(57)【要約】    【課題】  溶接金属の応力腐食割れ感受性及び高温割れ感受性が低く、ＪＩＳ  Ａ５３５６アルミニウム合金を溶加材として使用した場合と同等以上の溶接金属強度が得られる５０００系アルミニウム合金溶接用溶加材及びそれを使用したアルミニウム合金材の溶接方法を提供する。    【解決手段】  アルミニウム合金溶接用溶加材を、Ｓｉ：０．２５質量％以下、Ｍｎ：０．５０乃至１．００質量％、Ｍｇ：３．００乃至３．５０質量％、Ｔｉ：０．０２乃至０．５０質量％、Ｂ：０．００１乃至０．０１０質量％、Ｚｒ：０．１０乃至０．４０質量％、Ｆｅ：０．２５質量％以下及びＣｕ：０．１０質量％以下を含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなる組成にする。【選択図】    なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｓｉ：０．２５質量％以下、Ｍｎ：０．５０乃至１．００質量％、Ｍｇ：３．００乃至３．５０質量％、Ｔｉ：０．０２乃至０．５０質量％、Ｂ：０．００１乃至０．０１０質量％、Ｚｒ：０．１０乃至０．４０質量％、Ｆｅ：０．２５質量％以下及びＣｕ：０．１０質量％以下を含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなることを特徴とするアルミニウム合金溶接用溶加材。
【請求項２】
ワイヤ状をなし、Ｆｅを０．１０質量％以上含有することを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム合金溶接用溶加材。
【請求項３】
Ｓｉ：０．２５質量％以下、Ｍｎ：０．５０乃至１．００質量％、Ｍｇ：３．００乃至３．５０質量％、Ｔｉ：０．０２乃至０．５０質量％、Ｂ：０．００１乃至０．０１０質量％、Ｚｒ：０．１０乃至０．４０質量％、Ｆｅ：０．２５質量％以下及びＣｕ：０．１０質量％以下を含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなる溶加材を使用して溶接することを特徴とするアルミニウム合金材の溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウム合金及びアルミニウム合金鋳物の溶接に使用されるアルミニウム合金溶接用溶加材及びそれを使用したアルミニウム合金材の溶接方法に関し、特に、Ｍｇを含有したアルミニウム合金の溶接に使用されるアルミニウム合金溶接用溶加材及びそれを使用したアルミニウム合金材の溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
アルミニウム合金は、一般的に、鉄鋼材料に比べて比重が小さく、高強度であり、加工性及び耐食性にも優れているため、多種多様な工業製品に使用されている。特に、比重が小さく、高強度であるという特徴が注目され、航空機、自動車、鉄道車両及び船舶等の輸送機の軽量化を図るために、これら輸送機の構造材料として広く使用されている。近時、地球環境保全の観点から、多量のエネルギーを消費するこれら輸送機に対して一層の軽量化が要求されており、その構造材料へのアルミニウム合金の適用の更なる拡大が急務となっている。しかしながら、輸送機の構造材料にアルミニウム合金を適用するためには、材料自体の強度だけでなく、溶接部の強度も必要であり、更に、良好な溶接性、特に、溶融溶接における割れ感受性が低いことが必要不可欠である。
【０００３】
