(57)【要約】【課題】  大入熱および高パス間温度の溶接施工条件で立向上進姿勢での溶接作業性が良好で、かつ、溶接金属の機械的性能が優れるなど高品質な溶接部が得られるガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤを提供する。【解決手段】  ワイヤ全質量に対する質量％で、Ｃ：０．０２〜０．０８％、Ｓｉ：０．３〜１．０％、Ｍｎ：１．８〜２．８％、ＡｌのＡｌ2Ｏ3換算値およびＡｌ2Ｏ2の合計：０．４〜２．３％、かつ、Ａｌ：０．２〜１．１％、Ｂ：０．００２〜０．０１５％、ＴｉＯ2換算値：５．５〜６．８％、ＳｉＯ2換算値：０．４〜１．６％、ＺｒＯ2換算値：０．１〜０．６％、Ｍｇ：０．１〜０．３％、Ｎａ2Ｏ換算値およびＫ2Ｏ換算値との合計：０．１５〜０．３０％、Ｆ換算値：０．０３〜０．１０％を含有し、残部はＦｅおよび不可避不純物からなることを特徴とする立向上進姿勢向けガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼製外皮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、
鋼製外皮とフラックスの合計で、
Ｃ：０．０２〜０．０８％、
Ｓｉ：０．３〜１．０％、
Ｍｎ：１．８〜２．８％、
ＡｌのＡｌ２Ｏ３換算値およびＡｌ２Ｏ３の合計：０．４〜２．３％、かつ、Ａｌ：０．２〜１．１％、
Ｂ：０．００２〜０．０１５％を含有し、
フラックスに、
Ｔｉ酸化物のＴｉＯ２換算値：５．５〜６．８％、
Ｓｉ酸化物のＳｉＯ２換算値：０．４〜１．６％、
Ｚｒ酸化物のＺｒＯ２換算値：０．１〜０．６％、
Ｍｇ：０．１〜０．３％、
Ｎａ化合物のＮａ２Ｏ換算値およびＫ化合物のＫ２Ｏ換算値の合計：０．１５〜０．３０％、
弗素化合物のＦ換算値：０．０３〜０．１０％を含有し、
残部はＦｅおよび不可避不純物からなることを特徴とする入熱量２０〜４０ｋＪ／ｃｍ、パス間温度３５０℃以下の溶接施工条件での立向上進溶接向けガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
【請求項２】
ワイヤ全質量に対する質量％で、フラックスに、さらに、ＢｉおよびＢｉ酸化物のＢｉ換算値の合計：０．００５〜０．０２％を含有することを特徴とする請求項１に記載の入熱量２０〜４０ｋＪ／ｃｍ、パス間温度３５０℃以下の溶接施工条件での立向上進溶接向け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、軟鋼〜５２０ＭＰａ級高張力鋼のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤに関し、立向上進姿勢で大入熱および高パス間温度の溶接施工条件で溶接する際、溶接金属の機械的性質を確保しつつ、高能率で優れた溶接作業性を得ることができるガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤに関する。
【背景技術】
【０００２】
建築および鉄骨などの建築分野では、溶接施工の高能率化からガスシールドアーク溶接用ワイヤが広く使われており、下向、水平、立向上進、立向下進、上向姿勢など様々な姿勢の溶接で使用されている。近年さらなる能率向上を図るため、溶接面の上に順次溶接していく多層盛溶接において、各層毎の溶接面の温度（以下、パス間温度という。）が高い高パス間温度で、かつ、大入熱での溶接施工条件に対応するガスシールドアーク溶接用ワイヤが要望されており、鉄骨工事技術指針（ＪＡＳＳ６）では、入熱量およびパス間温度の管理目標上限（入熱４０ｋＪ／ｃｍ以下、パス間温度３５０℃以下）が規定され、特許文献１、特許文献２および特許文献３には、４９０〜５２０ＭＰａ級高張力鋼でのガスシールドアーク溶接において、大入熱および高パス間温度での溶接施工条件でも溶接金属の強度および靭性を確保できるように溶接用ソリッドワイヤ成分中のＭｏ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｂ等の含有量を規定した溶接用ソリッドワイヤが開示されている。しかし、特許文献１〜３に開示されたソリッドワイヤらは、このような大入熱および高パス間温度での溶接施工条件で溶接を行った場合、必要な機械的性質を確保できるものの、アーク状態は不安定でスパッタ発生量は増加し、溶接作業者に対する負荷が大きくなるため、アーク状態が安定してスパッタ発生量の少ない溶接用フラックス入りワイヤへの適用が要望されている。
