CN101157169A - 二氧化钛系气体保护弧焊用填充焊剂金属丝 - Google Patents

二氧化钛系气体保护弧焊用填充焊剂金属丝 Download PDF

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Abstract

本发明提供气体保护弧焊用药芯焊丝，焊丝总质量以质量％计含有TiO2：6～12％、Al2O3：0.4～0.8％、SiO2：0.1～0.5％、ZrO2：0.05～0.2％、Mn：1.0～3.0％、Si：0.4～0.9％、Al：0.1～0.3％、Mg：0.4～0.8％，跟据需要还含有C、F、Cr、Cu、Ni、V、Nb、Ti和/或Zr，余量为Fe及杂质，(TiO2+Al2O3)/(SiO2+ZrO2)：10～20、Mg/(Si+Al)：0.4～0.7、Na+K：0.05～0.12％、Na/K：0.3以上。本发明的焊丝，在立向上焊中的焊缝根部间隙很宽的情况下也没有熔融金属的垂落，焊接作业性良好，此外，焊接金属的机械性能优良。

Description

二氧化钛系气体保护弧焊用填充焊剂金属丝
技术领域
本发明涉及一种能够适用于软钢、高强度钢或低合金钢等的焊接的二氧化钛(Titania)系气体保护弧焊用药芯焊丝，特别是涉及向上立焊性能优良、进而提高了焊渣剥离性及飞溅发生量等的焊接作业性及焊接金属的机械性能等的二氧化钛系气体保护弧焊用药芯焊丝。
背景技术
在造船厂对于约占工序3成的焊接作业，为了促进人力节约化及高效率化而进行着焊接的自动化及高效率化的开发。特别是对于向下对焊及水平角焊，从焊接机器人及线焊机等被引进进而很多专用的焊接材料被开发这一点来看，高效率化进一步推进。另一方面，主要对于在造船中的分段衔接等中使用比率高的向上立焊位置来说，由于其适用焊接处为狭窄部，同时构造物不能反转等原因而不能推进自动化，另外又需要极其高超的焊接技能，因此高效率化及摆脱对技能的依赖变得极其困难。
对此，特开平8-99192中提出了通过将Al2O3、MgO、ZrO2作为必要成分并大量含有的方式，从而能够进行高电流下的向上立焊的药芯焊丝(现有技术1)。另外，特开2004-34078中提出了既维持在全位置焊接中的作业性及焊接金属性能等，又进一步提高立向上性而适用于全位置焊接的二氧化钛系弧焊用药芯焊丝(现有技术2)。另外，特开2005-319508中提出了立向上焊接性同样优异的、且焊接金属的低温韧性良好的药芯焊丝(现有技术3)。
但是，在上述现有技术中向上立角焊中焊缝根部距离宽的时候，由于焊渣及熔融金属自身的粘性不足而容易发生熔融金属的垂落，焊道形状也不好。这是由于没有考虑到实际的造船等中的构造物的坡口精度的不良，适用条件范围极其狭窄造成的。另外，现有技术1中存在焊渣剥离性不好等问题点，现有技术2中则存在飞溅发生量依然较多等问题点。如上所述，由于以往的药芯焊丝在向止立焊焊接性上存在一些问题，因此不能有效地使用于全位置焊接。
发明内容
本发明正是鉴于相关问题点而完成的发明，其目的在于提供一种适于全位置焊接用的二氧化钛系气体保护弧焊用药芯焊丝，其在向上立焊中，即使是在焊接根部间隙很宽等严酷的焊接条件下也没有熔融金属的垂落，另外，具有焊渣剥离性良好且飞溅发生量少的良好的焊接作业性，此外焊接金属的机械性能优异。
本发明的二氧化钛系气体保护弧焊用药芯焊丝是在软钢或合金钢制外皮中填充焊剂而构成，以外皮及焊剂总体计，基于焊丝总质量含有：
TiO2：6～12质量％、
Al2O3：0.4～0.8质量％、
SiO2：0.1～0.5质量％、
ZrO2：0.05～0.20质量％、
Mn：1.0～3.0质量％、
Si：0.4～0.9质量％、
Al：0.1～0.3质量％、
Mg：0.4～0.8质量％，
余量为Fe及不可避免的杂质，并且满足：
(TiO2+Al2O3)/(SiO2+ZrO2)：10～20，
Mg/(Si+Al)：0.4～0.7(Mg及Si及Al以合金的形态存在的时候，换算成Mg及Si及Al的含量)，
Na+K：0.05～0.12质量％(Na及K以化合物或合金的形态存在的时候，换算成Na及K的含量)，
Na/K：0.3以上(Na及K以化合物或合金的形态存在的时候，换算成Na及K的含量)。
本发明的二氧化钛系气体保护弧焊用药芯焊丝是在软钢或合金钢制外皮中填充焊剂而构成，以外皮及焊剂总体计，基于焊丝总质量含有：
TiO2：6～12质量％、
Al2O3：0.4～0.8质量％、
SiO2：0.1～0.5质量％、
ZrO2：0.05～0.20质量％、
Mn：1.0～3.0质量％、
Si：0.4～0.9质量％、
Al：0.1～0.3质量％、
Mg：0.4～0.8质量％、
