(57)【要約】【課題】  溶接割れを発生することなく溶接継手の疲労強度の向上と溶接金属の靭性の向上とを両立する溶接材料の提供。【解決手段】  低合金鋼材を溶接して製造する鋼構造物用溶接継手に利用するフラックスワイヤからなる溶接材料であって、この溶接材料により形成される溶着金属が、０．２０質量％以下のＣ、６．０質量％未満のＣｒ、４．０質量％以上２５．０質量％以下のＮｉ、５．０質量％以下のＳｉ、１０．０質量％以下のＭｎ、０．０１５質量％以下のＰ、０．００７質量％以下のＳ、３．０質量％以下のＮｂを含有し、さらに４．０質量％以下のＭｏ及び０．５質量％以下のＣａのうち少なくとも一種を含有し、前記溶着金属の残部がＦｅおよび不可避的含有成分からなることとする。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
低合金鋼材を溶接して製造する鋼構造物用溶接継手に利用するフラックスワイヤからなる溶接材料であって、この溶接材料により形成される溶着金属が、
０．２０質量％以下のＣ、
６．０質量％未満のＣｒ、
４．０質量％以上２５．０質量％以下のＮｉ、
５．０質量％以下のＳｉ、
１０．０質量％以下のＭｎ、
０．０１５質量％以下のＰ、
０．００７質量％以下のＳ、
３．０質量％以下のＮｂを含有し、
さらに４．０質量％以下のＭｏ及び０．５質量％以下のＣａのうち少なくとも一種を含有し、前記溶着金属の残部がＦｅおよび不可避的含有成分からなることを特徴とする溶接材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、船舶、橋梁、貯槽、建設機械等の大型鋼構造物に用いるにあたり好適な溶接材料に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
船舶、橋梁、貯槽、及び建設機械等においては、大型化とそれに伴う軽量化の目的から溶接して使用される鋼材の高強度化が求められている。鋼材が高強度化することによって使用する鋼材を少なくすることができ、構造物を軽量化することができる。これら構造物に使用される鋼材としては、引張強度レベルが４００ＭＰａ以上の低合金鋼材が一般に用いられている。
【０００３】
ところが、鋼材の引張強度が増加しても溶接継手の疲労強度が鋼材の引張強度ほどには向上しないといわれ、特に引張強度７８０ＭＰａ以上の低合金鋼材で顕著である。この原因としては、溶接継手の溶接部に生じる引張残留応力が大きいことが挙げられる。
従来ある溶接継手の疲労強度を向上させる溶接方法として、例えば、以下の方法がある。
【０００４】
この溶接方法では、溶接継手の溶接部分の溶接金属が、溶接後に冷却される過程において、溶接金属中でマルテンサイト変態を起こさせ、溶接継手が使用される温度（例えば、室温）において溶接金属の体積が、マルテンサイト変態の開始時の体積よりも膨張している状態とし、溶接材料として溶接ワイヤを使用し、溶接材料をなす鉄合金は冷却時におけるマルテンサイト変態開始温度（Ｍｓ点）を２５０℃未満１７０℃以上と低温化させたものである（例えば、特許文献１を参照）。このような溶接方法及び溶接材料を用いることにより、溶接継手の溶接金属に生じた引張残留応力を低減し、あるいは引張残留応力に代えて圧縮残留応力を与え、溶接施工後の研削等の特別な後処理を行うことなく溶接継手の疲労強度を向上させている。
【０００５】
なお、溶接金属とは、溶接継手の鋼材が接合されている部分において、溶着金属と鋼材の成分が混じり合っている部分の金属のことをいい、溶着金属とは、溶接工程と同じ熱履歴を受けながらも、鋼材との希釈を受けずに固化した金属のことをいう。
