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(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】P2024144036
(43)【公開日】2024-10-11
(54)【発明の名称】セルフ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 20060101AFI20241003BHJP
B23K 35/30 20060101ALN20241003BHJP
C22C 38/00 20060101ALN20241003BHJP
C22C 38/04 20060101ALN20241003BHJP
【ＦＩ】
B23K35/368 C
B23K35/30 A
B23K35/30 320F
C22C38/00 301Z
C22C38/04
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023184703
(22)【出願日】2023-10-27
(31)【優先権主張番号】P 2023055797
(32)【優先日】2023-03-30
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(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
(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】宮田 幹人
(72)【発明者】
【氏名】岩上 友勝
(72)【発明者】
【氏名】兼島 裕紀
(72)【発明者】
【氏名】笹木 聖人
【テーマコード（参考）】
4E084
【Ｆターム（参考）】
4E084AA03
4E084AA17
4E084AA24
4E084AA25
4E084AA26
4E084AA27
4E084BA02
4E084BA03
4E084BA04
4E084BA05
4E084BA06
4E084BA10
4E084BA18
4E084BA29
4E084CA03
4E084CA16
4E084CA26
4E084DA14
4E084GA03
4E084HA06
(57)【要約】
【課題】 高強度で靭性に優れた溶接金属が得られ、かつ、溶接欠陥を抑制でき、溶接作業性が良好なセルフ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】 セルフ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：０．０４～０．１２％、Ｍｎ：１．０～２．５％、Ａｌ：１．０～３．０％、Ｓｉ：０．５％以下、Ｓ：０．０１６～０．０４％を含有し、フラックス中に、Ｍｇ：１．０～３．０％、Ｎｉ：０．１～３．０、ＳｉＯ2換算値の合計：０．５％以下、Ｆ換算値の合計：１．５～５．０％、金属炭酸塩の１種又は２種以上の合計：０．２～２．０％、フラックスの全質量に対する質量％で鉄粉：３０～６０％を含有することを特徴とする。
【選択図】 なし
【解決手段】 セルフ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：０．０４～０．１２％、Ｍｎ：１．０～２．５％、Ａｌ：１．０～３．０％、Ｓｉ：０．５％以下、Ｓ：０．０１６～０．０４％を含有し、フラックス中に、Ｍｇ：１．０～３．０％、Ｎｉ：０．１～３．０、ＳｉＯ2換算値の合計：０．５％以下、Ｆ換算値の合計：１．５～５．０％、金属炭酸塩の１種又は２種以上の合計：０．２～２．０％、フラックスの全質量に対する質量％で鉄粉：３０～６０％を含有す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セルフ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：０．０４～０．１２％、
Ｍｎ：１．０～２．５％、
Ａｌ：１．０～３．０％、
Ｓｉ：０．５％以下、
Ｓ：０．０１６～０．０４％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、
Ｍｇ：１．０～３．０％、
Ｎｉ：０．１～３．０％、
Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計：０．５％以下、
金属弗化物のＦ換算値の合計：１．５～５．０％、
金属炭酸塩の１種又は２種以上の合計：０．２～２．０％を含有し、
さらに、フラックスの全質量に対する質量％で、
鉄粉：３０～６０％を含有し、
残部が、鋼製外皮のＦｅ分、鉄合金粉のＦｅ分及び不純物からなることを特徴とするセルフシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
Ｃ：０．０４～０．１２％、
Ｍｎ：１．０～２．５％、
Ａｌ：１．０～３．０％、
Ｓｉ：０．５％以下、
Ｓ：０．０１６～０．０４％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、
Ｍｇ：１．０～３．０％、
Ｎｉ：０．１～３．０％、
Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計：０．５％以下、
金属弗化物のＦ換算値の合計：１．５～５．０％、
金属炭酸塩の１種又は２種以上の合計：０．２～２．０％を含有し、
さらに、フラックスの全質量に対する質量％で、
鉄粉：３０～６０％を含有し、
残部が、鋼製外皮のＦｅ分、鉄合金粉のＦｅ分及び不純物からなることを特徴とするセルフ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、製鋼外皮とフラックスの合計で、
Ｃｕ：０．０５～１．０％
を更に含有することを特徴とする請求項１に記載のセルフシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
Ｃｕ：０．０５～１．０％
