JP4385028B2

JP4385028B2 - Ｍｉｇブレージング溶接方法

Info

Publication number: JP4385028B2
Application number: JP2006045054A
Authority: JP
Inventors: 勝則和田
Original assignee: Taiyo Nippon Sanso Corp
Current assignee: Taiyo Nippon Sanso Corp
Priority date: 2005-08-25
Filing date: 2006-02-22
Publication date: 2009-12-16
Anticipated expiration: 2026-02-22
Also published as: JP2007083303A

Description

本発明は、炭素鋼板、鋼板表面に防食を施した亜鉛めっき鋼板およびステンレス鋼板を接合対象とし、シールドガスを用いたＭＩＧブレージング溶接方法に関するものである。

自動車関連機器や事務機器関連部品では、炭素鋼板や、耐食性や光沢の美しさから亜鉛メッキ鋼板やステンレス鋼板が広く用いられている。これらを溶接するにあたり、銅を主成分とした融点が低いワイヤを用いたＭＩＧ（メタルイナートガス）ブレージング溶接法が行われている。

この溶接方法は、母材である炭素鋼や亜鉛メッキ鋼板やステンレス鋼板を殆ど溶融せずに母材同士を不活性ガス雰囲気中でワイヤの主成分の銅を溶融し、これを母材間の間隙に流入させてブレージング（ろう付け）する方法であり、スパッタの発生が少なく、外観上もすぐれる特徴を有している。
従来より、ＭＩＧブレージング溶接を行うにあたり、シールドガスとしてはアルゴンガスが広く使われている。

しかしながら、炭素鋼板を溶接する場合、アルゴンガスを用いると母材上の陰極点が形成されにくいためアークが不安定になり、ビードが振れる問題がある。
また、亜鉛めっき鋼板を溶接する場合、溶接線上の亜鉛を予め機械的に除去する事が行われており、除去するための工程が増え、コストアップの要因となる問題が生じる。また鋼板表面から鉄（融点：１５３５℃、沸点：２７５０℃）より低い融点と沸点を持った亜鉛（融点：４１９℃、沸点９０７℃）が、溶接時に溶融池に侵入し、その亜鉛蒸気と共に大気を巻き込み、アークが不安定になり、同じくビードが振れる問題がある。
さらにステンレス鋼板を溶接する場合、アルゴンガスを用いると母材上の陰極点が形成されにくいためアークが不安定となり、ビードが蛇行する問題がある。

これらの問題を改善する目的で、特開２００３−５６３７６９号公報には、ＭＩＧブレージング溶接のシールドガスとして、水素０．４％、二酸化炭素０．３〜２％、残部アルゴンからなる混合ガスを用いることが提案されている。
特表２００５−５１５８９９号公報

よって、本発明における課題は、炭素鋼板、亜鉛めっき鋼板あるいはステンレス鋼板をＭＩＧブレージング溶接する際に、アークのふらつきを抑制し、溶滴をスムーズに離脱させ、特に陰極点を安定化させることができるＭＩＧブレージング溶接方法を得ることにある。

かかる課題を解決するため、
請求項１にかかる発明は、炭素鋼板と亜鉛めっき鋼板間、ステンレス鋼板と亜鉛めっき鋼板間を接合対象とし、主成分が銅であるワイヤを用い、シールドガスとして、その組成が、炭酸ガス１〜５容量％とヘリウム２０〜８０容量％と残部がアルゴンである混合ガスを用いることを特徴とするＭＩＧブレージング溶接方法である。

被溶接材が炭素鋼板と亜鉛めっき鋼板間、ステンレス鋼板と亜鉛めっき鋼板間である場合には、シールドガスとして、炭酸ガス１〜５ｖｏｌ％と、ヘリウム２０〜８０ｖｏｌ％と、残部がアルゴンガスからなる３種混合ガスを用いることにより、アークの陰極点が安定し溶滴がスムーズに移行する溶接方法を提供することができる。

以下、本発明を詳しく説明する。
本発明において、ＭＩＧブレージング溶接は、銅を主成分とするワイヤを用いて行われる。ここで使用されるワイヤには、例えばシリコン系ワイヤＡＷＳ（アメリカ溶接学会規格）ＥＲ銅Ｓｉ−Ａやアルミ系ワイヤＡＷＳＥＲ銅Ａｌ−Ａ（Ｂ）などの径０．８〜１．２ｍｍのものが用いられる。

