(57)【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：０．２〜０．８％、
Ｍｎ：２．０〜４．０％、
ＡｌのＡｌ2Ｏ3換算値およびＡｌ2Ｏ3の１種または２種の合計：０．１０〜０．９０％を含有し、
フラックスに、
Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値：４．０〜６．８９％、
Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値：０．２〜１．５％、
Ｚｒ酸化物のＺｒＯ2換算値：０．０５〜０．６％、
ＭｇのＭｇＯ換算値：０．２０〜１．００％、
弗素化合物のＦ換算値：０．０１〜０．１５％、
Ｎａ化合物のＮａ2Ｏ換算値およびＫ化合物のＫ2Ｏ換算値の合計：０．０５〜０．３０％、
Ｂｉ：０．００５〜０．０４５％、
スラグ形成剤の合計：５．０〜１０．０％を含有し、
かつ、下記（１）式で定義されるＡ値が５７〜８４を満足し、
残部はＦｅおよび不可避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フラックス入りワイヤ。
Ａ＝｛（［ＴｉＯ2］×２．２＋［ＳｉＯ2］×０．５）／［ＺｒＯ2］｝×０．８＋｛［ＭｇＯ］／［Ａｌ2Ｏ3］｝×１６・・・（１）式
但し、［ＴｉＯ2］、［ＳｉＯ2］、［ＺｒＯ2］は各々酸化物の換算値、［ＭｇＯ］はＭｇのＭｇＯ換算値、［Ａｌ2Ｏ3］はＡｌのＡｌ2Ｏ3換算値およびＡｌ2Ｏ3の１種または２種の合計の含有量（質量％）を示す。
【請求項２】
ワイヤ全質量に対する質量％で、フラックスに、Ｂ：０．００３〜０．０１５％を含有す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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、造船、橋梁、鉄骨等の軟鋼および４９０ＭＰａ級高張力鋼構造物のアーク溶接に用い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に関し、全姿勢溶接での溶接作業性に優れ、特に立向下進姿勢溶接でのアーク状態が良好で、優れたビード形状が得られ、溶接金属の機械的性質も良好な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】
造船、橋梁、建築・鉄骨等の軟鋼および４９０ＭＰａ級高張力鋼の構造物の溶接には、アーク状態が安定してスパッタ発生量が少なく、ビード形状が良好なフラックス入りワイヤによるガスシールドアーク溶接が広く使用され、下向、水平、立向上進、立向下進および上向姿勢等様々な姿勢での溶接が行うことができる全姿勢溶接用フラックス入りワイヤが使用されている。
【０００３】
全姿勢溶接の中で立向下進姿勢溶接は、溶接トーチを左右に振ることなくストレート運棒で溶接するので、立向上進姿勢溶接に比べてトーチ操作が簡単で平滑なビードが得られ、造船、橋梁等で広く使用されているが、溶接部の溶込みが浅く、溶融プールから溶融金属および溶融スラグの垂れ（以下、メタル垂れという。）やスラグ巻込み、融合不良といった溶接欠陥も発生しやすいといったデメリットがあり、立向下進姿勢溶接の溶接作業性にも優れる全姿勢用フラックス入りワイヤが要望されている。
【０００４】
立向下進姿勢用の溶接用フラックス入りワイヤは、例えば、特許文献１に、ＴｉＯ2等の酸化物を極力低減することで、メタル垂れを抑えつつ溶接欠陥を防止できる溶接用フラックス入りワイヤが開示されている。しかし、特許文献１に記載の溶接用フラックス入りワイヤは、鋼板の板厚が２〜６ｍｍの薄鋼板用の立向下進溶接用フラックス入りワイヤに限定され、中・厚鋼板での全姿勢溶接は想定していないため、立向上進姿勢や上向姿勢などの溶接ではメタル垂れが発生してビード外観およびビード形状が不良になるとともに、溶接部への溶け込みも浅く、融合不良等の溶接欠陥が発生しやすく、また、十分な溶接金属の機械的性性質が得られない。
【０００５】
また、特許文献２には、粒径を限定した鉄系Ｓｉ−Ｍｎ合金等をフラックスに所定量含有させることで、高電流域での高速水平すみ肉溶接に使用した場合でも良好な耐プライマ性、ビード外観、ビード形状およびスラグ剥離性が得られ、かつ、立向上進姿勢および立向下進姿勢溶接でのメタル垂れを防止し、スラグ巻込み等の溶接欠陥を防止する溶接用フラックス入りワイヤが開示されている。しかし、特許文献２に記載の溶接用フラックス入りワイヤは、高速すみ肉溶接で優れた溶接作業性を得ることを目的とした全姿勢溶接用の溶接用フラックス入りワイヤで、立向下進姿勢溶接に重点をおいた溶接用フラックス入りワイヤではないので、立向下進姿勢の溶接では溶滴移行性が悪くアーク状態が不安定であり、メタル垂れも発生しやすく、ビード外観およびビード形状が不良になりやすい。
【０００６】
