(57)【要約】【課題】取扱い性が良く、充分安価に形成することができる金属溶接用スパッタ付着防止剤を得る。【解決手段】平均粒径が２０μｍ以下の、少なくとも硫酸バリウムおよび炭酸カルシウムを含む２種類以上の粉末混合物から金属溶接用スパッタ付着防止剤を形成する。そして上記粉末混合物は、硫酸バリウムを４〜９５重量％、炭酸カルシウムを５〜９６重量％含むものとする。さらに上記粉末混合物に、それと同重量の加水をしたとき得られる懸濁液が、ｐＨ１０以上のアルカリ性を呈するようになるアルカリ性剤粉末を含ませる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
平均粒径が２０μｍ以下の、少なくとも硫酸バリウムおよび炭酸カルシウムを含む２種類以上の粉末混合物からなり、
該粉末混合物に硫酸バリウムが４〜９５重量％、炭酸カルシウムが５〜９６重量％含まれ、
さらに前記粉末混合物に、それと同重量の加水をしたとき得られる懸濁液が、ｐＨ１０以上のアルカリ性を呈するようになるアルカリ性剤粉末が含まれていることを特徴とする金属溶接用スパッタ付着防止剤。
【請求項２】
前記粉末混合物に、前記アルカリ性剤粉末として水酸化カルシウムおよび／または炭酸ナトリウムが０．０５重量％以上含まれていることを特徴とする請求項１記載の金属溶接用スパッタ付着防止剤。
【請求項３】
前記粉末混合物にポリエチレングリコールが１〜１５重量％含まれていることを特徴とする請求項１または２記載の金属溶接用スパッタ付着防止剤。
【請求項４】
請求項１から３いずれか１項記載の粉末混合物からなる金属溶接用スパッタ付着防止剤が、水に混合されてなる液状の金属溶接用スパッタ付着防止剤。
【請求項５】
前記粉末混合物に対する水の重量比が１〜２倍であることを特徴とする請求項４記載の金属溶接用スパッタ付着防止剤。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属を溶接する際に発生・飛散するスパッタが、母材金属の溶接部周辺に付着するのを防止するスパッタ付着防止剤に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
金属を溶接する際には、一般にスパッタと言われる粒子状の溶融金属が発生し、それが溶接箇所の周囲に飛散する。溶接されている母材金属にこのスパッタが付着すると、外観が損なわれるだけでなく、ボルト接合部に付着した場合は母材金属とスプライスとの間に隙間を生じさせて、十分なボルト締め付け力が得られない、といった深刻な問題も招くことになる。また、溶接後に母材金属を塗装する場合は、スパッタが付着したままになっていると、下塗と上塗の各塗膜の密着性が損なわれるという問題も生じる。
【０００３】
そのため、通常は溶接後の仕上げ作業において、「カス取り」と称して、スパッタを取り除くようにしている。そして、このようなカス取り作業をできるだけ簡単にするために、従来、例えば特許文献１、２に示されるように、母材金属へのスパッタ付着を防止するための薬剤も提供されている。この種の金属溶接用スパッタ付着防止剤は、溶接作業に先立って母材金属の溶接箇所周辺に刷毛塗り等によって塗布される。そして、それが乾燥すると母材金属表面に薄い皮膜が形成され、この皮膜がスパッタに対する障壁となってスパッタ付着を防止する。
【特許文献１】特開平7-088685号公報
【特許文献２】特開平10-305390号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の金属溶接用スパッタ付着防止剤は、ほとんどが液状のものであるため、輸送のための梱包・荷造りが面倒である、輸送中にも液漏れ等の不具合が発生しやすい、といったように取扱い性が良くないという問題が認められている。また、そのような従来の液状の金属溶接用スパッタ付着防止剤は、かなり特殊な成分を用いていることから、価格も高くなりがちであった。
