JP2014193472A - ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ - Google Patents

ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ Download PDF

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Abstract

【課題】スパッタ発生量を低減し、アークの安定性、および溶接金属の機械的性質を損なわずに、溶接ビード垂れを抑制し、かつスラグ巻込みといった溶接欠陥を抑制することができる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。
【解決手段】
鋼製外皮内にフラックスを充填してなる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、ワイヤ全質量当たり、ＴｉＯ２、Ｔｉ、Ｃ、Ｍｎ、Ｚｒ化合物およびＺｒ酸化物のＺｒ換算値と金属Ｚｒとの合計、Ｓｉ化合物およびＳｉ酸化物のＳｉ換算値と金属Ｓｉとの合計、Ｂ化合物およびＢ酸化物のＢ換算値と金属Ｂとの合計、０．７４・［Ｔｉ］／（［ＴｉＯ２］・［Ｚｒ］）（ただし、［Ｚｒ］はＺｒ化合物およびＺｒ酸化物のＺｒ換算値と金属Ｚｒとの合計）、［Ｂ］／［Ｍｎ］（ただし、［Ｂ］はＢ化合物およびＢ酸化物のＢ換算値と金属Ｂとの合計）を規定したものであることを特徴とする。
【選択図】なし

Description

本発明は、主に造船や橋梁などの鋼構造物の溶接に用いられるフラックス入りワイヤ、特に横向溶接に適した高能率なフラックス入りワイヤに関するものである。
従来から、溶接作業を高能率に行うために、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が様々な分野で行われている。例えば、すみ肉溶接を能率よく実施することができるフラックス入りワイヤのうち、特にプライマ塗布鋼板の高速溶接時に良好な溶接作業性を得ることができると共に、優れた耐気孔性を得ることができるガスシールド溶接用フラックス入りワイヤが開示されている（例えば、特許文献１参照）。
造船や橋梁といった分野においては製造期間中の発錆を防止する目的で、溶接母材とする鋼材の表面に一次防錆塗料が塗布されている場合が多い。特許文献１はこの一次防錆剤塗布鋼板を用いて溶接する際に、塗料を剥離することなしに、すみ肉溶接において高能率かつ良好な耐気孔性を有するフラックス入りワイヤを提供するものである。
特開２０００−４２７８７号公報
現状、横向溶接用ワイヤとしてはチタニア系全姿勢用フラックス入りワイヤ（以下、適宜、全姿勢用ＦＣＷという）が広く適用されている。全姿勢用ＦＣＷを用いて横向溶接を行う場合、（１）作業能率向上を狙い溶接電流を増加、溶接速度を低下させると、溶接ビード垂れが生じビード外観および形状を損ねる、（２）スラグ量が多いために狭開先内でのスラグ剥離性が極めて悪く、完全に剥離しきれなかったスラグが溶接金属中に取り込まれ、溶接欠陥を誘発する、という課題があった。
ここで、特許文献１のフラックス入りワイヤで規定する成分系のスラグがチタニア系のスラグよりも融点が高いことから、横向溶接における課題（ビード垂れ、スラグ剥離難等）を解決できるものとも考えられる。しかし、特許文献１に記載の成分系のみでは、横向溶接においては、スラグ巻き込みに起因する融合不良や、溶接金属の機械性能の改善に余地があった。
また、従来のフラックス入りワイヤにおいては、高融点を呈するスラグ形成剤を積極添加した場合に、溶滴移行が乱れスパッタ発生量が増加する傾向と溶接金属の機械的性質が劣化する傾向が見られる。
そのため、フラックス入りワイヤに要求される、スパッタ発生量の低減やアークの安定性などの溶接作業性を損なわず、また、溶接金属の機械的性質を損なわずに、溶接ビード垂れを抑制し、かつスラグ巻込みといった溶接欠陥を抑制することができるフラックス入りワイヤの開発が望まれている。
