(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼製外皮にフラックスを充填してなるＡｒ−ＣＯ2混合ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤにおいて、
ワイヤ全質量に対する質量％で、鋼製外皮とフラックスとの合計で、
Ｃ：０．０３〜０．０８％、
Ｓｉ：０．２〜０．６％、
Ｍｎ：１．０〜２．５％、
Ｃｕ：０．１〜０．５％、
Ｎｉ：１．６〜３．５％、
Ｔｉ：０．０１〜０．２％、
Ｂ：０．００２〜０．０１５％、
さらに、ワイヤ全質量に対する質量％で、フラックス中に、
Ｔｉ酸化物：ＴｉＯ2換算値の合計で３〜８％、
Ａｌ酸化物：Ａｌ2Ｏ3換算値の合計で０．１〜０．９％、
Ｓｉ酸化物：ＳｉＯ2換算値の合計で０．１〜１％、
Ｚｒ酸化物：ＺｒＯ2換算値の合計で０．０１〜０．８％、
Ｍｇ：０．１〜０．８％、
Ｎａ及びＫ化合物：Ｎａ2Ｏ換算値とＫ2Ｏ換算値との合計で０．０５〜０．２％、
弗素化合物：Ｆ換算値の合計で０．０１〜０．３％を含有し、
残部が鋼製外皮のＦｅ、鉄粉、鉄合金粉のＦｅ分及び不可避不純物からなり、
ワイヤ中の全水素量が、ワイヤ全質量に対する質量比で２０ｐｐｍ以下であることを  特徴とするＡｒ−ＣＯ2混合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２】
ワイヤ全質量に対する質量％で、鋼製外皮とフラックスとの合計で、
Ａｌ：０．３％以下、
Ｎ：０．００８％以下、
Ｖ：０．０３％以下、
Ｎｂ：０．０３％以下で、
かつ、［Ｖ］+２×［Ｎｂ］：０．０７％以下、
の何れか１以上を更に含有することを特徴とする請求項１に記載のＡｒ−ＣＯ2混合ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
但し、［Ｖ］、［Ｎｂ］は、Ｖ、Ｎｂのそれぞれのワイヤ全質量に対する質量％で、鋼製外皮とフラックスとの合計を示す。
【請求項３】
ワイヤ全質量に対する質量％で、フラックス中に、
Ｂｉ及びＢｉ酸化物：Ｂｉ換算値で０．００３〜０．０１％を更に含有することを特徴とする請求項１または２に記載のＡｒ−ＣＯ2混合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４】
成形した鋼製外皮に合わせ目を溶接することで鋼製外皮に継目を無くしたことを特徴とする請求項１乃至３のうち何れか１項に記載のＡｒ−ＣＯ2混合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、鋼構造物等に使用される鋼を溶接するにあたって全姿勢溶接での溶接作業性が良好であり、かつ耐低温割れ性、低温靭性及び破壊靱性（以下、ＣＴＯＤという。）等の特性に優れた溶接金属を得る上で好適なＡｒ−ＣＯ2混合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】
鋼を被溶接材とするガスシールドアーク溶接に用いられるフラックス入りワイヤとしては、例えば、ルチール系フラックス入りワイヤや塩基性系フラックスワイヤが知られている。
【０００３】
ルチール系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は、溶接能率、全姿勢溶接での溶接作業性において非常に優れた能力を発揮するため、造船、橋梁、海洋構造物、鉄骨等の広い分野で適用されている。
【０００４】
しかし、ルチール系フラックス入りワイヤは、ＴｉＯ2をはじめとする金属酸化物主体のフラックスが鋼製外皮中に充填されているために、溶接金属中の酸素量が多く、低温靭性が得にくい。
【０００５】
一方、塩基性系フラックス入りワイヤは、溶接金属中の酸素量が低く、低温靭性及びＣＴＯＤ特性に優れる溶接金属が得られるが、全姿勢溶接での溶接作業性がルチール系フラックス入りワイヤに比べて劣り、実用化が困難である。
【０００６】
また、これらフラックス入りワイヤは、フラックス原料に含有される水分やワイヤ保管時の吸湿により、拡散性水素量がソリッドワイヤに比べ高くなる。このため、溶接金属の低温割れが懸念され、板厚の厚い鋼板の溶接時には１００℃程度の予熱をする必要があり、作業能率を低下させる原因となっている。低温用鋼のルチール系フラックス入りワイヤについては、これまで種々の開発が進められている。
【０００７】
