JP5669684B2 - 水平すみ肉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、軟鋼および４９０〜５９０ＭＰａ級高張力鋼にショッププライマ（主に無機ジンクプライマ）を塗装した鋼板（以下、プライマ塗装鋼板という。）の水平すみ肉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。
近年、造船・船舶の分野ではプライマ塗装鋼板のすみ肉溶接の比率が高く、これの溶接能率向上のために溶接材料についても改良要望が依然として強い。また、ＰＳＰＣ（塗装鋼板の塗装基準）対応などにより高速溶接による組立てからスパッタの付着やショットブラストなど溶接後の鋼板の状態や塗装状態に重きを置くようになっている。
プライマ塗装鋼板を特に水平すみ肉溶接した場合、スパッタ発生量の増加、耐ピット性、ビード形状およびビード外観の劣化が問題となるが、これらの改善を目的としたガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤが種々提案されている。
プライマ塗装鋼板の水平すみ肉ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤの耐ピット性に関しては、従来のＴｉＯ２を主体とするスラグ系ワイヤからＺｒＯ２−ＳｉＯ２を主体とするスラグ系のワイヤ（例えば、特許文献１および特許文献２参照）が主流となっている。しかし、これらのワイヤはＺｒＯ２をスラグ形成剤の主要成分にすることによって、ＺｒＯ２による強いアーク力で溶融プールの激しい攪拌作用により耐ピット性が得られる反面、従来のＴｉＯ２を主体とするスラグ系のワイヤに比べスパッタが多く発生しやすいという問題がある。
ＴｉＯ２を主体とするスラグ系のワイヤでは、スパッタ発生量は減少するものの、スラグが厚くなり耐ピット性が劣る。これらのワイヤにおいて耐ピット性を向上させようとした場合、スラグの粘性が変化してビード形状が不良になりスラグ剥離性が劣化することがある。ただし、２電極水平すみ肉ガスシールドアーク溶接方法に開発されたワイヤにおいてはＴｉＯ２を主体とするスラグ系のワイヤであっても耐ピット性が優れている（例えば、特許文献３および特許文献４参照）。
しかし、特許文献３および特許文献４に開示された技術においても、プライマ塗装鋼板のプライマ膜厚が厚い場合においてはスパッタ発生量が多く、ピットの発生を防止することができないという問題があった。
本発明は、このような問題点に鑑み、プライマ膜厚が厚いプライマ塗装鋼板の水平すみ肉溶接に使用しても優れた耐ピット性が得られるとともにスパッタ発生量が少なく、ビード形状およびビード外観が優れるなど溶接作業性が良好な水平すみ肉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。
本発明の要旨は、鋼製外皮にフラックスを充填してなる水平すみ肉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、
Ｔｉ酸化物のＴｉＯ２換算値：０．５〜２．５％、
Ｓｉ酸化物のＳｉＯ２換算値：０．１〜０．５％、
Ｚｒ酸化物のＺｒＯ２換算値：０．１〜０．５％、
Ｃ：０．０３〜０．１０％、
Ｓｉ：０．４〜０．８５％、
Ｍｎ：１．５〜３．０％、
かつ、Ｍｎ／Ｓｉ：３．０〜４．５、
Ａｌ：０．２〜０．５％、
Ｍｇ：０．１〜０．４％、
かつ、Ａｌ＋Ｍｇ：０．５〜０．８％、
Ｆｅ酸化物のＦｅＯ換算値：０．１〜１．０％、
Ｎａ化合物のＮａ２Ｏ換算値またはＫ化合物の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：０．０２〜０．１％を含有し、
弗素化合物を含むスラグ形成剤の合計が１．５〜３．５％であり、残部は鋼製外皮のＦｅ分、合金鉄中のＦｅ分、鉄粉および不可避不純物であることを特徴とする。
Ｔｉ酸化物のＴｉＯ２換算値：０．５〜２．５％、
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弗素化合物を含むスラグ形成剤の合計が１．５〜３．５％であり、残部は鋼製外皮のＦｅ分、合金鉄中のＦｅ分、鉄粉および不可避不純物であることを特徴とする。