特許文献３には、ワイヤ径を１．３ｍｍとし、溶接用フラックス入りワイヤ中のＴｉＯ2換算値、ＳｉＯ2、ＺｒＯ2、Ｆ換算値、Ｍｇ、Ａｌ2Ｏ3の含有量を適正にすることで、立向下進姿勢溶接においても溶融スラグ先行することなく無欠陥の溶接を行うことができる溶接用フラックス入りワイヤが開示されている。しかし、特許文献３に記載の溶接用フラックス入りワイヤは、ワイヤ径が１．３ｍｍに限定されているため、一般的に用いられる１．２ｍｍ、１．４ｍｍおよび１．６ｍｍの溶接チップおよび送給ローラが使用できず、専用の溶接チップおよびワイヤ送給装置の送給ローラを準備する必要があるため、一般の溶接現場では使用できない。
【０００７】
さらに、特許文献４には、ＴｉＯ2を主成分としたスラグ形成剤の含有量、Ｆｅ酸化物とＡｌの含有量および両者の比率を限定することで、全姿勢溶接でも十分なスラグ被包性、耐気孔性、耐メタル垂れ性が得られる溶接用フラックス入りワイヤが開示されている。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、水平すみ肉溶接でビード形状および耐気孔性を改善することを目的とした全姿勢用溶接用フラックス入りワイヤであり、立向下進姿勢溶接に重点をおいたものではないため、立向下進姿勢での溶接では、溶接部への溶け込みが浅く、融合不良等の溶接欠陥やメタル垂れも発生しやすく、ビード外観およびビード形状が不良になるなど溶接作業性も不十分であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−７１０９５号公報
【特許文献２】特開２０００−３０１３８１号公報
【特許文献３】特開２００９−１４８７７４号公報
【特許文献４】特開２００８−１１９７２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上述した問題を鑑みて案出されたものであり、軟鋼および４９０ＭＰａ級高張力鋼用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、特に立向下進姿勢溶接の溶接作業性が良好で、かつ、機械的性能に優れる溶接金属を得ることができる全姿勢溶接用の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】
【００１０】
本発明者らは、上記課題を解決すべく、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に着目し、鋭意研究を行った。その結果、全姿勢溶接の溶接作業性が良好で、かつ、立向下進姿勢溶接で優れた溶接作業性を得るためには、溶接用フラックス入りワイヤ中のＴｉ酸化物のＴｉＯ2換算値、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値、弗素化合物のＦ換算値、Ｎａ化合物のＮａ2Ｏ換算値およびＫ化合物のＫ2Ｏ含有量の合計、さらにスラグ形成剤の合計量を適正とするとともに、ＭｇのＭｇＯ換算値に対するＡｌのＡｌ2Ｏ3換算値およびＡｌ2Ｏ3の合計量より低く抑え、かつ、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値およびＳｉ酸化物のＳｉＯ2換算値に対するＺｒ酸化物のＺｒＯ2換算値を低く抑えることで、全姿勢溶接の溶接作業性が良好で、かつ、立向下進姿勢溶接のスラグ被包性およびメタル垂れ性を改善してビード外観およびビード形状を良好にするとともに、スラグ巻込みや融合不良等の溶接欠陥を防止できることを知見した。
【００１１】
また、十分な溶接金属の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、ＭｇのＭｇＯ換算値を適正とすることで、必要な溶接金属の強度および靭性が得られることを知見した。
【００１２】
本発明は、これらの知見に基づいて完成したもので、その発明の要旨は次の通りである。
【００１３】
（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：０．２〜０．８％、
Ｍｎ：２．０〜４．０％、
ＡｌのＡｌ2Ｏ3換算値およびＡｌ2Ｏ3の１種または２種の合計：０．１０〜０．９０％を含有し、
フラックスに、
Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値：４．０〜６．８９％、
Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値：０．２〜１．５％、
Ｚｒ酸化物のＺｒＯ2換算値：０．０５〜０．６％、
ＭｇのＭｇＯ換算値：０．２０〜１．００％、
弗素化合物のＦ換算値：０．０１〜０．１５％、
Ｎａ化合物のＮａ2Ｏ換算値およびＫ化合物のＫ2Ｏ換算値の合計：０．０５〜０．３０％、
Ｂｉ：０．００５〜０．０４５％、
スラグ形成剤の合計：５．０〜１０．０％を含有し、
