TW201815499A - 焊接構件及其製造方法 - Google Patents

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Abstract

本發明係提供一種焊接構件及其製造方法，前述焊接構件係將熔融Zn系鍍覆鋼板作為基材且耐腐蝕性優異，並焊珠的剪切強度亦優異。本發明的焊接構件係以電弧焊接將作為熔融Zn系鍍覆鋼板之下板(3)及上板(1)重合並焊接之焊接構件(10)，其特徵在於：焊珠(2)的剖面寬度W，係以滿足下述(1)式的方式形成，且下述(2)式所示之氣孔占有率Br係在50%以下： 2T≦W≦6T･･･(1)； Br=(Σdi/L)×100･･･(2)； 此處，T：其係熔融Zn系鍍覆鋼板的厚度； di：以X射線穿透試驗所觀察之第i個氣孔的長度； L：焊珠長度。

Description

焊接構件及其製造方法
本發明係關於電弧焊接有各熔融Zn系鍍覆鋼板的焊接構件及其製造方法。
因為熔融鋅系鍍覆鋼板(熔融Zn系鍍覆鋼板)的耐腐蝕性良好，故一般被使用於以建築構件及汽車構件為起始的廣泛用途。其中，因為含有1質量%以上Al的熔融Zn-Al-Mg鍍覆鋼板能長期維持優異的耐腐蝕性，故作為替代先前之鍍覆層僅以鋅為主成份之熔融Zn系鍍覆鋼板的材料之需求增加。再者，先前之熔融Zn系鍍覆鋼板之鍍覆層中的Al濃度通常係0.3質量%以下(參照JIS G3302)。
於將熔融Zn系鍍覆鋼板用於建築構件、汽車構件等的情況下，大多使用電弧焊接法進行組裝。但是，若將熔融Zn系鍍覆鋼板電弧焊接，通常顯著地產生氣孔(blow hole)，而劣化電弧焊接性。氣孔係指被包含在焊珠(在焊接時，基材的一部分與焊接金屬熔化結合後，冷卻所固化之部分)的氣孔。
與Fe的熔點(約1538℃)相比，因為Zn的沸點(約906℃)較低，故於電弧焊接時產生Zn蒸氣，此Zn蒸氣被困在焊珠中而產生氣孔。若顯著地產生氣孔，則產生焊接強度下降的問題。
就氣孔的產生所造成之焊接強度下降而言，若使用圖8的(a)~(c)進一步說明，則如同下述。圖8的(a)~(c)係概略地顯示經搭接接頭的填角焊接之焊接構件之斜視圖。如此之焊接構件係適用於建築構件、汽車構件等。再者，為了方便進行說明，圖8的(b)、(c)係顯示在上板與下板之間將焊接構件分割。
如圖8的(a)所示，針對下板110與上板130配置於搭接接頭並填角焊接所形成之焊接構件100，使其負荷有拉伸荷重P的情況下，可說是成為下述情形。也就是說，此時，如圖8的(b)所示，剪切應力τ作用於下板110表面位置的焊珠120之剪切面S。在對於焊接構件100施加過大荷重的情況下，若焊珠120的剪切強度大於剪切應力τ，則不會在焊珠120斷裂，而是在作為基材之上板130或下板110斷裂(基材斷裂)。因此，能夠獲得預期之搭接接頭強度。
然而，如圖8的(c)所示，若氣孔B產生於焊珠120中，則剪切面S的面積變小。因此，在對於焊接構件100施加過大荷重的情況下，焊珠120的剪切強度變得小於剪切應力τ，則並非母材斷裂而是變成焊珠120斷裂。此時，因為無法獲得預期之搭接接頭強度，故成為問題。
特別是，在要求長久耐腐蝕性的構件中，使用鍍覆附著量係90g/m2 以上之單位附著量高的熔融Zn系鍍覆鋼板。此時，單位附著量越高則於電弧焊接時的Zn蒸氣量越多，則會發生氣孔的產生也變得更加顯著，且焊珠120的剪切強度容易下降的問題。
因此，就作為抑制熔融Zn系鍍覆鋼板焊接時之焊濺物與氣孔產生的方法而言，有人提案將焊絲作為電極之脈衝電弧焊接法。根據此脈衝電弧焊接法，藉由脈衝電弧攪拌熔融池(凝固前的焊珠部分)的同時，熔融池被往下推且熔融池變薄，而促進Zn蒸氣的排出並抑制氣孔的產生。
舉例來說，在專利文獻1中揭示了一種脈衝電弧焊接法，將焊絲的組成、保護氣體(Shielding gas)的組成、峰值電流、峰值期間及頻率等的脈衝電流波形控制在適當範圍內，並抑制焊濺物及氣孔的產生。
先前技術文獻 [專利文獻] [專利文獻1]日本國公開專利公報「特開2013-184216號公報(2013年9月19日公開)」
[發明概要] [發明所欲解決的課題] 然而，即使使用脈衝電弧焊接法，也無法完全抑制氣孔的產生。特別是，在焊接耐腐蝕性優異之單位附著量高的各熔融Zn系鍍覆鋼板時，變得容易產生氣孔，且搭接接頭的強度會下降。
鑒於此現狀，本發明的目的係提供一種焊接構件及其製造方法，前述焊接構件係將熔融Zn系鍍覆鋼板作為基材且耐腐蝕性優異，並焊珠的剪切強度亦優異。
