(57)【要約】      （修正有）【課題】効率的にスラグを排出することができるエレクトロガスアーク溶接方法及びエレクトロガスアーク溶接装置を提供する。【解決手段】溶接ワイヤ５に、鋼製外皮内にフラックスが充填され、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｔｉ及びＳｉＯ２を特定量含有すると共に、Ａｌ、Ｓ、Ｐ、ＴｉＯ２及びＡｌ２Ｏ３を特定量以下に規制し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、下記数式（Ａ）を満たす組成のフラックス入りワイヤを使用し、摺動銅当金２には、開先に接触する面に曲率をもった溝を有し、開先の幅をａとしたとき、溝幅Ｗが（１．１×ａ）〜（２．５×ａ）ｍｍ、溝深さＤが０．５〜５．５ｍｍ、溝幅Ｗと溝深さＤとの比（Ｗ／Ｄ）が５．０〜８０．０のものを使用し、溶接ワイヤ５の送給速度を一定とし、溶接ワイヤ５の突出し長さが一定になるように、溶接電流に基づいて溶接トーチ４の上昇速度を制御する。2016030262.tif 000012【選択図】図１
2016030262.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被溶接材の開先表面に摺動銅当金を当接し、前記摺動銅当金及び溶接トーチを上昇させながらアーク溶接を行うエレクトロガスアーク溶接方法であって、
前記溶接ワイヤとして、
鋼製外皮内にフラックスが充填され、
ワイヤ全質量あたり、
Ｃ：０．０１〜０．５０質量％、
Ｓｉ：０．１０〜１．００質量％、
Ｍｎ：０．５０〜４．００質量％、
Ｍｏ：０．１０〜１．００質量％、
Ｔｉ：０．０５〜０．４０質量％、
ＳｉＯ２：０．１０〜１．００質量％、
を含有すると共に、
Ａｌ：０．３０質量％以下（０％を含む）、
Ｓ：０．０５０質量％以下（０％を含む）、
Ｐ：０．０５０質量％以下（０％を含む）、
ＴｉＯ２：０．３０質量％以下（０％を含む）、
Ａｌ２Ｏ３：０．３０質量％以下（０％を含む）、
に規制され、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、
ＳｉＯ２含有量を［ＳｉＯ２］、Ｓｉ含有量を［Ｓｉ］、Ａｌ２Ｏ３含有量を［Ａｌ２Ｏ３］、Ａｌ含有量を［Ａｌ］、ＴｉＯ２含有量を［ＴｉＯ２］、Ｔｉ含有量を［Ｔｉ］としたとき、下記数式（Ａ）を満たす組成を有するフラックス入りワイヤを使用し、
2016030262.tif 000011
前記摺動銅当金は、
前記開先に接触する面に曲率をもった溝を有し、
前記開先の幅をａとしたとき、
前記溝幅Ｗが（１．１×ａ）〜（２．５×ａ）ｍｍ、
前記溝深さＤが０．５〜５．５ｍｍ、
前記溝幅Ｗと前記溝深さＤとの比（Ｗ／Ｄ）が５．０〜８０．０であり、
前記溶接ワイヤの送給速度は一定にし、前記溶接ワイヤの突出し長さが一定になるように、溶接電流に基づいて前記溶接トーチの上昇速度を制御するエレクトロガスアーク溶接方法。
【請求項２】
前記フラックス入りワイヤは、更に、ワイヤ全質量あたり、
Ｍｇ：０．５０質量％以下、
Ｎｉ：２．０質量％以下、
Ｃｒ：１．０質量％以下、
Ｂ：０．００５質量％以下
を含有する請求項１に記載のエレクトロガスアーク溶接方法。
【請求項３】
前記フラックス入りワイヤは、更に、ワイヤ全質量あたり、ＭｇＯ、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、ＣａＯ、ＳｒＯ及びＢａＯのうち少なくとも１種の酸化物を、合計で０．８０質量％以下含有する請求項１又は２に記載のエレクトロガスアーク溶接方法。
【請求項４】
前記フラックス入りワイヤは、直径が１．５〜３．５ｍｍであり、フラックス充填率が１５〜３０質量％である請求項１〜３のいずれか１項に記載のエレクトロガスアーク溶接方法。
【請求項５】
前記溶接トーチの上昇速度の制御は、
ローパスフィルターにより検出された溶接電流から高周波成分を除去する工程と、
前記ローパスフィルターを通過した溶接電流値と、予め設定された溶接電流指令値とを比較する工程と、を有し、
前記ローパスフィルターのカットオフ周波数を０．９８〜２．９３Ｈｚに設定する
請求項１〜４のいずれか１項に記載のエレクトロガスアーク溶接方法。
【請求項６】
アーク電圧を周期的に変動させながら溶接を行う請求項１〜５のいずれか１項に記載のエレクトロガスアーク溶接方法。
【請求項７】
被溶接材の開先表面に当接される摺動銅当金と、
前記開先内に溶接ワイヤを送給する溶接トーチと、
前記溶接トーチを、溶接線に対して、前後方向、上下方向及び左右方向に移動させるトーチ移動機構と、
溶接電流に基づいて前記溶接トーチの上昇速度を制御する制御部と、
を有し、
前記摺動銅当金は、
前記開先に接触する面に曲率をもった溝を有し、
前記開先の幅をａとしたとき、
前記溝幅Ｗが（１．１×ａ）〜（２．５×ａ）ｍｍ、
前記溝深さＤが０．５〜５．５ｍｍ、
前記溝幅Ｗと前記溝深さＤとの比（Ｗ／Ｄ）が５．０〜８０．０
であるエレクトロガスアーク溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エレクトロガスアーク溶接方法及びエレクトロガスアーク溶接装置に関する。より詳しくは、エレクトロガスアーク溶接におけるスラグ排出技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
エレクトロガスアーク溶接法は、例えば母材の表面（開先面）側に水冷の摺動当金を配置し、その反対の面に裏当金を配置する。そして、母材、摺動当金及び裏当金により囲まれる空間内に、炭酸ガスなどのシールドガスを供給し、溶接トーチから溶接ワイヤを繰り出してアーク溶接を行う。その際、溶接姿勢は、一般に、下から上に向かって溶接を行う立向きの姿勢が採用される。
【０００３】
また、エレクトロガスアーク溶接では、一般に、溶接材料として、鋼製外皮内にフラックスが充填されたフラックス入りワイヤが用いられている。フラックス入りワイヤが用いられている理由は、溶接時にフラックス中に配合されているスラグ形成剤が溶融し、ビードの外観を良好に保つ働きをするためである。しかしながら、フラックス入りワイヤは、溶接時にスラグ形成剤が溶融し、溶融金属直上に多量の溶融スラグが滞留する。溶融金属直上の溶融スラグが厚くなると、ワイヤがスラグに埋もれてしまい、アークの不安定化やビード外観の劣化を招く。また、溶融金属直上の溶融スラグが厚くなると、溶接金属の成分が変動して、強度過多やじん性劣化の問題も生じる。
