JP2006272351A

JP2006272351A - 亜鉛めっき鋼板のｍａｇ溶接用シールドガスおよびこのシールドガスを使用した溶接方法

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Publication number: JP2006272351A
Application number: JP2005091198A
Authority: JP
Inventors: Katsunori Wada; 勝則和田; Toshikazu Kamei; 俊和亀井
Original assignee: Taiyo Nippon Sanso Corp
Current assignee: Taiyo Nippon Sanso Corp
Priority date: 2005-03-28
Filing date: 2005-03-28
Publication date: 2006-10-12
Anticipated expiration: 2025-03-28
Also published as: US20060213874A1; US20080053966A1; CN1840283B; MY137853A; JP4006009B2; CN1840283A; US7718915B2

Abstract

【課題】亜鉛めっき鋼板のＭＡＧ溶接法による重ね隅肉溶接に際して、溶接部にブローホールやピットが発生しないようにするためのシールドガスを得る。
【解決手段】亜鉛めっき鋼板を重ね隅肉溶接により、炭素鋼ソリッドワイヤを用いてＭＡＧ溶接する際のシールドガスとして、酸素ガス８〜１５容量％、好ましくは８．５〜１２容量％と、炭酸ガス２０〜３０容量％と、残部がアルゴンからなる３種混合ガスを用いる。
【選択図】図２

Description

本発明は、鋼板表面に防食を施した亜鉛めっき鋼板のＭＡＧ（メタルアクティブガス）溶接方法に関するものである。

自動車関連機器や事務機器関連部品では、耐食性や光沢の美しさから亜鉛めっき鋼板が広く用いられている。亜鉛めっき鋼板は、薄板鋼板の鉄地の表面に亜鉛めっきを施したものである。
しかし、この亜鉛めっき鋼板をＭＡＧ溶接する場合、鋼板表面から鉄（融点：１５３５℃、沸点：２７５０℃）より低い融点と沸点を持った亜鉛（融点：４１９℃、沸点９０７℃）が、溶接時に溶融池に侵入し、その亜鉛蒸気と共に大気を巻き込み、溶接金属の凝固過程で浮上しきれずに気泡として残存し、ピットやブロ−ホ−ルが多発する問題が生じる。ピットが生じると本来の強度が得られないという問題が生じ、ピットが発生した場合には、手直しが行われている。さらに亜鉛めっき鋼板を高速で溶接すると、一層とピットやブローホール等が生じ好ましくない。

このような問題点を解決するために、従来では
１．予め溶接線上から亜鉛を機械的に除去する事が行われていた。しかし、この方法は除去するための工程が増え、コストアップの要因となる問題が生じる。
２．また溶融金属の粘性を上げるため、例えばＳｉ，Ｍｎなどを多く含有した亜鉛めっき鋼板用溶接ワイヤを用い、亜鉛蒸気を浮上させないことでピットを防止する事が行われている。また、逆に溶融金属の粘性を下げるため、例えばＳｉ，Ｍｎなどを少なく含有した亜鉛めっき鋼板用溶接ワイヤを用い、亜鉛蒸気を浮上させて、ブローホール及びピットを防止する事が行われている。しかし、これらのワイヤを用いてもあまり効果がないのが現状である。

３．酸素ガス、炭酸ガス及び残部アルゴンかなる３種混合ガスを用いて、酸素ガスの酸化反応により、亜鉛を酸化させて亜鉛蒸気を押さえることで、ブローホール及びピットを防止する方法が開示されている。また、酸素ガスにより溶融金属の表面張力が下がり溶融金属中の気孔が容易に浮上することからブローホールやピットを防止する方法が開示されている。しかし溶接速度は１２０ｃｍ／ｍｉｎが開示されているのみである。
特許第２６６８１２５号公報

よって、本発明における課題は、亜鉛めっき鋼板のＭＡＧ溶接法による重ね隅肉溶接に際して、溶接部にブローホールやピットが発生しないようにするためのシールドガスを得ることにある。

かかる課題を解決するため、
請求項１にかかる発明は、亜鉛めっき鋼板の重ね隅肉溶接を、炭素鋼ソリッドワイヤを用いてＭＡＧ溶接するためのシールドガスであって、
その組成が、酸素ガス８〜１５容量％、炭酸ガス２０〜３０容量％、残部がアルゴンからなる３種混合ガスであることを特徴とする亜鉛めっき鋼板のＭＡＧ溶接用シールドガスである。

請求項２にかかる発明は、亜鉛めっき鋼板の重ね隅肉溶接を、炭素鋼ソリッドワイヤを用いてＭＡＧ溶接するためのシールドガスであって、
その組成が、酸素ガス８．５〜１２容量％、炭酸ガス２０〜３０容量％、残部がアルゴンからなる３種混合ガスであることを特徴とする亜鉛めっき鋼板のＭＡＧ溶接用シールドガスである。

