JP4986563B2 - エレクトロガスアーク溶接用フラックス入りワイヤ及び２電極エレクトロガスアーク溶接方法 - Google Patents
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Description
本発明は、厚鋼板の２電極立向１パス溶接が可能なエレクトロガスアーク溶接用フラックス入りワイヤ及び２電極エレクトロガスアーク溶接方法に関する。
エレクトロガスアーク溶接は、高能率立向溶接方法として、船舶、石油貯蔵タンク及び橋梁等の幅広い分野で適用されている。近時、中国・東アジア諸国の経済及び産業の発展が著しく、物流量の増加に伴い、コンテナ貨物の効率的な輸送を目的として、コンテナ船の大型化が急速に進んでいる。
コンテナ船の大型化に伴い、船側外板及びハッチコーミング等の厚肉化が進んでおり、板厚５０ｍｍ以上の鋼板が使用され、更に、板厚８０ｍｍを超える鋼板の適用も検討されている。このような厚鋼板を高能率に溶接できる施工法として、エレクトロガスアーク溶接法による大入熱１パス溶接化の要求が高まっている。
しかしながら、このような厚鋼板の溶接を従来の１電極１パス溶接方法で行うと、溶接速度が大幅に低下するとともに、融合不良等の欠陥が発生し易くなる。この問題点を解決すべく、これらの問題を解消し、作業効率を向上させるため、２電極エレクトロガスアーク溶接方法が提案されている（例えば特許文献１乃至３）。
特許文献１には、裏当材側電極として、スラグ生成率が溶着金属に対して０．５乃至２．６質量％である鋼ワイヤ又はフラックス入りワイヤを使用し、摺動銅板側電極として、スラグ生成率が溶着金属に対して２．７乃至５．５質量％であるフラックス入りワイヤを使用し、更に、裏当材側電極ワイヤ中及び摺動銅板側電極ワイヤ中のＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｔｉ及びＢの組成を規定し、両電極ワイヤ間を一定に保ちながら裏当材と摺動銅板との間で両電極ワイヤを揺動させることにより、良好な溶接作業性及び優れた溶接金属性能が得られる２電極エレクトロガスアーク溶接方法が開示されている。
また、特許文献２に開示された技術は、３５乃至９０ｍｍ厚鋼板の開先を２電極立向エレクトロガスアーク溶接する際に、板厚方向に溶接電極を２本配置し、摺動銅板側電極にスラグ生成率がワイヤ溶融量に対して２．７乃至５．５質量％であるフラックス入りワイヤを使用し、裏当材側電極にスラグ生成率がワイヤ溶融量に対して２．６質量％以下であるソリッドワイヤ又はフラックス入りワイヤを使用し、摺動銅板側電極と裏当材側電極のワイヤ極間距離を１０乃至３８ｍｍ、更に摺動銅板側電極のワイヤ送給速度を裏当材側電極のワイヤ送給速度の１乃至１．５倍で且つ両極の平均ワイヤ送給速度を１４乃至２０ｍ／分とし、両電極を揺動させ、立向１パス溶接によって溶接することで、溶接作業性に優れ、また、良好な溶込形状を得ることができるというものである。
また、特許文献３には、極厚の被溶接板の一方の面に摺動銅当金を当接させ、他方の面に固定式裏当材を当接させ、その開先内に、摺動銅当金側の溶接電極としてワイヤ全量に対して金属弗化物及びその他の成分組成を規定したフラックス入りワイヤを使用し、固定式裏当材側の溶接電極としてソリッドワイヤを使用し、この２本の溶接電極を板厚方向に並べて挿入して被溶接板を溶接することにより、厚鋼板を溶接する際に、良好な低温靭性及び良好な溶接作業性が得られる２電極立向エレクトロガスアーク溶接方法が開示されている。このとき、溶接時にこの２本の溶接電極を揺動させれば、この２本の溶接電極の開先壁に対する溶込の均一化を図ることができることが記載されている。
しかしながら、上述の従来技術には以下に示すような問題点がある。特許文献１乃至３に開示された２電極エレクトロガスアーク溶接方法は、いずれの方法においても、両電極の開先壁への溶込の均一化を図るために、溶接時に２電極とも摺動させることが好ましいため、両電極が被溶接板の表面側に摺動したときに被溶接板の裏面側に溶融スラグがたまり易い上、溶接長が長くなると、被溶接板の裏面側に配置される電極ワイヤの摺動の影響により、被溶接板の裏面側の電極ワイヤがアーク不安定になり、裏ビード不良及びスパッタ発生量過多等の現象が発生し易くなる。このため、被溶接板の裏面側の電極ワイヤにスラグ生成量の少ないソリッドワイヤ又はフラックス入りワイヤを使用することにより溶接作業性の改善が提案されているが、被溶接板の裏面側の電極ワイヤの組成を規定することによって裏ビード不良及びスパッタ発生量過多等を抑制することは困難である。
この問題点を解決すべく、本発明者らは、被溶接板の裏面側に配置される電極ワイヤを固定することで、被溶接板の裏面側の電極ワイヤの摺動による被溶接板の裏面側の溶融スラグ溜まり及びアーク不安定を抑制する方法を提案している（特許文献４）。
しかしながら、特許文献４に開示された技術には以下に示すような問題点がある。特許文献４には、靭性の高い溶接金属を得ることができるエレクトロガスアーク溶接用フラックス入りワイヤ及び溶接方法が開示されており、この技術によれば、溶接作業性に優れ、得られる溶接金属の低温靭性は良好であるものの、上述の通り、エレクトロガスアーク溶接に適用する鋼板の厚肉化、更には高強度化及び高靭性化が要求される中で、入熱が５００ｋＪ／ｃｍを超えるような場合においても、溶接金属の強度を確保し、且つ靭性に優れたエレクトロガスアーク溶接材料が必要になってきている。また、近時、更なる低温域で安定して靭性に優れる溶接材料が要求されており、特許文献４に開示された技術においてはこれらの点において不十分である。
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、入熱が５００ｋＪ／ｃｍを超えても溶接金属の強度及び靭性が高く、溶接作業性に優れるエレクトロガスアーク溶接用フラックス入りワイヤ及び２電極エレクトロガスアーク溶接方法を提供することを目的とする。
本発明に係るエレクトロガスアーク溶接用フラックス入りワイヤは、垂直に配置した１対の被溶接板を突き合わせて両者間に表面側が裏面側より幅広で垂直に延びる開先を形成し、前記被溶接板の裏面側に前記開先に固定的にあてがわれる裏面側裏当材を設置し、前記被溶接板の表面側に前記開先の長手方向に沿って前記開先に対して相対的に摺動可能な表面側裏当材を設置し、裏面側の第１電極ワイヤを前記開先の奥行き方向に対して固定的に設置し、表面側の第２電極ワイヤを前記開先の奥行き方向に対して往復移動可能に設置して、前記第１電極ワイヤ及び第２電極ワイヤにより前記開先を立向突き合わせ溶接する２電極エレクトロガスアーク溶接に使用されるフラックス入りワイヤにおいて、第１電極ワイヤ及び第２電極ワイヤの各組成における含有量の平均値として、Ｃ：０．０２乃至０．０９質量％、Ｍｎ：１．５乃至２．５質量％、Ｓｉ：０．２乃至０．６質量％、Ｎｉ：０．６乃至１．９質量％、Ｍｏ：０．３乃至１．２質量％、Ｔｉ：０．１０乃至０．４０質量％、Ｂ：０．００５乃至０．０２０質量％、Ｍｇ：０．１０乃至０．５０質量％を含有し、Ｎｉ＋Ｍｏの総量が１．２乃至２．６質量％、ＭｏとＮｉとの質量比Ｍｏ／Ｎｉが０．２５乃至１．００であり、残部がＦｅ及び不可避的不純物とスラグ生成剤であることを特徴とする。
