JP2017225986A - ガスシールドアーク溶接方法及び溶接構造物の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高張力鋼板、特に引張強さが７８０ＭＰａ以上の鋼板を溶接するにあたり、溶接部の耐疲労性及び耐食性（塗装性）に優れ、かつ、溶接を低コストで行うことができるガスシールドアーク溶接方法並びに溶接構造物の製造方法を提供すること。【解決手段】溶接トーチを介して消耗式電極を送給し、シールドガスを流しながら、引張強さが７８０ＭＰａ以上の鋼板の溶接を行うガスシールドアーク溶接方法であって、前記消耗式電極は、前記消耗式電極の全質量に対する質量％で、Ｃ：０．２０％以下（０％を含む）、Ｓｉ：０．５０％以下（０％を含む）、Ｍｎ：０．５０％以下（０％を含む）、Ｃｒ：１．００〜９．００％、Ｓ：０．００２０〜０．０６００％、及びＮｉ：０．５０％以下（０％を含む）を含有し、かつ、前記シールドガスは、体積％で、ＣＯ２及びＯ２から選ばれる少なくとも１種の合計：１〜１５％を含み、残部がＡｒ及び不可避的不純物であり、下記式（１）を満たす条件で溶接を行う、ガスシールドアーク溶接方法。１≦｛−０．０５×［ＣＯ２＋Ｏ２］｝＋［Ｃｒ］≦８．３ （１）（式（１）中、［Ｃｒ］は前記消耗式電極中のＣｒの含有量（質量％）を表し、[ＣＯ２＋Ｏ２]は前記シールドガス中のＣＯ２及びＯ２から選ばれる少なくとも１種の合計量（体積％）を表す。）【選択図】なし

Description

本発明は、ガスシールドアーク溶接方法及び溶接構造物の製造方法に関する。

車両、建設機械、橋梁等の分野において、軽量化を目的として高張力鋼板を用いた高強度化が進められている。しかし、溶接部への負荷応力が上昇する一方で、溶接部の疲労強度は平滑母材と比較して上昇せず、従来の軟鋼と同程度しか確保できないため、高張力鋼板本来の疲労強度を発揮できない。そこで、経年劣化による亀裂発生を抑制するために、溶接部の耐疲労性の向上が望まれている。

ここで、溶接部の疲労強度が母材より低下する原因としては、溶接止端部の応力集中と、溶接熱による膨張及び収縮によって生じる引張残留応力が主因と考えられ、これまで数々の手段によって改善が試みられてきた。

たとえば、特許文献１には、Ｃ及びＭｎの含有量を特定の範囲に調整するとともに、所定量のＳ及びＳｉを添加させた、溶接継手部の疲労強度に優れた鉄系消耗溶接材料が開示されている。

また、特許文献２には、フラックス入りワイヤ中にＮｉを多量に含有させることにより、マルテンサイト変態点（Ｍｓ点）を低下させ、引張残留応力を低減させる技術が開示されている。

さらに、特許文献３には、引張強さ４９０ＭＰａ超の高強度鋼の溶接部の疲労特性を向上ことを目的として、Ｍｎを多量に含有し、Ｍｏを添加したフラックス入りワイヤが開示されている。

特開２００２−３６１４８０号公報 特開２００７−２９６５３５号公報 特開２０１５−６６９３号公報

しかしながら、ＭｎやＳｉは酸化し易い成分であり、ビード表面に剥離し難いスラグを発生させる。ここで、車両等に用いられる溶接構造物には、通常、塗装を行うが、ビード表面に残ったスラグは剥離し難いため、スラグの上に塗装を施すことになる。したがって、塗装後、スラグが剥離した場合には、その剥離部位が起点となって錆が発生してしまうという問題があった。
また、ＮｉやＭｏは高価な元素であるため、多量に添加することによりコストが増大してしまうという問題があった。

そこで、本発明は、高張力鋼板、特に引張強さが７８０ＭＰａ以上の鋼板を溶接するにあたり、溶接部の耐疲労性及び溶接部の耐食性（塗装性）に優れ、かつ、溶接を低コストで行うことができるガスシールドアーク溶接方法並びに溶接構造物の製造方法を提供することを目的とする。

