JP4234481B2

JP4234481B2 - ガスシールドアーク溶接用溶接ワイヤ

Info

Publication number: JP4234481B2
Application number: JP2003103211A
Authority: JP
Inventors: 浩史矢埜; 修一阪口; 時彦片岡
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2002-11-08
Filing date: 2003-04-07
Publication date: 2009-03-04
Anticipated expiration: 2023-04-07
Also published as: JP2004202572A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軟鋼、490MPa級及び520MPa級高張力鋼板のガスシールドアーク溶接用溶接ワイヤに係り、特に高入熱高パス間温度で溶接された場合でも高強度、高靭性が得られるガスシールドアーク溶接用溶接ワイヤに関する。また、本発明は、これに加えてワイヤの送給性、アーク安定性が重要視されるロボットを用いた自動溶接、高い溶接電流で施工される鉄骨、橋梁用のガスシールドアーク溶接施工に好適な溶接用溶接ワイヤに関する。
【０００２】
【従来の技術】
鋼構造物の溶接には、ガスシールドアーク溶接、とくに炭酸ガスシールドアーク溶接がもっとも一般的な溶接方法として広く用いられている。前記溶接方法では、従来から、溶接金属の靭性向上手段として、Ti−B系溶接材料の検討が行われている。例えば、特許文献１では、溶接ワイヤ中のC、Si、Mnに加えAl、Ti、Zr、及びVの中の１種類以上を含有するとともにさらにBを添加した溶接ワイヤが開示されている。また、特許文献２ではC、Si、Mnに加えてTi、Moの１種類以上を含有するとともにBを添加した溶接ワイヤが提案されている。
【０００３】
しかし、近年、溶接作業の効率化のために、高電流、高入熱高パス間温度条件で溶接が実施される傾向にある。このような高入熱高パス間温度条件下においては、溶接金属の強度が低下するとともに衝撃特性も劣化する。一方、最近の溶接部の特性に対する要求は高度化しており、そのため高電流、高入熱高パス間温度条件で溶接が実施されても、優れた溶接部特性が得られる溶接材料の必要性が高くなっている。特に、近年では炭酸ガスシールドアーク溶接ではそのような要求が高く、高入熱高パス間温度条件において、高度の機械的特性を得ることができる溶接材料が求められている。このような高入熱高パス間温度条件に対応するために、特許文献３では、C、Si、Mn、Ti、B、Sを含有し、BとTiの比率およびBとSの積を規制した溶接ワイヤが、特許文献４ではTi、B及びAl、Zrの１種類以上を含有し、さらにC、Si、Mn、Moを所定量含む溶接ワイヤが提案されている。
【０００４】
また、これらの溶接ワイヤは、溶接ロボットを用い連続溶接を高電流、高速度で行うために用いるものであり、高速で送給する際の溶接ワイヤ送給不安定によるトラブルを防止するために送給性がよいことが要求されている。送給性を向上させるためには、従来、銅めっき、潤滑油の塗布が行われてきたが、これら単独の適用では上記ワイヤに十分な送給性を付与することは困難である。そのため、特許文献５には、ポリ四弗化エチレン、MoS₂、グラファイト、および鉱物からなる潤滑剤をワイヤ表面に保持させてワイヤ送給性を向上させた方法が提案されている。また、特許文献６には、MoS₂または、WS₂、エステルまたは石油ろうからなる潤滑剤をワイヤ表面に保持させてワイヤ送給性を向上させた方法が提案されている。
【０００５】
【特許文献１】
特公昭43-12258号公報
【特許文献２】
特公昭55-149797号公報
【特許文献３】
特開平10-230387号公報
【特許文献４】
