JP6796986B2 - フラックス入りワイヤ、及びガスシールドアーク溶接方法 - Google Patents
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Description
本発明は、フラックス入りワイヤ、及びガスシールドアーク溶接方法に関する。
ガスシールドアーク溶接用のチタニア系フラックス入りワイヤは、高能率及び優れた作業性を有することから、造船分野や橋梁分野などに中心に広く使用されている。例えば、特許文献１には、ワイヤ全重量に対して、ＴｉＯ２：１．０乃至３．０重量％、Ａｌ２Ｏ３：０．１０乃至０．３０重量％、Ｋ２Ｏ：０．０２乃至０．２重量％、Ｓｉ：０．４０乃至１．１０重量％、Ｍｎ：１．５乃至３．０重量％、Ｆｅ：５．０乃至１０重量％並びにＦｅＯ及びＦｅ２Ｏ３からなる群から選択された少なくとも１種の酸化鉄を含有し、（［ＴｉＯ２］＋［Ａｌ２Ｏ３］）／［Ｋ２Ｏ］によって表される値が１０乃至６６であり、［Ａｌ２Ｏ３］／［ＦｅＯ＋Ｆｅ２Ｏ３］で表される値が０．３乃至１．２であるフラックス入りワイヤが開示されている。
しかしながら、特許文献１に示すフラックス入りワイヤは立向下進用のものであって、当該フラックス入りワイヤを隅肉溶接用途に使用した場合には、アークが不安定となって、ビード形状やスラグ剥離性が良好ではないという問題があった。
本発明は、ガスシールドアーク溶接、特に隅肉溶接用途において、アーク安定性に優れ、ビード形状及びスラグ剥離性が良好なフラックス入りワイヤを提供することを目的とする。
発明者らはチタニア系のフラックス入りワイヤについて鋭意検討した結果、ＮａＦとＡｌとがアーク安定性に寄与することを確認し、さらにＮａＦとＡｌとを規定の範囲内にすることでアーク安定性をより向上できることを見出した。本発明は、この知見に基づいてなされたものである。
すなわち、本発明は、鋼製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、質量％で、
ＴｉＯ２：１．５〜４．５％、
ＳｉＯ２：０．１０〜１．５％、
金属Ｓｉ：０．１０〜１．５％、
ＺｒＯ２：０．１０〜１．０％、
金属Ａｌ：０．０１〜１．０％、
ＮａＦ：０．０１〜０．６０％、
Ｂｉ２Ｏ３：０．００１〜０．０４０％、
Ｓ：０．０３０％以下
を含有するとともに、下記関係を満足することを特徴とする、フラックス入りワイヤに関するものである。
［Ａｌ］／［ＮａＦ］×１０：５〜８０
ワイヤ全質量あたり、質量％で、
ＴｉＯ２：１．５〜４．５％、
ＳｉＯ２：０．１０〜１．５％、
金属Ｓｉ：０．１０〜１．５％、
ＺｒＯ２：０．１０〜１．０％、
金属Ａｌ：０．０１〜１．０％、
ＮａＦ：０．０１〜０．６０％、
Ｂｉ２Ｏ３：０．００１〜０．０４０％、
Ｓ：０．０３０％以下
を含有するとともに、下記関係を満足することを特徴とする、フラックス入りワイヤに関するものである。
［Ａｌ］／［ＮａＦ］×１０：５〜８０
また、好ましくは、ワイヤ全質量あたり、質量％で、さらに金属Ｍｎを１．０〜３．５％含有してもよい。
さらに、好ましくは、ワイヤ全質量あたり、質量％で、ＦｅＯを１．０％以下含有してもよい。
また、好ましくは、ワイヤ全質量あたり、質量％で、Ａｌ２Ｏ３を１．０％以下含有してもよい。
さらに、好ましくは、ワイヤ全質量あたり、質量％で、Ｎａ２Ｏを０．５０％以下含有してもよい。
また、好ましくは、ワイヤ全質量あたり、質量％で、ＭｎＯを０．５０％以下含有してもよい。
さらに、好ましくは、ワイヤ全質量あたり、質量％で、Ｋ２Ｏを０．５０％以下含有してもよい。
また、ワイヤ全質量あたり、質量％で、Ｂ２Ｏ３を０．０４％以下含有してもよい。
本発明によれば、ガスシールドアーク溶接、特に隅肉溶接用途において、アーク安定性に優れ、ビード形状及びスラグ剥離性が良好なフラックス入りワイヤ及びガスシールドアーク溶接方法を提供することができる。
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、以下において、特段の定めがない場合、「％」は質量％を意味する。
本実施形態のフラックス入りワイヤは、鋼製の外皮にフラックスが充填されたものであり、その外径は、例えば０．９〜２．０ｍｍである。
また、本実施形態のフラックス入りワイヤは、Ｆｅを主成分とし、ワイヤ全質量あたり、質量％で、
ＴｉＯ２：１．５〜４．５％、
ＳｉＯ２：０．１０〜１．５％、
金属Ｓｉ：０．１０〜１．５％、
ＺｒＯ２：０．１０〜１．０％、
金属Ａｌ：０．０１〜１．０％、
ＮａＦ：０．０１〜０．６０％、
