JP5448497B2 - ２電極水平すみ肉ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ - Google Patents
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Description
本発明は、軟鋼および４９０Ｎ／ｍｍ2級高張力鋼をはじめとする各種鋼板の水平すみ肉溶接に使用するガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤに係わるものであり、特に造船のロンジ先付け溶接や長尺ロンジ製作現場において施工されている２電極水平すみ肉ガスシールドアーク溶接に使用して、良好なビード形状および耐気孔性が得られる２電極水平すみ肉ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ（以下、フラックス入りワイヤという。）に関する。
船舶、橋梁などの製造分野では、ロンジといわれる補強材の水平すみ肉溶接の比率が高く、生産性向上のために高速化の要望が強い。これに対し、例えば、特許文献１で提案されている２電極水平すみ肉ガスシールドアーク溶接方法が比較的簡便な装置で実施できることから広く実用化されている。
しかし、２電極水平すみ肉ガスシールドアーク溶接方法による溶接速度は、安定操業的に１．０ｍ／ｍｉｎ（脚長６ｍｍ）〜１．３ｍ／ｍｉｎ（脚長５ｍｍ）が一般的である。溶接速度１．５ｍ／ｍｉｎ（脚長６ｍｍ）〜２．０ｍ／ｍｉｎ（脚長５ｍｍ）のような高速にすると、脚長に見合った溶着量が必要で、例えばワイヤ径１．６ｍｍのフラックス入りワイヤを用いて２電極溶接を行った場合は両電極とも４００Ａを超える高電流溶接条件の施工となり、ビード形状が著しく不良となる問題がある。
図１は２電極高速水平すみ肉ガスシールドアーク溶接の状況を説明するために示した模式図である。２電極溶接で良好なビードを形成するためには電極角度θ１を持たせた先行電極ワイヤ１と電極角度θ２を持たせた後行電極ワイヤ２との間に安定した湯溜り３を形成することが基本である。高電流高速溶接になればなるほど、両電極のアーク力が強大になり湯溜り３が安定した状態で継続されなくなる。この湯溜りの不安定がそのまま後行電極ワイヤ２の後方に形成される溶融プール４の不安定となり、アンダーカットの発生や表面に凸凹がある丸く凸状のビード形状になる。
図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、高電流で行う２電極高速水平すみ肉ガスシールドアーク溶接において発生しやすいビード形状の欠陥例を説明するために示した模式図である。図２（ａ）の１１はビード上脚側のアンダーカット、図２（ｂ）の１２は凸状のビード形状である。さらに、２電極水平すみ肉ガスシールドアーク溶接の高電流高速化にともなって起こる問題は、ビード形状劣化とともに、鋼板表面の赤錆や付着水分、プライマ８に起因した図２（ｃ）に示すビード表面気孔１３の発生が顕著になることである。
耐気孔性については、例えば、特許文献２に提案されているようなスラグ生成量を少なくしたフラックス入りワイヤを使用することが基本であるが、特にプライマ塗装鋼板の場合の耐気孔性向上対策が要望されている。
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、２電極水平すみ肉ガスシールドアーク溶接方法に使用して、溶接速度１．５〜２．０ｍ／ｍｉｎ（脚長５〜６ｍｍ）で良好な溶接作業性、ビード形状および耐気孔性が得られる２電極水平すみ肉ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤを提供することを目的とする。
本発明者らは、上記課題を解決すべく、溶接速度１．５〜２．０ｍ／ｍｉｎの２電極高速水平すみ肉ガスシールドアーク溶接方法で問題となるビード形状および耐気孔性について、種々のフラックス入りワイヤを試作して、ワイヤ成分による影響を詳細に調査した。その結果、特に含有させるスラグ形成剤の主成分をＴｉ酸化物−Ｆｅ酸化物系にし、かつ、Ｔｉ酸化物とＦｅ酸化物の比を限定することにより、両電極間の湯溜りおよび後行電極後方に形成する溶融プールが安定し、アンダーカットがなく、止端部および表面がなめらかなビード形状が得られ、耐気孔性も格段に向上することを見出した。その他のスパッタ発生量、スラグ剥離性などの溶接作業性および溶接金属の機械的性質も確認し、ワイヤ成分としては、スラグ形成剤（Ｓｉ酸化物、Ｚｒ酸化物）、強脱酸剤およびスラグ生成剤として作用するＡｌ、Ｍｇ、ガス発生剤（Ｆ）、アーク安定剤（Ｎａ2Ｏ、Ｋ2Ｏ）の含有量を限定し、所期の目的を達し、本発明をなしたものである。
