JP2019038006A - 溶融Zn系めっき鋼板のアーク溶接方法および溶接部材の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
(ここで、
di:前記溶接ビードにおいて観察されたi番目のブローホールの長さ
L:前記溶接ビードの長さ)
本発明の一態様における溶融Zn系めっき鋼板のアーク溶接方法は、前記距離が2mm以上15mm以下の範囲に収まるように、前記溶接ワイヤの先端と前記溶接対象部との相対位置を制御する位置制御機構を用いて行われてよい。
本実施の形態における溶融Zn系めっき鋼板のパルスアーク溶接方法における、溶接ワイヤのワイヤ先端と、溶接前の溶融Zn系めっき鋼板同士の当接部における溶接対象部と、の位置関係について、図2に基づいて説明する。
パルスアーク溶接中に溶接ワイヤ2が順次供給され、溶接ワイヤ2の先端は溶融池5にスプレー移行して減耗していくことから、溶接ワイヤ2の供給量は、溶融池5の体積と相関する。本実施の形態の溶融Zn系めっき鋼板のパルスアーク溶接方法において、溶接ワイヤ2の供給量は100〜300mm3/sが好適である。この溶接ワイヤ2の供給量は、溶接ワイヤ2の供給速度およびワイヤ径に基づいて算出することができる。
本実施形態のパルスアーク溶接法では、溶滴をスプレー移行させるためにシールドガスとしてAr+CO2混合ガスが用いられる。シールドガス中のCO2濃度は5〜30体積%が好適である。CO2濃度が5体積%未満では、パルスアークが不安定になり、ハンピング現象によりビードが蛇行してビード外観が著しく低下する。また、アーク力が変動してスパッタ、ブローホール、およびアンダーカットの発生も著しくなる。CO2濃度が30体積%を超えた場合は、溶滴がスプレー移行せず、短絡移行となるため、スパッタ、ブローホール、およびアンダーカットの発生が著しくなる。
図3にパルスアークを発生させるための電流波形を示す。パルスアーク溶接法では、ピーク電流とベース電流とを交互に供給することによってアークを発生させる。ピーク電流IPは350〜650Aの範囲とすることが好ましい。
周期fは1〜20msが好適である。周期fが1ms未満と短くなり過ぎると、溶接ワイヤ2が溶融過多となり、距離Dが15mmを越える。それゆえ、スパッタ、ブローホール、およびアンダーカットが発生する。一方、周期fが20msを超えて長くなり過ぎると、溶接ワイヤ2が溶融不足となって距離Dが2mmを下回り、パルスアーク3で溶融池5を押し下げる回数が減少するのでZn蒸気が排出されなくなり、スパッタおよびブローホールが発生する。また、アンダーカットも発生する。
また、本実施形態のパルスアーク溶接法を用いることにより、めっき付着量が薄目付のものから厚目付のものまで、スパッタ、ブローホール、およびアンダーカットの発生を抑制することができる。
本実施の形態において溶接の対象となる溶融Zn系めっき鋼板は、溶融Znめっき鋼板、合金化溶融Znめっき鋼板、溶融Zn−Alめっき鋼板、溶融Zn−Al−Mgめっき鋼板等、めっき層がZnを主成分とする溶融めっき鋼板である。
溶接ワイヤ2は、例えば、JIS Z3312に規定された各種ソリッドワイヤを用いることができ、具体的には、JIS Z3312 YGW15またはJIS Z3312 YGW16を用いることができる。このように、本実施形態のアーク溶接方法では、特殊な溶接ワイヤが不要であり、一般的なソリッドワイヤを用いて、スパッタ、ブローホール、およびアンダーカットの発生を抑制することができる。そのため、コストの増大を抑制しつつ、溶接部外観および溶接強度に優れた溶接部材を製造することができる。
ベース電流IB(図3参照)は、10〜200Aが好適である。10A未満ではアークの消灯が発生しやすく、200Aを越えると溶滴が切れにくくなる。
