(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ：０．００５〜０．４０％（鉄系消耗溶接材料の全質量に対する質量％の意味、溶接材料については以下同じ），Ｍｎ：０．２〜１．６％、Ｓｉ：１．２％超、８．０％以下およびＳ：０．１０％超〜０．６％を夫々含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物であることを特徴とする溶接継手部の疲労強度に優れた鉄系消耗溶接材料。
【請求項２】
更に、Ｎｉ：０．０１〜５％、Ｎｂ：０．０１〜１％およびＶ：０．０１〜１％よりなる群から選ばれる１種以上を含有するものである請求項１に記載の鉄系消耗溶接材料。
【請求項３】
更に、Ｃｒ：０．００５〜３％を含有するものである請求項１または２に記載の鉄系消耗溶接材料。
【請求項４】
更に、Ｍｏ：０．００５〜３％を含有するものである請求項１〜３のいずれかに記載の鉄系消耗溶接材料。
【請求項５】
更に、Ｃｕ：０．０５〜１．５％を含有するものである請求項１〜４のいずれかに記載の鉄系消耗溶接材料。
【請求項６】
更に、Ｃａ：０．００１〜０．０５％および／または希土類元素：０．００１〜０．０５％を含有するものである請求項１〜５のいずれかに記載の鉄系消耗溶接材料。
【請求項７】
更に、Ｂ：０．０００５〜０．０５％を含有するものである請求項１〜６のいずれかに記載の鉄系消耗溶接材料。
【請求項８】
鉄系消耗溶接材料が、ソリッドワイヤー、被覆溶接棒またはメタル系フラックス入りワイヤーのいずれかである請求項１〜７のいずれかに記載の鉄系消耗溶接材料。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載の鉄系消耗溶接材料を用いて組み立てられたものである疲労強度に優れた溶接継手。
【請求項１０】
溶接金属部は、Ｓｉ：０．７〜５．５％（溶接金属部中の質量％の意味、溶接金属部については以下同じ）、Ｓ：０．０４０〜０．０８％、Ｏ：０．０１〜０．１％を夫々含有するものである請求項９に記載の溶接継手。
【請求項１１】
溶接金属部は、Ｓｉ：０．７〜５．５％、Ｓ：０．０８％超、０．４０％以下を夫々含有するものである請求項９に記載の溶接継手。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄板高張力鋼板等のすみ肉溶接や大脚長の水平すみ肉溶接等を実施する際に用いられる被覆溶接棒、フラックス入りワイヤー、ソリッドワイヤー等の鉄系消耗溶接材料、およびこうした鉄系消耗溶接材料を用いて組み立てられる溶接継手等に関するものであり、殊に疲労強度に優れた溶接継手が得られる鉄系消耗溶接材料、およびその様な溶接継手に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、様々な用途で鉄鋼材料の軽量化が指向されるに伴い、自動車に代表される薄鋼板や、造船、鉄骨、橋梁等に代表される厚鋼板において、高張力鋼板を使用する動きが活発化している。これらの用途において、各構造物は溶接で組み立てられることが多い。しかしながら、高張力鋼板を用いた場合には溶接継手（溶接部）における疲労強度が従来の軟鋼並み程度にしか確保できず、高張力鋼板本来の有する疲労強度が発揮されないという問題がある。
【０００３】
溶接部における疲労強度は、母材に対する溶接ビード止端部の形状が密接に関係することが知られている。図１は、２枚の母材１，２を重ねてすみ肉溶接したときの溶接継手部の断面形状を示す説明図であり、ρは溶接ビード止端部垂直断面における母材１と溶接金属３の連続部の曲率半径、θは該連続部の接触角（以下、単に「溶接ビード止端部の曲率半径、接触角」と呼ぶ）を夫々示す。即ち、図１に示した溶接ビード止端部の曲率半径ρと接触角θが大きくなればなるほど、特に前記曲率半径ρが大きくなるほど疲労強度に優れた溶接継手が得られると言われている。
【０００４】
