CN101559544B - 纯Ar气体保护焊用MIG药芯焊丝及MIG弧焊方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的钢用的纯Ar-MIG焊用焊丝，是作为外皮使用将碳钢的带钢焊接成管状或无缝钢管，在内部填充焊剂并进行拉丝的药芯焊丝，其中，焊剂以焊丝总质量计占7～27质量％，焊丝在焊剂中含有石墨以焊丝总质量计为0.16～2.00质量％，另外含有铁粉以焊剂总质量计为20质量％以上。根据这一构成，不必使用昂贵的金属资源和温室效果气体，并用能够抑制熔渣及烟尘的发生，此外还能够得到具有高静态抗拉强度及疲劳强度的焊接接头。

Description

纯Ar气体保护焊用MIG药芯焊丝及MIG弧焊方法
技术领域
本发明涉及使用纯Ar气体作为保护气体，为了对钢材彼此进行MIG弧焊而使用的纯Ar气体保护焊用MIG药芯焊丝，以及边从焊炬陆续放出该焊丝边进行气体保护电弧焊的MIG弧焊方法。
背景技术
与母材为铝合金材的情况不同，在钢材的气体保护电弧焊中，使用纯Ar的惰性气体保护电弧焊方法被认为在实质上是不可能的。其理由被认为是由于以钢材为电极时，电子射出需要在能量上低的氧化物。而纯Ar气体不会在钢板或焊丝前端表面形成氧化物。因此，一般会单独使用CO2或在Ar中混合CO2或O2气体作为保护气体。但是，若CO2及O2这样的氧化性气体存在，则在熔融状态下铁必然被氧化，而使其性质劣化，因此作为氧化剂还要由焊丝添加与氧亲和性强的Si、Mn或Ti这样的非铁元素，从而使脱氧反应发生，并使之作为熔渣排出。即，为了使用氧化性气体而要添加对接头性能来说没有必要的昂贵的元素。另外，作为保护气体，虽然廉价的CO2使用得最多，但已知其为温室效果气体，应极力控制使用。
相对于此，使用纯Ar作为保护气体的焊接，作为氧化物的熔渣及烟尘原则上几乎不会发生，因此能够期待其对于因熔渣附着而引起的涂装性状的不良，或因烟尘吸引造成对人体的不良影响的改善效果。
如此，纯Ar气体保护焊在不使用温室效果气体、贵重的金属的节约、焊接部的外观提高、焊接场所的卫生环境改善这诸多的观点上都有益。还有，在作为电极使用非消耗电极的钨，以电极、母材间发生的电弧热熔融焊条的TIG焊接法中，虽然可以使用纯Ar气，但是若与由焊丝自身发生电弧的MAG焊接法及MIG焊接法相比，因为没有电阻发热效果，所以存在效率极低这样的缺点。
例如，作为钢的纯Ar-MIG焊接法，在特开2006-205204号中公开有一种在钢的芯中卷有异材的钢带的特殊的焊丝。另外在特开2007-44736号中还公开有一种使用特殊的形状的焊炬，在纯Ar保护气体的周围流动氧化性气体的准纯Ar焊接法。此外，通过使用添加有石墨0.10～0.7质量％，另外还添加适当量的元素的药芯焊丝，由熔渣量降低带来涂装性的改善，和使马氏体相变温度降低而施加压缩残留应力，由此改善接头疲劳强度的焊接方法，公开在特开2006-272405号中。
然而，特开2006-205204所公开的焊丝制造困难，并且因为组成大量含有Ni、Cr等，所以极其昂贵，因此缺乏实用性。另外，特开2007-44736号所公开的焊炬，在使用氧化性气体这一点上在现有的发现的范围内，因为焊炬是特殊的形状，所以缺乏实用性。另外，特开2006-272405号所公开的保护气体与石墨相组合，因为会发生大量的烟尘，所以在环境上不为优选。另外，因为氧由保护气体供给，所以熔渣降低效果是限定性的。此外，焊接金属的氧含量高达数100ppm，Ms点的降低效果是限定性的。还有，所谓该Ms点表示在冷却期间奥氏体开始相变成马氏体的温度。此外，在高C钢中，存在氧化物作为夹杂物而容易引起凝固裂纹的缺点。
