(57)【要約】【課題】すみ肉溶接において、溶接作業性に優れ、耐気孔性、ビード形状及びスラグ剥離性の全てが良好なガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤを提供する。【解決手段】ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤを、ワイヤ全質量あたり、Ｔｉ：１．０〜４．０質量％、Ｓｉ：０．５〜２．５質量％、Ｚｒ：０．１〜０．６質量％、Ｍｎ：２．０〜３．０質量％、Ｃ：０．０２〜０．１０質量％、Ｓ：０．００５〜０．０３０質量％、Ｂｉ：０．００５〜０．０４０質量％、Ｎａ：０．０１〜０．２０質量％、Ｋ：０．０１〜０．２０質量％、Ｆ：０．０１〜０．２０質量％、Ａｌ：０．０５〜０．５０質量％、Ｍｇ：０．０５〜０．５０質量％を含有すると共に、数式（Ｉ）〜（III）を満たす組成にする。 2014184481.tif 000016【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼製外皮内にフラックスが充填されたガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤであって、
ワイヤ全質量あたり、
Ｔｉ及びＴｉ化合物（Ｔｉ換算値）：１．０〜４．０質量％、
Ｓｉ及びＳｉ化合物（Ｓｉ換算値）：０．５〜２．５質量％、
Ｚｒ及びＺｒ化合物（Ｚｒ換算値）：０．１〜０．６質量％、
Ｍｎ：２．０〜３．０質量％、
Ｃ：０．０２〜０．１０質量％、
Ｓ：０．００５〜０．０３０質量％、
Ｂｉ及びＢｉ化合物（Ｂｉ換算値）：０．００５〜０．０４０質量％、
Ｎａ化合物（Ｎａ換算値）：０．０１〜０．２０質量％、
Ｋ化合物（Ｋ換算値）：０．０１〜０．２０質量％、
Ｆ化合物（Ｆ換算値）：０．０１〜０．２０質量％、
Ａｌ及びＡｌ化合物（Ａｌ換算値）：０．０５〜０．５０質量％、
Ｍｇ及びＭｇ化合物（Ｍｇ換算値）：０．０５〜０．５０質量％、
を含有すると共に、
Ｎａ化合物含有量（Ｎａ換算値）を［Ｎａ］、Ｋ化合物含有量（Ｋ換算値）を［Ｋ］、Ｆ化合物含有量（Ｆ換算値）を［Ｆ］、Ｓｉ及びＳｉ化合物の総含有量（Ｓｉ換算値）を［Ｓｉ］、Ｂｉ及びＢｉ化合物の総含有量（Ｂｉ換算値）を［Ｂｉ］、Ｓ含有量を［Ｓ］としたとき、下記数式（Ｉ）〜（III）を満たし、
すみ肉溶接に用いられるガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
2014184481.tif 000015
【請求項２】
ワイヤ全質量あたり、Ｂ及びＢ化合物（Ｂ換算値）：０．００９０質量％以下を含有することを特徴とする請求項１に記載のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
【請求項３】
軟鋼、高張力鋼又は低合金鋼の水平すみ肉溶接に用いられることを特徴とする請求項１又は２に記載のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤに関する。より詳しくは、すみ肉溶接に用いられるガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤに関する。
【背景技術】
【０００２】
船舶や橋梁などの分野では、すみ肉溶接が適用されることが多い。また、一般に、船舶や橋梁などの大型構造物には、製作期間中の発錆を防止するために、一次防錆塗料が塗布されたプライマ塗装鋼材が使用される。しかしながら、プライマ塗装鋼材をすみ肉溶接する場合、防錆塗料の影響により、ピット、ガス溝及びブローホールなどの気孔が発生しやすく、また、アークが不安定となりやすいため、ビード形状やスラグ剥離性が劣化するという問題がある。
【０００３】
このような気孔発生、ビード形状及びスラグ剥離性の劣化は、手直し作業やスラグ除去作業の増加を招くことから、すみ肉溶接の自動化及び高能率化を図る上で大きな障害となっている。そこで、従来、プライマ塗装鋼材のすみ肉溶接に関して、耐気孔性、ビード形状及びスラグ剥離性などの特性を改善するため、種々の提案がなされている（例えば、特許文献１〜３参照。）
【０００４】
特許文献１に記載のフラックス入りワイヤでは、ＺｒＯ２をスラグ形成剤の主要成分とすることにより、耐気孔（耐ピット）性向上を図っている。一方、特許文献２に記載のフラックス入りワイヤでは、プライマ膜厚が厚いプライマ塗装鋼板の水平すみ肉溶接において耐気孔性を得るため、ＴｉＯ２を主成分とすると共に、ＳｉＯ２−ＺｒＯ２量を適正な範囲にしている。また、特許文献３に記載のフラックス入りワイヤは、耐気孔性を向上させると共に、ビード形状及びビード外観を良好に維持するために、フッ素源の少なくとも一部として合成フッ素雲母を用いている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−９５５５０号公報
【特許文献２】特開２０１３−１８０３１号公報