【０００３】
このような大入熱および高パス間温度の溶接施工条件に対応したガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤについては、特許文献４に、溶接用フラックス入りワイヤ中のＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｂ、スラグ形成剤の含有量を規定することで、４９０〜５２０ＭＰａ級高張力鋼にて、大入熱および高パス間温度の溶接施工条件での溶接において、再熱部でも良好な機械的性質を有する溶接金属を得ることができる下向継手溶接用のフラックス入りワイヤが開示されている。
【０００４】
しかし、特許文献４に記載の溶接用フラックス入りワイヤは、立向上進姿勢での溶接を想定していないため、大入熱および高パス間温度の溶接施工条件で立向上進姿勢にて溶接した場合、溶接電流が高くなるため、溶融プールから溶融スラグおよび溶融金属が垂れる現象（以下、メタル垂れという。）が発生しやすくなり、溶接ビード形状が不良となる。
【０００５】
また、特許文献５には、４９０〜５２０ＭＰａ級高張力鋼のガスシールドアーク溶接に関し、大入熱および高パス間温度の溶接施工条件での全姿勢溶接において、溶接作業性および溶接金属の機械的性質に優れる溶接用フラックス入りワイヤが開示されている。
【０００６】
しかし、特許文献５に記載の溶接用フラックス入りワイヤはあくまで全姿勢溶接用であり、立向上進姿勢での溶接に特化した溶接用フラックス入りワイヤではないため、立向上進姿勢での溶接のおける耐メタル垂れ性は不十分であり、通常入熱での立向上進姿勢溶接に比べてビード形状が劣化するという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−２３０３８７号公報
【特許文献２】特開平１１−９０６７８号公報
【特許文献３】特開２００１−２８７０８６号公報
【特許文献４】特開２００５−２７９６８３号公報
【特許文献５】特開２００５−３０５５３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、軟鋼〜５２０ＭＰａ級高張力鋼の立向上進姿勢でのガスシールドアーク溶接に関し、大入熱および高パス間温度の溶接施工条件を採用することによって溶接能率を向上し、立向上進姿勢での溶接作業性が良好で、かつ、溶接金属の機械的性能が優れるなど高品質な溶接部が得られるガスシールドアー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】
【０００９】
本発明者らは、上記課題を解決すべく、フラックス入りワイヤの成分組成に着目し、成分組成について種々研究を行った。その結果、入熱量２０〜４０ｋＪ／ｃｍ、パス間温度３５０℃以下の溶接施工条件で立向上進姿勢溶接した場合の溶接金属の十分な強度および靭性を確保するためには、溶接用フラックス入りワイヤ中のＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｂ、ＴｉＯ２換算値、ＳｉＯ２換算値、ＡｌのＡｌ２Ｏ３換算値およびＡｌ２Ｏ３の合計量、Ｍｇの含有量を適量とし、強脱酸剤であるＡｌ単体の含有量を多くすることで、ＳｉおよびＭｎなどの溶接金属への歩留まりを確保し、溶接金属中の酸素量を低減することが効果的であることを見出した。また、大入熱溶接で問題となる高温割れを防止するためには、Ｃ、Ｂ、Ｂｉの含有量を適量とすることが効果的であること等を見出し、本発明を完成した。
【００１０】
本発明の要旨は、次の通りである。
【００１１】
（１）鋼製外皮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、
鋼製外皮とフラックスの合計で、
Ｃ：０．０２〜０．０８％、
Ｓｉ：０．３〜１．０％、
Ｍｎ：１．８〜２．８％、
ＡｌのＡｌ２Ｏ３換算値およびＡｌ２Ｏ３の合計：０．４〜２．３％、かつ、Ａｌ：０．２〜１．１％、
Ｂ：０．００２〜０．０１５％を含有し、
フラックスに、
