ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ
【課題】 片面継手溶接の初層パスの耐高温割れ性、スラグ剥離性や上向や立向姿勢での耐メタル垂れ性など溶接作業性および溶接金属の機械的性能が良好なガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤを提供する。
【解決手段】 ワイヤ全質量に対する質量％で、Ｃ：０．０４〜０．０９％、Ｓｉ：０．３〜０．６％、Ｍｎ：２．５〜３．１％、Ａｌ：０．１〜０．４％、Ｍｇ：０．３〜０．６％、ＴｉＯ２：５．１〜６．５％、ＳｉＯ２：０．３〜０．７％、ＺｒＯ２：０．１〜０．５％、Ａｌ２Ｏ３：０．２〜０．５％、Ｎａ２ＯおよびＫ２Ｏの合計：０．１０〜０．２５％、弗素化合物のＦ換算値：０．０３〜０．０８％、鉄粉：２．０〜５．０％を含有し、かつ、Ｐ：０．０１５％以下、Ｓ：０．０１０％以下、Ｂ：０．０００５％以下、Ｂｉ：０．０００５％以下、鉄酸化物のＦｅＯ換算値：０．０９％以下に制限したことを特徴とする。
【解決手段】 ワイヤ全質量に対する質量％で、Ｃ：０．０４〜０．０９％、Ｓｉ：０．３〜０．６％、Ｍｎ：２．５〜３．１％、Ａｌ：０．１〜０．４％、Ｍｇ：０．３〜０．６％、ＴｉＯ２：５．１〜６．５％、ＳｉＯ２：０．３〜０．７％、ＺｒＯ２：０．１〜０．５％、Ａｌ２Ｏ３：０．２〜０．５％、Ｎａ２ＯおよびＫ２Ｏの合計：０．１０〜０．２５％、弗素化合物のＦ換算値：０．０３〜０．０８％、鉄粉：２．０〜５．０％を含有し、かつ、Ｐ：０．０１５％以下、Ｓ：０．０１０％以下、Ｂ：０．０００５％以下、Ｂｉ：０．０００５％以下、鉄酸化物のＦｅＯ換算値：０．０９％以下に制限したことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は軟鋼および４９０Ｎ／ｍｍ２級高張力鋼などの溶接構造物を製造する際に使用するガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤに係わるものであり、鋼板の片面突き合わせ継手溶接（以下、片面継手溶接という。）の初層パスで問題となる耐高温割れ性を向上させたガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ（以下、フラックス入りワイヤという。）に関する。
【背景技術】
【０００２】
造船での溶接には、ＴｉＯ２系フラックス入りワイヤを使用して、鋼板の片面継手溶接を自動および半自動溶接で行っている。図１（ａ）に片面継手の開先形状、図１（ｂ）にその溶接状況例（下向姿勢の場合）を示す。鋼板１を開先角度θ、ルート間隔Ｇの開先形状にして突き合わせ、開先裏面にセラミックス裏当材２（以下、裏当材という。）を当てて、初層パスで裏ビード３を形成した後、順に積層して継手溶接金属４を形成する。
【０００３】
溶接姿勢は、下向、立向など全姿勢で行われるが、特に下向姿勢の片面継手溶接における初層パスはその凝固形態からビード中央に高温割れが発生しやすいので、高温割れ防止の観点から溶接電流および溶接速度を抑え、また、鋼板１の開先角度θおよびルート間隔Ｇもあまり小さくしないで溶接されている。
【０００４】
最近、溶接能率を上げるために、溶接電流を高めて溶接速度を速くすること、あるいは開先角度θおよびルート間隔Ｇを小さくした狭い開先形状にして、溶接パス数を少なくして溶接した場合でも、高温割れが発生しにくいフラックス入りワイヤの開発要望が強い。
【０００５】
これに対し特許文献１および特許文献２に、Ｐ、Ｓの低減以外にＳｎ、Ｂ、Ｂｉ、Ｐｂの含有量を規制することにより耐高温割れ性を改良したフラックス入りワイヤの提案がある。
【０００６】
また、本出願人は先に特許文献３で、Ｐ、Ｓ、Ｂ、およびＢｉを低減した耐高温割れ性の良好なフラックス入りワイヤを提案した。
【０００７】
しかし、前記技術のようなフラックス入りワイヤの不純物低減だけでは現場的に安定した耐高温割れ性向上効果が得られない。特に半自動下向姿勢で、鋼板の開先角度３０〜４０°、ルート間隔３〜５ｍｍのような狭い開先形状にして、初層パスを溶接電流２６０Ａ以上（ワイヤ径１．２ｍｍ）、溶接速度２５ｃｍ／ｍｉｎ以上の高能率な溶接条件で溶接すると、ビード中央に微小な高温割れが点々と発生する場合がある。これは開先角度が狭い開先形状や高電流の溶接条件になるほど、半自動溶接特有のアーク状態や溶接速度の変動が裏ビード形成に敏感に影響することによる。特に裏ビードの形状が不均一になって開先内ビード表面に凹んだ部分ができると、その箇所に微小な高温割れの発生頻度が高くなる。従って、開先角度が狭い開先形状で、かつ高電流の溶接条件でも安定した耐高温割れ性を得るためには、アークを安定させ裏ビードを安定して形成できる溶接が可能なフラックス入りワイヤが必要となる。
【０００８】
また、フラックス入りワイヤが含有するＰ、Ｓを始めとし、凝固時に不純物として高温割れを発生しやすくするＳｎ、Ｂ、Ｂｉ、Ｐｂを規制することは初層パスの高温割れ防止のための必須要件であるが、全姿勢溶接用フラックス入りワイヤにおいて、Ｂｉ、ＰｂおよびＳはスラグ剥離性、Ｂは溶接金属の衝撃靱性に効果的に作用する成分であり、これら溶接性能の劣化に対しての回復手段についても十分に配慮する必要がある。
【０００９】
なお、特許文献４は、ＴｉＯ２を低めにし、ＣａＯ、ＭｇＯを含有させて溶融スラグの塩基度を高め、酸素量低減による耐高温割れ性向上を図ったフラックス入りワイヤの提案がある。しかし、上向や立向姿勢でメタル垂れが発生しやすく、全姿勢溶接用フラックス入りワイヤとしては、耐高温割れ性向上に偏らず、溶接条件範囲が広く良好な溶接作業性が得られることも必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００２−１３７０９０号公報
【特許文献２】特開２００３−３１１４７６号公報
【特許文献３】特開２００６−２８９４０４号公報
【特許文献４】特開昭６２−１５１２９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、片面継手溶接の初層パスで問題となる耐高温割れ性の一段の向上とともに、スラグ剥離性や上向や立向姿勢での耐メタル垂れ性など溶接作業性および溶接金属の衝撃靱性が良好なガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ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】
【００１２】
