(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022123373
(43)【公開日】2022-08-24
(54)【発明の名称】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
(51)【国際特許分類】
B23K 35/368 20060101AFI20220817BHJP
B23K 35/30 20060101ALI20220817BHJP
【FI】
B23K35/368 B
B23K35/30 320A
【審査請求】未請求
【請求項の数】4
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2021020651
(22)【出願日】2021-02-12
(71)【出願人】
【識別番号】302040135
【氏名又は名称】日鉄溶接工業株式会社
(71)【出願人】
【識別番号】000006655
【氏名又は名称】日本製鉄株式会社
(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】岩上 友勝
(72)【発明者】
【氏名】笹木 聖人
(72)【発明者】
【氏名】児玉 真二
(72)【発明者】
【氏名】松葉 正寛
【テーマコード(参考)】
4E084
【Fターム(参考)】
4E084AA03
4E084AA09
4E084AA17
4E084BA02
4E084BA03
4E084BA04
4E084BA05
4E084BA10
4E084BA11
4E084BA12
4E084BA18
4E084CA03
4E084CA12
4E084CA13
4E084CA14
4E084CA23
4E084CA24
4E084CA25
4E084DA10
4E084EA06
(57)【要約】
【課題】電着塗装性が良好で、優れた機械性能の溶接金属が得られ、耐割れ性が良好で、溶接作業性に優れた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を提供する。
【解決手段】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:0.05~0.15%、Si:0.01~0.15%、Mn:1.0~2.5%、Cu:0.05~0.50%、Ti:0.05~0.35%、B:0.0015~0.0100%、S:0.003~0.015%を含有し、さらに、フラックス中に、F換算値の合計で0.01~0.10%、Na2O換算値及びK2O換算値の合計で0.03~0.10%を含有し、SiO2:0.10%以下であることを特徴とする。
【選択図】なし
【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、鋼製外皮とフラックスの合計で、
C:0.05~0.15%、
Si:0.01~0.15%、
Mn:1.0~2.5%、
Cu:0.05~0.50%、
Ti:0.05~0.35%、
B:0.0015~0.0100%、
S:0.003~0.015%を含有し、
さらに、ワイヤ全質量に対する質量%で、フラックス中に、
金属弗素物:F換算値の合計で0.01~0.10%、
Na酸化物、Na弗化物、K酸化物及びK弗化物の1種又は2種以上:Na2O換算値及びK2O換算値の合計で0.03~0.10%を含有し、SiO2:0.10%以下で、残部が鉄粉、鋼製外皮のFe分、鉄合金の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】
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、
Al:0.01~0.20%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3】
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、
Mg:0.01~0.20%を更に含有することを特徴とする請求項1又は2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4】
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ぎ目を無くしたことを特徴とする請求項1乃至3のうち何れか1項に記載の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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、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、電着塗装性が良好で、機械性能に優れた溶接金属が得られ、耐割れ性に優れ、良好な溶接作業性が得られる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に関する。