また、金属ＢｉまたはＢｉ酸化物のＢｉ換算値の１種または２種の合計を０．００５〜０．０３５％含有することも特徴とする水平すみ肉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。
本発明の水平すみ肉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、プライマ塗装鋼板のプライマ膜厚が厚めの状態であっても水平すみ肉溶接において優れた耐ピット性が得られるとともにスパッタ発生量が少なく、ビード形状およびビード外観が優れるなど溶接作業性が良好であるので、溶接の高能率化および溶接部の品質向上を図ることができる。
本発明者らは、前記課題を解決するために種々のワイヤを試作して、詳細を検討した。その結果、ＺｒＯ２−ＳｉＯ２系を主体とするワイヤでは、ＺｒＯ２−ＳｉＯ２−ＴｉＯ２の成分バランスが崩れてアークが粗くなりスパッタ発生量が増加し、スラグ被包性も劣化する場合がある。
ＴｉＯ２を主成分にすることで、アークが粗くなるのを防止するとともにＺｒＯ２による強いアーク力で溶融プールの激しい攪拌作用と、均一なスラグ被包状態がスラグ生成量を少なくしても得られることを利用して、プライマ燃焼ガスを溶融プールから外部に放出しやすくしピットの発生を防止することができる。また、ＳｉＯ２は溶融スラグの粘性を調整してアーク力による溶融プールの過度の後退を抑制してビードの凸状化を防止することができることを考慮しＳｉＯ２−ＺｒＯ２量を適正にすることでスラグ形成剤を減少させ極低スラグ系のワイヤにした場合でも耐ピット性が良好でありスラグが均一被包することができることを見出した。
ＡｌやＭｇは金属として添加することによって脱酸剤として作用し、ＳｉやＭｎの溶接金属への歩留まりを調整する効果があるとともに一部は溶融中にＡｌ２Ｏ３やＭｇＯなどの酸化物としてスラグ剤としてスラグの被包性に関与する。しかし、Ａｌ２Ｏ３やＭｇＯとして添加した場合、スラグが均一に被包せずにスラグ剥離性も不良となるので酸化物としては添加せず、ＡｌやＭｇは脱酸剤を主目的として添加することが望ましいことを見出した。
さらに、Ｍｎ／Ｓｉ、ＡｌとＭｇの合計およびＦｅ酸化物のＦｅＯ換算値、弗素化合物を含むスラグ形成剤の合計を限定することによって、十分なスラグ被包性、スラグ剥離性、耐ピット性および機械性能が得られ、プライマ塗装鋼板のプライマ膜厚が厚めの水平すみ肉溶接に適用できることを見出した。
本発明は、本発明者が新たに見出した上記事項に基づいて、水平すみ肉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設計を行なったものである。
本発明は、本発明者が新たに見出した上記事項に基づいて、水平すみ肉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設計を行なったものである。
以下に本発明の水平すみ肉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組成および含有量の限定理由について説明する。なお、各成分組成の含有量は、ワイヤ全質量に対する質量％で示す。
［Ｔｉ酸化物のＴｉＯ２換算値：０．５〜２．５％］
ＴｉＯ２は、Ｔｉ酸化物のルチール、酸化チタン、チタン酸ソーダ、チタンスラグ、イルミナイト等から添加される。これらはビード全体を均一に被包する作用を有する。また、アークを持続して安定させスパッタ発生量を低減させる効果がある。Ｔｉ酸化物のＴｉＯ２換算値が０．５％未満であると、スラグ生成量が不足してビードを均一に被包できないのでスラグがビード表面に焼き付きビード外観が不良になる。また、アークを安定させる効果がなくなりスパッタ発生量も増加する。一方、２．５％を超えると、アークは安定してスパッタ発生量は減少するが、スラグが厚くなりスラグの粘性が高まりピットが発生しやすくなる。したがって、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ２換算値は０．５〜２．５％とするが、好ましくは１．２〜２．１％である。
