JP2012228704A - 炭酸ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】大入熱及び高パス間温度での全姿勢溶接において溶接作業性が良好で、機械的性能の優れた溶接金属が得られる炭酸ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤを提供する。
【解決手段】ワイヤ全質量に対する質量％で、Ｃ：０．０３〜０．１０％、Ｓｉ：０．１〜０．４％、Ｍｎ：１．７〜２．８％、Ｍｏ：０．１〜０．３％、Ｎｉ：０．１〜３．０％、Ｍｇ：０．３５〜０．６５％、Ｂ：０．００１０〜０．０１００％、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ₂換算値：４．８〜６．５％、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ₂換算値：０．３〜０．８％、Ｚｒ酸化物のＺｒＯ₂換算値：０．２〜０．５％、ＡｌのＡｌ₂Ｏ₃換算値及びＡｌ₂Ｏ₃の１種又は２種の合計：０．４〜１．２％、アルカリ金属化合物のＮａ₂Ｏ換算値及びＫ₂Ｏ換算値の１種又は２種の合計：０．０６〜０．２０％、弗素化合物のＦ換算値が０．０３％以下であることを特徴とする。
【選択図】なし

Description

本発明は、炭酸ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤに関し、特に、高能率に溶接施工が可能な大入熱及び高パス間温度の溶接施工条件で引張強さが５９０〜７４０ＭＰａ級の高張力鋼を溶接する場合に、全姿勢溶接においての溶接作業性に優れ、機械的性能に優れた溶接金属を得ることができる炭酸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。

近年、建築鉄骨分野において、溶接施工のさらなる能率向上を図るため、大入熱及び高パス間温度の溶接施工条件に対応するガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤが開発されており、その成分組成の一例がＪＩＳ Ｚ３３１２ ＹＧＷ１８に規定されている。このガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤは、溶接金属の強度及び靭性の低下を招くことなく溶接施工が可能な条件として、引張強さが４９０ＭＰａ級の高張力鋼に対して、最大入熱４０ｋＪ／ｃｍ、最高パス間温度３５０℃の溶接施工条件が許容される。また、引張強さが５２０ＭＰａ級の高張力鋼に対しては、最大入熱３０ｋＪ／ｃｍ、最高パス間温度２５０℃の溶接施工条件が許容される。

このような大入熱及び高パス間温度の溶接施工条件に対応したガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤとしては、例えば、特開平１０−２３０３８７号公報（特許文献１）、特開平１１−９０６７８号公報（特許文献２）及び特開２００１−２８７０８６号公報（特許文献３）等にあるように、Ｍｏ、Ｃｒ等を多く含むものが提案されている。このようなソリッドワイヤによれば、大入熱及び高パス間温度の溶接施工条件においても強度を確保することが可能であるが、ソリッドワイヤの場合、立向上進溶接においては溶融メタルが垂れ易いため、立向上進溶接で良好な溶接作業性を確保しつつ、高能率に溶接施工が可能な溶接施工条件で溶接するのは困難である。

フラックス入りワイヤにより立向上進溶接性を向上した例として、特開平９−２６２６９３号公報（特許文献４）、特開２００４−３４０７８号公報（特許文献５）、特開２００８−８７０４４号公報（特許文献６）等に記載のものが提案されている。しかしながら、これらに記載の何れのフラックス入りワイヤも、高能率に溶接施工が可能な溶接入熱２０〜４０ｋＪ／ｃｍ、パス間温度２００〜３５０℃の溶接施工条件において得られる溶接金属の強度及び靭性が充分ではない。

このような課題に対応するため、本願発明者らは、特開２０１１−２５２９８号公報（特許文献７）で提案しているように、高能率に溶接施工が可能な大入熱及び高パス間温度の溶接施工条件の下で、良好な溶接作業性が得られるとともに、機械的性能に優れた溶接金属が得られるフラックス入りワイヤを開発している。しかし、このフラックス入りワイヤでは、５２０ＭＰａ級高張力鋼に対応できる強度と０℃での靭性とに優れた溶接金属は確保できるが、さらなる高強度鋼に対応できる強度とさらなる低温での靭性とについて、要求される性能を十分確保できていないという問題があった。