[用以解決課題之手段] 本發明人們經過詳細研究的結果之後，獲得一新穎知識，舉例來說，其係針對每面之鍍覆附著量為15~250g/m2 之各熔融Zn系鍍覆鋼板，進行搭接接頭的填角焊接時，即使在產生些微氣孔的情況下，藉由將下板表面位置中焊珠的剖面寬度及氣孔占有率Br調整在適當範圍內，能夠使焊珠獲得優異的剪切強度，遂而完成本發明。
也就是說，本發明一態樣之焊接構件，其係在第一熔融Zn系鍍覆鋼板之第一板面上使第二熔融Zn系鍍覆鋼板以電弧焊接重合之焊接構件，其特徵在於：在前述第一板面上形成焊珠，前述焊珠係互相接合有前述第一熔融Zn系鍍覆鋼板與第二熔融Zn系鍍覆鋼板；在前述第一熔融Zn系鍍覆鋼板與第二熔融Zn系鍍覆鋼板中，每面之鍍覆附著量為15~250g/m2 ；前述焊珠在以垂直於該焊珠延伸方向的面來切開之剖面中，從前述第一板面上之Zn系鍍覆層與焊珠之邊界的一方至另一方為止的剖面寬度W，係以滿足下述(1)式的方式形成，且下述(2)式所示之氣孔占有率Br係在50%以下。
2T≦W≦6T･･･(1) Br=(Σdi/L)×100･･･(2) (此處， T：其係前述熔融Zn系鍍覆鋼板的厚度，且在前述第一熔融Zn系鍍覆鋼板的厚度與第二熔融Zn系鍍覆鋼板的厚度相異時，其係指厚度較薄者的厚度； di：以X射線穿透試驗所觀察之第i個氣孔的長度； L：焊珠長度。
又，本發明一態樣之焊接構件的製造方法，其係藉由交互地供給峰值電流與基極電流來產生電弧之脈衝電弧焊接法，在第一熔融Zn系鍍覆鋼板之第一板面上，使第二熔融Zn系鍍覆鋼板重合並電弧焊接之焊接構件的製造方法，其係包含：焊接步驟，其係在前述第一板面上形成焊珠，前述焊珠係互相接合有前述第一熔融Zn系鍍覆鋼板與第二熔融Zn系鍍覆鋼板；在前述第一熔融Zn系鍍覆鋼板與第二熔融Zn系鍍覆鋼板中，每面之鍍覆附著量為15~250g/m2 ；前述焊接步驟使前述焊珠在以垂直於該焊珠延伸方向的面來切開之剖面中，從前述第一板面上之Zn系鍍覆層與焊珠之邊界的一方至另一方為止的剖面寬度W，係以滿足下述(1)式的方式形成，且下述(2)式所示之氣孔占有率Br係在50%以下。
2T≦W≦6T･･･(1) Br=(Σdi/L)×100･･･(2) (此處， T：其係前述熔融Zn系鍍覆鋼板的厚度，且在前述第一熔融Zn系鍍覆鋼板的厚度與第二熔融Zn系鍍覆鋼板的厚度相異時，其係指厚度較薄者的厚度； di：以X射線穿透試驗所觀察之第i個氣孔的長度； L：焊珠長度。
[發明之效果] 根據本發明的一態樣，能夠達到下述效果：提供一種焊接構件及其製造方法，前述焊接構件係將熔融Zn系鍍覆鋼板作為基材且耐腐蝕性優異，並焊珠的剪切強度亦優異。
[用以實施發明之形態] 以下，說明關於本發明之實施形態。再者，以下之記載係為了更清楚理解發明的旨趣，只要未特別指定，則未限定本發明。同時，於本申請案，「A~B」係表示A以上B以下。
至今為止，雖然提案了用於控制焊接時氣孔的產生之各種方法，但在鍍覆層係單位附著量高的情況下等，具有難以抑制氣孔的產生且焊接部的強度下降之情形。
在此種狀況中，本發明人們進行反覆研究後，結果獲得以下的新穎知識。也就是說，獲得以下知識：在電弧焊接每面之鍍覆附著量為15~250g/m2 的各熔融Zn系鍍覆鋼板時，(i)藉由使焊珠變寬，更詳細而言，藉由使後述之剖面W變寬，能夠增加焊珠之剪切面S(參照圖8的(b))的面積；(ii)即使產生些微的氣孔，但只要後述之氣孔占有率Br在50%以下，則能夠防止剪切強度的下降。
本發明人們基於此種新穎知識，就能夠作為一邊抑制氣孔產生且能夠使上述剖面寬度W加寬的焊接方法而言，使用例如脈衝電弧焊接法，並進一步探討的結果，進而完成本發明。以下係詳述本發明的一實施形態。
[焊接構件] 圖1係顯示本發明實施形態中以焊珠延伸2方向的垂直平面，將焊接構件10切開時焊接構件10的剖面(以下稱為接頭剖面)之概略圖。如圖1所示，焊接構件10係在下板3(第一熔融Zn系鍍覆鋼板)上之上板1(第二熔融Zn系鍍覆鋼板)配置於搭接接頭，並將此等填角焊接之搭接接頭的焊接構件。於焊接構件10形成作為填角焊接之焊接部的焊珠2。在具有上板1及下板3之寬廣面中，將位於圖1上方位置的面稱為上面，將對向於該上面的面稱為下面。在焊接構件10中，以將上板1的下面與上板3的上面接合的方式，配置上板1及下板3。
再者，在本實施形態中，作為本發明焊接構件的一例，雖然針對使用脈衝電弧焊接法且經搭接接頭的填角焊接後之焊接構件進行敘述，但本發明的焊接構件，並非必定限制於此。舉例來說，焊接構件的接頭形狀亦可為貼片狀(patch)接頭，焊接亦可為槽焊接。又，只要是能夠製造本發明一態樣的焊接構件焊接方法即可，並未限定於脈衝電弧焊接法。於下板之上3，配置有施加熔融Zn系鍍覆的構件並進行焊接之情況下，藉由適用本發明，能夠成為焊珠的剪切強度優異之焊接構件。
