ＭＡＧ溶接用ソリッドワイヤ
【課題】逆極性でＭＡＧ溶接を行うに際し、コストを上昇させることなく、スパッタ発生量を低減することのできるＭＡＧ溶接用ソリッドワイヤを提供する。
【解決手段】質量％で、Ｃ：０．１５０％以下、Ｓｉ：０．２０〜１．００％、Ｍｎ：０．６０〜２．００％、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０３０％以下を夫々含有する他、Ｔｉおよび／またはＺｒを合計量で０．３０％以下含有すると共にＣｕを含有し、残部が鉄および不可避的不純物よりなるＭＡＧ溶接用ソリッドワイヤであって、前記Ｃｕの含有量が、ワイヤ全質量に対して、０．７０〜６．００％の範囲にあることを特徴とするＭＡＧ溶接用ソリッドワイヤである。
【解決手段】質量％で、Ｃ：０．１５０％以下、Ｓｉ：０．２０〜１．００％、Ｍｎ：０．６０〜２．００％、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０３０％以下を夫々含有する他、Ｔｉおよび／またはＺｒを合計量で０．３０％以下含有すると共にＣｕを含有し、残部が鉄および不可避的不純物よりなるＭＡＧ溶接用ソリッドワイヤであって、前記Ｃｕの含有量が、ワイヤ全質量に対して、０．７０〜６．００％の範囲にあることを特徴とするＭＡＧ溶接用ソリッドワイヤである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＡＧ溶接に使用されるソリッドワイヤに関し、特に溶接時に発生するスパッタを極力低減できるＭＡＧ溶接用ソリッドワイヤに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＭＡＧ溶接（ｍｅｔａｌ ａｃｔｉｖｅ ｇａｓ ｗｅｌｄｉｎｇ）は、シールドガスとしてアルゴンガスとＣＯ2ガスの混合ガス（例えばＡｒ：８０％、ＣＯ2：２０％）を用いて行われており、ビード外観が良好な溶接として広く適用されている。近年では、溶接作業性や溶接効率を重視し、シールドガスとして１００％のＣＯ2ガスを用いたＭＡＧ溶接が実施されている。しかしながら、１００％のＣＯ2ガスを用いたＭＡＧ溶接では、スパッタが発生しやすくなるという問題がある。こうしたスパッタを低減する手段として、落下溶滴の微細化やアークを安定化させることが有効であり、これらの手段によって溶滴の移行が安定し、スパッタを低減することが可能である。
【０００３】
従来、スパッタを低減させるために、溶接ワイヤ中に様々な元素を添加した技術が提案されている。例えば、非特許文献１、２では、溶接ワイヤ中にＭｎ、Ｓｉ、Ｔｉを添加し、またＣ、Ａｌ量を抑制すればスパッタを低減できる旨が開示されている。また、特許文献１ではワイヤ中にＳｅを添加し、特許文献２ではＳｂを添加することがスパッタの低減に有効であることが示されている。Ｓｅは表面活性剤であり溶滴の表面張力を低下させる効果があるため落下溶滴を微細化することができ、Ｓｂは旧オーステナイト粒界に偏析し酸素濃度を増加させる効果があるためアークを安定させることができるというものである。一方、ワイヤ表面にＫを塗布したり（特許文献３）、ワイヤ表層部に内部酸化物を形成しその酸化物内にアルカリ金属を含有させる（特許文献４）ことによって、スパッタを低減させる技術も提案されている。Ｋなどのアルカリ金属は蒸気圧が非常に高く、電離しやすい傾向にあることからアークを安定させることができる。さらに、特許文献５、６にはＲＥＭ元素の添加によってスパッタを低減する技術が提案されている。
【０００４】
上記の元素は、溶滴を微細化し、アークを安定化させることができ、スパッタの低減が可能であるが、例えばＳｅは毒物であることから取り扱いが難しいという欠点がある。またＫの表面塗布は数ｐｐｍ程度の塗布量が限界であり、ワイヤ表層部に内部酸化物を形成してその酸化物内にアルカリ金属を含有させる場合でもアルカリ金属を２０〜３０ｐｐｍ程度含有させることが限界であり、スパッタ低減効果は十分とはいえない。またアルカリ金属をワイヤ中に含有させるためには、窒素ガス雰囲気での焼鈍が必要となり、コストと時間がかかる。さらに、ＲＥＭ元素の添加についても、ＲＥＭは高価な元素であるとともに、非常に活性な物質であるためにＲＥＭを添加した鋼を溶製する際の歩留まりが悪く、コストが上昇してしまう。またＭＡＧ溶接では溶滴移行を速めて溶接作業性を高めるために逆極性（ワイヤ電極が＋、母材が−）で施行されるのが一般的であるが、ＲＥＭ添加ワイヤでは正極性（ワイヤ電極が−、母材が＋）でなければスパッタ低減効果は発揮できず、ＭＡＧ溶接で用いるソリッドワイヤとしては適用しにくいという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−２５６４８４号公報
【特許文献２】特開平５−２９３６８９号公報
【特許文献３】特開２００６−９５５５１号公報
【特許文献４】特開平８−１３６９号公報
【特許文献５】特開２００５−４６８７８号公報
【特許文献６】特開２００３−２２５７９２号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】溶接学会誌、１９８１年、第５０巻、第１１号、ｐ．１０５９
【非特許文献２】溶接学会論文集、１９８３年、第１巻、第２号、ｐ．２７９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は通常使用されている逆極性でＭＡＧ溶接を行うに際し、コストを上昇させることなく、スパッタ発生量を低減することのできるＭＡＧ溶接用ソリッドワイヤを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決することのできた本発明に係るＭＡＧ溶接用ソリッドワイヤとは、質量％で、Ｃ：０．１５０％以下、Ｓｉ：０．２０〜１．００％、Ｍｎ：０．６０〜２．００％、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０３０％以下を夫々含有する他、Ｔｉおよび／またはＺｒを合計量で０．３０％以下を含有すると共にＣｕを含有し、残部が鉄および不可避的不純物よりなるＭＡＧ溶接用ソリッドワイヤであって、前記Ｃｕの含有量が、ワイヤ全質量に対して、０．７０〜６．００％の範囲にあることを特徴とするものである。
【０００９】
本発明に係るＭＡＧ溶接用ソリッドワイヤは、ワイヤ表面にワイヤ全質量に対して、Ｃｕメッキ量が０．１０〜０．３０％であるＣｕメッキ層を有するものも含まれ、ワイヤからＣｕメッキ層を除いた線材におけるＣｕ含有量とＣｕメッキ量を合計して、０．７０〜６．００％の範囲にあることを特徴とするものである。また、必要に応じて、更にＭｏ：０．６０％以下、および/またはＡｌ：０．５０％以下を含有するものである。
