(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フラックス成分として、ワイヤ全質量当たり、ＴｉＯ２：５乃至８質量％、ＭｇＯ：１乃至３質量％、ＺｒＯ２：０．２乃至２．５質量％、ＳｉＯ２：０．２乃至１．６質量％、鉄酸化物：０．１乃至１．０質量％、Ｍｎ：０．５乃至５質量％、Ｓｉ：０．２乃至３質量％、Ａｌ＋Ｍｇ：総量で０．０８乃至０．５質量％、カリウム化合物及びナトリウム化合物：夫々Ｋ２Ｏ換算及びＮａ２Ｏ換算でＫ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏの総量０．０８乃至０．４質量％を含有すると共に、（Ｍｎ＋Ａｌ＋Ｍｇ）／（ＴｉＯ２＋ＭｇＯ＋鉄酸化物）が０．３５乃至０．６０を満足することを特徴とする水平すみ肉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、水平すみ肉溶接用フラックス入りワイヤに関し、更に詳述すれば、炭素鋼及び低合金鋼の溶接に適し、特に大脚長の水平すみ肉溶接において、ビード形状及びビード外観を向上させることができるチタニア系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】
チタニア系のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、溶接作業性が良好であるという特徴を有しているため、従来より造船、鉄骨、橋梁等のすみ肉溶接に多用され、その使用量は増大している。
【０００３】
近時、橋梁分野では、建設コスト削減の手段の一つとして従来の鉄桁橋梁より構造が単純な小主桁橋梁の採用がすすんでいる。この小主桁橋梁では、主桁部材が大型化し、フランジ及びウェブの板厚が増しているため、すみ肉溶接に要求される脚長が大きくなってきている。このような背景から１０ｍｍ以上の大脚長を必要とする場合が多くなってきている。
【０００４】
水平すみ肉溶接の脚長は、６ｍｍが主体であるが、大脚長を必要とする水平すみ肉溶接においては、従来、１パス施工ではビード止端部にオーバーラップが形成され易い。図１（ａ）は、被溶接材１，２の水平すみ肉溶接において、ビード止端部にオーバーラップ３が形成された状態を示す。このため、疲労強度に対する配慮から２乃至３パス施工で対処する必要があった。しかしながら、２乃至３パス施工の場合、ビードの止端部の形状は改善されるものの、各パスのビード重なり部に段（凹凸）が生じ易く、また溶接の能率性が低い等の問題点を有していた。図１（ｂ）は、２パス施工の例を示す。各パスの溶接ビード４ａ、４ｂの重なり部に段差４ｃが生じている。このため、スラグ成分を調整することにより、８乃至１０ｍｍの大脚長すみ肉溶接に対応する方法（特開平４−３０００９１号公報）が提案されているが、１０ｍｍ以上の大脚長を得るには、図１（ｃ）に示すように、下脚長５の不揃いが生じやすく、未だ不十分であった。
