JP6257508B2 - フラックス入りワイヤ及び溶接継手の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、フラックス入りワイヤ及びそのフラックス入りワイヤを用いる溶接継手の製造方法に関する。

ガスシールドアーク溶接には、外皮内にフラックスが充填されたフラックス入りワイヤが汎用されている。このようなフラックス入りワイヤにおいては、溶接時のアークの安定性及び溶接作業性、並びに溶接継手の品質の向上などの様々な観点から、フラックス入りワイヤの組成や構造などに関してこれまでにも種々の検討が進められている。

例えば特許文献１には、アークが純不活性ガス中において安定で、高品質な継手を得ることを課題として、融点分布が径方向に異なるか、溶接時の溶接ワイヤの内部に径方向に不均一な温度分布が形成される溶接ワイヤに関する技術が開示されている。
また例えば特許文献２には、上向を含む全姿勢溶接が可能で、溶接作業性が優れることなどを目的として、特定の組成に構成したステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤに関する技術が開示されている。

特開２００６−２０５２０４号公報 特開平３−８１０９４号公報

ところで、例えばステンレス製の固定パイプの施工は、プラント建設現場など現地での溶接が主となる。そのため、下向姿勢、横向姿勢、立向姿勢及び上向姿勢の全姿勢での溶接適性を有することが望まれる。また、配管の施工は高所で行われることも多いため、施工に必要な溶接器具類やガスボンベの運搬などは重要な問題となる。

ステンレス製固定パイプの溶接継手施工では、初層をＴＩＧ溶接、残層をＭＡＧ溶接とする組み合わせ施工が一般的であるが、ＴＩＧ溶接とＭＡＧ溶接のそれぞれで異なるシールドガス及び溶接材料を準備する必要がある。シールドガスのボンベは、連続的に溶接を行い得ることを考慮して、大型のものが一般的に使用され、例えば７０００Ｌ充填可能なタイプでは高さ約１５０ｃｍ、質量約６０ｋｇと大型で重く、運搬には非常に労力がかかる。

そこで、本発明は、純Ａｒガスをシールドガスとして用いて、全姿勢でＭＩＧ溶接を行うことが可能なフラックス入りワイヤを提供しようとするものである。

本発明は、外皮内にフラックスが充填されたフラックス入りワイヤであって、ワイヤ全質量あたり、ＴｉＯ_２：４．７〜８．５質量％、Ａｌ_２Ｏ_３：０．５〜３．５質量％、ＳｉＯ_２：０．５〜２．０質量％、ＺｒＯ_２：０．８〜３．０質量％、及び金属酸化物：総量８．０〜１３．５質量％を含有すると共に、金属フッ化物：０．０２質量％以下に規制されたフラックス入りワイヤを提供する。
このフラックス入りワイヤとして、外径が１．０〜１．６ｍｍのものを用いることができる。
このフラックス入りワイヤは、例えば管状部材の溶接に用いられてもよい。
また、本発明は、前記フラックス入りワイヤを使用し、純Ａｒガスをシールドガスとして用いてＭＩＧ溶接を行う溶接継手の製造方法を提供する。

本発明によれば、ＴｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、ＺｒＯ_２、及び金属酸化物をそれぞれ特定量で含有し、かつ金属フッ化物の含有量を規制することで、純Ａｒガスをシールドガスとして用い、全姿勢でＭＩＧ溶接を行うことが可能なフラックス入りワイヤを提供することができる。

実施例で使用した鋼板の開先形状を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態について、詳細に説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。

＜フラックス入りワイヤ＞
本実施形態のフラックス入りワイヤは、外皮内にフラックスが充填されたものであり、フラックスコアードワイヤ（ＦＣＷ）とも称される。本実施形態のフラックス入りワイヤは、ワイヤ全質量あたり、ＴｉＯ_２を４．７〜８．５質量％、Ａｌ_２Ｏ_３を０．５〜３．５質量％、ＳｉＯ_２を０．５〜２．０質量％、ＺｒＯ_２を０．８〜３．０質量％、及び金属酸化物を総量で８．０〜１３．５質量％含有すると共に、金属フッ化物の含有量が０．０２質量％以下に規制されている。これらの成分は、フラックス入りワイヤにおいて、フラックス成分として含有される成分である。

本実施形態のフラックス入りワイヤの用途は特に限定されないが、管状部材の溶接に好適に用いられ、より好適にはステンレス製の固定パイプの溶接施行、又は配管の溶接施工に用いられる。

