Ａｒ−ＣＯ２混合ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ
【課題】溶接欠陥がない良好な大脚長ビードが得られるＡｒ-ＣＯ2混合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】Ａｒ−ＣＯ2混合ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤにおける、ワイヤ全質量に対する質量％で、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値：４．０〜４．４％、ＭｇのＭｇＯ換算値とＭｇＯとの和の合計：１．２〜２．０％、Ｍｇ：０．３〜０．６％、ＳｉＯ2：１．５〜２．０％、ＺｒＯ：０．３〜１．０％、Ｆｅ酸化物のＦｅＯ換算値：０．３〜０．７％、ＡｌのＡｌ2Ｏ3換算値とＡｌ2Ｏ3との和の合計：０．1〜０．５％、アルカリ金属化合物のＮａ2Ｏ換算値とＫ2Ｏ換算値との合計：０．０６〜０．２０％、Ｋ2Ｏ換算値：０．０５％以下、弗素化合物のＦ換算値：０．０３〜０．１０％、Ｃ：０．０４〜０．１２％、Ｓｉ：０．３〜０．７％、Ｍｎ：１．５〜３．０％を含有し、ワイヤ全水素量が０．００５％以下とする。
【解決手段】Ａｒ−ＣＯ2混合ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤにおける、ワイヤ全質量に対する質量％で、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値：４．０〜４．４％、ＭｇのＭｇＯ換算値とＭｇＯとの和の合計：１．２〜２．０％、Ｍｇ：０．３〜０．６％、ＳｉＯ2：１．５〜２．０％、ＺｒＯ：０．３〜１．０％、Ｆｅ酸化物のＦｅＯ換算値：０．３〜０．７％、ＡｌのＡｌ2Ｏ3換算値とＡｌ2Ｏ3との和の合計：０．1〜０．５％、アルカリ金属化合物のＮａ2Ｏ換算値とＫ2Ｏ換算値との合計：０．０６〜０．２０％、Ｋ2Ｏ換算値：０．０５％以下、弗素化合物のＦ換算値：０．０３〜０．１０％、Ｃ：０．０４〜０．１２％、Ｓｉ：０．３〜０．７％、Ｍｎ：１．５〜３．０％を含有し、ワイヤ全水素量が０．００５％以下とする。
【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、５９０Ｎ／ｍｍ2級高張力鋼などの各種鋼構造物のすみ肉溶接（水平及び下向）に使用するＡｒ−ＣＯ2混合ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤに関し、特に水平すみ肉の１パス溶接で脚長８ｍｍ以上の大脚長ビードを得る上で好適なＡｒ−ＣＯ2混合ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤに関する。
【背景技術】
【０００２】
船舶、橋梁などの製造分野では、厚鋼板の大脚長すみ肉溶接にガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤが多く使用されている。例えば、特開平４−３０００９１号公報（例えば特許文献1参照。）、特開平７−３２８７９５号公報（例えば特許文献２参照。）及び特開２００３−２０５３８７号公報（例えば特許文献３参照。）などに提案されているガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤを使用して、ＣＯ2ガスをシールドガスとするＣＯ2ガスシールドアーク溶接で施工している。ＣＯ2ガスシールドアーク溶接は、安価なＣＯ2ガスを使用して良好な溶け込み形状が得られることから、特に造船、造管、橋梁、車両を始めとする大型構造物への溶接において好適である。
【０００３】
しかし、この特許文献１〜３に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は、大脚長のビードを形成させるため、主成分のＴｉＯ2以外にＭｇＯ、ＳｉＯ2、ＺｒＯ2などの酸化物をスラグ剤として多量に含有していることに加えて、かかる大脚長のビードを形成するために高電流の溶接施工が求められる。上述した特許文献１〜３に記載のフラックス入りワイヤを用いてＣＯ2ガスシールドアーク溶接を行った場合、ビード表面及び母材鋼板へのスパッタ粒の付着が多くなってしまう。その結果、付着したスパッタ粒の除去作業、清掃作業が必要となり、溶接作業全体の能率が著しく損なわれることとなる。
【０００４】
このため、かかるスパッタ粒の発生量を格段に低減するためには、アルゴンと炭酸ガスを混合させたＡｒ-ＣＯ2混合ガス（ＣＯ2：５〜２５％）をシールドガスとして用いることが多い（例えば、特許文献４参照。）。しかし、特許文献１〜３に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を使用して、Ａｒ-ＣＯ2混合ガスシールドアーク溶接を行うと、特にビード上脚側は立板のアンダーカット、下脚側はビード止端部が膨らみ、ビード内にはスラグ巻き込み、さらにビード表面にガス溝やピットの発生が生じてしまい、溶接品質を向上させる上での大きな障壁となる。
【０００５】
また、一般にこのＡｒ-ＣＯ2混合ガスシールドアーク溶接の溶滴は、移行形態がスプレー状となり、発生するスパッタが小粒でビード表面や母材鋼板に付着しにくい。しかし、Ａｒ-ＣＯ2混合ガスを用いた場合、溶接電圧（アーク電圧）の変化に対するアーク及び溶融プール状態の変化が極めて敏感で、溶接電圧を高めに設定した場合には、アーク長が長く拡大したアーク状態になり、直下の溶融プールが大きくなって立板を溶かしてアンダーカットが生じる。このアンダーカットが発生した場合には、ビード上脚側の脚長が不足しがちになってしまう。
【０００６】
これに対して溶接電圧を低めに設定した場合には、アーク長及び溶融プールが小さくなり、溶融スラグの後退がほとんど生じない埋もれアークに近い状態での溶接となる。その結果、ビード内にスラグ巻き込みが発生しやすく、下脚側ビード止端部が膨らむようになる。また、ビード表面のガス溝やピットは、溶接電圧を高めに設定した場合に発生しやすくなるが、これも溶け込み深さが浅くなるというＡｒ-ＣＯ2混合ガス特性によるものであり、溶融プールの撹拌が弱く、水素ガスの放出が不十分になることが原因である。
【０００７】
図１（ａ）及び（ｂ）は、Ａｒ-ＣＯ2混合ガスを用いた大脚長の水平すみ肉ビードに発生しやすい溶接欠陥例を説明するための模式図である。下板１と立板２とからなるすみ肉部に脚長８ｍｍ以上となるビード３を１パス溶接した場合、ビード３の上脚側の立板２にアンダーカット４、下脚側のビード止端部が膨らみ５、下板１と立板２とのコーナー部付近に多く発生するスラグ巻き込み６、さらにビード表面にはガス溝７やピット８が発生しやすくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平４−３０００９１号公報
【特許文献２】特開平７−３２８７９５号公報
【特許文献３】特開２００３−２０５３８７号公報
