JP2560125B2 - ガスシールドアーク溶接方法 - Google Patents

ガスシールドアーク溶接方法

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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は亜鉛めっき鋼板、合金化亜鉛めっき鋼板等の
亜鉛めっき系鋼板のガスシールドアーク溶接方法に関す
る。
〔従来の技術〕
建築用鉄骨部材、自動車の足廻り部品、家電機器、容
器などには、耐食性及び耐候性などの面から、亜鉛めっ
き系鋼板が積極的に採用され、その需要量は年々増加の
傾向にある。亜鉛めっき系鋼板の溶接分野では、溶接の
能率性、いわゆる生産性の向上から、溶接の自動化、ロ
ボット化が進められている。これらのガスシールドアー
ク自動溶接では、溶接材料としてソリッドワイヤ、フラ
ックス入りワイヤが使用されている。
一般に市販されているソリッドワイヤまたはフラック
ス入りワイヤを用いて、亜鉛めっき系鋼板をアーク溶接
すると、その溶接部には、亜鉛めっき系鋼板の目付量に
もよるが、溶接ビード表面に口の開いたピットと称され
る孔状の溶接欠陥や、溶接金属中に生じるブローホール
と称される空洞状の溶接欠陥が生じ易い。ピットの発生
は、溶接ビードの外観を損なうばかりか、溶接部の強度
低下を招来し、ブローホールの発生は、外観を著しく損
なわないものの、溶接部の強度低下をもたらす。以下こ
れらの欠陥を総称して気孔という。
このような気孔の発生は、溶接品質を低下せしめるば
かりでなく、その気孔発生が許容されない発生頻度に至
れば、溶接部の手直しが必要となり、手直し不可の場合
にはその部材が廃棄されることもあり、著しい不経済を
もたらす。
亜鉛めっき系鋼板のアーク溶接において、その溶接部
に生じる気孔を抑制する技術として、一般には、溶接電
流を低く保ち、比較的遅い溶接速度を採用して気孔発生
の頻度を抑制する場合が多い。また、最近では、フラッ
クス入りワイヤに関して特開昭645−31596号、特開昭64
−78699号、特開昭62−24859号などが出願されており、
ソリッドワイヤを用いた溶接技術に関しては特開平1−
143775号などがある。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、これらの最近技術をもってしても、15
0〜250Aというような比較的高い溶接電流下では、溶接
部の気孔発生を十分に抑制するに至っていない。
本発明の目的は、比較的高い溶接電流下でも気孔発生
が充分に抑制され、健全性に富む溶接ビードが得られる
ガスシールドアーク溶接方法を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
亜鉛めっき系鋼板にめっきされる亜鉛は、沸点が907
℃と鋼に比べて相当に低い。亜鉛めっき系鋼板の溶接部
における気孔発生の原因については、この亜鉛が、アー
ク熱により加熱されて亜鉛蒸気となり、それが溶接部に
おいて溶融金属が凝固に至る間に十分に外部に逸散せ
ず、凝固金属に閉じ込められたブローホールを形成し、
また、その凝固過程でピットを生じるものと考えられ
る。さらに、シールドガス中に巻き込まれる大気、ワイ
ヤ中の微量な水分などからの水素などの影響も気孔発生
の一因と考えられる。何れにせよ、溶接アーム雰囲気中
に生成したガスが凝固金属中に溜まらず、溶融金属外に
逸散しやすくすれば、気孔の発明も少なくなるものと推
定される。
ところで、フラックス入りワイヤには、被覆アーク溶
接棒の如く、溶接部にスラグを形成するものが広く採用
されている。しかし、亜鉛めっき系鋼板の溶接では、こ
のスラグ生成がガスの逸散を阻止するように働き、耐気
孔性の点で好ましくない。従って、フラックス入りワイ
ヤの組成において、スラグを形成するものを極力避け、
溶接時に生成するスラグ量が少なくなるようなものが、
耐気孔性向上のためには必要と云える。
すなわち、フラックス入りワイヤは帯鋼からなる外皮
と、その中に充填されるフラックスとから構成され、充
填されるフラックスにより、ワイヤ特性が変化する。ワ
イヤ中にスラグ形成をなすフラックス群が多く含まれる
と、被覆アーク溶接棒の如く溶接ビードがスラグに覆わ
れる。逆に、ワイヤの外皮中にスラグ形成をするスラグ
形成剤を全く含まないか、含んでも微量程度であるフラ
ックス群が充填されると、耐気孔性向上が期待できる。
そのようなフラックスは、主として金属粉から構成され
る。
本発明の溶接方法は、後者の金属粉系フラックス入り
ワイヤを使用する。しかし、金属粉系フラックス入りワ
イヤの使用だけでは、150〜250Aというような比較的高
