(57)【要約】【課題】大入熱・高パス間温度での厚板及び狭開先鋼板の溶接においても、高温割れ感受性が低く、溶接金属の機械的性質が優れており、優れた溶接作業性を併せもつガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤを提供する。【解決手段】Ｃｕめっきソリッドワイヤにおいて、Ｃ：０．０１〜０．０７％、Ｓｉ：０．５０〜１．００％、Ｍｎ：１．７５〜２．３０％、Ｔｉ：０．１３〜０．２８％、Ｍｏ：０．０５〜０．４５％、Ｐ：０．０２０％以下、Ｃｕめっき層及び芯線中のＣｕを含めた全Ｃｕ：０．３３％以下、めっき層のＣｕ：０．１０％以上、芯線表面に付着しているＳを含めた全Ｓ：０．００３〜０．０２０％、芯線表面に付着しているＳ及び芯線表面から５０μｍ以内の芯線表層部に埋め込まれているＳの総和：０．０３（ｇ／ワイヤ１０ｋｇ当たり）以上、Ｂ：０．０００９％以下、Ａｓ＋Ｓｂ＋Ｓｎ：０．０１％以下である。【選択図】　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼芯線の周面にＣｕめっき層が形成されたガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤにおいて、Ｃ：０．０１乃至０．０７質量％、Ｓｉ：０．５０乃至１．００質量％、Ｍｎ：１．７５乃至２．３０質量％、Ｔｉ：０．１３乃至０．２８質量％、Ｐ：０．０２０質量％以下、Ｃｕめっき層及び芯線中のＣｕを含めた全Ｃｕ：０．３３質量％以下、めっき層のＣｕ：０．１０質量％以上、芯線表面に付着しているＳを含めた全Ｓ：０．００３乃至０．０２０質量％、芯線表面に付着しているＳ及び芯線表面から５０μｍ以内の芯線表層部に埋め込まれているＳの総和：０．０３（ｇ／ワイヤ１０ｋｇ当たり）以上、Ｂ：０．０００９質量％以下、Ａｓ＋Ｓｂ＋Ｓｎ：０．０１質量％以下、残部：Ｆｅ及び不可避的不純物であることを特徴とするガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤ。
【請求項２】
Ｍｏ：０．０５乃至０．４５質量％であることを特徴とする請求項１に記載のガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は鉄骨、橋梁、造船及び自動車等の溶接に広く使用されるガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤに関し、特に、軟鋼又は４９０Ｎ／ｍｍ２級高張力鋼を炭酸ガスシールドアーク溶接する際、高能率で機械的性質及び溶接作業性が優れ、かつ高温割れ感受性が低く良好で健全な溶接金属を得ることができるガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤに関する。
【０００２】
【従来の技術】
炭酸ガス等をシールドガスとするガスシールドアーク溶接方法の適用は、その高能率性から急速に普及し、現在最も使用量が多い溶接方法となっている。更に、溶接ロボットの普及に伴い溶接能率が飛躍的に向上してきており、溶接電流の増加及び連続溶接化が可能となっている。しかし、従来の溶接用ソリッドワイヤを使用した場合、これらの高能率溶接を行うことにより、高電流化による大入熱化及び連続溶接化による高パス間温度化が溶接金属の強度及び靭性を劣化させてしまい、溶接金属が必要な機械的性質を満足できなくなる。更に、高電流化に伴い、スパッタ発生量が急増すると共に、アーク安定性も劣化するため、溶接作業者に生じる負担は大きい。
【０００３】
以上の問題点から、大入熱・高パス間温度溶接を考慮し、機械的性質の向上を図った溶接ワイヤ及び溶接方法が、従来技術として下記のとおり、いくつか提案されている。
【０００４】
Ｔｉ、Ｂ、Ｎ含有量、更にはＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｏ、Ｍｏ等の含有量を規定することによって、大入熱及び高パス間温度で溶接しても、十分な強度、衝撃靭性、及びＣＯＤ特性が得られるガスシールドアーク溶接用ワイヤが特開平１１−０９０６７８号公報（以下、特許文献１）に記載されている。