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、スパッタ発生量を低減し、アークの安定性、および溶接金属の機械的性質を損なわずに、溶接ビード垂れを抑制し、かつスラグ巻込みといった溶接欠陥を抑制することができる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課題とする。
本発明者らは鋭意検討した結果、以下の事項を見出した。
フラックス入りワイヤにおいては、スラグの成分系をＴｉＯ２系ではなくＺｒＯ２系にすることでスラグの融点が高くなる。フラックス入りワイヤは、スラグの融点を高くすることにより、溶接入熱を過大にした場合でも溶融金属が固まる過程で生じる溶接ビード垂れを抑制することができるだけでなく、剥離性を向上させることができる。さらにスラグ量を増加させて溶接ビード垂れを抑制していた従来ワイヤと比べて、スラグ量を低減することが可能となり、スラグ巻込みといった溶接欠陥を極めて少なくすることができる。
しかし、高融点タイプのスラグの成分系は、アークの安定性が悪くスパッタ発生量の増加および機械的性質の劣化を招いていた。チタニア系フラックス入りワイヤはアークの安定性に優れスパッタ発生量が少なく良好な溶接作業性が得られる。それはスラグの主成分となるＴｉＯ２がアークを安定化させる働きがあるためである。
本発明の骨子である高融点タイプのスラグの成分系にアークを安定させる目的でＴｉＯ２のみを添加すると、スラグの主成分となるＺｒＯ２との融点の違いから溶接後のスラグ包被が不均一となり、特に横向溶接においてはスラグ巻込みを誘発し、課題を解決するには至らなかった。
そこで本発明で規定する成分のうち、ＴｉＯ２と、ＴｉおよびＺｒＯ２とのバランスを調整することで双方の長所を活かしたフラックス入りワイヤを開発することができた。
本発明に係るガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ（以下、適宜、フラックス入りワイヤあるいは、単にワイヤという）は、鋼製外皮内にフラックスを充填してなる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、
ワイヤ全質量当たり、
ＴｉＯ２：０．２〜０．９質量％、
Ｔｉ：０．００５〜０．０４０質量％、
Ｃ：０．０１〜０．０５質量％、
Ｍｎ：１．５〜４．０質量％、
Ｚｒ化合物およびＺｒ酸化物のＺｒ換算値と金属Ｚｒとの合計：０．５〜２．０質量％、
Ｓｉ化合物およびＳｉ酸化物のＳｉ換算値と金属Ｓｉとの合計：０．５〜２．０質量％、
Ｂ化合物およびＢ酸化物のＢ換算値と金属Ｂとの合計：０．００２〜０．０１０質量％、
０．７４・［Ｔｉ］／（［ＴｉＯ２］・［Ｚｒ］）：０．００５〜０．０４０（ただし、［Ｚｒ］はＺｒ化合物およびＺｒ酸化物のＺｒ換算値と金属Ｚｒとの合計）、
［Ｂ］／［Ｍｎ］：０．００１〜０．００５（ただし、［Ｂ］はＢ化合物およびＢ酸化物のＢ換算値と金属Ｂとの合計）、
であることを特徴とする。
かかる構成によれば、フラックス入りワイヤは、スラグの成分系をチタニア系のスラグよりも高融点のスラグとなるＺｒＯ２系とすることで、高電流時（もしくは低溶接速度時）における溶接ビード垂れが抑制され、かつスラグ巻込みといった溶接欠陥が限りなくゼロに近づく。また、フラックス入りワイヤは、所定の成分を所定量含有することで、アークの安定、ヒュームやスパッタの発生の抑制、機械的性質の向上、ビード表面の光沢が得られるなどの作用を奏する。
本発明に係るガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、さらに、ワイヤ全質量当たり、Ｆ化合物のＦ換算値とＮａ化合物およびＮａ酸化物のＮａ換算値とＫ化合物およびＫ酸化物のＫ換算値との合計が０．７０質量％以下であることが好ましい。
かかる構成によれば、フラックス入りワイヤは、Ｆ、Ｎａ、Ｋを所定量含有することで、スパッタ発生量を増加させずに、アークがさらに安定する。
本発明に係るガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、さらに、ワイヤ全質量当たり、ＮｂおよびＶのうちどちらか一方もしくは両方の合計が０．０４０質量％以下であることが好ましい。
かかる構成によれば、溶接継手の溶接金属において機械性能が劣化することがない。
