JP4986562B2 - チタニヤ系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、高張力鋼又は低合金鋼等の溶接に適用できるチタニヤ系ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤに関し、特に、立向上進溶接性能が優れており、更にスラグ剥離性及びスパッタ発生量等の溶接作業性及び溶接金属の機械的性能等が向上したチタニヤ系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。
造船所においては、工程の約３割を占める溶接作業について、省人化及び高能率化を促進するために、溶接の自動化及び高能率化の開発が進められている。特に、下向突合せ溶接及び水平すみ肉溶接については、溶接ロボット及びラインウェルダー等が導入され、更に専用の溶接材料が数多く開発されていることから、高能率化が比較的進んでいる。一方、主に造船におけるブロック継ぎなどでの使用比率が高い立向上進溶接姿勢については、その適用溶接箇所が狭隘部であると共に、構造物の反転が不可能であるなどの理由で、自動化が進んでおらず、また、極めて高度な溶接技量が必要とされるために、高能率化及び脱技能化が極めて困難である。
これに対し、特許文献１には、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＺｒＯ２を必須成分として多量に含有させることにより、高電流による立向上進溶接が可能なフラックス入りワイヤが提案されている（従来技術１）。また、特許文献２には、全姿勢溶接における作業性及び溶接金属性能等を維持しつつ、立向上進性を更に向上させ、全姿勢溶接に適したチタニヤ系アーク溶接用フラックス入りワイヤが提案されている（従来技術２）。また、特許文献３には、同様に立向上進溶接性に優れ、且つ溶接金属の低温靭性が良好なフラックス入りワイヤが提案されている（従来技術３）。
しかし、上記従来技術では、立向上進すみ肉溶接においてルート間隔が広い場合には、スラグ及び溶融金属自体の粘性不足により、溶融金属の垂れ落ちが発生しやすく、ビード形状が不良となる。これは、実際の造船などにおける構造物の開先精度の悪さが考慮されておらず、適用条件範囲が極めて狭いものである。また、従来技術１においては、スラグ剥離性が良好でないなどの問題点があり、従来技術２においては、スパッタ発生量が依然多いなどの問題点がある。このように、従来のフラックス入りワイヤは、立向上進溶接性に問題があるため、全姿勢溶接に有効に使用できるものではなかった。
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、立向上進溶接においてルートギャップが広いなどの厳しい溶接条件下においても溶融金属の垂れ落ちがなく、また、スラグ剥離性が良好でスパッタ発生量が少ない良好な溶接作業性を有し、更に溶接金属の機械的性質が優れた全姿勢溶接用に好適のチタニヤ系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。
本発明に係るチタニヤ系ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、軟鋼又は合金鋼製外皮にフラックスを充填してなるチタニヤ系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、外皮及びフラックスの全体で、ワイヤ全質量あたり、
ＴｉＯ２：６乃至１２質量％、
Ａｌ２Ｏ３：０．４乃至０．８質量％、
ＳｉＯ２：０．１乃至０．５質量％、
ＺｒＯ２：０．０５乃至０．２０質量％、
Ｍｎ：１．５乃至３．０質量％、
Ｓｉ：０．４乃至０．９質量％、
Ａｌ：０．１乃至０．３質量％、
Ｍｇ：０．４乃至０．８質量％、
を含有し、
残部がＦｅ及び不可避的不純物であり、
（ＴｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３）／（ＳｉＯ２＋ＺｒＯ２）：１０乃至２０、
Ｍｇ／（Ｓｉ＋Ａｌ）：０．４乃至０．７（Ｍｇ及びＳｉ及びＡｌが合金の形態で存在する場合は、Ｍｇ及びＳｉ及びＡｌに換算した含有量）、
Ｎａ＋Ｋ：０．０５乃至０．１２質量％（Ｎａ及びＫは化合物又は合金の形態で存在する場合は、Ｎａ及びＫに換算した含有量）、
Ｎａ／Ｋ：０．３以上（Ｎａ及びＫは化合物又は合金の形態で存在する場合は、Ｎａ及びＫに換算した含有量）、
であることを特徴とする。
ＴｉＯ２：６乃至１２質量％、
Ａｌ２Ｏ３：０．４乃至０．８質量％、
ＳｉＯ２：０．１乃至０．５質量％、
ＺｒＯ２：０．０５乃至０．２０質量％、
Ｍｎ：１．５乃至３．０質量％、
Ｓｉ：０．４乃至０．９質量％、