特開平１０−２３０３８７号公報 特開平１１−９０６７８号公報 特開２００１−２８７０８６号公報 特開平９−２６２６９３号公報 特開２００４−３４０７８号公報 特開２００８−８７０４４号公報 特開２０１１−２５２９８号公報

そこで、本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、シールドガスに炭酸ガスを用い、高能率に溶接施工が可能な溶接入熱２０〜４０ｋＪ／ｃｍ、パス間温度２００〜３５０℃の溶接施工条件において、全姿勢溶接において溶接作業性が良好であり、さらに５９０〜７４０ＭＰａ級の強度と−４０℃で良好な靭性との溶接金属が得られる炭酸ガスシールドアーク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。

本発明の要旨は、鋼製外皮にフラックスを充填してなる炭酸ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤにおいて、ワイヤ全質量に対する質量％で、Ｃ：０．０３〜０．１０％、Ｓｉ：０．１〜０．４％、Ｍｎ：１．７〜２．８％、Ｍｏ：０．１〜０．３％、Ｎｉ：０．１〜３．０％、Ｍｇ：０．３５〜０．６５％、Ｂ：０．００１０〜０．０１００％、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ₂換算値：４．８〜６．５％、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ₂換算値：０．３〜０．８％、Ｚｒ酸化物のＺｒＯ₂換算値：０．２〜０．５％、ＡｌのＡｌ₂Ｏ₃換算値及びＡｌ₂Ｏ₃の１種又は２種の合計：０．４〜１．２％、アルカリ金属化合物のＮａ₂Ｏ換算値及びＫ₂Ｏ換算値の１種又は２種の合計：０．０６〜０．２０％を含有し、弗素化合物のＦ換算値が０．０３％以下であり、残部が鉄粉、鉄合金のＦｅ分、鋼製外皮のＦｅ分及び不可避不純物からなることを特徴とする。

また、ワイヤの全水素量が２０ｐｐｍ以下であることも特徴とする炭酸ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤにある。

本発明に係る炭酸ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤによれば、高能率に溶接施工が可能な大入熱及び高パス間温度の溶接施工条件で５９０〜７４０ＭＰａ級高張力鋼を溶接した場合でも、全姿勢溶接においてアークが安定であるとともにスパッタ発生量が少なく、ビード形状及びスラグ剥離性など良好な溶接作業性が得られ、かつ、機械的性能、特に−４０℃での靭性が良好な溶接金属を得ることが可能となる。

本発明者らは、高能率に溶接施工が可能な大入熱及び高パス間温度の溶接施工条件で溶接した場合においても、全姿勢溶接での溶接作業性が良好であるとともに、強度及び低温靭性をはじめとした機械的性能に優れた溶接金属を得るべく、フラックス入りワイヤの成分組成について種々検討を行った。

この結果、最大入熱量４０ｋＪ／ｃｍ、最高パス間温度３５０℃で高能率に溶接施工が可能な条件で多層盛溶接した場合において、十分な溶接金属の強度及び低温靭性を確保するためには、ワイヤ中のＣ、Ｍｎ、Ｍｏを適正量とすることにより溶接金属の強度を確保し、さらにＳｉを低く制限し、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｂを適正量とすることによって良好な溶接金属の強度及び低温靭性が得られることが判明した。

また、全姿勢溶接における溶接作業性は、ＴｉＯ₂、ＳｉＯ₂、ＺｒＯ₂、Ａｌ、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｎａ₂Ｏ及びＫ₂Ｏを適正量にすると共に、弗素化合物を低減することによって良好になることを見出した。

以下、本発明に係るフラックス入りワイヤの成分（以下、ワイヤ成分という。）と、その組成の限定理由について説明する。なお、各ワイヤ成分は、フラックス入りワイヤの鋼製外皮又はフラックスの少なくとも一方に含有されるものである。以下の説明において、各ワイヤ成分の組成は、各ワイヤ成分の鋼製外皮とフラックスとでの合計質量をワイヤ全質量に対する質量％での割合で表すこととし、その質量％を表すときには単に％と記載して表すこととする。