本発明に係るガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、前記Ｍｎが２．０〜３．０質量％であることが好ましい。
かかる構成によれば、フラックス入りワイヤは、Ｍｎによる脱酸剤としての作用がより向上する。
本発明に係るガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、フラックスの充填率が１０〜３０質量％であることが好ましい。
かかる構成によれば、フラックス入りワイヤは、フラックスの作用がより発揮されやすくなる。
本発明に係るガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、横向溶接に用いることが好ましい。
フラックス入りワイヤは、横向溶接において、スパッタ発生量の低減し、アークの安定性、および溶接金属の機械的性質を損なわずに、溶接ビード垂れを抑制し、かつスラグ巻込みといった溶接欠陥を抑制することができる。
本発明のフラックス入りイヤは、特に横向溶接用として適したものであるが、横向溶接に限定されるものではなく、水平すみ肉溶接や、下向溶接などに用いることもできる。
本発明に係るフラックス入りワイヤによれば、溶接ビード垂れを抑制し、かつスラグ巻込みといった溶接欠陥を抑制することができる。また、スパッタ発生量を低減することができ、かつアークの安定性を損なうことがない。さらに、溶接金属の機械的性質を損なうことがなく、また、溶接金属の耐割れ性が向上する。
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
≪フラックス入りワイヤ≫
本発明のフラックス入りワイヤは、鋼製外皮内にフラックスを充填してなるものである。そして、ワイヤ全質量当たり、ＴｉＯ２、Ｔｉ、Ｃ、Ｍｎ、「Ｚｒ化合物およびＺｒ酸化物のＺｒ換算値と金属Ｚｒとの合計」、「Ｓｉ化合物およびＳｉ酸化物のＳｉ換算値と金属Ｓｉとの合計」、「Ｂ化合物およびＢ酸化物のＢ換算値と金属Ｂとの合計」、「０．７４・［Ｔｉ］／（［ＴｉＯ２］・［Ｚｒ］）」（ただし、［Ｚｒ］はＺｒ化合物およびＺｒ酸化物のＺｒ換算値と金属Ｚｒとの合計）、「［Ｂ］／［Ｍｎ］」（ただし、［Ｂ］はＢ化合物およびＢ酸化物のＢ換算値と金属Ｂとの合計）を規定したものである。
フラックス入りワイヤは、さらに、ワイヤ全質量当たり、Ｆ化合物のＦ換算値とＮａ化合物およびＮａ酸化物のＮａ換算値とＫ化合物およびＫ酸化物のＫ換算値との合計を所定量含有してもよい。
また、フラックス入りワイヤは、さらに、ワイヤ全質量当たり、ＮｂおよびＶのどちらか一方もしくは両方の合計を所定量以下に抑えることが好ましい。
ここで、Ｔｉ，Ｍｎ，Ｂ，Ｎｂ，Ｖは金属としてのものである。すなわち、例えばＴｉであれば金属Ｔｉであり、「金属Ｔｉ」とは、「純金属Ｔｉ」および「合金Ｔｉ」のうちの一種以上を意味する。他の元素も同様である。すなわち、金属としてのものとは、酸化物、化合物ではないということを意味する。
また、「酸化物」とは、「単一酸化物」および「複合酸化物」のうちの一種以上を意味する。「単一酸化物」とは、例えば、ＺｒならばＺｒ単独の酸化物（ＺｒＯ２）をいい、「複合酸化物」とは、これらの単一酸化物が複数種類集合したものと、例えば、Ｚｒ，Ｓｉ，Ｂといった複数の金属成分を含む酸化物との双方をいう。なお、「化合物」についても同様である。
また、「Ｚｒ化合物およびＺｒ酸化物のＺｒ換算値」とは、「Ｚｒ化合物」および「Ｚｒ酸化物」の合計を「金属Ｚｒ」に換算した値である。他の元素についても同様である。
さらに、［Ｔｉ］、［ＴｉＯ２］、［Ｍｎ］は、それぞれ溶接金属中のＴｉ、ＴｉＯ２、Ｂ、Ｍｎの含有量（質量％）を示す。また、［Ｚｒ］は「Ｚｒ化合物およびＺｒ酸化物のＺｒ換算値と金属Ｚｒとの合計」を示し、［Ｂ］は「Ｂ化合物およびＢ酸化物のＢ換算値と金属Ｂとの合計」を示す。
以下、ワイヤの成分限定理由について説明する。
＜ＴｉＯ２：０．２〜０．９質量％＞
ＴｉＯ２はアークを安定させると共に、ヒュームおよびスパッタの発生を低減することができる。ＴｉＯ２量が０．２質量％未満では、アーク安定化の効果が得られず、ヒューム発生量およびスパッタ発生量が増加する。一方、０．９質量％を超えると、スラグの凝固温度が低くなりスラグ包被に不均一が生じ、剥離性の劣化、スラグ巻込みといった溶接欠陥を生じ易くなる。したがって、ＴｉＯ２量は０．２〜０．９質量％とする。ＴｉＯ２量は、スラグ包被をより均一にする観点から、０．７質量％以下であることが好ましい。