【０００５】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、取扱い性が良く、そして充分安価に形成することができる金属溶接用スパッタ付着防止剤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】
【０００６】
本発明による一つの金属溶接用スパッタ付着防止剤は粉末状に形成されたものであって、
平均粒径が２０μｍ以下の、少なくとも硫酸バリウムおよび炭酸カルシウムを含む２種類以上の粉末混合物からなり、
該粉末混合物に硫酸バリウムが４〜９５重量％、炭酸カルシウムが５〜９６重量％含まれ、
さらに前記粉末混合物に、それと同重量の加水をしたとき得られる懸濁液が、ｐＨ１０以上のアルカリ性を呈するようになるアルカリ性剤粉末が含まれていることを特徴とするものである。
【０００７】
なお、上述のアルカリ性剤粉末としてより具体的には、水酸化カルシウムまたは炭酸ナトリウム、あるいはその両方等が、粉末混合物全体に対して０．０５重量％以上含まれていることが望ましい。
【０００８】
また、本発明によるこの粉末状の金属溶接用スパッタ付着防止剤において、前記粉末混合物にはポリエチレングリコールが１〜１５重量％含まれていることが望ましい。
【０００９】
また本発明は、液状の金属溶接用スパッタ付着防止剤も提供するものであり、この金属溶接用スパッタ付着防止剤は、上述した粉末混合物からなる金属溶接用スパッタ付着防止剤が水に混合されてなるものである。なお、この場合、水だけではなくそれ以外の液体も含まれている液体に粉末混合物を混合するようにしてもよい。
【００１０】
なお、本発明によるこの液状の金属溶接用スパッタ付着防止剤において、前記粉末混合物に対する水の重量比は１〜２倍であることが望ましい。
【発明の効果】
【００１１】
粉末混合物からなる本発明の金属溶接用スパッタ付着防止剤を水に加えると、少なくとも硫酸バリウムおよび炭酸カルシウムが含まれる懸濁液（以下、単に「懸濁液」という）ができる。この懸濁液を刷毛等を用いて母材金属の溶接部周辺に塗布すると、塗布後１時間程度の短時間で乾燥して、母材金属の表面に薄い粉末皮膜が形成される。この粉末皮膜が形成されていると、その後母材金属に対して溶接作業を行った際にスパッタが飛散しても、該粉末皮膜が障壁となって、スパッタの母材金属への付着が防止される。そこで、溶接完了後の仕上げ工程におけるカス取り作業は非常に容易なものとなる。また、上記粉末皮膜自体も除去しやすいものであり、その点からも、溶接完了後の仕上げ作業は容易化される。
【００１２】
そしてこの金属溶接用スパッタ付着防止剤は粉末混合物からなるものであるので、液状のものとは異なって、輸送のための梱包・荷造りが簡単であり、また輸送中に液漏れ等の不具合が発生することもなく、取扱い性に優れたものとなる。こうして取扱い性良く溶接現場まで運ばれた金属溶接用スパッタ付着防止剤は、溶接現場において、基本的に水に混合させるだけで使用可能となる。
【００１３】
また、現状、硫酸バリウムおよび炭酸カルシウムは比較的安価に入手可能であるので、この金属溶接用スパッタ付着防止剤は従来品よりも低コストで作製可能である。
【００１４】
なお、それらの粉末および、その他に適宜選択的に加えられるポリエチレングリコール等の粉末として平均粒径が２０μｍ以下のものを用いているのは、粒径がそれよりも大であると懸濁液の刷毛塗り性が悪くなるばかりでなく、懸濁液が乾燥した後の粉末皮膜がかなり厚くなって、作業性が損なわれるためである。