かつ、下記（１）式で定義されるＡ値が５７〜８４を満足し、
残部はＦｅおよび不可避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フラックス入りワイヤ。
Ａ＝｛（［ＴｉＯ2］×２．２＋［ＳｉＯ2］×０．５）／［ＺｒＯ2］｝×０．８＋｛［ＭｇＯ］／［Ａｌ2Ｏ3］｝×１６・・・（１）式
但し、［ＴｉＯ2］、［ＳｉＯ2］、［ＺｒＯ2］は各々酸化物の換算値、［ＭｇＯ］はＭｇのＭｇＯ換算値、［Ａｌ2Ｏ3］はＡｌのＡｌ2Ｏ3換算値およびＡｌ2Ｏ3の１種または２種の合計の含有量（質量％）を示す。
【００１５】
（２）  ワイヤ全質量に対する質量％で、フラックスに、Ｂ：０．００３〜０．０１５％を含有することを特徴とする上記（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。
【発明の効果】
【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によれば、軟鋼および４９０ＭＰａ級高張力鋼板の全姿勢溶接での溶接作業性に優れるとともに、特に、立向下進姿勢溶接でアーク状態が安定して溶接移行がスムーズ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耐メタル垂れ性が良好でビード外観およびビード形状も良好であるなど溶接作業性が良好で、かつ、機械的性能に優れた溶接金属を得ることが可能となる。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１８】
本発明者らは、軟鋼および４９０ＭＰａ級高張力鋼の全姿勢溶接での溶接作業性が良好で、特に立向下進姿勢でのガスシールドアーク溶接のアーク状態および溶接時の溶接移行性が良好で、スラグ被包性、スラグ剥離性、耐メタル垂れ性等の溶接作業性が良好で、かつ、溶接部の強度および靭性等の機械的性質に優れた溶接金属を得るべく、溶接用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。
【００１９】
その結果、下記の事項を見出した。
【００２０】
（ａ）全姿勢溶接の溶接作業性が良好で、かつ、立向下進姿勢溶接で優れた溶接作業性を得るためには、溶接用フラックス入りワイヤ中のＴｉ酸化物のＴｉＯ2換算値、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値、弗素化合物のＦ換算値、Ｎａ化合物のＮａ2Ｏ換算値およびＫ化合物のＫ2Ｏ含有量の合計、さらにスラグ形成剤の合計量を適正とするとともに、ＭｇのＭｇＯ換算値に対するＡｌのＡｌ2Ｏ3換算値およびＡｌ2Ｏ3の合計量より低く抑え、かつ、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値およびＳｉ酸化物のＳｉＯ2換算値に対するＺｒ酸化物のＺｒＯ2換算値を低く抑えることで、全姿勢溶接の溶接作業性が良好で、かつ、立向下進姿勢溶接のスラグ被包性およびメタル垂れ性を改善してビード外観およびビード形状を良好にするとともに、スラグ巻込みや融合不良等の溶接欠陥を防止できることを見出した。
【００２１】
（ｂ）また、十分な溶接金属の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、ＭｇのＭｇＯ換算値を適正とすることで、必要な溶接金属の強度および靭性が得られることを見出した。
【００２２】
本発明はこれらの事項に基づいて、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を決定した。
【００２３】
以下、本発明の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。各成分組成は、ワイヤ全質量に対する質量％で表すこととし、その質量％を表すときには単に％と記載して表すこととする。
【００２４】
まず、溶接用フラックス入りワイヤに含有する鋼製外皮とフラックスの合計の限定理由を述べる。
【００２５】
（Ｃ：０．０２〜０．０８％）
Ｃは、アーク状態を安定させて溶滴移行をスムーズにするとともに、溶接金属中に歩留まって強度を上昇させる効果がある。Ｃが０．０２％未満では、これらの効果が十分に得られず、アーク状態が不安定となって溶滴移行が不規則となり、スパッタ発生量が増加する。また、必要な溶接金属の強度も得られない。一方、Ｃが０．０８％を超えると、Ｃが溶接金属中に過剰に歩留まって強度が過剰に高くなるとともに靱性が低下する。したがって、鋼製外皮とフラックスの合計でＣは０．０２〜０．０８％とする。
【００２６】
なお、Ｃは、鋼製外皮やフラックス中の金属粉および合金粉等から添加される。
【００２７】
（Ｓｉ：０．２〜０．８％）
