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特許7440303エレクトロスラグ溶接用フラックス及びエレクトロスラグ溶接方法
(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】2024-02-19
(45)【発行日】2024-02-28
(54)【発明の名称】エレクトロスラグ溶接用フラックス及びエレクトロスラグ溶接方法
(51)【国際特許分類】
B23K 35/362 20060101AFI20240220BHJP
B23K 35/30 20060101ALN20240220BHJP
【ＦＩ】
B23K35/362 B
B23K35/30 320A
【請求項の数】
7
(21)【出願番号】P 2020038722
(22)【出願日】2020-03-06
(65)【公開番号】P2021137855
(43)【公開日】2021-09-16
【審査請求日】2022-11-01
(73)【特許権者】
【識別番号】000001199
【氏名又は名称】株式会社神戸製鋼所
(74)【代理人】
【識別番号】110002000
【氏名又は名称】弁理士法人栄光事務所
(72)【発明者】
【氏名】石▲崎▼ 圭人
(72)【発明者】
【氏名】北川 良彦
(72)【発明者】
【氏名】杉村 朋子
(72)【発明者】
【氏名】佐々木 達弥
(72)【発明者】
【氏名】名古 秀徳
【審査官】川口 由紀子
(56)【参考文献】
【文献】特開昭５３－０７０９４８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１０－２３４３９５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭６０－０６１１９５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭６０－１１１７９３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００９－２０２２１３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－０７５６１３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０６－２８５６７９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭５８－１８４０６８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭５８－１６７０９６（ＪＰ，Ａ）
【文献】韓国公開特許第２００１－００５５７９５（ＫＲ，Ａ）
【文献】中国特許出願公開第１０４７５９７８７（ＣＮ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２３Ｋ ３５／３６２
Ｂ２３Ｋ ３５／３０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
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であって、塩基性酸化物、両性酸化物、酸性酸化物及びフッ化物を含有し、
前記塩基性酸化物は、フラックス全質量に対し、
ＣａＯ：９．０質量％以上３０．０質量％以下を含有し、
前記ＣａＯは、前記塩基性酸化物全質量に対して３０質量％以上であり、
前記両性酸化物は、フラックス全質量に対し、
Ｂ ２ Ｏ ３ ：０．００１質量％以上２質量％以下を含有し、
前記酸性酸化物は、フラックス全質量に対し、
ＳｉＯ２：１７質量％以下を含有し、
前記ＳｉＯ２は、前記酸性酸化物全質量に対して８０質量％以上であり、
前記フッ化物は、フラックス全質量に対し、
ＣａＦ２：４５質量％以上７３質量％以下を含有し、
前記ＣａＦ２は、前記フッ化物全質量に対して８０質量％以上であるとともに、
フラックス全質量に対する質量％で、前記ＣａＯの含有量を［ＣａＯ］、前記ＳｉＯ２の含有量を［ＳｉＯ２］、前記ＣａＦ２の含有量を［ＣａＦ２］としたとき、
下記式（１）により算出される値が５以上５６以下であ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。
（２×［ＣａＦ２］＋［ＣａＯ］）／［ＳｉＯ２］ ・・・（１）
【請求項2】
フラックス全質量に対し、前記塩基性酸化物：１０質量％以上４０質量％以下、
前記両性酸化物：５質量％以上３５質量％以下、
前記酸性酸化物：１７質量％以下、を含有し、
前記塩基性酸化物、前記両性酸化物及び前記酸性酸化物からなる全酸化物の合計量は２８質量％以上６０質量％以下であるとともに、
フラックス全質量に対する質量％で、前記フッ化物の合計量を［Ｆｌｄ］、前記全酸化物の合計量を［Ｏｘ］としたとき、
下記式（２）により算出される値が０．５以上２．７以下であ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。
［Ｆｌｄ］／［Ｏｘ］ ・・・（２）
【請求項3】
前記塩基性酸化物は、フラックス全質量に対し、ＢａＯ：１１質量％以下、
ＦｅＯ：５質量％以下、
ＭｇＯ：５質量％以下、
ＭｎＯ及びＭｎＯ２のいずれか一方又は両方の合計の含有量（ＭｎＯ換算値）：５質量％以下、
Ｋ２Ｏ：５質量％以下、
Ｎａ２Ｏ：５質量％以下、及び
Ｌｉ２Ｏ：５質量％以下、から選択された少なくとも１種を含有し、
前記両性酸化物は、フラックス全質量に対し、
Ａｌ２Ｏ３：３５質量％以下、
ＺｒＯ２：５質量％以下、及び
ＴｉＯ２：５質量％以下、から選択された少なくとも１種を含有することを特徴とする請求項１又は２に記載のエレクトロスラグ溶接用フラックス。
【請求項4】
フラックス全質量に対する質量％で、前記ＣａＯの含有量を［ＣａＯ］、前記ＢａＯの含有量を［ＢａＯ］、前記ＣａＦ２の含有量を［ＣａＦ２］、前記Ａｌ２Ｏ３の含有量を［Ａｌ２Ｏ３］としたとき、下記式（３）により算出される値が０．３５以下であることを特徴とする請求項３に記載のエレクトロスラグ溶接用フラックス。
（［ＣａＯ］＋［ＢａＯ］）／（［ＣａＦ２］＋［Ａｌ２Ｏ３］） ・・・（３）
【請求項5】
フラックス全質量に対する質量％で、前記ＣａＯの含有量を［ＣａＯ］、前記ＢａＯの含有量を［ＢａＯ］、前記ＣａＦ２の含有量を［ＣａＦ２］、前記Ａｌ２Ｏ３の含有量を［Ａｌ２Ｏ３］としたとき、下記式（４）により算出される値が０．３８以上であることを特徴とする請求項３又は４に記載のエレクトロスラグ溶接用フラックス。
（［ＣａＯ］＋［Ａｌ２Ｏ３］＋［ＢａＯ］）／［ＣａＦ２］ ・・・（４）
【請求項6】
前記酸性酸化物は、フラックス全質量に対し、ＭｏＯ３：５質量％以下、
Ｖ２Ｏ５：５質量％以下、及び
Ｐ２Ｏ５：５質量％以下、から選択された少なくとも１種を含有することを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載のエレクトロスラグ溶接用フラックス。
【請求項7】
溶接ワイヤと、請求項１～６のいずれか１項に記載のエレクトロスラグ溶接用フラックスと、を用いて溶接することを特徴とするエレクトロスラグ溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、引張強度が６８０ＭＰａ以上、特に７８０ＭＰａ以上の鋼材に対するエレクトロスラグ溶接に用いられるフラックスであって、高張力鋼、９％Ｎｉ鋼、及びクロム鋼等の鋼種にかかわらず、汎用的に適用することができるエレクトロスラグ溶接用フラックスに関する。
【背景技術】
【0002】
建築鉄骨の分野では、近年、構造物形状の大型化、複雑化、大空間の確保等に対する様々な要求が高まっており、ボックス柱にかかる負荷が大きくなっている。ボックス柱は、角鋼管形状に溶接接合されたスキンプレートと、この内部空間を仕切る複数枚のダイアフラムとを、例えば、エレクトロスラグ溶接によって接合することにより製造される構造物であり、高負荷に対する要求を満足するために、高張力鋼板を用いることが一般的である。
しかしながら、エレクトロスラグ溶接は、溶接入熱が過大となる特性上、溶接金属の冷却速度が遅く、溶接金属の強度低下が起こりやすいため、適用する高張力鋼に適した溶接金属の機械的性能を得るのが困難であった。また、このような機械的性能の低下は、高張力鋼板だけではなく、引張強度が６８０ＭＰａ以上となる他の鋼種、例えば９％Ｎｉ鋼板等に対しても生じ、特に引張強度が７８０ＭＰa以上であると機械的性能の低下は顕著となる。
しかしながら、エレクトロスラグ溶接は、溶接入熱が過大となる特性上、溶接金属の冷却速度が遅く、溶接金属の強度低下が起こりやすいため、適用する高張力鋼に適した溶接金属の機械的性能を得るのが困難であった。また、このような機械的性能の低下は、高張力鋼板だけではなく、引張強度が６８０ＭＰａ以上となる他の鋼種、例えば９％Ｎｉ鋼板等に対しても生じ、特に引張強度が７８０ＭＰa以上であると機械的性能の低下は顕著となる。
【0003】
上述の課題を解決するため、特許文献１には、７８０ＭＰａ級鋼のエレクトロスラグ溶接に用いられるワイヤに関し、ワイヤ全質量に対する質量％で、Ｃ：０．１０～０．２０質量％、Ｓｉ：０．２～１．０質量％、Ｍｎ：１．３～２．５％、Ｃｕ：０．１～０．５％、Ｎｉ：１．５～２．５％、Ｃｒ：０．３～０．７％、Ｍｏ：０．３～０．７％、Ｔｉ：０．１５～０．２５％を含有し、Ａｌ：０．０５％以下であり、Ｆ換算値の合計：０．０１～０．１％、ＳｉＯ２換算値の合計：０．０１～０．２％、Ｎａ２Ｏ換算値とＫ２Ｏ換算値の合計：０．０２～０．１％を含有することを特徴とすることで、高張力鋼用のエレクトロスラグ溶接用フラックス入りワイヤが開示されている。上記特許文献１によれば、溶接欠陥がなく、安定した機械的性能を有する溶接金属を得ることができるとされている。
【0004】
また、９％Ｎｉ鋼を対象とした特許文献２では、質量％で、Ｃ：０質量％超、０．０７％以下、Ｓｉ：０質量％超、０．５０質量％以下、Ｍｎ：０質量％超～１．０質量％、Ｎｉ：６．０～１５．０質量％、Ｆｅ：７９％以上を含有し、かつ式：「０．１５０≦Ｃ＋Ｓｉ／３０＋Ｍｎ／２０＋Ｎｉ／６０≦０．３００」を満足することを特徴とするエレクトロスラグ溶接用ワイヤ、フラックス及び溶接接手が開示されている。上記特許文献２によれば、入熱量が１０ｋＪ／ｍｍ以上の高能率であって、強度及び極低温特性等の機械的特性に優れた溶接金属を有する溶接継手を得ることができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特開２０１７－１７０５００号公報
【文献】特開２０１８－４３２８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
前述の通り、特許文献１及び特許文献２は、高引張強度の鋼板をエレクトロスラグ溶接する場合に、溶接金属の機械的性能に関する課題を解決したものである。しかしながら、高引張強度の鋼板を用いるエレクトロスラグ溶接においては、課題は機械的性能だけではない。高引張強度の鋼板（以下、母材ともいう）又は溶接材料（以下、溶接ワイヤともいう）は、強度を高めるために種々特有の元素、例えばＣ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｃｒ等を含む。なお、これらの元素の含有量は、引張強度が高くなるほど多くなる。
また、エレクトロスラグ溶接は、電気溶融溶接法の一種であり、溶接開始直後に溶接ワイヤと母材間で発生するアーク熱によって、フラックスを溶かすことで溶融スラグを生成させる溶接方法である。そして、適当な深さの溶融スラグの層（以下、スラグ浴ともいう）が形成すると、アークが消え、スラグ浴の抵抗発熱によって、溶接ワイヤと母材とが溶融することにより、接合することができる。