【特許文献４】特開２０００−１９７９９１公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従って、このようなＡｒ-ＣＯ2混合ガス特性に起因して発生する溶接欠陥問題を解決し、Ａｒ-ＣＯ2混合ガスを用いて大脚長が得られるガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤの開発に関する産業界からの要望が強かった。
【００１０】
そこで本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、軟鋼及び４９０Ｎ／ｍｍ2級高張力鋼、５９０Ｎ／ｍｍ2級高張力鋼など各種鋼構造物の脚長８ｍｍ以上の水平すみ肉1パス溶接に使用して、溶接欠陥がない良好なビードが得られるＡｒ-ＣＯ2混合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】
【００１１】
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Ａｒ−ＣＯ2混合ガスシールドアー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、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値：４．０〜４．４％、ＭｇのＭｇＯ換算値とＭｇＯとの和の合計：１．２〜２．０％、かつＭｇ：０．３〜０．６％、ＳｉＯ2：１．５〜２．０％、ＺｒＯ2：０．３〜１．０％、Ｆｅ酸化物のＦｅＯ換算値：０．３〜０．７％、ＡｌのＡｌ2Ｏ3換算値とＡｌ2Ｏ3との和の合計：０．1〜０．５％、アルカリ金属化合物のＮａ2Ｏ換算値とＫ2Ｏ換算値との合計：０．０６〜０．２０％、かつＫ2Ｏ換算値：０．０５％以下、弗素化合物のＦ換算値：０．０３〜０．１０％、Ｃ：０．０４〜０．１２％、Ｓｉ：０．３〜０．７％、Ｍｎ：１．５〜３．０％を含有し、ワイヤ全水素量が０．００５％以下で、残部は、鉄合金のＦｅ分、鉄粉、鋼製外皮のＦｅ分及び不可避不純物からなることを特徴とする。
【００１２】
また、Ｂ：０．００２〜０．０１０％を更に含有することも特徴とするＡｒ−ＣＯ2混合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】
【００１３】
本発明のＡｒ-ＣＯ2混合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、ビード表面に付着するスパッタや溶接欠陥のない脚長８ｍｍ以上の水平すみ肉ビードを1パス溶接で得られるので、溶接能率の向上及び溶接部の品質向上が図れる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】Ａｒ-ＣＯ2混合ガスシールドアーク溶接における大脚長の水平すみ肉1パスビードに発生しやすい溶接欠陥例を示した模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明者らは、大脚長の水平すみ肉１パス溶接に適用して溶接欠陥（上脚側のアンダーカット、下脚側のビード止端部の膨らみ、スラグ巻き込み、ガス溝やピットなどの気孔）が発生しにくいＡｒ-ＣＯ2混合ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤを開発すべく、種々の成分組成のワイヤを試作して検討した。
【００１６】
その結果、スラグ形成剤として作用するＴｉＯ2、ＭｇＯ、ＳｉＯ2、ＺｒＯ2、Ａｌ2Ｏ3及びＦｅＯ、強脱酸剤及びスラグ形成剤としても作用するＭｇ、Ａｌ、アーク安定剤及びスラグ形成剤として作用するＮａ2Ｏ、Ｋ2Ｏ、ガス発生剤として作用するＦ、溶着金属試験における機械的性質を満足するための合金剤として作用するＣ、Ｓｉ及びＭｎをそれぞれ適量含有させて、さらにガス溝やピットなどの気孔発生防止のためにワイヤの全水素量を限定したことにより所期の目的が達成できることを新たに見い出した。
【００１７】
以下に、本発明を適用したＡｒ-ＣＯ2混合ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤの成分組成の限定理由を述べる。以下、組成における質量％は、単に％と記載する。
【００１８】
Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値：４．０〜４．４％
ＴｉＯ2はスラグ形成剤の主成分であり、ルチール、チタンスラグ、イルミナイト等からのＴｉ酸化物は、主要なスラグ形成剤として含有させる。しかし、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値が４．０％未満では、スラグ被包性が不十分であり、立板にアンダーカットが発生して上脚側の脚長が小さくなる。また、スラグの焼き付きに伴うスラグ剥離性も不良となる。一方、ＴｉＯ2換算値が４．４％を超えると、スラグ巻き込みが発生しやすくなり、また下脚側のビード止端部が膨らむようになる。したがって、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値は４．０〜４．４％とする。
【００１９】
ＭｇのＭｇＯ換算値とＭｇＯの和の合計：１．２〜２．０％、かつＭｇ：０．３〜０．６％
金属Ｍｇ、Ａｌ−Ｍｇ等からのＭｇのＭｇＯ換算値とマグネシアクリンカー、天然マグネシア等からのＭｇＯとの和の合計を１．２％以上含有させることにより、立板のアンダーカット発生の防止及び下脚側のビード止端部の膨らみがない良好な大脚長ビードが得られる。一方、ＭｇのＭｇＯ換算値とＭｇＯとの和の合計が２．０％を超えると、スラグ巻き込みが発生しやすくなる。したがって、ＭｇのＭｇＯ換算値とＭｇＯとの和の合計は１．２〜２．０％とする。
【００２０】
ただし、Ｍｇは上記スラグ形成剤及び強脱酸剤として溶接金属の良好な機械的性質を得るために０．３％以上含有させるが、０．６％を超えるとスパッタ付着量が多くなり、スラグ剥離性も不良になる。従って、Ｍｇの含有量は、０．３〜０．６％とする。
【００２１】
ＳｉＯ2：１．５〜２．０％
ＳｉＯ2は、珪砂やジルコンサンド、、珪砂ソーダ等より添加される。このＳｉＯ2が１．５％未満では、立板にアンダーカットが発生して上脚側の脚長も小さくなる。一方、ＳｉＯ2が２．０％を超えると、下脚側のビード止端部が膨らんでピットやガス溝も発生しやすくなり、スラグ巻き込みも発生しやすくなる。従って、ＳｉＯ2の含有量は１．５〜２．０％とする。
【００２２】
ＺｒＯ2：０．３〜１．０％
ジルコンサンド、酸化ジルコン等からのＺｒＯ2が０．３％未満では、立板にアンダーカットが発生しやすくなる。一方、ＺｒＯ2が１．０％を超えると、スラグ剥離性及び下脚側のビード止端部が膨らむようになり、スラグ巻き込みも発生しやすくなる。従って、ＺｒＯ2の含有量は０．３〜１．０％とする。
【００２３】
Ｆｅ酸化物のＦｅＯ換算値：０．３〜０．７％
