(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２電極片面ガスシ−ルドア−ク溶接用フラックス入りワイヤにおいて、ワイヤ全重量に対して重量％でスラグ剤を０．５〜３．５％含有し、該スラグ剤中の金属弗化物を弗素換算でワイヤ全重量に対し０．１〜１．５％含有することを特徴とする２電極片面ガスシ−ルドア−ク溶接用フラックス入りワイヤ。
【請求項２】
合金成分として、ワイヤ全重量に対する重量％で、Ｎｉを０．８〜３．５％含有することを特徴とする請求項１記載の２電極片面ガスシ−ルドア−ク溶接用フラックス入りワイヤ。
【請求項３】
不純物成分として、ワイヤ全重量に対する重量％で、
Ｐ：０．０１５％以下、
Ｓ：０．０１％以下、
Ｎｂ：０．０１％以下、
Ｖ：０．０１％以下、
Ｐｂ  ０．００５％以下
であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の２電極片面ガスシ−ルドア−ク溶接用フラックス入りワイヤ。
【請求項４】
２電極片面ガスシールドアーク溶接の先行電極に用いることを特徴とする請求項１ないし３の内のいずれかに記載の２電極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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低温用鋼材の−４０℃以下における低温靭性に優れた溶接金属を得るための２電極片面ガスシ−ルドア−ク溶接用フラックス入りワイヤに係り、特に、良好な低温靭性が良好で、内部欠陥の発生量が少なく、形状の安定した裏波ビードが得られる高品質かつ高能率な溶接の可能な２電極片面ガスシ−ルドア−ク溶接用フラックス入りワイヤに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
片面溶接方法は、開先の一方側から溶接金属を積層する溶接法で、部材の反転が不要なことから溶接能率の著しい向上が図れ、造船や橋梁等の大型構造物の突き合わせ溶接に適用されている。片面溶接には、従来よりサブマ−ジア−ク溶接法が造船の板継溶接として実用化されている。一方、同様の大型鋼構造物であるＬＰＧ船、ＬＮＧ船、海洋構造物、さらには極寒冷地における橋梁等の建造にも片面溶接方法の適用が期待されているが、適用鋼材が比較的高強度であり、また従来の溶接材料では、低温靭性が不十分であると言う課題があり、片面溶接の適用はサブマージアーク溶接による一部の方法に限られていた。
【０００３】
片面溶接をガスシールドアーク溶接により行う例としては、特公平４−４５２７０号公報に太径のフラックス入りワイヤを用いた溶接方法の例が、また、特開平６−６４６号公報には、金属弗化物量とスラグ剤の総量を特定したフラックス入りワイヤを用いて行う片面ガスシールドアーク溶接方法が開示されている。これらは何れも高張力鋼の単電極の溶接方法である。
【０００４】
近年、片面ガスシールドアーク溶接を多電極で行うことによって溶接速度を高速化し、より高能率化を図る研究が進められており、フラックス入りワイヤを用いた２電極片面ガスシールドアーク溶接方法の例として、特開平９−２０６９４５号公報に、先行電極にソリッドワイヤ、後行電極にフラックス入りワイヤを用いた溶接方法例があるが、この方法も高張力鋼の性能レベルのものであり、−４０℃以下の低温靭性に優れた低温用鋼用の２電極片面ガスシールドアーク溶接用ワイヤの検討は行われていなかった。
【０００５】
このように、低温用鋼の２電極片面ガスシールドアーク溶接に従来の方法をそのまま用いた場合には、−４０℃以下の低温域における靭性を安定して得ることは困難であった。
【０００６】
また従来の低温用鋼用ＴｉＯ２系フラックス入りワイヤや塩基性フラックス入りワイヤをそのまま２電極片面ガスシールドアーク溶接の先行極に使用した場合には、スラグ巻き込み欠陥が発生し易くなる等の問題があったり、ソリッドワイヤやメタル系のフラックス入りワイヤでは、ビード形状が縦長となることにより高温割れが発生し易くなると共に、良好な低温靭性が得られない等の課題があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、−４０℃以下における低温靭性が良好で内部欠陥が無く、形状の安定した裏波ビードが得られる高品質かつ高能率の溶接が可能な２電極片面ガスシールドアーク溶接用フラックスりワイヤを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は以下の構成を要旨とする。