Ｔｉ酸化物のＴｉＯ２換算値：５．５〜６．８％、
Ｓｉ酸化物のＳｉＯ２換算値：０．４〜１．６％、
Ｚｒ酸化物のＺｒＯ２換算値：０．１〜０．６％、
Ｍｇ：０．１〜０．３％、
Ｎａ化合物のＮａ２Ｏ換算値およびＫ化合物のＫ２Ｏ換算値の合計：０．１５〜０．３０％、
弗素化合物のＦ換算値：０．０３〜０．１０％を含有し、
残部はＦｅおよび不可避不純物からなることを特徴とする入熱量２０〜４０ｋＪ／ｃｍ、パス間温度３５０℃以下の溶接施工条件での立向上進溶接向けガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
【００１２】
（２）  ワイヤ全質量に対する質量％で、フラックスに、さらに、ＢｉおよびＢｉ酸化物のＢｉ換算値の合計：０．００５〜０．０２％を含有することを特徴とする上記（１）に記載の入熱量２０〜４０ｋＪ／ｃｍ、パス間温度３５０℃以下の溶接施工条件での立向上進溶接向けガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のガスシールドアーク溶接方法によれば、軟鋼〜５２０ＭＰａ級高張力鋼に対し、高い入熱(入熱量２０〜４０ｋＪ／ｃｍ)およびパス間温度(３５０℃以下)の溶接施工条件で溶接を行うと共に、用いるフラックス入りワイヤの成分組成を適正にすることによって、立向上進姿勢での溶接においても、良好な溶接作業性が得られ、溶接パス数の減少および各パス毎の冷却待ち時間の短縮が図れることによる高能率な溶接ができ、かつ、機械的性能が良好で高品質の溶接部を得ることができる。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明者らは、軟鋼〜５２０ＭＰａ級高張力鋼での立向上進姿勢での溶接において、大入熱およびパス間温度の溶接施工条件で溶接した場合でも、溶接作業性が良好で、機械的性能の優れた溶接金属を得るべくフラックス入りワイヤの成分組成について種々検討を行った。
【００１５】
その結果、入熱量２０〜４０ｋＪ／ｃｍ、パス間温度３５０℃以下の溶接施工条件で立向上進姿勢溶接した場合の溶接金属の十分な強度および靭性を確保するためには、溶接用フラックス入りワイヤ中のＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｂ、ＴｉＯ２換算値、ＳｉＯ２換算値、ＡｌのＡｌ２Ｏ３換算値およびＡｌ２Ｏ３の合計量、Ｍｇの含有量を適量とし、強脱酸剤であるＡｌ単体の含有量を多くすることで、ＳｉおよびＭｎなどの溶接金属への歩留まりを確保し、溶接金属中の酸素量を低減することが効果的であることを見出した。また、大入熱溶接で問題となる高温割れを防止するためには、Ｃ、Ｂ、Ｂｉの含有量を適量とすることが効果的であることも見出した。
【００１６】
また、入熱量２０〜４０ｋＪ／ｃｍおよびパス間温度３５０℃以下の溶接施工条件で立向上進姿勢溶接した場合の溶接作業性を良好にするには、溶接用フラックス入りワイヤ中のＴｉＯ２換算値、ＳｉＯ２換算値、ＺｒＯ２換算値、ＡｌのＡｌ２Ｏ３換算値およびＡｌ２Ｏ３の合計、Ｍｇ、Ｎａ２Ｏ換算値およびＫ２Ｏ換算値の合計、Ｆ換算値の量を適量とすることでアーク状態を安定させてスラグ被包性およびスラグ剥離性を良好にし、メタル垂れやスラグ巻込みおよび融合不良などの溶接欠陥を防止できることを見出した。
【００１７】
さらに、Ａｌ単体の含有量を多くすることにより、立向上進姿勢溶接での大入熱および高パス間温度条件でも良好な機械的性質が得られることも見出した。
【００１８】
また、溶接用フラックス入りワイヤ中のＢｉの含有量を適量とすることにより、スラグ剥離性を改善できることを見出した。
【００１９】
以下、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の立向上進姿勢での大入熱および高パス間温度の溶接施工条件の限定理由について説明する。
【００２０】
［入熱量：２０〜４０ｋＪ／ｃｍ］
溶接の入熱量は、溶接によって外部から与えられる熱量を示すパラメータであり、溶接時の溶接電流、溶接電圧および溶接速度から算出され、この入熱量を上げることにより、１パス当りの溶着量が増加して溶接能率が向上することができる。入熱量が２０ｋＪ／ｃｍ未満であると、１パス当りの溶着量が少ないので、パス回数が必然的に多くなって溶接能率が向上しない。一方、入熱量が４０ｋＪ／ｃｍを超えると、溶接部の冷却速度が遅くなり、溶接金属の組織が粗大化して溶接金属の必要な強度および靭性が得られなくなるとともに、高温割れも生じやすくなる。したがって、入熱量は２０〜４０ｋＪ／ｃｍとする。