Ａｌ：０．１乃至０．３質量％、
Ｍｇ：０．４乃至０．８質量％、
を含有し、
残部がＦｅ及び不可避的不純物であり、
（ＴｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３）／（ＳｉＯ２＋ＺｒＯ２）：１０乃至２０、
Ｍｇ／（Ｓｉ＋Ａｌ）：０．４乃至０．７（Ｍｇ及びＳｉ及びＡｌが合金の形態で存在する場合は、Ｍｇ及びＳｉ及びＡｌに換算した含有量）、
Ｎａ＋Ｋ：０．０５乃至０．１２質量％（Ｎａ及びＫは化合物又は合金の形態で存在する場合は、Ｎａ及びＫに換算した含有量）、
Ｎａ／Ｋ：０．３以上（Ｎａ及びＫは化合物又は合金の形態で存在する場合は、Ｎａ及びＫに換算した含有量）、
であることを特徴とする。
本発明に係る他のチタニヤ系ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、軟鋼又は合金鋼製外皮にフラックスを充填してなるチタニヤ系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、外皮及びフラックスの全体で、ワイヤ全質量あたり、
ＴｉＯ２：６乃至１２質量％、
Ａｌ２Ｏ３：０．４乃至０．８質量％、
ＳｉＯ２：０．１乃至０．５質量％、
ＺｒＯ２：０．０５乃至０．２０質量％、
Ｍｎ：１．５乃至３．０質量％、
Ｓｉ：０．４乃至０．９質量％、
Ａｌ：０．１乃至０．３質量％、
Ｍｇ：０．４乃至０．８質量％、
Ｃ：０．０１乃至０．１２質量％、
Ｆ：０．０５乃至０．１０質量％、
を含有し、
更に、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉ、及びＺｒからなる群から選択された少なくとも１種を夫々０．１質量％以下含有し、
残部がＦｅ及び不可避的不純物であり、
（ＴｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３）／（ＳｉＯ２＋ＺｒＯ２）：１０乃至２０、
Ｍｇ／（Ｓｉ＋Ａｌ）：０．４乃至０．７（Ｍｇ及びＳｉ及びＡｌが合金の形態で存在する場合は、Ｍｇ及びＳｉ及びＡｌに換算した含有量）、
Ｎａ＋Ｋ：０．０５乃至０．１２質量％（Ｎａ及びＫは化合物又は合金の形態で存在する場合は、Ｎａ及びＫに換算した含有量）、
Ｎａ／Ｋ：０．３以上（Ｎａ及びＫは化合物又は合金の形態で存在する場合は、Ｎａ及びＫに換算した含有量）、
であることを特徴とする。
ＴｉＯ２：６乃至１２質量％、
Ａｌ２Ｏ３：０．４乃至０．８質量％、
ＳｉＯ２：０．１乃至０．５質量％、
ＺｒＯ２：０．０５乃至０．２０質量％、
Ｍｎ：１．５乃至３．０質量％、
Ｓｉ：０．４乃至０．９質量％、
Ａｌ：０．１乃至０．３質量％、
Ｍｇ：０．４乃至０．８質量％、
Ｃ：０．０１乃至０．１２質量％、
Ｆ：０．０５乃至０．１０質量％、
を含有し、
更に、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉ、及びＺｒからなる群から選択された少なくとも１種を夫々０．１質量％以下含有し、
残部がＦｅ及び不可避的不純物であり、
（ＴｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３）／（ＳｉＯ２＋ＺｒＯ２）：１０乃至２０、
Ｍｇ／（Ｓｉ＋Ａｌ）：０．４乃至０．７（Ｍｇ及びＳｉ及びＡｌが合金の形態で存在する場合は、Ｍｇ及びＳｉ及びＡｌに換算した含有量）、
Ｎａ＋Ｋ：０．０５乃至０．１２質量％（Ｎａ及びＫは化合物又は合金の形態で存在する場合は、Ｎａ及びＫに換算した含有量）、
Ｎａ／Ｋ：０．３以上（Ｎａ及びＫは化合物又は合金の形態で存在する場合は、Ｎａ及びＫに換算した含有量）、
であることを特徴とする。
本発明によれば、立向上進溶接において、ルートギャップが広い等の厳しい溶接条件下においても、溶融金属の垂れ落ちがなく、また、スラグ剥離性が良好で、スパッタ発生量が少なく、良好な溶接作業性が得られる。これにより、本発明によれば、全姿勢溶接に好適なガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤが得られ、機械的性質が優れた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について詳細に説明する。先ず、本願発明者等は、スラグの剥離性を向上させつつ、ビード形状不良の原因となる溶融金属の垂れ落ちを防止するために、一般的に行われるスラグの組成を変更し、スラグの凝固点を高める手段を検討した。
