２電極すみ肉ガスシールドアーク溶接方法
【課題】プライマ塗装鋼板を溶接速度が１ｍ／ｍｉｎ以上の２電極高速水平すみ肉ガスシールドアーク溶接方法の提供。
【解決手段】先行電極と後行電極の電極間距離を１０〜４０ｍｍとし、後行電極のトーチ角度が下板に対して０〜６０°で溶接進行方向に対して１〜２５°の前進角にして、ワイヤ全質量に対する質量％でフラックスに、Ｔｉ酸化物：ＴｉＯ２換算値で１．５〜２．８％、Ｓｉ酸化物：ＳｉＯ２換算値で０．４〜１．２％、Ｚｒ酸化物：ＺｒＯ２換算値で０．１〜０．５％、Ｓｉ：０．６〜１．２％、Ｍｎ：２．０〜３．０％、Ａｌ：０．３〜１．０％、但し、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ２換算値／Ａｌ≧２．０、弗素化合物：Ｆ換算値で０．０１〜０．０７％、ＮａおよびＫ：Ｎａ２Ｏ換算値およびＫ２Ｏ換算値の合計で０．１０〜０．０２５％を含有するフラックス入りワイヤを先行電極および後行電極に用いて溶接する。
【解決手段】先行電極と後行電極の電極間距離を１０〜４０ｍｍとし、後行電極のトーチ角度が下板に対して０〜６０°で溶接進行方向に対して１〜２５°の前進角にして、ワイヤ全質量に対する質量％でフラックスに、Ｔｉ酸化物：ＴｉＯ２換算値で１．５〜２．８％、Ｓｉ酸化物：ＳｉＯ２換算値で０．４〜１．２％、Ｚｒ酸化物：ＺｒＯ２換算値で０．１〜０．５％、Ｓｉ：０．６〜１．２％、Ｍｎ：２．０〜３．０％、Ａｌ：０．３〜１．０％、但し、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ２換算値／Ａｌ≧２．０、弗素化合物：Ｆ換算値で０．０１〜０．０７％、ＮａおよびＫ：Ｎａ２Ｏ換算値およびＫ２Ｏ換算値の合計で０．１０〜０．０２５％を含有するフラックス入りワイヤを先行電極および後行電極に用いて溶接する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フラックス入りワイヤを用いて、軟鋼および４９０Ｎ／ｍｍ２級高張力鋼をはじめとする各種鋼板をすみ肉溶接する２電極水平すみ肉ガスシールドアーク溶接方法に係わるものであり、特に無機ジンクプライマなどの塗装鋼板の高速水平すみ肉溶接で問題となるビード形状および耐気孔性を向上させ、またロンジ溶接のような長尺物の連続溶接で問題となるスパッタ発生量を低減させた２電極水平すみ肉ガスシールドアーク溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
船舶、橋梁などの建造分野では、製造コスト低減のためにフラックス入りワイヤを用いた２電極高速水平すみ肉ガスシールドアーク溶接法が採用されている。
【０００３】
２電極水平すみ肉ガスシールドアーク溶接方法は、例えば特許文献１には２電極で高速度の水平すみ肉溶接方法が、特許文献２にはショッププライマ塗装鋼板の耐気孔性を向上する技術の記載がある。また、特許文献３はビード形状と耐ピット性の観点から用いるフラックス入りワイヤの組成を特定した技術の開示がある。
【０００４】
最近の水平すみ肉溶接は、板端面まで全表面にショッププライマを塗装した鋼板（以下、プライマ塗装鋼板という。）を使用した長尺ロンジの１ｍ／ｍｉｎ以上の高速度での溶接が要望されており、この場合特にプライマに起因する気孔欠陥の発生とともにビード形成性とスパッタの発生量が多くなることが問題になる。さらに、耐気孔性を向上させようとしてスラグ量を少なくするとスラグの被包むらやビード上脚側のスラグ被包がなくなるなどスラグ被包状態が悪く、スラグ剥離性が不良となる。このスラグ被包性の劣化は、アンダーカット、ビード止端部の不揃いや下脚側の膨らみ、ビード凸状化などビード形状およびビード外観を不良にする等の問題がある。
【０００５】
図１は、水平すみ肉溶接において発生しやすいビード形状の欠陥例を説明するために示した模式図である。下板１と立板２の表面にはプライマ３が塗装してあり、４はビード上脚側のアンダーカット、５はビード下脚側止端部の膨らみで全体的に凸ビードのビード形状になる。θ３は電極１３の下板１に対するトーチ１４角度である。
【０００６】
プライマ塗装鋼板の水平すみ肉溶接における高速化の要望に対し、本出願人は先に特許文献４で、スラグ量を極端に少なくして耐気孔性を向上させたすみ肉溶接用フラックス入りワイヤを提案した。本技術によればＺｒＯ２をスラグ剤の主成分として溶融プールの激しい撹拌作用と、スラグ生成量を少なくしてプライマ燃焼ガスを溶融プールから外部に放出してピットの発生を防止し、ＳｉＯ２でスラグの粘性を調整してビード形状を整えることができ、プライマ塗装鋼板で良好な耐気孔性、ビード形状およびビード外観を得ることができるが、溶接速度が１ｍ／ｍｉｎ以上の２電極水平すみ肉溶接に使用した場合のビード形成が満足できるものではなく、またスパッタが多発し溶接部の衝撃靱性も十分に満足できるものではなく、更なる改善が望ましいものであった。
【０００７】
図２は２電極水平すみ肉ガスシールドアーク溶接の状況を説明するために示した模式図である。良好なビードを形成するためにトーチ角度を溶接進行方向に対して電極角度θ１を持たせた先行電極６と電極角度θ２を持たせた後行電極７との間に安定した湯溜り８を形成することが肝要であるが、無機ジンクプライマなどのプライマ塗装鋼板を溶接した場合、プライマ３の燃焼などにより発生したガスによる気孔欠陥が発生する。また、スラグ量が少ないフラックス入りワイヤを用いた場合は、湯溜り８が安定して継続されなくなり、後行電極７の後方に形成される溶融プール９が不安定になり、溶融スラグ１０の凝固が遅れて溶接ビード１１の立板（図１の立板２参照）側では凝固スラグ１２が全体に薄く、部分的に溶接ビード１１が露出する。このような不均一なスラグ被包は、スラグ剥離性を劣化させ、ビード形状の不等脚やビード止端部の不揃い、スラグ焼き付によるビード外観不良となる。また、気孔欠陥や湯溜りの不安定現象は高電流の溶接条件で行う１ｍ／ｍｉｎ以上の高速溶接になる程に激しくなるという問題がある。
【０００８】
【特許文献１】特開昭６３−２３５０７７号公報
【特許文献２】特開平３−１８０２９８号公報
【特許文献３】特開平７−３１４１８１号公報
【特許文献４】特開２００６−９５５５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、プライマ塗装鋼板を溶接速度が１ｍ／ｍｉｎ以上の高速水平すみ肉ガスシールドアーク溶接において問題となるスラグ剥離性、ビード形状およびビード外観が良好で、さらに、スパッタ発生量を低減し、耐気孔性および溶接部の衝撃靱性が良好な２電極水平すみ肉ガスシールドアーク溶接方法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】
【００１０】
本発明の要旨は、２電極水平すみ肉ガスシールドアーク溶接方法において、先行電極と後行電極の電極間距離を１０〜４０ｍｍとし、後行電極のトーチ角度が下板に対して０〜６０°で溶接進行方向に対して１〜２５°の前進角にして、ワイヤ全質量に対する質量％でフラックスに、
Ｔｉ酸化物：ＴｉＯ２換算値で１．５〜２．８％、
Ｓｉ酸化物：ＳｉＯ２換算値で０．４〜１．２％、
Ｚｒ酸化物：ＺｒＯ２換算値で０．１〜０．５％、
Ｓｉ：０．６〜１．２％、
Ｍｎ：２．０〜３．０％、
Ａｌ：０．３〜１．０％、
但し、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ２換算値／Ａｌ≧２．０、
弗素化合物：Ｆ換算値で０．０１〜０．０７％、
