特許 6437327 炭酸ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6437327

(24)【登録日】2018年11月22日

(45)【発行日】2018年12月12日

(54)【発明の名称】炭酸ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ

(51)【国際特許分類】

   B23K 35/368 20060101AFI20181203BHJP

   B23K 35/30 20060101ALI20181203BHJP

【ＦＩ】

   B23K35/368 B

   B23K35/30 320A

【請求項の数】2

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2015-14058(P2015-14058)

(22)【出願日】2015年1月28日

(65)【公開番号】特開2016-137508(P2016-137508A)

(43)【公開日】2016年8月4日

【審査請求日】2017年5月16日

(73)【特許権者】

【識別番号】302040135

【氏名又は名称】日鐵住金溶接工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100120868

【弁理士】

【氏名又は名称】安彦 元

(72)【発明者】

【氏名】高山 力也

(72)【発明者】

【氏名】笹木 聖人

(72)【発明者】

【氏名】戸塚 康仁

(72)【発明者】

【氏名】鳥谷部 正明

【審査官】 川口 由紀子

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−１１３６１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−１３１９８５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｋ ３５／３６８

Ｂ２３Ｋ ３５／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

鋼製外皮にフラックスを充填してなる炭酸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、鋼製外皮とフラックスの合計で、
Ｃ：０．０３〜０．０８％、
Ｓｉ：０．２〜０．７％、
Ｍｎ：１．４〜３．０％、
Ｃｕ：０．０１〜０．５％、
Ｎｉ：０．８〜３．０％、
Ｔｉ：０．０５〜０．５％、
Ｂ：０．００２〜０．０１５％を含有し、
Ａｌ：０．０５％以下であり、
さらに、ワイヤ全質量に対する質量％で、フラックス中に、
Ｔｉ酸化物のＴｉＯ₂換算値の合計：４〜８．０％、
Ｓｉ酸化物のＳｉＯ₂換算値の合計：０．１〜０．６％、
Ａｌ酸化物のＡｌ₂Ｏ₃換算値の合計：０．０２〜０．３％、
Ｍｇ：０．１〜０．８％、
弗素化合物のＦ換算値の合計：０．０５〜０．３％、
弗素化合物中におけるＮａ及びＫのＮａ換算値及びＫ換算値の１種または２種の合計：０．０５〜０．３％、
Ｎａ₂Ｏ及びＫ₂Ｏの１種または２種の合計：０．０５〜０．２％、
Ｚｒ酸化物のＺｒＯ₂換算値の合計：０．２％以下を含有し、
残部が、鋼製外皮のＦｅ、成分調整のために添加する鉄粉、鉄合金粉のＦｅ分及び不可避不純物からなることを特徴とする炭酸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】

成形された鋼製外皮の合わせ目が溶接されていることで鋼製外皮に継目を無くしたことを特徴とする請求項１に記載の炭酸ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、鋼構造物等に使用される鋼を溶接するにあたって全姿勢溶接での溶接作業性が良好であり、かつ耐低温割れ性、低温靭性及び破壊靭性（以下、ＣＴＯＤという。）等の特性に優れた溶接金属が得られる炭酸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】

鋼を被溶接材とするガスシールドアーク溶接に用いられるフラックス入りワイヤとしては、例えばルチール系フラックス入りワイヤや塩基性系フラックスワイヤが知られている。塩基性系フラックス入りワイヤを用いた溶接は、溶接金属の酸素量を低減できるので、低温靭性及びＣＴＯＤ特性は優れている。但し、この塩基性系フラックス入りワイヤによる溶接では、全姿勢溶接における溶接作業性がルチール系フラックス入りワイヤに比べ劣るので一般に用いられることが少ない。

【0003】

一方、ルチール系フラックス入りワイヤを用いた炭酸ガスシールドアーク溶接は、溶接能率、全姿勢溶接での溶接作業性が非常に優れているので、造船、橋梁、海洋構造物、鉄骨等の広い分野で適用されている。