［Ｃ：０．０３〜０．１０％］
Ｃは、溶接金属の焼入れ性を高め、溶接金属の強度及び低温靭性を確保するうえで重要な元素である。ワイヤ成分のＣが０．０３％未満では、必要な溶接金属の強度及び低温靭性が得られない。一方、ワイヤ成分のＣが０．１０％を超えると、溶接金属の高温割れ感受性が高くなり、クレータ割れ等の高温割れが生じやすくなる。また、溶接金属の強度が過度に高くなり溶接金属の低温靭性がかえって低下する。従って、ワイヤ成分のＣは０．０３〜０．１０％とする。なお、ワイヤ成分のＣ源としては、鋼製外皮中のＣ、フラックス中のＣ単体、鉄粉及び金属粉中のＣ等がある。

［Ｓｉ：０．１〜０．４％］
Ｓｉは、溶接金属の酸素量を低下させて溶接金属の低温靭性を向上させるうえで重要な元素であるが、大入熱及び高パス間温度での溶接施工条件においては、溶接金属中のＳｉが過多であると、再熱部においてマルテンサイトと残留オーステナイトの混合組織（以下、ＭＡという。）の生成が促進され、かえって溶接金属の低温靭性が低下してしまう。しかしながら、ワイヤ成分のＳｉが０．４％以下であれば、−４０℃における靭性について許容できる範囲となる。一方、ワイヤ成分のＳｉが０．１％未満では、脱酸効果が不足するためブローホール等の気孔欠陥が発生する。従って、ワイヤ成分のＳｉは０．１〜０．４％とする。なお、ワイヤ成分のＳｉ源としては、鋼製外皮中のＳｉ、フラックス中のＦｅ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｎのような合金中のＳｉ等がある。

［Ｍｎ：１．７〜２．８％］
Ｍｎは、溶接金属の酸素量を下げて必要な溶接金属の低温靭性を得ると共に、溶接金属の焼き入れ性を高めて溶接金属の強度を確保する上で重要な元素である。ワイヤ成分のＭｎが１．７％未満であると、大入熱及び高パス間温度の溶接施工条件の下ではＭｎによる充分な効果が得られず、溶接金属の強度及び低温靭性の低下を招く。ワイヤ成分のＭｎが２．８％を超えると、溶接金属の強度が過度に高くなり溶接金属の低温靭性がかえって低下する。従って、ワイヤ成分のＭｎは１．７〜２．８％とする。ワイヤ成分のＭｎ源としては、鋼製外皮中のＭｎ、フラックス中の金属Ｍｎ、Ｆｅ−Ｍｎ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｎのような合金中のＭｎ等がある。

［Ｍｏ：０．１〜０．３％］
Ｍｏは、Ｍｎと同様に微量添加で溶接金属の焼入れ性を高める元素であり、特に、大入熱及び高パス間温度の溶接施工条件の下で強度を確保するために必須となる元素である。ワイヤ成分のＭｏが０．１％未満であると、必要な溶接金属の強度が得られず溶接金属の低温靭性も低下する。一方、ワイヤ成分のＭｏが０．３％を超えると、溶接金属の強度が高くなりすぎ溶接金属の低温靭性がかえって低下する。従って、ワイヤ成分のＭｏは０．１〜０．３％とする。なお、ワイヤ成分のＭｏ源としては、金属Ｍｏ、Ｆｅ−Ｍｏのような合金中のＭｏ等がある。

［Ｎｉ：０．１〜３．０％］
Ｎｉは、溶接金属の強度及び低温靭性を向上させる効果がある。ワイヤ成分のＮｉが０．１％未満では、その効果が不十分となり、溶接金属の強度及び低温靭性の低下を招く。ワイヤ成分のＮｉが３．０％を超えると、溶接金属の強度が過度に上昇し溶接金属の低温靭性がかえって低下する。従って、ワイヤ成分のＮｉは０．１〜３．０％とする。なお、ワイヤ成分のＮｉ源としては、金属Ｎｉ、Ｎｉ−Ｍｇのような合金中のＮｉ等がある。

