KR20190021385A - 아크 스폿 용접 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 탄소 당량 CeqBM(한편, 강판의 탄소 당량 CeqBM은 명세서 중에 정의되어 있다)이 0.35 이상인 강판을 이용한 아크 스폿 용접 방법에 있어서, Fe를 98.5질량% 이상 함유하는 용접 와이어를 이용하고, 또한 상기 강판의 탄소 당량 CeqBM에 대한, 형성되는 용접 금속의 탄소 당량 CeqWM(한편, 용접 금속의 탄소 당량 CeqWM은 명세서 중에 정의되어 있다)의 비인 CeqWM/CeqBM이 0.2∼1.0인 것을 특징으로 하는 아크 스폿 용접 방법에 관한 것이다. 본 아크 스폿 용접 방법에 의하면, C량이 높은 강판을 이용한 경우에 있어서도, 취성 파괴를 방지해서 높은 이음 강도를 얻을 수 있다.

Description

아크 스폿 용접 방법
본 발명은, 아크 스폿 용접 방법에 관한 것이다.
자동차 분야에 있어서는, 요즘의 저연비화나 배출 가스의 규제에 수반해서, 차체의 경량화가 진행되고 있다. 이에 수반하여, 차체 부품에 이용되는 박강판에 대해서도, 인장 강도가 780MPa을 초과하는 고강도 강판이 채용되는 경우가 늘어나고 있고, 앞으로도 고강도화가 더 진행된다고 여겨지고 있다. 또한, 차체 부품과 같은 복잡한 부품 형상으로 성형되는 구조물에는, 높은 강도와 함께 높은 프레스 성형성이 요구된다.
그래서, 이들 성능을 양립시키는 것으로서, C량을 보다 증가시킨 강판이 이용되는 경향이 있다. 한편, 차체의 조립이나 부품의 접합에는, 주로 저항 스폿 용접이 이용되고 있다. 여기에서, 강판으로의 C의 첨가는 강판의 고강도화나 프레스 성형성의 향상에는 유효하지만, 저항 스폿 용접했을 때에 열영향부(HAZ)에는 용접열에 의해 마텐자이트가 생겨, 과도하게 경화되어서 취화되어 버리기 때문에, 강도의 저하나 균열의 발생 등, 용접성이 현저하게 저하되어 버린다는 문제가 있었다.
한편, 저항 스폿 용접을 대신하는 용접 수법으로서, 아크 스폿 용접이 알려져 있다. 예를 들면, 특허문헌 1에는, 고장력 강판이 중첩되어서 아크 스폿 용접된 아크 스폿 용접 이음에 있어서, 고장력 강판의 모재 경도와 용접 금속 경도의 관계를 적정 범위로 제어하는 것에 의해, 용접 금속의 강도를 확보할 수 있어, 높은 십자 인장 강도가 얻어지고, 이음 강도가 우수한 아크 스폿 용접 이음이 얻어지는 것이 기재되어 있다.
또한, 아크 스폿에 이용되는 와이어로서, 일반 범용품인 YGW11, YGW15, YGW18, YGW19에 상당하는 Fe가 98.5질량% 미만인 와이어를 이용한 아크 스폿 용접이 알려져 있지만, C량을 보다 증가시킨 강판에서는, HAZ에서 취성 파괴에 이르러, 충분한 CTS가 얻어지지 않는다는 문제가 있었다.
일본 특허공개 2013-10139호 공보
특허문헌 1에서는, 용접 금속과 강판의 경도를 동등하게 하는 것에 의해 이음 강도를 높일 수 있다고 기재되어 있다. 그러나, 특허문헌 1에 있어서는, HAZ의 취화에 대해서는 전혀 고려되어 있지 않다. 또한, 용접 와이어로서는, YGW11, YGW15, YGW18, YGW19와 같은 범용적인 용접 와이어가 이용되고 있다. 이 경우에 있어서, 모재로서 C량이 높은 강판을 이용하면, HAZ의 취화가 현저해져, 충분한 이음 강도가 얻어지지 않고 취성 파괴에 이른다고 생각된다.
그래서, 본 발명은, C량이 높은 강판을 이용한 경우에 있어서도, 취성 파괴를 방지해서 높은 이음 강도를 얻을 수 있는 아크 스폿 용접 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은 상기 목적을 달성하기 위해서 예의 검토를 거듭한 결과, Fe를 특정량 이상 함유하는 용접 와이어를 이용함과 함께, 모재가 되는 강판의 탄소 당량과 형성되는 용접 금속의 탄소 당량의 비를 특정 범위 내로 조정하는 것에 의해 당해 목적을 달성할 수 있는 것을 발견하여, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
즉, 본 발명은, 하기 식(1)로 표시되는 탄소 당량 CeqBM이 0.35 이상인 강판을 이용한 아크 스폿 용접 방법에 있어서, Fe를 98.5질량% 이상 함유하는 용접 와이어를 이용하고, 또한 상기 강판의 탄소 당량 CeqBM에 대한, 형성되는 용접 금속의 하기 식(2)로 표시되는 탄소 당량 CeqWM의 비인 CeqWM/CeqBM이 0.2∼1.0인 것을 특징으로 하는 아크 스폿 용접 방법에 관한 것이다.