本発明の要旨は、鋼製外皮内にフラックスを充填してなるガスシ−ルドア−ク溶接用フラックス入りワイヤにおいて、ワイヤ全質量に対する質量％で、Ｃ：０．０４〜０．０９％、Ｓｉ：０．３〜０．６％、Ｍｎ：２．５〜３．１％、但し、Ｍｎ／Ｓｉ：４．５以上、Ａｌ：０．１〜０．４％、Ｍｇ：０．３〜０．６％、ＴｉＯ２：５．１〜６．５％、ＳｉＯ２：０．３〜０．７％、ＺｒＯ２：０．１〜０．５％、Ａｌ２Ｏ３：０．２〜０．５％、Ｎａ２ＯおよびＫ２Ｏの合計：０．１０〜０．２５％、但し、Ｋ２Ｏ／Ｎａ２Ｏ：２．０以上、弗素化合物のＦ換算値：０．０３〜０．０８％、鉄粉：２．０〜５．０％を含有し、かつ、Ｐ：０．０１５％以下、Ｓ：０．０１０％以下、Ｂ：０．０００５％以下、Ｂｉ：０．０００５％以下、鉄酸化物のＦｅＯ換算値：０．０９％以下で、残部は鋼製外皮のＦｅ分、合金鉄のＦｅ分および不可避的不純物からなることを特徴とする。
【００１３】
また、ワイヤ表面に０．１０〜０．６０μｍのＣｕめっきを有することも特徴とするガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤにある。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤによれば、開先角度が狭い開先形状の片面継手溶接の初層パスを高電流の溶接条件で行った場合でも高温割れが発生しにくく、かつ、全姿勢溶接用ワイヤとして保有すべき各種溶接作業性および溶接金属の衝撃靱性が良好であるので、溶接の高能率化および溶接部の品質向上が図れる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】下向片面継手溶接の開先形状および溶接状況を説明するために示した模式図で、（ａ）は溶接前、（ｂ）は溶接後の状況を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明者らは、種々のフラックス入りワイヤを試作して、狭開先片面継手溶接における耐高温割れ性、全姿勢溶接における溶接作業性および溶接金属の衝撃靱性に及ぼす各種成分組成の影響について詳細に検討した。
【００１７】
その結果、狭開先の初層パスでの溶接では、アークが安定しなかったり、また、溶融スラグの追従が悪く溶融スラグがアーク点より先行しすぎたり、或いは後退しすぎると、溶接作業者は裏ビードを出すために最適な位置にアーク点を移そうとして瞬間的に溶接速度を変化させたりするので、裏ビードや開先内のビードが長手方向に凹凸が生じた形状となり、その凹み部に微小な高温割れが発生しやすくなることから、スラグ生成状態やアークの安定性が重要となることを知見した。
【００１８】
また、片面継手溶接における耐高温割れ性と溶接金属の衝撃性能に作用する成分としてＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｐ、Ｓ、Ｂ、Ｂｉ、ＦｅＯ、全姿勢溶接における溶接作業性や片面初層パスでの溶接作業性をよくするためアーク安定剤として作用するＮａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、鉄粉およびスラグ形成剤として作用するＴｉＯ２、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３をそれぞれ適量含有させ、さらにワイヤ送給性の安定化や通電性の安定化およびチップ磨耗量の減少によりアークの安定化をより図るためワイヤ表面にＣｕめっきを施すことにより所期の目的を達したものである。
【００１９】
以下に、本発明のフラックス入りワイヤの成分限定理由を述べる。以下、組成における質量％は、単に％と記載する。
【００２０】
Ｃ：０．０４〜０．０９％
フラックスおよび外皮成分の合計で、Ｃが０．０４％未満では溶接金属の強度が低下する。一方、Ｃが０．０９％を超えると溶接金属の強度が高くなりすぎて衝撃靱性が低下する。
【００２１】
Ｓｉ：０．３〜０．６％
Ｓｉは、溶接金属の強度および衝撃靱性を確保するために、フラックスおよび外皮成分の合計で０．３％以上含有させる。Ｓｉが０．３％未満では溶接金属の強度および衝撃靱性が低下する。一方、Ｓｉが０．６％を超えると溶接金属の衝撃靱性が低下する。
【００２２】
Ｍｎ：２．５〜３．１％
Ｍｎは、耐高温割れ性や溶接金属の強度、衝撃靱性の確保、特に片面継手溶接金属の衝撃靭性確保のために、フラックスおよび外皮成分の合計で２．５〜３．１％含有させる。Ｍｎが２．５％未満では高温割れが発生しやすくなる。また、片面継手溶接金属の衝撃靱性が低下する。一方、Ｍｎが３．１％を超えると溶接金属の強度が高くなりすぎる。
【００２３】
Ｍｎ／Ｓｉ：４．５以上
溶接金属の特に片面継手溶接金属の衝撃靱性を確保するために、ＭｎとＳｉの比Ｍｎ／Ｓｉを４．５以上とする。Ｍｎ／Ｓｉが４．５未満では片面継手溶接金属の衝撃靱性が低下する。
【００２４】
Ａｌ：０．１〜０．４％
Ａｌは、フラックスおよび外皮成分の合計で、０．１％以上含有させることによって溶接金属の酸素量を低下して溶接金属の衝撃靱性を向上させる。一方、Ａｌが０．４％を超えると溶接金属中にＳｉおよびＭｎが歩留まって強度が高くなり衝撃靱性が低下する。また、脱酸生成物であるＡｌ２Ｏ３が溶融スラグ中に過剰に増加するため、狭開先片面継手溶接では溶融スラグの追従性が安定せず、裏ビードに凹凸が生じて凹部に高温割れが発生しやすくなる。
【００２５】
Ｍｇ：０．３〜０．６％
Ｍｇは、０．３％以上含有させることによって、溶接金属の酸素量が低下して衝撃靱性を向上させる。一方、Ｍｇが０．６％を超えると、脱酸生成物であるＭｇＯが溶融スラグ中に過剰に増加し、立向姿勢溶接でメタル垂れが発生しやすくなる。また、狭開先片面継手溶接の初層パスでは、溶融スラグの追従性が不安定になり、裏ビードに凹凸が生じて凹部に高温割れが発生しやすくなる。
【００２６】
ＴｉＯ２：５．１〜６．５％
ルチール、チタンスラグなどを原料として、ＴｉＯ２が５．１％未満では、溶融スラグの粘性が不足して上向や立向姿勢でメタル垂れが発生しやすく、ビード形状が凸状になるなど全姿勢溶接用ワイヤとしての溶接作業性が劣化する。また、スラグ生成量が不足して、立向下進溶接ではスラグ剥離性が劣化する。一方、ＴｉＯ２が６．５％を超えるとスラグ生成量が多すぎて、狭開先片面継手溶接の初層パスでスラグ追従性が不安定になり、裏ビードに凹凸が生じて凹部に高温割れが発生しやすくなる。
【００２７】
ＳｉＯ２：０．３〜０．７％
珪砂、ジルコンサンドなどを原料として、ＳｉＯ２が０．３％未満では、スラグ被包状態が悪く各姿勢溶接ともスラグ剥離性、ビード形状、外観が不良となる。一方、ＳｉＯ２が０．７％を超えると、溶融スラグの凝固が遅れて上向、立向姿勢溶接でメタル垂れが発生しやすくなる。また、片面継手溶接の初層パスでは溶融スラグの追従性が不安定になり、裏ビードに凹凸が生じて凹部に高温割れが発生しやすくなる。
