JPH06312290A - ガスシールドアーク溶接ワイヤ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、亜鉛めっき鋼板などの防錆処理鋼
板を、ガスシールドアーク溶接した際に、溶接作業性が
良好で、優れたビード外観を示し、かつスパッタ発生量
の少ないガスシールドアーク溶接ワイヤを提供する。 【構成】 重量％で、Ｃ：０．０３〜０．１５％、Ｓ
ｉ：１．００〜２．５０％、Ｍｎ：０．８０〜２．００
％、Ｐ：０．０１３％以下、Ａｌ：０．００２〜０．２
０％を含み（但し、Ｓｉ＋Ｍｎ＝２．３０〜４．００
％、Ｍｎ／Ｓｉ＝０．５０〜１．４０）、かつＳ：０．
００５〜０．０５０％、Ｏ：０．００５〜０．０３０％
の範囲において、両者を合計で０．０１０〜０．０５０
％含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなるガス
シールドアーク溶接ワイヤ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は亜鉛めっき鋼板などの防
錆処理を施した鋼板をガスシールドアーク溶接した時、
特にピットなどの溶接欠陥が少なく、ビード外観・ビー
ド形状の優れた溶接金属が得られ、スラグ生成量が少な
くスラグ剥離性が良好で、しかもスパッタ発生量の少な
いガスシールドアーク溶接ワイヤに関する。

【０００２】

【従来の技術】亜鉛めっき鋼板などの防錆処理を施した
鋼板の主な用途は、薄鋼板の分野が多く、屋根板をはじ
めとする建築材料、ガソリン缶、家電、電機、その他自
動車車体等数多くの分野に使用される傾向にある。また
腐食による耐用年数の低下を補うことなどを目的に、め
っき量の多い厚目付け材の使用も多くなってきている。
一方では、耐食性をさらに向上させるために各種のめっ
き組成による表面処理鋼板の開発が進められている。

【０００３】ところで、上記の如き亜鉛めっき鋼板をガ
スシールドアーク溶接した際、特にピット・ブローホー
ルの欠陥が生じ、また自動溶接法または半自動溶接法の
いずれの場合にもスパッタの発生が著しく多くなるため
トーチへのスパッタ付着が大きなコスト高の要因とな
る。このような亜鉛の害を軽減する手段としては、予め
溶接線上から亜鉛めっき層を機械的に除去することが有
効であるが、手間がかかって非能率的である。

【０００４】亜鉛めっき鋼板を溶接した場合、鉄の融点
より低い沸点（９０６℃）のめっき層の亜鉛が溶融し
て、亜鉛蒸気となって溶滴ないし溶融池に侵入して溶接
金属凝固過程で浮上できずに気泡として残存し、ピット
やブローホール等の溶接欠陥を多発させる。また溶接池
状態は突沸し乱れるためアークは不安定となりスパッタ
の発生を著しく多くさせる。さらには溶接ビード表面の
平滑性も劣り良好なビード外観を得ることが困難であ
る。

【０００５】亜鉛めっき鋼板に対するピット、ブローホ
ールの溶接欠陥防止技術として特開昭６４−５７９７９
号公報にはソリッドワイヤ中にＣ、Ｓｉ、ＭｎおよびＭ
ｏを基本成分としてＭｏを０．１０〜１．００％含有さ
せる溶接材料が提案されている。しかしながら、かかる
組成のソリッドワイヤはＭｏを多く含むため原材料価格
が高くなり経済的効果が期待できない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記問題点を
解決するためになされたもので、亜鉛めっき鋼板などの
ガスシールドアーク溶接において問題となるピット、ブ
ローホール等の欠陥発生を実用上問題ない程度まで少な
くし、またスパッタ発生量が少なく、ビード外観・ビー
ド形状に優れ、しかもスラグ生成量が少なく、スラグ剥
離性の良好な溶接金属が得られるガスシールドアーク溶
接用ワイヤを提供することを目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨とするとこ
ろは、重量％でＣ：０．０３〜０．１５％、Ｓｉ：１．
００〜２．５０％、Ｍｎ：０．８０〜２．００％、Ｐ：
０．０１３％以下、Ａｌ：０．００２〜０．２００％を
含み（但しＳｉ＋Ｍｎ＝２．３０〜４．００％、Ｍｎ／
Ｓｉ＝０．５０〜１．４０）、かつＳ：０．００５０〜
０．０５００％、Ｏ：０．００５０〜０．０３００％の
範囲で、両者を合計で０．０１００〜０．０５００％含
有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなることを特
徴とするガスシールドアーク溶接ワイヤにある。

