TWI911967B - 橫向窄間隙氣體保護電弧焊接方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種焊接方法，其在鋼材的橫向窄間隙焊接中無需特殊的裝置並且即使間隙角度為15°以下亦能夠進行無焊接缺陷的施工。一種橫向窄間隙氣體保護電弧焊接方法，為對鋼材進行多層焊接的橫向窄間隙氣體保護電弧焊接方法，其中焊接焊絲組成以質量%計而含有C：0.02%～0.15%、Si：0.60%～0.95%、Mn：1.80%～2.10%、P：0.030%以下、S：0.030%以下、B：0.0003%～0.0050%、REM：0.020%～0.060%、O：0.010%以下及N：0.010%以下且剩餘部分包含Fe及不可避免的雜質，根據式（1）求出的SLI滿足10～46。 SLI=[Si]×[Mn]×[B]×10000/α   ···（1） 此處，[元素]是焊接焊絲中所述元素的含量（質量%），α是CO ₂氣體在保護氣體中所佔的體積比率（0＜α≦1）。

Description

橫向窄間隙氣體保護電弧焊接方法

本發明是有關於一種橫向窄間隙氣體保護電弧焊接方法，特別是有關於一種藉由多層焊接將窄間隙的鋼材以橫向姿勢接合的橫向窄間隙氣體保護電弧焊接方法。在本說明書中，表示數值範圍的「x～y」是指x以上且y以下，包含邊界值。

近年來，隨著建築物或船舶等鋼鐵構造物的大型化，鋼板有厚壁化的傾向。然而，存在如下問題：由於板厚越大，間隙面積越大，焊接焊道數變多，焊接施工需要勞力以及時間。進而，亦存在由於勞動人口的減少而難以確保焊接技能人員的問題，就該些理由而言，期望提高鋼鐵構造物製造中的焊接施工效率。

作為提高焊接施工效率的方法，可列舉窄間隙化。藉由窄間隙化而縮小間隙面積，藉此削減焊接焊道數，從而能夠縮短施工時間。然而，在橫向姿勢下的窄間隙焊接中，難以防止融合不良或高溫龜裂、熔渣捲入的焊接缺陷，從而進行了各種研究。

例如，在專利文獻1中，揭示了一種如下窄間隙焊接方法，其中在I型間隙或 型間隙、V型間隙的焊接中，使焊炬以相對於下部間隙面及上部間隙面分別具有角度的方式進行焊接，從而於1層上形成兩焊道以上。

另外，在專利文獻2中，揭示了一種如下橫向窄間隙焊接方法，其中當藉由兩個電極對窄間隙焊接線進行橫向焊接時，使先行焊絲指向間隙的下角部，使後行焊絲指向間隙的上角部，一面自兩根焊絲產生電弧一面進行焊接。

另外，在專利文獻3中，揭示了一種如下橫向窄間隙電弧焊接法，其中在I型橫向間隙焊接接頭中，自其正面觀察，擺動的頂點相對於焊接線而較鉛垂線向與焊接進行方向相反的方向後退傾斜，以特定的擺動角、寬度、循環連續地進行。

進而，在專利文獻4中，揭示了一種如下橫向二氧化碳保護電弧焊接方法，其中使用含有0.025質量%～0.050質量%的稀土類元素的實芯焊絲，以正極性進行厚度16 mm～25 mm的鋼板的窄間隙橫向多層堆焊。 [現有技術文獻] [專利文獻]

專利文獻1：日本專利特公昭53-41105號公報 專利文獻2：日本專利特開昭55-19460號公報 專利文獻3：日本專利特公昭58-49352號公報 專利文獻4：日本專利第5051966號公報

[發明所欲解決之課題] 然而，在專利文獻1所記載的方法中，上側的焊縫產生高溫龜裂。另外，專利文獻2及專利文獻3所記載的方法需要專用的裝置，而無法藉由通用的焊接裝置來實施。另外，於在間隙角度15°以下應用專利文獻4所記載的方法的情況下，存在如下課題：容易產生熔渣捲入或融合不良的焊接缺陷，不易製作無焊接缺陷的接頭。

本發明的目的在於解決所述課題，從而提供一種焊接方法，其在鋼材的橫向窄間隙焊接中無需特殊的裝置並且即使間隙角度為15°以下亦能夠進行無焊接缺陷的施工。 [解決課題之手段]

