(57)【要約】    【課題】  使用済みの片面サブマージアーク溶接用裏当てフラックスを再生して製造された片面サブマージアーク溶接用再生裏当てフラックスの製造方法を提供する。    【解決手段】  先ず、溶接に使用済みの片面サブマージアーク溶接用裏当てフラックスを回収し、加熱処理を施して４００乃至６００℃の温度に５分間保持する。これにより、使用済みフラックスの粉体部分及び塊状部分から、熱硬化性樹脂からなる被覆層が除去され、塊状部分が粉体化する。次に、このフラックスを篩にかけ、スラグ部分を除去する。次に、粉体のみとなったフラックスの各粉末表面に、熱硬化性樹脂を改めて被覆する。これにより、片面サブマージアーク溶接用再生裏当てフラックスが製造される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
各粉末表面に熱硬化性樹脂が被覆された片面サブマージアーク溶接用再生裏当てフラックスの製造方法において、溶接に使用済みであり金属及び合金成分を含有しない裏当てフラックスを４００乃至８００℃の温度に５分間以上加熱して前記熱硬化性樹脂を除去する加熱工程と、加熱後の前記フラックスから粉体を分離する分離工程と、前記粉体に新たに熱硬化性樹脂を被覆する被覆工程と、を有することを特徴とする片面サブマージアーク溶接用再生裏当てフラックスの製造方法。
【請求項２】
各粉末表面に熱硬化性樹脂が被覆された片面サブマージアーク溶接用再生裏当てフラックスの製造方法において、溶接に使用済みであり金属又は合金成分を含有する裏当てフラックスを４００乃至６００℃の温度に５分間以上加熱して前記熱硬化性樹脂を除去する加熱工程と、加熱後の前記フラックスから粉体を分離する分離工程と、前記粉体に新たに熱硬化性樹脂を被覆する被覆工程と、を有することを特徴とする片面サブマージアーク溶接用再生裏当てフラックスの製造方法。
【請求項３】
前記分離工程は、加熱後の前記片面サブマージアーク溶接用裏当てフラックスを、呼び寸法が０．８５乃至２．３６ｍｍの篩にかけて分離する工程であることを特徴とする請求項１又は２に記載の片面サブマージアーク溶接用再生裏当てフラックスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、片面サブマージアーク溶接において、被溶接材の溶接部の裏側に配置される片面サブマージアーク溶接用裏当てフラックスの製造方法に関し、特に、使用済みの裏当てフラックスを再生することにより得られる片面サブマージアーク溶接用再生裏当てフラックスの再生方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、溶接予定部分に粉体状のフラックスを供給し、このフラックスの中に溶接ワイヤの先端を突っ込み、溶接部及びアークを大気から遮断しつつ自動的に溶接を行う片面サブマージアーク溶接が行われている。片面サブマージアーク溶接は能率が高く、片面のみの溶接により比較的厚い板材を溶接することができるため、船舶をはじめとして種々の構造物の溶接に広く適用されている。そして、片面サブマージアーク溶接を行う際には、被溶接材と裏当て銅板との間に、片面サブマージアーク溶接用裏当てフラックスを配置することがある（例えば、特許文献１乃至３参照。）。
【０００３】
片面サブマージアーク溶接用裏当てフラックスは、溶接前には被溶接材の溶接部に密着できるように粉体であることが好ましく、溶接中にはビード部を支持できるように固形であることが好ましい。そのため、粉体状のフラックスにおける各粉末の表面に熱硬化性樹脂をコーティングし、溶接前には粉体であり、溶接時には熱硬化性樹脂が硬化又は焼失することにより固形化される片面サブマージアーク溶接用裏当てフラックスが開発されている（例えば、特許文献４参照。）。
【０００４】
【特許文献１】特開平５−３３７６５１号公報
【特許文献２】特開平７−３０３９８９号公報
【特許文献３】特開平１０−３１４９８３号公報
【特許文献４】特開平１１−９０６８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述の従来の技術には、以下に示すような問題点がある。上述の熱硬化性樹脂がコーティングされた片面サブマージアーク溶接用裏当てフラックス（以下、単にフラックスともいう）は、溶接時に不均一に加熱される。このため、溶接後のフラックスには、溶接熱により熱硬化性樹脂が焼失し、フラックスが溶融・凝固してスラグとなった部分と、溶接熱により熱硬化性樹脂が硬化して塊状となった部分と、熱があまり伝わらず粉体のまま残っている部分とが混在する。従って、使用済みのフラックスのうち、少なくとも粉体部分は、再利用が可能である。
