JPH11267846A - 溶融亜鉛系めっき鋼板の溶接方法 - Google Patents
溶融亜鉛系めっき鋼板の溶接方法Info
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Abstract
て適用する溶融亜鉛めっき系鋼板の溶接において、ピッ
トやブロ−ホ−ルが発生しにくい被覆ア−ク溶接棒を用
いて溶接し、溶接熱影響部近傍においても亜鉛めっきが
ダメ−ジを受けない溶接方法を提供する。 【解決手段】 亜鉛めっき付着量が片面当たり60〜4
00g/m2 である溶融亜鉛めっき系鋼板をア−ク溶接
する方法において、被覆剤に含有される炭素量の被覆剤
全体に対する添加量を0.02〜0.50重量%に制限
し、溶接入熱を0.5〜1.5kJ/mmとなるに調節
して溶接し、更にTiO2 、SiO2 、CaCO3 、F
e−Mn、鉄粉を限定する。
Description
鋼板で防食を施した鋼板の溶接方法に関するものであ
る。
建築用材に使用されていたが、連続式亜鉛めっき設備が
導入されて以来、外観、加工性などの品質が飛躍的に向
上し、電気機器、自動車、土木など多方面に用いられる
ようになってきた。
板表面から鉄より低い融点(419℃)と沸点(906
℃)を持った亜鉛が、溶接時に溶滴ないし溶融池に侵入
してその蒸気が突沸すると共に大気を巻き込み、溶接金
属の凝固過程で浮上しきれずに気泡として残存し、ピッ
トやブロ−ホ−ルを多発する。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を機械的に
除去することが有効であるが、手間がかかり非能率的で
ある。
や自動車等の溶接にあたっては、屋内のロボット溶接が
多くなっており、ガスシ−ルドア−ク溶接が多用され、
専用のソリッドワイヤが開発されており、特開昭63−
72498号公報には、ソリッドワイヤ中のC,Si,
P,Sを限定し、さらにTi,Al,Ni,Cuを適宜
含有させた溶接材料が提案されている。更に、特開平2
−263594号公報では、C,Si,Mn,Alを特
定範囲とし、Cu、Nb,Vを特定範囲に限定すること
により、ピットやブロ−ホ−ルが発生しにくく、高速溶
接が可能なガスシ−ルドア−ク溶接ワイヤが開示されて
いる。
における屋根板は、従来、熱延鋼板黒皮材を外側で溶接
し、外面は手塗り塗装、内面は黒皮材のまま使用するの
が一般的であった。このような、従来の黒皮材よりなる
タンクにおいては、特に固定式屋根型石油貯蔵タンクに
おいて、タンク内面の石油に接していない部分は、腐食
が進行する。これに対して、本発明者等は、特開平7−
112792号公報で開示したように屋根および胴体部
の上部に溶融亜鉛めっき鋼板を配置することにより、耐
食性を著しく向上させ、大幅にタンク寿命を延長可能と
した。溶接施工は屋根になることから、風の影響を受け
にくい被覆ア−ク溶接棒が使用される。溶接棒の系統と
しては、主にJISのD4301(イルミナイト系)、
D4303(ライムチタニヤ系)およびD4313(高
酸化チタン系)が使用されているが、溶融亜鉛系めっき
鋼板の溶接においてピット・ブローホールが発生しにく
く、欠陥の少ない溶接金属を得るには、充分に満足のゆ
くものではない。また、タンク外側からの溶接の熱影響
部近傍でタンク内側の亜鉛めっきが溶接熱により消失し
ダメ−ジを受けて腐食する問題もあった。
に石油貯蔵タンクの屋根材として適用する溶融亜鉛系め
っき鋼板の溶接において、ピットやブロ−ホ−ル等の欠
陥発生の少ない被覆ア−ク溶接棒を用いて溶接し、溶接
熱影響部近傍においても亜鉛めっきがダメ−ジを受けな
い溶接方法を提供することを目的とするものである。
に応えるため、溶接施工方法および被覆剤成分を種々検
討して得られたものであって、その要旨とするところ
は、 被覆剤と鋼心線とからなる被覆ア−ク溶接棒によ
り、亜鉛めっき付着量が片面当たり60〜400g/m
2 である溶融亜鉛系めっき鋼板をア−ク溶接する方法に
おいて、被覆剤中の炭素を被覆剤全体に対する重量%で
0.02〜0.50%とし、式1で表される溶接入熱W
を0.5〜1.5kJ /mmとなるように調節して溶接
