(57)【要約】【課題】片溶けおよびアークの偏向を抑制し、溶滴をスムーズに移行させることができるとともに、アーク安定性が良好であり、これにより、優れた溶接作業性を得ることができる被覆アーク溶接棒を提供する。【解決手段】心線と、心線を被覆する被覆剤と、を有する被覆アーク溶接棒であって、被覆剤は、金属炭酸塩および金属フッ化物のうち少なくとも１種を含有し、粒度が７５μｍ以上である金属炭酸塩の含有量（ＣＯ２換算値）ＣＣＯ２，７５μｍと、粒度が７５μｍ以上である金属フッ化物の含有量（Ｆ換算値）ＣＦ，７５μｍの合計が、被覆剤の全質量Ｃｃｏａｔ，ｔｏｔａｌに対し、６．０質量％以上（ただし、前記ＣＣＯ２，７５μｍおよび前記ＣＦ，７５μｍのうち少なくとも一方が、０質量％の場合を含む）である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
心線と、前記心線を被覆する被覆剤と、を有する被覆アーク溶接棒であって、
前記被覆剤は、金属炭酸塩および金属フッ化物のうち少なくとも１種を含有し、
粒度が７５μｍ以上である金属炭酸塩の含有量（ＣＯ２換算値）ＣＣＯ２，７５μｍと、粒度が７５μｍ以上である金属フッ化物の含有量（Ｆ換算値）ＣＦ，７５μｍの合計が、該被覆剤の全質量Ｃｃｏａｔ，ｔｏｔａｌに対し、６．０質量％以上（ただし、前記ＣＣＯ２，７５μｍおよび前記ＣＦ，７５μｍのうち少なくとも一方が、０質量％の場合を含む）であり、
前記被覆アーク溶接棒の使用後における溶接棒先端側において、
前記心線の先端部と、該心線の周囲に残存している前記被覆剤の最先端部との、溶接棒長手方向における距離をＤ１とし、
前記心線の周囲に残存している前記被覆剤の最先端部と、該心線の周囲に残存している該被覆剤の最後端部との、溶接棒長手方向における距離をＤ２としたとき、
前記Ｄ１に対する前記Ｄ２の比率（Ｄ２／Ｄ１）が、０．４０以下（０の場合を含む）を満たすことを特徴とする被覆アーク溶接棒。
【請求項２】
前記Ｄ１が２．２ｍｍ以下を満たす、請求項１に記載の被覆アーク溶接棒。
【請求項３】
前記被覆アーク溶接棒における心線の直径ｄに対する前記Ｄ１の比率（Ｄ１／ｄ）が１．３以下を満たす請求項１または２に記載の被覆アーク溶接棒。
【請求項４】
心線と、前記心線を被覆する被覆剤と、を有する被覆アーク溶接棒であって、
前記被覆剤は、金属炭酸塩および金属フッ化物のうち少なくとも１種を含有し、
粒度が７５μｍ以上である金属炭酸塩の含有量（ＣＯ２換算値）ＣＣＯ２，７５μｍと、粒度が７５μｍ以上である金属フッ化物の含有量（Ｆ換算値）ＣＦ，７５μｍの合計が、該被覆剤の全質量Ｃｃｏａｔ，ｔｏｔａｌに対し、６．０質量％以上（ただし、前記ＣＣＯ２，７５μｍおよび前記ＣＦ，７５μｍのうち少なくとも一方が、０質量％の場合を含む）であることを特徴とする被覆アーク溶接棒。
【請求項５】
溶接棒長手方向に垂直な断面において、
前記被覆剤全体の断面積をＳ１とし、
円相当径が３０μｍ以上である前記金属炭酸塩および前記金属フッ化物のうち少なくとも１種の総面積をＳ２としたとき、
Ｓ１に対するＳ２の比率（Ｓ２／Ｓ１）が、０．０６以上０．１５以下を満たす請求項１〜４のいずれか１項に記載の被覆アーク溶接棒。
【請求項６】
前記被覆剤は、前記金属炭酸塩として、ＣａＣＯ３、ＢａＣＯ３、ＳｒＣＯ３、ＭｇＣＯ３およびＭｎＣＯ３から選択される少なくとも１種を含有し、
前記被覆剤の全質量Ｃｃｏａｔ，ｔｏｔａｌに対する、前記被覆剤中の金属炭酸塩の総含有量（ＣＯ２換算値）ＣＣＯ２，ｔｏｔａｌが、６．０質量％以上２６．０質量％以下を満たす、請求項１〜５のいずれか１項に記載の被覆アーク溶接棒。
【請求項７】
前記被覆剤は、前記金属フッ化物として、ＣａＦ２、ＢａＦ２、ＳｒＦ２およびＭｇＦ２から選択される少なくとも１種を含有し、
前記被覆剤の全質量Ｃｃｏａｔ，ｔｏｔａｌに対する、前記被覆剤中の金属フッ化物の総含有量（Ｆ換算値）ＣＦ，ｔｏｔａｌは、１５．０質量％以下（０質量％を含む）である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の被覆アーク溶接棒。
【請求項８】
前記被覆剤は、金属炭酸塩および金属フッ化物の両方を含有し、
前記被覆剤中の、金属炭酸塩の総含有量（ＣＯ２換算値）ＣＣＯ２，ｔｏｔａｌと金属フッ化物の総含有量（Ｆ換算値）ＣＦ，ｔｏｔａｌの合計に対する、金属フッ化物の総含有量（Ｆ換算値）ＣＦ，ｔｏｔａｌの比率｛ＣＦ，ｔｏｔａｌ／（ＣＣＯ２，ｔｏｔａｌ＋ＣＦ，ｔｏｔａｌ）｝が、０．１０以上０．３０以下を満たす、請求項１〜７のいずれか１項に記載の被覆アーク溶接棒。
【請求項９】
前記被覆剤は、更に、ＳｉおよびＳｉ化合物のうち少なくとも１種を含有し、
前記被覆剤の全質量Ｃｃｏａｔ，ｔｏｔａｌに対する、前記ＳｉおよびＳｉ化合物の総含有量（Ｓｉ換算値）ＣＳｉ，ｔｏｔａｌは、６．０質量％以上９．０質量％以下である、請求項１〜８のいずれか１項に記載の被覆アーク溶接棒。
【請求項１０】
前記被覆アーク溶接棒を、母材に対し垂直または後退角を０°超、３０°以下とした溶接姿勢によるアーク溶接において用いられることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の被覆アーク溶接棒。
【請求項１１】
心線と、前記心線を被覆する被覆剤と、を有する被覆アーク溶接棒を用いた被覆アーク溶接方法であって、
前記被覆剤は、金属炭酸塩および金属フッ化物のうち少なくとも１種を含有し、
粒度が７５μｍ以上である金属炭酸塩の含有量（ＣＯ２換算値）ＣＣＯ２，７５μｍと、粒度が７５μｍ以上である金属フッ化物の含有量（Ｆ換算値）ＣＦ，７５μｍの合計が、該被覆剤の全質量Ｃｃｏａｔ，ｔｏｔａｌに対し、６．０質量％以上（ただし、前記ＣＣＯ２，７５μｍおよび前記ＣＦ，７５μｍのうち少なくとも一方が、０質量％の場合を含む）であることを特徴とする被覆アーク溶接方法。
【請求項１２】
前記被覆アーク溶接棒の使用後における溶接棒先端側において、
前記心線の先端部と、該心線の周囲に残存している前記被覆剤の最先端部との、溶接棒長手方向における距離をＤ１とし、
前記心線の周囲に残存している前記被覆剤の最先端部と、該心線の周囲に残存している該被覆剤の最後端部との、溶接棒長手方向における距離をＤ２としたとき、
前記Ｄ１に対する前記Ｄ２の比率（Ｄ２／Ｄ１）が０．４０以下（０の場合を含む）となるようにアーク溶接する、請求項１１に記載の被覆アーク溶接方法。
【請求項１３】
前記Ｄ１が２．２ｍｍ以下を満たすようにアーク溶接する、請求項１２に記載の被覆アーク溶接方法。
【請求項１４】
前記被覆アーク溶接棒における心線の直径ｄに対する前記Ｄ１の比率（Ｄ１／ｄ）が１．３以下を満たすようにアーク溶接する、請求項１２または１３に記載の被覆アーク溶接方法。
【請求項１５】
前記被覆アーク溶接棒を、母材に対し垂直または後退角を０°超、３０°以下とした溶接姿勢でアーク溶接する、請求項１１〜１４のいずれか１項に記載の被覆アーク溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被覆アーク溶接棒および被覆アーク溶接方法に関し、より詳しくは、アークの偏向を抑制し、良好なアーク安定性を維持することによって、溶滴をスムーズに移行させることを可能とし、優れた溶接作業性を得ることができる被覆アーク溶接棒と、それを用いてアーク溶接する被覆アーク溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
被覆アーク溶接は、金属の棒（心線）に被覆剤と呼ばれるフラックスや保護材などを設けた被覆アーク溶接棒（単に、「溶接棒」や「手棒」などと呼称されることもある）を電極とし、母材との間にアークを発生させ、アーク熱で溶接棒と母材を溶融させることにより、対象物を接合する溶接方法である。被覆アーク溶接は、シールドガスを必要としない最も簡素な溶接方法であり、風が強い屋外などでも溶接することができ、各種製造工場、ビル、船舶、車両などで広く用いられている。
【０００３】
被覆アーク溶接棒を構成する被覆剤には、ガス発生剤、スラグ形成剤、脱酸剤、合金添加剤、アーク安定剤、および固着剤等の機能を有する原料が含有されている。また、被覆アーク溶接棒は、被覆剤の種類によって分類されており、イルミナイト系、高酸化チタン系、ライムチタニア系、鉄粉酸化チタン系、高セルロース系、低水素系および鉄粉低水素系等、種々の系統がある。
【０００４】
上記した種々の系統の被覆アーク溶接棒のうち、低水素系被覆アーク溶接棒としては、特許文献１に示すように、心線中の酸素含有量を限定すると共に、被覆剤中の金属炭酸塩、金属フッ化物、および水分の含有量を適切に調整した被覆アーク溶接棒が提案されている。上記特許文献１には、被覆アーク溶接棒における心線および被覆剤中の成分を適切に調整することにより、溶接金属の物理的特性を阻害することなく、良好な溶接作業性を確保できることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭５７−８５６９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、被覆アーク溶接棒を用いた溶接では、前進角や後退角等の様々な溶接姿勢で行われるため、溶接棒を傾けた際に母材に近接している部分の被覆剤は溶けやすく（これを片溶けと呼ぶ）、アークが偏向し溶接作業が劣化する。上述の特許文献１に記載された被覆アーク溶接棒は、片溶けやアークの偏向に関して何ら記載されておらず、また低水素系の被覆アーク溶接棒に特化して適用されるものであるため、他のあらゆる系統の被覆アーク溶接棒について、溶滴移行性やアーク安定性で評価される溶接作業性を高められるものではなかった。
【０００７】
本発明は、片溶けおよびアークの偏向を抑制し、溶滴をスムーズに移行させることができるとともに、アーク安定性が良好であり、これにより、優れた溶接作業性を得ることができる被覆アーク溶接棒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】
【０００８】