特開平11-90678号公報
【特許文献５】
特開平5-23731号公報
【特許文献６】
特開平11-217578号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記ワイヤ組成に関する発明は、高入熱高パス間温度条件での機械的特性の改善には有効であるが、組み立て溶接や横向き溶接のような場合に、実用上求められる低入熱高パス間温度条件での溶接性に問題があった。すなわち、これら従来の溶接ワイヤは、実用上の作業効率を落とさずに連続的な溶接作業を続けたときに、溶接金属の硬さが大きくなり、靭性の劣化あるいは割れの発生を引き起こしていた。低入熱高パス間温度条件での溶接が想定されていなかったためである。
【０００７】
また、上記ワイヤの送給性向上に関する提案も、上記溶接ロボットを用いた連続溶接や、高電流溶接等においてさらに高速送給性を要求される場合には溶接ワイヤ送給不安定によるトラブルが発生する可能性があり、送給性の一層の向上が求められている。
【０００８】
本発明は、このような従来の溶接ワイヤにかかる問題点を解決することを目的とし、溶接作業の効率化のために必要な高入熱高パス間温度の溶接を行っても溶接金属の十分な機械的強度を確保し、かつ組み立て溶接や横向き溶接のような低入熱条件の溶接を行っても溶接金属の硬さの増加を抑え、靭性の劣化あるいは割れの発生を防止できるガスシールドアーク溶接用溶接ワイヤを提案することを目的とする。また、本発明は、上記ガスシールドアーク溶接用溶接ワイヤを、溶接ロボットを用いて高電流溶接によって連続溶接する際に円滑な溶接ワイヤ送給が可能な潤滑手段の施されたガスシールドアーク溶接用溶接ワイヤを提案するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、ガスシールド溶接における高入熱高パス間温度条件での溶接の特徴、溶接金属の化学組成と低入熱溶接条件における靭性の劣化或いは割れの発生などについて総合的な検討を行い、高入熱高パス間温度の溶接条件および低入熱条件の双方に適応できる溶接ワイヤを得るためには、溶接時の溶融金属内で起こる脱酸反応によって溶融金属から部分的に離脱する元素の炭素当量への寄与、および溶接時の溶融金属から実質的に離脱しない元素の炭素当量への寄与を分離して成分調整することが重要であることに想到した。
【００１０】
また、本発明者らは、溶接ロボットを用いた連続溶接や、高電流溶接時の溶接ワイヤ送給不安定現象とワイヤ表面および潤滑剤、無機物の働き、さらに、高電流溶接におけるワイヤ組成の影響について鋭意検討し、潤滑剤中にK化合物を含有させることの有利性を発見し、本発明を完成した。
【００１１】
本発明のガスシールドアーク溶接用溶接ワイヤは、めっきを含めた溶接ワイヤの組成が質量比で、C：0.005%以上0.04%未満、Si：0.65%以上1.2%以下、Mn：1.7%以上2.2%以下、Ti：0.15%以上0.30%以下、Mo：0.12%以上0.22%以下、B：0.0010%以上0.0025%以下、Cr：0.30%以下、Cu：0.5%以下を含有し、残部が実質的にFeからなり、かつ下記(１)〜(７)式を満たすとともに、その鋼素線表面に、質量比で、 MoS ₂ 、 BN の１種または２種：合計 15% 以上 70% 以下、ワックス： 2% 以下 K 化合物： 2% 以上 70% 以下、銅粉： 5% 以上 70% 以下からなる固形潤滑剤層を前記鋼素線 10kg 当り 0.2g 以上 1.0g 以下を有し、かつ該固形潤滑剤層の表面に脂肪酸エステルおよび / または潤滑油からなる表層潤滑剤層を前記鋼素線 10kg 当たり 0.2g 以上 1.8g 以下を有するものである。
DE=C%+Mn%/6+Si%/24 (１)
AE=Mo%/4+Cr%/5+Ni%/40 (２)
0.32<(0.7×DE+0.8×AE) (３)
(DE+AE)<0.50 (４)
0.1<AE/DE (５)
