(57)【要約】【課題】溶接作業性に優れる被覆アーク溶接方法を提供する【解決手段】心線と、前記心線を被覆する被覆剤と、からなる被覆アーク溶接棒を用いた被覆アーク溶接方法であって、前記心線は、Ｏを所定量含有し、前記被覆剤は、ＣａＦ２、ＴｉＯ２、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｆｅ、金属炭酸塩（ＣＯ２換算量）を所定量含有し、溶接棒プラスの直流電源極性で、溶接電流を前記心線の直径（Ｗ）ｍｍに対して（８．５×Ｗ２）〜（１２．０×Ｗ２）Ａとし、かつ、溶接時に発生する溶滴のスラグを除く部分の径（Ｄ１）を（０．４５０×Ｗ）〜（１．０２５×Ｗ）ｍｍとなるように制御する、被覆アーク溶接方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
心線と、前記心線を被覆する被覆剤と、からなる被覆アーク溶接棒を用いた被覆アーク溶接方法であって、
前記心線は、前記心線の全質量あたり、
Ｏ：０．０００５〜０．０１５０質量％を含有し、
前記被覆剤は、前記被覆剤の全質量あたり、
ＣａＦ２：２．０〜３０．０質量％
ＴｉＯ２：２．０〜２０．０質量％
Ｎａ２Ｏ：０．５〜３．０質量％
Ｋ２Ｏ：３．０質量％以下
Ｆｅ：５．０〜３０．０質量％、及び
金属炭酸塩（ＣＯ２換算量）：５．０〜３０．０質量％を含有し、
溶接棒プラスの直流電源極性で、溶接電流を前記心線の直径（Ｗ）ｍｍに対して（８．５×Ｗ２）〜（１２．０×Ｗ２）Ａとし、かつ、
溶接時に発生する溶滴のスラグを除く部分の径（Ｄ１）を（０．４５０×Ｗ）〜（１．０２５×Ｗ）ｍｍとなるように制御する、被覆アーク溶接方法。
【請求項２】
前記溶滴のスラグを除く部分の径（Ｄ１）に対する、前記溶滴のスラグを含む部分の径（Ｄ２）の比（Ｄ２／Ｄ１）が、１．１０〜１．２２となるように制御する、請求項１に記載の被覆アーク溶接方法。
【請求項３】
溶接時の溶滴移行回数が、前記心線の直径（Ｗ）ｍｍに対して（０．０２５×Ｗ３）〜（０．０６５×Ｗ３）回／秒となるように制御する、請求項１または２に記載の被覆アーク溶接方法。
【請求項４】
心線と、前記心線を被覆する被覆剤と、からなる被覆アーク溶接棒を用いた被覆アーク溶接方法であって、
前記心線は、前記心線の全質量あたり、
Ｏ：０．０００５〜０．０１５０質量％を含有し、
前記被覆剤は、前記被覆剤の全質量あたり、
ＣａＦ２：２．０〜３０．０質量％
ＴｉＯ２：２．０〜２０．０質量％
Ｎａ２Ｏ：０．５〜３．０質量％
Ｋ２Ｏ：３．０質量％以下
Ｆｅ：５．０〜３０．０質量％、及び
金属炭酸塩（ＣＯ２換算量）：５．０〜３０．０質量％を含有し、
交流電源極性で、溶接電流を前記心線の直径（Ｗ）ｍｍに対して｛（８．５×Ｗ２）〜（１２．０×Ｗ２）｝Ａとし、かつ、
溶接時に発生する溶滴のスラグを除く部分の径（Ａ１）を（０．６３０×Ｗ）〜（１．０２５×Ｗ）ｍｍとなるように制御する、被覆アーク溶接方法。
【請求項５】
前記溶滴のスラグを除く部分の径（Ａ１）に対する、前記溶滴のスラグを含む部分の径（Ａ２）の比（Ａ２／Ａ１）が、１．１３〜１．１６となるように制御する、請求項４に記載の被覆アーク溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被覆アーク溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、被覆アーク溶接棒を用いた被覆アーク溶接方法については溶接金属の機械的性質の向上や、溶接性の向上を目的として、種々の検討がなされている。
【０００３】
例えば、特許文献１においては、溶接作業性の向上、及び、物性の優れた溶接金属を得ることを目的として、被覆剤原料を粘結剤と共に混練し、軟鋼心線の外周に塗布してなる低水素被覆アーク溶接棒であって、被覆剤は金属炭酸塩：２５〜６０％（重量％：以下同じ）、金属弗化物：５〜３０％、脱酸性金属粉末：５〜１８％、３５０〜１０００℃で分解して放出される水分０．４％以下、を必須成分として含有すると共にＴｉＯ２及び／若しくはＺｒＯ２を１．５〜２０％含有し、且つ前記軟鋼心線中の〔Ｏ〕量が０．０５０〜０．３０％であることを特徴とする低水素系被覆アーク溶接棒が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭５９−１６８７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように、被覆アーク溶接棒の成分組成や、被覆率等の各種パラメータに着目し、溶接金属の機械的性質や溶接作業性についての研究がなされてきた。しかしながら、成分組成、溶接時の溶接条件及び溶滴の移行現象はその相互作用が十分に検討されていなかった。
