(57)【要約】  【課題】  良好な溶接作業性を有し、電撃防止装置付き溶接機での再アーク性が極めて良好であり、電撃防止装置のない溶接機での溶接後における耐サイドアークをも満足する仮付け溶接棒を提供する。  【解決手段】  被覆アーク溶接棒を製造する際に被覆剤に添加される鉄粉であって、コーティングされた鉄粉の質量に対する割合で該鉄粉表面に有機物２〜２５質量％を固質量に換算して０．３〜８．０質量％の水ガラスでコーティングする。また軟鋼または低合金鋼からなる心線に被覆剤が塗装されている被覆アーク溶接棒において、上記の鉄粉を被覆剤全質量あたり３０〜６０質量％含有させる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
被覆アーク溶接棒を製造する際に被覆剤に添加される鉄粉であって、コーティングされた鉄粉の質量に対する割合で該鉄粉表面に有機物２〜２５質量％を固質量に換算して０．３〜８．０質量％の水ガラスでコーティングしたものであることを特徴とする被覆アーク溶接棒用鉄粉。
【請求項２】
軟鋼または低合金鋼からなる心線に被覆剤が塗装されている被覆アーク溶接棒において、前記被覆剤は、コーティングされた鉄粉の質量に対する割合で有機物２〜２５質量％を固質量に換算して０．３〜８．０質量％の水ガラスで表面にコーティングした鉄粉を、被覆剤全質量あたり３０〜６０質量％含有したことを特徴とする仮付け用被覆アーク溶接棒。
【請求項３】
被覆剤はさらに金属炭酸塩を２０〜５０質量％、金属弗化物を０．５〜３．５％含有し、その他は脱酸剤、アーク安定剤、スラグ生成剤および不可避的不純物であることを特徴とする請求項２記載の仮付け用被覆アーク溶接棒。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、造船、橋梁および建築等の構造物での仮付け溶接で多く用いられる低水素系被覆アーク溶接棒を製造する際に被覆剤に添加されるに被覆アーク溶接棒用鉄粉および仮付け用被覆アーク溶接棒に関し、特に良好な溶接作業性を維持しつつ電撃防止装置付き溶接機においても優れた再アーク性と溶接後においても良好な耐サイドアーク性が得られる被覆アーク溶接棒用鉄粉および仮付け用被覆アーク溶接棒（以下、仮付け溶接棒という）、特に低水素系仮付け用被覆アーク溶接棒に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
仮付け溶接棒は、耐割れ性や機械的性質が優れていることから、高張力鋼や低温用鋼を使用する重要構造物や厚板を使用する大型構造物などの仮付け溶接に多く適用されている。断続的に溶接を行う仮付け溶接は溶接途中でアークを中断させ再度アークを発生させる場合、被覆筒を砕き心線を鋼板に接触させアークを発生させるが、被覆が部分的に欠けていると溶着金属にピットやブローホール等の溶接欠陥が発生し易いので、溶接により形成された被覆筒を鋼板に軽く接触させることでアークが容易に発生することが望ましい。
【０００３】
また、通常の溶接機は無負荷電圧が約６０〜９０Ｖであるが、感電防止のために電撃防止装置が使用され、溶接停止時は約１０〜２５Ｖがホルダーに掛かっている。この電撃防止装置は溶接電流を検出すると共に（０．０６秒以内）解除され、溶接中は電源の垂下特性によるアーク電圧がホルダーに掛かっている。またアークが停止すると約１秒間は溶接機の無負荷電圧約６０〜９０Ｖを維持するが、その後は電撃防止装置による約１０〜２５Ｖになる。このように電撃防止装置は安全のため溶接停止時の電圧が低いので再アークの発生が非常に困難である。また再アーク性のみを考慮し導電性の高い鉄粉などを過度に含有させてしまうと、溶接する際に溶接棒の被覆部からアークが発生（以下、サイドアークという。）し易くなり取扱いおよび安全面において問題がある。
【０００４】