また、エレクトロスラグ溶接は、電気溶融溶接法の一種であり、溶接開始直後に溶接ワイヤと母材間で発生するアーク熱によって、フラックスを溶かすことで溶融スラグを生成させる溶接方法である。そして、適当な深さの溶融スラグの層（以下、スラグ浴ともいう）が形成すると、アークが消え、スラグ浴の抵抗発熱によって、溶接ワイヤと母材とが溶融することにより、接合することができる。
【0007】
ここで、母材又は溶接ワイヤ中に引張強度を向上させるための元素が種々存在すると、それらの元素とスラグ浴との反応により、スラグ浴の組成が変化し、これによりスラグ浴の粘性や電気伝導度といった物性が変化する。このスラグ浴の物性が変わると、溶接時にアークが発生することにより、溶接不安定となる他、アンダカット等の溶接欠陥の発生、スラグの剥離性及び焼付き等の外観に関する課題が発生する。
【0008】
上記特許文献１及び特許文献２は、溶接金属の機械的性能を確保するために、溶接ワイヤ及びフラックスの組成を調整しているが、スラグに起因する外観等の課題については考慮されていない。また、本来であれば、溶接の対象とする母材又は溶接ワイヤの鋼種によって、好適なフラックスを使用することが好ましいが、母材及び溶接ワイヤは種類が多く、合金元素の組み合わせは多岐にわたるため、各母材又は溶接ワイヤに適したフラックスを用いるのは現実的ではない。そのため、種々の合金元素を含む鋼板又は溶接ワイヤの種類にかかわらず、汎用的に用いることができるフラックスが要求されている。このようなフラックスについて、上記特許文献１及び特許文献２では考慮されていない。
【0009】
本発明は、上述した状況に鑑みてなされたものであり、溶接ワイヤ又は母材が種々の合金元素を有するものであっても、溶接が安定し、溶接作業性が優れているとともに、例えば、６８０ＭＰa以上、特に合金元素を多く含む７８０ＭＰａ以上の高い引張強さを有している場合であっても、スラグ剥離性が良好であり、アンダカット及び焼付き等が発生しない、優れた外観を有する溶接金属を得ることができるエレクトロスラグ溶接用フラックス及びエレクトロスラグ溶接方法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】
本発明者らは上記課題を解決するため鋭意検討を重ねた結果、フラックス中に、フッ化物としてＣａＦ２、塩基性酸化物としてＣａＯ、酸性酸化物としてＳｉＯ２を含有させることが、スラグ浴の物性を維持するために有効であることを見出した。すなわち、フラックス中の上記化合物の含有量を適切に規定することにより、適切な電気伝導度と粘度を有するスラグ浴を得ることができ、かつ、ワイヤ又は母材から他の成分が入った場合であっても、スラグ浴の物性を維持することができる。本発明は、このような知見に基づいてなされたものである。
【0011】
本発明の上記目的は、エレクトロスラグ溶接用フラックスに係る下記［１］の構成により達成される。
【0012】
［１］ 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であって、
塩基性酸化物、両性酸化物、酸性酸化物及びフッ化物を含有し、
前記塩基性酸化物は、フラックス全質量に対し、
ＣａＯ：５．１質量％以上３０．０質量％以下を含有し、
前記ＣａＯは、前記塩基性酸化物全質量に対して３０質量％以上であり、
前記酸性酸化物は、フラックス全質量に対し、
ＳｉＯ２：１７質量％以下を含有し、
前記ＳｉＯ２は、前記酸性酸化物全質量に対して８０質量％以上であり、
前記フッ化物は、フラックス全質量に対し、
ＣａＦ２：３５質量％以上７３質量％以下を含有し、
前記ＣａＦ２は、前記フッ化物全質量に対して８０質量％以上であるとともに、
フラックス全質量に対する質量％で、前記ＣａＯの含有量を［ＣａＯ］、前記ＳｉＯ２の含有量を［ＳｉＯ２］、前記ＣａＦ２の含有量を［ＣａＦ２］としたとき、
下記式（１）により算出される値が５以上５６以下であ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。
（２×［ＣａＦ２］＋［ＣａＯ］）／［ＳｉＯ２］ ・・・（１）
塩基性酸化物、両性酸化物、酸性酸化物及びフッ化物を含有し、
前記塩基性酸化物は、フラックス全質量に対し、
ＣａＯ：５．１質量％以上３０．０質量％以下を含有し、
前記ＣａＯは、前記塩基性酸化物全質量に対して３０質量％以上であり、
前記酸性酸化物は、フラックス全質量に対し、
ＳｉＯ２：１７質量％以下を含有し、
前記ＳｉＯ２は、前記酸性酸化物全質量に対して８０質量％以上であり、
前記フッ化物は、フラックス全質量に対し、
ＣａＦ２：３５質量％以上７３質量％以下を含有し、
前記ＣａＦ２は、前記フッ化物全質量に対して８０質量％以上であるとともに、
フラックス全質量に対する質量％で、前記ＣａＯの含有量を［ＣａＯ］、前記ＳｉＯ２の含有量を［ＳｉＯ２］、前記ＣａＦ２の含有量を［ＣａＦ２］としたとき、
下記式（１）により算出される値が５以上５６以下であ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。
（２×［ＣａＦ２］＋［ＣａＯ］）／［ＳｉＯ２］ ・・・（１）
【0013】
エレクトロスラグ溶接用フラックスに係る本発明の好ましい実施形態は、下記［２］～［７］に関する。
【0014】
［２］ フラックス全質量に対し、
前記塩基性酸化物：１０質量％以上４０質量％以下、
前記両性酸化物：５質量％以上３５質量％以下、
前記酸性酸化物：１７質量％以下、を含有し、
前記塩基性酸化物、前記両性酸化物及び前記酸性酸化物からなる全酸化物の合計量は２８質量％以上６０質量％以下であるとともに、
フラックス全質量に対する質量％で、前記フッ化物の合計量を［Ｆｌｄ］、前記全酸化物の合計量を［Ｏｘ］としたとき、
下記式（２）により算出される値が０．５以上２．７以下であることを特徴とする［１］に記載のエレクトロスラグ溶接用フラックス。
［Ｆｌｄ］／［Ｏｘ］ ・・・（２）
前記塩基性酸化物：１０質量％以上４０質量％以下、
前記両性酸化物：５質量％以上３５質量％以下、
前記酸性酸化物：１７質量％以下、を含有し、
前記塩基性酸化物、前記両性酸化物及び前記酸性酸化物からなる全酸化物の合計量は２８質量％以上６０質量％以下であるとともに、
フラックス全質量に対する質量％で、前記フッ化物の合計量を［Ｆｌｄ］、前記全酸化物の合計量を［Ｏｘ］としたとき、
下記式（２）により算出される値が０．５以上２．７以下であることを特徴とする［１］に記載のエレクトロスラグ溶接用フラックス。
［Ｆｌｄ］／［Ｏｘ］ ・・・（２）
【0015】
［３］ 前記塩基性酸化物は、フラックス全質量に対し、
ＢａＯ：１１質量％以下、
ＦｅＯ：５質量％以下、
ＭｇＯ：５質量％以下、
ＭｎＯ及びＭｎＯ２のいずれか一方又は両方の合計の含有量（ＭｎＯ換算値）：５質量％以下、
Ｋ２Ｏ：５質量％以下、
Ｎａ２Ｏ：５質量％以下、及び
Ｌｉ２Ｏ：５質量％以下、から選択された少なくとも１種を含有し、
前記両性酸化物は、フラックス全質量に対し、
Ａｌ２Ｏ３：３５質量％以下、
ＺｒＯ２：５質量％以下、及び
ＴｉＯ２：５質量％以下、から選択された少なくとも１種を含有することを特徴とする［１］又は［２］に記載のエレクトロスラグ溶接用フラックス。
ＢａＯ：１１質量％以下、
ＦｅＯ：５質量％以下、
ＭｇＯ：５質量％以下、
ＭｎＯ及びＭｎＯ２のいずれか一方又は両方の合計の含有量（ＭｎＯ換算値）：５質量％以下、
Ｋ２Ｏ：５質量％以下、
Ｎａ２Ｏ：５質量％以下、及び
Ｌｉ２Ｏ：５質量％以下、から選択された少なくとも１種を含有し、
前記両性酸化物は、フラックス全質量に対し、
Ａｌ２Ｏ３：３５質量％以下、
ＺｒＯ２：５質量％以下、及び
ＴｉＯ２：５質量％以下、から選択された少なくとも１種を含有することを特徴とする［１］又は［２］に記載のエレクトロスラグ溶接用フラックス。
【0016】
［４］ フラックス全質量に対する質量％で、前記ＣａＯの含有量を［ＣａＯ］、前記ＢａＯの含有量を［ＢａＯ］、前記ＣａＦ２の含有量を［ＣａＦ２］、前記Ａｌ２Ｏ３の含有量を［Ａｌ２Ｏ３］としたとき、
下記式（３）により算出される値が０．３５以下であることを特徴とする［３］に記載のエレクトロスラグ溶接用フラックス。
（［ＣａＯ］＋［ＢａＯ］）／（［ＣａＦ２］＋［Ａｌ２Ｏ３］） ・・・（３）
下記式（３）により算出される値が０．３５以下であることを特徴とする［３］に記載のエレクトロスラグ溶接用フラックス。
（［ＣａＯ］＋［ＢａＯ］）／（［ＣａＦ２］＋［Ａｌ２Ｏ３］） ・・・（３）
【0017】
［５］ フラックス全質量に対する質量％で、前記ＣａＯの含有量を［ＣａＯ］、前記ＢａＯの含有量を［ＢａＯ］、前記ＣａＦ２の含有量を［ＣａＦ２］、前記Ａｌ２Ｏ３の含有量を［Ａｌ２Ｏ３］としたとき、
下記式（４）により算出される値が０．３８以上であることを特徴とする［３］又は［４］に記載のエレクトロスラグ溶接用フラックス。
（［ＣａＯ］＋［Ａｌ２Ｏ３］＋［ＢａＯ］）／［ＣａＦ２］ ・・・（４）
下記式（４）により算出される値が０．３８以上であることを特徴とする［３］又は［４］に記載のエレクトロスラグ溶接用フラックス。
（［ＣａＯ］＋［Ａｌ２Ｏ３］＋［ＢａＯ］）／［ＣａＦ２］ ・・・（４）
【0018】
［６］ 前記酸性酸化物は、フラックス全質量に対し、
ＭｏＯ３：５質量％以下、
Ｖ２Ｏ５：５質量％以下、及び
Ｐ２Ｏ５：５質量％以下、から選択された少なくとも１種を含有することを特徴とする［１］～［５］のいずれか１つに記載のエレクトロスラグ溶接用フラックス。
ＭｏＯ３：５質量％以下、
Ｖ２Ｏ５：５質量％以下、及び
Ｐ２Ｏ５：５質量％以下、から選択された少なくとも１種を含有することを特徴とする［１］～［５］のいずれか１つに記載のエレクトロスラグ溶接用フラックス。
【0019】
［７］ 前記両性酸化物は、フラックス全質量に対し、
Ｂ２Ｏ３：２質量％以下（０質量％を含む）、を含有することを特徴とする［１］～［６］のいずれか１つに記載のエレクトロスラグ溶接用フラックス。
Ｂ２Ｏ３：２質量％以下（０質量％を含む）、を含有することを特徴とする［１］～［６］のいずれか１つに記載のエレクトロスラグ溶接用フラックス。
【0020】
また、本発明の上記目的は、エレクトロスラグ溶接方法に係る下記［８］の構成により達成される。
【0021】
［８］ 溶接ワイヤと、上記［１］～［７］のいずれか１つに記載のエレクトロスラグ溶接用フラックスと、を用いて溶接することを特徴とするエレクトロスラグ溶接方法。
【発明の効果】
【0022】
本発明によれば、溶接ワイヤ又は母材が種々の合金元素を有するものであっても、溶接が安定しており、溶接作業性が優れているとともに、例えば、６８０ＭＰa以上、特に合金元素を多く含む７８０ＭＰａ以上の高い引張強さを有する場合であっても、スラグ剥離性が良好であり、アンダカット及び焼付き等が発生しない優れた外観を有する溶接金属を得ることができるエレクトロスラグ溶接用フラックス及びエレクトロスラグ溶接方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0023】
【発明を実施するための形態】
【0024】
以下、本発明について実施の形態を参照して、詳細に説明する。本明細書において、「～」とはその下限の値以上、その上限の値以下であることを意味する。また、本明細書では、エレクトロスラグ溶接用フラックスを単にフラックスと呼び、本発明に係るエレクトロスラグ溶接方法を単に本発明方法と呼ぶ場合がある。
【0025】
〔１．エレクトロスラグ溶接用フラックス〕
本発明に係るエレクトロスラグ溶接用フラックスは、塩基性酸化物、両性酸化物、酸性酸化物及びフッ化物を含有する。そして、これらの酸化物及びフッ化物によって、スラグ浴の物性を制御することができる。具体的には、溶接中に、溶接ワイヤ及び母材から種々の合金元素がスラグ浴に入った場合であっても、溶接欠陥を抑制できるとともに、スラグ剥離性がよく、焼付きが生じないように、スラグ浴の物性を維持することができる。
本発明に係るエレクトロスラグ溶接用フラックスは、塩基性酸化物、両性酸化物、酸性酸化物及びフッ化物を含有する。そして、これらの酸化物及びフッ化物によって、スラグ浴の物性を制御することができる。具体的には、溶接中に、溶接ワイヤ及び母材から種々の合金元素がスラグ浴に入った場合であっても、溶接欠陥を抑制できるとともに、スラグ剥離性がよく、焼付きが生じないように、スラグ浴の物性を維持することができる。