【0004】

しかし、ルチール系フラックス入りワイヤは、ＴｉＯ₂をはじめとする金属酸化物主体のフラックスが鋼製外皮中に充填されているために、溶接金属中の酸素量が多く、低温靭性が得にくく、特にシールドガスにＣＯ₂ガスを用いる場合にはＡｒとＣＯ₂の混合ガスを用いた場合よりも靭性の確保が困難である。また、フラックス原料に含有される水分やワイヤ保管時の吸湿により、拡散性水素量がソリッドワイヤに比べ高いことから、溶接金属の低温割れが懸念され、板厚の厚い鋼板の溶接時には１００℃程度の予熱をする必要があり、溶接能率を低下させる原因となっている。

【0005】

低温用鋼の炭酸ガス溶接用フラックス入りワイヤについては、これまで種々の開発が進められている。例えば、特許文献１の開示技術には、溶接中にスラグ成分に変わる合金成分を添加して、立向上進溶接において溶融金属の垂れ落ち（以下、メタル垂れという。）が生じないように作用するスラグ量を維持しながら、溶接金属の酸素量を低減して低温靭性が優れる溶接金属を得るために、溶接中にスラグ成分に変化するＴｉ等の合金成分を添加する技術が開示されている。しかし、特許文献１に記載の技術では、アーク状態が不安定でスパッタ発生量が多く、さらに、溶接金属の十分な低温靭性が得られず、耐高温割れ性は確保されているものの耐低温割れ性については考慮されていない。

【0006】

また、特許文献２においても、低温靭性が優れる溶接金属を得る技術が開示されている。この特許文献２の開示技術では、ＴｉＯ₂、Ｂ、Ｍｇ及びＡｌの添加量を適切に保つことで、溶接金属の酸素量を低減し、全姿勢溶接での溶接作業性を良好にする。しかしながら、この強脱酸剤として添加されるＡｌは、Ａｌ酸化物として過度に溶接金属に残留して溶接金属の低温靭性及びＣＴＯＤ値が得られない。また、この特許文献２の記載の技術では、耐低温割れ性については特段考慮されていない。

【0007】

さらに、特許文献３には、ＴｉＯ₂を主成分とした金属酸化物及び金属弗化物からなるスラグ成分と最適な合金成分及び脱酸剤を含むことによって、全姿勢溶接における溶接作業性及び低温靭性を得る技術が開示されている。しかし、この特許文献３の開示技術においても、炭酸ガスシールド溶接であるので溶接金属の酸素量が多く、特に低温において優れたＣＴＯＤ値が得られないという問題点があった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開２００９−６１４７４号公報

【特許文献2】特開２００２−３６１４８６号公報

【特許文献3】特開２０１４−１１３６１５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

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、鋼構造物等に使用される鋼を溶接するにあたって全姿勢溶接での溶接作業性が良好であり、かつ耐低温割れ性、低温靭性及びＣＴＯＤ特性に優れた溶接金属を得ることができる炭酸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】

【0010】

本発明者らは、シールドガスとして炭酸ガスを用いたルチール系のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤについて、全姿勢溶接、特に立向上進溶接での溶融金属のメタル垂れが生じずアークが安定してスパッタの発生量が少ないなどの溶接作業性が良好であり、−６０℃における低温靭性及び−３０℃におけるＣＴＯＤ値が良好で、耐低温割れ性に優れた溶接金属を得るべく、種々検討を行った。

【0011】

その結果、ＴｉＯ₂を主成分とした金属酸化物、Ｎａ及びＫを含む弗素化合物からなるスラグ成分と最適な合金成分及び脱酸剤を含む化学成分とすることによって、全姿勢における溶接作業性、低温靭性及びＣＴＯＤ値が良好な溶接金属が得られ、さらに、成形された鋼製外皮の合わせ目が溶接されていることで鋼製外皮の継目を無くすことにより、強度の高い溶接金属においても耐低温割れ性を改善できることを見出した。