請求項３にかかる発明は、酸素ガス８〜１５容量％、炭酸ガス２０〜３０容量％、残部がアルゴンからなる３種混合ガスをシールドガスとして用い、亜鉛めっき鋼板の重ね隅肉溶接を、炭素鋼ソリッドワイヤを用いてＭＡＧ溶接することを特徴とする亜鉛めっき鋼板のＭＡＧ溶接方法である。

請求項４にかかる発明は、酸素ガス８．５〜１２容量％、炭酸ガス２０〜３０容量％、残部がアルゴンからなる３種混合ガスをシールドガスとして用い、亜鉛めっき鋼板の重ね隅肉溶接を、炭素鋼ソリッドワイヤを用いてＭＡＧ溶接することを特徴とする亜鉛めっき鋼板のＭＡＧ溶接方法である。

本発明によれば、酸素ガス８〜１５容量％、好ましくは８．５〜１２容量％と、炭酸ガス２０〜３０容量％と残部がアルゴンからなる３種混合ガスのＭＡＧ溶接用シールドガスを用いることで、溶接部でのブローホールやピットの発生が抑えられる。また、溶接速度を高めることができ、例えば、溶接速度１２５ｃｍ／ｍｉｎ以上とすることができる。

以下、本発明を詳しく説明する。
本発明は、亜鉛めっき鋼板を重ね隅肉溶接により、炭素鋼ソリッドワイヤを用いてＭＡＧ溶接する際のシールドガスとして、酸素ガス８〜１５容量％、好ましくは８．５〜１２容量％と、炭酸ガス２０〜３０容量％と、残部がアルゴンからなる３種混合ガスを用いるものである。

ここで、このシールドガス中の酸素濃度が８容量％未満ではピット、ブローホールが発生し、溶接部の強度が不足し、１５容量％を越えるとピット、ブローホールが発生し、溶接部の強度が不足する。また、炭酸ガス濃度が２０容量％未満ではピット、ブローホールが発生し、溶接部の強度が不足し、３０容量％を越えると、ピット、ブローホールが発生し、溶接部の強度が不足する。
また、このシールドガスの溶接トーチからの吐出流量は、通常１５〜２５リットル／分の範囲にされるが、この範囲に限定されることはなく、溶融池が十分このシールドガスで覆われるようにすればよい。

また、溶接対象となる亜鉛めっき鋼板としては、いかなるものでもよく、特に限定されない。また、２枚以上の亜鉛めっき鋼板を互いに溶接する形態以外に、亜鉛めっき鋼板と他の鋼材とを溶接する形態も本発明の対象となる。

また、炭素鋼ソリッドワイヤとしては、ＪＩＳＺ−３３１２「軟鋼及び抗張力鋼用マグ溶接ソリッドワイヤ」に規定される溶接ワイヤ、例えばＹＧＷ−１７、−１８、−１９などを使用することができる。重ね隅肉溶接に関しては、周知の溶接形態であって、これをそのまま適用でき、特に本発明において限定されるものではない。
さらに、ＭＡＧ溶接法も、周知の溶接法であり、二酸化炭素などの活性ガスをシールドガスとしてアーク溶接するものであって、市販のＭＡＧ溶接機を用いて実施でき、本発明では、このシールドガスに上記３種混合ガスをもちいるものである。

ＭＡＧ溶接における溶接アーク電圧は、通常１４〜３６Ｖ程度、溶接電流は４０〜３５０Ａ程度とされるが、この範囲に限定されるものではない。

このようなシールドガスを用いることにより、溶接部にブローホールやピットなどの欠陥が発生することが低減する。しかも、溶接速度を１２５ｃｍ／ｍｉｎ以上にでき、溶接電流を増加することで、ブローホールやピットを発生することなく、２００ｃｍ／ｍｉｎ程度にまで上げることができる。

以下、具体例を示して、本発明の作用効果を明確にする。
本発明の亜鉛めっき鋼板のＭＡＧ溶接用のシールドガスについての具体例を例示して説明する。本発明のシールドガスの特徴・効果を確認するため、以下に示す溶接例を実施し、各種特性の確認試験を行った。

（例１）
例１として、図１に示すように、板厚２．３ｍｍの亜鉛めっき鋼板１、１を用いて、上板と下板の隙間ｔを０ｍｍ、トーチ２の傾斜角度αを３０度とし、溶接速度を変化させて溶接部の長さが２５０ｍｍのＭＡＧ溶接を行い、ピットおよびブローホールの発生状況を確認した。

ガス種として、アルゴンガス及び炭酸ガス並びに酸素ガスの３種類からなる混合ガスを用い、その組成（容量％）を変化させＭＡＧ溶接を行った。比較用として、広く一般的に使われているＭＡＧ用のシールドガス（Ａｒ−２０％ＣＯ_２）を用いた。

＜溶接条件＞
溶接方式：消耗式電極溶接、パルスアーク
溶接母材：亜鉛めっき鋼板・板厚２．３ｍｍ
溶接方法：重ね隅肉溶接
溶接ワイヤ：ＪＩＳＹＧＷ−１７、径１.２ｍｍ
チップ母材間距離：１５ｍｍ
トーチ傾斜角度：３０度
溶接速度：１００〜１７５ｃｍ／ｍｉｎ
アーク電圧：２２．５〜２４．５Ｖ
溶接電流：２２５Ａ
なお、この例１では溶接電流、ワイヤ総供給量を一定として、溶接速度を変化させた。