本発明の要旨は、以下の通りである。
（１）鋼製外皮内にフラックスを充填してなる２電極水平すみ肉ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤにおいて、ワイヤ全質量に対する質量％で、
Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値：２．５〜４．０％、
Ｆｅ酸化物のＦｅＯ換算値：１．５〜３．５％、
但し、ＴｉＯ2換算値／ＦｅＯ換算値：１．０〜２．５、
Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値：０．７〜１．２％、
Ｚｒ酸化物のＺｒＯ2換算値：０．４〜１．０％、
弗素化合物のＦ換算値：０．０６〜０．２０％、
Ｎａのアルカリ金属化合物のＮａ ２ Ｏ換算値およびＫのアルカリ金属化合物のＫ ２ Ｏ換算値の合計：０．０６〜０．３０％、
Ｃ：０．０３〜０．１２％、
Ｓｉ：０．３〜１．２％、
Ｍｎ：１．５〜４．５％、
Ａｌ：０．１〜０．７％、
Ｍｇ：０．１〜０．７％
を含有し、残部はＦｅおよび不可避不純物からなることを特徴とする２電極水平すみ肉ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値：２．５〜４．０％、
Ｆｅ酸化物のＦｅＯ換算値：１．５〜３．５％、
但し、ＴｉＯ2換算値／ＦｅＯ換算値：１．０〜２．５、
Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値：０．７〜１．２％、
Ｚｒ酸化物のＺｒＯ2換算値：０．４〜１．０％、
弗素化合物のＦ換算値：０．０６〜０．２０％、
Ｎａのアルカリ金属化合物のＮａ ２ Ｏ換算値およびＫのアルカリ金属化合物のＫ ２ Ｏ換算値の合計：０．０６〜０．３０％、
Ｃ：０．０３〜０．１２％、
Ｓｉ：０．３〜１．２％、
Ｍｎ：１．５〜４．５％、
Ａｌ：０．１〜０．７％、
Ｍｇ：０．１〜０．７％
を含有し、残部はＦｅおよび不可避不純物からなることを特徴とする２電極水平すみ肉ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
（２） さらに、質量％で、
Ｎｉ：０．３〜２．０％
を含有することを特徴とする上記（１）に記載の２電極水平すみ肉ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
Ｎｉ：０．３〜２．０％
を含有することを特徴とする上記（１）に記載の２電極水平すみ肉ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
（３） さらに、質量％で、
Ｔｉ：０．３％以下、Ｚｒ：０．３％以下の１種又は２種を含有することを特徴とする上記（１）または（２）に記載の２電極水平すみ肉ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
Ｔｉ：０．３％以下、Ｚｒ：０．３％以下の１種又は２種を含有することを特徴とする上記（１）または（２）に記載の２電極水平すみ肉ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
本発明の２電極水平すみ肉ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤによれば、軟鋼および４９０Ｎ／ｍｍ2級高張力鋼をはじめとする各種鋼板の２電極水平すみ肉ガスシールドアーク溶接方法に使用して、溶接速度１．５〜２．０ｍ／ｍｉｎ（脚長５〜６ｍｍ）で良好な溶接作業性、ビード形状および耐気孔性が得られるので、溶接の高能率化および溶接部の品質向上が図れる。
以下本発明を詳細に説明する。
本発明は、２電極水平すみ肉ガスシールドアーク溶接方法に使用して、溶接速度１．５〜２．０ｍ／ｍｉｎ（脚長５〜６ｍｍ）で良好な溶接作業性、ビード形状および耐気孔性が得られる２電極水平すみ肉ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤとして、特に含有させるスラグ形成剤の主成分をＴｉ酸化物−Ｆｅ酸化物系にし、かつ、Ｔｉ酸化物とＦｅ酸化物の比を限定することにより、両電極間の湯溜りおよび後行電極後方に形成する溶融プールが安定し、アンダーカットがなく、止端部および表面がなめらかなビード形状が得られ、耐気孔性も格段に向上させたものである。そして、その他のワイヤ成分としては、スラグ形成剤（Ｓｉ酸化物、Ｚｒ酸化物）、強脱酸剤およびスラグ生成剤として作用するＡｌ、Ｍｇ、ガス発生剤（Ｆ）、アーク安定剤（Ｎａ2Ｏ、Ｋ2Ｏ）の含有量を限定し、所期の目的を達したものである。