【0026】
一般的に、フッ化物及び塩基性酸化物は、易動度の大きい陽イオンとなり、かつ陰イオンが少なくなるため、塩基性酸化物を含む量が増えるほど、スラグ浴の電気伝導度は大きくなり、粘性を下げる傾向にある。
一方、酸性酸化物は、易動度の小さい陰イオンとなるため、塩基性酸化物を含む量が増えるほど、スラグ浴の電気伝導度は小さくなり、粘性を上げる傾向にある。
また、両性酸化物はその組成によって作用は変わり、例えば、Ａｌ２Ｏ３であれば、酸性酸化物と同じ働きをする。
一方、酸性酸化物は、易動度の小さい陰イオンとなるため、塩基性酸化物を含む量が増えるほど、スラグ浴の電気伝導度は小さくなり、粘性を上げる傾向にある。
また、両性酸化物はその組成によって作用は変わり、例えば、Ａｌ２Ｏ３であれば、酸性酸化物と同じ働きをする。
【0027】
フラックス中の酸化物及びフッ化物の含有量により変化するスラグ浴の電気伝導度と粘度は、スラグ浴の挙動に影響する。具体的には、スラグ浴の粘性が低下し、電気伝導度が上がるほど、電磁力に関する対流が大きくなるため、スラグ浴は流動しやすくなり、アンダカット及びオーバーラップの発生を抑制することができると考えられている。すなわち、フラックス中のフッ化物及び塩基性酸化物の含有量が多いほど、アンダカット及びオーバーラップの発生を抑止できるとものと考えられる。
【0028】
しかしながら、フラックス中のフッ化物及び塩基性酸化物の含有量を増加させると、スラグ浴の表面でアークが発生しやすくなり、溶接自体が不安定（以下、溶接不安定ともいう）になってしまう。これは、電気伝導度が上昇することにより、スラグ浴の抵抗熱が低下し、ワイヤがスラグ浴中で溶融しないことに起因する。その結果、ワイヤは溶融金属部と短絡し、スラグ浴表面で溶断されることにより、アークが発生する。
上記アークの発生による溶接不安定を防ぐためには、スラグ浴内でワイヤを溶融させる必要があり、解決手段として、スラグ浴を更に深くする方法が挙げられる。
上記アークの発生による溶接不安定を防ぐためには、スラグ浴内でワイヤを溶融させる必要があり、解決手段として、スラグ浴を更に深くする方法が挙げられる。
【0029】
しかしながら、スラグ浴が過度に深くなると溶け込み幅が減少し、ビード際にスラグが食い込むため、アンダカット等の溶接欠陥が発生する。したがって、スラグ浴全体の粘性は低く維持した状態で、電気伝導度は上げすぎないように制御し、かつワイヤ又は母材からスラグ浴に他の成分が入った場合であっても、スラグ浴の物性を維持することができるフラックスが要求される。
【0030】
本発明においては、フラックス中に、フッ化物としてＣａＦ２、塩基性酸化物としてＣａＯ、酸性酸化物としてＳｉＯ２を含有させており、これにより、適切な電気伝導度と粘度を有するスラグ浴を得ることができる。すなわち、フラックス中の上記化合物の含有量、及びこれらの含有量から得られるパラメータを適切に規定することにより、ワイヤ又は母材から他の成分が入った場合であっても、スラグ浴の物性を維持することができる。以下、本発明に係るエレクトロスラグ溶接用フラックスに含有される各成分の含有量を、その限定理由とともに説明する。
【0031】
＜ＣａＯ：フラックス全質量に対して５．１質量％以上３０．０質量％以下＞
ＣａＯは塩基性酸化物であって、溶融スラグの粘性を適切に確保し、溶接ビードの形状を向上させる成分であるとともに、溶接金属の酸素量を低減させる効果を有する。ＣａＯの含有量がフラックス全質量に対して５．１質量％未満であると、粘性が高くなるためスラグ浴の攪拌が小さくなり、ビード外観が劣化する。一方、ＣａＯの含有量がフラックス全質量に対して３０．０質量％を超えると、溶融スラグの粘性が過剰に低くなるためビード外観が劣化する。したがって、フラックス中に塩基性酸化物として含有されるＣａＯの含有量は、フラックス全質量に対して５．１質量％以上、好ましくは９．０質量％以上とし、また、３０．０質量％以下、好ましくは２０．０質量％以下とする。
ＣａＯは塩基性酸化物であって、溶融スラグの粘性を適切に確保し、溶接ビードの形状を向上させる成分であるとともに、溶接金属の酸素量を低減させる効果を有する。ＣａＯの含有量がフラックス全質量に対して５．１質量％未満であると、粘性が高くなるためスラグ浴の攪拌が小さくなり、ビード外観が劣化する。一方、ＣａＯの含有量がフラックス全質量に対して３０．０質量％を超えると、溶融スラグの粘性が過剰に低くなるためビード外観が劣化する。したがって、フラックス中に塩基性酸化物として含有されるＣａＯの含有量は、フラックス全質量に対して５．１質量％以上、好ましくは９．０質量％以上とし、また、３０．０質量％以下、好ましくは２０．０質量％以下とする。
【0032】
＜ＣａＯ：塩基性酸化物全質量に対して３０質量％以上＞
塩基性酸化物全質量に対するＣａＯの割合を３０質量％以上とすることにより、ＣａＯが、スラグ浴の粘性や電気伝導度等の物性を制御する支配因子の一つとして働く。なお、塩基性酸化物全質量に対するＣａＯの割合が３０質量％未満であると、溶接ワイヤ及び母材からスラグ浴に入る成分が、スラグ浴の物性に影響を及ぼす可能性が高くなる。したがって、溶融スラグの物性を適正範囲に維持するために、塩基性酸化物全質量に対するＣａＯの割合は３０質量％以上とし、好ましくは５０質量％以上とする。
塩基性酸化物全質量に対するＣａＯの割合を３０質量％以上とすることにより、ＣａＯが、スラグ浴の粘性や電気伝導度等の物性を制御する支配因子の一つとして働く。なお、塩基性酸化物全質量に対するＣａＯの割合が３０質量％未満であると、溶接ワイヤ及び母材からスラグ浴に入る成分が、スラグ浴の物性に影響を及ぼす可能性が高くなる。したがって、溶融スラグの物性を適正範囲に維持するために、塩基性酸化物全質量に対するＣａＯの割合は３０質量％以上とし、好ましくは５０質量％以上とする。
【0033】
＜ＳｉＯ２：フラックス全質量に対して１７質量％以下（０質量％は含まない）＞
ＳｉＯ２は酸性酸化物であって、溶融スラグの粘性を上げ、電気伝導度を下げる効果を有する成分である。このように、ＳｉＯ２は本発明における溶融スラグの物性制御に用いられる。ＳｉＯ２の含有量がフラックス全質量に対して１７質量％を超えると、溶融スラグの粘性が過剰に高くなり、電気伝導度が小さくなるため、スラグ浴の攪拌が小さくなり、ビード外観が劣化する。上述の通り、ＳｉＯ２は溶融スラグの物性調整のため、微量でも含有されていれば、その効果を得ることができる。したがって、フラックス中に酸性酸化物として含有されるＳｉＯ２の含有量は、フラックス全質量に対して１７質量％以下、好ましくは１６質量％以下、より好ましくは１５質量％以下とし、また、好ましくは１質量％以上、より好ましくは２質量％以上とする。
ＳｉＯ２は酸性酸化物であって、溶融スラグの粘性を上げ、電気伝導度を下げる効果を有する成分である。このように、ＳｉＯ２は本発明における溶融スラグの物性制御に用いられる。ＳｉＯ２の含有量がフラックス全質量に対して１７質量％を超えると、溶融スラグの粘性が過剰に高くなり、電気伝導度が小さくなるため、スラグ浴の攪拌が小さくなり、ビード外観が劣化する。上述の通り、ＳｉＯ２は溶融スラグの物性調整のため、微量でも含有されていれば、その効果を得ることができる。したがって、フラックス中に酸性酸化物として含有されるＳｉＯ２の含有量は、フラックス全質量に対して１７質量％以下、好ましくは１６質量％以下、より好ましくは１５質量％以下とし、また、好ましくは１質量％以上、より好ましくは２質量％以上とする。
【0034】
＜ＳｉＯ２：酸性酸化物全質量に対して８０質量％以上＞
酸性酸化物全質量に対するＳｉＯ２の割合を８０質量％以上とすることにより、ＳｉＯ２が、スラグ浴の粘性や電気伝導度等の物性を制御する支配因子の一つとして働く。なお、酸性酸化物全質量に対するＳｉＯ２の割合が８０質量％未満であると、溶接ワイヤ及び母材からスラグ浴に入る成分が、スラグ浴の物性に影響を及ぼす可能性が高くなる。したがって、溶融スラグの物性を適正範囲に維持するために、酸性酸化物全質量に対するＳｉＯ２の割合は８０質量％以上とし、好ましくは８５質量％以上とする。
酸性酸化物全質量に対するＳｉＯ２の割合を８０質量％以上とすることにより、ＳｉＯ２が、スラグ浴の粘性や電気伝導度等の物性を制御する支配因子の一つとして働く。なお、酸性酸化物全質量に対するＳｉＯ２の割合が８０質量％未満であると、溶接ワイヤ及び母材からスラグ浴に入る成分が、スラグ浴の物性に影響を及ぼす可能性が高くなる。したがって、溶融スラグの物性を適正範囲に維持するために、酸性酸化物全質量に対するＳｉＯ２の割合は８０質量％以上とし、好ましくは８５質量％以上とする。
【0035】
＜ＣａＦ２：フラックス全質量に対して３５質量％以上７３質量％以下＞
フッ化物としてフラックス中に含有されるＣａＦ２は、溶融スラグの電気伝導度を適切に確保し、溶接の安定性を向上させるとともに、溶融スラグの粘性を適切に確保し、溶接ビードの形状を向上させる成分である。また、ＣａＦ２は、溶接金属の酸素量を低減させる効果を有する成分でもある。ＣａＦ２の含有量がフラックス全質量に対して３５質量％未満であると、溶融スラグの粘性が高くなり、電気伝導度が小さくなるため、スラグ浴の攪拌が小さくなり、ビード外観が劣化する。
一方、ＣａＦ２の含有量がフラックス全質量に対して７３質量％を超えると、溶融スラグの粘性が過剰に低くなるため、ビード外観が劣化する。また、フッ素ガスの発生量が増加して、溶接ビードに圧痕（ポックマーク）が発生し、さらにビード外観が劣化する場合もある。また、電気伝導度が過剰に高くなるため、抵抗発熱が不足することにより、溶接中に頻繁にアークが発生し、溶接不安定となる。したがって、フラックス中にフッ化物として含有されるＣａＦ２の含有量は、フラックス全質量に対して３５質量％以上、好ましくは４５質量％以上とし、また、７３質量％以下、好ましくは６９質量％以下とする。
フッ化物としてフラックス中に含有されるＣａＦ２は、溶融スラグの電気伝導度を適切に確保し、溶接の安定性を向上させるとともに、溶融スラグの粘性を適切に確保し、溶接ビードの形状を向上させる成分である。また、ＣａＦ２は、溶接金属の酸素量を低減させる効果を有する成分でもある。ＣａＦ２の含有量がフラックス全質量に対して３５質量％未満であると、溶融スラグの粘性が高くなり、電気伝導度が小さくなるため、スラグ浴の攪拌が小さくなり、ビード外観が劣化する。
一方、ＣａＦ２の含有量がフラックス全質量に対して７３質量％を超えると、溶融スラグの粘性が過剰に低くなるため、ビード外観が劣化する。また、フッ素ガスの発生量が増加して、溶接ビードに圧痕（ポックマーク）が発生し、さらにビード外観が劣化する場合もある。また、電気伝導度が過剰に高くなるため、抵抗発熱が不足することにより、溶接中に頻繁にアークが発生し、溶接不安定となる。したがって、フラックス中にフッ化物として含有されるＣａＦ２の含有量は、フラックス全質量に対して３５質量％以上、好ましくは４５質量％以上とし、また、７３質量％以下、好ましくは６９質量％以下とする。
【0036】
＜ＣａＦ２：フッ化物全質量に対して８０質量％以上＞
フッ化物全質量に対するＣａＦ２の割合を８０質量％以上とすることにより、ＣａＦ２がスラグ浴の粘性や電気伝導度等の物性を制御する支配因子の一つとして働く。フッ化物全質量に対するＣａＦ２の割合が８０質量％未満であると、溶接ワイヤ及び母材からスラグ浴に入る成分が、スラグ浴の物性に影響を及ぼす可能性が高くなる。したがって、溶融スラグの物性を適正範囲に維持するために、フッ化物全質量に対するＣａＦ２の割合は８０質量％以上とし、好ましくは８５質量％以上とする。
なお、フラックス中に含まれるフッ化物のうち、ＣａＦ２を除く残部については、ＢａＦ２、ＮａＦ、ＬｉＦ、ＫＦ又はＭｇＦ２等を、フッ化物全質量に対して２０質量％未満となるように含有してもよい。好ましくは、ＣａＦ２がフッ化物全質量に対して１００質量％であるとよい。