ＴｉＯ２は、Ｔｉ酸化物のルチール、酸化チタン、チタン酸ソーダ、チタンスラグ、イルミナイト等から添加される。これらはビード全体を均一に被包する作用を有する。また、アークを持続して安定させスパッタ発生量を低減させる効果がある。Ｔｉ酸化物のＴｉＯ２換算値が０．５％未満であると、スラグ生成量が不足してビードを均一に被包できないのでスラグがビード表面に焼き付きビード外観が不良になる。また、アークを安定させる効果がなくなりスパッタ発生量も増加する。一方、２．５％を超えると、アークは安定してスパッタ発生量は減少するが、スラグが厚くなりスラグの粘性が高まりピットが発生しやすくなる。したがって、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ２換算値は０．５〜２．５％とするが、好ましくは１．２〜２．１％である。
［Ｓｉ酸化物のＳｉＯ２換算値：０．１〜０．５％］
ＳｉＯ２は、珪砂やジルコンサンド、珪砂ソーダ等より添加され、溶融スラグの粘性を高め、スラグ剥離性を改善する作用を有する。Ｓｉ酸化物のＳｉＯ２換算値が０．１％未満では、スラグ被包状態が悪くスラグ剥離性が不良になり、ビード形状およびビード外観も不良になる。一方、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ２換算値が０．５％を超えると、スパッタ発生量が多くなる。さらに、ビード止端部（下板側）が膨れビード形状およびビード外観が不良になり、ピットやガス溝も発生しやすくなる。したがって、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ２換算値は０．１〜０．５％とする。
ＳｉＯ２は、珪砂やジルコンサンド、珪砂ソーダ等より添加され、溶融スラグの粘性を高め、スラグ剥離性を改善する作用を有する。Ｓｉ酸化物のＳｉＯ２換算値が０．１％未満では、スラグ被包状態が悪くスラグ剥離性が不良になり、ビード形状およびビード外観も不良になる。一方、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ２換算値が０．５％を超えると、スパッタ発生量が多くなる。さらに、ビード止端部（下板側）が膨れビード形状およびビード外観が不良になり、ピットやガス溝も発生しやすくなる。したがって、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ２換算値は０．１〜０．５％とする。
［Ｚｒ酸化物のＺｒＯ２換算値：０．１〜０．５％］
ＺｒＯ２は、ジルコンサンドおよび酸化ジルコニウム等より添加され、強いアーク力で溶融プールを攪拌して、プライマ燃焼ガスを溶融プールから外部に放出しやすくしピットの発生を防止する。また、スラグ被包性を高めてビード形状を平滑にする作用を有する。Ｚｒ酸化物のＺｒＯ２換算値が０．１％未満では、ビード形状が平滑にならず、凸状のビード形状となるとともにスラグ剥離性が不良になり、ピットも発生する。一方、Ｚｒ酸化物のＺｒＯ２換算値が０．５％を超えると、ビード形状が凸状になりやすい。したがって、Ｚｒ酸化物のＺｒＯ２換算値は０．１〜０．５％とする。
ＺｒＯ２は、ジルコンサンドおよび酸化ジルコニウム等より添加され、強いアーク力で溶融プールを攪拌して、プライマ燃焼ガスを溶融プールから外部に放出しやすくしピットの発生を防止する。また、スラグ被包性を高めてビード形状を平滑にする作用を有する。Ｚｒ酸化物のＺｒＯ２換算値が０．１％未満では、ビード形状が平滑にならず、凸状のビード形状となるとともにスラグ剥離性が不良になり、ピットも発生する。一方、Ｚｒ酸化物のＺｒＯ２換算値が０．５％を超えると、ビード形状が凸状になりやすい。したがって、Ｚｒ酸化物のＺｒＯ２換算値は０．１〜０．５％とする。
［Ｃ：０．０３〜０．１０％］
Ｃは、鋼製外皮とＦｅ−Ｓｉ、Ｆｅ−ＭｎおよびＦｅ−Ｓｉ−Ｍｎ等の鉄合金が微量含有するＣから添加され、溶接構造物に要求される溶接金属の強度および靭性を得るために添加する。Ｃが０．０３未満では、溶接金属の靭性が低下する。一方、０．１０％を超えると、溶接金属の強度が高くなり靭性が低下する。したがって、Ｃは０．０３〜０．１０％とする。