发明内容
本发明鉴于这样的问题点而做，其目的在于，提供一种纯Ar气体保护焊用MIG药芯焊丝及MIG弧焊方法，其无需使用特殊的焊炬，也无需一定使用昂贵的金属资源，另外不使用CO2这样的温室效果气体，此外熔渣及烟尘的发生受到抑制，并且能够得到静态抗拉强度及疲劳强度优异的焊接接头。
本发明的药芯焊丝，是用于使用了纯Ar保护气体的MIG焊的药芯焊丝，在钢制外皮内填充焊剂而成，在所述焊剂中，以焊丝总质量计含有石墨0.16～2.00质量％，含有铁粉以焊剂总质量计为20质量％以上。
所述焊丝优选在所述焊剂中，以焊丝总质量计含有Ti及Zr之中的至少1种0.03～5.00质量％。
另外，所述焊丝以焊丝总质量计，优选含有C：0.16～2.00质量％，此外还含有Si：2.00质量％以下、Mn：10.00质量％以下、Al：1.00质量％以下、Mg：1.00质量％以下、Ni：3.00质量％以下、Cr：3.00质量％以下、Nb：3.00质量％以下、V：3.00质量％以下、Mo：3.00质量％以下、Cu：3.00质量％以下、B：0.0200质量％以下、稀土类金属(REM)：0.50质量％以下、F：0.50质量％以下、Ca：0.50质量％以下、K、Na和Li：以总量计1.00质量％以下之中的至少1种，并且作为杂质，规定P：0.030质量％以下、S：0.030质量％以下。
此外，所述焊丝优选以焊丝总质量计C为0.45～2.00质量％。
本发明的MIG弧焊方法，使用上述的纯Ar气体保护焊用MIG药芯焊丝，使用JIS K 1105的1级或2级的纯Ar作为保护气体，以所述焊丝为正极，使之与负极的母材之间发生电弧，从而进行MIG焊。
这时，作为用于形成所述电弧的电源，优选使用脉冲电源。
另外，作为所述母材，能够适用抗拉强度为490MPa以上的钢板。
根据本发明，直接使用现有的焊炬等焊接装置，通过适当使焊丝组成和保护气体加以组合，则不使用温度效果气体，另外也不一定需要昂贵的金属资源，并且能够抑制熔渣及烟尘的发生。而且，根据本发明，能够得到具有高的静态抗拉强度和疲劳强度的焊接接头。由此，作为钢材用能够以低成本实现稳定的纯Ar-MIG焊接。
附图说明
图1是模式化地表示试验1的实施方式的立体图。
图2(a)是表示使用现有的焊丝的焊接方式的模式图，(b)是表示使用本发明的焊丝的焊接方式的模式图。
图3(a)是表示使用现有的焊丝实施纯Ar气体保护MIG焊后的焊道形状的顶视照片和侧视照片，(b)是表示使用本发明的焊丝实施纯Ar气体保护MIG焊后的焊道形状的顶视照片和侧视照片。
图4是模式化地显示试验2的实施方式的侧视图。
图5表示作为用于试验2的被试验片的焊接母材(a)为顶视图，(b)为侧视图。
具体实施方式
以下，参照附图具体对于本发明的实施方式进行说明。图1是表示以实施方式的纯Ar气体作为保护气体而使用的MIG焊接方法的立体图。向焊炬1连续供给焊丝13，焊丝13通过焊炬1的中心部而从焊炬1的前端朝向母材21送出。以该焊丝13为正极，以母材21为负极，由电源装置(未图示)外加焊接电压，在焊丝13与母材21之间形成电弧31。通过该电弧31，焊丝13和母材21熔融，形成熔池175。这时，如图2(b)所示，作为保护气体的Ar气被供给到焊丝13和母材21之间形成的熔池175的附近，将电弧31及熔池175的周边与外部气体隔断。
通过使焊丝13沿着焊接线(图1的情况是V坡口的对接焊)移动，熔池175凝固，熔融金属形成的焊道173被形成。由此得到焊接接头。
