(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接電源、溶接トーチ及び送給機を含む溶接システムを用い、前記溶接トーチを介して前記送給機により消耗式電極を送給し、シールドガスを流しながら溶接を行うパルスアーク溶接方法であって、
前記消耗式電極は外皮内にフラックスが充填されたフラックス入り溶接ワイヤであり、
前記フラックス入り溶接ワイヤは、Ｃを０．３０質量％以下、Ｓｉを０．３０〜１．６０質量％、Ｍｎを１．００〜２．８０質量％、Ｐを０．０５０質量％以下、Ｓを０．０５０質量％以下、並びに、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ及びＭｇからなる群より選ばれる少なくとも１の元素を合計で０．０５〜１．５０質量％含み、
前記フラックス入り溶接ワイヤに含まれるＡｌ、Ｔｉ、Ｚｒ及びＭｇの総質量％とＳｉ及びＭｎの総質量％との比が、０．１１≦（Ａｌ＋Ｔｉ＋Ｚｒ＋Ｍｇ）／（Ｓｉ＋Ｍｎ）≦０．６０の関係を満たし、
前記フラックス入り溶接ワイヤがＡｌ酸化物、Ｔｉ酸化物、Ｚｒ酸化物及びＭｇ酸化物からなる群より選ばれる少なくとも１の酸化物を含み、Ａｌ酸化物をＡｌ２Ｏ３換算、Ｔｉ酸化物をＴｉＯ２換算、Ｚｒ酸化物をＺｒＯ２換算、かつＭｇ酸化物をＭｇＯ換算した場合の前記酸化物の合計が、前記フラックス入り溶接ワイヤの全質量に対して、０．２０質量％≦（Ａｌ２Ｏ３＋ＴｉＯ２＋ＺｒＯ２＋ＭｇＯ）≦１．５０質量％の関係を満たし、
溶接時のパルスピーク電流を５５０〜９５０Ａ、パルスベース電流を５５０Ａ以下、及び前記パルスピーク電流と前記パルスベース電流との差を２００〜６００Ａとすることを特徴とする高電流パルスアーク溶接方法。
【請求項２】
前記フラックス入り溶接ワイヤがＡｌ粉末、Ｔｉ粉末、Ｚｒ粉末、Ｍｇ粉末、並びに、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ及びＭｇからなる群より選ばれる少なくとも１の元素を含む合金粉末からなる群より選ばれる少なくとも１の粉末を含み、前記粉末のうち３０質量％以上が粒度１００μｍ以下の粉末であることを特徴とする請求項１に記載の高電流パルスアーク溶接方法。
【請求項３】
前記溶接時のパルス周波数を５０〜２００Ｈｚとすることを特徴とする請求項１または２に記載の高電流パルスアーク溶接方法。
【請求項４】
前記溶接時のパルス周波数と前記消耗式電極を送給する送給速度との比が、１．５０（ｍｍ／１パルス）≦［送給速度（ｍｍ／ｓｅｃ）／パルス周波数（パルス回数／ｓｅｃ）］≦９．００（ｍｍ／１パルス）の関係を満たすことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の高電流パルスアーク溶接方法。
【請求項５】
前記溶接電源の外部特性の傾きが、−１４．０〜−４．０（Ｖ／１００Ａ）であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の高電流パルスアーク溶接方法。
【請求項６】
前記シールドガスが、Ａｒ及び不純物からなるＡｒガス、または、ＣＯ２を０〜４０体積％及びＯ２を０〜１０体積％含み、残部がＡｒ及び不純物からなるＡｒ含有混合ガスであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の高電流パルスアーク溶接方法。
【請求項７】
外皮を有し、前記外皮内にフラックスを含む高電流パルスアーク溶接用のフラックス入り溶接ワイヤであって、
溶接時の平均電流は４００Ａ以上であり、
Ｃを０．３０質量％以下、Ｓｉを０．３０〜１．６０質量％、Ｍｎを１．００〜２．８０質量％、Ｐを０．０５０質量％以下、Ｓを０．０５０質量％以下、並びに、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ及びＭｇからなる群より選ばれる少なくとも１の元素を合計で０．０５〜１．５０質量％含み、
前記フラックス入り溶接ワイヤに含まれるＡｌ、Ｔｉ、Ｚｒ及びＭｇの総質量％とＳｉ及びＭｎの総質量％との比が、０．１１≦（Ａｌ＋Ｔｉ＋Ｚｒ＋Ｍｇ）／（Ｓｉ＋Ｍｎ）≦０．６０の関係を満たし、
Ａｌ酸化物、Ｔｉ酸化物、Ｚｒ酸化物及びＭｇ酸化物からなる群より選ばれる少なくとも１の酸化物を含み、Ａｌ酸化物をＡｌ２Ｏ３換算、Ｔｉ酸化物をＴｉＯ２換算、Ｚｒ酸化物をＺｒＯ２換算、かつＭｇ酸化物をＭｇＯ換算した場合の前記酸化物の合計が、フラックス入り溶接ワイヤの全質量に対して、０．２０質量％≦（Ａｌ２Ｏ３＋ＴｉＯ２＋ＺｒＯ２＋ＭｇＯ）≦１．５０質量％の関係を満たすことを特徴とするフラックス入り溶接ワイヤ。
【請求項８】
Ａｌ粉末、Ｔｉ粉末、Ｚｒ粉末、Ｍｇ粉末、並びに、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ及びＭｇからなる群より選ばれる少なくとも１の元素を含む合金粉末からなる群より選ばれる少なくとも１の粉末を含み、前記粉末のうち３０質量％以上が粒度１００μｍ以下の粉末であることを特徴とする請求項７に記載のフラックス入り溶接ワイヤ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は高電流パルスアーク溶接方法に関し、より詳細には、輸送機、建設機械等の分野におけるすみ肉や開先内を下向きで１層あるいは多層盛り溶接する場合等において、高能率、高品質で溶接でき、かつ気孔欠陥を防止できる、新規な高電流パルスアーク溶接方法に関するものである。また本発明は、該高電流パルスアーク溶接方法に用いられる新規なフラックス入り溶接ワイヤにも関する。
【背景技術】
【０００２】
輸送機、建設機械等の分野で適用される中厚板の溶接では，消耗電極式ガスシールドアーク溶接を用いて、すみ肉や開先内を１層あるいは多層盛り溶接することが多く、その際、高品質化と高能率化は常に求められている課題である。
【０００３】
高能率化については、高電流を用いて溶接ワイヤの溶融速度を増加させる手法が一般的であるが、電流の増加に伴い、スパッタが多量に発生することから、溶接部の外観が損なわれ、品質も低下する。そのためにスパッタ除去工程の手間が増え、生産効率を低下させてしまう。
【０００４】
また、消耗式電極（以降「溶接ワイヤ」と称することもある。）として、従来ではソリッドワイヤを用いることが一般的である。しかし、高電流で溶接ワイヤの溶融速度を増加させ、高能率化を図る方法を採用した場合、ソリッドワイヤでは４００Ａ以上の高電流溶接時に、ローテーティング移行と呼ばれる溶滴移行形態を呈する。
該移行形態は、給電チップからアーク発生点までのソリッドワイヤ突出し部において、ジュール発熱が過大となり、軟化・溶融したソリッドワイヤが、アーク中で発生する電磁気力の影響によって、ワイヤ先端の溶融部分がアークを伴って回転しながら移行するものである。この際、離脱した溶滴の大半が周囲に飛散することになり、そのスパッタ発生量は著しいものとなる。
【０００５】
