ＭＡＧ溶接方法及びこれに用いるシールドガス
【課題】亜鉛めっき鋼板を溶接する場合においてもブローホールやピットの発生を確実に防止して好適な溶接金属を形成可能なＭＡＧ溶接方法及びこれに用いるシールドガスを提供する。
【解決手段】溶接トーチの先端から送り出される溶接ワイヤと亜鉛めっき鋼板の間にアークを発生させ、シールドガスを供給しながら溶接金属を形成するステンレス鋼ワイヤを用いたＭＡＧ溶接方法において、シールドガスが、酸素と二酸化炭素と不活性ガスの混合ガスとされ、酸素の体積をＹ％、二酸化炭素の体積をＸ％としたときに、酸素と二酸化炭素の混合割合を、−Ｘ＋１≦Ｙ≦−０．２５Ｘ＋１０、０≦Ｘ≦３０、且つ０≦Ｙとなるように調整して、残体積を不活性ガスとする。
【解決手段】溶接トーチの先端から送り出される溶接ワイヤと亜鉛めっき鋼板の間にアークを発生させ、シールドガスを供給しながら溶接金属を形成するステンレス鋼ワイヤを用いたＭＡＧ溶接方法において、シールドガスが、酸素と二酸化炭素と不活性ガスの混合ガスとされ、酸素の体積をＹ％、二酸化炭素の体積をＸ％としたときに、酸素と二酸化炭素の混合割合を、−Ｘ＋１≦Ｙ≦−０．２５Ｘ＋１０、０≦Ｘ≦３０、且つ０≦Ｙとなるように調整して、残体積を不活性ガスとする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、亜鉛めっき鋼板を溶接するＭＡＧ溶接方法及びこれに用いるシールドガスに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車、建築、電気機器などに用いられる鋼材（鋼板）には、その耐食性に優れる点から、鋼板表面に純亜鉛や亜鉛合金を溶融めっき又は電気めっきした亜鉛めっき鋼板が多用されている。そして、この亜鉛めっき鋼板の溶接には、溶接効率に優れる点からＭＡＧ（Metal Active Gas）溶接が採用されている。ＭＡＧ溶接は、溶接トーチの先端から送り出される溶接ワイヤと鋼板との間にアークを発生させ、アーク熱により溶接ワイヤを溶融するとともに鋼板を溶融し、互いが混ざり合った溶接金属（溶接ビード）を形成することによって、例えば鋼板同士を接合する。
【０００３】
ここで、溶接直後など未硬化状態の溶接金属に大気が接触すると、大量の窒素が溶接金属中に溶け込み、この状態で溶接金属が凝固すると、窒素が一気に泡となって析出しそのまま溶接金属中に包含されてブローホールやピットなどの溶接欠陥が生じ、溶接部分の著しい機械的強度の低下を招いてしまう。このため、一般に、溶接時には、溶接ワイヤとともに溶接トーチの先端から、例えば炭酸ガスや、アルゴンガス、ヘリウムガスなどのシールドガスを供給し、アークによって溶融した溶融池をこのシールドガスで覆って大気から遮断するようにしている。
【０００４】
この一方で、亜鉛めっき鋼板をアーク溶接する場合には、鋼板表面を被覆する亜鉛が低融点、低沸点であるために、アーク熱で気化し、この気化した亜鉛蒸気が溶接金属中に溶け込んで、シールドガスを供給しながら溶接を行なっても溶接金属にブローホールやピットなどの溶接欠陥を生じさせる場合があった。この際、手直しのために再度溶接する必要があるため、手間とコストが増大するという問題があった。また、亜鉛蒸気に起因した溶接欠陥を回避するために、アーク熱の熱影響を受ける溶接部の亜鉛めっきを例えばグラインダーなどで予め機械的に除去することもあるが、やはり手間が掛かり溶接作業の作業効率を著しく低下させるという問題があった。
【０００５】
これに対し、例えば特許文献１に開示されるような、鋼板の組成成分と略同等の成分である炭素（Ｃ）と珪素（Ｓｉ）とマンガン（Ｍｎ）とリン（Ｐ）と硫黄（Ｓ）を主成分とした溶接ワイヤ（鉄系溶接ワイヤ）を用いることによって、亜鉛蒸気に起因したブローホールやピットの発生を抑制するアーク溶接方法がある。すなわち、溶接ワイヤを、充分なＣを確保した状態で低Ｓｉ、高Ｍｎとすることによって、溶接直後の溶接金属の粘性を低下させる。これにより、内部に取り込まれた亜鉛蒸気を、溶接金属が凝固する前に外部に放出するようにしている。また、Ｃ量を多くすることで、溶接金属の粘性をより低下させることができ、ブローホールやピットの発生をさらに抑止することが可能になる。
【特許文献１】特開平７−２３２２９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記の鉄系溶接ワイヤを用いた場合においても、亜鉛蒸気が溶接金属内に溶け込むことには変わりがなく、溶接金属の粘性を低下させても、溶け込んだ亜鉛蒸気を充分に放出できない場合もあり、この場合には、やはりブローホールやピットが発生し、充分な効果を得ることができないという問題があった。このため、より確実に亜鉛蒸気に起因したブローホールやピットの発生を抑止できる対策が強く望まれていた。
【０００７】
本発明は、上記事情を鑑み、亜鉛めっき鋼板を溶接する場合においてもブローホールやピットの発生を確実に抑止して好適な溶接金属を形成可能なＭＡＧ溶接方法及びこれに用いるシールドガスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達するために、この発明は以下の手段を提供している。
【０００９】
本発明のＭＡＧ溶接方法は、溶接トーチの先端から送り出される溶接ワイヤと亜鉛めっき鋼板の間にアークを発生させて溶接金属を形成するＭＡＧ溶接方法であって、前記溶接ワイヤとしてステンレス鋼ワイヤを用いることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明のＭＡＧ溶接方法においては、前記ステンレス鋼ワイヤは、クロムが、重量比で１２％〜３５％含有されていることが望ましい。
【００１１】
さらに、本発明のＭＡＧ溶接方法は、溶接トーチの先端から送り出される溶接ワイヤと亜鉛めっき鋼板の間にアークを発生させ、シールドガスを供給しながら溶接金属を形成するＭＡＧ溶接方法において、前記シールドガスが、酸素と二酸化炭素と不活性ガスの混合ガスとされ、前記酸素の体積をＹ％、前記二酸化炭素の体積をＸ％としたときに、前記酸素と前記二酸化炭素の混合割合が、
−Ｘ＋１≦Ｙ≦−０．２５Ｘ＋１０、０≦Ｘ≦３０、且つ０≦Ｙ
となるように調整されて、残体積が前記不活性ガスとされていることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明のシールドガスは、溶接トーチの先端から送り出される溶接ワイヤと亜鉛めっき鋼板の間にアークを発生させて溶接金属を形成する際に、前記溶接金属の表面を覆うように供給されるシールドガスであって、酸素と二酸化炭素と不活性ガスの混合ガスとされ、前記酸素の体積をＹ％、前記二酸化炭素の体積をＸ％としたときに、前記酸素と前記二酸化炭素の混合割合が、
−Ｘ＋１≦Ｙ≦−０．２５Ｘ＋１０、０≦Ｘ≦３０、且つ０≦Ｙ