そこで、延性及び靱性が優れた溶接部を得ることができ、溶接物全体の機械的性質を向上させることができる溶加材として、ケイ素を主添加成分とする４０００系のアルミニウム合金である母材を溶接するための溶加材が提案されている（例えば、特許文献１又は２参照）。特許文献１においては、４０００系アルミニウム合金の溶接金属の機械的性質向上に主眼を置きつつ、その割れ感受性についても考慮し、溶接金属中の結晶粒を微細化する元素の添加量を規定している。また、特許文献２においては、母材側の成分を４０００系のアルミニウム合金を中心に調整し、組み合わせる溶加材（溶接ワイヤ）を４０００系アルミニウム合金溶加材だけでなく、５０００系アルミニウム合金溶加材を使用しても、耐割れ性が良好な溶接金属を得ている。但し、５０００系アルミニウム合金溶加材を使用する際には、溶接後に熱処理が必要である。
【０００４】
現在、種々のアルミニウム合金のうち、溶接構造物用材料として最も広く且つ多量に使用されているのはＪＩＳ  Ａ５０８３アルミニウム合金である。このＪＩＳ  Ａ５０８３アルミニウム合金は、強度及び加工性共に最もバランスのとれた溶接構造物用アルミニウム合金である。また、このような５０００系アルミニウム合金溶接用の溶加材としては、ＪＩＳ  Ａ５３５６、Ａ５１８３、Ａ５５５６、Ａ５５５４及びＡ５６５４等のアルミニウム合金が挙げられ、一般には、ＪＩＳ  Ａ５３５６、Ａ５１８３及びＡ５５５４等のアルミニウム合金の溶加材が使用されている。実際の溶接構造物、例えば、自動車の部材をアルミニウム合金で作製する際に、アーク溶接構造が取り入れられることを前提にすると、市中で大量に使用されており、且つ強度バランスが優れた５０００系アルミニウム合金が使用されることが予想される。このため、５０００系アルミニウム合金を母材とする溶接継手用の溶加材の開発が望まれている。
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１５６５８４号公報  （第２−３頁）
【特許文献２】特開２０００−３１３９３３号公報  （第３−４頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前述の従来の技術には以下に示すような問題点がある。５０００系アルミニウム合金溶接用の溶加材として特に高強度溶接金属が得られる既存のＪＩＳ  Ａ５３５６、Ａ５１８３及びＡ５５５６アルミニウム合金は、Ｍｇ含有量が多いため、Ａｌ−Ｍｇ系金属間化合物に起因した応力腐食割れ感受性が高いという問題点がある。例えば、自動車の足まわり部材にこのような溶加材を使用した溶接構造が適用された場合、長年の使用環境によっては、路面からの塩分で腐食環境に晒されて、溶接部位の応力腐食割れにつながる可能性も否定できない。
【０００７】
また、５０００系アルミニウム合金用の溶接用溶加材である既存のＪＩＳ  Ａ５５５４アルミニウム合金は、ＪＩＳ  Ａ５３５６アルミニウム合金と比較してＭｇ含有量が少ないため、応力腐食割れ感受性は低いが、溶接金属の強度が低く、高温割れ感受性が極めて高いという問題点がある。更に、既存のＪＩＳ  Ａ５６５４アルミニウム合金も、溶接金属の強度が低く、耐応力腐食割れ性能が劣るという問題点がある。
【０００８】
更にまた、前述の特許文献１及び２のように、母材が４０００系アルミニウム合金である場合については、溶接金属の機械的性質向上及び割れ感受性の低減を図った溶加材が考案されているものの、母材が５０００系アルミニウム合金である場合においては、溶接金属の応力腐食割れ感受性及び高温割れ感受性が低く、且つ高強度溶接金属が得られるアルミニウム合金溶接用溶加材及び溶接方法は未だ開発されていない。
【０００９】