本発明は、２電極水平すみ肉ガスシールドアーク溶接方法に使用して、溶接速度１．５〜２．０ｍ／ｍｉｎ（脚長５〜６ｍｍ）で良好な溶接作業性、ビード形状および耐気孔性が得られる２電極水平すみ肉ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤとして、特に含有させるスラグ形成剤の主成分をＴｉ酸化物−Ｆｅ酸化物系にし、かつ、Ｔｉ酸化物とＦｅ酸化物の比を限定することにより、両電極間の湯溜りおよび後行電極後方に形成する溶融プールが安定し、アンダーカットがなく、止端部および表面がなめらかなビード形状が得られ、耐気孔性も格段に向上させたものである。そして、その他のワイヤ成分としては、スラグ形成剤（Ｓｉ酸化物、Ｚｒ酸化物）、強脱酸剤およびスラグ生成剤として作用するＡｌ、Ｍｇ、ガス発生剤（Ｆ）、アーク安定剤（Ｎａ2Ｏ、Ｋ2Ｏ）の含有量を限定し、所期の目的を達したものである。
以下に、本発明の２電極水平すみ肉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限定理由を述べる。なお、成分についての％は質量％を意味する。
Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値：２．５〜４．０％
ルチール、チタンスラグなどのＴｉ酸化物は、溶融スラグの粘性を高めて十分なスラグ被包性を与え、ビード形状を良好にする作用を有する。しかし、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値が２．５質量％（以下、％という。）未満では、スラグ量の不足とともに溶融スラグの粘性が不足してスラグ被包性が不十分となり、ビード形状が不良となる。また、スラグ剥離性も不良となる。一方、ＴｉＯ2換算値が４．０％を超えると、溶融スラグの粘性および生成量とも過剰で、耐気孔性が不良となる。したがって、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値は２．５〜４．０％とする。
ルチール、チタンスラグなどのＴｉ酸化物は、溶融スラグの粘性を高めて十分なスラグ被包性を与え、ビード形状を良好にする作用を有する。しかし、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値が２．５質量％（以下、％という。）未満では、スラグ量の不足とともに溶融スラグの粘性が不足してスラグ被包性が不十分となり、ビード形状が不良となる。また、スラグ剥離性も不良となる。一方、ＴｉＯ2換算値が４．０％を超えると、溶融スラグの粘性および生成量とも過剰で、耐気孔性が不良となる。したがって、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値は２．５〜４．０％とする。
Ｆｅ酸化物のＦｅＯ換算値：１．５〜３．５％
酸化鉄、ミルスケールなどのＦｅ酸化物は、溶融スラグの粘性および凝固温度を調整し、ビード表面のなめらかさと下脚側止端部のなじみ性を良好にする作用を有する。しかし、Ｆｅ酸化物のＦｅＯ換算値が１．５％未満では、ビード形状が不良となる。一方、ＦｅＯ換算値が３．５％を超えると、溶融スラグの過剰な粘性低下および凝固温度の低下によりビード形状が不良となる。したがって、Ｆｅ酸化物のＦｅＯ換算値は１．５〜３．５％とする。
酸化鉄、ミルスケールなどのＦｅ酸化物は、溶融スラグの粘性および凝固温度を調整し、ビード表面のなめらかさと下脚側止端部のなじみ性を良好にする作用を有する。しかし、Ｆｅ酸化物のＦｅＯ換算値が１．５％未満では、ビード形状が不良となる。一方、ＦｅＯ換算値が３．５％を超えると、溶融スラグの過剰な粘性低下および凝固温度の低下によりビード形状が不良となる。したがって、Ｆｅ酸化物のＦｅＯ換算値は１．５〜３．５％とする。
ＴｉＯ2換算値／ＦｅＯ換算値：１．０〜２．５
