特許 6688192 エレクトロスラグ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】6688192

(24)【登録日】2020年4月7日

(45)【発行日】2020年4月28日

(54)【発明の名称】エレクトロスラグ溶接用フラックス入りワイヤ

(51)【国際特許分類】

   B23K 35/368 20060101AFI20200421BHJP

   B23K 35/30 20060101ALI20200421BHJP

   B23K 35/362 20060101ALN20200421BHJP

   C22C 38/00 20060101ALN20200421BHJP

   C22C 38/04 20060101ALN20200421BHJP

【ＦＩ】

   B23K35/368 F

   B23K35/30 320X

   B23K35/30 A

   !B23K35/362 B

   !C22C38/00 301A

   !C22C38/04

【請求項の数】3

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2016-165132(P2016-165132)

(22)【出願日】2016年8月25日

(65)【公開番号】特開2018-30159(P2018-30159A)

(43)【公開日】2018年3月1日

【審査請求日】2018年10月29日

(73)【特許権者】

【識別番号】302040135

【氏名又は名称】日鉄溶接工業株式会社

(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】木本 勇

(72)【発明者】

【氏名】坂林 直樹

(72)【発明者】

【氏名】末田 明知

【審査官】 小森 重樹

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−２２４６１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０８９１００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭４７−０２６３４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５９−１０７７９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−１９９１０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１９０６０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０４３０５１９７（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｋ ３５／３０

Ｂ２３Ｋ ３５／３６２

Ｂ２３Ｋ ３５／３６８

Ｂ２３Ｋ ２５／００

Ｃ２２Ｃ ３８／００

Ｃ２２Ｃ ３８／０４

(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エレクトロスラグ溶接用フラックス入りワイヤにおいて、
鋼製外皮は、鋼製外皮全質量に対する質量％で、
Ｃ：０．０７％以下、
Ｓｉ：０．２％以下、
Ｍｎ：０．１〜０．６％を含有し、
ワイヤ成分は、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：０．０１〜０．１０％、
Ｓｉ：０．０１〜０．５０％、
Ｍｎ：１．８〜２．８％、
さらに、ワイヤ全質量に対する質量％で、フラックス中に、
Ｍｏ：０．２〜０．７％、
Ｔｉ：０．０１〜０．２０％、
Ｓｉ酸化物のＳｉＯ₂換算値の合計：０．０２〜０．２０％、
Ｎａ酸化物、Ｎａ弗化物、Ｋ酸化物及びＫ弗化物のＮａ₂Ｏ換算値とＫ₂Ｏ換算値の１種又は２種の合計：０．０２〜０．１０％を含有し、
残部は鋼製外皮のＦｅ、フラックス中の鉄粉、鉄合金粉のＦｅ分及び不可避不純物からなることを特徴
とするエレクトロスラグ溶接用フラックス入りワイヤ。

【請求項2】

ワイヤ全質量に対する質量％で、フラックス中に、Ｂ：０．００２〜０．０１０％をさらに含有することを特徴とする請求項１に記載のエレクトロスラグ溶接用フラックス入りワイヤ。

【請求項3】

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又は請求項２に記載のエレクトロスラグ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、４９０〜５９０ＭＰａ級鋼のエレクトロスラグ溶接に用いられるエレクトロスラグ溶接用フラックス入りワイヤに関し、大入熱のエレクトロスラグ溶接において、溶接欠陥が無く、良好で安定した強度及び靭性を有する溶接金属を得る上で好適なエレクトロスラグ溶接用フラックス入りワイヤに関する。

【背景技術】

【0002】

エレクトロスラグ溶接は、大入熱溶接の１パス溶接により高能率な溶接が可能であるので、建築構造物、船舶、橋梁、海洋構造物、タンクなどの各種溶接構造物の建造に用いられている。

【0003】

特に、建築構造物においては、地震時における構造物の脆性破壊を防止する観点から、溶接欠陥が無く溶接金属の高靭性化の要望が極めて大きい。

【0004】

厚板の非消耗ノズル式エレクトロスラグ溶接を高能率に行う方法として、例えば特許文献１に、ワイヤ径が１．４〜２．０ｍｍの細径ワイヤを用いて溶融スラグ浴表面と溶接チップ先端間のワイヤ突き出し長さ（以下、ドライエックステンションという。）を一定に保持して溶接ノズルを自動上昇させながら溶接を行うという技術の開示がある。

