CN110023030B - 药芯焊丝、焊接接头的制造方法以及焊接接头 - Google Patents

Abstract

本发明的一方式涉及一种药芯焊丝，其具有钢制外皮、和填充于所述钢制外皮的内部的焊剂，其中，所述焊剂含有以F换算值计合计为0.11％以上的氟化物、以TiO₂换算计为4.30～7.50％的Ti氧化物、以质量％计合计为0.30～2.40％的氧化物、以及以质量％计合计为0～0.60％的碳酸盐；以CaO换算计的Ca氧化物的含量以质量％计低于0.20％，CaF₂的含量低于0.50％，化学成分在规定的范围内，Z值为2.00％以下，V值为5.0～27.0，Ceq为0.30～1.00％。

Description

药芯焊丝、焊接接头的制造方法以及焊接接头

技术领域

本发明涉及药芯焊丝(flux-cored wire)、焊接接头的制造方法以及焊接接头。特别地，本发明涉及气体保护弧焊用药芯焊丝、使用该药芯焊丝的气体保护弧焊接头的制造方法以及由该焊接接头的制造方法得到的焊接接头，其可以得到具有高强度和高韧性的焊缝金属，能够进行全位置焊接(all position welding)，即便保护气体为100％CO₂气体这一容易发生飞溅的气体也可以减少焊接作业中飞溅的发生量，且不需要用于防止低温开裂的预热作业或者可以明显减轻预热作业。

背景技术

气体保护弧焊用药芯焊丝是使高效率的焊接接头的制造方法成为可能的焊接材料(填充金属)，在产业界得到了广泛的普及。以TiO₂(金红石)为主要的造渣剂的药芯焊丝(以下有时记为金红石系FCW)是具有代表性的焊丝。

使用金红石系FCW的焊接的焊接性优良，在以高电流值进行的焊接中，可以抑制熔融金属的垂落(dripping)。因此，金红石系FCW在平焊位置(flat position)、立焊位置(vertical position)等各种焊接位置中，具有能够容易以高电流值进行焊接施工的特征。但是，该焊丝由于较多地含有TiO₂，因而在使用该焊丝进行焊接的情况下，熔渣的碱度降低。因此，在使用金红石系FCW的焊接中，存在焊缝金属的氧含量容易升高，难以确保高强度钢的焊接区的韧性等问题。此外，所谓焊缝金属，是指焊接中熔融的母材以及填充金属凝固而形成的金属。

为了解决这样的问题，人们开发了各种金红石系药芯焊丝。

例如，在专利文献1中，公开了一种将焊剂(flux)中的TiO₂和MgO之比控制在规定的范围内的药芯焊丝。根据专利文献1的药芯焊丝，可以降低熔敷金属的氧浓度而使熔敷金属中的夹杂物(氧化物)降低，其结果是，可以使焊缝金属的韧性得以改善。此外，所谓熔敷金属，是指在焊接中从药芯焊丝等填充金属向焊接区转移的金属。

在专利文献2中，公开了一种含有TiO₂、SiO₂、ZrO₂、Al₂O₃以及氟化合物、且氢量被限制为15ppm以下的高强度钢气体保护弧焊用药芯焊丝。根据专利文献2的药芯焊丝，全位置且高效率的焊接成为可能，而且可以得到耐低温开裂性以及韧性良好的焊缝金属。此外，所谓低温开裂，是指在焊接后，焊接区的温度降低至常温附近后于焊接区产生的开裂。

在专利文献3中，公开了一种气体保护弧焊用药芯焊丝，其含有粒子状氧化钛原料，金属Si和氧化物Si之比、Al含量和Mg含量的合计、Na化合物的含量和K化合物的含量的合计、F化合物的含量、焊剂填充率、以及氧化钛原料中含有的Al和Si的合计量被控制在规定范围内，且在氧化钛原料的表面存在氧化物。根据专利文献3，在使用高电流而进行的焊接时，可以提供良好的焊接作业性，在向上立焊时，可以提供能够形成良好的焊缝形状的药芯焊丝。

在专利文献4中，公开了一种气体保护弧焊用药芯焊丝，其含有金属氟化物、中性氧化物或者碱性氧化物、选自Al和Mg之中的1种或者2种、脱氧剂、以及粘结材料，且C、Si以及Mn的含量在规定的范围内。根据专利文献4，可以提供一种药芯焊丝，其焊接作业性优良，且可以得到低温韧性良好的焊缝金属。

在专利文献5中，公开了一种气体保护弧焊接头的制造方法，其使用焊剂含有包含CaF₂的金属氟化物和金属氧化物，将金属氟化物的含量和金属氧化物的含量之比设定在规定范围内，并将焊剂中的Fe粉的含量限制在规定量以下，进而将合金成分的Ceq设定在规定范围内的药芯焊丝，且将焊接电流条件设定在规定范围内。根据专利文献5，在抗拉强度为950MPa以上的超高强度钢的焊接时，能够提供一种可抑制失延开裂(ductility dipcracking)的发生、从而可以得到具有优良的断裂拉伸率的焊缝金属的气体保护弧焊接头的制造方法。

在专利文献6中，公开了一种使用气体保护弧焊用药芯焊丝的焊接接头的制造方法，在该药芯焊丝中，焊剂含有选自CaF₂、BaF₂、SrF₂以及MgF₂之中的1种或者2种以上、选自Ti氧化物、Si氧化物、Mg氧化物以及Al氧化物之中的1种或者2种以上、选自CaCO₃、BaCO₃、SrCO₃以及MgCO₃之中的1种或者2种以上、和铁粉，CaF₂的含量相对于氟化物的合计量之比、氟化物的合计量相对于氧化物的合计量之比和Ceq被控制在规定的范围内。根据专利文献6，在950MPa以上的超高强度钢的焊接时，能够提供一种可抑制失延开裂、从而可以得到高强度高韧性且拉伸率优良的焊接区的焊接接头的制造方法。

在专利文献7中，公开了一种气体保护弧焊用金属系药芯焊丝，其包含选自含有1种或者2种以上的碱金属的氧化物、氟化物、以及碳酸盐之中的1种以上的化合物，并将比表面积控制在规定范围内。根据专利文献7，可以提供一种熔透性优良、且焊缝金属的机械性质以及焊接作业性良好的药芯焊丝。

在专利文献8中，公开了一种气体保护弧焊用药芯焊丝，其含有TiO₂、碱金属氟化物以及PTFE，且碱金属氟化物的含量和PTFE的含量之比被控制在规定范围内，碱土类金属氟化物的含量被限制在规定量以下。根据专利文献8，可以提供一种药芯焊丝，其在电弧焊时，可以防止扩散性氢进入焊接区，耐吸湿性优良，并显示出良好的焊接作业性。

在专利文献9中，公开了一种耐候性钢用气体保护弧焊用药芯焊丝，其含有Ti氧化物、Si氧化物、Al氧化物、Na化合物和K化合物、以及金属氟化物，且Al氧化物的表观密度以及平均粒径被控制在规定范围内。根据专利文献9，可以提供一种药芯焊丝，其在对耐候性钢进行焊接时，全位置焊接下的焊接作业性良好，可以得到强度以及韧性优良的焊缝金属。

在专利文献10中，公开了一种气体保护弧焊用药芯焊丝，其含有金属氟化物以及TiO₂，Mg含量以及Al含量被控制在由规定的数学式所规定的范围内。根据专利文献10，可以提供一种药芯焊丝，其焊接作业性良好，且可以得到具有优良的低温韧性的焊接区。

在专利文献11中，公开了一种电弧焊用药芯焊丝，其含有75重量％以上的金属粉，钢制外皮以及焊剂之中的一者或两者含有V。根据专利文献11，可以提供一种药芯焊丝，其在490MPa级以上的高强度钢的焊接时，不需要预热或者可能大幅度省略预热，可以得到抗裂性能优良的焊接区。

在专利文献12中，公开了一种高强度钢气体保护弧焊用药芯焊丝，其含有TiO₂、SiO₂、ZrO₂、Al₂O₃以及氟化物，这些含量被控制在由规定的数学式所规定的范围内，且氢量被限制在规定量以下。根据专利文献12，可以提供一种药芯焊丝，其可以得到焊接作业性优良、且机械性质优良的焊缝金属。

在专利文献13中，公开了一种高强度钢气体保护弧焊用药芯焊丝，其含有TiO₂、SiO₂、ZrO₂、Al₂O₃以及氟化合物，这些含量被控制在规定的范围内，且氢量被限制在规定量以下。根据专利文献13，可以提供一种药芯焊丝，其使全位置且高效率的焊接成为可能，而且可以得到低温韧性以及抗裂性能优良的焊缝金属。

在专利文献14中，公开了一种高强度钢用二氧化碳气体保护弧焊用药芯焊丝，其含有TiO₂、SiO₂、ZrO₂、Al₂O₃以及氟化合物，这些含量被控制在规定的范围内，且氢量被限制在规定量以下。根据专利文献13，可以提供一种药芯焊丝，其可以使用于将100％二氧化碳气体用作保护气体的屈服强度690MPa以上的高强度钢的焊接，焊接作业性优良，且可以得到具有优良机械性能的焊缝金属。

然而，基于上述现有技术的药芯焊丝对于焊缝金属的特性和/或焊接作业性，包含下面将要说明的问题。

在专利文献1所公开的药芯焊丝中，并没有考虑焊缝金属的耐低温开裂性。在使用金红石系FCW的焊接时，焊缝金属的氧含量以及扩散性氢量增大。因此，在使用一般的金红石系FCW而焊接高强度钢时，为抑制低温开裂而需要预热。然而，在专利文献1中，由于对抑制低温开裂的手段并没有进行任何研究，因而在使用专利文献1的药芯焊丝的高强度钢板的焊接时，不可能不需要或者减轻预热。

在专利文献2中，尝试了通过限制焊丝的氢量来抑制低温开裂。然而，氢在焊接中也从焊缝金属周围的大气侵入焊缝金属中。因此，即使焊丝的氢量较低，也不能充分降低焊缝金属的扩散性氢量。在使用了专利文献2的焊丝的焊接中，如果不充分地进行预热，则也产生不能抑制低温开裂的情况。专利文献2并没有就焊缝金属中的氧含量以及扩散性氢量进行研究。在专利文献2中，并没有示出预热温度在50℃以下，不会产生低温开裂的实施例。

在专利文献3中，并没有公开焊缝金属中的扩散性氢量的评价结果。除此以外，在专利文献3中，完全没有公开氟化物的种类。从专利文献3中，不能得到任何使全位置焊接成为可能，且能够充分降低焊缝金属中的扩散性氢量的药芯焊丝的技术指南。

使用专利文献4的药芯焊丝而难以进行全位置焊接。这是因为专利文献4的药芯焊丝不包含任何用于使全位置焊接成为可能的手段例如TiO₂等。

专利文献5以及6并没有公开使焊缝金属的扩散性氢量得以降低的手段。因此，根据专利文献5以及6的药芯焊丝，为提高焊缝金属的低温开裂性而不可能不需要或者减轻预热。另外，使用专利文献5以及6的药芯焊丝而难以进行全位置焊接。除此以外，专利文献5以及6的药芯焊丝含有大量的CaF₂，这使得飞溅量增大。因此，在将专利文献5以及6的焊丝适用于使用100％CO₂气体作为保护气体的焊接的情况下，产生过剩量的飞溅而使焊接作业性降低。

专利文献7所公开的焊丝是焊剂的主成分为金属粉、不含有造渣剂的所谓金属系焊丝。焊接熔渣具有从熔池中除去杂质的效果、调整焊缝宽度以及焊缝波而使焊缝金属的外观变得良好的效果、以及防止凝固后不久的焊缝金属的氧化以及氮化的效果。根据专利文献7所公开的焊丝，不能获得这些焊接熔渣的效果。

在专利文献8所公开的药芯焊丝中，根据专利文献8的实施例，可以使焊缝金属中的扩散性氢量降低至低于1.9ml/100g。本发明人获得了如下的见解：如果不使焊缝金属中的扩散性氢量降低至1.0ml/100g以下，则为提高焊缝金属的低温开裂性而不可能不需要或者减轻预热。另外，在专利文献8中，并没有公开使飞溅量减少的手段。专利文献8的实施例全部涉及使用由Ar和20％CO₂构成的保护气体的焊接。因此，在将专利文献8的焊丝适用于使用100％CO₂气体的焊接的情况下，将产生过剩量的飞溅而使焊接作业性降低。

