(57)【要約】【課題】ヒューム発生量、スパッタ発生量、および、スラグ発生量を低減させることができ、かつ平坦なビード形状と適度に小さな溶込み深さを有する硬化肉盛溶接金属を得ることができる硬化肉盛用ＭＩＧアーク溶接ワイヤおよび硬化肉盛用ＭＩＧアーク溶接方法を提供する。【解決手段】  硬化肉盛用ＭＩＧアーク溶接ワイヤは、シールドガスとして、純Ａｒガスを用いるワイヤであって、外皮として帯鋼または鋼管を用い、内部にフラックスを充填して伸線したフラックス入りワイヤであり、前記フラックス中に、ワイヤ全質量換算で、Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｐ，Ｓ，ＴｉＯ２とＺｒＯ２とＡｌ２Ｏ３との合計（ＴｉＯ２＋ＺｒＯ２＋Ａｌ２Ｏ３）を所定量含有し、かつ前記Ｓｉと前記Ｍｎとの合計（Ｓｉ＋Ｍｎ）を規定し、さらに、前記ワイヤに対する総フラックス質量比を規定し、溶接後における溶接金属のビッカース硬度が２００以上と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】
シールドガスとして、純Ａｒガスを用いる硬化肉盛用ＭＩＧアーク溶接ワイヤであって、
前記ワイヤは、外皮として帯鋼または鋼管を用い、内部にフラックスを充填して伸線したフラックス入りワイヤであり、
前記フラックス中に、ワイヤ全質量換算で、Ｃ：０．１２〜５．００質量％、Ｓｉ：０．５０〜３．００質量％、Ｍｎ：０．３０〜２０．００質量％、Ｐ：０．０５０質量％以下、Ｓ：０．０５０質量％以下、ＴｉＯ２とＺｒＯ２とＡｌ２Ｏ３との合計（ＴｉＯ２＋ＺｒＯ２＋Ａｌ２Ｏ３）：０．１０〜１．２０質量％を含有し、かつ前記Ｓｉと前記Ｍｎとの合計（Ｓｉ＋Ｍｎ）が１．２０質量％以上であり、
さらに、前記ワイヤに対する総フラックス質量比を、５〜３０質量％とし、
溶接後における溶接金属のビッカース硬度が２００以上となることを特徴とする硬化肉盛用ＭＩＧアーク溶接ワイヤ。
【請求項２】
前記Ｃのうち、０．１０質量％以上がグラファイトであることを特徴とする請求項１に記載の硬化肉盛用ＭＩＧアーク溶接ワイヤ。
【請求項３】
前記ＴｉＯ２とＺｒＯ２とＡｌ２Ｏ３との合計の質量を、前記Ｃの質量で割った値｛（ＴｉＯ２＋ＺｒＯ２＋Ａｌ２Ｏ３）／Ｃ｝が５．０以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の硬化肉盛用ＭＩＧアーク溶接ワイヤ。
【請求項４】
さらに、前記フラックス中に、Ｃｒ：３０．０質量％以下、Ｍｏ：２．０質量％以下、Ｎｉ：３．０質量％以下、Ｂ：１．０質量％以下、Ｖ：３．０質量％以下、Ｗ：３．０質量％以下のうちから選択される１種以上を含有することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の硬化肉盛用ＭＩＧアーク溶接ワイヤ。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の硬化肉盛用ＭＩＧアーク溶接ワイヤを用いた硬化肉盛用ＭＩＧアーク溶接方法であって、
シールドガスとして、純Ａｒガスを用い、溶接後における溶接金属のビッカース硬度が２００以上となることを特徴とする硬化肉盛用ＭＩＧアーク溶接方法。
【請求項６】
電流波形として、パルス波形を用いることを特徴とする請求項５に記載の硬化肉盛用ＭＩＧアーク溶接方法。
【請求項７】
前記パルス波形のピーク電流が４００〜４５０Ａであることを特徴とする請求項６に記載の硬化肉盛用ＭＩＧアーク溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、優れた耐磨耗性を要求される硬化肉盛用（ハードフェーシングともいう）のＭＩＧアーク溶接ワイヤおよび硬化肉盛用のＭＩＧアーク溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、母材において、土砂や金属との接触による磨耗が問題視される箇所には、磨耗を軽減するため、母材の表面に硬化肉盛溶接が施される。図３は、硬化肉盛溶接を施した状態を示す模式図である。図３に示すように、硬化肉盛溶接により、母材５０の表面に硬化肉盛溶接金属１０１が形成される。硬化肉盛溶接金属１０１としては、金属組織としてマルテンサイト、またはＣｒを多量に含むオーステナイト系があるが、いずれも一般炭素鋼用と比べて、硬度を高める効果の高い炭素を多く含有することが多い。例えば、特許文献１には、所定量の炭素を含有した硬化肉盛溶接用フラックス入りワイヤが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３５４８４１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の硬化肉盛溶接においては、以下に示す問題がある。
硬化肉盛溶接法には、被覆アーク溶接、ガスシールドアーク溶接、サブマージアーク溶接、エレクトロスラグ溶接等、種々のアーク溶接法が適用されている。このうち、ガスシールドアーク溶接法では、高炭素の溶接ワイヤを用いると、溶滴形成時に炭素と酸素の結合反応が発生し、気化爆発を起こしてヒュームやスパッタを多量に発生させるという問題が避けられない。このため、硬化肉盛溶接の作業場における作業環境は劣悪であり、このような作業環境の改善が求められている。
【０００５】
また、多少なりともスパッタを少なくするために、アーク安定剤としての役割をもつ酸化チタンを多量に含有させるフラックス入りワイヤが実用化されている。しかし、フラックス入りワイヤを用いると、スラグを多く発生し、スラグ巻欠陥を発生させるという問題や、スラグ除去作業が必要となる等の問題がある。
【０００６】
他にも、溶接ビードの形状面として、ビードの溶込みが深いと、硬化肉盛溶接金属が母材金属の成分の影響を受けてしまい、硬化肉盛溶接金属の品質が安定しないという問題がある。そのため、安定した金属性能を得るために、従来よりも溶込み深さが小さい性質が求められている。
【０００７】
さらに、ビードの外観形状としては、ビードが凸形状の場合、ビード表面を平坦にするため、溶接後の加工が必要である。しかし、ビードの硬度が高いことから、この加工作業が困難なため、従来よりも平坦性に優れた性質が求められている。
