JP2004268056A

JP2004268056A - 酸化皮膜耐剥離性に優れるｍａｇ溶接用ワイヤ

Info

Publication number: JP2004268056A
Application number: JP2003058484A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Sakaguchi; 修一阪口; Mikio Sakashita; 幹雄坂下
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2003-03-05
Filing date: 2003-03-05
Publication date: 2004-09-30

Abstract

【課題】アルゴンガスをシールドガスの主体として用いるＭＡＧ溶接において、溶接部に生ずる薄い酸化皮膜の耐剥離性を改善する溶接ワイヤを提供する。
【解決手段】アルゴンガスに２〜２０ｖｏｌ％の酸素もしくは５〜５０ｖｏｌ％のＣＯ_２を混合したシールドガスを用いるＭＡＧ溶接に用いる溶接用ワイヤを、Ｃ：０．０１〜０．１０ｍａｓｓ％、Ｓｉ：０．２０〜０．７０ｍａｓｓ％、Ｍｎ：１．０〜１．８ｍａｓｓ％、Ｓ≦０．０２ｍａｓｓ％、Ｔｉ：０．０６〜０．２５ｍａｓｓ％、Ｎｉ：０．２〜３．５ｍａｓｓ％、Ｃｒ：０．２〜２．５ｍａｓｓ％、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなるものとする。
【選択図】なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＭＡＧ溶接用ワイヤに関し、特に自動車車体の溶接組立等に用いられる薄板のＭＡＧ溶接に用いても、溶接部に生成する酸化皮膜の耐剥離性が優れる溶接用ワイヤに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車車体の接合・組立には、抵抗スポット溶接の他、ＭＡＧ（ＭｅｔａｌＡｃｔｉｖｅＧａｓ）溶接やＭＩＧ（ＭｅｔａｌＩｎｅｒｔＧａｓ）溶接が広く用いられている。このＭＡＧ溶接やＭＩＧ溶接は、アーク溶接の１種であり、溶接が開始されると溶接ワイヤが連続的に供給され、溶接ワイヤと母材間に発生したアークが持続されて溶接が進行する。溶接ワイヤは、アークを発生する電極であると同時にそのアーク熱によって自らも溶融して溶接金属を形成する。この際、溶接トーチ先端部のノズルより流出するシールドガスによって溶接金属を遮蔽し、大気による酸化等の悪影響を防いでいる。
【０００３】
上記ＭＡＧ溶接とＭＩＧ溶接は、溶接の原理は同じであり、用いるシールドガスの種類が異なるだけである。ＭＡＧ溶接におけるシールドガスは、アルゴンガスに１０〜４０ｖｏｌ％の炭酸ガスや２〜２０ｖｏｌ％の酸素を混合したガスが通常用いられる。一方、ＭＩＧ溶接におけるシールドガスには、通常アルゴンガスが使用され、あるいは用途に応じてアルゴンガスに５ｖｏｌ％以下の炭酸ガスあるいは２ｖｏｌ％以下の酸素を混合したガスが用いられる。いずれも、炭酸ガスや酸素といった活性ガスを添加する目的は、アークの安定性を確保し、溶接性を改善するためである。
【０００４】
ところでＭＩＧ溶接と比較してシールドガスの活性度が比較的高いＭＡＧ溶接では、溶融金属中のＳｉやＭｎが酸化し、溶接金属表面に酸化物を主体とするスラグが形成される。このスラグは、不可避的に発生する生成物ではあるが、溶接後に除去することにより、実用的には問題はない。しかし、シールドガスとしてアルゴンガスを主体とした混合ガスを用いる場合には、溶融脱酸生成物として生じるスラグの量が少なくて酸化皮膜となり、溶接後、酸化皮膜を剥離することなくそのまま、あるいは塗装されて使用されることが多い。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、溶接後、塗装処理や塗装焼付処理が施される場合には、塗装や焼付後に酸化皮膜が剥離して塗膜剥離の原因になるという問題がある。すなわち、アルゴンガスをシールドガスの主体とするＭＡＧ溶接では、シールドガスから溶接金属中に吸収される酸素量が炭酸ガス溶接などに比較して少ないため、生成する脱酸生成物（スラグ）は酸化皮膜としてビード表面に薄く付着している場合が多い。こうした酸化皮膜は、鋼と熱膨張率が異なるため、厚くなれば容易に剥離するが、酸化皮膜が薄い状態では付着すると容易に剥離しない。そのため、溶接直後には剥離しないで、その後の塗装工程あるいは焼付工程での昇温、冷却や衝撃などによって剥離する場合があり、塗装剥離の原因の１つとなっている。しかし、この問題に対して検討した技術は今のところ見当たらない。