【００２１】
［パス間温度：３５０℃以下］
多層盛溶接では、溶接される鋼板は積層毎に溶接で加熱されるために非常に高温になるが、鋼板が高温状態のままで溶接を行うと、溶接金属の組織が粗大して機械的性質が低下するため、各積層毎にパス間温度を厳守することが重要である。パス間温度が３５０℃を超えると、溶接金属の組織が粗大化し、溶接金属の強度および靭性が著しく低下する。したがって、パス間温度は３５０℃以下とする。なお、溶接能率面から考慮し、パス間温度の下限は２００℃であることが好ましい。
【００２２】
次に、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の立向上進姿勢での大入熱および高パス間温度の溶接施工条件で用いるフラックス入りワイヤの成分組成の限定理由について説明する。なお、成分についての「%」は質量%を意味する。
【００２３】
［Ｃ：０．０２〜０．０８％］
Ｃは、溶接金属の焼入れ性を高め、溶接金属の強度を確保するうえで重要な元素である。鋼製外皮とフラックスの合計（以下、溶接用フラックス入りワイヤ成分という。）のＣが０．０２％未満では、その効果が得られず、大入熱および高パス間温度の溶接施工条件での立向上進姿勢溶接で必要な強度が得られない。一方、Ｃが０．０８％を超えると、溶接金属の強度が過剰に高くなり、溶接金属の靭性が劣化する。また、溶接金属の高温割れ感受性が高くなり、高温割れを生じやすくなる。したがって、溶接用フラックス入りワイヤ成分中のＣは０．０２〜０．０８％とする。
【００２４】
［Ｓｉ：０．３〜１．０％］
Ｓｉは、溶接金属中の酸素量を低下させて溶接金属の靭性向上に重要な元素である。Ｓｉが０．３％未満では、溶接金属中のＳｉが不足し、大入熱および高パス間温度の溶接施工条件での立向上進姿勢溶接で必要な溶接金属の強度および靭性が得られない。一方、Ｓｉが１．０％を超えると、溶接金属が脆化して靭性が劣化する。したがって、溶接用フラックス入りワイヤ成分中のＳｉは０．３〜１．０％とする。
【００２５】
［Ｍｎ：１．８〜２．８％］
Ｍｎは、溶接金属中の酸素量を低下させて溶接金属の靭性を向上させる重要な元素である。また、溶接金属の強度を向上する効果があり、さらに、高融点のＭｎＳを形成して溶接金属の高温割れも抑制する。Ｍｎが１．８％未満では、溶接金属中のＭｎが不足し、大入熱および高パス間温度の溶接施工条件での立向上進姿勢溶接で必要とする溶接金属の強度と靭性が得られない。一方、Ｍｎが２．８％を超えると、溶接金属が脆化して靭性が劣化する。したがって、溶接用フラックス入りワイヤ成分中のＭｎは１．８〜２．８％とする。
【００２６】
［ＡｌのＡｌ２Ｏ３換算値およびＡｌ２Ｏ３の合計：０．４〜２．３％、かつ、Ａｌ：０．２〜１．１％］
ＡｌおよびＡｌ2Ｏ3は、溶融プール内でＡｌ２Ｏ３となって溶融スラグの粘性および凝固温度を調整し、立向上進姿勢溶接でのスラグ被包性およびビード形状を良好にする効果を有する。ＡｌのＡｌ２Ｏ３換算値およびＡｌ２Ｏ３の合計が０．４％未満では、大入熱および高パス間温度の溶接施工条件での立向上進姿勢溶接でスラグ被包性が悪く、ビード形状も不良となる。一方、ＡｌのＡｌ２Ｏ３換算値およびＡｌ２Ｏ３の合計が２．３％を超えると、Ａｌ酸化物が溶接金属中に非金属介在物として残留し、溶接金属の靭性が劣化する。また、融合不良およびスラグ巻込みなどの溶接欠陥やメタル垂れが発生しやすくなる。したがって、溶接用フラックス入りワイヤ成分中のＡｌのＡｌ２Ｏ３換算値およびＡｌ２Ｏ３の合計は０．４〜２．３％とする。
【００２７】
また、Ａｌは、Ａｌ単体での添加効果として、脱酸力が非常に強力であり、Ｓｉ、Ｍｎなどの他の脱酸剤より早く酸素を取り込むので、溶接金属中へのＳｉおよびＭｎなどの歩留まり率を上げて溶接金属の強度および靭性を十分に確保する効果がある。フラックス中のＡｌが０．２％未満では、その効果が得られず、大入熱および高パス間温度の溶接施工条件での立向上進姿勢溶接では、微溶融金属中の酸素量が下がらず、溶接金属中のＳｉ、Ｍｎなどの歩留まりが下がり、必要な溶接金属の強度および靭性が確保できなくなる。一方、Ａｌが１．１％を超えると、アークが粗くなり、スパッタ発生量が多くなる。したがって、溶接用フラックス入りワイヤ成分中のＡｌは０．２〜１．１％とする。
