本发明涉及气体保护电弧焊用药芯焊丝。
背景技术：
：一直以来，为了高效率地进行焊接作业，使用药芯焊丝的气体保护电弧焊在各种领域进行。例如，在专利文献1中，公开有一种不会损害作为金属系药芯焊丝的特长的高熔敷速度、焊接操作性，烟尘发生量少的气体保护电弧焊金属系药芯焊丝。【现有技术文献】【专利文献】【专利文献1】日本专利第2614967号公报但是，在专利文献1的技术中，并未针对在焊接中的线能量为30kj/cm以上这样的大线能量焊接中确保电弧稳定性高、飞溅发生量少、保持优异的焊接操作性，并且得到良好的机械特性的焊接金属的课题进行研究，所以无法满足上述课题的兼顾。技术实现要素：本发明鉴于上述状况而做，其目的在于，提供一种在大线能量焊接中的焊接操作性优异，并且所得到的焊接金属的机械特性良好的气体保护电弧焊用药芯焊丝。本发明的一个方式的气体保护电弧焊用药芯焊丝，是在钢制外皮中填充有焊剂的气体保护电弧焊用的药芯焊丝，其中，以焊丝总质量计，含有如下：c：0.01质量％以上且0.10质量％以下；mn：1.5质量％以上且4.0质量％以下；si：0.1质量％以上且2.5质量％以下；金属ti：0.01质量％以上且1.00质量％以下；金属al：0.01质量％以上且1.00质量％以下；fe：90质量％以上；zro2：0.01质量％以上且1.00质量％以下；tio2：0.01质量％以上且0.50质量％以下；naf：0.01质量％以上且0.50质量％以下，并且，设zro2的含量为[zro2]，设naf的含量为[naf]时，满足1≤[zro2]/[naf]≤50。上述气体保护电弧焊用药芯焊丝中，以焊丝总质量计，也可以还含有al2o3：0.01质量％以上且0.50质量％以下。另外，上述气体保护电弧焊用药芯焊丝中，以焊丝总质量计，也可以还含有k2o的k换算量：0.01质量％以上且0.50质量％以下，na2o的na换算量：0.01质量％以上且0.50质量％以下中的一种以上。根据本发明的一个方式的气体保护电弧焊用药芯焊丝，能够达成大线能量焊接中的焊接操作性优异，并且所得到的焊接金属的机械特性良好。具体实施方式以下，就用于实施本发明的方式(本实施方式)详细地说明。还有，本发明不受以下说明的实施方式限定，在不脱离本发明的宗旨的范围，能够任意地变更实施。本实施方式的气体保护电弧焊用药芯焊丝(以下，也会仅称为“药芯焊丝”或“焊丝”)；以焊丝总质量计；含有如下：c：0.01质量％以上且0.10质量％以下；mn：1.5质量％以上且4.0质量％以下；si：0.1质量％以上且2.5质量％以下；金属ti：0.01质量％以上且1.00质量％以下；金属al：0.01质量％以上且1.00质量％以下；fe：90质量％以上；zro2：0.01质量％以上且1.00质量％以下；tio2：0.01质量％以上且0.50质量％以下；naf：0.01质量％以上且0.50质量％以下，并且，设zro2的含量为[zro2]，设naf的含量为[naf]时，满足1≤[zro2]/[naf]≤50。另外，本实施方式的药芯焊丝是金属系的药芯焊丝。在此，金属系的药芯焊丝被认为焊剂的主成分是金属成分，例如，意味着以焊丝总质量计，氧化物成分(焊渣形成成分)为3质量％以下的药芯焊丝。氧化物成分优选为2质量％以下，更优选为1质量％以下。本实施方式的药芯焊丝是在钢制外皮(带钢)内填充有焊剂而成的。详细地说，本实施方式的药芯焊丝由呈筒状的钢制外皮，和填充在该外皮的内部(内侧)的焊剂构成。还有，药芯焊丝无论是外皮无接缝的无缝型，还是外皮有接缝的有缝型的哪种方式都可以。另外，药芯焊丝也可以对焊丝表面(外皮的外侧)实施cu等的镀覆等，也可以不实施。还有，本实施方式的药芯焊丝的丝径(直径)没有特别限定，但从焊丝送给稳定性的观点出发，优选为1.2～4.0mm，更优选为1.2～2.4mm。