【０００６】
しかしながら、使用済みのフラックスを回収するときには、上述の粉体部分、塊状部分及びスラグ部分が混在した状態で回収される。そして、使用済みフラックスから、粉体部分のみを分離することは極めて難しく、その作業も面倒極まりないものである。このため従来は、使用済みのフラックスは粉体部分も含めて全量が産業廃棄物として廃却処理されていた。この結果、廃棄処理コストがかかると共に、溶接の度に毎回新品の裏当てフラックスを使用することになり、溶接コストが高いものになっていた。
【０００７】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、使用済みの片面サブマージアーク溶接用裏当てフラックスを再生して製造する片面サブマージアーク溶接用再生裏当てフラックスの製造方法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】
本発明に係る片面サブマージアーク溶接用再生裏当てフラックスの製造方法は、各粉末表面に熱硬化性樹脂が被覆された片面サブマージアーク溶接用再生裏当てフラックスの製造方法において、溶接に使用済みであり金属及び合金成分を含有しない裏当てフラックスを４００乃至８００℃の温度に５分間以上加熱して前記熱硬化性樹脂を除去する加熱工程と、加熱後の前記フラックスから粉体を分離する分離工程と、前記粉体に新たに熱硬化性樹脂を被覆する被覆工程と、を有することを特徴とする。
【０００９】
本発明においては、溶接に使用済みの裏当てフラックスから熱硬化性樹脂を除去することにより、使用済みフラックスのうち、塊状となった部分を粉体化することができる。これにより、この粉体を使用済みフラックスのスラグ部分から容易に分離することができ、分離した粉体に熱硬化性樹脂を被覆することにより、片面サブマージアーク溶接用再生裏当てフラックスを再生し、再利用することができる。
【００１０】
本発明に係る他の片面サブマージアーク溶接用再生裏当てフラックスの製造方法は、各粉末表面に熱硬化性樹脂が被覆された片面サブマージアーク溶接用再生裏当てフラックスの製造方法において、溶接に使用済みであり金属又は合金成分を含有する裏当てフラックスを４００乃至６００℃の温度に５分間以上加熱して前記熱硬化性樹脂を除去する加熱工程と、加熱後の前記フラックスから粉体を分離する分離工程と、前記粉体に新たに熱硬化性樹脂を被覆する被覆工程と、を有することを特徴とする。これにより、上述の効果の他に、フラックス中の金属又は合金成分が酸化されることを防止できる。なお、金属又は合金成分には、鉄粉及び脱酸剤も含まれる。
【発明の効果】
【００１１】
このように、本発明によれば、溶接に使用済みの片面サブマージアーク溶接用裏当てフラックスを所定の条件で加熱することにより、使用済みのフラックスから熱硬化性樹脂を除去し、塊状となった部分を粉体化することができる。これにより、この粉体を使用済みフラックスのスラグ部分から容易に分離することができ、分離した粉体の各粉末表面に再度熱硬化性樹脂を被覆することにより、片面サブマージアーク溶接用裏当てフラックスを再生し、再利用することができる。この結果、サブマージアーク溶接用の溶接コストを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について添付の図面を参照して具体的に説明する。本実施形態に係る片面サブマージアーク溶接用再生裏当てフラックスは、溶接に使用済みの裏当てフラックスを再生して製造されたものである。このフラックスは、粉体状であり、各粉末の表面には熱硬化性樹脂が被覆されている。フラックス１００質量％に対する熱硬化性樹脂の比率は、例えば１．０乃至８．０質量％である。熱硬化性樹脂を除いたフラックスの組成の一例を表１に示す。また、粒度は、２１２μｍ乃至１．７ｍｍの範囲のものが、全体の７０質量％以上を占めている。熱硬化性樹脂は、例えば、フェノール樹脂、フラン樹脂、キシレン樹脂等である。
【００１３】
【表１】
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【００１４】
次に、上述の如く構成された本実施形態に係る片面サブマージアーク溶接用再生裏当てフラックスの製造方法、即ち、使用済みのフラックスの再生方法について説明する。先ず、片面サブマージアーク溶接を行った後、溶接後の裏当てフラックスを回収する。この溶接後のフラックスの状態を表２に示す。