Pcm=C%+Mn%/6+Si%/30+(Cr%+Cu%)/20+Ni%/60+Mo%/15+5B% （６）
Pcm+760B%<2.5 (７)
上記溶接ワイヤは、さらに、K：0.0001%以上0.0150%以下を含有した組成とすることができる。
【００１２】
上記固形潤滑剤層はさらに、グラファイト5%以上20%以下を含有することが潤滑効果を向上させるために一層有利である。また、上記潤滑剤層は鋼素線の上に施された0.5μm以上の銅めっきに重ねて被覆するのが好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の鋼素線組成をその限定理由を含めて具体的に説明する。
【００１４】
C：0.005%以上0.04%未満（含有量は質量比、以下同様）
溶接ワイヤに不可避的に含まれるCは、溶接金属の強度を確保するのに必要であり、脱酸元素としての効果もある。0.005%未満では溶接金属の強度が不足し、一方0.04%以上では溶接金属の靭性が低下する。このため0.005%以上0.04%未満とする。
【００１５】
Si：0.65%以上1.2%以下
Siは脱酸元素として、ガスシールドアーク溶接、とくに炭酸ガスシールドアーク溶接やMAG溶接時に使用する溶接ワイヤに不可欠な元素である。0.65%未満では脱酸効果が不十分で、ブローホールが発生しやすい。一方、1.2%を超えると、溶接金属中の含有量が過多となり、靭性がかえって劣化する。そのため0.65%以上1.0%以下の範囲で含有させる。
【００１６】
Mn：1.7%以上2.2%以下
MnはSiとともに脱酸元素として不可欠な元素であるだけでなく、溶接金属の機械的強度および靭性を確保させるために必須な元素である。1.7%未満では、溶接金属中での含有量が不足して十分な機械的強度、靭性を得ることができない。しかし、2.2%を超えて含まれると、溶接金属中での含有量が過多となり、靭性がかえって劣化する。このため1.7%以上2.2%以下の範囲で含有させる。
【００１７】
Ti：0.15%以上0.30%以下
Tiは比較的入熱の高いガスシールドアーク溶接を行う場合に、アークを安定させてスパッタを減少させ、またブローホールの発生を防止する効果がある。また、溶接金属の靭性を向上させる効果がある。しかし、0.15%未満ではこれらの効果に乏しく、一方0.30%を超えると溶接ワイヤ素材の溶製上の問題により生産性が低下する。このため、その含有量は0.15%以上0.30%以下とする。
【００１８】
B：0.0010%以上0.0025%以下
Bは、溶接金属組織の粗大なフェライト生成を抑制して組織を微細化し、靭性を向上させるのに有効な元素である。0.0010%未満では、靭性を向上させる効果が不十分であり、一方、0.0025%を超えて含有させても靭性改善効果が乏しく、むしろ高温割れが発生しやすくなる。このため、その含有量は0.0010%以上0.0025%以下とする。
【００１９】
Mo：0.12%以上0.22%以下
Moは、大入熱のガスシールドアーク溶接を行う場合に、溶接金属の組織を微細化して靭性を向上させるのに不可欠な元素である。しかし、0.12%未満ではその効果が乏しく、一方、0.22%を超えると、溶接金属に低温変態組織が生成して溶接金属が硬化して靭性が劣化し、割れの発生が顕著となる。このためその含有量は、0.12%以上0.22%以下とする。
【００２０】
Cr：0.30%以下
Crは、大入熱のガスシールドアーク溶接を行う場合に、溶接金属の組織を微細化して、靭性を向上させるのに不可欠な元素である。0.30%を超えると溶接金属に低温変態組織が生成して溶接金属が硬化して靭性を劣化させ、割れの発生が顕著となる。したがって、その含有量は0.30%以下の範囲とする。なお、十分な効果を得るには0.05%以上とするのがよい。
【００２１】
Cu：0.5%以下