【０００４】
そこで、従来、エレクトロガスアーク溶接では、摺動当金の下部からスラグを強制的に排出する方法が採られている（特許文献１〜４参照）。例えば、特許文献１に記載の溶接方法では、スラグの排出を確保するために、ビードとの隙間が下へ行くほど広くなるテーパーが設けられた水冷摺動銅当金を用いている。また、特許文献２には、開先側となる面に、当金の表面から内部にかけて漸次減少する幅の溝が溶接進行方向に刻設され、この溝で溶融金属とスラグを含む溶融池からスラグを選択的に吸引する摺動当金が提案されている。
【０００５】
一方、特許文献３には、母材と対向する面を湾曲凹部とし、その上端付近にシールドガスを供給するための開口部を形成すると共に、湾曲凹部の左右両側に平坦な垂直面からなる摺動縁部を設け、その一方の下方に母材表面との間に所定幅の間隙を形成するための切欠部を形成した摺動当金が提案されている。この特許文献３に記載の摺動当金では、溶融池の溶融金属上に滞留する溶融スラグが、湾曲凹部と、溶融金属との間隙から下方へ向かって流出すると共に、切欠部と母材表面との間に形成される間隙から摺動当金の軌道の側方へも流出するため、従来の摺動当金よりも溶融スラグの排出量を増加させることが可能となる。
【０００６】
また、特許文献４には、水冷摺動銅当金の被溶接材開先部に対する面に、上方から下方に順に、溶接ビード形成用の第１の溝と、溶融スラグを排出用の第２の溝とを設けた摺動当金が提案されている。特許文献４の摺動当金では、第１の溝は被溶接材表面に平行に形成されており、第２の溝は第１の溝の下部に連続し被溶接材表面に対して傾斜し、溝幅が上方から下方に順に広く、かつ溝深さが上方から下方に順に深くなるように形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−２８５８２６号公報
【特許文献２】特開２００７−９０３９８号公報
【特許文献３】特開２０１０−１４２８１４号公報
【特許文献４】特開２０１２−１６６２０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、前述した従来の技術には、以下に示す問題点がある。特許文献１に記載されているような溝深さが上方から下方に向かって深くなる摺動当金や、特許文献４に記載されているような溝幅が上方から下方に向かって広くなり、かつ溝深さが上方から下方に向かって深くなる摺動当金を用いた場合、アーク電圧やスラグ物性によっては過度なスラグ排出となり、溶け落ち、スラグ巻又は気孔などの溶接欠陥が発生する。
【０００９】
また、特許文献２に記載の摺動当金は、刻設された溝で溶融スラグを吸引し、排出するものであるが、表面張力が低いスラグ組成の場合は、吸引効果が十分に得られない上に、繰り返し使用すると、溝に入り込んだスラグが凝固し、溶接途中で吸引による排出効果が得られないという問題点がある。更に、特許文献３に記載の摺動当金は、水冷摺動銅当金の切欠き部に溶融スラグだけではなく、溶融金属も流れおちて、ビード形状が劣化するという問題点がある。
【００１０】
そこで、本発明は、効率的にスラグを排出することができるエレクトロガスアーク溶接方法及びエレクトロガスアーク溶接装置を提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前述したように、スラグ排出の促進は、従来、水冷摺動銅当金の構造によって工夫されてきた。しかしながら、スラグの排出量は、アーク安定性や溶接ワイヤのスラグ組成によって変わるため、水冷摺動銅当金の構造だけでは十分に制御することができない。特に、溶接ワイヤの組成は、スラグの溶融物性に影響し、溶接金属の溶け落ちや溶接欠陥、ビード形状の劣化にも関係するが、従来、溶接ワイヤのスラグ物性と水冷摺動銅当金形状について最適なアプローチはなされていない。
【００１２】
そこで、本発明者は、スラグ組成について加味した溶接材料と溶接装置の組み合わせについて検討を行い、長時間かつ繰り返し使用しても効率的なスラグの排出を維持でき、溶接欠陥、ビード形状の劣化、じん性の劣化を防止することができるエレクトロガスアーク溶接方法を見出し、本発明に至った。
【００１３】
即ち、本発明に係るエレクトロガスアーク溶接方法は、被溶接材の開先表面に摺動銅当金を当接し、前記摺動銅当金及び溶接トーチを上昇させながらアーク溶接を行うエレクトロガスアーク溶接方法であって、前記溶接ワイヤとして、鋼製外皮内にフラックスが充填され、ワイヤ全質量あたり、Ｃ：０．０１〜０．５０質量％、Ｓｉ：０．１０〜１．００質量％、Ｍｎ：０．５０〜４．００質量％、Ｍｏ：０．１０〜１．００質量％、Ｔｉ：０．０５〜０．４０質量％、ＳｉＯ２：０．１０〜１．００質量％を含有すると共に、Ａｌ：０．３０質量％以下（０％を含む）、Ｓ：０．０５０質量％以下（０％を含む）、Ｐ：０．０５０質量％以下（０％を含む）、ＴｉＯ２：０．３０質量％以下（０％を含む）、Ａｌ２Ｏ３：０．３０質量％以下（０％を含む）に規制され、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、ＳｉＯ２含有量を［ＳｉＯ２］、Ｓｉ含有量を［Ｓｉ］、Ａｌ２Ｏ３含有量を［Ａｌ２Ｏ３］、Ａｌ含有量を［Ａｌ］、ＴｉＯ２含有量を［ＴｉＯ２］、Ｔｉ含有量を［Ｔｉ］としたとき、下記数式（Ａ）を満たす組成を有するフラックス入りワイヤを使用し、前記摺動銅当金は、前記開先に接触する面に曲率をもった溝を有し、前記開先の幅をａとしたとき、前記溝幅Ｗが（１．１×ａ）〜（２．５×ａ）ｍｍ、前記溝深さＤが０．５〜５．５ｍｍ、前記溝幅Ｗと前記溝深さＤとの比（Ｗ／Ｄ）が５．０〜８０．０であるものとし、前記溶接ワイヤの送給速度は一定にし、前記溶接ワイヤの突出し長さが一定になるように、溶接電流に基づいて前記溶接トーチの上昇速度を制御する。
【００１４】
【数１】
2016030262.tif 000003
【００１５】
前記フラックス入りワイヤは、更に、ワイヤ全質量あたり、Ｍｇ：０．５０質量％以下、Ｎｉ：２．０質量％以下、Ｃｒ：１．０質量％以下、Ｂ：０．００５質量％以下を含有していてもよい。