本発明に係る被覆アーク溶接棒は、下記（１）の構成からなる。
（１）心線と、前記心線を被覆する被覆剤と、を有する被覆アーク溶接棒であって、
前記被覆剤は、金属炭酸塩および金属フッ化物のうち少なくとも１種を含有し、
粒度が７５μｍ以上である金属炭酸塩の含有量（ＣＯ２換算値）ＣＣＯ２，７５μｍと、粒度が７５μｍ以上である金属フッ化物の含有量（Ｆ換算値）ＣＦ，７５μｍの合計が、該被覆剤の全質量Ｃｃｏａｔ，ｔｏｔａｌに対し、６．０質量％以上（ただし、前記ＣＣＯ２，７５μｍおよび前記ＣＦ，７５μｍのうち少なくとも一方が、０質量％の場合を含む）であり、
前記被覆アーク溶接棒の使用後における溶接棒先端側において、
前記心線の先端部と、該心線の周囲に残存している前記被覆剤の最先端部との、溶接棒長手方向における距離をＤ１とし、
前記心線の周囲に残存している前記被覆剤の最先端部と、該心線の周囲に残存している該被覆剤の最後端部との、溶接棒長手方向における距離をＤ２としたとき、
前記Ｄ１に対する前記Ｄ２の比率（Ｄ２／Ｄ１）が、０．４０以下（０の場合を含む）を満たすことを特徴とする被覆アーク溶接棒。
【０００９】
また、本発明に係る被覆アーク溶接棒の好ましい実施形態は、下記（２）または（３）の構成からなる。
（２）前記Ｄ１が２．２ｍｍ以下を満たす、上記（１）に記載の被覆アーク溶接棒。
（３）前記被覆アーク溶接棒における心線の直径ｄに対する前記Ｄ１の比率（Ｄ１／ｄ）が１．３以下を満たす上記（１）または（２）に記載の被覆アーク溶接棒。
【００１０】
また、本発明に係る被覆アーク溶接棒は、下記（４）の構成からなる。
（４）心線と、前記心線を被覆する被覆剤と、を有する被覆アーク溶接棒であって、
前記被覆剤は、金属炭酸塩および金属フッ化物のうち少なくとも１種を含有し、
粒度が７５μｍ以上である金属炭酸塩の含有量（ＣＯ２換算値）ＣＣＯ２，７５μｍと、粒度が７５μｍ以上である金属フッ化物の含有量（Ｆ換算値）ＣＦ，７５μｍの合計が、該被覆剤の全質量Ｃｃｏａｔ，ｔｏｔａｌに対し、６．０質量％以上（ただし、前記ＣＣＯ２，７５μｍおよび前記ＣＦ，７５μｍのうち少なくとも一方が、０質量％の場合を含む）であることを特徴とする被覆アーク溶接棒。
【００１１】
また、本発明に係る被覆アーク溶接棒の好ましい実施形態は、下記（５）〜（１０）の構成からなる。
（５）溶接棒長手方向に垂直な断面において、
前記被覆剤全体の断面積をＳ１とし、
円相当径が３０μｍ以上である前記金属炭酸塩および前記金属フッ化物のうち少なくとも１種の総面積をＳ２としたとき、
Ｓ１に対するＳ２の比率（Ｓ２／Ｓ１）が、０．０６以上０．１５以下を満たす上記（１）〜（４）のいずれか１つに記載の被覆アーク溶接棒。
（６）前記被覆剤は、前記金属炭酸塩として、ＣａＣＯ３、ＢａＣＯ３、ＳｒＣＯ３、ＭｇＣＯ３およびＭｎＣＯ３から選択される少なくとも１種を含有し、
前記被覆剤の全質量Ｃｃｏａｔ，ｔｏｔａｌに対する、前記被覆剤中の金属炭酸塩の総含有量（ＣＯ２換算値）ＣＣＯ２，ｔｏｔａｌが、６．０質量％以上２６．０質量％以下を満たす、上記（１）〜（５）のいずれか１つに記載の被覆アーク溶接棒。
（７）前記被覆剤は、前記金属フッ化物として、ＣａＦ２、ＢａＦ２、ＳｒＦ２およびＭｇＦ２から選択される少なくとも１種を含有し、
前記被覆剤の全質量Ｃｃｏａｔ，ｔｏｔａｌに対する、前記被覆剤中の金属フッ化物の総含有量（Ｆ換算値）ＣＦ，ｔｏｔａｌは、１５．０質量％以下（０質量％を含む）である、上記（１）〜（６）のいずれか１つに記載の被覆アーク溶接棒。
（８）前記被覆剤は、金属炭酸塩および金属フッ化物の両方を含有し、
前記被覆剤中の、金属炭酸塩の総含有量（ＣＯ２換算値）ＣＣＯ２，ｔｏｔａｌと金属フッ化物の総含有量（Ｆ換算値）ＣＦ，ｔｏｔａｌの合計に対する、金属フッ化物の総含有量（Ｆ換算値）ＣＦ，ｔｏｔａｌの比率｛ＣＦ，ｔｏｔａｌ／（ＣＣＯ２，ｔｏｔａｌ＋ＣＦ，ｔｏｔａｌ）｝が、０．１０以上０．３０以下を満たす、上記（１）〜（７）のいずれか１つに記載の被覆アーク溶接棒。
（９）前記被覆剤は、更に、ＳｉおよびＳｉ化合物のうち少なくとも１種を含有し、
前記被覆剤の全質量Ｃｃｏａｔ，ｔｏｔａｌに対する、前記ＳｉおよびＳｉ化合物の総含有量（Ｓｉ換算値）ＣＳｉ，ｔｏｔａｌは、６．０質量％以上９．０質量％以下である、上記（１）〜（８）のいずれか１つに記載の被覆アーク溶接棒。
（１０）前記被覆アーク溶接棒を、母材に対し垂直または後退角を０°超、３０°以下とした溶接姿勢によるアーク溶接において用いられることを特徴とする上記（１）〜（９）のいずれか１つに記載の被覆アーク溶接棒。
【００１２】
また、本発明に係る被覆アーク溶接方法は、下記（１１）の構成からなる。
（１１）心線と、前記心線を被覆する被覆剤と、を有する被覆アーク溶接棒を用いた被覆アーク溶接方法であって、
前記被覆剤は、金属炭酸塩および金属フッ化物のうち少なくとも１種を含有し、
粒度が７５μｍ以上である金属炭酸塩の含有量（ＣＯ２換算値）ＣＣＯ２，７５μｍと、粒度が７５μｍ以上である金属フッ化物の含有量（Ｆ換算値）ＣＦ，７５μｍの合計が、該被覆剤の全質量Ｃｃｏａｔ，ｔｏｔａｌに対し、６．０質量％以上（ただし、前記ＣＣＯ２，７５μｍおよび前記ＣＦ，７５μｍのうち少なくとも一方が、０質量％の場合を含む）であることを特徴とする被覆アーク溶接方法。
【００１３】
また、本発明に係る被覆アーク溶接方法の好ましい実施形態は、下記（１２）〜（１５）の構成からなる。
（１２）前記被覆アーク溶接棒の使用後における溶接棒先端側において、
前記心線の先端部と、該心線の周囲に残存している前記被覆剤の最先端部との、溶接棒長手方向における距離をＤ１とし、
前記心線の周囲に残存している前記被覆剤の最先端部と、該心線の周囲に残存している該被覆剤の最後端部との、溶接棒長手方向における距離をＤ２としたとき、
前記Ｄ１に対する前記Ｄ２の比率（Ｄ２／Ｄ１）が０．４０以下（０の場合を含む）となるようにアーク溶接する、上記（１１）に記載の被覆アーク溶接方法。
（１３）前記Ｄ１が２．２ｍｍ以下を満たすようにアーク溶接する、上記（１２）に記載の被覆アーク溶接方法。
（１４）前記被覆アーク溶接棒における心線の直径ｄに対する前記Ｄ１の比率（Ｄ１／ｄ）が１．３以下を満たすようにアーク溶接する、上記（１２）または（１３）に記載の被覆アーク溶接方法。
（１５）前記被覆アーク溶接棒を、母材に対し垂直または後退角を０°超、３０°以下とした溶接姿勢でアーク溶接する、上記（１１）〜（１４）のいずれか１つに記載の被覆アーク溶接方法。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、被覆剤中に含まれる金属炭酸塩および金属フッ化物から選択される少なくとも１種の粒子のうち、粒子サイズの制御によって、好適なサイズの粒子が所定量含まれるように構成しているので、被覆剤が均一に溶融していくことで、溶接中に保護筒が均一に形成され、片溶けを防止し、アークの偏向が抑制される。結果として、アーク安定性がより良好なものとなる。これにより、あらゆる系統の被覆アーク溶接棒であっても、優れた溶接作業性を得ることができる被覆アーク溶接棒および被覆アーク溶接方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１Ａ】図１Ａは、溶接時にアークの偏向が抑制された場合の被覆アーク溶接棒の状態を示す断面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、溶接時にアークの偏向が顕著に発生した場合の被覆アーク溶接棒の状態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。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く、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、任意に変更して実施することができる。
【００１７】
本発明者らは、被覆剤中に含有される金属炭酸塩や金属フッ化物の粒子サイズ（粒子の大きさ）に着目し、スムーズな溶滴移行や良好なアーク安定性を実現することができる被覆アーク溶接棒を得るために鋭意検討を重ねた。その結果、金属炭酸塩や金属フッ化物の粒子のうち、サイズの大きなものが所定量含まれるように調整することが効果的であることを見出した。
【００１８】
まず、金属炭酸塩や金属フッ化物の粒子サイズ（すなわち、粒度の粗さ）が、溶滴移行に与える影響（すなわち、作用効果）について、以下で詳細に説明する。
【００１９】
本発明者らは、金属炭酸塩や金属フッ化物の粒子サイズは、アーク溶接時に形成される保護筒の形状にも影響を与え、これにより、アークの指向性が保たれる、すなわちアークの偏向を抑制することで、良好なアーク安定性を得ることができることを見出した。
すなわち、粒子サイズの大きな金属炭酸塩または金属フッ化物が被覆剤中に含まれていると、比表面積が小さくなり被覆剤が溶けにくくなるため、アーク溶接時に被覆剤が均一に溶融することで、溶接中において保護筒が均一に形成される（詳細は、後述の内容を参照）。このため、アーク指向性が保たれることで、アーク安定性がより良好なものとなる。
【００２０】
また、金属炭酸塩や金属フッ化物は、被覆剤中にガス発生剤として含有され得る成分であり、被覆アーク溶接棒を電極として、溶接母材との間にアークを発生させたときにシールドガスを発生させて、大気中の酸素および窒素等の溶接金属への侵入を防止する役割を果たす。
被覆剤中に含有される金属炭酸塩や金属フッ化物の粒子サイズを大きくするように調整すると、被覆アーク溶接棒先端（溶接棒側のアーク発生点）において、粒子サイズの大きいものは完全にガス化するまで一所に滞留するようになる。この一所の滞留によって、ガスが集中的に一方向（溶融した心線の方向）に発生するとともに、ガスの体積膨張が影響し、溶滴のくびれ形成が促進される。このため、電磁ピンチ力や表面張力等の溶滴を離脱させるためのせん断力が効率的に働き、溶滴を小粒の状態で離脱させることができる。また、離脱周期を安定に保ちながら溶滴が離脱するため、アーク安定性が良好となり、優れた溶接作業性を得ることができる。
