(57)【要約】【課題】  立向上進および上向姿勢溶接において、衝撃性能およびビード形状を劣化させることなく、高能率で優れた溶接作業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を提供する。【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、Ｔｉ酸化物がＴｉＯ2換算値で４〜８％、ＳｉＯ2を０．８〜１．５％、ＺｒＯ2を０．４％以下、Ｋ2Ｏを０．１〜０．４％、弗化物をＦ換算値で０．０５〜０．２５％、Ａｌ2Ｏ3を０．５％以下、Ａｌを０．２〜０．９％、Ｓｉを０．３〜０．９％、Ｍｎを１．３〜２．５％含有し、前記ＳｉとＭｎの比Ｍｎ／Ｓｉが２．３〜５．０で残部はＦｅおよび不可避的不純物からなるとを特徴とする。また、Ｎｉを０．２〜１．５％および／またはＢを０．００１〜０．０１０％含有することも特徴とする。【選択図】    図１
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【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、Ｔｉ酸化物をＴｉＯ2換算値で４〜８％、ＳｉＯ2を０．８〜１．５％、ＺｒＯ2を０．４％以下、Ｋ2Ｏを０．１〜０．４％、弗化物をＦ換算値で０．０５〜０．２５％、Ａｌ2Ｏ3を０．５％以下、Ａｌを０．２〜０．９％、Ｓｉを０．３〜０．９％、Ｍｎを１．３〜２．５％含有し、前記ＳｉとＭｎの比Ｍｎ／Ｓｉが２．３〜５．０で残部は主にＦｅおよび不可避不純物からな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】
Ｎｉを０．２〜１．５％含有することを特徴とする請求項１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。
【請求項３】
Ｂを０．００１〜０．０１０％含有することを特徴とする請求項１または２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、立向上進および上向姿勢溶接において、衝撃性能およびビード形状を劣化させることなく、高能率で優れた溶接作業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。
【背景技術】
【０００２】
造船や橋梁分野では突き合わせ継手溶接を行う箇所が多く、高能率で溶接することが求められている。しかし、従来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、立向上進姿勢溶接や上向姿勢溶接で溶接能率を上げるために溶接電流を高くして溶接を行うと、溶融金属が垂れてしまい、ビード形状、外観が悪化するために溶接電流を下げて溶接を行っていた。また、突き合わせ継手の初層を溶接する際には、割れが発生する懸念があるために溶接電流を高くすることができず、溶接能率が低下していた。さらに、溶接電流を高くして溶接作業性が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を使用した場合でも、機械的性能が悪化するために溶接電流を低くして溶接していた。
【０００３】
これに対し、立向上進姿勢溶接重視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、例えば特開平９−２６２６９３号公報（特許文献１）に、高能率な溶接施工を行うことができ、かつ−４０℃程度までの靭性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の提案がある。しかし、ワイヤ全質量当たりのＡｌが低いので、溶融金属とスラグの耐垂れ性が十分ではなくビード形状、外観が満足するものではなかった。また、特開２００４−３４０７８号公報（特許文献２）には、スラグ剥離性および溶接金属の衝撃性能を向上させたワイヤの提案がある。しかし、本技術でもワイヤ全質量当たりのＡｌが低いので、溶接電流を高くして立向上進姿勢溶接した場合は溶接金属とスラグが垂れてビード形状、外観も十分ではなかった。
【０００４】
【特許文献１】特開平９−２６２６９３号公報
