説明

亜鉛めっき鋼板のMAG溶接用シールドガスおよびこのシールドガスを使用した溶接方法

【課題】亜鉛めっき鋼板のMAG溶接法による重ね隅肉溶接に際して、溶接部にブローホールやピットが発生しないようにするためのシールドガスを得る。
【解決手段】炭酸ガスx容量%、酸素y容量%、残部がアルゴンからなる3種混合ガスを用い、炭酸ガスと酸素との混合比が以下の数式を同時に満足するものである。
y≦10・・(1)、y≧−x+45・・(2)、x≧40・・(3)、y≧−1/10x+5.5・・(4)、y≦1/20x−2・・(5)、y≧0・・(6)、y≧1/30x−5/3・・(7)、y≦−1/20x+5.5・・(8)、y≧3/40x−7/4・・(9)、y≦−1/3x+35・・(10)

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、亜鉛とアルミニウムとマグネシウムを含む亜鉛めっき層が形成された亜鉛めっき鋼板をMAG(メタル・アクティブ・ガス)溶接する方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
自動車関連機器、住宅建材関連製品や事務機器関連部品では、耐食性や光沢の美しさから亜鉛めっき鋼板が広く用いられている。亜鉛めっき鋼板は、薄板鋼板の鉄地の表面に亜鉛めっきを溶融めっきまたは電気めっきにより施したものである。
しかし、この亜鉛めっき鋼板をMAG溶接する場合、鋼板表面から鉄(融点:1535℃、沸点:2750℃)より低い融点と沸点を持った亜鉛(融点:419℃、沸点907℃)が、溶接時に溶融池に侵入し、その亜鉛蒸気と共に大気を巻き込み、溶接金属の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−ホ−ルが多発する問題が生じる。ピットが生じると本来の強度が得られないという問題が生じ、ピットが発生した場合には、手直しが行われている。さらに亜鉛めっき鋼板を高速で溶接すると、一層とピットやブローホール等が生じ好ましくない。
【0003】
このような問題点を解決するために、特許第2668125号公報には、酸素ガスと炭酸ガスとを特定の比率で混合した混合ガスを用いることにより、シールドガスの酸化性を高めて亜鉛を酸化させて亜鉛蒸気を押さえることで、ブローホール及びピットを防止し、また炭酸ガスの存在によりアークが安定し、スパッタが減少する方法が開示されている。
【0004】
また、本出願人の特許出願である特開2006−272351号公報には、亜鉛めっき鋼板の重ね隅肉溶接を、炭素鋼ソリッドワイヤを用いてMAG溶接するためのシールドガスとして、酸素ガス8〜15容量%、炭酸ガス20〜30容量%、残部がアルゴンからなる3種混合ガスを用いることで、ブローホール、ピットを防止できることが提案されている。
【0005】
ところで、耐食性をさらに向上させた亜鉛めっき鋼板として、亜鉛−アルミニウム−マグネシウム系合金からなる亜鉛めっき層を有する亜鉛めっき鋼板(以下、Zn−Al−Mg系亜鉛めっき鋼板と呼ぶ。)が知られている。
例えば、アルミニウム6%、マグネシウム3%、残部亜鉛からなる溶融亜鉛めっき層を有する亜鉛めっき鋼板が、「ダイマジング」(新日本製鐵製)、「ZAM」(日新製鋼製)などとして市販されている。
【0006】
このZn−Al−Mg系亜鉛めっき鋼板のMAG溶接においても、ピット、スパッタの発生があり、非特許文献1では、20容量%の炭酸ガスと残部アルゴンとの混合ガスをシールドガスとして用いることが推奨されている。
しかしながら、この推奨された組成のシールドガスを用いても、ピット、スパッタの発生を確実に抑えることができなかった。
【特許文献1】特許第2668125号公報
【特許文献2】特開2006−272351号公報
【非特許文献1】日新製鋼(株)ZAM カタログ
【非特許文献2】http://www.zam.biz/
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
よって、本発明における課題は、Zn−Al−Mg系亜鉛めっき鋼板のMAG溶接法に際して、溶接部にピット、スパッタが発生せず、濡れ性が向上するためのシールドガスを得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
かかる課題を解決するため、
請求項1にかかる発明は、亜鉛とアルミニウムとマグネシウムを含む亜鉛めっき層が形成された亜鉛めっき鋼板を、炭素鋼ソリッドワイヤを用いてMAG溶接するためのシールドガスであって、
その組成が、炭酸ガスx容量%、酸素y容量%、残部がアルゴンからなる2種または3種混合ガスであり、炭酸ガスと酸素との混合比が以下の数式を同時に満足するものであることを特徴とする亜鉛めっき鋼板のMAG溶接用シールドガスである。
y≦10 ・・・(1)
y≧−x+45 ・・・(2)
x≧40 ・・・(3)
y≧−1/10x+5.5 ・・・(4)
y≦1/20x−2 ・・・(5)
y≧0 ・・・(6)
y≧1/30x−5/3 ・・・(7)
y≦−1/20x+5.5 ・・・(8)
y≧3/40x−7/4 ・・・(9)
y≦−1/3x+35 ・・・(10)
【0009】
請求項2にかかる発明は、請求項1に記載のシールドガスとして用い、亜鉛とアルミニウムとマグネシウムを含む亜鉛めっき層が形成された亜鉛めっき鋼板を、炭素鋼ソリッドワイヤを用いてMAG溶接することを特徴とする亜鉛めっき鋼板のMAG溶接方法である。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、Zn−Al−Mg系亜鉛めっき鋼板の溶接部でのピット、スパッタの発生が抑えられる。
