JPH03297570A - ガスシールドアーク溶接方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は亜鉛めっき鋼板、合金化亜鉛めっき鋼板等の亜
鉛めっき系鋼板のガスシールドアーク溶接方法に関する
。

〔従来の技術〕

建築用鉄骨部材、自動車の足廻り部品、家電機器、容器
などには、耐食性及び耐候性などの面から、亜鉛めっき
系鋼板が積極的に採用され、その需要量は年々増加の傾
向にある。亜鉛めっき系鋼板の溶接分野では、溶接の能
率性、いわゆる生産性の向上から、溶接の自動化、ロボ
ット化が進められている。これらのガスシールドアーク
自動溶接では、溶接材料としてソリッドワイヤ、フラッ
クス入りワイヤが使用されている。

一般に市販されているソリッドワイヤまたはフラックス
入りワイヤを用いて、亜鉛めっき系鋼板をアーク溶接す
ると、その溶接部には、亜鉛めっき系鋼板の目付量にも
よるが、溶接ビード表面に口の開いたピットと称される
礼状の溶接欠陥や、溶接金属中に生じるブローボールと
称される空洞状の溶接欠陥が生じ易い。ピントの発生は
、溶接ビードの外観を損なうばかりか、溶接部の強度低
下を招来し、ブローホールの発生は、外観を著しく損な
わないものの、溶接部の強度低下をもたらす。以下これ
らの欠陥を総称して気孔という。

このような気孔の発生は、溶接品質を低下せしめるばか
りでなく、その気孔発生が許容されない発生頻度に至れ
ば、溶接部の手直しが必要となり、手直し不可の場合に
はその部材が廃棄されることもあり、著しい不経済をも
たらす。

亜鉛めっき系鋼板のアーク溶接において、その溶接部に
生じる気孔を抑制する技術として、一般には、溶接電流
を低く保ち、比較的遅い溶接速度を採用して気孔発生の
頻度を抑制する場合が多い。

また、最近では、フラックス入すワイヤに関して特開昭
６４５−３１．５９６号、特開昭６４−７８６９９号、
特開昭６２−２４８５９号などが出願されており、ソリ
ンドワイヤを用いた溶接技術に関しては特開平１−１．
４３７７５号などがある。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、これらの最近技術をもってしても、１５
０〜２５０Ａというような比較的高い溶接電流下では、
溶接部の気孔発生を十分に抑制するに至っていない。

本発明の目的は、比較的高い溶接電流下でも気孔発生が
充分に抑制され、健全性に富む溶接ビー１が得られるガ
スシールドアーク溶接方法を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

亜鉛めっき系鋼板にめっきされる亜鉛は、沸点が９０７
°Ｃと鋼に比べて相当に低い。亜鉛めっき系鋼板の溶接
部における気孔発生の原因については、この亜鉛が、ア
ーク熱により加熱されて亜鉛蒸気となり、それが溶接部
において溶融金属が凝固に至る間に十分に外部に逸散せ
ず、凝固金属に閉し込められてブローホールを形成し、
また、その凝固過程でピットを生じるものと考えられる
。

さらに、シールドガス中に巻き込まれる大気、ワイヤ中
の微量な水分などからの水素などの影響も気孔発生の一
因と考えられる。何れにせよ、溶接アーク雰囲気中に生
成したガスが凝固金属中に溜まらず、溶融金属外に逸散
しやすくすれば、気孔の発生も少なくなるものと推定さ
れる。

ところで、フラックス入りワイヤには、被覆アーク溶接
棒の如く、溶接部にスラグを形成するものが広く採用さ
れている。しかし、亜鉛めっき系鋼板の溶接では、この
スラグ生成がガスの逸散を阻止するように働き、耐気孔
性の点で好ましくない。従って、フランクス入すワイヤ
の組成において、スラグを形成するものを極力避け、溶
接時に生成するスラグ量が少なくなるようなものが、耐
気孔性向上のためには必要と云える。

すなわち、フラックス入りワイヤは帯鋼からなる外皮と
、その中に充填されるフラックスとから構成され、充填
されるフラックスにより、ワイヤ特性が変化する。ワイ
ヤ中にスラグ形成をなすフラックス群が多く含まれると
、被覆アーク溶接棒の如く溶接ビードがスラグに覆われ
る。逆に、ワイヤの外皮中にスラグ形成をするスラグ形
成剤を全く含まないか、含んでも微量程度であるフラッ
クス群が充填されると、耐気孔性向上が期待できる。そ
のようなフラックスば、主として金属粉から構成される
。

本発明の溶接方法は、後者の金属粉系フラックス入りワ
イヤを使用する。しかし、金属粉系フランクス入すワイ
ヤの使用だけでは、１５０〜２５０Ａというような比較
的高い溶接電流下での耐気孔性までは十分に改善されな
い。本発明者らは、特定の厳選された成分組成を有する
金属粉系フラックス入りワイヤに、アルゴンガスに特定
比率の炭酸ガスが混合されたシールドガスと、パルス状
溶接電流とが組み合わされたときに、高溶接電流下でも
著しく優れた耐気孔性が発揮されることを知見した。