さらに、高電流で行う溶接の場合、スパッタの発生に加え、気孔欠陥およびコンタクトチップの摩耗に関する課題が生じる。高電流溶接の場合、溶融池の温度が上昇し、凝固するまでの時間が増加する。そのため、ガスシールドされている範囲内で凝固が完了せず、大気中の窒素が溶融池中に巻き込まれ、固溶しやすくなる。固溶した窒素は冷却時に窒素分子として気体となり、溶融金属中に気泡として発生する。
溶融金属中の気泡は、このまま凝固するとブローホールと呼ばれる気孔欠陥となる。また、大気に抜けている間に凝固し、ビード表面に穴として残る気孔欠陥はピットと呼ばれる。このように、高電流溶接では、電流値が上がるほど気孔欠陥が発生しやすくなる。
【０００６】
また、高電流溶接は、コンタクトチップ周辺が高温になり、溶接ワイヤへ通電を行うコンタクトチップの接触面の摩耗（以降「チップ摩耗」と称することがある。）が大きくなるという課題がある。チップ摩耗が大きくなると、位置ずれやチップの取り換えが頻繁になり作業能率が低下する。
【０００７】
これらの課題を持つ消耗電極式ガスシールドアーク溶接の高能率化に関しては、以下のような技術がある。
特許文献１ではソリッドワイヤを電極ワイヤとして用い、４０〜７０体積％のアルゴン、２５〜６０体積％のヘリウム、３〜１０体積％の二酸化炭素、０．１〜１体積％の酸素を含有する４種混合ガスをシールドガスとして用いることによって、高溶着量を得る溶接方法が提案されている。
特許文献２では、スラグ系フラックス入りワイヤを電極ワイヤとして用い、さらに炭酸ガスをシールドガスとして用い、３００Ａ／ｍｍ２以上の電流密度で溶接することによって、高溶着量を得ると同時にスラグによるビード平滑効果も得られる溶接方法が提案されている。
【０００８】
特許文献３及び４では２電極以上の多電極にすることで、高能率、低スパッタとする溶接方法が提案されている。
特許文献５ではフラックス入りワイヤを消耗電極として、高電流密度であっても、ローテーティング移行を抑え、高能率、低スパッタとする溶接方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開昭５９−４５０８４号公報
【特許文献２】特開平０３−１６９４８５号公報
【特許文献３】特開２００８−５５５０９号公報
【特許文献４】特開２０１０−２６４４８７号公報
【特許文献５】特開２０１１−２１８４３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１の溶接方法においては、スプレー移行を安定化させることを目的としているが、更に電流が高くなった場合のローテーティング移行を改善するまでには至らず、多量のスパッタを発生させる。また、特許文献２の溶接方法においては、炭酸ガスをシールドガスとして用い、かつ直流で溶接を行っているため、溶滴の移行形態はグロビュラー移行となり、大粒スパッタが多量に発生する。
【００１１】
特許文献３及び４では多電極で高能率化を図っているが、多電極を添えた過大な設備になるため、操作性に優れず、アーク干渉によって、スパッタが増加する場合もある。さらに、特許文献５ではフラックス入りワイヤを用いて、シングルトーチかつ高電流密度において、ローテーティング移行を回避しているが、高電流密度のパルスアークであるため、アーク長変動が大きく、アークが不安定になり易いため、細かいスパッタや、ビード外観不良等によって、品質が低下するおそれがある。
また、特許文献１〜５のいずれにおいても、高電流溶接の課題となり得る気孔欠陥の防止やチップ摩耗に関しては言及されていない。
【００１２】
上記実情に鑑みて、本発明では、操作性の優れた単電極の高電流パルスアーク溶接において、高溶着かつスパッタの低減効果を得ながら、気孔欠陥及びチップ摩耗の抑制を実現することが可能な高電流パルスアーク溶接法と該溶接法に用いられるフラックス入り溶接ワイヤを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者は、鋭意研究を重ねた結果、特定のフラックス入り溶接ワイヤの組成において、高電流溶接条件を適切なものとすることにより、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１４】
すなわち、本発明は、以下の［１］〜［８］に係るものである。
［１］  溶接電源、溶接トーチ及び送給機を含む溶接システムを用い、前記溶接トーチを介して前記送給機により消耗式電極を送給し、シールドガスを流しながら溶接を行うパルスアーク溶接方法であって、
前記消耗式電極は外皮内にフラックスが充填されたフラックス入り溶接ワイヤであり、
前記フラックス入り溶接ワイヤは、Ｃを０．３０質量％以下、Ｓｉを０．３０〜１．６０質量％、Ｍｎを１．００〜２．８０質量％、Ｐを０．０５０質量％以下、Ｓを０．０５０質量％以下、並びに、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ及びＭｇからなる群より選ばれる少なくとも１の元素を合計で０．０５〜１．５０質量％含み、
前記フラックス入り溶接ワイヤに含まれるＡｌ、Ｔｉ、Ｚｒ及びＭｇの総質量％とＳｉ及びＭｎの総質量％との比が、０．１１≦（Ａｌ＋Ｔｉ＋Ｚｒ＋Ｍｇ）／（Ｓｉ＋Ｍｎ）≦０．６０の関係を満たし、
前記フラックス入り溶接ワイヤがＡｌ酸化物、Ｔｉ酸化物、Ｚｒ酸化物及びＭｇ酸化物からなる群より選ばれる少なくとも１の酸化物を含み、Ａｌ酸化物をＡｌ２Ｏ３換算、Ｔｉ酸化物をＴｉＯ２換算、Ｚｒ酸化物をＺｒＯ２換算、かつＭｇ酸化物をＭｇＯ換算した場合の前記酸化物の合計が、前記フラックス入り溶接ワイヤの全質量に対して、０．２０質量％≦（Ａｌ２Ｏ３＋ＴｉＯ２＋ＺｒＯ２＋ＭｇＯ）≦１．５０質量％の関係を満たし、
溶接時のパルスピーク電流を５５０〜９５０Ａ、パルスベース電流を５５０Ａ以下、及び前記パルスピーク電流と前記パルスベース電流との差を２００〜６００Ａとすることを特徴とする高電流パルスアーク溶接方法。
［２］  前記フラックス入り溶接ワイヤがＡｌ粉末、Ｔｉ粉末、Ｚｒ粉末、Ｍｇ粉末、並びに、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ及びＭｇからなる群より選ばれる少なくとも１の元素を含む合金粉末からなる群より選ばれる少なくとも１の粉末を含み、前記粉末のうち３０質量％以上が粒度１００μｍ以下の粉末であることを特徴とする前記［１］に記載の高電流パルスアーク溶接方法。
［３］  前記溶接時のパルス周波数を５０〜２００Ｈｚとすることを特徴とする前記［１］または［２］に記載の高電流パルスアーク溶接方法。
［４］  前記溶接時のパルス周波数と前記消耗式電極を送給する送給速度との比が、１．５０（ｍｍ／１パルス）≦［送給速度（ｍｍ／ｓｅｃ）／パルス周波数（パルス回数／ｓｅｃ）］≦９．００（ｍｍ／１パルス）の関係を満たすことを特徴とする前記［１］〜［３］のいずれか一に記載の高電流パルスアーク溶接方法。
［５］  前記溶接電源の外部特性の傾きが、−１４．０〜−４．０（Ｖ／１００Ａ）であることを特徴とする前記［１］〜［４］のいずれか一に記載の高電流パルスアーク溶接方法。
