CN108430686B - 熔极式气体保护弧焊方法及弧焊部 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种熔极式气体保护弧焊方法，其是使用具有熔化电极的焊炬将两片钢板进行弧焊的熔极式气体保护弧焊方法，一边将氧势α为1.5％～5％的保护气体由上述焊炬朝向上述熔化电极供给一边进行弧焊，对于通过上述弧焊形成的处于700℃以上的状态的焊道和焊趾部，以1～3m/秒的流速吹送氧势β为15％～50％的氧化促进气体。

Description

熔极式气体保护弧焊方法及弧焊部
技术领域
本发明涉及熔极式气体保护弧焊方法和通过该熔极式气体保护弧焊方法得到的弧焊部。
本申请基于2016年1月20日在日本申请的特愿2016-008695号主张优先权，并将其内容援引于此。
背景技术
气体保护弧焊在各种领域被广泛使用，例如在汽车领域被用于行走构件等的焊接。
对于使用实芯焊丝将钢构件进行气体保护弧焊时的保护气体，使用CO2100％的气体或Ar与CO2的混合气体。然而，若使用包含CO2那样的氧化性气体的保护气体进行焊接，则保护气体中的氧化性气体中包含的氧与钢材或焊丝中包含的Si或Mn等元素反应，生成以Si氧化物或Mn氧化物作为主体的Si、Mn系焊渣。其结果是，导致在作为熔融凝固部的焊道的表面上等残留许多Si、Mn系焊渣。
就汽车的行走构件等要求耐腐蚀性的构件而言，在焊接组装后实施电沉积涂装。在进行该电沉积涂装时，若在弧焊部的表面上残留Si、Mn系焊渣，则该部分的电沉积涂装性变差。其结果是，产生没有附着涂装并在表面上出现Si、Mn系焊渣的部位而导致耐腐蚀性下降(参照图8)。
在Si、Mn系焊渣的残留部处电沉积涂装性下降的理由是由于：Si氧化物或Mn氧化物为绝缘体，在涂装时无法通电，涂装没有附着于整面上。
该Si、Mn系焊渣由于为焊接部的脱氧过程的副产物，并且还具有使电弧其本身稳定化的效果，所以在使用了实芯焊丝等的气体保护弧焊中，难以防止产生该Si、Mn系焊渣。其结果是，在电沉积涂装后的构件中焊接部的腐蚀也不可避免。
因此，在汽车的行走构件等的设计中，考虑由腐蚀引起的减壁，进行了厚的板厚设计，其成为对于由使用高张力钢材带来的薄板化的障碍。
针对这样的问题，为了减少在气体保护弧焊中产生的Si、Mn系焊渣的量而改善电沉积涂装性，以往提出了以下那样的对策。
例如，专利文献1提出了通过减少氧的供给即限制保护气体中的氧化性气体(CO2、O2)的量来减少作为氧化物的焊渣的量的方法。
专利文献2提出了一种熔极式气体保护弧焊方法，其中，将包含不活泼性气体的保护气体朝向熔化电极供给，将包含氧化性气体与不活泼性气体的混合气体的添加气体朝向熔池外缘供给。根据该焊接方法，能够使电弧稳定化，并且将焊接金属中的溶存氧浓度抑制得极低。
专利文献3提出了一种气体保护金属弧焊方法，其中，使用母材与焊丝的合计Si量被限制在0.04～0.2％的成分组成的焊丝。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2012-213801号公报
专利文献2：日本特开2007-044736号公报
专利文献3：日本特开平8-33997号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
但是，在专利文献1～3的技术中，从消除绝缘性的焊渣的产生量的观点出发，无法说是充分的。特别是就Si或Mn的含量多的高张力钢板而言，存在产生许多起因于母材中包含的Si或Mn的Si、Mn系焊渣的问题。此外，若像专利文献1那样减少保护气体中的CO2或O2的量，则存在下述问题：由于Ar的比例变高，所以成本变高，并且在焊接时电弧摇晃而焊道形状发生恶化。此外，若像专利文献3那样，脱氧元素少，则还存在下述问题：焊接金属的脱氧不充分，容易产生气孔。
因此，本发明的课题是，提供能够形成不产生由Si、Mn系焊渣引起的电沉积涂装不良部的焊接部的熔极式气体保护弧焊方法及弧焊部。
用于解决技术问题的手段
本发明的主旨如下所述。
(1)本发明的第一方式为一种熔极式气体保护弧焊方法，其是使用具有熔化电极的焊炬将两片钢板进行弧焊的熔极式气体保护弧焊方法，其中，一边将下述(A)式所示的氧势α为1.5％～5％的保护气体由上述焊炬朝向上述熔化电极供给一边进行弧焊，对于通过上述弧焊形成的处于700℃以上的状态的焊道和焊趾部，以1～3m/秒的流速吹送下述(B)式所示的氧势β为15％～50％的氧化促进气体。
α＝100×([V1(O2)]+[V1(CO2)]/5)/([V1(X)]+[V1(O2)]+[V1(CO2)]) (A)式