下板3及上板1係各自為熔融Zn系鍍覆鋼板。下板3及上板1各自的表面係除了形成有焊珠2的部分之外，其他部分則藉由Zn系鍍覆層4被覆。再者，以下，將下板3及上板1稱為基材。
藉由將下板3的上面(第一板面)及與上板1的上面垂直之上板1長邊方向的側面進行脈衝電弧焊接，形成焊珠2，且焊珠2係指焊接時所熔融之下板3、上板1、Zn系鍍覆層4、及焊接金屬(焊絲)熔化結合後，冷卻所固化之部分。此焊珠2係能夠使用例如脈衝電弧焊接法來形成。
[焊珠的剖面寬度] 如圖1所示，將以含有下板3的上面之假想平面將焊珠2切開時的剖面，作為剪切面S(參照圖8的(b))。
使焊珠2延伸方向之垂直的接頭剖面之上述剪切面S的寬度(以下稱為剖面寬度W)滿足下述(1)式，來形成本實施形態的焊接構件10。
2T≦W≦6T･･･(1) 此處，上述T係熔融Zn系鍍覆鋼板的厚度，且在下板3的厚度T2與上板1的厚度T1相異時，其係指厚度較薄者的厚度。此係因為以下的理由。也就是說，在下板3的厚度T2與上板1的厚度T1相異時，若焊珠2的剪切強度大於剪切應力τ，則在上板1或下板3中較薄者，產生基材斷裂。亦即，於焊接構件10施加過大荷重而產生基材斷裂的情況下，該接頭強度(基材斷裂的荷重)係依存於上板1或下板3中較薄者的厚度。因此，於焊接構件10施加過大荷重時，因為並非焊珠斷裂而是基材斷裂，故較佳係將下板3的厚度T2與上板1的厚度T1中，厚度相對薄者的厚度作為T，並使上述(1)式所示之剖面寬度W滿足2T以上的條件。假如將上板1或下板3中厚度較厚者的厚度作為T，則剖面寬度W會變寬至必要程度以上。
即使焊珠2在該焊珠2延伸方向中的任意位置，剖面寬度W亦滿足上述(1)式。
在剖面寬度W小於板寬的2倍之情況下，剪切面S的剖面面積變小，且剪切強度變得不足。
另一方面，若剖面寬度W超過板厚的6倍，則因為焊珠2的體積會變大且超過必要的程度以上，進行焊接處理的成本變高，變得難以實施。又，因為焊珠2的表面並未藉由Zn系鍍覆層被覆，故耐腐蝕性劣化。因此，若剖面寬度W超過板厚的6倍，則因為焊珠2的表面積變寬至必要的程度以上，故較不佳。
換言之，上述剖面寬度W係指在上述接頭剖面之包含下板3的上面之假想平面中，從Zn系鍍覆層4與焊珠2之邊界b1的一方至邊界b2的另一方為止的距離。此處，邊界b2係靠近於上板1的邊界，即被覆上板1的下面之Zn系鍍覆層4與焊珠2之邊界。
(氣孔占有率) 如前述般，在熔融Zn系鍍覆鋼板的電弧焊接中，無法避免產生些微的氣孔B，特別是，在Zn系鍍覆層4為單位附著量高的情況下，或在鍍覆層中Al濃度為高濃度的情況下(係耐腐蝕性優異之熔融Zn系鍍覆鋼板的情況)，容易產生氣孔B。
在本實施形態的焊接構件10中，能夠容許產生些微的氣孔B。就此焊珠2中氣孔B的量而言，使用氣孔占有率之指標進行說明。圖2係用於說明本實施形態的焊接構件10之氣孔占有率的測定方法之平面圖。此處，將上述剪切面S顯示作為焊珠2的剖面。
如圖2所示，於焊珠2的內部形成氣孔B。將焊珠2的長邊方向(焊接線方向)的長度設為L，將從焊珠2的一個端部為始之第i個氣孔的長度設為di。各該氣孔的長度di係能夠藉由例如X射線穿透試驗來觀察。
能夠參照建築用薄板焊接接合部設計‧施工手冊(建築用薄板焊接接合部設計‧施工手冊編輯委員會)，並如以下所界定之氣孔評價方法，來界定氣孔占有率。也就是說，能夠由測定被概略地顯示於圖2之焊珠2的剪切面S中全部氣孔B的長度並累加上述長度而成之累加值Σdi(mm)的測定值，且藉由下述(2)式來界定氣孔占有率Br。
Br = (Σdi/L)×100 ･･･(2) 本實施形態的焊接構件10中，焊珠2的氣孔占有率Br係50%以下。此時，如上述般，藉由使焊珠2的剖面寬度W成為熔融Zn系鍍覆鋼板厚度(上板1的厚度與下板3的厚度相異時，指的是厚度較薄者的厚度)的2倍以上，能夠確保剪切面S的剖面面積，且焊珠2具有優異的剪切強度。因此，能夠防止焊接構件10的剪切強度下降。
相對於此，若產生大量氣孔B並使氣孔占有率Br增加，則剪切面S的剖面面積顯著地變小。氣孔占有率Br超過50%時，即使在剖面寬度W滿足上述(1)式的情況下，焊珠2的剪切強度亦下降，負荷有拉伸荷重P時，焊珠2斷裂。
再者，焊珠2之氣孔B的分布係大致均勻，即剪切面S以外之位置的氣孔占有率Br係被認為與剪切面S的氣孔占有率Br大致相同。因此，根據剪切面S的氣孔占有率Br，能夠推測焊珠2中氣孔B的量。
(鍍覆附著量) 若熔融Zn系鍍覆鋼板的鍍覆附著量少，則就長期維持鍍覆面的耐腐蝕性及犧牲防腐蝕作用來看係變得不利。在各種檢討後發現，將每面的鍍覆附著量設成15g/m2 以上係更有效果的。另一方面，若鍍覆附著量超過250g/m2 ，則Zn蒸氣的產生量變得過多，氣孔占有率超過50%。因此，本實施形態之焊接構件10的鍍覆附著量係250g/m2 以下。
