(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外皮内にフラックスが充填されるとともに、純Ａｒをシールドガスとして使用する消耗電極式のガスシールドアーク溶接用のフラックス入り溶接ワイヤであって、
前記フラックス入り溶接ワイヤ全質量に対し、
Ｃ：０．２０質量％以下（０質量％を含まない）、
Ｓｉ：１５．００質量％以下（０質量％を含まない）、
Ｍｎ：２０．００質量％以下（０質量％を含まない）、
Ｐ：０．０５００質量％以下（０質量％を含まない）、
Ｓ：０．０５００質量％以下（０質量％を含まない）、
Ｃｒ：１５．０〜５０．０質量％、
Ｔｉ：０．１０〜０．８０質量％、
を含有し、
Ｎｉ：５．００〜８０．００質量％、
をさらに含有し、
Ａｌ：１．０００質量％以下、
Ｍｏ：１５．０００質量％以下、
Ｎｂ：５．００質量％以下、
Ｎ：０．０８００質量％以下、
Ｃｕ：５．００質量％以下、
Ｖ：１．０００質量％以下、
の１種以上をさらに含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物で構成され、
フラックス充填率が前記フラックス入り溶接ワイヤ全質量に対し７〜２７質量％であることを特徴とするフラックス入り溶接ワイヤ。
【請求項２】
前記外皮にステンレス鋼を用いることを特徴とする請求項１に記載のフラックス入り溶接ワイヤ。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のフラックス入り溶接ワイヤを用いるとともに、純Ａｒをシールドガスとして用いてアーク溶接を行うことを特徴とする肉盛溶接のアーク溶接方法。
【請求項４】
前記アーク溶接において、溶接電流としてパルス電流を用い、前記パルス電流のピーク電流が３５０〜５５０Ａ、ピーク電流期間が０．５〜３．５ｍｓｅｃであるとともに、
前記ピーク電流期間が０．８〜３．０ｍｓｅｃである場合は、前記ピーク電流が３５０〜５５０Ａであり、前記ピーク電流期間が０．５ｍｓｅｃ以上０．８ｍｓｅｃ未満である場合は、前記ピーク電流が５００〜５５０Ａであり、前記ピーク電流期間が３．０ｍｓｅｃを超えて３．５ｍｓｅｃ以下である場合は、前記ピーク電流が３５０〜３８０Ａであることを特徴とする請求項３に記載の肉盛溶接のアーク溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は肉盛溶接を代表する異材溶接に用いられるガスシールドアーク溶接用のフラックス入り溶接ワイヤとこれを用いた肉盛溶接のアーク溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
肉盛溶接とは、耐食性の向上、母材の補修・再生、母材表面の硬化などの目的のために、母材表面に金属を溶着させる溶接である。この肉盛溶接の施工は、母材成分の希釈が溶接金属に大きな影響を及ぼしてしまうという観点より、施工時に母材をできるだけ溶かさないようにすることが好ましい。
【０００３】
特に、軟鋼あるいは低合金鋼にステンレス等の耐食性の高い合金を異材溶接する肉盛溶接は、母材成分の希釈が大きく、通常、この希釈率を考慮して溶接材料を選定する必要があった。その中でも境界部（初層）は希釈が非常に大きいため、境界部のみ添加元素の異なる溶接材料を用いる必要があった。
【０００４】
そして、母材成分の希釈により、溶接金属の組織が変化すると高温割れが発生することを考慮しても、なるべく希釈を小さく（溶け込みを小さく）し、フェライト＋オーステナイトの溶接金属組織（フェライト量４〜８％）を制御する必要がある。
【０００５】
なお、異材溶接の一例として圧力容器内面への肉盛溶接が挙げられ、その溶接法は帯状溶接材料を用いたサブマージアークやエレクトロスラグ溶接法主体で行われているが、これらの溶接法が適用不可能な場所には、ガスシールドアーク溶接法や被覆アーク溶接法が適用されている。特に、ガスシールドアーク溶接法は能率の高さや、自動化、半自動化が可能なことから急速に普及しつつある。
【０００６】
このような事情に鑑み、ガスシールドアーク溶接法により肉盛溶接を施す場合に母材成分の希釈率を低減させる技術が創出されており、例えば、特許文献１では、ウィービング条件を所定範囲に限定することで、良好な溶接ビード形状と溶け込みが得られる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平８−２０６８３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に係る技術は、ウィービング条件が規定範囲から外れるとスパッタが多量に発生する他、別途ウィービングを行うための装置が必要となる。さらに、１００％ＣＯ２をシールドガスとして使用しているため、スパッタ、ヒュームは多い傾向にあり、作業性や衛生面に難がある。