となるように調整され、残体積が前記不活性ガスとされていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のＭＡＧ溶接方法によれば、溶接ワイヤとしてステンレス鋼ワイヤを用いることによって、すなわち炭素量が少なく、ニッケル、クロムが含有されている溶接ワイヤを用いることによって、溶接直後の溶接金属の粘性を高めることができ、この粘性に起因して亜鉛蒸気が溶融金属内に溶け込むことを阻止することができる。これにより、溶接金属に亜鉛蒸気に起因したブローホールやピットが形成されることを抑止でき、好適な溶接金属を形成することが可能になる。また、ステンレス鋼ワイヤに、クロムが、重量比で１２％〜３５％含有されていることによって、確実に上記の効果を得ることができる。
【００１４】
また、本発明のＭＡＧ溶接方法及びこれに用いるシールドガスによれば、シールドガスの酸素の体積をＹ％、二酸化炭素の体積をＸ％としたときに、酸素と二酸化炭素の混合割合が、
−Ｘ＋１≦Ｙ≦−０．２５Ｘ＋１０、０≦Ｘ≦３０、且つ０≦Ｙ
となるように調整され、残体積が不活性ガスとされていることによって、ブローホールやピットの発生を抑止することができ、かつ好適にアークを形成できるとともに、溶接直後の溶融した溶接金属の溶滴移行が好適に行なわれてスパッタの発生をも防止できる。これにより、好適な溶接金属を形成することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図１及び図２を参照し、本発明の一実施形態に係るＭＡＧ（Metal Active Gas）溶接方法及びこれに用いるシールドガスについて説明する。本実施形態は、亜鉛めっき鋼板のＭＡＧ溶接方法及びこれに用いるシールドガスに関するものである。
【００１６】
本実施形態において、溶接に使用するアーク溶接装置（ＭＡＧ溶接装置）は、図１及び図２に示すように、ステンレス鋼ワイヤ（溶接ワイヤ）１を通電させるためのコンタクトチップ２ａ及びシールドガスを溶接部３に供給するためのガスノズル２ｂを先端側に備えた溶接トーチ２と、亜鉛めっき鋼板（母材）４とコンタクトチップ２ａに電気的に接続され、コンタクトチップ２ａに電力を供給する溶接機５と、ドラム６ａに巻かれたステンレス鋼ワイヤ１を溶接トーチ２に供給する送給装置６と、溶接トーチ２のガスノズル２ｂにシールドガスを供給するシールドガス供給装置７とから構成される。ここで、溶接部３とは、亜鉛めっき鋼板４の溶接に伴う熱により影響を受ける部分を示している。
【００１７】
溶接トーチ２は、図２に示すように、その先端側に備えたガスノズル２ｂが略円筒状に形成されており、その内部に略円筒状のコンタクトチップ２ａが、互いの軸線Ｏ１が同軸上に配されるようにして収容されている。また、溶接トーチ２は、送給装置６から送られたステンレス鋼ワイヤ１が、コンタクトチップ２ａの内孔に挿通し溶接トーチ２の先端から外側に向けて送給可能とされている。さらに、ガスノズル２ｂは、その内孔に本実施形態のシールドガスがシールドガス供給装置７から供給され、シールドガスをその先端、すなわち溶接トーチ２の先端から外側に噴射するように形成されている。
【００１８】
ここで、本実施形態のステンレス鋼ワイヤ１は、炭素量が少なく、ニッケル、クロムが含有され、例えばクロムが、重量比で１２％〜３５％含有されたものであり、ＪＩＳ Ｚ ３３２１Ｙ３０８、ＪＩＳ Ｚ ３３２１Ｙ３０８ ＬＳｉ、ＪＩＳ Ｚ ３３２１Ｙ３０９、ＪＩＳ Ｚ ３３２１Ｙ３０９ ＬＳｉ、ＪＩＳ Ｚ ３３２１Ｙ３１６ ＬＳｉを適用することができる。
【００１９】
一方、本実施形態のシールドガスは、酸素と二酸化炭素とアルゴン（Ａｒ）（不活性ガス）の混合ガスとされ、酸素の体積をＹ％、二酸化炭素の体積をＸ％としたときに、酸素と二酸化炭素の混合割合（組成成分割合）が、
−Ｘ＋１≦Ｙ≦−０．２５Ｘ＋１０、０≦Ｘ≦３０、且つ０≦Ｙ
となるように調整され、残体積がアルゴンガスで占められている。
【００２０】
ついで、上記の構成からなるアーク溶接装置を用いてＭＡＧ溶接を行なう方法について説明し、本実施形態のＭＡＧ溶接方法及びシールドガスの作用及び効果について説明する。
【００２１】
本実施形態において、亜鉛めっき鋼板４に溶接を施す際には、はじめに、溶接機５からコンタクトチップ２ａに電力を供給可能な状態にするとともに、送給装置６及びシールドガス供給装置７からステンレス鋼ワイヤ１及びシールドガスを供給可能な状態にする。ついで、溶接作業者は、溶接トーチ２の先端を所定の位置に向け、例えば溶接トーチ２のレバー２ｃを操作し、コンタクトチップ２ａに電力を供給しつつ溶接トーチ２の先端からステンレス鋼ワイヤ１及びシールドガスの供給を開始する。これにより、溶接トーチ２の先端から送り出されたステンレス鋼ワイヤ１の先端と亜鉛めっき鋼板４の間にアーク１０が発生し、継続して送り出されるステンレス鋼ワイヤ１を順次溶融させてゆくとともに、亜鉛めっき鋼板４を溶融させてゆく。そして、溶接作業者が、溶接トーチ２を溶接方向Ｔに移動させることにより、順次溶融するステンレス鋼ワイヤ２と亜鉛めっき鋼板４とが、溶滴状態で亜鉛めっき鋼板４上を移行しながら混合されて溶接金属１１が形成されてゆく。また、このとき、溶接直後の溶融池１２の溶接金属１１は、その表面がガスノズル２ｂの先端から噴射した本実施形態のシールドガスで覆われて、大気との接触が遮断される。
【００２２】
ここで、上記のように亜鉛めっき鋼板４を溶接する場合には、鋼板４表面を被覆する亜鉛が低融点で、低沸点の金属であるために、アーク熱で気化してしまい、この気化した亜鉛蒸気が溶接金属１１中に溶け込み、シールドガスを用いて溶接を行なっても溶接金属１１にブローホールやピットなどの溶接欠陥を生じさせるという問題があった。
【００２３】
これに対し、本実施形態においては、溶接ワイヤにステンレス鋼ワイヤ１を用いているため、すなわち炭素量が少なく、ニッケルやクロムを含む溶接ワイヤを用いているため、溶接直後の溶接金属１１の粘性が高くなり、この粘性によって亜鉛蒸気の溶融金属１１内への溶け込みが阻止されて、亜鉛蒸気に起因したブローホールやピットの溶接欠陥が生じることが抑止される。これにより、亜鉛めっき鋼板４を溶接する場合においても、溶接欠陥のない好適な溶接金属１１を形成することが可能になる。
【００２４】
また、本実施形態においては、シールドガスの酸素（Ｙ％）と二酸化炭素（Ｘ％）の混合割合が、
−Ｘ＋１≦Ｙ≦−０．２５Ｘ＋１０、０≦Ｘ≦３０、且つ０≦Ｙ
となるように調整され、残体積がアルゴンガスとされていることによって、ブローホールやピットの発生を抑止することができ、かつ好適なアーク１０の形成及び溶接直後の溶滴移行が好適に行なわれ、スパッタの発生を防止できる。
【００２５】
すなわち、上記の範囲よりも酸素量が多い場合には、溶接金属１１がシールドガス中の酸素によって大きく酸化されてしまう。このため、溶接金属１１のなじみが悪くなり溶接金属１１が大きな凸状を示すように形成され、溶接金属１１の靭性が悪化する。
【００２６】