而且，本实施方式的药芯焊丝，各成分相对于焊丝总质量为规定的含量，并且关于一部分成分的含量，满足规定的关系式。以下，对于本实施方式的药芯焊丝的各成分含量的限定理由进行说明。还有，在以下的说明中，药芯焊丝中的各成分量，除非特别指出，否则均作为焊丝总质量(钢制外皮和外皮内的焊剂的合计量)中的含量加以规定。在本实施方式中，作为ti氧化物，tio2作为代表性的ti氧化物被包含。作为ti氧化物，也有包含其他的氧化物的可能性，但在本实施方式中，包括这些其他的氧化物在内均作为tio2记述。关于氧化物成分，zro2、al2o3等其他的氧化物成分也同样。[c：0.01质量％以上且0.10质量％以下]c是对使焊接金属的淬火性和韧性提高的效果发挥作用的成分。但是，若c的含量低于0.01质量％，则焊接金属的淬火不足，大线能量焊接时无法充分得到韧性，因此c的含量为0.01质量％以上，优选为0.02质量％以上。另一方面，若c的含量高于0.10质量％，则电弧偏吹变强，飞溅发生量增加，因此c的含量为0.10质量％以下，优选为0.07质量％以下，特别优选为0.05质量％以下。[mn：1.5质量％以上且4.0质量％以下]mn是对使焊接金属的淬火性和韧性提高的效果发挥作用的成分。但是，若mn的含量低于1.5质量％，则焊接金属的淬火不足，无法充分取得焊接金属的抗拉强度，因此mn的含量为1.5质量％以上，优选为2.0质量％以上。另一方面，若mn的含量高于4.0质量％，则焊接金属中的mn量过剩，焊接金属的抗拉强度过度上升，因此mn的含量为4.0质量％以下，优选为3.1质量％以下。在此，mn意思是纯金属的mn、包含在合金中的mn和mno等的mn氧化物中所含的mn成分。作为mn源，可列举mn金属粉、fe－mn、fe－si－mn等的金属粉、合金粉，但除此以外，也可以添加mn氧化物。[si：0.1质量％以上且2.5质量％以下]si是对使焊接金属的淬火性和韧性提高的效果、使焊道形状提高的效果发挥作用的成分。但是，若si的含量低于0.1质量％，则焊接金属的淬火不足，有可能无法充分获得焊接金属的抗拉强度，因此si的含量为0.1质量％以上，优选为0.2质量％以上。另一方面，若si的含量高于2.5质量％，焊接金属中的si量过剩，存在焊接金属的抗拉强度过度上升的情况等，因此si的含量为2.5质量％以下，优选为1.4质量％以下。在此，si意味着纯金属的si、包含在合金中的si、和sio2等的si氧化物中所含的全部si成分。还有，金属si的含量优选为0.1质量％以上且2.0质量％以下。金属si的含量更优选为0.2质量％以上。金属si的含量更优选为0.8质量％以下。另外，sio2的含量(si换算值)优选为0.01质量％以上且1.00质量％以下。sio2的含量(si换算值)在此范围时，电弧稳定性进一步提高，并且也能够进一步抑制飞溅发生量。sio2的含量(si换算值)更优选为0.20质量％以上。sio2的含量(si换算值)更优选为0.60质量％以下。[金属ti：0.01质量％以上且1.00质量％以下]金属ti是对使焊接金属的机械特性、电弧稳定性提高的效果发挥作用的成分。但是，若金属ti的含量低于0.01质量％，则得不到电弧稳定性的提高的效果，高电流负荷时的电弧稳定性劣化以及飞溅发生量增加，因此金属ti的含量为0.01质量％以上，优选为0.10质量％以上。另一方面，若金属ti的含量高于1.00质量％，则焊接金属中的ti量过剩，大线能量焊接时焊接金属的抗拉强度过度上升，因此金属ti的含量为1.00质量％以下，优选为0.50质量％以下。[金属al：0.01质量％以上、1.00质量％以下]金属al是对使焊接金属的机械特性、电弧稳定性提高的效果发挥作用的成分。