亜鉛系めっき鋼板の溶接方法
【課題】 亜鉛系めっき鋼板をアーク溶接又はレーザー溶接する際、溶接箇所裏面に白い粉状の酸化亜鉛が発生・付着すること防止した溶接方法を提供する。
【解決手段】 亜鉛系めっき鋼板の被溶接箇所裏面に樹脂被覆層を形成した後、表面側から前記溶接箇所をアーク溶接又はレーザー溶接する。めっき層表面に形成された樹脂層により酸素の供給が遮断されるため、溶接の際に酸化亜鉛の生成が抑制され、溶接箇所裏面への白色粉末の付着が抑制される。
【解決手段】 亜鉛系めっき鋼板の被溶接箇所裏面に樹脂被覆層を形成した後、表面側から前記溶接箇所をアーク溶接又はレーザー溶接する。めっき層表面に形成された樹脂層により酸素の供給が遮断されるため、溶接の際に酸化亜鉛の生成が抑制され、溶接箇所裏面への白色粉末の付着が抑制される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、亜鉛系めっき鋼板をアーク溶接又はレーザー溶接する際に、鋼板の裏面側に酸化亜鉛からなる白色粉末が形成・付着することを防止する亜鉛系めっき鋼板の溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、耐食性が良好でしかも廉価な鋼材として亜鉛系めっき鋼板が多用されている。しかも各種形状に成形・加工されて使用される場合が多くなっている。成形・加工の一手段としてアーク溶接法やレーザー溶接法が採用されている。亜鉛系めっき鋼板をアーク溶接又はレーザー溶接する場合、バックシールドを行うことなく、そのまま溶接するのが一般的である。この場合、溶接時の熱により溶接部の裏面側の温度は１０００℃程度まで上昇している。
【０００３】
ところが、亜鉛は沸点が約９００℃と鉄の融点よりも低いので、表面側はもちろん裏面側でも蒸発する。また、亜鉛は酸化しやすく、溶接時の熱により容易に酸化、すなわち燃焼する。溶接時には、表面側はシールドガスにより飛散され堆積されないが、裏面側には大量の酸化亜鉛が堆積する。亜鉛の酸化物は白色の粉末であるため、堆積すると外観を著しく損ねることになる。しかも作業環境面でも悪影響がある。さらに、アーク溶接又はレーザー溶接時の、溶接部裏ビード及び熱影響部亜鉛系めっきの酸化による当該裏ビード及び熱影響部の耐食性低下を補う意味で補修等を行う場合もあるが、補修を行おうとすると酸化亜鉛粉を除去しなければならない。
外観の向上や補修のために白色粉末を除去しようとすると、手間がかかりコスト高に繋がる。
【０００４】
溶接箇所裏面での酸化亜鉛の生成は、めっき層中の亜鉛成分が溶接時の熱により燃焼すること、すなわち酸化することにより生成される。したがって酸化亜鉛の生成を抑えるには酸化し難い環境下にすることが有効であることから、本出願人も、被溶接亜鉛系めっき鋼板の溶接箇所裏面側に、酸化を抑え、かつ冷却するための非酸化性ガスを供給する技術を、特許文献１で提案した。
【特許文献１】特開２００４−１００９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記技術も、亜鉛系めっき鋼板裏面の温度上昇を抑制し、酸化亜鉛の生成を抑制することができるので、溶接箇所裏面に酸化亜鉛生成による白色粉末の付着が抑制されるという点では極めて有用である。
しかしながら、上記技術では、上面が開口し、一側にガス流入口が設けられた専用の容器を被溶接箇所裏面に密着させて非酸化性ガスを供給している。このため、被溶接箇所が長くなる場合には、溶接長さ毎に合わせた専用の容器を用意・使用する必要があり、溶接作業が煩雑化する可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、亜鉛系めっき鋼板をアーク溶接又はレーザー溶接する際、溶接箇所裏面に白い粉状の酸化亜鉛が発生・付着することを防止した溶接方法を提供することを目的とする。
