(57)【要約】【課題】引張強さ９５０ＭＰａ以上の超高張力鋼の溶接に際し、延性低下割れの発生を抑制することで優れた破断伸びを有する溶接金属が得られるガスシールドアーク溶接方法を提供する。【解決手段】フラックス入りワイヤ中に、ＣａＦ２を含む金属弗化物を２．０超〜８．０％、金属酸化物を０．０１〜１．２％含有し、かつ、金属弗化物と金属酸化物の含有量の比の値が２．０以上となるように含有し、さらに、Ｆｅ粉の含有を５．０％未満に制限し、合金成分として、Ｃ：０．０８超〜０．２０％、Ｍｎ：１．０〜２．２％、Ｎｉ：１．０〜９．０％、Ｖ：０．０５超〜０．３％を含有し、Ｃｅｑが０．６０〜１．４０％であるワイヤを用い、溶接電流としてパルス電流を用いることを特徴とするパルスガスシールドアーク溶接方法。【選択図】図１
2014014833.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フラックス入りワイヤを用いたガスシールドアーク溶接方法であって、
前記フラックス入りワイヤとして、該ワイヤ中に、ワイヤ全質量に対する質量％で、ＣａＦ２を含む金属弗化物を２．０超〜８．０％、金属酸化物を０．０１〜１．２％含有し、かつ、金属弗化物と金属酸化物の含有量の比（金属弗化物量／金属酸化物量）が２．０以上となるように含有し、
さらに、フラックスに添加するＦｅ粉の含有を５．０％未満に制限し、
合金成分として、
Ｃ：０．０８超〜０．２０％、
Ｓｉ：０．０５〜１．５％、
Ｍｎ：１．０〜２．２％、
Ｓ：０．０２％以下、
Ｐ：０．０２％以下、
Ａｌ：０．００１〜０．４％、
Ｎｉ：１．０〜９．０％、
Ｖ：０．０５超〜０．３０％
を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、以下の式１で定義されるＣｅｑが０．６０〜１．４０％であるワイヤを用い、
溶接電流として、パルス条件が、パルスピーク電流：３５０〜６００Ａ、パルスピーク期間：０．５〜３．０msec、パルスベース電流：３０〜１００Ａであるパルス電流を用いることを特徴とするパルスガスシールドアーク溶接方法。
Ｃｅｑ＝[Ｃ]＋１／２４[Ｓｉ]＋１／６[Ｍｎ]＋１／４０[Ｎｉ]＋
１／５[Ｃｒ]＋１／４[Ｍｏ]＋１／１４[Ｖ]      ・・・（式１）
但し、［］付元素は、それぞれの元素の含有量（質量％）を表す。
【請求項２】
前記フラックス入りワイヤが、さらに、ワイヤ全質量に対する質量％で、
Ｃｕ：０．１超〜０．８％、
Ｃｒ：０．１〜２．５％、
Ｍｏ：０．１〜２．０％、
Ｔｉ：０．００５〜０．３０％、
Ｎｂ：０．０１〜０．０５％、
Ｂ：０．０００３〜０．０１０％
のうちの１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項１に記載のパルスガスシールドアーク溶接方法。
【請求項３】
前記フラックス入りワイヤが、さらに、ワイヤ全質量に対する質量％で、
Ｍｇ：０．１〜０．８％、
Ｃａ：０．１〜０．５％、
ＲＥＭ：０．００２〜０．０１％
のうちの１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項１または２に記載のパルスガスシールドアーク溶接方法。
【請求項４】
前記フラックスに含有する金属弗化物が、ＣａＦ２、ＢａＦ２、ＳｒＦ２、ＭｇＦ２のうちのＣａＦ２を含む１種または２種以上からなり、ＣａＦ２の金属弗化物中の質量割合が９０％以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のパルスガスシールドアーク溶接方法。
【請求項５】
前記フラックス入りワイヤが、さらに、ワイヤ全質量に対する質量％で、ＣａＣＯ３、ＢａＣＯ３、ＳｒＣＯ３、ＭｇＣＯ３の金属炭酸塩のうち１種または２種以上を０．６％未満で含有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のパルスガスシールドアーク溶接方法。
【請求項６】
ワイヤ表面にパーフルオロポリエーテル油が塗布されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のパルスガスシールドアーク溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フラックス入りワイヤを用いたガスシールドアーク溶接方法に関するもので、特に、引張強さ９５０ＭＰａ以上の超高張力鋼の溶接において、優れた強度、靭性、伸びを有する溶接金属を得るための溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、建設クレーンなどの建設機械、産業機械の大型化、軽量化の要求が増加しており、それに伴って使用される鋼材も９５０ＭＰａ級鋼、１１８０ＭＰａ級鋼などの超高張力鋼が使用されるようになっている。これら超高張力鋼が使用される理由は、製品の軽量化、そして鋼材使用量が減ることで鋼材費用や運搬費用が減少することや、鋼材が薄手になり単重が減ることで、鋼材の取り回しが良く、溶接量も軽減することから、製造工期短縮、施工コスト削減が期待されるためである。
【０００３】
しかし、超高張力鋼に対する使用の要求は非常に高くなっているにも関わらず、９５０ＭＰａ級以上の超高張力鋼の使用量は全体量から見るとまだ僅かである。
この理由としては、９５０ＭＰａ級以上の超高張力鋼の溶接では、母材となる鋼材の性能に見合う高強度・高靱性の溶接金属を得ることがより困難となるため、そのような溶接に適合するガスシールドアーク溶接方法の開発が十分でないことがあげられる。
超高張力鋼の溶接では、高合金の溶接金属を得る必要がある。高合金の溶接ワイヤとしてはフラックス入りワイヤが製造性の点で有利であるため、特に、フラックス入りワイヤを用いた超高張力鋼のガスシールドアーク溶接方法の開発が必要になっている。
【０００４】
このような状況の中で、超高張力鋼の溶接に必要な強度や靭性を確保することを目的に次のようなガスシールドアーク溶接用のフラックス入りワイヤが提案されている。
特許文献１では、強度と靭性を確保するために有効なＮｉと、その他Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ｖなどを適量添加して、溶接金属の引張強さと靭性を確保し、さらにワイヤ中に脱酸元素であるＳｉ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｍｇを適量含有させることにより、溶接時の溶接金属中の酸素及び拡散性水素に起因する溶接金属の靭性及び延性の低下や、低温割れの発生を防止するようにしたフラックス入りワイヤが提案されている。