【特許文献２】特開２００４−３４０７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、立向上進および上向姿勢溶接において、衝撃性能およびビード形状を劣化させることなく、高能率で優れた溶接作業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】
【０００６】
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、Ｔｉ酸化物をＴｉＯ2換算値で４〜８％、ＳｉＯ2を０．８〜１．５％、ＺｒＯ2を０．４％以下、Ｋ2Ｏを０．１〜０．４％、弗化物をＦ換算値で０．０５〜０．２５％、Ａｌ2Ｏ3を０．５％以下、Ａｌを０．２〜０．９％、Ｓｉを０．３〜０．９％、Ｍｎを１．３〜２．５％含有し、前記ＳｉとＭｎの比Ｍｎ／Ｓｉが２．３〜５．０で残部はＦｅおよび不可避的不純物からなるとを特徴とする。また、Ｎｉを０．２〜１．５％および／またはＢを０．００１〜０．０１０％含有することも特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
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、立向上進および上向姿勢溶接において、衝撃性能およびビード形状を劣化させることなく、高能率で優れた溶接作業性を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
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、立向上進および上向姿勢溶接に適用し、溶融金属および溶融スラグの垂れ、ビード形状・外観に及ぼす影響を調べ、さらに溶接金属の衝撃性能および割れ発生の有無も調べた。その結果、ワイヤ中に適量のＴｉＯ2、ＳｉＯ2、ＺｒＯ2、Ｋ2Ｏ、Ａｌ2Ｏ3、Ｆおよび金属および合金の形で添加されるＡｌ、Ｓｉ、Ｍｎを添加し、Ｍｎ／Ｓｉ値を適正にすることによって、立向上進および上向姿勢溶接時の溶融金属および溶融スラグの垂れがなく、ビード形状が良好になり、さらに適量のＮｉ、Ｂを添加することによって割れが生じることなく優れた衝撃性能を得ることができることを見出した。
【０００９】
以下に、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。
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。ＴｉＯ2は、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４％未満であると、アークが不安定になるとともに、スラグ生成量が不足して溶融金属を押さえる力が弱くなるため、重力で溶融金属が流れてビード形状を美麗なフラットな形状に整えることができなくなる。８％を超えると、溶融スラグ量が多くなり、溶融スラグが冷却固化する前に垂れてビードを美麗な形状に整えることができなくなる。
【００１０】
ＳｉＯ2は、珪砂、ジルコンサンド、長石等より添加され、スラグ形成剤として作用し、少量で溶融スラグの粘性を大きくする効果がある。ＳｉＯ2が０．８％未満であると、スラグ形成剤としての効果が小さくなり、スラグ被包性が悪くなり、結果としてビード形状が凸となる。また、ＳｉＯ2は凝固温度が低いために、１．５％を超えると溶融スラグの凝固温度が低下してスラグが固化する前に垂れてビードを美麗な形状に整えることができなくなる。
【００１１】
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溶融スラグの凝固温度が高くなり、スラグの凝固が早くなるため、少量で溶融スラグの垂れには有効である。ＺｒＯ2が０．４％を超えると、アークが不安定になり、スパッタ発生量が増加する。
【００１２】
Ｋ2Ｏは、酸化物や弗化物等で添加され、アーク安定剤として作用する。０．１％未満ではその効果が小さくアークを安定することができない。０．４％を超えるとスラグの粘性が低下し、溶融スラグが垂れてビード形状が劣化する。
Ｆは、アルカリ金属弗化物、金属弗化物等より添加され、アーク長を適度に調整してアークが母材に埋もれるのを抑制することにより、母材への堀り込みを緩和する。弗化物のＦ換算値が０．０５％未満ではその効果が小さくアーク長を調整することはできない。０．２５％を超えると溶融スラグの流動性が過大になり、ビード形状が悪化するとともに、スパッタおよびヒューム発生量が増加する。