高融点スラグとするためには、特許文献１に記載のとおり、Ａｌ２Ｏ３・ＭｇＯ・ＺｒＯ２が有効であるが、Ａｌ２Ｏ３・ＭｇＯはスラグの剥離性を劣化させる作用があり、また、ＺｒＯ２はスパッタ発生量が増加する作用がある。よって、スラグの剥離性及びスパッタ発生量を劣化させることなく、ビード形状不良を防止するための手段として、（１）高融点スラグを生成し、且つスラグ剥離性を劣化させないＴｉＯ２の添加量増量、（２）高融点スラグを生成するＡｌ２Ｏ３のスラグ剥離性が劣化しない範囲の添加、（３）アーク安定性を確保するが低融点スラグを生成するＳｉＯ２の添加量抑制、（４）高融点スラグを生成するがスパッタ発生量が増大するという短所を併せ持つＺｒＯ２の添加量抑制を図り、これらＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２のそれぞれの含有量を調整した結果、ＳｉＯ２とＺｒＯ２の合計含有量に対するＴｉＯ２とＡｌ２Ｏ３の合計含有量の比率を調整することがより効果的であることを見出した。
更に、スラグの凝固を早めること以外に、溶融金属そのものの垂れ落ちが発生しにくい組成及び特性が必要であり、そのためには一般的に溶融金属中の酸素量を低下させ、溶融金属の高温での粘性を増加させることが効果的である。特許文献１には脱酸剤としてＡｌ、Ｓｉが効果的であるとの記述があるが、Ａｌは添加量によっては、Ａｌ２Ｏ３生成によりスラグの剥離性を劣化させ、且つ溶接金属の靭性を劣化させる。また、Ｓｉは添加量によってはＳｉＯ２生成によるスラグ凝固点の低下、溶接金属の強度の増加、靭性の劣化を招く。本発明においては、溶接金属の強度、靱性に悪影響を与えずに、溶融金属中の酸素量を低下させる強脱酸剤としてＭｇが効果的であり、ＡｌとＳｉの合計含有量に対するＭｇの含有量の比率を調整することが効果的であることを見出した。
また、溶融金属の垂れ落ちを無くすためには、溶融プールの振動を抑制することも効果的であり、またスパッタ発生量を低減するという観点からも、アーク安定性を向上させるＮａ及びＫ（Ｎａ、Ｋが化合物又は合金で存在する場合は、夫々Ｎａ、Ｋに換算した含有量）のアルカリ金属の合計含有量及びＫ含有量に対するＮａ含有量の比率を調整することが効果的であることを見出した。
次に、本発明のフラックス入りワイヤの組成について、その成分添加理由及び組成限定理由について説明する。但し、これらの各成分の含有量は、ワイヤ全質量あたりの含有量である。また、このフラックスワイヤの組成は、フラックス及び外皮を含む全構成物に含まれる成分の組成である。
「ＴｉＯ２：６乃至１２質量％」
ＴｉＯ２は、スラグ形成剤及びアーク安定剤として作用する。ＴｉＯ２が６質量％未満では、溶融金属を支えるだけのスラグ量を確保できず、溶融金属が垂れ落ちてしまう。また、ＴｉＯ２が１２質量％を超えると、スラグ生成量が多くなりすぎ、スラグ巻き込みが発生しやすくなる。
ＴｉＯ２は、スラグ形成剤及びアーク安定剤として作用する。ＴｉＯ２が６質量％未満では、溶融金属を支えるだけのスラグ量を確保できず、溶融金属が垂れ落ちてしまう。また、ＴｉＯ２が１２質量％を超えると、スラグ生成量が多くなりすぎ、スラグ巻き込みが発生しやすくなる。
「Ａｌ２Ｏ３：０．４乃至０．８質量％」
Ａｌ２Ｏ３は、スラグ凝固点を上昇させる作用を有する。Ａｌ２Ｏ３が０．４質量％未満ではその効果はなく、Ａｌ２Ｏ３が０．８質量％を超えると、スラグの剥離性が劣化する。
Ａｌ２Ｏ３は、スラグ凝固点を上昇させる作用を有する。Ａｌ２Ｏ３が０．４質量％未満ではその効果はなく、Ａｌ２Ｏ３が０．８質量％を超えると、スラグの剥離性が劣化する。
「ＳｉＯ２０．１乃至０．５質量％」
ＳｉＯ２は、スラグ形成剤及びアーク安定剤としての作用がある。ＳｉＯ２が０．１質量％未満では、アークが不安定となって、スパッタの発生が増加し、ＳｉＯ２が０．５質量％を超えると、スラグの凝固点が低下し、溶融金属が垂れ落ちてしまう。
ＳｉＯ２は、スラグ形成剤及びアーク安定剤としての作用がある。ＳｉＯ２が０．１質量％未満では、アークが不安定となって、スパッタの発生が増加し、ＳｉＯ２が０．５質量％を超えると、スラグの凝固点が低下し、溶融金属が垂れ落ちてしまう。
「ＺｒＯ２：０．０５乃至０．２０質量％」
ＺｒＯ２はスラグ凝固点を上昇させるとともに、スラグの剥離性を向上させる作用がある。ＺｒＯ２が０．０５質量％未満では、スラグの焼き付きによりスラグの剥離性が劣化し、ＺｒＯ２が０．２０質量％を超えると、スパッタの発生が増加する。
ＺｒＯ２はスラグ凝固点を上昇させるとともに、スラグの剥離性を向上させる作用がある。ＺｒＯ２が０．０５質量％未満では、スラグの焼き付きによりスラグの剥離性が劣化し、ＺｒＯ２が０．２０質量％を超えると、スパッタの発生が増加する。
「Ｍｎ：１．５乃至３．０質量％」