また、特許文献２では、引張強さ９５０ＭＰａ級以上の高張力鋼の溶接において、特に、フラックス中にＭｇを添加して溶接金属の拡散性水素量を低減し、高靭性で耐低温割れ性を向上した溶接金属を得ることが可能なフラックス入りワイヤが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−０９３７１５号公報
【特許文献２】特開２０１１−００５５３１号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】溶接学会編、「新版  溶接・接合技術特論」、２００５年発行、東京、産報出版株式会社、１４１頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
９５０ＭＰａ以上の超高張力鋼の溶接では、溶接金属も超高張力となることが要求されるが、超高張力の溶接金属では新たに延性低下割れが発生するという問題が生じてきた。
延性低下割れは、多層盛りの溶接において旧γ粒界が割れることで起こる現象である。超高張力鋼のガスシールドアーク溶接は、１パスあたりの入熱を制限することが望ましいことから多層盛り溶接で行われる。多層盛り溶接では、先に形成された溶接金属が次の溶接パスにより再加熱を受ける。その際、主としてＣとＳが旧γ粒界に偏析し、それにより脆化した旧γ粒界が、冷却される際に生じる熱収縮によって割れることで起こる。
【０００８】
このような延性低下割れは、通常の高張力鋼の溶接金属では見られないが、９５０ＭＰａを超える超高張力鋼の溶接金属では、強度・靭性を確保するために、溶接金属を高合金にすることでマルテンサイト組織とせざるを得ず、そのような溶接金属では延性低下割れの発生が顕著となる。
延性低下割れは、非常に微小な割れであり、引張試験時に割れの亀裂先端に応力が集中することで、早期に破断に至るようになるため、特に伸びが低値となる。伸びが低値であると、製造時に十分に曲げ加工ができないなど問題となる。
【０００９】
さらに、超高張力鋼の使用で鋼材を従来よりも薄手化できる一方で、板厚が薄くなると溶滴移行形態がスプレー移行となるような比較的入熱の大きい溶接を行った場合に、溶接部の冷却速度が遅くなることで、溶接金属の強度が低下する。そのため、薄手材の溶接においては溶接金属の強度確保のために低電流、低入熱での溶接が必要となる。
しかし、低電流、低入熱でのガスシールドアーク溶接では、アークが非常に不安定となり、スパッタ量が著しく増加する。その結果、発生したスパッタが鋼板に付着し、それを除去する作業が生じて作業効率を著しく低下させる。
【００１０】
従って、９５０ＭＰａ以上の超高張力鋼が広く使用されるようになるためには、優れた強度、靭性、伸びを有する溶接金属が得られるフラックス入り溶接ワイヤの開発とともに、そのワイヤを用いてスパッタの発生を低減して溶接できる溶接方法の開発が必要である。
しかし、特許文献１、２では、引張強さ９５０ＭＰａ級以上の高張力鋼の溶接において問題となる延性低下割れやスパッタの発生の問題については、いずれも何ら検討されておらず、その解決が望まれている。
【００１１】
なお、特許文献１でも溶接金属の延性について考慮されているが、その表５などを参照すると、延性を−４０℃でのシャルピー衝撃試験の吸収エネルギーで評価しており、さらに、酸素量の低減により延性を向上させていることから、そこで用いられている「延性」という語は、靭性と同じ意味で用いられている。
一方、本発明で問題としている延性低下割れとは、例えば、非特許文献１に定義されているような、旧γ粒界のミクロ単位の局所的な延性の不足による割れであり、特許文献１で用いられている延性とは定義が異なる。実際、本発明において、延性の評価指標は、後述の実施例に示されるように室温で行う引張試験における破断伸びである。
【００１２】
本発明は、上記背景技術の問題点に鑑み、例えば９５０ＭＰａ以上の超高張力鋼をフラックス入りワイヤを用いてガスシールドアーク溶接するに際し、溶接金属における延性低下割れを抑制することで高強度、高靭性かつ伸びの優れる溶接部を得ることができ、かつ、スパッタの発生を抑制して溶接することができるガスシールドアーク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】
【００１３】
従来、強度レベルが低いところでは、延性低下割れが発生することが無く、これまで問題とならなかったため、延性低下割れの抑制については全く検討されていない。
本発明者らは、延性低下割れを抑制することを目的に種々検討した結果、鋼製外皮の内部にフラックスが充填されたフラックス入りワイヤにおいて、９５０ＭＰａ以上の溶接金属に要求される強度・靭性を確保するのに必要なフラックス配合・合金成分範囲で、金属弗化物とＣ、Ｍｎ及び、Ｖを特定の条件でワイヤに添加することで、延性低下割れを抑制でき、優れた破断伸びが得られることを見出した。
さらに、そのようなフラックス入りワイヤを用いて、ガスシールドアーク溶接する際、パルス電源を用いて溶接すれば、安定した溶滴移行が可能となり、スパッタの発生を抑制できることを見出した。
このような知見を基にさらに検討を加えてなされた本発明の要旨は次のとおりである。
【００１４】
（１）  フラックス入りワイヤを用いたガスシールドアーク溶接方法であって、
前記フラックス入りワイヤとして、該ワイヤ中に、ワイヤ全質量に対する質量％で、ＣａＦ２を含む金属弗化物を２．０超〜８．０％、金属酸化物を０．０１〜１．２％含有し、かつ、金属弗化物と金属酸化物の含有量の比（金属弗化物量／金属酸化物量）が２．０以上となるように含有し、
さらに、フラックスに添加するＦｅ粉の含有を５．０％未満に制限し、
合金成分として、
Ｃ：０．０８超〜０．２０％、
Ｓｉ：０．０５〜１．５％、
Ｍｎ：１．０〜２．２％、
Ｓ：０．０２％以下、
Ｐ：０．０２％以下、
Ａｌ：０．００１〜０．４％、
Ｎｉ：１．０〜９．０％、
Ｖ：０．０５超〜０．３０％
を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、以下の式１で定義されるＣｅｑが０．６０〜１．４０％であるワイヤを用い、
溶接電流として、パルス条件が、パルスピーク電流：３５０〜６００Ａ、パルスピーク期間：０．５〜３．０msec、パルスベース電流：３０〜１００Ａであるパルス電流を用いることを特徴とするパルスガスシールドアーク溶接方法。
Ｃｅｑ＝[Ｃ]＋１／２４[Ｓｉ]＋１／６[Ｍｎ]＋１／４０[Ｎｉ]＋
１／５[Ｃｒ]＋１／４[Ｍｏ]＋１／１４[Ｖ]      ・・・（式１）
但し、［］付元素は、それぞれの元素の含有量（質量％）を表す。
【００１５】
