(57)【要約】【課題】溶接ビード中の拡散性水素の量を減少させることのできるガス遮蔽された芯つき電極の使用を含む溶接法、芯つき電極のフッ素含量を増加するために２つ以上のフッ素発生化合物を含む芯つき溶接電極の提供。【解決手段】拡散性水素の減少した溶接ビードを形成する金属さやおよび充填組成物からなる芯つき電極において、該充填組成物がスラグ形成剤および少なくとも２つのフッ素含有化合物を含み、該フッ素含有化合物のそれぞれが該充填組成物の重量基準で少なくとも０．２重量％のフッ素を含みかつ該充填組成物が少なくとも０．５重量％のフッ素を含む芯つき電極およびこの電極を使用するガス遮蔽電気アーク溶接法。【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属さやおよび充填組成物からなるガス遮蔽電気アーク溶接法における低拡散性水素を有する溶接ビードを形成する芯つき電極において、該充填組成物がスラグ形成剤および少なくとも２つのフッ素含有化合物を含み、該フッ素含有化合物のそれぞれが該充填組成物の重量基準で少なくとも０．２重量％のフッ素を含みかつ該充填組成物が少なくとも０．５重量％のフッ素を含むことを特徴とする芯つき電極。
【請求項２】
該スラグ形成剤が金属酸化物を含む請求項１の芯つき電極。
【請求項３】
該スラグ形成剤の大部分が該金属酸化物を含む請求項２の芯つき電極。
【請求項４】
少なくとも２つのフッ素含有化合物が、ＡｌＦ３、ＢａＦ２、ＣａＦ２、Ｎａ３ＡｌＦ６、Ｋ３ＡｌＦ６、Ｎａ２ＳｉＦ６、Ｋ２ＳｉＦ６、ＭｎＦ３、ＳｒＦ２またはこれらの混合物を含む請求項１-３の何れか１つの項の芯つき電極。
【請求項５】
少なくとも２つのフッ素含有化合物が、該充填組成物の重量基準で１-８重量％のフッ素を含む請求項１-４の何れか１つの項の芯つき電極。
【請求項６】
該フッ素含有化合物の少なくとも２つのそれぞれが、該充填組成物の重量基準で少なくとも０．４重量％のフッ素を含む請求項１-５の何れか１つの項の芯つき電極。
【請求項７】
該金属さやが少なくとも８０重量％の鉄を含む請求項１-６の何れか１つの項の芯つき電極。
【請求項８】
該充填組成物が、該芯つき電極の全重量の８-６０重量％をしめる請求項１-７の何れか１つの項の芯つき電極。
【請求項９】
該充填組成物が、少なくとも１重量％の鉄粉末および少なくとも１重量％の金属合金化剤を含み、該金属合金化剤が、マンガン、珪素、チタンまたはこれらの混合物からなる群から選ばれる金属を含む請求項１-８の何れか１つの項の芯つき電極。
【請求項１０】
該充填組成物が、金属酸化物含有スラグ形成剤３３-７０％、第一のフッ素含有化合物１-１０％、第二のフッ素含有化合物１-１０％、金属合金化剤（鉄粉末を除く）０．５-３０％、鉄粉末２-２０％を含む請求項１-９の何れか１つの項の芯つき電極。
【請求項１１】
該充填組成物が、ＴｉＯ３３３-６２％、ＫＳｉＴｉＯ２３-７％、ＣａＦ２０-８％、Ｋ２ＳｉＦ６０．５-５％、Ｎａ２ＡｌＦ６０．５-２％、ＦｅＢ０．２５-０．７％、ＦｅＭｎ５-１８％、ＦｅＳｉ４-８％、ＦｅＴｉ２-５％、Ｍｇ３-６％、鋳鉄粉末０-３％、Ｆｅ粉末４-１６％を含む請求項１-１０の何れか１つの項の芯つき電極。
【請求項１２】
ａ）金属さやおよび充填組成物を含む芯つき電極を用意し、該充填組成物が、スラグ形成剤および少なくとも２つのフッ素含有化合物を含み、該フッ素含有化合物のそれぞれが、該充填組成物の重量基準で少なくとも０．２重量％のフッ素を含み、そして
ｂ）該芯つき電極を電流により少なくとも一部溶融して該芯つき電極の該溶融部分を素材上に溶着させる
ことからなる低拡散性水素含量を有する溶接ビードを形成する方法。
【請求項１３】
遮蔽ガスを該素材に導いて、素材上に溶着される該芯つき電極の該溶融部分を少なくとも一部遮蔽する段階を含む請求項１２の方法。
【請求項１４】
該遮蔽ガスが、アルゴン、二酸化炭素またはこれらの混合物を含む請求項１３の方法。
【請求項１５】
該スラグ形成剤が金属酸化物を含む請求項１２-１４の何れか１つの項の方法。
【請求項１６】
該スラグ形成剤の大部分が該金属酸化物を含む請求項１５の方法。
【請求項１７】
少なくとも２つのフッ素含有化合物が、ＡｌＦ３、ＢａＦ２、ＣａＦ２、Ｎａ３ＡｌＦ６、Ｋ３ＡｌＦ６、Ｎａ２ＳｉＦ６、Ｋ２ＳｉＦ６、ＭｎＦ３、ＳｒＦ２またはこれらの混合物を含む請求項１２-１６の何れか１つの項の方法。
【請求項１８】
少なくとも２つのフッ素含有化合物が、該充填組成物の重量基準で１-８重量％のフッ素を含む請求項１２-１７の何れか１つの項の方法。
【請求項１９】