［６］  前記シールドガスが、Ａｒ及び不純物からなるＡｒガス、または、ＣＯ２を０〜４０体積％及びＯ２を０〜１０体積％含み、残部がＡｒ及び不純物からなるＡｒ含有混合ガスであることを特徴とする前記［１］〜［５］のいずれか一に記載の高電流パルスアーク溶接方法。
［７］  外皮を有し、前記外皮内にフラックスを含む高電流パルスアーク溶接用のフラックス入り溶接ワイヤであって、
溶接時の平均電流は４００Ａ以上であり、
Ｃを０．３０質量％以下、Ｓｉを０．３０〜１．６０質量％、Ｍｎを１．００〜２．８０質量％、Ｐを０．０５０質量％以下、Ｓを０．０５０質量％以下、並びに、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ及びＭｇからなる群より選ばれる少なくとも１の元素を合計で０．０５〜１．５０質量％含み、
前記フラックス入り溶接ワイヤに含まれるＡｌ、Ｔｉ、Ｚｒ及びＭｇの総質量％とＳｉ及びＭｎの総質量％との比が、０．１１≦（Ａｌ＋Ｔｉ＋Ｚｒ＋Ｍｇ）／（Ｓｉ＋Ｍｎ）≦０．６０の関係を満たし、
Ａｌ酸化物、Ｔｉ酸化物、Ｚｒ酸化物及びＭｇ酸化物からなる群より選ばれる少なくとも１の酸化物を含み、Ａｌ酸化物をＡｌ２Ｏ３換算、Ｔｉ酸化物をＴｉＯ２換算、Ｚｒ酸化物をＺｒＯ２換算、かつＭｇ酸化物をＭｇＯ換算した場合の前記酸化物の合計が、フラックス入り溶接ワイヤの全質量に対して、０．２０質量％≦（Ａｌ２Ｏ３＋ＴｉＯ２＋ＺｒＯ２＋ＭｇＯ）≦１．５０質量％の関係を満たすことを特徴とするフラックス入り溶接ワイヤ。
［８］  Ａｌ粉末、Ｔｉ粉末、Ｚｒ粉末、Ｍｇ粉末、並びに、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ及びＭｇからなる群より選ばれる少なくとも１の元素を含む合金粉末からなる群より選ばれる少なくとも１の粉末を含み、前記粉末のうち３０質量％以上が粒度１００μｍ以下の粉末であることを特徴とする前記［７］に記載のフラックス入り溶接ワイヤ。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、パルスアーク溶接におけるパルスピーク電流、パルスベース電流および、フラックス入り溶接ワイヤの組成を特定の組み合わせにすることによって、従来の高電流溶接方法と比較して、溶滴移行およびアークが安定し、耐気孔欠陥効果、低スパッタ、耐チップ摩耗といった効果を得ることができる。
すなわち、操作性に優れた単電極の高電流溶接において、従来以上の高能率溶接が実現できると共に、低スパッタや耐気孔欠陥の向上により、手直し工程の手間を低減でき、溶接工程の作業能率が向上する。また、気孔欠陥やチップ摩耗も抑制できることから、作業能率の向上、および低コストが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明に係る溶接方法に用いられる装置の一例を示す全体構成図である。
【図２】図２は、本発明に係る溶接方法に用いられるパルス波形の一例を示すグラフである。
【図３】図３は、本発明に係る溶接方法において、アーク長の自己制御作用を示すための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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。
本発明に係る高電流パルスアーク溶接方法は溶接電源、溶接トーチ及び送給機を含む溶接システムを用い、前記溶接トーチを介して前記送給機により消耗式電極を送給し、シールドガスを流しながら溶接を行い、
前記消耗式電極は外皮内にフラックスが充填されたフラックス入り溶接ワイヤであり、
前記フラックス入り溶接ワイヤは、Ｃを０．３０質量％以下、Ｓｉを０．３０〜１．６０質量％、Ｍｎを１．００〜２．８０質量％、Ｐを０．０５０質量％以下、Ｓを０．０５０質量％以下、並びに、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ及びＭｇからなる群より選ばれる少なくとも１の元素を合計で０．０５〜１．５０質量％含み、かつ
溶接時のパルスピーク電流を５５０〜９５０Ａ、パルスベース電流を５５０Ａ以下、及び前記パルスピーク電流と前記パルスベース電流との差を２００〜６００Ａとすることを特徴とする。
【００１８】
また本発明に係るフラックス入り溶接ワイヤは、外皮を有し、前記外皮内にフラックスを含む高電流パルスアーク溶接用のフラックス入り溶接ワイヤであって、
溶接時の平均電流は４００Ａ以上であり、
Ｃを０．３０質量％以下、Ｓｉを０．３０〜１．６０質量％、Ｍｎを１．００〜２．８０質量％、Ｐを０．０５０質量％以下、Ｓを０．０５０質量％以下、並びに、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ及びＭｇからなる群より選ばれる少なくとも１の元素を合計で０．０５〜１．５０質量％含むことを特徴とする。
【００１９】
［溶接装置］
まず本発明に係る高電流パルスアーク溶接方法に用いることができる溶接装置について説明する。溶接装置としては、高電流パルスアーク溶接を行う溶接装置であれば特に限定されず、従来用いられている溶接装置を用いることができる。
【００２０】
例えば、図１に示すように、溶接装置１は、溶接トーチ１１が先端に取り付けられ、その溶接トーチ１１を被溶接材（以下、「ワーク」や「母材」と称することもある。）Ｗの溶接線に沿って移動させるロボット１０と、溶接トーチ１１に溶接ワイヤを供給するワイヤ供給部（図示しない）と、ワイヤ供給部を介して消耗電極に電流を供給して消耗電極と被溶接材との間でアークを発生させる溶接電源部３０を備える。また、溶接装置は、溶接トーチ１１を移動させるためのロボット動作を制御するロボット制御部２０を備える。
【００２１】
＜フラックス入り溶接ワイヤ＞
本発明における消耗式電極は、外皮内にフラックスが充填されたフラックス入り溶接ワイヤである。すなわちフラックス入り溶接ワイヤは、筒状を呈する外皮と、その外皮の内側に充填されたフラックスとからなる。
フラックス入り溶接ワイヤは、外皮に継目のないシームレスタイプ、外皮に継目のあるシームタイプのいずれの形態であってもよい。さらに、ワイヤ表面（該外皮の外側）に銅メッキを施されていてもよく、施されていなくてもよい。
【００２２】
フラックス入り溶接ワイヤは、所定量のＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ及びＳを含有し、さらにＡｌ、Ｔｉ、Ｚｒ及びＭｇからなる群より選ばれる少なくとも１の元素を合計で所定量含む。該Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ及びＭｇは、強脱酸元素として知られているが、同時に強い脱窒の効果もあり、Ｎと反応し窒化物となり易い元素である。
【００２３】
