JP2020124727A - 高電流密度ガスシールドアーク溶接方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤを用いた高電流密度ガスシールドアーク溶接方法において、溶接作業性に優れ、溶接金属の機械的性能にも優れた溶接金属を得ることができる高電流密度ガスシールドアーク溶接方法を提供する。【解決手段】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：０．０３〜０．１２％、Ｓｉ：０．２〜１．０％、Ｍｎ：１．０〜２．５％、Ｓ：０．０１〜０．０３％、Ｃｕ：０．０５〜０．４５％、Ｔｉ：０．０８〜０．２０％、Ａｌ；０．０３〜０．１５％を含有し、さらに、フラックス中に、Ｆ換算値の合計で０．０１〜０．１０％、ＳｉＯ2：０．０１〜０．２０％、Ｎａ2Ｏ換算値とＫ2Ｏ換算値の合計で０．０２〜０．１５％を含有したガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤを用い、電流密度が３２０〜５２０Ａ／ｍｍ2の条件で溶接することを特徴する。【選択図】 なし

Description

本発明は、高電流密度ガスシールドアーク溶接方法に関し、鋼構造物のすみ肉溶接や開先内の１層または多層盛溶接をする場合において、高能率に溶接が可能で、溶接作業性及び溶接金属の機械的性能が優れた溶接金属を得ることができる高電流密度ガスシールドアーク溶接方法に関する。

近年、ガスシールドアーク溶接の自動化に伴い、更なる高能率化が要望されている。しかし、高能率化のために溶接電流を高くして溶接すると、スパッタ発生量が電流に比例して多くなり、溶接部の外観が損なわれるのでスパッタの除去が行われるが、スパッタの除去作業に時間を要してかえって溶接能率を低下させている。

ガスシールドアーク溶接における溶接能率の向上技術は、例えば特許文献１において、Ｔｉ及びＳと電気比抵抗（ρ）を限定したソリッドワイヤを用いて高電流密度の溶接条件で溶接する高電流密度ガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤの開示がある。しかし、特許文献１に記載のソリッドワイヤを用いて高電流密度の条件で溶接をした場合、アークが不安定となってスパッタ発生量が多くなり、その除去作業で溶接能率の向上は図れないという問題がある。

一方、フラックス入りワイヤを用いた高能率溶接は、特許文献２に、酸化物を１０％以下含むフラックス入りワイヤを用いて高電流密度の溶接をする技術の開示がある。しかし、特許文献２のフラックス入りワイヤは、ワイヤ中に酸化物を多く含むので溶接時にスラグ生成量が多くなり、多層盛溶接した場合スラグ巻き込み欠陥が生じやすく、また、ソリッドワイヤを用いた場合に比べるとスパッタ発生量は少ないものの除去作業低減の効果は少ない。さらに、ワイヤ中に酸化物を多く含むことと高電流密度条件で溶接するので溶接金属中の酸素量が多くなって溶接金属の靭性も低いという問題がある。

また、特許文献３及び特許文献４にはフラックス入りワイヤを用いてパルスＭＡＧ溶接する技術の開示がある。特許文献３及び特許文献４は、金属粉を多量に含むメタル系フラックス入りワイヤを用いて、高溶着量を得るためにパルスピーク電流またはパルスベース電流を高くして、高溶着量を得ながらスパッタ発生量を低減するとしている。しかし、溶接電源が高価であることと、パルスピーク電流時にはワイヤ送給量が２０ｍ／ｍｉｎ以上の高速度で送給され、パルスベース電流時には１５ｍ／ｍｉｎ以下のワイヤ送給量となり、ワイヤ送給ローラの回転の緩急によってワイヤ送給ローラ部でワイヤがスリップしてアークが不安定となり細粒のスパッタ発生量が多く、ビード外観も不良となるという問題がある。また、高電流であるにもかかわらず開示されているフラックス入りワイヤの脱酸剤では溶接金属の靭性についての考慮がされていない。また、開示されているフラックス入りワイヤの酸化物では溶接止端部のなじみが悪くなりビード外観・形状が不良になるという問題もある。

