(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼製外皮内にフラックスを充填してなるフラックス入りワイヤであって２電極で１つの溶融池を形成する２電極１プール施工法に使用される水平すみ肉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、
前記フラックスは、ワイヤ全重量に対し、Ｃを０．０１乃至０．０４重量％、Ｓｉを０．５乃至１．０重量％、Ｍｎを１．５乃至３．０重量％、Ｍｇを０．２重量％以下、Ａｌを０．４重量％以下、ＴｉＯ2を１．０乃至３．７重量％、ＺｒＯ2を０．１乃至０．５重量％、ＭｇＯを０．１乃至０．５重量％含有し、前記ＭｇとＡｌとの総量が０．１重量％以上であると共に、前記Ｍｇ及びＡｌと、Ｍｎとの重量比（１０Ｍｇ＋３Ａｌ）／Ｍｎが０．２乃至０．８であり、前記ＺｒＯ2及びＭｇＯとＴｉＯ2との重量比（ＺｒＯ2＋ＭｇＯ）／ＴｉＯ2が０．０８乃至０．２０であることを特徴とする水平すみ肉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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ショッププライマ等の塗装鋼板を、２電極で１つの溶融池を形成する高速水平すみ肉溶接施工法による溶接に使用するのに好適であり、溶接作業性が良好で連続溶接性が優れた水平すみ肉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。
【０００２】
【従来の技術】
造船又は橋梁等の分野において、溶接構造物の高能率な溶接作業を図るために、ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤの適用が増大している。最近では、更に一層の高効率化を図ることを目的として、施工法からの取り組みが増加している。中でも、全溶接長当たりに占める割合が高い水平すみ肉溶接においては、電極数を２電極にして電極間で１つの溶融池を形成させる２電極１プール法がすでに実用化され、高速溶接化が図られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、２電極１プール法は、溶接速度が高速であり、ルートギャップ等にも敏感な施工法であるので、スパッタが多い。この施工法の適用箇所は一般に、１本の溶接長が２０ｍ前後と長く、このスパッタが多いことが原因で、溶接トーチのノズルにスパッタが付着し、ガスシールド不良に伴うピット等の欠陥が発生したり、ノズルに付着したスパッタが溶接線上に落下したりして、補修溶接数が増大することもある。更に、ノズルに付着したスパッタがリング状に増大し、溶接部材との接触による溶接停止を生じさせるという問題点がある。
【０００４】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであって、ショッププライマ等が塗布された塗装鋼板を２電極１プール法を使用して高速水平すみ肉溶接をするに際して、溶接作業性が良好で、連続溶接性が優れた水平すみ肉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。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る水平すみ肉ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、鋼製外皮内にフラックスを充填してなるフラックス入りワイヤであって２電極で１つの溶融池を形成する２電極１プール施工法に使用される水平すみ肉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、前記フラックスは、ワイヤ全重量に対し、Ｃを０．０１乃至０．０４重量％、Ｓｉを０．５乃至１．０重量％、Ｍｎを１．５乃至３．０重量％、Ｍｇを０．２重量％以下、Ａｌを０．４重量％以下、ＴｉＯ2を１．０乃至３．７重量％、ＺｒＯ2を０．１乃至０．５重量％、ＭｇＯを０．１乃至０．５重量％含有し、前記ＭｇとＡｌとの総量が０．１重量％以上であると共に、前記Ｍｇ及びＡｌと、Ｍｎとの重量比（１０Ｍｇ＋３Ａｌ）／Ｍｎが０．２乃至０．８であり、前記ＺｒＯ2及びＭｇＯとＴｉＯ2との重量比（ＺｒＯ2＋ＭｇＯ）／ＴｉＯ2が０．０８乃至０．２０であることを特徴とする。
【０００６】
