专利名称：气体保护电弧焊接用实芯焊丝的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种对强度为520N/mm2级以下的碳钢进行碳酸气体保护电弧焊接时使用的气体保护电弧焊接用实芯焊丝。
背景技术：
二氧化碳(CO2)气体作为保护气体在气体保护电弧焊接法中具有能效高的优点，近来，在建筑钢结构领域中，以此碳酸气体保护电弧焊接法为主进行使用。还有，在其焊接质量方面，由于以提高抗震性为要点、以提高焊接接头的性能为目的，所以在1997年的JASS6修改以及1999年的建筑基准法的修改中，对焊接时的热量输入·焊道间温度的上限管理作出了规定。
对于此动向，在焊接焊丝中也同样，开发有与大热量输入·高焊道间温度相对应的焊丝，1999年规定了540N/mm2级焊丝作为JIS(JapaneseIndustrial Standards日本工业规格)。使用此焊丝，例如对于490N/mm2级钢板，允许焊接时最大热量输入达到40kJ/cm，焊道间温度达到350℃，还有，对于520N/mm2级钢板，允许焊接时最大热量输入达到30kJ/cm，焊道间温度达到250℃。此后至今，与大热量输入·高焊道间温度条件下的现有的焊接焊丝相比可以得到优异的机械性能，所以此540N/mm2级焊丝急速地得到普及。特别是，和机械人焊接不同，人手是必要的，在热量输入以及焊道间温度的管理困难的半自动焊接中，热量管理的许可范围大的540N/mm2级焊丝的普及是惊人的。
至此，作为碳酸气体保护电弧焊接用大电流·高焊道间温度相对应的焊丝，开发出了，与过去相比含有更多的Si、Mn以及Ti等的脱氧成分，并且根据必要添加了Mo、B、Cr、Al、Nb以及V等的焊接焊丝(参照特开平10-230387号公报、特开平11-90678号公报、特开2000-317678号公报、特开2001-287086号公报、特开2002-321087号公报、特开2002-346789号公报、特开2002-79395号公报、特开2003-119550号公报、特开2003-136281号公报)。
发明内容
但是，在上述现有的技术中有以下所示的问题点。在钢结构建筑领域中在焊道间温度管理被导入的当初，到达规定的温度，和得到冷却之间就产生了等待时间，所以即使在焊接部焊渣堆积，操作者也能够使用凿子除去焊渣。因此，如上述各文献所记载的焊接焊丝那样，至此所开发的540N/mm2级的碳酸气体焊接用大电流·高焊道间温度所对应的焊丝，都没有考虑到焊渣剥离性。但是，近来，开发并普及了，焊接操作者一个人会同时担当多个焊接接头，当焊接接头到达规定的温度，就会转移到其他的焊接接头进行焊接，刚才焊接过的接头在此间进行冷却的方法。如此，操作者就没有了等待时间，历来所没有被认识到的大电流·高焊道间温度相对应的焊丝的恶劣的焊渣剥离性，作为降低焊接效率的严重问题开始被认识到。
本发明鉴于此问题点，其目的在于，提供一种对强度为520N/mm2级以下的碳钢进行碳酸气体保护电弧焊时，高效的且焊接部机械性能优异的气体保护电弧焊接用实芯焊丝。
本第1发明的气体保护电弧焊接用实芯焊丝，含有Si0.70至1.00质量％、Mn1.50至1.90质量％、S0.005至0.025质量％、Ti0.19至0.25质量％、Mo0.12至0.35质量％、C0.020至0.100质量％、B满足下述式1含量以及Cu0.01至0.45质量％，此外，选择性的含有Nb、V、Cr以及Ni中至少一种的元素分别抑制在0.20质量％以下或者Al0.20质量％以下，余量由Fe以及不可避免的杂质构成，在述不可避免的杂质中，限制P0.020质量％以下、O0.0160质量％以下，此外，Si含量和Mn含量的比(Si/Mn)为0.385以上，Mn以及Mo的总含量为2.20质量％以下，S以及O的总含量为0.034质量％以下。
式10.020≤[C]≤0.050时
0.0015≤[B]≤0.00500.050＜[C]≤0.060时0.009-0.15×[C]≤[B]≤0.00500.060＜[C]≤0.080时0＜[B]≤0.00500.080≤[C]≤0.100时0＜[B]≤0.013-0.10×[C](这里，C含量(质量％)[C]、B含量(质量％)[B])在本第1发明中，分别规定了焊丝中的Mn、Mo、Ti以及O的含量的上限值，和S含量的下限值，此外，Si含量和Mn含量的比进行了优化，并且规定了C含量少时的B含量的下限值，所以可以提高焊渣剥离性，提高半自动焊接的焊接效率。还有，通过对各成分的含量进行如上述的规定，即使进行大热量输入·高焊道间温度条件下的焊接，也能构维持焊接金属部的机械性质的良好的状态。此外，由于规定了Ti含量的下限值，所以电弧稳定飞溅发生量减少，并且焊渣适量产生能够得到良好的保护性。
使其含有Nb、V、Cr以及Ni中至少一种的元素分别抑制在0.20质量％以下，不是必须。但是，使其含有Nb、V、Cr以及Ni中至少一种的元素分别抑制在0.20质量％以下时，能够进一步提高焊接金属部的强度。
使其含有Al0.20质量％以下，不是必须。但是，使其含有Al0.20质量％以下时，能够进一步提高焊接金属部的强度。
C含量可以为0.040至0.080质量％。由此，可以进一步提高强度及韧性，并且在焊缝坡口窄的时候也能够得到优异的耐破裂性。还有，Si含量可以在0.75质量％以上。由此，能够稳定的提高强度。此外，Mn含量可以为1.62至1.80质量％。由此，能够进一步增强强度及韧性，提高焊渣剥离性。
另一方面，S含量可以为0.009质量％以上。由此，可以进一步提高焊渣剥离性。Cu作为电镀成分添加时，能够实现焊丝耐锈性的提高。此外，Si含量和Mn含量的比(Si/Mn)可以为0.400以上。由此，进一步提高焊渣剥离性。此外还有，O含量可以限制在0.0100质量％以下。由此，能够更稳定的提高焊渣剥离性、耐破裂性、韧性。
本第2发明的气体保护电弧焊接用实芯焊丝，钢芯线的四周形成有镀铜层，含有C0.020至0.080质量％、Si0.75至0.95质量％、Mn1.60至1.90质量％、S0.003至0.017质量％、Ti0.19至0.25质量％、Mo0.14至0.35质量％、O0.0025至0.0160质量％和镀铜层及芯线中所含Cu的全Cu0.15至0.45质量％，余量由Fe以及不可避免的杂质构成，Mn含量和Si含量的差为1.10质量％以下，Mn以及Mo的总含量为2.20质量％以下，S以及O的总含量为0.0290质量％以下，在上述不可避免的杂质中，限制P0.020质量％以下、N0.0080质量％以下。
在本第2发明中，分别规定了焊丝中的Mn含量、Mo含量以及Ti含量的上限值和S含量的下限值，并且O含量进行优化，此外，分别规定了Mn含量和Si含量的差([Mn]-[Si])、Mn以及Mo的总含量([Mn]+[Mo])和S以及O的总含量([S]+[O])的上限值，所以可以提高焊渣剥离性、提高半自动焊接中的焊接效率。还有，由于各成分的含量如上述进行了规定，所以即使进行大热量输入·高焊道间温度条件下的焊接，也能构维持焊接金属部的机械性质的良好的状态。此外，由于规定了Ti含量的下限值，所以电弧稳定飞溅发生量减少，并且焊渣适量产生能够得到良好的保护性。
此气体保护电弧焊接用实芯焊丝，此外，还可以含有B0.0005至0.0050质量％。由此，能够进一步提高焊接金属部的强度以及韧性。
还有，可以含有Nb、V、Al、Cr以及Ni中至少一种的元素分别抑制在0.20质量％以下。由此，能够进一步提高焊接金属部的强度。
另一方面，本第2发明的焊丝，Mn含量可以为1.85质量％以下。由此，能够进一步增强强度及韧性，提高焊渣剥离性。还有，S含量可以为0.005质量％以上。由此，可以进一步提高焊渣剥离性。此外，Mo含量可以为0.22质量％以下。由此，能够进一步提高焊渣剥离性。此外还有，O含量可以为0.0035质量％以上。由此，能够进一步提高焊渣剥离性。此外还有，镀铜层及线芯中所含Cu的总Cu含量可以为0.30质量％以下。由此，能够提高焊渣剥离性。并且提高耐破裂性。