こうしたことから、前記曲率半径ρと接触角θをできるだけ大きくするという観点から、これまでにも様々な技術が提案されている。例えば、特開平８−２５０８０号には、化学成分組成を適切に調整したソリッドワイヤーを用いると共に、溶接電圧、溶接電流、溶接速度、溶接トーチ傾斜角度および前進角度などの溶接条件を厳密に規定して、疲労特性に優れたものとするための曲率半径ρを得る様な溶接方法が提案されている。しかしながらこうした技術では、溶接開始から終了まで安定して上記のような溶接条件を継続して確保することは現実問題として困難であり、品質安定性の点で問題があった。
【０００５】
また特公平７−１０６４７１号には、溶融スラグの粘性が高過ぎると溶接ビード止端部にオーバーラップが形成され易く、その一方で粘性が低過ぎると凸状ビードになり易いという知見に基づき、適切な粘性を有するスラグ成分系（ＴｉＯ2−ＭｇＯ−ＺｒＯ2−ＳｉＯ2−鉄酸化物）を形成する水平すみ肉溶接用フラックス入りワイヤーが提案されている。
【０００６】
しかしながら、こうしたスラグ系フラックス入りワイヤーでは、溶接パス毎に溶接ビード表面に多量のスラグが形成されることになるので、溶接組み立て工程においてスラグ除去作業が必要となり、場合によってはスラグの剥離が困難なこともあり、作業性が著しく低下するという問題がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の様な従来技術が有する課題を解決するためになされたものであって、その目的は、疲労強度が優れた溶接継手を得ることができ、母材として高張力鋼板を用いた場合であってもその鋼板本来の疲労強度を十分活かすことのできる鉄系消耗溶接材料、およびこうした上記の様な特性を発揮することのできる溶接継手を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成することのできた鉄系消耗溶接材料とは、Ｃ：０．００５〜０．４０％（鉄系消耗溶接材料の全質量に対する質量％の意味、溶接材料については以下同じ），Ｍｎ：０．２〜１．６％、Ｓｉ：１．２％超、８．０％以下およびＳ：０．１０％超〜０．６％を夫々含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物である点に要旨を有するものである。
【０００９】
本発明の鉄系消耗溶接材料においては、必要によって下記の各成分を含有させることも好ましく、含有させる成分に応じてその特性が改善される。
（１）Ｎｉ：０．０１〜５％、Ｎｂ：０．０１〜１％およびＶ：０．０１〜１％よりなる群から選ばれる１種以上
（２）Ｃｒ：０．００５〜３％
（３）Ｍｏ：０．００５〜３％
（４）Ｃｕ：０．０５〜１．５％
（５）Ｃａ：０．００１〜０．０５％および／または希土類元素：０．００１〜０．０５％
（６）Ｂ：０．０００５〜０．０５％
【００１０】
本発明の鉄系消耗溶接材料としては、具体的には、ソリッドワイヤー（裸ワイヤー）、被覆溶接棒またはフラックス入りワイヤー（例えば、メタル系フラックス入りワイヤーやスラグ系フラックス入りワイヤー等）等が挙げられる。
【００１１】
上記の様な鉄系溶接材料を用いて組み立てられた溶接継手にあっては、疲労強度が優れたものとなる。殊に、溶接金属部が、Ｆｅを主成分とすると共に、（ａ）Ｓｉ：０．７〜５．５％、Ｓ：０．０４０〜０．０８％、Ｏ：０．０１〜０．１％を夫々含有するものであるか、または（ｂ）Ｓｉ：０．７〜５．５％、Ｓ：０．０８％超、０．４０％以下を夫々含有するものであれば、疲労強度に特に優れた溶接継手となる。尚、こうした溶接継手は、溶接材料と溶接母材の化学成分の組み合わせ、および溶接条件を適切に調整することによって得ることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、溶接ビード止端部の形状を良好にするという観点から、様々な角度から検討した。特に、溶接電圧、溶接電流、溶接速度、溶接トーチ角度や前進角度などの溶接条件を厳密に規定せずとも、良好なビード形状を安定して得るには、母材に対する溶融金属（凝固前の溶接金属）の濡れ性を良好にすることが得策でないかという指針に基づき、鋭意研究を行なった。
