Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金めっき鋼板の溶接方法
【課題】Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金めっき鋼板を適宜形状に成形した後に溶接して構造物を構築する際に、溶接施工状況の如何に拘らず、Ｍｇ成分の悪影響を排除して、溶接熱影響部に発生しやすい溶融金属脆化割れが発生することのない溶接方法を提供する。
【解決手段】 溶接予定部位に、Ｍｇ成分除去作用を有する物質としてフッ化アルミン酸化合物を固形化させたフラックス６を塗布又は載置した後、フラックス６が塗布又は載置された溶接予定部位に溶接を施す。
【解決手段】 溶接予定部位に、Ｍｇ成分除去作用を有する物質としてフッ化アルミン酸化合物を固形化させたフラックス６を塗布又は載置した後、フラックス６が塗布又は載置された溶接予定部位に溶接を施す。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐食性に優れたＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金めっき鋼板を溶融溶接する際に、溶接部に溶融金属脆化割れを発生させないためのＭｇ成分除去作用を有する物質を塗布又は載置して溶接する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶融めっき鋼板は、優れた耐食性を活用し、腐食雰囲気に曝される屋根材，構造材等に広く使用されている。なかでも、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系の合金めっき鋼板は、溶融亜鉛めっき鋼板に比較して格段に優れた耐食性を示しているので、自動車用はもとより、建築構造物や家電製品等に使用されようとしている。しかし、板状のままで使用されることはほとんどなく、何らかの手段で所要の形状に成形した後、各種成形品を組み合わせて溶接し、最終製品を製造している。つまり、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金めっき鋼板を用いて所望製品を製造する際には、ほとんどで溶接工程が入ってくる。
溶接の種類としては、スポット溶接に代表されるような抵抗溶接と、アーク溶接に代表されるような溶融溶接がある。建築構造物や自動車の足廻り部品などでは、比較的高い接合強度が必要なことや板厚が比較的厚いこと、抵抗溶接での電極の低寿命などを考慮して、溶融溶接を用いる場合が多い。
【０００３】
溶融溶接は、非常に高い熱量を被溶接材に与えて溶融・凝固、場合によっては溶接ワイヤーを供給して溶接する方法である。Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金めっき鋼板を溶融溶接するとめっき原板である鋼母材も溶融するが、その母材表面に被覆されているめっき層も再溶融、あるいは蒸発する。
Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金めっき鋼板の場合、めっき層の融点が母材である鋼板の融点よりもかなり低いことから、溶接部の一部の領域や溶接部の周辺では、溶接中あるいは溶接後のある一定期間の間、めっき層が溶融状態で鋼板表面に存在することになる。鋼板上にめっき金属が溶融状態で存在した状態で、一定以上の引張り応力が作用すると、鋼板に割れが発生することが知られている。いわゆる「溶融金属脆化割れ」と称されているものである（例えば、非特許文献１参照）。
特に、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金めっき鋼板を溶融溶接しようとするとき、複数の条件が重なると、熱影響部近傍に溶融金属脆化割れが発生しやすく、問題となっていた。
【０００４】
熱影響部近傍での溶融金属脆化割れの発生を抑制するために、溶接に先立って溶接部近傍のめっき層を除去することも行われている。しかしながら、めっき層の除去工程で粉塵を撒き散らすことになって作業環境を悪化させるばかりでなく、めっき層が除去された溶接部は、下地鋼が露出しているためめっき部に比較して耐食性が劣る。耐食性の低下は溶接部にめっき層と同種材料からなる溶射層等を形成することにより防止できるものの、溶接前のめっき層除去及び溶接後の溶射層形成と余分な工程を必要とするため、製造にかかる負荷が大きくなり、現実的ではない。
【０００５】
また、被溶接材の拘束方法を変更して作用する引張り応力を緩和させたり、被溶接材の残留応力を事前に低減させたりするなどの処置も施されている。しかし、この方法も、製品形状に応じて発生する応力や歪が異なるために、確実性に欠けるという問題がある。さらに溶接する際の入熱量をできるだけ低くして、発生・残存する熱応力を低減する方法もあるが、溶接する際の入熱量が少ないと十分な溶込みが得られないことがあり、溶接部の接合強度が不安定になるという問題がある。
【０００６】
本出願人は、特許文献１で、下地鋼の組成と溶融めっき層の組成を特定の組み合わせにすることにより、溶接時の溶融金属脆化割れを抑制する技術に関する提案をした。
また、本出願人は、鋼管製造時の溶接方法ではあるが、特許文献２で、アプセット量の調整によるメタルフロー角度の調整を、めっき層中のＭｇ含有量に応じて行い、この調整により溶接部に加わる応力集中を緩和して溶融金属脆化割れの発生を抑制することを提案した。
【０００７】