【0005】

図３に非消耗ノズル式エレクトロスラグ溶接方法の概要を示す。建築物のボックス柱の製作において、スキンプレート２１、ダイアフラム２２及び当金２３で囲まれた開先２４の中央部に非消耗ノズル２５を挿入して、通電と同時に溶接用ワイヤ２６の先端と開先底部との間にアークを発生させ、溶融型フラックスを投入して溶融スラグ２７を作り、エレクトロスラグ溶接を開始する。溶接が進行すると溶接用ワイヤ２６のドライエクステンションＬを設定値（３０〜５０ｍｍ）に保つように、溶接金属２９の上昇に伴って溶接電流の変化を検出してノズル上昇用ローラ３０が駆動され、非消耗ノズル２５を引上げながら溶接用ワイヤ２６が送給されることでエレクトロスラグ溶接を行う。なお、板厚が厚くなると図示しない搖動装置で非消耗ノズル２５をダイアフラム２２の板厚方向に搖動させる。

【0006】

溶接に供されるワイヤは、大入熱１パス溶接で溶接金属の強度及び靭性を確保するために、従来から種々の成分組成の溶接用ワイヤが用いられている。例えば特許文献２〜４には、大入熱で強度及び優れた靭性を得るためにワイヤ成分としてＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｔｉ等を多く含有するソリッドワイヤの開示がある。

【0007】

一方、図４に示すように非消耗ノズル２５は、上部にワイヤ矯正装置が設けられており、図示しないペールパックに装填、またはスプールに巻かれた溶接用ワイヤの癖や捩りを矯正して非消耗ノズル２５を経由して開先２４の中央部に送給している。図４中のガイド３１は、図示しないペールパックやスプールからワイヤ送給装置を経て溶接用ワイヤを案内するコンジットライナを連結する。溶接用ワイヤは、ガイド３１から送られて回転自在なワイヤガイド輪３２（直径７０〜１００ｍｍ）と複数の溝付ローラ３３によって一方向に屈曲され曲がり癖や捩りを取り除かれた後、第一矯正ローラ３５ａ、３５ｂによって前記屈曲を矯正している。

【0008】

次いで、第二矯正ローラ３６ａ、３６ｃと３６ｂとの間を溶接ワイヤが屈曲しつつ通過するようにして前記矯正方向に対して９０°の方向から真直ぐに矯正し、非消耗ノズル２５内から給電チップ３４を介して溶接部へ送給される。なお、第一矯正ローラ３５ｂと、第二矯正ローラ３６ａ、３６ｃは軸が固定され、第一矯正ローラ３５ａ及び第二矯正ローラ３６ｂをそれぞれ調整つまみ３７、３８で押し付け量を変えてワイヤの矯正量が調整される。

【0009】

引用文献２〜引用文献４に記載のソリッドワイヤを用いて図４に示すワイヤ矯正装置によって溶接する場合、ソリッドワイヤは、大入熱溶接においても溶接金属の十分な強度及び靭性を得るために比較的多くの合金を含んでいるので、ワイヤが硬く、溶接時にワイヤ矯正が十分にできない場合がある。このためワイヤガイド輪３２と複数の溝付ローラ３３間、第一矯正ローラ３５及び第二矯正ローラ３６でワイヤ送給抵抗が増してワイヤ送給速度が不安定となり、母材を十分に溶融することができない場合がある。また、この場合非消耗ノズル２５の先端部の給電チップ３４から溶接用ワイヤが曲がった状態で供給されるので溶接金属が片溶けして、溶融不良が生じる場合があった。

【0010】

このため、溶接用ワイヤの矯正が容易で送給抵抗を少なくすることを目的として、軟鋼の鋼製外皮に金属粉又は合金粉を充填したフラックス入りワイヤを用いる技術が、例えば特許文献５、６において提案されている。