在专利文献9中，并没有公开使焊缝金属的低温开裂性得以提高的手段。特别地，专利文献9所公开的氟化物的量对于降低焊缝金属的扩散性氢量是不充分的。再者，本发明人进行了研究，结果可知专利文献9所公开的Al量对于进行100％CO₂焊接是不充分的。因此，根据专利文献9的药芯焊丝，不可能不需要或者减轻预热，而且使将100％CO₂气体用作保护气体的焊接的焊接性发生劣化。

专利文献10以及11所公开的药芯焊丝并不含有为充分提高焊接性所需要量的TiO₂。另外，专利文献10以及11由于设想将大量的CaF₂添加到药芯焊丝中，因而专利文献10所公开的药芯焊丝在将100％CO₂气体用作保护气体的焊接时将大量产生飞溅。

关于专利文献12所公开的Al量，本发明人进行了研究，结果可知对于使电弧稳定而减少飞溅量是不充分的。专利文献12中记载的药芯焊丝在保护气体为Ar和CO₂的混合气体的焊接中显示出良好的焊接性，但可以认为它不能适用于保护气体为100％CO₂的焊接。再者，专利文献12所公开的药芯焊丝并不具有用于使低温开裂敏感性充分降低的特征。因此，根据专利文献12的药芯焊丝，不可能不需要或者减轻预热。

专利文献13以及14所公开的药芯焊丝虽然以减少焊接抗拉强度690MPa级的钢板而得到的焊接区的扩散性氢量为目的，但对于抗拉强度更高而在此以上的钢板的焊接，不能将焊接区的扩散性氢量减少至可以不需要或者减轻预热的程度。本发明人使用专利文献13以及14所公开的药芯焊丝而进行了实验，结果在抗拉强度超过690MPa的钢板的焊接中，不能不进行预热而防止低温开裂。另外，通过本发明人的研究还弄清楚了专利文献13以及14所公开的药芯焊丝不能充分地进行焊缝金属的脱氧，进而立焊性较差。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2008-149341号公报

专利文献2：日本特开2013-18012号公报

专利文献3：日本特开2013-184204号公报

专利文献4：日本特开平1-271098号公报

专利文献5：日本特开2014-14833号公报

专利文献6：日本特开2014-79807号公报

专利文献7：日本特开2002-331384号公报

专利文献8：日本特开2007-90376号公报

专利文献9：日本特开2013-151001号公报

专利文献10：日本特开平6-155079号公报

专利文献11：日本特开平8-257785号公报

专利文献12：日本特开2013-18012号公报

专利文献13：日本特开2010-274304号公报

专利文献14：日本特开2011-255385号公报

发明内容

发明所要解决的课题

本发明的目的在于：鉴于现有技术的问题，提供一种药芯焊丝，其可以得到高强度且高韧性、耐低温开裂性优良、并具有良好的焊缝形状的焊接区，可以大幅度降低焊接中的飞溅发生量，可以使焊接中的熔融金属的粘度上升。

另外，本发明的目的还在于：提供一种能够适用于全位置焊接、可以不需要或者减轻用于防止焊缝金属开裂的预热作业、且能够大幅度降低飞溅发生量的焊接接头的制造方法。

进而本发明的目的还在于：提供一种高强度且高韧性、并包括具有良好的焊缝形状的焊接区的焊接接头。

用于解决课题的手段

本发明的要旨如下所述。

(1)本发明的一方式涉及一种药芯焊丝，其具有钢制外皮、和填充于所述钢制外皮的内部的焊剂，其中，所述焊剂包括：氟化物，其以相对于所述药芯焊丝的整个质量的F换算值计，合计含有0.11％以上的选自CaF₂、MgF₂、LiF、NaF、K₂ZrF₆、BaF₂、K₂SiF₆、Na₃AlF₆之中的1种或者2种以上；Ti氧化物(TiO₂换算值)，其以相对于所述药芯焊丝的所述整个质量的质量％计，为4.30～7.50％；除所述Ti氧化物和Ca氧化物以外的氧化物，其以相对于所述药芯焊丝的所述整个质量的质量％计，合计含有0.30～2.40％的选自Fe氧化物、Ba氧化物、Na氧化物、Si氧化物、Zr氧化物、Mg氧化物、Al氧化物、Mn氧化物以及K氧化物之中的1种或者2种以上；以及碳酸盐，其以相对于所述药芯焊丝的所述整个质量的质量％计，合计含有0～0.60％的选自MgCO₃、Na₂CO₃、LiCO₃、CaCO₃、K₂CO₃、BaCO₃、FeCO₃以及MnCO₃之中的1种或者2种以上；所述Ca氧化物(CaO换算值)的含量以相对于所述药芯焊丝的所述整个质量的质量％计，为0％以上且低于0.20％；所述CaF₂的含量以相对于所述药芯焊丝的所述整个质量的质量％计，为0％以上且低于0.50％；所述药芯焊丝中的除所述氟化物、所述氧化物、所述Ti氧化物、所述Ca氧化物以及所述碳酸盐以外的化学成分以相对于所述药芯焊丝的所述整个质量的质量％计，含有C：0.003～0.120％、Si：0.45～1.00％、Mn：1.00～3.50％、P：0.030％以下、S：0.020％以下、Al：0.08～0.70％、Cu：0～0.05％、Ni：0～0.60％、Cr：0～1.00％、Mo：0～1.00％、Nb：0～0.20％、V：0～0.200％、Ti：0～0.10％、B：0～0.020％、Bi：0～0.030％、Mg：0～0.90％、Ca：0～0.50％、以及REM：0～0.0100％，剩余部分包括Fe和杂质；由式1算出的Z值为2.00％以下，由式2算出的V值为5.0～27.0，由式3算出的Ceq为0.30～1.00％；

Z＝0.7×([Na₃AlF₆]+[NaF]+[MgF₂])+0.8×([K₂SiF₆]+[K₂ZrF₆])+0.9×([LiF]+[BaF₂])+3.5×([CaF₂])：式1

V＝([TiO₂]+1.2×[SiO₂]+1.4×[Al₂O₃]+1.5×[ZrO₂])/(F)^1/2：式2

Ceq＝[C]+[Si]/24+[Mn]/6+[Ni]/40+[Cr]/5+[Mo]/4+[V]/14：式3

式1中用方括号括起来的化学式为对应于各化学式的化合物以相对于所述药芯焊丝的所述整个质量的质量％计的含量，式2中用方括号括起来的化学式为对应于各化学式的化合物以相对于所述药芯焊丝的所述整个质量的、所述各自的换算值计的含量，式2中的F为所述氟化物的以F换算值计的合计含量，式3中用方括号括起来的元素符号为所述药芯焊丝的除所述氟化物、所述氧化物、所述Ti氧化物、所述Ca氧化物以及所述碳酸盐以外的所述化学成分中对应于各元素符号的元素的、以相对于所述药芯焊丝的所述整个质量的质量％计的含量。

(2)根据上述(1)所述的药芯焊丝，其中，所述氟化物以相对于所述药芯焊丝的整个质量的所述F换算值计的所述合计含量也可以为0.50％以上。

(3)根据上述(1)或(2)所述的药芯焊丝，其中，所述Z值也可以为1.80％以下。

(4)根据上述(1)～(3)中任一项所述的药芯焊丝，其中，所述Na₃AlF₆、所述NaF以及所述MgF₂以相对于所述药芯焊丝的所述整个质量的质量％计的含量的合计与所述氟化物以相对于所述药芯焊丝的所述整个质量的质量％计的含量的合计之比也可以为0.50以上。

(5)根据上述(1)～(4)中任一项所述的药芯焊丝，其中，所述钢制外皮也可以具有无缝形状。

(6)根据上述(1)～(4)中任一项所述的药芯焊丝，其中，所述钢制外皮也可以具有狭缝状间隙。

(7)根据上述(1)～(6)中任一项所述的药芯焊丝，其中，所述药芯焊丝也可以进一步具有涂布于所述药芯焊丝表面的全氟聚醚油。

(8)根据上述(1)～(7)中任一项所述的药芯焊丝，其中，所述药芯焊丝中的氢含量相对于所述药芯焊丝的所述整个质量也可以为12ppm以下。

(9)根据上述(1)～(8)中任一项所述的药芯焊丝，其中，所述CaF₂的含量以相对于所述药芯焊丝的所述整个质量的质量％计，也可以低于0.20％。

(10)本发明的其它方式涉及一种焊接接头的制造方法，其具有使用上述(1)～(9)中任一项所述的药芯焊丝而对钢材实施气体保护弧焊的工序。

(11)根据上述(10)所述的焊接接头的制造方法，其中，所述钢材也可以是选自板厚为12mm以下、Pcm为0.36％以下的钢板，板厚超过12mm且在25mm以下、Pcm为0.33％以下的钢板，板厚超过25mm且在40mm以下、Pcm为0.31％以下的钢板，以及板厚超过40mm且在100mm以下、Pcm为0.29％以下的钢板之中的1种；在对所述钢材实施所述气体保护弧焊时，在所述钢材的温度低于5℃的情况下，对所述钢材进行预热，使所述钢材的温度达到5℃以上，在所述钢材的温度为5℃以上的情况下，不对所述钢材进行预热而进行气体保护弧焊；在此，Pcm由式4算出，

Pcm＝[C]+[Si]/30+[Mn]/20+[Cu]/20+[Ni]/60+[Cr]/20+[Mo]/15+[V]/10+5×[B]：式4

其中，带[]的元素符号表示所述钢材中含有的各自的所述元素符号所对应的元素以单位质量％计的含量。

(12)本发明的其它方式涉及一种焊接接头，其采用上述(10)或(11)所述的焊接接头的制造方法而得到。

(13)本发明的其它方式涉及一种药芯焊丝，其具有钢制外皮、和填充于所述钢制外皮的内部的焊剂，其中，使用所述药芯焊丝并在JIS Z3118所规定的条件下通过实施直流气体保护弧焊而得到的焊缝金属的扩散性氢量为1.0ml/100g以下；使用所述药芯焊丝并在焊丝侧为正极、焊接位置为平焊、电流值为270A、电压值为30V、焊接速度为30cm/min、保护气体种类为100％CO₂气体、以及保护气体流量为25L/min的条件下进行直流气体保护弧焊时，所产生的飞溅物每单位焊接时间的重量在3.5g/min以下。

(14)本发明的其它方式涉及一种药芯焊丝，其具有钢制外皮、和填充于所述钢制外皮的内部的焊剂，其中，所述药芯焊丝以相对于所述药芯焊丝的整个质量的质量％计，含有Al：0.08～0.70％、Ni：0～0.60％、Ti氧化物的TiO₂换算值：4.30～7.50％；使用所述药芯焊丝并在JIS Z3118所规定的条件下通过实施直流气体保护弧焊而得到的焊缝金属的扩散性氢量为1.0ml/100g以下；使用所述药芯焊丝并在焊丝侧为正极、焊接位置为平焊、电流值为270A、电压值为30V、焊接速度为30cm/min、保护气体种类为100％CO₂气体、以及保护气体流量为25L/min的条件下进行直流气体保护弧焊时，所产生的飞溅物每单位焊接时间的重量在3.5g/min以下。

发明的效果

本发明的药芯焊丝可以得到具有高强度和高韧性、耐低温开裂性优良、以及具有良好的焊缝形状的焊接区，可以大幅度降低焊接中的飞溅发生量，并且可以使焊接中的熔融金属的粘度上升。本发明的药芯焊丝即使与所有种类的保护气体组合也可以得到上述的效果，特别地，在供给将容易产生飞溅的100％CO₂气体用作保护气体的焊接的情况下，相对于以前的药芯焊丝显示出明显的优势。