前記第１電極ワイヤは前記スラグ生成剤を前記第１電極ワイヤの質量に対して０．３乃至１．６質量％含有し、前記第２電極ワイヤは前記スラグ生成剤を前記第２電極ワイヤの質量に対して１．０乃至２．０質量％含有すると共に、前記第１電極ワイヤ及び前記第２電極ワイヤにおける前記スラグ生成剤の含有量の和が１．３乃至３．３質量％であり、前記スラグ生成剤は、前記第１電極ワイヤ及び前記第２電極ワイヤの各組成における含有量の平均値として、Ｆ：０．１０乃至０．７０質量％であることが好ましい。
また、前記第２電極ワイヤは第２電極ワイヤの質量あたり、ＣＯ２：０．０４乃至０．２５質量％含む炭酸塩を含有していても良い。
本発明に係る２電極エレクトロガスアーク溶接方法は、垂直に配置した１対の被溶接板を突き合わせて両者間に表面側が裏面側より幅広で垂直に延びる開先を形成し、前記被溶接板の裏面側に前記開先に固定的にあてがわれる裏面側裏当材を設置し、前記被溶接板の表面側に前記開先の長手方向に沿って前記開先に対して相対的に摺動可能な表面側裏当材を設置し、裏面側の第１電極ワイヤを前記開先の奥行き方向に対して固定的に設置し、表面側の第２電極ワイヤを前記開先の奥行き方向に対して往復移動可能に設置して、前記第１電極ワイヤ及び前記第２電極ワイヤにより前記開先を立向突き合わせ溶接する２電極エレクトロガスアーク溶接方法において、前記第１電極ワイヤ及び第２電極ワイヤは、前記第１電極ワイヤ及び前記第２電極ワイヤの各組成における含有量の平均値として、Ｃ：０．０２乃至０．０９質量％、Ｍｎ：１．５乃至２．５質量％、Ｓｉ：０．２乃至０．６質量％、Ｎｉ：０．６乃至１．９質量％、Ｍｏ：０．３乃至１．２質量％、Ｔｉ：０．１０乃至０．４０質量％、Ｂ：０．００５乃至０．０２０質量％、Ｍｇ：０．１０乃至０．５０質量％を含有し、Ｎｉ＋Ｍｏの総量が１．２乃至２．６質量％、ＭｏとＮｉとの質量比Ｍｏ／Ｎｉが０．２５乃至１．００であり、残部がＦｅ及び不可避的不純物とスラグ生成剤である組成を有し、裏面側の前記第１電極のワイヤ径は１．２乃至１．６ｍｍ、表面側の前記第２電極のワイヤ径は１．４乃至２．０ｍｍであり、前記第１電極のワイヤ径は前記第２電極のワイヤ径以下であり、前記第１電極及び前記第２電極を単位時間あたりの送給量が同一になるよう送給することを特徴とする。
前記第１電極ワイヤは前記スラグ生成剤を前記第１電極ワイヤの質量に対して０．３乃至１．６質量％含有し、前記第２電極ワイヤは前記スラグ生成剤を前記第２電極ワイヤの質量に対して１．０乃至２．０質量％含有すると共に、前記第１電極ワイヤ及び前記第２電極ワイヤにおける前記スラグ生成剤の含有量の和が１．３乃至３．３質量％であり、前記スラグ生成剤は、前記第１電極ワイヤ及び前記第２電極ワイヤの各組成における含有量の平均値として、Ｆ：０．１０乃至０．７０質量％であることが好ましい。
表面側の前記第２電極ワイヤは第２電極ワイヤの質量あたり、ＣＯ２：０．０４乃至０．２５質量％含む炭酸塩を含有していても良い。
本発明によれば、エレクトロガスアーク溶接用フラックス入りワイヤのＣ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｂ及びＭｇの各成分の組成、Ｎｉ＋Ｍｏの総量並びにＭｏ／Ｎｉの比を適切に規定することにより溶接金属の強度及び靭性を向上させる。また、被溶接板の表面側に開先の長手方向に沿って開先に対して相対的に摺動可能な表面側裏当材を設置し、裏面側に開先に固定的にあてがわれる裏面側裏当材を設置し、裏面側の第１電極ワイヤを開先の奥行き方向に対して固定的に設置し、表面側の第２電極ワイヤを開先の奥行き方向に対して往復移動可能に設置して開先を立向突合せ溶接することにより、溶融スラグの飛散を抑制する。これによって、入熱が５００ｋＪ／ｃｍを超えるような場合であっても、強度及び靭性が高い溶接金属を得ることができる。
以下、本発明の実施形態について添付の図面を参照して具体的に説明する。先ず、本発明の第１実施形態について説明する。図１（ａ）は本実施形態に係る２電極エレクトロガスアーク溶接方法を示す模式的側面図、図１（ｂ）は同じく模式的上面図、図２（ａ）及び（ｂ）は溶接ワイヤ１３の摺動を示す模式的上面図である。
図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、垂直に配置された１対の厚鋼板からなる被溶接板１が突き合わされて両者間に表面側が裏面側より幅広で垂直に延びる開先が形成され、被溶接板１の表面側に、開先の長手方向に沿って開先に対して相対的に摺動可能な表面側裏当材として摺動銅板２が、スラグ逃がし溝３を設けた状態で設置されている。摺動銅板２には、溶接部に大気が侵入しないようシールドするためのシールドガスを図１（ａ）に示す矢印４の方向に噴出するガス噴射口５が設けられており、また、摺動銅板２を冷却するために摺動銅板２内部に設けられた冷却水通路（図示せず）に冷却水を矢印６の方向に供給し、矢印７の方向に排出する冷却水給排口８が設けられている。また、被溶接板１の裏面側に、開先に固定的にあてがわれる裏面側裏当材として裏当材９が設置されている。また、開先内には、被溶接板１の裏面側にコンタクトチップ１０によって保持された第１電極ワイヤとしての溶接ワイヤ１１（裏面側電極ワイヤ）が開先の奥行き方向に対して固定的に設置され、表面側にコンタクトチップ１２によって保持された第２電極ワイヤとしての溶接ワイヤ１３（表面側電極ワイヤ）が開先の奥行き方向（図１に示す矢印１４の方向）に対して往復移動可能に設置されている。
被溶接板１と溶接ワイヤ１１との間及び被溶接板１と溶接ワイヤ１３との間にアークを発生させ、開先を立向突合せ溶接すると、被溶接板１、溶接ワイヤ１１及び溶接ワイヤ１３が溶融し、溶融池１５及び溶融スラグ１６が形成され、溶接部に溶接金属１７が形成される。
例えば、被溶接板１の裏面側に設置された溶接ワイヤ１１及び被溶接板１の表面側に設置された溶接ワイヤ１３の双方が開先の奥行き方向に対して往復移動する場合、双方の溶接ワイヤが被溶接板１表面側に移動したときに、被溶接板１の裏面側に溶融スラグ１６が溜まり、双方の溶接ワイヤが被溶接板１の裏面側に移動したときは、被溶接板１の表面側に設置された溶接ワイヤ１３のアークによって被溶接板１の裏面側の溶融スラグ１６が抑え込まれる結果、被溶接板１の裏面側に溶融スラグ１６が溜まり易くなる。これにより、アークが不安定になり、融合不良を起こしたり、溶融スラグ１６の飛散が激しくなったりして溶接作業性が劣化する。
本実施形態に係る２電極エレクトロガスアーク溶接方法においては、被溶接板１の裏面側に設置された溶接ワイヤ１１が開先の奥行き方向に対して固定され、被溶接板１の表面側に設置された溶接ワイヤ１３が開先の奥行き方向に対して往復移動することで、図２（ａ）に示すように、溶接ワイヤ１３が被溶接板１の裏面側に移動したときに、被溶接材１の裏面側で発生した溶融スラグ１６が摺動銅板２側（図２（ａ）に示す矢印１８の方向）に移動し、図２（ｂ）に示すように、溶接ワイヤ１３が被溶接板１の表面側に移動したときに、この溶融スラグ１６が図２（ｂ）に示す矢印１９の方向に移動し、スラグ逃がし溝３より排出される。これにより、被溶接板１の裏面側に発生した溶融スラグ１６の一部は裏ビードのスラグとなるが、溶融スラグ１６の多くは被溶接板１の表面側に設置された摺動銅板２に設けられたスラグ逃がし溝３より排出される。これにより、裏面側に設置された溶接ワイヤ１１のアークを安定化させ、融合不良及び溶融スラグ１６の飛散を抑えることができる。