【００２８】
ＺｒＯ２：０．１〜０．５％
ジルコンサンド、酸化ジルコンなどを原料として、ＺｒＯ２が０．１％未満では、立向姿勢溶接の耐メタル垂れ性や水平すみ肉溶接のビード形状が劣化する。また、狭開先片面継手溶接の初層パスでは、溶融スラグが先行しやすくなり裏ビードが出にくく、高温割れも発生しやすくなる。一方、ＺｒＯ２が０．５％を超えるとスラグ剥離性が劣化する。
【００２９】
Ａｌ２Ｏ３：０．２〜０．５％
Ａｌ２Ｏ３は立向上進溶接のビード形状を良好にするが、０．２％未満では効果が無くなり、０．５％を超えると、狭開先片面継手溶接の初層パスのスラグ剥離性が悪くなり、耐高温割れ性も悪くなる。
【００３０】
Ｎａ２ＯおよびＫ２Ｏの合計：０．１０〜０．２５％
チタン酸ソーダ、カリ長石などを原料として、Ｎａ２ＯおよびＫ２Ｏの合計が０．１０％未満では、アーク状態が不安定になるとともに、上向や立向姿勢溶接でメタルが垂れやすくビード形状が不良になる。また、狭開先片面継手溶接の初層パスではアーク状態が不安定なことにより溶融スラグの追従性が不安定となり、裏ビードに凹凸が生じて凹部に高温われが発生しやすくなる。一方、Ｎａ２ＯおよびＫ２Ｏの合計が０．２５％を超えると、溶融スラグの流動性が過剰になり、上向および立向姿勢溶接でメタル垂れが発生しやすく、スラグ剥離性も劣化する。さらに、狭開先片面継手溶接の初層パスでは溶融スラグの追従性が不安定で、高温割れが発生しやすくなる。
【００３１】
Ｋ２Ｏ／Ｎａ２Ｏ：２．０以上
Ｋ２Ｏ／Ｎａ２Ｏが２．０未満であると、アークが集中しすぎて、溶融スラグの追従性が不安定となり、裏ビードに凹凸が生じて凹部に高温われが発生しやすくなる。
【００３２】
弗素化合物のＦ換算値：０．０３〜０．０８％
弗化ソーダや珪弗化カリなどの弗素化合物のＦ換算値が０．０３％未満では、アークの集中性が弱く、立向下進溶接でメタル垂れが発生しやすくなる。また、狭開先片面継手溶接の初層パスで裏ビードが出にくく、さらに溶融スラグの流動性が不足し溶融スラグ追従性が安定せず、裏ビードに凹凸が生じて凹部に高温割れが発生しやすくなる。一方、弗素化合物のＦ換算値が０．０８％を超えると、アークの吹きつけが強すぎ、溶融スラグの流動性も過剰になり、溶融スラグの追従性が不安定で、裏ビードに凹凸が生じて凹部に高温割れが発生しやすくなる。
【００３３】
鉄粉：２．０〜５．０％
フラックス入りワイヤにおいて鉄粉はアーク安定剤と溶着速度を上げる効果がある。鉄粉が２．０％未満ではアークが不安定となり狭開先片面継手溶接内のビードや裏ビードの凹凸とともに高温割れが発生しやすくなる。一方５．０％を超えると、アークの吹き付けが弱くなりすぎて、良好な裏ビード形成ができなくなり高温割れが発生しやすくなる。
【００３４】
Ｐ：０．０１５％以下、Ｓ：０．０１０％以下
Ｐ、Ｓはフラックス原料および鋼製外皮から不可避的不純物として含有される成分であるが、鋼製外皮およびフラックス原料の選択により、Ｐを０．０１５％以下、Ｓを０．０１０％以下に制限することは、耐高温割れ性に極めて効果的である。
【００３５】
Ｂ：０．０００５％以下、Ｂｉ：０．０００５％以下
ＢおよびＢｉは、不純物として含有され狭開先片面継手溶接の初層パスの高温割れを生じる。これを防止するために、ＢおよびＢｉは少ない方が好ましく、フラックスおよび鋼製外皮成分の合計でそれぞれ０．０００５％以下に制限する。
【００３６】
鉄酸化物のＦｅＯ換算値：０．０９％以下
ミルスケール、赤鉄鉱およびＴｉＯ２原料に不可避的に含有されるＦｅ２Ｏ３、ＦｅＯなどの鉄酸化物は、水平すみ肉溶接におけるビード形状を良好にするが、狭開先片面継手溶接の初層パスの耐高温割れ性および上向や立向姿勢溶接の耐メタル垂れ性を劣化する。また、溶接金属の衝撃靱性を低下する。したがって、鉄酸化物のＦｅＯ換算値は０．０９％以下に制限する。
【００３７】
ワイヤ表面のＣｕめっき：０．１０〜０．６０μｍ
ワイヤ表面のＣｕめっきは、ワイヤ送給性およびチップ部での通電性を良好にしてアークを安定させ、特に狭開先片面継手溶接の初層パスにおいて良好なビード形状を形成する。ワイヤ表面のＣｕめっき厚さが０．１０μｍ未満の場合、長時間溶接するとチップの磨耗に起因する通電性が悪くなってアークが安定せずに、狭開先片面継手溶接の初層パスで裏ビードに凹凸が生じて凹部に高温割れが発生しやすくなる。一方、０．６０μｍを超えると最終凝固点への析出が多くなるので高温割れが発生しやすくなる。
【００３８】
本発明のフラックス入りワイヤはフラックス充填後の伸線加工性が良好な軟鋼または合金鋼の外皮内にフラックスを充填後、ダイス伸線やローラ圧延加工により所定のワイヤ径（１．０〜１．６ｍｍ）に縮径して製造され、または、所定のワイヤ径になる前にワイヤ表面にＣｕめっきを施して製造されるものである。ワイヤの断面構造は特に限定するものではない。
【００３９】
溶接用シールドガスはＣＯ２ガスが一般的であるが、Ａｒ−ＣＯ２などの混合ガスも使用できる。
【実施例】
【００４０】
以下、実施例により本発明の効果をさらに詳細に説明する。
【００４１】
表１に示す成分の軟鋼パイプにフラックスを充填後、縮径してフラックス充填率１３〜１７％で表２に示すワイヤ径１．２ｍｍのシームレスタイプのフラックス入りワイヤを各種試作した。なお、一部の試作ワイヤは、所定の線径になる前にワイヤ表面にＣｕめっきを施した。
【００４２】
【表１】
【００４３】
【表２−１】
【００４４】
【表２−２】
【００４５】
これら試作ワイヤを使用して、図１に示す形状の片面継手溶接試験体（鋼種：ＫＤ３６鋼、板厚ｔ：２０ｍｍ、幅４００ｍｍ、長さ５００ｍｍ、開先角度θ：３０°、ルート間隔Ｇ：５ｍｍ、裏面の拘束：３箇所）に、裏当材（Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２−ＭｇＯ系）を当てて、表３に示す溶接条件で、半自動下向姿勢で、初層パスの耐高温割れ性試験を行った。初層パスの高温割れの発生状況はＸ線透過試験により判定した。
【００４６】
次いで、表３に示す溶接条件により半自動下向溶接で順次積層して溶接作業性の観察とともに、Ｘ線透過試験で割れがない部分より、溶接後ＪＩＳ Ｚ３１１１に準じて板厚中央部から引張試験片（Ａ１号）と衝撃試験片（４号）を採取し、溶接金属の引張試験と、衝撃試験実施した。なお、引張試験は引張強さ５２０〜６２０Ｎ／ｍｍ２を良好とした。また、衝撃試験は０℃におけるシャルピー吸収エネルギーが４７Ｊ以上を良好とした。
【００４７】
【表３】
【００４８】