本发明的焊接接头的制造方法能够适用于全位置焊接，不需要用于防止焊缝金属开裂的预热作业或者可以显著降低预热作业，并且进而可以大幅度降低飞溅发生量。

本发明的焊接接头包含具有高强度和高韧性、并且具有良好的焊缝形状的焊接区。

附图说明

图1是表示实施例的拉伸试验片以及夏比试验片的采集位置的图。

图2A是对接边缘面而焊接制作的药芯焊丝的断面照片。

图2B是对接边缘面而制作的药芯焊丝的断面照片。

图2C是对边缘面进行敛缝而制作的药芯焊丝的断面照片。

图3是表示药芯焊丝的氟化物的F换算值、和焊缝金属的扩散性氢量之间的关系的图。

图4是表示药芯焊丝的飞溅发生指数(Z值)、和焊接时的飞溅量之间的关系的图。

图5是表示在药芯焊丝中作为合金成分含有的Si的含量、和焊接时的垂落上限电流值之间的关系的图。

图6是表示在药芯焊丝中作为合金成分含有的Al的含量、和焊接时的垂落上限电流值之间的关系的图。

图7是表示在药芯焊丝中作为合金成分含有的Ni的含量、和焊缝金属的y形焊接开裂试验中的开裂发生率之间的关系的图。

图8A是仰焊时不产生垂落的焊缝金属的照片。

图8B是仰焊时产生垂落的焊缝金属的照片。

具体实施方式

本实施方式的药芯焊丝具有钢制外皮、和填充于钢制外皮的内部的焊剂。下面就构成本实施方式的药芯焊丝的要件的限定理由进行说明。

首先，就本实施方式的药芯焊丝的焊剂中含有的成分进行说明。

本实施方式的药芯焊丝的焊剂含有氟化物、Ti氧化物、氧化物(Ti氧化物和Ca氧化物除外)，优选进一步含有碳酸盐。另外，本实施方式的药芯焊丝的焊剂也可以进一步含有Ca氧化物以及铁粉，而Ca氧化物以及铁粉对于解决本实施方式的药芯焊丝的课题是不需要的。下面就这些成分进行详细的说明。此外，在以下的说明中，“％”只要没有特别说明，就意味着“相对于药芯焊丝的整个质量的质量％”。

(Ti氧化物的TiO₂换算值：以相对于药芯焊丝的整个质量的质量％计为4.30～7.50％)

本实施方式的药芯焊丝的焊剂以TiO₂换算值计含有4.30～7.50％的Ti氧化物。Ti氧化物主要作为造渣剂发挥作用。在使用Ti氧化物的含量低于4.3％的药芯焊丝进行向上立焊的情况下，由于不能确保为使熔融金属不会垂落地受到支撑而数量充分的熔渣，因而不能确保立焊性。因此，将Ti氧化物的含量的下限值设定为4.30％。Ti氧化物的含量的下限值更优选为4.50％。为了提高立焊性，也可以将Ti氧化物的含量的下限值设定为4.70％、4.90％、5.00％、5.20％或者5.30％。

另一方面，超过7.50％的Ti氧化物由于使熔渣量过剩地增大，因而使夹渣(slaginclusion)的缺陷增加。因此，将Ti氧化物的含量的上限值设定为7.50％。Ti氧化物的含量的上限值更优选为7.00％。也可以根据需要，将Ti氧化物的含量的上限值设定为6.70％、6.40％、6.20％、6.00％、5.90％或者5.80％。

此外，所谓Ti氧化物的TiO₂换算值(质量％)，意味着将Ti的氧化物全部假定为TiO₂时的TiO₂的含量。对于下面将要说明的CaO氧化物等的换算值也同样。

(氟化物相对于药芯焊丝的整个质量的F换算值的合计：0.11％以上)

本实施方式的药芯焊丝的焊剂以相对于药芯焊丝的整个质量的F换算值计，合计含有0.11％以上的氟化物。所谓相对于药芯焊丝的整个质量的F换算值，是指将氟化物中含有的氟(F)的量用相对于药芯焊丝的整个质量的质量％来表示，可根据以下的式A而求出。

0.487×CaF₂+0.610×MgF₂+0.732×LiF+0.452×NaF+0.402×K₂ZrF₆+0.217×BaF₂+0.517×K₂SiF₆+0.543×Na₃AlF₆……式A

以上的式A中的氟化物的化学式表示对应于各化学式的氟化物相对于药芯焊丝的整个质量的质量％。各氟化物的化学式的系数可以由各氟化物的化学式量算出。例如，CaF₂的F换算值的系数0.487是通过将使氟原子量19.00成为2倍的的值除以CaF₂的化学式量78.08所得到的值。此外，在药芯焊丝中含有不包括在上述的式A中的氟化物的情况下，可以根据该氟化物的化学式对上述的式A进行变形。

焊剂中的氟化物具有使焊缝金属中的扩散性氢量减少、从而明显提高焊缝金属的耐低温开裂性的作用。其原因并不清楚，但可以推测是因为氟化物中的F和氢(H)在焊接中键合而成为氟化氢(HF)，该HF向焊缝金属外放出。然而，在焊剂中的氟化物量的F换算值的合计低于0.11％的情况下，由于焊缝金属中的扩散性氢量不会充分降低，因而焊缝金属的耐低温开裂性并不充分。因此，本实施方式的药芯焊丝的焊剂以F换算值计，需要含有0.11％以上的氟化物。为了进一步降低焊缝金属的扩散性氢量，也可以将氟化物以F换算值计的合计量的下限设定为0.14％、0.21％、0.30％、0.35％、0.40％、0.45％、0.50％、0.60％、0.65％、0.70％、或者0.80％、或者0.90％。另一方面，在欲使飞溅发生量的降低比扩散性氢量的降低更为优先的情况下，即使将F换算值的合计量的上限设定为2.00％、1.70％、1.50％、1.30％、1.10％、1.00％、0.90％、0.80％、0.70％、0.60％、0.50％或者0.40％也没关系。

上述的见解可以通过下面将要说明的实验来得到。本发明人使用F换算值不同的各种药芯焊丝，在下面的条件下进行直流气体保护弧焊，对F换算值和焊缝金属的扩散性氢量之间的关系进行了调查。

焊丝极性：正极

焊丝直径：1.2mm

焊接位置：平焊

焊接气体种类：100％CO₂

焊接气体流量：25L/min

焊接电流：270A

电压：30V

焊接速度：35cm/min

焊接环境的温度：20℃

焊接环境的湿度：60％

根据上述的实验的结果，本发明人所制作的表示药芯焊丝的F换算值与使用药芯焊丝而得到的焊接区的扩散性氢量之间的关系的图如图3所示。图3的图示出了为了将扩散性氢量设定为1.0ml/100g以下而需要将F换算值设定为0.11％以上，为了将扩散性氢量稳定地设定为低于0.6ml/100g而优选将F换算值设定为0.21％以上，以及为了将扩散性氢量稳定地设定为低于0.4ml/100g而优选将F换算值设定为0.50％以上。

在氟化物的含量过剩的情况下，焊接中的飞溅量增大。然而，在本实施方式的药芯焊丝中，没有必要规定氟化物的F换算值的上限值。这是因为本发明人发现：应该使用后述的飞溅发生指数Z来限制氟化物的含量的上限值。只要飞溅发生指数Z在下面将要说明的范围内，就优选使氟化物的F换算值增大。

(氟化物的种类：含有选自CaF₂、MgF₂、LiF、NaF、K₂ZrF₆、BaF₂、K₂SiF₆、Na₃AlF₆之中的1种或者2种以上)

本实施方式的药芯焊丝的氟化物含有选自CaF₂、MgF₂、LiF、NaF、K₂ZrF₆、BaF₂、K₂SiF₆、Na₃AlF₆之中的1种或者2种以上，但也可以含有这些以外的氟化物。这些氟化物作为电离所产生的Ca、Mg、Li、Na、K、Zr、Ba、Si以及Al与氧键合而使焊缝金属中的氧含量降低的脱氧元素发挥作用。这些各种氟化物的含量的下限值只要F换算值的合计为0.11％以上，就没有特别的限定。

只要上述的氟化物的F换算值、后述的飞溅发生指数Z以及后述的CaF₂的含量在规定范围内，氟化物的种类以及组成就并不受到限定。但是，K₂ZrF₆以及K₂SiF₆由于作为电弧稳定剂发挥作用，因而本实施方式的药芯焊丝的氟化物优选含有K₂ZrF₆以及K₂SiF₆。另外，从电弧的稳定性的角度考虑，优选在焊剂中含有多种氟化物，从而优选将单一种类的氟化物的含量设定为2.0％以下。再者，氟化物优选含有难以使后述的飞溅发生指数Z增大的Na₃AlF₆、NaF以及MgF₂之中的任一种。因此，Na₃AlF₆、NaF以及MgF₂以相对于药芯焊丝的整个质量的质量％计的含量的合计与氟化物以相对于药芯焊丝的整个质量的质量％计的含量的合计之比更优选为0.50(50％)以上。再者，也可以将以相对于药芯焊丝的整个质量的质量％计的Na₃AlF₆、NaF以及MgF₂的含量的合计值在整个氟化物的含量的合计值中所占的比例设定为60％以上、80％以上、90％以上或者100％。另外，也可以将以相对于药芯焊丝的整个质量的质量％计的Na₃AlF₆以及NaF的含量的合计值在整个氟化物的含量的合计值中所占的比例设定为50％以上、60％以上、80％以上、90％以上或者100％。

(飞溅发生指数Z(Z值)：2.00％以下)

在氟化物的含量过大的情况下，焊接时产生的飞溅物的量变得过剩，从而使焊接性劣化。本发明人就尽可能地使F换算值增加、且将飞溅量减少至容许范围内的方法进行了研究。其结果是，本发明人发现：Na₃AlF₆、NaF以及MgF₂与其它种类的氟化物相比，更难以使飞溅量增大，CaF₂与其它种类的氟化物相比，更容易使飞溅量增大。而且本发明人进行了进一步的研究，结果发现在由以下的式B算出的飞溅发生指数Z(Z值)和飞溅量之间存在良好的相关关系。

Z＝0.7×([Na₃AlF₆]+[NaF]+[MgF₂])+0.8×([K₂SiF₆]+[K₂ZrF₆])+0.9×([LiF]+[BaF₂])+3.5×([CaF₂])……式B

在上述的式B中，用方括号括起来的化学式为对应于各化学式的氟化物以相对于药芯焊丝的整个质量的质量％计的含量。本发明人就各种氟化物的添加量和飞溅发生量之间的关系进行了调查，得到了一个回归方程式，该回归方程式弄清楚了各氟化物对飞溅的发生量所产生的影响。图4是表示药芯焊丝的Z值和飞溅量之间的关系的图。图4的图的横轴为由上述的式B得到的Z值，纵轴为飞溅发生量。飞溅发生量是在进行焊接位置为平焊、焊丝直径为1.2mm、电极极性为正极、电流值为270A、电压值为30V、速度为30cm/min、保护气体种类为100％CO₂气体、以及保护气体流量为25L/min的直流气体保护弧焊时，将所产生的飞溅物的重量除以焊接时间所得到的值。

由图4的图可知：Z值和飞溅量之间存在良好的相关关系，为将飞溅量设定为3.5g/min以下，需要将Z值设定为2.0％以下。因此，在本实施方式的药芯焊丝中，为了使Z值在2.00％以下，需要对氟化物的含量进行控制。Z值的优选的上限为1.80％。在欲进一步降低飞溅发生量的情况下，也可以将Z值的上限值设定为1.60％、1.40％、1.20％、1.00％、0.90％、0.80％或者0.70％。

不需要对Z值的下限值进行限定。然而，由于需要将F换算值的合计设定为0.11％以上，因而也可以将能够满足F换算值的规定的Z值的最小值设定为Z值的下限值。也就是说，Z值达到最小的情况是F换算值的合计取最低值(0.11％)、且氟化物仅由MgF₂构成的情况，此时的MgF₂的必要最小量为0.180％(＝0.110/0.610)。因此，没有Z值的下限值低于0.126％(＝0.180×0.700)的可能性。因此，也可以将Z值的下限值设定为0.126％。在谋求扩散性氢量的进一步降低的情况下，即使将Z值的下限值设定为0.20％、0.40％、0.60％、0.80％、1.00％、1.20％、1.40％、1.60％或者1.80％也没关系。只要氟化物的F换算值的合计在上述的下限值以上，Z值优选为较小者。

(CaF₂的含量：以相对于药芯焊丝的整个质量的质量％计低于0.50％)

CaF₂为特别容易使飞溅量增大的氟化物。本发明人获得了如下的见解：即使氟化物的Z值低于2.00％，0.50％以上的CaF₂也产生大量的飞溅，从而使焊接作业性恶化。因此，在本实施方式的药芯焊丝中，需要将CaF₂的含量设定为低于0.50％。CaF₂含量优选的上限值为0.20％。也可以根据需要，将CaF₂的含量设定为低于0.10％、低于0.06％、低于0.04％或者低于0.02％。另外，本实施方式的药芯焊丝由于不需要CaF₂，因而CaF₂含量的下限值为0％。

