JPH04135088A - 亜鉛めっき鋼板溶接用ワイヤ及び溶接方法 - Google Patents
亜鉛めっき鋼板溶接用ワイヤ及び溶接方法Info
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
（産業上の利用分野）
本発明は表面に亜鉛又は亜鉛を含む合金をめっき処理（
溶融め２き、合金化溶融めっき、電気めっき等）した鋼
板（以下、「亜鉛めっき鋼板」という）を溶接する際に
、ピット（溶接金属の表面に現われた気孔）、ブローホ
ール（溶接金属の内部に存在する気孔）等の気孔の発生
を僅少に抑え得るソリッドワイヤ並びに該ワイヤを用い
たＣ０２溶接又はパルスマグ溶接法に関するものである
。 （従来の技術） 近年、自動車産業や住宅産業においては、防食の観点か
ら鋼板や鋼材の耐久性を向上させるべく。 亜鉛めっき鋼板の使用が急速に拡大する傾向にある。こ
れらは、自動車産業においては、北米等の寒冷地におけ
る凍結防止剤としての塩散布に対する耐錆性の改善を目
的とし、住宅産業においては軽量鉄骨住宅の耐錆性の向
上を目的としている。 亜鉛めっき鋼板は、このように優れた特性を有している
ものの、表面処理が施されていない通常の鋼板に比べ、
その溶接性（主に耐気孔性、スパッタ発生量）が極めて
悪いという問題がある。したがって、現状では、被覆ア
ーク溶接捧或いはソリッドワイヤを用い、低速溶接（３
０ｃＩ１１／分程度）や鋼板の間隙を開けた溶接（０，
５０１ｍ１程度のギャップ）等、主として経験に基づい
た施工面での工夫により対応している。 （発明が解決しようとする課題） このように、従来法での亜鉛めっき鋼板のアーク溶接で
は、前述の如く、被覆アーク溶接棒やソリッドワイヤを
用い、低速溶接或いは鋼板の間隙を開けた溶接等によっ
て気孔（ピット、ブローホール等）の発生及びスパッタ
発生量の増加等に対応してきた。しかし、そのような施
工では、溶接速度が遅いために能率が低く、また鋼板の
間隙によって溶は落ちやアンダーカット等の欠陥も発生
しやすい。 一方、溶接速度の増大や鋼板の間隙の減少は、気孔数の
増加及びスパッタ発生量の増加を招く。 このような現象の原因、すなわち、亜鉛めっき鋼板が持
つ低溶接性の原因は、主としてめっき層中の亜鉛の影響
によるものであるということが、種々の研究において指
摘されている。 すなわち、亜鉛めっき鋼板をアーク溶接する場合、アー
ク熱によって分解逸散する亜鉛蒸気により溶接金属中に
多くの気孔が生じ、溶接継手の機械的性質等が著しく劣
化する恐れがある。また、溶接作業性についても亜鉛蒸
気の影響によってアークが乱れてスパッタ発生量が増大
し、その除去作業のために溶接作業能率が著しく低下す
るという問題がある。更にアーク熱により亜鉛が酸化亜
鉛となって溶接ヒユームも増大するという問題もある。 本発明は、か＼る状況に鑑みてなされたものであって、
亜鉛めっき鋼板のアーク溶接に際し、従来よりも高溶接
速度で、かつ鋼板の間隙が微小成いは皆無である場合に
おいても、溶接金属中にピット、ブローホール等の気孔
が極めて少なく、更に溶接作業性の面でもスパッタ発生
量の少ない亜鉛めっき鋼板アーク溶接用ソリッドワイヤ
を提供し、また該ワイヤを用いた溶接方法を提供するこ
とを目的とするものである。 （課題を解決するための手段） 前記課題を解決するため、本発明者は、まず気孔（ピッ
ト、ブローホール等）の発生に及ぼすメツキ層中の亜鉛
量（以下、「亜鉛目付量」という）及び溶接条件の影響
を調べた。その結果、アーク熱による亜鉛蒸気の発生量
と、溶融金属から大気への亜鉛蒸気の放出の難易が気孔
の発生数に大きく影響することが判明した。 すなわち、亜鉛目付量が少ない場合には、当然のことな
がら亜鉛蒸気の発生量は少なく、それによる気孔の発生
数も少なくなる。また、亜鉛蒸気の大気への放出が極め
て困霞な場合５例えば溶融金属の粘性や冷却速度が非常
に大きく、溶融金属中での亜鉛蒸気の発生成長、浮上が
抑制される場合には、気孔の発生数は少なくなる。一方
、大気への放出が極めて容易な場合、例えば溶融金属の
粘性や冷却速度が非常に小さく、溶融金属中での亜鉛蒸
気の成長、浮上及び大気への放出が容易な場合にも、気
孔の発生数は少なくなる。 これらの現象を踏まえ、更に鋭意研究を重ねた結果、ワ
イヤとして具備すにき特性の中で■溶融金属中の亜鉛蒸
気の生成及び浮上を遅滞させるため、溶融池の過度な撹
拌及び振動を抑制すべく、溶滴移行及び溶融金属の安定
性を向上させる。 ■亜鉛蒸気の発生、成長を抑制するため、溶融金属中の
酸素量を低下させたり、微量成分を添加するなどして粘
性を増加させる。 ■溶融した亜鉛が蒸気化するのを抑制するために、亜鉛
と化合物を形成する成分をワイヤ中に添加する。 の３点が特に重要であることを知見し、ここに。 溶接材料として優れた耐気孔（ピット、ブローホール）
性を有し、かつスパッタ発生量、アーク安定性、スラグ
発生量、ビート外観形状等が実用上問題のない範囲に抑
制できる亜鉛めっき鋼板用のソリッドワイヤ並びに溶接