さらに、板厚１２ｍｍ、幅１５０ｍｍ、長さ４５０ｍｍのＳＭ４９０Ｂ鋼をＴ字型に仮組みし、上向および立向（上進、下進）姿勢溶接で、特に問題となる耐メタル垂れ性とスラグ剥離性を評価した。これらの結果を表４にまとめて示す。
【００４９】
【表４−１】
【００５０】
【表４−２】
【００５１】
表２および表４中のワイヤ記号Ｗ１〜Ｗ８が本発明例、ワイヤ記号Ｗ９〜Ｗ２９は比較例である。本発明例であるワイヤ記号Ｗ１〜Ｗ８は、フラックス入りワイヤの成分がいずれも適正であるので、片面継手溶接での初層パスで問題となる高温割れの発生はなく、また、スラグ剥離性および溶接金属の引張強さおよび吸収エネルギーも良好な結果であった。また、上向や立向姿勢溶接で問題となる耐メタル垂れ性およびスラグ剥離性などの溶接作業性についても良好で、極めて満足な結果であった。なお、ワイヤ表面にＣｕめっきを施こしてあるワイヤ記号Ｗ１、Ｗ２、Ｗ４、Ｗ６およびＷ７は、アークが極めて安定していた。
【００５２】
比較例中、ワイヤ記号Ｗ９は、Ｃが少ないので溶接金属の引張強さが低かった。また、Ｍｇが多いので上向および立向姿勢溶接でメタル垂れが発生した。さらに、片面継手溶接の初層パスでは溶融スラグの追従性が不安定で、裏ビード形状が不均一となり高温割れが発生した。
【００５３】
ワイヤ記号Ｗ１０は、Ｃが多いので溶接金属の引張強さが高くなり吸収エネルギーが低かった。また、Ｐが多いので片面継手溶接の初層パスで高温割れが発生した。
【００５４】
ワイヤ記号Ｗ１１は、Ｓｉが少ないので溶接金属の引張強さおよび吸収エネルギーが低かった。また、Ｓが多いので片面継手溶接の初層パスで高温割れが発生した。
【００５５】
ワイヤ記号Ｗ１２は、Ｓｉが多いので溶接金属の吸収エネルギーが低かった。また、Ｂが多いので片面継手溶接の初層パスで高温割れが発生した。
【００５６】
ワイヤ記号Ｗ１３は、Ｍｎが少ないので片面継手溶接の初層パスで高温割れが発生した。また、溶接金属の吸収エネルギーが低かった。
【００５７】
ワイヤ記号Ｗ１４は、Ｍｎが多いので溶接金属の引張強さが高かった。また、鉄粉が多いのでアークの吹き付けが弱くなりすぎて良好な裏ビード形成ができなくなり高温割れが発生した。
【００５８】
ワイヤ記号Ｗ１５は、Ｍｎ／Ｓｉが小さいので溶接金属の吸収エネルギーが低下かった。
【００５９】
ワイヤ記号Ｗ１６は、Ａｌが少ないので溶接金属の吸収エネルギーが低かった。また、Ｎａ２ＯとＫ２Ｏの合計が少ないのでアーク状態が不安定で、片面継手溶接で高温割れが発生し、さらに、上向および立向姿勢溶接でメタル垂れが発生した。
【００６０】
ワイヤ記号Ｗ１７は、Ａｌが多いので片面継手溶接の初層パスで溶融スラグの追従性が不安定で、裏ビード形状が不均一で高温割れが発生し、溶接金属の引張強さが高かった。また、ＺｒＯ２が多いので、各姿勢溶接でスラグ剥離性が不良であった。
【００６１】
ワイヤ記号Ｗ１８は、Ｍｇが少ないので溶接金属の吸収エネルギーが低かった。また、Ｎａ２ＯとＫ２Ｏの合計が多いので上向および立向姿勢溶接でメタル垂れが発生し、スラグ剥離性も不良であった。また、片面継手溶接の初層パスでは溶融スラグの追従性が不安定で、裏ビード形状が不均一で高温割れが発生し、スラグ剥離性も不良であった。
【００６２】
ワイヤ記号Ｗ１９は、Ｂｉが多いので片面継手溶接の初層パスで高温割れが発生した。また、Ａｌ２Ｏ３が少ないので立向上進溶接の作業性が低下した。
【００６３】
ワイヤ記号Ｗ２０は、Ｋ２Ｏ／Ｎａ２Ｏが小さいので片面継手溶接の初層パスで溶融スラグの追従性が不安定で、裏ビード形状が不均一で高温割れが発生した。
【００６４】
ワイヤ記号Ｗ２１は、弗素化合物のＦ換算値が少ないので立向下進溶接でメタル垂れが発生した。また、片面継手溶接の初層パスでは溶融スラグの追従性が不安定で、裏ビード形状が不均一で高温割れが発生した。
【００６５】
ワイヤ記号Ｗ２２は、弗素化合物のＦ換算値が多いのでアークの吹きつけが強すぎ、片面継手溶接の初層パスでは溶融スラグの追従性が不安定で、裏ビード形状が不均一で高温割れが発生した。
【００６６】
ワイヤ記号Ｗ２３は、鉄粉が少ないので、アークが不安定で上向や立向姿勢溶接での溶接作業性が不良で、狭開先片面継手溶接内のビードや裏ビードが凹凸となって高温割れが発生した。
【００６７】
ワイヤ記号Ｗ２４は、鉄酸化物のＦｅＯ換算値が多いので上向および立向姿勢溶接でメタル垂れが発生した。また、狭開先片面継手溶接で高温割れが発生し、溶接金属の吸収エネルギーも低かった。
【００６８】
ワイヤ記号Ｗ２５は、ＴｉＯ２が少ないので上向および立向姿勢溶接でメタル垂れが発生してビード形状が不良で、立向下進溶接ではスラグ剥離性も不良であった。また、ワイヤ表面のＣｕめっきが厚いので狭開先片面継手溶接で高温割れが発生した。
【００６９】
ワイヤ記号Ｗ２６は、ＴｉＯ２が多いのでスラグ生成量が多すぎて、狭開先片面継手溶接の初層パスでスラグ剥離性が不良でスラグ追従性が不安定になり、裏ビードが凹凸となり高温割れが発生した。また、ＳｉＯ２が少ないので上向および立向姿勢溶接でメタル垂れが発生してビード形状およびスラグ剥離性が不良であった。
【００７０】
ワイヤ記号Ｗ２７は、ＳｉＯ２が多いので上向および立向姿勢溶接でメタル垂れが発生してビード形状が不良で、また、片面継手溶接の初層パスでは溶融スラグの追従性が不安定で、裏ビード形状が不均一で高温割れが発生した。
【００７１】
ワイヤ記号Ｗ２８は、ＺｒＯ２が少ないので上向および立向姿勢溶接でメタル垂れが発生してビード形状が不良となった。また、片面継手溶接の初層パスでは溶融スラグの追従性が不安定で、裏ビード形状が不均一で高温割れが発生した。
【００７２】
ワイヤ記号Ｗ２９は、Ａｌ２Ｏ３が多いので狭開先片面継手溶接の初層パスのスラグ剥離性が悪く、高温割れも発生した。
【符号の説明】
【００７３】
１ 鋼板
２ 裏当材
３ 裏ビード
４ 溶接金属
【技術分野】
【０００１】
本発明は軟鋼および４９０Ｎ／ｍｍ２級高張力鋼などの溶接構造物を製造する際に使用するガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤに係わるものであり、鋼板の片面突き合わせ継手溶接（以下、片面継手溶接という。）の初層パスで問題となる耐高温割れ性を向上させたガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ（以下、フラックス入りワイヤという。）に関する。
【背景技術】
【０００２】
造船での溶接には、ＴｉＯ２系フラックス入りワイヤを使用して、鋼板の片面継手溶接を自動および半自動溶接で行っている。図１（ａ）に片面継手の開先形状、図１（ｂ）にその溶接状況例（下向姿勢の場合）を示す。鋼板１を開先角度θ、ルート間隔Ｇの開先形状にして突き合わせ、開先裏面にセラミックス裏当材２（以下、裏当材という。）を当てて、初層パスで裏ビード３を形成した後、順に積層して継手溶接金属４を形成する。