【００２１】
一方、金属炭酸塩や金属フッ化物の粒子サイズが小さい場合には、ガス発生量が少ないことから、小さな体積のガスが発生し、かつ、ガスの発生方向が一方向に定まらず、金属炭酸塩や金属フッ化物の粒子サイズが大きい場合と比較して、溶滴の離脱を促進する力も小さいものとなる。
【００２２】
以下、本発明の実施形態に係る被覆アーク溶接棒について、被覆剤中に含まれるガス発生剤における、粒子サイズ、溶接棒の長手方向における断面の面積率、その他の成分添加理由および数値限定理由などを、詳細に説明する。
【００２３】
本実施形態に係る被覆アーク溶接棒は、
心線と、前記心線を被覆する被覆剤と、を有する被覆アーク溶接棒であって、
前記被覆剤は、金属炭酸塩および金属フッ化物のうち少なくとも１種を含有し、
粒度が７５μｍ以上である金属炭酸塩の含有量（ＣＯ２換算値）ＣＣＯ２，７５μｍと、粒度が７５μｍ以上である金属フッ化物の含有量（Ｆ換算値）ＣＦ，７５μｍの合計が、該被覆剤の全質量Ｃｃｏａｔ，ｔｏｔａｌに対し、６．０質量％以上（ただし、前記ＣＣＯ２，７５μｍおよび前記ＣＦ，７５μｍのうち少なくとも一方が、０質量％の場合を含む）であり、
前記被覆アーク溶接棒の使用後における溶接棒先端側において、
前記心線の先端部と、該心線の周囲に残存している前記被覆剤の最先端部との、溶接棒長手方向における距離をＤ１とし、
前記心線の周囲に残存している前記被覆剤の最先端部と、該心線の周囲に残存している該被覆剤の最後端部との、溶接棒長手方向における距離をＤ２としたとき、
前記Ｄ１に対する前記Ｄ２の比率（Ｄ２／Ｄ１）が、０．４０以下（０の場合を含む）を満たす。
【００２４】
〔被覆剤〕
まず、被覆剤の詳細について、以下に説明する。
【００２５】
＜被覆剤の全質量Ｃｃｏａｔ，ｔｏｔａｌに対する、被覆剤中の、粒度が７５μｍ以上である金属炭酸塩の含有量（ＣＯ２換算値）ＣＣＯ２，７５μｍと、粒度が７５μｍ以上である金属フッ化物の含有量（Ｆ換算値）ＣＦ，７５μｍの合計：６．０質量％以上＞
被覆剤中に含まれる、金属炭酸塩または金属フッ化物の粒子サイズを大きくすると、上述の通り、アーク溶接時の溶滴のくびれ形成が促進され、スムーズな溶滴移行を実現することができる。また、アーク溶接時に被覆剤が均一に溶融することで、溶接中において保護筒が均一に形成される。このため、アークの偏向が抑制され、アーク指向性が保たれることで、アーク安定性がより良好なものとなる。
【００２６】
なお、粒度が７５μｍ以上である金属炭酸塩が被覆剤中に含有されているか、粒度が７５μｍ以上である金属フッ化物が被覆剤中に含有されていれば、上記したような、スムーズな溶滴移行や良好なアーク安定性の効果を得ることができる。ただし、粒度が所定値以上の金属炭酸塩や、粒度が所定値以上の金属フッ化物の含有量も、スムーズな溶滴移行やアーク安定性に影響し得るため、本実施形態に係る被覆アーク溶接棒においては、粒度が所定値以上である金属炭酸塩や金属フッ化物の含有量も規定する。
【００２７】
すなわち、粒度が７５μｍ以上である金属炭酸塩の含有量（ＣＯ２換算値）ＣＣＯ２，７５μｍと、粒度が７５μｍ以上である金属フッ化物の含有量（Ｆ換算値）ＣＦ，７５μｍの合計が、被覆剤の全質量Ｃｃｏａｔ，ｔｏｔａｌに対し、６．０質量％以上であれば、溶滴をスムーズに移行させることができ、また、アーク安定性が良好なものとなり、溶接作業性を向上させる効果を十分に得ることができる。
ただし、上記のＣＣＯ２，７５μｍおよびＣＦ，７５μｍのうち少なくとも一方が、０質量％の場合を含む。
【００２８】
なお、粒度が７５μｍ以上である金属炭酸塩の含有量（ＣＯ２換算値）ＣＣＯ２，７５μｍと、粒度が７５μｍ以上である金属フッ化物の含有量（Ｆ換算値）ＣＦ，７５μｍの合計が、被覆剤の全質量Ｃｃｏａｔ，ｔｏｔａｌに対して大きすぎる場合には、スパッタの増加や、製造過程において、被覆剤の塗装性への影響が懸念されることから、１５．０質量％以下であることが好ましく、１２．０質量％以下であることがより好ましい。
【００２９】
また、上記したスムーズな溶滴移行や良好なアーク安定性の効果をより十分に得るためには、粒度が１０６μｍ以上である金属炭酸塩の含有量（ＣＯ２換算値）ＣＣＯ２，１０６μｍと、粒度が１０６μｍ以上である金属フッ化物の含有量（Ｆ換算値）ＣＦ，１０６μｍの合計が、被覆剤の全質量Ｃｃｏａｔ，ｔｏｔａｌに対し、５．０質量％以上であることが好ましい。一方、上記したスパッタの増加や、製造過程において、被覆剤の塗装性への影響が懸念されることから、上記値は９．０質量％以下であることが好ましい。
【００３０】
上記したスムーズな溶滴移行や良好なアーク安定性の効果を更に十分に得るためには、粒度が１５０μｍ以上である金属炭酸塩の含有量（ＣＯ２換算値）ＣＣＯ２，１５０μｍと、粒度が１５０μｍ以上である金属フッ化物の含有量（Ｆ換算値）ＣＦ，１５０μｍの合計が、被覆剤の全質量Ｃｃｏａｔ，ｔｏｔａｌに対し、２．５質量％以上であることが好ましく、３．０質量％以上であることがより好ましい。
また、上記したスパッタの増加や、製造過程において、被覆剤の塗装性への影響が懸念されることから、上記値は５．０質量％以下であることが好ましく、４．０質量％以下であることがより好ましい。
【００３１】
なお、上記金属炭酸塩および上記金属フッ化物は、少なくとも１種が被覆剤中に含まれていればよいが、両方含まれるものであってもよい。また、本実施形態で説明する「粒度」は、ＪＩＳ  Ｚ  ８８０１−２００６に準じた測定方法を用いて測定したものである。
また、被覆剤中に含まれる金属炭酸塩および金属フッ化物の粒子サイズ（粒度）は、一般的には最大６００μｍ程度である。
【００３２】
＜Ｄ１に対するＤ２の比率（Ｄ２／Ｄ１）：０．４０以下（０の場合を含む）＞
上述の通り、金属炭酸塩および金属フッ化物の粒子サイズは、アーク溶接後における保護筒の形状にも影響を与える。すなわち、金属炭酸塩および金属フッ化物の粒子サイズおよびその含有量を規定することにより、アーク溶接後における保護筒を良好な形状で形成することができる。これにより、アーク指向性がより一層良好なものとなり、アーク安定性が向上する。
【００３３】
ここで、図を用いて、２種類の被覆アーク溶接棒を使用してアーク溶接を実施した場合における、被覆アーク溶接棒の状態を説明する。なお、図１Ａと図１Ｂにおいて、同一物には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００３４】
図１Ａは、溶接時にアークの偏向が抑制された場合の被覆アーク溶接棒の状態を示す断面図である。図１Ａに示すように、被覆アーク溶接棒１は、心線２と、心線２を被覆する被覆剤３とを有する。被覆剤３は、金属炭酸塩および金属フッ化物から選択される少なくとも１種の化合物を含有する。そして、粒度が７５μｍ以上である金属炭酸塩の含有量（ＣＯ２換算値）ＣＣＯ２，７５μｍと、粒度が７５μｍ以上である金属フッ化物の含有量（Ｆ換算値）ＣＦ，７５μｍの合計が、被覆剤の全質量Ｃｃｏａｔ，ｔｏｔａｌに対し、６．０質量％以上（ただし、前記ＣＣＯ２，７５μｍおよび前記ＣＦ，７５μｍのうち少なくとも一方が、０質量％の場合を含む）となるように、被覆剤３の成分が規定されている。
【００３５】
上記被覆アーク溶接棒１を用い、母材５に対してアーク溶接を実施した場合、被覆剤３に含有される特定の化合物（すなわち、金属炭酸塩および金属フッ化物から選択される少なくとも１種）の粒度およびその含有量の合計を、上記の通りに限定しているため、上記化合物の比表面積は小さくなる結果、被覆剤３、厳密にいうと心線２の先端部２ａよりも突出している部分である、被覆剤３の一部である保護筒６の溶融または軟化は進みにくくなり、アーク溶接時に保護筒６が残存しやすくなる。
このため、被覆剤３の片溶けが抑制され、被覆剤３が被覆アーク溶接棒１の周方向全体にわたって均一に溶融していく。その結果、溶接中または溶接後において、保護筒６の内周面で囲まれる空間は、被覆アーク溶接棒の断面視において均一な円錐形に近づく。結果、保護筒６の先端３ａと心線２の先端部２ａとの溶接棒長手方向の距離Ｄは、いずれの位置をとってもほぼ同等の長さとなり、ばらつきが少ないものとなる。このため、溶接中においてアーク４の揺らぎが抑制され、アーク指向性が良好なものとなり、アーク安定性が向上する。
【００３６】
また、後述するように、被覆剤３中に金属炭酸塩および金属フッ化物の両方が含まれる場合に、被覆剤３中に含まれる、金属炭酸塩の総含有量（ＣＯ２換算値）ＣＣＯ２，ｔｏｔａｌと金属フッ化物の総含有量（Ｆ換算値）ＣＦ，ｔｏｔａｌの合計に対する、金属フッ化物の総含有量（Ｆ換算値）ＣＦ，ｔｏｔａｌの比率｛ＣＦ，ｔｏｔａｌ／（ＣＣＯ２，ｔｏｔａｌ＋ＣＦ，ｔｏｔａｌ）｝が、適切に調整されていると、被覆剤３の軟化点を高くすることができるので、適切な長さまで保護筒６の形状を均一に保持することができ、保護筒６がガイドとなってアークの指向性を高めることができる。これにより、更に溶滴の揺動（ふらつき）が抑制され、良好なアーク安定性が維持できることで、溶接作業性が向上する。
【００３７】
一方、図１Ｂは、溶接時にアークの偏向が顕著に発生した場合の被覆アーク溶接棒の状態を示す断面図である。図１Ｂに示すように、金属炭酸塩および金属フッ化物の粒度およびその含有量が、上記のように調整されていない被覆剤１３を有する被覆アーク溶接棒１１を用いてアーク溶接を実施した場合には、溶接後に残存している被覆剤１３（保護筒１６）の最先端部１３ａと最後端部１３ｂは、心線２の先端部２ａからの距離にばらつきが生じる。その結果、溶接中においてアーク１４の偏向が顕著に発生することから、アーク安定性が低下する。
【００３８】
本実施形態においては、被覆アーク溶接棒の使用後における、心線２の周囲に残存している被覆剤３，１３の長さ（または、保護筒６，１６の長さ）のばらつき等について規定する。よって、ばらつきを数値化する方法について、図１Ｂを用いて詳細に説明する。
【００３９】