本発明の亜鉛系めっき鋼板の溶接方法は、その目的を達成するため、亜鉛系めっき鋼板の被溶接箇所裏面に樹脂被覆層を形成した後、表面側から前記溶接箇所をアーク溶接又はレーザー溶接することを特徴とする。
樹脂被覆層としては、水系溶媒を用いて形成したポリウレタン樹脂層が好ましい。
【発明の効果】
【０００７】
亜鉛系めっき鋼板をアーク溶接又はレーザー溶接する際、鋼板の被溶接箇所裏面を予め樹脂層で覆っている。このため、溶接箇所裏面は酸素供給が遮断されており、溶接時にあっても樹脂は溶接熱により徐々に分解されるが、樹脂層が残っている場合、酸素供給の遮断作用を発揮するため、酸化亜鉛の生成が抑制される。したがって、予め樹脂層で覆うという簡便な手段で、亜鉛の酸化に起因した白色粉末の発生・付着がなく、美麗な溶接裏面が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
亜鉛系めっき鋼板をアーク溶接又はレーザー溶接する際に裏面の溶接箇所及び熱影響部近傍に白色粉末が付着する原因が、めっき成分である亜鉛の酸化によるものであることから、本発明者等は、亜鉛の酸化抑制策について種々検討した。
その一手段として、亜鉛めっき表面に、溶接時の熱で燃焼することなく熱分解する樹脂を予め被覆しておくことが有効であることを見出した。
以下にその詳細を説明する。
【０００９】
亜鉛系めっき鋼板をアーク溶接又はレーザー溶接する際、被溶接材の裏ビード及び裏ビード近傍の熱影響部は、６００〜１０００℃程度まで温度上昇する。この温度上昇によってめっき成分の亜鉛が酸化されることになるので、本発明では被溶接材の裏ビード及び裏ビード近傍の熱影響部に相当する部分のめっき層上に予め樹脂を被覆しておくことにより、亜鉛を酸化させる酸素の供給を遮断しようとするものである。
したがって、被覆する樹脂としては、６００〜１０００℃にあってそれ自身が燃焼することがなく、熱分解するような樹脂であれば種類を問わず使用することができる。樹脂自身が燃焼すると悪臭を発生させ、作業環境を悪化させることに繋がる。また、後記するような観点から、水溶性の樹脂を用いることが好ましい。これらの理由から、水を主溶媒として樹脂をエマルジョン化させた水溶性ポリウレタン樹脂，水溶性アクリル樹脂，水溶性エポキシ樹脂等の使用が好ましい。
【００１０】
亜鉛めっき鋼板表面に上記のような樹脂を被覆する際には、通常揮発性の液体を溶媒とし、一般的な塗装法で被覆することが、作業性の観点からも好ましい。揮発性の液体として有機溶剤系の使用も不可能ではないが、有機溶剤系の液体は悪臭を伴うばかりか、火気等で燃焼・爆発を引き起こす危険性もあるので、塗装時の溶媒としては、単なる水を用いることが好ましい。
溶媒として水を用いた樹脂溶液の濃度は、塗布方法や所望乾燥時間に応じて適宜調整すればよい。塗布方法に制限はない。必要塗布領域を簡便に塗布しやすいという観点からは、ハケ塗り法を採用することが好ましい。ハケ塗り法を採用する場合には、上記水溶液の樹脂濃度は１０〜４０％程度とすることが好ましい。
【００１１】
被溶接亜鉛系めっき鋼板の溶接箇所裏面の裏ビード形成予定部分及び裏ビード近傍の熱影響部に、上記樹脂水溶液を適宜手段で塗布する。塗布量にも制限はない。めっき表面が被覆され、皮膜が形成されていれば全体の塗布量が少なくてもそれなりの効果を発揮する。後記の実施例で見られるように、乾燥膜厚０.５μｍ程度でも十分に酸化亜鉛の生成を抑制できている。