また、溶接材料として、被覆アーク溶接棒、フラックスの被覆がなく芯線をなす鋼が剥き出しとなっているソリッドワイヤ、円筒状鋼の円筒内にフラックスが充填されているフラックス入りワイヤがある。
【特許文献１】特開平１１−１３８２９０号公報
【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、上記した従来ある溶接材料にあっては、溶接継手の疲労強度が向上するものの、ビード形状（外観）が従来の汎用材に劣り、疲労強度を向上させるという効果を充分に引き出せていないという問題点があり、また、溶接金属の靭性が必ずしも高くないという問題点があった。これは、溶接金属のＭｓ点の低温化を実現するために添加した合金元素によりビード形状及び靭性の劣化を引き起こすためである。
本発明は上述の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、溶接継手の疲労強度の一層の向上と溶接金属の靭性の向上とをともに可能とする溶接材料を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明はその課題を解決するために以下のような構成をとる。請求項１の発明に係る溶接材料は、低合金鋼材を溶接して製造する鋼構造物用溶接継手に利用するフラックスワイヤからなる溶接材料であって、この溶接材料により形成される溶着金属が、０．２０質量％以下のＣ、６．０質量％未満のＣｒ、４．０質量％以上２５．０質量％以下のＮｉ、５．０質量％以下のＳｉ、１０．０質量％以下のＭｎ、０．０１５質量％以下のＰ、０．００７質量％以下のＳ、３．０質量％以下のＮｂを含有し、さらに４．０質量％以下のＭｏ及び０．５質量％以下のＣａのうち少なくとも一種を含有し、前記溶着金属の残部がＦｅおよび不可避的含有成分からなる。
【０００８】
本発明者らが、本溶接材料を用いて鋼材を溶接して製造した鋼構造物用溶接継手について検討した結果、次のような知見を得た。すなわち、フラックス入りワイヤに含まれるフラックスがビード止端部を覆うこと、溶接アークが安定なことにより、ビード止端部形状がソリッドワイヤや被覆アーク溶接棒を使用した場合に比べ、極めて滑らかになることにより、この溶接材料を用いて製造した溶接継手の疲労強度が著しく向上することを見出したのである。
【０００９】
また、溶着金属の化学組成をある一定範囲の化学組成とすることにより、溶接継手の疲労強度が向上し、同時に溶接金属の靭性及び耐低温割れ性が向上することを見出したのである。溶着金属の組成が一定範囲組成となるフラックス入りワイヤからなる溶接材料を製造するには、ワイヤ部分の組成とフラックス部分の組成の適切な組合せを実験的に決定することにより達成できる。これらの知見により溶接継手の総合的な性能を高めることができる。
【００１０】
請求項１の発明に係る溶接材料は、本発明者らがこれらの知見にさらなる検討を加え完成したものである。
本発明の溶接材料により形成される溶着金属は具体的には下記の組成を含有する。溶着金属はＪＩＳ  Ｚ３１８４−１９９２「溶着金属の化学分析用試料の作製方法」により作成した全溶着金属である。
【００１１】
Ｃは、溶接金属において、マルテンサイトの硬さを増加させて低温割れを助長するとともに、溶接金属の靭性を劣化させる元素である。したがって、溶接材料に含まれるＣの含有量をできるだけ低減させて、溶接材料に由来する溶接金属中のＣの含有量をできるだけ低減することが好ましい。靭性劣化を防止する観点から、溶着金属中のＣの含有量を０．２０質量％以下とし、Ｃの含有量を０．１２質量％以下とするとより好ましい。
【００１２】