【００１０】
なお、前記線材とは、メッキの施されていない、溶接用フラックスを内装しない鋼素線を主体とする溶接用の軟鋼ワイヤを指す。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ＭＡＧ溶接用ソリッドワイヤ中にＣｕを所定量含有させることによって、溶滴を微細化させ、かつ、アークを安定化させることができ、スパッタ量を低減することが可能となった。また、製造段階においてＮガスなどの特殊雰囲気による焼鈍などの特殊な工程も必要とせず、容易に製造可能となり、製造コストが緩和する。こうしたソリッドワイヤは、シールドガスとして１００％ＣＯ2を用いる場合や、比較的ＣＯ2ガスの混合量の多い混合ガス（アルゴンとＣＯ2の混合ガス）を用いたＭＡＧ溶接用ソリッドワイヤとして有用である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】Ｆｅに添加する元素の添加量と溶滴の表面張力の関係を示したグラフである。
【図２】各試験ワイヤについての溶滴サイズの内訳を示したグラフである。
【図３】溶滴の離脱時間と離脱時の溶滴径の関係を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明では、ＭＡＧ溶接用ソリッドワイヤにおいてＣｕを所定量含有させることによって、溶滴の微細化とアークの安定化が起こり、スパッタ量が低減できるという点に特徴を有する。Ｃｕを含有させることによって、溶滴の微細化とアークの安定化を実現できるメカニズムは以下のように推定される。
【００１４】
まず溶滴の微細化について説明する。図１は、Ｆｅに添加する元素の添加量と表面張力との関係を表したものである。Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｒｅｖｉｅｗ １９８８ Ｖｏｌ．３３ Ｎｏ．１ ｐ．１によれば、Ｆｅ−Ｃｕ二元系の場合、表面張力は下記（１）式で近似できることが示されている。
γFe-Cu＝γFe−３０×［at.%Ｃｕ］ ・・・（１）
またその他の元素についても例えば、下記（２）〜（６）式のように近似できる。
γFe-Cr＝γFe−７×［at.%Ｃｒ］ ・・・（２）
γFe-C＝γFe−４×［at.%Ｃ］ ・・・（３）
γFe-Al＝γFe−１８×［at.%Ａｌ］ ・・・（４）
γFe-Mn＝γFe−５０×［at.%Ｍｎ］ ・・・（５）
γFe-B＝γFe−２５×［at.%Ｂ］ ・・・（６）
但し、［at.%（元素名）］は各元素の含有量（原子％）を意味する。
【００１５】
γFeを１８００ｍＮ／ｍとしたとき、上記（１）〜（６）の近似式に基づけば、各元素の添加量と表面張力の関係は図１に示される通りである。表面張力を低下させる効果について、同じ添加量で比較した場合にＣｕよりも表面張力低下の効果が優れているものも存在しているが、Ｃｕ以外の他の元素についてはスラグ量や溶接金属の機械的性質等の観点から、多量に添加することは好ましくない。
【００１６】
一方、Ｃｕは比較的多量に含有させても他の特性（例えば靭性など）に悪影響を与えることがないため多量に含有させることが可能であり、一定以上含有させることで溶滴の表面張力を十分に低下させることができる。
【００１７】
なお、本発明にはワイヤ表面にＣｕメッキ層を有するものも包含されるが、このような場合はメッキ層のＣｕ量も含めて、ワイヤ全質量中のＣｕ量が上記範囲となるように制御すればよい。因みに、通常ソリッドワイヤにおいてＣｕメッキを採用する場合には、ワイヤ全質量に対するＣｕ含有量は、０．１０〜０．３０％の範囲内となっている。
【００１８】
次に、アークの安定化についてであるが、Ｃｕは溶鉄の表面に比較的吸着しやすく、溶滴表面中のＣｕの占有面積は大きいものとなる。ＣｕはＦｅに比較して蒸気圧が低いため優先的に蒸発しやすく、溶滴近傍で発生したＣｕ蒸気の影響でアークの電気伝導性や熱伝導が良好となり、アークの極点が安定化するものと考えられる。
【００１９】
Ｃｕ以外の成分については、ソリッドワイヤとして、鉄骨建築、自動車の分野などの使用目的で成分範囲を想定し、下記理由により、成分範囲が調整されている。
【００２０】
Ｃの添加は強度上昇、焼き入れ性向上に効果的であるが過剰添加は延性、靭性が劣化する。Ｓｉ、Ｍｎは脱酸元素として働き、溶着金属の酸素量を低下させて靭性が向上するが、過剰に添加すると溶着金属は脆化し、靭性、延性は劣化する。Ｔｉは高電流でアークを安定させる元素であり、かつＣ、Ｎと親和力が高いことから、微細炭窒化物を析出し、強度、靭性が向上する。しかし、過剰に添加すると強脱酸元素であるため、スラグが多量に発生する。Ｓ、Ｐは不純物元素であり、高温割れを防止するうえで、極力低いことが好ましい。以上のように、添加元素は溶着金属の機械的性質、溶接作業性、溶接欠陥に対して特徴を発揮するものである。
【００２１】
本発明において、このような範囲のソリッドワイヤを対象としたのは、Ｃｕを適度に添加することで致命的な強度、靭性の劣化を起こすことなく、溶滴移行を安定させ、スパッタの低減効果が得られるという観点からである。本発明による各添加元素の限定範囲の詳細は以下のようになる。
【００２２】
Ｃ（炭素）：０．１５０質量％以下
Ｃは溶接金属の強度を確保するのに必要な元素である。このＣ量が微量であってもスパッタの発生には影響しないため下限は設定しないが、０．１５０質量％を超えて多量に含まれると、溶接中の酸素と反応しＣＯガスとして溶滴表面にバブルを発生させ、これがはじけてスパッタを発生させる等、溶接作業性を阻害する。このためＣの含有量は０．１５０質量％以下の範囲と規定する。一方、Ｃ添加量が低すぎると強度の確保が困難なため、好ましくは０．０１０〜０．１５０質量％である。Ｃ量はより好ましくは０．０２〜０．１３質量％であり、さらに好ましくは０．０３〜０．１１質量％である。
【００２３】
Ｓｉ（珪素）：０．２０〜１．００質量％
Ｓｉは主要な脱酸元素の一つであり、溶接金属中の酸素を低減することで、溶接金属の強度、靭性を確保する。Ｓｉ添加量はスパッタの発生に対しては大きく影響しないが、添加量が０．２０質量％未満であると脱酸不足によりブローホールが発生する。一方、１．００質量％を超えて含有されるとスラグが大量発生する。このため、Ｓｉ含有量は０．２０〜１．００質量％の範囲と規定する。Ｓｉ量は好ましくは０．３〜０．９質量％であり、より好ましくは０．４〜０．８質量％である。
【００２４】
Ｍｎ（マンガン）：０．６０〜２．００質量％