【０００３】
溶接姿勢は、下向、立向など全姿勢で行われるが、特に下向姿勢の片面継手溶接における初層パスはその凝固形態からビード中央に高温割れが発生しやすいので、高温割れ防止の観点から溶接電流および溶接速度を抑え、また、鋼板１の開先角度θおよびルート間隔Ｇもあまり小さくしないで溶接されている。
【０００４】
最近、溶接能率を上げるために、溶接電流を高めて溶接速度を速くすること、あるいは開先角度θおよびルート間隔Ｇを小さくした狭い開先形状にして、溶接パス数を少なくして溶接した場合でも、高温割れが発生しにくいフラックス入りワイヤの開発要望が強い。
【０００５】
これに対し特許文献１および特許文献２に、Ｐ、Ｓの低減以外にＳｎ、Ｂ、Ｂｉ、Ｐｂの含有量を規制することにより耐高温割れ性を改良したフラックス入りワイヤの提案がある。
【０００６】
また、本出願人は先に特許文献３で、Ｐ、Ｓ、Ｂ、およびＢｉを低減した耐高温割れ性の良好なフラックス入りワイヤを提案した。
【０００７】
しかし、前記技術のようなフラックス入りワイヤの不純物低減だけでは現場的に安定した耐高温割れ性向上効果が得られない。特に半自動下向姿勢で、鋼板の開先角度３０〜４０°、ルート間隔３〜５ｍｍのような狭い開先形状にして、初層パスを溶接電流２６０Ａ以上（ワイヤ径１．２ｍｍ）、溶接速度２５ｃｍ／ｍｉｎ以上の高能率な溶接条件で溶接すると、ビード中央に微小な高温割れが点々と発生する場合がある。これは開先角度が狭い開先形状や高電流の溶接条件になるほど、半自動溶接特有のアーク状態や溶接速度の変動が裏ビード形成に敏感に影響することによる。特に裏ビードの形状が不均一になって開先内ビード表面に凹んだ部分ができると、その箇所に微小な高温割れの発生頻度が高くなる。従って、開先角度が狭い開先形状で、かつ高電流の溶接条件でも安定した耐高温割れ性を得るためには、アークを安定させ裏ビードを安定して形成できる溶接が可能なフラックス入りワイヤが必要となる。
【０００８】
また、フラックス入りワイヤが含有するＰ、Ｓを始めとし、凝固時に不純物として高温割れを発生しやすくするＳｎ、Ｂ、Ｂｉ、Ｐｂを規制することは初層パスの高温割れ防止のための必須要件であるが、全姿勢溶接用フラックス入りワイヤにおいて、Ｂｉ、ＰｂおよびＳはスラグ剥離性、Ｂは溶接金属の衝撃靱性に効果的に作用する成分であり、これら溶接性能の劣化に対しての回復手段についても十分に配慮する必要がある。
【０００９】
なお、特許文献４は、ＴｉＯ２を低めにし、ＣａＯ、ＭｇＯを含有させて溶融スラグの塩基度を高め、酸素量低減による耐高温割れ性向上を図ったフラックス入りワイヤの提案がある。しかし、上向や立向姿勢でメタル垂れが発生しやすく、全姿勢溶接用フラックス入りワイヤとしては、耐高温割れ性向上に偏らず、溶接条件範囲が広く良好な溶接作業性が得られることも必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００２−１３７０９０号公報
【特許文献２】特開２００３−３１１４７６号公報
【特許文献３】特開２００６−２８９４０４号公報
【特許文献４】特開昭６２−１５１２９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、片面継手溶接の初層パスで問題となる耐高温割れ性の一段の向上とともに、スラグ剥離性や上向や立向姿勢での耐メタル垂れ性など溶接作業性および溶接金属の衝撃靱性が良好なガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ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】
【００１２】
本発明の要旨は、鋼製外皮内にフラックスを充填してなるガスシ−ルドア−ク溶接用フラックス入りワイヤにおいて、ワイヤ全質量に対する質量％で、Ｃ：０．０４〜０．０９％、Ｓｉ：０．３〜０．６％、Ｍｎ：２．５〜３．１％、但し、Ｍｎ／Ｓｉ：４．５以上、Ａｌ：０．１〜０．４％、Ｍｇ：０．３〜０．６％、ＴｉＯ２：５．１〜６．５％、ＳｉＯ２：０．３〜０．７％、ＺｒＯ２：０．１〜０．５％、Ａｌ２Ｏ３：０．２〜０．５％、Ｎａ２ＯおよびＫ２Ｏの合計：０．１０〜０．２５％、但し、Ｋ２Ｏ／Ｎａ２Ｏ：２．０以上、弗素化合物のＦ換算値：０．０３〜０．０８％、鉄粉：２．０〜５．０％を含有し、かつ、Ｐ：０．０１５％以下、Ｓ：０．０１０％以下、Ｂ：０．０００５％以下、Ｂｉ：０．０００５％以下、鉄酸化物のＦｅＯ換算値：０．０９％以下で、残部は鋼製外皮のＦｅ分、合金鉄のＦｅ分および不可避的不純物からなることを特徴とする。
【００１３】
また、ワイヤ表面に０．１０〜０．６０μｍのＣｕめっきを有することも特徴とするガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤにある。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤによれば、開先角度が狭い開先形状の片面継手溶接の初層パスを高電流の溶接条件で行った場合でも高温割れが発生しにくく、かつ、全姿勢溶接用ワイヤとして保有すべき各種溶接作業性および溶接金属の衝撃靱性が良好であるので、溶接の高能率化および溶接部の品質向上が図れる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】下向片面継手溶接の開先形状および溶接状況を説明するために示した模式図で、（ａ）は溶接前、（ｂ）は溶接後の状況を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明者らは、種々のフラックス入りワイヤを試作して、狭開先片面継手溶接における耐高温割れ性、全姿勢溶接における溶接作業性および溶接金属の衝撃靱性に及ぼす各種成分組成の影響について詳細に検討した。
【００１７】
その結果、狭開先の初層パスでの溶接では、アークが安定しなかったり、また、溶融スラグの追従が悪く溶融スラグがアーク点より先行しすぎたり、或いは後退しすぎると、溶接作業者は裏ビードを出すために最適な位置にアーク点を移そうとして瞬間的に溶接速度を変化させたりするので、裏ビードや開先内のビードが長手方向に凹凸が生じた形状となり、その凹み部に微小な高温割れが発生しやすくなることから、スラグ生成状態やアークの安定性が重要となることを知見した。
【００１８】
