せなければならないが、反面含有量が38%を超え
ると耐火性が上がりすぎて生成スラグの粘性が過
大となり、ガス抜けが悪くなる為ピツトやブロー
ホール或はあばた等の欠陥が生じ易くなるばかり
でなく、裏ビードも出にくくなる。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。 MgO:3〜15% 耐火性調整材としての機能を有する他スラグ剥
離性を改善する作用があり、こうした効果を有効
に発揮させる為には3%以上含有させなければな
らない。しかし15%を超えると耐火度が上がりす
ぎて生成スラグの粘性が過大となり、ガス抜けが
悪くなる為にピツトやブローホール、あばた等の
欠陥が発生し易くなる。MgO源としてはマグネ
シア、タルク、ドロマイト、スピネル、フオルス
テライト等が挙げられる。 アルカリ金属酸化物の1種以上:0.3〜3.2% Li2O、Na2O、K2O等は裏当材用耐火物として
要求される最低減の機械的性質(圧縮強さ、曲げ
強さ、衝撃強さ等)及び成形性を確保する為に欠
くことのできない成分であり、0.3%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
えると耐火性やスラグ剥離性が悪くなるばかりで
なく耐湿性も劣悪になる。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、ペラタイト、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
ルミン酸ソーダ等が、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。
尚ここでいう水分とは、吸湿水、付着水、結晶水
を合計した全水分を指すものであり、その分析法
としては、試料を磁製ボートに秤取して酸素気流
中で1000℃に加熱し、遊離した水分を過塩素酸マ
グネシウムに吸収させた後重量を測定し、増量分
から水分を求める方法があり、この方法はAWS
規格(A5.5)においても標準化されている。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、アルギン酸ソ
ーダ、セルロース等が使用される。 ちなみに第1図は、片面裏当材中に含まれる水
分量が裏ビード表面の気孔欠陥及びあばたの発生
に及ぼす影響を調べた実験結果を示したグラフで
ある。但し実験条件は次の通りとした。 (裏当材の組成及び寸法) 組成…SiO2:49%、Al2O3:32%、MgO:10%、
Na2O:0.20%、K2O:1.5%、水分:0.03〜
0.30%、残部:その他の成分 寸法:10mmt×30mmW×600mmL、第2図参照、 (供試板) 鋼種:JIS G 3106、SM−50A 寸法:16mmt×150mmW×600mmL 開先形状:開先角度50度、開先幅5mm、第3図参
照、 (溶接条件) 溶接ワイヤ:CO2ガスアーク溶接用フラツクス入
りワイヤ(1.2mmφ)(JIS−Z−3313 YFW−
24相当、チタニア系フラツクス使用) 溶接電流:180〜250(A)、直流 ワイヤ(+) 溶接電圧:22〜29(V) ワイヤ突出し長さ:20mm シールドガス:CO2、25/min 溶接姿勢:下向き 第1図からも明らかな様に、裏当材中の水分量
が0.25%を超えると、裏ビード表面におけるピツ
トやブローホール等の欠陥が著しくなることが分
かる。 本発明の片面溶接用裏当材を構成する必須成分
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MnO、MnO2、FeO、
Fe2O3、Fe3O4、TiO2、ZrSiO4、ZrO2、CaO、
SrO、BaO等の酸化物、CaF2、NaF、LiF等の弗
化物等を適量含有させることも可能である。 本発明における必須の構成々分は以上の通りで
あるが、目的達成の為には上記の構成に加えて、
必須成分として含まれるSiO2、Al2O3及びMgO
の少なくとも一部がコージエライト(2MgO・
2Al2O3・5SiO2)よりなる複合酸化物の結晶とし
て存在させる必要がある。しかして上記3種の酸
化物が夫々個別に分散しているだけの場合、例え
ば、アルミナ(Al2O3、融点2050℃)、マグネシ
ヤ(MgO、融点2800℃)、スピネル(MgO・
Al2O3、融点1830℃)、ムライト(3Al2O3