【０００９】
また、ガスシールドアーク溶接用ワイヤにはソリッドワイヤとフラックス入り溶接ワイヤが存在するが、フラックス入り溶接ワイヤは溶着速度、溶着効率が大きいという長所を持っている反面、ソリッドワイヤに対してヒュームが多く発生する短所が存在し、さらに、Ｃｒを含有する成分では有害性が高いとされる六価クロムを発生するとされ、溶接作業者の健康を害する可能性が高く、その削減が期待されている。
【００１０】
そこで、本発明は、溶着速度、溶着効率が大きいという長所を持つフラックス入り溶接ワイヤを用いて肉盛溶接をした場合に、良好な溶接作業性および低希釈率を実現するとともに、耐食性に優れた溶接部を得ることができるフラックス入り溶接ワイヤおよび肉盛溶接のアーク溶接方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記課題を解決するために、本発明者らは、以下の事項について検討した。
通常、肉盛溶接では１００％ＣＯ２もしくはＡｒ＋２０％ＣＯ２がシールドガスとして用いられているが、シールドガス中にＯ２、ＣＯ２等が混入すると、酸化物が生成しやすくなり、ヒューム増加等の作業性の悪化、およびアークが集中することにより溶け込みが深く（母材成分の希釈が大きく）なってしまう。
【００１２】
そこで、本発明者らは、シールドガスとして不活性ガスであるＡｒ１００％の純Ａｒガスを用いることを考えた。なぜなら、純Ａｒガスは電位傾度が低いためアークの幅が拡大し、溶込みを抑制する効果があるからである。さらに、Ａｒガスは不活性のため、１００％で用いると、溶接において発生する金属蒸気が酸化し難くなるので、ヒューム量が低減するという長所を有するからである。
【００１３】
しかし、従来Ａｒガスは電極消耗式アーク溶接では使われてこなかった。その理由は、純Ａｒガスを用いた溶接は電位傾度が低い性質のため、アーク長（電極間距離）が高くなり、プラズマ気流の影響が大きくなってしまい、溶滴移行形態としては電極先端の溶融部（液柱）が細るストリーミング移行や液柱自身が回転するローテーティング移行となりやすいからである。さらに、溶融池側の表面では酸化物が陰極点としてアークの発生点となるが、不活性ガスである純Ａｒガス中では安定した酸化物が生成され難いため、アーク発生点が移動し、アークが不安定となるからである。
【００１４】
この電極先端が細る現象とアークが不安定となる現象が相まって、ワンダリング現象と呼ばれる著しいビード形状不良が起きたり、スパッタが増加する等の作業性劣化が起こったりするという短所があった。よって、鋼系のワイヤ（フラックス入り溶接ワイヤ）では純Ａｒガス適用時のこの問題を回避する手法が無いとされ、純Ａｒガスは使えないというのが常識とされてきた。
【００１５】
これに対して、文献１（「溶接技術」、２００６年２月号、ｐ６４“ハイブリッドワイヤの提案”）にある（１）２重ソリッド（文献２：特開２００６−２０５２０４）や同じように純Ａｒガスを活用する（２）炭素鋼純ＡｒＦＣＷ（文献３：特開２００９−２５５１２５）、（３）プラズマＭＩＧという技術が存在するが、いずれもコストや安定化対策が不十分であった。また、（２）の技術では炭素鋼のフラックス入り溶接ワイヤにて純Ａｒシールドガスを適用しているが、高ＣｒステンレスやＮｉ合金では検討されていなかった。炭素鋼のフラックス入り溶接ワイヤでは純Ａｒシールドガス中のアーク安定化にグラファイトをフラックスとして用いているが、グラファイトを添加すると必然的に溶接金属中の炭素量が増加してしまう。一方、Ｃｒを大量に含有するステンレス鋼やＮｉ合金は炭素が大量に存在すると粒界でＣｒ炭化物を生成し、Ｃｒ欠乏による粒界腐食やそれに伴う応力腐食割れが発生するため、純Ａｒシールドガス中のアーク安定化にグラファイトは使用できない。これが、ステンレス鋼やＮｉ合金で純Ａｒシールドガスが適用されなかった理由である。
【００１６】
上記の現象に対し、本発明では、グラファイトを用いることなくＣｒ金属粉を用いることで、純Ａｒ雰囲気中でアークを安定させた。また、ワイヤ中にＭｎ、Ｓｉ等の強脱酸元素を適量含有させることで、溶融池上に安定した酸化物を生成させ、よりアークの安定化を図った。
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１７】