例えば、特許文献１には、溶接中にスラグ成分に変わる合金成分を添加して、溶接作業性に作用するスラグ量を維持しながら、溶接金属の酸素量を低減して低温靭性に優れる溶接金属を得る技術が開示されている。しかし、引用文献１に記載の技術では、シールドガスがＣＯ2であるので溶接金属の酸素量が多くなってしまい、十分な低温靭性及びＣＴＯＤ値が得られず、耐高温割れ性は確保されているものの耐低温割れ性については考慮されていない。
【０００８】
また、特許文献２にも、充填フラックスの主たる酸素源であるＴｉＯ2 、ＳｉＯ2 添加量に対し、Ｃａ、Ａｌ等の脱酸剤の添加量を適切に保つことで、低温靭性に優れる溶接金属を得る技術が開示されている。しかし、溶接金属の酸素量を低減するために強脱酸剤として添加されているＣａは、溶接時にアークを不安定にして多量のスパッタを発生させて溶接作業性が不良となる。また、この特許文献２の開示技術では、耐低温割れ性については考慮されていない。
【０００９】
特許文献３には、鋼製外皮成分を規制し充填フラックスにＣｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｂを添加して溶接金属の耐海水腐食性を大幅に向上させ、かつ良好な低温靭性及びＣＴＯＤ特性を得る技術が開示されている。しかし、特許文献３の開示技術では、金属弗化物が多く添加されているので溶接時にアークが不安定になり、多量のスパッタが発生するため、良好な溶接作業性が得られない。また特許文献３の開示技術では、耐低温割れ性については考慮されていない。
【００１０】
さらに、特許文献４には、ワイヤ中のＮｂ、Ｖ及びＰの量を制限して、溶接のまま及び溶接後熱処理のいずれにおいても低温靭性に優れた溶接金属を得るための技術が開示されている。しかし、引用文献４に記載の技術においても、全姿勢溶接時の作業性及びＣＴＯＤ値は十分ではないという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００９−６１４７４号公報
【特許文献２】特開平６−２３８４８３号公報
【特許文献３】特開平４−２２４０９４号公報
【特許文献４】特開平９−２７７０８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
そこで本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、鋼構造物等に使用される鋼を溶接するにあたって全姿勢溶接での溶接作業性が良好であり、かつ耐低温割れ性、低温靭性及びＣＴＯＤ特性に優れる溶接金属を得ることができるＡｒ−ＣＯ2混合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目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者らは、シールドガスとしてＡｒ−ＣＯ2混合を用いたルチール系のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤについて、全姿勢溶接での溶接作業性が良好であり、−６０℃における低温靭性及び−３０℃におけるＣＴＯＤ値が良好で、耐低温割れ性に優れた溶接金属を得るべく、種々検討を行った。
【００１４】
その結果、ＴｉＯ2を主成分とした金属酸化物及び金属弗化物からなるスラグ成分と最適な合金成分及び脱酸剤を含む化学成分とすることによって、全姿勢における溶接作業性、低温靭性及びＣＴＯＤ値が良好な溶接金属が得られ、さらに、ワイヤ中の全水素量をワイヤ全質量に対する質量比で２０ｐｐｍ以下にすることにより、溶接金属の耐低温割れ性を改善できることを見出した。
【００１５】
すなわち、本発明の要旨は、
（１）鋼製外皮にフラックスを充填してなるＡｒ−ＣＯ2混合ガスシールドアーク溶  接用フラックス入りワイヤにおいて、ワイヤ全質量に対する質量％で、鋼製外皮とフ  ラックスとの合計で、Ｃ：０．０３〜０．０８％、Ｓｉ：０．２〜０．６％、Ｍｎ：  １．０〜２．５％、Ｃｕ：０．１〜０．５％、Ｎｉ：１．６〜３．５％、Ｔｉ：０．  ０１〜０．２％、Ｂ：０．００２〜０．０１５％、さらに、ワイヤ全質量に対する質  量％で、フラックス中に、Ｔｉ酸化物：ＴｉＯ2換算値の合計で３〜８％、Ａｌ酸化  物：Ａｌ2Ｏ3換算値の合計で０．１〜０．９％、Ｓｉ酸化物：ＳｉＯ2換算値の合  計で０．１〜１％、Ｚｒ酸化物：ＺｒＯ2換算値の合計で０．０１〜０．８％、Ｍｇ  ：０．１〜０．８％、Ｎａ及びＫ化合物：Ｎａ2Ｏ換算値とＫ2Ｏ換算値との合計で  ０．０５〜０．２％、弗素化合物：Ｆ換算値の合計で０．０１〜０．３％を含有し、  残部が鋼製外皮のＦｅ、鉄粉、鉄合金粉のＦｅ分及び不可避不純物からなり、ワイヤ  中の全水素量が、ワイヤ全質量に対する質量比で２０ｐｐｍ以下であることを特徴と  するＡｒ−ＣＯ2混合ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