【０００９】
（１）  ２電極片面ガスシ−ルドア−ク溶接用フラックス入りワイヤにおいて、ワイヤ全重量に対して重量％でスラグ剤を０．５〜３．５％含有し、該スラグ剤中の金属弗化物を弗素換算でワイヤ全重量に対し０．１〜１．５％含有することを特徴とする２電極片面ガスシ−ルドア−ク溶接用フラックス入りワイヤ。
【００１０】
（２）  合金成分として、ワイヤ全重量に対する重量％で、Ｎｉを０．８〜３．５％含有することを特徴とする上記（１）記載の２電極片面ガスシ−ルドア−ク溶接用フラックス入りワイヤ。
【００１１】
（３）  不純物成分として、ワイヤ全重量に対する重量％で、Ｐ：０．０１５％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ｎｂ：０．０１％以下、Ｖ：０．０１％以下、Ｐｂ：０．００５％以下であることを特徴とする上記（１）または（２）２記載の２電極片面ガスシ−ルドア−ク溶接用フラックス入りワイヤ。
【００１２】
（４）  ２電極片面ガスシールドアーク溶接の先行電極に用いることを特徴とする上記（１）ないし（３）の内のいずれかに記載の２電極ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、低温用鋼の溶接に２電極片面ガスシールドアーク溶接法を適用することを検討し、種々の成分のソリッドワイヤおよびフラックス入りワイヤを用いて２電極の片面ガスシールドアーク溶接を行った。
【００１４】
図１は２電極片面ガスシールドアーク溶接法を示す図である。図１に示すように、２電極の片面ガスシールドアーク溶接法は、母材１間の溶接開先部に裏当材２を設置し、開先部を先行電極３と後行電極４とで矢印に示す溶接方向５の進行方向に溶接を行うものである。本発明の溶接試験では、試験材にＹＰ４００Ｎ／ｍｍ２級低温用鋼を母材として用い、表１に示す溶接条件により溶接長１５００ｍｍの２電極ＣＯ２ガスシールドアーク片面溶接を行った。
【００１５】
【表１】
0003589882.tif 000002
【００１６】
図２は、２電極片面ガスシールドアーク溶接法による溶接部の断面を示す図である。溶接試験の結果、先行電極に低温用鋼用ソリッドワイヤを用いた場合には、溶接金属の低温靭性が不足した。特に、２電極片面ガスシールドアーク溶接においては、図２に示すように先行電極による先行電極溶接金属６が後行電極の溶接熱エネルギーにより融点直下までの高温に再加熱域７で再加熱されることが特徴であるが、ソリッドワイヤを用いた場合は、先行電極によって形成された先行電極溶接金属６が、後行電極による後行電極溶接金属８を形成する際の熱によって再加熱域７で再加熱されて組織が粗大化し易く、先行電極溶接金属部の酸素レベルが高く、かつ溶接金属の焼き入れ性が高めの場合にはアッパーベイナイト組織を呈するため、優れた靭性が得られ難いことがわかった。
【００１７】
また、ＴｉＯ２系や塩基性系のスラグ剤量の多いタイプのフラックス入りワイヤを用いた場合には、裏波形状が不安定になると共に、後行電極のアークも不安定となり、また一部にはスラグ巻込み欠陥も発生した。そこで、２電極片面ガスシールドアーク溶接の先行電極に最適なワイヤを検討した結果、本発明の成分範囲に組成を規定したフラックス入りワイヤにより良好な溶接作業性と優れた溶接金属の低温靭性が得られることが判明した。
【００１８】
以下、本発明をその構成要件毎に詳説する。
【００１９】
先ず、ワイヤの形態をフラックス入りワイヤとしたのは、フラックスの作用により溶融プールを適正な組成および適正な量のスラグで被包させることによりスパッタの発生が少なくアークの安定を良好にする。さらに、先行電極によって形成された溶接金属の酸素量を３５０ｐｐｍ以下のレベルに低酸素化させ、溶接金属の強度レベルを適正に保持したままで組織を微細化させることにより低温靭性に優れた溶接金属を得るためである。
【００２０】
