JP3620974B2 - 耐食性鋼板のパルスマグ溶接方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に０．０４乃至０．１２重量％のＰを含有する自動車用耐食性鋼板の溶接に好適であって、耐割れ性が優れたガスシールドアーク溶接方法に好適の耐食性鋼板のパルスマグ溶接方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車部品に使用されている鋼板には、その耐食性を高めるために、従来、亜鉛メッキ鋼板等の表面処理鋼板が使用されていたが、最近では鋼板そのものの化学組成により錆の成長を抑制する耐食性鋼板も使用されるようになってきた。
【０００３】
この耐食性鋼板は従来の亜鉛メッキ鋼板と比べると、Ｐ及びＣｕを多量に含有させており、耐食性を向上させつつ、従来の亜鉛メッキ鋼板を溶接した場合のように亜鉛に起因して気孔欠陥等が発生するというような問題点を解消することができる。
【０００４】
しかしながら、この耐食性鋼板を従来の溶接ワイヤで溶接すると、溶接部の溶接金属に割れが発生しやすいことが判明した。そこで、この耐食性鋼板の溶接時に発生する溶接割れを防止すべく、例えば特開平８−２８１４３９号公報、特開平９−５２１９２号公報又は特開平９−１２２９７０号公報が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平８−２８１４３９号公報は、溶接金属中のＳｉ、Ｐ、Ｓ及びＮｂ含有量による所定の数式の値が所定値以下になるようにするものであるが、Ｐは母材の希釈によってその含有量が大きく変動するため、数式の制限を余裕をもって満足させるためには、母材を溶け込まさないような溶接条件とすることが必要であり、また、薄板のプレス成形品で種々の開先形状、ギャップ及び溶接姿勢等の条件がある自動車部品の溶接では、溶込み不良等の溶接欠陥を招きやすい。
【０００６】
また、特開平９−５２１９２号公報は、溶接ワイヤ組成のうち、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｏ、Ｐ及びＳ等の合金成分の範囲を規定するものであるが、通常ＭＩＧ又はＭＡＧ溶接に使用されるＹＧＷ・１５、ＹＣＷ・１６等に比較して特にＳｉ含有量を低めに抑制しており、酸素又は二酸化炭素等の酸化性ガスを多く混合するシールドガスを使用する場合には脱酸不良となり、立向下進溶接等では溶融金属の垂れ落ち又はのど厚不足などのビード外観不良を起こす場合がある。
【０００７】
更に、特開平９−１２２９７０号公報では、溶接ワイヤ中のＳｉを最大１．０重量％としているが、このためにはＭｏの添加が必須である。しかし、ワイヤ中にＭｏを添加することは、溶接ワイヤの伸線加工性が悪いことから製造コストの増加につながり、また溶接金属が硬くなって強度が高くなりすぎ、母材との強度バランスが崩れるので好ましくない。
【０００８】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、自動車用耐食性鋼板の溶接において、溶接部に発生する溶着金属の溶接割れが防止され、更にスパッタ発生量が少なく、あらゆる姿勢の溶接でも良好なビード外観が得られる耐食性鋼板のパルスマグ溶接方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る耐食性鋼板のパルスマグ溶接方法は、０．０４乃至０．１２重量％のＰを含有する板厚０．８乃至３．６ｍｍの耐食性鋼板のパルスマグ溶接方法において、化学組成が、Ｃ：０．０２乃至０．０６重量％、Ｓｉ：０．５５乃至１．０重量％、Ｍｎ：０．８乃至１．８重量％及びＳ：０．００３乃至０．０１２重量％を含有し、且つワイヤ中のＣ含有量及びＳ含有量を夫々Ｃｗ及びＳｗとし、母材中のＣ含有量及びＳ含有量を夫々Ｃｂｍ及びＳｂｍとしたとき、
２×Ｃｗ＋Ｃｂｍ≦０．１６
２×Ｓｗ＋Ｓｂｍ≦０．０４４
を満足し、残部が鉄及び不可避的不純物からなる溶接用ソリッドワイヤを使用し、シールドガスとして、不活性ガスに、酸素及び二酸化炭素のうち少なくとも１種類の酸化性ガスを２乃至３０体積％混合した混合ガスを使用することを特徴とする。
【００１０】
この耐食性鋼板のパルスマグ溶接方法において、前記溶接用ソリッドワイヤは、Ｐ：０．０１５重量％以下に規制したものでもよく、また、溶接電流として、ピーク電流：４３０乃至５００Ａ、ピーク期間：０．９乃至１．５ｍｓｅｃのパルス電流を供給することもできる。
【００１１】
本発明者等は、先ず、従来の市販溶接ワイヤを使用して溶接された耐食性鋼板について、その溶接金属組織の柱状晶に沿って発生した割れについて調査した。その結果、割れが発生した位置の近傍には主にＳ等の不純物が濃化して存在していることがＥＰＭＡ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｒｏｂｅ Ｍｉｃｒｏ Ａｎａｌｙｚｅｒ）観察等で確認された。このため、割れの発生原因としては、鋼よりも融点が低いＳ等の不純物又は化合物が溶融池の凝固過程で液相中に濃化して最終凝固部に取り残され、そして溶接金属の凝固に伴う収縮応力で強度が低い不純物濃化城が開口し、溶接金属の割れに至ったものと推察した。