このような状況に対し、仮付け溶接棒の再アーク性および耐サイドアーク性を満足するため被覆筒の導電性を向上することを目的に種々の鉄粉を用いた仮付け溶接棒に関する提案がされている。例えば、特開平１１−２２６７７９号公報（特許文献１）には、鉄粉の平均粒径、比表面積を限定することにより再アーク性を良好とする低水素系被覆アーク溶接棒が開示されている。しかし、この技術では被覆の絶縁が劣化するため溶接前でもサイドアークが発生しやすい。
【０００５】
また、特開２００４−３０６０９４号公報（特許文献２）には、被覆剤中の金属炭酸塩、金属弗化物、鉄粉、有機物の含有量、被覆率および絶縁抵抗で限定し、さらに白樺粉を含有させることによって再アーク性および耐サイドアーク性を良好にする技術の開示がある。しかし、この技術は、溶接する前の耐サイドアーク性であり、溶接後における耐サイドアーク性を満足するには至らない。
【０００６】
さらに、特開平１０−２６３８７８号公報（特許文献３）には、心線の比抵抗、また心線と溶接機ホルダーとの接触抵抗を限定することによって被覆剤の金属添加量に拘り無く、再アーク性を向上できるという技術の開示がある。しかし、耐サイドアーク性は劣るので再アーク性と、さらに溶接後における耐サイドアーク性をも満足する仮付け溶接棒の改善とはならない。
【特許文献１】特開平１１−２２６７７９号公報
【特許文献２】特開２００４−３０６０９４号公報
【特許文献３】特開平１０−２６３８７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、良好な溶接作業性を保有し、電撃防止装置付き溶接機での再アーク性が極めて良好であり、電撃防止装置のない溶接機での溶接後における耐サイドアーク性をも満足する仮付け溶接棒、およびこれの製造に用いる被覆アーク溶接棒用鉄粉を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の要旨は、
（１）被覆アーク溶接棒を製造する際に被覆剤に添加される鉄粉であって、コーティングされた鉄粉の質量に対する割合で該鉄粉表面に有機物２〜２５質量％を固質量に換算して０．３〜８．０質量％の水ガラスでコーティングしたものであることを特徴とする被覆アーク溶接棒用鉄粉にある。
（２）軟鋼または低合金鋼からなる心線に被覆剤が塗装されている被覆アーク溶接棒において、前記被覆剤は、コーティングされた鉄粉の質量に対する割合で有機物２〜２５質量％を固質量に換算して０．３〜８．０質量％の水ガラスで表面にコーティングした鉄粉を、被覆剤全質量あたり３０〜６０質量％含有したことを特徴とする。
また、被覆剤はさらに金属炭酸塩を２０〜５０質量％、金属弗化物を０．５〜３．５％含有し、その他は脱酸剤、アーク安定剤、スラグ生成剤および不可避不純物であることも特徴とする低水素系仮付け用被覆アーク溶接棒にある。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の被覆アーク溶接棒用鉄粉および仮付け用溶接棒によれば、鉄粉表面に有機物をコーティングしているので、この鉄粉が添加された被覆剤を鋼心線に塗装した場合、溶接時に良好な溶接作業性が得られ、電撃防止装置の付いた溶接機においても再アーク性が優れ、かつ無負荷電圧の高い溶接機においても溶接後における耐サイドアーク性が得られるので、仮付け溶接の作業能率の向上に大いに貢献できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明者らは、前記課題を解決するために種々の被覆剤原料につき電撃防止装置付き溶接機での再アーク性および電撃防止装置のない溶接機での溶接後における耐サイドアーク性に及ぼす影響を調査した。その結果、鉄粉表面に有機物を水ガラスを用いてコーティングした鉄粉を被覆剤中に含有させることによって、再アーク性および耐サイドアーク性のいずれも良好になることを見出した。
【００１１】
