(57)【要約】【課題】溶接時において、スパッタの発生を良好に低減し得る溶接ワイヤを提供する。【解決手段】溶接ワイヤは、質量％で、Ｃ：０．００３〜０．０３０％、Ｓｉ：０．４〜１．１０％、Ｍｎ：０．１〜０．８％、Ｐ：０．０４％以下、Ｓ：０．０１０％以下、Ｃｕ：０．０１〜０．４５％、Ｎｉ：０．０１〜０．２５％、Ｃｒ：１６．０〜２１．０％、Ｍｏ：０．０１〜０．２５％、Ｔｉ：０．０１〜０．１５％、Ｎｂ：８×（［Ｃ］＋［Ｎ］）〜０．８０％、Ｎ：０．００３〜０．０２５％、を含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物からなり、さらに質量％で、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｎｂが（［Ｓｉ］＋［Ｔｉ］）／［Ｎｂ］≧１．０を満たす。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｃ：０．００３〜０．０３０％、
Ｓｉ：０．４〜１．１０％、
Ｍｎ：０．１〜０．８％、
Ｐ：０．０４％以下、
Ｓ：０．０１０％以下、
Ｃｕ：０．０１〜０．４５％、
Ｎｉ：０．０１〜０．２５％、
Ｃｒ：１６．０〜２１．０％、
Ｍｏ：０．０１〜０．２５％、
Ｔｉ：０．０１〜０．１５％、
Ｎｂ：８×（［Ｃ］＋［Ｎ］）〜０．８０％、
Ｎ：０．００３〜０．０２５％、
を含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物からなり、
さらに質量％で、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｎｂが下記式（１）を満たすことを特徴とする溶接時のスパッタ低減に優れた溶接ワイヤ。
（［Ｓｉ］＋［Ｔｉ］）／［Ｎｂ］≧１．０  …式（１）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接時のスパッタ低減に優れた溶接ワイヤに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の排気処理系部品（例えば、エキゾーストマニホルドやコンバータ等）を製造するに際して、ガスシールドアーク溶接が広く適用されている。このようなアーク溶接時における溶接部の高温割れを抑制し、溶接部の靭性を高めるために、溶接ワイヤに関して種々の技術が提案されている（例えば、下記特許文献１，２参照）。
ところで、アーク溶接時には、通常スパッタが発生する。スパッタが頻繁に発生すると、ビード周辺にスパッタが付着し、外観不良の要因となる。また、溶接ノズルにスパッタが付着すると、シールド不良が生じやすくなり、溶接作業性の低下を招来する。下記特許文献１では、スパッタの発生を抑制する観点から、Ｃａ含有量を所定量以下に規制し、かつパルスＭＩＧ溶接法を用いて実施するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０２−１１２８９４号公報
【特許文献２】特開２０００−２５６８０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
スパッタは、主に溶接ワイヤの先端か、あるいは溶融池から発生すると考えられている。ここで、溶接部品には、例えば図１及び図２に示されるように、ワークとしての２枚の母材１１，１２を所定の重ね代１３ａ及びギャップ１３ｂが形成されるように部分的に対向配置状態とし、母材１１，１２を溶接ワイヤによるビード１４により一体的に接合する態様のものがある。このような溶接部品１０におけるスパッタ発生状況を観察すると、ビード１４（溶接部、溶融池）から飛散して母材１１,１２の表側表面に付着する表側スパッタ１５や、溶接ノズルに付着するものがある一方で、ギャップ１３ｂを通して母材１１,１２の表側から裏側に抜けるものがあり、これは溶接部品１０から見ると、部品の内部に侵入した裏側スパッタ１６に相当する。
このような裏側スパッタ１６の存在は、特に流体の流路を形成する溶接部品１０の性能低下を招来するものである。このため、裏側スパッタ１６のそもそもの原因であるスパッタの発生を良好に低減し得る溶接ワイヤが望まれるようになった。
【０００５】