し、更に、被覆剤が被覆剤全体の重量%で、C:0.0
2〜0.50%、TiO2:25〜55%、SiO2:10〜2
5%、CaCO3 :4〜16%、Fe-Mn :5〜14%、鉄
粉:10〜40%を含有し、残部がスラグ生成剤、ア−
ク安定剤、ガス発生剤、脱酸剤、固着剤および不可避不
純物からなることを特徴とする溶融亜鉛系めっき鋼板の
溶接方法にある。
としてZn、5%以下のMgを添加したZn−Mgめっ
き鋼板および5%以下のAlを添加したZn−Alめっき鋼
板を施したものを総称して溶融亜鉛系めっき鋼板とい
う。
溶接において、ピットやブロ−ホ−ルの発生しやすい理
由として、溶接時に亜鉛の突沸による空気の巻き込みを
助長すると共に、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、これが残存して気泡となること、
また被覆ア−ク溶接棒では、清浄な溶接金属を得るため
に被覆に脱酸剤を過剰に添加すると溶融状態の亜鉛は酸
化されず気泡として残存し、ピット・ブロ−ホ−ルの発
生をさらに助長することに起因すると考察した。また、
溶接によりタンク内側の亜鉛めっきがダメージを受ける
のは、亜鉛めっきにより溶接作業性が大きく低下し、溶
接速度を遅くしなければならないことに起因すると考察
した。
るには、(1)有害な亜鉛を固定する、あるいはZnO
としてスラグオフさせる、(2)溶融金属および溶融ス
ラグの粘性を低下し、亜鉛蒸気を放出させる、(3)溶
融スラグの追従性を良好にして溶接速度を速くするこ
と、これらが有効であるとの観点から、被覆剤組成分に
ついて鋭意検討を行い、本発明を構成するに至ったもの
である。
量を限定することにより、溶融金属の酸化力を適正化
し、亜鉛の酸化を促進すること、すなわち亜鉛蒸気の発
生抑制に酸化反応熱による溶融金属の温度上昇を図り、
さらには溶融金属の撹拌作用の強化によるガス放出の促
進による亜鉛の影響の軽減を図ること、また、(b)タ
ンク外面からの溶接で生ずる溶接熱によるタンク内面側
熱影響部の亜鉛めっき消失を低減させるため、水平すみ
肉溶接は無論のこと、入熱が大きくなる傾斜部でも下進
溶接が可能で、かつ低入熱溶接ができる被覆ア−ク溶接
棒を開発したこと、に最大の特徴がある。更に、(c)
被覆剤中のTiO2、 SiO2、 CaCO3 の量を限定すること
によって、適正な粘性のスラグを形成し溶接作業性を確
保すること、(d)適正量のMnを添加することによ
り、溶接金属の酸化力を適正化し、亜鉛の酸化を促進す
ること、すなわち亜鉛蒸気の発生の抑制に、酸化反応熱
による溶接金属の温度上昇と溶融金属の粘性の低下を図
り、更には溶融金属の撹拌作用の強化によるガス放出の
促進による亜鉛の影響の軽減を図ること、の複合作用に
より、さらにピットやブロ−ホ−ルの発生を抑制するこ
とができる。
る。図2は、鋼材により製作された固定式屋根型石油貯
蔵タンクの構造を示した図であって、基礎コンクリ−ト
1の上面に、鋼製底板2が載置されて固定され、その底
板2の周囲の上面に、鋼板からなる円筒状の胴体部3の
下端部が載置されて溶接により固着され、前記底板2の
上面の中央部に、鋼製支柱4の下端部が載置されて固着
され、前記支柱4の上端部と胴体部3とに、鋼製屋根骨
ラフタ−5が固着され、円錐形の鋼製屋根6は、前記屋
根骨ラフタ−5と胴体部3の上端部と支柱4の上端部と
に溶接により固着されて、石油貯蔵タンク7が構成さ
れ、その石油貯蔵タンク7内に、石油類8が貯蔵され、
その石油類8と屋根6との間に気相部9が設けられてい
る。また、図2において、胴体部3におけるハッチング
部分が普通鋼板であり、胴体部3における黒い太線部分
が、溶融亜鉛系めっき鋼板であり、屋根6にも溶融亜鉛
系めっき鋼板が用いられている。本発明において、耐食
性を特に必要とする対象部位である屋根6の内面と胴体
部3の上部は石油に接しておらず、気相部となってお
り、本部位での腐食環境は、pH5、35℃の硫酸酸性
水溶液噴霧試験で簡便な腐食シュミレ−ションが出来る
ことが、前述の特開平7−112792号公報に記載さ
れている。そこで、本発明者等は、本腐食シュミレーシ
ョン試験を用いて、溶融亜鉛系めっき鋼板継手部の耐食