ＭｎはＳｉと同様に脱酸剤もしくは硫黄捕捉剤として溶接金属の強度、靭性を確保するものである。含有量が０．６０質量％未満であると脱酸不足によりブローホールが発生し、２．００質量％を超えて含有すると強度の過剰増加による割れ、スパッタの増加やスラグの大量発生が起こる。このため、Ｍｎの含有量は０．６０〜２．００質量％の範囲と規定する。Ｍｎ量は好ましくは０．８〜１．８質量％であり、より好ましくは１．０〜１．７質量％である。
【００２５】
Ｔｉ、Ｚｒ：合計量で０．３０質量％以下
Ｔｉ（チタン），Ｚｒ（ジルコニウム）ともに強脱酸元素であり、炭化物や窒化物にもなりやすく、溶接金属中で核になり、結晶粒の微細化によって、溶接金属の強度、靭性が向上する。また、Ｔｉは高電流でアーク安定させる元素であり、０質量％を超える実質量を含有する。ただし、０．３０質量％を超えて含有すると、スラグが大量に発生する。このため、Ｔｉ，Ｚｒの含有量は合計量で０．３０質量％以下と規定する。ＴｉとＺｒの合計含有量は、好ましくは０．０５〜０．２５質量％であり、より好ましくは０．１０〜０．２２質量％である。
【００２６】
Ｐ：０．０３０質量％以下
Ｐ（リン）は不純物元素であり、多量に添加すると一般的に耐割れ性が助長する元素として知られている。含有量が少ないほど好ましく、そのため下限値は設定しない。０．０３０質量％を超えて含有すると割れが発生するため、上限を０．０３０質量％とし、０．０３０質量％以下と規定する。Ｐ量は、好ましくは０．０２質量％以下であり、より好ましくは０．０１質量％以下である。
【００２７】
Ｓ：０．０３０％質量以下
Ｓ（硫黄）はＰと同様に不純物元素であり、多量に添加すると一般的に耐割れ性が助長する元素として知られている。Ｓの含有量は少ないほど好ましく、そのため下限値は設定しない。０．０３０質量％を超えて含有すると割れが発生するため、上限を０．０３０質量％とし、０．０３０質量％以下と規定する。Ｓ量は、好ましくは０．０２質量％以下であり、より好ましくは０．０１５質量％以下である。
【００２８】
Ｃｕ：０．７０〜６．００質量％
Ｃｕ（銅）は添加すると強度が向上する元素で、前記したようにＣｕは一定以上含有させることで溶滴の表面張力を十分に低下させる効果とアークを安定性させる効果があり、スパッタが減少する。Ｃｕ含有量が０．７０質量％未満であると十分なスパッタ減少効果が得られないため、下限値を０．７０質量％とする。また、好ましいＣｕ量は１．２０質量％以上、より好ましくは１．６０質量％以上、特に２．００質量％以上である。溶滴の表面張力を低下させるという観点からはＣｕ量は多いほど良いが、Ｃｕ量が過剰となるとワイヤの強度が上昇しすぎることにより、６．００質量％を超える含有量では伸線途中に脆性破壊が起こり断線してしまうため、これを上限値とする。靭性からＣｕ量は好ましくは５．００質量％以下であり、より好ましくは４．５０質量％以下である。
【００２９】
さらに必要に応じて、上記の組成に加え、質量％で、Ｍｏ：０．６０％以下および／またはＡｌ：０．５０％以下を添加しても、本発明の効果は損なわない。
【００３０】
Ｍｏ：０．６０質量％以下
Ｍｏは溶接金属の高強度化に用いられる元素であるが、０．６０質量％を超える含有量となると強度過剰により、割れが発生する。このため、Ｍｏの含有量は高強度化のため、必要であれば０．６０質量％以下と規定する。Ｍｏ量は、好ましくは０．５質量％以下であり、より好ましくは０．３質量％以下である。
【００３１】
Ａｌ：０．５０質量％以下
Ａｌは強脱酸元素であり、溶接金属の強度を増加する元素である。しかし、含有量が０．５０質量％を超えるとスパッタの増加、スラグが大量に発生する。このため、Ａｌの含有量は高強度化のため、必要であれば０．５０質量％以下と規定する。Ａｌ量は、好ましくは０．４質量％以下であり、より好ましくは０．３質量％以下である。
【００３２】
さらに、ワイヤ表面にＣｕメッキ層を以下の範囲で施しても、線材含有量とメッキ量を合計して、前記Ｃｕ範囲量を満たせば同様の効果が得られる。
【００３３】
Ｃｕメッキ量：０．１０〜０．３０質量％
Ｃｕメッキは通電性やワイヤの送給性の観点から施される。Ｃｕメッキ量が０．１０質量％未満であれば、メッキむらが生じて通電不安定になる。一方、０．３０質量％を超えるＣｕメッキ量となるとメッキ密着性が悪くなり、生産性が劣るようになる。このように、全ワイヤ質量に対して、０．２０質量％程度のＣｕメッキ量が適量であり、一般的に適用されている。したがって、０．２０質量％前後となる０．１０〜０．３０質量％の範囲を規定する。
【００３４】
なお、上述の各元素の含有量は、ワイヤ全質量に対する割合で上記範囲となるようにする。
【００３５】
本発明においてＭＡＧ溶接とは、シールドガスとしてＣＯ2ガスのみを用いる場合を想定したものであり、こうした場合にスパッタ発生量の低減効果が最も発揮されるものであるが、シールドガスとしてアルゴンガスとＣＯ2ガスを混合したＭＡＧ溶接の場合でも、ＣＯ2ガスの混合量が多くなる場合（例えばＣＯ2ガスの割合が３０％以上）はスパッタ発生量が比較的多くなるため、前記効果が発揮される。
【００３６】
本発明において、溶接条件は通常のＭＡＧ溶接で行われている条件に従えば良く特に限定されないが、例えば溶接電流：５０〜５５０Ａ、アーク電圧：１０〜５０Ｖ、溶接速度：２０〜６０ｃｍ／ｍｉｎ、突き出し長さ：１０〜３０ｍｍ、極性：ＤＣＥＰ（直流逆極性）である。
【実施例】
【００３７】
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。表１、２に示されるソリッドワイヤは表面にメッキが施されていないものであり、表３はワイヤ全質量に対するＣｕ含有量で、０.１０〜０．３０％範囲内のメッキを表面に施した場合の実施例となり、表中のＣｕ量はメッキ分のＣｕを含む値となる。各ワイヤについて以下の溶接条件で溶接を行い、スパッタ量を測定し、割れ、スラグ性、ブローホールについて調査を行った。
【００３８】
（１）溶接条件
溶接電流：３００Ａ
アーク電圧：３６Ｖ
シールドガス：１００％ＣＯ2
溶接速度：４０ｃｍ／ｍｉｎ
突き出し長さ：２５ｍｍ
トーチ角度：垂直
極性：ＤＣＥＰ
溶接母材：ＳＭ４９０Ａ
溶接形態：平板上に溶接
【００３９】
（２）スパッタ量の測定
銅板製の箱状の容器中で、上記溶接条件で３０秒間溶接を行い、発生したスパッタを採取した。採取したスパッタの総質量を測定するとともに、特にＮｏ．１〜４、５３については篩によって１．０ｍｍ超、０．５ｍｍ以上１．０ｍｍ以下、０．５ｍｍ未満のサイズに分別した。
【００４０】
（３）割れの確認
溶接割れ試験はＪＩＳ Ｚ３１５８に準拠したｙ型溶接割れ試験で行い、溶接部の表面割れの有無を目視で確認した。
【００４１】
（４）スラグ性の確認