該フッ素含有化合物の少なくとも２つのそれぞれが、該充填組成物の重量基準で少なくとも０．２重量％のフッ素を含む請求項１２-１８の何れか１つの項の方法。
【請求項２０】
該フッ素含有化合物の少なくとも２つのそれぞれが、該充填組成物の重量基準で少なくとも０．４重量％のフッ素を含む請求項１２-１９の何れか１つの項の方法。
【請求項２１】
該金属さやが、少なくとも８０重量％の鉄を含む請求項１２-２０の何れか１つの項の方法。
【請求項２２】
該充填組成物が、該芯つき電極の全重量の８-６０重量％をしめる請求項１２-２１の何れか１つの項の方法。
【請求項２３】
該充填組成物が、少なくとも１重量％の鉄粉末および少なくとも１重量％の金属合金化剤を含み、該金属合金化剤が、マンガン、珪素、チタンまたはこれ２らの混合物からなる群から選ばれる金属を含む請求項１２-２３の何れか１つの項の方法。
【請求項２４】
該充填組成物が、金属酸化物含有スラグ形成剤３３-７０％、第一のフッ素含有化合物１-１０％、第二のフッ素含有化合物１-１０％、金属合金化剤（鉄粉末を除く）０．５-３０％、鉄粉末２-２０％を含む請求項１２-２３の何れか１つの項の方法。
【請求項２５】
該充填組成物が、ＴｉＯ３３３-６２％、ＫＳｉＴｉＯ２３-７％、ＣａＦ２０-８％、Ｋ２ＳｉＦ６０．５-５％、Ｎａ２ＡｌＦ６０．５-２％、ＦｅＢ０．２５-０．７％、ＦｅＭｎ５-１８％、ＦｅＳｉ４-８％、ＦｅＴｉ２-５％、Ｍｇ３-６％、鋳鉄粉末０-３％、Ｆｅ粉末４-１６％を含む請求項１２-２４の何れか１つの項の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、溶接の分野に関し、特に改善された溶接ビード形成性を有する電極に関し、さらに特に拡散性水素の量が減少した溶接ビードを形成する芯つき電極に関する。
【背景技術】
【０００２】
アーク溶接の分野において、溶接法の主なタイプは、固体によるガス・金属アーク溶接（ＧＭＡＷ）、または金属の芯つきワイヤによるガス・金属アーク溶接（ＧＭＡＷ-Ｃ）、ガス遮蔽フラックス・芯つきアーク溶接（ＦＣＡＷ-Ｇ）、自己遮蔽フラックス・芯つきアーク溶接（ＦＣＡＷ-Ｓ）、遮蔽金属アーク溶接（ＳＭＡＷ）および浸漬アーク溶接（ＳＡＷ）である。これらの方法のなかで、固体または金属芯つきの電極によるガス金属アーク溶接は、金属性成分を結合またはオーバーレイするために次第に使用されてきている。これらのタイプの溶接法は、生産性および多様性の増大をもたらすために、次第に普及してきている。生産性および多様性におけるこの増大は、ガス金属アーク溶接（ＧＭＡＷおよびＧＭＡＷ-Ｃ）における溶接電極の連続的な性質から生じ、それは遮蔽金属アーク溶接（ＳＭＡＷ）よりも実質的な生産性を得ることができる。その上、これらの電極は、非常に少ないスラグで非常に外観の良い溶接部を生じるため、溶接部をきれいにしそしてスラグを片づけること（他の溶接法でしばしば生ずる問題）により生ずる時間および費用を節約する。
【０００３】
固体または芯つきの電極によるガス金属アーク溶接では、遮蔽ガスは、溶接中大気の汚染に対して溶接部を保護するのに使用される。固体電極は、遮蔽ガスと組み合わされて、所望の物理的かつ機械的な性質を有する孔のない溶接部をもたらす成分と適切に合金化される。芯つき電極では、これらの成分は、外側が金属性であるさやの内側すなわち芯（詰めもの（ｆｉｌｌ））にあり、そして固体電極の場合と同じ機能をはたす。
【０００４】
固体および芯つきの電極は、適切なガス遮蔽の下、最終の応用を満足にはたす降伏強さ、引張り強さ、延性および衝撃強さを有する固体の実質的に孔のない溶接部をもたらすようにデザインされる。これらの電極は、また、溶接中発生するスラグの量を最低にするようにデザインされる。芯つき電極は、構造用成分の溶接構成の生産性の増大のために、固体ワイヤの代替物として次第に使用されている。芯つき電極は、金属性の外側のさやにより囲まれた芯（詰めもの）材料からなる。芯は、主として、アークの安定性、溶接部のぬれ（ｗｅｔｔｉｎｇ）および外観などを助けるために金属粉末およびフラックス成分からなり、溶接部は所望の物理的および機械的な性質を得る。芯つき電極は、芯材料の成分を混合し、そして形成されたストリップの内側に溶着し次にストリップを閉じそして最終の直径に延伸することにより製造される。芯つき電極は、増加した溶着速度をもたらしそして固体電極に比べてより広いかつより一定した溶接浸透プロフィルを生ずる。その上、それらは、固体電極に比べて、アークの作用を改善し、燻煙およびスパッターがより少なく、そしてより良好なぬれを有する溶接溶着をもたらす。
