JP2014176878A - 水平すみ肉ガスシールドアーク溶接方法 - Google Patents

Abstract

【課題】水平すみ肉溶接の１パス溶接で大脚長を得る水平すみ肉ガスシールドアーク溶接方法の提供。
【解決手段】電極のトーチ角度を下板側から２０〜４０°、溶接の狙い位置を立板と下板との交点から下板側の距離を０〜５ｍｍとして、ワイヤ全質量に対する質量％で、Ｃ：０．０２〜０．０８％、Ｓｉ：０．２〜１．０％、Ｍｎ：１．０〜４．０％、ＴｉＯ_２換算値：３．０〜６．０％、ＳｉＯ_２換算値：１．０〜４．０％、ＦｅＯ換算値：０．１〜１．０％、Ｚｒ酸化物およびＺｒのＺｒＯ_２換算値の合計：０．２〜１．５％、ＭｇのＭｇＯ換算値およびＭｇＯの合計：１．０〜３．５％、ＡｌのＡｌ_２Ｏ_３換算値およびＡｌ_２Ｏ_３の合計：０．０５〜０．７０％、Ｎａ_２Ｏ換算値およびＫ化合物のＫ_２Ｏの合計：０．０５〜０．３％、Ｆ換算値：０．０３〜０．３０％、スラグ形成剤の合計：６．０〜１３．０％を含有するフラックス入りワイヤを用いて溶接する。
【選択図】図１

Description

本発明は、水平すみ肉ガスシールドアーク溶接方法に関し、水平すみ肉溶接の１パス溶接で大脚長が得られ、ビード外観が良好で表面欠陥のないビードが得られる水平すみ肉ガスシールドアーク溶接方法に関する。

一般に、造船や橋梁では、高能率に溶接が行えるフラックス入りワイヤが用いられることが多い。特に造船では、国際船級協会連合（ＩＡＣＳ＝Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｓｏｃｉｅｔｉｅｓ ）が共通構造規則（ＣＳＲ＝Ｃｏｍｍｏｎ Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ Ｒｕｌｅｓ）を施工してから、設計寿命や施工条件により厳しい条件が課せられることになり、さらなる高能率施工が要求されている。そのため、従来は脚長が６〜７ｍｍ程度の施工箇所であっても、ＣＳＲ基準によりさらに大きな脚長が必要になる場合があり、従来の２パス溶接で施工した場合では大幅に溶接能率が悪化してしまうため、1パスで欠陥がなく十分な脚長が得られる水平すみ肉用溶接材料および溶接施工方法が熱望されている。

このような要望に対して、特許文献１には、大脚長溶接を１パスで水平すみ肉溶接する場合において、ビード形状およ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案されている。しかし、特許文献１に記載のフラックス入りワイヤでは、アークが不安定で、大脚長で安定したビード形状を得ることができない。

特許文献２には、大脚長溶接のビード下部のビード垂れおよびビード上部のアンダーカットが発生しないフラックス入りワイヤが提案されている。しかし、特許文献２に記載のフラックス入りワイヤでは、溶融金属中の酸素量を低下させて粘性を調整することができず、大脚長で良好なビード形状を得ることができない。

また、特許文献３には、ＣＯ_２ガスおよびＡｒ−ＣＯ_２混合ガスのいずれのシールドガスを用いた場合でも、１パス溶接で脚長８ｍｍ以上の大脚長ビードが得られるガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤが提案されている。しかし、特許文献３に記載されたフラックス入りワイヤでは、溶融金属のスラグの粘性が過剰に低下してスラグが流れてしまい、結果として立板側のビードにアンダーカットが発生するという問題があった。

さらに、本出願人は特許文献４で、２電極で溶融プールを２プールとし先行電極で下板側の脚長を確保し、後行電極でルート部を溶かしながら上板側の脚長が得られる２電極大脚長水平すみ肉ガスシールドアーク溶接方法を提案した。しかし、特許文献４に記載された溶接方法は、２電極で溶接装置を必要とし、１電極でまた半自動で溶接することはできない。

特開２００３−２０５３８７号公報 特開２００７−１３６５４８号公報 特開２０１０−２８４６８２号公報 特開２００７−２２９７７０号公報

本発明は、水平すみ肉溶接の１パス溶接で、１０ｍｍ以上の大脚長が得られ、ビード外観が良好で、アンダーカットやオーバーラップ等の表面欠陥のない高品質の溶接部が得られる水平すみ肉ガスシールドアーク溶接方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、前記課題を解決するために水平すみ肉ガスシールドアーク溶接における施工方法を、種々のフラックス入りワイヤを試作して詳細に検討した結果、次に述べる知見を得た。