法を発明するに至ったものである。 すなわち、本発明は、Ｃ：０．０１〜０．２０％。 Ｓｉ：０．５０〜２．００％及びＭｎ：１．５０〜３．
５０％を含有し、かつ、Ｍｎ＋Ｓｉ：２．５０〜５．０
０％、Ｍｎ／Ｓｉ：１．５０〜４．００％を満足するこ
とを必須とし、必要に応じて更に、ｐ：ｏ、ｏ。 ５〜０．２０％及びＳ：０．１０％以下を含有すると共
に、Ａｌ：０．１０％以下、Ｔｉ：０．２０％以下及び
Ｚｒ：０．２０％以下のうちの１種又は２種以上を含有
することを特徴とする亜鉛めっき鋼板溶接用ソリッドワ
イヤを要旨とするものである。 また、本発明の溶接方法は、上記ソリッドワイヤとＣＯ
２溶接或いはパルスマグ溶接との組合せにて亜鉛めっき
鋼板を溶接することを特徴とするものである。 以下に本発明を更に詳細に説明する。 （作用） まず、本発明におけるワイヤの化学成分の限定理由は以
下のとおりである。 Ｃ：０．０１〜０．２０％ Ｃは特に亜鉛メツキ鋼板の溶接における溶滴移行を安定
させ、及び溶接金属の強度が母材に対して適当な値とな
るように添加する。添加量が０．０１％未満ではＣによ
るアーク中での陽極降下が減少するためにワイヤの溶融
速度が低下し、亜鉛蒸気の影響によって溶滴移行が不安
定になる。 方、添加量が０．２０％を超えると溶滴中にＣＯガスが
発生し、その爆発によって溶滴移行が不安定となり、か
つヒユーム及びスパッタの発生量が増加して作業性が低
下する。更に、溶接金属の強度が上昇し、母材（主とし
て軟鋼、５０ｋｇｆ／ａｍ”級高張力鋼）に対して高す
ぎる値となる。よって、Ｃの添加量は０．０１〜０．２
０％の範囲とする。 Ｓｉは溶融金属の粘度を脱酸作用による活性な酸素量の
変化によって調整し、亜鉛メツキ鋼板の溶接として溶滴
移行及び溶融池が安定させるために添加する。また、溶
接金属の強度が母材に対して適当な値となるように添加
する。添加量が０．５０％未満では活性な酸素量が増加
して亜鉛メツキ鋼板の溶接として粘度が低下しすぎる。 すなわち、溶融池は亜鉛蒸気の生成、浮上或いは溶滴の
短絡、移行などによって攪拌を受けるが、粘度が低すぎ
る場合にはそれらによる溶融池の振動が過度となり、亜
鉛蒸気の生成、浮上が助長されるため、気孔（ピット、
ブローホール）の発生数が増加する。また、特に立向き
下進溶接では、低粘度のために溶融池が垂れ気味となり
、のど厚が減少して気孔（ピット）がビードの表面に現
われ易くなる。 一方、添加量が２．００％を超えると活性な酸素量が減
少して、亜鉛メツキ鋼板の溶接としては粘度が上昇しす
ぎる。すなわち、粘度が高すぎる場合には溶滴の直径が
大きくなるため、亜鉛蒸気圧の影響によって溶融池への
移行が不安定となる。 また、溶滴の直径が大きいため、移行後の溶融池の振動
が過度となる。これらの因子により、亜鉛蒸気の生成、
浮上が助長されるため、気孔（ピット、ブローホール）
の発生数が増加する。更に、溶接金属の強度が上昇し、
母材（主として軟鋼、５０ ｋｇｆ／ｍｍ２級高張力ｍ
＞に対して高すぎる値となる。よって、Ｓｉの添加量は
０．５０〜２．００％の範囲とする。 Ｍｎ：１．５０〜３．５０％ Ｍｎも、Ｓｉと同様に、亜鉛メツキ鋼板の溶接として溶
滴移行及び溶融池を安定させ、溶融金属の粘度を調整す
るために添加する。また、溶接金属の強度が母材に対し
て適当な値となるように添加する。添加量が１．５０％
未満では活性な酸素量が増加して、亜鉛メツキ鋼板の溶
接としては粘度が低下しすぎる。一方、添加量が３．５
０％を超えると、活性な酸素量が減少して粘度が上昇し
すぎる。これらの場合、溶滴移行及び溶融池の安定性が
低下するため、Ｓｉと同様の理由により、気孔Ｃピット
、ブローホール）の発生数が増加する。 また、３．５０％を超えると溶接金属の強度が上昇し、
母材（主として軟鋼、５０ ｋｇｆ ／ ｍｍ”級高張
力鋼）に対して高すぎる値となる。よって、Ｍ”ｎの添
加量は１．５０〜３．５０％の範囲とする。 Ｍｎ＋Ｓｉ：２．５０〜５．ＯＯ％ Ｍｎ及びＳｉの添加量が、それぞれ上記のＳｉ及びＭｎ
の添加量範囲を満足していても、それらの合計が２．５
０％未満或いは５．００％を超える場合は、亜鉛メツキ
鋼板の溶接として十分な効果が得られない。すなわち、
２．５０％未満では活性な酸素量が増加しすぎ、また５
、００％を超えると活性な酸素量が減少しすぎるため、
適正な粘度が得られない。これらの場合も、溶滴移行及
び溶融池の安定性が低下するため、Ｓｉと同様の理由に
より、気孔（ピット、ブローホール）の発生数が増加す
る。また、５．００％を超えると溶接金属の強度が上昇
し、母材（主として軟鋼、５０ｋｇｆ／ｒａｍ’級高張
力鋼）に対して高すぎる値となる。よって、Ｍｎ及びＳ
ｉの添加量の合計は２．５０〜５．００％の範囲とする
。 Ｍｎ／Ｓｉ：１．５０〜４．００ Ｍｎ及びＳｉによる溶融金属中の脱酸速度は、Ｍｎ／Ｓ
ｉ値の増大に伴って増加する。この値が１゜５０未満で
は脱酸速度が遅くなるため溶融金属中の活性な酸素量が
増加し、亜鉛メツキ鋼板の溶接としては粘度が低下しす
ぎる。一方、４．００を超えると脱酸速度が速くなるた
め溶融金属中の活性な酸素量が減少し、粘度が上昇しす