【0012】

すなわち、本発明の要旨は、鋼製外皮にフラックスを充填してなる炭酸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、鋼製外皮とフラックスの合計で、Ｃ：０．０３〜０．０８％、Ｓｉ：０．２〜０．７％、Ｍｎ：１．４〜３．０％、Ｃｕ：０．０１〜０．５％、Ｎｉ：０．８〜３．０％、Ｔｉ：０．０５〜０．５％、Ｂ：０．００２〜０．０１５％を含有し、Ａｌ：０．０５％以下であり、さらに、ワイヤ全質量に対する質量％で、フラックス中に、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ₂換算値の合計：４〜８．０％、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ₂換算値の合計：０．１〜０．６％、Ａｌ酸化物のＡｌ₂Ｏ₃換算値の合計：０．０２〜０．３％、Ｍｇ：０．１〜０．８％、弗素化合物のＦ換算値の合計：０．０５〜０．３％、弗素化合物中におけるＮａ及びＫのＮａ換算値及びＫ換算値の１種または２種の合計：０．０５〜０．３％、Ｎａ₂Ｏ及びＫ₂Ｏの１種または２種の合計：０．０５〜０．２％、Ｚｒ酸化物のＺｒＯ₂換算値の合計：０．２％以下を含有し、残部が、鋼製外皮のＦｅ、成分調整のために添加する鉄粉、鉄合金粉のＦｅ分及び不可避不純物からなることを特徴とする。

【0013】

また、本発明の要旨は、成形された鋼製外皮の合わせ目が溶接されていることで鋼製外皮に継目を無くしたことも特徴とする。

【発明の効果】

【0014】

本発明の炭酸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、全姿勢溶接、特に立向上進溶接でのメタル垂れが生じずアークが安定してスパッタの発生量が少ないなどの溶接作業性が良好であり、また、−６０℃における低温靭性及び−３０℃におけるＣＴＯＤ値が良好で、耐低温割れ性が優れた溶接金属が得られる。従って、本発明によれば、溶接能率の向上及び溶接金属の品質の向上を図ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の実施例に用いた継手試験の開先形状を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明の炭酸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と、その成分組成及びその含有率と、各成分組成の限定理由とについて説明する。なお、各成分組成の含有量は、フラックス入りワイヤ全質量に対する質量％で表すこととし、その質量％を表すときには単に％と記載して表すこととする。

【0017】

［鋼製外皮とフラックスの合計でＣ：０．０３〜０．０８％］
Ｃは、溶接金属の強度向上の効果がある。しかし、Ｃが０．０３％未満では、溶接金属の強度が低くなる。一方、Ｃが０．０８％超では、Ｃが溶接金属中に過剰に歩留まることにより、溶接金属の強度が高くなり、かえって低温靱性が低下する。従って、鋼製外皮とフラックスの合計でＣは０．０３〜０．０８％とする。なお、Ｃは、鋼製外皮に含まれる成分の他、フラックスからの金属粉及び合金粉等から添加できる。

【0018】

［鋼製外皮とフラックスの合計でＳｉ：０．２〜０．７％］
Ｓｉは、溶接時に一部が溶接スラグとなることにより溶接ビードの外観やビード形状を良好にし、溶接作業性の向上に寄与する。しかし、Ｓｉが０．２％未満では、ビードの外観やビード形状を良好にする効果が十分に得られない。一方、Ｓｉが０．７％を超えると、Ｓｉが溶接金属中に過剰に歩留まることにより、溶接金属の低温靱性が低下する。従って、鋼製外皮とフラックスの合計でＳｉは０．２〜０．７％とする。なお、Ｓｉは、鋼製外皮に含まれる成分の他、フラックスからの金属Ｓｉ、Ｆｅ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｎ等の合金粉末から添加できる。

【0019】

［鋼製外皮とフラックスの合計でＭｎ：１．４〜３．０％］
Ｍｎは、溶接金属中に歩留まることにより、溶接金属の強度と低温靱性及びＣＴＯＤ値を高める効果がある。しかし、Ｍｎが１．４％未満では、溶接金属の強度、低温靭性及びＣＴＯＤ値が低下する。一方、Ｍｎが３．０％を超えると、Ｍｎが溶接金属中に過剰に歩留まり、溶接金属の強度が高くなることにより、かえって溶接金属の低温靱性及びＣＴＯＤ値が低下する。従って、鋼製外皮とフラックスの合計でＭｎは１．４〜３．０％とする。なお、Ｍｎは、鋼製外皮に含まれる成分の他、フラックスからの金属Ｍｎ、Ｆｅ−Ｍｎ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｎ等の合金粉末から添加できる。