溶接直後のビード表面をデジタルカメラで撮影し、ビードに被覆しているスラグの面積を画像編集ソフトを用いて、算出し、ビード上のスラグ被覆率を出し、被覆率が１０%を超えれば×、それ以下であれば○とした。
【００４２】
（５）ブローホールの確認
割れ試験で得た溶着金属断面を観察しブローホールの有無を目視で確認した。
【００４３】
結果を表１、表２、表３、図２に示す。アーク安定性は、○：アーク安定、△：たまに不安定になる、×：常に不安定として判定し、スパッタ低減性はＮｏ．１の従来材と比較して○：スパッタ減少率１０％以上、△：スパッタ減少率１０％以下、×：従来材よりもスパッタ増加として判定した。尚、スパッタ測定の誤差は±１０％程度であるので、スパッタ低減率１０％以下はほぼ効果無とみて△と標記している。また、表２中には線材中のＣｕ量、メッキ分のＣｕ量、線材中とメッキ分の合計量としたＣｕ量を記載している。
【００４４】
【表１】
【００４５】
【表２】
【００４６】
Ｎｏ．２〜２４は本実施例である。Ｎｏ．２〜５のようにワイヤ中のＣｕ添加量が増加するにつれてスパッタ量が減少しており、従来材と比較して、十分スパッタの低減効果があると考えられる１０％以上の低減効果が確認でき、割れ、スラグ性、ブローホールに対しても良好であった。Ｎｏ．６〜２２に見られるようにＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｓ、Ｐ量の変化、Ｔｉ，Ｚｒの量を変化してもＣｕを添加することで、スパッタの低減が見られる。また、Ｎｏ．２３，２４のようにＡｌ，Ｍｏを加えて添加してもその性能は変化がない。同様のスパッタ低減効果が知られているＮｏ．５３のＫ添加ワイヤと比較しても、Ｎｏ．２〜５のＣｕ添加ワイヤでは十分なスパッタ低減効果が発揮されている。またアークの安定性について、目視による官能評価を行ったところ、Ｃｕ添加ワイヤはアークの安定性にも問題がないことが確認できた。
【００４７】
また、図２は従来ワイヤ（Ｎｏ．１）、Ｃｕ添加ワイヤ（Ｎｏ．２〜４）とＫ添加ワイヤ（Ｎｏ．５３）のスパッタをサイズ別に分類したものであるが、Ｎｏ．５３のＫ添加ワイヤは、線材中にＣｕを含有しないＮｏ．１と比較して溶滴径が１．０ｍｍ以上の粗大なスパッタのみ低減しているのに対し、Ｎｏ．２〜４のＣｕ添加ワイヤではＮｏ．１と比較して、粗大なスパッタのみならず、溶滴径が０．５ｍｍ未満、および０．５ｍｍ〜１．０ｍｍのサイズのスパッタも低減している。
【００４８】
一方、Ｎｏ．２５〜５４は比較例となる。Ｎｏ．２５、２６はＣｕが微量含有しているものの、スパッタの低減効果がほとんど無かった。Ｎｏ．２７は、Ｃｕ添加量が少ないため、さらにスパッタが増大した。Ｎｏ．２８〜３０はＭｎ量が過少のため、脱酸不足でブローホールが発生した。Ｎｏ．３１はＣが過多であるため、スパッタの低減効果がほとんど無かった。Ｎｏ．３２はＳｉ過多のため、スラグが過剰に発生し、Ｎｏ．３３はＳｉ量が過少なため、脱酸不足でブローホールが発生した。Ｎｏ．３４はＭｎ量過多により、スラグが過剰発生し、スパッタの低減効果もほとんど無かった。Ｎｏ．３５はＳの過多、Ｎｏ．３６はＰの過多により割れが発生した。Ｎｏ．３７〜３９はＴｉ、Ｚｒの強脱酸元素が過多であり、スラグが過剰発生した。Ｎｏ．４０〜４５はＡｌの過多により、スパッタが増大するか、またはスパッタの低減効果がほとんど無く、またスラグが過剰発生するものもあった。Ｎｏ．４６〜４９はＣｕ含有量が微量でＳｉ，Ｍｎ，Ｔｉ，Ｚｒの含有量を変化させたものであるが、従来材とほとんど変化が無かった。Ｎｏ．５０はＣｕ含有量が微量でＭｏを加えたものであるが、従来材と変化がなかった。Ｎｏ．５１，５２はＭｏの含有量が過多であり、低温割れが発生した。Ｎｏ．５３はスパッタを低減させると知られているＫが塗布されているがスパッタ低減効果は小さい。Ｎｏ．５４はＣｕ量が過剰に含有されており、伸線が不可能で線材として、作成できなかった。
【００４９】
（６）溶滴の離脱時間と離脱時の溶滴径の測定
上記表１に示したＮｏ．１とＮｏ．４のワイヤについて、上記溶接条件と同じ条件で溶接を行い、２０００ｆｐｓ以上、赤外域の感度を持つハイスピードカメラを用いて、一つの溶滴が離脱するまでの時間と離脱時の溶滴径を画像から直接測定した。結果を図３に示す。
【００５０】
Ｃｕ含有量が５．００質量％程度であるＮｏ．４では、溶滴の離脱がほぼ２０〜４０ｍｓｅｃの間に集中しており、溶滴径が小さい段階で離脱しており、溶滴移行が安定していることがわかる。
【００５１】
【表３】
【００５２】
Ｎｏ．５５〜５８は表面に０.１０〜０．３０質量％程度のＣｕメッキを施した場合の実施例であり、Ｎｏ. ５９〜６１は比較例となる。Ｎｏ．５５ではメッキ層のＣｕを含めて０．７０質量％以上で十分なスパッタ低減効果が見られ、Ｎｏ．５６〜５８のようにメッキを含めたワイヤ全質量中のＣｕ量が前記範囲となるように制御すれば、スパッタの低減効果を得ることができる。Ｎｏ.５９はメッキ層のみのＣｕ含有量であり、Ｎｏ．５９〜Ｎｏ．６１のようにメッキを含めたＣｕ含有量が０．７０質量％未満の場合はスパッタの低減効果が現れない。
【００５３】
（７）機械的特性の測定
上記表１に示した含有Ｃｕ量の異なるＮｏ．１〜５のワイヤについて、ＪＩＳ Ｚ２２０１の９号試験片を作製して引張試験を行い、引張強度（ＴＳ）を測定した。また、上記の溶接条件にて溶接を行い、溶着金属を作製した。この溶着金属からＪＩＳ Ｚ３１１１に準拠して、シャルピー衝撃試験片（ＪＩＳ Ｚ３１１１ Ａ４号）を採取し、０℃におけるシャルピー吸収エネルギーｖＥ0を測定した。結果を表４に示す。
【００５４】
【表４】
【００５５】
Ｃｕの添加量が増すごとに強度上昇、靭性低下の影響は見られるものの、致命的な靭性の低下は起こらず、６．００質量％程度のＣｕ含有量でも靭性は良好であった。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＡＧ溶接に使用されるソリッドワイヤに関し、特に溶接時に発生するスパッタを極力低減できるＭＡＧ溶接用ソリッドワイヤに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＭＡＧ溶接（ｍｅｔａｌ ａｃｔｉｖｅ ｇａｓ ｗｅｌｄｉｎｇ）は、シールドガスとしてアルゴンガスとＣＯ2ガスの混合ガス（例えばＡｒ：８０％、ＣＯ2：２０％）を用いて行われており、ビード外観が良好な溶接として広く適用されている。近年では、溶接作業性や溶接効率を重視し、シールドガスとして１００％のＣＯ2ガスを用いたＭＡＧ溶接が実施されている。しかしながら、１００％のＣＯ2ガスを用いたＭＡＧ溶接では、スパッタが発生しやすくなるという問題がある。こうしたスパッタを低減する手段として、落下溶滴の微細化やアークを安定化させることが有効であり、これらの手段によって溶滴の移行が安定し、スパッタを低減することが可能である。