［Ｍｇ：０．３５〜０．６５％］
Ｍｇは、強脱酸剤として溶接金属の酸素を低減することにより溶接金属の低温靭性を向上させる効果がある。特に、大入熱及び高パス間温度の溶接施工条件では、溶融プールが大きくなって他の脱酸剤（Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ）の消耗が多いため、主にＭｇで脱酸して溶接金属の低温靭性を確保する。ワイヤ成分のＭｇが０．３５％未満であると、溶接金属の酸素が多くなって溶接金属の低温靭性が低下する。一方、ワイヤ成分のＭｇが０．６５％を超えると、スパッタ発生量が多くなる。従って、ワイヤ成分のＭｇは０．３５〜０．６５％とする。なお、ワイヤ成分のＭｇ源としては、金属Ｍｇ、Ａｌ−Ｍｇ、Ｎｉ−Ｍｇのような合金中のＭｇ等がある。

［Ｂ：０．００１０〜０．０１００％］
Ｂは、微量の添加により溶接金属の焼入れ性を高めて、溶接金属の低温靭性を向上させる効果がある。ワイヤ成分のＢが０．００１０％未満では、その効果が不十分となり、溶接金属の低温靭性の低下を招く。ワイヤ成分のＢが０．０１００％を超えると、溶接金属の高温割れ感受性が高くなり、クレータ割れ等の高温割れが生じやすくなる。また、溶接金属の強度が過大となり溶接金属の低温靭性がかえって低下する。従って、ワイヤ成分のＢは０．００１０〜０．０１００％とする。なお、Ｂの効果は、金属単体、合金又は酸化物による何れでも発揮することができるため、フラックスに添加する場合の形態は自由である。

［Ｔｉ酸化物のＴｉＯ₂換算値：４．８〜６．５％］
ルチール、チタンスラグ等のＴｉ酸化物は、アーク安定剤であるとともにビード形状を良好にする効果がある。また、Ｔｉ酸化物は、溶融スラグの粘性と融点を適度なものとすることにより、立向上進溶接で溶融メタルが垂れるのを防止する効果がある。さらに、Ｔｉ酸化物は、一部がＴｉ酸化物として溶接金属に歩留り、溶接金属のミクロ組織を微細化して溶接金属の低温靭性を向上させる効果がある。Ｔｉ酸化物のＴｉＯ₂換算値が４．８％未満であると、アークが不安定となりスパッタ発生量が多くなるとともに、ビード形状も不良となる。また、立向上進溶接で溶融メタルが垂れるようになる。一方、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ₂換算値が６．５％を超えると、アークが安定してスパッタ発生量も少なくなるが、多層盛溶接でスラグ量が多くなり、スラグ剥離性が不良となる。また、溶接金属へのＴｉ酸化物の歩留りが過剰になり、非金属介在物が多くなって溶接金属の低温靭性が低下する。従って、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ₂換算値は４．８〜６．５％とする。

［Ｓｉ酸化物のＳｉＯ₂換算値：０．３〜０．８％］
珪砂やジルコンサンド、珪酸ソーダ等のＳｉ酸化物は、大入熱及び高パス間温度の溶接施工条件においても溶融スラグの粘性を高め、特に、立向上進溶接でメタル垂れが発生するのを防止してビード形状を平滑にする効果がある。Ｓｉ酸化物のＳｉＯ₂換算値が０．３％未満であると、溶融スラグの粘性が低くなり、立向上進溶接でメタル垂れが発生し易くなることにより、ビード形状が凸形となり平滑なビード形状が得られない。一方、０．８％を超えると、溶接金属中のＭＡ生成が促進され、溶接金属の低温靭性が低下する。従って、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ₂換算値は０．３〜０．８％とする。

