JP2716201B2 - 高速溶接用ガスシールドアーク溶接ワイヤ - Google Patents

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などの予め防錆処理を施した
鋼板に適した高速溶接用ガスシールドアーク溶接ワイヤ
に関し、特にブローホールなどの欠陥が発生しくい健全
な溶接金属が得られる高速溶接用ガスシールドアーク溶
接ワイヤに関する。

［従来の技術］ 防錆処理を施した耐食性に優れた鋼材としては、例え
ば亜鉛めっき鋼板などがある。亜鉛めっき鋼板は通常の
熱延あるいは冷延された鋼板表面に亜鉛めっきを施した
もので、その主な用途は薄板分野が多く、屋根板はじめ
とする建築材料、ガソリン缶、洗濯機の部品などであ
り、その他自動車車体にも多く使用される傾向にある。

亜鉛めっき鋼材を溶接する場合、鋼材表面から鉄の融
点より低い沸点（906℃）をもった亜鉛が溶接時に溶滴
ないし溶融池に浸入してその蒸気が突沸すると共に大気
を巻き込み、溶接金属凝固過程で浮上しきれずに気泡と
して残存し、ピットやブローホール等の欠陥を多発す
る。

特に薄板の溶接に最も一般的に適用されているソリッ
ドワイヤを用いるガスシールド溶接法では亜鉛の影響を
顕著に受け易い。

一般に、ガスシールドアーク溶接法では、溶接速度が
1m/minを超えるとガスシールド性が低下し、溶接雰囲気
中に空気を巻き込む結果、窒素ガスを多量に吸収し、ピ
ット・ブローホールなどの欠陥が発生し易い。

亜鉛めっき鋼板の高速溶接においては、上記亜鉛の影
響とガスシールド性の低下による窒素ガス吸収とが重畳
してピット・ブローホールが著しく発生し易くなる。

更に、薄板の溶接では継ぎ手形状も重ねすみ肉等の鋼
板表面の影響を受け易い形状が用いられるため欠陥が発
生し易い条件下にある。

このような亜鉛の害を軽減する手段としては、予め溶
接線上から亜鉛を機械的に除去することが有効である
が、手間がかかって非能率である。

亜鉛めっき鋼板に対するピット、ブローホールの欠陥
防止技術として特開昭63−72498号公報にはソリッドワ
イヤ中にTi,Al,Ni,Cuを適宜含有させる溶接材料が提案
されている。しかしながら、このような組成のソリッド
ワイヤでは本発明が対象としている高速度での亜鉛めっ
き鋼板の溶接には効果が期待できないものである。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明は上記のように高速度で溶接を行う亜鉛めっき
鋼板などのガスシールドアーク溶接において問題となる
ピット・ブローホール等の欠陥発生を解消する高速溶接
用ガスシールドアーク溶接ワイヤを提供するものであ
る。

［課題を解決するための手段］ 本発明の要旨は、重量％でC;0.02〜0.40％、Si;0.10
〜0.50％、Mn;0.20〜1.50％、P;0.030％以下、S;0.030
以下、Cu;0.1〜1.0％、Al;0.003〜0.050％、O;0.005〜
0.050％、であってNb;0.10〜1.50％、V;0.10〜1.50％の
うち１種又は２種を含有し、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高速溶接用ガスシールドア
ーク溶接ワイヤにある。

［作用］ 本発明者らは、ガスシールドアーク溶接では既述の如
く、特に亜鉛めっき鋼板でのピット・ブローホールが発
生し易い理由として、 （イ）溶接時、亜鉛の突沸によって空気の巻き込みを助
長すると共に、溶融溶接金属に入った亜鉛は鉄に溶解し
にくく、かつ低沸点であるため溶融金属が凝固過程にお
いても蒸気状態でありこれが残存し気泡となる。

（ロ）高速溶接ではシールド性が低下するため、溶接雰
囲気中に空気を巻き込む結果、溶融金属中に窒素を吸収
し易くなる。一方、高速溶接では凝固速度が早く、従っ
て溶融溶接金属中でガス化した亜鉛のみならず窒素ガス
も凝固過程で浮上しきれず溶接金属中に残存し易くな
る。

（ハ）ガスシールドアーク溶接では清浄な溶接金属を得
るため、Si・Al・Tiなどの脱酸力の強い元素を添加して
いる。しかし、脱酸作用を過度に強化すると、溶融状態
の亜鉛は酸化されず気泡として残存し、（イ）を助長す
る、 と考察した。

