サブマージアーク溶接用複合ワイヤ
【課題】 構造物の高強度化に伴い要求される溶接金属の高靭性化を可能とし、高速溶接及び高溶接作業性の溶接を可能とするサブマージアーク溶接用複合ワイヤを提供する。
【解決手段】 鋼製外皮と充填フラックスからなるサブマージアーク溶接用複合ワイヤは、前記フラックス中に、フラックス全質量あたり、９０質量％以上の金属粉を含有し、フラックスの比表面積が０．０２乃至０．１０ｍ２／ｇであると共に、前記フラックスが、ワイヤ全質量に対して１０乃至３０質量％充填されている。
【解決手段】 鋼製外皮と充填フラックスからなるサブマージアーク溶接用複合ワイヤは、前記フラックス中に、フラックス全質量あたり、９０質量％以上の金属粉を含有し、フラックスの比表面積が０．０２乃至０．１０ｍ２／ｇであると共に、前記フラックスが、ワイヤ全質量に対して１０乃至３０質量％充填されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サブマージアーク溶接用複合ワイヤに関し、特に高張力鋼の高速溶接に好適なサブマージアーク溶接用複合ワイヤに関する。
【背景技術】
【０００２】
高張力鋼は、圧力容器及び水圧鉄管等に広く使用されているが、近時、溶接構造物の大型化に伴って、板厚を薄くすることによる使用鋼材量の低減を図るために、更に一層の高張力鋼溶接構造物の高強度化が進められている。また、溶接の高能率化を目的に、溶接速度の高速化も進められている。溶接構造物の高強度化のためには、溶接金属部の高強度化が重要である。
【０００３】
そこで、従来の高張力鋼用サブマージアーク溶接ワイヤとしては、溶接金属部の高強度化を目的に、Ｍｎ，Ｎｉ，Ｍｏ等の合金成分を含有し、更に、ワイヤ形態としては、主にソリッドワイヤが使用されている。しかし、溶接構造物の更に一層の高強度化のために、ソリッドワイヤの合金成分量が増大し、ワイヤ強度自体が高強度となっている。このため、溶接ワイヤ製造時のワイヤの伸線加工の際に、焼鈍等の熱処理によりワイヤ強度の低減を図ってはいるものの、このような方法も工業生産的には限界に近づきつつある。このような高強度のソリッドワイヤを使用して高速溶接を行おうとすると、ワイヤ送給が不安定となり、安定した溶接ビードが得られないという問題が生じる。このように、高強度のソリッドワイヤは生産性及び溶接性が低下し、これらを容易に解決することはできない。そこで、これらの問題点を改善するために、複合ワイヤを使用することが有効であると考えられる。
【０００４】
このサブマージアーク溶接用ワイヤとして、複合ワイヤを使用した従来技術が、例えば、特許文献１（特開昭４８−８５４４３号公報）、特許文献２（特開昭４９−１０３８５８号公報）及び特許文献３（特開昭６１−２４２７９１号公報）に開示されている。これらの特許文献に記載されたサブマージアーク溶接用複合ワイヤは、いずれもソリッドワイヤに比べてワイヤそのものの強度の低減が図られており、ワイヤが硬いことによる製造困難性及びワイヤ送給性低下に関しては、改善が認められる。
【０００５】
特許文献１に記載された複合ワイヤは、充填するフラックスとして、強塩基性スラグ形成成分を大量に含有したものであり、特許文献１には、これと組み合わせて中性フラックス又は弱塩基性フラックスを使用することにより、溶接作業性を悪化させることなく、高速溶接と高靭性を満足できると記載されている。
【０００６】
特許文献２には、充填するフラックスとしてＣａＦ２を主体として含み、ＣａＣＯ３を更に含有することにより、溶接作業性が改善されると記載されている。
【０００７】
また、特許文献３には、シームレスフラックス入りワイヤとすることで、溶接時にワイヤ先端が溶接線から外れることと、ワイヤのねじれ及び充填するフラックスの突き出しが改善されたと記載されている。
【０００８】
【特許文献１】特開昭４８−８５４４３号公報
【特許文献２】特開昭４９−１０３８５８号公報
【特許文献３】特開昭６１−２４２７９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上述の従来技術においては、これらの複合ワイヤを使用したときの溶接品質及び溶接作業性については、近年のより一層の高能率化及び高靭性化の要求に対しては、不十分のままである。即ち、特許文献１に開示されている従来技術においては、溶接金属中の酸素量は、組合せフラックスの影響が大きく、中性フラックス又は弱塩基性フラックスを使用した場合、酸素量の大幅な低減には限界があった。即ち、高靭性化の要求に対し、上述の特許文献１に記載の方法では、高速溶接及び高靭性を満足できるものではない。また、特許文献２に開示されている従来の技術においては、溶接作業性に及ぼす充填フラックス特性の影響が解明されておらず、溶接品質及び溶接作業性が不十分である。また、特許文献３に開示されている従来技術は、鋼製帯板上にフラックスを供給し、その後、帯板をその幅方向に丸めていき、フラックスを内部に閉じこめた状態で、帯板をパイプ状にした複合ワイヤの場合（シームを有する複合ワイヤの場合）に上記問題点が生じるという根拠のもとに、これをシームレスワイヤにすることにより改善したものであるから、シームを有するワイヤの場合は、適用できない。
【００１０】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、構造物の高強度化に伴い要求される溶接金属の高靭性化を可能とし、高速溶接及び高溶接作業性の溶接を可能とするサブマージアーク溶接用複合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】
【００１１】
本発明に係るサブマージアーク溶接用複合ワイヤは、鋼製外皮とこの外皮内に充填されたフラックスとからなるサブマージアーク溶接用複合ワイヤにおいて、前記フラックスは、フラックス全質量あたり、９０質量％以上の金属粉を含有し、前記フラックスの比表面積が０．０２乃至０．１０ｍ２／ｇであると共に、前記フラックスが、ワイヤ全質量に対して１０乃至３０質量％充填されていることを特徴とする。
【００１２】