（２）  前記フラックス入りワイヤが、さらに、ワイヤ全質量に対する質量％で、
Ｃｕ：０．１超〜０．８％、
Ｃｒ：０．１〜２．５％、
Ｍｏ：０．１〜２．０％、
Ｔｉ：０．００５〜０．３０％、
Ｎｂ：０．０１〜０．０５％、
Ｂ：０．０００３〜０．０１０％
のうちの１種または２種以上を含有することを特徴とする（１）に記載のパルスガスシールドアーク溶接方法。
（３）  前記フラックス入りワイヤが、さらに、ワイヤ全質量に対する質量％で、
Ｍｇ：０．１〜０．８％、
Ｃａ：０．１〜０．５％、
ＲＥＭ：０．００２〜０．０１％
のうちの１種または２種以上を含有することを特徴とする（１）または（２）に記載のパルスガスシールドアーク溶接方法。
【００１６】
（４）  前記フラックスに含有する金属弗化物が、ＣａＦ２、ＢａＦ２、ＳｒＦ２、ＭｇＦ２のうちのＣａＦ２を含む１種または２種以上からなり、ＣａＦ２の金属弗化物中の質量割合が９０％以上であることを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載のパルスガスシールドアーク溶接方法。
（５）  前記フラックス入りワイヤが、さらに、ワイヤ全質量に対する質量％で、ＣａＣＯ３、ＢａＣＯ３、ＳｒＣＯ３、ＭｇＣＯ３の金属炭酸塩のうち１種または２種以上を０．６％未満で含有することを特徴とする（１）〜（４）のいずれかに記載のパルスガスシールドアーク溶接方法。
【００１７】
（６）  ワイヤ表面にパーフルオロポリエーテル油が塗布されていることを特徴とする（１）〜（５）のいずれかに記載のパルスガスシールドアーク溶接方法。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、特に、引張強さ９５０ＭＰａ以上の超高張力鋼の溶接において、延性低下割れの発生を防止し、かつスパッタの発生を低減して、優れた強度、靭性、伸びを有する溶接金属が得えられるガスシールド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】
【００１９】
【図１】Ａ１号の丸棒引張試験片の引張試験で得られた破断伸び（標点距離５０ｍｍ）と金属弗化物量／金属酸化物量の関係を示した図である。
【図２】Ａ１号の丸棒引張試験片の引張試験で得られた破断伸び（標点距離５０ｍｍ）とＣ量の関係を示した図である。
【図３】実施例における試験片の採取位置を示す図である。
【図４】従来のワイヤを用いて溶接した後の溶接金属中の酸化物の形態を説明するための図であり、（ａ）は２つの酸化物の透過型電子顕微鏡観察写真による図であり、（ｂ）はそれぞれの写真中の酸化物の表層Ｃ点についてEDS分析した結果を示す図である。
【図５】本発明のワイヤを用いて溶接した後の溶接金属中の酸化物の形態を説明するための図４と同様の図である。
【図６】本発明のワイヤを用いて溶接した後の溶接金属中の酸化物について、透過型電子顕微鏡を用いて内部を観察した結果の一例を示す図であり、（ａ）は酸化物のイメージ、（ｂ）は酸化物のEDS分析マップ結果、（ｃ）はＯの分布、（ｄ）はＳの分布をそれぞれ示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
９５０ＭＰａ以上の超高張力鋼よりなる鋼材の溶接では、形成される溶接金属の強度も９５０ＭＰａ以上と高くする必要があり、その溶接金属はマルテンサイト組織となる。溶接したままの状態の溶接金属では、旧γ粒界は非常に粗大となっており、加えて、マルテンサイト変態は無拡散変態であるため、溶接時に形成されたγ粒界は、偏析、不純物を含んだ状態で残る。このため、超高強度の溶接金属の旧γ粒界の靭性は元々低くなっている。
さらに、マルテンサイト変態であるため、Ｃは固溶した状態となっており、このような溶接金属が、多層盛り溶接の際に再熱を受けると、Ｃが粗大な旧γ粒界へ偏析し、顕著な脆化を引き起こす。同様にＳも多層盛り溶接の際の再熱によって旧γ粒界へ偏析し、脆化を引き起こす。その状態で、冷却される際に生じる熱収縮によって、旧γ粒界に割れが生じることで延性低下割れが発生する。
【００２１】
この問題に対し、本発明者らは、再熱を受ける溶接金属中のＣとＳを粒内に効果的にトラップして、粒界への偏析を防止する手段や溶接金属の伸びを高める手段を検討し、ワイヤ中に金属弗化物、金属酸化物、Ｃ、Ｍｎ及び、Ｖを適正に添加することにより、超高強度の溶接金属であっても延性低下割れを抑制することができ、優れた破断伸びを確保することができることを見出した。
【００２２】
このような知見が得られた実験についてその一例を示す。
本発明者らは、後述する実施例に示す例と同様に、ワイヤの成分を調整し、最終のワイヤ径がφ１．２ｍｍのシームレスのフラックス入りワイヤを作製した。作製したワイヤでは、特にＣ、Ｍｎ、Ｖの含有量と金属弗化物及び金属酸化物の含有量を変化させた。
このフラックス入りワイヤを用い、９５０ＭＰａ級の鋼板の突き合わせ溶接を実施する際、パルスアーク電源を用い、パルスピーク電流：４５０Ａ、パルスピーク期間：１．０msec、パルスベース電流：５０Ａのパルス条件で、パルスガスシールドアーク溶接を行った。
得られた溶接金属からＪＩＳ  Ｚ３１１１（１９８６年）に準拠したＡ１号の丸棒引張り試験片を採取し、室温にて引張試験を行って、溶接金属の引張強度、破断伸びを評価した。
【００２３】
図１に、引張試験で得られた破断伸び（標点距離５０ｍｍ）と溶接ワイヤ中の金属弗化物量／金属酸化物量の関係を示す。また、図２に、引張試験で得られた破断伸び（標点距離５０ｍｍ）とＣ量の関係を示す。
【００２４】
図１より、金属弗化物を、金属弗化物量／金属酸化物量の値が２．０以上となるように添加し、かつ、Ｃが０．０８％超、Ｍｎが１．０％以上、Ｖが０．０５％超となるように添加したワイヤを用いた溶接では、引張試験において１２％以上の破断伸びが得られていることがわかった。
また、図２より、ワイヤ中のＭｎ含有量が１％を下回る範囲では、破断伸びはワイヤ中のＣ含有量の増加とともに減少する。一方、ワイヤ中のＭｎ含有量が１％以上の範囲では、Ｃ含有量が０．０７％あたりまではＭｎ量が少ない場合と同様の傾向を示すが、それを超えると、逆にＣ含有量の増加とともに急激に増加するようになる。Ｃ含有量０．０８％以上では、１２％以上の優れた破断伸びを示すようになることがわかった。
【００２５】
以上のような結果が得られた理由は次のように考えられる。
（ｉ）フラックスに金属弗化物を特定の範囲で添加するとともに、金属酸化物との間に特定の関係が成り立つように添加することで、凝固時にＳを酸化物にトラップさせて固溶Ｓ量を低減し、再熱時に旧γ粒界へのＳの偏析を抑制することにより、延性低下割れの抑制に効果があったものと考えられる。