【０００８】

【作用】本発明者らは、ガスシールドアーク溶接では前
記の如く、特に亜鉛めっき鋼板でのピット、ブローホー
ルが発生し易い理由として、下記の事項が挙げられるこ
とを確かめた。 （イ）溶接時、溶融金属に入った亜鉛は鉄に溶解しにく
く、かつ低沸点であるため溶融金属が凝固過程において
も蒸気状態であり、これが残存し気泡となる。

【０００９】（ロ）亜鉛めっき鋼板のアーク溶接では亜
鉛の突沸によりアークが不安定になり易く、また溶融池
を乱すことによりシールド性が低下するため、溶接雰囲
気中に空気を巻き込み易く、溶融金属中に窒素を吸収し
易くなる。また、高速溶接では凝固速度が早く、従って
溶融金属中でガス化した亜鉛のみならず窒素ガスも凝固
過程で浮上しきれず溶接金属中に残存し易くなる。

【００１０】（ハ）ガスシールドアーク溶接では清浄な
溶接金属を得るため、Ｓｉ、Ｍｎなどの脱酸力の強い元
素を適宜添加し脱酸作用効果を得るようにしており、そ
のためＳｉ、Ｍｎなど脱酸性元素量を低減してガスシー
ルドアーク溶接を行った場合に脱酸不足となり、健全な
溶接ビードを形成することが困難となる。そこで本発明
者らは、これら亜鉛や窒素の影響を軽減し、ピット、ブ
ローホールを防止するには、（ａ）ガスシールドアーク
溶接では清浄な溶接金属を得るために、脱酸力の強いＳ
ｉ、Ｍｎ、Ａｌなどを適宜添加し脱酸効果を得るように
しており、また溶滴の短絡回数を増加することができる
ため、溶滴の移行性が向上しアーク安定性が改善され、
さらに溶融池の攪拌作用の効果も向上され、溶融池から
のガス放出を容易にする、（ｂ）溶融池の酸素ポテンシ
ャルを適正化し、また溶融池の有害な亜鉛蒸気を融点の
高い酸化亜鉛ＺｎＯと化してスラグオフさせる、ことが
有効と考え、この観点からワイヤ組成について検討を行
い本発明を構成するに至った。

【００１１】即ち、ガスシールドアーク溶接において
は、表面処理鋼板は薄板が多く、その場合、特に高速溶
接あるいは小入熱での溶接が多く、そのような溶接で
は、凝固速度が早く溶融池が急冷されるため脱酸反応が
起こり難く、適度な脱酸作用を行う場合、溶接用ワイヤ
はＳｉ、Ｍｎ、Ａｌなどの脱酸力の強い元素を適量添加
し、脱酸反応の脱酸力を適正化し、また溶滴移行性を安
定化することにより溶融池からのガス放出を容易にし、
清浄な溶接金属を得るようにしている。

【００１２】以下に本発明のワイヤの成分限定理由につ
いて述べる。Ｃは溶滴移行段階で溶滴周辺のＣＯ分圧を
高めＣＯの吹き出しを活発にして周辺から溶滴へ侵入し
ようとする亜鉛および窒素を抑制しピット、ブローホー
ルの発生を抑制するが、ＣはＳｉ、Ｍｎ、Ａｌの添加量
との兼合いで決まり、本発明のＳｉ、Ｍｎ、Ａｌ添加量
では０．１５％を超えてもピットの発生は少ないが、ワ
イヤに加工する段階で伸線性が劣化し、さらに溶接金属
の強度が高まるため上限を０．１５％とした。また０．
０３％未満ではピットが多発するので下限は０．０３％
とした。

