CN102655978B

CN102655978B - 可全位置焊接的气体保护电弧焊接用药芯焊丝

Info

Publication number: CN102655978B
Application number: CN201080056957.8A
Authority: CN
Inventors: 儿岛一浩; 志村龙一; 笹木圣人
Original assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2009-12-16
Filing date: 2010-12-14
Publication date: 2015-08-05
Anticipated expiration: 2030-12-14
Also published as: JP4834191B2; US20120241433A1; TW201130594A; KR101193273B1; US9211613B2; WO2011074689A1; EP2489461A4; EP2489461A1; KR20120084780A; JPWO2011074689A1; TWI372089B; CN102655978A; EP2489461B1

Abstract

本发明提供一种能够降低焊接金属的氧、从而得到韧性优异的焊接接头，并且能够以直流逆极性进行全位置焊接的气体保护焊接用药芯焊丝，该药芯焊丝的构成如下：以相对于焊丝总质量的质量%计，含有CaO：0.2~7.0%；MgF₂、CaF₂、SrF₂、BaF₂中的一种以上(该氟化物和CaO的合计3.0~12.0%)，共计1.0%以上；Si、Al(小于0.3%)、Ti、Mg、Zr、Ca、Ce、La中的一种以上，共计0.2~2.0%；Si、Mn、Al、Ti、B、Zr的各氧化物的一种以上，共计0.2~3.0%；α＝C＋Si/30＋Mn/20＋Cu/20＋Ni/60＋Cr/20＋Mo/15＋V/10＋Nb/10＋5B为0.15~0.40%；P和S共计0.040%以下；余量为Fe、电弧稳定剂、不可避免的杂质，焊药中的铁粉含量为5.0%以下。

Description

可全位置焊接的气体保护电弧焊接用药芯焊丝

技术领域

本发明涉及可全位置焊接的气体保护电弧焊接用药芯焊丝，特别是，涉及能够将焊接金属的氧降低至300质量ppm以下、进而得到韧性优异的焊接金属，并且能够以直流逆极性(将焊丝作为正极的极性)使用的气体保护电弧焊接用药芯焊丝。

背景技术

气体保护焊接用药芯焊丝作为能够实现高效的焊接方法的焊接材料在产业界广泛普及，其大多是以金红石为代表的Ti氧化物作为主要的熔渣形成材料的药芯焊丝(下面，有时记作金红石类FCW)。

金红石类FCW具有优异的焊接作业性，具有能够在下向、立向、上向、横向等各种焊接位置容易地实施焊接的特征。但有时，存在焊接金属的氧量高的问题。即，在使用金红石类FCW的情况下，对于高强度钢、低温用钢的焊接金属而言，往往难以确保必要程度的韧性。其原因是，通过迄今为止的研究广泛可知，焊接金属中的氧作为非金属夹杂物(介在物)存在，该夹杂物成为破坏的起点。为了解决该问题，迄今为止一直研究尝试降低焊接金属的氧量的金红石类FCW。具体的研究结果例如被专利文献1~3等公开。

即，在专利文献1中，通过添加强脱氧元素即Ca及Al来降低焊接金属中的氧量，但在实施例中氧量仅降至334质量ppm，其效果不能满足。

在专利文献2中，研究了通过添加脱氧元素即Si、Mn、Mg、Ti并限制包含TiO₂的氧化物的总添加量来进行焊接金属的低氧化，但在实施例中，仅确认到直到350质量ppm为止的降低效果，并未得到充分改善。

在专利文献3中，研究了通过限制包含TiO₂的氧化物的总添加量、添加CaF₂、添加脱氧元素即Si、Mn、Mg来进行焊接金属的低氧化，但焊接金属的氧量为300质量ppm以上，该发明也未能充分地降低焊接金属氧量。

除金红石类之外，药芯焊丝还包括以氟化物为主要熔渣形成材料的焊丝(以下也记作氟化物类FCW)。氟化物类FCW与金红石类FCW不同，能容易地降低焊接金属的氧量，但存在下述问题：焊接位置限定于下向及水平角焊缝，在立向、上向、横向上的焊接极为困难。具体的研究事例已被例如下述列举的专利文献4~7公开。

在专利文献4中，将Ca、Ba、Mg、Sr的氟化物及Ca、Ba、Mg、Sr的碳酸盐、复合氧化物作为主要的熔渣体系进行了研究，但未评价在立向、上向、横向上的焊接，另外，对于焊接金属的氧量、韧性评价结果也均未公开。即，从专利文献4无法获得任何可实施全位置焊接并且能够得到高韧性的焊接金属的药芯焊丝的技术启示。

在专利文献5中，通过限制BaF₂、Ni、Mn、C、Al、Si、氧化物量的含量，将焊接金属的氧量降至50质量ppm，但这是以将焊丝设为负极的直流正极性的焊接为前提的。以直流正极性进行焊接时，容易产生熔合不良，电弧也容易变得不稳定，因此在此公开的方案也不充分。

