(57)【要約】      （修正有）【課題】水素脆化を生じさせにくくかつ取扱の容易な鉄筋溶接用裏当て材を提供する。【解決手段】ＳｉＯ２およびＡｌ２Ｏ３を主成分として含むセラミクス材からなり、見掛気孔率が１０〜４０［％］の鉄筋溶接用裏当て材１０。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＳｉＯ２およびＡｌ２Ｏ３を主成分として含むセラミクス材からなり、見掛気孔率が１０％以上４０％以下である、鉄筋溶接用裏当て材。
【請求項２】
前記見掛気孔率が１７％以上である、請求項１に記載の鉄筋溶接用裏当て材。
【請求項３】
前記見掛気孔率が３８％以下である、請求項１に記載の鉄筋溶接用裏当て材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄筋溶接用の裏当て材に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１などにより、鉄筋同士を溶接する際に用いるセラミクス製の裏当て材が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】日本国特許第3764272号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、裏当て材の吸水率が高いと、溶接時に裏当て材に含まれる水分に起因して水素が生じ、この水素により鉄筋に水素脆化を生じさせてしまう。このため、裏当て材の吸水率を低減するために、裏当て材の気孔率が低いことが望ましい。
一方で、裏当て材を皮手袋で持って溶接作業をするため、裏当て材の断熱性を高めるために気孔率が高いことが望ましいが、気孔率が高いと吸水率が高くなりやすい。
そこで本発明は、水素脆化を生じさせにくくかつ取扱の容易な裏当て材を提供する。
【０００５】
上記目的を達成するために本発明によれば、ＳｉＯ２およびＡｌ２Ｏ３を主成分として含むセラミクス材からなり、見掛気孔率が１０〜４０［％］の鉄筋溶接用裏当て材が提供される。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、水素脆化を生じさせにくくかつ取扱の容易な裏当て材が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本実施形態の裏当て材を示す斜視図である。
【図２】裏当て材を用いて鉄筋同士を溶接する際の模式図である。
【図３】実施例１〜実施例１２および比較例１３〜比較例２０の見掛気孔率、吸水率、熱伝導率の関係を示す表である。
【図４】実施例１〜実施例１２および比較例１３〜比較例２０に用いたセラミクスの組成を示す表である。
【図５】見掛気孔率と吸水率の関係を示すグラフである。
【図６】見掛気孔率と熱伝導率の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて、より詳細に説明する。
図１は本実施形態の裏当て材１０を示す斜視図である。図１に示すように、本実施形態の裏当て材１０は長手方向に延びる部材であり、断面Ｕ字形状を有している。
【０００９】
図２は、裏当て材１０を用いて鉄筋２，３同士を溶接する様子を示す模式図である。図２においては、鉄筋２，３の長手方向に沿った断面を示している。図２に示すように、裏当て材１０は鉄筋２，３同士を溶接する際に用いられる。
【００１０】
本実施形態の裏当て材１０を用いた鉄筋２，３同士を溶接する手順を説明する。
まず、溶接の作業者はそれぞれの鉄筋２，３の端部を所定の隙間Ｇを介して互いに向かい合うように配置する。次に作業者は、この隙間Ｇを覆うように裏当て材１０を鉄筋２，３に取り付ける。図２に示したように水平方向に延びる鉄筋２，３同士を溶接する際には、隙間Ｇの下方をＵ字の裏当て材１０の底部１１が覆うように、裏当て材１０を配置する。図示せぬ取り付け冶具により裏当て材１０を鉄筋２，３に支持してもよいし、作業者が皮手袋を嵌めた手で裏当て材１０を支えてもよい。なお作業の迅速さから、作業者には、取り付け冶具を用いずに手で裏当て材１０を支えることが好まれている。