ここで、本発明者らは、厚鋼板の２電極１パス立向突合せ溶接において、フラックス入りワイヤの成分組成及びワイヤ径について検討し、優れた溶接作業性及び良好な低温靭性が得られるエレクトロガスアーク溶接用フラックス入りワイヤ及び溶接方法について検討を行った。そして、本実施形態に係る２電極エレクトロガスアーク溶接方法において、入熱が５００ｋＪ／ｃｍを超えるような場合であっても、強度及び靭性が高い溶接金属を得ることができるエレクトロガスアーク溶接用フラックス入りワイヤの成分について鋭意検討した結果、Ｃ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｂ及びＭｇの最適成分量を見出した。更に、靭性安定化にはＮｉ＋Ｍｏの総量及びＭｏ／Ｎｉの比を規定することが有効であることが明らかになった。
以下、本実施形態に係るエレクトロガスアーク溶接用フラックス入りワイヤにおける各成分の組成限定理由及びワイヤ径の限定理由について説明する。本実施形態に係るエレクトロガスアーク溶接用フラックス入りワイヤは、鋼製外皮及びフラックスからなるものである。なお、以下の説明において、Ｃ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｂの含有量は、第１電極ワイヤ及び第２電極ワイヤの各組成における含有量の平均値である（以下、これを単に平均値という）。
「Ｃ：０．０２乃至０．０９質量％」
Ｃは溶接金属の強度を確保するために必要な元素である。第１電極ワイヤ（裏面側電極ワイヤ）及び第２電極ワイヤ（表面側電極ワイヤ）のＣ量平均値が０．０２質量％未満では、溶接金属の強度が低下する。また、溶接金属の組織が粗大化し、靭性も低下する。一方、Ｃ量平均値が０．０９質量％を超えると、溶接金属の強度が高くなり過ぎ、靭性が低下する。従って、２電極エレクトロガスアーク溶接に使用されるフラックス入りワイヤにおいて、裏面側電極ワイヤ及び表面側電極ワイヤのＣ量平均値は、０．０２乃至０．０９質量％とする。なお、Ｃ源としては、鋼製外皮中に含有されるＣ、Ｃ単体、グラファイト、又は、鉄粉若しくは金属粉中に含有されるＣ等を使用することができる。
Ｃは溶接金属の強度を確保するために必要な元素である。第１電極ワイヤ（裏面側電極ワイヤ）及び第２電極ワイヤ（表面側電極ワイヤ）のＣ量平均値が０．０２質量％未満では、溶接金属の強度が低下する。また、溶接金属の組織が粗大化し、靭性も低下する。一方、Ｃ量平均値が０．０９質量％を超えると、溶接金属の強度が高くなり過ぎ、靭性が低下する。従って、２電極エレクトロガスアーク溶接に使用されるフラックス入りワイヤにおいて、裏面側電極ワイヤ及び表面側電極ワイヤのＣ量平均値は、０．０２乃至０．０９質量％とする。なお、Ｃ源としては、鋼製外皮中に含有されるＣ、Ｃ単体、グラファイト、又は、鉄粉若しくは金属粉中に含有されるＣ等を使用することができる。
「Ｍｎ：１．５乃至２．５質量％」
Ｍｎは脱酸剤として溶接金属の酸素量を低減させ、靭性を向上させるとともに、溶接金属の強度を確保するのにも有効な元素である。裏面側電極ワイヤ及び表面側電極ワイヤのＭｎ量平均値が１．５質量％未満では、溶接金属の靭性が低下する。一方、Ｍｎ量平均値が２．５質量％を超えると、溶接金属の強度が高くなり過ぎ、靭性が低下する。従って、Ｍｎ量平均値は、１．５乃至２．５質量％とする。なお、Ｍｎ源としては、鋼製外皮中に含有されるＭｎ、金属Ｍｎ、Ｆｅ−Ｍｎ又はＦｅ−Ｓｉ−Ｍｎ等を使用することができる。
Ｍｎは脱酸剤として溶接金属の酸素量を低減させ、靭性を向上させるとともに、溶接金属の強度を確保するのにも有効な元素である。裏面側電極ワイヤ及び表面側電極ワイヤのＭｎ量平均値が１．５質量％未満では、溶接金属の靭性が低下する。一方、Ｍｎ量平均値が２．５質量％を超えると、溶接金属の強度が高くなり過ぎ、靭性が低下する。従って、Ｍｎ量平均値は、１．５乃至２．５質量％とする。なお、Ｍｎ源としては、鋼製外皮中に含有されるＭｎ、金属Ｍｎ、Ｆｅ−Ｍｎ又はＦｅ−Ｓｉ−Ｍｎ等を使用することができる。
「Ｓｉ：０．２乃至０．６質量％」
Ｓｉも脱酸剤として溶接金属の酸素量を低減させ、靭性を向上させる効果を有するものである。裏面側電極ワイヤ及び表面側電極ワイヤのＳｉ量平均値が０．２質量％未満では、溶接金属の靭性が低下する。一方、Ｓｉ量平均値が０．６質量％を超えると、溶接金属を脱酸したことで溶融スラグとなったＳｉＯ２の量が過剰になり、溶融スラグの粘度が高くなるため、溶融スラグの排出性が悪くなる。これにより、融合不良が発生し易くなる上、溶融スラグが飛散し、作業性が劣化する。従って、Ｓｉ量平均値は、０．２乃至０．６質量％とする。なお、Ｓｉ源としては、鋼製外皮中に含有されるＳｉ、Ｆｅ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｎ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｇ又はＲＥＭ(Rare Earth Metal)−Ｃａ−Ｓｉ等を使用することができる。
Ｓｉも脱酸剤として溶接金属の酸素量を低減させ、靭性を向上させる効果を有するものである。裏面側電極ワイヤ及び表面側電極ワイヤのＳｉ量平均値が０．２質量％未満では、溶接金属の靭性が低下する。一方、Ｓｉ量平均値が０．６質量％を超えると、溶接金属を脱酸したことで溶融スラグとなったＳｉＯ２の量が過剰になり、溶融スラグの粘度が高くなるため、溶融スラグの排出性が悪くなる。これにより、融合不良が発生し易くなる上、溶融スラグが飛散し、作業性が劣化する。従って、Ｓｉ量平均値は、０．２乃至０．６質量％とする。なお、Ｓｉ源としては、鋼製外皮中に含有されるＳｉ、Ｆｅ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｎ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｇ又はＲＥＭ(Rare Earth Metal)−Ｃａ−Ｓｉ等を使用することができる。
「Ｎｉ：０．６乃至１．９質量％」
Ｎｉはオーステナイト形成元素であり、溶接金属の靭性を安定化させる効果を有する元素である。裏面側電極ワイヤ及び表面側電極ワイヤのＮｉ量平均値が０．６質量％未満では、溶接金属の靭性が低下する。一方、Ｎｉ量平均値が１．９質量％を超えると、入熱が５００ｋＪ／ｃｍを超えるような場合、溶接金属がオーステナイト凝固となり、溶接金属の組織が粗大化し、靭性が低下する。従って、Ｎｉ量平均値は、０．６乃至１．９質量％とする。なお、Ｎｉ源としては、金属Ｎｉ、Ｆｅ−Ｎｉ又はＮｉ−Ｍｇ等を使用することができる。
Ｎｉはオーステナイト形成元素であり、溶接金属の靭性を安定化させる効果を有する元素である。裏面側電極ワイヤ及び表面側電極ワイヤのＮｉ量平均値が０．６質量％未満では、溶接金属の靭性が低下する。一方、Ｎｉ量平均値が１．９質量％を超えると、入熱が５００ｋＪ／ｃｍを超えるような場合、溶接金属がオーステナイト凝固となり、溶接金属の組織が粗大化し、靭性が低下する。従って、Ｎｉ量平均値は、０．６乃至１．９質量％とする。なお、Ｎｉ源としては、金属Ｎｉ、Ｆｅ−Ｎｉ又はＮｉ−Ｍｇ等を使用することができる。
「Ｍｏ：０．３乃至１．２質量％」