本発明ワイヤは、２電極１プール施工法に使用するのに好適である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明者等は、上述の２電極１プール法で高速水平すみ肉溶接を実施した場合の問題点について、２電極１プール法で形成される溶融池の湯だまりの安定性を高めることを中心に使用されるフラックス入りワイヤの改善について鋭意研究を重ねた。その結果、本願特許請求の範囲に記載の組成のワイヤが高速水平すみ肉ガスシールドアーク溶接において、上記課題を解決できることを見出した。
【０００８】
以下、本発明に係る高速水平すみ肉ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤに含有されるフラックス成分の組成限定理由について説明する。
【０００９】
Ｃ：０．０１乃至０．０４重量％
Ｃは、強度又は焼き入れ性向上による靭性の確保を得ることの他にアークの吹き付け力に強く影響をおよぼす元素である。Ｃの含有量が０．０１重量％未満の場合では、安定した溶込み深さが得られず、湯だまりが溶接線と垂直方向に広がり安定しない。また、Ｃの含有量が０．０４重量％を超える場合には、溶接アーク中での酸素との反応が活発になりすぎ、スパッタが増大する。従って、Ｃの含有量は、０．０１乃至０．０４重量％とする。
【００１０】
Ｓｉ：０．５乃至１．０重量％
Ｓｉは、脱酸剤、強度及び高速水平溶接でのビート形状改善の効果がある。Ｓｉの含有量が０．５重量％未満の場合には、脱酸不足による気孔の発生及びビードのなじみ不良による凸状となる。また、Ｓｉの含有量が１．０重量％を超える場合には、アークが強くなりすぎ、スパッタが増加して溶着金属中のＳｉ量も過剰となるために靭性劣化が生じる。従って、Ｓｉの含有量は、０．５乃至１．０重量％とする。
【００１１】
Ｍｎ：１．５乃至３．０重量％
Ｍｎは、Ｓｉと同様に脱酸剤、強度及び高速水平溶接でのビート形状改善の効果がある。Ｍｎの含有量が１．５重量％未満の場合には、脱酸不足による気孔の発生及びビード形状が凸状となる。また、Ｍｎの含有量が３．０重量％を超える場合には、アークが強くなりすぎスパッタが増加すると共に、溶着金属が強度過剰になる。従って、Ｍｎの含有量は１．５乃至３．０重量％とする。
【００１２】
Ｍｇ：０．２重量％以下
Ｍｇは、脱酸剤として、作用し溶着金属中の酸素量を低減すると共に、靭性の確保、アークの広がり及び溶融金属の流動性調整等の効果がある。Ｍｇの含有量が０．２重量％を超える場合には、湯だまりの流動性過少とアーク吹き付け力の増加が相乗し、スパッタが増加する。従って、Ｍｇの含有量は、０．２重量％以下とする。
【００１３】
Ａｌ：０．４重量％以下
Ａｌは、Ｍｇと同様に脱酸剤として、作用し溶着金属中の酸素量を低減すると共に、靭性の確保、アークの広がり及び溶融金属の流動性調整等の効果がある。Ａｌの含有量が０．４重量％を超える場合には、湯だまりの乱れが大きく、スパッタが増加する。従って、Ａｌの含有量は、０．４重量％以下とする。
【００１４】
ＭｇとＡｌとの総量：０．１重量％以上
ＭｇとＡｌとの総量は、０．１重量％以下では、Ｍｇ又はＡｌの効果を得ることができない。Ｍｇ又はＡｌの効果を得るためには少なくとも０．１重量％以上必要である。従って、ＭｇとＡｌとの総量は、０．１重量％以上とする。
【００１５】
（１０Ｍｇ＋３Ａｌ）／Ｍｎ：０．２乃至１．０
（１０Ｍｇ＋３Ａｌ）／Ｍｎが０．２未満の場合には、ビード形状が凸状になる傾向を示すと共に、耐気孔性が劣化する。また、（１０Ｍｇ＋３Ａｌ）／Ｍｎが１．０を超える場合には、耐気孔性が劣化すると共に、溶接ビードにアンダーカットが発生し易くなる。従って、（１０Ｍｇ＋３Ａｌ）／Ｍｎは０．２乃至１．０とする。
【００１６】
ＴｉＯ2：１．０乃至４．０重量％
ＴｉＯ2は、アークの安定性を向上させると共に、ビード表面を均一に被包し、ビード外観を向上させる効果がある。ＴｉＯ2の含有量が１．０重量％未満の場合には、アークの安定性が保持できず、スパッタが増大し、ビード外観も劣化する。また、ＴｉＯ2が４．０重量％を超える場合には、アークの安定性は保持されるがスラグ量が多く、重なり易いため、ビード形状がオーバーラップになり易いと共に、気孔欠陥の発生も増加する。従って、ＴｉＯ2の含有量は１．０乃至４．０重量％とする。
【００１７】
ＺｒＯ2：０．１乃至０．５重量％
ＺｒＯ2は、溶融スラブの凝固温度及び粘性を調整し、ビード形状を向上させる効果がある。ＺｒＯ2の含有量が０．１重量％未満の場合には、溶融スラブの凝固温度及び粘性を調整し、ビード形状を向上させる効果が認められない。また、ＺｒＯ2の含有量が０．５重量％を超えるの場合には、アークが強くなりすぎ、スパッタが増加する。従って、ＺｒＯ2の含有量は０．１乃至０．５重量％とする。