在本第1发明中、本第2发明中，此外还有，在焊丝表面，焊丝每10kg的重量，可以使其附着0.01g/10kg至1.00g/10kg的MoS2。由此，能够进一步提高焊渣剥离性。
根据本第1发明以及第2发明，通过对气体保护电弧焊接用实芯焊丝的组成进行如上述的规定，能够使对强度为520N/mm2级以下的碳钢进行大热量输入·高焊道间温度条件下的碳酸气体保护电弧焊接时的焊渣剥离性得到改善，使半自动焊接的焊接效率得到提高，并且能够充分地确保焊接金属部地机械性能。
图1横轴为C含量，纵轴为B含量，是表示本第1发明的成分范围之内以及此成分范围之外的影响的图表。
图2横轴为Mn含量，纵轴为Mo含量，是表示本第1发明的成分范围之内以及此成分范围之外的影响的图表。
图3横轴为Si含量，纵轴为Ti含量，是表示本第1发明的成分范围之内以及此成分范围之外的影响的图表。
图4横轴为S含量，纵轴为O含量，是表示本第1发明的成分范围之内以及此成分范围之外的影响的图表。
图5横轴为Si含量，纵轴为Mn含量，是表示本第1发明的成分范围之内以及此成分范围之外的影响的图表。
图6是表示焊接试验片的形状和尺寸的平面图以及侧面图。
图7横轴为Si含量，纵轴为Ti含量，是表示本第2发明的成分范围之内以及此成分范围之外的影响的图表。
图8横轴为Mn含量，纵轴为Mo含量，是表示本第2发明的成分范围之内以及此成分范围之外的影响的图表。
图9横轴为Si含量，纵轴为Mn含量，是表示本第2发明的成分范围之内以及此成分范围之外的影响的图表。
图10横轴为S含量，纵轴为O含量，是表示本第2发明的成分范围之内以及此成分范围之外的影响的图表。
具体实施例方式
本发明者们，为了解决上述问题，对焊接焊渣进行了不断研究，判明了影响焊渣生成量以及焊渣剥离性的因素，得出了以下认识。焊接焊渣的生成量，与强脱氧成分，即，与Mn以及Ti的含量有很强的关系，这些元素的含量增大，则焊渣的生成量也增加。还有，焊渣剥离性，与熔融状态的焊渣/焊接金属间界面能量、凝固后的焊渣自身的强度、焊接金属表面的凹凸、即，物理的高低位差以及其高低部位的生成频率有很强的关系，随着Mn含量以及Mo含量的增加，S含量的减少，和C含量以及B含量共同减少而下降。这些都是过去未知的认识。因此，这些影响因素，在现有的高张力钢用焊接焊丝、低温钢用焊接焊丝以及高电流用焊接焊丝中，被认为是与焊渣量增大以及焊渣剥离性低下分不开的因素。
另一方面，基于上述认识，还判明了，过度追求降低焊渣生成量以及提高焊渣剥离性，会使焊接金属部的强度以及韧性等的机械性能下降，高电流焊接时的电弧稳定性下降，还有容易发生飞溅量增大的问题。还有，本发明者们还发现，作为焊丝成分以外的因素，焊丝输送不稳定，则熔池的形状混乱生成的焊渣厚度不均，焊渣剥离性下降。
还有，半自动焊接，由于个人的技术水平的差很大，技术水平低的焊接者施加极高的焊接电流、过剩的横摆、或者过量增加一个焊道的熔敷量等原因，使熔池的保护性恶化，发生气泡等的气孔缺陷。因此，焊渣量过量减少，则熔池不能受焊渣的保护而暴露在氛围气体中，保护性下降，所以导致耐气孔缺陷性进一步恶化。
本发明者们对上述各因素进行了考虑，开发出了，适用于半自动焊接的大热量输入·高电流焊接用的优化焊接焊丝，即，(1)焊渣剥离性良好，(2)焊渣生成量适当，(3)即使在热量输入大，焊道间温度高，因而焊接金属部的冷却速度变小的焊接条件中也能够确保焊接金属部的机械强度优异，此外，还可以防止由于喷嘴堵塞而导致的连续焊接所受的阻碍，(4)飞溅发生量少的气体保护电弧焊接用实芯焊丝。
以下，对本第1发明的实施方式的气体保护电弧焊接用实芯焊丝(以下，简称为焊丝)，参照附图进行具体的说明。
首先，对本第发明的第1的实施方式的气体保护电弧焊接用实芯焊丝进行说明。本实施方式的气体保护电弧焊接用实芯焊丝为，对于490N/mm2级钢板，在最大热量输入达到40kJ/cm，最高焊道间温度达到350℃的条件下进行碳酸气体保护焊接时，或者，对于520N/mm2级钢板，在最大热量输入达到30kJ/cm，最高焊道间温度达到250℃的条件下进行碳酸气体保护焊接时所使用的焊丝。此焊丝，例如，使用于半自动焊接。
本实施方式的焊丝的组成为，含有Si0.70至1.00质量％、Mn1.50至1.90质量％、、S0.005至0.025质量％、Ti0.19至0.25质量％、Mo0.12至0.35质量％、C0.020至0.100质量％、B0.0050质量％以下以及Cu0.45质量％以下，余量为Fe以及不可避免的杂质。还有，在不可避免的杂质中，限制P0.02质量％以下、O0.0160质量％以下。此外，Si含量和Mn含量的比(Si/Mn)为0.385以上，Mn以及Mo的总含量为2.20质量％以下，S以及O的总含量为0.034质量％以下，C含量(质量％)为[C]，B含量(质量％)为[B]时，[C]以及[B]满足下述式1。
式10.020≤[C]≤0.050时0.0015≤[B]≤0.00500.050＜[C]≤0.060时0.009-0.15×[C]≤[B]≤0.00500.060＜[C]≤0.080时0＜[B]≤0.00500.080≤[C]≤0.100时0＜[B]≤0.013-0.10×[C](这里，C含量(质量％)[C]、B含量(质量％)[B])还有，在本实施方式的焊丝组成中，优选为，Si0.75至1.00质量％、Mn1.62至1.80质量％、C0.040至0.080质量％、S0.009至0.025质量％、Cu0.01至0.45质量％、Si/Mn为0.400以上、O0.0100质量％以下。
此外，在焊丝的表面，每10kg焊丝附着有0.01至1.00g的MoS2。即，MoS2的附着量为0.01g/10kg至1.00g/10kg。此MoS2例如通过涂敷使其附着在焊丝表面。
以下，对本发明的数值限定理由进行说明。
Si含量0.70至1.00质量％
硅(Si)，对焊渣生成量以及焊渣剥离性没有很大影响，主要是为了确保强度、防止由于脱氧而发生的气孔缺陷以及提高适应性而添加。这些效果，在添加0.70质量％以上时有效。因此，Si含量为0.70质量％以上。优选为0.75质量％以上。另一方面，Si含量超过1.00质量％过量添加，则焊接金属部的韧性下降。因此，Si含量为1.00质量％以下。但是，与Mn含量相比Si含量大幅低下，则焊渣组成会发生变化焊渣剥离性下降，所以Si含量和Mn含量的比有必要进行调节。
Mn含量1.50至1.90质量％锰，促进脱氧，并且具有使焊接金属部的强度以及韧性得到提高的效果。历来的一般的大热量输入用焊丝含有多量的Mn，但在本发明中，Mn含量比现有的焊丝低，通过此方法，改善焊接金属部的机械性质和焊渣剥离性的平衡。具体地说，Mn含量低于1.50质量％则大热量输入时的焊接金属部的强度以及韧性不足。因此，Mn含量为1.50质量％以上。优选为1.62质量％以上。另一方面，Mn含量超过1.90质量％，则焊渣量增加焊渣剥离性下降。因此，Mn含量为1.90质量％以下。优选为1.80质量％以下。但是，Mo含量多的时候以及Si含量少的时候，根据Mo含量以及Si含量有必要降低Mn含量的上限。
S含量0.005至0.025质量％硫磺(S)，具有降低熔池的表面张力，使凝固时的物理的凹凸减少光滑焊接金属部表面的效果。由此，提高焊渣剥离性。但是，S含量低于0.005质量％则不能得到此效果。因此，S含量为0.005质量％以上。优选为0.009质量％以上。另一方面，S含量超过0.025质量％，则焊接金属部的表面形状的改善效果饱和，并且焊接金属部的韧性下降，易发生高温破裂。还有，焊渣的形状颗粒化，成为防碍电弧熔融的不稳定因素，并且易发生焊接金属部的高温破裂。此外，根据被焊接材的板厚，焊渣呈岛状分布，连接在一起致使不能剥离，反而会恶化焊渣剥离性。因此，S含量为0.025质量％以下。但是，O含量多时，根据O含量有必要降低S含量的上限。