水平すみ肉溶接の１パス溶接で１０ｍｍ以上の大脚長を得るために、まず水平すみ肉溶接の施工方法を検討した。大脚長のビードを確保するための障害となる主な原因は、立板側のアンダーカットと下板側のオーバーラップである。そこでアンダーカットを発生させないためにアークが立板側の母材に届かないように溶接トーチを下板側に倒して溶接することでアンダーカットが生じにくく、さらにアーク点が下板側に近づくことによってオーバーラップも発生しにくいことを知見した。

また、溶接に用いるフラックス入りワイヤ成分については、溶融スラグの粘性と溶融金属の粘性とのバランスを調整する必要があり、両方の粘性をバランス良く調整しないとアンダーカットやオーバーラップ等のビード表面欠陥が発生する。

これらを改善すべく検討した結果、フラックス入りワイヤ中のＴｉＯ_２、ＳｉＯ_２、ＺｒＯ_２、ＦｅＯ、ＭｇＯ、Ａｌ_２Ｏ_３の含有量およびスラグ形成剤の合計量を調整することによって、立板側のアンダーカットおよび下板側のオーバーラップを防止し、さらに、Ｍｇ、ＡｌおよびＺｒの合計量を調整して溶融金属の粘性をコントロールすることで良好なビード外観が得られることを知見した。

また、弗素化合物および鋼製外皮のＣ含有量を制限することによって、アークを安定かつソフトにして良好なビードを形成することでき、さらに、Ｃ、Ｓｉ、ＭｎおよびＭｇ、Ａｌ、Ｚｒの１種以上の含有量を調整することで、溶接金属の機械的性質も改善できることを知見した。

本発明は、これらの知見に基づいて完成したもので、本発明の要旨は次の通りである。

（１）水平すみ肉ガスシールドアーク溶接方法において、電極のトーチ角度を下板側から２０〜４０°、溶接の狙い位置を立板と下板との交点から下板側の距離を０〜５ｍｍとして、
ワイヤ全質量に対する質量％で、鋼製外皮とフラックスの合計で、
Ｃ：０．０２〜０．０８％、
Ｓｉ：０．２〜１．０％、
Ｍｎ：１．０〜４．０％、
Ｔｉ酸化物のＴｉＯ_２換算値：３．０〜６．０％、
Ｓｉ酸化物のＳｉＯ_２換算値：１．０〜４．０％、
Ｆｅ酸化物のＦｅＯ換算値：０．１〜１．０％、
Ｍｇ、ＡｌおよびＺｒの１種または２種以上の合計：０．２〜１．０％であって、かつ、Ｚｒ酸化物およびＺｒのＺｒＯ_２換算値の１種または２種の合計：０．２〜１．５％、ＭｇのＭｇＯ換算値およびＭｇＯの１種または２種の合計：１．０〜３．５％、ＡｌのＡｌ_２Ｏ_３換算値およびＡｌ_２Ｏ_３の１種または２種の合計：０．０５〜０．７０％を満足し、
Ｎａ化合物のＮａ_２Ｏ換算値およびＫ化合物のＫ_２Ｏ換算値の１種または２種の合計：０．０５〜０．３％、
弗素化合物のＦ換算値：０．０３〜０．３０％、
スラグ形成剤の合計：６．０〜１３．０％を含有し、
残部はＦｅ不可避不純物からなるフラックス入りワイヤを用いて溶接することを特徴とする水平すみ肉ガスシールドアーク溶接方法。

（２）フラックス入りワイヤの鋼製外皮のＣが鋼製外皮に対する質量％で０．０１０質量％以下であることを特徴とする上記（１）に記載の水平すみ肉ガスシールドアーク溶接方法。

（３）フラックス入りワイヤのフラックスに、金属ＢｉとＢｉ酸化物のＢｉ換算値の１種または２種の合計：０．００５〜０．０４５％を更に含有することも特徴とする上記（１）または（２）に記載の水平すみ肉ガスシールドアーク溶接方法にある。

本発明の水平すみ肉ガスシールドアーク溶接方法によれば、１パス溶接で１０ｍｍ以上の大脚長が得られ、ビード外観が良好で、アンダーカットやオーバーラップ等の表面欠陥のない高品質の溶接部が得られるので、２パス溶接を行う必要や手直しの必要も無く、溶接効率の向上が図れる。

電極のトーチ角度および溶接の狙い位置を示す図である。

以下、本発明を詳細に説明する。

本発明は、水平すみ肉ガスシールドアーク溶接方法において、電極のトーチ角度を下板側から２０〜４０°、溶接の狙い位置を立板と下板との交点から下板側の距離を０〜５ｍｍとして、所定の成分のフラックス入りワイヤを用いて溶接することを特徴とする水平すみ肉ガスシールドアーク溶接方法である。