【００２８】
［Ｂ：０．００２〜０．０１５％］
Ｂは、溶接金属中のミクロ組織の粒界フェライトの粗大化を抑制して溶接金属の靭性を向上する効果がある。Ｂが０．００２０％未満では、この効果が得られず、大入熱および高パス間温度の溶接施工条件での立向上進姿勢溶接で必要とする溶接金属の靭性が得られない。一方、Ｂが０．０１５％を超えると、低融点のＢが粒界に偏析して高温割れが発生する。したがって、溶接用フラックス入りワイヤのＢは０．００２〜０．０１５％とする。
【００２９】
次に、溶接用フラックス入りワイヤのフラックス（以下、フラックスという。）中の限定理由を述べる。
【００３０】
［Ｔｉ酸化物のＴｉＯ２換算値：５．５〜６．８％］
ルチール、チタンスラグ等のＴｉ酸化物は、アーク安定剤であるとともに、ビード形状を良好にする効果を有する。また、溶融スラグの融点および粘性を上げるので、立向上進姿勢溶接でのメタル垂れを防止する。さらに、一部がＴｉ酸化物として溶接金属に歩留り、溶接金属のミクロ組織を微細化して靭性を向上する効果も有する。Ｔｉ酸化物のＴｉＯ２換算値が５．５％未満では、大入熱および高パス間温度の溶接施工条件での立向上進姿勢溶接でアークが不安定になり、スパッタ発生量が増加する。また、ビード形状も不良になり、メタル垂れが発生しやすくなる。さらに、溶接金属へのＴｉ酸化物の歩留りが不足するため、溶接金属のミクロ組織が粗大化して靭性が劣化する。一方、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ２換算値が６．８％を超えると、大入熱および高パス間温度の溶接施工条件での立向上進姿勢溶接では、スラグが過多となりスラグ剥離性が不良となる。また、溶接金属へのＴｉ酸化物の歩留りが過剰になり、非金属介在物が多くなって溶接金属の靭性が劣化する。したがって、フラックス中のＴｉ酸化物のＴｉＯ２換算値は５．５〜６．８％とする。
【００３１】
［Ｓｉ酸化物のＳｉＯ２換算値：０．４〜１．６％］
珪砂やジルコンサンド、珪酸ソーダ等のＳｉ酸化物は、溶融スラグの粘性を高めてスラグ被包性を向上させてビード外観およびスラグ剥離性を向上する効果を有する。Ｓｉ酸化物のＳｉＯ２換算値が０．４％未満では、大入熱および高パス間温度の溶接施工条件での立向上進姿勢溶接で溶融スラグの粘性が低くなってスラグ被包性およびスラグ剥離性が不良となり、ビード形状も不良となる。一方、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ２換算値が１．６％を超えると、溶接金属のミクロ組織の硬化相生成が促進されて溶接金属の靭性が劣化する。したがって、フラックス中のＳｉ酸化物のＳｉＯ２換算値は０．４〜１．６％とする。
【００３２】
［Ｚｒ酸化物のＺｒＯ２換算値：０．１〜０．６％］
ジルコンサンド、酸化ジルコン等のＺｒ酸化物は、溶融スラグの凝固温度を高くして立向上進姿勢溶接でのメタル垂れを防止する。Ｚｒ酸化物のＺｒＯ２換算値が０．１％未満では、大入熱および高パス間温度の溶接施工条件での立向上進姿勢溶接でメタル垂れが発生しやすくなる。一方、Ｚｒ酸化物のＺｒＯ２換算値が０．６％を超えると、スラグが緻密で固くなり、スラグ剥離性が不良となる。したがって、フラックス中のＺｒ酸化物のＺｒＯ２換算値は０．１〜０．６％とする。
【００３３】
［Ｍｇ：０．１〜０．３％］
Ｍｇは、溶融プール内で強脱酸剤として作用し、溶接金属中の酸素量を低減して溶接金属の靭性を改善させる。特に、大入熱および高パス間温度の溶接施工条件では、溶接電流が高くワイヤ送給量も増加して溶融プールの酸素量も増えるので、強力な脱酸効果を有するＭｇの添加が必須となる。Ｍｇが０．１％未満であると、大入熱および高パス間温度の溶接施工条件の立向上進姿勢溶接では、溶融プール中に残留した酸素量が多くなり、溶接金属の靭性が劣化する。一方、Ｍｇが０．３％を超えると、アークが粗くなってスパッタ発生量が多くなり、メタル垂れも発生しやすくなる。したがって、フラックス中のＭｇは０．１〜０．３％とする。
【００３４】