Ｃは、鋼製外皮とＦｅ−Ｓｉ、Ｆｅ−ＭｎおよびＦｅ−Ｓｉ−Ｍｎ等の鉄合金が微量含有するＣから添加され、溶接構造物に要求される溶接金属の強度および靭性を得るために添加する。Ｃが０．０３未満では、溶接金属の靭性が低下する。一方、０．１０％を超えると、溶接金属の強度が高くなり靭性が低下する。したがって、Ｃは０．０３〜０．１０％とする。
［Ｓｉ：０．４〜０．８５％］
Ｓｉは、鋼製外皮、金属Ｓｉ、Ｆｅ-ＳｉおよびＦｅ-Ｓｉ-Ｍｎ等より添加され、脱酸剤として作用して溶接金属の強度および靭性を確保するために添加する。Ｓｉが０．４％未満では、脱酸不足となりピットが発生する。また、溶接金属の強度および靭性が低下する。一方、０．８５％を超えると、溶接金属の強度が高くなり靭性が低下する。したがって、Ｓｉは０．４〜０．８５％とする。
Ｓｉは、鋼製外皮、金属Ｓｉ、Ｆｅ-ＳｉおよびＦｅ-Ｓｉ-Ｍｎ等より添加され、脱酸剤として作用して溶接金属の強度および靭性を確保するために添加する。Ｓｉが０．４％未満では、脱酸不足となりピットが発生する。また、溶接金属の強度および靭性が低下する。一方、０．８５％を超えると、溶接金属の強度が高くなり靭性が低下する。したがって、Ｓｉは０．４〜０．８５％とする。
［Ｍｎ：１．５〜３．０％］
Ｍｎは、鋼製外皮、金属Ｍｎ、Ｆｅ−ＭｎおよびＦｅ−Ｓｉ−Ｍｎ等より添加され、脱酸剤として作用するとともに溶接金属の強度および靭性を確保するために添加する。Ｍｎが１．５％未満では、脱酸不足となりピットが発生する。また、溶接金属の強度が低く靭性も低下する。一方、３．０％を超えると、溶接金属の強度が高くなり靭性が低下する。したがって、Ｍｎは１．５〜３．０％とする。
Ｍｎは、鋼製外皮、金属Ｍｎ、Ｆｅ−ＭｎおよびＦｅ−Ｓｉ−Ｍｎ等より添加され、脱酸剤として作用するとともに溶接金属の強度および靭性を確保するために添加する。Ｍｎが１．５％未満では、脱酸不足となりピットが発生する。また、溶接金属の強度が低く靭性も低下する。一方、３．０％を超えると、溶接金属の強度が高くなり靭性が低下する。したがって、Ｍｎは１．５〜３．０％とする。
［Ｍｎ／Ｓｉ：３．０〜４．５］
Ｍｎ／Ｓｉは、溶接金属の粘性に影響する。Ｍｎ／Ｓｉが大きくなれば溶接金属の粘性が低下し、逆にＭｎ／Ｓｉが小さくなると溶接金属の粘性は高くなる。溶接金属の粘性を低くすると溶接金属中から発生するガスを早く抜けさせるので、耐ピット性を向上させることができる。Ｍｎ／Ｓｉが３．０未満であると、Ｓｉに対するＭｎ量が少なくなるので溶接金属の靭性が劣化する。一方、４．５を超えると、溶接金属の粘性が低くなりすぎてビード形状が凸状になる。したがって、Ｍｎ／Ｓｉは３．０〜４．５とする。
Ｍｎ／Ｓｉは、溶接金属の粘性に影響する。Ｍｎ／Ｓｉが大きくなれば溶接金属の粘性が低下し、逆にＭｎ／Ｓｉが小さくなると溶接金属の粘性は高くなる。溶接金属の粘性を低くすると溶接金属中から発生するガスを早く抜けさせるので、耐ピット性を向上させることができる。Ｍｎ／Ｓｉが３．０未満であると、Ｓｉに対するＭｎ量が少なくなるので溶接金属の靭性が劣化する。一方、４．５を超えると、溶接金属の粘性が低くなりすぎてビード形状が凸状になる。したがって、Ｍｎ／Ｓｉは３．０〜４．５とする。
［Ａｌ：０．２〜０．５％］
Ａｌは、鋼製外皮、金属Ａｌ、Ｆｅ−ＡｌおよびＡｌ−Ｍｇ合金等より添加され、脱酸剤として作用するとともに溶融中にＡｌ酸化物となってスラグの粘性を高めて、水平すみ肉溶接で溶融プールの後退を抑制し十分なスラグ被包性を保持する作用を有する。Ａｌが０．２％未満では、ビードが凸状になり上脚部にアンダーカットやスラグ焼き付きが発生する。一方、０．５％を超えると、ビード形状に滑らかさがなくなり止端部が膨らんだ形状となり、ピットが発生しやすくなる。また、溶融スラグの凝固むらが生じてスラグ剥離性が不良となる。したがって、Ａｌは０．２〜０．５％とする。
Ａｌは、鋼製外皮、金属Ａｌ、Ｆｅ−ＡｌおよびＡｌ−Ｍｇ合金等より添加され、脱酸剤として作用するとともに溶融中にＡｌ酸化物となってスラグの粘性を高めて、水平すみ肉溶接で溶融プールの後退を抑制し十分なスラグ被包性を保持する作用を有する。Ａｌが０．２％未満では、ビードが凸状になり上脚部にアンダーカットやスラグ焼き付きが発生する。一方、０．５％を超えると、ビード形状に滑らかさがなくなり止端部が膨らんだ形状となり、ピットが発生しやすくなる。また、溶融スラグの凝固むらが生じてスラグ剥離性が不良となる。したがって、Ａｌは０．２〜０．５％とする。