Ｎｉは、溶接金属におけるＭｓ点を効果的に低下させ、マルテンサイトが主体となる溶接金属の靭性を効果的に高める元素である。溶接継手を製造した後、溶接金属を溶接継手の使用温度（例えば、−２０〜１００℃の範囲）まで冷却し、溶接継手の使用温度における溶接金属の体積が溶接金属のＭｓ点における体積よりも膨張した状態とすると、この体積膨張分によって溶接金属に生じる引張残留応力を低減させることができる。しかし、Ｍｓ点が高すぎると、溶接継手の使用温度における溶接金属の体積が溶接金属のＭｓ点における体積よりも収縮した状態となり、溶接金属に生じる引張残留応力を吸収できない。したがって、溶接金属のＭｓ点を３６０℃以下にすることが好ましい。溶接金属のＭｓ点は溶接金属の化学組成と密接な関係があり、本願の化学組成範囲では後述の経験式（１）により表現できることを確認している。ただし、Ｎｉ自体は高価であるため、経済的な観点から、溶接材料の溶着金属中のＮｉの含有量を２５．０質量％以下とする。
【００１３】
ところで、Ｍｓ点の低温化に効果のあるＮｉを含む各組成の含有量を大きくするほどＭｓ点が低温化するのは言うまでもないが、各組成の含有量には主として溶接金属の靭性を確保する理由から上限がある。このため、Ｎｉ含有量を４．０質量％以上とすることにより、Ｍｓ点の低温化を図りながら、低温化に効果のある他の組成の含有量を小さくして溶接金属の靭性を確実に確保する必要がある。
【００１４】
Ｃｒを含有させることにより、溶接金属のＭｓ点の調整が容易となるが、溶接金属の靭性が劣化する原因ともなるため、溶接材料の溶着金属中のＣｒの含有量を６．０質量％未満とする。
Ｓｉは、溶接金属におけるＭｓ点を低温とするとともに、脱酸材として機能して溶接金属中の酸素量を低減し、溶接金属の靭性を向上させる元素である。溶接材料の溶着金属中のＳｉの含有量が５．０質量％を超えると、この溶接材料を用いて製造した溶接継手の溶接金属において、高温割れが発生しやすく、また、規則格子が形成されてその靭性が著しく劣化する。したがって、溶接材料の溶着金属中のＳｉの含有量を５．０質量％以下とする。
【００１５】
Ｍｎは、溶接金属においてＮｉと同様にオーステナイト安定化作用を有するが、溶接金属の積層欠陥エネルギーを低くするので、オーステナイトやマルテンサイトの転位密度が高まるという作用を有する一方、溶接金属の酸素含有量を効果的に低減する。しかし、溶接材料の溶着金属中のＭｎの含有量が１０．０質量％を超えると充分な溶接金属の体積の膨張量を得られないので、Ｍｎの含有量を１０．０質量％以下とする。
【００１６】
Ｐ及びＳは、高温下、溶接金属に割れを発生させる原因となる元素である。特に、Ｎｉを多く含有する溶接金属は不純物の偏析による割れに敏感であるため、溶接材料の溶着金属中のＰの含有量を０．０１５質量％以下とし、Ｓの含有量を０．００７質量％以下とすることにより、高温下、溶接金属に発生する割れを防止できる。また、高温下、溶接金属に発生する割れを完全に排除するためには、溶接材料の溶着金属中のＰの含有量を０．０１０質量％以下とし、Ｓの含有量を０．００４質量％以下とすることが好ましい。
【００１７】
Ｎｂは、溶接金属におけるＭｓ点を低温とするとともに、粒界炭化物を抑制する元素である。Ｍｓ点を溶接継手の使用温度よりもやや高い温度である３６０℃以下まで低下させ、粒界炭化物を抑制するためには、溶接材料の溶着金属中のＮｂの含有量を多くすることが好ましい。しかし、溶接材料の溶着金属中のＮｂの含有量が３．０質量％を超えると、この溶接材料を用いて製造した溶接継手の溶接金属において、溶接金属の靭性が劣化してしまう。したがって、Ｎｂを溶接材料の溶着金属中に含有させる場合、その含有量を３．０質量％以下とする。ただし、Ｎｂ自体は高価であるため、経済的な観点から、溶接材料の溶着金属中のＮｂの含有量を０．０１質量％以下とすると好ましい。
【００１８】