【００１２】
そこで、本発明者らは、後述する割れ試験方法を考案し、溶接ワイヤ組成の耐食性鋼板の溶接部の割れに及ぼす影響を調査した。
【００１３】
また、溶接割れだけでなく、ビード外観を改善し、スパッタの発生を極めて低い量にする溶接ワイヤ組成及び施工条件を同時に満足させることができることを見出した。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の構成について更に詳細に説明する。また、本発明において、溶接ワイヤの各成分の組成、シールドガス組成、及び溶接条件を規定した理由について説明する。
【００１５】
溶接ワイヤの組成の規定理由については以下のとおりである。
（１）Ｃ：０．０２乃至０．０６ 重量％
Ｃは溶接金属の強度を確保するために必須の元素であるが、従来より高温割れ感受性を高める元素としても知られている。更に、溶融金属の凝固温度幅に大きく影響する元素でもあり、含有量が多くなると凝固温度幅も拡大する。前述したように、耐食性鋼板の溶接部に発生する割れの想定原因としてＳ等の不純物及び化合物が溶融池の凝固過程で液相中に濃化して最終凝固部に取り残される。而して、溶融金属の凝固温度幅が大きい場合には液相中に不純物がより濃化しやすくなるので、凝固温度幅に影響するＣ含有量は重要である。
【００１６】
Ｃ含有量が０．０６重量％を超えると、後述する耐食性鋼板溶接部の耐割れ性評価試験において割れの発生が顕著になり、また、Ｃ含有量が０．０２重量％未満の場合は溶接部の強度が不足する。
【００１７】
（２）Ｓｉ：０．５５乃至１．０重量％
Ｓｉは溶融金属中で脱酸作用を有し、溶接ビードの外観を向上させる。一方、Ｓｉは立向溶接姿勢においてビードの垂れが発生する要因になる。Ｓｉ含有量が０．５５重量％未満では脱酸作用が少なく、溶接ビード外観が劣化する。一方、Ｓｉ含有量は１．０重量％を越えると、溶接ワイヤの伸線加工での生産性が悪化したり、スラグが多量に発生したり、ビードの垂れが発生するので、Ｓｉ含有量は１．０重量％を上限とする。
【００１８】
（３）Ｍｎ：０．８乃至１．８重量％
Ｍｎは溶融金属の脱酸、溶接部の強度の確保及び溶接ビードの外観を改善するために添加される。Ｍｎが０．８重量％未満では脱酸不足のためにビード外観が悪化する。Ｍｎが１．８重量％を超えると溶接ワイヤの伸線加工が困難になる。このため、Ｍｎを含有する場合は、その含有量は０．８乃至１．８重量％とする。
【００１９】
（４）Ｓ：０．００３乃至０．０１２ 重量％
前述したように、Ｓは高温割れの原因となるので、その含有量は低い方が望ましいが、Ｓ含有量が０．００３重量％未満とすると、溶融金属の流れ性が悪化し、溶接ビードと母材とのなじみが悪くなる。また、Ｓ含有量が０．０１２重量％を超えると高温割れの発生が顕著になる。
【００２０】
（５）２×Ｃｗ＋Ｃｂｍ≦０．１６、及び２×Ｓｗ＋Ｓｂｍ≦０．０４４
溶接ワイヤ中のＣ及びＳが耐高温割れに対して影響を与えることは上述の通りであり、上述の如くその含有量が規制されるが、溶接金属には母材のＣ及びＳも希釈されるので、母材のＰ含有量が０．０４乃至０．１２重量％の耐食性鋼板の溶接では母材のＣ含有量及びＳ含有量も含めた制限が必要である。
【００２１】
Ｃの影響については、２×Ｃｗ＋Ｃｂｍの値が０．１６重量％を超えると、溶接ワイヤのＣ含有量が上記（１）に記載の範囲を満足していても、割れの発生率が高くなるので、２×Ｃｗ＋Ｃｂｍの上限を０．１６重量％とした。また、Ｓの影響については、２×Ｓｗ＋Ｓｂｍの値が０．０４４重量％を超えると、溶接ワイヤのＳ含有量が上記（３）に記載の範囲を満足していても、割れの発生率が高くなるので、２×Ｓｗ＋Ｓｂｍの上限を０．０４４重量％とした。
【００２２】
次に、シールドガス組成の限定理由については以下のとおりである。不活性ガスとしてのアルゴンに酸素又は二酸化炭素の少なくとも１種類の酸化性ガスを混合することは溶接ァークの安定化のために必須である。
【００２３】
（６）酸化性ガス：２乃至３０体積％
酸化性ガスが混合ガス中の２体積％未満では、溶接中の溶滴が大きく、かつ不安定になり、酸化性ガスが３０体積％を超えると、スパッタの発生量が多くなる。このため、酸化性ガスは、２乃至３０体積％とする。
【００２４】
而して、溶接用ソリッドワイヤの組成としては、上述の成分組成に加えて、更に、Ｐを所定値以下に規制することができる。
【００２５】
（７）Ｐ：０．０１５ 重量％以下
ＰはＳ等の不純物元素を最終凝固部に濃化させたり、Ｐ自身が不純物元素なので濃化して高温割れの原因となるため、その含有量は少ないほど好ましい。Ｐが０．０１５重量％を超えると、耐割れ性が劣化する。このため、Ｐの含有量は０．０１５重量％以下に規制する。
【００２６】
また、前記溶接ワイヤ組成及びシールドガス組成の限定理由に加えて、溶接電源の出力波形の限定理理由は以下のとおりである。パルスマグ溶接において、パルスパラメータ、即ちパルスピーク電流とパルスピーク時間は安定した溶滴移行を得るために、溶接ワイヤ組成及びシールドガス組成によって決まる溶滴の物性に応じて設定することが必要である。パルスマグ溶接での望ましい溶滴移行形態は、パルス期間中にワイヤ先端に溶滴を形成させ、ベース期間中にその溶滴を自由移行させることであり、１パルス１溶滴移行が低スパッタ化のために必須である。溶滴の物性に応じたパルスパラメータを出力しないと、複数回のパルスを供給しなければ溶滴の移行が行われなくなり、これがスパッタ発生の原因となる。