【０００５】
溶接の技術において、多くの従来の努力は、予定されたやり方で行うことを目的とする予定されたフラックス成分を有するタイプのフラックス成分を開発するのに費やされてきた。多数の組成物が、溶接フラックスとしても一般にともに使用されるアーク溶接におけるフラックスとして使用されるために開発されてきている。フラックスは、アーク安定性をコントロールし、溶接金属の組成を改変し、そして大気の汚染から保護をもたらすためにアーク溶接で利用されている。アーク安定性は、通常、フラックスの組成を改変することによりコントロールされる。そのため、フラックス混合物中でプラズマ電荷担体として十分に機能する物質を有することが望ましい。フラックスは、また金属中の不純物をさらに容易に融合可能にし、そしてこれらの不純物がそれにより金属より優先して組み合わされてスラグを形成する物質をもたらすことにより溶接金属組成物を改変する。他の材料は添加されて、スラグの融点を低下させ、スラグの流動性を改善しそしてフラックス粒子用の結合剤として働くことができる。
【０００６】
芯つき電極は、普通、鋼に基づく金属の電気アーク溶接で使用される。これらの電極は、一般に、早い溶接速度で単一のパスおよび複数のパスで高い強さの溶接部を生ずる。これらの電極は、種々の応用面での所望の最終用途を満足する引張り強さ、延性および衝撃強さを有する固体の実質的に無孔性の溶接ビードを得るように処方される。
【０００７】
溶接金属の処方中の多くの問題の１つは、溶接ビード中の拡散性水素２、の量を減少させることである。拡散性水素は、溶接ビードにおけるクラックの周知の原因である。
【０００８】
芯つき溶接電極に関連して使用される充填組成物の技術の現在の状況からみて、水素含量の少ない溶接ビードを形成する溶接電極を必要としている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
溶接ビード中の拡散性水素の量を減少させる溶接法を提供するのが本発明の主な目的である。
【００１０】
本発明の他の目的および／または別の目的は、ガス遮蔽された芯つき電極の使用を含む溶接法の提供である。
【００１１】
本発明のなお他の目的および／または別の目的は、多量のフッ素発生化合物を含む溶接電極の提供である。
【００１２】
本発明のさらに他の目的および／または別の目的は、芯つき電極のフッ素含量を増加するために２つ以上のフッ素発生化合物を含む芯つき溶接電極の提供である。
【００１３】
これらおよび他の目的並びに利点は、本発明と従来の技術との間の相違の議論そして図面に示される好ましい態様を考えたとき、明らかになるだろう。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、溶接電極に関し、さらに特に、溶接ビード中の水素の量を減少させる充填組成物を含む溶接電極に関する。本発明の充填組成物は、特に、さやの芯において充填組成物を囲む金属さやを有する芯つき電極に関するが、しかし、充填組成物は、他のタイプの電極に適用できるか（例えば、スティック電極上のコーティングなど）、または浸漬アーク溶接法におけるフラックス組成物の一部として使用できる。本発明の充填組成物は、特に、可鍛性かつ低い合金鋼を溶接するのに使用される電極について使用されるように処方されるが、しかし、充填組成物は、他のタイプの金属上の溶接ビードの処方用の電極についって使用できる。金属電極は、典型的には、鉄（例えば、炭素鋼、低炭素鋼、ステンレス鋼、低合金鋼など）から主として形成されるが、しかし、基本金属は他の材料から主として形成できる。充填組成物は、典型的に、全電極重量の少なくとも約１重量％そして全電極重量の約８０重量％以下、そして典型的に全電極重量の約８-６０重量％、そしてさらに典型的に全電極重量の約１０-４０重量％、より特に全電極重量の約１１-３０重量％、さらに全電極重量の約１２-２０重量％を構成する。充填組成物は、溶接ビードの形成を容易にするおよび／または形成された溶接ビードを大気から少なくとも一部遮蔽するのに使用される１つ以上のスラグ形成剤を含む。これらのスラグ形成剤の例は、酸化チタン（例えば、ルチルなど）および／または酸化チタン含有化合物（例えば、ＫＳｉＴｉＯ２、ＮａＳｉＴｉＯ２など）を含むがこれらに限定されない。本発明の充填組成物は、また、溶接ビード中の水素の量を減少させるために使用される化合物を含む。フッ素含有化合物は、形成された溶接ビード中の水素の量を減少させることが見いだされた。水素のこの減少は、少なくとも２つの方法で達成されるものと思われる。溶接工程中、フッ素化合物のいくらかは分解しそして大気中にフッ素ガスを放出するものと思われる。