性を調査した。
面に溶融亜鉛系めっきを想定した場合の耐食性を示すグ
ラフである。すなわち、C;0.11〜0.34重量
%、SiO2 ;15〜19重量%、TiO2;29〜36重
量%、CaCO3 ;5〜9重量%、Al2O3 ;0〜2重量%、
有機物;1〜4重量%、Fe−Mn;6〜11重量%、
鉄粉;12〜24重量%、その他0〜6重量%からなる
被覆剤を直径5mm、長さ400mmの炭素鋼心線に被覆率
23〜46%になるように製造した後、乾燥し試験溶接
棒を作製し、この溶接棒により0.5%Mg含有亜鉛め
っき鋼板JISG3302・SGH400 Z45(板
厚4.5mm、幅250mm、長さ500mm)を図3に示す
ごとく2枚重ねて、15度下進すみ肉溶接を行い、上記
腐食試験を実施して、溶接部裏面の溶接熱影響部の残存
めっき厚みを測定した。残存めっき厚みが10μm 以上
あれば耐食性に問題はないと判定した。その結果、めっ
き付着量が片面当たり60g/m2 未満では、耐食性が
不十分となる。また、片面当たり400g/m2 を超え
ると溶接性が劣化する。特に、ピットやブロ−ホ−ルの
発生が顕著になる。更に溶融亜鉛系めっき鋼板の製造方
法については、特に限定されず種々の方法を適用でき
る。
(1)で表される溶接入熱Wが0.6kJ/mm と1.4kJ
/mm では良好な耐食性を有しているが、溶接入熱2.1
kJ/mm では、残存めっき厚みが10μm 以下であり、耐
食性が劣化する。つまり溶接入熱を0.5〜1.5kJ/m
m としたのは、溶接入熱が0.5kJ/mm 未満の場合は、
溶接欠陥が発生すること、1.5kJ/mm を超える場合
は、外面からの溶接で生ずる溶接熱によるタンク内面側
の熱影響部の亜鉛めっきが消失してしまい耐食性が劣る
ためである。
2 の鋼板を溶接する場合において、ピット・ブロ−ホ−
ルが極めて発生しにくい被覆アーク溶接棒を種々検討し
た結果、溶接棒被覆剤中の炭素量を限定することにより
この問題を解決できることを見いだした。図4は、被覆
剤中の炭素量とピット・ブロ−ホ−ル発生数の関係を示
すグラフである。すなわち、S iO2 ;15〜19重量
%、TiO2;29〜36重量%、CaCO3 ;5〜9重量%、
Al2O3 ;0〜2重量%、有機物;1〜4重量%、Fe−
Mn;6〜11重量%、鉄粉;12〜24重量%、その
他0〜6重量%からなる被覆剤を、C;0.06重量
%、Si;0.01重量%、Mn;0.49重量%を含
有する直径5mm、長さ400mmの炭素鋼心線に被覆率2
3〜46%になるように製造した後、乾燥し試験溶接棒
を作製し、この溶接棒により0.5%Mg含有亜鉛めっ
き鋼板JIS G3302・SGH400 Z45(板
厚4.5mm、幅250mm、長さ500mm)を図3に示す
ごとく2枚重ねて、溶接入熱0.9〜1.4kJ/mm で1
5度下進すみ肉溶接を行い、すみ肉溶接部に発生するピ
ットとブロ−ホ−ルを比較した。計測は、ピット個数を
目測で計測し、その後、放射線透過試験を行い計測し
た。図4から明らかなように被覆剤中の炭素量を限定す
ることによって、ピットとブロ−ホ−ルが減少すること
が明らかである。炭素の添加量が0.02重量%以上で
効果がある。しかし、0.50重量%を超えて添加する
と、溶融状態の亜鉛が酸化されず気泡として溶接金属中
に残り、そのまま凝固しピットやブロ−ホ−ルとなる。
また、溶接金属が著しく硬化し、延性を損ない耐割れ性
が劣化する。被覆剤に含有される炭素は、主にFe−M
nやグラファイトより添加される。ちなみに、鋼心線中
の炭素量が0.04〜0.08重量%程度含有されてい
れば、前述の効果が得られる。
内面に、溶融亜鉛系めっき鋼板を適用することにより、
耐食性が向上する理由は、酸性腐食環境である硫酸性湿
潤環境において亜鉛腐食生成物の防食効果による。ま
た、溶接熱影響部の耐食性が良好であるのは、熱影響部
に残存する亜鉛と周辺部に存在する亜鉛の電気防食効果
による。また、石油タンクの種類についても特に限定さ
れず、屋根固定型石油タンクのみならず、屋根浮揚式タ
ンク等、他の種々のタンクにも適用可能である。その他
に、浮き屋根タンク付属物の屋根シ−ル部の雨よけ板お