【００２７】
（８）パルスピーク電流：４３０乃至５００Ａ
パルスピーク電流が４３０Ａ未満では溶滴がワイヤ先端から離脱するまでに必要とする時間が長くなり、またワイヤ先端に形成される溶滴も大きくなるので、この溶滴が溶融池と短絡してスパッタの原因となる。パルスピーク電流が５００Ａを超えると、パルス電流のエネルギが強く、ワイヤ先端に形成された溶滴を吹き飛ばしてスパッタを発生させる。このため、パルスピーク電流は４３０乃至５００Ａとすることが好ましい。
【００２８】
（９）パルスピーク期間：０．９乃至１．５ ｍｓｅｃ
パルスピーク期間が０．９ｍｓｅｃ未満になると、１回のパルスでワイヤ先端に十分な大きさの溶滴を形成することができないために、複数パルスで１溶滴移行となり、アーク不安定及びスパッタ発生の原因となる。また、パルスピーク帰還が１．５ｍｓｅｃを超えると、溶滴が大きくなって溶滴が溶融池と短絡したり、パルスのエネルギでワイヤ先端から吹き飛ばされることがある。このため、パルスピーク期間は０．９乃至１．５ｍｓｅｃとすることが好ましい。
【００２９】
【実施例】
次に、本発明の効果を実証するために本発明の実施例及び本発明の範囲から外れる比較例について、溶接部の耐割れ性を評価した。なお、この評価方法は本発明者等が新たに開発したものである。従来、溶接部の耐割れ性、特に本願で解決しようとする高温割れを評価する方法としては、Ｃ形ジグ拘束突合せ溶接割れ試験方法（ＪＩＳ Ｚ３１５５）、Ｔ形割れ試験方法（ＪＩＳＺ３１５３）があり、また、特殊な試験方法としてバレストレイン試験等があるが、いずれも厚板を対象としたり特殊な装置を必要とする評価方法であり、自動車及び車両の溶接に使用される板厚０．８ｍｍ乃至３．６ｍｍ程度の鋼板の溶接割れ評価試験には適さない。従って、以下の評価試験においては、独自の試験方法により評価した。
【００３０】
即ち、板厚２．６ｍｍの耐食性鋼板に１．６ｍｍギャップを設けて仮付け溶接した後にジグに固定し、約１．２秒間のアークスポット溶接後に観察されるナゲットに発生する割れの長さから、割れ発生率を算出することによって溶接部の耐割れ性を評価する方法を考案した。
【００３１】
そして、種々の組成のソリッドワイヤを試作して各元素の耐割れ性に及ぼす影響を調査し、耐食性鋼板の溶接割れという問題を解決するための条件を求めた。以下の実施例及び比較例において、割れ発生率は図１の試験方法によって得られた数値である。図１（ａ）に示すように、２枚の耐食性鋼板１，２を突き合わせ溶接し、その溶接部のナゲット３において、板１，２間の距離をＬ、板１及び２からナゲット３内に侵入した割れ４，５の長さを夫々ａ，ｂとした場合に、割れ率を１００×（ａ＋ｂ）／Ｌとして算出した。
【００３２】
また、溶接ビード外観及びスパッタの評価としては、図２に示すようなフレア継手による溶接試験を行って評価した。耐割れ性評価試験ビード外観試験などの各種の溶接条件を下記表１に示す。そして、実施例及び比較例のワイヤ組成及び組成パラメータを下記表２乃至４に、また、シールドガス組成及びパルスパラメータと、得られた溶接部の割れ率、スパッタ量及びビード外観とを下記表５乃至７に示す。なお、フレア継手の溶接ビード（溶接長１００ｍｍ）の両側に融着したスパッタの量の評価基準は以下のとおりである。
極少：０乃至２個
少 ：３乃至５個
中 ：６乃至１０個
多 ：１０個以上
【００３３】
また、表５乃至７において、パルスパラメータはＩｐがピーク電流、Ｔｐがピーク期間を示す。更に、組成パラメータの欄の（ ）内のＡ，Ｂ，Ｃ及びＤは組み合わせた母材を表す。
【００３４】
【表１】
【００３５】
【表２】
【００３６】
【表３】
【００３７】
【表４】
【００３８】
【表５】
【００３９】
【表６】
【００４０】
【表７】
【００４１】
Ｎｏ．１乃至４は溶接ワイヤ中のＣ含有量の影響を見たもので、すべての溶接ワイヤで割れ率が０であり、スパッタの少ないきれいな溶接ビードを得ることが少ないきれいな溶接ビードを得ることが可能である。
【００４２】
Ｎｏ．５乃至７は溶接ワイヤ中のＳｉ含有量の影響を見たもので、Ｎｏ．５のみ割れが発生しているがその比率は極めて小さい。
【００４３】
Ｎｏ．８乃至 １０は溶接ワイヤ中のＳ含有量の影響を見たもので、すべての溶接ワイヤにおいて、割れ率は極めて小さい。
【００４４】
Ｎｏ．１１乃至１５は母材のＣ含有量及びＳ含有量の影響を見たもので、Ｎｏ．１１及び１２は市販の耐食性鋼板よりＣ含有量の高い母材（Ｂ、表１参照）を用いた。２×Ｓｗ＋Ｓｂｍ≦０．０４４を満足し、かつ２×Ｃｗ＋Ｃｂｍ≦０．１６を満足するように溶接ワイヤを選択すれば母材のＣ含有量が高い場合でも割れの発生率は小さい。Ｎｏ．１３及び１４は市販の耐食性鋼板よりＳ含有量の高い母材（Ｃ、表１参照）を用いた。上記と同様に２×Ｃｗ＋Ｃｂｍ≦０．１６を満足し、かつ２×Ｓｗ＋Ｓｂｍ≦０．０４４を満足するように溶接ワイヤを選択すれば割れの発生率は小さい。さらにＮｏ．１５は市販の耐食性鋼板よりＣ含有量及びＳ含有量の高い母材（Ｄ、表１参照）を用いた。上記と同様に２×Ｃｗ＋Ｃｂｍ≦０．１６及び２×Ｓｗ＋Ｓｂｍ≦０．０４４を満足するように溶接ワイヤを選択すれば割れの発生率は小さい。