すなわち、本発明は、溶接トーチを介して消耗式電極を送給し、シールドガスを流しながら、引張強さが７８０ＭＰａ以上の鋼板の溶接を行うガスシールドアーク溶接方法であって、
前記消耗式電極は、前記消耗式電極の全質量に対する質量％で、
Ｃ： ０．２０％以下（０％を含む）、
Ｓｉ：０．５０％以下（０％を含む）、
Ｍｎ：０．５０％以下（０％を含む）、
Ｃｒ：１．００〜９．００％、
Ｓ： ０．００２０〜０．０６００％、及び
Ｎｉ：０．５０％以下（０％を含む）
を含有し、
かつ、
前記シールドガスは、体積％で、
ＣＯ_２及びＯ_２から選ばれる少なくとも１種の合計：１〜１５％を含み、
残部がＡｒ及び不可避的不純物であり、
下記式（１）を満たす条件で溶接を行う、ガスシールドアーク溶接方法に関する。

１≦｛−０．０５×［ＣＯ_２＋Ｏ_２］｝＋［Ｃｒ］≦８．３ （１）
（式（１）中、［Ｃｒ］は前記消耗式電極中のＣｒの含有量（質量％）を表し、[ＣＯ_２＋Ｏ_２]は前記シールドガス中のＣＯ_２及びＯ_２から選ばれる少なくとも１種の合計量（体積％）を表す。）

前記ガスシールドアーク溶接方法においては、さらに、下記式（２）を満たす条件で溶接を行うことが好ましい。

０≦９００×（［Ｃ］＋１／４［Ｓｉ］＋１／２［Ｍｎ］＋１／２５［Ｃｒ］）×（０．８−［ＣＯ_２＋Ｏ_２］／１００）−（ＴＳ−５０）／３ （２）
（式（２）中、［Ｃ］、［Ｓｉ］、［Ｍｎ］及び［Ｃｒ］はそれぞれ前記消耗式電極中のＣ、Ｓｉ、Ｍｎ及びＣｒの含有量（質量％）を表し、[ＣＯ_２＋Ｏ_２]は前記シールドガス中のＣＯ_２及びＯ_２から選ばれる少なくとも１種の合計量（体積％）を表し、ＴＳは前記鋼板の引張強さ（ＭＰａ）を表す。）

また、前記ガスシールドアーク溶接方法においては、前記消耗式電極が、さらに、前記消耗式電極の全質量に対する質量％で、
Ｍｏ：０．１０％以下、
Ｖ：０．１０％以下、
Ｎｂ：０．１０％以下、及び
Ｃｕ：０．１０％以下
からなる群から選択される少なくとも１種を含有していてもよい。

また、前記ガスシールドアーク溶接方法においては、前記鋼板の板厚が１．０〜３．６ｍｍであり、
複数の前記鋼板を重ねて溶接する重ねすみ肉溶接を行うことが好ましい。

また、本発明は、前記ガスシールドアーク溶接方法を用いて溶接構造物を製造する方法であって、
前記溶接構造物の溶接ビード止端部のフランク角が１３０〜１５０°である、溶接構造物の製造方法にも関する。

本発明のガスシールドアーク溶接方法並びに溶接構造物の製造方法によれば、耐疲労性及び耐食性（塗装性）に優れた溶接部を得ることができ、かつ、溶接を低コストで行うことができる。

図１は、本発明に係るガスシールドアーク溶接方法に用いられる溶接装置の一例を示す全体構成図である。 図２は、本発明に係る溶接構造物の製造方法により得られる溶接構造物の一例を示す概要図である。

以下、本発明を実施するための形態について、詳細に説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。

＜ガスシールドアーク溶接方法＞
本実施形態のガスシールドアーク溶接方法は、溶接トーチを介して消耗式電極を送給し、シールドガスを流しながら、引張強さが７８０ＭＰａ以上の鋼板の溶接を行うガスシールドアーク溶接方法であって、
前記消耗式電極は、前記消耗式電極の全質量に対する質量％で、
Ｃ： ０．２０％以下（０％を含む）、
Ｓｉ：０．５０％以下（０％を含む）、
Ｍｎ：０．５０％以下（０％を含む）、
Ｃｒ：１．００〜９．００％、
Ｓ： ０．００２０〜０．０６００％、及び
Ｎｉ：０．５０％以下（０％を含む）
を含有し、
かつ、
前記シールドガスは、体積％で、
ＣＯ_２及びＯ_２から選ばれる少なくとも１種の合計：１〜１５％を含み、
残部がＡｒ及び不可避的不純物であり、
下記式（１）を満たす条件で溶接を行うものである。