CeqBM=[C]BM+[Mn]BM/6+([Cu]BM+[Ni]BM)/15+([Cr]BM+[Mo]BM+[V]BM)/5 (1)
(단, [C]BM, [Mn]BM, [Cu]BM, [Ni]BM, [Cr]BM, [Mo]BM, 및 [V]BM은, 각각, 상기 강판 중의 C, Mn, Cu, Ni, Cr, Mo, 및 V의 함유량(질량%)을 나타낸다.)
CeqWM=[C]WM+[Mn]WM/6+([Cu]WM+[Ni]WM)/15+([Cr]WM+[Mo]WM+[V]WM)/5 (2)
(단, [C]WM, [Mn]WM, [Cu]WM, [Ni]WM, [Cr]WM, [Mo]WM, 및 [V]WM은, 각각, 상기 용접 금속 중의 C, Mn, Cu, Ni, Cr, Mo, 및 V의 함유량(질량%)을 나타낸다.)
상기 아크 스폿 용접 방법에 있어서는, 상기 용접 와이어의 하기 식(3)으로 표시되는 탄소 당량 CeqW가 0.3 이하여도 된다.
CeqW=[C]W+[Mn]W/6+([Cu]W+[Ni]W)/15+([Cr]W+[Mo]W)/5 (3)
(단, [C]W, [Mn]W, [Cu]W, [Ni]W, [Cr]W, 및 [Mo]W는, 각각, 상기 용접 와이어 중의 C, Mn, Cu, Ni, Cr, 및 Mo의 함유량(질량%)을 나타낸다.)
상기 아크 스폿 용접 방법에 있어서는, 입열량이 5.5kJ 이하여도 된다.
상기 아크 스폿 용접 방법에 있어서는, 아크가 조사되는 측의 제 1 강판과, 제 2 강판을, 상기 제 1 강판의 이면과 상기 제 2 강판의 표면을 중첩시켜서 아크 스폿 용접했을 때에, 상기 용접 금속의 상기 제 1 강판의 표면에 있어서의 비드 지름을 r1, 상기 용접 금속의 상기 제 2 강판의 표면에 있어서의 비드 지름을 r2로 해서, r1 및 r2가 하기 식(4)를 만족시킴과 함께, 상기 용접 금속의 중심을 지나고, 상기 강판의 판 두께에 평행한 방향에 있어서의 상기 용접 금속의 단면에 있어서, 상기 제 1 강판의 표면으로부터 돌출된 상기 용접 금속에 상당하는 영역을 제 1 영역으로 하고, 상기 제 2 강판의 이면으로부터 돌출된 상기 용접 금속에 상당하는 영역을 제 2 영역으로 하고, 상기 제 1 영역 및 상기 제 2 영역 이외의 영역을 제 3 영역으로 했을 때에, 하기 식(6)으로 표시되는 X가 0.2∼0.8이어도 된다.
0.2≤(r2/r1)≤1.0 (4)
X=(제 1 영역의 면적+제 2 영역의 면적)/(제 1 영역의 면적+제 2 영역의 면적+제 3 영역의 면적) (6)
상기 아크 스폿 용접 방법에 있어서는, 상기 강판의 비커스 경도에 대한 상기 용접 금속의 비커스 경도의 비(상기 용접 금속의 비커스 경도/상기 강판의 비커스 경도)가 0.3∼1.2여도 된다.
본 발명의 아크 스폿 용접 방법에 의하면, C량이 높은 강판을 이용한 경우에 있어서도, 취성 파괴를 방지해서 높은 이음 강도를 얻을 수 있다.
도 1은, 본 발명의 일 실시형태에 따른 아크 스폿 용접 방법에 의해 얻어지는 용접 구조물에 있어서, 파괴가 진전되는 방향을 나타내는 단면 모식도이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시형태에 따른 아크 스폿 용접 방법에 의해 얻어지는 용접 구조물에 있어서, 파괴가 진전되는 방향을 나타내는 단면 모식도이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시형태에 따른 아크 스폿 용접 방법에 의해 얻어지는 용접 구조물의 단면 모식도이다.
도 4는, 십자 인장 시험의 모습을 나타내는 개요도이다.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대해서, 상세하게 설명한다. 한편, 본 발명은, 이하에 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 있어서, 질량을 기준으로 하는 백분율(질량%)은, 중량을 기준으로 하는 백분율(중량%)과 동일한 뜻이다.