【００４５】
Ｎｏ．１６乃至１８は溶接ワイヤ中のＭｎ含有量の影響をみたもので、すべての溶接ワイヤで割れ率が０であり、スパッタの少ないきれいな溶接ビードを得ることが可能である。
【００４６】
Ｎｏ．１９乃至２０は溶接ワイヤ中のＰ含有量の影響をみたもので、すべての溶接ワイヤで割れ率が０であり、スパッタの少ないきれいな溶接ビードを得ることが可能である。
【００４７】
Ｎｏ．２１乃至３０は実施例の内、一つの溶接ワイヤを選び、シールドガス組成とパルスパラメータの影響をみたもので、酸化性ガスの含有量が多いＮｏ．２４、Ｎｏ．２５ではわずかのスラグ増加が認められるが、すべての溶接ワイヤで割れ率が０であり、きれいな溶接ビードが得られる。
【００４８】
Ｎｏ．３１乃至３３は比較例として溶接ワイヤ中のＣ含有量の影響を見たもので、Ｎｏ．３１はＣ、Ｓ共に含有量が少ないので割れの発生は認められないが、溶接金属の強度低下があった。Ｎｏ．３２及びＮｏ．３３は割れ率が高い。
【００４９】
Ｎｏ．３４乃至３６は溶接ワイヤ中のＳｉ含有量の影響を見たもので、Ｎｏ．３４及びＮｏ．３５は脱酸不足のためにビード表面に光沢がなく、しわの発生が認められる。逆にＮｏ．３６ではＳｉ量が多いために溶接ビード表面に多くスラグが発生する。
【００５０】
Ｎｏ．３７及びＮｏ．３８は溶接ワイヤ中のＳ含有量の影響を見たもので、Ｎｏ．３７は割れは発生しないがビードの端と母材とのなじみがわるい溶接ビードになっている。Ｎｏ．３８は割れが非常に大きい。
【００５１】
Ｎｏ．３９乃至４３は、母材のＣ含有量及びＳ含有量の影響を見たものである。Ｎｏ．３９は市販の耐食性鋼板よりＣ含有量の高い母材を用いたもので、溶接ワイヤのＣ含有量が個々の制限範囲内であっても、母材のＣ含有量との関係式２×Ｃｗ＋Ｃｂｍが０．１６を超えていると割れの発生率が高くなる。Ｎｏ．４０及び４１は市販の耐食性鋼板よりＳ含有量が高い母材を用いたもので、関係式２×Ｓｗ＋Ｓｂｍが０．０４４を超えていると割れの発生率が高い。さらに、Ｎｏ．４２及び４３は市販の耐食性鋼板よりＣ含有量及びＳ含有量が高い母材を用いたもので、溶接ワイヤのＣ含有量、Ｓ含有量との関係式２×Ｃｗ＋Ｃｂｍ及び２×Ｓｗ＋Ｓｂｍのいずれも制限を超えていると、割れの発生率は非常に高い。
【００５２】
Ｎｏ．４４及びＮｏ．４５は溶接ワイヤ中のＭｎ含有量の影響をみたもので、Ｎｏ．４４は脱酸不足のために溶接ビード表面にしわが発生し、一方、Ｎｏ．４５は、溶接ワイヤそのものを作る過程で、例えば伸線速度を低下させなければならないなど、加工性が劣っていた。
【００５３】
Ｎｏ．４６は溶接ワイヤ中にＰを多く含有する場合であるが、割れ率が高くなった。
【００５４】
Ｎｏ４７及びＮｏ．４８はシールドガス組成の影響をみたもので、Ｎｏ．４７はアルゴンの比率が高すぎてワイヤ先端での溶滴形成が不安定となり、大粒のスパッタとなって溶接ビード周囲に付着した。Ｎｏ．４８はＣＯ２が多い場合で、パルス溶接での溶滴移行が安定せず、大粒スパッタが溶接ビード周囲に付着した。
【００５５】
Ｎｏ．４９乃至５２はパルスパラメータの影響を見たもので、Ｎｏ．４９はピーク電流が低い場合で、溶滴移行現象を観察すると、１回のパルスで移行するのに十分な大きさの溶滴が形成されず、２乃至３パルス１溶滴移行となっている。このため、移行の規則性が崩れ、溶滴と溶融池との短絡が起きてスパッタが発生する。Ｎｏ．５０はピーク電流が高すぎる場合で、ワイヤ先端に形成されている溶滴をピーク電流の高いエネルギで吹き飛ばしてスパッタとしてしまう。Ｎｏ．５１はピーク時間が短すぎる場合で、Ｎｏ．４９と同様に複数パルス１溶滴移行となってスパッタが発生する。また、Ｎｏ．５２はピーク期間が長すぎる場合で、ピーク期間中に溶滴ワイヤ先端から離脱するが、ピーク電流のために吹き飛ばされてスパッタとなる。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の溶接方法によれば、Ｐを０．０４乃至０．１２重量％含む耐食性鋼板の溶接において接部の割れを防止でき、また、スパッタの少ない溶接が可能となって溶接部の品質が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】割れ評価試験方法を示す図である。
【図２】フレア継手の溶接試験方法を示す図である。
【符号の説明】
１，２：耐食性鋼板
３：ナゲット
４，５：割れ
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に０．０４乃至０．１２重量％のＰを含有する自動車用耐食性鋼板の溶接に好適であって、耐割れ性が優れたガスシールドアーク溶接方法に好適の耐食性鋼板のパルスマグ溶接方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車部品に使用されている鋼板には、その耐食性を高めるために、従来、亜鉛メッキ鋼板等の表面処理鋼板が使用されていたが、最近では鋼板そのものの化学組成により錆の成長を抑制する耐食性鋼板も使用されるようになってきた。