このため、アルミニウム合金を採用している自動車等の輸送機メーカー等においては、構造物の軽量化を実現すると共に、溶接部の応力腐食割れも回避しなければならないため、応力腐食割れが発生する可能性があるＪＩＳ  Ａ５３５６及びＡ５１８３等のアルミニウム合金を溶加材として使用することは困難である。一方、母材に４０００系アルミニウム合金を採用した場合、必要とする強度を得るために、溶接後に熱処理等を施さなければならないため、製造コストが増加する。また、ＪＩＳ  Ａ５５５４等のアルミニウム合金を採用すると、応力腐食割れは回避することができるが、溶接金属の強度低下及び高温割れ発生を防ぐために、溶接条件及び開先精度等を厳しく管理しなければならず、更に、欠陥を検出するために極めて厳格な検査が必要になる。このため、製造コスト及び製造時間が増大し、生産効率が低下する。
【００１０】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、溶接金属の応力腐食割れ感受性及び高温割れ感受性が低く、ＪＩＳ  Ａ５３５６アルミニウム合金を溶加材として使用した場合と同等以上の溶接金属強度が得られる５０００系アルミニウム合金溶接用溶加材及びそれを使用したアルミニウム合金材の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】
【００１１】
本願第１発明に係るアルミニウム合金溶接用溶加材は、Ｓｉ：０．２５質量％以下、Ｍｎ：０．５０乃至１．００質量％、Ｍｇ：３．００乃至３．５０質量％、Ｔｉ：０．０２乃至０．５０質量％、Ｂ：０．００１乃至０．０１０質量％、Ｚｒ：０．１０乃至０．４０質量％、Ｆｅ：０．２５質量％以下及びＣｕ：０．１０質量％以下を含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなることを特徴とする。
【００１２】
本発明においては、Ｍｇ含有量を規定することにより、Ａｌ−Ｍｇ系金属間化合物の析出が抑制されて、溶接金属の結晶粒が微細化されるため、応力腐食割れ感受性が低下すると共に溶接金属の強度低下が抑制される。また、Ｔｉ、Ｂ及びＺｒを添加することにより、溶接金属の結晶粒が微細化されるため、高温割れ感受性が低下すると共に溶接金属の強度が向上する。更に、Ｍｎ含有量を規定することにより、溶接金属の強度が向上する。
【００１３】
前記溶加材がワイヤである場合、Ｆｅを０．１０質量％以上含有することが好ましい。これにより、ワイヤ供給性を向上させることができる。
【００１４】
本願第２発明に係るアルミニウム合金材の溶接方法は、Ｓｉ：０．２５質量％以下、Ｍｎ：０．５０乃至１．００質量％、Ｍｇ：３．００乃至３．５０質量％、Ｔｉ：０．０２乃至０．５０質量％、Ｂ：０．００１乃至０．０１０質量％、Ｚｒ：０．１０乃至０．４０質量％、Ｆｅ：０．２５質量％以下及びＣｕ：０．１０質量％以下を含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなる溶加材を使用して溶接することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のアルミニウム合金溶接用溶加材及びアルミニウム合金材の溶接方法によれば、金属間化合物の析出が抑制され、溶接金属の結晶粒が微細化されるため、応力腐食割れ感受性及び高温割れ感受性が低下すると共に、溶接金属の強度低下が抑制されて、従来溶加材として使用されているＪＩＳ  Ａ５３５６アルミニウム合金を使用した場合と同等以上の溶接金属強度が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明者等は、上述の課題を解決すべく鋭意実験研究を重ねた結果、従来の５０００系アルミニウム合金の溶接において生じていた応力腐食割れ及び高温割れ、並びにこれらに付随する溶接金属の強度の低下には以下の現象が関係していることを見出した。先ず、応力腐食割れの発生であるが、５０００系アルミニウム合金の溶接金属においては、Ｍｇの含有量が３．５質量％を超えると、Ａｌ−Ｍｇ系金属間化合物が析出して応力腐食割れが誘起される可能性がある。このＡｌ−Ｍｇ系金属間化合物を溶接金属の粒界及び粒内に微細析出させると、溶接金属の強度を増加させることができるが、Ｍｇ含有量が３．５質量％を超えると、粒界で優先的に析出した化合物が粒界の一部でなく、ほぼ全面に分布する。このような組織の状態は連続した腐食経路、即ち、破壊経路を形成することになり、何らかの原因で腐食が生じると極めて割れやすくなる。