前記課題を解決するために、本発明に係るフラックス入り溶接ワイヤは、外皮内にフラックスが充填されるとともに、純Ａｒをシールドガスとして使用する消耗電極式のガスシールドアーク溶接用のフラックス入り溶接ワイヤであって、前記フラックス入り溶接ワイヤ全質量に対し、Ｃ：０．２０質量％以下（０質量％を含まない）、Ｓｉ：１５．００質量％以下（０質量％を含まない）、Ｍｎ：２０．００質量％以下（０質量％を含まない）、Ｐ：０．０５００質量％以下（０質量％を含まない）、Ｓ：０．０５００質量％以下（０質量％を含まない）、Ｃｒ：１５．０〜５０．０質量％、Ｔｉ：０．１０〜０．８０質量％、を含有し、Ｎｉ：５．００〜８０．００質量％、をさらに含有し、Ａｌ：１．０００質量％以下、Ｍｏ：１５．０００質量％以下、Ｎｂ：５．００質量％以下、Ｎ：０．０８００質量％以下、Ｃｕ：５．００質量％以下、Ｖ：１．０００質量％以下、の１種以上をさらに含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物で構成され、  フラックス充填率が前記フラックス入り溶接ワイヤ全質量に対し７〜２７質量％であることを特徴とする。
【００２０】
このように、本発明に係るフラックス入り溶接ワイヤは、外皮内にフラックスが充填されており（ワイヤの中心にフラックスが充填されており）、このフラックスが溶接中においても溶解しないことから、フラックスの柱として存在する。よって、このフラックスの柱が芯となるため、ソリッドワイヤのように電極先端の溶融部（液柱）が細くなったり、回転したりする現象を抑制でき、溶滴移行を安定させることができる。
【００２１】
また、本発明に係るフラックス入り溶接ワイヤは、純Ａｒ中でも強い脱酸力を持つＭｎ、Ｔｉ、Ａｌ等をフラックス入り溶接ワイヤ内に適量添加することによって、溶融池上に安定した酸化物を供給でき、さらにアークを安定させることができる。これにより、正常なビード形状が得られ、スパッタを低減させることができる。さらに、純Ａｒシールドガス溶接の効果として、低ヒューム、低希釈率を実現でき、肉盛溶接として最良の結果を得ることができる。加えて、希釈率が小さいことから、初層成分の制御が不要となるとともに、溶接金属組織も容易に制御可能となる。
このように、本発明に係るフラックス入り溶接ワイヤは、フラックス充填率を所定範囲に限定することで、電極先端の溶融部（液柱）が細る現象を抑制することができる。
【００２２】
また、本発明に係るフラックス入り溶接ワイヤは、前記外皮にステンレス鋼を用いることが好ましい。
【００２３】
このように、本発明に係るフラックス入り溶接ワイヤは、外皮にステンレス鋼を用いていることから、ワイヤ自体の耐食性を向上させ、錆びにくくさせることができる。
【００２６】
そして、本発明に係る肉盛溶接のアーク溶接方法は、所定のフラックス入り溶接ワイヤを用いるとともに、純Ａｒをシールドガスとして用いてアーク溶接を行うことを特徴とする。
【００２７】
このように、本発明に係る肉盛溶接のアーク溶接方法は、純Ａｒをシールドガスとして用いて溶接することから、低ヒューム、低希釈率を実現することができる。
【００２８】
また、本発明に係る肉盛溶接のアーク溶接方法は、前記アーク溶接において、溶接電流としてパルス電流を用い、前記パルス電流のピーク電流が３５０〜５５０Ａ、ピーク電流期間が０．５〜３．５ｍｓｅｃであるとともに、前記ピーク電流期間が０．８〜３．０ｍｓｅｃである場合は、前記ピーク電流が３５０〜５５０Ａであり、前記ピーク電流期間が０．５ｍｓｅｃ以上０．８ｍｓｅｃ未満である場合は、前記ピーク電流が５００〜５５０Ａであり、前記ピーク電流期間が３．０ｍｓｅｃを超えて３．５ｍｓｅｃ以下である場合は、前記ピーク電流が３５０〜３８０Ａであることが好ましい。
【００２９】
このように、本発明に係る肉盛溶接のアーク溶接方法は、パルス電流を溶接電流として用いることから、溶接作業性（低スパッタ、低ヒューム）を向上させることができる。また、ピーク電流、およびピーク電流期間を所定範囲に規定することにより、溶接作業性の向上を確保することができる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明に係るフラックス入り溶接ワイヤおよび肉盛溶接のアーク溶接方法によると、純Ａｒをシールドガスとして用いるとともに、フラックス入り溶接ワイヤが所定の組成であることから、良好な溶接作業性（低スパッタ、低ヒューム）および低希釈率を実現するとともに、耐食性に優れた溶接部を得ることができる。
また、本発明に係るフラックス入り溶接ワイヤによると、ワイヤ自体の耐食性を向上させることができるとともに、電極先端の溶融部（液柱）が細る現象を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】各シールドガスを用いた溶接におけるＣｒ希釈率とヒューム量の関係を示す図である。
【図２】各シールドガスを用いた溶接における母材および溶接金属の断面マクロ写真である。