【背景技術】
【0002】
ガスシールドアーク溶接は、様々な分野で広く用いられており、例えば、自動車分野では特に足廻りの部材の溶接に広く用いられる。
【0003】
このような足廻り部材の溶接に対してガスシールドアーク溶接を行った場合、シールドガス中の酸化性ガスに含まれる酸素と鋼材や溶接材料に含まれるSi、Mnが酸化反応して、それらの酸化物を主体としたスラグが溶接ビード表面に生成する。自動車の足廻り部材は、耐食性が求められるために溶接組立後に電着塗装が施されるが、溶接ビード表面にSi、Mn系酸化物のスラグが多く残存していると電着塗装性が低下し、耐食性が悪くなる。Si、Mn系酸化物のスラグが電着塗装性を低下する理由としては、Si、Mn系の酸化物は絶縁体であり、電着塗装の際、通電しないため塗膜が溶接ビード全面を覆わないからである。
【0004】
これらのSi、Mn系酸化物のスラグは、ガスシールドアーク溶接時の溶接部の脱酸過程で発生する副産物である。ガスシールドアーク溶接に使用されるフラックス入りワイヤ等には溶接金属の強度確保や、溶接ビード形状安定化など溶接作業性の向上のためには、Si、Mnは必須であるため、この種のスラグを生成させないようにすることは非常に難しい。従って、電着塗装した足廻り部材の耐食性を向上させることは困難であった。そのため、自動車の足廻り部材は、腐食による減肉を前提とした設計がなされており、鋼材を高張力化して薄板、軽量化に対して、障害になっていた。
【0005】
このような背景から、自動車の足廻りのガスシールドアーク溶接した溶接部の電着塗装性の改善が種々検討されている。
【0006】
例えば、特許文献1には、ガスシールドアーク溶接に使用するソリッドワイヤ中のAlの含有量を制御することで溶接ビード表面のスラグ面積率を減少させ、溶接部の電着塗装性を改善する技術が開示されている。特許文献1に記載されたソリッドワイヤを使用すれば、スラグ生成量を抑制できるので電着塗装性を改善できるが、Si、Mn系酸化物のスラグの生成自体を抑制するものではなく、十分な電着塗装性は得られない。
【0007】
また、特許文献2には、Siの含有量が0.10%未満に制御された溶接用ソリッドワイヤを使用してパルスMAG溶接を行うことで、スパッタ発生量を低減し、溶接ビードと部材とのなじみを良好にし、ビード形状を良好にするとともに、Si系酸化物のスラグの生成を抑制して溶接部の電着塗装性を改善する技術が開示されている。特許文献2に記載の溶接用ソリッドワイヤを用いれば、Si系酸化物のスラグの生成を抑制できるので、溶接部の電着塗装性を改善効果が得られるが、絶縁性の高いMn系酸化物のスラグの生成は抑制できず、十分な電着塗装性は得られない。
【0008】
また、特許文献3には、Siの含有量が0.15%以下の耐気孔性及び電着塗装性に優れた溶接用ソリッドワイヤ及びフラックス入りワイヤが開示されている。特許文献3に記載の溶接用ソリッドワイヤ又はフラックス入りワイヤを使用すれば、耐気孔性及び電着塗装性の若干の改善効果が得られるものの、溶接ビード表面には絶縁性の高いMn系酸化物のスラグが多く生成されるため、十分な電着塗装性は得られないという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0009】
【特許文献1】特再公表2014-126246号公報
【特許文献2】特開2009-166066号公報
【特許文献3】特開2019-81195号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、電着塗装性が良好で、優れた機械性能の溶接金属が得られ、耐割れ性に優れ、ビード形状及びアークの安定性が良好で、スパッタ発生量が少ないなど溶接作業性に優れた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、鋼製外皮とフラックスの合計で、C:0.05~0.15%、Si:0.01~0.15%、Mn:1.0~2.5%、Cu:0.05~0.50%、Ti:0.05~0.35%、B:0.0015~0.0100%、S:0.003~0.015%を含有し、さらに、ワイヤ全質量に対する質量%で、フラックス中に、金属弗素物:F換算値の合計で0.01~0.10%、Na酸化物、Na弗化物、K酸化物及びK弗化物の1種又は2種以上:Na2O換算値及びK2O換算値の合計で0.03~0.10%を含有し、SiO2:0.10%以下であることを特徴とする。
【0012】
