JP2012170970A

JP2012170970A - 薄鋼板のマグ溶接用ワイヤ

Info

Publication number: JP2012170970A
Application number: JP2011033942A
Authority: JP
Inventors: Akio Kaminaka; 明郎上仲; Keigo Inui; 圭吾乾; Hirotaka Namikawa; 裕隆南川; Osamu Hara; 理原; Hiroki Hirai; 宏樹平井
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 2011-02-18
Filing date: 2011-02-18
Publication date: 2012-09-10

Abstract

【課題】薄鋼板と薄鋼板との間のギャップが大きくても安定した溶接が可能な架橋性に優れた薄鋼板のマグ溶接用ワイヤを提供する。
【解決手段】薄鋼板のマグ溶接用ワイヤを、質量％でＣ：0.04〜0.15％，Si：0.75〜1.00％，Mn：1.00〜2.00％，Cr：0.35〜0.80％を含有し、残部Fe及び不可避的不純物の組成を有するものとする。
【選択図】なし

Description

この発明は薄鋼板のマグ溶接用ワイヤに関する。

近年、自動車では軽量化を目的として薄鋼板（以下単に鋼板とすることがある）のより一層の薄板化，高強度化が進められてきており、これに伴って鋼板と鋼板とを溶接ロボットにて溶接を行ったときに溶接が不十分になり易いといった問題が生じている。

鋼板を薄板化，高強度化したときに、プレス加工時のスプリングバックが大きい等の理由で、プレス加工後の変形量がまちまちとなって加工の精度、即ち加工後の鋼板の形状，寸法の精度が悪化する。

この場合、鋼板端部等の形状が凹凸形状化し易くなることによって、鋼板と鋼板との間にギャップ（隙間）が生じ易くなったり、或いは溶接の狙い位置の変動を生じ易くなる。

従来、鋼板の継手溶接（すみ肉溶接）は、溶接の速度が速く生産性の高いマグ溶接にて行われており、溶接用ワイヤとしてＪＩＳで規定されたＹＧＷ１５，ＹＧＷ１６等のワイヤが使用されているが、この溶接用ワイヤを用いたマグ溶接の場合、例えば図４に示すような板厚２ｍｍの鋼板の重ね継手溶接で鋼板Ｋ-１とＫ-２との間に広いギャップＳ、例えば１．０〜１．５ｍｍくらいのギャップ（隙間）Ｓが生じた場合、同図に示すように溶融した溶接金属が鋼板Ｋ-１とＫ-２との間のギャップ（隙間）Ｓに落ち込む溶落ちが発生したり、またビードが凹陥部Ｈを有する凹みビードとなったりしてしまう（図中の２点鎖線は良好なビード形状の稜線を示している）。

このような溶接不良個所が多く発生して溶接不良となった場合、後工程で作業者が手直しをしているのが実情であるが、この場合手直しのための工程が必要でコスト高となり、また生産性の低下を招いてしまう。
このような事情の下で、鋼板と鋼板との間に生じるギャップ（隙間）が大きくても、安定した溶接が可能なマグ溶接用ワイヤの実現が望まれていた。

尚、本発明に関連する先行技術として下記特許文献１，特許文献２，特許文献３に開示されたものがある。
特許文献１には「自動ティグ溶接用ワイヤ」についての発明が示され、そこにおいてＣ：0.02〜0.15％，Si：0.01〜0.9％，Mn：0.05〜2.5％を含有する化学組成の溶接用ワイヤが、また請求項２において、Cr-Mo綱用として上記の基本成分の他に、更にCr：0.4〜10％，Mo：0.4〜2.4％を含有する溶接用ワイヤが開示されているが、この特許文献１に開示の溶接用ワイヤは、酸素を含有しないシールドガスを用いるティグ溶接用ワイヤであって、酸素含有のシールドガスを用いるマグ溶接のための本発明の溶接用ワイヤとは異なったものであり、基本的な技術において特許文献１に開示のものは本発明とは相異している。

特許文献２には「薄鋼板のガスシールドアーク溶接方法」についての発明が示され、そこにおいて実施例の表２に、比較例Ｃ-２としてＣ：0.11％，Si：0.87％，Mn：1.55％，Cr：0.52％を含有した化学組成の溶接用ワイヤが開示されている。
但しこのＣ-２のものは、その他にNi：2.4％，Mo：0.80％，Ti：0.07％を併せて含有した化学組成のものであり、本発明の溶接用ワイヤとは化学組成の相異なったものである。

特許文献３には「炭酸ガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤ」についての発明が示され、実施例の表１のNo.11として、Ｃ：0.045％，Si：0.92％，Mn：1.36％，Cr：0.51％を含有した組成のワイヤが開示されている。但しこのNo.11のワイヤは、溶接金属の強度を増加させるための成分としてCrとともにNi：0.62％を同時に含有したものであり、本発明の溶接用ワイヤとは異なったものである。

