JP7741377B2 - 溶接継手、溶接継手の製造方法、自動車部品、及び建材部品 - Google Patents

Description

本発明は、溶接継手、溶接継手の製造方法、自動車部品、及び建材部品に関する。

機械構造部品、例えば自動車部品及び建材部品の耐食性を向上させる手段として、電着塗装がある。電着塗装とは、電着塗料が入ったタンクの中に被塗物及び電極を入れ、両者の間に電位差を生じさせ、塗膜成分を電気泳動させる事により、被塗物の表面に塗膜を析出させる塗装方法である。

しかしながら、機械構造部品が溶接部を有する場合、溶接部に形成されるスラグ及びスケールが、部品の耐食性を劣化させることがある。スラグとは、溶接ビードを部分的又は全体的に覆っている非金属物質のことである。スラグは、母材鋼板及び溶接材料が溶融凝固して溶接ビードが形成される際に、溶接ビードから排出される酸化物等から構成される。スケールとは、溶接熱によって金属の表面に生じる酸化被膜のことである。スケールは溶接ビードおよびその周辺の熱影響部（Ｈｅａｔ Ａｆｆｅｃｔｅｄ Ｚｏｎｅ／ＨＡＺ）に形成される。

一般的に、スラグの導電性は低い傾向にある。そのため、スラグが付着した溶接部を電着塗装すると、スラグが付着した箇所においては塗膜が析出しない。その結果、溶接部には、塗膜が形成されずスラグおよび下地金属が露出した箇所が生じる。即ち、スラグは電着塗装不良の原因となる。

スケールは、電着塗装不良の原因とはなりにくい。しかしながら、スケールが付着した溶接部を電着塗装すると、下地金属と塗膜との間にスケールと化成皮膜が配されることとなる。一般的にスケールは下地金属から剥がれ易い。そのため、スケールが塗膜と共に下地金属から剥離する恐れがある。

塗装不良が生じた領域、及びスケール密着性が損なわれた領域のいずれにおいても、電着塗膜による耐食性向上効果が得られない。このような領域では、赤錆が容易に生成及び成長し、腐食進行による減肉が生じ、部品の機械特性が損なわれる。従って、溶接部における塗装不良率の低減、及びスケール密着性の向上が求められている。

特許文献１では、複数枚の薄鋼板をガスシールドアーク溶接により接合するためのガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤであって、ワイヤ全質量に対する質量％で、Ｃ：０．０５～０．２０％、Ｓｉ：０．０１～０．１８％、Ｍｎ：１．０～３．０％、Ｔｉ：０．０６～０．２５％、Ａｌ：０．００３～０．１０％、Ｂ：０～０．０１００％、Ｐ：０超～０．０１５％、Ｓ：０超～０．０１５％、及び任意元素を含み、残部が鉄及び不純物からなり、Ｓｉ×Ｍｎ≦０．３０及び（Ｓｉ＋Ｍｎ／５）／（Ｔｉ＋Ａｌ）≦３．０を満たし、さらにＣｅｑが０．４０～０．９０％であるソリッドワイヤが開示されている。

特許文献２では、Ａｒを９２～９９．５体積％含有するシールドガスを用いて、引張強度が７８０ＭＰａ以上の鋼板を溶接するためのガスシールドアーク溶接方法であって、前記シールドガス中のＡｒ含有量（体積％）をＣ_Ａｒ、前記シールドガスを供給するノズルの内径（ｍｍ）をＤ、溶接速度（ｃｍ／ｍｉｎ）をｖ、溶接電流（Ａ）をＩ、としたとき、式（１）により算出される値が０．２０以上であることを特徴とする、ガスシールドアーク溶接方法が開示されている。
｛√ｖ／（Ｄ／２）^２｝×１０－｛（１００－Ｃ_Ａｒ）×Ｉ／ｖ｝×０．１ ・・・（１）

特許文献３では、鋼材に溶接して鋼製溶接構造物を得る工程と、ＥＤＴＡ又はその塩を含有する酸性溶液に鋼製溶接構造物を浸漬させる鋼製溶接構造物の洗浄方法により前記鋼製溶接構造物を洗浄する工程とを備える鋼製溶接構造物の製造方法が開示されている。

特開２０２１－３７３２号公報 特開２０２０－６６０３６号公報 特開２０１８－２１２２７号公報

特許文献１に開示された技術においては、溶接ビードの表面に発生するスラグを導電性スラグとすることにより、溶接部の電着塗装不良を抑制している。しかしながら、特許文献１には、熱影響部の表面に形成されたスケールに起因するスケール密着性の低下を解決する手段が開示されていない。

特許文献２に開示された技術においては、溶接ビード上に膜状に均一に生成される酸化被膜にスラグを埋没させ、さらにスラグ生成量を減少させることにより、溶接部の電着塗装不良を抑制している。しかしながら、特許文献２には、熱影響部の表面に形成されたスケールに起因するスケール密着性の低下を解決する手段が開示されていない。

特許文献３に開示された技術においては、化成処理前の鋼製溶接構造物を洗浄してスケールを除去することによって、その耐食性を向上させている。しかしながら、スケールを除去するための洗浄工程は、機械構造部品の生産性を低下させ、製造コストを増大させる。

以上の事情に鑑みて、本発明は、電着塗装不良を抑制し、且つ、スケール密着性を高めることができる溶接継手、自動車部品、及び建材部品、並びに溶接継手の製造方法を提供することを課題とする。

