最近，随着钢结构、桥梁、造船和建筑结构物等涉及整个工业的 大型结构物的制作越来越多，需要不仅能提高它们的操作生产性和效 率，并且还能延长所制造结构物的寿命的制作方法。而且，在制造这 种大型结构物时，焊接材料的选择是非常重要的。
通常，金属系焊剂填充焊丝由含有铁粉的多种铁合金形式的焊剂 构成，并具有高焊着效率和优良的操作性，因此，其广泛用于涉及上 述整个工业，不仅是各种造船和钢结构，还有桥梁制造时也使用。但 是，最近由于连续发生这种大型结构的崩塌事故，其稳定性方面的问 题被提了出来，因此，存在对焊接施工监理严格管理的情况。
详细地说，在大多数结构物的制造中，如图所示，以向下的角焊 (手动和自动焊接)为主进行。这时，如图2所示，角焊的部分形成 焊脚长不足和焊脚长过大等不等的焊脚长，产生咬边和焊瘤等焊接缺 陷，因此，许多工时造成操作损失，导致生产性降低。特别是，在所 制造结构物的稳定性方面也存在确保所需等焊脚长的实际问题，和要 求这种管理的实际情况。因此，通过保证与焊接母材的厚度和大小符 合的所需焊脚长以上的焊脚长来确保结构物的稳定非常重要。
为了解决上述问题开发金属系焊剂填充焊丝是已知的，但是，它 们仅限于在制造曲线部分时在用于防止变形的小焊脚长(4～5mm或 者6mm以内)的快速焊接中使用。而且，使用这类金属系焊剂填充 焊丝角焊钢结构、桥梁等时，要同时确保考虑稳定性所要求的焊脚长 (6～7mm)以上的等焊脚长(8mm以上)，存在很多问题。换句话 说，为了确保超过常规要求焊脚长(6～7mm)的必须焊脚长，必须 进行2～3遍的追加焊接，这样引起工时和时间的浪费，因此，存在 生产性变差的问题。
实际上需要开发这样的焊丝，即仅通过一遍焊接，就可得到没有 焊脚长不等、咬边和焊瘤等这类焊接缺陷并确保8mm以上等焊脚长 的焊丝。

本发明的目的在于解决上述现有技术的问题，提供一种二氧化碳 气体电弧焊接用金属系焊剂填充焊丝，该焊丝不仅在造船等小焊脚长 (6mm以下)的快速焊接上，而是在钢结构、桥梁等结构物的角焊时， 通过1遍焊接就可确保所要求的焊脚长(6～7mm)以上的等焊脚长 (8mm以上)，而且，即使在高能焊接施工(高电流、高热量输入) 中也很少发生飞溅，具有优良的电弧稳定性和焊渣剥离性。
为了达到上述目的，本发明提供了一种二氧化碳气体电弧焊接用 焊剂填充焊丝，该焊丝由相对于焊丝的重量％为Si：0.5～2.0％、Mn： 2.0～4.0％、Mg：0.5～1.5％、Al：0.1～0.8％、TiO2：2.4～4.8％、MgO： 0.3～1.0％、SiO2：0.2～0.8％、Al2O3：0.05～0.5％、CaO：0.01～0.15％ 组成，控制MgO/TiO2：0.06～0.35、CaO/(SiO2+Al2O3)：0.01～0.20， 换算成Na、K和F的元素，F/(Na+K)为0.05～0.2。
附图说明
图1是表示结构物等角焊的简图。
图2是表示角焊时形成不等焊脚长的各种类型的角焊部分的截面 图。
图3是表示本发明实施例中所采用的角焊焊接材料和焊接条件的 简图。

下面，详细说明本发明。
本发明的焊丝含有脱氧剂。
首先，Si和Mn是作为合金剂和脱氧剂加入的。这些成份具有确 保焊着金属的机械性质和确保耐缺陷性的作用。但是，如果它们加入 过少的话，由于脱氧不足和强度不足，无法确保耐缺陷性和机械性质， 反之，如果加入过多，过度脱氧造成焊渣包覆性劣化、飞溅发生量增 加等、焊接操作性劣化，强度过度升高以及由此引起的焊接部分发生 破裂。
因此，在本发明中，将Si和Mn的添加剂优选分别控制在相对于 焊丝的重量％(以下简写为“％”)为0.5～2.0％和2.0～4.0％。
Mg和Al是强脱氧剂，特别是为了提高无机锌涂覆钢板的耐气孔 性而加入的。而且，这些元素还具有提高电弧稳定性和焊渣剥离性的 作用。在本发明中，考虑到上述作用效果，Mg和Al的加入量优选被 限制为0.5～1.5％和0.1～0.8％。
本发明的焊丝含有焊渣形成剂。
TiO2是作为焊渣形成剂不可缺少的元素，它具有提高电弧稳定性 和焊渣包覆性的优良特性。在本发明中，TiO2的加入量优选控制在2.4～ 4.8％。这是因为，不到2.4％时，电弧稳定性和焊渣包覆性劣化，如果 超过4.8％，焊渣排出量增多，因此，作为金属系焊剂填充焊丝特征的 高焊着效率和高焊着速度降低，焊剂的熔点过高，镀锌钢板的耐气孔 性劣化。