發明者等人研究了如下焊接方法：在使間隙角度為15°以下、使根隙為7 mm～15 mm的範圍且板厚處於10 mm～100 mm的範圍的鋼材的橫向姿勢的窄間隙焊接中，僅藉由各種焊接焊絲以及簡單的焊接動作便能夠不產生焊接缺陷地施工。此處所說的簡單的焊接動作是指焊炬向焊接線方向進行直線移動的動作、以及與所述直線移動動作組合運作的沿與焊接線方向成直角的方向、即與水平面垂直的方向往復的擺動動作。在所述焊接動作中反復進行了努力研究，結果發現藉由使焊接焊絲含有稀土類元素而成為正極性，從而形成指向性高的電弧。進而，獲得如下見解：藉由對焊接焊絲中的Si、Mn及B的含量、以及保護氣體中的CO ₂氣體比率進行調整，而可對形成的熔渣的生成量及熔點進行控制，從而不會產生融合不良或熔渣捲入的焊接缺陷。

本發明是基於所述見解，進而加以研究而完成，本發明的主旨如下所述。 〔1〕一種橫向窄間隙氣體保護電弧焊接方法，藉由氣體保護電弧焊接的多層焊接將使間隙角度θ為15°以下、使根隙G為7 mm～15 mm的範圍且板厚t處於10 mm～100 mm的範圍的鋼材接合，所述橫向窄間隙氣體保護電弧焊接方法中，使用具有如下化學組成、即以質量%計而含有C：0.02%～0.15%、Si：0.60%～0.95%、Mn：1.80%～2.10%、P：0.030%以下、S：0.030%以下、B：0.0003%～0.0050%、稀土類元素（稀土金屬（Rare Earth Metals，REM））：0.020%～0.060%、O（氧）：0.010%以下及N：0.010%以下且剩餘部分包含Fe及不可避免的雜質的化學組成的焊接焊絲，並且將根據下述的式（1）求出的SLI設為10～46的範圍。 SLI=[Si]×[Mn]×[B]×10000/α   ···（1） 此處，[元素]是焊接焊絲中所述元素的含量（質量%），α是CO ₂氣體在保護氣體中所佔的體積比率（0＜α≦1）。 〔2〕如所述[1]所述的橫向窄間隙氣體保護電弧焊接方法，其中所述焊接焊絲的化學組成進而以質量%計而含有選自Cu：0.60%以下、Ni：1.50%以下、Cr：0.80%以下、Mo：0.80%以下、Nb：0.04%以下、V：0.04%以下、Ti：0.30%以下、Al：0.10%以下、Sn：0.30%以下及Pb：0.30%以下中的至少一種。 〔3〕如所述〔1〕或〔2〕所述的橫向窄間隙氣體保護電弧焊接方法，其中進行在負極使用所述焊接焊絲的正極性焊接。 〔4〕如所述〔1〕至〔3〕中任一項所述的橫向窄間隙氣體保護電弧焊接方法，其中在所述氣體保護電弧焊接中，將焊接電流I設為240 A～360 A的範圍，將焊接電壓E設為26 V～42 V的範圍，將焊接速度S設為20 cm/min～80 cm/min的範圍。 [發明的效果]

藉由本發明，可提供一種在鋼材的橫向窄間隙氣體保護電弧焊接中無需特殊的裝置並且即使間隙角度為15°以下，亦無焊接缺陷的健全性優異的焊接接頭，從而可於工業上起到顯著的效果。

以下對本發明的構成要件相關的實施態樣進行具體的說明。 在本發明的一實施形態的橫向窄間隙氣體保護電弧焊接方法中，將使鋼材的間隙角度θ為15°以下、使根隙G為7 mm～15 mm的範圍而且鋼材的板厚t處於10 mm～100 mm的範圍的氣體保護電弧焊接設為對象。

[鋼材] 首先，對本實施形態中應用的鋼材進行說明。鋼材是用於建築物或船舶等鋼鐵構造物的厚鋼板。作為鋼種，可列舉：490 MPa級鋼材、550 MPa級鋼材、590 MPa級鋼材及780 MPa級鋼材。另外，本實施形態的鋼材的板厚t為10 mm～100 mm的範圍。當鋼材的板厚t小於10 mm時，不具有藉由窄間隙焊接而減小間隙面積的優點。另一方面，關於用於所述用途的鋼材的板厚t，一般而言100 mm為上限。因此，鋼材的板厚t限定在10 mm～100 mm的範圍。較佳的是鋼材的板厚t為15 mm～90 mm的範圍。

接下來，以下示出鋼材的化學組成的一例。 所使用的鋼材的化學組成較佳為以質量%計而含有C：0.04%～0.15%、Si：0.05%～1.00%、Mn：0.50%～2.50%、P：0.030%以下、S：0.020%以下、Al：0.050%以下、O（氧）：0.010%以下及N：0.010%以下，且剩餘部分為Fe及不可避免的雜質。

進而，作為任意的選擇組成，較佳為含有選自Cu：1.00%以下、Ni：2.00%以下、Cr：1.00%以下、Mo：1.00%以下、Nb：0.20%以下、V：0.20%以下、Ti：0.050%以下、Sn：0.05%以下、Pb：0.050%以下、REM：0.050%以下及B：0.0030%以下中的至少一種。再者，任意的選擇組成可根據鋼材的使用目的而考慮強度、韌性等來決定。