まず、本発明の水平すみ肉ガスシールドアーク溶接の施工方法について説明する。

［電極のトーチ角度を下板側から２０〜４０°］
電極のトーチ角度は、溶接金属の流動性に大きく影響を及ぼす。特に、溶接金属は重力の影響から立板側の脚長が確保しにくくなる。したがって、大脚長を得るためにはいかに立板側の脚長を安定して確保するかが重要となる。図１に示すように電極３のトーチ角度θが下板２側から２０°未満であると、シールドガスの流れがノズル前方にしか流れなくなり、結果として大気を巻き込んでピットやブローホールなど気孔欠陥が多発する。一方、電極３のトーチ角度θが下板２側から４０°を超えると、アーク点が立板１側に近くなるので立板１にアンダーカットが発生する。また溶接金属が立板１側にあまり流動しなくなるので、立板１側の脚長が１０ｍｍを確保できなくなる。したがって、電極３のトーチ角度θは下板２側から２０〜４０°とする。なお、好ましくは２５〜３５°である。

［溶接の狙い位置が立板と下板との交点から下板側の距離を０〜５ｍｍ］
図１に示すように溶接の狙い位置は、等脚長で良好なビード外観を得るために重要である。溶接の狙い位置が立板１と下板２との交点から下板２側の距離Ｌが０ｍｍ未満であると、立板１側を狙うようになり上板１側の脚長が過大となり等脚長のビードを得ることができない。一方、溶接の狙い位置が立板１と下板２との交点から下板２側の距離Ｌが５ｍｍを超えると、下板２側の脚長が過大となり等脚長のビードを得ることができない。したがって、溶接の狙い位置は立板１と下板２との交点から下板２側の距離Ｌを０〜５ｍｍとする。なお、好ましくは１〜４ｍｍとする。

次に、本発明に用いるフラックス入りワイヤの成分組成およびその含有量の限定理由について説明する。なお、各成分組成の含有量は質量％で示す。

［鋼製外皮とフラックスの合計でＣ：０．０２〜０．０８％］
Ｃは、鋼製外皮、Ｆｅ−Ｍｎおよびグラファイト等から添加され、溶接金属の強度および靭性を調整する重要な元素の１つである。Ｃが０．０２％未満であると、溶接金属の強度および靭性が低下する。一方、Ｃが０．０８％を超えると、アークが強くなりすぎてスパッタ発生量が多くなる。さらに、溶接金属の強度が高くなり靭性が低下する。したがって、鋼製外皮とフラックスの合計でＣは０．０２〜０．０８％とする。なお、好ましくは０．０３〜０．０７％とする。

［鋼製外皮とフラックスの合計でＳｉ：０．２〜１．０％］
Ｓｉは、鋼製外皮、金属Ｓｉ、Ｆｅ−ＳｉおよびＦｅ−Ｓｉ−Ｍｎ等から添加され、脱酸剤として作用して溶接金属の強度および靭性を確保するために添加する。また、溶融金属の粘性を向上させてビードを整える役割も果たす。Ｓｉが０．２％未満であると、脱酸不足となり溶接部にピット等の溶接欠陥が発生するとともに溶接金属の強度および靭性が低下する。また、溶融金属の粘性が低下してビード形状が凸ビードになりやすく、良好なビード外観を得ることができなくなる。一方、Ｓｉが１．０を超えると、溶接金属の強度が高くなり靭性が低下する。したがって、鋼製外皮とフラックスの合計でＳｉは０．２〜１．０％とする。なお、好ましくは０．３〜０．８％とする。

［鋼製外皮とフラックスの合計でＭｎ：１．０〜４．０％］
Ｍｎは、鋼製外皮、金属Ｍｎ、Ｆｅ−ＭｎおよびＦｅ−Ｓｉ−Ｍｎ等から添加され、脱酸剤として作用するとともに、溶接金属の強度および靭性を確保するために添加する。Ｍｎが１．０％未満であると、脱酸不足となりピット等の溶接欠陥が発生する。さらに、溶接金属の強度および靭性が低下する。一方、Ｍｎが４．０％を超えると、溶接金属の強度が高くなり靭性が低下する。したがって、鋼製外皮とフラックスの合計でＭｎは１．０〜４．０％とする。なお、好ましくは１．５〜３．５％とする。

［鋼製外皮とフラックスの合計でＴｉ酸化物のＴｉＯ_２換算値：３．０〜６．０％］
Ｔｉ酸化物は、フラックスに添加されるスラグ形成剤の主成分であり、ルチール、酸化チタン、チタン酸ソーダ、チタンスラグ、イルミナイト等から添加される。これらは溶融スラグの粘性を高め、ビード全体を均一に包被してビード形状を整える作用を有する。特に、水平すみ肉溶接の1パス溶接で大脚長のビードを得るためには必要不可欠な成分であり、アークを持続して安定させスパッタ発生量を低減させる効果がある。Ｔｉ酸化物のＴｉＯ_２換算値が３．０％未満であると、スラグ生成量が不足してビードを均一に被包できないためスラグ剥離が悪くなり、また、溶融スラグの粘性が低くなるので、ビード形状を整えることができなくなる。その結果、ビード形状が凸ビードとなり満足するビード外観を得ることができない。また、アークを安定させる効果が弱くのでスパッタ発生量も増加する。一方、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ_２換算値が６．０％を超えると、アークは安定してスパッタ発生量は減少するが、溶融スラグの粘性が高くなりすぎてスラグ巻き込みが発生しやすく、また、溶融プールからのガス抜けが悪くなるため、ガス溝やピットなどの気孔欠陥が発生しやすくなる。したがって、フラックスにＴｉ酸化物のＴｉＯ_２換算値は３．０〜６．０％とする。なお、好ましくは３．５〜５．５％とする。

