(57)【要約】【課題】プライマ塗布鋼板のすみ肉溶接において、スパッタの発生量が少なく、優れた耐ピット性が得られ、さらに良好なビード形状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を提供することを目的とする。【解決手段】製鋼外皮内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、ＺｒＯ２を０．７〜１．５％、Ｔｉ酸化物がＴｉＯ２換算値で１．５〜３．５％、ＳｉＯ２を０．５〜１．０％含有し、金属および合金の形で添加されるＳｉおよびＭｎのＭｎ／Ｓｉが２．５〜４．０であることを特徴とする。また、ワイヤ全質量に対する質量％で、スラグ形成剤成分の合計が４〜７％であ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】
製鋼外皮内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、ＺｒＯ２を０．７〜１．５％、Ｔｉ酸化物がＴｉＯ２換算値で１．５〜３．５％、ＳｉＯ２を０．５〜１．０％含有し、金属および合金の形で添加されるＳｉおよびＭｎのＭｎ／Ｓｉが２．５〜４．０であることを特徴とする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、前記ＺｒＯ２、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ２換算値及びＳｉＯ２を含むスラグ形成剤成分の合計が４〜７％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フラックス入りワイヤ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ウォッシュプライマ、無機ジンクプライマ等のプライマを塗布した鋼板のすみ肉溶接において、スパッタの発生量の増加およびビード形状を劣化させることなく、優れた耐ピット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。
【０００２】
【従来の技術】
造船や橋梁分野では全溶接長に占めるすみ肉溶接の比率が高く、それら鋼材の多くには製造期間中の発錆防止のために無機ジンクプライマやウォッシュプライマが塗布されているため、ビード表面にピットが発生して問題となる。
【０００３】
特にウォッシュプライマ塗布鋼板のすみ肉溶接においては、溶接熱によるウォッシュプライマの熱分解ガスの発生量が多く、ピットが発生しやすく、このため予めプライマを除去して溶接したり、溶接速度を遅くして行うなど能率低下が問題となる。また、無機ジンクプライマ塗布鋼板についても、プライマ塗布膜厚のばらつきやＴ字すみ肉の上板端面及びその近傍にはプライマが厚くたまりやすく、このような部材のすみ肉溶接ではピットが多発する。
【０００４】
従来のプライマ塗布鋼板対応のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤとして、充填フラックス中に水素源化合物を含有させて、溶融金属からのガスの浮上を促進するという高水素ＴｉＯ２系ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤがある（例えば、特許文献１）。しかし、高水素系ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤの場合、十分な耐プライマ性を得るためには溶接速度を３０ｃｍ／ｍｉｎ程度以下に遅くしなければならず溶接能率が低い。また溶接金属中の水素量が多くなるため耐割れ性の観点より適用する板厚に制限があり、さらに水素源化合物に起因してアーク状態が粗くスパッタ発生量が多くなるという欠点がある。
【０００５】
また、金属弗化物や金属炭酸塩を含有させた低水素から中水素系のＴｉＯ２系ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤの提案がある（例えば、特許文献２）。しかし、このガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤではビード形状が十分ではない。
【０００６】
また、高速溶接で優れたビード形状および作業性を得ることを目的とした技術が提案されている（例えば、特許文献３）。しかし、本技術ではプライマ塗布鋼板に適用した場合の耐ピット性は十分ではない。
【０００７】
さらに、ＺｒＯ２、ＳｉＯ２およびＴｉＯ２の総量とＦｅＯおよびＭｎＯの総量とＮａ２ＯおよびＫ２Ｏの総量を限定してプライマ塗布鋼板に適用した場合の耐ピット性を良好にするガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤの提案がある（例えば、特許文献４）。しかし、このガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤでは耐ピット性に有効であってもビード形状が劣化しやすい傾向があった。
【０００８】
【特許文献１】
特開昭６４−５６９９号公報
【特許文献２】
特開平３−１８０２９８号公報
【特許文献３】
特開平９−９４６９２号公報
【特許文献４】