Ｂｉ２Ｏ３：０．００１〜０．０４０％、
Ｓ：０．０３０％以下
を含有するとともに、下記関係を満足する。
［Ａｌ］／［ＮａＦ］×１０：５〜８０
ＴｉＯ２：１．５〜４．５％、
ＳｉＯ２：０．１０〜１．５％、
金属Ｓｉ：０．１０〜１．５％、
ＺｒＯ２：０．１０〜１．０％、
金属Ａｌ：０．０１〜１．０％、
ＮａＦ：０．０１〜０．６０％、
Ｂｉ２Ｏ３：０．００１〜０．０４０％、
Ｓ：０．０３０％以下
を含有するとともに、下記関係を満足する。
［Ａｌ］／［ＮａＦ］×１０：５〜８０
また、好ましくは、ワイヤ全質量あたり、質量％で、金属Ｍｎを１．０〜３．５％含有してもよい。
さらに、好ましくは、ワイヤ全質量あたり、質量％で、ＦｅＯを１．０％以下含有してもよい。
また、好ましくは、ワイヤ全質量あたり、質量％で、Ａｌ２Ｏ３を１．０％以下含有してもよい。
さらに、好ましくは、ワイヤ全質量あたり、質量％で、Ｎａ２Ｏを０．５０％以下含有してもよい。
また、好ましくは、ワイヤ全質量あたり、質量％で、ＭｎＯを０．５０％以下含有してもよい。
さらに、好ましくは、ワイヤ全質量あたり、質量％で、Ｋ２Ｏを０．５０％以下含有してもよい。
また、ワイヤ全質量あたり、質量％で、さらにＢ２Ｏ３を０．０４％以下含有してもよい。
以下に、本実施形態のフラックス入りワイヤに含有される各成分の数値限定理由について説明する。
［ＴｉＯ２：１．５〜４．５％］
フラックスとして使用されるＴｉＯ２はアークの安定性を向上させ、ビード表面を均一に被覆してビードの外観を向上させる作用を有する。ＴｉＯ２含有量が１．５％未満であると、スラグ量が不足となり、スラグの被包性が悪化するため、ビードの外観が悪化する。一方、ＴｉＯ２含有量が４．５％を超えると、アーク安定性は向上するが、スラグ量が増加するためスラグ形成厚さが過剰となり、耐気孔性が劣化し、ビード形状が劣化する。よって、ＴｉＯ２の含有量は、１．５〜４．５％とする。
フラックスとして使用されるＴｉＯ２はアークの安定性を向上させ、ビード表面を均一に被覆してビードの外観を向上させる作用を有する。ＴｉＯ２含有量が１．５％未満であると、スラグ量が不足となり、スラグの被包性が悪化するため、ビードの外観が悪化する。一方、ＴｉＯ２含有量が４．５％を超えると、アーク安定性は向上するが、スラグ量が増加するためスラグ形成厚さが過剰となり、耐気孔性が劣化し、ビード形状が劣化する。よって、ＴｉＯ２の含有量は、１．５〜４．５％とする。
ＴｉＯ２の含有量は、２．０％以上であることが好ましく、より好ましくは２．５％以上である。また、ＴｉＯ２の含有量は、４．０％以下であることが好ましく、より好ましくは３．５％以下である。
［ＳｉＯ２：０．１０〜１．５％］
ＳｉＯ２は、溶融池の粘性を上げる効果があり、ビード形状を良好にする。ＳｉＯ２の含有量が０．１０％未満の場合、溶融池の粘性が下がる一方で、溶融スラグの流動性が低下するため、ビード形状が不安定になる。また、ＳｉＯ２の含有量が１．５％を超える場合、溶接金属のじん性が劣化する。よって、ＳｉＯ２の含有量は、０．１０〜１．５％である。
ＳｉＯ２は、溶融池の粘性を上げる効果があり、ビード形状を良好にする。ＳｉＯ２の含有量が０．１０％未満の場合、溶融池の粘性が下がる一方で、溶融スラグの流動性が低下するため、ビード形状が不安定になる。また、ＳｉＯ２の含有量が１．５％を超える場合、溶接金属のじん性が劣化する。よって、ＳｉＯ２の含有量は、０．１０〜１．５％である。
ＳｉＯ２の含有量は、０．５％以上であることが好ましく、より好ましくは０．７％以上である。また、ＳｉＯ２の含有量は、１．３％以下であることが好ましく、より好ましくは１．１％以下である。
［金属Ｓｉ：０．１０〜１．５％］
金属Ｓｉは脱酸を促進させるとともに、ビードのなじみ性を向上させる作用を有する。金属Ｓｉの含有量が０．１０％未満であると、脱酸不足により気孔が発生し、ビードのなじみ性が悪化する。一方、金属Ｓｉの含有量が１．５％を超えると、粒界フェライト析出が促進され、溶接金属のじん性が劣化する。したがって、金属Ｓｉ含有量は０．１０〜１．５％である。
金属Ｓｉは脱酸を促進させるとともに、ビードのなじみ性を向上させる作用を有する。金属Ｓｉの含有量が０．１０％未満であると、脱酸不足により気孔が発生し、ビードのなじみ性が悪化する。一方、金属Ｓｉの含有量が１．５％を超えると、粒界フェライト析出が促進され、溶接金属のじん性が劣化する。したがって、金属Ｓｉ含有量は０．１０〜１．５％である。