前記ステンレス製の固定パイプなどの溶接では、一般的に、２層以上の複数の層（一つ又はそれ以上のパスからなる溶接金属の層）の溶接ビードを重ねていく多層溶接が行われ、初層から最終層までＴＩＧ溶接で施工する方法、又は初層をＴＩＧ溶接で施工し、２層目以降をＡｒ−ＣＯ_２混合ガス又はＣＯ_２ガスをシールドガスとして用いたＭＡＧ溶接で施行する方法が採られていた。
初層から最終層までＴＩＧ溶接で施工する方法では、それに用いる溶接材料及びシールドガスは各々１種類であるが、ＴＩＧ溶接のため、ワイヤの溶融速度が低いことから施工効率は良くない。
初層をＴＩＧ溶接で施工し、２層目以降をＡｒ−ＣＯ_２混合ガス又はＣＯ_２ガスをシールドガスとして用いたＭＡＧ溶接で施行する方法では、初層と２層目以降とで用いる溶接材料及びシールドガスが各々２種類となり、例えば前述のプラント建設現場や高所などの施工現場において、溶接器具やガスボンベなどの運搬に非常に労力がかかり、現地での可搬性（運搬のし易さ）に難がある。

それに対して、本実施形態のフラックス入りワイヤでは、ＴｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、ＺｒＯ_２、及び金属酸化物をそれぞれ特定量で含有し、かつ金属フッ化物の含有量を規制することで、純Ａｒガスをシールドガスとして用い、全姿勢でＭＩＧ溶接を行うことが可能である。これによって、ステンレス製の固定パイプの施工に必要なガス種類を減少させることができ、大きな質量のガスボンベの数を減少させられるので、可搬性が向上する。さらには、本実施形態のフラックス入りワイヤを初層のＴＩＧ溶接に適用することで溶接材料も統一し得る。これにより、原材料の管理が簡便になるというメリットもある。
例えば初層を純Ａｒガスをシールドガスとして使用したＴＩＧ溶接で施工し、２層目以降を本実施形態のフラックス入りワイヤで純Ａｒガスをシールドガスとして用いたＭＩＧ溶接を行うことが可能となる。また、初層を本実施形態のフラックス入りワイヤを用いた半自動ＴＩＧ溶接で施工し、２層目以降を本実施形態のフラックス入りワイヤを用いて純ＡｒのシールドガスでＭＩＧ溶接を行うことが可能となる。
ただし、本実施形態のフラックス入りワイヤは、当該ワイヤをＭＩＧ溶接のみに適用する場合には、Ａｒを主体として、ＣＯ_２やＯ_２などの活性ガスを５％まで含んだシールドガスの場合にも溶接可能である。

ここで、前述の特許文献１に開示された技術では、溶接の姿勢について考慮されておらず、立向姿勢や上向姿勢などの姿勢溶接ではビードの垂れ落ちが問題となることがある。こうした問題に対しては、スラグで溶融金属を垂れ落ちから保護しながら行う溶接プロセスを採るのが一般的である。また、特許文献１に開示された技術は、ワイヤの中心部と外周部の材質を異なるものにした上で、ワイヤ全体が均一に混ざり合った状態で目的の金属組成を得るために、特殊な材質の芯材及び外周部材が必要になる。そのため、原材料の経済的調達が難しく、ワイヤが高価になりやすい。一方、本実施形態のフラックス入りワイヤは、一般的なフラックス入りワイヤの原料及び製法を利用することができるため、原料の経済的調達が可能であり、生産技術も成熟しているので、安価に製造可能である。

また、前述の特許文献２に開示された技術により提供され得るワイヤは、従来のＴＩＧ溶接とＭＡＧ溶接とを組み合わせたステンレス製固定パイプの施工方法に適用され、基本的には、ＣＯ_２やＡｒ−ＣＯ_２混合ガスでの施工を前提とする。この技術により提供されるワイヤは、ＴＩＧ溶接と共通の純Ａｒシールドガスでの施工には必ずしも適していない。

そこで、純Ａｒガスをシールドガスとして用いたＭＩＧ溶接に好適な組成を有する本実施形態のフラックス入りワイヤを用いることでアークの安定性と全姿勢での溶接適性を得ることができる。これによって、固定パイプの現地施工において、純Ａｒガスのみでの全層施工が可能となり、溶接器具やガスボンベなどの可搬性を向上させることが可能となる。
さらに、本実施形態のフラックス入りワイヤは、初層のＴＩＧ溶接にも適用可能である。この場合のＴＩＧ溶接は半自動ＴＩＧ溶接であると効率がよい。このフラックス入りワイヤでの初層半自動ＴＩＧ溶接は、一般的なスラグ入りＴＩＧ溶加棒での施工のように、バックシールドレス施工が可能である。初層のＴＩＧ溶接と２層目以降の高能率フラックス入りワイヤ施工の溶接材料を統一することにより、さらに可搬性が向上する。