【００１１】
作業者は、アーク溶接により鉄筋２，３同士を溶接する。作業者は、隙間Ｇを溶接棒２１を溶かした溶接材２２で埋めるように溶接する。鉄筋２，３と溶接棒２１との間にアークを生じさせて溶接棒２１と鉄筋２，３を溶融させ、溶接材２２を鉄筋２，３の端部同士の隙間Ｇに流し込み、ビードを形成する。Ｕ字状の裏当て材１０が隙間Ｇを覆っているため、溶接材２２が落下することなく隙間Ｇに留まり、鉄筋２，３同士を確実に溶接することができる。
【００１２】
鉄筋２，３の端面の全体に溶接材２２を付与して溶接が完了したら、裏当て材１０を鉄筋２，３から取り外す。なお、隙間Ｇに面する裏当て材１０の表面１２が溶接時の熱により溶融し、この裏当て材１０の表面１２が溶接材２２と接着している。このため、作業者がＵ字状の裏当て材１０の両端部１３（図１参照）をそれぞれ金づちなどで叩くなどすると、この接着した表面１２を中心に裏当て材１０が割れ、簡単に裏当て材１０を鉄筋２，３から取り外すことができる。
【００１３】
以上のような溶接に用いられる裏当て材１０は、ＳｉＯ２およびＡｌ２Ｏ３を主成分として含むセラミクスである。裏当て材１０の融点は１０００℃〜１２００℃程度とすることが好ましい。例えば、裏当て材１０はコージライト（cordierite）と呼ばれるセラミクスで形成することができる。
【００１４】
上述した溶接作業において、作業者が手で裏当て材１０を支えることができるように、裏当て材１０の熱伝導率が低いことが好ましい。裏当て材１０の熱伝導率は、組成によっても変動させることができるが、気孔率によって大きく変動させることができる。大きな気孔率を有するセラミクスで裏当て材１０を形成すると、裏当て材１０の熱伝導率を低くすることができる。
【００１５】
一方で、裏当て材１０の吸水率は低いことが好ましい。高湿度の環境下で溶接する際など、裏当て材１０に水分が含まれていると、アーク溶接時に裏当て材１０に含まれる水分に起因して水素が生じることがある。この水素が鉄筋２，３や溶接材２２に溶け込んでしまうと、鉄筋２，３やビードに水素脆化が生じてしまう恐れがある。裏当て材１０の吸水率は気孔率によって変動させることができる。裏当て材１０の気孔率を小さくすると、裏当て材の吸水率を小さくすることができる。
以上のように、溶接の作業性と水素脆化の防止という観点を考慮すると、気孔率を大きくし過ぎても、小さくし過ぎても不都合なことを、本発明者は見出した。そこで本発明者は、裏当て材１０の気孔率を１０％以上４０％以下とすることを見出した。
【００１６】
気孔率が１０％未満では、気孔率が小さ過ぎて断熱性が大きくなり過ぎる。上述した溶接作業において、溶接する鉄筋２，３の直径にもよるが、溶接材２２を隙間Ｇに溶かし入れる工程に要する時間はおよそ１分〜３分である。気孔率が１０％未満では、該工程に３分を要する場合に裏当て材１０の底部１１の表面（図１参照）が作業者が皮手袋で持てなくなるほど熱くなってしまう。なお、断熱性を考慮した場合、気孔率は１５％以上とすることが好ましく、１７％以上とすることがさらに好ましい。
【００１７】
一方で、気孔率が４０％より大きいと、気孔率が大き過ぎて吸水率が大きくなり過ぎる。上述したような溶接作業において、溶接時の空気の相対湿度なども影響するが、裏当て材１０の吸水率が２５％より大きくなると水素脆化が生じやすくなることを、本発明者は見出した。そこで、吸水率が２５％より大きくならないように、気孔率を４０％以下とする。なお、吸水率を考慮した場合、気孔率は３８％以下とすることが好ましく、２３％以下とすることがさらに好ましい。
【００１８】
＜実施例＞
図３に示すように、組成と見掛気孔率とを異ならせた実施例１〜１４および比較例１５〜２０を作製し、それぞれの吸水率と熱伝導率とを評価した。実施例１〜実施例３は共通の組成Ａを有するセラミクスで形成した。同様にして、共通の組成Ｂを有するセラミクスから実施例４〜６を作製し、共通の組成Ｃを有するセラミクスから実施例７〜９を作製し、共通の組成Ｄを有するセラミクスから実施例１０〜１２を作製し、組成Ｅを有するセラミクスから比較例１３を作製し、組成Ｆを有するセラミクスから比較例１４を作製し、共通の組成Ｇを有するセラミクスから比較例１５〜２０を作製した。