【００１８】
ＭｇＯ：０．１乃至０．５重量％
ＭｇＯは、ＺｒＯ2と同様に、溶融スラブの凝固温度及び粘性を調整し、ビード形状を向上させる効果がある。ＭｇＯの含有量が０．１重量％未満の場合には、溶融スラブの凝固温度及び粘性を調整し、ビード形状を向上させる効果が認められない。また、ＭｇＯの含有量が０．５重量％を超えるの場合には、アークが強くなりすぎ、スパッタが増加する。従って、ＭｇＯの含有量は０．１乃至０．５重量％とする。
【００１９】
（ＺｒＯ2＋ＭｇＯ）／ＴｉＯ2：０．０８乃至０．２０
ＺｒＯ2、ＭｇＯ及びＴｉＯ2の含有量は、夫々の量に応じて適切に増減させる必要がある。即ち、下記数式１を満足する範囲において、ＺｒＯ2、ＭｇＯ及びＴｉＯ2の含有量は限定される。
【００２０】
【数１】
０．０８≦（ＺｒＯ2＋ＭｇＯ）／ＴｉＯ2≦０．２０
図１は、添加元素の量による溶接作業性の特性を示すグラフ図である。図１において、領域Ｓは、ＺｒＯ2、ＭｇＯ及びＴｉＯ2の含有量の範囲を示す。領域Ａは、溶接作業性が良好な領域である。領域Ｂは、ビードのなじみ不良が生じる領域である。領域Ｃは、スパッタの増加及び湯だまりの安定性が劣化する領域である。また、領域Ｄは、ＴｉＯ2の添加量が増加した場合に、耐気孔性及びビード形状がオーバーラップになる範囲を示す。
【００２１】
つまり、（ＺｒＯ2＋ＭｇＯ）／ＴｉＯ2が０．０８未満の場合には、図１において、領域Ｂに示される範囲に該当し、溶融スラグの凝固温度及び粘性低下等によりビード形状が劣化する。また、（ＺｒＯ2＋ＭｇＯ）／ＴｉＯ2が０．２０を超える場合には、図１において、領域Ｃに示される範囲に該当し、アーク力が強くなりすぎ、スパッタの増加及び湯だまりの安定性が劣化する。従って、（ＺｒＯ2＋ＭｇＯ）／ＴｉＯ2は０．０８乃至０．２０とする。
【００２２】
以上、本発明の高速水平すみ肉ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤにおける鋼製外皮の材質、フラックス率、ワイヤ断面形状、ワイヤ径及びシールドガスの種類並びに量等の条件は適宜選択され制限されるものではない。
【００２３】
本発明においては、このように、フラックス入りワイヤにおけるフラックスに含有される酸化物の種類・含有量及びこれらの比を適切に規定することにより、良好な溶接作業性が得られると共に優れた連続溶接性を得ることができる。
【００２４】
【実施例】
以下、本発明に係るシールドガスアーク溶接用フラックス入りワイヤの実施例についてその特性を比較例と比較して具体的に説明する。
【００２５】
下記表１及び表２に示す化学組成のフラックスを軟鋼製外皮内にフラックス率１５％で充填してワイヤ直径１．６ｍｍのフラックス入りワイヤを製作した。なお、表１において、×は添加元素を積極的に添加していないことを示す。
【００２６】
これらのワイヤを用いて図２、図３及び表３に示す溶接条件で溶接実験を行った。図２は、溶接継手を示す断面図である。図３（ａ）は、溶接実験に用いた溶接方法を示す上面図であり、（ｂ）は、（ａ）の正面図である。
【００２７】
本実施例においては、基板１と上板２とがＴ型すみ肉継手に構成され、無機ジンクプライマ３を塗布された鋼板の両側のすみ部に、夫々、先行極４と後行極５を電極間ｄをもって設置する。先行極４及び後行極５は、それぞれ基板１に対し、トーチ角αをもって固定されると共に、基板１の長手方向に対して、先行極４は後退角β、後行極５は前進角δをもって固定される。更に、先行極４は、狙い位置をすみ部に設置され、後行極５は、狙い位置をすみ部から距離ｓ離されて設置される。この状態で溶接方向Ｆに溶接する。
【００２８】
溶接試験結果を下記表４及び表５に示す。なお、下記表４及び表５に示す評価結果欄においては、優れた結果が得られたものを○、やや劣るものを△、極めて劣るものを×とした。
【００２９】
【表１】
0003788691.tif 000002
【００３０】
【表２】
0003788691.tif 000003
【００３１】
【表３】
0003788691.tif 000004
【００３２】
【表４】
0003788691.tif 000005
【００３３】
【表５】
0003788691.tif 000006
【００３４】
