JP5137426B2 - 炭酸ガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤ - Google Patents

Description

本発明は軟鋼又は４９０乃至５２０Ｎ／ｍｍ^２級高張力鋼を炭酸ガスシールドアーク溶接する際に、高能率で、かつ機械的性能が良好な溶接金属が得られる炭酸ガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤに関する。

近年、建築鉄骨分野では、ＣＯ_２をシールドガスとするガスシールドアーク溶接法が、その高能率性の利点から主力で使用されている。これまでは人手による半自動溶接法がほとんどであったが、省人化によるコストダウン、夜間又は休日の無人運転による更に一層の能率向上を目的としてロボットによる自動溶接も普及してきている。

一方、溶接品質の面では、耐震性向上を主目的として溶接継手部の性能向上をはかるべく、１９９７年のＪＡＳＳ６改定、１９９９年の建築基準法改定において、溶接時の入熱・パス間温度に上限管理が規定された。この動向を受けて、溶接ワイヤも４９０Ｎ／ｍｍ^２級炭素鋼鋼板に対して、最大入熱４０ｋＪ／ｃｍ、パス間温度３５０℃まで、５２０Ｎ／ｍｍ^２級炭素鋼鋼板に対して、最大入熱３０ｋＪ／ｃｍ、パス間温度２５０℃まで、許容できるものとして、大入熱・高パス間温度対応ワイヤが開発され、１９９９年に５４０Ｎ／ｍｍ^２級＝ＹＧＷ１８としてＪＩＳ化された。以後、この大入熱・高パス間温度でも優れた機械的性能が得られる５４０Ｎ／ｍｍ^２級ワイヤは、今日まで、急速に普及している。この５４０Ｎ／ｍｍ^２級ワイヤは、これまでは、入熱及びパス間温度が管理し難い半自動溶接での普及が早かったが、最近はロボット溶接にも５４０Ｎ／ｍｍ^２級ワイヤが適用されることが多くなってきている。

これまでに開発された炭酸ガス溶接用大電流・高パス間温度対応ワイヤとしては、特許文献１乃至１２に開示されたものが公知である。これらは全般的にＳｉ，Ｍｎ，Ｔｉといった脱酸成分を従来ワイヤよりも多く含有し、かつＭｏ，Ｂ，Ｃｒ，Ａ１，Ｎｂ，Ｖ，Ｎｉ等を必要に応じて添加しているのが特徴である。これによって鋼の焼入れ性を高め、結晶粒微細化による靱性の向上と、更に析出硬化及び固溶硬化の作用を合わせることにより、強度も高めている。この種のワイヤは開先幅が大きくなり、パス間温度が高くなる板厚の大きい鋼板ほど顕著に効果がある。

しかしながら、これらの特許文献１乃至１２に記載された従来ワイヤは、いずれもロボット搭載を考慮して設計されていないのが実情である。従来の大電流・高パス間温度対応ワイヤでは、スラグ発生量が過剰で、かつ剥離性が劣るという欠点があった。スラグは絶縁性のため、堆積したスラグはアーク安定性を阻害し、溶込み不足及びスラグ巻きといった欠陥発生の直接原因となる。更に、多少なりともスラグが自然剥離しなければ、ロボットがスタート位置をずらしながら再アークを試みても、アークスタートミスを続け、ロボットはエラー判定して停止してしまう。溶接ロボットは無人化することで最大の長所を発揮するが、短時間でスラグが堆積し、アークの不安定化を引き起こしてしまっては、人手によるスラグ除去作業性が高い頻度で必要となったり、アークスタートミスを復帰するためにアークスタート部のスラグ除去を行う必要が生じるなど、その長所を発揮できない。そこで、この問題を解決すべく、最大入熱４０ｋＪ／ｃｍ、最高パス間温度３５０℃の条件で、４９０Ｎ／ｍｍ^２級鋼に必要十分な機械的性能を有し、かつスラグ発生量が少なく、剥離性も良好であり、連続積層高さが大きい高能率な溶接ワイヤが望まれていた。この要望に対し、スラグ剥離性を改善したワイヤとして、特許文献１３乃至１５に開示されたワイヤが開発されている。また、スラグ剥離性改善と共にスラグ生成量をも低減したワイヤが、特許文献１６及び１７に開示されている。

