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(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】
(24)【登録日】2023-03-17
(45)【発行日】2023-03-28
(54)【発明の名称】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 20060101AFI20230320BHJP
B23K 35/30 20060101ALI20230320BHJP
【ＦＩ】
B23K35/368 B
B23K35/30 320F
【請求項の数】
2
(21)【出願番号】P 2019221993
(22)【出願日】2019-12-09
(65)【公開番号】P2021090979
(43)【公開日】2021-06-17
【審査請求日】2022-02-17
(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】池田 舞
(72)【発明者】
【氏名】笹木 聖人
(72)【発明者】
【氏名】千葉 竜太朗
【審査官】川口 由紀子
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１９－１２３０１２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－０３４１７０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－０５５３１１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１０－２６９３３５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－１５３８５３（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１６／０２３６３０２（ＵＳ，Ａ１）
【文献】中国特許出願公開第１０１３９６７７５（ＣＮ，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との合計で、
Ｃ：０．０３～０．１０％、
Ｓｉ：０．２～０．７％、
Ｍｎ：２．８～３．８％、
Ａｌ：０．２０～０．５０％、
Ｂ：０．００２～０．０１５％を含有し、
かつ、Ｍｎ／Ａｌ：７～１７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：５．０～８．０％、
Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計：０．２～０．７％、
Ｚｒ酸化物のＺｒＯ2換算値の合計：０．２～０．７％、
Ａｌ酸化物のＡｌ2Ｏ3換算値の合計：０．１～０．５％、
金属弗化物のＦ換算値の合計：０．０２～０．１５％
Ｍｇ：０．１～０．８％、
Ｎａ酸化物、Ｎａ弗化物、Ｋ酸化物及びＫ弗化物の１種または２種類以上のＮａ換算値及びＫ換算値の合計：０．０３～０．２０％を含有し、
残部が鋼製外皮の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、Ｔｉ：０．０５～０．４０％を更に含有することを特徴とする請求項１に記載の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、軟鋼から４９０ＭＰａ級高張力鋼及び低温鋼の鋼構造物を溶接する際に用いられる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、特に全姿勢溶接での溶接作業性が良好で、スパッタ発生量が少なく、低温靭性に優れた溶接金属を得るうえで好適な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用フラックス入りワイヤは、高能率で溶接作業性に優れており、造船、鉄骨及び海洋構造物等の分野に広く使用されている。
【0003】
特にルチール系フラックス入りワイヤは全姿勢溶接で溶接作業性に優れることから、好まれて使用されている。
【0004】
しかし、ルチール系フラックス入りワイヤは、ＴｉＯ2を主体とした金属酸化物を多く含有するため、溶接金属の低温靭性が劣るという問題があった。
【0005】
溶接金属の低温靭性に優れるルチール系フラックス入りワイヤについては、これまで様々な開発が行われている。例えば、特許文献１には、フラックス入りワイヤ中のＴｉＯ2、Ｍｇ、Ｂ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｋ、Ｎａ及びＳｉの含有量を規定することで、良好な溶接作業性と優れた溶接金属の低温靭性が得られる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１に開示の技術では、ＴｉＯ2以外の金属酸化物が規定されておらず、アークの安定性、スラグ被包性及び耐メタル垂れ性が悪く、十分な溶接作業性が得られないという問題点があった。
【0006】