特開平３−１０６５９２号公報 特開平３−１６９４８５号公報 特開２０１１−２１８４３７号公報 特開２０１７−６４７４２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、ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤを用いた鋼構造物のすみ肉溶接や開先内の１層または多層盛溶接をする高電流密度ガスシールドアーク溶接方法において、スパッタ発生量が少なくビード外観・形状が良好であるなど溶接作業性に優れ、機械的性能にも優れた溶接金属を得ることができる高電流密度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、上記問題点を解決するために、ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤを用いた高電流密度溶接において、アークが安定してスパッタ発生量が少なくビード外観・形状が良好で、溶接欠陥が生じず、高能率に強度及び靭性の良好な溶接金属を得るために、ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤの成分組成及び電流密度について詳細に検討した。

その結果、高電流密度での溶接において、アークの安定性及びスパッタ発生量の低減は、ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤのＣ、Ａｌ、弗素化合物のＦ換算値の合計及びＮａ化合物及びＫ化合物のＮａ₂Ｏ換算値とＫ₂Ｏ換算値の合計を適量とするとともに過剰に電流密度を高くしないことによって達成できることを見出した。

ビード外観・形状は、ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤのＳｉＯ₂の適正化で、スラグ剥離性はＳの適正化、耐溶接欠陥はＳｉＯ₂合計及びＮａ化合物及びＫ化合物のＮａ₂Ｏ換算値とＫ₂Ｏ換算値の合計を適量とすることが有効であることを知見した。

また、高電流密度での溶接条件における溶接金属の適正な強度と靭性の向上をも同時に達成させるためには、ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ中の酸化物を極力低減し、合金成分のＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｔｉ及びＡｌの含有量をそれぞれ適正化することが有効であることを知見した。特に、Ａｌを適量添加することによって、高電流密度溶接におけるＳｉ及びＭｎの酸化消耗を低減して溶接金属の強度の適正化及び靭性の向上に極めて効果があることを知見した。

さらに、靭性を低下させることなく高強度を得るにはガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤにＮｉ、Ｃｒ及びＭｏの１種または２種以上をさらに適量含有させ、溶接金属の低温靭性を得るにはＢをさらに適量含有することが有効であることを知見した。

すなわち、本発明の要旨は、
（１）鋼製外皮にフラックスを充填してなるガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤを電極として溶接を行う高電流密度ガスシールドアーク溶接方法において、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：０．０３〜０．１２％、Ｓｉ：０．２〜１．０％、Ｍｎ：１．０〜２．５％、Ｓ：０．０１〜０．０３％、Ｃｕ：０．０５〜０．４５％、Ｔｉ：０．０８〜０．２０％、Ａｌ；０．０３〜０．１５％を含有し、さらに、ワイヤ全質量に対する質量％で、フラックス中に、弗素化合物のＦ換算値の合計で０．０１〜０．１０％、ＳｉＯ₂：０．０１〜０．２０％、Ｎａ化合物及びＫ化合物のＮａ₂Ｏ換算値とＫ₂Ｏ換算値の合計で０．０２〜０．１５％を含有し、残部は鋼製外皮のＦｅ、鉄粉のＦｅ分、鉄合金粉のＦｅ分及び不可避不純物からなるガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤを用い、電流密度が３２０〜５２０Ａ／ｍｍ²の条件で溶接することを特徴する高電流密度ガスシールドアーク溶接方法。

（２）鋼製外皮とフラックスの合計で、Ｎｉ、Ｃｒ及びＭｏの１種または２種以上の合計を下記式で０．１５〜０．６０をさらに含有する前記ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤにより溶接することを特徴とする（１）に記載の高電流密度ガスシールドアーク溶接方法。
［Ｎｉ］／３＋［Ｃｒ］＋［Ｍｏ］・・・・式
但し、［ ］は、各成分のワイヤ全質量に対する質量％を示す。