【特許文献３】特開２０１１−６２７４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前述した従来のフラックス入りワイヤは、プライマ塗装鋼材のすみ肉溶接において、全ての特性を満足するものではない。例えば、特許文献１に記載のフラックス入りワイヤは、主成分としているＺｒＯ２が高融点で高粘度の酸化物であるため、スラグ粘度の調整が難しく、最適な領域が狭い。また、このフラックス入りワイヤは、断面形態によっては、製造中、保管中又は使用中のフラックス吸湿により、耐気孔性が劣化しやすいという問題点もある。
【０００７】
一方、特許文献２に記載のフラックス入りワイヤでは、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２及びＭｎ／Ｓｉの比を限定することにより耐気孔性向上を図っているが、耐気孔性以外の性能については十分とは言えない。また、特許文献３に記載のフラックス入りワイヤは、Ｎａ量、Ｋ量及びＦ量を特定することで、目的とする効果が得られているが、アークの安定性及びそれに伴うスラグ剥離性の劣化について、改善が求められている。
【０００８】
そこで、本発明は、すみ肉溶接において、溶接作業性に優れ、耐気孔性、ビード形状及びスラグ剥離性の全てが良好なガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤを提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係るガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、鋼製外皮内にフラックスが充填されたガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤであって、ワイヤ全質量あたり、Ｔｉ及びＴｉ化合物（Ｔｉ換算値）：１．０〜４．０質量％、Ｓｉ及びＳｉ化合物（Ｓｉ換算値）：０．５〜２．５質量％、Ｚｒ及びＺｒ化合物（Ｚｒ換算値）：０．１〜０．６質量％、Ｍｎ：２．０〜３．０質量％、Ｃ：０．０２〜０．１０質量％、Ｓ：０．００５〜０．０３０質量％、Ｂｉ及びＢｉ化合物（Ｂｉ換算値）：０．００５〜０．０４０質量％、Ｎａ化合物（Ｎａ換算値）：０．０１〜０．２０質量％、Ｋ化合物（Ｋ換算値）：０．０１〜０．２０質量％、Ｆ化合物（Ｆ換算値）：０．０１〜０．２０質量％、Ａｌ及びＡｌ化合物（Ａｌ換算値）：０．０５〜０．５０質量％、Ｍｇ及びＭｇ化合物（Ｍｇ換算値）：０．０５〜０．５０質量％を含有すると共に、Ｎａ化合物含有量（Ｎａ換算値）を［Ｎａ］、Ｋ化合物含有量（Ｋ換算値）を［Ｋ］、Ｆ化合物含有量（Ｆ換算値）を［Ｆ］、Ｓｉ及びＳｉ化合物の総含有量（Ｓｉ換算値）を［Ｓｉ］、Ｂｉ及びＢｉ化合物の総含有量（Ｂｉ換算値）を［Ｂｉ］、Ｓ含有量を［Ｓ］としたとき、下記数式１〜３を満たし、すみ肉溶接に用いられるものである。
【００１０】
【数１】
2014184481.tif 000002
【００１１】
【数２】
2014184481.tif 000003
【００１２】
【数３】
2014184481.tif 000004
【００１３】
本発明のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、ワイヤ全質量あたり、Ｂ及びＢ化合物（Ｂ換算値）：０．００９０質量％以下を含有していてもよい。
また、本発明のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、例えば軟鋼、高張力鋼又は低合金鋼の水平すみ肉溶接に用いられる。
【００１４】
なお、フラックス入りワイヤに含有される各成分の量は、Ｃ及びＳは燃焼−赤外線吸収法で、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｍｇ及びＢはＩＣＰ発光分光分析方法で、Ｂｉ、Ｎａ及びＫは原子吸光分析方法で、Ｆは中和滴定法で、それぞれ測定することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、すみ肉溶接において、溶接作業性に優れ、耐気孔性、ビード形状及びスラグ剥離性の全てが良好なフラックス入りワイヤを実現することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
前述したように、ＺｒＯ２は、スラグ粘度の調整が難しく、最適な領域が狭い傾向にある。このため、本発明者は、耐気孔性、ビード形状、スラグ剥離性が良好なガスシールドアークすみ肉溶接用フラックス入りワイヤの実現を目的とし、よりスラグ粘度を調整しやすいＴｉＯ２を主体とするスラグ形成剤について、鋭意検討を行い、最適な成分範囲を見出した。しかし、全ての元素が適正範囲となっているにもかかわらず、目的の特性が得られないケースが散見された。
【００１７】