また、本発明に係る溶接材料により形成される溶着金属は、さらに４．０質量％以下のＭｏ及び０．５質量％以下のＣａのうち少なくといずれか一種を含有する必要がある。
Ｍｏは、溶接金属の耐食性を向上させるとともに、粒界炭化物を抑制して靭性を向上させる元素である。しかし、溶接材料の溶着金属中のＭｏの含有量が４．０質量％を超えると、この溶接材料を用いて製造した溶接継手の溶接金属において、靭性が劣化して好ましくない。したがって、溶接金属の耐食性と靭性を向上させる目的で、Ｍｏを溶接材料の溶着金属中に含有させる場合、その含有量を４．０質量％以下とする。
【００１９】
Ｃａは、溶接金属中でＳと結合して析出し、粒界へのＳの偏析を抑制する元素である。溶接材料の溶着金属中のＣａの含有量が０．５質量％を超えると、この溶接材料を用いて製造した溶接継手の溶接金属において、溶接金属の靭性が劣化するとともに、溶接時にアークの安定性が低下してしまう。したがって、Ｃａを溶接材料の溶着金属中に含有させる場合、その含有量を０．５質量％以下とする。
【００２０】
なお、Ｃ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、Ｍｏ、Ｎｂ及びＣａの各元素以外については不可避的含有成分及びＦｅである。不可避的含有成分として、脱酸反応により混入するＡｌは０．０５質量％以下、大気中から混入するＮは０．０１質量％以下、溶接材料に起因するＶ、Ｃｕ、希土類元素をそれぞれ０．５質量％以下含有することは何ら問題はない。
さらに、本発明者らは、本発明に係る溶接材料により鋼材を溶接して鋼構造物用溶接継手を製造すると、溶接継手の使用温度を０℃とした場合に、溶接金属の靭性（シャルピー衝撃特性）が７０Ｊ以上となることを見出した。
【００２１】
また、本発明に係る溶接材料により鋼材を溶接して鋼構造物用溶接継手を製造し、この溶接継手の溶接金属の組成が次式（１）を満足するようにし、溶接継手の溶接部分を形成する溶接金属において、Ｍｓ点が５０〜３６０℃の間の温度範囲に存在するようにし、このＭｓ点が溶接継手の使用温度（例えば、−２０〜１００℃の範囲）よりもやや高い温度となるようにすると、溶接継手の使用温度における溶接金属の体積をＭｓ点における溶接金属の体積よりも膨張した状態とすることができ、溶接金属中での引張残留応力の吸収代を確保できることを、本発明者らは見出した。そして、溶接金属中のＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｏ及びＮｂの各含有量をコントロールすることにより（１）式を満足させると、その溶接金属におけるＭｓ点が５０〜３６０℃の間に収まることを見出した。
【００２２】
５０≦７１９−７９５ＷC−３５．５５ＷSi−１３．２５ＷMn−２３．７ＷCr−２６．５ＷNi−２３．７ＷMo−１１．８５ＷNb≦３６０  …（１）
ただし、ＷC：溶接金属中のＣの含有量（質量％）
ＷSi：溶接金属中のＳｉの含有量（質量％）
ＷMn：溶接金属中のＭｎの含有量（質量％）
ＷCr：溶接金属中のＣｒの含有量（質量％）
ＷNi：溶接金属中のＮｉの含有量（質量％）
ＷMo：溶接金属中のＭｏの含有量（質量％）
ＷNb：溶接金属中のＮｂの含有量（質量％）
なお、（１）式中、５０の数値はＭｓ点の下限値が５０℃であることを表し、３６０の数値はＭｓ点の上限値が３６０℃であることを表す。
【００２３】
また、本発明に係る溶接材料によって溶接される適切な低合金鋼材として、疲労強度向上の観点から、７８０ＭＰａ級高張力鋼を挙げることができる。