図１Ｂに示すように、被覆アーク溶接棒の使用後における溶接棒先端側（図１Ｂ中の被覆アーク溶接棒１１の下側）において、心線２の先端部２ａと、心線２の周囲に残存している被覆剤１３の最先端部１３ａとの、溶接棒長手方向（図１Ｂ中、上下方向）における距離をＤ１とし、心線２の周囲に残存している被覆剤１３の最先端部１３ａと、心線２の周囲に残存している被覆剤１３の最後端部１３ｂとの、溶接棒長手方向における距離をＤ２とする。
【００４０】
そして、Ｄ１に対するＤ２の比率（Ｄ２／Ｄ１）が０．４０以下を満たす場合、長さのばらつきが少ない保護筒１６が良好な形状で形成されていることを意味する。この要件を満たす場合には、アークの指向性が得られ、アーク安定性が向上する。なお、Ｄ１に対するＤ２の比率（Ｄ２／Ｄ１）は、好ましくは０．３０以下であり、より好ましくは０．２５以下であり、最も好ましいのは０の場合である。
【００４１】
ここで、被覆アーク溶接棒の使用後（すなわち、アーク溶接の終了後）とは、アーク溶接開始後、５秒以上の連続アーク発生期間を経た後に、被覆剤が残存している状態をいう。
一般的に、被覆アーク溶接棒は一度使用した後も、被覆剤が残っている限りは、繰り返し使用する場合がある。
なお、被覆アーク溶接棒の使用後には、心線２の先端部にスラグが付着し得るが、本実施形態においては、心線２の先端部２ａはスラグを取り除いた状態で規定され、その形状は略平面状となっている。
また、本実施形態で説明する「最先端部」とは、被覆剤３，１３の先端のうち、最も突き出ている部分をいい、「最後端部」とは、被覆剤３，１３の先端のうち、最も突き出ていない部分をいう。
【００４２】
＜Ｄ１：２．２ｍｍ以下＞
被覆アーク溶接棒の使用後における溶接棒先端側において、心線２の周囲には被覆剤１３がある程度以上の長さで残存し、保護筒１６が形成されていることが好ましい。しかし、心線２の先端部２ａと、心線２の周囲に残存している被覆剤１３の最先端部１３ａとの溶接棒長手方向の距離Ｄ１が２．２ｍｍを超えると、保護筒１６が過剰に長くなることが影響し、心線と母材間の距離が開き、アーク長が長くなる。このアーク長が過剰に長くなると、アーク長が変動し易く、アーク切れの発生や、アーク安定性が低下する。結果として、ビード外観の劣化やスパッタが増加する等、溶接作業性が悪くなるおそれがある。したがって、上記Ｄ１は２．２ｍｍ以下とすることが好ましく、１．７ｍｍ以下とすることがより好ましい。なお、上記Ｄ１が極端に小さすぎると、アークの指向性が得られなくなり、アーク安定性が悪くなるため、Ｄ１は１．０ｍｍ以上であることが好ましく、１．３ｍｍ以上であることがより好ましい。
【００４３】
＜被覆アーク溶接棒における心線の直径ｄに対するＤ１の比率（Ｄ１／ｄ）：１．３以下＞
一般的に、被覆アーク溶接棒における心線の直径ｄ（図１Ｂ中のｄを参照）と、上記Ｄ１は比例関係にある。良好なアーク安定性を維持するために、Ｄ１／ｄは１．３以下であることが好ましく、１．０以下であることがより好ましく、０．８以下であることが更に好ましい。また、上記直径ｄに対し、Ｄ１が極端に小さすぎると、アークの指向性が得られなくなり、アーク安定性が悪くなるため、Ｄ１／ｄは０．１以上であることが好ましく、０．３以上であることがより好ましい。
なお、本実施形態において、上記直径ｄは、特に制限されないが、一般的に使用される直径ｄの範囲から、３．０〜５．０ｍｍとすることが好ましい。
【００４４】
＜Ｓ１に対するＳ２の比率（Ｓ２／Ｓ１）：０．０６以上０．１５以下＞
上述の本実施形態は、被覆剤中に含まれる金属炭酸塩および金属フッ化物から選択される少なくとも１種の粒子のうち、粒子サイズの大きなものが所定量含まれるように規定することで、スムーズな溶滴の移行や、良好なアーク安定性を実現したものである。
一方、本実施形態においては、これらの性能を実現するための別の規定方法として、以下のものを採用する。具体的には、被覆アーク溶接棒は、溶接棒長手方向に垂直な断面において、被覆剤全体の断面積をＳ１とし、円相当径が３０μｍ以上である金属炭酸塩および金属フッ化物のうち少なくとも１種の総面積をＳ２としたとき、Ｓ１に対するＳ２の比率（Ｓ２／Ｓ１）が、０．０６以上０．１５以下を満たすことを特徴とする。
【００４５】
Ｓ１に対するＳ２の比率（Ｓ２／Ｓ１）が、０．０６以上であると、溶滴の離脱を促進する効果がより顕著に現れ、よりスムーズな溶滴移行を実現できる。したがって、上記Ｓ２／Ｓ１は好ましくは０．０６以上とし、より好ましくは０．０７以上である。
一方、上記Ｓ２／Ｓ１が０．１５以下であると、所望の性能の溶接金属を得ることが容易になる。したがって、上記Ｓ２／Ｓ１は０．１５以下とし、より好ましくは０．１０以下である。
【００４６】
なお、被覆剤中には、円相当径が３０μｍ以上である金属フッ化物のみが上記範囲で含有されていても上記効果を得ることができるが、金属炭酸塩のみが上記範囲で含有されていることがより好ましい。また、金属炭酸塩と金属フッ化物との両方が、上記範囲で含有されていることが最も好ましい。
【００４７】
上記Ｓ２／Ｓ１を上記の通り制御する方法としては、被覆剤の原料となる金属炭酸塩または金属フッ化物の粒度を調整する方法の他、金属炭酸塩または金属フッ化物の含有量を調整する方法、被覆アーク溶接棒の製造時において被覆剤の塗装圧を調整する方法などがある。そして、これらを単独で又は組み合わせることにより、上記Ｓ２／Ｓ１を制御することができる。しかし、上記製造方法はあくまで一例であり、必ずしもこれらに限定されない。
【００４８】
なお、本実施形態において「円相当径」とは、ＪＩＳ  Ｚ  ８８２７−１で定められているように、粒子の投影面積と等しい面積をもつ円の直径を示し、コンピュータによる画像解析ソフトなどで求めることができる。
また、被覆剤中に含まれる金属炭酸塩および金属フッ化物の粒子サイズ（円相当径）は、一般的には最大６００μｍ程度である。
【００４９】
ここで、上記Ｓ２／Ｓ１は、例えば、次のようにして測定することができる。まず、日本電子株式会社製  ＷＤ／ＥＤコンバイン  電子プローブマイクロアナライザ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｐｒｏｂｅ  Ｍｉｃｒｏ  Ａｎａｌｙｚｅｒ；ＥＰＭＡ）ＪＸＡ−８２００を使用し、加速電圧１５ｋＶ、照射電流５×１０−１０Ａで溶接棒断面を分析する（倍率は４００倍）。そして、溶接棒の断面全体に対し、画像解析ソフトＪＴｒｉｍを用いて、円相当径が３０μｍ以上である金属炭酸塩および金属フッ化物のうち少なくとも１種の領域と、それ以外の領域とを二値化する。これにより、被覆剤全体の断面積Ｓ１に対する、円相当径が３０μｍ以上である金属炭酸塩および金属フッ化物のうち少なくとも１種の総面積Ｓ２（すなわち、Ｓ２／Ｓ１）を算出することができる。
【００５０】
＜被覆剤の全質量Ｃｃｏａｔ，ｔｏｔａｌに対する、被覆剤中の金属炭酸塩の総含有量（ＣＯ２換算値）ＣＣＯ２，ｔｏｔａｌ：６．０質量％以上２６．０質量％以下＞
被覆アーク溶接棒の被覆剤に含まれるＣａＣＯ３やＢａＣＯ３等の金属炭酸塩は、アーク発生点近傍での熱分解により、シールドガス（遮蔽ガス）であるＣＯ２を発生させ、大気中の酸素、窒素、水分から溶融池を保護する作用を有する成分である。例えば、ＣａＣＯ３は約８２５℃で分解し、ＣａＯとＣＯ２ガスを発生する。被覆剤中の金属炭酸塩の含有量が過少であると、シールド不良によって、大気の巻込みが起こることで、溶接作業性の劣化、ブローホールなどの溶接欠陥や、溶接金属の衝撃値低下の原因となる。
一方、被覆剤中の金属炭酸塩の総含有量が過剰であると、溶接中に被覆剤が溶融し難くなる。すなわち、前述のＤ１の距離が長くなるため、心線の溶融界面と溶融池との距離が過剰に離れ、アーク長が適正条件から外れる。これにより、アーク切れの発生や、アーク安定性の低下が起こり、スパッタが増加するおそれがある。
また、上述の通り、所定サイズ以上の金属炭酸塩を含有することにより、溶滴移行周期を安定させることができる。
【００５１】
被覆剤の全質量Ｃｃｏａｔ，ｔｏｔａｌに対する、被覆剤中の金属炭酸塩の総含有量（ＣＯ２換算値）ＣＣＯ２，ｔｏｔａｌが６．０質量％以上の場合、これらの効果を十分に得ることができる。したがって、上記金属炭酸塩の含有量ＣＣＯ２，ｔｏｔａｌは、ＣＯ２換算値で６．０質量％以上であることが好ましく、１０．０質量％以上であることがより好ましい。
一方、被覆剤の全質量Ｃｃｏａｔ，ｔｏｔａｌに対する、被覆剤中の金属炭酸塩の総含有量（ＣＯ２換算値）ＣＣＯ２，ｔｏｔａｌが２６．０質量％以下であると、よりアーク安定性が向上し、スパッタ発生量が減少する。したがって、上記金属炭酸塩の含有量ＣＣＯ２，ｔｏｔａｌは、ＣＯ２換算値で２６．０質量％以下であることが好ましく、２５．０質量％以下であることがより好ましい。
なお、上記と同様の理由により、被覆アーク溶接棒の全質量Ｃｅｌｅｃｔｒｏｄｅ，ｔｏｔａｌに対する、被覆アーク溶接棒中の金属炭酸塩の総含有量（ＣＯ２換算値）は、４．０質量％以上、１０．０質量％以下であることが好ましく、４．５質量％以上、９．０質量％以下であることがより好ましく、４．５質量％以上、７．５質量％以下であることが更に好ましい。
【００５２】
本実施形態の被覆剤として用いられる金属炭酸塩としては、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）、炭酸バリウム（ＢａＣＯ３）、炭酸ストロンチウム（ＳｒＣＯ３）、炭酸マグネシウム（ＭｇＣＯ３）および炭酸マンガン（ＭｎＣＯ３）から選択される少なくとも１種であることが好ましい。製造コストの観点から、ＣａＣＯ３およびＢａＣＯ３を用いることがより好ましく、ＣａＣＯ３を用いることが最も好ましい。上記種々の金属炭酸塩は、いずれか１種でも複数を組み合わせて使用してもよいが、複数の金属炭酸塩を使用する場合は、ＣＯ２換算値の総含有量で、６．０質量％以上２６．０質量％以下の範囲内となるようにすることが好ましい。
【００５３】
金属炭酸塩としてＣａＣＯ３を被覆剤中に含有する場合に、被覆剤中のＣａＣＯ３の含有量は、被覆剤全質量に対し、ＣＯ２換算値で、６．０質量％以上２６．０質量％以下であることが好ましく、１０．０質量％以上２５．０質量％以下であることがより好ましい。