【０００５】
また、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｂ、Ａｌ、Ｏ含有量、及びＶ、Ｎｂの含有量を規定し、かつ、Ｍｐ（＝Ｃ＋Ｓｉ＋Ｍｎ／２０＋Ｔｉ／１０＋Ｖ／４＋Ｎｂ／２＋５Ｂ）を０．２１％以上、Ｃｓ（＝Ｍｎ／５＋２０Ｂ＋Ｐ＋Ｓ−２Ｃ＝Ｔｉ）を０．２５％以下、Ａｌ／Ｏを０．２〜２．２とすることによって、大入熱・高パス間温度条件でも溶接金属の強度及び靭性を劣化させることがないガスシールドアーク溶接用ワイヤが特開２００１−２８７０８６号公報（以下、特許文献２）に記載されている。
【０００６】
更に、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｂ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｋ、Ｓ含有量を規定し、かつ、ＣＥＱ（＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋Ｓｉ／２４＋Ｎｉ／４０＋Ｃｒ／５＋Ｍｏ／４）を０．４０％以上、ＭＥＱ（＝｛０．２×（Ｍｏ＋Ｃｒ）＋０．０７｝／ＣＥＱ）を０．１０〜０．２０、ＫＥＱ（＝５０×Ｋ＋０．５×Ｓ）／（Ｔｉ＋Ｓｉ＋Ａｌ））を０．０２〜０．１０と規定することによって、大入熱・高パス間温度の溶接条件下において、溶接金属の機械的性能を確保しながら低入熱溶接条件下での溶接作業性を同時に満足し得るガスシールドアーク溶接用ワイヤが特開２００２−７９３９５号公報（以下、特許文献３）に開示されている。
【０００７】
更にまた、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｂ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｐ含有量を規定し、更にＰＢＴ＝［Ｂ］×１０３／［Ｔｉ］によって算出されるＰＢＴを１２≦ＰＢＴ≦４０、ＰＢＳ＝［Ｂ］×［Ｓ］×１０５によって算出されるＰＢＳを１０以下に規定することによって、大入熱・高パス間温度の溶接条件下において溶接金属の機械的性能を確保することができると共に、耐割れ性を向上させることができるガスシールドアーク溶接用ワイヤが特開平１０−２３０３８７号公報（以下、特許文献４）に開示されている。
【０００８】
更にまた、スパッタの発生低減とアーク安定化向上を図った溶接ワイヤ及び溶接方法が従来技術として下記の通りいくつか提案されている。
【０００９】
電離電圧が低いＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｂａ等の元素の内、１元素を溶接ワイヤ表面に付着させ、アークの安定化を図った溶接ワイヤが特開昭５８−３７９７号公報（以下、特許文献５）に開示されている。
【００１０】
また、溶滴の微細化のために、表面張力低下作用のあるＯについて、溶接ワイヤ製造工程中の焼鈍の過程を利用して粒界酸化で表層部に富化された酸素の作用によりアークの安定化及びスパッタ低減を図った溶接ワイヤが特公昭６３−２１５９５号公報（以下、特許文献６）に開示されている。
【００１１】
更に、ワイヤ表面処理技術として、ワイヤ表面の銅メッキ層の厚さ指数を制御した溶接ワイヤが特開平７−１００６８７号公報（以下、特許文献７）に提案されている。
【００１２】
【特許文献１】
特開平１１−０９０６７８号公報
【特許文献２】
特開２００１−２８７０８６号公報
【特許文献３】
特開２００２−７９３９５号公報
【特許文献４】
特開平１０−２３０３８７号公報
【特許文献５】
特開昭５８−３７９７号公報
【特許文献６】
特公昭６３−２１５９５号公報
【特許文献７】
特開平７−１００６８７号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１〜４に記載の溶接用ソリッドワイヤでは、入熱４０ｋＪ／ｃｍ、パス間温度３５０℃の高能率溶接における溶接金属の機械的性質は、ある板厚及び開先角度では十分な性能が確保できるものの、最近の板厚増加傾向及び狭開先化傾向に対応しつつ、大入熱・高パス間温度下における高温割れ感受性が優れた溶接材料であるとはいい難かった。また、高電流条件下における溶接作業性についても同様であった。