【０００８】
なお、従来の硬化肉盛溶接用フラックス入りワイヤとしては、例えばＪＩＳ  Ｚ３３２６に規定されているが、組み合わせるシールドガス組成は、ＣＯ２または、Ａｒに２０体積％以上のＣＯ２を含む混合ガスとされている。また、ＪＩＳ規格は存在しないが、一部の硬化肉盛溶接ワイヤには、フラックスを含まない線材型のソリッドワイヤも存在する。しかし、このようなソリッドワイヤは、成分設計の自由度がフラックス入りワイヤに比して低く、ヒュームやスパッタ、溶込み深さ、ビード形状の問題は、フラックス入りワイヤと同様に存在し、かつ、組み合わせるシールドガス組成もフラックス入りワイヤと同じであるため、フラックス入りワイヤに比べて一般的ではない。
【０００９】
本発明は、これらの状況を鑑みてなされたものであり、ヒューム発生量、スパッタ発生量、および、スラグ発生量を低減させることができ、かつ平坦なビード形状と適度に小さな溶込み深さを有する硬化肉盛溶接金属を得ることができる硬化肉盛用ＭＩＧアーク溶接ワイヤおよび硬化肉盛用ＭＩＧアーク溶接方法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】
【００１０】
本発明に係る硬化肉盛用ＭＩＧアーク溶接ワイヤ（以下、適宜、溶接ワイヤという）は、シールドガスとして、純Ａｒガスを用いる硬化肉盛用ＭＩＧアーク溶接ワイヤであって、前記ワイヤは、外皮として帯鋼または鋼管を用い、内部にフラックスを充填して伸線したフラックス入りワイヤであり、前記フラックス中に、ワイヤ全質量換算で、Ｃ：０．１２〜５．００質量％、Ｓｉ：０．５０〜３．００質量％、Ｍｎ：０．３０〜２０．００質量％、Ｐ：０．０５０質量％以下、Ｓ：０．０５０質量％以下、ＴｉＯ２とＺｒＯ２とＡｌ２Ｏ３との合計（ＴｉＯ２＋ＺｒＯ２＋Ａｌ２Ｏ３）：０．１０〜１．２０質量％を含有し、かつ前記Ｓｉと前記Ｍｎとの合計（Ｓｉ＋Ｍｎ）が１．２０質量％以上であり、さらに、前記ワイヤに対する総フラックス質量比を、５〜３０質量％とし、溶接後における溶接金属のビッカース硬度が２００以上となることを特徴とする。
【００１１】
かかる構成によれば、溶接ワイヤがフラックス入りワイヤのワイヤ形態をとることで、シールドガスとして、純Ａｒガスを用いる純Ａｒシールドガス環境における溶滴切断力が小さい状態であっても、ワイヤ断面が連続的に溶融しないことにより、適当な間隔で溶融したワイヤがその表面張力の作用により球体化し、溶滴が球状になって落下する。また、Ｃを所定量含有することで、溶接の際に、ワイヤ先端に懸垂する細長い先端懸垂溶滴が形成されにくくなると共に、マルテンサイト変態が起こることで、溶接金属の硬度が高くなる。さらに、Ｓｉ，Ｍｎ，Ｐ，Ｓを所定量含有すると共に、Ｓｉ＋Ｍｎを規定することで、溶融池と母材の濡れ性が向上し、また、焼入れ硬化性が高まり、溶接金属の硬度が高くなる。さらに、耐食性が向上する。そして、ＴｉＯ２＋ＺｒＯ２＋Ａｌ２Ｏ３を所定量含有することで、常にワイヤ先端に露出したフラックスからアークが発生し、また、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３の熱分解時に発生する吸熱反応によって、陽極側のアーク断面積が収縮する。これらの作用により、ワイヤ上部へアーク発生点が這い上がる不安定現象が防止される。さらに、ワイヤに対する総フラックス質量比を規定することで、純Ａｒシールドガスにおいて適度にアークが安定化し、また、ワイヤの周囲よりも中心部において溶融時期が遅れる多段階溶融が適正に行われる。そして、溶接金属のビッカース硬度が２００以上であることで、硬化肉盛溶接金属としての機能を満足する溶接金属とすることができる。
【００１２】
また、本発明に係る溶接ワイヤにおいて、前記Ｃのうち、０．１０質量％以上がグラファイトであることが望ましい。
かかる構成によれば、フラックスの融点が上昇し、アークが安定しやすくなると共に、ワイヤの生産性が向上する。
【００１３】
さらに、本発明に係る溶接ワイヤにおいて、前記ＴｉＯ２とＺｒＯ２とＡｌ２Ｏ３との合計の質量を、前記Ｃの質量で割った値｛（ＴｉＯ２＋ＺｒＯ２＋Ａｌ２Ｏ３）／Ｃ｝が５．０以下であることが望ましい。
かかる構成によれば、ワイヤの先端懸垂溶滴の部位（以下、適宜、先端懸垂溶滴部という）において、ＣＯ爆発が抑制され、スパッタやヒュームの発生が抑制される。
【００１４】
また、本発明に係る溶接ワイヤにおいて、前記フラックス中に、Ｃｒ：３０．０質量％以下、Ｍｏ：２．０質量％以下、Ｎｉ：３．０質量％以下、Ｂ：１．０質量％以下、Ｖ：３．０質量％以下、Ｗ：３．０質量％以下のうちから選択される１種以上を含有することが望ましい。
これらの成分を含有することで、焼入れ硬化性が高まり、溶接金属の硬度が高くなる。
【００１５】
本発明に係る硬化肉盛用ＭＩＧアーク溶接方法（以下、適宜、アーク溶接方法という）は、前記記載の硬化肉盛用ＭＩＧアーク溶接ワイヤを用いた硬化肉盛用ＭＩＧアーク溶接方法であって、シールドガスとして、純Ａｒガスを用い、溶接後における溶接金属のビッカース硬度が２００以上となることを特徴とする。
【００１６】
かかる溶接方法によれば、前記した本発明の溶接ワイヤに、シールドガスとして、酸化性の無い不活性ガスである純Ａｒガスを組み合わせることで、ヒューム発生量、スパッタ発生量、スラグ発生量が低減されると共に、平坦なビード形状や適度に小さな溶込み深さを有する溶接金属が得られる。さらに、溶接金属のビッカース硬度が２００以上であることで、硬化肉盛溶接金属としての機能を満足する溶接金属とすることができる。
【００１７】
また、本発明に係るアーク溶接方法は、電流波形として、パルス波形を用いることが望ましく、さらには、パルス波形のピーク電流を４００〜４５０Ａとすることがより望ましい。
【００１８】
