JPH08103884A - ガスシールドメタルアーク溶接用鋼製ワイヤ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】耐食性に優れた溶接用鋼製ワイヤの提供。 【構成】溶接後に電着塗装される炭素鋼母材用のガスシ
ールドメタルアーク溶接用ワイヤであって、Si：0.4 ％
以下、Ti：0.05〜1.0 ％を含み、更にSiとTiとが下記式
を満足する溶接部及び溶接部近傍の電着塗装後の耐食
性に優れたガスシールドメタルアーク溶接用鋼製ワイ
ヤ。 〔Si（％）／Ti（％）〕≦４ ・・・・ 【効果】溶接後電着塗装された溶接部及びその近傍に、
優れた耐食性を付与することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、耐食性向上のために溶
接後に電着塗装されることを前提とした炭素鋼に用いる
ガスシールドメタルアーク溶接用ワイヤに関し、更に詳
しくは、溶接部および溶接部近傍の電着塗装後の耐食性
に優れたガスシールドメタルアーク溶接用鋼製ワイヤに
関する。

【０００２】

【従来の技術】炭素鋼の溶接施工に用いられるガスシー
ルドメタルアーク溶接法は、一般的にはCO₂ 単独のシ−
ルドガス中、あるいはArに20％程度のCO₂ を混合したシ
ールドガス中で溶接を行う消耗電極式アーク溶接法であ
り、自動車、建築、電気機器等の製造分野で幅広く用い
られている。

【０００３】一方、炭素鋼を素材として用いられる製品
で、耐食性が要求される場合においては、溶接による組
立の後に電着塗装が施されることが多い。しかし、電着
塗装を施しても、長期間の使用中には溶接部を起点とし
て腐食が発生するという問題がある。

【０００４】この腐食は、溶接ビード部およびビードの
止端部より発生し、溶接ビード部からさらに熱影響部ま
での広い範囲にわたって深く進行するという特徴を有す
る。

【０００５】そして、使用中に溶接部が応力を受ける溶
接構造物では、この腐食による断面積減少が溶接構造物
の破壊原因となりかねない。

【０００６】すなわち、溶接ビード部は溶着金属が存在
するために比較的肉厚が厚く、ある程度腐食が進行して
も断面積が確保されるが、母材側、すなわち溶接ビード
止端部から熱影響部にかけての部分の腐食による肉厚減
少は、その溶接構造物にとって致命的な問題となりかね
ないのである。

【０００７】そして現在、この問題を解決するために採
用されている対策が、母材への亜鉛系めっき鋼板の導入
である。また、溶接ビ−ド上に生じるスラグが塗装後の
腐食の原因になるとの観点から、スラグの剥離性を良く
した溶接ワイヤも開発されているようである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】母材に亜鉛系めっき鋼
板を使用すると亜鉛の犠牲防食作用により、熱影響部の
腐食は、ある程度抑えられる。しかし、めっき金属の存
在しない溶接ビード部では亜鉛の防食作用が期待でき
ず、非めっき材を用いた場合と同様に腐食が発生する。
溶接ビード近傍のめっき金属が溶接熱により蒸発した部
分でも、腐食の発生は避けられない。そのため、亜鉛系
めっき鋼板の導入は効果的な対策とは言えない。

【０００９】スラグの剥離性を良くした溶接ワイヤは、
効果の安定性が問題のようであり、これも有効な対策と
は言えない。

【００１０】このように、溶接部およびその近傍の電着
塗装後の腐食に対しては、有効な対策を打ち出せていな
いのが実状である。

【００１１】本発明の目的は、溶接部およびその近傍の
塗装後耐食性に優れたガスシールドメタルアーク溶接用
鋼製ワイヤを提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、次のガ
スシールドメタルアーク溶接用鋼製ワイヤにある。