【０００６】
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、その目的は、溶接作業性に優れた被覆アーク溶接方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは鋭意検討を重ねた結果、被覆アーク溶接方法において、被覆アーク溶接棒の成分、溶接電流、及び溶滴の径を所定の範囲に制御することにより上記課題を解決できることを見出した。本発明は、この知見に基づいてなされたものである。
【０００８】
すなわち、本発明の一の実施態様に係る被覆アーク溶接方法は、心線と、心線を被覆する被覆剤と、からなる被覆アーク溶接棒を用いた被覆アーク溶接方法であって、
心線は、心線の全質量あたり、
Ｏ：０．０００５〜０．０１５０質量％を含有し、
被覆剤は、被覆剤の全質量あたり、
ＣａＦ２：２．０〜３０．０質量％
ＴｉＯ２：２．０〜２０．０質量％
Ｎａ２Ｏ：０．５〜３．０質量％
Ｋ２Ｏ：３．０質量％以下
Ｆｅ：５．０〜３０．０質量％、及び
金属炭酸塩（ＣＯ２換算量）：５．０〜３０．０質量％を含有し、
溶接棒プラスの直流電源極性で、溶接電流を前記心線の直径（Ｗ）ｍｍに対して（８．５×Ｗ２）〜（１２．０×Ｗ２）Ａとし、かつ、
溶接時に発生する溶滴のスラグを除く部分の径（Ｄ１）を（０．４５０×Ｗ）〜（１．０２５×Ｗ）ｍｍとなるように制御する。
【０００９】
本発明の一態様に係る被覆アーク溶接方法は、溶滴のスラグを除く部分の径（Ｄ１）に対する、前記溶滴のスラグを含む部分の径（Ｄ２）の比（Ｄ２／Ｄ１）が、１．１０〜１．２２となるように制御してもよい。
【００１０】
本発明の一態様に係る被覆アーク溶接方法は、溶接時の溶滴移行回数が、心線の直径（Ｗ）ｍｍに対して（０．０２５×Ｗ３）〜（０．０６５×Ｗ３）回／秒となるように制御してもよい。
【００１１】
また、本発明の他の実施態様に係る被覆アーク溶接方法は、心線と、心線を被覆する被覆剤と、からなる被覆アーク溶接棒を用いた被覆アーク溶接方法であって、
心線は、心線の全質量あたり、
Ｏ：０．０００５〜０．０１５０質量％を含有し、
被覆剤は、被覆剤の全質量あたり、
ＣａＦ２：２．０〜３０．０質量％
ＴｉＯ２：２．０〜２０．０質量％
Ｎａ２Ｏ：０．５〜３．０質量％
Ｋ２Ｏ：３．０質量％以下
Ｆｅ：５．０〜３０．０質量％、及び
金属炭酸塩（ＣＯ２換算量）：５．０〜３０．０質量％を含有し、
交流電源極性で、溶接電流を前記心線の直径（Ｗ）ｍｍに対して｛（８．５×Ｗ２）〜（１２．０×Ｗ２）｝Ａとし、かつ、
溶接時に発生する溶滴のスラグを除く部分の径（Ａ１）を（０．６３０×Ｗ）〜（１．０２５×Ｗ）ｍｍとなるように制御する。
【００１２】
本発明の一態様に係る被覆アーク溶接方法は、溶滴のスラグを除く部分の径（Ａ１）に対する、前記溶滴のスラグを含む部分の径（Ａ２）の比（Ａ２／Ａ１）が、１．１３〜１．１６となるように制御してもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、溶接作業性に優れた被覆アーク溶接方法を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。
本明細書において、質量を基準とする百分率（質量％）は、重量を基準とする百分率（重量％）と同義である。また、特に限定なく「％」と記載した場合は、質量％を意味する。また、「〜」とはその下限の値以上、その上限の値以下であることを意味する。また、本実施形態において、アーク溶接方法を単に、アーク溶接、アーク溶接法と称することがある。
【００１５】
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態は、心線と、心線を被覆する被覆剤と、からなる被覆アーク溶接棒を用いた被覆アーク溶接方法であって、溶接棒プラスの直流電源極性で溶接を行う被覆アーク溶接方法に関する。まず、本実施形態の被覆アーク溶接方法における被覆アーク溶接棒について説明する。
【００１６】
｛被覆アーク溶接棒｝
本実施形態における被覆アーク溶接棒は、心線に被覆剤が塗布されているものである。以下に、心線および被覆剤について詳しく説明する。
【００１７】
＜心線＞
本実施形態における心線は特に限定されないが、例えば直径が２．６ｍｍ〜６．０ｍｍのものを使用することができ、特に直径が４ｍｍのものを好適に使用できる。本実施形態の心線の組成について、以下に説明する。
【００１８】
（Ｏ：０．０００５〜０．０１５０質量％）
