JP6951304B2 - 炭酸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、鋼構造物等に使用される鋼を溶接するにあたって全姿勢溶接での溶接作業性が良好であり、良好な強度及びかつ安定した低温靭性に優れた溶接金属が得られる炭酸ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤに関する。
フラックス入りワイヤを用いたガスシールドアーク溶接は、高能率で溶接作業性に優れることから、造船、橋梁、海洋構造物、鉄骨等の各種溶接構造物を建造する上で広く用いられている。
特にルチール系フラックス入りワイヤは、全姿勢溶接での溶接作業性が非常に優れているので、造船、鉄骨及び海洋構造物等の分野で広く使用されている。しかし、ＴｉＯ2を主体とした金属酸化物を多く含有するため、低温環境下で使用される鋼構造物の溶接をこのルチール系フラックス入りワイヤにより行った場合、必要な溶接金属の低温靭性が劣るという問題がある。
低温環境下で使用される鋼構造物の溶接に用いられるルチール系フラックス入りワイヤについては、これまで様々な開発が行われている。例えば、特許文献１には、フラックス入りワイヤ中のＴｉＯ2、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｂ及びＡｌの含有量を規定することにより、全姿勢での溶接作業性に優れ、低温靭性の良好な溶接金属が得られるフラックス入りワイヤの開示がある。
また、特許文献２には、溶接金属のＮｂ、Ｖ及びＰの量を所定の範囲にすることにより、低温度域まで良好な低温靭性が得られるフラックス入りワイヤの開示がある。
しかし、特許文献１及び特許文献２に記載のフラックス入りワイヤを用いて、全姿勢溶接をした場合、アークが不安定で、スラグ被包性及び耐メタル垂れ性が悪く、十分な溶接作業性が得られないという問題があった。
このため、全姿勢溶接での溶接作業性を改善するために溶融スラグの成分を規定したフラックス入りワイヤが特許文献３及び特許文献４に開示されている。
しかし、特許文献３及び特許文献４に記載のフラックス入りワイヤを用いて、多層盛溶接をした場合、溶接金属の低温靭性にバラツキが生じる場合があった。すなわち、図１に多層盛溶接金属の衝撃試験片１のノッチ位置Ａ、Ｂを示すが、多積層パスの重なり部を含むノッチ位置Ａの場合、安定した低温靭性が得られるが、ノッチ位置が多積層パスの中心部に位置するノッチ位置Ｂのように積層による再熱が少ない箇所の場合、低温靭性にバラツキが生じるため安定した低温靭性が得られないという問題があった。
そこで本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、鋼構造物等に使用される鋼を溶接するにあたって全姿勢溶接での溶接作業性が良好であり、良好な強度及び安定した低温靭性に優れた溶接金属が得られる炭酸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、ルチール系の炭酸ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤについて、全姿勢溶接でアークが安定して、スパッタ発生量及びヒューム発生量が少なく、スラグ被包性及びビード形状が良好で、立向上進溶接でメタル垂れが生じないなどの溶接作業性が良好であり、良好な強度及び−７０℃における安定した低温靭性の溶接金属を得るべく、種々検討を行った。
その結果、安定した低温靭性を確保するためには、ワイヤ中のＮｂ、Ｖ、Ｐ及びＳの含有量を極力減らし、合金成分のＳｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、弗素化合物、Ｍｇ、Ｂのそれぞれの含有量の適正化が有効であることを見出した。
また、溶接金属の強度は、ワイヤ中のＣ、Ｓｉ、Ｍｎの含有量を適正化することで、溶接作業性についてはＴｉ酸化物の合計、Ｎａ化合物及びＫ化合物のＮａ2Ｏ換算値及びＫ2Ｏ換算値の合計、弗素化合物のＦ換算値を適正化することでアークを安定化させてスパッタ発生量を低減させて、Ｓｉ、Ｔｉ酸化物の合計を適正化することでビード形状を良好にするとともに、Ｓｉ酸化物を適量とすることでスラグ被包性を良好にすることを見出した。