如此一來，本實施形態的焊接構件10係使用電弧焊接法，將每面的鍍覆附著量為15~250g/m2 的各熔融Zn系鍍覆鋼板，藉由搭接接頭的填角焊接而成之物，且焊珠2的剖面寬度W係滿足上述(1)式。又，本實施形態的焊接構件10中，焊珠2的氣孔占有率Br係50%以下。
在本實施形態的焊接構件10中，為了確保焊珠2的剪切強度，並不需要大幅地抑制焊接時氣孔B的產生。也就是說，即使在焊接時容易產生氣孔B的條件下進行焊接並產生些微氣孔(然而，氣孔占有率Br在50%以下)，只要藉由使剖面寬度W滿足上述(1)式，即能夠防止焊接構件10的剪切強度下降。
因此，能夠將熔融Zn系鍍覆鋼板作為基材，且製造焊珠2的剪切強度優異的焊接構件10。藉此，能夠防止焊珠在基材之前斷裂，並能夠獲得具有預期強度的焊接構件10。
(焊珠的剖面形狀) 又，本實施形態的焊接構件10，較佳係在焊珠2內形成下述般的突出部。針對此突出部，再次參照圖1進行以下說明。
如圖1所示，本實施形態的焊接構件10中，焊珠2係具備兩個突出至下板3中的突出部。此等突出部係各自為P1、P2。此處，將靠近上板1的突出部稱為突出部P2。又，將突出部P1中從剪切面S至突出部P1之頂點為止的距離稱為突出長度PL1，並將突出部P2中從剪切面S至突出部P2之頂點為止的距離稱為突出長度PL2。
本實施形態的焊接構件10中，上述突出長度PL1及突出長度PL2皆為0.2mm以上，且突出長度PL1及突出長度PL2中較長者係為下板3的厚度T2以下。藉此，本實施形態的焊接構件10係能夠更進一步提升焊珠2的剪切強度之物。此係藉由突出部P1、P2，使錨定效應(Anchor effect)增加。也就是說，藉由突出部P1、P2，使焊珠2與下板3內部的邊界面BS之面積增大。
又，在邊界b2中，藉由突出部P2，於焊珠2形成一傾斜角度，換言之，在邊界b2中，焊珠2的表面與剪切面S(或下板3的上面)所形成之銳角的角度變大。藉此，舉例來說，在施加將圖1的上板1往左方拉伸且將下板3朝右方拉伸之拉伸荷重P時，在邊界b2中的突出部P2係被卡緊，故能夠使剪切強度變大。
因此，突出部P2的突出長度較佳係比突出部P1還長，即較佳係突出長度PL2 ＞突出長度PL1。
又，於邊界面BS中，將拉伸荷重P朝該境界面BS的接線方向及垂直方向分解時，藉由突出部P1、P2，因為使邊界面BS的傾斜部分變多，且角度變得比較陡，故能夠使朝邊界面BS之接線方向(略面內方向)作用的力變小。
相對於此，若突出長度PL1及突出長度PL2的任一者為0.2mm以下，則該部分的剪切強度變小，焊珠2會較上板1或下板3的基材更早斷裂。反之，若突出部P1、P2中的任一者係深入下板3內而形成，突出長度PL1或突出長度PL2超過下板3的厚度，則焊珠2會貫通下板3的底面並露出。若發生此種背面焊珠，因為焊接部的外觀下降，則無法滿足作為製品的品質要求。又，變得必須增加研磨背面焊珠的步驟，而使成本增加。
再者，本發明一態樣的焊接構件具備至少一個上述突出部即可，亦可形成兩個以上的突出部。又，所形成之至少兩個突出部的突出長度皆為0.2mm以上，且最長之突出部的突出長度只要在下板3的厚度以下即可。
接著，即使在焊珠2延伸方向中的任意位置，本發明一態樣的焊接構件之焊珠2的突出部較佳係滿足上述條件。
(熔融Zn系鍍覆鋼板的種類) 本發明一態樣的焊接構件10中，熔融Zn系鍍覆鋼板係熔融Zn鍍覆鋼板、合金化熔融Zn鍍覆鋼板、熔融Zn-Al鍍覆鋼板、熔融Zn-Al-Mg鍍覆鋼板等之以Zn作為鍍覆層主成分的熔融鍍覆鋼板。
熔融Zn系鍍覆鋼板的Zn鍍覆層4係能夠以Zn作為主成分，並含有1.0質量%以上且22.0質量%以下的Al。本實施形態的焊接構件10之Zn鍍覆層4中的Al濃度在1質量%以上，也就是說，即使Al濃度係高濃度，焊珠2的剪切強度亦優異。此係因為，藉由焊接時鍍覆層之行為的變化，即使某種程度地產生較多的氣孔B，但藉由使焊珠2之氣孔含有率Br在50%以下的同時，並藉由滿足上述(1)式，能夠防止剪切強度下降。
又，在熔融Zn系鍍覆鋼板中，因為熔融Zn-Al-Mg鍍覆鋼板係含有Al：1.0~22.0質量%、Mg：0.05~10.0質量%，且耐腐蝕性優異，故較佳。此時，在耐腐蝕性優異的同時，亦能夠成為焊接部的剪切強度優異的焊接構件。
再者，為了抑制成為鍍覆層外觀及耐腐蝕性下降之原因的Zn11 Mg2 系相的生成，熔融Zn-Al-Mg鍍覆鋼板的鍍覆層較佳係含有Ti：0.002~0.1質量%或B：0.001~0.05質量%。