以下、フラックス入り溶接ワイヤの成分量の数値範囲を、その限定理由と共に記載する。なお、成分量については、特段規定していない限り、外皮とフラックスにおける成分量の総和で表し、フラックス入り溶接ワイヤ（外皮＋フラックス）に含まれる各成分の質量をワイヤの全質量に対する割合で規定する。
【００２４】
（Ｃ：０．３０質量％以下）
溶接ワイヤ中や溶接金属中のＣは、溶接金属の強度を高める上で有効である。スパッタに関しては含有量が少量であっても問題ないため下限は設定しないが、０．３０質量％を超えて多量に含まれると、溶接途中に酸素と結合し、ＣＯガスとなって溶滴表面にバブルを発生させる。この発生したバブルが飛散することによって、スパッタを発生させる。このため、Ｃの含有量は０．３０質量％以下と規定する。
一方、Ｃは含まれていなくてもよいが、強度の確保のため、好ましくは０．０１質量％以上である。
【００２５】
（Ｓｉ：０．３０〜１．６０質量％）
溶接ワイヤ中のＳｉは脱酸元素であり、溶接金属の強度や靱性を確保するために必要な元素である。添加量が少量であると脱酸不足により、ブローホールが発生するため、０．３０質量％以上含有させ、好ましくは０．５０質量％以上である。
一方、１．６０質量％を超えて多量に含まれると溶接中に剥離しにくいスラグが大量発生して、スラグ巻き混み等の溶接欠陥が発生することから、１．６質量％を上限とし、１．３０質量％以下が好ましい。
【００２６】
（Ｍｎ：１．００〜２．８０質量％）
溶接ワイヤ中のＭｎは、Ｓｉと同じく、脱酸剤あるいは硫黄捕捉剤としての効果を発揮し、溶接金属の強度や靱性を確保するために必要である。脱酸不足による溶接欠陥の発生防止のため１．００質量％以上を含有させる。好ましくは１．１０質量％以上である。
一方、２．８０質量％を超えて多量に含まれると、溶接中に剥離し難いスラグが大量発生し、スラグ巻き混み等の溶接欠陥が発生する。また、強度が増加しすぎて溶接金属の靭性を著しく低下させる。このため、Ｍｎの含有量は２．８０質量％を上限とし、２．３０質量％以下が好ましい。
【００２７】
（Ｐ：０．０５０質量％以下（０質量％を含む））
（Ｓ：０．０５０質量％以下（０質量％を含む））
Ｓ（硫黄）及びＰ（リン）はともに不純物元素であり、極力含有量を少量にすることが好ましいことから、下限は設定しない。これらが各々０．０５０質量％を超えて多量に存在すると、溶接金属の割れといった溶接欠陥が発生する。したがって、どちらも０．０５０質量％を上限とする。
【００２８】
（強脱窒元素：合計で０．０５〜１．５０質量％）
Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ及びＭｇは強い脱窒素の効果を持つ元素（強脱窒元素）である。Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ及びＭｇからなる群より選ばれる少なくとも１の強脱窒元素の含有量の下限は、合計で、０．０５質量％とする。０．０５質量％以上であると溶接中に固溶したＮと該強脱窒元素が反応し、窒化物となるため、Ｎ２（気体）として、大気へ放出される際に発生する気孔欠陥を防ぐことができる。強脱窒元素の合計の含有量の下限は、好ましくは０．１０質量％以上であり、より好ましくは０．２５質量％以上である。
一方、強脱窒元素の合計が１．５０質量％を上回る場合は、強脱窒元素によって発生する窒化物や酸化物が溶融池表面に発生し、アークが偏向することで、スパッタが大量に発生してしまう。したがって、強脱窒元素は合計で１．５０質量％を上限とし、１．００質量％以下が好ましく、０．８０質量％以下がより好ましい。
【００２９】
（その他の元素）
（Ｍｏ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｂ）
溶接金属の強度または靭性向上のためにＭｏ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｂを添加してもよい。これらの元素は過剰に添加すると割れが発生しやすくなる。そのため、Ｍｏは１．００質量％以下であることが好ましく、Ｎｉは１．００質量％以下であることが好ましく、Ｃｒは５．００質量％以下であることが好ましく、Ｂは０．００５０質量％以下であることが好ましい。
【００３０】
（Ｌｉ、Ｋ、Ｎａ）
アークの安定化、スパッタ発生量の低減、かつ溶込み性能の向上のため、Ｌｉ、Ｋ、Ｎａを添加してもよい。各元素はそれぞれで０．０１０〜１．０００質量％含有させることが好ましい。
尚、フラックス入り溶接ワイヤに含まれるＬｉ、Ｋ、Ｎａの化合物の例として、ＬｉＯ２、Ｌｉ２ＣＯ３、Ｋ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ等の酸化物や炭酸化合物、Ｋ２ＳｉＦ６等のフッ化物が挙げられる。
【００３１】
（残部）
フラックス入り溶接ワイヤを構成するその他の元素として、Ｆｅ及び不純物が含まれる。不純物としてはＣｏ、Ｗ等が挙げられる。また、めっきを有する場合はその他の元素としてＣｕも含まれる。
【００３２】
（強脱窒元素の含有量比）
Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ及びＭｇは脱窒元素であると同時に脱酸元素としても作用する。そこで、脱酸元素のＳｉ、Ｍｎを添加することで、酸素による気孔欠陥をＳｉ及びＭｎによって防止し、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ及びＭｇは脱酸元素としてよりも脱窒元素としての効果をより発揮させ、Ｎとの反応を促進させることが好ましい。そのため、フラックス入り溶接ワイヤに含まれるＡｌ、Ｔｉ、Ｚｒ及びＭｇの総質量％とＳｉ及びＭｎの総質量％との比（Ａｌ＋Ｔｉ＋Ｚｒ＋Ｍｇ）／（Ｓｉ＋Ｍｎ）は、０．０３以上であることが好ましく、０．０８以上であることがより好ましい。
また、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ及びＭｇの酸化物は優れた熱電子放出能を持つため、適正な量が溶融池上に存在するとアーク安定性に寄与する。そこで最適な陰極点形成効果によりアーク安定性が増し、かつスラグの剥離性がより良好となる点から、（Ａｌ＋Ｔｉ＋Ｚｒ＋Ｍｇ）／（Ｓｉ＋Ｍｎ）は、０．６０以下であることが好ましく、０．４０以下であることがより好ましい。
【００３３】
（金属粉末）
フラックス入り溶接ワイヤに含まれるＡｌ、Ｔｉ、Ｚｒ及びＭｇが粉末または合金粉末である場合、すなわち、Ａｌ粉末、Ｔｉ粉末、Ｚｒ粉末、Ｍｇ粉末、並びに、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ及びＭｇからなる群より選ばれる少なくとも１の元素を含む合金粉末からなる群より選ばれる少なくとも１の粉末を含む場合、前記粉末の合計のうち３０質量％以上が粒度１００μｍ以下の粉末であることが好ましい。
これは、粒径が細かいほど、溶融池中に均一溶解しやすくなるためにＮとの反応が促進され、耐気孔欠陥により優れたものとなるためである。また該粉末の粒径は小さいほど好ましいため、粒度１００μｍ以下の粉末の含有量は５０質量％以上がより好ましく、一方、上限はなく１００質量％でも良い。
