(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素を０．２０〜１．００質量％含有する炭素鋼を母材として用いる消耗電極式ガスシールドアーク溶接方法において、下記式（１）〜（３）を満足する条件でフィラーワイヤを送給する、消耗電極式ガスシールドアーク溶接方法。
０≦ＷＣ＋ＢＣ×ＦＷＲ−ＷＣ×ＦＷＲ≦０．１５              （１）
ＦＷＲ＝−０．８×ＦＷｗ／ＴＷｗ＋０．７                    （２）
ＷＣ＝ＡＷＣ×ＡＷｗ／ＴＷｗ＋ＦＷＣ×ＦＷｗ／ＴＷｗ        （３）
（式（１）〜（３）中、ＢＣ、ＦＷＲ、ＷＣ、ＦＷＣ、ＡＷＣ、ＦＷｗ、ＡＷｗ及びＴＷｗはそれぞれ以下を表す。
ＢＣ：母材中の炭素含有量［質量％］
ＦＷＲ：フィラーワイヤの重み係数
ＷＣ：ワイヤ炭素量の加重平均［質量％］
ＦＷＣ：フィラーワイヤの炭素含有量［質量％］
ＡＷＣ：アークワイヤの炭素含有量［質量％］
ＦＷｗ：フィラーワイヤの溶加量［ｇ／分］
ＡＷｗ：アークワイヤの溶着量［ｇ／分］
ＴＷｗ：フィラーワイヤの溶加量とアークワイヤの溶着量の和［ｇ／分］）
【請求項２】
前記フィラーワイヤをアークの進行方向後方から挿入する、請求項１に記載の消耗電極式ガスシールドアーク溶接方法。
【請求項３】
前記フィラーワイヤがソリッドワイヤであり、前記ソリッドワイヤはその全質量を基準として、
Ｃ：０〜０．０２質量％、
Ｓｉ：０〜１．１０質量％、
Ｍｎ：０〜２．１０質量％、
Ｐ：０〜０．０２０質量％、及び、
Ｓ：０〜０．０２０質量％を含有し、
残部がＦｅ及び不可避不純物である、請求項１又は２に記載の消耗電極式ガスシールドアーク溶接方法。
【請求項４】
前記フィラーワイヤとしての前記ソリッドワイヤが、さらに、Ｃｕ：０．１０〜０．４０質量％、及び、Ｔｉ＋Ｚｒ：０．０２〜０．３０質量％からなる群から選ばれる少なくとも１種を含有する、請求項３に記載の消耗電極式ガスシールドアーク溶接方法。
【請求項５】
前記フィラーワイヤがメタル系フラックス入りワイヤであり、前記メタル系フラックス入りワイヤはその全質量を基準として、
Ｃ：０〜０．０２質量％、
Ｓｉ：０〜１．００質量％、
Ｍｎ：０〜１．７０質量％、
Ｐ：０〜０．０２０質量％、及び、
Ｓ：０〜０．０２０質量％を含有し、
残部がＦｅ及び不可避不純物である、請求項１又は２に記載の消耗電極式ガスシールドアーク溶接方法。
【請求項６】
前記アークワイヤがソリッドワイヤであり、前記ソリッドワイヤはその全質量を基準として、
Ｃ：０．０２〜０．１５質量％、
Ｓｉ：０．２０〜１．１０質量％、
Ｍｎ：０．４０〜２．１０質量％、
Ｐ：０〜０．０３０質量％、及び、
Ｓ：０〜０．０３０質量％を含有し、
残部がＦｅ及び不可避不純物である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の消耗電極式ガスシールドアーク溶接方法。
【請求項７】
前記アークワイヤとしての前記ソリッドワイヤが、さらに、Ｃｕ：０．１０〜０．４０質量％、及び、Ｔｉ＋Ｚｒ：０．０２〜０．３０質量％からなる群から選ばれる少なくとも１種を含有する、請求項６に記載の消耗電極式ガスシールドアーク溶接方法。
【請求項８】
前記アークワイヤがメタル系フラックス入りワイヤであり、前記メタル系フラックス入りワイヤはその全溶着金属の質量を基準として、
Ｃ：０．０２〜０．１５質量％、
Ｓｉ：０．２０〜１．１０質量％、
Ｍｎ：０．４０〜２．００質量％、
Ｐ：０〜０．０３０質量％、及び、
Ｓ：０〜０．０３０質量％を含有し、
残部がＦｅ及び不可避不純物である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の消耗電極式ガスシールドアーク溶接方法。
【請求項９】
前記アークワイヤとしての前記メタル系フラックス入りワイヤが、さらに、Ｎｉ：０．１０〜０．８０質量％、及び、Ｍｏ：０．０５〜０．３０質量％からなる群から選ばれる少なくとも１種を含有する、請求項８に記載の消耗電極式ガスシールドアーク溶接方法。
【請求項１０】
前記アークワイヤがスラグ系フラックス入りワイヤであり、前記スラグ系フラックス入りワイヤがその全溶着金属の質量を基準として、
Ｃ：０．０２〜０．１５質量％、
Ｓｉ：０．２０〜１．１０質量％、
Ｍｎ：０．４０〜２．００質量％、
Ｐ：０〜０．０３０質量％、及び、
Ｓ：０〜０．０３０質量％を含有し、
残部がＦｅ及び不可避不純物である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の消耗電極式ガスシールドアーク溶接方法。
【請求項１１】
前記アークワイヤとしての前記スラグ系フラックス入りワイヤが、さらに、Ｎｉ：０．１０〜０．８０質量％、及び、Ｍｏ：０．０５〜０．３０質量％からなる群から選ばれる少なくとも１種を含有する、請求項１０に記載の消耗電極式ガスシールドアーク溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、消耗電極式ガスシールドアーク溶接方法に関し、特に、中・高炭素鋼を母材とする消耗電極式ガスシールドアーク溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
機械構造用炭素鋼鋼板（ＪＩＳ  Ｇ４０５１：２００９）をはじめとする中・高炭素含有率の鋼材（中・高炭素鋼ともいう）は、構造物の製造に広く利用されている。ここで、中・高炭素鋼を利用した構造物の製造においては部材の接合に溶接が行われているが、中・高炭素鋼の溶接では割れが問題となり、溶接の施工が困難となる場合がある。
【０００３】
中でも、中・高炭素鋼の溶接では特に凝固割れが問題となる。凝固割れの主原因は炭素である。ここで、中・高炭素鋼の溶接にあたって低炭素の溶接材料を使用することが考えられるが、この場合にも溶接時には母材も溶融し、母材と溶接材料が一体となって溶接金属を形成する（以下、母材による希釈ともいう）。したがって、溶接金属の炭素含有量を割れが発生しない程度の炭素量まで低下させることは容易ではない。
【０００４】
ここで、特許文献１には、母材による希釈を抑制し、溶接金属部の凝固割れを防止できる高炭素鋼材の狭開先溶接方法として、高炭素鋼材からなる母材間の初層溶接予定位置に、炭素含有量が０．１０重量％以下の低炭素鋼のスペーサ部材を介在させ、該スペーサ部材上に溶接金属を積層することを特徴とする高炭素鋼材の狭開先溶接方法が開示されている。また、スペーサ部材をバタリング溶接金属あるいはインサート鋼板で形成することが開示されている。
【０００５】