一方、−Ｘ＋１≦Ｙの範囲を外れた場合には、シールドガスの酸化作用が不足して、安定したアーク１０が形成できなくなってしまう。さらに、Ｘ≦３０の範囲を外れた場合には、溶接直後の溶融した溶接金属１１の溶滴移行において、例えば液滴が大きくなりすぎるなど不安定な溶滴形状での移行が発生しやすくなり、アーク１０で溶接金属１１が飛び散ってスパッタ発生量の増大を招いてしまう。
【００２７】
したがって、本実施形態のＭＡＧ溶接方法によれば、溶接ワイヤとしてステンレス鋼ワイヤ１を用いることによって、溶接金属１１に亜鉛蒸気に起因したブローホールやピットが形成されることを防止でき、好適な溶接金属１１を形成することが可能になる。また、このとき、ステンレス鋼ワイヤ１に、クロムが重量比で１２％〜３５％含有されていることにより、上記効果を確実に得ることができる。
【００２８】
また、本実施形態のシールドガスを用いてＭＡＧ溶接を行なうことによって、ブローホールやピットの発生を抑止することができるとともに、アーク１０の形成や溶接直後の溶融した溶接金属１１の溶滴移行を円滑に行なえ、スパッタの発生をも防止して、好適な溶接金属１１を形成することが可能になる。
【００２９】
なお、本発明は、上記の一実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、本実施形態では、シールドガスの酸素と二酸化炭素の少なくとも一方を除いた残体積を占める不活性ガスが、アルゴンガスであるものとして説明を行なったが、不活性ガスは、特にアルゴンガスに限定する必要はなく、例えばヘリウムガスや、ヘリウムガスとアルゴンガスの混合ガスを不活性ガスとして用いてもよい。よって、本発明のシールドガスは、任意の不活性ガスを用いて構成されてもよいものである。
【実施例１】
【００３０】
以下に、図１及び図２を参照し、本発明の実施例１を具体的に説明する。
本実施例は、亜鉛めっき鋼板４を、本発明に係るＭＡＧ溶接方法で用いるステンレス鋼ワイヤ１と、炭素鋼ワイヤとでそれぞれ溶接し、形成した溶接金属１１のピットの数を比較することによって、ステンレス鋼ワイヤ１を用いるＭＡＧ溶接方法の優位性を明らかにしたものである。
【００３１】
本発明の実施例１において、溶接する亜鉛めっき鋼板４は、厚さ２．３ｍｍとされ、ステンレス鋼の表面に４５ｇ／ｍ２の目付量で亜鉛めっきを施して形成されている。そして、溶接は、溶接トーチ２のトーチ角θを亜鉛めっき鋼板４の溶接側の上面に直交する垂直面に対し２０度傾斜させた下向きの溶接姿勢で行う重ね隅肉溶接としている。また、溶接方向Ｔは一方向として前後の進退を行なっていない。さらに、溶接トーチ２のコンタクトチップ２ａと亜鉛めっき鋼板４との離間を１５ｍｍとして、溶接長を２００ｍｍとした。また、溶接時には、溶接トーチ２の先端から溶接部３に向けて、流量２０リットル／ｍｉｎでシールドガスを供給している。
【００３２】
さらに、本実施例では、ステンレス鋼ワイヤ１に、直径１．２ｍｍのＳＵＳ３０９Ｌ ステンレス鋼（JIS Z 3321Y309 LSi）製のソリッドワイヤを用いている。炭素鋼ワイヤには、直径１．２ｍｍの炭素鋼ソリッドワイヤ（JIS Z 3312YGW12）を用いている。
【００３３】
また、本実施例では、上記の溶接条件に加えて、溶接ワイヤ（ステンレス鋼ワイヤ、炭素鋼ワイヤ）１に印加する電圧及び溶接ワイヤ１を流れる電流、溶接方向Ｔに溶接トーチ２を移動させる速度、すなわち溶接速度を変化させた３ケースで溶接を行っている。そして、ステンレス鋼ワイヤと炭素鋼ワイヤのそれぞれを用い、各ケースで形成した溶接金属１１のピットの数を比較することによって、その評価を行なっている。ここで、Ｃａｓｅ１では、溶接ワイヤ１に２０Ｖの電圧を印加して電流を１６０Ａとし、溶接速度を５０ｃｍ／ｍｉｎとしている。Ｃａｓｅ２では、電圧２３Ｖ、電流２３０Ａとし、溶接速度を１００ｃｍ／ｍｉｎとしている。また、Ｃａｓｅ３では、電圧２５Ｖ、電流３００Ａとし、溶接速度を１５０ｃｍ／ｍｉｎとしている。
【００３４】
上記の溶接条件で、ステンレス鋼ワイヤと炭素鋼ワイヤのそれぞれの溶接ワイヤ１を用いて形成した溶接金属１１のピットの検出結果を表１に示す。
【００３５】
この結果、炭素鋼ワイヤを用いた場合には、Ｃａｓｅ１で２個、Ｃａｓｅ２で１５個、Ｃａｓｅ３で３個のピットを溶接金属１１に検出したのに対し、ステンレス鋼ワイヤを用いた場合には、Ｃａｓｅ１及びＣａｓｅ３で全くピットが検出されず、Ｃａｓｅ２において僅かに１個のピットが検出される結果となった。これは、炭素鋼ワイヤに比べ、ステンレス鋼ワイヤは、炭素量が少なく、ニッケル、クロムが含有され、このうちクロムが重量比で１２％〜３５％の範囲内で含有されていることに基づくものであり、このステンレス鋼ワイヤで形成した溶接直後の溶接金属１１は、その粘性が高くなって、アーク熱で気化した亜鉛蒸気が粘性により内部に溶け込まない。
【００３６】
【表１】
【００３７】
以上の結果から、溶接ワイヤ１としてステンレス鋼ワイヤを用いることによって、溶接直後の溶接金属１１の粘性を高め、亜鉛蒸気の溶融金属１１への溶け込みを阻止し、溶接金属１１にピット（ピットやブローホール）が形成されることを抑止できることが実証された。
【実施例２】
【００３８】
ついで、以下に、図１から図３を参照し、本発明の実施例２について具体的に説明する。本実施例は、溶接を行う際に、酸素と二酸化炭素とアルゴン（不活性ガス）の混合割合（組成成分割合）を段階的に変化させた各シールドガスをそれぞれ供給して、好適な溶接金属１１を形成可能なシールドガスの混合割合を特定したものである。
【００３９】
本実施例では、溶接ワイヤ１に実施例１のステンレス鋼ワイヤを用い、溶接条件を実施例１と同様にしている。また、本実施例では、はじめに、酸素を含まず、二酸化炭素の体積を０．５％、１％、２０％、３０％、３５％と段階的に変化させ、残体積をアルゴンガス（不活性ガス）が占めるシールドガスを用いて溶接を行なっている。ついで、二酸化炭素を含まず、酸素の体積を０．５％、１％、１０％、１３％と段階的に変化させ、同じく残体積をアルゴンガスが占めるシールドガスを用いて溶接を行なっている。さらに、二酸化炭素と酸素の体積を、それぞれ３０％と２．５％、３０％と５％、２０％と５％、２０％と８％、１０％と７．５％、１０％と１０％とし、残体積をアルゴンガスが占めるシールドガスを用いて溶接を行なっている。
【００４０】
そして、各シールドガスを用いて形成した溶接金属（ビード）１１に対し、スパッタの発生状況、ビード表面の酸化状況、ビード止端のぬれ性、ビード止端の蛇行の有無、ピット発生の有無を観察し、各観察結果の良否によって各シールドガスの評価を行なっている。ここで、ビード止端とは、一方向に溶接トーチ２を移動させながら形成した溶接金属１１の溶接方向Ｔ後端側を示している。
【００４１】