【００１７】
また、Ｍｇ含有量が低いＪＩＳ  Ａ５５５４アルミニウム合金を使用することにより、Ａｌ−Ｍｇ系金属間化合物に起因する応力腐食割れの発生は回避することができるが、析出強化が不十分となり、溶接金属の強度が低下する。このため、析出強化及び応力腐食割れ抑制の双方を満たすことができるようなＭｇ含有量を設定し、更に、析出強化以外の強化メカニズムとの複合効果により、溶接金属の強度向上を図る。
【００１８】
更に、鉄鋼材料又はステンレス鋼等の溶接金属における本来の凝固温度幅は比較的狭く、主としてリン、硫黄又は炭素等の元素を微量に添加しただけでも、凝固温度幅が著しく拡大する。このとき、低融点の液相及び化合物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。従って、これら元素の含有量を低減することにより、凝固温度幅を狭くし、溶接金属の高温割れ感受性を低下させることができる。
【００１９】
これに対して、アルミニウム合金では、一般に、主要合金元素、例えば、５０００系アルミニウム合金においては、ＭｇがＡｌと共晶反応を生じるため、Ｍｇ含有量により凝固温度はほぼ固定される。従って、アルミニウム合金溶接金属の高温割れ感受性については、鉄鋼材料等と同様に、凝固温度幅の観点から大幅に改善することは困難である。しかしながら、溶接条件が同一でも、溶接金属の結晶粒を微細化することができれば、個々の粒界に加わる歪が分散するため、高温割れ感受性を低下させることができる。
【００２０】
一方、５０００系アルミニウム合金におけるＭｇ含有量と高温割れ発生率との関係を調べたところ、Ｍｇ含有量が１質量％のときに最も割れ率が高く、Ｍｇ含有量が３質量％以上になると、割れ率が急激に減少するという知見を得た。このとき、溶接金属はＭｇ含有量の増加に伴い結晶粒が著しく微細化しており、溶接金属中に５質量％以上のＭｇが添加されると、ほぼ全面が微細な等軸晶になって、高温割れ感受性が著しく改善される。但し、Ｍｇ含有量が増加するに従い、応力腐食割れ感受性が増大するため、Ｍｇを５質量％以上添加することは避けたほうがよい。そこで、本発明においては、応力腐食割れ感受性及び高温割れ感受性を低下させるために、Ｍｇ以外の元素、具体的には、Ｔｉ、Ｂ及びＺｒを添加することにより、溶接金属の結晶粒を微細化する。
【００２１】
本発明者等は、上述の知見を考慮しつつ、Ｍｇ及びその他の結晶粒微細化元素の含有量を調整することにより、溶接金属の応力腐食割れ感受性及び高温割れ感受性を低下させると共に、ＪＩＳ  Ａ５３５６アルミニウム合金を溶加材として使用した場合と同等以上の溶接金属強度が得られる５０００系アルミニウム合金溶接用溶加材及びそれを使用したアルミニウム合金の溶接方法を完成した。以下、本発明に係るアルミニウム合金溶接用溶加材及びそれを使用したアルミニウム合金の溶接方法について詳細に説明する。
【００２２】
本発明のアルミニウム合金溶接用溶加材においては、Ｍｇ含有量を３．００乃至３．５０質量％にする。Ｍｇ含有量を３．５０質量％以下にすることにより、Ａｌ−Ｍｇ系金属間化合物が粒界に連続的に析出することを抑制し、応力腐食割れ感受性を低減することができる。また、Ｍｇ含有量を３．００質量％以上にすることにより、析出強化及び結晶粒の微細化に寄与して溶接金属の強度低下を抑制することができる。