［Ｎａ化合物のＮａ２Ｏ換算値およびＫ化合物のＫ２Ｏ換算値との合計：０．１５〜０．３０％］
カリ長石、珪酸ソーダや珪酸カリからなる水ガラスの固質成分、弗化ソーダや珪弗化カリ等の弗素化合物からのＮａ化合物およびＫ化合物は、アーク安定剤およびスラグ形成剤として作用する。Ｎａ化合物のＮａ２Ｏ換算値およびＫ化合物のＫ２Ｏ換算値との合計が０．１５％未満であると、大入熱および高パス間温度の溶接施工条件の立向上進姿勢溶接では、アークが不安定となり、スパッタ発生量が多くなる。一方、Ｎａ化合物のＮａ２Ｏ換算値およびＫ化合物のＫ２Ｏ換算値との合計が０．３０％を超えると、スラグ剥離性が不良となり、メタル垂れが発生しやすくなる。したがって、フラックス中のＮａ化合物のＮａ２Ｏ換算値およびＫ化合物のＫ２Ｏ換算値との合計は０．１５〜０．３０％とする。
【００３５】
［弗素化合物のＦ換算値：０．０３〜０．１０％］
弗化ソーダ、氷晶石、弗化アルミ、珪弗化カリなどの弗素化合物は、アークの指向性を高めて安定した溶融プールを形成するとともに、溶融スラグの粘性を下げてスラグ流動性を良好にする効果がある。弗素化合物のＦ換算値が０．０３％未満では、大入熱および高パス間温度の溶接施工条件の立向上進姿勢溶接では、アークが弱くなってアーク状態が不安定になり、スパッタ発生量が増加する。また、スラグ流動性が悪くなり、ビード形状が不良になる。一方、弗素化合物のＦ換算値が０．１０％を超えると、アークが過剰に強くなり、スパッタ発生量が多くなる。また、溶融スラグの粘性が下がりすぎ、メタル垂れが発生しやすくなる。したがって、フラックス中の弗素化合物のＦ換算値は、０．０３〜０．１０％とする。
【００３６】
［ＢｉおよびＢｉ酸化物のＢｉ換算値の合計：０．００５〜０．０２％］
金属ＢｉやＢｉ酸化物などのＢｉは、スラグ剥離性を向上させる効果がある。ＢｉおよびＢｉ酸化物のＢｉ換算値の合計が０．００５％未満では、その効果が得られず、大入熱および高パス間温度の溶接施工条件の立向上進姿勢溶接では、スラグ剥離性が不良になる。一方、ＢｉおよびＢｉ酸化物のＢｉ換算値の合計が０．０２％を超えると、溶接金属の靭性が劣化するとともに、高温割れが発生しやすくなる。したがって、フラックス中のＢｉおよびＢｉ酸化物のＢｉ換算値の合計は、０．００５〜０．０２％とする。
【００３７】
以上、本発明の溶接用フラックス入りワイヤの成分組成の構成要件の限定理由を述べたが、残部は、Ｆｅおよび不可避不純物からなっている。Ｆｅは、鋼製外皮のＦｅ、フラックスの鉄粉、Ｆｅ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｍｎ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｎ等のフェロアロイである鉄合金粉などからのＦｅで、鉄粉は溶着速度を高めるとともに溶接用フラックス入りワイヤの充填率調整の目的から適量添加することができる。不可避不純物は、Ｐ、Ｓなどの不可避に混入する不純物であり、耐高温割れ性の観点から、Ｐ：０．０５０％以下、Ｓ：０．０５％以下が好ましい。
【００３８】
なお、溶接用フラックス入りワイヤは、鋼帯をパイプ状に成形して内部にフラックスを充填したもので、鋼製外皮の端部同士を溶接した継ぎ目の無いシームレスタイプと鋼製外皮の端部同士をかしめて繋げた継ぎ目のあるかしめタイプがあり、本発明は両方のタイプで適用可能である。建設現場等の現地溶接や高所、低温環境での溶接が多いため、低温割れ防止、予熱温度低減の理由から、耐吸湿性に優れて拡散性水素を低減することができるシームレスタイプであることが好ましく、さらに、ワイヤ送給性が良好でアークの安定性に優れたワイヤ表面に銅めっきを施した溶接用フラックス入りワイヤであることが好ましい。
【００３９】
また、溶接用フラックス入りワイヤのワイヤ径は１．２〜１．６ｍｍ、フラックスの充填率は高溶着性と生産性を考慮して１１〜２０％程度であることが好ましい。
【００４０】
また、本発明の溶接用フラックス入りワイヤの溶接で使用するシールドガスはＣＯ2ガスとすることが好ましい。
【実施例】
【００４１】
以下、本発明の効果を実施例により具体的に説明する。
【００４２】