放出されたフッ素ガスは、周囲の水分および／または他の水素源から溶融した溶接ビードを遮蔽する遮蔽作用を有する。さらに、フッ素のいくらかは、周囲の水素と反応しそして溶融した溶接金属に不溶なフッ化水素を形成するものと思われる。また、低融点のフッ素含有化合物は、溶接ビードを被覆して周囲の水素に対してバリヤを形成するものと考えられる。そのため、溶接ビード中に拡散できる水素の量は減少する。さらに、溶接工程中、フッ素化合物のいくらかは分解しそして溶融した金属をカバーするスラグ中に入るものと思われる。スラグ中のフッ素は、スラグの格子を改変して溶融した溶接金属からの水素の移動の増加を可能にする。充填組成物中のフッ素含有化合物の量を増やすと、形成された溶接ビード中の水素の量を減少させることは分かっているが、多量のフッ素含有化合物の添加は、溶接中のアーク安定性および／またはスラグの組成に悪影響を与える。そのため、溶接ビードの水素含量の減少により得られる利点は、望ましくないスラグの組成および／または性質、および／または溶接中のアークの不安定性によって、相殺されるどころか不利益となる。本発明の充填組成物は、２つ以上の異なるフッ素含有化合物を組み合わせることによりこの問題を克服��ることができ、該化合物は、それらの集合により、アーク安定性およびスラグの性質に悪影響を与えることなく、溶接ビード中の水素の望ましい低いレベルを達成するのに十分な量のフッ素を溶接工程中にもたらす。充填組成物は、また、所望の溶接金属組成物に少なくとも密接に調和するおよび／または形成された溶接ビードの望ましい性質を得るように選択された１つ以上の合金化（ａｌｌｏｙｉｎｇ）剤を含むことができる。これらの合金化剤の例は、マンガン、珪素およびチタンを含むが、これらに限定されない。充填組成物は、また、溶接金属に対する酸素の不利な作用を低下させる１つ以上の脱酸素剤を含むことができる。脱酸素剤の例は、マグネシウム、珪素、チタンおよびマンガンを含むが、これらに限定されない。充填組成物は、また、溶接ビードの物理的性質を改善する１つ以上のミクロ合金化剤を含むことができる。使用できるミクロ合金化剤の１つは硼素であるが、これに限定されない。
【００１５】
本発明の他の構成および／または代替できる構成では、充填組成物は、充填組成物の全フッ素含量が少なくとも約０．５重量％であるような少なくとも２つのフッ素含有化合物を含む。典型的に、充填組成物の全フッ素含量は、約８重量％より少なく、そしてさらに典型的に約６％より少なく、さらに典型的に約１-５％、より典型的に約１-４％、さらに典型的に約２-３．５％であるが、しかし、他のフッ素の量が使用できることも理解されるべきである。本発明を限定するものではない態様の１つでは、少なくとも２つのフッ素含有化合物は、それぞれ、少なくとも約０．２重量％、そして典型的に少なくとも約０．３重量％、そしてさらに典型的に少なくとも約０．５重量％のフッ素で充填組成物に寄与する。本発明を限定するものではない他のおよび／または代替できる例では、充填組成物中のフッ素含有化合物のフッ素含量の重量％の比は、充填組成物中の他のフッ素含有化合物の集合のフッ素含量の約０．１-１０：１である。本発明を限定するものではない他の例では、この比は、典型的に、約０．２-５：１、そしてさらに典型的に約０．２５-４：１である。種々のタイプのフッ素含有化合物が充填組成物に含まれ、例えばＡｌＦ３、ＢａＦ２、ＣａＦ２、Ｎａ３ＡｌＦ６、Ｋ３ＡｌＦ６、Ｎａ２ＳｉＦ６、Ｋ２ＳｉＦ６、ＭｎＦ３、ＳｒＦ２および／または類似物があるが、これらに限定されない。理解されるように、他のまたは追加のフッ素含有化合物を充填組成物に含むこともできる。
【００１６】
本発明の他の構成および／または代替できる構成では、溶接電極の金属さやの組成は、所望の溶接金属組成物に少なくとも密接に調和するように選択される。典型的に、金属さやは、鉄に基づく素材（例えば、炭素鋼、ステンレス鋼など）を溶接するとき、大部分鉄を含むが、しかし、さやの組成物は、特別の溶接ビード組成物を達成するために種々のタイプの金属を含むことができる。本発明の１つの態様では、金属さやは主として鉄を含み、そして１つ以上の他の元素を含むことができ、例えば、アルミニウム、アンチモン、ビスマス、硼素、炭素、コバルト、銅、鉛、マンガン、モリブデン、ニッケル、ニオブ、珪素、硫黄、錫、チタン、タングステン、バナジウム、亜鉛および／またはジルコンがあるが、これらに限定されない。本発明のなお他の態様および／または代替できる態様では、金属さやの鉄含量は、少なくとも約８０重量％である。