Ｍｎは脱酸剤として作用するとともに、溶接金属における強度及び靭性を向上させる作用がある。Ｍｎが１．５質量％未満では脱酸不足のため、粘性低下による溶融金属の垂れ落ち、ブローホール等の溶接欠陥が発生したり、強度及び靱性が劣化したりする。Ｍｎが３質量％を超えると、溶接金属の強度が高くなりすぎる。より好ましくは、Ｍｎは１．５５乃至２．０５質量％である。このＭｎは、金属Ｍｎ又は鉄合金等（Ｆｅ−Ｍｎ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｎ等）で添加できる。
Ｍｎは脱酸剤として作用するとともに、溶接金属における強度及び靭性を向上させる作用がある。Ｍｎが１．５質量％未満では脱酸不足のため、粘性低下による溶融金属の垂れ落ち、ブローホール等の溶接欠陥が発生したり、強度及び靱性が劣化したりする。Ｍｎが３質量％を超えると、溶接金属の強度が高くなりすぎる。より好ましくは、Ｍｎは１．５５乃至２．０５質量％である。このＭｎは、金属Ｍｎ又は鉄合金等（Ｆｅ−Ｍｎ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｎ等）で添加できる。
「Ｓｉ：０．４乃至０．９質量％」
Ｓｉは脱酸剤として作用するとともに、溶接金属における強度及び靭性を向上させる作用がある。Ｓｉが０．４質量％未満では、脱酸不足のため、粘性低下による溶融金属の垂れ落ち、ブローホール等の溶接欠陥が発生したり、強度及び靱性が劣化したりする。Ｓｉが０．９質量％を超えると、溶接金属の強度が高くなり、且つ靱性が低下する。このＳｉ量は、金属Ｓｉ又は鉄合金等（Ｆｅ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｎ、Ｃａ−Ｓｉ等）に含まれるＳｉの換算値である。
Ｓｉは脱酸剤として作用するとともに、溶接金属における強度及び靭性を向上させる作用がある。Ｓｉが０．４質量％未満では、脱酸不足のため、粘性低下による溶融金属の垂れ落ち、ブローホール等の溶接欠陥が発生したり、強度及び靱性が劣化したりする。Ｓｉが０．９質量％を超えると、溶接金属の強度が高くなり、且つ靱性が低下する。このＳｉ量は、金属Ｓｉ又は鉄合金等（Ｆｅ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｎ、Ｃａ−Ｓｉ等）に含まれるＳｉの換算値である。
「Ａｌ：０．１乃至０．３質量％」
Ａｌは脱酸剤及びスラグ形成剤として作用する。Ａｌが０．１質量％未満では、溶融金属の垂れ落ちが生じやすくなる。Ａｌが０．３質量％を超えると、スラグの剥離性が劣化し、また溶接金属の靱性が低下する。より好ましくは、Ａｌは０．２乃至０．３質量％である。このＡｌ量は、金属Ａｌ又は鉄合金（Ｆｅ‐Ａｌ）に含まれるＡｌの換算値である。
Ａｌは脱酸剤及びスラグ形成剤として作用する。Ａｌが０．１質量％未満では、溶融金属の垂れ落ちが生じやすくなる。Ａｌが０．３質量％を超えると、スラグの剥離性が劣化し、また溶接金属の靱性が低下する。より好ましくは、Ａｌは０．２乃至０．３質量％である。このＡｌ量は、金属Ａｌ又は鉄合金（Ｆｅ‐Ａｌ）に含まれるＡｌの換算値である。
「Ｍｇ：０．４乃至０．８質量％」
Ｍｇは強脱酸剤として作用する。Ｍｇが０．４質量％未満では、脱酸不足による粘性低下による溶融金属の垂れ落ちが発生し、また溶接金属の靱性が劣化する。Ｍｇが０．８質量％を超えると、脱酸生成物であるＭｇＯが溶融スラグ中に過剰に増加し、溶融金属の垂れ落ち量及びスパッタの発生量も増加する。このＭｇは、金属Ｍｇ又は各種合金（Ａｌ−Ｍｇ、Ｎｉ−Ｍｇ等）に含まれるＭｇの換算値である。
Ｍｇは強脱酸剤として作用する。Ｍｇが０．４質量％未満では、脱酸不足による粘性低下による溶融金属の垂れ落ちが発生し、また溶接金属の靱性が劣化する。Ｍｇが０．８質量％を超えると、脱酸生成物であるＭｇＯが溶融スラグ中に過剰に増加し、溶融金属の垂れ落ち量及びスパッタの発生量も増加する。このＭｇは、金属Ｍｇ又は各種合金（Ａｌ−Ｍｇ、Ｎｉ−Ｍｇ等）に含まれるＭｇの換算値である。
「Ｃ：０．０１乃至０．１２質量％」
Ｃは溶接金属の強度及び靭性を向上させる作用を有するので、添加することができる。Ｃを添加する場合は、その含有量は０．０１乃至０．１２質量％、好ましくは、０．０３乃至０．１０質量％とする。Ｃを過剰に添加すると、溶接金属の強度が過剰に上昇して、耐割れ性が劣化する。
Ｃは溶接金属の強度及び靭性を向上させる作用を有するので、添加することができる。Ｃを添加する場合は、その含有量は０．０１乃至０．１２質量％、好ましくは、０．０３乃至０．１０質量％とする。Ｃを過剰に添加すると、溶接金属の強度が過剰に上昇して、耐割れ性が劣化する。
「Ｆ：０．０５乃至０．１０質量％」
Ｆは溶融プールに侵入した水素ガスの放出を促進し、ピット及びガス溝の発生を防止するので、添加することができる。Ｆを添加する場合は、０．０５乃至０．１０質量％とする。Ｆを過剰に添加すると、スパッタの増加を招く。