１≦｛−０．０５×［ＣＯ_２＋Ｏ_２］｝＋［Ｃｒ］≦８．３ （１）
（式（１）中、［Ｃｒ］は前記消耗式電極中のＣｒの含有量（質量％）を表し、[ＣＯ_２＋Ｏ_２]は前記シールドガス中のＣＯ_２及びＯ_２から選ばれる少なくとも１種の合計量（体積％）を表す。）

まず、本実施形態に係るガスシールドアーク溶接方法（以下、単に本実施形態の溶接方法ともいう）に用いることができる溶接装置について説明する。溶接装置としては、ガスシールドアーク溶接を行う溶接装置であれば特に限定されず、従来のガスシールドアーク溶接に用いられている溶接装置を特に制限なく用いることができる。

図１に、本実施形態の溶接方法に用いられる溶接装置の一態様を示す。溶接装置１は、溶接トーチ１１が先端に取り付けられ、その溶接トーチ１１を被溶接材（以下、「ワーク」や「母材」と称することもある。）Ｗの溶接線に沿って移動させるロボット１０と、溶接トーチ１１に溶接ワイヤを供給するワイヤ供給部（図示しない）と、ワイヤ供給部を介して消耗電極に電流を供給して消耗電極と被溶接材との間でアークを発生させる溶接電源部３０を備える。また、溶接装置は、溶接トーチ１１を移動させるためのロボット動作を制御するロボット制御部２０を備える。

本実施形態の溶接方法では、溶接トーチを介して消耗式電極を送給し、シールドガスを流しながら、引張強さが７８０ＭＰａ以上の鋼板の溶接を行う。

〔消耗式電極（溶接ワイヤ）〕
消耗式電極（溶接ワイヤ）の種類は鋼線であるソリッドワイヤでもよいし、筒状を呈する鋼製の外皮と、その外皮の内側に充填されたフラックスとからなるフラックス入り溶接ワイヤでもよく、特に制限されないが、好ましくはソリッドワイヤである。なお、フラックス入り溶接ワイヤの場合、外皮に継目のないシームレスタイプ、あるいは外皮に継目のあるシームタイプのいずれの形態であってもよい。また、溶接ワイヤ表面（フラックス入り溶接ワイヤであれば外皮の外側）に銅メッキを施されていてもよく、施されていなくてもよい。

以下、本実施形態の溶接方法に用いられる消耗式電極（溶接ワイヤ）に含有される各成分量の数値限定理由について説明する。なお、以下における各成分量は、消耗式電極（溶接ワイヤ）の全質量あたりの含有量である。また、本明細書において、質量を基準とする百分率（質量％）は、重量を基準とする百分率（重量％）と同義である。

（Ｃ：０．２０％以下（０％を含む））
Ｃは、溶接金属の強度を高めるのに有効な元素であるが、高温割れに対して有害な元素でもある。したがって高温割れを防止する観点から、Ｃ量は０．２０％以下であり、好ましくは０．１５％以下であり、より好ましくは０．１２％以下である。一方、溶接金属の強度向上の観点から、Ｃ量は好ましくは０．０１％以上である。

（Ｓｉ：０．５０％以下（０％を含む））
Ｓｉは、溶接金属の表面張力を低下させ、ビード形状を改善する元素であるが、酸化し易い成分であり、ビード表面に剥離し難いスラグを発生させる元素でもある。したがって、スラグの発生を防止し、塗装性を向上させる観点から、Ｓｉ量は０．５０％以下であり、好ましくは０．４０％以下である。一方、Ｓｉは含有させなくてもよいが、Ｓｉを含有させる場合のＳｉ量は、ビード形状の観点から、好ましくは０．０１％以上である。