Ｓｉは、溶接時に溶融スラグとなってビード表面を均一に被包し、全姿勢溶接でのビード外観およびビード形状を良好にするとともに、溶接金属中に歩留まって強度を向上させる効果がある。Ｓｉが０．２％未満では、全姿勢溶接でのビード外観およびビード形状が不良となる。また、必要な溶接金属の強度が得られない。一方、Ｓｉが０．８％を超えると、Ｓｉが溶接金属中に過剰に歩留まって靱性が低下する。したがって、鋼製外皮とフラックスの合計でＳｉは０．２〜０．８％とする。
【００２８】
なお、Ｓｉは、鋼製外皮やフラックス中の金属Ｓｉの他、Ｆｅ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｎ等のＳｉ合金等から添加される。
【００２９】
（Ｍｎ：２．０〜４．０％）
Ｍｎは、Ｓｉと同様、溶接時に溶融スラグとなってビード表面全体を被包し、全姿勢溶接でのビード外観やビード形状を良好にするとともに、溶接金属中に歩留まって強度および靱性を向上させる効果がある。Ｍｎが２．０％未満では、全姿勢溶接でのビード外観およびビード形状が不良になるとともに、必要な溶接金属の強度および靭性が得られない。一方、Ｍｎが４．０％を超えると、Ｍｎが溶接金属中に過剰に歩留まるため、強度が過剰に高くなって靱性が低下する。したがって、鋼製外皮とフラックスの合計でＭｎは２．０〜４．０％とする。
【００３０】
なお、Ｍｎは、鋼製外皮やフラックス中の金属Ｍｎの他、Ｆｅ−Ｍｎ、Ｆｅ−Ｓｉ−ＭｎのようなＭｎ合金等から添加される。
【００３１】
（ＡｌのＡｌ2Ｏ3換算値およびＡｌ2Ｏ3の１種または２種の合計：０．１０〜０．９０％）
ＡｌおよびＡｌ2Ｏ3は、アーク状態を安定化して溶滴移行を良好にするとともに、溶融プール内でＡｌ2Ｏ3の形態になって溶融スラグの粘性および融点を調整し、立向上進姿勢溶接および上向姿勢溶接でのメタル垂れを防止する効果がある。ＡｌのＡｌ2Ｏ3換算値およびＡｌ2Ｏ3の１種または２種の合計が０．１０％未満では、溶融スラグの融点が低くなり、立向上進姿勢溶接および上向姿勢溶接でメタル垂れが発生しやすくなり、ビード外観およびビード形状が不良になる。一方、ＡｌのＡｌ2Ｏ3換算値およびＡｌ2Ｏ3の１種または２種の合計が０．９０％を超えると、溶融スラグの粘性が高くなりすぎるため、全姿勢溶接でスラグ巻込みが発生する。また、ワイヤ先端からの溶滴の離脱が悪くなるため、立向下進姿勢溶接でビード外観およびビード形状が不良になる。したがって、鋼製外皮とフラックスの合計でＡｌのＡｌ2Ｏ3換算値およびＡｌ2Ｏ3の１種または２種の合計は０．１０〜０．９０％とする。
【００３２】
なお、Ａｌは、鋼製外皮やフラックス中の金属Ａｌや、Ｆｅ−Ａｌ等のＡｌ合金等から、Ａｌ2Ｏ3はフラックス中のアルミナ等から添加される。
【００３３】
次に、溶接用フラックス入りワイヤに含有するフラックス成分の限定理由を述べる。
【００３４】
（Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値：４．０〜７．０％）
ルチール、チタンスラグ等からなるＴｉ酸化物は、アーク安定剤として作用し、アーク状態を安定させて溶滴移行をスムーズにするとともに、溶融スラグとなってビード全面を被包してビード外観およびビード形状を良好にする。また、溶融スラグの融点および粘性を調整してメタル垂れを防止する。さらに、一部が溶接金属に歩留ることで、溶接金属のミクロ組織を微細化して靭性を向上させる効果がある。Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値が４．０％未満では、アーク状態が不安定になって溶滴移行が不規則となり、スパッタ発生量が増加する。また、スラグ生成量が少ないので、立向上進姿勢溶接および上向姿勢溶接でメタル垂れが発生しやすくなり、ビード外観およびビード形状が凸状になる。さらに、溶接金属のミクロ組織が粗大化して靭性が低下する。一方、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値が７．０％を超えると、スラグの量が過多となり、立向下進姿勢溶接、立向上進姿勢溶接および上向姿勢溶接でメタル垂れが発生しやすくなってビード外観およびビード形状が不良になるとともに、スラグ巻込みや融合不良等の溶接欠陥が発生しやすくなる。また、溶接金属中の非金属介在物が多くなって靭性が低下する。したがって、フラックス中のＴｉ酸化物のＴｉＯ2換算値は４．０〜７．０％とする。
【００３５】
（Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値：０．２〜１．５％）