［Ｚｒ酸化物のＺｒＯ₂換算値：０．２〜０．５％］
ジルコンサンド、酸化ジルコン等のＺｒ酸化物は、溶融スラグの凝固温度を高くして立向上進溶接で溶融メタルを垂れにくくする効果がある。Ｚｒ酸化物のＺｒＯ₂換算値が０．２％未満であると、立向上進溶接で溶融メタルが垂れ易くなることにより、ビード形状が凸形となり平滑なビード形状が得られない。一方、０．５％を超えると、スラグ巻込みが発生し易くなる。従って、Ｚｒ酸化物のＺｒＯ₂換算値は０．２〜０．５％とする。

［ＡｌのＡｌ₂Ｏ₃換算値及びＡｌ₂Ｏ₃の１種又は２種の合計：０．４〜１．２％］
Ａｌは、酸化物となって、Ａｌ₂Ｏ₃とともに溶融スラグの粘性及び凝固点を調整することによって、スラグ被包性を高めてビード形状を良好にする効果がある。ＡｌのＡｌ₂Ｏ₃換算値及びＡｌ₂Ｏ₃の１種又は２種の合計が０．４％未満であると、立向上進溶接で溶融メタルが垂れ易くなることによりビード形状が凸形となり、平滑なビード形状が得られない。一方、１．２％を超えると、溶接金属中に非金属介在物として残留して溶接金属の低温靭性が低下する。従って、ＡｌのＡｌ₂Ｏ₃換算値及びＡｌ₂Ｏ₃の１種又は２種の合計は０．４〜１．２％とする。なお、ワイヤ成分のＡｌ源としては、金属Ａｌ、Ｆｅ−Ａｌのような合金中のＡｌ等がある。

［アルカリ金属化合物のＮａ₂Ｏ換算値及びＫ₂Ｏ換算値の１種又は２種の合計：０．０６〜０．２０％］
カリ長石、珪酸ソーダや珪酸カリからなる水ガラスの固質成分、弗化ソーダや珪弗化カリ等の弗素化合物からのＮａ及びＫは、アーク安定剤及びスラグ形成剤として作用する。アルカリ金属化合物のＮａ₂Ｏ換算値及びＫ₂Ｏ換算値の１種又は２種の合計が０．０６％未満であると、アークが不安定となりスパッタ発生量が多くなると共に、ビード外観が劣化する。一方、０．２０％を超えると、スラグ剥離性が不良となる。また、立向上進溶接で溶融メタルが垂れやすくなる。従って、アルカリ金属化合物のＮａ₂Ｏ換算値及びＫ₂Ｏ換算値の１種又は２種の合計は０．０６〜０．２０％とする。

［弗素化合物のＦ換算値：０．０３％以下］
弗化ソーダや珪弗化カリ等の弗素化合物は、アークの指向性を高めて安定した溶融プールを形成する効果があるが、大入熱及び高パス間温度の溶接施工条件においては、弗素化合物のＦ換算値が０．０３％超であると、スパッタ発生量が多くなる。従って、弗素化合物のＦ換算値は０．０３％以下とする。

［全水素量：２０ｐｐｍ以下］
ワイヤ中の水素は、溶接金属の拡散性水素源となるので、耐低温割れ性を高める観点からできるだけ低減することが好ましい。ワイヤ中の全水素量が２０ｐｐｍを超えると、拡散性水素量（ＪＩＳ Ｚ３１１８）が４ｍｌ／１００ｇを超えるので、多層盛溶接をした場合に低温割れ感受性が高まり、低温割れの可能性が大きくなる。従って、ワイヤ中の全水素量は２０ｐｐｍ以下とすることが好ましい。なお、ワイヤ中の全水素量は、不活性ガス融解熱伝導度法等により測定することができる。また、拡散性水素量は、ＪＩＳ Ｚ３１１８に記載の方法により測定することができる。

なお、本発明に係る炭酸ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤのその他の成分は、成分調整のために添加した鉄粉、鋼製外皮のＦｅ分、鉄合金（Ｆｅ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｍｎ等）のＦｅ分及び不可避不純物である。