さらに、Ｚｒ酸化物及びＡｌ酸化物の各含有量を適正化することで立向上進溶接においてもメタル垂れが生じない良好なビード形状が得られることを見出した。
すなわち本発明の要旨は、炭酸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、鋼製外皮とフラックスの合計で、Ｃ：０．０４〜０．１０％、Ｓｉ：０．１〜１．０％、Ｍｎ：１．０〜３．０％、Ｎｉ：０．５〜４．０％を含有し、Ｎｂ：０．００５％以下、Ｖ：０．００５％以下、Ｐ：０．０１５％以下、Ｓ：０．０１０％以下、さらに、ワイヤ全質量に対する質量％で、フラックス中に、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値の合計：３〜９％、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計：０．０５〜１．０％、Ｚｒ酸化物のＺｒＯ2換算値の合計：０．１〜０．８％、Ａｌ酸化物のＡｌ2Ｏ3換算値の合計：０．０５〜１．０％、Ｎａ化合物及びＫ化合物のＮａ2Ｏ換算値及びＫ2Ｏ換算値の１種または２種の合計：０．０５〜０．２％、弗素化合物のＦ換算値の合計：０．０１〜０．１５％、Ｍｇ：０．１〜０．８％、Ｂ：０．００２〜０．０１５％を含有し、残部が鋼製外皮のＦｅ分、フラックス中の鉄粉、鉄合金粉のＦｅ分及び不可避不純物からなることを特徴とする炭酸ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤにある。
本発明の炭酸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、全姿勢溶接でアークが安定してスパッタ発生量が少なく、スラグ被包性及びビード形状が良好で、立向上進溶接でメタル垂れが生じないなどの溶接作業性が良好であり、良好な強度及び−６０℃における安定した低温靭性に優れるなど品質の良好な溶接金属が得られる。
以下、本発明の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と、その組成の限定理由とについて説明する。なお、各成分の含有量は、フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％で表すこととし、その質量％を表すときには単に％と記載して表すこととする。
［鋼製外皮とフラックスの合計でＣ：０．０４〜０．１０％］
Ｃは、溶接金属の焼入れ性を高めて強度を向上させる効果がある。Ｃが０．０４％未満であると、焼入れ性が不足して溶接金属の強度が低下する。一方、Ｃが０．１０％を超えると、溶接金属の強度が高くなりすぎて靭性が低下する。したがって、鋼製外皮とフラックスの合計でＣは０．０４〜０．１０％とする。なお、Ｃは、鋼製外皮に含まれる成分の他、フラックスからの金属粉及び合金粉等から添加できる。
Ｃは、溶接金属の焼入れ性を高めて強度を向上させる効果がある。Ｃが０．０４％未満であると、焼入れ性が不足して溶接金属の強度が低下する。一方、Ｃが０．１０％を超えると、溶接金属の強度が高くなりすぎて靭性が低下する。したがって、鋼製外皮とフラックスの合計でＣは０．０４〜０．１０％とする。なお、Ｃは、鋼製外皮に含まれる成分の他、フラックスからの金属粉及び合金粉等から添加できる。
［鋼製外皮とフラックスの合計でＳｉ：０．１〜１．０％］
Ｓｉは、脱酸剤であり溶接金属の酸素量を低減して溶接金属の強度及び靭性を向上させるとともに、溶接時に一部が溶接スラグとなることによりビード形状を良好にする効果がある。Ｓｉが０．１％未満であると、溶接金属の強度及び靭性が低下する。またＳｉが０．１％未満であると、ビード形状を良好にする効果が十分に得られずビード形状が不良となる。一方、Ｓｉが１．０％を超えると、Ｓｉが溶接金属中に過剰に歩留り、靭性が低下する。したがって、鋼製外皮とフラックスの合計でＳｉは０．１〜１．０％とする。なお、Ｓｉは、鋼製外皮に含まれる成分の他、フラックスからの金属Ｓｉ、Ｆｅ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｎ等の合金粉末から添加できる。