なお、被覆アーク溶接棒中のＣａＣＯ３の含有量は、溶接棒全質量あたり、１０．０質量％以上、２０．０質量％以下であることが好ましく、１１．０質量％以上、１９．０質量％以下であることがより好ましく、１１．０質量％以上、１７．０質量％以下であることが更に好ましい。
【００５４】
また、金属炭酸塩としてＢａＣＯ３を被覆剤中に含有する場合に、被覆剤中のＢａＣＯ３の含有量は、溶接作業性の観点から、被覆剤全質量に対し、ＣＯ２換算値で、０．０質量％超、４．０質量％以下であることが好ましい。
【００５５】
＜被覆剤の全質量Ｃｃｏａｔ，ｔｏｔａｌに対する、被覆剤中の金属フッ化物の総含有量（Ｆ換算値）ＣＦ，ｔｏｔａｌ：１５．０質量％以下（０質量％を含む）＞
被覆アーク溶接棒の被覆剤に含まれるＣａＦ２等の金属フッ化物は、スラグの融点を低下させ、スラグの流動性を向上させて、ビード形状を良好にする効果を有する成分である。また、金属フッ化物は、アーク熱により分解して還元性の遮蔽ガス（フッ化ガス）を多く発生させることで、溶接金属中の酸素や水素量の上昇を抑制すると共に、アーク安定性を向上させる作用を有する成分である。
更に、金属フッ化物を被覆剤に添加すると、分解したフッ素が溶融金属や溶融スラグ中の水素と反応し、溶融金属中の水素分圧を下げることができるため、溶接金属を低水素化することもできる。更にまた、上述の通り、所定以上の大きさの金属フッ化物が被覆剤中に含有されることにより、溶滴移行性を向上させることができる。ただし、被覆剤中の金属フッ化物の含有量が過剰であるとスラグの流動性が過大となり、スラグ巻き込み等の不具合が発生し、溶接品質が劣化するおそれがある。
【００５６】
被覆剤中には、必ずしも金属フッ化物が含有される必要はないので、下限は特に設けず０．０質量％でも良い。しかしながら、これらの効果を十分に得るためには、金属フッ化物は添加した方が良く、その含有量は、０．０質量％超であることが好ましく、３．０質量％以上であることがより好ましい。
一方、被覆剤の全質量Ｃｃｏａｔ，ｔｏｔａｌに対する、被覆剤中の金属フッ化物の総含有量（Ｆ換算値）ＣＦ，ｔｏｔａｌを１５．０質量％以下とすると、より良好なアークの安定性を得ることができ、溶接作業性が良好となる。したがって、上記金属フッ化物の含有量ＣＦ，ｔｏｔａｌは、１５．０質量％以下であることが好ましく、７．５質量％以下であることがより好ましい。
なお、上記と同様の理由により、被覆アーク溶接棒の全質量Ｃｅｌｅｃｔｒｏｄｅ，ｔｏｔａｌに対する、被覆アーク溶接棒中の金属フッ化物の総含有量（Ｆ換算値）は、０．５質量％以上、２．７質量％以下であることが好ましく、０．７質量％以上、２．５質量％以下であることがより好ましく、０．９質量％以上、２．３質量％以下であることが更に好ましい。
【００５７】
なお、本実施形態の被覆剤として用いられる金属フッ化物としては、フッ化カルシウム（ＣａＦ２）、フッ化バリウム（ＢａＦ２）、フッ化ストロンチウム（ＳｒＦ２）およびフッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）から選択される少なくとも１種であることが好ましい。製造コストの観点から、ＣａＦ２およびＢａＦ２を用いることがより好ましく、ＣａＦ２を用いることが最も好ましい。上記種々の金属フッ化物は、いずれか１種でも複数を組み合わせて使用してもよいが、複数の金属フッ化物を使用する場合は、Ｆ換算値の総含有量で、１５．０質量％以下（０質量％を含む）の範囲内となるようにすることが好ましい。
【００５８】
金属フッ化物としてＣａＦ２を被覆剤中に含有する場合に、被覆剤中のＣａＦ２の含有量は、被覆剤全質量に対し、Ｆ換算値で、０．０質量％超、１５．０質量％以下であることが好ましく、３．０質量％以上７．５質量％以下であることがより好ましい。
なお、被覆アーク溶接棒中のＣａＦ２の含有量は、溶接棒全質量あたり、１．０質量％以上、６．０質量％以下であることが好ましく、１．５質量％以上、５．５質量％以下であることがより好ましく、１．８質量％以上、５．２質量％以下であることが更に好ましい。
【００５９】
＜被覆剤中の、金属炭酸塩の総含有量（ＣＯ２換算値）ＣＣＯ２，ｔｏｔａｌと金属フッ化物の総含有量（Ｆ換算値）ＣＦ，ｔｏｔａｌの合計に対する、金属フッ化物の総含有量（Ｆ換算値）ＣＦ，ｔｏｔａｌの比率｛ＣＦ，ｔｏｔａｌ／（ＣＣＯ２，ｔｏｔａｌ＋ＣＦ，ｔｏｔａｌ）｝：０．１０以上０．３０以下＞
被覆剤が、金属炭酸塩および金属フッ化物の両方を含有する場合に、金属フッ化物と金属炭酸塩との質量比を適切に調整することにより、フラックスの軟化点を上昇させることができる。その結果、保護筒を所望の長さで安定して形成することができ、アーク指向性を高めることができる。これにより、溶滴の揺動がより小さくなり、良好なアーク安定性が得られ、溶接作業性が向上する。
【００６０】
上記比率｛ＣＦ，ｔｏｔａｌ／（ＣＣＯ２，ｔｏｔａｌ＋ＣＦ，ｔｏｔａｌ）｝が０．３０以上であり、０．１０以下の範囲であると、フラックスの軟化点が適正であり保護筒を十分な長さで残存させることができ、より溶接作業性が良好になる。したがって、上記比率は、０．１０以上であることが好ましい。また、上記比率は、０．３０以下であることが好ましく、０．１５以下であることがより好ましい。
【００６１】
＜被覆剤の全質量Ｃｃｏａｔ，ｔｏｔａｌに対する、被覆剤中のＳｉおよびＳｉ化合物の総含有量（Ｓｉ換算値）ＣＳｉ，ｔｏｔａｌ：６．０質量％以上９．０質量％以下＞
ＳｉおよびＳｉ化合物は、被覆剤中においてＳｉＯ２となって触媒として作用し、金属炭酸塩（ＣａＣＯ３）の分解を促進する化合物である。例えば、ＣａＣＯ３はＳｉＯ２の存在下において、ＣａＯ・ＳｉＯ２とＣＯ２ガスを生成するが、粒度が７５μｍ以上のＣａＣＯ３が所定以上の含有量で含有されていると、上述の通り、単位時間あたりのＣＯ２ガス発生量が増加し、ピンチ力が効率的に働くことにより、溶滴のくびれ形成が促進される。
また、ＣａＣＯ３が熱分解すると、これにより生じたＣａＯとＳｉＯ２が反応し、この反応熱により、未分解のＣａＣＯ３の熱分解が促進される。
更に、ＳｉおよびＳｉ化合物は、被覆剤中においてＳｉＯ２となって金属フッ化物と反応し、フッ化ガスを生成する。例えば、２ＣａＦ２とＳｉＯ２が反応し、２ＣａＯとＳｉＦ４ガスを生成する。しかし、この反応により発生するＳｉＦ４ガスは、上記金属炭酸塩がＳｉＯ２を触媒として生成したＣＯ２ガスと比較して体積が小さいため、溶滴を離脱させる作用は比較的小さい。
【００６２】
上記の通り、本実施形態では、被覆剤中に粒度が７５μｍ以上である金属フッ化物の総含有量、または、溶接棒長手方向に垂直な断面における、円相当径が３０μｍ以上である金属フッ化物の総面積を規定しており、これは粒度が大きい金属フッ化物を被覆剤中に含有させることを意味している。そして、これにより、ガス発生量を増加させて、溶滴のくびれ形成を促進させている。
なお、粒度が大きい金属フッ化物を被覆剤中に含有させることにより、更に以下の効果も得ることができる。すなわち、粒度が大きい金属フッ化物は比表面積が小さいため、粒度が小さい金属フッ化物と比較して、金属フッ化物（例えばＣａＦ２）とＳｉＯ２との反応を抑制することができる。
上記の通り、金属フッ化物とＳｉＯ２が反応することにより発生するＳｉＦ４ガスは、上記金属炭酸塩がＳｉＯ２を触媒として生成したＣＯ２ガスと比べて発生量が顕著でない。そこで、例えばＣａＦ２とＳｉＯ２との反応を抑制することにより、金属炭酸塩の触媒として作用させるＳｉＯ２量を十分に確保することができ、より一層スムーズな溶滴の離脱を促進することができる。
【００６３】
被覆剤が、更にＳｉおよびＳｉ化合物のうち少なくとも１種を含有する場合に、被覆剤の全質量Ｃｃｏａｔ，ｔｏｔａｌに対する、被覆剤中のＳｉおよびＳｉ化合物の総含有量（Ｓｉ換算値）ＣＳｉ，ｔｏｔａｌが６．０質量％以上であると、ＣＯ２ガスおよびフッ化ガスの発生をより促進できる。したがって、上記ＣＳｉ，ｔｏｔａｌは６．０質量％以上であることが好ましい。
一方、上記ＣＳｉ，ｔｏｔａｌが９．０質量％以下であると、溶接金属において、所定の機械性能や安定したビード形状を確保することがより容易となる。したがって、上記ＣＳｉ，ｔｏｔａｌは９．０質量％以下であることが好ましく、８．０質量％以下であることがより好ましい。
【００６４】
続いて、本実施形態に係る被覆剤には、上記金属炭酸塩、金属フッ化物、ＳｉおよびＳｉ化合物の他に、合金および酸化物等を含有させることができる。その他の成分について、以下に説明する。
なお、以下の説明において、被覆剤中の各成分量は、被覆剤全質量あたりの含有量として規定される。また、被覆アーク溶接棒全体中の各成分量は、溶接棒全質量あたりの含有量として規定される。
【００６５】
＜被覆剤の全質量Ｃｃｏａｔ，ｔｏｔａｌに対する、被覆剤中のＦｅ：０．０質量％以上（０質量％を含む）、３５．０質量％以下＞
Ｆｅは、被覆アーク溶接棒の被覆剤において、脱酸作用や合金添加による溶接金属の機械的性質の向上、および金属溶着量の増加による溶接効率の向上を目的として添加される成分であり、被覆剤中において鉄粉として含有されるほか、Ｆｅ−ＳｉやＦｅ−Ｍｎ等として含有される。被覆剤中のＦｅは上記効果の必要性に応じて任意で添加すればよく、特に下限を規定する必要はなく、０．０質量％以上であれば良い。しかしながら、更なる機械的性能の向上を考慮する場合には、溶接金属中のＯ含有量の低減を狙うべく、０．１質量％以上添加することが好ましい。また、被覆剤中のＦｅを３５．０質量％以下とすることで、溶融池へ移行する溶滴サイズを小さくすることができ、より溶接作業性が向上する。
したがって、被覆剤の全質量Ｃｃｏａｔ，ｔｏｔａｌに対する、被覆剤中のＦｅ含有量の下限は、０．１質量％以上であることがより好ましい。また、被覆剤の全質量Ｃｃｏａｔ，ｔｏｔａｌに対する、被覆剤中のＦｅ含有量の上限は、被覆剤全質量あたり、３５．０質量％以下であることが好ましく、３２．０質量％以下であることがより好ましく、３０．０質量％以下であることが更に好ましい。