また、特許文献２には、フラックス入りワイヤ中のＴｉＯ2、ＳｉＯ2、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｂ、Ａｌ、Ｃａ及びＮｉ、Ｔｉ、Ｚｒの１種または２種以上の含有量を規定することで、良好な溶接作業性と優れた溶接金属の低温靭性が得られるフラックス入りワイヤが開示されている。この特許文献２の開示技術によれば、ＴｉＯ2とＳｉＯ2の適量添加でビード形状やスラグ被包性等の溶接作業性を改善し、Ｃａ、Ａｌ、Ｔｉ及びＢとの相乗効果で溶接金属の低温靭性を向上できる。しかし、特許文献２に開示の技術では、アークの安定性やスラグ剥離性が劣っており、十分な溶接作業性は得られないという問題点があった。
【0007】
特許文献３には、フラックス入りワイヤ中のＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｂ、ＴｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2、ＺｒＯ2、Ｍｇ、Ｎａ2Ｏ、Ｋ2Ｏ等の含有量を規定することで、良好な溶接作業性と優れた溶接金属の低温靭性が得られるフラックス入りワイヤが開示されている。この特許文献３の開示技術によれば、ＴｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2、ＺｒＯ2、Ｍｇ、Ｎａ2Ｏ、Ｋ2Ｏ等の金属酸化物の適量添加で、ビード形状、スラグ剥離性及びアークの安定性に優れるなど良好な溶接作業性を有し、かつ、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｂの適量添加で溶接金属の低温靭性を向上させることが可能となる。しかし、特許文献３に開示の技術では、立向上進溶接でメタル垂れが発生しやすくなり、ビード形状が不良になり、十分な溶接作業性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】
【文献】特開平９－２６２６９３号公報
【文献】特開平６－２３８４８３号公報
【文献】特開２０１６－２０３１７９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、軟鋼から４９０ＭＰａ級高張力鋼及び低温鋼等の鋼構造物を溶接するにあたり、全姿勢溶接での溶接作業性が良好で、スパッタ発生量が少なく、かつ、低温靭性に優れた溶接金属が得られる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】
本発明の要旨は、鋼製外皮にフラックスを充填してなる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：０．０３～０．１０％、Ｓｉ：０．２～０．７％、Ｍｎ：２．８～３．８％、Ａｌ：０．２０～０．５０％、Ｂ：０．００２～０．０１５％を含有し、かつ、Ｍｎ／Ａｌ：７～１７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：５．０～８．０％、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計：０．２～０．７％、Ｚｒ酸化物のＺｒＯ2換算値の合計：０．２～０．７％、Ａｌ酸化物のＡｌ2Ｏ3換算値の合計：０．１～０．５％、金属弗化物のＦ換算値の合計：０．０２～０．１５％、Ｍｇ：０．１～０．８％、Ｎａ酸化物、Ｎａ弗化物、Ｋ酸化物及びＫ弗化物の１種または２種以上のＮａ換算値及びＫ換算値の合計：０．０３～０．２０％を含有し、残部が鋼製外皮の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。
【0011】
また、本発明の要旨は、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、Ｔｉ：０．０５～０．４０％を更に含有することも特徴とする。
【発明の効果】
【0012】
本発明を適用した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、軟鋼から４９０ＭＰａ級高張力鋼及び低温鋼等の鋼構造物の溶接に際し、特に全姿勢溶接での溶接作業性が良好で、スパッタ発生量が少なく、かつ、優れた低温靭性を有する溶接金属が得られるので、溶接能率の向上及び溶接部の品質の向上を図ることができる。
【発明を実施するための形態】
【0013】
本発明者らは、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、全姿勢溶接でアークが安定でスパッタ発生量が少ないなど溶接作業性が良好で、かつ、低温靭性が良好な溶接金属を得るべく種々検討を行った。
【0014】
その結果、フラックス入りワイヤ中にＣ、Ｍｎを適量添加することで十分な溶接金属の強度を確保しつつ、Ａｌを適量添加することで溶接金属の強度を向上することを見出した。
【0015】