また、前記フラックス入りワイヤは、更に、ワイヤ全質量あたり、ＭｇＯ、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、ＣａＯ、ＳｒＯ及びＢａＯのうち少なくとも１種の酸化物を、合計で０．８０質量％以下含有することもできる。
更に、前記フラックス入りワイヤには、直径が１．５〜３．５ｍｍであり、フラックス充填率が１５〜３０質量％であるものを使用することができる。
一方、本発明に係るエレクトロガスアーク溶接方法では、前記溶接トーチの上昇速度の制御は、ローパスフィルターにより検出された溶接電流から高周波成分を除去する工程と、前記ローパスフィルターを通過した溶接電流値と、予め設定された溶接電流指令値とを比較する工程と、を有し、前記ローパスフィルターのカットオフ周波数を０．９８〜２．９３Ｈｚに設定してもよい。
また、アーク電圧を周期的に変動させながら溶接を行うこともできる。
【００１６】
本発明に係るエレクトロガスアーク溶接装置は、被溶接材の開先表面に当接される摺動銅当金と、前記開先内に溶接ワイヤを送給する溶接トーチと、前記溶接トーチを、溶接線に対して、前後方向、上下方向及び左右方向に移動させるトーチ移動機構と、溶接電流に基づいて前記溶接トーチの上昇速度を制御する制御部とを有し、前記摺動銅当金は、前記開先に接触する面に曲率をもった溝を有し、前記開先の幅をａとしたとき、前記溝幅Ｗが（１．１×ａ）〜（２．５×ａ）ｍｍ、前記溝深さＤが０．５〜５．５ｍｍ、前記溝幅Ｗと前記溝深さＤとの比（Ｗ／Ｄ）が５．０〜８０．０である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、摺動銅当金の構造に加えて、溶接材料の組成を特定しているため、効率的にスラグを排出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本実施形態のエレクトロガスアーク溶接方法を模式的に示す断面図である。
【図２】開先形状を示す断面図である。
【図３】Ａは図１に示す摺動銅当金２の構成を模式的に示す平面図であり、ＢはＡに示すＺ−Ｚ線による断面図である。
【図４】突出し長さが一定になるよう制御する方法を示すブロック図である。
【図５】本実施形態のエレクトロガスアーク溶接方法で用いる溶接装置の構成例を示す図である。
【図６】すみ肉溶接に適用する場合の溶接方法を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を実施するための形態について、詳細に説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。図１は本発明の実施形態に係るエレクトロガスアーク溶接方法を模式的に示す断面図であり、図２は開先形状を示す断面図である。また、図３Ａは図１に示す摺動銅当金２の構成を模式的に示す平面図であり、図３Ｂは図３Ａに示すＺ−Ｚ線による断面図である。
【００２０】
図１に示すように、本実施形態のエレクトロガスアーク溶接方法は、被溶接材（母材１）に形成された開先の一方の面側に摺動銅当金２を当てると共に、他方の面側に裏当材３を当てる。ここで、開先形状としては、例えば図２に示すようなＶ開先を適用することができる。そして、母材１、摺動銅当金２及び裏当材３により囲まれる開先内に、シールドガスを供給しつつ溶接トーチ４から溶接ワイヤ５を送給し、溶接トーチ４及び摺動銅当金２を上昇させながらアーク溶接を行う。
【００２１】
このとき、溶接ワイヤ５には、鋼製外皮内にフラックスが充填され、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｔｉ及びＳｉＯ２を特定量含有すると共に、Ａｌ、Ｓ、Ｐ、ＴｉＯ２及びＡｌ２Ｏ３を特定量以下に規制し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、下記数式（Ａ）を満たす組成のフラックス入りワイヤを使用する。なお、下記数式２における［ＳｉＯ２］はＳｉＯ２含有量、［Ｓｉ］はＳｉ含有量、［Ａｌ２Ｏ３］はＡｌ２Ｏ３含有量、［Ａｌ］はＡｌ含有量、［ＴｉＯ２］はＴｉＯ２含有量、［Ｔｉ］はＴｉ含有量である。
【００２２】
【数２】
2016030262.tif 000004
【００２３】
また、図３Ａ，Ｂに示すように、摺動銅当金２は、開先に接触する面に曲率をもった溝１２を有し、開先の幅をａとしたとき、溝幅Ｗが（１．１×ａ）〜（２．５×ａ）ｍｍ、溝深さＤが０．５〜５．５ｍｍ、溝幅Ｗと溝深さＤとの比（Ｗ／Ｄ）が５．０〜８０．０のものを使用する。更に、溶接時は、溶接ワイヤ５の送給速度を一定とし、溶接電流に基づいて溶接トーチの上昇速度を制御する。
【００２４】
次に、本実施形態のエレクトロガスアーク溶接方法における各種条件設定の理由について説明する。
【００２５】
［溶接ワイヤ５］
本実施形態のエレクトロガスアーク溶接方法に用いられる溶接ワイヤ５は、筒状の鋼製外皮と、この外皮の内側に充填されたフラックスとで構成されるフラックス入りワイヤである。なお、フラックス入りワイヤの形態は、外皮に継目のないシームレスタイプ、外皮に継目のあるシームタイプのいずれでもよい。また、フラックス入りワイヤには、表面（外皮の外側）に銅めっきが施されているものと、施されていないものがあるが、本実施形態のエレクトロガスアーク溶接方法では、どちらも使用することができる。
【００２６】
以下、本実施形態のエレクトロガスアーク溶接方法で用いるフラックス入りワイヤの成分組成の数値限定理由を説明する。なお、以下に示す成分量は、外皮とフラックスを合わせたワイヤ全質量に対する割合である。
【００２７】
＜Ｃ：０．０１〜０．５０質量％＞
Ｃは、溶接金属の強度を高める効果がある。しかしながら、溶接ワイヤのＣ含有量が０．０１質量％未満の場合、溶接金属の強度が不足する。一方、溶接ワイヤ中にＣが０．５０質量％を超えて多量に含まれていると、溶接中に酸素と結合してＣＯガスとなり、溶滴表面に泡が発生する。そして、この泡が飛散することで、アークが不安定になり、スパッタが発生する。よって、溶接ワイヤのＣ含有量は０．０１〜０．５０質量％とする。
【００２８】
＜Ｓｉ：０．１０〜１．００質量％＞