又，為了抑制鍍覆層基板表面與生成於鍍覆層界面之Fe-Al合金層的過度成長而提升加工時鍍覆層的密合性，熔融Zn-Al-Mg鍍覆鋼板的鍍覆層亦可含有2.0%質量%以下的Si。
又，熔融Zn-Al-Mg鍍覆鋼板的鍍覆層亦可含有2.5質量%以下的Fe。
上述事項係可如下述表示。也就是說，熔融Zn-Al-Mg鍍覆鋼板的鍍覆層較佳係滿足由Ti：0.002~0.1質量%、B：0.001~0.05質量%、Si：0~2.0質量%、Fe：0~2.5質量%所組成之群組中至少一者以上的條件。
(熔融Zn系鍍覆鋼板的板厚) 在本發明一態樣的焊接構件10中，熔融Zn系鍍覆鋼板的板厚(厚度)係未特別限定。能夠根據焊接構件10的用途，適當選擇板厚。
[焊接構件的製造方法] 舉例來說，能夠使用脈衝電弧焊接法來製造本發明實施形態的焊接構件10。就本發明實施形態之焊接構件10的製造方法而言，使用圖3及圖4進行以下說明。
圖3係概略地顯示脈衝電弧焊接法的脈衝電流波形之圖。圖4係概略地顯示脈衝電弧焊接時焊接部附近的樣子之剖面圖。
如圖3所示，脈衝電弧焊接法係藉由交互地供給峰值電流IP與基極電流IB之電弧焊接法，峰值電流IP係可設定在熔滴係噴霧轉移的臨界電流以上。將峰值電流IP流動的時間作為峰值期間PP，且將由峰值電流IP及基極電流IB而成之脈衝電流的脈衝週期作為週期PFQ。
如圖4所示，若將從焊絲5前端至熔融池6為止的距離拉長，也就是將電弧長度拉長，並將峰值電流IP設定在臨界電流以上，則產生藉由電磁力而將焊絲前端的熔滴拉緊之效果(電磁捏縮(Pinch)效果)，藉由此電磁捏縮效果使得焊絲5前端的熔滴產生縮緊，將熔滴小顆粒化並使各脈衝週期能夠以正確的規則進行熔滴的轉移(噴霧轉移)。藉此，熔滴係平滑地轉移至熔融池6。
藉由如此之脈衝電弧焊接法，因為電弧長度長，故電弧8變寬且熔融池6的寬度變寬，且能夠容易地在下述(1)的範圍內，形成熔融池6凝固時之焊珠2的剖面寬度W(焊接步驟)。
2T≦W≦6T･･･(1) 又，因為脈衝電弧焊接法係能夠促進Zn蒸氣的排出並抑制氣孔的產生，故能夠使氣孔占有率Br降低。因此，使用脈衝電弧焊接法電弧焊接每面之鍍覆附著量為15~250g/m2 之各熔融Zn系鍍覆鋼板時，藉由形成滿足上述(1)式且氣孔占有率Br在50%以下的焊珠2，能夠防止焊珠2的剪切強度下降。
接著，控制脈衝電弧焊接法的各種條件，藉由電弧熱於熔融池6形成深熔入部P1’，以及形成經熔滴7的噴霧轉移而成之深熔入部P2’。此深熔入部P1’、P2’在熔融池6凝固後，形成焊珠2的突出部P1、P2，再藉由錨定效應，能夠提高焊接構件10的剪切強度。
於本實施形態中，脈衝電弧焊接的條件並未特別限定，只要能夠獲得本實施形態的焊接構件10，則能夠適當選擇電弧長度、峰值電流IP、週期PFQ、峰值期間PP等脈衝電弧焊接的條件。
在本實施形態的脈衝電弧焊接法中，為了使熔滴噴霧轉移，使用Ar-CO2 氣體作為保護氣體。CO2 濃度較佳係1體積%以上且30體積%以下，更佳係5體積%以上且20體積%以下。若CO2 濃度過高，則難以使熔滴進行噴霧轉移。另一方面，若CO2 濃度過低，則電弧8變寬，剖面寬度W變大至必要程度以上。
又，在本實施形態的脈衝電弧焊接法中，使用JIS Z3312所規定之各種實心電線，來作為焊絲。例如能夠使用JIS Z3312 YGW12。舉例來說，焊絲的直徑係能夠使用直徑1.2mm之物，亦可使用焊絲直徑在0.8~1.6mm範圍的焊絲。
再者，在習知之電弧焊接法中，因為熔滴轉移係短路轉移且電弧長度短，故在本發明的範圍之前，難以使焊珠2的剖面寬度W變寬。若為了使剖面寬度W變寬而增大焊接電流、焊接電壓，則產生背面焊珠或熔解。又，在習知之電弧焊接法中，下板3中焊珠2的突出部僅能夠為1個位置，故錨定效應小。
(總結) 如上所述，本發明一態樣之焊接構件，其較佳係，前述焊珠在以垂直於該焊珠延伸方向的面來切開之剖面中，具備有突出至前述第一熔融Zn系鍍覆鋼板中的突出部，且前述突出部朝前述第一熔融Zn系鍍覆鋼板中突出長度為0.2mm以上，並突出長度為前述第一熔融Zn系鍍覆鋼板的厚度以下。
又，本發明一態樣之焊接構件，其亦可為，前述第一熔融Zn系鍍覆鋼板與第二熔融Zn系鍍覆鋼板中的Zn系鍍覆層係以Zn作為主成份，並含有1.0質量%以上且22.0質量%以下的Al。
再者，本發明一態樣之焊接構件，其較佳係，前述第一熔融Zn系鍍覆鋼板與第二熔融Zn系鍍覆鋼板中的Zn系鍍覆層係含有0.05質量%以上且10.0質量%以下的Mg。
再者，本發明一態樣之焊接構件，其較佳係，前述第一熔融Zn系鍍覆鋼板與第二熔融Zn系鍍覆鋼板中的Zn系鍍覆層之組成係滿足由Ti：0.002~0.1質量%、B：0.001~0.05質量%、Si：0~2.0質量%、Fe：0~2.5質量%所組成之群組中至少一者以上的條件。