心線のＯ含有量が過剰であると、得られる溶接金属中のＯ量が過剰となり、溶接金属の靱性が低下する恐れがある。また、心線中の酸素が被覆剤に添加された脱酸剤であるＦｅ−ＳｉやＦｅ−Ｍｎと反応してスラグを生成するため、スラグ量が増加してスラグ流動性や溶接作業性の劣化を招き、さらには溶接金属のＳｉ、Ｍｎ量の低下や酸素量の増加による機械的性質の劣化を招く恐れがある。また、溶融金属の流動性が高くなり、立向や上向等の姿勢の溶接で、溶接金属のたれ落ちが発生しやすくなり、溶接作業性が低下するおそれがある。一方、心線のＯ含有量が過少であると、アーク力による溶融地の拡販が不十分となり、合金成分が均一に分布した溶接金属が得られなくなる。
以上の観点より、心線のＯ含有量は０．０００５％以上であり、０．００１３％以上であることがより好ましく、０．００１６％以上であることがより好ましい。また、心線のＯ含有量は０．０１５０質量％以下であり、０．０１２５％以下であることがより好ましく、０．０１００％以下であることがより好ましい。
【００１９】
（その他の成分）
特に限定されないが、本実施形態における心線としては、例えばＦｅを主成分とする鉄系心線を好適に使用することができ、具体的にはＪＩＳ  Ｇ  ３５０３：２００６に規定されているＳＷＲＹ  １１を心線として用いることができる。
【００２０】
＜被覆剤＞
被覆剤はフラックス成分として鋼心線の周囲に被覆するものであり、例えば金属炭酸塩、金属弗化物、アーク安定剤、スラグ形成剤、脱酸剤、金属単体、合金剤、固着剤、粘結剤等からなるものである。本実施形態の被覆剤の心線外周への被覆率は、特に限定はされないが、被覆剤の強度確保等の観点から、例えば２０％以上とすることが好ましく、２２％以上とすることがより好ましく、２４％以上とすることがさらに好ましい。また、アーク安定性等の観点から、例えば３６％以下とすることが好ましく、３４％以下とすることがより好ましく、３２％以下とすることがさらに好ましい。
本実施形態の被覆剤の組成について、以下に説明する。
【００２１】
（ＣａＦ２：２．０〜３０．０質量％）
被覆アーク溶接棒の被覆剤において、ＣａＦ２はスラグの融点を低下させ、スラグの流動性を向上させる効果を有する成分である。また、アーク熱による分解で還元性の遮蔽ガスを多く発生させることで、溶接金属中の酸素や水素量の上昇を抑制する作用を有する成分である。但し、被覆剤中のＣａＦ２量が過剰であるとスラグの流動性が過大となり、スラグ巻き込み等の不具合が発生し、溶接品質が劣化する恐れがある。
以上の観点より、被覆剤中のＣａＦ２含有量は２．０％以上であり、５．０％以上であることが好ましく、１０．０％以上であることがより好ましい。また、被覆剤中のＣａＦ２含有量は３０．０％以下であり、２５．０％以下であることが好ましく、２０．０％以下であることがより好ましい。
【００２２】
（ＴｉＯ２：２．０〜２０．０質量％）
被覆アーク溶接棒の被覆剤において、ＴｉＯ２は流動性の良いスラグを生成し、ビード表面に光沢を与え、溶接金属に美しい外観を与える作用を有する成分である。また、アークのふらつきをなくして良好な溶接作業性を得ることに寄与する成分である。但し、被覆剤中のＴｉＯ２量が過剰であるとスラグ流動性が過大となるうえ、スラグの塩基度が下がり、溶接金属の脱酸が不十分となって衝撃性能の低下を招く。
以上の観点より、被覆剤中のＴｉＯ２含有量は２．０％以上であり、４．０％以上であることが好ましく、６．０％以上であることがより好ましい。また、被覆剤中のＴｉＯ２含有量は２０．０％以下であり、１８．０％以下であることが好ましく、１６．０％以下であることがより好ましい。
【００２３】
（Ｎａ２Ｏ：０．５〜３．０質量％、Ｋ２Ｏ：３．０質量％以下）
Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏは、被覆剤の無機粘結剤として使用される水ガラスに多く含有される成分である。Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏの含有量が過少であると、溶接アーク発生点に達するまでに被覆が脱落してしまう恐れがある。また、Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏは良質なアーク安定性や適度なアーク吹付力を得るためにも有効な成分である。
以上の観点より、被覆剤中のＮａ２Ｏ含有量は０．５％以上であり、０．７％以上であることが好ましく、１．０％以上であることがより好ましい。また、被覆剤中のＮａ２Ｏ含有量は、３．０％以下であり、２．８％以下であることが好ましく、２．５％以下であることがより好ましい。