【００１３】ＳｉおよびＭｎは脱酸のため、溶融金
属の酸素ポテンシャルを適正化し、亜鉛の酸化を促進す
るため、溶融金属の粘性を低めてガスを浮上し易くす
るため、溶滴の移行性を安定化させるため、溶融池
の攪拌作用安定化によるガス放出促進により、亜鉛によ
るピット、プローホールの発生を抑制するために添加す
る。しかし、Ｓｉは１．００％未満、Ｍｎは０．８０％
未満、更にＳｉ＋Ｍｎが２．３０％未満では脱酸不足と
なり、健全な溶接ビードを形成することができないの
で、Ｓｉ、Ｍｎの下限値はそれぞれ１．００％および
０．８０％で、Ｓｉ＋Ｍｎの下限値を２．３０％とし
た。一方、Ｓｉ、Ｍｎはそれぞれ２．５０％および２．
００％を超えると、またＳｉ＋Ｍｎが４．００％を超え
ると、ピット、ブローホール発生の抑制効果については
問題ないもののワイヤに加工する段階で伸線性が劣化
し、かつ溶接金属の強度が高まるため、上限値をＳｉは
２．５０％、Ｍｎは２．００％、Ｓｉ＋Ｍｎは４．００
％とした。また上記Ｓｉ、Ｍｎの範囲においても、Ｍｎ
／Ｓｉが０．５０未満、もしくは１．４０超の場合に
は、ブローホールの発生が増加するので、Ｍｎ／Ｓｉを
０．５０〜１．４０とした。

【００１４】Ａｌは強脱酸成分であり、少量の添加でピ
ット、ブローホールの発生を防止できる。しかし０．０
０２％未満ではその効果はなく０．２００％超では溶着
金属は著しく硬化し耐割れ性を低下させるので０．００
２〜０．２００％とした。Ｐは耐割れ性を阻害する元素
であり、特にＳｉ、Ｍｎを多く添加する本発明のワイヤ
においてはできる限り抑制することが好ましく、０．０
１３％以下であれば目的を達する。

【００１５】Ｓは一般的には溶接金属の割れ性等の点か
ら、その添加量を抑制する元素である。しかしながらＳ
は適量添加によってビード形状を良好にし、ビード表面
に付着するスラグ被包面積を減少させ、さらにスラグ剥
離性を向上させる等の効果がある。これらの効果は耐割
れ性も考慮し０．００５０〜０．０５００％の添加量で
奏されることがわかった。これらの効果はＳを単独で添
加した場合よりもＯと共存させた方が大きく、Ｏ量が
０．００５０〜０．０３００％の範囲において、ＳとＯ
の合計が０．０１００〜０．０５００％の場合により顕
著に奏される。

【００１６】本発明のワイヤは、脱酸力の強い元素を適
量含み、溶滴の移行が容易になり、また安定化するよう
な化学成分組成を有する。本発明のワイヤは前記の通り
の化学成分組成としているが、ワイヤ原料にはＮｉ、Ｔ
ｉ、Ｃｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｂ、Ｃｅ、Ｃａ、Ｓ
ｎ、Ａｓ、Ｎなどやその他の金属元素が不可避元素とし
て含まれ、特にＮｉやＣｒは０．１０％程度含まれる場
合があり、またＮｉやＣｒ以外の不可避元素も０．０１
５％程度含有まれる場合がある。しかし、この程度の不
可避元素の量ではピット、ブローホールの発生防止には
何等影響がない。尚、本発明のワイヤは、通常のワイヤ
と同様に鋼塊を圧延、伸線し必要に応じて銅めっきを施
して製造することができる。

【００１７】このように構成された成分のワイヤを用い
て、ガスシールドアーク溶接により亜鉛めっき鋼板を溶
接してもピットの発生はなく、またブローホールの発生
も非常に少なく、ビード外観・ビード形状の優れた溶接
金属が得られるので、溶接部は構造物用として十分満足
するものである。またスラグ生成量が少なくスラグ剥離
性も良好であり、スラグの除去作業も省略できる。さら
にスパッタ発生量の少ない溶接が行えるため、ガスシー
ルドノズルや溶接チップに付着するスパッタ除去作業頻
度も軽減でき、大幅なコスト低減が計れる。

【００１８】以下に、本発明の効果を実施例により具体
的に説明する。

【００１９】

【実施例】表１に示す化学成分のワイヤ（直径１．２ｍ
ｍ）を用いて、継手溶接におけるピット発生個数、ブロ
ーホール発生率およびビード外観性能等を評価した結
果、表１に併せて示した成績が得られた。試験は表２に
示す鋼板を用いて表３に示す溶接条件で行った。またビ
ード外観およびビード形状の評価項目は表４に、その判
定基準は表５に示されている。

【００２０】溶接終了後、ビード表面に発生するピット
の個数を目視で計測し、ビード外観を評価した。その後
溶接ビードを放射線透過試験にてビードに内在するブロ
ーホール発生状況を調査した。ピットは個数計測後、ビ
ード１ｍに換算して発生個数（個／ｍ）として評価し
た。またブローホールは放射線透過試験のフィルムでビ
ード長手方向のブローホール幅を測定し、ビード長に対
してのブローホール幅総和からブローホール発生率
（％）を計算した。