ＮａおよびＫ：Ｎａ２Ｏ換算値およびＫ２Ｏ換算値の合計で０．１０〜０．０２５％を含有し、その他は鋼製外皮のＦｅ分、フラックスの鉄粉、鉄合金からのＦｅ分および不可避不純物からなるフラックス入りワイヤを先行電極および後行電極に用いて溶接することを特徴とする。
【００１１】
また、フラックス入りワイヤのＭｇが０．２％以下であることを特徴とする。
【００１２】
さらに、フラックス入りワイヤを構成する鋼製外皮のＣが０．０３％以下であることも特徴とする２電極水平すみ肉ガスシールドアーク溶接方法にある。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の２電極水平すみ肉ガスシールドアーク溶接法によれば、無機ジンクプライマなどのプライマ塗装鋼板の溶接速度を１ｍ／ｍｉｎ以上の高速水平すみ肉ガスシールドアーク溶接に適用した場合においても、良好なスラグ剥離性、ビード形状、ビード外観および耐気孔性が得られ、スパッタ発生量も少なく、溶接部の衝撃靱性も優れているので、溶接の高能率化および溶接部の品質向上を図ることができるという顕著な効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明者らは、前記課題を解決するために、２電極すみ肉ガスシールドアーク溶接方法の施工条件および用いるフラックス入りワイヤの成分組成について種々検討した。
【００１５】
図２に示す１ｍ／ｍｉｎの溶接速度で行う２電極水平すみ肉ガスシールドアーク溶接方法の場合、先行電極６と後行電極７との間に安定した湯溜りを形成することが重要であり、先行電極６と後行電極７の電極間距離（アーク発生点の間隔）ｄ、後行電極の下板に対するトーチ角度θ３（図1参照）および溶接進行方向に対する前進角θ２を適正にする必要があることを見出した。
【００１６】
また、フラックス入りワイヤの成分組成も重要で、鋼板表面から発生するプライマなどの燃焼ガス、フラックス入りワイヤのポテンシャル水分に起因した水素ガスを溶融プールから放出させ耐気孔性を向上させるため、スラグ形成剤のＴｉＯ２とＳｉＯ２の含有率を低く抑える必要がある。しかし、その結果生じるスラグ被包性とスラグ剥離性およびビード形成の劣化を防止するために、合金脱酸剤のＳｉ、Ｍｎ量と強脱酸剤のＡｌ量の適性化を図り、さらにビード全体に均一にスラグを被包させるためにＭｇ含有量を調整し、スパッタ発生量を削減するには鋼製外皮のＣ量を低減することが必要であることを見出した。
【００１７】
以下に、本発明の２電極水平すみ肉ガスシールドアーク溶接方法の施工条件と用いるフラックス入りワイヤの成分組成の限定理由を述べる。まず、溶接方法の施工条件について説明する。
【００１８】
先行電極と後行電極の電極間距離：１０〜４０ｍｍ
安定した湯溜りを形成する２電極すみ肉ガスシールドアーク溶接を行うためには、先行電極と後行電極の電極間距離（アーク発生点の間隔）が適正である必要がある。先行電極と後行電極の電極間距離が１０ｍｍ未満であると安定した湯溜りが形成されずスラグ被包性、スラグ剥離性、ビード形状およびビード外観が不良になるとともに、アークの相互干渉によりスパッタ発生量が多くなる。一方、４０ｍｍを超えると先行電極による溶融金属が凝固した上に後行電極のアークが発生し、いわゆる２プールとなり湯溜りが形成されずにビード形状およびビード外観が不良になる。したがって、先行電極と後行電極の電極間距離は１０〜４０ｍｍとする。
【００１９】
後行電極の下板に対するトーチ角度：４０〜６０°、溶接進行方向に対する前進角：１〜２５°
水平すみ肉溶接をするにあたり、図１に示す後行電極の下板に対するトーチ角度θ３が４０°未満であるとスパッタ発生量が増加し、下板側ビード止端にアンダーカットが生じ下板側の脚長が小さくなって不等脚ビードとなる。一方、６０°を超えると同じくスパッタ発生量が増加し、立板側のビード止端にアンダーカットが生じ立板側の脚長が小さくなる不等脚ビードとなる。したがって、後行電極の下板に対するトーチ角度θ３は４０°〜６０°の範囲とする。
【００２０】
また、２電極による溶接速度１ｍ／ｍｉｎ以上の溶接条件で溶接する水平すみ肉溶接は、図２に示すように、先行電極と後行電極との間に安定した湯溜りを形成させることが必要である。即ち、先行電極で生じた溶融金属は先行電極のアークにより後方に吹かれるが、後行電極に溶接進行方向に対して前進角θ２をもたせて後行電極のアークにより前向きの力を作用させて、電極間に湯溜りを形成させ後行電極後方の溶融プールの後退を抑制し、これによりスラグ被包性、スラグ剥離性、ビード形状およびビード外観ともに良好なすみ肉ビードが得られるが、溶接進行方向に対して前進角θ２が１°未満であると前述した効果が弱くなる。一方、２５°を超えると溶融プール高さが変動し安定した湯溜りの形成が困難となり、スラグ被包性、スラグ剥離性、ビード形状およびビード外観が不良になるとともに、スパッタ発生量が増加する。
【００２１】
なお、先行電極の下板に対するトーチ角度は特に限定しないが溶接施工の容易さから３０〜７０°であることが好ましい。また、先行電極の溶接進行方向に対するトーチ角度は、電極間距離の調整の容易さから溶接進行方向に対して後退角θ１を０〜２０°とすることが好ましい。
【００２２】
次に、溶接ワイヤの成分について説明する。なお、成分割合％は、ワイヤ全質量に対する質量％を意味する。
【００２３】
Ｔｉ酸化物：ＴｉＯ２換算値で１．５〜２．８％
ルチール、チタンスラグなどのＴｉ酸化物は、溶融スラグの粘性を高めスラグ被包性を向上させる作用を有する。しかし、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ２換算値の合計が１．５質量％（以下、％という。）未満では、スラグ量の不足とともに溶融スラグの粘性が不足してスラグ被包性が不十分となり、スラグ剥離性、ビード形状およびビード外観が不良となる。また、アークを安定させる効果がなくなりスパッタ発生量も増加する。一方、ＴｉＯ２換算値が２．８％を超えると、アークは安定してスパッタ発生量は減少するが、溶融スラグの粘性および生成量とも過剰で耐気孔性が不良となり、ビード止端部がオーバラップとなる。したがって、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ２換算値は１．５〜２．８％とする。
【００２４】
Ｓｉ酸化物：ＳｉＯ２換算値で０．４〜１．２％
珪砂やジルコンサンドなどのＳｉ酸化物は、溶融スラグの粘性を高めスラグ被包性を向上させる作用を有する。しかし、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ２換算値が０．４％未満では、溶融スラグの粘性が不足してスラグ被包性が不十分となり、スラグ剥離性、ビード形状およびビード外観が不良となる。一方、ＳｉＯ２換算値が１．２％を超えると、溶融スラグの粘性および生成量が過剰になり、耐気孔性が不良で衝撃靱性が低下する。したがって、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ２換算値は０．４〜１．２％とする。
【００２５】
Ｚｒ酸化物：ＺｒＯ２換算値で０．１〜０．５％
ジルコンサンド、酸化ジルコンなどのＺｒ酸化物は、溶融スラグの粘性および凝固温度を調整し、スラグ被包性を高める作用を有する。しかし、Ｚｒ酸化物のＺｒＯ２換算値が０．１％未満では、ビード表面の凹凸が大きくなるとともに下脚側が大きい著しく不等脚のビード形状となる。一方、ＺｒＯ２換算値が０．５％を超えると、スラグ被包むらが生じてスラグ剥離性およびビード外観が不良で、ビード形状は丸く凸状になる。したがって、Ｚｒ酸化物のＺｒＯ２換算値は０．１〜０．５％とする。