C：0.01～0.12质量％、
F：0.05～0.10质量％，
还含有从Cr：0.01～0.1质量％、Cu：0.01～0.1质量％、Ni：0.01～0.1质量％、V：0.005～0.1质量％、Nb：0.005～0.1质量％、Ti：0.01～0.1质量％及Zr：0.01～0.1质量％中选择的至少一种，
余量为Fe及不可避免的杂质，并且满足：
(TiO2+Al2O3)/(SiO2+ZrO2)：10～20，
Mg/(Si+Al)：0.4～0.7(Mg及Si及Al以合金的形态存在的时候，换算成Mg及Si及Al的含量)，
Na+K：0.05～0.12质量％(Na及K以化合物或合金的形态存在的时候，换算成Na及K的含量)，
Na/K：0.3以上(Na及K以化合物或合金的形态存在的时候，换算成Na及K的含量)。
根据本发明，在立向上焊中，即使是在焊接根部间隙很宽等严酷的焊接条件下，也能够得到没有熔融金属的垂落，另外，焊渣剥离性良好且飞溅发生量少的良好的焊接作业性。由此，根据本发明可以得到适用于全位置焊接的气体保护弧焊用药芯焊丝，还可以得到机械性能优良的焊接金属。
具体实施方式
下面，对于本发明的气体保护弧焊用药芯焊丝详细地说明。首先，本发明者等为了既提高焊渣剥离性，同时防止成为焊道形状不良的原因的熔融金属的垂落，对改变一般进行的焊渣的组成，以提高焊渣的凝固点的方法进行了研究。
为了成为高熔点焊渣，如特开平8-99192所述，Al2O3·MgO·ZrO2虽有效，但是Al2O3·MgO具有使焊渣剥离性劣化的作用，另外，ZrO2具有增加飞溅发生量的作用。因此，作为用于不使焊渣剥离性及飞溅发生量劣化，并防止焊道形状不良而采取的方法有：(1)生成高熔点焊渣，且增加不会使焊渣剥离性劣化的TiO2的添加量；(2)在不会使焊渣剥离性劣化的范围内添加生成高熔点焊渣的Al2O3；(3)抑制确保电弧稳定性但生成低熔点焊渣的SiO2的添加量；(4)实现生成高熔点焊渣但兼具增大飞溅发生量这一缺点的ZrO2的添加量的抑制，分别调整这些TiO2、Al2O3、SiO2、ZrO2的含量的结果发现，调整TiO2和Al2O3的合计含量对SiO2和ZrO2的合计含量的比率更加有效。
此外，除了将焊渣的凝固提前以外，还需要是熔融金属自身的垂落难以发生的组成及特性，为此一般有效的是降低熔融金属中的氧量，增加熔融金属在高温下的粘性。特开平8-99192中记载有作为脱氧剂Al、Si较有效，但是Al会根据添加量而生成Al2O3，由此使焊渣的剥离性劣化，且使焊接金属的韧性劣化。另外，根据Si的添加量，会招致因SiO2生成造成焊渣凝固点的降低，焊接金属强度的增加和韧性的劣化。在本发明中可以看出，作为不会给焊接金属的强度、韧性带来不良影响，并使熔融金属中的氧量降低的强脱氧剂，Mg有效，调整Mg的含量相对于Al和Si的合计含量的比率有效。
另外，为了消除熔融金属的垂落，抑制熔池的震动也有效，另外从降低飞溅发生量的观点出发也能看出，调整相对于能够提高电弧稳定性的Na及K(Na、K以化合物或合金存在的时候，分别换算成Na及K的含量)的碱金属合计含量及K含量的Na的含量比率有效。
下面，关于本发明的药芯焊丝的组成，就其成分添加理由及组成限定理由进行说明。不过，这些各成分的含量是相对于焊丝总质量的含量。另外，该焊丝的组成是包含焊剂及外皮的全部构成物中所含成分的组成。
“TiO2：6～12质量％”
TiO2作为焊渣形成剂及电弧稳定剂发挥作用。TiO2低于6质量％就不能确保仅支承熔融金属的焊渣量，导致熔融金属垂落。另外，如果TiO2超过12质量％则焊渣生成量过多而容易发生夹渣。
“Al2O3：0.4～0.8质量％”
Al2O3具有使焊渣凝固点上升的作用。Al2O3低于0.4质量％则没有该效果；如果Al2O3超过0.8质量％则焊渣剥离性劣化。
“SiO2：0.1～0.5质量％”
SiO2具有焊渣形成剂及电弧稳定剂的作用。SiO2低于0.1质量％时电弧不稳定，飞溅的发生增加，如果SiO2超过0.5质量％则焊渣的凝固点下降，导致熔融金属垂落。
“ZrO2：0.05～0.20质量％”
ZrO2具有使焊渣凝固点上升并提高焊渣的剥离性的作用。ZrO2低于0.05质量％时，由焊渣的烧熔造成焊渣的剥离性劣化；如果ZrO2超过0.20质量％则飞溅的发生增加。
“Mn：1.0～3.0质量％”
Mn是作为脱氧剂起作用的同时，还具有提高焊接金属的强度及韧性的作用。Mn低于1.5质量％时，由于脱氧不足，由粘性降低引起的熔融金属的垂落、气孔等焊接缺陷发生，强度及韧性劣化。如果Mn超过3质量％则焊接金属的强度过高。更优选是Mn为1.55～2.05质量％。该Mn能够以金属Mn或铁合金等(Fe-Mn、Fe-Si-Mn等)
形式添加。