본 실시형태의 아크 스폿 용접 방법(이하, 본 아크 스폿 용접 방법이라고도 함)은, 하기 식(1)로 표시되는 탄소 당량 CeqBM이 0.35 이상인 강판을 이용한 아크 스폿 용접 방법에 있어서, Fe를 98.5질량% 이상 함유하는 용접 와이어를 이용하고, 또한 강판의 탄소 당량 CeqBM에 대한, 형성되는 용접 금속의 하기 식(2)로 표시되는 탄소 당량 CeqWM의 비인 CeqWM/CeqBM이 0.2∼1.0인 것이다.
CeqBM=[C]BM+[Mn]BM/6+([Cu]BM+[Ni]BM)/15+([Cr]BM+[Mo]BM+[V]BM)/5 (1)
(단, [C]BM, [Mn]BM, [Cu]BM, [Ni]BM, [Cr]BM, [Mo]BM, 및 [V]BM은, 각각, 강판 중의 C, Mn, Cu, Ni, Cr, Mo, 및 V의 함유량(질량%)을 나타낸다.)
CeqWM=[C]WM+[Mn]WM/6+([Cu]WM+[Ni]WM)/15+([Cr]WM+[Mo]WM+[V]WM)/5 (2)
(단, [C]WM, [Mn]WM, [Cu]WM, [Ni]WM, [Cr]WM, [Mo]WM, 및 [V]WM은, 각각, 용접 금속 중의 C, Mn, Cu, Ni, Cr, Mo, 및 V의 함유량(질량%)을 나타낸다.)
모재의 탄소 당량 CeqBM은, 용접 금속과 모재의 계면인 본드부의 취화에 큰 영향을 미친다. 여기에서, 강판의 탄소 당량 CeqBM이 0.35 이상인 경우에는, 본드부 근방에 마텐자이트가 생긴다. 마텐자이트는 경도가 Hv700 이상으로 매우 단단하고, 취성인 성질을 갖고 있기 때문에, 큰 하중이 걸렸을 때에, 취성 파괴를 야기하는 원인이 된다. 본 아크 스폿 용접 방법은, 이와 같은 경우에 있어서도 취성 파괴를 방지해서 높은 이음 강도를 얻는 것을 목적으로 하는 것이고, 따라서, 탄소 당량 CeqBM이 0.35 이상인 강판(이하, 고C 강판이라고도 함)을 모재로서 이용하는 경우를 대상으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 아크 스폿 용접 방법에서는, Fe를 98.5질량% 이상 함유하는 용접 와이어를 이용한다. Fe를 98.5질량% 이상 함유하는 용접 와이어를 이용하는 것에 의해, 형성되는 용접 금속을 연화할 수 있다. 이 경우, 응력이 걸리면 용접 금속이 선택적으로 변형되기 때문에, 본드부에서의 취성 파괴를 억제하는 것이 가능해진다. 용접 와이어 중의 Fe량은, 99질량% 이상인 것이 바람직하다.
한편, 용접 와이어에 포함될 수 있는 Fe 이외의 화학 성분으로서는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, C, Si, Mn, Cu, Ni, Cr, Mo, B, Ti 등의 임의 성분 외에, S, P 등의 불가피적 불순물을 들 수 있다.
또한, 본 아크 스폿 용접 방법에서는, 강판의 탄소 당량 CeqBM에 대한 용접 금속의 탄소 당량 CeqWM의 비인 CeqWM/CeqBM을 0.2∼1.0으로 한다. CeqWM/CeqBM이 0.2 미만인 경우, 고온 균열에 의해, CTS가 저하될 우려가 있다. 따라서, CeqWM/CeqBM은 0.2 이상이고, 바람직하게는 0.5 이상이다. 또한, CeqWM/CeqBM이 1.0을 초과하는 경우, 용접 금속이 취화될 우려가 있다. 따라서, CeqWM/CeqBM은 1.0 이하이고, 보다 바람직하게는 0.7 이하이다.
또한, 본 아크 스폿 용접 방법에 있어서는, 하기 식(3)으로 표시되는 용접 와이어의 탄소 당량 CeqW가 0.3 이하인 것이 바람직하다.
CeqW=[C]W+[Mn]W/6+([Cu]W+[Ni]W)/15+([Cr]W+[Mo]W)/5 (3)
(단, [C]W, [Mn]W, [Cu]W, [Ni]W, [Cr]W, 및 [Mo]W는, 각각, 용접 와이어 중의 C, Mn, Cu, Ni, Cr, 및 Mo의 함유량(질량%)을 나타낸다.)
이 이유로서는 이하와 같다.
즉, 용접 와이어의 탄소 당량 CeqW도, 강판의 탄소 당량 CeqBM과 마찬가지로 취화에 큰 영향을 미친다. CeqW가 0.3을 초과하면, 용접 금속에 마텐자이트가 생겨, 용접 금속에 취화가 일어나, 충분한 이음 강도를 얻는 것이 곤란해진다. 따라서, CeqW는 0.3 이하인 것이 바람직하고, 0.2 이하인 것이 보다 바람직하다.