【００２６】
Ｓｉ：０．６〜１．２％
Ｓｉは、鋼製外皮、金属Ｓｉ、Ｆｅ−ＳｉおよびＦｅ−Ｓｉ−Ｍｎ等より添加され、脱酸剤として作用して溶接金属の強度および靭性を確保するために添加する。Ｓｉが鋼製外皮およびフラックスの合計で０．６％未満であると脱酸不足となり溶接部にピット等の溶接欠陥が発生するとともにスラグ被包性が不十分でビード形状が不良となる。一方、Ｓｉが１．２％を超えると強度が高くなり衝撃靱性が低下する。したがって、Ｓｉは０．６〜１．２％とする。
【００２７】
Ｍｎ：２．０〜３．０％
ＭｎもＳｉと同様に強度、衝撃靱性を確保する成分であるが、脱酸生成物のＭｎＯはＴｉＯ２およびＳｉＯ２による溶融スラグの過度の粘性を調整し、溶融プールを適度に後退させるように作用して耐気孔性を向上させる。しかし、Ｍｎが鋼製外皮およびフラックスの合計で２．０％未満では、Ｍｎの歩留まりが低く衝撃靱性が低下するとともに、ＭｎＯの生成量が不足して溶融プールの後退が小さくなり耐気孔性が劣化する。一方、Ｍｎが３．０％を超えると強度が高くなり衝撃靭性の低下とともに、ＭｎＯの過剰生成によりスラグ被包性が悪くビード形状が不良となる。したがって、Ｍｎは２．０〜３．０％とする。
【００２８】
Ａｌ：０．３〜１．０％
Ａｌは、鋼製外皮、金属Ａｌ、Ｆｅ−ＡｌおよびＡｌ−Ｍｇ等から添加され脱酸剤として作用するとともに、ＳｉおよびＭｎの溶接金属中への歩留まりを上げて強度および靭性を調整する効果を有する。また、スラグ中にＡｌ酸化物として放出され、スラグ被包を整える役割を果たす。溶接金属の粘性については上げる作用を有しビード形状を整える効果がある。Ａｌが０．３％未満であると脱酸剤としての効果が少なく耐気孔性が劣化する。また、スラグ中のＡｌ酸化物の量が少なくスラグ被包を整える効果が無くなり、特に水平すみ肉溶接時のビード上部のスラグが均一に被包しなくなってスラグ焼付きが生じる。さらに溶接金属の粘性が低下するためにビードが垂れて下脚側が膨らんだビード形状となる。一方、１．０％を超えると溶融プールが小さくなりプライマ燃焼ガスが放出されにくくなり耐気孔性が劣化する。また、強度が高くなりすぎて靭性が低下する。したがって、Ａｌは０．３〜１．０％とする。
【００２９】
Ｔｉ酸化物のＴｉＯ２換算値／Ａｌ≧２．０
Ｔｉ酸化物のＴｉＯ２換算値／Ａｌが２．０未満になると、生成するＡｌ酸化物が増えて生成スラグの凝固が早くなり溶融プールが小さくなることにより、プライマ燃焼ガスの放出がされにくく耐気孔性が劣化する。
【００３０】
弗素化合物：Ｆ換算値で０．０１〜０．０７％
弗化ソーダや珪弗化カリなどの弗素化合物のＦ換算値は、シールド性に寄与するとともに、溶融スラグの粘性を調整して耐気孔性を向上させる作用を有する。しかし、弗素化合物のＦ換算値が０.０１％未満では、アークの集中性が弱くなり安定したアーク状態を得ることができないとともに耐気孔性が劣化する。一方、Ｆ換算値が０．０７％を超えると、アークが強くなりスパッタ発生量が多くなる。したがって、弗素化合物のＦ換算値は０．０１〜０．０７％とする。
【００３１】
ＮａおよびＫ：Ｎａ２Ｏ換算値およびＫ２Ｏ換算値の合計で０．１０〜０．２５％
珪酸ソーダや珪酸カリなどの水ガラス、氷晶石、カリ長石などからのＮａおよびＫは、アークを安定にして、安定した溶接状況をもたらす。しかし、ＮａおよびＫのＮａ２Ｏ換算値およびＫ２Ｏ換算値の合計が０．１０％未満では、アークが不安定となり、スパッタ発生量の増加、スラグ被包状態が乱れてスラグ剥離性、ビード形状およびビード外観が不良となる。一方、Ｎａ２Ｏ換算値およびＫ２Ｏ換算値の合計が０．２５％を超えると、溶融スラグの粘性が低下しすぎてスラグ被包状態が悪くなり、スラグ剥離性およびビード形状が不良となる。したがって、ＮａおよびＫのＮａ２Ｏ換算値およびＫ２Ｏ換算値の合計は０．１０〜０．２５％とする。
【００３２】
Ｍｇ：０．２％以下
Ｍｇは、金属ＭｇおよびＡｌ−Ｍｇ等から添加され、脱酸剤として作用する。しかし、本発明のようにスラグ量が少ない場合には、Ｍｇを添加しすぎるとスラグの粘性が過剰となりスラグが均一に被包しなくなる。そのため、Ｍｇが０．２％を超えると水平すみ肉溶接時のビード上部のスラグが均一に被包しなくなり、スラグ剥離性およびビード形状が悪くなる。
【００３３】
鋼製外皮Ｃ：０．０３％以下
溶接構造物に要求される溶接金属の強度、衝撃靱性を得るために、適当量のＣを鋼製外皮およびフラックスから必要であるが、鋼製外皮のＣが０．０３％を超えるとアークが強くなり、スパッタ量が増加する。
【００３４】
以上、本発明の溶接速度１ｍ／ｍｉｎ以上で行う２電極水平すみ肉ガスシールドアーク溶接方法の施工条件と用いるフラックス入りワイヤの成分組成の限定理由を述べたが、その他のワイヤ成分としては、軟鋼、４９０Ｎ／ｍｍ２級高張力鋼用以外にも、５７０〜５９０Ｎ／ｍｍ２級高張力鋼用、低温用鋼用、耐候性鋼用などフラックス入りワイヤの品種毎に規定されている溶着金属試験の機械的性質および化学成分を満足するためにＭｏ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒなどの必要な成分を含有することができる。また、Ｃは鋼製外皮や添加する鉄合金から不可避的に含有されスパッタ量を増加させる成分であるので、少ないほうが好ましく、特に鋼製外皮のＣ成分との合計で０．０４〜０．１２％であることが好ましい。
【００３５】
なお、フラックス充填率は、アーク安定性、高溶着性および伸線性などを考慮して１０〜１８％程度が好ましい。フラックス入りワイヤが含有する水素量は、耐気孔性の観点からワイヤ全質量に対して４０ｐｐｍ以下にすることが好ましい。ワイヤ径は一般的な１．２〜２．０ｍｍ、断面構造も市販のフラックス入りワイヤと同様でよい。表面にＣｕなどのめっきを施して衝撃靭性向上や防錆効果を高めることも可能である。さらに、電源特性は、上記構成条件を満足していれば、ＤＣ−ＤＣ、ＤＣ−ＡＣ、ＡＣ−ＤＣ、ＡＣ−ＡＣいずれの組み合わせも採用できるが、アークの安定性の点でＤＣ−ＤＣの組み合わせが最も好ましい。なお、本発明のフラックス入りワイヤのシールドガスはＣＯ２ガスまたはＡｒ−ＣＯ２混合ガスまたはその組み合わせとする。
【００３６】
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。
【実施例】
【００３７】
表１に示す２種類の成分の軟鋼製外皮を使用し、フラックスを充填後、縮径して、フラックス充填率１５％でワイヤ径１．６ｍｍのフラックス入りワイヤを各種試作した。表２にそれぞれの試作ワイヤを示す。
【００３８】
【表１】
【００３９】
【表２】
【００４０】
これら試作ワイヤを各々両電極に使用して、無機ジンクプライマ塗装鋼板のＴ字すみ肉試験体を用いて後行電極の下板に対するトーチ角度および溶接進行方向に対する前進角を変化させて２電極高速水平すみ肉溶接試験（両側同時溶接）を行った。表３に水平すみ肉溶接条件を示す。また、表４に電極のトーチ角度および極間間距離を示す。さらに、ＪＩＳ Ｚ ３３１３およびＪＩＳ Ｚ３１１１に準拠して溶着金属試験を行った。表５に溶着金属試験の溶接条件を示す。なお、シールドガスはＣＯ２ガスである。
【００４１】
【表３】
【００４２】
【表４】
【００４３】
【表５】
【００４４】
２電極水平すみ肉溶接試験（以下、すみ肉溶接という。）の試験体は、板厚１６ｍｍ、試験体長さ１．０ｍのプライマ塗装鋼板（４９０Ｎ／ｍｍ２級高張力鋼用）であって、下板および立板の全面にプライマ平均膜厚３０μｍ（２５〜４０μｍ）に塗装しているものを用いた。これらの下板と立板に隙間がない状態で仮付け溶接して試験体とした。