また、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、Al:0.01~0.20%を更に含有することも特徴とする。
【0013】
さらに、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、Mg:0.01~0.20%を更に含有することも特徴とする。
【0014】
また、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ぎ目を無くしたことも特徴とする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】
【0015】
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、電着塗装性が良好で、優れた機械性能を得られる溶接金属が得られ、耐割れ性に優れ、ビード形状及びアークの安定性が良好で、スパッタ発生量が少ないなど溶接作業性に優れた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を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【0016】
本発明者らは、上記課題を解決するために、電着塗装性が良く、優れた機械性能の溶接金属が得られ、耐割れ性が良好で、アークの安定性、ビード形状に優れ、スパッタ発生量が少ないなど溶接作業性に優れた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(以下、フラックス入りワイヤという。)の成分組成について詳細に検討した。
【0017】
その結果、フラックス入りワイヤ中のSi及びSiO2の含有量を極力低下させ、Si系酸化物のスラグ生成を抑制することで電着塗装性の改善に有効であることを知見したが、溶接ビード表面に同じく絶縁性の高いMn系酸化物のスラグが主に生成され、十分な電着塗装性は得られなかった。
【0018】
そこで、本発明者らは、更なる電着塗装性の改善を達成するべく、生成されるスラグの絶縁性を低下させる方法を詳細に検討した結果、フラックス入りワイヤ中にTiを適正添加することで、溶接ビード表面に導電性のTi系酸化物のスラグを生成させて絶縁性の高いSi、Mn系酸化物のスラグの生成が抑制できることを突き止めた。
【0019】
また、AlやMgは、Si、Mnより酸素と結合しやすく、Tiと同様に絶縁性の高いSi、Mn系酸化物のスラグの生成を抑制できるので、Al及びMgを適量添加することで、電着塗装性の更なる改善に有効であることを知見した。
【0020】
さらに、Sは、溶融池の表面張力を調整して内向き対流を作り出す効果があり、生成したスラグ自体をビード中央に集めることができるため、ビード止端部にSi、Mn系酸化物のスラグを極力残存することを防止することが可能となり、電着塗装性を更に改善できることを知見した。
【0021】
また、アークの安定性及びスパッタ発生量の低減は、フラックス入りワイヤ中のC及びCuの含有量、を適正にし、フラックス中に金属弗素物、Na酸化物、Na弗化物、K酸化物及びK弗化物を適正添加することが有効であることを知見した。さらに、ビード形状は、溶接ワイヤ中のSの含有量を適正にすることが有効であることを知見した。
【0022】
また、耐割れ性は、フラックス入りワイヤ中のC、Cu、S及びBの含有量を適正とすることで高温割れを防止でき、また、鋼製外皮の継ぎ目を無くすことで低温割れを防止できることを知見した。
【0023】
また、溶接金属の適正な強度と靱性を得るためには、フラックス入りワイヤ中のC、Mn、Ti、Cu、B及びSの含有量を適正とすることで達成できることを知見した。
【0024】
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は、各成分組成それぞれの単独及び共存による相乗効果によりなし得たものであるが、以下にそれぞれの各成分組成の添加理由及び限定理由を述べる。なお、以下においては、フラックス入りワイヤの化学成分をワイヤの全質量に対する割合である質量%で表すものとし、その質量%に関する記載を単に%と記載して説明する。
【0025】
[鋼製外皮とフラックスの合計でC:0.05~0.15%]
Cは、固溶強化により溶接金属の強度を向上するために必要な元素である。またCは、アークを安定させる効果がある。Cが0.05%未満であると、その効果が十分に得られず、溶接金属の強度が得られない。また、アークが不安定となり、スパッタ発生量が多くなる。一方、Cが0.15%を超えると、溶接金属の強度が過剰に高くなり、靭性が低下する。また、高温割れが発生しやすくなる。従って、鋼製外皮とフラックスの合計でCは0.05~0.15%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から添加できる。
