JPH1128594A

JPH1128594A - Ｐ添加薄板鋼用ガスシールドアーク溶接ワイヤおよびｍａｇ溶接方法

Info

Publication number: JPH1128594A
Application number: JP19797997A
Authority: JP
Inventors: Isamu Kimoto; 勇木本; Takuzo Kawamoto; 拓三河本; Toshio Aoki; 俊雄青木
Original assignee: Nippon Steel Welding and Engineering Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Welding and Engineering Co Ltd
Priority date: 1997-07-09
Filing date: 1997-07-09
Publication date: 1999-02-02
Anticipated expiration: 2017-07-09
Also published as: JP3433891B2

Abstract

(57)【要約】【課題】Ｐ添加薄鋼板の溶接時に発生する高温割れを
防止し、良好な溶接金属が得られ、さらには高速溶接に
おいても耐ギャップ性を確保するガスシールドアーク溶
接用ワイヤ及び溶接方法を提供するものである。【解決手段】重量％でＣ；０．０４〜０．１６％、Ｓ
ｉ；０．５〜１．２％、Ｍｎ；１．０〜２．０％、Ｐ；
０．０１５％以下、Ｓ；０．００５％以下、Ｏ；０．０
０５〜０．０３％であってＬａ、Ｃｅ、Ｚｒ、Ｔｉのう
ち一種または二種以上の合計で０．００５〜０．２％を
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Ｐ添加薄板鋼用ガスシールドアーク溶接ワイ
ヤおよびこのワイヤを使用し、シールドガスとしてＡｒ
ガスにＣＯ₂ガスを混合、さらには必要に応じＯ₂ガスの
混合ガスを用いてＰ添加薄板鋼用ガスシールドアーク溶
接ワイヤを使用することを特徴とするＭＡＧ溶接方法に
ある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、重量％で０．０６
〜０．１５％のＰを含むＰ添加薄板鋼のガスシールドア
ーク溶接において、溶接金属の凝固時に発生しやすい溶
接割れを防止すると共に、耐ギャップ性に優れた溶接金
属が得られるガスシールドアーク溶接ワイヤおよびＰ添
加薄板鋼のＭＡＧ溶接方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、溶接構造物或いは自動車や機械、
電気部品等において、鋼部材の錆びやすい欠点を補う手
段として冷延または熱延鋼板表面に亜鉛系塗料塗布や亜
鉛めっきなどの防錆処理を施した表面処理鋼板を多用し
ている。更には耐腐食性を向上させる目的でめっきの厚
さを増大すること、各種のめっき組成を工夫した表面処
理鋼板の開発が進められている。

【０００３】しかし、近年では、亜鉛めっき鋼板のよう
な溶接時に亜鉛蒸気に起因する気孔欠陥が発生し難く、
亜鉛めっき鋼板よりさらに耐腐食性に優れた高Ｐ鋼材が
開発され実用化されつつある。

【０００４】このＰ添加鋼材とは、Ｐ：０．０６〜０．
１５％およびＣｕを添加したＳｉ−Ｍｎ系極低炭素鋼で
あり、普通鋼に比べて耐腐食性に優れる上、亜鉛めっき
鋼板のように溶接時に亜鉛蒸気に起因する気孔欠陥が発
生し難いため、従来使用されていた亜鉛めっき鋼板に替
わって、自動車、機械、電気部品等の溶接構造用に使用
されている。

【０００５】しかしながら、Ｐ添加薄板の溶接を行った
場合には、溶接金属中のＰと他の溶接金属成分との低融
点合金が形成され、高温割れが発生し易く、健全な溶接
部が得られない場合があった。

【０００６】一方、溶接法においては自動化が発達し、
溶接ロボットによるガスシールドア−ク溶接による溶接
方法が多く採用されている。

【０００７】特に、薄鋼板や薄鋼板から製造された電縫
管などの薄板鋼材用にはＡｒ−ＣＯ₂ガスによるガスシ
ールドアーク溶接が能率性、低スパッタ性および耐溶け
落ち性に優れ、高品質な溶接を安定して行えるため、Ｓ
ｉ−Ｍｎ系を中心とした各種のワイヤおよび溶接方法が
提案され、実用化されている。

【０００８】このような薄板の溶接では、溶け落ち等の
対策のため溶接電流は低めに設定し、溶接の生産性向上
を目的に溶接速度も１ｍ／ｍｉｎ程度以上の高速で溶接
される場合が多く、部材の間隙に対する溶接条件範囲が
狭くなり、耐ギャップ性も同時に満足し安定した溶接を
行うことも要求されている。