【００１９】
組成Ａ〜Ｇを図４に示す。
組成Ａは、ＳｉＯ２：６１．００ｗｔ％、Ａｌ２Ｏ３：２５．４０ｗｔ％、Ｆｅ２Ｏ３：１．５０ｗｔ％、ＴｉＯ２：０．７４ｗｔ％、ＣａＯ：２．１５ｗｔ％、ＭｇＯ：７．６５ｗｔ％、Ｎａ２Ｏ：０．１３ｗｔ％、Ｋ２Ｏ：１．２４ｗｔ％である。
組成Ｂは、ＳｉＯ２：６８．２０ｗｔ％、Ａｌ２Ｏ３：２２．７０ｗｔ％、Ｆｅ２Ｏ３：１．１１ｗｔ％、ＴｉＯ２：０．４３ｗｔ％、ＣａＯ：０．５０ｗｔ％、ＭｇＯ：１．１３ｗｔ％、Ｎａ２Ｏ：１．２２ｗｔ％、Ｋ２Ｏ：４．２４ｗｔ％である。
組成Ｃは、ＳｉＯ２：６８．００ｗｔ％、Ａｌ２Ｏ３：２８．８０ｗｔ％、Ｆｅ２Ｏ３：０．５０ｗｔ％、ＴｉＯ２：０．３４ｗｔ％、ＣａＯ：０．１８ｗｔ％、ＭｇＯ：０．４４ｗｔ％、Ｎａ２Ｏ：０．４５ｗｔ％、Ｋ２Ｏ：０．８９ｗｔ％である。
組成Ｄは、ＳｉＯ２：４３．８０ｗｔ％、Ａｌ２Ｏ３：４３．１０ｗｔ％、Ｆｅ２Ｏ３：０．７４ｗｔ％、ＴｉＯ２：０．６８ｗｔ％、ＣａＯ：０．８３ｗｔ％、ＭｇＯ：９．４０ｗｔ％、Ｎａ２Ｏ：０．２３ｗｔ％、Ｋ２Ｏ：１．１４ｗｔ％である。
組成Ｅは、ＳｉＯ２：７２．１４ｗｔ％、Ａｌ２Ｏ３：１８．２３ｗｔ％、Ｆｅ２Ｏ３：１．０２ｗｔ％、ＴｉＯ２：０．３９ｗｔ％、ＣａＯ：０．５４ｗｔ％、ＭｇＯ：０．１５ｗｔ％、Ｎａ２Ｏ：２．０６ｗｔ％、Ｋ２Ｏ：４．３５ｗｔ％である。
組成Ｆは、ＳｉＯ２：７１．８２ｗｔ％、Ａｌ２Ｏ３：１８．０８ｗｔ％、Ｆｅ２Ｏ３：１．３２ｗｔ％、ＴｉＯ２：０．３６ｗｔ％、ＣａＯ：０．５７ｗｔ％、ＭｇＯ：０．２０ｗｔ％、Ｎａ２Ｏ：４．２７ｗｔ％、Ｋ２Ｏ：１８．０８ｗｔ％である。
組成Ｇは、ＳｉＯ２：４２．８２ｗｔ％、Ａｌ２Ｏ３：３９．８４ｗｔ％、Ｆｅ２Ｏ３：０．７０ｗｔ％、ＴｉＯ２：０．５５ｗｔ％、ＣａＯ：１４．２２ｗｔ％、ＭｇＯ：０．２８ｗｔ％、Ｎａ２Ｏ：０．４７ｗｔ％、Ｋ２Ｏ：０．５４ｗｔ％である。
【００２０】
＜実施例１〜３＞
図３に示したように、実施例１の裏当て材の見掛気孔率は、１５．７６％であった。実施例１の裏当て材の吸水率は、７．７６％であった。実施例１の熱伝導率は、１．５［Ｗ／ｍ・Ｋ］であった。
実施例２の裏当て材の見掛気孔率は、１５．９５％であった。実施例２の裏当て材の吸水率は、７．８５％であった。実施例２の熱伝導率は、１．５［Ｗ／ｍ・Ｋ］であった。
実施例３の裏当て材の見掛気孔率は、１５．９２％であった。実施例３の裏当て材の吸水率は、７．８２％であった。実施例３の熱伝導率は、１．５［Ｗ／ｍ・Ｋ］であった。
【００２１】
＜実施例４〜６＞
実施例４の裏当て材の見掛気孔率は、２２．６９％であった。実施例４の裏当て材の吸水率は、１１．６２％であった。実施例４の熱伝導率は、１．３［Ｗ／ｍ・Ｋ］であった。
実施例５の裏当て材の見掛気孔率は、１９．６５％であった。実施例５の裏当て材の吸水率は、９．７２％であった。実施例５の熱伝導率は、１．３［Ｗ／ｍ・Ｋ］であった。
実施例６の裏当て材の見掛気孔率は、２２．９０％であった。実施例６の裏当て材の吸水率は、１１．７６％であった。実施例６の熱伝導率は、１．３［Ｗ／ｍ・Ｋ］であった。
【００２２】
＜実施例７〜９＞
実施例７の裏当て材の見掛気孔率は、１７．４３％であった。実施例７の裏当て材の吸水率は、８．３４％であった。実施例７の熱伝導率は、１．３［Ｗ／ｍ・Ｋ］であった。
実施例８の裏当て材の見掛気孔率は、１７．５０％であった。実施例８の裏当て材の吸水率は、８．４１％であった。実施例８の熱伝導率は、１．３［Ｗ／ｍ・Ｋ］であった。
実施例９の裏当て材の見掛気孔率は、１７．０８％であった。実施例９の裏当て材の吸水率は、９．１６％であった。実施例９の熱伝導率は、１．３［Ｗ／ｍ・Ｋ］であった。
【００２３】
＜実施例１０〜１２＞
実施例１０の裏当て材の見掛気孔率は、３６．３８％であった。実施例１０の裏当て材の吸水率は、２１．２６％であった。実施例１０の熱伝導率は、１．３［Ｗ／ｍ・Ｋ］であった。
実施例１１の裏当て材の見掛気孔率は、３７．６２％であった。実施例１１の裏当て材の吸水率は、２２．３３％であった。実施例１１の熱伝導率は、１．３［Ｗ／ｍ・Ｋ］であった。