【００１７】
本発明のなお他の構成および／または代替できる構成では、充填組成物は、１つ以上の溶接金属保護剤および／または変性剤を含む。詰めものの成分は、金属合金化剤（例えば、アルミニウム、硼素、カルシウム、炭素、クロム、鉄、マンガン、ニッケル、珪素、チタン、ジルコンなど）を含み、少なくとも一部使用されて、溶接工程の間および／またはその後溶接金属に保護を与え、特別の溶接工程を助け、および／または溶接ビードの組成を改変する。本発明の１つの態様では、充填組成物は、溶接金属保護剤の少なくとも１つを含む。本発明の他の態様および／または代替できる態様では、充填組成物は、所望の組成を有する溶接金属を形成するのを助けるのに使用される１つ以上の合金化剤を含む。本発明のなお他の態様および／または代替できる態様では、充填組成物は１つ以上のスラグ変性剤を含む。スラグ変性剤は、典型的に、スラグの粘度を増加および／または低下させるのに使用されて、溶接金属からのスラグの除去の容易さを改善し、燻煙発生を低下させ、そしてスパッター発生を減少させることなどを行う。
【００１８】
本発明のなお他の構成および／または代替できる構成では、遮蔽ガスは、溶接電極と関連して使用されて、大気中の元素および／または化合物から溶接ビードに保護を与える。遮蔽ガスは、一般に、１つ以上のガスを含む。これらの１つ以上のガスは、一般に、溶接ビードの組成について不活性または実質的に不活性である。１つの態様では、アルゴン、二酸化炭素またはこれらの混合物は、遮蔽ガスとして少なくとも一部使用される。この態様の１つの構成では、遮蔽ガスは、約２-４０容量％の二酸化炭素を含み、残りはアルゴンである。この態様の他の構成および／または代替できる構成では、遮蔽ガスは、約５-２５容量％の二酸化炭素を含み、残りはアルゴンである。理解できるように、他のおよび／または追加の不活性または実質的に不活性なガスも使用できる。
【００１９】
本発明の他の構成および／または代替できる構成では、本発明の電極は、電極により形成される１つ以上の溶接層または１つ以上の緩衝層を増加するスラグ系を有する充填組成物を含む。充填組成物中の１つ以上のスラグ形成剤は、また、形成された溶接ビードを大気から少なくとも一部遮蔽する。充填組成物の成分は、１つ以上の金属酸化物（例えば、酸化アルミニウム、酸化硼素、酸化カルシウム、酸化クロム、酸化鉄、酸化マグネシウム、酸化ニオブ、酸化カリウム、二酸化珪素、酸化ナトリウム、酸化錫、酸化チタン、酸化バナジウム、酸化ジルコンなど）、１つ以上の金属フッ化物（例えば、フッ化バリウム、フッ化ビスマス、フッ化カルシウム、フッ化カリウム、フッ化ナトリウム、Ｔｅｆｌｏｎなど）および／または１つ以上の金属合金化剤（例えば、アルミニウム、アンチモン、ビスマス、硼素、カルシウム、炭素、クロム、コバルト、銅、鉄、鉛、マンガン、モリブデン、ニッケル、ニオブ、珪素、硫黄、錫、チタン、タングステン、バナジウム、亜鉛、ジルコニウムなど）を含むことができる。本発明を限定しない態様の１つでは、充填組成物のスラグ系は、電極の少なくとも約１重量％、典型的に電極の３０重量％より少なく、さらに典型的に電極の約３-２０重量％そしてより典型的に電極の約４-１４重量％をしめる。充填組成物のスラグ系は、少なくとも一部、溶着工程の間および／またはその後溶接金属または緩衝層に保護を与えるおよび／または特別な溶着工程で助けるのに使用される。本発明を限定しないなお他の態様では、スラグ系は、少なくとも１つのスラグぬれ剤、アーク安定剤、スラグ除去剤および／または表面溶着剤を含む。スラグぬれ剤は、使用されたとき、金属溶着層が少なくとも一部固体化されるおよび／または溶着された金属の外観をよくするまで、溶着された金属を大気から保護するために溶着された金属をスラグが完全にカバーすることを確実に行うのを容易にする。安定化剤は、使用されたとき、スパッターを最低にする静かなアークを生成するのを助ける。表面溶着剤は、使用されたとき、溶着された金属の光沢および全体の表面の外観に寄与する。スラグ除去剤は、使用されたとき、溶着された金属の上および／または周りのスラグの容易な除去に寄与する。スラグ系は、またスラグの粘度を上昇および／または低下させるおよび／または燻煙の生成を減少させる剤を含むことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図面は、本発明の好ましい態様のみを説明する目的で示されており、本発明を制限するためのものではない。図１は、溶接ビードにおける拡散性水素の量と芯つき電極の充填組成物におけるフッ素の量との間の一般的な関係を示している。