（Ｍｎ：０．５０％以下（０％を含む））
Ｍｎは、溶接金属の焼入性を確保して強度を高めるのに有効な元素であるが、酸化し易い成分であり、ビード表面に剥離し難いスラグを発生させる元素でもある。したがって、スラグの発生を防止し、塗装性を向上させる観点から、Ｍｎ量は０．５０％以下であり、好ましくは０．４０％以下である。一方、Ｍｎは含有させなくてもよいが、Ｍｎを含有させる場合のＭｎ量は、溶接金属の強度向上の観点から、好ましくは０．０１％以上である。

（Ｃｒ：１．００〜９．００％）
Ｃｒは、溶接金属の強度を高め、また、Ｍｓ点を低下させて引張残留応力を低減し、溶接部の耐疲労性を向上させるのに有効な元素である。また、溶接時のアーク安定性の向上にも寄与するとともに、溶接金属の耐食性を向上させる元素でもある。さらには、ＮｉやＭｏ等と比べて安価であり、コスト面でも有利である。したがって、これらの効果を有効に得るとの観点から、Ｃｒ量は１．００％以上であり、好ましくは２．５０％以上であり、より好ましくは４.００％以上である。一方、Ｃｒ量が多くなると、高温割れが発生するおそれがあるため、Ｃｒ量は９．００％以下とする。Ｃｒ量は、好ましくは７．５０％以下であり、より好ましくは６．５０％以下である。

（Ｓ：０．００２０〜０．０６００％）
Ｓは、溶接ビード止端部の形状を滑らかにして疲労強度を向上させる元素である。したがって、疲労強度を向上させる観点から、Ｓ量は０．００２０％以上であり、好ましくは０．００５０％以上であり、より好ましくは０．０２００％以上である。一方、Ｓ量が多くなると、高温割れが発生するおそれがあるため、Ｓ量は０．０６００％以下とする。Ｓ量は、好ましくは０．０５００％以下であり、より好ましくは０．０４００％以下である。

（Ｎｉ：０．５０％以下（０％を含む））
Ｎｉは、Ｍｓ点を低下させるのに有効な元素であるが、非常に高価な元素でもある。また、過剰に含有させると溶接金属の終端部に割れが生じるおそれがある。したがって、コスト低減及び終端部の割れ防止の観点から、Ｎｉ量は０．５０％以下であり、好ましくは０．３０％以下であり、より好ましくは０．２０％以下である。なお、Ｎｉは含有させなくてもよい。

また、本実施形態の消耗式電極（溶接ワイヤ）は、上記した成分（基本成分）の他、Ｍｏ、Ｖ及びＮｂ等の成分（任意成分）をさらに含有していてもよい。これら任意成分の各成分量の数値限定理由は以下のとおりである。

（Ｍｏ：０．１０％以下）
Ｍｏは、焼入性を高めることで高強度化に有用な元素であるが、非常に高価な元素でもある。また、過剰に含有させると溶接金属の終端部に割れが生じるおそれがある。したがって、Ｍｏを添加する場合でも、コスト低減及び終端部の割れ防止の観点から、Ｍｏ量は０．１０％以下とする。Ｍｏ量は、好ましくは０．０５％以下であり、より好ましくは０．０２％以下である。なお、Ｍｏは含有させなくてもよい。

（Ｖ：０．１０％以下）
Ｖは、焼入性を高めることで高強度化に有用な元素であるが、過剰に含有させると炭化物が析出することで溶接金属が硬化し、靱性が劣化して割れを生じるおそれがある。したがって、Ｖを添加する場合でも、割れの発生防止の観点から、Ｖ量は０．１０％以下とする。Ｖ量は、好ましくは０．０５％以下であり、より好ましくは０．０２％以下である。なお、Ｖは含有させなくてもよい。

（Ｎｂ：０．１０％以下）
Ｎｂは、焼入性を高めることで高強度化に有用な元素であるが、過剰に含有させると炭化物が析出することで溶接金属が硬化し、靱性が劣化して割れを生じるおそれがある。したがって、Ｎｂを添加する場合でも、割れの発生防止の観点から、Ｎｂ量は０．１０％以下とする。Ｎｂ量は、好ましくは０．０５％以下であり、より好ましくは０．０２％以下である。なお、Ｎｂは含有させなくてもよい。

（Ｃｕ：０．５０％以下）
Ｃｕは、溶接チップから溶接ワイヤへの通電を安定させるためにワイヤ表面に処理される銅めっきに中に含まれる。本実施形態の溶接方法に用いられるワイヤは必ずしも銅めっきを必要としないが、ワイヤ表面に銅めっきを施す場合には、Ｃｕ量を０．００５％以上、０．５０％以下とすることが好ましい。