以下、本実施形態のフラックス入りワイヤにおける組成限定理由について説明する。特に断りのない場合には、ＭＩＧ溶接の場合について述べる。
なお、本実施形態のフラックス入りワイヤ中のＴｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２及びＺｒＯ_２の各含有量は、フラックス入りワイヤを水酸化ナトリウムなどのアルカリ溶液に溶解させ、ＩＣＰ分析器により測定することができる。また、本実施形態のフラックス入りワイヤ中のＦの含有量は、高温処理で遊離したガスを中和滴定法により測定することができる。

［ＴｉＯ_２：４．７〜８．５質量％］
ＴｉＯ_２はスラグの融点を上昇させ、全姿勢溶接を可能とするために必要な成分である。ワイヤ全質量あたりのＴｉＯ_２の含有量が４．７質量％未満の場合、その効果は十分でなく、ビードの垂れ落ちが発生して立向姿勢及び上向姿勢での溶接が困難になることがある。また、ワイヤ全質量あたりのＴｉＯ_２の含有量が８．５質量％を超えるとスラグの融点が高くなり過ぎ、逆に滑らかな溶接ビードが得られなくなることがあるほか、スラグ巻き込みの不良が発生することがある。
よって、本実施形態のフラックス入りワイヤでは、ワイヤ全質量あたりのＴｉＯ_２の含有量を４．７〜８．５質量％の範囲にする。

溶接の際に良好なビード形状を得る観点から、ワイヤ全質量あたりのＴｉＯ_２の含有量は５．０質量％以上が好ましく、６．０質量％以上がより好ましい。
また、滑らかな溶接ビードを得る観点及びスラグ巻き込み不良を抑制する観点から、ワイヤ全質量あたりのＴｉＯ_２の含有量は、８．４質量％以下が好ましく、８．０質量％以下がより好ましい。

［Ａｌ_２Ｏ_３：０．５〜３．５質量％］
Ａｌ_２Ｏ_３は、溶融スラグの粘性を調整し、溶融金属のなじみ性を調整する効果がある。ワイヤ全質量あたりのＡｌ_２Ｏ_３の含有量が０．５質量％未満であると、なじみ性が劣化することによる融合不良の欠陥が発生することがある。ワイヤ全質量あたりのＡｌ_２Ｏ_３の含有量が３．５質量％を超えると、スラグ剥離性が低下し、焼き付き現象が発生することがある。
よって、本実施形態のフラックス入りワイヤでは、ワイヤ全質量あたりのＡｌ_２Ｏ_３の含有量を０．５〜３．５質量％の範囲にする。

溶融金属のなじみ性を高め、立向姿勢や上向姿勢での溶接適性を得易い観点から、ワイヤ全質量あたりのＡｌ_２Ｏ_３の含有量は、０．６質量％以上が好ましい。
また、溶接後において、例えばハンマーを用いた容易なスラグ剥離性を確保する観点から、ワイヤ全質量あたりのＡｌ_２Ｏ_３の含有量は、３．０質量％以下が好ましく、２．５質量％以下がより好ましく、２．０質量％以下がさらに好ましい。

［ＳｉＯ_２：０．５〜２．０質量％］
ＳｉＯ_２も、Ａｌ_２Ｏ_３と同様に溶融スラグの粘性を調整し、溶融金属のなじみ性を調整する効果がある。ワイヤ全質量あたりのＳｉＯ_２の含有量が０．５質量％未満であると、なじみ性が劣化することによる融合不良の欠陥が発生することがある。ワイヤ全質量あたりのＳｉＯ_２の含有量が２．０質量％を超えると、スラグの融点が低下してしまい、立向姿勢や上向姿勢などの溶接時にビードの垂れ落ちが発生してしまうほか、スラグの粘性が増加するため、初層の半自動ＴＩＧ溶接時に裏ビードにスラグが流れ難くなる。
よって、本実施形態のフラックス入りワイヤでは、ワイヤ全質量あたりのＳｉＯ_２の含有量を０．５〜２．０質量％の範囲にする。

溶融金属のなじみ性を高める観点から、ワイヤ全質量あたりのＳｉＯ_２の含有量は、０．７質量％以上が好ましく、０．９質量％以上がより好ましい。
また、溶接時における溶融池の垂れ落ちを防止する観点及びスラグの粘性の増加を抑制する観点から、ワイヤ全質量あたりのＳｉＯ_２の含有量は、１．９質量％以下が好ましく、１．８質量％以下がより好ましい。

［ＺｒＯ_２：０．８〜３．０質量％］
ＺｒＯ_２は、溶融スラグの粘性を調整する効果があり、また、スラグ包被性を良好にする役割を有する成分である。ワイヤ全質量あたりのＺｒＯ_２の含有量が０．８質量％未満であると、スラグ被り状態が悪化し、局部的な焼き付きを発生することがある。ワイヤ全質量あたりのＺｒＯ_２の含有量が３．０質量％を超えると、溶融スラグの粘性が高くなり過ぎ、スラグ巻き込みの不良が発生することがある。
よって、本実施形態のフラックス入りワイヤでは、ワイヤ全質量あたりのＺｒＯ_２の含有量を０．８〜３．０質量％の範囲にする。