【００１５】
また、この金属溶接用スパッタ付着防止剤は硫酸バリウムおよび炭酸カルシウムを含んでいるため、主に硫酸バリウムの作用により上記懸濁液はどろどろしたスラリー状のものとなる。そのような懸濁液は、刷毛塗りしている際にタレが生じ難く、溶接部に流れ込むようなことも起き難いので、作業性が非常に良いものとなる。
【００１６】
一方、硫酸バリウム単独の粉末は母材金属に鉄錆びを発生させやすいものであるが、本発明の金属溶接用スパッタ付着防止剤においては、この硫酸バリウムとともに加えられている炭酸カルシウムおよびアルカリ性剤により鉄錆びの発生を抑制する効果が得られる。
【００１７】
また粉末混合物に上記のアルカリ性剤粉末が含まれていると、粉末混合物の外観が良好になるという効果も得られる。
【００１８】
本発明の金属溶接用スパッタ付着防止剤において硫酸バリウムの下限を４重量％としているのは、それより少ないと上記懸濁液の粘度が低下して、タレ発生を抑制する効果が損なわれるからである。また、硫酸バリウムの上限値を９５重量％としているのは、それより多いと母材金属に鉄錆びが発生しやすくなるからである。
【００１９】
一方、本発明の金属溶接用スパッタ付着防止剤において炭酸カルシウムの下限を５重量％としているのは、それより少ないと鉄錆びの発生が著しく多くなるばかりでなく、高価な硫酸バリウムの使用量が相対的に多くなることから、スパッタ付着防止剤の製造コストが非常に高くなってしまうためである。また、炭酸カルシウムの上限値を９６重量％としているのは、それより多いと上記懸濁液の粘度が低下して、タレ発生を抑制する効果が損なわれ、また懸濁液を長期間放置したとき固形物となって容器底に固まり、再使用し難くなるからである。
【００２０】
また、本発明による粉末状の金属溶接用スパッタ付着防止剤において、前記粉末混合物にポリエチレングリコールが含まれていると、懸濁液が乾燥して得られる粉末皮膜に塗膜性（つまり単なる粉末の集合体ではなく、ある程度堅い膜状の性質）が付与されるとともに、懸濁液の凝固点が降下することから寒冷下での使用を容易にする効果が得られる。
【００２１】
このようにポリエチレングリコールを添加する場合、その下限を１重量％としているのは、それより少ないと上述した各効果が薄れるからである。また、その上限を１５重量％としているのは、余りに多いと前記懸濁液の粘度が高くなり過ぎて使用困難となること、また粉末皮膜が極端に厚くなって使用困難となること、さらには、粉末皮膜が粉体の集合というよりは塗膜そのものに近い状態になって仕上げ作業での除去性が悪くなること、を回避するためである。
【００２２】
なお、本発明による液状の金属溶接用スパッタ付着防止剤は、粉末混合物からなる本発明の金属溶接用スパッタ付着防止剤を基本的に水に加えて形成されたものであるから、つまり上記懸濁液そのものであるから、上に説明した効果を同様に奏するものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００２４】
本発明による金属溶接用スパッタ付着防止剤および、本発明外の比較評価用のスパッタ付着防止剤を何種類か調製し、それらの性状および効果について調べた。その結果を以下に説明する。
【００２５】
《溶接条件》
溶接ワイヤとして、ＪＩＳ Ｚ ３３１２のＹＧＷ１１に分類される直径１．４ｍｍのワイヤ（下の表１に、ミルシートによる化学成分を示す）を用いた。溶接は炭酸ガス半自動アーク溶接機を用いて、下向きの姿勢で行った。溶接条件は溶接機に取り付けてある電流計および電圧計によって測定し、電流は２８０Ａ、アーク電圧は３３Ｖに設定した。下で述べる供試鋼材には、厚さ９ｍｍのＳＳ４００鋼を用いた。