（残部）
本実施形態の溶接方法に用いられる消耗式電極（溶接ワイヤ）中の基本成分及び任意成分は以上のとおりであり、残部は、実質的にＦｅからなる。ここで、「実質的にＦｅからなる」とは、Ｆｅ以外にもその特性を阻害しない程度の微量な成分の含有も許容されることを意味するものであり、そのような微量な成分としては、Ｏ、Ｎ、Ｐ等の不可避的不純物が挙げられる。また、上記した各任意成分であっても、その含有量の好ましい下限値未満の含有量の場合には、不可避的不純物に相当しうる。

〔シールドガス〕
本実施形態の溶接方法に用いられるシールドガスは、体積％で、ＣＯ_２及びＯ_２から選ばれる少なくとも１種の合計：１〜１５％を含み、残部がＡｒ及び不可避的不純物である。なお、不可避不純物としてはＮ_２、Ｈ_２等が挙げられるが、不可避不純物を全く含まない（０体積％）ことが好ましい。

本実施形態では、シールドガス中のＣＯ_２及びＯ_２から選ばれる少なくとも１種の合計量（以下、ＣＯ_２＋Ｏ_２量ともいう）を１〜１５％（体積％）とする。ＣＯ_２＋Ｏ_２量が１５％以下であれば、スラグの発生を有効に防止して、塗装性を向上できる。ＣＯ_２＋Ｏ_２量は、好ましくは１０％以下であり、より好ましくは７％以下である。一方、アーク安定性の観点から、ＣＯ_２＋Ｏ_２量は１％以上とし、好ましくは２％以上とし、より好ましくは３％以上とする。なお、シールドガス中には、ＣＯ_２のみを添加していてもよく、Ｏ_２のみを添加していてもよく、あるいはＣＯ_２及びＯ_２の両方を添加していてもよい。

〔１≦｛−０．０５×［ＣＯ_２＋Ｏ_２］｝＋［Ｃｒ］≦８．３〕
また、本実施形態の溶接方法では、下記式（１）を満たす条件で溶接を行う。ここで、式（１）は、シールドガス中のＣＯ_２＋Ｏ_２量の影響を考慮して、溶接金属中に残るＣｒ量を見積もるための関係式である。以下において、｛−０．０５×［ＣＯ_２＋Ｏ_２］｝＋［Ｃｒ］を、Ａと省略することがある。

１≦｛−０．０５×［ＣＯ_２＋Ｏ_２］｝＋［Ｃｒ］≦８．３ （１）
（式（１）中、［Ｃｒ］は消耗式電極中のＣｒの含有量（質量％）を表し、[ＣＯ_２＋Ｏ_２]はシールドガス中のＣＯ_２及びＯ_２から選ばれる少なくとも１種の合計量（体積％）を表す。）

Ａが１以上であれば、溶接金属の耐疲労性向上の効果が有効に発揮される。Ａは、好ましくは２．５以上であり、より好ましくは４．０以上である。一方、Ａが８．３以下であれば、溶接金属の割れの発生を有効に防止することができる。Ａは、好ましくは７．０以下であり、より好ましくは６．０以下である。

〔０≦９００×（［Ｃ］＋１／４［Ｓｉ］＋１／２［Ｍｎ］＋１／２５［Ｃｒ］）×（０．８−［ＣＯ_２＋Ｏ_２］／１００）−（ＴＳ−５０）／３〕
また、本実施形態の溶接方法では、さらに、下記式（２）を満たす条件で溶接を行うことが好ましい。ここで、式（２）は、母材（鋼板）の硬さと溶接部の硬度とのバランスを考慮した関係式である。以下において、９００×（［Ｃ］＋１／４［Ｓｉ］＋１／２［Ｍｎ］＋１／２５［Ｃｒ］）×（０．８−［ＣＯ_２＋Ｏ_２］／１００）−（ＴＳ−５０）／３を、Ｂと省略することがある。