【0011】

しかし、特許文献５及び特許文献６に記載のフラックス入りワイヤは、鋼製外皮内に充填した金属粉又は合金粉の表面積が大きいことから表面が酸化した多量の鉄酸化物を含んでおり、溶接が進むにつれて溶融スラグ中の鉄酸化物が多くなり、溶融スラグの粘性が高くなるという問題点があった。また、溶融スラグの流動性が低下して母材を十分に溶融できなくなるという問題点があった。さらに、これらのフラックス入りワイヤを用いて溶接した場合の溶接金属の溶接線方向の強度及び靭性が安定しないという問題点もあった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0012】

【特許文献1】特開昭５７−１５６８８４号公報

【特許文献2】特開２００２−７９３９６号公報

【特許文献3】特開２００５−２４６３９８号公報

【特許文献4】特開２００９−４５６７１号公報

【特許文献5】特開２００５−２７１０３２号公報

【特許文献6】特開２００９−１９５９７５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0013】

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、４９０〜５９０ＭＰａ級鋼の大入熱のエレクトロスラグ溶接において、ワイヤ送給性が良好で溶接欠陥が無く、かつ溶接金属の強度及び靭性が安定して得られるエレクトロスラグ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】

【0014】

本発明の要旨は、鋼製外皮にフラックスを充填してなるエレクトロスラグ溶接用フラックス入りワイヤにおいて、鋼製外皮は、鋼製外皮全質量に対する質量％で、Ｃ：０．０７％以下、Ｓｉ：０．２％以下、Ｍｎ：０．１〜０．６％を含有し、ワイヤ成分は、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：０．０１〜０．１０％、Ｓｉ：０．０１〜０．５０％、Ｍｎ：１．８〜２．８％、さらに、ワイヤ全質量に対する質量％で、フラックス中に、Ｍｏ：０．２〜０．７％、Ｔｉ：０．０１〜０．２０％、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ₂換算値の合計：０．０２〜０．２０％、Ｎａ酸化物、Ｎａ弗化物、Ｋ酸化物及びＫ弗化物のＮａ₂Ｏ換算値とＫ₂Ｏ換算値の１種又は２種の合計：０．０２〜０．１０％を含有し、残部は鋼製外皮のＦｅ、フラックス中の鉄粉、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。

【0015】

また、ワイヤ全質量に対する質量％で、フラックス中に、Ｂ：０．００２〜０．０１０％をさらに含有することも特徴とする。

【0016】

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に継目を無くしたことも特徴とするエレクトロスラグ溶接用フラックス入りワイヤにある。

【発明の効果】

【0017】

本発明に係るエレクトロスラグ溶接用フラックス入りワイヤによれば、鋼製外皮が軟らかいので、溶接時のワイヤ矯正が容易で非消耗ノズルや矯正ローラ部でのワイヤ送給抵抗を抑えることができる。したがって、ワイヤ送給が安定して溶接欠陥が生じることがない。また、フラックス中にＳｉ酸化物、更にＮａ酸化物、Ｎａ弗化物、Ｋ酸化物とＫ弗化物の１種又は２種を含むので、溶融スラグの粘性及び流動性が溶接開始から終了まで良好で、母材を十分に溶融できるとともに適量の合金成分を含んでいるので、安定した機械的性能を有する溶接金属を提供できるなど、４９０〜５９０ＭＰａ級鋼の溶接構造物の安全性及び生産効率を著しく高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明を適用したエレクトロスラグ溶接用フラックス入りワイヤの実験的検証のために使用した溶接試験板を示す図である。

【図2】本発明を適用したエレクトロスラグ溶接用フラックス入りワイヤの実験的検証に必要な溶接金属の試験片採取位置を示す図である。

【図3】非消耗ノズル式エレクトロスラグ溶接方法の概要を示す図である。

【図4】非消耗ノズル式エレクトロスラグ溶接に用いるワイヤ矯正装置を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

本発明者らは、４９０〜５９０ＭＰａ級鋼の大入熱のエレクトロスラグ溶接に用いる溶接用ワイヤにおいて、ワイヤ矯正装置部でワイヤ送給抵抗が少なくなる鋼製外皮を用いたフラックス入りワイヤについて、耐欠陥性及び安定した機械的性能を得るべく、それぞれの鋼製外皮成分及び充填フラックスの成分組成、並びにその作用効果について詳細に検討した。