【００１３】溶接後に電着塗装される炭素鋼母材に対し
て用いられるガスシールドメタルアーク溶接用ワイヤで
あって、重量％で、Si：0.4 ％以下およびTi：0.05〜1.
0 ％を含有し、さらにワイヤ中のSiとTiとの含有量の関
係が下記式を満足する、溶接部および溶接部近傍の電
着塗装後の耐食性に優れたガスシールドメタルアーク溶
接用鋼製ワイヤ。

【００１４】 〔Si（重量％）／Ti（重量％）〕≦４ ・・・・ 溶接部およびその近傍の塗装後耐食性を向上するため
に、本発明者らは多くの調査を行ない、その結果を検討
したところ、ワイヤ中のSiを従来より低減し、さらにTi
を0.05％以上添加し、（Si／Ti）≦４を満足するような
成分にすることが有効であることを見いだし、本発明に
いたった。以下、この経緯を説明する。

【００１５】本発明者らの調査によると、溶接ビード上
のスラグは塗装されず、塗装後も塗装欠陥として残る。
特に、ビード止端部には連続的にスラグが発生し、その
部分は塗装後、線状の塗装欠陥となる。そして、このビ
ード止端部のスラグによる塗装欠陥部を起点として、腐
食が発生し母材側へ進行する。つまり、スラグ部での塗
装欠陥の発生が、腐食の発生に大きく関係しているわけ
である。このことを次の簡単な基礎試験の結果により説
明する。

【００１６】供試鋼板として表１に示す組成の2.6mm 厚
の熱延鋼板を用い、パルスマグ溶接法にてビードオンプ
レート溶接を行った。表２に溶接ワイヤ（直径 1.2mm）
の組成、表３に溶接条件を示す。

【００１７】

【表１】

【００１８】

【表２】

【００１９】

【表３】

【００２０】溶接後、機械加工により図３に示す試験片
を作製し、溶接ままのもの、ビ−ド部のスラグを研
削して除去したもの、熱影響部を研削したもの、ス
ラグを研削により除去し、さらに熱影響部を研削したも
のの４種類に区分した。この４種類の試験片を表４に示
す条件でリン酸塩処理し、表５に示す条件で電着塗装を
20μm 施した。そして、表６に示す条件で腐食試験（複
合サイクル試験）を行った。表７に、120 サイクル後の
ビ−ド止端部から１cm以内の熱影響部での平均腐食深さ
を示す。

【００２１】

【表４】

【００２２】

【表５】

【００２３】

【表６】

【００２４】

【表７】

【００２５】表７から明らかなように、スラグを除去す
るだけで大幅に塗装後耐食性が向上する。つまり、塗装
欠陥の発生を抑えることによって塗装後耐食性が向上す
る。

【００２６】このことからすると、スラグの剥離性を良
くしたワイヤは、塗装後耐食性の改善には一応は有効で
ある。しかし、そのスラグ剥離効果、すなわち塗装欠陥
の防止効果が不安定なことを考慮すると、スラグの剥離
促進による対策は不十分であり、更に一歩進んだ対策が
必要となる。

【００２７】一般的に、ガスシ−ルドメタルア−ク溶接
法で用いられるワイヤ中には、脱酸元素として強脱酸元
素であるSiと弱脱酸元素であるMnを、それぞれ 0.5〜1.
0 ％、 1.0〜2.0 ％程度含有させており、Si-Mn の複合
脱酸により溶接金属中へのシ−ルドガスおよび大気から
の酸素の吸収を抑えている。その脱酸反応によって生成
する溶接スラグはSi、Mnを主成分として含有する酸化物
であり、溶接ビ−ドの中央部や止端部に凝集して存在す
る。このようなスラグは、電気抵抗が非常に高いため
に、電着塗装されず塗装欠陥となるのである。