本発明の要旨は以下の通りである。

（１）本発明の一態様に係る溶接継手は、第１の鋼板と、第２の鋼板と、前記第１の鋼板の端部及び前記第２の鋼板の第１面を接合する溶接ビードと、前記溶接ビードの周囲に形成され、前記第２の鋼板の第２面において前記第２の鋼板の外部に露出するＨＡＺと、前記第２の鋼板の前記第２面において、前記ＨＡＺに付着したスケールと、を備え、前記第１の鋼板のＳｉ含有量が０～０．２０質量％であり、前記第２の鋼板のＳｉ含有量が０．２０～１．２０質量％であり、前記溶接ビードの面積に対する、前記溶接ビードに付着したスラグの面積の割合が９％以下であり、前記溶接ビードの溶け込み深さが、前記第２の鋼板の板厚に対し１５％以上、８５％以下であり、前記第２の鋼板の前記第２面においてＸ線結晶構造解析を行うことによって前記ＨＡＺから検出される、ファイアライトをさらに備える。
（２）上記（１）に記載の溶接継手は、前記第１の鋼板と前記第２の鋼板とが重ねられた重ね隅肉溶接継手であってもよい。
（３）上記（１）に記載の溶接継手は、前記第１の鋼板と前記第２の鋼板とが直角に配置されたＴ継手であってもよい。
（４）上記（１）～（３）のいずれか一項に記載の溶接継手は、前記第１の鋼板、前記第２の鋼板、前記溶接ビード、前記ＨＡＺ、前記スラグ、及び前記スケールを覆う電着塗膜をさらに備えてもよい。
（５）上記（４）に記載の溶接継手では、塗装不良面積率が７％以下であってもよい。

（６）本発明の別の態様に係る溶接継手の製造方法は、第１の鋼板の端部と、第２の鋼板の第１面とをガスシールドアーク溶接して、溶接ビードを形成する工程を備える溶接継手の製造方法であって、前記第１の鋼板のＳｉ含有量が０～０．２０質量％であり、前記第２の鋼板のＳｉ含有量が０．２０～１．２０質量％であり、前記溶接ビードの周囲に形成されるＨＡＺが、前記第２の鋼板の第２面において前記第２の鋼板の外部に露出し、前記溶接ビードの溶け込み深さが、前記第２の鋼板の板厚に対し１５％以上８５％以下であり、前記ガスシールドアーク溶接のために用いられるシールドガスにおける酸化性ガスの割合が１０％以下である。
（７）上記（６）に記載の溶接継手の製造方法では、前記シールドガスにおける酸化性ガスの割合が５％以下であってもよい。
（８）上記（６）又は（７）に記載の溶接継手の製造方法は、前記ガスシールドアーク溶接の後で、前記第１の鋼板、前記第２の鋼板、前記溶接ビード、前記ＨＡＺ、スラグ、及びスケールに電着塗装する工程をさらに備えてもよい。
（９）上記（６）～（８）のいずれか一項に記載の溶接継手の製造方法では、前記ガスシールドアーク溶接の際に、前記第１の鋼板と前記第２の鋼板とを重ね合わせてもよい。
（１０）上記（６）～（８）のいずれか一項に記載の溶接継手の製造方法では、前記ガスシールドアーク溶接の際に、前記第１の鋼板と前記第２の鋼板とがなす角度を８０°～１００°としてもよい。

（１１）本発明の別の態様に係る自動車部品は、上記（１）～（５）のいずれか一項に記載の溶接継手を備える。
（１２）本発明の別の態様に係る建材部品は、上記（１）～（５）のいずれか一項に記載の溶接継手を備える。

本発明によれば、電着塗装不良を抑制し、且つ、スケール密着性を高めることができる溶接継手、自動車部品、及び建材部品、並びに溶接継手の製造方法を提供することができる。

本実施形態に係る重ね隅肉溶接継手の、溶接線に垂直な断面図である。 本実施形態に係るＴ継手の、溶接線に垂直な断面図である。 本実施形態に係る重ね隅肉溶接継手の斜視図である。 溶接直後、及び化成処理後の溶接継手ａ～ｃの第２の鋼板の第２面の写真である。 電着塗装直後、及び剥離試験後の溶接継手ａ～ｃの第２の鋼板の第２面の写真である。

以下、本発明の一態様に係る溶接継手について、図面を参照しながら説明する。本実施形態に係る溶接継手１は、図１又は図２に示されるように、第１の鋼板１１と、第２の鋼板１２と、第１の鋼板１１の端部１１１及び第２の鋼板１２の第１面１２１を接合する溶接ビード１３と、溶接ビード１３の周囲に形成され、第２の鋼板１２の第２面１２２に露出するＨＡＺ１４と、溶接ビード１３の表面に付着したスラグ１５と、第２の鋼板１２の第２面１２２のＨＡＺ１４に付着したスケール１６と、を有する。

（溶接継手１の形状について）
本実施形態に係る溶接継手１は、図１に例示される重ね隅肉溶接継手であってもよい。溶接継手１が重ね溶接継手１である場合、第１の鋼板１１と第２の鋼板１２とは重ねられている。換言すると、第１の鋼板１１と第２の鋼板との挟角の大きさは例えば０°～１０°の範囲内である。また、本実施形態に係る溶接継手１は、図２に例示されるＴ継手であってもよい。溶接継手１がＴ継手である場合、第１の鋼板１１と第２の鋼板１２とは実質的に直角に配される。例えば、溶接継手１がＴ継手である場合、第１の鋼板１１と第２の鋼板１２とがなす角度は８０°～１００°の範囲内であってもよい。もっとも、第１の鋼板１１と第２の鋼板１２とがなす角度は特に限定されず、０°以上１８０°以下の種々の値をこれに適用することができる。