【００１５】
【表２】
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【００１６】
表２に示すように、溶接後に回収したフラックス、即ち使用済みのフラックスには、（１）熱があまり伝わらず粉体のまま残っている部分（粉体部分）と、（２）溶接熱により熱硬化性樹脂が硬化して塊状となった部分（塊状部分）と、（３）溶接熱により熱硬化性樹脂が焼失しフラックスが溶融・凝固してスラグとなった部分（スラグ部分）とが混在している。なお、（２）（塊状部分）には、（３）（スラグ部分）が付着している可能性がある。
【００１７】
溶接後のフラックスのうち、表１に示す（１）（粉体部分）は、そのままで再度利用可能である。また、（２）（塊状部分）は、残存する熱硬化性樹脂を除去して粉体化させた後、再度熱硬化性樹脂をコーティングすれば、再利用が可能である。これに対して、（３）（スラグ部分）は、再利用できないので廃却する必要がある。上述の如く、使用済みのフラックスを回収すると、上記（１）（２）（３）が混在した状態で回収される。このため、使用済みのフラックスを再利用するためには、少なくとも（３）（スラグ部分）を、（１）（粉体部分）及び（２）（塊状部分）から分離する必要がある。
【００１８】
しかしながら、上記（１）（２）（３）が混在した使用済みのフラックスを、例えば、篩（ふるい）により分離しようとすると、（３）（スラグ部分）と共に、再利用可能な（２）（塊状部分）を共に除去してしまう。また、分離前に（２）（塊状部分）を粉砕しようとすると、（３）（スラグ部分）も粉砕されてしまい、やはり（３）（スラグ部分）のみを分離することができない。更に、（２）（塊状部分）を粉体化するために、溶液を使用して化学反応により残存した熱硬化性樹脂を除去する方法も考えられるが、処理後の溶液の処理が極めて難しいという問題点がある。
【００１９】
本発明者等は、これらの問題点について種々の研究を行った結果、回収した溶接後のフラックスを所定の条件で加熱処理すると、フラックスに付着している熱硬化性樹脂が除去され、（２）（塊状部分）が粉体化すると共に、新品のフラックスと同等の外観色に戻ることを突き止めた。なお、このとき、（１）（粉体部分）は粉体のまま熱硬化性樹脂の被覆層のみが除去され、（３）（スラグ部分）は変化しない。従って、使用済みのフラックスを加熱処理して（２）（塊状部分）を粉体化した後、このフラックスを例えば篩にかけることにより、使用済みのフラックスから、（３）（スラグ部分）を分離することができる。
【００２０】
本実施形態に係る片面サブマージアーク溶接用再生裏当てフラックスの再生方法について、その工程順に説明する。先ず、溶接後の使用済みフラックスを回収する。この使用済みフラックスには、上記表２に示す（１）（粉体部分）、（２）（塊状部分）、（３）（スラグ部分）が混在している。
【００２１】
次に、この使用済みフラックスに対して加熱処理を施す。このとき、フラックスに鉄粉又は合金成分が含有されていない場合は、加熱処理温度を４００乃至８００℃とし、フラックスに鉄粉又は合金成分が含有されている場合は、加熱処理温度を４００乃至６００℃とする。加熱処理時間は５分間以上とする。これにより、（１）（粉体部分）及び（２）（塊状部分）から、熱硬化性樹脂からなる被覆層が除去される。この結果、（２）（塊状部分）は、フラックス同士を結合させていた熱硬化性樹脂層が除去されるため、粉体化する。なお、（１）（粉体部分）は粉体のままであり、（３）（スラグ部分）は、元々熱硬化性樹脂層は殆ど残っておらず、フラックス自体が溶融凝固しているため、前述の加熱処理によっても変化しない。
【００２２】
次に、加熱後のフラックスを篩にかけ、（３）（スラグ部分）を除去する。篩のメッシュサイズは、例えば呼び寸法を０．８５乃至２．３６ｍｍとし、例えば１０ｍｅｓｈ（呼び寸法：１．７０ｍｍ）とする。
【００２３】
次に、（３）（スラグ部分）が除去され、粉体のみとなったフラックスの各粉末表面に、熱硬化性樹脂を新たにコーティングし、被覆層を形成する。この熱硬化性樹脂のコーティング方法は特に限定されるものではなく、従来の方法でよい。例えば、粉状又は固形状の熱硬化性樹脂材料をフラックスと共に加熱し、混合することにより、フラックスの各粉末表面に熱硬化性樹脂をコーティングする。又は、熱硬化性樹脂をエタノール等の溶媒に溶かし、これを粉体状のフラックスに添加して混合する。そして、樹脂が溶融しない温度で乾燥させることにより、フラックスの各粉末表面に熱硬化性樹脂をコーティングする。これにより、前述の本実施形態に係る片面サブマージアーク溶接用再生裏当てフラックスが再生される。