Cuは、溶接金属の焼入れ性を増し、またミクロ組織の固溶強化による強度確保の期待できる成分であるが、多量に含まれると凝固割れ感受性を高めるため、0.5%以下とする。なお、上記効果を得るためには0.05%以上とするとよい。
【００２２】
K：0.0001%以上0.0150%以下
Kは、アークを広げ（アークをソフト化し）、正極性炭酸ガスアーク溶接において溶滴の移行をスムーズにし、溶滴そのものを微細化し、ワイヤ送給抵抗の変動（振動）を抑制する効果を有している。この効果は、0.0001%以上の含有で認められる。一方、0.0150%を超える含有は、アーク長が長くなり、ワイヤ先端に懸垂した溶滴が不安定となり、スパッタの発生を増す。このため、Kは0.0001%以上0.0150%以下の範囲、より好ましくは0.0003%以上0.0030%以下の範囲で含有させるのが好ましい。なお、Kは沸点が約760℃と低く溶製段階での歩留まりが著しく低いため、その添加は、鋼の溶製段階で行うより、線引きされたワイヤ表面にカリウム塩溶液を塗布した後に焼鈍を行うことにより、ワイヤ内部（内部酸化層内）にKを侵入させて含有させるのが好ましい。
【００２３】
上述の合金元素を除く残部は実質的にFe（鉄）および不可避的不純物である。不可避的不純物としてはCａ、Nなどがあり、これらは質量比でCａは20ppm以下、Nは80ppm以下の範囲で許容できる。ただし、低入熱時の溶接金属の硬さの上昇を抑制するためには、Cａは10ppm以下、Nは50ppm以下とするのが好ましい。
【００２４】
本発明においては、上記組成条件を満足するとともに、下記（１）式および（２）式で定義されるDEおよびAEが、下記（３）および（４）式を満たす必要がある。ここで、DEは溶接時の溶融金属内で起こる脱酸反応により、溶融金属から一部が離脱する元素の溶接ワイヤ中の合計量であり、AEは、溶接時の溶融金属から離脱しない元素の溶接ワイヤ中の合計量である。
DE=C%+Mn%/6+Si%/24 (１）
AE=Mo%/4+Cr%/5+Ni%/40 (２)
0.32<(0.7×DE+0.8×AE) (３)
(DE+AE)<0.50 (４)
【００２５】
このうち、（３）式は高入熱高パス間温度条件で溶接した場合に溶接金属の強度を確保するための条件であり、（４）式は、低入熱条件の場合に溶接金属の硬さの増加を抑え、靭性の劣化或いは割れの発生を防止するための条件である。これらの条件は、何れもいわゆる炭素当量に関係する量であるが、本発明の場合は、これを溶接時に溶融金属内で起こる脱酸反応により溶融金属から部分的に離脱して減少する元素群とそうでない元素群に分け、上記式に表される形でこれらの元素のバランスを図ったものである。
【００２６】
さらに、本発明では、
0.1<AE/DE （５）
を満たすことが必要である。これにより、高入熱高パス間温度条件で溶接金属強度を確保することができる。
【００２７】
高入熱高パス間温度条件では、積層法やウィービング幅などの条件によっては、溶融金属内で起こる脱酸反応により溶融金属から部分的に離脱する元素群が減少し、そのため溶接金属強度を安定して確保することが困難になる。そこで、（５）式を満足させることにより、溶接時の溶融金属から離脱しない元素群の炭素当量の指標であるAEを、溶融金属から部分的に離脱する元素群の炭素当量の指標であるDEに対して十分大きくし、溶接金属強度を安定して確保するのである。なお、この場合において、上記AE/DEの値を0.2未満とすれば、低入熱条件の場合に溶接金属硬さの増加を抑え、靭性の劣化あるいはそれに伴う割れの発生を防止できるので好ましい。
【００２８】
さらに、本発明では組み立て溶接や横向き溶接のような低入熱での溶接性を確保するために、特に低入熱溶接時の溶接金属の硬さを上昇させるBの含有量を（６）式および（７）式を満たすように制限する。
Pcm=C%+Mn%/6+Si%/30+(Cr%+Cu%)/20+Ni%/60+Mo%/15+5B% （６）
Pcm+760B%<2.5 （７）