酸化鉄、ミルスケール、チタンスラグ及びイルミナイト等からのＦｅ酸化物のＦｅＯ換算値が０．３％未満では、立板にアンダーカット及びスラグ巻き込みが発生しやすく、下脚側のビード止端部が膨らむようになる。一方、ＦｅＯ換算値が０．７％を超えると、立板にアンダーカットが発生して上脚側の脚長が小さくなる。従って、Ｆｅ酸化物のＦｅＯ換算値は０．３〜０．７％とする。
【００２４】
ＡｌのＡｌ2Ｏ3換算値とＡｌ2Ｏ3との和の合計：０．１〜０．５％
Ａｌは、金属Ａｌ、Ｆｅ−Ａｌ合金、Ａｌ−Ｍｇ合金等からなり、このうちＡｌ2Ｏ3、は、溶融スラグ成分として作用して、ビード立板側に発生しやすいアンダーカットを防止する機能を発揮する。このＡｌのＡｌ2Ｏ3換算値とアルミナなどからのＡｌ2Ｏ3との和の合計が０．１％未満では、立板にアンダーカットが発生する。一方、ＡｌのＡｌ2Ｏ3換算値とＡｌ2Ｏ3との和の合計が０．５％を超えると、下脚側のビード止端部が膨らみ、スラグ巻き込みも発生しやすくなる。従って、ＡｌのＡｌ2Ｏ3換算値とＡｌ2Ｏ3との和の合計は０．１〜０．５％とする。
【００２５】
アルカリ金属化合物のＮａ2Ｏ換算値とＫ2Ｏ換算値との合計：０．０６〜０．２０％、かつＫ2Ｏ換算値：０．０５％以下
ＮａおよびＫ等のアルカリ金属化合物は、珪酸ソーダや珪酸カリ等の水ガラスの固質成分、カリ長石等の酸化物、弗化ソーダや氷晶石等の弗素化合物からなる。このＮａおよびＫ等のアルカリ金属化合物は、アーク安定剤としての作用だけではなく、耐ピット性を高め、平滑なビード形状にする作用がある。アルカリ金属化合物のＮａ2Ｏ換算値とＫ2Ｏ換算値との合計が０．０６％未満では、アークが不安定でスパッタ付着が多くなる。一方、Ｎａ2Ｏ換算値とＫ2Ｏ換算値との合計が０．２０％を超えると、立板にアンダーカットが発生して上脚側の脚長も小さくなり、更には耐気孔性も劣化する。従って、アルカリ金属化合物のＮａ2Ｏ換算値とＫ2Ｏ換算値との合計は０．０６〜０．２０％とする。
【００２６】
ただし、Ｋ2Ｏが多いと立板にアンダーカットが発生し、耐気孔性も劣化させるので０．０５％以下にする。
【００２７】
弗素化合物のＦ換算値：０．０３〜０．１０％
弗化ソーダや珪弗化カリ等の弗素化合物からのＦ換算値が０.０３％未満では、耐気孔性の劣化とともに、アークの広がりが大きくなり立板にアンダーカットが発生する。一方、Ｆ換算値が０．１０％を超えると、下脚側のビード止端部が膨らみ、スラグ巻き込みも発生しやすくなる。従って、弗素化合物のＦ換算値は０．０３〜０．１０％とする。
【００２８】
Ｃ：０．０４〜０．１２％
Ｃは、鋼製外皮、Ｆｅ−Ｍｎおよびグラファイト等より添加され、固溶強化により溶接金属の強度を調整する重要な元素の１つである。このＣの含有量は、鋼製外皮及びフラックスの合計で０．０４〜０．１２％とする。Ｃが０．０４％未満では、溶接金属の強度や衝撃値が低くなる。一方、Ｃが０．１２％を超えると、溶接金属の強度が高くなり衝撃値が低下する。
【００２９】
Ｓｉ：０．３〜０．７％
Ｓｉは、鋼製外皮、金属Ｓｉ、Ｆｅ-ＳｉおよびＦｅ-Ｓｉ-Ｍｎ等の合金形態より添加され、溶接金属の強度および靭性を確保するために必要な元素である。このＳｉの含有量は、鋼製外皮及びフラックスの合計で０．３〜０．７％とする。Ｓｉが０．３％未満では、溶接金属の強度が低くなる。一方、Ｓｉが０．７％を超えると、溶接金属の強度が高くなり衝撃値が低下する。
【００３０】
Ｍｎ：１．５〜３．０％
Ｍｎは、鋼製外皮及びフラックスの合計で１．５〜３．０％とする。Ｍｎが１．５％未満では、溶接金属の強度及び衝撃値が低くなる。一方、Ｍｎが３．０％を超えると溶接金属の強度が高くなり衝撃値が低下する。
【００３１】
ワイヤ全水素量：０．００５％以下
ワイヤの全水素量は、耐気孔性が劣化しないように０．００５％以下にする。なお、ワイヤの全水素量は、水素含有量の低い充填フラックス原料の選定及びフラックス充填前の乾燥によって低減させることができる。さらに、ワイヤは、外皮部にフラックス部に通じる隙間がない断面構造とされていることから、フラックス充填後にワイヤを５５０〜９００℃で焼成することにより脱水素処理させることが可能で、内部フラックスの吸湿を防止することができ、ワイヤの全水素量が増加するのを抑制することが可能となる。このため、現場施工において安定した耐気孔性を得ることができる。ワイヤの水素量は、不活性ガス融解熱伝導法などによって測定することができる。
【００３２】
Ｂ：０．００２〜０．０１０％
Ｂは、０．００２％以上添加することによって溶接金属の衝撃値を更に向上させる。しかし、Ｂを０．０１０％を超えて添加すると、高温割れが発生しやすくなり健全な溶接金属が得られなくなる。従って、Ｂの含有量は、０．００２〜０．０１０％としている。なお、本発明を適用したフラックス入りワイヤにおいて、このＢの含有率を上述した範囲内において規定されていることは必須ではない。
【００３３】
以上、本発明のフラックス入りワイヤの構成要件の限定理由を述べたが、残部は、鉄合金のＦｅ分、鉄粉、鋼製外皮のＦｅ及び不可避不純物からなる。
【００３４】
ワイヤ径は１．２〜１．６ｍｍ、フラックス充填率は１０〜２０％程度でよい。
【００３５】
さらに本発明では、スラグ剥離性に有効なＢｉ、硫化鉄などのスラグ剥離促進剤を０．1％以下含有させるようにしてもよいし、溶接金属の衝撃値向上のためにＴｉを０．２％以下含有させるようにしてもよい。また、ワイヤの防錆や耐チップ磨耗性のためにワイヤ表面にＣｕめっきを施すようにしてもよく、これらにより本発明を適用したＡｒ−ＣＯ2混合ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤの実用性を高めることが可能となる。
【実施例１】
【００３６】
上述した構成からなる本発明を適用したＡｒ−ＣＯ2混合ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤの実施例について詳細に説明する。
【００３７】
先ず供試材として、Ｃ：０．０２％、Ｓｉ：０．０１％、Ｍｎ：０．３０％、Ａｌ：０．０１％からなる軟鋼製外皮に、各種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１．４ｍｍのフラックス入りワイヤを各種試作した。ワイヤ断面は外皮部にフラックス部に通じる隙間がない構造である。表１にそれぞれの試作ワイヤを示す。
【００３８】
【表１】
【００３９】
これら試作ワイヤを使用して、表２に示す溶接条件で、Ｔ字すみ肉試験体に目標脚長９ｍｍの水平すみ肉ガスシールドアーク溶接を行った。この水平すみ肉ガスシールドアーク溶接では、両側１パス溶接としている。Ｔ字すみ肉試験体は、４９０Ｎ／ｍｍ2級高張力鋼板を材料として使用している。またこのＴ字すみ肉試験体は、無塗装鋼板、立板と下板の間隙０ｍｍ、板厚２５ｍｍ、板幅１５０ｍｍ、長さ５００ｍｍとしている。
【００４０】
【表２】
【００４１】
また、ＪＩＳ Ｚ３３１３に準じて、表２に示す溶接条件で、溶着金属試験を行い引張試験片と衝撃試験片を採取した。試験体の材料は、４９０Ｎ／ｍｍ2級高張力鋼板を使用し、板厚２０ｍｍである。なお、両試験で用いたシールドガスはＡｒ−２０％ＣＯ2混合ガスを使用し、流量は毎分約２５リットルである。