【0020】

［鋼製外皮とフラックスの合計でＣｕ：０．０１〜０．５％］
Ｃｕは、溶接金属の組織を微細化し、低温靭性及び強度を高める効果がある。しかし、Ｃｕが０．０１％未満では、溶接金属の強度及び低温靭性が低下する。一方、Ｃｕが０．５％を超えると、溶接金属の強度が過剰になり、かえって低温靭性が低下する。従って、鋼製外皮とフラックスの合計でＣｕは０．０１〜０．５％とする。なお、Ｃｕは鋼製外皮表面に施したＣｕめっき分の他、フラックスからの金属Ｃｕ、Ｃｕ−Ｚｒ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｕ等の合金粉末から添加できる。

【0021】

［鋼製外皮とフラックスの合計でＮｉ：０．８〜３．０％］
Ｎｉは、溶接金属の低温靱性及びＣＴＯＤ値を向上させる効果がある。しかし、Ｎｉが０．８％未満では、溶接金属の低温靭性及びＣＴＯＤ値が低下する。一方、Ｎｉが３．０％を超えると、溶接金属に高温割れが発生し易くなる。従って、鋼製外皮とフラックスの合計でＮｉは０．８〜３．０％とする。なお、Ｎｉは、鋼製外皮に含まれる成分の他、フラックスからの金属Ｎｉ、Ｆｅ−Ｎｉ等の合金粉末から添加できる。

【0022】

［鋼製外皮とフラックスの合計でＴｉ：０．０５〜０．５％］
Ｔｉは、溶接金属の組織を微細化して低温靭性及びＣＴＯＤ値を向上させる効果がある。しかし、Ｔｉが０．０５％未満では、溶接金属の低温靭性及びＣＴＯＤ値が低下する。一方、Ｔｉが０．５％を超えると、靭性を阻害する上部ベイナイト組織を生成し低温靭性及びＣＴＯＤ値が低くなる。従って、鋼製外皮とフラックスの合計でＴｉは０．０５〜０．５％とする。なお、Ｔｉは、鋼製外皮に含まれる成分の他、フラックスからの金属Ｔｉ、Ｆｅ−Ｔｉ等の合金粉末から添加できる。

【0023】

［鋼製外皮とフラックスの合計でＢ：０．００２〜０．０１５％］
Ｂは、微量の添加により溶接金属のミクロ組織を微細化し、溶接金属の低温靱性及びＣＴＯＤ値を向上させる効果がある。しかし、Ｂが０．００２％未満では、溶接金属の低温靭性及びＣＴＯＤ値が低下する。一方、Ｂが０．０１５％を超えると、溶接金属の低温靱性及びＣＴＯＤ値が低下するとともに、溶接金属に高温割れが発生し易くなる。従って、鋼製外皮とフラックスの合計でＢは０．００２〜０．０１５％とする。なお、Ｂは、鋼製外皮に含まれる成分の他、フラックスからの金属Ｂ、Ｆｅ−Ｂ、Ｍｎ−Ｂ等合金粉末から添加できる。

【0024】

［鋼製外皮とフラックスの合計でＡｌ：０．０５％以下］
Ａｌは、溶接時にＡｌ酸化物として溶接金属に残留して溶接金属の低温靭性を低下させる。特にこのＡｌが０．０５％を超えてしまうと溶接金属の靭性低下が著しくなる。従って、鋼製外皮とフラックスの合計でＡｌは０．０５％以下とする。なおＡｌは、必須の元素ではなく、含有率が０％とされてもよい。