接着，在该纯Ar气体保护焊中，采用高速摄影机等观察纯Ar气气氛中的电弧31的不稳定的原理，并对结果进行说明。图2(a)、(b)是表示其举动的模式图。在纯Ar气气氛下，由于不会发生使用氧化性气体时分子在分解时产生的吸热反应及气体固有的电位梯度，因此用普通的实芯焊丝11或药芯焊丝13，从熔滴(液滴)19的前端到其上部的电弧发生点的距离15非常大，如图2(a)所示这样的细长的液柱17发生。另外，母材21的表面的阴极点由于难以形成氧化物而不稳定，以宽阔为电弧发生点而剧烈晃动。这在结果上能够视为在焊道173附近所形成的清洁幅度。针对电弧31的非常不稳定，由于焊丝前端的液柱17也很细长，因此容易受其影响，在其能量作用下，液柱17会随着电弧点的移动向周围飞散，而形成剧烈的飞溅171。因此，焊道173如图3(a)所示而发生蛇行等而不正常，从而无法焊接。
针对该现象，通过如下3点而改善电弧31的稳定性：
(1)使容易电促进电弧放出的元素在电弧发生处、即阳极点露出。
(2)降低能量势，由焊丝13供给使阳极点和阴极点稳定的氧。
(3)通过具有强力的脱氧效果，提高铁水的表面张力而不形成液柱17，而是成为球状的液滴19，从而难以受到电弧31的指向方向的影响。
基于本发明者等的研究的结果，发现石墨用于实现(1)有效。石墨是碳的一种形态，而且廉价。正如已知作为熔断的气刨棒使用，故作为被称为碳弧的强力的电弧发生源发挥作用。因为即使在高温下也很稳定，所以在气体保护电弧焊下也能够成为电弧发生点。石墨以实芯焊丝11的形态不能供给到电弧31，如图2(b)所示必须是药芯焊丝13的形态。
作为(2)从焊丝13供给的氧的方法，发现在焊剂131内混入铁粉有效。具体来说，因为铁在大气中不稳定，所以通常在表面有氧吸附或发生氧化。铁粉较实芯焊丝形态来说，每单位质量的表面积更大，因此氧量高出很多，在电弧发生点与石墨同样地形成稳定发生点。
如图3(b)中所示焊道形状，可知只有(1)、(2)在纯Ar气氛下能够得到稳定的电弧31。此外还发现，作为(3)通过配合添加Ti或Zr，从而能够使焊丝13的前端成为球状的熔滴19，能够使电弧31稳定化以及抑制飞溅171的飞散。
若使用纯Ar并能够进行焊接，则所形成的熔池175为50ppm以下的极少的氧量，因此不一定需要脱氧元素。若是如此，则以润湿性的调整等为目的，仅根据需要添加足够用于使焊道173的形状提高的脱氧元素即可。关于强度及韧性等的机械的特性的提高也是同样。以下对于本发明的焊丝13的各成分的限定进行详述。
“石墨：在焊丝的总质量0.16～2.00质量％”
如上述，通过添加石墨作为焊剂，即使在纯Ar气氛中也会成为稳定的电弧发生源。其在相对于焊丝的总质量为0.16质量％以上时有效。结果是对低飞溅化有效，关于焊道的直线性也与一般的CO2系的焊接一样优异。若优选为0.25质量％以上，更优选为0.45质量％以上，则电弧稳定性、低飞溅性、直线性提高。另一方面，若石墨超过2.00质量％，则电弧力过剩，飞溅多发，此外氢裂缝也多发。因此以2.00质量％为石墨的上限。
“铁粉：相对于焊剂的总质量为20质量％以上”
如上述，因为铁粉微细，所以将氧大量保持在表面，在纯Ar环境下的电弧发生点与石墨共存而成为电弧发生源。其在相对于焊剂的总质量占20质量％以上时有效。因为过剩添加并没有缺点，所以不需要设定上限，如果是40质量％以上则更为优选。还有，作为铁粉的定义是Fe浓度95质量％以上，且粒度为500μm以下的粉体。
“外皮：将碳钢的带钢形成管状或无缝钢管”
本发明的药芯焊丝的构造与以往相同。焊丝的制造方法是在构成外皮的带钢的长度方向散布焊剂之后，以卷起的方式压下带钢两端，成为为圆形截面并进行拉丝的方法，或者在构成外皮的粗径的无缝钢管中填充焊剂并进行拉丝的方法，但是在本发明中哪种方法都可以。此外，有缝钢管和无缝钢管均可以。对于外皮的成分虽然不需要任何规定，但从成本面和拉丝性的方面考虑，一般会采用软钢的材质。另外，也有对表面实施镀铜的情况，但这些情况均可。