よびシ−ル材取付部の部材等にも適用が可能である。
スラグ生成剤、粘性調整剤およびア−ク安定剤として使
用される。添加量は、25重量%未満ではスラグの粘性
が低すぎ、下進溶接でスラグの被包性が悪く、アンダカ
ットが発生しやすく、ビード形状も悪い。55重量%を
超えて添加するとスラグの粘性が高くなり、ビ−ド形状
が劣化すると共にブロ−ホ−ルも増加する。
添加量が10重量%未満では被覆筒が浅く、ア−クが荒
くなり、スパッタの発生が多くなる。25重量%を超え
て添加すると被覆剤の融点が高くなり、被覆筒が長くな
りすぎ、不安定なア−ク状態となり、ビ−ド波形が悪く
なる。
り、ガス発生剤、スラグ生成剤として使用される。添加
量が4重量%未満では、スラグの粘性が低下し、ビ−ド
形状が悪くなると共に、ガス発生剤としての効果が不十
分で、ピット・ブロ−ホ−ルが発生する。16重量%を
超えるとア−ク電圧が低下し、ア−クが不安定となり短
絡しやすく、ア−ク切れも発生する。
効果がある。また、前述の炭素源としても添加される。
添加量が5重量%未満では脱酸不足となり、清浄な溶接
金属が得られない。14重量%を超えると脱酸過剰とな
り、亜鉛蒸気の影響が大きく働き、ピット・ブロ−ホ−
ルが発生すると共に、溶接金属が硬化し、耐割れ性が劣
化する。
加の目的で添加する。添加量が10重量%未満では溶着
量が不足し、すみ肉溶接でアンダカットが発生する。4
0重量%を超えると被覆筒が弱くなり、短絡し易くなる
と共に、溶接金属の温度が低下しガスの放出が不十分に
なり、ピット・ブロ−ホ−ル発生の原因となる。
生成剤、ガス発生剤、脱酸剤とは、MgOやFe2 O
3 、Al2 O3 あるいは有機物等をさす。本発明溶接棒
は、以上述べた配合フラックスを、珪酸ソ−ダ、珪酸カ
リで代表される水ガラス等の粘結剤により、鋼心線の周
囲に被覆率が20〜45%となるように通常の押し出し
式溶接棒塗装機により被覆塗装した後、水分を除去する
ために120〜250℃で乾燥して製造する。
す。各種溶融亜鉛系めっき鋼板を用いて、C;0.11
〜0.34重量%、SiO2 ;15〜19重量%、Ti
O2;29〜36重量%、CaCO3 ;5〜9重量%、Al2O
3 ;0〜2重量%、有機物;1〜4重量%、Fe−M
n;6〜11重量%、鉄粉;12〜24重量%、その他
0〜6重量%からなる被覆剤を直径5mm、長さ400mm
の炭素鋼心線に被覆率23〜46%になるように製造し
た後、乾燥し試験溶接棒を作製したものを用いて溶接
し、耐食性試験用試験片を製作し、実機タンク屋根に組
込み3ヶ月適用した結果を表1に示す。腐食の評価は、
地鉄浸食量が0mmの場合を○、0.01mm未満を△、
0.01mm以上を×とした。その結果、本発明のA-5
〜A-9 、A-11、A-12、A-16、A-17は、本発明範囲内の溶
接施工での溶融亜鉛系めっき鋼板製タンクであり、内
面、外面共に耐食性が優れていることが明らかである。
A-1 は、黒皮材であり、A-2 〜A-4 は、めっき厚みが薄
いため、耐食性が劣った。A-10、A-15は、溶接入熱が低
いため、またA-14は、めっき厚みが厚いため溶接欠陥が
多く発生し、腐食試験を実施しなかった。A-4 、A-13、
A-18は、溶接入熱が大きいためタンク内面の熱影響部が
ダメ−ジを受けて耐食性が劣化した。
ため試験を実施した。表2に本発明例溶接棒および比較
のために用いた溶接棒の被覆剤組成並びに各種試験結果
を示す。溶接棒の作製にあたっては、直径5.0mm、長
さ400mmの炭素鋼心線に被覆率31%になるように製
造した後、乾燥し試験溶接棒を作製した。この溶接棒に
より、図3に示すごとく溶融亜鉛系めっき鋼板JIS G3
302 ・SGH400 Z45 (板厚4.5mm、幅250mm、長さ
500mm)を2枚重ねて、15度下進すみ肉溶接を行
い、すみ肉溶接部に発生するピットとブロ−ホ−ルを比
較した。なお、この際に溶接作業性を判定した。この溶
接条件は、溶接電流220A、溶接入熱0.9〜1.2
kJ/mm で行った。溶接終了後、ビ−ド表面に発生するピ
ットの個数を目視で計測した。その後、溶接ビ−ドを放
射線透過試験を行い計測した。ピットとブロ−ホ−ルの