【００２８】したがって、塗装欠陥を防止するために
は、次の (1)および(2) の二つの方法が有効である。

【００２９】(1)スラグの発生そのものを抑える。

【００３０】(2)スラグ物性もしくはスラグの発生形態
をコントロ−ルして、電着塗装が可能なスラグを生成さ
せる。

【００３１】本発明者らは、以上の考えに基づき、スラ
グ部の電着塗装欠陥の発生を防止する具体的な方法を検
討した結果、次の知見を得た。

【００３２】スラグ低減のためには、ワイヤ中のスラグ
を構成する元素の量を低減することが有効であるとの観
点に立ち、実験を重ねた結果、強脱酸元素であるSi含有
量を低減することが塗装欠陥の原因となるスラグの発生
の低減に有効であることを見いだした。しかし、強脱酸
元素であるSi含有量を低く抑えた場合、脱酸不足の恐れ
がある。そこで、強脱酸元素としてSiの代わりにTiを用
いることによって十分な脱酸効果を得ることができ、ま
た、その脱酸反応で生成したTi系のスラグは電着塗装性
が良好であることを実験を通じて知見した。

【００３３】

【作用】以下に、本発明の構成要件、その限定理由およ
び作用効果を説明する。％は重量％を意味する。

【００３４】Si：0.4 ％以下 一般的には、Siは脱酸元素としての作用を有する。しか
し、溶接スラグ中にSiが含まれると電気抵抗の高いSiO₂
系のガラス状のスラグとなり、その部分が電着塗装欠陥
となる。この傾向は、Si含有量が0.4 ％を超えると顕著
となる。従って、ワイヤ中のSi含有量は少ないほうが好
ましく、具体的にはSi含有量は0.4 ％以下とした。望ま
しいのは0.3 ％以下である。

【００３５】一方、Si含有量の下限値は特に限定しな
い。この理由は、Si含有量が低すぎる場合は、脱酸不足
によるブロ−ホ−ルの発生が懸念されるが、後述するよ
うに本発明においては、Siに代わる脱酸元素として、Ti
をワイヤに含有させるためである。

【００３６】Ti： 0.05 ％以上1.0 ％以下 Tiは本発明において必須の元素である。本発明ではSi含
有量を低く抑えているために、脱酸不足となり易い。特
に、シールドガスに炭酸ガスを用いる場合や、ガスシー
ルド性が悪く、空気が溶接雰囲気中混入しやすい場合
は、脱酸不足によってブローホールが発生する危険が大
きくなる。これを回避するために、強脱酸元素であるTi
を添加する。

【００３７】さらに、Siと異なりTiは脱酸元素としての
作用を有するだけではなく、生成したスラグ部の電着塗
装性が良いという特徴を有する。Ti添加によって生成す
るスラグの電着塗装性が良い理由は明確でないが、Ti系
のスラグは電気抵抗が比較的低いためか、また、Si系ス
ラグと異なり、Ti系スラグは分散して発生するので、塗
装のつきまわりが良くなるためであると考えられる。

【００３８】Ti含有量が 0.05 ％未満で少なすぎると電
着塗装性改善効果が得られないばかりか、脱酸不足によ
るブロ−ホ−ルが発生するために、Tiは0.05％以上含有
させる必要がある。望ましいのは0.1 ％以上である。

【００３９】一方、Ti含有量が1.0 ％を超えて多すぎる
場合はスラグ量が多くなりすぎ、塗装欠陥の発生の原因
となることに加え、コストも必要以上に高くなる。よっ
て、Ti含有量は1.0 ％以下とした。望ましいのは0.5 ％
以下である。

【００４０】〔Si（％）／Ti（％）〕：４以下 TiとSiが同時に含まれ、さらに上記の本発明の範囲内で
も、比較的Siが多めに含まれる場合は、TiとSiの量的な
関係によって電着塗装性が異なる。すなわち、Siに比べ
て相対的にTiが少なすぎる場合は、Siが主脱酸元素とし
て作用し、電着塗装性に有害なSiO₂系のスラグが発生す
る。この傾向は〔Si（％）／Ti（％）〕比が４を超える
と著しくなる。したがって、良好な電着塗装性を得るた
めにはTiを主脱酸元素とする必要があり、このためにワ
イヤ中のSiとTiとの含有量の関係が、さらに下記式を
満足しなければならないのである。