かかる溶接方法によれば、パルス波形により、平均電流に係わらず、高いパルスピーク電流域の作用を常に用いることができるので、ピンチ力が付与され、規則正しい溶滴離脱が実現される。これにより、低電流から高電流まで、スパッタやヒュームの発生が抑制される。さらに、ピーク電流を４００Ａ以上とすることで、アークが安定しやすくなって、スパッタやヒュームの発生が抑制されやすくなり、ピーク電流を４５０Ａ以下とすることで、アークの指向性が過剰とならず、溶込みが深くなることが抑制される。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の硬化肉盛用ＭＩＧアーク溶接ワイヤは、従来よりも格段に少ないヒューム発生量、スパッタ発生量、および、スラグ発生量を実現することができる。また、ビード形状を平坦にすることができ、溶込み深さを適度に小さくすることができる。さらに、内部欠陥がなく、硬化肉盛溶接金属として十分な硬度を有する溶接金属とすることができる。
【００２０】
本発明の硬化肉盛用ＭＩＧアーク溶接方法は、ワイヤ組成とシールドガス組成、さらには溶接電流波形を組み合わせることによって、ヒューム発生量、スパッタ発生量、および、スラグ発生量を、従来よりも格段に低減させることができる。また、平坦なビード形状、適度に小さな溶込み深さとすることができる。さらに、内部欠陥のない、十分な硬度を有する溶接金属とすることができる。
【００２１】
そして、これらにより、全溶接業種の中でも、最も劣悪と言われる硬化肉盛溶接の作業環境を改善することができる。また、地球温暖化作用ガスであるＣＯ２ガスを用いないことから、その消費ニーズを低減し、将来の地球環境改善にもつながる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】（ａ）〜（ｃ）は、純Ａｒシールドガス環境下における溶滴移行を説明するための図であり、溶接部の断面形状を示す模式図である。
【図２】実施例における各種の評価方法を説明するための模式図である。
【図３】硬化肉盛溶接を施した状態を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
まず、図１を参照して、本発明者らが完成するに至った本発明に係る硬化肉盛用ＭＩＧアーク溶接ワイヤ（以下、適宜、溶接ワイヤという）および硬化肉盛用ＭＩＧアーク溶接方法（以下、適宜、アーク溶接方法という）の原理について説明する。
【００２４】
図１は、純Ａｒシールドガス環境下における溶滴移行を説明するための図であり、溶接部の断面形状を示す模式図である。そして、（ａ）は、従来のソリッドワイヤまたはフラックス入りワイヤであって、ＴｉＯ２＋ＺｒＯ２＋Ａｌ２Ｏ３の含有量が、０．１０質量％未満の溶接ワイヤ、または、ＴｉＯ２＋ＺｒＯ２＋Ａｌ２Ｏ３の含有量が、０．１０〜１．２０質量％、かつＣの含有量が、０．１２質量％未満の溶接ワイヤであり、純Ａｒガスを用いてアーク溶接を行った場合を図示したものである。
【００２５】
（ｂ）は、本発明のフラックス入りワイヤであって、ＴｉＯ２＋ＺｒＯ２＋Ａｌ２Ｏ３の含有量が、０．１０〜１．２０質量％、かつＣの含有量が、０．１２〜５．００質量％の溶接ワイヤであり、純Ａｒガスを用いてアーク溶接を行った場合を図示したものである。
【００２６】
（ｃ）は、従来のフラックス入りワイヤであって、ＴｉＯ２＋ＺｒＯ２＋Ａｌ２Ｏ３の含有量が、１．２０質量％を超える溶接ワイヤ、または、ＴｉＯ２＋ＺｒＯ２＋Ａｌ２Ｏ３の含有量が、０．１０〜１．２０質量％、かつＣの含有量が、５．００質量％を超える溶接ワイヤであり、純Ａｒガスを用いてアーク溶接を行った場合を図示したものである。
【００２７】
溶接金属の硬化には、その有効性、コストの点からＣの含有量を高くすることが有効であるが、前記したとおり、ヒュームやスパッタが多量に発生するという短所を持つ。このようなヒュームやスパッタが多量に発生する機構は、溶滴形成時の酸化反応が著しいことに基づくものであり、原理的には、シールドガス中の酸素や二酸化炭素といった酸化成分の混合比を減らすことで改善される。しかし、シールドガスの酸化性を完全に無くす、すなわち、シールドガスをＡｒ等の不活性ガスのみにすると、アーク安定性が大きく損なわれ、ビードが蛇行する等、正常な溶接が行えない。そのため、ガス組成における低酸素化を図る場合でも、酸化成分の含有量には、数体積％程度の下限があるとされてきた。
【００２８】
しかし、研究によれば、溶滴における酸化反応速度は、溶滴内の物質拡散が律速であることがわかった。すなわち、ガス成分の供給速度が、酸化反応速度を支配しているわけではないことから、シールドガス中に酸化成分が数体積％でも含まれていると、その体積％にかかわらず、この酸化成分が溶滴表面の物質と反応する量はさほど変わらないため、ヒュームやスパッタの発生量を大幅に低下させることができないことがわかった。この研究結果から、高Ｃ組成において、ヒュームやスパッタの発生量を大幅に減らすには、純Ａｒガスの採用が最も効果的であると考えた。
【００２９】
そして、従来の溶接ワイヤにおける純Ａｒガスでのアーク不安定原因を研究した結果、その原因は、以下によるものと結論づけた。
図１（ａ）に示すように、溶接ワイヤ１０ａを用いた溶接では、純Ａｒガスを用いていることから、シールドガス中のＣＯ２やＯ２がアーク１１ａの近傍で熱解離を起こす際に生じる吸熱反応が発生しないため、密度を高めるために収縮する力、いわゆる熱的ピンチ力が発生しない。そのため、溶滴を切断することができず、溶滴がワイヤ先端に細長く懸垂してしまい、細長い先端懸垂溶滴１２ａを生じることで、磁気吹きや溶融池近傍の陰極点移動の影響を強く受ける。これにより、スパッタ１３ａの多量発生や、ビード形状の不良および溶込み不足（硬化肉盛溶接金属１４ａ参照）等が生じる。
【００３０】
このワイヤ先端に懸垂する細長い溶滴形状、すなわち、細長い先端懸垂溶滴１２ａが、純Ａｒガスを適用する際の最大の問題であることから、安定なアークを得るには、細長い溶滴形状を適度に球状にさせる手段が必要である（図１（ｂ）の先端懸垂溶滴１２ｂ参照）。これを実現させる策として、（１）懸垂溶滴の切断に必要な最小限のピンチ力を得るための酸素をガス以外から供給すること、（２）熱的ピンチ力を効果的に作用させるために、アークが這い上がることを防止すべく、アークを発生させやすい物質を添加すること、（３）ワイヤの周囲から中心にかけてほぼ均一の速度で溶融することを防ぐ、具体的には、ワイヤの周囲よりも中心部において溶融時期が遅れる多段階溶融を実現するための形状や物性を設けること、を考えた。
【００３１】