結果を表１、表２および図２に示す。
表１は、溶接部に発生したピットの数を外観で観察して示し、ピット数が２個以下を合格とした。
表２は、ビード中央部を切断して、その切断面を観察してブローホールの発生の有無を調べ、発生のないものを合格とした。
また、図２は、上記切断面の写真である。

例１では、溶接電流２２５Ａで固定すると、溶接速度１７５ｃｍ／ｍｉｎ以上では、溶接金属が不足してしまうため、のど厚や脚長が不足してしまう。溶接電流を上げることでさらに溶接速度を高めることができる。

（例２）
例２として、トーチ傾斜角度、溶接速度、アーク電圧、溶接電流以外は例１と同じ条件としてＭＡＧ溶接を行った。上板と下板との間隔ｔは１ｍｍとした。
トーチ傾斜角度：４５度
溶接速度：１３０〜１９０ｃｍ／ｍｉｎ
アーク電圧：２４〜２７．５Ｖ
溶接電流：２８０〜３５０Ａ
溶接速度が速くなると電流一定では、溶接金属の量が減ってしまうため、速度の上昇とともに電流も上げ、溶接金属の量が不足しないように溶接を行った。

結果を表３および表４ならびに図３および図４に示す。
表３および図３の結果は、シールドガスとして、炭酸ガス２０容量％、酸素１２容量％、残部アルゴンを用い、従来のシールドガスの炭酸ガス２０容量％、残部アルゴンを用いたものとの比較を示す。
表４および図４は、シールドガスとして、炭酸ガス３０容量％、酸素１２容量％、残部アルゴンを用い、同様の従来のシールドガスを用いたものとの比較を示す。ブローホールの判定、評価は、発生してしていないものを○で、発生したものを×で示した。

なお、溶接電源を最大３５０Ａまで上げると、溶接速度を１９０ｃｍ／ｍｉｎ以上とすることができた。しかし電流３５０Ａでは溶接速度１９０ｃｍ／ｍｉｎが限度であり、のど厚不足、アンダーカット、凸ビードが生じる。しかし、例１の結果を併せ、溶接電流を上げれば本問題は解消可能である。

上記例１および例２の結果をまとめ、シールドガスの組成とピットとブローホールの生成の状況との関係を表５に示す。

表５の結果から、シールドガスとして、酸素ガス８〜１５容量％、好ましくは８．５〜１２容量％と、炭酸ガス２０〜３０容量％と、残部がアルゴンからなる３種混合ガスを用いることにより、溶接部にブローホールやピットが発生しないことが明らかである。
なお、表５において、ピットの欄の◎はピットが発生していないことを、○は受圧巻発生するが判定基準以内であることを、△は判定基準よりも若干多く発生していることを、×は多発していることを表す。また、ブローホールの欄の○はブローホールが発生していないことを、△は溶接速度１７５ｃｍ／ｍｉｎ以上でブローホールが発生していることを、×は溶接速度１２５ｃｍ／ｍｉｎまたは１５０ｃｍ／ｍｉｎ以上でブローホールが発生していることを表す。

具体例での溶接状況を示す概略図である。具体例でのビードの切断面を示す写真である。具体例でのビードの切断面を示す写真である。具体例でのビードの切断面を示す写真である。

Claims

亜鉛めっき鋼板の重ね隅肉溶接を、炭素鋼ソリッドワイヤを用いてＭＡＧ溶接するためのシールドガスであって、
その組成が、酸素ガス８〜１５容量％、炭酸ガス２０〜３０容量％、残部がアルゴンからなる３種混合ガスであることを特徴とする亜鉛めっき鋼板のＭＡＧ溶接用シールドガス。
亜鉛めっき鋼板の重ね隅肉溶接を、炭素鋼ソリッドワイヤを用いてＭＡＧ溶接するためのシールドガスであって、
その組成が、酸素ガス８．５〜１２容量％、炭酸ガス２０〜３０容量％、残部がアルゴンからなる３種混合ガスであることを特徴とする亜鉛めっき鋼板のＭＡＧ溶接用シールドガス。
酸素ガス８〜１５容量％、炭酸ガス２０〜３０容量％、残部がアルゴンからなる３種混合ガスをシールドガスとして用い、亜鉛めっき鋼板の重ね隅肉溶接を、炭素鋼ソリッドワイヤを用いてＭＡＧ溶接することを特徴とする亜鉛めっき鋼板のＭＡＧ溶接方法。
酸素ガス８．５〜１２容量％、炭酸ガス２０〜３０容量％、残部がアルゴンからなる３種混合ガスをシールドガスとして用い、亜鉛めっき鋼板の重ね隅肉溶接を、炭素鋼ソリッドワイヤを用いてＭＡＧ溶接することを特徴とする亜鉛めっき鋼板のＭＡＧ溶接方法。