スラグ包被性を良好にする観点から、ワイヤ全質量あたりのＺｒＯ_２の含有量は、０．９質量％以上が好ましく、１．０質量％以上がより好ましい。
また、溶融スラグの適度な粘性を得る観点から、ワイヤ全質量あたりのＺｒＯ_２の含有量は、２．９質量％以下が好ましく、２．５質量％以下がより好ましく、２．２質量％以下がさらに好ましい。

［金属酸化物：総量８．０〜１３．５質量％］
金属酸化物の総量、すなわちワイヤ中のスラグを形成する成分の含有率（スラグ率）は、ワイヤ全質量あたり、８．０質量％未満であると、その絶対量が少ないために、溶融金属を支え難くなり、立向姿勢や上向姿勢での溶接適性を確保することが困難となる。また、金属酸化物の含有量が少ないと、初層を半自動ＴＩＧ溶接にて行う場合に、裏ビードに十分な量のスラグが回らず、ビード表面の過剰な酸化が発生することがある。
一方、ワイヤ全質量あたりの金属酸化物の含有量が総量で１３．５質量％を超えると、スラグ巻き込みの不良を招く。金属酸化物の含有量が過剰な場合、半自動ＴＩＧ溶接においてもスラグ巻き込みが発生し易くなる。
よって、本実施形態のフラックス入りワイヤでは、ワイヤ全質量あたりの金属酸化物の含有量を総量で８．０〜１３．５質量％の範囲にする。

技量の低い溶接士にも簡単に施工ができるような良好な溶接性を得るためには、ワイヤ全質量あたりの金属酸化物の含有量は、総量で８．５質量％以上が好ましく、９．０質量％以上がより好ましい。
また、スラグ巻き込みの不良を抑制する観点から、ワイヤ全質量あたりの金属酸化物の含有量は、総量で１３．０質量％以下が好ましく、１２．５質量％以下がより好ましい。

［金属フッ化物：０．０２質量％以下］
金属フッ化物は、活性ガス（ＣＯ_２やＡｒ−ＣＯ_２）シールドでの溶接には耐気孔性を確保するために必要な成分であるが、純Ａｒガスをシールドガスとして使用する場合にはアークの集中性を劣化させ、ビードのなじみ性を損なう。ワイヤ全質量あたりの金属フッ化物の含有量が０．０２質量％以下の場合には、その影響は認められないが、当該含有量が０．０２質量％を超える場合には、溶融金属のなじみ性の劣化に伴い、融合不良の欠陥が発生することがある。
よって、本実施形態のフラックス入りワイヤでは、ワイヤ全質量あたりの金属フッ化物の含有量を０．０２質量％以下に規制する。

溶接時における融合不良の発生を抑制する観点から、ワイヤ全質量あたりの金属フッ化物の含有量は、０．０１５質量％以下に規制することが好ましく、０．０１０質量％以下に規制することがより好ましく、金属フッ化物を実質的に添加しないことがさらに好ましい。

［その他の成分］
本実施形態のフラックス入りワイヤの成分組成における残部は、合金成分及び不可避的不純物である。したがって、本実施形態のフラックス入りワイヤは、ワイヤ全質量あたり、ＴｉＯ_２を４．７〜８．５質量％、Ａｌ_２Ｏ_３を０．５〜３．５質量％、ＳｉＯ_２を０．５〜２．０質量％、ＺｒＯ_２を０．８〜３．０質量％、及び金属酸化物を総量で８．０〜１３．５質量％含有し、金属フッ化物の含有量が０．０２質量％以下に規制されていると共に、目的の溶接金属組成を得るために必要な合金成分及び不可避的不純物からなる組成とすることができる。

外皮はフープとも称され、内部空間にフラックスが充填されるものである。
この外皮の材質は、特に限定されず、適宜選択することができる。例えば、純Ａｒガスをシールドガスとして用いるＭＩＧ溶接の場合、外皮の材質として、各種鋼材やＮｉ基合金などが好適に用いられる。したがって、前記外皮の成分としては、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｗ、Ｖ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｍｇ、及びＮなどが挙げられる。また、前記不可避的不純物としては、Ｐ及びＳなどが挙げられる。

鋼製の外皮としては、ステンレス鋼（ＳＵＳ）が好適に用いられ、そのうち、オーステナイト系ステンレスがより好適に用いられる。オーステナイト系ステンレスのうち、好ましい具体例としては、ＳＵＳ３０１、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０４Ｌ、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１６Ｌ、ＳＵＳ３１０Ｓ、ＳＵＳ３４７などが挙げられる。
オーステナイト系ステンレスの他にも、ＳＵＳ４１０Ｌ、ＳＵＳ４３０などのフェライト系ステンレスも用いられる。