フッ化物全質量に対するＣａＦ２の割合を８０質量％以上とすることにより、ＣａＦ２がスラグ浴の粘性や電気伝導度等の物性を制御する支配因子の一つとして働く。フッ化物全質量に対するＣａＦ２の割合が８０質量％未満であると、溶接ワイヤ及び母材からスラグ浴に入る成分が、スラグ浴の物性に影響を及ぼす可能性が高くなる。したがって、溶融スラグの物性を適正範囲に維持するために、フッ化物全質量に対するＣａＦ２の割合は８０質量％以上とし、好ましくは８５質量％以上とする。
なお、フラックス中に含まれるフッ化物のうち、ＣａＦ２を除く残部については、ＢａＦ２、ＮａＦ、ＬｉＦ、ＫＦ又はＭｇＦ２等を、フッ化物全質量に対して２０質量％未満となるように含有してもよい。好ましくは、ＣａＦ２がフッ化物全質量に対して１００質量％であるとよい。
【0037】
＜（２×［ＣａＦ２］＋［ＣａＯ］）／［ＳｉＯ２］：５以上５６以下＞
溶融スラグの粘性及び電気伝導度といった物性を支配する要因として、金属陽イオンと酸素イオン間の結合強さが挙げられる。塩基性酸化物の中でもＣａＯは結合力が小さいため、比較的容易にＣａ２＋と陰イオンＯ２－に電離しやすい。一方、ＳｉＯ２は中性酸化物や酸性酸化物の中でも結合力が強く、電離したＯ２－をとって、種々の形の巨大陰イオンを形成する。なお、種々の形の巨大陰イオンとは、例えば、Ｓｉ９Ｏ２１ ６－，Ｓｉ６Ｏ１５ ６－等が挙げられる。よって、結合力に差異のあるＣａＯとＳｉＯ２の組み合わせはスラグ浴の物性を左右する支配因子となる。
さらに、ＣａＦ２は、ＳｉＯ２を含む酸化物系スラグと組み合わせた場合に、ＣａＯと比較して約２倍の粘性低下効果があるとされている。これはＣａＯがＳｉ－Ｏ結合を一つだけ切断するのに対し、ＣａＦ２はＳｉ－Ｏ結合を二つ切断することに起因する。したがって、本発明では、スラグ浴の物性に特に影響を及ぼす成分であるＣａＯ、ＳｉＯ２及びＣａＦ２を、物性制御の支配因子としている。
溶融スラグの粘性及び電気伝導度といった物性を支配する要因として、金属陽イオンと酸素イオン間の結合強さが挙げられる。塩基性酸化物の中でもＣａＯは結合力が小さいため、比較的容易にＣａ２＋と陰イオンＯ２－に電離しやすい。一方、ＳｉＯ２は中性酸化物や酸性酸化物の中でも結合力が強く、電離したＯ２－をとって、種々の形の巨大陰イオンを形成する。なお、種々の形の巨大陰イオンとは、例えば、Ｓｉ９Ｏ２１ ６－，Ｓｉ６Ｏ１５ ６－等が挙げられる。よって、結合力に差異のあるＣａＯとＳｉＯ２の組み合わせはスラグ浴の物性を左右する支配因子となる。
さらに、ＣａＦ２は、ＳｉＯ２を含む酸化物系スラグと組み合わせた場合に、ＣａＯと比較して約２倍の粘性低下効果があるとされている。これはＣａＯがＳｉ－Ｏ結合を一つだけ切断するのに対し、ＣａＦ２はＳｉ－Ｏ結合を二つ切断することに起因する。したがって、本発明では、スラグ浴の物性に特に影響を及ぼす成分であるＣａＯ、ＳｉＯ２及びＣａＦ２を、物性制御の支配因子としている。
【0038】
上述の通り、フラックス中のＣａＦ２の含有量が増加するほど溶融スラグの粘性が小さくなり、電気伝導度を大きくする効果が高くなる。一方、フラックス中にＣａＯを含有した場合には、塩基性酸化物の傾向通りに、溶融スラグの粘性は低くなるものの、電気伝導度に関しては、ケイ酸ソーダ中においてＣａＯの含有量が増加するほど、電気伝導度が若干低下することが知られている（「溶接学会誌 第３６巻（１９６７）第６号 ｐ．６０８～ 溶融スラグの物性について」の図５）。すなわち、ＳｉＯ２が存在する溶融スラグの系において、ＣａＦ２の含有量は、増加するほど溶融スラグの粘性は大幅に小さくなり、電気伝導度は高くなるが、ＣａＯの含有量は、増加するほど溶融スラグの粘性が小さくなり、電気伝導度が小さくなる特異な傾向を示す。
【0039】
本発明においては、ＣａＦ２、ＣａＯ、及びＳｉＯ２の含有量を用いて、下記式（１）で表されるパラメータを作成し、下記式（１）により算出される値が所定の範囲を満たすことにより、スラグ浴の粘性を低く維持しつつ、電気伝導度を上げすぎないように制御することができる。
具体的には、フラックス全質量に対する質量％で、上記ＣａＯの含有量を［ＣａＯ］、上記ＳｉＯ２の含有量を［ＳｉＯ２］、上記ＣａＦ２の含有量を［ＣａＦ２］としたとき、下記式（１）により算出される値が５未満であると、スラグ浴の粘性が大きくなり、電気伝導度が小さくなるため、スラグ浴の攪拌が小さくなり、ビード外観が劣化する。
一方、下記式（１）により算出される値が５６を超えると、溶融スラグの粘性が過剰に低くなるため、ビード外観が劣化する。また、電気伝導度が過剰に高くなり、抵抗発熱が不足するため、溶接中に頻繁にアークが発生し、溶接不安定となる。したがって、下記式（１）により算出される値は、５以上、好ましくは７以上、また、５６以下、好ましくは５４以下とすると、スラグ浴の物性として、よりバランスのよい粘性及び電気伝導度を維持できる。
（２×［ＣａＦ２］＋［ＣａＯ］）／［ＳｉＯ２］ ・・・（１）
具体的には、フラックス全質量に対する質量％で、上記ＣａＯの含有量を［ＣａＯ］、上記ＳｉＯ２の含有量を［ＳｉＯ２］、上記ＣａＦ２の含有量を［ＣａＦ２］としたとき、下記式（１）により算出される値が５未満であると、スラグ浴の粘性が大きくなり、電気伝導度が小さくなるため、スラグ浴の攪拌が小さくなり、ビード外観が劣化する。
一方、下記式（１）により算出される値が５６を超えると、溶融スラグの粘性が過剰に低くなるため、ビード外観が劣化する。また、電気伝導度が過剰に高くなり、抵抗発熱が不足するため、溶接中に頻繁にアークが発生し、溶接不安定となる。したがって、下記式（１）により算出される値は、５以上、好ましくは７以上、また、５６以下、好ましくは５４以下とすると、スラグ浴の物性として、よりバランスのよい粘性及び電気伝導度を維持できる。
（２×［ＣａＦ２］＋［ＣａＯ］）／［ＳｉＯ２］ ・・・（１）
【0040】
＜フッ化物：フラックス全質量に対して３５～７３質量％＞
本実施形態においては、上述の通り、ＣａＦ２の他にも、フッ化物としてＢａＦ２、ＮａＦ、ＬｉＦ、ＫＦ又はＭｇＦ２等をフラックス中に含有させることができる。フッ化物は、スラグ浴の粘性を低く、電気伝導度を高くする傾向を持つ。スラグ浴の粘性、電気伝導度のバランスを取るうえで、フラックス中のフッ化物の合計量についても調整されていることが好ましく、フラックス全質量に対して３５～７３質量％含まれていることが好ましい。３５質量％以上であると、よりスラグ浴の粘性、電気伝導度を低くする効果を保つことができ、７３質量％以下であれば、過度な粘性の低下、電気伝導度の増大を抑制することができる。
本実施形態においては、上述の通り、ＣａＦ２の他にも、フッ化物としてＢａＦ２、ＮａＦ、ＬｉＦ、ＫＦ又はＭｇＦ２等をフラックス中に含有させることができる。フッ化物は、スラグ浴の粘性を低く、電気伝導度を高くする傾向を持つ。スラグ浴の粘性、電気伝導度のバランスを取るうえで、フラックス中のフッ化物の合計量についても調整されていることが好ましく、フラックス全質量に対して３５～７３質量％含まれていることが好ましい。３５質量％以上であると、よりスラグ浴の粘性、電気伝導度を低くする効果を保つことができ、７３質量％以下であれば、過度な粘性の低下、電気伝導度の増大を抑制することができる。
【0041】
［（ａ）塩基性酸化物：フラックス全質量に対して１０質量％以上４０質量％以下］
フラックス中の塩基性酸化物の含有量を増加させると、ＣａＦ２（フッ化物）の場合と同様に、スラグ浴の粘性が低くなるとともに、電気伝導度が高くなる傾向にある。フラックス中の塩基性酸化物の含有量が、フラックス全質量に対して１０質量％以上であると、よりスラグ浴の粘性を低くするとともに、電気伝導度を高くする効果を保つことができる。一方、フラックス中の塩基性酸化物の含有量が、フラックス全質量に対して４０質量％以下であれば、過度な粘性の低下、又は電気伝導度の増大を抑制することができる。したがって、スラグ浴の粘性及び電気伝導度のバランスを取る上で、塩基性酸化物の含有量は、フラックス全質量に対して好ましくは１０質量％以上、より好ましくは１１質量％以上、また、好ましくは４０質量％以下、より好ましくは３９質量％以下とする。
フラックス中の塩基性酸化物の含有量を増加させると、ＣａＦ２（フッ化物）の場合と同様に、スラグ浴の粘性が低くなるとともに、電気伝導度が高くなる傾向にある。フラックス中の塩基性酸化物の含有量が、フラックス全質量に対して１０質量％以上であると、よりスラグ浴の粘性を低くするとともに、電気伝導度を高くする効果を保つことができる。一方、フラックス中の塩基性酸化物の含有量が、フラックス全質量に対して４０質量％以下であれば、過度な粘性の低下、又は電気伝導度の増大を抑制することができる。したがって、スラグ浴の粘性及び電気伝導度のバランスを取る上で、塩基性酸化物の含有量は、フラックス全質量に対して好ましくは１０質量％以上、より好ましくは１１質量％以上、また、好ましくは４０質量％以下、より好ましくは３９質量％以下とする。
【0042】
なお、本発明におけるフラックスは、溶融スラグの物性及び機械的性能等の調整の観点から、塩基性酸化物として任意で種々の化合物を含有していてもよい。
塩基性酸化物としては、ＢａＯ、ＦｅＯ、ＭｇＯ、ＭｎＯ、Ｋ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、及びＬｉ２Ｏから選択された少なくとも１種を、以下に示す範囲でフラックス中に含有されることが好ましい。
以下、各成分の限定範囲及び効果について説明する。
塩基性酸化物としては、ＢａＯ、ＦｅＯ、ＭｇＯ、ＭｎＯ、Ｋ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、及びＬｉ２Ｏから選択された少なくとも１種を、以下に示す範囲でフラックス中に含有されることが好ましい。
以下、各成分の限定範囲及び効果について説明する。
【0043】
＜ＢａＯ：フラックス全質量に対して１１質量％以下（０質量％含む）＞
ＢａＯは塩基性酸化物であって、溶融スラグの粘性及び融点に影響を及ぼす成分であるとともに、溶接金属の酸素量を低減させる効果が高い。ただし、本発明では、溶融スラグの粘性、融点等の物性、及び機械的性能等の調整のために、フラックス中にＢａＯを任意で添加すればよく、下限は規定しない。ＢａＯを添加する場合は、ＢａＯの含有量がフラックス全質量に対して１１質量％以下であると、溶接ワイヤ及び母材から種々の合金元素がスラグ浴に入った場合であっても、溶接欠陥を抑制することができるとともに、最適なビード外観を得るための適切な溶融スラグ物性を維持することができる。したがって、ＢａＯを添加する場合は、ＢａＯの含有量がフラックス全質量に対して１１質量％以下であることが好ましく、１０質量％以下であることがより好ましい。
ＢａＯは塩基性酸化物であって、溶融スラグの粘性及び融点に影響を及ぼす成分であるとともに、溶接金属の酸素量を低減させる効果が高い。ただし、本発明では、溶融スラグの粘性、融点等の物性、及び機械的性能等の調整のために、フラックス中にＢａＯを任意で添加すればよく、下限は規定しない。ＢａＯを添加する場合は、ＢａＯの含有量がフラックス全質量に対して１１質量％以下であると、溶接ワイヤ及び母材から種々の合金元素がスラグ浴に入った場合であっても、溶接欠陥を抑制することができるとともに、最適なビード外観を得るための適切な溶融スラグ物性を維持することができる。したがって、ＢａＯを添加する場合は、ＢａＯの含有量がフラックス全質量に対して１１質量％以下であることが好ましく、１０質量％以下であることがより好ましい。
【0044】
＜ＦｅＯ：５質量％以下（０質量％含む）＞
ＦｅＯは塩基性酸化物であって、溶融スラグの粘性及び融点に影響を及ぼす成分であるとともに、溶接金属の酸素量を低減させる効果が高い。ただし、本発明では、溶融スラグの粘性、融点等の物性、及び機械的性能等の調整のために、フラックス中にＦｅＯを任意で添加すればよく、下限は規定しない。ＦｅＯを添加する場合は、ＦｅＯの含有量がフラックス全質量に対して５質量％以下であると、溶接ワイヤ及び母材から種々の合金元素がスラグ浴に入った場合であっても、溶接欠陥を抑制することができるとともに、最適なビード外観を得るための適切な溶融スラグ物性を維持することができる。したがって、ＦｅＯを添加する場合は、ＦｅＯの含有量がフラックス全質量に対して５質量％以下であることが好ましく、３質量％以下であることがより好ましい。