珪砂やジルコンサンド、珪酸ソーダ等からなるＳｉ酸化物は、溶融スラグの粘性を調整してスラグ被包性を良好にし、ビード外観およびビード形状を改善する効果がある。Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値が０．２％未満では、溶融スラグの粘性が低くなるので、全姿勢溶接でスラグ被包性が悪くなり、ビード外観およびビード形状も不良となる。一方、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値が１．５％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靭性が低下する。したがって、フラックス中のＳｉ酸化物のＳｉＯ2換算値は０．２〜１．５％とする。
【００３６】
（Ｚｒ酸化物のＺｒＯ2換算値：０．０５〜０．６％）
ジルコンサンドや酸化ジルコン等からなるＺｒ酸化物は、溶融スラグの融点を調整してメタル垂れを防止する効果がある。Ｚｒ酸化物のＺｒＯ2換算値が０．０５％未満では、溶融スラグの融点が低くなり、立向上進姿勢溶接および上向姿勢溶接でメタル垂れが発生しやすくなり、ビード外観およびビード形状が不良になる。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、全姿勢溶接での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０．０５〜０．６％とする。
【００３７】
（ＭｇのＭｇＯ換算値：０．２０〜１．００％）
Ｍｇは、溶融プール内で強脱酸剤として作用し、溶接金属の酸素量を低減して靭性を向上させる効果がある。ＭｇのＭｇＯ換算値が０．２０％未満であると、溶接金属の酸素量が多くなり、靭性が低下する。一方、ＭｇのＭｇＯ換算値が１．００％を超えると、アーク状態が粗くなり、溶滴移行が不規則となってスパッタ発生量が多くなる。したがって、フラックス中のＭｇのＭｇＯ換算値は０．２０〜１．００％とする。
なお、Ｍｇは、フラックス中の金属Ｍｇや、Ａｌ−ＭｇといったＭｇ合金等から添加される。
【００３８】
（弗素化合物のＦ換算値：０．０１〜０．１５％）
弗化ソーダ、氷晶石、弗化アルミ、珪弗化カリ等からなる弗素化合物は、アークの指向性を高めてアーク状態を強く安定させるとともに、溶融スラグの粘性を調整してスラグ被包性を良好にする効果がある。弗素化合物のＦ換算値が０．０１％未満では、アーク状態が不安定になり、溶滴移行が不規則となってスパッタ発生量が増加し、全姿勢溶接でビード外観およびビード形状が不良になる。一方、弗素化合物のＦ換算値が０．１５％を超えると、アーク状態が過剰に強くなってスパッタ発生量が多くなる。また、溶融スラグの粘性が低くなりすぎるため、立向下進姿勢溶接、立向上進姿勢溶接および上向姿勢溶接でメタル垂れが発生しやすくなり、ビード外観およびビード形状が不良になる。したがって、フラックス中の弗素化合物のＦ換算値は０．０１〜０．１５％とする。
【００３９】
（Ｎａ化合物のＮａ2Ｏ換算値およびＫ化合物のＫ2Ｏ換算値の合計：０．０５〜０．３０％）
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換算値の合計が０．０５％未満であると、アーク状態が不安定となり、溶滴移行が不規則となって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、アーク長が長くなって立向下進姿勢溶接、立向上進姿勢溶接および上向姿勢溶接でメタル垂れが発生しやすくなり、ビード外観およびビード形状が不良となる。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換算値の合計は０．０５〜０．３０％とする。
【００４０】
（スラグ形成剤の合計：５．０〜１０．０％）
スラグ形成剤は、立向下進姿勢溶接、立向上進姿勢溶接および上向姿勢溶接において、溶融プール中の溶融金属を保持してメタル垂れを防止しつつ、溶融スラグがビード全面に被包してビード外観およびビード形状を良好にするのに非常に重要なファクターである。スラグ形成剤の合計が５．０％未満であると、立向上進姿勢溶接および上向姿勢溶接で溶融プールを保持する溶融スラグ量が不足し、メタル垂れが発生しやすくなり、ビード外観およびビード形状が不良になる。一方、スラグ形成剤の合計が１０．０％を超えると、スラグ量が過多となり、立向下進姿勢溶接、立向上進姿勢溶接および上向姿勢溶接でメタル垂れが発生しやすくなり、ビード外観およびビード形状が不良になる。したがって、フラックス中のスラグ形成剤の合計は５．０〜１０．０％とする。
【００４１】
なお、スラグ形成剤は、Ｔｉ酸化物、Ｓｉ酸化物、Ｚｒ酸化物、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯ、Ｎａ酸化物、Ｋ酸化物、ＦｅＯ、Ｆｅ2Ｏ3等の酸化物および弗化ソーダ、氷晶石、弗化アルミ、珪弗化カリ等の弗化物の合計をいう。
【００４２】
（Ａ＝｛（［ＴｉＯ2］×２．２＋［ＳｉＯ2］×０．５）／［ＺｒＯ2］｝×０．８＋｛［ＭｇＯ］／［Ａｌ2Ｏ3］｝×１６：５７〜８４）