を更に含有することを特徴とする請求項１に記載のセルフ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、フラックス中の金属弗化物と金属炭酸塩のＬｉ換算値の１種又は２種以上の合計で、
Ｌｉ：０．０５～０．３％
を更に含有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のセルフシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
Ｌｉ：０．０５～０．３％
を更に含有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のセルフシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
【請求項4】
ワイヤ全質量に対する質量％で、フラックス中のＮａ酸化物及びＫ酸化物のＮａ2Ｏ換算値及びＫ2Ｏ換算値の１種又は２種の合計：０．０２～０．１５％を更に含有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のセルフシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
【請求項5】
ワイヤ全質量に対する質量％で、フラックス中の金属弗化物と金属炭酸塩のＬｉ換算値の１種又は２種以上の合計で、Ｌｉ：０．０５～０．３％と、ワイヤ全質量に対する質量％で、フラックス中のＮａ酸化物及びＫ酸化物のＮａ2Ｏ換算値及びＫ2Ｏ換算値の１種又は２種の合計：０．０２～０．１５％を更に含有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のセルフ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、４９０ＭＰａ～６７０ＭＰａ級高張力鋼のセルフシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤに関し、高強度で靭性に優れた溶接金属が得られ、かつ、ピットやブローホールなどの溶接欠陥が発生せず、溶接作業性が良好なセルフ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】
セルフシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、溶接用ワイヤ中に金属弗化物や金属炭酸塩などのガス発生剤を添加することで、溶接時にこれら金属弗化物及び金属炭酸塩がアーク熱で分解されて発生するシールド性ガスで溶融プールを覆い、シールドガスを用いることなく、大気を遮断して溶接する溶接方法である。この溶接方法は、シールドガスを送り出すボンベや配管等の設備が必要ないので、溶接装置の構造がシンプルで持ち運びも容易であり、土木及び建築分野の現場で広く用いられている。例えば、特許文献１には、全姿勢溶接が可能なセルフシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤが開示されている。
【0003】
しかし、特許文献１に開示されたセルフシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、一般のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤに比べると、アークが不安定でスパッタ発生量が多いなど溶接作業性が悪い、ピットやブローホールなどの気孔欠陥が発生しやすい、また、溶接金属の機械性能が低いなどという問題があった。
【0004】
これを解決する手段として、特許文献２には、溶融金属中のＮを固定し耐気孔性を向上する効果のあるＡｌ、溶接部をシールドする効果のあるＭｇ、金属弗化物及び金属炭酸塩を溶接ワイヤ中に適量添加することによって、耐シールド性を向上させてピットやブローホールなどの気孔欠陥を防止するとともに、アークの安定化とスパッタ発生量低減など溶接作業性が良好なセルフシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤが開示されている。しかし、特許文献２に開示されたセルフシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤを用いれば、ピットやブローホールなどの気孔欠陥を抑制し、アークが安定化してスパッタ発生量が少ないなど良好な溶接作業性を得ることができるものの、Ａｌが多く添加されているため、溶接金属のミクロ組織が粗大化しやすく、優れた機械性能を有する溶接金属が得られにくく、特に溶接金属の十分な靭性を得ることが難しいという問題があった。
【0005】
また、近年では土木及び建築分野においても溶接構造物の高強度化が進み、５９０ＭＰａ級鋼などの高強度鋼が広く用いられている。これら高強度鋼の溶接施工を行う場合には、溶接金属も相当の強度が要求されるため、セルフシールドアーク溶接に用いる溶接ワイヤ中にも溶接金属の強度を向上させる元素、例えばＭｏなどが添加されることがあるが、Ｍｏなどが溶接金属に含まれると、溶接金属の靭性が更に得られ難くなる。
【0006】
これらの問題を解決する手段として、特許文献３には、Ａｌ、ＢａＦ２及びＳｒ複合酸化物を適量添加させ、アークを安定化することによってスパッタ発生量を減らし、ピットやブローホールなどの気孔欠陥を抑制するなど溶接作業性を良好にするとともに、Ｃ、Ｍｎ、Ｎｉ及びＭｏを適量添加することにより、溶接金属の強度及び靭性を向上させることができるセルフシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤが開示されている。しかし、特許文献３に開示されたセルフシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤでは、アークを安定にしてスパッタ発生量を少なくし、また、ピット及びブローホールなどの気孔欠陥を抑制するなど良好な溶接作業性は得られるものの、Ｃ、Ｍｎ、Ｎｉ及びＭｏの添加量を増加させているため、溶接金属の強度が過剰に高くなるという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特開昭６２－２３８０９７号公報