【００４２】
各試作ワイヤについて、水平すみ肉ガスシールドアーク溶接試験での溶接作業性（アーク安定性、スパッタ付着、スラグ剥離性）、ビード形状（脚長、下脚側のビード止端部の膨らみ、立板のアンダーカット）、耐気孔性（ガス溝、ピット）及びＸ線透過試験によるスラグ巻き込みの有無を調べて評価した。
【００４３】
各試験の評価基準は、アーク安定性について、○：安定、×：不安定、スパッタ付着について、○：ビードに付着無し、×：ビードに付着あり、スラグ剥離性について、○：自然剥離で良好、×：スラグ焼き付きや上脚側に薄く残るなどで不良、脚長について、○：上脚、下脚とも９．０ｍｍ以上、×：上脚が９．０未満、立板のアンダーカットについて、○：深さ０．５ｍｍ未満、×：深さ０．５ｍｍ以上、下脚側のビード止端部の膨らみについて、○：膨らみ無し、×：膨らみ有り、ガス溝について、○：発生無し、×：発生有り、ピットについて、○：発生無し、×：発生有り、スラグ巻き込みについて、○：発生無し、×：発生有りを示す。
【００４４】
溶着金属試験は軟鋼及び４９０Ｎ／ｍｍ2級高張力鋼のＡｒ−ＣＯ2混合ガス用フラックス入りワイヤとしてのＪＩＳ規格（Ｔ４９Ｊ０Ｔ１−０ＭＡ−Ｕ）を満足する引張試験の引張強さが４９０〜６７０Ｎ／ｍｍ2、衝撃試験の０℃における吸収エネルギーが３個の平均値で４７Ｊ以上を良好とした。それらの結果を表３にまとめて示す。
【００４５】
【表３】
【００４６】
表１及び表３中ワイヤ記号Ｗ１〜Ｗ７が本発明例、ワイヤ記号Ｗ８〜Ｗ２０は比較例である。本発明例であるワイヤ記号Ｗ１〜Ｗ７は、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値、Ｍｇ、ＭｇのＭｇＯ換算値とＭｇＯとの和の合計、ＳｉＯ2、ＺｒＯ2、Ｆｅ酸化物のＦｅＯ換算値、ＡｌのＡｌ2Ｏ3換算値とＡｌ2Ｏ3との和の合計、アルカリ金属化合物のＮａ2Ｏ換算値とＫ2Ｏ換算値との合計、Ｋ2Ｏ換算値、弗素化合物のＦ換算値、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ及びワイヤ全水素量が本発明において規定した範囲内に含まれているため、溶接作業性、ビード形状、スラグ巻き込み、耐気孔性のいずれも良好で、上脚及び下脚の脚長も９ｍｍ以上を満足した水平すみ肉ビードが得られた。また、溶着金属試験の機械的性質（引張強さ及び吸収エネルギー）も軟鋼及び４９０Ｎ／ｍｍ2級高張力鋼用フラックス入りワイヤとして十分に満足できる結果であった。なお、Ｂを添加したワイヤ記号Ｗ１、Ｗ４及びＷ７は、高い吸収エネルギーを得ることができた。
【００４７】
比較例中ワイヤ記号Ｗ８は、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値が少ないので、立板にアンダーカットが発生して上脚側の脚長が不足し、スラグ剥離性も不良であった。また、Ｃが少ないので、溶着金属の引張強さ及び吸収エネルギーが低値であった。
【００４８】
ワイヤ記号Ｗ９は、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値が多いので、下脚側のビード止端部が膨らんで、スラグ巻き込みも発生した。また、Ｃが多いので、溶着金属の引張強さが高く、吸収エネルギーが低値であった。
【００４９】
ワイヤ記号Ｗ１０は、ＭｇのＭｇＯ換算値とＭｇＯとの和の合計が少ないので、立板にアンダーカットが発生して上脚側の脚長が不足し、下脚側のビード止端部が膨らんだ。また、Ｓｉが少ないので、溶着金属の引張強さが低値であった。
【００５０】
ワイヤ記号Ｗ１１は、ＭｇのＭｇＯ換算値とＭｇＯとの和の合計が多いので、スラグ巻き込みが発生した。また、Ｓｉが多いので、溶着金属の引張強さが高く、吸収エネルギーが低値であった。
【００５１】
ワイヤ記号Ｗ１２は、Ｍｇが少ないので、溶着金属の吸収エネルギーが低値であった。また、Ｆｅ酸化物のＦｅＯ換算値が少ないので、立板にアンダーカットが発生し、下脚側のビード止端部が膨らんで、スラグ巻き込みも発生した。
【００５２】
ワイヤ記号Ｗ１３は、Ｍｇが多いので、スパッタ付着量が多く、スラグ剥離性も不良となった。また、アルカリ金属化合物のＮａ2Ｏ換算値とＫ2Ｏ換算値との合計が多いので、立板にアンダーカットが発生して上脚側の脚長が不足し、ガス溝も発生した。
【００５３】
ワイヤ記号Ｗ１４は、ＳｉＯ2が少ないので、立板にアンダーカットが発生して上脚側の脚長が不足した。また、ワイヤの全水素量が多いので、ガス溝とピットも発生した。
【００５４】
ワイヤ記号Ｗ１５は、ＳｉＯ2が多いので、下脚側のビード止端部が膨らんで、スラグ巻き込みが発生した。また、弗素化合物のＦ換算値が少ないので、立板にアンダーカットが生じ、ガス溝も発生した。さらに、Ｂが多いので、クレータ部に高温割れが生じた。
【００５５】
ワイヤ記号Ｗ１６は、ＺｒＯ2が少ないので、立板にアンダーカットが発生して上脚側の脚長が不足した。また、弗素化合物のＦ換算値が多いので、下脚側のビード止端部が膨らんで、スラグ巻き込みも発生した。
【００５６】
ワイヤ記号Ｗ１７は、ＺｒＯ2が多いので、スラグ剥離性が不良で、下脚側のビード止端部が膨らみ、スラグ巻き込みも発生した。また、アルカリ金属化合物のＫ2Ｏ換算値が多いので、立板にアンダーカットが生じ、ガス溝も発生した。
【００５７】
ワイヤ記号Ｗ１８は、Ｆｅ酸化物のＦｅＯ換算値が多いので、立板にアンダーカットが発生して上脚側の脚長が不足した。また、アルカリ金属化合物のＮａ2Ｏ換算値とＫ2Ｏ換算値との合計が少ないので、アークが不安定でスパッタ付着が多かった。
【００５８】
ワイヤ記号Ｗ１９は、ＡｌのＡｌ2Ｏ3換算値とＡｌ2Ｏ3との和の合計が少ないので、立板にアンダーカットが発生した。また、Ｍｎが少ないので、溶着金属の引張強さ及び吸収エネルギーが低値であった。
【００５９】
ワイヤ記号Ｗ２０は、ＡｌのＡｌ2Ｏ3換算値とＡｌ2Ｏ3との和の合計が多いので、下脚側のビード止端部が膨らんで、スラグ巻き込みも発生した。また、Ｍｎが多いので、溶着金属の引張強さが高く、吸収エネルギーが低値であった。
【符号の説明】
【００６０】
１ 下板
２ 立板
３ ビード
４ アンダーカット
５ 下脚側のビード止端部の膨らみ
６ スラグ巻き込み
７ ガス溝
８ ピット
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軟鋼および４９０Ｎ／ｍｍ2級高張力鋼、５９０Ｎ／ｍｍ2級高張力鋼などの各種鋼構造物のすみ肉溶接（水平及び下向）に使用するＡｒ−ＣＯ2混合ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤに関し、特に水平すみ肉の１パス溶接で脚長８ｍｍ以上の大脚長ビードを得る上で好適なＡｒ−ＣＯ2混合ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤに関する。
【背景技術】
【０００２】