ところで、上述のとおり、大入熱高パス間温度対応ワイヤは板厚の大きい鋼板ほど顕著に効果がある。このため、以前は入熱やパス間温度が共にあまり上がらない２０ｍｍ以下の比較的薄い板厚ではコストの観点から、昔から使われていた４９０Ｎ／ｍｍ^２級＝ＹＧＷ１１が必要十分と考えられて適用されており、板厚が厚い場合は５４０Ｎ／ｍｍ^２級＝ＹＧＷ１８と使い分けられていたが、最近は交換が面倒であること、５４０Ｎ／ｍｍ^２級ワイヤの普及でワイヤコストが４９０Ｎ／ｍｍ^２級との差が縮小したこと、耐震性向上の観点で建築構造設計者が高強度化指向を強めていることなどの理由により、薄板の鋼板にも当たり前のように５４０Ｎ／ｍｍ^２級ワイヤが適用されるようになってきた。しかし、これによって３つの問題が起きている。

一つ目は、関先面積が小さいため、入熱が２５ｋＪ／ｃｍ程度までしか上がらない場合があり、かつパス数も少ないので、パス間温度が２００℃程度までしか上昇しないうちに溶接を終えてしまう。つまり、低入熱・低パス間温度で冷却速度が過剰な条件となり、これまでの５４０Ｎ／ｍｍ^２級ワイヤではフェライト組織のままでの微細化ではなく、ベイナイト組織又はマルテンサイト組織への組織変態を起こし、逆に靱性が低くなる。

二つ目は、開先面積が小さくなることで相対的に裏当て金の母材希釈率が上昇し、組成の影響を受けやすくなる。現在、裏当て金は低価格で窒素含有量の多い低品質の鋼板が使われることが多く、溶接金属への窒素含有量の増加によって、靱性が低下する。

三つ目は、板厚が薄い場合にはパス間温度があまり上がらないため、スラグが剥離し始める前に溶接を終えてしまうため、スラグ剥離性が良いだけでは意味が無く、スラグ量をも減らすことがより重要である。

特開平１０-２３０３８７号 特開平１１-９０６７８号 特開２００１-２８７０８６号 特開２００２-３２１０８７号 特開２００２-３４６７８９号 特開２００２-７９３９５号 特開２００２-１０３０８２号 特開２００３-１１９５５０号 特開２００３-１３６２８１号 特開２００４-２０２５７２号 特開２００４-２３７３６１号 特開２００４-９８１４３号 特開２００６-８８１８７号 特開２００６-３０５６０５号 特開２００６-１５０４３７号 特開２００４-１２２１７０号 特開２００６-２６６４３号

しかしながら、この動向に対し、上述の特許文献１３及び特許文献１５では、強度が高すぎて薄板に用いた場合には、逆に溶接部が低靭性化してしまうと共に、スラグ量は減っていないため、作業性改善の効果は無い。また、特許文献１７では、スラグ剥離性が向上すると共に、スラグ生成量が減少するものの、機械的性能については考慮されておらず、過剰強度とそれに伴う低靱性化が避けられない。特許文献１６では、ロボットでの適用性は考慮しておらず、スラグ量の低減と剥離性の向上が不十分である。また、薄板に用いた場合には、溶接部の靭性が不足している。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、５４０Ｎ／ｍｍ^２級＝ＹＧＷ１８としての基本的な機械的性質を有すると共に、ロボットを用いた施工において板厚が薄くても厚くても、つまり板厚によらず、優れたスラグ剥離性とスラグ量低減が得られ、かつ強度と靭性も良好である溶接金属が得られ、更にスパッタ発生量も少なく、連続溶接に適した炭酸ガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤを提供することを目的とする。

本発明に係る炭酸ガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤは、Ｃ：０．０２０乃至０．１００質量％、Ｓｉ：０．７５乃至１．１０質量％、Ｍｎ：１．４０乃至１．７４質量％、Ｐ：０．００５乃至０．０１８質量％、Ｓ：０．０１３乃至０．０２０質量％、Ｔｉ：０．１１乃至０．１６質量％、Ｂ：０．００１５乃至０．００７３質量％、Ｃ＋１５×Ｂ：０．０６００乃至０．１９９０質量％、Ｍｏ：０．０８質量％以下、Ｏ：０．０１００質量％以下、Ｃｕ（ワイヤ表面にＣｕめっきが施されている場合は、そのＣｕめっき分を含む）：０．４５質量％以下を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物である組成を有し、ワイヤ表面にＭｏＳ_２が、ワイヤ１０ｋｇ当たり、０．０１乃至１．００ｇ存在することを特徴とする。