上記表４及び表５に示すように、ワイヤの組成及び含有量比が本発明の範囲にあるＴ１乃至Ｔ６は、アーク溶接性が良好なため、溶接トーチのノズルへのスパッタ付着量が極めて少なく、連続溶接性に優れている。また、ビード形状も良好で耐気孔性も優れたものになっている。
【００３５】
一方、Ｔ７乃至Ｔ２４は、上記表４及び表５に示すように、ワイヤの組成及び含有量比が本発明の範囲から外れている。Ｔ７は、Ｃ量が０．００３重量％と少ないために、湯だまりが安定せず、ノズルのスパッタ付着量が増加し、ビード形状を劣化させる。Ｔ８は、Ｃ量が０．０６重量％と多いために、アークが強くなりすぎて、ノズルのスパッタ付着量が増加する。
【００３６】
Ｔ９は、Ｓｉの量が０．３重量％と少なく、脱酸不足による耐気孔性が劣化すると共に、ビード形状が凸状になる。Ｔ１０は、Ｓｉの量が１．３重量％と多く、アークが強すぎて、湯だまりの安定性を欠くために、ノズルのスパッタ付着量が増加する。
【００３７】
Ｔ１１は、Ｍｇの量が１．３重量％と少なく、脱酸不足による耐気孔性が劣化すると共に、ビードなじみ不良が生じる。Ｔ１２は、Ｍｎの量が３．５重量％と多く、アークが強すぎて、湯だまりの安定性を欠くために、ノズルのスパッタ付着量が増加する。
【００３８】
Ｔ１３は、Ｍｇの量が０．３重量％と多く、湯だまりの流動性が過少となり、アークが強すぎて、スパッタの発生量が著しく増加し、ノズルのスパッタ付着量が増加する。
【００３９】
Ｔ１４は、Ａｌの量が０．６重量％と多く、湯だまりの安定性を劣化してしまうために、ノズルのスパッタ付着量が増加する。
【００４０】
Ｔ１５は、（１０Ｍｇ＋３Ａｌ）／Ｍｎが０．１と小さく、耐気孔性の劣化が著しくなっている。Ｔ１６は、（１０Ｍｇ＋３Ａｌ）／Ｍｎが１．１と大きく、耐気孔性の劣化が著しくなっている。
【００４１】
Ｔ１７は、ＴｉＯ2の量が０．８重量％と少なく、アーク安定性を維持できないために、スパッタが増大するためにノズルのスパッタ付着量が増加する。Ｔ１８は、ＴｉＯ2の量が４．４重量％と多く、アーク安定性は保持されるがビード形状がオーバーラップ傾向となると共に、耐気孔性も著しく劣化してしまう。
【００４２】
Ｔ１９は、（ＺｒＯ2＋ＭｇＯ）／ＴｉＯ2が０．０７と小さく、溶融スラグの凝固温度の低下が過大となり、ビード形状が劣化する。Ｔ２０は、（ＺｒＯ2＋ＭｇＯ）／ＴｉＯ2が０．２２と大きく、アークが強くなりすぎ、湯だまりの安定性が劣化してスパッタが増加して、ノズルのスパッタ付着量が増加する。
【００４３】
Ｔ２１は、ＺｒＯ2が積極的に添加されていないために、少なすぎるとビード形状、特に止端のなじみが劣化してしまう。Ｔ２２は、ＺｒＯ2の量が０．６重量％と多く、アークが強くなりすぎ、ノズルのスパッタ付着量が増加する。
【００４４】
Ｔ２３は、ＭｇＯが積極的に添加されていないために、ビード形状が劣化する。また、Ｍｇ＋Ａｌの総量もＭｇ及びＡｌが積極的に添加されていないために、微量であり、溶融金属の流動性調整効果が得られないために、スパッタが増加する。Ｔ２４は、ＭｇＯの量が０．６重量％と多く、アーク力の影響でスパッタが増加し、ノズルのスパッタ付着量が増加する。
【００４５】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、フラックス入りワイヤにおけるフラックスに含有される酸化物の種類、含有量及びこれらの比を適切に規定することにより、アーク溶接性が良好なため、溶接トーチのノズルへのスパッタ付着量が極めて少なく、良好な溶接作業性が得られると共に、ビード形状も良好で耐気孔性も優れ、安定した連続溶接性を得ることができる。
【００４６】
また、溶接停止又は補修溶接等の無駄を省くことができるために、高能率化及びトータルコスト削減をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】添加元素の量による溶接作業性の特性を示すグラフ図である。
【図２】本発明の実施例に係る溶接継手を示す断面図である。
【図３】（ａ）は、本発明の実施例に係る溶接方法を示す上面図であり、（ｂ）は、（ａ）の正面図である。
【符号の説明】
１；基板
２；上板
３；無機ジンクプライマ
４；先行極
５；後行極
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｓ；領域
ｄ；電極間隔
ｓ；距離
α；トーチ角
β；後退角
γ；前進角
【図１】
0003788691.tif 000007
【図２】
0003788691.tif 000008
【図３】
0003788691.tif 000009