【００１６】
（２）ワイヤ全質量に対する質量％で、鋼製外皮とフラックスとの合計で、Ａｌ：０  ．３％以下、Ｎ：０．００８％以下、Ｖ０．０３％以下、Ｎｂ：０．０３％以下で、  かつ、［Ｖ］+２×［Ｎｂ］：０．０７％以下、の何れか１以上を更に含有すること  を特徴とする請求項１に記載のＡｒ−ＣＯ2混合ガスシールドアーク溶接用フラック  ス入りワイヤ。
但し、［Ｖ］、［Ｎｂ］は、Ｖ、Ｎｂのそれぞれのワイヤ全質量％に対する質量％で、
鋼製外皮とフラックスとの合計を示す。
【００１７】
（３）ワイヤ全質量に対する質量％で、フラックス中に、Ｂｉ及びＢｉ酸化物：Ｂｉ換算値で０．００３〜０．０１％を更に含有することを特徴とする（１）または（２）に記載のＡｒ−ＣＯ2混合ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
【００１８】
（４）成形した鋼製外皮の合わせ目を溶接することで鋼製外皮に継目を無くしたことを特徴とする（１）乃至（３）の何れかに記載のＡｒ−ＣＯ2混合ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤにある。
【発明の効果】
【００１９】
本発明を適用したＡｒ−ＣＯ2混合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、全姿勢溶接での溶接作業性が良好であり、また、−６０℃における低温靭性及び−３０℃におけるＣＴＯＤ値が良好で、耐低温割れ性が優れた溶接金属が得られるので、溶接能率及び溶接部の品質の向上を図ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施例に用いた継手試験の開先形状を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明を適用したＡｒ−ＣＯ2混合ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤの成分と、その組成の限定理由とについて説明する。なお、各成分の含有量は、ワイヤ全質量に対する質量％で表すこととし、その質量％を表すときには単に％と記載して表すこととする。
【００２２】
［鋼製外皮とフラックスとの合計でＣ：０．０３〜０．０８％］
Ｃは、溶接時にアークの安定化に寄与するとともに溶接金属の強度向上の効果がある。しかし、Ｃが０．０３％未満では、この効果が十分に得られない。一方、Ｃが０．０８％超では、Ｃが溶接金属中に過剰に歩留まることにより、溶接金属の強度が高くなり低温靱性が低下する。従って、鋼製外皮とフラックスとの合計でＣは０．０３〜０．０８％とする。なお、Ｃは、鋼製外皮に含まれる成分の他、フラックスから金属粉及び合金粉等から添加できる。
【００２３】
［鋼製外皮とフラックスとの合計でＳｉ：０．２〜０．６％］
Ｓｉは、溶接時に一部が溶接スラグとなることにより溶接ビードの外観や形状を良好にし、溶接作業性の向上に寄与する。しかし、Ｓｉが０．２％未満では、溶接ビードの外観や形状を良好にする効果が十分に得られない。一方、Ｓｉが０．６％超では、Ｓｉが溶接金属中に過剰に歩留まることにより、溶接金属の低温靱性が低下する。従って、鋼製外皮とフラックスとの合計でＳｉは０．２〜０．６％とする。なお、Ｓｉは、鋼製外皮に含まれる成分の他、フラックスから金属Ｓｉ、Ｆｅ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｎ等の合金粉末から添加できる。
【００２４】
［鋼製外皮とフラックスとの合計でＭｎ：１．０〜２．５％］