グラフにおいて示されているように、充填組成物における高いレベルのフッ素は、溶接ビードにおける拡散性水素の量を減少させる。芯つき電極の詰めもの中の多量のフッ素含有化合物の使用により生ずる問題の１つは、溶接操作中の溶接アークの安定性に対するフッ素含有化合物の不利な作用である。不安定なアークは、スパッターを増加させそして溶接ビードの品質および外観を低下させる。芯つき電極の詰めもの中の多量のフッ素含有化合物の使用により生ずる他の問題は、スラグの組成および性質に対するフッ素含有化合物の有害な作用である。従来の技術の電極は、許容できるアークの安定性が得られそして許容できるスラグが溶接操作中に形成されるまで、芯つき電極の詰めもの中のフッ素含有化合物の量を減らすことによってこれらの問題に対応してきた。芯つき電極の詰めもの中の使用可能なフッ素含有化合物の異なる組成のために、充填組成物中の異なる最大の許容できる量が使用できる。
【００２１】
図２および３は、芯つき電極の詰めもの中のフッ素含有化合物の量およびアークの安定性により生ずる従来の問題を例示している。図２は、化合物Ａとされるフッ素含有化合物を含む従来技術の芯つき電極を示す。図２に示されるように、化合物Ａは、充填組成物のフッ素の含量が、溶接操作中アークの安定性を損なうことなく、約２重量％であるように、芯つき電極の充填組成物に添加できる。化合物Ａは、充填組成物のフッ素含量が約２重量％を超えるのに十分な量で添加されるとき、得られるアークの安定性は、溶接操作中不安定である。そのため、芯つき電極に添加できる化合物Ａの量は、充填組成物のフッ素含量が充填組成物の２重量％を超えない量に制限される。図３は、化合物Ｂとされるフッ素含有化合物を含む従来技術の芯つき電極を示す。図３に示されているように、化合物Ｂは、充填組成物中のフッ素含量が、溶接操作中アークの安定性を損なうことなく、約１重量％であるように芯つき電極の充填組成物に添加できる。化合物Ｂは、充填組成物のフッ素含量が約１重量％を超えるのに十分な量で添加されるとき、得られるアークの安定性は、溶接操作中不安定である。そのため、芯つき電極に添加できる化合物Ｂの量は、充填組成物のフッ素含量が充填組成物の１重量％を超えないような量に制限される。従来では、もし化合物ＡまたはＢを含んだ充填組成物が溶接ビードにおいて十分に低い拡散性水素のレベルを達成できなかったならば、化合物ＡまたはＢの量は、望ましい拡散性水素のレベルを達成するのに増加できなかった。
【００２２】
本発明の芯つき電極は、芯つき電極の充填組成物中に２つ以上のフッ素含有化合物を含むことにより従来技術の芯つき電極の従来の制限を克服する。多くのタイプのフッ素含有化合物が使用でき、例えば、ＡｌＦ３、ＢａＦ２、ＣａＦ２、Ｎａ３ＡｌＦ６、Ｋ３ＡｌＦ６、Ｎａ２ＳｉＦ６、Ｋ２ＳｉＦ６、ＭｎＦ３、ＳｒＦ２および／または類似物があるが、これらに限定されない。芯つき電極の充填組成物中の２つ以上のフッ素含有化合物の量を集めることにより、充填組成物のフッ素含量が、溶接操作中のアークの安定性を損なうことなく、従来得られたレベルより高いレベルに増大できる。図４は、この概念を説明している。図４は、化合物ＡおよびＢを含む芯つき電極を示す。化合物Ａは、化合物Ａによりもたらされる充填組成物のフッ素含量が充填組成物の約２重量％を超えないような量で、充填組成物に含まれる。図２に示されるように、多量の化合物Ａを含むことは、溶接操作中アークの安定性に悪影響を及ぼす。図４は、また、化合物Ｂによりもたらされる充填組成物のフッ素含量が充填組成物の約１重量％を超えないような量で化合物Ｂが充填組成物に添加されることを示す。図３で説明されるように、多量の化合物Ｂを含むことは、溶接操作中アークの安定性に悪影響を及ぼすだろう。図４に示されるように、充填組成物中のフッ素の集合した量は約３重量％であり、そして充填組成物中のこの多いフッ素含量は、溶接操作中アークの安定性を損なわない。そのため、溶接ビード中の低い拡散性水素のレベルは、芯つき電極の充填組成物中の２つ以上のフッ素含有化合物の使用により達成可能である。芯つき電極の充填組成物中の２つ以上のフッ素含有化合物の使用による溶接ビード中の拡散性水素の量の得ることのできる低下は、約２０-４０％であった。
【００２３】
本発明による充填組成物（重量％）の一般的な処方は、以下の通りである。非フッ素含有スラグ形成剤２０-７０％、２つ以上のフッ素含有化合物のフッ素含量１-８％、金属合金化剤０-７０％。
【００２４】
充填組成物（重量％）の他のより特定した一般的な処方では、非フッ素含有スラグ形成剤３０-６５％、２つ以上のフッ素含有化合物のフッ素含量１-６％、金属合金化剤１５-６０％である。