［鋼製外皮とフラックスの合計でＳｉ酸化物のＳｉＯ_２換算値：１．０〜４．０％］
Ｓｉ酸化物は、珪砂、ジルコンサンド等からフラックスに添加され、スラグ形成剤として作用し、ビード形状を整える効果がある。Ｓｉ酸化物のＳｉＯ_２換算値が１．０％未満であると、電極のトーチを下板側に倒したとしてもスラグ形成剤としての効果が不十分でアンダーカットが発生する。一方、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ_２換算値が４．０％を超えると、ガスの放出が阻害されるので、耐ピット性が悪くなる。また、アークも荒くなりスパッタ発生量が多くなる。したがって、フラックスにＳｉ酸化物のＳｉＯ_２換算値は１．０〜４．０％とする。好ましくは１．５〜３．５％とする。

［鋼製外皮とフラックスの合計でＦｅ酸化物のＦｅＯ換算値：０．１〜１．０％］
Ｆｅ酸化物は、酸化鉄、チタンスラグ、イルミナイト等からフラックスに添加される。Ｆｅ酸化物は溶融スラグの粘性を調整してビード形状を整え、ビード形状を良好にする。Ｆｅ酸化物のＦｅＯ換算値が０．１％未満であると、溶融スラグの流動性が悪くビード形状を整えることができなくなり、下板側のビード止端部が不揃いになり、良好なビード外観を得ることができなくなる。一方、Ｆｅ酸化物のＦｅＯ換算値が１．０％を超えると、電極のトーチを下板側に倒したとしても溶融スラグの粘性が過剰に低下して溶融スラグが流れて立板側にアンダーカットが発生する。したがって、フラックスにＦｅ酸化物のＦｅＯ換算値は０．１〜１．０％とする。好ましくは０．１〜０．８％とする。

［鋼製外皮とフラックスの合計でＭｇ、ＡｌおよびＺｒの１種または２種以上の合計：０．２〜１．０％］
Ｍｇ、ＡｌおよびＺｒは、脱酸剤として添加され、溶融金属中の酸素量を下げることで、溶接金属の靭性の向上および溶融金属の粘性を調整し、ビード形状を整える効果がある。Ｍｇ、ＡｌおよびＺｒの合計が０．２％未満であると、溶接金属中の酸素量が増え、溶接金属の靭性が低下する。また、溶融金属の粘性が低下して下板側のビード止端部が不揃いとなり、良好なビード外観を得ることができなくなる。一方、Ｍｇ、ＡｌおよびＺｒの合計が１．０％を超えると、アークが粗くなりスパッタ発生量が多くなる。したがって、フラックスのＭｇ、ＡｌおよびＺｒの１種または２種以上の合計は０．２〜１．０％とする。なお、好ましくは０．３〜０．９％とする。

［鋼製外皮とフラックスの合計でＺｒ酸化物およびＺｒのＺｒＯ_２換算値の１種または２種の合計：０．２〜１．５％］
Ｚｒは、金属ジルコン、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｚｒ等からフラックスに添加され、脱酸剤として作用し、溶接中にＺｒＯ_２となりスラグの一部となる。また、ＺｒＯ_２は、ジルコンサンドおよび酸化ジルコニウム等から添加され、スラグ被包性を改善してビード形状を改善するスラグ形成剤として作用する。ＺｒＯ_２を添加することにより、スラグの凝固温度が高くなりスラグの凝固が早くなるので、大脚長を得るためのビード保持作用が大きく、ビード形状を良好にする。Ｚｒ酸化物およびＺｒのＺｒＯ_２換算値の１種または２種の合計が０．２％未満であると、電極のトーチを下板側に倒したとしても大脚長を得るためのビードを保持する力が弱まり、上板側の脚長が得られず、ビード波形が不揃いとなりやすく、良好なビード外観を得ることができなくなる。一方、Ｚｒ酸化物およびＺｒのＺｒＯ_２換算値の１種または２種の合計が１．５％を超えると、アークが荒くなりスパッタ発生量が多くなるとともに、スラグ剥離性が悪くなる。したがって、フラックスにＺｒ酸化物およびＺｒのＺｒＯ_２換算値の１種または２種の合計は０．２〜１．５％とする。なお、好ましくは０．３〜１．３％とする。