Ｍｎは、Ｓｉと同様、溶接時に一部が溶接スラグとなることにより溶接ビードの外観や形状を良好にし、溶接作業性の向上に寄与する。また、Ｍｎは、溶接金属に歩留まることにより、溶接金属の強度と低温靱性及びＣＴＯＤ値を高める効果がある。しかし、Ｍｎが１．０％未満では、これらの効果が十分に得られない。一方、Ｍｎが２．５％超では、Ｍｎが溶接金属中に過剰に歩留まり、溶接金属の強度が過剰になることにより、かえって溶接金属の低温靱性及びＣＴＯＤ値が低下する。従って、鋼製外皮とフラックスとの合計でＭｎは１．０〜２．５％とする。なお、Ｍｎは、鋼製外皮に含まれる成分の他、フラックスから金属Ｍｎ、Ｆｅ−Ｍｎ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｎ等の合金粉末から添加できる。
【００２５】
〔鋼製外皮とフラックスとの合計でＣｕ：０．１〜０．５％〕
Ｃｕは、溶接金属の組織を微細化し、低温靭性及び強度を高める効果がある。しかし、Ｃｕが０．１％未満では、これらの効果が十分に得られない。一方、Ｃｕが０．５％超では、溶接金属の強度が過剰になり低温靭性が低下する。従って、鋼製外皮とフラックスとの合計でＣｕは０．１〜０．５％とする。なお、Ｃｕは、鋼製外皮及び鋼製外皮表面に施したＣｕめっき分の他、フラックスから金属Ｃｕ、Ｃｕ−Ｚｒ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｕ等の合金粉末から添加できる。
【００２６】
［鋼製外皮とフラックスとの合計でＮｉ：１．６〜３．５％］
Ｎｉは、溶接金属の低温靱性及びＣＴＯＤ値を向上させる効果がある。しかし、Ｎｉが１．６％未満では、この効果が十分に得られない。一方、Ｎｉが３．５％超では、溶接金属に高温割れが発生し易くなる。従って、鋼製外皮とフラックスとの合計でＮｉは１．６〜３．５％とする。なお、Ｎｉは、鋼製外皮に含まれる成分の他、フラックスからの金属Ｎｉ、Ｆｅ−Ｎｉ等の合金粉末から添加できる。
【００２７】
［鋼製外皮とフラックスとの合計でＴｉ：０．０１〜０．２％］
Ｔｉは、溶接金属の組織を微細化して低温靭性及びＣＴＯＤ値を向上させる効果がある。しかし、Ｔｉが０．０１％未満では、この効果が十分に得られない。一方、Ｔｉが０．２％超では、靭性を阻害する上部ベイナイト組織を生成し、靭性及びＣＴＯＤ値が低くなる。従って、鋼製外皮とフラックスとの合計でＴｉは０．０１〜０．２％とする。なお、Ｔｉは、鋼製外皮に含まれる成分の他、フラックスからの金属Ｔｉ、Ｆｅ−Ｔｉ等の合金粉末から添加できる。
【００２８】
［鋼製外皮とフラックスとの合計でＢ：０．００２〜０．０１５％］
Ｂは、微量の添加により溶接金属のミクロ組織を微細化し、溶接金属の低温靱性及びＣＴＯＤ値を向上させる効果がある。しかし、Ｂが０．００２％未満では、この効果が十分に得られない。一方、Ｂが０．０１５％超では、溶接金属が過度に硬化することにより低温靱性及びＣＴＯＤ値が低下するとともに、溶接金属に高温割れが発生し易くなる。従って、Ｂは０．００２〜０．０１５％とする。なお、Ｂは、鋼製外皮に含まれる成分の他、フラックスからの金属Ｂ、Ｆｅ−Ｂ、Ｆｅ−Ｍｎ−Ｂ等合金粉末及び硼砂から添加できる。
【００２９】
［フラックス中に含有するＴｉ酸化物：ＴｉＯ2換算値の合計で３〜８％］
Ｔｉ酸化物は、溶接時にアークの安定化に寄与するとともに、溶接ビードの形状を良好にし、溶接作業性の向上に寄与する効果がある。また、Ｔｉ酸化物は、立向上進溶接において、溶接スラグにＴｉ酸化物として含まれることによって溶融スラグの粘性や融点を調整し、溶融メタルが垂れるのを防ぐ効果がある。しかし、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値の合計が３％未満では、これらの効果が十分に得られず、アークが不安定でスパッタ発生量が多く、溶接ビード形状が劣化する。また、立向上進溶接において溶融メタルが垂れやすくなる。一方、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値の合計が８％超では、アークが安定してスパッタ発生量も少ないが、溶接金属にＴｉ酸化物が過剰に残存することにより、低温靱性が低下する。従って、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値の合計は３〜８％とする。なお、Ｔｉ酸化物は、フラックスからのルチール、酸化チタン、チタンスラグ、イルメナイト等から添加される。
【００３０】
［フラックス中に含有するＡｌ酸化物：Ａｌ2Ｏ3換算値の合計で０．１〜０．９％］