본 아크 스폿 용접 방법에 있어서, 입열량, 실드 가스 등의 각 용접 조건은 특별히 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 효과를 저해하지 않는 범위에서 적절히 조정하면 된다.
한편, 입열량에 대해서는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 입열량이 증대하면 모재-용접 금속의 본드부나 HAZ에 있어서의 마텐자이트 생성량이 과대해져, 취화가 촉진되기 때문에, 본 아크 스폿 용접 방법에 있어서는, 입열량은 5.5kJ 이하인 것이 바람직하고, 2.5kJ 이하인 것이 보다 바람직하다. 한편, 입열량의 하한값은 특별히 한정되지 않지만, 하판을 녹이기 위해서 필요하다고 여겨지는 입열량으로 하는 관점에서는, 예를 들어, 1.3kJ 이상인 것이 바람직하다.
또, 도 1∼도 2를 참조해서, 본 아크 스폿 용접 방법에 있어서는, 아크가 조사되는 측의 제 1 강판(1)과, 제 2 강판(2)을, 제 1 강판(1)의 이면(12)과 제 2 강판(2)의 표면(21)을 중첩시켜서 아크 스폿 용접했을 때에, 용접 금속(3)의 제 1 강판(1)의 표면(11)에 있어서의 비드 지름을 r1, 용접 금속(3)의 제 2 강판(2)의 표면(21)에 있어서의 비드 지름을 r2로 해서, r1 및 r2가 하기 식(4)를 만족시킴과 함께, 도 3을 참조해서, 용접 금속(3)의 중심을 지나고, 강판(제 1 강판(1) 및 제 2 강판(2))의 판 두께에 평행한 방향에 있어서의 용접 금속(3)의 단면에 있어서, 제 1 강판(1)의 표면(11)으로부터 돌출된 용접 금속(3)에 상당하는 영역을 제 1 영역(51)으로 하고, 제 2 강판(2)의 이면(22)으로부터 돌출된 용접 금속(3)에 상당하는 영역을 제 2 영역(52)으로 하고, 제 1 영역(51) 및 제 2 영역(52) 이외의 영역을 제 3 영역(53)으로 했을 때에, 하기 식(6)으로 표시되는 X가 0.2∼0.8인 것이 바람직하다. 이 태양이 적합한 이유에 대해서는 후술한다.
0.2≤(r2/r1)≤1.0 (4)
X=(제 1 영역의 면적+제 2 영역의 면적)/(제 1 영역의 면적+제 2 영역의 면적+제 3 영역의 면적) (6)
또한, 용접 금속(3)의 제 2 강판(2)의 이면(22)에 있어서의 비드 지름을 r3으로 해서, 하기 식(5)를 더 만족시키는 경우는 보다 적절한 이음 강도가 얻어지기 때문에, 보다 바람직하다.
0.5≤(r2/r3)≤10.0 (5)
용접 금속(3)의 형상은, 인장 하중이 걸렸을 때의 응력 집중 부위를 결정하는 인자이고, 파단 위치에도 기여하는 중요한 인자이다. 여기에서, 식(4) 중의 r2/r1과, 식(5)의 r2/r3은, 파단 부위와 파괴 진전 방향의 지표가 된다.
＜0.2≤(r2/r1)≤1.0 (4)＞
본 태양에 있어서, r2/r1이 0.2 미만이거나, 혹은 1.0을 초과하는 경우, 도 1 중에 점 A로서 나타나는 제 1 강판(1)측의 본드부(용접 금속(3)-HAZ(4))에 응력 집중되는 형상이 되기 때문에, 인장 응력이 걸리면, 점 A가 파괴의 기점이 되어서, 제 1 강판(1)측의 본드부(용접 금속(3)-HAZ(4))에서 파괴가 일어난다. 한편, 이 경우에 있어서, 도 1 중의 화살표의 방향이, 파괴의 진전 방향이다. 이와 같은 응력 집중을 완화하기 위해서는, r2/r1은 0.3∼0.8의 범위 내인 것이 바람직하고, 0.4∼0.6의 범위 내인 것이 보다 바람직하다.
＜0.5≤(r2/r3)≤10.0 (5)＞
본 태양에 있어서, r2/r3이 0.5 미만이거나, 혹은 10.0을 초과하는 경우, 도 2 중에 점 B로서 나타나는 제 2 강판(2)측의 본드부(용접 금속(3)-HAZ(4))에 응력 집중되는 형상이 되기 때문에, 인장 응력이 걸리면, 점 B가 파괴의 기점이 되어서, 제 2 강판(2)측의 본드부(용접 금속(3)-HAZ(4))에서 파괴가 일어난다. 한편, 이 경우에 있어서, 도 2 중의 화살표의 방향이, 파괴의 진전 방향이다. 이와 같은 응력 집중을 완화하기 위해서는, r2/r3은 0.5∼10.0의 범위 내인 것이 바람직하고, 1.0∼8.0의 범위 내인 것이 보다 바람직하며, 1.0∼5.0의 범위 내인 것이 더 바람직하다.