在专利文献6中，通过使用含有CaF₂、且包含碱金属或碱土金属与Ti、Si形成的复合氧化物的焊药，将焊接金属的氧量降至251质量ppm，但没有关于立向、上向、横向上的焊接的记载，从专利文献6无法得到任何可实现全位置焊接的药芯焊丝的技术启示。

在专利文献7中，欲通过添加BaF₂、对脱氧金属元素等焊药成分进行调整，来实现焊接金属的氧量降低，但仅针对下向和立向进行了研究，对于上向焊接、横向焊接一概没有记载，对于实现全位置焊接而言是不充分的内容。

另外，在专利文献7中，作为用于实现立向焊接的必要条件，将Al含量规定为0.3%以上，但存在焊接金属的韧性劣化的问题。在专利文献7中，因不能完全回避该韧性劣化，所以在夏比冲击试验中以55J以上的吸收能量为合格，但在55J的吸收能量中，不满足设计标准的构造物居多。

为了得到高韧性的焊接金属，需要将焊丝中的Al含量限制在小于0.3%，但从专利文献7中无法获得任何满足该条件并且能够进行下向、立向、上向、横向上的焊接的氟化物类FCW的技术启示。

综上，可得出下述结论：尚不存在如下的药芯焊丝，所述药芯焊丝能够使用可设为直流逆极性(将焊接焊丝作为正极的极性)的电源极性，并且将相对于焊丝总质量的Al含量以质量比计限制在小于0.3%，从而能够在下向、立向、上向、横向的各焊接位置进行焊接，且能够将焊接金属的氧稳定地抑制在300质量ppm以下，进而使其夏比冲击吸收能量超过200J。事实上，至今为止尚未实现满足这些特性的药芯焊丝的实用化。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平06-238483号公报

专利文献2：日本特开平07-164184号公报

专利文献3：日本特开平07-276088号公报

专利文献4：日本特开平05-329684号公报

专利文献5：日本专利第3586362号公报

专利文献6：日本特开2001-205482号公报

专利文献7：日本特开2008-119748号公报

发明内容

发明要解决的问题

本发明是鉴于上述现有技术的问题点而完成的，目的在于提供一种现有技术中尚不存在的具有全新焊药组成的气体保护焊接用药芯焊丝。

解决问题的方法

解决上述问题的本发明的要点如下所述。

(1)一种气体保护电弧焊接用药芯焊丝，其是在钢制外皮中填充焊药而形成的，其中，该气体保护焊接用药芯焊丝同时满足下述条件(a)~(f)：

(a)含有CaO，且其含量相对于焊丝总质量以质量%计为0.2%以上且7.0%以下。

(b)含有MgF₂、CaF₂、SrF₂、BaF₂中的一种或两种以上，且其总含量相对于焊丝总质量以质量%计为1.0%以上，并且，MgF₂、CaF₂、SrF₂、BaF₂中的一种或两种以上和CaO的含量的总和相对于焊丝总质量以质量%计为3.0%以上且12.0%以下。

(c)含有金属状态的Si、Al、Ti、Mg、Zr、Ca、Ce、La中的一种或两种以上，且其总含量相对于焊丝总质量为0.2%以上且2.0%以下，并且，金属状态的Al的含量范围相对于焊丝总质量以质量%计限制在小于0.3%。

(d)由下述式(1)定义的α值为0.15以上且0.40以下的范围，且P和S的总含量相对于焊丝总质量以质量%计限制在0.040%以下。

α=N(C)+N(Si)/30+N(Mn)/20+N(Cu)/20+N(Ni)/60+N(Cr)/20+N(Mo)/15+N(V)/10+N(Nb)/10+5N(B)……式(1)

其中，N(X)：相对于焊丝总质量的元素X的质量%。

(e)Si氧化物、Mn氧化物、Al氧化物、Ti氧化物、B氧化物、Zr氧化物的总含量相对于焊丝总质量以质量%计为0.2%以上且3.0%以下。

(f)余量为Fe、电弧稳定剂及不可避免的杂质，所述焊药中的铁粉含量相对于焊丝总质量以质量%计为5.0%以下。

(2)如(1)所述的气体保护电弧焊接用药芯焊丝，其还含有CaCO₃、MgCO₃、SrCO₃、BaCO₃中的一种或两种以上，且其总含量相对于焊丝总质量以质量%计为0.1%以上且4.0%以下。

(3)如(1)或(2)所述的气体保护电弧焊接用药芯焊丝，其还含有MgO、SrO、BaO中的一种或两种以上，且其总含量相对于焊丝总质量以质量%计为0.1%以上且3.2%以下。

(4)如(1)~(3)中任一项所述的气体保护电弧焊接用药芯焊丝，其中，在所述钢制外皮上不存在成为吸湿的原因的狭缝状间隙。

发明的效果

使用本发明的焊丝时，可飞跃性地降低焊接金属的氧量，并且可以在直接使用在产业界广泛普及的直流逆极性的情况下实现以下向、立向、上向、横向的各位置的焊接。该结论可同时实现焊接施工效率的确保和焊接接头安全性的提高，可以说在产业中具有极高的利用价值。