Ｆは溶融プールに侵入した水素ガスの放出を促進し、ピット及びガス溝の発生を防止するので、添加することができる。Ｆを添加する場合は、０．０５乃至０．１０質量％とする。Ｆを過剰に添加すると、スパッタの増加を招く。
「Ｃｒ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉ，及びＺｒからなる群から選択された少なくとも１種：夫々０．１質量％以下」
Ｃｒ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉ，及びＺｒは、合金成分として、溶接金属の強度向上に寄与し、耐食性向上に寄与する。しかし、Ｃｒ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉ，及びＺｒの過剰添加により、溶接金属の強度が過剰に上昇して、耐割れ性が劣化するので、これらの成分を含有する場合は、夫々０．１質量％以下にする。上述のＣ，Ｆを含めて、Ｃｒ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉ，及びＺｒは、含有されていてもよいが、含有されていなくてもよい。
Ｃｒ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉ，及びＺｒは、合金成分として、溶接金属の強度向上に寄与し、耐食性向上に寄与する。しかし、Ｃｒ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉ，及びＺｒの過剰添加により、溶接金属の強度が過剰に上昇して、耐割れ性が劣化するので、これらの成分を含有する場合は、夫々０．１質量％以下にする。上述のＣ，Ｆを含めて、Ｃｒ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉ，及びＺｒは、含有されていてもよいが、含有されていなくてもよい。
「ｘ＝（ＴｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３）／（ＳｉＯ２＋ＺｒＯ２）：１０乃至２０」
ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２が夫々前述の範囲内にあっても、ＳｉＯ２とＺｒＯ２の合計含有量に対するＴｉＯ２とＡｌ２Ｏ３の合計含有量の比率ｘが１０未満では、スラグの流動性が増し、溶融金属を支えることができない。一方、比率ｘが２０を超えると、スラグの焼き付きが多くなり、スラグの剥離性が劣化する。つまり、低融点スラグを生成するＳｉＯ２及びスパッタ発生量を増大させるＺｒＯ２の合計含有量を分母とし、高融点スラグを生成するＴｉＯ２及びＡｌ２Ｏ３の合計含有量を分子としたときのその比率ｘを、１０乃至２０という適正な範囲内に調整することにより、スラグ剥離性及びスパッタ発生量を劣化させることなく、立向上進性の向上を図ることができる。
ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２が夫々前述の範囲内にあっても、ＳｉＯ２とＺｒＯ２の合計含有量に対するＴｉＯ２とＡｌ２Ｏ３の合計含有量の比率ｘが１０未満では、スラグの流動性が増し、溶融金属を支えることができない。一方、比率ｘが２０を超えると、スラグの焼き付きが多くなり、スラグの剥離性が劣化する。つまり、低融点スラグを生成するＳｉＯ２及びスパッタ発生量を増大させるＺｒＯ２の合計含有量を分母とし、高融点スラグを生成するＴｉＯ２及びＡｌ２Ｏ３の合計含有量を分子としたときのその比率ｘを、１０乃至２０という適正な範囲内に調整することにより、スラグ剥離性及びスパッタ発生量を劣化させることなく、立向上進性の向上を図ることができる。
「ｙ＝Ｍｇ／（Ｓｉ＋Ａｌ）：０．４乃至０．７（Ｍｇ及びＳｉ及びＡｌが合金の形態で存在する場合は、Ｍｇ及びＳｉ及びＡｌに換算した含有量）」
Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉの含有量が夫々前述の範囲内であっても、ＳｉとＡｌの合計含有量に対するＭｇの比率ｙが０．４未満では、溶接金属の強度が増加し、靭性が低下する。ｙが０．７を超えると、溶融金属が垂れ落ち、スパッタの発生が増加する。つまり、立向上進性に効果的であるが、溶接金属の機械的性質を劣化させうるＳｉ及びＡｌの合計含有量を分母とし、溶融金属の粘性を向上させ、且つその強力な脱酸性能により溶接金属の特に靱性を向上させるＭｇ含有量を分子としたときの比率ｙを、０．４乃至０．７という適正な範囲内に調整することにより、溶接金属の機械的性質を劣化させることなく立向上進性の向上を図ることができる。
Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉの含有量が夫々前述の範囲内であっても、ＳｉとＡｌの合計含有量に対するＭｇの比率ｙが０．４未満では、溶接金属の強度が増加し、靭性が低下する。ｙが０．７を超えると、溶融金属が垂れ落ち、スパッタの発生が増加する。つまり、立向上進性に効果的であるが、溶接金属の機械的性質を劣化させうるＳｉ及びＡｌの合計含有量を分母とし、溶融金属の粘性を向上させ、且つその強力な脱酸性能により溶接金属の特に靱性を向上させるＭｇ含有量を分子としたときの比率ｙを、０．４乃至０．７という適正な範囲内に調整することにより、溶接金属の機械的性質を劣化させることなく立向上進性の向上を図ることができる。
「Ｎａ＋Ｋ：０．０５乃至０．１２質量％、Ｎａ／Ｋ：０．３以上（Ｎａ、Ｋが化合物又は合金で存在する場合は夫々Ｎａ、Ｋに換算した含有量）」
Ｎａ及びＫはアーク安定剤としての作用があり、溶融プールの振動を抑制することによる溶融金属の垂れ落ちを防止することができる。ＮａとＫの合計含有量が０．０５質量％未満では、前述の作用が得られず、ＮａとＫの合計含有量が０．１２質量％を超えると、低融点スラグの生成過多による溶融金属の垂れ落ちが生じやすくなる。また、Ｋ含有量に対するＮａ含有量の比率が０．３未満では、アーク安定性が劣化し、スパッタの発生量が増加し、また溶融金属の垂れ落ちが生じやすくなる。
Ｎａ及びＫはアーク安定剤としての作用があり、溶融プールの振動を抑制することによる溶融金属の垂れ落ちを防止することができる。ＮａとＫの合計含有量が０．０５質量％未満では、前述の作用が得られず、ＮａとＫの合計含有量が０．１２質量％を超えると、低融点スラグの生成過多による溶融金属の垂れ落ちが生じやすくなる。また、Ｋ含有量に対するＮａ含有量の比率が０．３未満では、アーク安定性が劣化し、スパッタの発生量が増加し、また溶融金属の垂れ落ちが生じやすくなる。
なお、Ｓｉ、Ｍｎ等の合金元素は外皮及び／又はフラックスから添加することができる。また、溶接部の耐食性、高強度及び耐高温腐食性等を向上させるために、上記以外の合金成分（Ｃｒ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｖ、Ｎｂ等）を添加することができる。その他、フッ化物等も添加できる。また、ワイヤ表面の状態及びワイヤ断面におけるフラックスの充填形状には制限はない。なお、上記以外の成分としては、外皮、Ｆｅ‐Ｍｎ、Ｆｅ‐Ｓｉ等の鉄合金及び鉄粉等の構成成分であるＦｅがあり、残部は不可避不純物である。不可避的不純物としては、Ｐ，Ｓ，Ｓｂ，Ａｓ，Ｐｂ等があり、これらの不可避的不純物は、総計で０．１質量％以下に規制する必要がある。
次に、本発明の実施例の効果について、本発明の範囲から外れる比較例と比較して説明する。下記表１は、本発明で規定する各成分の原料の例示を示す。この表１に示す原料を適宜配合し、鋼製（ＪＩＳ Ｇ ２３ ３１４１、ＳＰＣＣ）外皮中に充填し、ワイヤ全重量に対するフラックスの割合が１５質量％となるようにして、ワイヤ径１．２ｍｍのフラックス入りワイヤを作製した。表２及び表３に実施例及び比較例のフラックス入りワイヤの成分含有量の分析値を示す。表２及び表３中の成分以外の残部の主成分はＦｅであり、不可避不純物としてＰ、Ｓ、Ｎ及びＣｕ等を含む。
上記表２及び表３に示した比較例１乃至２２及び実施例１乃至１５のフラックス入りワイヤを使用し、被溶接材としてＪＩＳ Ｇ ３１０６、ＳＭ４９０Ａ の鋼板を使用し、シールドガスとして１００質量％ＣＯ２を流量２５リットル／分で供給して、下記（１）乃至（３）の各溶接試験を実施し、その溶接性について評価した。
（１）立向上進溶接性の評価
下記表４に示す方法で、立向上進溶接でのビード垂れ性試験を行い、立向上進溶接性を評価した。
下記表４に示す方法で、立向上進溶接でのビード垂れ性試験を行い、立向上進溶接性を評価した。
（２）溶接作業性及びスラグ剥離性の評価
溶接作業性の評価を立向上進すみ肉溶接にて行い、スパッタ発生量の官能評価及びスラグ剥離性について評価した。評価基準は次のとおりである。
（２−１）溶接作業性の評価
スパッタ発生量が少ないもの（スパッタ発生量：１．５ｇ／分未満）：○
スパッタ発生量がやや多いもの（スパッタ発生量：１．５ｇ／分以上）：×
（２−２）スラグ剥離性の評価
スラグ剥離性が良好なもの（スラグ自然剥離率（＝スラグ自然剥離長さ／溶接長）：２５％以上）：○
スラグ剥離性が不良なもの（スラグ自然剥離率（＝スラグ自然剥離長さ／溶接長）：２５％未満）：×
溶接作業性の評価を立向上進すみ肉溶接にて行い、スパッタ発生量の官能評価及びスラグ剥離性について評価した。評価基準は次のとおりである。
（２−１）溶接作業性の評価
スパッタ発生量が少ないもの（スパッタ発生量：１．５ｇ／分未満）：○