β＝100×[V2(O2)]/([V2(X)]+[V2(O2)]+[V2(CO2)]) (B)式
其中，
[V1(X)]为保护气体中包含的不活泼性气体的混合率(体积％)，
[V1(O2)]为保护气体中包含的氧的混合率(体积％)，
[V1(CO2)]为保护气体中包含的二氧化碳的混合率(体积％)，
[V2(X)]为氧化促进气体中包含的不活泼性气体的混合率(体积％)，
[V2(O2)]为氧化促进气体中包含的氧的混合率(体积％)，
[V2(CO2)]为氧化促进气体中包含的二氧化碳的混合率(体积％)。
(2)根据上述(1)所述的熔极式气体保护弧焊方法，其中，上述氧化促进气体也可以介由形成于上述焊炬与从其外周面向外方间隔地设置的外周壁之间的空间被吹送。
(3)根据上述(1)或(2)所述的熔极式气体保护弧焊方法，其中，上述氧化促进气体也可以在处于700℃以上的状态的上述焊道和焊趾部的至少一部分的上方区域被包围的状态下，被吹送至上述上方区域内。
(4)根据上述(1)～(3)中任一项所述的熔极式气体保护弧焊方法，其中，上述焊道和焊趾部中的被吹送上述氧化促进气体的部位与上述熔化电极的前端位置的水平方向的最短间隔距离也可以为35mm以下。
(5)本发明的第二方式为一种弧焊部，其是通过上述(1)～(4)中任一项所述的熔极式气体保护弧焊方法形成的弧焊部，其中，焊道的表面及上述焊道的焊趾部的表面被含有磁铁矿及方铁矿中的任一者或两者的导电性的铁氧化物焊渣覆盖。
(6)根据上述(5)所述的弧焊部，其中，上述导电性的铁氧化物焊渣的厚度也可以为10μm～50μm。
(7)根据上述(5)或(6)所述的弧焊部，其中，上述焊道的表面及上述焊道的焊趾部的表面的整面也可以被上述导电性的铁氧化物焊渣覆盖。
发明效果
根据上述(1)～(4)中记载的方法，通过弧焊形成的处于700℃以上的状态的焊道和焊趾部的表面变得被暴露于氧势β高的氧化促进气体。因此，由于能够将焊道及焊道趾部的表面以导电性的铁氧化物焊渣覆盖，所以绝缘性的Si、Mn系焊渣不会出现在表面。因此，即使对包含焊接部的结构构件进行电沉积涂装也不会在焊接部产生电沉积涂装不良，因此能够提高结构构件的耐腐蚀性。
特别是根据上述(2)中记载的方法，氧化促进气体介由形成于焊炬的外周的空间被吹送至焊道和焊趾部。因此，能够更可靠地对通过弧焊形成的处于700℃以上的状态的焊道和焊趾部吹送氧化促进气体，能够将焊道及焊道趾部的表面用导电性的铁氧化物焊渣覆盖。进而，还能够提高焊接的施工性。
此外，根据上述(3)中记载的方法，在将处于焊炬的前进方向后方的焊道和焊趾部的上方区域包围的状态下向该区域内吹送氧化促进气体，所以能够将氧化促进气体在保持高浓度的状态下吹送至焊道和焊趾部。因此，能够更可靠地将焊道及焊道趾部的表面用导电性的铁氧化物焊渣覆盖。
此外，根据上述(4)中记载的方法，通过将间隔距离D设定为35mm以下，能够更可靠地对通过弧焊形成的处于700℃以上的状态的焊道和焊趾部吹送氧化促进气体，能够将焊道及焊道趾部的表面用导电性的铁氧化物焊渣覆盖。
就上述(5)～(7)中记载的弧焊部而言，焊道及焊趾部的表面被导电性的铁氧化物焊渣覆盖，所以绝缘性的Si、Mn系焊渣不会出现在表面。因此，即使将包含焊接部的结构构件进行电沉积涂装也不会在焊接部产生电沉积涂装不良部，因此能够提高结构构件的耐腐蚀性。
附图说明
图1A是用于说明本发明的一实施方式的熔极式气体保护弧焊方法的纵向截面图。
图1B是用于说明该实施方式的熔极式气体保护弧焊方法的俯视图。
图2是从其下方看该实施方式的熔极式气体保护弧焊方法中使用的氧化促进气体吹送机构的图。
图3A是用于说明第一变形例的氧化促进气体吹送机构的纵向截面图。
图3B是用于说明该变形例的氧化促进气体吹送机构的俯视图。
图4是用于说明第二变形例的氧化促进气体吹送机构的焊炬的截面图。
图5是对于不使用氧化促进气体G2的比较例(实验例16)、将氧化促进气体G2的氧势β设定为10.0％的比较例(实验例19)及将氧化促进气体G2的氧势β设定为15.0％的发明例(实验例2)示出焊接后外观、涂装后外观、及腐蚀后外观的照片。
图6对于将氧化促进气体G2的氧势β设定为10.0％的比较例(实验例19)示出表示Si、Mn系焊渣的一部分被置换成Fe系氧化物的状态的外观照片(左)和SEM照片。
图7是将发明例中的效果与专利文献1～3的技术进行比较而示出的概略说明图。
图8是用于说明利用以往的焊接方法得到的焊接部的结构的图且与钢板垂直的截面图。
具体实施方式
在熔极式气体保护弧焊中，从电弧稳定性的观点出发，必须在保护气体中混合规定量的氧化性气体。作为用于抑制电沉积涂装不良的以往的对策，在采用减少保护气体中的氧化性气体的量的对策、或减少熔化电极(焊丝)中的氧化成分而减少Si、Mn系焊渣的量的对策的情况下，有可能对焊接品质产生不良影响。