（３）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、Ｂ：０．００１５〜０．０１５０％をさらに含有する前記ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤにより溶接することを特徴とする（１）または（２）に記載の高電流密度ガスシールドアーク溶接方法。

（４）成形された前記鋼製外皮の合わせ目が溶接されていることで鋼製外皮に継目を無くした前記ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤにより溶接することを特徴とする（１）乃至（３）の何れかに記載の高電流密度ガスシールドアーク溶接方法にある。

本発明の高電流密度ガスシールドアーク溶接方法によれば、ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤを用いた鋼構造物のすみ肉溶接や開先内の１層または多層盛溶接をする高電流密度ガスシールドアーク溶接方法において、アークが安定してスパッタ発生量が少なくビード外観・形状が良好であるなど溶接作業性に優れ、溶接欠陥が無く、溶接金属の機械的性能にも優れるなど、高能率に高品質な溶接部を得ることができる。

まず、本発明の高電流密度ガスシールドアーク溶接方法の電流密度の限定理由を述べる。

［電流密度：３２０〜５２０Ａ／ｍｍ²］
本発明においては、鋼構造物の溶接を高能率に行うために高電流密度の溶接条件で実施する。電流密度が３２０Ａ／ｍｍ²未満であると、溶着量が少なく高能率に溶接することができない。一方、電流密度が５２０Ａ／ｍｍ²を超えると、後述するガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤを用いてもスパッタ発生量が多くなる。したがって、電流密度は３２０〜５２０Ａ／ｍｍ²とする。

なお、本発明の高電流密度ガスシールドアーク溶接方法に用いるガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、高電流密度で高溶着量を得ることからワイヤ径が１．２〜１．６ｍｍであることが好ましい。

次いで、本発明の高電流密度ガスシールドアーク溶接方法に用いるガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、各成分組成それぞれの単独及び共存による相乗効果によりなし得たもので、以下にそれぞれの各成分組成の限定理由を述べる。なお、各成分組成の含有量は、ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ全質量に対する質量％で表すこととし、その質量％に関する記載を単に％として表すこととする。

［鋼製外皮とフラックスの合計でＣ：０．０３〜０．１２％］
Ｃは、溶接金属の強度を向上するために必要な元素である。Ｃが０．０３％未満であると、溶接金属の所望の強度が得られない。一方、Ｃが０．１２％を超えると、溶接金属の強度が高くなるとともに靭性が低下し、スパッタ発生量も多くなる。したがって、鋼製外皮とフラックスの合計でＣは０．０３〜０．１２％とする。なお、Ｃは、鋼製外皮に含まれる成分の他、フラックスから金属粉及び合金粉等から添加できる。

「鋼製外皮とフラックスの合計でＳｉ：０．２〜１．０％」
Ｓｉは、溶接金属の脱酸のために添加する。Ｓｉが０．２％未満であると、溶接金属の脱酸不足で靭性が低下する。またＳｉが０．２％未満であると、高電流密度の溶接においてはＳｉの消耗が大きいため溶接金属の強度も低くなる。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、Ｓｉは、鋼製外皮に含まれる成分の他、フラックスから金属Ｓｉ、Ｆｅ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｎ等の合金粉から添加できる。

［鋼製外皮とフラックスの合計でＭｎ：１．０〜２．５％］
Ｍｎは、溶接金属の靭性確保と強度向上のために添加する。Ｍｎが１．０％未満であると、高電流密度の溶接においてはＭｎの消耗が大きいため溶接金属の強度が低く靭性が十分確保できなくなる。一方、Ｍｎが２．５％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１．０〜２．５％とする。なお、Ｍｎは、鋼製外皮に含まれる成分の他、金属Ｍｎ、Ｆｅ−Ｍｎ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｎ等の合金粉から添加できる。