【０００６】
本発明の目的は、従来技術が抱える上述した問題点を解決するために、シールドガスの主体としてアルゴンガスを用いたＭＡＧ溶接において問題となる溶接部の薄い酸化皮膜状スラグ（以降、「酸化皮膜」と称する）剥離の問題、ひいては塗膜剥離の問題を有利に解消できる溶接ワイヤを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、ＭＡＧ溶接のビード部に生成する酸化皮膜の性状に、溶接ワイヤの成分組成が及ぼす影響に着目し、鋭意検討を行った。その結果、溶接ワイヤ中に、シールドガス中の酸素量に応じて脱酸元素を添加するとともに、ＮｉおよびＣｒを添加することにより、薄くて密着力の強固で耐剥離性に優れた酸化皮膜を得ることができ、ひいては塗装後でも剥離を起こさない溶接接合体が得られることを見出した。
【０００８】
上記知見に基づき開発された本発明は、Ｃ：０．０１〜０．１０ｍａｓｓ％、Ｓｉ：０．２０〜０．７０ｍａｓｓ％、Ｍｎ：１．０〜１．８ｍａｓｓ％、Ｓ≦０．０２ｍａｓｓ％、Ｔｉ：０．０６〜０．２５ｍａｓｓ％、Ｎｉ：０．２〜３．５ｍａｓｓ％、Ｃｒ：０．２〜２．５ｍａｓｓ％、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなることを特徴とする酸化皮膜耐剥離性に優れるＭＡＧ溶接用ワイヤである。
【０００９】
また、本発明は、アルゴンガスに２〜２０ｖｏｌ％の酸素もしくは５〜５０ｖｏｌ％のＣＯ_２を混合したシールドガスを用いるＭＡＧ溶接用ワイヤであって、Ｃ：０．０１〜０．１０ｍａｓｓ％、Ｓｉ：０．２０〜０．７０ｍａｓｓ％、Ｍｎ：１．０〜１．８ｍａｓｓ％、Ｓ≦０．０２ｍａｓｓ％、Ｔｉ：０．０６〜０．２５ｍａｓｓ％、Ｎｉ：０．２〜３．５ｍａｓｓ％、Ｃｒ：０．２〜２．５ｍａｓｓ％、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなることを特徴とする酸化皮膜耐剥離性に優れるＭＡＧ溶接用ワイヤである。
【００１０】
なお、本発明のＭＡＧ溶接用ワイヤは、上記成分組成に加えてさらに、Ｍｏを０．６ｍａｓｓ％以下含有することが好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明において、溶接用ワイヤの成分組成を上記のように限定する理由について説明する。
Ｃ：０．０１〜０．１０ｍａｓｓ％
Ｃは、溶接金属の強度を確保するのに必要な元素である。Ｃ含有量が０．０１ｍａｓｓ％未満では溶接金属の強度が不足し、一方、０．１０ｍａｓｓ％を超えると溶接金属で割れが発生しやすくなる。そのため、Ｃの添加量は０．０１〜０．１０ｍａｓｓ％に制限する。
【００１２】
Ｓｉ：０．２０〜０．７０ｍａｓｓ％
Ｓｉは、脱酸元素として、溶接用ワイヤに不可欠な元素である。Ｓｉ添加量が０．２０ｍａｓｓ％未満では、脱酸の効果が不十分となり、ブローホールが発生しやすい。一方、０．７０ｍａｓｓ％を超えると、溶接金属中の含有量が過多となり、却って溶接金属の粘性が高くなり過ぎ、ビード部の外観劣化を引き起こす。そのため、Ｓｉの添加量は０．２０〜０．７０ｍａｓｓ％とする。
【００１３】
Ｍｎ：１．０〜１．８ｍａｓｓ％
Ｍｎは、Ｓｉとともに脱酸元素として不可欠な元素であるだけでなく、溶接金属の機械的性質を向上させる元素である。Ｍｎ添加量が１．０ｍａｓｓ％未満では、溶接金属中の含有量が不足し、十分な強度を得ることができない。一方、１．８ｍａｓｓ％を超えて含まれると、溶接金属中の含有量が過多となり、ビード部の外観が劣化する。そのため、Ｍｎの添加量は１．０〜１．８ｍａｓｓ％とする。
【００１４】
Ｓ≦０．０２ｍａｓｓ％
Ｓは、酸化皮膜（スラグ）を剥離し易くする効果がある。しかし、本発明においては、酸化皮膜の剥離性の向上は却って後工程での酸化皮膜の剥離であるところの塗膜の剥離につながる。そのため、Ｓ含有量は少ないほどよく、０．０２ｍａｓｓ％以下に制限する。好ましくは０．０１ｍａｓｓ％以下である。