附图说明

图1是对试制焊丝的制造工序进行说明的图；

图2是示出用于本发明的评价的横向焊接的坡口形状的图；

图3是示出用于本发明的评价的下向焊接、立向焊接及上向焊接的坡口形状的图；

图4是示出评价焊道曲折的方法的图；

图5是示出测量焊道焊缝角的方法的图。

具体实施方式

下面，通过具体地说明权利要求书记载的内容，来记述本发明的效果。

本发明与现有技术的明确差异在于：如权利要求1的(a)所记载的，明确地规定了CaO的含量。在以直流逆极性使用现有的氟化物类FCW的情况下，无法在立向、上向、横向上进行焊接的原因在于，熔渣的熔点低，因而无法在这些焊接位置保持熔池。

作为该问题的对策，在本发明的焊丝中，含有高熔点物质CaO作为其必要成分。CaO虽是氧化物，但为强碱性物质，即使含于焊丝中也不会显著地增加焊接金属氧量。另外，CaO的熔点非常高，约为2570℃，因此也能够提高熔渣的熔点。

CaO的含量以相对于焊丝总质量的质量%计确定为0.2%以上且7.0%以下，其理由在于，CaO的含量小于0.2%的情况下，其含量过少，无法将熔渣的熔点提高至可进行在立向、上向、横向上的焊接的程度。相反，CaO的含量超过7.0%时，因熔渣熔点过高，所以熔渣的凝固加快，无法确保熔渣的流动性，因此易产生熔渣夹杂。因此，将相对于焊丝总质量的CaO的含量规定为0.2%以上且7.0%以下。

另外，如果对熔渣的凝固时间进行最优化，则可抑制咬边，因此，优选使CaO的含量相对于焊丝总质量以质量%计在0.7%以上且6.3%以下的范围。另外，为了同时实现由电弧稳定化带来的飞溅降低效果和咬边抑制效果，更优选使CaO的含量相对于焊丝总质量以质量%计在1.4%以上且5.6%以下的范围。另外，根据需要，也可以使其下限为1.7%以上、上限为4.9%以下。

另外，在包含CaO·SiO₂的复合氧化物作为CaO的情况下，仅以CaO部分的质量计算其含量。

下面，针对MgF₂、CaF₂、SrF₂、BaF₂的添加进行说明。

这些氟化物对于提高熔渣的碱度、降低焊接金属的氧量是有效的。而且，通过在含有CaO的同时含有这些氟化物，可将熔渣熔点调整至适当的温度。虽然CaO的熔点高达约2570℃，但由于上述四种氟化物的熔点非常接近且处于1255℃~1400℃的范围，因此可含有这四种氟化物中的一种或两种以上。

为了显示出效果，上述四种氟化物中的一种或两种以上的总质量相对于焊丝总质量以质量%计须含有1.0%以上。另外，须使MgF₂、CaF₂、SrF₂、BaF₂中的一种或两种以上和CaO的质量总和相对于焊丝总质量以质量%计为3.0%以上且12.0%以下。

其理由在于，上述质量总和小于3.0%时，含量过少，无法获得用以在立向、上向、横向的位置保持熔池的充分的熔渣量。相反，含量超过12.0%时，无法确保电弧的稳定性，在全部的位置熔池不稳定，因此易导致烟雾(ヒュ一厶)产生量增多，给焊接作业环境带来不良影响。

因此，相对于焊丝总质量，将MgF₂、CaF₂、SrF₂、BaF₂中的一种或两种以上和CaO的质量总和规定为3.0%以上且12.0%以下。

另外，如果对MgF₂、CaF₂、SrF₂、BaF₂中的一种或两种以上和CaO的含量总和进行最优化，则电弧稳定性进一步提高，其结果，可获得焊道宽度稳定化的效果。根据该观点，优选使MgF₂、CaF₂、SrF₂、BaF₂中的一种或两种以上和CaO的含量总和相对于焊丝总质量在4.0%以上且10.0%以下的范围。另外，根据需要，也可以使其下限为5.0%以上、上限为9.0%以下。

下面，对于具有脱氧作用的金属元素，说明其作用。

已知金属状态的Si、Al、Ti、Mg、Zr、Ca、Ce、La均具有强脱氧作用，是对焊接金属的低氧化有效的元素，相对于焊丝总质量，以0.2%以上且2.0%以下的质量%添加这些元素中的一种或两种以上。

但是，就Al而言，在焊丝中含有过量的Al时，会抑制由以Ti氧化物为核的晶内相变(粒内変態)引起的微细微组织的生成，因此会导致焊接金属的韧性劣化。因此，将Al的含量以相对于焊丝总质量的质量%计规定为小于0.3%。根据需要，也可以限制在0.2%以下或0.1%以下。

Si、Al、Ti、Mg、Zr、Ca、Ce、La中的一种或两种以上的总质量小于0.2%的情况下，含量过少，在降低焊接金属的氧量方面无法显示出效果。另外，含量超过2.0%时，在焊接金属中易生成马氏体-奥氏体组元(以下记作MAC)的硬质微组织，导致焊接金属的韧性劣化。