【特許文献2】特開平３－１１８９９３号公報
【特許文献3】特開２００９－１１９４９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
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、４９０ＭＰａ～６７０ＭＰａ級高張力鋼のセルフシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤに関し、高強度で靭性に優れた溶接金属が得られ、かつ、ピットやブローホールなどの気孔欠陥を抑制でき、溶接作業性が良好なセルフ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】
【0009】
上述した課題を解決するために、本発明に係るセルフシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、鋼製外皮にフラックスを充填してなるセルフ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：０．０４～０．１２％、Ｍｎ：１．０～２．５％、Ａｌ：１．０～３．０％、Ｓｉ：０．５％以下、Ｓ：０．０１６～０．０４％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、Ｍｇ：１．０～３．０％、Ｎｉ：０．１～３．０％、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計：０．５％以下、金属弗化物のF換算値の合計：１．５～５．０％、金属炭酸塩の１種又は２種以上の合計：０．２～２．０％を含有し、さらに、フラックスの全質量に対する質量％で鉄粉：３０～６０％を含有し、残部が、鋼製外皮のＦｅ分、鉄合金粉のＦｅ分及び不純物からなることを特徴とする。
【発明の効果】
【0010】
本発明に係るセルフシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤによれば、４９０ＭＰａ～６７０ＭＰａ級の高強度で靭性に優れた溶接金属が得られ、かつ、ピットやブローホールなどの気孔欠陥が発生せず、溶接作業性が良好なセルフ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】
【0011】
本発明者らは、上述した課題を解決するために、セルフシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤにおいて、４９０ＭＰａ～６７０ＭＰａ級の高強度で靭性に優れた溶接金属が得られ、かつ、ピットやブローホールなどの気孔欠陥が発生せず、アークが安定し、スパッタ発生量が少ないなど溶接作業性に優れたセルフ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について詳細に検討した。
【0012】
その結果、セルフシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ中にＡｌを適量添加することにより、溶融金属中のＮをＡｌＮとして固定してピット及びブローホールなどの気孔欠陥の発生を抑制できるものの、Ａｌは溶接金属のミクロ組織を粗大化させて溶接金属の靭性を低下できることが判明した。そこで、ミクロ組織の粗大化を抑制しつつ、溶接金属の強度を向上させる方法を種々検討した結果、セルフシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ中にガスを発生させる金属弗化物、金属炭酸塩及びＭｇを多く添加させることにより、シールド性を高め、Ａｌの添加量を少なくすることが可能となり、ミクロ組織の粗大化を抑制することができ、かつ、Ｃ及びＭｎを適量添加することで溶接金属の強度及び靭性を向上させることができることを見出した。しかし、添加した金属炭酸塩が過剰であると大粒のスパッタを発生しやすくなることが判明した。また、溶接金属の必要な靭性を得るためにＭｎの添加量を増加させると、溶接金属の強度が高強度となりすぎることが判明した。
【0013】
そこで、ピット及びブローホールなどの気孔欠陥の発生を抑制し、かつ、４９０ＭＰａ～６７０ＭＰａ級の強度が得られ、靭性も良好な溶接金属を得るべく更に種々検討した結果、金属炭酸塩の添加量を少なくしてスラグ生成量を抑え、Ａｌの添加量を最小量に留めつつ、Ｓｉ、Ｍｇ及び金属弗化物の添加量を増加させることでピット及びブローホールなどの気孔欠陥の発生を抑制し、Ｍｎの添加量を少なく抑えつつ、Ｃの添加量を調整することで、４９０ＭＰａ～６７０ＭＰａ級の溶接金属の強度が得られ、靭性も良好な溶接金属が得られることを突き止めた。さらに、Ｃｕ及びＮｉを適量添加することにより、フェライト組織の粗大化を抑制し溶接金属の靭性を向上することができることも判明した。
【0014】
また、その他の溶接作業性に関して、アークを安定化してスパッタ発生量を少なくするには、鉄粉、Ｓ、Ｎａ酸化物及びＫ酸化物を適量添加することが有効であることを突き止めた。
【0015】
さらに、Ｓｉ酸化物を適量添加することにより、溶融スラグの粘性を調整し、溶接ビードのスラグ被包性及びビード形状を改善できることを突き止めた。
【0016】
本発明を適用したセルフ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、セルフシールド溶接用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％又はフラックスの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％と記載して説明する。
【0017】