全姿勢溶接で良好な溶接作業性を維持しつつ、特に立向下進姿勢溶接でのメタル垂れを防止して良好なビード外観およびビード形状を確保するためには、フラックス中のＴｉ酸化物のＴｉＯ2換算値［ＴｉＯ2］、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値［ＳｉＯ2］、Ｚｒ酸化物のＺｒＯ2換算値［ＺｒＯ2］、ＭｇのＭｇＯ換算値［ＭｇＯ］、ＡｌのＡｌ2Ｏ3換算値およびＡｌ2Ｏ3の合計［Ａｌ2Ｏ3］のバランスが非常に重要である。特に、［Ａｌ2Ｏ3］と［ＺｒＯ2］は、溶融スラグの融点を上げて立向下進姿勢溶接でのメタル垂れを防止する重要な酸化物であるが、この割合が多すぎると、溶融スラグの凝固速度が早くなってスラグ被包性が悪くなり、ビード外観およびビード形状が不良となる。よって、全姿勢溶接の溶接作業性が良好で、特に立向下進姿勢溶接で優れた溶接作業性を得るためには、［ＴｉＯ2］と［ＳｉＯ2］の和に対する［ＺｒＯ2］の割合（［ＴｉＯ2］＋［ＳｉＯ2］）／［ＺｒＯ2］（以下、前項という。）と、［ＭｇＯ］に対する［Ａｌ2Ｏ3］の割合［ＭｇＯ］／［Ａｌ2Ｏ3］（以下、後項という。）の合計を低く設定することが有効である。なお、それぞれの係数は、各成分組成が溶接作業性に及ぼす作用効果から実験的に求めた値であり、下記（１）式で示すＡ値によって溶接作業性が左右される。
Ａ＝｛（［ＴｉＯ2］×２．２＋［ＳｉＯ2］×０．５）／［ＺｒＯ2］｝×０．８＋｛［ＭｇＯ］／［Ａｌ2Ｏ3］｝×１６  ・・・（１）式
【００４３】
すなわち、Ａ値が５７未満では、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値［ＴｉＯ2］、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値［ＳｉＯ2］およびＺｒ酸化物のＺｒＯ2換算値［ＺｒＯ2］から算出される前項、および、ＭｇのＭｇＯ換算値［ＭｇＯ］およびＡｌのＡｌ2Ｏ3換算値［Ａｌ2Ｏ3］から算出される後項がともに高くなり、溶融スラグの凝固速度が早くなるので、立向下進姿勢溶接でのスラグ被包性が悪くなり、ビード外観およびビード形状が不良となる。一方、Ａ値が８４を超えると、溶融スラグの融点が低くなりすぎ、立向下進姿勢溶接でのメタル垂れが発生しやすくなり、ビード外観およびビード形状が不良になる。したがって、フラックス中の各酸化物から算出されるＡ値は５７〜８４とする。
【００４４】
（Ｂｉ：０．００５〜０．０４５％）
Ｂｉは、立向下進姿勢溶接でのスラグ剥離性を向上させる効果がある。Ｂｉが０．００５％未満では、その効果が得られず、全姿勢溶接でスラグ剥離性が不良になる。一方、Ｂｉが０．０４５％を超えると、溶接金属中にＢｉが過剰に歩留まり、靭性が低下する。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０．００５〜０．０４５％とする。なお、Ｂｉは、フラックス中の金属Ｂｉ等から添加される。
【００４５】
（Ｂ：０．００３〜０．０１５％）
Ｂは、溶接金属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０．００３％未満では、この効果が得られず、溶接金属の靭性の向上効果が得られない。一方、Ｂが０．０１５％を超えると、低融点のＢが粒界に偏析して全姿勢溶接で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Ｂは、０．００３〜０．０１５％とする。
【００４６】
なお、Ｂは、フラックス中のＦｅ−Ｂ、Ｆｅ−Ｍｎ−ＢといったＢ合金等から添加される。
【００４７】
以上、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成分組成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るものとする。Ｆｅとは、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等からのＦｅであり、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。不可避不純物とは、ＰおよびＳ等の不可避に混入する不純物であり、溶接金属の靭性確保の観点から、Ｐ：０．０２０％以下、Ｓ：０．０２％以下とすることが好ましい。
【００４８】
なお、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あり、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、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るが、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および低温環境での溶接では、低温割れ防止や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。