ついで、酸素を含まず、二酸化炭素の体積を段階的に変化させたシールドガスを用いた結果を表２に示す。この結果、二酸化炭素の体積を０．５％とした場合には、ビード止端の蛇行が確認され、かつピットの発生が確認された。また、二酸化炭素の体積を３５％とした場合には、ビード止端の蛇行やピットの発生は確認されない反面、スパッタが多く発生するとともに、ビード表面の酸化が多く、かつビード止端のぬれ性が悪いという結果となった。一方、二酸化炭素の体積を１％、２０％、３０％とした場合には、スパッタの発生やビード表面の酸化が少なく、ビード止端のぬれ性も良好で、かつビード止端の蛇行やピットの発生がないことが確認された。
【００４２】
【表２】
【００４３】
これにより、酸素を含まないシールドガスの場合には、二酸化炭素を１％〜３０％の範囲に調整することで、好適な溶接金属１１を形成することが可能であることが確認された。
【００４４】
ついで、二酸化炭素を含まず、酸素の体積を段階的に変化させたシールドガスを用いた結果を表３に示す。この結果、酸素の体積を０．５％とした場合には、ビード止端の蛇行とピットの発生が確認された。また、酸素の体積を１３％とした場合には、ビード止端の蛇行やピットの発生が確認されず、かつスパッタの発生が少ない反面、ビード表面の酸化が多く、ビード止端のぬれ性が悪いという結果となった。これに対し、酸素の体積を１％、１０％とした場合には、スパッタの発生やビード表面の酸化が少なく、ビード止端のぬれ性も良好で、かつビード止端の蛇行やピットの発生もないことが確認された。
【００４５】
【表３】
【００４６】
これにより、二酸化炭素を含まないシールドガスの場合には、酸素を１％〜１０％の範囲に調整することで、好適な溶接金属１１を形成することが可能であることが確認された。
【００４７】
ついで、二酸化炭素と酸素の体積を、それぞれ３０％と２．５％、３０％と５％、２０％と５％、２０％と８％、１０％と７．５％、１０％と１０％とし、残体積をアルゴンガスが占めるシールドガスを用いた結果を表４に示す。この結果、二酸化炭素と酸素の体積を、それぞれ３０％と５％、２０％と８％、１０％と１０％にした場合には、ともにビード表面の酸化が多く、ビード止端のぬれ性が悪くなることが確認された。一方、二酸化炭素と酸素の体積を、それぞれ３０％と２．５％、２０％と５％、１０％と７．５％にした場合には、各観察結果が良好で、好適な溶接金属１１を形成できることが確認された。
【００４８】
【表４】
【００４９】
以上の結果をまとめて図３に示す。ここで、図３において、縦軸Ｙは、酸素の体積割合（％）を示し、横軸Ｘは、二酸化炭素の体積割合（％）を示している。
【００５０】
上記の結果から、良好な溶接金属１１が形成される範囲は、Ｙ＝−０．２５Ｘ＋１０の直線Ａと、Ｙ＝−Ｘ＋１の直線Ｂと、Ｘ＝３０の直線Ｃで囲まれた領域Ｓ１になる。すなわち、領域Ｓ１内の組成成分割合を示すシールドガスを用いることによって、亜鉛めっき鋼板４を溶接した場合においても、亜鉛蒸気に起因した溶接欠陥などが生じることがない。また、図３において、直線Ａよりも酸素の体積割合が多い領域Ｓ２（直線Ａよりも上側に相当する領域Ｓ２）のシールドガスを用いて溶接を行なった場合には、酸素量が多いために、酸素ガスの酸化作用が大きくなり、ビードの酸化が顕著となる。そして、この場合には、ビードの酸化に伴ってビードのなじみが悪くなり、ビードが極端な凸状に形成され、結果として溶接金属の靭性の悪化を招くことになる。
【００５１】
また、直線Ｂよりも酸素の体積割合が少ない領域Ｓ３（直線Ｂよりも下側に相当する領域Ｓ３）のシールドガスを用いて溶接を行った場合には、酸化作用が不足して、安定したアークを得ることができなくなってしまう。さらに、直線Ｃよりも二酸化炭素の体積割合が多い領域Ｓ４（直線Ｃよりも右側に相当する領域Ｓ４）のシールドガスを用いて溶接を行った場合には、溶滴移行において、不安定な溶滴形状での移行が発生しやすくなり、ビード止端のぬれ性の悪化や、スパッタ発生量の増大を招くことになる。
【００５２】
したがって、シールドガスの組成成分割合を、−Ｘ＋１≦Ｙ≦−０．２５Ｘ＋１０、０≦Ｘ≦３０、且つ０≦Ｙとなるように調整し、残体積を不活性ガスで占めるようにすることにより、亜鉛めっき鋼板を溶接する場合においても、アーク熱で気化した亜鉛蒸気が溶接金属１１の高粘性によってその内部に溶け込むことがなく、ブローホールやピットの発生を確実に防止して好適な溶接金属１１を形成することが可能になることが実証された。
【００５３】
なお、本実施例では、亜鉛めっき鋼板４間での溶接を行なったが、亜鉛めっき鋼板４とめっきをしていない炭素鋼板の溶接においても、本発明に係るＭＡＧ溶接方法及びこれに用いるシールドガスは有効である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の一実施形態に係るアーク溶接装置を示す図である。
【図２】図１のアーク溶接装置で亜鉛めっき鋼板を溶接している状態を示す図である。
【図３】実施例２の結果をもとに、好適な溶接金属を形成可能なシールドガスの組成割合を示した図である。
【符号の説明】
【００５５】
１ 溶接ワイヤ（ステンレス鋼ワイヤ）
２ 溶接トーチ
３ 溶接部
４ 亜鉛めっき鋼板
７ シールドガス供給装置
１０ アーク
１１ 溶接金属（ビード）
１２ 溶融池
Ｓ１ 領域（好適な溶接金属が形成される領域）
Ｓ２ 領域（ビード酸化が多く、ビード形状が悪化する領域）
Ｓ３ 領域（アーク不安定領域）
Ｓ４ 領域（スパッタ増大領域）
Ａ 直線（Ｙ＝−０．２５Ｘ＋１０）
Ｂ 直線（Ｙ＝−Ｘ＋１）
Ｃ 直線（Ｘ＝３０）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、亜鉛めっき鋼板を溶接するＭＡＧ溶接方法及びこれに用いるシールドガスに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車、建築、電気機器などに用いられる鋼材（鋼板）には、その耐食性に優れる点から、鋼板表面に純亜鉛や亜鉛合金を溶融めっき又は電気めっきした亜鉛めっき鋼板が多用されている。そして、この亜鉛めっき鋼板の溶接には、溶接効率に優れる点からＭＡＧ（Metal Active Gas）溶接が採用されている。ＭＡＧ溶接は、溶接トーチの先端から送り出される溶接ワイヤと鋼板との間にアークを発生させ、アーク熱により溶接ワイヤを溶融するとともに鋼板を溶融し、互いが混ざり合った溶接金属（溶接ビード）を形成することによって、例えば鋼板同士を接合する。
【０００３】
ここで、溶接直後など未硬化状態の溶接金属に大気が接触すると、大量の窒素が溶接金属中に溶け込み、この状態で溶接金属が凝固すると、窒素が一気に泡となって析出しそのまま溶接金属中に包含されてブローホールやピットなどの溶接欠陥が生じ、溶接部分の著しい機械的強度の低下を招いてしまう。このため、一般に、溶接時には、溶接ワイヤとともに溶接トーチの先端から、例えば炭酸ガスや、アルゴンガス、ヘリウムガスなどのシールドガスを供給し、アークによって溶融した溶融池をこのシールドガスで覆って大気から遮断するようにしている。