この場合に、Ｍｏの含有量が０．０１質量％以下であることが好ましい。また、本発明においては、更に、０．０８質量％以下のＶ、０．０８質量％以下のＡｌ、０．５０質量％以下のＣｒ及び０．５０質量％以下のＮｉからなる群から選択された少なくとも１種以上を含有することができる。

本発明によれば、５４０Ｎ／ｍｍ^２級の溶接ワイヤとして十分な基本的機械的性質を有すると共に、ロボットを用いた施工において板厚によらず、優れたスラグ剥離性とスラグ量低減が得られる。また、本発明によれば、強度及び靭性が良好である溶接金属が得られ、更にスパッタ発生量も、半自動溶接に適用されているＹＧＷ１１，ＹＧＷ１８等の従来ワイヤと同等程度に少なく、連続溶接に適した炭酸ガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤが得られる。

本発明者等は、溶接スラグに関する研究を重ね、影響要因を明らかにした。溶接スラグの生成量は強脱酸成分、即ちＭｎ量及びＴｉ量と最も強い関係があり、これらの含有量の増大に伴い、スラグ生成量が増加する。スラグの剥離性は溶融状態におけるスラグ／溶接金属間の界面エネルギー、凝固後のスラグ自体の強度、溶接金属表面の凹凸、つまり物理的高低差とその高低部位生成頻度と強い関係があり、Ｍｎの増加、Ｓ及びＰの減少により、剥離性が低下する。一方、これらの得られた知見に基づき、スラグ生成量低減と剥離性向上技術を過剰に追求すると、強度及び靱性といった機械的性能の低下及び高温割れ発生といった欠点が生じやすくなる。

Ｍｏは溶接金属の高強度化を図ることができる元素として知られており、ＪＩＳ Ｚ３３１２ ＹＧＷ１８規格でも、０．４０質量％以下の上限規定でＭｏの添加が許容されているが、薄板の低入熱・低パス間温度条件では、Ｍｏの添加によって過剰焼入れとなり、低靭性化が顕著となる。従って、入熱・パス間温度を完全に制御できるロボット溶接においては、板厚１２ｍｍ程度の薄板から板厚８０ｍｍ程度の厚板までカバーできるワイヤとして、むしろＭｏは可及的に少ないほうが良く、Ｍｏは無添加が望ましいことが判明した。

その他のワイヤ成分以外の溶接性に与える要因として、ワイヤ送給の不安定が生じると、溶融池の形成が乱れ、生成したスラグの厚さが不均一となり、スラグ剥離性を劣化させることを見出した。

以下、本発明について、詳細に説明する。先ず、本発明の溶接ワイヤの組成について、その成分添加理由及び組成限定理由について説明する。

「Ｃ：０．０２０乃至０．１００質量％」
Ｃは溶接金属の強度を確保するために重要な添加元素であるが、Ｃが０．０２０質量％未満では、大入熱・高パス間温度溶接時に必要な強度を確保できない。望ましくは、Ｃは０．０５０質量％以上である。一方、Ｃを０．１００質量％を超えて添加すると、高温割れが発生しやすくなる。また、Ｃを０．１００質量％を超えて添加すると、アーク雰囲気中においてＣＯ爆発現象によりスパッタ発生量が増加し、アーク安定性が劣化する。更に、強度が過剰となって、靱性が逆に低下する。このため、Ｃ含有量は０．１００質量％以下とする。

「Ｓｉ：０．６５乃至１．１０質量％」
Ｓｉは強度確保と脱酸による気孔欠陥防止のために添加する。また、Ｓｉを添加していくと、スラグ量が増えるものの、スラグ剥離性を向上させる。これらの効果は、Ｓｉ含有量を０．６５質量％以上とすることにより得られる。Ｓｉ含有量が０．６５質量％未満であると、スラグ剥離性が悪くなり、アークが不安定化する。更に、好ましいＳｉ含有量の下限値は０．７５質量％である。一方、Ｓｉ含有量が１．１０質量％を超えて過剰添加すると、スラグ量が過剰となり、アーク安定性が劣化すると共に、溶接金属の靱性が低下する。このため、Ｓｉ含有量は１．１０質量％以下とする。