また、スラグ剤をワイヤ全重量に対する割合で、０．５〜３．５％としたのはスラグ剤が０．５％未満ではスラグの被包効果が得られず、スパッタ発生量が多くなり、その影響で裏ビードが乱れると共に、被包不足により溶接金属の酸素が増加して良好な低温靭性が得られないからである。一方、スラグ剤量が３．５％を超えた場合には、裏波ビード形状が不安定になると共に、後行電極側がスラグ過剰となりアークが不安定になりスラグ巻込み欠陥が生じ易くなるためである。なお、スラグ剤としてはＴｉＯ２系、塩基性系（Ｃａ化合物等）が好ましいが、他のスラグ剤を使用することも可能である。
【００２１】
金属弗化物を弗素換算でワイヤ全重量に対し０．１〜１．５％としたのは、金属弗化物の調整により被包スラグの塩基度を高め、かつ低融点で被包の良いスラグを薄く均一に形成させるためである。金属弗化物を弗素換算でワイヤ全重量に対し０．１％未満ではスラグの被包性が不足するために裏波ビード外観が劣化すると共に、スラグの塩基度が不足し−４０℃以下の低温域における溶接金属の低温靭性も不足する。一方、金属弗化物が弗素換算で１．５％を超えた場合にはアークが不安定となり均一な裏波ビードが形成されなくなると共にスラグ巻込み欠陥が生じ易くなるためである。なお、金属弗化物としては、ＣａＦ２、ＭｇＦ２、ＳｒＦ２、ＢａＦ２などの金属弗化物や弗化物を含む化合物などを用いる。
【００２２】
また、Ｎｉを０．８〜３．５％としたのは、Ｎｉを０．８％以上添加することによって、固溶強化作用により溶接金属のフェライト粒子の靭性を向上させ、前述の溶接作業性を阻害すること無く、低温靭性をさらに向上させることができる。しかし、Ｎｉが３．５％を超えると高温割れが発生し易くなるからである。
【００２３】
さらに、溶接ワイヤ中の不純物成分特に合金剤や外皮から混入するＰやＳ、ＴｉＯ２やＺｒＯ２等のスラグ剤から混入し易いＮｂ、Ｖ、Ｐｂを規制する。Ｐを０．０１５％以下、Ｓを０．０１％以下、Ｎｂを０．０１％以下、Ｖを０．０１％以下、Ｐｂを０．００５％以下にすることによって、さらに低温靭性が向上し、−６０℃仕様の鋼構造物への適用も可能となる。
【００２４】
なお、前述した以外のワイヤ成分については通常の範囲のもので良く、特にフラックス入りワイヤにおける基本的な脱酸元素Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｍｇ、ＡｌやＴｉ、Ｂ等の微量成分さらにはＮａやＫ化合物のようなアーク安定剤を添加することは、耐割れ性や低温靭性を損なわない範囲であれば差し支えない。また、ワイヤの断面形状はアーク安定性の点からＣｕめっきを施したシームレスタイプが好ましいが、鋼帯を成形して製造したシーム溶接しないタイプのものでも効果を得ることができる。
【００２５】
また本発明のワイヤが適用される２電極片面ガスシールドアーク溶接方法は、表１に示す溶接施工条件の方法のみに限定されるのでは無く、先行電極にフラックス入りワイヤを用いる方法であれば、例えば、先行電極と後行電極のワイヤ径や電極間距離を変更したり、鋼粒の散布や電極の揺動を実施しなくても、本発明のワイヤを用いることによって良好な溶接作業性と優れた低温靭性が得られる。
【００２６】
以下具体的実施例に基づき本発明をさらに詳説する。
【００２７】
【実施例】
（実施例１）
表２に先行電極用としてＴｉＯ２系フラックス及び塩基性系フラックス入りワイヤの化学成分を、表３に後行電極用として用いたＴｉＯ２系フラックス入りワイヤの化学成分を示す。後行電極には、良好な最終ビード形状を確保する目的で、ＴｉＯ２系の低温用鋼用のフラックス入りワイヤを用いた。
【００２８】
表２および表３のワイヤを用いて、表４に示す化学成分の母材を用い、表１に示す溶接条件により溶接長１５００ｍｍの２電極ガスシールドアーク片面溶接を行った。なお、シールドガスにはＣＯ２をガスを用い、２重シ−ルド方式のシールド方法を採用した。
【００２９】
開先内面の仮付けは被覆ア−ク溶接棒を用い３００ｍｍおきに３０ｍｍ長さで６ヶ所行った。溶接後に表、裏ビ−ド外観、放射線透過試験による溶接欠陥の有無を調査した。
【００３０】
また、図２に示すように、溶接後の試験体の板裏面２ｍｍ上の位置からＪＩＳＺ  ２２０２  ４号のＶノッチ１０を設けた衝撃試験片９を採取して−４０℃におけるシャルピー衝撃試験を行い低温靭性を評価した。
【００３１】
表５に溶接試験結果およびシャルピー衝撃試験結果を示す。本発明例であるワイヤ記号Ｌ１〜Ｌ５を先行電極に用いた場合には良好な溶接作業性と優れた低温靭性が得られている。
【００３２】