【００１４】
また、特許文献５についても、これらの元素を工業的にワイヤ表面に均一かつ安定に付与することが困難であるという問題点がある。
【００１５】
更に、特許文献６についても、ある程度の効果は得られるが、最近の板厚増加傾向及び狭開先化傾向のもとで、大入熱・高パス間温度下における高温割れ感受性を十分に高めたとはいえず、酸素の富化によってスラグ発生量が増大し、溶接スラグ除去に時間と費用を要するという問題点があった。
【００１６】
更にまた、特許文献７については、メッキ膜の付着性を目的とし、銅メッキの量と厚さにのみ着目したものであって、最近の板厚増加傾向及び狭開先化傾向のもとで、大入熱・高パス間温度下における高温割れ感受性は不十分であった。
【００１７】
大入熱・高パス間温度下でも、優れた機械的性質を有する溶接金属を得るためには、上記特許文献７に記載の発明でも規定しているように、溶接ワイヤ中にある程度以上の合金元素を含有させることになるが、これに起因して高温割れ感受性が高まる。また、大入熱溶接では高電流によるアーク力の増大と溶滴の大粒化に起因して、スパッタ量及びアーク安定性等の溶接作業性が著しく劣化する。
【００１８】
本発明はかかる問題に鑑みてなされたものであって、従来の入熱４０ｋＪ／ｃｍ、パス間温度３５０℃の大入熱・高パス間温度での高能率溶接においても優れた機械的性質の溶接金属が得られると共に、厚板及び狭開先鋼板における大入熱及び高パス間温度溶接においても、高温割れ感受性が低く、溶接金属の機械的性質が優れており、更に優れた溶接作業性を併せもつガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤを提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤは、鋼芯線の周面にＣｕめっき層が形成されたガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤにおいて、Ｃ：０．０１乃至０．０７質量％、Ｓｉ：０．５０乃至１．００質量％、Ｍｎ：１．７５乃至２．３０質量％、Ｔｉ：０．１３乃至０．２８質量％、Ｐ：０．０２０質量％以下、Ｃｕめっき層及び芯線中のＣｕを含めた全Ｃｕ：０．３３質量％以下、めっき層のＣｕ：０．１０質量％以上、芯線表面に付着しているＳを含めた全Ｓ：０．００３乃至０．０２０質量％、芯線表面に付着しているＳ及び芯線表面から５０μｍ以内の芯線表層部に埋め込まれているＳの総和：０．０３（ｇ／ワイヤ１０ｋｇ当たり）以上、Ｂ：０．０００９質量％以下、Ａｓ＋Ｓｂ＋Ｓｎ：０．０１質量％以下、残部：Ｆｅ及び不可避的不純物であることを特徴とする。なお、上記規定において、特に断りがない成分の場合は、芯線中の含有量である。
【００２０】
このガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤにおいて、更に、Ｍｏ：０．０５乃至０．４５質量％とすることもできる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。本願発明者等は、前記課題を解決すべく鋭意実験研究を重ねた結果、従来の大入熱及び高パス間温度での溶接において生じていた問題点（高温割れ感受性、スパッタ量、アーク安定性）は、以下の現象により生じていることを知見した。
【００２２】
＜高温割れ発生現象とそれを防止するために生ずる問題点＞
大入熱・高パス間温度で良好な機械的性質を得るために添加しているワイヤ中のＢは、少量の添加でもＦｅ−Ｃ系合金状態図の固液共存温度範囲を著しく拡大する。ワイヤ中に含まれるＣ及びＳにも同様の作用があり、これらの低融点の液相が凝固の最終段階で粒界に偏析すると高温割れの危険性が高くなる。また、凝固時の初晶としてγ相が多いと、凝固の最終段階において、Ｓ、Ａｓ、Ｓｂ及びＳｎ等による低融点化合物が粒界に濃縮され、偏析することとなる。従って、ワイヤ中のγ相安定化元素が多いほど高温割れの危険性が高く、その中でもＣ及びＣｕはその作用が大きい。ところが、Ｂ、Ｃ、Ｓ、Ｃｕについては、高温割れを防止するためにその添加量を抑制すると、夫々以下のような問題点が発生する。