【０００４】
この一方で、亜鉛めっき鋼板をアーク溶接する場合には、鋼板表面を被覆する亜鉛が低融点、低沸点であるために、アーク熱で気化し、この気化した亜鉛蒸気が溶接金属中に溶け込んで、シールドガスを供給しながら溶接を行なっても溶接金属にブローホールやピットなどの溶接欠陥を生じさせる場合があった。この際、手直しのために再度溶接する必要があるため、手間とコストが増大するという問題があった。また、亜鉛蒸気に起因した溶接欠陥を回避するために、アーク熱の熱影響を受ける溶接部の亜鉛めっきを例えばグラインダーなどで予め機械的に除去することもあるが、やはり手間が掛かり溶接作業の作業効率を著しく低下させるという問題があった。
【０００５】
これに対し、例えば特許文献１に開示されるような、鋼板の組成成分と略同等の成分である炭素（Ｃ）と珪素（Ｓｉ）とマンガン（Ｍｎ）とリン（Ｐ）と硫黄（Ｓ）を主成分とした溶接ワイヤ（鉄系溶接ワイヤ）を用いることによって、亜鉛蒸気に起因したブローホールやピットの発生を抑制するアーク溶接方法がある。すなわち、溶接ワイヤを、充分なＣを確保した状態で低Ｓｉ、高Ｍｎとすることによって、溶接直後の溶接金属の粘性を低下させる。これにより、内部に取り込まれた亜鉛蒸気を、溶接金属が凝固する前に外部に放出するようにしている。また、Ｃ量を多くすることで、溶接金属の粘性をより低下させることができ、ブローホールやピットの発生をさらに抑止することが可能になる。
【特許文献１】特開平７−２３２２９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記の鉄系溶接ワイヤを用いた場合においても、亜鉛蒸気が溶接金属内に溶け込むことには変わりがなく、溶接金属の粘性を低下させても、溶け込んだ亜鉛蒸気を充分に放出できない場合もあり、この場合には、やはりブローホールやピットが発生し、充分な効果を得ることができないという問題があった。このため、より確実に亜鉛蒸気に起因したブローホールやピットの発生を抑止できる対策が強く望まれていた。
【０００７】
本発明は、上記事情を鑑み、亜鉛めっき鋼板を溶接する場合においてもブローホールやピットの発生を確実に抑止して好適な溶接金属を形成可能なＭＡＧ溶接方法及びこれに用いるシールドガスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達するために、この発明は以下の手段を提供している。
【０００９】
本発明のＭＡＧ溶接方法は、溶接トーチの先端から送り出される溶接ワイヤと亜鉛めっき鋼板の間にアークを発生させて溶接金属を形成するＭＡＧ溶接方法であって、前記溶接ワイヤとしてステンレス鋼ワイヤを用いることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明のＭＡＧ溶接方法においては、前記ステンレス鋼ワイヤは、クロムが、重量比で１２％〜３５％含有されていることが望ましい。
【００１１】
さらに、本発明のＭＡＧ溶接方法は、溶接トーチの先端から送り出される溶接ワイヤと亜鉛めっき鋼板の間にアークを発生させ、シールドガスを供給しながら溶接金属を形成するＭＡＧ溶接方法において、前記シールドガスが、酸素と二酸化炭素と不活性ガスの混合ガスとされ、前記酸素の体積をＹ％、前記二酸化炭素の体積をＸ％としたときに、前記酸素と前記二酸化炭素の混合割合が、
−Ｘ＋１≦Ｙ≦−０．２５Ｘ＋１０、０≦Ｘ≦３０、且つ０≦Ｙ
となるように調整されて、残体積が前記不活性ガスとされていることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明のシールドガスは、溶接トーチの先端から送り出される溶接ワイヤと亜鉛めっき鋼板の間にアークを発生させて溶接金属を形成する際に、前記溶接金属の表面を覆うように供給されるシールドガスであって、酸素と二酸化炭素と不活性ガスの混合ガスとされ、前記酸素の体積をＹ％、前記二酸化炭素の体積をＸ％としたときに、前記酸素と前記二酸化炭素の混合割合が、
−Ｘ＋１≦Ｙ≦−０．２５Ｘ＋１０、０≦Ｘ≦３０、且つ０≦Ｙ
となるように調整され、残体積が前記不活性ガスとされていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のＭＡＧ溶接方法によれば、溶接ワイヤとしてステンレス鋼ワイヤを用いることによって、すなわち炭素量が少なく、ニッケル、クロムが含有されている溶接ワイヤを用いることによって、溶接直後の溶接金属の粘性を高めることができ、この粘性に起因して亜鉛蒸気が溶融金属内に溶け込むことを阻止することができる。これにより、溶接金属に亜鉛蒸気に起因したブローホールやピットが形成されることを抑止でき、好適な溶接金属を形成することが可能になる。また、ステンレス鋼ワイヤに、クロムが、重量比で１２％〜３５％含有されていることによって、確実に上記の効果を得ることができる。
【００１４】
また、本発明のＭＡＧ溶接方法及びこれに用いるシールドガスによれば、シールドガスの酸素の体積をＹ％、二酸化炭素の体積をＸ％としたときに、酸素と二酸化炭素の混合割合が、
−Ｘ＋１≦Ｙ≦−０．２５Ｘ＋１０、０≦Ｘ≦３０、且つ０≦Ｙ
となるように調整され、残体積が不活性ガスとされていることによって、ブローホールやピットの発生を抑止することができ、かつ好適にアークを形成できるとともに、溶接直後の溶融した溶接金属の溶滴移行が好適に行なわれてスパッタの発生をも防止できる。これにより、好適な溶接金属を形成することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図１及び図２を参照し、本発明の一実施形態に係るＭＡＧ（Metal Active Gas）溶接方法及びこれに用いるシールドガスについて説明する。本実施形態は、亜鉛めっき鋼板のＭＡＧ溶接方法及びこれに用いるシールドガスに関するものである。
【００１６】
本実施形態において、溶接に使用するアーク溶接装置（ＭＡＧ溶接装置）は、図１及び図２に示すように、ステンレス鋼ワイヤ（溶接ワイヤ）１を通電させるためのコンタクトチップ２ａ及びシールドガスを溶接部３に供給するためのガスノズル２ｂを先端側に備えた溶接トーチ２と、亜鉛めっき鋼板（母材）４とコンタクトチップ２ａに電気的に接続され、コンタクトチップ２ａに電力を供給する溶接機５と、ドラム６ａに巻かれたステンレス鋼ワイヤ１を溶接トーチ２に供給する送給装置６と、溶接トーチ２のガスノズル２ｂにシールドガスを供給するシールドガス供給装置７とから構成される。ここで、溶接部３とは、亜鉛めっき鋼板４の溶接に伴う熱により影響を受ける部分を示している。
【００１７】