本願発明は以上のような事情を背景としてなされたものであり、その目的は、溶接時において、スパッタの発生を良好に低減し得る溶接ワイヤを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の溶接ワイヤは、質量％で、Ｃ：０．００３〜０．０３０％、Ｓｉ：０．４〜１．１０％、Ｍｎ：０．１〜０．８％、Ｐ：０．０４％以下、Ｓ：０．０１０％以下、Ｃｕ：０．０１〜０．４５％、Ｎｉ：０．０１〜０．２５％、Ｃｒ：１６．０〜２１．０％、Ｍｏ：０．０１〜０．２５％、Ｔｉ：０．０１〜０．１５％、Ｎｂ：８×（［Ｃ］＋［Ｎ］）〜０．８０％、Ｎ：０．００３〜０．０２５％、を含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物からなり、さらに質量％で、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｎｂが下記式（１）を満たすことを特徴とする。
（［Ｓｉ］＋［Ｔｉ］）／［Ｎｂ］≧１．０  …式（１）
【発明の効果】
【０００７】
本発明の溶接ワイヤでは、Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｐ，Ｓ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｔｉ，Ｎｂ，Ｎ及びＦｅによる各元素の質量％がそれぞれ所定範囲に制限されることに加え、さらに質量％で、Ｓｉ，Ｔｉ，Ｎｂが（［Ｓｉ］＋［Ｔｉ］）／［Ｎｂ］≧１．０を満たすように添加される。これによれば、溶接部（溶融池）における溶湯の粘度を高めることで、溶融池が崩れにくくなって安定化することから、所定大きさを超える裏側スパッタの発生を良好に低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】溶接部品の一例を示す模式的に示す斜視図。
【図２】図１の溶接部品において、溶接時のスパッタ発生状況を示す説明図。
【図３】Ｓｉ量と０．３ｍｍ超の裏側スパッタの数との関係を、Ｔｉ量を変えて比較した場合のグラフ。
【図４】Ｓｉ量と０．３ｍｍ超の裏側スパッタの数との関係を、Ｎｂ量を変えて比較した場合のグラフ。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の溶接ワイヤにおける各元素の組成限定理由及び限定条件について説明する。
【００１０】
（１）Ｃ：０．００３〜０．０３０％
Ｃは溶接部（溶接金属）の強度を高めるために含有させる。この効果を得るために０．００３％以上が必要である。一方、０．０３０％を超えて過剰に含有させると、溶接後の冷却過程でマルテンサイトが形成され、溶接部が脆くなって延性・靭性が低下しやすくなる。このため０．０３０％を上限とする。好ましくは０．００８〜０．０２４％である。
【００１１】
（２）Ｓｉ：０．４〜１．１０％
Ｓｉは鋼の溶製時に脱酸剤として使用される。また、Ｓｉは溶接部における溶融池の粘度を高めることから、スパッタ低減のために含有させる。この効果を得るために０．４％以上含有させる必要がある。一方、１．１０％を超えて過剰に含有させると、溶接部の耐食性・耐酸化性が低下しやすくなる。このため１．１０％を上限とする。
【００１２】
（３）Ｍｎ：０．１〜０．８％
Ｍｎは鋼の溶製時に脱酸剤として使用される。この効果を得るために０．１％以上が必要である。一方、０．８％を超えて過剰に含有させると、例えばマルテンサイト生成の促進を招き、溶接部の延性・靭性が低下しやすくなる。このため０．８％を上限とする。
【００１３】
（４）Ｐ：０．０４％以下
０．０４％を超えてＰを過剰に含有させると、冷間加工性が低下し、溶接ワイヤの製造が困難となる。このような過剰なＰを含む溶接ワイヤを用いて溶接すると、耐溶接割れ性（溶接時に溶接部に割れが生じ難いこと。以下、耐割れ性という）が低下しやすくなる。このため０．０４％を上限とする。
【００１４】
（５）Ｓ：０．０１０％以下
０．０１０％を超えてＳを過剰に含有させると、冷間加工性が低下し、溶接ワイヤの製造が困難となる。このような過剰なＳを含む溶接ワイヤを用いて溶接すると、溶接部の耐割れ性や延性・靭性が低下しやすくなる。このため０．０１０％を上限とする。好ましくは０．００５％以下である。
【００１５】
（６）Ｃｕ：０．０１〜０．４５％
Ｃｕは溶接部の強度と耐食性を高めるために含有させる。このような効果を得るために０．０１％以上含有させる必要がある。一方、０．２５％を超えて過剰に含有させると、上記効果が飽和するとともに、溶接部の延性・靭性が低下しやすくなる。ただし、Ｃｕは溶接ワイヤの表面にメッキの態様で使用される場合も多い。これらの事情を考慮に入れて、上限を０．４５％とする。
【００１６】
（７）Ｎｉ：０．０１〜０．２５％
