(57)【要約】【課題】大入熱エレクトロスラグ溶接においても、溶接継手方向で安定した溶接性と溶接金属の高靭性値を得ることができる非消耗ノズル式エレクトロスラグ溶接方法およびエレクトロスラグ溶接継手の製造方法を提供する。【解決手段】非消耗ノズル式エレクトロスラグ溶接方法は、溶接ワイヤおよび溶接フラックスを用い、前記溶接ワイヤは、所定量のＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｂを含有し、所定量のＮｉ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｖ、Ｎｂの１種または２種以上を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる組成を有するメタル系フラックス入りワイヤであり、前記溶接フラックスが、所定量のＳｉＯ２、ＣａＯ、ＣａＦ２、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＭｎＯ、ＴｉＯ２を含有する組成を有し、溶接後のスラグが、所定量のＳｉＯ２、ＣａＯ、ＣａＦ２、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＭｎＯ、ＴｉＯ２を含有する組成を有する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接ワイヤおよび溶接フラックスを用いる非消耗ノズル式エレクトロスラグ溶接において、
前記溶接ワイヤは、ワイヤ全質量に対して、Ｃ：０．０１０乃至０．１０質量％、Ｓｉ：０．８質量％以下、Ｍｎ：０．９乃至２．８質量％、Ｍｏ：０．１０乃至２．００質量％、Ａｌ：０．００５乃至０．０４０質量％、Ｔｉ：０．０５乃至０．１４質量％、Ｂ：０．０１１０乃至０．０２７０質量％を含有し、Ｎｉ：３．００質量％以下、Ｃｕ：３．００質量％以下、Ｃｒ：０．３０質量％以下、Ｖ：０．０３０質量％以下、Ｎｂ：０．０３０質量％以下の１種または２種以上を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる組成を有するメタル系フラックス入りワイヤであり、
前記溶接フラックスが、溶接フラックス全質量に対して、ＳｉＯ２：１５乃至４５質量％、ＣａＯ：５乃至２１質量％、ＣａＦ２：１乃至１３質量％、ＭｇＯ：１６質量％以下、Ａｌ２Ｏ３：１７質量％以下、ＭｎＯ：２５質量％以下、ＴｉＯ２：２乃至１５質量％を含有する組成を有し、
溶接後のスラグが、スラグ全質量に対して、ＳｉＯ２：１５乃至４５質量％、ＣａＯ：５乃至２１質量％、ＣａＦ２：１乃至１３質量％、ＭｇＯ：１６質量％以下、Ａｌ２Ｏ３：１７質量％以下、ＭｎＯ：２５質量％以下、ＴｉＯ２：２乃至１５質量％を含有する組成を有することを特徴とする非消耗ノズル式エレクトロスラグ溶接方法。
【請求項２】
前記非消耗ノズル式エレクトロスラグ溶接方法において、溶接電流を３５０乃至４１０Ａ、溶接電圧を４４乃至５４Ｖとし、ワイヤ送給速度を６．５乃至１１．０ｍ／ｍｉｎとして、溶接ワイヤの曲率を直径で５００乃至２３００ｍｍの範囲に調整して溶接することを特徴とする請求項１に記載の非消耗ノズル式エレクトロスラグ溶接方法。
【請求項３】
請求項１および２に記載の溶接方法により作製することを特徴とするエレクトロスラグ溶接継手の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接入熱が４００ｋＪ／ｃｍ以上１１００ｋＪ／ｃｍ以下の非消耗ノズル式エレクトロスラグ溶接方法に関し、特にフラックス入りワイヤを用いて良好な溶接性と良好な溶接金属靭性値を得ることを可能とする非消耗ノズル式エレクトロスラグ溶接方法及びエレクトロスラグ溶接継手の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
エレクトロスラグ溶接は、大入熱の１パス溶接による高能率な溶接が可能であるため、鉄骨の四面ＢＯＸ柱における内ダイアフラムの立向溶接に多く用いられている溶接方法である。近年は溶接の容易さや溶接能率の観点から、非消耗ノズル式のエレクトロスラグ溶接が普及している。ところで、非消耗ノズル式のエレクトロスラグ溶接（特許文献１）では消耗ノズル式のエレクトロスラグ溶接に比べて溶接中にアークが発生する問題が発生しやすい。