なお、ここで、金属Ｓｉとは、Ｓｉ単体及び合金中のＳｉを含む概念であって、酸化物Ｓｉ等の非金属化合物Ｓｉを排除するものである。例えば、金属Ｓｉは、Ｓｉ単体や、Ｆｅ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｎ等のＳｉ合金から添加されるものである。
金属Ｓｉの含有量は、０．４０％以上であることが好ましく、より好ましくは０．６０％以上である。また、金属Ｓｉの含有量は、１．３％以下であることが好ましく、より好ましくは１．１％以下である。
［ＺｒＯ２：０．１０〜１．０％］
ＺｒＯ２は、ビードのなじみ性を向上させる効果がある。ＺｒＯ２の含有量が０．１０％未満の場合、なじみ性向上の効果が不足し、ビード形状が劣化する。また、ＺｒＯ２の含有量が１．０％を超えると、スラグの凝固温度が高くなるとともに、スラグの粘度も高くなるため、溶接金属中のガスが大気に放出されずにスラグに閉じ込められ、耐気孔性が劣化し、ビード形状が劣化する。よって、ＺｒＯ２の含有量は、０．１０〜１．０％である。
ＺｒＯ２は、ビードのなじみ性を向上させる効果がある。ＺｒＯ２の含有量が０．１０％未満の場合、なじみ性向上の効果が不足し、ビード形状が劣化する。また、ＺｒＯ２の含有量が１．０％を超えると、スラグの凝固温度が高くなるとともに、スラグの粘度も高くなるため、溶接金属中のガスが大気に放出されずにスラグに閉じ込められ、耐気孔性が劣化し、ビード形状が劣化する。よって、ＺｒＯ２の含有量は、０．１０〜１．０％である。
ＺｒＯ２の含有量は、０．３０％以上であることが好ましい。より好ましくは０．４０％以上である。また、ＺｒＯ２の含有量は、０．７０％以下であることが好ましい。より好ましくは０．６０％以下である。
［金属Ａｌ：０．０１〜１．０％］
金属Ａｌは、強力な脱酸元素であり、酸素と親和力のある溶接金属成分の歩留りを向上させることで機械的性質を向上させる役割がある。また、金属Ａｌは、アークの溶滴移行を安定させる効果もある。金属Ａｌの含有量が０．０１％未満であると、酸素と親和力のある溶接金属成分の歩留りが低く、脱窒効果も不十分であり、じん性が十分に得られない。また、アークの溶滴移行が不安定となる。Ａｌの含有量が１．０％を超えると、溶接金属成分の歩留りが過大となりじん性が劣化したり、スラグ凝固点が高くなり、耐気孔性が劣化したりする。また、アークの溶滴移行が不安定となる。よって、金属Ａｌの含有量は、ワイヤ全質量あたり０．０１％以上１．０％以下とする。
金属Ａｌは、強力な脱酸元素であり、酸素と親和力のある溶接金属成分の歩留りを向上させることで機械的性質を向上させる役割がある。また、金属Ａｌは、アークの溶滴移行を安定させる効果もある。金属Ａｌの含有量が０．０１％未満であると、酸素と親和力のある溶接金属成分の歩留りが低く、脱窒効果も不十分であり、じん性が十分に得られない。また、アークの溶滴移行が不安定となる。Ａｌの含有量が１．０％を超えると、溶接金属成分の歩留りが過大となりじん性が劣化したり、スラグ凝固点が高くなり、耐気孔性が劣化したりする。また、アークの溶滴移行が不安定となる。よって、金属Ａｌの含有量は、ワイヤ全質量あたり０．０１％以上１．０％以下とする。
なお、金属Ａｌとは、Ａｌ単体及び合金中のＡｌを含む概念であって、酸化物Ａｌ等の非金属化合物Ａｌを排除する概念である。例えば、金属Ａｌは、Ａｌ単体や、Ｆｅ−Ａｌ、Ａｌ−Ｍｇなどから添加されるものである。
金属Ａｌの含有量は、０．３％以上とすることが好ましく、より好ましくは０．４％以上である。また、スラグの凝固点の観点からは、金属Ａｌの含有量は、０．７％以下であることが好ましく、より好ましくは０．６％以下である。
［ＮａＦ：０．０１〜０．６０％］
ＮａＦには、アークを安定させる効果がある。ＮａＦは、溶融スラグの粘性と融点とを下げる効果もあり、溶接時に発生したガスを、溶融スラグを通過させて、大気に放出するために有効な元素である。ＮａＦの含有量が０．０１％未満であると、アークが不安定となる。また、ＮａＦ含有量が０．６０％を超えると、アークの溶滴移行が不安定となり、アークが不安定となる。よって、ＮａＦの含有量は、０．０１〜０．６０％とする。ＮａＦの含有量は、０．０４％以上が好ましく、より好ましくは０．０７％以上である。また、ＮａＦの含有量は、０．３０％以下が好ましく、より好ましくは０．２０％以下である。さらに好ましくは、０．１５％以下である。