“Ti、Zr：相对于焊丝的总质量分别为0.03～5.00质量％”
显著改善纯Ar气氛下的电弧稳定性的手段虽然有使用石墨和铁粉作为焊剂的方法，但与之共存并有进一步提高稳定化效果的是Ti、Zr。若适量添加它们则使焊丝前端的熔滴粒状化，能够抑制不稳定。发挥该效果的下限为0.03质量％。另一方面，若添加超过5.00质量％，则在焊接金属中Ti或Zr作为夹杂物过剩残留，使裂纹发生，熔滴过剩大粒化反而使电弧不稳定。还有，Ti、Zr的添加原料，诸如一般性的铁钛合金、铁锆合金、氧化钛、氧化锆、金属钛、金属锆、钛酸钠、钛酸钾、锆砂、另外含有化合物的无论是哪种形态都可以。还有，因为保护不良时会发生熔渣，所以为了防止这一点而更优选为1.50质量％以下。
“C：相对于焊丝的总质量为0.16～2.00质量％”
因为作为纯Ar电弧稳定剂使用石墨，所以用于提高焊接金属的强度所需要的C量基本上由石墨便能提供。因此作为C的规定量与石墨的规定量相同。但是除石墨以外，C也会作为SiC等的化合物而添加或混入，因此独立规定。为0.45质量％以上时，压缩残留应力被赋予，还能够提高接头疲劳强度。若添加0.60质量％以上，则能够进一步提高接头强度。另一方面，若C超过2.00质量％，则飞溅多发，因此C的上限值为2.00质量％。
“Si：相对于焊丝的总质量为2.00质量％以下”
一般性的焊丝为了抑制铁水的氧化而添加脱氧剂。但是，因为在纯Ar-MIG焊接中不会发生氧化，所以即使不添加脱氧剂也可以进行焊接。因此无Si也没有问题。还有，若添加0.50质量％以上，则焊道缝边部的形状得到改善而更为优选。另一方面，若超过2.00质量％，则熔池的粘性过剩，在高速焊接时容易出现驼峰焊道(humping)。因此，上限为2.00质量％。还有，作为Si的添加原料有金属硅、铁硅合金、硅锰合金、硅砂、钾长石、锆砂、硅酸钠等。
“Mn：相对于焊丝的总质量为10.00质量％以下”
Mn也与Si一样作为一般性的焊接材料出于脱氧目的而被添加。但是，因为在纯Ar-MIG焊接中不会发生氧化，所以即使不添加脱氧剂也可以进行焊接。因此无Mn也没有问题。还有，若添加0.50质量％以上，则焊道缝边部的形状得到改善而更为优选。一般来说，考虑到成本面而以3.0质量％为上限便已充分，但是要想具有改善接头疲劳强度的机能时，若进一步添加Mn则有效。另一方面，若超过10.00质量％，则熔池的粘性过剩，在高速焊接时容易出现驼峰焊道。因此上限为10.00质量％。还有，作为Mn的添加原料有金属锰、铁锰合金、硅锰合金等。
“P、S：相对于焊丝的总质量分别为0.030质量％以下”
P、S是使耐高温裂纹性降低的元素，在本发明的目的中没有特别的积极添加的意思(不添加也没有问题)。因此，与现有焊丝同样地考虑工业的生产性和成本而分别抑制在0.030质量％以下。
“Al、Mg：相对于焊丝的总质量分别为1.00质量％以下”
Al、Mg也作为强力的脱氧剂被使用。但是，因为在纯Ar-MIG焊接中不会发生氧化，所以即使不添加脱氧剂也可以进行焊接。因此无Al、Mg也没有问题。但是若添加0.10质量％以上，则具有提高电弧力，加大熔深的效果。另一方面，若添加超过1.00质量％，则飞溅171变多。因此上限分别为1.00质量％。还有，作为添加原料有金属铝、铁铝合金、金属镁、铝镁合金等。
“Ni、Cr、Nb、V、Mo、Cu的全部元素：相对于焊丝的总质量分别为3.00质量％以下”