【０００３】
エレクトロスラグ溶接では、溶接金属に微量のＴｉとＢを添加させることにより、溶接金属の組織を微細化し、溶接金属の靭性を改善する方法があるが、アークが発生することにより、溶接金属が窒素吸収し、溶接金属の靭性が劣化する問題がある。
さらにアークが発生すると、溶融スラグの温度が低下するため、溶け込みが減少し、連続して発生すると溶け込み不足の欠陥が生じる問題がある。
【０００４】
そこで、エレクトロスラグ溶接における溶接性改善を目的とした技術が、特許文献２に開示されている。特許文献２では、フラックス入りワイヤを使用することにより、溶接時の矯正が容易で非消耗ノズル部及び矯正ローラ部での送給抵抗を小さくすることが可能になると開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭５７−１５６８８４号公報
【特許文献２】特開２００５−２７１０３２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、特許文献２に記載の技術では、溶接長全長に渡って安定したエレクトロスラグ溶接を行うことが出来ない。溶接長６００ｍｍを超える溶接後半になると、溶接中にアークが発生しやすく、溶接性が安定せず、溶接線方向での安定した溶け込みや靭性値を得ることができるとはいえない。
【０００７】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、入熱が４００ｋＪ／ｃｍ以上１１００ｋＪ／ｃｍ以下の大入熱エレクトロスラグ溶接においても、溶接継手方向で安定した溶接性と溶接金属の高靭性値を得ることができる非消耗ノズル式エレクトロスラグ溶接方法及びエレクトロスラグ溶接継手の製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る非消耗ノズル式エレクトロスラグ溶接方法は、溶接ワイヤおよび溶接フラックスを用い、前記溶接ワイヤは、ワイヤ全質量に対して、Ｃ：０．０１０乃至０．１０質量％、Ｓｉ：０．８質量％以下、Ｍｎ：０．９乃至２．８質量％、Ｍｏ：０．１０乃至２．００質量％、Ａｌ：０．００５乃至０．０４０質量％、Ｔｉ：０．０５乃至０．１４質量％、Ｂ：０．０１１０乃至０．０２７０質量％を含有し、Ｎｉ：３．００質量％以下、Ｃｕ：３．００質量％以下、Ｃｒ：０．３０質量％以下、Ｖ：０．０３０質量％以下、Ｎｂ：０．０３０質量％以下の１種または２種以上を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる組成を有するメタル系フラックス入りワイヤであり、前記溶接フラックスが、溶接フラックス全質量に対して、ＳｉＯ２：１５乃至４５質量％、ＣａＯ：５乃至２１質量％、ＣａＦ２：１乃至１３質量％、ＭｇＯ：１６質量％以下、Ａｌ２Ｏ３：１７質量％以下、ＭｎＯ：２５質量％以下、ＴｉＯ２：２乃至１５質量％を含有する組成を有し、溶接後のスラグが、スラグ全質量に対して、ＳｉＯ２：１５乃至４５質量％、ＣａＯ：５乃至２１質量％、ＣａＦ２：１乃至１３質量％、ＭｇＯ：１６質量％以下、Ａｌ２Ｏ３：１７質量％以下、ＭｎＯ：２５質量％以下、ＴｉＯ２：２乃至１５質量％を含有する組成を有する。
【０００９】
また、前記非消耗ノズル式エレクトロスラグ溶接方法において、溶接電流を３５０乃至４１０Ａ、溶接電圧を４４乃至５４Ｖとし、ワイヤ送給速度を６．５乃至１１．０ｍ／ｍｉｎとして、溶接ワイヤの曲率を直径で５００乃至２３００ｍｍの範囲に調整して溶接する。
【００１０】
本発明に係るエレクトロスラグ溶接継手の製造方法は、前記非消耗ノズル式エレクトロスラグ溶接方法により作製する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の非消耗ノズル式エレクトロスラグ溶接方法及びエレクトロスラグ溶接継手の溶接方法によれば、大入熱エレクトロスラグ溶接においても、溶接継手方向で安定した溶接性と高靭性を確保することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】溶接試験における継手形状を示す平面図である。