この推察は、図４〜６に示すような実験結果に基づいている。
【００２６】
図４は、従来技術のワイヤで溶接した後、溶接金属中の酸化物を多数個、透過型電子顕微鏡で観察した結果の一例を、２個の酸化物１、２について示すもので、（ａ）は酸化物の透過型電子顕微鏡観察写真であり、（ｂ）は写真中の酸化物の表層Ｃ点についてEDS分析した結果を示す。EDS分析の結果から、この例ではＳがほとんど検出されていない。
一方、図５は、本発明のワイヤ（すなわち、金属弗化物を特定の範囲で添加するとともに、金属酸化物との間に特定の関係が成り立つように金属弗化物を添加したワイヤ）で溶接した後の結果の一例を、２個の酸化物Ａ、Ｂについて図４と同様に示したものである。EDS分析の結果から、この例では酸化物の表層にＳが検出され、明瞭に存在していることがわかる。
【００２７】
図６は、本発明のワイヤで溶接した溶接金属中の酸化物をイオンミリング処理によって薄膜化し、透過型電子顕微鏡を用いて内部を観察した結果の一例を示すもので、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示す酸化物内部のEDS元素マップから、酸化物の表層にSが存在していることが明瞭にわかる。
これらの結果より、本発明のワイヤで溶接した溶接金属は、凝固過程において酸化物表層にＳが多く取り込まれることで、固溶Ｓが大幅に低下し、Ｓが旧γ粒界に偏析することが抑制され、これによって延性低下割れの抑制に効果があったと考えられる。
【００２８】
（ii）また、溶接金属中のＭｎはＣと引力相互作用を持つことから、Ｃの旧γ粒界への偏析を抑制する効果を持つと考えられる。それに加えて、Ｖは凝固時の偏析が少なく、比較的、溶接金属内で均一に分散して存在するため、溶接金属中にＭｎとＶを複合添加することにより、溶接金属が再熱を受けた際にＶが固溶Ｃをγ粒内で効率良くトラップし、旧γ粒界へのＣの偏析を抑制したものと考えられる。
【００２９】
（iii）さらに、旧γ粒内で析出する炭化物は、微細に分散して強度向上に寄与し、溶接金属内の強度差を小さくすることができる。また、Ｃが高くなる方が、析出物が増加し、溶接金属内の強度差を小さくすることができる。そのため、Ｃ含有量を高め、ＭｎとＶを複合添加することにより、炭化物が旧γ粒内で微細に分散して析出し、加工時に溶接金属全体が均一に塑性変形するようになり、破断伸びが向上する効果があったものと考えられる。
【００３０】
また、上記実験では、さらに、用いた溶接電流の条件でスパッタの発生を低減して溶接できることが確認されたので、スパッタの発生を低減するための電流条件について検討を進めた結果、パルス電源を用いることにより、ソリッドワイヤと同等のスパッタ量まで低減できることも見出された。
【００３１】
本発明は、以上のような検討を通してなされたものであるが、その特徴とする技術要件の限定理由について順次説明する。
先ず、ガスシールドアーク溶接で使用するフラックス入りワイヤについて説明する。
なお、ワイヤの説明において、「％」は特に説明がない限り、「質量％」を意味し、各成分の含有量は、ワイヤ全質量に対する鋼製外皮およびフラックス中の各成分の質量％の合計となる成分含有量を意味するものとする。
【００３２】
フラックス入りワイヤは、鋼製外皮およびその中に挿入されるフラックスなどで構成されるが、最初に、鋼製外皮およびフラックス中に含有される合金成分および金属脱酸成分について、その限定理由を説明する。
【００３３】
（Ｃ：０．０８超〜０．２０％）
溶接金属の引張強度が９５０ＭＰａ以上となると組織はマルテンサイト主体組織となる。マルテンサイト組織の強度に及ぼすＣの影響は大きく、溶接ワイヤ中のＣ含有量が多いほど溶接金属中のＣ含有量も増加し、溶接金属の強度を高めることができる。
さらに、Ｍｎ、Ｖを本発明範囲で複合添加した場合は、旧γ粒内で炭化物が微細に分散して析出し、溶接金属内の強度差を小さくすることができる。これによって、加工時に溶接金属が均一に塑性変形するようになるため、破断伸びを向上することができる。
これら効果を得るためには、Ｃは０．０８％超含有する必要がある。ただし、０．２０％を超えてＣを含有すると、靭性の劣化が顕著となるため好ましくない。また、強度と破断伸びを安定して確保するには、Ｃの下限を０．０９％超、０．１０％超、又は０．１１％超としてもよく、Ｃ上限を、０．１８％、０．１６％又は、０．１４％としてもよい。
【００３４】
（Ｓｉ：０．０５〜１．５％）
Ｓｉは、脱酸元素であり、溶接金属のＯ量を低減して清浄度を高めるために、０．０５％以上の含有が必要である。ただし、１．５％を超えて含有させると溶接金属の靱性を劣化させるため、Ｓｉ含有量は０．０５〜１．５％とする。また、溶接金属の靭性を安定して確保するには、Ｓｉの下限を０．２％、０．３％又は０．４％としてもよく、Ｓｉの上限は、１．２％、１．０％又は０．８％としてもよい。
【００３５】
（Ｍｎ：１．０〜２．２％）
Ｍｎは、Ｃと引力相互作用を持っており、Ｃの旧γ粒界への偏析を抑制することで延性低下割れの抑制に効果がある。また、本発明の成分範囲内では、旧γ粒内での微細な炭化物の生成を促進し、溶接金属内の強度差を小さくすることで、破断伸びを向上させる効果もある。
その効果を確実に発揮するためには、１．０％以上含有させる必要がある。一方、２．２％を超えて含有させると、溶接金属中に残留オーステナイトが過剰に生成するようになる。残留オーステナイト内ではＣが濃化しており、その状態で溶接による再熱を受けると、残留オーステナイトであったところで炭化物が過剰に生成し、顕著な脆化を引き起こす。
このため、Ｍｎ含有量は１．０〜２．２％とする。また、破断伸びを向上する効果を安定して確保するには、Ｍｎの下限を１．２％、１．３％又は１．４％としてもよく、Ｍｎの上限は、２．０％又は１．８％としてもよい。
【００３６】
（Ｐ：０．０２％以下）
Ｐは不純物元素であり、溶接金属の靱性を阻害するため極力低減する必要があるが、靱性への悪影響が許容できる範囲として、Ｐ含有量は０．０２％以下とする。靭性の一層の向上のため、Ｐの上限を０．０１５％又は０．０１０％に制限してもよい。
【００３７】
（Ｓ：０．０２％以下）
Ｓも不純物元素であり、延性低下割れの発生を促進させ、さらに、過大に存在すると靱性と延性とをともに劣化させるため、極力低減することが好ましい。靱性、延性への悪影響が許容できる範囲として、Ｓ含有量は０．０２％以下とする。靭性の一層の向上のため、Ｓの上限を０．０１５％、０．０１０％又は０．００８％に制限してもよい。
【００３８】
（Ａｌ：０．００１〜０．４％）