“Si：0.4～0.9质量％”
Si作为脱氧剂作用的同时，还具有提高焊接金属的强度及韧性的作用。Si低于0.4质量％时，发生由于脱氧不足导致的粘性降低引起的熔融金属的垂落、气孔等焊接缺陷，强度及韧性劣化。如果Si超过0.9质量％则焊接金属的强度变高，同时韧性降低。该Si量是金属Si或铁合金等(Fe-Si、Fe-Si-Mn、Ca-Si等)中含有的Si的换算值。
“Al：0.1～0.3质量％”
Al作为脱氧剂及焊渣形成剂起作用。Al低于0.1质量％时，容易发生熔融金属的垂落。如果Al超过0.3质量％就焊渣的剥离性劣化，并且焊接金属的韧性降低。更优选是Al为0.2～0.3质量％。该Al量是金属Al或铁合金(Fe-Al)中含有的Al的换算值。
“Mg：0.4～0.8质量％”
Mg作为强脱氧剂起作用。Mg低于0.4质量％时，发生由于脱氧不足而导致的粘性降低引起的熔融金属的垂落，并且焊接金属的韧性劣化。如果Mg超过0.8质量％则作为脱氧生成物的MgO在熔融焊渣中过量增加，熔融金属的垂落量及飞溅的发生量也增加。该Mg是金属Mg或各种合金(Al-Mg、Ni-Mg)中含有的Mg的换算值。
“C：0.01～0.12质量％”
C由于具有提高焊接金属的强度及韧性的作用，因此可以添加。在添加C时，其含量定为0.01～0.12质量％，优选为0.03～0.10质量％。C添加过量，则焊接金属的强度过度上升，耐裂纹性劣化。
“F：0.05～0.10质量％”
F由于促进侵入熔池中的氢气的排出，防止焊道及气槽的产生，因此可以添加。在添加F时，定为0.05～0.10质量％。F添加过量，则导致飞溅的增加。
“从Cr：0.01～0.1质量％、Cu：0.01～0.1质量％、Ni：0.01～0.1质量％、V：0.005～0.1质量％、Nb：0.005～0.1质量％、Ti：0.01～0.1质量％及Zr：0.01～0.1质量％中选择的至少一种”
Cr、Cu、Ni、V、Nb、Ti及Zr作为合金成分，有助于焊接金属的强度提高，有助于耐腐蚀性的改善。为了发挥该效果，需要含有这些元素中至少一种，并且Cr、Cu、Ni、Ti及Zr的情况为0.01质量％以上，V、Nb的情况为0.005质量％以上。但是由于因Cr、Cu、Ni、V、Nb、Ti及Zr的添加过量而引起焊接金属的强度过度上升，耐腐蚀性劣化，因此这些成分全部定为0.1质量％以下。包含上述的C、F，Cr、Cu、Ni、V、Nb、Ti及Zr，可以含有，也可以不含有。
“x＝(TiO2+Al2O3)/(SiO2+ZrO2)：10～20”
即使TiO2、Al2O3、SiO2、ZrO2分别在所述的范围内，如果TiO2和Al2O3的合计含量相对于SiO2和ZrO2的合计含量的比率x低于10，则焊渣的流动性增加，不能支承熔融金属。另一方面，比率x超过20时，焊渣的烧熔增多，焊渣的剥离性劣化。总之，通过将生成低熔点焊渣的SiO2和增大飞溅发生量的ZrO2的合计含量设为分母，生成高熔点焊渣的TiO2和Al2O3的合计含量设为分子时的其比率x在10～20的适宜的范围内调整，从而不会使焊渣剥离性及飞溅发生量劣化，可以实现立向上性的提高。x的更优选范围是12～19。
“y＝Mg/(Si+Al)：0.4～0.7(Mg及Si及Al以合金的形态存在的时候，换算成Mg及Si及Al的含量)”
即使Mg、Al、Si的含量分别在所述的范围内，Mg相对于Si和Al的合计含量的比率y低于0.4时，焊接金属的强度增加，韧性下降。Y超过0.7时，熔融金属垂落、飞溅的发生将增加。总之，通过将虽然在立向上性方面有效但是使焊接金属的机械性能劣化的Si和Al的合计含量设为分母，将提高熔融金属的粘性并且通过其很强的脱氧能力而提高焊接金属的特别是韧性的Mg及含量设为分子时的比率y在0.4～0.7的适宜的范围内调整，从而不会使焊接金属的机械性能劣化，可以实现立向上性的提高。y的更优选范围是0.4～0.6。
“Na+K：0.05～0.12质量％、Na/K：0.3以上(Na、K以化合物或合金存在时分别换算成Na、K的含量)”
Na和K具有电弧稳定剂的作用，可以通过抑制熔池的振动来防止熔融金属的垂落。Na和K的合计含量低于0.05质量％则不能得到所述的作用，如果Na和K的合计含量超过0.12质量％，则容易发生由低熔点焊渣生成过多引起的熔融金属的垂落。另外，Na含量相对于K含量的比率低于0.3时，电弧稳定性劣化，飞溅发生量增加，另外容易发生熔融金属的垂落。
还有，Si、Mn等的合金元素可从外皮和/或焊剂添加。另外，为提高焊接部的耐腐蚀性、高强度及耐高温腐蚀性等，可以添加上述以外的合金成分(Cr、Cu、Ni、V、Nb等)。此外，还可以添加氟化物。另外，焊丝表面的状态及焊丝截面的焊剂的填充形状并没有限制。还有，作为上述以外的成分，有作为外皮、Fe-Mn、Fe-Si等铁合金及铁粉等的构成成分的Fe，余量是不可避免的杂质。作为不可避免的杂质有P、S、Sb、As、Pb等，这些不可避免的杂质需要以总量计限制为0.1质量％以下。