【図２】試験片の採取位置を示す平面図である（但し、衝撃試験片は、煩雑さを避けるために、各位置を代表して１本のみ図示した）。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明者等は、入熱が４００ｋＪ／ｃｍ以上１１００ｋＪ／ｃｍ以下の大入熱エレクトロスラグ溶接においても、溶接継手方向で安定した溶接性と高靭性を確保することができる非消耗ノズル式エレクトロスラグ溶接方法及びエレクトロスラグ溶接継手の製造方法を開発すべく、鋭意実験研究を行った。その結果、エレクトロスラグ溶接中のスラグ成分の変化が溶接作業性に大きな影響を及ぼすことを知見し、溶接中のスラグ成分をコントロールすることが、溶接長全長に渡って、特に溶接長が長い場合において安定した溶接作業性と高靭性の確保に必須であることを見出した。
【００１４】
更に、溶接ワイヤの形態を、鋼製外皮の内部にフラックスを充填してなるメタル系フラックス入りワイヤとすることで、従来のソリッドワイヤよりもワイヤの送給抵抗を低減させることが可能となり、その結果、溶接作業性の安定化と、溶接金属の靭性を安定化するのに有利であることを見出し、本発明を完成させた。
【００１５】
以下に、本発明の非消耗ノズル式エレクトロスラグ溶接方法について詳細に説明する。
【００１６】
先ず、非消耗ノズル式エレクトロスラグ溶接方法にて使用する溶接ワイヤであるメタル系フラックス入りワイヤについて、説明する。
【００１７】
メタル系フラックス入りワイヤの組成（即ち、鋼製外皮とその内部に充填した金属粉末とを総合した成分の組成）は、所定量のＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｂを含有し、所定量のＮｉ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｖ、Ｎｂの１種または２種以上を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる。その限定理由について説明する。
【００１８】
「Ｃ：０．０１０乃至０．１０質量％」
Ｃは、溶接金属の強度と靭性を確保するために有効な元素であるが、Ｃ含有量が０．０１０質量％未満では、その効果が得られない。一方、Ｃ含有量が０．１０質量％を超えると硬化組織が増大し、靭性が低下する。よって、Ｃ含有量は０．０１０乃至０．１０質量％とする。Ｃ源としては、鋼製外皮、グラファイト、鉄粉、Ｆｅ−Ｍｎ等の金属粉、合金粉を用いる。なお、より好ましい範囲としては、Ｃ：０．０１０乃至０．０５０質量％である。
【００１９】
「Ｓｉ：０．８質量％以下」
Ｓｉは、Ｓｉ含有量が０．８質量％を超えると、溶接金属の高温割れが発生しやすくなり、更に島状マルテンサイトという低靭性組織の生成が顕著となり、溶接金属の靭性が著しく劣化する。よって、Ｓｉ含有量は０．８質量％以下とする。Ｓｉ源としては、鋼製外皮、Ｆｅ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｎ等の合金粉を用いる。
【００２０】
「Ｍｎ：０．９乃至２．８質量％」
Ｍｎは、脱酸剤として作用すると共に焼入れ性を向上させる効果があり、溶接金属の靭性安定化のために必要な元素である。しかし、Ｍｎ含有量が０．９質量％未満の場合、十分な焼入れ性、靭性が得られない。一方、Ｍｎ含有量が２．８質量％を超えると、焼入れ性が高くなり過ぎ、強度が上がり、耐高温割れ性が劣化すると共に、靭性が劣化する。よ
って、Ｍｎ含有量は０．９乃至２．８質量％とする。Ｍｎ源としては、外皮金属、金属Ｍｎ、Ｆｅ−Ｍｎ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｎ等の金属粉、合金粉を用いる。
【００２１】
「Ｍｏ：０．１０乃至２．００質量％」
Ｍｏは、焼入れ性を高め、溶接金属の強度と靭性の向上に大きな効果があるが、Ｍｏ含有量が０．１０質量％未満であると、上記効果が期待できない。一方、Ｍｏ含有量が２．００質量％を超えると、溶接金属の高温割れが発生する可能性があり、かつ、過剰な硬化により溶接金属の靭性が劣化する。よって、Ｍｏ含有量は０．１０乃至２．００質量％とする。Ｍｏ源としては、Ｆｅ−Ｍｏ等合金粉を用いる。
【００２２】
「Ａｌ：０．００５乃至０．０４０質量％」
