JPH06210490A - 亜鉛系めっき鋼板の溶接ワイヤおよび溶接方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 スパッタおよびピット・ブローホールの発生
を抑える。溶接金属の強度を高める。 【構成】 ワイヤ中のＣ量を0.０２〜0.２％、Ｓｉ量を
0.３〜0.９％、Ｍｎ量を1.６〜2.５％、Ｏ量を0.０１〜
0.１％とする。Ａｒ＋ＣＯ₂ ＋１〜７％Ｏ₂ のシールド
ガスを使用する。パルスＭＡＧ溶接を用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、亜鉛系めっき鋼板のガ
スシールドメタルアーク溶接に使用する溶接ワイヤおよ
びこれを使用した溶接方法に関し、更に詳しくはスパッ
タおよびピット・ブローホールの発生を抑える溶接ワイ
ヤおよび溶接方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】亜鉛系めっき鋼板は、圧延された鋼板の
表面に耐食性を向上させる目的で亜鉛や亜鉛合金を溶融
めっきあるいは電気めっきしたものであり、自動車、電
機、建材等の分野で幅広く使用されている。しかし、こ
の亜鉛系めっき鋼板は、鋼板表面に亜鉛がめっきされて
いるために裸鋼板より溶接性が劣る。

【０００３】即ち、溶接熱により溶接部近傍の亜鉛がそ
の沸点以上に加熱されて蒸発し、溶接性を低下させるの
である。より具体的には、蒸発した亜鉛がアーク柱に混
入し、アークの不安定をもたらし、スパッタ増加の原因
となる。また、重ね隅肉溶接のように溶接金属中に亜鉛
蒸気の侵入が起こりやすい溶接継手の場合は、その亜鉛
蒸気が溶接金属中にそのまま残存してブローホールとな
り、そのブローホールが溶接金属の表面に開孔すればピ
ットとなる。

【０００４】このような問題を解決するために、例えば
特開平２−２６３５９４号公報にはＳｉ，Ｍｎ，Ａｌを
適量添加して亜鉛蒸気の放出を容易ならしめると共に、
Ｃｕ，Ｎｂ，Ｖを適量添加して亜鉛・窒素を固定するこ
とによりピット・ブローホールの発生を抑制する溶接ワ
イヤが開示されている。また、シールドガスの面から
は、ＡｒにＣＯ₂ およびＯ₂ を加えた３元系混合ガスが
スパッタ・ヒュームの抑制に有効なことが特開平２−３
７９７５公報に説明されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記溶接ワ
イヤでは、ピット・ブローホール抑制のためにＳｉ，Ｍ
ｎが利用される。しかし、Ｓｉ，Ｍｎの過剰添加はピッ
ト・ブローホールの多発につながるので、Ｓｉは0.５％
以下、Ｍｎは1.５％以下と比較的少量に制限されてい
る。そのため、溶接金属の強度が不足し、例えば５９０
Ｎ／ｍｍ² の強度を有する高強度めっき鋼板には適用が
困難となる。

【０００６】そして更に大きな問題は、スパッタおよび
ピット・ブローホールを抑制する効果が未だ充分でない
ということである。

【０００７】一方、Ａｒ＋ＣＯ₂ ＋Ｏ₂ の３元系シール
ドガスについては、これがスパッタ・ヒュームの低減に
有効なことは前述したとおりである。しかし、亜鉛系め
っき鋼板の溶接時の大きな問題であるピット・ブローホ
ールとの関連は未だ充分に解明されていない。

【０００８】本発明の目的は、スパッタおよびピット・
ブローホールに対して従来以上の優れた抑止効果を示
し、しかも強度確保が容易な溶接ワイヤおよび溶接方法
を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】亜鉛系めっき鋼板のアー
ク溶接におけるスパッタ多発の問題は、アーク中に入っ
た亜鉛蒸気により、ワイヤからの溶滴の離脱が妨げられ
て溶滴が大きく成長し、最終的にその溶滴が溶融池に短
絡することが原因である。従って、細かな溶滴を円滑に
溶融池へ移動させることがスパッタの防止につながる。