【００２４】
なお、溶接条件等によっては、使用済みフラックスに塊状部分が形成されない場合がある。このような場合には、必ずしも前述の加熱処理及び熱硬化性樹脂の被覆処理を行う必要はなく、フラックスの公称粒度における最大粒径以上の篩を使用して、粉体部分とスラグ部分とを相互に分離することができる。
【００２５】
以下、本発明の各構成要件における数値限定理由について説明する。
【００２６】
加熱処理温度：４００乃至８００℃
使用済みのフラックスに付着している熱硬化性樹脂は、４００℃の温度まで加熱すると発熱を開始して焼失する性質があり、４００℃未満の加熱温度では熱硬化性樹脂を除去することが困難である。一方、加熱処理温度の上限値は、フラックスの組成により異なる。フラックスが鉄粉、脱酸剤及び合金成分を含有しない場合、即ち、これらの成分を含有できないフラックスの場合及びこれらの成分を含有できるが積極的には含有させていない場合は、加熱処理温度の上限値は８００℃となる。加熱処理温度が８００℃を超えると、加熱処理中にフラックスが溶融し、その後冷却されたフラックスは結晶化するため、結晶水として水分を多く含むようになる。即ち、フラックスの吸湿性が高くなる。そして、このようなフラックスを再生して溶接に使用すると、ピット及びブローホールが発生しやすくなる。また、鉄粉、脱酸剤及び合金成分を含有しないフラックスの場合、加熱処理温度が８００℃を超えると、このフラックスに含有されているフッ化物が分解される。そして、このようなフラックスを再生して溶接に使用すると、フラックスの溶融性が悪くなり、裏ビード形状が不安定になる。従って、加熱処理温度は４００乃至８００℃とすることが必要である。
【００２７】
また、フラックスにＦｅ−Ｍｎ系合金及びＦｅ−Ｓｉ系合金等の脱酸成分を添加する場合がある。更に、フラックスに鉄粉又は合金成分を添加する場合もある。このような場合には、加熱処理温度が６００℃を超えると、合金成分及び鉄粉が酸化される可能性があるため、加熱温度は６００℃以下とすること必要である。即ち、加熱処理温度が６００℃を超え、脱酸剤が酸化されると、脱酸効果が低下して脱酸剤としての機能を果たさなくなる。この結果、溶接金属中の酸素量が増加してスラグ量が増加し、裏ビード形状が不安定になる。また、鉄粉が酸化されると、やはり溶接金属中の酸素量の制御ができなくなり、スラグ量が増加して裏ビード形状が不安定になる。更に、合金成分が酸化されると、溶接後の溶接金属部分が設計された合金組成にならない。また、溶接中に発生するガス量が増加して、ガス欠陥が発生する。
【００２８】
更に、フラックスに金属炭酸塩等が含有されて焼結フラックスとして製造されている場合がある。金属炭酸塩は、溶接時にアーク熱により分解して炭酸ガスを発生し、溶融金属をシールドする効果があるが、加熱処理温度が６００℃を超えると、加熱処理時にこの金属炭酸塩が分解してしまい、溶接時にこの効果が得られなくなる。従って、フラックスに脱酸剤、鉄粉、合金成分、金属炭酸塩が含有されている場合は、加熱処理温度は６００℃以下とすることが好ましい。
【００２９】
加熱処理時間：５分間以上
加熱処理時間は、使用済みフラックスの量及び加熱処理温度によっても異なるが、加熱処理時間が５分間未満では、使用済みのフラックスから、残留した熱硬化性樹脂を確実に除去することが困難である。従って、加熱処理時間は５分間以上とすることが必要である。
【００３０】
図１は、横軸に加熱処理時間をとり、縦軸に加熱処理温度をとって、加熱処理条件が使用済みフラックスの塊状部分の粉体化に及ぼす影響を示すグラフ図である。図１に示す白丸（○）は熱硬化性樹脂が完全に除去され、塊状部分が粉体化したことを示し、黒丸（●）は熱硬化性樹脂が残存し、塊状部分が完全に粉体化しなかったことを示す。図１に示すように、使用済みフラックスから熱硬化性樹脂を完全に除去し、塊状部分を完全に粉体化するためには、４００℃以上の加熱処理温度に５分間以上保持することが好ましい。
【００３１】
なお、加熱処理後に粉体部分とスラグ部分とを分離する方法としては、前述の篩を使用する方法が最も簡便であるが、本発明においては、粉体部分とスラグ部分との分離方法は篩を使用する方法に限定されない。