【００２９】
一般に溶接金属の硬さに及ぼす化学組成の影響はPcmで評価されるが、本発明のような高入熱高パス間温度に対応した溶接ワイヤを用いて低入熱の溶接を行った場合、Bの影響が顕著となる。そこで（７）式によって規定される条件を設け、低入熱時に起こる溶接金属の硬さの上昇を押さえ、靭性の劣化およびそれに由来する割れの発生を回避するのである。
【００３０】
化学組成を上記の成分バランスで有せしめることにより、溶接作業の効率化のために必要な高入熱高パス間温度の溶接を行っても溶接金属の十分な機械的強度を確保し、かつ組み立て溶接や横向き溶接のような低入熱条件の溶接を行っても溶接金属の硬さの増加を抑え、靭性の劣化あるいは割れの発生を防止できるガスシールドアーク溶接用溶接ワイヤを得ることができる。しかしながら、本発明のワイヤを溶接ロボットを用いて高電流溶接によって連続溶接する際に円滑な送給を可能とするためには、以下に示すような鋼素線上に銅めっきを施しそれに重ねてK化合物及び銅粉を含んだ固形潤滑剤層、さらに、それに重ねて表層潤滑剤層を有せしめることが必要である。以下潤滑層について説明する。
【００３１】
銅めっき：厚さ0.5μm以上
高電流での連続溶接においては、給電不良によりワイヤの送給が阻害されやすい。この給電不良に基づくワイヤ送給の阻害に対処するため、本発明では、鋼素線に銅めっきを厚さ0.5μm以上、好ましくは0.8μm以上行う。これにより、給電不良によるワイヤ送給の不安定化が容易に防止できる。また、それにより、給電チップの損耗も低減できるという効果も得られる。しかし、Cu量が、鋼ワイヤ中のCu量を含めて0.5%を超えると、溶接金属の靭性低下が著しくなる。このため、銅めっき厚は、0.5μm以上好ましくは0.8μm以上とするが、ワイヤ中のCu量は上記銅めっき分を含めて0.5%以下となるようにする。
【００３２】
固形潤滑剤層は、質量比で、MoS₂、BNの１種または２種：合計15%以上70%以下、ワックス：2%以下、K化合物：2%以上70%以下、銅粉：5%以上70%以下からなる。固形潤滑剤層は、鋼素線10kg当たり0.2g以上1.0g以下の付着量とする。
【００３３】
MoS₂，BN，ワックス，K化合物，銅粉等を含む潤滑層は、給電チップの温度が500℃以上に達する大電流連続ガスシールドアーク溶接において送給性を維持する効果がある。しかし上記範囲を外れると、溶接ワイヤの送給速度が著しく変動し送給が不安定になるので、上記範囲内に制限する。この場合において、MoS₂及び／又はBNの含有量は、合計で15%以上50%以下とするのが上記効果を確実にする上で好ましい。また、K化合物としてはステアリン酸カリウムを使用するのが好ましい。なお、上記に示す銅粉は、銅めっきされた鋼素線を溶接ワイヤに加工する途中で銅粉として固形潤滑層に含まれるもので、特別に添加されたものではない。
【００３４】
さらにグラファイトを5%以上20%以下含有すると、給電チップが高温になっても溶接ワイヤの送給性が維持され、スパッタも低減する効果が得られる。
【００３５】
固形潤滑剤層の付着量は、鋼素線10kg当たり0.2g以上1.0g以下を有するのが好ましい。鋼素線10kg当たり0.2g未満では、溶接ワイヤの送給抵抗を軽減する効果が得られない。一方、鋼素線10kg当たり1.0gを超えると、給電チップ内面に固形潤滑剤が付着蓄積して溶接ワイヤの送給を阻害する。
【００３６】
表層潤滑剤層は、脂肪酸エステルおよび/または潤滑油からなる。これらの付着量は鋼素線10kg当たり0.2g以上1.8g以下とする。これらの付着量が鋼素線10kg当たり0.2g未満では、ワイヤ送給抵抗の軽減と安定化を図る効果がなく、1.8g超えでは、ワイヤ送給ローラでのスリップを生じ、ワイヤ送給速度が著しく変動し、アークの安定化が困難になる。
【００３７】