2SiO2、融点1830℃)といつた酸化物は、融点が
高すぎて、良好な裏ビード形状や耐気孔性が得ら
れないし、シリカ(SiO2、融点1720℃)は比較
的融点は低いがスラグの流動性を過大にし、かつ
スラグ巻込みや高温割れを生じやすくする。しか
しこれらがコージエライトの形態で含有されてい
るときは、これら複合酸化物によつて適度の耐火
性、耐熱衝撃性、強度等の性能が与えられ、優れ
た品質、形状を備えた裏ビードを得ることができ
る。 尚上記の様な複合酸化物として存在させる為の
具体的な方法は特に限定されないが、一般的な方
法としては(1)SiO2、Al2O3及びMgOを当初から
コージエライトの形態で配合する方法、及び(2)原
料粉末の配合→粘結剤添加→混練→プレス成形→
乾燥→焼成、を順次行なつて裏当材とするに当た
り、特に焼成温度を1200〜1350℃に設定すること
によつて複合酸化物を形成させる方法、等が挙げ
られる。 ところで製品裏当材中には、焼成時における生
成ガスの抜け跡として気孔が形成され、気孔率は
耐火度や吸湿性等に影響を及ぼすことが確認され
ているが、保存時等における吸湿による水分量の
増大を防止する為には、見掛けの気孔率を30%以
下に抑えるのがよい。 [実施例] 第1表に示す化学成分及び結晶組成の片面溶接
用裏当材(寸法、形状は第2図に示したものと同
じ)を作成し、夫々の裏当材を用いて片面溶接実
験を行なつた。但し実験条件は、溶接電流を220
(A)、溶接電圧を20(V)とした以外は、第1図の
実験で採用した条件と同一とした。 得られた各溶接部(裏ビード)の品質を第2表
に示す。但し第2表の品質評価基準は、〇印:良
好、△印:やや不良、×印:不良とし、気孔につ
いてはビード表面のピツト、ブローホールを肉眼
で検査した。
【表】
【表】
【表】
【表】 第1、2表からも明らかな様に、本発明の規定
要件を満たす実施例(No.1〜7)では、裏ビード
の外観、形状、スラグ剥離性、耐気孔性、耐割れ
性の何れにおいても良好な結果が得られている
が、実験No.8以降の比較例では、本発明で規定す
る要件の何れかを欠く為次の様な問題がある。 実験No.8:水分を除く構成々分は規定範囲内にあ
り、ビードの外観・形状共に良好であるが、水
分量が多い為ビードにピツトやブローホールが
発生する。 実験No.9:Al2O3量が過剰で且つSiO2量が不足す
る為耐火度が上がりすぎ、ガス抜け不良による
ピツトやブローホールが認められる他ビード形
状も悪い。 実験No.10:MgO量が多過ぎるばかりでなく水分
量も規定範囲を超えている為、ピツトやブロー
ホールが発生する他ビード形状も悪い。 実験No.11:SiO2量が多過ぎる為に耐火性が不十
分であり、裏ビードが過大になるばかりでなく
形状も悪い。 実験No.12:SiO2量が規定範囲を超えている他、
Al2O3量及びMgO量が不足する為耐火性が不十
分であり、裏ビードの形状が不揃いでスラグ剥
離性も悪く、ブローホール欠陥も認められる。 [発明の効果] 本発明は以上の様に構成されるが、要は裏当材
を構成する成分の種類及び含有率を特定すると共
に水分量を厳密に規定し、更には必須構成々分の
うちSiO2、Al2O3及びMgOを特定の複合酸化物
よりなる結晶として存在させることによつて、適
度の耐火性と優れた物性を有し卓越した品質の裏
ビードを与える片面溶接用裏当材を得ることがで
きる。
【図面の簡単な説明】
第1図は裏当材中の水分量及び溶接電流が裏ビ
ードの気孔欠陥に及ぼす影響を示す実験結果のグ
ラフ、第2図は上記の実験で使用した裏当材の寸
法・形状を示す図、第3図は同実験で採用した開
先形状を示す説明図である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 SiO2:45〜60%(重量%:以下同じ) Al2O3:25〜38% MgO:3〜15% アルカリ金属酸化物の1種以上:0.3〜3.2%及
    び水分:0.01〜0.25%を必須成分として含有し、
    且つ上記SiO2、Al2O3及びMgOのうち少なくと
    も一部がコージエライトとして存在することを特
    徴とする片面溶接用裏当材。
JP4692285A 1985-03-08 1985-03-08 片面溶接用裏当材 Granted JPS61206590A (ja)

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