專利名稱：氣體保護(hù)電弧焊用耐火材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在使用了二氧化鈦系藥芯焊絲的氣體保護(hù)電弧焊中，作為襯墊材料使用的氣體保護(hù)電弧焊用耐火材料。
背景技術(shù)：
在以造船業(yè)界為首的各種業(yè)界的焊接施工中，對于鋼板進(jìn)行只從單面(單側(cè))焊接的單面焊。在此單面焊中，伴隨著狹窄坡口化的焊接速度的提高和來自鋼板的強(qiáng)約束力， 導(dǎo)致在初層焊接部分發(fā)生的高溫裂紋被視為問題。為了抑制該焊接金屬的高溫裂紋，提出有以下這樣的焊接方法。例如，作為改善耐高溫裂紋性的方法，提出有降低焊接速度，降低焊接電流等特定了焊接手段的方法(例如專利文獻(xiàn)I)。另外，作為改善耐高溫裂紋性的方法，提出有降低焊接金屬中的B量或S量這樣特定B、S量的方法(例如專利文獻(xiàn)I)。但是，根據(jù)前述的特定焊接手段的方法，會(huì)使焊接操作的時(shí)間大幅增加，犧牲焊接效率。另外，根據(jù)前述的特定焊接金屬中的B、S量的方法，降低B量時(shí)，會(huì)產(chǎn)生不能確保低溫韌性這樣的問題，另一方面，降低S量時(shí)，存在S等雜質(zhì)元素的降低存在限度這樣的障礙。因此，作為既避免前述這樣的問題，又改善耐高溫裂紋性的方法，提出有以下這樣的氣體保護(hù)電弧焊方法，其使用了由規(guī)定的成分構(gòu)成的藥芯焊絲和由規(guī)定的成分構(gòu)成的耐火材料。詳細(xì)地說，在專利文獻(xiàn)2中公開有一種技術(shù)，其作為藥芯焊絲，使用的是各成分相對于焊絲總質(zhì)量的質(zhì)量比(質(zhì)量％ )為如下的藥芯焊絲Sn ( O. 010質(zhì)量％、B^O. 005 質(zhì)量％、Bi+Pb ( O. 005 質(zhì)量％、2· 5 彡 Mn 彡 3. O 質(zhì)量％、7· O ( Ti02+Zr02+Si02 彡 8. O 質(zhì)量％以下，作為耐火材料，使用的是相對于耐火材料總質(zhì)量的質(zhì)量比(質(zhì)量％ )，P < O. 10 質(zhì)量％、S ( O. 10質(zhì)量％的耐火材料。專利文獻(xiàn)I特開昭54-130452號公報(bào)專利文獻(xiàn)2特開2003-311416號公報(bào)但是，專利文獻(xiàn)2所公開的技術(shù)中，關(guān)于焊絲和耐火材料雙方，需要使分別構(gòu)成它們的各成分在規(guī)定的范圍內(nèi)，并且各成分的規(guī)定的范圍為狹窄的限定范圍。因此，為了得到焊接金屬的耐高溫裂紋性的提高這一效果，需要挑選各成分適合狹窄限定范圍的焊絲和耐火材料這雙方加以使用。特別是關(guān)于焊絲，在二氧化鈦系藥芯焊絲之中，也只限于滿足 7.0^ Ti02+Zr02+Si02 ( 8. O質(zhì)量％以下這樣極其狹窄成分范圍的焊絲，在使用不滿足該條件的二氧化鈦系藥芯焊絲時(shí)，不能確保焊接金屬的耐高溫裂紋性的提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明鑒于前述的問題而做，其課題在于，提供一種氣體保護(hù)電弧焊用耐火材料， 在氣體保護(hù)電弧焊中，不受所使用的二氧化鈦系藥芯焊絲的成分限定，而能夠提高焊接金屬的耐高溫裂紋性。本發(fā)明者們著眼于TiN對焊接金屬的凝固組織的微細(xì)化有效這一點(diǎn)。于是，得出如下認(rèn)識控制耐火材料中的成分，在焊接金屬中使TiN生成，能夠顯著改善耐高溫裂紋性，同時(shí)能夠保持良好的焊道形狀(沒有咬邊、氣孔、凹坑這樣的缺陷焊道形狀)。