さらに、本発明に係る溶接材料により鋼材を溶接して製造される溶接継手の形状として、荷重非伝達型十字溶接継手、角回し溶接等の隅肉溶接継手、突合せ溶接継手等の大型鋼構造物に用いられる継手形状を挙げることができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明は、上記のような溶接材料であるので、溶接継手の疲労強度の一層の向上と溶接金属の靭性の向上とをともに可能とする溶接材料を提供できるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明における基本的な３つの技術思想を以下に示す。
（ａ）変態膨張による応力低減効果：  溶接継手の使用温度より少し高い温度範囲で溶接金属をマルテンサイト変態させ、その変態膨張を利用して熱収縮により生じる溶接引張残留応力を低減し、さらには圧縮残留応力を付与する。
（ｂ）Ｎｉによる靭性向上効果：  Ｎｉは溶接金属の靭性の向上に必要な合金組成である。また、Ｎｉによる靭性向上効果は、特にＣｒの含有量を抑制した場合に発揮される。さらに、特にマルテンサイトとオーステナイトが共存する場合において、大変形および高速変形を受ける場合にオーステナイトがその変形を受け持ち、高靭性を与える。
（ｃ）フラックス入りワイヤによるビード止端部形状改善効果：  フラックス入りワイヤに含まれるフラックスが形成させるスラグがビード止端部を覆うこと、及び、アークが安定なことにより、ビード止端部形状がソリッドワイヤや被覆アーク溶接棒を使用した場合に比べ、極めて滑らかになることにより、この溶接材料を用いて製造した溶接継手の疲労強度が著しく向上する。
【００２６】
本発明に係る溶接材料を用いて被溶接材である鋼材同士を溶接して、鋼構造物用溶接継手を製造し、上記の効果を総合的に利用することにより、溶接継手の総合的性能を著しく高め、疲労強度、靭性、耐低温割れ性に優れた高性能継手を得ることが本発明の骨子である。
本発明に係る溶接材料は、低合金鋼材を溶接して製造する鋼構造物用溶接継手に利用するフラックスワイヤからなる溶接材料であって、この溶接材料により形成される溶着金属が、０．２０質量％以下のＣ、６．０質量％未満のＣｒ、４．０質量％以上２５．０質量％以下のＮｉ、５．０質量％以下のＳｉ、１０．０質量％以下のＭｎ、０．０１５質量％以下のＰ、０．００７質量％以下のＳ、３．０質量％以下のＮｂを含有し、さらに４．０質量％以下のＭｏ及び０．５質量％以下のＣａのうち少なくとも一種を含有し、前記溶着金属の残部がＦｅおよび不可避的含有成分からなる。
【００２７】
このフラックス入りワイヤからなる溶接材料を用いて鋼構造物用溶接継手を製造すると、フラックス入りワイヤに含まれるフラックスと安定なアークにより極めて滑らかなビード止端部形状を得て、溶接止端部の応力集中係数を低下させることにより、変態膨張により生じる溶接継手の疲労強度の向上効果が著しく高まる。フラックス入りワイヤ中に含まれる酸化物は、溶接アークの安定に寄与し、溶融金属の揺動を抑制する。さらには、酸化物がスラグを形成し、溶接止端部に付着し、溶融金属の揺動を抑制して、ビード止端部形状を滑らかに保ち、応力集中係数を低下させることに寄与する。
【００２８】
また、このフラックス入りワイヤからなる溶接材料が使われる鋼構造物用溶接継手においては、Ｎｉ及びＣｒの含有量を限定している。これは、上述の効果（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）による溶接継手の疲労強度の向上と溶接金属の高靭性化を達成させるためである。
ここで、溶接金属の靭性（シャルピー吸収エネルギー）の値であるが、特に低温靭性の確保を要求された場合、０℃において、溶接金属のシャルピー吸収エネルギーが７０Ｊ以上を確保することが好ましい。
【００２９】