船舶、橋梁などの製造分野では、厚鋼板の大脚長すみ肉溶接にガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤが多く使用されている。例えば、特開平４−３０００９１号公報（例えば特許文献1参照。）、特開平７−３２８７９５号公報（例えば特許文献２参照。）及び特開２００３−２０５３８７号公報（例えば特許文献３参照。）などに提案されているガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤを使用して、ＣＯ2ガスをシールドガスとするＣＯ2ガスシールドアーク溶接で施工している。ＣＯ2ガスシールドアーク溶接は、安価なＣＯ2ガスを使用して良好な溶け込み形状が得られることから、特に造船、造管、橋梁、車両を始めとする大型構造物への溶接において好適である。
【０００３】
しかし、この特許文献１〜３に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は、大脚長のビードを形成させるため、主成分のＴｉＯ2以外にＭｇＯ、ＳｉＯ2、ＺｒＯ2などの酸化物をスラグ剤として多量に含有していることに加えて、かかる大脚長のビードを形成するために高電流の溶接施工が求められる。上述した特許文献１〜３に記載のフラックス入りワイヤを用いてＣＯ2ガスシールドアーク溶接を行った場合、ビード表面及び母材鋼板へのスパッタ粒の付着が多くなってしまう。その結果、付着したスパッタ粒の除去作業、清掃作業が必要となり、溶接作業全体の能率が著しく損なわれることとなる。
【０００４】
このため、かかるスパッタ粒の発生量を格段に低減するためには、アルゴンと炭酸ガスを混合させたＡｒ-ＣＯ2混合ガス（ＣＯ2：５〜２５％）をシールドガスとして用いることが多い（例えば、特許文献４参照。）。しかし、特許文献１〜３に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を使用して、Ａｒ-ＣＯ2混合ガスシールドアーク溶接を行うと、特にビード上脚側は立板のアンダーカット、下脚側はビード止端部が膨らみ、ビード内にはスラグ巻き込み、さらにビード表面にガス溝やピットの発生が生じてしまい、溶接品質を向上させる上での大きな障壁となる。
【０００５】
また、一般にこのＡｒ-ＣＯ2混合ガスシールドアーク溶接の溶滴は、移行形態がスプレー状となり、発生するスパッタが小粒でビード表面や母材鋼板に付着しにくい。しかし、Ａｒ-ＣＯ2混合ガスを用いた場合、溶接電圧（アーク電圧）の変化に対するアーク及び溶融プール状態の変化が極めて敏感で、溶接電圧を高めに設定した場合には、アーク長が長く拡大したアーク状態になり、直下の溶融プールが大きくなって立板を溶かしてアンダーカットが生じる。このアンダーカットが発生した場合には、ビード上脚側の脚長が不足しがちになってしまう。
【０００６】
これに対して溶接電圧を低めに設定した場合には、アーク長及び溶融プールが小さくなり、溶融スラグの後退がほとんど生じない埋もれアークに近い状態での溶接となる。その結果、ビード内にスラグ巻き込みが発生しやすく、下脚側ビード止端部が膨らむようになる。また、ビード表面のガス溝やピットは、溶接電圧を高めに設定した場合に発生しやすくなるが、これも溶け込み深さが浅くなるというＡｒ-ＣＯ2混合ガス特性によるものであり、溶融プールの撹拌が弱く、水素ガスの放出が不十分になることが原因である。
【０００７】
図１（ａ）及び（ｂ）は、Ａｒ-ＣＯ2混合ガスを用いた大脚長の水平すみ肉ビードに発生しやすい溶接欠陥例を説明するための模式図である。下板１と立板２とからなるすみ肉部に脚長８ｍｍ以上となるビード３を１パス溶接した場合、ビード３の上脚側の立板２にアンダーカット４、下脚側のビード止端部が膨らみ５、下板１と立板２とのコーナー部付近に多く発生するスラグ巻き込み６、さらにビード表面にはガス溝７やピット８が発生しやすくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平４−３０００９１号公報
【特許文献２】特開平７−３２８７９５号公報
【特許文献３】特開２００３−２０５３８７号公報
【特許文献４】特開２０００−１９７９９１公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従って、このようなＡｒ-ＣＯ2混合ガス特性に起因して発生する溶接欠陥問題を解決し、Ａｒ-ＣＯ2混合ガスを用いて大脚長が得られるガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤの開発に関する産業界からの要望が強かった。
【００１０】
そこで本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、軟鋼及び４９０Ｎ／ｍｍ2級高張力鋼、５９０Ｎ／ｍｍ2級高張力鋼など各種鋼構造物の脚長８ｍｍ以上の水平すみ肉1パス溶接に使用して、溶接欠陥がない良好なビードが得られるＡｒ-ＣＯ2混合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】
【００１１】
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Ａｒ−ＣＯ2混合ガスシールドアー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、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値：４．０〜４．４％、ＭｇのＭｇＯ換算値とＭｇＯとの和の合計：１．２〜２．０％、かつＭｇ：０．３〜０．６％、ＳｉＯ2：１．５〜２．０％、ＺｒＯ2：０．３〜１．０％、Ｆｅ酸化物のＦｅＯ換算値：０．３〜０．７％、ＡｌのＡｌ2Ｏ3換算値とＡｌ2Ｏ3との和の合計：０．1〜０．５％、アルカリ金属化合物のＮａ2Ｏ換算値とＫ2Ｏ換算値との合計：０．０６〜０．２０％、かつＫ2Ｏ換算値：０．０５％以下、弗素化合物のＦ換算値：０．０３〜０．１０％、Ｃ：０．０４〜０．１２％、Ｓｉ：０．３〜０．７％、Ｍｎ：１．５〜３．０％を含有し、ワイヤ全水素量が０．００５％以下で、残部は、鉄合金のＦｅ分、鉄粉、鋼製外皮のＦｅ分及び不可避不純物からなることを特徴とする。
【００１２】
また、Ｂ：０．００２〜０．０１０％を更に含有することも特徴とするＡｒ−ＣＯ2混合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】
【００１３】
本発明のＡｒ-ＣＯ2混合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、ビード表面に付着するスパッタや溶接欠陥のない脚長８ｍｍ以上の水平すみ肉ビードを1パス溶接で得られるので、溶接能率の向上及び溶接部の品質向上が図れる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】Ａｒ-ＣＯ2混合ガスシールドアーク溶接における大脚長の水平すみ肉1パスビードに発生しやすい溶接欠陥例を示した模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明者らは、大脚長の水平すみ肉１パス溶接に適用して溶接欠陥（上脚側のアンダーカット、下脚側のビード止端部の膨らみ、スラグ巻き込み、ガス溝やピットなどの気孔）が発生しにくいＡｒ-ＣＯ2混合ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤを開発すべく、種々の成分組成のワイヤを試作して検討した。