【0026】
[鋼製外皮とフラックスの合計でSi:0.01~0.15%]
Siは、溶接金属の脱酸のために添加し、溶接金属の強度を向上させるとともに、ビード形状を改善する効果があるが、溶接ビード表面に絶縁性の高いスラグを生成するので、電着塗装性の観点ではSiを極力減らすことが望ましい。Siが0.01%未満であると、ビード形状が不良となり、溶接金属の強度が低下する。一方、Siが0.15%を超えると、Si系酸化物のスラグが溶接ビード表面に生成し、電着塗装性が劣化する。従って、鋼製外皮とフラックスの合計でSiは0.01~0.15%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等の合金粉から添加できる。
【0027】
[鋼製外皮とフラックスの合計でMn:1.0~2.5%]
Mnは、溶接金属の脱酸のために添加し、溶接金属の靭性の確保と強度向上の効果があるが、Siと同様に絶縁性の高いスラグを生成するので、Mnを極力減らすことが望ましい。Mnが1.0%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2.5%を超えると、絶縁性の高いMn系酸化物のスラグが溶接ビード表面に生成し、電着塗装性が劣化する。また、溶接金属の強度が過剰に高くなり、靱性が低下する。従って、鋼製外皮とフラックスの合計でMnは1.0~2.5%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。
【0028】
[鋼製外皮とフラックスの合計でTi:0.05~0.35%]
Tiは、脱酸剤として作用するとともに、溶接金属の靱性を向上させる効果がある。また、酸素との結合力が強く、シールドガス中の酸素と反応してTi酸化物を主体としたTi系酸化物のスラグがSi、Mn系酸化物のスラグよりも先に生成する。このTi系酸化物のスラグは、Si、Mn系酸化物のスラグと異なり導電性があるため、電着塗装不良が発生しにくいので、Si、Mn系酸化物のスラグの生成を抑制して電着塗装性を向上する効果がある。Tiが0.05%未満であると、その効果が十分に得られず、電着塗装性が劣化する。また、溶接金属の靱性が低下する。一方、Tiが0.35%を超えると、溶接金属中の固溶Tiが多くなり、溶接金属の強度が過剰に高くなり、靭性が低下する。従って、鋼製外皮とフラックスの合計でTiは0.05~0.35%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等の合金粉から添加する。
【0029】
[鋼製外皮とフラックスの合計でCu:0.05~0.50%]
Cuは、ワイヤ表面に施すCuめっきとして使用され、溶接時のワイヤ送給性や通電性を良好にすることで、アークを安定化してスパッタを低減する効果がある。Cuが0.05%未満であると、その効果が得られず、アークが不安定になり、スパッタ発生量が多くなる。一方、Cuが0.50%を超えると、析出脆化が生じて溶接金属の靭性が低下する。また、高温割れが発生しやすくなる。従って、鋼製外皮とフラックスの合計でCuは0.05~0.50%とする。なお、Cuは、鋼製外皮に含まれる成分及び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、Fe-Si-Cu等の合金粉から添加できる。
【0030】
[鋼製外皮とフラックスの合計でB:0.0015~0.0100%]
Bは、溶接金属の組織を微細化して靭性を向上させる効果がある。Bが0.0015%未満であると、その効果が十分に得られず、溶接金属の靭性が低下する。一方、Bが0.0100%を超えると、溶接金属の粒界が脆化して靭性が低下する。また、高温割れが発生しやすくなる。従って、鋼製外皮とフラックスの合計でBは0.0015~0.0100%とする。なお、Bは、鋼製外皮に含まれる成分の他、Fe-Si-B、Fe-Mn-B等の合金粉から添加できる。
【0031】
[鋼製外皮とフラックスの合計でS:0.003~0.015%]
Sは、溶融池の中央部の表面張力を溶融池の周辺の表面張力よりも増加させて溶融池の内向きの対流を発生させることで、ビード形状を改善するとともに、Si、Mn系酸化物のスラグがビード止端部に残存することを防止して溶接部の電着塗装性を向上させる効果がある。Sが0.003%未満であると、その効果が十分に得られず、ビード形状が不良となるとともに、Si、Mn系酸化物のスラグが溶接ビード止端部に多く残存してしまい、電着塗装性が劣化する。一方、Sが0.015%を超えると、溶接金属の靱性が低下するとともに、溶接金属に高温割れが発生しやすくなる。従って、鋼製外皮とフラックスの合計でSは0.003~0.015%とする。なお、Sは、鋼製外皮に含まれる成分の他、フラックスから金属粉、合金粉及び硫化鉄等から添加できる。