Ti含量0.19至0.25质量％钛(Ti)，具有提高高电流区域的电弧稳定性的效果，是焊渣生成的主要成分。Ti含量低于0.19质量％，则半自动焊接所使用的430A以上的高电流区域中电弧稳定性下降，飞溅发生量增加，并且焊渣量不足而恶化熔池的保护性。因此，Ti含量为0.19质量％以上。另一方面，Ti含量超过0.25质量％，则焊渣量过量增多，焊渣剥离性降低。因此，Ti含量为0.25质量％以下。
Mo含量0.12至0.35质量％钼(Mo)，具有提高焊接金属的淬火性，提高焊接金属部的1强度的效果。在半自动焊接中为了得到此效果，Mo有必要添加0.12质量％以上。因此，Mo含量为0.12质量％以上。另一方面，Mo会提升焊渣的硬度，焊渣破裂困难使剥离性降低。特别是，Mo含量超过0.35质量％，则焊渣剥离性激减。因此，Mo含量为0.35质量％以下。但是，Mn含量多的时候，有必要根据Mn含量降低Mo含量的上限。
C含量0.020至0.100质量％碳(C)，提高焊接金属的淬火性，是确保焊接金属部的强度重要的添加元素，C含量低于0.020质量％时，不能确保大热量输入·高焊道间温度焊接时必要的强度。因此，C含量为0.020质量％以上。优选为0.040质量％以上。但是，B不足的时候，有必要提高C含量的下限。另一方面，C过量添加，则易发生焊接金属部的高温破裂，特别是，C含量超过0.100质量％，则高温破裂的发生变得十分显著。因此，C含量为0.100质量％以下。优选为0.080质量％以下。但是，B含量多时有必要降低C含量的上限。
B0.0050质量％以下硼(B)，少量添加可以提高焊接金属的淬火性，具有提高焊接金属部的强度和韧性的效果，但B含量超过0.0050质量％，则焊接金属部易发生高温破裂。因此，B含量为0.0050质量％以下。但是，B含量，有必要根据C含量进行调节。
具体地说，C含量为0.0060质量％以上时，没有必要设定下限值，可以不添加B。另一方面，C含量少时，由于焊接金属的淬火性不足，所以有必要适量的添加B。还有，C含量以及B含量均少的时候，相图中的固液共存温度区域过于狭小，熔池的表面和焊渣的界面能量变小进而稳定化，焊渣剥离性下降。因此，有必要对B含量以及C含量设定下限值。
例如，C含量(质量％)为[C]，B含量(质量％)为[B]时，焊丝中的C含量以及B含量为，0.020≤[C]≤0.050且[B]＜0.0015，则焊接金属部的强度、韧性以及焊渣剥离性下降。因此C含量为0.020至0.050质量％时，B含量为0.0015质量％以上。
还有，0.050＜[C]＜0.060时，[B]＜0.009-0.15×[C]，则焊接金属部的强度、韧性以及焊渣剥离性下降。因此，0.050＜[C]＜0.060时，[B]≥0.009-0.15×[C]。
此外，C含量以及B含量均多的时候，由于焊接金属部易发生高温破裂，所以可以设定B含量的上限。具体地说，0.080≤[C]≤0.100时，[B]＞0.013-0.1×[C]，则焊接金属部发生高温破裂。因此，0.080≤[C]≤0.100时，[B]≤0.013-0.10×[C]。
Cu含量0.45质量％以下铜(Cu)，具有提高焊接金属的淬火性的效果，但是过量添加则焊接金属部易发生高温破裂，并且焊渣的性质发生变化剥离性下降。焊丝中添加Cu超过0.45质量％，则这些问题变得非常显著，所以Cu含量为0.45质量％以下。优选为，0.01至0.45质量％。还有，在焊丝表面实施电镀时，Cu含量为电镀层所含Cu成分和线材内所含Cu成分的合计值。
Si含量和Mn含量的比(Si/Mn)0.385以上Si以及Mn，不仅分别的含量会影响焊渣剥离性，而且Si含量和Mn含量的比(Si/Mn)也对焊渣剥离性有很大影响。具体地说，Si/Mn大的时候焊渣剥离性良好。另一方面，Si/Mn低于0.385，则焊渣特性发生变化硬度上升，焊渣和焊接金属表面的紧密性升高，焊渣剥离性下降。因此，Si/Mn为0.385以上。优选为0.400以上。
Mn以及Mo的总含量2.20质量％以下Mn以及Mo均有降低焊渣剥离性的性质，Mn以及Mo的总含量超过2.20质量％，则焊渣剥离性显著下降。因此，Mn以及Mo的总含量为2.20质量％以下。
S以及O的总含量0.034质量％以下S以及O的总含量超过0.034质量％，则焊接金属部易发生高温破裂，并且焊渣的形状颗粒化防碍电弧熔融，成为不稳定因素。还有，焊接金属部的韧性也下降。还有，根据被焊接材的板厚，焊渣呈岛状分布，焊渣连接在一起致使不能剥离，恶化焊渣剥离性。因此，S以及O的总含量为0.034质量％以下。
P含量0.020质量％以下在钢中磷(P)作为不可避免的杂质混入，P是使高温破裂发生的主要元素之一，在本发明的焊丝中，人为的添加不会有好处。还有，P含量超过0.020质量％，则焊接金属部发生高温破裂，所以P含量限制在0.020质量％以下。
O含量0.0160质量％以下在钢中氧(O)作为不可避免的杂质混入，由于焊渣是氧化物，所以O含量增加则通过化学反应生成的焊渣生成量也会增加，此外，O含量过量则焊渣剥离性下降。还有，O含量增加，则焊接金属部中的夹杂物增加，所以容易发生焊接金属部的高温破裂，并且焊接金属部的韧性下降。O含量如果在0.0160质量％以下，这些问题就不会发生，所以O含量限制在0.0160质量％以下。优选为0.0100质量％以下。但是，S含量多的时候，为了防止高温破裂，要降低O含量的上限值。还有，上述的O含量的规定，与焊丝中的O的分布，即，线材中所含有或者在焊丝表面存在等的O的存在位置无关，是焊丝全体中所含O的总量。
焊丝的表面的MoS2附着量0.01g/10kg至1.00g/10kg如上所述，焊丝的输送性也会很大地影响焊渣剥离性。焊丝的输送稳定，则熔池的形成也稳定，所生成的焊渣的厚度均匀，热收缩应变量均匀作用，所以焊渣容易全面剥离。焊丝表面存在的MoS2，使塞尖引线间的给电点的熔接降低，焊丝的输送性得到提高。历来，通过沿焊丝表面的晶界使焊丝过量氧化而提高焊丝的输送性的技术为大家所熟识，但此方法中O含量过量，具有随焊渣生成量的增加焊渣剥离性下降的缺点。对此，在焊丝表面附着MoS2的方法，就没有了焊渣剥离性低下的问题，所以本发明的提高焊丝的输送性的方法适于使用。通过在焊丝表面上附着0.01g/10kg至1.00g/10kg的MoS2，可以得到此效果。另一方面，附着MoS2超过0.01g/10kg至1.00g/10kg，则在输送机构内，MoS2进行堆积，所以会发生输送机构内MoS2堵塞的输送问题。其结果为，影响焊渣的特性，以及焊渣剥离性低下。因此，焊丝表面的MoS2附着量为0.01g/10kg至1.00g/10kg。
上述的各成分的含量的限定理由参照附图集中进行说明。图1横轴为C含量，纵轴为B含量，是表示本发明的成分范围之内以及此成分范围之外的影响的图表。还有，图2横轴为Mn含量，纵轴为Mo含量，是表示本发明的成分范围之内以及此成分范围之外的影响的图表。此外，图3横轴为Si含量，纵轴为Ti含量，是表示本发明的成分范围之内以及此成分范围之外的影响的图表。此外还有，图4横轴为S含量，纵轴为O含量，是表示本发明的成分范围之内以及此成分范围之外的影响的图表。此外还有，图5横轴为Si含量，纵轴为Mn含量，是表示本发明的成分范围之内以及此成分范围之外的影响的图表。还有，在图1至图5中，领域1表示本发明的范围，领域2位于领域1的内部，表示本发明中的优选范围。
如图1所示，根据本发明的范围(领域1)，C含量增多，则焊接金属部的耐高温破裂性降低。还有，根据本发明的范围，C含量减少，则焊接金属部的强度以及耐高温破裂性降低。另一方面，根据本发明的范围，B含量增多，则发生焊接金属部的高温破裂。还有，C含量为0.06质量％以下时，B含量根据本发明的范围减少，则焊渣剥离性下降。
还有，如图2所示，根据本发明的范围Mn含量增多，则焊渣量过量，焊渣剥离性下降。还有，根据本发明的范围Mn含量少，则焊接金属部的强度以及韧性下降。另一方面，根据本发明的范围Mo含量增多，则焊渣剥离性下降。还有，根据本发明的范围Mo含量减少，则焊接金属部的强度下降。
此外，如图3所示，根据本发明的范围Si含量增多则焊接金属部的韧性下降。还有，根据本发明的范围Si含量减少，则焊接金属部的强度下降。另一方面，根据本发明的范围Ti含量增多，则焊渣剥离性下降。还有，根据本发明的范围Ti含量减少，则电弧变得不稳定，飞溅量增加。