(除Ti氧化物和Ca氧化物以外的氧化物的含量的合计量：以相对于药芯焊丝的整个质量的质量％计为0.30～2.40％)

(除Ti氧化物和Ca氧化物以外的氧化物的种类：含有选自Fe氧化物、Ba氧化物、Na氧化物、Si氧化物、Zr氧化物、Mg氧化物、Al氧化物、Mn氧化物以及K氧化物之中的1种或者2种以上)

本实施方式的药芯焊丝的焊剂如上所述，含有Ti氧化物。另外，如后所述，在本实施方式的药芯焊丝的焊剂中，Ca氧化物(CaO换算值)的含量设定为0.10％以下。本实施方式的药芯焊丝的焊剂在用与下述的各氧化物对应的换算值进行计算的情况下，以相对于药芯焊丝的整个质量的质量％计，合计含有0.30～2.40％的除Ti氧化物和Ca氧化物以外的这些氧化物作为造渣剂。除Ti氧化物和Ca氧化物以外的氧化物含有选自Fe氧化物(用FeO进行换算)、Ba氧化物(用BaO进行换算)、Na氧化物(用Na₂O进行换算)、Si氧化物(用SiO₂进行换算)、Zr氧化物(用ZrO₂进行换算)、Mg氧化物(用MgO进行换算)、Al氧化物(用Al₂O₃进行换算)、Mn氧化物(用MnO₂进行换算)、以及K氧化物(用K₂O进行换算)之中的1种或者2种以上，但也可以含有除这些以外的氧化物。也就是说，本实施方式的药芯焊丝的焊剂以相对于药芯焊丝的整个质量的FeO、BaO、Na₂O、SiO₂、ZrO₂、MgO、Al₂O₃、MnO₂或者K₂O各自的换算值计，合计含有0.30～2.40％的选自Fe氧化物、Ba氧化物、Na氧化物、Si氧化物、Zr氧化物、Mg氧化物、Al氧化物、Mn氧化物以及K氧化物之中的1种或者2种以上，含有所述除Ti氧化物和Ca氧化物以外的氧化物。下面有时将“除Ti氧化物和Ca氧化物以外的氧化物”称之为“氧化物”。

氧化物具有良好地维持焊缝形状的效果、和提高立焊性的效果。Na氧化物、K氧化物、Mg氧化物、Fe氧化物等也具有使电弧稳定的效果。为了得到该效果，有必要将氧化物的含量设定为0.30％以上。为了更加发挥出这些效果，也可以将氧化物的含量的下限设定为0.50％、0.70％、0.90％、1.00％、1.10％或者1.20％。但是，如果氧化物的含量超过2.40％，则有可能产生夹渣。氧化物优选的上限值为2.20％、2.00％、1.90％、1.80％、1.70％、1.60％或者1.50％。

虽然没有必要对每个氧化物的种类规定氧化物的含量，但例如Si氧化物：0.08％～0.95％、Zr氧化物：0.80％以下、Al氧化物：0.50％以下的组成是合适的。此外，在本实施方式中，氧化物的含量除Fe氧化物、Ba氧化物、Na氧化物、Si氧化物、Zr氧化物、Mg氧化物、Al氧化物、Mn氧化物以及K氧化物的合计量以外，焊剂的造粒中使用的粘结剂等中含有的氧化物也看作是合计的含量。

(V值：5.0～27.0)

在本实施方式的焊剂焊丝中，需要将由以下的式C算出的V值设定为5.0～27.0。

V＝([TiO₂]+1.2×[SiO₂]+1.4×[Al₂O₃]+1.5×[ZrO₂])/(F)^1/2……式C

以上的式C中用方括号括起来的对应于各化学式的化合物表示各化合物以相对于药芯焊丝的整个质量的质量％计的含量，表示以对应于前述的各氧化物的换算值计的含量。F表示氟化物以F换算值计的合计含量。本发明人发现：需要使氧化物中的Ti氧化物(TiO₂换算值)、Si氧化物(SiO₂换算值)、Al氧化物(Al₂O₃换算值)以及Zr氧化物(ZrO₂换算值)的量与氟化物量之间的关系处在适当的范围内。本发明人获得了如下的见解：在使用Ti氧化物、Si氧化物、Al氧化物以及Zr氧化物的量相对于氟化物量过多即V值超过27.0的药芯焊丝而进行焊接的情况下，具有高熔点的氧化物系熔渣的量增多，因而容易产生夹渣。另一方面，本发明人还获得了如下的见解：在使用Ti氧化物、Si氧化物、Al氧化物以及Zr氧化物的量相对于氟化物量过少即V值低于5.0的药芯焊丝而进行焊接的情况下，因氟化物而使电弧力升高，熔融金属受到压迫，从而容易产生焊缝形状的劣化和立焊性的劣化。因此，本实施方式的药芯焊丝的V值被设定为5.0～27.0。V值的下限值优选为7.0、9.0、10.0、11.0或者12.0。V值的上限值优选为25.0、22.5、20.0、18.0、16.0或者15.0。

(碳酸盐含量的合计：以相对于药芯焊丝的整个质量的质量％计为0～0.60％)

本实施方式的药芯焊丝的焊剂没有必要含有碳酸盐。因此，在本实施方式的药芯焊丝中，碳酸盐的含量的下限值为0％。然而，碳酸盐因电弧而电离，从而产生CO₂气体。CO₂气体使焊接气氛中的氢分压下降，从而降低焊缝金属中的扩散性氢量。为了获得该效果，本实施方式的药芯焊丝的焊剂也可以含有碳酸盐。

另一方面，数量超过0.60％的碳酸盐有可能产生焊缝的垂落而使焊接作业性恶化。因此，需要将本实施方式的药芯焊丝的焊剂所含有的碳酸盐的上限值设定为0.60％。碳酸盐的含量优选的上限值为0.40％。也可以根据需要，将碳酸盐的含量的上限值设定为0.30％、0.20％、0.10％、0.06％或者0.03％。

(碳酸盐的种类：含有选自MgCO₃、Na₂CO₃、LiCO₃、CaCO₃、K₂CO₃、BaCO₃、FeCO₃以及MnCO₃之中的1种或者2种以上)

本实施方式的药芯焊丝的焊剂中含有的碳酸盐的种类含有选自MgCO₃、Na₂CO₃、LiCO₃、CaCO₃、K₂CO₃、BaCO₃、FeCO₃以及MnCO₃之中的1种或者2种以上，但并不局限于此。只要碳酸盐的含量在上述的范围内，碳酸盐的种类以及组成就并不受到限定。

(Ca氧化物：以相对于药芯焊丝的整个质量的质量％计，以CaO换算计低于0.20％)

在本实施方式的药芯焊丝的焊剂中，有时含有Ca氧化物。然而，在本实施方式的药芯焊丝中，需要将焊剂中的Ca氧化物的含量设定为低于0.20％(CaO换算)。Ca氧化物有时增大飞溅而使焊接性恶化。Ca氧化物的含量优选的上限值为0.15％、0.10％、0.05％、0.02％或者0.01％。Ca氧化物由于优选不含有，因而Ca氧化物的含量的下限值为0％。Ca氧化物在通常的焊剂材料中有可能作为杂质含有0.20％以上，因而在本实施方式的药芯焊丝的制造时，有必要选定不含有Ca氧化物的材料。

如上所述，在本实施方式的药芯焊丝的焊剂中也可以含有铁粉。铁粉有时为了调整药芯焊丝中的焊剂的填充率、或者为了提高熔敷效率而根据需要含有。但是，附着于铁粉表层的氧有时增加焊缝金属的氧含量，从而使韧性降低。因此，在本实施方式的药芯焊丝中，优选将铁粉的含量设定为低于10.0％。也可以根据需要，将铁粉的含量的上限值限制为8.0％、6.0％、4.0％、2.0％或者1.0％。为解决本实施方式的药芯焊丝的课题而不需要铁粉，因而在本实施方式的药芯焊丝中，铁粉的含量的下限值为0％。

本实施方式的焊剂也可以含有除上述的成分以外的成分。例如，也可以在不是氟化物、氧化物或者碳酸盐的状态(例如金属粉或者合金粉的状态)下，于焊剂中含有熔敷金属的化学成分以及用于控制Ceq的合金成分。此外，金属粉以及合金粉在焊接时与钢制外皮同样熔融，对焊缝金属产生影响。因此，后述的合金成分无论以金属粉或者合金粉的形态在药芯焊丝中含有、还是以钢制外皮的形态在药芯焊丝中含有，都取得相同的效果。

接着，就本实施方式的药芯焊丝中的除氟化物、氧化物(除Ti氧化物和Ca氧化物以外)、Ti氧化物、Ca氧化物以及碳酸盐以外的化学成分进行说明。在以下的说明中，只要没有特别说明，“％”就意味着“相对于药芯焊丝的整个质量的质量％”。下面将要说明的化学成分既可以含在钢制外皮中，也可以如上述那样含在焊剂中，还可以含在钢制外皮的外表面的镀层中。在以下的说明中，有时将“药芯焊丝中的除氟化物、氧化物、Ti氧化物、Ca氧化物以及碳酸盐以外的化学成分”简称为“药芯焊丝的化学成分”。

(C：0.003～0.120％)

C对于通过固溶强化而确保焊缝金属的屈服强度以及抗拉强度是重要的元素。在药芯焊丝的化学成分的C含量低于0.003％时，不能确保焊缝金属的屈服强度以及抗拉强度。另一方面，如果药芯焊丝的化学成分的C含量超过0.120％，则焊缝金属中的C含量变得过剩，焊缝金属的屈服强度以及抗拉强度过度上升，从而焊缝金属的韧性降低。为了使焊缝金属的韧性、屈服强度以及抗拉强度都稳定地得到确保，优选将药芯焊丝的化学成分的C含量的下限值设定为0.030％，优选将药芯焊丝的化学成分的C含量的上限值设定为0.080％。也可以根据需要，将C含量的下限设定为0.010％、0.020％、0.030％、0.040％、0.050％或者0.060％。同样地，也可以将C含量的上限设定为0.100％、0.090％、0.080％或者0.070％。

(Si：0.45～1.00％)

Si为脱氧元素，具有降低焊缝金属的氧含量而提高焊缝金属的纯净度的作用。进而本发明人获得了如下的见解：使用100％CO₂气体而进行焊接时，药芯焊丝中含有的Si提高焊缝金属的粘性，防止立焊时焊缝金属的垂落，从而提高立焊性。本发明人就Si含量不同的各种药芯焊丝的垂落上限电流值进行了调查。所谓垂落上限电流值，是指使用电弧焊机器人以及药芯焊丝，在焊接速度为15cm/min、摆动(weaving)宽度为14mm、摆动频率为0.8Hz、以及焊接气体种类为100％CO₂的焊接条件下，当一边以5A的间距使焊接电流值上升一边进行向上焊接时，不会产生焊缝金属垂落的电流值的最大值。图8A是没有产生垂落的焊接区的照片，图8B是产生了垂落的焊接区的照片。本发明人制作的表示药芯焊丝的Si含量和垂落上限电流值之间的关系的图如图5所示。当药芯焊丝的Si含量达到0.45％以上时，垂落上限电流值明显上升的情况如图5的图所示。根据以上的见解，本发明人将本实施方式的药芯焊丝的Si含量的下限值规定为0.45％。但是，在药芯焊丝的化学成分的Si含量超过1.00％的情况下，Si使焊缝金属的韧性劣化。为了稳定地确保焊缝金属的韧性，药芯焊丝的化学成分的Si含量的上限也可以设定为0.90％、0.80％、0.70％或者0.60％。也可以根据需要，将Si含量的下限设定为0.50％、0.55％、0.60％或者0.65％。

(Mn：1.00～3.50％)

Mn是为确保焊缝金属的淬透性而提高焊缝金属的强度所必要的元素。为了切实地获得其效果，需要将药芯焊丝的化学成分的Mn含量设定为1.00％以上。为了进一步提高焊缝金属的强度，也可以将药芯焊丝的化学成分的Mn含量的下限值设定为1.40％、1.60％、1.80％、2.00％或者2.10％。另一方面，在药芯焊丝的化学成分的Mn含量超过3.50％的情况下，增加焊缝金属的晶界脆化敏感性而使焊缝金属的韧性劣化。因此，将Mn含量的上限值设定为3.50％。Mn含量的上限值优选为3.20％、2.90％、2.70％、2.50％或者2.30％。