Ｍｏはフェライト形成元素であり、溶接金属の焼入れ性を向上させる効果を有し、入熱が５００ｋＪ／ｃｍを超えるような場合の凝固組織微細化に有効な元素である。従って、溶接金属の靭性を向上させ、更には少量の添加で溶接金属の強度を向上させることができる。裏面側電極ワイヤ及び表面側電極ワイヤのＭｏ量平均値が０．３質量％未満では、凝固組織は粗大化し靭性は低下する。一方、Ｍｏ量平均値が１．２質量％を超えると強度が高くなり過ぎ、靭性が低下する。従って、Ｍｏ量平均値は、０．３乃至１．２質量％とする。なお、Ｍｏ源としては、金属Ｍｏ又はＦｅ−Ｍｏ等を使用することができる。
Ｍｏはフェライト形成元素であり、溶接金属の焼入れ性を向上させる効果を有し、入熱が５００ｋＪ／ｃｍを超えるような場合の凝固組織微細化に有効な元素である。従って、溶接金属の靭性を向上させ、更には少量の添加で溶接金属の強度を向上させることができる。裏面側電極ワイヤ及び表面側電極ワイヤのＭｏ量平均値が０．３質量％未満では、凝固組織は粗大化し靭性は低下する。一方、Ｍｏ量平均値が１．２質量％を超えると強度が高くなり過ぎ、靭性が低下する。従って、Ｍｏ量平均値は、０．３乃至１．２質量％とする。なお、Ｍｏ源としては、金属Ｍｏ又はＦｅ−Ｍｏ等を使用することができる。
「Ｔｉ：０．１０乃至０．４０質量％」
Ｔｉは溶接金属の靭性を向上させる効果を有する元素である。裏面側電極ワイヤ及び表面側電極ワイヤのＴｉ量平均値が０．１０質量％未満では、溶接金属の靭性が低下する。一方、Ｔｉ量平均値が０．４０質量％を超えると溶接金属中のＴｉが過剰になり、靭性が低下する。従って、Ｔｉ量平均値は、０．１０乃至０．４０質量％とする。なお、Ｔｉ源としては、金属Ｔｉ又はＦｅ−Ｔｉ等を使用することができる。
Ｔｉは溶接金属の靭性を向上させる効果を有する元素である。裏面側電極ワイヤ及び表面側電極ワイヤのＴｉ量平均値が０．１０質量％未満では、溶接金属の靭性が低下する。一方、Ｔｉ量平均値が０．４０質量％を超えると溶接金属中のＴｉが過剰になり、靭性が低下する。従って、Ｔｉ量平均値は、０．１０乃至０．４０質量％とする。なお、Ｔｉ源としては、金属Ｔｉ又はＦｅ−Ｔｉ等を使用することができる。
「Ｂ：０．００５乃至０．０２０質量％」
Ｂは少量の添加で溶接金属の靭性を向上させる効果を有する元素である。裏面側電極ワイヤ及び表面側電極ワイヤのＢ量平均値が０．００５質量％未満では、溶接金属の靭性が低下する。一方、Ｂ量平均値が０．０２０質量％を超えると溶接金属中のＢが過剰になり、強度が高くなり過ぎ、靭性が低下する。従って、Ｂ量平均値は、０．００５乃至０．０２０質量％とする。なお、Ｂ源としては、Ｆｅ−Ｂ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ又はＢ２Ｏ３等を使用することができる。
Ｂは少量の添加で溶接金属の靭性を向上させる効果を有する元素である。裏面側電極ワイヤ及び表面側電極ワイヤのＢ量平均値が０．００５質量％未満では、溶接金属の靭性が低下する。一方、Ｂ量平均値が０．０２０質量％を超えると溶接金属中のＢが過剰になり、強度が高くなり過ぎ、靭性が低下する。従って、Ｂ量平均値は、０．００５乃至０．０２０質量％とする。なお、Ｂ源としては、Ｆｅ−Ｂ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ又はＢ２Ｏ３等を使用することができる。
「Ｍｇ：０．１０乃至０．５０質量％」
Ｍｇは脱酸剤として溶接金属の酸素量を低減し靭性を向上させる効果を有する元素である。裏面側電極ワイヤ及び表面側電極ワイヤのＭｇ量平均値が０．１０質量％未満では、溶接金属の靭性が低下する。一方、Ｍｇ量平均値が０．５０質量％を超えるとアークが不安定になりスパッタが多発する。従って、Ｍｇ量平均値は、０．１０乃至０．５０質量％とする。なお、Ｍｇ源としては、金属Ｍｇ、Ａｌ−Ｍｇ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｇ又はＮｉ−Ｍｇ等を使用することができる。
Ｍｇは脱酸剤として溶接金属の酸素量を低減し靭性を向上させる効果を有する元素である。裏面側電極ワイヤ及び表面側電極ワイヤのＭｇ量平均値が０．１０質量％未満では、溶接金属の靭性が低下する。一方、Ｍｇ量平均値が０．５０質量％を超えるとアークが不安定になりスパッタが多発する。従って、Ｍｇ量平均値は、０．１０乃至０．５０質量％とする。なお、Ｍｇ源としては、金属Ｍｇ、Ａｌ−Ｍｇ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｇ又はＮｉ−Ｍｇ等を使用することができる。
「Ｎｉ＋Ｍｏの総量：１．２乃至２．６質量％、Ｍｏ／Ｎｉの比：０．２５乃至１．００」
上述のようにＮｉ量平均値及びＭｏ量平均値を規定し、このフラックス入りワイヤを使用して、２電極エレクトロガスアーク溶接を行ったところ、入熱が５００ｋＪ／ｃｍを超えるような場合、溶接金属の十分な強度及び安定した靭性を確保することができなかった。そこで、本発明者らが更に検討を加えた結果、裏面側電極ワイヤ及び表面側電極ワイヤのＮｉ＋Ｍｏの総量及びＭｏ量平均値／Ｎｉ量平均値の比（以下、Ｍｏ／Ｎｉの比という）を規定することが有効であることを見出した。Ｃ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｂ及びＭｇの組成を限定した範囲に規定することで、溶接金属の強度及び靭性のバランスが取れるが、大入熱溶接の場合、Ｎｉ＋Ｍｏの総量が溶接金属の強度及び靭性の確保に重要な働きを有することが分かった。Ｎｉ＋Ｍｏの総量が１．２質量％未満では、焼入れ性が低下し、組織が粗大化し靭性が低下するうえ強度も低下する。一方で、Ｎｉ＋Ｍｏの総量が２．６質量％を超えると、焼入れ性は高くなり過ぎ、強度も高くなり過ぎるため靭性が低下する。従ってＮｉ＋Ｍｏの総量は、１．２乃至２．６質量％とする。
上述のようにＮｉ量平均値及びＭｏ量平均値を規定し、このフラックス入りワイヤを使用して、２電極エレクトロガスアーク溶接を行ったところ、入熱が５００ｋＪ／ｃｍを超えるような場合、溶接金属の十分な強度及び安定した靭性を確保することができなかった。そこで、本発明者らが更に検討を加えた結果、裏面側電極ワイヤ及び表面側電極ワイヤのＮｉ＋Ｍｏの総量及びＭｏ量平均値／Ｎｉ量平均値の比（以下、Ｍｏ／Ｎｉの比という）を規定することが有効であることを見出した。Ｃ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｂ及びＭｇの組成を限定した範囲に規定することで、溶接金属の強度及び靭性のバランスが取れるが、大入熱溶接の場合、Ｎｉ＋Ｍｏの総量が溶接金属の強度及び靭性の確保に重要な働きを有することが分かった。Ｎｉ＋Ｍｏの総量が１．２質量％未満では、焼入れ性が低下し、組織が粗大化し靭性が低下するうえ強度も低下する。一方で、Ｎｉ＋Ｍｏの総量が２．６質量％を超えると、焼入れ性は高くなり過ぎ、強度も高くなり過ぎるため靭性が低下する。従ってＮｉ＋Ｍｏの総量は、１．２乃至２．６質量％とする。