【図３】パルス電流を溶接電流として用いた際のパルスの適正条件を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
本発明に係るフラックス入り溶接ワイヤおよび肉盛溶接のアーク溶接方法を実施するための形態について説明する。
【００３３】
≪フラックス入り溶接ワイヤ≫
本発明に係るフラックス入り溶接ワイヤ（以下、適宜ワイヤと称する）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、からなる。なお、フラックス入り溶接ワイヤは、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。
【００３４】
そして、本発明に係るフラックス入り溶接ワイヤは、所定量のＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、Ｃｒ、を含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物で構成されることを特徴とする。
以下、フラックス入り溶接ワイヤの成分量（Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、Ｃｒ量）の数値範囲を、その限定理由と共に記載する。なお、成分量は、外皮とフラックスにおける成分量の総和で表わし、ワイヤ（外皮＋フラックス）に含まれる各成分の質量をワイヤの全質量に対する割合で規定する。
【００３５】
＜Ｃ：０.２０質量％以下（０質量％を含む）＞
Ｃは強力なオーステナイト生成元素であり、固溶し、強度を上昇させる元素である。Ｃは０.２０質量％を超えて過剰に存在するとＣｒの炭化物を生成させ、耐食性が劣化したり、応力腐食割れの原因になったりする。また、スパッタが多発する原因にもなるため、Ｃ量は少ない程好ましく、フリーでも問題は無い。したがって、Ｃの範囲は０.２０質量％以下（０質量％を含む）とする。
【００３６】
＜Ｓｉ：１５.００質量％以下（０質量％を含む）＞
Ｓｉは有効な脱酸剤であり、かつ強力なフェライト生成元素である。しかし、純Ａｒガス溶接においては酸化し難いことと、同じフェライト生成元素であるＣｒが必須で添加されるため、フリーでも問題無く溶接できる。尚、Ｓｉは０.２０質量％以上の添加であるとビード止端部の形状が改善され、より好ましい。一方、Ｓｉは１５.００質量％を越えるとフェライト相増加のため、脆化し割れが発生する。また、高速溶接時にハンピングが起こるなどしてビード形状が粗悪になる。したがって、Ｓｉの範囲は１５.００質量％以下（０質量％を含む）とし、好ましくは０.２０〜１５.００質量％とする。
【００３７】
＜Ｍｎ：２０.００質量％以下（０質量％を含む）＞
ＭｎはＳｉと同じく有効な脱酸剤である。また、オーステナイト安定化元素であり、変態点を下げる効果がある。しかし、純Ａｒガス溶接においては脱酸の必要が無いため、フリーでも問題無く溶接できる。一方、Ｍｎは２０.００質量％を越えるとオーステナイト単相になり、割れやすくなったり、高速溶接時にハンピングが起こるなどしてビード形状が粗悪になったりする。したがって、Ｍｎの範囲は２０.００質量％以下（０質量％を含む）とする。
【００３８】
＜Ｐ、Ｓ：０.０５００質量％以下（０質量％を含む）＞
Ｐ、Ｓは有害な不純物であり、粒界に共晶膜を生成したり、偏析したりすることにより割れを促進する。したがって、Ｐ、Ｓは０.０５００質量％以下に抑制する。このとき添加量が０質量％でも何ら問題は無い。
【００３９】
＜Ｃｒ：１５.０〜５０.０質量％＞
Ｃｒは耐食性材料の基本成分となり、耐食性に優れ、例えば、ステンレス鋼の最重要元素でもある。また、ＣｒはＦｅよりも３００℃以上融点が高く、アーク中のフラックス柱を安定化させ、尚且つ電離電圧はＦｅよりも１ｅＶ程小さく電離しやすいので、アーク安定性についても良好で純Ａｒシールドガス溶接の安定性をさらに向上させる効果がある。この添加量が１５.０質量％を下回ると不動態を保てなくなり、腐食による割れが起こるようになる。一方、５０．０質量％を超えて添加すると、脆化による割れが発生する。したがって、Ｃｒの範囲は１５.０〜５０.０質量％の範囲とする。
【００４０】
＜Ｆｅ及び不可避不純物＞
残部のＦｅは、外皮を構成するＦｅ、および／または、フラックスに添付されている鉄粉、合金粉のＦｅが相当する。
残部の不可避不純物は、上記成分以外の成分を、本発明の効果を妨げない範囲で含有することが許容される。
【００４１】
また、本発明に係るフラックス入り溶接ワイヤは、前記ワイヤ成分に加えて、さらに、Ｎｉを所定量含有することが好ましい。
以下、フラックス入り溶接ワイヤの成分量（Ｎｉ量）の数値範囲を、その限定理由と共に記載する。
【００４２】
＜Ｎｉ：５.００〜８０.００質量％＞