また、特許文献２には、炭素含有量が０．２０％を超える鋼を多電極ワイヤによりサブマージアーク溶接する際に、前記多電極ワイヤのうち少なくとも１極においてアークを発生させずにワイヤを溶融池に送給することを特徴とする高炭素鋼のサブマージアーク溶接方法が開示されている。また、電極ワイヤの成分組織は、溶接金属の炭素含有量を抑える観点から、実用的にはＣ：０．１０％以下が適当であり、また、他の成分については、割れ防止の観点からＳｉ：０．１０％以下、Ｐ：０．０１０％以下、Ｓ：０．０１０％以下であることが望ましいと開示されている。
【０００６】
また、特許文献３には、シングルワイヤ方式から、溶接条件が複数変更される場合においても連続作業が可能なダブルワイヤ方式に容易に移行できる溶接装置及びこれを用いた溶接方法が開示されている。また、フィラーワイヤを溶融池に挿入することにより、溶融池の温度を低く抑え、パッカリング現象の発生や、黒紛付着（酸化物付着）、凝固割れといった不具合も抑制されることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭５８−６８４８１号公報
【特許文献２】特開昭６３−４３７７３号公報
【特許文献３】特開２００４−１４８３７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１には、その高炭素鋼材の狭開先溶接方法は、母材による希釈が最も高くなる溶接初層の被溶接部の大部分を低炭素鋼のスペーサ部材に置き換えることで溶接金属の炭素量を低減させる方法であると開示されている。しかしながら、スペーサ部材をバタリング溶接金属で形成する場合にはバタリングの工数が多く、作業能率面で問題がある。また、スペーサ部材をインサート鋼板で形成する場合にも、インサート鋼板の融合不良に起因する欠陥が発生するとの問題がある。
【０００９】
また、特許文献２には、そのサブマージアーク溶接方法であれば、多電極ワイヤのうちアークを発生させない極は母材からの成分の溶出なしに低炭素ワイヤを溶融池に供給できるため、母材からの成分の溶出防止及びワイヤによる積極希釈の両面から溶接金属の炭素含有量が低減され、溶接割れを防止できることが記載されている。しかしながら、特許文献２はサブマージアーク溶接方法に関するものであり、ガスシールドアーク溶接については何ら記載していない。また、特許文献２に記載されたワイヤ組成では脱酸剤が少なすぎるため、ガスシールドアーク溶接に適用すると気孔欠陥や溶接作業性の悪化が問題となり、健全な溶接金属を得られないと考えられる。
【００１０】
また、特許文献３に記載の溶接装置及び溶接方法は溶接の施行能率の確保を主な目的とするものであり、凝固割れについて言及しているものの、冶金的な観点からの検討は全くなされていない。
【００１１】
本発明は、中・高炭素鋼を母材として消耗電極式ガスシールドアーク溶接を行う際に、溶接金属の割れ、特に凝固割れの発生を抑制ないし防止できる消耗電極式ガスシールドアーク溶接方法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】
【００１２】
本発明者らは鋭意検討を重ねた結果、中・高炭素鋼を母材として消耗電極式ガスシールドアーク溶接を行うにあたって、特定の関係を満足する条件でフィラーワイヤを送給することにより前記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１３】
すなわち、本発明は、炭素を０．２０〜１．００質量％含有する炭素鋼を母材として用いる消耗電極式ガスシールドアーク溶接方法において、下記式（１）〜（３）を満足する条件でフィラーワイヤを送給する、消耗電極式ガスシールドアーク溶接方法を提供する。
０≦ＷＣ＋ＢＣ×ＦＷＲ−ＷＣ×ＦＷＲ≦０．１５              （１）
ＦＷＲ＝−０．８×ＦＷｗ／ＴＷｗ＋０．７                    （２）
ＷＣ＝ＡＷＣ×ＡＷｗ／ＴＷｗ＋ＦＷＣ×ＦＷｗ／ＴＷｗ        （３）
（式（１）〜（３）中、ＢＣ、ＦＷＲ、ＷＣ、ＦＷＣ、ＡＷＣ、ＦＷｗ、ＡＷｗ及びＴＷｗはそれぞれ以下を表す。
ＢＣ：母材中の炭素含有量［質量％］
ＦＷＲ：フィラーワイヤの重み係数
ＷＣ：ワイヤ炭素量の加重平均［質量％］
ＦＷＣ：フィラーワイヤの炭素含有量［質量％］
ＡＷＣ：アークワイヤの炭素含有量［質量％］
ＦＷｗ：フィラーワイヤの溶加量［ｇ／分］
ＡＷｗ：アークワイヤの溶着量［ｇ／分］
ＴＷｗ：フィラーワイヤの溶加量とアークワイヤの溶着量の和［ｇ／分］）
【００１５】
また、本発明の消耗電極式ガスシールドアーク溶接方法においては、前記フィラーワイヤをアークの進行方向後方から挿入することが好ましい。
【００１６】
また、本発明の消耗電極式ガスシールドアーク溶接方法においては、前記フィラーワイヤがソリッドワイヤであってもよい。その場合、前記ソリッドワイヤはその全質量を基準として、Ｃ：０〜０．０２質量％、Ｓｉ：０〜１．１０質量％、Ｍｎ：０〜２．１０質量％、Ｐ：０〜０．０２０質量％、及び、Ｓ：０〜０．０２０質量％を含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物であることが好ましい。
【００１７】
また、前記フィラーワイヤとしての前記ソリッドワイヤは、さらに、Ｃｕ：０．１０〜０．４０質量％、及び、Ｔｉ＋Ｚｒ：０．０２〜０．３０質量％からなる群から選ばれる少なくとも１種を含有していてもよい。
【００１８】
また、本発明の消耗電極式ガスシールドアーク溶接方法においては、前記フィラーワイヤがメタル系フラックス入りワイヤであってもよい。なお、メタル系フラックス入りワイヤとは、シースに充填されたフラックスが鉄粉などの金属粉を主成分として含むことを意味する。その場合、前記メタル系フラックス入りワイヤはその全質量を基準として、Ｃ：０〜０．０２質量％、Ｓｉ：０〜１．００質量％、Ｍｎ：０〜１．７０質量％、Ｐ：０〜０．０２０質量％、及び、Ｓ：０〜０．０２０質量％を含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物であることが好ましい。
【００１９】
また、本発明の消耗電極式ガスシールドアーク溶接方法においては、前記アークワイヤがソリッドワイヤであってもよい。その場合、前記ソリッドワイヤはその全質量を基準として、Ｃ：０．０２〜０．１５質量％、Ｓｉ：０．２０〜１．１０質量％、Ｍｎ：０．４０〜２．１０質量％、Ｐ：０〜０．０３０質量％、及び、Ｓ：０〜０．０３０質量％を含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物であることが好ましい。
【００２０】
また、前記アークワイヤとしての前記ソリッドワイヤは、さらに、Ｃｕ：０．１０〜０．４０質量％、及び、Ｔｉ＋Ｚｒ：０．０２〜０．３０質量％からなる群から選ばれる少なくとも１種を含有していてもよい。