Ｓｉは、脱酸剤であり溶接金属の酸素量を低減して溶接金属の強度及び靭性を向上させるとともに、溶接時に一部が溶接スラグとなることによりビード形状を良好にする効果がある。Ｓｉが０．１％未満であると、溶接金属の強度及び靭性が低下する。またＳｉが０．１％未満であると、ビード形状を良好にする効果が十分に得られずビード形状が不良となる。一方、Ｓｉが１．０％を超えると、Ｓｉが溶接金属中に過剰に歩留り、靭性が低下する。したがって、鋼製外皮とフラックスの合計でＳｉは０．１〜１．０％とする。なお、Ｓｉは、鋼製外皮に含まれる成分の他、フラックスからの金属Ｓｉ、Ｆｅ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｎ等の合金粉末から添加できる。
［鋼製外皮とフラックスの合計でＭｎ：１．０〜３．０％］
Ｍｎは、Ｓｉと同様に脱酸剤であり溶接金属の酸素量を低減して強度及び靭性を向上させる効果がある。Ｍｎが１．０％未満であると、溶接金属の強度及び靭性が低下する。一方、Ｍｎが３．０％を超えると、溶接金属の強度が高くなりすぎて靭性が低下する。したがって、鋼製外皮とフラックスの合計でＭｎは１．０〜３．０％とする。なお、Ｍｎは、鋼製外皮に含まれる成分の他、フラックスからの金属Ｍｎ、Ｆｅ−Ｍｎ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｎ等の合金粉末から添加できる。
Ｍｎは、Ｓｉと同様に脱酸剤であり溶接金属の酸素量を低減して強度及び靭性を向上させる効果がある。Ｍｎが１．０％未満であると、溶接金属の強度及び靭性が低下する。一方、Ｍｎが３．０％を超えると、溶接金属の強度が高くなりすぎて靭性が低下する。したがって、鋼製外皮とフラックスの合計でＭｎは１．０〜３．０％とする。なお、Ｍｎは、鋼製外皮に含まれる成分の他、フラックスからの金属Ｍｎ、Ｆｅ−Ｍｎ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｎ等の合金粉末から添加できる。
［鋼製外皮とフラックスの合計でＮｉ：０．５〜４．０％］
Ｎｉは特にノッチ位置Ｂの靭性を安定させる効果がある。Ｎｉが０．５％未満であると、十分な効果が得られないため、ノッチ位置Ｂでの靭性が低下する。一方、Ｎｉが４．０％を超えると、溶接金属の強度が過剰となり、高温割れが発生しやすくなる。したがって、鋼製外皮とフラックスの合計でＮｉは０．５〜４．０％とする。なお、Ｎｉは、鋼製外皮に含まれる成分の他、フラックスからの金属Ｎｉ、Ｆｅ−Ｎｉ等の合金粉末から添加できる。
Ｎｉは特にノッチ位置Ｂの靭性を安定させる効果がある。Ｎｉが０．５％未満であると、十分な効果が得られないため、ノッチ位置Ｂでの靭性が低下する。一方、Ｎｉが４．０％を超えると、溶接金属の強度が過剰となり、高温割れが発生しやすくなる。したがって、鋼製外皮とフラックスの合計でＮｉは０．５〜４．０％とする。なお、Ｎｉは、鋼製外皮に含まれる成分の他、フラックスからの金属Ｎｉ、Ｆｅ−Ｎｉ等の合金粉末から添加できる。
［鋼製外皮とフラックスの合計でＮｂ：０．００５％以下、Ｖ：０．００５％以下］
Ｎｂ及びＶは、溶接金属の組織を細かくして靭性を向上させる効果があるが、Ｎｂが０．００５％を超え、又はＶが０．００５％を超えると、溶接金属の強度が高くなり、特にノッチ位置Ａでの靭性が低下する。したがって、鋼製外皮とフラックスの合計でＮｂは０．００５％以下、Ｖは０．００５％以下とする。
Ｎｂ及びＶは、溶接金属の組織を細かくして靭性を向上させる効果があるが、Ｎｂが０．００５％を超え、又はＶが０．００５％を超えると、溶接金属の強度が高くなり、特にノッチ位置Ａでの靭性が低下する。したがって、鋼製外皮とフラックスの合計でＮｂは０．００５％以下、Ｖは０．００５％以下とする。
［鋼製外皮とフラックスの合計でＰ：０．０１５％以下、Ｓ：０．０１０％以下］
Ｐ及びＳは不可避不純物であり、低融点化合物を生成する。Ｐが０．０１５％を超え、又はＳが０．０１０％を超えると、溶接金属の靭性が低下し、高温割れが発生しやすくなる。したがって、Ｐは０．０１５％以下、Ｓは０．０１０％以下とする。
Ｐ及びＳは不可避不純物であり、低融点化合物を生成する。Ｐが０．０１５％を超え、又はＳが０．０１０％を超えると、溶接金属の靭性が低下し、高温割れが発生しやすくなる。したがって、Ｐは０．０１５％以下、Ｓは０．０１０％以下とする。