MgO是通过一遍焊接就可充分确保作为本发明特征的没有咬边、 焊瘤等焊接缺陷的常规要求焊脚长(6～7mm)以上的等焊脚长(8mm 以上)的重要焊渣形成剂。它具有焊接时在焊渣的凝固过程中使焊接 焊缝下端部的快速凝固，防止熔融金属垂下(形成不等焊脚)的目的。
基于此，在本发明中，其添加量优选控制在0.3～1.0％。这是因 为，其加入量不到0.3％时，焊接焊缝下端侧焊渣的早凝固性不足，出 现熔融金属下垂的现象，因此，无法得到焊缝等焊脚性，如果超过 1.0％，焊渣的凝固加速进行，先于熔融物进行，焊渣流动性降低，无 机锌涂覆钢板上产生气孔，诱发焊脚缺陷。
SiO2具有调节焊渣粘性和流动性并提高焊接焊缝性的重要作用。 特别是，在本发明中，可防止由于MgO的焊渣熔点上升，是适当调 节焊渣凝固速度和流动性的必须成分。因此，本发明将其添加量限制 在0.2～0.8％内，其理由是不到0.2％时，无法获得添加其所希望的效 果，如果超过0.8％，焊渣流动过剩，焊渣向下部偏置，包覆性劣化等、 MgO等对焊缝等焊脚性有不良影响。
同时加入Al2O3和SiO2，具有提高焊渣包覆性并降低飞溅发生量 的重要作用。而且，提高焊渣的均匀流动性，除此之外，在焊渣形成 剂之间连接可分离组份非平衡状态的空间，可形成均匀的焊渣。
因此，本发明将其添加量优选控制在0.05～0.5％，这是因为，其 添加量不到0.05％时，飞溅发生量增多等，其添加的效果小，如果超 过了0.5％，相反，形成过多的焊渣导致焊渣发生部分偏置现象，包覆 性劣化和焊渣剥离性劣化。
微量添加CaO可提高焊渣剥离性、流动性和包覆性。而且，如 果添加适当的量，可提高焊渣坚固性，在焊接焊缝之间起到界面润滑 剂的作用，提高了焊渣剥离性。但是，CaO是强碱性焊渣形成剂，如 果加入得过多，将损害焊缝性和焊渣均一性，因此，必须与SiO2、Al2O3 等酸性系列的焊渣形成剂呈适当的比例进行添加。
考虑到此，本发明中CaO的添加量优选控制在0.01～0.15％。
另一方面，本发明的特征在于，为了通过一遍焊接，也能确保没 有咬边、焊瘤等焊接缺陷、不形成焊脚长不足、过大焊脚长等不等的 焊脚长的通常要求的焊脚长以上的等焊脚长，应将MgO/TiO2的比控 制为定值。
具体地说，焊接时，在焊渣的凝固过程中，MgO和TiO2分离， MgO在焊缝的下端部早凝固，反之，TiO2在上端部比MgO稍晚凝固， 因此，该相分离会使焊渣凝固进行，而对熔融金属的凝固产生影响。 因此，上述MgO/TiO2比过小的话，MgO焊渣的凝固会使熔融金属形 成等焊脚变难，因此，出现焊接焊缝在下端部垂下的现象并形成不等 的焊脚长。反之，如果上述比过大，与TiO2相比，MgO相对要多， 因此，焊渣流动性劣化导致焊接焊缝损失，焊接金属在电弧一端先行， 造成电弧力的损失和金属熔液的不稳定性，耐气孔性恶化。
考虑到上述问题，本发明优选将MgO/TiO2的比控制在0.06～ 0.35。
而且，在含有比一般的二氧化钛系焊剂填充焊丝少的焊渣形成剂 的金属系焊剂填充焊丝中，采用极少量的焊剂形成剂确保包覆性和流 动性以及确保焊渣剥离性是重要的。而且，本发明的特征在于为了提 高焊渣整个的流动性和包覆性，将CaO/(SiO2+Al2O3)限制在0.01～ 0.2。
这是因为，不到0.01时，CaO会降低提高焊渣包覆性和剥离性 的效果，如果超过了0.2，焊渣偏置和下垂现象会导致焊接焊缝的损 失。因此，在本发明中，通过将CaO、SiO2和Al2O3的加入量控制在 适当的组成比中，采用少量的焊渣形成剂就可提高均匀流动性和包覆 性。
本发明将(CaO+SiO2+Al2O3)/(TiO2+MgO)的比控制在0.08～ 0.25，从容易形成等焊脚长和提高焊渣包覆性等方面看是优选的。
另一方面，本发明的焊丝含有作为电弧稳定剂的Na、K、F。
Na和K具有焊接时不形成电弧的圆周和稳定熔融池的作用，F不仅可提高电弧集中性确保溶入，还具有减少扩散性氢和焊渣熔点下 降同时提高耐气孔性的作用。
Na和K以含有Na2O和K2O的Na2SiO3、Na2TiO3、K2SiO3等碱金 属氧化物的形式添加，F以Na3AlF6、K2SiF6、CaF2、NaF、LiF、MgF2 等碱金属氟化物的形式添加，在本发明中，为了提高电弧稳定性并降 低飞溅的产生量，优选控制在换算成Na、K、F元素F/(Na+K)为0.05～ 0.2。这是因为，不到0.05时，相对减少F会导致发生电弧集中性降低 和增加扩散性氢的产生等缺陷，如果超过0.2，F相对集中，导致电弧 不稳定，这样就导致了焊接焊缝线不均匀并且过多发生飞溅的问题。