ＪＩＳ  Ｇ３１４１  ＳＰＨＣの鋼製外皮（Ｃ：０．０２％、Ｓｉ：０．０１％、Ｍｎ：０．４０％、Ｐ：０．０２％、Ｓ：０．０１％）に、各種フラックスをフラックス充填率１５％で充填し、表１に示す溶接用フラックス入りワイヤ成分（Ｎｏ．１〜２４）でワイヤ径１．２ｍｍまで縮径したフラックス入りワイヤを各種試作した。
【００４３】
【表１】
2015205303.tif 000002
【００４４】
表１に示す各試作ワイヤを用い、立向上進姿勢ガスシールドアーク溶接でのアークの安定性、スパッタ発生量、メタル垂れ性、スラグ剥離性および耐高温割れ性などの溶接作業性および溶接金属の引張強さおよび靭性などの機械的性能の調査を行った。
【００４５】
立向上進姿勢溶接での溶接作業性については、板厚１２ｍｍのＪＩＳ  Ｇ３１３６  ＳＮ４９０Ｂ鋼をＴ字に組み、表２に示す溶接条件（Ｗ１〜Ｗ７）にて立向上進姿勢溶接を行い、アーク状態、スパッタ発生量、アークの安定性、メタル垂れの有無、スラグ被包性およびスラグ剥離性の良否、高温割れの有無について目視確認にて調査した。
【００４６】
【表２】
2015205303.tif 000003
【００４７】
立向上進姿勢溶接での機械的性質については、板厚２０ｍｍのＪＩＳ  Ｇ３１３６  ＳＮ４９０Ｂ鋼を用い、開先角度４５°、ルート間隔１２ｍｍ、裏当付きの試験体にて、表２に示す溶接条件にて立向上進姿勢溶接を行い、溶接金属の板厚中央部から引張試験片（ＪＩＳ  Ｚ２２０１  Ａ０号）およびシャルピー衝撃試験片（ＪＩＳ  Ｚ２２０２  ４号）を採取して評価し、引張強さは５５０〜７４０ＭＰａ、シャルピー衝撃試験は試験温度０℃での３本の平均値が４７Ｊ以上を合格とした。なお、融合不良やスラグ巻込みなどの溶接欠陥については、この溶接部に対し、ＪＩＳ  Ｚ  ３１０４に準拠してＸ線透過試験を行い、溶接欠陥の有無を調査した。それらの結果を表３にまとめて示す。なお、表３中に示すＮｏ．は、表１に示すフラックス入りワイヤ成分のＮｏ．を示している。
【００４８】
【表３】
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【００４９】
表３中試験Ｎｏ．１〜９が本発明例、Ｎｏ．１０〜２４は比較例である。
【００５０】
本発明例であるＮｏ．１〜７は、用いたフラックス入りワイヤの鋼製外皮とフラックスの合計のＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｂ量が適量で、フラックスのＴｉＯ2換算値、ＳｉＯ2換算値、ＺｒＯ2換算値、ＡｌのＡｌ2Ｏ3換算値およびＡｌ2Ｏ3換算値の合計、Ａｌ、Ｍｇ、Ｎａ2Ｏ換算値およびＫ2Ｏ換算値の合計、弗素化合物のＦ換算値、ＢｉおよびＢｉ酸化物のＢｉ換算値の合計量が適量で、入熱量およびパス間温度も適正であるので、大入熱および高パス間温度の溶接施工条件の立向上進姿勢溶接において、アーク状態が良好でスパッタ発生量が少なく、スラグ被包性、スラグ剥離性およびビード形状が良好で、メタル垂れも発生せず、高温割れ、溶接欠陥も発生しなかった。また、溶接金属の引張強さおよび吸収エネルギーも良好であり、極めて満足な結果であった。なお、Ｎｏ．８および９は、溶接用フラックス入りワイヤのフラックス中のＢｉおよびＢｉ酸化物が添加されていないので、スラグ剥離性がやや不良であったが、ビード形状は良好であり、製品としての品質上の問題はなかった。
【００５１】
比較例中Ｎｏ．１０は、鋼製外皮とフラックスの合計のＣが少ないので、大入熱および高パス間温度の溶接施工条件の立向上進姿勢溶接での溶接金属の引張強さが低かった。また、フラックス中のＴｉＯ2換算値が少ないので、アークが不安定でスパッタ発生量が多く、メタル垂れが発生し、ビード形状も不良で、溶接金属の吸収エネルギーも低かった。
【００５２】
Ｎｏ．１１は、鋼製外皮とフラックスの合計のＣが多いので、大入熱および高パス間温度の溶接施工条件の立向上進姿勢溶接での溶接金属の引張強さが高く、吸収エネルギーが低く、高温割れが発生した。また、フラックス中のＭｇが多いので、アークが粗く、スパッタ発生量が多く、メタル垂れが発生した。
【００５３】
Ｎｏ．１２は、フラックス中のＡｌのＡｌ２Ｏ３換算値およびＡｌ２Ｏ３の合計が少ないので、大入熱および高パス間温度の溶接施工条件の立向上進姿勢溶接でのスラグ被包性が悪く、ビード形状が不良であった。さらに、鋼製外皮とフラックスの合計のＡｌが少ないので、溶接金属の引張強さおよび吸収エネルギーが低かった。また、溶接時の入熱量が低いので、溶接効率が悪かった。