［フラックス中のＴｉ酸化物のＴｉＯ2換算値の合計：３〜９％］
Ｔｉ酸化物は、アークを安定化させてビード形状を良好にする効果がある。またＴｉ酸化物は、立向上進溶接では、溶融スラグの粘性や融点を調整してメタル垂れを防ぐ効果がある。Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値の合計が３％未満であると、アークが不安定となりスパッタ発生量が多くなる。また、立向上進溶接でメタル垂れが発生してビード形状が不良となる。一方、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値の合計が９％を超えると、溶接金属中にＴｉ酸化物が過剰に残存するため、ノッチ位置Ｂの靭性が低下し、またスラグ巻込みが発生しやすくなる。したがって、フラックス中のＴｉ酸化物のＴｉＯ2換算値の合計は３〜９％とする。なお、Ｔｉ酸化物は、フラックスからのルチール、酸化チタン、チタンスラグ、イルメナイト等から添加できる。
Ｔｉ酸化物は、アークを安定化させてビード形状を良好にする効果がある。またＴｉ酸化物は、立向上進溶接では、溶融スラグの粘性や融点を調整してメタル垂れを防ぐ効果がある。Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値の合計が３％未満であると、アークが不安定となりスパッタ発生量が多くなる。また、立向上進溶接でメタル垂れが発生してビード形状が不良となる。一方、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値の合計が９％を超えると、溶接金属中にＴｉ酸化物が過剰に残存するため、ノッチ位置Ｂの靭性が低下し、またスラグ巻込みが発生しやすくなる。したがって、フラックス中のＴｉ酸化物のＴｉＯ2換算値の合計は３〜９％とする。なお、Ｔｉ酸化物は、フラックスからのルチール、酸化チタン、チタンスラグ、イルメナイト等から添加できる。
［フラックス中のＳｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計：０．０５〜１．０％］
Ｓｉ酸化物は、溶融スラグの粘性や融点を調整してスラグ被包性を向上させる効果がある。Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計が０．０５％未満であると、スラグ被包性が低下してビード形状が不良となる。一方、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計が１．０％を超えると、溶融スラグの塩基度が低下することにより、溶接金属中の酸素量が増加して靭性が低下する。したがって、フラックス中のＳｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計は０．０５〜１．０％とする。なお、Ｓｉ酸化物は、フラックスからの珪砂、ジルコンサンド、珪酸ソーダ等から添加できる。
Ｓｉ酸化物は、溶融スラグの粘性や融点を調整してスラグ被包性を向上させる効果がある。Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計が０．０５％未満であると、スラグ被包性が低下してビード形状が不良となる。一方、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計が１．０％を超えると、溶融スラグの塩基度が低下することにより、溶接金属中の酸素量が増加して靭性が低下する。したがって、フラックス中のＳｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計は０．０５〜１．０％とする。なお、Ｓｉ酸化物は、フラックスからの珪砂、ジルコンサンド、珪酸ソーダ等から添加できる。
［フラックス中のＺｒ酸化物のＺｒＯ2換算値の合計：０．１〜０．８％］