以下、本発明における被覆アーク溶接棒用鉄粉および仮付け用溶接棒について、鉄粉への有機物のコーティング量、水ガラスの固質量および仮付け用溶接棒の被覆剤中における含有量などについて説明する。
【００１２】
鉄粉の表面を覆うように有機物を水ガラスでコーティングすることにより、鉄粉が有機物で絶縁されるので溶接後における耐サイドアーク性が向上し、再アーク時においてもアーク熱によって保護筒近傍のみ鉄粉表面の有機物のコーティングが壊れ、かつ有機物から炭化物が形成されることから再アーク性を向上できる。
【００１３】
鉄粉表面をコーティングする有機物が、コーティングされた鉄粉の質量に対する割合で２５質量％を超えると、有機物の塊ができて仮付け用溶接棒の原料としての製造時に製品歩留が悪くなる。一方、２質量％未満であると、鉄粉表面を完全に覆う形でコーティングできなくなるため、耐サイドアーク性が劣化する。なお、本発明にいう有機物とは、セルロース、デキストリン、白樺粉、澱粉、コンスターチ、アルギン酸ソーダなどをいう。
【００１４】
有機物のコーティングに固着剤として用いる水ガラスは、珪酸カリウムおよび珪酸ソーダの１種または２種からなる固質量が、有機物の固着性および耐サイドアーク性に大きく関わる。水ガラスの固質量がコーティングされた鉄粉の質量に対する割合で０．３質量％未満では、固着性が劣るため鉄粉に有機物がコーティングされず、耐サイドアーク性も劣る。一方、８．０質量％を超えると絶縁性の高い固質量が多くなり、再アーク性が劣る。また、固着性が強くなりすぎ、有機物をコーティングした鉄粉の粒度が大きくなるので仮付け用溶接棒の原料としての製造時に製品歩留が悪くなる。
【００１５】
なお、本発明の被覆アーク溶接棒用鉄粉は、例えば鉄粉に有機物を混合して珪酸カリウムおよび珪酸ソーダの１種または２種からなる水ガラスを添加し、造粒した後に１５０〜３００℃で乾燥して製造する。また、粒度は１５０〜１０００μｍが望ましい。
【００１６】
有機物をコーティングした鉄粉の被覆剤中の含有量は、被覆剤全質量あたり３０〜６０質量％とする。被覆剤中の有機物をコーティングした鉄粉の含有量が３０質量％未満であると、再アーク性も耐サイドアーク性も不良となる。一方、被覆剤中の有機物をコーティングした鉄粉の含有量が６０質量％を超えると、耐棒焼け性が劣化し、溶接後における耐サイドアーク性も劣る。さらに、拡散性水素量が増加するので耐低温割れ性が劣化する。
【００１７】
被覆剤中の金属炭酸塩は、アーク中で分解しＣＯ２ガスを発生して溶着金属や溶融スラグを大気から保護し、窒素、酸素、水素の侵入を防止すると共にアーク力を確保し、スラグの流動性、粘性を調整するもので、被覆剤全質量あたり２０〜５０質量％必要である。金属炭酸塩が２０質量％未満であると、ＣＯ２ガス発生量が少なく大気中の水素等を巻込みやすく拡散性水素量が増加して低温割れが生じる場合がある。また、溶接金属の窒素や酸素の増加で機械的性能をも不良にする。一方、金属炭酸塩が５０質量％を超えるとアークが強くなり過ぎスパッタ発生量が多くなる。
【００１８】
被覆剤中の金属弗化物は、スラグの溶融点を下げて流動性の良好なスラグを得るため被覆剤全質量あたり０．５〜３．５質量％必要である。金属弗化物が０．５質量％未満では、満足なスラグの流動性が得られずスラグ被包性が劣ることからビード形状が劣化する。一方、金属弗化物が３．５質量％を超えると、流動性が過度に良くなりスラグ被包性が劣りビード形状が劣化する。
【００１９】
被覆剤には上記の成分の他にフェロシリコンなどの脱酸剤、珪灰石などのアーク安定剤、マグネサイトなどのスラグ生成剤および不可避的不純物が含まれる。なお本発明の被覆アーク溶接棒用鉄粉は、上記の分量の金属炭酸塩および金属弗化物を含有する低水素系仮付け棒に限らず、イルミナイト系、ライムチタニア系、高酸化チタン系などの非低水素系の仮付け用被覆アーク溶接棒いずれにも適用できる。
【実施例】
【００２０】
以下、実施例により本発明の被覆アーク溶接棒用鉄粉および仮付け溶接棒を詳細に説明する。
