JP2674843B2

JP2674843B2 - 鋳鉄用被覆アーク溶接棒

Info

Publication number: JP2674843B2
Application number: JP1284590A
Authority: JP
Inventors: 均西村; 弘之小池; 聰之三宅; 等佐藤
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1989-10-31
Filing date: 1989-10-31
Publication date: 1997-11-12
Anticipated expiration: 2012-11-12
Also published as: JPH03146298A

Description

【発明の詳細な説明】「産業上の利用分野」本発明は、鋳鉄用の被覆アーク溶接棒に関し、特にア
ーク安定性、ビードの広がりが良く、スラグ巻込み、ブ
ローホールなど溶接欠陥が発生しない鋳鉄用被覆アーク
溶接棒に関するものである。

「従来の技術」従来より鋳鉄の溶接では、溶接金属組成が純ニッケル
系、および50％ニッケル系からなる溶接棒が一般的に使
用される。その理由としてニッケルは、炭素の固溶度が
低く炭素が析出し易いことから、溶接の際に鋳鉄母材か
ら希釈を受けた溶接金属は、炭素による硬化も少なく、
又オーステナイト組織となることから延性に優れるな
ど、他の溶接材料に比べ鋳鉄の溶接に適していること、
50％ニッケル系組成では、他の合金組成と比較して線膨
張係数が鋳鉄母材に近く、耐割れ性の面からも優れた点
がある。

溶接作業性の面から見ると鋳鉄用被覆アーク溶接棒
は、母材希釈を低く抑える必要から溶接入熱を極力低く
抑える溶接が一般的である。そこで他の溶接材料に見ら
れる被覆組成では、アーク電圧が高く母材への溶け込み
が大きくなり、熱影響部の白銑化が増長され割れの原因
となるなど鋳鉄用溶接棒として適当でない。鋳鉄用溶接
棒の被覆剤としては、アーク電圧を低くすることが出来
る黒鉛を多量に含有した被覆剤を適用し、上記問題の解
決を図っている。この先行技術としては、例えば特公昭
38−26078号、特開昭58−23594号公報があるが、黒鉛を
多量に含有した被覆剤は、アークの安定性及び集中性に
劣り、スラグ巻込み、ブローホールなどの溶接欠陥が発
生し易く、安定した溶接が出来ないことから十分な継手
性能が得られないなど鋳鉄溶接の問題解決は、十分とは
言えない。

「発明が解決しようとする課題」本発明は、鋳鉄用被覆アーク溶接棒を用いた溶接にお
いてアークの安定性、集中性に優れ、スラグ巻込み、ブ
ローホールなどの溶接欠陥が発生せず、健全な継手性能
が得られる鋳鉄用被覆アーク溶接棒を提供することにあ
る。

「課題を解決するための手段」本発明の要旨は、重量比で40％以上のNiを含有し、残
部が実質Feからなる心線の外周に炭酸塩;30〜60％、金
属フッ化物;1〜10％、硅酸塩;1〜15％、有機物１〜10
％、粒度が１〜32ミクロンが85％以上で、かつ１〜12ミ
クロンが50％以上から構成される微粒黒鉛が８〜20％含
有する被覆剤を溶接棒全量に対して10〜30％塗布した
後、100〜280℃の温度で乾燥したことを特徴とした鋳鉄
用被覆アーク溶接棒にある。

「作用」以下本発明を詳細に説明する。

まず心線としては、純NiおよびNi−Fe合金を使用する
が、これは前述の鋳鉄用溶接棒として、Niの特徴を確保
するための40％以上のNiを含有する心線を使用する必要
がある。心線としては、純Niおよび55％ニッケル残部Fe
からなる心線が一般的である。

次に被覆剤を限定した理由について述べる。

まず、炭酸塩は、溶接中にCO₂ガスを発生し、溶融プ
ールを大気から遮断すると同時に、スラグの一部とな
る。又アーク安定性の改善にも効果が大きい。しかし、
炭酸塩が30％未満では、CO₂ガス発生量が十分でなく大
気の遮断が十分行えないことから、スパッタの発生、ア
ークが不安定になるなどその効果は十分でない。又60％
超では、CO₂ガス発生量が過多になり、スパッタが多く
なると同時にスラグ発生量も過多となり、溶接棒先端に
スラグが回り込みアーク切れの原因となることから炭酸
塩を30〜60％の範囲に規定した。尚、ここで言う炭酸塩
とは、炭酸石灰、炭酸バリウム、炭酸マグネシウム、炭
酸リチウムおよび炭酸ストロンチウムなどを言い効果は
変わらなかった。

金属フッ化物については、スラグの流動性を高め、ビ
ード形状の改善に効果は大きい。しかし１％未満では、
その効果が発揮されず10％超えでは、スラグ量が過多と
なりアーク切れの原因となる。又、スラグ流動性が低く
なり過ぎることから、安定したビードが得られないな
ど、金属フッ化物を１〜10％の範囲に規定した。尚ここ
で言う金属フッ化物とは、フッ化カルシウム、フッ化ソ
ーダ、フッ化カリおよびフッ化マグネシウムなどを言
う。