(P：0.030％以下)

P为杂质元素，使焊缝金属的韧性降低，因而药芯焊丝中的P含量需要尽可能降低。因此，药芯焊丝的化学成分的P含量的下限值为0％。另外，药芯焊丝的化学成分的P含量只要在0.030％以下，P对韧性的不良影响就在可以允许的范围内。为了防止焊缝金属的凝固开裂，药芯焊丝的化学成分的P含量更优选为0.020％以下、0.015％以下或者0.010％以下。

(S：0.020％以下)

S也是杂质元素，如果在焊缝金属中过高地存在，则使焊缝金属的韧性和延展性同时劣化，因而药芯焊丝中的S含量优选尽可能降低。因此，药芯焊丝的化学成分的S含量的下限值为0％。另外，药芯焊丝的化学成分的S含量只要在0.020％以下，S对焊缝金属的韧性以及延展性所产生的不良影响就在可以允许的范围内。药芯焊丝的化学成分的S含量更优选为0.010％以下、0.008％以下、0.006％以下或者0.005％以下。

(Al：0.08～0.70％)

Al为脱氧元素，与Si同样，使焊缝金属中的氧含量降低，从而具有提高焊缝金属的纯净度的效果。进而本发明人获得了如下的见解：进行各种研究的结果，Al提高焊缝金属的粘性，从而可以防止立焊时焊缝金属的垂落。本发明人就Al含量不同的各种药芯焊丝的垂落上限电流值进行了调查。所谓垂落上限电流值，是指使用电弧焊机器人以及药芯焊丝，在焊接速度为15cm/min、摆动宽度为14mm、摆动频率为0.8Hz、以及焊接气体种类为100％CO₂的焊接条件下，当一边以5A的间距使焊接电流值上升一边进行向上焊接时，不会产生焊缝金属垂落的电流值的最大值。图6是没有产生垂落的焊接区的照片，图6是产生了垂落的焊接区的照片。本发明人制作的表示药芯焊丝的Al含量和垂落上限电流值之间的关系的图如图6所示。在药芯焊丝的Al含量低于0.08％的情况下，垂落上限电流值降低的情况如图6的图所示。

本发明人根据上述的实验而获得了如下的见解：在焊剂含有上述量的Ti氧化物以及氟化物的情况下，为了通过提高焊缝金属的粘性而使焊接作业性得以提高，需要将药芯焊丝的化学成分的Al含量设定为0.08％以上。在药芯焊丝的化学成分的Al含量低于0.08％时，焊缝金属的粘性不足。特别地，保护气体为100％CO₂气体的立焊在药芯焊丝的化学成分的Al含量低于0.08％的情况下，由于焊接性较差，因而实施困难。另一方面，在药芯焊丝的化学成分的Al含量超过0.70％的情况下，Al形成氮化物以及氧化物等而使焊缝金属的韧性减少，进而Al也使飞溅增加。因此，将药芯焊丝的化学成分的Al含量的上限设定为0.70％。药芯焊丝的化学成分的Al含量的上限值优选为0.60％、0.50％、0.40％或者0.35％。药芯焊丝的化学成分的Al含量的下限值优选为0.10％、0.12％、0.16％、0.18％、0.20％或者0.22％。

本实施方式的药芯焊丝的化学成分除了以上的基本成分以外，还可以根据需要，含有下述的成分。

(Ni：0～0.60％)

Ni由于不是必须成分，因而药芯焊丝的Ni含量的下限值为0％。另外，本发明人还获得了如下的见解：在药芯焊丝的Ni含量过多的情况下，在使用该药芯焊丝而得到的焊接区的U形焊接开裂试验中，低温开裂发生率上升。本发明人使用Ni含量不同的各种药芯焊丝，在100％CO₂气体(焊接气体流量：25L/min)、焊接电流270A、焊接电压30V、焊接速度30cm/min、焊接位置：平焊、气氛：温度5℃、湿度60％、预热：无的焊接条件下，对布氏硬度(Brinell hardness)为450HB、Pcm为0.33、板厚为25mm的耐磨钢板进行焊接，并对由此得到的焊接接头按照JIS Z 3157(U形焊接开裂试验方法)实施U形焊接开裂试验。

根据上述的研究结果，本发明人所制作的表示药芯焊丝的Ni含量、和使用药芯焊丝而得到的焊接区的U形焊接开裂试验中的低温开裂发生率之间的关系的图如图7所示。在药芯焊丝的Ni含量为0.60％以下的情况下，开裂发生率为0％的情况如图7的图所示。因此，将药芯焊丝的化学成分的Ni含量的上限设定为0.60％。即使在被焊接材料为抗拉强度590MPa级以上的高强度钢的情况下，Ni含量为0.60％以下的药芯焊丝可以得到一种焊缝金属，其具有为不需要或者减轻预热而充分的耐低温开裂性。因Ni含量的增大而使低温开裂发生率上升的原因并不清楚，但本发明人推测其原因在于：由于Ni含量的增加，焊缝金属对氢变得敏感。药芯焊丝的化学成分的Ni含量的上限值优选为0.40％、0.20％或者0.15％。

另一方面，Ni通过提高淬透性而使焊缝金属的强度得以提高。Ni进而是通过固溶韧化(因固溶而提高韧性的作用)而使焊缝金属的韧性得以提高的元素。为了获得该效果，在药芯焊丝中也可以含有0.60％以下的Ni。

(Ti：0～0.10％)

Ti由于不是必须成分，因而药芯焊丝的化学成分的Ti含量的下限值为0％。另一方面，Ti是脱氧元素，具有使焊缝金属中的氧含量降低的效果。另外，药芯焊丝的化学成分中含有的Ti由于稍稍残留于焊缝金属中而固定固溶N，因而具有缓和固溶N对焊缝金属的韧性所产生的不良影响的效果。因此，药芯焊丝的化学成分也可以含有0.01％以上的Ti。然而，如果药芯焊丝的化学成分的Ti含量超过0.10％，则有可能因在焊缝金属中生成过度的析出物而产生韧性劣化。此外，在药芯焊丝的化学成分含有Ti的情况下，一般地说，在焊剂中含有钛铁(铁和钛的合金)。药芯焊丝的化学成分的Ti含量的上限值优选为0.08％、0.06％、0.04％或者0.02％。

(B：0～0.020％)

B由于不是必须成分，因而药芯焊丝的化学成分的B含量的下限值为0％。另一方面，B由于在焊缝金属中与固溶N结合而形成BN，因而具有减小固溶N对焊缝金属的韧性所产生的不良影响的效果。另外，B由于提高焊缝金属的淬透性，因而也具有提高焊缝金属强度的效果。因此，药芯焊丝的化学成分也可以含有0.0005％以上的B。然而，如果药芯焊丝的化学成分的B含量超过0.020％，则焊缝金属中的B变得过剩，形成粗大的BN以及Fe₂₃(C、B)₆等B化合物而使焊缝金属的韧性劣化，因而是不优选的。药芯焊丝的化学成分的B含量的上限值优选为0.015％、0.010％、0.005％、0.003％、0.001％。

(Mo：0～1.00％)

Mo由于不是必须成分，因而药芯焊丝的化学成分的Mo含量的下限值为0％。另一方面，Mo由于具有使焊缝金属的淬透性得以提高的效果，因而是对焊缝金属的高强度化有效的元素。为了得到该效果，将药芯焊丝的化学成分的Mo含量优选设定为0.01％以上。然而，在药芯焊丝的化学成分的Mo含量超过1.00％的情况下，由于使焊缝金属的韧性劣化，因而药芯焊丝的化学成分的Mo含量设定为1.00％以下。药芯焊丝的化学成分的Mo含量的上限值优选为0.75％、0.50％、0.30％、0.10％或者0.06％。

(Cu：0～0.50％)

Cu由于不是必须成分，因而药芯焊丝的化学成分的Cu含量的下限值为0％。另一方面，Cu具有提高焊缝金属的强度和韧性的效果。为了充分得到该效果，将药芯焊丝的化学成分的Cu含量优选设定为0.01％以上。Cu既可以在药芯焊丝的钢制外皮的表面镀层中含有，而且也可以在焊剂中作为单质或者合金含有。Cu镀层也具有提高防锈性、通电性以及耐焊嘴磨损性(tip wear resistance)的效果。因此，药芯焊丝的化学成分的Cu含量为钢制外皮以及焊剂中含有的Cu、和焊丝表面镀层中含有的Cu的合计量。另一方面，如果药芯焊丝的化学成分的Cu含量超过0.50％，则焊缝金属的韧性降低。药芯焊丝的化学成分的Cu含量的上限值优选为0.04％、0.30％或者0.20％。

(Nb：0～0.20％)

Nb由于不是必须成分，因而药芯焊丝的化学成分的Nb含量的下限值为0％。另一方面，Nb在焊缝金属中形成微细碳化物，该微细碳化物在焊缝金属中产生析出强化，因而Nb使焊缝金属的抗拉强度得以提高。为了充分得到该效果，将药芯焊丝的化学成分的Nb含量优选设定为0.005％以上。然而，如果药芯焊丝的化学成分的Nb含量超过0.20％，则Nb在焊缝金属中形成粗大的析出物而使焊缝金属的韧性劣化，因而是不优选的。药芯焊丝的化学成分的Nb含量的上限值优选为0.08％、0.06％、0.04％或者0.02％。

(V：0～0.200％)

V由于不是必须成分，因而药芯焊丝的化学成分的V含量的下限值为0％。另一方面，V由于使焊缝金属的淬透性得以提高，因而是对焊缝金属的高强度化有效的元素。为了充分得到该效果，将药芯焊丝的化学成分的V含量优选设定为0.010％以上。在药芯焊丝的化学成分的V含量超过0.200％的情况下，焊缝金属中的V碳化物的析出量变得过剩，焊缝金属过剩地硬化，从而使焊缝金属的韧性劣化。药芯焊丝的化学成分的V含量的上限值优选为0.160％、0.120％、0.080％、0.040％或者0.020％。

(Cr：0～1.00％)

Cr由于不是必须成分，因而药芯焊丝的化学成分的Cr含量的下限值为0％。另一方面，Cr由于提高焊缝金属的淬透性，因而是对提高焊缝金属强度有效的元素。为了充分得到该效果，将药芯焊丝的化学成分的Cr含量优选设定为0.10％以上。在药芯焊丝的化学成分的Cr含量超过1.00％的情况下，焊缝金属过剩地硬化，从而使焊缝金属的韧性劣化。药芯焊丝的化学成分的Cr含量的上限值优选为0.70％、0.40％、0.20％或者0.10％。

(Mg：0～0.90％)

Mg由于不是必须成分，因而药芯焊丝的化学成分的Mg含量的下限值为0％。另一方面，Mg为脱氧剂，是降低焊缝金属的氧含量、由此使焊缝金属的韧性得以提高的元素。为了充分得到该效果，将药芯焊丝的化学成分的Mg含量优选设定为0.10％以上。在药芯焊丝的化学成分的Mg含量超过0.90％的情况下，在电弧中激烈地产生Mg和氧的反应，从而使飞溅物以及烟雾的发生量增大。此外，药芯焊丝的化学成分的Mg含量优选的下限值为0.10％、0.15％、0.20％、0.25％或者0.30％。药芯焊丝的化学成分的Mg含量优选的上限值为0.70％、0.55％、0.45％或者0.35％。

(Bi：0～0.030％)

Bi由于不是必须成分，因而药芯焊丝的化学成分的Bi含量的下限值为0％。另一方面，Bi是改善熔渣的剥离性的元素。为了充分得到该效果，优选将药芯焊丝的化学成分的Bi含量设定为0.005％以上、0.010％以上或者0.012％以上。另一方面，在药芯焊丝的化学成分的Bi含量超过0.030％的情况下，由于在焊缝金属中容易发生凝固开裂，因而药芯焊丝的化学成分的Bi含量的上限值为0.030％。药芯焊丝的化学成分的Bi含量的上限值优选为0.025％、0.020％、0.017％或者0.015％。

(Ca：0～0.50％)

(REM：0～0.0100％)

