JP5623413B2 - 高強度薄鋼板の隅肉アーク溶接方法 - Google Patents
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Description
また、特許文献5〜9には疲労強度に優れた鋼板に関する技術が開示されている。
溶接ビードの接線と溶接される鋼板表面の延長線で形成されるフランク角を55°以下にするための溶接速度が120cm/min以上、150cm/min以下であって、
前記鋼板が、質量%で、
C :0.02〜0.15%、
Si:0.2〜1.8%、
Mn:0.5〜2.5%、
P :0.03%以下、
S :0.02%以下
を含有する鋼板であり、
前記隅肉アーク溶接に用いる溶接用ワイヤが、スリット状の継ぎ目がない鋼製外皮内にフラックスを充填してなるガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤであって、
鋼製外皮およびフラックスの一方または双方に、ワイヤ全体での合計の質量%で、
C(SiC中のCを除く。):0.01〜0.20%、
Si(SiCおよびSiO2中のSiを除く。):0.05〜1.2%、
Mn:0.2〜2.5%、
P:0.03%以下、
S:0.06%以下、
さらに、鋼製外皮内に充填されるフラックスとして、ワイヤ全体の質量%で、
SiC:0.05〜1.2%
を含有するとともに、SiO2、Al2O3、Na2OおよびK2Oの1種または2種以上を合計で0.05〜0.4%含有し、残部が鉄および不可避不純物からなるワイヤであり、
前記鋼板と前記溶接用ワイヤが含有するSiが、下記(式1)の値が0.40以上になるように組み合わせられていることを特徴とする、高強度鋼板の隅肉アーク溶接方法。
但し、Si(鋼板)は前記薄鋼板のSi含有量(質量%)を、また、Si(ワイヤ)は前記溶接用ワイヤの全Si含有量(質量%)を示す。
Al:0.005〜0.1%
を含有することを特徴とする、上記(1)項に記載の高強度薄鋼板の隅肉アーク溶接方法。
Ti:0.005〜0.1%、
Nb:0.005〜0.1%、
V :0.01〜0.2%、
Cr:0.1〜1.0%、
Mo:0.05〜0.5%
のいずれか1種または2種以上を含有することを特徴とする、上記(1)または(2)項に記載の高強度薄鋼板の隅肉アーク溶接方法。
グラファイト:0.02%以上
含有し、かつ下記(式2)で定義されるC換算値の合計量が0.15〜0.45%である溶接用フラックス入りワイヤであることを特徴とする、上記(1)〜(3)のいずれかに記載の高強度鋼板の隅肉アーク溶接方法。
但し、上記[グラファイト]、[SiC]は、それぞれワイヤ全体に対するグラファイト、SiCの質量%を示す。
Ni:0.1〜5.0%、
Cr:0.1〜2.0%、
Mo:0.1〜2.0%、
Cu:0.1〜0.5%
の1種または2種以上を合計で0.1〜6.0%含有することを特徴とする、上記(1)〜(4)のいずれかに記載の高強度鋼板の隅肉アーク溶接方法。
B:0.001〜0.015%
を含有することを特徴とする、上記(1)〜(5)のいずれかに記載の高強度鋼板の隅肉アーク溶接方法。
S:0.02〜0.06%
を含有することを特徴とする、上記(1)〜(8)のいずれかに記載の高強度鋼板の隅肉アーク溶接方法。
CO2:5%以上25%以下、
O2 :4%以下(0%を含む。)
を含有し、残部Arおよび不可避不純物からなるシールドガスを用いることを特徴とする、上記(1)〜(9)のいずれかに記載の高強度鋼板の隅肉アーク溶接方法。
(11) 引張強さが700MPa以上で、板厚が4.0mm以下の高強度鋼板の隅肉アーク溶接継手であって、上記(1)〜(10)のいずれかに記載の隅肉アーク溶接方法を用いて製造したことを特徴とする高強度鋼板の隅肉アーク溶接継手。
一方、本発明では、後述するように、このような鋼板の成分を溶接材料で補うということができない現象を利用するものである。このような現象が生じるためには、溶接ビード形状決定因子として、溶融プールの表面張力以外の材料因子があるためと考えられるが、それがどのようなメカニズムで影響しているかは必ずしも明確ではない。
しかし、本発明のように、溶接止端形状を決定する材料因子が溶融プールの成分以外にも存在することは、これまで注目されてこなかった因子の発見でもあるために、従来期待されていた以上の形状改善が期待できる。
一方、本発明の目的は、溶接施工効率を確保しつつ、かつ、疲労強度に与える影響が大きいフランク角を小さくすることが目的である。そのため、溶接施工効率が十分高くなることが期待できる溶接速度110cm/min超、さらには120cm/min以上であっても、十分疲労強度が確保できることが確認された。
鋼板Si量の下限、0.2%は、溶接ビード止端形状改善であるSiの働きとして決定した。