このサブマージアーク溶接用複合ワイヤにおいて、水分量の合計がワイヤ全質量に対して０．０４質量％以下であることが好ましい。また、複合ワイヤの引張り強度が３００乃至７５０Ｎ／ｍｍ２であることが好ましい。更に、前記フラックスは、フラックス全質量あたり、２質量％以上のＳｉＣ粉を含有することが好ましい。更にまた、前記フラックスは、フラックス全質量あたり、０．１質量％以上のポリテトラフルオロエチレンを含有することが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、充填フラックスの比表面積を０．０２乃至０．１０ｍ２／ｇと小さくすることにより、アークの集中性が向上し、溶け込み形状が深くなり、十分な溶け込みが得られてアンダカット等の溶接不良が防止される。また、本発明においては、金属粉がフラックス全質量あたり９０質量％以上含有されているので、ガス発生量が過剰にならず、ポックマークの発生が防止される。よって、本発明によれば、高速溶接しても、高靭性で高品質の溶接金属を得ることができ、また溶接作業性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明に係るサブマージアーク溶接用複合ワイヤについて具体的に説明する。本発明者らが、ガスシールドアーク溶接用複合ワイヤ用の充填フラックスを使用して複合ワイヤを製造し、高張力鋼を溶接したところ、同じ化学成分のソリッドワイヤを使用して高張力鋼を溶接した場合と比較して、溶接ビード幅が広がり、溶込みが浅くなり、更にアンダカットが認められた。従って、同じ板厚の高張力鋼を溶接する場合、ソリッドワイヤと比較して溶込みを得るために入熱を高くしなければならず、靭性の劣化及び余盛が過大となる虞がある。そこで、本発明者等は、入熱を過剰に高くすることなく、溶け込みを深くする方法について、鋭意実験研究した結果、充填フラックスの比表面積を小さくすればよいことを見いだした。本発明はこのような知見に基づいて完成されたものである。
【００１５】
即ち、ガスシールドアーク溶接用複合ワイヤで使用されているような充填フラックスの比表面積は、０．５乃至５ｍ２／ｇ程度であり、本発明の０．０２乃至０．１０ｍ２／ｇよりもはるかに大きい値である。しかし、サブマージアーク溶接に複合ワイヤを使用する場合、フラックスの比表面積が大きいと、アーク熱が充填フラックスの溶融に奪われやすくなり、アーク集中性が悪くなるため溶込みが浅くなる。これに対し、充填フラックスの比表面積が小さいと、アーク集中性がよくなり、溶込み形状が深くなる。
【００１６】
そこで、本発明においては、フラックスとして、比表面積が０．０２乃至０．１０ｍ２／ｇであるものを使用する。また、フラックスの成分として、フラックス全質量あたり、９０質量％以上の金属粉を含有するものを使用し、フラックス率（フラックスの充填割合）はワイヤ全質量に対して１０乃至３０質量％とする。この場合に、水分量の合計がワイヤ全質量に対して０．０４質量％以下であることが好ましい。また、複合ワイヤの引張り強度は、３００乃至７５０Ｎ／ｍｍ２であることが好ましい。更に、充填フラックスは、フラックス全質量あたり、２質量％以上のＳｉＣ粉を含有することが好ましい。更にまた、前記フラックスは、フラックス全質量あたり、０．１質量％以上のポリテトラフルオロエチレンを含有することが好ましい。次に、上記各構成の数値限定理由について説明する。
【００１７】
「充填フラックス比表面積：０．０２乃至０．１０ｍ２／ｇ」
前述の通り、充填フラックスの比表面積は、溶込み形状に大きく影響を及ぼす。充填フラックスの比表面積が０．１０ｍ２／ｇを超えると溶込み形状が浅くなる。一方、比表面積が０．０２ｍ２／ｇ未満であると、製造時にフラックスの偏析が起こりやすくなり、フラックス率の変動が大きくなる等、品質が安定しなくなる。従って、充填フラックスの比表面積は０．０２乃至０．１０ｍ２／ｇとする。比表面積は一般的には粒径が細かいほど大きい。また、比表面積は粒形状によっても影響を受ける。即ち、同じ原料でも、製造方法により粒径及び粒形状が異なり、比表面積が異なってくる。そこで、種々の製造方法により製造された比表面積が異なる種々の原料粉の中から、配合割合を調整して原料粉を選択すれば、充填フラックスの比表面積を所望のものに調整することができる。
【００１８】
「フラックス率：ワイヤ全質量に対して１０乃至３０質量％」
充填フラックスの割合が、ワイヤ全質量に対して１０質量％未満であると、目的の構造物の高強度化に対して必要な合金成分が不足する。一方、充填フラックスの割合が、ワイヤ全質量に対して３０質量％を超えると、シーム有りワイヤの場合に成形が難しくなる。このため、本発明は充填フラックスの割合を、ワイヤ全質量に対して１０乃至３０質量％の範囲として、複合ワイヤを製造する。
【００１９】
「充填フラックス中の金属粉の割合：フラックス全質量あたり９０質量％以上」
充填フラックスとしては、金属粉、スラグ形成剤及びガス発生剤等がある。このうち、金属粉は溶接金属の強度及び靭性を確保するために添加され、また、金属粉は脱酸作用を有するため、本発明の充填フラックスとしてその主体となるものである。なお、この金属粉とは、純金属、鉄合金、金属の合金及び金属の炭化物を含むものである。スラグ形成剤は、各種の酸化物であり、サブマージアーク溶接に適用する場合、組み合わせフラックスで調整することが可能であるうえ、大気中の水分を吸着しやすい成分も多い。従って、スラグ形成剤は添加しないことが望ましい。また、ガス発生剤としては、フッ化物及び炭酸塩がある。これらは、アーク熱により分解し、ガスを発生するため、大気中の窒素ガス及び水素の侵入を防ぐ効果がある反面、大気中の水分と水和物を作りやすい成分でもあり、ワイヤ中の水分そのものを高くしてしまう虞もある。そして、ガス発生剤は、過剰に添加するとガス発生量が過大となり、ポックマークが発生する。従って、本発明においては、充填フラックスとして金属粉を９０質量％以上を含み、スラグ形成剤及びガス発生剤の合計量は１０質量％未満とする。
【００２０】
「水分量：ワイヤ全質量の０．０４質量％以下」
前述の如く、ガスシールドアーク溶接用複合ワイヤ用を使用してサブマージアーク溶接した場合に、アンダカットが生じたが、これは、アークが不安定であることと、高速溶接のために溶融池が不安定になったことに起因する。そこで、前述の如く、充填フラックスの比表面積を本発明の範囲に規定することにより、アークの集中性がよくなり、アンダカットもある程度抑制される。しかし、本発明者等が更に検討した結果、ワイヤ水分量を管理することで、アンダカットの発生を更に一層抑制できることを見出した。アンダカットの原因は、溶接時に、ワイヤ中の充填フラックスの水分が気化し、気化した水分によりアークの安定性が損ねられ、これにより溶融池が不安定となった結果、アンダカットが発生したものと考えられる。従って、アンダカットの抑制には、充填フラックスの水分量を低減することが好ましい。本発明者等が種々実験研究した結果、充填フラックスの水分量をワイヤ全質量の０．０４質量％以下とすることにより、アンダカットの低減効果が得られることを見いだした。なお、ワイヤ水分量の測定方法は、ワイヤから充填フラックスを取り出し、１１０℃に１時間加熱して乾燥したときの加熱前後の質量変化と、そのワイヤのフラックス率とから算出することができる。又は、ワイヤ水分量の値は、フラックスの各原料毎の水分を上述のように加熱前後の質量変化から測定し、下記数式１に基づいて算出することができる。