但是，若金属al的含量低于0.10质量％，则得不到电弧稳定性的提高效果，高电流负荷时的电弧稳定性劣化以及飞溅发生量增加，因此金属al的含量为0.01质量％以上，优选为0.05质量％以上。另一方面，若金属al的含量高于1.00质量％，则焊接金属成分的成品率过大，大线能量焊接时无法充分得到韧性，因此金属al的含量为1.00质量％以下，优选为0.40质量％以下。在此，所谓金属al，是金属单体和合金所含的al的合计。[fe：90质量％以上]fe是药芯焊丝的主要成分。从熔敷量和其他成分组成的关系出发，fe的含量优选以焊丝总质量计为90质量％以上，更优选为92质量％以上。[zro2：0.01质量％以上且1.00质量％以下]zro2是对使电弧稳定性、作为造渣剂的焊接金属的焊道形状提高的效果发挥作用的成分。但是，若zro2的含量低于0.01质量％，则得不到电弧稳定性的提高效果，高电流负荷时的电弧稳定性劣化以及飞溅发生量增加，因此zro2的含量为0.01质量％以上，优选为0.20质量％以上。另一方面，若zro2的含量高于1.00质量％，则电弧偏吹变强，高电流负荷时的电弧稳定性劣化以及飞溅发生量增加，因此zro2的含量为1.00质量％以下，优选为0.80质量％以下。[tio2：0.01质量％以上且0.50质量％以下]tio2是对使电弧稳定性、作为造渣剂的焊接金属的焊道形状提高的效果发挥作用的成分。但是，若tio2的含量低于0.01质量％，则得不到电弧稳定性提高效果，高电流负荷时的电弧稳定性劣化和飞溅发生量增加，因此tio2的含量为0.01质量％以上，优选为0.05质量％以上。另一方面，若tio2的含量高于0.50质量％，则熔滴过渡不稳定，高电流负荷时的电弧稳定性劣化以及飞溅发生量增加，因此tio2的含量为0.50质量％以下，优选为0.30质量％以下。[naf：0.01质量％以上且0.50质量％以下]naf是使电弧锐利，对使电弧稳定性提高的效果发挥作用的成分。但是，若naf的含量低于0.01质量％，则得不到电弧稳定性提高效果，高电流负荷时的电弧稳定性劣化以及飞溅发生量增加，因此naf的含量为0.01质量％以上，优选为0.05质量％以上。另一方面，若naf的含量高于0.50质量％，则电弧偏吹变强，高电流负荷时的电弧稳定性劣化以及飞溅发生量增加，因此naf的含量为0.50质量％以下，优选为0.30质量％以下。[1≤[zro2]/[naf]≤50]设zro2的含量(质量％)为[zro2]，设naf的含量(质量％)为[naf]时的[zro2]/[naf]，是使焊接金属的机械特性与良好的焊接操作性并立的重要指标。于是，通过使经由该式计算出的值为规定范围内，能够确保高电流负荷时的电弧稳定性高，飞溅发生量少，保证优异的焊接操作性。但是，若由[zro2]/[naf]计算出的值低于1，则电弧偏吹变强，高电流负荷时的电弧稳定性劣化以及飞溅发生量增加，因此由[zro2]/[naf]计算出的值为1以上，优选为3以上，更优选为5以上。另一方面，若由[zro2]/[naf]计算的值高于50，则电弧长度变动，高电流负荷时的电弧稳定性劣化以及飞溅发生量增加，因此由[zro2]/[naf]计算的值50以下，优选为40以下，更优选为30以下。本实施方式的药芯焊丝中，作为任意成分，也可以含有以下的成分(al2o3、k2o、na2o)。[al2o3：0.01质量％以上且0.50质量％以下]al2o3是对使电弧稳定性提高的效果发挥作用的成分。但是，若al2o3的含量低于0.01质量％，则得不到电弧稳定性提高效果，因此使焊丝含有al2o3时，al2o3的含量为0.01质量％以上，优选为0.02质量％以上。另一方面，若al2o3的含量高于0.50质量％，则焊接金属的氧量增加，使韧性降低，因此使焊丝含有al2o3时，al2o3的含量为0.50质量％以下，优选为0.30质量％以上。