また、溶接作業性に関し、アークの安定性が良好でスパッタ発生量が少ないフラックス入りワイヤ成分を調整した結果、Ｍｎ／Ａｌ、Ｔｉ酸化物、Ｓｉ酸化物、Ｚｒ酸化物、Ａｌ及びＡｌ酸化物、Ｍｇ、金属弗化物を適量添加することで、ビード形状、スラグ被包性、スラグ剥離性、耐メタル垂れ性を改善して溶接作業性を良好にできることを見出した。さらに、Ｎａ酸化物、Ｎａ弗化物、Ｋ酸化物、Ｋ弗化物及び金属弗化物を適量添加することで、アークの安定性が向上することを見出した。
【0016】
以下、本発明を適用した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組成及びその含有量と、各成分組成の限定理由について説明する。なお、成分組成の含有量は質量％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】
以下、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。
【0018】
［鋼製外皮とフラックスの合計でＣ：０．０３～０．１０％］
Ｃは、溶接金属の強度を向上させる効果がある。Ｃが０．０３％未満では、十分な溶接金属の強度が得られない。一方、Ｃが０．１０％を超えると、溶接金属中にＣが過剰に歩留まり、溶接金属の強度が高くなり、低温靱性が低下する。したがって、鋼製外皮とフラックスの合計でＣは０．０３～０．１０％とする。なお、Ｃは、鋼製外皮に含まれる成分の他、フラックスからの金属粉及び合金粉等から添加できる。
Ｃは、溶接金属の強度を向上させる効果がある。Ｃが０．０３％未満では、十分な溶接金属の強度が得られない。一方、Ｃが０．１０％を超えると、溶接金属中にＣが過剰に歩留まり、溶接金属の強度が高くなり、低温靱性が低下する。したがって、鋼製外皮とフラックスの合計でＣは０．０３～０．１０％とする。なお、Ｃは、鋼製外皮に含まれる成分の他、フラックスからの金属粉及び合金粉等から添加できる。
【0019】
［鋼製外皮とフラックスの合計でＳｉ：０．２～０．７％］
Ｓｉは、脱酸剤として作用し、溶接金属の低温靭性を向上させる効果がある。Ｓｉが０．２％未満では、その効果が得られず、溶接金属の低温靭性が低下する。一方、Ｓｉが０．７％を超えると、溶接時に生成するスラグ量が多くなり、スラグ巻込みが発生しやすくなる。また、Ｓｉが０．７％を超えると、溶接金属中にＳｉが過剰に歩留まり、かえって溶接金属の低温靱性が低下する。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、フラックスから金属Ｓｉ、Ｆｅ－Ｓｉ、Ｆｅ－Ｓｉ－Ｍｎ等の合金粉末から添加できる。
Ｓｉは、脱酸剤として作用し、溶接金属の低温靭性を向上させる効果がある。Ｓｉが０．２％未満では、その効果が得られず、溶接金属の低温靭性が低下する。一方、Ｓｉが０．７％を超えると、溶接時に生成するスラグ量が多くなり、スラグ巻込みが発生しやすくなる。また、Ｓｉが０．７％を超えると、溶接金属中にＳｉが過剰に歩留まり、かえって溶接金属の低温靱性が低下する。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、フラックスから金属Ｓｉ、Ｆｅ－Ｓｉ、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Ｍｎ：２．８～３．８％］
Ｍｎは、脱酸剤として作用するとともに、溶接金属中に歩留まって溶接金属の強度と低温靱性を向上させる効果がある。Ｍｎが２．８％未満では、溶接金属中にＭｎが十分に歩留まらず、溶接金属の低温靭性が低下するとともに、十分な強度が得られない。一方、Ｍｎが３．８％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って低温靱性が低下する。したがって、鋼製外皮とフラックスの合計でＭｎは２．８～３．８％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等の合金粉末から添加できる。
Ｍｎは、脱酸剤として作用するとともに、溶接金属中に歩留まって溶接金属の強度と低温靱性を向上させる効果がある。Ｍｎが２．８％未満では、溶接金属中にＭｎが十分に歩留まらず、溶接金属の低温靭性が低下するとともに、十分な強度が得られない。一方、Ｍｎが３．８％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って低温靱性が低下する。したがって、鋼製外皮とフラックスの合計でＭｎは２．８～３．８％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等の合金粉末から添加できる。
【0021】
［鋼製外皮とフラックスの合計でＡｌ：０．２０～０．５０％］
Ａｌは、脱酸力が非常に高く、ＳｉやＭｎなどのほかの脱酸剤よりも早く酸素を取り込むため、溶接金属中の酸素量を低減し低温靭性を向上させる効果がある。Ａｌが０．２０％未満では、溶接金属が十分に脱酸されず、溶接金属の低温靭性が得られない。一方、Ａｌが０．５０％を超えると、溶接金属の強度が過剰に高くなる。したがって、鋼製外皮とフラックスの合計でＡｌは０．２０～０．５０％とする。なお、Ａｌは鋼製外皮に含まれる成分の他、フラックスから金属Ａｌ、Ｆｅ－Ａｌ、Ａｌ－Ｍｇ等の合金粉末から添加できる。