【０００３】
従来、スパッタを低減させるために、溶接ワイヤ中に様々な元素を添加した技術が提案されている。例えば、非特許文献１、２では、溶接ワイヤ中にＭｎ、Ｓｉ、Ｔｉを添加し、またＣ、Ａｌ量を抑制すればスパッタを低減できる旨が開示されている。また、特許文献１ではワイヤ中にＳｅを添加し、特許文献２ではＳｂを添加することがスパッタの低減に有効であることが示されている。Ｓｅは表面活性剤であり溶滴の表面張力を低下させる効果があるため落下溶滴を微細化することができ、Ｓｂは旧オーステナイト粒界に偏析し酸素濃度を増加させる効果があるためアークを安定させることができるというものである。一方、ワイヤ表面にＫを塗布したり（特許文献３）、ワイヤ表層部に内部酸化物を形成しその酸化物内にアルカリ金属を含有させる（特許文献４）ことによって、スパッタを低減させる技術も提案されている。Ｋなどのアルカリ金属は蒸気圧が非常に高く、電離しやすい傾向にあることからアークを安定させることができる。さらに、特許文献５、６にはＲＥＭ元素の添加によってスパッタを低減する技術が提案されている。
【０００４】
上記の元素は、溶滴を微細化し、アークを安定化させることができ、スパッタの低減が可能であるが、例えばＳｅは毒物であることから取り扱いが難しいという欠点がある。またＫの表面塗布は数ｐｐｍ程度の塗布量が限界であり、ワイヤ表層部に内部酸化物を形成してその酸化物内にアルカリ金属を含有させる場合でもアルカリ金属を２０〜３０ｐｐｍ程度含有させることが限界であり、スパッタ低減効果は十分とはいえない。またアルカリ金属をワイヤ中に含有させるためには、窒素ガス雰囲気での焼鈍が必要となり、コストと時間がかかる。さらに、ＲＥＭ元素の添加についても、ＲＥＭは高価な元素であるとともに、非常に活性な物質であるためにＲＥＭを添加した鋼を溶製する際の歩留まりが悪く、コストが上昇してしまう。またＭＡＧ溶接では溶滴移行を速めて溶接作業性を高めるために逆極性（ワイヤ電極が＋、母材が−）で施行されるのが一般的であるが、ＲＥＭ添加ワイヤでは正極性（ワイヤ電極が−、母材が＋）でなければスパッタ低減効果は発揮できず、ＭＡＧ溶接で用いるソリッドワイヤとしては適用しにくいという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−２５６４８４号公報
【特許文献２】特開平５−２９３６８９号公報
【特許文献３】特開２００６−９５５５１号公報
【特許文献４】特開平８−１３６９号公報
【特許文献５】特開２００５−４６８７８号公報
【特許文献６】特開２００３−２２５７９２号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】溶接学会誌、１９８１年、第５０巻、第１１号、ｐ．１０５９
【非特許文献２】溶接学会論文集、１９８３年、第１巻、第２号、ｐ．２７９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は通常使用されている逆極性でＭＡＧ溶接を行うに際し、コストを上昇させることなく、スパッタ発生量を低減することのできるＭＡＧ溶接用ソリッドワイヤを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決することのできた本発明に係るＭＡＧ溶接用ソリッドワイヤとは、質量％で、Ｃ：０．１５０％以下、Ｓｉ：０．２０〜１．００％、Ｍｎ：０．６０〜２．００％、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０３０％以下を夫々含有する他、Ｔｉおよび／またはＺｒを合計量で０．３０％以下を含有すると共にＣｕを含有し、残部が鉄および不可避的不純物よりなるＭＡＧ溶接用ソリッドワイヤであって、前記Ｃｕの含有量が、ワイヤ全質量に対して、０．７０〜６．００％の範囲にあることを特徴とするものである。
【０００９】
本発明に係るＭＡＧ溶接用ソリッドワイヤは、ワイヤ表面にワイヤ全質量に対して、Ｃｕメッキ量が０．１０〜０．３０％であるＣｕメッキ層を有するものも含まれ、ワイヤからＣｕメッキ層を除いた線材におけるＣｕ含有量とＣｕメッキ量を合計して、０．７０〜６．００％の範囲にあることを特徴とするものである。また、必要に応じて、更にＭｏ：０．６０％以下、および/またはＡｌ：０．５０％以下を含有するものである。
【００１０】
なお、前記線材とは、メッキの施されていない、溶接用フラックスを内装しない鋼素線を主体とする溶接用の軟鋼ワイヤを指す。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ＭＡＧ溶接用ソリッドワイヤ中にＣｕを所定量含有させることによって、溶滴を微細化させ、かつ、アークを安定化させることができ、スパッタ量を低減することが可能となった。また、製造段階においてＮガスなどの特殊雰囲気による焼鈍などの特殊な工程も必要とせず、容易に製造可能となり、製造コストが緩和する。こうしたソリッドワイヤは、シールドガスとして１００％ＣＯ2を用いる場合や、比較的ＣＯ2ガスの混合量の多い混合ガス（アルゴンとＣＯ2の混合ガス）を用いたＭＡＧ溶接用ソリッドワイヤとして有用である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】Ｆｅに添加する元素の添加量と溶滴の表面張力の関係を示したグラフである。
【図２】各試験ワイヤについての溶滴サイズの内訳を示したグラフである。
【図３】溶滴の離脱時間と離脱時の溶滴径の関係を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明では、ＭＡＧ溶接用ソリッドワイヤにおいてＣｕを所定量含有させることによって、溶滴の微細化とアークの安定化が起こり、スパッタ量が低減できるという点に特徴を有する。Ｃｕを含有させることによって、溶滴の微細化とアークの安定化を実現できるメカニズムは以下のように推定される。
【００１４】
まず溶滴の微細化について説明する。図１は、Ｆｅに添加する元素の添加量と表面張力との関係を表したものである。Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｒｅｖｉｅｗ １９８８ Ｖｏｌ．３３ Ｎｏ．１ ｐ．１によれば、Ｆｅ−Ｃｕ二元系の場合、表面張力は下記（１）式で近似できることが示されている。
γFe-Cu＝γFe−３０×［at.%Ｃｕ］ ・・・（１）
またその他の元素についても例えば、下記（２）〜（６）式のように近似できる。