【００１５】
Ｔｉ：０．０６〜０．２５ｍａｓｓ％
Ｔｉは、Ｓｉ，Ｍｎとともに脱酸元素として必要な元素であり、ブローホールの発生を効果的に防止すると同時に溶接部の靭性をも向上させる効果がある。しかし、ワイヤ中のＴｉ量が０．０６ｍａｓｓ％未満ではこの効果に乏しく、一方、０．２５ｍａｓｓ％を超えて添加すると、溶接金属中でのＴｉ含有量が増加するとともに、スラグ中のＴｉ（Ｔｉ酸化物）の量が多くなり、酸化皮膜の耐剥離性が低下する。そのためＴｉの添加量は０．０６〜０．２５ｍａｓｓ％とする。
【００１６】
Ｎｉ：０．２〜３．５ｍａｓｓ％
Ｎｉは、酸化皮膜と溶融金属の界面を凹凸化し、アンカー効果を発揮して酸化皮膜の耐剥離性を向上させる効果がある。この効果を得るためには、０．２ｍａｓｓ％以上の添加が必要である。一方、Ｎｉ添加量が３．５ｍａｓｓ％を超えると、溶接金属の耐凝固割れ性が劣化して高温割れを生じ易くなる。そのため、Ｎｉの添加量は０．２〜３．５ｍａｓｓ％の範囲とする。
【００１７】
Ｃｒ：０．２〜２．５ｍａｓｓ％
Ｃｒは、酸化皮膜内で網目状酸化物を形成し、皮膜が厚くなるのを抑制する効果を有する。また、酸化皮膜の隙間に入り込むことで、皮膜の耐剥離性を高め、皮膜内割れを抑制する効果もある。すなわち、Ｃｒは、溶接金属の表面に耐剥離性の優れた酸化皮膜を生成させ、剥離を防止するには好適な成分である。このような効果を発揮するためには、０．２ｍａｓｓ％以上の添加が必要である。一方、２．５ｍａｓｓ％を超えて含まれると、ワイヤが硬くなって供給が難しくなる他、溶接金属が脆くなる。そのため、Ｃｒの添加量は、０．２〜２．５ｍａｓｓ％の範囲に制限する。
【００１８】
本発明においては上記必須成分のほかに、必要に応じて、以下の範囲でＭｏを添加することができる。上記必須成分および必要に応じて添加されるＭｏ以外は、Ｆｅおよび不可避的不純物である。
Ｍｏ≦０．６ｍａｓｓ％
Ｍｏは、溶接金属の強度・靭性を改善する効果を有する元素であり、必要に応じて添加することができる。しかし、０．６ｍａｓｓ％を超えて添加すると、溶接金属の強度が高くなりすぎて耐割れ性が劣化するため、その上限は０．６ｍａｓｓ％にするのが好ましい。
【００１９】
なお、本発明に係るワイヤは、ＭＡＧ溶接に用いられることが前提となる。このＭＡＧ溶接におけるシールドガスは、アルゴンガスに２〜２０ｖｏｌ％の酸素もしくは５〜５０ｖｏｌ％のＣＯ_２を混合したものであることが必要である。酸素濃度が２％未満あるいはＣＯ_２濃度が５ｖｏｌ％未満では、シールドガスが不活性となって剥離が起こるほどの酸化皮膜が形成されない。一方、酸素濃度が２０ｖｏｌ％を超えてあるいはＣＯ_２濃度が５０ｖｏｌ％を超えて含まれるようになると、溶接金属の酸化が過剰に進み、酸化皮膜の生成が促進されて容易に剥離するようになるとともにスパッターが多く発生するため好ましくない。
【００２０】
【実施例】
Ｃ：０．０８ｍａｓｓ％、Ｓｉ：０．０１ｍａｓｓ％、Ｍｎ：０．９９ｍａｓｓ％、Ｐ：０．０１９ｍａｓｓ％、Ｓ：０．００２ｍａｓｓ％、Ｃｕ：０．０２ｍａｓｓ％、Ｔｉ：０．００４ｍａｓｓ％およびＮ：０．００３２ｍａｓｓ％の成分組成を有する板厚：３．２ｍｍの熱延鋼板を試験材とし、表１に示したような成分組成を有する溶接ワイヤを用いてＭＡＧ溶接によりすみ肉溶接を行い、図１に示したような重ね継手を作製した。この時の溶接条件は、電圧：２４Ｖ、電流：２３０Ａで、８０ｃｍ／ｍｉｎの溶接速度であった。
【００２１】
このようにして得た溶接部について、溶接部に形成された酸化皮膜の耐剥離性を調査した。溶接部の酸化皮膜の耐剥離性は、室温まで空冷後、ビード部の酸化皮膜の剥離および亀裂の有無を目視で観察し、剥離も亀裂も存在しないものを○、いずれか１つ以上があるものを×として評価した。
【００２２】
上記調査の結果を、表１に併記して示した。この表から明らかなように、本発明に係るＮｏ．１〜５のワイヤを用いてＭＡＧ溶接を行った場合には、耐剥離性に優れた酸化皮膜を得ることができる。これに対して、Ｎｉ，Ｃｒの添加量が本発明外であるＮｏ．６〜９のワイヤを用いた場合には、酸化皮膜の耐剥離性が劣っていることがわかる。
【００２３】
【表１】