これら亜鉛や窒素の影響を軽減するには、 （ａ）有害な亜鉛を固定する、或はZnOとしてスラグオ
フさせる。

（ｂ）溶融金属の粘性を下げ、攪拌作用により亜鉛蒸気
及び窒素ガスを放出させる。

（ｃ）溶融金属中に固溶した窒素を固定する。

事が有効であるとの観点からワイヤ組成について鋭意検
討を行い本発明を構成するに至った。

即ち本発明は、Si・Mn・Al量を適量添加し、溶接金属
の酸化力を適正化することにより酸化反応を活発化さ
せ、亜鉛の酸化を促進し、かつ酸化反応熱により溶融金
属の温度が上昇し溶融金属の粘性が低下する事、更には
溶融金属の攪拌作用が強まる結果ガス放出を容易ならし
める事により亜鉛・窒素の影響を軽減させる。更には、
Cu・Nb・Ｖを適量添加し、亜鉛・窒素を固定する事との
複合作用によりピット発生を解消し、ブローホールの発
生を抑制するところに最大の特徴がある。

以下に本発明のワイヤの成分限定理由について述べ
る。

ＣはSi,Mnの添加量との兼合いで決まり、本発明のSi,
Mn添加量では0.04％を超えるとブローホール発生には特
に影響はなかったが、溶接部の曲げ延性が低下したので
上限を0.40％以下とした。又、0.02％未満ではピットが
多発したので下限を0.02％とした。

Siは主脱酸剤として添加するが、脱酸力をやや低く調
整し溶融金属の酸素ポテンシャルを高めることにより亜
鉛の酸化を促進し、かつ溶融金属の攪拌作用を強めガス
を浮上し易くすることにより、亜鉛によるピット・ブロ
ーホールの発生を抑制するために使用する。しかし、0.
50％を超えて添加すると脱酸過剰となりピット・ブロー
ホールが多発するので、上限は0.50％とした。また0.10
％未満では基本的に脱酸不足に起因するピット・ブロー
ホールが多発するので下限は0.10％とした。

Mnは脱酸剤のみならず溶融金属の粘性を低めるために
使用するが、1.50％を超えると粘性が高くなり過ぎガス
放出が不足し、ピット・ブローホールが多発するので、
上限は1.50％とした。又、0.20％未満では脱酸不足とな
るので下限は0.20％とした。

P,Sは割れ性を阻害する元素であり、特に本発明のワ
イヤにおいてはできる限り抑制することが好ましいが、
いずれも0.030％以下であれば目的を達する。

Cuは、ピット・ブローホール発生に影響を及ぼす影響
の害を軽減するために添加するもので、0.1％以上で顕
著な効果を得る。Cuは多量に添加する程、ピット・ブロ
ーホールの発生防止に効果があるが、1.0％を超えると
耐割れ性を著しく低下させるので上限を1.0％とした。

Alは、Si・Mnと共に脱酸剤として使用する。特に、高
速溶接ではシールド性が低下し、溶接雰囲気中に空気を
巻き込み、溶融金属が著しく酸化され脱酸不足となり易
い。Alは少量の添加により、溶融金属の粘性を損なうこ
となく、空気巻き込みによる過度の酸化を防止する上で
最も効果があるが、0.050％を超えて添加すると脱酸過
剰となりピット・ブローホールを多量に発生させるので
上限を0.050％とした。又、0.003％未満では脱酸効果が
不足し、溶接部の健全性を損なうので下限を0.003％と
した。

Ｏは、溶融金属の粘性を低下させ、亜鉛及び窒素ガス
のガス放出を促進させる目的で添加し、0.005％以上の
添加でピット・ブローホールの発生の軽減する効果を有
する。Ｏは多量に添加するほど好ましいが、0.050％を
超えると立向下進溶接時に溶融金属の垂れ落ちが発生す
るので、上限を0.050％とした。

Nb・Ｖは、高速溶接時に特有のガスシールド性低下に
よる空気の巻き込みによる窒素ガス吸収によるピット・
ブローホールの発生を抑制する効果を有する。Nb・Ｖの
いずれも0.10％以上でピット・ブローホールの発生を抑
制するので下限を0.10％とした。又、Nb・Ｖを複合添加
しても同じ様に有効である。しかし、1.50％を超えて添
加すると溶接金属部が著しく硬化し、延性を損なうので
上限を1.50％とした。