そこで、本発明者は、さらに鋭意検討を重ね、耐気孔性やビード形状の安定化には、溶融スラグ及び溶融池の粘性を調整することが有効であることを見出した。そして、溶融スラグ及び溶融池の粘性の調整に効果的な元素であるＮａ、Ｋ、Ｆ、Ｓｉ、Ｂｉ及びＳに着目し、ワイヤ全体におけるＮａ量、Ｋ量及びＦ量とそのバランス、並びにＳｉ量、Ｂｉ量及びＳ量とそのバランスを、特定の範囲にすることにより、目的の特性が得られることを見出した。
【００１８】
以下、本発明を実施するための形態について、詳細に説明する。本実施形態のフラックス入りワイヤは、鋼製外皮にフラックスを充填したものであり、その外径は、例えば０．９〜２．０ｍｍである。また、フラックス充填率は、ワイヤ中の各成分が本発明の範囲内であれば、任意の値に設定することができるが、ワイヤの伸線性及び溶接時の作業性（送給性など）の観点から、ワイヤ全質量の１０〜２０質量％とすることが好ましい。
【００１９】
本実施形態のフラックス入りワイヤは、ワイヤ全質量あたり、Ｔｉ及びＴｉ化合物（Ｔｉ換算値）：１．０〜４．０質量％、Ｓｉ及びＳｉ化合物（Ｓｉ換算値）：０．５〜２．５質量％、Ｚｒ及びＺｒ化合物（Ｚｒ換算値）：０．１〜０．６質量％、Ｍｎ：２．０〜３．０質量％、Ｃ：０．０２〜０．１０質量％、Ｓ：０．００５〜０．０３０質量％、Ｂｉ及びＢｉ化合物（Ｂｉ換算値）：０．００５〜０．０４０質量％、Ｎａ化合物（Ｎａ換算値）：０．０１〜０．２０質量％、Ｋ化合物（Ｋ換算値）：０．０１〜０．２０質量％、Ｆ化合物（Ｆ換算値）：０．０１〜０．２０質量％、Ａｌ及びＡｌ化合物（Ａｌ換算値）：０．０５〜０．５０質量％、Ｍｇ及びＭｇ化合物（Ｍｇ換算値）：０．０５〜０．５０質量％を含有する。
【００２０】
また、本実施形態のフラックス入りワイヤは、Ｎａ化合物含有量（Ｎａ換算値）を［Ｎａ］、Ｋ化合物含有量（Ｋ換算値）を［Ｋ］、Ｆ化合物含有量（Ｆ換算値）を［Ｆ］、Ｓｉ及びＳｉ化合物の総含有量（Ｓｉ換算値）を［Ｓｉ］、Ｂｉ及びＢｉ化合物の総含有量（Ｂｉ換算値）を［Ｂｉ］、Ｓ含有量を［Ｓ］としたとき、下記数式４〜６を満たす。そして、本実施形態のフラックス入りワイヤは、ガスシールドアーク溶接によるすみ肉溶接に用いられる。
【００２１】
【数４】
2014184481.tif 000005
【００２２】
【数５】
2014184481.tif 000006
【００２３】
【数６】
2014184481.tif 000007
【００２４】
次に、本実施形態のフラックス入りワイヤに含有される各成分の数値限定理由について説明する。
【００２５】
［Ｔｉ及びＴｉ化合物（Ｔｉ換算値）：１．０〜４．０質量％］
Ｔｉは、金属又は合金の形態、及び酸化物や金属間化合物などの化合物の形態で添加される。また、本実施形態のフラックス入りワイヤにおけるＴｉ源の具体例としては、金属Ｔｉ、Ｆｅ−Ｔｉ、ＴｉＯ２、ＦｅＴｉＯ３、ＢａＴｉＯ３などが挙げられる。
【００２６】
金属又は合金の形態で添加されたＴｉは、脱酸作用によりＴｉＯ２を生成する。ＴｉＯ２などのＴｉ酸化物は、スラグ形成剤として作用するが、Ｔｉ及びＴｉ化合物の総含有量が１．０質量％未満であると、その作用が不十分となり、スラグ包皮性及びスラグ剥離性が低下して、ビード形状及びビード外観が劣化する。一方、Ｔｉ及びＴｉ化合物の総含有量が４．０質量％を超えると、スラグ形成厚さが過剰となり、耐気孔性が劣化する。よって、Ｔｉ及びＴｉ化合物の総含有量は、Ｔｉ換算で、１．０〜４．０質量％とする。
【００２７】
Ｔｉ及びＴｉ化合物の総含有量は、スラグ形成剤としての作用向上の観点から、１．３質量％以上であることが好ましく、より好ましくは１．５質量％以上である。一方、耐気孔性向上の観点からは、Ｔｉ及びＴｉ化合物の総含有量は、３．０質量％以下であることが好ましく、より好ましくは２．５質量％以下である。
【００２８】
［Ｓｉ及びＳｉ化合物（Ｓｉ換算値）：０．５〜２．５質量％］
Ｓｉも、金属、合金又は各種化合物の形態で添加され、本実施形態のフラックス入りワイヤにおけるＳｉ源の具体例としては、鋼製外皮に含有されるＳｉ、フラックスに含有されるＦｅ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｎ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｇ、ＲＥＭ−Ｃａ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ、ＳｉＯ２、ＺｒＳｉＯ３、Ｋ２ＳｉＦ６及びＭｇＳｉＯ３などが挙げられる。
【００２９】
化合物の形態で添加されたＳｉは、溶融スラグ界面において溶融金属との酸化還元反応により還元され、溶融金属中では金属Ｓｉとして存在する。この金属Ｓｉには、溶融池の粘性を上げる効果がある。一方、溶融スラグ中では、脱酸作用により、流動性を増加させる効果があるＳｉＯ２が生成する。
【００３０】