Ａｌ酸化物は、溶接時に溶接スラグの粘性や融点を調整し、特に立向上進溶接における溶融メタルが垂れるのを防ぐ効果がある。しかし、Ａｌ酸化物のＡｌ2Ｏ3換算値の合計が０．１％未満では、この効果が十分に得られない。一方、Ａｌ酸化物のＡｌ2Ｏ3換算値の合計が０．９％を超えると、溶接金属中にＡｌ酸化物が過剰に残存することにより、低温靱性が低下する。従って、Ａｌ酸化物のＡｌ2Ｏ3換算値の合計は０．１〜０．９％とする。なお、Ａｌ酸化物は、フラックス中からアルミナ等から添加できる。
【００３１】
［フラックス中に含有するＳｉ酸化物：ＳｉＯ2換算値の合計で０．１〜１％］
Ｓｉ酸化物は、溶融スラグの粘性や融点を調整してスラグ被包性を向上させる効果がある。しかし、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計が０．１％未満では、この効果が十分に得られない。一方、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計が１％超では、溶融スラグの塩基度が低下することにより、溶接金属の酸素量が増加して低温靭性が低下する。従って、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計は０．１〜１％とする。なお、Ｓｉ酸化物は、フラックスから珪砂、ジルコンサンド、珪酸ソーダ等から添加できる。
【００３２】
［フラックス中に含有するＺｒ酸化物：ＺｒＯ2換算値の合計で０．０１〜０．８％］
Ｚｒ酸化物は、溶接スラグの粘性や融点を調整し、特に立向上進溶接における溶融メタルが垂れるのを防ぐ効果がある。しかし、Ｚｒ酸化物のＺｒＯ2換算値の合計が０．０１％未満では、この効果が十分に得られない。一方、Ｚｒ酸化物のＺｒＯ2換算値の合計が０．８％超では、スラグ剥離性が悪くなる。従って、Ｚｒ酸化物のＺｒＯ2換算値の合計は０．０１〜０．８％とする。なお、Ｚｒ酸化物は、フラックスからジルコンサンド、酸化ジルコニウム等から添加できる。
【００３３】
［フラックス中に含有するＭｇ：０．１〜０．８％］
Ｍｇは、強脱酸剤として機能することにより溶接金属中の酸素を低減し、溶接金属の低温靱性及びＣＴＯＤ値を高める効果がある。しかし、Ｍｇが０．１％未満では、この効果が十分に得られない。一方、Ｍｇが０．８％超では、溶接時にアーク中で激しく酸素と反応してスパッタやヒュームの発生量が多くなる。従って、Ｍｇは０．１〜０．８％とする。なお、Ｍｇは、フラックスから金属Ｍｇ、Ａｌ−Ｍｇ等の合金粉末から添加できる。
【００３４】
［フラックス中に含有するＮａ及びＫ化合物：Ｎａ2Ｏ換算値とＫ2Ｏ換算値との合計で０．０５〜０．２％］
Ｎａ及びＫ化合物は、アーク安定剤及びスラグ形成剤としてとして作用する。Ｎａ及びＫ化合物のＮａ2Ｏ換算値及びＫ2Ｏ換算値の合計が０．０５％未満であると、アークが不安定となりスパッタ発生量が多くなる。また、ビード外観も不良になる。一方、Ｎａ及びＫ化合物のＮａ2Ｏ換算値及びＫ2Ｏ換算値の合計が０．２％を超えると、スラグ剥離性が不良となる。また、立向上進溶接ではメタルが垂れやすくなる。従って、Ｎａ及びＫ化合物のＮａ2Ｏ換算値とＫ2Ｏ換算値の合計は０．０５〜０．２％とする。なお、Ｎａ及びＫ化合物は、カリ長石、珪酸ソーダ及び珪酸カリからなる水ガラスの固質成分、弗化ソーダ、珪弗化カリウム等の粉末から添加できる。
【００３５】
［フラックス中に含有する弗素化合物：Ｆ換算値の合計で０．０１〜０．３％］
弗素化合物は、アークを安定させる効果がある。しかし、弗素化合物のＦ換算値の合計が０．０１％未満では、この効果が十分に得られない。一方、弗素化合物のＦ換算値の合計が０．３％を超えると、アークが不安定になり、スパッタ発生量が多くなる。さらに、立向上進溶接では溶融メタル垂れが発生しやすくなる。従って、弗素化合物のＦ換算値の合計は０．０１〜０．３％とする。なお、弗素化合物は、ＣａＦ2、ＮａＦ、ＫＦ、ＬｉＦ、ＭｇＦ2、Ｋ2ＳｉＦ6、ＡｌＦ3等から添加でき、Ｆ換算値はそれらに含有されるＦ量の合計である。
【００３６】
［ワイヤ中の全水素量：ワイヤ全質量に対する質量比で２０ｐｐｍ以下］
ワイヤの水素は、溶接金属の拡散性水素源となるので、可能な限り低減する必要がある。ワイヤ全質量に対する質量比でワイヤの全水素量が２０ｐｐｍを超えると、拡散性水素量（ＪＩＳ  Ｚ  ３１１８）が４ｍｌ／１００ｇを超えるので、多層盛溶接をした場合に、低温割れ感受性が高まる。従って、ワイヤ中の全水素量は、ワイヤ全質量に対する質量比で２０ｐｐｍ以下とする。なお、ワイヤ中の全水素量は、不活性ガス熱伝導度法などにより測定することができる。
【００３７】