下面基于实施例对本发明作详细说明。
(实施例)
分别准备具有下表1所示组成的、直径为1.4mm的金属系焊剂 填充焊丝。这时，各焊剂填充焊丝的软钢材外皮的组成如下表2所示， 焊剂以16％的填充率填充。
取上述准备的各焊丝，进行如图1所示的角焊。这时，具体的焊 接条件如表3所示，以水平角焊(Horizontal-fillet)的姿势进行半自 动焊接，然后，采用焊脚长量规测定焊接焊缝的上焊脚长和下焊脚长， 评价有无形成等焊脚长，在下面表5表示，有无形成等焊脚长的判断 为以5mm和10mm为基准，上焊脚长(W)/下焊脚长(L)的比在1 ±0.05以内的评价为合格。测定电弧稳定性和焊渣流动性，其结果在 下面的表5表示。
另一方面，飞溅的发生量以板上焊缝(bead-on-plate)姿势进行 自动焊接，收集飞散的飞溅并测定产生的飞溅，仍在下面的表5表示。 这时的焊接条件在下面的表4表示。
[表1]
                                                                      焊丝的组成(重量％)                   脱氧剂                                    焊渣   电弧安    定剂 残 余 量   Si   Mn   Mg   Al   TiO2   SiO2   Al2O3   MgO   CaO   MgO/   TiO2   CaO/   (SiO2+   Al2O3)     F/   (Na+K) 发 明 例   1   0.8   2.2   0.8   0.5   2.8   0.4   0.08   0.4   0.04   0.14   0.08   0.08 铁 及 不 可 避 免 的 杂 质   2   0.5   3.2   0.8   0.2   3.0   0.2   0.2   0.94   0.08   0.31   0.2   0.1   3   1.2   3.8   1.2   0.7   2.6   0.3   0.4   0.63   0.10   0.24   0.14   0.15   4   1.8   2.0   1.0   0.3   4.0   0.8   0.09   0.92   0.09   0.23   0.1   0.05   5   0.8   2.8   1.4   0.15   4.7   0.7   0.4   0.3   0.02   0.06   0.02   0.06   6   1.45   4.0   0.5   0.6   3.5   0.7   0.15   0.76   0.12   0.22   0.14   0.2 比 较 例   1   0.4   2.1   0.2   0.2   5.2   0.9   0.6   0.2   0.23   0.04   0.15   0.01   2   2.4   1.5   2.4   1.2   4.0   0.15   0.04   1.2   0.05   0.3   0.26   0.13   3   0.21   1.2   1.7   0.06   2.1   1.0   0.35   0.82   0.09   0.39   0.07   0.04   4   0.16   1.8   0.3   0.09   1.5   0.6   0.03   2.5   0.5   1.67   0.79   0.09   5   3.2   4.5   0.1   0.05   4.9   0.2   0.54   0.18   0.008   0.04   0.01   0.35   6   1.4   2.2   2.6   1.5   3.8   0.72   0.26   1.17   0.5   0.31   0.05   0.40
[表2]
    C     Si     Mn     P     S 外皮软钢材料的化学成分   0.02   0.002   0.20   0.010   0.009
[表3]   目标焊    脚长                              焊接条件   电流   (A)  电压  (V)   速度 (cm/min)   伸出量    (mm)    电极    角度   焊条瞄   准位置   保护气体 (流量，l/min)     5   310   32     60     25     45°  角部1mm  CO2 100％(25)     10   280   30     30     25     45°  角部1mm  CO2 100％(25)