表１に各種の有機物を鉄粉表面にコーティングした鉄粉（以下、コーティング鉄粉という）を示す。なお、表１に示すコーティング鉄粉は、有機物に水ガラスを表１の固質量となるように添加し、造粒した後２００℃で乾燥し、粒度が１５０〜１０００μｍの範囲内となるように篩い分けした。篩い分け時の歩留も表１に示す。
【００２１】
【表１】
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【００２２】
表１に示すコーティング鉄粉を用いて、表２に示す各種組成の被覆剤を、直径４．０ｍｍ、長さ４００ｍｍのＪＩＳ  Ｇ３５２３  ＳＷＹ１１の鋼心線に被覆剤を塗装した後、温度４００℃で乾燥して仮付け溶接棒を試作し再アーク性、耐サイドアーク性および溶接作業性の調査を行った。
【００２３】
【表２】
2006316319.tif 000003
【００２４】
まず、再アーク性の評価は、電撃防止装置の付いた溶接機を用いて１０秒間溶接し、溶接棒先端の被覆部が常温になった後、溶接棒の被覆筒をＳＭ４９０Ｂ、板厚９ｍｍの鋼板をＴ型に組んだ試験体のすみ肉部へ軽く接触させて調べることを各２０本について行なった。直ちにアークが発生したものを合格と判定し、合格本数が１６本以上を良好とした。
【００２５】
また、溶接後における耐サイドアーク性の評価は、電撃防止装置の無い溶接機を用い溶接棒長が２５０ｍｍになるまで溶接した後、直ちに溶接棒先端から７５ｍｍの所を鋼板の角部分へ軽く接触させ、アークが発生しないものを合格と判定し、２０本中１本でも被覆からアークが発生したものは不良とした。
【００２６】
溶接作業性の調査は、前述の鋼板をＴ型に組み、溶接電流２００Ａで水平すみ肉溶接および立向下進溶接をして、アーク状態、スラグ状態、ビード形状、耐棒焼け性などを調査した。これらの調査結果を表３にまとめて示す。
【００２７】
【表３】
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【００２８】
表３のうち溶接棒Ｎｏ．１〜Ｎｏ．６が本発明例、溶接棒棒Ｎｏ．７〜Ｎｏ．１２が比較例である。本発明である溶接棒Ｎｏ．１〜Ｎｏ．６は、鉄粉への有機物のコーティングにおける有機物量、水ガラスの固質量および仮付け溶接棒への添加量、さらに金属炭酸塩および金属弗化物の添加量が適正であるので、電撃防止装置付き溶接機での再アーク性および電撃防止装置のない溶接機での溶接後における耐サイドアーク性、さらに溶接作業性も良好で極めて満足な結果であった。また、別途実施した拡散性水素量の測定結果においても拡散性水素量は少なかった。
【００２９】
比較例中の溶接棒Ｎｏ．７は、コーティング鉄粉Ｅの有機物が少ないので、溶接後における耐サイドアーク性が劣った。また、金属炭酸塩が多いので、スパッタ発生量が多かった。
【００３０】
溶接棒Ｎｏ．８は、コーティング鉄粉Ｆの有機物が多いので有機物の塊が極めて多くでき、コーティング鉄粉製造時の歩留が低かった。また、金属弗化物が多いので、スラグ流動性が過度に良くなりスラグ被包性が劣りビード形状が劣化した。
【００３１】
溶接棒Ｎｏ．９は、コーティング鉄粉Ｇの水ガラスの固質量が少ないので、溶接後における耐サイドアーク性が劣った。また、金属弗化物が少ないので、満足なスラグ流動性が得られず、スラグ被包性が劣化しビード形状が劣化した。
【００３２】
溶接棒Ｎｏ．１０は、コーティング鉄粉Ｈの水ガラスの固質量が多いので有機物の塊が多くでき、コーティング鉄粉製造時の歩留が低かった。また、再アーク性が不良であった。さらに、金属炭酸塩が少ないので、別途実施した拡散性水素量を測定した結果拡散性水素量が多かった。
【００３３】
溶接棒Ｎｏ．１１は、被覆剤中のコーティング鉄粉が多いので耐棒焼け性が劣化したため、溶接後における耐サイドアーク性が不良であった。
溶接棒Ｎｏ．１２は、コーティング鉄粉が少ないので、再アーク性が不良であった。