＜Ｔｉ：０．００５〜０．０４０質量％＞
Ｔｉはアークを安定にする働きがあり、その大部分が溶接金属中に歩留るため、スラグ包被を不均一にすることなく、溶滴移行をスムーズにする。Ｔｉ量が０．００５質量％未満では、アーク安定の効果が明確ではない。一方、０．０４０質量％を超えると、一部の酸化されたＴｉがＴｉＯ２としてスラグに移行し、スラグ包被が不均一となる。したがって、Ｔｉ量は０．００５〜０．０４０質量％とする。Ｔｉ量は、スラグ包被をより均一にする観点から、０．０１５質量％以下であることが好ましい。
＜Ｃ：０．０１〜０．０５質量％＞
Ｃは、酸化されてＣＯ、ＣＯ２ガスを発生することで溶滴の爆発を伴う。Ｃ量を０．０５質量％以下とすることでスパッタの飛散やヒューム発生量を抑制する狙いがある。またＣは良好な機械性能を得るために必要な元素であり下限を０．０１質量％とする。したがって、Ｃ量は０．０１〜０．０５質量％とする。
＜Ｍｎ：１．５〜４．０質量％＞
Ｍｎは脱酸剤として溶接金属中の酸素をスラグとして除去し機械的性質を向上させる働きがある。Ｍｎ量が１．５質量％未満ではその働きが小さい。一方、４．０質量％を超えると、溶接金属の強度が高強度化し靭性を低下させる。したがって、Ｍｎ量は１．５〜４．０質量％とする。Ｍｎ量は、機械的性質をより向上させる観点から、２．０質量％以上であることが好ましく、また、靭性を向上させる観点から、３．０質量％以下であることが好ましい。
＜Ｚｒ化合物およびＺｒ酸化物のＺｒ換算値と金属Ｚｒとの合計：０．５〜２．０質量％＞
ＺｒＯ２は高融点スラグの主成分となるため添加が必須である。溶接ビード垂れを抑制するだけの効果を得るためには、ワイヤに添加するＺｒ量、すなわち、Ｚｒ化合物およびＺｒ酸化物のＺｒ換算値と金属Ｚｒとの合計（Ｚｒ合計量）を０．５質量％以上とする必要がある。しかし溶接金属中のＺｒは機械的性質を劣化させるため、上限値を２．０質量％とする。また、Ｚｒは、金属又は合金の形態で添加されると、脱酸作用により溶接金属中の酸素と反応してＺｒＯ２を形成し、ＺｒＯ２と同様の効果を発揮する。Ｚｒ酸化物、Ｚｒ化合物についてもＺｒＯ２と同様の効果を発揮する。したがって、Ｚｒ合計量は０．５〜２．０質量％とする。Ｚｒ合計量は、溶接ビード垂れをより抑制する観点から、１．０質量％以上であることが好ましく、また、機械的性質を向上させる観点から、１．５質量％以下であることが好ましい。
＜Ｓｉ化合物およびＳｉ酸化物のＳｉ換算値と金属Ｓｉとの合計：０．５〜２．０質量％＞
ＳｉＯ２は、ＺｒＯ２と同様に本発明におけるフラックスの主成分であり、スラグ形成剤として作用するため添加が必須である。ＳｉＯ２は光沢あるビード外観を得るのに有効な成分である。Ｓｉ量、すなわち、Ｓｉ化合物およびＳｉ酸化物のＳｉ換算値と金属Ｓｉとの合計（Ｓｉ合計量）が０．５質量％未満ではビード表面の光沢が得られない。一方、２．０質量％を超えるとスラグ包被に不均一が生じる。また、Ｓｉは、金属又は合金の形態で添加されると、脱酸作用により溶接金属中の酸素と反応してＳｉＯ２を形成し、ＳｉＯ２と同様の効果を発揮する。Ｓｉ酸化物、Ｓｉ化合物についてもＳｉＯ２と同様の効果を発揮する。したがって、Ｓｉ合計量は０．５〜２．０質量％とする。Ｓｉ合計量は、ビード表面の光沢を得る効果をより発揮させる観点から、０．７質量％以上であることが好ましく、また、スラグ包被をより均一にする観点から、１．０質量％以下であることが好ましい。
＜Ｂ化合物およびＢ酸化物のＢ換算値と金属Ｂとの合計：０．００２〜０．０１０質量％＞
Ｂは溶接金属の凝固過程において核となり組織を微細化する働きがある。Ｂ量、すなわち、Ｂ化合物およびＢ酸化物のＢ換算値と金属Ｂとの合計（Ｂ合計量）が０．００２質量％未満では、機械的性質の向上が得られない。一方、０．０１０質量％を超えると、耐高温割れ性の劣化など機械的性質以外の諸性能が劣化する傾向がある。したがって、Ｂ合計量は０．００２〜０．０１０質量％とする。Ｂ合計量は、機械的性質以外の諸性能を向上させる観点から、０．００８質量％以下であることが好ましい。なお、Ｂは酸化物形態および化合物形態であっても同様の効果を発揮する。