Ni、Cr、Nb、V、Mo、Cu虽然不添加也没有问题，但是通过分别添加适当的量而具有使Ms点降低，确保适度的强度的效果。为了显现这些效果而最低需要0.05质量％以上。另一方面，若超过3.00质量％，则熔池的粘性上升，在高速焊接时容易出现驼峰焊道。另外，强度过剩时会发生裂纹，因为有这样的缺点产生，所以在3.00质量％以下。还有，对焊丝表面镀敷时，Cu为包含镀敷部在内的比例。
“B：相对于焊丝的总质量为0.0200质量％以下”
虽然B不添加也没有问题，但通过少量添加能够使Ms点降低，并且提高焊接金属的韧性。该效果需要0.0010质量％以上的添加。另一方面，超过0.0200质量％的添加会使裂纹发生，因此要在此以下。
“REM：相对于焊丝的总质量为0.50质量％以下”
REM是稀土类金属(rare earth metal)的意义，一般由La、Ce等构成。虽然不添加也没问题，但是若添加0.01质量％以上的REM，则在MIG焊时电弧稳定性提高，且进一步使焊接金属的氧量降低而能够降低Ms点。另一方面，超过0.50质量％的添加，电弧稳定化效果饱和，反而使熔滴大粒化，飞溅增加。此外成本也提高。
“K、Na、Li的合计：相对于焊丝的总质量为1.00质量％以下”
K、Na、Li不添加也没有问题，但通过分别添加适当的量会使电子射出容易，使电弧稳定化和熔滴的过渡圆滑，使飞溅发生量降低。其效果得以发挥要通过添加至少1种元素合计为0.001质量％以上。另一方面，合计超过1.00质量％的添加其效果饱和，并且电弧力减弱，熔深变浅。因此，熔池不稳定而产生驼峰焊道出现等的问题。因此，上限合计为1.00质量％。还有，K、Na、Li一般是以将K2O，Na2O，Li2O作为主成分的长石、钠玻璃为原料而添加到焊剂中。
“F、Ca：相对于焊丝的总质量分别为0.50质量％以下”
F、Ca不添加也没有问题，但通过分别添加适当的量而具有强力的脱氧作用，从而提高焊接金属的淬火性。其效果需要最低0.005质量％以上。另一方面，若F或Ca超过0.50质量％，则熔池175的粘性上升，在高速焊接时容易出现驼峰焊道。另外，因为飞溅的发生量增加，所以F和Ca分别在0.50质量％以下。
还有，本发明的焊丝的焊剂率(填充率)较现有的药芯焊丝没有特别改变，通常占焊丝的总质量的7～27质量％。低于7质量％时，不能确保石墨及铁粉等在MIG焊接时所需要的焊剂元素的需要量，成型加工也困难。另一方面，若超过27质量％，则外皮变薄，拉丝加工中容易发生断线，制造困难。
作为本发明的焊丝的焊剂成分，除了石墨、铁粉、Ti源和Zr源之外，还能够含有如下的物质。即，可列举Si源(前述)、Mn源(前述)、Al源(前述)、Mg源(前述)、Ni、Cr、Nb、V、Mo、Cu的金属粉或合金粉、B的金属粉、合金粉、酸化物、REM(La、Ce)、K源(前述)、Na源(前述)，Li源(前述)、F源、Ca源等。另外，作为外皮使用软钢时，外皮所含的成分因为是C、Mn、Si、P、S程度的，所以关于其以外的元素以及Mn和S，需要仅由外皮弥补不足的部分，如此决定添加到焊剂中的物质。
“Ar：JIS K 1105的1级或2级”
本发明中的“纯Ar”的表述并不是科学上的100％Ar，而是作为工业制品的纯Ar。JIS K 1105中规定有工业用Ar，1级为纯度99.999体积％以上，2级为纯度99.995体积％以上。无论哪种作为与本焊丝13及焊接法的组合都没有问题，均可以使用。在此以下的纯度的Ar气本焊丝也能够适用，但会产生烟尘量或飞溅量的增加、金属强度降低或熔渣发生等的不良影响。
“电源装置：脉冲电源”