また、片面継手溶接における耐高温割れ性と溶接金属の衝撃性能に作用する成分としてＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｐ、Ｓ、Ｂ、Ｂｉ、ＦｅＯ、全姿勢溶接における溶接作業性や片面初層パスでの溶接作業性をよくするためアーク安定剤として作用するＮａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、鉄粉およびスラグ形成剤として作用するＴｉＯ２、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３をそれぞれ適量含有させ、さらにワイヤ送給性の安定化や通電性の安定化およびチップ磨耗量の減少によりアークの安定化をより図るためワイヤ表面にＣｕめっきを施すことにより所期の目的を達したものである。
【００１９】
以下に、本発明のフラックス入りワイヤの成分限定理由を述べる。以下、組成における質量％は、単に％と記載する。
【００２０】
Ｃ：０．０４〜０．０９％
フラックスおよび外皮成分の合計で、Ｃが０．０４％未満では溶接金属の強度が低下する。一方、Ｃが０．０９％を超えると溶接金属の強度が高くなりすぎて衝撃靱性が低下する。
【００２１】
Ｓｉ：０．３〜０．６％
Ｓｉは、溶接金属の強度および衝撃靱性を確保するために、フラックスおよび外皮成分の合計で０．３％以上含有させる。Ｓｉが０．３％未満では溶接金属の強度および衝撃靱性が低下する。一方、Ｓｉが０．６％を超えると溶接金属の衝撃靱性が低下する。
【００２２】
Ｍｎ：２．５〜３．１％
Ｍｎは、耐高温割れ性や溶接金属の強度、衝撃靱性の確保、特に片面継手溶接金属の衝撃靭性確保のために、フラックスおよび外皮成分の合計で２．５〜３．１％含有させる。Ｍｎが２．５％未満では高温割れが発生しやすくなる。また、片面継手溶接金属の衝撃靱性が低下する。一方、Ｍｎが３．１％を超えると溶接金属の強度が高くなりすぎる。
【００２３】
Ｍｎ／Ｓｉ：４．５以上
溶接金属の特に片面継手溶接金属の衝撃靱性を確保するために、ＭｎとＳｉの比Ｍｎ／Ｓｉを４．５以上とする。Ｍｎ／Ｓｉが４．５未満では片面継手溶接金属の衝撃靱性が低下する。
【００２４】
Ａｌ：０．１〜０．４％
Ａｌは、フラックスおよび外皮成分の合計で、０．１％以上含有させることによって溶接金属の酸素量を低下して溶接金属の衝撃靱性を向上させる。一方、Ａｌが０．４％を超えると溶接金属中にＳｉおよびＭｎが歩留まって強度が高くなり衝撃靱性が低下する。また、脱酸生成物であるＡｌ２Ｏ３が溶融スラグ中に過剰に増加するため、狭開先片面継手溶接では溶融スラグの追従性が安定せず、裏ビードに凹凸が生じて凹部に高温割れが発生しやすくなる。
【００２５】
Ｍｇ：０．３〜０．６％
Ｍｇは、０．３％以上含有させることによって、溶接金属の酸素量が低下して衝撃靱性を向上させる。一方、Ｍｇが０．６％を超えると、脱酸生成物であるＭｇＯが溶融スラグ中に過剰に増加し、立向姿勢溶接でメタル垂れが発生しやすくなる。また、狭開先片面継手溶接の初層パスでは、溶融スラグの追従性が不安定になり、裏ビードに凹凸が生じて凹部に高温割れが発生しやすくなる。
【００２６】
ＴｉＯ２：５．１〜６．５％
ルチール、チタンスラグなどを原料として、ＴｉＯ２が５．１％未満では、溶融スラグの粘性が不足して上向や立向姿勢でメタル垂れが発生しやすく、ビード形状が凸状になるなど全姿勢溶接用ワイヤとしての溶接作業性が劣化する。また、スラグ生成量が不足して、立向下進溶接ではスラグ剥離性が劣化する。一方、ＴｉＯ２が６．５％を超えるとスラグ生成量が多すぎて、狭開先片面継手溶接の初層パスでスラグ追従性が不安定になり、裏ビードに凹凸が生じて凹部に高温割れが発生しやすくなる。
【００２７】
ＳｉＯ２：０．３〜０．７％
珪砂、ジルコンサンドなどを原料として、ＳｉＯ２が０．３％未満では、スラグ被包状態が悪く各姿勢溶接ともスラグ剥離性、ビード形状、外観が不良となる。一方、ＳｉＯ２が０．７％を超えると、溶融スラグの凝固が遅れて上向、立向姿勢溶接でメタル垂れが発生しやすくなる。また、片面継手溶接の初層パスでは溶融スラグの追従性が不安定になり、裏ビードに凹凸が生じて凹部に高温割れが発生しやすくなる。
【００２８】
ＺｒＯ２：０．１〜０．５％
ジルコンサンド、酸化ジルコンなどを原料として、ＺｒＯ２が０．１％未満では、立向姿勢溶接の耐メタル垂れ性や水平すみ肉溶接のビード形状が劣化する。また、狭開先片面継手溶接の初層パスでは、溶融スラグが先行しやすくなり裏ビードが出にくく、高温割れも発生しやすくなる。一方、ＺｒＯ２が０．５％を超えるとスラグ剥離性が劣化する。
【００２９】
Ａｌ２Ｏ３：０．２〜０．５％
Ａｌ２Ｏ３は立向上進溶接のビード形状を良好にするが、０．２％未満では効果が無くなり、０．５％を超えると、狭開先片面継手溶接の初層パスのスラグ剥離性が悪くなり、耐高温割れ性も悪くなる。
【００３０】
Ｎａ２ＯおよびＫ２Ｏの合計：０．１０〜０．２５％
チタン酸ソーダ、カリ長石などを原料として、Ｎａ２ＯおよびＫ２Ｏの合計が０．１０％未満では、アーク状態が不安定になるとともに、上向や立向姿勢溶接でメタルが垂れやすくビード形状が不良になる。また、狭開先片面継手溶接の初層パスではアーク状態が不安定なことにより溶融スラグの追従性が不安定となり、裏ビードに凹凸が生じて凹部に高温われが発生しやすくなる。一方、Ｎａ２ＯおよびＫ２Ｏの合計が０．２５％を超えると、溶融スラグの流動性が過剰になり、上向および立向姿勢溶接でメタル垂れが発生しやすく、スラグ剥離性も劣化する。さらに、狭開先片面継手溶接の初層パスでは溶融スラグの追従性が不安定で、高温割れが発生しやすくなる。
【００３１】
Ｋ２Ｏ／Ｎａ２Ｏ：２．０以上
Ｋ２Ｏ／Ｎａ２Ｏが２．０未満であると、アークが集中しすぎて、溶融スラグの追従性が不安定となり、裏ビードに凹凸が生じて凹部に高温われが発生しやすくなる。
【００３２】
弗素化合物のＦ換算値：０．０３〜０．０８％
弗化ソーダや珪弗化カリなどの弗素化合物のＦ換算値が０．０３％未満では、アークの集中性が弱く、立向下進溶接でメタル垂れが発生しやすくなる。また、狭開先片面継手溶接の初層パスで裏ビードが出にくく、さらに溶融スラグの流動性が不足し溶融スラグ追従性が安定せず、裏ビードに凹凸が生じて凹部に高温割れが発生しやすくなる。一方、弗素化合物のＦ換算値が０．０８％を超えると、アークの吹きつけが強すぎ、溶融スラグの流動性も過剰になり、溶融スラグの追従性が不安定で、裏ビードに凹凸が生じて凹部に高温割れが発生しやすくなる。
【００３３】
鉄粉：２．０〜５．０％
フラックス入りワイヤにおいて鉄粉はアーク安定剤と溶着速度を上げる効果がある。鉄粉が２．０％未満ではアークが不安定となり狭開先片面継手溶接内のビードや裏ビードの凹凸とともに高温割れが発生しやすくなる。一方５．０％を超えると、アークの吹き付けが弱くなりすぎて、良好な裏ビード形成ができなくなり高温割れが発生しやすくなる。