Ｔｉ酸化物は溶融スラグの粘性を高める成分であり、Ｆｅ酸化物は粘性を低くする成分である。ＴｉＯ2換算値／ＦｅＯ換算値が１．０未満であると、溶融スラグの粘性が低くなりすぎ流動性が過剰になって両電極間の湯溜りが不安定でビード形成ができなくなる。一方、ＴｉＯ2換算値／ＦｅＯ換算値が２．５を超えると、粘性が高くなり高電流高速水平すみ肉ガスシールドアーク溶接では後行電極後方に形成される溶融プールに広がりがなくなりビードが凸状になり、耐気孔性も劣化する。したがって、ＴｉＯ2換算値／ＦｅＯ換算値は１．０〜２．５とする。
Ｔｉ酸化物は溶融スラグの粘性を高める成分であり、Ｆｅ酸化物は粘性を低くする成分である。ＴｉＯ2換算値／ＦｅＯ換算値が１．０未満であると、溶融スラグの粘性が低くなりすぎ流動性が過剰になって両電極間の湯溜りが不安定でビード形成ができなくなる。一方、ＴｉＯ2換算値／ＦｅＯ換算値が２．５を超えると、粘性が高くなり高電流高速水平すみ肉ガスシールドアーク溶接では後行電極後方に形成される溶融プールに広がりがなくなりビードが凸状になり、耐気孔性も劣化する。したがって、ＴｉＯ2換算値／ＦｅＯ換算値は１．０〜２．５とする。
Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値：０．７〜１．２％
珪砂やジルコンサンドなどのＳｉ酸化物は、スラグ被包性をよくしてビード形状をなめらかにする作用を有する。しかし、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値が０．７％未満では、スラグ被包性が不十分となりビード形状が不良となる。一方、ＳｉＯ2換算値が１．２％を超えると、ビード止端部のなじみ性が不足し、溶融スラグの生成量が過剰になり耐気孔性も不良となる。したがって、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値は０．７〜１．２％とする。
珪砂やジルコンサンドなどのＳｉ酸化物は、スラグ被包性をよくしてビード形状をなめらかにする作用を有する。しかし、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値が０．７％未満では、スラグ被包性が不十分となりビード形状が不良となる。一方、ＳｉＯ2換算値が１．２％を超えると、ビード止端部のなじみ性が不足し、溶融スラグの生成量が過剰になり耐気孔性も不良となる。したがって、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値は０．７〜１．２％とする。
Ｚｒ酸化物のＺｒＯ2換算値：０．４〜１．０％
ジルコンサンド、酸化ジルコンなどのＺｒ酸化物は、スラグ被包性をよくしてビード形状を良好にする作用を有する。しかし、Ｚｒ酸化物のＺｒＯ2換算値が０．４％未満では、スラグ被包性が不十分となりビード表面がなめらかにならず、ビード下脚側が大きい不等脚のビード形状となる。一方、ＺｒＯ2換算値が１．０％を超えると、ビード形状は丸く凸状になり、耐気孔性も劣化する。したがって、Ｚｒ酸化物のＺｒＯ2換算値は０．４〜１．０％とする。
ジルコンサンド、酸化ジルコンなどのＺｒ酸化物は、スラグ被包性をよくしてビード形状を良好にする作用を有する。しかし、Ｚｒ酸化物のＺｒＯ2換算値が０．４％未満では、スラグ被包性が不十分となりビード表面がなめらかにならず、ビード下脚側が大きい不等脚のビード形状となる。一方、ＺｒＯ2換算値が１．０％を超えると、ビード形状は丸く凸状になり、耐気孔性も劣化する。したがって、Ｚｒ酸化物のＺｒＯ2換算値は０．４〜１．０％とする。
Ａｌ：０．１〜０．７％
Ａｌ、Ｆｅ−Ａｌ、Ａｌ−ＭｇなどのＡｌは、強脱酸剤として作用するとともに脱酸生成物のＡｌ2Ｏ3を溶融スラグの成分として利用する。Ａｌを０．１％以上含有させることによりスラグが均一に被包してビード形状が良好となる。一方、Ａｌが０．７％を超えると、スラグ剥離性が不良となる。したがって、Ａｌは０．１〜０．７％とする。
なお、スラグ形成剤としてアルミナ粉（Ａｌ2Ｏ3）を含有させることは０．５％以下であれば可能であるが、スラグ被包むらが生じてスラグ剥離性不良、ビード形状は止端部のなじみが悪くなる。
Ａｌ、Ｆｅ−Ａｌ、Ａｌ−ＭｇなどのＡｌは、強脱酸剤として作用するとともに脱酸生成物のＡｌ2Ｏ3を溶融スラグの成分として利用する。Ａｌを０．１％以上含有させることによりスラグが均一に被包してビード形状が良好となる。一方、Ａｌが０．７％を超えると、スラグ剥離性が不良となる。したがって、Ａｌは０．１〜０．７％とする。
なお、スラグ形成剤としてアルミナ粉（Ａｌ2Ｏ3）を含有させることは０．５％以下であれば可能であるが、スラグ被包むらが生じてスラグ剥離性不良、ビード形状は止端部のなじみが悪くなる。