因此，相对于焊丝总质量，使金属状态的Si、Al、Ti、Mg、Zr、Ca、Ce、La中的一种或两种以上的总质量以质量%计为0.2%以上且2.0%以下。根据需要，也可以使其总质量的下限为0.6%以上或0.8%以上、上限为1.8%以下或1.5%以下。

需要说明的是，这些金属元素不必是纯金属(可含有不可避免的杂质)，以Al-Mg等合金形态含有也没有任何问题。另外，由于这里以焊接中的脱氧反应为前提，因此，以氧化物、氟化物、碳酸盐的形式含有的Si、Al、Ti、Mg、Zr、Ca、Ce、La为对象外。另外，这些金属元素可以包含于钢制外皮中，也可以作为焊药而含有，其效果一样，因此既可包含在钢制外皮中又可包含在焊药中。

下面，针对由下述式(1)规定的α的值进行说明。

本发明以得到高韧性的焊接金属为主要着眼点，但焊接金属的高韧性化不能仅通过降低氧来实现。如果焊接金属的淬火性未被控制在适当的范围，则焊接金属会变得具有粗大微组织及硬质的微组织。该状态下，无论如何进行低氧化也不能得到高韧性的焊接金属。

从该观点出发，关于影响焊接金属的淬火性的典型元素即C、Si、Mn、Cu、Ni、Cr、Mo、V、Nb、B的含量，使用下述式(1)所示的α的值展开了研究。

结果判明：在α值小于0.15的情况下，淬火性不足，生成粗大的晶界铁素体，使焊接金属的韧性降低；相反，α值超过0.40时，淬火性过剩，诸如马氏体这样的硬质组织的比例增加，焊接金属的韧性劣化。

根据上述理由，得到的结论是：需要将由下述式(1)规定的α值限制在0.15以上且0.40以下的范围。根据需要，也可以将该范围的下限限制在0.18以上或0.20以上、将上限限制在0.36以下或0.34以下。

这里，N(X)：相对于焊丝总质量的元素X的质量%。

需要说明的是，在式(1)中对焊接金属的淬火性进行了讨论，以氧化物、氟化物、碳酸盐的形式含有的元素为对象外。这些元素以与前述的Si等同样的形态含有。

另外，就P、S而言，通常作为导致凝固断裂及韧性降低等的原因的有害元素而广为公知，因此，相对于焊丝总质量，将P、S的总质量以质量%计规定为0.040%以下。另外，优选P和S的总质量极低，但要使P、S的总质量相对于焊丝总质量的质量比达到0.001%以下，会对精炼工序造成过大的负担，明显阻碍生产性，所以是不现实的。因此，无须将相对于焊丝总质量的P和S的总质量降低至小于0.001%。

下面，针对Si氧化物、Mn氧化物、Al氧化物、Ti氧化物、B氧化物、Zr氧化物进行说明。

根据迄今为止的研究可知，熔渣中含有上述氧化物时，会导致焊接金属的氧量增加。因此，为了降低焊接金属的氧量，优选将这些氧化物的含量抑制在极低。然而，在熔渣包覆(包皮)焊道时，这些氧化物可提高包覆层的均匀性，使熔池的行为得以稳定，因此具有抑制焊道曲折的效果。

于是，本发明人等通过实验探索了可将焊接金属的氧量稳定地控制在300质量ppm以下的上述氧化物的含有范围。结果发现，当Si氧化物、Mn氧化物、Al氧化物、Ti氧化物、B氧化物、Zr氧化物的总质量相对于焊丝总质量以质量%计为0.2%以上且3.0%以下时，能够将焊接金属的氧量抑制在300质量ppm以下，并且还能够同时实现抑制焊道曲折的效果。

根据上述理由，相对于焊丝总质量，需要将Si氧化物、Mn氧化物、Al氧化物、Ti氧化物、B氧化物、Zr氧化物的总质量以质量%计限制在0.2%以上且3.0%以下。另外，根据需要，也可以将它们的总质量的下限限制在0.5%以上或0.7%以上、将上限限制在2.8%以下或2.2%以下。

需要说明的是，在上述氧化物为复合氧化物的情况下，例如，对于Al₂O₃·SiO₂而言，将Al₂O₃的部分作为Al氧化物，将SiO₂的部分作为Si氧化物，分别计算出相应部分的质量再求出总质量，Si氧化物以SiO₂换算值定义含量，Mn氧化物以MnO₂换算值定义含量，Al氧化物以Al₂O₃换算值定义含量，Ti氧化物以TiO₂换算值定义含量，B氧化物以B₂O₃换算值定义含量，Zr氧化物以ZrO₂换算值定义含量。

包含于本发明的焊丝的成分中，除上述成分以外的余量为Fe、电弧稳定剂及不可避免的杂质。

另外，相对于焊丝总质量，填充于钢制外皮中的焊药中铁粉的含量以质量%计须为5.0%以下。已知通过使焊药中含有铁粉，可谋求熔敷效率的提高及电弧稳定性的改善，但由于铁粉是粉末，表面积大，因此即使是在铁粉表面不可避免地生成的极薄的铁氧化物也可能导致焊接金属的氧增加。