［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：０．０４～０．１２％］
Ｃは、固溶強化により溶接金属の強度を向上する効果がある。またＣは、溶接時に生成されるＣＯ及びＣＯ2は溶融プールへの大気を遮断してシールド性を高め、ピットやブローホールなどの溶接欠陥の発生を抑制する効果がある。Ｃが０．０４％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Ｃが０．０４％未満であると、シールド性が十分に確保できず、ピットやブローホールなどの溶接欠陥が発生しやすくなる。一方、Ｃが０．１２％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。したがって、鋼製外皮とフラックスの合計でＣは０．０４～０．１２％とする。なお、Ｃは、鋼製外皮に含まれる成分の他、金属粉及び合金粉等としてフラックスから添加できる。
Ｃは、固溶強化により溶接金属の強度を向上する効果がある。またＣは、溶接時に生成されるＣＯ及びＣＯ2は溶融プールへの大気を遮断してシールド性を高め、ピットやブローホールなどの溶接欠陥の発生を抑制する効果がある。Ｃが０．０４％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Ｃが０．０４％未満であると、シールド性が十分に確保できず、ピットやブローホールなどの溶接欠陥が発生しやすくなる。一方、Ｃが０．１２％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。したがって、鋼製外皮とフラックスの合計でＣは０．０４～０．１２％とする。なお、Ｃは、鋼製外皮に含まれる成分の他、金属粉及び合金粉等としてフラックスから添加できる。
【0018】
［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Ｍｎ：１．０～２．５％］
Ｍｎは、溶接金属の脱酸剤として作用し、溶接金属の強度及び靭性を向上する効果がある。Ｍｎが１．０％未満であると、その効果が十分に得られず、溶接金属の強度及び靭性が低下する。一方、Ｍｎが２．５％を超えると、溶接金属の強度が過剰に高くなり、靱性が低下する。したがって、鋼製外皮とフラックスの合計でＭｎは１．０～２．５％とする。なお、Ｍｎは、鋼製外皮に含まれる成分の他、金属Ｍｎ、Ｆｅ－Ｍｎ、Ｆｅ－Ｓｉ－Ｍｎ等の合金粉末としてフラックスから添加できる。
Ｍｎは、溶接金属の脱酸剤として作用し、溶接金属の強度及び靭性を向上する効果がある。Ｍｎが１．０％未満であると、その効果が十分に得られず、溶接金属の強度及び靭性が低下する。一方、Ｍｎが２．５％を超えると、溶接金属の強度が過剰に高くなり、靱性が低下する。したがって、鋼製外皮とフラックスの合計でＭｎは１．０～２．５％とする。なお、Ｍｎは、鋼製外皮に含まれる成分の他、金属Ｍｎ、Ｆｅ－Ｍｎ、Ｆｅ－Ｓｉ－Ｍｎ等の合金粉末としてフラックスから添加できる。
【0019】
［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：１．０～３．０％］
Ａｌは、脱酸剤として作用して溶接金属の靱性を向上させるとともに、溶融金属中にＡｌＮを生成して侵入したＮを固定してピット及びブローホールなどの溶接欠陥の発生を抑制する効果がある。Ａｌが１．０％未満であると、その効果が十分に得られず、ピット及びブローホールなどの溶接欠陥が発生しやすくなる。一方、Ａｌが３．０％を超えると、溶接金属中のＡｌが過剰に歩留まってミクロ組織が粗大化し、溶接金属の靭性が低下する。したがって、鋼製外皮とフラックスの合計でＡｌは１．０～３．０％とする。なお、Ａｌは、鋼製外皮に含まれる成分の他、金属Ａｌ、Ｆｅ－Ａｌ、Ａｌ－Ｍｇ等の合金粉としてフラックスから添加できる。
Ａｌは、脱酸剤として作用して溶接金属の靱性を向上させるとともに、溶融金属中にＡｌＮを生成して侵入したＮを固定してピット及びブローホールなどの溶接欠陥の発生を抑制する効果がある。Ａｌが１．０％未満であると、その効果が十分に得られず、ピット及びブローホールなどの溶接欠陥が発生しやすくなる。一方、Ａｌが３．０％を超えると、溶接金属中のＡｌが過剰に歩留まってミクロ組織が粗大化し、溶接金属の靭性が低下する。したがって、鋼製外皮とフラックスの合計でＡｌは１．０～３．０％とする。なお、Ａｌは、鋼製外皮に含まれる成分の他、金属Ａｌ、Ｆｅ－Ａｌ、Ａｌ－Ｍｇ等の合金粉としてフラックスから添加できる。
【0020】
［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Ｓｉ：０．５％以下］
Ｓｉは、脱酸剤として作用し、ピット及びブローホールなどの溶接欠陥の発生を抑制して溶接金属の機械性能を向上させる効果があるが、溶接金属中に過剰に歩留ると溶接金属の強度が過剰に高くなり、靱性が低下するため、鋼製外皮とフラックスの合計でＳｉは０．５％以下とする。なお、ピット及びブローホールなどの溶接欠陥の発生の抑制及び溶接金属の靱性確保の観点からＳｉは０．１～０．５％とすることがより好ましい。また、Ｓｉは、鋼製外皮に含まれる成分の他、金属Ｓｉ、Ｆｅ－Ｓｉ、Ｆｅ－Ｓｉ－Ｍｎ、Ａｌ－Ｓｉ等の合金粉としてフラックスから添加できる。
Ｓｉは、脱酸剤として作用し、ピット及びブローホールなどの溶接欠陥の発生を抑制して溶接金属の機械性能を向上させる効果があるが、溶接金属中に過剰に歩留ると溶接金属の強度が過剰に高くなり、靱性が低下するため、鋼製外皮とフラックスの合計でＳｉは０．５％以下とする。なお、ピット及びブローホールなどの溶接欠陥の発生の抑制及び溶接金属の靱性確保の観点からＳｉは０．１～０．５％とすることがより好ましい。また、Ｓｉは、鋼製外皮に含まれる成分の他、金属Ｓｉ、Ｆｅ－Ｓｉ、Ｆｅ－Ｓｉ－Ｍｎ、Ａｌ－Ｓｉ等の合金粉としてフラックスから添加できる。
【0021】
［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Ｓ：０．０１６～０．０４％］