【００２１】
また、本発明の消耗電極式ガスシールドアーク溶接方法においては、前記アークワイヤがメタル系フラックス入りワイヤであってもよい。その場合、前記メタル系フラックス入りワイヤはその全溶着金属の質量を基準として、Ｃ：０．０２〜０．１５質量％、Ｓｉ：０．２０〜１．１０質量％、Ｍｎ：０．４０〜２．００質量％、Ｐ：０〜０．０３０質量％、及び、Ｓ：０〜０．０３０質量％を含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物であることが好ましい。
【００２２】
また、前記アークワイヤとしての前記メタル系フラックス入りワイヤは、さらに、Ｎｉ：０．１０〜０．８０質量％、及び、Ｍｏ：０．０５〜０．３０質量％からなる群から選ばれる少なくとも１種を含有していてもよい。
【００２３】
また、本発明の消耗電極式ガスシールドアーク溶接方法においては、前記アークワイヤがスラグ系フラックス入りワイヤであってもよい。なお、スラグ系フラックス入りワイヤとは、シースに充填されたフラックスがシリカや酸化チタンなどのスラグ形成剤を主成分として含むことを意味する。スラグ系フラックス入りワイヤには、鉄粉等の金属粉も必要に応じて適量含まれる。その場合、前記スラグ系フラックス入りワイヤがその全溶着金属の質量を基準として、Ｃ：０．０２〜０．１５質量％、Ｓｉ：０．２０〜１．１０質量％、Ｍｎ：０．４０〜２．００質量％、Ｐ：０〜０．０３０質量％、及び、Ｓ：０〜０．０３０質量％を含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物であることが好ましい。
【００２４】
また、前記アークワイヤとしての前記スラグ系フラックス入りワイヤは、さらに、Ｎｉ：０．１０〜０．８０質量％、及び、Ｍｏ：０．０５〜０．３０質量％からなる群から選ばれる少なくとも１種を含有していてもよい。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の消耗電極式ガスシールドアーク溶接方法によれば、中・高炭素鋼を母材として消耗電極式ガスシールドアーク溶接を行う際に、溶接金属の割れ、特に凝固割れの発生を抑制ないし防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１に、本発明の消耗電極式ガスシールドアーク溶接方法の一実施形態の概要図を示す。
【図２】図２は、溶接対象となる２枚の鋼板（母材）により形成される開先の形状を表す断面図である。
【図３】図３は、実施例１〜３１及び比較例１〜１６についての、ＦＷｗ／ＴＷｗと、係数Ａとの関係を表すグラフである。
【図４】図４は、実施例１〜３１及び比較例１〜１６についての、溶接金属の炭素含有量（質量％）と割れ総長さの平均値（ｍｍ）との関係を表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下において、本発明の消耗電極式ガスシールドアーク溶接方法（以下、単に本発明の溶接方法ともいう）について詳細に説明する。なお、本明細書においては、便宜的に、消耗電極式ガスシールドアーク溶接を行うトーチを「アークトーチ」といい、アークトーチから送給されるワイヤを「アークワイヤ」ということとする。また、フィラーを送給するガイドを「フィラーガイド」といい、フィラーガイドから送給されるワイヤを「フィラーワイヤ」ということとする。
【００２８】
本発明の消耗電極式ガスシールドアーク溶接方法は、炭素を０．２０〜１．００質量％含有する炭素鋼を母材として用いる消耗電極式ガスシールドアーク溶接方法において、下記式（１）〜（３）を満足する条件でフィラーワイヤを送給するものである。
【００２９】
０≦ＷＣ＋ＢＣ×ＦＷＲ−ＷＣ×ＦＷＲ≦０．１５              （１）
ＦＷＲ＝−０．８×ＦＷｗ／ＴＷｗ＋０．７                    （２）
ＷＣ＝ＡＷＣ×ＡＷｗ／ＴＷｗ＋ＦＷＣ×ＦＷｗ／ＴＷｗ        （３）
【００３０】
ここで、上記式（１）〜（３）中、ＢＣ、ＦＷＲ、ＷＣ、ＦＷＣ、ＡＷＣ、ＦＷｗ、ＡＷｗ及びＴＷｗは、それぞれ以下を表すものとする。
ＢＣ：母材中の炭素含有量［質量％］
ＦＷＲ：フィラーワイヤの重み係数
ＷＣ：ワイヤ炭素量の加重平均［質量％］
ＦＷＣ：フィラーワイヤの炭素含有量［質量％］
ＡＷＣ：アークワイヤの炭素含有量［質量％］
ＦＷｗ：フィラーワイヤの溶加量［ｇ／分］
ＡＷｗ：アークワイヤの溶着量［ｇ／分］
ＴＷｗ：フィラーワイヤの溶加量とアークワイヤの溶着量の和［ｇ／分］
【００３１】
本発明の溶接方法は母材として炭素を０．２０〜１．００質量％含有する中・高炭素鋼を用いるものであり、この場合において発生する割れは主に凝固割れである。ここで、炭素鋼の溶接においては、低炭素含有量領域ではフェライトの単層凝固となるが、炭素含有量が高い領域、具体的には包晶点よりも高い炭素含有量となる領域では、包晶反応によりフェライトと液相の界面にオーステナイトが晶出する。ここで、オーステナイトはフェライトと比較してＰやＳ等の不純物固溶量が低いため、液相に不純物が偏析濃縮され、融点が低下し、また、凝固収縮による引張応力が作用する結果、凝固割れが発生するに至る。なお、Ｆｅ−Ｃ２元系における包晶点は、０．１８質量％である（接合・溶接技術Ｑ＆Ａ１０００（Ｎｏ．Ｑ０５−０２−０７）  一般社団法人日本溶接協会  溶接情報センターのホームページ、ＵＲＬ（http://www-it.jwes.or.jp/qa/details.jsp?pg_no=0050020070）参照）。
【００３２】
すなわち、溶融金属の炭素含有量を包晶反応が発生しない程度にまで低下することができれば、凝固割れを有効に抑制することができると考えられる。しかしながら、ガスシールドアーク溶接における母材による希釈率は、ビードオンプレート溶接の場合には一般的に２０〜３０％程度であり、さらに作業能率の良い狭い開先での溶接の場合には母材による希釈率は５０％程度にまで高くなる場合もある。したがって、中・高炭素鋼に対して溶接を行う場合、溶接金属の炭素含有量は包晶点である０．１８質量％を容易に超えてしまい、凝固割れが非常に発生し易い状況となると考えられる。
【００３３】
また、溶接金属には偏析があり、大きくは、溶接ワイヤが主成分である低炭素部と、溶接ワイヤと母材が十分に混合された高炭素部に分けられる。すなわち、溶接金属全体を分析した評価では凝固割れの抑制には必ずしも十分では無い。したがって、Ｆｅ−Ｃ２元系における包晶点は０．１８質量％であるが、溶接金属の炭素含有量は、それよりも低い値に規制すべきである。
【００３４】