上記本発明の溶接用溶接ワイヤの製造方法は以下のとおりである。まず、上記組成（Cu及びKを除く）を有する溶鋼を、転炉、電気炉等の通常公知の溶製方法により溶製し、好ましくは連続鋳造法により、ビレット等の鋼素材とする。得られた鋼素材を加熱し、ついで熱間圧延あるいはさらに乾式による冷間圧延（伸線）を施し鋼素線とする。熱間圧延の条件は、所望の寸法形状の鋼素線となる条件であればよく、とくに限定されない。さらに、これら鋼素線に、焼鈍―酸洗―銅めっき―伸線加工―潤滑剤付与、の各工程を順次施し所定の線径の製品（溶接用溶接ワイヤ）とする。
【００３８】
K（カリウム）は、上記一連の工程中、焼鈍前のワイヤ表面にカリウム塩溶液を塗布したのち、焼純を行うことによってワイヤ表面に形成される内部酸化層中に侵入させる。カリウム塩溶液としては、クエン酸３カリウム水溶液、炭酸カリウム水溶液、水酸化カリウム水溶液等を利用することができ、塗布溶液のカリウム塩濃度は、K換算で、0.5%以上3.0mass%以下とするのが好ましい。
【００３９】
焼純は、温度：650〜850℃の範囲内で、水蒸気を含む窒素ガス雰囲気中で行うのが好ましい。焼鈍温度が650℃未満では、内部酸化層の形成速度が遅く、一方850℃を超えると、酸化の進行が速すぎて、いずれも所要の内部酸化層を形成させるのが困難となる。この焼鈍によりワイヤを軟化させることができ、併せてKを内部酸化層中に確実に保持させることができる。
【００４０】
焼純雰囲気は、露点0℃以下、酸素濃度200mass ppm以下とするのが内部酸化層形成の観点から望ましい。このような雰囲気中で、表面にカリウム塩含有溶液を塗布された鋼素線を焼鈍することにより、鋼表面から酸化が進行し、生成した内部酸化層中にカリウムが保持されるようになる。
【００４１】
焼純温度及び時間は、溶接ワイヤの線径、カリウム塩濃度、カリウム塩含有溶液の塗布量等と関連して決定し、ワイヤ中の内部酸化層を含むK含有量が、0.0003%以上0.0030%以下、O含有量が0.0020%以上0.0080%以下となるように決定すればよい。焼鈍済みの鋼素線は酸洗（その際、内部酸化層は除去しない）した上で、銅めっきを施し、さらに必要に応じ固形潤滑剤層及び表層潤滑剤層を被覆する。
【００４２】
（実験例）
表１に示す化学組成を有し、かつ、（１）〜（７）式に規定するパラメータが表２に示すようになっている鋼を溶製し、鍛造、圧延、めっき及び巻取りの各工程を経て溶接用溶接ワイヤを製造した。これらのワイヤを用い、表３に示す組成を有する引張強度５００ＭＰａ級鋼板に対して表４に示す溶接条件で炭酸ガスシールドアーク溶接を行って溶接継手とした。開先形状は図１（溶接条件Ａ：高入熱高パス間温度条件のとき）及び図２（溶接条件Ｂ：低入熱溶接条件のとき）であった。なお、表２及び後述の表５において「発明例」とは請求項１に記載のパラメータを満足する場合であり、「比較例」とは少なくともいずれかのパラメータの値を満足しない場合をいう。
【００４３】
上記により得られた溶接継手の溶接部から溶接金属を含む試験片を採取し、引張強度及びビッカース硬度Hvを測定した。なお、引張強度の測定は、JIS Z 2201に規定するA1号丸棒試験片相当の試験片で行った。ビッカース硬度は、荷重98Nで溶接金属部を0.5mm間隔で連続して5点測定しその平均値から求めた。
【００４４】
得られた測定結果を表５に示す。本発明の条件を満たす場合（試験番号No.1〜3）、溶接金属の引張強度が高入熱高パス間温度条件で必要な500MPaを満たし、かつ溶接金属の硬さが低入熱溶接条件で必要なビッカース硬さで320以下であった。これにより、本発明の条件を満たせば、高入熱高パス間温度溶接を行っても、溶接部の機械的な強度を確保でき、かつ低入熱溶接を行っても、溶接部靭性の劣化あるいは割れの発生を防止できることが確認できた。これに対し、本発明の条件を満たさない場合は、引っ張り強度の必要条件を満たさない。すなわち、試験番号4〜6の場合は、溶接金属の引張強度は500MPa未満である。
【００４５】
【表１】