本发明人等针对能够将焊接金属氧量稳定抑制在300ppm以下的焊药中的铁粉含量进行了研究，结果发现，须使含于焊药中的铁粉的含量相对于焊丝总质量以质量%计为5.0%以下。另外还新发现，在使焊药中的铁粉含量小于3%的情况下，可将焊接金属的氧量降低至270ppm以下，更优选。

另外，根据需要，也可以将含于焊药中的铁粉的含量限制在4.0%以下或2.4%以下。

另外，在焊药中含有诸如Fe-Si、Fe-Cr这样的合金形态的含Fe粉末的情况下，将这些合金中的Fe的相当质量与在此定义的铁粉相加。

作为电弧稳定剂，可适当选择使用根据现有的知识已知的含Li、Na、K、Rb的氧化物、氟化物、碳酸盐等。另外，电弧稳定剂的质量以相对于焊丝总质量的质量比计为0.01%以上且1.0%以下程度的含量为适当，优选在该范围内含有。

以上为本发明的基本构成，由此来兼顾焊接金属的低氧化和在下向、立向、上向、横向上的焊接。

下面，针对进一步提高本发明的焊丝的特性的方法进行说明。

首先，对于CaCO₃、MgCO₃、SrCO₃、BaCO₃进行说明。

这些碳酸盐因电弧热发生热分解，从焊丝内部产生二氧化碳气体，由此，容易使焊接时形成于焊丝前端的熔滴脱离，具有使熔滴变细的效果。因此，不会有大粒的熔滴移向熔池，所以可降低飞溅产生时、特别是大粒飞溅物的产生比例。如果大粒的飞溅物附着于被焊接物，则不仅会导致焊道外观劣化，而且大粒飞溅物在去除时大多费时费力。因此，降低大粒飞溅物的产生比例的效果的价值较高。

为了实现该效果，相对于焊丝总质量，优选使CaCO₃、MgCO₃、SrCO₃、BaCO₃中的一种或两种以上的总含量以质量%计为0.1%以上。相反，CaCO₃、MgCO₃、SrCO₃、BaCO₃中的一种或两种以上的总含量相对于焊丝总质量以质量%计超过4.0%时，从焊丝内部产生的气体吹散焊丝前端的液滴，会导致大粒的飞溅物显著增加。

根据上述理由，优选使CaCO₃、MgCO₃、SrCO₃、BaCO₃中的一种或两种以上的总含量相对于焊丝总质量以质量%计为0.1%以上且4.0%以下。为了进一步降低大粒飞溅物的产生比例，更优选将其下限设为0.7%以上或1.4%以上、将上限设为3.6%以下或2.3%以下。

另外，CaCO₃、MgCO₃、SrCO₃、BaCO₃分别如下述式(2)~式(5)所示，是含有CaO、MgO、BaO、SrO的物质，在含有CaCO₃、MgCO₃、SrCO₃、BaCO₃的情况下，由热分解生成的CaO、MgO、SrO、BaO与上述的CaO、及后述的MgO、BaO、SrO的各含量相加。

CaCO₃→CaO+CO₂……式(2)

MgCO₃→MgO+CO₂……式(3)

BaCO₃→BaO+CO₂……式(4)

SrCO₃→SrO+CO₂……式(5)

下面，对MgO、SrO、BaO的效果进行说明。

MgO、SrO、BaO具有使熔渣的粘性降低的作用，因此可使焊道的焊缝部顺畅，具有抑制在焊接接头部发生应力集中的效果。为了得到该效果，相对于焊丝总质量，需要以质量%计含有0.1%以上的MgO、SrO、BaO，含量过多时，熔渣的粘性显著降低，在立向、上向、横向焊接时无法保持熔池，易导致焊接无法进行。因此，在含有MgO、SrO、BaO的情况下，其总含量相对于焊丝总质量优选限制在0.1%以上且3.2%以下。另外，根据需要，也可以将其总含量的下限限制在0.3%以上或0.5%以上、将上限限制在2.7%以下或2.0%以下。

下面，针对焊丝的钢制外皮进行说明。

特别优选本发明的焊丝在钢制外皮上不存在成为吸湿的原因的狭缝状间隙。用于本发明的焊丝的焊药中含有诸如CaO、MgO、BaO、SrO、氟化物这样的基本上易引起吸湿的物质。因此，从防止焊丝的吸湿、使焊丝的品质稳定的观点考虑，不存在成为吸湿的原因的狭缝状间隙是极为有用的。在钢制外皮上存在狭缝状间隙的情况下，优选直至使用前捆包在密闭容器内，以抑制药芯焊丝的吸湿。