【００１３】
Ａｌ2Ｏ3は、アルミナ、氷晶石、長石等で添加され、スラグの凝固点を上げて溶融スラグの垂れを防止する。しかし、Ａｌ2Ｏ3が０．５％を超えるとアークが荒くなりビード形状が劣化する。
Ａｌは、金属Ａｌ、Ａｌ合金等より添加され、溶融スラグの凝固を早くする働きがあるため、溶融スラグの垂れを防止する効果がある。Ａｌが０．２％未満では溶融スラグの凝固点が低く、溶融スラグが垂れてビード形状が劣化する。０．９％を超えると溶融スラグの垂れを防止するがスラグ剥離が悪くなり、ビード外観が劣化する。また、溶接金属中にＡｌが固溶されて衝撃性能が劣化する。
【００１４】
Ｓｉは、金属シリコン、フェロシリコン、シリコンマンガン等から添加され、溶接金属の機械的性質を確保する。Ｓｉが０．３％未満であると、脱酸不足になり衝撃性能が劣化する。０．９％を超えた場合も衝撃性能が劣化する。
Ｍｎは、金属マンガン、フェロマンガン等より添加され、Ｓｉと同様に溶接金属の機械的性質を確保する。Ｍｎが１．３％未満であると脱酸不足になり衝撃性能が劣化する。２．５％を超えた場合も衝撃性能が劣化する。
【００１５】
Ｍｎ／Ｓｉは、溶接金属の粘性に影響する。Ｍｎ／Ｓｉが大きくなると溶融金属の粘性が低下し、逆にＭｎ／Ｓｉが小さくなると溶融金属の粘性は高くなる。Ｍｎ／Ｓｉが２．５未満であると、スパッタ発生量が多くなり、溶接作業性が劣化する。５．０を超えると、溶融金属の粘性が低くなり、ビード形状が凸になる。
【００１６】
さらに、溶接金属の衝撃性能を向上するために、Ｎｉを０．２〜１．５％含有させるか、Ｂを０．００１〜０．０１０％含有させるか、ＮｉとＢをそれぞれの規定範囲内で両方添加することにより、衝撃性能を向上することが可能である。しかし、Ｎｉが０．２％未満、Ｂが０．００１％未満であると衝撃性能を向上する効果はない。Ｎｉが１．５％を超えると強度が高くなって衝撃性能が劣化する。また、Ｂが０．０１０％を超えると高温割れが生じる場合がある。
【００１７】
なお、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。特に立向上進および上向姿勢溶接では溶融金属を包被してビード形状を美麗なフラットな形状に整える必要があるのでスラグ形成剤成分の合計は５．５〜１０％であることが好ましい。さらに、高電流での耐割れ性を向上させるために、金属および合金の形で添加されるＣは０．０３〜０．０８％であることが望ましい。また、耐高温割れ性の観点より、Ｐ、Ｓ、Ｂｉ等の低融点成分は極力低くすることが好ましい。
【実施例】
【００１８】
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。
（実施例１）
まず、鋼製外皮にＪＩＳ  Ｇ３１４１  ＳＰＣＣ帯鋼を使用し、フラックスを約１６％充填して表１に示す各種成分の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。
【００１９】
【表１】
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【００２０】
これらの試作ワイヤを使用して、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１５〜２０μｍ）をＴ字すみ肉試験体（長さ５００ｍｍ）とし、表２に示す溶接条件で立向上進および上向姿勢溶接を行い、アーク安定性、溶融スラグの垂れ、溶融金属の垂れ、ビード形状・外観等を調査した。また、板厚２０ｍｍの鋼板（ＪＩＳ  Ｇ３１０６  ＳＭ４９０Ａ）の突き合わせ継手で、図１に示すように立向上進姿勢で５パス溶接を行い、溶接金属の衝撃性能を調査した。図１中１は鋼板、２は固形裏当材、３は衝撃試験片を示し、衝撃試験片３は板厚の中央部から採取した。衝撃性能の評価は０℃の衝撃値が２７Ｊ以上で合格とした。これらの調査結果を表３にまとめて示す。
【００２１】
【表２】
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【００２２】
【表３】