ＮｉはＭｓ点を低下し、オーステナイトを安定化させると共に耐食性と低温靭性を向上させる。例えば、オーステナイト系ステンレス鋼、インコネル（ＩＮＣＯＮＥＬ（登録商標））、ハステロイ（登録商標）等の主要元素である。またＮｉは高すぎるとオーステナイト単相となり、高温割れが発生しやすくなる特徴を持つ。このため、添加量が５.００質量％を下回るとオーステナイトが不安定になり、マルテンサイトを生じさせ、著しく硬化することによる割れが発生する。一方、８０.００質量％を越えると高温割れが発生する。したがって、Ｎｉの範囲は５.００〜８０.００質量％とする。
【００４３】
また、本発明に係るフラックス入り溶接ワイヤは、前記ワイヤ成分に加えて、さらに、所定量のＴｉを含み、Ａｌ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｎ、Ｃｕ、Ｖの１種以上を含有することが好ましい。
以下、フラックス入り溶接ワイヤの成分量（Ｔｉ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｎ、Ｃｕ、Ｖ量）の数値範囲を、その限定理由と共に記載する。
【００４４】
＜Ｔｉ：１．００質量％以下＞
Ｔｉは強脱酸元素であり安定な酸化物、炭化物、窒化物を形成して、結晶粒の微細化等に寄与する元素である。また、Ｔｉは、純Ａｒガス中においても安定した酸化物を形成するため、アークが安定する。純Ａｒガスにおける溶接のため、脱酸元素としてＴｉは不要となり、Ｔｉフリーでも構わない。また、作業性においてもフラックス柱により、溶融部が安定するので、Ｔｉフリーでも従来溶接法（Ａｒ＋２０％ＣＯ２）よりスパッタは低減する。その一方で１.００質量％を超えて添加すると安定に必要以上の酸化物が生成し、スパッタが従来法以上に増加する。尚、０.１０質量％以上Ｔｉを添加すると酸化物を起点としてよりアークが安定し、純Ａｒガス中でもさらに安定した溶接が可能となる。一方、０.８０質量％を越えて添加すると安定に必要以上の酸化物が生成し、スパッタが増加しやすい。したがって、Ｔｉの範囲は１.００質量％以下とし、好ましくは０.１０〜０.８０質量％の範囲とする。
【００４５】
＜Ａｌ：１．０００質量％以下＞
ＡｌはＴｉと同じく強脱酸元素であり安定な酸化物、炭化物、窒化物を形成して、結晶粒の微細化等に寄与する元素であり、純Ａｒガス中においても安定した酸化物を形成する。しかし、Ｔｉ酸化物のほうが熱電子放出特性は低く（Ｔｉ酸化物：２〜４ｅＶ、Ａｌ酸化物：４〜５ｅＶ）、Ｔｉ酸化物がアーク安定化に対して主な働きをしている。したがって、Ａｌは補助的な役割であり、フリーでもかまわないが、安定化の効果がでるには０.０５０質量％以上の添加が好ましい。一方、１.０００質量％を越えて多量に添加すると、安定に必要以上の酸化物が生成し、スパッタが増加する。したがって、Ａｌの範囲は１.０００質量％以下とし、好ましくは０.０５０〜１.０００質量％とする。
【００４６】
＜Ｍｏ：１５．０００質量％以下＞
Ｍｏは添加することで、溶接金属の強度を上げ、さらに炭化物を形成し、機械的性質を改善する。また、フェライト生成元素でもある。Ｍｏは無添加でも問題ないが、強度の調整やフェライト量の調整には０．０５質量％以上の添加が好ましい。一方、１５．０００質量％を越えて添加すると、強度過剰で割れが発生する。したがって、Ｍｏは１５．０００質量％以下とする。
【００４７】
＜Ｎｂ：５．００質量％以下＞
Ｎｂはフェライト生成元素として作用すると共に、強力な炭化物生成元素となる。また、溶接金属の強度を上げる元素である。Ｎｂは無添加でも問題ないが、Ｃｒの炭化物化を防ぎ、耐食性を確保するには０．５０質量％以上の添加が好ましい。また、５．００質量％を超えて添加すると、強度過剰による割れやＮｉ添加量が高い場合、ＮｂＣの過剰析出による粒界での液化割れが発生する。したがって、Ｎｂは５．００質量％以下とし、好ましくは０．５０〜５．００質量％の範囲とする。
【００４８】
＜Ｎ：０．０８００質量％以下＞
ＮはＴｉ、Ａｌ等と窒化物を生成させ、結晶粒の微細化等に効果があるとともに、強力なオーステナイト生成元素である。０．０８００質量％を超えて添加すると、（１）Ｔｉがすべて窒化物となり、Ｃｒ炭化物が生成しやすくなる、または（２）Ｃｒ窒化物が生成する事により、必要なＣｒ量が不足し、応力腐食割れが発生する。結晶粒の微細化は炭化物でも可能なため、無添加でも問題ない。したがって、Ｎは０．０８００質量％以下とする。
【００４９】
＜Ｃｕ：５．００質量％以下＞
Ｃｕはオーステナイト生成元素であり、溶接金属の強度を上げる効果を有する。Ｃｕは無添加でも問題無いが強度確保のため必要に応じて添加してもかまわない。一方、５．００質量％を越えて、添加すると粒界脆化を起こし、割れが発生する。したがって、Ｃｕは５．００質量％以下とする。