另外，从降低扩散性氢的观点来看，涂布于焊丝表面的润滑油优选为诸如全氟聚醚这样的不含H的油。

需要说明的是，本发明的焊丝的直径没有特别的限制，但从焊接效率和焊丝生产性这两方面考虑，优选使焊丝的直径在1.2mm~1.6mm的范围。

另外，填充于钢制外皮内的焊药总质量以相对于焊丝总质量的质量%(以下，将该值记作焊药填充率)计优选为6.0%以上且18.0%以下。含于钢制外皮中的焊药为粉末状态，焊药通过相对于钢制外皮卷实(巻き締める)而使其在焊丝内的位置稳定。焊药填充率小于6.0%时，相对于在钢制外皮的内部生成的空间，存在的焊药量过少，卷实焊药的强度变弱。因此，焊药在焊丝内移动，焊丝中的成分变得不稳定的可能性增高。相反，焊药填充率超过18.0%时，在焊丝制造时的拉丝工序中断丝频发，阻碍生产性，因而不现实。根据上述理由，优选焊药填充率为6.0%以上且18.0%以下。

另外，在本发明的焊丝中，已确认CaO、MgO、Si氧化物、Ti氧化物可能会对熔渣剥离性造成影响，从显示出更好的熔渣的剥离性的观点来看，优选以相对于焊丝总质量的质量比计，(CaO+MgO)/(Ti氧化物+Si氧化物)的比例超过1.50。

实施例

下面，结合实施例来检验本发明和比较例。

首先，针对试制焊丝的制造工序进行说明。将成分如表1所示的钢制外皮如图1所示地成形为U型，并在该阶段将焊药从上部填充至钢制外皮内。之后，成形为O型，有狭缝的焊丝经过拉丝工序加工为直径φ1.2mm的试制焊丝。另外，对于无狭缝的焊丝，在填充焊药后对钢制外皮的接合部位进行焊接，经过消除成为焊药吸湿原因的钢制外皮的狭缝状间隙的工序后，实施拉丝，加工成直径φ1.2mm的试制焊丝。本发明的实施例中，焊丝的成分全部根据填充于钢制外皮的内部的焊药调整。

[表1]

（质量%）

C	Si	Mn	P	S	余量
						0.03	0.10	0.50	0.007	0.005	Fe及不可避免的杂质

使用在JIS G 3106中规定的SM490B钢板加工图2及图3所示的坡口，将上述的试制焊丝在下向、立向、上向、横向的焊接位置进行焊接，并进行了评价。用于试验的SM490B钢材的成分如表2所示。另外，各焊接位置的焊接条件如表3所示，试制焊丝的评价项目和合格标准记载于表4。需要说明的是，在实施例中使用了Ar+20%CO₂气体，但对于本发明的焊丝而言，除Ar+20%CO₂之外的其它保护气体(例如，除CO₂气体、He气等常规使用的保护气体以外的保护气体)也可以充分地使用。

[表2]

（质量%）

C	Si	Mn	P	S	余量
						0.15	0.20	1.10	0.007	0.007	Fe及不可避免的杂质

[表3]

[表4]

备注：

(1)对于上述全部的评价试验，距离焊接起始位置50mm以内的焊道部分和焊口部分均作为不稳定区域而排除在评价对象之外。

(2)在各试验结果的表中，合格为○，不合格记作×。

首先，使用表5所示的焊丝序号1~13的焊丝，实施有关CaO的含量的检验。试验结果如表6及表7所示。

对于CaO的含量相对于焊丝总质量以质量%计为0.2%以上且7.0%以下的焊丝序号1~11，全部得到了取得合格判定的良好结果。另外，对于CaO的含量相对于焊丝总质量以质量%计为0.7%以上且6.3%以下的焊丝序号2~10，确认到了咬边抑制效果。另外，对于CaO的含量相对于焊丝总质量以质量%计为1.4%以上且5.6%以下的焊丝序号3~9，确认到同时获得了咬边抑制效果和飞溅降低效果。

[表5]

[表6]

[表7]

另一方面，使用CaO的含量相对于焊丝总质量以质量%计为0.1%的焊丝序号12号的情况下，因CaO含量过少，虽然能进行下向焊接，但在其它焊接位置产生溶融金属的滴流，无法进行焊接，所以为不合格。

另外，使用CaO的含量相对于焊丝总质量以质量%计为7.1%的焊丝序号13号的情况下，熔渣的流动性不充分，在焊接金属中确认到熔渣夹杂，所以为不合格。

接着，使用表8记载的焊丝对CaO、MgF₂、CaF₂、SrF₂、BaF₂的含量进行了检验。试验结果如表9及表10所示。

对于MgF₂、CaF₂、SrF₂、BaF₂的总含量相对于焊丝总质量为1.0%以上，且MgF₂、CaF₂、SrF₂、BaF₂、CaO的总含量相对于焊丝总质量以质量%计为3.0%以上且12.0%以下的焊丝序号14~29，全部得到了取得合格判定的良好结果。

[表8]

[表9]

[表10]

另外，对于MgF₂、CaF₂、SrF₂、BaF₂的总含量相对于焊丝总质量为1.0%以上，且MgF₂、CaF₂、SrF₂、BaF₂、CaO的总含量相对于焊丝总质量以质量%计为4.0%以上且10.0%以下的焊丝序号18号~23号，除了上述结果之外，还得到了兼备焊道宽度稳定的改善效果的结果。