【0020】

その結果、鋼製外皮のＣ、Ｓｉ及びＭｎ量を限定することによって、ワイヤ矯正装置部でワイヤ送給抵抗が低く、母材への溶け込み不良などの欠陥が生じなくなり、ワイヤ成分については鋼製外皮とフラックスの合計で、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｍｏ及びＴｉを適量とすることによって、大入熱溶接による溶接金属の強度の確保及び優れた靭性が得られることを見出した。

【0021】

また、フラックス入りワイヤを用いた場合に問題となる溶融スラグの鉄酸化物の増加による粘性の増加は、Ｓｉ酸化物の微量添加によって調整でき、流動性の低下は、Ｎａ酸化物、Ｎａ弗化物、Ｋ酸化物及びＫ弗化物の微量添加によって解決でき、溶接開始から終了まで均一に母材を溶融できることから、溶接欠陥がなく溶接線方向の機械的性能が均一で安定した溶接金属が得られることを見出した。

【0022】

さらに、Ｂの添加により溶接金属の靭性がさらに向上し、鋼製外皮の合わせ目を溶接して鋼製外皮の継目をなくすることによって、フラックス入りワイヤの製造時に焼鈍が可能となることから、さらにワイヤ矯正装置部でワイヤ送給抵抗を低くできることを見出した。

【0023】

以下に本発明を適用したエレクトロスラグ溶接用フラックス入りワイヤについて説明する。

【0024】

まず、鋼製外皮の成分組成について説明する。なお、各成分の含有率は、鋼製外皮全質量に対する質量％で表すものとし、その質量％に関する記載を単に％と記載する。

【0025】

［鋼製外皮のＣ：０．０７％以下、Ｓｉ：０．２％以下、Ｍｎ：０．１〜０．６％］
鋼製外皮は、溶接時のワイヤ矯正の容易性を左右するものであり、溶接部の健全性に影響する。鋼製外皮中のＣが０．０７％超、Ｓｉが０．２％超、Ｍｎが０．６％を超えると、ワイヤが硬くなってワイヤ矯正が十分にできず、矯正ローラ部及び非消耗ノズル内でのワイヤ送給抵抗が大きくなってワイヤ送給速度が不安定になってしまう。その結果、母材を十分溶融できず溶接金属の靭性が安定化させることができない。また鋼製外皮中のＣ、Ｓｉ、Ｍｎが上述した範囲を超えると、非消耗ノズル先端の給電チップからワイヤが曲がって供給されて母材が片溶けする場合がある。一方、Ｍｎが０．１％未満であると、フラックス入りワイヤ製造時の伸線工程で断線しやすくなる。よって鋼製外皮は、Ｃ：０．０７％以下、Ｓｉ：０．２％以下、Ｍｎ：０．１〜０．６％とする。なお、Ｃ及びＳｉの下限は限定しないが、製鋼コストの観点からＣは０．００５％、Ｓｉは０．００５％であることが好ましい。

【0026】

次いで、フラックス入りワイヤの成分組成について説明する。なお、フラックス入りワイヤの各成分組成の含有率は、ワイヤ全質量に対する質量％で表すものとし、その質量％に関する記載を単に％と記載する。

【0027】

［鋼製外皮とフラックスの合計でＣ：０．０１〜０．１０％］
Ｃは、溶接金属の強度を向上させる成分であり、４９０〜５９０ＭＰａ以上の溶接金属の高度を確保するためには、鋼製外皮とフラックスの合計で０．０１％以上含有する必要がある。一方、Ｃが０．１０％を超えると、溶接金属の強度が高くなって靭性が低下する。したがって、鋼製外皮とフラックスの合計でＣは０．０１〜０．１０％とする。なお、Ｃは、鋼製外皮に含まれる成分の他、フラックスから金属粉及び合金粉等で添加できる。