なお、上記と同様の理由により、被覆アーク溶接棒の全質量Ｃｅｌｅｃｔｒｏｄｅ，ｔｏｔａｌに対する、被覆アーク溶接棒中のＦｅ含有量は、６０．０質量％以上、８５．０質量％以下であることが好ましく、７０．０質量％以上、８５．０質量％以下であることがより好ましく、７２．０質量％以上、８５．０質量％以下であることが更に好ましい。
【００６６】
＜被覆剤の全質量Ｃｃｏａｔ，ｔｏｔａｌに対する、被覆剤中のＡｌ：０．０質量％以上（０質量％を含む）、１．０質量％以下＞
Ａｌ（金属Ａｌ）は、溶接金属の耐割れ性を向上させるとともに、耐腐食性・耐酸化性も向上させる効果を有する成分であり、必要に応じて添加すればよく、特に下限を規定する必要はなく、０．０質量％以上であれば良い。被覆剤中にＡｌを添加する場合は、被覆剤中のＡｌ含有量が１．０質量％以下であると、上記効果に加え、溶接金属は十分な延性を得ることができる。
したがって、被覆剤の全質量Ｃｃｏａｔ，ｔｏｔａｌに対する、被覆剤中のＡｌ含有量は、１．０質量％以下であることが好ましく、０．８質量％以下であることがより好ましく、０．６質量％以下であることが更に好ましい。
なお、上記と同様の理由により、被覆アーク溶接棒の全質量Ｃｅｌｅｃｔｒｏｄｅ，ｔｏｔａｌに対する、被覆アーク溶接棒中のＡｌ含有量は、０．５０質量％以下（０質量％を含む）であることが好ましく、０．３０質量％以下であることがより好ましく、０．１０質量％以下であることが更に好ましい。
【００６７】
＜被覆剤の全質量Ｃｃｏａｔ，ｔｏｔａｌに対する、被覆剤中のＮｉ：０．０質量％以上（０質量％を含む）、４．０質量％以下＞
Ｎｉは、溶接部の疲労強度を向上させる効果を有する成分であり、必要に応じて添加すればよく、特に下限を規定する必要はなく、０．０質量％以上であれば良い。被覆剤中にＮｉを添加する場合は、被覆剤中のＮｉ含有量が４．０質量％以下であると、溶接金属の高温割れをより抑制することができる。したがって、被覆剤の全質量Ｃｃｏａｔ，ｔｏｔａｌに対する、被覆剤中のＮｉ含有量は、４．０質量％以下であることが好ましく、３．０質量％以下、２．５質量％以下であることがより好ましい。
なお、上記と同様の理由により、被覆アーク溶接棒の全質量Ｃｅｌｅｃｔｒｏｄｅ，ｔｏｔａｌに対する、被覆アーク溶接棒中のＮｉ含有量は、１．００質量％以下であることが好ましく、０．６０質量％以下であることがより好ましく、０．３０質量％以下であることが更に好ましい。
【００６８】
＜被覆剤の全質量Ｃｃｏａｔ，ｔｏｔａｌに対する、被覆剤中のＭｎ：１．５質量％以上、６．０質量％以下＞
Ｍｎは、合金材の強度を向上させる効果を有する成分であり、必要に応じて添加すればよく、特に下限を規定する必要はなく、０．０質量％以上であれば良い。被覆剤中のＭｎ含有量が１．５質量％以上、６．０質量％以下の範囲であると、溶接金属の強度を維持しつつ、高温割れを抑制することができる。したがって、被覆剤の全質量Ｃｃｏａｔ，ｔｏｔａｌに対する、被覆剤中のＭｎ含有量は、１．５質量％以上、６．０質量％以下であることが好ましく、１．７質量％以上、４．８質量％以下であることがより好ましく、１．８質量％以上、４．２質量％以下であることが更に好ましい。
なお、上記と同様の理由により、被覆アーク溶接棒の全質量Ｃｅｌｅｃｔｒｏｄｅ，ｔｏｔａｌに対する、被覆アーク溶接棒中のＭｎ含有量は、０．８質量％以上、１．８質量％以下であることが好ましく、０．８質量％以上、１．６質量％以下であることがより好ましく、０．８質量％以上、１．４質量％以下であることが更に好ましい。
【００６９】
＜被覆剤の全質量Ｃｃｏａｔ，ｔｏｔａｌに対する、被覆剤中のＳｉ：１．０質量％以上、９．０質量％以下＞
Ｓｉ（金属Ｓｉ）は、脱酸剤であり、溶接金属の酸素量低減および強度向上の効果を有する成分であり、必要に応じて添加すればよく、特に下限を規定する必要はなく、０．０質量％以上であれば良い。しかし、被覆剤中のＳｉ含有量が１．０質量％以上、９．０質量％以下の範囲であると、溶融池へ移行する溶滴サイズをより小さくすることができ、溶接作業性が良好になる。したがって、被覆剤の全質量Ｃｃｏａｔ，ｔｏｔａｌに対する、被覆剤中のＳｉ含有量は、１．０質量％以上、９．０質量％以下であることが好ましく、２．４質量％以上、７．０質量％以下であることがより好ましく、２．８質量％以上、６．６質量％以下が更に好ましい。
なお、上記と同様の理由により、被覆アーク溶接棒の全質量Ｃｅｌｅｃｔｒｏｄｅ，ｔｏｔａｌに対する、被覆アーク溶接棒中のＳｉ含有量は、０．８質量％以上、２．２質量％以下であることが好ましく、１．０質量％以上、２．０質量％以下であることがより好ましく、１．１質量％以上、１．９質量％以下であることが更に好ましい。
【００７０】
＜被覆剤の全質量Ｃｃｏａｔ，ｔｏｔａｌに対する、被覆剤中のＭｏ：０．０質量％以上（０質量％を含む）、２．０質量％以下＞
Ｍｏは、溶接金属の強度を向上させる効果を有する成分であり、必要に応じて添加すればよく、特に下限を規定する必要はなく、０．０質量％以上であれば良い。被覆剤中にＭｏを添加する場合は、被覆剤中のＭｏ含有量が２．０質量％以下であると、強度を維持しつつ、溶接割れをより抑制することができる。したがって、被覆剤の全質量Ｃｃｏａｔ，ｔｏｔａｌに対する、被覆剤中のＭｏ含有量は、２．０質量％以下であることが好ましく、１．２質量％以下であることがより好ましく、０．８質量％以下であることが更に好ましい。
なお、上記と同様の理由により、被覆アーク溶接棒の全質量Ｃｅｌｅｃｔｒｏｄｅ，ｔｏｔａｌに対する、被覆アーク溶接棒中のＭｏ含有量は、０．６５質量％以下（０質量％を含む）であることが好ましく、０．４５質量％以下であることがより好ましく、０．３０質量％以下であることが更に好ましい。
【００７１】
＜被覆剤の全質量Ｃｃｏａｔ，ｔｏｔａｌに対する、被覆剤中のＡｌ２Ｏ３：０．０２質量％以上、３．０質量％以下＞
Ａｌ２Ｏ３は、アーク安定効果やスラグ形成剤としての効果を有する成分である。被覆剤中のＡｌ２Ｏ３含有量が３．０質量％以下であると、より高いアーク安定効果が得られるようになる。したがって、被覆剤の全質量Ｃｃｏａｔ，ｔｏｔａｌに対する、被覆剤中のＡｌ２Ｏ３含有量は、０．０２質量％以上、３．０質量％以下であることが好ましく、０．０３質量％以上、２．６質量％以下であることがより好ましく、０．０５質量％以上、２．０質量％以下であることが更に好ましい。
なお、上記と同様の理由により、被覆アーク溶接棒の全質量Ｃｅｌｅｃｔｒｏｄｅ，ｔｏｔａｌに対する、被覆アーク溶接棒中のＡｌ２Ｏ３含有量は、０．０１質量％以上、０．９０質量％以下であることが好ましく、０．０２質量％以上、０．８０質量％以下であることがより好ましく、０．０２質量％以上、０．７０質量％以下であることが更に好ましい。
【００７２】
＜被覆剤の全質量Ｃｃｏａｔ，ｔｏｔａｌに対する、被覆剤中のＳｉＯ２：１．５質量％以上、１５．０質量％以下＞
ＳｉＯ２は、造滓剤や粘着剤として作用する成分である。被覆剤中のＳｉＯ２が１．５質量％以上の場合、前述した効果を十分に得ることができる。また、被覆剤中のＳｉＯ２を１５．０質量％以下とすると、スラグ剥離性がより向上する。したがって、被覆剤の全質量Ｃｃｏａｔ，ｔｏｔａｌに対する、被覆剤中のＳｉＯ２含有量は、１．５質量％以上、１５．０質量％以下であることが好ましく、２．０質量％以上、１０．０質量％以下であることがより好ましく、４．０質量％以上、８．０質量％以下であることが更に好ましい。
なお、上記と同様の理由により、被覆アーク溶接棒の全質量Ｃｅｌｅｃｔｒｏｄｅ，ｔｏｔａｌに対する、被覆アーク溶接棒中のＳｉＯ２含有量は、溶接棒全質量あたり、０．４０質量％以上、４．００質量％以下であることが好ましく、０．６０質量％以上、３．６０質量％以下であることがより好ましく、０．８０質量％以上、３．２０質量％以下であることが更に好ましい。
【００７３】
＜被覆剤の全質量Ｃｃｏａｔ，ｔｏｔａｌに対する、被覆剤中のＴｉＯ２：０．２質量％以上、１０．０質量％以下＞
ＴｉＯ２は、被覆アーク溶接棒の被覆剤において、流動性の良いスラグを生成し、ビード表面に光沢を与え、溶接金属に美しい外観を与える作用を有する成分である。また、アークの偏向（ふらつき）を抑制し、良好な溶接作業性を得ることに寄与する成分でもある。被覆剤中のＴｉＯ２含有量を、被覆剤全質量あたり、０．２質量％以上、１０．０質量％以下の範囲とすると上記の効果がより向上する。したがって、被覆剤の全質量Ｃｃｏａｔ，ｔｏｔａｌに対する、被覆剤中のＴｉＯ２含有量は、０．２質量％以上、１０．０質量％以下であることが好ましく、０．５質量％以上、８．０質量％以下であることがより好ましく、１．０質量％以上、６．０質量％以下が更に好ましい。
なお、上記と同様の理由により、被覆アーク溶接棒の全質量Ｃｅｌｅｃｔｒｏｄｅ，ｔｏｔａｌに対する、被覆アーク溶接棒中のＴｉＯ２含有量は、１．００質量％以上、４．００質量％以下であることが好ましく、１．２０質量％以上、３．００質量％以下であることがより好ましく、１．４０質量％以上、２．６０質量％以下であることが更に好ましい。
【００７４】
＜被覆剤の全質量Ｃｃｏａｔ，ｔｏｔａｌに対する、被覆剤中のＭｇＯ：０．０１質量％超、４．０質量％以下＞
ＭｇＯは、スラグの剥離性を高める効果を有する成分である。被覆剤中のＭｇＯ含有量が０．０１質量％超、４．０質量％以下であると、上記の効果がより向上する。したがって、被覆剤の全質量Ｃｃｏａｔ，ｔｏｔａｌに対する、被覆剤中のＭｇＯ含有量は、０．０１質量％超、４．０質量％以下であることが好ましく、０．２質量％以上、１．０質量％以下であることがより好ましく、０．５質量％以上、０．８質量％以下であることが更に好ましい。
なお、上記と同様の理由により、被覆アーク溶接棒の全質量Ｃｅｌｅｃｔｒｏｄｅ，ｔｏｔａｌに対する、被覆アーク溶接棒中のＭｇＯ含有量は、０．０１質量％以上、１．００質量％以下であることが好ましく、０．０１質量％以上、０．８０質量％以下であることがより好ましく、０．０１質量％以上、０．５０質量％以下であることが更に好ましい。
【００７５】
＜被覆剤の全質量Ｃｃｏａｔ，ｔｏｔａｌに対する、被覆剤中のＫ２Ｏ、Ｌｉ２ＯおよびＮａ２Ｏの総含有量：１．６質量％以上、３．６質量％以下＞