Ｓは、ワイヤが溶融した際の溶滴の粘性や表面張力を低下させ、溶滴移行を円滑にすることによって、スパッタを小粒化させ、溶接作業性を向上させる。またＳは、低融点化合物のため溶接金属とスラグの界面に凝集してスラグ剥離を良好にする。Ｓが０．０１６％未満であると、スパッタが増加し、スラグ剥離が悪くなる。一方、Ｓが０．０４％を超えると、溶接金属に割れが発生しやすくなる。したがって、鋼製外皮とフラックスの合計でＳの含有量は、０．０１６～０．０４％とする。なお、Ｓは鋼製外皮に含まれる成分の他、ＦｅＳ等の合金粉末としてフラックスから添加できる。
Ｓは、ワイヤが溶融した際の溶滴の粘性や表面張力を低下させ、溶滴移行を円滑にすることによって、スパッタを小粒化させ、溶接作業性を向上させる。またＳは、低融点化合物のため溶接金属とスラグの界面に凝集してスラグ剥離を良好にする。Ｓが０．０１６％未満であると、スパッタが増加し、スラグ剥離が悪くなる。一方、Ｓが０．０４％を超えると、溶接金属に割れが発生しやすくなる。したがって、鋼製外皮とフラックスの合計でＳの含有量は、０．０１６～０．０４％とする。なお、Ｓは鋼製外皮に含まれる成分の他、ＦｅＳ等の合金粉末としてフラックスから添加できる。
【0022】
［ワイヤ全質量に対する質量％でフラックス中のＭｇ：１．０～３．０％］
Ｍｇは、脱酸剤として作用し、溶接金属の脱酸を促進させてピット及びブローホールなどの溶接欠陥の発生を抑制するとともに、溶接金属の靱性を向上させる。Ｍｇが１．０％未満では、その効果が十分に得られず、ピット及びブローホールなどの溶接欠陥が発生しやすくなるとともに、溶接金属の靱性が低下する。一方、Ｍｇが３．０％を超えると、アークが過剰に強く不安定になり、スパッタ発生量が多くなる。したがって、フラックス中のＭｇは１．０～３．０％とする。なお、Ｍｇは、金属Ｍｇ、Ａｌ－Ｍｇ等の合金粉としてフラックスから添加できる。
Ｍｇは、脱酸剤として作用し、溶接金属の脱酸を促進させてピット及びブローホールなどの溶接欠陥の発生を抑制するとともに、溶接金属の靱性を向上させる。Ｍｇが１．０％未満では、その効果が十分に得られず、ピット及びブローホールなどの溶接欠陥が発生しやすくなるとともに、溶接金属の靱性が低下する。一方、Ｍｇが３．０％を超えると、アークが過剰に強く不安定になり、スパッタ発生量が多くなる。したがって、フラックス中のＭｇは１．０～３．０％とする。なお、Ｍｇは、金属Ｍｇ、Ａｌ－Ｍｇ等の合金粉としてフラックスから添加できる。
【0023】
［ワイヤ全質量に対する質量％でフラックス中のＮｉ：０．１～３．０％］
Ｎｉは、Ｍｎと同様にオーステナイト安定化元素であり、フェライト組織の粗大化を抑制する効果がある。しかしながら、Ｎｉが０．１％未満の場合、フェライトの粗大化を抑制する効果を抑制する効果が過小で、溶接金属の靭性が低下する。また、Ｎｉが３．０％を超えると強度が過剰となり靭性も低下する。そのため、フラックス中のＮｉは０．１～３．０％とする。なお、Ｎｉは、金属Ｎｉ、Ｆｅ－Ｎｉ等の合金粉としてフラックスから添加できる。
Ｎｉは、Ｍｎと同様にオーステナイト安定化元素であり、フェライト組織の粗大化を抑制する効果がある。しかしながら、Ｎｉが０．１％未満の場合、フェライトの粗大化を抑制する効果を抑制する効果が過小で、溶接金属の靭性が低下する。また、Ｎｉが３．０％を超えると強度が過剰となり靭性も低下する。そのため、フラックス中のＮｉは０．１～３．０％とする。なお、Ｎｉは、金属Ｎｉ、Ｆｅ－Ｎｉ等の合金粉としてフラックスから添加できる。
【0024】
［ワイヤ全質量に対する質量％でフラックス中のＳｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計：０．５％以下］
Ｓｉ酸化物は、溶融スラグの粘性及び融点を調整し、スラグ被包性を良好にしてビード形状を改善する効果があるため適量添加する方が良い。しかし、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計が０．５％を超えると、溶融スラグの塩基度が低下し、溶接金属の酸素量が増加して溶接金属の靭性が低下する。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０．５％以下とする。なお、Ｓｉ酸化物は、珪砂、カリガラス、蛍石等としてフラックスから添加できる。
Ｓｉ酸化物は、溶融スラグの粘性及び融点を調整し、スラグ被包性を良好にしてビード形状を改善する効果があるため適量添加する方が良い。しかし、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計が０．５％を超えると、溶融スラグの塩基度が低下し、溶接金属の酸素量が増加して溶接金属の靭性が低下する。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０．５％以下とする。なお、Ｓｉ酸化物は、珪砂、カリガラス、蛍石等としてフラックスから添加できる。
【0025】
［ワイヤ全質量に対する質量％でフラックス中の金属弗素物のＦ換算値の合計：１．５～５．０％］
金属弗素物は、ガス発生剤として作用し、溶融プールへの大気からのシールド性を高めるとともに、アークを集中させて安定化する効果がある。金属弗素物のＦ換算値の合計が１．５％未満では、その効果が十分に得られず、シールド効果が不十分となり、ピットやブローホールなどの溶接欠陥が発生しやすくなるとともに、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５．０％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。したがって、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１．５～５．０％とする。なお、金属弗素物は、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としてフラックスから添加できる。