Ｓｉは、脱酸作用のある元素であり、溶接金属の強度や靱性を確保するために必要な元素である。しかしながら、溶接ワイヤのＣ含有量が０．１０質量％未満の場合、脱酸不足により、溶接金属にブローホールが発生する。一方、溶接ワイヤに、１．００質量％を超えて多量にＳｉが含まれていると、溶接中に溶融金属７上にたまる溶融スラグ８が厚くなって、溶接ワイヤ５が溶融スラグ８に埋まり、溶接金属９の歩留まりが変動して靭性が劣化する。よって、溶接ワイヤのＳｉ含有量は０．１０〜１．００質量％とする。
【００２９】
＜Ｍｎ：０．５０〜４．００質量％＞
Ｍｎは前述したＳｉと同様に、脱酸素剤又は硫黄捕捉剤として作用するため、溶接金属の強度や靭性の確保に必要な元素である。しかしながら、溶接ワイヤのＭｎ含有量が０．５０質量％未満の場合、脱酸不足により溶接金属に溶接欠陥（ブローホール）が発生したり、溶接金属の靭性が不足したりする。一方、溶接ワイヤに、４．００質量％を超えて多量にＭｎが含まれていると、溶接中に剥離し難いスラグが大量発生し、スラグ巻きなどの溶接欠陥が発生すると共に、溶接金属の強度が増加しすぎて靭性が著しく低下する。よって、溶接ワイヤのＭｎ含有量は、０．５０〜４．００質量％とする。
【００３０】
＜Ｍｏ：０．１０〜１．００質量％＞
Ｍｏは、溶接金属の強度や靭性を確保するために必要な元素である。しかしながら、溶接ワイヤのＭｏ含有量が０．１０質量％未満の場合、溶接金属の強度や靭性が不足する。一方、溶接ワイヤに、１．００質量％を超えてＭｏが含まれていると、溶接金属が強度過多となり、割れなどの溶接欠陥が発生する。よって、溶接ワイヤのＭｏ含有量は０．１０〜１．００質量％とする。
【００３１】
＜Ｔｉ：０．０５〜０．４０質量％＞
Ｔｉは、溶接金属中のフェライト粒を微細化し、靭性を向上させる効果がある。しかしながら、溶接ワイヤのＴｉ含有量が０．０５質量％未満の場合、溶接金属の靭性が不足する。一方、Ｔｉは強脱酸元素であるため、溶接ワイヤに０．４０質量％を超えてＴｉが含まれていると、粘性の高いＴｉＯ２スラグの発生が過多となる。その結果、スラグ排出が抑制され、溶融金属７上にたまる溶融スラグ８が厚くなって、溶接ワイヤ５が溶融スラグ８に埋まり、溶接金属９の歩留まりが変動して靭性が劣化する。よって、溶接ワイヤのＴｉ含有量は０．０５〜０．４０質量％とする。
【００３２】
＜ＳｉＯ２：０．１０〜１．００質量％＞
ＳｉＯ２は、フラックスに含有される酸化物であり、比較的流動性の良い溶融スラグを形成する。また、ＳｉＯ２と共に、後述するＭｇＯやＣａＯを添加すると、溶融スラグの流動性が更に良好になる。このため、エレクトロガスアーク溶接において、ＳｉＯ２を主体としたスラグ組成にすると、スラグの排出が促進される。また、ＳｉＯ２を主体としたスラグ組成は、ガラス質で剥離もしやすく、ビード全面に広がるため、ビード外観も良好となる。このようなＳｉＯ２を主体としたスラグ組成を形成するためには、溶接ワイヤにＳｉＯ２を０．１０質量％以上含有させる必要がある。
【００３３】
一方、溶接ワイヤに、ＳｉＯ２を１．００質量％を超えて含有させると、スラグ量が過多になり、排出効果よりも酸化物生成のほうが上回り、溶融金属７上にたまる溶融スラグ８が厚くなって、溶接ワイヤ５が溶融スラグ８に埋まり、溶接金属９の歩留まりが変動して靭性が劣化する。よって、溶接ワイヤにおけるＳｉＯ２含有量は、０．１０〜１．００質量％とする。なお、スラグ排出効率向上の観点から、溶接ワイヤのＳｉＯ２含有量は０．２０〜０．６０質量％であることが好ましい。
【００３４】
＜Ａｌ：０．３０質量％以下＞
Ａｌは、前述したＴｉと同様に、溶接金属中のフェライト粒を微細化し、靭性を向上させる効果があるが、フェライト粒の微細化効果はＴｉが最も効果的であり、また、Ａｌ酸化物は粘性が高いため、スラグ剥離性を低下させ、ビード外観に影響を及ぼす。このため、溶接ワイヤにＡｌは極力添加しないことが好ましく、０質量％であることがより好ましい。
【００３５】
一方、Ａｌは強脱酸元素であるため、溶接ワイヤに０．３０質量％を超えてＡｌが含まれていると、スラグの発生が過多となる。その結果、スラグ排出が抑制され、溶融金属７上にたまる溶融スラグ８が厚くなって、溶接ワイヤ５が溶融スラグ８に埋まり、溶接金属９の歩留まりが変動して靭性が劣化する。よって、溶接ワイヤのＡｌ含有量は０．３０質量％以下に規制する。
【００３６】
＜Ｓ：０．０５０質量％以下、Ｐ：０．０５０質量％以下＞
Ｓ（硫黄）及びＰ（リン）は、いずれも不可避滴不純物であり、溶接ワイヤにおけるこれらの元素の含有量がそれぞれ０．０５０質量％を超えると、溶接金属に割れなどの溶接欠陥が発生する。よって、Ｓ含有量及びＰ含有量はいずれも０．０５０質量％以下に規制する。なお、溶接ワイヤのＳ含有量及びＰ含有量は、できるだけ少ない方が好ましく、より好ましくは０質量％であるが、それぞれ０．０５０質量％以下であれば、本発明の効果には影響しない。
【００３７】
＜ＴｉＯ２：０．３０質量％以下、Ａｌ２Ｏ３：０．３０質量％以下＞
ＴｉＯ２及びＡｌ２Ｏ３は、フラックスに含有される酸化物であるが、粘性の高い溶融スラグを形成するため、これらの含有量はできるだけ少なくすることが好ましく、０質量％であることがより好ましい。特に、溶接ワイヤにおけるＴｉＯ２含有量及びＡｌ２Ｏ３含有量がそれぞれ０．３０質量％を超えると、スラグ排出が抑制され、溶接金属の靭性が劣化したり、スラグ巻き込みなどの溶接欠陥が発生したりする。よって、ＴｉＯ２含有量及びＡｌ２Ｏ３含有量は、それぞれ０．３０質量％以下に規制する。
【００３８】
＜（ＳｉＯ２＋２．１Ｓｉ）／（Ａｌ２Ｏ３＋１．９Ａｌ＋ＴｉＯ２＋１．７Ｔｉ）＞
前述したように、フラックスに由来するＴｉＯ２やＡｌ２Ｏ３、強脱酸元素であるＴｉ及びＡｌは、スラグの排出を抑制する。このため、（［ＳｉＯ２］＋２．１×［Ｓｉ］）／（［Ａｌ２Ｏ３］+１．９×［Ａｌ］+［ＴｉＯ２］+１．７×［Ｔｉ］）が１．０未満である場合、即ち、溶接ワイヤにおけるこれらの成分の含有量が上記数式（Ａ）を満たさない場合は、ＴｉＯ２やＡｌ２Ｏ３主体のスラグ組成となり、溶接金属の靭性低下や溶接欠陥の発生を招く。
【００３９】
これに対して、（［ＳｉＯ２］＋２．１×［Ｓｉ］）／（［Ａｌ２Ｏ３］+１．９×［Ａｌ］+［ＴｉＯ２］+１．７×［Ｔｉ］）が１．０以上である場合、即ち、溶接ワイヤにおけるこれらの成分の含有量が上記数式（Ａ）を満たす場合は、ＳｉＯ２主体のスラグ組成となり、スラグ排出が促進され、溶接欠陥がない、良好なビード外観となる。なお、上記数式（Ａ）におけるＳｉ、Ａｌ、Ｔｉの係数は、元素と酸化物のモル質量比であり、添加元素が全て酸化物になった場合を想定して規定している。