スパッタ発生量がやや多いもの（スパッタ発生量：１．５ｇ／分以上）：×
（２−２）スラグ剥離性の評価
スラグ剥離性が良好なもの（スラグ自然剥離率（＝スラグ自然剥離長さ／溶接長）：２５％以上）：○
スラグ剥離性が不良なもの（スラグ自然剥離率（＝スラグ自然剥離長さ／溶接長）：２５％未満）：×
（３）ＪＩＳ Ｇ ３１０６（ＳＭ４９０Ａ）に該当する供試鋼板を使用し、ＪＩＳ Ｚ ３３１３に規定されている全溶着金属についての試験方法に準じ、下記表５に示す試験方法で溶接した。
評価基準は次のとおりである。
シャルピー衝撃試験による吸収エネルギーが６０Ｊ以上９０Ｊ未満のもの：○
シャルピー衝撃試験による吸収エネルギーが６０Ｊ未満のもの：×
上述の各溶接試験の評価結果を下記表６及び表７に示す。
評価基準は次のとおりである。
シャルピー衝撃試験による吸収エネルギーが６０Ｊ以上９０Ｊ未満のもの：○
シャルピー衝撃試験による吸収エネルギーが６０Ｊ未満のもの：×
上述の各溶接試験の評価結果を下記表６及び表７に示す。
この表６及び表７に示すように、比較例１は、ＴｉＯ２がその下限値を外れているため、立向上進性のみが劣り、比較例２は、ＴｉＯ２のみがその上限値を外れているため、スラグ形成剤量過多による溶融金属の垂れ、大粒スパッタの増加、及び脱酸不良による機械的性質の劣化が発生した。比較例３は、Ａｌ２Ｏ３のみがその下限値を外れているため、スラグの粘性低下により立向上進性が劣り、比較例４は、Ａｌ２Ｏ３のみがその上限値を外れているため、溶接金属へのスラグの焼き付きによるスラグ剥離性不良が生じている。比較例５は、ＳｉＯ２がその下限値を外れ、且つ（ＴｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３）／ＳｉＯ２＋ＺｒＯ２）比率ｘもその上限値を外れているため、凝固が早くなりすぎ、逆にスラグが邪魔をすることによる立向上進性の劣化が見られた。比較例６は、ＳｉＯ２のみがその上限値を外れるため、スラグの凝固が遅くなり、スラグが溶融金属を保持することができず、溶融金属の垂れが発生した。
比較例７は、ＺｒＯ２のみがその下限値を外れているため、溶接金属へのスラグの焼き付きによるスラグ剥離性不良が生じている。比較例８は、ＺｒＯ２のみがその上限値を外れているため、スラグの凝固が遅れ、溶融金属の垂れが発生した。比較例９は、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２はその規定範囲内にあるが、（ＴｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３）／〔ＳｉＯ２＋ＺｒＯ２）比率ｘのみがその下限値を外れており、スラグの凝固が遅く、かつ粘性が低いために溶融金属の垂れが発生した。比較例１０は、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２はその規定範囲内にあるが、（ＴｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３）／〔ＳｉＯ２＋ＺｒＯ２）比率ｘのみがその上限値を外れており、スラグの凝固が早くなりすぎ、逆にスラグが邪魔をすることによる立向上進性の劣化が見られ、且つ溶接金属へのスラグの焼き付きによるスラグ剥離性不良が生じた。
比較例１１は、Ｍｎのみがその上限値を外れているため、溶接金属のＭｎ量が過多となり、引張強度が低いものであった。また、比較例１１は、スラグ中に低融点化合物であるＭｎＯが過剰に生成することによる立向上進性の劣化が見られ、且つ大粒のスパッタも発生した。比較例１２は、Ｍｎのみがその下限値を外れているため、脱酸性能が劣り、溶接金属の衝撃性能が劣るとともに、脱酸不良による溶接欠陥が発生した。比較例１３は、Ｓｉのみがその下限値を外れているため、脱酸性能が劣り、溶接金属の衝撃性能が劣っている。また、比較例１３は、アークの集中性が強く、立向上進性が劣るものであった。比較例１４は、Ｓｉのみがその上限値を外れているため、溶接金属のＳｉ量が過多となり、引張強度が高くなり過ぎることによる衝撃性能の劣化が見られた。
比較例１５は、Ａｌのみその下限値を外れているため、溶融金属の粘性低下による立向上進性の劣化が見られた。比較例１６は、Ａｌのみがその上限値を外れているため、溶接金属の衝撃性能が劣るとともに、スラグ中へのＡｌ２Ｏ３の過剰生成によるスラグ剥離性の劣化が見られた。比較例１７は、Ｍｇのみがその下限値を外れているため、脱酸性能が劣り、溶接金属の衝撃性能が劣るとともに、溶融金属の粘性低下による立向上進性の劣化が見られた。比較例１８は、Ｍｇのみがその上限値を外れているため、脱酸性能が過剰によるＭｎ及びＳｉの溶接金属中の歩留りが高くなりすぎ、引張強度が高くなり過ぎることによる衝撃性能の劣化が見られた。また、大粒のスパッタが増加するとともに、スラグ中へのＭｇＯ過剰生成によるスラグ剥離性の劣化が見られた。