実施例１２の裏当て材の見掛気孔率は、３６．１６％であった。実施例１２の裏当て材の吸水率は、２０．９８％であった。実施例１２の熱伝導率は、１．３［Ｗ／ｍ・Ｋ］であった。
【００２４】
＜比較例１３〜２０＞
比較例１３の裏当て材の見掛気孔率は、０．５０％であった。比較例１３の裏当て材の吸水率は、０．２０％であった。比較例１３の熱伝導率は、１．６［Ｗ／ｍ・Ｋ］であった。
比較例１４の裏当て材の見掛気孔率は、０．４０％であった。比較例１４の裏当て材の吸水率は、０．２０％であった。比較例１４の熱伝導率は、１．７［Ｗ／ｍ・Ｋ］であった。
比較例１５の裏当て材の見掛気孔率は、４６．３０％であった。比較例１５の裏当て材の吸水率は、３０．３６％であった。比較例１５の熱伝導率は、０．９［Ｗ／ｍ・Ｋ］であった。
比較例１６の裏当て材の見掛気孔率は、４６．２０％であった。比較例１６の裏当て材の吸水率は、３０．２４％であった。比較例１６の熱伝導率は、０．９［Ｗ／ｍ・Ｋ］であった。
比較例１７の裏当て材の見掛気孔率は、４７．００％であった。比較例１７の裏当て材の吸水率は、３１．１７％であった。比較例１７の熱伝導率は、０．９［Ｗ／ｍ・Ｋ］であった。
比較例１８の裏当て材の見掛気孔率は、４６．３０％であった。比較例１８の裏当て材の吸水率は、３０．３７％であった。比較例１８の熱伝導率は、０．９［Ｗ／ｍ・Ｋ］であった。
比較例１９の裏当て材の見掛気孔率は、４６．６０％であった。比較例１９の裏当て材の吸水率は、３０．７４％であった。比較例１９の熱伝導率は、０．９［Ｗ／ｍ・Ｋ］であった。
比較例２０の裏当て材の見掛気孔率は、４６．５０％であった。比較例２０の裏当て材の吸水率は、３０．６０％であった。比較例２０の熱伝導率は、０．９［Ｗ／ｍ・Ｋ］であった。
なお、図３には、実施例１〜１２および比較例１３〜２０のかさ密度および見掛密度も併せて表示している。
【００２５】
図５は、図３の結果をもとに見掛気孔率と吸水率との関係を示したグラフである。図５に示すように、見掛気孔率が大きくなると吸水率も大きくなる傾向が確認できる。比較例１５〜２０のように吸水率が２５％を超えると水素脆化が生じやすくなる。そこで、吸水率が２５％以下となるように、見掛気孔率を４０％以下とする。
吸水率が２３％以下となるように、見掛気孔率が３８％以下とすることが好ましい。さらには吸水率が１３％以下となるように、見掛気孔率が２３％以下とすることが好ましい。
【００２６】
図６は、図３の結果をもとに見掛気孔率と熱伝導率との関係を示したグラフである。図６に示すように、見掛気孔率が大きくなると熱伝導率が小さくなる傾向が確認できる。比較例１３，１４のように、熱伝導率が１．５［Ｗ／ｍ・Ｋ］を超えると溶接時に作業者が皮手袋で裏当て材を持つことが難しくなる。そこで熱伝導率が１．５［Ｗ／ｍ・Ｋ］以下となるように、見掛気孔率を１０％以上とすることを見出した。
熱伝導率が１．４［Ｗ／ｍ・Ｋ］以下となるように、見掛気孔率を１７％以上とすることが好ましい。さらには熱伝導率が１．３［Ｗ／ｍ・Ｋ］以下となるように、見掛気孔率を２０％以上とすることが好ましい。
【００２７】
以上、本発明の実施形態について説明をしたが、本発明の技術的範囲が本実施形態の説明によって限定的に解釈されるべきではないのは言うまでもない。本実施形態は単なる一例であって、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内において、様々な実施形態の変更が可能であることが当業者によって理解されるところである。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲に記載された発明の範囲及びその均等の範囲に基づいて定められるべきである。
【符号の説明】
【００２８】
２，３  鉄筋
１０  裏当て材
１１  底部
１２  表面
１３  端部
２１  溶接棒
２２  溶接材
Ｇ  隙間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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