＜「０．７４・［Ｔｉ］／（［ＴｉＯ２］・［Ｚｒ］）（ただし、［Ｚｒ］はＺｒ化合物およびＺｒ酸化物のＺｒ換算値と金属Ｚｒとの合計）」：０．００５〜０．０４０＞
ＴｉＯ２とＺｒＯ２は融点の差が大きく、溶接後のビード垂れ、スラグ剥離性を大きく左右する。Ｔｉはアーク安定化のために添加は必須であるが、過剰な添加はＴｉが酸化されＺｒＯ２とのバランスを乱し、スラグ包被が不均一となる。なお、Ｚｒ酸化物、Ｚｒ化合物についてもＺｒＯ２と同様である。したがって、［ＴｉＯ２］、［Ｚｒ］、および［Ｔｉ］の含有量の関係を上記のように規定した。上記の関係の値が０．００５未満では、アークの安定性が得られないだけでなく、溶接ビードが垂れ気味となる。一方、０．０４０を超えると、スラグ包被が不均一となり、スラグ巻き込みといった融合不良を生じやすくなるだけではなく、スラグが早く固まることにより溶接ビード表面に凹凸を生じる。したがって、「０．７４・［Ｔｉ］／（［ＴｉＯ２］・［Ｚｒ］）」は０．００５〜０．０４０とする。「０．７４・［Ｔｉ］／（［ＴｉＯ２］・［Ｚｒ］）」は、アークの安定性をより向上させる観点から、また溶接ビード形状をより良好にする観点から、０．００８以上であることが好ましい。また、スラグ包被をより均一にする観点から、また溶接ビード形状をより良好にする観点から、０．０２０以下であることが好ましい。
＜「［Ｂ］／［Ｍｎ］（ただし、［Ｂ］はＢ化合物およびＢ酸化物のＢ換算値と金属Ｂとの合計）」：０．００１〜０．００５＞
横向継手の溶接入熱量（０．９〜１．５ｋＪ／ｍｍ）にて良好な機械性能を得るには、溶接金属中のＢ量と脱酸剤となるＭｎ量の関係が重要である。「［Ｂ］／［Ｍｎ］」、すなわち、Ｂ化合物およびＢ酸化物のＢ換算値と金属Ｂとの合計（Ｂ合計量）と、Ｍｎとの関係の値が０．００１未満ではＢの核生成による組織の微細化が十分ではない。一方、０．００５を超えるとＭｎによる脱酸効果が得られない。したがって、「［Ｂ］／［Ｍｎ］」は０．００１〜０．００５とする。「［Ｂ］／［Ｍｎ］」は、脱酸効果をより発揮させる観点から、０．００３以下であることが好ましい。
＜Ｆ化合物のＦ換算値とＮａ化合物およびＮａ酸化物のＮａ換算値とＫ化合物およびＫ酸化物のＫ換算値との合計：０．７０質量％以下＞
Ｆ、Ｎａ、Ｋはアーク安定剤として添加される成分である。これらの合計量が０．７０質量％を超えるとスパッタ発生量が増加する傾向がある。したがって、これらを含有する場合には、Ｆ、Ｎａ、Ｋの合計量は０．７０質量％以下とする。Ｆ、Ｎａ、Ｋの合計量は、スパッタ発生量をより低減させる観点から、０．２０質量％以下であることが好ましい。なお、下限値については特に規定されるものではなく、０質量％であってもよいが、添加する場合はその効果を得るため、０．１０質量％以上とすることが好ましい。
＜ＮｂおよびＶのうちどちらか一方もしくは両方の合計：０．０４０質量％以下＞
ＮｂおよびＶは溶接金属中でＮｂＣ、ＶＣを形成し溶接金属の機械性能を劣化させる。そのため、溶接継手の溶接金属において良好な機械性能を得るためには上限を設ける必要がある。ＮｂおよびＶのうちどちらか一方もしくは両方の合計（ＮｂとＶの合計量）が０．０４０質量％を超えると溶接金属の機械性能が劣化する。したがって、これらを含有する場合には、ＮｂとＶの合計量は０．０４０質量％以下とする。なお、Ｎｂ、Ｖは不可避的に混入されるため特に下限値は設定しない。ＮｂとＶの合計量は、機械性能をより向上させる観点から、好ましくは０．００４質量％以下である。
＜フラックスの充填率：１０〜３０質量％＞
フラックス充填率（ワイヤ全質量に対するフラックスの質量）は特に規定されるものではないが、フラックス入りワイヤの生産時の安定性の観点から１０〜３０質量％であることが好ましい。
＜残部：Ｆｅおよび不可避的不純物＞
フラックス入りワイヤ全体としての残部は、Ｆｅおよび不可避的不純物である。Ｆｅ量は８０〜９５質量％とすることができる。
＜Ｆｅ：８０〜９５質量％＞
Ｆｅは溶着金属量を増加させる効果を有し、溶接施工効率を上昇させる。また、他のフラックス原料と混ざり合い、フラックスの流動性を良好にし、フラックス充填率の変動を抑制する。Ｆｅが８０質量％未満では上記の効果が得られない。一方、上限については前述の種々のフラックス成分を添加できる量であればよく、例えば９５質量％とすることができる。したがってＦｅ量は８０〜９５質量％とすることができる。なお、Ｆｅ源としては、鋼製外皮以外にフラックスでは鉄粉およびＦｅ系合金等がある。