いずれの場合であっても、本実施形態に係る溶接継手１においては、一方の鋼板の端部が、他方の鋼板の表面に溶接された形状を有する。以下、便宜上、本実施形態に係る溶接継手１においては、端部が溶接される鋼板を第１の鋼板１１と称し、表面が溶接される鋼板を第２の鋼板１２と称する。また、第２の鋼板１２の２つの表面のうち、第１の鋼板１１と溶接される方の表面を第１面１２１と称し、第１の鋼板１１と溶接されない方の表面を第２面１２２と称する。

溶接継手１は、第１の鋼板１１の端部１１１及び第２の鋼板１２の第１面１２１を接合する溶接ビード１３を有する。溶接ビード１３とは、溶接中に溶融凝固した金属のことである。さらに溶接継手１は、溶接ビード１３の周囲に形成されたＨＡＺ１４を有する。ＨＡＺ１４（熱影響部、Ｈｅａｔ Ａｆｆｅｃｔｅｄ Ｚｏｎｅ）とは、溶接中に溶融していないが、溶接熱によって組織、冶金的性質、及び機械的性質等が変化した部分のことである。以下、溶接ビード１３及びＨＡＺ１４をまとめて「溶接部」と称する場合がある。

本実施形態に係る溶接継手１において、ＨＡＺ１４は、第２の鋼板１２の第２面１２２において、第２の鋼板１２の外部に露出している。さらに、第２の鋼板１２の第２面１２２において、ＨＡＺ１４の表面にはスケール１６が付着している。スケール１６とは、溶接熱によって金属の表面に生じる酸化被膜のことである。図３に示されるように、第２の鋼板１２を溶接ビード１３の裏側から見ると、溶接熱によって変色した箇所を視認することができる。この変色部が、スケール１６が付着した部分である。

なお、溶接時の入熱を小さくすることによって、ＨＡＺ１４を小さくして、第２の鋼板１２の外部に露出させないようにすることも可能である。これにより、第２の鋼板１２の第２面１２２に生じるスケール１６の量を減少させ、スケールの密着性を向上させ、電着塗膜を保持することができる。ただし、この場合、溶接金属の溶け込み深さが不足して、溶接継手１の接合強度が確保されないおそれがある。そのため、本実施形態に係る溶接継手１は、ＨＡＺ１４が第２の鋼板１２の第２面１２２まで及ぶ程度の入熱量を適用した溶接によって製造される。

（第１の鋼板１１について）
第１の鋼板１１は、そのＳｉ含有量が０～０．２０質量％とされる。鋼板中に含まれるＳｉは、溶接中に酸素と結びついて酸化物を形成し、スラグ１５として溶接ビード１３の外側に排出される。Ｓｉ酸化物は非晶質のため導電性が低く、Ｓｉ酸化物を多く含むスラグ１５は電着不良を招く。第１の鋼板１１のＳｉ含有量を０．２０質量％以下とすることにより、溶接ビード１３に付着するスラグ１５の量を低減することができる。第１の鋼板１１のＳｉ含有量を０．１８質量％以下、０．１５質量％以下、又は０．１２質量％以下としてもよい。

一方、第１の鋼板１１のＳｉ含有量が低いほど、溶接スラグ内のＳｉ含有量を抑えることに加え、そのスラグの量を低減することができる。そのため、第１の鋼板１１のＳｉ含有量は０質量％にすることが望ましい。しかし、精錬コストを考慮して、第１の鋼板１１のＳｉ含有量を０．０２質量％以上、０．０５質量％以下、又は０．０８質量％以上としてもよい。

Ｓｉ含有量が上述の範囲内である限り、第１の鋼板１１の厚さは特に限定されない。第１の鋼板１１の厚さは、例えば１ｍｍ以上、２ｍｍ以上、又は４ｍｍ以上であってもよい。第１の鋼板１１の厚さは、例えば８ｍｍ以下、６ｍｍ以下、又は４ｍｍ以下であってもよい。

第１の鋼板１１が含有する、Ｓｉ以外の合金元素の量も特に限定されない。第１の鋼板１１の化学成分の例として、例えば、Ｃ：０．０７％、Ｓｉ：０．０２％、Ｍｎ：１．２％、Ｔｉ：０．０８％、Ａｌ：０．０４、Ｂ：０．００５％、Ｐ：０．００７％、Ｓ：０．００１％、Ｏ：０．００１７％、Ｎ：０．００２２％が挙げられる。

第１の鋼板１１の機械特性も特に限定されない。例えば第１の鋼板１１の引張強さは高い程好ましく、４４０ＭＰａ以上、７８０ＭＰａ以上、又は９８０ＭＰａ以上としてもよい。

第１の鋼板１１が、表面処理を有していてもよい。例えば、第１の鋼板１１が、その表面にＺｎ系めっき、Ａｌ系めっき、Ｓｎ系めっき等を有していてもよい。これにより、第１の鋼板１１の耐食性を一層向上させることができる。

（第２の鋼板１２について）
第１の鋼板１１とは対照的に、第２の鋼板１２は、そのＳｉ含有量が０．２０～１．２０質量％とされる。これにより、第２の鋼板１２の第２面１２２において露出したＨＡＺ１４の表面にファイアライトを形成し、スケール密着性を高めることができる。