【０００３】
この耐食性鋼板は従来の亜鉛メッキ鋼板と比べると、Ｐ及びＣｕを多量に含有させており、耐食性を向上させつつ、従来の亜鉛メッキ鋼板を溶接した場合のように亜鉛に起因して気孔欠陥等が発生するというような問題点を解消することができる。
【０００４】
しかしながら、この耐食性鋼板を従来の溶接ワイヤで溶接すると、溶接部の溶接金属に割れが発生しやすいことが判明した。そこで、この耐食性鋼板の溶接時に発生する溶接割れを防止すべく、例えば特開平８−２８１４３９号公報、特開平９−５２１９２号公報又は特開平９−１２２９７０号公報が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平８−２８１４３９号公報は、溶接金属中のＳｉ、Ｐ、Ｓ及びＮｂ含有量による所定の数式の値が所定値以下になるようにするものであるが、Ｐは母材の希釈によってその含有量が大きく変動するため、数式の制限を余裕をもって満足させるためには、母材を溶け込まさないような溶接条件とすることが必要であり、また、薄板のプレス成形品で種々の開先形状、ギャップ及び溶接姿勢等の条件がある自動車部品の溶接では、溶込み不良等の溶接欠陥を招きやすい。
【０００６】
また、特開平９−５２１９２号公報は、溶接ワイヤ組成のうち、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｏ、Ｐ及びＳ等の合金成分の範囲を規定するものであるが、通常ＭＩＧ又はＭＡＧ溶接に使用されるＹＧＷ・１５、ＹＣＷ・１６等に比較して特にＳｉ含有量を低めに抑制しており、酸素又は二酸化炭素等の酸化性ガスを多く混合するシールドガスを使用する場合には脱酸不良となり、立向下進溶接等では溶融金属の垂れ落ち又はのど厚不足などのビード外観不良を起こす場合がある。
【０００７】
更に、特開平９−１２２９７０号公報では、溶接ワイヤ中のＳｉを最大１．０重量％としているが、このためにはＭｏの添加が必須である。しかし、ワイヤ中にＭｏを添加することは、溶接ワイヤの伸線加工性が悪いことから製造コストの増加につながり、また溶接金属が硬くなって強度が高くなりすぎ、母材との強度バランスが崩れるので好ましくない。
【０００８】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、自動車用耐食性鋼板の溶接において、溶接部に発生する溶着金属の溶接割れが防止され、更にスパッタ発生量が少なく、あらゆる姿勢の溶接でも良好なビード外観が得られる耐食性鋼板のパルスマグ溶接方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る耐食性鋼板のパルスマグ溶接方法は、０．０４乃至０．１２重量％のＰを含有する板厚０．８乃至３．６ｍｍの耐食性鋼板のパルスマグ溶接方法において、化学組成が、Ｃ：０．０２乃至０．０６重量％、Ｓｉ：０．５５乃至１．０重量％、Ｍｎ：０．８乃至１．８重量％及びＳ：０．００３乃至０．０１２重量％を含有し、且つワイヤ中のＣ含有量及びＳ含有量を夫々Ｃｗ及びＳｗとし、母材中のＣ含有量及びＳ含有量を夫々Ｃｂｍ及びＳｂｍとしたとき、
２×Ｃｗ＋Ｃｂｍ≦０．１６
２×Ｓｗ＋Ｓｂｍ≦０．０４４
を満足し、残部が鉄及び不可避的不純物からなる溶接用ソリッドワイヤを使用し、シールドガスとして、不活性ガスに、酸素及び二酸化炭素のうち少なくとも１種類の酸化性ガスを２乃至３０体積％混合した混合ガスを使用することを特徴とする。
【００１０】
この耐食性鋼板のパルスマグ溶接方法において、前記溶接用ソリッドワイヤは、Ｐ：０．０１５重量％以下に規制したものでもよく、また、溶接電流として、ピーク電流：４３０乃至５００Ａ、ピーク期間：０．９乃至１．５ｍｓｅｃのパルス電流を供給することもできる。
【００１１】
本発明者等は、先ず、従来の市販溶接ワイヤを使用して溶接された耐食性鋼板について、その溶接金属組織の柱状晶に沿って発生した割れについて調査した。その結果、割れが発生した位置の近傍には主にＳ等の不純物が濃化して存在していることがＥＰＭＡ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｒｏｂｅ Ｍｉｃｒｏ Ａｎａｌｙｚｅｒ）観察等で確認された。このため、割れの発生原因としては、鋼よりも融点が低いＳ等の不純物又は化合物が溶融池の凝固過程で液相中に濃化して最終凝固部に取り残され、そして溶接金属の凝固に伴う収縮応力で強度が低い不純物濃化城が開口し、溶接金属の割れに至ったものと推察した。
【００１２】
そこで、本発明者らは、後述する割れ試験方法を考案し、溶接ワイヤ組成の耐食性鋼板の溶接部の割れに及ぼす影響を調査した。
【００１３】
また、溶接割れだけでなく、ビード外観を改善し、スパッタの発生を極めて低い量にする溶接ワイヤ組成及び施工条件を同時に満足させることができることを見出した。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の構成について更に詳細に説明する。また、本発明において、溶接ワイヤの各成分の組成、シールドガス組成、及び溶接条件を規定した理由について説明する。