本発明では、以上の点も考慮して、炭素を０．２０〜１．００質量％含有する炭素鋼を用いて消耗電極式ガスシールドアーク溶接を行うにあたって、溶接金属の割れ、特に凝固割れの発生を抑制ないし防止するために必要な条件を実験的に導き出した。
【００３５】
すなわち、本発明の消耗電極式ガスシールドアーク溶接方法においては、上記式（１）〜（３）を満足する条件でフィラーワイヤを送給して溶接を行う。より具体的には、アークトーチから送給されるアークワイヤに通電して、炭素を０．２０〜１．００質量％含有する炭素鋼からなる母材との間にアークを発生させてガスシールドアーク溶接を行うにあたり、アーク熱により生じる溶融池に上記式（１）〜（３）を満足する条件で、フィラーガイドからフィラーワイヤを送給して溶接を行う。後述する実施例及び比較例にも裏付けられるように、上記式（１）〜（３）を満足する条件でフィラーワイヤを送給して溶接を行う本発明の消耗電極式ガスシールドアーク溶接方法によれば、溶接金属中の炭素含有量を適切に低減することができ、中・高炭素鋼を母材として消耗電極式ガスシールドアーク溶接を行う際の凝固割れの発生を抑制ないし防止できることができる。
【００３６】
ここで、上記式（１）におけるＷＣ＋ＢＣ×ＦＷＲ−ＷＣ×ＦＷＲの上限値は、凝固割れを良好に抑制ないし防止する観点から０．１５であり、好ましくは０．１３である。また、上記式（１）における下限値は０である。なお、ＷＣ＋ＢＣ×ＦＷＲ−ＷＣ×ＦＷＲの単位は質量％であるが、便宜上、式（１）においては単位を省略して記載している。
【００３７】
また、本発明の溶接方法においては、ＦＷｗが３０ｇ／分以上の場合にはフィラーワイヤに通電加熱を行うことが好ましく、さらには、下記式（４）を満足する条件でフィラーワイヤに通電加熱を行うことが好ましい。
−０．０１５ＦＷｗ２＋４ＦＷｗ＋５０≦Ｉ≦４５０      （４）
【００３８】
ここで、式（４）中、Ｉはフィラーワイヤへの通電加熱電流［Ａ］である。
【００３９】
フィラーワイヤの送給量が多くなると、フィラーワイヤによって溶融池が過度に冷却され、溶接ビードのなじみ性が劣化するとともに、融合不良欠陥が発生するおそれがある。また、ワイヤが溶接金属中に溶け残り、欠陥となるおそれがある。したがって、フィラーワイヤにより溶融池が過度に冷却されないように、フィラーワイヤを融点近傍の高温まで通電加熱し、溶融池に添加することが望ましい。ここで、本発明者らは、ＦＷｗが３０ｇ／分以上の場合には、上記式（４）における−０．０１５ＦＷｗ２＋４ＦＷｗ＋５０≦Ｉを満足する条件でフィラーワイヤに通電加熱し、ホットワイヤとして溶融池に添加することにより、フィラーワイヤの溶融可能量を増加させることができ、凝固割れの抑制効果をさらに向上させることができることを経験的に見出した。
【００４０】
なお、フィラーワイヤへの通電加熱電流Ｉ［Ａ］が高いほど添加可能なフィラーワイヤ量を増加させることができるが、高すぎるとアーク電流との干渉によりアークが不安定となり、ビード外観に乱れが生じる場合があるため、４５０［Ａ］以下であることが好ましく、３５０［Ａ］以下であることがより好ましい。
【００４１】
なお、ＦＷｗが３０ｇ／分未満の場合には、フィラーワイヤによって溶融池が過度に冷却され、溶接ビードのなじみ性が劣化するとともに、融合不良欠陥が発生したり、ワイヤが溶接金属中に溶け残り、欠陥となるおそれは無いか、そのような劣化や欠陥の影響は僅かであるため、フィラーワイヤに通電加熱しなくともよい。ただし、ＦＷｗが２０ｇ／分以上の場合にはフィラーワイヤに通電加熱することが好ましく、さらには上記式（４）を満足する条件でフィラーワイヤに通電加熱することが好ましい。
【００４２】
図１に、本発明の消耗電極式ガスシールドアーク溶接方法の一実施形態の概要図を示す。本実施形態では、アークワイヤ送給装置３によりアークトーチ２に送給されたアークワイヤ１と母材Ｂとを溶接電源４により通電し、アークワイヤ１と母材Ｂとの間にアーク５を発生させてガスシールドアーク溶接を行う際に、上記式（１）〜（３）を満足する条件で、フィラーワイヤ送給装置１３によりフィラーガイド１２に送給されたフィラーワイヤ１１をアーク熱により生じる溶融池Ｐに添加しながら溶接を行って、母材Ｂ上に溶接金属Ｍを形成させる。また、本実施形態においては、フィラーワイヤ１１と母材Ｂとを定電流電源であるフィラー電源１４により通電することにより、フィラーワイヤを融点近傍の高温まで通電加熱している。
【００４３】
なお、本実施形態における溶接電源４としては、定電圧電源を用いてもよく、あるいはパルス電源を用いてもよい。また、本実施形態ではフィラーワイヤ１１側にフィラー電源１４の負極を接続し、母材Ｂ側にフィラー電源１４の正極を接続しているが、フィラーワイヤ１１側にフィラー電源１４の正極を接続し、母材Ｂ側にフィラー電源１４の負極を接続してもよい。
【００４４】
また、本発明の溶接方法において、フィラーワイヤ１１とアークワイヤ１の位置関係は特に限定されるものではないが、溶融金属はアーク５の進行方向に沿ってアーク５の後方に広く存在するので、フィラーワイヤ１１をより良好に溶融させるためには、フィラーワイヤ１１をアーク５の進行方向後方から挿入することが好ましい。特に、アーク５の進行方向に沿って、アーク５より１〜５ｍｍ程度後方の位置にフィラーワイヤ１１を挿入すると、特に安定的に溶接を行うことができるため好ましい。なお、フィラーワイヤ１１の位置調整は、フィラーガイド１２の位置を調整することにより行うことができる。
【００４５】
また、フィラーガイド１２の母材Ｂに対する角度についても、特に限定されるものではないが、アークトーチ２とフィラーガイド１２の干渉を避けるためには、当該角度を例えば７０°以下に設定することが適切である。また、母材Ｂとフィラーガイド１２の干渉を避けるためには、当該角度を例えば２０°以上に設定することが適切である。
【００４６】
本発明の消耗電極式ガスシールドアーク溶接方法において使用されるシールドガスは、特に限定されず、Ａｒガス、炭酸ガス、あるいはそれらの混合ガス等の、ガスシールドアーク溶接において従来使用されているシールドガスを適宜選択して使用することができる。
【００４７】
本発明の溶接方法において使用されるフィラーワイヤは、上記式（１）〜（３）で表される関係を満足しうる限りにおいては特に限定されるものではない。ここで、フィラーワイヤの炭素含有量（ＦＷＣ）は、溶接金属の炭素含有量を少なくするためには極力少ない方が望ましいが、製造性も考慮すると、フィラーワイヤの全質量に対して、好ましくは０．０２質量％以下であり、より好ましくは０．０１５質量％以下であり、さらに好ましくは０．０１２質量％以下である。
【００４８】