焊机一般用作为消耗电极式电弧焊用而被使用的恒压特性电源也没有问题。但是，为了进一步提高MIG焊中的电弧稳定性，最为推荐与脉冲焊机加以组合。纯Ar焊中对于关系到驼峰焊道发生的熔滴脱离的规则性来说，比使用氧化性气体的MAG焊要差。因此，无关平均电流，通常在高的电流的作用下能够赋予夹力(pinch)，从而优选能够实现有序的熔滴脱离的脉冲焊接法。对于脉冲的设定没有特别限定，但一般使用峰值电流350～600A、基部电流30～100A、在1个峰值间(开始上升～峰值恒定期～上升结束)为0.8～5.0毫秒。
“母材强度490MPa以上的钢板”
纯Ar气氛下的MIG焊的最大的效果，是不使用添加到焊丝中的贵重的金属资源和温室效果气体，且不会在焊接部发生熔渣。因为取得此优点，所以对于母材不要求任何限制，能够通用。此外，通过进一步限定作为本焊丝的成分之一的石墨量，还能够获得提高焊接接头的疲劳强度的效果。能够降低因熔接金属的相变膨胀而在钢材热影响部发生的残留应力的理由是，在焊接金属膨胀时钢材侧发生的应力也向焊接金属施加反作用力，从而形成压缩应力。因此，越是能够期待更高的反作用力的高强度钢板，也就越能够期待疲劳特性的更大改善。这是由于钢材强度低时，反作用力也不得不变低，存在因相变结束后的热收缩而再度恢复成拉伸应力状态的危险。如果拉伸应力残留，则无法期望疲劳强度改善。因此，作为能够期待疲劳强度提高的下限设定为490MPa。还有，对上限不需要特别限定。现在一般实用化的薄钢板的强度最大为1500MPa左右，如果是这一程度的钢板，则用本发明的焊丝能够实现疲劳强度的改善，并且在接头抗拉强度的方面也能够达成焊接金属的高匹配(overmatching)。
【实施例】
作为试验1，使用板厚12mm的SS400钢板进行图1所示的对焊。表1中显示用于本试验的药芯焊丝用带钢的组成，以其为外皮，制作表2-1、2-2、3-1、3-2、4-1及4-2所示的组成的药芯焊丝。但是，只有比较例No.65、66是实芯焊丝11。还有，各元素基本上记入积极添加，“-”作为无添加处理。另外，P、S虽然全部作为杂质对待，但惯例上公开分析值。还有，各元素的含量表示相对于焊丝的总质量的比例，但只有铁粉是以焊剂总质量计的比例。作为试验1的实施条件，保护气体为JIS K 11051级的Ar气体，焊丝直径为1.2mm，焊丝伸出长度15mm，焊接电流280A，焊接速度40cm/分。极性为逆极性(焊丝为正极，母材为负极)，焊接电流为通常的直流恒压特性机和脉冲焊机这两方。
【表1】
药芯焊丝外皮的钢板组成(质量％)
  C   Si   Mn   P   S   Fe
  0.01   0.01   0.22   0.010   0.005   余量
【表2-1】
Figure G200910133896XD00111
【表2-2】
Figure G200910133896XD00121
注)焊丝组成的余量是铁粉以外的Fe和不可避免的杂质。
【表3-1】
Figure G200910133896XD00131
【表3-2】
注)焊丝组成的余量是铁粉以外的Fe和不可避免的杂质。
【表4-1】
Figure G200910133896XD00151
【表4-2】
Figure G200910133896XD00152
注)焊丝组成的余量是铁粉以外的Fe和不可避免的杂质。