【００２１】
【数１】
【００２２】
「ワイヤの引張り強度：３００乃至７５０Ｎ／ｍｍ２」
複合ワイヤとすることで、同じ化学成分のソリッドワイヤと比較して大幅なワイヤ強度の低下が可能となった。しかし、帯鋼の強度が低いものを使用するとワイヤ強度が低くなりすぎるため、高速溶接時にビートが蛇行する傾向が認められた。ワイヤ強度を３００Ｎ／ｍｍ２以上にするとワイヤのねじれも抑えられ、ワイヤ先端が溶接ねらい位置からずれる所謂センターずれは認められず、ビード蛇行も抑制される。一方、帯鋼の強度が高すぎると、ワイヤ製造時に帯鋼を幅方向に丸めていく成形工程が困難となり、またワイヤ断線が発生するため、ワイヤの引張り強度は７５０Ｎ／ｍｍ２を超えないようにする。よって、ワイヤの引張り強度は３００乃至７５０Ｎ／ｍｍ２とすることが好ましい。なお、生産性を考慮すると、ワイヤ強度は、６００Ｎ／ｍｍ２以下がより好ましい。このようなワイヤの引張強度の調節は、帯鋼の鋼種を変更する他、フラックス率を変更することによっても行うことができる。フラックス率が小さくなると、ワイヤ断面積に対して帯鋼断面積の割合が大きくなるので、ワイヤ強度は大きくなる。
【００２３】
「充填フラックス中のＳｉＣの割合：フラックス全質量あたり２質量％以上」
前述の如く、充填フラックスの比表面積を本発明の範囲に規定することにより、溶け込み形状の改善が認められ、実用上は問題ない溶け込み形状が得られる。しかし、ソリッドワイヤと比較した場合、溶け込み形状が若干浅くなる傾向が認められており、本発明者等が更に検討を行った結果、充填フラックスとしてＳｉＣ粉を添加すると、より溶け込み形状が深くなることが明らかとなった。ＳｉＣ粉を充填フラックス全量に対して２質量％以上含有すると、ソリッドワイヤと同等レベルの溶け込みが得られる。従って、充填フラックス全質量に対してＳｉＣ粉を２質量％以上含有することが好ましい。
【００２４】
「充填フラックス中のポリテトラフルオロエチレン：フラックス全質量あたり０．１質量％以上」
溶込み形状を改善するためには、上述のごとくＳｉＣ粉を添加することが有効であるが、ＳｉＣ粉は、溶接金属中にＣ及びＳｉとしてある程度含まれてしまう。従って、フラックスへのＳｉＣの添加は、場合によっては、溶接金属の成分設計に制約を与えてしまうことが考えられる。そこで、本発明者らが更に検討を重ねた結果、ポリテトラフルオロエチレンを添加することで、溶込み形状の改善が可能となることを見出した。ポリテトラフルオロエチレンはＣ２Ｆ４であり、アーク熱により分解したＣがアークの集中性を高め、深い溶込み形状が得られると考えられる。また、ポリテトラフルオロエチレンのＣ及びＦは、アーク熱により分解してガスとなるため、溶接金属中に含まれることは殆どないと考えられる。このため、溶接金属の成分設計に制約を与えることなく、ポリテトラフルオロエチレンの添加が可能である。溶込み形状改善の効果を得るためには、フラックス全質量あたりポリテトラフルオロエチレンを０．１質量％以上含有することが好ましいが、アーク熱によりガスを発生させるため、前述の如く、フラックス中の金属粉は９０質量％以上とし、金属粉でないポリテトラフルオロエチレンについては、１０質量％以下となる。ポリテトラフルオロエチレンが１０％を超えると、発生ガスが過剰となり、ポックマークが発生する。なお、ポリテトラフルオロエチレンは安定した成分であり、大気中の水分と反応して水和物をつくることもほとんどなく、水分量は極めて少ない。
【００２５】
ＳｉＣ粉は、溶接金属のＣ及びＳｉの成分調整と溶込み形状の改善を同時に行うことができるメリットがある。一方で、ポリテトラフルオロエチレンは、溶接金属成分への影響を与えることなく、溶込み形状の改善が可能である。従って、溶接金属の成分設計及び原料コスト等を考慮し、適宜、ＳｉＣ粉及びポリテトラフルオロエチレンの添加を選択可能であり、また、ＳｉＣ粉及びポリテトラフルオロエチレンを共添してもよい。
【００２６】
本発明は、ソリッドワイヤではワイヤ生産性が低下するような合金系、特に、その成分を含むと製造が困難になるような合金成分を多く含む成分系のワイヤの実用化に有益である。つまり、本発明は、ワイヤ組成として、例えば、Ｃ：０．０７乃至０．４０質量％、Ｓｉ：≦２．０質量％及びＭｎ：１．０乃至８．０質量％を含有し、Ｃｕ：３．５質量％以下、Ｎｉ：１０．０質量％以下、Ｃｒ：１０．０質量％以下、Ｍｏ：１０．０質量％以下、Ｖ：１．０質量％以下、Ｔｉ：１．０質量％以下、Ｂ：１．０質量％以下、Ｍｇ：１．０質量％以下、Ａｌ：１．０質量％以下、Ｎｂ：１．０質量％以下、Ｚｒ：１．０質量％以下、Ｃａ：１．０質量％以下のうち少なくとも１種又は２種以上を０．５質量％以上含み、かつ下記数式で表されるＰＣＭが０．３０％以上であり、更に、Ｐ：０．０４質量％以下、Ｓ：０．０４質量％以下に抑制し、残部は１０質量％未満の非金属粉と、Ｆｅ及び不可避的不純物からなる組成を有する複合ワイヤとして構成することができる。
ＰＣＭ＝Ｃ＋Ｓｉ／３０＋Ｍｎ／２０＋Ｃｕ／２０＋Ｎｉ／６０＋Ｃｒ／２０＋Ｍｏ／１５＋Ｖ／１０＋５×Ｂ（％）
【００２７】
なお、本発明は、複合ワイヤの構造は限定されず、バット型、ラップ型、シームレス型、溶接シーム型のいずれのタイプにも適用することができる。
【実施例】
【００２８】
次に、本発明の効果を実証するために、本発明の範囲に入る実施例と、本発明の範囲から外れる比較例とについて、その特性を比較して説明する。図１はビード蛇行の判断基準を示す模式図、図２は開先形状及び電極配置を示す模式図である。
【００２９】
表１及び表２は、使用した複合ワイヤの充填フラックスの配合割合を示す。また、表３は、複合ワイヤの製造に使用した帯鋼の組成を示し、表４は、使用した複合ワイヤの構成及び特性を示す。この表４に示す複合ワイヤの直径は４．０ｍｍである。また、表４において、フラックス率は、ワイヤ全質量に対する充填フラックスの割合であり、水分量はワイヤ全質量に対する充填フラックスの水分量である。なお、複合ワイヤを製造するために使用した帯鋼は、厚さが０．９ｍｍ、幅が１３ｍｍであり、フラックス率は表４に記載されているとおりであるが、比較例１６以外はフラックス率の変動幅を３％以内で管理した。また、フラックス率はワイヤ全質量に対する充填フラックスの割合であり、水分量はワイヤ全質量に対する充填フラックスの水分の割合である。なお、フェロマンガンＡ、フェロマンガンＢ及びフェロマンガンＣは夫々水分量が異なる。また、鉄粉Ａ、鉄粉Ｂ、鉄粉Ｃ及び鉄粉Ｄも水分量が相互に異なるものである。更に、フェロチタンＡ及びフェロチタンＢも水分量が異なるものである。表１及び表２において、金属粉でないものは、フッ化カルシウム及び炭酸カルシウムである。よって、金属粉の割合は、合計量１００％から、このフッ化カルシウム、炭酸カルシウム及びポリテトラフルオロエチレンの量を差し引けば求まる。表４にこの金属粉の割合を示す。