此外还有，如图4所示，根据本发明的范围S含量增多，则焊接金属部的韧性下降并且耐高温破裂性下降。还有，根据本发明的范围S含量减少，则焊渣剥离性下降。另一方面，根据本发明的范围O含量增多，则焊接金属部的韧性以及耐高温破裂性下降并且焊渣剥离性下降。
此外还有，如图5所示，Si含量与Mn含量的比(Si/Mn)根据本发明范围减小，则焊渣剥离性下降。
以下，对本实施方式的效果进行说明。如上所述，在本实施方式的焊丝中，Mn含量为1.90质量％以下、Mo含量为0.35质量％以下、Ti含量为0.25质量％以下、O含量为0.0160质量％以下，并且S含量为0.005质量％以上，此外，Si含量与Mn含量的比(Si/Mn)为0.385以上，C含量少的时候设定有B含量的下限值，所以焊渣剥离性良好，能够进行高效的半自动焊接。还有，由于如上述对各成分进行规定，所以即使进行大热量输入·高焊道间温度条件下的焊接，也能构维持焊接金属部的机械性质的良好的状态。此外，由于Ti含量为0.19质量％以上，所以电弧稳定飞溅发生量少，并且焊渣适量熔池的保护性良好。
如此，在本实施方式中，由于焊丝各成分在适当范围内进行规定，所以在以钢结构为主的所使用的大热量输入·高焊道间温度的焊接中，能够得到焊接金属部的良好的机械性质，和半自动焊接所必要的优异的电弧稳定性，此外通过对焊渣生成量的适当控制，维持对保护不良的耐性，大幅提高焊渣剥离性，能够提高半自动焊接的效率。由此，能够大幅降低钢结构建筑的成本。
接着，对本第1发明的第2实施方式的气体保护电弧焊接用实芯焊丝进行说明。本第2的实施方式的焊丝也同上述第1的实施方式的焊丝同样进行使用。
本实施方式的焊丝的组成为，含有Si0.70至1.00质量％、Mn1.50至1.90质量％、、S0.005至0.025质量％、Ti0.19至0.25质量％、Mo0.12至0.35质量％、C0.020至0.100质量％、B0.0050质量％以下以及Cu0.45质量％以下，此外，还含有Nb、V、Cr、Al以及Ni中至少一种的元素分别抑制在0.20质量％以下，余量为Fe以及不可避免的杂质。还有，在不可避免的杂质中，限制P0.02质量％以下、O0.0160质量％以下。此外，Si含量和Mn含量的比(Si/Mn)为0.385以上，Mn以及Mo的总含量为2.20质量％以下，S以及O的总含量为0.034质量％以下，C含量(质量％)为[C]，B含量(质量％)为[B]时，[C]以及[B]满足上述式1。
还有，在本实施方式的焊丝组成中，优选为，Si0.75至1.00质量％、Mn1.62至1.80质量％、C0.040至0.080质量％、S0.009至0.025质量％、Cu0.01至0.45质量％、Si/Mn为0.400以上、O0.0100质量％以下。
此外，在焊丝的表面，每10kg焊丝附着有0.01至1.00g的MoS2。即，MoS2的附着量为0.01g/10kg至1.00g/10kg。此MoS2例如通过涂敷使其附着在焊丝表面。
以下，对Nb、V、Cr、Al以及Ni的含量的数值限定理由进行说明。还有，本实施方式的焊丝的上述以外成分的数值限定理由，与上述第1的实施方式相同。
Nb、V、Cr、以及Ni中至少一种的元素分别抑制在0.20质量％以下Nb、V、Cr、以及Ni是为了提高焊接金属部的强度，根据必要微量添加的元素。但是，分别其含量超过0.20质量％，则焊渣剥离性下降并且飞溅发生量增加。还有，Nb、V以及Cr含量分别超过0.20质量％，则焊接金属部的韧性下降。因此，添加Nb、V、Cr、以及Ni时，其含量分别限制在0.20质量％以下。
在本实施方式的气体保护电弧焊接用实芯焊丝中，添加有Nb、V、Cr、以及Ni中至少一种的元素分别抑制在0.20质量％以下，与第1的实施方式的焊丝相比，能够进一步提高焊接金属部的强度。还有，本实施方式的上述之外的效果，与上述第1的实施方式的焊丝相同。
接着，对本第1发明的第3实施方式的气体保护电弧焊接用实芯焊丝进行说明。本第3的实施方式的焊丝也同上述第1的实施方式的焊丝同样进行使用。
本实施方式的焊丝的组成为，含有Si0.70至1.00质量％、Mn1.50至1.90质量％、、S0.005至0.025质量％、Ti0.19至0.25质量％、Mo0.12至0.35质量％、C0.020至0.100质量％、B0.0050质量％以下以及Cu0.45质量％以下，此外，还含有Al0.20质量％以下，余量为Fe以及不可避免的杂质。还有，在不可避免的杂质中，限制P0.02质量％以下、O0.0160质量％以下。此外，Si含量和Mn含量的比(Si/Mn)为0.385以上，Mn以及Mo的总含量为2.20质量％以下，S以及O的总含量为0.034质量％以下，C含量(质量％)为[C]，B含量(质量％)为[B]时，[C]以及[B]满足上述式1。
本实施方式的特征在于含有Al，下面对此进行说明。
Al0.20质量％以下Al是为了提高焊接金属部的强度，根据必要而微量添加的元素。但是，含量超过0.20质量％，则焊渣剥离性下降并且飞溅发生量增加。还有，Al的含量超过0.20质量％，则焊接金属部的韧性下降。因此，添加Al的时候，其含量控制在0.20质量％以下。
在本实施方式的气体保护电弧焊接用实芯焊丝中，由于添加了0.20质量％以下的Al，与第1的实施方式的焊丝相比，能够进一步提高焊接金属部的强度。还有，本实施方式的上述之外的效果，与上述第1的实施方式的焊丝相同。
在上述的第1～第3的实施方式中，表示有在焊丝表面附着MoS2的例子，但是MoS2未必有进行附着的必要。还有，焊丝可以由线材以及此线材的周围所覆盖的镀铜层而构成。
接着，对本第2发明的实施方式的气体保护电弧焊接用实芯焊丝(以下，简称焊丝)，参照附图进行具体说明。
首先，对本第2发明的第1的实施方式的气体保护电弧焊接用实芯焊丝进行说明。本实施方式的气体保护电弧焊接用实芯焊丝是，在钢芯线的周围形成有镀铜层的实芯焊丝，对于490N/mm2级钢板，在最大热量输入达到40kJ/cm，最高焊道间温度达到350℃的条件下进行碳酸气体保护焊接时，或者，对于520N/mm2级钢板，在最大热量输入达到30kJ/cm，最高焊道间温度达到250℃的条件下进行碳酸气体保护焊接时所使用的焊丝。此焊丝，例如，使用于半自动焊接。
本实施方式的焊丝的组成，含有C0.020至0.080质量％、Si0.75至0.95质量％、Mn1.60至1.90质量％、S0.003至0.017质量％、Ti0.19至0.25质量％、Mo0.14至0.35质量％、O0.0025至0.0160质量％和镀铜层及芯线中所含Cu的全Cu0.15至0.45质量％，余量为Fe以及不可避免的杂质，还有，Mn含量([Mn])和Si含量([Si])的差([Mn]-[Si])为1.10质量％以下，Mn以及Mo的总含量，即，Mn含量([Mn])和Mo含量([Mo])的和([Mn]+[Mo])为2.20质量％以下，并且，S以及O的总含量，即，S含量([S])和O含量([O])的和([S]+[O])为0.0290质量％以下。此外，在上述不可避免的杂质中，限制P0.020质量％以下、N0.0080质量％以下。
还有，在本实施方式的焊丝的组成中，优选为，Mn1.85质量％以下、S0.005质量％以上、Mo0.22质量％以下、O0.0035质量％以上、全Cu0.30质量％以下。
此外，在焊丝的表面上，每10kg焊丝附着有0.01至1.00g的MoS2。即，MoS2的附着量为0.01g/10kg至1.00g/10kg。此MoS2例如通过涂敷使其附着在焊丝表面。
以下，对本实施方式的气体保护电弧焊接用实芯焊丝的数值限定理由进行说明。
在Ti含量、[Mn]+[Mo](Mn含量和Mo含量的和)、P含量以及焊丝表面的MoS2附着量中，数值范围限定及其限定理由均与本第1发明的时候相同。