Ｚｒ酸化物は、溶融スラグの粘性や融点を調整し、特に立向上進溶接のメタル垂れを防ぐ効果がある。フラックス中のＺｒ酸化物のＺｒＯ2換算値の合計が０．１％未満であると、立向上進溶接でメタル垂れが発生して、ビード形状が不良となる。一方、フラックス中のＺｒ酸化物のＺｒＯ2換算値の合計が０．８％を超えると、スパッタ発生量が多くなり、スラグ被包性が低下してビード形状が不良となる。したがって、フラックス中のＺｒ酸化物のＺｒＯ2換算値の合計は０．１〜０．８％とする。なお、Ｚｒ酸化物は、フラックスからのジルコンサンド、酸化ジルコニウム等から添加できる。
Ｚｒ酸化物は、溶融スラグの粘性や融点を調整し、特に立向上進溶接のメタル垂れを防ぐ効果がある。フラックス中のＺｒ酸化物のＺｒＯ2換算値の合計が０．１％未満であると、立向上進溶接でメタル垂れが発生して、ビード形状が不良となる。一方、フラックス中のＺｒ酸化物のＺｒＯ2換算値の合計が０．８％を超えると、スパッタ発生量が多くなり、スラグ被包性が低下してビード形状が不良となる。したがって、フラックス中のＺｒ酸化物のＺｒＯ2換算値の合計は０．１〜０．８％とする。なお、Ｚｒ酸化物は、フラックスからのジルコンサンド、酸化ジルコニウム等から添加できる。
［フラックス中のＡｌ酸化物のＡｌ2Ｏ3換算値の合計：０．０５〜１．０％］
Ａｌ酸化物は、Ｚｒ酸化物と同様溶融スラグの粘性を調整し、特に立向上進溶接のメタル垂れを防ぐ効果がある。Ａｌ酸化物のＡｌ2Ｏ3換算値の合計が０．０５％未満であると、立向上進溶接でメタル垂れが発生してビード形状が不良となる。一方、Ａｌ酸化物のＡｌ2Ｏ3換算値の合計が１．０％を超えると、溶接金属中にＡｌ酸化物が残存して特にノッチ位置Ｂの靭性が低下する。したがって、フラックス中のＡｌ酸化物のＡｌ2Ｏ3換算値の合計は０．０５〜１．０％とする。なお、Ａｌ酸化物は、フラックスからのアルミナ等から添加できる。
Ａｌ酸化物は、Ｚｒ酸化物と同様溶融スラグの粘性を調整し、特に立向上進溶接のメタル垂れを防ぐ効果がある。Ａｌ酸化物のＡｌ2Ｏ3換算値の合計が０．０５％未満であると、立向上進溶接でメタル垂れが発生してビード形状が不良となる。一方、Ａｌ酸化物のＡｌ2Ｏ3換算値の合計が１．０％を超えると、溶接金属中にＡｌ酸化物が残存して特にノッチ位置Ｂの靭性が低下する。したがって、フラックス中のＡｌ酸化物のＡｌ2Ｏ3換算値の合計は０．０５〜１．０％とする。なお、Ａｌ酸化物は、フラックスからのアルミナ等から添加できる。
［フラックス中のＮａ化合物及びＫ化合物のＮａ2Ｏ換算値及びＫ2Ｏ換算値の１種または２種の合計：０．０５〜０．２％］
Ｎａ化合物及びＫ化合物は、アークを安定にしてスパッタ発生量を抑制させる効果がある。フラックス中にＮａ化合物及びＫ化合物のＮａ2Ｏ換算値及びＫ2Ｏ換算値の１種または２種の合計が０．０５％未満であると、アークが不安定となりスパッタ発生量が多くなる。一方、フラックス中にＮａ化合物及びＫ化合物のＮａ2Ｏ換算値及びＫ2Ｏ換算値の１種または２種の合計が０．２％を超えると、ヒューム発生量が多くなる。したがって、フラックス中のＮａ化合物及びＫ化合物のＮａ2Ｏ換算値及びＫ2Ｏ換算値の１種または２種の合計は０．０５〜０．２％とする。なお、Ｎａ化合物及びＫ化合物は、珪酸ソーダ及び珪酸カリウムからなる水ガラスの固質成分、フラックスからの弗化ソーダ、氷晶石、弗化アルミ、珪弗化カリウム及び弗化ジルコンカリ等から添加できる。
Ｎａ化合物及びＫ化合物は、アークを安定にしてスパッタ発生量を抑制させる効果がある。フラックス中にＮａ化合物及びＫ化合物のＮａ2Ｏ換算値及びＫ2Ｏ換算値の１種または２種の合計が０．０５％未満であると、アークが不安定となりスパッタ発生量が多くなる。一方、フラックス中にＮａ化合物及びＫ化合物のＮａ2Ｏ換算値及びＫ2Ｏ換算値の１種または２種の合計が０．２％を超えると、ヒューム発生量が多くなる。したがって、フラックス中のＮａ化合物及びＫ化合物のＮａ2Ｏ換算値及びＫ2Ｏ換算値の１種または２種の合計は０．０５〜０．２％とする。なお、Ｎａ化合物及びＫ化合物は、珪酸ソーダ及び珪酸カリウムからなる水ガラスの固質成分、フラックスからの弗化ソーダ、氷晶石、弗化アルミ、珪弗化カリウム及び弗化ジルコンカリ等から添加できる。
［フラックス中の弗素化合物のＦ換算値の合計：０．０１〜０．１５％］