S卩，為了解決前述課題，本發(fā)明的氣體保護(hù)電弧焊用耐火材料，其特征在于，是在使用二氧化鈦系藥芯焊絲的氣體保護(hù)電弧焊中作為襯墊材料使用的氣體保護(hù)電弧焊用耐火材料，其中，相對于耐火材料總質(zhì)量，含有N(氮化物中的N) :0. 001 0. 100質(zhì)量％、Si02 30 60質(zhì)量％、Al2O3 :15 40質(zhì)量％、MgO 5 25質(zhì)量％，余量是不可避免的雜質(zhì)。如此，本發(fā)明的氣體保護(hù)電弧焊用耐火材料，因?yàn)楹幸?guī)定量的N(氮化物中的 N)，所以該N與二氧化鈦系藥芯焊絲中的Ti源發(fā)生反應(yīng)，從而生成在焊接金屬中對核生成促進(jìn)有效的TiN。其結(jié)果是，焊接金屬的凝固組織微細(xì)化，能夠使焊接金屬的耐高溫裂紋性提聞。另外，本發(fā)明的氣體保護(hù)電弧焊用耐火材料，通過含有規(guī)定量的SiO2' A1203、MgO, 能夠保持良好的焊道形狀(沒有咬邊、氣孔、凹坑這樣的缺陷焊道形狀)。而且，本發(fā)明的氣體保護(hù)電弧焊用耐火材料，作為更優(yōu)選的范圍，優(yōu)選所述N(氮化物中的N)為0. 003 0. 050質(zhì)量％。如此，本發(fā)明的氣體保護(hù)電弧焊用耐火材料，通過含有更優(yōu)選的量的N，能夠確保在焊接金屬中由TiN生成帶來的耐高溫裂紋性的提高。而且，本發(fā)明的氣體保護(hù)電弧焊用耐火材料,此外還優(yōu)選,相對于耐火材料總質(zhì)量含有TiO2 :5 40質(zhì)量％。如此，本發(fā)明的氣體保護(hù)電弧焊用耐火材料,通過含有規(guī)定量的TiO2,該TiO2成為焊接金屬凝固的核生成點(diǎn)，并且與N反應(yīng)，在焊接金屬中確實(shí)地生成TiN，因此能夠確保焊接金屬的耐高溫裂紋性的提高。而且，本發(fā)明的氣體保護(hù)電弧焊用耐火材料，作為更優(yōu)選的范圍，優(yōu)選所述TiO2S 10 30質(zhì)量％。如此，本發(fā)明的氣體保護(hù)電弧焊用耐火材料，通過含有更優(yōu)選的量的TiO2,能夠確保在焊接金屬中生成TiN所帶來的耐高溫裂紋性的提高。本發(fā)明的氣體保護(hù)電弧焊用耐火材料，因?yàn)楹幸?guī)定量的N(氮化物中的N)，所以該N與二氧化鈦系藥芯焊絲中的Ti發(fā)生反應(yīng)，從而在焊接金屬中生成TiN，能夠使焊接金屬的耐聞溫裂紋性提聞。另外，通過含有規(guī)定量的Si02、A1203、MgO,能夠保持良好的焊道形狀(沒有咬邊、 氣孔、凹坑這樣的缺陷焊道形狀)。此外，根據(jù)本發(fā)明的氣體保護(hù)電弧焊用耐火材料，如果使用的焊絲含有Ti，則能夠在焊接金屬中生成TiN。因此，如果使用的焊絲為二氧化鈦系藥芯焊絲，則不用特別地受成分限定，就能夠得到焊接金屬的耐高溫裂紋性提高這樣的效果。因此，即使不重新制作二氧化鈦系藥芯焊絲，而是通過使用市場銷售的二氧化鈦系藥芯焊絲，也能夠使焊接金屬的耐高溫裂紋性提高。


圖I是本發(fā)明的氣體保護(hù)電弧焊用耐火材料(襯墊材料)的剖面圖。圖2是將本發(fā)明的氣體保護(hù)電弧焊用耐火材料(襯墊材料)排列在鋁帶表面的狀態(tài)的模式圖。符號說明I耐火材料(襯墊材)2 鋁帶