ＦｅＯは塩基性酸化物であって、溶融スラグの粘性及び融点に影響を及ぼす成分であるとともに、溶接金属の酸素量を低減させる効果が高い。ただし、本発明では、溶融スラグの粘性、融点等の物性、及び機械的性能等の調整のために、フラックス中にＦｅＯを任意で添加すればよく、下限は規定しない。ＦｅＯを添加する場合は、ＦｅＯの含有量がフラックス全質量に対して５質量％以下であると、溶接ワイヤ及び母材から種々の合金元素がスラグ浴に入った場合であっても、溶接欠陥を抑制することができるとともに、最適なビード外観を得るための適切な溶融スラグ物性を維持することができる。したがって、ＦｅＯを添加する場合は、ＦｅＯの含有量がフラックス全質量に対して５質量％以下であることが好ましく、３質量％以下であることがより好ましい。
【0045】
＜ＭｇＯ：５質量％以下（０質量％含む）＞
ＭｇＯは塩基性酸化物であって、溶融スラグの粘性及び融点に影響を及ぼす成分である。ただし、本発明では、溶融スラグの粘性及び融点の調整のために、フラックス中にＭｇＯを任意で添加すればよく、下限は規定しない。ＭｇＯを添加する場合は、ＭｇＯの含有量がフラックス全質量に対して５質量％以下であると、溶接ワイヤ及び母材から種々の合金元素がスラグ浴に入った場合であっても、溶接欠陥を抑制することができるとともに、最適なビード外観を得るための適切な溶融スラグ物性を維持することができる。したがって、ＭｇＯを添加する場合は、ＭｇＯの含有量がフラックス全質量に対して５質量％以下であることが好ましく、３質量％以下であることがより好ましい。
ＭｇＯは塩基性酸化物であって、溶融スラグの粘性及び融点に影響を及ぼす成分である。ただし、本発明では、溶融スラグの粘性及び融点の調整のために、フラックス中にＭｇＯを任意で添加すればよく、下限は規定しない。ＭｇＯを添加する場合は、ＭｇＯの含有量がフラックス全質量に対して５質量％以下であると、溶接ワイヤ及び母材から種々の合金元素がスラグ浴に入った場合であっても、溶接欠陥を抑制することができるとともに、最適なビード外観を得るための適切な溶融スラグ物性を維持することができる。したがって、ＭｇＯを添加する場合は、ＭｇＯの含有量がフラックス全質量に対して５質量％以下であることが好ましく、３質量％以下であることがより好ましい。
【0046】
＜ＭｎＯ及びＭｎＯ２のいずれか一方又は両方の合計の含有量（ＭｎＯ換算値）：５質量％以下（０質量％含む）＞
ＭｎＯ及びＭｎＯ２は塩基性酸化物であって、溶融スラグの粘性及び融点に影響を及ぼす成分である。ただし、本発明では、溶融スラグの粘性及び融点の調整のために、フラックス中にＭｎＯ及びＭｎＯ２のいずれか一方又は両方を任意で添加すればよく、下限は規定しない。ＭｎＯ及びＭｎＯ２のいずれか一方又は両方を添加する場合は、これらの合計の含有量（ＭｎＯ換算値）がフラックス全質量に対して５質量％以下であると、溶接ワイヤ及び母材から種々の合金元素がスラグ浴に入った場合であっても、溶接欠陥を抑制することができるとともに、最適なビード外観を得るための適切な溶融スラグ物性を維持することができる。したがって、ＭｎＯ及びＭｎＯ２のいずれか一方又は両方を添加する場合は、ＭｎＯ及びＭｎＯ２の合計の含有量（ＭｎＯ換算値）がフラックス全質量に対して５質量％以下であることが好ましく、３質量％以下であることがより好ましい。なお、ＭｎＯ換算値とは、フラックス中の全Ｍｎ量をＭｎＯに換算した値である。
ＭｎＯ及びＭｎＯ２は塩基性酸化物であって、溶融スラグの粘性及び融点に影響を及ぼす成分である。ただし、本発明では、溶融スラグの粘性及び融点の調整のために、フラックス中にＭｎＯ及びＭｎＯ２のいずれか一方又は両方を任意で添加すればよく、下限は規定しない。ＭｎＯ及びＭｎＯ２のいずれか一方又は両方を添加する場合は、これらの合計の含有量（ＭｎＯ換算値）がフラックス全質量に対して５質量％以下であると、溶接ワイヤ及び母材から種々の合金元素がスラグ浴に入った場合であっても、溶接欠陥を抑制することができるとともに、最適なビード外観を得るための適切な溶融スラグ物性を維持することができる。したがって、ＭｎＯ及びＭｎＯ２のいずれか一方又は両方を添加する場合は、ＭｎＯ及びＭｎＯ２の合計の含有量（ＭｎＯ換算値）がフラックス全質量に対して５質量％以下であることが好ましく、３質量％以下であることがより好ましい。なお、ＭｎＯ換算値とは、フラックス中の全Ｍｎ量をＭｎＯに換算した値である。
【0047】
＜Ｋ２Ｏ：５質量％以下（０質量％含む）＞
Ｋ２Ｏは塩基性酸化物であって、溶融スラグの粘性に影響を及ぼす成分である。本発明では、溶融スラグの粘性の調整のために、フラックス中にＫ２Ｏを任意で添加すればよく、下限は規定しない。Ｋ２Ｏを添加する場合は、Ｋ２Ｏの含有量がフラックス全質量に対して５質量％以下であると、溶接ワイヤ及び母材から種々の合金元素がスラグ浴に入った場合であっても、溶接欠陥を抑制することができるとともに、最適なビード外観を得るための適切な溶融スラグ物性を維持することができる。したがって、Ｋ２Ｏを添加する場合は、Ｋ２Ｏの含有量がフラックス全質量に対して５質量％以下であることが好ましく、４質量％以下であることがより好ましい。
Ｋ２Ｏは塩基性酸化物であって、溶融スラグの粘性に影響を及ぼす成分である。本発明では、溶融スラグの粘性の調整のために、フラックス中にＫ２Ｏを任意で添加すればよく、下限は規定しない。Ｋ２Ｏを添加する場合は、Ｋ２Ｏの含有量がフラックス全質量に対して５質量％以下であると、溶接ワイヤ及び母材から種々の合金元素がスラグ浴に入った場合であっても、溶接欠陥を抑制することができるとともに、最適なビード外観を得るための適切な溶融スラグ物性を維持することができる。したがって、Ｋ２Ｏを添加する場合は、Ｋ２Ｏの含有量がフラックス全質量に対して５質量％以下であることが好ましく、４質量％以下であることがより好ましい。
【0048】
＜Ｎａ２Ｏ：５質量％以下（０質量％含む）＞
Ｎａ２Ｏは塩基性酸化物であって、溶融スラグの粘性に影響を及ぼす成分である。本発明では、溶融スラグの粘性の調整のために、フラックス中にＮａ２Ｏを任意で添加すればよく、下限は規定しない。Ｎａ２Ｏを添加する場合は、Ｎａ２Ｏの含有量がフラックス全質量に対して５質量％以下であると、溶接ワイヤ及び母材から種々の合金元素がスラグ浴に入った場合であっても、溶接欠陥を抑制することができるとともに、最適なビード外観を得るための適切な溶融スラグ物性を維持することができる。したがって、Ｎａ２Ｏを添加する場合は、Ｎａ２Ｏの含有量がフラックス全質量に対して５質量％以下であることが好ましく、４質量％以下であることがより好ましい。
Ｎａ２Ｏは塩基性酸化物であって、溶融スラグの粘性に影響を及ぼす成分である。本発明では、溶融スラグの粘性の調整のために、フラックス中にＮａ２Ｏを任意で添加すればよく、下限は規定しない。Ｎａ２Ｏを添加する場合は、Ｎａ２Ｏの含有量がフラックス全質量に対して５質量％以下であると、溶接ワイヤ及び母材から種々の合金元素がスラグ浴に入った場合であっても、溶接欠陥を抑制することができるとともに、最適なビード外観を得るための適切な溶融スラグ物性を維持することができる。したがって、Ｎａ２Ｏを添加する場合は、Ｎａ２Ｏの含有量がフラックス全質量に対して５質量％以下であることが好ましく、４質量％以下であることがより好ましい。
【0049】
＜Ｌｉ２Ｏ：５質量％以下（０質量％含む）＞
Ｌｉ２Ｏは塩基性酸化物であって、溶融スラグの粘性に影響を及ぼす成分である。本発明では、溶融スラグの粘性の調整のために、フラックス中にＬｉ２Ｏを任意で添加すればよく、下限は規定しない。Ｌｉ２Ｏを添加する場合は、Ｌｉ２Ｏの含有量がフラックス全質量に対して５質量％以下であると、溶接ワイヤ及び母材から種々の合金元素がスラグ浴に入った場合であっても、溶接欠陥を抑制することができるとともに、最適なビード外観を得るための適切な溶融スラグ物性を維持することができる。したがって、Ｌｉ２Ｏを添加する場合は、Ｌｉ２Ｏの含有量がフラックス全質量に対して５質量％以下であることが好ましく、４質量％以下であることがより好ましい。
Ｌｉ２Ｏは塩基性酸化物であって、溶融スラグの粘性に影響を及ぼす成分である。本発明では、溶融スラグの粘性の調整のために、フラックス中にＬｉ２Ｏを任意で添加すればよく、下限は規定しない。Ｌｉ２Ｏを添加する場合は、Ｌｉ２Ｏの含有量がフラックス全質量に対して５質量％以下であると、溶接ワイヤ及び母材から種々の合金元素がスラグ浴に入った場合であっても、溶接欠陥を抑制することができるとともに、最適なビード外観を得るための適切な溶融スラグ物性を維持することができる。したがって、Ｌｉ２Ｏを添加する場合は、Ｌｉ２Ｏの含有量がフラックス全質量に対して５質量％以下であることが好ましく、４質量％以下であることがより好ましい。
【0050】
［（ｂ）両性酸化物：フラックス全質量に対して５質量％以上３５質量％以下］
フラックス中の両性酸化物の含有量が、フラックス全質量に対して、５質量％以上３５質量％以下であると、溶接ワイヤ及び母材から種々の合金元素がスラグ浴に入った場合であっても、溶接欠陥を抑制することができるとともに、最適なビード外観を得るための適切な溶融スラグ物性を維持することができる。したがって、両性酸化物の含有量は、フラックス全質量に対して好ましくは５質量％以上、より好ましくは６質量％以上、また、好ましくは３５質量％以下、より好ましくは３４質量％以下とする。
フラックス中の両性酸化物の含有量が、フラックス全質量に対して、５質量％以上３５質量％以下であると、溶接ワイヤ及び母材から種々の合金元素がスラグ浴に入った場合であっても、溶接欠陥を抑制することができるとともに、最適なビード外観を得るための適切な溶融スラグ物性を維持することができる。したがって、両性酸化物の含有量は、フラックス全質量に対して好ましくは５質量％以上、より好ましくは６質量％以上、また、好ましくは３５質量％以下、より好ましくは３４質量％以下とする。
【0051】
なお、本発明におけるフラックスは、溶融スラグの物性及び機械的性能等の調整の観点から、両性酸化物として任意で種々の化合物を含有していてもよい。
両性酸化物としては、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、及びＢ２Ｏ３から選択された少なくとも１種を、以下に示す範囲でフラックス中に含有されることが好ましい。
以下、各成分の限定範囲及び効果について説明する。
両性酸化物としては、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、及びＢ２Ｏ３から選択された少なくとも１種を、以下に示す範囲でフラックス中に含有されることが好ましい。
以下、各成分の限定範囲及び効果について説明する。
【0052】
＜Ａｌ２Ｏ３：３５質量％以下（０質量％含む）＞
Ａｌ２Ｏ３は両性酸化物であって、溶融スラグの粘性及び融点に影響を及ぼす成分である。本発明では、溶融スラグの粘性及び融点の調整のために、フラックス中にＡｌ２Ｏ３を任意で添加すればよく、下限は規定しない。ただし、Ａｌ２Ｏ３はＳｉＯ２よりも溶融スラグの粘性及び電気伝導度に対する影響が小さく、スラグ物性の微調整には好適な酸化物である。したがって、Ａｌ２Ｏ３の含有量は、フラックス全質量に対して５質量％以上であることが好ましい。一方、Ａｌ２Ｏ３を添加する場合は、Ａｌ２Ｏ３の含有量がフラックス全質量に対して３５質量％以下であると、溶接ワイヤ及び母材から種々の合金元素がスラグ浴に入った場合であっても、溶接欠陥を抑制することができるとともに、最適なビード外観を得るための適切な溶融スラグ物性を維持することができる。したがって、Ａｌ２Ｏ３を添加する場合は、Ａｌ２Ｏ３の含有量がフラックス全質量に対して３５質量％以下であることが好ましく、３４質量％以下であることがより好ましい。
