(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被覆アーク溶接棒における被覆剤の固着に使用される溶接材料用水ガラスにおいて、ＳｉＯ２濃度が２３乃至２７質量％、Ｎａ２Ｏ濃度が４乃至１２質量％であり、更にＫ２Ｏ及びＬｉ２Ｏからなる群から選択された１種又は２種を含有し、これらの選択成分を含有するときの濃度は、Ｋ２Ｏ：１０質量％以下、Ｌｉ２Ｏ：５質量％以下である組成を有し、ＪＩＳ  Ｋ０１０１−１９９１に規定された測定方法により測定された２５℃における電気伝導率が１．０乃至７．０（Ｓ／ｍ）であることを特徴とする溶接材料用水ガラス。
【請求項２】
前記電気伝導率が２．０乃至６．０（Ｓ／ｍ）であることを特徴とする請求項１に記載の溶接材料用水ガラス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被覆アーク溶接棒における被覆剤の固着及び心線と被覆剤との固着等に使用される溶接材料用水ガラスに関し、特に、心線への被覆剤の塗装性、被覆剤と心線との接着性及び溶接作業性を向上させることができる溶接材料用水ガラスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、水ガラスは接合・接着剤をはじめとして、洗剤、洗浄剤、浸透剤及び土壌硬化剤として使用されてきている。これは、水ガラスを空気中に放置すると、炭酸ガスを吸収してゲル状の珪酸が析出し、強い接着力を示すためである。また、被覆アーク溶接棒における心線（金属線）と被覆剤との接着用としても、従来より、上述したような水ガラス、特にＮａ（ナトリウム）系水ガラスが多く採用されている。そして、他に、溶接時におけるアーク安定性に寄与するＫ（カリウム）系水ガラスを加えたタイプ及び耐吸湿性に寄与するＬｉ（リチウム）系水ガラスを加えたタイプが採用されている。
【０００３】
このような水ガラスは、珪砂及びソーダ灰等の原料を混合し、１３００乃至１５００℃で加熱溶融してガラスとしたものを、大気圧下又は低圧オートクレーブ中において、水蒸気により加熱し、反応、溶解した後、濾過によって不純物及び未溶解の珪酸分等を除去することにより製造することができる。このような製造方法において、水ガラスは、その化学成分、例えば、ＳｉＯ2（酸化珪素）、Ｎａ2Ｏ（酸化ナトリウム）及びＬｉ2Ｏ（酸化リチウム）が混合されて製造されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の製造方法により水ガラスを製造すると、同一成分であっても、その特性にばらつきが生じるという問題点がある。即ち、この水ガラスを使用して被覆アーク溶接棒を作製する場合において、心線への被覆剤の塗装性及び心線と被覆剤との接着性（耐脱落性）がロットによっては低下してしまい、更に、アークの集中性、スパッタ発生量及びなじみ性等の溶接作業性がロットによりばらついてしまうという問題点がある。
【０００５】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、被覆アーク溶接棒の作製時における心線への被覆剤の塗装性及び心線と被覆剤との接着性を向上させることができると共に、製造された被覆アーク溶接棒を使用して溶接する際の溶接作業性を安定して向上させることができる溶接材料用水ガラスを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る溶接材料用水ガラスは、被覆アーク溶接棒における被覆剤の固着に使用される溶接材料用水ガラスにおいて、ＳｉＯ２濃度が２３乃至２７質量％、Ｎａ２Ｏ濃度が４乃至１２質量％であり、更にＫ２Ｏ及びＬｉ２Ｏからなる群から選択された１種又は２種を含有し、これらの選択成分を含有するときの濃度は、Ｋ２Ｏ：１０質量％以下、Ｌｉ２Ｏ：５質量％以下である組成を有し、ＪＩＳ  Ｋ０１０１−１９９１に規定された測定方法により測定された２５℃における電気伝導率が１．０乃至７．０（Ｓ／ｍ）であることを特徴とする。この電気伝導率は、２．０乃至６．０（Ｓ／ｍ）であることが好ましい。