在C含量、Si含量、Mn含量、S含量、Mo含量以及[S]+[O](S含量和O含量的和)中，数值范围限定理由与本第1发明的时候相同。但是，数值范围和第1发明的时候不同，C0.020至0.080质量％、Si0.75至0.95质量％、Mn1.60至1.90质量％、S0.003至0.017质量％(优选为0.005至0.017质量％)、Mo0.14至0.35质量％(优选为0.14至0.22质量％)以及[S]+[O]0.0290质量％以下。
但是，在C含量中，与本第1发明不同，没有必要考虑与B含量的关系。
以下，对其他的数值限定的理由，进行说明。
O0.0025至0.0160质量％由于焊渣是氧化物，所以O含量增加则通过化学反应生成的焊渣生成量也会增加，此外，O含量过量则焊渣剥离性恶化。还有，O含量增加，则焊接金属部中的夹杂物增加，所以容易发生焊接金属部的高温破裂，并且焊接金属部的韧性下降。O含量如果在0.0160质量％以下，这些问题就不会发生，所以O含量限制在0.0160质量％以下。但是，S含量多的时候，为了防止高温破裂，所以希望降低O含量的上限值。另一方面，O过少则铁水的粘性变高，焊丝融化时的熔滴的脱离性受损，飞溅增加。此外，焊渣量过少，根据被焊接材的厚度，焊渣不能形成均一的覆盖形成岛状，所以焊渣连接在一起致使不能剥离，恶化焊渣剥离性。为了得到适当的飞溅量以及飞溅发生量的O含量的下限值为0.0025质量％，优选为0.0035质量％。还有，上述的O含量的规定，与焊丝中的O的分布，即，线材中所含有或者在焊丝表面存在等的O的存在位置无关，是焊丝全体中所含O的总量。
镀铜层以及芯线中所含的Cu的全Cu0.15至0.45质量％铜(Cu)具有一些使焊接金属的淬火性提高的效果，但是过量添加则焊接金属部容易发生高温破裂，并且焊渣的性质发生变化剥离性恶化。那么，镀铜层以及芯线中所含的Cu的全Cu含量超过0.45质量％，则这些问题更加显著。另一方面，全Cu含量低于0.15质量％，则镀铜层的厚度变薄，和接触片的接触电阻变得不稳定，有损电弧稳定性。因此，全Cu含量为0.15至0.45质量％。还有，全Cu含量的优选上限值为0.30质量％。
-[Si]1.10质量％以下Si以及Mn，分别的含量不仅影响到焊渣剥离性，而且Si含量和Mn含量的差对焊渣剥离性也有很大影响。具体地说，Mn含量([Mn])和Si含量([Si])的差([Mn]-[Si])小的时候焊渣剥离性良好。另一方面，[Mn]-[Si]大的时候，则焊渣特性变化硬度上升，焊渣和焊接金属表面的紧密性升高，焊渣剥离性恶化。那么，[Mn]-[Si]超过1.10质量％，则焊渣剥离性显著恶化。因此，Mn含量和Si含量的差([Mn]-[Si])控制在1.10质量％以下。
N0.0080质量％以下钢中的氮作为不可避免的杂质混入，氮是使焊接金属脆化并且是成为气泡发生原因的元素。因此，在以得到高韧性的焊接金属部为目的之一的540N/mm2级焊丝中，有必要降低N含量。还有，N含量多则熔池的稳定性显著恶化，焊渣量增加并且焊渣剥离性下降。因此，焊丝中N越少越好，N含量限制在0.0080质量％以下。
对上述各成分的含量的限定理由参照附图集中进行说明。图7横轴为Si含量，纵轴为Ti含量，是表示本发明的成分范围之内以及此成分范围之外的影响的图表。还有，图8横轴是Mn含量，纵轴是Mo含量，是表示本发明的成分范围之内以及此成分范围之外的影响的图表。此外，图9横轴是Si含量，纵轴是Mn含量，是表示本发明的成分范围之内以及此成分范围之外的影响的图表。此外还有，图10横轴是S含量，纵轴是O含量，是表示本发明的成分范围之内以及此成分范围之外的影响的图表。还有，在图7至图10中，领域1表示本发明的范围，领域2位于领域1的内部，表示本发明中的优选范围。
如图7所示，根据本发明的范围(领域1)Si含量增多则焊接金属部的韧性下降。还有，根据本发明的范围Si含量减少，则焊接金属部的强度下降。另一方面，根据本发明的范围Ti含量增多，则焊渣剥离性下降。还有，根据本发明的范围Ti含量减少，则电弧变得不稳定，飞溅量增加。
如图8所示，根据本发明的范围Mn含量增多，则焊渣量过量，焊渣剥离性下降。还有，根据本发明的范围Mn含量少，则焊接金属部的强度以及韧性下降。另外，根据本发明的范围Mo含量增多，则焊渣剥离性下降。还有，根据本发明的范围Mo含量减少，则焊接金属部的强度下降。
如图9所示，Mn含量([Mn])和Si含量([Si])的差([Mn]-[Si])超过本发明的范围，则焊渣剥离性恶化。如图10所示，根据本发明的范围S含量增多，则焊接部金属韧性下降并且耐高温破裂下降。还有，根据本发明的范围S含量少，则焊渣剥离性恶化。另一方面，根据本发明的范围O含量多，则焊渣量过量并且焊渣剥离性恶化，此外焊接金属部的韧性以及耐高温破裂性下降。还有，根据本发明的范围O含量少，则焊渣剥离性恶化。
以下，对本实施方式的效果进行说明。如上所述，在本实施方式的焊丝中，Mn含量为1.90质量％以下，Mo含量为0.35质量％以下，Ti含量为0.25质量％以下，S含量为0.003质量％以上，O含量为0.0025至0.0161质量％，此外，Mn含量和Si含量的差([Mn]-[Si])为1.10质量％以下，Mn以及Mo的总含量([Mn]+[Mo])为2.20质量％以下，S以及O的总含量([S]+[O])为0.0290质量％以下，所以焊渣剥离性良好，能够进行高效的半自动焊接。还有，各成分的含量如上述进行规定，所以即使在大热量输入·高焊道间温度条件下进行焊接，也能构维持焊接金属部的机械性质的良好的状态。此外，Ti含量为0.19质量％以上，所以电弧稳定飞溅发生量变少，而且焊渣量适量对熔池的保护性良好。
如此，在本实施方式的气体保护电弧焊接用实芯焊丝中，由于焊丝的各成分规定在适当范围内，在作为钢结构建筑主要所使用的大热量输入·高焊道间温度用碳酸气体焊接中，能够得到焊接金属部的良好的机械性质、半自动焊接所必要的优异的电弧的稳定性，此外由于焊渣生成量适量所以维持对保护不良的耐性，焊渣剥离性大幅提高，能够提高半自动焊接工程的效率。因此，可以大幅降低钢结构建筑的成本。
接着，对本第2发明的第2实施方式的气体保护电弧焊接用实芯焊丝进行说明。本实施方式的焊丝，在上述第1的实施方式的焊丝的各成分之上，还添加了B，其组成为，含有C0.020至0.080质量％、Si0.75至0.95质量％、Mn1.60至1.90质量％、S0.003至0.017质量％、Ti0.19至0.25质量％、Mo0.14至0.35质量％、O0.0025至0.0160质量％、全Cu0.15至0.45质量％以及B0.0005至0.0050质量％，余量为Fe以及不可避免的杂质，还有，Mn含量和Si含量的差([Mn]-[Si])为1.10质量％以下，Mn以及Mo的总含量([Mn]+[Mo])为2.20质量％以下，并且，S以及O的总含量([S]+[O])为0.0290质量％以下。此外，在上述不可避免的杂质中，限制P0.020质量％以下、N0.0080质量％以下。
还有，在本实施方式的焊丝的组成中，优选为，Mn1.85质量％以下、S0.005质量％以上、Mo0.22质量％以下、O0.0035质量％以上、全Cu0.30质量％以下。
以下，对本实施方式的气体保护电弧焊接用实芯焊丝的B含量的数值的限定理由进行说明。还有，本实施方式的焊丝中的B以外的成分的添加理由以及数值限定理由，与上述的第1的实施方式的焊丝相同。
B0.0005至0.0050质量％硼(B)少量的添加具有提高焊接金属的淬火性、使焊接金属部的强度以及韧性得到提高的效果。但是，B含量低于0.0005质量％时，不能得到其效果。另一方面，B含量超过0.0050质量％，则焊接金属部容易发生高温破裂。因此，B含量为0.0005至0.0050质量％。
在本实施方式的气体保护电弧焊接用实芯焊丝中，由于B以0.0005至0.0050质量％进行添加，所以与上述的第1的实施方式的焊丝相比，能够使焊接金属部的强度以及韧性得到提高。还有，本实施方式的焊丝的上述以外的构成以及效果，与上述的第1的实施方式的焊丝相同。