［鋼製外皮とフラックスとの合計でＡｌ：０．３％以下］
Ａｌは、溶接時に溶接スラグにＡｌ酸化物として溶接スラグに含まれることによって溶接スラグの粘性や融点を調整し、特に立向上進溶接における溶融メタルが垂れ落ちるのを防ぐ効果がある。しかし、Ａｌが０．３％を超えると、Ａｌは、酸化物として過度に溶接金属に残留して溶接金属の靭性が低下する。従って、Ａｌは０．３％以下とする。なお、Ａｌは、鋼製外皮に含まれる成分の他、フラックスからの金属Ａｌ、Ｆｅ−Ａｌ、Ａｌ−Ｍｇ等の合金粉末から添加できる。
【００３８】
［鋼製外皮とフラックスとの合計でＮ：０．００８％以下］
Ｎは、微量の添加で介在物の組成を核生成促進に効果的なＴｉＮの生成により、溶接金属の凝固組織が微細になり、耐高温割れ性が改善される。しかし、Ｎが０．００８％を超えると、溶接部へのＮの溶解度が小さい軟鋼または高張力鋼からなる鋼板を溶接する場合、溶接部の溶解度を超えるため、溶接金属中にブローホールが発生する。またＮが０．００８％を超えると、却って靭性が低下する。従って、Ｎは０．００８％以下とする。なお、Ｎ源は、鋼製外皮に含まれる成分の他、脱酸剤や合金粉に金属窒化物として含まれる。
【００３９】
［鋼製外皮とフラックスとの合計でＶ：０．０３％以下］
Ｖは、微細な窒炭化物を析出し、溶接金属の強度を向上させる。しかし、Ｖが０．０３％を超えると、強度が過多となり靭性が低下する。従って、Ｖは０．０３％以下とする。
【００４０】
［鋼製外皮とフラックスとの合計でＮｂ：０．０３％以下］
Ｎｂは、微細な窒炭化物を析出し、溶接金属の強度を向上させる。しかし、Ｎｂが０．０３％を超えると、強度が過多となり靭性が低下する。従って、Ｎｂは０．０３％以下とする。
【００４１】
［  [Ｖ]+２×[Ｎｂ]：０．０７％以下］
[Ｖ]、[Ｎｂ]は、Ｖ、Ｎｂのそれぞれのワイヤ全質量に対する質量％で、鋼製外皮とフラックスとの合計を示す。ＶおよびＮｂは、ともに微細な窒炭化物を析出し、溶接金属の強度を向上させるが、[Ｖ]+２×[Ｎｂ]が０．０７％を超えると、強度が過多となり靭性が低下する。従って、[Ｖ]+２×[Ｎｂ]は０．０７％以下とする。
【００４２】
［フラックス中に含有するＢｉ及びＢｉ酸化物：Ｂｉ換算値で０．００３〜０．０１％］
Ｂｉは、多層盛溶接において溶接スラグの溶接金属からの剥離を促進させて、スラグ剥離性を良好にする。Ｂｉ及びＢｉ酸化物に含まれるＢｉ換算値が０．００３％未満であると、その効果が不十分である。一方、Ｂｉ及びＢｉ酸化物に含まれるＢｉ換算値が０．０１％を超えると、溶接金属に割れが生じる場合があり、また靭性が低下する。従って、Ｂｉ及びＢｉ酸化物に含まれるＢｉ換算値は０．００３〜０．０１％とする。
【００４３】
［成形した鋼製外皮の合わせ目を溶接することで鋼製外皮に継目を無くす］
本発明のＡｒ−ＣＯ2混合ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、鋼製外皮をパイプ状に成形し、その内部にフラックスを充填した構造である。ワイヤの種類としては、成形した鋼製外皮の合わせ目を溶接して得られる鋼製外皮に継目の無いワイヤと、鋼製外皮の合わせ目の溶接を行わないままとした鋼製外皮に継目を有するワイヤとに大別できる。本発明においては、何れの断面構造のワイヤを採用することができるが、鋼製外皮に継目が無いワイヤは、ワイヤ中の全水素量を低減することを目的とした熱処理が可能であり、また製造後のフラックスの吸湿が無いため、溶接金属の拡散性水素量を低減し、耐低温割れ性の向上を図ることができるので、より好ましい。
【００４４】
本発明のＡｒ−ＣＯ2混合ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤの残部は、鋼製外皮のＦｅ、成分調整のために添加する鉄粉、Ｆｅ−Ｍｎ、Ｆｅ−Ｓｉ合金等の鉄合金粉のＦｅ分及び不可避不純物である。また、フラックス充填率は特に制限はしないが、生産性の観点から、ワイヤ全質量に対して８〜２０％とするのが好ましい。
【００４５】
溶接時のシールドガスは、溶接金属の酸素量を低減するためにＡｒ−５〜２５％ＣＯ2の混合ガスとする。
【実施例１】
【００４６】
以下、上述した構成からなる本発明を適用したＡｒ−ＣＯ2混合ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤの実施例について詳細に説明する。
【００４７】