【００３４】
Ｐ：０．０１５％以下、Ｓ：０．０１０％以下
Ｐ、Ｓはフラックス原料および鋼製外皮から不可避的不純物として含有される成分であるが、鋼製外皮およびフラックス原料の選択により、Ｐを０．０１５％以下、Ｓを０．０１０％以下に制限することは、耐高温割れ性に極めて効果的である。
【００３５】
Ｂ：０．０００５％以下、Ｂｉ：０．０００５％以下
ＢおよびＢｉは、不純物として含有され狭開先片面継手溶接の初層パスの高温割れを生じる。これを防止するために、ＢおよびＢｉは少ない方が好ましく、フラックスおよび鋼製外皮成分の合計でそれぞれ０．０００５％以下に制限する。
【００３６】
鉄酸化物のＦｅＯ換算値：０．０９％以下
ミルスケール、赤鉄鉱およびＴｉＯ２原料に不可避的に含有されるＦｅ２Ｏ３、ＦｅＯなどの鉄酸化物は、水平すみ肉溶接におけるビード形状を良好にするが、狭開先片面継手溶接の初層パスの耐高温割れ性および上向や立向姿勢溶接の耐メタル垂れ性を劣化する。また、溶接金属の衝撃靱性を低下する。したがって、鉄酸化物のＦｅＯ換算値は０．０９％以下に制限する。
【００３７】
ワイヤ表面のＣｕめっき：０．１０〜０．６０μｍ
ワイヤ表面のＣｕめっきは、ワイヤ送給性およびチップ部での通電性を良好にしてアークを安定させ、特に狭開先片面継手溶接の初層パスにおいて良好なビード形状を形成する。ワイヤ表面のＣｕめっき厚さが０．１０μｍ未満の場合、長時間溶接するとチップの磨耗に起因する通電性が悪くなってアークが安定せずに、狭開先片面継手溶接の初層パスで裏ビードに凹凸が生じて凹部に高温割れが発生しやすくなる。一方、０．６０μｍを超えると最終凝固点への析出が多くなるので高温割れが発生しやすくなる。
【００３８】
本発明のフラックス入りワイヤはフラックス充填後の伸線加工性が良好な軟鋼または合金鋼の外皮内にフラックスを充填後、ダイス伸線やローラ圧延加工により所定のワイヤ径（１．０〜１．６ｍｍ）に縮径して製造され、または、所定のワイヤ径になる前にワイヤ表面にＣｕめっきを施して製造されるものである。ワイヤの断面構造は特に限定するものではない。
【００３９】
溶接用シールドガスはＣＯ２ガスが一般的であるが、Ａｒ−ＣＯ２などの混合ガスも使用できる。
【実施例】
【００４０】
以下、実施例により本発明の効果をさらに詳細に説明する。
【００４１】
表１に示す成分の軟鋼パイプにフラックスを充填後、縮径してフラックス充填率１３〜１７％で表２に示すワイヤ径１．２ｍｍのシームレスタイプのフラックス入りワイヤを各種試作した。なお、一部の試作ワイヤは、所定の線径になる前にワイヤ表面にＣｕめっきを施した。
【００４２】
【表１】
【００４３】
【表２−１】
【００４４】
【表２−２】
【００４５】
これら試作ワイヤを使用して、図１に示す形状の片面継手溶接試験体（鋼種：ＫＤ３６鋼、板厚ｔ：２０ｍｍ、幅４００ｍｍ、長さ５００ｍｍ、開先角度θ：３０°、ルート間隔Ｇ：５ｍｍ、裏面の拘束：３箇所）に、裏当材（Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２−ＭｇＯ系）を当てて、表３に示す溶接条件で、半自動下向姿勢で、初層パスの耐高温割れ性試験を行った。初層パスの高温割れの発生状況はＸ線透過試験により判定した。
【００４６】
次いで、表３に示す溶接条件により半自動下向溶接で順次積層して溶接作業性の観察とともに、Ｘ線透過試験で割れがない部分より、溶接後ＪＩＳ Ｚ３１１１に準じて板厚中央部から引張試験片（Ａ１号）と衝撃試験片（４号）を採取し、溶接金属の引張試験と、衝撃試験実施した。なお、引張試験は引張強さ５２０〜６２０Ｎ／ｍｍ２を良好とした。また、衝撃試験は０℃におけるシャルピー吸収エネルギーが４７Ｊ以上を良好とした。
【００４７】
【表３】
【００４８】
さらに、板厚１２ｍｍ、幅１５０ｍｍ、長さ４５０ｍｍのＳＭ４９０Ｂ鋼をＴ字型に仮組みし、上向および立向（上進、下進）姿勢溶接で、特に問題となる耐メタル垂れ性とスラグ剥離性を評価した。これらの結果を表４にまとめて示す。
【００４９】
【表４−１】
【００５０】
【表４−２】
【００５１】
表２および表４中のワイヤ記号Ｗ１〜Ｗ８が本発明例、ワイヤ記号Ｗ９〜Ｗ２９は比較例である。本発明例であるワイヤ記号Ｗ１〜Ｗ８は、フラックス入りワイヤの成分がいずれも適正であるので、片面継手溶接での初層パスで問題となる高温割れの発生はなく、また、スラグ剥離性および溶接金属の引張強さおよび吸収エネルギーも良好な結果であった。また、上向や立向姿勢溶接で問題となる耐メタル垂れ性およびスラグ剥離性などの溶接作業性についても良好で、極めて満足な結果であった。なお、ワイヤ表面にＣｕめっきを施こしてあるワイヤ記号Ｗ１、Ｗ２、Ｗ４、Ｗ６およびＷ７は、アークが極めて安定していた。
【００５２】
比較例中、ワイヤ記号Ｗ９は、Ｃが少ないので溶接金属の引張強さが低かった。また、Ｍｇが多いので上向および立向姿勢溶接でメタル垂れが発生した。さらに、片面継手溶接の初層パスでは溶融スラグの追従性が不安定で、裏ビード形状が不均一となり高温割れが発生した。
【００５３】
ワイヤ記号Ｗ１０は、Ｃが多いので溶接金属の引張強さが高くなり吸収エネルギーが低かった。また、Ｐが多いので片面継手溶接の初層パスで高温割れが発生した。
【００５４】
ワイヤ記号Ｗ１１は、Ｓｉが少ないので溶接金属の引張強さおよび吸収エネルギーが低かった。また、Ｓが多いので片面継手溶接の初層パスで高温割れが発生した。
【００５５】
ワイヤ記号Ｗ１２は、Ｓｉが多いので溶接金属の吸収エネルギーが低かった。また、Ｂが多いので片面継手溶接の初層パスで高温割れが発生した。
【００５６】
ワイヤ記号Ｗ１３は、Ｍｎが少ないので片面継手溶接の初層パスで高温割れが発生した。また、溶接金属の吸収エネルギーが低かった。
【００５７】
ワイヤ記号Ｗ１４は、Ｍｎが多いので溶接金属の引張強さが高かった。また、鉄粉が多いのでアークの吹き付けが弱くなりすぎて良好な裏ビード形成ができなくなり高温割れが発生した。
【００５８】
ワイヤ記号Ｗ１５は、Ｍｎ／Ｓｉが小さいので溶接金属の吸収エネルギーが低下かった。
【００５９】
ワイヤ記号Ｗ１６は、Ａｌが少ないので溶接金属の吸収エネルギーが低かった。また、Ｎａ２ＯとＫ２Ｏの合計が少ないのでアーク状態が不安定で、片面継手溶接で高温割れが発生し、さらに、上向および立向姿勢溶接でメタル垂れが発生した。
【００６０】
ワイヤ記号Ｗ１７は、Ａｌが多いので片面継手溶接の初層パスで溶融スラグの追従性が不安定で、裏ビード形状が不均一で高温割れが発生し、溶接金属の引張強さが高かった。また、ＺｒＯ２が多いので、各姿勢溶接でスラグ剥離性が不良であった。
【００６１】