溶接トーチ２は、図２に示すように、その先端側に備えたガスノズル２ｂが略円筒状に形成されており、その内部に略円筒状のコンタクトチップ２ａが、互いの軸線Ｏ１が同軸上に配されるようにして収容されている。また、溶接トーチ２は、送給装置６から送られたステンレス鋼ワイヤ１が、コンタクトチップ２ａの内孔に挿通し溶接トーチ２の先端から外側に向けて送給可能とされている。さらに、ガスノズル２ｂは、その内孔に本実施形態のシールドガスがシールドガス供給装置７から供給され、シールドガスをその先端、すなわち溶接トーチ２の先端から外側に噴射するように形成されている。
【００１８】
ここで、本実施形態のステンレス鋼ワイヤ１は、炭素量が少なく、ニッケル、クロムが含有され、例えばクロムが、重量比で１２％〜３５％含有されたものであり、ＪＩＳ Ｚ ３３２１Ｙ３０８、ＪＩＳ Ｚ ３３２１Ｙ３０８ ＬＳｉ、ＪＩＳ Ｚ ３３２１Ｙ３０９、ＪＩＳ Ｚ ３３２１Ｙ３０９ ＬＳｉ、ＪＩＳ Ｚ ３３２１Ｙ３１６ ＬＳｉを適用することができる。
【００１９】
一方、本実施形態のシールドガスは、酸素と二酸化炭素とアルゴン（Ａｒ）（不活性ガス）の混合ガスとされ、酸素の体積をＹ％、二酸化炭素の体積をＸ％としたときに、酸素と二酸化炭素の混合割合（組成成分割合）が、
−Ｘ＋１≦Ｙ≦−０．２５Ｘ＋１０、０≦Ｘ≦３０、且つ０≦Ｙ
となるように調整され、残体積がアルゴンガスで占められている。
【００２０】
ついで、上記の構成からなるアーク溶接装置を用いてＭＡＧ溶接を行なう方法について説明し、本実施形態のＭＡＧ溶接方法及びシールドガスの作用及び効果について説明する。
【００２１】
本実施形態において、亜鉛めっき鋼板４に溶接を施す際には、はじめに、溶接機５からコンタクトチップ２ａに電力を供給可能な状態にするとともに、送給装置６及びシールドガス供給装置７からステンレス鋼ワイヤ１及びシールドガスを供給可能な状態にする。ついで、溶接作業者は、溶接トーチ２の先端を所定の位置に向け、例えば溶接トーチ２のレバー２ｃを操作し、コンタクトチップ２ａに電力を供給しつつ溶接トーチ２の先端からステンレス鋼ワイヤ１及びシールドガスの供給を開始する。これにより、溶接トーチ２の先端から送り出されたステンレス鋼ワイヤ１の先端と亜鉛めっき鋼板４の間にアーク１０が発生し、継続して送り出されるステンレス鋼ワイヤ１を順次溶融させてゆくとともに、亜鉛めっき鋼板４を溶融させてゆく。そして、溶接作業者が、溶接トーチ２を溶接方向Ｔに移動させることにより、順次溶融するステンレス鋼ワイヤ２と亜鉛めっき鋼板４とが、溶滴状態で亜鉛めっき鋼板４上を移行しながら混合されて溶接金属１１が形成されてゆく。また、このとき、溶接直後の溶融池１２の溶接金属１１は、その表面がガスノズル２ｂの先端から噴射した本実施形態のシールドガスで覆われて、大気との接触が遮断される。
【００２２】
ここで、上記のように亜鉛めっき鋼板４を溶接する場合には、鋼板４表面を被覆する亜鉛が低融点で、低沸点の金属であるために、アーク熱で気化してしまい、この気化した亜鉛蒸気が溶接金属１１中に溶け込み、シールドガスを用いて溶接を行なっても溶接金属１１にブローホールやピットなどの溶接欠陥を生じさせるという問題があった。
【００２３】
これに対し、本実施形態においては、溶接ワイヤにステンレス鋼ワイヤ１を用いているため、すなわち炭素量が少なく、ニッケルやクロムを含む溶接ワイヤを用いているため、溶接直後の溶接金属１１の粘性が高くなり、この粘性によって亜鉛蒸気の溶融金属１１内への溶け込みが阻止されて、亜鉛蒸気に起因したブローホールやピットの溶接欠陥が生じることが抑止される。これにより、亜鉛めっき鋼板４を溶接する場合においても、溶接欠陥のない好適な溶接金属１１を形成することが可能になる。
【００２４】
また、本実施形態においては、シールドガスの酸素（Ｙ％）と二酸化炭素（Ｘ％）の混合割合が、
−Ｘ＋１≦Ｙ≦−０．２５Ｘ＋１０、０≦Ｘ≦３０、且つ０≦Ｙ
となるように調整され、残体積がアルゴンガスとされていることによって、ブローホールやピットの発生を抑止することができ、かつ好適なアーク１０の形成及び溶接直後の溶滴移行が好適に行なわれ、スパッタの発生を防止できる。
【００２５】
すなわち、上記の範囲よりも酸素量が多い場合には、溶接金属１１がシールドガス中の酸素によって大きく酸化されてしまう。このため、溶接金属１１のなじみが悪くなり溶接金属１１が大きな凸状を示すように形成され、溶接金属１１の靭性が悪化する。
【００２６】
一方、−Ｘ＋１≦Ｙの範囲を外れた場合には、シールドガスの酸化作用が不足して、安定したアーク１０が形成できなくなってしまう。さらに、Ｘ≦３０の範囲を外れた場合には、溶接直後の溶融した溶接金属１１の溶滴移行において、例えば液滴が大きくなりすぎるなど不安定な溶滴形状での移行が発生しやすくなり、アーク１０で溶接金属１１が飛び散ってスパッタ発生量の増大を招いてしまう。
【００２７】
したがって、本実施形態のＭＡＧ溶接方法によれば、溶接ワイヤとしてステンレス鋼ワイヤ１を用いることによって、溶接金属１１に亜鉛蒸気に起因したブローホールやピットが形成されることを防止でき、好適な溶接金属１１を形成することが可能になる。また、このとき、ステンレス鋼ワイヤ１に、クロムが重量比で１２％〜３５％含有されていることにより、上記効果を確実に得ることができる。
【００２８】
また、本実施形態のシールドガスを用いてＭＡＧ溶接を行なうことによって、ブローホールやピットの発生を抑止することができるとともに、アーク１０の形成や溶接直後の溶融した溶接金属１１の溶滴移行を円滑に行なえ、スパッタの発生をも防止して、好適な溶接金属１１を形成することが可能になる。
【００２９】
なお、本発明は、上記の一実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、本実施形態では、シールドガスの酸素と二酸化炭素の少なくとも一方を除いた残体積を占める不活性ガスが、アルゴンガスであるものとして説明を行なったが、不活性ガスは、特にアルゴンガスに限定する必要はなく、例えばヘリウムガスや、ヘリウムガスとアルゴンガスの混合ガスを不活性ガスとして用いてもよい。よって、本発明のシールドガスは、任意の不活性ガスを用いて構成されてもよいものである。
【実施例１】
【００３０】
以下に、図１及び図２を参照し、本発明の実施例１を具体的に説明する。
本実施例は、亜鉛めっき鋼板４を、本発明に係るＭＡＧ溶接方法で用いるステンレス鋼ワイヤ１と、炭素鋼ワイヤとでそれぞれ溶接し、形成した溶接金属１１のピットの数を比較することによって、ステンレス鋼ワイヤ１を用いるＭＡＧ溶接方法の優位性を明らかにしたものである。
【００３１】
本発明の実施例１において、溶接する亜鉛めっき鋼板４は、厚さ２．３ｍｍとされ、ステンレス鋼の表面に４５ｇ／ｍ２の目付量で亜鉛めっきを施して形成されている。そして、溶接は、溶接トーチ２のトーチ角θを亜鉛めっき鋼板４の溶接側の上面に直交する垂直面に対し２０度傾斜させた下向きの溶接姿勢で行う重ね隅肉溶接としている。また、溶接方向Ｔは一方向として前後の進退を行なっていない。さらに、溶接トーチ２のコンタクトチップ２ａと亜鉛めっき鋼板４との離間を１５ｍｍとして、溶接長を２００ｍｍとした。また、溶接時には、溶接トーチ２の先端から溶接部３に向けて、流量２０リットル／ｍｉｎでシールドガスを供給している。