なお、フィラーワイヤとしては、ソリッドワイヤやメタル系フラックス入りワイヤ等を用いることができる。ここで、フィラーワイヤとしてソリッドワイヤを使用する場合、例えば、その全質量を基準として、Ｃ：０〜０．０２質量％、Ｓｉ：０〜１．１０質量％、Ｍｎ：０〜２．１０質量％、Ｐ：０〜０．０２０質量％、及び、Ｓ：０〜０．０２０質量％を含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物であるソリッドワイヤを使用することができる。以下において、特にことわりのない限り、「％」とはワイヤ全重量に対する質量％を表すものとする。
【００４９】
上記ソリッドワイヤにおいて、Ｃは割れを抑制する上で低位に抑制すべき元素であるが、製造性も考慮しつつ溶接金属の炭素含有量を少なくするためには、上記ソリッドワイヤにおけるＣ含有量は、好ましくは０．０２％以下であり、より好ましくは０．０１５％以下であり、さらに好ましくは０．０１２％以下である。また、上記ソリッドワイヤにおけるＣ含有量の下限値は、好ましくは０％である。
【００５０】
また、上記ソリッドワイヤにおいて、Ｓｉは過度に添加されると溶融池の粘性に影響を与え、溶接作業性を劣化させるため、上記ソリッドワイヤにおけるＳｉ含有量は好ましくは１．１０％以下であり、より好ましくは０．９０％以下である。また、上記ソリッドワイヤにおけるＳｉ含有量の下限値は、好ましくは０％である。
【００５１】
また、上記ソリッドワイヤにおいては、高Ｍｎ含有量のワイヤはコストが高くなるため、経済性の観点から、上記ソリッドワイヤにおけるＭｎ含有量は好ましくは２．１０％以下であり、より好ましくは１．４０％以下である。また、上記ソリッドワイヤにおけるＭｎ含有量の下限値は好ましくは０％であるが、極端にＭｎ含有量の低いワイヤは調達が困難であるため、経済性の観点からは、より好ましくは０．２５％である。
【００５２】
また、上記ソリッドワイヤにおいて、Ｐは不純物元素である。Ｐ含有量が高くなると、最終凝固部への偏析濃縮が助長され、形成される溶接金属の割れが大きくなる場合があるため、上記ソリッドワイヤにおけるＰ含有量は好ましくは０．０２０％以下であり、より好ましくは０．０１５％以下である。また、上記ソリッドワイヤにおけるＰ含有量の下限値は、好ましくは０％である。
【００５３】
また、上記ソリッドワイヤにおいては、Ｓも不純物元素である。Ｓ含有量が高くなると、最終凝固部への偏析濃縮が助長され、形成される溶接金属に割れが大きくなる場合があるため、上記ソリッドワイヤにおけるＳ含有量は好ましくは０．０２０％以下であり、より好ましくは０．０１５％以下である。また、上記ソリッドワイヤにおけるＳ含有量の下限値は、好ましくは０％である。
【００５４】
また、フィラーワイヤとしての上記ソリッドワイヤは、上記各化学成分に加えて、さらにＣｕ：０．１０〜０．４０質量％、及び、Ｔｉ＋Ｚｒ：０．０２〜０．３０質量％からなる群から選ばれる少なくとも１種を含有していてもよい。
【００５５】
上記ソリッドワイヤにおいて、Ｃｕは溶接ワイヤの耐錆性や通電性を担保するためにワイヤ表面にめっきとして施されてもよい。Ｃｕを含有する場合のＣｕ含有量は、耐錆性や通電性の観点からは０．１０％以上であることが好ましく、０．１５％以上であることがより好ましい。また、めっき屑の発生防止の観点からは０．４０％以下であることが好ましく、０．３０％以下であることがより好ましい。
【００５６】
また、上記ソリッドワイヤにおいて、Ｔｉ及びＺｒは結晶粒を微細化させる効果を有する任意元素である。Ｔｉ及びＺｒの少なくとも１種を含有する場合、Ｔｉ及びＺｒの合計含有量は、結晶粒微細化の効果の観点からは０．０２％以上であることが好ましく、０．０５％以上であることがより好ましい。また、スラグの発生を抑制する観点からは０．３０％以下であることが好ましく、０．１５％以下であることがより好ましい。
【００５７】
また、フィラーワイヤとしてメタル系フラックス入りワイヤを使用する場合、例えば、その全質量を基準として、Ｃ：０〜０．０２質量％、Ｓｉ：０〜１．００質量％、Ｍｎ：０〜１．７０質量％、Ｐ：０〜０．０２０質量％、及び、Ｓ：０〜０．０２０質量％を含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物であるメタル系フラックス入りワイヤを使用することができる。以下において、特にことわりのない限り、「％」とは質量％を表すものとする。
【００５８】
上記メタル系フラックス入りワイヤにおいて、Ｃ含有量は好ましくは０．０２％以下であり、より好ましくは０．０１５％以下であり、さらに好ましくは０．０１２％以下である。また、Ｃ含有量の下限値は、好ましくは０％である。
【００５９】
また、上記メタル系フラックス入りワイヤにおいて、Ｓｉ含有量は好ましくは１．００％以下であり、より好ましくは０．８０％以下である。また、Ｓｉ含有量の下限値は、好ましくは０％である。
【００６０】
また、上記メタル系フラックス入りワイヤにおいて、Ｍｎ含有量は好ましくは１．７０％以下であり、より好ましくは１．６０％以下である。また、Ｍｎ含有量の下限値は、好ましくは０％であり、より好ましくは０．２５％である。
【００６１】
また、上記メタル系フラックス入りワイヤにおいて、Ｐ含有量は好ましくは０．０２０％以下であり、より好ましくは０．０１５％以下である。また、Ｐ含有量の下限値は、好ましくは０％である。
【００６２】
また、上記メタル系フラックス入りワイヤにおいて、Ｓ含有量は好ましくは０．０２０％以下であり、より好ましくは０．０１５％以下である。また、Ｓ含有量の下限値は、好ましくは０％である。
【００６３】
なお、フィラーワイヤとしての上記メタル系フラックス入りワイヤにおいてＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ及びＳの各含有量を限定する理由は、フィラーワイヤとしての上記ソリッドワイヤに関する限定理由と同じであるため、ここでは説明を省略する。
【００６４】
また、上記メタル系フラックス入りワイヤには、鉄粉や鉄系合金粉を主成分とするメタル系フラックス成分が適宜含有される。上記メタル系フラックス入りワイヤ中のメタル系フラックス成分の含有量は、メタル系フラックス入りワイヤの全質量を基準として、例えば１０〜３０％である。
【００６５】
また、本発明の溶接方法において使用されるアークワイヤは、上記式（１）〜（３）で表される関係を満足しうる限りにおいては特に限定されるものではない。ここで、割れ防止の観点で溶接金属の炭素含有量を少なくする為には極力少ない方が望ましいが、製造性・経済性を考慮するとアークワイヤの炭素含有量（ＡＷＣ）は、アークワイヤの全質量あるいは全溶着金属の質量に対して、好ましくは０．１５質量％以下であり、より好ましくは０．１０質量％以下であり、さらに好ましくは０．０８質量％以下であり、さらに好ましくは０．０６質量％以下である。
【００６６】