具體實(shí)施例方式以下，對于用于實(shí)施本發(fā)明的氣體保護(hù)電弧焊用耐火材料的方式詳細(xì)地進(jìn)行說明。《氣體保護(hù)電弧焊用耐火材料》首先，對于本發(fā)明的氣體保護(hù)電弧焊用耐火材料(以下適宜稱為耐火材料)進(jìn)行說明。本發(fā)明的耐火材料，是在使用二氧化鈦系藥芯焊絲的氣體保護(hù)電弧焊中作為襯墊材料使用的氣體保護(hù)電弧焊用耐火材料，其中，含有規(guī)定量的N、SiO2, A1203、MgO，余量是不可避免的雜質(zhì)。還有，對于本發(fā)明的耐火材料(襯墊材料)I的形狀沒有特別限定，可以是具有規(guī)定厚度的大體板狀，如圖I所示，為了使焊接金屬的背面焊道形狀良好，也可以在上表面形成凹槽。另外，在使用本發(fā)明的耐火材料I時(shí)，在鋁帶2上排列耐火材料I (參照圖2)，對于焊接母材的坡口部分，從與進(jìn)行單面焊接的面相反側(cè)粘貼使用即可。還有，使之與焊接母材的長度一致，由此來決定排列在鋁帶2上的耐火材料I的數(shù)量即可。以下，對于本發(fā)明的耐火材料所含的各成分的數(shù)值限定理由進(jìn)行說明?！碞(氮化物中的N) 0. 001 O. 100質(zhì)量％ >通過使耐火材料含有N，可從耐火材料向初層焊接金屬間接地添加N，該N與二氧化鈦系藥芯焊絲中的Ti反應(yīng)，從而培養(yǎng)出對核生成促進(jìn)有效的TiN。其結(jié)果是，焊接金屬凝固組織微細(xì)化，焊接金屬的耐高溫裂紋性提高。N(氮化物中的N)量低于O. 001質(zhì)量％時(shí)， 上述效果無法充分獲得，若N(氮化物中的N)量超過O. 100質(zhì)量％，則在焊接金屬中確認(rèn)到氣孔的發(fā)生。因此，N(氮化物中的N)量為O. 001 O. 100質(zhì)量％。在此，所謂N (氮化物中的N)，不表示氮化物全體，而是只表示氮化物之中的N。而且所謂該氮化物，例如有 N-Cr、Fe-N-Cr, N_Si、N_Mn、N-Ti, N-Al 等。<Si02 : 30 60 質(zhì)量％ >SiO2是耐火材料的主要構(gòu)成成分。SiO2量低于30質(zhì)量％時(shí)，耐熱沖擊性差，因此背面焊道突出，若SiO2超過60質(zhì)量％，則生成熔焊的流動(dòng)性過大，均勻的背面焊道劣化。因此，SiO2量為30 60質(zhì)量％。還有,作為SiO2源,使用二氧化娃、葉臘石(6 )石pyrophyllite)、耐火粘土、堇青石、莫來石等即可。<A1203 :15 40 質(zhì)量 ％ >Al2O3提高耐火材料的熔點(diǎn)，并且提高生成熔渣的粘性，在調(diào)整背面焊道形狀上是不可欠缺的成分。Al2O3量低于15質(zhì)量％時(shí),熱沖擊性差,上述特性無法體現(xiàn),若Al2O3量超過40質(zhì)量％，則耐火性過度提高，因此背面焊道劣化,生成熔渣的粘性過大，除氣變差,容易產(chǎn)生凹坑和氣孔等缺陷。因此，Al2O3量為15 40質(zhì)量％。還有，作為Al2O3源，使用氧化鋁、長石、云母、耐火粘土、堇青石、莫來石、葉蠟石等即可?！碝gO :5 25 質(zhì)量％ >MgO具有作為耐火性調(diào)節(jié)材的機(jī)能，并且還是具有改善熔渣剝離性的效果的成分。 為了體現(xiàn)該效果，需要使耐火材料中含有MgO為5質(zhì)量％以上。但是，若MgO量超過25質(zhì)量％，則耐火度過度提高，生成熔渣的粘性過大，除氣變差，容易產(chǎn)生凹坑和氣孔等缺陷。因此，MgO量為5 25質(zhì)量％。還有，作為MgO源，使用氧化鎂、滑石、白云石、尖晶石、鎂橄欖石等即可?！床豢杀苊獾碾s質(zhì)〉作為其余的不可避免的雜質(zhì)，可列舉P、S、W、Ta、Cr、Cu、Nb、V等，允許在不妨礙本發(fā)明的效果的范圍內(nèi)含有。P量優(yōu)選為0. I質(zhì)量％以下，S量優(yōu)選為0. I質(zhì)量％以下，W量優(yōu)選為I. 0質(zhì)量％以下，Ta量優(yōu)選為0. I質(zhì)量％以下，Cr量優(yōu)選為0. 