Ａｌは、溶接金属の脱酸効果のため含有される元素である。しかし、Ａｌ含有量が０．００５質量％未満の場合、その効果が発揮されず、溶接金属の焼入れ性が低下し、靭性の劣化が生じる。一方、Ａｌ含有量が０．０４０質量％を超えると、Ａｌ酸化物が多量に形成され、アシキュラーフェライトの生成核となるＴｉ酸化物の生成を阻害するため、靭性が劣化する。また、スラグ中のＳｉＯ２が低下し、溶接停止などの問題が発生する。よって、Ａｌ含有量は０．００５乃至０．０４０質量％とする。Ａｌ源としては、金属Ａｌ、Ｆｅ−Ａｌ等の金属粉及び合金粉を用いる。
【００２３】
「Ｔｉ：０．０５乃至０．１４質量％」
Ｔｉは、脱酸材として作用し、溶接中のスラグ組成に大きな影響を与える元素であり、さらにはＴｉ酸化物としてアシキュラーフェライトを生成する核となり、粗大な粒界フェライトの生成を防止するために必要な元素である。しかし、Ｔｉ含有量が０．０５質量％未満の場合、酸化物の生成が不十分で、溶接金属の靭性向上が得られない。一方、Ｔｉ含有量が０．１４質量％を超えると、溶接中のスラグにおけるＴｉ酸化物の割合が増大し、かつスラグ中のＳｉＯ２の割合が減少するため、スラグの電気伝導度が低下し、わずかのワイヤ送給速度変動によりアークが発生するようになり、溶接性の劣化と窒素の吸収による靭性の劣化が生じる。よって、Ｔｉ含有量は０．０５乃至０．１４質量％とする。Ｔｉ源としては、Ｆｅ−Ｔｉ等の合金粉を用いる。
【００２４】
「Ｂ：０．０１１０乃至０．０２７０質量％」
Ｂは、溶接金属の焼入れ性を向上させ、初析フェライトの成長の抑制により、靭性を向上させる元素である。しかし、Ｂ含有量が０．０１１０質量％未満の場合、上記効果が期待できない。一方、Ｂ含有量が０．０２７０質量％を超えると、溶接金属の焼入れ性が過剰となるため、高温割れが発生しやすくなるとともに、マルテンサイト相の生成により溶
接金属の靭性が劣化する。よって、Ｂ含有量は０．０１１０乃至０．０２７０質量％とする。なお、より好ましい範囲としては、Ｂ：０．０１３０乃至０．０２００質量％である。Ｂ源としてはＦｅ−Ｂ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ等の合金粉、特殊ガラス等の複合酸化物を用いる。
【００２５】
「Ｎｉ：３．００質量％以下」
Ｎｉは、溶接金属の靭性を高める効果があるが、Ｎｉ含有量が３．００質量％を超えると、Ａ３変態点の低下により、固液共存域を増加させ、結果として耐高温割れ性が劣化する。よって、Ｎｉ含有量は３．００質量％以下とする。Ｎｉ源としては、金属Ｎｉ、Ｎｉ−Ｍｇ等の金属粉、合金粉を用いる。
【００２６】
「Ｃｕ：３．００質量％以下」
Ｃｕは、溶接金属の強度を高める働きがあるが、Ｃｕ含有量が３．００質量％を超えると、溶接金属の高温割れが発生する危険性が増大するばかりでなく、過剰な硬化が生じて溶接金属の靭性が劣化する。よって、Ｃｕ含有量は３．００質量％以下とする。Ｃｕ源としては、フラックス入りワイヤの表面へのＣｕ鍍金又はＣｕ粉を用いる。
【００２７】
「Ｃｒ：０．３０質量％以下」
Ｃｒは、溶接金属の組織を微細化し、かつ強度を高める働きがあるが、Ｃｒ含有量が０．３０質量％を超えると、溶接金属が硬化して靭性が劣化する。よって、Ｃｒ含有量は０．３０質量％以下とする。Ｃｒ源としては、金属Ｃｒ、Ｆｅ−Ｃｒ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ等の金属粉、合金粉を用いる。
【００２８】
「Ｖ：０．０３０質量％以下」
Ｖは、溶接金属の強度靭性の向上のために添加できるが、Ｖ含有量が０．０３０質量％を超えると、溶接金属が硬化して靭性が劣化する。よって、Ｖ含有量は０．０３０質量％以下とする。Ｖ源としては、Ｆｅ−Ｖ等の合金粉を用いる。
【００２９】
「Ｎｂ：０．０３０質量％以下」
Ｎｂは、同様に溶接金属の強度靭性を向上するために添加できるが、Ｎｂ含有量が０．０３０質量％を超えると、溶接金属が硬化して靭性が劣化する。よって、Ｎｂ含有量は０．０３０質量％以下とする。Ｎｂ源としては、Ｆｅ−Ｎｂ等の合金粉を用いる。
【００３０】
本発明の溶接ワイヤであるフラックス入りワイヤでは、上記の成分に加えて、希土類元素（ＲＥＭ）の１種又は２種以上を合計量（希土類元素換算値）で０．０５０質量％以下を含有してもよい。
【００３１】
「希土類元素の１種又は２種以上の合計量（希土類元素換算値）：０．０５０質量％以下」