ＪＩＳ  Ｇ  ３１４１に規定されるＳＰＣＣを鋼製外皮として使用して、鋼製外皮を成形する工程でＵ型に成形した後、鋼製外皮の合わせ目を溶接した継目が無いワイヤと、溶接しない継目の有るワイヤとを造管、伸線して表１〜表４に示す各種成分のフラックス入りワイヤを試作した。ワイヤ径は１．２ｍｍとした。
【００４８】
【表１】
0006033755.tif 000002
【００４９】
【表２】
0006033755.tif 000003
【００５０】
【表３】
0006033755.tif 000004
【００５１】
【表４】
0006033755.tif 000005
【００５２】
試作したワイヤは、株式会社堀場製作所製の水素分析装置：ＥＭＧＡ−６２１を用いて全水素量を測定した後、ＪＩＳ  Ｚ  Ｇ３２１８  ＳＨＹ６８５に規定される鋼板を用いて立向上進すみ肉溶接による溶接作業性の評価、溶着金属試験として機械特性評価及び溶接割れ試験を実施した。さらに、一部の試作ワイヤを用いて図１に示すＫ形開先で立向上進溶接による継手溶接を行いＣＴＯＤ試験を実施した。これらの溶接条件を表５に示す。
【００５３】
【表５】
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【００５４】
立向上進溶接による溶接作業性の評価は、半自動ＭＡＧ溶接をしたときのアークの安定性、スパッタ発生状態、ヒューム発生状態、ビード形状、ビード外観、溶融メタル垂れ状況及び高温割れの有無について調査した。
【００５５】
溶着金属試験は、ＪＩＳ  Ｚ  ３１１１に準じて溶接し、溶着金属の板厚方向中央部から引張試験片（Ａ１号）及び衝撃試験片（Ｖノッチ試験片）を採取して、機械試験を実施した。靭性の評価は、−６０℃におけるシャルピー衝撃試験により行い、各々繰返し３本の吸収エネルギーの平均が６０Ｊ以上を良好とした。引張試験の評価は、引張強さが６１０ＭＰａ以上のものを良好とした。
【００５６】
溶接割れ試験は、Ｕ型溶接割れ試験方法（ＪＩＳ  Ｚ  ３１５７）に準拠し、試験体の予熱温度を７５℃で実施し、溶接後５８時間経過した試験体について、表面割れ及び断面割れ（５断面）の発生の有無を浸透探傷試験（ＪＩＳ  Ｚ２３４３）により調査した。
【００５７】
継手試験は、図１に示す開先の裏面を溶接後、表面鋼板表面から４４ｍｍ深さまで開先底部を半径６ｍｍ、開先角度４５°の裏はつり加工をして表面側を溶接した。溶接継手試験によるＣＴＯＤ値の評価は、ＢＳ（英国規格）５７６２に準じてＣＴＯＤ試験片を採取し、試験温度―３０℃で繰返し５本の試験を行いＣＴＯＤ値の最低が０．５ｍｍ以上を良好とした。これらの結果を表６にまとめて示す。
【００５８】
【表６】
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【００５９】
表１、表２及び表６のワイヤ記号１〜１５は本発明例、表３、表４及び表６のワイヤ記号１６〜３６は比較例である。本発明例であるワイヤ記号１〜１５は、各成分の組成が本発明において規定した範囲内であるので、溶接作業性が良好であるとともに、Ｕ型割れ試験において割れが無く、溶着金属の引張強さ及び吸収エネルギーも良好な値が得られるなど極めて満足な結果であった。なお、Ｂｉ及びＢｉ酸化物に含まれるＢｉ換算値を含まないワイヤ記号１、１０、１４及びワイヤ記号１５は、若干スラグ剥離性が不良であった。また、ＣＴＯＤ試験を実施したワイヤ記号１、３、５、６、１０及びワイヤ記号１５は、何れも良好なＣＴＯＤ値が得られた。
【００６０】
比較例中ワイヤ記号１６は、Ｃが少ないので、アークが不安定で、溶着金属の引張強さが低かった。また、Ａｌが多いので、溶着金属の吸収エネルギーが低値であった。
【００６１】
ワイヤ記号１７は、Ｃが多いので、引張強さが高くなり吸収エネルギーが低値であった。また、弗素化合物のＦ換算値が多いので、アークが不安定でスパッタの発生量が多く、メタル垂れも生じた。
【００６２】
ワイヤ記号１８は、Ｓｉが少ないので、溶接ビードの外観及び形状が不良であった。また、弗素化合物のＦ換算値が少ないので、アークが不安定であった。さらに、Ｎｂが多いので、溶着金属の引張強さが高くなり吸収エネルギーが低値であった。
【００６３】
ワイヤ記号１９は、Ｓｉが多いので、溶着金属の吸収エネルギーが低値であった。
【００６４】
ワイヤ記号２０は、Ｍｎが少ないので、溶接ビードの外観及び形状が不良であるとともに、溶着金属の引張強さが低く吸収エネルギーも低値であった。