Ａｌは脱酸元素であり、Ｓｉと同様、溶接金属中のＯ低減、清浄度向上に効果があり、その効果を発揮するために０．００１％以上含有させる。一方、０．４％を超えて含有させると、窒化物や酸化物を形成して、溶接金属の靱性を阻害するため、その含有量を０．００１〜０．４％とする。また、溶接金属の靭性を向上する効果を十分に得るには、Ａｌの下限を０．００１２％、又は０．００１５％としてもよく、また、粗大酸化物の生成抑制のため、Ａｌの上限を、０．２％、０．１％又は０．０８％としてもよい。
【００３９】
（Ｎｉ：１．０〜９．０％）
Ｎｉは固溶靱化（固溶により靭性を高める作用）により組織、成分によらず靱性を向上できる唯一の元素であり、特に、引張強度が９５０ＭＰａ以上の高強度の溶接金属で靱性を高めるのに有効な元素である。
固溶靱化効果を得るためには１．０％以上含有させることが好ましい。Ｎｉ含有量が多いほど靱性を向上する上で有利であるが、含有量が９．０％を超えると、その効果が飽和するのに加え、溶接ワイヤの製造コストが過大となるため、好ましくない。そのため、Ｎｉを含有させる場合の含有量を１．０〜９．０％とする。なお、Ｎｉの効果が確実に靭性向上に寄与するためには、Ｎｉの下限を１．４％、１．６％、２．１％とするのがよい。また、Ｎｉは高価な元素であり、その上限を７．０％、６．０％又は４．８％に制限してもよい。
【００４０】
（Ｖ：０．０５超〜０．３０％）
Ｖは溶接凝固時の偏析が少なく、比較的、溶接金属内で均一に分散して存在し、再熱を受けた際に固溶Ｃをトラップし、旧γ粒界へのＣの偏析を抑制することで、超高強度の溶接金属で発生する延性低下割れの抑制に効果がある。さらに、本発明の成分範囲内では、旧γ粒内で微細な炭化物を形成して析出し、溶接金属内の強度差を小さくするため、破断伸びを向上する効果を持つ。
その効果を得るには、０．０５％超含有させる必要がある。Ｖ含有量が多いほど、延性低下割れの抑制効果は大きいが、含有量が０．３０％を超えると、その効果が飽和するのに加え、靭性を劣化させるため好ましくない。なお、延性低下割れの抑制効果を高めるために、Ｖの下限を０．０６％、０．０８％、０．１０％、０．１２％としても良く、また、Ｖによる靭性劣化を抑制するために、Ｖの上限を０．２８％、０．２５％、０．２３％と制限してもよい。
【００４１】
本発明の溶接方法で使用するフラックス入りワイヤは、合金成分あるいは金属脱酸成分として以上の基本成分に加え、さらに、溶接する鋼板の強度レベルや求める靭性の程度に応じて、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｂのうちの一種または二種以上を含有させることができる。
【００４２】
（Ｃｕ：０．１超〜０．８％）
Ｃｕは、ワイヤの外皮表面のめっき、および、フラックスに単体または合金として添加され、Ｃの旧γ粒内への偏析を抑制し、延性低下割れの抑制に効果がある。それらの効果を十分に得るためには、０．１％超含有させることが好ましい。一方、含有量が０．８％を超えると靭性が低下する。そのため、Ｃｕを含有させる場合の含有量は、０．１〜０．８％とする。
なお、Ｃｕの含有量については、外皮自体やフラックス中に含有されている分に加えて、ワイヤ表面に銅めっきされる場合にはその分も含む。より安定してＣｕの効果を得るには、下限を０．１２％、０．１６％、０．１８％としてもよい。また、Ｃｕの上限を、０．６％、０．５％、又は０．４％としてもよい。
【００４３】
（Ｃｒ：０．１〜２．５％）
Ｃｒは、焼入性を高めることにより高強度化に有効な元素である。その効果を得るためには０．１％以上含有させるのがよい。一方、２．５％を超えて過剰に含有させると、ベイナイトやマルテンサイトを不均一に硬化させ、靱性を劣化させるため、Ｃｒを含有させる場合の含有量は、０．１〜２．５％とする。より安定してＣｒの効果を得るには、下限を０．３％又は０．６％としてもよい。また、Ｃｒの上限を、２．０％、１．８％、１．６％又は１．４％としてもよい。
【００４４】
（Ｍｏ：０．１〜２．０％）
Ｍｏは、焼入性向上元素でありかつ、微細炭化物を形成して、析出強化により引張強度確保に有効である。これらの効果を発揮するためには、他の同様の効果を有する元素との複合効果を考慮しても最低限０．１％含有させるのがよい。一方、２．０％を超えて溶接ワイヤ中に含有させると、粗大な析出物が生じて溶接金属の靭性を劣化させるため、溶接ワイヤ中にＭｏを含有させる場合の含有量は０．１〜２．０％とする。より安定してＭｏの効果を得るには、下限を０．２％、０．３％又は０．４％としてもよい。Ｍｏの上限を、１．８％、１．６％、１．４％又は１．２％としてもよい。
【００４５】
（Ｔｉ：０．００５〜０．３０％）
ＴｉもＡｌと同様、脱酸元素として有効であり、溶接金属中のＯ量を低減させる効果がある。また、固溶Ｎを固定して靱性への悪影響を緩和するためにも有効である。これら効果を発揮させるためには、０．００５％以上含有させるのがよい。ただし、溶接ワイヤ中の含有量が０．３０％を超えて過剰になると、粗大な酸化物の形成に起因した靱性劣化、過度な析出強化による靱性劣化が生じる可能性が大となる。
このため、溶接ワイヤ中にＴｉを含有させる場合の含有量を０．００５〜０．３０％とする。また、Ｔｉによる溶接金属の靭性向上効果を十分に得るには、Ｔｉの下限を０．００８％、０．０１０％又は０．０１５％としてもよく、Ｔｉの上限は、０．２０％、０．１０％又は０．０５％としてもよい。
【００４６】
（Ｎｂ：０．０１〜０．０５％）
Ｎｂは微細炭化物を形成して、析出強化により引張強度確保に有効である。これらの効果を得るためには、他の同様の効果を有する元素との複合効果を考慮しても０．０１％以上含有させるのがよい。一方、０．０５％を超えて含有させると、溶接金属中に過剰に含有され、粗大な析出物を形成して靭性を劣化させるため好ましくない。
そのため、本発明においては、溶接ワイヤ中に含有させる場合の含有量は０．０１〜０．０５％とする。より安定してＮｂの効果を得るには、下限を０．０１３％、又は０．０１６％としてもよい。必要に応じて、Ｎｂの上限を、０．０４％、又は０．０３５％としてもよい。
【００４７】
（Ｂ：０．０００３〜０．０１０％）
Ｂは、溶接金属中に適正量含有させると、固溶Ｎと結びついてＢＮを形成して、固溶Ｎの靭性に対する悪影響を減じる効果があり、また、焼入性を高めて強度向上に寄与する効果もある。これらの効果を得るためには、溶接ワイヤ中のＢ含有量は０．０００３％以上必要である。一方、含有量が０．０１０％超になると、溶接金属中のＢが過剰となり、粗大なＢＮやＦｅ23（Ｃ、Ｂ）6等のＢ化合物を形成して靭性を逆に劣化させるため、好ましくない。
そこで、Ｂを含有させる場合は、その含有量を０．０００３〜０．０１０％とする。より安定してＢの効果を得るには、下限を０．０００６％、０．００１０％としてもよい。靭性向上のため、Ｂの上限を、０．００８％、０．００６％、０．００４％、又は０．００３％としてもよい。
