(57)【要約】【課題】軟鋼、４９０ＭＰａ級高張力鋼板を溶接するに際し、溶接電流が３００Ａを超えるような大電流で、しかも逆極性での溶接においてもスパッタの発生を極力低減できる炭酸ガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤを提供する。【解決手段】本発明の炭酸ガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤは、Ｃ：０．００５〜０．１５％、Ｓｉ：０．３〜１．１％、Ｍｎ：０．８〜２．５％、Ｔｉ：０．１０〜０．３５％を夫々含有すると共に、Ｖ，ＮｂおよびＺｒの少なくとも１種を合計で０．３〜１．４％含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなるものである。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ：０．００５〜０．１５％（「質量％」の意味、化学成分については以下同じ）、Ｓｉ：０．３〜１．１％、Ｍｎ：０．８〜２．５％、Ｔｉ：０．１０〜０．３５％を夫々含有すると共に、Ｖ，ＮｂおよびＺｒの少なくとも１種を合計で０．３〜１．４％含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなることを特徴とする逆極性炭酸ガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軟鋼や４９０ＭＰａ級高張力鋼板を炭酸ガスシールドアーク溶接する際に使用するソリッドワイヤに関し、特に溶接電流が３００Ａを超えるような大電流で、しかも逆極性での溶接においてもスパッタの発生を極力低減できる炭酸ガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
造船、建築、自動車等の製造における軟鋼、４９０ＭＰａ級高張力鋼板の溶接現場においては、ガスシールドアーク溶接法が広く採用されている。この溶接を採用するときのシールドガスとしては、炭酸ガス（ＣＯ2ガス）やＣＯ2ガスとＡｒガスとの混合ガスが使用されている。
【０００３】
このうちＣＯ2ガスとＡｒガスとの混合ガスを使用する場合、特にＣＯ2ガスの混合比率が４０％以下（「体積％」の意味、ガスの混合比率については、以下同じ）の混合ガス（例えば、２０％ＣＯ2−８０％Ａｒの混合ガス）を使用する場合には、溶滴移行時のスパッタ発生が非常に抑制されて、作業性に優れていることが知られている。
【０００４】
しかしながら、ＣＯ2ガスの混合比率が少ないような混合ガスを使用する場合には、ＡｒガスがＣＯ2ガスに比べてかなりの高価であるので、コスト高になるという問題がある。混合ガス中のＣＯ2ガスの混合割合を上げたり、或はＣＯ2ガスのみでシールドすると、コストは低減されるものの、ＣＯ2ガスの混合割合の増加に伴ってスパッタ発生量も増加する傾向がある。
【０００５】
一方、溶接作業の効率化のために、溶接時に使用する電流も徐々に大電流化しているが、溶接電流を大きくすればするほど、スパッタが発生しやすくなる。最近では、溶接電流が３００Ａを超える大電流でしかも低コスト（即ち、１００％のＣＯ2シールドガス）でも、スパッタを極力低減することのできる溶接用ソリッドワイヤが望まれているのが実情である。
【０００６】
上記のような状況の下で、炭酸ガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤの特性改善について、これまでにも様々な技術が提案されている。こうした技術として、例えば特許文献１には、溶接用ソリッドワイヤ中に希土類元素を含有させることによって、アークの安定化を図ってスパッタ発生量を低減する技術が提案されている。この技術では、希土類元素を含有させた溶接用ソリッドワイヤを使用することによって、３００Ａを超える大電流でしかもＣＯ2ガスシールドアーク溶接であってもスパッタ量が極力低減したものとなる。しかしながら、この技術は溶接ワイヤを溶接機の負極に連結する「正極性」を想定してなされており、通常の極性である逆極性（溶接ワイヤを溶接機の正極に連結する極性）に比べて、溶込み深さが局所的に深くなるなど、作業面での不都合がある。
【０００７】
また特許文献２には、溶接ワイヤ中に０．１５〜０．３０％程度のＴｉを含有させると共に、ワイヤ表面にＫ化合物を含む固形潤滑剤層を形成したガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤが提案されている。この技術では、ＣＯ2ガスシールドアーク溶接で、溶接電流が３００Ａ以下であれば、スパッタ発生量は抑制されるが、溶接電流が３００Ａを超えるような大電流となると、その効果は不十分である。