因此，本申请发明人们使用通常的保护气体及焊丝，在各种焊接条件下评价焊接部的焊渣产生状况及电沉积涂装性，结果在过度提高焊接线能量的条件下发现了Si、Mn系焊渣减少、电沉积涂装性提高的倾向。进而，观察这些焊接条件下的焊道和焊趾部的表面，结果确认了，在焊道的表层形成有具有导电性的铁氧化物(FeO、Fe3O4)。
由于在高线能量的焊接条件下焊接金属的冷却速度变慢，所以熔融、凝固后的高温状态的焊道和焊趾部变得容易脱离被保护气体保护的区域。其结果是，认为：高温的焊道和焊趾部被暴露在大气气氛中而促进氧化，焊道和焊趾部的表层被铁氧化膜覆盖。
基于以上的见解，在本申请发明中，不是防止焊接部的氧化，而是构思了：通过积极地使凝固后的焊道及焊趾部的表面氧化，从而生成具有导电性的铁氧化物(FeO、Fe3O4)并将Si氧化物或Mn氧化物用铁氧化物覆盖，对焊道及焊趾部的表面赋予导电性。
这样的倾向通过加快焊接速度而将熔池向前进方向后方扩大也得到确认，但一般焊接条件通过所适用的钢板的板厚或接头的形式一概而定，无法以控制焊渣生成量为目的而自由地设定。过度的线能量的增加会导致钢板的烧穿，焊接速度的高速化会造成焊道形状的不良。
因此，本申请发明人们不依赖于焊接线能量或速度，以在焊道的表面上形成稳定的铁氧化膜为目的而开展了研究。
其结果是新认识到下述内容，从而完成本发明：若对通常的弧焊焊炬的焊接前进方向的后方的高温状态的焊道及焊趾部吹送氧势β高的氧化促进气体G2，则能够将残留于焊道及焊趾部的表面的氧势α低的保护气体G1排除，焊道及焊趾部的表面的铁的氧化得到促进，能够包含通过与保护气体中的氧化性气体的反应而形成的Si或Mn氧化物在内、将焊道及焊趾部的表面用有导电性的铁氧化物覆盖。
以下，对于基于上述的见解而进行的本发明的实施方式基于附图进行详细说明。
图1A、图1B是用于说明本实施方式的气体保护弧焊方法的概略图。
在本实施方式的气体保护弧焊方法中，如图1A、1B中所示的那样，使用具有熔化电极的焊炬1和朝向上述焊炬1的焊接前进方向的相反侧延伸的氧化促进气体吹送喷嘴22(罩子喷嘴22A)，将两片钢板进行焊接。
本实施方式中，通过熔极式气体保护弧焊的过程中生成的导电性的铁氧化物焊渣9，将焊道81的表面及焊道81与钢材(母材)的边界部即焊趾部82的表面覆盖。由此，将在焊接时生成的绝缘性的Si、Mn系焊渣封入导电性的铁氧化物焊渣9内。
已知：作为有可能在焊接时生成的焊渣中具有导电性的焊渣，有磁铁矿(Fe3O4)或方铁矿(FeO)。
因此，变得需要：在熔池8的表面上或焊道81及焊趾部82的表面上促进铁的氧化，得到被磁铁矿或方铁矿主体的导电性的铁氧化物焊渣9覆盖的弧焊部。
在焊接时，通过将高温状态的焊道81和焊趾部82的表面暴露于氧化性气氛中，能够形成作为铁氧化物的磁铁矿或方铁矿，能够将焊道81的表面及焊趾部82的表面用含有磁铁矿及方铁矿中的任一者或两者的导电性的铁氧化物焊渣覆盖。
另外，优选：不仅焊道81的表面和焊趾部82的表面，而且比通过来自焊炬1的保护气体G1形成的保护区域更靠外面的熔池8的表面也暴露于氧化性气氛中。
本实施方式中，通过至少朝向焊道81的表面和焊趾部82的表面吹送不同于保护气体G1的另外的氧势β高的氧化促进气体G2而促进铁的氧化，将焊道81及焊趾部82的表面用导电性的铁氧化物焊渣9覆盖。
根据本实施方式的气体保护弧焊方法，在进行熔极式气体保护弧焊时，将包含不活泼性气体或者氧化性气体和不活泼性气体的氧势α低的保护气体朝向熔化电极供给，之后立即将包含氧化性气体与不活泼性气体的混合气体的氧势β高的氧化促进气体G2至少朝向高温状态的焊道81及焊趾部82吹送。由此，焊道81及焊趾部82全部被导电性的铁氧化物焊渣9覆盖，能够得到绝缘性的Si、Mn系焊渣埋没于导电性的铁氧化物焊渣9中的焊接部。
是否形成导电性的铁氧化物焊渣9可以通过利用EPMA的元素映射来调查焊道81及焊趾部82的表面的组成、或通过调查导电性来确认。
通过将像上述那样使用氧化促进气体G2焊接后的焊道81和该焊趾部82的范围切断，将切截面进行研磨，并进行利用EPMA的元素映射，能够确认：以焊道81和该焊趾部82的截面观察的表面附近被导电性的铁氧化物焊渣9覆盖；该导电性的铁氧化物焊渣9的最表面大致成为铁氧化物；形成绝缘性的Si、Mn系焊渣的Si氧化物或Mn氧化物在焊道81和焊趾部82的最表面上几乎不存在。