Ｍｇ：０．１〜０．７％
Ｍｇ、Ａｌ−Ｍｇ、Ｎｉ−ＭｇなどのＭｇも同様に強脱酸剤であるが、０．１％以上含有させることにより脱酸生成物のＭｇＯが溶融スラグの成分となり、ビード止端部のなじみ性を良好にする。一方、Ｍｇが０．７％を超えると、スラグ被包性が悪くなりスラグ剥離性が不良で、ビード形状も凸気味になる。したがって、Ｍｇは０．１〜０．７％とする。
Ｍｇ、Ａｌ−Ｍｇ、Ｎｉ−ＭｇなどのＭｇも同様に強脱酸剤であるが、０．１％以上含有させることにより脱酸生成物のＭｇＯが溶融スラグの成分となり、ビード止端部のなじみ性を良好にする。一方、Ｍｇが０．７％を超えると、スラグ被包性が悪くなりスラグ剥離性が不良で、ビード形状も凸気味になる。したがって、Ｍｇは０．１〜０．７％とする。
なお、スラグ形成剤としてマグネシア（ＭｇＯ）をスラグ形成剤として０．５％を超えて含有させた場合、これら原料が内蔵する水分によりスパッタ発生量が増加し、耐気孔性は劣化する。
弗素化合物のＦ換算値で：０．０６〜０．２０％
弗化ソーダや珪弗化カリなどの弗素化合物からのＦは、大気からのシールド性を高めて溶接金属の窒素量、水素量を低減し、耐気孔性を向上させる作用を有する。しかし、弗素化合物のＦ換算値が０.０６％未満では耐気孔性が劣化する。一方、Ｆ換算値が０．２０％を超えると、溶融スラグの粘性が過剰に低下し、スラグ被包性が悪くスラグ剥離性およびビード形状が不良となる。したがって、弗素化合物のＦ換算値は０．０６〜０．２０％とする。
弗化ソーダや珪弗化カリなどの弗素化合物からのＦは、大気からのシールド性を高めて溶接金属の窒素量、水素量を低減し、耐気孔性を向上させる作用を有する。しかし、弗素化合物のＦ換算値が０.０６％未満では耐気孔性が劣化する。一方、Ｆ換算値が０．２０％を超えると、溶融スラグの粘性が過剰に低下し、スラグ被包性が悪くスラグ剥離性およびビード形状が不良となる。したがって、弗素化合物のＦ換算値は０．０６〜０．２０％とする。
Ｎａのアルカリ金属化合物のＮａ ２ Ｏ換算値およびＫのアルカリ金属化合物のＫ ２ Ｏ換算値の合計：０．０６〜０．３０％
珪酸ソーダや珪酸カリなどの水ガラス、氷晶石、カリ長石などからのアルカリ金属化合物は、アークを安定にしてスパッタ発生量を低減するとともに、後行電極後方の溶融プールを広げてビード形状を良好にする作用を有する。しかし、Ｎａのアルカリ金属化合物のＮａ ２ Ｏ換算値およびＫのアルカリ金属化合物のＫ ２ Ｏ換算値の合計（ここでは、Ｎａ ２ Ｏ換算値またはＫ ２ Ｏ換算値が０％の場合を含む）が０．０６％未満では、アークが不安定でスパッタ発生量が増加し、ビード形状が不良となる。一方、Ｎａ２Ｏ換算値およびＫ２Ｏ換算値の合計（ここでは、Ｎａ ２ Ｏ換算値またはＫ ２ Ｏ換算値が０％の場合を含む）が０．３０％を超えると、スラグ被包状態が悪くなりスラグ剥離性が不良となる。したがって、アルカリ金属化合物のＮａ２Ｏ換算値およびＫ２Ｏ換算値の合計は０．０６〜０．３０％とする。
珪酸ソーダや珪酸カリなどの水ガラス、氷晶石、カリ長石などからのアルカリ金属化合物は、アークを安定にしてスパッタ発生量を低減するとともに、後行電極後方の溶融プールを広げてビード形状を良好にする作用を有する。しかし、Ｎａのアルカリ金属化合物のＮａ ２ Ｏ換算値およびＫのアルカリ金属化合物のＫ ２ Ｏ換算値の合計（ここでは、Ｎａ ２ Ｏ換算値またはＫ ２ Ｏ換算値が０％の場合を含む）が０．０６％未満では、アークが不安定でスパッタ発生量が増加し、ビード形状が不良となる。一方、Ｎａ２Ｏ換算値およびＫ２Ｏ換算値の合計（ここでは、Ｎａ ２ Ｏ換算値またはＫ ２ Ｏ換算値が０％の場合を含む）が０．３０％を超えると、スラグ被包状態が悪くなりスラグ剥離性が不良となる。したがって、アルカリ金属化合物のＮａ２Ｏ換算値およびＫ２Ｏ換算値の合計は０．０６〜０．３０％とする。
以上、本発明の２電極水平すみ肉ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤの構成要件の限定理由を述べたが、残部はＦｅおよび不可避不純物からなる。残部となるＦｅは、鋼製外皮のＦｅ分およびワイヤ成分を調整するために添加する合金鉄（フェロアロイ等）のＦｅ分やフラックスの鉄粉のＦｅ分である。
合金成分としては、軟鋼、４９０Ｎ／ｍｍ2級高張力鋼用、５７０Ｎ／ｍｍ2級高張力鋼用、低温鋼用、耐候性鋼用などフラックス入りワイヤに要求される溶接金属の強度、衝撃値を確保するためのＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｃｕなどである。以下に、主要な合金成分について好ましい範囲を示す。