Ａｌは、脱酸力が非常に高く、ＳｉやＭｎなどのほかの脱酸剤よりも早く酸素を取り込むため、溶接金属中の酸素量を低減し低温靭性を向上させる効果がある。Ａｌが０．２０％未満では、溶接金属が十分に脱酸されず、溶接金属の低温靭性が得られない。一方、Ａｌが０．５０％を超えると、溶接金属の強度が過剰に高くなる。したがって、鋼製外皮とフラックスの合計でＡｌは０．２０～０．５０％とする。なお、Ａｌは鋼製外皮に含まれる成分の他、フラックスから金属Ａｌ、Ｆｅ－Ａｌ、Ａｌ－Ｍｇ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Ｂ：０．００２～０．０１５％］
Ｂは、微量の添加により溶接金属の組織を微細化し、溶接金属の低温靱性を向上させる効果がある。Ｂが０．００２％未満では、その効果が十分に得られず、溶接金属の低温靭性が得られない。一方、Ｂが０．０１５％を超えると、高温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、フラックスから金属Ｂ、Ｆｅ－Ｂ、Ｆｅ－Ｍｎ－Ｂ等の合金粉末から添加できる。
Ｂは、微量の添加により溶接金属の組織を微細化し、溶接金属の低温靱性を向上させる効果がある。Ｂが０．００２％未満では、その効果が十分に得られず、溶接金属の低温靭性が得られない。一方、Ｂが０．０１５％を超えると、高温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、フラックスから金属Ｂ、Ｆｅ－Ｂ、Ｆｅ－Ｍｎ－Ｂ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Ｍｎ／Ａｌ：７～１７］
Ｍｎ／Ａｌは、溶接作業性に影響する。Ｍｎ／Ａｌが７未満では、全姿勢溶接においてスパッタ量が多くなる。一方、Ｍｎ／Ａｌが１７を超えると、立向上進溶接においてメタル垂れが発生しやすくなる。したがって、Ｍｎ／Ａｌは７～１７とする。
Ｍｎ／Ａｌは、溶接作業性に影響する。Ｍｎ／Ａｌが７未満では、全姿勢溶接においてスパッタ量が多くなる。一方、Ｍｎ／Ａｌが１７を超えると、立向上進溶接においてメタル垂れが発生しやすくなる。したがって、Ｍｎ／Ａｌは７～１７とする。
【0024】
［フラックス中のＴｉ酸化物のＴｉＯ2換算値の合計：５．０～８．０％］
Ｔｉ酸化物は、スラグの主成分であり、溶接時の溶融スラグの融点や粘性を調整して耐メタル垂れ性、スラグ被包性、ビード外観を改善するなど良好な溶接作業性を与える効果がある。Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値の合計が５．０％未満では、溶融スラグの粘性が不足するため、立向上進溶接及び立向下進溶接において耐メタル性が不良になる。また、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値の合計が５．０％未満では、スラグ生成量が少ないため、各姿勢溶接でスラグ剥離性やビード外観の不良など溶接作業性が悪くなる。一方、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値の合計が８．０％を超えると、スラグ生成量が多くなりすぎ、各姿勢溶接で溶接部にスラグ巻込み等の溶接欠陥が発生しやすくなる。また、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値の合計が８．０％を超えると、溶接金属中にＴｉ酸化物が過剰に残存し、溶接金属の低温靱性が低下する。したがって、フラックス中のＴｉ酸化物のＴｉＯ2換算値の合計は５．０～８．０％とする。なお、Ｔｉ酸化物は、フラックスからルチール、酸化チタン、チタンスラグ、イルミナイト等から添加できる。
Ｔｉ酸化物は、スラグの主成分であり、溶接時の溶融スラグの融点や粘性を調整して耐メタル垂れ性、スラグ被包性、ビード外観を改善するなど良好な溶接作業性を与える効果がある。Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値の合計が５．０％未満では、溶融スラグの粘性が不足するため、立向上進溶接及び立向下進溶接において耐メタル性が不良になる。また、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値の合計が５．０％未満では、スラグ生成量が少ないため、各姿勢溶接でスラグ剥離性やビード外観の不良など溶接作業性が悪くなる。一方、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値の合計が８．０％を超えると、スラグ生成量が多くなりすぎ、各姿勢溶接で溶接部にスラグ巻込み等の溶接欠陥が発生しやすくなる。また、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値の合計が８．０％を超えると、溶接金属中にＴｉ酸化物が過剰に残存し、溶接金属の低温靱性が低下する。したがって、フラックス中のＴｉ酸化物のＴｉＯ2換算値の合計は５．０～８．０％とする。なお、Ｔｉ酸化物は、フラックスからルチール、酸化チタン、チタンスラグ、イルミナイト等から添加できる。