本発明に係る溶接材料を用いれば、マルテンサイト変態開始温度を３６０℃以下５０℃以上とした溶接金属を有する溶接継手を容易に製造できる。この溶接継手は、温度−伸び曲線、すなわち熱膨張曲線が使用温度においてマルテンサイト変態の開始時よりやや膨張状態の伸びとなる。本発明に係る溶接材料を用いて製造された溶接継手における溶接金属の冷却過程における温度−伸び曲線の一例を図１に示す。なお、図１はディラトメーターにより測定した溶接金属の温度と伸びの変化の割合を示したもので、図１において伸びが増加するということは溶接金属の体積が膨張することを示し、長さ変化の割合が減少するということは体積が収縮することを示す。
【００３０】
図１では、本発明に係る溶接材料を用いて製造された溶接継手において、溶接金属（太い実線）は、冷却過程においてマルテンサイト変態を生じ、そのマルテンサイト変態による膨張で、使用温度においてマルテンサイト変態開始時に比べて膨張状態となるものである。このような溶接金属とすることにより、冷却時の収縮による溶接継手に残留する引張応力を緩和するか、あるいは圧縮応力が溶接継手に残留することとなる。溶接継手に残留する引張応力を緩和するか、あるいは圧縮応力が溶接継手に残留するようにすれば、疲労強度が向上し、低温割れは抑制される。これにＮｉ添加による高靭性効果を加えることにより、溶接金属の靭性向上と溶接継手の疲労強度の向上が得られるのである。
【００３１】
一方、本発明の範囲を外れる溶接材料を用いて製造された溶接継手において、溶接金属（細い実線、従来例の溶接金属）では、Ｍｓ点が高く、マルテンサイト変態による膨張が少ないため、使用温度においては、変態後の冷却でマルテンサイト変態開始時に比べて収縮した状態となる。すなわち、疲労強度の向上は期待できない。
なお、本発明に係る溶接材料を用いて製造された溶接継手における溶接金属の温度−伸び曲線は、通常の熱膨張による伸びの温度変化を連続的に測定して得られる。
【００３２】
次に、本発明に係る溶接材料を用いて鋼材を溶接して製造した鋼構造物用溶接継手であって、この溶接継手の溶接金属組成が（１）式を満足するものについて説明する。
５０≦７１９−７９５ＷC−３５．５５ＷSi−１３．２５ＷMn−２３．７ＷCr−２６．５ＷNi−２３．７ＷMo−１１．８５ＷNb≦３６０  …（１）
ただし、ＷC：溶接金属中のＣの含有量（質量％）
ＷSi：溶接金属中のＳｉの含有量（質量％）
ＷMn：溶接金属中のＭｎの含有量（質量％）
ＷCr：溶接金属中のＣｒの含有量（質量％）
ＷNi：溶接金属中のＮｉの含有量（質量％）
ＷMo：溶接金属中のＭｏの含有量（質量％）
ＷNb：溶接金属中のＮｂの含有量（質量％）
なお、（１）式中の各元素のうち、溶接金属に含有されない元素がある場合には、その元素量を０として（１）式を計算するものとする。
【００３３】
ここで、（１）式の不等号で挟まれた部分である「７１９−７９５ＷC−３５．５５ＷSi−１３．２５ＷMn−２３．７ＷCr−２６．５ＷNi−２３．７ＷMo−１１．８５ＷNb」は、溶接金属の冷却時のＭｓ点を℃単位で現した場合の経験式であり、この（１）式の意味は、溶接金属の含有成分から推定される溶接金属の冷却時のＭｓ点が５０℃以上３６０℃以下となることである。すなわち、この溶接継手は、本発明に係る溶接材料における溶接金属のＭｓ点の限定範囲を（１）式に置き換えたものである。
【００３４】
この溶接継手においては、被溶接材として、低合金鋼材を用いるとよい。中でも、７８０ＭＰａ級高張力鋼材を溶接した場合に好適である。しかし、被溶接材として用いられるこれら低合金鋼材の種類については、特に限定されず、通常公知のいずれの鋼材も適用可能である。
また、本発明のフラックス入りワイヤからなる溶接材料は、前記の組成の溶着金属を形成できる組成を有するものであれば、フラックス及び鋼製の円筒の組成は特に限定されない。後に実施例についてフラックスコアードワイヤの成分系が述べられているが、これはフラックス及び鋼製円筒の組成を制限するものではない。