特開平７−１９５１９２号公報特開２００２−４５９６３号公報特開２００１−３５３５９２号公報

本発明は以上のような事情を背景とし、鋼板と鋼板との間のギャップが大きくても安定した溶接が可能な架橋性に優れた薄鋼板のマグ溶接用ワイヤを提供することを目的としてなされたものである。

而して請求項１の薄鋼板のマグ溶接用ワイヤは、質量％でＣ：0.04〜0.15％，Si：0.75〜1.00％，Mn：1.00〜2.00％，Cr：0.35〜0.80％を含有し、残部Fe及び不可避的不純物の組成を有することを特徴とする。
尚本発明において、薄鋼板とは板厚が４ｍｍ以下の鋼板を意味する。

発明の作用・効果

本発明は、マグ溶接用ワイヤにCrを0.35〜0.80％含有させ、またSiを0.75〜1.00％と高めに含有させた点を１つの特徴としている。
鋼板と鋼板との間にギャップが生じたとき、そこに溶融した溶接金属が落ち込む溶落ちの現象を生じ易いのは、溶融した溶接金属の粘性が低いことによるものと考えられる。
本発明はこの点に着眼し、溶接用ワイヤにCrを上記所定量含有させることで、溶融した溶接金属の粘性を高めている。

本発明は、Crの所定量の含有と併せて上記のようにSiを高めに含有させているが、これは次のような意味を有している。
酸素を含有したシールドガスを用いて溶接を行うマグ溶接では、溶融した溶接金属中にシールドガスからの酸素が入り込んで来るのを避けられない。

本発明において、ワイヤ中に高めに含有させたSiは、溶融した溶接金属中に入り込んだ酸素を効果的に脱酸し、これにより溶接金属の粘性を高める働きをなす。

本発明では、ワイヤへの所定量のCrの含有による効果と、溶接金属からのSiによる脱酸による効果とによって、溶融した溶接金属の粘性を高め、そのことによってマグ溶接において鋼板と鋼板との間のギャップへの溶接金属の溶落ちを効果的に抑制し、溶接をきれいなビード形状で良好に行うことが可能となる。

尚本発明において、ワイヤにCrを添加することによってワイヤの引張強さが向上する。その効果として、ワイヤを所定経路に沿って送給し、そしてコンタクトチップから突き出させたときにワイヤの直進性が高くなり、これにより狙いの位置に真直ぐにワイヤを送り出し易くなって、ビードの形成性が良好となる利点も得られる。

次に本発明のマグ溶接用ワイヤの各化学成分の限定理由を説明する。
Ｃ：0.04〜0.15％
Ｃは、主として強度を確保するために含有させる。その含有量が0.04％未満であると必要な溶接金属の強度が得られない。従ってその下限を0.04％とする。
一方0.15％を超えて多く含有させると溶接割れが生じ易くなるので、上限を0.15％とする。

Si：0.75〜1.00％
Siは、溶接金属の脱酸作用によって溶融した溶接金属の粘性を高め、崩れ難い溶接ビードを形成する働きを有する。
但しその含有量が0.75％未満であるとその効果は十分に発揮できず、ビードが崩れ、必要なのど厚が確保できなくなる。
一方1.00％を超えて多く含有させても、ビード形成性の向上効果が小さい一方で、溶接金属の靭性が低下してしまう。従って本発明ではその上限を1.00％とする。

Mn：1.00〜2.00％
Mnは主に強度を確保するために含有させる。含有量が1.00％未満であると溶接金属の強度，靭性が低下し、またブローホールが発生する。
一方2.00％を超えて含有させても溶接金属の強度，靭性の向上効果が飽和し、またブローホールの抑制効果も飽和するため、上限を2.00％とする。

Cr：0.35〜0.80％
Crは溶融した溶接金属の粘性を高め、崩れ難い溶接ビードを形成する働きを有する。
その含有量が0.35％未満であるとその効果が十分に得られずにビード形状が崩れ、必要なのど厚を確保できなくなる。
他方0.85％を超えて多量に含有させてもビード形成性の向上効果が小さく、また溶接金属の靭性が低下してしまうので上限を0.80％とする。

Ni：≦0.40％
Niは溶融した溶接金属の粘性を低くし、ビード形状の崩れ、必要なのど厚を確保できなくなる原因となるため、本発明において望ましくない成分である。
従ってNiは不可避的不純物として含有される場合においても、その含有量を0.40％以下に規制することが望ましい。

溶接試験の設定条件を示した図である。良好溶接ビード長さの評価のための、のど厚の測定個所を示した図である。溶着金属の吸収エネルギーを測定するための溶接の設定条件を示した説明図である。鋼板と鋼板との間に生じるギャップによって溶接不良が生じることを説明した説明図である。