关于评价，是连续测定电流、电压，每1分钟1次电弧的不稳定也不会发生的评价为◎，每1分钟发生1次以上、4次以下电弧的不稳定的评价为○，每1分钟发生5次以上、8次以下电弧的不稳定的评价为允许下限的△，每1分钟发生9次以上的电弧的不稳定时则不可以焊接而评价为×。此外，脉冲焊机的情况还测定飞溅量，0.5g/分钟以下评价为良好◎，超过0.50g/分钟、1.00g/分钟以下评价为○，超过1.00g/分钟则发生大量飞溅评价为×。另外，感官评价焊道的形状。焊道整齐一致，直线性极其优异的评价为◎，依稀可见驼峰焊道倾向等不稳定之处，但实用上属无问题级的评价为○，焊道判断为蛇行则不可以，评价为×。此外，进行焊道的裂纹的确认，完全没有裂纹时评价为○，焊接长度每1m确认到1处裂纹时评价为△，确认到2处以上裂纹时不可以，评价为×。这些评价结果显示在表6-1、6-2及7中。在表6-1、6-2及7中使用直流恒压特性机的结果表示为“无P”，使用脉冲焊机的结果表示为“有P”。
其次作为试验2，采用在使用脉试验1的冲焊机的条件下的评价为◎及○的焊丝，如图4这样对表5所示的组成的钢板彼此实施搭接角焊，并进行疲劳试验。作为试验2的焊接实施条件，保护气体为JIS K 1105 2级Ar气体，保护气体流量为15升/分，焊丝直径为1.2mm，焊丝伸出长度15mm，焊接电流270A，焊接速度120cm/分，焊炬的前进后退角度为0°(相对于焊接线成直角)。疲劳试验是从焊接工作中提取图5所示的疲劳试验片231，进行反向平面弯曲疲劳试验。将(频率25Hz，正弦波应力)107次的时间强度定义为疲劳强度进行比较。低于200MPa则无疲劳强度提高效果为×，200MPa以上有效为○，其结果显示在6-1、6-2及7中。
【表5】
接头疲劳试验用母材的成分(相对于母材总质量的质量％)，板厚，抗拉强度
  C   Si   Mn   P   S   Fe   板厚   抗拉强度
  0.06   0.98   1.45   0.005   0.002   余量   3.2mm   795MPa
【表6-1】
Figure G200910133896XD00171
Figure G200910133896XD00181
【表6-2】
Figure G200910133896XD00191
【表7】
Figure G200910133896XD00192
No.1～53其焊丝组成为，在焊剂中以焊丝总质量计含有石墨0.16～2.00质量％，以焊剂总质量计含有铁粉20质量％以上，是满足本发明范围的实施例。在纯Ar保护气体中，这些药芯焊丝稳定，飞溅少，焊道直线性也优异。结果是可以进行与CO2气体保护焊或Ar+CO2气体保护焊具有同样的稳定性的焊接。此外，因不不使用CO2气体，所以能够对地球温室化防止做出贡献。
在实施例之中，实施例No.1～20、22～35及38～53含有Ti和Zr之中的至少1种以焊丝总质量计为0.03～5.00质量％。在这些实施例中，电弧更稳定而更优选。
此外在其中，实施例No.1～20、23～25及27～35，是以焊丝总质量计，含有C：0.16～2.00质量％，此外还含有Si：2.00质量％以下、Mn：10.00质量％以下、Al：1.00质量％以下、Mg：1.00质量％以下、Ni：3.00质量％以下、Cr：3.00质量％以下、Nb：3.00质量％以下、V：3.00质量％以下、Mo：3.00质量％以下、Cu：3.00质量％以下、B：0.0200质量％以下、稀土类金属(REM)：0.50质量％以下、F：0.50质量％以下、Ca：0.50质量％以下、K、Na和/或Li：以总量计1.00质量％以下之中的至少1种，并且作为杂质，规定P：0.030质量％以下、S：0.030质量％以下的焊丝。这些实施例焊道的形状及耐裂纹性更加良好，更为优选。
此外在其中，实施例No.2、6～8、10～15、17、19、20、23～25及27～35，是将C以焊丝总质量计规定在0.45～2.00质量％的焊丝。这些实施例接头疲劳强度高，更为优选。