【００４０】
＜Ｍｇ：０．５０質量％以下＞
Ｍｇは、強脱酸元素であり、溶接金属の酸素量を低減して靱性を向上させる効果があるため、必要に応じて溶接ワイヤに添加することができる。なお、溶接金属の靭性向上の観点から、溶接ワイヤにＭｇを添加する場合は０．０５質量％以上とすることが好ましい。
【００４１】
一方、Ｍｇは強脱酸元素であるため、溶接ワイヤが０．５０質量％を超えてＭｇを含有すると、ＭｇＯスラグが過多となる。適量のＭｇＯはＳｉＯ２と結びつき、流動性の良い溶融スラグとなるが、ＭｇＯが過度に増えると、溶接中に剥離しにくいスラグが大量発生し、スラグ巻きなどの溶接欠陥が発生する。よって、溶接ワイヤにＭｇを添加する場合は、０．５０質量％以下とする。
【００４２】
＜Ｎｉ：２．０質量％以下、Ｃｒ：１．０質量％以下、Ｂ：０．００５質量％以下＞
溶接ワイヤに用いるフラックス入りワイヤは、溶接金属の強度又は靭性向上のため、Ｎｉ、Ｃｒ及びＢを含有していてもよい。ただし、これらの元素は、過剰に添加すると、溶接金属に割れが発生しやすくなる。具体的には、溶接ワイヤに、Ｎｉを２．０質量％を超えて添加したり、Ｃｒを１．０質量％を超えて添加したり、Ｂを０．００５質量％を超えて添加すると、溶接金属に割れが発生しやすくなる。よって、Ｎｉ、Ｃｒ及びＢを添加する場合は、それぞれＮｉ：２．０質量％以下、Ｃｒ：１．０質量％以下、Ｂ：０．００５質量％以下とする。
【００４３】
＜ＭｇＯ、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ：合計で０．８０質量％以下＞
ＭｇＯ、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、ＣａＯ、ＳｒＯ及びＢａＯは、ＳｉＯ２と融合して、スラグの粘性を低下させ、流動性を向上させる効果がある。ただし、ＭｇＯ、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、ＣａＯ、ＳｒＯ及びＢａＯの総含有量が０．８０質量％を超えると、スラグ量が過多になり、排出効果よりも酸化物生成の方が上回る。このため、溶融金属７上に溜まる溶融スラグ８が厚くなり、溶接ワイヤ５が溶融スラグ８に埋まり、溶接金属９の歩留まりが変動して靭性が劣化する。よって、溶接ワイヤに、ＭｇＯ、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、ＣａＯ、ＳｒＯ及びＢａＯを添加する場合は、総含有量が０．８０質量％以下になるようにする。なお、溶接ワイヤは、これらの酸化物のうち１種のみを含有していてもよく、また、２種以上を含有していてもよい。
【００４４】
＜残部：Ｆｅ及び不可避的不純物＞
本実施形態のエレクトロガスアーク溶接方法で使用する溶接ワイヤ（フラックス入りワイヤ）の成分組成における残部は、Ｆｅ及び不可避的不純物である。
【００４５】
＜直径：１．５〜３．５ｍｍ＞
溶接ワイヤに用いるフラックス入りワイヤの直径は１．５〜３．５ｍｍであることが好ましい。エレクトロガスアーク溶接において、直径１．５ｍｍ未満のワイヤを用いると、溶着量が多くなり、溶融金属位置が高くなるため、スラグ排出が抑制される。一方、直径が３．５ｍｍを超えるワイヤを用いると、溶接電流が高くなり、大入熱となるため、得られる溶接金属の靭性が劣化しやすくなる。
【００４６】
＜フラックス充填率：１５〜３０質量％＞
溶接ワイヤに用いるフラックス入りワイヤは、フラックス充填率が１５〜３０質量％であることが好ましい。フラックス充填率が１５質量％未満のワイヤを用いると、溶着量の向上効果が得られず、ワイヤがスラグ浴に埋もれやすくなる。一方、フラックス充填率が３０質量％を超えるワイヤを用いるとジュール熱効果が高くなり、溶滴移行が不安定になるため、突出し制御が困難となる。なお、ここでいう「フラックス充填率」は、外皮内に充填されるフラックスの質量を、ワイヤ全体（外皮とフラックスの合計）の質量に対する割合で規定したものである。
【００４７】
＜外皮＞
溶接ワイヤに用いるフラックス入りワイヤの外皮の材質は、ワイヤ全体の組成が前述した範囲内であればよく、軟鋼及びステンレス鋼のいずれでもよい。
【００４８】
＜製法＞
本実施形態のエレクトロガスアーク溶接方法で使用する溶接ワイヤ（フラックス入りワイヤの製造方法は、特に限定されるものではなく、一般的な製造方法により製造したものを使用することができる。例えば、軟鋼又はステンレスからなる外皮をＵ字状に成形したものにフラックスを充填した後、筒状型に成形し、目的径まで伸線することにより製造することができる。
【００４９】
［摺動銅当金２］
本実施形態のエレクトロアーク溶接に用いる摺動銅当金２は、開先に接触する面に曲率をもった溝１２が設けられている。この摺動銅当金２の溝形状は、溶融スラグの排出に依存する。溝幅Ｗ及び溝深さＤが大きいとスラグの排出は促進されるが、溶融金属の溶け落ち、及びスラグによってビードが均一に被覆されないことによるビード形状不良やスラグ巻きなどの溶接欠陥が発生する。
【００５０】
一方、溝幅Ｗ及び溝深さＤが小さいと、スラグの排出が滞り、溶融金属７上に溜まる溶融スラグ８が厚くなって、溶接ワイヤ５が溶融スラグ８に埋まり、溶接金属９の歩留まりが変動して靱性が劣化する。このため、ビードをスラグで均一に被覆することによって、ビード形状不良及び溶接欠陥の発生を防止するためには、溝は過度に大きくしない方がよい。
【００５１】
一方、溝形状を小さくすると、スラグを排出しにくくなる。そこで、本実施形態のエレクトロアーク溶接方法では、前述した組成の溶接ワイヤ（フラックス入りワイヤ）を用いることで、ＳｉＯ２を主体とした溶融スラグを形成する。ＳｉＯ２を主体とした溶融スラグは粘性が低いため、流動性が良く、かつ銅当金との濡れ性も良好な溶融物性を有しているため、過度な溝加工を必要としなくとも、スラグによってビードを均一に被覆して、良好な形状のビードを形成することができる。
【００５２】
前述した組成のフラックス入りワイヤとの組み合わせに適した溝形状は、開先の幅をａとしたとき、溝幅Ｗが（１．１×ａ）〜（２．５×ａ）ｍｍ、溝深さＤが０．５〜５．５ｍｍ、溝幅Ｗと溝深さＤとの比（Ｗ／Ｄ）が５．０〜８０．０である。