【００３２】
さらに、本実施例では、ステンレス鋼ワイヤ１に、直径１．２ｍｍのＳＵＳ３０９Ｌ ステンレス鋼（JIS Z 3321Y309 LSi）製のソリッドワイヤを用いている。炭素鋼ワイヤには、直径１．２ｍｍの炭素鋼ソリッドワイヤ（JIS Z 3312YGW12）を用いている。
【００３３】
また、本実施例では、上記の溶接条件に加えて、溶接ワイヤ（ステンレス鋼ワイヤ、炭素鋼ワイヤ）１に印加する電圧及び溶接ワイヤ１を流れる電流、溶接方向Ｔに溶接トーチ２を移動させる速度、すなわち溶接速度を変化させた３ケースで溶接を行っている。そして、ステンレス鋼ワイヤと炭素鋼ワイヤのそれぞれを用い、各ケースで形成した溶接金属１１のピットの数を比較することによって、その評価を行なっている。ここで、Ｃａｓｅ１では、溶接ワイヤ１に２０Ｖの電圧を印加して電流を１６０Ａとし、溶接速度を５０ｃｍ／ｍｉｎとしている。Ｃａｓｅ２では、電圧２３Ｖ、電流２３０Ａとし、溶接速度を１００ｃｍ／ｍｉｎとしている。また、Ｃａｓｅ３では、電圧２５Ｖ、電流３００Ａとし、溶接速度を１５０ｃｍ／ｍｉｎとしている。
【００３４】
上記の溶接条件で、ステンレス鋼ワイヤと炭素鋼ワイヤのそれぞれの溶接ワイヤ１を用いて形成した溶接金属１１のピットの検出結果を表１に示す。
【００３５】
この結果、炭素鋼ワイヤを用いた場合には、Ｃａｓｅ１で２個、Ｃａｓｅ２で１５個、Ｃａｓｅ３で３個のピットを溶接金属１１に検出したのに対し、ステンレス鋼ワイヤを用いた場合には、Ｃａｓｅ１及びＣａｓｅ３で全くピットが検出されず、Ｃａｓｅ２において僅かに１個のピットが検出される結果となった。これは、炭素鋼ワイヤに比べ、ステンレス鋼ワイヤは、炭素量が少なく、ニッケル、クロムが含有され、このうちクロムが重量比で１２％〜３５％の範囲内で含有されていることに基づくものであり、このステンレス鋼ワイヤで形成した溶接直後の溶接金属１１は、その粘性が高くなって、アーク熱で気化した亜鉛蒸気が粘性により内部に溶け込まない。
【００３６】
【表１】
【００３７】
以上の結果から、溶接ワイヤ１としてステンレス鋼ワイヤを用いることによって、溶接直後の溶接金属１１の粘性を高め、亜鉛蒸気の溶融金属１１への溶け込みを阻止し、溶接金属１１にピット（ピットやブローホール）が形成されることを抑止できることが実証された。
【実施例２】
【００３８】
ついで、以下に、図１から図３を参照し、本発明の実施例２について具体的に説明する。本実施例は、溶接を行う際に、酸素と二酸化炭素とアルゴン（不活性ガス）の混合割合（組成成分割合）を段階的に変化させた各シールドガスをそれぞれ供給して、好適な溶接金属１１を形成可能なシールドガスの混合割合を特定したものである。
【００３９】
本実施例では、溶接ワイヤ１に実施例１のステンレス鋼ワイヤを用い、溶接条件を実施例１と同様にしている。また、本実施例では、はじめに、酸素を含まず、二酸化炭素の体積を０．５％、１％、２０％、３０％、３５％と段階的に変化させ、残体積をアルゴンガス（不活性ガス）が占めるシールドガスを用いて溶接を行なっている。ついで、二酸化炭素を含まず、酸素の体積を０．５％、１％、１０％、１３％と段階的に変化させ、同じく残体積をアルゴンガスが占めるシールドガスを用いて溶接を行なっている。さらに、二酸化炭素と酸素の体積を、それぞれ３０％と２．５％、３０％と５％、２０％と５％、２０％と８％、１０％と７．５％、１０％と１０％とし、残体積をアルゴンガスが占めるシールドガスを用いて溶接を行なっている。
【００４０】
そして、各シールドガスを用いて形成した溶接金属（ビード）１１に対し、スパッタの発生状況、ビード表面の酸化状況、ビード止端のぬれ性、ビード止端の蛇行の有無、ピット発生の有無を観察し、各観察結果の良否によって各シールドガスの評価を行なっている。ここで、ビード止端とは、一方向に溶接トーチ２を移動させながら形成した溶接金属１１の溶接方向Ｔ後端側を示している。
【００４１】
ついで、酸素を含まず、二酸化炭素の体積を段階的に変化させたシールドガスを用いた結果を表２に示す。この結果、二酸化炭素の体積を０．５％とした場合には、ビード止端の蛇行が確認され、かつピットの発生が確認された。また、二酸化炭素の体積を３５％とした場合には、ビード止端の蛇行やピットの発生は確認されない反面、スパッタが多く発生するとともに、ビード表面の酸化が多く、かつビード止端のぬれ性が悪いという結果となった。一方、二酸化炭素の体積を１％、２０％、３０％とした場合には、スパッタの発生やビード表面の酸化が少なく、ビード止端のぬれ性も良好で、かつビード止端の蛇行やピットの発生がないことが確認された。
【００４２】
【表２】
【００４３】
これにより、酸素を含まないシールドガスの場合には、二酸化炭素を１％〜３０％の範囲に調整することで、好適な溶接金属１１を形成することが可能であることが確認された。
【００４４】
ついで、二酸化炭素を含まず、酸素の体積を段階的に変化させたシールドガスを用いた結果を表３に示す。この結果、酸素の体積を０．５％とした場合には、ビード止端の蛇行とピットの発生が確認された。また、酸素の体積を１３％とした場合には、ビード止端の蛇行やピットの発生が確認されず、かつスパッタの発生が少ない反面、ビード表面の酸化が多く、ビード止端のぬれ性が悪いという結果となった。これに対し、酸素の体積を１％、１０％とした場合には、スパッタの発生やビード表面の酸化が少なく、ビード止端のぬれ性も良好で、かつビード止端の蛇行やピットの発生もないことが確認された。
【００４５】
【表３】
【００４６】
これにより、二酸化炭素を含まないシールドガスの場合には、酸素を１％〜１０％の範囲に調整することで、好適な溶接金属１１を形成することが可能であることが確認された。
【００４７】
ついで、二酸化炭素と酸素の体積を、それぞれ３０％と２．５％、３０％と５％、２０％と５％、２０％と８％、１０％と７．５％、１０％と１０％とし、残体積をアルゴンガスが占めるシールドガスを用いた結果を表４に示す。この結果、二酸化炭素と酸素の体積を、それぞれ３０％と５％、２０％と８％、１０％と１０％にした場合には、ともにビード表面の酸化が多く、ビード止端のぬれ性が悪くなることが確認された。一方、二酸化炭素と酸素の体積を、それぞれ３０％と２．５％、２０％と５％、１０％と７．５％にした場合には、各観察結果が良好で、好適な溶接金属１１を形成できることが確認された。
【００４８】
【表４】
【００４９】
以上の結果をまとめて図３に示す。ここで、図３において、縦軸Ｙは、酸素の体積割合（％）を示し、横軸Ｘは、二酸化炭素の体積割合（％）を示している。
【００５０】