鋼板Si量の上限は、母材から希釈されてくるSi量、すなわち溶接金属中のSi量が増加し、そのSiが酸素と結合しSiO2を形成することにより、溶接施工後の、溶接金属表面に生成するスラグ量が多くなってくるため1.8%と設定した。一般に、自動車分野などでは、溶接施工後に塗装工程を配置しているが、溶接金属表面に存在するスラグは塗装工程では好ましくない。そのため、この値を設定した。
(式1)の値が0.32以上であることは、母材希釈に関係なく、満足しなければならない。それは、本発明は、単なる溶接金属の成分調整を利用した技術ではないからである。この点が、従来技術と大きく相違するところである。
図3には、(式1)=0.32の直線が描かれている。図3よりわかるように、(式1)の値が0.32以上となる条件のとき、フランク角が55°以下となる。すなわち、鋼板のSi量と溶接ワイヤのSi量で決まる、(式1)の下限0.32は、これを下回る値では、高溶接速度では、溶接止端部の形状改善効果が得られないためこの値を設定した。上限は特に定めていないが、鋼板および溶接ワイヤのSi量の上限値からおのずと範囲が限定される。
なお、(式1)の値は、鋼板及び溶接用ワイヤの両方のSi量で決定され、それぞれのSi量を独立に決定することができないが、当業者であればそれは容易に決定することができ、特に問題が生じるようなことではない。
さらに、(式1)の値を0.40以上にすれば、フランク角はさらに低減する。図3には、(式1)の値が0.40の場合の線も描かれているが、(式1)の値が0.32の場合より領域が上方にシフトしていることがわかる。この場合、フランク角はさらに低減させることが可能であり、疲労強度の向上効果はより大きくなる。(式1)の値を0.40以上にする場合は、フランク角低減効果が大きいため、溶接速度をさらに上げることが可能となる。例えば、溶接速度を120cm/min以上とすることもできる。
その一方で、過剰な高速化は、溶融プールの動きを激しくするなど、溶接ビード形状の観点からは、好ましくない。特に、図4におけるアンダーカット8が出やすくなる傾向にある。本発明の目的は、溶接継手の疲労強度向上であり、フランク角低減などの溶接止端形状改善は、その手段である。疲労強度向上の観点からは、アンダーカットが発生してしまうと、疲労強度は低くなる。そこで、溶接速度の上限を150cm/minと設定した。もちろん150cm/minの溶接速度を超えると、すぐに継手の疲労強度が低下するものではない。溶接条件によっては、これより速い溶接速度でやっても問題ない。しかし、図3に示すように、本発明に従えば、150cm/minの高速溶接においても、十分な疲労強度を確保できることを確認している。
グラファイトの下限、0.02%は、これより少ないグラファイトでは、グラファイト添加の効果が発現できなくなるのでこの値を設定した。グラファイトの上限は、本発明では特に設けていないが、(式2)の範囲を限定しているため、グラファイトの上限はおのずと制限される。また、(式2)の下限、0.15%は、これを下回る下限を設定すると、グラファイトの含有量を0.02%未満にしなければならないためこの値を設定した。一方、上限の0.45%は、これを上回る添加量では、溶接金属のCレベルが高くなりすぎ、溶接金属の硬化性、靭性、割れ感受性の問題が生じてくるのでこの値を設定した。
次に、本発明におけるシールドガスの限定理由について述べる。
60cm/min:120A、 85cm/min:170A
100cm/min:200A、120cm/min:240A
130cm/min:260A、140cm/min:280A
170cm/min:320A
と設定した。
60cm/min:120A、 85cm/min:170A
100cm/min:200A、120cm/min:240A
130cm/min:260A、140cm/min:280A
170cm/min:320A
と設定した。
No.29〜31は、鋼材のSi量が比較的高い鋼材を用いた例であり、(1)式の値が大きいのが特徴で、疲労強度が向上した例である。
2 Si添加後Fe原子
3 Si
4 ワイヤ
5 フランク角
6 鋼板
7 鋼板
8 アンダーカット深さ
9 試験片
10 板厚
11 板厚
Claims (11)
- 引張強さが700MPa以上で、板厚が4.0mm以下の高強度鋼板の隅肉アーク溶接方法において、
溶接ビードの接線と溶接される鋼板表面の延長線で形成されるフランク角を55°以下にするための溶接速度が120cm/min以上、150cm/min以下であって、
前記鋼板が、質量%で、
C :0.02〜0.15%、
Si:0.2〜1.8%、
Mn:0.5〜2.5%、
P :0.03%以下、
S :0.02%以下
を含有する鋼板であり、