＜0.2≤X≤0.8＞
상기한 바와 같이, 도 3을 참조해서, X는 용접 금속(3)의 중심을 지나고, 강판(제 1 강판(1) 및 제 2 강판(2))의 판 두께에 평행한 방향에 있어서의 용접 금속(3)의 단면에 있어서, 제 1 강판(1)의 표면(11)으로부터 돌출된 용접 금속(3)에 상당하는 영역을 제 1 영역(51)으로 하고, 제 2 강판(2)의 이면(22)으로부터 돌출된 용접 금속(3)에 상당하는 영역을 제 2 영역(52)으로 하고, 제 1 영역(51) 및 제 2 영역(52) 이외의 영역을 제 3 영역(53)으로 했을 때에, 하기 식(6)으로 표시되는 것이다. 한편, 제 1 영역(51)의 면적, 제 2 영역(52)의 면적 및 제 3 영역(53)의 면적의 합계는, 용접 금속(3)의 중심을 지나고, 강판(제 1 강판(1) 및 제 2 강판(2))의 판 두께에 평행한 방향에 있어서의 용접 금속(3)의 단면적에 상당한다.
X=(제 1 영역(51)의 면적+제 2 영역(52)의 면적)/(제 1 영역(51)의 면적+제 2 영역(52)의 면적+제 3 영역(53)의 면적)
여기에서, X는 용접 금속의 탄소 당량이나 형상에 기여하는 인자인 용입률의 지표가 된다. X가 0.2 미만인 경우, 용접 금속의 형상이 상기 식(4) 및 (5)에 규정되는 범위 내에 들어가지 않고, 상판(제 1 강판)과 하판(제 2 강판)의 겹침부에 있어서 응력 집중되는 형상이 된다. 따라서, X는 0.2 이상인 것이 바람직하고, 0.4 이상인 것이 보다 바람직하다.
한편, X가 0.8을 초과하는 경우, 모재의 희석률이 증대하여, 강판 중의 성분이 용접 금속 중에 용입됨으로써, 용접 금속 중의 탄소 당량 CeqWM이 높아져, 취화가 촉진된다. 또한, 상기에 있어서 규정한 CeqWM/CeqBM이 0.2∼1.0의 범위 밖이 되는 경우가 있다. 따라서, X는 0.8 이하인 것이 바람직하고, 0.7 이하인 것이 보다 바람직하며, 0.6 이하인 것이 더 바람직하다.
또한, 본 아크 스폿 용접 방법에 있어서는, 강판의 비커스 경도에 대한 용접 금속의 비커스 경도의 비(용접 금속의 비커스 경도/강판의 비커스 경도)(이하에 있어서, 경도비라고도 함)가 0.3∼1.2인 것이 바람직하다.
경도비가 0.3 미만인 경우, 응력이 걸렸을 때에 용접 금속이 선택적으로 소성 변형되고, 모재 쪽은 소성 변형되기 어려워진다. 모재와 용접 금속 양쪽이 소성 변형되기 위해서는, 경도비가 0.3 이상인 것이 바람직하고, 0.5 이상인 것이 보다 바람직하다.
한편, 경도비가 1.2를 초과하는 경우, 모재보다도 용접 금속 쪽이 단단하기 때문에, 용접 금속은 소성 변형되기 어려워진다. 용접 금속이 소성 변형되지 않으면, 응력은 용접 금속과 모재의 계면인 본드부에 집중된다. 이 본드부는 모재 조직과 용접 금속의 계면이고, 또한 열영향부(HAZ) 영역이기도 하기 때문에, 취성인 성질을 갖고 있다. 경도비가 1.2를 초과하는 경우에는, 이 취성인 본드부를 기점으로 파괴가 일어나기 때문에, 높은 강도가 얻어지기 어렵다. 따라서, 경도비는 1.2 이하인 것이 바람직하고, 1.0 이하인 것이 보다 바람직하고, 0.9 이하인 것이 더 바람직하며, 0.8 이하인 것이 보다 더 바람직하다.
본 아크 스폿 용접 방법은, MAG 용접, MIG 용접, TIG 용접 등 중 어느 것이어도 된다.
실드 가스로서는, MAG 용접, MIG 용접, TIG 용접 등의 각 용접 종류에 따라서, Ar이나 He 등의 불활성 가스, CO2, 불활성 가스와 CO2 및/또는 O2의 혼합 가스 등, 탄산 가스(100% CO2)의 공지의 것을 적절히 선택해서 이용할 수 있지만, 용접 작업성의 관점에서는, 적어도 Ar이나 He 등의 불활성 가스를 혼합한 가스를 이용하는 것이 바람직하다.