金属弗素物は、ガス発生剤として作用し、溶融プールへの大気からのシールド性を高めるとともに、アークを集中させて安定化する効果がある。金属弗素物のＦ換算値の合計が１．５％未満では、その効果が十分に得られず、シールド効果が不十分となり、ピットやブローホールなどの溶接欠陥が発生しやすくなるとともに、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５．０％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。したがって、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１．５～５．０％とする。なお、金属弗素物は、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としてフラックスから添加できる。
【0026】
［ワイヤ全質量に対する質量％でフラックス中の金属炭酸塩の１種又は２種以上の合計：０．２～２．０％］
金属炭酸塩は、ガス発生剤として作用し、溶接時にアーク熱で分解されてＣＯ2ガスを発生し、溶融プールを大気から遮断してシールド性を高め、ピット及びブローホールなどの溶接欠陥の発生を抑制して溶接金属の機械的性能を向上する効果があるが、スラグ生成量を増加させてスラグ巻き込みなどの溶接欠陥の要因でもあるので、その添加量を適正に管理することが重要である。金属弗炭酸塩の１種又は２種以上の合計が０．２％未満では、その効果が十分に得られず、ピット及びブローホールなどの溶接欠陥が発生しやすくなる。一方、金属炭酸塩の１種又は２種以上の合計が２．０％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り、また、スラグ生成量が多くなってスラグ巻込み欠陥が発生しやすくなる。したがって、フラックス中の金属炭酸塩の１種又は２種以上の合計は０．２～２．０％とする。なお、金属炭酸塩は、炭酸カルシウム、炭酸バリウム、炭酸マンガン、炭酸リチウム、炭酸マグネシウム等としてフラックスから添加できる。
金属炭酸塩は、ガス発生剤として作用し、溶接時にアーク熱で分解されてＣＯ2ガスを発生し、溶融プールを大気から遮断してシールド性を高め、ピット及びブローホールなどの溶接欠陥の発生を抑制して溶接金属の機械的性能を向上する効果があるが、スラグ生成量を増加させてスラグ巻き込みなどの溶接欠陥の要因でもあるので、その添加量を適正に管理することが重要である。金属弗炭酸塩の１種又は２種以上の合計が０．２％未満では、その効果が十分に得られず、ピット及びブローホールなどの溶接欠陥が発生しやすくなる。一方、金属炭酸塩の１種又は２種以上の合計が２．０％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り、また、スラグ生成量が多くなってスラグ巻込み欠陥が発生しやすくなる。したがって、フラックス中の金属炭酸塩の１種又は２種以上の合計は０．２～２．０％とする。なお、金属炭酸塩は、炭酸カルシウム、炭酸バリウム、炭酸マンガン、炭酸リチウム、炭酸マグネシウム等としてフラックスから添加できる。
【0027】
［フラックスの全質量に対する質量％でフラックス中の鉄粉：３０～６０％］
鉄粉はフラックス充填率の調整用としてフラックス中に含有し、フラックスの流動性を向上させ、フラックスの充填率を安定させる効果がある。また、鉄粉は熱伝導が良いため、溶接時はアークを安定させる効果がある。鉄粉が３０％未満では、フラックスの充填率が安定せず、また、フラックス中の伝導率が低下するためアークが不安定になり、スパッタ発生量が増加する。一方、鉄粉が６０％を超えると、フラックスの充填率が増加するため、製造時の伸線工程で断線が発生する。したがって、フラックス全質量に対する質量％でフラックス中の鉄粉は３０～６０％とする。鉄粉は、特に限定はしないが、溶接金属の靭性確保の観点から水素還元鉄粉やアトマイズ鉄粉等を用いることがより好ましい。
鉄粉はフラックス充填率の調整用としてフラックス中に含有し、フラックスの流動性を向上させ、フラックスの充填率を安定させる効果がある。また、鉄粉は熱伝導が良いため、溶接時はアークを安定させる効果がある。鉄粉が３０％未満では、フラックスの充填率が安定せず、また、フラックス中の伝導率が低下するためアークが不安定になり、スパッタ発生量が増加する。一方、鉄粉が６０％を超えると、フラックスの充填率が増加するため、製造時の伸線工程で断線が発生する。したがって、フラックス全質量に対する質量％でフラックス中の鉄粉は３０～６０％とする。鉄粉は、特に限定はしないが、溶接金属の靭性確保の観点から水素還元鉄粉やアトマイズ鉄粉等を用いることがより好ましい。
【0028】
［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Ｃｕ：０．０５～１．０％］
Ｃｕは、ＭｎやＮｉと同様にオーステナイト安定化元素であり、フェライト組織の粗大化を抑制して靱性を向上する効果がある。しかしながら、Ｃｕが０．０５％未満の場合、上記の効果が得られない。一方、Ｃｕが１．０％を超えると強度が過剰となり靭性も低下する。したがって、鋼製外皮とフラックスの合計でＣｕは０．０５～１．０％とする。なお、Ｃｕは、金属Ｃｕ、Ｆｅ－Ｃｕ等としてフラックスから添加できる。
Ｃｕは、ＭｎやＮｉと同様にオーステナイト安定化元素であり、フェライト組織の粗大化を抑制して靱性を向上する効果がある。しかしながら、Ｃｕが０．０５％未満の場合、上記の効果が得られない。一方、Ｃｕが１．０％を超えると強度が過剰となり靭性も低下する。したがって、鋼製外皮とフラックスの合計でＣｕは０．０５～１．０％とする。なお、Ｃｕは、金属Ｃｕ、Ｆｅ－Ｃｕ等としてフラックスから添加できる。
【0029】
［ワイヤ全質量に対する質量％でフラックス中のＬｉ：０．０５～０．３％］