尚、合金粉末の例としては、Ｆｅ−Ａｌ（フェロアルミ）、Ｆｅ−Ｔｉ（フェロチタン）等が挙げられる。
【００３４】
粒度１００μｍ以下の粉末の含有量はＡｌ粉末、Ｔｉ粉末、Ｚｒ粉末、Ｍｇ粉末、及びそれらの合金粉末を、ＪＩＳ  Ｚ  ８８０１−１：２００６に基づき、目開き１００μｍの篩にかけることでふり分け、測定することができる。
【００３５】
（高融点酸化物）
また、フラックス入り溶接ワイヤはＡｌ酸化物、Ｔｉ酸化物、Ｚｒ酸化物及びＭｇ酸化物からなる群より選ばれる少なくとも１の酸化物を含み、Ａｌ酸化物をＡｌ２Ｏ３換算、Ｔｉ酸化物をＴｉＯ２換算、Ｚｒ酸化物をＺｒＯ２換算、かつＭｇ酸化物をＭｇＯ換算した場合の前記酸化物の合計が、前記フラックス入り溶接ワイヤの全質量に対して、０．０５質量％≦（Ａｌ２Ｏ３＋ＴｉＯ２＋ＺｒＯ２＋ＭｇＯ）≦１．５０質量％の関係を満たすことが好ましい。
【００３６】
Ａｌ酸化物、Ｔｉ酸化物、Ｚｒ酸化物及びＭｇ酸化物はいずれも１８００℃以上の高融点酸化物である。該高融点酸化物を含むことで、高温となるアーク中でフラックス柱を残存させることができ、安定した溶滴移行を実現することができることから好ましい。
該高融点酸化物のフラックス入り溶接ワイヤに対する含有量が０．２０質量％を下回るとフラックス柱が溶解するおそれがある。そのため、高融点酸化物の含有量は０．２０質量％以上が好ましく、０．２５質量％以上がより好ましい。
一方、１．５０質量％を上回るとスラグが大量発生し、スラグ巻込み等の溶接欠陥が発生するおそれがあることから１．５０質量％以下が好ましく、１．００質量％以下がより好ましい。
【００３７】
Ａｌ酸化物、Ｔｉ酸化物、Ｚｒ酸化物及びＭｇ酸化物からなる高融点酸化物の平均粒径が大きすぎると、ワイヤ成型時に酸化物がフラックスに食い込み、断線してしまう可能性がある。よって、Ａｌ酸化物、Ｔｉ酸化物、Ｚｒ酸化物及びＭｇ酸化物の平均粒径は３５０μｍ以下であることが好ましく、３００μｍ以下であることがより好ましい。平均粒径が小さいほど、断線しにくくなり、かつフラックス中の成分が均等に分布するように混じるため、下限は特に設けない。
酸化物の粒径はＪＩＳ  Ｚ  ８８０１−１：２００６に従い、目開き７５、１００、１５０、２００、２５０、３００、３５５、４２５μｍのふるいにかけて測定することができる。
【００３８】
（フラックス充填率）
フラックス入り溶接ワイヤにおけるフラックス充填率は１０〜２５質量％であることが好ましい。フラックス充填率が１０質量％を下回ると、フラックス柱によるアーク安定化効果が失われるおそれがある。また、２５質量％を超えると送給中の断線やワイヤ直下のアーク圧が小さくなり、溶込みが出なくなるおそれがある。フラックス充填率は１２質量％以上がより好ましく、また、２２質量％以下がより好ましい。
なお、このフラックス充填率は、外皮内に充填されるフラックスの質量を、ワイヤ（外皮＋フラックス）の全質量に対する割合で規定したものである。
【００３９】
フラックス入り溶接ワイヤの最終製品径は問わないが、汎用的に使用される範囲として１．２〜１．６ｍｍであることが好ましい。
【００４０】
＜フラックス入り溶接ワイヤの製造方法＞
フラックス入り溶接ワイヤの製造方法は、特に限定されず、一般的な製造工程で製造すればよい。例えば、軟鋼またはステンレスのフープをＵ字状に成型し、Ｕ字状成型フープにフラックスを充填した後、フラックスを内部に充填した筒状型に成型し、目的径まで伸線する工程により製造すればよい。
【００４１】
外皮の材質は、軟鋼やステンレス鋼等特に制限なく使用することができ、フラックス入り溶接ワイヤ全重量における元素組成が上記範囲内にすればよい。
【００４２】
フラックスの粒径はふるいにかけて判断することができる。ふるいの目開きはＪＩＳ  Ｚ  ８８０１−１：２００６に従い、目開き７５、１００、１５０、２００、２５０、３００、３５５、４２５μｍのものを用いることができる。
【００４３】
＜シールドガス＞
本発明に係る高電流パルスアーク溶接方法で用いられるシールドガスは、特に限定されず、Ａｒガス、炭酸ガス（二酸化炭素、ＣＯ２）、酸素ガス（Ｏ２）及びそれらの混合ガス等を用いることができる。これらには不可避不純物として酸素、窒素、水素等が含まれていてもよい。
シールドガスとして１００％ＣＯ２を用いた溶接であっても、本発明に係るガスシールドアーク溶接方法では大気巻き込みの抑制と酸化反応防止の効果を得ることができる。しかし、シールドガスとしてＡｒガス又はＡｒ含有混合ガスを用いることで溶融金属の酸化反応をより低減することが可能となる。よって、シールドガスとして、Ａｒ及び不可避不純物からなるＡｒガス（１００％Ａｒ）又はＡｒ含有混合ガスを用いることが好ましい。
【００４４】
Ａｒ含有混合ガスの場合、ＡｒとＣＯ２及びＯ２の少なくともいずれか一方と不可避不純物とを含むことが好ましく、ＣＯ２含有量が０〜４０体積％及びＯ２含有量が０〜１０体積％であることがより好ましい。さらにはＡｒを８０体積％以上含み、残部が二酸化炭素及び酸素の少なくともいずれか一方並びに不可避不純物であることがさらに好ましい。
【００４５】
シールドガスの流量は、一般的には３５Ｌ／分以下であればよい。これにより、シールドガス流速の過度な高速化を防ぎ、高速なガス流による大気のシールド雰囲気への引き込みを抑制することができる。
【００４６】
＜溶接電源＞
溶接電源は特に限定されず、パルスアーク溶接に従来用いられる電源を用いることができる。
【００４７】
＜溶接トーチ＞
溶接トーチは、特に限定されず、従来と同様のトーチを用いることができる。
溶接トーチの一例を以下に示す。溶接トーチには、トーチクランプが装着されている。通電金具は、ノズルとワークとの接触を検知するために使用する微弱な電流を、ノズルに流すためのものである。トーチクランプは、溶接トーチをロボットに固定するものである。
【００４８】
トーチ銃身は、トーチクランプに支持されると共に、ノズル及びチップボディを支持する機構を備えている。トーチ銃身は、チップボディが装着された状態で、供給される溶接ワイヤを、インナチューブを介してチップボディの先端（コンタクトチップの後端）まで供給することができる。また、トーチ銃身は、溶接電流をチップボディに通電し、さらに、インナチューブとチップボディとの間に形成される空間にシールドガスを供給する。チップボディは、オリフィス、オリフィス支持ナット、及びコンタクトチップを支持する機構を備えている。尚、チップボディは、金属等の通電性を有する材料で形成されている。
【００４９】
また、オリフィスは、シールドガスの整流を行う機構を備えている。すなわち、オリフィスは通常円筒形状をなし、チップボディの外周の先端側から挿入することで装着される。コンタクトチップは、溶接電流を溶接ワイヤに給電すると共に、溶接対象のワークへ溶接ワイヤをガイドする機構を備えている。尚、チップボディ同様、コンタクトチップについても金属等の通電性を有する材料で形成されている。