ワイヤ記号Ｗ１８は、Ｍｇが少ないので溶接金属の吸収エネルギーが低かった。また、Ｎａ２ＯとＫ２Ｏの合計が多いので上向および立向姿勢溶接でメタル垂れが発生し、スラグ剥離性も不良であった。また、片面継手溶接の初層パスでは溶融スラグの追従性が不安定で、裏ビード形状が不均一で高温割れが発生し、スラグ剥離性も不良であった。
【００６２】
ワイヤ記号Ｗ１９は、Ｂｉが多いので片面継手溶接の初層パスで高温割れが発生した。また、Ａｌ２Ｏ３が少ないので立向上進溶接の作業性が低下した。
【００６３】
ワイヤ記号Ｗ２０は、Ｋ２Ｏ／Ｎａ２Ｏが小さいので片面継手溶接の初層パスで溶融スラグの追従性が不安定で、裏ビード形状が不均一で高温割れが発生した。
【００６４】
ワイヤ記号Ｗ２１は、弗素化合物のＦ換算値が少ないので立向下進溶接でメタル垂れが発生した。また、片面継手溶接の初層パスでは溶融スラグの追従性が不安定で、裏ビード形状が不均一で高温割れが発生した。
【００６５】
ワイヤ記号Ｗ２２は、弗素化合物のＦ換算値が多いのでアークの吹きつけが強すぎ、片面継手溶接の初層パスでは溶融スラグの追従性が不安定で、裏ビード形状が不均一で高温割れが発生した。
【００６６】
ワイヤ記号Ｗ２３は、鉄粉が少ないので、アークが不安定で上向や立向姿勢溶接での溶接作業性が不良で、狭開先片面継手溶接内のビードや裏ビードが凹凸となって高温割れが発生した。
【００６７】
ワイヤ記号Ｗ２４は、鉄酸化物のＦｅＯ換算値が多いので上向および立向姿勢溶接でメタル垂れが発生した。また、狭開先片面継手溶接で高温割れが発生し、溶接金属の吸収エネルギーも低かった。
【００６８】
ワイヤ記号Ｗ２５は、ＴｉＯ２が少ないので上向および立向姿勢溶接でメタル垂れが発生してビード形状が不良で、立向下進溶接ではスラグ剥離性も不良であった。また、ワイヤ表面のＣｕめっきが厚いので狭開先片面継手溶接で高温割れが発生した。
【００６９】
ワイヤ記号Ｗ２６は、ＴｉＯ２が多いのでスラグ生成量が多すぎて、狭開先片面継手溶接の初層パスでスラグ剥離性が不良でスラグ追従性が不安定になり、裏ビードが凹凸となり高温割れが発生した。また、ＳｉＯ２が少ないので上向および立向姿勢溶接でメタル垂れが発生してビード形状およびスラグ剥離性が不良であった。
【００７０】
ワイヤ記号Ｗ２７は、ＳｉＯ２が多いので上向および立向姿勢溶接でメタル垂れが発生してビード形状が不良で、また、片面継手溶接の初層パスでは溶融スラグの追従性が不安定で、裏ビード形状が不均一で高温割れが発生した。
【００７１】
ワイヤ記号Ｗ２８は、ＺｒＯ２が少ないので上向および立向姿勢溶接でメタル垂れが発生してビード形状が不良となった。また、片面継手溶接の初層パスでは溶融スラグの追従性が不安定で、裏ビード形状が不均一で高温割れが発生した。
【００７２】
ワイヤ記号Ｗ２９は、Ａｌ２Ｏ３が多いので狭開先片面継手溶接の初層パスのスラグ剥離性が悪く、高温割れも発生した。
【符号の説明】
【００７３】
１ 鋼板
２ 裏当材
３ 裏ビード
４ 溶接金属
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼製外皮内にフラックスを充填してなるガスシ−ルドア−ク溶接用フラックス入りワイヤにおいて、ワイヤ全質量に対する質量％で、
Ｃ：０．０４〜０．０９％、
Ｓｉ：０．３〜０．６％、
Ｍｎ：２．５〜３．１％、
但し、Ｍｎ／Ｓｉ：４．５以上、
Ａｌ：０．１〜０．４％、
Ｍｇ：０．３〜０．６％、
ＴｉＯ２：５．１〜６．５％、
ＳｉＯ２：０．３〜０．７％、
ＺｒＯ２：０．１〜０．５％、
Ａｌ２Ｏ３：０．２〜０．５％、
Ｎａ２ＯおよびＫ２Ｏの合計：０．１０〜０．２５％、
但し、Ｋ２Ｏ／Ｎａ２Ｏ：２．０以上
弗素化合物のＦ換算値：０．０３〜０．０８％、
鉄粉：２．０〜５．０％を含有し、かつ、
Ｐ：０．０１５％以下、
Ｓ：０．０１０％以下、
Ｂ：０．０００５％以下、
Ｂｉ：０．０００５％以下、
鉄酸化物のＦｅＯ換算値：０．０９以下で、
残部は鋼製外皮のＦｅ分、合金鉄のＦｅ分および不可避的不純物からなることを特徴とするガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
【請求項２】
ワイヤ表面に０．１０〜０．６０μｍのＣｕめっきを有することを特徴とする請求項１記載のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
【請求項１】
鋼製外皮内にフラックスを充填してなるガスシ−ルドア−ク溶接用フラックス入りワイヤにおいて、ワイヤ全質量に対する質量％で、
Ｃ：０．０４〜０．０９％、
Ｓｉ：０．３〜０．６％、
Ｍｎ：２．５〜３．１％、
但し、Ｍｎ／Ｓｉ：４．５以上、
Ａｌ：０．１〜０．４％、
Ｍｇ：０．３〜０．６％、
ＴｉＯ２：５．１〜６．５％、
ＳｉＯ２：０．３〜０．７％、
ＺｒＯ２：０．１〜０．５％、
Ａｌ２Ｏ３：０．２〜０．５％、
Ｎａ２ＯおよびＫ２Ｏの合計：０．１０〜０．２５％、
但し、Ｋ２Ｏ／Ｎａ２Ｏ：２．０以上
弗素化合物のＦ換算値：０．０３〜０．０８％、
鉄粉：２．０〜５．０％を含有し、かつ、
Ｐ：０．０１５％以下、
Ｓ：０．０１０％以下、
Ｂ：０．０００５％以下、
Ｂｉ：０．０００５％以下、
鉄酸化物のＦｅＯ換算値：０．０９以下で、
残部は鋼製外皮のＦｅ分、合金鉄のＦｅ分および不可避的不純物からなることを特徴とするガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
【請求項２】
ワイヤ表面に０．１０〜０．６０μｍのＣｕめっきを有することを特徴とする請求項１記載のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
【図１】
【公開番号】特開２０１２−１９２４２２（Ｐ２０１２−１９２４２２Ａ）
【公開日】平成２４年１０月１１日（２０１２．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５６７０３（Ｐ２０１１−５６７０３）
【出願日】平成２３年３月１５日（２０１１．３．１５）
【出願人】（３０２０４０１３５）日鐵住金溶接工業株式会社 (172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月１１日（２０１２．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１５日（２０１１．３．１５）
【出願人】（３０２０４０１３５）日鐵住金溶接工業株式会社 (172)
【Ｆターム（参考）】
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