(57)【要約】      （修正有）【課題】研削性、切削性、プレス曲げ性などの加工性に優れた溶接金属を得ることができ、かつ、良好な溶接作業性が得られるガスシールドア−ク溶接用フラックス入りワイヤを提供する。【解決手段】鋼製外皮内にフラックスを充填してなる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、Ｃ：０．０５％以下、Ｓｉ：０．３％以下、Ｍｎ：０．２〜１．０％、ＡｌおよびＭｇの１種または２種を合計で０．０５〜０．３０％、ＴｉＯ２：３．５〜６.５％、ＳｉＯ２：０．３〜１．０％、ＺｒＯ２：０．１〜０．５％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなることを特徴とする。【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を充填してなる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、外皮およびフラックスの合計で、Ｃ：０．０５％以下、Ｓｉ：０．３％以下、Ｍｎ：０．２〜１．０％、ＡｌおよびＭｇの１種または２種を合計で０．０５〜０．３０％、またフラックスに、ＴｉＯ２：３．５〜６．５％、ＳｉＯ２：０．３〜１．０％、ＺｒＯ２：０．１〜０．５％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなることを特徴とする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、研削性、切削性、プレス曲げ性などの加工性に優れた引張強さおよび硬さの低い溶接金属を得ることができ、かつ、良好な溶接作業性が得られるガスシールドア−ク溶接用フラックス入りワイヤ（以下、フラックス入りワイヤという。）に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に構造物を溶接する場合は母材と同程度以上の引張強さを持つ、いわゆる共金系の溶接材料が用いられる。しかしながら、溶接構造物の母材としては、ＪＩＳ  Ｇ  ３１１３（自動車構造用熱間圧延鋼板及び鋼帯）のＳＡＰＨ３１０およびＳＡＰＨ３７０やＪＩＳ  Ｇ  ３１３１（熱間圧延軟鋼板及び鋼帯）のＳＰＨＣ、ＳＰＨＤおよびＳＰＨＥ等のように、引張強さが４００Ｎ／ｍｍ２以下である鋼材を使用することも多い。これら低強度の母材に対して、従来のガスシールドアーク溶接用ワイヤを用いて溶接すると、溶接金属の引張強さおよび硬さが過剰になり、溶接した部分のグラインダまたはフライス盤等による切削性やプレス曲げ性等の加工性が母材に比べ、大幅に低下するという問題がある。
【０００３】
溶接金属の加工性はその引張強さおよび硬さが低いほど良好な傾向を示す。溶接金属の引張強さの低い溶接材料については特開平１１−２２１６７２号公報（特許文献１）にガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤが開示されているが、ビード外観・形状等溶接作業性がフラックス入りワイヤに比べ劣るという問題がある。
【０００４】
一方、フラックス入りワイヤはＪＩＳ  Ｚ  ３３１３（軟鋼、高張力鋼及び低温用鋼用アーク溶接フラックス入りワイヤ）に規定されるＹＦＷ−Ｃ４３０ＸおよびＹＦＷ−Ａ４３０Ｘがあるが、４２０Ｎ／ｍｍ２以上の引張強さを持つフラックス入りワイヤであって、これが最も低強度の溶接材料である。しかし、これらのフラックス入りワイヤを使用した場合でも引張強さおよび硬さが高く、母材に匹敵する加工性に優れた溶接金属を得ることはできないのが現状である。
【特許文献１】特開平１１−２２１６７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、研削性、切削性、プレス曲げ性などの加工性に優れた溶接金属を得ることができ、かつ、良好な溶接作業性が得られるガスシールドア−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】
【０００６】
本発明の要旨は、鋼製外皮内にフラックスを充填してなる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、外皮およびフラックスの合計で、Ｃ：０．０５％以下、Ｓｉ：０．３％以下、Ｍｎ：０．２〜１．０％、ＡｌおよびＭｇの１種または２種を合計で０．０５〜０．３０％、またフラックスに、ＴｉＯ２：３．５〜６．５％、ＳｉＯ２：０．３〜１．０％、ＺｒＯ２：０．１〜０．５％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなることを特徴とする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】
【０００７】