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【００２３】
表１および表３中Ｎｏ．１〜９が本発明例、Ｎｏ．１０〜２３は比較例である。本発明例であるＮｏ．１〜９は、ワイヤのＴｉＯ2、ＳｉＯ2、ＺｒＯ2、Ｋ2Ｏ、Ｆ換算値、Ａｌ2Ｏ3、Ａｌ、Ｓｉ、Ｍｎ量およびＭｎ／Ｓｉの値が適正であるので、アークが安定し、スパッタ発生量が少なく、溶融スラグの垂れおよび溶融金属の垂れがなくビード形状・外観および衝撃性能が良好であり、極めて満足な結果であった。
【００２４】
比較例中Ｎｏ．１０は、ＴｉＯ2が少ないので、アークが安定せず、スラグが溶融金属を押さえる力が不足しているため、溶融金属が垂れてビード形状が不良となった。
Ｎｏ．１１は、ＴｉＯ2が多いので、溶融スラグが垂れてビード形状が不良となった。また、Ｍｎが少ないので衝撃性能も不良であった。
Ｎｏ．１２は、ＳｉＯ2が少ないので、スラグ包皮性が悪くビード形状が不良となった。また、Ｍｎが多いので衝撃性能も不良であった。
【００２５】
Ｎｏ．１３は、ＳｉＯ2が多いので、スラグの凝固温度が低下してスラグが垂れてビード形状が不良となった。また、Ｓｉが少ないので衝撃性能も不良であった。
Ｎｏ．１４は、ＺｒＯ2が多いので、アークが不安定で、スパッタ発生量が増加した。また、Ｓｉが多いので衝撃性能も不良であった。
Ｎｏ．１５は、Ｋ2Ｏが少ないので、アークが不安定になった。
Ｎｏ．１６は、Ｋ2Ｏが多いので、スラグの粘性が低下してスラグが垂れてビード形状が不良となった。
【００２６】
Ｎｏ．１７は、Ｆ換算値が少ないので、アーク長が短くなり、アークが安定せずビード形状が不良となった。
Ｎｏ．１８は、Ｆ換算値が多いので、スラグの流動性が過大になり、ビード形状が悪化した。また、スパッタおよびヒューム発生量が多くなった。
Ｎｏ．１９は、Ａｌ2Ｏ3が多いので、アークが荒くなりビード形状が不良となった。      
【００２７】
Ｎｏ．２０は、Ａｌが少ないので、スラグの融点が低くスラグが垂れてビード形状が不良となった。
Ｎｏ．２１は、Ａｌが多いので、スラグ剥離性が悪くビード外観が不良となった。また、衝撃性能も不良であった。
Ｎｏ．２２は、Ｍｎ／Ｓｉが大きいので、ビード形状が不良となった。
Ｎｏ．２３は、Ｍｎ／Ｓｉが小さいので、スパッタ発生量が多くなった。
【００２８】
（実施例２）
表４に示す成分の１．２ｍｍ径のフラックス入りワイヤを試作して、実施例１と同様の試験を実施した。なお、突き合わせ継手溶接では初層の割れの有無を調査した。また、衝撃性能の評価は０℃の衝撃値が４７Ｊ以上で合格とした。それらの結果を表５にまとめて示す。
【００２９】
【表４】
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【００３０】
【表５】
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【００３１】
表４および表５中Ｎｏ．２４〜２８が本発明例、Ｎｏ．２９〜３２は比較例である。本発明例であるＮｏ．２４〜２８は、ワイヤのＴｉＯ2、ＳｉＯ2、ＺｒＯ2、Ｋ2Ｏ、Ｆ換算値、Ａｌ2Ｏ3、Ａｌ、Ｓｉ、Ｍｎ量およびＭｎ／Ｓｉの値が適正であるので、アークが安定し、スパッタ発生量が少なく、スラグの垂れおよび溶融金属の垂れがなくビード形状・外観が良好で、さらにＮｉおよびＢ量が適量であるので衝撃性能が良好で、高温割れも無く極めて満足な結果であった。
【００３２】
比較例中Ｎｏ．２９はＮｉが少ないので、Ｎｏ．３１はＢが少ないので、いずれも衝撃性能が不良であった。
Ｎｏ．３０はＮｉが多いので、強度が高くなり衝撃性能が不良であった。
Ｎｏ．３１はＢが多く高温割れが発生したので衝撃性能の調査は中止した。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施例の突き合わせ継手溶接を示す図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  鋼板
２  固形裏当材
３  衝撃試験片
特許出願人    日鐵住金溶接工業株式会社
代理人  弁理士    椎  名    彊  他１
【図１】
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