(57)【要約】  【課題】  良好な諸性能を維持しつつ、高電流の溶接条件で溶接しても優れた耐棒焼け性を確保できる非水素系被覆アーク溶接棒を提供する。  【解決手段】  鋼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、炭化温度が３７０〜４２０℃のリグニンを０．５〜４．０質量％含有し、かつセルロースを０．３〜４．５質量％、澱粉を０．３〜３．５質量％含む。また、リグニン、セルロースおよび澱粉の含有量の合計は１．３〜７．７質量％であることが好ましい。  【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼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、炭化温度が３７０〜４２０℃のリグニンを０．５〜４．０質量％含有し、かつセルロースを０．３〜４．５質量％、澱粉を０．３〜３．５質量％含むことを特徴とする非低水素系被覆アーク溶接棒。
【請求項２】
リグニン、セルロースおよび澱粉の含有量の合計は１．３〜７．７質量％であることを特徴とする請求項１記載の非低水素系被覆アーク溶接棒。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高電流の溶接条件で使用しても諸性能を満足しつつ耐棒焼け性に優れる非低水素系被覆アーク溶接棒（以下、非低水素系棒という。）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
非低水素系棒は、低水素系被覆アーク溶接棒に比べ溶接金属中の拡散性水素量が多いことから、拘束の大きい溶接構造物での耐割れ性や衝撃靱性は劣るが、溶接作業性が良いことから一般軟鋼の溶接用として幅広く使用されている。このような非低水素系棒は溶接作業能率のさらなる向上が強く要求されることから、高電流の溶接条件で使用される場合が多い。しかし、非低水素系棒の被覆剤には適度なアーク力の確保、アーク安定化、被覆剤の固着力強化およびアーク中断後の良好な再アーク性維持などを目的として有機物が含有されるため、高電流の溶接条件で溶接すると被覆剤中の有機物がジュール熱で分解燃焼して溶接棒が焼けた状態、即ち、棒焼け現象を起こし易くなる欠点がある。この棒焼けを生じた溶接棒を使用すると、溶接時にアークが不安定となり、溶接作業性の劣化を招くばかりかブローホールや溶け込み不足などの溶接欠陥が発生する。
【０００３】
このような非低水素系棒の問題に対して種々の提案がされている。例えば特開昭５７−２０６５９５号報（特許文献1）には、固着剤としての水ガラスにおけるＳｉＯ２／Ｎａ２Ｏのモル比を２．８〜３．８にした珪酸ソーダを用いて棒焼け現象を低減している。ところが、この手段では溶接棒の生産時に被覆の乾燥速度が速くなり、被覆の乾燥割れが生じ易くなり、さらに、Ｎａ２Ｏの含有量が減少するためアーク状態が劣化し、スパッタ飛散が多くなるという問題がある。
【０００４】
一方、特許第３４２９１５０号公報（特許文献２）には、被覆剤にカリ長石を主成分とする粘土鉱物を含有させ、かつ該鉱物の水分量を限定することにより、被覆剤からの水分放出時の気化熱による被覆の冷却作用を活用して耐棒焼け性を向上させている。しかし、この手段では粘土鉱物が安定して入手できないことや溶接ヒュームの発生を助長し易いという問題がある。
【０００５】
また、特開２００１−２５９８８９号公報（特許文献３）には、非低水素系棒に一般的に使用されるルチールに含まれるのＳｎ量を限定して耐棒焼け性を改善しているが、前述カリ長石の粘土鉱物同様に天然鉱物であり、Ｓｎ含有量が安定しないことや、耐棒焼け性に効果が見られるまでＳｎ含有量を多くすると溶接金属の高温割れが発生し易いという問題があった。さらにＳｎを含有するルチールは産地が特定され、粒度が細かいという特徴があるため、溶接棒の生産時に被覆の乾燥割れやガス膨れが生じるという問題もある。
【０００６】
このように、現状の非低水素系棒においては、諸性能を満足しつつ高電流の溶接条件での溶接時の耐棒焼け性を安定して優れたものにすることは困難であった。