【００２３】
Ｂの抑制：大入熱・高パス間温度条件下において溶接金属の靭性が低下してしまう。
【００２４】
Ｃの抑制：大入熱・高パス間温度条件下において溶接金属の強度が低下してしまう。
【００２５】
Ｓの抑制：高電流溶接において溶滴の表面張力が大きくなり、スムースな溶滴の離脱を妨げるため、スパッタ発生量が増加すると共に溶接ビードと溶接母材とのなじみが悪くなる。
【００２６】
Ｃｕ（Ｃｕめっき）の抑制：高電流溶接においてコンタクトチップとの通電が不安定となり、コンタクトチップとワイヤの融着、アーク不安定、スパッタ発生量の増加を誘発する。また、ワイヤ先端の溶滴表面が酸素を吸収してしまい、溶接金属中の酸素量が増加してしまうため、靭性が低下してしまう。
【００２７】
＜スパッタ発生及びアーク不安定現象＞
スパッタの発生原因については、一般に次のような現象が認められている。アーク溶接では、溶接ワイヤ先端に形成された溶滴が溶融池へ短絡すると、それに伴って生じる電流の増加によって短絡が開放され、再びアークが発生するといった現象を繰り返す。短絡を開放してアークが再生する際に、溶滴又は溶融池の一部が周囲に飛び散り、これがスパッタとなる。再生したアークの押し上げ作用により、溶接ワイヤ先端に残った溶滴が上方に強く押し上げられ、比較的大塊となった溶滴が溶融池に短絡し、時折、溶滴が溶融池へ移行することなくアークが再発生することがある。その結果、溶滴が溶接ワイヤ先端に大塊のままで残った状態で短絡の開放が行われ、そのアーク力によって大粒又は多量のスパッタが発生する。また、ワイヤ先端で溶滴が大きくなる場合には、アークの反発力により溶滴が激しく揺れ動き、アークが不安定となる。そこで、スパッタ発生及びアーク不安定の防止に対して、溶滴の微細化が必要となる。
【００２８】
本発明者等は、これらの得られた知見を考慮しつつ、高温割れ感受性を高める元素の添加を抑制しながらも、他元素添加量の調整により、従来の入熱４０ｋＪ／ｃｍ、パス間温度３５０℃の大入熱及び高パス間温度溶接でも優れた機械的性質及び優れた溶接作業性を有するソリッドワイヤを以下に述べる方法によって完成した。
【００２９】
即ち、ワイヤ中のＢ量を溶解時、必然的に含有される量以下（≦０．０００９質量％）に規定することによってＢによる低融点化を抑制し、高温割れ感受性を低減した。但し、Ｓｉ：０．５０乃至１．００質量％、Ｍｎ：１．７５乃至２．３０と規定することによって、大入熱・高パス間温度条件下における靭性低下を補う。
【００３０】
ワイヤの全Ｃｕ量を０．３３質量％以下に規制することによって、Ｃｕによるγ相安定化及び結晶粒界偏析を防止し、溶接金属の高温割れ感受性を低減した。更に、ワイヤ表面のめっきＣｕ量を０．１０質量％以上に規制することによって、高電流溶接時のコンタクトチップにおけるワイヤの融着、アーク不安定、スパッタの増大を抑制すると共に、ワイヤ先端の未溶融部分につながる溶滴表面をＣｕが覆い、溶滴の酸素吸収が抑制され溶接金属中の酸素量が減少するため、大入熱・高パス間温度においても靭性を向上させることができた。
【００３１】
ワイヤ中の全Ｓ量を０．０２０質量％以下に規定することにより、Ｓによる低融点化合物の生成を抑制し、高温割れ感受性を低減した。また、別途、ワイヤ表面に付着させたＳ量及び表面から５０μｍ以内の表層部に埋め込んだＳ量の総和を０．０３（ｇ／ワイヤ１０ｋｇ）以上とすることにより溶滴の表面張力を低下させて溶滴の微細化を図り、スパッタ量を低減させた。
【００３２】
次に、本発明にて規定する組成の数値限定理由について詳述する。
【００３３】
Ｃ：０．０１乃至０．０７質量％
Ｃは溶接金属の強度を確保するために有用な元素であり、脱酸元素としての効果もある。一方、上記のようにＣはγ安定化元素である上に過剰に添加すると固液共存温度範囲を拡大するため高温割れ感受性を劣化させる。その含有量が０．０１質量％未満では溶接金属の強度が不足し、０．０７％を超えると高温割れが発生しやすくなるため０．０１乃至０．０７質量％に規定する。