【００２３】
更に、本発明のアルミニウム合金溶接用溶加材は、Ｔｉ、Ｚｒ及びＢを含有する。Ｔｉ及びＺｒは単独で添加しても結晶粒の微細化に寄与するが、その効果は小さい。また、Ｂ単独では結晶粒の微細化には寄与しない。しかしながら、Ｔｉ、Ｂ及びＺｒの全てを添加することにより、溶接金属の結晶粒が著しく微細化する。Ｔｉ、Ｂ及びＺｒを添加すると、ＴｉＢ２又はＺｒＢ２等が生成し、これらの化合物を核生成サイトとして、ＴｉＡｌ３及びＺｒＡｌ３等の初晶が発生して成長する。これにより、Ｔｉ、Ｚｒ及びＢを添加してない場合に比べて、溶接金属の結晶粒が著しく微細化する。その結果、高温割れ感受性を低減することができると共に、溶接金属の強度を向上させることができる。更に、本発明のアルミニウム合金溶接用溶加材においては、Ｍｎ含有量を０．５０乃至１．００質量％にする。これにより、溶接金属の強度をより上昇させることができる。
【００２４】
なお、本発明のアルミニウム合金溶接用溶加材の形状としては、ワイヤ状又は帯板状等が一般的であるが、本発明はこれらに限定されるものではなく、溶接方法に応じて適宜選択することができる。
【００２５】
以下、本発明に係るアルミニウム合金溶加材において、その成分添加理由及び組成限定理由について説明する。
【００２６】
Ｓｉ：０．２５質量％以下
Ｓｉ含有量が０．２５質量％以下であると、Ａｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系及びＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系金属間化合物が生成して、溶接金属の強度向上に寄与するが、Ｓiの含有量が０．２５質量％を超えると、溶接金属の強度が著しく低下すると共に高温割れ感受性が高くなる。よって、Ｓｉ含有量は０．２５質量％以下とする。
【００２７】
Ｍｎ：０．５０乃至１．００質量％
Ｍｎの含有量が０．５０質量％以上になると溶接金属の強度が上昇すると共に、高温割れ感受性が低くなる。但し、Ｍｎ含有量が１．００質量％を超えるとＡｌ―Ｍｎ系金属間化合物の粒界析出が増加して応力腐食割れ感受性が高くなる。従って、Ｍｎ含有量は０．５０乃至１．００質量％とする。
【００２８】
Ｍｇ：３．００乃至３．５０質量％
Ｍｇ含有量が３．００質量％以上になると、析出強化及び結晶粒の微細化に寄与して溶接金属の強度低下を抑制する。但し、Ｍｇ含有量が３．５０質量％を超えると応力腐食割れ感受性が高くなるが、Ｍｇ含有量を３．５０質量％以下にすることにより、Ａｌ−Ｍｇ金属間化合物の粒界における連続析出が抑制され、応力腐食割れ感受性が低くなる。よって、Ｍｇ含有量は３．００乃至３．５０質量％とする。
【００２９】
Ｔｉ：０．０２乃至０．５０質量％、Ｂ：０．００１乃至０．０１０質量％、Ｚｒ：０．１０乃至０．４０質量％
Ｔｉ、Ｂ及びＺｒの全てを所定量添加することにより、ＴｉＢ２及びＺｒＢ２が生成し、このＴｉＢ２及びＺｒＢ２を核生成サイトにしてＴｉＡｌ３及びＺｒＡｌ３等の初晶が発生し、成長する。これにより、溶融金属中の結晶粒が微細化される。但し、Ｔｉ含有量が０．０２質量％未満、Ｂ含有量が０．００１質量％未満又はＺｒ含有量が０．１０質量％未満の場合、Ｔｉ、Ｂ及びＺｒの全てを添加しても結晶粒を微細化する効果は得られない。また、Ｔｉ含有量が０．５０質量％又はＢ含有量が０．０１０質量％を超えると、溶接金属の靭性が低下する。更に、アルミニウムの連続鋳造技術においては、圧延、押出し及び伸線等の加工性が劣化するため、０．４０質量％を超えてＺｒを添加することは困難である。よって、Ｔｉ含有量は０．０２乃至０．５０質量％、Ｂ含有量は０．００１乃至０．０１０質量％、Ｚｒ含有量は０．１０乃至０．４０質量％とする。