【００５０】
溶接トーチの姿勢は、母材に対して垂直であっても、傾斜させてもよい。
溶接トーチを溶接進行方向の反対側に向かって傾斜させる場合に、母材に対する垂線と該トーチとの成す角を前進角と言い、当該溶接進行方向に向かって傾斜させる場合に、母材に対する垂線と該トーチとの成す角を後退角と言う。
【００５１】
溶接トーチに前進角を付けることで、より効果的にアーク溶接中のシールド性を高めることが可能となる。また、電極に後退角を付けることで、ビード後方をシールドできるため溶接直後のビードの酸化反応を抑制することができる。
溶接線上の適正な溶け込みと良好なビード形状とを得るために、前進角の範囲を−１５〜４０°、即ち、前進角の上限を４０°、後退角の上限を１５°とした範囲内で電極を傾けることがより好ましい。
【００５２】
（ノズル）
ノズルは、溶接対象の母材に対して、図示しないガス供給装置から供給されたシールドガスを噴出する機構を備えている。ノズルは、一体的に組み立てられた状態のチップボディ、オリフィス、及びコンタクトチップを内部に納めることが可能な内部空間を有する筒状に形成されている。また、ノズルは、後端の内面にトーチ銃身の先端に形成された雄ねじ部が螺合する雌ねじ部が形成されている。この構成により、ノズルは、オリフィスにより整流されたシールドガスを用いて溶接部を大気から遮断することができる。
本発明に係る溶接方法においては、チップ摩耗の観点から、ノズル近傍まで水冷されるトーチを用いることが好ましい。
【００５３】
＜送給機＞
送給機は特に限定されず、従来用いられる送給機を用いることができる。
【００５４】
＜パルスアーク溶接条件＞
本発明で規定するパルスは、矩形または台形の形を繰り返す電流波形である。図２に該電流波形の一例を示すが、矩形または台形の上底部分の時間をパルスピーク電流期間（パルスピーク期間）Ｔｐ、下底部分の時間をパルスベース電流期間（パルスベース期間）Ｔｂとし、パルスピーク期間Ｔｐの電流をパルスピーク電流Ｉｐ、パルスベース期間Ｔｂの電流をパルスベース電流Ｉｂする。そして、溶接電流の時間積分を時間的に平均化したものを平均電流Ｉａとする。すなわち矩形波の場合、Ｉａ＝（Ｉｐ・Ｔｐ＋Ｉｂ・Ｔｂ）／（Ｔｐ＋Ｔｂ）で表される。また、１秒間のパルス回数（１波長が繰り返す回数）をパルス周波数とする。
【００５５】
パルス電流波形は、電流の低いパルスベース期間Ｔｂおよび電流の高いパルスピーク期間Ｔｐに生成した溶滴をパルスピーク電流Ｉｐの電磁力によって離脱させる方法であるが、不適正なパルス条件や溶滴の離脱タイミングが狂うと、スパッタが増加したり、アークが偏向し、ビード外観が粗悪になる場合がある。
例えば、パルスピーク電流Ｉｐが低すぎるとアークの硬直性が得られず、アークが偏向する場合がある。またパルスベース電流Ｉｂが高すぎると、溶滴がピーク電流立ち上がり時に離脱し、その溶滴がピーク電流のアーク圧によって、飛散し、スパッタが増加する場合がある。特に、高電流パルスアーク溶接の場合は、ローテーティング移行となりやすくなるため、適正なパルス条件を得ることが難しい。
本発明に係る高電流パルスアーク溶接方法では、用いられるフラックス入り溶接ワイヤを特定の組成に限定し、該溶接ワイヤ使用時に相乗効果が現れる最適なパルスアーク溶接の条件を以下に規定する。
【００５６】
（パルスピーク電流Ｉｐ：５５０〜９５０Ａ）
溶接時のパルスピーク電流は５５０Ａ以上９５０Ａ以下とする。５５０Ａを下回ると、アークの硬直性が不十分となるため、高電流用溶接ワイヤ中のＡｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｍｇから生成する酸化物を基にした陰極点にアークが引っ張られやすくなり、結果としてアーク偏向を起こし、スパッタが増加しやすくなる。一方、９５０Ａを超えると、電流が過大かつ高温となるため、フラックス入り溶接ワイヤのフラックス柱が残存せず、アーク安定性を劣化させてしまい、スパッタ発生量が増加しやすくなる。
【００５７】
（パルスベース電流Ｉｂ：５５０Ａ以下）
溶接時のパルスベース電流は５５０Ａ以下とする。パルスベース電流が５５０Ａを上回ると、パルスベース期間Ｔｂにおける溶滴へのアーク圧が過大になることで、アークの不安定を促し、スパッタ発生量が増加しやすくなる。
【００５８】
（パルスピーク電流Ｉｐとパルスベース電流Ｉｂの差：２００〜６００Ａ）
溶接時のパルスピーク電流Ｉｐとパルスベース電流Ｉｂの差は２００Ａ以上６００Ａ以下とする。電流の差が２００Ａを下回ると、溶滴移行のバランスが崩れ、ピーク電流時に溶滴離脱が起こる可能性が高くなり、スパッタが増加しやすくなる。一方電流の差が６００Ａを超えると、ピーク電流時とアーク長の変動が大きくなり、窒素を巻き込みやすくなり気孔欠陥が発生しやすくなる。
【００５９】
すなわち、本発明におけるフラックス入り溶接ワイヤを用い、パルスピーク電流、パルスベース電流及びそれら電流の差を上記範囲にすることにより、従来の高電流溶接方法と比較して、溶滴移行及びアークが安定し、耐気孔欠陥効果、低スパッタ、耐チップ摩耗といった優れた効果が得られる。
【００６０】
（平均電流Ｉａ）
溶接時の溶接電流の時間積分を時間的に平均化したものが平均電流Ｉａである。すなわち矩形波の場合、Ｉａ＝（Ｉｐ・Ｔｐ＋Ｉｂ・Ｔｂ）／（Ｔｐ＋Ｔｂ）により平均電流を定義することができる。
【００６１】
（パルス周波数Ｆｐ）
溶接時のパルス周波数は５０〜２００Ｈｚと低周波の範囲とすると、パルスベース期間を長めに確保でき、急なアーク長変動を抑え、アーク偏向を抑えることができることが好ましい。また、該パルスベース期間内では、溶滴に係るアーク圧が小さいため、パルスピーク期間で大きくなった溶滴の動きを抑制することができ、結果として、ローテーティング移行を抑えることができることから好ましい。さらには、チップ摩耗に関しても、パルス周波数が低く、かつパルスベース期間にてチップの冷却効果が見込まれることから、チップ摩耗が小さくなることから好ましい。
【００６２】
（送給速度／パルス周波数）
パルスアーク溶接は溶滴の離脱タイミングが狂うと、スパッタの増加が発生する。よって、パルス周波数に加えて、消耗式電極（フラックス入り溶接ワイヤ）の送給速度を規定することによって、溶滴移行し、さらなる低スパッタ、アークの安定性を得ることが好ましい。しかし、適正な送給速度はパルス周波数によって変わってくるため、送給速度とパルス周波数との比［送給速度（ｍｍ／ｓｅｃ）／パルス周波数（パルス回数／ｓｅｃ＝Ｈｚ）］として１波長あたりの送給速度（ｍｍ／１パルス）を規定する。
【００６３】
［送給速度（ｍｍ／ｓｅｃ）／パルス周波数（パルス回数／ｓｅｃ＝Ｈｚ）］で表される１波長あたりの送給速度は１．５０（ｍｍ／１パルス）以上９．００（ｍｍ／１パルス）以下であることが好ましい。
１．５０（ｍｍ／１パルス）を下回ると、ピーク電流時に溶着量が足らず、アークが這い上がり易くなるため、アーク長変動やアーク偏向といった、アーク不安定となる場合がある。９．００（ｍｍ／１パルス）を超えると、ベース電流時にワイヤが溶融池に突っ込み、ワイヤが短絡することによって、スパッタが増加する場合がある。
