JP2005324230A - Znめっき鋼板の重ね溶融溶接方法及びFe系溶加材 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】Znめっき鋼板の重ね溶融溶接方法において、Feを主成分としAl、Si及びMnよりなる粘性低下金属の群から選ばれる少なくとも一種を下記(a)式を満たす含有量で含むFe系溶加材を、溶融池中に混入させる。溶融池の低粘度化により、Zn蒸気が溶融池内を移動しやすくなるため、Znめっき層のZnがガス化して溶融池中に存在するZn蒸気を溶融池内を通して板面から逃がすことができる。
0.27Al(%)+0.044Si(%)+0.035Mn(%)≧0.32 …(a)
【選択図】 なし
Description
0.27Al(%)+0.044Si(%)+0.035Mn(%)≧0.32 …(a)
ここに、前記(a)式中の「%」は「質量%」を意味する。また、以下の説明において、単に「%」と記載されているものは全て「質量%」を意味する。
0.27Al(%)+0.044Si(%)+0.035Mn(%)≧0.32 …(a)
本実施例は、レーザ熱によりZnめっき鋼板の母材及びFe系溶加材を溶融させるレーザ溶接を利用して、Znめっき鋼板を重ね溶融溶接するものである。
Znめっき鋼板として、母材の表裏両面にZnめっき層を形成してなる(Zn目付量は片面当たり45g/m2 )板厚t=0.8mmの溶融化亜鉛めっき鋼板(SCGA270−45/45)を準備した。
前記Znめっき鋼板を2枚重ね合わせた。このとき、両Znめっき鋼板間の隙間は零とした。
そして、Znめっき鋼板の重ね合わせ部の板面に対してレーザ光の光源を略水平方向に所定速度で移動させながら、同板面に対して略垂直方向(重ね合わせ方向)から所定出力のレーザ光をレーザ溶接後に溶接部となる所定の溶接線上に照射し、レーザ光が照射された加熱部において、重ね合わされた両Znめっき鋼板の両母材の全体が溶融した溶融池を形成した。このとき、形成された溶融池に対して、レーザ光の移動方向後方から前記コアードワイヤ10を所定の供給量で連続的に供給した。こうして、レーザ光の照射により形成された溶融池に前記コアードワイヤ10を固形状態で連続的に供給しながらレーザ溶接をすることにより、両Znめっき鋼板を重ねレーザ溶接した。このときの溶接条件は以下のとおりである。
レーザ出力:3.0kW
溶接速度:2.0m/min
コアードワイヤの供給量:3.0m/min
なお、この接合工程では、前記コアードワイヤ10を固形状態で前記溶融池に供給し、この溶融池の熱によりコアードワイヤ10を溶融して、溶融池の母材溶融金属とコアードワイヤ10の溶融金属とを混合した。
本実施例では、金属粉末2としてAl粉末とSi粉末とを用いて、前記コアードワイヤ10を製造した。
本実施例では、金属粉末2としてSi粉末とMn粉末とを用いて、前記コアードワイヤ10を製造した。
表面にZnめっき層が形成されていない2枚の裸鋼板(SPC270D、板厚t=0.8mm)を準備し、これらを重ね合わせた。このとき、両裸めっき鋼板間の隙間は零とした。
前記実施例1と同様のZnめっき鋼板を2枚準備し、これらを重ね合わせた。このとき、両Znめっき鋼板間の隙間は零とした。
金属粉末2としてAl粉末を用いて、コアードワイヤを製造した。
金属粉末2としてAl粉末を用いて、コアードワイヤを製造した。
金属粉末2としてSi粉末を用いて、コアードワイヤを製造した。
金属粉末2としてMn粉末を用いて、コアードワイヤを製造した。
前記実施例1〜3及び前記比較例1〜6において、溶接前重量から溶接後重量を引いた重量減少量(溶接長100mm当たり)を、下記(b)式により求めて、重ねレーザ溶接の良否を評価した。その結果を表1に示す。