【０００５】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、特に、１０乃至１２ｍｍ程度の大脚長を１パスで水平すみ肉溶接する場合において、ビード形状及びビード外観が良好な溶接部を得ることができる水平すみ肉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。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る水平すみ肉溶接用フラックス入りワイヤは、フラックス成分として、ワイヤ全質量当たり、ＴｉＯ２：５乃至８質量％、ＭｇＯ：１乃至３質量％、ＺｒＯ２：０．２乃至２．５質量％、ＳｉＯ２：０．２乃至１．６質量％、鉄酸化物：０．１乃至１．０質量％、Ｍｎ：０．５乃至５質量％、Ｓｉ：０．２乃至３質量％、Ａｌ＋Ｍｇ：総量で０．０８乃至０．５質量％、カリウム化合物及びナトリウム化合物：夫々Ｋ２Ｏ換算及びＮａ２Ｏ換算でＫ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏの総量０．０８乃至０．４質量％を含有すると共に、（Ｍｎ＋Ａｌ＋Ｍｇ）／（ＴｉＯ２＋ＭｇＯ＋鉄酸化物）が０．３５乃至０．６０を満足することを特徴とする。
【０００７】
ビード形状に大きな影響を与えるには、スラグの粘性であり、粘性が高すぎるとビード止端部にオーバーラップが形成され易くなる。一方、スラグの粘性が低すぎると、凸型ビードになり易い。
【０００８】
従来、脚長８乃至１０ｍｍ程度の大脚長性を得るための手段としては、適切な粘度のフラックス組成を得るべく、ＴｉＯ２−ＭｇＯ−ＺｒＯ２−ＳｉＯ２−鉄酸化物を主要スラグ形成剤とし、またフラックス中のスラグ成分の中でも、多量に含有させるＴｉＯ２と、スラグの粘度を上げるＭｇＯとの比、並びにＴｉＯ２と、スラグの粘度を下げる鉄酸化物との比を、夫々特定範囲に規制する方法が特開平４−３０００９１号公報に開示されている。しかしながら、更に脚長１０乃至１２ｍｍの大脚長を得るためには、この規定だけではビード形状及びビード外観の面から、必ずしも十分ではなかった。
【０００９】
そこで、本発明者等が更に検討を加えた結果、フラックス中にＡｌ、Ｍｇを適量加えて、図１（ｃ）に示すようなビードの不揃いを解消し、ビードの揃い性を向上させると共に、フラックス中にＮａ、Ｋを適正範囲で添加することによって、更にアークの広がり及び安定性を向上させ、かつ（Ｍｎ＋Ａｌ＋Ｍｇ）／（ＴｉＯ２＋ＭｇＯ＋鉄酸化物）の比を最適化することにより、優れたビード形状及びビード外観を得ることができることを見出した。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について更に詳細に説明する。本発明においては、フラックス成分として、ＴｉＯ２：５乃至８質量％、ＭｇＯ：１乃至３質量％、ＺｒＯ２：０．２乃至２．５質量％、ＳｉＯ２：０．２乃至２．０質量％、鉄酸化物：０．１乃至１．０質量％、Ｍｎ：０．５乃至５質量％、Ｓｉ：０．２乃至３質量％、Ａｌ＋Ｍｇ：０．０８乃至０．５質量％、カリウム化合物及びナトリウム化合物：夫々Ｋ２Ｏ及びＮａ２Ｏ換算で、Ｋ２Ｏ及びＮａ２Ｏの総量０．０８乃至０．４質量％を含有し、（Ｍｎ＋Ａｌ＋Ｍｇ）／（ＴｉＯ２＋ＭｇＯ＋鉄酸化物）比が０．３５乃至０．６０を満足する。
【００１１】
次に、フラックス成分の組成限定理由について説明する。なお、各成分の含有量はワイヤ全質量に対する質量％である。
【００１２】
ＴｉＯ２：５乃至８質量％
ＴｉＯ２はスラグ成形剤の基本成分である。しかし、ＴｉＯ２が５質量％未満ではスラグの被包性が不十分であり、ビード外観及び形状が不良となる。一方、ＴｉＯ２が８質量％を超えると、スラグ量が過剰になり、スラグ巻込み等の溶接欠陥が生じ易くなる。従って、ＴｉＯ２量は５乃至８質量％の範囲とする。なお、ＴｉＯ２原料としては、ルチール、チタンスラグ、及びイルミナイト等が挙げられる。