【００３０】
【表１】
【００３１】
【表２】
【００３２】
【表３】
【００３３】
【表４】
【００３４】
図２（ａ）は、継手形状を示す。溶接母材３の突き合わせ端部に、Ｖ字状の開先３を形成し、図２（ｂ）に示すように、先行ワイヤ６に５°の後退角度をもたせ、後行ワイヤ５に１０°の前進角度をもたせて、２電極溶接を実施した。溶接母材３の板厚は１６ｍｍ、開先深さは６ｍｍ、試験溶接長は１．５ｍであった。また、２電極の極間距離は２０ｍｍである。なお、溶接ワイヤの引張り強度を下記表５に示す。
【００３５】
下記表６は供試鋼板の組成を示し、表７は供試フラックスの配合割合を示し、表８は溶接条件を示す。このような条件でサブマージアーク溶接した結果、溶込み及びアンダカットの有無を前記表４に併せて示す。また、溶接ワイヤ製品としての品質（フラックス率の変動）も表４に示す。溶込み深さの判断基準は、ソリッドワイヤと同等となる９ｍｍ以上の場合を○とし、７ｍｍ以上９ｍｍ未満の場合を△とし、７ｍｍ未満を×とした。アンダカットの基準は、アンダカットが認められない場合を○、アンダカットの深さが０．３ｍｍ以下の場合を△、アンダカットの深さが０．３ｍｍを超えるものを×とした。
【００３６】
製品品質については、フラックス率の変動幅が３％以下（管理範囲内）のものを○、３％を超えるものを×とした。原料粉の水分量は、１１０℃に１時間加熱して乾燥させたときの乾燥前後の質量変化から前述の如くして算出した。比表面積はユアサアイオニックス社製 ＮＯＶＡ２２００ ガス吸着装置により、ＪＩＳ Ｒ １６２６に準拠して測定した。
【００３７】
また、下記表５に示すように、ワイヤ強度が異なる複合ワイヤについて、溶接試験を行い、ビート蛇行程度を試験した。その評価基準は、図１に示すように、試験溶接長１．５ｍについて、溶接ビード２の振れ幅１が３ｍｍ以下の場合を○、振れ幅１が３ｍｍを超える場合を×とした。また、生産性は他のワイヤに比して１０％低い場合を△、伸線時に断線が発生した場合を×とした。
【００３８】
【表５】
【００３９】
【表６】
【００４０】
【表７】
【００４１】
【表８】
【００４２】
表１、２、４中の実施例１乃至１５及び実施例２０乃至２５が本発明の請求項１の範囲に入る例であり、比較例１６乃至１９及び比較例２６が本発明の請求項１の範囲から外れる例である。但し、実施例１４及び１５は本発明の請求項２から外れ、実施例１２及び１３は請求項４から外れ、実施例１乃至１５は請求項５から外れる。また、実施例２４及び２５は請求項１のみを満足する。実施例１乃至１５及び２０乃至２５においては、溶接作業性が良好であり、製品品質（フラックス率の変動幅）も良好であった。一方、比較例１６においては、充填フラックスの比表面積が０．０２ｍ２／ｇ未満であるため、フラックス率の変動幅が３％を超えて、製品品質が安定しなかった。比較例１７及び１８においては、充填フラックスの比表面積が０．１０ｍ２／ｇを超えているため、溶込みが浅いうえ、アンダカットが発生した。比較例１９及び２６では、充填フラックス中の金属粉の割合が９０％未満であるため、ポックマークが発生した。なお、実施例１４，１５は、水分量が０．０４１％と多いため、浅いアンダカット（深さが０．３ｍｍ以下）が発生した。また、実施例１２及び１３は、ＳｉＣが２質量％以上ではないので、溶け込みが若干不足した。更に、実施例２４及び２５は、水分量が多く、ＳｉＣ及びポリテトラフルオロエチレンを含まないため、溶け込みが若干不足し、浅いアンダカットが発生した。これに対し、実施例１乃至１１及び２０乃至２３は、溶接作業性及び製品品質の他、アンダカット及び溶け込みの全てが良好であった。
【００４３】
また、表５中の実施例Ａ乃至Ｅがワイヤ強度が本発明の請求項３の範囲に入る例、比較例Ｆ，Ｇが本発明の請求項３の範囲から外れる例である。なお、フラックス組成は、表１及び２の実施例１のものである。実施例Ａ乃至Ｅは、製造時の生産性が問題となるレベルではなく、溶接ビードの蛇行も認められなかった。一方、比較例Ｆでは、ワイヤ強度が３００Ｎ／ｍｍ２未満であるため、溶接ビードの蛇行が生じた。比較例Ｇでは、ワイヤ強度が７５０Ｎ／ｍｍ２を超えているため、伸線時に断線が発生した。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明の複合ワイヤは、高張力鋼の高速サブマージアーク溶接に適用することができ、る。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】ビート蛇行の評価基準を示す模式図である。
【図２】（ａ）は開先形状を示し、（ｂ）は電極配置を示す図である。
【符号の説明】
【００４６】
１：溶接ビード
２：振れ幅
３：供試鋼板
４：開先
５：電極Ｔ
６：電極Ｌ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サブマージアーク溶接用複合ワイヤに関し、特に高張力鋼の高速溶接に好適なサブマージアーク溶接用複合ワイヤに関する。
【背景技術】
【０００２】
高張力鋼は、圧力容器及び水圧鉄管等に広く使用されているが、近時、溶接構造物の大型化に伴って、板厚を薄くすることによる使用鋼材量の低減を図るために、更に一層の高張力鋼溶接構造物の高強度化が進められている。また、溶接の高能率化を目的に、溶接速度の高速化も進められている。溶接構造物の高強度化のためには、溶接金属部の高強度化が重要である。
【０００３】
そこで、従来の高張力鋼用サブマージアーク溶接ワイヤとしては、溶接金属部の高強度化を目的に、Ｍｎ，Ｎｉ，Ｍｏ等の合金成分を含有し、更に、ワイヤ形態としては、主にソリッドワイヤが使用されている。しかし、溶接構造物の更に一層の高強度化のために、ソリッドワイヤの合金成分量が増大し、ワイヤ強度自体が高強度となっている。このため、溶接ワイヤ製造時のワイヤの伸線加工の際に、焼鈍等の熱処理によりワイヤ強度の低減を図ってはいるものの、このような方法も工業生産的には限界に近づきつつある。このような高強度のソリッドワイヤを使用して高速溶接を行おうとすると、ワイヤ送給が不安定となり、安定した溶接ビードが得られないという問題が生じる。このように、高強度のソリッドワイヤは生産性及び溶接性が低下し、これらを容易に解決することはできない。そこで、これらの問題点を改善するために、複合ワイヤを使用することが有効であると考えられる。