【表１】
2009113073.tif 000002
【００２６】
《評価項目および評価方法》
粉末混合物からなる本発明の金属溶接用スパッタ付着防止剤および、それと比較するための本発明外の粉末混合物をそれぞれ水道水に混合させて使用した。そして、その際の懸濁液の性状、懸濁液を供試鋼材に塗布したときの状態、および溶接後のスパッタ付着状態等について検討するため、下記の(a) 〜(e)の項目について調べた。
【００２７】
(a)粉末混合物の平均粒径と、刷毛塗り後の乾燥粉末皮膜の状態
粉末の組成と粒径を変えて複数種の懸濁液を調製し、各懸濁液を４５°に傾けた供試鋼材の同一面積部分に同一の絵の具筆を用いて塗布し、塗膜が乾燥した後の粉末皮膜の状態・外観等について調べた。
【００２８】
(b)粉末混合物の組成と懸濁液の粘度
粉末の組成と粒径を変えて複数種の懸濁液を調製し、各懸濁液をそれぞれ２０℃に保ち、ブルクヒールド（BROOKFIELD）社製のデジタル粘度計（DV-II＋）により粘度を測定した。
【００２９】
(c)粉末混合物の組成と刷毛塗り後の粉末皮膜の状態
主成分の硫酸バリウムおよび炭酸カルシウムの平均粒径と組成を変えて複数種の懸濁液を調製し、各懸濁液を４５°に傾けた供試鋼材の同一面積部分に同一の絵の具筆を用いて一定量塗布し、乾燥した粉末皮膜を重量法により皮膜厚に換算して比較検討した。
【００３０】
(d)各種懸濁液の塗布と溶接後のスパッタ付着状態
粉末の組成と粒径を変えて複数種の懸濁液を調製し、各懸濁液を、工場現場にて溶接実製品の溶接部周辺１０×３０ｃｍの領域に幅５０ｍｍの刷毛を用いて塗布し、乾燥させた。その後実製品の溶接を行い、粉末皮膜を水洗除去した後に残ったスパッタの個数を調べて、スパッタ付着防止効果を評価した。
【００３１】
(e)粉末混合物の組成とカス取り作業の容易さ等
粉末の組成と粒径を変えて複数種の懸濁液を調製し、各懸濁液を、工場現場にて溶接実製品に実使用した。その後乾燥した粉末皮膜について、（１）刷毛での落し易さ（２）水洗での落し易さ、を評価した。
【００３２】
(f)硫酸バリウム、炭酸カルシウムの組成と作業上の諸特性
硫酸バリウムと炭酸カルシウムを混合割合を種々変えて調合し、それに加水して得た懸濁液の使用上の諸特性（塗布作業性、粉末皮膜の鉄錆び発生性、懸濁液の状態）について調べ、評価した。なお懸濁液の状態は、それを再使用する上で適切か否かという観点から調べた。また、この場合の硫酸バリウムおよび炭酸カルシウムの平均粒径は１５μｍである。
【００３３】
(g)硫酸バリウム、炭酸カルシウム、アルカリ性剤の組成と、粉末皮膜の鉄錆び発生性
硫酸バリウムと炭酸カルシウムとを混合割合を種々変えて調合し、それにアルカリ性剤として水酸化カルシウムあるいは炭酸ナトリウムを添加して粉末混合物を得た。そして、その粉末混合物に加水して得た懸濁液のｐＨと、その懸濁液を溶接実製品に塗布、乾燥させて出来た粉末皮膜の鉄錆び発生性とを調べ、アルカリ性剤の効果について評価した。なお、この場合の硫酸バリウムおよび炭酸カルシウムの平均粒径は１５μｍである。
【００３４】
《評価結果》
以下の表２に、上記(a)項に関する評価結果を示す。この表において、「No.」の欄に「発明」と記してある試料が本発明によるものであり、それ以外は本発明外のものである（以下、同様）。
【表２】
2009113073.tif 000003
【００３５】
この表２に示される通り、平均粒径が２０μｍを超える粉体を含む懸濁液については、混じりにくい、刷毛に大量に付着する、粉末皮膜が分厚く着く、といった不具合が認められるが、本発明品はそのような不具合が認められない。
【００３６】
次に、以下の表３に、上記(b)項に関する評価結果を示す。
【表３】