【００１３】
ＭｇＯ：１乃至３質量％
ＭｇＯはスラグの凝固点を高め、粘性を高めることにより、特に大脚長溶接におけるビード形状を改善する効果がある。しかし、ＭｇＯが１質量％未満では、ビード形状の改善効果がなく、一方、ＭｇＯが３質量％を超えると、スラグの粘性が過剰となり、スラグ被包性が不均一となり、ビード外観が悪化する。従って、ＭｇＯ量は１乃至３質量％の範囲とする。なお、ＭｇＯ原料としては、マグネシヤクリンカー、オリビンサンド、電融マグネシヤ、及びタルク等が挙げられる。
【００１４】
ＺｒＯ２：０．２乃至２．５質量％
ＺｒＯ２は、ＭｇＯと同様に、スラグの凝固点を高め、粘性を高めることにより、特に大脚長溶接におけるビード形状を改善する効果がある。しかし、ＺｒＯ２が０．２質量％未満では、ビード形状改善効果がなく、一方、ＺｒＯ２が２．５質量％を超えると、スラグの粘性が過剰となり、スラグ巻込み等の溶接欠陥が生じ易くなる。従って、ＺｒＯ２原料としては、ジルコニヤ、及びジルコン等が挙げられる。
ＳｉＯ２：０．２乃至１．６質量％
ＳｉＯ２は、スラグの凝固点を下げ、粘性を小さくすることにより、ビード形状を調整する効果がある。しかし、ＳｉＯ２が０．２質量％未満では、ビード形状の改善効果がなく、逆にＳｉＯ２が１．６質量％を超えると、スラグの流動性が過剰となり、ビード形状が悪化する。従って、ＳｉＯ２量は０．２乃至１．６質量％の範囲とする。なお、ＳｉＯ２原料としては珪砂、長石、ジルコン、オリビンサンド、珪灰石、及びガラス等が挙げられる。
鉄酸化物：０．１乃至１．０質量％
鉄酸化物は、ＳｉＯ２と同様に、スラグの凝固点を下げ、粘性を小さくすることにより、ビード形状を改善する効果がある。しかし、鉄酸化物が０．１質量％未満では、ビード形状の改善効果がなく、逆に鉄酸化物が１．０質量％を超えるとスラグの流動性が過剰となり、ビード形状が悪化する。従って、鉄酸化物量は０．１乃至１．０質量％の範囲とする。なお、鉄酸化物原料としてスケール、及びチタンスラグ等が挙げられる。
Ｍｎ：０．５乃至５．０質量％
Ｍｎは、脱酸剤及び溶接金属の強度を調整する成分であるが、Ｍｎが０．５質量％未満では脱酸不足による気孔が発生し、また、Ｍｎが５．０質量％を超えると、溶接金属の強度が高くなり過ぎて、耐割れ性の面で好ましくない。従って、Ｍｎ量は０．５乃至５．０質量％の範囲とする。なお、Ｍｎ原料としては電解Ｍｎ、Ｆｅ−Ｍｎ、及びＦｅ−Ｓｉ−Ｍｎ等が挙げられる。
Ｓｉ：０．２乃至３．０質量％
Ｓｉは、Ｍｎと同様の機能を有するほか、溶融金属の流動性を調整する作用がある。しかし、Ｓｉが０．２質量％未満では、ビードが凸ビードになり易く、また、脱酸不足による気孔が多発してくる。逆に、Ｓｉが３．０質量％を超えると、溶接金属の強度が過大となると共に、靭性が低下する。従って、Ｓｉ量は０．２乃至３．０質量％の範囲とする。なお、Ｓｉ原料としては、Ｆｅ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｎ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ、及びＳｉ−Ｍｇ等が挙げられる。
Ａｌ＋Ｍｇ：０．０８乃至０．５質量％