【００３０】
Ｆｅ：０．２５質量％以下、好ましくは０．１０質量％以上
Ｆｅ含有量が増加すると、耐腐食性及び靭性及び疲労強度が劣化する。そこで、本発明においては、溶接部材が自動車等の溶接部に使用されることを想定し、十分な靭性及び疲労強度が得られるように、Ｆｅ含有量を０．２５質量％以下に規制する。なお、溶加材がワイヤである場合、Ｆｅ含有量は０．１０質量％以上であることが好ましい。Ｆｅは溶加材中でＭｎと化合してＦｅ−Ｍｎ系金属間化合物を形成するため、このＦｅ−Ｍｎ系金属間化合物が金属結晶中の介在物となって、ワイヤの強度を高める作用効果がある。これにより、軟らかいアルミニウム合金の強度が増し、溶接コンジットライナー中における送給性が向上する。
【００３１】
Ｃｕ：０．１０質量％以下
微量のＣｕを含有することにより溶接金属の強度を向上させる効果があるが、Ｃｕ含有量が０．１０質量％を超えると、５０００系のアルミニウム合金においては、溶接金属の高温割れ感受性及び応力腐食割れ感受性が高くなる。よって、本発明においては、Ｃｕの含有量が０．１０質量％以下になるように、インゴットの溶湯処理段階において成分調整を行う。
【００３２】
なお、本発明のアルミニウム合金溶接用溶加材に含まれる不可避的不純物としては、Ｚｎ、Ｃｒ及びＢｅ等がある。これら不可避的不純物のうち、Ｚｎ含有量を０．２５質量％以下、Ｃｒ含有量が０．２０質量％以下、Ｂｅ含有量を０．０００８質量％以下に抑制することにより、上述した本発明の効果が損なわれることを防止できる。
【００３３】
本発明の溶加材をアルミニウム合金材の溶接に適用する場合の溶接方法は、溶融溶接であればよく、ＭＩＧ、ＴＩＧ、レーザ又は電子ビーム等いずれの溶接方法も使用することができる。また、出力、電流及び溶接速度等の溶接条件は、使用する加工機の種類、被加工部材の厚さ及び形状等により適宜選定することができる。なお、高いパワー密度が得られるレーザ溶接及び電子ビーム溶接、又はＭＩＧパルス、ＴＩＧパルス溶接を実施すると、結晶粒の微細化により効果的である。その際、溶融池の磁気攪拌制御及び低周波パルス等を利用すると一層効果を発揮する。更に、溶接態様は、突合せ溶接及び重ね溶接等、接合する部位に応じて適切な溶接態様を選定すればよく、本発明の溶加材はいずれの継手にも適用することができる。
【００３４】
本発明の溶加材は、例えば、ＪＩＳ  Ａ５３５６、Ａ５１８３、Ａ５５５６、Ａ５５５４及びＡ５６５４に規定されているアルミニウム合金を溶加材として溶接されるアルミニウム合金材の溶接に使用することができるが、これらに限定されるものではなく、その他のアルミニウム合金材の溶接にも使用することができる。そのアルミニウム合金材（母材）の形状としては、板材、押出形材及び鋳鍛材のいずれでもよい。
【実施例】
【００３５】
以下、本発明の実施例の効果について、本発明の範囲から外れる比較例と比較して説明する。本実施例においては、下記表１に示す組成のワイヤ状の溶加材を使用して、下記表２に示す条件でアルミニウム合金板を溶接し、溶接により得られた継手の溶接金属の強度、靱性、高温割れ感受性、応力腐食割れ感受性、生産性及びワイヤ送給性について評価を行った。なお、表１に示す各溶加材の組成の残部は、Ａｌ及び不可避的不純物である。また、図１は継手の開先形状及び積層方法を示す断面図である。図１に示すように、本実施例においては、母材１である厚さ２ｍｍのアルミニウム合金板（ＪＩＳ  Ａ５０８３Ｐ−Ｏ）を、アルミニウム合金製の板状の裏当て材２を使用し、開先形状を角度４５°のＶ型にして突合せ溶接により接合した。その際、溶加材成分のみで形成された溶接金属を得るため、母材１の溶接部及び裏当て材２の母材１側の面に、予め溶接に使用する溶加材を厚さ１０ｍｍ程度バタリング（余盛り）し、母材１の成分が溶接金属に混入することを防止した。