本発明の溶接方法は、上記の知見に基づいて開発された
ものであり、重量％でＣ：０．１５〜０．１８％、Ｓ　
ｉ　：０．４〜０．７％、Ｍｏ　：　１．５〜３．０％
および鉄粉＝３〜２０％を含むフラ・ノクス入すワイヤ
と、Ａｒガス中に５〜５０体積％の炭酸ガスを混合した
シールドガスとを用いて、パルス状溶接電流により亜鉛
めっき系鋼板を溶接することを特徴とする。

（作　　用〕 以下に本発明の溶接方法に使用するフラックス人ワイヤ
、シールドガスおよび溶接電流を詳述する。

スプＪ’）ス入−リワイヤー 本発明の溶接方法に使用されるフラックス入りワイヤは
、重量％でｃ：ｏ、１５〜０．１８％、ＳｉＯ，４−０
，７％、Ｍｎ　：　１．５−３．０％及び鉄粉＝３〜２
０％を含有する。

ワイヤ外皮は、Ｃ，Ｓｉ、Ｍｎ等の他、不可避的不純物
を含有する。ワイヤ中の炭素は黒鉛、高炭素フェロマン
ガンなどのフラックスにより、ワイヤ外皮でまかなえな
い炭素量を補う。同様にワイヤ中のマンガン量は金属マ
ンガン、低炭素フェロマンガン、高炭素フェロマンガン
などのフラ・ンクスで調整され、５ｉｆｔはフェロシリ
コン、シリコンマンガンなどのフラックスで調整される
。鉄粉量については、ワイヤ外皮に充填されるフラック
スの充填率で調整される。フラックスには、さらに、ア
ークの安定性を向上せしめるアルカリ金属化合物も、本
発明効果を損なわない程度まで添加することができる。

そのアルカリ金属化合物の例として、Ｎａ、に、Ｔ−ｉ
などの弗化物、炭酸塩などが挙げられる。本発明に供す
るフラ・ンクス入りワイヤの成分組成の限定理由は以下
のとおりである。

ＣＴＣは溶融金属の表面張力を低下させ気孔の要因とな
るガス分の逸散を助長する働きがあるが、０．１５％未
満ではその効果は少ない。また、０．１８％までにはそ
の効果が飽和し、０．１８％を超えると気孔を生じ易く
なる。

Ｓｉ　：Ｓｉは、脱酸に寄与する元素であって、０．４
％未満では脱酸不足を招来し、気孔発生の要因となる。

また０、７％を超えての添加は、過剰脱酸をきたし、却
って気孔発生を助長するようになる。

Ｍｎ：ＭｎはＳｉと同様に脱酸に寄与する元素であるが
、Ｓｉはど強く作用しない。１．５％未満では、Ｓｉと
同様に脱酸不足を招来し気孔発生の要因となる。また、
３．０％を超えて添加すると、気孔発生を助長するよう
になり、また溶接継手の強度が増加し好ましくない。

Ｆｅ粉：Ｆｅ粉は、フラックス充填率を調整する働きが
ある。Ｆｅ粉の添加は溶接能率性を高める作用もある。

Ｆｅ粉の添加を増大せしめることにより、ワイヤ中に占
める外皮骨が減少し、外皮の溶接電流密度が高くなって
溶着速度が高まるのであるが、Ｆｅ粉量が３０％未満で
は実体ワイヤに近くなり、その効果も少ない。また２０
％を超えると、フラックスの充填率が高くなり、ワイヤ
製造上の伸線工程でその伸線性が損なわれる。

上記ワイヤは、下記に示すシールドガスおよび溶接電流
と組合せて亜鉛めっき系鋼板を溶接したとき、１５０〜
２５０Ａといった高溶接電流下でも溶接部に発生する気
孔が著しく抑制される効果を発揮する。

之二水上丸久 本発明の溶接方法に使用されるシールドガスは、アルゴ
ンガスに体積％で５〜５０％の炭酸ガスが混合された混
合ガスである。

炭酸ガスの混合比が５％未満では、その組成がアルゴン
ガスそのものに近くなり、溶接部での気孔発生が増加す
るようになる。また、アルゴンガス中に５０％を超えて
炭酸ガスを混合した混合ガスでは、アルゴンガスによる
良好な溶接作業性が維持できなくなり、また、その溶接
部での気孔発生の頻度が高くなる。さらに、スパッタの
発生も多（なり、そのスパッタ除去などの溶接後処理が
必要とされ、生産性上好ましくないばかりか、溶接品質
をも劣化させる。

則１遁− 本発明の溶接方法に使用される溶接電流は、ピーク電１
．！ｉ期とベース電流器を周期的に繰り返すいわゆるパ
ルス電流である。前記適正組成を有するフラックス入り
ワイヤを正極とし、前記適正組成からなる混合ガスをシ
ールドガスとして、このパルス電流により亜鉛めっき系
鋼板を溶接することにより、高溶接電流下でも溶接部に
おける気孔の発生が著しく抑制される。その理由は次の
ように推定される。