［鋼製外皮とフラックスの合計でＭｇのＭｇＯ換算値およびＭｇＯの１種または２種の合計：１．０〜３．５％］
Ｍｇは、金属Ｍｇ、Ａｌ−Ｍｇ等からフラックスに添加され、脱酸剤として作用し、溶接中にＭｇＯとなりスラグの一部となる。また、ＭｇＯは、マグネシアクリンカー、天然マグネシア等から添加される。ＭｇＯは、スラグの凝固温度を高くしてスラグの凝固を早くするので、大脚長を得るためのビード保持作用が大きく、下板側のビード止端部形状をフラットに滑らかにする。ＭｇのＭｇＯ換算値およびＭｇＯの１種または２種の合計が１．０％未満であると、電極のトーチを下板側に倒したとしてもビードを保持する力が弱まり、アンダーカットが発生して大脚長を確保することができない。また、下板側のビード止端部形状がオーバーラップとなる。一方、ＭｇのＭｇＯ換算値およびＭｇＯの１種または２種の合計が３．５％を超えると、溶融スラグの粘性が高くなってスラグ巻き込みが発生しやすく、ビードの波形が不揃いでビード外観が悪くなる。したがって、フラックスにＭｇのＭｇＯ換算値およびＭｇＯの１種または２種の合計は１．０〜３．５％とする。なお、好ましくは１．５〜３．０％とする。

［鋼製外皮とフラックスの合計でＡｌのＡｌ_２Ｏ_３換算値およびＡｌ_２Ｏ_３の１種または２種の合計：０．０５〜０．７０％］
Ａｌは、金属Ａｌ、Ｆｅ−Ａｌ、Ａｌ−Ｍｇ等からフラックスに添加され、脱酸剤として作用し、溶接中にＡｌ_２Ｏ_３となりスラグの一部となる。また、Ａｌ_２Ｏ_３は、アルミナ、長石等から添加される。Ａｌ_２Ｏ_３は、スラグの凝固温度を上昇させてビード形状を整える効果がある。ＡｌのＡｌ_２Ｏ_３換算値およびＡｌ_２Ｏ_３の１種または２種の合計が０．０５％未満であると、電極のトーチを下板側に倒したとしてもアンダーカットが生じやすくなる。一方、ＡｌのＡｌ_２Ｏ_３換算値およびＡｌ_２Ｏ_３の１種または２種の合計が０．７０％を超えると、スラグが固化してスラグ剥離性が悪くなる。したがって、フラックスのＡｌのＡｌ_２Ｏ_３換算値およびＡｌ_２Ｏ_３の１種または２種の合計は０．０５〜０．７０％とする。なお、好ましくは０．１０〜０．６０％とする。

［鋼製外皮とフラックスの合計で弗素化合物のＦ換算値：０．０３〜０．３０％］
Ｆは、弗化ソーダ、珪弗化カリ、氷晶石、弗化アルミニウム、弗化リチウムおよび蛍石等からフラックスに添加され、アークの安定性を向上させて耐ピット性を向上させる。弗素化合物のＦ換算値が０．０３％未満であると、アークの集中性が弱くなり安定したアーク状態を得ることができず、耐ピット性も悪化する。一方、弗素化合物のＦ換算値が０．３０％を超えると、アークが荒くなりスパッタ発生量および溶接ヒュームの発生量が多くなる。したがって、フラックスの弗素化合物のＦ換算値は０．０３〜０．３０％とする。なお、好ましくは０．０５〜０．２５％とする。

［鋼製外皮とフラックスの合計でＮａ化合物のＮａ_２Ｏ換算値およびＫ化合物のＫ_２Ｏ換算値の１種または２種の合計：０．０５〜０．３％］
ＮａおよびＫは、カリ長石または珪酸ソーダや珪酸カリからなる水ガラスの固質成分、弗化ソーダや珪酸化カリなどの弗素化合物からフラックスに添加され、アーク安定剤としての作用がある。Ｎａ化合物のＮａ_２Ｏ換算値およびＫ化合物のＫ_２Ｏ換算値の１種または２種の合計が０．０５％未満では、アークが不安定となってスパッタ発生量が多くなる。一方、Ｎａ化合物のＮａ_２Ｏ換算値およびＫ化合物のＫ_２Ｏ換算値の１種または２種の合計が０．３％を超えると、スパッタやヒューム発生量が増加する。したがって、フラックスのＮａおよびＫ化合物のＮａ_２Ｏ換算値およびＫ_２Ｏ換算値の１種または２種の合計は０．０５〜０．３％とする。なお、好ましくは０．１〜０．２５％とする。