さらに、本出願人は、特許文献３で溶融溶接時に熱影響部に発生しやすい溶融金属脆化割れを防止する技術について、溶融金属脆化割れの発生を抑制するため、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金を鋼板表面にめっきしたＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金めっき鋼板を溶融溶接する部位に、Ｍｇ成分除去作用を有する物質、さらにはＡｌ成分除去作用を有する物質を予め塗布・載置又は供給し続け溶融溶接することにより、Ｍｇ成分、さらにはＡｌ成分が、溶接部から除去され、溶融めっき金属の融点が高くなって、溶接熱影響部の粗粒結晶粒の粒界に当該成分を含有する溶融金属が浸透することがなくなり、溶融金属脆化割れの発生を抑制する溶融金属脆化割れ防止技術を提案した。
【０００８】
【非特許文献１】上田修三著「叢書 鉄鋼技術の流れ 第１シリーズ 第９巻 構造用鋼の溶接−低合金鋼の諸性質とメタラジー−」１９９７．６．１ 株式会社地人書館，ｐ２７４−２７６
【特許文献１】特開２００３−３２３８号公報
【特許文献２】特開２００２−１１５７９３号公報
【特許文献３】特開２００５−１１８７９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
溶接予定部位に、Ｍｇ成分除去作用を有する物質、さらにはＡｌ成分除去作用を有する物質を予め塗布又は載置する手法は、溶接位置が下側にある溶接部位に対しては、有効である。しかし、構造物を構築する際の施工に使用される溶接方向は、下側だけではなく、縦方向や上向き方向の溶接も存在する。そして、これらの溶接部位にも、溶接部材の組み立て前に必要量のＭｇ成分除去作用を有する物質、Ａｌ成分除去作用を有する物質を、予め塗布又は載置する必要がある。しかし、溶接部材の組み立てにおいては運搬や設置が不可欠であり、Ｍｇ成分除去作用を有する物質、さらにはＡｌ成分除去作用を有する物質が、運搬や設置時に発生する、振動や衝撃を起因とした剥落による物質減少が想定され、製造現場において減少した物質を再塗布・乾燥させることは時間的負担が大きい。
【００１０】
また、Ｍｇ成分除去作用を有する物質、さらにはＡｌ成分除去作用を有する物質を供給しつづける手法として、特許文献３に記載の、Ｍｇ成分除去作用を有する物質、さらにはＡｌ成分除去作用を有する物質を、固着剤を用いて溶接棒の表面に固着させ、溶接時に被溶接箇所に供給しつづける手法は、溶接棒による溶接作業が現在も利用されているため有効ではある。しかしながら、溶接棒による溶融溶接では、大量のフューム発生による安全環境面の問題や、大量生産向きではないことから、多くの溶接工程を含む工場では、溶接ワイヤーを使用する半自動溶接機（ＭＩＧ溶接機やＭＡＧ溶接機（炭酸ガスアーク溶接機を含む））が多く使用されるようになっている。このため、特許文献３で提案した手法は、溶接ワイヤーを使用する半自動溶接機で使用する場合においては有効ではない。
【００１１】
ところで、半自動溶接機を使用する場合にあっては、Ｍｇ成分除去作用を有する物質、さらにはＡｌ成分除去作用を有する物質を供給しつづけるためには、フラックスワイヤー中のフラックスを、Ｍｇ成分除去を有する物質と置き換える必要がある。そして、フラックスワイヤー溶接法の特徴である溶着金属の成分調整効果のためのフラックスを、Ｍｇ成分除去作用を有する物質、さらにはＡｌ成分除去作用を有する物質を置き換えることにより、Ｍｇ成分除去及びＡｌ成分除去の効果が得られる、すなわち、溶融金属脆化割れの発生を抑制することができる可能性は高いが、コスト負担が大きくなると考えられる。
また、Ａｌ成分除去作用を有する物質には強い酸化作用を持つ物質が用いられているため、溶接作業後に溶接部を洗浄してＡｌ成分除去作用を有する物質を除去する必要があり、工程的・コスト的に大きな負担となる。
【００１２】
このような問題点があるにもかかわらず、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金めっき鋼板を適宜形状に成形した後に溶接して構造物を構築する際に、溶接時に熱影響部に発生しやすい溶融金属脆化割れを防止する技術について、実際に構造物を構築する際の溶接手法は少ない。
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、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金めっき鋼板を適宜形状に成形した後に溶接して構造物を構築する際に、溶接施工状況の如何に拘らず、Ｍｇ成分の悪影響を排除して、溶接熱影響部に発生しやすい溶融金属脆化割れが発生することのない溶接方法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】
【００１３】
本発明のＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ合金めっき鋼板の溶接方法は、その目的を達成するため、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金めっきが施されためっき鋼板を溶接する際に、溶接予定部位に固形化したフラックスを塗布又は載置した後、当該溶接予定部位に溶接を施すことを特徴とする。
この際、フラックスとして、Ｍｇ成分除去作用を有する物質を用いることが好ましい。そして、Ｍｇ成分除去作用を有する物質として、フッ化アルミン酸化合物を用いることができる。また、フラックスの固形化については、塗布又は載置が容易にできるよう固形化することができれば特に限定されないが、樹脂成分、溶剤及びゲル化剤を用いることが好ましい。
【００１４】
なお、本発明では、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金めっき層として、Ｍｇ：０．０５〜１０質量％，Ａｌ：４〜２２質量％を含む組成に調整されているものを想定している。さらに、任意成分として０．１質量％以下のＴｉ，０．０４５質量％以下のＢ，あるいは２．０質量％以下のＳｉを含むものでもよい。
【発明の効果】
【００１５】
Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金を鋼板表面にめっきした鋼板を溶接する際に、Ｍｇ成分除去作用を有する物質と樹脂成分、溶剤及びゲル化剤を用いて固形化させたフラックスを溶接部位に塗り着けるように付着させて使用することにより、立体構造物溶接に不可欠である縦方向や上向き方向の溶接部位へのＭｇ成分除去作用を有する物質を簡単に、かつ安定的に供給できるようになった。また、有効に作用する量のＭｇ成分除去物質を効果的に供給することが可能となった。
このため、耐食性に優れるＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金めっき鋼板を溶融溶接して立体構造物を製造する際にも、溶融金属脆化に起因する割れが発生することなく、健全な溶接部をもつ溶接製品が容易に製造される。得られた溶接製品は、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金めっき鋼板の本来の高耐食性を活用し、各種分野における構造部材等として使用される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明者等は、立体構造物溶接に不可欠である縦方向や上向き方向の溶接部位へのＭｇ成分除去作用を有する物質の供給形態について検討した。
固形物あるいは粉末状物質を載置する手法は縦方向や上向き方向には適用できない。水系の溶媒に分散させて塗布ないし吹き付ける手法では液ダレを伴うとともに、分散液の乾燥に時間を要するために効率的でない。水系の溶媒が残存すると、その水分が溶接ビードの形状に悪影響を与えることになる。
また、油を用いて混合させることも検討した。油に混入させた場合、粘度が増し、塗布しやすい状態に変化させることができた。しかし、粘度が増しただけでは、液ダレを防止することは出来なかった。また、溶接時には溶接熱により粘度が低下し、残った油分に引火するという危険な状態になった。
そこで、本発明者等は、Ｍｇ除去作用を有する成分を塗布又は載置できる程度に固形化する手法を採用することとした。
【００１７】
以下にその方法を具体的に説明する。
フラックスの構成としては、Ｍｇ成分除去作用を有する物質が混合されていることが必須条件であり、塗布又は載置が容易にできるよう固形化することができれば特にどのような物質と混合するかは限定されない。具体的には、Ｍｇ成分除去作用を有する物質と樹脂成分、溶剤及びゲル化剤を用いて固形化することが好ましい。
【００１８】
Ｍｇ成分除去作用を有する物質としては、フッ化アルミン酸化合物を用いることが好ましい。Ｍｇ除去作用を有する物質の配合量は０．１〜６０重量％が好ましい範囲である。同配合量が少ない場合はＭｇ除去作用効果が低下し、過剰な場合はゲル化が困難になる点で好ましくない。中でも１０〜５０重量％の範囲が最適である。
【００１９】
Ｍｇ成分除去作用を有する物質を分散させるための樹脂成分はブチラール樹脂、酢酸ビニル樹脂、酢酸ビニル−塩化ビニル共重合樹脂、酢酸ビニル−エチレン共重合樹脂、セルロースアセテートブチレート、エチルセルロース及びアセチルセルロースから選ばれた少なくとも１種を含む。固形化フラックス中における樹脂成分の含有量は、用いる樹脂成分の種類等によって異なるが、通常３〜４０重量％程度、好ましくは６〜３５重量％とすれば良い。樹脂成分が過剰であるとゲル硬度が高くなり塗布又は載置性等が低下する場合がある。樹脂成分が少なすぎるとゲル化が困難となる場合がある。
【００２０】
本発明における溶剤は、特に制限されず、公知の有機溶剤を用いることができる。例えば３−メチル−３−メトキシブタノール、３−メトキシ−１−ブタノール等の一価アルコール類；エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ヘキシレングリコール等のグリコール類；上記グリコール類のメチルエーテル、エチルエーテル、プロピルエーテル、ブチルエーテル、フェニルエーテル、メチルエーテルアセテート等又はこれらのエステル化合物等のグリコールエーテル類等を用いることができる。
【００２１】
本発明の固形フラックス中における溶剤の含有量は、他の成分との関係において適宜定めることができるが、通常２０〜８０重量％程度、好ましくは３０〜６５重量％とすれば良い。溶剤が過剰であるとゲル化が困難となる場合がある。溶剤が少ないと他の成分の溶解が困難となり、均一なゲルができなくなる場合がある。
本発明におけるゲル化剤としては、特に制限されず、従来技術におけるクレヨン（ゲル化クレヨン）に適用されるものを用いることができる。例えば、ジベンジリデンソルビトール類、トリベンジリデンソルビトール類、アミノ酸系油ゲル化剤、脂肪酸類等が挙げられる。
【００２２】
これらの中でも１２−ヒドロキシステアリン酸、ジベンジリデンソルビトール類、トリベンジリデンソルビトール類を用いることが好ましい。
固形フラックス中におけるゲル化剤の含有量は、用いるゲル化剤の種類等に応じて適宜設定することができる。その中でも通常は２〜１２重量％程度が好ましく、より好ましくは３〜８重量％である。ゲル化剤が多すぎるとゲル硬度が上がりすぎて塗布又は載置性等が低下する場合がある。ゲル化剤が少なすぎるとゲル化が困難となる場合がある。
【００２３】
本発明の樹脂成分、溶剤及びゲル化剤を用いて固形フラックスを製造するには、次の方法が例示できる。
基本的には樹脂、溶剤、ゲル化剤の各成分を均一に混合することができる方法であれば限定されない。例えば、まず溶剤に樹脂を加えて溶解させる。その後、Ｍｇ除去成分を有する物質を加え、ミル等で充分分散させた後、ゲル化剤を加えて完全に溶解させる。最後に得られた溶液を所望の形状を有する容器に流し込み、冷却固化させれば良い。上記方法では、各成分を完全に溶解させるために必要に応じて加熱しても良い。
なお、本発明の固形フラックスの製造方法は上記方法に限定されるものではない。
【００２４】