Ｋ２Ｏ、Ｌｉ２ＯおよびＮａ２Ｏは、被覆剤の無機粘結剤として使用される水ガラスに多く含有される成分であり、粉体原料としても添加され、良質なアーク安定性や適度なアーク吹付力を得ることにより、アーク安定性を向上させるために有効な成分である。上記効果をより高めるためには、被覆剤の全質量Ｃｃｏａｔ，ｔｏｔａｌに対する、被覆剤中のＫ２Ｏ、Ｌｉ２ＯおよびＮａ２Ｏの総含有量は、１．６質量％以上、３．６質量％以下であることが好ましく、１．８質量％以上、３．２質量％以下であることがより好ましく、２．０質量％以上、３．０質量％以下であることが更に好ましい。
なお、上記と同様の理由により、被覆アーク溶接棒の全質量Ｃｅｌｅｃｔｒｏｄｅ，ｔｏｔａｌに対する、被覆アーク溶接棒中のＫ２Ｏ、Ｌｉ２ＯおよびＮａ２Ｏの総含有量は、０．２０質量％以上、１．４０質量％以下であることが好ましく、０．４０質量％以上、１．２０質量％以下であることがより好ましく、０．６０質量％以上、１．００質量％以下であることが更に好ましい。
また、Ｌｉ２Ｏは被覆アーク溶接棒の耐吸湿性を向上させ、溶接金属中の拡散性水素を低減させる効果もある。
【００７６】
＜被覆剤の全質量Ｃｃｏａｔ，ｔｏｔａｌに対する、被覆剤中のＣ：０．０質量％以上（０質量％を含む）、０．１５質量％以下＞
Ｃは、溶接金属の強度向上に寄与する成分であり、必要に応じて添加すればよく、特に下限を規定する必要はなく、０．０質量％以上であれば良い。被覆剤中にＣを添加する場合は、溶接金属の延性低下や、溶接割れの抑制のためには、０．１５質量％以下であると良い。したがって、被覆剤の全質量Ｃｃｏａｔ，ｔｏｔａｌに対する、被覆剤中のＣ含有量は、０．０質量％以上、０．１５質量％以下であることが好ましい。また、溶接作業性向上の観点から、０．０１質量％以上、０．１０質量％以下がより好ましく、０．０２質量％以上、０．０８質量％以下が更に好ましい。なお、Ｃ源としては、有機物、各種鉱物、合金剤、グラファイト等が例に挙げられる。
なお、上記と同様の理由により、被覆アーク溶接棒の全質量Ｃｅｌｅｃｔｒｏｄｅ，ｔｏｔａｌに対する、被覆アーク溶接棒中のＣ含有量は、０．１５質量％以下（０質量％を含む）であることが好ましく、０．０１質量％以上、０．１０質量％以下であることがより好ましく、０．０２質量％以上、０．０８質量％以下であることが更に好ましい。
【００７７】
＜残部＞
本実施形態における被覆剤の残部は、不可避的不純物である。不可避的不純物としては、例えば、Ｎｂ２Ｏ５、Ｖ２Ｏ５、ＺｒＯ２、Ｆｅ２Ｏ３・ＦｅＯ、ＳｎＯ、Ｐ、Ｓ等がある。また、被覆剤の全質量Ｃｃｏａｔ，ｔｏｔａｌに対する、被覆剤中の不可避的不純物の総含有量は、５．０質量％以下（０質量％を含む）とすることが好ましい。また、被覆剤の全質量Ｃｃｏａｔ，ｔｏｔａｌに対する、被覆剤中のＮｂ２Ｏ５は０．３質量％以下（０質量％を含む）、Ｖ２Ｏ５は０．３質量％以下（０質量％を含む）、ＺｒＯ２は０．４質量％以下（０質量％を含む）、Ｆｅ２Ｏ３・ＦｅＯは３．５０質量％以下（０質量％を含む）に制限されていることがより好ましい。なお、不純物は溶接棒の設計上で意図しない物も含める。例えば、イルミナイト系被覆アーク溶接棒においては、イルミナイト原料を被覆剤中に添加するため、溶接棒の設計上で意図しないＦｅ２Ｏ３・ＦｅＯが最大で３．５０質量％含まれることがあるが、これらは不純物としている。
【００７８】
次に、心線および被覆率について説明する。
【００７９】
〔心線〕
本実施形態における心線は特に限定されないが、例えば直径ｄが２．６ｍｍ〜６．０ｍｍのものを使用することができ、特に直径が４．０ｍｍのものを好適に使用することができる。本実施形態の心線の組成について、以下に説明する。
【００８０】
＜Ｏ：０．０００５質量％以上、０．０１５０質量％以下＞
心線のＯ含有量が過剰であると、得られる溶接金属中のＯ量が過剰となり、溶接金属の靱性が低下するおそれがある。また、心線中の酸素が被覆剤に添加された脱酸剤であるＦｅ−ＳｉやＦｅ−Ｍｎと反応してスラグを生成するため、スラグ量が増加してスラグ流動性や溶接作業性の劣化を招き、更には溶接金属のＳｉ、Ｍｎ量の低下や酸素量の増加による機械的性質の劣化を招くおそれがある。
また、溶融金属の流動性が高くなり、立向や上向等の姿勢の溶接で、溶接金属のたれ落ちが発生しやすくなり、溶接作業性が低下するおそれがある。一方、心線のＯ含有量が過少であると、アーク力による溶融池の拡販が不十分となり、合金成分が均一に分布した溶接金属が得られなくなる。
以上の観点より、心線の全質量に対する心線のＯ含有量は、０．０００５質量％以上であることが好ましく、０．００１３質量％以上であることがより好ましく、０．００１６質量％以上であることが更に好ましい。また、心線のＯ含有量は、０．０１５０質量％以下であることが好ましく、０．０１２５質量％以下であることがより好ましく、０．０１００質量％以下であることが更に好ましい。
【００８１】
＜その他の成分＞
特に限定されないが、本実施形態における心線としては、例えばＦｅを主成分とする鉄系心線を好適に使用することができ、具体的にはＪＩＳ  Ｇ  ３５０３：２００６に規定されているＳＷＲＹ１１を心線として用いることができる。
なお、心線中には、上記ＯやＦｅの他に、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、Ｎ、Ｃｕ等が含有されることがある。心線の全質量に対する心線のＣ含有量は０．０９質量％以下、Ｓｉ含有量は０．０３質量％以下（０質量％を含む）、Ｍｎ含有量は０．３５質量％以上、０．６５質量％以下、Ｐ含有量は０．０２０質量％以下（０質量％を含む）、Ｓ含有量は０．０２３質量％以下（０質量％を含む）、Ｃｕ含有量は０．２０質量％以下（０質量％を含む）に制限されることが好ましい。
【００８２】
〔被覆率〕
本実施形態において、被覆剤の心線外周への被覆率は、特に制限はされないが、被覆剤の強度確保等の観点から、例えば２０％以上とすることが好ましく、２２％以上とすることがより好ましく、２４％以上とすることが更に好ましい。また、アーク安定性等の観点から、例えば４０％以下とすることが好ましく、３８％以下とすることがより好ましく、３６％以下とすることが更に好ましい。
【００８３】
また、本実施形態は、上記被覆剤中の成分が制御された被覆アーク溶接棒を用いたアーク溶接方法にも関する。本実施形態に係るアーク溶接方法において、使用する溶接棒の被覆剤中の成分（粒度および面積率等）、並びにアーク使用後に残存する被覆剤の長さ等を限定する理由については上記の通りであるため、記載を省略する。以下、本実施形態に係るアーク溶接方法における、特に溶接姿勢について説明する。
【００８４】
〔溶接姿勢〕
＜被覆アーク溶接棒を、母材に対し垂直または後退角を０°超、３０°以下＞
本実施形態に係る被覆アーク溶接棒は、母材に対し垂直（すなわち、母材に対して被覆アーク溶接棒が垂直に配置されること）または後退角を０°超、３０°以下とした溶接姿勢によるアーク溶接において用いられることが好ましい。上述の通り、被覆アーク溶接棒を用いた溶接では、前進角や後退角等の様々な溶接姿勢で行われることが多く、これらの溶接姿勢で溶接した場合（すなわち、被覆アーク溶接棒を適度に傾けた場合）、垂直にした場合と比べ、片溶けが顕著となる。本実施形態に係る被覆アーク溶接棒は、後退角を０°超、３０°以下とした場合の被覆アーク溶接において、被覆アーク溶接棒が母材に対し垂直の場合と同程度の効果を得ることができる。なお、上記後退角は、５°以上２５°以下とすることが更に好ましい。
なお、溶接姿勢を垂直とした場合においても、溶融池自体が母材に対して水平とならない場合があるものの、本実施形態に係る被覆アーク溶接棒は、ロバスト性が高く、多少の外乱や誤差が生じたとしても片溶けを抑制することができる。
【００８５】
なお、本実施形態に係る被覆アーク溶接棒は、イルミナイト系、高酸化チタン系、ライムチタニア系、鉄粉酸化チタン系、高セルロース系、低水素系および鉄粉低水素系等の種々の系統の溶接棒として適用可能である。ただし、低水素系の溶接棒は、拡散性水素の低減を目的として、被覆剤中にガス発生剤が多量に添加されているため、本実施形態に係る被覆アーク溶接棒を低水素系の溶接棒に適用すると、ガス発生剤による溶滴離脱の効果が顕著となる。
更に、鉄粉低水素系の溶接棒は、所望の量の溶着金属を得るために、被覆剤に鉄粉が多量に添加されているものであり、鉄粉が溶滴を大きく成長させるためにスムーズな溶滴移行性が得られず、大きなスパッタが飛散するという問題点を有している。したがって、溶滴離脱性を向上させることができる、本実施形態に係る被覆アーク溶接棒は、鉄粉低水素系の溶接棒として適用することが最も好ましい。
【００８６】
上述した被覆アーク溶接棒の製造方法としては、特に限定されるものではない。例えば、被覆剤原料を水ガラスと共に混練し、これを心線外周に塗布し、乾燥および焼成を行うことにより、本実施形態に係る被覆アーク溶接棒を製造することができる。
【実施例】
【００８７】
以下、実施例および比較例を挙げて本発明について詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００８８】
〔被覆アーク溶接棒の作製、アーク溶接および各種パラメータの算出〕
直径が３．２〜５．０ｍｍであるＳＷＲＹ  １１を心線として準備し、表１に示す化学成分組成を有する被覆剤（被覆剤Ｎｏ．Ｃ１〜Ｃ１５）を、表３に示すように、２６．９〜３５．６％の被覆率で心線外周に塗布し、乾燥させることにより、種々の被覆アーク溶接棒を製造した（表３における試験Ｎｏ．Ｔ１〜Ｔ１９）。
【００８９】
表１に、被覆剤の全質量Ｃｃｏａｔ，ｔｏｔａｌに対する、被覆剤中の各成分の含有量を示す。なお、表１において、残部は不可避的不純物であり、被覆剤中の各成分量は、被覆剤全質量Ｃｃｏａｔ，ｔｏｔａｌあたりの含有量（質量％）を示している。
また、表４に、被覆アーク溶接棒の全質量Ｃｅｌｅｃｔｒｏｄｅ，ｔｏｔａｌに対する、被覆アーク溶接棒中の各成分の含有量を示す。なお、表４において、残部は不可避的不純物であり、被覆アーク溶接棒中の各成分量は、溶接棒全質量Ｃｅｌｅｃｔｒｏｄｅ，ｔｏｔａｌあたりの含有量（質量％）を示している。