これらの具体的手段を研究した結果、（１）酸素源がワイヤ自身から供給されること、（２）Ｔｉ，Ｚｒ，Ａｌ化合物を適量添加すること、（３）外皮と内部フラックスの断面構造をもつフラックス入りワイヤの形態とすること、（４）フラックスの溶融を遅らせるための炭素を添加すること、が必要条件であることを見出した。さらには、前記（１）、（２）については、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３を用いることが最適であることを見出した。これらの添加量等を適度に制御すると、図１（ｂ）に示すように、溶接ワイヤ１０ｂを用いた場合において、ヒュームやスパッタの激減だけでなく、アーク１１ｂは適度な不安定性を保ち、幅広く平坦なビード形状や薄い溶込み形状（硬化肉盛溶接金属１４ｂ参照）、少ないスラグ発生量といった従来の溶接法にはない新規特性が得られるという長所があることがわかった。
【００３２】
しかし、図１（ｃ）に示すように、溶接ワイヤ１０ｃを用いて、アーク１１ｃを安定させ過ぎると、過剰酸化反応により、ワイヤの先端懸垂溶滴１２ｃ部においてＣＯ爆発が頻繁に発生し、ヒューム１５やスパッタ１３ｃの発生が増加すると共に、スラグ（図示省略）の発生も増加することがわかった。さらに、アーク集中性が強くなり、狭く凸型のビード形状や深い溶込み形状になってしまい（硬化肉盛溶接金属１４ｃ参照）、その長所が損なわれることもわかった。
【００３３】
すなわち、ＴｉＯ２＋ＺｒＯ２＋Ａｌ２Ｏ３の含有量や炭素量、およびこれらのバランスを厳密に制御することによって、純Ａｒガスによる優れた長所を持つ溶接が可能となることを見出し、結果として硬化肉盛溶接の様々な溶接性を改善することができた。
以下、本発明の硬化肉盛用ＭＩＧアーク溶接ワイヤおよび硬化肉盛用ＭＩＧアーク溶接方法について説明する。
【００３４】
≪硬化肉盛用ＭＩＧアーク溶接ワイヤ≫
本発明の溶接ワイヤは、シールドガスとして、純Ａｒガスを用いる溶接に適用されるものであり、外皮として帯鋼または鋼管を用い、内部にフラックスを充填して伸線したフラックス入りワイヤの形態のものである。そして、フラックス中に、ワイヤ全質量換算で、Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｐ，Ｓ，ＴｉＯ２とＺｒＯ２とＡｌ２Ｏ３との合計（ＴｉＯ２＋ＺｒＯ２＋Ａｌ２Ｏ３）を所定量含有し、かつ前記Ｓｉと前記Ｍｎとの合計（Ｓｉ＋Ｍｎ）を規定したものである。さらに、ワイヤに対する総フラックス質量比を規定したものである。そして、本発明の溶接ワイヤを用いて溶接した後の溶接金属のビッカース硬度が２００以上となる。
以下、各構成について説明する。
【００３５】
＜ワイヤ形態＞
溶接ワイヤは、外皮として帯鋼または鋼管を用い、内部にフラックスを充填して伸線したフラックス入りワイヤである。
純Ａｒシールドガス環境における溶滴切断力が小さい状態において、ワイヤ先端に懸垂する溶滴を球状にして落下させるためには、溶滴自身の表面張力を有効に作用させるため、断面を連続的に溶融させないことが必要である。これを工業的に実現する手段として、外皮と内部フラックスの断面構造をもつフラックス入りワイヤの形態が必要であり、均一溶融のソリッドワイヤでは不可能である。ワイヤの製造方法は、帯鋼の長さ方向にフラックスを散布してから包み込むように円形断面に成形して伸線する方法や、太径の鋼管にフラックスを充填して伸線する方法があるが、本発明には、製造方法の相違は影響せず、いずれでも良い。さらに前者においては、シームを閉じていないものと、溶接して閉じているものとがあるが、これについても、いずれでも良い。また、外皮の成分については何ら規定する必要はないが、必要な溶接金属の硬度性能によって、ワイヤ全体として必要な合金成分量が決まり、軟鋼あるいはＣｒ合金量が多い場合はＳＵＳ４３０鋼の外皮を用いることも可能である。また、表面に銅メッキを施す場合もあるが、めっきは断面溶融特性には影響を及ぼさないため、めっきの有無はどちらでも良い。
【００３６】
＜Ｃ：０．１２〜５．００質量％＞
Ｃは、硬度の大きいマルテンサイト変態を起こさせることから、硬化肉盛溶接材料としては非常に有効な元素である。ＪＩＳ規格上はビッカース硬度が２００未満でも硬化肉盛とするものもあるが、一般的には、硬化肉盛溶接金属と呼べるのは、最低でもビッカース硬度で２００以上であり、これを実現するには、ワイヤ中のＣ含有量は高いことが望ましい。また、フラックス中のＣ含有量が多くなると融点が上昇し、細長い先端懸垂溶滴を形成しにくくなる。これら溶接金属の硬度と純Ａｒガス下でのアーク安定性確保の両立の点から、Ｃ含有量は、最低０．１２質量％が必要である。なお、さらに望ましくは、０．２０質量％以上である。一方、Ｃ含有量が高くなるにつれ、溶接金属の硬度が高くなるが、５．００質量％を超えると、フラックスが溶けずに溶接金属中に落下して欠陥となる可能性があり、かつワイヤの先端懸垂溶滴部においてＣＯ爆発が頻繁に発生し、ヒュームやスパッタの発生の増大を抑制することができなくなる。したがって、Ｃ含有量は、５．００質量％以下とする。さらには、ヒュームやスパッタの抑制の観点から、２．００質量％以下に抑制することが望ましい。
【００３７】
＜Ｓｉ：０．５０〜３．００質量％＞
Ｓｉは、溶融池と母材の濡れ性を向上させ、結果としてビード形状を平坦化させる作用がある。この作用が有効となるのには、最低０．５０質量％が必要である。一方、Ｓｉは、ワイヤに含まれる酸素と結合し、ガラス質のＳｉＯ２スラグを発生させる。Ｓｉ含有量が３．００質量％を超えると、スラグ発生量が過剰となると共に剥離性の劣化が著しくなり、溶接後の後処理の負荷が大きくなる。したがって、Ｓｉ含有量は、３．００質量％以下にする必要がある。
【００３８】
＜Ｍｎ：０．３０〜２０．００質量％＞
Ｍｎは、溶融池と母材の濡れ性を向上させ、結果としてビード形状を平坦化させる作用があると共に、焼入れ硬化性を高め、溶接金属の硬度を高める作用がある。これらの作用が有効となるのには、最低０．３０質量％が必要である。一方、Ｍｎは、ワイヤに含まれる酸素と結合し、強固で剥離性の悪いスラグを発生させる。Ｍｎ含有量が２０．００質量％を超えると、スラグ発生量が過剰となると共に剥離性の劣化が著しくなり、溶接後の後処理の負荷が大きくなる。したがって、Ｍｎ含有量は、２０．００質量％以下にする必要がある。