固形化したフラックスを塗布又は載置する態様としては、溶融溶接の溶着金属形成予定範囲より５ｍｍ程度広い範囲に塗布又は載置することが好ましい。
また、固形化したフラックスは、塗布又は載置後に、乾燥を待つ事なく溶接することが可能であるが、乾燥した場合でも特にＭｇ除去作用を有する成分に変化は無いため、乾燥させても問題ない。
【００２５】
固形化したフラックスを塗布又は載置した部位に溶接を実施することで、固形化したフラックス中のＭｇ除去作用を有する物質が溶接熱により、めっき成分中のＭｇと反応し，Ｍｇ成分の除外作用が生じる。Ｍｇ成分が溶接部から除去され、溶融めっき金属の融点が高くなって、溶接熱影響部の粗粒結晶粒の粒界に当該成分を含有する溶融金属が浸透することがなくなり、溶融金属脆化割れの発生を抑制する。固形化したフラックス成分中の、溶剤成分はごく微量であり、溶接熱により揮発するため、溶着金属周辺に塗布又は載置された固形フラックスが燃焼することもない。
【実施例】
【００２６】
実施例１；
Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金めっき鋼板として、板厚４．０ｍｍの低炭素鋼熱延鋼板を原板とし、片面当り９０ｇ／ｍ2の付着量で溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ合金めっきを施したものを使用した。図１に示すように、１００ｍｍ×１００ｍｍに切り出しためっき鋼板１を平面台にクランプし、このめっき鋼板１上に、２０ｍｍφの丸棒体２を載置して、その周囲を図１中３で示す方向にそれぞれボス溶接した。
ボス溶接条件はシールドガスとしてＣＯ2を用い、溶接電流を２００Ａ，溶接電圧を２３．５Ｖ，溶接速度を０．３ｍ／分，トーチ角を４５度，後退角を１０度，シールドガスの流量を２０ｌ／分とした。溶接ワイヤーには直径１．２ｍｍのＹＧＷ１２を用いた。
ボス溶接すると、図１中４で示すようなラップされた溶接ビードが形成され、ビード端から約７ｍｍの範囲（図中破線で示される範囲の内側）に熱影響部５が形成されていた。
【００２７】
この実施例では、Ｍｇ成分除去作用を有する物質（以下本実施例中では、この物質のみを暫定的に「フラックス成分」と記すことにする。）として、ＫＡｌＦ4＋Ｋ3ＡｌＦ6混合物をモル比１：１で混合して用い、これらを以下に示す方法にて混合した。
１）水とフラックス成分を重量比１：１で混合。
２）ワセリンとフラックス成分を重量比１：１で混合。
３）固形分２０％水溶性ポリウレタン樹脂とフラックス成分を重量比１：１で混合。
４）鉱物系防錆油とフラックス成分を重量比１：１で混合
５）樹脂成分及び溶剤成分としてポリビニルブチラールとジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ゲル化剤として１２−ヒドロキシステアリン酸、フラックス成分を重量比２０：４０：５：３５で混合し、ゲル化により固形化した混合物。
６）樹脂成分及び溶剤成分としてポリビニルブチラールとジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ゲル化剤として１２−ヒドロキシステアリン酸、フラックス成分を重量比２２：４８：５：２５で混合し、ゲル化により固形化した混合物。
【００２８】
上記６種類の混合物を図２に示すように丸棒体２の周囲の６に塗布するにあたり、平面台（図２（ａ））及び垂直台（図２（ｂ））にクランプし、それぞれに塗布した混合物１）から６）に対して、ａ）塗布性、ｂ）自然乾燥時間、ｃ）塗布量制御性の３項目の評価後、それぞれを平面台にクランプし、上記溶接条件によるボス溶接時におけるｄ）溶接中の臭気、ｅ）溶接ビード形状、ｆ）アーク溶接後の溶融金属脆化割れ発生の有無、ｇ）その他の合計７項目について評価した。また、当発明品は乾燥を待つことなく使用することが可能であるため、塗布直後に溶接を施した場合も評価した。その結果を表１及び表２に示す。
なお、評価基準は、○：良好、△：可、□：難あり、×：不可、−：評価不可能とした。
【００２９】
【００３０】
【００３１】
上記の結果からもわかるように、平面台及び垂直台に固定して６種類の混合物の塗布状態の評価後に、平面台にクランプして炭酸ガスアーク溶接を実施したところ、混合物５）及び６）の評価結果が最も優れていた。
すなわち、Ｍｇ成分除去作用を有する物質を予め常温で難揮発性の油状物質と固形化剤とで固形化し、その固形化したものを被溶接箇所に塗布することの有用性が理解できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】ボス溶接試験方法を模式的に説明する図
【図２】混合物の塗布状態を模式的に説明する図
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐食性に優れたＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金めっき鋼板を溶融溶接する際に、溶接部に溶融金属脆化割れを発生させないためのＭｇ成分除去作用を有する物質を塗布又は載置して溶接する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶融めっき鋼板は、優れた耐食性を活用し、腐食雰囲気に曝される屋根材，構造材等に広く使用されている。なかでも、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系の合金めっき鋼板は、溶融亜鉛めっき鋼板に比較して格段に優れた耐食性を示しているので、自動車用はもとより、建築構造物や家電製品等に使用されようとしている。しかし、板状のままで使用されることはほとんどなく、何らかの手段で所要の形状に成形した後、各種成形品を組み合わせて溶接し、最終製品を製造している。つまり、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金めっき鋼板を用いて所望製品を製造する際には、ほとんどで溶接工程が入ってくる。