进而，使用市售的测试器测定铁氧化物焊渣9的表面与焊道81、焊趾部82的外侧的钢板表面之间的导通，结果确认到40～1000Ω的电阻值的导电性。另外，若在焊道81及焊趾部82的表面上存在绝缘性的Si、Mn系焊渣，则电阻成为无限大或通常的导电体的测量范围外而无法通过一般的市售的测试器进行测量。
(焊炬1)
焊炬1以熔化电极5与包围其的周壁部之间成为保护气体G1的通路的方式构成。一边由该焊炬1朝向熔化电极5供给保护气体G1，一边沿着形成于配置在焊接位置的钢构件间的焊接线进行弧焊。
(熔化电极5)
熔化电极5没有特别限定，但为了尽量减少熔池8中的Si、Mn系焊渣的产生，优选Si含量为1质量％以下、Mn含量为2质量％以下。
(保护气体G1)
保护气体G1为以Ar或He等不活泼性气体作为主体并混合有O2和/或CO2的混合气体，由焊炬1朝向将熔化电极5(焊丝)及电弧等离子区包围的区域流出。由于保护气体G1的作用除了将电弧等离子区的产生区域的气氛与大气置换以外，还确保电弧的稳定性，所以以下述(1)式所示的氧势α达到1.5％以上、优选2.0％、进一步优选4.0％的方式调整不活泼性气体、O2、CO2的混合率。
α＝100×([V1(O2)]+[V1(CO2)]/5)/([V1(X)]+[V1(O2)]+[V1(CO2)]) (1)式
在上述(1)式中，
[V1(X)]为保护气体G1中包含的不活泼性气体的混合率(体积％)，
[V1(O2)]为保护气体G1中包含的氧的混合率(体积％)，
[V1(CO2)]为保护气体G1中包含的二氧化碳的混合率(体积％)。
另一方面，在保护气体G1的氧势α超过5％的情况下，由于在熔池8的表面上生成过量的Si、Mn系焊渣，所以即使之后吹送氧化促进气体G2，也变得无法将焊道81及焊趾部82的表面用导电性的铁氧化物覆盖。
因此，以保护气体G1的氧势α达到5％以下、优选4.5％以下、进一步优选4.0％以下的方式调整O2和/或CO2的含量。
(氧化促进气体G2)
氧化促进气体G2是使不活泼性气体(氮或氩或He等)、O2及CO2的2种以上混合而得到的混合气体，使用空气(O2：15％～25％、氮：75％～85％)是简便的。此外，即使是使用空气的情况下，也可以进一步追加氧气来调整氧化的进行程度。
氧化促进气体G2被吹送至熔池8的后方的700℃以上的焊道81及焊趾部82的区域中。由于氧化促进气体G2的作用是促进焊道81及焊趾部82的表面的铁的氧化，将熔池8中形成的绝缘性的Si、Mn系焊渣置换成导电性的铁氧化物(FeO、Fe3O4)，所以以下述(2)式所示的氧势β达到15％、优选20％以上、进一步优选25％以上的方式调整不活泼性气体、O2、CO2的混合率。
β＝100×[V2(O2)]/([V2(X)]+[V2(O2)]+[V2(CO2)]) (2)式
在上述(2)式中，
[V2(X)]是氧化促进气体G2中包含的不活泼性气体的混合率(体积％)，
[V2(O2)]是氧化促进气体G2中包含的氧的混合率(体积％)，
[V2(CO2)]是氧化促进气体G2中包含的二氧化碳的混合率(体积％)。
另外，在保护气体G1和氧化促进气体G2中CO2的作用不同。
由于产生电弧等离子区的区域中使用的保护气体G1中包含的CO2通过等离子体的热而解离，所以作为氧化性气体起作用。
另一方面，由于在铁的熔点(约1500℃)以下的区域中使用的氧化促进气体G2中包含的CO2作为稳定的CO2存在，所以作为不活泼性气体起作用。
因此，氧化促进气体G2的氧势β与保护气体G1的氧势α不同，在计算式的分子中不包含CO2。
通过氧化促进气体而形成的铁氧化物的厚度为10～50μm，比仅通过通常的保护气体G1形成于焊道81的表面的铁氧化膜的厚度、即形成于Si、Mn系焊渣生成部的区域外的氧化膜的厚度(最大不过5μm左右)厚。
(氧化促进气体吹送机构20)
在本实施方式的气体保护弧焊中，一边供给保护气体G1一边通过气体保护弧焊将钢构件进行焊接时，利用氧化促进气体吹送机构20，向熔化电极5及焊炬1的后方的焊道81及焊趾部82的表面，吹送包含氧化性气体的氧化促进气体G2。由此，将焊道81及焊趾部82的表面用导电性的铁氧化物层覆盖。只要不使焊道外观恶化，则氧化促进气体G2也可以对熔化电极5及焊炬1的后方的熔池8也吹送。
向焊道81和焊趾部82的表面吹送氧化促进气体G2的氧化促进气体吹送机构20具有供给氧化促进气体G2的氧化促进气体供给部21、和吹送氧化促进气体G2的氧化促进气体吹送喷嘴22。
作为氧化促进气体吹送喷嘴22，例示出如图1A、图1B、图2中所示那样的罩子喷嘴22A。该罩子喷嘴22A被制成具有矩形的上表面及从其缘部垂下的侧面、并且将焊炬1的周边的焊道81及焊趾部82的上方区域包围的形状。在罩子喷嘴22A的上表面，在长度方向的一端侧设置有氧化促进气体供给部21，并且在长度方向的另一端侧形成有焊炬1能够插通的焊炬插通孔30。