【００１３】
その結果、溶融金属の濡れ性を良好にするには、溶融金属中（即ち、凝固後の溶接金属中）のＳ，ＳｉおよびＯの含有量を適切な範囲［（ａ）Ｓｉ：０．７〜５．５％，Ｓ：０．０４０〜０．０８％，Ｏ：０．０１〜０．１％、または（ｂ）Ｓｉ：０．７〜５．５％，Ｓ：０．０８％超、０．４０％以下］に制御してやれば良いとの知見が得られた。そして、溶接材料中に含まれるこれらの元素含有量と溶接ビードの関係および疲労試験を行なったところ、溶接材料中のＳの含有量を０．０５〜０．６％とすると共に、Ｓｉの含有量を１．２％超〜８％とした場合にはビード形状が良好となり、疲労強度が安定して発揮されることを見出し、本発明を完成した。尚、溶接金属中に含まれる酸素は、溶接材料またはシールドガス、鋼板表面のスケール（Ｆｅ酸化物）等から供給される。
【００１４】
本発明の鉄系消耗溶接材料では、上記のようにＳおよびＳｉの含有量を適切な範囲に調整するものであるが、基本成分であるＣ，Ｍｎについても適切に調整する必要がある。これらの成分の範囲限定理由は次の通りである。
【００１５】
Ｃ：０．００５〜０．４０％
Ｃは鋼材（従って溶接金属）の強度を向上させるのに有効な成分である。鉄系消耗溶接材料中の成分の溶接金属への歩留まりを考慮すると、Ｃ含有量が０．００５％未満では溶接金属に所望の強度を付与することができない。しかしながら、鉄系消耗溶接材料のＣ含有量が０．４０％を超えると、溶接性の劣化（例えば、低温割れや遅れ破壊等）を招くばかりか、高炭素マルテンサイトを生成して靭性が低下することになる。尚、Ｃ含有量の好ましい下限は０．０１％であり、好ましい上限は０．３％である。
【００１６】
Ｍｎ：０．２〜８．０％
Ｍｎは固溶強化、変態強化および結晶粒微細化強化等の作用によって、溶接金属の強度と靭性の双方を向上させる効果を発揮する。こうした効果を発揮させるためには、Ｍｎ含有量は０．２％以上とする必要がある。しかしながら、Ｍｎ含有量が過剰になると、耐割れ性および靭性が著しく劣化するので８．０％以下とする必要がある。尚、Ｍｎ含有量の好ましい下限は０．６％であり、好ましい上限は７．０％である。
【００１７】
Ｓｉ：１．２％超、８．０％以下
ＳｉはＦｅ基溶融金属の粘性を低下させる成分である。溶接の様に急速に凝固する液体の濡れ性を高めるためには、Ｓを含有させて表面張力を低下させるだけでは不十分であり、溶融金属中の粘性を低下させて流動性をより高める必要がある。こうした観点からして、溶接材料中にＳｉを含有させることは極めて有用である。またＳｉを含有させることは、鋼の強度上昇に有効であるだけでなく、強力な脱酸効果を発揮するので、気泡の発生を防止したり、溶接金属の酸化を防止して強度低下を防止するなど、極めて重要な役割を果たしている。しかしながら、Ｓｉ含有量が１．２％以下では、溶融金属の粘性が濡れ性を向上させるのに十分に低下しないので、ビード形状の改善には至らない。一方、Ｓｉ含有量が過剰になって８．０％を超えると、鋼の靭性の劣化をもたらし、溶接金属に割れが発生し易くなる。尚、Ｓｉ含有量は、好ましくは１．３％以上、最も好ましくは１．５％以上とするのが良い。
【００１８】
Ｓ：０．０５〜０．６％
Ｓは、Ｆｅ基溶融金属の表面張力を低下させるのに有効な元素であり、鋼母材との濡れ性を向上させる効果を発揮する。溶接金属中のＳは、一般的に不純物として扱われており、靭性の低下や高温割れ感受性を助長することが知られている。しかしながら、本発明者らが検討したところによると、薄板の重ね溶接継手の場合には、必須の添加元素として含有させてもそれほど問題が生じず、却って溶融金属の濡れ性を向上させて溶接ビード止端部の形状を、疲労強度を向上させる上で有効である様にすることを突き止めた。こうした効果を発揮させるためには、Ｓ含有量は少くとも０．０５％以上とする必要があるが、その含有量が過剰になって０．６％を超えると、溶接金属部の靭性が低下し、溶接金属部に微小なクラックが発生するなどの弊害が生じることになる。尚、Ｓ含有量は、好ましくは０．１０％超とするのが良い。