このように、ワイヤ中のＳｉ成分は、水平すみ肉姿勢での溶接において、溶融金属及び溶融スラグの両面から、ビード形状への影響が大きい。具体的には、Ｓｉ及びＳｉ化合物の総含有量が０．５質量％未満の場合、溶融池の粘性が下がる一方で、溶融スラグの流動性が低下するため、ビード形状が不安定になる。また、Ｓｉ及びＳｉ化合物の総含有量が２．５質量％を超えると、溶融金属の粘性が上がる一方で、溶融スラグの流動性が増加するため、ビード形状が凸ビードとなる。よって、Ｓｉ及びＳｉ化合物の総含有量は、Ｓｉ換算で、０．５〜２．５質量％とする。
【００３１】
Ｓｉ及びＳｉ化合物の総含有量は、ビード形状の安定化の観点から、０．９質量％以上が好ましく、より好ましくは１．１質量％以上である。一方、ビード形状改善の観点からは、Ｓｉ及びＳｉ化合物の総含有量は、２．０質量％以下が好ましく、より好ましくは１．６質量％以下である。
【００３２】
［Ｚｒ及びＺｒ化合物（Ｚｒ換算値）：０．１〜０．６質量％］
Ｚｒも、金属、合金又は化合物の形態で添加され、本実施形態のフラックス入りワイヤにおけるＺｒ源の具体例としては、金属Ｚｒ、Ｆｅ−Ｚｒ及びＺｒＯ２などが挙げられる。金属又は合金の形態で添加されたＺｒは、脱酸作用によりＺｒＯ２を生成する。そして、ＺｒＯ２などのＺｒ酸化物は、水平すみ肉溶接において、ビードのなじみ性を向上させる効果がある。
【００３３】
ただし、Ｚｒ及びＺｒ化合物の総含有量が０．１質量％未満の場合、なじみ性向上の効果が低下する。また、Ｚｒ及びＺｒ化合物の総含有量が０．６質量％を超えると、スラグの凝固温度が高くなると共に、スラグの粘度も高くなるため、溶接金属中のガスが大気に放出されずにスラグに閉じ込められ、耐気孔性が劣化する。よって、Ｚｒ及びＺｒ化合物の総含有量は、Ｚｒ換算で、０．１〜０．６質量％とする。
【００３４】
Ｚｒ及びＺｒ化合物の総含有量は、ビードのなじみ性向上の観点から、０．１５質量％以上が好ましく、より好ましくは０．２質量％以上である。一方、耐気孔性向上の観点からは、Ｚｒ及びＺｒ化合物の総含有量は、０．５質量％以下であることが好ましく、より好ましくは０．４質量％以下である。
【００３５】
［Ｍｎ：２．０〜３．０質量％］
Ｍｎは、溶接金属の脱酸を促進すると共に、溶接金属の靭性及び強度を高める効果も有している。しかし、Ｍｎ含有量が２．０質量％未満であると、その効果が不十分となり、溶接金属の強度及び靭性が劣化する。また、Ｍｎ含有量が３．０質量％を超えると、強度が必要以上に高くなり、靭性が劣化する。よって、Ｍｎ含有量は２．０〜３．０質量％とする。Ｍｎ含有量は、溶接金属の強度及び靭性向上の観点から、２．２質量％以上であることが好ましく、また、溶接金属の強度と靭性のバランスの観点から、２．８質量％以下であることが好ましい。
【００３６】
［Ｃ：０．０２〜０．１０質量％］
Ｃは、溶接金属の強度を向上させる効果を有する。しかし、Ｃ含有量が０．０２質量％未満の場合、その効果が十分に得られず、溶接金属の強度が不足すると共に、靭性も劣化する。一方、Ｃ含有量が０．１０質量％を超えると、アークが集中しすぎてアンダカットが発生しやすくなる。よって、Ｃ含有量は０．０２〜０．１０質量％とする。Ｃ含有量は、溶接金属の強度及び靭性向上の観点から、０．０３質量％以上であることが好ましく、また、アンダカットの抑制の観点から、０．０８質量％以下であることが好ましい。
【００３７】
［Ｓ：０．００５〜０．０３０質量％］
Ｓは、溶接金属の靭性を低下させるため、従来は、その含有量を低減する規制元素として扱われていた。一方、本発明者は、Ｓが、溶融池の粘性及び表面張力の調整に非常に効果的な元素であることを発見した。そこで、本実施形態のフラックス入りワイヤでは、Ｓを、溶融池の粘性を下げて、溶接時に発生したガスの放出を促進すると共に、ビード止端部のなじみをよくするために、積極的に添加する。
【００３８】
しかし、Ｓ含有量が０．００５質量％未満の場合、溶融池の粘性が高くなり、耐気孔性が劣化すると共に、ビードのなじみ性も低下する。また、Ｓ含有量が０．０３０質量％を超えると、溶接金属の靭性が低下する。よって、Ｓ含有量は０．００５〜０．０３０質量％とする。Ｓ含有量は、耐気孔性の観点から、０．００８質量％以上であることが好ましく、０．０１０質量％よりも多いことがより好ましい。一方、溶接金属の靭性確保の観点からは、Ｓ含有量は、０．０２５質量％以下にすることが好ましい。
【００３９】
［Ｂｉ及びＢｉ化合物（Ｂｉ換算値）：０．００５〜０．０４０質量％］
Ｂｉも、金属、合金又は化合物の形態で添加され、本実施形態のフラックス入りワイヤにおけるＢｉ源の具体例としては、金属Ｂｉ及びＢｉ２Ｏ３などが挙げられる。Ｂｉ及びＢｉ化合物は、スラグ剥離性を向上させる効果に加えて、溶融池の粘度調整にも効果的な元素である。更に、Ｂ及びＢｉ化合物には、前述したＳと同様に、溶接時に発生したガスの放出を促進する効果もある。
【００４０】
しかし、Ｂｉ及びＢｉ化合物の総含有量が０．００５質量％未満の場合、溶融池の粘性が高くなり、耐気孔性が劣化する。また、Ｂｉ及びＢｉ化合物の総含有量が０．０４０質量％を超えると、溶接金属の靭性が低下する。よって、Ｂｉ及びＢｉ化合物の総含有量は、Ｂｉ換算で、０．００５〜０．０４０質量％とする。