氧化促进气体G2在焊炬1被插通至焊炬插通孔30中而一体化的状态的罩子喷嘴22A内，由氧化促进气体供给部21被供给，以维持高的氧势β的状态被吹送至熔池8的表面或焊道81及焊趾部82的表面。
另外，罩子喷嘴22A可以设定为与氧化促进气体供给部21的前端一体化的形态，也可以设定为能够拆卸的形态。
此外，罩子喷嘴22A可以采用如图2那样下方被敞开的喷嘴、为箱状且在下表面形成有多个气体吹出孔的喷嘴中的任一者。此外，即使是下方被敞开的喷嘴，也可以是在敞开端部附近安装有金属丝网等气体透镜10的喷嘴。进而，也可以在焊炬1的附近的内部设置间隔壁，防止氧化促进气体G2妨碍保护气体G1的流动。
在焊接时，保护气体G1从焊炬1被放流，一边保护由熔化电极5产生的电弧6的周围和熔池8的周围，一边使焊炬1沿着焊接线11在箭头方向上移动。此时，包含氧化性气体的氧化促进气体G2由设置于罩子喷嘴22A的后部的氧化促进气体供给部21被供给到罩子喷嘴22A内，氧化促进气体G2被吹送至焊道81和焊趾部82的表面。
(吹送氧化促进气体G2的范围)
在焊道81和焊趾部82的表面温度为700℃以上的情况下，显著地引起氧化促进气体G2中的氧化性气体与Fe的氧化反应。因此，为了使导电性的铁氧化物焊渣9形成于焊道81及焊趾部82的表面，对于焊道81和焊趾部82的表面温度为700℃以上的部位、更优选为750℃以上的部位、进一步优选为800℃以上的部位，吹送氧化促进气体G2。
另外，焊道81和焊趾部82的表面温度能够用放射温度计来测定。此外，也可以由铁的颜色与温度的关系确认在700℃以上。
如上所述，氧化促进气体G2需要被吹送至焊道81和焊趾部82的表面温度为700℃以上的部位。因此，焊道81和焊趾部82中的被吹送氧化促进气体G2的部位与熔化电极5的前端位置的水平方向的最短间隔距离D优选为35mm以下，进一步优选为30mm以下。
另一方面，在最短间隔距离D为10mm以上的情况下，能够抑制在焊炬1的电弧产生区域的保护气体G1中混入氧化促进气体G2的O2或CO2，因此，能够使电弧放电的形态稳定化，抑制Si、Mn系焊渣的增加。因此，最短间隔距离D优选为10mm以上。
(氧化促进气体G2的流量)
作为氧化促进气体G2的流量，优选为进行铁的氧化所需的5L/分钟以上，进一步优选为7L/分钟以上。为了不扰乱利用保护气体G1的保护，氧化促进气体G2的流量优选为保护气体G1的流量以下。
(氧化促进气体G2的流速)
氧化促进气体G2在喷嘴出口处的气体流速设定为1m/秒以上且3m/秒以下。氧化促进气体G2的流速为氧化促进气体G2的流量(L/分钟)除以喷嘴出口中的氧化促进气体G2被排出的部位的截面积而得到的值。
为了促进由氧化促进气体G2引起的焊道81及焊趾部82的表面的氧化，需要将焊道81及焊趾部82的表面的气氛由保护气体G1的成分置换成氧化促进气体G2的成分。
氧化促进气体G2的流速为1m/秒以下时，无法将焊道81和焊趾部82的表面的上方区域由保护气体G1为主体的气氛充分地置换成氧化促进气体G2为主体的气氛。另一方面，若氧化促进气体G2的流速超过3m/秒，则有下述可能性：通过在电弧产生部的保护气体G1中混入氧化促进气体G2的成分，在熔池表面上生成过量的Si、Mn系焊渣。此外，利用保护气体G1的保护被扰乱而有下述可能性：电弧变得不稳定，妨碍焊道的形成。
因此，氧化促进气体G2的流速设定为1m/秒以上且3m/秒以下，更优选设定为1.5m/秒以上且2.5m/秒以下。
为了确保电沉积涂装性，优选焊道81和其焊趾部82的表面的整面仅用导电性的铁氧化物焊渣9覆盖。
为了使焊道81与焊趾部82导通，优选以从表面起10μm以上的厚度被铁氧化物焊渣9覆盖。铁氧化物焊渣9的厚度进一步优选为15μm以上。
另一方面，在焊道81和其焊趾部82的表面上形成过量的厚度的铁氧化物焊渣9的情况下，有会产生涂装剥落的可能性。因此，铁氧化物焊渣9的厚度优选为50μm以下，进一步优选为40μm以下。
本实施方式的弧焊方法适用于熟知的熔极式气体保护弧焊(也被称为气体金属弧焊)。焊接条件没有特别限制，可以使用通常的条件。
但是，潜弧焊由于是不使用保护气体的焊接，所以不属于本发明。此外，在潜弧焊中，由于在焊接前散布的助焊剂在焊接时熔融、凝固，所以5～10mm左右的相当厚的焊渣将焊道覆盖。在将该相当厚的焊渣除去后的焊道表面上几乎不存在Si、Mn系焊渣，焊道表面被5μm左右以下的薄的铁氧化膜覆盖。即，通过氧化促进气体使焊道及趾部表面上形成15～50μm的铁氧化物的本申请与潜弧焊中焊道及趾部的形态不同。
焊接可以是搭焊，也可以是对焊。