Ｃ：０．０３〜０．１２％
Ｃは鋼製外皮およびフラックスの合計で０．０３〜０．１２％が好ましい。Ｃが０．０３％未満では強度や衝撃値が低くなる。一方、Ｃが０．１２％を超えると強度が高くなり衝撃値が低下する。
Ｃは鋼製外皮およびフラックスの合計で０．０３〜０．１２％が好ましい。Ｃが０．０３％未満では強度や衝撃値が低くなる。一方、Ｃが０．１２％を超えると強度が高くなり衝撃値が低下する。
Ｓｉ：０．３〜１．２％
Ｓｉは鋼製外皮およびフラックスの合計で０．３〜１．２％が好ましい。Ｓｉが０．３％未満では、溶接金属の強度が低くなる。一方、Ｓｉが１．２％を超えると強度が高くなり衝撃値が低下する。
Ｓｉは鋼製外皮およびフラックスの合計で０．３〜１．２％が好ましい。Ｓｉが０．３％未満では、溶接金属の強度が低くなる。一方、Ｓｉが１．２％を超えると強度が高くなり衝撃値が低下する。
Ｍｎ：１．５〜４．５％
Ｍｎは１．５〜４．５％が好ましい。Ｍｎが鋼製外皮およびフラックスの合計で１．５％未満では、溶接金属の強度、衝撃値が低くなる。一方、Ｍｎが４．５％を超えると強度が高くなり衝撃値が低下する。なお、Ｍｎの脱酸生成物ＭｎＯはスラグ成分となりビード表面をなめらかにするが、ＭｎＯを原料粉から０．５％以上含有させるとスラグ剥離性が不良となる。
Ｍｎは１．５〜４．５％が好ましい。Ｍｎが鋼製外皮およびフラックスの合計で１．５％未満では、溶接金属の強度、衝撃値が低くなる。一方、Ｍｎが４．５％を超えると強度が高くなり衝撃値が低下する。なお、Ｍｎの脱酸生成物ＭｎＯはスラグ成分となりビード表面をなめらかにするが、ＭｎＯを原料粉から０．５％以上含有させるとスラグ剥離性が不良となる。
Ｎｉ：０．３〜２．０％
Ｎｉは０．３％以上で低温衝撃値向上（−２０℃以下）に効果が認められるが、２．０％を超えると高速水平すみ肉溶接ではビードに高温割れが発生しやすくなる。
Ｎｉは０．３％以上で低温衝撃値向上（−２０℃以下）に効果が認められるが、２．０％を超えると高速水平すみ肉溶接ではビードに高温割れが発生しやすくなる。
Ｔｉ：０．３％以下、Ｚｒ：０．３％以下の１種または２種
Ｔｉ、Ｚｒはそれぞれ０．３％以下含有させて脱酸剤として有効であるが、０．３％を超えるとスラグ剥離性、耐気孔性およびビード形状に悪影響が見られる。したがって、Ｔｉ：０．３％以下、Ｚｒ：０．３％以下の１種または２種とした。
Ｔｉ、Ｚｒはそれぞれ０．３％以下含有させて脱酸剤として有効であるが、０．３％を超えるとスラグ剥離性、耐気孔性およびビード形状に悪影響が見られる。したがって、Ｔｉ：０．３％以下、Ｚｒ：０．３％以下の１種または２種とした。
なお、その他の成分として、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｃｕは溶接金属の強度、衝撃値を確保するために含有させることができ、また、ＢｉおよびＢｉ酸化物、硫化鉄などを０．０１％以上含有させることは、溶接後のスラグ除去作業の大幅な省略のために良好なスラグ剥離性が得られるので、これらの成分を含有させても本発明の目的を損なうものではない。また、フラックス入りワイヤの全水素量は、耐気孔性の観点からワイヤ全質量に対して４０ｐｐｍ以下にすることが好ましい。
鋼製外皮は、フラックス充填後の伸線加工性が良好な軟鋼でよいが、Ｃが０．０３％以下のものは長尺のロンジ溶接において問題となるスパッタ発生量を低減できるので好ましい。
フラックス充填率は、高溶着性、伸線性などを考慮して１２〜２０％程度のものが好ましい。鉄粉はアーク安定剤として作用し、溶着速度向上にも寄与するので、設定したフラックス充填率で限定したワイヤ成分を満足するように１〜１２％含有させることができる。
ワイヤ径は１．２〜２．０ｍｍで、両電極とも同一径または異なる径のものを使用できる。ワイヤ断面構造は市販のフラックス入りワイヤと同様にシーム有無のいずれでもよい。表面に隙間のないシーム無しワイヤは水分の吸湿がなく耐気孔性に有利である。また、Ｃｕなどのめっきを施して衝撃値や防錆効果を高めることも可能である。溶接時のワイヤ狙い位置は、図１および図２（ａ），（ｂ），（ｃ）に示す電極間距離ｄ：２０〜４０ｍｍ、先行電極角度θ１：５〜１５°、後行電極角度θ２：５〜１５°、下板１０に対する電極角度θ３：３５〜５５°、ワイヤ突き出し長さ：１５〜３５ｍｍ、先行電極のワイヤ狙い位置はコーナ部から０〜２ｍｍ、後行電極のワイヤ狙い位置はコーナ部から０〜３ｍｍの範囲にあることが好ましい。また、シールドガスはＣＯ2ガスが耐気孔性の面から好ましいが、Ａｒ−ＣＯ2混合ガスも使用できる。
