JPH0833997A

JPH0833997A - 溶接部およびその近傍の塗装後耐食性を高めるガスシールドメタルアーク溶接方法

Info

Publication number: JPH0833997A
Application number: JP19194994A
Authority: JP
Inventors: Masato Uchihara; 正人内原; Michiyasu Takahashi; 通泰高橋; Akito Sakota; 章人迫田; Takao Ko; 隆夫高
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1994-07-21
Filing date: 1994-07-21
Publication date: 1996-02-06

Abstract

(57)【要約】【目的】ガスシールドメタルアーク溶接による溶接部
およびその近傍の電着塗装後の耐食性を高める。【構成】母材と溶接ワイヤの合計Ｓｉ量が0.０４〜0.
２ｗｔ％となり、且つ、母材と溶接ワイヤの合計Ｍｎ量
が0.５ｗｔ％以上となる溶接ワイヤを用いる。耐食性低
下の原因となる塗装欠陥が防止される。

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のガスシ
ールドメタルアーク溶接方法に関し、更に詳しくは、溶
接部およびその近傍の電着塗装後の耐食性を高めるガス
シールドメタルアーク溶接方法に関する。

【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
ー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のアーク溶
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、自動車、建築、電気製品のように、
炭素鋼を素材とする製品で耐食性が要求される場合は、
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問題があった。

【０００４】この電着塗装後の腐食は、溶接ビードおよ
びビードの止端部より発生し、ビード部およびビード止
端部から周囲の熱影響部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。そして、使用中に溶接部が応
力を受ける溶接物では、この腐食による断面積減少が溶
接物の破壊の原因になりかねない。

【０００５】すなわち、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
の溶接物にとって致命的な問題になりかねないのであ
る。

【０００６】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、溶接ビー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。

【０００７】

【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
での腐食発生はある程度抑えられる。しかし、めっき金
属の存在しないビード部では、亜鉛による防食作用が期
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。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、腐食の発生は避け得ない。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。

【０００８】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。

【０００９】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
いのが実情である。

【００１０】本発明の目的は、溶接部およびその近傍の
塗装後耐食性を高めるガスシールドメタルアーク溶接方
法を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】溶接部およびその近傍の
塗装後耐食性を改善するために、本発明者らは多くの調
査を行いその結果を検討したところ、母材中のＳｉ量と
溶接ワイヤ中のＳｉ量の合計を従来よりも低減するのが
有効であることを見出し、本発明に至った。本発明に至
る経緯を以下に説明する。

【００１２】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、母
材側への腐食は発生し進行する。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る
説明する。

【００１３】供試鋼板として成分を表１に示す2.６ｍｍ
厚の熱延鋼板を用い、パルスマグ溶接にてビードオンプ
レート溶接を行った。表２に溶接ワイヤ（直径1.２ｍ
ｍ）の成分を、表３に溶接条件を示す。溶接後、機械加
工により図１に示す試験片を作成し、溶接ままのも
の、ビー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更
に熱影響部を研削したものの４種類に区分した。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（２０μｍ厚）を行った後、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サイクル後のビード止端部から１ｃｍ以内での
熱影響部での平均腐食深さを示す。

【００１４】

【表１】

【００１５】

【表２】

【００１６】

【表３】

【００１７】

【表４】

【００１８】

【表５】

【００１９】

【表６】上記を１サイクルとして実施

【００２０】

【表７】

【００２１】表７から明らかなように、スラグを除去す
るだけで、塗装後耐食性が大幅に向上する。このことか
らすると、スラグの剥離性を良くした溶接ワイヤは、塗
装後耐食性の改善に一応は有効である。しかし、そのス
ラグ剥離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、更に一歩進んでスラ
グの発生そのものを抑えるというような根本的対策が必
要になる。

【００２２】本発明者らは、この結論に基づき、スラグ
の発生を防止する具体的な方法およびその方法が電着塗
装性に及ぼす影響について種々検討した結果、次の知見
を得た。