Ｍｏは溶接金属の焼入れ性を向上させる効果を有し、溶接金属の組織微細化に有効であるが、過度に添加すると溶接金属の強度が高くなり過ぎ、靭性が低下する。一方で、Ｎｉは溶接金属の靭性の安定化に有効な元素であるが、過度に添加すると溶接金属がオーステナイト凝固となり、溶接金属の靭性が低下する。そこで、上述のＮｉ量平均値及びＭｏ量平均値の規定範囲内で溶接金属の更なる靭性向上を図るには、オーステナイト形成元素のＮｉを添加することで靭性の安定化を図り、また、フェライト形成元素のＭｏを添加することでオーステナイト凝固を抑制し、組織の微細化を行うことが有効であることを見出した。即ち、裏面側電極ワイヤ及び表面側電極ワイヤのＭｏ／Ｎｉの比を適正範囲に規定することが非常に有効であることが分かった。Ｍｏ／Ｎｉの比が０．２５未満では、Ｍｏが有する溶接金属の組織微細化の効果が得られず、溶接金属の靭性が低下する。一方、Ｍｏ／Ｎｉの比が１．００を超えると、溶接金属がオーステナイト凝固し易くなり、溶接金属の靭性が低下する。従って、Ｍｏ／Ｎｉの比は、０．２５乃至１．００とする。
「裏面側電極ワイヤにおけるスラグ生成剤の含有量：０．３乃至１．６質量％、表面側電極ワイヤにおけるスラグ生成剤の含有量：１．０乃至２．０質量％、裏面側電極ワイヤ及び表面側電極ワイヤにおけるスラグ生成剤の含有量の和：１．３乃至３．３質量％」
上述のように、本実施形態に係る２電極エレクトロガスアーク溶接方法においては、被溶接板１の裏面側に溶接ワイヤ１１が開先の奥行き方向に対して固定的に設置され、表面側に溶接ワイヤ１３が開先の奥行き方向に対して往復移動可能に設置されていることにより、溶融スラグ１６を被溶接板１の表面側に設置された摺動銅板２の方向に移動させ易くし、これにより、溶接作業性の安定化を図っている。ここで、更に、溶接ワイヤ１１（裏面側電極ワイヤ）におけるスラグ生成剤の含有量を裏面側電極ワイヤの質量に対して０．３乃至１．６質量％に規定することで、溶融スラグ量を低減させ、スラグ生成剤によるアークの安定化を図ることができ、優れた溶接作業性が得られる。裏面側電極ワイヤにおけるスラグ生成剤の含有量が裏面側電極ワイヤの質量に対して０．３質量％未満では、裏ビードの形状が不安定になり、また、１．６質量％を超えると被溶接板１の裏面側にスラグがたまり易くなり、アークが不安定になり、融合不良が発生し易くなる。従って、裏面側電極ワイヤにおけるスラグ生成剤の含有量は、裏面側電極ワイヤの質量に対して、０．３乃至１．６質量％とする。
上述のように、本実施形態に係る２電極エレクトロガスアーク溶接方法においては、被溶接板１の裏面側に溶接ワイヤ１１が開先の奥行き方向に対して固定的に設置され、表面側に溶接ワイヤ１３が開先の奥行き方向に対して往復移動可能に設置されていることにより、溶融スラグ１６を被溶接板１の表面側に設置された摺動銅板２の方向に移動させ易くし、これにより、溶接作業性の安定化を図っている。ここで、更に、溶接ワイヤ１１（裏面側電極ワイヤ）におけるスラグ生成剤の含有量を裏面側電極ワイヤの質量に対して０．３乃至１．６質量％に規定することで、溶融スラグ量を低減させ、スラグ生成剤によるアークの安定化を図ることができ、優れた溶接作業性が得られる。裏面側電極ワイヤにおけるスラグ生成剤の含有量が裏面側電極ワイヤの質量に対して０．３質量％未満では、裏ビードの形状が不安定になり、また、１．６質量％を超えると被溶接板１の裏面側にスラグがたまり易くなり、アークが不安定になり、融合不良が発生し易くなる。従って、裏面側電極ワイヤにおけるスラグ生成剤の含有量は、裏面側電極ワイヤの質量に対して、０．３乃至１．６質量％とする。
また、被溶接板１の表面側に設置される溶接ワイヤ１３は開先の奥行き方向に対して往復移動するため、優れた溶接作業性を確保するには適度な量のスラグ生成剤を含有することが必要である。一方、スラグ生成剤の含有量が過度になると、溶融スラグ１６が被溶接板１の裏面側に逆流したり、アークが不安定になったりするため、融合不良が発生し易くなる。溶接ワイヤ１３（表面側電極ワイヤ）におけるスラグ生成剤の含有量が表面側電極ワイヤの質量に対して１．０質量％未満では、スラグ生成量が不足し、溶融金属を抑えられず、溶接金属が溶落し易くなり、また、２．０質量％を超えると、溶融スラグ１６が被溶接板１の裏面側に逆流したり、アークが不安定になったりするため、融合不良が発生し易くなる。従って、表面側電極ワイヤにおけるスラグ生成剤の含有量は、表面側電極ワイヤの質量に対して、１．０乃至２．０質量％とする。
また、裏面側電極ワイヤ及び表面側電極ワイヤにおけるスラグ生成剤の含有量の和が１．３質量％未満では、溶融スラグ量が不足し、溶融金属を抑えられず、溶接金属が溶落し易くなり、３．３質量％を超えると、溶融池に浮遊する溶融スラグ量が過多になり、アークが不安定になるため、融合不良が発生し易くなる。従って、裏面側電極ワイヤ及び表面側電極ワイヤにおけるスラグ生成剤の含有量の和は、１．３乃至３．３質量％とする。
なお、スラグ生成剤としては、ＳｉＯ２、Ｋ２Ｏ、ＣａＯ、Ｎａ２Ｏ、Ａｌ２Ｏ３、Ｌｉ２Ｏ、ＣａＦ２、ＢａＦ２、ＮａＦ、Ｋ２ＳｉＦ６、ＳｒＦ２、ＡｌＦ３、ＭｇＦ２、ＬｉＦ、ＣａＣＯ３、ＭｇＣＯ３、ＢａＣＯ３、Ｌｉ２ＣＯ３、Ｎａ２ＣＯ３及びＳｒ２ＣＯ３からなる群から選択された少なくとも１種の元素等を使用することができる。
「裏面側電極ワイヤ及び表面側電極ワイヤにおけるスラグ生成剤の含有量の和におけるＦ量平均値：０．１０乃至０．７０質量％」
スラグ生成剤に含有されるＦは、溶融スラグの粘性を低くし、溶融スラグの排出性を向上させる効果を有する。裏面側電極ワイヤ及び表面側電極ワイヤにおけるスラグ生成剤の含有量の和におけるＦ量平均値が０．１０質量％未満では、溶融スラグの排出性が低く、溶融池に浮遊する溶融スラグ量が過多になり、アーク不安定になるため、融合不良が発生し易くなる。一方、Ｆ量平均値が０．７０質量％を超えると、溶融スラグの排出性が向上し過ぎ、溶融金属を抑えられず、溶接金属が溶落し易くなる。従って、スラグ生成剤量平均値におけるＦ量平均値は、０．１０乃至０．７０質量％とする。なお、Ｆ源としては、ＣａＦ２、ＢａＦ２、ＮａＦ、Ｋ２ＳｉＦ６、ＳｒＦ２、ＡｌＦ３、ＭｇＦ２又はＬｉＦ等を使用することができる。
スラグ生成剤に含有されるＦは、溶融スラグの粘性を低くし、溶融スラグの排出性を向上させる効果を有する。裏面側電極ワイヤ及び表面側電極ワイヤにおけるスラグ生成剤の含有量の和におけるＦ量平均値が０．１０質量％未満では、溶融スラグの排出性が低く、溶融池に浮遊する溶融スラグ量が過多になり、アーク不安定になるため、融合不良が発生し易くなる。一方、Ｆ量平均値が０．７０質量％を超えると、溶融スラグの排出性が向上し過ぎ、溶融金属を抑えられず、溶接金属が溶落し易くなる。従って、スラグ生成剤量平均値におけるＦ量平均値は、０．１０乃至０．７０質量％とする。なお、Ｆ源としては、ＣａＦ２、ＢａＦ２、ＮａＦ、Ｋ２ＳｉＦ６、ＳｒＦ２、ＡｌＦ３、ＭｇＦ２又はＬｉＦ等を使用することができる。
「表面側電極ワイヤは表面側電極ワイヤ質量あたりＣＯ２：０．０４乃至０．２５質量％含む炭酸塩を含有する」
炭酸塩の分解で発生するＣＯ２はアークを安定的に広げる効果を有する。この炭酸塩を表面側電極ワイヤに添加することで、表面側電極ワイヤが開先の奥行き方向に対して往復移動してもアークが広がった状態で安定しているため、被溶接板の裏面側に生成されたスラグを被溶接板の表面側に設置された摺動銅板側に移動させ易くする。炭酸塩が含むＣＯ２量が０．０４質量％未満では、その効果が得られず、融合不良が発生し易くなる。一方で、０．２５質量％を超えるとガス発生量が過大になりアーク不安定になり易い。従って、表面側電極ワイヤは表面側電極ワイヤ質量あたりＣＯ２：０．０４乃至０．２５質量％含む炭酸塩を含有するものとする。なお、炭酸塩としては、ＣａＣＯ３、ＭｇＣＯ３、ＢａＣＯ３、Ｌｉ２ＣＯ３、Ｎａ２ＣＯ３又はＳｒ２ＣＯ３等を使用することができる。また、裏面側電極ワイヤもＣＯ２：０．２５質量％以下を含む炭酸塩を含有していても良い。