アーク電圧は、10〜100Vが好適である。10V未満ではワイヤ先端2aから溶融池5までの距離が短くなり、100Vを越えるとワイヤ先端2aから溶融池5までの距離が長くなりすぎる。
トーチ保持角度の内、トーチ角は縦板1’の板面を基準面として30〜60°が好適である。また、前進角あるいは後退角は0〜30°が好適である。トーチ角、前進角あるいは後退角は、溶接機におけるアームの溶接姿勢等の溶接条件により適宜上記範囲内で選択される。
溶接姿勢、進行方向は特に限定されない。横向き、縦向き、上進、下進は溶接部材の形状等により、適宜選択すればよい。
溶接電源は特に限定されない。直流アーク方式、交流アーク方式のいずれも使用できる。溶接部材の板厚、形状、溶け込みに応じて適宜選択すればよい。
溶接速度は、例えば0.4m/minとすることができ、0.1〜2m/minの範囲で、各種の溶接条件に応じて設定すればよい。なお、溶接速度が速い場合、ワイヤ径の太いワイヤを用いて、かつワイヤ供給速度を速くしてワイヤ供給量を多くすることにより、溶融池の体積の減少を防止する。
本実施の形態の溶融Zn系めっき鋼板のアーク溶接方法によれば、スパッタ、ブローホールおよびアンダーカットの発生を抑制して溶融Zn系めっき鋼板同士の溶接を行うことができ、該溶接されてなる溶接部材を提供することができる。該溶接部材の評価(スパッタ付着個数、ブローホール占有率、アンダーカット深さ)について、図5、図6および図1に基づいて説明する。
ここで、
di:溶接ビードにおいて観察されたi番目のブローホールの長さ
L:溶接ビードの長さ
である。
以下に、本発明の一実施形態におけるパルスアーク溶接方法を実施するために用いられるアーク溶接機について、図7を用いて説明する。図7は、本実施の形態におけるアーク溶接方法を実施する装置の一例としてのアーク溶接機10の構成を示す概略図である。
前述のように、本実施形態のアーク溶接方法では、ワイヤ先端2aから溶接対象部6aまでの距離D、溶接ワイヤ2の供給量、シールドガス中のCO2濃度、ピーク電流IP、周期fを適正範囲内に制御する。
先ず、制御部11aは、アーム駆動部15を用いて、距離Dが2〜15mmの範囲となるために適した基準位置に溶接トーチ16を配置する。この基準位置は、例えば、溶接ワイヤ2の先端が溶接対象部6aに当接する位置である。このように基準位置を決める場合には、アークが点弧して瞬時に溶接ワイヤ2が溶融することにより距離Dが発生する。
次に、ユーザが、表示入力部12を用いて各種溶接条件を入力する。制御部11aは、入力された条件に基づいて、溶接ワイヤ2の適切な供給速度を算出する。溶融Zn系めっき鋼板の板厚から、溶接ビードにおける必要な脚長が決まる。算出された脚長から、溶融池における必要な体積がほぼ決まり、溶融池の体積と溶接速度とからワイヤ供給量が算出できる。算出したワイヤ供給量と溶接ワイヤ2の径とからワイヤ供給速度を算出することができる。これらの算出に用いる値と算出される値(例えば、板厚および脚長)との関係は、予め数式で規定されているか、または両者の対応関係がテーブルとして予め定められていればよい。
アーク溶接中において、制御部11aは、距離Dを2〜15mmの範囲内に維持し、溶接ワイヤ2の供給量を100〜300mm3/sとするために、以下の(i)〜(iv)のような制御を行う。
ハイスピードカメラ:(株)ノビテック社製M310
可視化用レーザ光源:Cavitra社製CAVLUX HF
パルス波長:810nm
撮影コマ数:4000コマ/秒。
2 溶接ワイヤ
2a ワイヤ先端(溶接ワイヤの先端)
3 パルスアーク
4 溶滴
5 溶融池
6 当接部
6a 溶接対象部
150 アンダーカット
7 溶接ビード
8 溶接部材
9・9’ 領域(スパッタ個数を数える領域)
Claims (9)
- ピーク電流とベース電流とを交互に供給することによってアークを発生させるパルスアーク溶接法により溶融Zn系めっき鋼板同士を隅肉溶接するアーク溶接方法であって、