Ａｌ２Ｏ３は両性酸化物であって、溶融スラグの粘性及び融点に影響を及ぼす成分である。本発明では、溶融スラグの粘性及び融点の調整のために、フラックス中にＡｌ２Ｏ３を任意で添加すればよく、下限は規定しない。ただし、Ａｌ２Ｏ３はＳｉＯ２よりも溶融スラグの粘性及び電気伝導度に対する影響が小さく、スラグ物性の微調整には好適な酸化物である。したがって、Ａｌ２Ｏ３の含有量は、フラックス全質量に対して５質量％以上であることが好ましい。一方、Ａｌ２Ｏ３を添加する場合は、Ａｌ２Ｏ３の含有量がフラックス全質量に対して３５質量％以下であると、溶接ワイヤ及び母材から種々の合金元素がスラグ浴に入った場合であっても、溶接欠陥を抑制することができるとともに、最適なビード外観を得るための適切な溶融スラグ物性を維持することができる。したがって、Ａｌ２Ｏ３を添加する場合は、Ａｌ２Ｏ３の含有量がフラックス全質量に対して３５質量％以下であることが好ましく、３４質量％以下であることがより好ましい。
【0053】
＜ＺｒＯ２：５質量％以下（０質量％含む）＞
ＺｒＯ２は両性酸化物であって、溶融スラグの粘性に影響を及ぼす成分である。本発明では、溶融スラグの粘性の調整のために、フラックス中にＺｒＯ２を任意で添加すればよく、下限は規定しない。ＺｒＯ２を添加する場合は、ＺｒＯ２の含有量がフラックス全質量に対して５質量％以下であると、溶接ワイヤ及び母材から種々の合金元素がスラグ浴に入った場合であっても、溶接欠陥を抑制することができるとともに、最適なビード外観を得るための適切な溶融スラグ物性を維持することができる。したがって、ＺｒＯ２を添加する場合は、ＺｒＯ２の含有量がフラックス全質量に対して５質量％以下であることが好ましく、１質量％以下であることがより好ましい。
ＺｒＯ２は両性酸化物であって、溶融スラグの粘性に影響を及ぼす成分である。本発明では、溶融スラグの粘性の調整のために、フラックス中にＺｒＯ２を任意で添加すればよく、下限は規定しない。ＺｒＯ２を添加する場合は、ＺｒＯ２の含有量がフラックス全質量に対して５質量％以下であると、溶接ワイヤ及び母材から種々の合金元素がスラグ浴に入った場合であっても、溶接欠陥を抑制することができるとともに、最適なビード外観を得るための適切な溶融スラグ物性を維持することができる。したがって、ＺｒＯ２を添加する場合は、ＺｒＯ２の含有量がフラックス全質量に対して５質量％以下であることが好ましく、１質量％以下であることがより好ましい。
【0054】
＜ＴｉＯ２：５質量％以下（０質量％含む）＞
ＴｉＯ２は両性酸化物であって、溶融スラグの粘性に影響を及ぼす成分である。本発明では、溶融スラグの粘性の調整のために、フラックス中にＴｉＯ２を任意で添加すればよく、下限は規定しない。ＴｉＯ２を添加する場合は、ＴｉＯ２の含有量がフラックス全質量に対して５質量％以下であると、溶接ワイヤ及び母材から種々の合金元素がスラグ浴に入った場合であっても、溶接欠陥を抑制することができるとともに、最適なビード外観を得るための適切な溶融スラグ物性を維持することができる。したがって、ＴｉＯ２を添加する場合は、ＴｉＯ２の含有量がフラックス全質量に対して５質量％以下であることが好ましく、４質量％以下であることがより好ましい。
ＴｉＯ２は両性酸化物であって、溶融スラグの粘性に影響を及ぼす成分である。本発明では、溶融スラグの粘性の調整のために、フラックス中にＴｉＯ２を任意で添加すればよく、下限は規定しない。ＴｉＯ２を添加する場合は、ＴｉＯ２の含有量がフラックス全質量に対して５質量％以下であると、溶接ワイヤ及び母材から種々の合金元素がスラグ浴に入った場合であっても、溶接欠陥を抑制することができるとともに、最適なビード外観を得るための適切な溶融スラグ物性を維持することができる。したがって、ＴｉＯ２を添加する場合は、ＴｉＯ２の含有量がフラックス全質量に対して５質量％以下であることが好ましく、４質量％以下であることがより好ましい。
【0055】
＜Ｂ２Ｏ３：２質量％以下（０質量％含む）＞
Ｂ２Ｏ３は両性酸化物であって、沸点が１６８０℃であり、他の酸化物と比較して沸点が極めて低いという性質を有する。したがって、スラグが溶融状態及び固化し始めた状態（固相率が高くなったスラグ）であるときも、Ｂ２Ｏ３は蒸発を続け、その蒸気はスラグとメタルの界面の接触を妨げるように働くため、スラグ剥離性に対して好ましい効果を及ぼす。Ｂ２Ｏ３の含有量がフラックス全質量に対して２質量％以下であると、気孔欠陥の影響がなく、スラグ剥離性を向上させる効果を得ることができる。したがって、より一層優れたスラグ剥離性を得るために、Ｂ２Ｏ３を添加する場合は、Ｂ２Ｏ３の含有量がフラックス全質量に対して２質量％以下であることが好ましく、１．５質量％以下であることがより好ましい。一方、Ｂ２Ｏ３の含有量はフラックス全質量に対して０．００１質量％以上であることがより好ましく、０．００２質量％以上であることが更に好ましい。
Ｂ２Ｏ３は両性酸化物であって、沸点が１６８０℃であり、他の酸化物と比較して沸点が極めて低いという性質を有する。したがって、スラグが溶融状態及び固化し始めた状態（固相率が高くなったスラグ）であるときも、Ｂ２Ｏ３は蒸発を続け、その蒸気はスラグとメタルの界面の接触を妨げるように働くため、スラグ剥離性に対して好ましい効果を及ぼす。Ｂ２Ｏ３の含有量がフラックス全質量に対して２質量％以下であると、気孔欠陥の影響がなく、スラグ剥離性を向上させる効果を得ることができる。したがって、より一層優れたスラグ剥離性を得るために、Ｂ２Ｏ３を添加する場合は、Ｂ２Ｏ３の含有量がフラックス全質量に対して２質量％以下であることが好ましく、１．５質量％以下であることがより好ましい。一方、Ｂ２Ｏ３の含有量はフラックス全質量に対して０．００１質量％以上であることがより好ましく、０．００２質量％以上であることが更に好ましい。
【0056】
［（ｃ）酸性酸化物：フラックス全質量に対して１７質量％以下］
フラックス中の酸性酸化物の含有量を増加させると、ＣａＦ２（フッ化物）の場合と同様に、スラグ浴の粘性が低くなるとともに、電気伝導度が高くなる傾向にある。フラックス中の酸性酸化物の含有量が、フラックス全質量に対して１７質量％以下であると、過度な粘性の増大、及び電気伝導度の低下を抑制することができる。したがって、スラグ浴の粘性及び電気伝導度のバランスを取る上で、酸性酸化物の含有量は、フラックス全質量に対して好ましくは１質量％以上、より好ましくは２質量％以上、また、好ましくは１７質量％以下、より好ましくは１６質量％以下、更に好ましくは１５質量％以下とする。
フラックス中の酸性酸化物の含有量を増加させると、ＣａＦ２（フッ化物）の場合と同様に、スラグ浴の粘性が低くなるとともに、電気伝導度が高くなる傾向にある。フラックス中の酸性酸化物の含有量が、フラックス全質量に対して１７質量％以下であると、過度な粘性の増大、及び電気伝導度の低下を抑制することができる。したがって、スラグ浴の粘性及び電気伝導度のバランスを取る上で、酸性酸化物の含有量は、フラックス全質量に対して好ましくは１質量％以上、より好ましくは２質量％以上、また、好ましくは１７質量％以下、より好ましくは１６質量％以下、更に好ましくは１５質量％以下とする。
【0057】
なお、本発明におけるフラックスは、溶融スラグの物性及び機械的性能等の調整の観点から、酸性酸化物として任意で種々の化合物を含有していてもよい。
酸性酸化物としては、ＭｏＯ３、Ｖ２Ｏ５、及びＰ２Ｏ５から選択された少なくとも１種を、以下に示す範囲でフラックス中に含有されることが好ましい。
以下、各成分の限定範囲及び効果について説明する。
酸性酸化物としては、ＭｏＯ３、Ｖ２Ｏ５、及びＰ２Ｏ５から選択された少なくとも１種を、以下に示す範囲でフラックス中に含有されることが好ましい。
以下、各成分の限定範囲及び効果について説明する。
【0058】
＜ＭｏＯ３、Ｖ２Ｏ５、及びＰ２Ｏ５の少なくとも１種：それぞれ、フラックス全質量に対して５質量％以下（０質量％を含む）＞
ＭｏＯ３、Ｖ２Ｏ５、及びＰ２Ｏ５は酸性酸化物であって、溶融スラグの粘性及び融点に影響を及ぼす成分であるとともに、溶接金属の酸素量を低減させる効果が高い。ただし、本発明では、溶融スラグの粘性、融点等の物性、及び機械的性能等の調整のために、フラックス中にＭｏＯ３、Ｖ２Ｏ５、及びＰ２Ｏ５の少なくとも１種を任意で含有することが好ましく、下限は規定しない。ＭｏＯ３、Ｖ２Ｏ５、及びＰ２Ｏ５の少なくとも１種を含有する場合は、各成分の含有量がフラックス全質量に対して、それぞれ５質量％以下、好ましくは４質量％以下であると、溶接ワイヤ及び母材から種々の合金元素がスラグ浴に入った場合であっても、溶接欠陥を抑制することができるとともに、最適なビード外観を得るための適切な溶融スラグ物性を維持することができる。
本発明においては、上記の通り、フラックス中の塩基性酸化物、両性酸化物及び酸性酸化物の含有量を適切に規定するとともに、上記塩基性酸化物、両性酸化物及び酸性酸化物からなる全酸化物の合計量、並びに全酸化物の合計量に対するフッ化物の合計量の比を適切に規定することが好ましい。
以下、これらの限定範囲及び効果について説明する。
ＭｏＯ３、Ｖ２Ｏ５、及びＰ２Ｏ５は酸性酸化物であって、溶融スラグの粘性及び融点に影響を及ぼす成分であるとともに、溶接金属の酸素量を低減させる効果が高い。ただし、本発明では、溶融スラグの粘性、融点等の物性、及び機械的性能等の調整のために、フラックス中にＭｏＯ３、Ｖ２Ｏ５、及びＰ２Ｏ５の少なくとも１種を任意で含有することが好ましく、下限は規定しない。ＭｏＯ３、Ｖ２Ｏ５、及びＰ２Ｏ５の少なくとも１種を含有する場合は、各成分の含有量がフラックス全質量に対して、それぞれ５質量％以下、好ましくは４質量％以下であると、溶接ワイヤ及び母材から種々の合金元素がスラグ浴に入った場合であっても、溶接欠陥を抑制することができるとともに、最適なビード外観を得るための適切な溶融スラグ物性を維持することができる。
本発明においては、上記の通り、フラックス中の塩基性酸化物、両性酸化物及び酸性酸化物の含有量を適切に規定するとともに、上記塩基性酸化物、両性酸化物及び酸性酸化物からなる全酸化物の合計量、並びに全酸化物の合計量に対するフッ化物の合計量の比を適切に規定することが好ましい。
以下、これらの限定範囲及び効果について説明する。
【0059】
＜全酸化物の合計量：２８質量％以上６０質量％以下＞
塩基性酸化物、両性酸化物及び酸性酸化物からなる全酸化物の合計量がフラックス全質量に対して２８質量％未満であると、溶融スラグの粘性が過剰に低くなるため、ビード外観が劣化する。一方、全酸化物の合計量がフラックス全質量に対して６０質量％を超えると、電気伝導度が小さくなるため、スラグ浴の撹拌が小さくなり、ビード外観が劣化する。
したがって、フラックス中の塩基性酸化物、両性酸化物及び酸性酸化物からなる全酸化物の合計量は、フラックス全質量に対して好ましくは２８質量％以上、より好ましくは３０質量％以上とし、また、好ましくは６０質量％以下、より好ましくは５９質量％以下とする。
塩基性酸化物、両性酸化物及び酸性酸化物からなる全酸化物の合計量がフラックス全質量に対して２８質量％未満であると、溶融スラグの粘性が過剰に低くなるため、ビード外観が劣化する。一方、全酸化物の合計量がフラックス全質量に対して６０質量％を超えると、電気伝導度が小さくなるため、スラグ浴の撹拌が小さくなり、ビード外観が劣化する。
したがって、フラックス中の塩基性酸化物、両性酸化物及び酸性酸化物からなる全酸化物の合計量は、フラックス全質量に対して好ましくは２８質量％以上、より好ましくは３０質量％以上とし、また、好ましくは６０質量％以下、より好ましくは５９質量％以下とする。
【0060】
＜［Ｆｌｄ］／［Ｏｘ］：０．５以上２．７以下＞
フラックス全質量に対する質量％で、上記フッ化物の合計量を［Ｆｌｄ］、前記全酸化物の合計量を［Ｏｘ］としたとき、下記式（２）により算出される値が０．５未満であると、電気伝導度が小さくなるため、スラグ浴の撹拌が小さくなり、ビード外観が劣化することがある。
一方、下記式（２）により算出される値が２．７を超えると、溶融スラグの粘性が過剰に低くなるため、ビード外観が劣化することがある。