【００４１】
Ｂｉ及びＢｉ化合物の総含有量は、耐気孔性の観点から、０．００８質量％以上が好ましく、より好ましくは０．０１２質量％以上である。また、溶接金属の靭性確保の観点からは、Ｂｉ及びＢｉ化合物の総含有量は、０．０３０質量％以下にすることが好ましい。
【００４２】
［Ｎａ化合物（Ｎａ換算値）：０．０１〜０．２０質量％］
本実施形態のフラックス入りワイヤにおけるＮａ化合物の具体例としては、ＮａＦ、Ｎａ２Ｏ及びＮａ２ＣＯ３などが挙げられる。Ｎａには、アークを安定させる効果がある。また、Ｎａは、溶融スラグの粘性と融点を下げる効果もあり、溶接時に発生したガスを、溶融スラグを通過させて、大気に放出するために有効な元素である。
【００４３】
しかし、Ｎａ化合物含有量が０．０１質量％未満であると、溶融スラグの粘性が高くなり、耐気孔性が劣化する。また、Ｎａ化合物含有量が０．２０質量％を超えると、耐吸湿性が低下し、耐気孔性が劣化する。よって、Ｎａ化合物含有量は、Ｎａ換算で、０．０１〜０．２０質量％とする。Ｎａ化合物含有量は、溶融スラグの粘性の観点から、０．０３質量％以上が好ましく、より好ましくは０．０６質量％以上である。また、耐吸湿性の観点からは、Ｎａ含有量は、０．１８質量％以下が好ましく、より好ましくは０．１６質量％以下である。
【００４４】
［Ｋ化合物（Ｋ換算値）：０．０１〜０．２０質量％］
本実施形態のフラックス入りワイヤにおけるＫ化合物の具体例としては、Ｋ２Ｏ、ＫＦ及びＫ２ＳｉＦ６などが挙げられる。Ｋも、Ｎａと同様に、アークを安定させる効果と溶融スラグの粘性と融点を下げる効果がある。
【００４５】
しかし、Ｋ化合物含有量が０．０１質量％未満であると、溶融スラグの粘性が高くなり、耐気孔性が劣化する。また、Ｋ化合物含有量が０．２０質量％を超えると、耐吸湿性が低下し、耐気孔性が劣化する。よって、Ｋ化合物含有量は、Ｋ換算で、０．０１〜０．２０質量％とする。Ｋ含有量は、溶融スラグの粘性の観点から、０．０３質量％以上が好ましく、より好ましくは０．０６質量％以上である。また、耐吸湿性の観点からは、Ｋ含有量は、０．１８質量％以下が好ましく、より好ましくは０．１６質量％以下である。
【００４６】
［Ｆ化合物（Ｆ換算値）：０．０１〜０．２０質量％］
本実施形態のフラックス入りワイヤにおけるＦ化合物の具体例としては、ＣａＦ２、ＢａＦ２、ＮａＦ、Ｋ２ＳｉＦ６、ＳｒＦ２、ＡｌＦ３，ＭｇＦ２及びＬｉＦなどが挙げられる。Ｆは、ＮａやＫと同様に、溶融スラグの粘性を下げる効果がある。また、Ｆには、溶接時にＨと結合してＨＦを形成し、溶融金属中の水分を低減させる効果もあり、耐気孔性の向上に非常に有効な成分である。
【００４７】
しかし、Ｆ化合物含有量が０．０１質量％未満の場合、前述した効果が得られず、耐気孔性が劣化する。また、Ｆ化合物含有量が０．２０質量％を超えると、溶融スラグの粘度が著しく低下し、上脚部のスラグ包皮性が低下し、ビード形状が劣化すると共に、スラグ剥離性も劣化する。よって、Ｆ化合物含有量は、Ｆ換算で、０．０１〜０．２０質量％とする。
【００４８】
Ｆ含有量は、耐気孔性の観点から、０．０２質量％以上が好ましく、より好ましくは０．０５質量％以上である。また、溶融スラグの粘度の観点からは、Ｆ含有量は、０．１８質量％以下が好ましく、より好ましくは０．１６質量％以下である。
【００４９】
［Ａｌ及びＡｌ化合物（Ａｌ換算値）：０．０５〜０．５０質量％］
Ａｌは、金属又は合金の形態、及び酸化物や金属間化合物などの化合物の形態で添加される。本実施形態のフラックス入りワイヤにおけるＡｌ源の具体例としては、鋼製外皮に含有される金属Ａｌ、フラックスに含有される金属Ａｌ、Ｆｅ−Ａｌ、Ａｌ−Ｍｇ、Ａｌ２Ｏ３及びＡｌＦ３などが挙げられる。
【００５０】
Ａｌは、金属又は合金の形態で、強力な脱酸剤として添加されることが多く、脱酸作用によりＡｌ２Ｏ３を生成する。そして、Ａｌ２Ｏ３などのＡｌ酸化物は、スラグの凝固点を上昇させる効果がある。しかし、Ａｌ及びＡｌ化合物の総含有量が０．０５質量％未満の場合、溶接ビード止端部のなじみ性が低下する傾向にある。また、Ａｌ及びＡｌ化合物の総含有量が０．５０質量％を超えると、スラグの凝固点が高くなり、耐気孔性が劣化する傾向にある。よって、Ａｌ及びＡｌ化合物の総含有量は、Ａｌ換算で、０．０５〜０．５０質量％とする。
【００５１】
Ａｌ及びＡｌ化合物の総含有量は、溶接ビード止端部のなじみ性の観点から、０．１０質量％以上とすることが好ましく、より好ましくは０．１５質量％以上である。また、スラグの凝固点の観点からは、Ａｌ及びＡｌ化合物の総含有量は、０．４５質量％以下であることが好ましく、より好ましくは０．４０質量％以下である。
【００５２】
［Ｍｇ及びＭｇ化合物（Ｍｇ換算値）：０．０５〜０．５０質量％］