溶接の種類としては、スポット溶接に代表されるような抵抗溶接と、アーク溶接に代表されるような溶融溶接がある。建築構造物や自動車の足廻り部品などでは、比較的高い接合強度が必要なことや板厚が比較的厚いこと、抵抗溶接での電極の低寿命などを考慮して、溶融溶接を用いる場合が多い。
【０００３】
溶融溶接は、非常に高い熱量を被溶接材に与えて溶融・凝固、場合によっては溶接ワイヤーを供給して溶接する方法である。Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金めっき鋼板を溶融溶接するとめっき原板である鋼母材も溶融するが、その母材表面に被覆されているめっき層も再溶融、あるいは蒸発する。
Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金めっき鋼板の場合、めっき層の融点が母材である鋼板の融点よりもかなり低いことから、溶接部の一部の領域や溶接部の周辺では、溶接中あるいは溶接後のある一定期間の間、めっき層が溶融状態で鋼板表面に存在することになる。鋼板上にめっき金属が溶融状態で存在した状態で、一定以上の引張り応力が作用すると、鋼板に割れが発生することが知られている。いわゆる「溶融金属脆化割れ」と称されているものである（例えば、非特許文献１参照）。
特に、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金めっき鋼板を溶融溶接しようとするとき、複数の条件が重なると、熱影響部近傍に溶融金属脆化割れが発生しやすく、問題となっていた。
【０００４】
熱影響部近傍での溶融金属脆化割れの発生を抑制するために、溶接に先立って溶接部近傍のめっき層を除去することも行われている。しかしながら、めっき層の除去工程で粉塵を撒き散らすことになって作業環境を悪化させるばかりでなく、めっき層が除去された溶接部は、下地鋼が露出しているためめっき部に比較して耐食性が劣る。耐食性の低下は溶接部にめっき層と同種材料からなる溶射層等を形成することにより防止できるものの、溶接前のめっき層除去及び溶接後の溶射層形成と余分な工程を必要とするため、製造にかかる負荷が大きくなり、現実的ではない。
【０００５】
また、被溶接材の拘束方法を変更して作用する引張り応力を緩和させたり、被溶接材の残留応力を事前に低減させたりするなどの処置も施されている。しかし、この方法も、製品形状に応じて発生する応力や歪が異なるために、確実性に欠けるという問題がある。さらに溶接する際の入熱量をできるだけ低くして、発生・残存する熱応力を低減する方法もあるが、溶接する際の入熱量が少ないと十分な溶込みが得られないことがあり、溶接部の接合強度が不安定になるという問題がある。
【０００６】
本出願人は、特許文献１で、下地鋼の組成と溶融めっき層の組成を特定の組み合わせにすることにより、溶接時の溶融金属脆化割れを抑制する技術に関する提案をした。
また、本出願人は、鋼管製造時の溶接方法ではあるが、特許文献２で、アプセット量の調整によるメタルフロー角度の調整を、めっき層中のＭｇ含有量に応じて行い、この調整により溶接部に加わる応力集中を緩和して溶融金属脆化割れの発生を抑制することを提案した。
【０００７】
さらに、本出願人は、特許文献３で溶融溶接時に熱影響部に発生しやすい溶融金属脆化割れを防止する技術について、溶融金属脆化割れの発生を抑制するため、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金を鋼板表面にめっきしたＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金めっき鋼板を溶融溶接する部位に、Ｍｇ成分除去作用を有する物質、さらにはＡｌ成分除去作用を有する物質を予め塗布・載置又は供給し続け溶融溶接することにより、Ｍｇ成分、さらにはＡｌ成分が、溶接部から除去され、溶融めっき金属の融点が高くなって、溶接熱影響部の粗粒結晶粒の粒界に当該成分を含有する溶融金属が浸透することがなくなり、溶融金属脆化割れの発生を抑制する溶融金属脆化割れ防止技術を提案した。
【０００８】
【非特許文献１】上田修三著「叢書 鉄鋼技術の流れ 第１シリーズ 第９巻 構造用鋼の溶接−低合金鋼の諸性質とメタラジー−」１９９７．６．１ 株式会社地人書館，ｐ２７４−２７６
【特許文献１】特開２００３−３２３８号公報
【特許文献２】特開２００２−１１５７９３号公報
【特許文献３】特開２００５−１１８７９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
溶接予定部位に、Ｍｇ成分除去作用を有する物質、さらにはＡｌ成分除去作用を有する物質を予め塗布又は載置する手法は、溶接位置が下側にある溶接部位に対しては、有効である。しかし、構造物を構築する際の施工に使用される溶接方向は、下側だけではなく、縦方向や上向き方向の溶接も存在する。そして、これらの溶接部位にも、溶接部材の組み立て前に必要量のＭｇ成分除去作用を有する物質、Ａｌ成分除去作用を有する物質を、予め塗布又は載置する必要がある。しかし、溶接部材の組み立てにおいては運搬や設置が不可欠であり、Ｍｇ成分除去作用を有する物質、さらにはＡｌ成分除去作用を有する物質が、運搬や設置時に発生する、振動や衝撃を起因とした剥落による物質減少が想定され、製造現場において減少した物質を再塗布・乾燥させることは時間的負担が大きい。
【００１０】
また、Ｍｇ成分除去作用を有する物質、さらにはＡｌ成分除去作用を有する物質を供給しつづける手法として、特許文献３に記載の、Ｍｇ成分除去作用を有する物質、さらにはＡｌ成分除去作用を有する物質を、固着剤を用いて溶接棒の表面に固着させ、溶接時に被溶接箇所に供給しつづける手法は、溶接棒による溶接作業が現在も利用されているため有効ではある。しかしながら、溶接棒による溶融溶接では、大量のフューム発生による安全環境面の問題や、大量生産向きではないことから、多くの溶接工程を含む工場では、溶接ワイヤーを使用する半自動溶接機（ＭＩＧ溶接機やＭＡＧ溶接機（炭酸ガスアーク溶接機を含む））が多く使用されるようになっている。このため、特許文献３で提案した手法は、溶接ワイヤーを使用する半自動溶接機で使用する場合においては有効ではない。