【００３５】
本発明に係る溶接材料を用いて鋼材を溶接して製造した鋼構造物用溶接継手では、被溶接材に応じて、溶接材料の組成及び溶接条件を調整して、前記の（１）式を満足する溶接金属を容易に形成する。また、継手形状は、荷重非伝達型十字溶接継手、角回し溶接などの隅肉溶接継手、突合せ溶接継手など、船舶、海洋構造物、ペントストック、橋梁、貯槽、建設機械等の大型鋼構造物に用いられる継手形状がいずれも好適である。
（実施例）
表１に引張強度７８０ＭＰａ級の低合金鋼材である被溶接鋼板の化学組成および板厚を、表２に溶接材料Ａ〜ＦのＪＩＳ  Ｚ３１８４に基づいた全溶着金属の化学組成を示す。
【００３６】
【表１】
2005262258.tif 000002
【００３７】
【表２】
2005262258.tif 000003
【００３８】
フラックス入りワイヤ（溶接材料）についてはワイヤ径を１．２ｍｍφとし、スラグ系およびメタル系のフラックス入りワイヤ（ＦＣＷ：Ｆｌｕｘ  Ｃｏｒｅｄ  Ｗｉｒｅ）とした。スラグ系フラックス入りワイヤに包含させるフラックスの質量比率は外皮に対して２０質量％で、フラックスは主成分をＴｉＯ2とするチタニア系とした。フラックスの成分構成はＴｉＯ2：４０質量％、ＳｉＯ2：２０質量％、Ｆｅ粉：２０質量％である。また、メタル系フラックス入りワイヤのフラックス質量比率は同じく外皮に対して２０質量％で、フラックスの成分構成はＦｅ粉６５質量％、フェロシリコン、フェロマンガンがあわせて３０質量％で、残部ＴｉＯ2とアルカリ金属酸化物とした。なお、各フラックスについては前記の組成以外でも同様の効果が得られることを確認済みである。比較例として、１種類のみソリッドワイヤを準備した。これらを用いて角回し溶接継手（角回し）、荷重非伝達型十字溶接継手（十字）および突合せ溶接継手（突合せ）を作成した。一方、各被溶接鋼板にルートギャップ６ｍｍ、開先角度６０度のＶ開先を施し、溶接入熱１７ｋＪ／ｃｍにより４パス溶接とした。溶接条件は、全て２５０Ａ−２８Ｖ−２０ｃｍ／ｍｉｎとした。
表１、表２の組合せにより作製した溶接継手における溶接金属特性（化学組成など）を表３に示す。
【００３９】
【表３】
2005262258.tif 000004
【００４０】
各溶接継手については、継手疲労試験によりＳ−Ｎ曲線を採取し、２００万回疲労強度を導出した。さらに、各溶接継手について、溶接部の止端半径を３点測定し、平均値を導出した。溶接金属のシャルピー試験を実施した。２ｍｍＶノッチを溶接金属中央に施し、０℃におけるシャルピー吸収エネルギーを３本測定し、その平均値を算出し、靭性を評価した。詳細はＪＩＳ  Ｚ２２４２に準拠した。溶接継手の疲労強度、溶接継手止端部の止端半径および溶着金属のシャルピー値を表４に示す。
【００４１】
【表４】
2005262258.tif 000005
【００４２】
発明例については、２００万回疲労強度２００ＭＰａ以上およびシャルピー吸収エネルギー７２Ｊ以上と良好な値が得られているのに対し、比較例においては２００万回疲労強度およびシャルピー吸収エネルギーの両方あるいは一方に低い値が見られ、本発明の目的である「溶接継手の疲労強度と溶接金属の靭性の向上」を達成できていない。また、フラックス入りワイヤを用いた溶接継手における止端半径は、ソリッドワイヤを用いたものより大きく、フラックス入りワイヤによりビード形状の改善が達成された。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】溶接継手における溶接金属の温度と体積変化（伸び）の関係を示すグラフである。
【図１】
2005262258.tif 000006