【0028】

［鋼製外皮とフラックスの合計でＳｉ：０．０１〜０．５０％］
Ｓｉは、溶接金属のオーステナイト粒径を微細化する元素として作用して靭性を向上させる。鋼製外皮とフラックスの合計でＳｉが０．０１％未満であると、溶接金属のオーステナイト粒径が粗大化して靭性が低下する。一方、Ｓｉが０．５０％を超えると、溶接金属の強度が高くなって靭性が低下する。したがって、鋼製外皮とフラックスの合計でＳｉは０．０１〜０．５０％とする。なお、Ｓｉは、鋼製外皮に含まれる成分の他、フラックスから金属Ｓｉ、Ｆｅ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｎ等の合金粉末で添加できる。

【0029】

［鋼製外皮とフラックスの合計でＭｎ：１．８〜２．８％］
Ｍｎは、溶接金属の強度向上及びオーステナイト粒径微細化元素として作用する。鋼製外皮とフラックスの合計でＭｎが１．８％未満であると、溶接金属の強度及び靭性が低下する。一方、Ｍｎが２．８％を超えると、溶接金属の強度が高くなって靭性が低下する。したがって、鋼製外皮とフラックスの合計でＭｎは１．８〜２．８％とする。なお、Ｍｎは、鋼製外皮に含まれる成分の他、フラックスから金属Ｍｎ、Ｆｅ−Ｍｎ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｎ等の合金粉末で添加できる。

【0030】

［フラックス中にＭｏ：０．２〜０．７％］
Ｍｏは、変態温度を低下させ、組織を微細化して溶接金属の靭性を向上させる作用を有する。フラックス中のＭｏが０．２％未満であると、これらの作用が十分に得られず、溶接金属の靭性が低下する。一方、Ｍｏが０．７％を超えると、溶接金属の強度が高くなって靭性が低下する。したがって、フラックス中のＭｏは０．２〜０．７％とする。なお、Ｍｏは、フラックスから金属Ｍｏ、Ｆｅ―Ｍｏ等の合金粉末で添加できる。

【0031】

［フラックス中のＴｉ：０．０１〜０．２０％］
Ｔｉは、溶接金属中に微細酸化物を生成して溶接金属の靭性を向上させる作用を有する。フラックス中のＴｉが０．０１％未満であると、溶接金属の靭性が低下する。一方、Ｔｉが０．２０％を超えると、溶接金属中の固溶Ｔｉが増加して靭性が低下する。したがって、フラックス中のＴｉは０．０１〜０．２０％とする。なお、Ｔｉは、フラックスから金属Ｔｉ、Ｆｅ−Ｔｉ等の合金粉末で添加できる。

【0032】

［フラックス中のＳｉ酸化物のＳｉＯ₂換算値の合計：０．０２〜０．２０％］
Ｓｉ酸化物は、鋼製外皮内に充填した鉄合金粉及び鉄粉表面の酸化を起因として、溶接が進むにつれて溶融スラグ中の鉄酸化物が多くなり、溶融スラグの粘性が高くなるのを抑制する効果を有する。フラックス中のＳｉ酸化物のＳｉＯ₂換算値の合計が０．０２％未満であると、溶接の進行につれて溶融スラグの粘性が高くなり母材への溶け込み量が少なくなって溶接線方向の強度が徐々に高くなり靭性は低くなる。一方、フラックス中のＳｉ酸化物のＳｉＯ₂換算値の合計が０．２０％を超えると、溶接の進行につれて溶融スラグの量が多くなりスラグ浴深さが大きくなってスラグが対流しなくなり母材への溶け込み量が少なくなって溶接線方向の強度が徐々に高くなり靭性は低くなる。したがって、フラックス中のＳｉ酸化物のＳｉＯ₂換算値の合計は０．０２〜０．２０％とする。なお、Ｓｉ酸化物は、フラックスから珪砂、珪酸ソーダ及び珪酸カリからなる水ガラスの固質成分等で添加できる。