[間隙角度θ] 在本實施形態中，如圖1所示，將上下對接的橫向的鋼材1、鋼材1的間隙部分處的角度即間隙角度θ為15°以下的窄間隙設為對象。若θ超過15°，則作為窄間隙的優點即焊接施工的效率化會減弱，因此限定在15°以下。再者，所謂θ為0°是上下的鋼材1、鋼材1的間隙壁平行的情況，此情況亦為本實施形態的對象。θ的較佳角度為0°～10°的範圍。

[根隙G] 另外，如圖1所示，將上下對接的橫向的鋼材1、鋼材1的間隙部分中最窄側的間隔稱為根隙，並由G（mm）表示。本實施形態的根隙G設為7 mm～15 mm的範圍。當G小於7 mm時，難以將焊炬放入間隙內。另一方面，若G超過15 mm，則作為窄間隙的優點即焊接施工的效率化會減弱。因此，根隙G限定在7 mm～15 mm的範圍。再者，較佳的是根隙G為8 mm～13 mm的範圍。

[氣體保護電弧焊接方法] 接下來，對本發明的氣體保護電弧焊接方法進行說明。 氣體保護電弧焊接方法是佔據電弧焊接法的主流、且使用保護電弧以及熔融金屬免受大氣中氧或氮影響的氣體（保護氣體）的焊接方法。

[保護氣體] 作為保護氣體，可使用就成本方面而言最便宜的二氧化碳（CO ₂氣體）或Ar、He等惰性氣體或將CO ₂氣體與惰性氣體混合而成的混合氣體等。在本實施形態中，是使用以CO ₂氣體為主體的保護氣體的焊接方法。再者，關於保護氣體的組成，需要考慮後述的SLI的數值。

[其他焊接條件] 繼而，對其他焊接條件進行說明。 ＜焊接電流I＞ 在本實施形態中，較佳為將焊接電流I設為240 A～360 A的範圍。若焊接電流I低於240 A，則電弧壓力變低，有因熔渣的溶解殘留而產生熔渣捲入或融合不良之虞。另一方面，若焊接電流I高於360 A，則有發生由焊接金屬的對流引起的下垂、即重疊之虞。因此，焊接電流I較佳為設為240 A～360 A的範圍。更佳的是焊接電流I為260 A～340 A的範圍，進而佳的是焊接電流I為270 A～320 A的範圍。

＜焊接電壓E＞ 在本實施形態中，較佳為將焊接電壓E設為26 V～42 V的範圍。若焊接電壓E低於26 V，則無法穩定地維持電弧，有焊接變得不穩定之虞。另一方面，若焊接電壓E高於42 V，則電弧擴大，而電弧熱被分散，因此熔渣無法熔融而容易產生熔渣捲入。因此，焊接電壓E較佳為設為26 V～42 V的範圍。更佳的是焊接電壓E為28 V～40 V的範圍，進而佳的是焊接電壓E為30 V～38 V的範圍。

＜焊接速度S：20 cm/min～80 cm/min＞ 在本實施形態中，較佳為將焊接速度S設為20 cm/min～80 cm/min的範圍。在焊接速度S小於20 cm/min的情況下，即使為適當電流以及適當電壓，亦會過剩地生成焊接金屬，因此有焊接金屬發生下垂之虞。另一方面，在焊接速度S大於80 cm/min的情況下，無法提供充分的熱量，而無法熔解熔渣，因此有產生熔渣捲入之虞。因此，焊接速度S較佳為設為20 cm/min～80 cm/min的範圍。更佳的是焊接速度S為25 cm/min～75 cm/min的範圍，進而佳的是焊接速度S為28 cm/min～72 cm/min的範圍。

[多層焊接] 本實施形態的窄間隙氣體保護電弧焊接方法如圖2所示應用於在橫向窄間隙的底部（狹窄的一側）使用了金屬襯墊（metal backing）2的窄間隙的多層焊接。當實施本實施形態的窄間隙氣體保護電弧焊接方法時，自初層至最終層的各焊道的焊接條件在所述焊接條件的範圍內適當設定。關於多層焊接金屬3的層數，雖亦取決於鋼材1的板厚t、間隙角度θ或根隙G等，但如上所述，只要板厚t為10 mm～100 mm的範圍，則較佳為2層～20層的範圍左右。另外，關於焊道數，亦有時在1層中進行多焊道的情況，較佳為設為3焊道～50焊道的範圍。

[焊接時的極性] 焊接時的極性可選擇正極性及反極性中的任一者。正極性提高鋼材的電位，而降低焊接焊絲的電位。另一方面，反極性降低鋼材的電位，而提高焊接焊絲的電位。然而，在間隙角度θ小、根隙G小的本實施形態的窄間隙的情況下，正極性提高焊接施工的效率，因此較佳。其理由在於，在窄間隙中電弧容易朝向間隙壁，間隙底部（狹窄的一側）不易熔化；因此，藉由使用添加了後述的REM的焊絲並以正極性進行焊接，而電弧指向性提高，電弧容易集中於間隙底部，從而可穩定地使間隙底部充分熔融。