【００１１】
ところで、半自動溶接機を使用する場合にあっては、Ｍｇ成分除去作用を有する物質、さらにはＡｌ成分除去作用を有する物質を供給しつづけるためには、フラックスワイヤー中のフラックスを、Ｍｇ成分除去を有する物質と置き換える必要がある。そして、フラックスワイヤー溶接法の特徴である溶着金属の成分調整効果のためのフラックスを、Ｍｇ成分除去作用を有する物質、さらにはＡｌ成分除去作用を有する物質を置き換えることにより、Ｍｇ成分除去及びＡｌ成分除去の効果が得られる、すなわち、溶融金属脆化割れの発生を抑制することができる可能性は高いが、コスト負担が大きくなると考えられる。
また、Ａｌ成分除去作用を有する物質には強い酸化作用を持つ物質が用いられているため、溶接作業後に溶接部を洗浄してＡｌ成分除去作用を有する物質を除去する必要があり、工程的・コスト的に大きな負担となる。
【００１２】
このような問題点があるにもかかわらず、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金めっき鋼板を適宜形状に成形した後に溶接して構造物を構築する際に、溶接時に熱影響部に発生しやすい溶融金属脆化割れを防止する技術について、実際に構造物を構築する際の溶接手法は少ない。
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、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金めっき鋼板を適宜形状に成形した後に溶接して構造物を構築する際に、溶接施工状況の如何に拘らず、Ｍｇ成分の悪影響を排除して、溶接熱影響部に発生しやすい溶融金属脆化割れが発生することのない溶接方法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】
【００１３】
本発明のＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ合金めっき鋼板の溶接方法は、その目的を達成するため、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金めっきが施されためっき鋼板を溶接する際に、溶接予定部位に固形化したフラックスを塗布又は載置した後、当該溶接予定部位に溶接を施すことを特徴とする。
この際、フラックスとして、Ｍｇ成分除去作用を有する物質を用いることが好ましい。そして、Ｍｇ成分除去作用を有する物質として、フッ化アルミン酸化合物を用いることができる。また、フラックスの固形化については、塗布又は載置が容易にできるよう固形化することができれば特に限定されないが、樹脂成分、溶剤及びゲル化剤を用いることが好ましい。
【００１４】
なお、本発明では、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金めっき層として、Ｍｇ：０．０５〜１０質量％，Ａｌ：４〜２２質量％を含む組成に調整されているものを想定している。さらに、任意成分として０．１質量％以下のＴｉ，０．０４５質量％以下のＢ，あるいは２．０質量％以下のＳｉを含むものでもよい。
【発明の効果】
【００１５】
Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金を鋼板表面にめっきした鋼板を溶接する際に、Ｍｇ成分除去作用を有する物質と樹脂成分、溶剤及びゲル化剤を用いて固形化させたフラックスを溶接部位に塗り着けるように付着させて使用することにより、立体構造物溶接に不可欠である縦方向や上向き方向の溶接部位へのＭｇ成分除去作用を有する物質を簡単に、かつ安定的に供給できるようになった。また、有効に作用する量のＭｇ成分除去物質を効果的に供給することが可能となった。
このため、耐食性に優れるＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金めっき鋼板を溶融溶接して立体構造物を製造する際にも、溶融金属脆化に起因する割れが発生することなく、健全な溶接部をもつ溶接製品が容易に製造される。得られた溶接製品は、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金めっき鋼板の本来の高耐食性を活用し、各種分野における構造部材等として使用される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明者等は、立体構造物溶接に不可欠である縦方向や上向き方向の溶接部位へのＭｇ成分除去作用を有する物質の供給形態について検討した。
固形物あるいは粉末状物質を載置する手法は縦方向や上向き方向には適用できない。水系の溶媒に分散させて塗布ないし吹き付ける手法では液ダレを伴うとともに、分散液の乾燥に時間を要するために効率的でない。水系の溶媒が残存すると、その水分が溶接ビードの形状に悪影響を与えることになる。
また、油を用いて混合させることも検討した。油に混入させた場合、粘度が増し、塗布しやすい状態に変化させることができた。しかし、粘度が増しただけでは、液ダレを防止することは出来なかった。また、溶接時には溶接熱により粘度が低下し、残った油分に引火するという危険な状態になった。
そこで、本発明者等は、Ｍｇ除去作用を有する成分を塗布又は載置できる程度に固形化する手法を採用することとした。
【００１７】
以下にその方法を具体的に説明する。