【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、溶接ワイヤ中に、シールドガス中の酸素量に応じた脱酸元素を添加するとともにＮｉおよびＣｒを添加することにより、ＭＡＧ溶接によって溶接部に形成される酸化皮膜を、耐剥離性に優れたものとすることができる。その結果、溶接した後の塗装工程後でも、塗膜剥離の問題を生ずることのない溶接部を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例における溶接継手を模式的に示す面図である。

Claims

Ｃ：０．０１〜０．１０ｍａｓｓ％、Ｓｉ：０．２０〜０．７０ｍａｓｓ％、Ｍｎ：１．０〜１．８ｍａｓｓ％、Ｓ≦０．０２ｍａｓｓ％、Ｔｉ：０．０６〜０．２５ｍａｓｓ％、Ｎｉ：０．２〜３．５ｍａｓｓ％、Ｃｒ：０．２〜２．５ｍａｓｓ％、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなることを特徴とする酸化皮膜耐剥離性に優れるＭＡＧ溶接用ワイヤ。
アルゴンガスに２〜２０ｖｏｌ％の酸素もしくは５〜５０ｖｏｌ％のＣＯ_２を混合したシールドガスを用いるＭＡＧ溶接用ワイヤであって、Ｃ：０．０１〜０．１０ｍａｓｓ％、Ｓｉ：０．２０〜０．７０ｍａｓｓ％、Ｍｎ：１．０〜１．８ｍａｓｓ％、Ｓ≦０．０２ｍａｓｓ％、Ｔｉ：０．０６〜０．２５ｍａｓｓ％、Ｎｉ：０．２〜３．５ｍａｓｓ％、Ｃｒ：０．２〜２．５ｍａｓｓ％、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなることを特徴とする酸化皮膜耐剥離性に優れるＭＡＧ溶接用ワイヤ。
上記成分組成に加えてさらに、Ｍｏを０．６ｍａｓｓ％以下含有することを特徴とする請求項１または２に記載のＭＡＧ溶接用ワイヤ。