[焊接焊絲] 接下來，對本實施形態的橫向窄間隙氣體保護電弧焊接方法中使用的焊接焊絲進行說明。

本實施形態的焊接焊絲可使用各種規格的焊絲。例如可列舉由日本工業標準（Japanese Industrial Standards，JIS）Z3312：2009分類的YGW11、YGW18、G59JA1UC3M1T、G69A2UCN2M4T、G78A2UCN4M4T等。焊絲直徑Φ較佳為1.0 mm～2.0 mm的範圍。

接下來，作為焊接焊絲的化學組成，為如下組成、即以質量%計而含有C：0.02%～0.15%、Si：0.60%～0.95%、Mn：1.80%～2.10%、P：0.030%以下、S：0.030%以下、B：0.0003%～0.0050%；另外，含有稀土類元素（REM）：0.020%～0.060%、O（氧）：0.010%以下、N：0.010%以下且剩餘部分包含Fe及不可避免的雜質。進而，本發明的特徵在於，以根據下述的式（1）求出的SLI滿足10～46的範圍的方式含有Si、Mn、B。 SLI=[Si]×[Mn]×[B]×10000/α   ···（1） 此處，[元素]是所述元素的含量（質量%），α是CO ₂氣體在保護氣體中所佔的體積比率（0＜α≦1）。再者，關於SLI及α的詳細情況，將之後進行敘述。

[焊接焊絲的化學組成] 焊接焊絲的化學組成的限定理由如下所述。以下，化學組成中的「%」是指「質量%」。

[C：0.02%～0.15%] C是有助於提高焊接金屬的強度的元素，為了確保焊接金屬的強度而需要含有0.02%以上。另一方面，若C含量超過0.15%，則焊接金屬硬化，韌性降低，因此限定在0.15%以下。再者，較佳的是C含量為0.03%～0.14%的範圍，更佳的是C含量為0.04%～0.13%的範圍。

[Si：0.60%～0.95%] Si作為脫氧元素發揮作用，在焊接金屬表面產生熔渣。藉由產生熔渣，而抑制間隙內的焊接金屬的垂落，從而有效地起到防止焊接缺陷的作用。為了獲得此種效果，需要含有0.60%以上的Si。另一方面，若Si含量超過0.95%，則過剩地生成熔渣，從而產生熔渣捲入，因此限定在0.95%以下。再者，較佳的是Si含量為0.62%～0.92%的範圍，更佳的是Si含量為0.66%～0.90%的範圍。

[Mn：1.80%～2.10%] Mn具有如下效果：藉由作為脫氧元素發揮作用而在熔渣中含有Mn氧化物（MnO），從而使熔渣的流動性提高且使母材與焊接金屬的滲透性提高。為了獲得此種效果，需要含有1.80%以上的Mn。另一方面，若Mn含量超過2.10%，則熔渣的流動性過剩，而無法抑制焊接金屬的垂落。因此，Mn含量限定在1.80%～2.10%的範圍。再者，較佳的是Mn含量為1.85%～2.05%的範圍，更佳的是Mn含量為1.90%～2.00%的範圍。

[P：0.030%以下] P是不可避免地混入的元素，使焊接金屬的韌性降低，進而誘發高溫龜裂，因此較佳為儘量減少。若P含量為0.030%以下，則可容許。因此，P含量限定在0.030%以下。再者，過度的減少會導致精煉成本的高漲，因此P含量較佳為調整成0.002%以上。更佳的是P含量為0.003%～0.025%的範圍。

[S：0.030%以下] S是不可避免地混入的元素，會誘發高溫龜裂，因此較佳為儘量減少。若S含量為0.030%以下，則可容許。因此，S含量限定在0.030%以下。再者，過度的減少會導致精煉成本的高漲，因此S含量較佳為調整成0.002%以上。更佳的是S含量為0.003%～0.025%的範圍。

[B：0.0003%～0.0050%] B具有如下效果：藉由在焊接金屬中作為脫氧元素發揮作用而在熔渣中含有B氧化物（B ₂O ₃），從而使熔渣的流動性提高並且使熔點降低，以抑制熔渣捲入。為了獲得此種效果，需要含有0.0003%以上的B。另一方面，若B含量超過0.0050%，則會在焊絲的製造步驟中產生龜裂，從而製造性降低。因此，B含量限定在0.0003%～0.0050%的範圍。較佳的是B含量為0.0008%～0.0040%的範圍，更佳的是B含量為0.0012%～0.0035%的範圍。