樹脂水溶液の塗布後、乾燥させる。室温での自然乾燥で十分である。
【００１２】
被溶接亜鉛系めっき鋼板の溶接箇所裏面の裏ビード形成予定部分及び裏ビード近傍の熱影響部は予め樹脂層で覆われている。このため、当該箇所ではめっき層表面への酸素供給が遮断されていることになる。溶接時、６００〜１０００℃にまで温度上昇しても、被覆樹脂は溶接熱で徐々に分解される。また、分解された物質自身が酸素と反応し、結果的にめっき層表面への酸素供給の遮断作用を発揮する。このため、酸化亜鉛の生成が抑制される。
【００１３】
被覆樹脂は溶接熱により徐々に分解されていくが、完全には分解されずに酸素遮断効果を発揮していることは、図１，２に示す測定結果からも明らかである。
すなわち、図１に示すような、被溶接亜鉛系めっき鋼板の溶接部裏面側の熱影響部と非熱影響部について、それぞれ赤外分光分析装置にて分析したところ、図２に示すような分析結果が得られている。
熱影響を受けた部分では、樹脂の特徴であるＣＨ2やＣＨ3，或いはＣ＝Ｏ，Ｎ−Ｈ，Ｃ−Ｏの分子結合の存在を示す波長の強度が、非熱影響部と比べ、減少していることがわかる。この減少したＣＨ2やＣＨ3，或いはＣ＝Ｏ，Ｎ−Ｈ，Ｃ−Ｏは、熱分解時に酸素と結合したとも考えられる。
【実施例】
【００１４】
実施例１：
Ｚｎ−６％Ａｌ−３％Ｍｇのめっき層を付着量９０ｇ／ｍ2で付着させた板厚１．６ｍｍのめっき鋼板を用いた。表１に示すように、種々の樹脂皮膜を形成しためっき鋼板と、樹脂皮膜を形成しないめっき鋼板をアーク溶接試験に供した。
そして、表２に示す条件でアーク溶接した。
アーク溶接時の臭気を観察するとともに、アーク溶接後、溶接箇所裏面への酸化亜鉛の生成・付着状況及び溶接部裏面の変色状態を目視観察した。
その結果を、表１に併せて示す。
【００１５】
【００１６】
【００１７】
表１に示す結果からわかるように、被覆樹脂形成時において、水系溶媒にポリウレタン樹脂，アクリル樹脂，エポキシ樹脂等をエマルジョン化した塗布液を用いると、アーク溶接時にほとんど臭気を発生させることなく、亜鉛成分の酸化に伴う酸化亜鉛（白色粉末）の発生・付着もなかった。溶接部裏面の変色状態もエポキシ樹脂の赤黄色化以外は、比較的美麗な状態であった。
このように、樹脂種によっては若干の変色を伴うことがあるので、必要に応じて樹脂種の選定に注意が必要であることがわかる。
【００１８】
実施例２：
実施例１で用いたものと同じめっき鋼板を使用した。表３に示すように、膜厚を種々変えたポリウレタン樹脂皮膜を形成しためっき鋼板と、樹脂皮膜を形成しないめっき鋼板をアーク溶接試験に供した。
そして、実施例１と同様に、表２に示す条件でアーク溶接した。
アーク溶接後、溶接箇所裏面への酸化亜鉛の生成・付着状況を目視観察した。
その結果を、表３に併せて示す。
表３に示す結果に見られるように、膜厚が薄くても樹脂皮膜が形成されていれば、酸素遮断作用が発揮されることがわかる。
【００１９】
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】赤外分光分析装置での分析箇所を説明する図
【図２】赤外分光分析装置での分析結果を示す図
【技術分野】
【０００１】