ぎる。これらの場合も、溶滴移行及び溶融池の安定性が
低下するため、Ｓｉと同様の理由により、気孔Ｃピット
、ブローホール）の発生数が増加する。また、１．５０
未満ではスラグの物性（粘度等）が変化して被包面積が
増加するため、亜鉛蒸気の放出が妨げられて気孔（ピッ
ト）の発生数が増加する。更に、４゜００を超えると溶
接金属の強度が上昇し、母材（主として軟鋼、５０ ｋ
ｇｆ ／ １０ｍ２級高張力鋼）に対して高すぎる値と
なる。よって、Ｍｎ／Ｓｉの値は１゜５０〜４．Ｏｏの
範囲とする。 本発明では上述のＣ，Ｓｉ、Ｍｎの各成分量並びにＳｉ
及びＭｎの合計量及びＭｎ／Ｓｉ値を必須の条件とする
が、以下の成分を必要に応じて添加し或いは規制するこ
とができる。 ｐ：ｏ、ｏ○５〜０，２０％ Ｐは亜鉛の融点以上の温度において亜鉛と安定な化合物
（Ｐ−Ｚｎ系、Ｐ−Ｚｎ−Ｆｅ系）を生成する。このた
め、亜鉛蒸気の発生量が減少し、気孔（ピット、ブロー
ホール）の発生が抑制される。したがって、亜鉛目付量
或いは溶接条件によっては適当量添加してもよい。添加
する場合、添加量が０．００５％未満では亜鉛との化合
物の生成量が不十分なため、気孔発生に対する抑制効果
が極めて小さい。一方、添加量が０．２０％を超えると
、溶融金属の最終凝固域に濃縮されるＰの量が多くなる
ため、溶接割れ（特に高温割れ）の発生に対する感受性
が高くなり、溶接条件或いは開先の隙間（ルートギャプ
）等の施工条件によっては割れが発生する。よって、Ｐ
の添加量は０．００５〜０．２０％の範囲とする。 Ｓ：０．１０％以 Ｓは溶融金属の粘度を低下させるので、積極的には添加
しない。添加量が０．１０％を超えると、亜鉛メツキ鋼
板の溶接としては粘度が低下しすぎるために溶滴移行及
び溶融池が不安定となり、気孔（ピット、ブローホール
）の発生数が増加する。 よって、Ｓの添加量は０．１０％以下とする。 Ａ１２：０．１０以下、Ｔｉ：０．２０％以下、Ｚｒ：
０．２０％以下 Ａｌ１．Ｔｉ及びＺｒも、ＭｎやＳｉと同様に脱酸作用
を有するので、溶滴移行及び溶融池の安定化の点より、
亜鉛目付量或いは溶接条件によっては、単独で或いは組
合せて適当量添加してもよい。しかし、Ａｌの添加量が
０．１０％を超える場合或いはＴｉ及びＺｒの添加量が
０．２０％を超える場合には、アーク全体の形状が不明
瞭となったり、亜鉛メツキ鋼板の溶接としては溶滴の粘
度が上昇しすぎるために溶融池への移行が不安定となり
、気孔（ピット、ブローホール）の発生数が増加する。 また、スパッタが大量に発生して作業性が低下する。更
に、Ｔｉに関しては、硬くて剥離性の悪いスラグも大量
に発生する。よって、Ａｌの添加量は０．１０％以下、
Ｔｊ及びＺｒの各添加量は０．２０％以下とする。 次に本発明の溶接方法について説明する。 上記化学成分を有するワイヤは、特にＣＯ２溶接及びパ
ルスマグ溶接のいずれにおいても良好な耐気孔性を示す
ものである。 すなわち、ＣＯ２溶接では、特に溶滴移行の安定するイ
ンバータ制御式溶接機と組合せることで、気孔（ピット
、ブローホール）の発生数をより低減することができる
。ＣＯ２溶接の溶接条件は特に制限されない。 また、パルスマグ溶接では、溶滴の粘度に応じた適切な
パルス条件（ピーク電流、ピーク幅、周波数）を設定す
ることで、気孔（ピット、ブローホール）の発生数を低
減することができる。具体的には、ピーク電流が４６０
〜５６０Ａ、ピーク幅が１．６〜３．０ＩＩｌｓｅｃ０
、周波数が１ｏｏ〜２５０Ｈｚであるパルス条件が、上
記ワイヤとの組合せによる亜鉛メツキ鋼板の溶接に適し
ている。 このパルス条件のもとであれば、溶滴移行が１溶滴／１
パルスとなって安定するため、溶融池の過大な攪拌或い
は振動が抑制されて気孔（ピット、ブローホール）の発
生数が減少する。このようなパルス条件は、市販のパル
スアーク溶接機で設定されている条件に比べて、［高ピ
ーク電流、大ピーク幅、低周波数」であり、市販のパル
スマグ溶接用ワイヤとの組合せでは溶滴移行が１溶滴／
１パルスとはならない。したがって、市販ワイヤとの組
合せでは気孔発生の抑制効果が得られない。 上記ワイヤとの組合せにおけるパルス条件の設定理由は
以下のとおりである。 ピーク電 ：４６０〜５６０Ａ ピーク電流が４６０Ａ未満の場合には、電磁力によるピ
ンチ効果が不十分でワイヤからの溶滴の離脱が不安定と
なるため、溶滴移行が１溶滴／１パルスとならない。こ
れにより、溶融池の攪拌或いは振動が過度となって気孔
（ピット、ブローホール）の発生数が増加する。また、
スパッタ発生量等の作業性も低下する。一方、５６０Ａ
を超える場合には、溶滴移行は１溶滴／１パルスで安定
するが、実効入熱量が増加するために溶込み深さがより
深くなり、蒸気化する亜鉛の量が増加する。 これにより、気孔（ピット、ブローホール）の発生数が
増加する。よって、ピーク電流は４６０〜５６０Ａの範
囲が好ましい。 ピーク期間：１．６〜３．０ｍｓｅｃ．、戻差１±１０
０〜２５０Ｈｚ ピーク期間が１ 、６ ｍ５ｅｃ、未満及び３ 、０
ｍ５ｅｃ、を超える場合、或いは周波数が１００Ｈｚ未