シールドガスとしてAr+CO2混合ガスを用い、
溶接ワイヤの先端から溶接対象である溶融Zn系めっき鋼板同士の当接部における溶接対象部までの距離を2mm以上15mm以下とし、かつ、前記溶接ワイヤの供給量を100mm3/s以上300mm3/s以下として溶接することを特徴とする溶融Zn系めっき鋼板のアーク溶接方法。 - 前記シールドガス中のCO2濃度が5体積%以上30体積%以下であり、前記ピーク電流が350A以上650A以下であり、パルスの周期が1ms以上20ms以下であることを特徴とする請求項1に記載の溶融Zn系めっき鋼板のアーク溶接方法。
- 前記溶融Zn系めっき鋼板のめっき層は、Znを主成分とし、1.0質量%以上22.0質量%以下のAlを含有することを特徴とする請求項1または2に記載の溶融Zn系めっき鋼板のアーク溶接方法。
- 前記溶融Zn系めっき鋼板のめっき層は、0.05質量%以上10.0質量%以下のMgを含有することを特徴とする請求項3に記載の溶融Zn系めっき鋼板のアーク溶接方法。
- 前記溶融Zn系めっき鋼板のめっき層の組成が、Ti:0.002〜0.1質量%、B:0.001〜0.05質量%、Si:0〜2.0質量%、およびFe:0〜2.5質量%からなる群から選ばれる1つ以上の条件を満たしていることを特徴とする請求項3または4に記載の溶融Zn系めっき鋼板のアーク溶接方法。
- 下記(1)式で示されるブローホール占有率Brが30%以下となり、
前記溶融Zn系めっき鋼板同士を隅肉溶接するに際して、板面が横向きに配置された前記溶融Zn系めっき鋼板を横板とし、板面が縦向きに配置された前記溶融Zn系めっき鋼板を縦板として、
溶接ビードを中心とした縦板側の縦50mm、横100mmの領域と、横板側の縦50mm、横100mmの領域とを合わせた領域のスパッタ付着個数が20個以下となり、かつ、
前記縦板の溶接ビード止端部のアンダーカットの深さが0.5mm以下となるようにアーク溶接することを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の溶融Zn系めっき鋼板のアーク溶接方法。
Br=(Σdi/L)×100 ・・・(1)
(ここで、
di:前記溶接ビードにおいて観察されたi番目のブローホールの長さ
L:前記溶接ビードの長さ) - 前記距離が2mm以上15mm以下の範囲に収まるように、前記溶接ワイヤの先端と前記溶接対象部との相対位置を制御する位置制御機構を用いて行われることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の溶融Zn系めっき鋼板のアーク溶接方法。
- 前記位置制御機構は、前記溶接ワイヤを支持するロボットアームを備え、
前記距離は、前記ロボットアームによって2mm以上15mm以下の範囲に収まるように調節されることを特徴とする請求項7に記載の溶融Zn系めっき鋼板のアーク溶接方法。 - 溶融Zn系めっき鋼板同士がパルスアーク溶接法により隅肉溶接された溶接部材の製造方法であって、
前記溶融Zn系めっき鋼板の片面あたりのめっき付着量が15g/m2以上250g/m2以下であり、
シールドガスとしてAr+CO2混合ガスを用い、該シールドガス中のCO2濃度が5体積%以上30体積%以下であり、
溶接ワイヤの先端から溶接対象である溶融Zn系めっき鋼板同士の当接部における溶接対象部までの距離が2mm以上15mm以下、ピーク電流が350A以上650A以下、パルスの周期が1ms以上20ms以下であるとともに、前記溶接ワイヤの供給量が100mm3/s以上300mm3/s以下であるパルスアーク溶接法によって溶融Zn系めっき鋼板同士を溶接することを特徴とする溶接部材の製造方法。
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