【００２１】またスラグ被包率は、溶接ビード長２５０
ｍｍ当りのビード表面積に対するスラグ被包面積の比率
をビード外観写真より求めた。スラグ剥離率は、同様の
方法により、溶接直後のスラグ被包面積に対する自然放
置冷却後のスラグ剥離面積の比率を測定して求め、それ
ぞれ図１と図２に示した。表１においてワイヤＮｏ．１
〜１０は本発明ワイヤであり、Ｃが０．０３〜０．１５
％、Ｓｉが１．００〜２．５０％、Ｍｎが０．８０〜
２．００％でＳｉ＋Ｍｎが２．３０〜４．００％、Ｍｎ
／Ｓｉが０．５０〜１．４０、Ｐは０．０１３％以下、
Ａｌが０．００２〜０．２００％であり、Ｓが０．００
５０〜０．０５００％、Ｏが０．００５０〜０．０３０
０％で、合計で０．０１００〜０．０５００％の範囲に
ある。

【００２２】またＮｏ．１１〜１６は比較ワイヤを示
す。Ｎｏ．１〜１０の本発明ワイヤではピットの発生は
なく、ビード外観およびビード形状が共に良好であり、
さらにブローホール発生率も非常に低い健全な溶接金属
が得られた。一方、Ｓｉ量が本発明の範囲未満であるＮ
ｏ．１１、Ｓｉ、Ｍｎ量が本発明未満であるＮｏ．１５
はシールド不足に起因すると考えられるピット、ブロー
ホールが多発し、ビード外観も劣っている。またＭｎ量
が本発明の範囲を超えるＮｏ．１２、Ｓｉ量が本発明の
範囲を超えるＮｏ．１３はピット、ブローホールは少な
いが、ビードに割れが生じ、ビード外観が劣った。さら
にＣ量が本発明範囲未満であり、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｓ＋Ｏ共
に本発明範囲を外れるＮｏ．１４はピット、ブローホー
ルは少ないが、合金元素過剰によるビード割れが発生
し、ビード外観が不良であった。Ｃ量が本発明の範囲未
満であり、Ａｌ添加のないＮｏ．１６は、亜鉛の影響を
受け易く、ピット発生個数、ブローホールの発生率が高
くなっている。

【００２３】このように、本発明のワイヤにより、亜鉛
めっき鋼板など防錆処理を施した鋼材を炭酸ガスアーク
溶接してもピットがなく、ビード外観の良好なしかもブ
ローホールの発生が非常に少ない健全な溶接金属部が得
られることが明らかである。

【００２４】

【表１】

【００２５】

【表２】

【００２６】

【表３】

【００２７】

【表４】

【００２８】

【表５】

【００２９】

【発明の効果】以上のように本発明ワイヤによれば、亜
鉛めっき鋼板など防錆処理を施した鋼材をガスシールド
アーク溶接をしてもピットがなく、ビード外観・ビード
形状の良好な、しかもブローホールが非常に少ない健全
な溶接金属が得られるため、溶接金属部の断面欠損にな
らず、構造物の強度を低下させない溶接部が得られる。
またピットがないため外観的にも好ましい溶接金属部が
得られる。

【００３０】さらに本発明ワイヤによれば、スラグ発生
量が少なくスラグ剥離性も良好であり、スラグ除去作業
も省略でき、またスパッタ発生量の少ないガスシールド
アーク溶接ができるため、ガスシールドノズルや溶接チ
ップに付着したスパッタ除去作業頻度も軽減できるの
で、大幅なコスト低減が計れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ｓ、Ｓ＋Ｏ量とスラグ被包率との関係を示す図
である。

【図２】Ｓ、Ｓ＋Ｏ量とスラグ剥離率との関係を示す図
である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】重量％で Ｃ ：０．０３〜０．１５％、 Ｓｉ：１．００〜２．５０％、 Ｍｎ：０．８０〜２．００％、 Ｐ ：０．０１３％以下、 Ａｌ：０．００２〜０．２００％ を含み（但し、Ｓｉ＋Ｍｎ＝２．３０〜４．００％、Ｍ
   ｎ／Ｓｉ＝０．５０〜１．４０）、かつ Ｓ ：０．００５０〜０．０５００％、 Ｏ ：０．００５０〜０．０３００％ の範囲で、両者を合計で０．０１００〜０．０５００％
   含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなることを
   特徴とするガルシールドアーク溶接ワイヤ。