【0025】

［フラックス中のＴｉ酸化物のＴｉＯ₂換算値の合計：４〜８．０％］
Ｔｉ酸化物は、溶接時にアークの安定化に寄与するとともに、ビード形状を良好にし、溶接作業性の向上に寄与する効果がある。また、Ｔｉ酸化物は、立向上進溶接において、溶接スラグに含まれることによって溶融スラグの粘性や融点を調整し、メタル垂れを防ぐ効果がある。しかし、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ₂換算値の合計が４％未満では、アークが不安定で、スパッタ発生量が多くなりビード外観及びビード形状が劣化する。また、かかるＴｉＯ₂換算値の合計が４％未満では、立向上進溶接においてメタルが垂れやすくなる。一方、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ₂換算値の合計が８．０％超では、アークが安定してスパッタ発生量も少なくすることができるが、溶接金属にＴｉ酸化物が過剰に残存することにより、低温靱性が低下する。従って、フラックス中のＴｉ酸化物のＴｉＯ₂換算値の合計は４〜８．０％とする。なお、Ｔｉ酸化物は、フラックスからのルチール、酸化チタン、チタンスラグ、イルメナイト等から添加される。

【0026】

［フラックス中のＳｉ酸化物のＳｉＯ₂換算値の合計：０．１〜０．６％］
Ｓｉ酸化物は、溶融スラグの粘性や融点を調整してスラグ被包性を向上させる効果がある。しかし、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ₂換算値の合計が０．１％未満では、スラグ被包性が低下してビード外観が不良となる。一方、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ₂換算値の合計が０．６％を超えると、溶融スラグの塩基度が低下することにより、溶接金属の酸素量が増加して低温靭性が低下する。従って、フラックス中のＳｉ酸化物のＳｉＯ₂換算値の合計は０．１〜０．６％とする。なお、Ｓｉ酸化物は、フラックスからの珪砂、ジルコンサンド、珪酸ソーダ等から添加できる。

【0027】

［フラックス中のＡｌ酸化物のＡｌ₂Ｏ₃換算値の合計：０．０２〜０．３％］
Ａｌ酸化物は、溶接時に溶接スラグの粘性や融点を調整し、特に立向上進溶接におけるメタル垂れを防ぐ効果がある。しかし、Ａｌ酸化物のＡｌ₂Ｏ₃換算値の合計が０．０２％未満では、立向上進溶接でメタル垂れやすくなる。一方、Ａｌ酸化物のＡｌ₂Ｏ₃換算値の合計が０．３％を超えると、溶接金属中にＡｌ酸化物が過剰に残存することにより、低温靱性が低下する。従って、フラックスに含有するＡｌ酸化物のＡｌ₂Ｏ₃換算値の合計は０．０２〜０．３％とする。なお、Ａｌ酸化物は、フラックスからのアルミナ等から添加できる。

【0028】

［フラックス中のＭｇ：０．１〜０．８％］
Ｍｇは、強脱酸剤として機能することにより溶接金属中の酸素を低減させ、溶接金属の低温靱性を高める効果がある。しかし、Ｍｇが０．１％未満では、溶接金属の低温靭性及びＣＴＯＤ値が低下する。一方、Ｍｇが０．８％を超えると、溶接時にアーク中で激しく酸素と反応してスパッタやヒュームの発生量が多くなる。従って、フラックス中に含有するＭｇは０．１〜０．８％とする。なお、Ｍｇは、フラックスから金属Ｍｇ、Ａｌ−Ｍｇ等の合金粉末から添加できる。

【0029】

［フラックス中の弗素化合物のＦ換算値の合計：０．０５〜０．３％］
弗素化合物は、アークを安定させる効果がある。しかし、弗素化合物のＦ換算値の合計が０．０５％未満では、アークが不安定になる。一方、弗素化合物のＦ換算値の合計が０．３％を超えると、アークが不安定になり、スパッタの発生量が多くなる。また、弗素化合物中のＦ換算値の合計が０．３％を超えると、立向上進溶接ではメタル垂れが発生しやすくなる。従って、フラックスに含有する弗素化合物のＦ換算値の合計は０．０５〜０．３％とする。なお、弗素化合物は、ＣａＦ₂、ＮａＦ、ＬｉＦ、ＭｇＦ₂、Ｋ₂ＳｉＦ₆、Ｎａ₃ＡｌＦ₆、ＡｌＦ₃等から添加でき、Ｆ換算値はそれらに含有されるＦ量の合計である。