また、被覆剤中にＫ２Ｏを含有しないものとしてもよいが、以上の観点より、被覆剤中のＫ２Ｏ含有量は、０．７％以上であることが好ましく、１．０％以上であることがより好ましい。また、被覆剤中のＫ２Ｏ含有量は、３．０％以下であり、２．８％以下であることが好ましく、２．５％以下であることがより好ましい。
【００２４】
（Ｆｅ：５．０〜３０．０質量％）
被覆アーク溶接棒の被覆剤において、Ｆｅは脱酸作用や合金添加を目的として添加される成分であり、被覆剤中において鉄粉として含有されるほか、Ｆｅ−ＳｉやＦｅ−Ｍｎとして含有される。被覆剤中のＦｅ量が過小であると、得られる溶接金属中のＯ量が過剰となり、溶接金属の靱性が低下する恐れがある。また、溶接金属中のＳｉやＭｎ量の確保が困難となり、溶接金属の機械的性質が低下する恐れもある。但し、覆材中のＦｅ量が過剰であると、アークが不安定になりやすい。
以上の観点より、被覆剤中のＦｅ含有量は５．０％以上であり、５．５％以上であることが好ましく、６．０％以上であることがより好ましい。また、被覆剤中のＦｅ含有量は３０．０％以下であり、２５．０％以下であることが好ましく、２０．０％以下であることがより好ましい。
【００２５】
（金属炭酸塩（ＣＯ２換算量）：５．０〜３０．０質量％）
被覆アーク溶接棒の被覆剤において、ＣａＣＯ３やＢａＣＯ３等の金属炭酸塩は、アーク点近傍での熱分解により、遮蔽ガスであるＣＯ２を発生させ、大気中の酸素、窒素、水分から溶融地を保護する作用を有する成分であり、含有量が過少であると、遮蔽不足でブローホールなどの溶接欠陥や、低衝撃値の原因となる。但し、被覆剤中の金属炭酸塩量が過剰であると、溶接中に被覆剤が溶融し難くなり、心線の溶融界面と溶融地との距離が離れすぎてアーク電圧が過大となるばかりか、アーク切れが発生しやすくなり、アーク安定性が損なわれる。
以上の観点より、被覆剤中の炭酸塩含有量は、被覆剤全量あたりＣＯ２換算量で５．０質量％以上であり、７．０％以上であることが好ましく、１０．０％以上であることがより好ましい。また、被覆剤中の炭酸塩含有量は、被覆剤全量あたりＣＯ２換算量で３０．０質量％以下であり、２８．０％以下であることが好ましく、２５．０％以下であることがより好ましい。
【００２６】
（ＣａＦ２、ＴｉＯ２、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｆｅ、及び金属炭酸塩（ＣＯ２換算量）の合計）
ＣａＦ２、ＴｉＯ２、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｆｅ、及び金属炭酸塩（ＣＯ２換算量）は、合計で、３０％以上であることが好ましい。この場合、アーク溶接方法において、溶接作業性が向上する。より好ましくは、４０％以上である。
【００２７】
（その他の成分）
本実施形態の被覆剤は、上記以外の成分を本発明の効果を損なわない範囲で、金属弗化物、アーク安定剤、スラグ形成剤、脱酸剤、金属単体、合金剤、固着剤、無期粘結剤、有機化合物等を含有しても良い。具体的には、例えばＣａＯ、ＢａＯ、ＭｇＯ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、ＦｅＯ、ＭｎＯ、Ｓｉ、Ｍｎ等を含有しうる。また、不可避的不純物として前述の炭酸塩以外の成分に由来するＣ、Ｐ、Ｓ、Ｈ２Ｏ、等も含み得る。
【００２８】
｛溶接方法｝
本実施形態の溶接方法は、溶接棒プラスの直流電源極性で、溶接電流を前記心線の直径（Ｗ）ｍｍに対して（８．５×Ｗ２）〜（１２．０×Ｗ２）Ａとし、かつ、溶接時に発生する溶滴のスラグを除く部分の径（Ｄ１）を（０．４５０×Ｗ）〜（１．０２５×Ｗ）ｍｍとなるように制御することを特徴とする被覆アーク溶接方法である。以下に溶接方法について詳しく説明する。
【００２９】
＜溶接電流＞
本実施形態の溶接方法においては、溶接棒プラスの直流電源極性で溶接を行う。被覆アーク溶接において、適切な溶接電流の範囲は心線の直径によって異なるが、溶接電流が過大であると母材金属ならびに溶融地へのアーク吹付力が過大となり、スパッタ発生が増え、溶接作業性不良が生じやすくなる。また、溶融地のシールド効果が劣化し、気孔欠陥不良が発生しやすくなる。一方、溶接電流が過小であると溶滴移行が不安定になり、短絡によるアーク切れが発生しやすくなる。
以上の観点より、溶接電流は心線の直径（Ｗ）ｍｍに対して（８．５×Ｗ２）Ａ以上とし、（８．７×Ｗ２）Ａ以上であることが好ましく、（９．０×Ｗ２）Ａ以上であることがより好ましい。また、溶接電流は心線の直径（Ｗ）ｍｍに対して（１２．０×Ｗ２）Ａ以下とし、（１１．８×Ｗ２）Ａ以下であることが好ましく、（１１．５×Ｗ２）Ａ以下であることがより好ましい。