【００２３】すなわち、溶接スラグは溶鉄中の脱酸反応
により生じたＳｉ，Ｍｎ，Ｆｅを含有する酸化物であ
り、その酸化物を構成する金属元素は母材および溶接ワ
イヤから供給される。スラグの発生を抑えるためには、
スラグを構成する金属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、母材と溶接ワ
イヤの合計Ｓｉ量を低減することにより、塗装欠陥の原
因となるスラグの発生量が低減し、しかも、発生したス
ラグについては、塗装性への影響が少ないものになり、
それらの結果、塗装後腐食の原因となる塗装欠陥の発生
が効果的に防止されるとの知見を得た。

【００２４】母材と溶接ワイヤの合計Ｓｉ量が電着塗装
性に及ぼす影響を調査した結果を以下に説明する。

【００２５】供試鋼板として前述と同様、成分を表１に
示す2.６ｍｍ厚の熱延鋼板を用い、また、種々の組成の
溶接ワイヤを用いて、表３の溶接条件にてパルスマグ溶
接によるビートオンプレート溶接を行った。そして、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）を行って、電着塗装性を評価し
た。その評価は、図２に示すように、ビード止端部付近
の塗装欠陥部の溶接線方向の長さを測定し、全溶接線長
さに占める割合（塗装欠陥率）を調べることにより行っ
た。結果を図３に示す。

【００２６】この結果から明らかなように、母材と溶接
ワイヤの合計Ｓｉ量が0.２％以下で塗装欠陥の発生が著
しく抑えられる。溶接部およびその近傍の塗装後の腐食
は、この部分の塗装欠陥が原因であるので、塗装欠陥を
防止することにより、その腐食は他の部分と同様に抑え
られる。

【００２７】本発明はこれらの知見に基づいてなされた
もので、溶接後に電着塗装される炭素鋼母材に対して鋼
製溶接ワイヤを用いてガスシールドメタルアーク溶接を
行う方法であって、重量％で母材と溶接ワイヤの合計Ｓ
ｉ量が0.０４〜0.２％となり、且つ母材と溶接ワイヤの
合計Ｍｎ量が0.５％以上となる成分組成の溶接ワイヤを
用いることを特徴とする溶接部およびその近傍の塗装後
耐食性を高めるガスシールドメタルアーク溶接方法を要
旨とする。

【００２８】溶接ワイヤとしては、母材とワイヤの合計
Ｓｉ量が0.０４〜0.２％となり、且つ、Ｃ：0.２０％以
下、Ｍｎ：0.５〜3.０％を含むものが望ましい。これら
の成分以外にＴｉ，Ｎｉ，Ｎｂ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｃｕ
等の１種以上が適量含まれてもよい。

【００２９】

【作用】以下に本発明の構成要件を詳述する。

【００３０】〔母材と溶接ワイヤの合計Ｓｉ量〕溶融金
属の成分はワイヤの成分だけではなく母材の成分の影響
を受ける。そのため、Ｓｉ量の低いワイヤを用いても、
母材のＳｉ量が高ければ塗装欠陥の原因となるスラグの
発生は避けられない。従って、Ｓｉ量は母材と溶接ワイ
ヤの合計量で評価する必要がある。

【００３１】母材と溶接ワイヤの合計Ｓｉ量が0.２％を
超えると、電着塗装性に有害なＳｉ，Ｍｎ，Ｆｅを含有
するスラグが発生し、塗装欠陥が生じることにより、塗
装後耐食性が低下する。従って、この合計Ｓｉ量を0.２
％以下とし、望ましくは0.１５％以下である。

【００３２】スラグが電着塗装性に有害な理由は、スラ
グ自身の電気抵抗が非常に高いためである。母材と溶接
ワイヤの合計Ｓｉ量が0.２％以下の場合に塗装性が向上
する理由は明確ではないが、目視観察の結果、その場合
のスラグの発生形態が大きく変化することがわかってい
る。具体的には、その場合のスラグ組成では、ビート全
体に微細なスラグが分散して発生するようになる。おそ
らく、Ｓｉ量が低い場合に発生するスラグは電気抵抗が
比較的低く、更にそのスラグが微細に分散したため、塗
装のつきまわりが良くなり、電着塗装性が良好になった
と考えられる。