【0032】
[フラックス中に含有する金属弗素物:F換算値の合計で0.01~0.10%]
金属弗素物は、アークを集中させて安定にする効果がある。金属弗素物のF換算値の合計が0.01%未満では、その効果が十分に得られず、アークが不安定になってスパッタ発生量が多くなる。一方、金属弗素物のF換算値の合計が0.10%を超えると、アークが過剰に強くなって不安定になり、スパッタ発生量が多くなる。従って、フラックス中に含有する金属弗素物のF換算値の合計は0.01~0.10%とする。なお、金属弗素物は、フラックスからの蛍石、弗化ナトリウム、弗化リチウム、弗化マグネシウム、珪弗化カリウム、氷晶石、弗化アルミニウム等から添加でき、F換算値はそれらに含有されるF量の合計である。
【0033】
[フラックス中に含有するNa酸化物、Na弗化物、K酸化物及びK弗化物の1種又は2種以上:Na2O換算値及びK2O換算値の合計で0.03~0.10%]
Na酸化物、Na弗化物、K酸化物及びK弗化物は、アーク状態を安定させる効果がある。Na酸化物、Na弗化物、K酸化物及びK弗化物の1種又は2種以上のNa2O換算値とK2O換算値の合計が0.03%未満であると、アークが不安定になってスパッタ発生量が多くなる。一方、Na酸化物、Na弗化物、K酸化物及びK弗化物の1種又は2種以上のNa2O換算値とK2O換算値の合計が0.10%を超えると、アークが過剰に強くなってスパッタ発生量が多くなる。また、ビード止端部のなじみが悪くなってビード形状が不良となる。従って、フラックス中に含有するNa酸化物、Na弗化物、K酸化物及びK弗化物の1種又は2種以上のNa2O換算値及びK2O換算値の合計は0.03~0.10%とする。なお、Na酸化物及びNa弗化物は、フラックスからの珪酸ナトリウム等の水ガラスの固質成分、弗化ナトリウム、氷晶石等から添加でき、K酸化物及びK弗化物は、フラックスからの珪酸カリウム等の水ガラスの固質成分、珪弗化カリウム等の粉末から添加できる。
【0034】
[フラックス中に含有するSiO2:0.10%以下]
SiO2は、フラックスを製造時に使用する水ガラスの固質成分としてフラックス中に含有され、フラックス入りワイヤ製造過程において不可避な成分であるが、絶縁性の高いSi系酸化物のスラグの生成を増加させて電着塗装性を劣化させるため、フラックス中に含有するSiO2は0.10%以下とする。
【0035】
[鋼製外皮とフラックスの合計でAl:0.01~0.20%]
Alは、脱酸剤として作用し、溶接金属の脱酸を促進させる効果がある。また、酸素との結合力が強い元素なので、Si、Mnより先にシールドガス中の酸素と反応してAl系酸化物のスラグを生成する。このAl系酸化物のスラグは絶縁性の高いスラグであるが、Si、Mn系酸化物のスラグの生成量を抑えることができ、電着塗装性をより改善する効果がある。Alが0.01未満では、その効果が得られず、十分な電着塗装性が得られない。一方、Alが0.20を超えると、溶接金属中にAlが残留してしまい、溶接金属の靱性が低下する。従って、鋼製外皮とフラックスの合計でAlは0.01~0.20%とする。なお、Alは、鋼製外皮に含まれる成分の他、フラックスからFe-Al、Al-Mg等の合金粉から添加できる。
【0036】
[鋼製外皮とフラックスの合計でMg:0.01~0.20%]
Mgは、脱酸剤として作用し、溶接金属の脱酸を促進させる効果がある。また、Alと同様、Si、Mnより先にシールドガス中の酸素と反応してMg系酸化物のスラグを生成させ、Si、Mn系酸化物のスラグの生成量を抑えることができる。さらに、Mgは、特に酸素との結合力が強い元素なので、ガスシールドアーク溶接の溶滴生成時に溶滴表面にMg系酸化物のスラグが生成し、一部が溶滴落下前に燃焼して大気中に飛散するので、生成するスラグ量自体を低減させて電着塗装性をより改善することができる。Mgが0.01未満では、その効果が得られず、十分な電着塗装性が得られない。一方、Mgが0.20を超えると、溶接金属中にMgが残留してしまい、溶接金属の靱性が低下する。従って、鋼製外皮とフラックスの合計でMgは0.01~0.20%とする。なお、Mgは、鋼製外皮に含まれる成分の他、フラックスから金属Mg、Al-Mg等の合金粉から添加できる。
【0037】
[成形した鋼製外皮の合わせ目を溶接することで鋼製外皮に継目を無くす]