[k2o的k换算量：0.01质量％以上且0.50质量％以下]k2o是对使电弧稳定性提高的效果发挥作用的成分。但是，若k2o的k换算量低于0.01质量％，则得不到电弧稳定性提高效果，因此使焊丝含有k2o时，k2o的k换算量为0.01质量％以上，优选为0.02质量％以上。另一方面，若k2o的k换算量高于0.50质量％，则焊接金属的氧量增加，韧性降低，因此使焊丝含有k2o时，k2o的含量为0.50质量％以下，优选为0.30质量％以下。[na2o的na换算量：0.01质量％以上且0.50质量％以下]na2o是对使电弧稳定性提高的效果发挥作用的成分。但是，若na2o的na换算量低于0.01质量％，则得不到电弧稳定性提高效果，因此使焊丝含有na2o时，na2o的na换算量为0.01质量％以上，优选为0.02质量％以上。另一方面，若na2o的na换算量高于0.50质量％，则焊接金属的氧量增加，韧性降低，因此使焊丝含有na2o时，na2o的含量为0.50质量％以下，优选为0.30质量％以下。[余量]本实施方式的药芯焊丝的余量，是前述的fe和不可避免的杂质等。而且，本实施方式的药芯焊丝，是金属系的药芯焊丝，但除了前述焊丝的成分以外，在不妨碍其效果的范围内，也可以使焊剂中少量含有如下：cr、mo、cu等作为焊接金属的进一步的硬化剂；v2o5等作为造渣剂；另外，k2sif6、na3alf6等作为电弧稳定剂。例如，也可以含有cr、mo、cu等分别低于0.1质量％，v2o5分别低于0.5质量％。另外，也可以含有p、s、sn、v等分别在0.030质量％以下。[其他：焊剂填充率]本实施方式的药芯焊丝的焊剂填充率(＝焊剂质量/焊丝总质量×100)没有特别限定。但是，若焊剂填充率低于10质量％，则电弧的稳定性变差，并且飞溅发生量增加，焊接操作性劣化，因此焊剂填充率优选为10质量％以上，更优选为14质量％以上。另一方面，若焊剂填充率高于25质量％，则焊丝的断线发生，或焊剂的填充中粉洒落等，生产率劣化，因此焊剂填充率优选为25质量％以下，更优选为20质量％以下。接着，说明本实施方式的药芯焊丝的制造方法。[焊丝的制造方法]作为本实施方式的药芯焊丝的制造方法，没有特别限定，例如，能够由以下所示的方法制造。首先，准备构成钢制外皮的钢带，一边沿纵长方向送给钢带，一边由成形辊成形，使之成为u字状的开管。其次，将按照规定的成分组成而调合有各种原料的焊剂填充到钢制外皮中，其后，使断面为圆形而进行加工。之后，通过冷加工进行拉丝，成为例如1.2～2.4mm的丝径的药芯焊丝。还有，在冷加工途中也可以实施退火。另外，采用如下任意一种结构都可以，即，焊接在制造的过程中成形的钢制外皮的接缝的无缝焊丝，和不焊接所述接缝而保留间隙的焊丝。以下，列举发明例和比较例对于本发明更详细地加以说明，但本发明不限定于此。[各种试验中使用的药芯焊丝的制造]一边沿纵长方向送给钢带，一边由成形辊将其成形为开管。接着，以成为表1或表2的成分组成的方式，在焊剂中适宜以规定范围添加金属、合金、fe粉、各种原料。其次，使断面成为圆形而加工后，对于加工的焊丝实施冷拉拔加工，使丝径成为约1.2mm。根据以上的制造方法制造药芯焊丝。还有，表1或表2所示的各成分的含量，是以焊丝总质量计的含量(质量％)。另外，表1或表2所示的sio2表示si换算量，k2o表示k换算量，na2o表示na换算量，[zro2]/[naf]是设zro2的含量(质量％)为[zro2]，设naf的含量(质量％)为[naf]时的[zro2]相对于[naf]的比例。另外，余量表示fe和不可避免的杂质。此外，表2中的“－”，表示该成分并非积极添加的【表1】【表2】[焊接操作性的评价](焊接条件)为了评价焊接操作性，使用各药芯焊丝，以表3所示的成分组成的钢板作为母材，以表4所示的各条件进行气体保护电弧焊。