希土類元素（ＲＥＭ）は、硫化物を生成することによってＳを固定し、Ｓに起因する溶接金属の靭性向上作用を有する。また、強脱酸剤でもあり、靭性向上効果作用を有する。ＲＥＭ含有量が０．０５０質量％を超えると、溶接金属中のＳｉ、Ｍｎ、Ｔｉ等の脱酸剤の歩留まりが大きくなり、強度が高くなり、靭性向上効果が小さくなることから、ＲＥＭを添加する場合は０．０５０質量％以下とする。ここでいう、希土類元素とは、周期律表の３族（Ｓｃ、Ｙ及び原子番号５７（Ｌａ）乃至７１（Ｌｕ））に属する元素である。また、希土類元素は希土類化合物として含有され、希土類化合物とは、希土類元素の酸化物（Ｎｄ２Ｏ３，Ｌａ２Ｏ３，Ｙ２Ｏ３，ＣｅＯ３，Ｃｅ２Ｏ３、Ｓｃ２Ｏ３等の単体の酸化物及びこれらの複合酸化物並びにモナザイト、バストネサイト、アラナイト、セライト、ゼノタイム、ガドリナイト等の希土類酸化物の鉱石を含む）、弗化物（ＣｅＦ３，ＬｎＦ３，ＰｍＦ３，ＳｍＦ３，ＧｄＦ３，ＴｂＦ３等）及び合金（希土類元素−Ｆｅ、希土類元素−Ｆｅ−Ｂ，希土類元素−Ｆｅ−Ｃｏ、希土類元素−Ｆｅ−Ｓｉ、希土類元素−Ｃａ−Ｓｉ等）をいう。
【００３２】
次に、このフラックス入りワイヤの鋼製外皮の成分であるが、次の範囲とするのが望ましい。
【００３３】
「Ｃ：０．０５質量％以下」
Ｃは、鋼製外皮の強度を確保する上で重要な元素である。しかし、Ｃ含有量が０．０５質量％を超えると、鋼製外皮が硬化してエレクトロスラグ溶接時における溶接ワイヤの矯正に必要な荷重が大きくなり、溶接ワイヤの送給性が不良となる。また、非消耗ノズルの先端から溶接ワイヤが曲がった状態で供給され、溶接金属の片溶けが発生する。よって、Ｃ含有量は０．０５質量％以下が望ましい。
【００３４】
「Ｓｉ：０．２質量％以下」
Ｓｉは、鋼製外皮の強度を確保する上で重要な元素である。しかし、Ｓｉ含有量が０．２質量％を超えると、鋼製外皮が硬化してエレクトロスラグ溶接時における溶接ワイヤの矯正に必要な荷重が大きくなり、溶接ワイヤの送給性が不良となる。よって、Ｓｉ含有量は０．２質量％以下が望ましい。
【００３５】
「Ｍｎ：０．６質量％以下」
Ｍｎは、鋼製外皮の強度を確保する上で重要な元素である。しかし、Ｍｎ含有量が０．６質量％を超えると、鋼製外皮が硬化してエレクトロスラグ溶接時における溶接ワイヤの矯正に必要な荷重が大きくなり、溶接ワイヤの送給性が不良となる。よって、Ｍｎ含有量は０．６質量％以下が望ましい。
【００３６】
上記した鋼製外皮の成分以外の残部は、Ｆｅ及び不可避的不純物である。
【００３７】
なお、本発明の溶接ワイヤであるフラックス入りワイヤの形態としては、合わせ目有りのシームタイプ、又は合わせ目無しシームレスタイプのいずれのタイプも適用できる。また、本発明のフラックス入りワイヤに充填されるフラックスの充填率は、５乃至３０質量％である。フラックス充填率が５質量％未満では、フラックス入りワイヤの剛性が高いために溶接ワイヤの矯正に必要な荷重が大きくなり、フラックス入りワイヤの送給性が劣化し、アークの発生などが生じる。また、充填率が３０質量％超では、フラックス入りワイヤの製造中に断線が多発したり、溶接ワイヤの矯正ローラ部で座屈したりする。また、スラグ形成剤は実質充填しないが、溶接時に銅当て金を使用する場合は銅当て金にフラックスが付着してスラグを消費して溶融スラグ浴深さが変化するので、スラグ形成剤は、２．０質量％以下の範囲で添加することが可能である。
【００３８】
本発明の溶接ワイヤであるフラックス入りワイヤの不可避不純物としては、Ｐ、Ｓ、Ｓｎが挙げられ、夫々各不純物は０．０３０質量％以下に規制される。
【００３９】
次に、本発明にて使用する溶接フラックスおよび溶接中のスラグの各々の組成は、所定量のＳｉＯ２、ＣａＯ、ＣａＦ２、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＭｎＯ、ＴｉＯ２を含有し、残部が不可避的不純物からなる。その限定理由について説明する。
溶接フラックスは溶接熱で溶解し、溶接スラグとなるが、サブマージアーク溶接などのフラックスを用いるアーク溶接とは異なり、エレクトロスラグ溶接においては、そのスラグ組成はスラグ−メタル反応により時々刻々と変化するので、スラグの流動性や電気伝導性、塩基度を良好な範囲に制御し、安定な溶接を実現するにはフラックス組成を規定するのみならず、溶接中のスラグ組成もコントロールしなければならない。溶接長全長に渡って良好な溶接性を保つには溶接フラックス、ならびに溶接中のスラグ組成を以下の範囲とすることが必要である。そして、本発明においては、溶接中のスラグ組成は、溶接後のスラグ組成で定義することとする。