又，本發明一態樣之焊接構件的製造方法，其亦可為，前述第一熔融Zn系鍍覆鋼板與第二熔融Zn系鍍覆鋼板中的Zn系鍍覆層係以Zn作為主成份，並含有1.0質量%以上且22.0質量%以下的Al。
又，本發明一態樣之焊接構件的製造方法，其較佳係，前述第一熔融Zn系鍍覆鋼板與第二熔融Zn系鍍覆鋼板中的Zn系鍍覆層係含有0.05質量%以上且10.0質量%以下的Mg。
又，本發明一態樣之焊接構件的製造方法，其較佳係，前述第一熔融Zn系鍍覆鋼板與第二熔融Zn系鍍覆鋼板中的Zn系鍍覆層之組成係滿足由Ti：0.002~0.1質量%、B：0.001~0.05質量%、Si：0~2.0質量%、Fe：0~2.5質量%所組成之群組中至少一者以上的條件。
本發明並不限於上述各實施形態，其可在請求項所示之範圍內進行各種變更，且將分別揭示於不同實施形態之技術手段適宜地組合而獲得的實施形態，也包含在本發明之技術範圍內。
[實施例] 以下，雖然藉由實施例及比較例，針對本發明一態樣之焊接構件10進行進一步說明，但本發明並不限於此等實施例。
＜第一實施例＞ 使用板厚2.3mm、寬度100mm及長度100mm的熔融Zn-6質量%Al-3質量%Mg鍍覆鋼板，作為上板及下板，並以脈衝電弧焊接法或習知之電弧焊接法，進行搭接接頭的填角焊接。焊絲係使用直徑1.2mm的JIS Z3312 YGW12，搭接接頭的重疊部係30mm。
針對重覆填角焊接後的各樣品(以下稱為焊接樣品)進行X射線穿透試驗，並測定氣孔占有率。經過X射線穿透試驗後，從焊接樣品的中央部分採取50mm的拉伸試驗片。針對該拉伸試驗片，於剪切焊珠的方向施加拉伸荷重P並進行拉伸試驗，調查斷裂位置。拉伸試驗係在拉伸速度3mm/min下進行。
又，從極度靠近經採取之拉伸試驗片之部分的位置採取剖面觀察用樣品，藉由使用顯微鏡觀察，來調查焊珠的剖面寬度W及突出部的突出長度。將調查結果顯示於表1。
[表1]
此處，No.1實施例中的脈衝電弧焊接法之焊接電流及焊接電壓係各自顯示波峰值及基極值的積分值。又，No.1實施例中突出部的突出長度係顯示2個突出部中，較短者之突出部的突出長度。在No.2及No.3的比較例中，僅形成1個突出部。接著，表1中的鍍覆附著量係顯示每面的鍍覆附著量。
如表1所示，在使用脈衝電弧焊接法的No.1實施例中，熔融Zn系鍍覆鋼板中每面的鍍覆附著量、焊珠的剖面寬度W、及氣孔占有率Br皆在本發明的範圍內，其拉伸試驗的結果，下板變成基材斷裂。又，斷裂荷重為54kN。藉由本發明，能夠獲得焊珠的剪切強度優異之焊接構件。
相對於此，在使用習知之電弧焊接法的No.2比較例中，焊珠的剖面寬度W係小於本發明的範圍，其拉伸試驗的結果，焊珠斷裂。又，斷裂荷重為12kN。從No.2比較例來看，即使，在鍍覆附著量為較小之45g/m2 ，且氣孔占有率為較小之15%的情況下，但當焊珠剖面寬度為狹窄時，焊珠的剪切強度下降，且在焊珠產生斷裂。
又，在No.3比較例中，藉由增大成較No.2比較例還大的焊接電流及焊接電壓且進行習知之電弧焊接，雖然能夠使焊珠的剖面寬度W較No.2比較例還大，但突出部的突出長度及氣孔占有率增加。在No.3比較例中，雖然焊珠的剖面寬度W滿足上述(1)式，但氣孔占有率為較大之78%，其係在本發明範圍外。因此，拉伸試驗的結果，焊珠斷裂。又，斷裂荷重為16kN。
從No.3比較例來看，相對於鍍覆附著量為較大之190g/m2 的熔融Zn系鍍覆鋼板，使用習知之電弧焊接法，增大焊接電流及焊接電壓並進行電弧焊接時，可說是以下事項。也就是說，於此情況下，即使能夠增加剖面寬度W，但因為容易產生氣孔，故氣孔占有率Br大幅增大(超過50%)，且拉伸試驗的結果，在焊珠2產生斷裂。又，於此情況下，突出部的突出長度變長，亦產生背面焊珠。
若使用圖5~7來針對上述No.1實施例及No.2~3比較例進行說明，則如下所述。圖5係顯示No.1實施例之焊接部附近的剖面之光學顯微鏡圖照片。圖6係顯示No.2比較例之焊接部附近的剖面之光學顯微鏡圖照片。圖7係顯示No.3比較例之焊接部附近的剖面之光學顯微鏡圖照片。
如圖5所示，因為在No.1實施例中，焊珠的剖面寬度W為9.2mm，氣孔占有率Br為45%，皆在本發明的範圍內，故能夠確保剪切面S的剖面面積。因此，No.1實施例中焊接構件之焊珠2的剪切強度優異。又，因為在下板3中形成2個焊珠突出部(P1、P2)，且較短之突出部P1中的突出部深度為很深的0.8mm，故錨定效果增大且使焊珠2的剪切強度更優異。