【００４１】〔Si（％）／Ti（％）〕≦４ ・・・・ さらに高水準の電着塗装性を得るのに望ましい上記元素
比は、２以下である。

【００４２】図１は、本発明で定めるSiおよびTi含有量
の範囲および望ましい範囲を示す図である。なお、本発
明の範囲外でもSi含有量が約0.2 ％以下、Ti含有量が0.
05％以下の組成でも、良好なガスシールドのもとでは、
脱酸不足によるブローホールの発生もなく、優れた電着
塗装性が得られることがある。しかし、その脱酸効果の
安定性に問題があり、この理由からもSiおよびTiの含有
量は、前述のように限定した。

【００４３】その他のワイヤ成分：Ｃ、Mnなど 上記成分以外に、通常、溶接ワイヤに含まれる元素とし
てＣおよびMnが挙げられる。これらの元素は塗装後耐食
性には関与しないために、本発明においては特に含有量
は限定しないが、下記範囲を満足させるのが良い。

【００４４】Ｃは溶接金属の強度調整のために用いられ
る。Ｃ含有量が0.2 ％を超えると強度が過大になり、溶
接割れが発生することがある。そのため、その上限は0.
2 ％とすることが望ましい。

【００４５】Mnは溶接金属の強度調整および脱酸反応の
促進のために添加される。Mn含有量を0.5 ％以上とする
ことにより、溶接金属の強度低下が防止される。脱酸効
果の観点からも、次のような理由で0.5 ％以上にするこ
とが望ましい。強脱酸元素であるSiおよびTiを多めに添
加している場合は、Mn含有量が0.5 ％以下でも脱酸不足
になることはないが、本発明のSiおよびTi含有量の範囲
でも、これらの量が比較的少ない場合は、Mn含有量が0.
5 ％より少ないと脱酸不足によるブローホールの発生が
懸念されるためである。

【００４６】また、Mn含有量が3.0 ％より多くなるとワ
イヤの製造が困難になる。以上のことから、Mn含有量は
0.5 ％以上3.0 ％以下とするのが望ましい。強度を確保
する観点からは、Mn含有量は1.0 ％以上とするのが特に
好ましい。

【００４７】上記の溶接ワイヤには機械的性質の向上を
目的に、Ni、Nb、Ｖ、Cr、MoおよびCu等を適宜添加する
ことが可能である。

【００４８】本発明の溶接用鋼製ワイヤは、上記の各成
分ならびに残部がFeおよび不可避的不純物からなるもの
である。

【００４９】次に、望ましいワイヤの種類、溶接電源、
シールドガス種および母材鋼種について述べる。

【００５０】ワイヤの種類は、ソリッドワイヤ、フラッ
クス入りワイヤのいずれとしても良いが、スラグの発生
量を減らすという目的からは、ソリッドワイヤか、もし
くはメタルリッチ系のフラックス入りワイヤが望まし
い。

【００５１】本発明ワイヤを使用する場合の溶接電源お
よびシールドガス種は、特に限定されない。シールドガ
スとしてCO₂ を用いる炭酸ガス溶接、Arに約20％程度の
CO₂ガスを混合したシールドガスを用いるマグ溶接およ
びパルスマグ溶接法など、いずれの方法でも溶接施工す
ることができる。

【００５２】本発明ワイヤを適用する対象母材は炭素鋼
である。本発明ワイヤの特徴は、ワイヤ中のSiを低く抑
え、Tiを添加する点である。溶接金属は母材成分の影響
を受けるため、母材に多量のSiが含有されると本発明の
溶接ワイヤの効果が小さくなる恐れがある。従ってSi含
有量が0.2 ％以下の母材鋼を用いることが好ましい。