【０００４】
このサブマージアーク溶接用ワイヤとして、複合ワイヤを使用した従来技術が、例えば、特許文献１（特開昭４８−８５４４３号公報）、特許文献２（特開昭４９−１０３８５８号公報）及び特許文献３（特開昭６１−２４２７９１号公報）に開示されている。これらの特許文献に記載されたサブマージアーク溶接用複合ワイヤは、いずれもソリッドワイヤに比べてワイヤそのものの強度の低減が図られており、ワイヤが硬いことによる製造困難性及びワイヤ送給性低下に関しては、改善が認められる。
【０００５】
特許文献１に記載された複合ワイヤは、充填するフラックスとして、強塩基性スラグ形成成分を大量に含有したものであり、特許文献１には、これと組み合わせて中性フラックス又は弱塩基性フラックスを使用することにより、溶接作業性を悪化させることなく、高速溶接と高靭性を満足できると記載されている。
【０００６】
特許文献２には、充填するフラックスとしてＣａＦ２を主体として含み、ＣａＣＯ３を更に含有することにより、溶接作業性が改善されると記載されている。
【０００７】
また、特許文献３には、シームレスフラックス入りワイヤとすることで、溶接時にワイヤ先端が溶接線から外れることと、ワイヤのねじれ及び充填するフラックスの突き出しが改善されたと記載されている。
【０００８】
【特許文献１】特開昭４８−８５４４３号公報
【特許文献２】特開昭４９−１０３８５８号公報
【特許文献３】特開昭６１−２４２７９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上述の従来技術においては、これらの複合ワイヤを使用したときの溶接品質及び溶接作業性については、近年のより一層の高能率化及び高靭性化の要求に対しては、不十分のままである。即ち、特許文献１に開示されている従来技術においては、溶接金属中の酸素量は、組合せフラックスの影響が大きく、中性フラックス又は弱塩基性フラックスを使用した場合、酸素量の大幅な低減には限界があった。即ち、高靭性化の要求に対し、上述の特許文献１に記載の方法では、高速溶接及び高靭性を満足できるものではない。また、特許文献２に開示されている従来の技術においては、溶接作業性に及ぼす充填フラックス特性の影響が解明されておらず、溶接品質及び溶接作業性が不十分である。また、特許文献３に開示されている従来技術は、鋼製帯板上にフラックスを供給し、その後、帯板をその幅方向に丸めていき、フラックスを内部に閉じこめた状態で、帯板をパイプ状にした複合ワイヤの場合（シームを有する複合ワイヤの場合）に上記問題点が生じるという根拠のもとに、これをシームレスワイヤにすることにより改善したものであるから、シームを有するワイヤの場合は、適用できない。
【００１０】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、構造物の高強度化に伴い要求される溶接金属の高靭性化を可能とし、高速溶接及び高溶接作業性の溶接を可能とするサブマージアーク溶接用複合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】
【００１１】
本発明に係るサブマージアーク溶接用複合ワイヤは、鋼製外皮とこの外皮内に充填されたフラックスとからなるサブマージアーク溶接用複合ワイヤにおいて、前記フラックスは、フラックス全質量あたり、９０質量％以上の金属粉を含有し、前記フラックスの比表面積が０．０２乃至０．１０ｍ２／ｇであると共に、前記フラックスが、ワイヤ全質量に対して１０乃至３０質量％充填されていることを特徴とする。
【００１２】
このサブマージアーク溶接用複合ワイヤにおいて、水分量の合計がワイヤ全質量に対して０．０４質量％以下であることが好ましい。また、複合ワイヤの引張り強度が３００乃至７５０Ｎ／ｍｍ２であることが好ましい。更に、前記フラックスは、フラックス全質量あたり、２質量％以上のＳｉＣ粉を含有することが好ましい。更にまた、前記フラックスは、フラックス全質量あたり、０．１質量％以上のポリテトラフルオロエチレンを含有することが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、充填フラックスの比表面積を０．０２乃至０．１０ｍ２／ｇと小さくすることにより、アークの集中性が向上し、溶け込み形状が深くなり、十分な溶け込みが得られてアンダカット等の溶接不良が防止される。また、本発明においては、金属粉がフラックス全質量あたり９０質量％以上含有されているので、ガス発生量が過剰にならず、ポックマークの発生が防止される。よって、本発明によれば、高速溶接しても、高靭性で高品質の溶接金属を得ることができ、また溶接作業性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明に係るサブマージアーク溶接用複合ワイヤについて具体的に説明する。本発明者らが、ガスシールドアーク溶接用複合ワイヤ用の充填フラックスを使用して複合ワイヤを製造し、高張力鋼を溶接したところ、同じ化学成分のソリッドワイヤを使用して高張力鋼を溶接した場合と比較して、溶接ビード幅が広がり、溶込みが浅くなり、更にアンダカットが認められた。従って、同じ板厚の高張力鋼を溶接する場合、ソリッドワイヤと比較して溶込みを得るために入熱を高くしなければならず、靭性の劣化及び余盛が過大となる虞がある。そこで、本発明者等は、入熱を過剰に高くすることなく、溶け込みを深くする方法について、鋭意実験研究した結果、充填フラックスの比表面積を小さくすればよいことを見いだした。本発明はこのような知見に基づいて完成されたものである。
【００１５】
即ち、ガスシールドアーク溶接用複合ワイヤで使用されているような充填フラックスの比表面積は、０．５乃至５ｍ２／ｇ程度であり、本発明の０．０２乃至０．１０ｍ２／ｇよりもはるかに大きい値である。しかし、サブマージアーク溶接に複合ワイヤを使用する場合、フラックスの比表面積が大きいと、アーク熱が充填フラックスの溶融に奪われやすくなり、アーク集中性が悪くなるため溶込みが浅くなる。これに対し、充填フラックスの比表面積が小さいと、アーク集中性がよくなり、溶込み形状が深くなる。
【００１６】