［Ｍｇ：０．１〜０．４％］
Ｍｇは、金属Ｍｇ、Ａｌ-Ｍｇ合金等から添加され、強脱酸剤として作用してピットを防止する。Ｍｇが０．１％未満であると、脱酸剤としての効果がなくピットが発生する。一方、０．４％を超えると、アークが荒くなりスパッタ発生量が多くなる。したがって、Ｍｇは０．１〜０．４％とする。
Ｍｇは、金属Ｍｇ、Ａｌ-Ｍｇ合金等から添加され、強脱酸剤として作用してピットを防止する。Ｍｇが０．１％未満であると、脱酸剤としての効果がなくピットが発生する。一方、０．４％を超えると、アークが荒くなりスパッタ発生量が多くなる。したがって、Ｍｇは０．１〜０．４％とする。
［Ａｌ＋Ｍｇ：０．５〜０．８％］
ＡｌとＭｇは前述の通り脱酸剤として作用する。ＡｌとＭｇの合計が０．５％未満では、脱酸剤の効果がなく溶接金属の強度および靭性が低下する。一方、０．８％を超えると、アークが粗くなりスパッタ発生量が増えるとともにスラグ被包が不良となりピットが発生しやすくなる。
ＡｌとＭｇは前述の通り脱酸剤として作用する。ＡｌとＭｇの合計が０．５％未満では、脱酸剤の効果がなく溶接金属の強度および靭性が低下する。一方、０．８％を超えると、アークが粗くなりスパッタ発生量が増えるとともにスラグ被包が不良となりピットが発生しやすくなる。
［Ｆｅ酸化物のＦｅＯ換算値：０．１〜１．０％］
ＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３等のＦｅ酸化物は、溶融スラグの粘性および凝固温度を調整し、ビード止端部の膨らみをなくし、下板とのなじみ性を良好にする。Ｆｅ酸化物のＦｅＯ換算値が０．１％未満であると、ビード止端部の形状が不良になる。一方、１．０％を超えると、スラグ被包状態が悪くなりスラグ剥離性が不良でビード止端部が膨らみビード形状およびビード外観も不良で、さらにヒューム発生量が多くなる。したがって、Ｆｅ酸化物のＦｅＯ換算値は０．１〜１．０％とする。
ＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３等のＦｅ酸化物は、溶融スラグの粘性および凝固温度を調整し、ビード止端部の膨らみをなくし、下板とのなじみ性を良好にする。Ｆｅ酸化物のＦｅＯ換算値が０．１％未満であると、ビード止端部の形状が不良になる。一方、１．０％を超えると、スラグ被包状態が悪くなりスラグ剥離性が不良でビード止端部が膨らみビード形状およびビード外観も不良で、さらにヒューム発生量が多くなる。したがって、Ｆｅ酸化物のＦｅＯ換算値は０．１〜１．０％とする。
［ＮａおよびＫ化合物のＮａ２Ｏ換算値およびＫ２Ｏ換算値の１種または２種の合計：０．０５〜０．２％］
ＮａおよびＫは、カリ長石または珪酸ソーダや珪酸カリからなる水ガラスの固質成分、弗化ソーダや珪酸化カリなどの弗素化合物より添加され、アーク安定剤としての作用だけではなく、スラグ形成剤として溶融スラグの凝固過程の急激な粘性増加を抑えて耐ピット性を高め、平滑なビード形状にする作用がある。ＮａおよびＫ化合物のＮａ２Ｏ換算値およびＫ２Ｏ換算値の１種または２種の合計が０．０５％未満では、大粒のスパッタが多発し、ピットやガス溝なども発生しやすく、ビードはごつごつした表面となりビード形状およびビード外観が不良になる。一方、０．２％を超えると、スラグ剥離性、ビード形状およびビード外観が不良となり、スパッタやヒューム発生量も多くなる。したがって、ＮａおよびＫ化合物のＮａ２Ｏ換算値およびＫ２Ｏ換算値の１種または２種の合計は０．０５〜０．２％とする。
ＮａおよびＫは、カリ長石または珪酸ソーダや珪酸カリからなる水ガラスの固質成分、弗化ソーダや珪酸化カリなどの弗素化合物より添加され、アーク安定剤としての作用だけではなく、スラグ形成剤として溶融スラグの凝固過程の急激な粘性増加を抑えて耐ピット性を高め、平滑なビード形状にする作用がある。ＮａおよびＫ化合物のＮａ２Ｏ換算値およびＫ２Ｏ換算値の１種または２種の合計が０．０５％未満では、大粒のスパッタが多発し、ピットやガス溝なども発生しやすく、ビードはごつごつした表面となりビード形状およびビード外観が不良になる。一方、０．２％を超えると、スラグ剥離性、ビード形状およびビード外観が不良となり、スパッタやヒューム発生量も多くなる。したがって、ＮａおよびＫ化合物のＮａ２Ｏ換算値およびＫ２Ｏ換算値の１種または２種の合計は０．０５〜０．２％とする。