【００５０】
＜Ｖ：１．０００質量％以下＞
ＶはＣやＮに対する親和力が高く、安定な炭化物、窒化物を生成する。Ｖは無添加でも問題ないが、ＣやＮ量を低減させるために必要に応じて添加しても構わない。一方、１.０００質量％を越えて添加すると、強度過剰により、割れが発生する。したがって、Ｖは１.０００質量％以下とする。
【００５１】
その他、必要に応じて、耐食性を向上させるために、Ｃｏ、Ｔａ、Ｗを、それぞれ５質量％以下、１質量％以下、５質量％以下（外皮とフラックスの各成分量の総和）含有してもよい。
【００５２】
外皮の材質は、軟鋼であろうともステンレス鋼であろうともフラックス入り溶接ワイヤ全重量における組成が上記規定範囲となっていれば特に制限は無い。しかし、ワイヤ自体に耐食性をもたせ錆びにくくさせる観点から、外皮としてはステンレス鋼が好ましい。
【００５３】
また、フラックスは、各規定元素の金属材料、各酸化物、合金などを粉砕したもので構成される。
【００５４】
＜フラックス充填率＞
本発明に係るフラックス入り溶接ワイヤのフラックス充填率は７〜２７質量％程度であることが好ましい。フラックス充填率が７質量％未満、あるいは２７質量％を超えると、純Ａｒガス溶接雰囲気でのアーク安定化効果が失われるからである。
なお、このフラックス充填率は、外皮内に充填されるフラックスの質量を、ワイヤ（外皮＋フラックス）の全質量に対する割合で規定したものである。
【００５５】
≪フラックス入り溶接ワイヤの製造方法≫
フラックス入り溶接ワイヤの製造方法は、特に限定されず、一般的な製造工程で製造すればよい。例えば、軟鋼またはステンレスのフープをＵ字状に成型し、Ｕ字状成型フープにフラックスを充填した後、フラックスを内部に充填した筒状型に成型し、目的径まで伸線する工程により製造すればよい。
【００５６】
≪肉盛溶接のアーク溶接方法≫
本発明に係る肉盛溶接のアーク溶接方法は、純Ａｒガスをシールドガスとして用いるとともに、上記成分のフラックス入り溶接ワイヤを用いることを特徴とする。また、溶接電流をパルス電流としてアーク溶接を行うことが好ましい。
以下、純Ａｒガスとパルス条件について詳細に記載する。
【００５７】
＜Ａｒガス種：ＪＩＳＫ１１０５ の１級もしくは２級＞
本発明に適用する純Ａｒガスとは純粋な１００％Ａｒではなく、工業製品としての純Ａｒとなる。ＪＩＳＫ１１０５ では工業用Ａｒが規定されており、１級：純度９９.９９％以上、２級：純度９９.９０％以上とされている。上記に規定された純度のものは本発明の組み合わせとして適用可能である。また、これ以下の純度のものも適用可能であるが、ヒューム量や希釈率の低減効果が小さくなる。
【００５８】
＜パルスの条件：ピーク電流、ピーク電流期間＞
溶接機は一般的な消耗電極式アーク溶接用としている定電圧特性電源を用いる。純Ａｒシールドガス溶接では溶接作業性をさらに向上させるためパルスを推奨する。パルスはピーク電流とピーク電流期間で設定し、ピーク電流：３５０〜５５０Ａ、ピーク電流期間：０.５〜３.５ｍｓｅｃ（ピーク電流期間が０．８〜３．０ｍｓｅｃである場合は、ピーク電流が３５０〜５５０Ａ、ピーク電流期間が０．５ｍｓｅｃ以上０．８ｍｓｅｃ未満である場合は、ピーク電流が５００〜５５０Ａ、ピーク電流期間が３．０ｍｓｅｃを超えて３．５ｍｓｅｃ以下である場合は、ピーク電流が３５０〜３８０Ａ）の範囲では直流における純Ａｒシールドガス溶接よりもスパッタが低減し、溶接作業性の改善が確認できる。したがって、パルスの設定は上記の範囲に規定する。より好ましくは、ピーク電流：３５０〜５５０Ａ、ピーク電流期間：０.８〜３.０ｍｓｅｃである。
なお、一般にベース電流は１００Ａ以下である。
【００５９】
なお、パルス電流を溶接電流とするアーク溶接とは、電極と被溶接物との間に交互に繰り返すピーク電流とベース電流を通電してアークを発生させる溶接である。そして、ピーク電流とはピーク電流の電流値であり、ピーク電流期間とは１周期あたりに当該ピーク電流が流れる期間である。
【００６０】
＜母材の材質＞
本発明は異材の肉盛溶接に適用されるものであり、肉盛をする母材の材質は特に限定されない。一般的に用いられる材質としては、軟鋼あるいはＣｒやＭｏが添加された耐熱鋼等が挙げられる。
【実施例】
【００６１】
以下に本発明の実施例を説明する。ワイヤ径：１.２φ（直径１．２ｍｍ）、外皮材：ステンレス（ワイヤＮｏ.３９ に示す外皮組成）であるフラックス入り溶接ワイヤ（ワイヤＮｏ.［１］〜［３５］）を表１に示す。さらにフラックス入り溶接ワイヤの外皮成分を軟鋼およびステンレスとし外皮成分を変化させたワイヤ（ワイヤＮｏ．［３６］〜［４１］）を表２に示す。また、比較用のソリッドワイヤ（ワイヤＮｏ.［４２］〜［４７］）の組成を表３に示す。