なお、アークワイヤとしては、ソリッドワイヤ、メタル系フラックス入りワイヤ、スラグ系フラックス入りワイヤ等を用いることができる。ここで、アークワイヤとしてソリッドワイヤを使用する場合、例えば、その全質量を基準として、Ｃ：０．０２〜０．１５質量％、Ｓｉ：０．２０〜１．１０質量％、Ｍｎ：０．４０〜２．１０質量％、Ｐ：０〜０．０３０質量％、及び、Ｓ：０〜０．０３０質量％を含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物であるソリッドワイヤを使用することができる。以下において、特にことわりのない限り、「％」とは質量％を表すものとする。
【００６７】
上記ソリッドワイヤにおいて、Ｃは溶接金属の強化と脱酸に必要な元素であるが、溶接金属の炭素量低下の観点からは、上記ソリッドワイヤにおけるＣ含有量は、好ましくは０．１５％以下であり、より好ましくは０．１０％以下であり、さらに好ましくは０．０６％以下である。また、上記ソリッドワイヤにおけるＣ含有量の下限値は、脱酸不足による気孔欠陥防止の観点からは、好ましくは０．０２％である。
【００６８】
また、上記ソリッドワイヤにおいて、Ｓｉは脱酸性元素である。Ｓｉが過剰となることによる溶接作業性の劣化を防止する観点からは、上記ソリッドワイヤにおけるＳｉ含有量は好ましくは１．１０％以下であり、より好ましくは０．８０％以下である。また、上記ソリッドワイヤにおけるＳｉ含有量の下限値は、脱酸不足による気孔欠陥防止の観点からは、好ましくは０．２０％である。
【００６９】
また、上記ソリッドワイヤにおいては、Ｍｎも、脱酸性元素である。Ｍｎが過剰となることによりヒュームが多量に発生することを防止する観点からは、上記ソリッドワイヤにおけるＭｎ含有量は好ましくは２．１０％以下であり、より好ましくは１．６０％以下であり、さらに好ましくは１．４０％以下である。また、上記ソリッドワイヤにおけるＭｎ含有量の下限値は、脱酸不足による気孔欠陥防止の観点からは、好ましくは０．４０％であり、より好ましくは０．５０％であり、さらに好ましくは０．６０％である。
【００７０】
また、上記ソリッドワイヤにおいて、Ｐは不純物元素である。Ｐ含有量が高くなると、最終凝固部への偏析濃縮が助長され、形成される溶接金属に割れが大きくなる場合があるため、上記ソリッドワイヤにおけるＰ含有量は好ましくは０．０３０％以下であり、より好ましくは０．０１５％以下である。また、上記ソリッドワイヤにおけるＰ含有量の下限値は、好ましくは０％である。
【００７１】
また、上記ソリッドワイヤにおいては、Ｓも不純物元素である。Ｓ含有量が高くなると、最終凝固部への偏析濃縮が助長され、形成される溶接金属に割れが大きくなる場合があるため、上記ソリッドワイヤにおけるＳ含有量は好ましくは０．０３０％以下であり、より好ましくは０．０１５％以下である。また、上記ソリッドワイヤにおけるＳ含有量の下限値は、好ましくは０％である。
【００７２】
また、アークワイヤとしての上記ソリッドワイヤは、上記各化学成分に加えて、さらにＣｕ：０．１０〜０．４０質量％、及び、Ｔｉ＋Ｚｒ：０．０２〜０．３０質量％からなる群から選ばれる少なくとも１種を含有していてもよい。なお、Ｃｕを添加する理由は、上述したフィラーワイヤとしてのソリッドワイヤに関する添加理由と同じであるため、ここでは説明を省略する。
【００７３】
また、Ｔｉ及びＺｒは３００Ａ以上の高電流域におけるアークの安定性を確保するために添加することができる。Ｔｉ及びＺｒの少なくとも１種を含有する場合、Ｔｉ及びＺｒの合計含有量は、高電流域におけるアークの安定性を確保する観点からは０．０２％以上であることが好ましく、０．０４％以上であることがより好ましい。また、スラグの発生を抑制する観点からは０．３０％以下であることが好ましく、０．１５％以下であることがより好ましい。
【００７４】
また、アークワイヤとしてメタル系フラックス入りワイヤを使用する場合、例えば、全溶着金属の質量を基準として、Ｃ：０．０２〜０．１５質量％、Ｓｉ：０．２０〜１．１０質量％、Ｍｎ：０．４０〜２．００質量％、Ｐ：０〜０．０３０質量％、及び、Ｓ：０〜０．０３０質量％を含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物であるメタル系フラックス入りワイヤを使用することができる。以下において、特にことわりのない限り、「％」とは質量％を表すものとする。
【００７５】
上記メタル系フラックス入りワイヤにおいて、Ｃ含有量は好ましくは０．１５％以下であり、より好ましくは０．１０％以下であり、さらに好ましくは０．０８％以下である。また、Ｃ含有量の下限値は、好ましくは０．０２％である。
【００７６】
また、上記メタル系フラックス入りワイヤにおいて、Ｓｉ含有量は好ましくは１．１０％以下であり、より好ましくは０．８０％以下である。また、Ｓｉ含有量の下限値は、好ましくは０．２０％である。
【００７７】
また、上記メタル系フラックス入りワイヤにおいて、Ｍｎ含有量は好ましくは２．００％以下であり、より好ましくは１．８０％以下であり、さらに好ましくは１．６０％以下である。また、Ｍｎ含有量の下限値は、好ましくは０．４０％であり、より好ましくは０．５０％であり、さらに好ましくは０．６０％である。
【００７８】
また、上記メタル系フラックス入りワイヤにおいて、Ｐ含有量は好ましくは０．０３０％以下であり、より好ましくは０．０１５％以下である。また、Ｐ含有量の下限値は、好ましくは０％である。
【００７９】
また、上記メタル系フラックス入りワイヤにおいて、Ｓ含有量は好ましくは０．０３０％以下であり、より好ましくは０．０１５％以下である。また、Ｓ含有量の下限値は、好ましくは０％である。
【００８０】
なお、アークワイヤとしての上記メタル系フラックス入りワイヤにおいてＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ及びＳの各含有量を限定する理由は、アークワイヤとしての上記ソリッドワイヤに関する限定理由と同じであるため、ここでは説明を省略する。
【００８１】
また、アークワイヤとしての上記メタル系フラックス入りワイヤは、上記各化学成分に加えて、さらにＮｉ：０．１０〜０．８０質量％、及び、Ｍｏ：０．０５〜０．３０質量％からなる群から選ばれる少なくとも１種を含有していてもよい。
【００８２】
上記メタル系フラックス入りワイヤにおいて、Ｎｉは低温における靭性を確保する効果を有する任意元素である。Ｎｉを含有する場合のＮｉ含有量は、靭性確保の観点からは０．１０％以上であることが好ましく、０．３０％以上であることがより好ましい。また、経済性の観点からは０．８０％以下であることが好ましく、０．５０％以下であることがより好ましい。
【００８３】