【００３３】一方、母材と溶接ワイヤの合計Ｓｉ量が0.
０４％未満になると、脱酸不足が著しくなり、溶接金属
にピットやブローホールが非常に多く発生するようにな
る。従って、合計Ｓｉ量の下限については、0.０４％以
上とする必要があり、0.０６％以上が望ましい。

【００３４】炭素鋼に使用される従来のガスシールドメ
タルアーク溶接ワイヤには、溶接金属の脱酸と機械的性
能確保のために、Ｓｉは0.２％より多く含まれており、
一般的には0.４％以上含まれている。そのため、母材と
溶接ワイヤの合計Ｓｉ量は必然的に0.２％を超える。本
発明に採用される0.２％以下の合計Ｓｉ量は従来より大
幅に低い量であり、しかも、その目的は塗装性を良くす
るためのスラグの減量および改質にあり、Ｓｉ制限の視
点も従来とは全く異なるものである。

【００３５】〔母材と溶接ワイヤの合計Ｍｎ量〕Ｍｎは
溶接金属の強度確保と同時に弱脱酸元素としての作用を
有する。本発明では強脱酸元素であるＳｉを低く抑えて
いるために、Ｓｉの本来の脱酸機能をＭｎで補う必要が
ある。ＭｎはＳｉと異なり電着塗装性に悪影響を与えな
いので、Ｓｉの本来機能を補う上で好都合である。母材
と溶接ワイヤの合計Ｍｎ量が低いと、脱酸不足に起因し
てブローホールが発生する。従って、この合計Ｍｎ量を
0.５％以上とし、望ましくは1.０％以上である。合計Ｍ
ｎ量の上限については、特に規定しないが、常識的に
は、Ｍｎは製造プロセス上の制約からワイヤ、母材とも
に多く含まれても３％程度であるため、その上限は必然
的に６％となる。

【００３６】〔溶接ワイヤ〕本発明では、通常、母材の
成分が与えられ、その与えられた母材成分との組み合わ
せにおいて、合計Ｓｉ量および合計Ｍｎ量が本発明範囲
を満足するようにワイヤ成分が選択されるが、ワイヤ成
分の特にＣおよびＭｎについては下記条件を満足させる
のがよい。

【００３７】Ｃは溶接金属の強度調整のために添加され
る。Ｃ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、その上限を0.２％と
することが望まれる。

【００３８】Ｍｎは溶接金属の強度調整および脱酸反応
を促進させるために添加される。この量を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。ま
た、母材の成分にかかわらず母材と溶接ワイヤの合計Ｍ
ｎ量を0.５％以上にできる。一方、3.０％を超えるとワ
イヤの製造が困難になる。そのため、ワイヤのＭｎ量は
0.５〜3.０％が望ましい。強度を確保する点からはＭｎ
量は1.０％以上が特に望ましい。

【００３９】Ｓｉについては、母材と溶接ワイヤの合計
Ｓｉ量が0.０４〜0.２％となるように選択する。

【００４０】Ｃ，Ｍｎ，Ｓｉの他には、機械的性質の向
上を目的にＴｉ，Ｎｉ，Ｎｂ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｃｕ等
を適宜添加することが可能である。

【００４１】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でも良いが、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、メタルリッチ
系のフラックス入りワイヤが望ましい。

【００４２】〔母材・その他〕母材は炭素鋼である。使
用するワイヤとの組み合わせにおいて合計Ｓｉ量、合計
Ｍｎ量が本発明範囲を満足しないものは除外するが、基
本的にその成分系は問わない。すなわち、通常のＣ−Ｍ
ｎ系、Ｃ−Ｓｉ−Ｍｎ系、それらにＴｉ，Ｎｉ，Ｎｂ，
Ｖ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｃｕ等を添加したものが可能である。
また、表面に亜鉛系めっきが施されていてもよい。