【0025】
［フラックス中のＳｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計：０．２～０．７％］
Ｓｉ酸化物は、溶接時に溶融スラグの粘性や融点を調整してスラグ被包性を改善する効果がある。Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計が０．２％未満では、この効果が十分に得られず、各姿勢溶接でスラグ被包性が悪くなってビード形状が不良になる。一方、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計が０．７％を超えると、溶融スラグの凝固が遅くなり、立向上進溶接、立向下進溶接において、メタル垂れが発生しやすくなる。また、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計が０．７％を超えると、溶接金属中にＳｉ酸化物が過剰に残存するため、溶融スラグの塩基度が低下して溶接金属中の酸素量が増加し、溶接金属の低温靭性が低下する。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０．２～０．７％とする。なお、Ｓｉ酸化物は、フラックスから珪砂、カリ長石、ジルコンサンド、珪酸ソーダ等から添加できる。
Ｓｉ酸化物は、溶接時に溶融スラグの粘性や融点を調整してスラグ被包性を改善する効果がある。Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計が０．２％未満では、この効果が十分に得られず、各姿勢溶接でスラグ被包性が悪くなってビード形状が不良になる。一方、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計が０．７％を超えると、溶融スラグの凝固が遅くなり、立向上進溶接、立向下進溶接において、メタル垂れが発生しやすくなる。また、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計が０．７％を超えると、溶接金属中にＳｉ酸化物が過剰に残存するため、溶融スラグの塩基度が低下して溶接金属中の酸素量が増加し、溶接金属の低温靭性が低下する。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０．２～０．７％とする。なお、Ｓｉ酸化物は、フラックスから珪砂、カリ長石、ジルコンサンド、珪酸ソーダ等から添加できる。
【0026】
［フラックス中のＺｒ酸化物のＺｒＯ2換算値の合計：０．２～０．７％］
Ｚｒ酸化物は、溶接時に溶融スラグの粘性や融点を調整し、特に立向上進溶接での耐メタル垂れ性及びビード形状を改善する効果がある。Ｚｒ酸化物のＺｒＯ2換算値が０．２％未満では、この効果が十分に得られず、立向上進溶接でメタル垂れが発生しやすくなり、ビード形状が不良になる。一方、Ｚｒ酸化物のＺｒＯ2換算値が０．７％を超えると、各姿勢溶接でスラグ剥離性が不良になる。したがって、フラックス中のＺｒ酸化物のＺｒＯ2換算値の合計は０．２～０．７％とする。なお、Ｚｒ酸化物は、フラックスからジルコンサンド、酸化ジルコニウム等から添加できるとともに、Ｔｉ酸化物に微量含有される。
Ｚｒ酸化物は、溶接時に溶融スラグの粘性や融点を調整し、特に立向上進溶接での耐メタル垂れ性及びビード形状を改善する効果がある。Ｚｒ酸化物のＺｒＯ2換算値が０．２％未満では、この効果が十分に得られず、立向上進溶接でメタル垂れが発生しやすくなり、ビード形状が不良になる。一方、Ｚｒ酸化物のＺｒＯ2換算値が０．７％を超えると、各姿勢溶接でスラグ剥離性が不良になる。したがって、フラックス中のＺｒ酸化物のＺｒＯ2換算値の合計は０．２～０．７％とする。なお、Ｚｒ酸化物は、フラックスからジルコンサンド、酸化ジルコニウム等から添加できるとともに、Ｔｉ酸化物に微量含有される。
【0027】
［フラックス中の合計でＡｌ酸化物のＡｌ2Ｏ3換算値の合計：０．１～０．５％］
Ａｌ酸化物は、溶接時に溶融スラグの融点や粘性を調整して、特に立向上進溶接での耐メタル垂れ性及びビード形状を改善する効果がある。Ａｌ酸化物のＡｌ2Ｏ3換算値の合計が０．１％未満では、その効果が十分に得られず、立向上進溶接でメタル垂れが発生しやすくなり、ビード形状が不良になる。一方、Ａｌ酸化物のＡｌ2Ｏ3換算値の合計が０．５％を超えると、Ａｌ酸化物として溶接金属中に残存し、溶接金属の低温靭性が低下する。したがって、フラックス中での合計でのＡｌ酸化物のＡｌ2Ｏ3換算値の合計は０．１～０．５％とする。なお、Ａｌ酸化物はフラックスからアルミナ、カリ長石等から添加できる。
Ａｌ酸化物は、溶接時に溶融スラグの融点や粘性を調整して、特に立向上進溶接での耐メタル垂れ性及びビード形状を改善する効果がある。Ａｌ酸化物のＡｌ2Ｏ3換算値の合計が０．１％未満では、その効果が十分に得られず、立向上進溶接でメタル垂れが発生しやすくなり、ビード形状が不良になる。一方、Ａｌ酸化物のＡｌ2Ｏ3換算値の合計が０．５％を超えると、Ａｌ酸化物として溶接金属中に残存し、溶接金属の低温靭性が低下する。したがって、フラックス中での合計でのＡｌ酸化物のＡｌ2Ｏ3換算値の合計は０．１～０．５％とする。なお、Ａｌ酸化物はフラックスからアルミナ、カリ長石等から添加できる。