０≦９００×（［Ｃ］＋１／４［Ｓｉ］＋１／２［Ｍｎ］＋１／２５［Ｃｒ］）×（０．８−［ＣＯ_２＋Ｏ_２］／１００）−（ＴＳ−５０）／３ （２）
（式（２）中、［Ｃ］、［Ｓｉ］、［Ｍｎ］及び［Ｃｒ］はそれぞれ消耗式電極中のＣ、Ｓｉ、Ｍｎ及びＣｒの含有量（質量％）を表し、[ＣＯ_２＋Ｏ_２]はシールドガス中のＣＯ_２及びＯ_２から選ばれる少なくとも１種の合計量（体積％）を表し、ＴＳは鋼板の引張強さ（ＭＰａ）を表す。）

Ｂが０以上であれば、溶接金属と母材の界面での破壊や、溶接金属中での破壊を有効に防止することができるため好ましい。Ｂは、より好ましくは１５以上であり、さらに好ましくは３０以上である。

〔引張強さが７８０ＭＰａ以上の鋼板〕
溶接金属の変態膨張で鋼材熱影響部に発生する残留応力を低減できる理由は、溶接金属が膨張するときに鋼材側に発生する応力も、溶接金属への反力により圧縮応力になることによる。このため、より高い反力が期待できる高強度鋼板ほど疲労特性の改善も大きいと期待できる。鋼材強度が低い場合は、反力も低くならざるをえず、変態終了後の熱収縮で再び引張応力状態に戻ってしまう危険があるためである。引張応力が残留してしまえば、疲労強度の改善は望めない。そのため、本実施形態では、特に疲労強度向上が期待できる下限値として、適用母材の強度（引張強さ）は７８０ＭＰａ以上となる。なお、母材強度の上限については特に限定する必要はない。現在一般に実用化されている薄鋼板の強度は１５００ＭＰａ程度が最大であり、この程度までの鋼板であれば、本実施形態の溶接方法で疲労強度の改善を図ることができ、かつ継手引張強度の面でも溶接金属のオーバーマッチングを達成できる。
なお、鋼板の引張強さはＪＩＳ Ｚ２２４１に規定された方法により求められる。

鋼板の板厚は、特に限定されるものではないが、重ねすみ肉溶接を行う場合には、アーク溶接の施工性の観点から、１．０〜３．６ｍｍであることが好ましい。さらに、溶接後の引張残留応力低減の観点より、板厚は２．３ｍｍ以上であることがより好ましい。

〔溶接の種類〕
本実施形態の溶接方法において、溶接の種類は特に限定されるものではなく、重ねすみ肉溶接、Ｔ形すみ肉溶接等のすみ肉溶接や、突合せ溶接等の開先溶接等を行うことができる。なかでも、本実施形態の溶接方法による効果がより所望される、すみ肉溶接、特に、重ねすみ肉溶接を行うことが好ましい。

＜溶接構造物の製造方法＞
本実施形態の溶接構造物の製造方法は、上述したガスシールドアーク溶接方法を用いて溶接構造物を製造する方法であり、得られる溶接構造物の溶接ビード止端部のフランク角は１３０〜１５０°である。

図２に、本実施形態の溶接構造物の製造方法により得られる溶接構造物の一例の概要図を示す。図２に示されるように、２枚の鋼板４２が溶接されて溶接部４３が形成され、溶接構造物４１をなしている。なお、図中の角度αが、溶接ビード止端部のフランク角である。

本実施形態において、溶接ビード止端部のフランク角αは、応力集中緩和の観点からは、１３０〜１５０°の範囲内であることが好ましく、１３５°以上であることがより好ましい。

以下に、実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は、これらの実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に適合し得る範囲で変更を加えて実施することが可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。また、ここで説明する溶接条件は一例であり、本実施の形態では、以下の溶接条件に限定されるものではない。

表１〜２に示す組成を有するワイヤと、表１〜２に示す組成を有するシールドガスと、表１〜２に示す引張強さ及び板厚を有する鋼板とを用いて、表１中のＮｏ．１〜３１及び表２中のＮｏ．３２〜４２に係る重ねすみ肉溶接をそれぞれ行った。なお、Ｎｏ．１〜３１は実施例であり、Ｎｏ．３２〜４２は比較例である。
ワイヤの突き出し長は１５ｍｍ、重ね部の幅は１０ｍｍ、ルートギャップは０ｍｍであった。また、溶接速度は１．０ｍ／分、ワイヤ径は１．２ｍｍ、シールドガス流量は２０リットル／分、トーチ前進角はなし（溶接線方向に直角）、溶接電流は板厚が２．３〜３．６ｍｍの場合は２５０Ａ、１．０〜１．６ｍｍの場合は１５０Ａであった。