이상 상술한 바와 같이, 본 실시형태의 아크 스폿 용접 방법에 의하면, C량이 높은 강판을 이용한 경우에 있어서도, 취성 파괴를 방지해서 높은 이음 강도를 얻을 수 있다.
실시예
이하에, 실시예를 들어서 본 발명을 더 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예로 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 취지에 적합할 수 있는 범위에서 변경을 가하여 실시하는 것이 가능하며, 그들은 모두 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.
우선, 사용한 강판에 대해서, 조성, 하기 식(1)로 표시되는 탄소 당량 CeqBM,및 비커스 경도 Hv를, 표 1에 나타냈다. 한편, 강판의 비커스 경도(BM Hv)는, JIS Z2244에 준하여 측정했다.
CeqBM=[C]BM+[Mn]BM/6+([Cu]BM+[Ni]BM)/15+([Cr]BM+[Mo]BM+[V]BM)/5 (1)
(단, [C]BM, [Mn]BM, [Cu]BM, [Ni]BM, [Cr]BM, [Mo]BM, 및 [V]BM은, 각각, 강판 중의 C, Mn, Cu, Ni, Cr, Mo, 및 V의 함유량(질량%)을 나타낸다.)
Figure pct00001
(예 1∼39)
각 예에 있어서, 표 2에 나타나는 강종 및 표 2에 나타나는 판 두께를 갖고, 구멍 가공을 실시한(구멍(204)을 마련한) 2매의 강판에 대해서, 표 2에 나타나는 용접 조건에서 아크 스폿 용접을 실시해서 도 4에 나타나는 형상의 시험편을 제작했다. 한편, 상판측을 제 1 강판(201), 하판측을 제 2 강판(202)으로 하고, 제 1 강판(201)의 표면(211)측으로부터 아크(도시하지 않음)를 조사했다. 그리고, 제작한 시험편에 대해서, 도 4 중의 화살표의 방향으로 제 1 강판(201) 및 제 2 강판(202)을 인장하는 것에 의해 CTS(십자 인장 시험)를 실시해서, 파단 하중이 7kN 이상인 것을 ◎, 5kN 이상 7kN 미만이었던 것을 ○, 5kN 이하인 것을 ×로서 평가했다. 한편, 평가 결과가 ◎ 또는 ○인 경우를 합격으로 한다. 평가 결과를 표 3에 나타낸다. 단, 예 39에 대해서는, 아크 스폿 용접이 아니라, 하기 조건에서의 레이저 스폿 용접을 실시하여, 마찬가지의 평가를 행했다.
여기에서, 용접 조건으로서는, 용접 전류 200∼300A, 아크 전압 15∼25V의 범위로 하고, 표 2에 기재된 입열량(kJ)으로 용접을 행했다. 입열량은 입열량(kJ)=용접 전류(A)×아크 전압(V)/1000으로 계산된다. 그 밖에, 실드 가스의 종류, 및 시공법에 대해서도 표 2에 나타냈다. 한편, 「시공법」의 란에 있어서의, 「펄스」, 「단락(短絡)」, 「와이어 송급 제어」, 「레이저 필러」, 「TIG」란, 각각 이하를 나타낸다.
펄스: 베이스 전류 400A, 피크 전류 40A, 피크 시간 3.5msec의 조건에서 용접을 실시했다.
단락: 직류 전원을 이용해서, 와이어가 모재에 접촉하는 것에 의한 단락 상태와 아크 상태를 반복하면서, 용접 전류 230A, 아크 전압 22V의 조건에서 용접을 실시했다.
와이어 송급 제어: 용접 상태가 단락 상태가 되면 역송을 행하고, 용접 상태가 아크 상태가 되면 정송을 행하도록, 용접 상태에 따라서 와이어의 정송과 역송을 행하면서, 용접 전류 220A, 아크 전압 22.6V의 조건에서 용접을 실시했다.
레이저 필러: YAG 레이저를 이용하여, 4-7kW의 레이저 빔을 초점 거리 280mm에서 0.6-0.9mm 지름으로 집광하고, 2-6m/min으로 시공했다. 한편, 열원이 되는 레이저의 종류는 특별히는 상관없고, 예를 들면 탄산 가스 레이저나 고체 레이저 등을 이용해도 된다.
TIG: 용접 전류 150A, 아크 길이 3mm, 필러 송급 속도 2m/min의 조건에서 TIG 용접을 실시했다.
또한, 와이어 성분에 대해서는, 질량%로 표시되는 각 성분량을 표 2에 나타낸다. 한편, 표 2 중의 와이어 성분량 중 「0」이란, 그 성분량이 불가피 불순물로 간주되는 양 이하의 양인 것을 나타낸다.