Ａｌ＋Ｍｇは、通常脱酸剤として添加するものであり、これらの元素を添加することによって溶接金属中の酸素量を低減し、溶融金属の粘性を変化させる作用がある。特に、１０乃至１２ｍｍの大脚長すみ肉溶接時には、ビード下脚の揃いが良くなる効果がある。また、溶融金属の流れを抑制するため、溶融金属が先行するのを防ぐ効果もある。しかし、Ａｌ＋Ｍｇが０．０８質量％未満ではその添加効果がなく、一方、Ａｌ＋Ｍｇが０．５質量％を超えると、スパッタ発生量が多くなるため、溶接作業性が劣化すると共に、溶融金属の粘性が高くなりすぎ、上脚側の脚長が出にくくなる。このため、Ａｌ＋Ｍｇ量は０．０８乃至０．５質量％の範囲とする。なお、Ａｌ及びＭｇ原料としては、金属Ａｌ及び金属Ｍｇのほか、Ｆｅ−Ａｌ、Ａｌ−Ｍｇ、Ｓｉ−Ｍｇ、Ｓｉ−Ｃａ−Ｍｇ、Ｃａ−Ｍｇ及びＮｉ−Ｍｇ等の合金がある。
Ｋ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ：０．０８乃至０．４０質量％
Ｋ化合物、Ｎａ化合物は安定性を向上させると共に、アーク広がりが良好となるため、より良好で安定したビード形状及びビード外観を得るために効果がある。Ｋ化合物をＫ２Ｏ換算とし、Ｎａ化合物をＮａ２Ｏ換算として、Ｋ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏが０．０８質量％未満ではその添加効果が得られず、一方、Ｋ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏが０．４０質量％を超えると、アークの吹きつけが強くなり、スパッタが増加すると共に、アンダーカットが生じ易くなる。従って、Ｋ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ量は０．０８乃至０．４０質量％の範囲とする。
（Ｍｎ＋Ａｌ＋Ｍｇ）／（ＴｉＯ２＋ＭｇＯ＋鉄酸化物）：０．３５乃至０．６０
但し、上記フラックス成分のうち、ＴｉＯ２、鉄酸化物、ＭｇＯ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｍｇについては、以下に説明するように、（Ｍｎ＋Ａｌ＋Ｍｇ）／（ＴｉＯ２＋ＭｇＯ＋鉄酸化物）比を特定の範囲に規制する必要がある。
【００１５】
ＴｉＯ２、鉄酸化物、ＭｇＯはスラグ形成剤として添加するが、スラグ量が多すぎる場合、ビード形状が悪くなる。また、スラグ量が多すぎる場合には、耐気孔性も劣化するため、スラグ量はできるだけ少ない方が良い。Ｍｎ、Ａｌ，Ｍｇは脱酸剤として添加し、溶接金属の酸素量を低減して、溶融金属の粘性を調整する。スラグ量、スラグ粘性、溶融金属の粘性を適正化することによって、脚長１０乃至１２ｍｍの大脚長溶接時のビード形状を安定させることができる。本発明者は、ビード形状、特に脚長１０乃至１２ｍｍの大脚長溶接時でのビード止端部形状及びビードの揃いを安定化させるため、各種の試験及び研究を行った結果、（Ｍｎ＋Ａｌ＋Ｍｇ）／（ＴｉＯ２＋ＭｇＯ＋鉄酸化物）の質量比を０．３５乃至０．６０の範囲にすることが極めて有効であることを見出した。しかし、質量比が０．３５未満では、ビード止端部がオーバーラップ気味となり、質量比が０．６０を超えると、ビードが凸気味となり、ビード形状が悪化する。このため、（Ｍｎ＋Ａｌ＋Ｍｇ）／（ＴｉＯ２＋ＭｇＯ＋鉄酸化物）比を０．３５乃至０．６０とする。また、良好なビード形状及びビード外観を得るためには、重量比を０．４０乃至０．５５の範囲とすることが好ましい。
【００１６】
なお、本発明において、フラックス率（ワイヤ全質量に対するフラックスの質量％）は特に限定されないが、１５乃至２５質量％が適当である。
【００１７】