【００５３】
＜溝幅Ｗ：（１．１×ａ）〜（２．５×ａ）ｍｍ＞
溝幅Ｗは、開先幅ａに依存する。溝幅Ｗが、開先幅ａの１．１倍未満の場合、ビード形状が不良となり、また、２．５倍を超えると、溶接金属の溶け落ちやビード形状不良が発生する。よって、溝幅Ｗは、開先幅ａの１．１〜２．５倍の範囲とする。
【００５４】
＜溝深さＤ：０．５〜５．５ｍｍ＞
溝深さＤが０．５ｍｍ未満の場合、溶接金属の歩留まりが変動し、靭性が劣化する。また、溝深さＤが５．５ｍｍを超えると、スラグがビード上に均一に乗らず、ビード形状不良やスラグ巻きなどの溶接欠陥が発生する。よって、溝深さＤは、０．５〜５．５ｍｍの範囲とする。
【００５５】
＜溝幅Ｗと溝深さＤとの比（Ｗ／Ｄ）：５．０〜８０．０＞
溝幅Ｗと溝深さＤとの比（Ｗ／Ｄ）が５．０未満の場合、前述した組成のフラックス入りワイヤを使用しても、スラグの排出が滞り、溶接金属の歩留まりが変動し、靭性が劣化する。一方、溝幅Ｗと溝深さＤとの比（Ｗ／Ｄ）が８０．０を超えると、ビード形状不良やスラグ巻きなどの溶接欠陥が発生する。よって、溝幅Ｗと溝深さＤとの比（Ｗ／Ｄ）は５．０〜８０．０とする。
【００５６】
＜溝形状＞
摺動銅当金２の溝１２の形状は、曲率を持った形状とする。これにより、良好なビード形状を維持することができる。溝１２の曲率半径は、特に限定されるものではないが、３０〜１８０ｍｍであることが好ましい。これにより、スラグにより均一に被覆して、ビード形状を更に向上させることができる。
【００５７】
［溶接ワイヤ５の突出し長さ制御］
溶接時の溶接ワイヤ５の突出し長さは、２０〜６０ｍｍとすることが好ましい。エレクトロガスアーク溶接において、溶接ワイヤ５の突出し長さが２０ｍｍ未満の場合、溶接電流が高くなり、大入熱となるので、溶接金属の靭性が劣化する。一方、溶接ワイヤ５の突出し長さが６０ｍｍを超えると、ジュール熱効果が高くなり、溶滴移行が不安定になるため、後述する突出し長さを一定にする制御が困難となる。
【００５８】
そして、本実施形態のエレクトロガスアーク溶接では、前述した溶接ワイヤ５の突き出し長さｌが一定になるように、溶接トーチの上昇速度を制御しながら溶接を行う。突出し長さを一定にすると、アークが安定し、溶融スラグ８の搖動を低減することができるため、スラグ排出量の経時変化が小さくなり、常に均一量のスラグ排出が可能となる。その結果、ビード形状不良やスラグ巻き込みといった溶接欠陥を防止することができる。
【００５９】
特に、流動性が良好な溶融スラグが形成される溶接ワイヤを用いた場合は、溶融スラグ８の搖動がより大きくなるため、前述した突出し長さを一定にする制御は必須となる。以下、溶接ワイヤ５の突出し長さを一定にするための具体的制御方法について説明する。図４は突出し長さを一定にする制御方法を示すブロック図である。
【００６０】
溶接ワイヤ５の突出し長さが短くなると溶接電流は大きくなり、突出し長さが長くなると溶接電流は小さくなる。そこで、本実施形態のエレクトロガスアーク溶接では、溶接電流を検出し、その値に基づいて溶接トーチ５上昇速度、即ち溶接速度を制御する。その際、溶接ワイヤ５の送給速度は変えず、一定にする。
【００６１】
溶接電流に基づいて溶接トーチの上昇速度を制御する方法は、特に限定されるものではないが、例えば図４に示すように、ローパスフィルタＦ１により高周波成分を除した溶接電流Ｘ１を、電流検出値変換器Ｇ１に入力する。そして、この電流検出値変換器Ｇ１の電流値と、手動操作Ｘ２によって設定された溶接電流指令値を電流設定器Ｇ２で反転させた値とを比較する。その結果、溶接電流値が溶接電流指令値より大きかった場合は、溶接トーチ４の上昇速度を速め、溶接電流指令値よりも小さかった場合は、溶接トーチ４の上昇速度を遅くする。
【００６２】
溶接トーチ４の速度の制御は、例えば、台車走行モータ速度指令演算器Ｇ３において演算を行い、台車走行モータ駆動回路２０を通して、溶接トーチ４を移動させる台車の走行モータ２１を自動制御することで行うことができる。この制御により、溶接ワイヤ５の突出し長さを一定にすることができる。
【００６３】
このとき、溶接ワイヤ５の突出し長さ制御の精度向上の観点から、ローパスフィルタＦ１のカットオフ周波数を、０．９８〜２．９３Ｈｚの範囲に設定することが好ましい。ローパスフィルタのカットオフ周波数が０．９８Ｈｚ未満の場合、溶接トーチ４の上昇速度制御の感度が低下し、溶接ワイヤ５の突出し長さの変化に追従できないことがある。また、カットオフ周波数が２．９３Ｈｚを超えると、溶接トーチ４の上昇速度制御の感度が高くなりすぎて、少しの電流変化で上昇速度が変更され、溶接ワイヤ５の突出し長さが変わるため、アークが不安定になることがある。アークが不安定になると、周辺の空気を巻き込み、窒素が溶接金属中に混入するため、靭性が劣化する場合がある。
【００６４】
［溶接装置の構成］
図５は本実施形態のエレクトロガスアーク溶接方法で用いる溶接装置の構成例を示す図である。本実施形態のエレクトロガスアーク溶接方法は、前述した摺動銅当金２と、溶接トーチ４と、トーチ移動機構と、制御部とを少なくとも備えるエレクトロガスアーク溶接装置により実施することができる。エレクトロガスアーク溶接装置には、一般に、溶接電源２５、ワイヤ送給装置２６及びシールドガス供給機構などが設けられる。
【００６５】
トーチ移動機構は、溶接トーチ４を溶接線に対して、前後方向、上下方向及び左右方向に移動させるものであり、例えば台車２２及び走行用レール２３などにより構成されている。着脱型の溶接台車２２には、溶接トーチ４及び摺動銅当金２が装着されており、走行用レール２３をガイドとして移動し、溶接線に対して上下、前後、左右方向に位置調整可能に構成されている。また、溶接台車２２は２０ｋｇ以下で、かつ溶接台車２２に設けられているガイドローラー間の幅と走行レール２３の幅を相対的に変化させることにより、溶接台車２２を走行レール２３の所定位置から、容易に着脱可能となっていることが好ましい。
【００６６】
また、制御部は、溶接ワイヤ５の突出し長さが一定になるように、溶接電流に基づいて溶接トーチ４の上昇速度を制御するものであり、例えば操作箱２４内に設けられている。この操作箱２４は、溶接電源２５に接続されており、溶接開始及び停止のためのスイッチ、溶接電流調整、溶接電圧調整、突出し長さ調整、走行速度調整及びワイヤインチングなどを制御する。