特開２０００−４２７８７号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、プライマ塗布鋼板のすみ肉溶接において、スパッタの発生量が少なく、優れた耐ピット性が得られ、さらに良好なビード形状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を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記課題を解決するために、種々のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤを試作して、プライマ塗布鋼板のすみ肉溶接に適用し、スパッタ発生量、耐ピット性およびビード形状におよぼす影響を調べた。その結果、フラックス中に適量のＺｒＯ２、ＴｉＯ２およびＳｉＯ２を含有させ、Ｍｎ／Ｓｉ値を適正にすることによって、スパッタの発生量が少なく、優れた耐ピット性が得られ、さらに良好なビード形状を得ることができることを見出し、本発明を完成した。
【００１１】
本発明の要旨は、製鋼外皮内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、ＺｒＯ２を０．７〜１．５％、Ｔｉ酸化物がＴｉＯ２換算値で１．５〜３．５％、ＳｉＯ２を０．５〜１．０％含有し、金属および合金の形で添加されるＳｉおよびＭｎのＭｎ／Ｓｉが２．５〜４．０であることを特徴とする。
【００１２】
また、ワイヤ全質量に対する質量％で、前記ＺｒＯ２、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ２換算値及びＳｉＯ２を含むスラグ形成剤成分の合計が４〜７％であることを特徴とするガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤにある。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を詳細に説明する。本発明者らは、種々のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤを試作して、プライマ塗布鋼板のすみ肉溶接に適用し、スパッタ発生量、耐ピット性およびビード形状におよぼす影響を調べた。プライマ塗布鋼板とは、無機ジンクプライマやウォッシュプライマ等のプライマが塗布されている鋼板である。
【００１４】
プライマ塗布鋼板をアーク溶接する際には、溶接時のアーク熱によってプライマが分解されＨ２やＣＯ等のガスが発生する。これらの発生したガスは耐ピット性等に悪影響を与える。
【００１５】
溶接中に発生するガスの放出には溶接金属の粘性及びスラグの粘性等の影響が大きい。溶接時の溶接金属の粘性及びスラグの粘性等を適正にし、かつ、アーク安定性、スラグ被包性等を適正にすべく、フラックス中に適量のＺｒＯ２、ＴｉＯ２およびＳｉＯ２を含有させ、Ｍｎ／Ｓｉ値を適正にすることによって、スパッタの発生量が少なく、優れた耐ピット性が得られ、さらに良好なビード形状を得ることができることを見出した。
【００１６】
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成分組成およびその含有量の限定理由について説明する。なお、以下に述べる各成分組成の含有量は、ワイヤ全質量に対する質量％で示す。
【００１７】
ＺｒＯ２は、ジルコンサンドおよび酸化ジルコニウム等より添加され、少量でスラグ被包性を改善し、ビード形状を改善するスラグ形成剤として作用する。ＺｒＯ２を添加することによりスラグの凝固温度が高くなり、スラグの凝固が早くなるが、他のスラグ形成剤と比較して、その添加量が同量であっても生成スラグの厚みが薄くなるので、耐ピット性に有効である。０．７％未満であると、スラグの凝固温度は低下し凝固は遅くなるので耐ピット性に有効と思われるが、スラグ厚みが増加するので、耐ピット性が悪くなる。一方、１．５％を超えると、スパッタ発生量が増加するとともに、ビードにスラグが均一に被包し難くなるので、スラグ除去が困難となり、溶接作業性が悪くなる。
【００１８】
ＴｉＯ２は、スラグ形成剤の主成分であり、Ｔｉ酸化物のルチール、酸化チタン、チタン酸ソーダ、チタンスラグ、イルミナイト等から添加される。ビード全体を均一に包被して、ビード形状を整える役目を果たす。また、アークを持続して安定させ、スパッタ発生量を低減させる効果がある。Ｔｉ酸化物がＴｉＯ２換算値で１．５％未満であると、スラグ生成量が不足して、ビードを均一に包被できずに、ビード形状を美麗に整えることができなくなる。また、アークを安定させる効果がなくなり、スパッタ発生量も増加する。一方、３．５％を超えると、アークは安定し、スパッタ発生量は減少するが、スラグ厚みが厚くなり、ガスの放出が阻害されるので、耐ピット性が悪くなる。
【００１９】
ＳｉＯ２は、珪砂、ジルコンサンド等より添加され、スラグ形成剤として作用し、少量でスラグ粘性を大きくする効果がある。０．５％未満であると、スラグ形成剤としての効果が無くスラグ被包性が悪くなり、ビード形状が劣化する。一方、１．０％を超えると、スラグの粘性が増大し、ガスの放出が阻害されるので、耐ピット性が悪くなる。
【００２０】