満及び２５０ Ｈｚを超える場合には、溶滴の移行とパ
ルスの周期が対応せず、１溶滴／１パルスとならないた
めに溶滴移行が不安定となる。これにより、溶融池の攪
拌或いは振動が過度となって気孔（ピット、ブローホー
ル）の発生数が増加する。よって、ピーク期間は１ 、
６〜３ 、０ｍｓｅｃ．、周波数は１００〜２５０ Ｈ
ｚの範囲が好ましい。 上記ワイヤの適用或いはシールドガス及び溶接機の組合
せによる溶接方法が適用できる鋼種は、特に片面の目付
量が２００ｇ／ｍｕ”以下の亜鉛メツキ鋼板である。メ
ツキ方法は溶融メツキ、合金化溶融メツキ、電気メツキ
等が可能であり、如何なるメツキ方法でも良い。目付量
が２００ｇ／ｍａ＋”を超える場合には、亜鉛蒸気の発
生量がきわめて多くなるため、本溶接方法による気孔発
生の抑制効果が十分に得られない。 （実施例） 次に本発明の実施例を示す。 実施例１ 第１表及び第２表に示す化学成分を有するソリッドワイ
ヤを用いてＣＯ２溶接を実施し、耐気孔性を評価した。 溶接は第１図に示す施工要領（下向き姿勢、重ね継手）
にて行い、繰り返し数５の平均で耐気孔性を評価した。 溶接条件は次のとおりである。 溶接電流：２２０Ａ アーク電圧：約２３Ｖ［７−り長さが約２ＩＩＩＩｌ＋
）溶接速度： １２０ｃｍ／ｓｉｎ チップー母材間距離：１５ｍ扉 また、供試鋼板としては、亜鉛の目付量が４５／４５ｇ
／ａｍ”、寸法が厚さ２ 、３ ｍｍ、幅７５ｍ鳳、長
さ５００ｍｍの合金化溶融亜鉛メツキ鋼板を用いた。 耐気孔性は、気孔（ピット、ブローホール）発生数によ
り、以下の基準にて評価した・ ピット発生数： ０〜２個／ビード５００ｍｌ１１・・・Ｏ（優）３〜１
０個／ビード５００ｎ＋ｍ ・・・Δ（やや劣）＞
１０個／ビード５００ｍｍ −Ｘ （劣）ブローホ
ール発生数： ０〜５０個／ビード１００ｍｍ・・・Ｏ（優）５１〜１
００個／ビード１００ｍｍ−△（やや劣）〉１００個／
ビード１００ｍｎ＋ −Ｘ （劣）第１表より明らか
なように１本発明例はいずれも優れた耐気孔性を示して
いる。 一方、比較個当１、Ｎａ ６〜Ｎａ ７、Ｎｃｉ １２
〜Ｈａ１３、 ＮＧＩ ９〜Ｎａ２０は、Ｃ，Ｓｉ、Ｍ
ｎ、Ｍｎ＋Ｓｉ−Ｍｎ／Ｓｉのいずれかが本発明範囲外
であるため、ピット数又はブローホール数が多く、耐気
孔性が劣っている。また、比較例Ｎα２１、Ｎα２７、
Ｎα３２、＆３５、Ｎα３９、勲４３は、Ｐ、Ｓ、Ａｌ
、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃａのいずれかが本発明範囲外であるた
め、耐気孔性が劣っている。
溶融め２き、合金化溶融めっき、電気めっき等）した鋼
板（以下、「亜鉛めっき鋼板」という）を溶接する際に
、ピット（溶接金属の表面に現われた気孔）、ブローホ
ール（溶接金属の内部に存在する気孔）等の気孔の発生
を僅少に抑え得るソリッドワイヤ並びに該ワイヤを用い
たＣ０２溶接又はパルスマグ溶接法に関するものである
。 （従来の技術） 近年、自動車産業や住宅産業においては、防食の観点か
ら鋼板や鋼材の耐久性を向上させるべく。 亜鉛めっき鋼板の使用が急速に拡大する傾向にある。こ
れらは、自動車産業においては、北米等の寒冷地におけ
る凍結防止剤としての塩散布に対する耐錆性の改善を目
的とし、住宅産業においては軽量鉄骨住宅の耐錆性の向
上を目的としている。 亜鉛めっき鋼板は、このように優れた特性を有している
ものの、表面処理が施されていない通常の鋼板に比べ、
その溶接性（主に耐気孔性、スパッタ発生量）が極めて
悪いという問題がある。したがって、現状では、被覆ア
ーク溶接捧或いはソリッドワイヤを用い、低速溶接（３
０ｃＩ１１／分程度）や鋼板の間隙を開けた溶接（０，
５０１ｍ１程度のギャップ）等、主として経験に基づい
た施工面での工夫により対応している。 （発明が解決しようとする課題） このように、従来法での亜鉛めっき鋼板のアーク溶接で
は、前述の如く、被覆アーク溶接棒やソリッドワイヤを
用い、低速溶接或いは鋼板の間隙を開けた溶接等によっ
て気孔（ピット、ブローホール等）の発生及びスパッタ
発生量の増加等に対応してきた。しかし、そのような施
工では、溶接速度が遅いために能率が低く、また鋼板の
間隙によって溶は落ちやアンダーカット等の欠陥も発生
しやすい。 一方、溶接速度の増大や鋼板の間隙の減少は、気孔数の
増加及びスパッタ発生量の増加を招く。 このような現象の原因、すなわち、亜鉛めっき鋼板が持
つ低溶接性の原因は、主としてめっき層中の亜鉛の影響
によるものであるということが、種々の研究において指
摘されている。 すなわち、亜鉛めっき鋼板をアーク溶接する場合、アー
ク熱によって分解逸散する亜鉛蒸気により溶接金属中に
多くの気孔が生じ、溶接継手の機械的性質等が著しく劣
化する恐れがある。また、溶接作業性についても亜鉛蒸
気の影響によってアークが乱れてスパッタ発生量が増大
し、その除去作業のために溶接作業能率が著しく低下す
るという問題がある。更にアーク熱により亜鉛が酸化亜
鉛となって溶接ヒユームも増大するという問題もある。 本発明は、か＼る状況に鑑みてなされたものであって、