[稀土類元素（REM）：0.020%～0.060%] 添加了稀土類元素（REM）的焊絲具有藉由設為正極性而使電弧指向性提高的效果。藉由提高電弧指向性，而抑制電弧向間隙壁偏轉，有效地起到防止在前焊道中形成的熔渣的溶解或融合不良的作用，從而防止焊接缺陷。因此，在本實施形態中是必需元素。為了獲得此種效果，需要含有0.020%以上的REM。另一方面，若REM含量超過0.060%，則在焊絲製造步驟中產生龜裂，使製造性變差。因此，REM含量限定在0.060%以下。較佳的是REM含量為0.025%～0.055%的範圍，更佳的是REM含量為0.028%～0.050%的範圍。

此處，所謂REM是週期表的第三族中的除錒系元素以外的第四週期至第六週期為止的17個元素的總稱。在本實施形態中，較佳為使用原子編號57～原子編號71的鑭系元素的15個元素，特佳為Ce以及La。可單獨添加Ce或La，亦可併用。再者，所謂本實施形態中的REM含量是所述REM的各元素的含量的總和。

[O（氧）：0.010%以下] O（氧）是不可避免地混入的元素，使焊絲的加工性降低，因此較佳為儘量減少。若O含量為0.010%以下，則可容許。再者，過度的減少會導致精煉成本的高漲，因此O含量較佳為調整成0.001%以上。更佳的是O含量為0.002%～0.008%的範圍。

[N：0.010%以下] N是不可避免地混入的元素，使焊接金屬的韌性降低，因此較佳為儘量減少。若N含量為0.010%以下，則可容許。再者，N的過度的減少會導致精煉成本的高漲，因此N含量較佳為調整成0.001%以上。更佳的是N含量為0.002%～0.008%的範圍。

[任意的選擇組成] 所述成分是本實施形態中使用的焊接焊絲的基本化學組成。在本實施形態中，除了含有所述基本化學組成以外，進而亦可根據需要含有選自如下的組成中的至少一種作為任意的選擇組成。所謂所述組成，為Cu：0.60%以下、Ni：1.50%以下、Cr：0.80%以下、Mo：0.80%以下、Nb：0.04%以下、V：0.04%以下、Ti：0.30%以下、Al：0.10%以下、Sn：0.30%以下及Pb：0.30%以下。再者，任意的選擇組成根據焊接焊絲的使用目的而考慮強度、韌性、耐腐蝕性等來決定。以下，對於任意的選擇組成，分別進行說明。

[Cu：0.60%以下] Cu是使焊接金屬的強度增加的元素。若含有超過0.60%的Cu，則在1100℃附近的溫度區域顯示赤熱脆性，會誘發焊縫表面龜裂。因此，Cu含量較佳為設為0.60%以下。再者，在為了增加焊接金屬的強度而添加的情況下，Cu更佳為含有0.05%以上。進而佳的是Cu含量為0.08%～0.50%的範圍。

[Ni：1.50%以下] Ni是在不降低焊接金屬的韌性的情況下使強度增加的元素。Ni是昂貴的元素，若含有超過1.50%，則會使焊絲成本上升。因此，Ni含量較佳為設為1.50%以下。再者，在為了增加焊接金屬的強度而添加的情況下，Ni更佳為含有0.01%以上。進而佳的是Ni含量為0.04%～1.40%的範圍。

[Cr：0.80%以下] Cr是使焊接金屬的強度及耐腐蝕性提高的元素。若含有超過0.80%的Cr，則拉絲時焊絲硬化，使製造性變差。因此，Cr含量較佳為設為0.80%以下。再者，在為了增加焊接金屬的強度而添加的情況下，Cr更佳為含有0.02%以上。進而佳的是Cr含量為0.05%～0.75%的範圍。

[Mo：0.80%以下] Mo是使焊接金屬的強度及耐腐蝕性提高的元素。若含有超過0.80%的Mo，則拉絲時焊絲硬化，使製造性變差。因此，Mo含量較佳為設為0.80%以下。再者，在為了增加焊接金屬的強度而添加的情況下，Mo更佳為含有0.02%以上。進而佳的是Mo含量為0.04%～0.75%的範圍。

[Nb：0.04%以下] Nb是使微細的碳化物析出且使焊接金屬的強度增加的元素。若含有超過0.04%的Nb，則拉絲時焊絲硬化，使製造性變差。因此，Nb含量較佳為設為0.04%以下。再者，在為了增加焊接金屬的強度而添加的情況下，Nb更佳為含有0.01%以上。進而佳的是Nb含量為0.01%～0.03%的範圍。

[V：0.04%以下] V是使微細的碳化物析出且使焊接金屬的強度增加的元素。若含有超過0.04%的V，則拉絲時焊絲硬化，使製造性變差。因此，V含量較佳為設為0.04%以下。再者，在為了增加焊接金屬的強度而添加的情況下，V更佳為含有0.01%以上。進而佳的是V含量為0.01%～0.03%的範圍。