また、本発明に係る炭酸ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、鋼製外皮をパイプ状に成形し、その内部にフラックスを充填した構造である。本発明に係るフラックス入りワイヤの種類としては、鋼製外皮に継ぎ目が無いワイヤと、鋼製外皮に継ぎ目を有するワイヤとに大別できる。鋼製外皮に継ぎ目がないワイヤは、例えば、予め管状に成形されたパイプ内に開口部から粉状のフラックスを充填し、所定の断面寸法まで伸線加工するか、鋼製フープを管状に湾曲成形しながら内部に粉状のフラックスを充填し、次いで合わせ目を溶接してから所定の断面寸法まで伸線加工して製造される。鋼製外皮に継ぎ目があるワイヤは、例えば、鋼製フープを管状に湾曲成形しながら内部に粉状のフラックスを充填し、次いで所定の断面寸法まで伸線加工して製造される。本発明においては、何れの断面構造のワイヤを採用してもよい。

なお、鋼製外皮に貫通した継ぎ目の無いワイヤは、ワイヤの全水素量を低減することを目的として、６５０〜１０００℃の温度域で焼鈍する熱処理が可能であるうえ、製造後の吸湿がないことから、拡散性水素量を低減して耐低温割れ性の向上を容易に実現できるので、より好ましい。鋼製外皮に継ぎ目を有するワイヤは、耐低温割れ性の向上を図る場合、水素含有量の低いフラックスの選定が必要である。

また、本発明に係るガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、シールドガスとして炭酸ガスを使用するガスシールドアーク溶接に用いられる。これは、炭酸ガスがアルゴンを主成分とする混合ガスより安価であることと、大入熱溶接においてアルゴンを主成分とする混合ガスよりシールド性の確保が容易であるという利点があるためである。

以下、本発明の効果を実施例により具体的に説明する。

実施例では、まず、ＪＩＳ Ｇ３１４１に記載のＳＰＣＣを鋼製外皮として使用して、下記の表１に示すワイヤＮｏ．１〜２５の成分組成のフラックス入りワイヤを試作した。各試作ワイヤのワイヤ径は１．４ｍｍとした。ワイヤＮｏ．２３〜２５を除く各試作ワイヤは、伸線加工の途中で６５０〜８００℃の温度域で焼鈍を実施した。このうち、鋼製外皮に継ぎ目を有するワイヤＮｏ．４，５及び２１は、Ａｒ雰囲気中で焼鈍した後、ワイヤ製造後にビニール製の袋に封入して溶接時まで保管した。また、ワイヤＮｏ．２３〜２５は、焼鈍及びビニール製の袋への封入は実施しなかった。鋼製外皮に継ぎ目の無いワイヤは、ワイヤ表面に銅めっきを施した。なお、表１において、フラックス入りワイヤの成分組成が本発明において規定した範囲外であるものについては下線を付すこととした。

各試作ワイヤは、その各試作ワイヤを実際に用いて、高能率に溶接施工が可能な溶接入熱３５〜４０ｋＪ／ｃｍ、パス間温度２００〜３５０℃の溶接施工条件の下で立向上進多層溶接を行った時の溶接作業性と、溶接後に得られる溶接金属の機械的性能及び拡散性水素量を調査した。また、各試作ワイヤは、溶接金属の耐低温割れ性を調査するため、後述の溶接割れ試験を行なった。

立向上進多層溶接は、板厚２５ｍｍの建築構造用鋼であり引張強さが５９０ＭＰａ級の鋼ＳＡ４４０Ｂを試験体として用い、その試験体について開先角度３５度、ルート間隔７ｍｍとしたうえで裏当てを配置した条件として、下記の表２に示す溶接条件の下で、試験体を各試作ワイヤによりガスシールドアーク溶接することにより行った。立向上進多層溶接では、アークの安定性、スパッタの発生状態、ビード形状及びスラグ剥離性を調査して、その調査結果に基づき各試作ワイヤを評価した。