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は、鋼製外皮をパイプ状に成型し、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、成形し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、鋼製外皮に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、何れの断面構造のワイヤを採用することができるが、鋼製外皮に継目を有するワイヤは、溶接金属の強度が高くなると低温割れが生じやすくなるので水分含有量の少ない原材料を用いる必要がある。一方、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、鋼製外皮に継ぎ目の無い断面構造を使用することとすることがより好ましい。
【0038】
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の残部は、鉄粉、鋼製外皮のFe分、Fe-Si、Fe-Mn、Fe-Si-Mn、Fe-Ti、Fe-Si-Cu、Fe-Si-B、Fe-Mn-B、硫化鉄、Fe-Al合金等の鉄合金粉のFe分及び不可避的不純物である。鉄粉は成分調整用及びアーク安定剤としてフラックス中に含有し、特に限定はしないが、酸素含有量が0.30%以下の水素還元鉄粉やアトマイズ鉄粉等を用いることで、Al、Mg等のようなスラグ生成量を増加させる強脱酸剤を添加することなく溶接金属の酸素量を0.05%以下まで抑えることができ、スラグ生成量を少なくして溶接金属の靭性を向上することが可能となる。また、不可避不純物については特に限定しないが、高温割れの防止の観点からPは0.010%以下が好ましい。
【0039】
また、フラックス充填率は特に限定しないが、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。
【0040】
なお、シールドガスは、ArとCO2との混合ガスとし、CO2の混合量は5~25体積%の範囲として溶接金属の酸素量を低減する。また、シールドガス流量は、耐欠陥性及び大気からの窒素の混入を防ぐために20~35リットル/分であることが好ましい。
【実施例0041】
以下、本発明の効果を実施例により具体的に説明する。
【0042】
JIS G3141 SPHCに規定される鋼板を鋼製外皮として使用し、鋼製外皮を成形する工程でU字型に成形し、フラックスを充填率8~20%で充填しC字型に成形した後、鋼製外皮の合わせ目を溶接した継目が無いワイヤと、溶接しない隙間のあるワイヤとを造管して伸線し、表1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。なお、鋼製外皮の合わせ目を溶接した継目が無いワイヤは、伸線途中で焼鈍を実施したが、鋼製外皮の合わせ目のあるワイヤは、フラックスを充填前に乾燥し、ワイヤ製造後はフラックスの吸湿を防ぐために、ビニール製の袋に封入して、溶接直前までその状態で保管した。
【0043】
【0044】
試作したフラックス入りワイヤを用いて、重ねすみ肉溶接を実施し、溶接作業性及び電着塗装性の調査を行った。さらに溶着金属性能及び耐割れ性の調査を行った。
【0045】
溶接作業性は、JIS G3113 SAPH440に規定される板厚3.2mmの鋼板を用い、表2に示す溶接条件で重ねすみ肉溶接を実施し、アークの安定性、スパッタ発生量及びビード形状の良否について目視にて調査した。
【0046】
電着塗装性の評価は、重ねすみ肉溶接を行った試験体を脱脂・化成処理した後、膜厚が約20μmとなるように電着塗装を施した後、ビード外観を写真撮影し、その画像を処理してビード表面面積に対する塗装不良部の面積率が5%以下を良好とした。
【0047】
【0048】
溶着金属性能は、JIS G3106 SM490に規定される板厚20mmの鋼板を用い、JIS Z3111に準じて表2に示す溶接条件で溶着金属試験を実施した。溶着金属試験は、溶接した溶着金属部の板厚中心部からA0号引張試験片及び衝撃試験片を採取して機械的性能を調査した。
【0049】
強度の評価は、引張強さが490~670MPaを良好とした。また、靱性の評価は、-20℃においてシャルピー衝撃試験を各3回実施し、吸収エネルギーの平均値が47J以上を良好とした。
【0050】
耐割れ性の試験は、JIS G3106 SM490に規定される板厚40mmの鋼板を用い、JIS Z 3157に準拠して表2に示す溶接条件でU形溶接割れ試験を実施した。溶接直後の試験体で高温割れ発生の有無を目視確した後、溶接後48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)の低温割れ発生の有無をJIS Z 2343に準拠した浸透探傷試験を実施し、目視にて割れが無いものを良好とした。これらの結果を表3にまとめて示す。
【0051】
【0052】