そして、前記したワイヤ成分の他、ワイヤ成分としてフラックス中に、Ｃａ、Ｌｉ等を脱酸等の微調整剤として、また、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｎを溶接金属のさらなる硬化剤として、少量含有させることもできる。これらの元素は、本発明の目的には影響を及ぼさない。また、フラックス中には上記の元素以外のアルカリ金属化合物を微量に含む。
また、不可避的不純物として、前記したＮｂ、Ｖの他、例えば、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｃｒ等を各々、Ｎｉ：０．１質量％未満、Ｍｏ：０．０１質量％未満、Ｃｒ：０．３０質量％未満を含有してもよい。ただし、これらの成分、数値に限定されるものではない。
＜その他＞
フラックス入りワイヤの製造方法としては、帯鋼の長さ方向にフラックスを散布してから包み込むように円形断面に成形し伸線する方法や、太径の鋼管にフラックスを充填して伸線する方法がある。しかしながら、いずれの方法でも本発明には影響しないため、いずれの方法で製造しても良い。さらにシームが有るものと無いものがあるが、これもいずれでも良い。外皮の成分については何ら規定する必要はないが、コスト面と伸線性の面から軟鋼または低合金鋼の材質を用いるのが一般的である。また、表面に銅めっきを施す場合もあるが、めっきの有無は問わない。
以下、本発明の効果を説明するために、本発明の範囲に入る実施例と、本発明の範囲から外れる比較例とを比較して説明する。
表１、２に示すワイヤ成分を有するフラックス入りワイヤを用いて、表３に示す条件にて溶接を実施した。また、フープ成分（外皮成分）の一例を表４に示す。表１、２のワイヤ成分において、本発明の範囲を満たさないものについては数値に下線を引いて示す。
なお、フラックス入りワイヤに含有される各成分の量は、Ｃは燃焼−赤外線吸収法で、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｍｎ、Ｂ、Ｎｂ、ＶはＩＣＰ発光分光分析方法で、ＮａおよびＫは原子吸光分析方法で、Ｆは中和滴定法で、それぞれ測定した。
Figure 2014193472
Figure 2014193472
Figure 2014193472
Figure 2014193472
そして、以下の評価を行った。
＜融合不良（スラグ巻き含む）＞
融合不良については、Ｘ線透過試験（ＪＩＳ Ｚ ３１０４に準拠）により溶接金属内部の融合不良（スラグ巻き含む）を調査することにより評価した。
融合不良発生数（個／５００ｍｍＬ（長さ））が０個のものを合格、１個以上のものを不合格とした。
＜ビード外観＞
ビード外観については、官能にて評価した。
ビード垂れがなく、ビードの重ね目が良好なものを「○」、溶接後のビード形状が垂れ気味なものを「△」、ビード垂れが顕著で横向溶接が行えないものを「×」とした。
＜溶接作業性（アーク安定性およびスパッタ発生量）＞
溶接作業性については、溶接時に官能にて評価した。
溶滴移行がスムーズでスパッタ発生量が少ないものを「○」、アークがやや不安定でスパッタ発生量も多いものを「△」、アークが不安定でスパッタ発生量が多い（商品として実用性がない）ものを「×」とした。
＜機械的性質＞
機械的性質については、ＪＩＳ Ｚ ３１１１に準拠し溶着金属から試験片を作製し、引張試験、衝撃試験を実施することにより評価した。具体的には、引張強度、０℃吸収エネルギー（靭性）を測定した。
引張試験片はタイプＩＡ０号、衝撃試験片はＶノッチ試験片である。
判定基準は、引張強度５４０ＭＰａ以上６４０ＭＰａ以下且つ衝撃値８０Ｊ以上で特に良好なものを「◎」、引張強度５４０ＭＰａ以上６４０ＭＰａ以下且つ衝撃値４７Ｊ以上のものを「○」、引張強度５４０ＭＰａ以上６４０ＭＰａ以下もしくは衝撃値４７Ｊ以上のものを「△」、前記範囲（「△」の範囲）を共に満足しないものを「×」とした。
＜耐割れ性＞