本発明者らは、第２の鋼板１２の第２面１２２、即ち溶接ビード１３の反対側の面における耐食性を向上させるために種々の検討を重ねた。第２の鋼板１２の第２面１２２において、耐食性を損なう要因は、スケールと共に塗膜が剥離する事にあった。また、第２の鋼板１２の第２面１２２のスケール密着性を評価したところ、スケール１６が付着した領域におけるスケール密着性は、スケール１６が付着していない領域と比べて劣っていた。しかしながら、様々な鋼種を第２の鋼板１２に適用して、様々な溶接条件で試験を重ねたところ、一部の溶接継手１においては、スケール１６が付着した箇所において優れたスケール密着性が発現していた。このような溶接継手１のスケール１６を分析したところ、いずれの溶接継手１においても、第２の鋼板１２の第２面１２２に露出したＨＡＺ１４の表面からファイアライトが検出された。

ファイアライトとは、化学式Ｆｅ_２ＳｉＯ_４で表される、鉄及びシリコンの複合酸化物である。通常の鋼のスケール１６は、マグネタイト（Ｆｅ_３Ｏ_４）、ヘマタイト（Ｆｅ_２Ｏ_３）、及びウスタイト（ＦｅＯ）等の鉄酸化物から構成されており、ファイアライトは含まれない。一方、Ｓｉ含有量が多い鋼を高温酸化させると、その表面に形成されるスケール１６にはファイアライトが含まれることとなる。

本発明者らの実験結果によれば、第２の鋼板１２のＨＡＺ１４の表面にファイアライトを生成させるためには、第２の鋼板１２のＳｉ含有量を０．２０質量％以上とする必要があることがわかった。そのため、本実施形態に係る溶接継手１においては、第２の鋼板１２のＳｉ含有量を０．２０質量％以上とする。第２の鋼板１２のＳｉ含有量を０．２５質量％以上、０．３０質量％以上、又は０．５０質量％以上としてもよい。

ただし、第２の鋼板１２のＳｉ含有量が増大するほど、溶接金属の表面に形成されるスラグ１５の量が増大する。本実施形態に係る溶接継手１においては、第１の鋼板１１のＳｉ含有量を低下させて、溶融金属においてＳｉを希釈し、スラグ１５の生成量を抑制している。しかし、第２の鋼板１２のＳｉ含有量が１．２０質量％超となると、スラグ１５の量が過剰となり、塗装不良率を十分に低減することができなくなる。そのため、本実施形態に係る溶接継手１においては、第２の鋼板１２のＳｉ含有量を１．２０質量％以下とする。第２の鋼板１２のＳｉ含有量を１．００質量％以下、０．８０質量％以下、又は０．６０質量％以下としてもよい。

なお、特許文献１において説明されているように、鋼板に含まれるＳｉは絶縁性のスラグ１５を形成して電着塗装不良を招来する。そのため、電着塗装によって溶接継手の耐食性を向上させようとする場合において、溶接スラグによる電着塗装不良と、スケール密着性向上に有効なファイアライトとの２つに同時に着目した例はない。

Ｓｉ含有量が上述の範囲内である限り、第２の鋼板１２の厚さは特に限定されない。第２の鋼板１２の厚さは、例えば１ｍｍ以上、２ｍｍ以上、又は４ｍｍ以上であってもよい。第２の鋼板１２の厚さは、例えば８ｍｍ以下、６ｍｍ以下、又は４ｍｍ以下であってもよい。

第２の鋼板１２が含有する、Ｓｉ以外の合金元素の量も特に限定されない。第２の鋼板１２の化学成分の例として、Ｃ：０．０４％、Ｓｉ：０．８５％、Ｍｎ：１．５％、Ｔｉ：０．１０％、Ａｌ：０．０６、Ｂ：０．００２％、Ｐ：０．００９％、Ｓ：０．００３％、Ｏ：０．００１１％、Ｎ：０．００３０％が挙げられる。

第２の鋼板１２の機械特性も特に限定されない。例えば第２の鋼板１２の引張強さは高い程好ましく、４４０ＭＰａ以上、７８０ＭＰａ以上、又は９８０ＭＰａ以上としてもよい。

（スラグ面積率について）
本実施形態に係る溶接継手１において、溶接ビード１３の表面にスラグ１５が付着していてもよい。スラグ１５は、電着塗装の際に塗膜の析出を妨げ、塗装不良を生じさせる。しかし、溶接ビード１３の表面を観察することによって測定される、溶接ビード１３の投影面積に対するスラグ１５の投影面積の割合、即ちスラグ面積率が９％以下であれば、溶接継手１に必要な耐食性を確保することができる。そのため、本実施形態に係る溶接継手１において、スラグ面積率は９％以下とされる。なおスラグ面積率は小さい程好ましく、８％以下、７％以下、６％以下、又は５％以下であってもよい。また、スラグ面積率の下限値を特に限定する必要はなく、スラグ面積率が０％であってもよい。一方、スラグ面積率が１％以上、２％以上、又は４％以上であってもよい。

スラグ面積率は、溶接ビード１３が設けられた表面に垂直な方向で、溶接ビード１３を写真撮影し、その写真を画像解析して、溶接ビード１３の投影面積及びスラグ１５の投影面積を特定することにより、測定することができる。溶接ビード１３の表面に電着塗膜が設けられている場合は、リムーバーを用いて電着塗膜を除去してから、溶接ビード１３を写真撮影すればよい。なお、スラグ面積率と電着塗装不良率とはおおむね一致する。そのため、溶接ビード１３の表面に電着塗膜が設けられている場合は、後述の手段によって電着塗装不良率を求め、この不良率をスラグ面積率とみなしてもよい。