5質(zhì)量％以下，Cu量優(yōu)選為I. 0質(zhì)量％以下,Nb量優(yōu)選為0. I質(zhì)量％以下,V量優(yōu)選為0. I質(zhì)量％以下。這是由于，若P、S超過上限值，則耐高溫高裂紋性劣化，若W、Ta、Cr、Cu、Nb、V超過上述值，則焊接金屬的強(qiáng)度變大，韌性降低。另外，除了上述耐火材料的成分以外，優(yōu)選還含有規(guī)定量的Ti02。<Ti02 :5 40 質(zhì)量％ >通過使耐火材料中含有TiO2，會(huì)從耐火材料向初層焊接金屬中間接地添加TiO2, 該TiO2成為焊接金屬凝固的核生成點(diǎn)，并且在焊接中與N反應(yīng)而生成TiN。其結(jié)果是，焊接金屬的凝固組織進(jìn)一步微細(xì)化，焊接金屬的耐高溫裂紋性提高。TiO2量低于5%時(shí)，上述效果不充分，若TiO2量超過40%，則耐火性過度提高，因此背面焊道難以出來，生成熔渣的粘性過大，除氣變差，容易產(chǎn)生凹坑和氣孔等的缺陷。因此，使耐火材料中含有TiO2時(shí)，優(yōu)選 TiO2量為5 40質(zhì)量％。還有，作為TiO2源，例如使用金紅石等即可。另外，在所述耐火材料中含有的N(氮化物中的N) ,TiO2之中至少一個(gè)優(yōu)選為下述量?！碞(氮化物中的 N) :0. 003 0.050 質(zhì)量％，TiO2=IO 30 質(zhì)量％ >N (氮化物中的N)為0.003 0.050質(zhì)量％，TiO2為10 30質(zhì)量％滿足其中至
少一個(gè)，就能夠使焊接金屬中生成充分量的TiN。其結(jié)果是，焊接金屬的凝固組織微細(xì)化，能夠確保焊接金屬的耐高溫裂紋性的提高。其次，對于實(shí)施本發(fā)明時(shí)使用的二氧化鈦系藥芯焊絲和焊接母材進(jìn)行說明?！抖趸佅邓幮竞附z》所謂二氧化鈦系藥芯焊絲，是含有TiO2的藥芯焊絲。如果含有Ti源，則通過與耐火材料的N反應(yīng)，而在焊接金屬中形成TiN，因此能夠使焊接金屬的耐高溫裂紋性提高。因此，如果使用的焊絲是二氧化鈦系藥芯焊絲，則能夠得到焊接金屬的耐高溫裂紋性提高這樣的效果，因此對于其他的組成沒有特別限定。例如，能夠使用JIS Z3313T49J0T1-1CA-U 規(guī)格分類的焊絲等。
二氧化鈦系藥芯焊絲的焊劑填充率沒有特別限定，可以考慮焊絲的生產(chǎn)率，例如成型和拉絲時(shí)的斷線等而適宜設(shè)定。另外，二氧化鈦系藥芯焊絲的剖面形狀沒有特別限定， 例如可以有接縫，也可以沒有?！逗附幽覆摹泛附幽覆牡慕M成沒有特別限定，不過，例如能夠使用下述表I中顯示化學(xué)成分例這樣的Jis G3106SM400A C鋼等。表I
I SI牟位耀w__--1￥ΚΠ11*5—--1I ''''Q .Si MnPSI smmnAMil下 IISOfStills- UKCiaJmm騎.QmmTB—Tl—I! I U0J5WT 纏ο-下 Tsii畫腫grnsm接著對于本發(fā)明的氣體保護(hù)電弧焊用耐火材料的制造方法，和氣體保護(hù)電弧焊進(jìn)行說明。《氣體保護(hù)電弧焊用耐火材料的制造方法》關(guān)于耐火材料的制造方法沒有特別限定。例如，調(diào)配原料粉末，添加粘結(jié)劑混合均勻，對混合物進(jìn)行擠壓成形。然后，使擠壓成形物干燥后，進(jìn)行適于氮化物的燒成方法，制造耐材料即可?！稓怏w保護(hù)電弧焊》關(guān)于焊接方法，若考慮到焊接效率等，則優(yōu)選進(jìn)行氣體保護(hù)電弧焊。