［鋼製外皮とフラックスの合計でＳ：０．０１〜０．０３％］
本発明の高電流密度ガスシールドアーク溶接方法に用いるガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、ワイヤ中の酸化物を極力低減しているが、高電流密度の溶接条件であるためにＳｉ、Ｍｎ、Ｔｉ及びＡｌの酸化消耗が大きいためスラグが生成され、多層盛溶接した場合に蓄積されたスラグの剥離性を向上するためにＳを添加する。Ｓが０．０１％未満であると、その効果が不十分で、特に多層盛溶接した場合にスラグ剥離性が不良となる。一方、Ｓが０．０３％を超えると、溶接金属に割れが生じるようになる。したがって、鋼製外皮とフラックスの合計でＳは０．０１〜０．０３％とする。なお、Ｓは、鋼製外皮に含まれる成分の他、ＦｅＳ、鉄合金粉等から添加される。

［鋼製外皮とフラックスの合計でＣｕ：０．０５〜０．４５％］
Ｃｕは、溶接金属の組織を微細化して靭性を向上する効果がある。また、鋼製外皮の継目を無くして鋼製外皮表面にＣｕめっきを施すことによって、高電流密度の溶接でワイヤ送給速度が２０ｍ／ｍｉｎ以上となってもチップ磨耗を低減することができる。Ｃｕが０．０５％未満であると、溶接金属の靭性が低下する。また、鋼製外皮表面にＣｕめっきを施しても、非常に薄めっきとなりチップ磨耗抑制の効果が得られない。一方、Ｃｕが０．４５％を超えると、溶接金属に析出脆化が生じて靭性が低下する。したがって、鋼製外皮とフラックスの合計でＣｕは０．０５〜０．４５％とする。なお、Ｃｕは、鋼製外皮に含まれる成分及び鋼製外皮表面に施したＣｕめっき分の他、フラックスからの金属Ｃｕ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｕ等の合金粉から添加できる。

［鋼製外皮とフラックスの合計でＴｉ：０．０８〜０．２０％］
Ｔｉは、脱酸剤として作用するとともに、アークを安定にしてスパッタ発生量を抑制する効果がある。また、溶接金属中に微細酸化物を生成し溶接金属の靭性を向上させる。Ｔｉが０．０８％未満であると、アークが不安定になってスパッタ発生量が多くなり、また、溶接金属の靭性が低下する。一方、Ｔｉが０．２０％を超えると、溶接金属中に固溶Ｔｉが多くなって靭性が低下する。したがって、鋼製外皮とフラックスの合計でＴｉは０．０８〜０．２０％とする。なお、Ｔｉは、鋼製外皮に含まれる成分の他、金属Ｔｉ、Ｆｅ−Ｔｉ等の合金粉から添加できる。

［鋼製外皮とフラックスの合計でＡｌ：０．０３〜０．１５％］
Ａｌは、高電流密度の溶接において最も重要な脱酸剤である。Ａｌが０．０３％未満であると、前述のＳｉ及びＭｎの酸化消耗が多くなって、溶接金属の強度が低くなり靭性も低下する。一方、Ａｌが０．１５％を超えると、アークが不安定になってスパッタ発生量が多くなる。したがって、鋼製外皮とフラックスの合計でＡｌは０．０３〜０．１５％とする。なお、Ａｌは、鋼製外皮に含まれる成分の他、金属Ａｌ、Ｆｅ−Ａｌ等の合金粉から添加できる。

［フラックス中に含有する弗素化合物のＦ換算値の合計：０．０１〜０．１０％］
弗素化合物は、アークを集中させて安定にする効果がある。弗素化合物のＦ換算値の合計が０．０１％未満であると、アークが集中せず不安定となってスパッタ発生量が多くなる。一方、弗素化合物のＦ換算値の合計が０．１０％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。したがって、フラックス中の含有する弗素化合物のＦ換算値の合計は０．０１〜０．１０％とする。なお、弗素化合物は、フラックスからの蛍石、弗化ソーダ、弗化カリ、弗化マグネシウム、珪弗化カリウム、氷晶石等から添加でき、Ｆ換算値はそれらに含有されるＦ量の合計である。