还有，表3所示的钢板的成分组成中的余量，是fe和不可避免的杂质。【表3】(注3)余量是fe和不可避免的杂质【表4】焊接电流280a焊接电压34v焊接电源、极性350a规格晶闸管电源、dcep焊接姿势平焊保护气体种类100体积％co2保护气体流量25l/min层间温度150℃±15℃线能量30kj/cm丝径1.2mm焊丝突出长度25mm(电弧稳定性)关于电弧稳定性，与上述同样，使用各药芯焊丝，以表3所示的成分组成的钢板作为母材，以表4所示的各条件进行气体保护电弧焊。通过感官评价，判断为电弧稳定的评价为“○”，判断为电弧不稳定的评价“×”。还有，关于电弧稳定性，“○”判断为合格，“×”判断为不合格。(飞溅发生量)关于飞溅发生量，与上述同样，使用发明例和比较例的各药芯焊丝，以表3所示的成分组成的钢板作为母材，以表4所示的各条件进行气体保护电弧焊，基于焊接试验时发生的飞溅的量定量性地进行评价。具体来说，依据wes2807：2000，在设置有确保飞溅的捕集箱的环境内进行焊接。燃弧时间为60秒，焊接完毕后，提取捕集箱的飞溅并计测重量，使之重复2次，将平均值作为飞溅发生量。在各发明例和比较例中，飞溅发生量低于2g/min的评价为“○”，飞溅发生量为2g/min以上的评价为“×”。还有，在表中，“○”为合格“×”为不合格。[焊接金属的机械特性的评价](焊接条件)在焊接金属的机械特性的评价中，也在与焊接操作性的评价同样的条件下，进行气体保护电弧焊。(机械特性)焊接金属的机械特性，通过依据jisz3111：2005所规定的“熔敷金属的拉伸和冲击试验方法”的拉伸试验和冲击试验进行评价。拉伸试验片使用在焊接金属中央从板厚中央的位置提取的a0号试验片。另外，冲击试验片使用在焊接金属中央从板厚中央的位置提取的v切口试验片。抗拉强度(ts)为490～670mpa的评价为“〇”，低于490mpa或高于670mpa的评价为“×”。韧性(ve0℃)0℃下的吸收功为70j以上的评价为“◎”，47j以上、低于70j的评价为“○”，低于47j的评价为“×”。以上的各种试验的结果显示在下述表5和表6中。【表5】【表6】如表5所示，使用作为发明例的焊丝no.w1～w24的试验no.1～24，其大线能量焊接下的电弧稳定性高，并且，飞溅发生量少，因此可知大线能量焊接中的焊接操作性优异。另外，关于所得到的焊接金属，由于抗拉强度(ts)和韧性(ve0℃)均优异，所以能够得到良好的机械特性的焊接金属。还有，所谓本发明的大线能量焊接，设想的是例如30kj/cm以上的线能量的焊接。另一方面，如表6所示，使用作为比较例的焊丝no.w25～w41的试验no.25～41中，在某个评价项目中未得到合格的结果。具体来说如下。例如，试验no.34(焊丝no.w34)，因为焊丝的zro2的含量高于上限值，所以电弧稳定性劣化以及飞溅发生量增加，焊接操作性差。试验no.35(焊丝no.w35)，因为焊丝的zro2的含量低于下限值，所以电弧稳定性劣化以及飞溅发生量增加，焊接操作性差。试验no.38(焊丝no.w38)，因为焊丝的naf的含量高于上限值，所以电弧稳定性劣化以及飞溅发生量增加，焊接操作性差。试验no.39(焊丝no.w39)，因为焊丝的naf的含量低于下限值，所以电弧稳定性劣化以及飞溅发生量增加，焊接操作性差。试验no.40(焊丝no.w40)，因为由焊丝的[zro2]/[naf]计算的值高于上限值，所以电弧稳定性劣化以及飞溅发生量增加，焊接操作性差。试验no.41(焊丝no.w41)，因为由焊丝的[zro2]/[naf]计算的值低于下限值，所以电弧稳定性劣化以及飞溅发生量增加，焊接操作性差。以上，基于上述具体例详细地说明了本发明，但本发明不受上述具体例限定，只要不脱离本发明的范畴，可以进行一切变形和变更。当前第1页12