硅酸塩については、アークの安定性およびスラグ流動
性の改善に効果が大きい。しかし１％未満では、その効
果は十分に発揮されない。15％超えでは、スラグの流動
性が悪くなり、ビードが凸になるなど鋳鉄用溶接棒の溶
接作業性としては適さない。又、スパッタの発生量が多
くなりスラグ剥離性も劣化することから、硅酸塩を１〜
15％の範囲に規定した。尚硅酸塩を含む材料としてカリ
長石、マイカ、けい砂および水ガラスから添加すること
が出来る。

有機物については、アーク力の強化および被覆固着性
の改善に効果が大きい。又鋳鉄用溶接棒特有の黒鉛を多
量に含む被覆系では、被覆の保護筒を強化する効果もあ
る。しかし１％未満では、その効果は発揮されない。又
10％超えでは、被覆の保護筒が長くなりアーク安定性が
悪くなることから有機物を１〜10％の範囲に規定した。
尚ここで言う有機物とは、小麦澱粉、デキストリン、コ
ーンスターチおよびセルロースなどを言う。

黒鉛については、通常鋳鉄用溶接棒に用いる黒鉛は、
結晶質の天然産、非晶質の人造黒鉛に大別される。その
天然産の黒鉛には、黒鉛粒子の形状が鱗片状を呈した鱗
状黒鉛、又塊状を呈した土状黒鉛とに区別される。これ
らの黒鉛粒度は、いずれも44〜270ミクロン程度の粒度
構成をもったものが一般的であり、これらの黒鉛を適宜
調合、配合され使用される。しかしこの黒鉛を使用する
ことにより、保護筒の劣化、溶融不均一によるアーク切
れ、又溶滴移行も粗くなるなど鋳鉄用溶接棒特有の溶接
作業性を呈し、ビード形状も凸ビードとなり、溶接欠陥
（スラグ巻込み）の発生原因となるなど根本的な解決は
難しい。その解決として鋳鉄用溶接棒には、必須の成分
である黒鉛の形状および粒度に着目し、本発明をなし得
たものである。即ち黒鉛粒度が１〜32ミクロンが85％以
上で、かつ１〜12ミクロンが50％以上からなる粒度構成
を有する黒鉛を使用することで、ソフトなアーク状態を
示し、保護筒も強化され安定した溶接が可能となった。
その効果により母材希釈も低減されると同時に、スラグ
被包性、ビード形状も改善され、溶接欠陥（スラグ巻込
み）の発生も大幅に軽減された。しかし、微粒黒鉛が８
％未満では、十分の成分設計が出来ない。又20％超えで
は、アークが極端に弱くなりビードの広がりに欠け凸ビ
ードになるなど問題解決にならないので、黒鉛について
は、１〜32ミクロンが85％以上で、かつ１〜12ミクロン
が50％以上から構成される微粒黒鉛を被覆剤全量に対し
て８〜20％の範囲と規定した。

次に本発明の鋳鉄用溶接棒は、上記被覆剤組成を必須
とするが、この他必要に応じてSi,Mn,Ni,Fe,Ti,Al,Mgの
合金、脱酸剤又、Al₂O₃,MgO,K₂O,Na₂O,TiO₂などの酸化
物を少量添加することが出来る。

被覆剤を10〜30％心線の外周に塗布する理由について
述べる。

被覆剤塗布量は、溶接棒を設計する上では、合金成分
の調整および溶接作業性特にスラグ量の調整を加味し決
定される。しかし10％未満では、スラグ量が不足しビー
ド表面に均一に被包しないばかりかシールド不足による
ブローホールの発生が認められた。30％超えでは、スラ
グ量が過多になりアーク直下に溶接スラグが回り込みア
ーク切れおよびスラグ巻込みが発生したので溶接棒全重
量に対して被覆剤塗布量は、10〜30％の範囲に規定し
た。

溶接棒の乾燥温度を規定した理由は、100℃未満の乾
燥では、保護筒が均一に溶融できずビードの乱れおよび
残留水分によるピットの発生が認められた。また280℃
超えでは、アーク力が弱くなり安定した溶接が出来ない
ばかりか、ビードの広がりに欠けスラグ巻込みの発生も
認められたことから溶接棒の乾燥温度を100〜280℃の範
囲に規定した。

以上、述べたように本発明による鋳鉄用溶接棒、母材
への希釈を低く抑えると共に、ビード形状特にビードの
広がりが良くスラグ巻込み、ブローホールなどの発生も
なく安定した溶接が可能となり、鋳鉄の溶接における信
頼性、品質構造が期待される。以下実施例により本発明
の効果を更に具体的に説明する。