【００１５】
溶接ワイヤの組成の規定理由については以下のとおりである。
（１）Ｃ：０．０２乃至０．０６ 重量％
Ｃは溶接金属の強度を確保するために必須の元素であるが、従来より高温割れ感受性を高める元素としても知られている。更に、溶融金属の凝固温度幅に大きく影響する元素でもあり、含有量が多くなると凝固温度幅も拡大する。前述したように、耐食性鋼板の溶接部に発生する割れの想定原因としてＳ等の不純物及び化合物が溶融池の凝固過程で液相中に濃化して最終凝固部に取り残される。而して、溶融金属の凝固温度幅が大きい場合には液相中に不純物がより濃化しやすくなるので、凝固温度幅に影響するＣ含有量は重要である。
【００１６】
Ｃ含有量が０．０６重量％を超えると、後述する耐食性鋼板溶接部の耐割れ性評価試験において割れの発生が顕著になり、また、Ｃ含有量が０．０２重量％未満の場合は溶接部の強度が不足する。
【００１７】
（２）Ｓｉ：０．５５乃至１．０重量％
Ｓｉは溶融金属中で脱酸作用を有し、溶接ビードの外観を向上させる。一方、Ｓｉは立向溶接姿勢においてビードの垂れが発生する要因になる。Ｓｉ含有量が０．５５重量％未満では脱酸作用が少なく、溶接ビード外観が劣化する。一方、Ｓｉ含有量は１．０重量％を越えると、溶接ワイヤの伸線加工での生産性が悪化したり、スラグが多量に発生したり、ビードの垂れが発生するので、Ｓｉ含有量は１．０重量％を上限とする。
【００１８】
（３）Ｍｎ：０．８乃至１．８重量％
Ｍｎは溶融金属の脱酸、溶接部の強度の確保及び溶接ビードの外観を改善するために添加される。Ｍｎが０．８重量％未満では脱酸不足のためにビード外観が悪化する。Ｍｎが１．８重量％を超えると溶接ワイヤの伸線加工が困難になる。このため、Ｍｎを含有する場合は、その含有量は０．８乃至１．８重量％とする。
【００１９】
（４）Ｓ：０．００３乃至０．０１２ 重量％
前述したように、Ｓは高温割れの原因となるので、その含有量は低い方が望ましいが、Ｓ含有量が０．００３重量％未満とすると、溶融金属の流れ性が悪化し、溶接ビードと母材とのなじみが悪くなる。また、Ｓ含有量が０．０１２重量％を超えると高温割れの発生が顕著になる。
【００２０】
（５）２×Ｃｗ＋Ｃｂｍ≦０．１６、及び２×Ｓｗ＋Ｓｂｍ≦０．０４４
溶接ワイヤ中のＣ及びＳが耐高温割れに対して影響を与えることは上述の通りであり、上述の如くその含有量が規制されるが、溶接金属には母材のＣ及びＳも希釈されるので、母材のＰ含有量が０．０４乃至０．１２重量％の耐食性鋼板の溶接では母材のＣ含有量及びＳ含有量も含めた制限が必要である。
【００２１】
Ｃの影響については、２×Ｃｗ＋Ｃｂｍの値が０．１６重量％を超えると、溶接ワイヤのＣ含有量が上記（１）に記載の範囲を満足していても、割れの発生率が高くなるので、２×Ｃｗ＋Ｃｂｍの上限を０．１６重量％とした。また、Ｓの影響については、２×Ｓｗ＋Ｓｂｍの値が０．０４４重量％を超えると、溶接ワイヤのＳ含有量が上記（３）に記載の範囲を満足していても、割れの発生率が高くなるので、２×Ｓｗ＋Ｓｂｍの上限を０．０４４重量％とした。
【００２２】
次に、シールドガス組成の限定理由については以下のとおりである。不活性ガスとしてのアルゴンに酸素又は二酸化炭素の少なくとも１種類の酸化性ガスを混合することは溶接ァークの安定化のために必須である。
【００２３】
（６）酸化性ガス：２乃至３０体積％
酸化性ガスが混合ガス中の２体積％未満では、溶接中の溶滴が大きく、かつ不安定になり、酸化性ガスが３０体積％を超えると、スパッタの発生量が多くなる。このため、酸化性ガスは、２乃至３０体積％とする。
【００２４】
而して、溶接用ソリッドワイヤの組成としては、上述の成分組成に加えて、更に、Ｐを所定値以下に規制することができる。
【００２５】
（７）Ｐ：０．０１５ 重量％以下
ＰはＳ等の不純物元素を最終凝固部に濃化させたり、Ｐ自身が不純物元素なので濃化して高温割れの原因となるため、その含有量は少ないほど好ましい。Ｐが０．０１５重量％を超えると、耐割れ性が劣化する。このため、Ｐの含有量は０．０１５重量％以下に規制する。
【００２６】
また、前記溶接ワイヤ組成及びシールドガス組成の限定理由に加えて、溶接電源の出力波形の限定理理由は以下のとおりである。パルスマグ溶接において、パルスパラメータ、即ちパルスピーク電流とパルスピーク時間は安定した溶滴移行を得るために、溶接ワイヤ組成及びシールドガス組成によって決まる溶滴の物性に応じて設定することが必要である。パルスマグ溶接での望ましい溶滴移行形態は、パルス期間中にワイヤ先端に溶滴を形成させ、ベース期間中にその溶滴を自由移行させることであり、１パルス１溶滴移行が低スパッタ化のために必須である。溶滴の物性に応じたパルスパラメータを出力しないと、複数回のパルスを供給しなければ溶滴の移行が行われなくなり、これがスパッタ発生の原因となる。
【００２７】
（８）パルスピーク電流：４３０乃至５００Ａ
パルスピーク電流が４３０Ａ未満では溶滴がワイヤ先端から離脱するまでに必要とする時間が長くなり、またワイヤ先端に形成される溶滴も大きくなるので、この溶滴が溶融池と短絡してスパッタの原因となる。パルスピーク電流が５００Ａを超えると、パルス電流のエネルギが強く、ワイヤ先端に形成された溶滴を吹き飛ばしてスパッタを発生させる。このため、パルスピーク電流は４３０乃至５００Ａとすることが好ましい。