表1及び表3中のワイヤ記号W1~W17が本発明例、ワイヤ記号W18~W34は比較例である。本発明例であるワイヤ記号W1~W17は、フラックス入りワイヤ中のC、Si、Mn、Cu、Ti、B、Sが適正で、フラックス中のSiO2、金属弗素物のF換算値の合計、Na酸化物、Na弗化物、K酸化物及びK弗化物の1種又は2種以上のNa2O換算値及びK2O換算値の合計が適正なので、アークが安定してスパッタ発生量が少なく、ビード形状が良好で、塗装不良部の面積率が低く、高温割れ及び低温割れが発生せず、溶着金属の引張強さ及び吸収エネルギーともに良好であった。
【0053】
また、ワイヤ記号W3、W4、W5、W10、W11、W16及びW17はAlが適量添加され、ワイヤ記号W2、4、11、12、17はMgが適量添加されているので、塗装不良部の面積率がさらに少なく、極めて満足な結果であった。
【0054】
なお、ワイヤ記号W4、W6、W10、W11は、鋼製外皮に継ぎ目を有するが、溶着金属の引張強さが適正であったので低温割れは発生しなかった。
【0055】
比較例中ワイヤ記号W18は、Cが少ないので、アークが不安定で、スパッタ発生量が多かった。また、溶着金属の引張強さが低かった。
【0056】
ワイヤ記号W19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かった。また、高温割れが発生した。
【0057】
ワイヤ記号W20は、Siが少ないので、溶着金属の引張強さが低かった。また、ビード形状が不良であった。
【0058】
ワイヤ記号W21は、Siが多いので、塗装不良部の面積率が高かった。また、金属弗素物のF換算値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かった。さらに、鋼製外皮に継ぎ目を有するので、低温割れが発生した。
【0059】
ワイヤ記号W22は、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かった。また、金属弗素物のF換算値の合計が多いので、アークが不安定で、スパッタ発生量が多かった。
【0060】
ワイヤ記号W23は、Mnが多いので、塗装不良部の面積率が高かった。また、溶着金属の引張強さが高く、吸収エネルギーが低かった。さらに、Na酸化物、Na弗化物、K酸化物及びK弗化物の1種又は2種以上のNa2O換算値及びK2O換算値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かった。また、鋼製外皮に継ぎ目を有するので、低温割れが発生した。
【0061】
ワイヤ記号W24は、Tiが少ないので、塗装不良部の面積率が高かった。また、溶着金属の吸収エネルギーが低かった。
【0062】
ワイヤ記号W25は、Ti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かった。また、Na酸化物、Na弗化物、K酸化物及びK弗化物の1種又は2種以上のNa2O換算値及びK2O換算値の合計が多いので、過剰にアークが強くてスパッタ発生量が多く、ビード形状が不良であった。
【0063】
ワイヤ記号W26は、Cuが多いので、溶着金属の吸収エネルギーが低かった。また、高温割れが発生した。
【0064】
ワイヤ記号W27は、Sが多いので、溶着金属の吸収エネルギーが低かった。また、高温割れが発生した。
【0065】
ワイヤ記号W28は、Cuが少ないので、アークが不安定で、スパッタ発生量が多かった。また、SiO2が多いので、塗装不良部の面積率が高かった。
【0066】
ワイヤ記号W29は、Bが少ないので、溶着金属の吸収エネルギーが低かった。また、Sが少ないので、塗装不良部の面積率が高く、ビード形状が不良であった。
【0067】
ワイヤ記号W30は、Bが多いので、溶着金属の吸収エネルギーが低かった。また、高温割れが発生した。
【0068】
ワイヤ記号W31は、Tiが少ないので、溶着金属の吸収エネルギーが低かった。また、塗装不良部の面積率が高かった。さらに、Mgが少ないので、電着塗装性の向上効果が得られなかった。
【0069】
ワイヤ記号W32は、金属弗素物のF換算値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かった。また、Mgが多いので、溶着金属の吸収エネルギーが低かった。
【0070】
ワイヤ記号W33は、Sが少ないので、ビード形状が不良であった。また、塗装不良部の面積率が高かった。さらに、Alが少ないので、電着塗装性の向上効果が得られなかった。
【0071】
ワイヤ記号W34は、Na酸化物、Na弗化物、K酸化物及びK弗化物の1種又は2種以上のNa2O換算値及びK2O換算値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かった。また、Alが多いので、溶着金属の吸収エネルギーが低かった。