比較例中、ワイヤＬ６はスラグ剤率が過大であるため、裏波ビード形状が不安定になると共に後行電極のアークも不安定となった。また、スラグ巻込みが発生したのでシャルピー衝撃試験は中止した。
【００３３】
ワイヤ記号Ｌ７は、金属弗化物量が弗素換算で過大となり、裏波ビード形状が不安定になると共に後行電極のアークが不安定となり、さらにスラグ巻込みも発生したのでシャルピー衝撃試験は中止した。
【００３４】
ワイヤ記号Ｌ８のワイヤは、スラグ量が少なすぎるため、スパッタの発生が多く、表ビード外観が劣化すると共に、−４０℃における吸収エネルギーも低値を示した。
【００３６】
ワイヤ記号Ｌ１０は、ソリッドワイヤを用いた例であるが、スパッタ発生量が多くなることにより後行電極のアークの不安定となり、また、−４０℃における吸収エネルギーも低くなった。
【００３７】
【表２】
0003589882.tif 000003
【００３８】
【表３】
0003589882.tif 000004
【００３９】
【表４】
0003589882.tif 000005
【００４０】
【表５】
0003589882.tif 000006
【００４１】
（実施例２）
次に、ワイヤ中のＮｉおよび不純物の影響を示すために実施した溶接試験結果を示す。
【００４２】
表６に先行電極用フラックス入りワイヤの化学成分を示す。
【００４３】
表７に後行電極として用いたＴｉＯ２系フラックス入りワイヤの化学成分を示す。溶接試験方法は、実施例１の試験同様に、表４に示す化学成分の母材を用い、表１に示す溶接条件により溶接長１５００ｍｍの多電極ガスシールド片面溶接を行った。
【００４４】
また、図２に示すように、溶接後の試験体の板裏面２ｍｍ上の位置からＪＩＳＺ  ２２０２  ４号の衝撃試験片９を採取して−４０℃および−６０℃におけるシャルピー衝撃試験を行い低温靭性を評価した。表８に衝撃試験結果を示す。
【００４５】
ワイヤ記号Ｌ１１はワイヤ中のＮｉ成分が３．５％を超えた場合であるが、溶接ビードに高温割れが発生したため衝撃試験は省略した。
【００４６】
ワイヤ記号Ｌ１２はワイヤ中のＮｉが０．８％未満の場合であるが、−６０℃における吸収エネルギーが３７Ｊと低値になった。
【００４７】
Ｎｉが０．８〜３．５％のワイヤ記号Ｌ１３〜Ｌ１９およびＬ２１のワイヤは−６０℃における吸収エネルギーが４０Ｊ以上となった。
【００４８】
また、さらにワイヤ中の不純物成分のＰを０．０１５％以下に、Ｓを０．０１％以下に、Ｎｂを０．０１％以下に、Ｖを０．０１％以下およびＰｂを０．００５％以下にしたワイヤ記号Ｌ１６〜Ｌ１９およびＬ２１は、いずれの場合も−６０℃における吸収エネルギーが９０Ｊ以上であり、使用温度が−６０℃以下のＬＰＧ船や氷海域における海洋構造物にも充分適用可能な性能が得られる。
【００４９】
なお、ワイヤ記号Ｌ１２〜Ｌ１９およびＬ２１については、溶接作業性およびスラグ巻込みや割れ等の溶接欠陥も生じなかった。
【００５０】
【表６】
0003589882.tif 000007
【００５１】
【表７】
0003589882.tif 000008
【００５２】
【表８】
0003589882.tif 000009
【００５３】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の２電極片面ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤによれば、−４０℃以下の温度で使用する重要な溶接構造物の溶接において、溶接作業性（耐溶接欠陥性を含む）、および裏、表ビ−ドが良好な溶接部が得られると共に、優れた低温靭性の溶接金属を得ることができる２電極片面ガスシールドアーク溶接が可能となり。その結果、溶接能率を格段に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のワイヤを適用する２電極片面ガスシールドアーク溶接法を示す模式図である。
【図２】衝撃試験片の採取位置を示す溶接部断面の模式図である。
【符号の説明】
１  母材
２  裏当材
３  先行電極
４  後行電極
５  溶接方向
６  先行電極溶接金属
７  再熱域
８  後行電極溶接金属
９  衝撃試験片
１０  Ｖノッチ
【図１】
0003589882.tif 000010
【図２】
0003589882.tif 000011