そこで、本発明においては、フラックスとして、比表面積が０．０２乃至０．１０ｍ２／ｇであるものを使用する。また、フラックスの成分として、フラックス全質量あたり、９０質量％以上の金属粉を含有するものを使用し、フラックス率（フラックスの充填割合）はワイヤ全質量に対して１０乃至３０質量％とする。この場合に、水分量の合計がワイヤ全質量に対して０．０４質量％以下であることが好ましい。また、複合ワイヤの引張り強度は、３００乃至７５０Ｎ／ｍｍ２であることが好ましい。更に、充填フラックスは、フラックス全質量あたり、２質量％以上のＳｉＣ粉を含有することが好ましい。更にまた、前記フラックスは、フラックス全質量あたり、０．１質量％以上のポリテトラフルオロエチレンを含有することが好ましい。次に、上記各構成の数値限定理由について説明する。
【００１７】
「充填フラックス比表面積：０．０２乃至０．１０ｍ２／ｇ」
前述の通り、充填フラックスの比表面積は、溶込み形状に大きく影響を及ぼす。充填フラックスの比表面積が０．１０ｍ２／ｇを超えると溶込み形状が浅くなる。一方、比表面積が０．０２ｍ２／ｇ未満であると、製造時にフラックスの偏析が起こりやすくなり、フラックス率の変動が大きくなる等、品質が安定しなくなる。従って、充填フラックスの比表面積は０．０２乃至０．１０ｍ２／ｇとする。比表面積は一般的には粒径が細かいほど大きい。また、比表面積は粒形状によっても影響を受ける。即ち、同じ原料でも、製造方法により粒径及び粒形状が異なり、比表面積が異なってくる。そこで、種々の製造方法により製造された比表面積が異なる種々の原料粉の中から、配合割合を調整して原料粉を選択すれば、充填フラックスの比表面積を所望のものに調整することができる。
【００１８】
「フラックス率：ワイヤ全質量に対して１０乃至３０質量％」
充填フラックスの割合が、ワイヤ全質量に対して１０質量％未満であると、目的の構造物の高強度化に対して必要な合金成分が不足する。一方、充填フラックスの割合が、ワイヤ全質量に対して３０質量％を超えると、シーム有りワイヤの場合に成形が難しくなる。このため、本発明は充填フラックスの割合を、ワイヤ全質量に対して１０乃至３０質量％の範囲として、複合ワイヤを製造する。
【００１９】
「充填フラックス中の金属粉の割合：フラックス全質量あたり９０質量％以上」
充填フラックスとしては、金属粉、スラグ形成剤及びガス発生剤等がある。このうち、金属粉は溶接金属の強度及び靭性を確保するために添加され、また、金属粉は脱酸作用を有するため、本発明の充填フラックスとしてその主体となるものである。なお、この金属粉とは、純金属、鉄合金、金属の合金及び金属の炭化物を含むものである。スラグ形成剤は、各種の酸化物であり、サブマージアーク溶接に適用する場合、組み合わせフラックスで調整することが可能であるうえ、大気中の水分を吸着しやすい成分も多い。従って、スラグ形成剤は添加しないことが望ましい。また、ガス発生剤としては、フッ化物及び炭酸塩がある。これらは、アーク熱により分解し、ガスを発生するため、大気中の窒素ガス及び水素の侵入を防ぐ効果がある反面、大気中の水分と水和物を作りやすい成分でもあり、ワイヤ中の水分そのものを高くしてしまう虞もある。そして、ガス発生剤は、過剰に添加するとガス発生量が過大となり、ポックマークが発生する。従って、本発明においては、充填フラックスとして金属粉を９０質量％以上を含み、スラグ形成剤及びガス発生剤の合計量は１０質量％未満とする。
【００２０】
「水分量：ワイヤ全質量の０．０４質量％以下」
前述の如く、ガスシールドアーク溶接用複合ワイヤ用を使用してサブマージアーク溶接した場合に、アンダカットが生じたが、これは、アークが不安定であることと、高速溶接のために溶融池が不安定になったことに起因する。そこで、前述の如く、充填フラックスの比表面積を本発明の範囲に規定することにより、アークの集中性がよくなり、アンダカットもある程度抑制される。しかし、本発明者等が更に検討した結果、ワイヤ水分量を管理することで、アンダカットの発生を更に一層抑制できることを見出した。アンダカットの原因は、溶接時に、ワイヤ中の充填フラックスの水分が気化し、気化した水分によりアークの安定性が損ねられ、これにより溶融池が不安定となった結果、アンダカットが発生したものと考えられる。従って、アンダカットの抑制には、充填フラックスの水分量を低減することが好ましい。本発明者等が種々実験研究した結果、充填フラックスの水分量をワイヤ全質量の０．０４質量％以下とすることにより、アンダカットの低減効果が得られることを見いだした。なお、ワイヤ水分量の測定方法は、ワイヤから充填フラックスを取り出し、１１０℃に１時間加熱して乾燥したときの加熱前後の質量変化と、そのワイヤのフラックス率とから算出することができる。又は、ワイヤ水分量の値は、フラックスの各原料毎の水分を上述のように加熱前後の質量変化から測定し、下記数式１に基づいて算出することができる。
【００２１】
【数１】
【００２２】
「ワイヤの引張り強度：３００乃至７５０Ｎ／ｍｍ２」
複合ワイヤとすることで、同じ化学成分のソリッドワイヤと比較して大幅なワイヤ強度の低下が可能となった。しかし、帯鋼の強度が低いものを使用するとワイヤ強度が低くなりすぎるため、高速溶接時にビートが蛇行する傾向が認められた。ワイヤ強度を３００Ｎ／ｍｍ２以上にするとワイヤのねじれも抑えられ、ワイヤ先端が溶接ねらい位置からずれる所謂センターずれは認められず、ビード蛇行も抑制される。一方、帯鋼の強度が高すぎると、ワイヤ製造時に帯鋼を幅方向に丸めていく成形工程が困難となり、またワイヤ断線が発生するため、ワイヤの引張り強度は７５０Ｎ／ｍｍ２を超えないようにする。よって、ワイヤの引張り強度は３００乃至７５０Ｎ／ｍｍ２とすることが好ましい。なお、生産性を考慮すると、ワイヤ強度は、６００Ｎ／ｍｍ２以下がより好ましい。このようなワイヤの引張強度の調節は、帯鋼の鋼種を変更する他、フラックス率を変更することによっても行うことができる。フラックス率が小さくなると、ワイヤ断面積に対して帯鋼断面積の割合が大きくなるので、ワイヤ強度は大きくなる。
【００２３】
「充填フラックス中のＳｉＣの割合：フラックス全質量あたり２質量％以上」
前述の如く、充填フラックスの比表面積を本発明の範囲に規定することにより、溶け込み形状の改善が認められ、実用上は問題ない溶け込み形状が得られる。しかし、ソリッドワイヤと比較した場合、溶け込み形状が若干浅くなる傾向が認められており、本発明者等が更に検討を行った結果、充填フラックスとしてＳｉＣ粉を添加すると、より溶け込み形状が深くなることが明らかとなった。ＳｉＣ粉を充填フラックス全量に対して２質量％以上含有すると、ソリッドワイヤと同等レベルの溶け込みが得られる。従って、充填フラックス全質量に対してＳｉＣ粉を２質量％以上含有することが好ましい。
【００２４】
「充填フラックス中のポリテトラフルオロエチレン：フラックス全質量あたり０．１質量％以上」