2009113073.tif 000004
【００３７】
この表３に示される通り、硫酸バリウムおよび炭酸カルシウムの混合粉末に加水することにより、タレ流れを防止でき、そして作業性の良い粘度範囲（これは一般に８００〜３０００ｃＰ〔センチポアズ〕すなわち０．８〜３．０Ｐａ・ｓ〔パスカル・秒〕程度と考えられている）に含まれる懸濁液が得られるようになる。
【００３８】
次に、以下の表４に、上記(c)項に関する評価結果を示す。
【表４】
2009113073.tif 000005
【００３９】
この表４に示される通り、硫酸バリウムのみ、あるいは炭酸カルシウムのみを含む懸濁液については、粉末皮膜が分厚くなる、刷毛塗りの際にタレ流れしやすい、粉体が底に固まって使用しにくい、といった不具合が認められるが、本発明品はそのような不具合が認められない。また、ポリエチレングリコールを含ませることにより、懸濁液の凝固点が降下して凍結温度が下がることも確認された。
【００４０】
次に、以下の表５に、上記(d)項に関する評価結果を示す。
【表５】
2009113073.tif 000006
【００４１】
この表５に示される通り、硫酸バリウムのみを含む懸濁液については、スパッタ付着防止効果は顕著であるものの、粉末皮膜が厚くなって使用しにくいという不具合が認められる。また、炭酸カルシウムのみを含む懸濁液については、スパッタ付着防止効果が低い、刷毛塗りの際にタレ流れしやすいという不具合が認められる。それに対して本発明品は、良好なスパッタ付着防止効果が得られる一方、タレ流れしにくいことが確認された。
【００４２】
次に、以下の表６に、上記(e)項に関する評価結果を示す。
【表６】
2009113073.tif 000007
【００４３】
この表６に示される通り、本発明の金属溶接用スパッタ付着防止剤によれば、本発明外のものと比べて、カス取りの作業性が明らかに改善される。
【００４４】
次に、以下の表７に、上記(f)項に関する評価結果を示す。
【表７】
2009113073.tif 000008
【００４５】
この表７に示される通り、硫酸バリウムが３重量％の場合は、懸濁液がスラリー状にならず塗布した際にタレ流れやすい、また懸濁液を長期間放置しておくと固形物が容器底に固まって再使用し難い、という不具合が見られた。この不具合は、硫酸バリウムの性質から、３重量％未満の場合も同様に発生すると推察できる。
【００４６】
その一方、硫酸バリウムが９６重量％の場合は、粉末皮膜に鉄錆びが発生しやすくなり、外観上好ましくない。この不具合は、硫酸バリウムが９６重量％を超える場合も同様に発生すると考えられる。
【００４７】
それに対して本発明の金属溶接用スパッタ付着防止剤においては、上述のような不具合は認められなかった。
【００４８】
次に、以下の表８に、上記(g)項に関する評価結果を示す。なおこの表８に示す鉄錆び発生・外観観察結果は、懸濁液を溶接実製品の平面に塗布した後、１日、５日、１０日放置した場合のものである。またその結果は略号で示してあり、それらが意味するところは、１００ｍｍ×１００ｍｍのサンプル表面において「◎・・斑点錆びが０〜９個発生」、「○・・斑点錆びが１０〜２０個発生」、「△・・斑点錆びが多数発生」、「×・・全面に錆び発生」である。
【表８】
2009113073.tif 000009
【００４９】
この表８に示される通り、粉末混合物に含まれるアルカリ性剤が０．０５重量％未満の場合は、粉末皮膜における鉄錆びの発生が著しく、外観上の不具合が見られた。
【００５０】
それに対して、粉末混合物に含まれるアルカリ性剤が０．０５重量％以上（ｐＨ１０．１以上）の場合は、粉末皮膜における鉄錆びの発生が少なく、鉄錆び抑制の効果が顕著である。