γFe-Cr＝γFe−７×［at.%Ｃｒ］ ・・・（２）
γFe-C＝γFe−４×［at.%Ｃ］ ・・・（３）
γFe-Al＝γFe−１８×［at.%Ａｌ］ ・・・（４）
γFe-Mn＝γFe−５０×［at.%Ｍｎ］ ・・・（５）
γFe-B＝γFe−２５×［at.%Ｂ］ ・・・（６）
但し、［at.%（元素名）］は各元素の含有量（原子％）を意味する。
【００１５】
γFeを１８００ｍＮ／ｍとしたとき、上記（１）〜（６）の近似式に基づけば、各元素の添加量と表面張力の関係は図１に示される通りである。表面張力を低下させる効果について、同じ添加量で比較した場合にＣｕよりも表面張力低下の効果が優れているものも存在しているが、Ｃｕ以外の他の元素についてはスラグ量や溶接金属の機械的性質等の観点から、多量に添加することは好ましくない。
【００１６】
一方、Ｃｕは比較的多量に含有させても他の特性（例えば靭性など）に悪影響を与えることがないため多量に含有させることが可能であり、一定以上含有させることで溶滴の表面張力を十分に低下させることができる。
【００１７】
なお、本発明にはワイヤ表面にＣｕメッキ層を有するものも包含されるが、このような場合はメッキ層のＣｕ量も含めて、ワイヤ全質量中のＣｕ量が上記範囲となるように制御すればよい。因みに、通常ソリッドワイヤにおいてＣｕメッキを採用する場合には、ワイヤ全質量に対するＣｕ含有量は、０．１０〜０．３０％の範囲内となっている。
【００１８】
次に、アークの安定化についてであるが、Ｃｕは溶鉄の表面に比較的吸着しやすく、溶滴表面中のＣｕの占有面積は大きいものとなる。ＣｕはＦｅに比較して蒸気圧が低いため優先的に蒸発しやすく、溶滴近傍で発生したＣｕ蒸気の影響でアークの電気伝導性や熱伝導が良好となり、アークの極点が安定化するものと考えられる。
【００１９】
Ｃｕ以外の成分については、ソリッドワイヤとして、鉄骨建築、自動車の分野などの使用目的で成分範囲を想定し、下記理由により、成分範囲が調整されている。
【００２０】
Ｃの添加は強度上昇、焼き入れ性向上に効果的であるが過剰添加は延性、靭性が劣化する。Ｓｉ、Ｍｎは脱酸元素として働き、溶着金属の酸素量を低下させて靭性が向上するが、過剰に添加すると溶着金属は脆化し、靭性、延性は劣化する。Ｔｉは高電流でアークを安定させる元素であり、かつＣ、Ｎと親和力が高いことから、微細炭窒化物を析出し、強度、靭性が向上する。しかし、過剰に添加すると強脱酸元素であるため、スラグが多量に発生する。Ｓ、Ｐは不純物元素であり、高温割れを防止するうえで、極力低いことが好ましい。以上のように、添加元素は溶着金属の機械的性質、溶接作業性、溶接欠陥に対して特徴を発揮するものである。
【００２１】
本発明において、このような範囲のソリッドワイヤを対象としたのは、Ｃｕを適度に添加することで致命的な強度、靭性の劣化を起こすことなく、溶滴移行を安定させ、スパッタの低減効果が得られるという観点からである。本発明による各添加元素の限定範囲の詳細は以下のようになる。
【００２２】
Ｃ（炭素）：０．１５０質量％以下
Ｃは溶接金属の強度を確保するのに必要な元素である。このＣ量が微量であってもスパッタの発生には影響しないため下限は設定しないが、０．１５０質量％を超えて多量に含まれると、溶接中の酸素と反応しＣＯガスとして溶滴表面にバブルを発生させ、これがはじけてスパッタを発生させる等、溶接作業性を阻害する。このためＣの含有量は０．１５０質量％以下の範囲と規定する。一方、Ｃ添加量が低すぎると強度の確保が困難なため、好ましくは０．０１０〜０．１５０質量％である。Ｃ量はより好ましくは０．０２〜０．１３質量％であり、さらに好ましくは０．０３〜０．１１質量％である。
【００２３】
Ｓｉ（珪素）：０．２０〜１．００質量％
Ｓｉは主要な脱酸元素の一つであり、溶接金属中の酸素を低減することで、溶接金属の強度、靭性を確保する。Ｓｉ添加量はスパッタの発生に対しては大きく影響しないが、添加量が０．２０質量％未満であると脱酸不足によりブローホールが発生する。一方、１．００質量％を超えて含有されるとスラグが大量発生する。このため、Ｓｉ含有量は０．２０〜１．００質量％の範囲と規定する。Ｓｉ量は好ましくは０．３〜０．９質量％であり、より好ましくは０．４〜０．８質量％である。
【００２４】
Ｍｎ（マンガン）：０．６０〜２．００質量％
ＭｎはＳｉと同様に脱酸剤もしくは硫黄捕捉剤として溶接金属の強度、靭性を確保するものである。含有量が０．６０質量％未満であると脱酸不足によりブローホールが発生し、２．００質量％を超えて含有すると強度の過剰増加による割れ、スパッタの増加やスラグの大量発生が起こる。このため、Ｍｎの含有量は０．６０〜２．００質量％の範囲と規定する。Ｍｎ量は好ましくは０．８〜１．８質量％であり、より好ましくは１．０〜１．７質量％である。
【００２５】
Ｔｉ、Ｚｒ：合計量で０．３０質量％以下
Ｔｉ（チタン），Ｚｒ（ジルコニウム）ともに強脱酸元素であり、炭化物や窒化物にもなりやすく、溶接金属中で核になり、結晶粒の微細化によって、溶接金属の強度、靭性が向上する。また、Ｔｉは高電流でアーク安定させる元素であり、０質量％を超える実質量を含有する。ただし、０．３０質量％を超えて含有すると、スラグが大量に発生する。このため、Ｔｉ，Ｚｒの含有量は合計量で０．３０質量％以下と規定する。ＴｉとＺｒの合計含有量は、好ましくは０．０５〜０．２５質量％であり、より好ましくは０．１０〜０．２２質量％である。
【００２６】
Ｐ：０．０３０質量％以下
Ｐ（リン）は不純物元素であり、多量に添加すると一般的に耐割れ性が助長する元素として知られている。含有量が少ないほど好ましく、そのため下限値は設定しない。０．０３０質量％を超えて含有すると割れが発生するため、上限を０．０３０質量％とし、０．０３０質量％以下と規定する。Ｐ量は、好ましくは０．０２質量％以下であり、より好ましくは０．０１質量％以下である。
【００２７】
Ｓ：０．０３０％質量以下
Ｓ（硫黄）はＰと同様に不純物元素であり、多量に添加すると一般的に耐割れ性が助長する元素として知られている。Ｓの含有量は少ないほど好ましく、そのため下限値は設定しない。０．０３０質量％を超えて含有すると割れが発生するため、上限を０．０３０質量％とし、０．０３０質量％以下と規定する。Ｓ量は、好ましくは０．０２質量％以下であり、より好ましくは０．０１５質量％以下である。
【００２８】
Ｃｕ：０．７０〜６．００質量％