【０００７】
なお、水ガラスの電気伝導率は、水ガラスの製造工程中において、ガラスと水蒸気との反応及び溶解時の温度、圧力、時間並びにアルカリ金属化合物の再混合及び溶解時の撹拌温度、時間を変化させることにより調整することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本願発明者等は、被覆アーク溶接棒の製造時の心線への被覆剤の塗装性、被覆剤と心線との接着性（耐脱落性）及び製造された被覆アーク溶接棒を使用して溶接する場合の溶接作業性等の特性は、水ガラスの化学成分に影響されるものではなく、水ガラス中に存在する各種イオンの存在形態に影響されるものであると考え、イオンの存在形態の調査方法について種々研究を行った。その結果、イオンの活量又は溶液の電気伝導率の測定は、イオンの存在形態の間接的な調査方法になり得るということを見い出した。
【０００９】
そこで、本願発明者等は水ガラスの特性に対するイオンの活量の影響を調査した。先ず、ＳｉＯ2：３０重量％、Ｎａ2Ｏ：１０重量％、Ｋ2Ｏ：５重量％に調整した水ガラスを１０ロット製造し、これらを使用して、ＪＩＳ  Ｚ３２１１  Ｄ４３１３に規定された高酸化チタン系溶接棒を作製した。そして、これらの溶接棒について、ロット毎に心線への被覆剤の塗装性及び溶接作業性の試験を実施すると共に、イオンの活量を測定した。但し、イオンの活量は、下記に示す装置を使用してイオン濃度を測定することにより評価した。
【００１０】
イオンメーター；東亜電波工業（株）製  ＩＭ−４０Ｓ
Ｎａイオン電極；東亜電波工業（株）製  ＮＡ−１１５Ｂ
Ｋイオン電極  ；東亜電波工業（株）製  Ｋ−１３５
比較電極      ；東亜電波工業（株）製  ＨＳ−３０５ＤＳ。
【００１１】
このようにして、水ガラス中のイオン濃度と水ガラスの特性との関係を調査した結果、いずれのロットについても、Ｎａ+（ナトリウムイオン）が２００００乃至５００００（ｍｇ／リットル）、Ｋ+（カリウムイオン）が５０００乃至２２０００（ｍｇ／リットル）の範囲で、そのイオン濃度にばらつきが発生した。更に、これらのイオン濃度は再現性が劣る結果となった。即ち、同一ロット内においても、Ｎａ+：±１００００（ｍｇ／リットル）、Ｋ+：±５０００（ｍｇ／リットル）の範囲でばらつきが発生した。
【００１２】
次に、本願発明者等は、水ガラスは、アルカリ金属イオン（例えば、Ｎａ+（ナトリウムイオン）、Ｋ+（カリウムイオン）、Ｌｉ+（リチウムイオン））が酸化物（例えば、Ｎａ2Ｏ（酸化ナトリウム）、Ｋ2Ｏ（酸化カリウム）、Ｌｉ2Ｏ（酸化リチウム））として珪酸イオン（ＳｉＯ4n-（ｎ＝１〜４））と結合しているものと、アルカリ金属イオンとして単独に存在するものとからなるものであると考えた。そこで、水ガラス中に存在すると予想されるイオン及び酸化物の量を総括した値として、電気伝導率を採用することに着目し、これを調整することにより、水ガラスの特性を制御することができることを見い出した。
【００１３】
以下、本発明における溶接材料用水ガラスの電気伝導率の限定理由について説明する。
【００１４】
電気伝導率（２５℃）：１．０乃至７．０（Ｓ／ｍ）