各試作ワイヤについて、溶接状況（アーク安定性、２電極間の湯溜りの安定性）、スラグ被包性、スラグ剥離性、ビード形状、ビード外観、耐気孔性（ビード表面のピット、ガス溝）および目視によるスパッタ発生量を評価した。
【００４５】
各試験の評価基準は、溶接状況は○：アークが安定で湯溜りも安定した状態、×：アークおよび湯溜りの一方または両方が不安定な状態を示す。スラグ被包性は○：良好、×：部分的または全線で被包むらが生じたものを示す。スラグ剥離性は○：良好、×：部分的に除去しにくいまたは極めて除去しにくいを示す。ビード形状およびビード外観は○：良好、×：不良を示す。耐気孔性は○：気孔なし、×：気孔発生を示す。スパッタ発生量は○：発生量少ない、×：発生量多いことを示す。衝撃靭性は試験温度０℃で吸収エネルギーが４７Ｊ以上を合格とした。表６にそのすみ肉溶接試験結果と溶着金属試験における衝撃靭性（吸収エネルギー）の試験結果をまとめて示す。
【００４６】
【表６】
【００４７】
表６中試験Ｎｏ．１〜１０が本発明例、試験Ｎｏ．１１〜３０は比較例である。
【００４８】
本発明例である試験Ｎｏ．１〜１０は、すみ肉溶接条件（Ｃ１〜Ｃ３）および用いるフラックス入りワイヤの成分組成（Ｗ１〜Ｗ１０）のＴｉ酸化物のＴｉＯ２換算値、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ２換算値、Ｚｒ酸化物のＺｒＯ２換算値、弗素化合物のＦ換算値、Ｓｉ、Ｍｎ、Ａｌ、ＮａおよびＫのＮａ２Ｏ換算値およびＫ２Ｏ換算値の合計、Ｍｇ、さらに鋼製外皮のＣ量が適量含であるので、すみ肉溶接における両電極間の湯溜りも安定し、スラグ被包性が十分で、スラグ剥離性、ビード形状、ビード外観および耐気孔性が良好でスパッタ発生量が少なかった。また、溶着金属試験における吸収エネルギーも高いなど、極めて満足な結果であった。
【００４９】
比較例中試験Ｎｏ．１１は、水平すみ肉溶接条件記号Ｃ４の後行電極のトーチ角度の溶接進行方向に対する前進角が小さいので、湯溜りが安定せずスラグ被包性、スラグ剥離性、ビード形状およびビード外観が不良であった。
【００５０】
試験Ｎｏ．１２は、水平すみ肉溶接条件記号Ｃ５の後行電極のトーチ角度の溶接進行方向に対する前進角が大きいので、湯溜りの形成が困難で、スラグ被包性、スラグ剥離性、ビード形状およびビード外観が不良で、スパッタ発生量も多かった。
【００５１】
試験Ｎｏ．１３は、水平すみ肉溶接条件記号Ｃ６の後行電極のトーチ角度が下板に対して小さいので、ビード形状およびビード外観が不良で、スパッタ発生量も多かった。
【００５２】
試験Ｎｏ．１４は、水平すみ肉溶接条件記号Ｃ７の後行電極のトーチ角度が下板に対して大きいので、ビード形状およびビード外観が不良で、スパッタ発生量も多かった。
【００５３】
試験Ｎｏ．１５は、水平すみ肉溶接条件記号Ｃ８の電極間距離が小さいので、安定した湯溜りが形成されず、スラグ被包性、スラグ剥離性、ビード形状およびビード外観が不良で、スパッタ発生量も多かった。
【００５４】
試験Ｎｏ．１６は、水平すみ肉溶接条件記号Ｃ９の電極間距離が大きいので、湯溜りが形成されずビード形状およびビード外観が不良であった。
【００５５】
試験Ｎｏ．１７は、ワイヤ記号Ｗ１１のＴｉＯ２換算値が少ないので、スラグ被包性、スラグ剥離性、ビード形状およびビード外観が不良で、アークが不安定でスパッタ発生量も多かった。また、Ｓｉが多いので、吸収エネルギーが低値であった。
【００５６】
試験Ｎｏ．１８は、ワイヤ記号Ｗ１２のＴｉＯ２換算値が多いので、ビード形状および耐気孔性が不良であった。また、鋼製外皮のＣが多いので、スパッタ発生量も多かった。
【００５７】
試験Ｎｏ．１９は、ワイヤ記号Ｗ１３のＳｉＯ２換算値が少ないので、スラグ被包性、スラグ剥離性、ビード形状およびビード外観が不良であった。また、Ｆ換算値が少ないので、アークが不安定で耐気孔性も不良であった。
【００５８】
試験Ｎｏ．２０は、ワイヤ記号Ｗ１４のＳｉＯ２換算値が多いので、耐気孔性が不良で吸収エネルギーが低値であった。また、Ｍｇが多いので、スラグ被包性、ビード形状およびビード外観が不良であった。
【００５９】
試験Ｎｏ．２１は、ワイヤ記号Ｗ１５のＺｒＯ２換算値が少ないので、ビード形状およびビード外観が不良であった。また、Ｍｎが少ないので、耐気孔性が不良で吸収エネルギーも低値であった。
【００６０】
試験Ｎｏ．２２は、ワイヤ記号Ｗ１６のＺｒＯ２換算値が多いので、スラグ被包性、スラグ剥離性、ビード形状およびビード外観が不良であった。また、Ａｌが多いので、大気鋼製が不良で吸収エネルギーも低値であった。
【００６１】
試験Ｎｏ．２３は、ワイヤ記号Ｗ１７のＳｉが少ないので、スラグ被包性、ビード形状および耐気孔性が不良であった。また、Ｆ換算値が多いので、アークが強くスパッタ発生量が多かった。
【００６２】
試験Ｎｏ．２４は、ワイヤ記号Ｗ１８のＭｎが多いので、スラグ被包性およびビード形状が不良で吸収エネルギーも低値であった。また、ＴｉＯ２換算値／Ａｌが低いので、耐気孔性も不良であった。
【００６３】
試験Ｎｏ．２５は、ワイヤ記号Ｗ１９のＡｌが少ないので、スラグ被包性、スラグ剥離性、ビード形状および耐気孔性が不良であった。
【００６４】
試験Ｎｏ．２６は、ワイヤ記号Ｗ２０のＮａ２Ｏ換算値およびＫ２Ｏ換算値の合計が少ないので、アークが不安定でスラグ被包、スラグ剥離性、ビード形状およびビード外観が不良で、スパッタ発生量も多かった。
【００６５】
試験Ｎｏ．２７は、ワイヤ記号Ｗ２１のＮａ２Ｏ換算値およびＫ２Ｏ換算値の合計が多いので、スラグ被包性、スラグ剥離性およびビード形状が不良であった。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】水平すみ肉溶接において発生するビード例を説明するために示した模式図である。
【図２】本発明の実施例に用いた２電極高速水平すみ肉溶接方法の溶接状況を説明するために示した模式図である。
【符号の説明】
【００６７】
１ 下板
２ 立板
３ プライマ
４ ビード上脚側のアンダーカット
５ ビード下脚側の膨らみ
６ 先行電極
７ 後行電極
８ 湯溜り
９ 溶融プール
１０ 溶融スラグ
１１ 溶接ビード
１２ 凝固スラグ
１３ 電極
１４トーチ
ｄ 電極間距離
θ１ 先行電極角度
θ２ 後行電極角度
θ３ トーチ角度
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フラックス入りワイヤを用いて、軟鋼および４９０Ｎ／ｍｍ２級高張力鋼をはじめとする各種鋼板をすみ肉溶接する２電極水平すみ肉ガスシールドアーク溶接方法に係わるものであり、特に無機ジンクプライマなどの塗装鋼板の高速水平すみ肉溶接で問題となるビード形状および耐気孔性を向上させ、またロンジ溶接のような長尺物の連続溶接で問題となるスパッタ発生量を低減させた２電極水平すみ肉ガスシールドアーク溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
船舶、橋梁などの建造分野では、製造コスト低減のためにフラックス入りワイヤを用いた２電極高速水平すみ肉ガスシールドアーク溶接法が採用されている。
【０００３】
２電極水平すみ肉ガスシールドアーク溶接方法は、例えば特許文献１には２電極で高速度の水平すみ肉溶接方法が、特許文献２にはショッププライマ塗装鋼板の耐気孔性を向上する技術の記載がある。また、特許文献３はビード形状と耐ピット性の観点から用いるフラックス入りワイヤの組成を特定した技術の開示がある。