또, 각 예에 이용한 와이어의 탄소 당량 CeqW를 하기 식(3)에 의해 산출하여, 표 2에 아울러 나타냈다.
CeqW=[C]W+[Mn]W/6+([Cu]W+[Ni]W)/15+([Cr]W+[Mo]W)/5 (3)
(단, [C]W, [Mn]W, [Cu]W, [Ni]W, [Cr]W, 및 [Mo]W는, 각각, 상기 용접 와이어 중의 C, Mn, Cu, Ni, Cr, 및 Mo의 함유량(질량%)을 나타낸다.)
또한, 표 1과 마찬가지로, 강판의 탄소 당량 CeqBM을 표 2에 나타냈다. 또한, 표 2에 나타나는, 얻어진 용접 금속의 화학 성분 조성(한편, 잔부는 Fe 및 불가피 불순물임)으로부터, 하기 식(2)로 표시되는 용접 금속의 탄소 당량 CeqWM를 산출하여, 표 2에 아울러 나타냈다. 또, CeqWM과 CeqBM의 비인 CeqWM/CeqBM을 산출하여, 표 2에 아울러 나타냈다.
CeqWM=[C]WM+[Mn]WM/6+([Cu]WM+[Ni]WM)/15+([Cr]WM+[Mo]WM+[V]WM)/5 (2)
(단, [C]WM, [Mn]WM, [Cu]WM, [Ni]WM, [Cr]WM, [Mo]WM, 및 [V]WM은, 각각, 상기 용접 금속 중의 C, Mn, Cu, Ni, Cr, Mo, 및 V의 함유량(질량%)을 나타낸다.)
또한, 아크가 조사되는 측의 제 1 강판(201)과, 제 2 강판(202)을, 제 1 강판(201)의 이면(212)과 제 2 강판(202)의 표면(221)을 중첩시켜서 아크 스폿 용접했을 때의, 용접 금속(203)의 제 1 강판(201)의 표면(211)에 있어서의 비드 지름을 r1(mm), 용접 금속(203)의 제 2 강판(202)의 표면(221)에 있어서의 비드 지름을 r2(mm), 용접 금속(203)의 제 2 강판(202)의 이면(222)에 있어서의 비드 지름을 r3(mm)으로 하고, r1, r2, 및 r3을 표 3에 나타냈다. 또한, r1/r2 및 r3/r2를 산출하여, 표 3에 아울러 나타냈다.
또한, 용접 금속(203)의 중심을 지나고, 강판(제 1 강판(201) 및 제 2 강판(202))의 판 두께에 평행한 방향에 있어서의 용접 금속(203)의 단면에 있어서, 제 1 강판(201)의 표면(211)으로부터 돌출된 용접 금속(203)에 상당하는 영역을 제 1 영역으로, 제 2 강판(202)의 이면(222)로부터 돌출된 용접 금속(203)에 상당하는 영역을 제 2 영역으로, 제 1 영역 및 제 2 영역 이외의 영역을 제 3 영역으로 해서, 각각의 면적을 산출하고, 또한 이들로부터 하기 식(6)으로 표시되는 X를 산출하여, 표 3에 나타냈다.
X=(제 1 영역의 면적+제 2 영역의 면적)/(제 1 영역의 면적+제 2 영역의 면적+제 3 영역의 면적) (6)
또한, 용접 금속의 비커스 경도(WM Hv)와, 모재인 강판의 비커스 경도(BM Hv)를 표 3에 나타낸다. 한편, 용접 금속의 비커스 경도(WM Hv)는, 강판의 비커스 경도(BM Hv)와 마찬가지로, JIS Z2244에 의해 측정했다. 또, 강판의 비커스 경도(BM Hv)에 대한 용접 금속의 비커스 경도(WM Hv)의 비(WM Hv/BM Hv)를 산출하여, 표 3에 아울러 나타냈다.
Figure pct00002
Figure pct00003
예 1∼예 35는 실시예이고, 예 36∼예 39는 비교예이다.
강판의 탄소 당량 CeqBM이 본 발명에 규정된 범위 밖인 예 36에서는, 십자 인장 시험에 있어서 충분한 강도는 얻어지지 않았다.
또한, 용접 와이어 중의 Fe량이 본 발명에 규정된 범위 밖인 예 37에서도, 십자 인장 시험에 있어서 충분한 강도는 얻어지지 않았다.
또한, 용접 와이어 중의 Fe량이 본 발명에 규정된 범위 밖이고, CeqWM/CeqBM도 본 발명에 규정된 범위 밖인 예 38에서도, 십자 인장 시험에 있어서 충분한 강도는 얻어지지 않았다.
또, 아크 스폿 용접 방법을 이용하고 있지 않은 예 39에서도, 십자 인장 시험에 있어서 충분한 강도는 얻어지지 않았다.
한편, 본 발명에 규정된 각 요건을 만족하는 예 1∼35에서는, 십자 인장 시험에 있어서 충분한 강도가 얻어졌다.