耐割れ性については、油圧式Ｃ形高速冶具による突合せ溶接割れ試験を実施（ＪＩＳ ３１５５に準拠）することにより評価した。具体的には、以下の溶接条件で溶接した際における割れ発生率にて評価した。
（溶接条件）
［供試鋼板］ＪＩＳ Ｇ３１０６ ＳＭ４００Ｂ、２５ｍｍｔ（厚さ）×（１５０＋１５０）ｍｍｗ（幅）×５００ｍｍＬ（長さ）
［開先形状］４０°Ｖ開先、ルートギャップ４ｍｍ
［裏当て材］セラミックタイプ
［溶接方法］半自動溶接
[溶接姿勢]下向
[電流−電圧]２４０Ａ−２８Ｖ
割れ発生率＝割れ合計長さ／（溶接長−クレータ長さ）×１００
割れ発生率が１０％以下のものを合格、１０％を超えるものを不合格とした。
（総合評価）
融合不良発生数がゼロで、ビード外観、溶接作業性が「○」、割れ発生率が１０％以下のもので、特に機械的性質に優れるものを「◎」とした。
融合不良発生数がゼロで、ビード外観、溶接作業性が「○」、割れ発生率が１０％以下のものを「○」とした。
上記以外のうち割れ発生率が１０％以下のものを「△」とし、１０％以上のものを「×」とした。
これらの結果を表５に示す。
Figure 2014193472
表５に示すように、Ｎｏ．６〜２２は、本発明の範囲を満たすため、各評価において良好な結果を得られた。なお、Ｎｏ．２０およびＮｏ．２１については「Ｆ＋Ｎa＋Ｋ」を添加しておらず、その他の実施例と比較して溶接作業性が若干劣るものの、問題ない性能が得られた。
一方、Ｎｏ．１〜５、２３〜３１は、本発明の範囲を満たさないため、良好な結果が得られなかった。
Ｎｏ．１は、ＴｉＯ２、Ｍｎ、Ｂ合計値が上限値を超え、「０．７４・［Ｔｉ］／（［ＴｉＯ２］・［Ｚｒ］）」、Ｓｉ合計値が下限未満のため、融合不良となり、また、ビード外観、溶接作業性、機械的性質、耐割れ性に劣った。
Ｎｏ．２は、ＴｉＯ２、Ｍｎ、Ｂ合計値が上限値を超え、「０．７４・［Ｔｉ］／（［ＴｉＯ２］・［Ｚｒ］）」、Ｚｒ合計値、Ｓｉ合計値が下限未満のため、融合不良となり、また、ビード外観、溶接作業性、機械的性質、耐割れ性に劣った。
Ｎｏ．３は、ＴｉＯ２、Ｍｎが上限値を超え、「０．７４・［Ｔｉ］／（［ＴｉＯ２］・［Ｚｒ］）」、Ｓｉ合計値、Ｂ合計値、「［Ｂ］／［Ｍｎ］」が下限未満のため、融合不良となり、また、ビード外観、溶接作業性、機械的性質に劣った。
Ｎｏ．４は、ＴｉＯ２、Ｔｉ、Ｚｒ合計値、Ｂ合計値、「［Ｂ］／［Ｍｎ］」、「Ｆ、Ｎａ、Ｋの合計値」が上限値を超え、Ｃ、「０．７４・［Ｔｉ］／（［ＴｉＯ２］・［Ｚｒ］）」、Ｍｎ、Ｓｉ合計値が下限未満のため、融合不良となり、また、ビード外観、溶接作業性、機械的性質、耐割れ性に劣った。
Ｎｏ．５は、ＴｉＯ２、Ｚｒ合計値、Ｂ合計値、「［Ｂ］／［Ｍｎ］」、「Ｆ、Ｎａ、Ｋの合計値」が上限値を超え、Ｃ、「０．７４・［Ｔｉ］／（［ＴｉＯ２］・［Ｚｒ］）」、Ｍｎ、Ｓｉ合計値が下限未満のため、融合不良となり、また、ビード外観、溶接作業性、機械的性質、耐割れ性に劣った。
Ｎｏ．２３は、ＴｉＯ２、Ｔｉ、「０．７４・［Ｔｉ］／（［ＴｉＯ２］・［Ｚｒ］）」、Ｓｉ合計値、「［Ｂ］／［Ｍｎ］」が上限値を超え、Ｃ、Ｍｎが下限未満のため、融合不良となり、また、ビード外観、機械的性質に劣った。
Ｎｏ．２４は、ＴｉＯ２、Ｔｉ、「０．７４・［Ｔｉ］／（［ＴｉＯ２］・［Ｚｒ］）」、Ｓｉ合計値、「Ｆ、Ｎａ、Ｋの合計値」が上限値を超え、Ｍｎが下限未満のため、融合不良となり、また、ビード外観、溶接作業性、機械的性質に劣った。
Ｎｏ．２５は、ＴｉＯ２、Ｔｉ、「０．７４・［Ｔｉ］／（［ＴｉＯ２］・［Ｚｒ］）」、Ｓｉ合計値、「Ｆ、Ｎａ、Ｋの合計値」が上限値を超え、Ｍｎ、Ｂ合計値が下限未満のため、融合不良となり、また、ビード外観、溶接作業性、機械的性質に劣った。
Ｎｏ．２６は、ＴｉＯ２、Ｔｉ、「０．７４・［Ｔｉ］／（［ＴｉＯ２］・［Ｚｒ］）」、Ｓｉ合計値が上限値を超え、Ｍｎ、Ｂ合計値が下限未満のため、融合不良となり、また、ビード外観、機械的性質に劣った。
Ｎｏ．２７は、Ｔｉ、「０．７４・［Ｔｉ］／（［ＴｉＯ２］・［Ｚｒ］）」、Ｚｒ合計値、Ｓｉ合計値が上限値を超え、ＴｉＯ２、Ｍｎが下限未満のため、融合不良となり、また、ビード外観、溶接作業性、機械的性質に劣った。
Ｎｏ．２８は、Ｔｉ、Ｃ、「０．７４・［Ｔｉ］／（［ＴｉＯ２］・［Ｚｒ］）」、Ｚｒ合計値、Ｓｉ合計値、Ｂ合計値、「［Ｂ］／［Ｍｎ］」が上限値を超え、ＴｉＯ２、Ｍｎが下限未満のため、融合不良となり、また、ビード外観、溶接作業性、機械的性質、耐割れ性に劣った。