【００２８】
（９）パルスピーク期間：０．９乃至１．５ ｍｓｅｃ
パルスピーク期間が０．９ｍｓｅｃ未満になると、１回のパルスでワイヤ先端に十分な大きさの溶滴を形成することができないために、複数パルスで１溶滴移行となり、アーク不安定及びスパッタ発生の原因となる。また、パルスピーク帰還が１．５ｍｓｅｃを超えると、溶滴が大きくなって溶滴が溶融池と短絡したり、パルスのエネルギでワイヤ先端から吹き飛ばされることがある。このため、パルスピーク期間は０．９乃至１．５ｍｓｅｃとすることが好ましい。
【００２９】
【実施例】
次に、本発明の効果を実証するために本発明の実施例及び本発明の範囲から外れる比較例について、溶接部の耐割れ性を評価した。なお、この評価方法は本発明者等が新たに開発したものである。従来、溶接部の耐割れ性、特に本願で解決しようとする高温割れを評価する方法としては、Ｃ形ジグ拘束突合せ溶接割れ試験方法（ＪＩＳ Ｚ３１５５）、Ｔ形割れ試験方法（ＪＩＳＺ３１５３）があり、また、特殊な試験方法としてバレストレイン試験等があるが、いずれも厚板を対象としたり特殊な装置を必要とする評価方法であり、自動車及び車両の溶接に使用される板厚０．８ｍｍ乃至３．６ｍｍ程度の鋼板の溶接割れ評価試験には適さない。従って、以下の評価試験においては、独自の試験方法により評価した。
【００３０】
即ち、板厚２．６ｍｍの耐食性鋼板に１．６ｍｍギャップを設けて仮付け溶接した後にジグに固定し、約１．２秒間のアークスポット溶接後に観察されるナゲットに発生する割れの長さから、割れ発生率を算出することによって溶接部の耐割れ性を評価する方法を考案した。
【００３１】
そして、種々の組成のソリッドワイヤを試作して各元素の耐割れ性に及ぼす影響を調査し、耐食性鋼板の溶接割れという問題を解決するための条件を求めた。以下の実施例及び比較例において、割れ発生率は図１の試験方法によって得られた数値である。図１（ａ）に示すように、２枚の耐食性鋼板１，２を突き合わせ溶接し、その溶接部のナゲット３において、板１，２間の距離をＬ、板１及び２からナゲット３内に侵入した割れ４，５の長さを夫々ａ，ｂとした場合に、割れ率を１００×（ａ＋ｂ）／Ｌとして算出した。
【００３２】
また、溶接ビード外観及びスパッタの評価としては、図２に示すようなフレア継手による溶接試験を行って評価した。耐割れ性評価試験ビード外観試験などの各種の溶接条件を下記表１に示す。そして、実施例及び比較例のワイヤ組成及び組成パラメータを下記表２乃至４に、また、シールドガス組成及びパルスパラメータと、得られた溶接部の割れ率、スパッタ量及びビード外観とを下記表５乃至７に示す。なお、フレア継手の溶接ビード（溶接長１００ｍｍ）の両側に融着したスパッタの量の評価基準は以下のとおりである。
極少：０乃至２個
少 ：３乃至５個
中 ：６乃至１０個
多 ：１０個以上
【００３３】
また、表５乃至７において、パルスパラメータはＩｐがピーク電流、Ｔｐがピーク期間を示す。更に、組成パラメータの欄の（ ）内のＡ，Ｂ，Ｃ及びＤは組み合わせた母材を表す。
【００３４】
【表１】
【表２】
【表３】
【表４】
【表５】
【表６】
【表７】
Ｎｏ．１乃至４は溶接ワイヤ中のＣ含有量の影響を見たもので、すべての溶接ワイヤで割れ率が０であり、スパッタの少ないきれいな溶接ビードを得ることが少ないきれいな溶接ビードを得ることが可能である。
【００４２】
Ｎｏ．５乃至７は溶接ワイヤ中のＳｉ含有量の影響を見たもので、Ｎｏ．５のみ割れが発生しているがその比率は極めて小さい。
【００４３】
Ｎｏ．８乃至 １０は溶接ワイヤ中のＳ含有量の影響を見たもので、すべての溶接ワイヤにおいて、割れ率は極めて小さい。
【００４４】
Ｎｏ．１１乃至１５は母材のＣ含有量及びＳ含有量の影響を見たもので、Ｎｏ．１１及び１２は市販の耐食性鋼板よりＣ含有量の高い母材（Ｂ、表１参照）を用いた。２×Ｓｗ＋Ｓｂｍ≦０．０４４を満足し、かつ２×Ｃｗ＋Ｃｂｍ≦０．１６を満足するように溶接ワイヤを選択すれば母材のＣ含有量が高い場合でも割れの発生率は小さい。Ｎｏ．１３及び１４は市販の耐食性鋼板よりＳ含有量の高い母材（Ｃ、表１参照）を用いた。上記と同様に２×Ｃｗ＋Ｃｂｍ≦０．１６を満足し、かつ２×Ｓｗ＋Ｓｂｍ≦０．０４４を満足するように溶接ワイヤを選択すれば割れの発生率は小さい。さらにＮｏ．１５は市販の耐食性鋼板よりＣ含有量及びＳ含有量の高い母材（Ｄ、表１参照）を用いた。上記と同様に２×Ｃｗ＋Ｃｂｍ≦０．１６及び２×Ｓｗ＋Ｓｂｍ≦０．０４４を満足するように溶接ワイヤを選択すれば割れの発生率は小さい。
【００４５】
Ｎｏ．１６乃至１８は溶接ワイヤ中のＭｎ含有量の影響をみたもので、すべての溶接ワイヤで割れ率が０であり、スパッタの少ないきれいな溶接ビードを得ることが可能である。
【００４６】
Ｎｏ．１９乃至２０は溶接ワイヤ中のＰ含有量の影響をみたもので、すべての溶接ワイヤで割れ率が０であり、スパッタの少ないきれいな溶接ビードを得ることが可能である。
【００４７】