[实施例]
下面，对于本发明实施例的效果，与脱离本发明范围的比较例相比较而进行说明。下述表1表示本发明中所规定各成分的原料的例。将该表1中表示的原料适当地配合，填充至钢制(JIS G23 3141、SPCC)外皮中，使焊剂相对于焊丝总质量的比例为15质量％，制作焊丝直径1.2mm的药芯焊丝。表2及表3中表示实施例及比较例的药芯焊丝成分含量的分析值。表2及表3中的成分以外的余量的主成分为Fe，作为不可避免杂质含有P、S、N、Cu等。
[表1]
  TiO2   金红石、ルコキシン(矿产名)、高钛渣等
  Al2O3   氧化铝等
  ZrO2   氧化锆、锆砂等
  SiO2   硅砂等
  Si   Fe-Si合金、Fe-Si-Mn合金等
  Mn   Fe-Mn合金、Fe-Si-Mn合金、金属Mn等
  Al   金属Al、Al-Mn合金、Fe-Al合金、氧化铝等
  Mg   金属Mg、Al-Mg合金、Ni-Mg合金、氧化镁等
  Na   氟化苏打、冰晶石、钠长石、硅酸钛酸钠玻璃、硅酸钛酸钠钾玻璃等
  K   氟硅酸钾、钾长石、硅酸钛酸钾玻璃、硅酸钛酸钠钾玻璃等
[表2-1]
 TiO2  Al2O3  SiO2  ZrO2  (TiO2+Al2O3)/(SiO2+ZrO2)  Mn  Si  Al  Mg
比较例  1  5.50  0.50  0.40  0.10  12.0  2.05  0.70  0.20  0.55
 2  12.50  0.50  0.50  0.20  18.6  2.05  0.70  0.20  0.55
 3  7.00  0.35  0.40  0.10  14.7  2.05  0.70  0.20  0.55
 4  7.00  0.84  0.40  0.10  15.7  2.05  0.70  0.20  0.55
 5  6.00  0.40  0.05  0.20  25.6  2.05  0.70  0.20  0.55
 6  7.00  0.50  0.55  0.10  11.5  2.05  0.70  0.20  0.55
 7  7.00  0.50  0.40  0.00  18.8  2.05  0.70  0.20  0.55
 8  7.00  0.50  0.40  0.25  11.5  2.05  0.70  0.20  0.55
 9  6.00  0.40  0.50  0.20  9.1  2.05  0.70  0.20  0.55
 10  10.00  0.65  0.35  0.17  20.5  2.05  0.70  0.20  0.55
 11  7.00  0.60  0.40  0.10  15.20  3.30  0.70  0.20  0.55
 12  7.00  0.60  0.40  0.10  15.20  1.45  0.70  0.20  0.55
 13  7.00  0.60  0.40  0.10  15.20  2.05  0.35  0.28  0.43
 14  7.00  0.60  0.40  0.10  15.20  2.05  0.92  0.28  0.43
 15  7.00  0.60  0.40  0.10  15.20  2.05  0.80  0.05  0.55
 16  7.00  0.60  0.40  0.10  15.20  2.05  0.80  0.34  0.55
 17  7.00  0.60  0.40  0.10  15.20  2.05  0.60  0.25  0.36
 18  7.00  0.60  0.40  0.10  15.20  2.05  0.90  0.28  0.83
 19  7.00  0.60  0.40  0.10  15.20  2.05  0.85  0.25  0.42
 20  7.00  0.60  0.40  0.10  15.20  2.05  0.70  0.20  0.70
 21  7.00  0.60  0.40  0.10  15.20  2.05  0.70  0.20  0.55
 22  7.00  0.60  0.40  0.10  15.20  2.05  0.70  0.20  0.55