被接合材が炭素鋼板と亜鉛めっき鋼板間、ステンレス鋼板と亜鉛めっき鋼板間である場合には、シールドガスとして、炭酸ガス１〜５ｖｏｌ％と、ヘリウム２０〜８０ｖｏｌ％、残部がアルゴンガスである３種混合ガスからなるシールドガスが用いられる。
ここで炭素鋼板とは、炭素含有率が４ｗｔ％以下の炭素鋼からなる鋼板を言う。ステンレス鋼板とはクロム（Ｃｒ）が１０％以上３５％以下含まれた鋼板をいう。
亜鉛めっき鋼板とは、上述の炭素鋼板の表面に電気めっきまたは溶融めっきにより亜鉛の厚さが９０ｇ／ｍ^２以下のめっき膜を設けたものを言う。

そして、このシールドガス中の炭酸ガスが１容量％以下では、アーク陰極点が安定しないためアークがふらつき、５容量％以上ではアークが不安定となり、ビードが酸化する。
ヘリウムが２０容量％未満ではアークが不安定となり、８０容量％を越えると入熱が大きく母材が溶けてしまうことがある。

また、これらのシールドガスの溶接時の流量は、特に限定されないが１０〜３０リットル／分とされ、これよりも少ないと気孔が著しく発生したり、酸化が著しくなり、これよりも多くなると大気の巻き込みを招き、気孔が発生する。
また、その他の溶接条件も特に限定されることはないが、通常溶接電流５０〜３５０Ａ、アーク電圧１２〜１６Ｖ、溶接速度２００ｃｍ／分以下の範囲とされる。

以下、参考例を示す。これら参考例は本発明の技術的範囲に属さないものである。
（参考例１）
図１に示すように、板厚０．９ｍｍの炭素鋼板１、１を２枚用い、上板と下板との隙間を０．９ｍｍ、トーチ２の傾斜角度を３０度としてＭＩＧブレージング溶接を行い、アークの安定性を高速度ビデオカメラで観察した。

シールドガスとして、アルゴンガスおよびヘリウムガスの２種混合ガスを用いて、以下の条件でＭＩＧブレージング溶接を行った。比較用ガスとして、広く一般的に使われているアルゴンガスを用いた。

溶接条件
溶接方式：消耗式電極溶接、ショートアーク
溶接母材：炭素鋼板、板厚０．９ｍｍ
溶接方法：重ねすみ肉溶接
溶接ワイヤ：ＥＲ銅Ｓｉ−Ａ（ＡＷＳ）、φ１ｍｍ
チップ母材間距離：１５ｍｍ
トーチ傾斜角度：３０度
溶接速度：８０ｃｍ／ｍｉｎ
アーク電圧：１５Ｖ溶接電流：１３０Ａ
シールドガス流量：２０リットル／分

評価は、アーク安定性、スパッタ、ビード外観を対象とし、アーク安定性は、高速度ビデオカメラの映像からみたアークのふらつきを調べた。ビード外観は、溶接後の肉眼での観察で評価した。
結果を表１に示す。

表１において、◎は極めて良い、○は良い、△は若干悪い、×は悪い評価を表す。
表１の結果から、へリウム２０〜８０容量％とアルゴン残部との混合ガスが良好な結果を与えることがわかる。

（参考例２）
参考例２として、図２に示すように、亜鉛めっき鋼板３、３の板厚０．９ｍｍを２枚用いて、上板と下板の隙間を０ｍｍ、トーチ４の傾斜角度を３０度としてＭＩＧブレージング溶接を行い、アークの安定性を高速度ビデオカメラで観察した。

シールドガスとして、アルゴンガスおよび炭酸ガスの２種混合ガスと、アルゴンガスおよび酸素ガスからなる２種混合ガスを用いＭＩＧブレージング溶接を行った。比較用ガスとして、広く一般的に使われているアルゴンガスを用いた。

溶接条件
溶接方式：消耗式電極溶接、パルスアーク
溶接母材：亜鉛めっき鋼板、板厚０．９ｍｍ
溶接方法：重ねすみ肉溶接
溶接ワイヤ：ＥＲ銅Ｓｉ−Ａ（ＡＷＳ）、φ１ｍｍ
チップ母材間距離：１５ｍｍ
トーチ傾斜角度：３０度
溶接速度：８０ｃｍ／ｍｉｎ
アーク電圧：２１Ｖ溶接電流：７０Ａ
シールドガス流量：２０リットル／分