上記の結果から、良好な溶接金属１１が形成される範囲は、Ｙ＝−０．２５Ｘ＋１０の直線Ａと、Ｙ＝−Ｘ＋１の直線Ｂと、Ｘ＝３０の直線Ｃで囲まれた領域Ｓ１になる。すなわち、領域Ｓ１内の組成成分割合を示すシールドガスを用いることによって、亜鉛めっき鋼板４を溶接した場合においても、亜鉛蒸気に起因した溶接欠陥などが生じることがない。また、図３において、直線Ａよりも酸素の体積割合が多い領域Ｓ２（直線Ａよりも上側に相当する領域Ｓ２）のシールドガスを用いて溶接を行なった場合には、酸素量が多いために、酸素ガスの酸化作用が大きくなり、ビードの酸化が顕著となる。そして、この場合には、ビードの酸化に伴ってビードのなじみが悪くなり、ビードが極端な凸状に形成され、結果として溶接金属の靭性の悪化を招くことになる。
【００５１】
また、直線Ｂよりも酸素の体積割合が少ない領域Ｓ３（直線Ｂよりも下側に相当する領域Ｓ３）のシールドガスを用いて溶接を行った場合には、酸化作用が不足して、安定したアークを得ることができなくなってしまう。さらに、直線Ｃよりも二酸化炭素の体積割合が多い領域Ｓ４（直線Ｃよりも右側に相当する領域Ｓ４）のシールドガスを用いて溶接を行った場合には、溶滴移行において、不安定な溶滴形状での移行が発生しやすくなり、ビード止端のぬれ性の悪化や、スパッタ発生量の増大を招くことになる。
【００５２】
したがって、シールドガスの組成成分割合を、−Ｘ＋１≦Ｙ≦−０．２５Ｘ＋１０、０≦Ｘ≦３０、且つ０≦Ｙとなるように調整し、残体積を不活性ガスで占めるようにすることにより、亜鉛めっき鋼板を溶接する場合においても、アーク熱で気化した亜鉛蒸気が溶接金属１１の高粘性によってその内部に溶け込むことがなく、ブローホールやピットの発生を確実に防止して好適な溶接金属１１を形成することが可能になることが実証された。
【００５３】
なお、本実施例では、亜鉛めっき鋼板４間での溶接を行なったが、亜鉛めっき鋼板４とめっきをしていない炭素鋼板の溶接においても、本発明に係るＭＡＧ溶接方法及びこれに用いるシールドガスは有効である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の一実施形態に係るアーク溶接装置を示す図である。
【図２】図１のアーク溶接装置で亜鉛めっき鋼板を溶接している状態を示す図である。
【図３】実施例２の結果をもとに、好適な溶接金属を形成可能なシールドガスの組成割合を示した図である。
【符号の説明】
【００５５】
１ 溶接ワイヤ（ステンレス鋼ワイヤ）
２ 溶接トーチ
３ 溶接部
４ 亜鉛めっき鋼板
７ シールドガス供給装置
１０ アーク
１１ 溶接金属（ビード）
１２ 溶融池
Ｓ１ 領域（好適な溶接金属が形成される領域）
Ｓ２ 領域（ビード酸化が多く、ビード形状が悪化する領域）
Ｓ３ 領域（アーク不安定領域）
Ｓ４ 領域（スパッタ増大領域）
Ａ 直線（Ｙ＝−０．２５Ｘ＋１０）
Ｂ 直線（Ｙ＝−Ｘ＋１）
Ｃ 直線（Ｘ＝３０）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接トーチの先端から送り出される溶接ワイヤと亜鉛めっき鋼板の間にアークを発生させて溶接金属を形成するＭＡＧ溶接方法であって、
前記溶接ワイヤとしてステンレス鋼ワイヤを用いることを特徴とするＭＡＧ溶接方法。
【請求項２】
請求項１記載のＭＡＧ溶接方法において、
前記ステンレス鋼ワイヤは、クロムが、重量比で１２％〜３５％含有されていることを特徴とするＭＡＧ溶接方法。
【請求項３】
溶接トーチの先端から送り出される溶接ワイヤと亜鉛めっき鋼板の間にアークを発生させ、シールドガスを供給しながら溶接金属を形成するＭＡＧ溶接方法において、
前記シールドガスが、酸素と二酸化炭素と不活性ガスの混合ガスとされ、前記酸素の体積をＹ％、前記二酸化炭素の体積をＸ％としたときに、前記酸素と前記二酸化炭素の混合割合が、
−Ｘ＋１≦Ｙ≦−０．２５Ｘ＋１０、０≦Ｘ≦３０、且つ０≦Ｙ
となるように調整されて、残体積が前記不活性ガスとされていることを特徴とするＭＡＧ溶接方法。
【請求項４】
溶接トーチの先端から送り出される溶接ワイヤと亜鉛めっき鋼板の間にアークを発生させて溶接金属を形成する際に、前記溶接金属の表面を覆うように供給されるシールドガスであって、
酸素と二酸化炭素と不活性ガスの混合ガスとされ、前記酸素の体積をＹ％、前記二酸化炭素の体積をＸ％としたときに、前記酸素と前記二酸化炭素の混合割合が、
−Ｘ＋１≦Ｙ≦−０．２５Ｘ＋１０、０≦Ｘ≦３０、且つ０≦Ｙ
となるように調整され、残体積が前記不活性ガスとされていることを特徴とするシールドガス。
【請求項１】
溶接トーチの先端から送り出される溶接ワイヤと亜鉛めっき鋼板の間にアークを発生させて溶接金属を形成するＭＡＧ溶接方法であって、
前記溶接ワイヤとしてステンレス鋼ワイヤを用いることを特徴とするＭＡＧ溶接方法。
【請求項２】
請求項１記載のＭＡＧ溶接方法において、
前記ステンレス鋼ワイヤは、クロムが、重量比で１２％〜３５％含有されていることを特徴とするＭＡＧ溶接方法。
【請求項３】
溶接トーチの先端から送り出される溶接ワイヤと亜鉛めっき鋼板の間にアークを発生させ、シールドガスを供給しながら溶接金属を形成するＭＡＧ溶接方法において、
前記シールドガスが、酸素と二酸化炭素と不活性ガスの混合ガスとされ、前記酸素の体積をＹ％、前記二酸化炭素の体積をＸ％としたときに、前記酸素と前記二酸化炭素の混合割合が、
−Ｘ＋１≦Ｙ≦−０．２５Ｘ＋１０、０≦Ｘ≦３０、且つ０≦Ｙ
となるように調整されて、残体積が前記不活性ガスとされていることを特徴とするＭＡＧ溶接方法。
【請求項４】
溶接トーチの先端から送り出される溶接ワイヤと亜鉛めっき鋼板の間にアークを発生させて溶接金属を形成する際に、前記溶接金属の表面を覆うように供給されるシールドガスであって、
酸素と二酸化炭素と不活性ガスの混合ガスとされ、前記酸素の体積をＹ％、前記二酸化炭素の体積をＸ％としたときに、前記酸素と前記二酸化炭素の混合割合が、
−Ｘ＋１≦Ｙ≦−０．２５Ｘ＋１０、０≦Ｘ≦３０、且つ０≦Ｙ
となるように調整され、残体積が前記不活性ガスとされていることを特徴とするシールドガス。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００７−２３７２２７（Ｐ２００７−２３７２２７Ａ）
【公開日】平成１９年９月２０日（２００７．９．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−６２３５１（Ｐ２００６−６２３５１）
【出願日】平成１８年３月８日（２００６．３．８）
【出願人】（０００２３１２３５）大陽日酸株式会社 (642)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年９月２０日（２００７．９．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月８日（２００６．３．８）
【出願人】（０００２３１２３５）大陽日酸株式会社 (642)
【Ｆターム（参考）】
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