【００１９】
本発明の鉄系消耗溶接材料における基本的な化学成分組成は上記の通りであるが、必要によってＮｉ，Ｎｂ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｃｕ，Ｃａ，希土類元素，Ｂ等を含有させることも有効であり、含有させる成分に応じて溶接金属の特性が改善される。これらの成分の範囲限定理由は下記の通りである。
【００２０】
Ｎｉ：０．０１〜５％、Ｎｂ：０．０１〜１％およびＶ：０．０１〜１％よりなる群から選ばれる１種以上
Ｎｉ，ＮｂおよびＶは、いずれも溶接金属の靭性改善および強度向上に有効な元素である。このうちＮｉはその含有量が０．０１％未満では、こうした効果を発揮することができない。またＮｉ含有量が５％を超えると、一次晶粒界が発達して靭性が却って劣化することになる。一方、ＮｂやＶは、Ｎｉと同様の効果を発揮すると共に、高温強度向上にも寄与する。こうした効果を発揮させるためには、いずれも０．０１％以上含有させることが好ましい。しかしながら、ＮｂやＶの含有量が１％を超えると、炭化物の生成により靭性および耐割れ性の低下が生じる。尚、これらの元素のより好ましい下限は０．０２％程度であり、より好ましい上限は０．８％程度である。
【００２１】
Ｃｒ：０．００５〜３％
Ｃｒは溶接金属を強靭化すると共に、酸化物被膜による耐食性向上および高温強度向上等の効果を発揮する。こうした効果を発揮させるためには、Ｃｒ含有量は０．００５％以上とすることが好ましい。しかしながら、Ｃｒ含有量が過剰になって３％を超えると自硬性が高くなり、耐割れ性が低下する。尚、Ｃｒ含有量のより好ましい下限は０．１％程度であり、より好ましい上限は２．７％程度である。
【００２２】
Ｍｏ：０．００５〜３％
Ｍｏは溶接金属の焼入れ性を高めるという効果があり、その強度向上に寄与する。こうした効果を発揮させるためには、０．００５％以上含有させることが好ましい。しかしながら、Ｍｏ含有量が過剰になって３％を超えると、炭化物が生成されて靭性が悪くなる。
【００２３】
Ｃｕ：０．０５〜１．５％
Ｃｕは防食効果のある非晶質の皮膜を形成する作用を発揮する。こうした効果を発揮させるためには、０．０５％以上含有させることが好ましいが、１．５％を超えて過剰になるとその効果が飽和すると共に、溶接割れなどの弊害が生じることになる。尚、Ｃｕ含有量のより好ましい下限は０．１％程度であり、より好ましい上限は１．２％程度である。また、このＣｕ含有量は、鉄系消耗溶接材料の表面にＣｕめっきが施される場合（例えば、被覆溶接棒）には、めっきのＣｕ量も含めた値である。
【００２４】
Ｃａ：０．００１〜０．０５％および／または希土類元素：０．００１〜０．０５％
Ｃａおよび希土類元素（ＲＥＭ）は、主に溶接金属の強度上昇、延性の向上、アーク安定化に有効な元素であり、こうした効果を発揮させるためには、いずれも０．００１％以上含有させることが好ましい。しかしながら、これらの元素の含有量が０．０５％を超えると、溶接金属中の非金属介在物量が多くなって延性を劣化させることになる。尚、これらの元素のより好ましい下限は０．００２％程度であり、より好ましい上限は０．０４％程度である。また、上記ＲＥＭは、スカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）およびランタノイド系列希土類元素（原子番号５７〜７１）のいずれをも含む意味であり、これらの元素のうちの１種または２種以上を用いれば良い。
【００２５】
Ｂ：０．０００５〜０．０５％