い溶接電流下での耐気孔性までは十分に改善されない。
本発明者らは、特定の厳選された成分組成を有する金属
粉系フラックス入りワイヤに、アルゴンガスに特定比率
の炭酸ガスが混合されたシールドガスと、パルス状溶接
電流とが組み合わされたときに、高溶接電流下でも著し
く優れた耐気孔性が発揮されることを知見した。
本発明の溶接方法は、上記の知見に基づいて開発され
たものであり、重量%でC:0.15〜0.18%、Si:0.4〜0.7
%、Mo:1.5〜3.0%および鉄粉:3〜20%を含むフラック
ス入りワイヤと、Arガス中に5〜50体積%の炭酸ガスを
混合したシールドガスとを用いて、パルス状溶接電流に
より亜鉛めっき系鋼板を溶接することを特徴とする。
〔作用〕
以下に本発明の溶接方法に使用するフラックス入ワイ
ヤ、シールドガスおよび溶接電流を詳述する。
フラックス入りワイヤ 本発明の溶接方法に使用されるフラックス入りワイヤ
は、重量%でC:0.15〜0.15%、Si0.4〜0.7%、Mn:1.5〜
3.0%及び鉄粉:3〜20%を含有する。
ワイヤ外皮は、C,Si,Mn等の他、不可避的不純物を含
有する。ワイヤ中の炭素は黒鉛、高炭素フェロマンガン
などのフラックスにより、ワイヤ外皮でまかなえない炭
素量を補う。同様にワイヤ中のマンガン量は金属マンガ
ン、低炭素フェロマンガン、高炭素フェロマンガンなど
のフラックスで調整され、Si量はフェロシリコン、シリ
コンマンガンなどのフラックスで調整される。鉄粉量に
ついては、ワイヤ外皮に充填されるフラックスの充填率
で調整される。フラックスには、さらに、アークの安定
性を向上せしめるアルカリ金属化合物も、本発明効果を
損なわない程度まで添加することができる。そのアルカ
リ金属化合物の例として、Na,K,Liなどの弗化物、炭酸
塩などが挙げられる。本発明に供するフラックス入りワ
イヤの成分組成の限定理由は以下のとおりである。
C:Cは溶接金属の表面張力を低下させ気孔の要因となる
ガス分の逸散を助長する働きがあるが、0.15%未満では
その効果は少ない。また、0.18%までにはその効果が飽
和し、0.18%を超えると気孔を生じ易くなる。
Si:Siは、脱酸に寄与する元素であって、0.4%未満では
脱酸不足を招来し、気孔発生の要因となる。また0.7%
を超えての添加は、過剰脱酸をきたし、却って気孔発生
を助長するようになる。
Mn:MnはSiと同様に脱酸に寄与する元素であるが、Siほ
ど強く作用しない。1.5%未満では、Siと同様に脱酸不
足を招来し気孔発生の要因となる。また、3.0%を超え
て添加すると、気孔発生を助長するようになり、また溶
接継手の強度が増加し好ましくない。
Fe粉:Fe粉は、フラックス充填率を調整する働きがあ
る。Fe粉の添加は溶接能率性を高める作用もある。Fe粉
の添加を増大せしめることにより、ワイヤ中に占める外
皮分が減少し、外皮の溶接電流密度が高くなって溶着速
度が高まるのであるが、Fe粉量が30%未満では実体ワイ
ヤに近くなり、その効果も少ない。また20%を超える
と、フラックスの充填率が高くなり、ワイヤ製造上の伸
線工程でその伸線性が損なわれる。
上記ワイヤは、下記に示すシールドガスおよび溶接電
流と組合せて亜鉛めっき系鋼板を溶接したとき、150〜2
50Aといった高溶接電流下でも溶接部に発生する気孔が
著しく抑制される効果を発揮する。
シールドガス 本発明の溶接方法に使用されるシールドガスは、アル
ゴンガスに体積%で5〜50%の炭酸ガスが混合された混
合ガスである。
炭酸ガスの混合比が5%未満では、その組成がアルゴ
ンガスそのものに近くなり、溶接部での気孔発生が増加
するようになる。また、アルゴンガス中に50%を超えて
炭酸ガスを混合した混合ガスでは、アルゴンガスによる
良好な溶接作業性が維持できなくなり、また、その溶接
部での気孔発生の頻度が高くなる。さらに、スパッタの
発生も多くなり、そのスパッタ除去などの溶接後処理が
必要とされ、生産性上好ましくないばかりか、溶接品質
をも劣化させる。
溶接電流 本発明の溶接方法に使用される溶接電流は、ピーク電
流期とベース電流期を周期的に繰り返すいわゆるパルス
電流である。前記適正組成を有するフラックス入りワイ
ヤを正極とし、前記適正組成からなる混合ガスをシール
ドガスとして、このパルス電流により亜鉛めっき系鋼板
を溶接することにより、高溶接電流下でも溶接部におけ
る気孔の発生が著しく抑制される。その理由は次のよう
に推定される。
パルスアーク溶接では、ピーク電流期とベース電流期
が周期的に繰り返される。この溶接電流の作用により溶
融池が撹拌され、その撹拌効果により気孔発生の要因と
なるガス体の逸散が促進されるものと考えられる。
また一般に、パルス電流を印加した場合、ワイヤ突出