［弗素化合物のＦ換算値：０．０２〜０．１％］
Ｆは、弗化ソーダや珪弗化カリ等より添加され、アークの指向性を高めて安定した溶融プールにするとともにスラグの粘性を調整して耐ピット性を良好にする作用を有する。弗素化合物のＦ換算値が０．０２％未満であると、アークが不安定になり、スラグの粘性が高くピットが生じやすくなる。一方、０．１％を超えると、スラグの粘性が低下してビード上脚部に除去しにくい薄いスラグが残りスラグ剥離性が不良となり、ビード形状は凸状になる。したがって、弗素化合物のＦ換算値は０．０２〜０．１％とする。
Ｆは、弗化ソーダや珪弗化カリ等より添加され、アークの指向性を高めて安定した溶融プールにするとともにスラグの粘性を調整して耐ピット性を良好にする作用を有する。弗素化合物のＦ換算値が０．０２％未満であると、アークが不安定になり、スラグの粘性が高くピットが生じやすくなる。一方、０．１％を超えると、スラグの粘性が低下してビード上脚部に除去しにくい薄いスラグが残りスラグ剥離性が不良となり、ビード形状は凸状になる。したがって、弗素化合物のＦ換算値は０．０２〜０．１％とする。
［弗素化合物を含むスラグ形成剤の合計：１．５〜３．５％］
スラグ形成剤は、ビード外観を整える作用がある。弗素化合物を含むスラグ形成剤の合計が１．５％未満であると、スラグ生成量が不足してスラグ被包が均一にできなくなり、スラグが焼き付きスラグ剥離性が悪くなる。また、アークが荒くなりスパッタ発生量が多くなる。一方、３．５％を超えると、アークが安定してスパッタも減少するが、スラグ生成量が多くスラグが厚くなりピットが発生しやすくなる。
スラグ形成剤は、ビード外観を整える作用がある。弗素化合物を含むスラグ形成剤の合計が１．５％未満であると、スラグ生成量が不足してスラグ被包が均一にできなくなり、スラグが焼き付きスラグ剥離性が悪くなる。また、アークが荒くなりスパッタ発生量が多くなる。一方、３．５％を超えると、アークが安定してスパッタも減少するが、スラグ生成量が多くスラグが厚くなりピットが発生しやすくなる。
なお、スラグ形成剤は弗素化合物も含み、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、Ｋ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ａｌ２Ｏ３、ＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３、ＭｇＯ等の合計をいう。
［金属ＢｉまたはＢｉ酸化物のＢｉ換算値の１種または２種の合計：０．００５〜０．０３５％］
Ｂｉは、金属Ｂｉや酸化Ｂｉ等により添加され、スラグ剥離性を向上させ、ビード表面に光沢を出しビード外観を良好にする作用を有する。金属ＢｉおよびＢｉ酸化物のＢｉ換算値の１種または２種の合計が０．００５％未満では、その効果が得られず、０．０３５％を超えると、ビード上部のスラグが流れて、ビード全面をスラグで被包することができなくなり、ビード外観が不良となる。したがって、金属ＢｉおよびＢｉ酸化物の一方または両方のＢｉ換算値の１種または２種の合計は０．００５〜０．０３５％とする。
以上、本発明の水平すみ肉ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤの構成要件の限定理由を述べたが、その他のワイヤ成分は、鋼製外皮のＦｅ分、合金鉄中のＦｅ分、鉄粉および不可避不純物である。
Ｂｉは、金属Ｂｉや酸化Ｂｉ等により添加され、スラグ剥離性を向上させ、ビード表面に光沢を出しビード外観を良好にする作用を有する。金属ＢｉおよびＢｉ酸化物のＢｉ換算値の１種または２種の合計が０．００５％未満では、その効果が得られず、０．０３５％を超えると、ビード上部のスラグが流れて、ビード全面をスラグで被包することができなくなり、ビード外観が不良となる。したがって、金属ＢｉおよびＢｉ酸化物の一方または両方のＢｉ換算値の１種または２種の合計は０．００５〜０．０３５％とする。