ＮａＦには、アークを安定させる効果がある。ＮａＦは、溶融スラグの粘性と融点とを下げる効果もあり、溶接時に発生したガスを、溶融スラグを通過させて、大気に放出するために有効な元素である。ＮａＦの含有量が０．０１％未満であると、アークが不安定となる。また、ＮａＦ含有量が０．６０％を超えると、アークの溶滴移行が不安定となり、アークが不安定となる。よって、ＮａＦの含有量は、０．０１〜０．６０％とする。ＮａＦの含有量は、０．０４％以上が好ましく、より好ましくは０．０７％以上である。また、ＮａＦの含有量は、０．３０％以下が好ましく、より好ましくは０．２０％以下である。さらに好ましくは、０．１５％以下である。
［Ｂｉ２Ｏ３：０．００１〜０．０４０％］
Ｂｉ２Ｏ３は、スラグ剥離性を向上させる効果に加えて、溶融池の粘度調整にも効果的な元素である。さらに、Ｂｉ２Ｏ３には、溶接時に発生したガスの放出を促進する効果もある。Ｂｉ２Ｏ３の含有量が０．００１％未満の場合、スラグ剥離性が劣化する。また、Ｂｉ２Ｏ３の含有量が０．０４０％を超えると、溶接金属のじん性が低下する。よって、Ｂｉ２Ｏ３の含有量は、０．００１〜０．０４０％とする。Ｂｉ２Ｏ３の含有量は、０．０１０％以上が好ましく、より好ましくは０．０１５％以上である。また、溶接金属のじん性確保の観点からは、Ｂｉ２Ｏ３の含有量は、０．０３０％以下にすることが好ましく、０．０２５％以下とすることがより好ましい。
Ｂｉ２Ｏ３は、スラグ剥離性を向上させる効果に加えて、溶融池の粘度調整にも効果的な元素である。さらに、Ｂｉ２Ｏ３には、溶接時に発生したガスの放出を促進する効果もある。Ｂｉ２Ｏ３の含有量が０．００１％未満の場合、スラグ剥離性が劣化する。また、Ｂｉ２Ｏ３の含有量が０．０４０％を超えると、溶接金属のじん性が低下する。よって、Ｂｉ２Ｏ３の含有量は、０．００１〜０．０４０％とする。Ｂｉ２Ｏ３の含有量は、０．０１０％以上が好ましく、より好ましくは０．０１５％以上である。また、溶接金属のじん性確保の観点からは、Ｂｉ２Ｏ３の含有量は、０．０３０％以下にすることが好ましく、０．０２５％以下とすることがより好ましい。
［Ｓ：０．０３０％以下］
Ｓは、溶融池の粘性及び表面張力の調整に寄与する元素である。しかしながら、Ｓ含有量が０．０３０％を超えると、溶接金属のじん性が低下する。よって、Ｓ含有量は０．０３０％以下とする。
Ｓは、溶融池の粘性及び表面張力の調整に寄与する元素である。しかしながら、Ｓ含有量が０．０３０％を超えると、溶接金属のじん性が低下する。よって、Ｓ含有量は０．０３０％以下とする。
Ｓ含有量の下限は特にないが、０．００１％以上であることが実際的である。Ｓ含有量は、耐気孔性の観点から、０．００８％以上であることが好ましく、０．０１０％よりも多いことがより好ましい。一方、溶接金属のじん性確保の観点からは、Ｓ含有量は、０．０２５％以下にすることが好ましい。
［［Ａｌ］／［ＮａＦ］×１０：５〜８０］
金属ＡｌとＮａＦとは、アーク安定性に寄与する。本発明者らは鋭意検討の結果、金属ＡｌとＮａＦとの間の相互作用を見出し、これら金属Ａｌ及びＮａＦの量、及び金属Ａｌ／ＮａＦの比を所定の範囲に規定することによって、アーク安定性をより向上できることを見出した。すなわち、本実施形態では、［Ａｌ］／［ＮａＦ］×１０：５〜８０を満たす範囲に金属ＡｌとＮａＦとを規定している。なお、［Ａｌ］／［ＮａＦ］×１０は、好ましくは１０以上、さらに好ましくは２０以上である。また、好ましくは、６０以下、さらに好ましくは５０以下である。
金属ＡｌとＮａＦとは、アーク安定性に寄与する。本発明者らは鋭意検討の結果、金属ＡｌとＮａＦとの間の相互作用を見出し、これら金属Ａｌ及びＮａＦの量、及び金属Ａｌ／ＮａＦの比を所定の範囲に規定することによって、アーク安定性をより向上できることを見出した。すなわち、本実施形態では、［Ａｌ］／［ＮａＦ］×１０：５〜８０を満たす範囲に金属ＡｌとＮａＦとを規定している。なお、［Ａｌ］／［ＮａＦ］×１０は、好ましくは１０以上、さらに好ましくは２０以上である。また、好ましくは、６０以下、さらに好ましくは５０以下である。
［金属Ｍｎ：１．０〜３．５％］
金属Ｍｎは、必須の成分ではないが、溶接金属の脱酸を促進するとともに、溶接金属のじん性及び強度を高める効果も有している。金属Ｍｎの含有量が１．０％以上３．５％以下の範囲であると、溶接金属の強度及びじん性が良好となる。金属Ｍｎ含有量は、溶接金属の強度及びじん性向上の観点から、１．５％以上であることがより好ましく、また、溶接金属の強度とじん性のバランスとの観点から、３．０％以下であることがより好ましい。
金属Ｍｎは、必須の成分ではないが、溶接金属の脱酸を促進するとともに、溶接金属のじん性及び強度を高める効果も有している。金属Ｍｎの含有量が１．０％以上３．５％以下の範囲であると、溶接金属の強度及びじん性が良好となる。金属Ｍｎ含有量は、溶接金属の強度及びじん性向上の観点から、１．５％以上であることがより好ましく、また、溶接金属の強度とじん性のバランスとの観点から、３．０％以下であることがより好ましい。