【００４３】溶接電源、シールドガスの種類は特に限定
しない。一般的な炭素ガス溶接、マグ溶接、パルスマグ
溶接等、いずれの方法でも溶接施工を行うことができ
る。

【００４４】

【実施例】以下に本発明の実施例を示し、比較例と対比
することにより、本発明の効果を明らかにする。

【００４５】供試鋼板として成分を表８に示す５種類の
熱延鋼板（2.６ｍｍ厚）を用い、表９に示す７種類の溶
接ワイヤを用いて、表３に示す条件でパルスマグ溶接を
行った。なお、鋼板１は表１に示されたものであり、ワ
イヤａは表２に示されたものである。

【００４６】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共に、Ｘ
線透過試験により溶接部のブローホールを調べ、更に、
図４に示す形状の継手引張試験片を作製し、継手の強度
特性を調べた。調査結果を表１０に示す。腐食深さは１
２０サイクル後の平均腐食深さである。

【００４７】

【表８】

【００４８】

【表９】

【００４９】

【表１０】

【００５０】試験１Ａ〜１Ｇは、鋼板１にワイヤａ〜ｇ
を組み合わせたものである。１Ａ，１Ｂはワイヤと母材
のＳｉ量の合計が、本発明の範囲を超えるため、塗装欠
陥が多発し、激しく腐食した。１ＥはＳｉが、１ＦはＭ
ｎが、本発明の範囲より小さいために、脱酸不良となり
ブローホールが発生した。１Ｃ，１Ｄ，１ＧはＳｉ量、
Ｍｎ量ともに規定の範囲にあり、良好な塗膜性、耐食性
を示した。

【００５１】試験２Ａ〜２Ｇは、鋼板２にワイヤａ〜ｇ
を組み合わせたものである。２Ａ，２Ｂ，２ＣはＳｉ量
が規定の範囲を超えるため、耐食性は劣っていた。２
Ｄ，２Ｅ，２Ｆ，２Ｇは、本発明の範囲であり、良好な
耐食性を示したが、２Ｆは溶接金属の強度が低いため、
引張試験において溶接金属部で破断した。

【００５２】試験３Ａ〜３Ｇは、鋼板３にワイヤａ〜ｇ
を組み合わせたものである。いずれも、合計Ｓｉ量が規
定の範囲を超えるために、耐食性が劣っていた。

【００５３】試験４Ａ〜４Ｇは、鋼板４にワイヤａ〜ｇ
を組み合わせたものである。４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｇは
合計Ｓｉ量が規定の範囲を超えるため、耐食性が劣って
いた。４Ｄ，４Ｅ，４Ｆは本発明例であり、良好な耐食
性を示したが、４ＦはワイヤのＭｎが少ないため、溶接
金属の強度が低く、引張試験において溶接金属破断し
た。

【００５４】試験５Ａ〜５Ｇは、鋼板５にワイヤａ〜ｇ
を組み合わせたものである。５Ａ，５ＢはＳｉが規定の
範囲より多く、耐食性が劣っていた。５ＥはＳｉが規定
の範囲より少なく、脱酸不良により、ブローホールが発
生した。５Ｃ，５Ｄ，５Ｆ，５Ｇは本発明例であり、良
好な耐食性を示したが、５ＦはワイヤのＭｎが少ないた
め、溶接金属の強度が低く、引張試験において溶接金属
破断した。

【００５５】

【発明の効果】以上に説明した通り、本発明のガスシー
ルドメタルアーク溶接方法は、母材と溶接ワイヤの総合
的な成分管理により、溶接後に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ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】試験片形状を示す図である。

【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】溶接部の電着塗装性に及ぼすＳｉの影響を示す
図である。

【図４】引張試験用の試験片形状を示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】溶接後に電着塗装される炭素鋼母材に対
して鋼製溶接ワイヤを用いてガスシールドメタルアーク
溶接を行う方法であって、重量％で母材と溶接ワイヤの合計Ｓｉ量が0.０４〜0.２
％となり、且つ母材と溶接ワイヤの合計Ｍｎ量が0.５％
以上となる成分組成の溶接ワイヤを用いることを特徴と
する溶接部およびその近傍の塗装後耐食性を高めるガス
シールドメタルアーク溶接方法。