２５℃における水ガラスの電気伝導率が１．０（Ｓ／ｍ）未満であると、水ガラス中に存在するフリーイオンが少なくなりすぎて、十分な接着性を得ることができないので、被覆アーク溶接棒の製造時における心線への被覆剤の塗装性及び溶接作業性が低下する。一方、電気伝導率が１．０（Ｓ／ｍ）を超えてフリーイオンが増加すると、接着性が向上し、心線と接着剤との剥離が発生しにくくなるので、接着性及び溶接作業性が著しく向上する。そして、電気伝導率が７．０（Ｓ／ｍ）を超えると、フリーイオンが存在する割合が多くなりすぎるので、塗装性及び溶接作業性が極めて悪いものとなる。従って、２５℃における水ガラスの電気伝導率は１．０乃至７．０（Ｓ／ｍ）とする。好ましくは、電気伝導率が２．０乃至６．０（Ｓ／ｍ）であると、接着性、塗装性及び溶接作業性がより一層向上する。
【００１５】
なお、この電気伝導率は、ＪＩＳ  Ｋ０１０１−１９９１に規定された測定方法により測定した値とする。
【００１６】
【実施例】
以下、本発明に係る溶接材料用水ガラスの実施例についてその比較例と比較して具体的に説明する。
【００１７】
先ず、ＳｉＯ2、Ｎａ2Ｏ、Ｋ2Ｏ及びＬｉ2Ｏの濃度及び電気伝導率を調整して下記表１及び２に示す水ガラスを製造した。但し、比較例Ｎｏ．１８、２３、２７及び３２は従来の水ガラスの例である。なお、これらの水ガラスの電気伝導率は、以下に示す方法の１種又は２種以上を組み合わせて実施することにより調整した。
【００１８】
第１の方法として、ガラスと水蒸気を反応させ、溶解させるときの加圧力（０乃至１５ＭＰａ）、温度（９０乃至１８０℃）及び時間（１乃至８時間）を変化させる方法がある。第２の方法として、ガラスと水蒸気との反応・溶解後に、水酸化物を追加混合して溶解させる場合、始めに溶解させるガラスの濃度及び追加混合させる水酸化物の量を変化させる方法がある。例えば、Ｎａ水ガラスを製造する場合、高モル比のＮａ水ガラスに水酸化ナトリウムを溶解することにより、所定モル比の水ガラスを成分調整することができる。そして、第３の方法として、第２の方法において水酸化物を追加混合して溶解させるときに、撹拌温度（室温乃至７０℃）及び時間（０．５乃至２４時間）を変化させる方法がある。
【００１９】
なお、これらの水ガラスの電気伝導率は、ＪＩＳ  Ｋ０１０１−１９９１（工業用水試験方法  １２項）に規定された測定方法で、電気伝導率計（東亜電波工業（株）製ＣＭ−３０Ｖ）及び電気伝導率セル（東亜電波工業（株）製ＣＧ−５１１Ａ）を使用して測定した。
【００２０】
【表１】
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【００２１】
【表２】
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【００２２】
次に、上記表１及び２に示す組成及び電気伝導率を有する水ガラスをＪＩＳ  Ｚ３２１１  Ｄ４３１３に規定された高酸化チタン系の被覆剤と混合してねつ和し、これらの被覆剤を各実施例及び各比較例について１００本の軟鋼製心線に塗装することにより、心線への被覆剤の塗装性を評価した。本実施例及び参考例においては、軟鋼製心線として直径が３．２ｍｍで長さが３５０ｍｍのものを使用し、心線への塗装においては、エリコン社製の横型押出機を使用して塗装した。なお、押出時の圧力が低いと共に圧力の変動差が少ないほど、被覆剤の塗装性は良好であると判断することができるため、１００本の溶接棒の押出時の全体の押出圧力及び圧力の変動差を下記表３に示す範囲で点数換算し、その合計点数が４点以上のときに塗装性が合格であるとした。
【００２３】
【表３】
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【００２４】
次いで、塗装した被覆棒を乾燥させることにより、各１００本の被覆アーク溶接棒を作製した。そして、各実施例及び参考例と各比較例について、５０本の被覆アーク溶接棒を使用して、耐脱落性（被覆剤内の接着性及び被覆剤と心線との接着性）を３点曲げ試験方法により評価した。
【００２５】