炭酸塩の分解で発生するＣＯ２はアークを安定的に広げる効果を有する。この炭酸塩を表面側電極ワイヤに添加することで、表面側電極ワイヤが開先の奥行き方向に対して往復移動してもアークが広がった状態で安定しているため、被溶接板の裏面側に生成されたスラグを被溶接板の表面側に設置された摺動銅板側に移動させ易くする。炭酸塩が含むＣＯ２量が０．０４質量％未満では、その効果が得られず、融合不良が発生し易くなる。一方で、０．２５質量％を超えるとガス発生量が過大になりアーク不安定になり易い。従って、表面側電極ワイヤは表面側電極ワイヤ質量あたりＣＯ２：０．０４乃至０．２５質量％含む炭酸塩を含有するものとする。なお、炭酸塩としては、ＣａＣＯ３、ＭｇＣＯ３、ＢａＣＯ３、Ｌｉ２ＣＯ３、Ｎａ２ＣＯ３又はＳｒ２ＣＯ３等を使用することができる。また、裏面側電極ワイヤもＣＯ２：０．２５質量％以下を含む炭酸塩を含有していても良い。
なお、上述のエレクトロガスアーク溶接用フラックス入りワイヤの残部は、Ｆｅ、Ｂ２Ｏ３のＯ、ＲＥＭ、Ｐ、Ｓ、Ａｌ及びＣａからなる群から選択された少なくとも１種の元素及び不可避的不純物からなる組成を有しているものとする。
次に、本発明の２電極エレクトロガスアーク溶接方法について説明する。本発明の２電極エレクトロガスアーク溶接方法においては、上述の組成の第１電極ワイヤ及び第２電極ワイヤを使用し、第１電極ワイヤの直径を１．２乃至１．６ｍｍ、第２電極ワイヤの直径を１．４乃至２．０ｍｍとして、両者の単位時間あたりのワイヤ送給量が同一になるように第１電極ワイヤ及び第２電極ワイヤを送給する。
「裏面側第１電極ワイヤのワイヤ径（以下、裏面側ワイヤ径という）；１．２乃至１．６ｍｍ、表面側第２電極ワイヤのワイヤ径（以下、表面側ワイヤ径という）；１．４乃至２．０ｍｍ、且つ裏面側ワイヤ径≦表面側ワイヤ径」
アークは、溶接ワイヤのワイヤ径が大きくなるほど広がり、溶融スラグを流動させるのには有効であるが、ワイヤ径が過度に大きいと溶融池が不安定になり、スパッタが増加する。被溶接板の裏面側は開先幅が狭いため、ワイヤ径が過度に大きいと、母材（被溶接板）の溶込が多くなり、溶接金属が母材（被溶接板）の影響を受け易い上、裏ビードの余盛も過多になってしまう。従って、被溶接板の裏面側においてはアークの広がりが適度に小さい方が好ましく、裏面側ワイヤ径は１．２乃至１．６ｍｍとする。一方、被溶接板の表面側においては、ワイヤ径が小さいと溶融スラグの排出性が悪くなり、アークが不安定になる。従って、表面側ワイヤ径は１．４乃至２．０ｍｍとする。また、溶接作業性のバランスを考慮すると、裏面側ワイヤ径が表面側ワイヤ径よりも大きいと、被溶接板の裏面側に溶融スラグが溜まり易くなり、アークが不安定になる。従って、裏面側ワイヤ径≦表面側ワイヤ径とする。
アークは、溶接ワイヤのワイヤ径が大きくなるほど広がり、溶融スラグを流動させるのには有効であるが、ワイヤ径が過度に大きいと溶融池が不安定になり、スパッタが増加する。被溶接板の裏面側は開先幅が狭いため、ワイヤ径が過度に大きいと、母材（被溶接板）の溶込が多くなり、溶接金属が母材（被溶接板）の影響を受け易い上、裏ビードの余盛も過多になってしまう。従って、被溶接板の裏面側においてはアークの広がりが適度に小さい方が好ましく、裏面側ワイヤ径は１．２乃至１．６ｍｍとする。一方、被溶接板の表面側においては、ワイヤ径が小さいと溶融スラグの排出性が悪くなり、アークが不安定になる。従って、表面側ワイヤ径は１．４乃至２．０ｍｍとする。また、溶接作業性のバランスを考慮すると、裏面側ワイヤ径が表面側ワイヤ径よりも大きいと、被溶接板の裏面側に溶融スラグが溜まり易くなり、アークが不安定になる。従って、裏面側ワイヤ径≦表面側ワイヤ径とする。
なお、２本の溶接ワイヤの全質量の平均値とは、ワイヤ径にかかわらず、各ワイヤの成分値を使用し、２本の溶接ワイヤの平均値を計算したものである。また、本発明に係るエレクトロガス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２０乃至３０質量％とした。
本発明に係る２電極エレクトロガスアーク溶接方法においては、母材（被溶接板）の影響も少なからず受けるため、母材（被溶接板）に適用する鋼板は、一般構造用圧延鋼材、溶接構造用圧延鋼材、溶接構造用高降伏点鋼板、建築構造用圧延鋼及び船舶用に使用される鋼板のうち、下記表１に示す範囲（質量％）のものが好ましい。
以下、本発明の実施例の効果について、本発明の範囲から外れる比較例と比較して説明する。図３は本発明の実施例及び比較例において使用した溶接方法を示す模式的上面図である。図３において、図１及び図２と同一構成物には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。
供試鋼板（被溶接板１）として、降伏強度：３９０Ｎ／ｍｍ２以上、板厚：８０ｍｍ、幅：５００ｍｍ、長さ：１０００ｍｍであり、下記表２に示す組成を有するものを使用し、表面側ワイヤ径及び裏面側ワイヤ径を共に１．６ｍｍとして表３に示す組成（質量％）を有するものを使用し、図３、表４及び表５に示す条件で以下に示す溶接方法によって本発明に係るエレクトロガスアーク溶接用フラックス入りワイヤ及び比較例のフラックス入りワイヤを使用して１パス立向突合せ溶接を実施し、溶接中に作業性の確認を行った。また、溶接後、ＵＴ検査（Ultrasonic Testing；超音波探傷検査）を行い、融合不良の有無を確認した。ここで、表３に示すスラグ生成剤としては、ＳｉＯ２、Ｋ２Ｏ、ＣａＯ、Ｎａ２Ｏ、Ａｌ２Ｏ３、Ｌｉ２Ｏ、ＣａＦ２、ＢａＦ２、ＮａＦ、Ｋ２ＳｉＦ６、ＳｒＦ２、ＡｌＦ３、ＭｇＦ２、ＬｉＦ、ＣａＣＯ３、ＭｇＣＯ３、ＢａＣＯ３、Ｌｉ２ＣＯ３、Ｎａ２ＣＯ３及びＳｒ２ＣＯ３からなる群から選択された少なくとも１種の元素等を使用することができる。また、残部は、Ｆｅ、Ｂ２Ｏ３のＯ、ＲＥＭ、Ｐ、Ｓ、Ａｌ及びＣａからなる群から選択された少なくとも１種の元素及び不可避的不純物である。
本発明のエレクトロガスアーク溶接用フラックス入りワイヤは、鋼製外皮にフラックスを充填して構成される。Ｆｅは、この鋼製外皮中のＦｅ，フラックス中に含有される鉄粉からのＦｅ及びＦｅ合金（Ｆｅ−Ｍｎ，Ｆｅ−Ｓｉ等）に含有されるＦｅを合計したものであるが、このＦｅの含有量は少なくともワイヤ全質量あたり、９０％以上である。
図３に示すように、１対の被溶接板１の開先は、被溶接板１の表面側が裏面側よりも幅広のＶ字形とし、開先の角度は２０°とした。また、被溶接板１の裏面側において、１対の被溶接板１間の距離は８ｍｍとした。そして、この被溶接板１の表面側に開先の長手方向に沿って開先に対して相対的に摺動可能な摺動銅板（図示せず）を設置し、裏面側に開先に固定的にあてがわれる裏当材（図示せず）を設置し、開先内に表３に示す組成を有するワイヤＡ乃至Ｖから選択された２本の１．６ｍｍの溶接ワイヤ１１及び１３を、被溶接板１の裏面側においては被溶接板１の裏面から３０ｍｍの位置に設置し、また、被溶接板１の表面側においては、裏面側に設置した溶接ワイヤ１１に接触せず、また、開先内で板厚方向に２５乃至３０ｍｍ摺動できる位置に設置し、裏面側の溶接ワイヤ１１を開先の奥行き方向に対して固定した状態で表面側の溶接ワイヤ１３を被溶接板１の裏面側において２秒間、被溶接板１の表面側において３秒間停止させながら開先の奥行き方向に対して往復移動させ、開先を１パス立向突合せ溶接した。