このように構成された成分のワイヤを用いて、CO₂ま
たはArにCO₂などを混合したシールドガスを用いて亜鉛
めっき鋼板を高速で溶接してもピットの発生はなく、又
ブローホールの発生も非常に少なく構造物用として十分
満足するものである。

以下に、本発明の硬化を実施例により具体的に説明す
る。

［実施例］ 第１表には本発明ワイヤ及び比較ワイヤ（いずれも直
径1.2mm）の他、ピット発生個数及びブローホール発生
率を示しているが、本発明ワイヤ及び比較ワイヤを用い
ガスシールド溶接で亜鉛めっき鋼板（板厚ｔ＝2.3mm,幅
ｗ＝50mm,長さｌ＝300mm）を第１図の如く２枚重ねて、
立向下進重ねすみ肉溶接を行い、すみ肉ビード部に発生
するピット，ブローホールを比較した。この立向下進重
ねすみ肉溶接に用いた亜鉛めっき鋼板の鋼種、及び亜鉛
目付量を第２表に示し、第３表には溶接条件を示してい
る。

溶接終了後、ビード表面に発生するピットの個数を目
視で計測し、その後溶接ビードを放射線透過試験にてビ
ードに内在するブローホール発生状況を調査した。

ピットは個数計測後、ビード1mに換算して発生数（個
/m）として評価した。またブローホールは放射線透過試
験のフイルムでビード長手方向のブローホール幅を測定
し、ビード長に対してのブローホール幅総和からブロー
ホール発生率（％）を計算した。

第１表においてワイヤNo.1〜９は本発明ワイヤ、No.1
0〜20は比較ワイヤを示す。No.1〜９の本発明ワイヤで
はピットは発生せず、又ブローホール発生率も非常に低
く、健全な溶接金属が得られる。

一方、Si量が本発明の範囲を超えるNo.10、Mn量が本
発明の範囲を超えるNo.15、及びAl量が本発明の範囲を
超えるNo.20は、脱酸が過剰となりット・ブローホール
が多発している。又、Mn量が本発明の範囲以下であるN
o.11、Si量が本発明の範囲以下であるNo.12及びAl量が
本発明以下のNo.13は、脱酸が不足しピット・ブローホ
ールが多発している。更に、Nb・Ｖを添加していないN
o.16、Nb量が本発明の範囲以下であるNo.18およびＶ量
が本発明の範囲以下であるNo.19は、ピット発生個数、
ブローホール発生率が高くなっている。Ｃ量が本発明の
範囲以下であるNo.14、及びCu・Ｏ量が本発明の範囲以
下であるNo.17では、ピット発生個数、ブローホールの
発生率が高くなっている。

このように、本発明により始めて、亜鉛めっき鋼板な
ど防錆処理を施した鋼材を溶接してもピットがなくしか
もブローホールの発生が非常に少ない健全な溶接金属が
得られることが明らかである。

［発明の効果］ 以上のように本発明ワイヤにおいては、亜鉛めっき鋼
板など防錆処理を施した鋼材を溶接してもピット，ブロ
ーホール共に非常に少ない健全な溶接金属が得られるた
め、溶接金属部の断面欠損にならず構造物の強度を低下
させない。またピットがないため外観的にも好ましい溶
接金属部が得られる等顕著な効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例に用いられた試験板形状を示す斜視図で
ある。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大本 勇 神奈川県相模原市淵野辺５―10―１ 新 日本製鐵株式會社第２技術研究所内 (72)発明者 松井 仁志 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (72)発明者 服部 泰治 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−81288（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−183794（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−165294（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−159296（ＪＰ，Ａ) 特公 平６−45076（ＪＰ，Ｂ２) 特公 平４−51276（ＪＰ，Ｂ２) 特公 平６−47185（ＪＰ，Ｂ２) 特許2565987（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】重量％でC ;0.02〜0.40％、 Si;0.10〜0.50％、 Mn;0.20〜1.50％、 P ;0.030％以下、 S ;0.030％以下、 Cu;0.1〜1.0％、 Al;0.003〜0.050％、 O ;0.005〜0.050％、 であってNb;0.10〜1.50％、V;0.10〜1.50％のうち１種
   又は２種を含有し、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高速溶接用ガスシールドアーク溶接
   ワイヤ。