特に、本発明のシールドガスにあっては、従来のMAG溶接用シールドガスに比べて炭酸ガス濃度が高くなっているため、溶接時に発生する亜鉛蒸気、アルミニウム蒸気、マグネシウム蒸気が酸化されやすくなり、ピットの原因となるこれら金属の蒸気が抑制されて結果的にピットの発生が少ないものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0011】
以下、本発明を詳しく説明する。
本発明は、Zn−Al−Mg系亜鉛めっき鋼板を溶接対象として、炭素鋼ソリッドワイヤを用いてMAG溶接する際のシールドガスとして、炭酸ガスx容量%、酸素y容量%、残部がアルゴンからなる2種または3種混合ガスであり、炭酸ガスと酸素との混合比が以下の数式を同時に満足するものを用いるものである。以下、この範囲を「範囲A」と呼ぶことがある。
【0012】
y≦10 ・・・(1)
y≧−x+45 ・・・(2)
x≧40 ・・・(3)
y≧−1/10x+5.5 ・・・(4)
y≦1/20x−2 ・・・(5)
y≧0 ・・・(6)
y≧1/30x−5/3 ・・・(7)
y≦−1/20x+5.5 ・・・(8)
y≧3/40x−7/4 ・・・(9)
y≦−1/3x+35 ・・・(10)
【0013】
好ましくは、炭酸ガスx容量%と酸素y容量%との混合比が以下の数式を同時に満足するシールドガスを用いることが好ましい。以下、この範囲を「範囲B」と呼ぶことがある。
y≦10 ・・・(1)
y≧−1/2x+30 ・・・(11)
x≧50 ・・・(12)
y≧−1/20x+3.5 ・・・(13)
y≧1/20x−2.5 ・・・(14)
y≦−1/20x+5.5 ・・・(8)
y≧3/40x−7/4 ・・・(9)
y≦−5/20x+27.5 ・・・(15)
【0014】
図1は、前記炭酸ガスと酸素との混合比の範囲をグラフとしたものである。図1の縦軸は酸素濃度(容量%)を表し、横軸は炭酸ガス濃度(容量%)を表している。また、実線で示した範囲は前記範囲Aを示し、破線で示した範囲は前記範囲Bを示している。さらに、範囲を示す各線分には、それに対応する前記数式番号を付している。
【0015】
このようなシールドガスにおいて、酸素濃度および炭酸ガス濃度が前記範囲外であると、後述する実験例からも明らかに、溶接部にピット、ブローホールが発生し、溶接部の強度が不足しする。
また、このシールドガスの溶接トーチからの吐出流量は、通常15〜25リットル/分の範囲にされるが、この範囲に限定されることはなく、溶融池が十分このシールドガスで覆われるようにすればよい。
【0016】
また、溶接対象となるZn−Al−Mg系亜鉛めっき鋼板としては、例えば、アルミニウム6%、マグネシウム3%、残部亜鉛からなる溶融亜鉛めっき層を有する亜鉛めっき鋼板、例えば「ダイマジング」(新日本製鐵製)、「ZAM」(日新製鋼製)などが挙げられるが、アルミニウムとマグネシウムの濃度が上記範囲以外のものでもよい。また、2枚以上のZn−Al−Mg系亜鉛めっき鋼板を互いに溶接する形態以外に、Zn−Al−Mg系亜鉛めっき鋼板と他の鋼材とを溶接する形態も本発明の対象となる。
【0017】
また、炭素鋼ソリッドワイヤとしては、JIS Z−3312 「軟鋼及び抗張力鋼用マグ溶接ソリッドワイヤ」に規定される溶接ワイヤ、例えばYGW−17、−18、−19などを使用することができる。
溶接形態に関しては、特に限定されるものではなく、例えば重ね隅肉溶接、突き合わせ溶接などが適用できる。
さらに、MAG溶接法も、周知の溶接法であり、市販のMAG溶接機を用いて実施でき、本発明では、このシールドガスに上記3種混合ガスをもちいるものである。
【0018】
MAG溶接における溶接アーク電圧は、通常14〜36V程度、溶接電流は40〜350A程度とされるが、この範囲に限定されるものではない。
【0019】
以下、具体例を示して、本発明の作用効果を明確にする。
本発明のZn−Al−Mg系亜鉛めっき鋼板のMAG溶接用のシールドガスについての具体例を例示して説明する。本発明のシールドガスの特徴・効果を確認するため、以下に示す溶接例を実施し、各種特性の確認試験を行った。
【0020】
(例)
例として、図2に示すように、板厚2.3mmのZn−Al−Mg系亜鉛めっき鋼板(日新製鋼製「ZAM」)1、1のめっき面を両方上向きとし、上板と下板の隙間tを0mm、トーチ2の傾斜角度αを0度とし、溶接速度を変化させて溶接部の長さが250mmのMAG溶接を行い、ピットの発生状況を確認した。
【0021】
ガス種として、アルゴンガス及び炭酸ガス並びに酸素ガスの3種類からなる混合ガスを用い、その組成(容量%)を変化させてMAG溶接を行った。
比較用として、広く一般的に使われているMAG用のシールドガス(Ar−20%CO)を用いた。
【0022】
<溶接条件>
溶接方式:消耗式電極溶接、ショートアーク
溶接母材:Zn−Al−Mg系亜鉛めっき鋼板(日新製鋼ZAM)、板厚2.3mm
溶接方法:重ね隅肉溶接
溶接ワイヤ:JIS YGW−17、径1.2mm
チップ母材間距離:15mm
トーチ傾斜角度:0度
溶接速度:100〜175cm/min
アーク電圧:22.5〜24.5V
溶接電流:225A
なお、この例では溶接電流、ワイヤ総供給量を一定とした。
【0023】
結果を表1および表2に分けて示す。
表においては、試験片を10個溶接して作製し、それらの溶接部にピットが発生しない試験片が6〜7個ある場合を△とし、ピットが発生しない試験片が8〜10個ある場合を○とし、ピットが発生しない試験片が5個以下の場合を×とした。
そして、表示が△と○を合格とし、表示が△のものを範囲Aとし、表示が○のものを範囲Bとし、表示が×のものを不合格とした。
【0024】
【表1】