Ｃｕ（銅）は添加すると強度が向上する元素で、前記したようにＣｕは一定以上含有させることで溶滴の表面張力を十分に低下させる効果とアークを安定性させる効果があり、スパッタが減少する。Ｃｕ含有量が０．７０質量％未満であると十分なスパッタ減少効果が得られないため、下限値を０．７０質量％とする。また、好ましいＣｕ量は１．２０質量％以上、より好ましくは１．６０質量％以上、特に２．００質量％以上である。溶滴の表面張力を低下させるという観点からはＣｕ量は多いほど良いが、Ｃｕ量が過剰となるとワイヤの強度が上昇しすぎることにより、６．００質量％を超える含有量では伸線途中に脆性破壊が起こり断線してしまうため、これを上限値とする。靭性からＣｕ量は好ましくは５．００質量％以下であり、より好ましくは４．５０質量％以下である。
【００２９】
さらに必要に応じて、上記の組成に加え、質量％で、Ｍｏ：０．６０％以下および／またはＡｌ：０．５０％以下を添加しても、本発明の効果は損なわない。
【００３０】
Ｍｏ：０．６０質量％以下
Ｍｏは溶接金属の高強度化に用いられる元素であるが、０．６０質量％を超える含有量となると強度過剰により、割れが発生する。このため、Ｍｏの含有量は高強度化のため、必要であれば０．６０質量％以下と規定する。Ｍｏ量は、好ましくは０．５質量％以下であり、より好ましくは０．３質量％以下である。
【００３１】
Ａｌ：０．５０質量％以下
Ａｌは強脱酸元素であり、溶接金属の強度を増加する元素である。しかし、含有量が０．５０質量％を超えるとスパッタの増加、スラグが大量に発生する。このため、Ａｌの含有量は高強度化のため、必要であれば０．５０質量％以下と規定する。Ａｌ量は、好ましくは０．４質量％以下であり、より好ましくは０．３質量％以下である。
【００３２】
さらに、ワイヤ表面にＣｕメッキ層を以下の範囲で施しても、線材含有量とメッキ量を合計して、前記Ｃｕ範囲量を満たせば同様の効果が得られる。
【００３３】
Ｃｕメッキ量：０．１０〜０．３０質量％
Ｃｕメッキは通電性やワイヤの送給性の観点から施される。Ｃｕメッキ量が０．１０質量％未満であれば、メッキむらが生じて通電不安定になる。一方、０．３０質量％を超えるＣｕメッキ量となるとメッキ密着性が悪くなり、生産性が劣るようになる。このように、全ワイヤ質量に対して、０．２０質量％程度のＣｕメッキ量が適量であり、一般的に適用されている。したがって、０．２０質量％前後となる０．１０〜０．３０質量％の範囲を規定する。
【００３４】
なお、上述の各元素の含有量は、ワイヤ全質量に対する割合で上記範囲となるようにする。
【００３５】
本発明においてＭＡＧ溶接とは、シールドガスとしてＣＯ2ガスのみを用いる場合を想定したものであり、こうした場合にスパッタ発生量の低減効果が最も発揮されるものであるが、シールドガスとしてアルゴンガスとＣＯ2ガスを混合したＭＡＧ溶接の場合でも、ＣＯ2ガスの混合量が多くなる場合（例えばＣＯ2ガスの割合が３０％以上）はスパッタ発生量が比較的多くなるため、前記効果が発揮される。
【００３６】
本発明において、溶接条件は通常のＭＡＧ溶接で行われている条件に従えば良く特に限定されないが、例えば溶接電流：５０〜５５０Ａ、アーク電圧：１０〜５０Ｖ、溶接速度：２０〜６０ｃｍ／ｍｉｎ、突き出し長さ：１０〜３０ｍｍ、極性：ＤＣＥＰ（直流逆極性）である。
【実施例】
【００３７】
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。表１、２に示されるソリッドワイヤは表面にメッキが施されていないものであり、表３はワイヤ全質量に対するＣｕ含有量で、０.１０〜０．３０％範囲内のメッキを表面に施した場合の実施例となり、表中のＣｕ量はメッキ分のＣｕを含む値となる。各ワイヤについて以下の溶接条件で溶接を行い、スパッタ量を測定し、割れ、スラグ性、ブローホールについて調査を行った。
【００３８】
（１）溶接条件
溶接電流：３００Ａ
アーク電圧：３６Ｖ
シールドガス：１００％ＣＯ2
溶接速度：４０ｃｍ／ｍｉｎ
突き出し長さ：２５ｍｍ
トーチ角度：垂直
極性：ＤＣＥＰ
溶接母材：ＳＭ４９０Ａ
溶接形態：平板上に溶接
【００３９】
（２）スパッタ量の測定
銅板製の箱状の容器中で、上記溶接条件で３０秒間溶接を行い、発生したスパッタを採取した。採取したスパッタの総質量を測定するとともに、特にＮｏ．１〜４、５３については篩によって１．０ｍｍ超、０．５ｍｍ以上１．０ｍｍ以下、０．５ｍｍ未満のサイズに分別した。
【００４０】
（３）割れの確認
溶接割れ試験はＪＩＳ Ｚ３１５８に準拠したｙ型溶接割れ試験で行い、溶接部の表面割れの有無を目視で確認した。
【００４１】
（４）スラグ性の確認
溶接直後のビード表面をデジタルカメラで撮影し、ビードに被覆しているスラグの面積を画像編集ソフトを用いて、算出し、ビード上のスラグ被覆率を出し、被覆率が１０%を超えれば×、それ以下であれば○とした。
【００４２】
（５）ブローホールの確認
割れ試験で得た溶着金属断面を観察しブローホールの有無を目視で確認した。
【００４３】
結果を表１、表２、表３、図２に示す。アーク安定性は、○：アーク安定、△：たまに不安定になる、×：常に不安定として判定し、スパッタ低減性はＮｏ．１の従来材と比較して○：スパッタ減少率１０％以上、△：スパッタ減少率１０％以下、×：従来材よりもスパッタ増加として判定した。尚、スパッタ測定の誤差は±１０％程度であるので、スパッタ低減率１０％以下はほぼ効果無とみて△と標記している。また、表２中には線材中のＣｕ量、メッキ分のＣｕ量、線材中とメッキ分の合計量としたＣｕ量を記載している。
【００４４】
【表１】
【００４５】
【表２】
【００４６】
Ｎｏ．２〜２４は本実施例である。Ｎｏ．２〜５のようにワイヤ中のＣｕ添加量が増加するにつれてスパッタ量が減少しており、従来材と比較して、十分スパッタの低減効果があると考えられる１０％以上の低減効果が確認でき、割れ、スラグ性、ブローホールに対しても良好であった。Ｎｏ．６〜２２に見られるようにＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｓ、Ｐ量の変化、Ｔｉ，Ｚｒの量を変化してもＣｕを添加することで、スパッタの低減が見られる。また、Ｎｏ．２３，２４のようにＡｌ，Ｍｏを加えて添加してもその性能は変化がない。同様のスパッタ低減効果が知られているＮｏ．５３のＫ添加ワイヤと比較しても、Ｎｏ．２〜５のＣｕ添加ワイヤでは十分なスパッタ低減効果が発揮されている。またアークの安定性について、目視による官能評価を行ったところ、Ｃｕ添加ワイヤはアークの安定性にも問題がないことが確認できた。
【００４７】
また、図２は従来ワイヤ（Ｎｏ．１）、Ｃｕ添加ワイヤ（Ｎｏ．２〜４）とＫ添加ワイヤ（Ｎｏ．５３）のスパッタをサイズ別に分類したものであるが、Ｎｏ．５３のＫ添加ワイヤは、線材中にＣｕを含有しないＮｏ．１と比較して溶滴径が１．０ｍｍ以上の粗大なスパッタのみ低減しているのに対し、Ｎｏ．２〜４のＣｕ添加ワイヤではＮｏ．１と比較して、粗大なスパッタのみならず、溶滴径が０．５ｍｍ未満、および０．５ｍｍ〜１．０ｍｍのサイズのスパッタも低減している。