外皮にオーステナイト系ステンレスを用いる場合、例えば、ワイヤ全質量あたり、Ｓｉ：２質量％以下（例えば０．１〜２質量％）、Ｍｎ：２．５質量％以下（例えば０．５〜２．５質量％）、Ｃｒ：１６〜２６質量％、Ｎｉ：６〜２２質量％を含有すると共に、Ｃ：０．１５質量％以下に規制し、必要に応じてＭｏ：７質量％以下及び／又はＮｂ：１質量％以下、Ｃｕ：１質量％以下、並びにＮ：０．３質量％以下の範囲で添加され、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる組成とすることができる。
外皮にフェライト系鋼材を用いる場合、例えば、ワイヤ全質量あたり、Ｓｉ：１質量％以下（例えば０．１〜１質量％）、Ｍｎ：１質量％以下（例えば０．１〜１質量％）、Ｃｒ：１０．５〜２０質量％を含有すると共に、Ｃ：０．１５質量％以下に規制し、必要に応じてＭｏ：２．５質量％以下及び／又はＮｂ：１質量％以下、Ｃｕ：１質量％以下、Ｔｉ：１質量％以下、並びにＺｒ：１質量％以下の範囲で添加され、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる組成とすることができる。

外皮にＡｌｌｏｙ６００、Ａｌｌｏｙ６２５、ＡｌｌｏｙＣ−２７６などのＮｉ基合金を用いてもいい。
外皮にＮｉ基合金を用いる場合、例えば、ワイヤ全質量あたり、Ｓｉ：１．５質量％以下（例えば０．０１〜１．５質量％）及びＭｎ：９．５質量％以下（例えば０．１〜９．５質量％）を含有し、必要に応じてＣ：０．２質量％以下、Ｃｒ：３５質量％以下、Ｍｏ：２０質量％以下、Ｎｂ：４質量％以下、Ｔｉ：０．５質量％以下、Ｗ：５質量％以下、Ｖ：０．６質量％以下、Ｃｕ：２．５質量％以下及びＦｅ：２０質量％以下のうち１種又は２種以上が添加され、残部がＮｉ及び不可避的不純物からなる組成とすることができる。

［ワイヤの外径］
本実施形態のフラックス入りワイヤの外径は、１．０〜１．６ｍｍの範囲であることが好ましい。フラックス入りワイヤの溶融特性に起因して、ワイヤ溶融量に対する入熱量を確保し、溶融金属のなじみ性を良好にする観点から、ワイヤの外径は、１．０ｍｍ以上が好ましく、１．１ｍｍ以上がより好ましく、１．２ｍｍ以上がさらに好ましい。また、溶滴移行形態を良好にし、大粒のスパッタの発生を抑制する観点から、ワイヤの外径は、１．６ｍｍ以下が好ましく、１．５ｍｍ以下がより好ましく、１．４ｍｍ以下がさらに好ましい。
外径が１．２〜１．４ｍｍの範囲にあるフラックス入りワイヤを用いて、半自動ＴＩＧ溶接などの溶接を行うことにより、良好な溶滴移行形態が形成され、良好に溶接作業を行うことが可能となる。

なお、本実施形態のフラックス入りワイヤの断面形状、及びフラックス率は、特に限定されず、それぞれ用途や溶接条件などに応じて、適宜選択することができる。また、本実施形態のフラックス入りワイヤは、後述する実施形態に係る溶接継手の製造方法に限らず、様々な溶接方法、溶接継手の製造方法に用いることができる。

＜溶接継手の製造方法＞
次に前述の実施形態に係るフラックス入りワイヤを使用した溶接継手の製造方法に関する実施形態について説明する。なお、本開示において、「溶接継手」は母材である被溶接金属がフラックス入りワイヤを用いて溶接された後の継手をいう。

本実施形態の溶接継手の製造方法は、前述の実施形態に係るフラックス入りワイヤを使用し、純Ａｒガス（１００％Ａｒガス）をシールドガスとして用いてＭＩＧ溶接を行うことで、溶接継手を製造する方法である。例えば、上述したように、前述の実施形態に係るフラックス入りワイヤを好適に用い得る、ステンレス製の固定パイプなどのような管状部材に溶接を行う場合、初層を純Ａｒガスをシールドガスとして使用したＴＩＧ溶接で施工し、２層目以降を本実施形態のフラックス入りワイヤで純Ａｒガスをシールドガスとして用いたＭＩＧ溶接を行うことが好ましい。また、この場合、初層を本実施形態のフラックス入りワイヤを用いた半自動ＴＩＧ溶接で施工し、２層目以降を本実施形態のフラックス入りワイヤを用いて純ＡｒシールドガスのＭＩＧ溶接を行うことも好ましい。