［フラックス中に含有するＳｉＯ₂：０．０１〜０．２０％］
ＳｉＯ₂は、高電流密度の溶接において少量添加することによってビード止端部のなじみを良好にしてビード外観・形状を良好にする効果がある。ＳｉＯ₂が０．０１％未満であると、前記効果が得られずビード止端部のなじみが悪くなりビード外観・形状が不良になる。一方、ＳｉＯ₂が０．２０％を超えると、多層盛溶接でスラグ生成量が多くなってスラグ巻き込み欠陥が生じやすくなる。またＳｉＯ₂が０．２０％を超えると、溶接金属中の酸素量が多くなって靭性が低下する。したがって、フラックス中のＳｉＯ₂は０．０１〜０．２０％とする。なお、ＳｉＯ₂は、フラックスからの珪砂、珪酸ソーダ、珪酸カリからなる水ガラスの固質成分等から添加できる。

［フラックス中に含有するＮａ化合物及びＫ化合物：Ｎａ₂Ｏ換算値とＫ₂Ｏ換算値の合計：０．０２〜０．１５％］
Ｎａ化合物及びＫ化合物は、アークをソフトにして安定にする。Ｎａ化合物及びＫ化合物のＮａ₂Ｏ換算値とＫ₂Ｏ換算値の合計が０．０２％未満であると、前記効果が得られず、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化合物及びＫ化合物のＮａ₂Ｏ換算値とＫ₂Ｏ換算値の合計が０．１５％を超えると、多層盛溶接でスラグ生成量が多くなってスラグ巻き込み欠陥が生じやすくなる。また、ヒューム発生量が多くなる。したがって、フラックス中のＮａ化合物及びＫ化合物のＮａ₂Ｏ換算値とＫ₂Ｏ換算値の合計は０．０２〜０．１５％とする。なお、Ｎａ化合物やＫ化合物は、フラックスから珪酸ソーダ及び珪酸カリからなる水ガラスの固質分、カリ長石、弗化ソーダ、珪弗化カリウム等の粉末から添加できる。

［鋼製外皮とフラックスの合計でＮｉ、Ｃｒ及びＭｏの１種または２種以上の合計を下記式で０．１５〜０．６０］
Ｎｉ、Ｃｒ及びＭｏは、溶接金属の靭性を低下することなく強度を向上する。Ｎｉ、Ｃｒ及びＭｏの１種または２種以上の合計が下記式で０．１５未満であると、溶接金属の強度向上の効果が得られない。一方、Ｎｉ、Ｃｒ及びＭｏの１種または２種以上の合計が下記式で０．６０を超えると、溶接金属の強度が高くなりすぎて靭性が低下する。したがって、鋼製外皮とフラックスの合計でＮｉ、Ｃｒ及びＭｏの１種または２種以上の合計は下記式で０．１５〜０．６０とする。なお、Ｎｉ、Ｃｒ及びＭｏは、鋼製外皮に含まれる成分の他、金属Ｎｉ、金属Ｃｒ、金属Ｍｏ、Ｆｅ−Ｎｉ、Ｆｅ−Ｃｒ、Ｆｅ−Ｍｏ等の合金粉から添加できる。
［Ｎｉ］／３＋［Ｃｒ］＋［Ｍｏ］・・・・式
但し、［ ］は、各成分のワイヤ全質量に対する質量％を示す。

［鋼製外皮とフラックスの合計でＢ：０．００１５〜０．０１５０％］
Ｂは、溶接金属の靭性を向上する。Ｂが０．００１５０％未満であると、溶接金属の靭性向上効果が得られない。一方、Ｂが０．０１５％を超えると、溶接金属に割れが生じやすくなる。したがって、鋼製外皮とフラックスの合計でＢは０．００１５〜０．０１５０％とする。なお、Ｂは、鋼製外皮に含まれる成分の他、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ、Ｆｅ−Ｍｎ−Ｂ等の合金粉から添加できる。