【０００４】
最近の水平すみ肉溶接は、板端面まで全表面にショッププライマを塗装した鋼板（以下、プライマ塗装鋼板という。）を使用した長尺ロンジの１ｍ／ｍｉｎ以上の高速度での溶接が要望されており、この場合特にプライマに起因する気孔欠陥の発生とともにビード形成性とスパッタの発生量が多くなることが問題になる。さらに、耐気孔性を向上させようとしてスラグ量を少なくするとスラグの被包むらやビード上脚側のスラグ被包がなくなるなどスラグ被包状態が悪く、スラグ剥離性が不良となる。このスラグ被包性の劣化は、アンダーカット、ビード止端部の不揃いや下脚側の膨らみ、ビード凸状化などビード形状およびビード外観を不良にする等の問題がある。
【０００５】
図１は、水平すみ肉溶接において発生しやすいビード形状の欠陥例を説明するために示した模式図である。下板１と立板２の表面にはプライマ３が塗装してあり、４はビード上脚側のアンダーカット、５はビード下脚側止端部の膨らみで全体的に凸ビードのビード形状になる。θ３は電極１３の下板１に対するトーチ１４角度である。
【０００６】
プライマ塗装鋼板の水平すみ肉溶接における高速化の要望に対し、本出願人は先に特許文献４で、スラグ量を極端に少なくして耐気孔性を向上させたすみ肉溶接用フラックス入りワイヤを提案した。本技術によればＺｒＯ２をスラグ剤の主成分として溶融プールの激しい撹拌作用と、スラグ生成量を少なくしてプライマ燃焼ガスを溶融プールから外部に放出してピットの発生を防止し、ＳｉＯ２でスラグの粘性を調整してビード形状を整えることができ、プライマ塗装鋼板で良好な耐気孔性、ビード形状およびビード外観を得ることができるが、溶接速度が１ｍ／ｍｉｎ以上の２電極水平すみ肉溶接に使用した場合のビード形成が満足できるものではなく、またスパッタが多発し溶接部の衝撃靱性も十分に満足できるものではなく、更なる改善が望ましいものであった。
【０００７】
図２は２電極水平すみ肉ガスシールドアーク溶接の状況を説明するために示した模式図である。良好なビードを形成するためにトーチ角度を溶接進行方向に対して電極角度θ１を持たせた先行電極６と電極角度θ２を持たせた後行電極７との間に安定した湯溜り８を形成することが肝要であるが、無機ジンクプライマなどのプライマ塗装鋼板を溶接した場合、プライマ３の燃焼などにより発生したガスによる気孔欠陥が発生する。また、スラグ量が少ないフラックス入りワイヤを用いた場合は、湯溜り８が安定して継続されなくなり、後行電極７の後方に形成される溶融プール９が不安定になり、溶融スラグ１０の凝固が遅れて溶接ビード１１の立板（図１の立板２参照）側では凝固スラグ１２が全体に薄く、部分的に溶接ビード１１が露出する。このような不均一なスラグ被包は、スラグ剥離性を劣化させ、ビード形状の不等脚やビード止端部の不揃い、スラグ焼き付によるビード外観不良となる。また、気孔欠陥や湯溜りの不安定現象は高電流の溶接条件で行う１ｍ／ｍｉｎ以上の高速溶接になる程に激しくなるという問題がある。
【０００８】
【特許文献１】特開昭６３−２３５０７７号公報
【特許文献２】特開平３−１８０２９８号公報
【特許文献３】特開平７−３１４１８１号公報
【特許文献４】特開２００６−９５５５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、プライマ塗装鋼板を溶接速度が１ｍ／ｍｉｎ以上の高速水平すみ肉ガスシールドアーク溶接において問題となるスラグ剥離性、ビード形状およびビード外観が良好で、さらに、スパッタ発生量を低減し、耐気孔性および溶接部の衝撃靱性が良好な２電極水平すみ肉ガスシールドアーク溶接方法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】
【００１０】
本発明の要旨は、２電極水平すみ肉ガスシールドアーク溶接方法において、先行電極と後行電極の電極間距離を１０〜４０ｍｍとし、後行電極のトーチ角度が下板に対して０〜６０°で溶接進行方向に対して１〜２５°の前進角にして、ワイヤ全質量に対する質量％でフラックスに、
Ｔｉ酸化物：ＴｉＯ２換算値で１．５〜２．８％、
Ｓｉ酸化物：ＳｉＯ２換算値で０．４〜１．２％、
Ｚｒ酸化物：ＺｒＯ２換算値で０．１〜０．５％、
Ｓｉ：０．６〜１．２％、
Ｍｎ：２．０〜３．０％、
Ａｌ：０．３〜１．０％、
但し、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ２換算値／Ａｌ≧２．０、
弗素化合物：Ｆ換算値で０．０１〜０．０７％、
ＮａおよびＫ：Ｎａ２Ｏ換算値およびＫ２Ｏ換算値の合計で０．１０〜０．０２５％を含有し、その他は鋼製外皮のＦｅ分、フラックスの鉄粉、鉄合金からのＦｅ分および不可避不純物からなるフラックス入りワイヤを先行電極および後行電極に用いて溶接することを特徴とする。
【００１１】
また、フラックス入りワイヤのＭｇが０．２％以下であることを特徴とする。
【００１２】
さらに、フラックス入りワイヤを構成する鋼製外皮のＣが０．０３％以下であることも特徴とする２電極水平すみ肉ガスシールドアーク溶接方法にある。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の２電極水平すみ肉ガスシールドアーク溶接法によれば、無機ジンクプライマなどのプライマ塗装鋼板の溶接速度を１ｍ／ｍｉｎ以上の高速水平すみ肉ガスシールドアーク溶接に適用した場合においても、良好なスラグ剥離性、ビード形状、ビード外観および耐気孔性が得られ、スパッタ発生量も少なく、溶接部の衝撃靱性も優れているので、溶接の高能率化および溶接部の品質向上を図ることができるという顕著な効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明者らは、前記課題を解決するために、２電極すみ肉ガスシールドアーク溶接方法の施工条件および用いるフラックス入りワイヤの成分組成について種々検討した。
【００１５】
図２に示す１ｍ／ｍｉｎの溶接速度で行う２電極水平すみ肉ガスシールドアーク溶接方法の場合、先行電極６と後行電極７との間に安定した湯溜りを形成することが重要であり、先行電極６と後行電極７の電極間距離（アーク発生点の間隔）ｄ、後行電極の下板に対するトーチ角度θ３（図1参照）および溶接進行方向に対する前進角θ２を適正にする必要があることを見出した。
【００１６】
また、フラックス入りワイヤの成分組成も重要で、鋼板表面から発生するプライマなどの燃焼ガス、フラックス入りワイヤのポテンシャル水分に起因した水素ガスを溶融プールから放出させ耐気孔性を向上させるため、スラグ形成剤のＴｉＯ２とＳｉＯ２の含有率を低く抑える必要がある。しかし、その結果生じるスラグ被包性とスラグ剥離性およびビード形成の劣化を防止するために、合金脱酸剤のＳｉ、Ｍｎ量と強脱酸剤のＡｌ量の適性化を図り、さらにビード全体に均一にスラグを被包させるためにＭｇ含有量を調整し、スパッタ発生量を削減するには鋼製外皮のＣ量を低減することが必要であることを見出した。
【００１７】
以下に、本発明の２電極水平すみ肉ガスシールドアーク溶接方法の施工条件と用いるフラックス入りワイヤの成分組成の限定理由を述べる。まず、溶接方法の施工条件について説明する。
【００１８】
先行電極と後行電極の電極間距離：１０〜４０ｍｍ