【0025】
【表2】

【0026】
表1および表2において、良品割合とは、10個の試験片中、ピットが発生しない試験片の個数を言う。
また、図1のグラフ中に、各シールドガスでの実験結果の表1および表2での評価を○、△、×で表示してある。
さらに、図3に代表的な試験片でのビードの状態を示す。
【図面の簡単な説明】
【0027】
【図1】本発明のシールドガスの酸素濃度および炭酸ガス濃度の範囲を示すグラフである。
【図2】本発明の具体例での溶接状況を示す概略図である。
【図3】具体例でのビードの表面を示す写真である。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
亜鉛とアルミニウムとマグネシウムを含む亜鉛めっき層が形成された亜鉛めっき鋼板を、炭素鋼ソリッドワイヤを用いてMAG溶接するためのシールドガスであって、
その組成が、炭酸ガスx容量%、酸素y容量%、残部がアルゴンからなる2種または3種混合ガスであり、炭酸ガスと酸素との混合比が以下の数式を同時に満足するものであることを特徴とする亜鉛めっき鋼板のMAG溶接用シールドガス。
y≦10 ・・・(1)
y≧−x+45 ・・・(2)
x≧40 ・・・(3)
y≧−1/10x+5.5 ・・・(4)
y≦1/20x−2 ・・・(5)
y≧0 ・・・(6)
y≧1/30x−5/3 ・・・(7)
y≦−1/20x+5.5 ・・・(8)
y≧3/40x−7/4 ・・・(9)
y≦−1/3x+35 ・・・(10)
【請求項2】
請求項1に記載のシールドガスとして用い、亜鉛とアルミニウムとマグネシウムを含む亜鉛めっき層が形成された亜鉛めっき鋼板を、炭素鋼ソリッドワイヤを用いてMAG溶接することを特徴とする亜鉛めっき鋼板のMAG溶接方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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