【００４６】
【表２】

【００４７】
【表３】

【００４８】
【表４】

【００４９】
【表５】

【００５０】
（実施例）
連続鋳造製鋼素材（ビレット）を、熱間圧延し、直径5.5〜7.0mmの線材とし、ついで冷間加工（伸線）により、2.0〜2.8mmの鋼素線とした。これら鋼素線に、質量比で2〜30%のクエン酸３カリウム水溶液（濃度：2〜30質量%）を塗布した。塗布量は30〜50g/素線1kgとした。ついで、これら鋼素線を露点-2℃以下、酸素200vol.ppm以下、二酸化炭素0.1vol.%以下のN₂雰囲気中で焼鈍した。焼鈍温度は750〜950℃の範囲とした。この際、線径、カリウム塩濃度、加熱温度と保持時間の調整により、ワイヤの内部酸化層に保持されるK量とＯ量とを調整した。
【００５１】
焼鈍後、鋼素線に酸洗を施し、ついで、鋼素線表面に銅めっきを施した。銅めっき後、これら鋼素線に冷間で伸線加工を施し、直径1.2mmの溶接ワイヤとした。冷間伸線加工は、主として湿式伸線によるが、一部工程に乾式伸線法を適用することによってMoS₂、ワックス（ポリ４弗化エチレン及び金属石鹸）、およびK化合物よりなる固形潤滑剤層を形成させた。なお、固形潤滑剤層の付着量は、乾式伸線数、ダイススケジュール、およびダイス形状により調整した。得られた鋼素線の組成（内部酸化層、めっき層を含む）、および（１）〜（７）式に規定するパラメータ値を表６及び７に、固形潤滑剤層及び表層潤滑剤層の組成を表８に示す。
【００５２】
【表６】

【００５３】
【表７】

【００５４】
【表８】

【００５５】
上記の溶接ワイヤを用い、実験例と同様の条件で炭酸ガスシールドアーク溶接を行った。得られた測定結果を表９に示す。本発明の条件を満たす場合（試験番号Ｎｏ．７〜９）、溶接金属の引張強度が高入熱高パス間温度条件で必要な500MPaを満たし、かつ溶接金属の硬さが低入熱溶接条件で必要なビッカース硬さで320以下であった。これにより、本発明の条件を満たせば、高入熱高パス間温度溶接を行っても、溶接部の機械的な強度を確保でき、かつ低入熱溶接を行っても、溶接部靭性の劣化あるいは割れの発生を防止できることが確認できた。
【００５６】
【表９】

【００５７】
これらの溶接ワイヤの送給性を評価するために表１０に示す条件でワイヤ送給溶接試験を行い、ワイヤ送給抵抗とスパッタ発生量、給電チップの損耗度を測定した。各測定方法及び評価基準は以下のとおりである。
【００５８】
【表１０】

【００５９】
（ワイヤ送給抵抗）
板厚19mm鋼板上に2分間のビードオン溶接を行い、ワイヤ送給抵抗を測定した。なお、ワイヤ送給抵抗の目標値は60N以下とし、ワイヤ送給抵抗が40N以下を良（○）、40N超え60N以下を可（△）、60N超えを不可（×）とした。
【００６０】
（スパッタ発生量）
板厚19mmの鋼板上に2分間のビードオン溶接を行い、Cu製捕集治具を用いて、スパッタを捕集し、スパッタ発生量を測定した。溶接時間は1minとした。なお、スパッタ発生量の目標値は3.0g/min以下とし、スパッタ発生量が2.0g/min以下を良（○）、2.0g/min超え3.0g/min以下を可（△）、3.0g/min超えを不可（×）として評価した。
【００６１】
（給電チップの損耗度）
直径800mmφの鋼管（肉厚：25mm）を自転させながら、鋼管外周に30min間の連続溶接を行った。この連続溶接後に、チップ先端内径を測定し、最大値、最小値を求めチップ内径の楕円化率を算出し、給電チップの損耗度を評価した。
チップ内径の楕円化率は下記式で算出した。楕円化率の目標値を5%以下とし、楕円化率が2%以下を良（○）、2%超え5%以下を可（△）、5%超えを不可（×）として、給電チップの損耗度を評価した。
楕円化率=((チップ先端内径の最大値)/(チップ先端内径最小値)-1)×100
【００６２】
これらの試験結果を表１１に示す。本発明による溶接ワイヤは、ワイヤ送給抵抗が60N以下、スパッタ発生量が3.0g/min以下と少なく給電チップの損耗も低減されている。一方、本発明範囲を外れる比較例では、ワイヤ送給抵抗は60N超え、スパッタ発生量が3.0g/minを超え、スパッタが多発するとともに、給電チップの損耗が顕著となっている。
【００６３】
【表１１】