なお、ここで、金属Ｍｎとは、Ｍｎ単体及び合金中のＭｎを含む概念であって、酸化物Ｍｎ等の非金属化合物Ｍｎを排除するものである。例えば、金属Ｍｎは、Ｍｎ単体や、Ｍｎ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｎ等の合金から添加されるものである。
［ＦｅＯ：１．０％以下］
ＦｅＯは、必須の成分ではないが、ビード形状を良好にする作用を有する。ＦｅＯ含有量は、１．０％以下が好ましく、０．７０％以下であることがより好ましい。
ＦｅＯは、必須の成分ではないが、ビード形状を良好にする作用を有する。ＦｅＯ含有量は、１．０％以下が好ましく、０．７０％以下であることがより好ましい。
［Ａｌ２Ｏ３：１．０％以下］
Ａｌ２Ｏ３は、必須の成分ではないが、ビード形状を良好にする作用を有する。Ａｌ２Ｏ３の含有量は、１．０％以下とすることが好ましく、０．５０％以下とすることがより好ましい。
Ａｌ２Ｏ３は、必須の成分ではないが、ビード形状を良好にする作用を有する。Ａｌ２Ｏ３の含有量は、１．０％以下とすることが好ましく、０．５０％以下とすることがより好ましい。
［Ｎａ２Ｏ：０．５０％以下］
Ｎａ２Ｏは、必須の成分ではないが、アークを安定させる効果がある。また、Ｎａ２Ｏは、溶融スラグの粘性と融点とを下げる効果もあり、溶接時に発生したガスを、溶融スラグを通過させて、大気に放出するために有効な元素である。Ｎａ２Ｏの含有量は、０．５０％以下とすることが好ましく、０．２０％以下とすることがより好ましい。
Ｎａ２Ｏは、必須の成分ではないが、アークを安定させる効果がある。また、Ｎａ２Ｏは、溶融スラグの粘性と融点とを下げる効果もあり、溶接時に発生したガスを、溶融スラグを通過させて、大気に放出するために有効な元素である。Ｎａ２Ｏの含有量は、０．５０％以下とすることが好ましく、０．２０％以下とすることがより好ましい。
［ＭｎＯ：０．５０％以下］
ＭｎＯは、必須の成分ではないが、ビード形状を良好にする作用を有する。ＭｎＯは０．５０％以下とすることが好ましく、０．２０％以下とすることがより好ましい。
ＭｎＯは、必須の成分ではないが、ビード形状を良好にする作用を有する。ＭｎＯは０．５０％以下とすることが好ましく、０．２０％以下とすることがより好ましい。
［Ｋ２Ｏ：０．５０％以下］
Ｋ２Ｏも、Ｎａ２Ｏと同様に、必須の成分ではないが、アークを安定させる効果と溶融スラグの粘性及び融点を下げる効果とがある。したがって、Ｋ２Ｏは、０．５０％以下とすることが好ましく、０．２０％以下とすることがより好ましい。
Ｋ２Ｏも、Ｎａ２Ｏと同様に、必須の成分ではないが、アークを安定させる効果と溶融スラグの粘性及び融点を下げる効果とがある。したがって、Ｋ２Ｏは、０．５０％以下とすることが好ましく、０．２０％以下とすることがより好ましい。
［Ｂ２Ｏ３：０．０４％以下］
Ｂ２Ｏ３は、必須の成分ではないが、スラグ形成剤として作用し、一部は溶接金属中に留まり、溶接金属のじん性を向上させる。したがって、Ｂ２Ｏ３は０．０４％以下とすることが好ましく、０．０２％以下とすることがより好ましい。
Ｂ２Ｏ３は、必須の成分ではないが、スラグ形成剤として作用し、一部は溶接金属中に留まり、溶接金属のじん性を向上させる。したがって、Ｂ２Ｏ３は０．０４％以下とすることが好ましく、０．０２％以下とすることがより好ましい。
［Ｍｇ及びＭｇ化合物（Ｍｇ換算値）：０．０５％未満］
Ｍｇ及びＭｇ化合物は、必須の成分ではないが、その総含有量が０．０５％以上の場合、スラグの凝固点が高くなり、吸湿性が増大して溶接金属の拡散水素量を増大させ、低温割れを発生しやすくしてしまう場合がある。よって、Ｍｇ及びＭｇ化合物の総含有量は、Ｍｇ換算で、０．０５％未満とすることが好ましい。
Ｍｇ及びＭｇ化合物は、必須の成分ではないが、その総含有量が０．０５％以上の場合、スラグの凝固点が高くなり、吸湿性が増大して溶接金属の拡散水素量を増大させ、低温割れを発生しやすくしてしまう場合がある。よって、Ｍｇ及びＭｇ化合物の総含有量は、Ｍｇ換算で、０．０５％未満とすることが好ましい。
［Ｃ：０．０２〜０．１０％］
Ｃは、必須の成分ではないが、溶接金属の強度を向上させる効果を有する。しかし、Ｃ含有量が０．０２％以上の場合、溶接金属の強度及びじん性を向上させることができる。一方、Ｃ含有量が０．１０％以下の場合、アークの集中を抑え、アンダカットの発生を抑制できる。よって、Ｃ含有量は０．０２〜０．１０％とする。Ｃ含有量は、溶接金属の強度及びじん性向上の観点から、０．０３％以上であることが好ましく、また、アンダカットの抑制の観点から、０．０８％以下であることが好ましい。