「Ｍｎ：１．４０乃至１．７４質量％」
Ｍｎはその添加により、脱酸、強度上昇及び高籾性を得る効果がある。Ｍｎ含有量が１．４０質量％未満では、大入熱溶接時の溶接金属の強度及び靱性が不足する。一方、一般的な大入熱用ワイヤはＭｎを多く含有するが、Ｍｎはスラグの生成量を増大し、かつ剥離性も劣化させるという難点がある。また、ロボット等による自動溶接の場合は、ワイヤ突き出し長さが短い状態で安定することから、シールド性も良好で、大入熱溶接条件といえども脱酸元素の酸化消耗量が少ないという利点がある。従って、ロボット等による自動溶接の場合は、Ｍｎを低めに設計することにより、溶接金属の機械的性質とスラグ発生量及びスラグ剥離性のバランスを改善することができる。Ｍｎ含有量が１．７４質量％を超えると、スラグ量が増大すると共に、剥離性が低下する。その結果、アーク安定性も劣化する。このため、Ｍｎ含有量は、１．４０乃至１．７４質量％とする。

「Ｓ：０．００７乃至０．０２０質量％、Ｐ：０．００５乃至０．０１８質量％」
Ｓ及びＰの添加により、溶融池の表面張力が低下し、凝固時の物理的凹凸が減少して、溶接金属の表面を滑らかにする効果がある。これにより、スラグ剥離性を向上させる。Ｓ及びＰが、Ｓ：０．００７質量％未満、Ｐ：０．００５質量％未満では、この効果が得られない。このため、スラグ剥離性が低下し、これに起因してアーク安定性が劣化する。好ましくは、Ｓ：０．０１０質量％以上、Ｐ：０．００７質量％以上である。一方、Ｓ：０．０２０質量％、Ｐ：０．０１８質量％を超えて添加すると、溶接金属の表面形状の改善効果が飽和してしまうと共に、高温割れが発生しやすくなる。また、スラグの形態が粒状化し、アークによる溶融を妨げ、局部的にアークが不安定となる。更に、Ｓ及びＰが過剰であると、溶接金属の靭性も低下する。従って、Ｓの上限値は０．０２０質量％、Ｐの上限値は０．０１８質量％とする。

「Ｔｉ：０．１１乃至０．１８質量％」
Ｔｉは高電流城でのアーク安定性を向上させる。Ｔｉが０．１１質量％未満では、アーク定性性が劣化し、スパッタ発生量が増加する。よって、Ｔｉは０．１１質量％以上添加することが必要である。一方、Ｔｉを０．１８質量％を超えて添加すると、スラグ量が過剰に多くなり、剥離性も劣化し、アークによる溶融が困難となってアーク安定性が劣化する。半自動溶接用としては、ワイヤ直径が１．４乃至１．６ｍｍのワイヤの使用も多く、Ｔｉを０．２０質量％以上添加する方が、アーク安定性の面からは好ましいが、ロボット溶接では一般にワイヤ直径が１．２ｍｍの紬径ワイヤが使用されるので、Ｔｉをそれほど多量に添加する必要性は無く、０．１８質量％以下でも十分なアーク安定性が得られ、スラグ量低減の点からも、Ｔｉ含有量を０．１８質量％以下とすることが必要である。より好ましくは、Ｔｉの上限値は０．１６質量％以下とする。

「Ｂ：０．００１５乃至０．００７３質量％」
Ｂは少量の添加で、溶接金属の結晶粒の微細化により、強度と靭性を向上させる効果がある。Ｂを添加しないＹＧＷ１８ワイヤもあるが、厚さが比較的薄い薄板では、高窒素の裏当て金からの窒素分混入を考慮すると、特に靱性向上のためには、Ｂを添加して溶接金属の靱性を向上させることが必須である。Ｂ０．００１５質量％未満では、強度と靱性の向上効果は得られず、靭性が不足するので、Ｂの下限値は０．００１５質量％とする。一方、Ｂを０．００７３質量％を超えて過剰に添加すると、高温割れが発生しやすくなる。従って、Ｂの含有量は０．００７３質量％を上限値とする。より好ましくは、Ｂは０．００５４質量％以下、更に好ましくは０．００４０質量％以下とする。

「Ｃ＋１５×Ｂ：０．０６００乃至０．１９９０質量％」
Ｃ及びＢの含有量から、Ｃ＋１５×ＢをパラメータＰ_CBとすると、Ｐ_CBは、０．０６００乃至０．１９９０質量％とすることが必要である。上述のごとく、Ｃ及びＢは夫々その含有量が個別に規定されると共に、パラメータＰ_CB＝Ｃ＋１５×Ｂとして、このパラメータＰ_CBの値を所定の範囲に規制する必要がある。