Ｍｇも、金属、合金又は化合物の形態で添加され、本実施形態のフラックス入りワイヤにおけるＭｇ源の具体例としては、金属Ｍｇ、Ａｌ−Ｍｇ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｇ、Ｎｉ−Ｍｇ、ＭｇＯ、ＭｇＣＯ３、ＭｇＳｉＯ３及びＭｇＦ２などが挙げられる。Ｍｇは、金属又は合金の形態で、強力な脱酸剤として添加されることが多く、脱酸作用によりＭｇＯを生成する。そして、ＭｇＯなどのＭｇ酸化物は、スラグの凝固点を上昇させる効果がある。
【００５３】
しかし、Ｍｇ及びＭｇ化合物の総含有量が０．０５質量％未満の場合、溶接ビード止端部のなじみ性が低下する傾向にある。また、Ｍｇ及びＭｇ化合物の総含有量が０．５０質量％を超えると、スラグの凝固点が高くなり、耐気孔性が劣化する傾向にある。よって、Ｍｇ及びＭｇ化合物の総含有量は、Ｍｇ換算で、０．０５〜０．５０質量％とする。
【００５４】
Ｍｇ及びＭｇ化合物の総含有量は、溶接ビード止端部のなじみ性の観点から、０．１０質量％以上とすることが好ましく、より好ましくは０．１５質量％以上である。また、スラグの凝固点の観点からは、Ｍｇ及びＭＧ化合物の総含有量は、０．４５質量％以下であることが好ましく、より好ましくは０．４０質量％以下である。
【００５５】
［（［Ｎａ］＋［Ｋ］）／［Ｆ］：１５以下］
前述したように、Ｎａ、Ｋ及びＦには、溶融スラグの粘性を下げ、耐気孔性を向上させる効果がある。一方、Ｎａ及びＫは、過度に添加すると、耐吸湿性を劣化させる懸念もある。これに対して、Ｆは、溶融金属中の水分を低減させる効果があり、耐気孔性の向上に非常に有効な成分である。
【００５６】
そこで、発明者は、Ｎａ化合物、Ｋ化合物及びＦ化合物の含有量について、更に検討を行い、Ｎａ化合物とＫ化合物の総含有量（［Ｎａ］＋［Ｋ］）と、Ｆ化合物含有量（［Ｆ］）との比を、特定の範囲にすることが有効であることを見出した。即ち、Ｎａ化合物とＫ化合物の合計量に対して、Ｆ化合物を適量添加することにより、Ｎａ及びＫ添加による耐吸湿性の劣化傾向を、Ｆ添加による溶融金属中の水分低減効果によって抑制することができ、目的とする耐気孔性能が得られることを発見した。
【００５７】
ここで、（［Ｎａ］＋［Ｋ］）／［Ｆ］が１５を超えると、Ｎａ化合物とＫ化合物の合計量に対して、Ｆ化合物が不足するため、耐気孔性が劣化する。よって、（［Ｎａ］＋［Ｋ］）／［Ｆ］は１５以下とする。（［Ｎａ］＋［Ｋ］）／［Ｆ］は、耐気孔性向上の観点から、１２以下であることが好ましく、より好ましくは１０以下である。
【００５８】
［［Ｎａ］／［Ｋ］：０．３〜４．０］
前述したように、Ｎａ及びＫには、アークを安定させる効果があるが、それぞれ作用が異なり、Ｎａはアークを集中させて安定化し、Ｋはアークを広げて安定化させる。本発明者は、このアーク特性に着目して鋭意検討した結果、Ｎａ化合物含有量（Ｎａ換算値）と、Ｋ化合物含有量（Ｋ換算値）の比（＝［Ｎａ］／［Ｋ］）を特定することにより、よりアーク特性を良好にして、ビード形状及びスラグ剥離性を向上できることを見出した。
【００５９】
しかし、［Ｎａ］／［Ｋ］が０．３未満の場合、アークが広がりすぎて、アンダカットが発生しやすくなり、スラグ剥離性が劣化する。また、［Ｎａ］／［Ｋ］が４．０を超えると、アークが集中しすぎるため、ビード形状が凸となる。よって、［Ｎａ］／［Ｋ］は０．３〜４．０とする。［Ｎａ］／［Ｋ］は、スラグ剥離性向上の観点から、０．５以上が好ましく、より好ましくは０．８以上である。また、ビード形状の観点から、［Ｎａ］／［Ｋ］は、３．５以下であることが好ましく、より好ましくは３．０以下である。
【００６０】
［［Ｓｉ］／（［Ｂｉ］＋［Ｓ］）：１０〜１１０］
前述したように、Ｓｉ、Ｂｉ及びＳは、溶融池の粘性調整に有効な元素であるが、その作用が異なり、Ｓｉは溶融池の粘性を高め、Ｂｉ及びＳは溶融池の粘性を下げる。本発明者が鋭意検討した結果、目的の特性を確保するためには、Ｓｉ、Ｂｉ及びＳのバランスが重要であることを見出した。
【００６１】
Ｓｉ及びＳｉ化合物の総含有量（Ｓｉ換算値）と、Ｂｉ及びＢｉ化合物の総含有量（Ｂｉ換算値）並びにＳ含有量の合計との比（＝［Ｓｉ］／（［Ｂｉ］＋［Ｓ］）が１０未満の場合、溶融池の粘性が低くなりすぎて、ビード形状が不安定となる。一方、［Ｓｉ］／（［Ｂｉ］＋［Ｓ］）が１１０を超えると、溶融池の粘性が高くなりすぎて、溶接時に発生したガスがうまく放出されず、耐気孔性が劣化する。よって、［Ｓｉ］／（［Ｂｉ］＋［Ｓ］）は１０〜１１０とする。
【００６２】
［Ｓｉ］／（［Ｂｉ］＋［Ｓ］）は、ビード形状の安定化の観点から、２０以上であることが好ましく、より好ましくは２５以上である。また、耐気孔性の観点から、［Ｓｉ］／（［Ｂｉ］＋［Ｓ］）は８５以下であることが好ましく、より好ましくは５０以下である。
【００６３】
［Ｂ及びＢ化合物（Ｂ換算値）：０．００９０質量％以下］
本実施形態のフラックス入りワイヤは、必要に応じて、前述した各成分に加えて、Ｂ（金属又は合金）及び／又はＢ化合物を添加することができる。Ｂ及びＢ化合物は、その多くがＢ２Ｏ３となりスラグ形成剤として作用するが、一部は溶接金属中に留まり、溶接金属の靭性を向上させる。しかし、Ｂ及びＢ化合物の総含有量が０．００９０質量％を超えると、溶接金属の強度が高くなり、靭性が劣化する。そこで、Ｂ及びＢ化合物を添加する場合は、Ｂ換算値で、０．００９０質量％以下とすることが好ましい。