Ca以及REM由于不是必须成分，因而药芯焊丝的化学成分的Ca含量以及REM含量的下限值为0％。另一方面，Ca以及REM均使焊缝金属中的硫化物的结构发生变化，而且使硫化物以及氧化物的尺寸微细化，由此具有使焊缝金属的延展性以及韧性得以提高的作用。因此，既可以将药芯焊丝的化学成分的Ca含量设定为0.002％以上，也可以将药芯焊丝的化学成分的REM含量设定为0.0002％以上。另一方面，在药芯焊丝的化学成分的Ca含量以及REM含量过剩的情况下，飞溅量增大，从而损害焊接性。因此，药芯焊丝的化学成分的Ca含量的上限值为0.50％，药芯焊丝的化学成分的REM含量的上限值为0.0100％。

(剩余部分：Fe和杂质)

以上为本实施方式的药芯焊丝的除氟化物、氧化物、Ti氧化物、Ca氧化物以及碳酸盐以外的化学成分的限定理由，而其它的剩余成分为Fe和杂质。剩余部分的Fe例如为钢制外皮中含有的Fe、以及在焊剂中添加的合金粉中的Fe等。所谓杂质，是指在工业生产药芯焊丝时，来源于原料的、或者因制造工序的各种原因而混入的成分，且在不会对本实施方式的药芯焊丝产生不良影响的范围内允许的成分。

(Ceq：0.30～1.00％)

Ceq是由以下的式D算出的表示淬透性的指标(碳当量)。

Ceq＝(C)+(Si)/24+(Mn)/6+(Ni)/40+(Cr)/5+(Mo)/4+(V)/14……式D

在上述的式D中，用括弧括起来的元素符号为药芯焊丝的与除氟化物、氧化物、Ti氧化物、Ca氧化物以及碳酸盐以外的化学成分中含有的各元素符号相对应的元素的、以相对于药芯焊丝的整个质量的质量％计的含量。也就是说，由本实施方式的药芯焊丝的化学成分算出的Ceq(药芯焊丝的Ceq)不考虑在药芯焊丝中以氟化物、氧化物、Ti氧化物、Ca氧化物或者碳酸盐的状态含有的元素的含量而算出。在药芯焊丝中以氟化物、氧化物、Ti氧化物、Ca氧化物或者碳酸盐的状态含有的元素在焊接时由于以熔渣的形式向焊缝金属的外部排出，因而不会对焊缝金属的淬透性产生影响。

药芯焊丝的Ceq与熔敷金属(在焊接中从药芯焊丝等填充金属转移到焊接区的金属)的Ceq相等，而且对焊缝金属(在焊接中发生熔融以及凝固的金属，包括被焊接材料和填充金属混合在一起的区域)的淬透性也产生影响。在Ceq较高的情况下，由于焊缝金属硬化，因而焊缝金属的抗拉强度得以提高，但另一方面，焊缝金属的韧性得以降低。在本实施方式的药芯焊丝中，需要控制除氟化物、氧化物、Ti氧化物、Ca氧化物以及碳酸盐以外的化学成分，以便使Ceq为0.30～1.00％。在Ceq低于0.30％的情况下，焊缝金属的抗拉强度不足。为了提高焊缝金属的抗拉强度，也可以将Ceq的下限设定为0.35％、0.38％、0.41％、0.44％或者0.46％。另一方面，在Ceq超过1.00％的情况下，焊缝金属的韧性不足。因此，将Ceq的上限设定为1.00％。为了提高焊缝金属的韧性，也可以将Ceq的上限值设定为0.80％、0.60％、0.55％、0.52％或者0.49％。

接着，就本实施方式的药芯焊丝的形状进行说明。

通常，药芯焊丝可以区分为如图2A所示的因对钢制外皮的接缝进行焊接而呈没有狭缝状间隙的形状(无缝形状)的焊丝(有时称为无缝焊丝)、和如图2B或者图2C所示的因对钢制外皮的接缝不进行焊接而呈包括狭缝状间隙6的形状的焊丝之中的任一种。

在本实施方式的药芯焊丝中，无论哪一种形状均可以采用。然而，为了抑制焊缝金属的低温开裂的发生，优选钢制外皮没有狭缝状间隙。焊接时侵入焊接区的H(氢)在焊缝金属以及被焊接材料中扩散，在应力集中部聚集而可能导致低温开裂的发生。H的供给源各种各样，但当在对焊接区的纯净性以及气体保护的条件实施严格管理的状态下进行焊接时，焊丝中含有的水分(H₂O)成为主要的H的供给源，该水分的量对焊接接头的扩散性氢量产生强烈的影响。在钢制外皮有缝的情况下，大气中的水分容易通过缝而侵入焊剂中。因此，优选将钢制外皮的缝除去，从而在从焊丝制造后至焊丝使用的期间，抑制大气中的水分通过钢制外皮而侵入焊剂中。在钢制外皮具有缝、且从焊丝制造至焊丝使用的期间较长的情况下，为了防止水分等H的供给源的侵入，优选将整个药芯焊丝进行真空包装，或者在能够保持于干燥状态的容器内保存药芯焊丝。

本实施方式的药芯焊丝中含有的氢量并没有特别的规定，但为了降低焊缝金属的扩散性氢量，优选相对于药芯焊丝的整个质量为12ppm以下。药芯焊丝中的氢量有可能在药芯焊丝的保管的期间，因水分侵入药芯焊丝内而增大。因此，在从焊丝制造至焊丝使用的期间较长的情况下，优选通过上述的手段而防止水分的浸入。

本实施方式的药芯焊丝的直径并没有特别的规定，例如为φ1.0～φ2.0mm。一般的药芯焊丝的直径为φ1.2～φ1.6mm。本实施方式的药芯焊丝的填充率只要满足上述的条件，就没有特别的限定。鉴于一般的药芯焊丝的填充率，也可以将本实施方式的药芯焊丝的填充率的下限值例如设定为10％或者12％。另外，也可以将本实施方式的药芯焊丝的填充率的上限值例如设定为20％或者17％。

本实施方式的药芯焊丝也可以进一步具有涂布于焊丝表面的润滑剂。涂布于焊丝表面的润滑剂具有提高焊接时的焊丝的输送供给性的效果。作为焊接焊丝用润滑剂，可以使用各种各样的润滑剂，但为了抑制焊缝金属的低温开裂，优选使用不含有H的全氟聚醚油(PFPE油)。另外，如上所述，本实施方式的药芯焊丝也可以进一步具有形成于焊丝表面的镀层。在此情况下，润滑剂涂布于镀层的表面。

接着，就本实施方式的药芯焊丝的制造方法进行说明。

本实施方式的药芯焊丝可以采用通常的药芯焊丝的制造工序进行制造。下面就制造方法的一个例子进行说明。

具有无缝形状的药芯焊丝的制造方法包括：调配焊剂的工序、一边将钢带沿长度方向输送一边使用成形辊进行成形而得到U字型开管(open pipe)的工序、通过开管的开口部而向开管内供给焊剂的工序、将开管的开口部的相对的边缘部进行对接焊接而得到无缝管的工序、对无缝管进行拉丝而得到具有规定线径的药芯焊丝的工序、以及在拉丝工序的途中或者结束后对药芯焊丝进行退火的工序。对焊剂进行调配，以便使药芯焊丝的氟化物量、氧化物量、碳酸盐量以及化学成分等处在上述规定的范围内。此外，需要注意的是：由作为钢制外皮材料的钢带的宽度和厚度、以及焊剂的填充量等决定的焊剂的填充率也对药芯焊丝的氟化物量、氧化物量、碳酸盐量、以及化学成分等产生影响。对接焊接采用电阻焊、激光焊接或者TIG焊接等来进行。另外，在拉丝工序的途中或者拉丝工序结束后，为了除去药芯焊丝中的水分，对药芯焊丝进行退火。为了将药芯焊丝的H含量设定为12ppm以下，退火温度需要设定为650℃以上，退火时间需要设定为4小时以上。此外，为了防止焊剂的变质，退火温度需要设定为900℃以下。

具有狭缝状间隙的药芯焊丝的制造方法包含成形开管而将开管的端部进行对接、从而得到具有狭缝状间隙的管的工序以代替将开管的端部进行对接焊接而得到无缝管的工序，除此以外，与具有无缝形状的药芯焊丝的制造方法相同。具有狭缝状间隙的药芯焊丝的制造方法也可以进一步具有将对接的开管的端部进行敛缝的工序。在具有狭缝状间隙的药芯焊丝的制造方法中，对具有狭缝状间隙的管进行拉丝。

对接缝焊而成的没有狭缝状间隙的药芯焊丝的断面如图2A所示。如果对该断面进行研磨并侵蚀，则可以观察到焊痕，但如果不进行侵蚀，则不能观察到焊痕。因此，像上述那样有时称之为无缝。例如，在焊接学会编“新版溶接·接合技術入門”(2008年)産報出版、p.111中，对接缝焊而成的没有狭缝状间隙的药芯焊丝被记载为无缝型焊丝。

图2B示出了不进行对接缝焊、将钢制外皮的端部对接而制造的药芯焊丝的断面，图2C示出了不进行对接缝焊、将钢制外皮的端部对接后进行敛缝而制造的药芯焊丝的断面。即使对图2B以及图2C的药芯焊丝的钢制外皮的间隙进行钎焊，也可以得到没有狭缝状间隙的药芯焊丝。

以上说明的本实施方式的药芯焊丝能够适用于所有种类的钢材的焊接，特别地，适合使用于焊接开裂敏感性组成Pcm为0.24％以上的钢材的气体保护弧焊。通过使用本实施方式的药芯焊丝而进行焊接，可以得到扩散性氢量为1.0ml/100g以下的焊缝金属，从而可以抑制焊缝金属的低温开裂的发生。即使在对Pcm为0.24以上的低温开裂敏感性高的钢材(例如抗拉强度为590MPa以上且板厚为20mm以上的高强度钢板)进行电弧焊的情况下，本实施方式的药芯焊丝也在不预热、或者预热温度为50℃以下时，可以防止低温开裂。

在此，本实施方式的扩散性氢量只要没有特别说明，就为采用按照JIS Z 3118：2007“钢焊接区的氢量测定方法”的方法测得的扩散性氢量。另外，钢材的Pcm(％)为由式E计算得到的值。

Pcm＝(C)+(Si)/30+(Mn)/20+(Cu)/20+(Ni)/60+(Cr)/20+(Mo)/15+(V)/10+5×(B)……式E

此外，上述式中含有的用括弧括起来的各元素表示钢材中含有的各元素的含量(质量％)。钢材中不含的元素的含量可以看作是0质量％。

接着，就本实施方式的焊接接头的制造方法进行说明。

(焊接接头的制造方法：使用本实施方式的药芯焊丝)

本实施方式的焊接接头的制造方法具有使用上述本实施方式的药芯焊丝对钢材进行气体保护弧焊的工序。在本实施方式的焊接接头的制造方法中，成为焊接接头母材的钢材(被焊接材料)的种类并没有特别的限定，例如是Pcm为0.24％以上的低温开裂敏感性高的钢材，特别地，是抗拉强度为590MPa～1700MPa且板厚为20mm以上的高强度钢板。这些钢板由于低温开裂敏感性高，因而在采用现有技术的焊接接头的制造方法对这些钢板进行焊接的情况下，不进行充分的预热就不能抑制低温开裂的发生。然而，本实施方式的焊接接头的制造方法由于使用可以抑制低温开裂的本实施方式的焊接焊丝，因而在采用本实施方式的焊接接头的制造方法对低温开裂敏感性高的钢材进行焊接的情况下，虽然不进行预热或者明显减轻预热，也可以抑制低温开裂的发生。本实施方式的焊接接头的制造方法使用优选控制了Ceq以及氧含量的本实施方式的焊接焊丝而可以得到具有高强度和高韧性的焊缝金属，因而在适用于590MPa～1700MPa的高强度钢板的情况下，可以得到具有特别良好的机械特性的焊接接头。也可以将本实施方式的焊接接头的制造方法适用于耐磨钢等抗拉强度超过1000MPa的钢板。在此情况下，由本实施方式的焊接接头的制造方法得到的接头也可能成为焊缝金属的抗拉强度比钢板母材的抗拉强度低的欠匹配(under-matching)的接头。