したがって、下記式（２）により算出される値は、好ましくは０．５以上、より好ましくは０．５５以上であり、好ましくは２．７以下、より好ましくは２．６以下である。
［Ｆｌｄ］／［Ｏｘ］ ・・・（２）
フラックス全質量に対する質量％で、上記フッ化物の合計量を［Ｆｌｄ］、前記全酸化物の合計量を［Ｏｘ］としたとき、下記式（２）により算出される値が０．５未満であると、電気伝導度が小さくなるため、スラグ浴の撹拌が小さくなり、ビード外観が劣化することがある。
一方、下記式（２）により算出される値が２．７を超えると、溶融スラグの粘性が過剰に低くなるため、ビード外観が劣化することがある。
したがって、下記式（２）により算出される値は、好ましくは０．５以上、より好ましくは０．５５以上であり、好ましくは２．７以下、より好ましくは２．６以下である。
［Ｆｌｄ］／［Ｏｘ］ ・・・（２）
【0061】
＜（［ＣａＯ］＋［ＢａＯ］）／（［ＣａＦ２］＋［Ａｌ２Ｏ３］）：０．３５以下＞
一般的に、フラックスの耐吸湿性が低いと、溶融金属中の水素量が増加し、低温割れが懸念される。本発明者らは、フラックス中のＣａＯ、ＢａＯ、ＣａＦ２及びＡｌ２Ｏ３の含有量から作成されるパラメータが、フラックスの耐吸湿性及び溶接作業性を制御する指標になることを見出した。具体的には、フラックス全質量に対する質量％で、ＣａＯの含有量を［ＣａＯ］、ＢａＯの含有量を［ＢａＯ］、ＣａＦ２の含有量を［ＣａＦ２］、Ａｌ２Ｏ３の含有量を［Ａｌ２Ｏ３］としたとき、下記（３）により算出される値を０．３５以下に制御することにより、フラックスの耐吸湿性を向上させることができ、低温割れの発生を抑制することができる。したがって、下記式（３）により算出される値は０．３５以下であることが好ましい。また、フラックスの耐吸湿性をより向上させることができるという観点から、下記式（３）により算出される値は０．３２以下であることがより好ましい。
（［ＣａＯ］＋［ＢａＯ］）／（［ＣａＦ２］＋［Ａｌ２Ｏ３］） ・・・（３）
一般的に、フラックスの耐吸湿性が低いと、溶融金属中の水素量が増加し、低温割れが懸念される。本発明者らは、フラックス中のＣａＯ、ＢａＯ、ＣａＦ２及びＡｌ２Ｏ３の含有量から作成されるパラメータが、フラックスの耐吸湿性及び溶接作業性を制御する指標になることを見出した。具体的には、フラックス全質量に対する質量％で、ＣａＯの含有量を［ＣａＯ］、ＢａＯの含有量を［ＢａＯ］、ＣａＦ２の含有量を［ＣａＦ２］、Ａｌ２Ｏ３の含有量を［Ａｌ２Ｏ３］としたとき、下記（３）により算出される値を０．３５以下に制御することにより、フラックスの耐吸湿性を向上させることができ、低温割れの発生を抑制することができる。したがって、下記式（３）により算出される値は０．３５以下であることが好ましい。また、フラックスの耐吸湿性をより向上させることができるという観点から、下記式（３）により算出される値は０．３２以下であることがより好ましい。
（［ＣａＯ］＋［ＢａＯ］）／（［ＣａＦ２］＋［Ａｌ２Ｏ３］） ・・・（３）
【0062】
＜（［ＣａＯ］＋［Ａｌ２Ｏ３］＋［ＢａＯ］）／［ＣａＦ２］：０．３８以上＞
本発明者らは、フラックス中のＣａＯ及びＢａＯの含有量を減少させるとともに、ＣａＦ２の含有量を増加させると、オープンアークになりやすいことを見出した。一方、オープンアークにならないように、フラックスを投入しすぎた結果、溶融スラグの対流が変化し、ビード幅が出ず、表ビード側にアンダカットが発生することがある。
具体的には、フラックス全質量に対する質量％で、ＣａＯの含有量を［ＣａＯ］、ＢａＯの含有量を［ＢａＯ］、ＣａＦ２の含有量を［ＣａＦ２］、Ａｌ２Ｏ３の含有量を［Ａｌ２Ｏ３］としたとき、下記（４）により算出される値を０．３８以上に制御することにより、上記のような問題点が発生せず、優れた溶接作業性を得ることができる。したがって、下記（４）により算出される値は０．３８以上であることが好ましく、０．４０以上であることがより好ましい。
（［ＣａＯ］＋［Ａｌ２Ｏ３］＋［ＢａＯ］）／［ＣａＦ２］ ・・・（４）
本発明者らは、フラックス中のＣａＯ及びＢａＯの含有量を減少させるとともに、ＣａＦ２の含有量を増加させると、オープンアークになりやすいことを見出した。一方、オープンアークにならないように、フラックスを投入しすぎた結果、溶融スラグの対流が変化し、ビード幅が出ず、表ビード側にアンダカットが発生することがある。
具体的には、フラックス全質量に対する質量％で、ＣａＯの含有量を［ＣａＯ］、ＢａＯの含有量を［ＢａＯ］、ＣａＦ２の含有量を［ＣａＦ２］、Ａｌ２Ｏ３の含有量を［Ａｌ２Ｏ３］としたとき、下記（４）により算出される値を０．３８以上に制御することにより、上記のような問題点が発生せず、優れた溶接作業性を得ることができる。したがって、下記（４）により算出される値は０．３８以上であることが好ましく、０．４０以上であることがより好ましい。
（［ＣａＯ］＋［Ａｌ２Ｏ３］＋［ＢａＯ］）／［ＣａＦ２］ ・・・（４）
【0063】
なお、本発明においては、本発明の効果を妨げない範囲で、上記化合物の他に、Ｆｅ、Ｎｉ及びＣｒ等の金属元素が、これらの単体の金属粉又は合金粉の形態でフラックス中に添加されていてもよい。なお、本発明の効果を妨げない範囲とは、フラックス全質量に対して、５質量％以下（０質量％を含む）とする。また、合金粉の形態の場合は、各金属元素単体の換算値として、フラックス全質量に対して、５質量％以下（０質量％を含む）となっていれば良い。
【0064】
以上、フラックスの成分について説明したが、本発明のフラックスは、上述のＣａＯ、ＳｉＯ２及びＣａＦ２等の必須化合物、その他の任意化合物（０質量％でもよい）、任意金属（０質量％でもよい）並びに不可避不純物により構成されることが好ましい。なお、不可避不純物としては、ＰｂＯ、Ｂｉ２Ｏ３、Ｃｒ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５、Ｓ、ＳｎＯ、ＲＥＭ酸化物、Ｃ（黒鉛電極由来）等が挙げられ、一般的に、フラックス全質量に対して、合計量で１質量％以下とすることが好ましい。
【0065】
［フラックスの製造］
本発明を適用することができるフラックスとしては、溶融型フラックスとボンド型（焼成型）フラックスとがある。溶融型フラックスは、種々の原料を電気炉などで溶解し、粉砕することにより製造される。一方、焼成型フラックスは、種々の原料をケイ酸アルカリなどのバインダーにより結合し、造粒した後、焼成することにより製造される。エレクトロスラグ溶接においては、溶融型フラックスを用いることが多いため、溶融型フラックスとすることが好ましい。
本発明を適用することができるフラックスとしては、溶融型フラックスとボンド型（焼成型）フラックスとがある。溶融型フラックスは、種々の原料を電気炉などで溶解し、粉砕することにより製造される。一方、焼成型フラックスは、種々の原料をケイ酸アルカリなどのバインダーにより結合し、造粒した後、焼成することにより製造される。エレクトロスラグ溶接においては、溶融型フラックスを用いることが多いため、溶融型フラックスとすることが好ましい。
【0066】
〔２．エレクトロスラグ溶接方法〕
本発明は、溶接ワイヤと、上記エレクトロスラグ溶接用フラックスと、を用いて溶接するエレクトロスラグ溶接方法にも関する。本発明に係るエレクトロスラグ溶接用フラックスを用いたエレクトロスラグ溶接方法について、以下に説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。本発明に係るエレクトロガス溶接方法は、例えば、特開２０１６－２１５２１４号公報に記載のエレクトロガス溶接方法及びエレクトロガス溶接装置を用いることが好ましい。
本発明は、溶接ワイヤと、上記エレクトロスラグ溶接用フラックスと、を用いて溶接するエレクトロスラグ溶接方法にも関する。本発明に係るエレクトロスラグ溶接用フラックスを用いたエレクトロスラグ溶接方法について、以下に説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。本発明に係るエレクトロガス溶接方法は、例えば、特開２０１６－２１５２１４号公報に記載のエレクトロガス溶接方法及びエレクトロガス溶接装置を用いることが好ましい。
【0067】
図１は、本発明に係るエレクトロスラグ溶接方法において使用することができるエレクトロスラグ溶接装置を示す模式図である。図１に示すように、エレクトロスラグ溶接装置１００は、溶接ワイヤ６に給電するコンタクトチップ５を有する溶接トーチ４と、摺動式銅当て金２と、溶接トーチ４及び摺動式銅当て金２を搭載した走行台車１６と、溶融スラグ浴検出器１３と、フラックス供給装置１４と、フラックス供給制御装置１５と、走行台車制御装置１７とを備える。フラックス供給制御装置１５は、コンタクトチップ５の先端から溶融スラグ浴７までの溶接ワイヤ６の長さが予め定めた長さとなるように、フラックスの供給を制御する。走行台車制御装置１７は、基準電流値に対して溶接電流８が予め定めた関係となるように走行台車１６の走行速度を制御する。
【0068】
このように構成された溶接装置において、開先の裏側には固定の銅当て金１が配置されており、開先の表側には摺動式銅当て金２が配置される。溶接トーチ４は、不図示の溶接電源から供給される溶接電流８により溶接ワイヤ６を給電し、スラグ浴深さＬｓを予め定めた深さに保ちつつ、溶接母材３の溶接が行われる。
上記溶接装置を用いると、摺動式当て金を用いたエレクトロスラグ溶接において、スラグ浴深さを予め定めた深さに保ちながら溶接を行い、健全な溶込みを確保して溶接金属の機械的性能の劣化を防止することができる。
上記溶接装置を用いると、摺動式当て金を用いたエレクトロスラグ溶接において、スラグ浴深さを予め定めた深さに保ちながら溶接を行い、健全な溶込みを確保して溶接金属の機械的性能の劣化を防止することができる。
【0069】
本発明に係るエレクトロスラグ溶接方法においては、以下の条件を採用することが好ましい。
【0070】
［溶接条件］
＜溶接ワイヤ＞
本発明方法において使用される溶接ワイヤの形態は、特に限定されず、ソリッドワイヤでもよいし、フラックス入りワイヤでもよい。
ソリッドワイヤは、ワイヤ断面が中実であり、断面同質になっている針金状のワイヤである。ソリッドワイヤは、その表面に銅めっきを施すものと施さないものがあるが、どちらの形態であってもよい。
＜溶接ワイヤ＞
本発明方法において使用される溶接ワイヤの形態は、特に限定されず、ソリッドワイヤでもよいし、フラックス入りワイヤでもよい。
ソリッドワイヤは、ワイヤ断面が中実であり、断面同質になっている針金状のワイヤである。ソリッドワイヤは、その表面に銅めっきを施すものと施さないものがあるが、どちらの形態であってもよい。
【0071】
フラックス入りワイヤは、筒状を呈する外皮と、その外皮の内側に充填されたフラックスとにより構成される。なお、フラックス入りワイヤは、外皮に継目のないシームレスタイプ、外皮に継目のあるシームタイプのいずれの形態であってもよい。また、フラックス入り溶接ワイヤは、ワイヤ表面（外皮の外側）に銅メッキを施されていても施されていなくてもよい。外皮の材質は特に問わず、軟鋼であってもステンレス鋼であってもよく、溶接ワイヤ全質量に対する組成が、目的の組成となっていれば特に制限はない。
【0072】
（溶接ワイヤの直径：１．１～２．０ｍｍ）
本発明方法において、使用される溶接ワイヤの直径（ワイヤ径）が１．１ｍｍ以上であると、高い溶接電流を流すことが可能となり、スラグ浴の攪拌に寄与することで溶接欠陥を抑制する。一方、ワイヤの直径が２．０ｍｍ以下であると、ワイヤが溶融しやすくなるため、溶接作業性が良好になる。したがって、溶接ワイヤの直径は、１．１～２．０ｍｍとすることが好ましい。
本発明方法において、使用される溶接ワイヤの直径（ワイヤ径）が１．１ｍｍ以上であると、高い溶接電流を流すことが可能となり、スラグ浴の攪拌に寄与することで溶接欠陥を抑制する。一方、ワイヤの直径が２．０ｍｍ以下であると、ワイヤが溶融しやすくなるため、溶接作業性が良好になる。したがって、溶接ワイヤの直径は、１．１～２．０ｍｍとすることが好ましい。