【００３０】
＜溶滴のスラグを除く部分の径＞
被覆アーク溶接において、溶滴は、溶融金属と、その外側に位置する溶融スラグとからなる。
溶滴のスラグを除く部分の径（すなわち、溶融金属の径）を大きくすると溶着効率が向上し、高能率の溶接が可能となるが、溶滴のスラグを除く部分の径が過大となると、溶接作業性が劣化する。一方、溶滴のスラグを除く部分の径を小さくするとアーク安定性は向上するが、溶滴のスラグを除く部分の径が過小となると、アークの集中性や吹付力が低下し、融合不良などの溶接欠陥の原因となる。また、溶接金属の強度や靱性等の機械的特性の劣化の原因にもなる。
以上の観点より、本実施形態において、溶滴のスラグを除く部分の径は（０．４５０×Ｗ）ｍｍ以上であり、（０．４６０×Ｗ）ｍｍ以上が好ましく、（０．４８０×Ｗ）ｍｍ以上がより好ましい。また、本実施形態において、溶滴のスラグを除く部分の径は（１．０２５×Ｗ）ｍｍ以下であり、（１．０１×Ｗ）ｍｍ以下が好ましく、（１．００×Ｗ）ｍｍ以下がより好ましい。
【００３１】
本実施形態における溶滴のスラグを除く部分の径は、Ｘ線照射装置と高速度カメラを組み合わせることにより測定したものであり、具体的には実施例の欄に記載の方法で測定したものである。通常Ｘ線は溶滴のスラグ成分を透過し、溶融金属成分は透過しないため、上記測定方法により、溶滴のスラグを除く部分の径、つまりは溶融金属のみの径を測定することができる。
【００３２】
溶滴径や溶滴のスラグを除く部分の径は、心線径、被覆剤の被覆率、溶接電流、被覆アーク溶接棒の心線、被覆剤の成分等を適宜調整することにより、制御することができる。
【００３３】
＜溶滴のスラグを除く部分の径とスラグを含む部分の径の比率＞
溶滴のスラグを除く部分の径（Ｄ１）に対する、前記溶滴のスラグを含む部分の径（Ｄ２）の比（Ｄ２／Ｄ１）、は１．１０以上とするのが好ましく、１．１１以上とするのがさらに好ましい。また、（Ｄ２／Ｄ１）は１．２２以下とするのが好ましく、１．２１以下とするのがさらに好ましい。（Ｄ２／Ｄ１）を１．１０以上にすると被覆アーク溶接時のアーク安定性が向上し、スパッタ発生量も低下する。一方、（Ｄ２／Ｄ１）を１．２２以下にすると、アークの集中性や吹付力を向上させることができ、融合不良等の溶接欠陥の発生を抑制することができる。
【００３４】
本実施形態における溶滴のスラグを含む部分の径は、レーザ照射装置と高速度カメラを組み合わせることにより測定したものであり、具体的には実施例の欄に記載の方法で測定したものである。通常、レーザは溶融スラグも溶融金属も透過しないため、上記測定方法により溶滴のスラグを含む部分の径を測定することができる。
【００３５】
被覆アーク溶接において発生する溶滴中のスラグの量が多いと（Ｄ２／Ｄ１）の値は大きくなり、スラグの量が少ないと（Ｄ２／Ｄ１）の値は小さくなる。したがって、（Ｄ２／Ｄ１）の値は溶滴中のスラグの量を制御することにより制御することができ、溶滴中のスラグの量は、例えば被覆材の被覆率を適宜調整することや、被覆アーク溶接棒中のＴｉ量等を適宜調整することにより、制御できる。
【００３６】
＜溶滴移行回数＞
溶滴移行回数は心線の直径（Ｗ）ｍｍに対して（０．０２５×Ｗ３）回／秒以上とするのが好ましく、（０．０３０×Ｗ３）回／秒以上とするのがより好ましく、（０．０３５×Ｗ３）回／秒以上とするのがさらに好ましい。また、溶滴移行回数は（０．０６５×Ｗ３）回／秒以下とするのが好ましく、（０．０６０×Ｗ３）回／秒以下とするのがより好ましく、（０．０５５×Ｗ３）回／秒以下とするのがさらに好ましい。溶滴移行回数が（０．０２５×Ｗ３）回／秒以上の場合、溶滴が大きくなりすぎることを抑制し、溶滴が溶融地へ侵入する際の勢いを弱くし、大粒のスパッタが発生を抑制できる。一方、溶滴移行回数が（０．０６５×Ｗ３）回／秒以下の場合、溶融地へ侵入する際の溶滴の勢いを適正な範囲とし、必要なアーク力を確保することにより、十分な溶込みを得ることができる。
【００３７】
本実施形態における溶滴移行回数は、Ｘ線照射装置と高速度カメラを組み合わせることにより測定したものであり、具体的には実施例の欄に記載の方法で測定したものである。なお、溶滴移行回数は、レーザ照射装置と高速度カメラを組み合わせることにより測定することも可能である。
従来、溶滴移行回数の測定は溶接電流やアーク電圧の測定から間接的に行っていたが、正確な測定が困難であった。また、高速度カメラを用いた溶滴移行回数の直接測定は、アーク光が強いため困難であった。上記の本実施形態における溶滴移行回数の測定方法では、アーク光が発生していても溶滴移行回数を直接的に測定できるため、溶接作業中における溶滴移行回数を正確に測定することができる。