本实施方式的焊接接头的制造方法中使用的保护气体的种类并没有特别的限定。本实施方式的焊接接头的制造方法不论保护气体的种类，都可以发挥优良的焊接作业性，从而得到具有高强度和高韧性的焊接接头。然而，通常广泛使用的100vol％的二氧化碳气体、以及Ar和3～30vol％CO₂的混合气体等优选为本实施方式的焊接接头的制造方法的保护气体。另外，在使用本实施方式的药芯焊丝的焊接时，保护气体也可以含有5Vol％以下的O₂气体。这些气体由于廉价，因而使用这些气体的焊接在产业利用上是有利的。通常，这些气体在与金红石系FCW组合使用时，产生大量的飞溅而使焊接作业性恶化。然而，本实施方式的焊接接头的制造方法由于使用可以充分抑制飞溅量的本实施方式的药芯焊丝，因而即使在这些气体作为保护气体的情况下，也可以发挥良好的焊接作业性。

本实施方式的焊接接头的制造方法的焊接位置并没有特别的限定。本实施方式的焊接接头的制造方法由于使用可以充分抑制飞溅量且可以充分提高熔融金属的粘性的本实施方式的药芯焊丝，因而焊接位置无论为平焊位置、横焊位置、立焊位置以及仰焊位置之中的哪一种，都可以发挥良好的焊接作业性。

此外，被焊接材料(钢材)优选的是选自(A)板厚为12mm以下、Pcm为0.36％以下的钢板，(B)板厚超过12mm且在25mm以下、Pcm为0.33％以下的钢板，(C)板厚超过25mm且在40mm以下、Pcm为0.31％以下的钢板，以及(D)板厚超过40mm且在100mm以下、Pcm为0.29％以下的钢板之中的1种；且在进行气体保护弧焊的工序开始时的钢材的温度低于5℃的情况下，预热至5℃以上。在钢材的种类、以及焊接时的钢材温度处于上述的范围内时，即使不进行预热而实施焊接，低温开裂也未必发生。焊接后进行X射线或UST等的无损检测，在焊接接头存在开裂等的情况下，可以对开裂的部分进行修补焊接。另外，虽然钢材的种类处于上述的范围内，但在焊接时的钢材的温度为5℃以上的的情况下，即使省略预热，也可以切实地防止低温开裂。在本实施方式的焊接接头的制造方法中，由于使用可以充分提高焊缝金属的耐低温开裂性的药芯焊丝，因而当通常具有590MPa～1700MPa的抗拉强度的钢材作为被焊接材料时，在许多情况下，可以将预热予以省略。通过使用本实施方式的药芯焊丝，可以大幅度降低包括焊接修补的焊接施工的成本，并可以大幅度缩短焊接施工以及时间。

接着，就本实施方式的焊接接头进行说明。

本实施方式的焊接接头通过上述本实施方式的焊接接头的制造方法而得到。本实施方式的焊接接头由于使用优选控制了Ceq、氧含量以及造渣剂的量的本实施方式的焊接焊丝来制造，因而包含具有高强度和高韧性、扩散性氢量为1.0ml/100g以下、且具有良好的焊缝形状的焊缝金属。本实施方式的焊接接头的母材并没有特别的限定。

本发明的其它实施方式的药芯焊丝的特征在于：其具有钢制外皮、和填充于所述钢制外皮的内部的焊剂，其中，使用所述药芯焊丝并在JIS Z 3118所规定的条件下通过实施直流气体保护弧焊而得到的焊缝金属的扩散性氢量为1.0ml/100g以下；使用所述药芯焊丝并在焊丝侧为正极、焊接位置为平焊、电流值为270A、电压值为30V、焊接速度为30cm/min、保护气体种类为100％CO₂气体、以及保护气体流量为25L/min的条件下进行直流气体保护弧焊时，所产生的飞溅物每单位焊接时间的重量在3.5g/min以下。本发明的其它实施方式的药芯焊丝的特征在于：其具有钢制外皮、和填充于所述钢制外皮的内部的焊剂，其中，所述药芯焊丝以相对于所述整个质量的质量％计，含有Al：0.08～0.70％、Ni：0～0.60％、Ti氧化物的TiO₂换算值：4.30～7.50％；使用所述药芯焊丝并在JIS Z 3118所规定的条件下通过实施直流气体保护弧焊而得到的焊缝金属的扩散性氢量为1.0ml/100g以下；使用所述药芯焊丝并在焊丝侧为正极、焊接位置为平焊、电流值为270A、电压值为30V、焊接速度为30cm/min、保护气体种类为100％CO₂气体、以及保护气体流量为25L/min的条件下进行直流气体保护弧焊时，所产生的飞溅物每单位焊接时间的重量在3.5g/min以下。焊丝的极性由于小到对焊缝金属的扩散性氢量以及飞溅发生量所产生的影响可以忽视的程度，因而可以是正极和负极之中的任一个，但优选为正极。例如，当在焊丝侧为正极、焊接位置为平焊、电流值为270A、电压值为30V、焊接速度为30cm/min、保护气体种类为100％CO₂气体、以及保护气体流量为25L/min的条件下，使用本实施方式的药芯焊丝而进行直流气体保护弧焊时，可以将焊缝金属的扩散性氢量切实地设定为1.0ml/100g。本实施方式的药芯焊丝由于具有上述的特征，因而可以得到耐低温开裂性优良的焊接区且可以大幅度降低焊接中的飞溅发生量。因此，本实施方式的药芯焊丝可以不需要或者明显减轻用于防止焊缝金属开裂的预热作业，以及能够大幅度降低飞溅发生量。

(实施例)

接着，根据实施例，就本发明的可实施性以及效果进行更详细的说明。

实施例以及比较例的药芯焊丝采用下面将要说明的方法进行制造。首先，一边将钢带沿长度方向输送一边使用成形辊进行成形而得到U型开管。通过该开管的开口部而向开管内供给焊剂，然后将开管的开口部的相对的边缘部进行对接焊接而得到无缝管。对该无缝管进行拉丝，从而得到没有狭缝状间隙的药芯焊丝。其中，一部分试料形成为没有缝焊而具有狭缝状间隙的管，并对其进行拉丝。这样一来，试制出最终的焊丝直径为φ1.2mm的药芯焊丝。此外，在这些药芯焊丝的拉丝作业的途中，在650～950℃的温度范围内对药芯焊丝进行4小时以上的退火。试制后，在焊丝表面涂布润滑剂。这些药芯焊丝的构成如表1-1～表3-3所示。

表1-1～表3-3所公开的各氟化物的含量、各氧化物的含量以及氧化物的合计量(Ti氧化物、Ca氧化物除外)、各碳酸盐的含量以及碳酸盐的合计量、Fe粉的含量、以及作为合金成分含有的各元素的含量的单位为相对于药芯焊丝整个质量的质量％。表1-1～表1-3所公开的药芯焊丝的F换算值以相对于药芯焊丝的整个质量的质量％表示药芯焊丝中的氟化物所含有的氟(F)的量。表1-1～表1-3所公开的药芯焊丝的Z值(飞溅发生指数Z)以及V值为由下述的式B以及式C求出的值。

Z＝0.70×([Na₃AlF₆]+[NaF]+[MgF₂])+0.80×([K₂SiF₆]+[K₂ZrF₆])+0.90×([LiF]+[BaF₂])+3.50×([CaF₂])……式B

V＝([TiO₂]+1.2×[SiO₂]+1.4×[Al₂O₃]+1.5×[ZrO₂])/(F)^1/2……式C

在上述的2个式中，用方括号括起来的化学式为各化学式的化合物以相对于药芯焊丝的整个质量的质量％计的含量，符号“F”为药芯焊丝的F换算值。

表中公开的药芯焊丝的剩余部分(即表1-1～表3-3所公开的各成分以外的成分)为铁和杂质。表中公开的药芯焊丝只要在“备注”一栏没有特别说明，就具有无缝形状，并涂布有棕榈油作为润滑油。在表3-1～表3-3所公开的药芯焊丝中，作为合金成分含有的各元素处于钢制外皮或者金属粉的形态。此外，在表1-1～表3-3中，对于偏离本发明所规定的范围的数值标注下划线。另外，化学成分或化合物等的含量所涉及的表中的空栏意味着并不意图添加该化学成分或化合物等。这些化学成分或化合物等有时也是不可避免地混入或者生成的。

实施例以及比较例的药芯焊丝采用下面将要说明的方法进行评价。此外，评价时的焊接气体的种类只要在“备注”一栏没有特别说明，就设定为100％CO₂气体。另外，在评价时，焊接电流全部设定为直流，焊丝的极性全部设定为正极。

为了评价使用药芯焊丝而得到的焊缝金属的机械特性(抗拉强度和韧性)以及扩散性氢量，使用该药芯焊丝，对于板厚为20mm的母材，以根部间隙16mm以及坡口角度20度进行对接，并使用衬垫金属在表5所示的焊接条件1下进行平焊。母材以及衬垫金属为SM490A。使用试验的药芯焊丝，在母材的坡口面以及衬垫金属的表面实施2层以上且堆高高度为3mm以上的预堆边焊。其它的焊接条件在评价抗拉强度以及韧性时设定为表5中记载的条件1，在评价扩散性氢量时设定为表5中记载的条件4。这样得到的焊缝金属的强度采用拉伸试验进行评价，韧性采用－40℃下的夏比冲击试验进行评价。从由平焊试验得到的焊缝金属上，如图1所示那样采集按照JIS Z3111(2005年)的A1号拉伸试验片(圆棒)5和4号夏比试验片(2mmV型缺口)4，以供给拉伸试验以及夏比冲击试验。焊缝金属的扩散性氢量的测定采用按照JIS Z3118(钢焊接区的氢量测定方法)的气相色谱法加以实施。将焊缝金属的抗拉强度为490MPa以上的药芯焊丝设定为抗拉强度合格。这是因为在焊缝金属的抗拉强度低于490MPa的情况下，焊接接头成为欠匹配接头(焊缝金属的抗拉强度大大低于母材的抗拉强度的接头)，从而容易产生向焊缝金属的应变集中以及焊缝金属的断裂。另外，将焊缝金属在－40℃下的夏比吸收能为47J以上的药芯焊丝设定为低温韧性合格。将焊缝金属的扩散性氢量为1.0ml/100g以下的药芯焊丝设定为扩散性氢量合格。

另外，为了评价使用药芯焊丝的立焊的焊接作业性等，在上述的母材上进行向上立焊角焊和向上立焊平板上珠焊。关于焊接条件，在评价飞溅量时设定为表5所示的焊接条件2，在评价立焊性、焊缝形状以及夹渣时设定为表5所示的焊接条件3。根据金属垂落的有无、飞溅发生量、熔渣剥离性以及焊缝形状的肉眼观察结果，对立焊的作业性进行了评价。然后，在采用上述方法得到的焊接区的5个部位的断面中，用肉眼对夹渣缺陷的有无进行了调查。此外，金属垂落的有无的判定、熔渣剥离性的评价、以及焊缝形状的评价采用向上立焊角焊和向上立焊平板上珠焊这两者来进行。

关于立焊性，在焊接电流180A下进行焊接，将发生了熔融金属的垂落的情况设定为不合格，将没有发生熔融金属的垂落的情况设定为合格。关于熔渣的剥离性，根据基于钢刷的刷涂，将没有剥离者设定为不合格，将发生了剥离者设定为合格。关于焊缝形状的外观评价，将发生了咬边、凸焊缝的情况设定为不合格，将没有发生这些缺陷的情况设定为合格。夹渣缺陷的有无的判定仅采用向上立焊角焊来进行。在5个断面中即使有1个断面存在夹渣的情况设定为不合格，将5个断面全部没有夹渣的情况设定为合格。关于飞溅发生量，用将焊接中产生的飞溅物的重量除以焊接时间所得到的、每1分钟的电弧时间的飞溅发生量来进行评价。将飞溅发生量为3.5g/min以下的药芯焊丝设定为飞溅发生量合格。

关于耐低温开裂性的评价，采用以下的方法加以实施：在温度为5℃且湿度为60％的恒定气氛管理下，对于布氏硬度为500HB、Pcm为0.36、板厚为25mm的耐磨钢，在表5的焊接条件6下进行焊接，然后对由此得到的焊接接头进行按照JIS Z 3157(U形焊接开裂试验)的试验，且在表5的焊接条件5下进行焊接，然后对由此得到的焊接接头进行按照JIS Z3158(y形焊接开裂试验)的试验。将U形焊接开裂试验以及y形焊接开裂试验两者均未发生开裂的焊接接头所涉及的药芯焊丝设定为耐低温开裂性合格。