【００３６】
【表１】
2005034896.tif 000002
【００３７】
【表２】
2005034896.tif 000003
【００３８】
次に、評価方法について説明する。溶接金属の強度及び靱性は、ＪＩＳ  Ｚ３１１１に規定されている溶着金属の引張及び衝撃試験方法に基づいて、引張試験及び衝撃試験を行い、その結果により評価した。図２（ａ）は本実施例の引張試験及び衝撃試験に使用した試験片の採取位置を示す平面図であり、図２（ｂ）は引張試験用試験片の断面図であり、図２（ａ）に示すＡ−Ａ線による断面図に相当し、図２（ｃ）は衝撃試験用試験片の断面図であり、図２（ａ）に示すＢ−Ｂ線による断面図に相当する。溶接金属の強度は、図２（ａ）及び（ｂ）に示す位置から切り出した引張試験用試験片１１の引張試験を行い、その結果から評価した。引張試験の結果がＪＩＳ  Ａ５３５６を溶加材として同条件で溶接を行った場合の溶接金属強度（２５０ＭＰａ）以上である場合は○、２２０ＭＰａ以上で２５０ＭＰａ未満の場合は△、２２０ＭＰａ未満の場合は×とした。また、溶接金属４の靱性は、図２（ａ）及び（ｃ）に示す位置から切り出した衝撃試験用試験片１２の衝撃試験を行い、その結果から評価した。衝撃試験の結果が２５Ｊ以上の場合は○、２５Ｊ未満の場合は×とした。
【００３９】
溶接金属の高温割れ感受性は、フィッシュボーン割れ試験及びクレーター割れ試験の結果により評価した。先ず、フィッシュボーン割れ試験の方法について説明する。図３（ａ）は試験片の採取位置を示す断面図であり、（ｂ）はフィッシュボーン割れ試験の試験片の作製方法を示す平面図である。図３（ａ）に示すように、図１に示す継手を厚さが５ｍｍになるまで機械的研削加工により減厚して、縦１７５ｃｍ、横２５０ｃｍ、厚さ５ｍｍのフィッシュボーン割れ試験用の試験片５を作製した。そして、図３（ｂ）に示すように、この試験片の長辺の両端部に、等間隔にスリット６を形成した。このとき、リット６の長さを、一方の短辺から他方の短辺に向かって長くなるようにして、各スリット長さに対応して熱変形量（熱歪み）が変化するようにした。即ち、スリット６の長さが短い一方の短辺側では熱変形量が大きく、スリット６の長さが長い他方の短辺側では熱変形量が小さくなる。この試験片５を、縦７５０ｍｍ、横５００ｍｍ、厚さ２５ｍｍの銅板７の上に配置し、下記表３に示す条件で、試験板台車走行式のＴＩＧ溶接を行った。このとき、スリットが浅い側の板端で約５秒間静止アークを出して板端を充分に溶融させることにより板端を熱的に変形させ、冷却過程で生じる収縮凝固歪みにより板端に凝固割れ（高温割れ）を発生させた。その後、この割れが生じている板端からスリットの深い側に向かって溶接を行った。そして、試験片のスタート部で発生した割れがどこまで進展するかにより耐高温割れ性を評価した。この割れの長さは、前述の熱変形量、即ち高温割れ感受性に対応している。具体的には、溶接後にカラーチェックを実施し、ビードに発生した割れ長さを測定して、試験片長さに対する割れの長さの割合を求め、割れ率が１５％未満の場合を○、１５乃至３０％の場合を△、３０％を超えている場合を×とした。
【００４０】
【表３】
2005034896.tif 000004
【００４１】
更に、クレータ割れ試験は、開先角度９０°、深さ５ｍｍのＶ溝開先上にＭＩＧ溶接により、長さ約７０ｍｍの溶接ビードを同一条件で断続的に３本形成し、個々の溶接クレータ部表面における総割れ長さを測定した。そして、溶接クレータ長又は溶接クレータの直径に対する割れの長さの割合を求め、３個の溶接クレータの平均値を指標とした。その結果、割れ率が１５％未満の場合を○、１５乃至３０％をの場合を△、３０％を超えている場合を×とした。