弗素化合物は、アークを安定にしてスパッタ発生量を抑制させる効果がある。また弗素化合物は、溶融スラグの塩基度を高くして特にノッチ位置Ｂの靭性を向上させる効果がある。弗素化合物のＦ換算値の合計が０．０１％未満であると、アークが不安定となりスパッタ発生量が多くなる。また、溶融スラグの塩基度が低くなり溶接金属の酸素量が多くなり特にノッチ位置Ｂの靭性が低下する。一方、弗素化合物のＦ換算値の合計が０．１５％を超えると、スパッタ発生量が多く、立向上進溶接でメタル垂れが発生してビード形状が不良となる。したがって、フラックス中の弗素化合物のＦ換算値の合計は０．０１〜０．１５％とする。なお、弗素化合物は、フラックスからの蛍石、弗化ソーダ、氷晶石、弗化アルミ、珪弗化カリウム及び弗化ジルコンカリ等から添加できる。
弗素化合物は、アークを安定にしてスパッタ発生量を抑制させる効果がある。また弗素化合物は、溶融スラグの塩基度を高くして特にノッチ位置Ｂの靭性を向上させる効果がある。弗素化合物のＦ換算値の合計が０．０１％未満であると、アークが不安定となりスパッタ発生量が多くなる。また、溶融スラグの塩基度が低くなり溶接金属の酸素量が多くなり特にノッチ位置Ｂの靭性が低下する。一方、弗素化合物のＦ換算値の合計が０．１５％を超えると、スパッタ発生量が多く、立向上進溶接でメタル垂れが発生してビード形状が不良となる。したがって、フラックス中の弗素化合物のＦ換算値の合計は０．０１〜０．１５％とする。なお、弗素化合物は、フラックスからの蛍石、弗化ソーダ、氷晶石、弗化アルミ、珪弗化カリウム及び弗化ジルコンカリ等から添加できる。
［フラックス中のＭｇ：０．１〜０．８％］
Ｍｇは、脱酸剤として溶接金属中の酸素量を低減させて特にノッチ位置Ｂの靭性を向上させる効果がある。フラックス中のＭｇが０．１％未満であると、溶接金属の酸素量が増加して特にノッチ位置Ｂの靭性が低下する。一方、フラックス中のＭｇが０．８％を超えると、溶接金属の組織が硬くなりすぎてノッチ位置Ａの靭性が低下し、またアーク中で酸素と激しく反応するためスパッタ発生量が多くなる。したがって、フラックス中のＭｇは０．１〜０．８％とする。なお、Ｍｇは、フラックスからの金属Ｍｇ、Ａｌ−Ｍｇ等の合金粉末から添加できる。
Ｍｇは、脱酸剤として溶接金属中の酸素量を低減させて特にノッチ位置Ｂの靭性を向上させる効果がある。フラックス中のＭｇが０．１％未満であると、溶接金属の酸素量が増加して特にノッチ位置Ｂの靭性が低下する。一方、フラックス中のＭｇが０．８％を超えると、溶接金属の組織が硬くなりすぎてノッチ位置Ａの靭性が低下し、またアーク中で酸素と激しく反応するためスパッタ発生量が多くなる。したがって、フラックス中のＭｇは０．１〜０．８％とする。なお、Ｍｇは、フラックスからの金属Ｍｇ、Ａｌ−Ｍｇ等の合金粉末から添加できる。
［フラックス中のＢ：０．００２〜０．０１５％］
Ｂは、溶接金属の組織を細かくして特にノッチ位置Ｂの靭性を向上させる効果がある。フラックス中のＢが０．００２％未満であると、特にノッチ位置Ｂの靭性が低下する。一方、フラックス中のＢが０．０１５％を超えると、溶接金属が硬くなりすぎてノッチ位置Ａの靭性が低下する。したがって、フラックス中のＢは０．００２〜０．０１５％とする。なお、Ｂは金属Ｂ、Ｆｅ−Ｂ、Ｆｅ−Ｍｎ−Ｂ等の合金粉末から添加できる。
Ｂは、溶接金属の組織を細かくして特にノッチ位置Ｂの靭性を向上させる効果がある。フラックス中のＢが０．００２％未満であると、特にノッチ位置Ｂの靭性が低下する。一方、フラックス中のＢが０．０１５％を超えると、溶接金属が硬くなりすぎてノッチ位置Ａの靭性が低下する。したがって、フラックス中のＢは０．００２〜０．０１５％とする。なお、Ｂは金属Ｂ、Ｆｅ−Ｂ、Ｆｅ−Ｍｎ−Ｂ等の合金粉末から添加できる。
本発明のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤの残部は、鋼製外皮のＦｅ、成分調整のためフラックス中に添加する鉄粉、Ｆｅ−Ｍｎ、Ｆｅ−Ｓｉ合金等の鉄合金粉のＦｅ分及び不可避不純物である。
また、本発明のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、フラックス充填後の伸線加工性が良好な軟鋼または合金の鋼製外皮をパイプ状に成形し、その内部にフラックスを充填した後、ダイス伸線やローラー圧延加工により所定のワイヤ径（１．０ｍｍ〜１．６ｍｍ）に縮径して製造されるものである。