【００１０】一方、ピットおよびブローホールは溶融金
属中に存在する亜鉛蒸気に起因する。そのため、凝固前
に溶融金属中の亜鉛蒸気を外部へ放出させること、溶融
池への亜鉛蒸気の侵入量を減少させることのいずれか
が、ピットおよびブローホールの低減につながる。しか
し、溶融金属から亜鉛蒸気をスムーズに放出させるため
には、溶融金属の粘性を低下させる必要があり、これは
溶融金属の垂れ落ちなどにつながる。従って、亜鉛蒸気
を溶融池や侵入させない対策の方が望ましい。

【００１１】本発明者らはこのような事情をふまえてス
パッタ対策およびピット・ブローホール対策に取り組ん
だ結果、次の事実を知見するに至った。

【００１２】溶接部およびその周辺を従来に比べて高い
酸素濃度にすると、Ｓｉ，Ｍｎが多い溶接欠陥防止に不
利な状況下でも、スパッタの発生が効果的に抑制される
と共に、しかも、ピットおよびブローホールの発生が、
主に溶融池への亜鉛蒸気の侵入量が減少することによっ
て抑えられる。

【００１３】溶接部およびその周辺の酸素ポテンシャル
を高めるためには、ワイヤ中の酸素量を多くする方法
と、シールドガス中の酸素量を多くする方法があるが、
そのいずれもスパッタおよびピット・ブローホールの抑
制に有効である。

【００１４】図１（Ａ）に、ワイヤ中の酸素量およびシ
ールドガス中の酸素量がスパッタの発生量に及ぼす影響
を示す。溶接条件は下記のとおりである。

【００１５】電源：インバータ制御パルス電源 ワイヤ：ＹＧＷ−１６（基本成分） 電流：２００Ａ 電圧：２４Ｖ 速度：１００ｃｍ／min シールドガス：Ａｒ＋２０％ＣＯ₂ ＋Ｏ₂ 鋼板：合金化溶融Ｚｎめっき鋼板（４５ｇ／ｍ² ） 姿勢：重ね隅肉溶接（隙間0.３ｍｍ）

【００１６】スパッタの低減に対しては、ワイヤ中の酸
素量低減およびシールドガス中の酸素量低減ともに効果
がある。これは、酸素の添加によって溶滴が細粒化し、
円滑な溶滴が行われるためである。特に、パルスＭＡＧ
溶接との組み合わせによってこの効果が一層顕著にな
る。これは短絡数の減少がスパッタの低減につながるた
めである。

【００１７】図１（Ｂ）に、ブローホールの発生数に及
ぼす酸素の影響を示す。溶接条件は上記のとおりであ
る。ブローホールの低減に対しても、ワイヤ中の酸素量
低減およびシールドガス中の酸素量低減の両方が有効で
あり、その効果は両者を組み合わせた場合に特に大きく
なる。ブローホール低減に対して酸素の有効な理由は定
かではないが、溶接金属およびその近傍に侵入しようと
する亜鉛蒸気が酸素と反応して酸化亜鉛となるため、亜
鉛蒸気が減少してブローホールが減少すると考えられ
る。

【００１８】本発明は上記知見に基づきなされたもの
で、亜鉛系めっき鋼板のガスシールドメタルアーク溶接
に使用する鋼ワイヤであって、重量比でＣ：0.０２〜0.
２％、Ｓｉ：0.３〜0.９％，Ｍｎ：1.６〜2.５％，Ｐ：
0.０３％以下、Ｓ：0.０１〜0.０５％、Ｏ：0.０１〜0.
１０％を含むと共に、必要に応じてＮｂ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍ
ｏの１種または２種以上をそれぞれ1.０％以下を含み、
残部がＦｅおよび不可避不純物からなることを特徴とす
る亜鉛系めっき鋼板の溶接ワイヤを第１の要旨とする。

【００１９】本発明の第２の要旨は、亜鉛系めっき鋼板
のガスシールドメタルアーク溶接において、溶接ワイヤ
として上記の鋼ワイヤを用いると共に、シールドガスと
して体積比で１％以上７％以下のＯ₂ ガスを含むＡｒ＋
Ｏ₂ ＋ＣＯ₂ の３元系混合ガスを用いて、パルスＭＡＧ
溶接を行うことを特徴とする亜鉛系めっき鋼板の溶接方
法にある。