比較例１９は、Ｓｉ、Ａｌ、Ｍｇはその規定範囲にあるが、Ｍｇ／（Ｓｉ＋Ａｌ）比率ｙがその下限値を外れているため、溶接金属の引張強度が増加しすぎることによる衝撃性能の劣化が見られた。比較例２０は、Ｓｉ、Ａｌ、Ｍｇはその規定範囲にあるが、Ｍｇ／（Ｓｉ＋Ａｌ）比率ｙがその上限値を外れているため、溶融金属の粘性不足による立向上進性の劣化が見られた。比較例２１は、Ｎａ＋Ｋがその下限値を外れているため、アーク集中性が強く、立向上進性が劣化するとともに大粒スパッタが発生した。比較例２２は、Ｎａ＋Ｋがその上限値を外れているため、低融点化合物であるＮａ２Ｏ及びＫ２Ｏの過剰生成による立向上進性の劣化が見られた。比較例２３は、Ｎａ＋Ｋはその規定範囲にあるが、Ｎａ＋Ｋがその下限値を外れているため、大粒のスパッタが増加した。
これに対し、実施例１乃至１５は、いずれも上記本発明の規定範囲を全て満たしているので、上記全ての溶接特性が良好であった。
なお、下向及び水平すみ肉溶接の溶接作業性についても、同様の試験により確認したが、本発明の実施例は、いずれも良好であった。
以上詳述したように、本発明によれば、スパッタ発生量及びスラグ剥離性といった溶接作業性、及び溶接金属の機械的性質が劣化することなく、立向上進溶接姿勢により、高溶接電流及び広ルート間隔といった過酷な溶接条件下であっても、溶融金属及びスラグの垂れ落ちを防止することができる。
Claims (2)
- 軟鋼又は合金鋼製外皮にフラックスを充填してなるチタニヤ系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、外皮及びフラックスの全体で、ワイヤ全質量あたり、
ＴｉＯ２：６乃至１２質量％、
Ａｌ２Ｏ３：０．４乃至０．８質量％、
ＳｉＯ２：０．１乃至０．５質量％、
ＺｒＯ２：０．０５乃至０．２０質量％、
Ｍｎ：１．５乃至３．０質量％、
Ｓｉ：０．４乃至０．９質量％、
Ａｌ：０．１乃至０．３質量％、
Ｍｇ：０．４乃至０．８質量％、
を含有し、
残部がＦｅ及び不可避的不純物であり、
（ＴｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３）／（ＳｉＯ２＋ＺｒＯ２）：１０乃至２０、
Ｍｇ／（Ｓｉ＋Ａｌ）：０．４乃至０．７（Ｍｇ及びＳｉ及びＡｌが合金の形態で存在する場合は、Ｍｇ及びＳｉ及びＡｌに換算した含有量）、
Ｎａ＋Ｋ：０．０５乃至０．１２質量％（Ｎａ及びＫは化合物又は合金の形態で存在する場合は、Ｎａ及びＫに換算した含有量）、
Ｎａ／Ｋ：０．３以上（Ｎａ及びＫは化合物又は合金の形態で存在する場合は、Ｎａ及びＫに換算した含有量）、
であることを特徴とするチタニヤ系ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。 - 軟鋼又は合金鋼製外皮にフラックスを充填してなるチタニヤ系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、外皮及びフラックスの全体で、ワイヤ全質量あたり、
ＴｉＯ２：６乃至１２質量％、
Ａｌ２Ｏ３：０．４乃至０．８質量％、
ＳｉＯ２：０．１乃至０．５質量％、
ＺｒＯ２：０．０５乃至０．２０質量％、
Ｍｎ：１．５乃至３．０質量％、
Ｓｉ：０．４乃至０．９質量％、
Ａｌ：０．１乃至０．３質量％、
Ｍｇ：０．４乃至０．８質量％、
Ｃ：０．０１乃至０．１２質量％、
Ｆ：０．０５乃至０．１０質量％、
を含有し、
更に、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉ、及びＺｒからなる群から選択された少なくとも１種を夫々０．１質量％以下含有し、
残部がＦｅ及び不可避的不純物であり、
（ＴｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３）／（ＳｉＯ２＋ＺｒＯ２）：１０乃至２０、
Ｍｇ／（Ｓｉ＋Ａｌ）：０．４乃至０．７（Ｍｇ及びＳｉ及びＡｌが合金の形態で存在する場合は、Ｍｇ及びＳｉ及びＡｌに換算した含有量）、
Ｎａ＋Ｋ：０．０５乃至０．１２質量％（Ｎａ及びＫは化合物又は合金の形態で存在する場合は、Ｎａ及びＫに換算した含有量）、
Ｎａ／Ｋ：０．３以上（Ｎａ及びＫは化合物又は合金の形態で存在する場合は、Ｎａ及びＫに換算した含有量）、
であることを特徴とするチタニヤ系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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