【００６４】
【発明の効果】
本発明により、高入熱高パス間温度の溶接条件において十分な強度の溶接金属が得られ、また低入熱の溶接条件においても溶接金属の硬さの上昇を抑え、靭性の劣化さらにはそれに基づく割れの発生を防止できる。さらに、本発明によれば、ガスシールドアーク溶接において、高電流での連続溶接においてもワイヤ送給性とアークの安定性に優れ、安定した品質の溶接継手が得られる。また、スパッタ量も低減でき、さらに給電安定性に優れ、給電チップの損耗も低減できるなど、産業上格段の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】表４に示す溶接条件Ａによって溶接試験を行うときの開先形状を示す断面図である。
【図２】表４に示す溶接条件Ｂによって溶接試験を行うときの開先形状を示す断面図である。

Claims

めっきを含めた溶接ワイヤの組成が質量比で C ： 0.005% 以上 0.04% 未満、 Si ： 0.65% 以上 1.2% 以下、 Mn:1.7% 以上 2.2% 以下、 Ti ： 0.15% 以上 0.30% 以下、 Mo ： 0.12% 以上 0.22% 以下、 B:0.0010% 以上 0.0025% 以下、 Cr ： 0.30% 以下、 Cu ： 0.5% 以下を含有し、残部が実質的に Fe からなり、かつ下記 ( １ ) 〜 ( ７ ) 式を満たすガスシールドアーク溶接用溶接ワイヤであって、
前記ガスシールドアーク溶接用溶接ワイヤの鋼素線表面に、質量比で、
MoS₂、BNの１種または２種：合計15%以上70%以下、
ワックス:2%以下
K化合物：2%以上70%以下
銅粉：5%以上70%以下
からなる固形潤滑剤層を前記鋼素線10kg当り0.2g以上1.0g以下を有し、かつ該固形潤滑剤層の表面に脂肪酸エステルおよび/または潤滑油からなる表層潤滑剤層を前記鋼素線10kg当たり0.2g以上1.8g以下を有することを特徴とするガスシールドアーク溶接用溶接ワイヤ。
DE=C%+Mn%/6+Si%/24 ( １ )
AE=Mo%/4+Cr%/5+Ni%/40 ( ２ )
0.32<(0.7 × DE+0.8 × AE) ( ３ )
(DE+AE)<0.50 ( ４ )
0.1<AE/DE ( ５ )
Pcm=C%+Mn%/6+Si%/30+(Cr%+Cu%)/20+Ni%/60+Mo%/15+5B% （６）
Pcm+760B%<2.5 ( ７ )
ワイヤ組成がさらに質量比で、
K：0.0001%以上0.0150%以下を含有することを特徴とする請求項１記載のガスシールドアーク溶接用溶接ワイヤ。
固形潤滑剤層がさらに、質量比でグラファイト5%以上20%以下を含有することを特徴とする請求項１又は２記載のガスシールドアーク溶接用溶接ワイヤ。
固形潤滑剤層は、鋼素線上に施された厚さ0.5μm以上の銅めっきに重ねて被覆されるものであることを特徴とする請求項１、２又は３に記載のガスシールドアーク溶接用溶接ワイヤ。