［形成した鋼製外皮の合わせ目を溶接することで鋼製外皮に継目を無くす］
本発明の高電流密度ガスシールドアーク溶接方法に用いる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型し、その内部にフラックスを充填した構造である。ワイヤの種類としては、成型した鋼製外皮の合わせ目を溶接して得られる鋼製外皮に継目の無いワイヤと、鋼製外皮の合わせ目の溶接を行わないままとした鋼製外皮に継目を有するワイヤとに大別できる。本発明においては、何れの断面構造のワイヤを採用することができるが、鋼製外皮に合わせ目が無いワイヤは、ワイヤの矯正が容易であることから溶接部へのターゲット性が良好となる。また、鋼製外皮に銅めっきを施すことができるので高速度でワイヤが送給されてもチップの磨耗が少なくなるので、より好ましい。一方、鋼製外皮に合わせ目を有するワイヤは、ワイヤの矯正器でワイヤが周方向に回転しやすく矯正ができず溶接部へのターゲット性が悪くビードが蛇行し易くなる。また、ワイヤ表面に銅めっきを施すことができないので、高速度で長時間ワイヤが送給された場合にはチップ磨耗が大きくアークが不安定となってスパッタ発生量が多くなる。

本発明の高電流密度ガスシールドアーク溶接方法に用いるガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤの残部は、鋼製外皮のＦｅ、成分調整にために添加する鉄粉のＦｅ分、Ｆｅ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｍｎ、Ｆｅ−Ｔｉ合金等の鉄合金粉のＦｅ分及び不可避不純物である。

また、ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤのフラックス充填率は特に限定しないが、生産性の観点からワイヤ全質量に対して８〜２０％とするのが好ましい。

なお、シールドガスは、スパッタ発生量を低減することからＡｒとＣＯ₂との混合ガスとするが、ＣＯ₂の混合量は５〜２５体積％とする。また、シールドガスの流量は高電流密度溶接での耐欠陥性及び大気からの窒素の混入を防ぐために２５〜４０リットル／分であることが好ましい。

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ＪＩＳ Ｇ３１４１ ＳＰＣＣ帯鋼を使用し、表１に示すワイヤ径１．２〜１．６ｍｍの鋼製外皮に合わせ目の無いガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤと鋼製外皮に合わせ目のあるガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤを試作した。なお、フラックス充填率は１０〜１６％とした。

表１に示すガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤを用いて、板厚２５ｍｍの鋼板（ＪＩＳ Ｇ３１０６ ＳＭ４９０Ａ）を６０°のＶ溝開先（開先深さ１８ｍｍ）に加工し、表２及び表３に示す溶接条件で３層盛溶接をした。

調査項目は、アークの安定性、ビード外観・形状及び３層盛溶接後のスラグ剥離性を調査し、ＪＩＳ ＪＩＳ Ｚ ３１０４に準じてＸ線透過試験を実施して溶接欠陥の有無を調査した後、溶接金属の板表面下７ｍｍから丸棒引張試験片（ＺＩＳ Ｚ３１１１に準じたＡ２号）及び衝撃試験片（Ｖノッチ試験片）を採取して、機械試験を実施した。

引張強さの評価は４９０〜６２０ＭＰａ、Ｎｉ、Ｃｒ及びＭｏの１種または２種以上を含む場合は５９０〜７２０ＭＰａを良好とした。また、靭性の評価は、−２０℃におけるシャルピー衝撃試験を実施し、吸収エネルギーの３回の平均値が６０Ｊ以上、Ｂを含む場合は−３０℃で吸収エネルギーの平均値が６０Ｊ以上を良好とした。

スパッタ発生量は、銅製の捕集箱を用いて、板厚１２ｍｍの鋼板（ＪＩＳ Ｇ３１０６ ＳＭ４９０Ａ）に表２に示す溶接条件で３０秒間の繰り返し５回溶接を行い、１分間当りのスパッタ発生量を算出した。１分間当りスパッタ発生量が１．０ｇ以下を良好と評価した。それらの結果を表３にまとめて示す。