[Ti：0.30%以下] Ti是使微細的碳化物析出且使焊接金屬的強度增加的元素。若含有超過0.30%的Ti，則拉絲時焊絲硬化，使製造性變差。因此，Ti含量較佳為設為0.30%以下。再者，在為了增加焊接金屬的強度而添加的情況下，Ti更佳為含有0.04%以上。進而佳的是Ti含量為0.05%～0.28%的範圍。

[Al：0.10%以下] Al具有在焊絲原材料的熔解時提高REM的良率的效果。若含有超過0.10%的Al，則會使焊接金屬的韌性劣化。因此，Al含量較佳為設為0.10%以下。再者，在為了提高REM的良率而添加的情況下，Al更佳為含有0.01%以上。進而佳的是Al含量為0.01%～0.08%的範圍。

[Sn：0.30%以下] Sn具有使焊接金屬的耐腐蝕性提高的效果。若含有超過0.30%的Sn，則會誘發高溫龜裂。因此，Sn含量較佳為設為0.30%以下。再者，在為了提高焊接金屬的耐腐蝕性而添加的情況下，Sn更佳為含有0.01%以上。進而佳的是Sn含量為0.02%～0.25%的範圍。

[Pb：0.30%以下] Pb具有使焊接金屬的機械加工性提高的效果。若含有超過0.30%的Pb，則會誘發高溫龜裂。因此，Pb含量較佳為設為0.30%以下。再者，在為了提高焊接金屬的機械加工性而添加的情況下，Pb更佳為添加0.01%以上。進而佳的是Pb含量為0.02%～0.25%的範圍。

[剩餘部分組成] 所述基本化學組成及任意的選擇組成以外的剩餘部分包含Fe及不可避免的雜質。再者，作為不可避免的雜質，可例示H、Mg、Zn、Re、Co、Sb及Bi，只要合計為0.01%以下則可容許。另外，只要滿足所述基本化學組成及任意的選擇組成，則亦可含有該些以外的元素，此種實施形態亦包含於本發明的技術範圍內。

[焊接焊絲的製造方法] 此處，對焊接用焊絲的製造方法進行說明。 將具有所述組成的鋼液在轉爐或電爐等中熔煉後藉由連續鑄造法製造而得的鋼原材料、例如鋼坯等進行熱軋後，實施冷軋、例如拉絲加工，而製成直徑1.0 mm～2.0 mm的範圍的鋼裸線。此處，熱軋及冷軋只要製造規定的尺寸形狀的鋼裸線即可，因此所述軋製等的設定條件並無特別限定。軋製後的鋼裸線依次被實施退火-酸洗-Cu鍍敷-拉絲加工的各步驟，從而成為規定的線徑的焊接用焊絲。

[SLI：10～46] 繼而，對根據所述焊接焊絲的組成中與焊絲中的氧進行化合而形成熔渣的組成（Si、Mn、B）和保護氣體中的CO ₂氣體比率的關係求出的參數[SLI]進行說明。

保護氣體中的CO ₂氣體作為活性氣體而發揮作用，焊絲中所含有的脫氧元素即Si、Mn及B被氧化，而形成熔渣。熔渣的主要成分是SiO ₂-MnO。起因於焊絲中含量多的Si及Mn的氧化生成物。在焊絲中含有B的情況下，B ₂O ₃混入熔渣中，熔渣的熔點降低。若熔渣的熔點過高，則無法藉由電弧進行熔解，熔渣會殘存於焊接焊縫之間。因此，會產生熔渣捲入的焊接缺陷。為了防止此種焊接缺陷，重要的是對焊絲的Si、Mn及B的含量進行調整，並且藉由保護氣體中的CO ₂氣體的體積比率α對熔渣生成量進行調整。而且，發現藉由將下述的式（1）所示的SLI設為適當的範圍，而可達成所述目的。 SLI=[Si]×[Mn]×[B]×10000/α   ···（1） 此處，[元素]是焊接焊絲中所述元素的含量（質量%），α是CO ₂氣體在保護氣體中所佔的體積比率（0＜α≦1）。

再者，在α=1的情況下，CO ₂氣體為100體積%，在α＜1的情況下、即CO ₂氣體在保護氣體中小於100體積%的時的剩餘部分氣體為惰性氣體，作為所述惰性氣體，可列舉Ar氣體、He氣體等。例如，在α=0.8的情況下，CO ₂氣體為80體積%，剩餘部分的20體積%為惰性氣體（例如Ar氣體）。再者，在不影響焊接性的範圍內容許作為不可避免的雜質的其他氣體。