【００２５】
上記の一般的な処方では、フッ素含有化合物のそれぞれにより発生するフッ素含量は、充填組成物の少なくとも約０．０５重量％であり、そして典型的に少なくとも約０．１重量％、さらに典型的に少なくとも約０．２重量％である。上記の一般的な処方では、充填組成物の重量％は、典型的に、芯つき電極の約８-６０重量％であり、そしてさらに典型的に芯つき電極の約１０-２０重量％である。溶接ビードを形成するために使用できる金属さやは、約０-０．２重量％のＢ、約０-０．２重量％のＣ、約０-１２重量％のＣｒ、約０-５重量％のＭｎ、約０-２重量％のＭｏ、約０．０１％より少ないＮ、約０-５重量％のＮｉ、約０．０１４％より少ないＰ、約０-４重量％のＳｉ、約０．０２％より少ないＳ、約０-０．４重量％のＴｉ、約０-０．４重量％のＶおよび約７５-９９．９重量％のＦｅを含む。アーク溶接工程中、遮蔽ガスは、芯つき電極とともに使用される。
【００２６】
２つのフッ素含有化合物を含む充填組成物（重量％）の１つの特定の本発明を限定しない例は、以下の通りである。非フッ素含有スラグ形成剤３３-７０％、第一のフッ素含有化合物のフッ素含量１-１０％、第二のフッ素含有化合物１-１０％、金属合金化剤（鉄粉末を除く）０．５-３０％、鉄粉末２-２０％。
【００２７】
２つのフッ素含有化合物を含む充填組成物（重量％）の他の特定の本発明を限定しない例は、以下の通りである。ＴｉＯ３３３-６２％、ＫＳｉＴｉＯ２３-７％、ＣａＦ２０-８％、Ｋ２ＳｉＦ６０．５-５％、Ｎａ２ＡｌＦ６０．５-２％、ＦｅＢ０．２５-０．７％、ＦｅＭｎ５-１８％、ＦｅＳｉ４-８％、ＦｅＴｉ２-５％、Ｍｇ３-６％、鋳鉄粉末０-３％、Ｆｅ粉末４-１６％。
【００２８】
３つのフッ素含有化合物を含む充填組成物（重量％）のなお他の特定の本発明を限定しない例は、以下の通りである。ＴｉＯ３３３-６０％、ＫＳｉＴｉＯ２３-７％、ＣａＦ２０．５-６％、Ｋ２ＳｉＦ６０．５-７％、Ｎａ２ＡｌＦ６０．５-７％、ＦｅＢ０．２５-０．７％、ＦｅＭｎ５-１８％、ＦｅＳｉ４-８％、ＦｅＴｉ２-５％、Ｍｇ３-６％、鋳鉄粉末０-３％、Ｆｅ粉末４-１６％。
【００２９】
２つのフッ素含有化合物を含む充填組成物（重量％）の他の特定の本発明を限定しない例は、以下の通りである。ＴｉＯ３３８-５５％、ＫＳｉＴｉＯ２４-６％、Ｋ２ＳｉＦ６３-５．５％、Ｎａ２ＡｌＦ６１-２％、ＦｅＢ０．３-０．５％、ＦｅＭｎ１０-１５％、ＦｅＳｉ５-７％、ＦｅＴｉ２．５-４．５％、Ｍｇ３-５．５％、鋳鉄粉末１-３％、Ｆｅ粉末８-１４％。
【００３０】
上記の４つの特定の例では、充填組成物の重量％は、芯つき電極の約１３-２０重量％であり、そして金属さやは、約０-０．２重量％のＢ、約０-０．２重量％のＣ、約０-１２重量％のＣｒ、約０-５重量％のＭｎ、約０-２重量％のＭｏ、約０．０１％より少ないＮ、約０-５重量％のＮｉ、約０．０１４％より少ないＰ、約０-４重量％のＳｉ、約０．０２％より少ないＳ、約０-０．４重量％のＴｉ、約０-０．４重量％のＶおよび約７５-９９．９重量％のＦｅを含む。アーク溶接工程中、遮蔽ガスは、芯つき電極とともに使用される。
【００３１】
上記の例では、ＴｉＯ２およびＫＳｉＴｉＯ２は、スラグ形成剤である。ＫＳｉＴｉＯ２は、またスラグ形成剤およびアーク安定剤である。理解できるように、他のまたは追加のスラグ形成剤、スラグ変性剤および／またはアーク安定剤が、充填組成物で使用できる。ＣａＦ２、Ｋ２ＳｉＦ６およびＮａ２ＡｌＦ６は、充填組成物中のフッ素発生化合物である。フッ素発生化合物のそれぞれは、充填組成物へ少なくとも約０．２重量％のフッ素を供給する量で存在する。ＣａＦ２は、またスラグ形成剤であり、Ｋ２ＳｉＦ６およびＮａ２ＡｌＦ６は、またアーク安定剤およびスラグ変性剤である。理解できるように、他のまたは追加のフッ素発生化合物も充填組成物で使用できる。ＦｅＭｎ、ＦｅＳｉ、ＦｅＴｉおよびＭｇは、合金化剤および／または脱酸素剤である。これらの成分は、充填組成物に添加されて、溶接金属の所望の金属合金の組成を達成しそして溶接工程中溶接金属中およびその周辺の酸素を低下させる。理解できるように、他のまたは追加の合金化剤および／または脱酸素剤も充填組成物で使用できる。Ｍｇは、主として脱酸素剤として添加される。ＦｅＢは、主としてミクロ合金化剤として添加される。理解できるように、他のまたは追加のミクロ合金化剤も充填組成物で使用できる。鋳鉄粉末およびＦｅ粉末は、また溶接金属の所望の金属合金の組成を達成するために添加される。
【００３２】