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によれば、研削性、切削性、プレス曲げ性などの加工性に優れた引張強さおよび硬さの低い溶接金属を得ることができ、かつ、良好な溶接作業性が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明者等は、低強度母材の溶接において、研削性、切削性、プレス曲げ性などの加工性に優れた引張強さおよび硬さの低い溶接金属を得ることができ、かつ、アークが安定してスパッタ発生量が少なく、スラグの被包性の良好な溶接作業性が得られるフラックス入りワイヤについて種々試作して検討した。
【０００９】
その結果、溶接金属の引張強さおよび硬さを向上させる効果を有する元素であるＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｍｇ等の合金成分を適正に低減することにより、４２０Ｎ／ｍｍ２以下で、ブローホール等の気孔欠陥が発生しない引張強さおよび硬さの低い溶接金属を得ることができることを見出した。
【００１０】
また、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｍｇ等の脱酸剤が少ない場合においても、アークを安定させ、スラグの被包性を良好にするためにはＴｉＯ２、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２を適量含有させることにより解決できることを見出した。
これらの効果は、各成分組成それぞれの共存による単独および相乗効果によりなし得たものであるが、それぞれの限定理由について以下に述べる。
【００１１】
Ｃ：０．０５質量％以下（以下、％という。）
Ｃは鋼中に必ず含まれるが、ＣＯ生成反応による脱酸作用とともに、溶接金属の強度を向上させる元素である。しかし外皮およびフラックスの合計でＣが０．０５％を超えると溶接金属の引張強さおよび硬さが過剰となって、優れた加工性を得ることができない。また、アークが強く、やや不安定となり、スパッタ発生量が多くなる。従って、Ｃは０．０５％以下とする。
【００１２】
Ｓｉ：０．３％以下
Ｓｉは、脱酸剤および強度調整のために添加する。しかし外皮およびフラックスの合計でＳｉが０．３％を超えると、Ｃと同様に溶接金属の引張強さおよび硬さが過剰となって、優れた加工性を得ることができない。従って、Ｓｉは０．３％以下とする。なおＳｉは０．０５％以上あれば上記効果が得られる。Ｓｉはフラックス成分としては、フェロシリコン、金属シリコン、シリコマンガンなどとして添加される。
【００１３】
Ｍｎ：０．２〜１．０％
Ｍｎは、Ｓｉと同様に、脱酸剤および強度調整のために添加する。しかし外皮およびフラックスの合計でＭｎが０．２％未満では溶接金属の靱性が低くなる。一方、１．０％を超えると、溶接金属の引張強さおよび硬さが高くなり、優れた加工性を得ることができない。従って、Ｍｎは０．２〜１．０％とする。Ｍｎはフラックス成分としてはフェロマンガン、金属マンガン、シリコマンガンなどとして添加される。
【００１４】
ＡｌおよびＭｇの１種または２種の合計：０．０５〜０．３０％
ＡｌおよびＭｇは強脱酸性を有する元素である。ＡｌおよびＭｇの１種または２種の合計が、外皮およびフラックスの合計で０．０５％未満では脱酸効果が少なく溶接金属が酸化して、ブローホール等の気孔欠陥が発生する。一方、０．３０％を超えると、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎの歩留まりを高くする結果、溶接金属の引張強さおよび硬さが過剰となって、優れた加工性を得ることができない。また、アークがやや不安定となり、スパッタ発生量が多くなる。従って、ＡｌおよびＭｇの１種または２種は０．０５〜０．３０％とする。ＡｌおよびＭｇはフラックス成分としては金属アルミ、フェロアルミ、金属マグネシウム、アルミマグネシウムなどにより添加される。
【００１５】
ＴｉＯ２：３．５〜６．５％
ＴｉＯ２はスラグ形成剤の基本成分であり、スラグの被包性およびア−クの安定性を高め、スパッタ発生量を低減する作用がある。ワイヤ全質量に対してＴｉＯ２が３．５％未満ではスラグの被包性が不十分となり、ビード外観、形状が不良となると共に、アークが不安定となりスパッタ発生量が多くなる。一方、６．５％を超えると、スラグ量が過剰となり、スラグ巻き込み等の溶接欠陥が生じやすくなる。従って、ＴｉＯ２は３．５〜６．５％とする。なおＴｉＯ２はルチール、チタンスラグ、チタン酸ソーダ、チタン酸カリなどによりフラックスに添加される。
【００１６】
ＳｉＯ２：０．３〜１．０％
ＳｉＯ２はスラグの凝固点を下げ、粘性を小さくする作用があり、スラグの粘性を調整することにより、ビード外観、形状を改善する効果がある。ワイヤ全質量に対してＳｉＯ２が０．３％未満ではビード外観、形状の改善効果がない。一方、１．０％を超えると、スラグの流動性が過剰となり、ビード外観、形状が不良となる。従って、ＳｉＯ２は０．３〜１．０％とする。なおＳｉＯ２は珪砂、カリ長石、ジルコンサンド、珪酸ソーダなどによりフラックスに添加される。
【００１７】
ＺｒＯ２：０．１〜０．５％
ＺｒＯ２はスラグの凝固点を高め、粘性を大きくする作用があり、スラグの粘性を調整することにより、ビード外観、形状を改善する効果がある。ワイヤ全質量に対してＺｒＯ２が０．１％未満ではビード外観、形状の改善効果がない。一方、０．５％を超えると、スラグの流動性が過剰となり、ビード外観、形状が不良となる。従って、ＺｒＯ２は０．１〜０．５％とする。なおＺｒＯ２はジルコンサンド、酸化ジルコンなどによりフラックスに添加される。