【００４０】
「ＳｉＯ２：１５乃至４５質量％」
ＳｉＯ２は、スラグの粘度、酸素量に影響を及ぼす塩基度を制御するのに必須の成分である。特に、ＳｉＯ２は、エレクトロスラグ溶接にとって重要であり、スラグ発熱のための電気電導度に大きな影響を及ぼす。ＳｉＯ２含有量が１５質量％未満の場合、スラグの電気抵抗が低くなり、溶接時にアークが発生しやすくなる。特に、ワイヤ中のＡｌやＴｉなどの強脱酸元素の添加はスラグ中のＳｉＯ２を低下させる。一方、ＳｉＯ２含有量が４５質量％を超えると、塩基度が低くなりすぎ、溶接金属の酸素量が高くなりすぎるとともに、電気抵抗が高くなりすぎ、アークの発生など溶接が不安定化する。よって、ＳｉＯ２含有量は１５乃至４５質量％とする。
【００４１】
「ＣａＯ：５乃至２１質量％」
ＣａＯは、塩基性成分であり、適度に添加することでスラグの流動性を適正に保つのに有効である。ＣａＯ含有量が５質量％未満の場合、溶接金属酸素量が過大になり靱性が劣化する。一方、ＣａＯ含有量が２１質量％を超えると、スラグの流動性が低下し、通電が不安定化するため、溶け込みの不安定化やアークの発生など溶接性が低下する。よって、ＣａＯ含有量は５乃至２１質量％とする。
【００４２】
「ＣａＦ２：１乃至１３質量％」
ＣａＦ２は、溶接金属の酸素量を低減するのに極めて有効な成分であり、スラグの流動性を適正に保つのに有効である。さらには、高温で良好な電気伝導性を示すため、スラグの電気伝導度を調整する働きがある。ＣａＦ２含有量が１質量％未満の場合、スラグの流動性の低下や通電抵抗の増加がおこり、溶接停止が発生する。一方、ＣａＦ２含有量が１３質量％を超えると、スラグの通電抵抗が低下し、アークの発生などにより溶接停止が起こりやすい。よって、ＣａＦ２含有量は１乃至１３質量％とする。
【００４３】
「ＭｇＯ：１６質量％以下」
ＭｇＯは、塩基性成分であり、溶接金属の酸素量を低減すると共にスラグの凝固点・粘度調整のために添加される。ＭｇＯ含有量が１６質量％を超えると粘度が過大となり、流動性が悪くなるため、スラグ内の温度ばらつきが大きくなり、溶接停止が起こりやすくなる。よって、ＭｇＯ含有量は１６質量％以下とする。
【００４４】
「Ａｌ２Ｏ３：１７質量％以下」
Ａｌ２Ｏ３は、スラグ形成剤として作用し、溶融スラグの粘性を下げる効果があるが、この効果はＣａＯの添加により十分に補われている。一方、Ａｌ２Ｏ３含有量が１７質量％を超えると、溶融スラグの流動性が悪くなり、溶接停止が発生しやすくなる。よって、Ａｌ２Ｏ３含有量は１７質量％以下とする。
【００４５】
「ＭｎＯ：２５質量％以下」
ＭｎＯは、スラグの粘性を調整するのに有効である。しかし、この効果はＳｉＯ２の添加により確保することができるため、ＭｎＯの添加は必須ではない。一方、ＭｎＯの含有量が２５質量％を超えると、スラグの粘性が増大し、溶接停止が起こりやすい。よって、ＭｎＯ含有量は２５質量％以下とする。
【００４６】
「ＴｉＯ２：２乃至１５質量％」
ＴｉＯ２は、高温で良好な電気電導性を持つため、溶接作業性のコントロールに必須であり、スラグ−メタル反応によりワイヤからのＴｉ添加とバランスし、溶接金属へのＴｉの歩留りを安定させ、溶接金属の靭性を高める働きがある。一方、スラグ中のＴｉＯ２量が１５質量％を越えて添加されると、スラグの電気電導性が高くなりすぎ、スラグ浴中のワイヤ浸漬長さが短くなり、アークの発生などによる溶接停止や、靭性の低下が発生する。よって、ＴｉＯ２含有量は２乃至１５質量％とする。
【００４７】
なお、溶接フラックスおよびスラグの各々の不可避的不純物としては、ＦｅＯ、Ｂ２Ｏ３等が挙げられ、ＦｅＯ含有量は、溶接金属の靭性の確保の観点から、４．５質量％以下であることが望ましい。さらに、Ｂ２Ｏ３含有量は、溶接金属の靭性確保、安定化の観点から、１．５質量％以下が望ましい。
【００４８】
前記非消耗ノズル式エレクトロスラグ溶接方法においては、１．６ｍｍφ前後のワイヤ径が一般的に適用され、ワイヤ送給速度が大きい。このため、溶接条件は以下の範囲とすることが望ましい。
【００４９】
「溶接電流：３５０乃至４１０Ａ」