本実施形態の溶接継手の製造方法において、被溶接金属の材質、継手の形状、開先形状、並びに溶接電流、溶接電圧及び溶接速度などの溶接条件は特に限定されず、適宜選択することができる。

以下、実施例及び比較例を挙げて、本技術による効果について具体的に説明する。本実施例においては、被溶接金属として、厚さ１２ｍｍのＳＵＳ３０４の鋼板に図１に示すように、ルート面高さ２ｍｍ、ルート間隔２ｍｍ、及び開先角度７０°のＶ形の開先加工を行ったものを用いた。この被溶接金属の開先に、以下の表１に示すフラックス入りワイヤを使用して、下向、立向、上向の各姿勢で４層４パスの溶接を行って評価した。初層は半自動ＴＩＧ溶接を溶接電流１５０Ａ、アーク電圧１３Ｖの条件で行い、２〜４層目は純Ａｒガスをシールドガスとして用いたＭＩＧ溶接を溶接電流１９０Ａ、アーク電圧２４Ｖの条件で行った。
なお、ワイヤ全質量あたりのフラックス成分量（質量％）については、ＴｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２及びＺｒＯ_２の各含有量は、フラックス入りワイヤを水酸化ナトリウム溶液に溶解させ、ＩＣＰ分析器により測定した。また、Ｆの含有量は、高温処理で遊離したガスを中和滴定法により測定した。全溶着金属の化学成分（質量％）については、ＡＳＴＭ Ｅ ３５３及びＡＳＴＭ Ｅ ３５４により測定した。

評価は、まず溶接時の官能評価にて行い、初層半自動ＴＩＧ溶接に関する評価においては、立向姿勢及び上向姿勢での溶接作業性（立向・上向溶接性）、溶滴移行の安定性、裏ビードのスラグ被り性について評価を行い、ＭＩＧ溶接に関する評価においては、立向・上向溶接性、スラグ剥離性、及び溶滴移行の安定性（大粒スパッタの発生状況）の評価を行った。また、非破壊・破壊試験による溶接欠陥の確認を行った。この溶接欠陥の確認は、非破壊試験として放射線透過試験を行い、欠陥が見られた物は断面マクロ観察を行って、欠陥の発生箇所と種類（スラグ巻き込み又は融合不良）を特定した。半自動ＴＩＧ溶接の施工では、融合不良の発生は見られなかった。なお、立向・上向溶接性の評価において、溶接不能（Ｃの評価）であったワイヤについては、その他の評価項目を下向溶接にて評価した。

＜初層半自動ＴＩＧ溶接の評価＞
初層半自動ＴＩＧ溶接では、以下の（１）〜（４）の項目で述べる水準にて、それぞれの項目の評価を行った。
（１）立向・上向溶接性
立向姿勢及び上向姿勢で半自動ＴＩＧ溶接を行った際に、溶接金属の垂れ落ちの懸念がほとんどなく、良好に作業を行えたものをＡ（非常に良い）、溶接金属の垂れ落ちの懸念があるが、溶接可能であったものをＢ（良い）、溶接金属の垂れ落ちの発生により、溶接不能であったものをＣ（悪い）と評価した。
（２）溶滴移行の安定性
溶接時において、連続的に橋絡し、安定的移行であったものをＡ（非常に良い）、大粒の溶滴が形成されたものの、やや安定な移行であったものをＢ（良い）、さらに大粒の溶滴の形成が確認され、溶融池外への落下があることなどから、融合不良の懸念があったものをＣ（悪い）と評価した。
（３）裏ビードのスラグ被り性
スラグが均一に裏ビードを覆っていたものをＡ（非常に良い）、スラグ厚さが薄い箇所が発生したが、健全な溶接ビードが得られたものをＢ（良い）、スラグ膜が切れ、溶接金属に過剰な酸化が発生したものをＣ（悪い）と評価した。
（４）スラグ巻き込み
スラグ巻き込みが確認されなかったものをＡ（非常に良い）、ＡＷＳ Ａ５．２２の規格で合格のものをＢ（良い）、不合格のものをＣ（悪い）と評価した。