フラックスの構成としては、Ｍｇ成分除去作用を有する物質が混合されていることが必須条件であり、塗布又は載置が容易にできるよう固形化することができれば特にどのような物質と混合するかは限定されない。具体的には、Ｍｇ成分除去作用を有する物質と樹脂成分、溶剤及びゲル化剤を用いて固形化することが好ましい。
【００１８】
Ｍｇ成分除去作用を有する物質としては、フッ化アルミン酸化合物を用いることが好ましい。Ｍｇ除去作用を有する物質の配合量は０．１〜６０重量％が好ましい範囲である。同配合量が少ない場合はＭｇ除去作用効果が低下し、過剰な場合はゲル化が困難になる点で好ましくない。中でも１０〜５０重量％の範囲が最適である。
【００１９】
Ｍｇ成分除去作用を有する物質を分散させるための樹脂成分はブチラール樹脂、酢酸ビニル樹脂、酢酸ビニル−塩化ビニル共重合樹脂、酢酸ビニル−エチレン共重合樹脂、セルロースアセテートブチレート、エチルセルロース及びアセチルセルロースから選ばれた少なくとも１種を含む。固形化フラックス中における樹脂成分の含有量は、用いる樹脂成分の種類等によって異なるが、通常３〜４０重量％程度、好ましくは６〜３５重量％とすれば良い。樹脂成分が過剰であるとゲル硬度が高くなり塗布又は載置性等が低下する場合がある。樹脂成分が少なすぎるとゲル化が困難となる場合がある。
【００２０】
本発明における溶剤は、特に制限されず、公知の有機溶剤を用いることができる。例えば３−メチル−３−メトキシブタノール、３−メトキシ−１−ブタノール等の一価アルコール類；エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ヘキシレングリコール等のグリコール類；上記グリコール類のメチルエーテル、エチルエーテル、プロピルエーテル、ブチルエーテル、フェニルエーテル、メチルエーテルアセテート等又はこれらのエステル化合物等のグリコールエーテル類等を用いることができる。
【００２１】
本発明の固形フラックス中における溶剤の含有量は、他の成分との関係において適宜定めることができるが、通常２０〜８０重量％程度、好ましくは３０〜６５重量％とすれば良い。溶剤が過剰であるとゲル化が困難となる場合がある。溶剤が少ないと他の成分の溶解が困難となり、均一なゲルができなくなる場合がある。
本発明におけるゲル化剤としては、特に制限されず、従来技術におけるクレヨン（ゲル化クレヨン）に適用されるものを用いることができる。例えば、ジベンジリデンソルビトール類、トリベンジリデンソルビトール類、アミノ酸系油ゲル化剤、脂肪酸類等が挙げられる。
【００２２】
これらの中でも１２−ヒドロキシステアリン酸、ジベンジリデンソルビトール類、トリベンジリデンソルビトール類を用いることが好ましい。
固形フラックス中におけるゲル化剤の含有量は、用いるゲル化剤の種類等に応じて適宜設定することができる。その中でも通常は２〜１２重量％程度が好ましく、より好ましくは３〜８重量％である。ゲル化剤が多すぎるとゲル硬度が上がりすぎて塗布又は載置性等が低下する場合がある。ゲル化剤が少なすぎるとゲル化が困難となる場合がある。
【００２３】
本発明の樹脂成分、溶剤及びゲル化剤を用いて固形フラックスを製造するには、次の方法が例示できる。
基本的には樹脂、溶剤、ゲル化剤の各成分を均一に混合することができる方法であれば限定されない。例えば、まず溶剤に樹脂を加えて溶解させる。その後、Ｍｇ除去成分を有する物質を加え、ミル等で充分分散させた後、ゲル化剤を加えて完全に溶解させる。最後に得られた溶液を所望の形状を有する容器に流し込み、冷却固化させれば良い。上記方法では、各成分を完全に溶解させるために必要に応じて加熱しても良い。
なお、本発明の固形フラックスの製造方法は上記方法に限定されるものではない。
【００２４】
固形化したフラックスを塗布又は載置する態様としては、溶融溶接の溶着金属形成予定範囲より５ｍｍ程度広い範囲に塗布又は載置することが好ましい。
また、固形化したフラックスは、塗布又は載置後に、乾燥を待つ事なく溶接することが可能であるが、乾燥した場合でも特にＭｇ除去作用を有する成分に変化は無いため、乾燥させても問題ない。
【００２５】
固形化したフラックスを塗布又は載置した部位に溶接を実施することで、固形化したフラックス中のＭｇ除去作用を有する物質が溶接熱により、めっき成分中のＭｇと反応し，Ｍｇ成分の除外作用が生じる。Ｍｇ成分が溶接部から除去され、溶融めっき金属の融点が高くなって、溶接熱影響部の粗粒結晶粒の粒界に当該成分を含有する溶融金属が浸透することがなくなり、溶融金属脆化割れの発生を抑制する。固形化したフラックス成分中の、溶剤成分はごく微量であり、溶接熱により揮発するため、溶着金属周辺に塗布又は載置された固形フラックスが燃焼することもない。
【実施例】
【００２６】
実施例１；
Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金めっき鋼板として、板厚４．０ｍｍの低炭素鋼熱延鋼板を原板とし、片面当り９０ｇ／ｍ2の付着量で溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ合金めっきを施したものを使用した。図１に示すように、１００ｍｍ×１００ｍｍに切り出しためっき鋼板１を平面台にクランプし、このめっき鋼板１上に、２０ｍｍφの丸棒体２を載置して、その周囲を図１中３で示す方向にそれぞれボス溶接した。
ボス溶接条件はシールドガスとしてＣＯ2を用い、溶接電流を２００Ａ，溶接電圧を２３．５Ｖ，溶接速度を０．３ｍ／分，トーチ角を４５度，後退角を１０度，シールドガスの流量を２０ｌ／分とした。溶接ワイヤーには直径１．２ｍｍのＹＧＷ１２を用いた。
ボス溶接すると、図１中４で示すようなラップされた溶接ビードが形成され、ビード端から約７ｍｍの範囲（図中破線で示される範囲の内側）に熱影響部５が形成されていた。
【００２７】
この実施例では、Ｍｇ成分除去作用を有する物質（以下本実施例中では、この物質のみを暫定的に「フラックス成分」と記すことにする。）として、ＫＡｌＦ4＋Ｋ3ＡｌＦ6混合物をモル比１：１で混合して用い、これらを以下に示す方法にて混合した。