【0028】
［フラックス中の金属弗化物のＦ換算値の合計：０．０２～０．１５％］
金属弗化物は、アークを強くするとともに、特に立向上進溶接及び立向下進溶接で耐メタル垂れ性及びビード形状を改善する効果がある。金属弗化物のＦ換算値の合計が０．０２％未満では、この効果が十分に得られず、アークが不安定になり、立向上進溶接及び立向下進溶接でメタル垂れが発生しやすく、ビード形状が不良になる。一方、金属弗化物のＦ換算値の合計が０．１５％を超えると、アークが不安定となり、立向上進溶接でメタル垂れが発生しやすく、ビード形状が不良になる。したがって、フラックス中の金属弗化物のＦ換算値の合計は０．０２～０．１５％とする。なお、金属弗化物はフラックスからＣａＦ2、ＮａＦ、ＬｉＦ、ＭｇＦ2、Ｋ2ＳｉＦ6、Ｎａ3ＡｌＦ6、ＡｌＦ3等から添加でき、Ｆ換算値はこれらに含有されるＦ量の合計である。
金属弗化物は、アークを強くするとともに、特に立向上進溶接及び立向下進溶接で耐メタル垂れ性及びビード形状を改善する効果がある。金属弗化物のＦ換算値の合計が０．０２％未満では、この効果が十分に得られず、アークが不安定になり、立向上進溶接及び立向下進溶接でメタル垂れが発生しやすく、ビード形状が不良になる。一方、金属弗化物のＦ換算値の合計が０．１５％を超えると、アークが不安定となり、立向上進溶接でメタル垂れが発生しやすく、ビード形状が不良になる。したがって、フラックス中の金属弗化物のＦ換算値の合計は０．０２～０．１５％とする。なお、金属弗化物はフラックスからＣａＦ2、ＮａＦ、ＬｉＦ、ＭｇＦ2、Ｋ2ＳｉＦ6、Ｎａ3ＡｌＦ6、ＡｌＦ3等から添加でき、Ｆ換算値はこれらに含有されるＦ量の合計である。
【0029】
［フラックス中のＭｇ：０．１～０．８％］
Ｍｇは、強脱酸剤として作用して溶接金属中の酸素を低減し、溶接金属の低温靱性を向上させる効果がある。Ｍｇが０．１％未満では、その効果が十分に得られず、脱酸不足となって溶接金属の低温靱性が低下する。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アークが不安定になり、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。
Ｍｇは、強脱酸剤として作用して溶接金属中の酸素を低減し、溶接金属の低温靱性を向上させる効果がある。Ｍｇが０．１％未満では、その効果が十分に得られず、脱酸不足となって溶接金属の低温靱性が低下する。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アークが不安定になり、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。
【0030】
［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１種または２種以上のＮａ換算値及びＫ換算値の合計：０．０３～０．２０％］
Ｎａ酸化物、Ｎａ弗化物、Ｋ酸化物及びＫ弗化物はアーク安定剤として作用し、アークの安定性を良好する効果がある。Ｎａ酸化物、Ｎａ弗化物、Ｋ酸化物及びＫ弗化物の１種または２種以上のＮａ換算値及びＫ換算値の合計が０．０３％未満であると、アークが不安定と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種または２種以上のＮａ換算値及びＫ換算値の合計が０．２０％を超えると、アーク長が長くなって不安定になり、スパッタ及びヒュームの発生量が多くなる。また、Ｎａ酸化物、Ｎａ弗化物、Ｋ酸化物及びＫ弗化物の１種または２種以上のＮａ換算値及びＫ換算値の合計が０．２０％を超えると、立向上進溶接及び立向下進溶接でメタル垂れが発生しやすくなり、ビード形状が不良になる。したがって、フラックス中のフラックス中のＮａ酸化物、Ｎａ弗化物、Ｋ酸化物及びＫ弗化物の１種または２種以上のＮａ換算値及びＫ換算値の合計は０．０３～０．２０％とする。なお、Ｎａ酸化物、Ｎａ弗化物、Ｋ酸化物、Ｋ弗化物は、珪酸ソーダ及び珪酸カリからなる水ガラスの固質成分、ＮａＦ、Ｎａ2Ｔｉ3Ｏ7、Ｋ2ＳｉＦ6、Ｎａ2ＳｉＦ6等から添加でき、Ｎａ換算値及びＫ換算値はこれらに含有されるＮａ及びＫ量の合計である。
Ｎａ酸化物、Ｎａ弗化物、Ｋ酸化物及びＫ弗化物はアーク安定剤として作用し、アークの安定性を良好する効果がある。Ｎａ酸化物、Ｎａ弗化物、Ｋ酸化物及びＫ弗化物の１種または２種以上のＮａ換算値及びＫ換算値の合計が０．０３％未満であると、アークが不安定と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種または２種以上のＮａ換算値及びＫ換算値の合計が０．２０％を超えると、アーク長が長くなって不安定になり、スパッタ及びヒュームの発生量が多くなる。また、Ｎａ酸化物、Ｎａ弗化物、Ｋ酸化物及びＫ弗化物の１種または２種以上のＮａ換算値及びＫ換算値の合計が０．２０％を超えると、立向上進溶接及び立向下進溶接でメタル垂れが発生しやすくなり、ビード形状が不良になる。したがって、フラックス中のフラックス中のＮａ酸化物、Ｎａ弗化物、Ｋ酸化物及びＫ弗化物の１種または２種以上のＮａ換算値及びＫ換算値の合計は０．０３～０．２０％とする。なお、Ｎａ酸化物、Ｎａ弗化物、Ｋ酸化物、Ｋ弗化物は、珪酸ソーダ及び珪酸カリからなる水ガラスの固質成分、ＮａＦ、Ｎａ2Ｔｉ3Ｏ7、Ｋ2ＳｉＦ6、Ｎａ2ＳｉＦ6等から添加でき、Ｎａ換算値及びＫ換算値はこれらに含有されるＮａ及びＫ量の合計である。