接着，对本第2发明的第3的实施方式的气体保护电弧焊接用实芯焊丝进行说明。本实施方式的焊丝，在上述第1的实施方式的焊丝的各成分之上，此外，还添加有Nb、V、Al、Cr以及Ni中至少一种的元素，其组成为，含有C0.020至0.080质量％、Si0.75至0.95质量％、Mn1.60至1.90质量％、S0.003至0.017质量％、Ti0.19至0.25质量％、Mo0.14至0.35质量％、O0.0025至0.0160质量％以及全Cu0.15至0.45质量％，并且此外还含有Nb、V、Al、Cr以及Ni中至少一种的元素并分别抑制在0.20质量％以下，余量为Fe以及不可避免的杂质。还有，Mn含量和Si含量的差([Mn]-[Si])为1.10质量％以下，Mn以及Mo的总含量([Mn]+[Mo])为2.20质量％以下，并且，S以及O的总含量([S]+[O])为0.0290质量％以下。此外，在上述不可避免的杂质中，限制P0.020质量％以下、N0.0080质量％以下。
还有，在本实施方式的焊丝的组成中，优选为，Mn1.85质量％以下、S0.005质量％以上、Mo0.22质量％以下、O0.0035质量％以上、全Cu0.30质量％以下。
以下，对本实施方式的气体保护电弧焊接用实芯焊丝的Nb、V、Cr、Al以及Ni的含量的数值的限定理由进行说明。还有，本实施方式的焊丝中的上述以外的成分的添加理由以及数值限定理由，与上述的第1的实施方式的焊丝相同。
Nb、V、Al、Cr以及Ni中至少一种的元素分别0.20质量％以下Nb、V、Al、Cr以及Ni是使焊接金属的强度得到提高，根据必要而微量添加的元素。但是，这些成分的含量分别超过0.20质量％，则焊渣剥离性恶化并且飞溅发生量增加。还有，Nb、V、Al、Cr以及Ni的含量分别超过0.20质量％，则焊接金属部的韧性下降。因此，添加Nb、V、Al、Cr以及Ni时，其含量分别抑制在0.20质量％以下。
在本实施方式的气体保护电弧焊接用实芯焊丝中，由于添加Nb、V、Al、Cr以及Ni中至少一种的元素并分别限制在0.20质量％以下，所以与上述的第1的实施方式的焊丝相比，能够提高焊接金属部的强度。还有，本实施方式的焊丝的上述以外的构成以及效果，与上述的第1的实施方式的焊丝相同。
接着，对本第2发明的第4的实施方式的气体保护电弧焊接用实芯焊丝进行说明。本实施方式的焊丝，在上述第1的实施方式的焊丝的各成分之上，还添加有Nb、V、Al、Cr以及Ni中至少一种的元素和B，其组成为，含有C0.020至0.080质量％、Si0.75至0.95质量％、Mn1.60至1.90质量％、S0.003至0.017质量％、Ti0.19至0.25质量％、Mo0.14至0.35质量％、O0.0025至0.0160质量％、全Cu0.15至0.45质量％以及B0.0005至0.0050质量％，并且，此外还含有Nb、V、Al、Cr以及Ni中至少一种的元素并分别抑制在0.20质量％以下，余量为Fe以及不可避免的杂质。还有，Mn含量和Si含量的差([Mn]-[Si])为1.10质量％以下，Mn以及Mo的总含量([Mn]+[Mo])为2.20质量％以下，并且，S以及O的总含量([S]+[O])为0.0290质量％以下。此外，在上述不可避免的杂质中，限制P0.020质量％以下、N0.0080质量％以下。
还有，在本实施方式的焊丝的组成中，优选为，Mn1.85质量％以下、S0.005质量％以上、Mo0.22质量％以下、O0.0035质量％以上、全Cu0.30质量％以下。
还有，本实施方式的焊丝的B的添加理由以及数值限定理由与上述的第2的实施方式的焊丝相同，Nb、V、Al、Cr以及Ni的添加理由以及数值的限定理由与上述的第3的实施方式的焊丝相同，此外的元素的添加理由以及数值限定理由与上述的第1的实施方式的焊丝相同。
在本实施方式的气体保护电弧焊接用实芯焊丝中，B以0.0005至0.0050质量％进行添加，并且添加Nb、V、Al、Cr以及Ni中至少一种的元素并分别抑制在0.20质量％以下，所以与上述第2以及第3的实施方式的焊丝相比，能够使焊接金属部的强度更一步得到提高。还有，本实施方式的上述以外的构成和效果，与上述的第1的实施方式的焊丝相同。
实施例1以下，在本第1发明的实施例的效果中，与其权利要求范围之外的比较例进行比较具体地进行说明。图6是表示焊接试验片的形状以及尺寸的平面图以及侧面图。如图6所示，作为母材，准备有纵向为350mm、横向为A＝125mm、厚度为D＝25mm的钢板11，和纵向为300mm、横向为A＝150mm、厚度为D＝25mm的钢板12。在钢板12中，形成有坡口角度为35℃的半V型坡口(single bevel groove)。然后，使钢板11以及钢板12的长边间形成C＝7mm的间隔，钢板11以及钢板12平行放置。还有，在钢板12的表面的纵方向中央部且距坡口10mm的位置，设定焊道间温度测定位置T。然后，在钢板11以及钢板12的对向部分内侧，配置有垫板13。还有，在钢板12的纵方向的两侧分别配置有固定接头14，对钢板11以及12相互进行固定。还有，在图6的侧面图中，固定接头14如图所示被省略掉。钢板11以及12，使用的是下述表8中所示组成(JIS G3136 SN490C)的钢材。
然后，使用多种的气体保护电弧焊接用实芯焊丝(图中没有显示)，进行坡口焊接。由此，在钢板11与钢板12之间，形成焊缝15。此时的焊接条件如下表1所示。还有，所使用的焊丝的组成如下述表2至表5所示。还有，下述表2以及表4所示各成分的含量和下述表3以及表5所示MoS2以外的含量的单位为[质量％]，下述表3以及表5所示MoS2的附着量的单位为[g/10kg]，即，每10kg焊丝的g数。还有，下述表2至表5所示焊丝，包括线材表面实施有镀铜的焊丝，和没有实施镀铜的焊丝两种，以焊丝全质量中的Cu含量(质量％)为指标进行了整理。
表1
表2
表3
表4
表5
然后，对焊接中的(1)电弧稳定性以及(2)飞溅发生量进行了评价。还有，焊接完成后，通过数码图像处理，对(3)焊渣的剥离性进行了评价，还有，计算出(4)焊接效率。此外，对(5)焊接金属部的机械的性质进行了评价。此外还有，对(6)焊接金属部的高温破裂的发生与否进行了调查。以下，对这些评价方法进行说明。
(1)电弧稳定性电弧稳定性是根据焊接中的功能试验而进行了评价。焊丝的输送性优异、熔滴移动性圆滑、全体的电弧稳定性极其优异时判定为非常良好(◎)，焊丝输送性有时会瞬间恶化。熔滴移动性有时会一时的不稳定，电弧稳定性在实用上没有问题的水平判定为良好(○)，这些显著发生成为问题时判定为不良(×)。
(2)飞溅发生量飞溅发生量对焊接完成后保护喷嘴上附着的焊渣进行回收，通过测定其质量而进行评价。所回收的飞溅量为2.5g以下时判定为良好(○)，多于2.5g时判定为不良(×)。
(3)焊渣剥离性在本实施例中，以定量评价法对自然剥离性进行了评价。首先，焊接完成后，如图6所示在焊道间温度的测定位置T中所测定的钢板表面温度冷却到250℃时，对焊缝15的外观进行拍照。接着，将其焊缝外观照片读入计算机中通过图像解析软件进行二进制化处理，区分出焊渣自然剥离区域，和焊渣附着区域。然后，通过上述图像解析软件，分别计算出焊渣自然剥离区域的面积，和焊渣附着区域的面积。然后，根据这些面积，求出焊渣剥离率。焊渣自然剥离区域的面积为a，焊渣附着区域的面积为b，焊渣剥离率为R(％)时，焊渣剥离率按下述式2进行计算。焊渣剥离率R为13％以上时，判定为良好(○)，低于13％时判定为不良(×)。
式2R＝{a/(a+b)}×100(4)焊接效率焊接效率E(％)为，测定从第1焊道到最后焊道的一个焊道前的焊接之间除去焊渣所需时间的和∑ST，和从第1焊道到最后焊道的一个焊道前的焊接之间的电弧发生时间∑AT，根据式3进行计算。焊接效率E，当焊渣除去容易时，短时间的完成度高，为优异。因此，焊接效率E在70％以上时，为良好(○)，低于70％时为不良(×)。