【0030】

［フラックス中の弗素化合物中におけるＮａ及びＫのＮａ換算値及びＫ換算値の１種または２種の合計：０．０５〜０．３％］
弗素化合物中のＮａ及びＫは、Ｍｇのみでは不可能であった溶接金属中の酸素をさらに低減させ、溶接金属の低温靱性及びＣＴＯＤ値を高める効果がある。しかし、弗素化合物中におけるＮａ及びＫのＮａ換算値及びＫ換算値の１種または２種の合計が０．０５％未満では、これらの効果が十分に得られず溶接金属の低温靭性及びＣＴＯＤ値が低下する。一方、弗素化合物中におけるＮａ及びＫのＮａ換算値及びＫ換算値の１種または２種の合計が０．３％を超えると、アークが荒くなってスパッタ発生量が多くなる。従って、弗素化合物中におけるＮａ及びＫのＮａ換算値及びＫ換算値の１種または２種の合計は０．０５〜０．３％とする。なお、弗素化合物中のＮａ及びＫは、ＮａＦ、Ｋ₂ＳｉＦ₆、Ｎａ₃ＡｌＦ₆等から添加でき、Ｎａ及びＫ換算値はそれらに含有されるＮａ及びＫの合計である。

【0031】

［フラックス中のＮａ₂Ｏ及びＫ₂Ｏの１種または２種の合計：０．０５〜０．２％］
Ｎａ₂Ｏ及びＫ₂Ｏは、アーク安定剤及びスラグ形成剤としてとして作用する。Ｎａ₂Ｏ及びＫ₂Ｏの１種または２種の合計が０．０５％未満であると、アークが不安定となりスパッタ発生量が多くなり、また、ビード外観も不良になる。一方、Ｎａ₂Ｏ及びＫ₂Ｏの１種または２種の合計が０．２％を超えると、スラグ剥離性が不良となり、また、立向上進溶接ではメタルが垂れやすくなる。従って、Ｎａ₂Ｏ及びとＫ₂Ｏの１種または２種の合計は０．０５〜０．２％とする。なお、Ｎａ₂Ｏ及びとＫ₂Ｏは、珪酸ソーダ及び珪酸カリからなる水ガラスの固質成分、チタン酸カリウム、チタン酸ナトリウム等から添加できる。

【0032】

［フラックス中のＺｒ酸化物のＺｒＯ₂換算値の合計：０．２％以下］
Ｚｒ酸化物は、ジルコンサンドや酸化ジルコニウムから添加される。また、Ｚｒ酸化物は、Ｔｉ酸化物中に微量含有する。しかし、Ｚｒ酸化物は、スラグ剥離性を不良にし、特にその含有量が０．２％を超えると、スラグ剥離性が著しく不良になる。従って、Ｚｒ酸化物のＺｒＯ₂換算値の合計は０．２％以下とする。

【0033】

［鋼製外皮に継目が無いこと］
本発明の炭酸ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、鋼製外皮をパイプ状に成形し、その内部にフラックスを充填した構造である。ワイヤの種類としては、成形された鋼製外皮の合わせ目を溶接して得られる鋼製外皮に継目の無いワイヤと、鋼製外皮の合わせ目の溶接を行わないままとした鋼製外皮に継目を有するワイヤとに大別できる。本発明においては、何れの種類のワイヤを採用することができるが、鋼製外皮に継目が無いワイヤは、ワイヤ中の全水素量を低減することを目的とした熱処理が可能であり、また製造後のフラックスの吸湿が無いため、溶接金属の拡散性水素量を低減し、耐低温割れ性の向上を図ることができるので、より好ましい。

【0034】

本発明を適用した炭酸ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤの残部は、鋼製外皮のＦｅ、成分調整のために添加する鉄粉、Ｆｅ−Ｍｎ、Ｆｅ−Ｓｉ合金等の鉄合金粉のＦｅ分及び不可避不純物である。また、フラックス充填率は特に制限はしないが、生産性の観点から、ワイヤ全質量に対して８〜２０％とするのが好ましい。