＜純Ａｒシールドガスを用いたＭＩＧ溶接の評価＞
純Ａｒシールドガスを用いたＭＩＧ溶接では、以下の（５）〜（１０）の項目で述べる水準にて、それぞれの項目の評価を行った。
（５）立向・上向溶接性
立向姿勢及び上向姿勢でＭＩＧ溶接を行った際に、溶接金属の垂れ落ちの懸念がほとんどなく、良好に作業を行えたものをＡ（非常に良い）、溶接金属の垂れ落ちの懸念があるが、溶接可能であったものをＢ（良い）、溶接金属の垂れ落ちの発生により、溶接不能であったものをＣ（悪い）と評価した。
（６）スラグ剥離性
スケールハンマーによる打撃で容易にスラグを除去できたものをＡ（非常に良い）、スケールハンマーによる打撃では完全なスラグの除去は不可能であったものの、たがねで除去することができたものをＢ（良い）、焼き付きによりたがねでも除去不能であったものをＣ（悪い）と評価した。
（７）溶滴移行の安定性（大粒スパッタの発生状況）
溶接時において、安定したスプレー移行であったものをＡ（非常に良い）、グロービュール移行であったものをＢ（良い）、グロービュール移行となり、大粒スパッタが大量に発生したものをＣ（悪い）と評価した。
（８）スラグ巻き込み
スラグ巻き込みが確認されなかったものをＡ（非常に良い）、ＡＷＳ Ａ５．２２の規格で合格のものをＢ（良い）、不合格のものをＣ（悪い）と評価した。
（９）融合不良
融合不良が確認されなかったものをＡ（非常に良い）、ＡＷＳ Ａ５．２２の規格で合格のものをＢ（良い）、不合格のものをＣ（悪い）と評価した。

以上の各項目の評価を行った上で、最終的な合否の判断は、各項目においてＣの評価がなかったものを合格とし、１つ以上Ｃの評価があったものを不合格とした。

以上の評価結果を表２に示す。

実施例１〜１９のフラックス入りワイヤを用いた場合、初層の半自動ＴＩＧ溶接及び２〜４層目の純Ａｒガスをシールドガスとして用いたＭＩＧ溶接のいずれの評価項目においても、Ｃ（悪い）の評価結果はなく、合格であった。
一方、比較例１〜１１のフラックス入りワイヤを用いた場合、いずれかの評価項目でＣ（悪い）の結果があり、不合格であった。

（ワイヤの外径に関して）
実施例１〜４はワイヤ径を変化させた実験例である。外径１．２ｍｍの実施例１及び外径１．４ｍｍの実施例３では、全ての評価項目でＡの良好な結果となっている。一方、外径１．０ｍｍの実施例２では、ワイヤ溶融量に対する入熱量が低下する。そのため、なじみ性がやや劣り、合格範囲ではあるが、融合不良が見られた。また、外径１．６ｍｍの実施例４では、溶滴サイズが大きくなり、ボタボタとして溶接作業性が悪く感じ、大きな溶滴がスパッタとして飛散することもあり、初層ＴＩＧ溶接においても溶滴移行の安定性が劣る傾向があった。実施例１〜４の結果から、ワイヤの外径は、１．０〜１．６ｍｍで適用可能であり、好ましくは１．１〜１．５ｍｍ、より好ましくは１．２〜１．４ｍｍであることが示唆された。

（溶接金属の鋼種に関して）
実施例５〜９は、３０８Ｌ系以外の溶接金属成分となるよう調整を行ったものである。フープ種類、合金量を大きく変化させたものであるが、フラックスの成分量が適切な範囲であるため、良好な溶接を行うことができた。

（ＴｉＯ_２の含有量に関して）
実施例１０及び比較例１はＴｉＯ_２の含有量が、他の例に比べて低めの例である。また、ＴｉＯ_２の含有量が少ないために、金属酸化物の総量（スラグ含有量）も少ない。実施例１０ではスラグ量が少ないために、初層のＴＩＧ溶接時に裏ビードに十分な量のスラグが回らず、スラグ被り性に劣化傾向が見られたが、合格のレベルに至った。また、実施例１０では、ＴｉＯ_２の含有量が少ないためにスラグ融点が十分に高く無く、ＭＩＧ溶接時の立向姿勢及び上向姿勢での溶接において、垂れ落ちの懸念があった。比較例１では、さらにＴｉＯ_２の含有量が４．７質量％未満であったため、初層のＴＩＧ溶接において、スラグ膜が切れ、過剰な酸化の発生が確認され、また、２〜４層目のＭＩＧ溶接においては、垂れ落ちの問題から、立向姿勢及び上向姿勢での溶接作業が不可能で、不合格となった。
実施例１１及び比較例２は、ＴｉＯ_２の含有量が他の例に比べて高めの例である。実施例１１ではＴｉＯ_２の含有量が多いため、スラグ融点が高くなり、微少なスラグ巻き込み不良が見られたが、合格レベルであった。一方、比較例２では、さらにＴｉＯ_２の含有量が多く、８．５質量％を超えていたため、ＭＩＧ溶接において不合格レベルのスラグ巻き込みが発生した。