【００６５】
ワイヤ記号２１は、Ｍｎが多いので、溶着金属の引張強さが高くなり吸収エネルギーが低値であった。また、溶接継手試験のＣＴＯＤ値が低値であった。さらに、Ｎａ及びＫ化合物のＮａ2Ｏ換算値とＫ2Ｏ換算値の合計が多いので、スラグ剥離性が不良で、メタル垂れが生じた。
【００６６】
ワイヤ記号２２は、Ｃｕが少ないので、溶着金属の引張強さが低く吸収エネルギーも低値であった。また、Ｎａ及びＫ化合物のＮａ2Ｏ換算値とＫ2Ｏ換算値の合計が少ないので、アークが不安定でスパッタ発生量が多く、ビード外観も不良であった。
【００６７】
ワイヤ記号２３は、Ｃｕが多いので、溶着金属の引張強さが高くなり吸収エネルギーが低値であった。また、Ｚｒ酸化物のＺｒＯ2換算値の合計が多いので、スラグ剥離性が不良であった。
【００６８】
ワイヤ記号２４は、Ｎｉが少ないので、溶着金属の吸収エネルギーが低値であった。また、溶接継手試験のＣＴＯＤ値が低値であった。さらに、Ｚｒ酸化物のＺｒＯ2換算値の合計が少ないので、メタル垂れが生じた。
【００６９】
ワイヤ記号２５は、Ｎｉが多いので、溶着金属試験でクレータ部に高温割れが生じた。また。Ｖが多いので、溶着金属の引張強さが高くなり吸収エネルギーが低値であった。
【００７０】
ワイヤ記号２６は、Ｔｉが少ないので、溶着金属の吸収エネルギーが低値であった。また、溶接継手試験のＣＴＯＤ値が低値であった。さらに、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計が少ないので、スラグ被包性が悪くビード外観及び形状が不良であった。
【００７１】
ワイヤ記号２７は、Ｔｉが多いので、溶着金属試験でクレータ部に高温割れが生じた。また、溶着金属の吸収エネルギーが低値であった。さらに、溶接継手試験のＣＴＯＤ値が低値であった。
【００７２】
ワイヤ記号２８は、Ｂが少ないので、溶着金属の吸収エネルギーが低値であった。また、溶接継手試験のＣＴＯＤ値が低値であった。
【００７３】
ワイヤ記号２９は、Ｂが多いので、溶着金属試験でクレータ部に高温割れが生じ、溶着金属の吸収エネルギーが低値であった。また、溶接継手試験のＣＴＯＤ値が低値であった。
【００７４】
ワイヤ記号３０は、Ｍｇが少ないので、溶着金属の吸収エネルギーが低値で、溶接継手試験のＣＴＯＤ値も低値であった。また、鋼製外皮に継目を有しワイヤの全水素量が多いので、Ｕ型割れ試験において溶接部に割れが生じた。さらに、Ｂｉ及びＢｉ酸化物に含まれるＢｉ換算値が少ないので、スラグ剥離性の改善効果が得られなかった。
【００７５】
ワイヤ記号３１は、Ｍｇが多いので、スパッタ及びヒュームの発生量が多かった。また、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計が多いので、溶着金属の吸収エネルギーが低値であった。
【００７６】
ワイヤ記号３２は、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値の合計が少ないので、アークが不安定でスパッタ発生量が多く、溶融メタルが垂れて溶接ビード形状が不良であった。また、[Ｖ]+２×[Ｎｂ]が多いので、溶着金属の引張強さが高くなり吸収エネルギーが低値であった。
【００７７】
ワイヤ記号３３は、鋼製外皮に継目を有しワイヤの全水素量が多いので、Ｕ型割れ試験において溶接部に割れが生じた。また、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値の合計が多いので溶着金属の吸収エネルギーが低値であった。
【００７８】
ワイヤ記号３４は、Ａｌ酸化物のＡｌ2Ｏ3換算値の合計が少ないので、溶融メタルが垂れた。また、Ｂｉ及びＢｉ酸化物に含まれるＢｉ換算値の合計が多いので、溶着金属試験でクレータ部に高温割れが生じ、溶着金属の吸収エネルギーが低値であった。
【００７９】
ワイヤ記号３５は、鋼製外皮に継目を有しワイヤの全水素量が多いので、Ｕ型割れ試験において溶接部に割れが生じた。また、Ａｌ酸化物のＡｌ2Ｏ3換算値の合計が多いので、溶着金属の吸収エネルギーが低値であった。
【００８０】
ワイヤ記号３６は、ワイヤの全水素量が多いので、Ｕ型割れ試験において溶接部に割れが生じた。また、Ｎが多いので、溶着試験でブローロールが発生し、溶着金属の吸収エネルギーが低値であった。
【図１】
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