［鋼製外皮とフラックスの合計でスラグ形成剤の合計：６．０〜１３．０％］
スラグ形成剤は、フラックスに添加されビード形状を整える作用がある。大脚長を得るための溶接時でのスラグ形成剤の役割は非常に大きく、溶融スラグが溶融金属を押さえ込み、良好なビード形状を得るためには不可欠である。スラグ形成剤の合計が６．０％未満であると、電極のトーチを下板側に倒したとしてスラグ生成量が不足してビードを整えることができなくなり、アンダーカットが発生して大脚長のビードを得ることができなくなり、下板側のビード止端部形状がオーバーラップとなる。また、アークが荒くなりスパッタ発生量が多くなる。一方、スラグ形成剤の合計が１３．０％を超えると、アークが安定してスパッタ発生量も減少するが、スラグ生成量が多くなり、スラグ巻き込みが発生しやすくなり、耐ピット性も悪くなる。したがって、フラックスのスラグ形成剤の合計は６．０〜１３．０％とする。なお、好ましくは７．０〜１２．０％とする。

スラグ形成剤は、前記弗素化合物も含み、ＴｉＯ_２、ＳｉＯ_２、ＦｅＯ、ＺｒＯ_２、ＭｇＯ、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｋ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ等の酸化物の合計をいう。なお、Ｍｇ、Ａｌ、Ｚｒ合金等は除くものとする。

［鋼製外皮の鋼製外皮に対する質量％でＣ：０．０１０％以下］
鋼製外皮のＣは、アークの強さ、スパッタ発生量およびヒューム発生量などの溶接作業性や溶接性能に影響する。特に、大脚長を得るための溶接で安定したビードを得るためには、アークの強さをできるだけソフトにして溶融プールに与える影響を少なくする必要がある。製鋼外皮のＣが鋼製外皮に対する質量％で０．０１０％を超えると、アークが強くなり、溶融プールが乱れやすく、ビード波形が不揃いとなりやすく、安定したビード外観を得ることができない。なお、製鋼外皮のＣの下限については特に限定しないが、製鋼時のコスト面から０．００１％とする。したがって、鋼製外皮のＣは０．０１０％以下とする。なお、好ましくは０．００２〜０．００８％とする。

［鋼製外皮とフラックスの合計で金属ＢｉおよびＢｉ酸化物のＢｉ換算値の１種または２種の合計：０．００５〜０．０４５％］
Ｂｉは、金属Ｂｉや酸化Ｂｉ等からフラックスに添加され、スラグ剥離性を向上させ、ビード表面に光沢を出してビード外観を良好にする作用があり、１種または２種添加する。金属ＢｉおよびＢｉ酸化物のＢｉ換算値の１種または２種の合計が０．００５％未満では、その効果が得られず、スラグ剥離性が悪くなる。一方、金属ＢｉおよびＢｉ酸化物のＢｉ換算値の１種または２種の合計が０．０４５％を超えると、高温割れが発生し、溶接金属の靭性も低下する。したがって、フラックスの金属ＢｉおよびＢｉ酸化物のＢｉ換算値の１種または２種の合計は０．００５〜０．０４５％とする。なお、好ましくは０．０１０〜０．０３５％とする。

なお、フラックス入りワイヤの残部のＦｅは、鋼製外皮のＦｅ、フラックスに添加する鉄粉、鉄合金等からのＦｅ成分（Ｆｅ酸化物は含まない）である。

また、本発明のガスシールドアーク溶接方法に用いるフラックス入りワイヤは、フラックス充填後の伸線加工性が良好な軟鋼または合金鋼の外皮内に、フラックスをワイヤ全重量に対して１０〜２５％程度充填した後、孔ダイス伸線やローラ圧延加工により所定のワイヤ径（１．０〜１．６ｍｍ）に縮径して製造されるものである。ワイヤの断面構造は、特に限定するものではない。

以下、実施例により本発明の効果をさらに詳細に説明する。

まず、鋼製外皮にＣ量の異なるＪＩＳ Ｇ３１４１ ＳＰＣＣ帯鋼を使用し、表１に示すワイヤ径１．２ｍｍの各種成分のフラックス入りワイヤを試作した。

表１に示すフラックス入りワイヤを用いて、板厚２０ｍｍの無塗装鋼板（ＪＩＳ Ｇ３１０６ ＳＭ４９０Ａ）をＴ字すみ肉試験体（長さ５００ｍｍ）とし、表２に示す水平すみ肉溶接の溶接条件で、表３−１、３−２に示す電極のトーチ角度および溶接の狙い位置を変えて１パスの水平すみ肉溶接を行い、アーク状態、スラグ剥離性、ビード外観、アンダーカット、オーバーラップ、高温割れの有無、立板側および下板側の脚長、スパッタ発生量、ピット発生数、スラグ巻き込みの有無を調査した。脚長は１０ｍｍ以上得られたものを良好とした。また、スパッタ発生量の測定は、発生したスパッタ全量を捕集し、溶接時間1分間当たりの発生量に換算し、３ｇ／ｍｉｎ以下を良好とした。スラグ巻き込みの有無については、溶接後のＴ字すみ肉試験体を１００ｍｍ長さで切断し、断面マクロからスラグ巻き込みの有無の調査をした。