【００６４】
Ｂ及びＢ化合物を添加する場合は、溶接金属の靭性の観点から、これらの総含有量を０．００１０質量％以上とすることが好ましく、また、０．００７０質量％以下とすることが好ましい。
【００６５】
［残部］
本実施形態のフラックス入りワイヤの成分組成における残部は、Ｆｅ、並びにＮｉ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｃａ、Ｎｂ、Ｖ、Ｌｉなどの合金剤及びその化合物、Ｐ、Ｓｂ、Ａｓなどの不可避的不純物である。なお、前述した各元素が酸化物や窒化物として添加された場合は、本実施形態のフラックス入りワイヤの残部には、ＯやＮも含まれる。
【００６６】
［製造方法］
本実施形態のフラックス入りワイヤを製造する際は、先ず、鋼製外皮内にフラックスを充填する。その際、外皮には、伸線加工性が良好な軟鋼や低合金鋼を使用することが好ましい。また、フラックスの組成及び充填率は、ワイヤ全体の組成が前述した範囲になるよう外皮の組成や厚さなどに応じて適宜調整することができる。なお、ワイヤの伸線性及び溶接時の作業性（送給性など）の観点からは、フラックスの充填率は、ワイヤ全質量の１０〜２０質量％とすることが好ましい。
【００６７】
次に、外皮内にフラックスが充填されたワイヤを、孔ダイスやローラダイスを用いて伸線することにより縮径し、例えば外径が０．９〜２．０ｍｍのフラックス入りワイヤを得る。
【００６８】
以上詳述したように、本実施形態のフラックス入りワイヤは、成分組成に加えて、Ｎａ量、Ｋ量及びＦ量とそのバランス、並びにＳｉ量、Ｂｉ量及びＳ量とそのバランスを特定しているため、溶接作業性を安定化させると共に、ビード形状及びスラグ剥離性を良好にすることができる。
【実施例】
【００６９】
以下、本発明の実施例及び比較例を挙げて、本発明の効果について具体的に説明する。本実施例においては、下記表１に示す組成の軟鋼からなる管状の外皮（直径１．４ｍｍ）にフラックスを充填し、実施例及び比較例のフラックス入りワイヤを作製した。このとき、フラックスの充填率は、ワイヤ全質量あたり、１０〜２０質量％の範囲になるようにした。
【００７０】
【表１】
2014184481.tif 000008
【００７１】
次に、実施例及び比較例の各フラックス入りワイヤを使用して、下記表２に示す組成の母材に対して、ガスシールドアーク溶接を行った。このとき、母材表面には、塗装（プライマ主成分：Ｚｎ、プライマ膜厚３０μｍ）を施しておいた。また、シールドガスとしては、ＣＯ２（１００％）を使用した。
【００７２】
【表２】
2014184481.tif 000009
【００７３】
そして、実施例及び比較例の各フラックス入りワイヤを使用したガスアーク溶接について、以下に示す方法で、溶接部の耐気孔性、ビード外観及び溶接部の機械的性質の評価を行った。
【００７４】
＜耐気孔性＞
耐気孔性の評価は、試験板として２枚の板状母材を使用し、一方の板材上に他方の板材を立て、実施例及び比較例の各フラックス入りワイヤを使用して、すみ肉部を水平すみ肉溶接することにより行った。その際、溶接条件は、溶接電流値を３００〜３１０Ａ（ＤＣ−ＥＰ）、溶接速度を７０ｍｍ／分、トーチ角度を４５°、前後退角を０°とし、目標脚長は５ｍｍとした。そして、２組の試験板について、同じ条件で、それぞれ試験板６００ｍｍ長を溶接した。
【００７５】
評価は、横板側の溶接部に発生したピット又はガス溝などの溶接欠陥の発生数を測定し、欠陥がなかった場合をきわめて良好（◎＋）、欠陥が１個の場合を非常に良好（◎）、欠陥の個数が２〜３個の場合を良好（○）、欠陥の数が４個以上を不良（×）とした。
【００７６】
＜ビード形状・外観＞
ビード形状・外観の評価は、前述した耐気孔性評価において水平すみ肉溶接した溶接部を観察し、溶接止端部のなじみ及び凸形状度合いについて視覚的に評価した。その際、溶接止端部のなじみがよいもの及び凸形状度合いが小さいものから、きわめて良好（◎＋）、非常に良好（◎）、良好（○）、不良（×）と4段階で判定した。また、アンダカットについては、０．２ｍｍ以下のものをきわめて良好（◎＋）とし、０．２ｍｍを超え０．３ｍｍ以下のものを非常に良好（◎）、０．３ｍｍを超え０．４ｍｍ以下のものを良好（○）と判定し、０．４ｍｍを超えるものを不良（×）とし、両判定で低い方を最終判定結果とした。
【００７７】
＜溶接部の機械的性質＞
溶接部の機械的性質については、実施例及び比較例の各フラックス入りワイヤを使用して６層１２パス下向き溶接した溶接部において、ＪＩＳ  Ｚ  ３１１１に規定されている衝撃試験を行い、その結果により評価した。その際、溶接電流値を２９０〜３２０Ａ（ＤＣ−ＥＰ）、パス間温度を１５０±１０℃とした。その結果、雰囲気温度０℃における衝撃値が７０Ｊ以上であったものを非常に良好（◎）、４７Ｊ以上７０Ｊ未満であったものを良好（○）、４７Ｊ未満を不良（×）とした。