評価は、アーク安定性、ビード外観を対象とし、アーク安定性は、高速度ビデオカメラの映像からみたアークのふらつきを調べた。ビード外観は、溶接後の肉眼での観察で評価した。
結果を表２に示す。

表２において、◎は極めて良い、○は良い、△は若干悪い、×は悪い評価を表す。
表２の結果から、炭酸ガス３〜６容量％とアルゴン残部との混合ガスもしくは酸素２〜４容量％とアルゴン残部との混合ガスが良好な結果を与えることがわかる。

（参考例３）
図２に示すように、板厚０．７ｍｍのステンレス鋼板と、板厚０．７ｍｍの炭素鋼板とを用い、上板と下板の隙間を０ｍｍ、トーチ２の傾斜角度を３０度としてＭＩＧブレージング溶接を行い、アークの安定性を高速度ビデオカメラで観察した。

シールドガスとして、アルゴンガスおよび酸素ガスまたは炭酸ガスからなる２種混合ガスを用いて、以下の条件でＭＩＧブレージング溶接を行った。比較用ガスとして、広く一般的に使われているアルゴンガスを用いた。

溶接条件
溶接方式：消耗式電極溶接、パルスアーク、ショートアーク
溶接母材：ステンレス鋼板、板厚０．７ｍｍと炭素鋼板、０．７ｍｍ
重ねすみ肉溶接
溶接ワイヤ：ＥＲ銅・アルミ−Ａ１（ＡＷＳ）、φ０．８ｍｍ
チップ母材間距離：１５ｍｍ
トーチ傾斜角度：３０度
溶接速度：８０ｃｍ／ｍｉｎ
アーク電圧：パルス１６．５Ｖ、ショート１５Ｖ
溶接電流：パルス５８Ａ、ショート８５Ａ
シールドガス流量：２０リットル／分

評価は、アーク安定性、スパッタ、ビード外観を対象とし、アーク安定性は、高速度ビデオカメラの映像からみたアークのふらつきを調べた。ビード外観は、溶接後の肉眼での観察で評価した。
結果を表３および表４に示す。

表３および表４において、◎は極めて良い、○は良い、△は若干悪い、×は悪い評価を表す。
表３および表４の結果から、二酸化炭素１〜５％容量とアルゴン残部との混合ガスまたは酸素１〜５％容量とアルゴン残部との混合ガスが良好な結果を与えることがわかる。

なお、実験条件を同じ条件のまま、アルゴンの代わりにヘリウムを２０〜８０容量％いれても同様の結果となった。また、ワイヤをＥＲ銅・Ｓｉ−Ａ１（ＡＷＳ）、φ０．８ｍｍを用いても同じ結果となった。
さらに、溶接母材をステンレス鋼板間、炭素鋼板間とした時の溶接においても表３および表４に示した混合ガスと同じ混合ガスが良好であることを確認した。

また、炭素鋼板と亜鉛めっき鋼板間、ステンレス鋼板と亜鉛めっき鋼板間の溶接に際しても表３、表４に示す混合ガスを用いることで良好な結果が得られた。
これは、表２に示す亜鉛めっき鋼板同士を溶接する場合に比べて、溶接母材の一方が亜鉛めっき鋼板である場合、重なり部の亜鉛の厚みが半分となるため、炭酸ガスや酸素ガスなどの酸化性ガスが少なくても溶接が可能になったと思われる。

参考例１での溶接の状況を示す図面である。参考例２および参考例３での溶接の状況を示す図面である。

符号の説明

１・・炭素鋼板、２・・トーチ、３・・亜鉛めっき鋼板、４・・トーチ

Claims

炭素鋼板と亜鉛めっき鋼板間、ステンレス鋼板と亜鉛めっき鋼板間を接合対象とし、主成分が銅であるワイヤを用い、シールドガスとして、その組成が、炭酸ガス１〜５容量％とヘリウム２０〜８０容量％と残部がアルゴンである混合ガスを用いることを特徴とするＭＩＧブレージング溶接方法。