表３中試験Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１５が本発明例、試験Ｎｏ．１６〜Ｎｏ．３０は比較例である。本発明例である試験Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１５は、高電流密度の溶接条件、組み合わせたワイヤ記号Ｗ１〜Ｗ１５のＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｓ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ａｌ、弗素化合物のＦ換算値の合計、ＳｉＯ₂、Ｎａ化合物及びＫ化合物のＮａ₂Ｏ換算値とＫ₂Ｏ換算値の合計量が適正であるので、アークが安定しスパッタ発生量が少なく、ビード外観・形状及びスラグ剥離性が良好であり溶接欠陥が無く、溶接金属の引張強さ及び吸収エネルギーが良好であるなど極めて満足な結果であった。なお、試験Ｎｏ．５〜１２は、組み合わせたワイヤ記号Ｗ５〜Ｗ１２のＮｉ、Ｃｒ及びＭｏの１種または２種以上の合計が［Ｎｉ］／３＋［Ｃｒ］＋［Ｍｏ］で適量含むので溶接金属の吸収エネルギーを低下させること無く高い引張強さが得られた。また、試験Ｎｏ．９〜１５は、組み合わせたワイヤ記号Ｗ９〜Ｗ１５にＢを適量含むので−３０℃における吸収エネルギーが良好であった。試験Ｎｏ．３、Ｎｏ．６及び試験Ｎｏ．１１は、組み合わせたワイヤ記号Ｗ３、Ｗ６及びＷ１１の鋼製外皮に継目を有するのでややビードが蛇行した。

比較例中試験Ｎｏ．１６は、電流密度が低いので、溶接金属の溶着量が少なかった。

試験Ｎｏ．１７は、電流密度が高いので、スパッタ発生量が多かった。また、組み合わせたワイヤ記号Ｗ１１の鋼製外皮に継目を有するのでややビードが蛇行した。

試験Ｎｏ．１８は、組み合わせたワイヤ記号Ｗ１６のＣが少ないので、溶接金属の引張強さが低かった。また、ＳｉＯ₂が多いので、スラグ巻き込み欠陥が生じ、溶接金属の吸収エネルギーが低値であった。

試験Ｎｏ．１９は、電流密度が低いので、溶接金属の溶着量が少なかった。また、組み合わせたワイヤ記号Ｗ１７のＣが多いので、スパッタ発生量が多く、溶接金属の引張強さが高く吸収エネルギーが低かった。さらに、Ｎａ化合物及びＫ化合物のＮａ₂Ｏ換算値とＫ₂Ｏ換算値の合計量が多いので、ヒューム発生量が多くスラグ巻き込みも生じた。

試験Ｎｏ．２０は、組み合わせたワイヤ記号Ｗ１８のＳｉが少ないので、溶接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、ＳｉＯ₂が少ないので、ビード止端部のなじみが悪くビード外観・形状が不良であった。

試験Ｎｏ．２１は、組み合わせたワイヤ記号Ｗ１９のＳｉが多いので、溶接金属の引張強さが高く吸収エネルギーが低かった。また、Ｓが多いので、クレータ割れが生じた。さらに、鋼製外皮に継目を有するのでややビードが蛇行した。

試験Ｎｏ．２２は、電流密度が高いので、スパッタ発生量が多かった。また、組み合わせたワイヤ記号Ｗ２０のＭｎが少ないので、溶接金属の引張強さが低く吸収エネルギーも低値であった。さらに、Ｎｉ、Ｃｒ及びＭｏの１種または２種以上の合計が［Ｎｉ］／３＋［Ｃｒ］＋［Ｍｏ］で少ないので、溶接金属の引張強さ向上の効果が得られなかった。

試験Ｎｏ．２３は、組み合わせたワイヤ記号Ｗ２１のＭｎが多いので、溶接金属の引張強さが高く吸収エネルギーが低かった。また、Ｂが少ないので、吸収エネルギーの向上効果は得られなかった。