【００６７】
［その他の溶接条件］
被溶接材（母材１）の板厚は、特に限定されるものではなく、用途などに応じて適宜選択して使用することができる。なお、母材１が板厚３２ｍｍを超える厚板である場合は、溶接トーチ４をオシレートして溶接してもよい。その場合、ウィーバー角度設定機構、設定角度に維持できるウィーバー回転伝達駆動機構、トーチと溶接台車の成す角度を常に一定に保持するトーチ回転伝達機能、ウィービング動作伝達機構を有していることが好ましい。
【００６８】
溶接に用いる電源（溶接電源）の特性は、特に限定されるものではなく、直流電流の溶接電源でもよいし、交流電源であってもよい。ただし、突出し長さが一定になるように制御することから、溶接電源には、定電圧特性を持つものを使用すること好ましい。裏当材３の種類や材質も、特に限定されるものではなく、例えば水冷式銅当金でもよいし、セラミック材や母材１と近い組成の鋼材であってもよい。
【００６９】
アーク電圧が高い程、広範囲にアーク圧がかかるため、スラグの排出には効果的である。しかしながら、アーク電圧が高い状態を長時間継続すると、アーク不安定になる。そこで、本実施形態のエレクトロガスアーク溶接方法では、スラグ排出の促進のため、任意の時間毎にアーク電圧値が高くなるようにすることが好ましい。アーク電圧を高くするタイミングは、一定間隔で行ってもよいし、不定期でもよい。また、アーク電圧を、パルスのように周期的に変化させる場合、その波形は特に限定されず、矩形波、三角波及び波型などの各種パルス波形を採用することができる。更に、パルス周波数の範囲も、特に限定されるものではないが、０．１〜５００Ｈｚが好ましく、これによりスラグ排出が効果的に得られる。
【００７０】
また、シールドガスは、１００体積％ＣＯ２、１００体積％Ａｒの他、ＡｒとＣＯ２又はＯ２の混合ガスなどを使用することができる。これらシールドガスの中でも、特に、溶けこみ効果が大きいことから、１００体積％ＣＯ２が好ましい。なお、シールドガス不良の防止の観点から、ガス流量は１５〜４０Ｌ／分とすることが好ましい。
【００７１】
［継手形状］
本発明のエレクトロガスアーク溶接は、母材１の形状が前述したＶ開先の場合以外にも、すみ肉溶接にも適用することができる。図６はすみ肉溶接に適用する場合の溶接方法を示す断面図である。図６に示すように、すみ肉溶接を行う場合は、裏当材は不要である。そして、母材１の表面に摺動銅当金２を当接し、母材１と摺動銅当金２により囲まれる開先内に、シールドガスを供給しつつ溶接トーチから溶接ワイヤを送給し、溶接トーチ及び摺動銅当金を上昇させながらアーク溶接を行えばよい。その他の条件は、Ｖ開先の場合と同様である。
【００７２】
以上詳述したように、本実施形態のエレクトロガスアーク溶接方法では、溶融スラグ排出に最も効果的である物性の溶融スラグが形成できるフラックス入りワイヤと、特定の溝形状を有する摺動当金を使用し、溶接ワイヤの突出し長さが一定になるように制御しながら溶接しているため、長時間かつ繰り返し使用しても効率的なスラグの排出を維持することができる。その結果、溶接欠陥、ビード形状の劣化、溶接金属の靭性の劣化を防止することができる。
【００７３】
また、本実施形態のエレクトロガスアーク溶接方法は、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｃｒ及びＢを特定量含有するフラックス入りワイヤを使用することにより、溶接金属の靭性を更に向上させることができる。更に、ＭｇＯ、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、ＣａＯ、ＳｒＯ及びＢａＯのうち少なくとも１種の酸化物を含有するフラックス入りワイヤを使用すると、これらがＳｉＯ２と複合することによって、溶融スラグ粘性が低下するため、溶融金属上に溜まる溶融スラグの排出を更に促進することができる。
【実施例】
【００７４】
以下、本発明の実施例及び比較例を挙げて、本発明の効果について具体的に説明する。本実施例では、下記表１〜４に示すフラックス入りワイヤＷ１〜Ｗ７０と、下記表３，４に示す摺動銅当金とを使用し、溶接ワイヤの送給速度を一定とし、溶接電流に基づいて溶接ワイヤの突出し長さが一定になるように溶接トーチの上昇速度を調節しながら、エレクトロガスアーク溶接を行った。なお、下記表１，２に示すフラックス入りワイヤの成分組成における残部は、Ｆｅ及び不可避的不純物である。なお、下記表１，２おける「−」は、積極的に添加していないことを示しているが、これらの成分についても不可避的不純物として含有されていることがある。
【００７５】
【表１】
2016030262.tif 000005
【００７６】
【表２】
2016030262.tif 000006
【００７７】
【表３】
2016030262.tif 000007
【００７８】
【表４】
2016030262.tif 000008
【００７９】
エレクトロガスアーク溶接は、下記の条件で行った。
溶接電流：３８０Ａ
アーク電圧：３５Ｖ
溶接速度：８ｃｍ／分
入熱量：９．９ｋＪ／ｍｍ
母材板厚：１９ｍｍ
開先形状：Ｖ開先
開先角度：４０°
ギャップ：５〜１０ｍｍ（ギャップは開先幅の調整に５〜１０ｍｍに変化させた）
シールドガス：１００％ＣＯ２
【００８０】
評価は、以下に示す方法で、ビード外観、アーク安定性、溶接欠陥の有無、シャルピー値について行った。
【００８１】
＜ビード外観＞
ビード外観は、溶接終了後のビードを目視で判断した。ビード蛇行、ハンピング及びオーバーラップなどのビード形状不良があった場合は×とし、正常な場合は○とした。
【００８２】
＜アーク安定性＞
アーク安定性は、溶接中のアーク電圧値をデーターロガーで測定し、判断した。具体的には、設定電圧値に対して、±５Ｖ以上に、５秒間連続で電圧が変動した場合はアーク不安定とし×とし、５秒以内に収まっていた場合は○とした。また、±５Ｖ以上の変動が無い場合はさらに良好として◎とした。
【００８３】
＜溶接欠陥＞
溶接欠陥は放射線透過試験（ＲＴ：ＪＩＳ  Ｚ  ３１０４参照）に準拠した方法で行った。欠陥が確認できた場合は×、無かった場合は○とした。
【００８４】
＜靭性＞