【０００９】上記の問題点は自動化を阻害する要因とし
てより顕在化する傾向にあり、これら問題点の解決が強
く望まれている。

【００１０】Ｐ添加薄鋼板の溶接では、低融点元素であ
るＰと他の溶接金属成分との低融点合金成分が形成さ
れ、高温割れが発生し、健全な溶接部が得られない場合
があった。

【００１１】特に板厚の薄い鋼板や鋼管材をガスシール
ドアーク溶接をした場合は厚板に比較して単位厚さ当た
りの溶接入熱が大きく、溶接部の変形量も大きくなるた
め高温割れの発生も多くなっていた。

【００１２】一方、ガスシールドア−ク溶接においても
溶接の生産性向上を目的に、溶接ロボットによる自動化
が多用され、溶接速度も１ｍ／ｍｉｎ以上の高速とする
場合が多く、被溶接部材の溶接線の間隙（ギャップ）に
対する溶接条件範囲が狭くなり、間隙の大きい部材では
良好な溶接金属が安定して形成することが難しくなり、
耐ギャップ性も同時に満足すことも要求されている。

【００１３】また、薄板鋼板の溶接のため、溶落ち等の
対策のため溶接電流は低めに設定する必要があり、適正
な溶接条件範囲はさらに厳しくなっていることが現状で
あり、耐ギャップ性確保の面でも困難となっている。

【００１４】

【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、Ｐ添加薄鋼板の溶接時
に発生する高温割れの問題点を解決し、良好な溶接金属
が得られ、さらには高速溶接においても耐ギャップ性を
確保するガスシールドアーク溶接用ワイヤ及び溶接方法
を提供するものである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、重量％
でＣ；０．０４〜０．１６％、Ｓｉ；０．５〜１．２
％、Ｍｎ；１．０〜２．０％、Ｐ；０．０１５％以下、
Ｓ；０．００５％以下、Ｏ；０．００５〜０．０３％で
あってＬａ、Ｃｅ、Ｚｒ、Ｔｉのうち一種または二種以
上の合計で０．００５〜０．２％を含有し、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Ｐ添加薄
板鋼用ガスシールドアーク溶接ワイヤおよびこのワイヤ
を使用し、シールドガスとしてＡｒガスにＣＯ₂ガスを
混合、さらには必要に応じＯ₂ガスの混合ガスを用いて
Ｐ添加薄板鋼用ガスシールドアーク溶接ワイヤを使用す
ることを特徴とするＭＡＧ溶接方法にある。

【００１６】

【発明実施の形態】本発明者らは、ガスシールドアーク
溶接では既述の如く、特に耐腐食性向上のためＰを高め
た添加鋼板のような溶接では、低融点不純物であるＳの
影響も高温割れの発生に対する影響も大きくなることか
らワイヤのＳ量を低めにすることと、硫化物生成元素で
あるＬａ、Ｃｅ、Ｚｒ、ＴｉによりＳを固定し、高温割
れの発生を抑制することが有効と考えた。また、このよ
うな薄鋼板の高速溶接においても耐ギャップ性を確保す
るためには脱酸性元素であるＳｉがビード幅を増減して
いることがあり、この観点からワイヤ組成について検討
を行い本発明の構成を確実にするに至った。

【００１７】以下に本発明のワイヤの成分限定理由につ
いて述べる。

【００１８】Ｃは溶接金属の強度を確保する元素である
が、Ｐ添加薄鋼板の溶接時には、溶接金属の高温割れに
大きく影響する。Ｃを０．１６％を超えて添加すると凝
固時の初晶がオーステナイト（γ）相となり高温割れが
発生し易くなる。また、Ｃの含有量を低く抑えるとアー
ク溶接時の溶融金属の短絡移行性が低下傾向を示し、ア
ーク状態が不安定になり易く、安定した良好なアーク状
態を確保するためには、その添加量が０．０４％以上必
要である。

【００１９】Ｓｉは脱酸剤として添加するが、高温割れ
を誘起する元素でもあり少ない方が良いが０．５％未満
では耐ギャップ性が確保できないため下限を０．５％と
した。また、１．２％超では耐割れ性が劣化するため
０．５〜１．２％とした。

【００２０】ＭｎもＳｉと同様に脱酸剤として添加する
が、ガスシールドアーク溶接においては１．０％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
きないことと、溶接割れ誘起元素であるＳともＭｎＳの
化合物を生成し耐割れ性を改善する効果があり、１．０
％以上でその効果が得られる。また、２．０％超では溶
接金属の強度が高まり耐割れ性が劣ることと、スラグ量
の増加などで作業性の劣化となる。さらに、ワイヤに加
工する段階で強度が高まるため、伸線性が劣化すること
から上限は２．０％とした。