ＮｉもＣｕと同様、溶接部の強度と耐食性を高めるために含有させる。このような効果を得るために０．０１％以上含有させる必要がある。一方、０．２５％を超えて過剰に含有させると、冷間加工性が低下し、溶接ワイヤの製造が困難となる。このため０．２５％を上限とする。好ましくは０．０５〜０．２０％である。
【００１７】
（８）Ｃｒ：１６．０〜２１．０％
Ｃｒは耐食性を付与する主要元素である。高い耐食性を得るためには、１６．０％以上含有させる必要がある。なお、Ｃｒが不足すると、溶接部における溶融池の粘度が不足する場合があり、スパッタ低減の効果が得られないことがある。一方、過剰に含有させると、材料が脆下して溶接ワイヤの製造が困難となる。このため２１．０％を上限とする。
【００１８】
（９）Ｍｏ：０．０１〜０．２５％
Ｍｏは塩化物環境下での耐孔食性を高めるために含有させる。この効果を得るために０．０１％上含有させる必要がある。ただし、０．２５％を超えて過剰に含有させると、溶接部の延性・靭性が低下しやすくなる。このため０．２５％を上限とする。
【００１９】
（１０）Ｔｉ：０．０１〜０．１５％
Ｔｉは溶接部の耐食性（耐鋭敏化）を高めるために含有させる。つまり、溶接部に含まれるＴｉがＣ，Ｎと結合することで、粒界にＣｒ炭化物やＣｒ窒化物が析出することが抑制され、ひいては溶接部の耐食性の低下が防止される。また、Ｔｉは溶接部における溶融池の粘度を高めることから、スパッタ低減のために含有させる。これらの効果を得るために０．０１％上含有させる必要がある。ただし、０．１５％を超えて過剰に含有させると、ビードの形成が不安定となって逆に粗粒となり、溶接部の延性・靭性が低下しやすくなる。このため０．１５％を上限とする。
【００２０】
（１１）Ｎｂ：８×（［Ｃ］＋［Ｎ］）〜０．８０％
Ｎｂは溶接部の耐食性（耐鋭敏化）を高めるために含有させる。つまり、溶接部に含まれるＮｂがＣ，Ｎと結合することで、粒界にＣｒ炭化物やＣｒ窒化物が析出することが抑制され、ひいては溶接部の耐食性の低下が防止される。この効果を得るために８×（［Ｃ］＋［Ｎ］）％以上、すなわちＮｂ量がＣ及びＮの総量に対して多くなるように（例えば、少なくとも０．０４８％以上）含有させる必要がある。ただし、０．８０％を超えて過剰に含有させると、溶接部の耐割れ性や延性・靭性が低下しやすくなる一方で、スパッタが増加しやすくなる。このため０．８０％を上限とする。好ましくは８×（［Ｃ］＋［Ｎ］）〜０．７５％である。
【００２１】
（１２）Ｎ：０．００３〜０．０２５％
ＮはＴｉやＮｂと窒化物を形成し、溶接部の結晶粒を微細化させる。この効果を得るために０．００３％上含有させる必要がある。ただし、０．０２５％を超えて過剰に含有させると、溶接後の冷却過程で例えばマルテンサイト生成の促進を招き、溶接部の耐割れ性や延性・靭性が低下しやすくなる。このため０．０２５％を上限とする。
【００２２】
（１３）残部：Ｆｅ及び不可避不純物
なお、表１ではＦｅ及び不可避不純物の記載を省略してある。
【００２３】
（１４）下記式（１）を満たすこと
（［Ｓｉ］＋［Ｔｉ］）／［Ｎｂ］≧１．０  …式（１）
式（１）は次式（２）のように変形することができる。
［Ｓｉ］＋［Ｔｉ］−［Ｎｂ］≧０    …式（２）
上述したように、Ｔｉ及びＮｂは、それぞれ溶接部に含まれるＣ，Ｎと結合することで、Ｃｒ系の炭化物や窒化物が粒界に析出することを抑制し、その結果、溶接部の耐食性の低下を防止することができる。ところで、Ｔｉを添加するとスパッタ低減の効果が得られる一方で（図３参照）、Ｎｂの添加量が多いほどスパッタが増大する傾向を示すことが後述する実験結果より明らかとなった（図４参照）。そこで、スパッタ低減に最も有効に寄与するＳｉをベースとして、式（１）あるいは式（２）を満たすようにＴｉ、Ｎｂを含有させることで、耐食性に優れた溶接部を得ながら、スパッタ低減に有効な溶接ワイヤを得ることができる（表１参照）。
【実施例】
【００２４】
まず、表１に示す化学組成（残部はＦｅ及び不可避不純物）の合金を溶製した。得られた鋳塊の熱間加工及び冷間加工を行い、溶接ワイヤを得た。
【００２５】
【表１】
2018069296.tif 000002
【００２６】
（溶接部品）
次に、得られた各種溶接ワイヤ（実施例１〜１０、比較例１〜８）を用いて、例えば図１又は図２に示されるような溶接部品１０（例えば重ね継手）を作製した。溶接部品１０は、ＳＵＳ４３０製の２枚の長方形板状の母材１１，１２（例えば、５０ｍｍ×２５０ｍｍ×１．５ｍｍ）を含んでなる。
【００２７】