【００４９】
また、ガスシールドアーク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。
【００５０】
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】
【００５１】
以下、本発明の効果を実施例により具体的に説明する。
【００５２】
ＪＩＳ  Ｇ３１４１  ＳＰＨＣの鋼製外皮（Ｃ：０．０２％、Ｓｉ：０．０１％、Ｍｎ：０．４０％、Ｐ：０．０２％、Ｓ：０．０１％、Ａｌ：０．０３％）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。
【００５３】
【表１】
0006322096.tif 000002
【００５４】
表１に示す各試作ワイヤを用い、立向下進姿勢溶接、立向上進溶接、上向姿勢溶接、水平姿勢溶接でアーク状態の安定性、溶滴移行性、スパッタ発生量、メタル垂れ性、スラグ被包性、スラグ剥離性、ビード外観およびビード形状等の溶接作業性を調査し、溶着金属試験で溶接金属の引張強さおよび吸収エネルギー等の機械的性能の調査を行った。
【００５５】
溶接作業性は、板厚１２ｍｍのＪＩＳ  Ｇ３１０６  ＳＭ４９０Ｂ鋼をＴ字に組み、表２に示す各姿勢の溶接条件にて立向下進すみ肉溶接、立向上進すみ肉溶接、上向きすみ肉溶接、水平すみ肉溶接を行い、アーク状態、溶滴移行、スパッタ発生量、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、ビード外観およびビード形状の良否、高温割れの有無について目視確認にて調査した。また、ＪＩＳ  Ｚ  ３１８１に準じて破断面の観察を行い、スラグ巻込みおよび融合不良等の溶接欠陥の有無を調査した。
【００５６】
【表２】
0006322096.tif 000003
【００５７】
溶着金属試験は、ＪＩＳ  Ｚ  ３１１１に準じ、板厚２０ｍｍのＪＩＳ  Ｇ３１０６  ＳＭ４９０Ｂ鋼を用い、開先角度４５°、ルート間隔１２ｍｍ、裏当付きの試験体を、表２に示す下向姿勢の溶接条件で多層盛溶接を行い、溶着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４９０〜５９０ＭＰａ、シャルピー衝撃試験は試験温度０℃で３本の吸収エネルギーの平均値が４７Ｊ以上を合格とした。それらの結果を表３にまとめて示す。
【００５８】
【表３】
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【００５９】
【表４】
0006322096.tif 000005
【００６０】
表３及び表４中Ｎｏ．２〜７が本発明例、Ｎｏ．８〜２２は比較例である。
【００６１】
本発明例であるＮｏ．２〜７は、溶接用フラックス入りワイヤ中の鋼製外皮とフラックスの合計のＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、ＡｌのＡｌ2Ｏ3換算値およびＡｌ2Ｏ3の含有量の合計が適正で、フラックスのＴｉ酸化物のＴｉＯ2換算値、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値、Ｚｒ酸化物のＺｒＯ2換算値、ＭｇのＭｇＯ換算値、弗素化合物のＦ換算値、Ｎａ化合物のＮａ2Ｏ換算値およびＫ化合物のＫ2Ｏ換算値の合計、Ｂｉ、スラグ形成剤の含有量が適正で、Ａ値も適正であるので、全姿勢溶接でアーク状態が安定していて溶滴移行が良好であり、スパッタ発生量も少なく、メタル垂れも発生せず、スラグ被包性、スラグ剥離性、ビード外観およびビード形状が良好で、スラグ巻込みや融合不良等の溶接欠陥も発生せず、溶接作業性が良好であった。また、溶着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。また、Ｎｏ．２、３、５、６は、フラックス中にＢが添加されているので、溶着金属の吸収エネルギーが極めて良好であった。
【００６２】
これに対して、比較例中、Ｎｏ．８は、鋼製外皮とフラックスの合計のＣが少ないので、全姿勢溶接でアーク状態が不安定で溶滴移行が不規則となり、スパッタ発生量が多く、溶着金属の引張強さが低かった。また、鋼製外皮とフラックスの合計でのＡｌのＡｌ2Ｏ3換算値とＡｌ2Ｏ3の合計が多いので、全姿勢溶接でスラグ巻込みが発生し、立向下進姿勢溶接ではビード外観およびビード形状が不良であった。さらに、フラックス中のＳｉ酸化物のＳｉＯ2換算値が多く、かつ、フラックス中のＢｉが多いので、溶着金属の吸収エネルギーが極めて低かった。
【００６３】
比較例中、Ｎｏ．９は、鋼製外皮とフラックスの合計のＣが多いので、溶着金属の引張強さが過剰に高く、吸収エネルギーが低かった。また、フラックス中のＳｉ酸化物のＳｉＯ2換算値が少ないので、全姿勢溶接でスラグ被包性が悪く、ビード外観およびビード形状が不良であった。さらに、フラックス中のＮａ化合物のＮａ2Ｏ換算値とＫ化合物のＫ2Ｏ換算値の合計が少ないので、全姿勢溶接でアーク状態が不安定で溶滴移行が不規則となり、スパッタ発生量が多かった。