下記表６乃至表１１に評価結果を示す。なお、供試鋼板（被溶接板１）の長さ：１０００ｍｍのうち、溶接が安定していないと考えられる溶接開始側及びクレータ側の各１００ｍｍは検査対象外とした（有効長：８００ｍｍ、なお、途中で溶接金属が溶落したものは短くなる。）。有効長において融合不良が認められないものを◎、融合不良の長さが有効長の２％未満のものを○、融合不良の長さが有効長の２％を超えるものを×とした。また、溶接金属の引張試験片は、板厚中央部より採取し、直径１０ｍｍ、標点間距離５０ｍｍのサイズで試験し、５７０Ｎ／ｍｍ２以上のものを十分強度が得られていると判断し、判定を○とした。衝撃試験については、ＪＩＳ Ｚ ３１２８に規定されている方法により−４０℃における衝撃値を測定し、その値が４１Ｊ以上のものを衝撃性能が良好であると判断し、判定を○とした。
上記表６乃至８に示すように、実施例１乃至１６においては、溶接金属の強度が十分に得られ、衝撃値も良好で且つ溶接作業性も実用上問題なく良好であった。また、上記表９乃至１１に示すように、実施例１７乃至２６においても、引っ張り強さ、衝撃値及び融合状態において良好な結果を得られた。
上記表９乃至１１に示すように、実施例１７では、裏面側電極ワイヤにおけるスラグ生成剤の含有量が裏面側電極ワイヤの質量に対して０．３質量％未満であり、裏ビードが若干不安定であったが、引っ張り強さ、衝撃値及び融合状態において良好な結果を得られた。実施例１８では、表面側電極ワイヤにおけるスラグ生成剤の含有量が表面側電極ワイヤの質量に対して２．０質量％を超えており、融合不良が発生し易くなったが、融合不良の長さが有効長の２％未満であり、判定は○である。実施例１９では、裏面側電極ワイヤにおけるスラグ生成剤の含有量が裏面側電極ワイヤの質量に対して１．６質量％を超えており、融合不良が発生し易くなったが、融合不良の長さが有効長の２％未満であり、判定は○である。実施例２０では、表面側電極ワイヤにおけるスラグ生成剤の含有量が表面側電極ワイヤの質量に対して１．０質量％未満であり、溶接金属が溶落し易くなったため、突出し長さの調整、即ち、突出し長さを短くすることで溶融池を揺動銅板上方にあげることにより、溶接金属の溶落を防止する必要があったが、引っ張り強さ、衝撃値及び融合状態において良好な結果を得られた。なお、ワイヤ突出し長さを短くすると、溶接速度が遅くなり、溶接速度が遅くなると、同じワイヤ送給量に対して、溶融池面が上昇する。また、実施例２１では、裏面側電極ワイヤにおけるスラグ生成剤の含有量が裏面側電極ワイヤの質量に対して０．３質量％未満、裏面側電極ワイヤ及び表面側電極ワイヤにおけるスラグ生成剤の含有量の和が１．３質量％未満であり、溶接金属が溶落し易くなったため、実施例２０と同様に突出し長さの調整を行う必要があり、また、裏ビードが若干不安定であったが、引っ張り強さ、衝撃値及び融合状態において良好な結果を得られた。実施例２２では、表面側電極ワイヤにおけるスラグ生成剤の含有量が表面側電極ワイヤの質量に対して２．０質量％を超え、また、裏面側電極ワイヤ及び表面側電極ワイヤにおけるスラグ生成剤の含有量の和が３．３質量％を超えており、融合不良が発生し易くなったが、融合不良の長さが有効長の２％未満であり、判定は○である。
また、実施例２３では、裏面側電極ワイヤ及び表面側電極ワイヤにおけるスラグ生成剤の含有量の和におけるＦ含有量平均値が０．１０質量％未満であり、融合不良が発生し易くなったが、融合不良の長さが有効長の２％未満であり、判定は○である。実施例２４では、裏面側電極ワイヤ及び表面側電極ワイヤにおけるスラグ生成剤の含有量の和におけるＦ含有量平均値が０．７０質量％を超えており、溶接金属が溶落し易くなったため、実施例２０と同様に突出し長さの調整を行う必要があったが、引っ張り強さ、衝撃値及び融合状態において良好な結果を得られた。実施例２５では、表面側電極ワイヤにおけるスラグ生成剤の含有量が表面側電極ワイヤの質量に対して１．０質量％未満で且つ表面側電極ワイヤが含有するＣＯ2量平均値が０．０４質量％未満であり、融合不良が発生し易くなったが、融合不良の長さが有効長の２％未満であり、判定は○である。実施例２６では、表面側電極ワイヤが含有するＣＯ2量平均値が０．２５質量％を超えており、アークが若干不安定になったが、引っ張り強さ、衝撃値及び融合状態において良好な結果を得られた。
比較例２７では、Ｃ量平均値が０．０２質量％未満であり、溶接金属の強度が不足し、また、靭性が低下した。一方、比較例２８では、Ｃ量平均値が０．０９質量％を超えており、溶接金属の強度が高くなり過ぎ、靭性が低下した。
比較例２９では、Ｓｉ量平均値が０．２質量％未満であり、溶接金属の靭性が低下した。一方、比較例３０では、Ｓｉ量平均値が０．６質量％を超えており、溶融スラグとなったＳｉＯ２量が過剰になったため、溶融スラグの排出性が悪化し、アークが不安定になった結果、融合不良が発生した。
比較例３１では、Ｍｎ量平均値が１．５質量％未満であり、溶接金属の靭性が低下した。一方、比較例３２では、Ｍｎ量平均値が２．５質量％を超えており、溶接金属の強度が高くなり過ぎ、靭性が低下した。
比較例３３では、Ｎｉ量平均値が０．６質量％未満、Ｎｉ＋Ｍｏの総量が１．２質量％未満で且つＭｏ／Ｎｉの比が１．００を超えており、溶接金属の靭性が低下した。一方、比較例３４では、Ｎｉ量平均値が１．９質量％を超えており、溶接金属の靭性が低下した。
比較例３５では、Ｍｏ量平均値が０．３質量％未満且つＭｏ／Ｎｉの比が０．２５未満であり、溶接金属の靭性が低下した。一方、比較例３６では、Ｍｏ量平均値が１．２質量％を超えており、溶接金属の強度が高くなり過ぎ、靭性が低下した。
比較例３７では、Ｔｉ量平均値が０．１０質量％未満であり、溶接金属の靭性が低下した。一方、比較例３８では、Ｔｉ量平均値が０．４０質量％を超えており、溶接金属の靭性が低下した。
比較例３９では、Ｂ量平均値が０．００５質量％未満であり、溶接金属の靭性が低下した。一方、比較例４０では、Ｂ量平均値が０．０２０質量％を超えており、溶接金属の強度が高くなり過ぎ、靭性が低下した。
比較例４１では、Ｍｇ量平均値が０．１質量％未満であり、溶接金属の靭性が低下した。一方、比較例４２では、Ｍｇ量平均値が０．５質量％を超えており、アークが不安定になりスパッタが多発した。
比較例４３では、Ｎｉ＋Ｍｏの総量が１．２質量％未満であり、溶接金属の強度が不足し、また、靭性が低下した。一方、比較例４４では、Ｎｉ＋Ｍｏの総量が２．６質量％を超えており、溶接金属の強度が高くなり過ぎ、靭性が低下した。
比較例４５では、Ｍｏ／Ｎｉの比が０．２５未満であり、溶接金属の靭性が低下した。一方、比較例４６では、Ｍｏ／Ｎｉの比が１．０を超えており、溶接金属の靭性が低下した。
これにより、上述のように、Ｃ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｂ及びＭｇの各成分の組成、Ｎｉ＋Ｍｏの総量並びにＭｏ／Ｎｉの比を適切に規定された本発明に係るエレクトロガスアーク溶接用フラックス入りワイヤを使用し、上述の２電極エレクトロガスアーク溶接方法によって１パス立向溶接を行うことで、入熱が５００ｋＪ／ｃｍを超えるような場合であっても、強度及び靭性が高い溶接金属を得られることが分かった。