【0031】
［鋼製外皮とフラックスの合計でＴｉ：０．０５～０．４０％］
Ｔｉは、溶接金属の組織を微細化して低温靭性を向上させる効果がある。Ｔｉが０．０５％未満では、溶接金属の低温靭性をより向上する効果が得られない。一方、Ｔｉが０．４０％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、溶接金属の低温靭性が低下する。したがって、鋼製外皮とフラックスの合計でＴｉは０．０５～０．４０％とする。なお、Ｔｉは、鋼製外皮に含まれる成分の他、フラックスから金属Ｔｉ、Ｆｅ－Ｔｉ等の合金粉末から添加できる。
Ｔｉは、溶接金属の組織を微細化して低温靭性を向上させる効果がある。Ｔｉが０．０５％未満では、溶接金属の低温靭性をより向上する効果が得られない。一方、Ｔｉが０．４０％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、溶接金属の低温靭性が低下する。したがって、鋼製外皮とフラックスの合計でＴｉは０．０５～０．４０％とする。なお、Ｔｉは、鋼製外皮に含まれる成分の他、フラックスから金属Ｔｉ、Ｆｅ－Ｔｉ等の合金粉末から添加できる。
【0032】
本発明の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、フラックス中の鉄粉、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。なお、成分調整のためにＦｅＯ、ＭｎＯ等を添加してもよい。不可避不純物については特に限定しないが、耐高温割れ性の観点から、Ｐは０．０２０％以下、Ｓは０．０１０％以下が好ましい。
【0033】
なお、本発明の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形成し、内部にフラックスを充填する構造であり、鋼製外皮の合わせ目を溶接して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。継目の無いタイプはフラックス入りワイヤ中の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、かつ、製造後のフラックス入りワイヤの吸湿が少ないので、溶接金属の拡散性水素を低減でき、耐割れ性の向上を図ることができるので、より好ましい。
【0034】
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】
ＪＩＳ Ｚ Ｇ３１４１ ＳＰＣＣの鋼製外皮をＵ字型に成形、フラックスを充填率１０～１６％で充填してＣ字型に成形した後、鋼製外皮の合わせ目を溶接して造管、伸線し、表１及び表２に示す各種成分のフラックス入りワイヤを試作した。なお、試作したワイヤ径は１．２ｍｍとした。
【0037】
【表1】
【0038】
【表2】
【0039】
これら試作ワイヤを用い、立向上進溶接、立向下進溶接、水平すみ肉溶接による溶接作業性及び溶着金属の機械性能を調査した。
【0040】
溶接作業性は、板厚１６ｍｍのＪＩＳ Ｇ ３１０６ ＳＭ４９０Ｂ鋼板をＴ字に組んだ試験体に、表３に示す溶接条件で、立向上進溶接、立向下進溶接、水平すみ肉溶接を行い、その際のアーク状態、スパッタ発生状態、スラグ被包性、スラグ剥離性、ビード形状の良否、メタル垂れの有無を目視確認で調査した。また、ＪＩＳ Ｚ ３１８１に準じて破断面の確認を行い、スラグ巻込み等の溶接欠陥の有無を調査した。
【0041】
【表3】
【0042】
溶着金属試験は、板厚２０ｍｍのＪＩＳ Ｇ ３１０６ ＳＭ４９０Ｂ鋼板を用い、ＪＩＳ Ｚ ３１１１に準じて溶接を行い、溶着金属の板厚方向中心から引張試験片（Ａ０号）及び衝撃試験片（Ｖノッチ試験片）を採取し、機械試験を実施した。引張試験の評価は、引張強さが５４０～６４０ＭＰａを良好とした。衝撃試験の評価は、－２０℃におけるシャルピー衝撃試験を行い、繰返し３本の吸収エネルギーの平均が４７Ｊ以上を良好とした。その際、初層溶接時に高温割れの有無を目視確認で調査した。これら結果を表４及び表５にまとめて示す。
【0043】
【表4】
【0044】
【表5】
【0045】