適正なスラグ発熱を得て、適正な溶け込みを溶接長全長に渡って得るためには、溶接電流は３５０乃至４１０Ａの範囲することが望ましい。溶接電流が３５０Ａ未満の場合、スラグ発熱が不十分となり、溶け込みが不足する。一方、溶接電流が４１０Ａを超えると、ワイヤ溶融が不安定となり、アーク発生などの溶接不安定化が生じ溶接性が劣化する。
【００５０】
「溶接電圧：４４乃至５４Ｖ」
溶接電圧は、溶け込みの大きさやワイヤの突き出し長さに大きな影響を及ぼし、溶接電圧が４４Ｖ未満の場合、溶け込み不足が生じやすい。一方、溶接電圧が５４Ｖを超えると突き出し長さが短くなり、アークの発生などが生じ溶接性が劣化する。
【００５１】
「ワイヤ送給速度：６．５乃至１１．０ｍ／ｍｉｎ」
非消耗ノズル式のエレクトロスラグ溶接では、ワイヤ送給速度を大きな範囲で設定できる。しかし、ワイヤ送給速度が６．５ｍ／ｍｉｎ未満の場合、溶接能率が低く、経済的でないだけでなく、溶接入熱が増大して溶接部の靭性が劣化しやすい。また、突き出し長さが短くなり、わずかなワイヤ送給速度の変化によりアークが発生し、溶接停止や靭性劣化が生じる。一方、ワイヤ送給速度が１１．０ｍ／ｍｉｎを超えると、溶接入熱が減少し、溶け込みが減少しやすく、突き出し長さが変化しやすいため、溶融スラグとの間にアークが発生しやすく、溶接性の劣化、ならびに溶接金属靭性の劣化が生じやすい。
【００５２】
「溶接ワイヤの曲率（直径）：５００乃至２３００ｍｍ」
溶接ワイヤの曲率（直径）に相当するキャスト径が５００ｍｍ未満の場合、ワイヤの送給抵抗が増大するため、ワイヤの送給速度に変化が起こりやすくなり、ワイヤがスラグ浴から離脱してアークが発生しやすくなる。一方、溶接ワイヤのキャスト径が２３００ｍｍを超えると、ワイヤの送給抵抗が減少するため、ワイヤの送給速度は不安定化し、アークの発生などによる溶接性の劣化、溶接金属の靭性劣化が生じる。
【００５３】
なお、本溶接方法においては、スラグ浴深さを１５乃至４０ｍｍとするのが望ましい。良好な溶け込みを得るには、スラグの発熱を効率よく得なければならない。そのため、スラグ浴深さは１５乃至４０ｍｍの範囲とすることが望ましい。スラグ浴深さが１５ｍｍ未満の場合、スラグの発熱が過大になるとともに、ワイヤがスラグ中で安定に溶解せず、アーク停止が頻発する危険が高まる。一方、スラグ浴深さが４０ｍｍを超えると、スラグの温度が低下し、ワイヤの溶融および母材の溶融が不安定化し、溶接停止や溶け込み不足が生じやすくなる。
【００５４】
次に、本発明のエレクトロスラグ溶接継手の製造方法について説明する。
ここで、エレクトロスラグ溶接継手は、図１に示すように、母材（スキンプレートａおよびダイアフラムｂ）と当金（側板ｃ）とで囲まれた開先（空間ｓ）を、溶接ワイヤ（フラックス入りワイヤ）および溶接フラックスを用いて、例えば立向上進法にて、溶接することによって作製される。
本製造方法においては、前記非消耗ノズル式エレクトロスラグ溶接方法により作製することを特徴とする。非消耗ノズル式エレクトロスラグ溶接方法の詳細については、前記のとおりであるので、説明を省略する。
【実施例】
【００５５】
次に、本発明の実施例について、本発明の特許請求の範囲から外れる比較例と比較して説明する。溶接試験を以下のようにして行った。図１に示すように、板厚６０ｍｍのスキンプレートａ上に、ＪＩＳ規格ＳＮ４９０に規定されたフラットバーを１対の側板ｃとして立設し、この側板ｃ間に５５ｍｍ厚のダイアフラムｂを挟んだ溶接継手を作製した（溶接長１２００ｍｍ）。この溶接継手における溶接箇所は、ダイアフラムｂと、側板ｃと、スキンプレートａに囲まれた空間ｓである。各部材の寸法は図１に示すとおりである。また、スキンプレートａ、ダイアフラムｂ、側板ｃの成分組成（質量％）を表１に示す。そして、表２に示す溶接条件（立向上進法）で、線径が１．６ｍｍの溶接ワイヤを使用して、エレクトロスラグ溶接を実施した。なお、溶接フラックスは、溶接開始前に、１１０ｇ投入した。また、スラグ浴深さは２５ｍｍで行った。
【００５６】
【表１】
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【００５７】
【表２】
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【００５８】