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。
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。
軟鋼外皮（Ｃ：０．０２％、Ｓｉ：０．０１％、Ｍｎ：０．４０％、Ａｌ：０．０１％）に、フラックスを充填後、縮径して、フラックス充填率１５％でワイヤ径１．６ｍｍのフラックス入りワイヤを各種試作した。表１にそれぞれの試作ワイヤを示す。
これら試作ワイヤを各々両電極に使用して、Ｔ字すみ肉試験体を用いて、表２に示す溶接条件で目標脚長５ｍｍの２電極高速水平すみ肉ガスシールドアーク溶接試験（両側同時溶接）を行った。なお、シールドガスは先行電極および後行電極共にＣＯ2ガスで流量は毎分３０リットルである。
２電極水平すみ肉ガスシールドアーク溶接試験の試験体は、板厚１２ｍｍ、板幅１００ｍｍ、長さ１５００ｍｍ（４９０Ｎ／ｍｍ2級高張力鋼）で、無機ジンクプライマーを膜厚２０〜２５μｍ下板および立板の全面に塗布しているものを用い、これらのプライマ塗布鋼板を加圧して下板と立板の隙間がない状態で仮付け溶接して試験体とした。
各試作ワイヤについて、溶接状況（アーク安定性、２電極間の湯溜りの安定性）、スラグ被包性、スラグ剥離性、ビード形状および耐気孔性（ビード表面のピット、ガス溝有無）を評価した。
各試験の評価基準は、溶接状況は○：先行電極または後行電極のアークが安定で湯溜りも安定した状態、×：先行電極または後行電極アークおよび湯溜りの一方または両方が不安定な状態を示す。スラグ被包性は○：良好、×：部分的または全線で被包むらが生じたものを示す。スラグ剥離性は○：良好、×：部分的に除去しにくいまたは極めて除去しにくいを示す。ビード形状は○：良好、×：不良を示す。耐気孔性は○：気孔なし、×：気孔発生を示す。それらの結果を表３にまとめて示す。
表１および表２中ワイヤ記号Ｗ１〜Ｗ１０が本発明例、ワイヤ記号Ｗ１１〜Ｗ２５は比較例である。
本発明例であるワイヤ記号Ｗ１〜Ｗ１０は、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値、Ｆｅ酸化物のＦｅＯ換算値、ＴｉＯ2換算値／ＦｅＯ換算値、Ｓｉ化合物のＳｉＯ2換算値、Ｚｒ化合物のＺｒＯ2換算値、弗素化合物のＦ換算値、ＮａおよびＫのアルカリ金属化合物のＮａ2Ｏ換算値とＫ2Ｏ換算値の内の１種の換算値または２種の合計換算値、ＡｌおよびＭｇを適量含んでいるので、高速水平すみ肉ガスシールドアーク溶接における両電極間の湯溜りも安定し、スラグ被包性が十分で、スラグ剥離性、ビード形状および耐気孔性のいずれも良好で極めて満足な結果であった。
比較例中ワイヤ記号Ｗ１１は、ＴｉＯ2換算値が少ないのでスラグ被包性が不十分で、スラグ剥離性およびビード形状が不良であった。また、Ｆ換算値が少ないので気孔が発生した。
ワイヤ記号Ｗ１２は、ＴｉＯ2換算値が多いので気孔が発生した。また、ＮａおよびＫのアルカリ金属化合物のＮａ2Ｏ換算値とＫ2Ｏ換算値の合計が多いのでスラグ被包性が悪くなりスラグ剥離性が不良であった。
ワイヤ記号Ｗ１３は、ＦｅＯ換算値が少ないのでビード形状が不良であった。また、Ａｌが多いのでスラグ剥離性も不良であった。
ワイヤ記号Ｗ１４は、ＦｅＯ換算値が多いので湯溜りが安定せずビード形状が不良であった。
ワイヤ記号Ｗ１５は、ＴｉＯ2換算値／ＦｅＯ換算値が低いので湯溜りが安定せずビード形状が不良であった。
ワイヤ記号Ｗ１６は、ＴｉＯ2換算値／ＦｅＯ換算値が高いのでビード形状が不良で気孔も発生した。
ワイヤ記号Ｗ１７は、ＳｉＯ2換算値が少ないのでスラグ被包性が劣化しビード形状が不良であった。
ワイヤ記号Ｗ１８は、ＳｉＯ2換算値が多いのでビード形状が不良で気孔も発生した。
ワイヤ記号Ｗ１９は、ＺｒＯ2換算値が少ないのでビード形状が不良であった。
ワイヤ記号Ｗ２０は、ＺｒＯ2換算値が多いので凸ビードとなりビード形状が不良で気孔も発生した。
ワイヤ記号Ｗ２１は、Ａｌが少ないのでスラグ被包性が悪くなりビード形状が不良であった。
ワイヤ記号Ｗ２２は、Ｍｇが少ないのでビード止端部のなじみが悪くビード形状が不良であった。
ワイヤ記号Ｗ２３は、Ｍｇが多いのでスラグ被包性、スラグ剥離性およびビード形状が不良であった。
ワイヤ記号Ｗ２４は、Ｆ換算値が多いのでスラグ被包性、スラグ剥離性およびビード形状が不良であった。