Ｃは、必須の成分ではないが、溶接金属の強度を向上させる効果を有する。しかし、Ｃ含有量が０．０２％以上の場合、溶接金属の強度及びじん性を向上させることができる。一方、Ｃ含有量が０．１０％以下の場合、アークの集中を抑え、アンダカットの発生を抑制できる。よって、Ｃ含有量は０．０２〜０．１０％とする。Ｃ含有量は、溶接金属の強度及びじん性向上の観点から、０．０３％以上であることが好ましく、また、アンダカットの抑制の観点から、０．０８％以下であることが好ましい。
［残部］
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、Ｆｅ、並びにＮｉ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｃａ、Ｎｂ、Ｖ、Ｌｉ、Ｐ、Ｓｂ、Ａｓ等の不可避的不純物である。
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、Ｆｅ、並びにＮｉ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｃａ、Ｎｂ、Ｖ、Ｌｉ、Ｐ、Ｓｂ、Ａｓ等の不可避的不純物である。
［製造方法］
本実施形態のフラックス入りワイヤを製造する際は、先ず、鋼製外皮内にフラックスを充填する。その際、外皮には、伸線加工性が良好な軟鋼や低合金鋼を使用することが好ましい。また、フラックスの組成及び充填率は、ワイヤ全体の組成が前述した範囲になるよう外皮の組成や厚さなどに応じて適宜調整することができる。なお、ワイヤの伸線性及び溶接時の作業性（送給性など）の観点からは、フラックスの充填率は、ワイヤ全質量の１０〜２０％とすることが好ましい。
本実施形態のフラックス入りワイヤを製造する際は、先ず、鋼製外皮内にフラックスを充填する。その際、外皮には、伸線加工性が良好な軟鋼や低合金鋼を使用することが好ましい。また、フラックスの組成及び充填率は、ワイヤ全体の組成が前述した範囲になるよう外皮の組成や厚さなどに応じて適宜調整することができる。なお、ワイヤの伸線性及び溶接時の作業性（送給性など）の観点からは、フラックスの充填率は、ワイヤ全質量の１０〜２０％とすることが好ましい。
次に、外皮内にフラックスが充填されたワイヤを、孔ダイスやローラダイスを用いて伸線することにより縮径し、例えば外径が０．９〜２．０ｍｍのフラックス入りワイヤを得る。
以上詳述したように、本実施形態のフラックス入りワイヤは、上述した成分組成に加えて、［Ａｌ］／［ＮａＦ］×１０の範囲を規定しているため、アーク安定性及びスラグ剥離性を良好にすることができる。特に、このフラックス入りワイヤは、ガスシールドアーク溶接の隅肉溶接用途において、アーク安定性に優れ、ビード形状及びスラグ剥離性が良好である。
［ガスシールドアーク溶接］
本実施形態のガスシールドアーク溶接は、上述したフラックス入りワイヤを用い、シールドガスとして、１００％ＣＯ２ガスや、ＣＯ２ガスに対してアルゴンやヘリウムを混合したガス、あるいはアルゴン＋Ｏ２等のガスを用いて行う。
本実施形態のガスシールドアーク溶接は、上述したフラックス入りワイヤを用い、シールドガスとして、１００％ＣＯ２ガスや、ＣＯ２ガスに対してアルゴンやヘリウムを混合したガス、あるいはアルゴン＋Ｏ２等のガスを用いて行う。
以下、本発明に係る実施例及び比較例を挙げて、本発明の効果について具体的に説明する。本実施例においては、軟鋼からなる管状の外皮（直径１．２ｍｍ）にフラックスを充填し、Ｎｏ．１〜１９、２２、２６及び３０〜５１のフラックス入りワイヤを作製した。このとき、フラックスの充填率は、ワイヤ全質量あたり、１０〜２０％の範囲になるようにした。
次に、Ｎｏ．１〜１９、２２、２６及び３０〜５１の各フラックス入りワイヤを使用して、下記表１に示す組成の母材に対して、ガスシールドアーク溶接を行った。また、シールドガスとしては、ＣＯ２（１００％）を使用した。なお、溶接条件を表２に示す。
そして、Ｎｏ．１〜１９、２２、２６及び３０〜５１の各フラックス入りワイヤを使用したガスアーク溶接について、以下に示す方法で、アーク安定性、ビード形状、スラグ剥離性、吸湿特性及びじん性の評価を行った。結果を表３及び４に示す。
＜アーク安定性＞