【００５４】
Ｎｏ．１３は、鋼製外皮とフラックスの合計のＳｉが多いので、大入熱および高パス間温度の溶接施工条件の立向上進姿勢溶接での溶接金属の吸収エネルギーが低かった。また、フラックス中のＺｒＯ２換算値が多いので、スラグ剥離性が不良であった。さらに、フラックス中の弗素化合物のＦ換算値が少ないので、アーク状態が不安定でスパッタ発生量が多く、ビード形状も不良であった。
【００５５】
Ｎｏ．１４は、鋼製外皮とフラックスの合計のＭｎが少ないので、大入熱および高パス間温度の溶接施工条件の立向上進姿勢溶接での溶接金属の引張強さおよび吸収エネルギーが低かった。また、フラックス中のＳｉＯ2換算値が少ないので、大入熱および高パス間温度の溶接施工条件の立向上進姿勢溶接でのスラグ被包性およびスラグ剥離性が悪く、ビード形状も不良であった。
【００５６】
Ｎｏ．１５は、鋼製外皮とフラックスの合計のＭｎが多いので、大入熱および高パス間温度の溶接施工条件の立向上進姿勢溶接での溶接金属の吸収エネルギーが低かった。また、フラックス中のＮａ2Ｏ換算値およびＫ2Ｏ換算値の合計が少ないので、アーク状態が不安定でスパッタ発生量が多かった。
【００５７】
Ｎｏ．１６は、鋼製外皮とフラックスの合計のＢが多いので、大入熱および高パス間温度の溶接施工条件の立向上進姿勢溶接で高温割れが発生した。また、フラックス中のＴｉＯ2換算値が多いので、スラグ剥離性が不良で、溶接金属の吸収エネルギーが低かった。さらに、フラックス中の弗素化合物のＦ換算値が多いので、アークが強くてスパッタ発生量が多く、メタル垂れが発生した。
【００５８】
Ｎｏ．１７は、フラックスのＳｉＯ2換算値が多いので、大入熱および高パス間温度の溶接施工条件の立向上進姿勢溶接で溶接金属の吸収エネルギーが低かった。また、フラックス中のＺｒＯ2換算値が少ないので、メタル垂れが発生した。
【００５９】
Ｎｏ．１８は、フラックス中のＡｌのＡｌ２Ｏ３換算値およびＡｌ２Ｏ３の合計が多いので、大入熱および高パス間温度の溶接施工条件の立向上進姿勢溶接でメタル垂れが発生し、スラグ巻込みが発生した。また、溶接金属の吸収エネルギーが低かった。また、鋼製外皮とフラックスの合計のＡｌが多いので、アークが粗く、スパッタ発生量が多かった。
【００６０】
Ｎｏ．１９は、鋼製外皮とフラックスの合計のＳｉが少ないので、大入熱および高パス間温度の溶接施工条件の立向上進姿勢溶接で溶接金属の引張強さおよび吸収エネルギーが低かった。また、フラックス中のＮａ2Ｏ換算値およびＫ2Ｏ換算値の合計が多いので、スラグ剥離性が不良で、メタル垂れが発生した。
【００６１】
Ｎｏ．２０は、溶接時の入熱量が高いので、大入熱および高パス間温度の溶接施工条件の立向上進姿勢溶接で溶接金属の引張強さおよび吸収エネルギーが低かった。
【００６２】
Ｎｏ．２１は、溶接時のパス間温度が高いので、大入熱および高パス間温度の溶接施工条件の立向上進姿勢溶接で溶接金属の引張強さおよび吸収エネルギーが低かった。
【００６３】
Ｎｏ．２２は、フラックス中のＭｇが少ないので、大入熱および高パス間温度の溶接施工条件の立向上進姿勢溶接で溶接金属の吸収エネルギーが低かった。また、フラックス中のＢｉおよびＢｉ酸化物のＢｉ換算値の合計が少ないので、スラグ剥離性が不良であった。
【００６４】
Ｎｏ．２３は、フラックス中のＺｒＯ２換算値が少ないので、大入熱および高パス間温度の溶接施工条件の立向上進姿勢溶接でメタル垂れが発生した。また、フラックス中のＢｉおよびＢｉ酸化物のＢｉ換算値の合計が多いので、高温割れが発生し、溶接金属の吸収エネルギーが低かった。
【００６５】
Ｎｏ．２４は、鋼製外皮とフラックスの合計のＢが少ないので、大入熱および高パス間温度の溶接施工条件の立向上進姿勢溶接で溶接金属の吸収エネルギーが低かった。
【００６６】
以上の通り、本発明によれば、軟鋼〜５２０ＭＰａ級高張力鋼に対し、高い入熱（入熱量２０〜４０ｋＪ／ｃｍ）およびパス間温度（３５０℃以下）の溶接施工条件で立向上進姿勢でのガスシールドアーク溶接においても、良好な溶接作業性が得られ、溶接パス数の減少および各パス毎の冷却待ち時間の短縮が図れることによる高能率な溶接ができ、かつ、機械的性能が良好で高品質の溶接部を得ることができることが確認できた。