【００３９】
＜Ｐ：０．０５０質量％以下，Ｓ：０．０５０質量％以下＞
Ｐは、耐食性の向上、Ｓは、溶鉄の表面張力を下げて溶融池と母材の濡れ性を確保する長所があることが知られているものの、Ｐ、Ｓ共に、溶接時に凝固割れを起こしやすくしたり、靭性を劣化させたりする元素として有名である。ここで、強度と水素が原因である遅れ割れは、予熱・後熱で防止することが可能であるが、凝固割れは、熱管理では防止することができないため、組成面での防止配慮が必要である。そして、硬化肉盛溶接金属では、一般に靭性は要求されないものの、その高い炭素量等に起因して凝固割れが発生しやすい。また、硬化肉盛溶接金属は、一般に通常の継手溶接と異なり、硬化肉盛溶接法では、溶接速度が遅いことから、それほどＰ，Ｓの許容上限は厳しくないが、それぞれ、０．０５０質量％以下に抑制しておけば問題は無いため、Ｐ含有量、Ｓ含有量は、それぞれ、０．０５０質量％を上限とする。
【００４０】
＜ＴｉＯ２＋ＺｒＯ２＋Ａｌ２Ｏ３：０．１０〜１．２０質量％＞
少量のＴｉＯ２、ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３は、純Ａｒガスによる安定なアーク、かつビード形状の平坦化には必須の重要な物質である。ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３は、陽極側の安定なアーク発生源、および必要最低限の熱的ピンチ力を発生させる酸素の供給源としての役割を持つ。ワイヤ中のフラックスに、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３が含まれると、常にワイヤ先端に露出したフラックスからアークが発生し、ワイヤ上部へアーク発生点が這い上がる不安定現象を防止することができる。また、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３の熱分解時に発生する吸熱反応によって、陽極側のアーク断面積が収縮し、やはりワイヤ上部へアーク発生点が這い上がる不安定現象を防止することができる。なお、アーク発生点がワイヤ上部へ這い上がると、先端懸垂溶滴が細長く形成され、アークやビード形状が不安定になる。
【００４１】
このような現象を防止することができる最低限の含有量として、ＴｉＯ２＋ＺｒＯ２＋Ａｌ２Ｏ３で、０．１０質量％が必要である。一方、１．２０質量％を超えると、分解酸素の供給量が過剰となり、炭素と結合して微少なＣＯ爆発を多発し、ヒューム発生量を増やすと共に、懸垂した溶滴を吹き飛ばして大粒なスパッタにするといった短所が発生する。さらに、溶滴移行が過剰安定となりすぎ、ワイヤ直下にのみ溶滴が移行することから、溶込み形状が深くなって、ビード形状も凸型になる。さらに、酸化生成物であるスラグも過剰に発生する。しかしながら、これらの合計が、０．１０〜１．２０質量％の範囲では、先端懸垂溶滴は適度な面積範囲で振れることから、ビードは平坦化し、かつ溶込みも浅く出来る。さらに、分解酸素もわずかのため、ＣＯ爆発の影響は非常に小さい。なお、スラグ発生量を低減させる観点から、０．８０質量％以下に抑制すことが、さらに望ましい。
なお、一般的には、ＴｉＯ２は天然ルチル、合成ルチル、高純度酸化チタン、ＺｒＯ２はジルコンサンド、Ａｌ２Ｏ３はアルミナ等と呼称された粉末状の鉱石あるいは化合物として用いられる。
【００４２】
＜Ｓｉ＋Ｍｎ：１．２０質量％以上＞
ＳｉとＭｎは、単独でも範囲を規定したが、ＳｉとＭｎとの合計での下限値が存在し、ＳｉとＭｎとの合計が１．２０質量％未満では、溶融池と母材の濡れ性を確保することができない。したがって、ＳｉとＭｎとの合計は、１．２０質量％以上が必須である。
【００４３】
さらに、フラックス中に、Ｃｒ，Ｍｏ，Ｎｉ，Ｂ，Ｖ，Ｗのうちから選択される１種以上を所定量含有してもよい。
＜Ｃｒ：３０．０質量％以下、Ｍｏ：２．０質量％以下、Ｎｉ：３．０質量％以下、Ｂ：１．０質量％以下、Ｖ：３．０質量％以下、Ｗ：３．０質量％以下のうちから選択される１種以上＞
硬化肉盛溶接金属には、硬度を高めるために、必要に応じて、Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎの他に、焼入れ硬化性の高い元素を添加する。硬化肉盛溶接金属は、一般的な鋼板同士を接合する継手溶接と異なり、溶接割れが許容される場合があるが、焼入れ硬化性の高い元素である、Ｃｒ，Ｍｏ，Ｎｉ，Ｂ，Ｖ，Ｗの１種以上を添加する場合には、Ｃｒ含有量が３０．０質量％、Ｍｏ含有量が２．０質量％、Ｎｉ含有量が３．０質量％、Ｂ含有量が１．０質量％、Ｖ含有量が３．０質量％、Ｗ含有量が３．０質量％をそれぞれ超えると、激しい割れが避けられず、実用性が失われる。したがって、Ｃｒ，Ｍｏ，Ｎｉ，Ｂ，Ｖ，Ｗは、これらの含有量以下に抑制する。
【００４４】
＜その他＞
その他、Ｋ，Ｃａ，Ｎａ，Ｍｇ，Ｆ，Ｌｉ，Ａｌ等をアーク感の微調整剤として、また、フラックス成分として、Ｃｕ，Ｃｏ，Ｎ，Ｎｂ等を溶接金属のさらなる硬化剤として、フラックス中に少量含有させてもよい。
【００４５】
フラックス中には、前記の元素以外に大部分は残部としてＦｅが占めるが、その他の成分として、不可避的不純物を微量に含む。なお、これらの成分は、本発明の目的には影響を及ぼさない。
【００４６】
＜総フラックス質量比：５〜３０質量％＞
ワイヤに対する総フラックス質量比は、ワイヤ単位長さあたりのフラックスの質量であり、総フラックス質量比が小さいほど断面積における中心部のフラックス専有面積が小さいことを表す。純Ａｒシールドガスにおいて適度にアークを安定化させるためには、フラックスと外皮鋼の２重構造が必要であるが、総フラックス質量比が５質量％未満では、実質的に２重構造の効果が消失し、ソリッドワイヤと同じく、全断面均一溶融を起こしてワイヤの先端懸垂溶滴が細長くなり、溶滴移行、ビード形状が共に不安定となる。また、多段階溶融をさせるためには、総フラックス質量比として５質量％以上が必要である。一方、３０質量％を超えると、外皮鋼を薄くしなければならず、ワイヤとしての製造が困難になるだけでなく、電流が流れる外皮鋼の過熱が激しくなり、外皮鋼のみがアークより上部で溶融してしまうことで、やはり適正な多段階溶融が行われず、溶滴移行、ビード形状が共に不安定となる。したがって、ワイヤに対する総フラックス質量比は、３０質量％以下にする必要がある。