【特許文献１】特開昭５７−２０６５９５号報
【特許文献２】特許第３４２９１５０号公報
【特許文献３】特開２００１−２５９８８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明はこのような実情に鑑み、高電流の溶接条件で溶接しても耐棒焼け性に優れる非耐水素系棒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】
本発明は、このような目的を達成するため、種々被覆剤原料を検討した結果、耐棒焼け性に優れる非低水素系棒の被覆剤を見出した。すなわち、本発明の要旨とするところは、鋼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、炭化温度が３７０〜４２０℃のリグニンを０．５〜４．０質量％含有し、かつセルロースを０．３〜４．５質量％、澱粉を０．３〜３．５質量％含むことを特徴とする。
また、リグニン、セルロースおよび澱粉の含有量の合計は１．３〜７．７質量％であることも特徴とする非低水素系被覆アーク溶接棒にある。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の非低水素系被覆アーク棒によれば、耐棒焼け性を著しく改善し、併せて良好な諸性能を確保できる溶接棒を提供でき、溶接施工においては高電流の溶接条件が使用できるようになるので溶接作業能率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】
非低水素系棒の棒焼けは、前述の通り、有機物の分解燃焼が主原因となり、被覆剤が熱劣化するものである。そこで耐棒焼け性を改善するために、非低水素系棒の必須原料である有機物の種類に着眼し、炭化温度の高い、つまり耐火性のある有機物を活用することが有効と考え、鋭意研究した。
【００１１】
非低水素系棒に通常含有する有機物の炭化温度は、熱減量法で測定した結果、小麦澱粉が２６０〜３００℃、デキストリンが２５０〜２８０℃、コーンスターチが３１０〜３３０℃、セルロースは３１０〜３３０℃であり、この中で炭化温度の高いコーンスターチとセルロースが耐棒焼け性にやや良好な結果が得られる。しかし高電流の溶接条件での溶接では棒焼け現象が生じ易く、満足するものではなかった。そこで本発明者らは炭化温度の高い有機物をさらに検討した結果、リグニンが極めて有効であることを見出した。
【００１２】
リグニンはセルロース、ヘミセルロースと共に木材に存在する成分で、木質構造を形成する接着剤の役割を果たしており、木材中に約３０質量％程度含有している。リグニンは何種類かの置換フェノールが縮合した複雑な高分子であり、木の種類、樹齢などによって構造は変わり一定でない。したがってリグニンの炭化温度は木材の種類等によって異なるが、炭化温度の高いリグニンを選定できることが判かった。この炭化温度の高いリグニンを非低水素系棒に適用した結果、被覆に耐火性が増し、高電流の溶接条件での耐棒焼け性が著しく向上することを突き止めた。
【００１３】
リグニンの炭化温度は耐棒焼け性改善に大きく影響するため、その適正温度を求めることは最も重要であった。また、リグニンは、多量に使用すると、被覆剤の吸湿特性の劣化やアーク状態悪化に伴いスパッタ飛散が多くなるなど溶接作業性が悪くなるため適正添加量を検討する必要があった。
【００１４】
本発明者らは、リグニンの炭化温度の適正範囲を調べるために次のような実験を行った。即ち表１に示す非低水素系棒の２種類被覆剤に対して表２に示す炭化温度が３４０〜４５０℃の７種類のリグニンについて添加量２．２質量％とした被覆剤を、直径３．２ｍｍ、長さ３５０ｍｍの軟鋼心線に被覆塗装して表３に示す溶接棒１２種類を作成し、交流溶接機を使用して溶接性能を調査した。
【００１５】
【表１】
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【００１６】
【表２】