 23  7.00  0.60  0.40  0.10  15.20  2.05  0.70  0.20  0.55
[表2-2]
 Mg/(Si+Al)  Na+K  Na/K  Na  K
比较例  1  0.61  0.095  0.46  0.030  0.065
 2  0.61  0.095  0.46  0.030  0.065
 3  0.61  0.095  0.46  0.030  0.065
 4  0.61  0.095  0.46  0.030  0.065
 5  0.61  0.095  0.46  0.030  0.065
 6  0.61  0.095  0.46  0.030  0.065
 7  0.61  0.095  0.46  0.030  0.065
 8  0.61  0.095  0.46  0.030  0.065
 9  0.61  0.095  0.46  0.030  0.065
 10  0.61  0.095  0.46  0.030  0.065
 11  0.61  0.095  0.46  0.030  0.065
 12  0.61  0.095  0.46  0.030  0.065
 13  0.68  0.095  0.46  0.030  0.065
 14  0.36  0.095  0.46  0.030  0.065
 15  0.65  0.095  0.46  0.030  0.065
 16  0.48  0.095  0.46  0.030  0.065
 17  0.42  0.095  0.46  0.030  0.065
 18  0.70  0.095  0.46  0.030  0.065
 19  0.38  0.095  0.46  0.030  0.065
 20  0.78  0.095  0.46  0.030  0.065
 21  0.61  0.045  2.00  0.030  0.015
 22  0.61  0.125  0.32  0.030  0.095
 23  0.61  0.115  0.28  0.025  0.090
[表2-3]
 C  F 其他  铁粉、外皮、杂质
比较例  1  0.04  0.075 (Cr)0.050  89.6
 2  0.04  0.075 (Nb+V)0.025  82.5
 3  0.04  0.075 (Ni)0.100  88.2
 4  0.04  0.075 (Cu)0.010  87.8
 5  0.04  0.075 (Cu)0.010  89.5
 6  0.05  0.075 (Ti)0.005  88.0
 7  0.05  0.065 (Zr)0.005  88.3
 8  0.05  0.065 (Cu)0.010  88.0
 9  0.05  0.065 (Cu)0.010  89.1
 10  0.05  0.065 (Cu)0.010  85.0
 11  0.04  0.075 (Cu)0.010  86.8
 12  0.04  0.075 (Cu)0.010  88.7
 13  0.04  0.075 -  88.5
 14  0.04  0.075 -  87.9
 15  0.04  0.075 (Nb+V)0.025  88.1
 16  0.04  0.075 (Nb+V)0.025  87.8
 17  0.04  0.075 (Nb+V)0.025  88.3
 18  0.04  0.075 (Nb+V)0.025  87.5
 19  0.04  0.075 (Nb+V)0.025  88.0
 20  0.04  0.075 (Nb+V)0.025  87.9
 21  0.04  0.075 (Nb+V)0.025  88.2
 22  0.03  0.085 (Nb+V)0.025  88.0
 23  0.03  0.085 (Nb+V)0.025  88.0
[表3-1]
 TiO2  Al2O3  SiO2  ZrO2  (TiO2+Al2O3)/(SiO2+ZrO2)  Mn  Si  Al  Mg
实施例  1  6.20  0.50  0.40  0.10  13.40  2.05  0.75  0.20  0.55
 2  6.20  0.50  0.40  0.10  13.40  2.05  0.75  0.20  0.55
 3  6.20  0.50  0.40  0.10  13.40  2.05  0.75  0.20  0.55
 4  11.50  0.43  0.48  0.15  18.94  2.05  0.75  0.20  0.55