另一方面，对于MgF₂、CaF₂、SrF₂、BaF₂的总含量相对于焊丝总质量小于1.0%的焊丝序号30号，因熔渣的凝固温度过高，所以熔渣的流动性不充分，不仅在焊接金属中确认到熔渣夹杂，而且不满足焊接金属的氧量、夏比冲击试验的合格基准，因此为不合格。

对于MgF₂、CaF₂、SrF₂、BaF₂、CaO的总含量相对于焊丝总质量小于3.0%的31号焊丝，因熔渣量不足，虽然能进行下向焊接，但在其它焊接位置产生溶融金属的滴流，无法进行焊接，所以为不合格。

对于MgF₂、CaF₂、SrF₂、BaF₂、CaO的总含量相对于焊丝总质量超过12.0%的32号焊丝，熔渣量过剩，熔池不稳定。其结果是，焊接时烟雾产生量不满足合格基准，不合格。

接着，使用表11的焊丝对脱氧金属元素的含量进行了检验。试验结果如表12及表13所示。

对于Al含量相对于焊丝总质量以质量%计小于0.3%，且Si、Al、Ti、Mg、Zr、Ca、Ce、La的总含量相对于焊丝总质量以质量%计为0.2%以上且2.0%以下的焊丝序号33~53，全部得到了取得合格判定的良好结果。

[表11]

[表12]

[表13]

另一方面，对于Al含量相对于焊丝总质量以质量%计为0.3%的焊丝序号54，未生成由晶内相变引起的微细组织，所以焊接金属的韧性不满足合格基准，为不合格。

另外，对于Si、Al、Ti、Mg、Zr、Ca、Ce、La的总含量相对于焊丝总质量以质量%计为0.1%的焊丝序号55，因脱氧不充分，所以产生气泡，为不合格。

另外，对于Si、Al、Ti、Mg、Zr、Ca、Ce、La的总含量相对于焊丝总质量以质量%计为2.1%的焊丝序号56，因在焊接金属中生成了MAC这样的硬质微组织，所以夏比冲击试验不满足合格基准，为不合格。

接着，使用表14的焊丝对作为合金元素含量的指标的α值和P、S的总含量进行了检验。试验结果如表15所示。

对于α的值为0.15%以上且0.40%以下，P和S的总含量相对于焊丝总质量以质量%计为0.040%以下的焊丝序号57~65，全部得到了取得合格判定的良好结果。

[表14]

[表15]

另一方面，对于α的值为0.14的焊丝序号66，因淬火性不足，生成了晶界铁素体、侧板条铁素体(ferrite side-plate)这样的粗大微组织，焊接金属的韧性不满足合格基准，所以为不合格。

另外，对于α的值为0.41的焊丝序号67，因淬火性过剩，生成了马氏体这样的硬质组织，焊接金属的韧性不满足合格基准，所以为不合格。

另外，对于P和S的总含量相对于焊丝总质量以质量%计为0.041%的焊丝序号68号，在焊接金属中产生高温裂纹，夏比冲击试验也不满足合格基准，所以为不合格。

接着，使用表16的焊丝对Si氧化物、Mn氧化物、Al氧化物、Ti氧化物、B氧化物、Zr氧化物的总含量进行了检验。结果如表17及表18所示。

对于Si氧化物、Mn氧化物、Al氧化物、Ti氧化物、B氧化物、Zr氧化物的总含量相对于焊丝总质量以质量%计为0.2%以上且3.0%以下的焊丝序号69~84、及149~151，全部得到了取得合格判定的良好结果。

[表16]

[表17]

[表18]

另一方面，对于Si氧化物、Mn氧化物、Al氧化物、Fe氧化物、Ti氧化物、B氧化物、Zr氧化物的总含量相对于焊丝总质量以质量%计为0.1%的焊丝序号85，熔渣的包覆层不均匀，焊道曲折不满足合格基准，所以为不合格。

另外，对于Si氧化物、Mn氧化物、Al氧化物、Ti氧化物、B氧化物、Zr氧化物的总含量相对于焊丝总质量以质量%计为3.1%的焊丝序号86及152，因焊接金属的氧量和夏比冲击试验不满足合格基准，所以为不合格。

接着，使用表19所示的焊丝对含于焊药中的铁粉的含量进行了检验。试验结果如表20及表21所示。

对于焊药中的铁粉含量相对于焊丝总质量以质量%计为5.0%以下的焊丝序号87~95，全部得到了取得合格判定的良好结果。

[表19]

[表20]

[表21]

另一方面，对于焊药中的铁粉含量相对于焊丝总质量以质量%计为5.1%的焊丝序号96号，焊接金属的氧量、夏比冲击试验结果不满足合格基准，为不合格。

接着，使用表22的焊丝对CaCO₃、MgCO₃、SrCO₃、BaCO₃的总含量进行了检验。结果如表23及表24所示。

CaCO₃、MgCO₃、SrCO₃、BaCO₃的总含量相对于焊丝总质量以质量%计为0.1%以上且4.0%以下的焊丝序号98号~111号全部合格，还可以确认到抑制大粒飞溅物的产生比例的改善效果。另外，不含有CaCO₃、MgCO₃、SrCO₃、BaCO₃的焊丝序号97也为合格。