【００１６】
その結果、スラグ形成剤として作用するＴｉＯ2、ＭｇＯ、ＳｉＯ2、ＺｒＯ2、Ａｌ2Ｏ3及びＦｅＯ、強脱酸剤及びスラグ形成剤としても作用するＭｇ、Ａｌ、アーク安定剤及びスラグ形成剤として作用するＮａ2Ｏ、Ｋ2Ｏ、ガス発生剤として作用するＦ、溶着金属試験における機械的性質を満足するための合金剤として作用するＣ、Ｓｉ及びＭｎをそれぞれ適量含有させて、さらにガス溝やピットなどの気孔発生防止のためにワイヤの全水素量を限定したことにより所期の目的が達成できることを新たに見い出した。
【００１７】
以下に、本発明を適用したＡｒ-ＣＯ2混合ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤの成分組成の限定理由を述べる。以下、組成における質量％は、単に％と記載する。
【００１８】
Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値：４．０〜４．４％
ＴｉＯ2はスラグ形成剤の主成分であり、ルチール、チタンスラグ、イルミナイト等からのＴｉ酸化物は、主要なスラグ形成剤として含有させる。しかし、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値が４．０％未満では、スラグ被包性が不十分であり、立板にアンダーカットが発生して上脚側の脚長が小さくなる。また、スラグの焼き付きに伴うスラグ剥離性も不良となる。一方、ＴｉＯ2換算値が４．４％を超えると、スラグ巻き込みが発生しやすくなり、また下脚側のビード止端部が膨らむようになる。したがって、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値は４．０〜４．４％とする。
【００１９】
ＭｇのＭｇＯ換算値とＭｇＯの和の合計：１．２〜２．０％、かつＭｇ：０．３〜０．６％
金属Ｍｇ、Ａｌ−Ｍｇ等からのＭｇのＭｇＯ換算値とマグネシアクリンカー、天然マグネシア等からのＭｇＯとの和の合計を１．２％以上含有させることにより、立板のアンダーカット発生の防止及び下脚側のビード止端部の膨らみがない良好な大脚長ビードが得られる。一方、ＭｇのＭｇＯ換算値とＭｇＯとの和の合計が２．０％を超えると、スラグ巻き込みが発生しやすくなる。したがって、ＭｇのＭｇＯ換算値とＭｇＯとの和の合計は１．２〜２．０％とする。
【００２０】
ただし、Ｍｇは上記スラグ形成剤及び強脱酸剤として溶接金属の良好な機械的性質を得るために０．３％以上含有させるが、０．６％を超えるとスパッタ付着量が多くなり、スラグ剥離性も不良になる。従って、Ｍｇの含有量は、０．３〜０．６％とする。
【００２１】
ＳｉＯ2：１．５〜２．０％
ＳｉＯ2は、珪砂やジルコンサンド、、珪砂ソーダ等より添加される。このＳｉＯ2が１．５％未満では、立板にアンダーカットが発生して上脚側の脚長も小さくなる。一方、ＳｉＯ2が２．０％を超えると、下脚側のビード止端部が膨らんでピットやガス溝も発生しやすくなり、スラグ巻き込みも発生しやすくなる。従って、ＳｉＯ2の含有量は１．５〜２．０％とする。
【００２２】
ＺｒＯ2：０．３〜１．０％
ジルコンサンド、酸化ジルコン等からのＺｒＯ2が０．３％未満では、立板にアンダーカットが発生しやすくなる。一方、ＺｒＯ2が１．０％を超えると、スラグ剥離性及び下脚側のビード止端部が膨らむようになり、スラグ巻き込みも発生しやすくなる。従って、ＺｒＯ2の含有量は０．３〜１．０％とする。
【００２３】
Ｆｅ酸化物のＦｅＯ換算値：０．３〜０．７％
酸化鉄、ミルスケール、チタンスラグ及びイルミナイト等からのＦｅ酸化物のＦｅＯ換算値が０．３％未満では、立板にアンダーカット及びスラグ巻き込みが発生しやすく、下脚側のビード止端部が膨らむようになる。一方、ＦｅＯ換算値が０．７％を超えると、立板にアンダーカットが発生して上脚側の脚長が小さくなる。従って、Ｆｅ酸化物のＦｅＯ換算値は０．３〜０．７％とする。
【００２４】
ＡｌのＡｌ2Ｏ3換算値とＡｌ2Ｏ3との和の合計：０．１〜０．５％
Ａｌは、金属Ａｌ、Ｆｅ−Ａｌ合金、Ａｌ−Ｍｇ合金等からなり、このうちＡｌ2Ｏ3、は、溶融スラグ成分として作用して、ビード立板側に発生しやすいアンダーカットを防止する機能を発揮する。このＡｌのＡｌ2Ｏ3換算値とアルミナなどからのＡｌ2Ｏ3との和の合計が０．１％未満では、立板にアンダーカットが発生する。一方、ＡｌのＡｌ2Ｏ3換算値とＡｌ2Ｏ3との和の合計が０．５％を超えると、下脚側のビード止端部が膨らみ、スラグ巻き込みも発生しやすくなる。従って、ＡｌのＡｌ2Ｏ3換算値とＡｌ2Ｏ3との和の合計は０．１〜０．５％とする。
【００２５】
アルカリ金属化合物のＮａ2Ｏ換算値とＫ2Ｏ換算値との合計：０．０６〜０．２０％、かつＫ2Ｏ換算値：０．０５％以下
ＮａおよびＫ等のアルカリ金属化合物は、珪酸ソーダや珪酸カリ等の水ガラスの固質成分、カリ長石等の酸化物、弗化ソーダや氷晶石等の弗素化合物からなる。このＮａおよびＫ等のアルカリ金属化合物は、アーク安定剤としての作用だけではなく、耐ピット性を高め、平滑なビード形状にする作用がある。アルカリ金属化合物のＮａ2Ｏ換算値とＫ2Ｏ換算値との合計が０．０６％未満では、アークが不安定でスパッタ付着が多くなる。一方、Ｎａ2Ｏ換算値とＫ2Ｏ換算値との合計が０．２０％を超えると、立板にアンダーカットが発生して上脚側の脚長も小さくなり、更には耐気孔性も劣化する。従って、アルカリ金属化合物のＮａ2Ｏ換算値とＫ2Ｏ換算値との合計は０．０６〜０．２０％とする。
【００２６】
ただし、Ｋ2Ｏが多いと立板にアンダーカットが発生し、耐気孔性も劣化させるので０．０５％以下にする。
【００２７】
弗素化合物のＦ換算値：０．０３〜０．１０％
弗化ソーダや珪弗化カリ等の弗素化合物からのＦ換算値が０.０３％未満では、耐気孔性の劣化とともに、アークの広がりが大きくなり立板にアンダーカットが発生する。一方、Ｆ換算値が０．１０％を超えると、下脚側のビード止端部が膨らみ、スラグ巻き込みも発生しやすくなる。従って、弗素化合物のＦ換算値は０．０３〜０．１０％とする。
【００２８】
Ｃ：０．０４〜０．１２％
Ｃは、鋼製外皮、Ｆｅ−Ｍｎおよびグラファイト等より添加され、固溶強化により溶接金属の強度を調整する重要な元素の１つである。このＣの含有量は、鋼製外皮及びフラックスの合計で０．０４〜０．１２％とする。Ｃが０．０４％未満では、溶接金属の強度や衝撃値が低くなる。一方、Ｃが０．１２％を超えると、溶接金属の強度が高くなり衝撃値が低下する。
【００２９】
Ｓｉ：０．３〜０．７％