【００６２】
【表１】
0005411820.tif 000002
【００６３】
【表２】
0005411820.tif 000003
【００６４】
【表３】
0005411820.tif 000004
【００６５】
表１、表２に示されるフラックス入り溶接ワイヤと表３に示される比較用のソリッドワイヤをガスシールドアーク溶接に使用し、スパッタ量、ヒューム量、Ｃｒの希釈率、ビード外観、割れについて評価を行った。これらの結果を表４示す。また、パルス条件を変えた場合の評価を表５に示す。
【００６６】
【表４】
0005411820.tif 000005
【００６７】
【表５】
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【００６８】
表４の１００％ＣＯ２ガスシールドアーク溶接条件は、直流電流−電圧：２４０Ａ−３２Ｖ、母材−チップ間距離：２５ｍｍ、流量：２５リットル／ｍｉｎ、溶接速度：３０ｃｍ／ｍｉｎであった。
【００６９】
表４のＡｒ＋２０％ＣＯ２ガスシールドアーク溶接条件は、直流電流−電圧：２４０Ａ−３０Ｖ、母材−チップ間距離：２５ｍｍ、流量：２５リットル／ｍｉｎ、溶接速度：３０ｃｍ／ｍｉｎであった。
【００７０】
表４の１００％Ａｒガスシールドアーク溶接条件は、直流電流−電圧：２４０Ａ−３０Ｖ、母材−チップ間距離：２５ｍｍ、流量：２５リットル／ｍｉｎ、溶接速度：３０ｃｍ／ｍｉｎであった。
【００７１】
表４のＡｒ（ソリッド）の溶接条件は、直流電流−電圧：２４０Ａ−３２Ｖ、母材−チップ間距離：２５ｍｍ、流量：２５リットル／ｍｉｎ、溶接速度：３０ｃｍ／ｍｉｎであった。
【００７２】
表５の１００％Ａｒガスシールドアーク溶接条件（パルス時の条件）は、表５に記載したピーク電流、ピーク時間で行うとともに、ワイヤ送給速度（９．８ｍ/ｍｉｎ）で行った。
【００７３】
上記の溶接条件は下記評価共通の溶接条件とした。また母材は表６の組成を代表とするＳＳ４００鋼を用いた。
【００７４】
【表６】
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【００７５】
＜スパッタ量の測定＞
発生したスパッタの測定は、各例とも共通して、溶接部の両側面に銅板で作成した箱を設置（詳細には、高さ２００ｍｍ×幅１００ｍｍ×長さ５００ｍｍの箱を溶接線に対して側面に２つ配置）し、溶接を行い、１分間に発生したスパッタ全てを箱中（箱内）から採取し、集めたスパッタの全質量を測定してスパッタ量（ｇ／ｍｉｎ）とした。
表４中において、通常使用されるガス条件中で最もスパッタ量の低いＡｒ＋２０％ＣＯ２ガスシールドアーク溶接時の測定スパッタ量は０．８４〜０．９５ｇ／ｍｉｎなので、それを若干下回る０．８０ｇ／ｍｉｎを基準とし、０．８０ｇ／ｍｉｎ以上であった場合は改善されていないとして×とし、０．８０ｇ／ｍｉｎを下回った場合（未満の場合）は従来よりもスパッタが低減されたとして○とした。
【００７６】
また、表５では直流時に発生する測定スパッタ量（０．５６〜０．６８ｇ／ｍｉｎ）を若干下回る０．５５ｇ／ｍｉｎを基準として、０．５５ｇ／ｍｉｎ以上であった場合はパルスの効果が無いとして×とし、０．５５ｇ／ｍｉｎを下回った場合（未満の場合）はパルスによってスパッタが低減されたとして○とした。
【００７７】
＜ヒューム量の測定＞
ヒュームの測定はＪＩＳ  Ｚ３９２０に準拠した方法で採取し、評価を行った。通常使用されるガス条件中で最もヒューム量の低いＡｒ＋２０％ＣＯ２ガスシールドアーク溶接時の測定ヒューム量は４６２〜４８２ｍｇ／ｍｉｎなので、それを若干下回る４５０ｍｇ／ｍｉｎを基準とし、４５０ｍｇ／ｍｉｎ以上であった場合は、従来の技術に比べて改善されていないとして×とし、４５０ｍｇ／ｍｉｎを下回った場合（未満の場合）は従来よりもヒューム量が改善されたとして○とした。
【００７８】
＜Ｃｒの希釈率評価＞
耐食性溶接材料の肉盛において、Ｃｒの希釈率は重要な要因である。表４、表５中の化学組成は肉盛溶接初層（溶着金属初層）の中央部を抽出し、分析を行った結果である。母材中にＣｒは添加されていないため、Ｃｒの希釈率は、溶着金属初層のＣｒ量（ｗｔ％）／ワイヤのＣｒ量（ｗｔ％）で算出した。通常使用される中で最も希釈率の低いＡｒ＋２０％ＣＯ２ガスシールドアーク溶接時の希釈率は３０．４〜３６．５％であるので、それを若干下回る３０％を基準とし、３０％以上であった場合は、従来の技術に比べて改善されていないとして×とし、３０％を下回った場合（未満の場合）は従来よりも希釈率が改善されたとして○とした。
【００７９】
＜ビード外観の評価＞