【００４２】
更にまた、溶接金属の応力腐食割れ感受性は、表２に示す条件で作製した溶接継手の余盛を削除し、３０日間自然時効材を使用し、３点曲げ治具により溶接部の第１及び第２層表面に、夫々の耐力相当及びその約７０％の引張曲げ応力を負荷した。そして、試験片を治具に固定した状態で９５℃の沸騰クロム酸―食塩水混合溶液（ＣｒＯ３：３６ｇ／リットル＋Ｋ２Ｃｒ２Ｏ７：３０ｇ／リットル＋ＮａＣｌ：３ｇ／リットル）中に１２０分浸漬した後、試験片表面のカラーチェック及び光学顕微鏡による断面組織観察により応力腐食割れの有無を確認した。その結果、応力腐食割れが発生しなかったものを○、発生したものを×とした。
【００４３】
図４はワイヤ送給試験時のコンジットチューブの配置を示す模式図である。図４に示すように、ワイヤ送給性試験として、パルス電源を使用し、平均電流を２００Ａ、アーク電圧を２２Ｖ、台車走行速度３０ｃｍ／分とし、長さ３ｍのコンジットライナーを１回巻きつけた上で逆方向に曲げた形の送給系にて溶接を行った。なお、図４に示すワイヤ１０送給装置は、スライド機工上に配置され、ロードセルにより送給抵抗が測定できるようになっている。そして、ワイヤ送給性の評価は、送給抵抗が安定し溶接中のアーク長も安定したものを○、若干でもアークにバタツキがあったものを△、送給性が不安定なものを×とした。
【００４４】
更にまた、生産性は、仕上げ径において、伸線速度を６００ｍ／分、ワイヤ伸線量を１０ｔとしたときのワイヤ断線回数で評価した。そして、断線しなかったものを○、断線回数が１回又は２回のものを△、３回以上断線したものを×とした。以上の評価結果を下記表４にまとめて示す。
【００４５】
【表４】
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【００４６】
表４に示すように、本発明の比較例であるＮｏ．１３乃至２４の溶加材を使用した継手は、溶接金属の強度、靭性、高温割れ感受性及び応力腐食割れ感受性のいずれかに問題があった。一方、本発明の実施例であるＮｏ．１乃至１２の溶加材を使用した継手は、溶接金属の強度、靭性、高温割れ感受性及び応力割れ感受性の全ての項目において、ＪＩＳ  Ａ５３５６を溶加材として使用した場合より優れており、更に、生産性及びワイヤ送給性にも優れていた。但し、実施例１２の溶加材は、Ｆｅ含有量が０．１０質量％以下であったため、ワイヤ送給性が不安定であった。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施例における継手の開先形状及び積層方法を示す模式図である。
【図２】（ａ）は引本発明の実施例において引張試験及び衝撃試験に使用した試験片の採取位置を示す平面図であり、（ｂ）は引張試験用試験片の断面図であり、（ｂ）に示すＡ−Ａ線による断面図に相当し、（ｃ）は衝撃試験用試験片の断面図でり、（ａ）に示すＢ−Ｂ線による断面図に相当する。
【図３】（ａ）はフィッシュボーン割れ試験用試験片の採取位置を示す断面図であり、（ｂ）はフィッシュボーン割れ試験用試験片の作製方法を示す平面図である。
【図４】ワイヤ送給試験時のコンジットチューブの配置を示す模式図である。
【符号の説明】
【００４８】
１；母材
２；裏当て材
３；バタリング部
４；溶接金属
５；フィッシュボーン割れ試験用試験片
６；スリット
７；銅板
８；溶接ビード
９；溶接方向
１０；ワイヤ
１１；引張試験用試験片
１２；衝撃試験用試験片
１３；溶接部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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