【００３８】
［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。本発明の第２の実施形態は、交流電源極性で溶接を行う被覆アーク溶接方法に関する。
【００３９】
｛被覆アーク溶接棒｝
本実施形態における被覆アーク溶接棒は、第１の実施形態において使用する被覆アーク溶接棒と同様のものを用いる。各成分の含有量の限定の理由についても同様である。
【００４０】
｛溶接方法｝
本実施形態の溶接方法は、交流電源極性で、溶接電流を心線の直径（Ｗ）ｍｍに対して（８．５×Ｗ２）〜（１２．０×Ｗ２）Ａとし、かつ、溶接時に発生する溶滴のスラグを除く部分の径（Ａ１）を（０．６３０×Ｗ）〜（１．０２５×Ｗ）ｍｍとなるように制御することを特徴とする被覆アーク溶接方法である。以下に本実施形態について詳しく説明する。
【００４１】
＜溶接電流＞
本実施形態においては、第１の実施形態と同様の観点より、溶接電流は心線の直径（Ｗ）ｍｍに対して（８．５×Ｗ２）Ａ以上とし、（８．７×Ｗ２）Ａ以上であることが好ましく、（９．０×Ｗ２）Ａ以上であることがより好ましい。また、溶接電流は心線の直径（Ｗ）ｍｍに対して（１２．０×Ｗ２）Ａ以下とし、（１１．８×Ｗ２）Ａ以下であることが好ましく、（１１．５×Ｗ２）Ａ以下であることがより好ましい。
【００４２】
＜溶滴のスラグを除く部分の径＞
第１の実施形態と同様の観点より、本実施形態において、溶滴のスラグを除く部分の径は、心線の直径（Ｗ）ｍｍに対して（０．６３０×Ｗ）ｍｍ以上であり、（０．６５０×Ｗ）ｍｍ以上が好ましく、（０．６７０×Ｗ）ｍｍ以上がより好ましい。また、本実施形態において、溶滴のスラグを除く部分の径は（１．０２５×Ｗ）ｍｍ以下であり、（１．０１０×Ｗ）ｍｍ以下が好ましく、（１．０００×Ｗ）ｍｍ以下がより好ましい。
本実施形態における溶滴のスラグを除く部分の径の測定方法は、第１の実施形態と同様の方法により測定したものである。また、本実施形態における溶滴のスラグを除く部分の径の制御方法についても、第１の実施形態と同様の方法により制御することができる。
【００４３】
なお、第２の実施形態では第１の実施形態よりも溶滴のスラグを除く部分の径の下限値が大きくなっている。これは、交流電源極性での溶接である第２の実施形態では溶接電流及びアーク電圧が５０Ｈｚまたは６０Ｈｚで変化するため、直流電源極性の第１の実施形態と比較すると被覆アーク溶接棒の先端から溶滴が離脱しにくくなること、つまりは溶滴径が大きくなりやすくなることに起因している。
【００４４】
＜溶滴のスラグを除く部分の径とスラグを含む部分の径の比率＞
第１の実施形態と同様の観点より、本実施形態の被覆アーク溶接方法において、溶滴のスラグを除く部分の径（Ａ１）に対する、前記溶滴のスラグを含む部分の径（Ａ２）の比（Ａ２／Ａ１）は１．１３以上とするのが好ましく、１．１３５以上とするのがより好ましい。また、（Ａ２／Ａ１）は１．１６以下とするのが好ましく、１．１５５以下とするのがより好ましい。
本実施形態における溶滴のスラグを含む部分の径は、第１の実施形態と同様の方法により測定したものである。また、本実施形態における（Ａ２／Ａ１）の値の制御方法についても、第１の実施形態における（Ｄ２／Ｄ１）と同様の方法により制御することができる。
【００４５】
本実施形態における（Ａ２／Ａ１）の値の好適な範囲は、第１の実施形態における（Ｄ２／Ｄ１）の値の好適な範囲より狭くなっている。これは、交流電源極性での溶接である第２の実施形態では溶接電流及びアーク電圧が５０Ｈｚまたは６０Ｈｚで変化するため、直流電源極性の第１の実施形態と比較すると溶滴移行時に溶滴の揺らぎが大きくなっており、溶滴の周囲に存在するスラグが単独で離脱する頻度が増加するためであり、そのため、第２の実施形態では第１の実施形態と比較して、特に良好な溶接作業性を得ることができる（Ａ２／Ａ１）の値の範囲が狭くなっている。
【実施例】
【００４６】
以下、実施例を挙げて本発明の効果について具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００４７】
（直流溶接試験）
ＪＩＳ  Ｇ  ３５０３：２００６に規定されているＳＷＲＹ  １１を心線とし、下記表１に示す成分、および残部が、アーク安定剤、粘結剤、スラグ形成剤、有機化合物、および不可避的不純物を含む被覆剤を用いて、各例の被覆アーク溶接棒を作成した。なお、表１に示す被覆剤成分の含有率は、被覆剤全質量に対する含有率（質量％）であり、心線成分の含有率は、心線全質量に対する含有率（質量％）である。