【実施例】

【0035】

以下、本発明の効果を実施例により具体的に説明する。

【0036】

鋼製外皮にＪＩＳ Ｇ ３１４１に規定されるＳＰＣＣを使用して、鋼製外皮を成形する工程でＵ型に成形した後、鋼製外皮の合わせ目を溶接した継目が無いワイヤと、溶接しない隙間の有るワイヤとを造管、伸線して表１〜４に示す各種成分のフラックス入りワイヤを試作した。ワイヤ径は１．２ｍｍとした。

【0037】

【表1】

【0038】

【表2】

【0039】

【表3】

【0040】

【表4】

【0041】

試作したワイヤは、ＪＩＳ Ｚ Ｇ３１２６ ＳＬＡ３６５に規定される鋼板を用いて立向上進すみ肉溶接による溶接作業性の評価、溶接割れ試験及び溶着金属試験として機械特性評価を実施した。さらに、一部の試作ワイヤを用いて図１に示すＫ開先で立向上進溶接による溶接継手試験を行いＣＴＯＤ試験を実施した。ちなみに、このＫ開先では、開先角度を４５°に設定し、表面側の開先深さを２３ｍｍ、裏面側の開先深さを３５ｍｍとしている。これらの溶接条件を表５に示す。

【0042】

【表5】

【0043】

立向上進溶接による溶接作業性の評価は、半自動ＭＡＧ溶接をしたときのアークの安定性、スパッタ発生状態、溶融メタル垂れの有無、ビード外観・形状、スラグ剥離性及び高温割れの有無について調査した。

【0044】

溶接割れ試験は、Ｕ型溶接割れ試験方法（ＪＩＳ Ｚ ３１５７）に準拠し、試験体の予熱温度を７５℃で実施し、溶接後５８時間経過した試験体について、表面割れ及び断面割れ（５断面）の発生の有無を浸透探傷試験（ＪＩＳ Ｚ２３４３）により調査した。

【0045】

溶着金属試験は、ＪＩＳ Ｚ ３１１１に準じて溶接し、溶着金属の板厚方向中央部から引張試験片（Ａ０号）及び衝撃試験片（Ｖノッチ試験片）を採取して、機械試験を実施した。靭性の評価は、−６０℃におけるシャルピー衝撃試験により行い、各々繰返し３本の吸収エネルギーの平均（ｖＥ−６０）が６０Ｊ以上を良好とした。引張試験の評価は、引張強さ（ＴＳ）が６００〜７７０ＭＰａのものを良好とした。

【0046】

溶接継手試験は、図１に示すＫ開先の裏面を溶接後、表面の鋼板表面から３４ｍｍ深さまで開先部を半径６ｍｍ、開先角度４５°の裏はつり加工をして表面側を溶接した。溶接継手試験によるＣＴＯＤ値の評価は、ＢＳ（英国規格）５７６２に準じてＣＴＯＤ試験片を採取し、試験温度−３０℃で繰返し３本の試験を行いＣＴＯＤ値の最低が０．５ｍｍ以上を良好とした。これらの結果を表６にまとめて示す。

【0047】

【表6】

【0048】

表１、表２及び表６のワイヤ記号Ｗ１〜Ｗ１５は本発明例、表３、表４及び表６のワイヤ記号Ｗ１６〜Ｗ３２は比較例である。本発明例であるワイヤ記号Ｗ１〜Ｗ１５は、各成分の組成が本発明において規定した範囲内であるので、溶接作業性が良好であるとともに、Ｕ型割れ試験において割れがなく、溶着金属試験の引張強さ及び吸収エネルギーも良好な値が得られるなど極めて満足な結果であった。また、溶接継手試験を実施したワイヤ記号Ｗ２、Ｗ５、Ｗ９、Ｗ１０及びワイヤ記号Ｗ１３は、何れも良好なＣＴＯＤ値が得られた。

【0049】

比較例中、ワイヤ記号１６は、Ｃが少ないので、溶着金属の引張強さが低かった。また、弗素化合物中のＮａ及びＫ換算値が少ないので、溶着金属の吸収エネルギーが低値で、溶接継手試験のＣＴＯＤ値も低値であった。

【0050】

ワイヤ記号Ｗ１７は、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。また、鋼製外皮に継目を有し溶着金属の引張強さが高いので、Ｕ型割れ試験において溶接部に割れが生じた。