본 발명을 특정의 태양을 참조해서 상세하게 설명했지만, 본 발명의 정신과 범위를 벗어남이 없이 다양한 변경 및 수정이 가능한 것은, 당업자에게 분명하다.
한편, 본 출원은 2016년 8월 4일자로 출원된 일본 특허출원(특원 2016-154053)에 기초하고 있고, 그 전체가 인용에 의해 원용된다.
1: 제 1 강판
2: 제 2 강판
3: 용접 금속
4: HAZ(열영향부)
11: 표면
12: 이면
21: 표면
22: 이면
51: 제 1 영역
52: 제 2 영역
53: 제 3 영역
100: 용접 구조물
201: 제 1 강판
202: 제 2 강판
203: 용접 금속
204: 구멍
211: 표면
212: 이면
221: 표면
222: 이면

Claims (5)

  1. 하기 식(1)로 표시되는 탄소 당량 CeqBM이 0.35 이상인 강판을 이용한 아크 스폿 용접 방법에 있어서, Fe를 98.5질량% 이상 함유하는 용접 와이어를 이용하고, 또한
    상기 강판의 탄소 당량 CeqBM에 대한, 형성되는 용접 금속의 하기 식(2)로 표시되는 탄소 당량 CeqWM의 비인 CeqWM/CeqBM이 0.2∼1.0인 것을 특징으로 하는 아크 스폿 용접 방법.
    CeqBM=[C]BM+[Mn]BM/6+([Cu]BM+[Ni]BM)/15+([Cr]BM+[Mo]BM+[V]BM)/5 (1)
    (단, [C]BM, [Mn]BM, [Cu]BM, [Ni]BM, [Cr]BM, [Mo]BM, 및 [V]BM은, 각각, 상기 강판 중의 C, Mn, Cu, Ni, Cr, Mo, 및 V의 함유량(질량%)을 나타낸다.)
    CeqWM=[C]WM+[Mn]WM/6+([Cu]WM+[Ni]WM)/15+([Cr]WM+[Mo]WM+[V]WM)/5 (2)
    (단, [C]WM, [Mn]WM, [Cu]WM, [Ni]WM, [Cr]WM, [Mo]WM, 및 [V]WM은, 각각, 상기 용접 금속 중의 C, Mn, Cu, Ni, Cr, Mo, 및 V의 함유량(질량%)을 나타낸다.)
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 용접 와이어의 하기 식(3)으로 표시되는 탄소 당량 CeqW가 0.3 이하인 것을 특징으로 하는 아크 스폿 용접 방법.
    CeqW=[C]W+[Mn]W/6+([Cu]W+[Ni]W)/15+([Cr]W+[Mo]W)/5 (3)
    (단, [C]W, [Mn]W, [Cu]W, [Ni]W, [Cr]W, 및 [Mo]W는, 각각, 상기 용접 와이어 중의 C, Mn, Cu, Ni, Cr, 및 Mo의 함유량(질량%)을 나타낸다.)
  3. 제 1 항에 있어서,
    입열량이 5.5kJ 이하인 것을 특징으로 하는 아크 스폿 용접 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    아크가 조사되는 측의 제 1 강판과, 제 2 강판을, 상기 제 1 강판의 이면과 상기 제 2 강판의 표면을 중첩시켜서 아크 스폿 용접했을 때에, 상기 용접 금속의 상기 제 1 강판의 표면에 있어서의 비드 지름을 r1, 상기 용접 금속의 상기 제 2 강판의 표면에 있어서의 비드 지름을 r2로 해서, r1 및 r2가 하기 식(4)를 만족시킴과 함께,
    상기 용접 금속의 중심을 지나고, 상기 강판의 판 두께에 평행한 방향에 있어서의 상기 용접 금속의 단면에 있어서, 상기 제 1 강판의 표면으로부터 돌출된 상기 용접 금속에 상당하는 영역을 제 1 영역으로 하고, 상기 제 2 강판의 이면으로부터 돌출된 상기 용접 금속에 상당하는 영역을 제 2 영역으로 하고, 상기 제 1 영역 및 상기 제 2 영역 이외의 영역을 제 3 영역으로 했을 때에, 하기 식(6)으로 표시되는 X가 0.2∼0.8인 것을 특징으로 하는 아크 스폿 용접 방법.
    0.2≤(r2/r1)≤1.0 (4)
    X=(제 1 영역의 면적+제 2 영역의 면적)/(제 1 영역의 면적+제 2 영역의 면적+제 3 영역의 면적) (6)
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 강판의 비커스 경도에 대한 상기 용접 금속의 비커스 경도의 비(상기 용접 금속의 비커스 경도/상기 강판의 비커스 경도)가 0.3∼1.2인 것을 특징으로 하는 아크 스폿 용접 방법.
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