ビードの外観評価は目視で行った。ビードの際が揃い、直線性が優れているものを○、ビードが大きく蛇行していると判断されるものを×とした。
【００８０】
＜割れの評価＞
溶接割れ試験はＪＩＳ  Ｚ３１５８に準拠したｙ型溶接割れ試験で行い、溶接部の表面割れの有無を目視で確認し、表面割れが無い場合を割れ性が○、表面割れが有る場合を割れ性が×と評価した。
【００８１】
ここで、表４は表１のワイヤ（Ｎｏ．［１］〜［３５］）を各シールドガス溶接で評価したものである。Ｎｏ．１〜２３は本発明の実施例となり、その内、Ｎｏ．１ 〜１７はワイヤＮｏ．［１］〜［１７］を純Ａｒシールドガスで評価したものである。いずれの場合もスパッタ量、ヒューム量、希釈率は低減されており、ビード外観は良好で割れも無い。また、Ｎｏ．１８ 〜２３は外皮を変えたものであるが（ワイヤＮｏ．［３６］〜［４１］）、外皮の組成を変えてもワイヤ全体の組成が同じであれば、同様の改善効果が得られる。
【００８２】
一方、表４のＮｏ．２４〜５７は比較例となる。Ｎｏ．２４ 〜２８はワイヤＮｏ．［１］〜［５］をＡｒ＋２０％ＣＯ２シールドガスで評価した例であり、従来どおりの溶接法となる。また、Ｎｏ.２９〜３３はワイヤＮｏ．［１］〜［５］を１００％ＣＯ２シールドガスで行ったものであり、この組み合わせも従来から用いられている溶接法である。表４に示す評価のように、従来使用しているシールドガスではワイヤを変化させてもスパッタ量、ヒューム量、希釈率が高くなる。
【００８３】
Ｎｏ．３４〜５１はワイヤＮｏ．［１８］〜［３５］を純Ａｒシールドガスで評価したものである。Ｎｏ．３４はスパッタ量、ヒューム量、希釈率に問題ないがワイヤ中のＰの過剰添加により割れが発生する。Ｎｏ．３５はＳの過剰添加により割れが発生する。Ｎｏ．３６はＮｉ量が過剰に高く、Ｃｒ量が低いため、割れが発生する。Ｎｏ．３７はＣの過剰添加によりスパッタが増加するだけでなく、割れが発生する。Ｎｏ．３８はＡｌの過剰添加により、陰極点が乱れ、ビードが蛇行し、スパッタも増加する。Ｎｏ．３９はＳｉ、Ｎｏ．４０はＭｎの過剰添加のため、ビードが蛇行する。Ｎｏ．４１はＮの過剰添加により割れが発生し、Ｎｏ．４２はＮｉ量が低すぎて、マルテンサイト＋フェライトの組織となり割れが発生する。Ｎｏ．４３はＣｒ量が高すぎて脆化し、割れが発生する。Ｎｏ．４４はＮｂ量、Ｎｏ．４５はＭｏ量、Ｎｏ．４６はＣｕ量の過剰添加により、溶接金属の強度が高くなりすぎて割れが発生する。Ｎｏ．４７はＴｉ量の過剰添加により、陰極点が乱れ、ビードが蛇行し、スパッタも増加する。Ｎｏ．４８はＶの過剰添加により溶接金属の強度が高くなりすぎて割れが発生する。Ｎｏ．４９、５０はフラックス充填率が高すぎて、フラックスから飛散するスパッタが多くなる。Ｎｏ．５１はフラックス充填率が低すぎて安定した溶滴移行にならず、スパッタが増加する。
【００８４】
Ｎｏ．５２〜５７はソリッドワイヤを純Ａｒシールドガスで評価したものである。いずれの場合もヒューム量、希釈率、耐割性に問題ないが、アーク不安定となり、スパッタの増加およびビードの蛇行が起こる。
【００８５】
表５はワイヤＮｏ．［１］をベースに純Ａｒシールドガス溶接でパルス電流の条件を変えた場合の結果となる。
Ｎｏ．５８〜１０２はパルス条件実施例となり、ヒューム量、Ｃｒ希釈率、ビード外観、割れに関しても問題なく、スパッタ量は直流の溶接時以下となっており、パルスの効果が伺える。
一方、Ｎｏ．１０３〜１２１は、ヒューム量、Ｃｒ希釈率、ビード外観、割れに関してはよい結果が得られた。しかし、パルス適正条件から外れていたため、スパッタ量が少し多い結果となった。
【００８６】
表４、５の結果をヒューム量とＣｒの希釈率の観点で図示したものを図１に示す。シールドガスを純Ａｒとすることによってヒューム量とＣｒの希釈率が改善され、さらにパルス化によって、Ｃｒの希釈率が改善されることがわかった。
【００８７】
また、図２では各ガスシールド溶接、純Ａｒパルス溶接の断面マクロ写真を示すが、当該写真より、純Ａｒパルス溶接は溶け込みが小さく、希釈率がより小さくなることがわかった。
【００８８】
図３はパルスを適用した場合にスパッタ低減が可能となる条件範囲を図示した。
【００８９】
以上の実施例から、本発明で規定する要件を満たすフラックス入り溶接ワイヤおよび肉盛溶接のアーク溶接方法の溶接作業性（低スパッタ、低ヒューム）、希釈率の優位性が実証された。
【図１】
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【図３】
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【図２】
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