【００９０】
更に、表２に、被覆剤中に含まれる、金属炭酸塩の含有量または金属フッ化物の含有量に関する種々の物性値を一覧として示す。
なお、表２において、Ｃ［ＣＯ２，７５μｍ］は、粒度が７５μｍ以上である金属炭酸塩の総含有量（ＣＯ２換算値）であり、Ｃ［Ｆ，７５μｍ］は、粒度が７５μｍ以上である金属フッ化物の総含有量（Ｆ換算値）であり、Ｃ［ＣＯ２，１０６μｍ］は、粒度が１０６μｍ以上である金属炭酸塩の総含有量（ＣＯ２換算値）であり、Ｃ［Ｆ，１０６μｍ］は、粒度が１０６μｍ以上である金属フッ化物の総含有量（Ｆ換算値）であり、Ｃ［ＣＯ２，１５０μｍ］は、粒度が１５０μｍ以上である金属炭酸塩の総含有量（ＣＯ２換算値）であり、Ｃ［Ｆ，１５０μｍ］は、粒度が１５０μｍ以上である金属フッ化物の総含有量（Ｆ換算値）である。
また、Ｃ［ＣＯ２，ｔｏｔａｌ］は、被覆剤中に含まれる金属炭酸塩の総含有量（ＣＯ２換算値）であり、Ｃ［Ｆ，ｔｏｔａｌ］は、被覆剤中に含まれる金属フッ化物の総含有量（Ｆ換算値）である。また、Ｃ［ｃｏａｔ，ｔｏｔａｌ］は、被覆剤の全質量であり、Ｃ［Ｓｉ，ｔｏｔａｌ］は、ＳｉおよびＳｉ化合物の総含有量（Ｓｉ換算値）である。
【００９１】
ここで、例えば、表２中の（１）欄で示すＣ［ＣＯ２，７５μｍ］／Ｃ［ＣＯ２，ｔｏｔａｌ］は、被覆剤中に含まれる金属炭酸塩の総含有量（ＣＯ２換算値）ＣＣＯ２，ｔｏｔａｌに対する、粒度が７５μｍ以上である金属炭酸塩の含有量（ＣＯ２換算値）ＣＣＯ２，７５μｍを示している。また、他の欄においても同様である。
【００９２】
また、表２中の（７）欄で示す「（５）＋（６）」は、（５）欄で示すＣ［ＣＯ２，７５μｍ］／Ｃ［ｃｏａｔ，ｔｏｔａｌ］と、（６）欄で示すＣ［Ｆ，７５μｍ］／Ｃ［ｃｏａｔ，ｔｏｔａｌ］との合計量、すなわち、被覆剤の全質量Ｃｃｏａｔ，ｔｏｔａｌに対する、粒度が７５μｍ以上である金属炭酸塩の含有量（ＣＯ２換算値）ＣＣＯ２，７５μｍと、粒度が７５μｍ以上である金属フッ化物の含有量（Ｆ換算値）ＣＦ，７５μｍの合計量を示している。同様に、表２中の（１０）欄で示す「（８）＋（９）」は、被覆剤の全質量Ｃｃｏａｔ，ｔｏｔａｌに対する、粒度が１０６μｍ以上である金属炭酸塩の含有量（ＣＯ２換算値）ＣＣＯ２，１０６μｍと、粒度が１０６μｍ以上である金属フッ化物の含有量（Ｆ換算値）ＣＦ，１０６μｍの合計量を示している。また同様に、表２中の（１３）欄で示す「（１１）＋（１２）」は、被覆剤の全質量Ｃｃｏａｔ，ｔｏｔａｌに対する、粒度が１５０μｍ以上である金属炭酸塩の含有量（ＣＯ２換算値）ＣＣＯ２，１５０μｍと、粒度が１５０μｍ以上である金属フッ化物の含有量（Ｆ換算値）ＣＦ，１５０μｍの合計量を示している。
【００９３】
続いて、得られた被覆アーク溶接棒を用いて、以下の溶接条件によりアーク溶接を行い、溶接開始より１０秒以降で任意に電源を切った。なお、表５に示すように、試験Ｎｏ．Ｔ９およびＴ１０においては、後退角を５〜２５°の範囲で種々に変化させた試験を行った。また、試験Ｎｏ．Ｔ９およびＴ１０以外の試験例は、後退角を１５°に固定して試験を行った。
【００９４】
＜溶接条件＞
電源極性：ＤＣＥＰ
溶接姿勢：下向ビードオンプレート
溶接の対象物：１２ｍｍｔ×７０ｍｍｔ×４５０ｍｍｌのＳＭ４９０鋼板
溶接電流：１５０Ａ（狙い）±１０Ａ
アーク電圧：２１Ｖ（狙い）±２Ｖ
【００９５】
その後、溶接棒先端側において心線の周囲に残存している被覆剤（保護筒）の最先端部からホルダー側（後端側）の溶接棒後端部までの長さを測定すると共に、溶接棒先端側において心線の周囲に残存している被覆剤（保護筒）の最後端部からホルダー側の溶接棒後端部までの長さを測定した。
更に、保護筒を形成している被覆剤および心線端部に残留しているスラグを除去し、心線の先端部からホルダー側の溶接棒後端部までの長さを測定した。そして、これらの測定値を利用して、心線の先端部と、心線の周囲に残存している被覆剤の最先端部との、溶接棒長手方向における距離Ｄ１、心線の周囲に残存している被覆剤の最先端部と、心線の周囲に残存している被覆剤の最後端部との、溶接棒長手方向における距離Ｄ２を算出した（表５を参照）。
【００９６】
更に、上記の方法により得られた被覆アーク溶接棒を、長手方向に対する垂直断面が観察面となるように樹脂に埋め込み、走査型電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ；ＳＥＭ）で観察した。ＳＥＭによる観察は、倍率を５０倍、加速電圧を１５ｋＶとし、反射電子（ＢａｃｋＳｃａｔｔｅｒｅｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ；ＢＳＥ）像による観察とした。
そして、被覆剤断面をエネルギー分散型Ｘ線分光法（Ｅｎｅｒｇｙ  Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ  Ｘ−ｒａｙ  ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ；ＥＤＸ）を用いて元素分析をし、円相当径３０μｍ以上となる粒子の面積率、すなわち、被覆剤全体の断面積をＳ１とし、円相当径が３０μｍ以上である金属炭酸塩および金属フッ化物のうち少なくとも１種の総面積をＳ２としたときの、Ｓ１に対するＳ２の比率（Ｓ２／Ｓ１）を算出した。
【００９７】
ＳＥＭによるＥＤＸ分析は次のようにして行うことができる。例えば、日立ハイテクノロジーズ製  ＴＭ３０３０  Ｍｉｎｉｓｃｏｐｅを用い、被覆アーク溶接棒断面を分析する（倍率５０倍、１．６１ｍｍ×１．２１ｍｍの矩形の領域を４ヶ所）。視野の選定は、被覆剤断面が各視野内で７０％以上となることが望ましい。そして、１つの視野に対し、画像解析ソフト  Ｉｍａｇｅ  Ｊ  を用いて１０２４×７６８ピクセル（ピクセル数７８６４３２）を二値化することにより、面積７０６．８μｍ２以上（円相当径３０μｍ以上）となる粒子の面積率を算出することができる。なお、二値化時のしきい値は例えば６０とする。
【００９８】
被覆アーク溶接棒における心線の直径ｄおよびＳ２／Ｓ１の測定結果を、下記表３に示す。また、Ｄ２／Ｄ１、Ｄ１およびＤ１／ｄの測定結果を、下記表５に示す。
【００９９】
更に、試験Ｎｏ．Ｔ１〜Ｔ１５（実施例）および試験Ｎｏ．Ｔ１６〜Ｔ１９（比較例）の被覆アーク溶接棒について、上記Ｄ１およびＤ２の測定時の溶接条件と同様にして溶接し、以下の評価基準により、片溶け評価（片溶けの有無）、アーク偏向の抑制効果、および溶接作業性を評価した。
【０１００】
［片溶け評価（片溶けの有無）］
Ｄ２／Ｄ１≦０．４０を満たす場合：無
Ｄ２／Ｄ１＞０．４０を満たす場合：有
【０１０１】
［アーク偏向の抑制効果］
目視で、アークの偏向の有無とビード外観を評価した。アークが偏向せず、ビード外観が良好と判断されるものを◎（優良）、アークがやや偏向しているが、ビード外観が良好と判断されるものを○（良好）、アークが偏向し、ビード外観不良と判断されるものを×（不良）とした。
【０１０２】
［溶接作業性（官能評価）］
目視で、溶接時に溶滴が周期的に移行しており、細かいスパッタのみが発生していると判断されるものを◎（優良）、溶接時に溶滴が周期的に移行しているが、目立って中粒のスパッタが発生していると判断されるものを○（良好）、溶接時に溶滴が周期的に移行しているもので無く、大粒のスパッタが大量に発生していると判断されるものを×（不良）とした。
【０１０３】
【表１】
2020040094.tif 000002
【０１０４】
【表２】
2020040094.tif 000003
【０１０５】
【表３】
2020040094.tif 000004
【０１０６】
【表４】
2020040094.tif 000005
【０１０７】
【表５】
2020040094.tif 000006
【０１０８】
表３〜表５における試験Ｎｏ．Ｔ１〜Ｔ１５（実施例）は、本発明の要件（すなわち、被覆剤の全質量Ｃｃｏａｔ，ｔｏｔａｌに対する、粒度が７５μｍ以上である金属炭酸塩の含有量（ＣＯ２換算値）ＣＣＯ２，７５μｍと、粒度が７５μｍ以上である金属フッ化物の含有量（Ｆ換算値）ＣＦ，７５μｍの合計が６．０質量％以上）を満足する（表２中における、（７）欄を参照）、表１または表２の被覆剤Ｎｏ．Ｃ１〜Ｃ１１を用いた例である。これら試験Ｎｏ．Ｔ１〜Ｔ１５は、表５に示すように、Ｄ２／Ｄ１≦０．４０を満たしており（片溶け無し）、かつ、アーク偏向の抑制効果および溶接作業性のいずれにおいても優良または良好な結果が得られた。
【０１０９】
これに対し、表３〜表５における試験Ｎｏ．Ｔ１６〜Ｔ１９（比較例）は、本発明の要件を満足しない（表２中における、（７）欄を参照）、表１または表２の被覆剤Ｎｏ．Ｃ１２〜Ｃ１５を用いた例である。これら試験Ｎｏ．Ｔ１６〜Ｔ１９は、表５に示すように、Ｄ２／Ｄ１≦０．４０を満たさず（片溶け有り）、かつ、アーク偏向の抑制効果および溶接作業性のいずれにおいても不良な結果が得られた。
【０１１０】
以上詳述したように、本発明の被覆アーク溶接棒によれば、片溶けを防止し、アークの偏向を抑制することで、溶滴をスムーズに移行させることができるとともに、アーク安定性が良好であり、これにより、優れた溶接作業性を得ることができることが分かる。
【符号の説明】
【０１１１】
１、１１  被覆アーク溶接棒
２        心線
２ａ      先端部
３、１３  被覆剤
３ａ      先端
４、１４  アーク
５        母材
６、１６  保護筒
１３ａ    最先端部
１３ｂ    最後端部
ｄ  被覆アーク溶接棒における心線の直径
Ｄ  保護筒の先端と心線の先端部との溶接棒長手方向の距離
Ｄ１  心線の先端部と、心線の周囲に残存している被覆剤の最先端部との、溶接棒長手方向における距離
Ｄ２  心線の周囲に残存している被覆剤の最先端部と、心線の周囲に残存している被覆剤の最後端部との、溶接棒長手方向における距離
【図１Ａ】
2020040094.tif 000007
【図１Ｂ】
2020040094.tif 000008