【特許文献１】特開２００４−１８８４２８号公報
【特許文献２】特開２００４−１９５５４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は前記のような事情に着目してなされたものであって、その目的は、軟鋼や４９０ＭＰａ級高張力鋼板を溶接するに際し、溶接電流が３００Ａを超えるような大電流で、しかも逆極性での溶接においてもスパッタの発生を極力低減できる炭酸ガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成することのできた本発明の逆極性炭酸ガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤとは、Ｃ：０．００５〜０．１５％（「質量％」の意味、化学成分については以下同じ）、Ｓｉ：０．３〜１．１％、Ｍｎ：０．８〜２．５％、Ｔｉ：０．１０〜０．３５％を夫々含有すると共に、Ｖ，ＮｂおよびＺｒの少なくとも１種を合計で０．３〜１．４％含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなる点に要旨を有するものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、Ｃ，Ｓｉ，ＭｎおよびＴｉの含有量を適切に調整すると共に、Ｖ，ＮｂおよびＺｒの少なくとも１種を適切量で含有させることによって、溶接電流が３００Ａを超えるような大電流で、しかも逆極性での溶接においてもスパッタの発生を極力低減できるような炭酸ガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤが実現できた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明者らは、大電流でしかも逆極性での溶接においてもスパッタの発生を極力低減できるような炭酸ガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤの実現を目指して様々な角度から検討した。その結果、Ｃ，Ｓｉ，ＭｎおよびＴｉの含有量を適切に調整すると共に、Ｖ，ＮｂおよびＺｒの少なくとも１種を適切量で含有させてやれば、上記目的に適う炭酸ガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤ（以下、単に「溶接用ソリッドワイヤ」と呼ぶことがある）が得られることを見出し、本発明を完成した。本発明の溶接用ソリッドワイヤで規定する化学成分組成の範囲限定理由は次の通りである。
【００１２】
［Ｃ：０．００５〜０．１５％］
Ｃは、溶接金属の脱酸および強度確保のために必要不可欠の元素である。こうした効果を発揮させるためには、Ｃ含有量は０．００５％以上とする必要がある。しかしながら、Ｃ含有量が過剰になると、溶接金属に割れが発生し易くなるため、０．１５％以下とする必要がある。尚、大電流で溶接したときのスパッタ抑制という観点から、Ｃ含有量の好ましい下限は０．０１％であり、好ましい上限は０．０８％である。
【００１３】
［Ｓｉ：０．３〜１．１％］
Ｓｉは、溶接金属の脱酸に重要な元素であり、少なくとも０．３％以上含有させる必要があり、好ましくは０．５％以上とするのが良い。しかし、Ｓｉ含有量が過剰になると、逆にスパッタ発生量が増大するので、１．１％以下とする必要があり、好ましくは１．０％以下とするのが良い。
【００１４】
［Ｍｎ：０．８〜２．５％］
Ｍｎは、Ｓｉと同様に脱酸元素として有効に作用すると共に、溶接金属の強度・靭性を確保する上でも必須の元素である。こうした効果を有効に発揮させるためには、Ｍｎは０．８％以上含有させる必要がある。しかし、Ｍｎ含有量が過剰になると、スパッタが増加してくるので、２．５％以下とする必要がある。尚、Ｍｎ含有量の好ましい下限は１．２％であり、好ましい上限は２．２％である。
【００１５】
［Ｔｉ：０．１０〜０．３５％］
ワイヤ中の化学成分として、Ｔｉは溶滴の表面張力を適度に保ち、スパッタを低減させるために有効な元素である。Ｔｉ含有量が０．１０％未満では、表面張力の低下に伴う溶滴のふらつきによって、スパッタが増加することになる。一方、Ｔｉ含有量が過剰になって０．３５％を超えると、スラグ発生量が過多となり、多層盛り溶接性が劣化する。こうしたことから、Ｔｉ含有量は０．１０〜０．３５％とする必要がある。尚、Ｔｉ含有量の好ましい下限は０．１５％であり、好ましい上限は０．３０％である。
【００１６】
［Ｖ，ＮｂおよびＺｒの少なくとも１種：合計で０．３〜１．４％］