【００４７】
＜溶接金属の硬度：ビッカース硬度（Ｈｖ）で２００以上＞
ＪＩＳ  Ｚ３３２６「硬化肉盛用アーク溶接フラックス入りワイヤ」において、溶着金属の呼び硬さは、２００（Ｈｖ：２５０以下）、２５０（Ｈｖ：２００〜３００）、３００（Ｈｖ：２５０〜３５０）等と分類されているが、硬度的に実用的とされ、かつ従来からヒュームやスパッタ等の問題が大きい２５０（Ｈｖ：２００〜３００）以上を対象とすることで本発明では特に効果が高い。したがって、Ｈｖが２００以上の溶接金属が得られる溶接ワイヤとする。なお、溶接ワイヤの成分と、使用するシールドガス組成を本発明の範囲とすることで、Ｈｖが２００以上の溶接金属を得ることができる。
【００４８】
以上説明した成分において、さらに、Ｃのうちのグラファイトの含有量、および、ＴｉＯ２とＺｒＯ２とＡｌ２Ｏ３との合計の質量を、Ｃの質量で割った値｛（ＴｉＯ２＋ＺｒＯ２＋Ａｌ２Ｏ３）／Ｃ｝を規定することが望ましい。
【００４９】
＜Ｃのうちのグラファイト：０．１０質量％以上＞
Ｃは、フラックスの融点を上げ、細長い先端懸垂溶滴を防止する役割があるが、Ｃ源として特にグラファイトが、融点、ワイヤ生産性の点で好適である。Ｃの含有量は、０．１２質量％以上であるが、中でもグラファイトが０．１０質量％以上であると、アーク安定化の効果がさらに優れる。したがって、Ｃのうち、グラファイトが０．１０質量％以上であることが望ましい。
【００５０】
＜（ＴｉＯ２＋ＺｒＯ２＋Ａｌ２Ｏ３）／Ｃ：５．０以下＞
ＴｉＯ２＋ＺｒＯ２＋Ａｌ２Ｏ３、Ｃは、共に独立して規定しているが、これらの値を制限することがさらに望ましい。Ｃ含有量に対して、ＴｉＯ２＋ＺｒＯ２＋Ａｌ２Ｏ３が多くなるほど、ワイヤの先端懸垂溶滴部においてＣＯ爆発が活発に発生し、スパッタやヒュームが多くなる。しかし、（ＴｉＯ２＋ＺｒＯ２＋Ａｌ２Ｏ３）／Ｃを、５．０以下にすると、ほぼこのような問題は無くなる。したがって、（ＴｉＯ２＋ＺｒＯ２＋Ａｌ２Ｏ３）／Ｃは、５．０以下とすることが望ましい。
【００５１】
≪硬化肉盛用ＭＩＧアーク溶接方法≫
本発明のアーク溶接方法は、前記した成分組成を有する溶接ワイヤを使用するものである。そして、このアーク溶接方法においては、シールドガスとして、純Ａｒガスを使用し、溶接後における溶接金属のビッカース硬度が２００以上となるものである。
また、溶接の際の電流波形としては、パルス波形を用いることが望ましく、さらには、パルス波形のピーク電流が４００〜４５０Ａであることが望ましい。
以下、これらの詳細について説明する。なお、溶接金属のビッカース硬度については、前記溶接ワイヤで説明したとおりであるので、ここでは、説明を省略する。
【００５２】
＜純Ａｒガス＞
前記したとおり、シールドガスを酸化性の無い不活性ガスとすることで、ヒュームやスパッタ、スラグの低減、ビード形状の平坦性、溶込み深さの低減といった画期的な効果をもたらすことができる。不活性ガスには、Ａｒの他に、Ｈｅ，Ｎｅ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｒｎが存在するが、いずれも非常に高価であり実用性に乏しく、技術的にも、原子量に関係した冷却能がアークに対して不適正なため、アーク安定性が悪い。したがって、本発明のアーク溶接方法に適用するシールドガスとしては、純Ａｒを用いる。なお、本発明でいう純Ａｒとは、一般の工業的な純度を許容するものであり、具体的には、ＪＩＳ  Ｋ１１０５「アルゴン」の１級、２級を共に適用することができる。
【００５３】
＜パルス電流波形＞
本発明のアーク溶接方法においては、純Ａｒシールドガスを用いるが、溶接電流・電圧として、いわゆるパルス波形を用いると、低電流から高電流まで、低スパッタ、低ヒュームの効果が得られる。パルス波形を用いるパルス溶接法は、ピーク域と呼ばれる４００Ａ以上の高い電流域と、ベース域と呼ばれる１５０Ａ以下の低電流域とを、１００Ｈｚ以上の高い周波数で交互に繰返す溶接方法である。例えば、最も一般的であるワイヤ径が１．２ｍｍφの場合、純Ａｒシールドガスを用いた溶接では、溶滴離脱の規則性が、酸化性ガスを用いたＭＡＧ溶接よりも劣るので、溶滴を規則正しく離脱させることも重要である。パルス溶接法では、平均電流に係わらず、高い電流域の作用を常に用いてピンチ力を付与することにより、規則正しい溶滴離脱を実現することができるので好適である。
【００５４】
＜パルス波形のピーク電流：４００〜４５０Ａ＞
前記の通り、最も一般的なワイヤ径１．２ｍｍφの場合、パルス波形におけるピーク電流は４００Ａ以上が一般的であるが、ピーク電流が４５０Ａを超えると、アークの指向性が過剰となり、溶込みが深くなる。硬化肉盛溶接では、溶込みが深いと母材希釈により溶接金属の性質が影響を受けやすくなるため、好ましくない。一方、４００Ａ未満では、アーク安定化の効果が消失し、低スパッタ、低ヒュームの効果が弱くなる。したがって、ピーク電流は、４００〜４５０Ａが望ましい。なお、ワイヤ径が太くなると、溶融エネルギーが多く必要になるため、前記と同様の理由で、ワイヤ径１．４ｍｍφの場合は４４０〜４９０Ａ、１．６ｍｍφの場合は４８０〜５３０Ａが推奨範囲である。
【００５５】
＜その他＞
その他の事項として、溶接機に関しては、一般的にはワイヤ（＋）、母材（−）の逆極性と呼ばれる電流方向であるが、溶込みをさらに低減するために、逆極性と正極性とを適当な比率で交互に繰返す交流波形としても問題無い。
【００５６】
以上説明したように、本発明の硬化肉盛用ＭＩＧアーク溶接ワイヤおよび硬化肉盛用ＭＩＧアーク溶接方法は、（１）ヒューム発生量が少ない、（２）スパッタ発生量が少ない、（３）スラグ発生量が少ない、（４）ビード平坦性に優れる、（５）母材成分の影響を受けにくいといった、優れた特徴を有する。さらに、内部欠陥がなく、硬化肉盛溶接金属として十分な硬度を有する溶接金属とすることができる。
そして、本発明の溶接ワイヤおよびアーク溶接方法は、これらの数々の長所を同時に満足させることができる画期的なワイヤおよび溶接方法である。