【００４８】
ワイヤ中には、上記成分に加えて、さらに、溶接金属の延性、靭性を調整する目的で、必要に応じて、Ｍｇ、Ｃａ、および、ＲＥＭのうちの１種または２種以上を、以下の範囲内で含有させることができる。
【００４９】
（Ｍｇ：０．１〜０．８％）
Ｍｇは強脱酸元素であり、溶接金属中のＯ量を低減し、溶接金属の延性及び靭性を向上させる。この効果を得るためには０．１％以上含有させるのがよい。しかし、溶接ワイヤ中のＭｇ含有量が０．８％を超えると、溶接金属中での粗大酸化物の形成による靭性低下が無視できなくなり、また、溶接中のアークの安定性が劣化し、ビード形状を悪化させる原因にもなる。
このため、Ｍｇを含有させる場合には、その含有量を０．１〜０．８％とする。より安定してＭｇの効果を得るには、下限を０．２％、又は０．３％としても良い。また、溶接作業の安定性の確保のために、Ｍｇの上限を０．７％、又は０．６％としても良い。
【００５０】
（Ｃａ：０．１〜０．５％）
（ＲＥＭ：０．０００２〜０．０１％）
Ｃａ、ＲＥＭはいずれも硫化物の構造を変化させ、また溶接金属中での硫化物、酸化物のサイズを微細化して延性及び靭性向上に有効である。その効果を得るための下限の含有量は、Ｃａでは０．１％であり、ＲＥＭでは０．０００２％である。一方、過剰に含有すると、硫化物や酸化物の粗大化を生じ、延性、靭性の劣化を招くため、また、溶接ビード形状の劣化、溶接性の劣化の可能性も生じるため、それぞれの上限を、Ｃａでは０．５％、ＲＥＭでは０．０１％とする。
【００５１】
（炭素当量Ｃｅｑ：０．６０〜１．４０％）
本発明で用いるフラックス入りワイヤでは、合金成分あるいは金属脱酸成分として以上のように各元素を含有するが、溶接金属の引張強度を確保するために、下記（式１）で表される日本溶接協会（ＷＥＳ）で定める炭素当量Ｃｅｑが０．６０〜１．４０％となるように、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖの含有量をさらに調整する。
Ｃｅｑ＝[Ｃ]＋１／２４[Ｓｉ]＋１／６[Ｍｎ]＋１／４０[Ｎｉ]＋
１／５[Ｃｒ]＋１／４[Ｍｏ]＋１／１４[Ｖ]      ・・・（式１）
但し、［］付元素は、それぞれの元素の含有量（質量％）を示す。
【００５２】
Ｃｅｑは、その値が高い程、溶接金属が硬化するため引張強度が向上するが、一方で靭性が低下し、また溶接割れ感受性が高くなるため低温割れ抑制の対策が必要となる。このＣｅｑの値が０．６０％未満では、溶接金属において目的とする強度９５０ＭＰａを満たせず、Ｃｅｑの値が１．４０％を超えると、溶接金属の引張強度が過剰となり、溶接金属の靭性が低下する。そのため、Ｃｅｑの範囲は、０．６０〜１．４０％とする。溶接金属の引張強さを高めるために、Ｃｅｑの下限を０．６３％、０．６６％、０．７０％としてもよい。溶接金属の靭性の劣化を小さくするのに、Ｃｅｑの上限を１．２％、１．１％又は１．０％としてもよい。
【００５３】
なお、以上の合金成分あるいは金属脱酸成分として含有される元素の含有量には、それらの元素が弗化物、金属酸化物、金属炭酸塩として含有される場合の含有量は含めない。
また、それらの元素は必ずしも純物質（不可避不純物の含有は可）である必要はなく、Ｃｕ−Ｎｉ等の合金の形態で含有されていても何ら問題はない。また、それらの元素は鋼製外皮中に含有されていても、フラックスとして含有されていても、その効果は同じであるため、鋼製外皮とフラックスの何れでも含有することが可能である。
【００５４】
続いて、ワイヤの外皮内に挿入されるフラックス成分について説明する。
（金属弗化物：２．０％超〜８．０％）
ＣａＦ２を主成分とする金属弗化物を合計でワイヤ中に２．０％超〜８．０％添加する。金属弗化物として、他にＢａＦ２、ＳｒＦ２、ＭｇＦ２のうちの１種または２種以上を必要に応じて添加してもよい。
金属弗化物は、凝固時にＳを酸化物にトラップすることで固溶Ｓ量を低減し、再熱時に旧γ粒界へのＳの偏析を抑制することで、超高強度の溶接金属で発生する延性低下割れを抑制することができる。また、金属弗化物は溶接金属の酸素量を低減させることに有効であり、それによって溶接金属の靭性の向上も期待できる。
【００５５】
これら効果を得るには、ＣａＦ２を主成分とする金属弗化物を２．０％超含有させる必要がある。金属弗化物の含有量が２．０％以下では、これら十分な効果を得ることができず、また、８．０％を超えると、溶接ヒューム、スラグが過剰に生成するため、溶接作業性が著しく劣化し、好ましくない。また、酸素量の低減効果を大きく得るには、金属弗化物の下限を２．２％以上、２．５％以上、２．８％以上としても良く、溶接作業性の劣化を抑えるために、金属弗化物の上限を７．０％以下、６．５％以下、６．０％以下としてもよい。
【００５６】
なお、金属弗化物として、延性低下割れを抑制する効果の面からは、ＣａＦ２、ＢａＦ２、ＳｒＦ２、ＭｇＦ２のいずれでも用いることができるが、溶接作業性の面からＣａＦ２を主成分として含むようにした。さらに、アーク安定性確保、スパッタ抑制などの溶接作業性を優先する場合には、添加する金属弗化物のうち、ＣａＦ２の割合を９０％以上とするのが好ましい。
【００５７】
（金属酸化物：０．０１〜１．２％）
スラグ形成剤として、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３の金属酸化物の１種または２種以上を添加する。これらは溶接ビード形状を良好に維持するために必要に応じて添加され、その適正な効果を得るためには、０．０１％添加する必要がある。しかし、金属酸化物の含有量が１．２％を超えて添加すると、溶接金属の酸素量が増加し、靭性を劣化させるため好ましく無い。
したがって、金属酸化物の含有量は、０．０１〜１．２％とする。これら金属酸化物の含有量は、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３の合計量に加え、フラックスの造粒に使用されるバインダーなどに含まれる金属酸化物も合計した含有量とする。また、金属酸化物の添加による靭性の劣化を極力抑制するために、金属酸化物の含有量の上限を１．０％、０．９％、０．８％としてもよい。
【００５８】
（金属弗化物量／金属酸化物量：２．０以上）
超高強度の溶接金属の延性低下割れを抑制するには、上記の金属弗化物と金属酸化物のそれぞれの含有量に加え、質量％で表される金属弗化物の含有量と金属酸化物の含有量の比（金属弗化物量／金属酸化物量）の値が２．０以上を満たすようにする必要がある。金属弗化物量／金属酸化物量が２．０未満では、延性低下割れを抑制するのに必要な酸化物へのＳのトラップ効果が消失する。