溶接ワイヤとして用いたメタル系フラックス入りワイヤの成分組成（即ち、鋼製外皮と充填した金属粉末との総合成分）を表３、４（表において残部はＦｅ及び不可避的不純物である）に示す。また、鋼製外皮の成分組成（質量％）を表５（表において残部はＦｅ及び不可避的不純物である）に示す。溶接フラックスの成分組成（溶接フラックス全質量に対する質量％）を表６（表において残部は不可避的不純物である）に示す。溶接後のスラグの組成を表７、８（表において残部は不可避的不純物である）に示す。溶接中にフラックスの追加は行わなかった。すなわち、溶接中のスラグ組成は、溶接開始前のフラックス組成と溶接後のスラグ組成の範囲内にあることを示している。
【００５９】
【表３】
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【００６０】
【表４】
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【００６１】
【表５】
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【００６２】
【表６】
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【００６３】
【表７】
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【００６４】
【表８】
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【００６５】
【表９】
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【００６６】
溶接終了後、ＵＴ（超音波探傷試験）により高温割れ等の欠陥の有無を確認し、図２に示す採取位置で引張試験片ｄ及びシャルピー衝撃試験片ｅを採取し、溶接金属の機械的性質を調査した。引張試験片は、溶接線方向の３００ｍｍの箇所から採取し、引張試験を実施した。衝撃試験片については、溶接線方向で、２００ｍｍ、７００ｍｍ、１１００ｍｍの３箇所から採取し、試験温度を０℃として、衝撃試験を実施した。但し、衝撃吸収エネルギは、各箇所３本の試験片の衝撃値の平均値である。また、図２のｆ１、ｆ２はスキンプレートａの溶け込み深さを示しており、ｆ１とｆ２の和を溶接長１５０ｍｍ、６５０ｍｍ、１０５０ｍｍの位置で測定した。その結果を表７〜９に示した。
【００６７】
実施例である表７〜９に示す記号Ｓ１〜Ｓ４およびＳ６では、溶接長１２００ｍｍ全長に渡り、アークの発生はすべて１秒以下の短時間で、発生数も３回以下で良好であった。また、高温割れ等の欠陥も無く、溶接金属の衝撃吸収エネルギ（靭性）も測定位置３位置に渡って良好な値を示した。スキンプレートａの溶け込みも十分であった。
【００６８】
これに対し、比較例である表７〜９に示す記号Ｓ５では、好ましい溶接条件であってもワイヤのＴｉ量および溶接フラックスのＴｉＯ２量が上限値に近いため、高温割れ等の欠陥は無かったが、溶接後のスラグのＴｉＯ２量が増加した。そのため、溶接の後半にアークが発生するようになり、溶け込みの減少と溶接長１１００ｍｍ位置での溶接金属靭性低下が生じた。
【００６９】
比較例である表７〜９に示す記号Ｓ７では、ワイヤのＴｉ量が高いため、高温割れ等の欠陥はなかったが、溶接後のスラグ中のＴｉＯ２量が増加した。そのため、溶接の後半にアークの発生が頻発し、溶け込みの減少と溶接長１１００ｍｍの位置での溶接金属靭性に低下が生じた。
【００７０】
比較例である表７〜９に示す記号Ｓ８では、ワイヤのＴｉ量が高いため、高温割れ等の欠陥は無かったが、溶接後のスラグ中のＴｉＯ２量が増加した。そのため、上記と同様に溶接の後半にアークの発生が頻発し、溶け込みの減少と溶接長１１００ｍｍの位置での溶接金属靭性に低下が生じた。
【符号の説明】
【００７１】
ａ：スキンプレート
ｂ：ダイアフラム
ｃ：側板
ｄ：引張試験片
ｅ：シャルピー衝撃試験片
ｆ１、ｆ２：溶け込み
ｓ：空間
【図１】
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【図２】
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