さらに、ＪＩＳ Ｚ３３１３に準じて板厚２０ｍｍの鋼板（ＪＩＳ Ｇ３１０６ ＳＭ４９０Ａ）を用いて溶着金属試験を表２に示す溶着金属試験の溶接条件で行い、引張試験片と衝撃試験片を採取して試験した。なお、引張試験の引張強さは４９０〜６４０Ｎ／ｍｍ^２、衝撃試験の吸収エネルギーは試験温度０℃で３本の平均値が６０Ｊ以上を良好とした。それらの結果も表３−１、３−２にまとめて示す。

表３−１、３−２中の試験Ｎｏ．１〜１０が本発明例、試験Ｎｏ．１１〜２６は比較例である。本発明例である試験Ｎｏ．１〜１０は、電極トーチ角度、溶接の狙い位置、組み合わせたフラックス入りワイヤ記号Ｗ１〜Ｗ１０のＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、フラックス中のＴｉＯ_２換算値、ＳｉＯ_２換算値、ＦｅＯ換算値、Ｍｇ、ＡｌおよびＺｒの合計、ＺｒＯ_２換算値、ＭｇＯ換算値およびＭｇＯの合計、Ａｌ_２Ｏ_３換算値およびＡｌ_２Ｏ_３の合計、Ｆ換算値、Ｎａ_２Ｏ換算値とＫ_２Ｏ換算値の合計およびスラグ形成剤の合計量が適量であるので、アーク状態、スラグ剥離性、ビード外観が良好で、アンダーカット、オーバーラップが発生せず、スパッタ発生量が少なく、ピットおよびスラグ巻き込みの発生もなく、溶接金属の機械的性能も優れており、極めて満足な結果であった。なお、試験Ｎｏ．７および試験Ｎｏ．９は、組み合わせたワイヤのワイヤ記号Ｗ７およびＷ９の鋼製外皮のＣが多いので、アークがやや強くスパッタもやや多く発生した。

また、試験Ｎｏ．１、２、３、５、７、９および試験Ｎｏ．１０は、組み合わせたワイヤ記号Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ５、Ｗ７、Ｗ９およびＷ１０のＢｉ換算値が適量であったので、スラグ剥離性が非常に良好であった。

比較例中試験Ｎｏ．１１は、電極のトーチ角度が大きいので、立板側にアンダーカットが発生し、立板側の脚長が得られなかった。

試験Ｎｏ．１２は、電極のトーチ角度が小さいので、大気を巻き込んでピットが発生した。

試験Ｎｏ．１３は、溶接の狙い位置が下板側に離れすぎたので、立板側の脚長が得られなかった。

試験Ｎｏ．１４は、溶接の狙い位置が上板側になったので、下板側の脚長が得られなかった。

試験Ｎｏ．１５は、組み合わせたワイヤ記号Ｗ１１のＣが多いので、アークが強くなってスパッタ発生量が多く、溶着金属の引張強さが高く吸収エネルギーが低値であった。また、ＺｒＯ_２換算値が少ないので、ビード波形が不揃いとなりビード外観が不良で、上板側の脚長が得られなかった。

試験Ｎｏ．１６は、組み合わせたワイヤ記号Ｗ１２のＣが少ないので、溶着金属の引張強さが低く吸収エネルギーも低値であった。また、ＭｇＯ換算値およびＭｇＯの合計が多いので、ビード波形が不揃いとなりビード外観が不良でスラグ巻き込みも発生した。さらに、Ｆ換算値が少ないので、アークが不安定でピットも発生した。

試験Ｎｏ．１７は、組み合わせたワイヤ記号Ｗ１３のＳｉが多いので、溶着金属の引張強さが高く吸収エネルギーが低値であった。また、ＭｇＯ換算値およびＭｇＯの合計が少ないので、立板側にアンダーカットが発生して脚長が得られず、オーバーラップも発生した。さらに、Ｎａ_２Ｏ換算値とＫ_２Ｏ換算値の合計が多いので、スパッタ発生量が多かった。

試験Ｎｏ．１８は、組み合わせたワイヤ記号Ｗ１４のＳｉが少ないので、凸ビードとなりビード外観が不良で、ピットが生じ、溶着金属の引張強さが低く吸収エネルギーも低値であった。また、スラグ形成剤の合計が少ないので、アークが粗くなりスパッタ発生量が多く、立板側にアンダーカットが発生して脚長が得られず、オーバーラップも発生した。

試験Ｎｏ．１９は、組み合わせたワイヤ記号Ｗ１５のＭｎが多いので、溶着金属の引張強さが高く吸収エネルギーが低値であった。また、Ａｌ_２Ｏ_３換算値およびＡｌ_２Ｏ_３の合計が多いのでスラグ剥離性が不良であった。さらに、Ｎａ_２Ｏ換算値とＫ_２Ｏ換算値の合計が少ないので、アークが不安定でスパッタ発生量が多く発生した。