Ｍｎ／Ｓｉは、溶接金属の粘性に影響する。Ｍｎは金属マンガン、フェロマンガン等より添加され、Ｓｉは金属シリコン、フェロシリコン等から添加される。Ｍｎ／Ｓｉが大きくなれば溶接金属の粘性が低下し、逆にＭｎ／Ｓｉが小さくなると溶接金属の粘性は高くなる。溶接金属の粘性を低くすると溶接金属中から発生するガスを早く抜けさせるので、耐ピット性を向上させることができる。Ｍｎ／Ｓｉが２．５未満であると、溶接金属の粘性が高くなるので、ガスが抜けにくくなり、耐ピット性が悪くなる。一方、４．０を超えると、逆に溶接金属の粘性が低くなり、ビード形状が凸になる。また、ＭｎおよびＳｉは脱酸剤、強度向上等のために添加されるが、Ｓｉは０．２〜１．３％、Ｍｎは１．３〜２．９％の範囲内であることが望ましい。なお、その他の金属粉として、溶着量の増加や機械的性質の改善のために鉄粉、Ａｌ、Ｍｇ、Ｔｉ等をワイヤ全質量に対する質量％で合計８％以下の範囲で添加しても良い。
【００２１】
スラグ形成剤は、アーク安定性、スラグ被包性等に影響する。成分としては、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、ＦｅＯ、Ｋ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ等があるが、これらのスラグ形成剤成分の合計が４％未満であると、スラグ被包性が悪くなり、ビード形状が劣化する。一方、スラグ形成剤成分の合計が７％を超えると、スラグ厚みが厚くなり、ガスの放出が阻害されるので、耐ピット性が悪くなる。本発明のガスシールドアーク溶接用ワイヤの断面形状は、開口部のないシームレスフラックス入りワイヤおよび各種形状の合わせ目有りのフラックス入りワイヤ、いずれをも用いることができる。
【００２２】
【実施例】
以下、実施例により本発明の効果をさらに詳細に説明する。
【００２３】
まず、鋼製外皮にＪＩＳ  Ｇ３１４１  ＳＰＣＣ帯鋼を使用し、表１に示す各種フラックスを充填し、伸線して１．２ｍｍ径のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤを試作した。
【００２４】
次に、これらのワイヤを使用して、板厚１２ｍｍの無機ジンクプライマ塗布鋼板（ＪＩＳ  Ｇ３１０６  ＳＭ４９０Ａ、プライマ膜厚３５〜４０μｍ）をＴ字すみ肉試験体（長さ１０００ｍｍ）とし、片側づつ両側に表２に示す溶接条件で水平すみ肉溶接を行い、ピット発生数、スパッタ発生量、スラグ剥離性およびビード形状を調査した。スパッタ発生量の測定は、銅製の捕集箱を用いて発生したスパッタ全量を捕集し、１分間当たりの発生量に換算した。なお、プライマ塗布鋼板でのスパッタ発生量は４ｇ／ｍｉｎ以下が良好である。それらの調査結果を表３にまとめて示す。
【００２５】
【表１】
2004243350.tif 000002
【００２６】
【表２】
2004243350.tif 000003
【００２７】
【表３】
2004243350.tif 000004
【００２８】
表３中Ｎｏ．１〜９が本発明例、Ｎｏ．１０〜１９は比較例である。本発明例であるＮｏ．１〜９は、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２およびスラグ剤成分の合計量が適量でＭｎ／Ｓｉも適正であるので、ピットの発生はなく、スパッタ発生量が少なく、スラグ剥離性およびビード形状も良好で、極めて満足な結果であった。
【００２９】
比較例中Ｎｏ．１０は、ＺｒＯ２が少ないので、スラグの厚みが増加してガス抜けが悪くなりピットが発生した。
【００３０】
Ｎｏ．１１は、ＺｒＯ２が多いので、スパッタ発生量が多く、ビードにスラグが被包しない部分が発生してスラグ剥離性が不良となった。
【００３１】
Ｎｏ．１２は、ＴｉＯ２が少ないので、アークが不安定でスパッタ発生量が多く、またスラグがビードを均一に被包できずビード形状が不良でスラグ剥離性も悪かった。
【００３２】
Ｎｏ．１３は、ＴｉＯ２が多いので、ピットが多数発生した。
【００３３】
Ｎｏ．１４は、ＳｉＯ２が少ないので、スラグ被包性が悪くなり、ビード形状が不良であった。
【００３４】
Ｎｏ．１５は、ＳｉＯ２が多いので、スラグ粘性が増大し、ガスの放出が阻害されたのでピットが発生した。
【００３５】
Ｎｏ．１６は、Ｍｎ／Ｓｉが低いので、溶接金属の粘性が高くなり、ガス抜けが悪くなりピットが発生した。
【００３６】
Ｎｏ．１７は、Ｍｎ／Ｓｉが高いので、溶接金属の粘性が低くなり、ビード形状が凸になった。
【００３７】
Ｎｏ．１８は、スラグ形成剤成分の合計が高いので、スラグ厚みが厚くなり、ガスの放出が阻害されてピットが発止した。また、Ｍｎ／Ｓｉが高いので、溶接金属の粘性が低くなり、ビード形状も凸になった。
【００３８】
Ｎｏ．１９は、スラグ形成剤成分の合計が低いので、スラグ被包性が悪くビード形状が不良であった。また、Ｍｎ／Ｓｉが低いので、溶接金属の粘性が高くなり、ガス抜けが悪くなりピットも発生した。
【００３９】
【発明の効果】
以上詳述したように、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によれば、プライマ塗布鋼板のすみ肉溶接においても耐ピット性が極めて良好であり、スパッタの発生量が少なく、さらに良好なスラグ剥離性およびビード形状を得ることができる。