上記の態様および本発明の他の態様のこれらおよび他の改変は、本明細書の記述から当業者にとり明白でありそして示唆されており、それにより、前述が本発明の単なる例示であって本発明を限定するものではないと理解されるべきことは、はっきり理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】溶接ビード中の拡散性水素の量と芯つき電極中のフッ素の量との間の一般的な関係を示すグラフである。
【図２】アーク安定性に関連して芯つき電極中の１つの化合物により生ずるフッ素含量を説明するグラフである。
【図３】アーク安定性に関連して芯つき電極中の１つの化合物により生ずるフッ素含量を説明するグラフである。
【図４】アーク安定性に関連して芯つき電極中の２つの化合物により生ずる増加したフッ素含量を説明するグラフである。
【図１】
2006187805.tif 000002
【図２】
2006187805.tif 000003
【図３】
2006187805.tif 000004
【図４】
2006187805.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成17年12月16日(2005.12.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１１】
該充填組成物が、ＴｉＯ２３３-６２％、ＫＳｉＴｉＯ２３-７％、ＣａＦ２０-８％、Ｋ２ＳｉＦ６０．５-５％、Ｎａ２ＡｌＦ６０．５-２％、ＦｅＢ０．２５-０．７％、ＦｅＭｎ５-１８％、ＦｅＳｉ４-８％、ＦｅＴｉ２-５％、Ｍｇ３-６％、鋳鉄粉末０-３％、Ｆｅ粉末４-１６％を含む請求項１-１０の何れか１つの項の芯つき電極。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項２３】
該充填組成物が、少なくとも１重量％の鉄粉末および少なくとも１重量％の金属合金化剤を含み、該金属合金化剤が、マンガン、珪素、チタンまたはこれらの混合物からなる群から選ばれる金属を含む請求項１２-２２の何れか１つの項の方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項２５】
該充填組成物が、ＴｉＯ２３３-６２％、ＫＳｉＴｉＯ２３-７％、ＣａＦ２０-８％、Ｋ２ＳｉＦ６０．５-５％、Ｎａ２ＡｌＦ６０．５-２％、ＦｅＢ０．２５-０．７％、ＦｅＭｎ５-１８％、ＦｅＳｉ４-８％、ＦｅＴｉ２-５％、Ｍｇ３-６％、鋳鉄粉末０-３％、Ｆｅ粉末４-１６％を含む請求項１２-２４の何れか１つの項の方法。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
２つのフッ素含有化合物を含む充填組成物（重量％）の１つの特定の本発明を限定しない例は、以下の通りである。非フッ素含有スラグ形成剤３３-７０％、第一のフッ素含有化合物１-１０％、第二のフッ素含有化合物１-１０％、金属合金化剤（鉄粉末を除く）０．５-３０％、鉄粉末２-２０％。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
２つのフッ素含有化合物を含む充填組成物（重量％）の他の特定の本発明を限定しない例は、以下の通りである。ＴｉＯ２３３-６２％、ＫＳｉＴｉＯ２３-７％、ＣａＦ２０-８％、Ｋ２ＳｉＦ６０．５-５％、Ｎａ２ＡｌＦ６０．５-２％、ＦｅＢ０．２５-０．７％、ＦｅＭｎ５-１８％、ＦｅＳｉ４-８％、ＦｅＴｉ２-５％、Ｍｇ３-６％、鋳鉄粉末０-３％、Ｆｅ粉末４-１６％。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
３つのフッ素含有化合物を含む充填組成物（重量％）のなお他の特定の本発明を限定しない例は、以下の通りである。ＴｉＯ２３３-６０％、ＫＳｉＴｉＯ２３-７％、ＣａＦ２０．５-６％、Ｋ２ＳｉＦ６０．５-７％、Ｎａ２ＡｌＦ６０．５-７％、ＦｅＢ０．２５-０．７％、ＦｅＭｎ５-１８％、ＦｅＳｉ４-８％、ＦｅＴｉ２-５％、Ｍｇ３-６％、鋳鉄粉末０-３％、Ｆｅ粉末４-１６％。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
２つのフッ素含有化合物を含む充填組成物（重量％）の他の特定の本発明を限定しない例は、以下の通りである。ＴｉＯ２３８-５５％、ＫＳｉＴｉＯ２４-６％、Ｋ２ＳｉＦ６３-５．５％、Ｎａ２ＡｌＦ６１-２％、ＦｅＢ０．３-０．５％、ＦｅＭｎ１０-１５％、ＦｅＳｉ５-７％、ＦｅＴｉ２．５-４．５％、Ｍｇ３-５．５％、鋳鉄粉末１-３％、Ｆｅ粉末８-１４％。