钢板的板厚及抗拉强度没有特别限制，板厚为1.6～3.2mm、抗拉强度为440～980MPa被标准地应用。此外，也可以使用热浸镀锌钢板、合金化热浸镀锌钢板、镀铝钢板等。
钢板成分及焊接材料成分也没有特别限定，但为了尽量减少熔池中的Si、Mn系焊渣的产生，钢板或焊接材料分别优选Si含量为1质量％以下、Mn含量为2质量％以下。此外，可以将同种钢板彼此进行焊接，也可以将异种钢板彼此进行焊接。
以上，对本发明基于实施方式进行了详细说明，但上述的实施方式只不过是示出实施本发明时的具体化的例子，本发明的技术范围并不受它们的限定性地解释。
例如，在上述的说明中，作为氧化促进气体吹送喷嘴22，使用图1A、图1B、图2中所示那样的罩子喷嘴22A来吹送氧化促进气体G2，但也可以采用下述的变形例。
作为第一变形例，也可以如图3A、图3B中所示的那样采用由连接有氧化促进气体供给部21’的后喷嘴22B直接吹送氧化促进气体G2的氧化促进气体吹送机构20’。
在该氧化促进气体吹送机构20’中，将俯视中呈矩形的后喷嘴22B以与焊炬1一起移动的方式配置于焊炬1的后方。并且，由设置于该后喷嘴22B的上表面的氧化促进气体供给部21’供给氧化促进气体G2，从该后喷嘴22B的下端将氧化促进气体G2主要吹送至焊道81和焊趾部82的表面。由此，能够进行铁的氧化而将焊道81及焊趾部82用导电性的铁氧化物焊渣9覆盖。
后喷嘴22B的形状也可以是如图3A、图3B那样俯视中呈圆形的形状。后喷嘴22B可以是下方被敞开的喷嘴，也可以是为箱状且在下表面形成有多个气体吹出孔的喷嘴。此外，即使是下方被敞开的喷嘴，也可以是在敞开端部附近安装有金属丝网等气体透镜10的喷嘴。
作为第二变形例，作为氧化促进气体吹送机构20”，也可以使用如图4中所示那样的同轴喷嘴22C。该同轴喷嘴22C通过从焊炬1的外周面向外方间隔地设置外周壁来构成。在该结构中，由氧化促进气体供给部21”供给的氧化促进气体G2介由形成于外周面与外周壁之间的空间被吹送。
(实施例)
以下基于实施例对本发明的可实施性及本申请发明的效果的实现性进行说明。
使具有表1中所示的成分、板厚、抗拉强度的钢板(A)彼此、或钢板(B)彼此的端部重叠，进行利用气体保护弧焊的搭接角焊。此时，使用具有表2中所示的成分和直径的实芯焊丝(JIS Z3312、YGW16)，进行脉冲MAG焊接。表3中示出具体的焊接条件。
表1
Figure BDA0001702608640000131
表2
Figure BDA0001702608640000141
表3
Figure BDA0001702608640000142
表4示出实验例1～19各自的实验条件和评价结果。
保护气体G1通过调整Ar、O2、CO2的量而调整了氧势α。
表4中，α表示通过上述的(1)式计算的保护气体G1的氧势，β表示通过上述的(2)式计算的氧化促进气体G2的氧势。保护气体G1和氧化促进气体G2的气体流量是除以喷嘴出口中的氧化促进气体G2被排出的部位的截面积而得到的值。
关于氧化促进气体G2，还示出了喷嘴类型、吹送位置、及气体流速。
对于喷嘴类型来说，在使用如图3A、图3B中所示那样的后喷嘴的情况下，标记为Aft.N(After Nozzle，后喷嘴)，在使用图4中所示那样的同轴喷嘴的情况下，标记为C.N(Co-axial nozzle，同轴喷嘴)。
另外，在使用了后喷嘴的实验例中，一边在由焊炬流出保护气体G1的同时向后喷嘴内供给氧化促进气体G2一边进行焊接。
对于后喷嘴来说，为了使焊道(熔融凝固部)的趾部表面也能够用铁氧化物覆盖，将(相对于焊接线)宽度设定为25mm。
在该实验例中，从电弧正下方到后喷嘴的最后方为止约为50mm，该位置处的焊道表面温度约为700℃。
焊炬使用了保护气体G1的通路的截面形状为内径为16mm(外径为20mm)的圆形的焊炬。
在表4的“吹送位置”的栏中，记载了焊道和焊趾部中的被吹送氧化促进气体的部位与熔化电极的前端位置的水平方向的最短间隔距离D。在使用如图3A、图3B中所示那样的后喷嘴的情况下，为熔化电极5的前端与氧化促进气体吹送机构20’中的氧化促进气体G2被排出的出口的水平方向的间隔距离，在使用图4中所示那样的双重保护结构的同轴喷嘴的情况下，为熔化电极5的前端与氧化促进气体吹送机构20”中的氧化促进气体G2被排出的出口的水平方向的间隔距离。
气体流速为喷嘴前端处的流速。
作为评价结果，表4中示出，
(1)Si、Mn系焊渣的附着面积率
(2)导电性
(3)涂装不良的面积率
(4)利用截面调查得到的铁氧化物的有无。
以下说明评价方法。
(1)Si、Mn系焊渣的附着面积率
对焊道和焊趾部的表面拍摄照片，根据其图像，将茶褐色的玻璃质的焊渣视为Si、Mn系焊渣，测定焊渣面积相对于焊道面积的比率。