【００２０】

【作用】以下に本発明における条件限定理由をワイヤ成
分、シールドガス、パルスＭＡＧ溶接の順に詳述する。

【００２１】ワイヤ成分 Ｃはアークの安定化に悪影響を及ぼし、スパッタの発生
原因となるために、多量の添加は好ましくない。しか
し、その一方でＣは酸素と反応してＣＯガスとなり、脱
酸に寄与することから、溶接金属中に過剰な酸素が残留
するのを防止する効果も有する。従ってＣは0.０２〜0.
２％とした。

【００２２】Ｓｉは脱酸元素として添加される。また、
溶接金属の強度確保に寄与する。しかし、多量の添加は
ワイヤから溶滴の円滑な離脱を妨げ、スパッタ発生の原
因となる。そのためＳｉは0.３〜0.９％とした。

【００２３】ＭｎもＳｉと同様に脱酸元素として添加さ
れる。また、溶接金属の靱性を損なわずにその強度を確
保できる。従って、Ｍｎが少ないと脱酸の効果および強
度確保の効果が得られない。しかし、多量の添加は、ワ
イヤの製造時、特に溶製時に溶鋼中の酸素を消耗させる
原因になり、本発明の特徴である高酸素雰囲気溶接を阻
害する。よってＭｎは1.６〜2.５％とした。

【００２４】Ｐは多過ぎるとアークの安定性を損ない、
スパッタ多発の原因となる。また、不純物元素であるた
めに、溶接金属の割れの原因となる。従って0.０３％以
下とした。

【００２５】Ｓは一般的には不純物元素として扱われる
が、アーク溶接時には表面活性元素として機能し、アー
クの安定化および溶滴移行の円滑化に寄与する。しか
し、多量の添加はＭｎＳ介在物を生成する原因になり、
ワイヤ製造時、特に伸線時に破断を発生させる原因とな
る。そのため0.０１〜0.０５％とした。

【００２６】Ｏは溶接部およびその周辺の酸素ポテンシ
ャルを高め、スパッタ低減およびピット・ブローホール
低減の両方に効果がある。特に、ピット・ブローホール
の低減については、亜鉛蒸気の発生を抑える面からその
低減を図る。そのために0.０１％以上のＯを必要とす
る。ちなみに従来のワイヤでの酸素量は0.００５％程度
である。しかし、0.１％を超えるとワイヤの製造（溶製
・伸線）が困難になる。従ってＯは0.０１〜0.１％とし
た。

【００２７】以上が本発明におけるワイヤの基本成分で
あるが、この基本成分の他にＮｂ，Ｖ，Ｍｏ，Ｃｒの１
種または２種以上を含有させることができる。

【００２８】これらの元素はＳｉ，Ｍｎ等の脱酸元素が
溶接時に消耗することによる溶接金属の強度低下を補う
ために添加する。また、溶融金属の粘性を上げて重ね隅
肉溶接等でのブローホールの低減にも寄与する。即ち、
重ね隅肉溶接で重ね部に隙間がある場合、溶融池の中に
侵入しようとする蒸気が比較的低圧であるため、溶融金
属の粘性が高いと、その蒸気が溶融池に容易に侵入でき
なくなる。従って、Ｎｂ，Ｖ，Ｍｏ，Ｃｒは重ね部に隙
間がある場合のブローホール低減に対して効果的であ
る。しかし、これらの元素が多くなると、溶接金属の硬
度のみが上昇し靱性を低下させるので、いずれの元素も
1.０％以下とする。

【００２９】シールドガス シールドガス中のＯはワイヤ中のＯと同様に溶滴移行性
を改善する。また、アークの集中性を高める。更に、亜
鉛蒸気の発生を抑える。従って、スパッタおよびピット
・ブローホールを低減させる。しかし、過度の添加はア
ークの過度の集中を招き、高速溶接時にパンピングビー
ドやアンダカットを発生させやすくする。よってＯ量は
１〜７％とした。