このとき、被覆剤の被覆率は被覆アーク溶接棒の全質量あたり２８．０質量％となるようにし、心線の直径は４．０ｍｍとした。すなわち、本発明の第１の実施形態に関する溶接電流、溶滴のスラグを除く部分の径（Ｄ１）の範囲、溶滴移行回数の好適な範囲は下記のとおりである。
＜溶接電流＞
（８．５×Ｗ２）〜（１２．０×Ｗ２）Ａ：１３６．０〜１９２．０Ａ
＜溶滴のスラグを除く部分の径（Ｄ１）＞
（０．４５０×Ｗ）〜（１．０２５×Ｗ）ｍｍ：１．８００〜４．１００ｍｍ
＜溶滴移行回数＞
（０．０２５×Ｗ３）〜（０．０６５×Ｗ３）回／秒：１．６００〜４．１６０回／秒
【００４８】
【表１】
2019048320.tif 000002
【００４９】
次に、１２ｍｍ×７０ｍｍ×４５０ｍｍのＳＳ４００鋼板を溶接の対象とし、下記条件で溶接を行い、溶接継手を作製した。
・溶接姿勢：下向きビードオンプレート溶接
・電源極性：直流（溶接棒プラス）
・溶接電流：１７０±５Ａ
・アーク電圧：２３±２Ｖ
【００５０】
上記溶接中に発生する溶滴のスラグを除く部分の径（Ｄ１）ｍｍと、前記溶滴のスラグを含む部分の径（Ｄ２）ｍｍを下記方法により測定した。また、これらから（Ｄ２／Ｄ１）の値を算出した。さらに、上記溶接中の溶滴移行回数を下記方法により求めた。これらを表１にあわせて記載する。
【００５１】
＜Ｘ線照射装置と高速度カメラを用いたＤ１の測定＞
タングステンを陽極ターゲットとするＸ線管より、管電圧２２０ｋｅＶ、管電流３．５ｍＡで発生するＸ線を溶接棒先端に向けて照射し、高速度カメラを用いて撮像した。Ｘ線管は溶接棒先端から３００ｍｍ離れた場所に配置し、高速度カメラは、Ｘ線源の対向側に、溶接棒先端から３００ｍｍ離れた場所に配置した。高速度カメラの露光時間は１千分の１秒とし、カメラ撮影コマ数は１秒間あたり１０００コマとした。
得られた写真において、溶滴が溶接棒を離れ、母材と棒先端から等距離の位置にある瞬間の投影円相当の直径を測定し、２０回の測定結果の平均値を溶滴のスラグを除く部分の径（Ｄ１）とした。
【００５２】
＜レーザ照射装置と高速度カメラを用いたＤ２の測定＞
発光波長６４０ｎｍの半導体レーザ照射器より、溶接棒先端に向けてパルスレーザを照射（パルス発光幅１〜２０μｓｅｃ）し、高速度カメラを用いて撮像した。半導体レーザ照射器は溶接棒先端から３００ｍｍ離れた場所に配置し、高速度カメラは、半導体レーザ照射器の対向側に、溶接棒先端から３００ｍｍ離れた場所に配置した。高速度カメラはバンドパスフィルタ（中心波長６４０ｎｍ、半値幅±５ｎｍ)を装着し、露光時間は１０万分の１秒、カメラ撮影コマ数は１秒間あたり１０００コマとした。なお、撮影視野の明度調整は、適宜、減光フィルターを用いた。
得られた写真において、溶滴が溶接棒を離れ、母材と棒先端から等距離の位置にある瞬間の投影円相当の直径を測定し、２０回の測定結果の平均値を溶滴のスラグを含む部分の径（Ｄ２）とした。
【００５３】
＜溶滴移行回数＞
タングステンを陽極ターゲットとするＸ線管より、管電圧２２０ｋｅＶ、管電流３．５ｍＡで発生するＸ線を溶接棒先端に向けて照射し、高速度カメラを用いて撮像した。Ｘ線管は溶接棒先端から３００ｍｍ離れた場所に配置し、高速度カメラは、Ｘ線源の対向側に、溶接棒先端から３００ｍｍ離れた場所に配置した。高速度カメラの露光時間は１千分の１秒とし、カメラ撮影コマ数は１秒間あたり１０００コマとした。
５．０秒間の撮影動画から、溶滴が落下する回数をカウントし、１秒間あたりの溶滴移行回数を求め、これを５回繰り返した平均値を溶滴移行回数とした。
【００５４】
また、溶接作業性及び、溶接品質を下記のように評価した。結果を表１に合わせて示す。
【００５５】
＜溶接作業性および溶接品質＞
溶接作業性は、アーク力、スパッタ、アーク安定性の３点について、○：良好、△：不良、×：きわめて不良の３段階で評価した。
また、溶接品質については、スラグ巻き込み、融合不良、アーク切れ、ブローホール、ビード外観不良の発生の有無で評価した。
また、溶接作業性の評価項目が全て「○」で、溶接品質の評価においていずれの不良も発生しなかったものを総合評価「○」、それ以外のものを総合評価「×」とした。
【００５６】
例１５では、Ｄ１が過大であり、被覆剤中のＣａＦ２が過多であった。そのため、スパッタが特に多く、アーク安定性が特に低く、スラグ巻込みが発生した。
例１６では被覆剤中のＣａＦ２が過小であった。そのため、アーク力が劣り、融合不良が発生した。
例１７では、Ｄ１が過小であり、被覆剤中のＴｉＯ２が過多であった。そのため、アーク力が特に劣り、スラグ巻込みが発生した。