【００１８】
また、フラックス成分としては、必要に応じて、その他の酸化物、フッ化物などを適量にて添加することができる。例えば、スラグの粘性を調整するためにスラグ形成剤として、Ａｌ２Ｏ３、ＭｎＯ等の酸化物を添加できる。また、アーク安定剤として、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ等の酸化物やＮａＦ、ＭｇＦ２、Ｋ２ＳｉＦ６等のフッ化物を添加できる。
【００１９】
本発明のフラックス入りワイヤは軟鋼の外皮内にフラックスを、ワイヤ全質量に対して１０〜２０％程度充填後、ダイス伸線やローラ圧延加工により所定のワイヤ径（１．０〜１．６ｍｍ）に縮径して製造されるものである。フラックス入りワイヤの断面形状は特に限定されず、帯状の鋼板を素材としてこれにフラックスを巻き込んで製造した外皮に継目が有るもの、チューブ内にフラックスを充填して縮径するなどの製造方法による外皮に継目がないシームレスタイプのいずれでも良い。また溶接用シールドガスはＣＯ２ガスが一般的であるが、Ａｒ−ＣＯ２などの混合ガスも使用できる。
【実施例】
【００２０】
以下、実施例により本発明の効果をさらに詳細に説明する。
鋼製外皮としてＣ：０．００５〜０．０１５％、Ｓｉ：０．０２〜０．０５％、Ｍｎ：０．２２〜０．３０％、Ｐ：０．００８〜０．０１０％、Ｓ：０．００５〜０．００８％、Ａｌ：０．０１〜０．０２％の化学成分の帯鋼を用いて、表１示す各成分組成のワイヤ径１．２ｍｍのフラックス入りワイヤを試作した。
【００２１】
【表１】
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【００２２】
母材としてＪＩＳ  Ｇ  ３１１３  ＳＡＰＨ３７０鋼板（板厚１２ｍｍ）を用い、ルートギャップ５ｍｍ、開先角度６０゜の開先形状とした試験板を溶接長５００ｍｍ、表２に示す溶接条件で多層盛のガスシールドアーク溶接を行った。
【００２３】
【表２】
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【００２４】
各試験の溶接時にアークの安定性、スパッタ発生量の多少、スラグ被包性およびビード外観を観察した。また、溶接終了後Ｘ線透過試験により欠陥の有無を調査し、各試験板の板厚中央よりＪＩＳ  Ｚ  ３１１１  Ａ２号の引張試験片およびＪＩＳ  Ｚ  ３１１１  ４号衝撃試験片を採取して機械試験を行った。また、溶接金属表面のビッカース硬さ試験を行った。機械試験結果において、引張強さが４２０Ｎ／ｍｍ２以下、衝撃試験は０℃におけるシャルピ−吸収エネルギ−が４７Ｊ以上（３本の平均）、ビッカース硬さが１５０以下のものを良好とした。それらの結果を表３に示す。
【００２５】
【表３】
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【００２６】
表３中ワイヤＮｏ．１〜９が本発明例、ワイヤＮｏ．１０〜２１は比較例である。
本発明例であるワイヤＮｏ．１〜９は、各成分組成が適量であるので、アークが安定し、スパッタ発生量が少なく、スラグ被包性およびビード外観、形状が良好で溶接欠陥もなく、さらに引張強さ、吸収エネルギーおよびビッカース硬さとも良好で極めて満足な結果であった。
【００２７】
比較例中ワイヤＮｏ．１０は、Ｃが高いので溶接時にアークが強く、やや不安定でスパッタ発生量が多かった。また、Ｃが高いので溶接金属の引張強さおよびビッカース硬さが高く、吸収エネルギーが低かった。
【００２８】
ワイヤＮｏ．１１は、Ｓｉが高く、ワイヤＮｏ．１２は、Ｍｎが高いので溶接金属の引張強さおよびビッカース硬さが高く、吸収エネルギーが低かった。
ワイヤＮｏ．１３は、Ｍｎが低いので溶接金属の吸収エネルギーが低かった。
【００２９】
ワイヤＮｏ．１４はＡｌとＭｇの合計が高いので溶接時にアークがやや不安定でスパッタ発生量が多くなった。また、溶接金属の引張強さおよびビッカース硬さが高く、吸収エネルギーが低かった。
ワイヤＮｏ．１５はＡｌとＭｇの合計が低いので脱酸効果が小さく溶接金属が酸化して、ピットが発生した。また、溶接金属の吸収エネルギーが低かった。
【００３０】
ワイヤＮｏ．１６はＴｉＯ２が低いので、スラグの被包性が不十分となり、ビード外観が不良となると共に、アークがやや不安定となりスパッタ発生量が多くなった。
ワイヤＮｏ．１７はＴｉＯ２が高いので、スラグ量が過剰となり、ビード外観、形状が悪くなった。また、スラグ巻き込みが発生した。
【００３１】
ワイヤＮｏ．１８はＳｉＯ２が低いので、スラグの粘性が大き過ぎてスラグの被包性が悪くなり、ビード外観、形状が悪くなった。一方、ワイヤＮｏ．１９は、ＳｉＯ２が高いので、逆にスラグの粘性が小さ過ぎ、スラグの流動性が過剰となり、ビード外観、形状が悪くなった。
【００３２】
ワイヤＮｏ．２０はＺｒＯ２が低いので、スラグの粘性が小さ過ぎ、ビード外観、形状が悪くなった。一方、ワイヤＮｏ．２１はＺｒＯ２が高いので、スラグの粘性が大き過ぎてスラグの被包性が悪くなり、ビード外観、形状が悪くなった。