【００３０】ＣＯ₂ は脱酸作用を有し、スパッタ低減お
よびピット・ブローホール低減に有効に作用する反面、
過度の添加により溶滴移行性を悪化させる弊害を有す
る。そのためＣＯ₂ 量は５〜１５％が望ましい。

【００３１】パルスＭＡＧ溶接 パルスＭＡＧ溶接は従来のＭＡＧ溶接に比べスパッタお
よびピットの低減に有効である。特に本発明組成のワイ
ヤおよびシールドガスを用いることで、パルス電源によ
る溶滴の移行が確実となり、スパッタが大幅に少なくな
る。また、その円滑な溶滴移行によって溶融池が安定に
なり、溶融池の乱れに起因して発生する溶融池表面への
ブローホール開孔、すなわちピットが減少する。

【００３２】以上により、スパッタおよびピット・ブロ
ーホールを従来以上に低減させ、しかも溶接金属に充分
な強度を与えるという本発明の目的が達成される。

【００３３】

【実施例】以下に本発明の実施例および比較例を説明す
る。

【００３４】実施例１ 表１に示す組成を有する直径が1.２ｍｍの鋼ワイヤを用
いてＭＡＧ溶接またはパルスＭＡＧ溶接により重ね隅肉
溶接を実施した。図２に溶接形態を示す。１は被溶接
材、２は鋼ワイヤ、３はトーチである。被溶接材は厚さ
が2.３ｍｍ、片面当りの目付量が４５ｇ／ｍ² の両面合
金化溶融亜鉛めっき鋼板とし、重ね部の隙間は0.３ｍｍ
とした。他の条件は下記のとおりである。

【００３５】電源：インバータ制御パルス電源（パルス
ＭＡＧ用） サイリスタ電源（ＭＡＧ用） 平均電流：２００Ａ（パルスＭＡＧでは電流 420Ａ, パ
ルス幅1.2msec) 溶接速度：１００ｃｍ／min 電圧：２４Ｖ 溶接長：２５０ｍｍ シールドガス：Ａｒ＋２０％ＣＯ₂ Ａｒ＋１０％ＣＯ₂ ＋５％Ｏ₂

【００３６】溶接後、それぞれの溶接性を下記の方法に
より調査した。

【００３７】スパッタ：ノズルに付着したスパッタ量
（ｇ／min ）を測定 ピット：溶接金属表面のピット数（個／ｍ）を測定 ブローホール：Ｘ線透過写真により溶接金属中のブロー
ホール数（個／ｍ）を測定

【００３８】

【表１】

【００３９】

【表２】

【００４０】本発明のワイヤＡ，Ｈ，Ｉ，Ｌ，Ｍはパル
スＭＡＧ＋２元系シールドガス（Ａｒ＋２０％ＣＯ₂ ）
の条件で、スパッタ発生を0.２ｇ／min 以下に抑え、か
つピット・ブローホールの発生をそれぞれ３０個／ｍ以
下、１０個／ｍ以下に抑える（試験No. １，８，９，１
２，１３）。特にＶ，Ｎｂ，Ｃｒ，Ｍｏを添加したもの
はブローホール低減の効果が大きい。シールドガスを３
元系シールドガス（Ａｒ＋２０％ＣＯ₂ ＋５％Ｏ₂ ）に
代えた本発明法では、スパッタおよびピット・ブローホ
ールが更に減少する（試験No. １４，１５，１６，１
７）。

【００４１】一方、比較用のワイヤＢ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，
Ｆ，Ｇ，Ｊ，ＫはパルスＭＡＧ＋２元系シールドガスの
条件では、スパッタおよびピット・ブローホールの発生
を充分に抑制できない（試験No. ２，３，４，５，６，
７，１０，１１）。パルスＭＡＧ溶接を使用しない比較
法では、スパッタおよびピット・ブローホールのいずれ
も多くなる（試験No. １８）。