【００３４】
Ｓｉ：０．５０乃至１．００質量％
Ｓｉは脱酸元素として、ＣＯ２溶接やＭＡＧ溶接のワイヤに不可欠な元素である。Ｓｉはその含有量が０．５０％未満では脱酸効果が不十分でブローホールが発生しやすくなる上、溶接母材とのなじみが悪くなり、溶接金属の強度も不足する。また、１．００質量％を超えると溶接金属中の含有量が過多となり靭性が低下し、スラグ量及びスパッタ発生量も増加する。したがって、０．５０乃至１．００質量％に規定する。
【００３５】
Ｍｎ：１．７５乃至２．３０質量％
ＭｎはＳｉとともに脱酸元素として不可欠な元素であるだけでなく、溶接金属の機械的性質を向上させる元素である。Ｍｎの含有量が１．７５質量％未満では溶接金属中の含有量が不足するため十分な強度、靭性を得ることができない。しかしながら、その含有量が２．３０質量％を超えると溶接金属中の含有量が過多となり靭性が劣化し、スラグ量及びスパッタ発生量も増加する。したがって１．７５乃至２．３０質量％に規定する。
【００３６】
Ｔｉ：０．１３乃至０．２８質量％
Ｔｉは比較的入熱の高いガスシールドアーク溶接用ワイヤにおいて、アークを安定させてスパッタを減少させ、ブローホールの発生を防止すると同時に機械的性質を向上させる効果がある。しかしながら、その含有量が０．１３質量％未満ではそれらの効果が乏しく、一方、０．２８質量％を超える場合にはスラグ量が増大する上、靭性も劣化する。したがって、０．１３乃至０．２８質量％に規定する。
【００３７】
Ｐ：０．０２０質量％以下
Ｐは溶接にとって極めて悪影響が大きい元素であり、高温割れ感受性及び低温靭性を著しく劣化させる。したがって、ワイヤ中のＰ含有量はできる限り抑制することが必要であるため本発明では０．０２０質量％以下とした。
【００３８】
Ｃｕめっき部及び原線中のＣｕも含めたワイヤの全Ｃｕ量が０．３３質量％以下であり、かつ、めっきＣｕ量が０．１０質量％以上
Ｃｕめっき部及び原線中のＣｕを含む全Ｃｕ量が０．３３質量％を超えると溶接金属中のＣｕ量が過剰となり、高温割れが極めて発生しやすくなる。また、ワイヤ表面を覆うめっきＣｕ量が０．１０質量％未満であれば、通電が不安定となる上、溶滴表面から酸素を吸収してしまい、溶接金属の靭性が低下する。これに対して、めっきＣｕ量が０．１０質量％以上存在すれば、通電が安定する上、ワイヤ先端の未溶融部分につながる溶滴表面をＣｕが覆い、溶滴の酸素吸収が抑制され溶接金属中の酸素量が減少するため大入熱・高パス間温度においても良好な靭性を呈する。したがって、全Ｃｕ量を０．３３質量％以下、めっきＣｕ量が０．１０質量％以上と規制する。
【００３９】
ワイヤの全Ｓ量が０．００３乃至０．０２０質量％であり、かつ、ワイヤ表面に付着させたＳ量及び表面から５０μｍ以内の表層部に埋め込んだＳ量の総和：０．０３ｇ／１０ｋｇ以上
Ｓは上述したように高温割れ感受性を増大させる元素である。本発明の溶接ワイヤにおいてもワイヤの全Ｓ量が０．０２０質量％を超えると、高温割れが極めて発生しやすくなる。一方、ワイヤ中の全Ｓ量が０．００３質量％未満では溶融池の表面張力が過大となり、ビード形状が凸となるため、溶接母材とのなじみが悪くなる。よって、ワイヤの全Ｓ量を０．００３乃至０．０２０質量％とする。また、ワイヤ表面に付着させたＳ量及び表面から５０μｍ以内の表層部に埋め込んだＳ量の総和を０．０３ｇ／１０ｋｇ以上とすることによって、溶滴の表面張力を低下させ溶滴の微細化を図り、スパッタの発生を抑制することができる。
【００４０】
Ｂが０．０００９質量％以下
Ｂは結晶粒の微細化を促進し靭性を向上させる。したがって、従来の大入熱・高パス間温度下で使用される溶接ワイヤにはある程度以上のＢが含有されている。しかし、上記のようにＢは高温割れ感受性を非常に増大させる欠点も有しており、大入熱・高パス間温度溶接下において、その弊害は特に大きい。したがって、ワイヤ中のＢ量を溶解時、必然的に含有される量である０．０００９質量％以下に規定する。
【００４１】
Ａｓ＋Ｓｂ＋Ｓｎが０．０１質量％以下