【0051】

ワイヤ記号Ｗ１８は、Ｓｉが少ないので、ビード外観・形状が不良であった。また、Ｍｇが少ないので、溶着金属の吸収エネルギーが低値で、溶接継手試験のＣＴＯＤ値も低値であった。

【0052】

ワイヤ記号Ｗ１９は、Ｓｉが多いので、溶着金属の吸収エネルギーが低値であった。また、Ｚｒ酸化物のＺｒＯ₂換算値が多いので、スラグ剥離性が不良であった。

【0053】

ワイヤ記号Ｗ２０は、Ｍｎが少ないので、溶着金属の引張強さが低く吸収エネルギーが低値であった。また、溶接継手試験のＣＴＯＤ値も低値であった。さらに、Ｎａ₂ＯとＫ₂Ｏの合計が多いので、スラグ剥離性が不良で、メタル垂れも生じた。

【0054】

ワイヤ記号Ｗ２１は、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。また、鋼製外皮に継目を有し溶着金属の引張強さが高いので、Ｕ型割れ試験において溶接部に割れが生じた。さらに、溶接継手試験のＣＴＯＤ値も低値であった。

【0055】

ワイヤ記号Ｗ２２は、Ｃｕが少ないので、溶着金属の引張強さが低く吸収エネルギーが低値であった。また、Ｎａ₂ＯとＫ₂Ｏの合計が少ないので、アークが不安定でスパッタ発生量が多くビード外観も不良であった。

【0056】

ワイヤ記号Ｗ２３は、Ｃｕ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。また、鋼製外皮に継目を有し溶着金属の引張強さが高いので、Ｕ型割れ試験において溶接部に割れが生じた。

【0057】

ワイヤ記号Ｗ２４は、Ｎｉが少ないので、溶着金属の吸収エネルギーが低値で、溶接継手試験のＣＴＯＤ値も低値であった。また、弗素化合物中のＮａ及びＫ換算値が多いので、スパッタ発生量が多かった。

【0058】

ワイヤ記号Ｗ２５は、Ｎｉが多いので、クレータ部に高温割れが生じた。また、Ｂが少ないので、溶着金属の吸収エネルギーが低値で、溶接継手試験のＣＴＯＤ値も低値であった。

【0059】

ワイヤ記号Ｗ２６は、Ｔｉが少ないので、溶着金属の吸収エネルギーが低値で、溶接継手試験のＣＴＯＤ値も低値であった。また、弗素化合物のＦ換算値が多いので、アークが不安定でスパッタ発生量が多く、メタル垂れも生じた。

【0060】

ワイヤ記号Ｗ２７は、Ｔｉが多いので、溶着金属の吸収エネルギーが低値で、溶接継手試験のＣＴＯＤ値も低値であった。また、弗素化合物のＦ換算値が少ないので、アークが不安定であった。

【0061】

ワイヤ記号Ｗ２８は、Ｂが多いので、クレータ部に高温割れが生じ、溶着金属の吸収エネルギーが低値であった。また、溶接継手試験のＣＴＯＤ値も低値であった。さらに、Ｍｇが多いので、スパッタ発生量及びヒュームの発生量が多かった。

【0062】

ワイヤ記号Ｗ２９は、Ａｌが多いので、溶着金属の吸収エネルギーが低値であった。また、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ₂換算値が少ないので、スラグ被包性が悪くビード外観が不良であった。

【0063】

ワイヤ記号Ｗ３０は、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ₂換算値が少ないので、アークが不安定でスパッタ発生量が多く、ビード外観が不良でメタル垂れも生じた。また、Ａｌ酸化物のＡｌ₂Ｏ₃換算値が多いので、溶着金属の吸収エネルギーが低値であった。

【0064】

ワイヤ記号Ｗ３１は、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ₂換算値が多いので、溶着金属の吸収エネルギーが低値であった。また、Ａｌ酸化物のＡｌ₂Ｏ₃換算値が少ないので、メタル垂れが生じた。

【0065】

ワイヤ記号Ｗ３２は、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ₂換算値が多いので、溶着金属の吸収エネルギーが低値であった。

【図1】