當所述SLI小於10時，熔渣熔點高，會產生熔渣捲入，因此必須以成為10以上的方式進行調整。另一方面，若SLI超過46，則熔渣的熔點過度降低，而無法抑制焊接金屬的垂落。因此，SLI限定在10～46的範圍。再者，較佳的是SLI為12～44的範圍，更佳的是SLI為15～40的範圍。 [實施例]

將表1所示的組成的490 MPa～590 MPa級的板厚10 mm～100 mm的兩片鋼板1如圖2所示般形成間隙角度θ以及根隙G的間隙，在間隙底面使用金屬襯墊2，藉由氣體保護電弧焊接製作焊接接頭。焊接氣體使用了CO ₂氣體與Ar氣體的惰性氣體的混合氣體。

[表1]

鋼材 No.	強度級 N/mm 2	鋼材的化學組成[質量%]
C	Si	Mn	P	S	B	REM	O	N	Cu	Ni	Cr	Mo	Nb	V	Ti	Al	Sn	Pb
S1	490	0.09	0.20	1.50	0.004	0.002	-	-	0.002	0.004	-	-	-	-	-	-	-	0.03	-	-
S2	550	0.11	0.32	1.58	0.004	0.003	-	-	0.003	0.003	-	-	-	-	0.01	-	0.01	0.02	-	0.01
S3	590	0.08	0.15	1.86	0.003	0.003	0.0010	-	0.001	0.005	0.1	0.2	0.1	0.2	0.02	0.01	0.02	0.03	0.02	-

（註）[-]為無添加

關於焊接焊絲，將表2所示的組成的鋼塊熔解並拉絲成直徑1.2 mm的焊絲。

[表2]

焊接焊絲用 鋼塊No.	焊接焊絲用鋼塊的化學組成[質量%]
C	Si	Mn	P	S	B	REM	O	N	Cu	Ni	Cr	Mo	Nb	V	Ti	Al	Sn	Pb
A	0.03	0.62	1.82	0.005	0.002	0.0040	0.025	0.002	0.004	-	-	-	-	-	-	0.18	0.03	-	-
B	0.05	0.72	1.92	0.004	0.003	0.0028	0.031	0.003	0.003	0.25	0.01	-	-	0.01	0.01	-	0.02	-	-
C	0.07	0.92	2.08	0.006	0.008	0.0015	0.057	0.001	0.005	-	0.35	0.03	0.74	-	-	0.15	0.01	0.02	-
D	0.11	0.61	1.95	0.011	0.011	0.0018	0.021	0.002	0.002	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
E	0.10	0.82	2.04	0.007	0.005	0.0018	0.040	0.002	0.005	0.05	-	0.20	0.15	0.03	-	0.27	-	-	0.03
F	0.02	0.85	1.94	0.005	0.006	0.0021	0.048	0.001	0.002	-	-	-	-	-	-	-	0.08	-	0.27
G	0.08	0.92	1.84	0.003	0.004	0.0008	0.051	0.004	0.009	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
H	0.04	0.67	2.10	0.015	0.012	0.0024	0.022	0.009	0.004	-	1.42	-	-	-	-	-	-	-	-
I	0.05	0.65	1.81	0.002	0.024	0.0005	0.031	0.003	0.005	0.58	-	-	-	-	-	0.18	0.04	-	-
J	0.06	0.84	1.89	0.018	0.008	0.0004	0.029	0.002	0.008	-	-	-	-	-	0.03	-	-	0.26	-
K	0.14	0.81	1.92	0.005	0.006	0.0024	0.038	0.001	0.006	-	-	0.76	0.03	-	-	-	-	-	-
L	0.02	0.95	1.96	0.025	0.004	0.0024	0.010	0.005	0.004	-	-	-	-	-	-	-	0.02	-	-
M	0.05	0.91	1.71	0.006	0.008	0.0021	0.046	0.004	0.002	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
N	0.07	0.51	1.84	0.007	0.009	0.0018	0.035	0.008	0.006	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-

（註）[-]為無添加

將各焊接試驗中使用的鋼材、間隙形狀、焊接條件及焊接焊絲彙總示於表3。再者，焊接速度在各焊道中進行了調整。

[表3]