 5  11.50  0.43  0.48  0.15  18.94  2.05  0.75  0.20  0.55
 6  11.50  0.43  0.48  0.15  18.94  2.05  0.90  0.30  0.80
 7  7.00  0.43  0.40  0.07  15.81  2.05  0.90  0.30  0.80
 8  6.00  0.43  0.13  0.20  19.48  2.05  0.90  0.30  0.80
 9  6.00  0.43  0.13  0.20  19.48  2.05  0.80  0.20  0.42
 10  7.00  0.43  0.50  0.20  10.61  2.05  0.90  0.30  0.80
 11  7.00  0.43  0.50  0.20  10.61  2.05  0.80  0.20  0.42
 12  7.00  0.75  0.40  0.20  12.92  1.55  0.75  0.20  0.55
 13  7.00  0.75  0.40  0.20  12.92  2.05  0.75  0.20  0.55
 14  7.00  0.75  0.40  0.20  12.92  2.05  0.75  0.20  0.55
 15  7.00  0.75  0.40  0.20  12.92  2.05  0.40  0.30  0.48
[表3-2]
 Mg/(Si+Al)  Na+K  Na/K  Na  K
实施例  1  0.58  0.095  0.46  0.030  0.065
 2  0.58  0.050  0.67  0.020  0.030
 3  0.58  0.117  0.34  0.030  0.087
 4  0.58  0.095  0.46  0.030  0.065
 5  0.58  0.050  0.67  0.020  0.030
 6  0.67  0.095  0.46  0.030  0.065
 7  0.67  0.095  0.46  0.030  0.065
 8  0.67  0.095  0.46  0.030  0.065
 9  0.42  0.095  0.46  0.030  0.065
 10  0.67  0.095  0.46  0.030  0.065
 11  0.42  0.095  0.46  0.030  0.065
 12  0.58  0.095  0.46  0.030  0.065
 13  0.58  0.050  0.67  0.020  0.030
 14  0.58  0.117  0.34  0.030  0.087
 15  0.69  0.085  0.31  0.020  0.065
[表3-3]
 C  F 其他  铁粉、外皮、杂质
实施例  1  0.04  0.075 (Nb+V)0.025  88.9
 2  0.04  0.075 (Nb+V)0.025  89.0
 3  0.03  0.075 (Nb+V)0.025  88.9
 4  0.04  0.075 (Ti)0.005  83.6
 5  0.04  0.075 (Zr)0.005  83.7
 6  0.04  0.075 (Cr)0.050  83.0
 7  0.06  0.075 (Cr)0.050  87.7
 8  0.04  0.075 (Cr)0.100  88.8
 9  0.04  0.075 (Ni)0.100  89.4
 10  0.04  0.075 (Cu)0.010  87.5
 11  0.05  0.085 (Cu)0.030  88.0
 12  0.04  0.085 (Nb+V)0.025  88.3
 13  0.04  0.085 (Nb+V)0.025  87.9
 14  0.04  0.065 -  87.8
 15  0.04  0.065 -  88.1
使用上述表2及表3中表示的比较例1～22及实施例1～15的药芯焊丝，作为被焊接材使用JIS G3106、SM490A的钢板，作为保护气体将100质量％的CO2以流量25升/分钟供给，实施下述(1)～(3)的各焊接试验，对于其焊接性进行评价。
(1)立向上焊性的评价
下述表4表示的方法中，进行立向上焊中的焊道下垂性试验，评价了立向上焊性。
[表4]
焊接位置 立向上
供试钢板 T型角焊缝试验板(钢种SM490A、板厚12mm、长度400mm)
焊缝根部间隙 6mm