【００６４】
パルスピーク電流、パルスベース電流、パルスピーク期間、パルスベース期間、パルス周波数はいずれも溶接電源の設定によって調整することができる。
【００６５】
本発明に係る高電流パルスアーク溶接方法における「高電流」とは、平均電流Ｉａの値が４００Ａ以上であることを指す。
【００６６】
（外部特性）
高電流パルスアーク溶接の場合、電流差の大きいパルスピーク電流とパルスベース電流が高速で入れ替わるため、アーク長変動が大きくなる。このアーク長変動を抑えるため、電流の変化を鈍感にすることで、アーク長の変動を抑えることができる。一方、電流の変化を鈍感にし過ぎると、アーク長の自己制御作用が失われる。そのため、高電流パルスアーク溶接には適正な外部特性の傾きの範囲がある。
【００６７】
図３に示されるように、アーク長がｌＯからｌＳに短くなった場合、電流はＩＯからＩＳに増大する。そのため、溶接ワイヤの溶融速度が増加してアーク長を長くするように作用し、アーク長は元の長さｌＯに引き戻される。反対にアーク長がｌＯからｌＬに長くなった場合、電流はＩＯからＩＬに減少する。そのため、溶接ワイヤの溶融速度が低下してアーク長を短くするように作用し、アーク長はやはり元の長さｌＯに引き戻される。このように、アーク長が自動で元の長さに引き戻されるよう制御される現象を、アーク長の自己制御作用と言う。該自己制御作用の効果は、電流−電圧曲線の傾きが緩やかであるほど現れる。この電流−電圧曲線における傾きが溶接電源の外部特性の傾きである。
【００６８】
本発明において、該外部特性の傾きは−１４．０（Ｖ／１００Ａ）以上、−４．０（Ｖ／１００Ａ）以下であることが好ましい。
−４．０（Ｖ／１００Ａ）以下とすることにより、高電流パルスアーク溶接時の大きな電流変化を抑制し、アーク長変動を抑制することができる。そのため、より低スパッタの溶接が実現でき、チップ摩耗が一層抑制される。一方、−１４．０（Ｖ／１００Ａ）を下回ると、アークの自己制御作用が失われるため、アーク長変動の抑制効果が現れない場合がある。
【００６９】
＜被溶接材（ワーク、母材）＞
被溶接材は従来公知の物を用いることができる。例えば、ＪＩＳ  Ｇ  ３１０６：２０１５に属する溶接構造用圧延鋼材やＪＩＳ  Ｇ  ３１０１：２０１５に属する一般構造用圧延鋼板等が挙げられる。
【００７０】
＜溶接物＞
本発明に係る溶接方法は高電流で行われるが、該溶接方法により溶接された溶接物は、輸送機や建設機械等の分野における中厚板の溶接であり、すみ肉や開先内を１層または多層盛り溶接する場合に特に好適に用いられる。
【００７１】
（スパッタ量）
スパッタ量は、例えば、溶接部の両側面に箱を設置して溶接を行い、発生したスパッタ全てを箱中（箱内）から採取して質量を測定することで定量化することができる。得られた溶接物のスパッタ量の値は小さいほど好ましいが、用いるワイヤ組成によって好ましい値は変わる。
【００７２】
（ビード外観）
ビード外観として、ビード表面における蛇行がないことが好ましい。なおビード表面とは、１回のパスによって作られた溶接金属（溶接部の一部で、溶接中に溶融凝固した金属）のことを意味し、ＪＩＳ  Ｚ  ３００１−１：２０１３における定義に従う。
【００７３】
（溶接欠陥）
溶接物には、ピットやブローホールといった窒素に起因した気孔欠陥やスラグ巻き込み、溶接割れといった溶接欠陥がないことが好ましい。該溶接欠陥は、ビード表面の目視やビードの断面のマクロ観察から評価することができる。
【００７４】
（アーク安定性）
溶接時のアーク安定性は、アーク長の変動を、遮光面を用いた目視と電流波形から判断することができる。電流波形においては、設定ピーク電流値以上の高い電流や設定ベース電流値以下の低い電流が流れる割合（変動率）が低いほど好ましい。
【００７５】
（チップ摩耗）
溶接後におけるコンタクトチップの摩耗（チップ摩耗）の値は小さいほど好ましい。例えば、溶接を行った後のチップ摩耗面積を測定することで、単位時間当たりのチップ摩耗量を評価することができる。
【実施例】
【００７６】
以下に、実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は、これらの実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に適合し得る範囲で変更を加えて実施することが可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。また、ここで説明する溶接条件は一例であり、本実施の形態では、以下の溶接条件に限定されるものではない。
【００７７】
＜評価方法＞
（強脱窒元素粉末の粒度）
フラックス入り溶接ワイヤに含まれる、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ及びＭｇからなる強脱窒元素の単金属粉末及び合金粉末の合計含有量における、粒度１００μｍ以下の粉末の割合は、ＪＩＳ  Ｚ  ８８０１−１：２００６に基づき、目開き１００μｍの篩を用いて測定した。
【００７８】
（スパッタ量）
溶接部の両側面に銅板で作製した箱を設置した状態で１分間溶接を行い、その間に発生したスパッタ全てを箱中（箱内）から採取し、集めたスパッタの全質量を測定した。この時の質量をスパッタ量（ｇ／分）と定義した。
【００７９】
（ビード外観）
得られた溶接物に対してビード表面における蛇行の有無を目視により確認し、ビード外観の良否判断を行った。
【００８０】
（溶接欠陥）
溶接欠陥として、気孔欠陥、スラグ巻き込み及び溶接割れの有無を、ビード表面の目視観察及びビードの断面のマクロ観察により評価した。ビードの断面のマクロ観察では、ビードの断面のうち任意の５箇所についてマクロ観察を行い溶接欠陥の有無を判断した。
【００８１】
（チップ摩耗）
サイズが２５ｍｍ（ｔ）×６５０ｍｍ（ｗ）×６５０ｍｍ（ｌ）である大板上をビードオンプレートで１時間溶接を行い、溶接後のチップを光学顕微鏡で正面から見た時のチップ摩耗面積を電子データのピクセル数から換算した面積により測定した。
【００８２】
（アーク安定性）
溶接時のアーク安定性は、アーク長の変動を、遮光面を用いた目視と電流波形から判断した。電流波形においては、６０秒間溶接を行った場合の、設定ピーク電流値に対して＋５０Ａを超えた電流となった場合、及び設定ベース電流値に対して−５０Ａを下回った電流となった場合をそれぞれカウントし、そのときのカウント数の合計の値を変動値と定義した。
【００８３】
＜試験例１〜５５＞
ＪＩＳ  Ｇ３１０１：２０１５  ＳＳ４００の鋼板を母材とし、フラックス入り溶接ワイヤを用いた高電流パルスアーク溶接を行った。溶接材料の線径は１．４ｍｍとし、シールドガスはＡｒ：ＣＯ２が体積比で８０：２０である混合ガスを用いた。
ビード外観の評価を行う場合には２枚の板（サイズ  １２ｍｍ（ｔ）×５０ｍｍ（ｗ）×５００ｍｍ（ｌ））をＴ字として、下向きのすみ肉溶接を行い、溶接姿勢はトーチ角度を面に対して垂直とした。その他の評価を行う場合には、ビードオンプレートの下向き溶接を行った。