本発明は、亜鉛系めっき鋼板をアーク溶接又はレーザー溶接する際に、鋼板の裏面側に酸化亜鉛からなる白色粉末が形成・付着することを防止する亜鉛系めっき鋼板の溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、耐食性が良好でしかも廉価な鋼材として亜鉛系めっき鋼板が多用されている。しかも各種形状に成形・加工されて使用される場合が多くなっている。成形・加工の一手段としてアーク溶接法やレーザー溶接法が採用されている。亜鉛系めっき鋼板をアーク溶接又はレーザー溶接する場合、バックシールドを行うことなく、そのまま溶接するのが一般的である。この場合、溶接時の熱により溶接部の裏面側の温度は１０００℃程度まで上昇している。
【０００３】
ところが、亜鉛は沸点が約９００℃と鉄の融点よりも低いので、表面側はもちろん裏面側でも蒸発する。また、亜鉛は酸化しやすく、溶接時の熱により容易に酸化、すなわち燃焼する。溶接時には、表面側はシールドガスにより飛散され堆積されないが、裏面側には大量の酸化亜鉛が堆積する。亜鉛の酸化物は白色の粉末であるため、堆積すると外観を著しく損ねることになる。しかも作業環境面でも悪影響がある。さらに、アーク溶接又はレーザー溶接時の、溶接部裏ビード及び熱影響部亜鉛系めっきの酸化による当該裏ビード及び熱影響部の耐食性低下を補う意味で補修等を行う場合もあるが、補修を行おうとすると酸化亜鉛粉を除去しなければならない。
外観の向上や補修のために白色粉末を除去しようとすると、手間がかかりコスト高に繋がる。
【０００４】
溶接箇所裏面での酸化亜鉛の生成は、めっき層中の亜鉛成分が溶接時の熱により燃焼すること、すなわち酸化することにより生成される。したがって酸化亜鉛の生成を抑えるには酸化し難い環境下にすることが有効であることから、本出願人も、被溶接亜鉛系めっき鋼板の溶接箇所裏面側に、酸化を抑え、かつ冷却するための非酸化性ガスを供給する技術を、特許文献１で提案した。
【特許文献１】特開２００４−１００９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記技術も、亜鉛系めっき鋼板裏面の温度上昇を抑制し、酸化亜鉛の生成を抑制することができるので、溶接箇所裏面に酸化亜鉛生成による白色粉末の付着が抑制されるという点では極めて有用である。
しかしながら、上記技術では、上面が開口し、一側にガス流入口が設けられた専用の容器を被溶接箇所裏面に密着させて非酸化性ガスを供給している。このため、被溶接箇所が長くなる場合には、溶接長さ毎に合わせた専用の容器を用意・使用する必要があり、溶接作業が煩雑化する可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、亜鉛系めっき鋼板をアーク溶接又はレーザー溶接する際、溶接箇所裏面に白い粉状の酸化亜鉛が発生・付着することを防止した溶接方法を提供することを目的とする。
本発明の亜鉛系めっき鋼板の溶接方法は、その目的を達成するため、亜鉛系めっき鋼板の被溶接箇所裏面に樹脂被覆層を形成した後、表面側から前記溶接箇所をアーク溶接又はレーザー溶接することを特徴とする。
樹脂被覆層としては、水系溶媒を用いて形成したポリウレタン樹脂層が好ましい。
【発明の効果】
【０００７】
亜鉛系めっき鋼板をアーク溶接又はレーザー溶接する際、鋼板の被溶接箇所裏面を予め樹脂層で覆っている。このため、溶接箇所裏面は酸素供給が遮断されており、溶接時にあっても樹脂は溶接熱により徐々に分解されるが、樹脂層が残っている場合、酸素供給の遮断作用を発揮するため、酸化亜鉛の生成が抑制される。したがって、予め樹脂層で覆うという簡便な手段で、亜鉛の酸化に起因した白色粉末の発生・付着がなく、美麗な溶接裏面が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
亜鉛系めっき鋼板をアーク溶接又はレーザー溶接する際に裏面の溶接箇所及び熱影響部近傍に白色粉末が付着する原因が、めっき成分である亜鉛の酸化によるものであることから、本発明者等は、亜鉛の酸化抑制策について種々検討した。