溶込み形状を改善するためには、上述のごとくＳｉＣ粉を添加することが有効であるが、ＳｉＣ粉は、溶接金属中にＣ及びＳｉとしてある程度含まれてしまう。従って、フラックスへのＳｉＣの添加は、場合によっては、溶接金属の成分設計に制約を与えてしまうことが考えられる。そこで、本発明者らが更に検討を重ねた結果、ポリテトラフルオロエチレンを添加することで、溶込み形状の改善が可能となることを見出した。ポリテトラフルオロエチレンはＣ２Ｆ４であり、アーク熱により分解したＣがアークの集中性を高め、深い溶込み形状が得られると考えられる。また、ポリテトラフルオロエチレンのＣ及びＦは、アーク熱により分解してガスとなるため、溶接金属中に含まれることは殆どないと考えられる。このため、溶接金属の成分設計に制約を与えることなく、ポリテトラフルオロエチレンの添加が可能である。溶込み形状改善の効果を得るためには、フラックス全質量あたりポリテトラフルオロエチレンを０．１質量％以上含有することが好ましいが、アーク熱によりガスを発生させるため、前述の如く、フラックス中の金属粉は９０質量％以上とし、金属粉でないポリテトラフルオロエチレンについては、１０質量％以下となる。ポリテトラフルオロエチレンが１０％を超えると、発生ガスが過剰となり、ポックマークが発生する。なお、ポリテトラフルオロエチレンは安定した成分であり、大気中の水分と反応して水和物をつくることもほとんどなく、水分量は極めて少ない。
【００２５】
ＳｉＣ粉は、溶接金属のＣ及びＳｉの成分調整と溶込み形状の改善を同時に行うことができるメリットがある。一方で、ポリテトラフルオロエチレンは、溶接金属成分への影響を与えることなく、溶込み形状の改善が可能である。従って、溶接金属の成分設計及び原料コスト等を考慮し、適宜、ＳｉＣ粉及びポリテトラフルオロエチレンの添加を選択可能であり、また、ＳｉＣ粉及びポリテトラフルオロエチレンを共添してもよい。
【００２６】
本発明は、ソリッドワイヤではワイヤ生産性が低下するような合金系、特に、その成分を含むと製造が困難になるような合金成分を多く含む成分系のワイヤの実用化に有益である。つまり、本発明は、ワイヤ組成として、例えば、Ｃ：０．０７乃至０．４０質量％、Ｓｉ：≦２．０質量％及びＭｎ：１．０乃至８．０質量％を含有し、Ｃｕ：３．５質量％以下、Ｎｉ：１０．０質量％以下、Ｃｒ：１０．０質量％以下、Ｍｏ：１０．０質量％以下、Ｖ：１．０質量％以下、Ｔｉ：１．０質量％以下、Ｂ：１．０質量％以下、Ｍｇ：１．０質量％以下、Ａｌ：１．０質量％以下、Ｎｂ：１．０質量％以下、Ｚｒ：１．０質量％以下、Ｃａ：１．０質量％以下のうち少なくとも１種又は２種以上を０．５質量％以上含み、かつ下記数式で表されるＰＣＭが０．３０％以上であり、更に、Ｐ：０．０４質量％以下、Ｓ：０．０４質量％以下に抑制し、残部は１０質量％未満の非金属粉と、Ｆｅ及び不可避的不純物からなる組成を有する複合ワイヤとして構成することができる。
ＰＣＭ＝Ｃ＋Ｓｉ／３０＋Ｍｎ／２０＋Ｃｕ／２０＋Ｎｉ／６０＋Ｃｒ／２０＋Ｍｏ／１５＋Ｖ／１０＋５×Ｂ（％）
【００２７】
なお、本発明は、複合ワイヤの構造は限定されず、バット型、ラップ型、シームレス型、溶接シーム型のいずれのタイプにも適用することができる。
【実施例】
【００２８】
次に、本発明の効果を実証するために、本発明の範囲に入る実施例と、本発明の範囲から外れる比較例とについて、その特性を比較して説明する。図１はビード蛇行の判断基準を示す模式図、図２は開先形状及び電極配置を示す模式図である。
【００２９】
表１及び表２は、使用した複合ワイヤの充填フラックスの配合割合を示す。また、表３は、複合ワイヤの製造に使用した帯鋼の組成を示し、表４は、使用した複合ワイヤの構成及び特性を示す。この表４に示す複合ワイヤの直径は４．０ｍｍである。また、表４において、フラックス率は、ワイヤ全質量に対する充填フラックスの割合であり、水分量はワイヤ全質量に対する充填フラックスの水分量である。なお、複合ワイヤを製造するために使用した帯鋼は、厚さが０．９ｍｍ、幅が１３ｍｍであり、フラックス率は表４に記載されているとおりであるが、比較例１６以外はフラックス率の変動幅を３％以内で管理した。また、フラックス率はワイヤ全質量に対する充填フラックスの割合であり、水分量はワイヤ全質量に対する充填フラックスの水分の割合である。なお、フェロマンガンＡ、フェロマンガンＢ及びフェロマンガンＣは夫々水分量が異なる。また、鉄粉Ａ、鉄粉Ｂ、鉄粉Ｃ及び鉄粉Ｄも水分量が相互に異なるものである。更に、フェロチタンＡ及びフェロチタンＢも水分量が異なるものである。表１及び表２において、金属粉でないものは、フッ化カルシウム及び炭酸カルシウムである。よって、金属粉の割合は、合計量１００％から、このフッ化カルシウム、炭酸カルシウム及びポリテトラフルオロエチレンの量を差し引けば求まる。表４にこの金属粉の割合を示す。
【００３０】
【表１】
【００３１】
【表２】
【００３２】
【表３】
【００３３】
【表４】
【００３４】
図２（ａ）は、継手形状を示す。溶接母材３の突き合わせ端部に、Ｖ字状の開先３を形成し、図２（ｂ）に示すように、先行ワイヤ６に５°の後退角度をもたせ、後行ワイヤ５に１０°の前進角度をもたせて、２電極溶接を実施した。溶接母材３の板厚は１６ｍｍ、開先深さは６ｍｍ、試験溶接長は１．５ｍであった。また、２電極の極間距離は２０ｍｍである。なお、溶接ワイヤの引張り強度を下記表５に示す。
【００３５】
下記表６は供試鋼板の組成を示し、表７は供試フラックスの配合割合を示し、表８は溶接条件を示す。このような条件でサブマージアーク溶接した結果、溶込み及びアンダカットの有無を前記表４に併せて示す。また、溶接ワイヤ製品としての品質（フラックス率の変動）も表４に示す。溶込み深さの判断基準は、ソリッドワイヤと同等となる９ｍｍ以上の場合を○とし、７ｍｍ以上９ｍｍ未満の場合を△とし、７ｍｍ未満を×とした。アンダカットの基準は、アンダカットが認められない場合を○、アンダカットの深さが０．３ｍｍ以下の場合を△、アンダカットの深さが０．３ｍｍを超えるものを×とした。
【００３６】
製品品質については、フラックス率の変動幅が３％以下（管理範囲内）のものを○、３％を超えるものを×とした。原料粉の水分量は、１１０℃に１時間加熱して乾燥させたときの乾燥前後の質量変化から前述の如くして算出した。比表面積はユアサアイオニックス社製 ＮＯＶＡ２２００ ガス吸着装置により、ＪＩＳ Ｒ １６２６に準拠して測定した。
【００３７】