【００４８】
一方、Ｎｏ．２５〜５４は比較例となる。Ｎｏ．２５、２６はＣｕが微量含有しているものの、スパッタの低減効果がほとんど無かった。Ｎｏ．２７は、Ｃｕ添加量が少ないため、さらにスパッタが増大した。Ｎｏ．２８〜３０はＭｎ量が過少のため、脱酸不足でブローホールが発生した。Ｎｏ．３１はＣが過多であるため、スパッタの低減効果がほとんど無かった。Ｎｏ．３２はＳｉ過多のため、スラグが過剰に発生し、Ｎｏ．３３はＳｉ量が過少なため、脱酸不足でブローホールが発生した。Ｎｏ．３４はＭｎ量過多により、スラグが過剰発生し、スパッタの低減効果もほとんど無かった。Ｎｏ．３５はＳの過多、Ｎｏ．３６はＰの過多により割れが発生した。Ｎｏ．３７〜３９はＴｉ、Ｚｒの強脱酸元素が過多であり、スラグが過剰発生した。Ｎｏ．４０〜４５はＡｌの過多により、スパッタが増大するか、またはスパッタの低減効果がほとんど無く、またスラグが過剰発生するものもあった。Ｎｏ．４６〜４９はＣｕ含有量が微量でＳｉ，Ｍｎ，Ｔｉ，Ｚｒの含有量を変化させたものであるが、従来材とほとんど変化が無かった。Ｎｏ．５０はＣｕ含有量が微量でＭｏを加えたものであるが、従来材と変化がなかった。Ｎｏ．５１，５２はＭｏの含有量が過多であり、低温割れが発生した。Ｎｏ．５３はスパッタを低減させると知られているＫが塗布されているがスパッタ低減効果は小さい。Ｎｏ．５４はＣｕ量が過剰に含有されており、伸線が不可能で線材として、作成できなかった。
【００４９】
（６）溶滴の離脱時間と離脱時の溶滴径の測定
上記表１に示したＮｏ．１とＮｏ．４のワイヤについて、上記溶接条件と同じ条件で溶接を行い、２０００ｆｐｓ以上、赤外域の感度を持つハイスピードカメラを用いて、一つの溶滴が離脱するまでの時間と離脱時の溶滴径を画像から直接測定した。結果を図３に示す。
【００５０】
Ｃｕ含有量が５．００質量％程度であるＮｏ．４では、溶滴の離脱がほぼ２０〜４０ｍｓｅｃの間に集中しており、溶滴径が小さい段階で離脱しており、溶滴移行が安定していることがわかる。
【００５１】
【表３】
【００５２】
Ｎｏ．５５〜５８は表面に０.１０〜０．３０質量％程度のＣｕメッキを施した場合の実施例であり、Ｎｏ. ５９〜６１は比較例となる。Ｎｏ．５５ではメッキ層のＣｕを含めて０．７０質量％以上で十分なスパッタ低減効果が見られ、Ｎｏ．５６〜５８のようにメッキを含めたワイヤ全質量中のＣｕ量が前記範囲となるように制御すれば、スパッタの低減効果を得ることができる。Ｎｏ.５９はメッキ層のみのＣｕ含有量であり、Ｎｏ．５９〜Ｎｏ．６１のようにメッキを含めたＣｕ含有量が０．７０質量％未満の場合はスパッタの低減効果が現れない。
【００５３】
（７）機械的特性の測定
上記表１に示した含有Ｃｕ量の異なるＮｏ．１〜５のワイヤについて、ＪＩＳ Ｚ２２０１の９号試験片を作製して引張試験を行い、引張強度（ＴＳ）を測定した。また、上記の溶接条件にて溶接を行い、溶着金属を作製した。この溶着金属からＪＩＳ Ｚ３１１１に準拠して、シャルピー衝撃試験片（ＪＩＳ Ｚ３１１１ Ａ４号）を採取し、０℃におけるシャルピー吸収エネルギーｖＥ0を測定した。結果を表４に示す。
【００５４】
【表４】
【００５５】
Ｃｕの添加量が増すごとに強度上昇、靭性低下の影響は見られるものの、致命的な靭性の低下は起こらず、６．００質量％程度のＣｕ含有量でも靭性は良好であった。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｃ ：０．１５０％以下、
Ｓｉ：０．２０〜１．００％、
Ｍｎ：０．６０〜２．００％、
Ｐ ：０．０３０％以下、
Ｓ ：０．０３０％以下を夫々含有する他、
Ｔｉおよび／またはＺｒを合計量で０．３０％以下含有すると共にＣｕを含有し、残部が鉄および不可避的不純物よりなるＭＡＧ溶接用ソリッドワイヤであって、
前記Ｃｕの含有量が、ワイヤ全質量に対して、０．７０〜６．００％の範囲にあることを特徴とするＭＡＧ溶接用ソリッドワイヤ。
【請求項２】
ワイヤ表面にワイヤ全質量に対して、Ｃｕメッキ量が０．１０〜０．３０％であるＣｕメッキ層を有するＭＡＧ溶接用ソリッドワイヤであって、ワイヤからＣｕメッキ層を除いた線材におけるＣｕ含有量とＣｕメッキ量を合計して、請求項１記載のＣｕ含有量範囲を満たすＭＡＧ溶接用ソリッドワイヤ。
【請求項３】
更に、Ｍｏ：０．６０％以下、及び/またはＡｌ：０．５０％以下を含有するものである請求項１または２に記載のＭＡＧ溶接用ソリッドワイヤ。
【請求項１】
質量％で、
Ｃ ：０．１５０％以下、
Ｓｉ：０．２０〜１．００％、
Ｍｎ：０．６０〜２．００％、
Ｐ ：０．０３０％以下、
Ｓ ：０．０３０％以下を夫々含有する他、
Ｔｉおよび／またはＺｒを合計量で０．３０％以下含有すると共にＣｕを含有し、残部が鉄および不可避的不純物よりなるＭＡＧ溶接用ソリッドワイヤであって、
前記Ｃｕの含有量が、ワイヤ全質量に対して、０．７０〜６．００％の範囲にあることを特徴とするＭＡＧ溶接用ソリッドワイヤ。
【請求項２】
ワイヤ表面にワイヤ全質量に対して、Ｃｕメッキ量が０．１０〜０．３０％であるＣｕメッキ層を有するＭＡＧ溶接用ソリッドワイヤであって、ワイヤからＣｕメッキ層を除いた線材におけるＣｕ含有量とＣｕメッキ量を合計して、請求項１記載のＣｕ含有量範囲を満たすＭＡＧ溶接用ソリッドワイヤ。
【請求項３】
更に、Ｍｏ：０．６０％以下、及び/またはＡｌ：０．５０％以下を含有するものである請求項１または２に記載のＭＡＧ溶接用ソリッドワイヤ。
【図１】
【図３】
【図２】
【図３】
【図２】
【公開番号】特開２０１０−１２００８３（Ｐ２０１０−１２００８３Ａ）
【公開日】平成２２年６月３日（２０１０．６．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２４２８０４（Ｐ２００９−２４２８０４）
【出願日】平成２１年１０月２１日（２００９．１０．２１）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【公開日】平成２２年６月３日（２０１０．６．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１０月２１日（２００９．１０．２１）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
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