【0033】

［フラックス中のＮａ酸化物、Ｎａ弗化物、Ｋ酸化物及びＫ弗化物のＮａ₂Ｏ換算値とＫ₂Ｏ換算値の１種又は２種の合計：０．０２〜０．１０％］
Ｎａ酸化物、Ｎａ弗化物、Ｋ酸化物及びＫ弗化物は、鋼製外皮内に充填した鉄合金粉及び鉄粉の酸化を起因として、溶接が進むにつれて溶融スラグ中の鉄酸化物が多くなり、溶融スラグの流動性が低下するのを抑制する効果を有する。フラックス中のＮａ酸化物、Ｎａ弗化物、Ｋ酸化物及びＫ弗化物のＮａ₂Ｏ換算値とＫ₂Ｏ換算値の１種又は２種の合計が０．０２％未満であると、溶接の進行につれて溶融スラグの流動性が低下して母材への溶け込み量が少なくなり溶接線方向の強度が徐々に高くなり靭性は低くなる。一方、Ｎａ酸化物、Ｎａ弗化物、Ｋ酸化物及びＫ弗化物のＮａ₂Ｏ換算値とＫ₂Ｏ換算値の１種又は２種の合計が０．１０％を超えると、溶接の進行につれて溶融スラグの流動性が高くなり過ぎて母材への溶け込み量が多くなって溶接線方向の強度及び靭性が徐々に低くなる。したがって、フラックス中のＮａ酸化物、Ｎａ弗化物、Ｋ酸化物及びＫ弗化物のＮａ₂Ｏ換算値とＫ₂Ｏ換算値の１種又は２種の合計は０．０２〜０．１０％とする。なお、Ｎａ酸化物、Ｎａ弗化物、Ｋ酸化物及びＫ弗化物は、フラックスから珪酸ソーダ及び珪酸カリの固質分、ＮａＦ、Ｋ₂ＳｉＦ₆等の粉末で添加できる。

【0034】

［フラックス中のＢ：０．００２〜０．０１０％］
Ｂは、溶接金属の靱性を更に向上させる作用を有する。Ｂが０．００２％未満であると作用が十分に得られず、溶接金属の靱性が低下する。一方、０．０１０％を超えると、過剰なＢが粒界に固溶して靱性が低下する。したがって、フラックス中のＢは０．００２〜０．０１０％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、Ｆｅ−Ｍｎ−Ｂ等の合金粉末から添加できる。

【0035】

［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す］
本発明のエレクトロスラグ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。フラックス入りワイヤの種類としては、成形した鋼製外皮の合わせ目を溶接して得られた鋼製外皮に継目の無いフラックス入りワイヤと、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フラックス入りワイヤとに大別できる。本発明の鋼製外皮に継目が無いフラックス入りワイヤは、熱処理が可能であるので、製造時の伸線工程で加工硬化した鋼製外皮を焼鈍して軟化できるので、溶接時のワイヤ矯正を容易にできるとともにワイヤ送給抵抗が良好となり溶接部の健全性を確保できる。さらに、ワイヤ中の全水素量を低減することができる。

【0036】

本発明のエレクトロスラグ溶接用フラックス入りワイヤの残部は、鋼製外皮のＦｅ、フラックス中の鉄粉、Ｆｅ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｍｎ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｎ、Ｆｅ−Ｔｉ合金等の鉄合金粉のＦｅ分及び不可避不純物である。不可避不純物については特に規定しないが、高温割れ及び溶接金属の靭性の観点から、Ｃｕ：０．３％以下、Ａｌ：０．０２％以下、Ｐ及びＳは各々０．０２％以下であることが好ましい。

【0037】

なお、フラックスの充填率は特に制限しないが、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】

【0038】

以下、本発明の効果を実施例により具体的に説明する。

【0039】

表１に示す鋼製外皮を用いて表２に示す各種成分組成のワイヤ径１．６ｍｍのフラックス入りワイヤを試作した。

【0040】

【表1】

【0041】

【表2】

【0042】

表３に示す化学成分及び表４に示すサイズの鋼板を、図１に示すようにスキンプレート１、ダイアフラム２及び当金３を、スキンプレート１の表面とダイアフラム２の端面とのギャップＧが２５ｍｍとなるように配置して溶接試験板を組立てた。溶接は、表２に示すフラックス入りワイヤを用いて表５に示す溶接条件で行った。溶接長は１０００ｍｍである。なお、溶融型フラックスは表６に示す化学成分のものを用いた。