なお、前記溶接前重量とは、重ねレーザ溶接する前の2枚の鋼板の総重量のことであり、前記溶接後重量とは、2枚の鋼板を重ねレーザ溶接した後の総重量のことであり、コアードワイヤの添加重量とは、重ねレーザ溶接する際に溶融池中に添加されたコアードワイヤの重量のことである。
前記表1に示すZnめっき鋼板同士をレーザ溶接したNo.2〜9の結果について、Fe系溶加材としてのコアードワイヤを添加せずにレーザ溶接したNo.2における各粘性低下金属の含有量を0%として、重回帰分析による多変量解析を行うことにより、Fe系溶加材における粘性低下金属の含有量と重量減少量との相関関係を調べた。
yi =b1 ・x1i+b2 ・x2i+b3 ・x3i+b0 +εi …(d)
εi =yi −Yi
=yi −(b1 ・x1i+b2 ・x2i+b3 ・x3i+b0 ) …(e)
Σ(εi )2 =Σ(yi −b1 ・x1i−b2 ・x2i−b3 ・x3i−b0 )2 …(f)
そうすると、上記(f)式の残差平方和Σ(εi )2 が最小になるようなb0 、b1 、b2 、b3 を求めることにより、上記(d)式で示される重回帰式を得ることができる。
f=Σ(yi −b1 ・x1i−b2 ・x2i−b3 ・x3i−b0 )2 …(g)
とすれば、上記(g)式をb0 、b1 、b2 、b3 で偏微分した∂f/∂b0 、∂f/∂b1 、∂f/∂b2 、∂f/∂b3 、∂f/∂b0 をそれぞれ0とおくことにより、下記(h)〜(k)式で示される4つの正規方程式を得ることができる。
Σx1i(yi −b1 ・x1i−b2 ・x2i−b3 ・x3i−b0 )=0 …(i)
Σx2i(yi −b1 ・x1i−b2 ・x2i−b3 ・x3i−b0 )=0 …(j)
Σx3i(yi −b1 ・x1i−b2 ・x2i−b3 ・x3i−b0 )=0 …(k)
したがって、これら連立方程式を解くことにより、上記(g)式、すなわち上記(f)式で示される残差平方和Σ(εi )2 を最小にするb0 、b1 、b2 、b3 を得て、上記(d)式で示される重回帰式を得ることができる。
したがって、コアードワイヤにおけるAl含有量、Si含有量及びMn含有量と重量減少量との間には、下記(m)式で示される相関関係があることがわかった。
ここに、前述のとおり、重量減少量が0.12g/100mm以下であれば実用上問題なく、また、重量減少量が0.10g/100mm以下であればブローホール等の溶接欠陥が極めて少ない良好な溶接ができる。このため、下記(a)式を満たす関係であればブローホール等の溶接欠陥を効果的に防止することができることが確認できた。
0.27Al(%)+0.044Si(%)+0.035Mn(%)≧0.32 …(a)
(比較例7)
外径がφ=1.2mmで、合金組成がFe−0.35Si−1.5MnのFe合金よりなるFe系ワイヤを準備した。
前記実施例3、前記比較例2及び前記比較例7について、重ねレーザ溶接後の溶接部をレーザの照射側から見た外観写真を図3、図4及び図5に示す。
(実施例4)
本実施例は、主にレーザ熱によりZnめっき鋼板の母材を溶融させるレーザ溶接と、Fe系溶加材としての前記コアードワイヤ10を消耗電極としてアークを発生させアーク熱により該コアードワイヤ10を溶融させるアーク溶接とを併用したものである。
前記Znめっき鋼板を2枚重ね合わせた。このとき、両Znめっき鋼板間の隙間は零とした。