表１に示す化学組成のマグ溶接用ワイヤを用いて、図１に示す板厚が各２ｍｍの鋼板（薄鋼板）Ｋ-１，Ｋ-２の重ねすみ肉溶接を行った。
ここでは鋼板Ｋ-１とＫ-２との間にギャップＳとして１．５ｍｍを設定し、図１に示す狙い位置で、ワイヤ側をプラス，母材（鋼板）側をマイナスとする逆極性のパルスマグ溶接を行い、良好溶接ビード長さ，溶接割れの有無の各評価を行った。
尚、具体的な溶接条件は以下とした。
また良好溶接ビード長さ，溶着金属の吸収エネルギー，溶接割れの有無の各項目の評価は次のようにして行った。

＜溶接条件＞
溶接条件は以下の通りとした。
シールドガス Ar＋20％CO_２
母材 SAPH440 板厚2.0ｍｍ×幅50ｍｍ×長さ250ｍｍ
溶接姿勢横向き重ねすみ肉溶接
ワイヤ送給速度７．０ｍ／ｍｉｎ
アーク電圧２４Ｖ
溶接速度１００ｃｍ／ｍｉｎ
チップ母材間距離１５ｍｍ

＜良好溶接ビード長さの評価＞
２００ｍｍの溶接長で溶接を行い、図２に示すのど厚ｄが１．４ｍｍ（板厚２ｍｍ×０．７）に達しない溶接個所の全長さを、全溶接長２００ｍｍから差し引いた値を良好溶接ビード長さとした。

＜溶接割れの有無＞
溶接割れの有無は、溶接個所の断面の目視観察で割れが確認されたか、確認されなかったかで評価を行った。
評価は、良好ビード部分で切断して試験片を最大で５本採取し、試験片の断面を観察して評価を行った。

＜溶着金属の吸収エネルギーの評価＞
上記の良好溶接ビード長さ，溶接割れの有無の評価とは別途に、溶着金属の吸収エネルギーの評価を次のようにして行った。
ＪＩＳＺ３１１１の溶着金属の引張り及び衝撃試験方法に準拠してシャルピー衝撃試験（試験温度：−２０℃，ノッチ：２ｍｍＶ）を行い、吸収エネルギーを測定した。
衝撃試験片はＪＩＳＺ２２０２に準拠した。

尚溶接は図３に示すように６層１９パスで行った。具体的な溶接条件は以下の通りである。
シールドガス Ar＋20％CO_２
母材 SM490A 板厚20mm×幅200mm×長さ300mm
溶接電流２５０Ａ
アーク電圧２７Ｖ
溶接速度４０ｃｍ／ｍｉｎ
チップ母材間距離２０ｍｍ
尚、図３中の１０は試験片をその採取位置とともに示している。
これらの結果が表１に併せて示してある。
尚、溶着金属の吸収エネルギーの評価については、ＪＩＳＹＧＷ１５の規格である≧４７Ｊを目標値とした。

表１において、ＪＩＳＹＧＷ１６に相当する比較例１及びＪＩＳＹＧＷ１２に相当する比較例６，更にＪＩＳＹＧＷ１５に相当する比較例１１では、Crが含有されていないことによって良好溶接ビード長さが短い。

Si含有量が0.72％で本発明の下限値である0.75％よりも少ない比較例２では、良好溶接ビード長さが目標値である２００ｍｍまで達していない。
逆にSi含有量が1.14％で本発明の上限値である1.00％よりも多い比較例３では、良好溶接ビード長さについては目標値を満たしているものの、溶着金属の吸収エネルギーの値が目標値よりも低い値となっている。

Ｃ含有量が0.17％で本発明の上限値である0.15％よりも多い比較例４では、良好溶接ビード長さ，溶着金属の吸収エネルギーについては目標値を満たしているものの、溶接割れが発生している。
Mn含有量が0.93％で本発明の下限値の1.00％よりも少ない比較例５では、溶着金属の吸収エネルギーの値が目標値を満たしていない。

Cr含有量が0.15％で本発明の下限値の0.35％よりも少ない比較例７では、良好溶接ビード長さの値が低く、またCr含有量が同じく0.33％と低い比較例８においても、良好溶接ビード長さが目標値まで達していない。
一方Cr含有量が0.82％で本発明の上限値の0.80％よりも多い比較例９では、良好溶接ビード長さについては目標値を満たしているものの、溶着金属の吸収エネルギーの値が低い値となっている。

Si含有量が0.56％で本発明の下限値よりも少なく、またCr含有量が0.26％で本発明の下限値よりも少ない比較例１０では、良好溶接ビード長さの値が低い値となっており、またNi含有量が0.45％と多い比較例１２では、良好溶接ビード長さの値が目標値に達していない。
これに対して実施例１〜６の何れも、良好溶接ビード長さ，溶着金属の吸収エネルギー，溶接割れの有無等の各特性が目標値を満たしている。

以上本発明の実施形態を詳述したがこれはあくまで一例示であり、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲において種々変更を加えた態様で実施可能である。

Claims

質量％で
Ｃ：0.04〜0.15％
Si：0.75〜1.00％
Mn：1.00〜2.00％
Cr：0.35〜0.80％
を含有し、残部Fe及び不可避的不純物の組成を有することを特徴とする薄鋼板のマグ溶接用ワイヤ。