【0043】

【表3】

【0044】

【表4】

【0045】

【表5】

【0046】

【表6】

【0047】

溶接前及び溶接時にワイヤの矯正状態を調べ、溶接終了後マクロ試験片を溶接開始部から２００ｍｍ（下層部）、６００ｍｍ（中層部）及び８００ｍｍ（上層部）の箇所から採取して母材への溶け込み状態を調べた。機械的性能は、溶接開始部〜２００ｍｍ（下層部）、４００〜６００ｍｍ（中層部）及び８００ｍｍ（上層部）〜溶接終了部の箇所から、図２に示すように溶接金属９の中央部から引張試験片１９（ＪＩＳ Ｚ ２２４１ １０号）及び衝撃試験片２０（ＪＩＳ Ｚ ２２４２ Ｖノッチ試験片）を採取して機械試験を実施した。引張試験の評価は、引張強さが５００〜７４０ＭＰａで溶接線方向の強度差（上層部〜下層部間の強度差）が２０ＭＰａ以下を良好とした。また、衝撃試験の評価は、−５℃におけるシャルピー衝撃試験を行い、各々繰り返し３本の平均値が７０Ｊ以上で平均値と最低値の差が１５Ｊ以下、溶接線方向の吸収エネルギーの平均値の差（上層部〜下層部間における吸収エネルギーの平均値の差）が１０Ｊ以下を良好とした。これらの結果を表７にまとめて示す。

【0048】

【表7】

【0049】

表２及び表７中ワイヤ記号Ｗ１〜Ｗ１２が本発明例、ワイヤ記号Ｗ１３〜Ｗ３０は比較例である。本発明例であるワイヤ記号Ｗ１〜Ｗ１２は、用いた鋼製外皮の成分及びフラックス入りワイヤの各成分が適量であるので、ワイヤ矯正状態が良好であるので下層部〜上層部までマクロ断面の溶け込み状態が良好で、引張強さ及び吸収エネルギーともに下層部〜上層部まで安定して良好な値が得られた。なお、鋼製外皮に合わせ目のあるワイヤ記号Ｗ３及びＷ１１は、鋼製外皮に合わせ目があり製造時の伸線工程で外皮が加工硬化したのでマクロ断面においてやや片溶けがあったが実用上特に問題とならない程度であった。また、Ｂを添加したワイヤ記号Ｗ３、Ｗ５、Ｗ６及びＷ９〜Ｗ１１は、吸収エネルギーの平均値が１２０Ｊ以上得られた。

【0050】

比較例中ワイヤ記号Ｗ１３は、外皮記号Ｈ５のＣが高いので、ワイヤの矯正が不十分でワイヤの送給速度が不安定になってマクロ断面で下層部〜上層部まで母材溶融量が少なく、片溶けも生じ、溶接金属の吸収エネルギーの平均値と最低値との差及び溶接線方向の平均値の差が大きくなった。

【0051】

ワイヤ記号Ｗ１４は、外皮記号Ｈ６のＳｉが多いので、ワイヤの矯正が不十分でワイヤの送給速度が不安定になってマクロ断面で下層部〜上層部まで母材溶融量が少なく、片溶けも生じ、溶接金属の吸収エネルギーの平均値と最低値との差及び溶接線方向の平均値の差が大きくなった。

【0052】

ワイヤ記号Ｗ１５は、外皮記号Ｈ７のＭｎが少ないので、ワイヤ製造時に断線が生じた。また、鋼製外皮に合わせ目が無いので、ワイヤ製造時の伸線工程で外皮が硬化し、ワイヤの矯正が不十分でワイヤの送給速度が不安定になってマクロ断面で下層部〜上層部まで母材溶融量が少なく、片溶けも生じ、溶接金属の吸収エネルギーの平均値と最低値との差及び溶接線方向の平均値の差が大きくなった。

【0053】

ワイヤ記号Ｗ１６は、外皮記号Ｈ８のＭｎが多いので、ワイヤの矯正が不十分でワイヤの送給速度が不安定になってマクロ断面で下層部〜上層部まで母材溶融量が少なく、片溶けも生じ、溶接金属の吸収エネルギーの平均値と最低値との差及び溶接線方向の平均値の差が大きくなった。