焊接电流 300A
电弧电压 30V
焊接速度 8～14cm/分
(2)焊接作业性及焊渣剥离性的评价
焊接作业性的评价通过立向上角焊进行，对于飞溅发生量的功能评价及焊渣剥离性进行了评价。评价标准如下。
(2-1)焊接作业性的评价
飞溅发生量少的(飞溅发生量：低于1.5g/分钟)：○
飞溅发生量略微多的(飞溅发生量：1.5g/分钟以上)：×
(2-2)焊渣剥离性的评价
焊渣剥离性良好的(焊渣自然剥离率(＝焊渣自然剥离长度/焊接长)：25％以上)：○
焊渣剥离性不良的(焊渣自然剥离率(＝焊渣自然剥离长度/焊接长)：低于25％)：×
(3)使用符合JIS G3106(SM490A)的供试钢板，按照关于JIS Z3313中所规定的全熔敷金属的试验方法，以下述表5表示的试验方法进行了焊接。
评价标准如下。
摆锤冲击试验引起的吸收能为60J以上但低于90J的：○摆锤冲击试验引起的吸收能低于60J的：×
将上述的各焊接试验的评价结果用表6及表7表示。
[表5]
钢板尺寸 厚度20mm×宽(150+150)mm×长度30mm
坡口条件 V型坡口、带有盖板
坡口角度：45°
坡口深度：20mm
焊缝根部间隔：12mm
焊接电流 280A
层压方法 6层12道
试验重复数 N＝2
冲击试验方法 根据JIS Z3111
[表6]
  立向上性   焊渣剥离性   飞溅发生量   机械性能
比较例     1   ×   ○   ○   ○
    2   ×   ×   ×   ×
    3   ×   ○   ○   ○
    4   ○   ×   ○   ○
    5   ×   ○   ○   ○
    6   ×   ○   ○   ○
    7   ○   ×   ○   ○
    8   △   ○   ○   ○
    9   ×   ○   ○   ○
    10   ×   ×   ○   ○
11 ×   ○   ×   ×
    12   ○   ○   ○   ×
    13   ×   ○   ×   ×
    14   ○   ○   ○   ×
    15   ×   ○   ○   ○
    16   ○   ×   ○   ×
    17   ×   ○   ○   ×
    18   ×   ×   ×   ×
    19   ○   ○   ○   ×
    20   ×   ×   ○   ○
    21   ×   ○   ×   ○
    22   ×   ○   ○   ○
    23   ○   ○   ×   ○
[表7]
 立向上性  焊渣剥离性  飞溅发生量  机械性能
实施例  1  ○  ○  ○  ○
 2  ○  ○  ○  ○
 3  ○  ○  ○  ○
 4  ○  ○  ○  ○
 5  ○  ○  ○  ○
 6  ○  ○  ○  ○
 7  ○  ○  ○  ○
 8  ○  ○  ○  ○
 9  ○  ○  ○  ○
 10  ○  ○  ○  ○
 11  ○  ○  ○  ○
 12  ○  ○  ○  ○
 13  ○  ○  ○  ○
 14  ○  ○  ○  ○
 15  ○  ○  ○  ○
如该表6及表7所示，比较例1由于TiO2超出了其下线值，而仅立向上性差，比较例2由于仅TiO2超出了其上限值，因此发生了由焊渣形成剂量过多而引起的熔融金属的下垂、大粒飞溅的增加、及由脱氧不良而引起的机械性能的劣化。比较例3由于仅Al2O3超出了其下限值，因此由焊渣的粘性降低而引起的立向上性差，比较例4由于仅Al2O3超出了其上限值，因此发生由在焊接金属上的焊渣烧熔而引起的焊渣剥离性的不良。比较例5由于SiO2超出其下限值，并且(TiO2+Al2O3)/(SiO2+ZrO2)的比率x也超出其上限值，因此凝固过快，相反可见由焊渣干扰而造成的立向上性的劣化。比较例6由于仅SiO2超出了其上限值，因此焊渣的凝固过迟，焊渣不能保持熔融金属，发生了熔融金属的下垂。
比较例7由于仅ZrO2超出了其下限值，因此发生由在焊接金属上的焊渣烧熔而引起的焊渣剥离性的不良。比较例8由于仅ZrO2超出了其上限值，因此焊渣的凝固迟缓，发生了熔融金属的下垂。比较例9中，TiO2、Al2O3、SiO2、ZrO2在其规定范围内，只有(TiO2+Al2O3)/〔SiO2+ZrO2)的比率x超出其下限值，因此焊渣的凝固迟缓，并且发生了熔融金属的下垂。比较例10中，TiO2、Al2O3、SiO2、ZrO2在其规定范围内，只有(TiO2+Al2O3)/〔SiO2+ZrO2)的比率x超出其上限值，因此焊渣的凝固过快，相反可见由焊渣干扰而造成的立向上性的劣化，并且发生了在焊接金属上的焊渣烧熔而引起的焊渣剥离性的不良。