フラックス入りワイヤの断面形態は、成形した鋼製外皮の合わせ目を溶接して得られる鋼製外皮に継目の無い（以下、シームレスタイプという。）ワイヤと、鋼製外皮の合わせ目の溶接を行わないままとした鋼製外皮に継目を有するワイヤとに大別できる。本発明においては、何れの断面構造のワイヤを採用することができるが、鋼製外皮に継目が無いワイヤは、ワイヤ中の全水素量を低減することを目的とした熱処理が可能であり、また製造後のフラックスの吸湿が無いため、溶接金属の拡散性水素量を低減し、耐低温割れ性の向上を図ることができるので、より好ましい。
また、フラックス充填率は特に制限はしないが、生産性の観点から、ワイヤ全質量に対して８〜２０％とするのが好ましい。
以下、本発明の効果を実施例により具体的に説明する。
鋼成外皮にＪＩＳ Ｇ３１４１に規定されるＳＰＣＣの鋼製外皮を用いて表１〜２に示す各種成分組成でワイヤ径１．２ｍｍまで縮径したシームレスタイプのフラックス入りワイヤを試作した。
試作したワイヤは、ＪＩＳ Ｚ Ｇ３１２６ ＳＬＡ３６５に規定される鋼板を用いて立向上進すみ肉溶接による溶接作業性の評価、溶着金属試験として機械特性評価を実施した。これらの溶接条件を表３に示す。
立向上進溶接による溶接作業性の評価は、半自動ＭＡＧ溶接をしたときのアーク安定性、スパッタ発生状態、ヒューム発生状態、溶融メタル垂れ性の有無、ビード形状、スラグ被包性、高温割れの有無について調査した。
溶着金属試験は、ＪＩＺ Ｚ ３１１１に準じて溶接を行い、Ｘ線透過試験により溶接欠陥の有無を調査した後、溶着金属の板厚方向中央部から引張試験片（Ａ０号）及び衝撃試験片（Ｖノッチ試験片）を採取した。
靭性の評価は、図１に示す衝撃試験片のノッチ位置Ａ及びＢともに試験温度−７０℃におけるシャルピー衝撃試験により行い、各々繰返し３本の平均値が６０Ｊ以上を良好とした。強度の評価は、引張強さが５５０〜７００ＭＰａのものを良好とした。これらの結果を表４にまとめて示す。表１及び表４のワイヤ記号Ｗ１〜Ｗ２０は本発明例、表２及び表４のワイヤ記号Ｗ２１〜Ｗ３９は比較例である。
本発明例であるワイヤ記号Ｗ１〜Ｗ２０は、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｐ、Ｓ、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値の合計、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計、Ｚｒ酸化物のＺｒＯ2換算値の合計、Ａｌ酸化物のＡｌ2Ｏ3換算値の合計、Ｎａ化合物及びＫ化合物のＮａ2Ｏ換算値及びＫ2Ｏ換算値の１種または２種の合計、弗素化合物のＦ換算値の合計、Ｍｇ、Ｂの各含有量が適正であるので、全姿勢溶接でアークが安定してスパッタ発生量が少なく、スラグ被包性及びビード形状が良好で、立向上進溶接でメタル垂れが生じないなどの溶接作業性が良好であり、引張強さが良好で、衝撃試験片のノッチ位置Ａ及びＢとも安定した吸収エネルギーが得られ、溶接欠陥のない優れた溶接金属が得られ、極めて満足な結果であった。
比較例中ワイヤ記号Ｗ２１は、Ｃが少ないので、溶接金属の引張強さが低かった。また、Ｐが多いので、溶接金属の吸収エネルギーが低値で、クレータ割れも生じた。
ワイヤ記号Ｗ２２は、Ｃが多いので、溶接金属の引張強さが高く、吸収エネルギーも低値であった。また、Ａｌ酸化物のＡｌ2Ｏ3換算値の合計が少ないので、メタル垂れが生じた。
ワイヤ記号Ｗ２３は、Ｓｉが少ないので、ビード形状が不良で、溶接金属の引張強さが低く、吸収エネルギーも低値であった。また、Ｎａ化合物及びＫ化合物のＮａ2Ｏ換算値とＫ2Ｏ換算値の１種または２種の合計が少ないので、アークが不安定で、スパッタ発生量も多かった。
ワイヤ記号Ｗ２４は、Ｓｉが多いので、溶接金属の吸収エネルギーが低値であった。また、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値の合計が少ないので、アークが不安定で、スパッタ発生量が多く、メタル垂れも生じた。
ワイヤ記号Ｗ２５は、Ｍｎが少ないので、溶接金属の引張強さが低く、吸収エネルギーが低値であった。また、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計が少ないので、スラグ被包性及びビード形状が不良であった。