試験Ｎｏ．２０は、組み合わせたワイヤ記号Ｗ１６のＭｎが少ないので、ピットが発生し、溶着金属の引張強さが低く吸収エネルギーも低値であった。また、ＴｉＯ_２換算値が少ないので、アークが不安定でスパッタ発生量が多く、凸ビードでビード外観およびスラグ剥離性が不良であった。さらに、Ａｌ_２Ｏ_３換算値およびＡｌ_２Ｏ_３の合計が少ないので、立板側にアンダーカットが発生した。

試験Ｎｏ．２１は、組み合わせたワイヤ記号Ｗ１７のＴｉＯ_２換算値が多いので、ピットが発生し、スラグ巻き込みも生じた。また、Ｍｇ、ＡｌおよびＺｒの合計が多いので、アークが粗くスパッタ発生量が多かった。さらに、Ｂｉ換算値が多いので、クレータに割れが生じ、溶着金属の吸収エネルギーが低値であった。

試験Ｎｏ．２２は、組み合わせたワイヤ記号Ｗ１８のＳｉＯ_２換算値が多いので、アークが粗くスパッタ発生量が多く、ピットも発生した。また、Ｂｉ換算値が少ないので、スラグ剥離性改善効果はなかった。

試験Ｎｏ．２３は、組み合わせたワイヤ記号Ｗ１９のＳｉＯ_２換算値が少ないので、立板側にアンダーカットが発生した。また、鋼製外皮のＣが多いので、アークが強く、ビードの波形が不揃いでビード外観が不良であった。

試験Ｎｏ．２４は、組み合わせたワイヤ記号Ｗ２０のＦｅＯ換算値が多いので、立板側にアンダーカットが発生した。また、ＭｇとＺｒの合計量が少ないので、ビードの止端部が不揃いでビード外観が不良で、溶着金属の吸収エネルギーが低値であった。

試験Ｎｏ．２５は、組み合わせたワイヤ記号Ｗ２１のＦｅＯ換算値が少ないので、ビードの止端部が不揃いでビード外観が不良であった。また、Ｆ換算値が多いので、アークが粗くスパッタ発生量が多かった。

試験Ｎｏ．２６は、組み合わせたワイヤ記号Ｗ２２のＺｒＯ_２換算値が多いので、アークが粗くスパッタ発生量が多く、スラグ剥離性も不良であった。また、スラグ形成剤の合計が多いので、ピットおよびスラグ巻き込みが発生した。

１ 立板
２ 下板
３ 電極
θ トーチ角度
Ｌ 立板と下板との交点から下板側の距離

Claims (3)

1. 水平すみ肉ガスシールドアーク溶接方法において、電極のトーチ角度を下板側から２０〜４０°、溶接の狙い位置を立板と下板との交点から下板側の距離を０〜５ｍｍとして、
   ワイヤ全質量に対する質量％で、鋼製外皮とフラックスの合計で、
   Ｃ：０．０２〜０．０８％、
   Ｓｉ：０．２〜１．０％、
   Ｍｎ：１．０〜４．０％、
   Ｔｉ酸化物のＴｉＯ_２換算値：３．０〜６．０％、
   Ｓｉ酸化物のＳｉＯ_２換算値：１．０〜４．０％、
   Ｆｅ酸化物のＦｅＯ換算値：０．１〜１．０％、
   Ｍｇ、ＡｌおよびＺｒの１種または２種以上の合計：０．２〜１．０％であって、かつ、Ｚｒ酸化物およびＺｒのＺｒＯ_２換算値の１種または２種の合計：０．２〜１．５％、ＭｇのＭｇＯ換算値およびＭｇＯの１種または２種の合計：１．０〜３．５％、ＡｌのＡｌ_２Ｏ_３換算値およびＡｌ_２Ｏ_３の１種または２種の合計：０．０５〜０．７０％を満足し、
   弗素化合物のＦ換算値：０．０３〜０．３０％、
   Ｎａ化合物のＮａ_２Ｏ換算値およびＫ化合物のＫ_２Ｏ換算値の１種または２種の合計：０．０５〜０．３％、
   スラグ形成剤の合計：６．０〜１３．０％を含有し、
   残部はＦｅおよび不可避不純物からなるフラックス入りワイヤを用いて溶接することを特徴とする水平すみ肉ガスシールドアーク溶接方法。
2. フラックス入りワイヤの鋼製外皮のＣが鋼製外皮に対する質量％で０．０１０質量％以下であることを特徴とする請求項１に記載の水平すみ肉ガスシールドアーク溶接方法。
3. フラックス入りワイヤのワイヤ全質量に対する質量％で、フラックスに、金属ＢｉとＢｉ酸化物のＢｉ換算値の１種または２種の合計：０．００５〜０．０４５％を更に含有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の水平すみ肉ガスシールドアーク溶接方法。

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