Ｓｉは、鋼製外皮、金属Ｓｉ、Ｆｅ-ＳｉおよびＦｅ-Ｓｉ-Ｍｎ等の合金形態より添加され、溶接金属の強度および靭性を確保するために必要な元素である。このＳｉの含有量は、鋼製外皮及びフラックスの合計で０．３〜０．７％とする。Ｓｉが０．３％未満では、溶接金属の強度が低くなる。一方、Ｓｉが０．７％を超えると、溶接金属の強度が高くなり衝撃値が低下する。
【００３０】
Ｍｎ：１．５〜３．０％
Ｍｎは、鋼製外皮及びフラックスの合計で１．５〜３．０％とする。Ｍｎが１．５％未満では、溶接金属の強度及び衝撃値が低くなる。一方、Ｍｎが３．０％を超えると溶接金属の強度が高くなり衝撃値が低下する。
【００３１】
ワイヤ全水素量：０．００５％以下
ワイヤの全水素量は、耐気孔性が劣化しないように０．００５％以下にする。なお、ワイヤの全水素量は、水素含有量の低い充填フラックス原料の選定及びフラックス充填前の乾燥によって低減させることができる。さらに、ワイヤは、外皮部にフラックス部に通じる隙間がない断面構造とされていることから、フラックス充填後にワイヤを５５０〜９００℃で焼成することにより脱水素処理させることが可能で、内部フラックスの吸湿を防止することができ、ワイヤの全水素量が増加するのを抑制することが可能となる。このため、現場施工において安定した耐気孔性を得ることができる。ワイヤの水素量は、不活性ガス融解熱伝導法などによって測定することができる。
【００３２】
Ｂ：０．００２〜０．０１０％
Ｂは、０．００２％以上添加することによって溶接金属の衝撃値を更に向上させる。しかし、Ｂを０．０１０％を超えて添加すると、高温割れが発生しやすくなり健全な溶接金属が得られなくなる。従って、Ｂの含有量は、０．００２〜０．０１０％としている。なお、本発明を適用したフラックス入りワイヤにおいて、このＢの含有率を上述した範囲内において規定されていることは必須ではない。
【００３３】
以上、本発明のフラックス入りワイヤの構成要件の限定理由を述べたが、残部は、鉄合金のＦｅ分、鉄粉、鋼製外皮のＦｅ及び不可避不純物からなる。
【００３４】
ワイヤ径は１．２〜１．６ｍｍ、フラックス充填率は１０〜２０％程度でよい。
【００３５】
さらに本発明では、スラグ剥離性に有効なＢｉ、硫化鉄などのスラグ剥離促進剤を０．1％以下含有させるようにしてもよいし、溶接金属の衝撃値向上のためにＴｉを０．２％以下含有させるようにしてもよい。また、ワイヤの防錆や耐チップ磨耗性のためにワイヤ表面にＣｕめっきを施すようにしてもよく、これらにより本発明を適用したＡｒ−ＣＯ2混合ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤの実用性を高めることが可能となる。
【実施例１】
【００３６】
上述した構成からなる本発明を適用したＡｒ−ＣＯ2混合ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤの実施例について詳細に説明する。
【００３７】
先ず供試材として、Ｃ：０．０２％、Ｓｉ：０．０１％、Ｍｎ：０．３０％、Ａｌ：０．０１％からなる軟鋼製外皮に、各種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１．４ｍｍのフラックス入りワイヤを各種試作した。ワイヤ断面は外皮部にフラックス部に通じる隙間がない構造である。表１にそれぞれの試作ワイヤを示す。
【００３８】
【表１】
【００３９】
これら試作ワイヤを使用して、表２に示す溶接条件で、Ｔ字すみ肉試験体に目標脚長９ｍｍの水平すみ肉ガスシールドアーク溶接を行った。この水平すみ肉ガスシールドアーク溶接では、両側１パス溶接としている。Ｔ字すみ肉試験体は、４９０Ｎ／ｍｍ2級高張力鋼板を材料として使用している。またこのＴ字すみ肉試験体は、無塗装鋼板、立板と下板の間隙０ｍｍ、板厚２５ｍｍ、板幅１５０ｍｍ、長さ５００ｍｍとしている。
【００４０】
【表２】
【００４１】
また、ＪＩＳ Ｚ３３１３に準じて、表２に示す溶接条件で、溶着金属試験を行い引張試験片と衝撃試験片を採取した。試験体の材料は、４９０Ｎ／ｍｍ2級高張力鋼板を使用し、板厚２０ｍｍである。なお、両試験で用いたシールドガスはＡｒ−２０％ＣＯ2混合ガスを使用し、流量は毎分約２５リットルである。
【００４２】
各試作ワイヤについて、水平すみ肉ガスシールドアーク溶接試験での溶接作業性（アーク安定性、スパッタ付着、スラグ剥離性）、ビード形状（脚長、下脚側のビード止端部の膨らみ、立板のアンダーカット）、耐気孔性（ガス溝、ピット）及びＸ線透過試験によるスラグ巻き込みの有無を調べて評価した。
【００４３】
各試験の評価基準は、アーク安定性について、○：安定、×：不安定、スパッタ付着について、○：ビードに付着無し、×：ビードに付着あり、スラグ剥離性について、○：自然剥離で良好、×：スラグ焼き付きや上脚側に薄く残るなどで不良、脚長について、○：上脚、下脚とも９．０ｍｍ以上、×：上脚が９．０未満、立板のアンダーカットについて、○：深さ０．５ｍｍ未満、×：深さ０．５ｍｍ以上、下脚側のビード止端部の膨らみについて、○：膨らみ無し、×：膨らみ有り、ガス溝について、○：発生無し、×：発生有り、ピットについて、○：発生無し、×：発生有り、スラグ巻き込みについて、○：発生無し、×：発生有りを示す。
【００４４】
溶着金属試験は軟鋼及び４９０Ｎ／ｍｍ2級高張力鋼のＡｒ−ＣＯ2混合ガス用フラックス入りワイヤとしてのＪＩＳ規格（Ｔ４９Ｊ０Ｔ１−０ＭＡ−Ｕ）を満足する引張試験の引張強さが４９０〜６７０Ｎ／ｍｍ2、衝撃試験の０℃における吸収エネルギーが３個の平均値で４７Ｊ以上を良好とした。それらの結果を表３にまとめて示す。
【００４５】
【表３】
【００４６】
表１及び表３中ワイヤ記号Ｗ１〜Ｗ７が本発明例、ワイヤ記号Ｗ８〜Ｗ２０は比較例である。本発明例であるワイヤ記号Ｗ１〜Ｗ７は、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値、Ｍｇ、ＭｇのＭｇＯ換算値とＭｇＯとの和の合計、ＳｉＯ2、ＺｒＯ2、Ｆｅ酸化物のＦｅＯ換算値、ＡｌのＡｌ2Ｏ3換算値とＡｌ2Ｏ3との和の合計、アルカリ金属化合物のＮａ2Ｏ換算値とＫ2Ｏ換算値との合計、Ｋ2Ｏ換算値、弗素化合物のＦ換算値、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ及びワイヤ全水素量が本発明において規定した範囲内に含まれているため、溶接作業性、ビード形状、スラグ巻き込み、耐気孔性のいずれも良好で、上脚及び下脚の脚長も９ｍｍ以上を満足した水平すみ肉ビードが得られた。また、溶着金属試験の機械的性質（引張強さ及び吸収エネルギー）も軟鋼及び４９０Ｎ／ｍｍ2級高張力鋼用フラックス入りワイヤとして十分に満足できる結果であった。なお、Ｂを添加したワイヤ記号Ｗ１、Ｗ４及びＷ７は、高い吸収エネルギーを得ることができた。
【００４７】
比較例中ワイヤ記号Ｗ８は、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値が少ないので、立板にアンダーカットが発生して上脚側の脚長が不足し、スラグ剥離性も不良であった。また、Ｃが少ないので、溶着金属の引張強さ及び吸収エネルギーが低値であった。
【００４８】