安定した湯溜りを形成する２電極すみ肉ガスシールドアーク溶接を行うためには、先行電極と後行電極の電極間距離（アーク発生点の間隔）が適正である必要がある。先行電極と後行電極の電極間距離が１０ｍｍ未満であると安定した湯溜りが形成されずスラグ被包性、スラグ剥離性、ビード形状およびビード外観が不良になるとともに、アークの相互干渉によりスパッタ発生量が多くなる。一方、４０ｍｍを超えると先行電極による溶融金属が凝固した上に後行電極のアークが発生し、いわゆる２プールとなり湯溜りが形成されずにビード形状およびビード外観が不良になる。したがって、先行電極と後行電極の電極間距離は１０〜４０ｍｍとする。
【００１９】
後行電極の下板に対するトーチ角度：４０〜６０°、溶接進行方向に対する前進角：１〜２５°
水平すみ肉溶接をするにあたり、図１に示す後行電極の下板に対するトーチ角度θ３が４０°未満であるとスパッタ発生量が増加し、下板側ビード止端にアンダーカットが生じ下板側の脚長が小さくなって不等脚ビードとなる。一方、６０°を超えると同じくスパッタ発生量が増加し、立板側のビード止端にアンダーカットが生じ立板側の脚長が小さくなる不等脚ビードとなる。したがって、後行電極の下板に対するトーチ角度θ３は４０°〜６０°の範囲とする。
【００２０】
また、２電極による溶接速度１ｍ／ｍｉｎ以上の溶接条件で溶接する水平すみ肉溶接は、図２に示すように、先行電極と後行電極との間に安定した湯溜りを形成させることが必要である。即ち、先行電極で生じた溶融金属は先行電極のアークにより後方に吹かれるが、後行電極に溶接進行方向に対して前進角θ２をもたせて後行電極のアークにより前向きの力を作用させて、電極間に湯溜りを形成させ後行電極後方の溶融プールの後退を抑制し、これによりスラグ被包性、スラグ剥離性、ビード形状およびビード外観ともに良好なすみ肉ビードが得られるが、溶接進行方向に対して前進角θ２が１°未満であると前述した効果が弱くなる。一方、２５°を超えると溶融プール高さが変動し安定した湯溜りの形成が困難となり、スラグ被包性、スラグ剥離性、ビード形状およびビード外観が不良になるとともに、スパッタ発生量が増加する。
【００２１】
なお、先行電極の下板に対するトーチ角度は特に限定しないが溶接施工の容易さから３０〜７０°であることが好ましい。また、先行電極の溶接進行方向に対するトーチ角度は、電極間距離の調整の容易さから溶接進行方向に対して後退角θ１を０〜２０°とすることが好ましい。
【００２２】
次に、溶接ワイヤの成分について説明する。なお、成分割合％は、ワイヤ全質量に対する質量％を意味する。
【００２３】
Ｔｉ酸化物：ＴｉＯ２換算値で１．５〜２．８％
ルチール、チタンスラグなどのＴｉ酸化物は、溶融スラグの粘性を高めスラグ被包性を向上させる作用を有する。しかし、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ２換算値の合計が１．５質量％（以下、％という。）未満では、スラグ量の不足とともに溶融スラグの粘性が不足してスラグ被包性が不十分となり、スラグ剥離性、ビード形状およびビード外観が不良となる。また、アークを安定させる効果がなくなりスパッタ発生量も増加する。一方、ＴｉＯ２換算値が２．８％を超えると、アークは安定してスパッタ発生量は減少するが、溶融スラグの粘性および生成量とも過剰で耐気孔性が不良となり、ビード止端部がオーバラップとなる。したがって、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ２換算値は１．５〜２．８％とする。
【００２４】
Ｓｉ酸化物：ＳｉＯ２換算値で０．４〜１．２％
珪砂やジルコンサンドなどのＳｉ酸化物は、溶融スラグの粘性を高めスラグ被包性を向上させる作用を有する。しかし、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ２換算値が０．４％未満では、溶融スラグの粘性が不足してスラグ被包性が不十分となり、スラグ剥離性、ビード形状およびビード外観が不良となる。一方、ＳｉＯ２換算値が１．２％を超えると、溶融スラグの粘性および生成量が過剰になり、耐気孔性が不良で衝撃靱性が低下する。したがって、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ２換算値は０．４〜１．２％とする。
【００２５】
Ｚｒ酸化物：ＺｒＯ２換算値で０．１〜０．５％
ジルコンサンド、酸化ジルコンなどのＺｒ酸化物は、溶融スラグの粘性および凝固温度を調整し、スラグ被包性を高める作用を有する。しかし、Ｚｒ酸化物のＺｒＯ２換算値が０．１％未満では、ビード表面の凹凸が大きくなるとともに下脚側が大きい著しく不等脚のビード形状となる。一方、ＺｒＯ２換算値が０．５％を超えると、スラグ被包むらが生じてスラグ剥離性およびビード外観が不良で、ビード形状は丸く凸状になる。したがって、Ｚｒ酸化物のＺｒＯ２換算値は０．１〜０．５％とする。
【００２６】
Ｓｉ：０．６〜１．２％
Ｓｉは、鋼製外皮、金属Ｓｉ、Ｆｅ−ＳｉおよびＦｅ−Ｓｉ−Ｍｎ等より添加され、脱酸剤として作用して溶接金属の強度および靭性を確保するために添加する。Ｓｉが鋼製外皮およびフラックスの合計で０．６％未満であると脱酸不足となり溶接部にピット等の溶接欠陥が発生するとともにスラグ被包性が不十分でビード形状が不良となる。一方、Ｓｉが１．２％を超えると強度が高くなり衝撃靱性が低下する。したがって、Ｓｉは０．６〜１．２％とする。
【００２７】
Ｍｎ：２．０〜３．０％
ＭｎもＳｉと同様に強度、衝撃靱性を確保する成分であるが、脱酸生成物のＭｎＯはＴｉＯ２およびＳｉＯ２による溶融スラグの過度の粘性を調整し、溶融プールを適度に後退させるように作用して耐気孔性を向上させる。しかし、Ｍｎが鋼製外皮およびフラックスの合計で２．０％未満では、Ｍｎの歩留まりが低く衝撃靱性が低下するとともに、ＭｎＯの生成量が不足して溶融プールの後退が小さくなり耐気孔性が劣化する。一方、Ｍｎが３．０％を超えると強度が高くなり衝撃靭性の低下とともに、ＭｎＯの過剰生成によりスラグ被包性が悪くビード形状が不良となる。したがって、Ｍｎは２．０〜３．０％とする。
【００２８】
Ａｌ：０．３〜１．０％
Ａｌは、鋼製外皮、金属Ａｌ、Ｆｅ−ＡｌおよびＡｌ−Ｍｇ等から添加され脱酸剤として作用するとともに、ＳｉおよびＭｎの溶接金属中への歩留まりを上げて強度および靭性を調整する効果を有する。また、スラグ中にＡｌ酸化物として放出され、スラグ被包を整える役割を果たす。溶接金属の粘性については上げる作用を有しビード形状を整える効果がある。Ａｌが０．３％未満であると脱酸剤としての効果が少なく耐気孔性が劣化する。また、スラグ中のＡｌ酸化物の量が少なくスラグ被包を整える効果が無くなり、特に水平すみ肉溶接時のビード上部のスラグが均一に被包しなくなってスラグ焼付きが生じる。さらに溶接金属の粘性が低下するためにビードが垂れて下脚側が膨らんだビード形状となる。一方、１．０％を超えると溶融プールが小さくなりプライマ燃焼ガスが放出されにくくなり耐気孔性が劣化する。また、強度が高くなりすぎて靭性が低下する。したがって、Ａｌは０．３〜１．０％とする。
【００２９】
Ｔｉ酸化物のＴｉＯ２換算値／Ａｌ≧２．０
Ｔｉ酸化物のＴｉＯ２換算値／Ａｌが２．０未満になると、生成するＡｌ酸化物が増えて生成スラグの凝固が早くなり溶融プールが小さくなることにより、プライマ燃焼ガスの放出がされにくく耐気孔性が劣化する。
【００３０】
弗素化合物：Ｆ換算値で０．０１〜０．０７％
弗化ソーダや珪弗化カリなどの弗素化合物のＦ換算値は、シールド性に寄与するとともに、溶融スラグの粘性を調整して耐気孔性を向上させる作用を有する。しかし、弗素化合物のＦ換算値が０.０１％未満では、アークの集中性が弱くなり安定したアーク状態を得ることができないとともに耐気孔性が劣化する。一方、Ｆ換算値が０．０７％を超えると、アークが強くなりスパッタ発生量が多くなる。したがって、弗素化合物のＦ換算値は０．０１〜０．０７％とする。