なお、表１〜２において、「ワイヤ成分（質量％）」とは、消耗式電極（溶接ワイヤ）中に含まれる各成分量（質量％）を表す。なお、「−」とは、含有量が不可避的不純物以下のレベルであることを表す。また、残部は実質的にＦｅである。
また、表１〜２において、シールドガスの「混合比（体積％）」とは、シールドガス中の添加成分（ＣＯ_２、Ｏ_２）の含有量を表す。また、残部はＡｒ及び不可避的不純物である。

また、表１〜２中のパラメータＡ及びＢとは、それぞれ以下のとおりである。

Ａ＝｛−０．０５×［ＣＯ_２＋Ｏ_２］｝＋［Ｃｒ］
（ここで、［Ｃｒ］は消耗式電極中のＣｒの含有量（質量％）を表し、[ＣＯ_２＋Ｏ_２]はシールドガス中のＣＯ_２及びＯ_２から選ばれる少なくとも１種の合計量（体積％）を表す。）

Ｂ＝９００×（［Ｃ］＋１／４［Ｓｉ］＋１／２［Ｍｎ］＋１／２５［Ｃｒ］）×（０．８−［ＣＯ_２＋Ｏ_２］／１００）−（ＴＳ−５０）／３
（ここで、［Ｃ］、［Ｓｉ］、［Ｍｎ］及び［Ｃｒ］はそれぞれ消耗式電極中のＣ、Ｓｉ、Ｍｎ及びＣｒの含有量（質量％）を表し、[ＣＯ_２＋Ｏ_２]はシールドガス中のＣＯ_２及びＯ_２から選ばれる少なくとも１種の合計量（体積％）を表し、ＴＳは鋼板の引張強さ（ＭＰａ）を表す。）

各例について、以下の試験により評価を行った。これらの結果を表１〜２に示す。

（耐疲労性）
下板側溶接ビード止端部が試験片の中央となるように機械加工を実施し、試験片を作製し、東京衡機製ＰＢＦ-３０Ｘを使用し、平面曲げ疲労試験を実施した。平面曲げ疲労試験の条件は応力比０、周波数２０Ｈｚとし、振幅応力３００ＭＰａにおける破断寿命が１０万回以上のものを○、１０万回未満のものを×とした。

（塗装性）
溶接完了後に試験片に加工し、リン酸塩付着量が２．５ｇ/ｍ²となるようにリン酸塩処理を実施したのちに、膜厚３０μｍとなるようにカチオン電着塗装を施し、塗装試験体を作製した。試験体作成後、ＳＡＥ Ｊ２３３４に準拠して耐食性試験を実施し、４８サイクル完了後に溶接部近傍に赤錆が生じていないものを○、生じていたものを×とした。

（継手破断位置）
溶接完了後に幅４０ｍｍの短冊状試験片に加工し、溶接継手の静的引張試験を実施した。引張試験後に破断位置を目視で確認し、溶接金属破断、ボンド破断、母材破断(熱影響部を含む)と区別した。なお、ボンド破断とは溶接金属と母材との境界面に沿った破断のことをいう。

また、各例で得られた溶接構造物についてフランク角を測定した。その結果を表１〜２に示す。

また、溶接部に割れが発生した例については、表１〜２の「その他」の欄に割れの発生について記載している。

以上の結果より、以下のことが分かる。
Ｎｏ．３２では、Ａが１．０未満であるため、耐疲労性に劣っていた。
Ｎｏ．３３では、Ａが８．３より大きいため、溶接部に割れが発生した。
Ｎｏ．３４では、Ｃ量が０．２０％より多いため、溶接部に割れが発生した。
Ｎｏ．３５では、Ｓｉ量が０．５０％より多いため、塗装性に劣っていた。
Ｎｏ．３６では、Ｍｎ量が０．５０％より多いため、塗装性に劣っていた。
Ｎｏ．３７では、Ｃｒ量が１．０％未満であり、また、Ａが１．０未満であるため、耐疲労性及び塗装性に劣っていた。
Ｎｏ．３８では、Ｃｒ量が９．０％より多く、また、Ａが８．３より大きいため、溶接部に割れが発生した。
Ｎｏ．３９では、Ｓ量が０．０６００％より多いため、溶接部に割れが発生した。
Ｎｏ．４０では、シールドガス中のＣＯ_２＋Ｏ_２量が１５％より多いため、耐疲労性及び塗装性に劣っていた。
Ｎｏ．４１では、鋼板の引張強さが７８０ＭＰａ未満であるため、耐疲労性に劣っていた。
Ｎｏ．４２では、Ｎｉ量が０．５０％より多いため、終端部に割れが発生した。