また、下記表５に示すように、ワイヤ強度が異なる複合ワイヤについて、溶接試験を行い、ビート蛇行程度を試験した。その評価基準は、図１に示すように、試験溶接長１．５ｍについて、溶接ビード２の振れ幅１が３ｍｍ以下の場合を○、振れ幅１が３ｍｍを超える場合を×とした。また、生産性は他のワイヤに比して１０％低い場合を△、伸線時に断線が発生した場合を×とした。
【００３８】
【表５】
【００３９】
【表６】
【００４０】
【表７】
【００４１】
【表８】
【００４２】
表１、２、４中の実施例１乃至１５及び実施例２０乃至２５が本発明の請求項１の範囲に入る例であり、比較例１６乃至１９及び比較例２６が本発明の請求項１の範囲から外れる例である。但し、実施例１４及び１５は本発明の請求項２から外れ、実施例１２及び１３は請求項４から外れ、実施例１乃至１５は請求項５から外れる。また、実施例２４及び２５は請求項１のみを満足する。実施例１乃至１５及び２０乃至２５においては、溶接作業性が良好であり、製品品質（フラックス率の変動幅）も良好であった。一方、比較例１６においては、充填フラックスの比表面積が０．０２ｍ２／ｇ未満であるため、フラックス率の変動幅が３％を超えて、製品品質が安定しなかった。比較例１７及び１８においては、充填フラックスの比表面積が０．１０ｍ２／ｇを超えているため、溶込みが浅いうえ、アンダカットが発生した。比較例１９及び２６では、充填フラックス中の金属粉の割合が９０％未満であるため、ポックマークが発生した。なお、実施例１４，１５は、水分量が０．０４１％と多いため、浅いアンダカット（深さが０．３ｍｍ以下）が発生した。また、実施例１２及び１３は、ＳｉＣが２質量％以上ではないので、溶け込みが若干不足した。更に、実施例２４及び２５は、水分量が多く、ＳｉＣ及びポリテトラフルオロエチレンを含まないため、溶け込みが若干不足し、浅いアンダカットが発生した。これに対し、実施例１乃至１１及び２０乃至２３は、溶接作業性及び製品品質の他、アンダカット及び溶け込みの全てが良好であった。
【００４３】
また、表５中の実施例Ａ乃至Ｅがワイヤ強度が本発明の請求項３の範囲に入る例、比較例Ｆ，Ｇが本発明の請求項３の範囲から外れる例である。なお、フラックス組成は、表１及び２の実施例１のものである。実施例Ａ乃至Ｅは、製造時の生産性が問題となるレベルではなく、溶接ビードの蛇行も認められなかった。一方、比較例Ｆでは、ワイヤ強度が３００Ｎ／ｍｍ２未満であるため、溶接ビードの蛇行が生じた。比較例Ｇでは、ワイヤ強度が７５０Ｎ／ｍｍ２を超えているため、伸線時に断線が発生した。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明の複合ワイヤは、高張力鋼の高速サブマージアーク溶接に適用することができ、る。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】ビート蛇行の評価基準を示す模式図である。
【図２】（ａ）は開先形状を示し、（ｂ）は電極配置を示す図である。
【符号の説明】
【００４６】
１：溶接ビード
２：振れ幅
３：供試鋼板
４：開先
５：電極Ｔ
６：電極Ｌ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼製外皮とこの外皮内に充填されたフラックスとからなるサブマージアーク溶接用複合ワイヤにおいて、前記フラックスは、フラックス全質量あたり、９０質量％以上の金属粉を含有し、前記フラックスの比表面積が０．０２乃至０．１０ｍ２／ｇであると共に、前記フラックスが、ワイヤ全質量に対して１０乃至３０質量％充填されていることを特徴とするサブマージアーク溶接用複合ワイヤ。
【請求項２】
水分量の合計がワイヤ全質量に対して０．０４質量％以下であることを特徴とする請求項１に記載のサブマージアーク溶接用複合ワイヤ。
【請求項３】
引張り強度が３００乃至７５０Ｎ／ｍｍ２であることを特徴とする請求項１又は２に記載のサブマージアーク溶接用複合ワイヤ。
【請求項４】
前記フラックスは、フラックス全質量あたり、２質量％以上のＳｉＣ粉を含有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のサブマージアーク溶接用複合ワイヤ。
【請求項５】
前記フラックスは、フラックス全質量あたり、０．１質量％以上のポリテトラフルオロエチレンを含有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のサブマージアーク溶接用複合ワイヤ。
【請求項１】
鋼製外皮とこの外皮内に充填されたフラックスとからなるサブマージアーク溶接用複合ワイヤにおいて、前記フラックスは、フラックス全質量あたり、９０質量％以上の金属粉を含有し、前記フラックスの比表面積が０．０２乃至０．１０ｍ２／ｇであると共に、前記フラックスが、ワイヤ全質量に対して１０乃至３０質量％充填されていることを特徴とするサブマージアーク溶接用複合ワイヤ。
【請求項２】
水分量の合計がワイヤ全質量に対して０．０４質量％以下であることを特徴とする請求項１に記載のサブマージアーク溶接用複合ワイヤ。
【請求項３】
引張り強度が３００乃至７５０Ｎ／ｍｍ２であることを特徴とする請求項１又は２に記載のサブマージアーク溶接用複合ワイヤ。
【請求項４】
前記フラックスは、フラックス全質量あたり、２質量％以上のＳｉＣ粉を含有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のサブマージアーク溶接用複合ワイヤ。
【請求項５】
前記フラックスは、フラックス全質量あたり、０．１質量％以上のポリテトラフルオロエチレンを含有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のサブマージアーク溶接用複合ワイヤ。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００６−１４２３７７（Ｐ２００６−１４２３７７Ａ）
【公開日】平成１８年６月８日（２００６．６．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−７２３８０（Ｐ２００５−７２３８０）
【出願日】平成１７年３月１５日（２００５．３．１５）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年６月８日（２００６．６．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月１５日（２００５．３．１５）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
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