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【００１７】
【表３】
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【００１８】
各溶接棒の耐棒焼け試験は、板厚９ｍｍ、幅１００ｍｍ、長さ４５０ｍｍの軟鋼板を用い交流溶接機を使用して、電流は高電流条件である１８０Ａとした。判定方法は、非低水素系棒特有に生じる溶接現象を活用した、即ち、非低水素系棒は有機物を含有するため高電流で溶接を行うと未溶接部の被覆剤が変質して被覆筒が急激に形成されなくなり、かつ、アーク状態も急変してアーク力が低下し始める部分が生じる。よって、その位置でアークを消弧させ、残りの溶接棒長、つまり正常な溶接ができない残棒長を測定し、各試験の溶接棒１０本の平均値が８０ｍｍ以下を良好とした。
【００１９】
また、溶接作業性の調査は、板厚４．５ｍｍ、幅７５ｍｍ、長さ４５０ｍｍの軟鋼板をＴ型に組み、交流溶接機を用い、電流は水平すみ肉が１４０Ａ、立向が１００Ａの溶接条件で、それぞれのアーク状態、スラグ状態、再アーク性、ビード形状などを調査した。その判定は水平すみ肉と立向姿勢溶接の溶接作業性を総合判定し、良好、やや劣る、劣るとした。
【００２０】
以上の試験から得られた結果を図１に示す。リグニンの炭化温度が３７０℃未満では耐棒焼け性が悪い。一方、炭化温度４２０℃を超えると優れた耐棒焼け性が得られるが、スパッタが多くなりビード形状も劣化するなど溶接作業性が悪くなり、またアーク力が強過ぎアンダーカットも生じるようになった。したがって、良好な溶接性能を確保しつつ優れた耐棒焼け性を得るにはリグニンの炭化温度は３７０〜４２０℃にすべきであることが判った。
【００２１】
次に、被覆剤中のリグニンの適正添加量を調査するために次のような実験を行った。即ち、炭化温度３９０℃のリグニン（表２のＡ）を用い、表１に示す被覆剤イ、ロに対して、リグニンの添加量を０〜６．２質量％に変化して、表４に示す溶接棒を前述同様の方法で１２種類作成し、耐棒焼け試験と溶接作業性調査を前述と同じ要領で実施した。
【００２２】
【表４】
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【００２３】
以上の試験から得られた結果を図２に示す。リグニンの添加量が０．５質量％未満では耐棒焼け性の効果が得られない。一方、４．０質量％を超えるとスパッタの飛散が多くなるとともにビード形状も悪くなり、さらにアーク力が過剰に強くなってアンダーカットなどの溶接欠陥も生じるようになる。このことから、リグニンの適正添加量は０．５〜４．０質量％にすべきであることが判った。
【００２４】
また、本発明の非低水素系棒には全体の溶接性能のバランスを保持するためにセルロースと澱粉の適用は欠かせない有機物である。セルロ−スはリグニン程ではないが耐棒焼け性にもやや効果を示すが、主な作用として被溶接構造物の狭隘な部分を溶接する際に、溶接棒を曲げて使用する場合があるので、その時に被覆剤が欠けないような特性（以下、棒曲げ性という。）を確保するために添加するものである。その他、アーク中断後の再アーク性を良好にする作用もある。セルロースは０．３〜４．５質量％である必要がある。０．３質量％未満では上記の効果が得られず、４．５質量％を超えるとアークが不安定になり、スパッタ発生量が増加する。
【００２５】
さらに、澱粉は０．３〜３．５質量％である必要がある。澱粉は有機物の中では適度なアーク力確保とアーク安定化に有効であり、０．３質量％未満では効果が見られず、３．５質量％を超えると被覆剤強度が劣化し、棒曲げ性も悪くなる。
【００２６】
また、リグニン、セルロースおよび澱粉は合計で１．３〜７．７質量％である必要がある。リグニン、セルロースおよび澱粉の合計が、１．３質量％未満ではアーク力不足となり、溶込み不足などの溶接欠陥を生じる。一方、７．７質量％を超えるとアーク力が強過ぎビード形状の劣化が生じ、アンダーカットも発生し易くなる。
【００２７】