【実施例】
【００５７】
次に、本発明に係る溶接ワイヤおよびアーク溶接方法について、本発明の要件を満たす実施例と本発明の要件を満たさない比較例とを比較して具体的に説明する。
本実施例では、炭素鋼板の一種であるＳＭ４９０Ａの鋼板の表面上に、試作した１．２ｍｍφの各ワイヤを用いて、所定の溶接条件で１パス溶接を行い、以下の項目を確認した。図２に、各種の評価方法を説明するための模式図を示す。図２に示すように、アーク溶接により、母材５０であるＳＭ４９０Ａの鋼板の表面に硬化肉盛溶接金属６０を形成した。
【００５８】
また、ワイヤ外皮の組成を表１に示し、外皮の種類、フラックス中の成分組成、シールドガス組成、溶接機のパルス条件設定（すなわち、パルスピーク電流（Ａ）の条件）等の溶接条件を、表２、３に示す。ここで、ワイヤ形態としては、Ｎｏ．４４は、ソリッドワイヤを用いたものであり、成分組成の欄には、ソリッドワイヤの組成を記している。その他は、フラックス入りワイヤを用いたものである。なお、表２、３において、「−」は、成分を含有しないもの等であり、また、本発明の範囲を満たさないものについては、数値等に下線を引いて示す。さらに、「＊１」は、ＴｉＯ２とＺｒＯ２とＡｌ２Ｏ３との合計（ＴｉＯ２＋ＺｒＯ２＋Ａｌ２Ｏ３）の値であり、「＊２」は、ＴｉＯ２とＺｒＯ２とＡｌ２Ｏ３との合計の質量を、Ｃの質量で割った値｛（ＴｉＯ２＋ＺｒＯ２＋Ａｌ２Ｏ３）／Ｃ｝であり、小数点以下３桁目を四捨五入した値である。また、純Ａｒは、ＪＩＳ  Ｋ１１０５に準拠したＡｒガスを用い、表中には、Ａｒ１００％と記載する。
【００５９】
【表１】
2011104624.tif 000002
【００６０】
【表２】
2011104624.tif 000003
【００６１】
【表３】
2011104624.tif 000004
【００６２】
＜ヒューム発生量＞
ヒューム発生量は、ＪＩＳ  Ｚ３９３０の吸引装置を用いて測定することにより算出した。そして、作業者が作業環境として快適と思われる値として、ヒューム発生量が０．５０ｍｇ／ｍｉｎ以下の場合を合格（○）、０．５０ｍｇ／ｍｉｎを超える場合を不合格（×）と判定した。
【００６３】
＜スパッタ発生量＞
スパッタ発生量は、周囲に飛散したスパッタ、および、シールドノズルに付着したスパッタを回収して合計し、質量を測定することにより算出した。そして、作業者が作業環境として快適と思われる値として、スパッタ発生量が１．０ｇ／ｍｉｎ以下の場合を合格（○）、１．０ｇ／ｍｉｎを超える場合を不合格（×）と判定した。
【００６４】
＜スラグ発生量＞
スラグ発生量は、ビード表面に付着したスラグ、および、ビード表面から剥離したスラグを回収して合計し、質量を測定することにより算出した。そして、除去作業にかける労力を考慮し、作業者が作業環境として快適と思われる値として、スラグ発生量が１．０ｇ／ｍｉｎ以下の場合を合格（○）、１．０ｇ／ｍｉｎを超える場合を不合格（×）と判定した。
【００６５】
＜ビード形状＞
ビード形状については、溶接方向に対して垂直にカットしたビードの断面の形状から、ビード高さ（Ｈ）とビード幅（Ｗ）を計測し、形状パラメータ（Ｈ／Ｗ）として計算し、この値に基づき評価を行った。そして、溶接後に平滑に研削する労力を考慮し、作業者が作業環境として快適と思われる値として、形状パラメータ（Ｈ／Ｗ）が０．５０以下の場合を合格（○）、０．５０を超える場合を不合格（×）と判定した。
【００６６】
＜溶込み深さ＞
溶込み深さについては、溶接方向に対して垂直にカットしたビードの断面をさらに酸でエッチングして、母材５０の表面から、母材５０へビードが溶込んだ最深部までの深さを溶込み深さＤとして計算し、この値に基づき評価を行った。そして、溶込み不足の発生懸念が無い値を最低１．０ｍｍとし、母材成分が溶接金属の硬度に及ぼす影響が無視できるほど小さいと考える値を最大３．０ｍｍとして、この範囲に収まる場合を合格（○）、この範囲を外れる場合を不合格（×）と判定した。
【００６７】
＜内部欠陥＞
内部欠陥については、超音波探傷試験にて、ビードの割れや融合不良の有無を計算することにより評価を行った。そして、割れや融合不良がない場合を合格（○）、割れや融合不良が存在した場合を不合格（×）と判定した。
【００６８】
＜溶接金属硬度＞
溶接金属硬度については、溶接方向に対して垂直にカットしたビードの断面の中心近傍を無作為に３点選択してビッカース硬さを測定し、さらに、これらの平均値を算出し、この値に基づき評価を行った。そして、硬化肉盛溶接金属に定義しうる値として、ビッカース硬さの平均値が２００以上の場合を合格（○）、２００未満の場合を不合格（×）と判定した。
これらの結果を表４、５に示す。
【００６９】
【表４】
2011104624.tif 000005
【００７０】
【表５】
2011104624.tif 000006
【００７１】
Ｎｏ．１〜２２は、ワイヤ形態、フラックス中の成分組成、シールドガス組成が規定範囲を満足する実施例であり、前記すべての評価において優れている。すなわち、溶接金属の硬度が、硬化肉盛溶接金属としての機能を満足するのみならず、さらに、従来の溶接ワイヤおよびアーク溶接方法では得られなかった、少ないヒューム発生量、少ないスパッタ発生量、少ないスラグ発生量、さらには、平坦なビード形状、母材組成の影響を受けにくい溶込み形状、ビード内部の無欠陥といった、作業特性や溶接金属性能安定性に優れた性質を得ることができている。
【００７２】
一方、Ｎｏ．２３〜４５は、比較例であり、以下の結果となった。
Ｎｏ．２３は、フラックス質量比が低すぎ、純Ａｒガス雰囲気でのアーク安定化に必要な２重構造作用が消失してしまったため、アーク安定化が図れず、スパッタの飛散、ビード形状の劣化、溶込み不足が生じた。
Ｎｏ．２４は、逆にフラックス質量比が高すぎて外皮が溶融しやすくなり、アーク発生点が這い上がってアークが不安定となった。したがって、スパッタの飛散、ビード形状の劣化、溶込み不足が生じた。
【００７３】
Ｎｏ．２５は、純Ａｒガス雰囲気でのアーク安定化に必要なＣ含有量が不足しており、アーク安定化が図れず、スパッタの飛散、ビード形状の劣化、溶込み不足が生じた。