また、上記メタル系フラックス入りワイヤにおいて、Ｍｏは溶接金属の強度を向上する効果を有する任意元素である。Ｍｏを含有する場合のＭｏ含有量は、強度向上効果の観点からは０．０５％以上であることが好ましく、０．１５％以上であることがより好ましい。また、経済性の観点からは０．３０％以下であることが好ましく、０．２０％以下であることがより好ましい。
【００８４】
また、上記メタル系フラックス入りワイヤには、鉄粉、マンガン粉、モリブデン粉等のメタル系フラックス成分が適宜含有される。上記メタル系フラックス入りワイヤ中のメタル系フラックス成分の含有量は、メタル系フラックス入りワイヤの全質量を基準として、例えば１０〜３０％である。
【００８５】
また、アークワイヤとしてスラグ系フラックス入りワイヤを使用する場合、例えば、全溶着金属の質量を基準として、Ｃ：０．０２〜０．１５質量％、Ｓｉ：０．２０〜１．１０質量％、Ｍｎ：０．４０〜２．００質量％、Ｐ：０〜０．０３０質量％、及び、Ｓ：０〜０．０３０質量％を含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物である、スラグ系フラックス入りワイヤを使用することができる。
【００８６】
なお、アークワイヤとしての上記スラグ系フラックス入りワイヤにおいてＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ及びＳの各含有量を限定する理由及び好ましい範囲は、アークワイヤとしての上記メタル系フラックス入りワイヤに関する限定理由及び好ましい範囲と同じであるため、ここでは説明を省略する。
【００８７】
また、アークワイヤとしての上記スラグ系フラックス入りワイヤは、上記各化学成分に加えて、さらにＮｉ：０．１０〜０．８０質量％、及び、Ｍｏ：０．０５〜０．３０質量％からなる群から選ばれる少なくとも１種を含有していてもよい。なお、アークワイヤとしての上記スラグ系フラックス入りワイヤにおいて、任意元素としてのＮｉ及びＭｏの各含有量を限定する理由及び好ましい範囲も、アークワイヤとしての上記メタル系フラックス入りワイヤに関する限定理由及び好ましい範囲と同じであるため、ここでは説明を省略する。
【００８８】
また、上記スラグ系フラックス入りワイヤには、シリカ、酸化チタン等のスラグ系フラックス成分が主として適宜含有される。また、鉄粉等の金属粉も必要に応じて適量含まれる。上記スラグ系フラックス入りワイヤ中のスラグ系フラックス成分の含有量は、スラグ系フラックス入りワイヤの全質量を基準として、例えば１０〜３０％である。
【００８９】
また、本発明の溶接方法において、アークワイヤの溶着量（ＡＷｗ）は、耐欠陥性の観点からは、好ましくは５０（ｇ／分）以上であり、より好ましくは６０（ｇ／分）以上である。一方、アーク安定性の観点からは、好ましくは１８０（ｇ／分）以下であり、より好ましくは１６０（ｇ／分）以下である。
【００９０】
本発明の溶接方法においては、炭素を０．２０〜１．００質量％含有する炭素鋼を母材として用いる。ここで、凝固割れ防止と耐欠陥性の観点からは、炭素鋼中の炭素含有量は好ましくは０．８０質量％以下であり、より好ましくは０．６５質量％以下である。また、上記炭素鋼中の炭素含有量の下限値は０．２０％である。鋼中の炭素含有量が０．２０％未満の場合には、本発明の溶接方法を用いなくとも、凝固割れの無い良好な溶接が可能である。
【００９１】
ここで、本発明の溶接方法における母材の一例としては、当該炭素鋼の全質量を基準として、Ｃ：０．２０〜０．６１質量％（好ましくは０．２０〜０．５５質量％）、Ｓｉ：０．１５〜０．３５質量％、Ｍｎ：０．３０〜０．９０質量％、Ｐ：０〜０．０３０質量％（好ましくは０〜０．０２０質量％）、及び、Ｓ：０〜０．０３５質量％（好ましくは０〜０．０２０質量％）を含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物である炭素鋼を挙げることができる。
【００９２】
また、上記炭素鋼は、上記各化学成分に加えて、さらにＣｒ：０．０５〜０．２０質量％、Ｃｕ：０．０５〜０．２５質量％、及び、Ｎｉ：０．０５〜０．２０質量％からなる群から選ばれる少なくとも１種を含有していてもよい。
【実施例】
【００９３】
以下、本発明の実施例及び比較例を挙げて、本発明についてより具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００９４】
図２に示すように、切欠きを有する鋼板（母材）１０１と別の鋼板（母材）１０２とで４５°の開先を形成した後、アークの進行方向に沿ってアークの３ｍｍ後方にフィラーワイヤを送給しつつ、表１に示す条件でアークトーチを操作して溶接試験を行って試験板を作製した。なお、切欠きを有する鋼板（母材）１０１と別の鋼板（母材）１０２は、ＪＩＳ  Ｇ４０５１  Ｓ２２Ｃ、Ｓ２５Ｃ、Ｓ５０Ｃ又はＳ５８Ｃ鋼板であり、それぞれは表２に示される量で各元素を含有し、残部はＦｅ及び不可避不純物である。ここで、母材の種類、アークワイヤの種類及び溶着量、フィラーワイヤの種類及び溶加量、及びフィラーワイヤの加熱条件を表２〜５に示すように変化させて溶接試験を行い、それぞれを実施例１〜３１及び比較例１〜１６とした。
【００９５】
なお、表４及び５における「必要フィラー通電電流（Ａ）」とは、フィラーワイヤに通電する場合において、−０．０１５ＦＷｗ２＋４ＦＷｗ＋５０より算出される、フィラーワイヤに通電すべき最少の電流（単位：Ａ）を意味する。
【００９６】
なお、比較例１〜４、９及び１６においては、フィラーワイヤを送給せずに溶接を実施した。
【００９７】
【表１】
0006420215.tif 000002
【００９８】
【表２】
0006420215.tif 000003
【００９９】
【表３】
0006420215.tif 000004
【０１００】
【表４】
0006420215.tif 000005
【０１０１】
【表５】
0006420215.tif 000006
【０１０２】
（溶接金属の炭素含有量）
実施例１〜３１及び比較例１〜１６について、溶接後の試験板の溶接金属中央部分から炭素分析用の切粉を採取し、炭素・硫黄分析装置（ＨＯＲＩＢＡ社製のＥＭＩＡ−９２０Ｖ）を用いて炭素含有量を測定した。その結果を表６及び７に示す。
【０１０３】
（割れ総長さの平均値）
実施例１〜３１及び比較例１〜１６について、溶接後の試験板から断面観察用の試験片を４つずつ切り出し、各試験片に発生した割れを、デジタル顕微鏡（ＫＥＹＥＮＣＥ社製のＶＨＸ９００）を用いて５０倍の倍率で観察して、１断面当たりの割れ総長さの平均値を算出した。その結果を表６及び７に示す。ここで、割れ総長さの平均値が１．００ｍｍ以下の場合に、合格と判定した。
【０１０４】
【表６】