(2)导电性
对于焊道和焊趾部的表面的焊渣与钢板间的电阻，遍及10处，应用通用测试器(POCKET TESTER MODEL：CDM-03D)测定导通。将电阻值为无限大的情况判断为绝缘并设定为×。用氧化铁覆盖的焊道表面显示出40～1000Ω的电阻值。
(3)涂装不良的面积率
在将焊接试验片进行脱脂、化学转化处理后，实施目标膜厚为20μm的电沉积涂装。与焊渣面积率的测定同样地对焊道涂装部拍摄照片，由其图像，测定涂装不良面积相对于焊道面积的比率。
(4)利用截面调查得到的铁氧化物的有无
将在利用EPMA的截面观察中确认到铁浓度为30％以上、厚度为10μm以上的铁系氧化物的情况设定为○。
Figure BDA0001702608640000161
在属于发明例的实验例1～8中，通过氧化促进气体G2在适当的条件下被吹送至焊道和焊趾部的表面，能够将焊道和焊趾部用导电性的铁氧化物焊渣覆盖。因此，焊道和其趾部的最表面中的Si、Mn系焊渣的附着面积率得到抑制，没有产生进行电沉积涂装的情况下的涂装不良。
在实验例9中，起因于氧化促进气体G2的氧势β过量，在焊道和焊趾部的表面上过量地形成了导电性的铁氧化物焊渣。因此，产生了涂装剥落。
在实验例10中，起因于氧化促进气体G2的氧势β过少，没有在焊道和焊趾部的表面上充分地形成导电性的铁氧化物焊渣。因此，产生了涂装不良。
在实验例11中，起因于氧化促进气体G2的流速过大，在电弧产生部的保护气体中混入了氧化促进气体G2的成分。因此，由于形成于熔池表面的Si、Mn系焊渣过量地生成，所以即使之后将氧化促进气体G2设定为恰当范围，也无法将焊道和焊趾部的表面用导电性的铁氧化物焊渣覆盖。因此，产生了涂装不良。
在实验例12中，起因于氧化促进气体G2的流速过少，无法将焊道和焊趾部的表面的气氛置换成氧化促进气体G2。因此，无法将焊道和焊趾部的表面用导电性的铁氧化物焊渣充分地覆盖。因此，产生了涂装不良。
在实验例13中，起因于保护气体G1的氧势α过大，形成于熔池表面的Si、Mn系焊渣过量地生成，所以即使之后将氧化促进气体G2设定为恰当范围，也无法将焊道和焊趾部的表面用导电性的铁氧化物焊渣覆盖。因此，产生了涂装不良。
在实验例14中，起因于保护气体G1的氧势α过少，弧焊状态变得不稳定。因此，产生了焊道形成不良。
在实验例15中，起因于氧化促进气体G2的吹送位置过于远离熔化电极5，氧化促进气体G2被吹送至焊道和焊趾部的表面变得低于700℃的位置，所以无法将焊道和焊趾部的表面用导电性的铁氧化物焊渣覆盖。因此，产生了涂装不良。
在实验例16中，起因于没有使用氧化促进气体G2，无法将焊道和焊趾部的表面用导电性的铁氧化物焊渣覆盖。因此，产生了涂装不良。
实验例17及实验例18也与实验例16同样地为没有使用氧化促进气体G2的实验例，但假定专利文献1的条件，将保护气体G1设定为Ar＝97％、O2＝3％或Ar＝88％、CO2＝12％。这些实验例中也依然起因于残留于刚焊接后的焊道和焊趾部的表面的保护气体成分没有被氧化促进气体G2置换，无法将焊道和焊趾部的表面用具有导电性的铁氧化物覆盖。因此，产生了涂装不良。
在实验例19中，假定专利文献2、实验例3的条件，将保护气体G1的氧势α设定为0.0％，将由同轴喷嘴供给的氧化促进气体G2的氧势β设定为10.0％。
在该实验例中，起因于保护气体G1的氧势α过少，弧焊状态变得不稳定，产生了焊道形成不良。进而，起因于氧化促进气体G2的氧势β过少，没有在焊道和焊趾部的表面上充分地形成导电性的铁氧化物焊渣，产生了涂装不良。
对于不使用氧化促进气体的比较例(实验例16)、将氧化促进气体G2的氧势β设定为10.0％的比较例(实验例19)、及将氧化促进气体G2的氧势β设定为15.0％的发明例(实验例2)来说，图5是示出焊接后外观、涂装后外观、及腐蚀后外观的照片。
如该图5中所示的那样，确认到：通过使用适当的氧化促进气体G1能够在焊道和焊趾部的表面上形成导电性的铁氧化物焊渣，能够避免涂装不良，进而，通过提高氧化促进气体G2的氧势β可得到进一步高的效果。
另外，对于将氧化促进气体G2的氧势β设定为10.0％的比较例(实验例19)来说，图6示出表示Si、Mn系焊渣的一部分被置换成Fe系氧化物的状态的外观照片(左)和SEM照片。如该图6中所示的那样，获知通过使用氧化促进气体G2虽然能够将Si氧化物或Mn氧化物置换成Fe氧化物，但在氧化促进气体G2的氧势β低的情况下，Si氧化物或Mn氧化物残留于表面，成为产生涂装不良的原因。