（溶接ビード１３の溶け込み深さについて）
上述のように、本実施形態に係る溶接継手１においては、第２の鋼板１２の第２面１２２においてＨＡＺ１４にファイアライトを形成する必要がある。そのためには、第２の鋼板１２のＳｉ含有量を０．２０質量％以上にすることに加えて、溶接中に第２の鋼板１２の第２面１２２を十分に加熱する必要がある。第２面１２２の加熱が不十分であった場合、第２の鋼板１２の第２面１２２においてＨＡＺ１４の表面からファイアライトが検出されない。

溶接中に第２の鋼板１２の第２面１２２の温度を測定することは容易ではなく、従って、ファイアライトを形成するために必要な加熱温度は明らかではない。しかし本発明者らの実験の結果、第２の鋼板１２のＳｉ含有量を０．２０質量％以上とし、且つ、溶接ビード１３の溶け込み深さを第２の鋼板１２（裏面のＨＡＺがある鋼板）の板厚に対し１５％以上とした場合に、第２の鋼板１２の第２面１２２においてＨＡＺ１４の表面からＦｅ_２ＳｉＯ_４が検出されることが確認された。従って、本実施形態に係る溶接継手１においては、溶接ビード１３の溶け込み深さを第２の鋼板１２（裏面のＨＡＺがある鋼板）の板厚に対し１５％以上とする。溶接ビード１３の溶け込み深さを、第２の鋼板１２の板厚に対し２０％以上、３０％以上、又は４０％以上としてもよい。なお、溶接ビード１３の溶け込み深さは、第２の鋼板１２の第１面１２１を基準として測定される。

ただし、溶け込み深さが過剰であると、溶接中に溶融金属が第２の鋼板１２を貫通する。この場合、第２の鋼板１２の第２面１２２において溶接金属が露出する。そして、この場合、ファイアライトが溶融し、スケールの成長が促進されるためスケールの密着性は低下する。従って、本実施形態に係る溶接継手１においては、溶接ビード１３の溶け込み深さを第２の鋼板１２（裏面のＨＡＺがある鋼板）の板厚に対し８５％以下とする。溶接ビード１３の溶け込み深さを第２の鋼板１２の板厚に対し８０％以下、７５％以下、または７０％としてもよい。

（ファイアライトについて）
本実施形態に係る溶接継手１は、上述したように、第２の鋼板１２の第２面１２２においてＨＡＺ１４の表面から検出されるファイアライトをさらに有する。原因は明らかではないが、ＨＡＺ１４の表面にファイアライトを生成させることにより、たとえＨＡＺ１４にスケール１６が付着していたとしても、ＨＡＺ１４におけるスケール密着性を向上させることができる。

ファイアライトは、第２の鋼板１２の第２面１２２においてＸ線結晶構造解析を行うことによって、ＨＡＺ１４の表面から検出される。Ｘ線結晶構造解析の手順は以下の通りである。該当箇所にＸ線を２θ（５～１００ｄｅｇ）照射し、反射されたＸ線回折を取り込んで、回折図形を得る。そして、得られた回折図形とデータベース内の回折図形を照合し、物質を同定する。なお、第２の鋼板１２の第２面１２２に電着塗膜が配されている場合は、電着塗膜の種類に応じたリムーバーを用いて電着塗膜を除去してから、上述の手順で解析を行えばよい。ただし、ファイアライト以外の酸化物が第２の鋼板１２の第２面１２２に多く付着している場合、この酸化物が妨げとなり、ファイアライトの有無が不明確になる場合がある。もし、Ｘ線結晶構造解析においてファイアライトの有無が判断できなかった場合、スケール断面をＳＥＭ／ＥＤＳ／ＥＰＭＡで評価することにより得られる物質の組成比をさらに考慮して、ファイアライトを同定してもよい。

（電着塗膜）
溶接継手１が第１の鋼板１１、第２の鋼板１２、溶接ビード１３、ＨＡＺ１４、スラグ１５、及びスケール１６を覆う電着塗膜をさらに有してもよい。これにより、溶接継手１の耐食性が飛躍的に向上する。なお、本実施形態に係る溶接継手１においては、ビードに付着したスラグ１５の面積率が９％以下に制限され、さらに、第２の鋼板１２の第２面１２２においてＨＡＺ１４の表面にファイアライトが設けられている。そのため、本実施形態に係る溶接継手１によれば、電着塗膜の塗装不良率は低減され、さらに、電着塗膜のスケール密着性が高められる。例えば、本実施形態に係る溶接継手１によれば、電着塗膜の塗装不良面積率を７％以下、６％以下、５％以下、又は３％以下とすることができる。電着塗膜の種類は特に限定されず、溶接継手１の用途に応じて適宜選択することができる。

電着塗膜の塗装不良面積率は、電着塗装された溶接ビード１３を写真撮影し、その写真を画像解析し、溶接ビード１３の投影面積及び電着塗装不良部の投影面積を特定することにより、測定することができる。

（溶接継手１の製造方法）
次に、本発明の別の態様に係る溶接継手１の製造方法について説明する。本実施形態に係る溶接継手１の製造方法によれば、上述した本実施形態に係る溶接継手１を好適に製造することができる。