Ｌｉは、ピット及びブローホールなどの溶接欠陥の発生を抑制する効果がある。Ｌｉが０．０５％未満では、上記の効果が得られない。一方、Ｌｉ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増加する。したがって、フラックス中のＬｉは０．０５～０．３％とする。なおＬｉは、弗化リチウム、炭酸リチウム等としてフラックスから添加できる。
Ｌｉは、ピット及びブローホールなどの溶接欠陥の発生を抑制する効果がある。Ｌｉが０．０５％未満では、上記の効果が得られない。一方、Ｌｉ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増加する。したがって、フラックス中のＬｉは０．０５～０．３％とする。なおＬｉは、弗化リチウム、炭酸リチウム等としてフラックスから添加できる。
【0030】
［ワイヤ全質量に対する質量％でフラックス中のＮａ酸化物及びＫ酸化物のＮａ2Ｏ換算値及びＫ2Ｏ換算値の１種又は２種の合計：０．０２～０．１５％］
Ｎａ酸化物及びＫ酸化物は、アークを安定化させ、スパッタの発生量の増加を抑制する効果がある。Ｎａ酸化物及びＫ酸化物のＮａ2Ｏ換算値及びＫ2Ｏ換算値の１種又は２種の合計が０．０２％未満では上記の効果が得られない。一方、Ｎａ酸化物及びＫ酸化物のＮａ2Ｏ換算値及びＫ2Ｏ換算値の１種又は２種の合計が０．１５％を超えた場合はアーク長が極端に長くなって溶け込みが浅くなり、スラグ巻込みが発生し、またアークが著しく不安定となる。したがって、フラックス中のＮａ酸化物及びＫ酸化物のＮａ2Ｏ換算値及びＫ2Ｏ換算値の１種又は２種の合計は０．０２～０．１５％とする。なお、Ｎａ酸化物及びＫ酸化物は、カリガラス、ソーダガラスなどの粉末としてフラックスから添加できる。
Ｎａ酸化物及びＫ酸化物は、アークを安定化させ、スパッタの発生量の増加を抑制する効果がある。Ｎａ酸化物及びＫ酸化物のＮａ2Ｏ換算値及びＫ2Ｏ換算値の１種又は２種の合計が０．０２％未満では上記の効果が得られない。一方、Ｎａ酸化物及びＫ酸化物のＮａ2Ｏ換算値及びＫ2Ｏ換算値の１種又は２種の合計が０．１５％を超えた場合はアーク長が極端に長くなって溶け込みが浅くなり、スラグ巻込みが発生し、またアークが著しく不安定となる。したがって、フラックス中のＮａ酸化物及びＫ酸化物のＮａ2Ｏ換算値及びＫ2Ｏ換算値の１種又は２種の合計は０．０２～０．１５％とする。なお、Ｎａ酸化物及びＫ酸化物は、カリガラス、ソーダガラスなどの粉末としてフラックスから添加できる。
【0031】
本発明のセルフ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分、Ｆｅ－Ｓｉ、Ｆｅ－Ｍｎ、Ｆｅ－Ｓｉ－Ｍｎ、Ｆｅ－Ａｌ合金等の鉄合金粉のＦｅ分及び不純物である。また、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。
【0032】
なお、本発明のセルフシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、鋼製外皮の内部にフラックスを充填する構造であり、パイプ状の鋼製外皮にフラックスを充填する又はフラックスを充填した後に鋼製外皮の合わせ目を溶接する継目の無いタイプと、鋼製外皮の合わせ目を溶接しないでかしめる継目を有するタイプに大別できるが、どちらを用いてもよい。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１０～３０％とするのが好ましい。本実施形態のフラックス入りワイヤの外径は、特に限定されるものではないが、ワイヤの生産量の観点から、好ましくは１．６～３．２ｍｍである。
【実施例0033】
以下、本発明の効果を実施例により具体的に説明する。
【0034】
鋼製外皮（Ｃ：０．００１～０．１０％、Ｓｉ：０．０５％以下、Ｍｎ：０．１～０．６％、Ｐ：０．０５％以下、Ｓ：０．０５％以下）を用い、鋼製外皮をＵ字型に成形し、フラックスを充填率１５～２５％で充填することにより、表１に示すようなワイヤ全質量に対する質量％からなるフラックス入りワイヤを試作した。ワイヤ径は２．４ｍｍとした。なお、充填するフラックスは充填前に乾燥したものを用いた。
【0035】
【表1】
【0036】
試作したセルフシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤを用いて、セルフシールドアーク溶接を実施し、溶着金属試験及び溶接作業性評価を行った。
【0037】
溶着金属試験は、ＪＩＳ Ｚ ３１１１：２００５およびＪＩＳ Ｚ ３３１３：２００９に準じ、表２に示す溶接条件で実施した。使用した鋼板はＪＩＳ Ｇ ３１０６：２０２０ ＳＭ４９０Ａ（板厚２０ｍｍ）である。得られた試験体の溶着金属の板厚中心からＡ０号引張試験片及びＶノッチ衝撃試験片を採取してそれぞれ引張試験および衝撃試験に供した。
【0038】
溶着金属の引張特性の評価における良否判定基準は、引張強さが４９０～６７０ＭＰａの範囲に入るものを良好とした。また、溶着金属の衝撃特性の評価における判定基準は、２０℃における吸収エネルギー値３個の平均値が２７Ｊ以上であるものを良好とした。
【0039】
また、溶着金属試験の試験体を作製後、鋼板表面まで余盛および裏当金を研削して平滑にした後、ＪＩＳ Ｚ ３１０４：１９９５に準じたＸ線透過試験を実施し溶接欠陥の有無を調査した。これらの結果を表３にまとめて示す。
【0040】
溶接作業性は、溶着金属試験の溶接時のアークの安定性、スパッタ発生量、スラグ剥離性の良否について評価した。また、生産性についても評価した。
【0041】
（アークの安定性）
溶接時にアークが安定しており、溶滴移行が均一に安定していた場合を良好、溶滴移行が不安定で大粒スパッタが発生する場合を不良とした。
溶接時にアークが安定しており、溶滴移行が均一に安定していた場合を良好、溶滴移行が不安定で大粒スパッタが発生する場合を不良とした。
【0042】
（スパッタ発生量）
溶接時のスパッタ発生量が少ないことが好ましい。具体的には、銅製の捕集箱を用いて、１分間溶接した際に発生するスパッタの重量を測定することにより、単時間当たりの値（ｇ／ｍｉｎ）を求めた。なお、スパッタの測定は、表４に示す溶接条件で５回測定した平均値とし、５．０ｇ／ｍｉｎ以下を良好とした。