【００７８】
以上の結果を、下記表３〜７に示す。なお、下記表３〜７に示すワイヤ成分の残部は、Ｆｅ、合金剤、不可避的不純物、酸化物に由来するＯ及び窒化物に由来するＮなどである。
【００７９】
【表３】
2014184481.tif 000010
【００８０】
【表４】
2014184481.tif 000011
【００８１】
【表５】
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【００８２】
【表６】
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【００８３】
【表７】
2014184481.tif 000014
【００８４】
上記表７に示す比較例Ｎｏ．１２７のワイヤは、Ｔｉの含有量が１．０質量％未満であるため、ビード外観・形状が劣化した。一方、比較例Ｎｏ．１２８のワイヤは、Ｔｉの含有量が４．０質量％を超えているため、耐気孔性が劣化した。また、比較例Ｎｏ．１２９のワイヤは、Ｓｉ含有量が０．５質量％未満であるため、ビード外観・形状が劣化した。一方、比較例Ｎｏ．１３０のワイヤは、Ｓｉ含有量が２．５質量％を超えているため、ビード外観・形状が劣化した。
【００８５】
比較例Ｎｏ．１３１のワイヤは、Ｚｒの含有量が０．１０質量％未満であるため、ビード外観・形状が劣化した。一方、比較例Ｎｏ．１３２のワイヤは、Ｚｒ含有量が０．６０質量％を超えているため、耐気孔性が劣化した。比較例Ｎｏ．１３３のワイヤは、Ｍｎの含有量が２．０質量％未満であるため、靭性が劣化した。一方、比較例Ｎｏ．１３４のワイヤは、Ｍｎ含有量が３．０質量％を超えているため、溶接金属の靭性が劣化した。
【００８６】
比較例Ｎｏ．１３５のワイヤは、Ｃ含有量が０．０２質量％未満であるため、溶接金属の靭性が劣化した。一方、比較例Ｎｏ．１３６のワイヤは、Ｃ含有量が０．１０質量％を超えているため、ビード外観・形状が劣化した。比較例Ｎｏ１３７のワイヤは、Ｓ含有量が０．００５質量％未満であるため、耐気孔性が劣化し、更にビード外観・形状も劣化した。一方、比較例Ｎｏ．１３８のワイヤは、Ｓ含有量が０．０３０質量％を超えているため溶接金属の靭性が劣化した。
【００８７】
比較例Ｎｏ．１３９のワイヤは、Ｂｉ含有量が０．００５質量％未満であるため、耐気孔性が劣化した。一方、比較例Ｎｏ．１４０のワイヤは、Ｂｉ含有量が０．０４０質量％を超えているため、溶接金属の靭性が劣化した。比較例Ｎｏ．１４１のワイヤは、Ｎａ化合物含有量が０．０１質量％未満であるため、耐気孔性が劣化した。一方、比較例Ｎｏ．１４２のワイヤは、Ｎａ化合物含有量が０．２０質量％を超えているため、耐気孔性が劣化した。
【００８８】
比較例Ｎｏ．１４３のワイヤは、Ｋ化合物含有量が０．０１質量％未満であるため、耐気孔性が劣化した。一方、比較例Ｎｏ．１４４のワイヤは、Ｋ化合物含有量が０．２０質量％を超えているため、耐気孔性が劣化した。比較例Ｎｏ．１４５のワイヤは、Ｆ化合物含有量が０．０１質量％未満であるため、耐気孔性が劣化した。一方、比較例Ｎｏ．１４６のワイヤは、Ｆ化合物含有量が０．２０質量％を超えているため、ビード外観・形状が劣化した。
【００８９】
比較例Ｎｏ．１４７のワイヤは、Ａｌ含有量が０．０５質量％未満であるため、ビード外観・形状が劣化した。一方、比較例Ｎｏ．１４８のワイヤは、Ａｌ含有量が０．５０質量％を超えているため、耐気孔性が劣化した。比較例Ｎｏ．１４９のワイヤは、Ｍｇ含有量が０．０５質量％未満であるため、ビード外観・形状が劣化した。一方、比較例Ｎｏ．１５０のワイヤは、Ｍｇ含有量が０．５０質量％を超えているため、耐気孔性が劣化した。
【００９０】
比較例Ｎｏ．１５１のワイヤは、（［Ｎａ］＋［Ｋ］）／［Ｆ］が１５を超えているため、耐気孔性が劣化した。比較例Ｎｏ．１５２のワイヤは、［Ｎａ］／［Ｋ］が０．３未満であるため、ビード外観・形状が劣化した。一方、比較例Ｎｏ．１５３のワイヤは、［Ｎａ］／［Ｋ］が４．０を超えているため、ビード外観・形状が劣化した。比較例Ｎｏ．１５４のワイヤは、［Ｓｉ］／（［Ｂｉ］＋［Ｓ］）が１０未満であったため、ビード外観・形状が劣化した。一方、比較例Ｎｏ．１５５のワイヤは、［Ｓｉ］／（［Ｂｉ］＋［Ｓ］）が１１０を超えているため、耐気孔性が劣化した。
【００９１】
比較例Ｎｏ．１５６のワイヤは、０．００９０質量％を超えてＢが添加されているため、溶接金属の靭性が劣化した。
【００９２】
これに対して、上記表３〜６に示す実施例Ｎｏ．１〜１２６のワイヤは、本発明の範囲を満足するものであるため、耐気孔性、ビード形状・外観、溶接部の機械的性質が良好であった。以上の結果から、本発明によれば、すみ肉溶接において、溶接作業性に優れ、耐気孔性、ビード形状及びスラグ剥離性の全てが良好なガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤが得られることが確認された。