No.54～66是比较例。
比较例No.54～58石墨量少，相当于一般性的CO2气体保护焊或Ar+CO2气体保护焊用药芯焊丝。因为石墨少，所以在纯Ar气氛中无法使电弧稳定，焊道发生蛇行，飞溅171大量发生，如现有的认识实质上不能焊接。
比较例No.59石墨及C的含量过剩，电弧力过强而飞溅大量发生，此外裂纹也多发。
比较例No.60～62虽然石墨量满足，但是焊剂中的铁粉比率过小，电弧仍不稳定，焊道蛇行，飞溅171大量发生。
比较例No.63是一般市场销售的药芯焊丝之一，石墨量、铁粉比率都过小，完全无法使电弧稳定，焊道蛇行，以小见大在量发生，如现有的认识实质上不能焊接。
比较例No.64石墨及C的含量过剩且铁粉比率过小。电弧仍旧不稳定，飞溅大量发生，此外裂纹也多发。
比较例No.65、66是实芯焊丝。由于实芯焊丝无论是石墨还是铁粉都不能以保持其形态的状态添加，因此不可能在纯Ar气氛下进行焊接。
还有，虽然表中没有记述，但是用实施例No.30的焊丝使用Ar90体积％+CO2 10体积％保护气体进行焊接时，电弧的稳定性差，烟尘大量发生，并且接头疲劳强度也低于200MPa而没有提高。所以确认纯Ar保护气体最适合本焊接丝，并且为了接头疲劳强度提高也优选纯Ar气体焊丝。
本发明、也就是使用纯Ar的MIG焊接施工，因为没有氧源来自焊丝成分以外，所以即使大量添加石墨，烟尘量也极少，几乎不会发生熔渣。若将C提高到0.45质量％以上，则能够改善电弧的稳定性。另外，铁中的氧量越少Ms点越降低。本方法中焊接金属的氧量极少达数10ppm，因此能够进一步提高C的效果。进一步降低Ms点而疲劳强度的改善效果高。此外，因为形成夹杂物的氧化物几乎没有，所以还有难以发生凝固裂纹这样的副效果。

Claims (5)

1.一种使用纯Ar保护气体的MIG焊接所使用的药芯焊丝，其特征在于，在钢制外皮内填充焊剂而成，在所述焊剂中，以焊丝总质量计含有石墨0.16～2.00质量％，以焊剂总质量计含有铁粉20质量％以上，并且，所述铁粉是Fe浓度95质量％以上且粒度为500μm以下的粉体，
并且，在所述焊剂中，以焊丝总质量计还含有0.03～5.00质量％的从Ti及Zr中选出的至少1种元素，并且，以焊丝总质量计，还含有C：0.16～2.00质量％，并且，还含有从Si：2.00质量％以下、Mn：10.00质量％以下、Al：1.00质量％以下、Mg：1.00质量％以下、Ni：3.00质量％以下、Cr：3.00质量％以下、Nb：3.00质量％以下、V：3.00质量％以下、Mo：3.00质量％以下、Cu：3.00质量％以下、B：0.0200质量％以下、稀土类金属(REM)：0.50质量％以下、F：0.50质量％以下、Ca：0.50质量％以下、K和Na以及Li：以总量计为1.00质量％以下中选出的至少1种物质，并且作为杂质将P限定为0.030质量％以下，将S限定为0.030质量％以下。
2.根据权利要求1所述的药芯焊丝，其特征在于，以焊丝总质量计，C为0.45～2.00质量％。
3.一种MIG弧焊方法，其特征在于，使用权利要求1所述的药芯焊丝，使用JIS K 1105的1级或2级的纯Ar作为保护气体，以所述焊丝为正极，使其与负极的母材之间发生电弧，从而进行MIG焊接。
4.根据权利要求3所述的MIG弧焊方法，其特征在于，使用脉冲电源作为用于形成所述电弧的电源。
5.根据权利要求3所述的MIG弧焊方法，其特征在于，所述母材是抗拉强度为490MPa以上的钢板。
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