本発明においては、一般的には強度向上効果が大きいＭｏを無添加にし、又はこれに近い低値にすると共に、Ｍｎもスラグ発生量低下のために一般的なＹＧＷ１８に対しては比較的低い値にするため、そのままでは強度が不足する。そこで、Ｐ_CB＝Ｃ＋１５×Ｂを０．０６００以上とすると、ＣとＢによる強度向上効果が高められ、十分な強度が得られる。一方、ＣとＢは共に耐高温割れ性を劣化させる元素であり、両元素共に高いと割れが発生しやすくなる。しかし、Ｐ_CB＝Ｃ＋１５×Ｂが０．１９９０質量％以下であれば、実用上高温割れの問題がないことから、Ｐ_CB＝Ｃ＋１５×Ｂを０．１９９０質量％以下とする。

図１は、横軸にＣ含有量をとり、縦軸にＢ含有量をとって、本発明で規定したＣ及びＢの含有量の範囲をハッチングにて示すグラフ図である。但し、Ｍｏは０．０８質量％以下、Ｍｎは１．７４質量％以下である。この図１に示すように、Ｃ及びＢ含有量が高い場合には、高温割れが問題となる。また、Ｃ及びＢ含有量が低いと、溶接金属の強度又は靭性が低下する。

「Ｍｏ：０．０８質量％以下」
Ｍｏは一般に溶接金属の焼入れ性（アークにより溶けたワイヤが冷却され、凝固する過程での焼入れ性）を向上させ、溶接金属の強度を上昇させるが、薄板の場合には逆に過剰強度による低靱性化をもたらす。厚板の場合でもロボット溶接のときは、溶接プログラムによって、溶接入熱及びパス間温度を完全に把握し、制御できるので、Ｍｏを過剰に添加して、強度に過剰に余裕を持たせる必要性は無い。そこで、本発明では、Ｍｏは無添加が好ましい。ただ、不純物としては、Ｍｏは０．０８質量％以下であれば、許容される。Ｍｏの含有量が０．０８質量％を超えると、靱性低下が著しくなる。より好ましくは、Ｍｏ含有量は０．０１質量％未満である。

「Ｏ：０．０１００質量％以下」
溶接スラグは酸化物である。従って、Ｏ量が増加すると、化学反応によって生じるスラグ生成量も増加する。その結果、アーク安定性が劣化すると共に、介在物増加により高温割れも発生しやすくなる。しかし、Ｏ含有量が０．０１００質量％以下であれば、上述の問題がないので、Ｏは０．０１００質量％以下に規制する。なお、Ｏの作用効果はその分布状態には依存しない。つまり、Ｏの作用効果は、線材のバルク及び表面などの位置には無関係であり、Ｏ量の総量で規制する必要がある。

「Ｃｕ：０．４５質量％以下」
Ｃｕは過剰添加で溶接金属の高温割れが発生しやすくなると共に、スラグの性質を変化させて剥離性を劣化させる。その結果、アーク安定性が劣化する。このため、Ｃｕは素線の添加成分として積極的に添加させる技術的意味はなく、通電性、耐錆性、伸線性及び外観形状改善のために、ワイヤ表面に施される銅めっき分として存在するＣｕ量がほとんどである。Ｃｕ量が０．４５質量％を超えると、高温割れ及びスラグ剥離性が問題となるので、Ｃｕ含有量の上限値は０．４５質量％とする。なお、Ｃｕはワイヤ表面に銅メッキがない場合は、線材に含まれるものの量であり、ワイヤ表面にＣｕメッキがある場合は、線材に含まれるものと、ワイヤ表面の銅めっき分との総量である。

「Ｎｂ、Ｖ、Ａｌ；夫々０．０８質量％以下、Ｃｒ、Ｎｉ；夫々０．５０質量％以下」
Ｎｂ、Ｖ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｎｉは少量添加で結晶粒を微細にし、靱性を向上させる。しかし、Ｎｂ、Ｖ、Ａｌは０．０８質量％を超えて、Ｃｒ、Ｎｉは０．５０質量％を超えて添加すると、スラグ量の増加と剥離性低下が起こり、アークが不安定化すると共に、強度が過剰となり、靱性も低下する。従って、Ｎｂ、Ｖ、Ａｌは０．０８質量％を上限値、Ｃｒ、Ｎｉは０．５０質量％を上限値とする。なお、Ｎｂ、Ｖについては、更に好ましい範囲として、０．００３質量％を上限値とする。Ｃｒ、Ｎｉについては、更に好ましい範囲として、０．１０質量％を上限値とする。