式3E＝{∑AT/(∑ST+∑AT)}×100(5)焊接金属部的机械性质对焊接金属部的机械性质的评价，进行了抗拉伸试验的强度测定，摆锤式冲击试验的韧性测定。从图4所示试验片，在其中心焊缝表面下10mm、焊缝的宽度中央部，采取了JIS Z3111中所规定的试验片，供于抗拉伸试验和摆锤冲击试验。还有，抗拉伸试验在室温(20℃)的环境下进行。还有，摆锤冲击试验在0℃的环境下进行，3个试验片分别进行测定其平均值为评价值。然后，在强度试验中，抗拉伸强度在490N/mm2(＝490MPa)以上时为合格(○)，低于其时为不合格(×)。还有，在韧性试验中，摆锤冲击试验的吸收能量在70J以上时为合格(○)，低于其时为不合格(×)。
(6)高温破裂焊接金属部的高温破裂发生与否，通过超声波探伤试验进行了调查。
这些的评价结果在下述表6以及表7中集中表示。
表6
表7
表8
首先，对表6中所示结果进行说明。NO.1至28为本发明的实施例。在实施例NO.1至28中，各成分的含量均在本发明的范围内，所以焊渣剥离性良好，焊接效率高，焊接金属部的强度以及韧性高，电弧的稳定性优异，飞溅的发生量少，耐高温破裂性良好。因此，能够得到优异的焊接操作性以及焊接金属的机械性质。
相对与此，表7中所示No.29至62为比较例。比较例No.29的C过少其焊接金属部的强度以及韧性不足。比较例No.30以及31的C过量在其焊接金属部发生了高温破裂。No.32的Si过少其焊接金属部的强度不足。比较例No.33的Si过量其焊接金属部的韧性不足。比较例No.34以及35的Ti过少其飞溅发生量多且电弧稳定性恶化。比较例No.36的Ti过量，其焊渣剥离性差、焊接效率也恶化。比较例No.37的Mn过少其焊接金属部的强度以及韧性均下降。比较例No.38的Mn过量，其焊接剥离性差、焊接效率也低下。
比较例No.39是Si以及Mn单独含量没有问题的材料，但其比率(Si/Mn)过少时，平衡变差，所以焊渣剥离性差、焊接效率也低下。比较例No.40以及41，不仅Si/Mn过少，而且Ti含量也过少，焊渣剥离性差，随之而来的是焊接效率下降，此外，电弧稳定性恶化，飞溅发生量过量。比较例No.42的Mo过少其抗拉伸强度较低。比较例No.43的Mo过量，其焊渣的剥离性差，焊接效率也差。比较例No.44是Mn以及Mo的单独含量没有问题的材料，但Mn以及Mo的合量过量，所以焊渣剥离性差，焊接效率也差。比较例No.45的S过少，其焊渣的剥离性差，焊接效率也差。比较例No.46的S过量，其韧性低并且发生了高温破裂。
比较例No.47的O过量，其焊渣量增加剥离性下降。还有，焊接金属中的夹杂物过量发生高温破裂，韧性较低。比较例No.48是S以及O的单独含量没有问题的材料，但S以及O的合量过量，其韧性较低并且发生了高温破裂。比较例No.49的P过量，发生了高温破裂。比较例No.50的Cu过量，其焊渣剥离性差，焊接效率较低，此外，发生了高温破裂。比较例No.51的B过量，发生了高温破裂。比较例No.52，相对于C含量B含量过量，发生了高温破裂。比较例No.53至56相反相对于C含量B含量不足，所以韧性很低。还有，熔池合焊渣间的界面能量变小，焊渣剥离性差，其结果为焊接效率降低。比较例No.57至61，分别Nb、V、Al、Cr、Ni过量，其焊渣剥离性差，焊接效率降低。还有，电弧变得不稳定，飞溅量增加。此外，比较例No.57至60，焊接金属部的韧性也下降。比较例No.62的焊丝表面的MoS2附着量过量，管道内衬等的输送机构内MoS2堆积堵塞，焊丝的输送变得不稳定。其结果，有损电弧稳定性，焊渣分布不均，产生不好影响，焊渣的剥离性下降。还有，焊接效率也低下，飞溅量增加。
实施例2以下，在本第2发明的实施例的效果中，与本发明的范围之外的比较例进行比较具体地进行说明。
与实施例1同样，使用图6所示的焊接试验片。但是，与实施例1有以下不同，钢板11的横向为A＝125mm，钢板12的横向为B＝125mm，钢板11以及12的厚度为D＝28mm，以及钢板11和12的长边间的间隔为C＝6mm。钢板11以及12，与实施例1相同使用了如表8所示组成(JIS G3136SN490C)。
然后，使用了多种的气体保护电弧焊接用实芯焊丝(图中没有显示)，进行了坡口焊接。由此，在钢板11和钢板12之间，形成了焊缝15。此时的焊接条件在上述表1中表示。还有，所使用的焊丝的组成在下述表9以及表10中表示。还有，下述表9以及表10所示焊丝组成的余量为Fe以及不可避免的杂质。还有，下述表9以及表10所示MoS2附着量的单位为[g/10kg]，即，每10kg焊丝的g数。还有，下述表9以及表10所示焊丝任一个芯线的表面都实施有镀铜，以本实施例中镀铜层以及芯线中所包含的Cu的全Cu含量(质量％)为指标进行了整理。
表9
表10
然后，对焊接中的(1)电弧稳定性以及(2)飞溅发生量进行了评价。还有，焊接完成后，通过数码图像处理，对(3)焊渣的剥离性进行了评价，还有，计算出(4)焊接效率。此外，对(5)焊接金属部的机械的性质进行了评价。此外还有，对(6)焊接金属部的高温破裂的发生与否进行了调查。这些评价方法，与实施例1的情况相同。
这些评价结果在下述表11以及表12中集中表示。
表11
表12
如上述表11所示，本第2发明的实施例No.1至No.28的焊丝，各成分的含量在本发明的范围内，所以焊渣剥离性良好，焊接效率高，焊接金属部的强度以及韧性高，电弧的稳定性优异，飞溅的发生量少，耐高温破裂性良好。因此，能够得到优异的焊接操作性以及焊接金属的机械性质。
另一方面，上述表12所示No.29至No.59的焊丝为本第2发明的比较例。No.29的焊丝C过少其焊接金属部的强度以及韧性不足。No.30以及31的焊丝C过量其焊接金属部发生了高温破裂。No.32的焊丝的Si过少其焊接金属部的强度不足。No.33的焊丝的Si过量其焊接金属部的韧性不足。No.34以及No.35的焊丝Ti过少其飞溅发生量多且电弧稳定性差。
No.36的焊丝Ti过量，其焊渣剥离性差，焊接效率也差。No.37的焊丝Mn过少其焊接金属部的抗拉伸强度以及韧性均低。No.38的焊丝Mn过量，其焊渣剥离性差，焊接效率也差。
No.39的焊丝是Si以及Mn单独含量没有问题的材料，但Mn含量与Si含量的差([Mn]-[Si])过大，平衡变差，所以焊渣剥离性差，焊接效率也差。No.40以及No.41的焊丝，Si以及Ti过少且Mn含量与Si含量的差([Mn]-[Si])过大，所以焊接金属部的强度不足，还有，焊渣剥离性差，随之而来的焊接效率也低，此外，电弧稳定性恶化，飞溅发生量也过量。No.42的焊丝Mo过少其抗拉伸强度低。No.43的焊丝Mo过量，其焊渣的剥离性差，焊接效率也低。No.44的焊丝是Mn以及Mo的单独含量都没有问题的材料，但Mn以及Mo的总含量过量，所以焊渣剥离性差，焊接效率也低。No.45的焊丝S过少，其焊渣剥离性差，焊接效率也差。No.46的焊丝S过量，其韧性下降并且发生了高温破裂。
No.47的焊丝O过量，其焊渣量增加剥离性下降。还有，焊接金属中的夹杂物过量则发生了高温破裂，韧性也低。No.48的焊丝是S以及O的单独含量没有问题的材料，S以及O的总含量过量，其韧性低并且发生了高温破裂。No.49的焊丝P过量，发生了高温破裂。No.50的焊丝Cu过量，焊渣剥离性差，焊接效率下降，此外，发生了高温破裂。No.51的焊丝B过量，发生了高温破裂。No.52的焊丝，O不足，所以焊渣量过少，焊渣剥离性恶化焊接效率下降。此外，熔滴的脱离性恶化，飞溅增加。No.53的焊丝，Cu不足，所以镀铜层的厚度变薄，焊接时的焊嘴和焊丝间的通电性恶化，飞溅增加。
No.54至No.58的焊丝，分别Nb、V、Al、Cr或者Ni过量，其焊渣剥离性恶化，焊接效率也下降。还有，电弧变得不稳定，飞溅量增加。此外，No.54至No.57的焊丝，焊接金属部的韧性也下降。No.59的焊丝表面的MoS2的附着量过量，管道内衬等的输送机构内MoS2堆积堵塞，焊丝的输送变得不稳定。其结果，有损电弧稳定性，焊渣分布不均，产生不好影响，焊渣的剥离性下降。还有，焊接效率也下降，飞溅量增加。
权利要求