【００４２】実施例２ 継手の強度特性を調べる目的で、表１に示した溶接ワイ
ヤを用いて継手引張試験を行った。母材としてはその強
度が３４０，４４０および５９０Ｎ／ｍｍ² の３種類の
両面合金化溶融亜鉛めっき鋼板（厚さ2.３ｍｍ，目付量
４５ｇ／ｍ² ）を用いた。溶接はシールドガスとしてＡ
ｒ＋１０％ＣＯ₂ ＋５％Ｏ₂ を用いたパルスＭＡＧ溶接
とした。他の溶接条件は実施例１と同様である。引張試
験片の形状および引張方向を図３に示す。

【００４３】溶接後破断位置および破断応力を調べるこ
とにより継手強度特性を評価した。結果を表３に示す。

【００４４】

【表３】

【００４６】本発明のワイヤＡを用いた場合は、母材強
度が４４０Ｎ／ｍｍ² クラスの材料まで良好な継手強度
が得られた。さらに本発明のワイヤＩ，Ｍを用いた場合
は、母材強度が５９０Ｎ／ｍｍ² クラスの場合において
も充分な継手強度が得られた。一方、比較用ワイヤＤ，
Ｊを用いた場合は、４４０Ｎ／ｍｍ² クラス以上の材料
においてはブローホールに起因する溶接部破断が発生
し、母材の強度を確保することができなかった。

【００４７】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の亜鉛系めっき鋼板の溶接ワイヤおよび溶接方法は、ス
パッタおよびピット・ブローホールの低減に大きな効果
を発揮すると共に、溶接金属に優れた強度を付与するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】スパッタおよびブローホールの発生に及ぼす酸
素の影響を示す図表である。

【図２】本発明の有効性の調査に使用した重ね隅肉溶接
の溶接形態の説明図である。

【図３】本発明の有効性の調査に使用した引張試験片の
形状の説明図である。

【符号の説明】

１ 被溶接材（亜鉛めっき鋼板） ２ ワイヤ ３ トーチ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ２２Ｃ 38/04 Ｂ２３Ｋ 103:16 (72)発明者 高 隆夫 大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号 住友金属工業株式会社内 (72)発明者 津村 博康 兵庫県尼崎市扶桑町１番17号 住金溶接工 業株式会社内 (72)発明者 栗本 孝 兵庫県尼崎市扶桑町１番17号 住金溶接工 業株式会社内 (72)発明者 宮崎 久彦 和歌山県和歌山市湊1850番地 共同酸素株 式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 亜鉛系めっき鋼板のガスシールドメタル
   アーク溶接に使用する鋼ワイヤであって、重量比でＣ：
   0.０２〜0.２％、Ｓｉ：0.３〜0.９％，Ｍｎ：1.６〜2.
   ５％，Ｐ：0.０３％以下、Ｓ：0.０１〜0.０５％、Ｏ：
   0.０１〜0.１０％を含み、残部がＦｅおよび不可避不純
   物からなることを特徴とする亜鉛系めっき鋼板の溶接ワ
   イヤ。
2. 【請求項２】 亜鉛系めっき鋼板のガスシールドメタル
   アーク溶接に使用する鋼ワイヤであって、重量比でＣ：
   0.０２〜0.２％、Ｓｉ：0.３〜0.９％，Ｍｎ：1.６〜2.
   ５％，Ｐ：0.０３％以下、Ｓ：0.０１〜0.０５％、Ｏ：
   0.０１〜0.１０％を含むと共に、Ｎｂ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｏ
   の１種または２種以上をそれぞれ1.０％以下を含み、残
   部がＦｅおよび不可避不純物からなることを特徴とする
   亜鉛系めっき鋼板の溶接ワイヤ。
3. 【請求項３】 亜鉛系めっき鋼板のガスシールドメタル
   アーク溶接において、溶接ワイヤとして請求項１または
   ２に記載の鋼ワイヤを用いると共に、シールドガスとし
   て体積比で１％以上７％以下のＯ₂ ガスを含むＡｒ＋Ｏ
   ₂ ＋ＣＯ₂ の３元系混合ガスを用いて、パルスＭＡＧ溶
   接を行うことを特徴とする亜鉛系めっき鋼板の溶接方
   法。