Ｂは、微量添加することによって組織を微細化して優れた低温靭性を発揮させる。こうした効果を発揮させるためには、０．０００５％以上含有させることが好ましい。しかしながら、Ｂ含有量が過剰になって０．０５％を超えると、耐溶接割れ性が著しく悪化する。尚、Ｂ含有量のより好ましい下限は０．０００７％程度であり、より好ましい上限は０．０４％程度である。
【００２６】
本発明の鉄系消耗溶接材料における基本的な化学成分および必要により含有させる有効成分は上記の通りであり、残部は実質的に鉄からなるものであるが、「実質的に鉄」とは、Ｆｅ以外にもその特性を阻害しない程度の微量成分の含有も許容できることを意味するものであり、こうした許容成分としてＰ，Ａｓ，Ｓｂ等の不可避的不純物が挙げられる。また、上記した各有効成分であっても、その好ましい下限未満の含有では不可避不純物に相当するものとなる。更に、不純物のうち、特にＰについては、下記の如くその含有量を抑制することが好ましい。
【００２７】
Ｐ：０．０５％以下
Ｐ含有量が過剰になると、フェライト中に固溶したＰによってマトリックスの靭性が損なわれるだけでなく、溶接割れの原因になる。こうしたことから、Ｐ含有量は０．０５％以下に抑制することが好ましい。尚、上記した作用を考慮すると、Ｐの含有量を０．０３％以下にすることがより好ましい。
【００２８】
本発明の鉄系消耗溶接材料には、更に必要によってＡｌ，Ｔｉ，Ｚｒ等の脱酸剤を含有させることもできる。これらを含有させるときの範囲限定理由は下記の通りである。
【００２９】
Ａｌ：０．０１〜１％、Ｔｉ：０．０１〜１％およびＺｒ：０．０１〜１％よりなる群から選ばれる１種以上
これらの元素は、いずれも脱酸剤として作用するが、こうした効果を発揮させるためには、いずれも０．０１％以上含有させることが好ましい。しかしながら、Ａｌについては、その含有量が過剰になって１％を超えると、脱酸生成物であるＡｌ2Ｏ3が溶接金属中に多く残存する様になって靭性が大幅に低下する。
【００３０】
一方、ＴｉおよびＺｒについては、いずれも強脱酸剤であり溶着金属の酸化を防止するばかりか、酸化物を生成するので析出硬化による強度上昇と組織の微細化による靭性の改善に効果がある。しかしながら、ＴｉやＺｒの含有量が過剰になって１％を超えると溶接性が劣化すると共に、炭化物の形成および析出によって靭性が大幅に低下することになる。尚、これらの元素のより好ましい下限は０．０２％程度であり、より好ましい上限は０．９％程度である。
【００３１】
本発明の鉄系消耗溶接材料としては、代表的なものとして鋼製ソリッドワイヤー（裸ワイヤー）や被覆溶接棒等が例示されるが、鋼製シース材の内側に金属粉末やスラグ形成剤を充填したメタル系フラックス入りワイヤーやスラグ系フラックス入りワイヤー等にも適用可能である。このうちスラグ系フラックス入りワイヤーとして使用する場合には、溶接作業性の低下を防ぐために、溶接後のスラグ剥離性を向上させる必要がある。こうした観点から、酸化ビスマスを添加することも有効であるが、この場合のＢｉ添加量は鉄系消耗溶接材料全質量当たり０．００２〜０．１％程度が適用である。
【００３２】
またアークの安定性やスラグ量を調整するなどの目的で、必要に応じてフラックス成分として、酸化物、弗化物、金属および合金などを適量添加することもできる。例えば、スラグ量を調整するためのスラグ形成剤としてＣａＯ，ＭｎＯ，Ａｌ2Ｏ3等の酸化物を添加したり、脱水素剤としてＣａＦ2，ＳｒＦ2，ＭｇＦ2，Ｋ2ＳｉＦ6等の弗化物、等を添加することも有効である。
【００３３】
本発明の鉄系消耗溶接材料をフラックス入りワイヤーとして使用する場合に、ワイヤーの断面形状、ケーシング材質、ワイヤー径等についても特に限定されるものではない。また、成分の添加形態に関しては、通常外皮金属として軟鋼等が用いられるが、外皮金属だけでは不足する成分や添加量については、フラックスへの配合によって補い、ワイヤー全重量に対する所定の含有量とすれば良い。更に、外皮成分については特に限定されるものではない。尚、フラックス充填率についても特に限定されるものではないが、ワイヤーの加工性の点を考慮すれば、５〜２５％程度が適当である。