1.一种气体保护电弧焊接用实芯焊丝，其特征在于，含有Si0.70至1.00质量％、Mn1.50至1.90质量％、S0.005至0.025质量％、Ti0.19至0.25质量％、Mo0.12至0.35质量％、C0.020至0.100质量％、B满足下述式(1)含量、以及Cu0.01至0.45质量％，余量由Fe以及不可避免的杂质构成，在上述不可避免的杂质中，限制P0.020质量％以下、O0.0160质量％以下，此外，Si含量和Mn含量的比Si/Mn为0.385以上，Mn以及Mo的总含量为2.20质量％以下，S以及O的总含量为0.034质量％以下，式(1)0.020≤[C]≤0.050时，0.0015≤[B]≤0.0050；0.050＜[C]≤0.060时，0.009-0.15×[C]≤[B]≤0.0050；0.060＜[C]≤0.080时，0＜[B]≤0.0050；0.080≤[C]≤0.100时，0＜[B]≤0.013-0.10×[C]；这里，C含量以质量％计为[C]、B含量以质量％计为[B]。
2.一种气体保护电弧焊接用实芯焊丝，其特征在于，含有Si0.70至1.00质量％、Mn1.50至1.90质量％、S0.005至0.025质量％、Ti0.19至0.25质量％、Mo0.12至0.35质量％、C0.020至0.100质量％、B0.0050质量％以下、以及Cu0.01至0.45质量％，此外，还含有Nb、V、Cr以及Ni中至少一种的元素并且抑制在0.20质量％以下，余量由Fe以及不可避免的杂质构成，在上述不可避免的杂质中，限制P0.020质量％以下、O0.0160质量％以下，此外，Si含量和Mn含量的比Si/Mn为0.385以上，Mn以及Mo的总含量为2.20质量％以下，S以及O的总含量为0.034质量％以下，式(1)0.020≤[C]≤0.050时0.0015≤[B]≤0.0050；0.050＜[C]≤0.060时0.009-0.15×[C]≤[B]≤0.0050；0.060＜[C]≤0.080时0＜[B]≤0.0050；0.080≤[C]≤0.100时0＜[B]≤0.013-0.10×[C]；这里，C含量以质量％计为[C]、B含量以质量％计为[B]。
3.一种气体保护电弧焊接用实芯焊丝，其特征在于，含有Si0.70至1.00质量％、Mn1.50至1.90质量％、S0.005至0.025质量％、Ti0.19至0.25质量％、Mo0.12至0.35质量％、C0.020至0.100质量％、B0.0050质量％以下、Cu0.01至0.45质量％以及Al0.20质量％以下，余量由Fe以及不可避免的杂质构成，在上述不可避免的杂质中，限制P0.020质量％以下、O0.0160质量％以下，此外，Si含量和Mn含量的比Si/Mn为0.385以上，Mn以及Mo的总含量为2.20质量％以下，S以及O的总含量为0.034质量％以下，式(1)0.020≤[C]≤0.050时0.0015≤[B]≤0.0050；0.050＜[C]≤0.060时0.009-0.15×[C]≤[B]≤0.0050；0.060＜[C]≤0.080时0＜[B]≤0.0050；0.080≤[C]≤0.100时0＜[B]≤0.013-0.10×[C]；这里，C含量以质量％计为[C]、B含量以质量％计为[B]。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的气体保护电弧焊接用实芯焊丝，其特征在于，C含量为0.040至0.080质量％。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的气体保护电弧焊接用实芯焊丝，其特征在于，Si含量为0.75质量％以上。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的气体保护电弧焊接用实芯焊丝，其特征在于，Mn含量为1.62至1.80质量％。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的气体保护电弧焊接用实芯焊丝，其特征在于，S含量为0.009质量％以上。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的气体保护电弧焊接用实芯焊丝，其特征在于，Si含量和Mn含量的比Si/Mn为0.400以上。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的气体保护电弧焊接用实芯焊丝，其特征在于，O含量限制在0.0100质量％以下。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的气体保护电弧焊接用实芯焊丝，其特征在于，在焊丝表面，对每10kg重量的上述焊丝，附着有0.01g/10kg至1.00g/10kg的MoS2。
11.根据权利要求1所述的气体保护电弧焊接用实芯焊丝，其特征在于，在钢芯线的四周形成有镀铜层，C0.080质量％以下、Si0.75至0.95质量％、Mn1.60质量％以上、S0.017质量％以下、Mo0.14质量％以上、O0.0025质量％以上，和镀铜层以及芯线中所含Cu的全Cu0.15质量％以上，S以及O的总含量为0.0290质量％以下，在上述不可避免的杂质中，限制N为0.0080质量％以下。
12.一种气体保护电弧焊接用实芯焊丝，其特征在于，钢芯线的周面形成有镀铜层，含有C0.020至0.080质量％、Si0.75至0.95质量％、Mn1.60至1.90质量％、S0.003至0.017质量％、Ti0.19至0.25质量％、Mo0.14至0.35质量％、O0.0025至0.0160质量％，和镀铜层及芯线中所含Cu的全Cu0.15至0.45质量％，余量由Fe以及不可避免的杂质构成，Mn含量和Si含量的差为1.10质量％以下，Mn以及Mo的总含量为2.20质量％以下，S以及O的总含量为0.0290质量％以下，在上述不可避免的杂质中，限制P为0.020质量％以下、N为0.0080质量％以下。
13.根据权利要求12所述的气体保护电弧焊接用实芯焊丝，其特征在于，此外，还含有B0.0005至0.0050质量％。
14.根据权利要求12所述的气体保护电弧焊接用实芯焊丝，其特征在于，此外，还含有Nb、V、Al、Cr以及Ni中至少一种的元素分别抑制在0.20质量％以下。
15.根据权利要求12所述的气体保护电弧焊接用实芯焊丝，其特征在于，Mn含量为1.85质量％以下。
16.根据权利要求12所述的气体保护电弧焊接用实芯焊丝，其特征在于，S含量为0.005质量％以上。
17.根据权利要求12所述的气体保护电弧焊接用实芯焊丝，其特征在于，Mo含量为0.22质量％以下。
18.根据权利要求12所述的气体保护电弧焊接用实芯焊丝，其特征在于，O含量为0.0035质量％以上。
19.根据权利要求12所述的气体保护电弧焊接用实芯焊丝，其特征在于，镀铜层以及芯线中所含Cu的全Cu含量为0.30质量％以下。
20.根据权利要求12所述的气体保护电弧焊接用实芯焊丝，其特征在于，在焊丝表面，对每10kg重量的上述焊丝，附着有0.01g/10kg至1.00g/10kg的MoS2。
全文摘要
本发明提供一种气体保护电弧焊接用实芯焊丝，其组成为，含有Si0.70至1.00质量％、Mn1.50至1.90质量％、S0.005至0.025质量％、Ti0.19至0.25质量％、Mo0.12至0.35质量％、C0.020至0.100质量％、B0.0050质量％以下以及Cu0.45质量％，限制P0.020质量％以下、O0.0160质量％以下，Si/Mn为0.385以上，Mn以及Mo的总含量为2.20质量％以下，S以及O的总含量为0.034质量％以下，此外，C含量(质量％)为[C]、B含量(质量％)为[B]时，[C]和[B]的关系满足给定的条件。此焊丝，对强度为520N/mm
文档编号B23K9/16GK1935443SQ20051010999
公开日2007年3月28日 申请日期2005年9月21日 优先权日2004年9月22日
发明者铃木励一, 中野利彦 申请人:株式会社神户制钢所