比较例11由于仅Mn超出了其上限值，从而焊接金属的Mn量过多，拉伸强度低。另外，比较例11可见由焊渣中过量生成低熔点化合物Mn而引起的立向上进性的劣化，并且也发生了大粒的飞溅。比较例12由于仅Mn超出了其下限值，因此脱氧能力差，焊接金属的冲击性能差，并且发生了由脱氧不良而引起的焊接缺陷。比较例13由于仅Si超出了其下限值，因此脱氧能力差，焊接金属的冲击性能差。另外，比较例13是电弧的集中性增强，立向上进性劣化的例子。比较例14由于仅Si超出了其上限值，因此焊接金属的Si量过多，可见由拉伸强度过高而引起的冲击性能的劣化。
比较例15由于仅Al超出了其下限值，因此可见由熔融金属的粘性下降而引起的立向上性的劣化。比较例16由于仅Al超出了其上限值，因此焊接金属的冲击性能变差，并且可见由焊渣中过量生成Al2O3而引起的焊渣剥离性的劣化。比较例17由于仅Mg超出了其下限值，因此脱氧能力差、焊接金属的冲击性能差，并且可见由熔融金属的粘性下降而引起的立向上性的劣化。比较例18由于仅Mg超出了其上限值，因此由脱氧能力过强而引起的Mn及Si在焊接金属中的利用率过高，可见拉伸强度过高引起的冲击性能的劣化。另外，大粒的焊渣增加，并且可见焊渣中过量生成MnO引起的焊渣剥离性的劣化。
比较例19其Si、Al、Mg在规定范围内，而Mg/(Si+Al)的比率y超出其下限值，因此可见焊接金属的拉伸强度过度增加引起的冲击性能的劣化。比较例20的Si、Al、Mg在其规定范围内，而Mg/(Si+Al)的比率y超出其上限值，因此可见熔融金属的粘性不足引起的立向上性的劣化。比较例21由于Na+K超出其下限值，因此电弧集中性增强，立向上性劣化，并且发生了大粒飞溅。比较例22由于Na+K超出其上限值，因此可见低熔点化合物Na2O及K2O的过量生成引起的立向上性的劣化。比较例23由于Na+K在其规定范围内而Na+K超出了其下限值，因此大粒的飞溅增加。
对此，实施例1～15任一个都满足上述本发明的规定范围，因此上述全部焊接特性良好。
再者，对于向下及水平角焊的焊接作业性，也通过同样的试验进行了确认，本发明的实施例任一个均良好。
如以上所述，根据本发明，不会劣化飞溅发生量、焊渣剥离性等的焊接作业性及焊接金属的机械性能，即使在由立向上焊位置引起的高焊接电流及很宽的焊缝根部间隔等苛刻的焊接条件下也能防止熔融金属及焊渣的垂落。

Claims (2)

1.一种二氧化钛系气体保护弧焊用药芯焊丝，其是在软钢或合金钢制外皮中填充焊剂而成，其特征在于，以外皮及焊剂总体计，基于焊丝总质量含有：
TiO2：6～12质量％、
Al2O3：0.4～0.8质量％、
SiO2：0.1～0.5质量％、
ZrO2：0.05～0.20质量％、
Mn：1.0～3.0质量％、
Si：0.4～0.9质量％、
Al：0.1～0.3质量％、
Mg：0.4～0.8质量％，
余量为Fe及不可避免的杂质，并且满足：
(TiO2+Al2O3)/(SiO2+ZrO2)：10～20，
Mg/(Si+Al)：0.4～0.7，
其中，Mg及Si及Al以合金形态存在时，是换算成Mg及Si及Al的含量，
Na+K：0.05～0.12质量％，
Na/K：0.3以上，
其中，Na及K以化合物或合金的形态存在时，是换算成Na及K的含量。
2.一种二氧化钛系气体保护弧焊用药芯焊丝，其是在软钢或合金钢制外皮中填充焊剂而成，其特征在于，以外皮及焊剂总体计，基于焊丝总质量含有：
TiO2：6～12质量％、
Al2O3：0.4～0.8质量％、
SiO2：0.1～0.5质量％、
ZrO2：0.05～0.20质量％、
Mn：1.0～3.0质量％、
Si：0.4～0.9质量％、
Al：0.1～0.3质量％、
Mg：0.4～0.8质量％、
C：0.01～0.12质量％、
F：0.05～0.10质量％，
还含有从Cr：0.01～0.1质量％、Cu：0.01～0.1质量％、Ni：0.01～0.1质量％、V：0.005～0.1质量％、Nb：0.005～0.1质量％、Ti：0.01～0.1质量％及Zr：0.01～0.1质量％中选择的至少一种，
余量为Fe及不可避免的杂质，并且满足：
(TiO2+Al2O3)/(SiO2+ZrO2)：10～20，
Mg/(Si+Al)：0.4～0.7，
其中，Mg及Si及Al以合金形态存在时，是换算成Mg及Si及Al的含量，
Na+K：0.05～0.12质量％，
Na/K：0.3以上，
其中，Na及K以化合物或合金的形态存在时，是换算成Na及K的含量。
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