【００２１】Ｐは耐割れ性を阻害する元素であり、本発
明のように耐腐食性向上のためにＰを多く含む鋼板で
は、溶接ワイヤのＰの量は低減し溶接金属中のＰの量を
考慮する必要がある。Ｐは融点の低いＦｅ₃Ｐなどの化
合物を形成し、耐割れ性を劣化させるため、特にＳｉ、
Ｍｎを多く添加する本発明のワイヤにおいては出来る限
り抑制することが好ましく、０．０１５％以下であれば
目的を達する。

【００２２】ＳはＦｅＳのような融点の低い化合物を形
成し偏析すると、溶接金属凝固段階で割れを誘起するこ
とになる。また、耐食性を向上させるためにＰを多く添
加している鋼板においては、溶接金属の割れ性が顕著と
なることから、特に低く抑える得る必要がありその添加
量は０．００５％以下とする。

【００２３】Ｌａ、Ｃｅ、Ｚｒ、Ｔｉは硫化物形成元素
であり、Ｌａ₂Ｓ₃、ＣｅＳ、ＺｒＳ、ＴｉＳなどの硫化
物を形成する。これらの硫化物は安定で凝固点がＦｅよ
りも高くＳの除去或いは固定でき、Ｓによる割れを軽減
する元素であり、Ｌａ、Ｃｅ、Ｚｒ、Ｔｉは一種または
二種以上の合計では０．００５％以上でその効果はある
が、０．２％超では溶接時の短絡移行特性が劣りアーク
が不安定となり良好なビード形成ができないので０．０
０５〜０．２％とする。

【００２４】Ｏはアークを安定にしスパッタ発生量を減
少させ、ビードを平滑にしビード幅を確保する効果があ
り０．００５％以上必要であるが、反面過剰に含まれる
と溶滴短絡時間が長くなりアークを不安定にさせスパッ
タが多発することやビード表面のスラグ生成量が増加す
るため上限を０．０３％とした。

【００２５】本発明では上記のとおり構成するが、この
ように構成された成分のワイヤを用いて、アーク溶接に
使用するシールドガスはＡｒガスにＣＯ₂ガスを混合す
ることにより、高速溶接に於いても安定したアーク状態
と低スパッタの溶接が可能となり、ＣＯ₂ガスの範囲は
好ましくは５〜４０Ｖｏｌ％である。さらにはＯ₂ガス
の混合ガスを用いることによって、溶込み深さとビード
幅が確保できる。このＯ₂ガスの好ましい範囲は７Ｖｏ
ｌ％以下である。

【００２６】このように、高Ｐ添加薄板をガスシールド
アーク溶接しても、溶接割れ特に高温割れが非常に少な
く、被溶接部材溶接線の間隙（ギャップ）に対しても安
定した溶接が可能となり、ビード外観の優れた溶接金属
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。

【００２７】以下に、本発明の効果を実施例により具体
的に説明する。

【００２８】

【実施例】先ず表３に示すＰ添加薄板鋼板の２．３ｍｍ
ｔ、幅４０ｍｍ、長さ３３０ｍｍに表１に示す化学成分
のワイヤ（直径１．２ｍｍ）を用いて、表４に示す試験
方法により試験ビードを図１の余盛有りの如くビードオ
ンプレート溶接した後、このビードの余盛を削除しバレ
ストレイン溶接割れ試験片を作製した。

【００２９】その試験片の余盛を削除した上面に図２の
方法でＴＩＧ溶接によるバレストレイン溶接割れ試験を
行った。尚、図２の１は余盛を削除したＰ添加の鋼板、
２はダイブロックであり曲げ半径は６２．５ｍｍであり
歪み量は１．８４％、３は試験片押さえ治具、６はラム
降下位置であり降下速度は５００ｍｍ／ｓｅｃとし、４
はＴＩＧ試験開始位置を示し、５はＴＩＧ溶接終了の位
置である。試験方法は表４によりビード縦曲げ試験であ
るバレストレイン試験を行い、溶接割れ試験後、図３に
示すようなビード表面に発生した溶接割れ長さの合計を
５００倍までの高倍率の顕微鏡で測定し評価し、その割
れ長さの合計の結果を表１に示した。図３の１はＰ添加
鋼板、７は試験ビード、８はＴＩＧ溶接ビード、９はそ
のＴＩＧ溶接のクレータ部を示し、１０はバレストレイ
ン溶接割れ試験によって割れた溶接割れを示している。

【００３０】また、耐ギャップ性は表３のＳＰＣＣみが
き鋼板を用い、図４の継手形状として下向突き合わせ継
手としギャップを０ｍｍから４ｍｍとして溶接金属が橋
絡できた間隙を溶接可能ギャップとしその幅を測定し、
表１に併せて結果を示した。さらに、表２に示すシール
ドガス組成によるガスシールドアーク溶接時の、溶接割
れ特性、間隙（ギャップ）に対する溶接可能ギャップお
よび安定した溶接と良好な溶接ビードが得られるかの確
認をした。