【００３１】
ＮａおよびＫ：Ｎａ２Ｏ換算値およびＫ２Ｏ換算値の合計で０．１０〜０．２５％
珪酸ソーダや珪酸カリなどの水ガラス、氷晶石、カリ長石などからのＮａおよびＫは、アークを安定にして、安定した溶接状況をもたらす。しかし、ＮａおよびＫのＮａ２Ｏ換算値およびＫ２Ｏ換算値の合計が０．１０％未満では、アークが不安定となり、スパッタ発生量の増加、スラグ被包状態が乱れてスラグ剥離性、ビード形状およびビード外観が不良となる。一方、Ｎａ２Ｏ換算値およびＫ２Ｏ換算値の合計が０．２５％を超えると、溶融スラグの粘性が低下しすぎてスラグ被包状態が悪くなり、スラグ剥離性およびビード形状が不良となる。したがって、ＮａおよびＫのＮａ２Ｏ換算値およびＫ２Ｏ換算値の合計は０．１０〜０．２５％とする。
【００３２】
Ｍｇ：０．２％以下
Ｍｇは、金属ＭｇおよびＡｌ−Ｍｇ等から添加され、脱酸剤として作用する。しかし、本発明のようにスラグ量が少ない場合には、Ｍｇを添加しすぎるとスラグの粘性が過剰となりスラグが均一に被包しなくなる。そのため、Ｍｇが０．２％を超えると水平すみ肉溶接時のビード上部のスラグが均一に被包しなくなり、スラグ剥離性およびビード形状が悪くなる。
【００３３】
鋼製外皮Ｃ：０．０３％以下
溶接構造物に要求される溶接金属の強度、衝撃靱性を得るために、適当量のＣを鋼製外皮およびフラックスから必要であるが、鋼製外皮のＣが０．０３％を超えるとアークが強くなり、スパッタ量が増加する。
【００３４】
以上、本発明の溶接速度１ｍ／ｍｉｎ以上で行う２電極水平すみ肉ガスシールドアーク溶接方法の施工条件と用いるフラックス入りワイヤの成分組成の限定理由を述べたが、その他のワイヤ成分としては、軟鋼、４９０Ｎ／ｍｍ２級高張力鋼用以外にも、５７０〜５９０Ｎ／ｍｍ２級高張力鋼用、低温用鋼用、耐候性鋼用などフラックス入りワイヤの品種毎に規定されている溶着金属試験の機械的性質および化学成分を満足するためにＭｏ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒなどの必要な成分を含有することができる。また、Ｃは鋼製外皮や添加する鉄合金から不可避的に含有されスパッタ量を増加させる成分であるので、少ないほうが好ましく、特に鋼製外皮のＣ成分との合計で０．０４〜０．１２％であることが好ましい。
【００３５】
なお、フラックス充填率は、アーク安定性、高溶着性および伸線性などを考慮して１０〜１８％程度が好ましい。フラックス入りワイヤが含有する水素量は、耐気孔性の観点からワイヤ全質量に対して４０ｐｐｍ以下にすることが好ましい。ワイヤ径は一般的な１．２〜２．０ｍｍ、断面構造も市販のフラックス入りワイヤと同様でよい。表面にＣｕなどのめっきを施して衝撃靭性向上や防錆効果を高めることも可能である。さらに、電源特性は、上記構成条件を満足していれば、ＤＣ−ＤＣ、ＤＣ−ＡＣ、ＡＣ−ＤＣ、ＡＣ−ＡＣいずれの組み合わせも採用できるが、アークの安定性の点でＤＣ−ＤＣの組み合わせが最も好ましい。なお、本発明のフラックス入りワイヤのシールドガスはＣＯ２ガスまたはＡｒ−ＣＯ２混合ガスまたはその組み合わせとする。
【００３６】
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。
【実施例】
【００３７】
表１に示す２種類の成分の軟鋼製外皮を使用し、フラックスを充填後、縮径して、フラックス充填率１５％でワイヤ径１．６ｍｍのフラックス入りワイヤを各種試作した。表２にそれぞれの試作ワイヤを示す。
【００３８】
【表１】
【００３９】
【表２】
【００４０】
これら試作ワイヤを各々両電極に使用して、無機ジンクプライマ塗装鋼板のＴ字すみ肉試験体を用いて後行電極の下板に対するトーチ角度および溶接進行方向に対する前進角を変化させて２電極高速水平すみ肉溶接試験（両側同時溶接）を行った。表３に水平すみ肉溶接条件を示す。また、表４に電極のトーチ角度および極間間距離を示す。さらに、ＪＩＳ Ｚ ３３１３およびＪＩＳ Ｚ３１１１に準拠して溶着金属試験を行った。表５に溶着金属試験の溶接条件を示す。なお、シールドガスはＣＯ２ガスである。
【００４１】
【表３】
【００４２】
【表４】
【００４３】
【表５】
【００４４】
２電極水平すみ肉溶接試験（以下、すみ肉溶接という。）の試験体は、板厚１６ｍｍ、試験体長さ１．０ｍのプライマ塗装鋼板（４９０Ｎ／ｍｍ２級高張力鋼用）であって、下板および立板の全面にプライマ平均膜厚３０μｍ（２５〜４０μｍ）に塗装しているものを用いた。これらの下板と立板に隙間がない状態で仮付け溶接して試験体とした。
各試作ワイヤについて、溶接状況（アーク安定性、２電極間の湯溜りの安定性）、スラグ被包性、スラグ剥離性、ビード形状、ビード外観、耐気孔性（ビード表面のピット、ガス溝）および目視によるスパッタ発生量を評価した。
【００４５】
各試験の評価基準は、溶接状況は○：アークが安定で湯溜りも安定した状態、×：アークおよび湯溜りの一方または両方が不安定な状態を示す。スラグ被包性は○：良好、×：部分的または全線で被包むらが生じたものを示す。スラグ剥離性は○：良好、×：部分的に除去しにくいまたは極めて除去しにくいを示す。ビード形状およびビード外観は○：良好、×：不良を示す。耐気孔性は○：気孔なし、×：気孔発生を示す。スパッタ発生量は○：発生量少ない、×：発生量多いことを示す。衝撃靭性は試験温度０℃で吸収エネルギーが４７Ｊ以上を合格とした。表６にそのすみ肉溶接試験結果と溶着金属試験における衝撃靭性（吸収エネルギー）の試験結果をまとめて示す。
【００４６】
【表６】
【００４７】
表６中試験Ｎｏ．１〜１０が本発明例、試験Ｎｏ．１１〜３０は比較例である。
【００４８】
本発明例である試験Ｎｏ．１〜１０は、すみ肉溶接条件（Ｃ１〜Ｃ３）および用いるフラックス入りワイヤの成分組成（Ｗ１〜Ｗ１０）のＴｉ酸化物のＴｉＯ２換算値、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ２換算値、Ｚｒ酸化物のＺｒＯ２換算値、弗素化合物のＦ換算値、Ｓｉ、Ｍｎ、Ａｌ、ＮａおよびＫのＮａ２Ｏ換算値およびＫ２Ｏ換算値の合計、Ｍｇ、さらに鋼製外皮のＣ量が適量含であるので、すみ肉溶接における両電極間の湯溜りも安定し、スラグ被包性が十分で、スラグ剥離性、ビード形状、ビード外観および耐気孔性が良好でスパッタ発生量が少なかった。また、溶着金属試験における吸収エネルギーも高いなど、極めて満足な結果であった。
【００４９】
比較例中試験Ｎｏ．１１は、水平すみ肉溶接条件記号Ｃ４の後行電極のトーチ角度の溶接進行方向に対する前進角が小さいので、湯溜りが安定せずスラグ被包性、スラグ剥離性、ビード形状およびビード外観が不良であった。
【００５０】
試験Ｎｏ．１２は、水平すみ肉溶接条件記号Ｃ５の後行電極のトーチ角度の溶接進行方向に対する前進角が大きいので、湯溜りの形成が困難で、スラグ被包性、スラグ剥離性、ビード形状およびビード外観が不良で、スパッタ発生量も多かった。
【００５１】
試験Ｎｏ．１３は、水平すみ肉溶接条件記号Ｃ６の後行電極のトーチ角度が下板に対して小さいので、ビード形状およびビード外観が不良で、スパッタ発生量も多かった。
【００５２】
試験Ｎｏ．１４は、水平すみ肉溶接条件記号Ｃ７の後行電極のトーチ角度が下板に対して大きいので、ビード形状およびビード外観が不良で、スパッタ発生量も多かった。
【００５３】