【0073】
＜溶接電流：２００～５００Ａ＞
溶接電流が適切に調整されていると、適正なスラグ発熱を得ることができるとともに、適正な溶け込みを溶接長全長に渡って得ることができる。溶接電流が２００Ａ以上であると、十分なスラグ発熱を得ることができ、良好な溶け込みが得られる。一方、溶接電流が５００Ａ以下であると、ワイヤの溶融が安定となり、アーク発生などのように、溶接が不安定化になることがなく、良好な溶接性を得ることができる。したがって、溶接電流は２００～５００Ａとすることが好ましい。
溶接電流が適切に調整されていると、適正なスラグ発熱を得ることができるとともに、適正な溶け込みを溶接長全長に渡って得ることができる。溶接電流が２００Ａ以上であると、十分なスラグ発熱を得ることができ、良好な溶け込みが得られる。一方、溶接電流が５００Ａ以下であると、ワイヤの溶融が安定となり、アーク発生などのように、溶接が不安定化になることがなく、良好な溶接性を得ることができる。したがって、溶接電流は２００～５００Ａとすることが好ましい。
【0074】
＜溶接電圧：２５～５８Ｖ＞
溶接電圧は、溶け込みの大きさやワイヤの突き出し長さに大きな影響を及ぼす。溶接電圧が２５Ｖ以上であると、十分な溶け込みが得られる。一方、溶接電圧が５８Ｖ以下であると、適切な突き出し長さを維持することができ、アークの発生等による溶接性の劣化を防止することができる。したがって、溶接電圧は２５～５８Ｖとすることが好ましい。
溶接電圧は、溶け込みの大きさやワイヤの突き出し長さに大きな影響を及ぼす。溶接電圧が２５Ｖ以上であると、十分な溶け込みが得られる。一方、溶接電圧が５８Ｖ以下であると、適切な突き出し長さを維持することができ、アークの発生等による溶接性の劣化を防止することができる。したがって、溶接電圧は２５～５８Ｖとすることが好ましい。
【0075】
＜ワイヤ送給速度：６．５～２５．０ｍ／ｍｉｎ＞
非消耗ノズル式のエレクトロスラグ溶接では、ワイヤ送給速度を大きな範囲で設定することができる。ワイヤ送給速度が６．５ｍ／ｍｉｎ以上であると、高い溶接能率で経済的に溶接することができるとともに、溶接入熱の増大による溶接部の靭性劣化を防止することができる。また、適切な突き出し長さを維持することができるため、ワイヤの送給速度の変化によるアーク発生を防止することができ、溶接停止及び靭性劣化を防止することができる。一方、ワイヤ送給速度が２５．０ｍ／ｍｉｎ以下であると、溶接入熱の減少による溶け込み不足の発生を防止することができる。また、適切な突出し長さを維持することができるので、アークの発生等による溶接性の劣化、及び溶接金属の靭性の劣化を抑制することができる。したがって、ワイヤ送給速度は６．５～２５．０ｍ／ｍｉｎとすることが好ましい。
非消耗ノズル式のエレクトロスラグ溶接では、ワイヤ送給速度を大きな範囲で設定することができる。ワイヤ送給速度が６．５ｍ／ｍｉｎ以上であると、高い溶接能率で経済的に溶接することができるとともに、溶接入熱の増大による溶接部の靭性劣化を防止することができる。また、適切な突き出し長さを維持することができるため、ワイヤの送給速度の変化によるアーク発生を防止することができ、溶接停止及び靭性劣化を防止することができる。一方、ワイヤ送給速度が２５．０ｍ／ｍｉｎ以下であると、溶接入熱の減少による溶け込み不足の発生を防止することができる。また、適切な突出し長さを維持することができるので、アークの発生等による溶接性の劣化、及び溶接金属の靭性の劣化を抑制することができる。したがって、ワイヤ送給速度は６．５～２５．０ｍ／ｍｉｎとすることが好ましい。
【0076】
＜スラグ浴深さ：１０～３５ｍｍ＞
本発明に係るエレクトロスラグ溶接方法において、良好な溶け込みを得るためには、スラグの発熱を効率よく得ることが重要である。スラグ浴深さが１０ｍｍ以上であると、適切なスラグの発熱を得ることができ、ワイヤがスラグ中で安定に溶解するため、アーク停止等が発生するおそれがない。一方、スラグ浴深さが３５ｍｍ以下であると、良好なスラグの温度を維持することができ、ワイヤの溶融及び母材の溶融が安定化するため、スラグ浴表面にアークが発生することがなく、溶接停止や溶け込み不足の発生を防止することができる。したがって、スラグ浴深さは１０～３５ｍｍとすることが好ましい。
本発明に係るエレクトロスラグ溶接方法において、良好な溶け込みを得るためには、スラグの発熱を効率よく得ることが重要である。スラグ浴深さが１０ｍｍ以上であると、適切なスラグの発熱を得ることができ、ワイヤがスラグ中で安定に溶解するため、アーク停止等が発生するおそれがない。一方、スラグ浴深さが３５ｍｍ以下であると、良好なスラグの温度を維持することができ、ワイヤの溶融及び母材の溶融が安定化するため、スラグ浴表面にアークが発生することがなく、溶接停止や溶け込み不足の発生を防止することができる。したがって、スラグ浴深さは１０～３５ｍｍとすることが好ましい。
【実施例】
【0077】
以下に、実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明する。本発明はこれらの実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に適合し得る範囲で変更を加えて実施することが可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
【0078】
下記表１及び表２に示す組成を有するエレクトロスラグ溶接用フラックスを調製し、各フラックスについて吸湿性の評価を実施した。また、下記表３に示す組成を有する溶接ワイヤ及び上記フラックスを用いて、以下に示す溶接条件でエレクトロスラグ溶接を行った。また、溶接金属の引張強さ、溶接時の溶接作業性及び溶接後の外観について、以下に示す試験方法及び評価基準により評価した。
フラックス吸湿性の測定結果、溶接母材の鋼種及び板厚、並びに各評価結果を下記表４に示す。なお、溶接母材の鋼種における４９０Ａとは、ＪＩＳ Ｇ ３１０６の溶接構造用圧延鋼材に記載の記号を表す。
フラックス吸湿性の測定結果、溶接母材の鋼種及び板厚、並びに各評価結果を下記表４に示す。なお、溶接母材の鋼種における４９０Ａとは、ＪＩＳ Ｇ ３１０６の溶接構造用圧延鋼材に記載の記号を表す。
【0079】
〔溶接条件〕
ワイヤ径：１．６ｍｍ
溶接電流：３８０～４００Ａ
溶接電圧：３６～４０Ｖ
溶接速度：２．２～４．０ｃｍ／ｍｉｎ
ワイヤ送給速度：１０．１～１４．３ｍ／ｍｉｎ
スラグ浴深さ：１５～２０ｍｍ
ワイヤ径：１．６ｍｍ
溶接電流：３８０～４００Ａ
溶接電圧：３６～４０Ｖ
溶接速度：２．２～４．０ｃｍ／ｍｉｎ
ワイヤ送給速度：１０．１～１４．３ｍ／ｍｉｎ
スラグ浴深さ：１５～２０ｍｍ
【0080】
〔評価方法及び評価基準〕
＜フラックスの吸湿性＞
各フラックスを、温度が３０℃であり、湿度が８０％である環境下で１６８時間放置した後に、抽出ガスとして空気を使用し、抽出温度を７５０℃として、カールフィッシャー法にて水分量を測定することにより、フラックスの吸湿性を評価した。なお、フラックスの水分量が１５００ｐｐｍ以下であったものをＡ（優良）とし、１５００ｐｐｍを超えたものをＢ（良好）とした。
＜フラックスの吸湿性＞
各フラックスを、温度が３０℃であり、湿度が８０％である環境下で１６８時間放置した後に、抽出ガスとして空気を使用し、抽出温度を７５０℃として、カールフィッシャー法にて水分量を測定することにより、フラックスの吸湿性を評価した。なお、フラックスの水分量が１５００ｐｐｍ以下であったものをＡ（優良）とし、１５００ｐｐｍを超えたものをＢ（良好）とした。
【0081】
＜溶接金属の引張強さ＞
溶接金属の中央部より、溶接線方向に平行にＪＩＳ Ｚ ３１１１に記載の溶着金属の引張試験方法に準拠して引張試験片を採取し、ＪＩＳ Ｚ ２２４１に記載の金属材料引張試験方法に準拠して、引張強さを測定した。
溶接金属の中央部より、溶接線方向に平行にＪＩＳ Ｚ ３１１１に記載の溶着金属の引張試験方法に準拠して引張試験片を採取し、ＪＩＳ Ｚ ２２４１に記載の金属材料引張試験方法に準拠して、引張強さを測定した。
【0082】
＜溶接作業性＞
溶接時において、アーク発生の有無による溶接安定性を観察することにより、溶接作業性を評価した。評価基準としては、アークの発生がなく、安定した溶接性が得られたものをＡ（優良）、わずかにアークが発生して溶接が不安定となったが、作業に影響がなかったものをＢ（良好）とし、スラグ浴の表面等でアークが頻繁に発生して、溶接が不安定となったものをＣ（不良）とした。
溶接時において、アーク発生の有無による溶接安定性を観察することにより、溶接作業性を評価した。評価基準としては、アークの発生がなく、安定した溶接性が得られたものをＡ（優良）、わずかにアークが発生して溶接が不安定となったが、作業に影響がなかったものをＢ（良好）とし、スラグ浴の表面等でアークが頻繁に発生して、溶接が不安定となったものをＣ（不良）とした。
【0083】
＜外観＞
溶接後の溶接金属について、スラグ剥離性、焼付きの発生、及びアンダカットの有無を観察することにより、外観を評価した。評価基準としては、いずれの項目も問題がなかったものを良好とし、いずれかの項目に問題が生じたものを不良とした。
溶接後の溶接金属について、スラグ剥離性、焼付きの発生、及びアンダカットの有無を観察することにより、外観を評価した。評価基準としては、いずれの項目も問題がなかったものを良好とし、いずれかの項目に問題が生じたものを不良とした。
【0084】
【表1】
【0085】
【表2】
【0086】
【表3】
【0087】
【表4】
【0088】
上記表１～表４に示すように、実施例の試験Ｎｏ．１～１３は、フラックス全質量に対するＣａＯ、ＳｉＯ２、ＣａＦ２の含有量、塩基性酸化物全質量、酸性酸化物、及びフッ化物それぞれの全質量に対するＣａＯ、ＳｉＯ２、ＣａＦ２の含有量が本発明の範囲内であるとともに、式（１）により算出される値も本発明の範囲内であるので、溶接ワイヤ又は母材が種々の合金元素を有するものであっても、溶接が安定し、溶接作業性が優れているとともに、例えば、６８０ＭＰａ以上の高い引張強さを有し、アンダカット、スラグ剥離性、及び焼付き等の外観が良好である溶接金属を得ることができた。
【0089】
特に、実施例である試験Ｎｏ．１～１１は、使用したフラックスにおいて、式（３）により算出される値が本発明の好ましい範囲内であるため、フラックスの吸湿性が極めて低く、低温割れ発生の懸念がないものとなった。
また、実施例である試験Ｎｏ．１～８、及び１０～１３は、使用したフラックスにおいて、式（４）により算出される値が本発明の好ましい範囲内であるため、アーク発生によって溶接が不安定となることがなく、優れた溶接作業性を得ることができた。
また、実施例である試験Ｎｏ．１～８、及び１０～１３は、使用したフラックスにおいて、式（４）により算出される値が本発明の好ましい範囲内であるため、アーク発生によって溶接が不安定となることがなく、優れた溶接作業性を得ることができた。
【0090】
一方、比較例である試験Ｎｏ．１４及び１５は、フラックス全質量に対するＣａＦ２の含有量、及び式（１）により算出される値が本発明の範囲から外れているため、アークが発生して溶接が不安定になるとともに、アンダカットが発生し、スラグの剥離性も低下した。
【符号の説明】
【0091】
１ 銅当て金
２ 摺動式銅当て金
３ 溶接母材
４ 溶接トーチ
５ コンタクトチップ
６ 溶接ワイヤ
７ 溶融スラグ浴
８ 溶接電流
１３ 溶融スラグ浴検出器
１４ フラックス供給装置
１５ フラックス供給制御装置
１６ 走行台車
１７ 走行台車制御装置
１００ エレクトロスラグ溶接装置
２ 摺動式銅当て金
３ 溶接母材
４ 溶接トーチ
５ コンタクトチップ
６ 溶接ワイヤ
７ 溶融スラグ浴
８ 溶接電流
１３ 溶融スラグ浴検出器
１４ フラックス供給装置
１５ フラックス供給制御装置
１６ 走行台車
１７ 走行台車制御装置
１００ エレクトロスラグ溶接装置
【図1】