表１及び表４のワイヤ記号Ｗ１～Ｗ１５は本発明例であり、表２及び表５のワイヤ記号Ｗ１６～Ｗ２９は比較例である。本発明例であるＷ１～Ｗ１５は、フラックス入りワイヤ中の鋼製外皮とフラックスの合計でＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｂ、Ｍｎ／Ａｌ、フラックス中のＴｉ酸化物のＴｉＯ2換算値の合計、Ｓｉ酸化物ＳｉＯ2換算値の合計、Ｚｒ酸化物ＺｒＯ2換算値の合計、Ａｌ酸化物のＡｌ2Ｏ3換算値の合計、金属弗化物のＦ換算値の合計、Ｍｇ、Ｎａ酸化物、Ｎａ弗化物、Ｋ酸化物及びＫ弗化物のＮａ換算値及びＫ換算値の合計が適正であるので、アークが安定してスパッタ発生量が少なく、立向上進溶接及び立向下進溶接でメタル垂れがなく、各姿勢溶接でスラグ被包性、スラグ剥離性、ビード形状などの溶接作業性が良好で、スラグ巻込み等の溶接欠陥が無く、高温割れも発生しなかった。また、溶着金属の引張強さ及び吸収エネルギーも良好であった。
【0046】
なお、ワイヤ記号Ｗ２、Ｗ４、Ｗ６、Ｗ８、Ｗ１０、Ｗ１４及びＷ１５は、Ｔｉが適量添加されているので、溶着金属の吸収エネルギーが９０Ｊ以上であった。
【0047】
比較例中ワイヤ記号Ｗ１６はＣが少ないので、溶着金属の引張強さが低かった。また、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2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く、全ての溶接姿勢でスラグ巻込みが発生した。
【0048】
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かった。また、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値の合計が少ないので、全ての溶接姿勢でスラグ被包性とスラグ剥離性が不良となり、立向上進溶接及び立向下進溶接でメタル垂れが発生した。
【0049】
ワイヤ記号Ｗ１８は、Ｓｉ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、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計が少ないので、全ての溶接姿勢でスラグ被包性及びビード形状が不良であった。
【0050】
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く、全ての溶接姿勢でスラグ巻込みが発生した。また、Ｚｒ酸化物のＺｒＯ2換算値が少ないので、立向上進溶接でメタル垂れが生じ、ビード形状が不良であった。
【0051】
ワイヤ記号Ｗ２０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、Ｚｒ酸化物のＺｒＯ2換算値が多いので、全ての溶接姿勢でスラグ剥離性が不良であった。さらに、Ｔｉが少ないので、溶着金属の吸収エネルギーを向上させる効果が得られなかった。
【0052】
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かった。また、Ａｌ酸化物のＡｌ2Ｏ3換算値の合計が少ないので、立向上進溶接でメタル垂れが発生し、ビード形状が不良であった。
【0053】
ワイヤ記号Ｗ２２は、Ａｌ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、金属弗化物のＦ換算値の合計が少ないので、アークが不安定になり、立向上進溶接及び立向下進溶接でメタル垂れが発生し、ビード形状が不良であった。
【0054】
ワイヤ記号Ｗ２３は、Ａｌが多いので、溶着金属の引張強さが高かった。また、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計が多いので、溶着金属中の吸収エネルギーが低く、立向上進溶接及び立向下進溶接でメタル垂れが発生した。
【0055】
ワイヤ記号Ｗ２４は、Ｂが少ないので、溶着金属中の吸収エネルギーが低かった。金属弗化物のＦ換算値の合計が多いので、アークが不安定になり、立向上進溶接でメタル垂れが発生し、ビード形状が不良であった。
【0056】
ワイヤ記号Ｗ２５は、Ｂが多いので、クレータに高温割れが発生した。また、Ｍｇが少ないので、溶着金属の吸収エネルギーが低く、スパッタ発生量が多かった。
【0057】
ワイヤ記号Ｗ２６は、Ａｌ酸化物のＡｌ2Ｏ3換算値の合計が多いので、溶着金属中の吸収エネルギーが低かった。また、Ｍｎ／Ａｌが低いので、スパッタ発生量が多かった。
【0058】
ワイヤ記号Ｗ２７は、Ｍｎ／Ａｌが高いので、立向上進溶接でメタル垂れが発生した。また、Ｍｇ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。
【0059】
ワイヤ記号Ｗ２８は、Ｎａ酸化物、Ｎａ弗化物、Ｋ酸化物及びＫ弗化物の１種または２種類以上のＮａ換算値及びＫ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かった。
【0060】
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１種または２種類以上のＮａ換算値及びＫ換算値の合計が多いので、アークが不安定となり、スパッタ及びヒュームの発生量が多かった。また、立向上進溶接及び立向下進溶接でメタル垂れが発生し、ビード形状が不良となった。さらに、Ｔｉが多いので、溶着金属の吸収エネルギーが低かった。