本実施形態に係る溶接継手１の製造方法は、第１の鋼板１１の端部１１１と、第２の鋼板１２の第１面１２１とをガスシールドアーク溶接して、溶接ビード１３を形成する工程を有する。ガスシールドアーク溶接においては、第１の鋼板１１及び第２の鋼板１２のＳｉ含有量、入熱量、及びシールドガスの成分が重要な要素となる。

（第１の鋼板１１及び第２の鋼板１２のＳｉ含有量）
本実施形態に係る溶接継手１の製造方法では、第１の鋼板１１のＳｉ含有量を０～０．２０質量％とし、第２の鋼板１２のＳｉ含有量を０．２０～１．２０質量％とする。このようなＳｉ含有量を有する２枚の鋼板を組み合わせることにより、溶接ビード１３に付着するスラグ１５の面積率を低減する効果と、第２の鋼板１２の第２面１２２、即ち溶接ビード１３の反対面においてＨＡＺ１４の表面にファイアライトを形成する効果の両方を得ることができる。

なお、第１の鋼板１１及び第２の鋼板１２には、例えば、上述した本実施形態に係る溶接継手１における第１の鋼板１１及び第２の鋼板１２の好適な形態を適用することができる。また、第１の鋼板１１及び第２の鋼板１２の位置関係についても、上述した本実施形態に係る溶接継手１における好適な形態を適用することができる。即ち、第１の鋼板１１と第２の鋼板１２とがなす角度は、０°以上１８０°以下の任意の値とすることができる。第１の鋼板１１と第２の鋼板１２とを重ね合わせて、溶接継手１を重ね隅肉溶接継手としてもよい。また、第１の鋼板１１と第２の鋼板１２とがなす角度を８０°～１００°として、溶接継手１をＴ継手としてもよい。

（シールドガスの成分）
本実施形態に係る溶接継手１の製造方法では、ガスシールドアーク溶接のために用いられるシールドガスにおける酸化性ガスの割合を１０％以下とする。酸化性ガスとは、第１の鋼板１１及び第２の鋼板１２に含まれるスラグ生成元素、例えばＳｉを酸化させる効果を有するガスである。例えば、酸化性ガスとはＣＯ_２、及びＯ_２等である。酸化性ガスがシールドガスに占める体積率を１０％以下にすることにより、溶接ビード１３に付着するスラグ１５の面積率を低減する効果が得られる。酸化性ガスがシールドガスに占める体積率を９％以下、８％以下、５％以下、又は３％以下としてもよい。

（ＨＡＺ１４の大きさ、及び溶け込み深さ）
本実施形態に係る溶接継手１の製造方法では、溶接ビード１３の周囲に形成されるＨＡＺ１４が、前記第２の鋼板１２の第２面１２２において前記第２の鋼板１２の外部に露出し、且つ、溶接ビード１３の溶け込み深さが、第２の鋼板１２の板厚に対して１５％以上８５％以下となるように、入熱量及びトーチ角度等の溶接条件を制御する必要がある。これにより、第１の鋼板１１及び第２の鋼板１２を接合する溶接ビード１３を形成し、溶接継手１に通常必要とされる強度を確保することができる。さらに、上述の溶接条件によれば、第２の鋼板１２の第２面１２２を十分に加熱して、ＨＡＺ１４の表面にファイアライトを形成することができる。

ガスシールドアーク溶接において、上記以外の溶接条件は特に限定されず、第１の鋼板１１及び第２の鋼板１２の厚さ等に応じて適宜選択することができる。ガスシールドアーク溶接における溶加材の成分も特に限定されず、第１の鋼板１１及び第２の鋼板１２の成分等に応じて適宜選択することができる。溶加材の好適な一例はソリッドワイヤであり、ソリッドワイヤの好適な化学成分の一例は、質量％で、Ｃ：０．０５～０．２０％、Ｓｉ：０．１５％以下、Ｍｎ：０．３～２．５％、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．０４％以下、Ｔｉ：０．０２～０．２０％、Ｂ：０．０１２％以下、Ａｌ：０．２２％以下、Ｃｒ：０．５％以下、Ｎｂ：０．３％以下、Ｖ：０．３％以下、Ｍｏ：１．０％以下、Ｎｉ：３．０％以下、Ｚｒ：０．２００％以下、Ｃｕ：０．５％以下、及び残部：鉄及び不純物である。

（電着塗装）
本実施形態に係る溶接継手１の製造方法では、ガスシールドアーク溶接の後で、第１の鋼板１１、第２の鋼板１２、溶接ビード１３、ＨＡＺ１４、スラグ１５、及びスケール１６に電着塗装を実施してもよい。通常の溶接継手の製造方法においては、電着塗装の前にスラグ１５及びスケール１６を除去する場合がある。しかし、本実施形態に係る溶接継手１の製造方法においてそのような工程は必要とされない。スラグ１５及びスケール１６を部分的に除去してもよいし、又は、スラグ１５及びスケール１６を除去する工程を省略してもよい。上述の条件に従うガスシールドアーク溶接によれば、スラグ１５及びスケール１６が無害化されるので、これらを除去することなく良好な電着塗膜を得ることができる。

（自動車部品、及び建材部品）
次に、本発明の別の態様に係る自動車部品、及び建材部品について説明する。本実施形態に係る自動車部品、及び建材部品は、本実施形態に係る溶接継手１を有する。自動車部品及び建材部品のいずれも、主に屋外で用いられるので、高い耐食性が求められる。本実施形態に係る自動車部品及び建材部品は、塗装不良率が低く、さらにスケール密着性が高い溶接継手１を有するので、高い耐食性を有する。