また、フラックス成分としては、必要に応じて、その他の酸化物、フッ化物、金属及び合金等を適量添加することができる。例えば、スラグ量を調整するために、スラグ形成剤として、ＣａＯ、ＭｎＯ、Ａｌ２Ｏ３等の酸化物を添加できる。また、脱水素剤として、ＣａＦ２、ＳｒＦ２、ＭｇＦ２、Ｋ２ＳｉＦ６等のフッ化物を添加できる。更に、脱酸剤としてＺｒ等を添加でき、溶接金属の靭性改善のためにＢ、Ｎｉ等を適宜添加できる。更にまた、溶接金属の強度を調整するためにＭｏ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｖ等を添加できる。更にまた、スラグの剥離性改善のために、酸化ビスマスを添加してもよい。この場合の添加量は、各成分共、ワイヤ全質量当たり０．００２乃至０．１０質量％が適当である。特に、フッ素量／酸化ビスマスの質量比が０．６乃至８０の範囲となるように金属フッ化物を添加すると、アークの広がりも良好となり、より美麗なビード外観を得ることができる。
【００１８】
また、フラックス入りワイヤの断面形状は適宜の形状のものにすることができ、更にフープの材質、ワイヤ径、シールドガス組成等々も、種々のものを採用できる。
【００１９】
【実施例】
以下、本発明の実施例の効果について、本発明の範囲から外れる比較例と比較して説明する。下記表１に示す成分組成のフラックスを軟鋼製ケーシング内にフラックス率が１８乃至２０となるように充填して、ワイヤ直径が１．２ｍｍのフラックス入りワイヤを製造した。そして、このフラックス入りワイヤを使用して、以下の条件で溶接試験を行った。
【００２０】
（１）供試鋼板及び継手形状：厚さ１２ｍｍ×幅８５ｍｍ×長さ１０００ｍｍの鋼板を用いてＴ型すみ肉継手を形成した。
（２）溶接姿勢：水平すみ肉溶接
（３）シールドガス：１００％ＣＯ２、流量２５リットル／分
（４）ワイヤ突出し長さ：２５ｍｍ
（５）溶接電流：２８０Ａ
（６）アーク電圧：３１Ｖ
（７）電源極性：供試鋼板に対してワイヤを正電圧にした直流逆極性（ＤＣワイヤ（＋））
（８）溶接速度：３０ｃｍ／分
（９）トーチ角度：水平より５０°
（１０）トーチ前進角又は後退角：なし
（１１）トーチを固定した台車を走行させた自動溶接
【００２１】
この溶接試験の結果を下記表１及び表２に示す。なお、表２において、式（１）とは、（Ｍｎ＋Ａｌ＋Ｍｇ）／（ＴｉＯ２＋ＭｇＯ＋鉄酸化物）比のことである。表１及び表２から明らかなように、本発明の実施例Ｎｏ．１乃至Ｎｏ．５及びＮｏ．７乃至Ｎｏ．１０においては、極めて良好な溶接作業性と、ビード外観及びビード形状が得られた。
【００２２】
【表１】
0003816005.tif 000002
【００２３】
【表２】
0003816005.tif 000003
【００２４】
一方、比較例Ｎｏ．１１乃至Ｎｏ．２８では、本発明で規定する要件の何れかを欠くため、次のような問題がある。即ち、比較例Ｎｏ．１１は、ＴｉＯ２量が下限値を外れ、（Ｍｎ＋Ａｌ＋Ｍｇ）／（ＴｉＯ２＋ＭｇＯ＋鉄酸化物）比の下限値を外れるために、ビード形状及びビード外観が悪化している。また、比較例Ｎｏ．１２は、ＴｉＯ２量が上限値を外れ、（Ｍｎ＋Ａｌ＋Ｍｇ）／（ＴｉＯ２＋ＭｇＯ＋鉄酸化物）比の下限値を外れるため、ビード形状が悪く、スラグ巻込みが発生した。比較例Ｎｏ．１３は、ＭｇＯ量が下限値を外れるため、ビード形状が悪くなっている。比較例Ｎｏ．１４は、ＭｇＯ量が上限値を外れ、（Ｍｎ＋Ａｌ＋Ｍｇ）／（ＴｉＯ２＋ＭｇＯ＋鉄酸化物）比の下限値を外れるため、ビード外観が悪くなっている。