亜鉛めっき鋼板のアーク溶接に際し、従来よりも高溶接
速度で、かつ鋼板の間隙が微小成いは皆無である場合に
おいても、溶接金属中にピット、ブローホール等の気孔
が極めて少なく、更に溶接作業性の面でもスパッタ発生
量の少ない亜鉛めっき鋼板アーク溶接用ソリッドワイヤ
を提供し、また該ワイヤを用いた溶接方法を提供するこ
とを目的とするものである。 （課題を解決するための手段） 前記課題を解決するため、本発明者は、まず気孔（ピッ
ト、ブローホール等）の発生に及ぼすメツキ層中の亜鉛
量（以下、「亜鉛目付量」という）及び溶接条件の影響
を調べた。その結果、アーク熱による亜鉛蒸気の発生量
と、溶融金属から大気への亜鉛蒸気の放出の難易が気孔
の発生数に大きく影響することが判明した。 すなわち、亜鉛目付量が少ない場合には、当然のことな
がら亜鉛蒸気の発生量は少なく、それによる気孔の発生
数も少なくなる。また、亜鉛蒸気の大気への放出が極め
て困霞な場合５例えば溶融金属の粘性や冷却速度が非常
に大きく、溶融金属中での亜鉛蒸気の発生成長、浮上が
抑制される場合には、気孔の発生数は少なくなる。一方
、大気への放出が極めて容易な場合、例えば溶融金属の
粘性や冷却速度が非常に小さく、溶融金属中での亜鉛蒸
気の成長、浮上及び大気への放出が容易な場合にも、気
孔の発生数は少なくなる。 これらの現象を踏まえ、更に鋭意研究を重ねた結果、ワ
イヤとして具備すにき特性の中で■溶融金属中の亜鉛蒸
気の生成及び浮上を遅滞させるため、溶融池の過度な撹
拌及び振動を抑制すべく、溶滴移行及び溶融金属の安定
性を向上させる。 ■亜鉛蒸気の発生、成長を抑制するため、溶融金属中の
酸素量を低下させたり、微量成分を添加するなどして粘
性を増加させる。 ■溶融した亜鉛が蒸気化するのを抑制するために、亜鉛
と化合物を形成する成分をワイヤ中に添加する。 の３点が特に重要であることを知見し、ここに。 溶接材料として優れた耐気孔（ピット、ブローホール）
性を有し、かつスパッタ発生量、アーク安定性、スラグ
発生量、ビート外観形状等が実用上問題のない範囲に抑
制できる亜鉛めっき鋼板用のソリッドワイヤ並びに溶接
法を発明するに至ったものである。 すなわち、本発明は、Ｃ：０．０１〜０．２０％。 Ｓｉ：０．５０〜２．００％及びＭｎ：１．５０〜３．
５０％を含有し、かつ、Ｍｎ＋Ｓｉ：２．５０〜５．０
０％、Ｍｎ／Ｓｉ：１．５０〜４．００％を満足するこ
とを必須とし、必要に応じて更に、ｐ：ｏ、ｏ。 ５〜０．２０％及びＳ：０．１０％以下を含有すると共
に、Ａｌ：０．１０％以下、Ｔｉ：０．２０％以下及び
Ｚｒ：０．２０％以下のうちの１種又は２種以上を含有
することを特徴とする亜鉛めっき鋼板溶接用ソリッドワ
イヤを要旨とするものである。 また、本発明の溶接方法は、上記ソリッドワイヤとＣＯ
２溶接或いはパルスマグ溶接との組合せにて亜鉛めっき
鋼板を溶接することを特徴とするものである。 以下に本発明を更に詳細に説明する。 （作用） まず、本発明におけるワイヤの化学成分の限定理由は以
下のとおりである。 Ｃ：０．０１〜０．２０％ Ｃは特に亜鉛メツキ鋼板の溶接における溶滴移行を安定
させ、及び溶接金属の強度が母材に対して適当な値とな
るように添加する。添加量が０．０１％未満ではＣによ
るアーク中での陽極降下が減少するためにワイヤの溶融
速度が低下し、亜鉛蒸気の影響によって溶滴移行が不安
定になる。 方、添加量が０．２０％を超えると溶滴中にＣＯガスが
発生し、その爆発によって溶滴移行が不安定となり、か
つヒユーム及びスパッタの発生量が増加して作業性が低
下する。更に、溶接金属の強度が上昇し、母材（主とし
て軟鋼、５０ｋｇｆ／ａｍ”級高張力鋼）に対して高す
ぎる値となる。よって、Ｃの添加量は０．０１〜０．２
０％の範囲とする。 Ｓｉは溶融金属の粘度を脱酸作用による活性な酸素量の
変化によって調整し、亜鉛メツキ鋼板の溶接として溶滴
移行及び溶融池が安定させるために添加する。また、溶
接金属の強度が母材に対して適当な値となるように添加
する。添加量が０．５０％未満では活性な酸素量が増加
して亜鉛メツキ鋼板の溶接として粘度が低下しすぎる。 すなわち、溶融池は亜鉛蒸気の生成、浮上或いは溶滴の
短絡、移行などによって攪拌を受けるが、粘度が低すぎ
る場合にはそれらによる溶融池の振動が過度となり、亜
鉛蒸気の生成、浮上が助長されるため、気孔（ピット、
ブローホール）の発生数が増加する。また、特に立向き
下進溶接では、低粘度のために溶融池が垂れ気味となり
、のど厚が減少して気孔（ピット）がビードの表面に現
われ易くなる。 一方、添加量が２．００％を超えると活性な酸素量が減
少して、亜鉛メツキ鋼板の溶接としては粘度が上昇しす
ぎる。すなわち、粘度が高すぎる場合には溶滴の直径が
大きくなるため、亜鉛蒸気圧の影響によって溶融池への
移行が不安定となる。 また、溶滴の直径が大きいため、移行後の溶融池の振動
が過度となる。これらの因子により、亜鉛蒸気の生成、
浮上が助長されるため、気孔（ピット、ブローホール）
の発生数が増加する。更に、溶接金属の強度が上昇し、