もっとも、本実施形態に係る溶接継手１の用途は特に限定されない。自動車部品及び建材部品以外の幅広い分野の機械部品の接合部に、本実施形態に係る溶接継手１を適用することができる。

実施例により本発明の一態様の効果を更に具体的に説明する。ただし、実施例での条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例に過ぎない。本発明は、この一条件例に限定されない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限り、種々の条件を採用し得る。

（実施例１）
表１に示される種々の第１の鋼板の端部と、第２の鋼板の第１面とをガスシールドアーク溶接して、溶接ビードを形成することにより、種々の溶接継手を製造した。ガスシールドアーク溶接のために用いられるシールドガスには、酸化性ガスとしてＣＯ_２が含まれており、その割合は表１に記載の通りであった。

シールドガス以外の溶接条件は全ての実施例及び比較例において同一とした。その内容を表２に示す。なお、溶接の際に用いられた治具の形状は、溶接ビードの裏側と接触しないようなものとした。これにより、被溶接材から治具への抜熱を最小限に抑制した。溶接ワイヤは、ＹＧＷ１１をベースに試作した、直径１．２ｍｍの低Ｓｉ溶接ワイヤとした。

これにより得られた種々の溶接継手における溶け込み深さを表１に示す。また、これら溶接継手の第２の鋼板の前記第２面においてＸ線結晶構造解析を行った際に、ＨＡＺからファイアライトが検出されたか否かも表１に示す。なお、全ての実施例及び比較例において、ＨＡＺは第２の鋼板の外部に露出していた。

さらに、これら溶接継手に電着塗装を行い、次いで、塗装不良面積率及び塗膜剥離面積率を測定した。電着塗装は、母材部で２０μｍになるよう実施した。塗装不良面積率は、電着塗装された溶接ビードを写真撮影し、その写真を画像解析し、溶接ビードの投影面積及び電着塗装不良部の投影面積を特定することにより、測定した。塗膜剥離面積率は、第２の鋼板の第２面における溶接ビードの裏側にあたる箇所に剥離試験を行うことで求めた。剥離試験は、試験対象箇所にテープを貼り付けて剥がし、これにより塗膜が剥離した領域の面積を測定することにより求めた。テープは、幅２４ｍｍ及び長さ１５０ｍｍのニチバン製セロハンテープとした。剥離面積を、セロハンテープの面積（２４×１５０＝３６００ｍｍ^２）で割ることにより、塗膜剥離面積率を算出した。塗装不良面積率が７％以下である溶接継手を、電着塗装不良が抑制された溶接継手だと判断した。また、塗膜剥離面積率が１０％以下である溶接継手を、スケール密着性に優れた溶接継手だと判断した。表１において、発明範囲外の値には下線を付した。

実施例７～１４、及び１８は、第１の鋼板及び第２の鋼板のＳｉ含有量、溶け込み深さ、及びシールドガス中の酸化性ガスの割合が適切であった例である。これらの例に係る溶接継手においては、スラグ面積率が９％以下に抑制され、さらに、第２の鋼板の第２面においてＨＡＺの表面からファイアライトが検出された。これらの例に係る溶接継手では、電着塗装不良が抑制され、且つ、スケール密着性が高められていた。

一方、比較例１に係る溶接継手においては、スラグ面積率が過剰であり、さらにファイアライトが検出されなかった。これは、第１の鋼板のＳｉ含有量が過剰であり、第２の鋼板のＳｉ含有量が不足し、且つシールドガス中の酸化性ガスの割合が過剰であったからであると推定される。その結果、比較例１に係る溶接継手においては、塗装不良面積率及び塗膜剥離面積率の両方が合否基準を超過した。

比較例２に係る溶接継手においては、スラグ面積率が過剰であった。これは、第１の鋼板のＳｉ含有量が過剰であり、且つシールドガス中の酸化性ガスの割合が過剰であったからであると推定される。その結果、比較例２に係る溶接継手においては、塗装不良面積率が合否基準を超過した。

比較例３に係る溶接継手においては、スラグ面積率が過剰であった。これは、第１の鋼板のＳｉ含有量が過剰であったからであると推定される。その結果、比較例３に係る溶接継手においては、塗装不良面積率が合否基準を超過した。

比較例４に係る溶接継手においては、ファイアライトが検出されなかった。これは、第２の鋼板のＳｉ含有量が不足したからであると推定される。その結果、比較例４に係る溶接継手においては、塗膜剥離面積率が合否基準を超過した。

比較例５に係る溶接継手においては、スラグ面積率が過剰であり、さらにファイアライトが検出されなかった。これは、第１の鋼板のＳｉ含有量が過剰であり、第２の鋼板のＳｉ含有量が不足したからであると推定される。その結果、比較例５に係る溶接継手においては、塗装不良面積率及び塗膜剥離面積率の両方が合否基準を超過した。

比較例６に係る溶接継手においては、第１の鋼板のＳｉ含有量が過剰であった。その結果、比較例６に係る溶接継手においては、塗装不良面積率が合否基準を超過した。

比較例１５に係る溶接継手においては、ファイアライトが検出されなかった。これは、溶け込み深さが不足し、第２の鋼板の第２面が十分に加熱されなかったからであると推定される。その結果、比較例１５に係る溶接継手においては、塗膜剥離面積率が合否基準を超過した。