アーク安定性については、上述したガスシールドアーク溶接で、水平すみ肉の姿勢の溶接を実施し、その際のアーク状態を評価した。アーク安定性が良好なものを「○」、アーク安定性が不安定なものを「×」と判断した。
アーク安定性については、上述したガスシールドアーク溶接で、水平すみ肉の姿勢の溶接を実施し、その際のアーク状態を評価した。アーク安定性が良好なものを「○」、アーク安定性が不安定なものを「×」と判断した。
＜ビード形状＞
ビード形状の評価は、溶接後に形成した各溶接部を観察し、視覚的に評価した。溶接部のビード形状が平滑で良好であったものを「○」、凸形状や垂れた形状等のような不良であったものを「×」と評価した。
ビード形状の評価は、溶接後に形成した各溶接部を観察し、視覚的に評価した。溶接部のビード形状が平滑で良好であったものを「○」、凸形状や垂れた形状等のような不良であったものを「×」と評価した。
＜スラグ剥離性＞
スラグ剥離性の評価は、溶接後の溶接ビード上全体にスラグがかぶっており、非常に除去しやすいものを「○」、溶接ビード上全体にスラグがかぶっていない、もしくはスラグを除去しにくいというものを「×」と評価した。
スラグ剥離性の評価は、溶接後の溶接ビード上全体にスラグがかぶっており、非常に除去しやすいものを「○」、溶接ビード上全体にスラグがかぶっていない、もしくはスラグを除去しにくいというものを「×」と評価した。
＜吸湿特性＞
吸湿特性の評価は、ワイヤを１１０℃にて１時間乾燥させた後、気温：３０℃、相対湿度：８０％の雰囲気で９６時間保持（吸湿処理）した後の吸湿水分量を、７５０℃のＡｒ雰囲気にて、ＪＩＳ Ｋ ００６８に準拠したカールフィッシャー法（ＫＦ法）により測定した。吸湿後分量が５００ｐｐｍ未満の場合を「○」、５００ｐｐｍ以上の場合を「×」と評価した。
吸湿特性の評価は、ワイヤを１１０℃にて１時間乾燥させた後、気温：３０℃、相対湿度：８０％の雰囲気で９６時間保持（吸湿処理）した後の吸湿水分量を、７５０℃のＡｒ雰囲気にて、ＪＩＳ Ｋ ００６８に準拠したカールフィッシャー法（ＫＦ法）により測定した。吸湿後分量が５００ｐｐｍ未満の場合を「○」、５００ｐｐｍ以上の場合を「×」と評価した。
＜じん性＞
溶着金属の機械的特性は、ＪＩＳ Ｚ ３１１１に規定される「溶着金属の引張及び衝撃試験方法」に準拠した衝撃試験により評価した。その際、溶接条件は、溶接電流を２７０Ａ〜２９０Ａ（極性：ＤＣ−ＥＰ）、パス間温度を１５０℃±１０℃とした。
溶着金属の機械的特性は、ＪＩＳ Ｚ ３１１１に規定される「溶着金属の引張及び衝撃試験方法」に準拠した衝撃試験により評価した。その際、溶接条件は、溶接電流を２７０Ａ〜２９０Ａ（極性：ＤＣ−ＥＰ）、パス間温度を１５０℃±１０℃とした。
Ｎｏ．１〜１９のフラックス入りワイヤを用いてガスシールドアーク溶接を行った場合は、これら各フラックス入りワイヤの組成が、本発明の要件を満足し、さらに金属Ｍｎを含有するものであるため、アーク安定性が良好であり、溶接部のビード形状が平滑であることが分かる。また、溶接ビード上のスラグも剥離し易いものであるとともに、吸湿特性にも優れ、溶接金属の衝撃試験も４７Ｊ以上の値を示し、じん性にも優れることが分かる。
さらに、Ｎｏ．２２及び２６のフラックス入りワイヤを用いてガスシールドアーク溶接を行った場合は、上述したＮｏ．１〜１９に示すフラックス入りワイヤにおいて、ＦeＯ、Ａｌ２Ｏ３、Ｎａ２Ｏ、ＭｎＯ、Ｋ２Ｏ及びＢ２Ｏ３が含有されているために、さらにアーク安定性及びビード形状が平滑となり、じん性も向上することが分かる。
一方、Ｎｏ．３０及び３１のフラックス入りワイヤを用いてガスシールドアーク溶接を行った場合は、ＴｉＯ２の含有量が本発明の範囲を外れているので、ビード形状が不良であり、劣化していることが分かる。
Ｎｏ．３２のフラックス入りワイヤを用いてガスシールドアーク溶接を行った場合は、ＳｉＯ２の含有量が本発明の範囲を超えているので、衝撃試験の値が４０（Ｊ）と低い値を示し、じん性が劣化していることが分かる。
Ｎｏ．３３のフラックス入りワイヤを用いてガスシールドアーク溶接を行った場合は、ＳｉＯ２の含有量が本発明の範囲未満であるので、ビード形状が不安定となり、平滑性に劣ることが分かる。
Ｎｏ．３４のフラックス入りワイヤを用いてガスシールドアーク溶接を行った場合は、金属Ｓｉの含有量が本発明の範囲を超えているので、衝撃試験の値が２１（Ｊ）と低い値を示し、じん性が劣化していることが分かる。
Ｎｏ．３５のフラックス入りワイヤを用いてガスシールドアーク溶接を行った場合は、金属Ｓｉの含有量が本発明の範囲未満であるので、ビードのなじみ性が低下し、ビード形状が劣化することが分かる。