氣體保護(hù)電弧焊的方法沒有特別限定，能夠采用通常使用的方法。例如，作為保護(hù)氣體，除了 100 %的CO2氣以外，還使用Ar氣和CO2氣的混合氣體，Ar氣和O2氣的混合氣體， Ar氣、CO2氣和O2氣的三種混合氣體等。但是，本發(fā)明所使用的焊接方法，不僅限定于上述氣體保護(hù)電弧焊法，例如金屬被覆電弧焊、鎢極惰性氣體保護(hù)電弧焊、埋弧焊等任意一種焊接方法都可以適用。以上，對于本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行了說明，但本發(fā)明不限定于前述實(shí)施方式，在不脫離權(quán)利要求范圍所述的本發(fā)明的要旨的范圍內(nèi)，可以適宜設(shè)計(jì)變更。實(shí)施例以下，就本發(fā)明的氣體保護(hù)電弧焊用耐火材料，將滿足本發(fā)明的要件的實(shí)施例 (No. I 42)和不滿足本發(fā)明的要件的比較例(No. 43 60)進(jìn)行對比，具體地加以說明。調(diào)配原料粉末，添加粘結(jié)劑混合均勻，將混合物擠壓成形并使之干燥后，進(jìn)行適于氧化物的燒成方法，制作耐火材料。根據(jù)前述方法，制作表2所示的滿足本發(fā)明的要件的耐火材料(No. I 21)和表 3所示的不滿足本發(fā)明的要件的耐火材料(耐火材料No. 22 30)。表2
權(quán)利要求
1.一種氣體保護(hù)電弧焊用耐火材料，其特征在于，是在使用二氧化鈦系藥芯焊絲的氣體保護(hù)電弧焊中作為襯墊材料使用的氣體保護(hù)電弧焊用耐火材料，其中，相對于耐火材料總質(zhì)量，含有N :0. 001 0. 100質(zhì)量％、Si02 :30 60質(zhì)量％、A1203 :15 40質(zhì)量％、MgO 5 25質(zhì)量％ ,余量是不可避免的雜質(zhì),其中,所述N是指氮化物中的N。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的氣體保護(hù)電弧焊用耐火材料，其特征在于，所述N為0.003 0. 050 質(zhì)量％。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的氣體保護(hù)電弧焊用耐火材料，其特征在于，相對于耐火材料總質(zhì)量，還含有TiO2 :5 40質(zhì)量％。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的氣體保護(hù)電弧焊用耐火材料，其特征在于，所述TiO2S10 30質(zhì)量％。
全文摘要
本發(fā)明提供一種氣體保護(hù)電弧焊用耐火材料，在氣體保護(hù)電弧焊中，不受所使用的二氧化鈦系藥芯焊絲的成分限定，而能夠提高耐高溫裂紋性。本發(fā)明的氣體保護(hù)電弧焊用耐火材料，是在使用二氧化鈦系藥芯焊絲的氣體保護(hù)電弧焊中作為襯墊材料使用的氣體保護(hù)電弧焊用耐火材料，相對于耐火材料總質(zhì)量，含有N(氮化物中的N)0.001～0.100質(zhì)量％、SiO230～60質(zhì)量％、Al2O315～40質(zhì)量％、MgO5～25質(zhì)量％，余量是不可避免的雜質(zhì)。
文檔編號B23K9/16GK102601491SQ20111041418
公開日2012年7月25日 申請日期2011年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月25日
發(fā)明者坂本浩一, 島本正樹, 柿崎智紀(jì), 石田齊, 笹倉秀司 申請人:株式會(huì)社神戶制鋼所