【００３４】
本発明の鉄系消耗溶接材料は上記の如く、様々な形態のものとして使用できるが、その形態がソリッドワイヤーであれフラックス入りワイヤーであれ、溶接のシールドガスについては特に制限されず、炭酸ガスアーク溶接の他、Ａｒガスを主体とするガスアーク溶接等にも適用可能である。いずれの形態を採用するにしても、本発明の鉄系消耗溶接材料を使用して溶接継手を組み立てることによって、溶接継手に優れた疲労強度を付与することができる。
【００３５】
本発明のＦｅを主成分とする溶接金属では、上記の様に（ａ）Ｓｉ：０．７〜５．５％、Ｓ：０．０４０〜０．０８％、Ｏ：０．０１〜０．１％を夫々含有するものであるか、または（ｂ）Ｓｉ：０．７〜５．５％、Ｓ：０．０８％超、０．４０％以下を夫々含有する様に調整することがが好ましいが、これらの範囲限定理由は次の通りである。
【００３６】
Ｓｉ：０．７〜５．５％
Ｓｉの基本的な作用は、溶接材料の説明で記述した内容と同一である。但し、溶接材料中に含まれるＳｉは、溶融状態で気相中等に含まれる酸素と反応してＳｉＯ2等のスラグとなるため、溶接材料に含まれるＳｉ全てが歩留まるとは限らない。上記の通り、歩留まりを考慮して０．７〜５．５％とするのが良い。
【００３７】
Ｓ：０．０４０〜０．０８％、Ｏ：０．０１〜０．１％
Ｓの基本的な作用は、溶接材料の説明で記述した内容と同一である。但し、溶接材料中に含まれるＳはＳｉと同様に、溶融状態で気相中等に含まれる酸素と反応してＳＯ2等となるのため、溶接材料に含まれるＳ全てが溶接金属中に歩留まるとは限らないので、歩留まりを考慮する必要がある。
【００３８】
Ｓによる疲労強度向上効果を発揮させる為には、少なくともＳを溶接金属中に０．０４０％以上含有させる必要があるが、０．０８％以下では十分な効果が得られない。その為、Ｓと同様にＦｅ基溶融金属の表面張力を低下させる機能がある酸素を供給して複合効果を発揮させる必要がある。こうした観点から、Ｓを０．０４０〜０．０８％程度含有するときには、酸素を同時に含有させる必要がある。
【００３９】
酸素単独では、Ｓよりも効果が小さいので、溶接継手部の疲労強度を高めるほど止端形状に改善効果は発揮されない。しかしながら、上記したＳの含有量の範囲でその効果を十分に発揮させる為には、Ｓに加えてＯを複合添加する必要があることを突き止めた。そして、こうした効果を発揮させる為には、Ｏ含有量は少なくとも０．０１％以上とする必要があるが、その含有量が過剰になって０．１％を超えると、溶接金属中に非金属介在物が多量に生成して靭性が低下し、溶接金属部に微小なクラックが発生する等の弊害が生じることになる。尚、Ｏ含有量の好ましい下限は、０．０２％であり、より好ましくは０．０３％以上とするのが良い。
【００４０】
Ｓ：０．０８％超、０．４０％以下
一方、溶接金属中のＳを、０．０８％を超えて含有させることによって、上記した酸素の複合化が無くても、十分に止端形状を改善することが可能になることも判明した。この様な場合には、歩留まりも考慮してその上限は０．４０％とする必要がある。
【００４１】
また、本発明の溶接材料を用いて溶接される母材については、高張力鋼の場合に最もその効果が発揮されるものとなるが、本発明で用いる母材の種類については高張力鋼に限らず、例えば軟鋼、その他の鋼材等にも適用できるものであり、こうした場合であっては、溶接材料と溶接母材の化学成分の組み合わせ、および溶接条件を適切に調整して、溶接金属部の化学成分を上記の範囲内となる様にすることによって、疲労強度に優れた溶接継手とすることができる。
【００４２】
以下、本発明を実施例によって更に詳細に説明するが、下記実施例は本発明を限定する性質のものではなく、前・後記の趣旨に徴して設計変更することはいずれも本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【００４３】
【実施例】
実施例１