ワイヤ記号Ｗ２５は、Ｋ2Ｏ換算値が少ないのでアークが不安定で湯溜りが不安定となりビード形状が不良であった。
実施例１と同一の軟鋼外皮に、フラックスを充填後、縮径して、フラックス充填率１５％でワイヤ径１．６ｍｍのフラックス入りワイヤを各種試作した。表４にそれぞれの試作ワイヤを示す。
これらの試作ワイヤを用いて実施例１と同様に２電極水平すみ肉ガスシールドアーク溶接試験を行った。試験体、評価項目および評価基準は実施例１と同一とした。
また、表４に示す試作ワイヤを用いて、ＪＩＳ Ｚ３３１３に準じて、板厚２０ｍｍの鋼板（ＪＩＳ Ｇ３１２６ ＳＬＡ２３５Ａ）を用いて溶着金属試験を表５に示す溶接条件で行い、衝撃試験片を採取した。なお、衝撃試験の吸収エネルギーは試験温度―２０℃の３本の平均値が４７Ｊ以上を良好とした。それらの結果を表６にまとめて示す。
本発明例であるワイヤ記号Ｗ２６〜Ｗ３０は、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値、Ｆｅ酸化物のＦｅＯ換算値、ＴｉＯ2換算値／ＦｅＯ換算値、Ｓｉ化合物のＳｉＯ2換算値、Ｚｒ化合物のＺｒＯ2換算値、弗素化合物のＦ換算値、アルカリ金属化合物のＮａ2Ｏ換算値とＫ2Ｏ換算値の１種以上の合計量、ＡｌおよびＭｇを適量含んでいるので、高速水平すみ肉ガスシールドアーク溶接における両電極間の湯溜りも安定し、スラグ被包性が十分で、スラグ剥離性、ビード形状および耐気孔性のいずれも良好であった。また、ＮｉおよびまたはＴｉとＺｒの１種以上を適量含んでいるので−２０℃における吸収エネルギーも高値が得られるなど極めて満足な結果であった。
比較例中ワイヤ記号Ｗ３１はＮｉ、ＴｉおよびＺｒを含んでいないので、またワイヤ記号Ｗ３３はＮｉが少ないので、いずれもー２０℃の吸収エネルギーが低値であった。
ワイヤ記号Ｗ３２は、Ｎｉが多く高温割れが生じたので溶着金属試験を中止した。
ワイヤ記号Ｗ３４はＴｉおよびＺｒが多いので、またワイヤ記号Ｗ３５はＴｉが多いので、いずれもスラグ剥離性、ビード形状および耐気孔性が不良であった。
１ 先行電極ワイヤ
２ 後行電極ワイヤ
３ 湯溜り
４ 溶融プール
５ 溶融スラグ
６ 凝固スラグ
７ 溶接ビード
８ プライマ
９ 立板
１０ 下板
１１ アンダーカット
１２ 凸ビード
１３ 気孔
２ 後行電極ワイヤ
３ 湯溜り
４ 溶融プール
５ 溶融スラグ
６ 凝固スラグ
７ 溶接ビード
８ プライマ
９ 立板
１０ 下板
１１ アンダーカット
１２ 凸ビード
１３ 気孔
Claims (3)
- 鋼製外皮内にフラックスを充填してなる２電極水平すみ肉ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤにおいて、ワイヤ全質量に対する質量％で、
Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値：２．５〜４．０％、
Ｆｅ酸化物のＦｅＯ換算値：１．５〜３．５％、
但し、ＴｉＯ2換算値／ＦｅＯ換算値：１．０〜２．５、
Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値：０．７〜１．２％、
Ｚｒ酸化物のＺｒＯ2換算値：０．４〜１．０％、
弗素化合物のＦ換算値：０．０６〜０．２０％、
Ｎａのアルカリ金属化合物のＮａ ２ Ｏ換算値およびＫのアルカリ金属化合物のＫ ２ Ｏ換算値の合計：０．０６〜０．３０％、
Ｃ：０．０３〜０．１２％、
Ｓｉ：０．３〜１．２％、
Ｍｎ：１．５〜４．５％、
Ａｌ：０．１〜０．７％、
Ｍｇ：０．１〜０．７％
を含有し、残部はＦｅおよび不可避不純物からなることを特徴とする２電極水平すみ肉ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。 - さらに、質量％で、
Ｎｉ：０．３〜２．０％
を含有することを特徴とする請求項１に記載の２電極水平すみ肉ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。 - さらに、質量％で、
Ｔｉ：０．３％以下、Ｚｒ：０．３％以下の１種又は２種を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２電極水平すみ肉ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
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