比較例１６に係る溶接継手においては、ファイアライトが検出されなかった。これは、第２の鋼板のＳｉ含有量が不足したからであると推定される。その結果、比較例１６に係る溶接継手においては、塗膜剥離面積率が合否基準を超過した。

比較例１７に係る溶接継手においては、スラグ面積率が過剰であった。これは、第１の鋼板のＳｉ含有量が過剰であったからであると推定される。その結果、比較例１７に係る溶接継手においては、塗装不良面積率が合否基準を超過した。

（実施例２）
以下の３種類の溶接継手を作製し、そのスケール密着性を評価した。溶接条件及びスケール密着性の評価方法は、上述した表１の実施例及び比較例と同一とした。
（ａ）第２の鋼板のＳｉ含有量が０．０５％
（ｂ）第２の鋼板のＳｉ含有量が０．１５％
（ｃ）第２の鋼板のＳｉ含有量が０．３０％

図４に、溶接継手ａ～ｃの第２の鋼板の第２面の、溶接直後の写真及び化成処理後の写真を示す。図５に、溶接継手ａ～ｃの第２の鋼板の第２面の、電着塗装直後の写真及び剥離試験後の写真を示す。図４及び図５に示されるように、溶接継手ａ～ｃの第２の鋼板の第２面は、電着塗装前及び電着塗装の直後においてほとんど同一の様相を示した。一方、剥離試験後には明瞭な相違がみられた。Ｓｉ量が０．２０％未満であった溶接継手ａ及びｂにおいては電着塗膜の著しい脱落が生じたが、Ｓｉ量が０．２０％以上であった溶接継手ｃにおいては、電着塗膜の脱落が全く見られなかった。

１ 溶接継手
１１ 第１の鋼板
１１１ 第１の鋼板の端部
１２ 第２の鋼板
１２１ 第２の鋼板の第１面
１２２ 第２の鋼板の第２面
１３ 溶接ビード
１４ ＨＡＺ
１５ スラグ
１６ スケール

Claims (12)

1. 第１の鋼板と、
   第２の鋼板と、
   前記第１の鋼板の端部及び前記第２の鋼板の第１面を接合する溶接ビードと、
   前記溶接ビードの周囲に形成され、前記第２の鋼板の第２面において前記第２の鋼板の外部に露出するＨＡＺと、
   前記第２の鋼板の前記第２面において、前記ＨＡＺに付着したスケールと、
   を備え、
   前記第１の鋼板のＳｉ含有量が０～０．２０質量％であり、
   前記第２の鋼板のＳｉ含有量が０．２０～１．２０質量％であり、
   前記溶接ビードの面積に対する、前記溶接ビードに付着したスラグの面積の割合が９％以下であり、
   前記溶接ビードの溶け込み深さが、前記第２の鋼板の板厚に対し１５％以上８５％以下であり、
   前記第２の鋼板の前記第２面においてＸ線結晶構造解析を行うことによって前記ＨＡＺから検出される、ファイアライトをさらに備え、
   前記ファイアライトの化学式はＦｅ _２ ＳｉＯ _４ である
   溶接継手。
2. 前記第１の鋼板と前記第２の鋼板とが重ねられた、重ね隅肉溶接継手であることを特徴とする請求項１に記載の溶接継手。
3. 前記第１の鋼板と前記第２の鋼板とがなす角度が８０°～１００°である、Ｔ継手であることを特徴とする請求項１に記載の溶接継手。
4. 前記第１の鋼板、前記第２の鋼板、前記溶接ビード、前記ＨＡＺ、前記スラグ、及び前記スケールを覆う電着塗膜をさらに備えることを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の溶接継手。
5. 塗装不良面積率が７％以下であることを特徴とする請求項４に記載の溶接継手。
6. 第１の鋼板の端部と、第２の鋼板の第１面とをガスシールドアーク溶接して、溶接ビードを形成する工程を備える溶接継手の製造方法であって、
   前記第１の鋼板のＳｉ含有量が０～０．２０質量％であり、
   前記第２の鋼板のＳｉ含有量が０．２０～１．２０質量％であり、
   前記溶接ビードの周囲に形成されるＨＡＺが、前記第２の鋼板の第２面において前記第２の鋼板の外部に露出し、
   前記溶接ビードの溶け込み深さが、前記第２の鋼板の板厚に対し１５％以上８５％以下であり、
   前記ガスシールドアーク溶接のために用いられるシールドガスにおける酸化性ガスの割合が１０％以下である
   溶接継手の製造方法。
7. 前記シールドガスにおける酸化性ガスの割合が５％以下であることを特徴とする請求項６に記載の溶接継手の製造方法。
8. 前記ガスシールドアーク溶接の後で、前記第１の鋼板、前記第２の鋼板、前記溶接ビード、前記ＨＡＺ、スラグ、及びスケールに電着塗装する工程をさらに備えることを特徴とする請求項６又は７に記載の溶接継手の製造方法。
9. 前記ガスシールドアーク溶接の際に、前記第１の鋼板と前記第２の鋼板とを重ね合わせることを特徴とする請求項６～８のいずれか一項に記載の溶接継手の製造方法。
10. 前記ガスシールドアーク溶接の際に、前記第１の鋼板と前記第２の鋼板とがなす角度を８０°～１００°とすることを特徴とする請求項６～８のいずれか一項に記載の溶接継手の製造方法。
11. 請求項１～５のいずれか一項に記載の溶接継手を備える自動車部品。
12. 請求項１～５のいずれか一項に記載の溶接継手を備える建材部品。