「ワイヤ表面のＭｏＳ_２：ワイヤ１０ｋｇ当たり、０．０１乃至１．００ｇ」
ワイヤ送給性もスラグ剥離性に大きな影響を及ぼす。ワイヤ送給性が安定することにより、溶融池の形成もまた安定し、生成されたスラグの厚さが均一となり、熱収縮の歪が均一に作用することにより、全面剥離しやすくなる。ワイヤ表面のＭｏＳ_２はチップとワイヤとの間の給電点における融着を低減し、ワイヤ送給性を向上させる。従来のように、ワイヤ表面の粒界に沿って過剰酸化させることによりワイヤ送給性を向上させる方法では、Ｏ量が過剰になってスラグ量が増大するという欠点がある。これに対し、ＭｏＳ_２の塗布によりワイヤ送給性を向上させる方法では、スラグ量増大等の虞がないため、本発明の溶接ワイヤのワイヤ送給性の向上手段として好適である。この効果は、ワイヤ表面にワイヤ１０ｋｇ当たり０．０１ｇ以上ＭｏＳ_２を付着させることで有効になる。一方、ワイヤ表面にＭｏＳ_２をワイヤ１０ｋｇ当たり１．００ｇを超えて付着させると、コンジットライナ等のワイヤ送給系内へのＭｏＳ_２の堆積が始まり、逆にコンジットライナ内にＭｏＳ_２が詰まることにより、ワイヤ送給不良が発生し、スラグ性状に影響を及ぼして、剥離性を低下させることになる。その結果、アーク安定性が劣化する。従って、ＭｏＳ２のワイヤ表面への付着量は、１．００ｇ／ワイヤ１０ｋｇが上限値である。

次に、本発明の実施例の特性について比較例と比較して説明し、本発明の効果について説明する。図２（ａ）に示す関先形状を持つダイヤフラムと丸型鋼管を組み合わせた溶接試験体を用いて、表１に示す溶接条件で市販の鉄骨建築用ロボット溶接システムを用いて溶接を行った。図２（ｂ）、（ｃ）に示すように、鋼管２を水平に配置し、その先端にダイヤフラム１をその面を垂直にして配置する。鋼管２のダイヤフラム１側の端面にＶ開先を形成し、環状の裏当金３をダイヤフラム１と鋼管２との間の溶接部の開先下に配置した。この開先を溶接トーチ４により溶接した。

表２はダイヤフラム１、鋼管２及び裏当金３の形状の組み合わせ（条件１及び条件２）を示す。表３は、これらのダイヤフラム１、鋼管２及び裏当金３の組成を示す。ダイヤフラム１と鋼管２は高炉メーカー製であるのに対し、裏当金３は市販の電炉メーカー製であり、著しく窒素含有量が高く、溶接性が劣るものである。

そして、溶接終了後のスラグの剥離性をデジタル画像処理により算出した（処理１）。また、スラグ量を計測した（処理２）。更に、溶接金属の強度と靭性の指標として引張試験とシャルピー衝撃試験を実施した（処理３）。また、溶接中のアークの安定性（処理４）とスパッタ発生量（処理５）も記録した。更に、高温割れの発生（処理６）を超音波探傷試験にて調べた。表４−１乃至表４−４は本発明の実施例ワイヤと比較例ワイヤの組成を示す。また、表５−１及び表５−２は、実施例及び比較例の溶接試験結果を示す。なお、表４の化学成分で、含有量が上限値で記載されているのは、一般的な分析下限以下の値であることを示し、工業的には含有していないものである。また、表４におけるワイヤ成分の残部はＦｅである。