試験Ｎｏ．２４は、組み合わせたワイヤ記号Ｗ２２のＳが少ないので、スラグ剥離性が不良であった。また、Ｎｉ、Ｃｒ及びＭｏの１種または２種以上の合計が［Ｎｉ］／３＋［Ｃｒ］＋［Ｍｏ］で多いので、溶接金属の引張強さが高くなりすぎて吸収エネルギーが低かった。

試験Ｎｏ．２５は、組み合わせたワイヤ記号Ｗ２３のＢが多いので、クレータ割れが生じた。また、Ａｌが多いので、アークが不安定で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Ｗ２４のＣｕ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、Ｂが少ないので、吸収エネルギー向上の効果が得られなかった。

試験Ｎｏ．２７は、組み合わせたワイヤ記号Ｗ２５のＣｕ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、Ｎａ化合物及びＫ化合物のＮａ₂Ｏ換算値とＫ₂Ｏ換算値の合計量が少ないので、アークが不安定でスパッタ発生量が多かった。さらに、Ｎｉ、Ｃｒ及びＭｏの１種または２種以上の合計が［Ｎｉ］／３＋［Ｃｒ］＋［Ｍｏ］で少ないので、溶接金属の引張強さ向上の効果が得られなかった。

試験Ｎｏ．２８は、組み合わせたワイヤ記号Ｗ２６のＴｉが少ないので、アークが不安定でスパッタ発生量が多かった。また、溶接金属の吸収エネルギーが低値であった。さらに、鋼製外皮に継目を有するのでややビードが蛇行した。

試験Ｎｏ．２９は、組み合わせたワイヤ記号Ｗ２７のＴｉ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、弗素化合物のＦ換算値が多いので、アークが荒くなりスパッタ発生量が多かった。

試験Ｎｏ．３０は、組み合わせたワイヤ記号Ｗ２８のＡｌが少ないので、溶接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、弗素化合物のＦ換算値が少ないので、アークが集中せずスパッタ発生量が多かった。

Claims (4)

1. 鋼製外皮にフラックスを充填してなるガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤを電極として溶接を行う高電流密度ガスシールドアーク溶接方法において、
   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：０．０３〜０．１２％、
   Ｓｉ：０．２〜１．０％、
   Ｍｎ：１．０〜２．５％、
   Ｓ：０．０１〜０．０３％、
   Ｃｕ：０．０５〜０．４５％、
   Ｔｉ：０．０８〜０．２０％、
   Ａｌ：０．０３〜０．１５％を含有し、
   さらに、ワイヤ全質量に対する質量％で、フラックス中に、
   弗素化合物：Ｆ換算値の合計で０．０１〜０．１０％、
   ＳｉＯ₂：０．０１〜０．２０％、
   Ｎａ化合物及びＫ化合物：Ｎａ₂Ｏ換算値とＫ₂Ｏ換算値の合計で０．０２〜０．１５％を含有し、残部は鋼製外皮のＦｅ、鉄粉のＦｅ分、鉄合金粉のＦｅ分及び不可避不純物からなるガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤを用い、電流密度が３２０〜５２０Ａ／ｍｍ²の条件で溶接することを特徴する高電流密度ガスシールドアーク溶接方法。
2. 鋼製外皮とフラックスの合計で、Ｎｉ、Ｃｒ及びＭｏの１種または２種以上の合計を下記式で０．１５〜０．６０をさらに含有する前記ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤにより溶接することを特徴とする請求項１に記載の高電流密度ガスシールドアーク溶接方法。
   ［Ｎｉ］／３＋［Ｃｒ］＋［Ｍｏ］・・・・式
   但し、［ ］は、各成分のワイヤ全質量に対する質量％を示す。
3. 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、Ｂ：０．００１５〜０．０１５０％をさらに含有する前記ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤにより溶接することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の高電流密度ガスシールドアーク溶接方法。
4. 成形された前記鋼製外皮の合わせ目が溶接されていることで鋼製外皮に継目を無くした前記ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤにより溶接することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の高電流密度ガスシールドアーク溶接方法。