凝固の最終段階において、Ａｓ、Ｓｂ及びＳｎなどによる低融点化合物が粒界に濃縮され偏析すると高温割れ感受性を著しく劣化させる。したがって、これら不純物元素については総和が０．０１質量％以下となるように規定する。
【００４２】
Ｍｏ：０．０５乃至０．４５質量％
Ｍｏは溶接金属への微量の添加により焼入れ性を向上させ、大入熱・高パス間温度下において結晶粒の粗大化を防止し、強度及び靭性を向上させる元素である。ワイヤ中のＭｏ量が０．０５質量％未満ではこの効果が得られない。また、０．４５質量％を超えると焼入れ性が高くなりすぎて低入熱溶接時に溶接金属が硬化し、低温割れが発生しやすくなる。従って、０．０５乃至０．４５質量％に規定する。
【００４３】
以下、本発明のソリッドワイヤの製造方法について説明する。通常、鋼ワイヤは溶解、熱間圧延、伸線の工程を経て５ｍｍ径程度に加工され、ワイヤ製造の各工程に原線として供される。溶鋼段階で全体の成分組成を調整した原線は、前処理工程の後、図１の左側のフローチャートに示すように、焼鈍工程、Ｃｕめっき工程、中間伸線工程、仕上げ伸線工程等を経て製品に仕上げられる。又は、図１の右側のフローチャートに示すように、中間伸線工程、焼鈍工程、Ｃｕめっき工程、仕上伸線工程を経て、製品とされる。以下に、前処理工程、焼鈍工程、Ｃｕめっき工程、及び伸線工程の各工程について説明する。
【００４４】
（１）前処理工程
本明細書において、酸洗又は機械的研磨等のスケール除去のための工程を、前処理工程という。この工程において、スケールの噛み込み部分を除去してできるワイヤ表面の酸洗ピット、又はくさび状亀裂を利用して、中間伸線時又は仕上伸線時に塗布した硫化物を、これらのピット又は亀裂に埋め込むことによって、表面及び表層部のＳを濃化させることができる。
【００４５】
（２）焼鈍工程
焼鈍工程においてワイヤ表層部に亀裂状の粒界酸化層を生じさせ、中間伸線時又は仕上げ伸線時に塗布した硫化物を粒界酸化層の亀裂に埋め込むことによって、表面及び表層部のＳを濃化させることができる。但し、酸化力の強い雰囲気において焼鈍すると、太くて深い粒界酸化が生成し、また表層の粒界酸化はスケールロスされるため、粒界酸化の生成状態は不規則なものとなる。本発明ワイヤにおいて、焼鈍工程で深さ５０μｍ以下の細くて均一な粒界酸化を発生させるためには、雰囲気ガスを０．５％ＣＯ以下、０．３％ＣＯ２以下、０．４％Ｏ２以下、残部Ｎ２として、焼鈍温度を７００〜８００℃、焼鈍時間を３０〜１２０分とする必要がある。
【００４６】
（３）Ｃｕめっき工程
溶接ワイヤのめっき方法には、５ｍｍ径程度の原線で行うもの、２ｍｍ径程度の中間径で行うもの、最終製品径で行うものなどがあり、その方法も電気めっき及び化学めっき等、様々である。例えば、本発明ワイヤを、図１の右側のフローチャートに示すように、中間径にて銅シアンめっきで実施するなら、めっき浴温度を６０〜８０℃、ＣｕＣＮ濃度を９０〜１６０ｇ／リットル、ＮａＣＮ濃度を３〜９ｇ／リットル、Ｎａ２ＣＯ３濃度を４０〜１７０ｇ／リットルとする。
【００４７】
（４）伸線工程
中間伸線時又は仕上げ伸線時に硫化物を塗布及び／又は粒界酸化層に埋め込むことによって、表面及び表層部のＳを濃化させる。硫化物はＭｏＳ２、ＷＳ２、ＦｅＳ等により構成された固体粉末を植物油、動物油、鉱物油、合成油のうち１種類を基油とした複合潤滑油中に分散させる。これをワイヤ表面に塗布する方法には伸線潤滑剤としてスキンパスで塗布する方法、又はフェルト等に染み込ませてそれをワイヤ表面に押し付けて塗布する方法、更に複合潤滑剤を霧化し、その霧中にワイヤをくぐらせ、ワイヤ表面に塗布する方法がある。また、塗布したこれらの物質を強固にワイヤ表層部に埋め込む方法としては、中間伸線工程及び仕上伸線工程で穴ダイス又はローラーダイスを使用することにより、前処理工程又は焼鈍工程で、細く均一に発生したワイヤ表層の亀裂又は粒界酸化層に、これらの複合潤滑剤を均一に埋め込む方法がある。
【００４８】
なお、ワイヤ表面及び表面から５０μｍ以内の表層部のＳ量は、次のようにして求められる。ワイヤ全体をエタノール、アセトン又は石油エーテル等の有機溶媒中で超音波洗浄する。洗浄液をろ紙で濾過した後、ろ紙を乾燥させる。このろ紙を乾燥した後、混合水溶液（硫酸（濃硫酸：水が１：１）、濃化塩素酸、濃硝酸を混合した水溶液）により、ろ紙と表面付着物（ＭｏＳ２、ＷＳ２、ＦｅＳ等）とを分解し、溶解する。そして、原子吸光法によりＭｏ、Ｗ、Ｆｅ等を定量化する。この測定量を（ａ）とする。