【実施例】
【００３２】
以下、本発明の実施例の効果について、その特許請求の範囲から外れる比較例と比較して具体的に説明する。先ず、表３に示す３種類の片面サブマージアーク溶接用裏当てフラックスを用意した。これらのフラックスの組成及び粒度を表４に示す。なお、表３に示す原料混合フラックスとは、原料（鉱石粉）を混合したものである。次に、この３種類のフラックスを使用して、片面サブマージアーク溶接を行った。この片面サブマージアーク溶接の条件を表５に示す。
【００３３】
【表３】
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【００３４】
【表４】
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【００３５】
【表５】
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【００３６】
溶接後、使用済みの裏当てフラックスを回収し、種々の加熱条件により加熱処理を施した。このときの加熱処理温度及び加熱処理時間を表６に示す。そして、加熱処理後の粉体化状態及び熱硬化性樹脂の有無を評価した。評価結果を表６に示す。なお、表６において、塊状部分が完全に粉体化した場合を「◎（極めて良好）」とし、一部塊が残ったが、この塊も容易に粉体化した場合を「○（良好）」とし、一部塊が残り、この塊が容易には粉体化しなかった場合を「△（普通）」とし、塊状部分が全く粉体化しなかった場合を「×（不良）」とした。また、熱硬化性樹脂の有無は、示差熱による発熱反応の有無、フラックスの加熱処理前後の質量変化量、及びガスクロマトグラフィ質量分析計による分析により確認した。
【００３７】
次に、加熱処理後のフラックスのうち、塊状部分が粉体化し、また熱硬化性樹脂が残存していないものについてのみ、篩による粉体部分とスラグとの分離を行った。このとき、篩のメッシュサイズは１０ｍｅｓｈ（呼び寸法：１．７０ｍｍ）とした。次に、このようにして粉体化したフラックスの各粉末表面に、熱硬化性樹脂を新たにコーティングして被覆層を形成し、片面サブマージアーク溶接用裏当てフラックスを再生した。コーティングは、前述の熱硬化性樹脂材料をフラックスと共に加熱し混合する方法により行った。そして、この再生フラックスを裏当てフラックスとして使用して片面サブマージアーク溶接を行い、溶接部の裏ビード形状を評価した。この片面サブマージアーク溶接も、表５に示す条件で行った。
【００３８】
【表６】
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【００３９】
表６に示す本発明の実施例及び比較例のうち、実施例Ｎｏ．１乃至６は、加熱処理温度が、合金成分を含むフラックスＮｏ．Ａを使用する実施例Ｎｏ．１及び６については４００乃至６００℃、合金成分を含まないフラックスＮｏ．Ｂ及びＣを使用する実施例Ｎｏ．２乃至５については４００乃至８００℃であり、加熱処理時間が５分間以上であったため、使用済みフラックスの塊状部分が全て粉体化し、また、熱硬化性樹脂の残存もなく、良好なフラックスを再生できた。このため、この再生フラックスを使用して溶接を行った結果、良好な裏ビード形状が得られた。
【００４０】
一方、表３に示す比較例Ｎｏ．７乃至９は、加熱処理温度が４００℃未満で低かったため、いずれの種類の裏当てフラックスについても、塊状部分が粉体化せず、フラックスを再生することができなかった。また、比較例Ｎｏ．１０については、合金成分を含むフラックスＮｏ．Ａ（ボンドフラックス）を使用しているが、６００℃を超える温度で加熱処理したため、フラックスの再生は可能であったが、フラックス中の合金成分が酸化した。これにより、このフラックスを再生して裏当てフラックスとして使用して溶接したとき、溶融金属中の酸素含有量を制御できず、溶接時に発生するガス量が増加し、裏ビードにガス欠陥が発生した。更に、比較例Ｎｏ．１１は、加熱時間が２分間と短かったため、フラックス全体に熱が伝わらず、塊状部分が粉体化されなかった。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】横軸に加熱処理時間をとり、縦軸に加熱処理温度をとって、加熱処理条件が使用済みフラックスの塊状部分の粉体化に及ぼす影響を示すグラフ図である。
【図１】
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