その一手段として、亜鉛めっき表面に、溶接時の熱で燃焼することなく熱分解する樹脂を予め被覆しておくことが有効であることを見出した。
以下にその詳細を説明する。
【０００９】
亜鉛系めっき鋼板をアーク溶接又はレーザー溶接する際、被溶接材の裏ビード及び裏ビード近傍の熱影響部は、６００〜１０００℃程度まで温度上昇する。この温度上昇によってめっき成分の亜鉛が酸化されることになるので、本発明では被溶接材の裏ビード及び裏ビード近傍の熱影響部に相当する部分のめっき層上に予め樹脂を被覆しておくことにより、亜鉛を酸化させる酸素の供給を遮断しようとするものである。
したがって、被覆する樹脂としては、６００〜１０００℃にあってそれ自身が燃焼することがなく、熱分解するような樹脂であれば種類を問わず使用することができる。樹脂自身が燃焼すると悪臭を発生させ、作業環境を悪化させることに繋がる。また、後記するような観点から、水溶性の樹脂を用いることが好ましい。これらの理由から、水を主溶媒として樹脂をエマルジョン化させた水溶性ポリウレタン樹脂，水溶性アクリル樹脂，水溶性エポキシ樹脂等の使用が好ましい。
【００１０】
亜鉛めっき鋼板表面に上記のような樹脂を被覆する際には、通常揮発性の液体を溶媒とし、一般的な塗装法で被覆することが、作業性の観点からも好ましい。揮発性の液体として有機溶剤系の使用も不可能ではないが、有機溶剤系の液体は悪臭を伴うばかりか、火気等で燃焼・爆発を引き起こす危険性もあるので、塗装時の溶媒としては、単なる水を用いることが好ましい。
溶媒として水を用いた樹脂溶液の濃度は、塗布方法や所望乾燥時間に応じて適宜調整すればよい。塗布方法に制限はない。必要塗布領域を簡便に塗布しやすいという観点からは、ハケ塗り法を採用することが好ましい。ハケ塗り法を採用する場合には、上記水溶液の樹脂濃度は１０〜４０％程度とすることが好ましい。
【００１１】
被溶接亜鉛系めっき鋼板の溶接箇所裏面の裏ビード形成予定部分及び裏ビード近傍の熱影響部に、上記樹脂水溶液を適宜手段で塗布する。塗布量にも制限はない。めっき表面が被覆され、皮膜が形成されていれば全体の塗布量が少なくてもそれなりの効果を発揮する。後記の実施例で見られるように、乾燥膜厚０.５μｍ程度でも十分に酸化亜鉛の生成を抑制できている。
樹脂水溶液の塗布後、乾燥させる。室温での自然乾燥で十分である。
【００１２】
被溶接亜鉛系めっき鋼板の溶接箇所裏面の裏ビード形成予定部分及び裏ビード近傍の熱影響部は予め樹脂層で覆われている。このため、当該箇所ではめっき層表面への酸素供給が遮断されていることになる。溶接時、６００〜１０００℃にまで温度上昇しても、被覆樹脂は溶接熱で徐々に分解される。また、分解された物質自身が酸素と反応し、結果的にめっき層表面への酸素供給の遮断作用を発揮する。このため、酸化亜鉛の生成が抑制される。
【００１３】
被覆樹脂は溶接熱により徐々に分解されていくが、完全には分解されずに酸素遮断効果を発揮していることは、図１，２に示す測定結果からも明らかである。
すなわち、図１に示すような、被溶接亜鉛系めっき鋼板の溶接部裏面側の熱影響部と非熱影響部について、それぞれ赤外分光分析装置にて分析したところ、図２に示すような分析結果が得られている。
熱影響を受けた部分では、樹脂の特徴であるＣＨ2やＣＨ3，或いはＣ＝Ｏ，Ｎ−Ｈ，Ｃ−Ｏの分子結合の存在を示す波長の強度が、非熱影響部と比べ、減少していることがわかる。この減少したＣＨ2やＣＨ3，或いはＣ＝Ｏ，Ｎ−Ｈ，Ｃ−Ｏは、熱分解時に酸素と結合したとも考えられる。