そして、Znめっき鋼板の重ね合わせ部の板面に対してレーザ光の光源を略水平方向に所定速度で移動させながら、同板面に対して略垂直方向(重ね合わせ方向)から所定出力のレーザ光をレーザ溶接後に溶接部となる所定の溶接線上に照射し、レーザ光が照射された加熱部において、重ね合わされた両Znめっき鋼板の両母材の全体が溶融した溶融池を形成した。このとき、形成された溶融池に対して、レーザ光の移動方向後方から前記コアードワイヤ10を所定の供給量で連続的に供給しながら、MIGアークにより、両Znめっき鋼板を重ねレーザ溶接した。このときの溶接条件は以下のとおりである。
レーザ出力:2.0kW
溶接速度:2.0m/min
コアードワイヤの供給量:3.0m/min
アーク電流:100A
アーク電圧:20V
なお、この接合工程では、アーク熱により前記コアードワイヤ10が完全に溶融するとともに一方の前記Znめっき鋼板の母材表面が部分的に溶融し、かつ、レーザ熱により前記両Znめっき鋼板の両母材が完全に溶融することにより、両母材が溶融した溶融池に前記コアードワイヤ10が溶融した状態で混入される。
前述の実施例では、レーザ熱によりZnめっき鋼板の母材を溶融させる例について説明したが、プラズマアーク等を利用したアーク熱によってZnめっき鋼板の母材を溶融させる他の溶融溶接方法であっても、本発明を適用することが可能である。
10…コアードワイヤ(Fe系溶加材)
Claims (6)
- 母材表面にZnめっき層を形成してなるZnめっき鋼板同士を重ね合わせる重ね合わせ工程と、この重ね合わせ部の所定部位を加熱して両該母材が溶融した溶融池とし、該溶融池を冷却、凝固させることにより両該Znめっき鋼板の該母材同士を一体的に接合する接合工程とを備え、
前記接合工程で、Feを主成分としAl、Si及びMnよりなる粘性低下金属の群から選ばれる少なくとも一種を下記(a)式を満たす含有量で含むFe系溶加材を、前記溶融池中に混入させることを特徴とするZnめっき鋼板の重ね溶融溶接方法。
0.27Al(%)+0.044Si(%)+0.035Mn(%)≧0.32 …(a) - 前記Fe系溶加材は、Fe系外皮と、該Fe系外皮内に充填された金属粉末及び/又は合金粉末とからなるコアードワイヤよりなり、
前記金属粉末は前記粘性低下金属の群から選ばれる少なくとも一種の金属粉末であり、前記合金粉末は前記粘性低下金属の群から選ばれる少なくとも二種よりなる合金粉末のうちの少なくとも一種であることを特徴とする請求項1記載のZnめっき鋼板の重ね溶融溶接方法。 - 前記接合工程で、前記重ね合わせ部の所定部位にレーザ光を照射してレーザ熱により両前記母材及び前記Fe系溶加材を溶融させることを特徴とする請求項1又は2記載のZnめっき鋼板の重ね溶融溶接方法。
- 前記接合工程で、前記重ね合わせ部の所定部位にレーザ光を照射して主にレーザ熱により両前記母材を溶融させるとともに、アーク熱により前記Fe系溶加材を溶融させることを特徴とする請求項1記載のZnめっき鋼板の重ね溶融溶接方法。
- 前記接合工程で、前記重ね合わせ部の所定部位にレーザ光を照射して主にレーザ熱により両前記母材を溶融させるとともに、前記コアードワイヤを消耗電極としてアークを発生させアーク熱により該コアードワイヤを溶融させることを特徴とする請求項2記載のZnめっき鋼板の重ね溶融溶接方法。
- Znめっき鋼板の重ね溶融溶接方法に用いられるFe系溶加材であって、
Fe系外皮と、Fe系溶加材全体を100%としたときAl、Si及びMnよりなる粘性低下金属の群から選ばれる少なくとも一種を下記(a)式を満たす含有量で含むように、該Fe系外皮内に充填された金属粉末及び/又は合金粉末と、からなるコアードワイヤよりなることを特徴とするFe系溶加材。
0.27Al(%)+0.044Si(%)+0.035Mn(%)≧0.32 …(a)
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