一方、Ｎｏ．１〜３１は、本発明の範囲を満足するものであるため、耐疲労性及び塗装性に優れ、割れの発生も確認されなかった。

１ 溶接装置
１０ ロボット
１１ 溶接トーチ
２０ ロボット制御部
３０ 溶接電源部
４１ 溶接構造物
４２ 鋼板
４３ 溶接部
α 溶接ビード止端部のフランク角

Claims (5)

1. 溶接トーチを介して消耗式電極を送給し、シールドガスを流しながら、引張強さが７８０ＭＰａ以上の鋼板の溶接を行うガスシールドアーク溶接方法であって、
   前記消耗式電極は、前記消耗式電極の全質量に対する質量％で、
   Ｃ： ０．２０％以下（０％を含む）、
   Ｓｉ：０．５０％以下（０％を含む）、
   Ｍｎ：０．５０％以下（０％を含む）、
   Ｃｒ：１．００〜９．００％、
   Ｓ： ０．００２０〜０．０６００％、及び
   Ｎｉ：０．５０％以下（０％を含む）
   を含有し、
   かつ、
   前記シールドガスは、体積％で、
   ＣＯ_２及びＯ_２から選ばれる少なくとも１種の合計：１〜１５％を含み、
   残部がＡｒ及び不可避的不純物であり、
   下記式（１）を満たす条件で溶接を行う、ガスシールドアーク溶接方法。
   １≦｛−０．０５×［ＣＯ_２＋Ｏ_２］｝＋［Ｃｒ］≦８．３ （１）
   （式（１）中、［Ｃｒ］は前記消耗式電極中のＣｒの含有量（質量％）を表し、[ＣＯ_２＋Ｏ_２]は前記シールドガス中のＣＯ_２及びＯ_２から選ばれる少なくとも１種の合計量（体積％）を表す。）
2. さらに、下記式（２）を満たす条件で溶接を行う、請求項１に記載のガスシールドアーク溶接方法。
   ０≦９００×（［Ｃ］＋１／４［Ｓｉ］＋１／２［Ｍｎ］＋１／２５［Ｃｒ］）×（０．８−［ＣＯ_２＋Ｏ_２］／１００）−（ＴＳ−５０）／３ （２）
   （式（２）中、［Ｃ］、［Ｓｉ］、［Ｍｎ］及び［Ｃｒ］はそれぞれ前記消耗式電極中のＣ、Ｓｉ、Ｍｎ及びＣｒの含有量（質量％）を表し、[ＣＯ_２＋Ｏ_２]は前記シールドガス中のＣＯ_２及びＯ_２から選ばれる少なくとも１種の合計量（体積％）を表し、ＴＳは前記鋼板の引張強さ（ＭＰａ）を表す。）
3. 前記消耗式電極が、さらに、
   前記消耗式電極の全質量に対する質量％で、
   Ｍｏ：０．１０％以下、
   Ｖ：０．１０％以下、
   Ｎｂ：０．１０％以下、及び
   Ｃｕ：０．１０％以下
   からなる群から選択される少なくとも１種を含有する、請求項１又は２に記載のガスシールドアーク溶接方法。
4. 前記鋼板の板厚１．０〜３．６ｍｍであり、
   複数の前記鋼板を重ねて溶接する重ねすみ肉溶接を行う、請求項１〜３のいずれか１項に記載のガスシールドアーク溶接方法。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のガスシールドアーク溶接方法を用いて溶接構造物を製造する方法であって、
   前記溶接構造物の溶接ビード止端部のフランク角が１３０〜１５０°である、溶接構造物の製造方法。

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