試験Ｎｏ．１５は、水平すみ肉溶接条件記号Ｃ８の電極間距離が小さいので、安定した湯溜りが形成されず、スラグ被包性、スラグ剥離性、ビード形状およびビード外観が不良で、スパッタ発生量も多かった。
【００５４】
試験Ｎｏ．１６は、水平すみ肉溶接条件記号Ｃ９の電極間距離が大きいので、湯溜りが形成されずビード形状およびビード外観が不良であった。
【００５５】
試験Ｎｏ．１７は、ワイヤ記号Ｗ１１のＴｉＯ２換算値が少ないので、スラグ被包性、スラグ剥離性、ビード形状およびビード外観が不良で、アークが不安定でスパッタ発生量も多かった。また、Ｓｉが多いので、吸収エネルギーが低値であった。
【００５６】
試験Ｎｏ．１８は、ワイヤ記号Ｗ１２のＴｉＯ２換算値が多いので、ビード形状および耐気孔性が不良であった。また、鋼製外皮のＣが多いので、スパッタ発生量も多かった。
【００５７】
試験Ｎｏ．１９は、ワイヤ記号Ｗ１３のＳｉＯ２換算値が少ないので、スラグ被包性、スラグ剥離性、ビード形状およびビード外観が不良であった。また、Ｆ換算値が少ないので、アークが不安定で耐気孔性も不良であった。
【００５８】
試験Ｎｏ．２０は、ワイヤ記号Ｗ１４のＳｉＯ２換算値が多いので、耐気孔性が不良で吸収エネルギーが低値であった。また、Ｍｇが多いので、スラグ被包性、ビード形状およびビード外観が不良であった。
【００５９】
試験Ｎｏ．２１は、ワイヤ記号Ｗ１５のＺｒＯ２換算値が少ないので、ビード形状およびビード外観が不良であった。また、Ｍｎが少ないので、耐気孔性が不良で吸収エネルギーも低値であった。
【００６０】
試験Ｎｏ．２２は、ワイヤ記号Ｗ１６のＺｒＯ２換算値が多いので、スラグ被包性、スラグ剥離性、ビード形状およびビード外観が不良であった。また、Ａｌが多いので、大気鋼製が不良で吸収エネルギーも低値であった。
【００６１】
試験Ｎｏ．２３は、ワイヤ記号Ｗ１７のＳｉが少ないので、スラグ被包性、ビード形状および耐気孔性が不良であった。また、Ｆ換算値が多いので、アークが強くスパッタ発生量が多かった。
【００６２】
試験Ｎｏ．２４は、ワイヤ記号Ｗ１８のＭｎが多いので、スラグ被包性およびビード形状が不良で吸収エネルギーも低値であった。また、ＴｉＯ２換算値／Ａｌが低いので、耐気孔性も不良であった。
【００６３】
試験Ｎｏ．２５は、ワイヤ記号Ｗ１９のＡｌが少ないので、スラグ被包性、スラグ剥離性、ビード形状および耐気孔性が不良であった。
【００６４】
試験Ｎｏ．２６は、ワイヤ記号Ｗ２０のＮａ２Ｏ換算値およびＫ２Ｏ換算値の合計が少ないので、アークが不安定でスラグ被包、スラグ剥離性、ビード形状およびビード外観が不良で、スパッタ発生量も多かった。
【００６５】
試験Ｎｏ．２７は、ワイヤ記号Ｗ２１のＮａ２Ｏ換算値およびＫ２Ｏ換算値の合計が多いので、スラグ被包性、スラグ剥離性およびビード形状が不良であった。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】水平すみ肉溶接において発生するビード例を説明するために示した模式図である。
【図２】本発明の実施例に用いた２電極高速水平すみ肉溶接方法の溶接状況を説明するために示した模式図である。
【符号の説明】
【００６７】
１ 下板
２ 立板
３ プライマ
４ ビード上脚側のアンダーカット
５ ビード下脚側の膨らみ
６ 先行電極
７ 後行電極
８ 湯溜り
９ 溶融プール
１０ 溶融スラグ
１１ 溶接ビード
１２ 凝固スラグ
１３ 電極
１４トーチ
ｄ 電極間距離
θ１ 先行電極角度
θ２ 後行電極角度
θ３ トーチ角度
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２電極水平すみ肉ガスシールドアーク溶接方法において、先行電極と後行電極の電極間距離を１０〜４０ｍｍとし、後行電極のトーチ角度が下板に対して４０〜６０°で溶接進行方向に対して１〜２５°の前進角にして、ワイヤ全質量に対する質量％で、
Ｔｉ酸化物：ＴｉＯ２換算値で１．５〜２．８％、
Ｓｉ酸化物：ＳｉＯ２換算値で０．４〜１．２％、
Ｚｒ酸化物：ＺｒＯ２換算値で０．１〜０．５％、
Ｓｉ：０．６〜１．２％、
Ｍｎ：２．０〜３．０％、
Ａｌ：０．３〜１．０％、
但し、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ２換算値／Ａｌ≧２．０、
弗素化合物：Ｆ換算値で０．０１〜０．０７％、
ＮａおよびＫ：Ｎａ２Ｏ換算値およびＫ２Ｏ換算値の合計で０．１０〜０．２５％を含有し、その他は鋼製外皮のＦｅ分、フラックスの鉄粉、鉄合金からのＦｅ分および不可避不純物からなるフラックス入りワイヤを先行電極および後行電極に用いて溶接することを特徴とする２電極水平すみ肉ガスシールドアーク溶接方法。
【請求項２】
フラックス入りワイヤのＭｇが０．２％以下であることを特徴とする請求項１に記載の２電極すみ肉ガスシールドアーク溶接方法。
【請求項３】
フラックス入りワイヤを構成する鋼製外皮のＣが０．０３％以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の２電極水平すみ肉ガスシールドアーク溶接方法。
【請求項１】
２電極水平すみ肉ガスシールドアーク溶接方法において、先行電極と後行電極の電極間距離を１０〜４０ｍｍとし、後行電極のトーチ角度が下板に対して４０〜６０°で溶接進行方向に対して１〜２５°の前進角にして、ワイヤ全質量に対する質量％で、
Ｔｉ酸化物：ＴｉＯ２換算値で１．５〜２．８％、
Ｓｉ酸化物：ＳｉＯ２換算値で０．４〜１．２％、
Ｚｒ酸化物：ＺｒＯ２換算値で０．１〜０．５％、
Ｓｉ：０．６〜１．２％、
Ｍｎ：２．０〜３．０％、
Ａｌ：０．３〜１．０％、
但し、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ２換算値／Ａｌ≧２．０、
弗素化合物：Ｆ換算値で０．０１〜０．０７％、
ＮａおよびＫ：Ｎａ２Ｏ換算値およびＫ２Ｏ換算値の合計で０．１０〜０．２５％を含有し、その他は鋼製外皮のＦｅ分、フラックスの鉄粉、鉄合金からのＦｅ分および不可避不純物からなるフラックス入りワイヤを先行電極および後行電極に用いて溶接することを特徴とする２電極水平すみ肉ガスシールドアーク溶接方法。
【請求項２】
フラックス入りワイヤのＭｇが０．２％以下であることを特徴とする請求項１に記載の２電極すみ肉ガスシールドアーク溶接方法。
【請求項３】
フラックス入りワイヤを構成する鋼製外皮のＣが０．０３％以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の２電極水平すみ肉ガスシールドアーク溶接方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００９−１９００４２（Ｐ２００９−１９００４２Ａ）
【公開日】平成２１年８月２７日（２００９．８．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３０３１７（Ｐ２００８−３０３１７）
【出願日】平成２０年２月１２日（２００８．２．１２）
【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２１年８月２７日（２００９．８．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月１２日（２００８．２．１２）
【出願人】（３０２０４０１３５）日鐵住金溶接工業株式会社 (172)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]