個数が5個/m以下を良好(○印)とし、それ以上を不
良(×印)とした。溶接作業性の判定は、優れるものを
○印とし、やや劣るものを△印として評価した。本発明
溶接棒であるB−1からB−5は、適正の炭素量であ
り、他被覆剤も適正量含有されているため、ピットとブ
ロ−ホ−ルの数が少なく、さらに溶接作業性も優れてい
た。
ブロ−ホ−ルが多く発生した。C−2は、炭素量が多す
ぎるためピットとブロ−ホ−ル発生した。C−3〜C−
5は、本発明範囲内だが被覆剤の炭素以外の成分がより
好ましい範囲からは外れる例である。溶接作業性がやや
劣るものの、ピットとブローホールの発生はなく、総合
的には良好な溶接を行うことができた。C−3は、Si
O2 が多く、またTiO2 が少ないため、C−4は、S
iO2 とCaCO3 が少ないため下進溶接性がやや劣った。
C−5は、CaCO3 とFe−Mnが多いため、ア−クが不
安定となり溶接作業性がやや劣った。C−6は、鉄粉が
多いため被覆筒が弱くなり溶接作業性がやや劣った。
鉛めっき鋼板の施工において高耐食性を有し、ピットや
ブロ−ホ−ル等の欠陥の少ない優れた溶接方法であるこ
とから、その工業的意義は極めて大きい。
の耐食性を示すグラフである。
側面図である。
る。
数の関係を示すグラフである。
Claims (2)
- 【請求項1】 被覆剤と鋼心線とからなる被覆ア−ク溶
接棒により、亜鉛めっき付着量が片面当たり60〜40
0g/m2 である溶融亜鉛系めっき鋼板をア−ク溶接す
る方法において、被覆剤中の炭素を被覆剤全体に対する
重量%で0.02〜0.50%とし、溶接入熱を0.5
〜1.5kJ /mmとなるように調節して溶接することを
特徴とする溶融亜鉛系めっき鋼板の溶接方法。 - 【請求項2】 被覆剤が被覆剤全体の重量%で、 C:0.02〜0.50% TiO2:25〜55% SiO2:10〜25% CaCO3 :4〜16% Fe-Mn :5〜14% 鉄粉:10〜40% を含有し、残部がスラグ生成剤、ア−ク安定剤、ガス発
生剤、脱酸剤、固着剤および不可避不純物からなること
を特徴とする請求項1記載の溶融亜鉛系めっき鋼板の溶
接方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP07228398A JP3559445B2 (ja) | 1998-03-20 | 1998-03-20 | 溶融亜鉛系めっき鋼板の溶接方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11267846A true JPH11267846A (ja) | 1999-10-05 |
JP3559445B2 JP3559445B2 (ja) | 2004-09-02 |
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ID=13484813
Family Applications (1)
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JP07228398A Expired - Lifetime JP3559445B2 (ja) | 1998-03-20 | 1998-03-20 | 溶融亜鉛系めっき鋼板の溶接方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3559445B2 (ja) |
-
1998
- 1998-03-20 JP JP07228398A patent/JP3559445B2/ja not_active Expired - Lifetime
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Publication number | Publication date |
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JP3559445B2 (ja) | 2004-09-02 |
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