Ｎｏ．３６及び３７のフラックス入りワイヤを用いてガスシールドアーク溶接を行った場合は、ＺｒＯ２の含有量が本発明の範囲外であるので、ビードのなじみ性の劣化及び溶接金属中のガスがスラグに閉じ込められることにより、ビード形状が劣化することが分かる。
Ｎｏ．３８及び３９のフラックス入りワイヤを用いてガスシールドアーク溶接を行った場合は、金属Ａｌの含有量が本発明の範囲外であるので、アークの液滴移行が不安定となり、アークが不安定となるとともに、衝撃試験の値が低い値を示し、じん性にも劣ることが分かる。
Ｎｏ．４０及び４１のフラックス入りワイヤを用いてガスシールドアーク溶接を行った場合は、ＮａＦの含有量が本発明の範囲外であるので、アークが不安定となることが分かる。
Ｎｏ．４２のフラックス入りワイヤを用いてガスシールドアーク溶接を行った場合は、Ｂｉ２Ｏ３の含有量が本発明の範囲を超えているので、衝撃試験の値が３１（Ｊ）と低い値を示し、じん性に劣ることが分かる。
Ｎｏ．４３のフラックス入りワイヤを用いてガスシールドアーク溶接を行った場合は、
Ｂｉ２Ｏ３の含有量が本発明の範囲未満であるので、スラグ剥離性が劣化していることが分かる。
Ｂｉ２Ｏ３の含有量が本発明の範囲未満であるので、スラグ剥離性が劣化していることが分かる。
Ｎｏ．４４のフラックス入りワイヤを用いてガスシールドアーク溶接を行った場合は、Ｓの含有量が本発明の範囲を超えているので、衝撃試験の値が１５（Ｊ）と低い値を示し、じん性に劣ることが分かる。
Ｎｏ．４５及び４６のフラックス入りワイヤを用いてガスシールドアーク溶接を行った場合は、金属Ａｌ／ＮａＦの値が本発明の範囲外であるので、アークが不安定になっていることが分かる。
Ｎｏ．４７は、ＮａＦに代えて化合物Ｋ２ＳｉＦ６が含まれている例であるが、アーク安定性が劣ることが分かる。
Ｎｏ．４８は、Ｍｇの含有量が本発明の範囲を超えているので、吸湿特性が劣化していることが分かる。
Ｎｏ．４９〜５１は、ＮａＦに代えてＢａＦ、ＬｉＦ、Ｋ２ＳｉＦ６を用いている例であるが、アーク安定性に劣ることが分かる。
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として掲示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
Claims (9)
- 鋼製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、質量％で、
ＴｉＯ２：１．５〜４．５％、
ＳｉＯ２：０．１０〜１．５％、
金属Ｓｉ：０．１０〜１．５％、
ＺｒＯ２：０．１０〜１．０％、
金属Ａｌ：０．０１〜１．０％、
ＮａＦ：０．０１〜０．６０％、
Ｂｉ２Ｏ３：０．００１〜０．０４０％、
Ｓ：０．０３０％以下、
金属Ｍｎ：１．０〜３．５％
を含有するとともに、下記関係を満足することを特徴とする、フラックス入りワイヤ。
［Ａｌ］／［ＮａＦ］×１０：５〜８０ - ワイヤ全質量あたり、質量％で、さらにＦｅＯを１．０％以下含有することを特徴とする、請求項１に記載のフラックス入りワイヤ。
- ワイヤ全質量あたり、質量％で、さらにＡｌ２Ｏ３を１．０％以下含有することを特徴とする、請求項１又は２に記載のフラックス入りワイヤ。
- ワイヤ全質量あたり、質量％で、さらにＮａ２Ｏを０．５０％以下含有することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のフラックス入りワイヤ。
- ワイヤ全質量あたり、質量％で、さらにＭｎＯを０．５０％以下含有することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のフラックス入りワイヤ。
- ワイヤ全質量あたり、質量％で、さらにＫ２Ｏを０．５０％以下含有することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載のフラックス入りワイヤ。
- ワイヤ全質量あたり、質量％で、さらにＢ２Ｏ３を０．０２％以下含有することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載のフラックス入りワイヤ。
- 請求項１〜７のいずれか１項に記載の隅肉溶接用のフラックス入りワイヤ。
- 請求項１〜８のいずれか１項に記載のフラックス入りワイヤと、シールドガスとして二酸化炭素ガスとを用いることを特徴とするガスシールドアーク溶接方法。
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