溶接金属の靭性は、ＪＩＳ  Ｚ  ３１２８に基づき、−２０℃ののシャルピー吸収エネルギー（Ｊ）で評価した。具体的には、ビード断面中央から試料を抽出し、３回の平均の値をとった。ＪＩＳ  Ｚ  ３３１９のエレクトロガスアーク溶接用フラックス入りワイヤの規格では、−２０℃のシャルピー吸収エネルギー（Ｊ）が４０Ｊ以上であることから、４０Ｊ未満の以下の場合は×、４０Ｊを上回っていた場合は○、倍の８０Ｊを上回る場合はさらに良好であると判断し、◎とした。
【００８５】
＜溶接装置の操作＞
溶接は、図５に示す装置を用いて行った。先ず、溶接台車をレールに取り付け、母材に裏当材を取り付けた。フラックス入りワイヤをワイヤ送給装置に装着し、トーチ先端まで送給した。溶接始端部に溶接台車を移動させて、摺動式銅当金を母材に接触させ、摺動式銅当金のセンタリングを行った。トーチ調整部により、ワイヤの狙い角度、狙い位置を調整した。
【００８６】
操作箱パネルで溶接電圧及び溶接電流走行速度を設定し、冷却水量とガス流量を確認した後、操作箱パネル上の溶接開始ボタンを押すことで、アークスタートと同時に、台車を走行させた。操作箱パネル上の突出し長さ調整で、任意の突出し長さに調整し、自動上昇制御をさせながら溶接を行った。溶接終端部で操作箱パネル上の溶接停止ボタンを押し、溶接を停止した。以上の結果を、下記表５，６に示す。
【００８７】
【表５】
2016030262.tif 000009
【００８８】
【表６】
2016030262.tif 000010
【００８９】
上記表５に示すＮｏ．１〜７５は、本発明の範囲内の実施例であり、表６に示すＮｏ．７６〜Ｎｏ１１９は本発明の範囲から外れる比較例である。表５に示すように、実施例のＮｏ．１〜７５は、スラグの排出が促進され、アーク安定性、ビード外観、靭性が良好で、溶接欠陥も見られなかった。
【００９０】
これに対して、比較例のＮｏ．７６，Ｎｏ．７７，Ｎｏ．８０，Ｎｏ．８１は、摺動銅当金の溝の深さが小さく、Ｗ／Ｄも適正な範囲でなかったため、スラグの排出が抑制され、スラグ浴が厚くなった。その結果、ワイヤが埋もれ、アーク不安定、ビード外観不良、歩留まり変化による溶接金属の靱性低下を引き起こした。また、Ｎｏ．７８，Ｎｏ．７９，Ｎｏ．８２〜８５は、摺動銅当金の溝の深さが大きすぎることが原因で、溶融金属の一部溶落が発生し、ビード外観も粗悪であった。
【００９１】
Ｎｏ．８６，Ｎｏ．８７は、開先幅に対して、摺動銅当金の幅が狭すぎるため、ビードの際にスラグが均一にのらずビード形状不良が発生した。Ｎｏ．８８，Ｎｏ．８９は、開先幅に対して、摺動銅当金の幅が広すぎるため、ビードの際で、溶融金属の溶落が発生し、ビード形状不良が発生した。Ｎｏ．９０〜９３は、突出しの制御を行わなかったため、アークが不安定になり、またスラグ浴が搖動したことが原因でビード外観不良が発生した。
【００９２】
Ｎｏ．９４は、直径が３．２ｍｍの溶接ワイヤを用いた例であるが、本試験電流３８０Ａに対して、溶着バランスが異なるため、アーク不安定となった。Ｎｏ．９５は、直径が１．４ｍｍの溶接ワイヤを用いた例であるが、本試験電流３８０Ａに対して、最適量よりも溶着量が多くなるため、溶融金属の位置が上昇し、埋もれ気味となったことでアーク不安定になった。
【００９３】
Ｎｏ．９６，Ｎｏ．９７は、フラックス充填率が１２質量％又は３３質量％の例であるが、本試験電流３８０Ａに対して、溶着バランスが異なるため、アーク不安定となった。Ｎｏ．９８は、溶接ワイヤ中のＣ含有量が高すぎるため、アーク不安定と、強度過多のため靱性が劣化した。Ｎｏ．９９は、Ｓｉ量が過剰の溶接ワイヤを使用しているため、溶融スラグ量が多くなり、スラグ巻が発生した。Ｎｏ．１００は、Ｓｉ量が少ないフラックス入りワイヤを使用しているため、脱酸作用が小さくなり、気孔欠陥が発生した。Ｎｏ．１０１は、Ｍｎ量が少ないフラックス入りワイヤを使用しているため、溶接金属の靭性が劣化した。
【００９４】
Ｎｏ．１０２は、Ｍｎ量を過剰に含有するフラックス入りワイヤを使用しているため、溶接金属が強度過多となり、靭性が劣化した。Ｎｏ．１０３は、Ｍｏ量が多いフラックス入りワイヤを使用しているため、溶接金属が強度過多となり、靭性が劣化した。Ｎｏ．１０４はＰが過剰に添加されているフラックス入りワイヤ、Ｎｏ．１０５はＢを過剰に添加されているフラックス入りワイヤ、Ｎｏ．１０６はＳが過剰に添加されているフラックス入りワイヤを使用したため、溶接金属に割れが発生した。
【００９５】
Ｎｏ．１０７はＭｏを含有していないフラックス入りワイヤを使用したため、溶接金属の靭性不足となった。Ｎｏ．１０８は、ＴｉＯ２及びＡｌ２Ｏ３を主成分とする溶融スラグが形成され、スラグ排出が抑制されたため、スラグ巻及びビード形状不良が発生した。Ｎｏ．１０９〜１１５は、酸化物の添加量が過剰のフラックス入りワイヤを使用したため、スラグ排出が抑制され、スラグ巻が発生した。
【００９６】
Ｎｏ．１１６は、Ｍｇが過剰に添加されているフラックス入りワイヤを使用したため、スラグ排出が抑制され、スラグ巻が発生した。Ｎｏ．１１７は、ＳｉＯ２が過剰に添加されているフラックス入りワイヤを使用したため、スラグ排出が抑制され、スラグ巻が発生した。Ｎｏ．１１８は、ＳｉＯ２の添加量が不足しているフラックス入りワイヤを使用したため、ＴｉＯ２及びＡｌ２Ｏ３が主成分の溶融スラグが形成され、スラグ排出が抑制されたため、スラグ巻及びビード形状不良が発生した。
【００９７】
以上の結果から、本発明によれば、エレクトロガスアーク溶接時のスラグ排出を促進できるので、最良なアーク安定性、ビード形状、靱性を保ち、溶接欠陥を抑制できることが確認された。
【符号の説明】
【００９８】
１  母材（被溶接材）
２  摺動銅当金
３  裏当材
４  トーチ
５  ワイヤ
６  溶接金属
７  溶融金属
８  溶融スラグ
９  固着スラグ
１２  溝
２０  台車走行モータ駆動回路
２１  走行モータ
２２  台車
２３  走行用レール
２４  操作箱
２５  溶接電源
２６  ワイヤ送給装置
２７  シールドガス
【図１】
2016030262.tif 000013
【図２】
2016030262.tif 000014
【図３】
2016030262.tif 000015
【図４】
2016030262.tif 000016
【図５】
2016030262.tif 000017
【図６】
2016030262.tif 000018