溶接時のスパッタ発生量が少ないことが好ましい。具体的には、銅製の捕集箱を用いて、１分間溶接した際に発生するスパッタの重量を測定することにより、単時間当たりの値（ｇ／ｍｉｎ）を求めた。なお、スパッタの測定は、表４に示す溶接条件で５回測定した平均値とし、５．０ｇ／ｍｉｎ以下を良好とした。
【0043】
（スラグ剥離性）
溶接後、溶接ビード表面上のスラグが簡単に除去できることが望ましい。スラグを除去した際にスラグを軽くたたくと簡単に除去できる、スラグがビード表面上に付着してもワイヤブラシを使用して簡単に除去できる場合を良好、ビード表面上に残存したスラグがワイヤブラシを使用しても簡単に除去できない場合を不良とした。
溶接後、溶接ビード表面上のスラグが簡単に除去できることが望ましい。スラグを除去した際にスラグを軽くたたくと簡単に除去できる、スラグがビード表面上に付着してもワイヤブラシを使用して簡単に除去できる場合を良好、ビード表面上に残存したスラグがワイヤブラシを使用しても簡単に除去できない場合を不良とした。
【0044】
（生産性）
鋼製外皮の内部にフラックスを充填した後、伸線工程で１トン生産時に断線回数が１回未満の場合を良好とし、断線回数が１回以上の場合を不良とした。
鋼製外皮の内部にフラックスを充填した後、伸線工程で１トン生産時に断線回数が１回未満の場合を良好とし、断線回数が１回以上の場合を不良とした。
【0045】
【表2】
【0046】
【表3】
【0047】
【表4】
【0048】
表１及び表３中のワイヤ記号１～２６が本発明例、ワイヤ記号２７～３８は比較例である。本発明例であるワイヤ記号１～２６は、セルフシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ中のＣ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｓｉ及びＳが適正で、フラックス中のＭｇ、Ｎｉ、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計、金属弗化物のＦ換算値の合計、金属炭酸塩の１種又は２種以上の合計、鉄粉が適正なので、生産性が良好で、溶接金属に割れが発生せず、アークが安定してスパッタ発生量が少なく、スラグ剥離性が良好で、ピットやブローホール及びスラグ巻込みや溶接金属割れなどの溶接欠陥が発生せず、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。
【0049】
比較例中ワイヤ記号２７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、鉄粉が多かったので生産時に断線が多発した。なお、Ｎａ酸化物及びＫ酸化物のＮａ2Ｏ換算値及びＫ2Ｏ換算値の合計が適量なので、アークが安定し、スパッタが少なかった。しかし、Ｃｕが少ないので靱性を向上する効果は得られなかった。
【0050】
ワイヤ記号２８は、Ｃが少ないので、溶着金属の引張強さが低く溶接部にブローホールが発生した。なお、Ｌｉが多いのでアークが不安定になり、スパッタの発生量が多かった。
【0051】
ワイヤ記号２９は、Ｌｉが少ないので、ピット及びブローホールなどの溶接欠陥の発生を抑制する効果は得られなかった。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かった。また、Ａｌが少ないので溶接部にブローホールが発生した。
【0052】
ワイヤ記号３０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。なお、Ｎａ酸化物及びＫ酸化物のＮａ2Ｏ換算値及びＫ2Ｏ換算値の合計が多いので、アークが不安定になり、スパッタの発生量が多く、溶接部にスラグ巻き込みが発生した。
【0053】
ワイヤ記号３１は、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かった。Ｍｇが多いため、アークが強く不安定で、スパッタ発生量が多かった。
【0054】
ワイヤ記号３２は、Ａｌが多いので、溶着金属の吸収エネルギーが低かった。また、金属弗化物のＦ換算値の合計が少ないので、アークが不安定となり、スパッタ発生量が多く、溶接部にブローホールが発生した。なお、Ｎａ酸化物及びＫ酸化物のＮａ2Ｏ換算値及びＫ2Ｏ換算値の合計が少なかったので、アークを安定化させ、スパッタの発生量の増加を抑制する効果が得られなかった。
【0055】
ワイヤ記号３３は、Ｍｇが少ないので、溶接部にブローホールが発生し、溶着金属の吸収エネルギーが低かった。なお、Ｎａ酸化物及びＫ酸化物のＮａ2Ｏ換算値及びＫ2Ｏ換算値の合計が適量なので、アークが安定し、スパッタが少なかった。
【0056】
ワイヤ記号３４は、Ｎｉ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、金属炭酸塩の合計が多いので、アークが不安定となり、スパッタ発生量が多く、溶接部にスラグ巻込みが発生した。
【0057】
ワイヤ記号３５は、Ｎｉが少ないため、溶着金属の吸収エネルギーが低かった。また、Ｓが少ないのでスパッタが増加し、スラグ剥離性が悪くなった。
【0058】
ワイヤ記号３６は、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計が多いので、溶着金属の吸収エネルギーが低かった。また、鉄粉が少なかったのでアークが不安定となり、スパッタ発生量が多くなった。
【0059】
ワイヤ記号３７は、金属弗化物のＦ換算値の合計が多いので、アークが不安定となり、スパッタ発生量が多かった。また、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かった。
【0060】
ワイヤ記号３８は、Ｓが多いので溶接部に割れが発生した。また、金属炭酸塩の合計が少ないので、ブローホールが発生した。また、Ｃｕが適量なので溶着金属の吸収エネルギーが高かった。