母材（主として軟鋼、５０ ｋｇｆ／ｍｍ２級高張力ｍ
＞に対して高すぎる値となる。よって、Ｓｉの添加量は
０．５０〜２．００％の範囲とする。 Ｍｎ：１．５０〜３．５０％ Ｍｎも、Ｓｉと同様に、亜鉛メツキ鋼板の溶接として溶
滴移行及び溶融池を安定させ、溶融金属の粘度を調整す
るために添加する。また、溶接金属の強度が母材に対し
て適当な値となるように添加する。添加量が１．５０％
未満では活性な酸素量が増加して、亜鉛メツキ鋼板の溶
接としては粘度が低下しすぎる。一方、添加量が３．５
０％を超えると、活性な酸素量が減少して粘度が上昇し
すぎる。これらの場合、溶滴移行及び溶融池の安定性が
低下するため、Ｓｉと同様の理由により、気孔Ｃピット
、ブローホール）の発生数が増加する。 また、３．５０％を超えると溶接金属の強度が上昇し、
母材（主として軟鋼、５０ ｋｇｆ ／ ｍｍ”級高張
力鋼）に対して高すぎる値となる。よって、Ｍ”ｎの添
加量は１．５０〜３．５０％の範囲とする。 Ｍｎ＋Ｓｉ：２．５０〜５．ＯＯ％ Ｍｎ及びＳｉの添加量が、それぞれ上記のＳｉ及びＭｎ
の添加量範囲を満足していても、それらの合計が２．５
０％未満或いは５．００％を超える場合は、亜鉛メツキ
鋼板の溶接として十分な効果が得られない。すなわち、
２．５０％未満では活性な酸素量が増加しすぎ、また５
、００％を超えると活性な酸素量が減少しすぎるため、
適正な粘度が得られない。これらの場合も、溶滴移行及
び溶融池の安定性が低下するため、Ｓｉと同様の理由に
より、気孔（ピット、ブローホール）の発生数が増加す
る。また、５．００％を超えると溶接金属の強度が上昇
し、母材（主として軟鋼、５０ｋｇｆ／ｒａｍ’級高張
力鋼）に対して高すぎる値となる。よって、Ｍｎ及びＳ
ｉの添加量の合計は２．５０〜５．００％の範囲とする
。 Ｍｎ／Ｓｉ：１．５０〜４．００ Ｍｎ及びＳｉによる溶融金属中の脱酸速度は、Ｍｎ／Ｓ
ｉ値の増大に伴って増加する。この値が１゜５０未満で
は脱酸速度が遅くなるため溶融金属中の活性な酸素量が
増加し、亜鉛メツキ鋼板の溶接としては粘度が低下しす
ぎる。一方、４．００を超えると脱酸速度が速くなるた
め溶融金属中の活性な酸素量が減少し、粘度が上昇しす
ぎる。これらの場合も、溶滴移行及び溶融池の安定性が
低下するため、Ｓｉと同様の理由により、気孔Ｃピット
、ブローホール）の発生数が増加する。また、１．５０
未満ではスラグの物性（粘度等）が変化して被包面積が
増加するため、亜鉛蒸気の放出が妨げられて気孔（ピッ
ト）の発生数が増加する。更に、４゜００を超えると溶
接金属の強度が上昇し、母材（主として軟鋼、５０ ｋ
ｇｆ ／ １０ｍ２級高張力鋼）に対して高すぎる値と
なる。よって、Ｍｎ／Ｓｉの値は１゜５０〜４．Ｏｏの
範囲とする。 本発明では上述のＣ，Ｓｉ、Ｍｎの各成分量並びにＳｉ
及びＭｎの合計量及びＭｎ／Ｓｉ値を必須の条件とする
が、以下の成分を必要に応じて添加し或いは規制するこ
とができる。 ｐ：ｏ、ｏ○５〜０，２０％ Ｐは亜鉛の融点以上の温度において亜鉛と安定な化合物
（Ｐ−Ｚｎ系、Ｐ−Ｚｎ−Ｆｅ系）を生成する。このた
め、亜鉛蒸気の発生量が減少し、気孔（ピット、ブロー
ホール）の発生が抑制される。したがって、亜鉛目付量
或いは溶接条件によっては適当量添加してもよい。添加
する場合、添加量が０．００５％未満では亜鉛との化合
物の生成量が不十分なため、気孔発生に対する抑制効果
が極めて小さい。一方、添加量が０．２０％を超えると
、溶融金属の最終凝固域に濃縮されるＰの量が多くなる
ため、溶接割れ（特に高温割れ）の発生に対する感受性
が高くなり、溶接条件或いは開先の隙間（ルートギャプ
）等の施工条件によっては割れが発生する。よって、Ｐ
の添加量は０．００５〜０．２０％の範囲とする。 Ｓ：０．１０％以 Ｓは溶融金属の粘度を低下させるので、積極的には添加
しない。添加量が０．１０％を超えると、亜鉛メツキ鋼
板の溶接としては粘度が低下しすぎるために溶滴移行及
び溶融池が不安定となり、気孔（ピット、ブローホール
）の発生数が増加する。 よって、Ｓの添加量は０．１０％以下とする。 Ａ１２：０．１０以下、Ｔｉ：０．２０％以下、Ｚｒ：
０．２０％以下 Ａｌ１．Ｔｉ及びＺｒも、ＭｎやＳｉと同様に脱酸作用
を有するので、溶滴移行及び溶融池の安定化の点より、
亜鉛目付量或いは溶接条件によっては、単独で或いは組
合せて適当量添加してもよい。しかし、Ａｌの添加量が
０．１０％を超える場合或いはＴｉ及びＺｒの添加量が
０．２０％を超える場合には、アーク全体の形状が不明
瞭となったり、亜鉛メツキ鋼板の溶接としては溶滴の粘
度が上昇しすぎるために溶融池への移行が不安定となり
、気孔（ピット、ブローホール）の発生数が増加する。 また、スパッタが大量に発生して作業性が低下する。更
に、Ｔｉに関しては、硬くて剥離性の悪いスラグも大量
に発生する。よって、Ａｌの添加量は０．１０％以下、
Ｔｊ及びＺｒの各添加量は０．２０％以下とする。 次に本発明の溶接方法について説明する。 上記化学成分を有するワイヤは、特にＣＯ２溶接及びパ
ルスマグ溶接のいずれにおいても良好な耐気孔性を示す