【００３１】表１においてワイヤＮｏ．１〜１０は本発
明ワイヤで、Ｃが０．０４〜０．１６％、Ｓｉが０．５
〜１．２％、Ｍｎが１．０〜２．０％、Ｐは０．０１５
％以下、Ｓが０．００５％以下、Ｏが０．００５〜０．
０３％でありＬａ、Ｃｅ、Ｚｒ、Ｔｉのうち一種または
二種以上の合計で０．００５〜０．２％の範囲にある。
また、Ｎｏ．１１〜１６は比較ワイヤを示している。

【００３２】Ｎｏ．１〜１０の本発明ワイヤでは高温割
れの発生は無く、耐ギャップ性、ビード外観も良好であ
る健全な溶接金属が得られている。

【００３３】一方、ＰおよびＳが量が本発明の範囲以上
であるＮｏ．１１、は高温割れが多発し、Ｎｏ．１２も
Ｃ量が本発明の範囲を超えているため割れ発生が多くな
っている。

【００３４】また、Ｓｉ量が本発明以下であるＮｏ．１
３およびＮｏ．１４はビード幅の確保が少ないために耐
ギャップ性が劣っている。さらに、Ｎｏ．１４はＣ量お
よびＳｉ量が少ないためにアーク状態は不安定になるこ
とと耐ギャップ性が確保できない。Ｎｏ．１５は耐割れ
性を改善するために添加しているＬａ、Ｃｅ、Ｚｒ、Ｔ
ｉが過剰であるために、スラグ生成量の増加や短絡移行
特性の劣化となり溶接性が大幅に劣る傾向であった。

【００３５】また、Ｍｎ量が本発明の範囲を超えるＮ
ｏ．１６もスラグ生成量の増加や短絡移行特性の劣化と
なり溶接性が不良となり、さらにはビードに割れが生じ
ビード外観が劣った。

【００３６】また、表２において、本発明法のＮｏ．１
７〜Ｎｏ．２２では高温割れは無く、溶接可能ギャップ
およびビード外観も良好な結果が得られるが、比較例の
Ｎｏ．２３〜Ｎｏ．２６は高速溶接性の確保が難しく溶
接性が劣る傾向を示した。また、シールドガス組成のＣ
Ｏ₂或いはＯ₂ガスが多い溶接金属では、高温割れを評価
するバレストレイン試験に於いて、耐割れ性も劣化し割
れが発生した。

【００３７】以上のように、本発明ワイヤおよびシール
ドガスによりＰ添加鋼板の鋼材を、ＭＡＧ溶接しても溶
接割れがなく、耐ギャップ性、ビード外観の良好である
健全な溶接金属部が得られることが明らかである。

【００３８】

【表１】

【００３９】

【表２】

【００４０】

【表３】

【００４１】

【表４】

【００４２】

【発明の効果】以上のように本発明ワイヤおよびシール
ドガスにより、耐腐食性を目的にＰを高めて添加した鋼
板などの鋼材をＭＡＧ溶接をしても、溶接割れ特に高温
割れの発生が無く、耐ギャップ性に優れビード外観の良
好な健全な溶接金属部が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】溶接割れ試験片の断面図である。

【図２】ＴＩＧ溶接によるバレストレイン溶接割れ試験
を示す図である。

【図３】ビード表面に発生した溶接割れを示す図であ
る。

【図４】継手形状を示す図である

【符号の説明】１Ｐ添加鋼板２台ブロック３試験片押さえ治具４ＴＩＧ溶接トーチ５ＴＩＧ溶接トーチ６ラム降下位置７試験ビード８ＴＩＧ溶接ビード９クレータ部１０溶接割れｗ板幅Ｇギャップｔ板厚Ｌ板の長さ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％でＣ；０．０４〜０．１６％、Ｓｉ；０．５〜１．２％、Ｍｎ；１．０〜２．０％、Ｐ；０．０１５％以下、Ｓ；０．００５％以下、Ｏ；０．００５〜０．０３％であってＬａ、Ｃｅ、Ｚｒ、Ｔｉのうち一種または二種以上の合
計で０．００５〜０．２％を含有し、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Ｐ添加薄板鋼用
ガスシールドアーク溶接ワイヤ。
【請求項２】シールドガスとしてＡｒガスにＣＯ₂ガ
スを混合し、さらには必要に応じＯ₂ガスを混合したシ
ールドガスを用い、請求項１のＰ添加薄板鋼用ガスシー
ルドアーク溶接ワイヤを使用することを特徴とするＭＡ
Ｇ溶接方法。