（Ａｌ_２Ｏ_３の含有量に関して）
比較例３はＡｌ_２Ｏ_３の含有量が他の例に比べて低めの例である。Ａｌ_２Ｏ_３の含有量が少なく、０．５質量％未満であったため、ＭＩＧ溶接時のなじみ性が劣化し、融合不良が多発した。また、Ａｌ_２Ｏ_３の含有量の低下に伴って、金属酸化物の総量（スラグ量）も少なく、８．０質量％未満であったため、初層のＴＩＧ溶接時の裏ビードのスラグ被り性が悪いほか、立向姿勢及び上向姿勢での溶接が不能であった。
実施例１２、１３、比較例４及び５は、Ａｌ_２Ｏ_３の含有量が他の例に比べて多めの例である。実施例１２と１３を比較すると、Ａｌ_２Ｏ_３の含有量の増加に伴って、ＭＩＧ溶接時のスラグ剥離性に劣化傾向があることが示唆された。比較例４及び５では、さらにＡｌ_２Ｏ_３の含有量が多く、比較例５においては除去不能なレベルのスラグ焼き付き状況となった。また、比較例４及び５ではＡｌ_２Ｏ_３の含有量の増加に伴って、金属酸化物の総量（スラグ量）が過剰で１３．５質量％を超えていたため、スラグ巻き込みなどの欠陥が多発していた。

（ＳｉＯ_２の含有量に関して）
比較例６及び７は、ＳｉＯ_２の含有量が他の例に比べて低めの例である。比較例６では、ＳｉＯ_２含有量が０．５質量％未満であったため、なじみ性が劣化し、融合不良が発生し、不合格となった。比較例７では、比較例６と比較してＳｉＯ_２の含有量が高いため、融合不良による問題は生じなかったが、どちらにおいてもスラグ量が少ないために立向姿勢及び上向姿勢での溶接が不能であった。
実施例１４及び比較例８は、ＳｉＯ_２の含有量が他の例に比べて高めの例である。実施例１４では良好に溶接が行えたが、比較例８ではＳｉＯ_２の含有量が２．０質量％超と過剰なために、スラグの融点が低下してしまい、立向姿勢及び上向姿勢での溶接が不能であった。また、初層のＴＩＧ溶接では、スラグの粘性が増加するために裏ビードにスラグが流れ難くなり、裏ビードのスラグ被り性も劣化傾向となった。

（ＺｒＯ_２の含有量に関して）
実施例１５及び比較例９は、ＺｒＯ_２の含有量が他の例に比べて低めの例である。実施例１５ではスラグ剥離性が維持されていることがわかるが、比較例９では、ＺｒＯ_２の含有量が０．８質量％未満であることから、スラグ被り性が悪化し、局部的なスラグ焼き付きが発生したため、スラグが除去不能となった。
実施例１６及び比較例１０はＺｒＯ_２の含有量が他の例に比べて高めの例である。実施例１６では欠陥の発生は合格範囲であったが、比較例１０では溶融スラグの粘性が高くなり過ぎるためにスラグ巻き込み不良が不合格レベルで発生した。

（金属フッ化物の含有量に関して）
実施例１７及び１８並びに比較例１１は、金属フッ化物を含有する例である。金属フッ化物の含有量が０．０２質量％未満の実施例１８では良好に溶接が可能であり、当該含有量がさらに少ない実施例１７では実施例１８よりもより良好に溶接が可能であることが確認されたが、当該含有量が過剰な比較例１１ではアークの集中性が劣化するため、ビードのなじみが悪くなり、その結果、融合不良の欠陥が多発した。

（スラグ率に関して）
前述の実施例１０及び１５では、金属酸化物の総量、すなわちスラグを形成する成分の含有率（スラグ率）が低いために、立向姿勢及び上向姿勢での溶接作業性が悪くなる傾向にあった。また、比較例１、３、６、７及び９では、金属酸化物の総量が８．０質量％未満であるため、立向姿勢及び上向姿勢での溶接が不能となった。実施例１６では、スラグ率が十分であり、立向姿勢及び上向姿勢での良好な溶接作業性が得られた。一方、比較例４及び５では、金属酸化物の総量が１３．５質量％を超えていたため、スラグ巻き込みの欠陥が多発する結果となった。

Claims (3)

1. 外皮内にフラックスが充填されたフラックス入りワイヤを使用し、純Ａｒガスをシールドガスとして用いてＭＩＧ溶接を行う溶接継手の製造方法であって、前記フラックス入りワイヤはワイヤ全質量あたり、
   ＴｉＯ_２：４．７〜８．５質量％、
   Ａｌ_２Ｏ_３：０．５〜３．５質量％、
   ＳｉＯ_２：０．５〜２．０質量％、
   ＺｒＯ_２：０．８〜３．０質量％、及び
   金属酸化物：総量８．０〜１３．５質量％を含有すると共に、
   金属フッ化物：０．０２質量％以下に規制されたフラックス入りワイヤである溶接継手の製造方法。
2. 前記フラックス入りワイヤの外径が１．０〜１．６ｍｍである請求項１に記載の溶接継手の製造方法。
3. 管状部材に溶接を行う請求項１又は２に記載の溶接継手の製造方法。

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