[表22]

[表23]

[表24]

另一方面，对于CaCO₃、MgCO₃、SrCO₃、BaCO₃的总含量相对于焊丝总质量以质量%计为4.1%的焊丝序号112，因含量过剩，所以飞溅总量、大型飞溅物比例均不满足合格基准，为不合格。

接着，使用表25的焊丝对MgO、BaO、SrO的含量进行了检验。结果如表26及表27所示。

MgO、BaO、SrO的含量相对于焊丝总质量以质量%计为0.1%以上且3.2%以下的114~123全部合格，并且还确认到了使焊道焊缝角顺畅的效果。另外，焊丝中不含有MgO的焊丝序号113也取得合格判定。

另外，对于(CaO+MgO)/(Si氧化物+Ti氧化物)的含有比例超过1.50的焊丝序号117及焊丝序号120~123，确认到熔渣剥离的改善效果，为更易进行焊接作业的结果。

[表25]

[表26]

[表27]

另一方面，对于MgO、BaO、SrO的含量相对于焊丝总质量以质量%计为3.3%的焊丝序号124及153~155，因含量过剩，所以无法进行焊接，在立向、上向、横向的位置无法进行焊接，所以为不合格。

最后，使用表28的焊丝对钢制外皮的缝隙进行了检验。即，制造了表28左侧的焊丝序号的试制焊丝、和区别点仅在于在钢制外皮上是否存在成为吸湿原因的狭缝状间隙的表28右侧的焊丝序号的试制焊丝，并分别对它们进行了扩散性氢的评价。结果如表29所示。

对于在钢制外皮上存在缝隙的焊丝和在钢制外皮上不存在缝隙的焊丝两者而言，全部为合格，但在钢制外皮上不存在缝隙的焊丝中明确地确认到降低扩散性氢的效果。

[表28]

[表29]

将以上说明的实施例的试验结果作为综合评价结果归纳示于表30。

[表30]

Claims

1.一种气体保护电弧焊接用药芯焊丝，其是在钢制外皮中填充焊药而形成的，其中，

该气体保护焊接用药芯焊丝同时满足下述的条件(a)～(g)：

(a)含有CaO，且该CaO的含量相对于焊丝总质量以质量％计为1.7％以上且4.9％以下；

(b)含有MgF₂、CaF₂、SrF₂、BaF₂中的一种或两种以上，且其总含量相对于焊丝总质量以质量％计为1.0％以上，

并且，MgF₂、CaF₂、SrF₂、BaF₂中的一种或两种以上与CaO的含量的总和相对于焊丝总质量以质量％计为3.0％以上且12.0％以下；

(c)含有金属状态的Si、Al、Ti、Mg、Zr、Ca、Ce、La中的一种或两种以上，且其总含量相对于焊丝总质量为0.2％以上且2.0％以下，

并且，相对于焊丝总质量，金属状态的Al的含量范围以质量％计限制在小于0.3％；

(d)由下述式(1)定义的α值在0.15以上且0.40以下的范围，且P和S的总含量相对于焊丝总质量以质量％计限制在0.040％以下，

α＝N(C)+N(Si)/30+N(Mn)/20+N(Cu)/20+N(Ni)/60+N(Cr)/20+N(Mo)/15+N(V)/10+N(Nb)/10+5N(B)……式(1)

其中，N(X)代表相对于焊丝总质量的元素X的质量％；

(e)Si氧化物、Mn氧化物、Al氧化物、Ti氧化物、B氧化物、Zr氧化物的总含量相对于焊丝总质量以质量％计为0.2％以上且3.0％以下；

(f)余量为Fe、电弧稳定剂及不可避免的杂质，所述焊药中的铁粉含量相对于焊丝总质量以质量％计为5.0％以下，

(g)所述气体保护焊接用药芯焊丝的直径为1.2mm～1.6mm，并且，以填充于所述钢制外皮内的所述焊药总质量相对于焊丝总质量的质量％表示的焊药填充率为6.0％以上且18.0％以下。

2.根据权利要求1所述的气体保护电弧焊接用药芯焊丝，其还含有CaCO₃、MgCO₃、SrCO₃、BaCO₃中的一种或两种以上，且其总含量相对于焊丝总质量以质量％计为0.1％以上且4.0％以下。

3.根据权利要求1或2所述的气体保护电弧焊接用药芯焊丝，其还含有MgO、SrO、BaO中的一种或两种以上，且其总含量相对于焊丝总质量以质量％计为0.1％以上且3.2％以下。

4.根据权利要求1或2所述的气体保护电弧焊接用药芯焊丝，其中，在所述钢制外皮上不存在成为吸湿的原因的狭缝状间隙。

5.根据权利要求3所述的气体保护电弧焊接用药芯焊丝，其中，在所述钢制外皮上不存在成为吸湿的原因的狭缝状间隙。