次に、スラグの剥離性評価方法（処理１）について説明する。剥離性とスラグ量の評価は鋼管の板厚が薄い条件１でのみ計測した。なお、条件１で良好だった溶接ワイヤは条件２でも同じく良好であることを確認している。溶接開始点が最終パスの溶接に入る際に、ワイヤから９０°戻った地点を中心として前後１００ｍｍ、合計２００ｍｍを写真撮影した。図３はビード外観を示す写真であり、図３における（ａ）はスラグが自然剥離した部分を示し、（ｂ）はスラグが付着したままの部分を示す。そして、このビード外観写真から、画像解析ソフトにより、それぞれのピクセルの合計値を計算し、［（ａ）の部分のピクセル数］／｛［（ａ）の部分のピクセル数］＋［（ｂ）の部分のピクセル数］｝×１００でスラグ剥離率（質量％）を求めた。そして、スラグ剥離率が１５質量％以上を良好と判定した。次に、処理２のスラグ量については、ビード外観写真撮影後に自然剥離したものも含めて全てのスラグを回収し、重量測定したものである。このスラグ量は、１２ｇ以下を良好とした。また、処理３の溶接金属の引張試験とシャルピー衝撃試験は、条件１，２の夫々において、ＪＩＳ Ｚ３１１１のＡ２号（平行部直径６ｍｍ）及び標準試験片（１辺長が１０ｍｍの正方形断面）を採取した。図４は、溶接金属からの引張試験片の採取位置を示し、図５は、溶接金属からのシャルピー衝撃試験片の採取位置を示す。なお、引張試験は室温（２０℃）で実施し、シャルピー衝撃試験は０℃で実施し、各３本の試験結果の平均値を評価値とした。そして、引張強さが４９０Ｎ／ｍｍ^２以上、シャルピー衝撃試験が平均７０Ｊ以上を合格とした。処理４のアーク安定性は溶接中の官能評価によるもので、特にスラグがアークの発生を邪魔し、乱すことがなかった場合を良好と判断した。なお、ワイヤ送給不良に起因するアークの乱れが生じた場合も不合格とした。処理６のスパッタ発生量は条件１における溶接終了後にシールドノズルに付着したスパッタを回収し、重量を測定したものであり、６ｇ以下を良好と判定した。

表５−１に示すように、実施例Ｎｏ．２，６，７，１６は本発明例であり、各成分の含有量が本発明の規定範囲にあるので、スラグの剥離性、スラグ量、溶接金属の強度、靭性、アークの安定性、低スパッタ性、及び耐割れ性が全て良好であり、優れた溶接作業性が得られ、溶接金属の機械的性質が優れている。

表５−２に示すように、比較例Ｎｏ．１９乃至４７は本発明の範囲から外れるものである。比較例Ｎｏ．１９はＣが過少であり厚板溶接時に溶接金属の強度が不足した。比較例Ｎｏ．２０はＣが過剰であり溶接金属に高温割れが発生、薄板溶接時に過剰強度で低靭性化、スパッタも多くアーク安定性が悪くシールドノズル詰まりが生じやすいため連続溶接性が劣化した。比較例Ｎｏ．２１はＳｉが過少であり厚板溶接時に溶接金属の強度が不足し、スラグ剥離性も悪くスラグが邪魔でアーク不安定となり、連続溶接性が劣化した。比較例Ｎｏ．２２はＳｉが過剰であり溶接金属の靭性が不足し、スラグ量が過剰で邪魔となりアーク不安定となって連続溶接性が劣化した。比較例Ｎｏ．２３はＴｉが過少でありスパッタ発生量が多くアーク安定性が劣り、シールドノズル詰まりが生じやすいため連続溶接性が劣化した。比較例Ｎｏ．２４はＴｉが過剰でありスラグ量が多く、剥離性も悪かった。スラグが邪魔でアーク不安定となり、連続溶接性が劣化した。比較例Ｎｏ．２５はＭｎが過少であり厚板溶接時の溶接金属の引張強さと板厚によらず靱性共に低かった。比較例Ｎｏ．２６はＭｎが過剰であり、スラグ量が多く、剥離性も悪かった。スラグが邪魔でアーク不安定となり、連続溶接性が劣化した。比較例Ｎｏ．２７、２８はＭｏが過剰であり、薄板溶接時に過剰強度により靱性が劣化した。比較例Ｎｏ．２９はＳが過少であり、スラグの剥離性が悪く、スラグが邪魔でアーク不安定となり、連続溶接性が劣化した。比較例Ｎｏ．３０はＳが過剰であり、靱性が低いと共に高温割れも発生した。スラグは剥離性は良いものの付着しているものは粒状化し厚みが増してアークの安定性を損なった。その結果、連続溶接性が劣化した。比較例Ｎｏ．３１はＯが過剰であり、スラグ量が増加した。アークの安定性を損ない連続溶接性が劣化した。溶接金属中の介在物が過剰となって高温割れが発生した。比較例Ｎｏ．３２はＰが過少であり、スラグの剥離性が悪く、スラグが邪魔でアーク不安定となり、連続溶接性が劣化した。比較例Ｎｏ．３３はＰが過剰であり靭性が低いと共に高温割れも発生した。スラグは剥離性は良いものの付着しているものは粒状化し厚みが増してアークの安定性を損なった。その結果、連続溶接性が劣化した。比較例Ｎｏ．３４はＣｕが過剰であり、高温割れが発生すると共にスラグ剥離性も悪く、スラグが邪魔でアーク不安定となり、連続溶接性が劣化した。比較例Ｎｏ．３５はＢが不足しており、厚板溶接時の強度と薄板溶接時の靱性が不足した。比較例Ｎｏ．３６はＢが過剰であり、高温割れが発生した。比較例Ｎｏ．３７はＣ，Ｂ夫々単独は規定範囲を満足しているものの、Ｐ_ＣＢ（＝Ｃ＋１５×Ｂ）が不足しており、厚板溶接時の強度が不足した。比較例Ｎｏ．３８はＣ，Ｂ夫々単独は規定範囲を満足しているものの、Ｐ_ＣＢ（＝Ｃ＋１５×Ｂ）が過剰であり、高温割れが発生した。比較例Ｎｏ．３９乃至Ｎｏ．４３はそれぞれＮｂ，Ｖ，Ａｌ，Ｃｒ，Ｎｉが過剰であり、スラグ量が増加して剥離性も低下した。スラグが邪魔でアーク不安定となり、連続溶接性が劣化した。薄板溶接時に強度過剰となり靭性も低下した。比較例Ｎｏ．４４はＭｏＳ_２付着量が過剰であり、コンジットライナ等の送給系にＭ_ＯＳ_２が堆積して詰まり、ワイヤ送給が非常に不安定となった。その結果、アーク安定性が損なわれ、スラグ分布が不均一化して悪影響を及ぼし、剥離性が低下した。スパッタ量も増加した。比較例Ｎｏ．４５はＴｉ，Ｍｎ，０が過剰、Ｓが過少である。スラグ量増加と剥離性低下が著しく、スラグが邪魔でアーク不安定となり、連続溶接性が劣化した。薄板溶接時にはＭｎ過多による強度過剰で靭性も低下した。比較例Ｎｏ．４６はＳｉ過少、Ｍｏ，Ｐが過剰である。Ｓｉ不足の為スラグ剥離性が悪く、スラグが邪魔でアーク不安定となり、連続溶接性が劣化した。Ｐが過剰なため高温割れが発生した。さらに、Ｍｏが過剰なため薄板溶接時に過剰強度となったことも相まり、薄板、厚板ともに靭性が低かった。比較例Ｎｏ．４７はＴｉ，Ｍｎが過剰である。スラグ量増加と剥離性低下が著しく、スラグが邪魔でアーク不安定となり、連続溶接性が劣化した。薄板溶接時にＭｎ過多による強度過剰で靭性も低下した。比較例Ｎｏ．４８はＴｉ，Ｍｎ，Ｍｏ，Ｂが過剰である。スラグ量増加と剥離性低下が著しく、スラグが邪魔でアーク不安定となり、連続溶接性が劣化した。薄板溶接時にＭｎ，Ｍｏ，Ｂ過多による強度過剰で靱性も低下した。