【００４９】
有機溶媒で洗浄後のワイヤを塩酸溶液に浸漬して溶解することによって、表面から５０μｍ以内の表層部に埋め込まれたＭｏＳ２、ＷＳ２、ＦｅＳ等を遊離させることができる。そして、この溶液をろ紙で濾過した後、上記の方法と同様の過程で、Ｍｏ、Ｗ、Ｆｅ等を定量化する。この測定量を（ｂ）とする。
【００５０】
そうすると、ワイヤ表面及び表面から５０μｍ以内の表層部のＭｏ、Ｗ、Ｆｅ等の総量（ｃ）は下記数式１で算出することができる。
【００５１】
【数１】（ｃ）＝（ａ）＋（ｂ）
【００５２】
そして、（ｃ）をＳ量に換算し、ワイヤ１０ｋｇ当たりの量を算出する。
【００５３】
【実施例】
次に、本発明の実施例について、比較例と比較して具体的に説明する。下記表１（実施例）及び表２（比較例）に示す化学成分のワイヤを使用して、表３に示す大入熱・高パス間温度の試験条件で、図２に示すレ型の開先形状の継手を溶接し、溶接金属の機械的性質（強度、靭性）について試験した。なお、各試験片の採取位置は、図３に示すように、溶接側の表面から７ｍｍ下方の位置を中心とする円柱状の領域を溶接金属の部分から切り出したものである。また、表１及び表２の数値の単位は、表面及び表層のＳ量を除き、質量％である。表面及び表層のＳ量は、ワイヤ１０ｋｇあたりのｇ数である。そして、表４に示す溶接条件にてスパッタ捕集箱の中でビードオンプレート溶接を行い、スパッタを採取し評価した。更に、表３に示す溶接条件、図２に示す開先形状にて溶接を行い、スラグを採取した。また、その際、試験体１時間放置後のスラグ剥離量を別途採取し、スラグ剥離性も評価した。高温割れについてはＣ型冶具拘束突合せ割れ（フィスコ）割れ試験（ＪＩＳ　Ｚ　３１５５）及び表５に示す溶接条件、図４に示す厚板拘束試験体を用いて高温割れの有無を確認した。低温割れについてはＵ型溶接割れ試験（ＪＩＳ　Ｚ３１５７）及び表６に示す溶接条件、図５に示す試験体を用いて窓枠拘束割れ試験を実施し、割れの有無を確認した。下記表７及び８にその試験結果を示す。なお、表９にその判定基準を示す。
【００５４】
【表１】
2004122170.tif 000002
【００５５】
【表２】
2004122170.tif 000003
【００５６】
【表３】
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【００５７】
【表４】
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【００５８】
【表５】
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【００５９】
【表６】
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【００６０】
【表７】
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【００６１】
【表８】
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【００６２】
【表９】
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【００６３】
この表７に示すように、実施例１乃至１８は本発明の請求項１及び２を満足するものであり、表８に示すように、実施例３１，３２は本発明の請求項１のみを満足するものであるので、いずれも強度及び靭性が高く、ビード外観が良好であり、スパッタが少なく、スラグ量も少なく、スラグ剥離性、耐高温割れ性が優れているものであるが、実施例３２は耐低温割れ性が劣るものであった。但し、実施例１はＣが若干少なく、溶接金属の強度が若干低い（５２５Ｎ／ｍｍ２）。実施例３はＳｉがやや少なく、溶接金属の強度が若干低い（５２７Ｎ／ｍｍ２）。また、母材とのなじみがやや悪い。