ものである。 すなわち、ＣＯ２溶接では、特に溶滴移行の安定するイ
ンバータ制御式溶接機と組合せることで、気孔（ピット
、ブローホール）の発生数をより低減することができる
。ＣＯ２溶接の溶接条件は特に制限されない。 また、パルスマグ溶接では、溶滴の粘度に応じた適切な
パルス条件（ピーク電流、ピーク幅、周波数）を設定す
ることで、気孔（ピット、ブローホール）の発生数を低
減することができる。具体的には、ピーク電流が４６０
〜５６０Ａ、ピーク幅が１．６〜３．０ＩＩｌｓｅｃ０
、周波数が１ｏｏ〜２５０Ｈｚであるパルス条件が、上
記ワイヤとの組合せによる亜鉛メツキ鋼板の溶接に適し
ている。 このパルス条件のもとであれば、溶滴移行が１溶滴／１
パルスとなって安定するため、溶融池の過大な攪拌或い
は振動が抑制されて気孔（ピット、ブローホール）の発
生数が減少する。このようなパルス条件は、市販のパル
スアーク溶接機で設定されている条件に比べて、［高ピ
ーク電流、大ピーク幅、低周波数」であり、市販のパル
スマグ溶接用ワイヤとの組合せでは溶滴移行が１溶滴／
１パルスとはならない。したがって、市販ワイヤとの組
合せでは気孔発生の抑制効果が得られない。 上記ワイヤとの組合せにおけるパルス条件の設定理由は
以下のとおりである。 ピーク電 ：４６０〜５６０Ａ ピーク電流が４６０Ａ未満の場合には、電磁力によるピ
ンチ効果が不十分でワイヤからの溶滴の離脱が不安定と
なるため、溶滴移行が１溶滴／１パルスとならない。こ
れにより、溶融池の攪拌或いは振動が過度となって気孔
（ピット、ブローホール）の発生数が増加する。また、
スパッタ発生量等の作業性も低下する。一方、５６０Ａ
を超える場合には、溶滴移行は１溶滴／１パルスで安定
するが、実効入熱量が増加するために溶込み深さがより
深くなり、蒸気化する亜鉛の量が増加する。 これにより、気孔（ピット、ブローホール）の発生数が
増加する。よって、ピーク電流は４６０〜５６０Ａの範
囲が好ましい。 ピーク期間：１．６〜３．０ｍｓｅｃ．、戻差１±１０
０〜２５０Ｈｚ ピーク期間が１ 、６ ｍ５ｅｃ、未満及び３ 、０
ｍ５ｅｃ、を超える場合、或いは周波数が１００Ｈｚ未
満及び２５０ Ｈｚを超える場合には、溶滴の移行とパ
ルスの周期が対応せず、１溶滴／１パルスとならないた
めに溶滴移行が不安定となる。これにより、溶融池の攪
拌或いは振動が過度となって気孔（ピット、ブローホー
ル）の発生数が増加する。よって、ピーク期間は１ 、
６〜３ 、０ｍｓｅｃ．、周波数は１００〜２５０ Ｈ
ｚの範囲が好ましい。 上記ワイヤの適用或いはシールドガス及び溶接機の組合
せによる溶接方法が適用できる鋼種は、特に片面の目付
量が２００ｇ／ｍｕ”以下の亜鉛メツキ鋼板である。メ
ツキ方法は溶融メツキ、合金化溶融メツキ、電気メツキ
等が可能であり、如何なるメツキ方法でも良い。目付量
が２００ｇ／ｍａ＋”を超える場合には、亜鉛蒸気の発
生量がきわめて多くなるため、本溶接方法による気孔発
生の抑制効果が十分に得られない。 （実施例） 次に本発明の実施例を示す。 実施例１ 第１表及び第２表に示す化学成分を有するソリッドワイ
ヤを用いてＣＯ２溶接を実施し、耐気孔性を評価した。 溶接は第１図に示す施工要領（下向き姿勢、重ね継手）
にて行い、繰り返し数５の平均で耐気孔性を評価した。 溶接条件は次のとおりである。 溶接電流：２２０Ａ アーク電圧：約２３Ｖ［７−り長さが約２ＩＩＩＩｌ＋
）溶接速度： １２０ｃｍ／ｓｉｎ チップー母材間距離：１５ｍ扉 また、供試鋼板としては、亜鉛の目付量が４５／４５ｇ
／ａｍ”、寸法が厚さ２ 、３ ｍｍ、幅７５ｍ鳳、長
さ５００ｍｍの合金化溶融亜鉛メツキ鋼板を用いた。 耐気孔性は、気孔（ピット、ブローホール）発生数によ
り、以下の基準にて評価した・ ピット発生数： ０〜２個／ビード５００ｍｌ１１・・・Ｏ（優）３〜１
０個／ビード５００ｎ＋ｍ ・・・Δ（やや劣）＞
１０個／ビード５００ｍｍ −Ｘ （劣）ブローホ
ール発生数： ０〜５０個／ビード１００ｍｍ・・・Ｏ（優）５１〜１
００個／ビード１００ｍｍ−△（やや劣）〉１００個／
ビード１００ｍｎ＋ −Ｘ （劣）第１表より明らか
なように１本発明例はいずれも優れた耐気孔性を示して
いる。 一方、比較個当１、Ｎａ ６〜Ｎａ ７、Ｎｃｉ １２
〜Ｈａ１３、 ＮＧＩ ９〜Ｎａ２０は、Ｃ，Ｓｉ、Ｍ
ｎ、Ｍｎ＋Ｓｉ−Ｍｎ／Ｓｉのいずれかが本発明範囲外
であるため、ピット数又はブローホール数が多く、耐気
孔性が劣っている。また、比較例Ｎα２１、Ｎα２７、
Ｎα３２、＆３５、Ｎα３９、勲４３は、Ｐ、Ｓ、Ａｌ
、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃａのいずれかが本発明範囲外であるた
め、耐気孔性が劣っている。
ス】１１里
第１表に示した化学成分を有するＮｎ １５のワイヤを
用いて、第３表及び第４表に示すパルス条件でパルスマ
グ溶接を実施し、耐気孔性を評価した。 その結果を第３表及び第４表に併記する。 供試鋼板、耐気孔性の評価等々の他の条件は実施例１と