なお、本発明の非低水素系棒の被覆剤の前記以外の成分として、金属炭酸塩、イルミナイト、ルチール、珪砂、Ｆｅ―Ｍｎなどの脱酸剤、鉄粉、珪灰石などのアーク安定剤、およびマグネサイトなどのスラグ生成剤その他がある。
【実施例】
【００２８】
以下、本発明を実施例により更に詳細に説明する。
表１に示す被覆剤に対して、表２に示す炭化温度の異なるリグニンの組み合わせとセルロースおよび澱粉の添加量の組み合わせとを変化させた被覆剤を直径３．２ｍｍ、長さ３５０ｍｍの軟鋼心線に被覆塗装して表５に示す２０種類の溶接棒を作成した。これら溶接棒について交流溶接機を使用して前述の溶接条件、判定方法によって、耐棒焼け性と溶接作業性を調査した。さらに、棒曲げ性調査も実施したが、試験要領は外径１５０ｍｍのパイプを使用し、このパイプ外周に沿って溶接棒１０本を曲げ、被覆脱落が全て見られなかったものを良好；○、１本でも被覆脱落が生じたものを劣る；×とした。それらの結果を表６にまとめて示す。
【００２９】
【表５】
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【００３０】
【表６】
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【００３１】
表５および表６中溶接棒Ｎｏ．２５〜Ｎｏ．３４が本発明例、溶接棒Ｎｏ．３５〜Ｎｏ．４４は比較例である。
本発明例である溶接棒Ｎｏ．２５〜Ｎｏ．３４は、リグニンの炭化温度と添加量が適正であるので、耐棒焼け性が優れ、セルロースと澱粉も適度に添加されているため溶接作業性および棒曲げ性も良好で、極めて満足な結果であった。
【００３２】
比較例中溶接棒Ｎｏ．３５、Ｎｏ．３８、Ｎｏ．３９、Ｎｏ．４２は、炭化温度の高いリグニンを適用した例であり、これら溶接棒はアーク状態が悪く溶接作業性の劣化を招いている。この内、溶接棒Ｎｏ．３５は、リグニンの添加量が少ないため耐棒焼け性はやや悪くなり、さらにセルロースの添加量が少なく、棒曲げ性も劣化した。
【００３３】
溶接棒Ｎｏ．３８は、セルロースが多く、さらにリグニン、セルロースおよび澱粉の合計量も多いため、アーク力が強く安定せずスパッタも多くなり溶接作業性が悪くなった。
溶接棒Ｎｏ．４２は、リグニン、セルロースおよび澱粉の合計量が少なく、特に澱粉が著しく少ないことも相まって、アーク状態の劣化とスパッタ増加が生じ、溶接作業性が劣化し、さらにセルロースも少ないことにより棒曲げ性も劣化した。
【００３４】
溶接棒Ｎｏ．３６、Ｎｏ．４３、Ｎｏ．４４はリグニンの炭化温度が低い例であり、耐棒焼け性が悪くなっている。この内、溶接棒Ｎｏ．３６は、リグニン、セルロースおよび澱粉の合計量も多いため、アーク力が強く安定せずスパッタも多くなり溶接作業性が悪くなった。
【００３５】
溶接棒Ｎｏ．４３は、セルロースが多過ぎるためアークがやや不安定となりスパッタが多くなった。
溶接棒Ｎｏ．４４は、リグニンが多く、リグニン、セルロースおよび澱粉の合計量も多いためアーク状態の劣化によりビード形状も悪くなり溶接作業性の劣化を招いた。
【００３６】
溶接棒Ｎｏ．３７、Ｎｏ．４０、Ｎｏ．４１はリグニンの炭化温度が適正である例であるが、溶接棒Ｎｏ．３７は、リグニンの添加量が少ないので耐棒焼け性は悪く、さらに澱粉が少ないためアークも安定せずスパッタも多くなった。
【００３７】
溶接棒Ｎｏ．４０は、澱粉が多いため棒曲げ性が悪くなった。
溶接棒Ｎｏ．４１は、リグニンの添加量が多いこととリグニン、セルロースおよび澱粉の合計量も多いためアークが強くアンダーカットも生じた。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】リグニンの炭化温度の変化の耐棒焼け性および溶接作業性におよぼす影響を示すグラフである。
【図２】リグニンの添加量の変化の耐棒焼け性および溶接作業性におよぼす影響を示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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