ワイヤ記号Ｗ２６は、Ｍｎが多いので、溶接金属の引張強さが高く、吸収エネルギーが低値であった。また、Ｚｒ酸化物のＺｒＯ2換算値の合計が多いので、スパッタ発生量が多く、スラグ被包性及びビード形状も不良であった。
ワイヤ記号Ｗ２７は、Ｎｉが少ないので、ノッチ位置Ｂの吸収エネルギーが低値であった。また、Ｚｒ酸化物のＺｒＯ2の合計が少ないので、メタル垂れが生じた。
ワイヤ記号Ｗ２８は、Ｎｉが多いので、溶接金属の引張強さが高く、クレータ割れも生じた。また、Ｎａ化合物及びＫ化合物のＮａ2Ｏ換算値とＫ2Ｏ換算値の１種または２種の合計が多いので、ヒューム発生量が多かった。
ワイヤ記号Ｗ２９は、Ｎｂが多いので、溶接金属の引張強さが高く、ノッチ位置Ａの吸収エネルギーが低値であった。また、弗素化合物のＦ換算値の合計が多いので、スパッタ発生量が多く、メタル垂れも生じた。
ワイヤ記号Ｗ３０は、Ｖが多いので、溶接金属の引張強さが高く、ノッチ位置Ａの吸収エネルギーが低値であった。
ワイヤ記号Ｗ３１は、Ｓが多いので、溶接金属の吸収エネルギーが低値で、クレータ割れも生じた。また、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計が少ないので、スラグ被包性及びビード形状が不良であった。
ワイヤ記号Ｗ３２は、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値の合計が多いので、ノッチ位置Ｂの吸収エネルギーが低値で、スラグ巻込みが生じた。
ワイヤ記号Ｗ３３は、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計が多いので、溶接金属の吸収エネルギーが低値であった。
ワイヤ記号Ｗ３４は、Ａｌ酸化物のＡｌ2Ｏ3換算値の合計が多いので、ノッチ位置Ｂの吸収エネルギーが低値であった。
ワイヤ記号Ｗ３５は、Ｂが多いので、ノッチ位置Ａの吸収エネルギーが低値であった。
ワイヤ記号Ｗ３６は、弗素化合物のＦ換算値の合計が少ないので、アークが不安定で、スパッタ発生量も多く、ノッチ位置Ｂの吸収エネルギーが低値であった。
ワイヤ記号Ｗ３７は、Ｍｇが少ないので、ノッチ位置Ｂの吸収エネルギーが低値であった。
ワイヤ記号Ｗ３８は、Ｍｇが多いので、ヒューム発生量及びスパッタ発生量が多く、ノッチ位置Ａの吸収エネルギーが低値であった。
ワイヤ記号Ｗ３９は、Ｂが少ないので、ノッチ位置Ｂの吸収エネルギーが低値であった。
１ 衝撃試験片
Ａ、Ｂ ノッチ位置
Ａ、Ｂ ノッチ位置
Claims (1)
- 鋼製外皮にフラックスを充填してなる炭酸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、鋼製外皮とフラックスの合計で、
Ｃ：０．０４〜０．１０％、
Ｓｉ：０．１〜１．０％、
Ｍｎ：１．０〜３．０％、
Ｎｉ：０．５〜４．０％を含有し、
Ｎｂ：０．００５％以下、
Ｖ：０．００５％以下、
Ｐ：０．０１５％以下、
Ｓ：０．０１０％以下であり、
さらに、ワイヤ全質量に対する質量％で、フラックス中に、
Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値の合計：３〜９％、
Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計：０．０５〜１．０％、
Ｚｒ酸化物のＺｒＯ2換算値の合計：０．１〜０．８％、
Ａｌ酸化物のＡｌ2Ｏ3換算値の合計：０．０５〜１．０％、
Ｎａ化合物及びＫ化合物のＮａ2Ｏ換算値及びＫ2Ｏ換算値の１種または２種の合計：０．０５〜０．２％、
弗素化合物のＦ換算値の合計：０．０１〜０．１５％、
Ｍｇ：０．１〜０．８％、
Ｂ：０．００２〜０．０１５％を含有し、
残部が鋼製外皮のＦｅ分、フラックス中の鉄粉、鉄合金粉のＦｅ分及び不可避不純物からなることを特徴とする炭酸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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