ワイヤ中の化学成分として、Ｖ，ＮｂおよびＺｒは溶滴の表面張力を適度に保ち、スパッタを低減させるために有効な元素である。これらの元素の合計量が０．３％未満では、表面張力の低下に伴う溶滴のふらつきによって、スパッタが増加することになる。一方、これらの元素の合計量が過剰になって１．４％を超えると、溶接金属に割れが発生し易くなる。こうしたことから、これらの元素の合計含有量は１．４％以下とする必要がある。尚、これらの元素の合計含有量の好ましい下限は０．４％であり、好ましい上限は１．２％である。
【００１７】
本発明の溶接用ソリッドワイヤにおける基本成分組成は上記の通りであり、残部は実質的に鉄である。但し原料、資材、製造設備等の状況によって持ち込まれる不可避的不純物（例えば、Ｐ，Ｓ等）がワイヤ中に含まれることは許容される。
【実施例】
【００１８】
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例によって制限を受けるものではなく、前記・下記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
【００１９】
下記表１、２に示す化学成分組成の各種溶接用ソリッドワイヤ（試験Ｎｏ．１〜４８）を使用し、下記の溶接条件で鋼板を溶接した。
【００２０】
［溶接条件］
溶接姿勢：下向（ビードオンプレート）
溶接電流：３２０〜３６０Ａ
溶接電圧：３８〜４２Ｖ
溶接速度：５０ｃｍ／分
ワイヤ突出し長さ：２５ｍｍ
供試鋼板（溶接母材）：ＳＭ４９０（ＪＩＳ  Ｇ３１０６で規定される溶接構造用圧延
鋼材）
シールドガス：１００％ＣＯ2(流量：２０リットル／分)
極性：ＤＣＥＰ（直流逆極性）
【００２１】
【表１】
2009166059.tif 000002
【００２２】
【表２】
2009166059.tif 000003
【００２３】
上記の溶接において、スパッタ発生量について下記の方法によって測定する共に、下記の基準によってスパッタ発生状況を評価した。
【００２４】
［スパッタ発生量測定方法］
溶接部位の溶接状況を、高速度カメラ（２０００ｆｐｓ＝１秒間に２０００コマ）で撮影し、画像処理装置で動画像情報を信号処理し、その動画像情報からアーク溶接時に発生するスパッタ現象を抽出し、スパッタ発生頻度とスパッタの大きさに基づいて、スパッタ発生量を計測し、下記の基準（１０段階）に基づいて評価した。
【００２５】
［スパッタ発生基準］
１０：スパッタ発生量が１．５ｇ／ｍｉｎ未満
９  ：スパッタ発生量が１．５ｇ／ｍｉｎ以上、２．０ｇ／ｍｉｎ未満
８  ：スパッタ発生量が２．０ｇ／ｍｉｎ以上、２．５ｇ／ｍｉｎ未満
７  ：スパッタ発生量が２．５ｇ／ｍｉｎ以上、３．０ｇ／ｍｉｎ未満
６  ：スパッタ発生量が３．０ｇ／ｍｉｎ以上、３．５ｇ／ｍｉｎ未満
５  ：スパッタ発生量が３．５ｇ／ｍｉｎ以上、４．０ｇ／ｍｉｎ未満
４  ：スパッタ発生量が４．０ｇ／ｍｉｎ以上、４．５ｇ／ｍｉｎ未満
３  ：スパッタ発生量が４．５ｇ／ｍｉｎ以上、５．０ｇ／ｍｉｎ未満
２  ：スパッタ発生量が５．０ｇ／ｍｉｎ以上、５．５ｇ／ｍｉｎ未満
１  ：スパッタ発生量が５．５ｇ／ｍｉｎ以上
【００２６】
また上記溶接によって得られた各溶接金属について、「高温割れ」および「脱酸状況」について、下記の方法によって評価した。
【００２７】
［溶接金属高温割れ評価方法］
溶接金属の高温金属脆化割れの観察は、溶接金属から溶接部（ボンド部）を含む試験片を採取し、溶接金属のカラーチェック（浸透探傷法）にて行った。また、溶接金属の高温金属脆化割れの評価は、溶接線に沿って観察された割れ発生個数が溶接長さ１００ｍｍ当り１個以下で、且つ溶接線と平行な割れ長さが溶接長さ１００ｍｍ当り２ｍｍ以下の場合を良好（○）と評価し、それ以外を不良（×）と評価した。
【００２８】
［脱酸評価方法］
５０ｍｍの溶接金属部でピット（気孔）の発生状況を目視によって外観検査し、ピット個数が１個以下を良好（○）と評価し、それ以上発生している場合を不良（×）と評価した。
【００２９】
これらの結果を、溶接時の電流値（溶接電流）と共に、下記表３、４に示す。
【００３０】
【表３】
2009166059.tif 000004
【００３１】
【表４】
2009166059.tif 000005
【００３２】
これらの結果から明らかなように、本発明の要件を満たす試験Ｎｏ．１〜３４のものは、スパッタ発生量も少なく（評価基準７以上）、溶接金属での高温割れや気孔の発生がないことが分かる。
【００３３】
これに対して試験Ｎｏ．３５〜４８のものでは、本発明で規定する化学成分組成を満足しないものであり、上記いずれかの特性が劣化していることが分かる。尚、表４においてスパッタ発生評価の項の「−」は、他の物性評価で目標未達であったため、スパッタは未測定であることを意味している。