図１は被覆アーク溶接棒の３点曲げ試験方法を示す側面図である。図１に示すように、被覆アーク溶接棒１は、その側面の中央に支点２が配置されていると共に、この支点２に対向する位置の側面にも２つの支点３ａ及び３ｂが２００ｍｍ離間して配置されている。そして、クロスヘッドスピードを１ｃｍ／分として、溶接棒１の曲げ角度が８０°になるまで５Ｎの荷重を支点２に印加し、脱落した被覆剤の合計重量を測定した。本実施例においては、５０本の被覆アーク溶接棒について、脱落した被覆剤の合計重量の平均値が５．００ｇ以下の場合を合格とした。
【００２６】
更に、各サンプルにつき５本の被覆アーク溶接棒を使用して、下記溶接条件で溶接し、溶接作業性を評価した。本実施例及び参考例と比較例においては、板厚が６ｍｍ、幅が５０ｍｍ、長さが４５０ｍｍのＳＳ４００鋼からなる溶接母材を使用し、溶接前に１００℃の温度で３０分間溶接棒を再乾燥させた後、溶接を実施した。また、溶接電流を１１０Ａ（ＤＣ）、溶接姿勢を立向上進姿勢とした。
【００２７】
なお、溶接作業性は、アークの強さ、アークの拡がり、アーク安定性（ふらつき）、保護筒の強さ及びスパッタの量の各項目について、良好である場合を１点として５本の被覆アーク溶接棒を総合的に評価し、各項目の合計点数が４点以上の場合を合格とした。
【００２８】
これらの各サンプルの塗装性、耐脱落性及び溶接作業性の評価結果を下記表４及び５に示す。
【００２９】
【表４】
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【００３０】
【表５】
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【００３１】
上記表１、２、４及び５に示すように、実施例Ｎｏ．５乃至１６と参考例Ｎｏ．１乃至４は使用した水ガラスの電気伝導率が本発明の範囲内であるので、塗装性、耐脱落性及び溶接作業性の評価結果がいずれも合格基準を満足していた。特に、実施例Ｎｏ．２、３、６、７、１０、１１、１４及び１５は、使用した水ガラスの電気伝導率がより好ましい範囲を満足しているので、塗装性、耐脱落性及び溶接作業性の評価結果が優れたものとなった。
【００３２】
一方、比較例Ｎｏ．１７、１８、２１、２２、２５、２６、２９及び３０は使用した水ガラスの電気伝導度が本発明範囲の下限未満であるので、塗装時に心線とのなじみが悪く、乾燥後においても被覆部にひび又は剥離が発生した。従って、耐脱落性も低下した。また、比較例Ｎｏ．１９、２０、２３、２４、２７、２８、３１及び３２は使用した水ガラスの電気伝導度が本発明範囲の上限を超えているので、特に、塗装性及び溶接作業性（アーク安定性、アーク強さ、集中性）が低下した。
【００３３】
このように、各水ガラス（ＳｉＯ2、Ｎａ2Ｏ、Ｋ2Ｏ及びＬｉ2Ｏ）の濃度を同一としても、製造条件によってその電気伝導率を調整することができる。従って、この電気伝導率を所定の範囲に規定することにより、この水ガラスを使用して被覆アーク溶接棒を製造するときの被覆剤の塗装性、製造された被覆アーク溶接棒における被覆剤の耐脱落性及びこれを使用して溶接する場合の溶接作業性を向上させることができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、水ガラスの電気伝導率を規定しているので、この水ガラスを使用して被覆アーク溶接棒を製造するときの心線への被覆剤の塗装性及び被覆剤の耐脱落性を向上させることができると共に、この水ガラスを使用して溶接する場合の溶接作業性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】被覆アーク溶接棒の３点曲げ試験方法を示す側面図である。
【符号の説明】
１；被覆アーク溶接棒
２、３ａ、３ｂ；支点
【図１】
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