実施例４はＳｉがやや多く、溶接金属の靭性がやや低い（１１０Ｊ）。また、スラグ量及びスパッタ量がやや多い。実施例５はＭｎがやや少なく、溶接金属の強度及び靭性がやや低い（５３１Ｎ／ｍｍ２及び１０６Ｊ）。実施例６はＭｎがやや多く、スラグ量及びスパッタ量がやや多い。実施例１０は表面Ｓが若干少なく、スパッタ量がやや多い。実施例１２はめっきＣｕがやや少なく、溶接金属の靭性がやや低い（１１５Ｊ）。またスパッタ量がやや多い。実施例１３は請求項２を満足する実施例の中で、Ｍｏが若干少ないので、溶接金属の強度がやや低い（５２０Ｎ／ｍｍ２）。実施例１６はＴｉが若干多くスラグ量がやや多い。また、表８に示すように、実施例３１はＭｏが少なく、溶接金属の強度が低い（４９２Ｎ／ｍｍ２）が、ビード外観が良好であり、スパッタが少なく、スラグ量も少なく、スラグ剥離性、耐低温割れ性が優れており、本発明の主目的である耐高温割れ性が優れていた。また実施例３２は、Ｍｏが多く低温割れが発生したが、ビード外観が良好であり、スパッタが少なく、スラグ量も少なく、スラグ剥離性が優れており、本発明の主目的である耐高温割れ性が優れており、低温割れを考慮しなくて良い分野において使用可能である。
【００６４】
これに対し、比較例１９はＣが少なく、溶接金属の強度が低い（５０３Ｎ／ｍｍ２）。比較例２０はＣが多く、高温割れが発生した。比較例２１はＳｉが少なく、溶接金属の強度が低い（４８８Ｎ／ｍｍ２）。また、母材とのなじみがやや悪い。比較例２２はＳｉが多く、溶接金属の靭性が低い（６３Ｊ）。また、スラグ量及びスパッタ量が多い。比較例２３はＭｎが少なく、溶接金属の強度及び靭性が低い（５１２Ｎ／ｍｍ２及び６５Ｊ）。比較例２４はＭｎが多く、溶接金属の靭性が低い（８１Ｊ）。スラグ量及びスパッタ量が若干多い。比較例２５はＰが多く、高温割れが発生した。比較例２６は全Ｓが少なく、母材とのなじみがやや悪い。比較例２７は全Ｓが多く、高温割れが発生した。比較例２８は表面Ｓが少なく、スパッタ量が多い。比較例２９は全Ｃｕが多く、高温割れが発生した。比較例３０はめっきＣｕが少なく、溶接金属の靭性が低い（９５Ｊ）。またスパッタ量が多い。比較例３３はＴｉが少なく、スパッタ量が多い。比較例３４はＴｉが多く、溶接金属の靭性が低い（８５Ｊ）。また、スラグ量が若干多い。比較例３５はＢが多く、高温割れが発生した。比較例３６はＡｓ＋Ｓｂ＋Ｓｎが多く、高温割れが発生した。
【００６５】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、軟鋼及び４９０Ｎ／ｍｍ２級高張力鋼を、入熱４０ｋＪ／ｃｍ、パス間温度３５０℃のような大入熱・高パス間温度での高能率溶接においても、優れた機械的性質の溶接金属が得られると共に、高温割れ感受性が低い溶接金属を得ることができる。また、上記のような大入熱溶接においてもスパッタ量、アーク安定性などの溶接作業性が良好となる。従って、本発明により高能率溶接を実施しながら、従来よりも健全な溶接金属が得られため補修工程も大幅に低減できる上に、溶接作業性が良好であるためオペレータにかかる負担も軽減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ワイヤ製造工程を示すフローチャート図である。
【図２】継手形状を示す図である。
【図３】試験片採取位置を示す図である。
【図４】試験体の形状及び寸法を示す図である。
【図５】拘束板及び試験体の形状及び寸法を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【手続補正書】
【提出日】平成14年10月10日(2002.10.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６０】
【表７】
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【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６１】
【表８】
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