１）水とフラックス成分を重量比１：１で混合。
２）ワセリンとフラックス成分を重量比１：１で混合。
３）固形分２０％水溶性ポリウレタン樹脂とフラックス成分を重量比１：１で混合。
４）鉱物系防錆油とフラックス成分を重量比１：１で混合
５）樹脂成分及び溶剤成分としてポリビニルブチラールとジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ゲル化剤として１２−ヒドロキシステアリン酸、フラックス成分を重量比２０：４０：５：３５で混合し、ゲル化により固形化した混合物。
６）樹脂成分及び溶剤成分としてポリビニルブチラールとジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ゲル化剤として１２−ヒドロキシステアリン酸、フラックス成分を重量比２２：４８：５：２５で混合し、ゲル化により固形化した混合物。
【００２８】
上記６種類の混合物を図２に示すように丸棒体２の周囲の６に塗布するにあたり、平面台（図２（ａ））及び垂直台（図２（ｂ））にクランプし、それぞれに塗布した混合物１）から６）に対して、ａ）塗布性、ｂ）自然乾燥時間、ｃ）塗布量制御性の３項目の評価後、それぞれを平面台にクランプし、上記溶接条件によるボス溶接時におけるｄ）溶接中の臭気、ｅ）溶接ビード形状、ｆ）アーク溶接後の溶融金属脆化割れ発生の有無、ｇ）その他の合計７項目について評価した。また、当発明品は乾燥を待つことなく使用することが可能であるため、塗布直後に溶接を施した場合も評価した。その結果を表１及び表２に示す。
なお、評価基準は、○：良好、△：可、□：難あり、×：不可、−：評価不可能とした。
【００２９】
【００３０】
【００３１】
上記の結果からもわかるように、平面台及び垂直台に固定して６種類の混合物の塗布状態の評価後に、平面台にクランプして炭酸ガスアーク溶接を実施したところ、混合物５）及び６）の評価結果が最も優れていた。
すなわち、Ｍｇ成分除去作用を有する物質を予め常温で難揮発性の油状物質と固形化剤とで固形化し、その固形化したものを被溶接箇所に塗布することの有用性が理解できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】ボス溶接試験方法を模式的に説明する図
【図２】混合物の塗布状態を模式的に説明する図
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金めっきが施されためっき鋼板を溶接する際に、溶接予定部位に固形化したフラックスを塗布又は載置した後、当該溶接予定部位に溶接を施すことを特徴とするＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金めっき鋼板の溶接方法。
【請求項２】
フラックスとして、Ｍｇ成分除去作用を有する物質を用いる請求項１に記載のＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金めっき鋼板の溶接方法。
【請求項３】
Ｍｇ成分除去作用を有する物質として、フッ化アルミン酸化合物を用いる請求項２に記載のＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金めっき鋼板の溶接方法。
【請求項４】
フラックスを固形化させるために樹脂成分、溶剤及びゲル化剤を用いる請求項１〜３の何れか１項に記載のＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金めっき鋼板の溶接方法。
【請求項１】
Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金めっきが施されためっき鋼板を溶接する際に、溶接予定部位に固形化したフラックスを塗布又は載置した後、当該溶接予定部位に溶接を施すことを特徴とするＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金めっき鋼板の溶接方法。
【請求項２】
フラックスとして、Ｍｇ成分除去作用を有する物質を用いる請求項１に記載のＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金めっき鋼板の溶接方法。
【請求項３】
Ｍｇ成分除去作用を有する物質として、フッ化アルミン酸化合物を用いる請求項２に記載のＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金めっき鋼板の溶接方法。
【請求項４】
フラックスを固形化させるために樹脂成分、溶剤及びゲル化剤を用いる請求項１〜３の何れか１項に記載のＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金めっき鋼板の溶接方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００７−３１３５３５（Ｐ２００７−３１３５３５Ａ）
【公開日】平成１９年１２月６日（２００７．１２．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１４５０３７（Ｐ２００６−１４５０３７）
【出願日】平成１８年５月２５日（２００６．５．２５）
【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１２月６日（２００７．１２．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年５月２５日（２００６．５．２５）
【出願人】（０００００４５８１）日新製鋼株式会社 (1,178)
【Ｆターム（参考）】
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