前記隅肉アーク溶接に用いる溶接用ワイヤが、スリット状の継ぎ目がない鋼製外皮内にフラックスを充填してなるガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤであって、
鋼製外皮およびフラックスの一方または双方に、ワイヤ全体での合計の質量%で、
C(SiC中のCを除く。):0.01〜0.20%、
Si(SiCおよびSiO2中のSiを除く。):0.05〜1.2%、
Mn:0.2〜2.5%、
P:0.03%以下、
S:0.06%以下、
さらに、鋼製外皮内に充填されるフラックスとして、ワイヤ全体の質量%で、
SiC:0.05〜1.2%
を含有するとともに、SiO2、Al2O3、Na2OおよびK2Oの1種または2種以上を合計で0.05〜0.4%含有し、残部が鉄および不可避不純物からなるワイヤであり、
前記鋼板と前記溶接用ワイヤが含有するSiが、下記(式1)の値が0.40以上になるように組み合わせられていることを特徴とする、高強度鋼板の隅肉アーク溶接方法。
Si(鋼板)+0.1×Si(ワイヤ) ・・・(式1)
但し、Si(鋼板)は前記鋼板のSi含有量(質量%)を、また、Si(ワイヤ)は前記溶接用ワイヤの全Si含有量(質量%)を示す。 - 前記鋼板が、さらに、質量%で、
Al:0.005〜0.1%
を含有することを特徴とする、請求項1に記載の高強度鋼板の隅肉アーク溶接方法。 - 前記鋼板が、さらに、質量%で、
Ti:0.005〜0.1%、
Nb:0.005〜0.1%、
V :0.01〜0.2%、
Cr:0.1〜1.0%、
Mo:0.05〜0.5%
のいずれか1種または2種以上を含有することを特徴とする、請求項1または2に記載の高強度鋼板の隅肉アーク溶接方法。 - 前記溶接用フラックス入りワイヤが、ワイヤ全体の質量%で、さらに、鋼製外皮内に充填されるフラックスとして、
グラファイト:0.02%以上
含有し、かつ下記(式2)で定義されるC換算値の合計量が0.15〜0.45%である溶接用フラックス入りワイヤであることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の高強度鋼板の隅肉アーク溶接方法。
C換算値の合計量=[グラファイト]+0.3×[SiC] ・・・ (式2)
但し、上記[グラファイト]、[SiC]は、それぞれワイヤ全体に対するグラファイト、SiCの質量%を示す。 - 前記溶接用フラックス入りワイヤが、鋼製外皮およびフラックスの一方または双方に、ワイヤ全体の質量%で、さらに、
Ni:0.1〜5.0%、
Cr:0.1〜2.0%、
Mo:0.1〜2.0%、
Cu:0.1〜0.5%
の1種または2種以上を合計で0.1〜6.0%含有することを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1項に記載の高強度鋼板の隅肉アーク溶接方法。 - 前記溶接用フラックス入りワイヤが、鋼製外皮およびフラックスの一方または双方に、ワイヤ全体の質量%で、さらに、
B:0.001〜0.015%
を含有することを特徴とする、請求項1〜5のいずれか1項に記載の高強度鋼板の隅肉アーク溶接方法。 - 前記溶接用フラックス入りワイヤが、鋼製外皮およびフラックスの一方または双方に、ワイヤ全体の質量%で、さらに、Nb、VおよびTiの1種または2種以上を合計で0.005〜0.3%含有することを特徴とする、請求項1〜6のいずれか1項に記載の高強度鋼板の隅肉アーク溶接方法。
- 前記溶接用フラックス入りワイヤが、鋼製外皮内に充填されるフラックスとして、ワイヤ全体の質量%で、さらに、酸化物系以外のアーク安定剤を0.05〜0.5%含有することを特徴とする、請求項1〜7のいずれか1項に記載の高強度鋼板の隅肉アーク溶接方法。
- 前記溶接用フラックス入りワイヤが、鋼製外皮およびフラックスの一方または双方に、ワイヤ全体の質量%で、
S:0.02〜0.06%
を含有することを特徴とする、請求項1〜8のいずれか1項に記載の高強度鋼板の隅肉アーク溶接方法。 - 前記高強度鋼板の隅肉アーク溶接方法がガスシールドアーク溶接であり、シールドガスとして、質量%で、
CO2:5%以上25%以下、
O2 :4%以下(0%を含む。)
を含有し、残部Arおよび不可避不純物からなるシールドガスを用いることを特徴とする、請求項1〜9のいずれか1項に記載の高強度鋼板の隅肉アーク溶接方法。 - 引張強さが700MPa以上で、板厚が4.0mm以下の高強度鋼板の隅肉アーク溶接継手であって、請求項1〜10のいずれか1項に記載の隅肉アーク溶接方法を用いて製造したことを特徴とする高強度鋼板の隅肉アーク溶接継手。
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