以上、本発明の水平すみ肉ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤの構成要件の限定理由を述べたが、その他のワイヤ成分は、鋼製外皮のＦｅ分、合金鉄中のＦｅ分、鉄粉および不可避不純物である。
また、本発明の水平すみ肉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および低合金鋼の外皮内に、前記限定した成分のフラックスをワイヤ全質量に対して８〜１８％程度充填後、孔ダイス伸線やローラダイスにより所定のワイヤ径（０．９〜１．６ｍｍ）に縮径して製造する。なお、鋼製外皮に貫通した隙間がないシームレスまたは隙間があるシームタイプのいずれのワイヤも適用できる。
以下、実施例により本発明の効果をさらに詳細に説明する。
ＪＩＳ Ｇ３１４１に記載のＳＰＣＣを鋼製外皮として使用してフラックスを充填後、縮径して（外皮の軟化および脱水素のため中間焼鈍を１回実施）、表１に示すフラックス充填率１３．５〜１５．０％、ワイヤ径１．４ｍｍの鋼製外皮に貫通した隙間がないシームレスタイプのフラックス入りワイヤを各種試作した。
溶接条件は、溶接電流３２０〜３３０Ａ（電源極性ＤＣ＋）、アーク電圧３２〜３３Ｖ、溶接速度５０ｃｍ／ｍｉｎ、ワイヤ突出し長さ（コンタクトチップ−母材間距離）２５ｍｍ、シールドガスＣＯ２ガス（ガス流量２５リットル／ｍｉｎ）の溶接条件で両側同時溶接を２回行い、ピット発生数、ビード形状、ビード外観、スラグ剥離性、スパッタ発生状態を調べた。
なお、ピット発生量は１個／ｍ以下を良好とした。
また、溶接金属の強度および靭性は、ＪＩＳ Ｚ ３１１１に準じて溶着金属試験を行い、引張試験および衝撃試験を実施した。溶接条件は、溶接電流３００Ａ、アーク電圧３１Ｖ、溶接速度３０ｃｍ／ｍｉｎ、シールドガスＣＯ２ガス（ガス流量２５リットル／ｍｉｎ）、パス間温度１５０±１０℃とした。溶着金属試験の強度は、引張強さが５１０〜６３０ＭＰａ、衝撃試験は、０℃で吸収エネルギーが６０Ｊ以上のものを良好とした。それらの結果を表２にまとめて示す。
表１および表２中ワイヤＮｏ．１〜１０は本発明例、ワイヤＮｏ．１１〜２６は比較例である。本発明例であるワイヤＮｏ．１〜１０は、ＴｉＯ２換算値、ＳｉＯ２換算値、ＺｒＯ２換算値、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、ＭｎとＳｉの比、Ａｌ、Ｍｇ、ＡｌとＭｇの合計、ＦｅＯ換算値、Ｎａ２Ｏ換算値とＫ２Ｏ換算値の合計、Ｆ換算値、弗素化合物を含むスラグ形成剤の合計が適正であるので、ピット発生数およびスパッタ発生量が少なく、ビード形状、ビード外観およびスラグ剥離性が良好で、溶接金属の引張強さおよび吸収エネルギーも良好で、極めて満足な結果であった。なお、Ｂｉを適量含むワイヤＮｏ．２、３、６、７およびワイヤＮｏ．８はスラグ剥離性が非常に良好であった。
比較中ワイヤＮｏ．１１は、ＴｉＯ２換算値が少ないので、スラグ生成量が不足してスラグがビード表面に焼き付きビード外観が不良で、アークが不安定でスパッタ発生量も多かった。また、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。
ワイヤＮｏ．１２は、ＴｉＯ２換算値が多いので、ピットが多発した。また、Ｂｉ換算値が多いので、スラグ被包性が悪くビード外観が不良であった。
ワイヤＮｏ．１３は、ＳｉＯ２換算値が少ないので、スラグ被包性が悪くスラグ剥離性、ビード形状およびビード外観が不良であった。また、Ｍｎが少ないので、ピットが発生し、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。
ワイヤＮｏ．１４は、ＳｉＯ２換算値が多いので、スパッタ発生量が多く、ピットおよびガス溝が発生し、ビード止端部（下板側）が膨れてビード形状およびビード外観も不良であった。また、Ｍｎ／Ｓｉが低いので、溶接金属の吸収エネルギーが低値であった。
ワイヤＮｏ．１５は、ＺｒＯ２換算値が少ないので、凸状のビード形状となりスラグ剥離性が不良で、ピットも発生した。また、Ｍｇが多いので、アークが荒くなりスパッタ発生量が多かった。
ワイヤＮｏ．１６は、ＺｒＯ２換算値が多いので、ビード形状が凸となった。また、弗素化合物を含むスラグ形成剤の合計が多いので、スラグ生成量が多くスラグが厚くなりピットが多発した。