【００５９】
（Ｆｅ粉：５．０％未満）
Ｆｅ粉は、フラックス入りワイヤの充填率の調整や溶着効率の向上のために必要に応じて添加される（添加量０％を含む）。しかし、Ｆｅ粉の表層は酸化されており、Ｆｅ粉を添加すると溶接金属の酸素量を増加させて靭性を低下させる。引張強度が９５０ＭＰａ以上では、強度が極めて高いため、靭性の確保が難しく、Ｆｅ粉添加による酸素増加は許容されなくなる。
したがって、Ｆｅ粉は添加しなくてもよいが、充填率の調整のために添加する場合には、靭性を確保するために、含有量は５．０％未満に制限する。
【００６０】
（金属炭酸塩：０．６％未満）
フラックス入りワイヤには、ＣａＣＯ３、ＢａＣＯ３、ＳｒＣＯ３、ＭｇＣＯ３の金属炭酸塩の１種または２種以上を、アーク安定性作用とアーク集中性を高める目的でさらに添加できるが、０．６％以上添加すると、アークの集中性が強すぎてスパッタ量が多くなる。したがって、金属炭酸塩を含有させる場合には、その含有量を合計で０．６％未満とする。
【００６１】
以上が本発明で用いるフラックス入りワイヤの成分組成に関する限定理由であるが、その他の残部成分はＦｅと不可避的不純物である。Ｆｅ成分としては、鋼製外皮のＦｅ、フラックス中に添加された鉄粉及び合金成分中のＦｅが含まれる。
【００６２】
以上の他、必要に応じてアーク安定剤をさらに含有させてもよい。アーク安定剤としては、Ｎａ、Ｋの酸化物や弗化物（Ｎａ２Ｏ、ＮａＦ、Ｋ２Ｏ、ＫＦ、Ｋ２ＳｉＦ６、Ｋ２ＺｒＦ６）などがあり、その含有量は０．００１〜０．４０％が適当である。なお、ここで例示した酸化物、弗化物は、金属酸化物、金属弗化物には含めない。
【００６３】
フラックス入りワイヤには、鋼製外皮にスリット状の継目がないシームレスワイヤと、鋼製外皮の継目にスリット状の隙間を有するシームを有するワイヤとに大別できるが、いずれの断面構造も採用することができる。
また、ワイヤ表面に滑り性を有する潤滑剤を塗布して、溶接時のワイヤの送給性を向上させる方法が一般的に行われている。そのような溶接ワイヤ用の潤滑剤としては、ふっ素系の潤滑油であるパーフルオロポリエーテル油（ＰＦＰＥ油）が利用できる。
【００６４】
本発明で用いるフラックス入りワイヤは、通常のフラックス入りワイヤの製造方法と同様の製造工程によって製造することができる。
すなわち、まず、外皮となる鋼帯、及び、金属弗化物、合金成分、金属酸化物、金属炭酸塩及びアーク安定剤が所定の含有量になるように配合したフラックスを準備し、鋼帯を長手方向に送りながら成形ロールによりオープン管（Ｕ字型）に成形して鋼製外皮とし、この成形途中でオープン管の開口部からフラックスを供給し、開口部の相対するエッジ面を突合せシーム溶接し、溶接により得られた継目無し管を伸線し、伸線途中あるいは伸線工程完了後に焼鈍処理して、所望の線径を有するシームレスワイヤを得る。また、シーム溶接をしないで継目有りの管とし、それを伸線することでシームを有するワイヤを得る。
【００６５】
次に、以上のようなフラックス入りワイヤを用いて溶接する際のガスシールドアーク溶接の溶接条件について説明する。
本発明では、上記のようにスラグ形成剤の主成分に金属弗化物を使用する。そのようなワイヤでは、溶接金属の酸素量を大幅に低減して衝撃靭性を向上することが出来る反面、ソリッドワイヤやルチール系フラックス入りワイヤに含まれるＴｉあるいはＴｉＯ２による溶滴の細粒化効果が期待できないため、溶滴の表面張力が向上して溶滴がワイヤ先端から離脱しにくくなる。特に低電流で溶接した場合、溶融池への溶滴の離脱が起こらずに、溶滴が徐々に成長し、その結果、短絡が生じ、大きく成長した液滴が飛散することで大粒のスパッタが生じる。
本発明では、低電流で溶接した場合でも、ソリッドワイヤと同等のスパッタ量まで低減して溶接を行うことができるようにするために、パルス電源を用いてガスシールドアーク溶接、すなわち、パルスガスシールドアーク溶接を行う。
【００６６】
パルスガスシールドアーク溶接とは、パルス電源を用い、平均溶接電流より高電流のピーク電流と平均電流より低電流のベース電流が周期的に繰り返されるパルス電流を、ワイヤと被溶接物との間に通電して溶接する方法である。
その溶接の際に、ピーク電流期間でワイヤを溶融しベース電流期間で溶滴を溶融池に移行させる１パルス１溶滴移行とすることにより、平均のアーク電圧が低い場合でも溶滴が溶融池と短絡することなく、溶滴を溶融池にスムーズに移行させることができるので、スパッタ量を低減することができる。
【００６７】
１パルス１溶滴移行とするためには、ワイヤの溶融エネルギーを適正に調整することが必要であり、そのためパルス条件として、本発明者らは、パルスピーク電流：３５０〜６００Ａ、パルスピーク期間：０．５〜３．０msec、パルスベース電流：３０〜１００Ａとするのがよいことを見出した。パルス条件をこのように選定したのは以下の理由による。
【００６８】
パルスピーク電流は、溶滴の生成および溶滴の移行性に大きく影響する。パルスピーク電流が３５０Ａ未満であると、溶滴の生成が不安定になり溶滴が１パルス１溶滴とならずスパッタ量が多くなり、ビード形状が不良となる。一方、パルスピーク電流が６００Ａを超えると、アークが不安定になりスパッタ量が多くなり、ビード形状が不良となる。したがって、パルスピーク電流は３５０〜６００Ａとする。
【００６９】
パルスベース電流はベース期間でアークを保持できる電流値が必要となる。パルスベース電流が３０Ａ未満であると、溶滴の移行状態が不安定となりスパッタ量が多くなり、ビード形状が不良となる。一方、パルスベース電流が１００Ａを超えると、溶滴の離脱が速やかに行われずアークが不安定となってスパッタ量が多くなり、ビード形状が不良となる。したがって、パルスベース電流は３０〜１００Ａとする。
【００７０】
パルスピーク電流が継続する時間の長さを表すパルスピーク期間は、１パルス１溶滴のの溶滴移行とするのに重要である。パルスピーク期間の長さが０．５msec未満あるいは３．０msec超であると、溶滴が１パルス１溶滴の移行とならずアークが不安定でスパッタ量が多くなり、ビード形状が不良となる。したがって、パルスピーク期間を０．５〜３．０msecとする。
【００７１】
その他の、溶接条件としては、特に限定されるものではなく、例えば、シールドガスとしては、Ａｒガス、ＣＯ２ガスのそれぞれ単独、あるいはそれらの混合ガスのいずれでもよいが、スパッタ量の低減からは、Ａｒ−５〜３０％ＣＯ２の混合ガスとすることが好ましい。
【実施例】
【００７２】
次に、実施例により本発明の実施可能性及び効果についてさらに詳細に説明する。