例１８では、Ｄ１が過大であり、被覆剤中のＴｉＯ２が過少であった。そのため、スパッタが特に多く、アーク安定性が特に低く、アーク切れが多発した。
例１９では被覆剤中のＮａ２Ｏが過多であった。そのため、アーク力が劣り、スラグ巻込みが発生した。
例２０では、Ｄ１が過大であり、被覆剤中のＮａ２Ｏが過少であった。そのため、アーク力が劣り、スパッタが多く、アーク安定性が特に低く、アーク切れが多発した。
例２１では、Ｄ１が過小であり、被覆剤中のＫ２Ｏが過多であった。そのため、アーク力が劣り、スラグ巻込みが発生した。
例２２では、Ｄ１が過大であり、被覆剤中のＦｅが過多であった。そのため、スパッタが多く、アーク安定性が特に低く、アーク切れが多発した。
例２３では、Ｄ１が過小であり、被覆剤中のＦｅが過少であった。そのため、アーク力が特に劣り、スパッタが多く、アーク安定性が低く、ブローホールが発生した。
例２４では被覆剤中のＣＯ２が過多であった。そのため、スパッタが多く、アーク安定性が特に低く、アーク切れが多発した。
例２５では、Ｄ１が過小であり、被覆剤中のＣＯ２が過少であった。そのため、アーク力が特に劣り、アーク安定性が低く、ブローホールが多発した。
例２６では、Ｄ１が過小であり、心線中のＯが過多であった。そのため、アーク力が劣り、スラグ巻込みが発生した。
例２７では、Ｄ１が過大であり、心線中のＯが過多であった。そのため、スパッタが多く、ビード外観不良が発生した。
一方、例１〜１４では、溶接作業性及び溶接品質の両方が優れた。
【００５７】
（交流溶接試験）
前述の直流溶接試験で用いたものと同様の被覆アーク溶接棒を作成した。すなわち、本発明の第２の実施形態に関する溶接電流、溶滴のスラグを除く部分の径（Ａ１）の範囲は下記のとおりである。
＜溶接電流＞
（８．５×Ｗ２）〜（１２．０×Ｗ２）Ａ：１３６．０〜１９２．０Ａ
＜溶滴のスラグを除く部分の径（Ａ１）＞
（０．６３０×Ｗ）〜（１．０２５×Ｗ）ｍｍ：２．５２０〜４．１００ｍｍ
【００５８】
作成した溶接棒を用いて、１２ｍｍ×７０ｍｍ×４５０ｍｍのＳＳ４００鋼板を溶接の対象とし、下記条件で溶接を行い、溶接継手を作製した。
・溶接姿勢：下向きビードオンプレート溶接
・電源極性：交流
・溶接電流：１７０±５Ａ
・アーク電圧：２３±２Ｖ
【００５９】
上記溶接中に発生する溶滴のスラグを除く部分の径（Ａ１）ｍｍと、前記溶滴のスラグを含む部分の径（Ａ２）ｍｍとを前述の直流溶接試験と同様の方法により測定した。また、これらから（Ａ２／Ａ１）の値を算出した。これらを表２に記載する。
【００６０】
また、溶接作業性及び、溶接品質を前述の直流溶接試験と同様の方法により評価した。結果を表２に合わせて示す。
【００６１】
【表２】
2019048320.tif 000003
【００６２】
例１５では、Ａ１が過大であり、被覆剤中のＣａＦ２が過大であった。そのため、スパッタが特に多く、アーク安定性が特に低く、スラグ巻込みが発生した。
例１６では被覆剤中のＣａＦ２が過小であった。そのため、アーク力が劣り、融合不良が発生した。
例１７では、Ａ１が過小であり、被覆剤中のＴｉＯ２が過多であった。そのため、アーク力が特に劣り、スラグ巻込みが発生した。
例１８では、Ａ１が過大であり、被覆剤中のＴｉＯ２が過少であった。そのため、スパッタが特に多く、アーク安定性が特に低く、アーク切れが多発した。
例１９では被覆剤中のＮａ２Ｏが過多であった。そのため、アーク力が劣り、スラグ巻込みが発生した。
例２０では、Ａ１が過大であり、被覆剤中のＮａ２Ｏが過少であった。そのため、アーク力が劣り、スパッタが多く、アーク安定性が特に低く、アーク切れが多発した。
例２１では、Ａ１が過小であり、被覆剤中のＫ２Ｏが過多であった。そのため、アーク力が劣り、スラグ巻込みが発生した。
例２２では、Ａ１が過大であり、被覆剤中のＦｅが過多であった。そのため、スパッタが多く、アーク安定性が特に低く、アーク切れが多発した。
例２３では、Ａ１が過小であり、被覆剤中のＦｅが過少であった。そのため、アーク力が特に劣り、スパッタが多く、アーク安定性が低く、ブローホールが発生した。
例２４では被覆剤中のＣＯ２が過多であった。そのため、スパッタが多く、アーク安定性が特に低く、アーク切れが多発した。
例２５では、Ａ１が過小であり、被覆剤中のＣＯ２が過少であった。そのため、アーク力が特に劣り、アーク安定性が低く、ブローホールが多発した。
例２６では、Ａ１が過小であり、心線中のＯが過多であった。そのため、アーク力が劣り、スラグ巻込みが発生した。
例２７では、Ａ１が過大であり、心線中のＯが過少であった。そのため、スパッタが多く、ビード外観不良が発生した。
一方、例１〜１４では、溶接作業性及び溶接品質の両方が優れた。