立向上進多層溶接により得られた溶接金属は、溶接金属の板厚中央部から引張試験片（ＪＩＳ Ｚ２２４１ １０号）及びシャルピー衝撃試験片（ＪＩＳ Ｚ２２４２ Ｖノッチ試験片）を採取して、それぞれＪＩＳ Ｚ２２４１に記載の方法及びＪＩＳ Ｚ２２４２に記載の方法に準拠して引張試験及びシャルピー衝撃試験を行ない、その試験結果に基づき各試作ワイヤを評価した。このとき、シャルピー衝撃試験は、試験温度を−４０℃として各試作ワイヤにつき三回分の試験を行ない、各試験により得られた吸収エネルギーの平均値を求めることとした。引張強さは５９０〜７４０ＭＰａの範囲内、吸収エネルギーの平均値は７０Ｊ以上を合格とした。

拡散性水素量は、ＪＩＳ Ｚ３１１８に記載の方法に準拠して測定した。拡散性水素量は４ｍｌ／１００ｇ以下を良好とした。ワイヤの全水素量は、（株）堀場製作所製の水素分析装置（ＥＭＧＡ−６２１）を用いて測定した。

溶接割れ試験は、ＪＩＳ Ｚ３１５７のＵ形溶接割れ試験方法に準拠して行うこととし、板厚３５ｍｍの建築構造用鋼であり引張強さが５９０ＭＰａ級の鋼ＳＡ４４０Ｂを試験体として試験板を製作し、下記の表３に示す溶接条件の下で試験板の開先を各試験ワイヤによりガスシールドアーク溶接し、溶接後４８時間経過した試験体について、表面割れ及び断面割れ（５断面）の発生有無を浸透探傷試験（ＪＩＳ Ｚ２３４３）により調査することで行なった。

以上の試験結果を表４にまとめて示す。なお、表４において、評価対象とした数値が合格又は良好でないものについては下線を付すこととした。

表１及び表４中のワイヤＮｏ．１〜１０が本発明例、ワイヤＮｏ．１１〜２５は比較例である。本発明例であるワイヤＮｏ．１〜１０は、フラックス入りワイヤの成分組成が本発明において規定した条件を満足しているので、アークが安定であり、スパッタ発生量が少なく、ビードの垂れがなく、ビード形状及びスラグ剥離性が良好であり、溶接金属の引張強さ及び吸収エネルギーが目標とする性能を満足した。また、ワイヤＮｏ．１〜１０は、ワイヤ中の全水素量が本発明において規定した条件を満足しているので、拡散性水素量が少なく、Ｕ形溶接割れ試験で割れが発生しないなど、極めて満足な結果であった。

これに対して、比較例であるワイヤＮｏ．１１は、Ｃが少ないので溶接金属の引張強さが低く、溶接金属の吸収エネルギーも低値であった。また、ＳｉＯ₂換算値が少ないので、メタル垂れが発生してビード形状が凸ビードとなった。

ワイヤＮｏ．１２は、Ｃが多いのでクレータ部に割れが発生し、溶接金属の引張強さが高く、溶接金属の吸収エネルギーが低値であった。また、ＴｉＯ₂換算値が少ないので、アークが不安定となりスパッタの発生量が多く、メタル垂れが発生してビード形状が凸ビードとなった。

ワイヤＮｏ．１３は、Ｓｉが少ないので、溶接金属の脱酸が不十分となりブローホールが発生した。また、ＡｌのＡｌ₂Ｏ₃換算値及びＡｌ₂Ｏ₃の合計が多いので、溶接金属の吸収エネルギーが低値であった。

ワイヤＮｏ．１４は、Ｓｉが多いので、溶接金属の吸収エネルギーが低値であった。また、ＺｒＯ₂換算値が多いので、スラグ巻込みが発生した。

ワイヤＮｏ．１５は、Ｍｎが少ないので、溶接金属の引張強さが低かった。また、Ｍｇが少ないので、溶接金属の酸素量が高くなり吸収エネルギーが低値であった。

ワイヤＮｏ．１６は、Ｍｎが多いので、溶接金属の引張強さが高く、溶接金属の吸収エネルギーが低値であった。また、ＺｒＯ₂換算値が少ないので、メタル垂れが発生してビード形状が凸ビードとなった。