し部の抵抗発熱効果(I2R効果)が大きくなるので、ワ
イヤ溶接量は直状電流の溶接に比べて多くなる。当該フ
ラックス入りワイヤの場合、ソリッドワイヤに比べ上記
効果は大きく、従って、ワイヤ溶融量も多くなる。すな
わち、単位溶着金属を得るのに溶接入熱量が低くなり、
亜鉛のガス化を抑えているものとも考えられる。
パルス電流の特性は、ベース電流値、ピーク電流値、
パルス波形及びパルス時間などに左右される。また、適
用するワイヤ径によっても、その径に適した値を選定す
る必要があり、一元的に決められるものではない。直径
1.2mmの当該フラックス入りワイヤの場合、ピーク電流
値が380A以上、ベース電流値が80A以下が効果的であ
る。
〔実施例〕
第1表に示す種々のワイヤ組成を有するフラックス入
りワイヤを作製して溶接試験に供した。ワイヤ径は、ガ
スシールドアーク溶接で多用されている1.2mmを採用し
た。溶接試験は、第1図および第2図に示す如く、板厚
2.3mm、幅50mm、長さ300mmの合金化溶融亜鉛めっき鋼板
(亜鉛目付量45/45g/m2)を間隙が生じないように重ね
合わせ、その重ね部にすみ肉溶接を行い、溶接ビード表
面に発生したピット数によりワイヤの耐気孔性を評価す
る試験とした。
第3図は、第1表にNo.5で示すワイヤ(本発明条件
内)を用い、第2表に示す条件で溶接を実施する際に、
シールドガス組成を変化させたときの試験結果を、溶接
電流にパルス電流を使用した場合と、使用しない場合と
について示したものである。
溶接電流にパルス電流を使用しない場合には、いかな
るシールドガス組成においても溶接ビード表面に多数の
ピットを発生し、その発生数はシールドガス中のアルゴ
ン比が高くなるに従い増加する傾向にある。溶接電流に
パルス電流を使用した場合には、比較的高い電流(180
A)下であるにもかかわらず、アルゴンガス中に5〜50v
ol%の炭酸ガスを混合したシールドガス組成範囲で、ビ
ード表面に発生するピット数が3個以下に抑制され、良
好な耐気孔性が確保される。アルゴンガス中に10〜20vo
l%の炭酸ガスを混合したシールドガスは特に好ましい
耐気孔性を示す。
第1表に示す全てのワイヤを前記第2表に示す条件
(但し溶接電流はパルス電流、シールドガスは90体積%
−10体積%CO2)で溶接を行って結果をとりまとめて第
1表に併記した。
ワイヤNo.1〜4および11〜13は、高溶接電流(180A)
下では耐気孔性が低く、溶接作業も悪い。ワイヤNo.11
〜13で耐気孔性が不十分なことから、リン、銅、酸化亜
鉛、酸化鉄、酸化アルミの添加では、高溶接電流下での
耐気孔性は改善できないことがわかる。これに対し、ワ
イヤNo.5〜10および14〜17は高溶接電流でも優れた耐気
孔性および溶接作業性を示す。
なお、上記溶接試験における溶接電流値180Aは平均電
流値であり、ピーク電流値400A、ベース電流値50A、パ
ルス時間1.5msにより得た。
〔発明の効果〕 以上の説明から明らかなように、本発明のガスシール
ドアーク溶接方法は、亜鉛めっき系鋼板の溶接において
比較的高い溶接電流下でも十分に気孔発生を抑制し得
る。従って、溶接速度の高速化が達成され、なおかつ高
品質な溶接部が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図および第2図は溶接試験の説明図、第3図は耐気
孔性に対するシールドガス組成およびパルス電流の影響
度を示す図表である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長谷川 吉伸 兵庫県尼崎市扶桑町2丁目1番地 住金 溶接工業株式会社内 (72)発明者 芦田 洋三 兵庫県尼崎市扶桑町2丁目1番地 住金 溶接工業株式会社内 (72)発明者 小山 耕一 兵庫県尼崎市扶桑町2丁目1番地 住金 溶接工業株式会社内 (72)発明者 久松 茂洋 兵庫県尼崎市扶桑町2丁目1番地 住金 溶接工業株式会社内 (56)参考文献 特開 平1−143775(JP,A) 特開 平2−59195(JP,A)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】重量%でC:0.15〜0.18%、Si:0.4〜0.7
    %、Mn:1.5〜3.0%および鉄粉:3〜20%を含むフラック
    ス入りワイヤと、Arガスに5〜50体積%の炭酸ガスを混
    合したシールドガスとを用いて、パルス状溶接電流によ
    り亜鉛めっき系鋼板を溶接することを特徴とするガスシ
    ールドアーク溶接方法。
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