Ｎｏ．２６も同じくＣ含有量が不足しており、アーク安定化が図れず、スパッタの飛散、ビード形状の劣化、溶込み不足が生じた。さらに、硬化肉盛溶接金属としての必要な硬度をも不足した。
Ｎｏ．２７は、Ｃ含有量が過剰であり、ワイヤ内のフラックス柱が溶融しにくくなって溶接金属中にそのまま残り、未溶融欠陥が生じ、内部欠陥となった。また、ＣＯ生成に伴って、ヒュームやスパッタが多量に発生した。
【００７４】
Ｎｏ．２８は、Ｓｉ含有量が不足しており、濡れ性が不足したため、ビード形状が凸になって劣化した。
Ｎｏ．２９は、Ｓｉ含有量が過剰であるため、酸化生成物のスラグが多量に発生した。
Ｎｏ．３０は、Ｍｎ含有量が不足しており、濡れ性が不足したため、ビード形状が凸になって劣化した。また、焼入れ硬化性も不足したため、硬化肉盛溶接金属としての必要な硬度をも不足した。
Ｎｏ．３１は、Ｍｎが過剰であり、酸化生成物のスラグが多量に発生した。
【００７５】
Ｎｏ．３２は、Ｓｉ，Ｍｎそれぞれの値は規定値を満足するものの、合計では規定値より低かった。したがって、濡れ性が不足したため、ビード形状が凸になって劣化した。
Ｎｏ．３３は、Ｐが過剰であり、Ｎｏ．３４は、Ｓが過剰である。したがって、これらは溶接金属に凝固割れ欠陥が生じ、内部欠陥となった。
【００７６】
Ｎｏ．３５は、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３がフラックスに添加されていないため、純Ａｒガス雰囲気ではアーク安定化が図れず、スパッタの飛散、ビード形状の劣化、溶込み不足が生じた。
Ｎｏ．３６は、ＴｉＯ２が添加されているが、ＴｉＯ２＋ＺｒＯ２＋Ａｌ２Ｏ３としては必要量に未達であり、やはり純Ａｒガス雰囲気ではアーク安定化が図れず、スパッタの飛散、ビード形状の劣化、溶込み不足が生じた。
Ｎｏ．３７は、ＴｉＯ２＋ＺｒＯ２＋Ａｌ２Ｏ３が過剰である。そのため、分解酸素の供給量が過剰となり、ヒューム、スパッタ、スラグが多量に発生した。また、ビード形状の劣化が生じ、さらに、過剰な溶込み深さである過剰溶込みにもなった。
【００７７】
Ｎｏ．３８は、最も一般的に普及しているフラックス入りワイヤ「ＹＦＷ−Ｃ５０ＤＲ規格材（JIS Z3313:1999）」である。このワイヤは、Ｃ含有量が少なく、かつＴｉＯ２＋ＺｒＯ２＋Ａｌ２Ｏ３が極めて多いため、ヒューム、スパッタ、スラグが多量に発生した。また、ビード形状の劣化が生じ、さらに、溶込み不足にもなった。また、硬化肉盛溶接金属としての必要な硬度をも不足した。
【００７８】
Ｎｏ．３９、Ｎｏ．４０は、ワイヤ成分は本願範囲を満足するものの、シールドガスとしてＡｒの他にＯ２が微量添加されている。そのため、Ｃ等との間で激しい酸化反応が生じ、ヒューム、スパッタ、スラグが多量に発生した。また、過剰なアーク安定化によるビード形状の凸化が生じ、さらに過剰溶込みにもなった。
【００７９】
Ｎｏ．４１は、ワイヤ成分は本願範囲を満足するものの、シールドガスとしてＡｒの他にＣＯ２が２０体積％添加されている。そのため、ＣＯ２から生じた分解酸素による酸化性が強く、激しい酸化反応が生じ、ヒューム、スパッタ、スラグが多量に発生した。また、過剰なアーク安定化によるビード形状の凸化が生じ、さらに過剰溶込みにもなった。また、合金成分の著しい酸化消耗、すなわちスラグロスによって、溶接金属の焼入れ硬化性も不足したため、硬化肉盛溶接金属としての必要な硬度をも不足した。
【００８０】
Ｎｏ．４２は、ワイヤ成分は本願範囲を満足するものの、シールドガスとしてＡｒの他にＣＯ２が微量添加されている。そのため、ＣＯ２から生じた分解酸素との間で激しい再酸化反応が生じ、ヒューム、スパッタ、スラグが多量に発生した。また、過剰なアーク安定化によるビード形状の凸化が生じ、さらに過剰溶込みにもなった。
【００８１】
Ｎｏ．４３は、ワイヤ成分は本願範囲を満足するものの、シールドガスがＣＯ２である。よって、シールドガスが強酸化性ガスのため、ヒューム、スパッタ、スラグが多量に発生した。また、ビード形状の劣化が生じ、さらに、過剰溶込みにもなった。
【００８２】
Ｎｏ．４４は、硬化肉盛溶接用ソリッドワイヤの一種である。このワイヤは、一般的にはＣＯ２ガスと組み合わせて用いられるが、ここではシールドガスとして純Ａｒを用いたため、純Ａｒガス雰囲気では全くアークが安定しないことから、実質溶接不可能であった。そして、アーク不安定に伴い、スパッタが多量に発生した。また、ビード形状の凸化、溶込み不足が生じた。
【００８３】
Ｎｏ．４５は、ワイヤ成分は本願範囲を満足するものの、シールドガスとしてＡｒの他に同じ不活性ガスであるＨｅが２０体積％添加されている。Ｈｅは酸化性が無いため、ヒュームやスラグ発生量は抑制することができるが、原子量がＡｒより遙かに小さいため、熱輸送に伴うアーク冷却効果が大きい。これが原因でアークを集中させたため、大粒スパッタの多量発生、ビード形状の凸化、過剰溶込みにつながった。
【００８４】
以上、本発明について実施の形態および実施例を示して詳細に説明したが、本発明の趣旨は前記した内容に限定されることなく、その権利範囲は特許請求の範囲の記載に基づいて広く解釈しなければならない。なお、本発明の内容は、前記した記載に基づいて広く改変・変更等することが可能であることはいうまでもない。
【符号の説明】
【００８５】
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ  溶接ワイヤ
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ  アーク
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ  先端懸垂溶滴
１３ａ，１３ｃ  スパッタ
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ  硬化肉盛溶接金属
１５    ヒューム
５０    母材
６０    硬化肉盛溶接金属
１０１  硬化肉盛溶接金属
Ｄ      溶込み深さ
Ｈ      ビード高さ
Ｗ      ビード幅
【図１】
2011104624.tif 000007
【図２】
2011104624.tif 000008
【図３】
2011104624.tif 000009