ワイヤＮｏ．１７は、Ｍｏが少ないので、溶接金属の引張強さが低く、溶接金属の吸収エネルギーも低値であった。また、ＡｌのＡｌ₂Ｏ₃換算値が低いので、メタル垂れが発生してビード形状が凸ビードになった。

ワイヤＮｏ．１８は、Ｍｏが多いので、溶接金属の引張強さが高く、溶接金属の吸収エネルギーが低値であった。また、ワイヤ中の全水素量が高いので、拡散性水素量が多く、Ｕ形溶接割れ試験で低温割れが発生した。

ワイヤＮｏ．１９は、Ｎｉが少ないので溶接金属の吸収エネルギーが低値であった。また、Ｋ₂Ｏ換算値が少ないので、アークが不安定となりスパッタ発生量が多く、ビード外観も不良であった。

ワイヤＮｏ．２０は、Ｎｉが多いので、溶接金属の引張強さが高く、溶接金属の吸収エネルギーが低値であった。また、ワイヤ中の全水素量が高いので、拡散性水素量が多く、Ｕ形溶接割れ試験で低温割れが発生した。

ワイヤＮｏ．２１は、Ｍｇが多いので、スパッタ発生量が多かった。また、Ｎａ₂Ｏ換算値及びＫ₂Ｏ換算値の合計が多いので、スラグ剥離性が不良であり、メタル垂れが発生してビード形状が凸ビードになった。

ワイヤＮｏ．２２は、Ｂが少ないので、溶接金属の吸収エネルギーが低値であった。また、Ｆ換算値が多いので、スパッタ発生量が多かった。

ワイヤＮｏ．２３は、Ｂが多いので、クレータ割れが生じ、溶接金属の強度が高く、溶接金属の吸収エネルギーが低値であった。また、ワイヤ中の全水素量が高いので、拡散性水素量が多く、Ｕ形溶接割れ試験で低温割れが発生した。

ワイヤＮｏ．２４は、ＴｉＯ₂換算値が多いのでスラグ剥離性が不良であり、溶接金属の吸収エネルギーも低値であった。また、ワイヤ中の全水素量が高いので、拡散性水素量が多く、Ｕ形溶接割れ試験で低温割れが発生した。

ワイヤＮｏ．２５は、ＳｉＯ₂換算値が多いので、溶接金属の吸収エネルギーが低値であった。また、ワイヤ中の全水素量が高いので、拡散性水素量が多く、Ｕ形溶接割れ試験で低温割れが発生した。

Claims (2)

1. 鋼製外皮内にフラックスを充填してなる炭酸ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤにおいて、
   ワイヤ全質量に対する質量％で、
   Ｃ：０．０３〜０．１０％、
   Ｓｉ：０．１〜０．４％、
   Ｍｎ：１．７〜２．８％、
   Ｍｏ：０．１〜０．３％、
   Ｎｉ：０．１〜３．０％、
   Ｍｇ：０．３５〜０．６５％、
   Ｂ：０．００１０〜０．０１００％、
   Ｔｉ酸化物のＴｉＯ₂換算値：４．８〜６．５％、
   Ｓｉ酸化物のＳｉＯ₂換算値：０．３〜０．８％、
   Ｚｒ酸化物のＺｒＯ₂換算値：０．２〜０．５％、
   ＡｌのＡｌ₂Ｏ₃換算値及びＡｌ₂Ｏ₃の１種又は２種の合計：０．４〜１．２％、
   アルカリ金属化合物のＮａ₂Ｏ換算値及びＫ₂Ｏ換算値の１種又は２種の合計：０．０６〜０．２０％を含有し、
   弗素化合物のＦ換算値が０．０３％以下であり、
   残部が鉄粉、鉄合金のＦｅ分、鋼製外皮のＦｅ分及び不可避不純物からなること
   を特徴とする炭酸ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
2. ワイヤの全水素量が２０ｐｐｍ以下であること
   を特徴とする請求項１に記載の炭酸ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。