Ｎｏ．２１乃至３０は実施例の内、一つの溶接ワイヤを選び、シールドガス組成とパルスパラメータの影響をみたもので、酸化性ガスの含有量が多いＮｏ．２４、Ｎｏ．２５ではわずかのスラグ増加が認められるが、すべての溶接ワイヤで割れ率が０であり、きれいな溶接ビードが得られる。
【００４８】
Ｎｏ．３１乃至３３は比較例として溶接ワイヤ中のＣ含有量の影響を見たもので、Ｎｏ．３１はＣ、Ｓ共に含有量が少ないので割れの発生は認められないが、溶接金属の強度低下があった。Ｎｏ．３２及びＮｏ．３３は割れ率が高い。
【００４９】
Ｎｏ．３４乃至３６は溶接ワイヤ中のＳｉ含有量の影響を見たもので、Ｎｏ．３４及びＮｏ．３５は脱酸不足のためにビード表面に光沢がなく、しわの発生が認められる。逆にＮｏ．３６ではＳｉ量が多いために溶接ビード表面に多くスラグが発生する。
【００５０】
Ｎｏ．３７及びＮｏ．３８は溶接ワイヤ中のＳ含有量の影響を見たもので、Ｎｏ．３７は割れは発生しないがビードの端と母材とのなじみがわるい溶接ビードになっている。Ｎｏ．３８は割れが非常に大きい。
【００５１】
Ｎｏ．３９乃至４３は、母材のＣ含有量及びＳ含有量の影響を見たものである。Ｎｏ．３９は市販の耐食性鋼板よりＣ含有量の高い母材を用いたもので、溶接ワイヤのＣ含有量が個々の制限範囲内であっても、母材のＣ含有量との関係式２×Ｃｗ＋Ｃｂｍが０．１６を超えていると割れの発生率が高くなる。Ｎｏ．４０及び４１は市販の耐食性鋼板よりＳ含有量が高い母材を用いたもので、関係式２×Ｓｗ＋Ｓｂｍが０．０４４を超えていると割れの発生率が高い。さらに、Ｎｏ．４２及び４３は市販の耐食性鋼板よりＣ含有量及びＳ含有量が高い母材を用いたもので、溶接ワイヤのＣ含有量、Ｓ含有量との関係式２×Ｃｗ＋Ｃｂｍ及び２×Ｓｗ＋Ｓｂｍのいずれも制限を超えていると、割れの発生率は非常に高い。
【００５２】
Ｎｏ．４４及びＮｏ．４５は溶接ワイヤ中のＭｎ含有量の影響をみたもので、Ｎｏ．４４は脱酸不足のために溶接ビード表面にしわが発生し、一方、Ｎｏ．４５は、溶接ワイヤそのものを作る過程で、例えば伸線速度を低下させなければならないなど、加工性が劣っていた。
【００５３】
Ｎｏ．４６は溶接ワイヤ中にＰを多く含有する場合であるが、割れ率が高くなった。
【００５４】
Ｎｏ４７及びＮｏ．４８はシールドガス組成の影響をみたもので、Ｎｏ．４７はアルゴンの比率が高すぎてワイヤ先端での溶滴形成が不安定となり、大粒のスパッタとなって溶接ビード周囲に付着した。Ｎｏ．４８はＣＯ２が多い場合で、パルス溶接での溶滴移行が安定せず、大粒スパッタが溶接ビード周囲に付着した。
【００５５】
Ｎｏ．４９乃至５２はパルスパラメータの影響を見たもので、Ｎｏ．４９はピーク電流が低い場合で、溶滴移行現象を観察すると、１回のパルスで移行するのに十分な大きさの溶滴が形成されず、２乃至３パルス１溶滴移行となっている。このため、移行の規則性が崩れ、溶滴と溶融池との短絡が起きてスパッタが発生する。Ｎｏ．５０はピーク電流が高すぎる場合で、ワイヤ先端に形成されている溶滴をピーク電流の高いエネルギで吹き飛ばしてスパッタとしてしまう。Ｎｏ．５１はピーク時間が短すぎる場合で、Ｎｏ．４９と同様に複数パルス１溶滴移行となってスパッタが発生する。また、Ｎｏ．５２はピーク期間が長すぎる場合で、ピーク期間中に溶滴ワイヤ先端から離脱するが、ピーク電流のために吹き飛ばされてスパッタとなる。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の溶接方法によれば、Ｐを０．０４乃至０．１２重量％含む耐食性鋼板の溶接において接部の割れを防止でき、また、スパッタの少ない溶接が可能となって溶接部の品質が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】割れ評価試験方法を示す図である。
【図２】フレア継手の溶接試験方法を示す図である。
【符号の説明】
１，２：耐食性鋼板
３：ナゲット
４，５：割れ
Claims (3)
- ０．０４乃至０．１２重量％のＰを含有する板厚０．８乃至３．６ｍｍの耐食性鋼板のパルスマグ溶接方法において、化学組成が、Ｃ：０．０２乃至０．０６重量％、Ｓｉ：０．５５乃至１．０重量％、Ｍｎ：０．８乃至１．８重量％及びＳ：０．００３乃至０．０１２重量％を含有し、且つワイヤ中のＣ含有量及びＳ含有量を夫々Ｃｗ及びＳｗとし、母材中のＣ含有量及びＳ含有量を夫々Ｃｂｍ及びＳｂｍとしたとき、
２×Ｃｗ＋Ｃｂｍ≦０．１６
２×Ｓｗ＋Ｓｂｍ≦０．０４４
を満足し、残部が鉄及び不可避的不純物からなる溶接用ソリッドワイヤを使用し、シールドガスとして、不活性ガスに、酸素及び二酸化炭素のうち少なくとも１種類の酸化性ガスを２乃至３０体積％混合した混合ガスを使用することを特徴とする耐食性鋼板のパルスマグ溶接方法。 - 前記溶接用ソリッドワイヤは、Ｐ：０．０１５重量％以下に規制することを特徴とする請求項１に記載の耐食性鋼板のパルスマグ溶接方法。
- 溶接電流として、ピーク電流：４３０乃至５００Ａ、ピーク期間：０．９乃至１．５ｍｓｅｃのパルス電流を供給することを特徴とする請求項１又は２に記載の耐食性鋼板のパルスマグ溶接方法。
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