比較例Ｎｏ．１５は、ＺｒＯ２量が下限値を外れ、（Ｍｎ＋Ａｌ＋Ｍｇ）／（ＴｉＯ２＋ＭｇＯ＋鉄酸化物）比の下限値を外れるため、ビード形状及びビード外観が悪くなっている。比較例Ｎｏ．１６は、ＺｒＯ２量が上限値を外れるため、スラグ巻き込みが発生し、ビード形状が悪くなっている。比較例Ｎｏ．１７は、ＳｉＯ２量が下限値を外れるため、ビード外観及びビード形状が悪くなっている。比較例Ｎｏ．１８は、ＳｉＯ２量が上限値を外れるため、ビード外観及びビード形状が悪くなっている。比較例Ｎｏ．１９は、鉄酸化物量が下限値を外れ、（Ｍｎ＋Ａｌ＋Ｍｇ）／（ＴｉＯ２＋ＭｇＯ＋鉄酸化物）比の下限値を外れ、Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏの上限値を外れるため、アークの吹きつけが強く、ビード形状・外観が悪くなっている。比較例Ｎｏ．２０は、鉄酸化物量が上限値を外れ、（Ｍｎ＋Ａｌ＋Ｍｇ）／（ＴｉＯ２＋ＭｇＯ＋鉄酸化物）比の下限値を外れるため、ビード形状及びビード外観が悪くなっている。比較例Ｎｏ．２１は、Ａｌ＋Ｍｇが下限値を外れ、Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏが下限値を外れるため、アーク広がりが悪く、ビード形状が悪くなっている。比較例Ｎｏ．２２は、（Ｍｎ＋Ａｌ＋Ｍｇ）／（ＴｉＯ２＋ＭｇＯ＋鉄酸化物）比の下限値を外れ、Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏが下限値を外れるため、アーク広がりが悪く、ビード形状が悪くなっている。比較例Ｎｏ．２３は、Ａｌ＋Ｍｇの下限値を外れ、（Ｍｎ＋Ａｌ＋Ｍｇ）／（ＴｉＯ２＋ＭｇＯ＋鉄酸化物）比の下限値を外れるため、ビード形状及びビード外観が悪くなっている。比較例Ｎｏ．２４は、Ａｌ＋Ｍｇの上限値を外れるため、スパッタが多く、ビード形状及びビード外観が悪くなっている。比較例Ｎｏ．２５は、Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏの上限値を外れ、（Ｍｎ＋Ａｌ＋Ｍｇ）／（ＴｉＯ２＋ＭｇＯ＋鉄酸化物）比の下限値を外れるため、アークの吹きつけが強く、アンダーカットが発生し、ビード形状が悪くなっている。比較例Ｎｏ．２６は、Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏの下限値を外れるため、アークの広がりが悪く、ビード形状が悪くなっている。比較例Ｎｏ．２７は、（Ｍｎ＋Ａｌ＋Ｍｇ）／（ＴｉＯ２＋ＭｇＯ＋鉄酸化物）比の下限値を外れるため、ビード形状及びビード外観が悪くなっている。比較例Ｎｏ．２８は、（Ｍｎ＋Ａｌ＋Ｍｇ）／（ＴｉＯ２＋ＭｇＯ＋鉄酸化物）比の上限値を外れるため、ビード形状及びビード外観が悪くなっている。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明よれば、水平すみ肉溶接、特に１０乃至１２ｍｍの大脚長を１パスで溶接する水平すみ肉溶接において、ビード形状及びビード外観が優れた溶接部を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）乃至（ｃ）はビード止端部のオーバーラップの例を示す模式図である。
【符号の説明】
１，２：被溶接材
４ａ、４ｂ：溶接ビード
４ｃ：段差
５：下脚長
【図１】
0003816005.tif 000004