「実施例」以下本発明の実施例を示す。

第１表に使用した心線を示す。心線Ａは純Ni心線、Ｂ
は純Ni心線の外周に軟鋼フープを巻き所定の寸法に伸線
したものを使用した。

第２表に製造した溶接棒を示す。溶接棒寸法は全て3.
2×350mmとした。また黒鉛については第３表に示す。第
４表に試験結果を示す。溶接作業性は、ビードオンプレ
ートによるアーク安定性、スラグ被包性、剥離性および
ビード形状を目視で観察した。実用上問題にならない物
には○、実用上問題となるものは×印評価とした。尚溶
接電流は全て交流90Aとした。

本発明で示した棒記号Ｃ−１〜Ｃ−８の溶液棒は、い
ずれもアークはソフトで安定し、鋳物溶接棒のいままで
の欠点であったスラグ流動性および保護筒の脆弱性など
が大幅に改善された。その結果ビード形状が安定し、ス
ラグ巻き込みも発生もない良好な溶接が可能となった。

一方比較例に示した溶接棒Ｃ−９およびＣ−10は、溶
接棒乾燥温度がいずれも60,80℃と低く保護筒が均一に
溶融できずビード形状が不安定になったり、ピット発生
などの溶接欠陥が認められた。

溶接棒Ｃ−11は、被覆率が８％と低いためスラグ量が
やや不足気味となりスラグが均一に被包せずシールド不
足となりブローホールが発生した。又、溶接棒の乾燥温
度が300℃と高いのでアークの吹き付けが弱くなりドー
ビの広がりに欠けスラグ巻き込みなどの発生が認められ
た。

溶接棒Ｃ−12は、被覆率が32％と高くスラグ量過多と
なりアーク直下に回り込み安定したアークが得られずビ
ード形状も好ましいものでなかった。又、有機物が多く
硅酸塩が少ないことから保護筒が弱く溶接中に被覆が欠
け落ち安定した溶接が出来なかった。

溶接棒Ｃ−13は、炭酸塩が少ないことからアークが不
安定になりスパッタが多く発生した。又、硅酸塩が多い
ため、スラグの流動性が悪くなりビードが凸ビードにな
るなどスラグ巻き込みの恐れがあると同時に黒鉛が本発
明外の中粒、粗粒黒鉛を使用したためアークは荒くスラ
グが球状となりビード表面に均一に被包しないなど満足
すべきものでなかった。

溶接棒Ｃ−14は、炭酸塩が多いことからスラグ量が過
多となりアーク直下にスラグが回り込みアークが不安定
となりスパッタの発生が多くなった。又、溶接棒乾燥温
度が高いことかアークの吹き付けが弱くなると同時に黒
鉛粒度も本発明外の中粒、粗粒の黒鉛を使用したためア
ークが荒くスラグも球状になり均一に被包しないなど、
スラグ量が多いことと相まって安定した溶接が出来なか
った。

溶接棒Ｃ−15は、フッ化物が多くスラグ流動性が低く
なりすぎると同時に使用した黒鉛も本発明外の粗粒黒鉛
を使用したことによりアークが荒くスラグが球状になる
などスラグ被包性およびビード外観が悪くなった。

溶接棒Ｃ−16は、フッ化物が少なくスラグ流動性が高
くなりすぎビード形状が凸になると同時に使用した黒鉛
粒度が本発明外のためアークが荒くスラグ被包性が悪く
なった。

溶接棒Ｃ−17は、黒鉛がすくなく溶接作業性は満足す
るものであったが溶接金属中の炭素量が低く機械的性能
がやや悪く満足する性能が得られなかった。

溶接棒Ｃ−18は、黒鉛が多くアークが弱くなりすぎて
ビードの広がりに欠け凸ビードとなった。又、溶接金属
中の炭素量が多くなり機械的性能、特に溶接金属の耐割
れ性にやや問題があった。

「発明の効果」以上述べたように本発明による溶接棒は、溶接作業性
が良好で溶接欠陥の発生しない溶接が可能となり鋳物溶
接における信頼性と性能が大幅に改善されその工業的価
値は高い。

フロントページの続き (72)発明者佐藤等神奈川県相模原市淵野辺５―10―１新日本製鐵株式會社第２技術研究所内 (56)参考文献特開昭60−106694（ＪＰ，Ａ) 特公昭56−7798（ＪＰ，Ｂ２)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】重量比で40％以上のNiを含有し、残部が実
質Feからなる心線の外周に炭酸塩;30〜60％、金属フッ
化物;1〜10％、硅酸塩;1〜15％、有機物１〜10％、粒度
が１〜32ミクロンが85％以上で、かつ１〜12ミクロンが
50％以上から構成される微粒黒鉛を８〜20％含有する被
覆剤を溶接棒全重量に対して10〜30％塗布した後、100
〜280℃の温度で乾燥したことを特徴とした鋳鉄用被覆
アーク溶接棒。