【００５３】しかし、本発明者らの知る限り、溶接後、
電着塗装されるような溶接物に用いられる母材鋼では、
Siが添加されていないか、添加されていても0.1 ％以下
であるものが大多数を占めるために、ほとんどの溶接対
象物に対して本発明の溶接ワイヤの効果が得られる。従
って、母材が炭素鋼であれば、その組成は特に限定され
ない。また、表面に亜鉛系メッキが施されていてもよ
い。

【００５４】

【実施例】

（実施例１）供試鋼板として表８に示す組成の熱延鋼板
（2.6mm 厚）を用い、表９に示す組成の溶接ワイヤを用
いて、表３に示す溶接条件でパルスマグ溶接を行なっ
た。

【００５５】

【表８】

【００５６】

【表９】

【００５７】溶接後、表４に示す条件でリン酸塩処理を
行い、表５に示す条件で電着塗装（20μm)を行い、その
塗装後耐食性を表６に示す腐食試験により調査した。ま
た、図２の方法で塗装欠陥率を調べるとともに、Ｘ線透
過試験により溶接部のブローホールの発生を調べた。調
査結果を表10に示す。腐食深さは120 サイクル後の平均
腐食深さである。

【００５８】

【表１０】

【００５９】試験番号1A、6AではSi含有量が上限値より
多く、3AではTi含有量が下限値より少なく、12AではTi含
有量が上限値より多く、5Aでは本発明で定めるSi／Ti比
を満足せず、いずれも塗装欠陥が多量に発生し、激しく
腐食した。試験番号2A、4A ではTi含有量が下限値より少
ないため、脱酸不良となりブローホールが発生した。

【００６０】試験番号4Aでは、2Aに比べてSi含有量が比
較的多いワイヤを用いているため、ブローホールの発生
は軽微であった。

【００６１】試験番号7A、8A、9A、10A 、11A では、ワ
イヤ組成が本発明で定める範囲内でであるため、ブロー
ホールの発生もなく、良好な電着塗装性と耐食性を示し
た。

【００６２】（実施例２）実施例１と同様の供試鋼板お
よびワイヤを用いて、表11に示す溶接条件で炭酸ガス溶
接を行なった。溶接後、同様にリン酸塩処理、電着塗装
（20μm)を行い、評価を行った。調査結果を表12に示
す。腐食深さは、実施例１と同様に120 サイクル後の平
均腐食深さである。

【００６３】

【表１１】

【００６４】

【表１２】

【００６５】試験番号1B、6BではSi含有量が上限値より
多く、3BではTi含有量が下限値より少なく、12B ではTi
含有量が上限値より多く、5Bでは本発明で定めるSi／Ti
比を満足せず、いずれも塗装欠陥が多量に発生し、激し
く腐食した。試験番号2B、4BではTi量が含有量が下限値
より少ないため、脱酸不良となり、多量にブローホール
が発生した。

【００６６】試験番号7B、8B、9B、10B 、11B では、ワ
イヤ組成が本発明で定める範囲内でであるため、ブロー
ホールの発生もなく、良好な電着塗装性と耐食性を示し
た。

【００６７】

【発明の効果】本発明のガスシールドメタルアーク溶接
用鋼製ワイヤによって、溶接後電着塗装された溶接部お
よびその近傍に、優れた耐食性を付与することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明ワイヤの組成範囲を示す図である。

【図２】溶接部の塗装欠陥率の測定方法を示す図である

【図３】テストピース形状を示す図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】溶接後に電着塗装される炭素鋼母材に対し
   て用いられるガスシールドメタルアーク溶接用ワイヤで
   あって、重量％で、Si：0.4 ％以下およびTi：0.05〜1.
   0 ％を含有し、さらにワイヤ中のSiとTiとの含有量の関
   係が下記式を満足することを特徴とする溶接部および
   溶接部近傍の電着塗装後の耐食性に優れたガスシールド
   メタルアーク溶接用鋼製ワイヤ。 〔Si（重量％）／Ti（重量％）〕≦４ ・・・・