进而，对于将氧化促进气体G2的氧势β设定为10.0％的比较例(实验例19)、及将氧化促进气体G2的氧势β设定为15.0％的发明例(实验例2)来说，将焊接后电沉积涂装前的焊道以相对于焊接线垂直的线切断，埋入树脂中，研磨后，用EPMA进行元素映射(Fe、C、O、Si、Mn)。其结果是能够确认，在比较例(实验例19)的Si、Mn系焊渣的观察中，Fe浓度低至大概3～7％，与此相对，在发明例(实验例2)的Fe系氧化物的观察中，Fe浓度增加至40～70％，其厚度也相当厚，为30μm。另外，能够确认，在比较例(实验例19)的焊道表面上，也虽然在Si、Mn系焊渣生成区域外的焊道表面上形成了铁的氧化膜，但厚度薄至5μm左右，生成形态与发明例(实验例2)的铁氧化物不同。
图7是将发明例的效果与专利文献1～3的技术比较而示出的概略说明图。如该图中所示的那样，如专利文献1～3的技术那样，在不进行氧化促进气体G2的吹送的气体保护弧焊中，由于高温状态的焊道和焊趾部成为与保护气体G1接触的状态，所以无法在焊道及焊趾部的表面上用导电性的铁氧化物焊渣覆盖。
另一方面，根据本发明例，氧化促进气体G2对于700℃以上的高温状态的焊道和焊趾部以1m/秒以上的流速被吹送，所以要由焊炬流入焊道上的保护气体G1被排除。因此，高温状态的焊道和焊趾部被设定为与氧化促进气体G2接触的状态。由于氧化促进气体G2的氧势β被提高至15％以上，所以焊道及焊趾部的表面的氧化反应得到促进，能够充分地形成导电性的铁氧化物焊渣。因此，可得到防止涂装不良的效果。进而，在使用罩子喷嘴、后喷嘴、同轴喷嘴吹送氧化促进气体G2的情况下，能够将氧化促进气体G2集中在必要部位，所以能够提高该效果。
产业上的可利用性
根据本发明，能够提供不会产生由Si、Mn系焊渣引起的电沉积涂装不良部的焊接部、及能够形成该焊接部的熔极式气体保护弧焊方法。
符号的说明
1 焊炬
5 熔化电极
6 电弧
8 熔池
81 焊道
82 焊趾部
9 导电性的铁氧化物焊渣
10 气体透镜
11 焊接线
20、20’、20” 氧化促进气体吹送机构
21、21’、21” 氧化促进气体供给部
22 氧化促进气体吹送喷嘴
22A 罩子喷嘴
22B 后喷嘴
22C 同轴喷嘴
30 焊炬插通孔
G1 保护气体
G2 氧化促进气体

Claims (7)

1.一种熔极式气体保护弧焊方法，其特征在于，其是使用具有熔化电极的焊炬将两片钢板进行弧焊的熔极式气体保护弧焊方法，其中，
一边将下述(1)式所示的氧势α为1.5％～5％的保护气体由所述焊炬朝向所述熔化电极供给一边进行弧焊，
对于通过所述弧焊形成的处于700℃以上的状态的焊道和焊趾部，以1～3m/秒的流速吹送下述(2)式所示的氧势β为15％～50％的氧化促进气体，
α＝100×([V1(O2)]+[V1(CO2)]/5)/([V1(X)]+[V1(O2)]+[V1(CO2)]) (1)式
β＝100×[V2(O2)]/([V2(X)]+[V2(O2)]+[V2(CO2)]) (2)式
其中，
[V1(X)]为保护气体中包含的不活泼性气体的混合率，单位为体积％，
[V1(O2)]为保护气体中包含的氧的混合率，单位为体积％，
[V1(CO2)]为保护气体中包含的二氧化碳的混合率，单位为体积％，
[V2(X)]为氧化促进气体中包含的不活泼性气体的混合率，单位为体积％，
[V2(O2)]为氧化促进气体中包含的氧的混合率，单位为体积％，
[V2(CO2)]为氧化促进气体中包含的二氧化碳的混合率，单位为体积％。
2.根据权利要求1所述的熔极式气体保护弧焊方法，其特征在于，
所述氧化促进气体介由形成于所述焊炬与从其外周面向外方间隔地设置的外周壁之间的空间被吹送。
3.根据权利要求1或2所述的熔极式气体保护弧焊方法，其特征在于，
所述氧化促进气体在处于700℃以上的状态的所述焊道和焊趾部的至少一部分的上方区域被包围的状态下，被吹送至所述上方区域内。
4.根据权利要求1或2所述的熔极式气体保护弧焊方法，其特征在于，
所述焊道和焊趾部中的被吹送所述氧化促进气体的部位与所述熔化电极的前端位置的水平方向的最短间隔距离为35mm以下。
5.一种弧焊部，其特征在于，其是通过权利要求1～4中任一项所述的熔极式气体保护弧焊方法形成的弧焊部，其中，
焊道的表面及所述焊道的焊趾部的表面被含有磁铁矿及方铁矿中的任一者或两者的导电性的铁氧化物焊渣覆盖。
6.根据权利要求5所述的弧焊部，其特征在于，
所述导电性的铁氧化物焊渣的厚度为10μm～50μm。
7.根据权利要求5或6所述的弧焊部，其特征在于，
所述焊道的表面及所述焊道的焊趾部的表面的整面被所述导电性的铁氧化物焊渣覆盖。
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