本発明におけるワイヤのＣ及びＢの範囲を示すグラフ図である。 （ａ）乃至（ｃ）は溶接試験体形状と関先形状を示す図である。 ビード外観写真であり、（ａ）はスラグが自然剥離した部分、（ｂ）はスラグが付着したままの部分を示す。 溶接金属引張試験片の採取位置を示す図である。 溶接金属シャルピ衝撃試験片の採取位置を示す図である。

符号の説明

１ ダイヤフラム
２ 鋼管
３ 裏当金
４ トーチ

Claims (3)

1. Ｃ：０．０２０乃至０．１００質量％、Ｓｉ：０．７５乃至１．１０質量％、Ｍｎ：１．４０乃至１．７４質量％、Ｐ：０．００５乃至０．０１８質量％、Ｓ：０．０１３乃至０．０２０質量％、Ｔｉ：０．１１乃至０．１６質量％、Ｂ：０．００１５乃至０．００７３質量％、Ｃ＋１５×Ｂ：０．０６００乃至０．１９９０質量％、Ｍｏ：０．０８質量％以下、Ｏ：０．０１００質量％以下、Ｃｕ（ワイヤ表面にＣｕめっきが施されている場合は、そのＣｕめっき分を含む）：０．４５質量％以下を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物である組成を有し、ワイヤ表面にＭｏＳ_２が、ワイヤ１０ｋｇ当たり、０．０１乃至１．００ｇ存在することを特徴とする炭酸ガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤ。
2. Ｍｏの含有量が０．０１質量％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ソリッドワイヤ。
3. ０．０８質量％以下のＶ、０．０８質量％以下のＡｌ、０．５０質量％以下のＣｒ及び０．５０質量％以下のＮｉからなる群から選択された少なくとも１種以上を含有す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ソリッドワイヤ。

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