同じである。 第３表及び第４表より、既存溶接機を用い或いはパルス
条件が適切でない比較例は耐気孔性が良くないのに対し
、本発明例はいずれも優れた耐気孔性を示していること
がわかる。 失五旌ｙ 第１表及び第２表に示した化学成分を有する６種類のワ
イヤを用い、Ｃｏ２溶接（実施例１と同じ溶接条件）及
びパルスマグ溶接（ピーク電流＝４８ＯＡ、ピーク幅：
２ 、 Ｏｍ５ｅｃ、周波数：１７０Ｈｚ）を行い、
種々の亜鉛目付量の亜鉛めっき鋼板における耐気孔性を
評価した。 その結果は、第５表に示すとおり、本発明の００２溶接
或いはパルスマグ溶接によれば、相当量の亜鉛目付量の
亜鉛めっき鋼板に対しても優れた耐気孔性を示している
。
用いて、第３表及び第４表に示すパルス条件でパルスマ
グ溶接を実施し、耐気孔性を評価した。 その結果を第３表及び第４表に併記する。 供試鋼板、耐気孔性の評価等々の他の条件は実施例１と
同じである。 第３表及び第４表より、既存溶接機を用い或いはパルス
条件が適切でない比較例は耐気孔性が良くないのに対し
、本発明例はいずれも優れた耐気孔性を示していること
がわかる。 失五旌ｙ 第１表及び第２表に示した化学成分を有する６種類のワ
イヤを用い、Ｃｏ２溶接（実施例１と同じ溶接条件）及
びパルスマグ溶接（ピーク電流＝４８ＯＡ、ピーク幅：
２ 、 Ｏｍ５ｅｃ、周波数：１７０Ｈｚ）を行い、
種々の亜鉛目付量の亜鉛めっき鋼板における耐気孔性を
評価した。 その結果は、第５表に示すとおり、本発明の００２溶接
或いはパルスマグ溶接によれば、相当量の亜鉛目付量の
亜鉛めっき鋼板に対しても優れた耐気孔性を示している
。
（発明の効果）
以上詳述したように、本発明によれば、ワイヤの成分組
成の調整或いは溶接条件の適切な選定等により、特に亜
鉛めっき鋼板の溶接で大きな問題である耐気孔性を顕著
に改善することができる。
成の調整或いは溶接条件の適切な選定等により、特に亜
鉛めっき鋼板の溶接で大きな問題である耐気孔性を顕著
に改善することができる。
第１図は実施例で用いた溶接施工要領を示す説明図であ
る。 特許出願人 株式会社神戸製鋼所 代理人弁理士 中 村 尚 ホールトパり゛クン （闇］反
る。 特許出願人 株式会社神戸製鋼所 代理人弁理士 中 村 尚 ホールトパり゛クン （闇］反
Claims (5)
- （１）重量％で（以下、同じ）、Ｃ：０．０１〜０．２
０％、Ｓｉ：０．５０〜２．００％及びＭｎ：１．５０
〜３．５０％を含有し、かつ、Ｍｎ＋Ｓｉ：２．５０〜
５．００％、Ｍｎ／Ｓｉ：１．５０〜４．００％を満足
することを特徴とする亜鉛めっき鋼板溶接用ソリッドワ
イヤ。 - （２）前記ワイヤが、更にＰ：０．００５〜０．２０％
及びＳ：０．１０％以下を含有すると共に、Ａｌ：０．
１０％以下、Ｔｉ：０．２０％以下及びＺｒ：０．２０
％以下のうちの１種又は２種以上を含有するものである
。請求項１に記載のソリッドワイヤ。 - （３）請求項１又は２に記載の化学成分を有するソリッ
ドワイヤとＣＯ＿２溶接或いはパルスマグ溶接との組合
せにて亜鉛めっき鋼板を溶接することを特徴とする亜鉛
めっき鋼板の溶接方法。 - （４）パルスマグ溶接の場合、パルス波形が高ピーク電
流、長ピーク期間、低周波数の条件で行う請求項３に記
載の方法。 - （５）パルス波形の条件がピーク電流：４６０〜５６０
Ａ、ピーク幅：１．６〜３．０ｍｓｅｃ．、周波数：１
００〜２５０Ｈｚである請求項４に記載の方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2254743A JP2517790B2 (ja) | 1990-09-25 | 1990-09-25 | 亜鉛めっき鋼板溶接用ワイヤ及び溶接方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2254743A JP2517790B2 (ja) | 1990-09-25 | 1990-09-25 | 亜鉛めっき鋼板溶接用ワイヤ及び溶接方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04135088A true JPH04135088A (ja) | 1992-05-08 |
| JP2517790B2 JP2517790B2 (ja) | 1996-07-24 |
Family
ID=17269255
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2254743A Expired - Fee Related JP2517790B2 (ja) | 1990-09-25 | 1990-09-25 | 亜鉛めっき鋼板溶接用ワイヤ及び溶接方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2517790B2 (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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