下記表１に示す化学成分の鋼板を母材として用い、下記の溶接条件で重ねアーク溶接継手を作製した。このときの溶接の状態（ワイヤー狙い位置）を図２に示す。尚、図２において、１，２は母材（前記図１参照）、４は溶接材料を夫々示す。このときの溶接材料としては、軟鋼製ケーシング内に金属粉末を充填し、全体の化学組成が下記表２になるように調整したメタル系フラックス入りワイヤー（直径：１．２ｍｍ）を作製して実験に供した。
（溶接条件）
溶接電流：２４０Ａ
溶接電圧：３３Ｖ
溶接速度：８０ｃｍ／ｍｉｎ
突き出し長さ：２０ｍｍ
シールドガス：１００％ＣＯ2（供給量：２０Ｌ／ｍｉｎ）
【００４４】
【表１】
0003860437.tif 000002
【００４５】
【表２】
0003860437.tif 000003
【００４６】
作製した各溶接継手について、前記図１に示した溶接ビード止端部の曲率半径ρと接触角θ、および疲労強度並びに溶接金属部の化学成分について調査した。尚、疲労強度は各条件で３回ずつ行なった。また、溶接金属部の化学成分分析は下記の手法により行なった。
【００４７】
（化学成分分析法）
図１に示す溶接金属部の表層から切粉を採取して分析に供し、各成分の分析を下記の方法によって行なった。
Ｓｉ：Ｍｏ青吸光光度法（≦１％），重量法（≧１％）
Ｓ  ：燃焼赤外線吸収法
Ｏ  ：燃焼赤外線吸収法
【００４８】
このとき、溶接ビード止端部の曲率半径ρと接触角θについては、夫々任意に選択した１０箇所の値の平均値で求めた。また、疲労強度については、図３に示す溶接継手（溶接ままの状態）を試験片（図中、参照符号１〜３については前記図１と同じ）として用いて両振り平面曲げ疲労試験を行ない（周波数：２５Ｈｚ，正弦波応力，応力比：−１）、２×１０6回の繰り返しに耐え得る最大荷重として求めた。
【００４９】
これらの結果を、下記表３に示す。尚、表３には、溶接時のスパッタ発生状況を評価することによって、溶接作業性についての評価結果の結果についても示した。
【００５０】
【表３】
0003860437.tif 000004
【００５１】
この結果から、次のように考察できる。まず、溶接作業性は、全条件とも合格していた。試験Ｎｏ．７〜９，１１〜１５のものは、用いた溶接材料および溶接金属ともに本発明で規定する化学成分範囲を満足する実施例であり、溶接ビード止端部の曲率半径ρおよび接触角θともに大きくなっており、疲労強度が高くなっていることが分かる。
【００５２】
一方、試験Ｎｏ．１〜６，１０，１６，１７のものでは、溶接材料および溶接金属の化学成分が本発明で規定する範囲から外れている比較例であり、溶接継手に高い疲労強度が得られていない。これらの比較例については、次の様に評価できる。
【００５３】
試験Ｎｏ．１〜３の比較例では、Ｓｉ，Ｓのいずれの含有量が溶接材料、溶接金属ともに本発明で規定する範囲よりも少ないので、溶融金属と鋼板の濡れ性向上および溶融金属の粘性低下効果の少なくともいずれかの改善効果が小さくなっており、溶接ビード止端部の曲率半径ρと接触角θが小さくなっている。
【００５４】
尚、Ｎｏ．１０の比較例は、Ｓの含有量が本発明で規定する下限よりも少ない例である。この例では、疲労試験のうち、１回目は十分な強度が得られているが、残る２回はＮｏ．１〜３の比較例と同等の強度しか得られなかった。この様にバラツキが多くては、実用に際して十分とは言えない。
【００５５】
一方、Ｓ含有量が本発明の下限に相当する前記Ｎｏ．１１においては、疲労強度に多少にのバラツキは見られるものの、いずれの結果も十分な強度レベルである。
【００５６】
試験Ｎｏ．４の比較例ではＣの含有量が少なくなっているので、溶接金属部の強度が低くなっている。また、Ｐ含有量が多いために、溶接金属部に微細なクラックが発生したために、結果的に溶接継手部の強度が低下している。
【００５７】
試験Ｎｏ．５の比較例では、Ｍｎの含有量が本発明で規定する範囲より少ないため、溶接金属部の強度と共に靭性が低下したために溶接金属部に微小クラックが発生し、溶接継手部の疲労強度が低下している。