【００６４】
比較例中、Ｎｏ．１０は、鋼製外皮とフラックスの合計のＳｉが多いので、全姿勢溶接でビード外観およびビード形状が不良で、溶着金属の引張強さも低かった。また、フラックス中のＳｉ酸化物のＳｉＯ2換算値が多く、かつ、フラックス中にＢが添加されていないので、溶着金属の吸収エネルギーが極めて低かった。さらに、フラックス中のＺｒ酸化物のＺｒＯ2換算値が多く、かつ、フラックス中にＢｉが添加されていないので、全姿勢溶接でスラグ剥離性が極めて不良であった。
【００６５】
比較例中、Ｎｏ．１１は、フラックス中のＺｒ酸化物のＺｒＯ2換算値が少ないので、立向上進姿勢溶接および上向姿勢溶接でメタル垂れが発生し、ビード外観およびビード形状が不良であった。また、フラックス中の各酸化物から算出されるＡ値が高いので、立向下進姿勢溶接でメタル垂れが発生し、ビード外観およびビード形状が不良であった。
【００６６】
比較例中、Ｎｏ．１２は、鋼製外皮とフラックスの合計のＭｎが少ないので、全姿勢溶接でビード外観およびビード形状が不良で、溶着金属の引張強さが低く、かつ、フラックス中にＢが添加されていないので、溶接金属の吸収エネルギーが極めて低かった。また、フラックス中のＭｇのＭｇＯ換算値が多いので、全姿勢溶接でアークが粗くなって溶滴移行が不規則になり、スパッタ発生量が多かった。
【００６７】
比較例中、Ｎｏ．１３は、鋼製外皮とフラックスの合計のＭｎが多いので、溶着金属の引張強さが過剰に高く、かつ、フラックス中にＢが添加されていないので、吸収エネルギーが極めて低かった。また、フラックス中のスラグ形成剤の合計が少ないので、立向上進姿勢溶接および上向姿勢溶接でメタル垂れが発生し、ビード外観およびビード形状が不良であった。
【００６８】
比較例中、Ｎｏ．１４は、鋼製外皮とフラックスの合計のＡｌのＡｌ2Ｏ3換算値とＡｌ2Ｏ3の合計が少ないので、立向上進姿勢および上向姿勢溶接でメタル垂れが発生し、ビード外観およびビード形状が不良であった。
【００６９】
比較例中、Ｎｏ．１５は、フラックス中のＴｉ酸化物のＴｉＯ2換算値が少ないので、全姿勢溶接でアーク状態が不安定で溶滴移行が不規則となり、スパッタ発生量が多く、立向上進姿勢溶接および上向姿勢溶接でメタル垂れが発生し、ビード外観が不良でビード形状が凸状になり、溶着金属の吸収エネルギーが低かった。また、各酸化物から算出されるＡ値が低いので、立向下進姿勢溶接でスラグ被包性が悪く、ビード外観およびビード形状が不良であった。
【００７０】
比較例中、Ｎｏ．１６は、フラックス中のＴｉ酸化物のＴｉＯ2換算値が多いので、立向下進姿勢溶接、立向上進姿勢溶接および上向姿勢溶接でメタル垂れが発生し、ビード外観およびビード形状が不良で、スラグ巻込みおよび融合不良が発生し、かつ、フラックス中にＢが添加されていないので、溶着金属の吸収エネルギーが極めて低かった。また、フラックス中にＢｉが添加されていないので、全姿勢溶接でスラグ剥離性が不良であった。
【００７１】
比較例中、Ｎｏ．１７は、各酸化物から算出されるＡ値が高いので、立向下進姿勢溶接でメタル垂れが発生し、ビード外観およびビード形状が不良であった。
【００７２】
比較例中、Ｎｏ．１８は、フラックス中の弗素化合物のＦ換算値が少ないので、全姿勢溶接でアーク状態が不安定で溶滴移行が不規則となり、スパッタ発生量が多く、ビード外観およびビード形状が不良であった。
【００７３】
比較例中、Ｎｏ．１９は、フラックス中のＭｇのＭｇＯ換算値が少なく、かつ、フラックス中のＢが少ないので、溶着金属の吸収エネルギーが極めて低かった。また、フラックス中の弗素化合物のＦ換算値が多いので、全姿勢溶接でアークが強くなってスパッタ発生量が多く、立向下進姿勢溶接、立向上進姿勢溶接および上向姿勢溶接でメタル垂れが発生し、ビード外観およびビード形状が不良であった。
【００７４】
比較例中、Ｎｏ．２０は、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換算値の合計が多いので、立向下進姿勢溶接、立向上進姿勢溶接および上向姿勢溶接でメタル垂れが発生し、ビード外観およびビード形状が不良であった。また、フラックス中のＢが多いので、全姿勢溶接で高温割れが発生した。
【００７５】
比較例中、Ｎｏ．２１は、フラックス中のスラグ形成剤の合計が多いので、立向下進姿勢溶接、立向上進姿勢溶接および上向姿勢溶接でメタル垂れが発生し、ビード外観およびビード形状が不良であった。
【００７６】
比較例中、Ｎｏ．２２は、鋼製外皮とフラックスの合計でＳｉが多いので、溶着金属の吸収エネルギーが極めて低かった。また、フラックス中のＺｒ酸化物のＺｒＯ2換算値が多く、かつ、フラックス中のＢｉが少ないので、全姿勢溶接でのスラグ剥離性が不良であった。