相對於此，如圖6所示，在No.2比較例中，焊珠2的剖面寬度W為狹窄的3.7mm。雖然氣孔占有率為低的15%，但即使如此，在No.2比較例中亦無法充分地確保剪切面S的剖面面積。又，突出部之深度為熔入較淺的0.1mm。
如圖7所示，在使用鍍覆附著量為較大之190g/m2 的熔融Zn系鍍覆鋼板，且焊接電流、焊接電壓皆比No.2還大的No.3比較例中，雖然焊珠2的剖面寬度W成為較大的5.9mm，其係在上述(1)式的範圍內，但大量產生氣孔B，氣孔占有率Br成為本發明的範圍外。又，因為焊接時熔融至下板3的底面，故產生背面焊珠。
＜第二實施例＞ 接著，使用各種鍍覆層組成的熔融Zn系鍍覆鋼板，以脈衝電弧焊接法，進行搭接接頭的填角焊接，並製作焊接樣品。將脈衝電弧焊接條件顯示於表2。
[表2]
此處係顯示於表2所示之脈衝電弧焊接法中，焊接電流及焊接電壓各自的波峰值及基極值之積分值。
針對各焊接樣品，以上述第一實施例相同的手法，調查焊珠的剖面寬度W、氣孔占有率Br、剪切強度。將結果顯示於表3。
[表3]
此處，就No.4~16、18~25而言，表3所示之突出部的突出長度係較短之突出部的突出長度；就No.17而言，表3所示之突出部的突出長度係較長之突出部的突出長度。
再者，焊接樣品中之焊珠的剖面寬度及突出部的突出長度係在表2所示之範圍內進行各種焊接條件的變化，而能夠調節。此處，在特定焊接條件下，經過脈衝電弧焊接而獲得之焊接樣品的上述剖面寬度及突出長度係能夠因應熔融Zn系鍍覆鋼板的種類(基材組成、鍍覆層組成)、鍍覆附著量、板厚、電弧焊接裝置的特性等各種條件而變動。
舉例來說，在上板及下板皆為鍍覆附著量為60g/m2 的合金化熔融Zn鍍覆鋼板，且板厚皆為2.3mm的No.5實施例中，在以下的焊接條件進行脈衝電弧焊接。也就是說，在焊接電流：160A、焊接電壓：20V、保護氣體：Ar-10體積%CO2 的焊接條件下進行脈衝電弧焊接。此時，如表3所示，獲得焊珠的剖面寬度：6.4mm、突出部的突出長度：0.5mm、氣孔占有率：12%之結果。
作為影響焊接樣品中上述剖面寬度及突出長度之重要因素之一，可舉出例如焊接的熱量輸入。舉例來說，在上述No.5實施例的情況下，熱量輸入係能夠以下述般表示。 熱量輸入 = (160A×20V)÷(40cm/60s)=4800(J/cm) 此處，為了配合單位，將焊接速度：0.4m/min記載為(40cm/60s)。
如此一來，在上述No.5實施例中，例如在板厚2.3mm的情況下，設定焊接條件，使熱量輸入≧4800(J/cm)。藉此，能夠使焊珠的剖面寬度成為6.4mm以上，並使突出部的突出長度成為0.5mm以上，且能夠成為焊珠之剪切強度優異的焊接構件。然而，若熱量輸入過多，則能夠理解成剖面寬度及突出量變得過大。接著，較佳之熱量輸入的範圍係具有隨板厚變化的傾向，若板厚變薄則較佳之熱量輸入的範圍變低，若板厚變厚則較佳之熱量輸入的範圍變高。
於製造實施例的焊接構件時，能夠以使焊珠的剖面寬度及突出部的突出長度在本發明範圍內的方式，在上述表2的範圍內，適當地設定焊接條件。例如進行初步實驗，並藉由因應其結果而調節焊接條件來設定如上述般的焊接條件。
如表3所示，在No.4~17的實施例中，熔融Zn系鍍覆鋼板之每面的鍍覆附著量、焊珠的剖面寬度W及氣孔占有率Br皆在本發明的範圍內，其拉伸試驗的結果，皆顯示在上板或下板產生基材斷裂，並具有優異的剪切強度。
又，在No.17的實施例中，因為熔入過多，突出部的突出長度超過下板的厚度，故產生背面焊珠。此時，若根據作為製品所要求之品質，則產生研磨背面焊珠的必要。
相對於此，在熔融Zn系鍍覆鋼板之每面的鍍覆附著量、焊珠的剖面寬度W及氣孔占有率Br中至少一者在本發明的範圍外之No.18~25的比較例中，其拉伸試驗的結果，皆顯示焊珠斷裂，焊珠的剪切強度下降。
1、130‧‧‧上板(第二熔融Zn系鍍覆鋼板)
2、120‧‧‧焊珠
3、110‧‧‧下板(第一熔融Zn系鍍覆鋼板)
4‧‧‧Zn系鍍覆層
5‧‧‧焊絲
6‧‧‧熔融池
7‧‧‧熔滴
8‧‧‧電弧
10、100‧‧‧焊接構件
τ‧‧‧剪切應力
B‧‧‧氣孔
BS‧‧‧邊界面
b1、b2‧‧‧邊界
di‧‧‧第i個氣孔的長度
L‧‧‧焊珠長度
P‧‧‧拉伸荷重
P1、P2‧‧‧突出部
PL1、PL2‧‧‧突出長度
IP‧‧‧峰值電流(A)
PP‧‧‧峰值期間(ms)
PFQ‧‧‧週期(ms)
IB‧‧‧基極電流(A)
S‧‧‧剪切面
W‧‧‧剖面寬度
T1、T2‧‧‧厚度