【実施例】
【００１４】
実施例１：
Ｚｎ−６％Ａｌ−３％Ｍｇのめっき層を付着量９０ｇ／ｍ2で付着させた板厚１．６ｍｍのめっき鋼板を用いた。表１に示すように、種々の樹脂皮膜を形成しためっき鋼板と、樹脂皮膜を形成しないめっき鋼板をアーク溶接試験に供した。
そして、表２に示す条件でアーク溶接した。
アーク溶接時の臭気を観察するとともに、アーク溶接後、溶接箇所裏面への酸化亜鉛の生成・付着状況及び溶接部裏面の変色状態を目視観察した。
その結果を、表１に併せて示す。
【００１５】
【００１６】
【００１７】
表１に示す結果からわかるように、被覆樹脂形成時において、水系溶媒にポリウレタン樹脂，アクリル樹脂，エポキシ樹脂等をエマルジョン化した塗布液を用いると、アーク溶接時にほとんど臭気を発生させることなく、亜鉛成分の酸化に伴う酸化亜鉛（白色粉末）の発生・付着もなかった。溶接部裏面の変色状態もエポキシ樹脂の赤黄色化以外は、比較的美麗な状態であった。
このように、樹脂種によっては若干の変色を伴うことがあるので、必要に応じて樹脂種の選定に注意が必要であることがわかる。
【００１８】
実施例２：
実施例１で用いたものと同じめっき鋼板を使用した。表３に示すように、膜厚を種々変えたポリウレタン樹脂皮膜を形成しためっき鋼板と、樹脂皮膜を形成しないめっき鋼板をアーク溶接試験に供した。
そして、実施例１と同様に、表２に示す条件でアーク溶接した。
アーク溶接後、溶接箇所裏面への酸化亜鉛の生成・付着状況を目視観察した。
その結果を、表３に併せて示す。
表３に示す結果に見られるように、膜厚が薄くても樹脂皮膜が形成されていれば、酸素遮断作用が発揮されることがわかる。
【００１９】
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】赤外分光分析装置での分析箇所を説明する図
【図２】赤外分光分析装置での分析結果を示す図
【特許請求の範囲】
【請求項１】
亜鉛系めっき鋼板の被溶接箇所裏面に樹脂被覆層を形成した後、表面側から前記溶接箇所をアーク溶接又はレーザー溶接することを特徴とする亜鉛系めっき鋼板の溶接方法。
【請求項２】
樹脂被覆層として、ポリウレタン樹脂層を形成する請求項１に記載の亜鉛系めっき鋼板の溶接方法。
【請求項１】
亜鉛系めっき鋼板の被溶接箇所裏面に樹脂被覆層を形成した後、表面側から前記溶接箇所をアーク溶接又はレーザー溶接することを特徴とする亜鉛系めっき鋼板の溶接方法。
【請求項２】
樹脂被覆層として、ポリウレタン樹脂層を形成する請求項１に記載の亜鉛系めっき鋼板の溶接方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００７−３８２４１（Ｐ２００７−３８２４１Ａ）
【公開日】平成１９年２月１５日（２００７．２．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２２３７２９（Ｐ２００５−２２３７２９）
【出願日】平成１７年８月２日（２００５．８．２）
【出願人】（０００００４５８１）日新製鋼株式会社 (1,178)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年２月１５日（２００７．２．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年８月２日（２００５．８．２）
【出願人】（０００００４５８１）日新製鋼株式会社 (1,178)
【Ｆターム（参考）】
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