ワイヤＮｏ．１７は、Ｓｉが少ないので、ピットが発生し、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、Ｂｉ換算値が少ないので、スラグ被包性が悪くビード外観およびスラグ剥離性がやや不良であった。
ワイヤＮｏ．１８は、Ｍｎ／Ｓｉが高いので、ビード形状が不良であった。また、Ｆ換算値が少ないので、ピットが発生した。
ワイヤＮｏ．１８は、Ｍｎ／Ｓｉが高いので、ビード形状が不良であった。また、Ｆ換算値が少ないので、ピットが発生した。
ワイヤＮｏ．１９は、Ａｌが多いので、ビード止端部が膨らんでビード形状が不良となり、溶融スラグの凝固むらが生じてスラグ剥離性が不良で、ピットも多発した。また、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。
ワイヤＮｏ．２０は、ＡｌとＭｇの合計が少ないので、溶接金属の引張強さが低く吸収エネルギーも低値であった。また、Ｆ換算値が多いので、スラグ剥離性およびビード形状が不良であった。
ワイヤＮｏ．２１は、ＡｌとＭｇの合計が多いので、スパッタ発生量が多く、スラグ被包が悪くビード外観が不良でピットも多発した。また、ＦｅＯ換算値が少ないので、ビード止端部の形状が不良であった。
ワイヤＮｏ．２２は、ＦｅＯ換算値が多いので、スラグ被包が悪くビード外観、ビード形状およびスラグ剥離性が不良であった。また、Ｍｇが少ないので、ピットが発生した。
ワイヤＮｏ．２３は、Ｎａ２Ｏ換算値およびＫ２Ｏ換算値の合計が少ないので、大粒のスパッタ発生量が多く、ピットも多発し、ビード形状およびビード外観が不良であった。また、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が低値であった、
ワイヤＮｏ．２４は、Ｎａ２Ｏ換算値およびＫ２Ｏ換算値の合計が多いので、スラグ剥離性、ビード形状およびビード外観が不良で、スパッタ発生量も多かった。また、Ｃが少ないので、溶接金属の吸収エネルギーが低値であった。
ワイヤＮｏ．２４は、Ｎａ２Ｏ換算値およびＫ２Ｏ換算値の合計が多いので、スラグ剥離性、ビード形状およびビード外観が不良で、スパッタ発生量も多かった。また、Ｃが少ないので、溶接金属の吸収エネルギーが低値であった。
ワイヤＮｏ．２５は、弗素化合物を含むスラグ形成剤の合計が少ないので、スパッタ発生量が多く、スラグ生成量が不足してスラグ被包性が悪くスラグが焼き付いてスラグ剥離性が不良であった。また、Ａｌが少ないので、ビードが凸状になり形状が不良で、アンダーカットも生じてビード外観も不良であった。
Claims (2)
- 鋼製外皮にフラックスを充填してなる水平すみ肉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、
Ｔｉ酸化物のＴｉＯ２換算値：０．５〜２．５％、
Ｓｉ酸化物のＳｉＯ２換算値：０．１〜０．５％、
Ｚｒ酸化物のＺｒＯ２換算値：０．１〜０．５％、
Ｃ：０．０３〜０．１０％、
Ｓｉ：０．４〜０．８５％、
Ｍｎ：１．５〜３．０％、
かつ、Ｍｎ／Ｓｉ：３．０〜４．５、
Ａｌ：０．２〜０．５％、
Ｍｇ：０．１〜０．４％、
かつ、Ａｌ＋Ｍｇ：０．５〜０．８％、
Ｆｅ酸化物のＦｅＯ換算値：０．１〜１．０％、
Ｎａ化合物のＮａ２Ｏ換算値またはＫ化合物の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：０．０２〜０．１％を含有し、
弗素化合物を含むスラグ形成剤の合計が１．５〜３．５％であり、残部は鋼製外皮のＦｅ分、合金鉄中のＦｅ分、鉄粉および不可避不純物であることを特徴とする水平すみ肉ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。 - 金属ＢｉまたはＢｉ酸化物のＢｉ換算値の１種または２種の合計を０．００５〜０．０３５％含有することを特徴とする請求項１記載の水平すみ肉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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