【００８４】
各試験例で用いたフラックス入り溶接ワイヤの組成を表１に示した。
また、パルスアーク溶接条件は以下のとおりであり、各試験例の具体的な溶接条件は表２に示した。
・パルスピーク電流：５５０〜１０００Ａ
・パルスベース電流：１００〜６００Ａ
・パルスピーク期間：１．５〜７．５ｍｓｅｃ
・パルス周波数：３０〜３００Ｈｚ
・平均電流：４５０〜６２０Ａ
・送給速度：１６．０〜２６．０ｍ／ｍｉｎ
・アーク電圧：適正電圧（３０〜５０Ｖ）
・外部特性：−１６．０〜−１．０（Ｖ／１００Ａ）
【００８５】
表１において、化学組成が「−」とは、不可避不純物であり、積極的に添加していないことを示す。また、ワイヤＮｏ．がＷ１〜Ｗ２３であるフラックス入り溶接ワイヤは、本発明におけるフラックス入り溶接ワイヤの条件を満たすものであり、Ｗ２４〜Ｗ３４のフラックス入り溶接ワイヤは該条件を満たさないワイヤである。なお、Ｗ３４のフラックス入り溶接ワイヤは従来材の溶接ワイヤであり、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ及びＭｇが無添加の溶接ワイヤである。
【００８６】
表２において、「ｆ．ｒａｔｅ」とは、消耗式電極（フラックス入り溶接ワイヤ）を送給する送給速度を表す。また、「Ｎｏ．」とは試験例番号を表し、Ｎｏ．（試験例）１〜Ｎｏ．３９は本発明に係る溶接方法の条件を満たす実施例であり、Ｎｏ．４０〜Ｎｏ．４４は本発明におけるパルスアーク溶接条件を満たさない比較例であり、Ｎｏ．４５〜Ｎｏ．５５は本発明におけるフラックス入り溶接ワイヤの組成を満たさない比較例である。
【００８７】
【表１】
0006666098.tif 000002
【００８８】
【表２】
0006666098.tif 000003
【００８９】
Ｎｏ．１〜Ｎｏ．５５で得られた溶接物のスパッタ、ビード外観、溶接欠陥、チップ摩耗及びアーク安定性についての結果を表３に示す。
表３において、「スパッタ」の評価が◎とは０．８０（ｇ／ｍｉｎ）以下であることを示し、○とは０．８０（ｇ／ｍｉｎ）超１．６０（ｇ／ｍｉｎ）以下であることを示し、×とは１．６０（ｇ／ｍｉｎ）超であることを示す。
「ビード外観評価」において○とは正常なビードであることを示し、×とはビード外観不良が存在することを示す。
「溶接欠陥評価」において○とは気孔欠陥、スラグ巻き込み、溶接割れのいずれも存在しない状態を示し、×とはそれらのいずれか１以上が存在する状態を示す。なお、×だった場合には、括弧書きで見られた欠陥を併記した。
「チップ摩耗」の評価が○とは、摩耗面積が０．６５ｍｍ２未満であり、パルスをかけても、従来の定電流溶接と同等以上の耐摩耗効果があることを示し、×とは摩耗面積が０．６５ｍｍ２以上であることを示す。
「アーク安定性」の評価が◎とは変動値が２５０未満であることを示し、○とは変動値が２５０以上５００未満であることを示し、×とは変動値が５００以上であり、かつ遮光面を用いた目視観察でアーク不安定が確認できるほどにアーク長の変動が大きいものであることを示す。
【００９０】
【表３】
0006666098.tif 000004
【００９１】
Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３９の実施例は最適な組成の溶接ワイヤおよびパルスピーク電流、パルスベース電流条件であるため、気孔欠陥も発生せず、アークも安定であった。特に、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．２７はより好ましい組成の溶接ワイヤ、パルス周波数及び外部特性等であり、アーク安定性および低スパッタ性がより向上した。
【００９２】
一方、比較例となるＮｏ．４０は、パルスピーク電流が過大である場合であり、ワイヤ先端が高温となり、フラックス柱が残存しない。そのため、アーク偏向が発生し、アーク不安定となることから、スパッタが増大し、ビード蛇行も発生した。Ｎｏ．４１はパルスピーク電流が過小である場合であり、パルスピーク期間で適切なアーク硬直が得られず、ＡｌやＴｉ酸化物によって形成される陰極点の影響を受ける。そのため、アーク偏向が発生し、アーク不安定となることから、スパッタが増大し、ビード蛇行も発生した。
Ｎｏ．４２はパルスピーク電流とパルスベース電流の差が過大である場合であり、アーク不安定となり、気孔欠陥の発生を確認した。Ｎｏ．４３はパルスピーク電流とパルスベース電流の差が過小である場合であり、パルスの利点が小さくなり、スパッタの増大を確認した。
Ｎｏ．４４はパルスベース電流が過大である場合であり、溶滴が離脱するパルスベース期間でのアーク圧が大きくなるため、スパッタが増大した。
【００９３】
Ｎｏ．４５は溶接ワイヤ中のＣ量が過大であり、スパッタが増大した。Ｎｏ．４６はＳｉ量が過剰であり、スラグ巻き込みが発生した。Ｎｏ．４７及びＮｏ．４８はＳｉまたはＭｎの量が過小であり、脱酸効果が得られないために気孔欠陥が発生した。Ｎｏ．４９はＭｎ量が過剰であり、スラグ巻き込みが発生した。Ｎｏ．５０及びＮｏ．５１はそれぞれＰ量、Ｓ量が過剰であり、割れが発生した。
【００９４】
Ｎｏ．５２は強脱窒効果を有する元素の含有量の合計が過剰であり、スパッタが増大し、ビード蛇行も発生した。Ｎｏ．５３はＡｌ、Ｔｉ、Ｚｒ及びＭｇからなる強脱窒効果を有する元素が無添加であり、脱窒素効果が得られず、気孔欠陥が発生した。Ｎｏ．５４は強脱窒元素の含有量の合計が過小であり、脱窒素効果が得られず、気孔欠陥が発生した。
【００９５】
Ｎｏ．５５は、本発明に対する従来基準として、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ及びＭｇが無添加である従来の溶接ワイヤであって、パルスを使用しない従来の溶接条件（定電圧の直流）で溶接を行ったものである。Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ及びＭｇが無添加であるために脱窒素効果が得られず、平均電流５５０Ａの高電流下の溶接により気孔欠陥が発生した。また、本発明に係る溶接方法の一つであるパルスを使用せず、通常の直流溶接であるため、アーク不安定となり、スパッタの増加およびビード蛇行が発生した。
【００９６】
以上より、本発明に係る溶接方法を満たすＮｏ．１〜Ｎｏ．３９の場合、高電流溶接において、気孔欠陥を防止し、かつ良好なアーク安定性、低スパッタ性、ビード形状、耐チップ摩耗性を有することを実証した。
【符号の説明】
【００９７】
１    溶接装置
１０  ロボット
１１  溶接トーチ
２０  ロボット制御部
３０  溶接電源部
Ｗ  被溶接材（ワーク、母材）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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