【0054】

ワイヤ記号Ｗ１７は、Ｃが少ないので、溶接金属の引張強さが低かった。また、Ｂが多いので、溶接金属の吸収エネルギーも低値であった、

【0055】

ワイヤ記号Ｗ１８は、Ｃが多いので、溶接金属の引張強さが高く吸収エネルギーが低値であった。

【0056】

ワイヤ記号Ｗ１９は、Ｓｉが少ないので、溶接金属の吸収エネルギーが低値であった。また、Ｂが少ないので、吸収エネルギーを高くする効果が得られなかった。

【0057】

ワイヤ記号Ｗ２０は、Ｓｉが多いので、溶接金属の引張強さが高く吸収エネルギーが低値であった。

【0058】

ワイヤ記号Ｗ２１は、Ｍｎが少ないので、溶接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Ｗ２２は、Ｍｎが多いので、溶接金属の引張強さが高く吸収エネルギーが低値であった。

【0060】

ワイヤ記号Ｗ２３は、Ｍｏが少ないので、溶接金属の吸収エネルギーが低値であった。

【0061】

ワイヤ記号Ｗ２４は、Ｍｏが多いので、溶接金属の引張強さが高く吸収エネルギーが低値であった。

【0062】

ワイヤ記号Ｗ２５は、Ｔｉが少ないので、溶接金属の吸収エネルギーが低値であった。

【0063】

ワイヤ記号Ｗ２６は、Ｔｉが多いので、溶接金属の吸収エネルギーが低値であった。

【0064】

ワイヤ記号Ｗ２７は、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ₂換算値が少ないので、溶接が進むにつれて溶融スラグの粘性が高くなって、中層部で母材への溶け込みがやや少なくなり、上層部では母材への溶け込みが少なかった。また、溶接金属の上層部の強度が高くなり溶接線方向の強度差も大きくなった。さらに、溶接金属の上層部の吸収エネルギーが低値となり平均値の差も大きくなった。

【0065】

ワイヤ記号Ｗ２８は、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ₂換算値が多いので、溶接が進むにつれて溶融スラグが多くなって、中層部で母材への溶け込みがやや少なくなり、上層部では母材への溶け込みが少なかった。また、溶接金属の上層部の強度が高くなり溶接線方向の強度差も大きくなった。さらに、溶接金属の上層部の吸収エネルギーが低値となり平均値の差も大きくなった。

【0066】

ワイヤ記号Ｗ２９は、Ｎａ酸化物、Ｎａ弗化物、Ｋ酸化物及びＫ弗化物のＮａ₂Ｏ換算値とＫ₂Ｏ換算値の合計が少ないので、溶接の進行につれて溶融スラグの流動性が低下して、中層部で母材への溶け込みがやや少なくなり、上層部では母材への溶け込みが少なかった。また、溶接金属の上層部の強度が高くなり溶接線方向の強度差も大きくなった。さらに、溶接金属の上層部の吸収エネルギーが低値となり平均値の差も大きくなった。

【0067】

ワイヤ記号Ｗ３０は、Ｎａ酸化物、Ｎａ弗化物、Ｋ酸化物及びＫ弗化物のＮａ₂Ｏ換算値とＫ₂Ｏ換算値の合計が多いので、溶接の進行につれて溶融スラグの流動性が高くなり、中層部での母材への溶け込みがやや多くなり、上層部では母材への溶け込みが多くなった。また、溶接金属の上層部の引張強さが低くなり溶接線方向の強度差も大きくなった。さらに、溶接金属の上層部の吸収エネルギーが低値となり平均値の差も大きくなった。

【符号の説明】

【0068】

１、２１ スキンプレート
２、２２ ダイアフラム
３、２３ 当金
９ 溶接金属
１９ 引張試験片
２０ 衝撃試験片
２４ 開先
２５ 非消耗ノズル
２６ 溶接用ワイヤ
２７ 溶融スラグ
２９ 溶接金属
３０ ノズル上昇用ローラ
３１ ガイド
３２ ワイヤガイド輪
３３ 溝付ローラ
３４ 給電チップ
３５ａ、３５ｂ 第一矯正ローラ
３６ａ、３６ｂ、３６ｃ 第二矯正ローラ
Ｇ ギャップ
Ｌ ドライエクステンション

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】