鋼帯を長手方向に送りながら成形ロールによりオープン管に成形し、この成形途中でオープン管の開口部からフラックスを供給し、開口部の相対するエッジ面を突合わせシーム溶接することで継目無し管とし、造管したワイヤの伸線作業の途中で焼鈍を加え、最終のワイヤ径がφ１．２ｍｍのフラックス入りワイヤを試作した。また、一部は、シーム溶接をしない継目有りの管とし、それを伸線することで、ワイヤ径がφ１．２ｍｍのフラックス入りワイヤを試作した。試作したフラックス入りワイヤの成分組成を［表１］、［表２］に示す。
【００７３】
このフラックス入りワイヤを用い、引張強度が９５０ＭＰａ以上で板厚が１９ｍｍの鋼板１を、図３に示すように、ルートギャップ１２ｍｍ、開先角度４５°で突き合わせ、裏当金２を用いてガスシールドアーク溶接を実施した。その際、一部はパルス電源を用い、他は直流電源を用いて［表３−１］〜［表３−４］に示す溶接条件でパルスガスシールドアーク溶接あるいは直流ガスシールドアーク溶接を実施した。
なお、鋼板１及び裏当金２にはＳＭ４９０Ａを使用したが、鋼板１の開先面及び裏当金２の表面には、試験を行うフラックス入りワイヤを用いて２層以上、かつ３ｍｍ以上のバタリングを実施して使用した。
【００７４】
【表１】
2014014833.tif 000003
【００７５】
【表２】
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【００７６】
【表３−１】
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【表３−２】
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【表３−３】
2014014833.tif 000007
【表３−４】
2014014833.tif 000008
【００７７】
得られた溶接金属３から、図３に示すように、ＪＩＳ  Ｚ３１１１に準拠したＡ１号引張り試験片（丸棒）５と４号シャルピー試験片（２ｍｍＶノッチ）４を採取し、それぞれの機械特性試験を行って、溶接金属の降伏強度、引張強度、破断伸び及びシャルピー吸収エネルギーを測定した。
また、溶接時に発生したスパッタ量を、日本溶接協会規格のＷＥＳ２８０７「マグ溶接の全スパッタ量測定方法」に準拠して測定を行った。
【００７８】
得られた機械特性の測定結果と評価結果を［表４−１］〜［表４−４］に示す。
なお、機械特性の評価は、引張強度が９５０ＭＰａ以上、破断伸びが１２％以上、且つ靭性が、−４０℃でのシャルピー衝撃試験で、吸収エネルギーが２７Ｊ以上であるものを合格とした。スパッタ量は、捕集量が０．５ｇ／ｍｉｎ以下を良好とした。
【００７９】
［表４−１］〜［表４−４］の試験結果に示されるように、本発明例である溶接番号Ａ１〜Ａ１０、Ｂ１〜Ｂ１０、Ｃ１〜Ｃ１０、Ｄ１〜Ｄ１０、Ｅ１〜Ｅ１０、Ｆ１〜Ｆ１０、Ｇ１〜Ｇ１０は、強度、伸び、靭性のすべてが優れ、スパッタの発生も少なく、合格であった。
一方、比較例である溶接番号Ａ１１〜Ａ１６、Ｂ１１〜Ｂ１６、Ｃ１１〜Ｃ１６、Ｄ１１〜Ｄ１６、Ｅ１１〜Ｅ１６、Ｆ１１〜Ｆ１６、Ｇ１１〜Ｇ１６は、本発明で規定するパルス溶接条件を満たしていないため、スパッタ量が増加したり、溶接作業性不良により特性の評価ができなかったりして、いずれも総合判定で不合格となった。
また、同じく比較例であるワイヤ番号Ｈ１〜Ｍ１は、フラックス組成、合金成分について本発明で規定する要件を満たしていないため、強度、伸び、靭性を満足できなかったため、いずれも総合判定で不合格となった。
【００８０】
溶接番号Ａ１１、Ｂ１１、Ｃ１１、Ｄ１１、Ｅ１１、Ｆ１１、Ｇ１１は、パルスピーク電流が本発明範囲よりも低いため、溶滴移行状態が不安定となりスパッタ量が多く、ビード形状も不良のため評価できず不合格となった。
溶接番号Ａ１２、Ｂ１２、Ｃ１２、Ｄ１２、Ｅ１２、Ｆ１２、Ｇ１２は、パルスピーク電流が本発明範囲よりも高いため、アークが不安定となりスパッタ量が多く、ビード形状も不良のため評価できず不合格となった。
溶接番号Ａ１３、Ｂ１３、Ｃ１３、Ｄ１３、Ｅ１３、Ｆ１３、Ｇ１３は、パルスピーク期間が本発明範囲を下回るため、アークが不安定となりスパッタ量が多く、ビード形状も不良のため評価できず不合格となった。
【００８１】
溶接番号Ａ１４、Ｂ１４、Ｃ１４、Ｄ１４、Ｅ１４、Ｆ１４、Ｇ１４は、パルスピーク期間が本発明範囲を超えるため、アークが不安定となりスパッタ量が多く、ビード形状も不良のため評価できず不合格となった。
溶接番号Ａ１５、Ｂ１５、Ｃ１５、Ｄ１５、Ｅ１５、Ｆ１５、Ｇ１５は、パルスベース電流が本発明範囲よりも低いため、溶滴移行状態が不安定となりスパッタ量が多く、ビード形状も不良のため評価できず不合格となった。
溶接番号Ａ１６、Ｂ１６、Ｃ１６、Ｄ１６、Ｅ１６、Ｆ１６、Ｇ１６は、パルスベース電流が本発明範囲よりも高いため、アークが不安定となりスパッタ量が多く、ビード形状も不良のため評価できず不合格となった。
【００８２】
溶接番号Ｈ１は、ワイヤに含まれる弗化物が本発明範囲よりも少ないため、延性低下割れを抑制できずに破断伸びが低値となり、靭性も低値となり不合格となった。
溶接番号Ｉ１は、金属弗化物／金属酸化物の比が、本発明範囲よりも小さいため延性低下割れを抑制できず、伸びが低値となり不合格となった。
溶接番号Ｊ１は、Ｃが本発明範囲よりも少ないため、引張強度が低値となり不合格となった。
溶接番号Ｋ１は、Ｍｎが本発明範囲よりも少ないため、伸びが低値となり不合格となった。また、溶接番号Ｌ１は、Ｍｎが本発明範囲よりも多いため、伸びが低値となり不合格となった。
溶接番号Ｍ１は、Ｖが本発明範囲よりも少ないため延性低下割れを抑制できず、伸びが低値となり不合格となった。
【００８３】
【表４−１】
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【表４−２】
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【表４−３】
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【表４−４】
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【符号の説明】
【００８４】
１    鋼板
２    裏当金
３    溶接ビード
４    ２ｍｍＶノッチシャルピー衝撃試験片
５    丸棒引張り試験片
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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