【００５８】
試験Ｎｏ．６の比較例では、ＣとＭｎの含有量が本発明で規定する範囲を超えているので、溶接金属部の靭性が低下し、溶接金属部に微小クラックが発生し、溶接継手部の疲労強度が低下している。
【００５９】
試験Ｎｏ．１６，１７の比較例では、溶接材料、溶接金属ともにＳｉまたはＳの含有量が本発明で規定する範囲を超えているので、溶接金属分の靭性が低下し、溶接金属部に微小クラックが生じ、溶接継手部の疲労強度が低下している。
【００６０】
実施例２
前記表１に示した化学成分の鋼板を母材として用い、重ねアーク溶接継手を作製した。このときのシールドガス以外の溶接条件、溶接の状態（ワイヤー狙い位置）は、実施例１の条件と同一である。そして、前記実施例１と同様に、溶接ビード止端部の形状と溶接継手の疲労強度を評価した。その結果を、下記表４に示す。
【００６１】
尚、表４に示した溶接材料Ｎｏ．は、前記表２に示した溶接材料Ｎｏ．に対応している。また、試験Ｎｏ．２４のものは、鋼板表面に予めスケール（Ｆｅ酸化物）を付与しておき、溶接金属中の酸素量を高める様に設定したものである。
【００６２】
【表４】
0003860437.tif 000005
【００６３】
この結果から、次の様に考察できる。まず、Ｎｏ．１９〜２３のものは、溶接金属が本発明で規定する化学成分範囲を満足する実施例であり、溶接ビードの止端半径ρおよび接触角θともに大きくなっており、疲労強度が高くなっていることが分かる。特に、溶接金属中のＳ含有量が０．０８％以下では、併せて含まれる酸素の含有量が大きな効果を発揮していることが分かる。しかしながら、Ｓ含有量が０．０８％を超えると（Ｎｏ．２３）、酸素含有による効果が見られないことが分かる。
【００６４】
これに対して、試験Ｎｏ．１８，２４のものは、溶接金属の化学成分が本発明で規定する範囲を外れる比較例であり、溶接継手に高い疲労強度が得られていない。これらの比較例については、次の様に評価できる。
【００６５】
Ｎｏ．１８の比較例では、溶接金属中のＳ含有量が０．０８％以下であるにも拘わらず、酸素含有量が十分でないので、溶接ビード止端部の曲率半径ρと接触角θが小さくなっている。即ち、溶接ビード止端部の形状改善に酸素が重要な役割を果たしていることが分かる。
【００６６】
Ｎｏ．２４の比較例では、酸素が十分に含まれているため、溶接ビード止端部の曲率半径ρと接触角θは大きくなっているものの、その量が過剰であるので溶接金属部に微小なクラックが発生し、その結果として溶接継手に高い疲労強度は得られなかった。
【００６７】
【発明の効果】
本発明は以上の様に構成されており、溶接材料や溶接金属中のＳｉおよびＳの含有量を適切に調整することによって、溶接ビード止端部の曲率半径と接触角を大きくすることができ、溶接ビードの手直しをすることなく溶接ままで高い疲労強度を得ることのできる鉄系溶接材料や溶接継手が実現でき、こうした溶接材料は母材として高張力鋼板を用いた場合であってもその鋼板本来の疲労強度を十分活かすことができ極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】２枚の母材を重ねてすみ肉溶接したときの溶接継手部の断面形状を示す説明図である。
【図２】実施例において溶接継手を作製したときの溶接の状態（ワイヤー狙い位置）を示す説明図。
【図３】両振り平面曲げ疲労試験を行なったときの試験片の形状を示す説明図である。
【符号の説明】
１，２  母材
３  溶接金属
４  溶接材料
【図１】
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【図２】
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【図３】
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