母材１１，１２は、重ね代１３ａが６ｍｍ、ギャップ１３ｂが１．０ｍｍとなるように長手方向の全長にわたって重ね代１３ａに相当する端部同士が浮いた状態で配置され、各溶接ワイヤによるビード１４によりすみ肉溶接された。具体的な溶接条件は以下の通りである。
・シールドガス：９６．５％Ａｒ＋３．５％Ｏ２
・シールドガス流量：２０Ｌ／ｍｉｎ
・溶接方法：パルスミグ溶接
・溶接姿勢：下向
・溶接電流：１３０Ａ
・アーク電圧：１５Ｖ
・溶接速度：８０ｃｍ／ｍｉｎ
・溶接長：６００ｍｍ（２００ｍｍ×３ビード）
【００２８】
（裏側スパッタの発生量調査）
溶接部品１０において、溶接時に発生した裏側スパッタを回収し、０．３ｍｍ×０．３ｍｍ×０．３ｍｍを超えるもの（以下、０．３ｍｍ超の裏側スパッタと称する）の個数をカウントした（個／溶接長６００ｍｍ）。０．３ｍｍ×０．３ｍｍ×０．３ｍｍ以下の大きさであれば、溶接部品１０の性能に与える影響が小さいものと判断し、０．３ｍｍ×０．３ｍｍ×０．３ｍｍ程度の大きさの立体物をカウントに際しての判定基準とした。
【００２９】
（結果）
表１に結果を示す。実施例１〜１０では、いずれも３個以下に収まっている。これに対して、比較例１〜９では、０．３ｍｍ超の裏側スパッタの数が少なくとも４個は観測された。各々の具体的な理由は以下のように考えられる。
【００３０】
比較例１〜３，５，６，９では、Ｔｉが含まれていないこと等により式（１）を満たしていないこと、比較例４では、式（１）を満たしておらず、しかもＣｒ，Ｍｏ量がそれぞれの所定範囲内にないこと、比較例７，８では、各成分量は所定範囲内にあるものの、式（１）を満たしていないこと、からビード１４における溶融池の粘度を高めることができなかったためであると考えられる。
【００３１】
図３は、Ｓｉ量と０．３ｍｍ超の裏側スパッタの個数との関係を、Ｔｉ量を変えて比較した場合のグラフである。Ｔｉ量（質量％）は、０．０１％未満、０．０１〜０．１０％、０．１０％超の３つの領域に設定した。図３から、Ｓｉ量が０．５質量％以上で、かつＴｉ量が０．０１〜０．１０質量％であると、０．３ｍｍ超の裏側スパッタの数の低減効果が高いことが分かる。また、Ｔｉ量が０．０１質量％未満である場合、Ｔｉ量が０．０１質量％超であるがＳｉ量が０．４質量％に満たない場合は、０．３ｍｍ超の裏側スパッタの数が増加する傾向にあることが分かる。
【００３２】
図４は、Ｓｉ量と０．３ｍｍ超の裏側スパッタの個数との関係を、Ｎｂ量を変えて比較した場合のグラフである。Ｎｂ量（質量％）は、０．５％未満、０．５〜０．８％、０．８％超の３つの領域に設定した。図４から、Ｎｂ量を少なくした場合の方が多くした場合よりも、０．３ｍｍ超の裏側スパッタの個数の低減効果が高いことが分かる。また、Ｎｂ量が０．８質量％以下であれば、Ｓｉ量が０．８質量％程度以上であると、０．３ｍｍ超の裏側スパッタの個数が良好に減少することが分かる。式（１）あるいは式（２）は、これら図３、図４の結果を踏まえて導き出された。
【００３３】
以上の説明からも明らかなように、本発明の溶接ワイヤによれば、Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｐ，Ｓ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｔｉ，Ｎｂ，Ｎ及びＦｅによる各元素の質量％がそれぞれ所定範囲に制限されることに加え、さらに質量％で、Ｓｉ，Ｔｉ，Ｎｂが（［Ｓｉ］＋［Ｔｉ］）／［Ｎｂ］≧１．０を満たすように添加される。ビード１４（溶接部、溶融池）における溶湯の粘度を高めることで、溶融池が崩れにくくなって安定化することから、０．３ｍｍ超の裏側スパッタの発生を良好に低減することができる。
【００３４】
その他、本発明は上記実施例等に限らず、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えた態様で実施することが可能である。
【符号の説明】
【００３５】
１０  溶接部品
１１，１２  母材
１３ａ  重ね代
１３ｂ  ギャップ
１４  ビード（溶接部、溶融池）
１５  表側スパッタ
１６  裏側スパッタ
【図１】
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【図２】
2018069296.tif 000004
【図３】
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【図４】
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