Ｎｏ．２９は、Ｔｉ、Ｃ、「０．７４・［Ｔｉ］／（［ＴｉＯ２］・［Ｚｒ］）」、「Ｎｂ、Ｖの合計値」、Ｚｒ合計値、Ｓｉ合計値、Ｂ合計値、「［Ｂ］／［Ｍｎ］」が上限値を超え、ＴｉＯ２、Ｍｎが下限未満のため、融合不良となり、また、ビード外観、溶接作業性、機械的性質、耐割れ性に劣った。
Ｎｏ．３０は、Ｔｉ、Ｃ、「０．７４・［Ｔｉ］／（［ＴｉＯ２］・［Ｚｒ］）」、「Ｎｂ、Ｖの合計値」、Ｚｒ合計値、Ｓｉ合計値、Ｂ合計値、「［Ｂ］／［Ｍｎ］」が上限値を超え、ＴｉＯ２、Ｍｎが下限未満のため、融合不良となり、また、ビード外観、溶接作業性、機械的性質、耐割れ性に劣った。
Ｎｏ．３１は、Ｔｉ、「０．７４・［Ｔｉ］／（［ＴｉＯ２］・［Ｚｒ］）」、Ｍｎ、Ｂ合計値、「［Ｂ］／［Ｍｎ］」が下限未満のため、ビード外観、溶接作業性、機械的性質に劣った。
なお、Ｎｏ．３１のサンプルは、特許文献１に記載された従来のフラックス入りワイヤを想定したものである。本実施例で示すように、この従来のフラックス入りワイヤは、前記の評価において一定の水準を満たさないものである。従って、本実施例によって、本発明に係る溶接金属が従来のフラックス入りワイヤと比較して、優れていることが客観的に明らかとなった。
以上、本発明について実施の形態および実施例を示して詳細に説明したが、本発明の趣旨は前記した内容に限定されることなく、その権利範囲は特許請求の範囲の記載に基づいて広く解釈しなければならない。なお、本発明の内容は、前記した記載に基づいて広く改変・変更等することが可能であることはいうまでもない。

Claims (6)

  1. 鋼製外皮内にフラックスを充填してなる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、
    ワイヤ全質量当たり、
    ＴｉＯ２：０．２〜０．９質量％、
    Ｔｉ：０．００５〜０．０４０質量％、
    Ｃ：０．０１〜０．０５質量％、
    Ｍｎ：１．５〜４．０質量％、
    Ｚｒ化合物およびＺｒ酸化物のＺｒ換算値と金属Ｚｒとの合計：０．５〜２．０質量％、
    Ｓｉ化合物およびＳｉ酸化物のＳｉ換算値と金属Ｓｉとの合計：０．５〜２．０質量％、
    Ｂ化合物およびＢ酸化物のＢ換算値と金属Ｂとの合計：０．００２〜０．０１０質量％、
    ０．７４・［Ｔｉ］／（［ＴｉＯ２］・［Ｚｒ］）：０．００５〜０．０４０（ただし、［Ｚｒ］はＺｒ化合物およびＺｒ酸化物のＺｒ換算値と金属Ｚｒとの合計）、
    ［Ｂ］／［Ｍｎ］：０．００１〜０．００５（ただし、［Ｂ］はＢ化合物およびＢ酸化物のＢ換算値と金属Ｂとの合計）、
    であることを特徴とするガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
  2. さらに、ワイヤ全質量当たり、Ｆ化合物のＦ換算値とＮａ化合物およびＮａ酸化物のＮａ換算値とＫ化合物およびＫ酸化物のＫ換算値との合計が０．７０質量％以下であることを特徴とする請求項１に記載のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
  3. さらに、ワイヤ全質量当たり、ＮｂおよびＶのうちどちらか一方もしくは両方の合計が０．０４０質量％以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
  4. 前記Ｍｎが２．０〜３．０質量％であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
  5. フラックスの充填率が１０〜３０質量％であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
  6. 横向溶接に用いることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の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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