采用上述的方法得到的试验结果如表4-1～表4-3所示。在使用本发明例的药芯焊丝而进行焊接的情况下，即使焊接环境的温度鉴于技术常识可以看作是非常低温条件的5℃，且不进行钢材的预热，在U形焊接开裂试验的所有断面，也没有断面开裂(没有发生断面开裂)。因此，本发明例的药芯焊丝被证明具有极高的耐低温开裂性。再者，正如表4-1～表4-3的试验结果所示的那样，本发明例的药芯焊丝即使在供给向上立焊的情况下，也显示出良好的焊接作业性。除此以外，本发明例的药芯焊丝在焊缝金属的抗拉强度、焊缝金属的韧性、焊缝金属中的扩散性氢量、耐低温开裂性、以及飞溅发生量的所有评价项目中都是合格的。另一方面，比较例由于并不满足本发明所规定的要件之中的任一种，因而在1个以上的评价项目中变得不合格。

表2-1

表2-2

表2-3

再者，对于Pcm为0.36％板厚为12mm、Pcm为0.33％板厚为25mm、Pcm为0.31％板厚为40mm、以及Pcm为0.29％板厚为100mm的钢板，保持各自的原厚度不变，不在温度5℃-湿度60％下进行预热而在表5所示的焊接条件下使用表1-1～表3-2所公开的实施例焊丝3、10、25以及65进行焊接，然后对由此得到的焊接接头进行了y形焊接开裂试验和U形焊接开裂试验。其结果是，对于所有的焊接接头，已经确认表面和断面没有发生开裂。

产业上的可利用性

本发明的药芯焊丝可以得到具有高强度和高韧性、耐低温开裂性优良、以及具有良好的焊缝形状的焊接区，可以大幅度降低焊接中的飞溅发生量，并且可以使焊接中的熔融金属的粘度上升。本发明的焊接接头的制造方法能够适用于全位置焊接，不需要或者可以显著降低用于防止焊缝金属开裂的预热作业，并且可以大幅度降低飞溅发生量。本发明的焊接接头包含高强度且高韧性、并具有良好焊缝形状的焊接区。特别地，在将本发明的药芯焊丝以及焊接接头的制造方法适用于590MPa以上的高强度钢的焊接的情况下，可以进行立焊，不需要或者可以显著降低用于抑制低温开裂的预热作业，进而即使在保护气体为100％CO₂之类的容易发生飞溅的气体的焊接中使用，也抑制飞溅的发生，因而可以显著提高焊接施工效率，在产业界的价值极高。

符号说明：

1 钢板

2 衬垫金属

3 焊缝

4 2mmV型缺口夏比冲击试验片

5 圆棒拉伸试验片、氧分析试验片

6 间隙

Claims (32)

1.一种药芯焊丝，其特征在于，其具有：

钢制外皮、和

填充于所述钢制外皮的内部的焊剂，

其中，所述焊剂包括：

氟化物，其以相对于所述药芯焊丝的整个质量的F换算值计，合计含有0.11％以上的选自CaF₂、MgF₂、LiF、NaF、K₂ZrF₆、BaF₂、K₂SiF₆以及Na₃AlF₆之中的1种或者2种以上；

Ti氧化物，其相对于所述药芯焊丝的所述整个质量的TiO₂换算值为4.70～6.40％；

除所述Ti氧化物和Ca氧化物以外的氧化物，其以相对于所述药芯焊丝的所述整个质量的FeO、BaO、Na₂O、SiO₂、ZrO₂、MgO、Al₂O₃、MnO₂或者K₂O各自的换算值计，合计含有0.30～2.40％的选自Fe氧化物、Ba氧化物、Na氧化物、Si氧化物、Zr氧化物、Mg氧化物、Al氧化物、Mn氧化物以及K氧化物之中的1种或者2种以上；以及

碳酸盐，其以相对于所述药芯焊丝的所述整个质量的质量％计，合计含有0～0.60％的选自MgCO₃、Na₂CO₃、LiCO₃、CaCO₃、K₂CO₃、BaCO₃、FeCO₃、以及MnCO₃之中的1种或者2种以上；

以CaO换算计的所述Ca氧化物的含量以相对于所述药芯焊丝的所述整个质量的质量％计，为0％以上且低于0.20％；

所述CaF₂的含量以相对于所述药芯焊丝的所述整个质量的质量％计，为0％以上且低于0.50％；

所述药芯焊丝中的除所述氟化物、所述氧化物、所述Ti氧化物、所述Ca氧化物以及所述碳酸盐以外的化学成分以相对于所述药芯焊丝的所述整个质量的质量％计，含有

C：0.003～0.120％、

Si：0.45～1.00％、

Mn：1.00～3.50％、

P：0.030％以下、

S：0.020％以下、

Al：0.08～0.70％、

Cu：0～0.50％、

Ni：0～0.60％、

Cr：0～1.00％、

Mo：0～1.00％、

Nb：0～0.20％、

V：0～0.200％、

Ti：0～0.10％、

B：0～0.020％、

Bi：0～0.030％、

Mg：0～0.90％、

Ca：0～0.50％、以及

REM：0～0.0100％，

剩余部分包括Fe和杂质；

由式1算出的Z值为2.00％以下，

由式2算出的V值为5.0～27.0，

由式3算出的Ceq为0.30～1.00％；

Z＝0.7×([Na₃AlF₆]+[NaF]+[MgF₂])+0.8×([K₂SiF₆]+[K₂ZrF₆])+0.9×([LiF]+[BaF₂])+3.5×([CaF₂])： 式1

V＝([TiO₂]+1.2×[SiO₂]+1.4×[Al₂O₃]+1.5×[ZrO₂])/(F)^1/2： 式2

Ceq＝[C]+[Si]/24+[Mn]/6+[Ni]/40+[Cr]/5+[Mo]/4+[V]/14： 式3

式1中用方括号括起来的化学式为对应于各所述化学式的化合物以相对于所述药芯焊丝的所述整个质量的质量％计的含量，式2中用方括号括起来的化学式为对应于各化学式的化合物以相对于所述药芯焊丝的所述整个质量的、所述各自的换算值计的含量，式2中的F为所述氟化物的以F换算值计的合计含量，式3中用方括号括起来的元素符号为所述药芯焊丝的除所述氟化物、所述氧化物、所述Ti氧化物、所述Ca氧化物以及所述碳酸盐以外的所述化学成分中对应于各所述元素符号的元素的、以相对于所述药芯焊丝的所述整个质量的质量％计的含量。

2.根据权利要求1所述的药芯焊丝，其特征在于：所述氟化物以相对于所述药芯焊丝的整个质量的所述F换算值计的所述合计含量为0.50％以上。

3.根据权利要求1或2所述的药芯焊丝，其特征在于：所述Z值为1.80％以下。

4.根据权利要求1或2所述的药芯焊丝，其特征在于：所述Na₃AlF₆、所述NaF以及所述MgF₂以相对于所述药芯焊丝的所述整个质量的质量％计的含量的合计与所述氟化物以相对于所述药芯焊丝的所述整个质量的质量％计的含量的合计之比为0.50以上。

5.根据权利要求3所述的药芯焊丝，其特征在于：所述Na₃AlF₆、所述NaF以及所述MgF₂以相对于所述药芯焊丝的所述整个质量的质量％计的含量的合计与所述氟化物以相对于所述药芯焊丝的所述整个质量的质量％计的含量的合计之比为0.50以上。

6.根据权利要求1、2以及5中任一项所述的药芯焊丝，其特征在于：所述钢制外皮具有无缝形状。

7.根据权利要求3所述的药芯焊丝，其特征在于：所述钢制外皮具有无缝形状。

8.根据权利要求4所述的药芯焊丝，其特征在于：所述钢制外皮具有无缝形状。

9.根据权利要求1、2以及5中任一项所述的药芯焊丝，其特征在于：所述钢制外皮具有狭缝状间隙。

10.根据权利要求3所述的药芯焊丝，其特征在于：所述钢制外皮具有狭缝状间隙。

11.根据权利要求4所述的药芯焊丝，其特征在于：所述钢制外皮具有狭缝状间隙。

12.根据权利要求1、2、5、7、8、10以及11中任一项所述的药芯焊丝，其特征在于：所述药芯焊丝进一步具有涂布于所述药芯焊丝表面的全氟聚醚油。

13.根据权利要求3所述的药芯焊丝，其特征在于：所述药芯焊丝进一步具有涂布于所述药芯焊丝表面的全氟聚醚油。

14.根据权利要求4所述的药芯焊丝，其特征在于：所述药芯焊丝进一步具有涂布于所述药芯焊丝表面的全氟聚醚油。

15.根据权利要求6所述的药芯焊丝，其特征在于：所述药芯焊丝进一步具有涂布于所述药芯焊丝表面的全氟聚醚油。

16.根据权利要求9所述的药芯焊丝，其特征在于：所述药芯焊丝进一步具有涂布于所述药芯焊丝表面的全氟聚醚油。

17.根据权利要求1、2、5、7、8、10、11以及13～16中任一项所述的药芯焊丝，其特征在于：所述药芯焊丝中的氢含量相对于所述药芯焊丝的所述整个质量为12ppm以下。

18.根据权利要求3所述的药芯焊丝，其特征在于：所述药芯焊丝中的氢含量相对于所述药芯焊丝的所述整个质量为12ppm以下。

19.根据权利要求4所述的药芯焊丝，其特征在于：所述药芯焊丝中的氢含量相对于所述药芯焊丝的所述整个质量为12ppm以下。

20.根据权利要求6所述的药芯焊丝，其特征在于：所述药芯焊丝中的氢含量相对于所述药芯焊丝的所述整个质量为12ppm以下。

21.根据权利要求9所述的药芯焊丝，其特征在于：所述药芯焊丝中的氢含量相对于所述药芯焊丝的所述整个质量为12ppm以下。

22.根据权利要求12所述的药芯焊丝，其特征在于：所述药芯焊丝中的氢含量相对于所述药芯焊丝的所述整个质量为12ppm以下。

23.根据权利要求1、2、5、7、8、10、11、13～16以及18～22中任一项所述的药芯焊丝，其特征在于：所述CaF₂的含量以相对于所述药芯焊丝的所述整个质量的质量％计低于0.20％。

24.根据权利要求3所述的药芯焊丝，其特征在于：所述CaF₂的含量以相对于所述药芯焊丝的所述整个质量的质量％计低于0.20％。

25.根据权利要求4所述的药芯焊丝，其特征在于：所述CaF₂的含量以相对于所述药芯焊丝的所述整个质量的质量％计低于0.20％。

26.根据权利要求6所述的药芯焊丝，其特征在于：所述CaF₂的含量以相对于所述药芯焊丝的所述整个质量的质量％计低于0.20％。

27.根据权利要求9所述的药芯焊丝，其特征在于：所述CaF₂的含量以相对于所述药芯焊丝的所述整个质量的质量％计低于0.20％。

28.根据权利要求12所述的药芯焊丝，其特征在于：所述CaF₂的含量以相对于所述药芯焊丝的所述整个质量的质量％计低于0.20％。

29.根据权利要求17所述的药芯焊丝，其特征在于：所述CaF₂的含量以相对于所述药芯焊丝的所述整个质量的质量％计低于0.20％。

30.一种焊接接头的制造方法，其具有使用权利要求1～29中任一项所述的药芯焊丝而对钢材进行气体保护弧焊的工序。

31.根据权利要求30所述的焊接接头的制造方法，其特征在于：所述钢材为选自

板厚为12mm以下、Pcm为0.36％以下的钢板，

板厚超过12mm且在25mm以下、Pcm为0.33％以下的钢板，

板厚超过25mm且在40mm以下、Pcm为0.31％以下的钢板，以及

板厚超过40mm且在100mm以下、Pcm为0.29％以下的钢板之中的1种；

在对所述钢材实施所述气体保护弧焊时，在所述钢材的温度低于5℃的情况下，对所述钢材进行预热，使所述钢材的温度达到5℃以上，在所述钢材的温度为5℃以上的情况下，不对所述钢材进行预热而进行气体保护弧焊；

在此，Pcm由式4算出，

Pcm＝[C]+[Si]/30+[Mn]/20+[Cu]/20+[Ni]/60+[Cr]/20+[Mo]/15+[V]/10+5×[B]： 式4

其中，带[]的元素符号表示所述钢材中含有的各自的所述元素符号所对应的元素以单位质量％计的含量。

32.一种焊接接头，其特征在于：其采用权利要求30或31所述的焊接接头的制造方法而得到。

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