試驗 No.	鋼材 No.	板厚 t	間隙角度 θ	根隙 G	CO 2氣體	CO 2氣體體積比率α	焊接焊絲用鋼塊No.	極性	SLI	焊接電流 I	焊接電壓 E	焊接速度 S	焊接缺陷	備註
mm	°	mm	體積%	-	-	A	V	cm/min	有無	種類
1	S1	25	0	9	100	1.0	A	正極性	45	320	33	30～80	無		發明例
2	S1	50	5	10	100	1.0	B	正極性	39	310	34	30～80	無		發明例
3	S1	60	10	8	90	0.9	C	正極性	32	300	32	30～80	無		發明例
4	S1	40	0	15	50	0.5	D	正極性	43	280	30	20～80	無		發明例
5	S1	32	5	7	100	1.0	E	正極性	30	240	26	20～70	無		發明例
6	S2	40	10	12	80	0.8	F	正極性	43	360	42	40～80	無		發明例
7	S2	40	0	10	100	1.0	G	正極性	14	320	40	30～80	無		發明例
8	S3	18	0	10	100	1.0	H	正極性	34	260	30	20～70	無		發明例
9	S3	80	15	10	50	0.5	I	正極性	12	310	34	30～80	無		發明例
10	S1	50	5	8	100	1.0	J	正極性	6	340	36	40～80	有	熔渣捲入	比較例
11	S1	45	0	10	40	0.4	K	正極性	93	300	32	30～80	有	融合不良	比較例
12	S1	55	0	10	100	1.0	L	正極性	45	320	38	30～80	有	熔渣捲入	比較例
13	S1	55	0	12	100	1.0	M	正極性	33	280	30	30～80	有	融合不良	比較例
14	S1	55	5	10	100	1.0	N	正極性	17	270	29	30～80	有	融合不良	比較例
15	S1	50	5	14	60	0.6	J	正極性	11	340	36	40～80	無		發明例
16	S1	45	0	10	100	1.0	K	正極性	37	300	32	30～80	無		發明例
17	S1	10	0	10	100	1.0	A	反極性	45	280	32	30～80	無		發明例
18	S1	100	5	10	100	1.0	A	正極性	45	310	33	30～80	無		發明例
19	S1	22	10	8	90	0.9	C	反極性	32	280	32	30～80	無		發明例

（註）SLI=[Si]×[Mn]×[B]×10000/α，其中，Si、Mn、B為焊接焊絲的含量（質量%），α為CO ₂氣體的體積比率（1以下）。

對於所獲得的焊接接頭，採集剖面宏觀並對有無焊接缺陷進行評價。對於無焊接缺陷者，設為「無」，對於有熔渣捲入或咬邊、重疊、融合不良、高溫龜裂的缺陷者，設為「有」。

發明例均未產生焊接缺陷。另一方面，在偏離本發明的範圍的比較例中，產生了焊接缺陷。

1:鋼材 2:金屬襯墊 3:焊接金屬（多層） θ:間隙角度 G:根隙 t:鋼材的板厚

圖1是表示橫向窄間隙形狀的一例的示意剖面圖。 圖2是表示橫向窄間隙形狀內所積層的焊接金屬的一例的示意剖面圖。

1:鋼材

2:金屬襯墊

G:根隙

t:鋼材的板厚

θ:間隙角度

Claims (5)

1. 一種橫向窄間隙氣體保護電弧焊接方法，藉由氣體保護電弧焊接的多層焊接將使間隙角度（θ）為15°以下、使根隙（G）為7 mm～15 mm的範圍且板厚（t）處於10 mm～100 mm的範圍的鋼材接合，所述橫向窄間隙氣體保護電弧焊接方法中， 使用具有如下化學組成、即以質量%計而含有 C：0.02%～0.15%、 Si：0.60%～0.95%、 Mn：1.80%～2.10%、 P：0.030%以下、 S：0.030%以下、 B：0.0003%～0.0050%、 稀土類元素（稀土金屬）：0.020%～0.060%、 O（氧）：0.010%以下及 N：0.010%以下且 剩餘部分包含Fe及不可避免的雜質的化學組成的焊接焊絲，並且 將根據下述的式（1）求出的SLI設為10～46的範圍， SLI=[Si]×[Mn]×[B]×10000/α   ···（1） 此處，[元素]是焊接焊絲中所述元素的含量（質量%），α是CO₂氣體在保護氣體中所佔的體積比率（0＜α≦1）。
2. 如請求項1所述的橫向窄間隙氣體保護電弧焊接方法，其中，所述焊接焊絲的化學組成進而以質量%計而含有選自 Cu：0.60%以下、 Ni：1.50%以下、 Cr：0.80%以下、 Mo：0.80%以下、 Nb：0.04%以下、 V：0.04%以下、 Ti：0.30%以下、 Al：0.10%以下、 Sn：0.30%以下及 Pb：0.30%以下中的至少一種。
3. 如請求項1或2所述的橫向窄間隙氣體保護電弧焊接方法，其中，進行在負極使用所述焊接焊絲的正極性焊接。
4. 如請求項1或2所述的橫向窄間隙氣體保護電弧焊接方法，其中，在所述氣體保護電弧焊接中，將焊接電流I設為240 A～360 A的範圍，將焊接電壓E設為26 V～42 V的範圍，將焊接速度S設為20 cm/min～80 cm/min的範圍。
5. 如請求項3所述的橫向窄間隙氣體保護電弧焊接方法，其中，在所述氣體保護電弧焊接中，將焊接電流I設為240 A～360 A的範圍，將焊接電壓E設為26 V～42 V的範圍，將焊接速度S設為20 cm/min～80 cm/min的範圍。