更に、表面側電極ワイヤにおけるスラグ生成剤の含有量、裏面側電極ワイヤにおけるスラグ生成剤の含有量、表面側電極ワイヤ及び裏面側電極ワイヤにおけるスラグ生成剤の含有量の和及び表面側電極ワイヤが含有する炭酸塩が含むＣＯ２量を適切に規定することで、更に溶接作業性が向上し、強度及び靭性が高い溶接金属を得られることが分かった。
次に、本発明に係る２電極エレクトロガスアーク溶接方法の実施例の効果について、上記表３に示す組成を有するワイヤＢ及びワイヤＲを使用し、下記表１２に示す溶接条件で、上述の供試鋼板（被溶接板１）を使用し、図３に示す上述の溶接方法によって１パス立向突合せ溶接を行い、溶接作業性に及ぼすワイヤ径の影響を確認した。この評価結果を下記表１３に示す。
実施例４７乃至５３及び比較例５４乃至５７は、いずれも著しい溶接作業性の劣化はなく、適用可能であったが、比較例５４では、裏面側ワイヤ径が１．６ｍｍを超えており、裏ビードの余盛が高くなった。また、比較例５４では、裏面側ワイヤ径が１．６ｍｍを超えており、更に、裏面側ワイヤ径が表面側ワイヤ径よりも大きいため、これも裏ビードの余盛が高くなった。また、比較例５６では、裏面側ワイヤ径が表面側ワイヤ径よりも大きく、アークが不安定であった。また、比較例５７では、表面側ワイヤ径が１．４ｍｍよりも小さく、溶融スラグの排出性が悪くなり、アーク不安定になった。
これにより、上述のように、裏面側電極ワイヤとしてワイヤ径が１．２乃至１．６ｍｍの電極ワイヤを設置し、表面側電極ワイヤとしてワイヤ径が１．４乃至２．０ｍｍで且つ裏面側電極ワイヤのワイヤ径と等しいか又はそれよりも大きい電極ワイヤを設置し、上述の２電極エレクトロガスアーク溶接方法によって１パス立向溶接を行うことで、入熱が５００ｋＪ／ｃｍを超えるような場合であっても、溶接作業性に優れていることが分かった。
１；被溶接板
２；摺動銅板
３；スラグ逃がし溝
４、６、７、１４、１８、１９；矢印
５；ガス噴射口
８；冷却水給排口
９；裏当材
１０、１２；コンタクトチップ
１１、１３；溶接ワイヤ
１５；溶融池
１６；溶融スラグ
１７；溶接金属
２；摺動銅板
３；スラグ逃がし溝
４、６、７、１４、１８、１９；矢印
５；ガス噴射口
８；冷却水給排口
９；裏当材
１０、１２；コンタクトチップ
１１、１３；溶接ワイヤ
１５；溶融池
１６；溶融スラグ
１７；溶接金属
Claims (6)
- 垂直に配置した１対の被溶接板を突き合わせて両者間に表面側が裏面側より幅広で垂直に延びる開先を形成し、前記被溶接板の裏面側に前記開先に固定的にあてがわれる裏面側裏当材を設置し、前記被溶接板の表面側に前記開先の長手方向に沿って前記開先に対して相対的に摺動可能な表面側裏当材を設置し、裏面側の第１電極ワイヤを前記開先の奥行き方向に対して固定的に設置し、表面側の第２電極ワイヤを前記開先の奥行き方向に対して往復移動可能に設置して、前記第１電極ワイヤ及び第２電極ワイヤにより前記開先を立向突き合わせ溶接する２電極エレクトロガスアーク溶接に使用されるフラックス入りワイヤにおいて、第１電極ワイヤ及び第２電極ワイヤの各組成における含有量の平均値として、Ｃ：０．０２乃至０．０９質量％、Ｍｎ：１．５乃至２．５質量％、Ｓｉ：０．２乃至０．６質量％、Ｎｉ：０．６乃至１．９質量％、Ｍｏ：０．３乃至１．２質量％、Ｔｉ：０．１０乃至０．４０質量％、Ｂ：０．００５乃至０．０２０質量％、Ｍｇ：０．１０乃至０．５０質量％を含有し、Ｎｉ＋Ｍｏの総量が１．２乃至２．６質量％、ＭｏとＮｉとの質量比Ｍｏ／Ｎｉが０．２５乃至１．００であり、残部がＦｅ及び不可避的不純物とスラグ生成剤であることを特徴とするエレクトロガスアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
- 前記第１電極ワイヤは前記スラグ生成剤を前記第１電極ワイヤの質量に対して０．３乃至１．６質量％含有し、前記第２電極ワイヤは前記スラグ生成剤を前記第２電極ワイヤの質量に対して１．０乃至２．０質量％含有すると共に、前記第１電極ワイヤ及び前記第２電極ワイヤにおける前記スラグ生成剤の含有量の和が１．３乃至３．３質量％であり、前記スラグ生成剤は、前記第１電極ワイヤ及び前記第２電極ワイヤの各組成における含有量の平均値として、Ｆ：０．１０乃至０．７０質量％であることを特徴とする請求項１に記載のエレクトロガスアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
- 前記第２電極ワイヤは第２電極ワイヤの質量あたり、ＣＯ２：０．０４乃至０．２５質量％含む炭酸塩を含有することを特徴とする請求項１又は２に記載のエレクトロガスアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
- 垂直に配置した１対の被溶接板を突き合わせて両者間に表面側が裏面側より幅広で垂直に延びる開先を形成し、前記被溶接板の裏面側に前記開先に固定的にあてがわれる裏面側裏当材を設置し、前記被溶接板の表面側に前記開先の長手方向に沿って前記開先に対して相対的に摺動可能な表面側裏当材を設置し、裏面側の第１電極ワイヤを前記開先の奥行き方向に対して固定的に設置し、表面側の第２電極ワイヤを前記開先の奥行き方向に対して往復移動可能に設置して、前記第１電極ワイヤ及び前記第２電極ワイヤにより前記開先を立向突き合わせ溶接する２電極エレクトロガスアーク溶接方法において、前記第１電極ワイヤ及び第２電極ワイヤは、前記第１電極ワイヤ及び前記第２電極ワイヤの各組成における含有量の平均値として、Ｃ：０．０２乃至０．０９質量％、Ｍｎ：１．５乃至２．５質量％、Ｓｉ：０．２乃至０．６質量％、Ｎｉ：０．６乃至１．９質量％、Ｍｏ：０．３乃至１．２質量％、Ｔｉ：０．１０乃至０．４０質量％、Ｂ：０．００５乃至０．０２０質量％、Ｍｇ：０．１０乃至０．５０質量％を含有し、Ｎｉ＋Ｍｏの総量が１．２乃至２．６質量％、ＭｏとＮｉとの質量比Ｍｏ／Ｎｉが０．２５乃至１．００であり、残部がＦｅ及び不可避的不純物とスラグ生成剤である組成を有し、裏面側の前記第１電極のワイヤ径は１．２乃至１．６ｍｍ、表面側の前記第２電極のワイヤ径は１．４乃至２．０ｍｍであり、前記第１電極のワイヤ径は前記第２電極のワイヤ径以下であり、前記第１電極及び前記第２電極を単位時間あたりの送給量が同一になるよう送給することを特徴とする２電極エレクトロガスアーク溶接方法。
- 前記第１電極ワイヤは前記スラグ生成剤を前記第１電極ワイヤの質量に対して０．３乃至１．６質量％含有し、前記第２電極ワイヤは前記スラグ生成剤を前記第２電極ワイヤの質量に対して１．０乃至２．０質量％含有すると共に、前記第１電極ワイヤ及び前記第２電極ワイヤにおける前記スラグ生成剤の含有量の和が１．３乃至３．３質量％であり、前記スラグ生成剤は、前記第１電極ワイヤ及び前記第２電極ワイヤの各組成における含有量の平均値として、Ｆ：０．１０乃至０．７０質量％であることを特徴とする請求項４に記載の２電極エレクトロガスアーク溶接方法。
- 表面側の前記第２電極ワイヤは第２電極ワイヤの質量あたり、ＣＯ２：０．０４乃至０．２５質量％含む炭酸塩を含有することを特徴とする請求項４又は５に記載の２電極エレクトロガスアーク溶接方法。
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