［圖1］係顯示本發明實施形態中焊接構件之焊珠延伸方向的垂直剖面之概略圖。 ［圖2］係用於說明上述焊接構件之氣孔占有率的測定方法之平面圖。 ［圖3］係概略地顯示脈衝電弧焊接法的脈衝電流波形之圖。 ［圖4］係概略地顯示脈衝電弧焊接時焊接部附近的樣子之剖面圖。 ［圖5］係顯示本發明實施形態中焊接構件之剖面的光學顯微鏡照片。 ［圖6］係顯示使用習知的電弧焊接法所作成之焊接構件之剖面的光學顯微鏡照片。 ［圖7］係顯示使用習知的電弧焊接法所作成之焊接構件之剖面的光學顯微鏡照片。 ［圖8］(a)係概略地顯示經搭接接頭的填角焊接之焊接構件之斜視圖；(b)係概略地顯示使上述焊接構件負荷有拉伸荷重時，在上板與下板之間將上述焊接構件分割之剪切應力的作用狀態之斜視圖；(c)係概略地顯示在上述焊接構件中產生有氣孔的焊珠剖面之斜視圖。

Claims (9)

  1. 一種焊接構件，其係在第一熔融Zn系鍍覆鋼板之第一板面上使第二熔融Zn系鍍覆鋼板以電弧焊接重合之焊接構件，其特徵在於： 在前述第一板面上形成焊珠，前述焊珠係互相接合有前述第一熔融Zn系鍍覆鋼板與第二熔融Zn系鍍覆鋼板； 在前述第一熔融Zn系鍍覆鋼板與第二熔融Zn系鍍覆鋼板中，每面之鍍覆附著量為15~250g/m2 ； 前述焊珠在以垂直於該焊珠延伸方向的面來切開之剖面中，從前述第一板面上之Zn系鍍覆層與焊珠之邊界的一方至另一方為止的剖面寬度W，係以滿足下述(1)式的方式形成，且下述(2)式所示之氣孔占有率Br係在50%以下； 2T≦W≦6T･･･(1)； Br=(Σdi/L)×100･･･(2)； 此處， T：其係前述熔融Zn系鍍覆鋼板的厚度，且在前述第一熔融Zn系鍍覆鋼板的厚度與第二熔融Zn系鍍覆鋼板的厚度相異時，其係指厚度較薄者的厚度； di：以X射線穿透試驗所觀察之第i個氣孔的長度； L：焊珠長度。
  2. 如請求項1所述之焊接構件，其中，前述焊珠於前述剖面具備有突出至前述第一熔融Zn系鍍覆鋼板中的突出部，且前述突出部朝前述第一熔融Zn系鍍覆鋼板中突出長度為0.2mm以上，並突出長度為前述第一熔融Zn系鍍覆鋼板的厚度以下。
  3. 如請求項1或2所述之焊接構件，其中，前述第一熔融Zn系鍍覆鋼板與第二熔融Zn系鍍覆鋼板中的Zn系鍍覆層係以Zn作為主成份，並含有1.0質量%以上且22.0質量%以下的Al。
  4. 如請求項3所述之焊接構件，其中，前述第一熔融Zn系鍍覆鋼板與第二熔融Zn系鍍覆鋼板中的Zn系鍍覆層係含有0.05質量%以上且10.0質量%以下的Mg。
  5. 如請求項4所述之焊接構件，其中，前述第一熔融Zn系鍍覆鋼板與第二熔融Zn系鍍覆鋼板中的Zn系鍍覆層之組成係滿足由Ti：0.002~0.1質量%、B：0.001~0.05質量%、Si：0~2.0質量%、Fe：0~2.5質量%所組成之群組中至少一者以上的條件。
  6. 一種焊接構件的製造方法，其係藉由使用交互地供給峰值電流與基極電流來產生電弧之脈衝電弧焊接法，在第一熔融Zn系鍍覆鋼板之第一板面上，使第二熔融Zn系鍍覆鋼板重合並電弧焊接之焊接構件的製造方法，其係包含： 焊接步驟，其係在前述第一板面上形成焊珠，前述焊珠係互相接合有前述第一熔融Zn系鍍覆鋼板與第二熔融Zn系鍍覆鋼板； 在前述第一熔融Zn系鍍覆鋼板與第二熔融Zn系鍍覆鋼板中，每面之鍍覆附著量為15~250g/m2 ； 前述焊接步驟使前述焊珠在以垂直於該焊珠延伸方向的面來切開之剖面中，從前述第一板面上之Zn系鍍覆層與焊珠之邊界的一方至另一方為止的剖面寬度W，係以滿足下述(1)式的方式形成，且下述(2)式所示之氣孔占有率Br係在50%以下； 2T≦W≦6T･･･(1)； Br=(Σdi/L)×100･･･(2)； 此處， T：其係前述熔融Zn系鍍覆鋼板的厚度，且在前述第一熔融Zn系鍍覆鋼板的厚度與第二熔融Zn系鍍覆鋼板的厚度相異時，其係指厚度較薄者的厚度； di：以X射線穿透試驗所觀察之第i個氣孔的長度； L：焊珠長度。
  7. 如請求項6所述之焊接構件的製造方法，其中，前述第一熔融Zn系鍍覆鋼板與第二熔融Zn系鍍覆鋼板中的Zn系鍍覆層係以Zn作為主成份，並含有1.0質量%以上且22.0質量%以下的Al。
  8. 如請求項7所述之焊接構件的製造方法，其中，前述第一熔融Zn系鍍覆鋼板與第二熔融Zn系鍍覆鋼板中的Zn系鍍覆層係含有0.05質量%以上且10.0質量%以下的Mg。
  9. 如請求項8所述之焊接構件的製造方法，其中，前述第一熔融Zn系鍍覆鋼板與第二熔融Zn系鍍覆鋼板中的Zn系鍍覆層之組成係滿足由Ti：0.002~0.1質量%、B：0.001~0.05質量%、Si：0~2.0質量%、Fe：0~2.5質量%所組成之群組中至少一者以上的條件。
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