0006420215.tif 000007
【０１０５】
【表７】
0006420215.tif 000008
【０１０６】
図３に、実施例１〜３１及び比較例１〜１６についての、フィラーワイヤの溶加量ＦＷｗ（ｇ／分）及びアークワイヤの溶着量ＡＷｗ（ｇ／分）の和であるＴＷｗ（ｇ／分）に対するフィラーワイヤの溶加量ＦＷｗ（ｇ／分）の割合（ＦＷｗ／ＴＷｗ）と、下記の式（５）で表される係数Ａとの関係を表すグラフを示す。なお、図３のグラフにおいて、横軸はＦＷｗ／ＴＷｗであり、縦軸は係数Ａである。また、実施例１〜３１及び比較例１〜１６における係数Ａを表６及び７にも示す。
係数Ａ＝（ＤＣ―ＷＣ）／（ＢＣ―ＷＣ）        （５）
【０１０７】
ここで、式（５）中、ＤＣ、ＷＣ及びＢＣはそれぞれ以下を表す。
ＤＣ：溶接金属の炭素含有量［質量％］
ＷＣ：ワイヤ炭素量の加重平均［質量％］
ＢＣ：母材中の炭素含有量［質量％］
【０１０８】
また、前記ＷＣは、下記式（３）により求めた。実施例１〜３１及び比較例１〜１６におけるＷＣを表６及び７に示す。
ＷＣ＝ＡＷＣ×ＡＷｗ／ＴＷｗ＋ＦＷＣ×ＦＷｗ／ＴＷｗ        （３）
【０１０９】
ここで、式（３）中、ＦＷＣ、ＡＷＣ、ＦＷｗ、ＡＷｗ及びＴＷｗはそれぞれ以下を表す。
ＦＷＣ：フィラーワイヤの炭素含有量［質量％］
ＡＷＣ：アークワイヤの炭素含有量［質量％］
ＦＷｗ：フィラーワイヤの溶加量［ｇ／分］
ＡＷｗ：アークワイヤの溶着量［ｇ／分］
ＴＷｗ：フィラーワイヤの溶加量とアークワイヤの溶着量の和［ｇ／分］
【０１１０】
また、図４に、実施例１〜３１及び比較例１〜１６について、溶接金属の炭素含有量（質量％）と割れ総長さの平均値（ｍｍ）との関係を表すグラフを示す。この結果から、溶接金属の炭素含有量が０．１５質量％以下であれば、割れ総長さの平均値を１．００ｍｍ以下に抑制できることが分かる。
【０１１１】
ここで、図３より、母材やワイヤの種類、フィラーワイヤの条件に依らず、係数Ａは、ｘ＝ＦＷｗ／ＴＷｗとして、下記式（６）で示される直線よりも下の領域に位置することがわかる。ここで、係数Ａはワイヤの炭素含有量と母材の炭素含有量および溶接金属の炭素含有量を結びつける係数である。
ｙ＝−０．８ｘ＋０．７      （６）
【０１１２】
そこで、上記式（６）のｙを上記式（２）で表されるＦＷＲ（フィラーワイヤの重み係数）とみなして、溶接金属の炭素含有量を高めに見積もることとした。この場合、溶接金属の炭素含有量（質量％）は、ＢＣ×ＦＷＲ−ＷＣ（１−ＦＷＲ）＝ＷＣ＋ＢＣ×ＦＷＲ−ＷＣ×ＦＷＲとして見積もることができる。実施例１〜３１及び比較例１〜１６におけるＦＷＲ及びＷＣ＋ＢＣ×ＦＷＲ−ＷＣ×ＦＷＲを表６及び７に示す。
【０１１３】
このように、実験値として得られた係数Ａよりも、より安全な条件で見積もった溶接金属の炭素含有量（ＷＣ＋ＢＣ×ＦＷＲ−ＷＣ×ＦＷＲ）が０．１５（質量％）以下となるような条件でフィラーワイヤを送給して溶接を実施すれば、溶接金属の偏析も考慮した上で、凝固割れの発生を確実に抑制ないし防止することができることが分かる。
【０１１４】
すなわち、下記式（１）〜（３）を満足する条件でフィラーワイヤを送給して溶接を実施すればよいことが分かる。
０≦ＷＣ＋ＢＣ×ＦＷＲ−ＷＣ×ＦＷＲ≦０．１５              （１）
ＦＷＲ＝−０．８×ＦＷｗ／ＴＷｗ＋０．７                    （２）
ＷＣ＝ＡＷＣ×ＡＷｗ／ＴＷｗ＋ＦＷＣ×ＦＷｗ／ＴＷｗ        （３）
（式（１）〜（３）中、ＢＣ、ＦＷＲ、ＷＣ、ＦＷＣ、ＡＷＣ、ＦＷｗ、ＡＷｗ及びＴＷｗはそれぞれ以下を表す。
ＢＣ：母材中の炭素含有量［質量％］
ＦＷＲ：フィラーワイヤの重み係数
ＷＣ：ワイヤ炭素量の加重平均［質量％］
ＦＷＣ：フィラーワイヤの炭素含有量［質量％］
ＡＷＣ：アークワイヤの炭素含有量［質量％］
ＦＷｗ：フィラーワイヤの溶加量［ｇ／分］
ＡＷｗ：アークワイヤの溶着量［ｇ／分］
ＴＷｗ：フィラーワイヤの溶加量とアークワイヤの溶着量の和［ｇ／分］）
【０１１５】
上記の考察は、実施例１〜３１と、比較例１〜１６との比較結果によっても実証されている。すなわち、ＷＣ＋ＢＣ×ＦＷＲ−ＷＣ×ＦＷＲが上記式（１）の範囲内であり、すなわち上記式（１）〜（３）を満足する条件で溶接を行っている実施例１〜３１では、割れ長さの平均値を１．００ｍｍ以下に抑制できている。一方、ＷＣ＋ＢＣ×ＦＷＲ−ＷＣ×ＦＷＲが上記式（１）の範囲を超えて高く、すなわち上記式（１）〜（３）を満足する条件で溶接を行っていない比較例１〜１６では、割れ長さの平均値が１．００ｍｍを超えて高くなっている。
【０１１６】
なお、実施例１及び３はフィラーワイヤの溶加量が２２ｇ／分の場合に、フィラーワイヤに通電加熱を行っていない例である。一方、実施例２はフィラーワイヤの溶加量が２２ｇ／分の場合に、フィラーワイヤに１５０Ａで通電加熱を行った例であり、実施例１及び３と比較すると、官能的に溶融池の拡がりがより良好に感じられ、溶接作業性がより良好であった。
【０１１７】
また、実施例２６はＰを０．０２１質量％と比較的多く含有するソリッドワイヤＨをフィラーワイヤとして使用しているため、Ｐを０．００４質量％含有するソリッドワイヤＥをフィラーワイヤとして使用した実施例２５と比較して、割れ長さの平均値がやや高かった。
【０１１８】
また、実施例２７はＳを０．０２２質量％と比較的多く含有するソリッドワイヤＩをフィラーワイヤとして使用しているため、Ｓを０．００８質量％含有するソリッドワイヤＥをフィラーワイヤとして使用した実施例２５と比較して、割れ長さの平均値がやや高かった。
【０１１９】
なお、実施例３０の条件では、フィラーワイヤの溶加量に比較して通電加熱電流が過少であったために、融合不良欠陥がいくつか見られた。また、実施例３１の条件では、フィラーの通電加熱電流が４６０Ａと高すぎたため、アーク電流との干渉によりアークが不安定となり、ビード外観に乱れが見られた。
【０１２０】
また、比較例５及び１１においては、フィラーワイヤの溶加量が３１ｇ／分と高いもののフィラーワイヤに通電加熱を行わなかったため、フィラーワイヤの溶け残りが見られた。
【符号の説明】
【０１２１】
１  アークワイヤ
２  アークトーチ
３  アークワイヤ送給装置
４  溶接電源
５  アーク
１１  フィラーワイヤ
１２  フィラーガイド
１３  フィラーワイヤ送給装置
１４  フィラー電源
１０１  切欠きを有する鋼板（母材）
１０２  鋼板（母材）
Ｂ  母材
Ｍ  溶接金属
Ｐ  溶融池
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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