ワイヤ記号Ｗ９は、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値が多いので、下脚側のビード止端部が膨らんで、スラグ巻き込みも発生した。また、Ｃが多いので、溶着金属の引張強さが高く、吸収エネルギーが低値であった。
【００４９】
ワイヤ記号Ｗ１０は、ＭｇのＭｇＯ換算値とＭｇＯとの和の合計が少ないので、立板にアンダーカットが発生して上脚側の脚長が不足し、下脚側のビード止端部が膨らんだ。また、Ｓｉが少ないので、溶着金属の引張強さが低値であった。
【００５０】
ワイヤ記号Ｗ１１は、ＭｇのＭｇＯ換算値とＭｇＯとの和の合計が多いので、スラグ巻き込みが発生した。また、Ｓｉが多いので、溶着金属の引張強さが高く、吸収エネルギーが低値であった。
【００５１】
ワイヤ記号Ｗ１２は、Ｍｇが少ないので、溶着金属の吸収エネルギーが低値であった。また、Ｆｅ酸化物のＦｅＯ換算値が少ないので、立板にアンダーカットが発生し、下脚側のビード止端部が膨らんで、スラグ巻き込みも発生した。
【００５２】
ワイヤ記号Ｗ１３は、Ｍｇが多いので、スパッタ付着量が多く、スラグ剥離性も不良となった。また、アルカリ金属化合物のＮａ2Ｏ換算値とＫ2Ｏ換算値との合計が多いので、立板にアンダーカットが発生して上脚側の脚長が不足し、ガス溝も発生した。
【００５３】
ワイヤ記号Ｗ１４は、ＳｉＯ2が少ないので、立板にアンダーカットが発生して上脚側の脚長が不足した。また、ワイヤの全水素量が多いので、ガス溝とピットも発生した。
【００５４】
ワイヤ記号Ｗ１５は、ＳｉＯ2が多いので、下脚側のビード止端部が膨らんで、スラグ巻き込みが発生した。また、弗素化合物のＦ換算値が少ないので、立板にアンダーカットが生じ、ガス溝も発生した。さらに、Ｂが多いので、クレータ部に高温割れが生じた。
【００５５】
ワイヤ記号Ｗ１６は、ＺｒＯ2が少ないので、立板にアンダーカットが発生して上脚側の脚長が不足した。また、弗素化合物のＦ換算値が多いので、下脚側のビード止端部が膨らんで、スラグ巻き込みも発生した。
【００５６】
ワイヤ記号Ｗ１７は、ＺｒＯ2が多いので、スラグ剥離性が不良で、下脚側のビード止端部が膨らみ、スラグ巻き込みも発生した。また、アルカリ金属化合物のＫ2Ｏ換算値が多いので、立板にアンダーカットが生じ、ガス溝も発生した。
【００５７】
ワイヤ記号Ｗ１８は、Ｆｅ酸化物のＦｅＯ換算値が多いので、立板にアンダーカットが発生して上脚側の脚長が不足した。また、アルカリ金属化合物のＮａ2Ｏ換算値とＫ2Ｏ換算値との合計が少ないので、アークが不安定でスパッタ付着が多かった。
【００５８】
ワイヤ記号Ｗ１９は、ＡｌのＡｌ2Ｏ3換算値とＡｌ2Ｏ3との和の合計が少ないので、立板にアンダーカットが発生した。また、Ｍｎが少ないので、溶着金属の引張強さ及び吸収エネルギーが低値であった。
【００５９】
ワイヤ記号Ｗ２０は、ＡｌのＡｌ2Ｏ3換算値とＡｌ2Ｏ3との和の合計が多いので、下脚側のビード止端部が膨らんで、スラグ巻き込みも発生した。また、Ｍｎが多いので、溶着金属の引張強さが高く、吸収エネルギーが低値であった。
【符号の説明】
【００６０】
１ 下板
２ 立板
３ ビード
４ アンダーカット
５ 下脚側のビード止端部の膨らみ
６ スラグ巻き込み
７ ガス溝
８ ピット
【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Ａｒ−ＣＯ2混合ガスシールドアー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、
Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値：４．０〜４．４％、
ＭｇのＭｇＯ換算値とＭｇＯとの和の合計：１．２〜２．０％、かつＭｇ：０．３〜０．６％、
ＳｉＯ2：１．５〜２．０％、
ＺｒＯ2：０．３〜１．０％、
Ｆｅ酸化物のＦｅＯ換算値：０．３〜０．７％、
ＡｌのＡｌ2Ｏ3換算値とＡｌ2Ｏ3との和の合計：０．１〜０．５％、
アルカリ金属化合物のＮａ2Ｏ換算値とＫ2Ｏ換算値との合計：０．０６〜０．２０％、かつＫ2Ｏ換算値：０．０５％以下、
弗素化合物のＦ換算値：０．０３〜０．１０％、
Ｃ：０．０４〜０．１２％、
Ｓｉ：０．３〜０．７％、
Ｍｎ：１．５〜３．０％を含有し、
ワイヤ全水素量が０．００５％以下であり、
残部が、鉄合金のＦｅ分、鉄粉、鋼製外皮のＦｅ分及び不可避不純物からなることを特徴とするＡｒ−ＣＯ2混合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】
Ｂ：０．００２〜０．０１０％を更に含有することを特徴とする請求項１に記載のＡｒ−ＣＯ2混合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Ａｒ−ＣＯ2混合ガスシールドアー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、
Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値：４．０〜４．４％、
ＭｇのＭｇＯ換算値とＭｇＯとの和の合計：１．２〜２．０％、かつＭｇ：０．３〜０．６％、
ＳｉＯ2：１．５〜２．０％、
ＺｒＯ2：０．３〜１．０％、
Ｆｅ酸化物のＦｅＯ換算値：０．３〜０．７％、
ＡｌのＡｌ2Ｏ3換算値とＡｌ2Ｏ3との和の合計：０．１〜０．５％、
アルカリ金属化合物のＮａ2Ｏ換算値とＫ2Ｏ換算値との合計：０．０６〜０．２０％、かつＫ2Ｏ換算値：０．０５％以下、
弗素化合物のＦ換算値：０．０３〜０．１０％、
Ｃ：０．０４〜０．１２％、
Ｓｉ：０．３〜０．７％、
Ｍｎ：１．５〜３．０％を含有し、
ワイヤ全水素量が０．００５％以下であり、
残部が、鉄合金のＦｅ分、鉄粉、鋼製外皮のＦｅ分及び不可避不純物からなることを特徴とするＡｒ−ＣＯ2混合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】
Ｂ：０．００２〜０．０１０％を更に含有することを特徴とする請求項１に記載のＡｒ−ＣＯ2混合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２０１２−５１０２１（Ｐ２０１２−５１０２１Ａ）
【公開日】平成２４年３月１５日（２０１２．３．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１９７７６７（Ｐ２０１０−１９７７６７）
【出願日】平成２２年９月３日（２０１０．９．３）
【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３月１５日（２０１２．３．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月３日（２０１０．９．３）
【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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