パルスアーク溶接では、ピーク電流器とベース電流器が
周期的に繰り返される。この溶接電流の作用により溶融
池が攪拌され、その攪拌効果により気孔発生の要因とな
るガス体の逸散が促進されるものと考えられる。

また一般に、パルス電流を印加した場合、ワイヤ突出し
部の抵抗発熱効果（１２Ｒ効果）が太き（なるので、ワ
イヤ溶融量は直状電流の溶接に比べて多くなる。当該フ
ラックス入りワイヤの場合、ソリ、ドワイヤに比べ」１
記効果は大きく、従って、ワイヤ溶融量も多くなる。す
なわち、単位溶着金属を得るのに溶接入熱量が低くなり
、亜鉛のガス化を抑えているものとも考えられる。

パルス電流の特性は、ベース電流値、ピーク電流値、パ
ルス波形及びパルス時間などに左右される。また、適用
するワイヤ径によっても、その径に適した値を選定する
必要があり、一元的に決められるものではない。直径１
．２　ｍｍの当該フラックス入りワイヤの場合、ピーク
電流値が３８０Ａ以上、ベース電流値が８０Ａ以下が効
果的である。

〔実施例］ 第１表に示す種々のワイヤ組成を有するフランクス人す
ワイヤを作製して溶接試験に供した。ワイヤ径は、ガス
シールドアーク溶接で多用されている１、２画を採用し
た。溶接試験は、第１図および第２図に示す如く、板厚
２．３　＋ｎｍ、幅５０ｍｍ、長さ３００　ｍｍの合金
化溶融亜鉛めっき鋼板（亜鉛目付量４５　／　４５　ｇ
　／　ｒｒ員を間隙が生じないように重ね合わせ、その
重ね部にすみ肉溶接を行い、溶接ビード表面に発生した
ピント数によりワイヤの耐気孔性を評価する試験とした
。

第３図は、第１表にＮｏ、　５で示すワイヤ（本発明条
件内）を用い、第２表に示す条件で溶接を実施する際に
、シールドガス組成を変化させたときの試験結果を、溶
接電流にパルス電流を使用した場合と、使用しない場合
とについて示したものである。

溶接電流にパルス電流を使用しない場合には、いかなる
シールドガス組成においても溶接ビード表面に多数のピ
ントを発生し、その発生数はシールドガス中のアルゴン
比が高くなるに従い増加する傾向にある。溶接電流にパ
ルス電流を使用した場合には、比較的高い電流（１８０
Ａ）下であるにもかかわらず、アルゴンガス中に５〜５
０ｖＯ！％の炭酸ガスを混合したシールドガス組成範囲
で、ビード表面に発生するピント数が３個以下に２ 抑制され、良好な耐気孔性が確保される。アルゴンガス
中に１０〜２０■Ｏｐ％の炭酸ガスを混合したシールド
ガスは特に好ましい耐気孔性を示す。

第１表に示す全てのワイヤを前記第２表に示す条件（但
し溶接電流はパルス電流、シールドガスは９０体積％−
１０体積％Ｃ０２）で溶接を行った結果をとりまとめて
第１表に併記した。

ワイヤＮｏ、　１〜４および１１〜１３は、高溶接電流
（１８０Ａ）下では耐気孔性が低く、溶接作業も悪い。

ワイヤＮｏ、　１１〜１３で耐気孔性が不十分なことか
ら、リン、銅、酸化亜鉛、酸化鉄、酸化アルミの添加で
は、高溶接電流下での耐気孔性は改善できないことがわ
かる。これに対し、ワイヤＮｏ、　５〜１０および１４
〜１７は高溶接電流でも優れた耐気孔性および溶接作業
性を示す。

第 ２ 表 が達成され、なおかつ高品質な溶接部が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は溶接試験の説明図、第３図は耐気
孔性に対するシールドガス組成およびパルス電流の影響
度を示す図表である。 なお、」−記溶接試験における溶接電流値１８０Ａは平
均電流値であり、ピーク電流値４００Ａ、ヘースＴＨ流
４ａ　５０　Ａ、パルス時間１．５　ｍ　ｓにより得た
。 （発明の効果〕 以」−の説明から明らかなように、本発明のガスシール
ｌ゛アーク溶接方法は、亜鉛めっき系鋼板の溶接におい
て比較的高い溶接電流下でも十分に気孔発生を抑制し得
る。従って、溶接速度の高速化５ ６

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量％でＣ：０．１５〜０．１８％、Ｓｉ：０．
   ４〜０．７％、Ｍｎ：１．５〜３．０％および鉄粉：３
   〜２０％を含むフラックス入りワイヤと、Ａｒガスに５
   〜５０体積％の炭酸ガスを混合したシールドガスとを用
   いて、パルス状溶接電流により亜鉛めっき系鋼板を溶接
   することを特徴とするガスシールドアーク溶接方法。