[表4] 焊接母材  极性 焊接电流和电压     保护气体 焊条突出长度 SM490A  DC(+) 300A/31V/30cpm     CO2 100％ 气体流量251/min     20mm
[表5]
                                                   实验结果      目标焊脚长        (5mm)   W/L        目标焊脚长           (10mm)     W/L   等焊脚长   形成判定 (W/L＝1±0.05)  电弧  安定   性    飞溅   发生量   (g/min)    焊渣   流动性    综合    评价  上焊  脚长   (W)  下焊  脚长   (L)     上焊     脚长     (W)     下焊     脚长     (L) 发 明 例   1   5.2   5.3   0.98     10.2     10.1     1.01     ○   ○     1.4     ◎     ○   2   5.4   5.2   1.04     10.8     10.4     1.04     ○   ◎     1.2     ◎     ○   3   5.1   5.2   0.98     10.0     10.0     1.0     ○   ◎     1.5     ○     ○   4   5.2   5.0   1.04     10.3     10.1     1.02     ○   ○     1.8     ○     ○   5   4.9   5.1   0.96     10.0     10.5     0.96     ○   ○     1.7     ○     ○   6   5.1   5.1   1.0     10.0     9.9     1.01     ○   ◎     1.4     ○     ○ 比 较 例   1   4.7   5.8   0.81     9.9     11.4     0.87     ×   △     2.2     ○     ×   2   4.9   5.5   0.89     9.8     10.9     0.90     ×   ○     1.9     △     ×   3   4.8   5.3   0.91     9.2     10.4     0.88     ×   ○     2.0     ○     ×   4   6.2   4.6   1.35     12.4     9.2     1.35     ×   ○     1.7     ×     ×   5   5.3   5.7   0.93     10.2     11.6     0.88     ×   ×     2.9     △     ×   6   6.0   4.7   1.28     11.2     9.1     1.23     ×   ×     3.5     ×     ×
*在上述表中，◎表示非常优良、○表示优良、△表示普通和× 表示不良。
由上述表1到表5可见，电弧稳定剂和焊渣形成剂在适当的范围 添加的本发明实施例(1～6)均可形成良好的等焊脚长，并且在电弧 稳定性、飞溅发生量等方面均具有优良的评价值。
与此相反，TiO2、SiO2、MgO等焊渣形成剂的添加量和电弧稳定 剂的添加量在本发明范围之外的比较例1、3和6难以形成等焊脚长， 在电弧稳定性方面也不好。
特别是，即使焊渣形成剂的添加量在本发明的范围之内，但 MgO/TiO2和CaO/(SiO2+Al2O3)的比在本发明范围之外的比较例2、 4和5也无法确保优良的焊接特性。
如上所述，本发明有效提供了二氧化碳气体电弧焊接用金属系焊 剂填充焊丝，通过将电弧稳定剂和焊渣形成剂的添加量最佳化，通过 一遍焊接，就可确保在造船等的小焊脚长(6mm以下)快速焊接、钢 结构、桥梁等结构物的角焊时所要求的焊脚长(6～7mm)以上的等 焊脚长(8mm)以上。