(57)【要約】【課題】  薄鋼板のギャップが大きい場合においても高速度での溶接が可能で、アークが安定し、ビード形状が良好でスパッタ発生量およびスラグ生成量が少ない薄鋼板のガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤを提供する。【解決手段】  ワイヤ全質量に対する質量％で、Ｃ：０．０３〜０．１０％、Ｓｉ：０．５〜１．０％、Ｍｎ：１．４〜２．０％、Ｔｉ：０．１〜０．３％、Ｂｉ：０．０１〜０．１％、Ｓ：０．００５〜０．０７０％を含有し、Ｐ：０．０３％以下、Ｏ：０．０１％以下で、その他はＦｅおよび不可避不純物であることを特徴とする薄鋼板のガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤ。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワイヤ全質量に対する質量％で、Ｃ：０．０３〜０．１０％、Ｓｉ：０．５〜１．０％、Ｍｎ：１．４〜２．０％、Ｔｉ：０．１〜０．３％、Ｂｉ：０．０１〜０．１％、Ｓ：０．００５〜０．０７０％を含有し、Ｐ：０．０３％以下、Ｏ：０．０１％以下で、その他はＦｅおよび不可避不純物であることを特徴とする薄鋼板のガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、板厚０．６〜３．２ｍｍの薄鋼板の溶接において、ＣＯ2ガスシールドのショートアーク溶接またはシールドガスにＡｒ、ＣＯ2、Ｏ2等を組み合わせたＭＡＧ溶接およびパルスＭＡＧ溶接に使用し、ビード始端のなじみがよく平滑なビード形状が得られ、架橋性が良好な薄鋼板のガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ソリッドワイヤを用いたガスシールドアーク溶接方法は高能率であり、機械的性
能の良好な溶接金属と良好なビード形状が得られることから薄鋼板の溶接に広く適用されている。一般的にはＣＯ2をシールドガスとして用いたショートアーク溶接方法が用いられるが、スパッタ発生量の低減および高速溶接性確保の面から、主成分をＡｒガスとし、これにＣＯ2を混合、更には、Ｏ2ガスを混合させたシールドガスを使用したＭＡＧ溶接或いはパルスＭＡＧ溶接方法が近年増加している。これらの溶接は生産性の向上から高電流、高速度の溶接条件で施工され、良好な溶接ビードを形成し健全な溶接継手を作製している。
【０００３】
近年、ソリッドワイヤを用いたガスシールドアーク溶接による溶接構造物には、高品質化、高効率化が要求されている。例えば、自動車業界においては環境負荷低減のため、燃費向上を目的とした鋼材の重量軽減が行われてきている。鋼材の重量を軽減するためには、使用する鋼材は薄板においても強度が確保できる高強度材の需要が増しつつある。鋼材の高強度化は鋼板のスプリングバックが大きくなるため、施工上では溶接部のギャップが広くなる。そのため、耐ギャップ性能の良好なワイヤが望まれている。
【０００４】
耐ギャップ性能には溶融金属の表面張力と粘性が大きく作用する。表面張力を低下することでビード幅を広くし、粘性を増大させることでビードを垂れ落ちにくくすることが重要である。そのため溶融金属の表面張力と粘性を適正化し、ギャップを架橋できる広いビード幅を得ることができ、さらに溶け落ちしにくく良好なビード形状が実現できるワイヤが必要となっている。
【０００５】
図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）に薄鋼板の重ね継手部の横向姿勢でギャップＧがある場合のビード形状状態の例を示す。図１（ａ）は、溶け落ちやビードの垂れがなく良好なビード形状の溶接金属３が得られた例である。図１（ｂ）は、アンダカット４が生じた例、図１（ｃ）は、溶接金属が前板１側に垂れた例である。図１（ｄ）は、後板が溶け落ちた例、図１（ｅ）は、溶接金属が前板１と後板２の間のギャップＧに垂れ落ちた例である。このように、重ね継手部のギャップＧが大きい場合はアンダカットが生じたり溶接金属が垂れやすくなり、良好な溶接ビードを形成することが困難になるという問題があった。
【０００６】
このような背景から、薄鋼板のガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤとして、特開
２００７−３１３５５８号公報（特許文献１）にワイヤ成分を高Ｓとして高速溶接においても広幅でビード形状が安定して得られるという技術が開示されている。本技術は、Ｓにより溶接金属の後方への流速を低減させ、幅方向への湯流れを促進することで、幅の広いビードを得ることができるというものである。
【０００７】
しかし、Ｓは高温割れを引き起こすだけではなく、Ｓの添加に伴い硫化物が粗大化し、材料の強度および靭性を低下させる。そこで、対策としてＭｎおよびＴｉ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｃｅの１種以上の含有量を規定して高温割れを防止するとしている。しかし、規定のＭｎ量では高温割れの抑制には不十分であった。さらに、Ｓは溶融金属の粘性を大きく低下させ、ギャップが広い溶接ではビードの溶け落ちが生じるため、耐ギャップ性能については不十分であった。
【０００８】
また、特開昭６２−４０９９５号公報（特許文献２）には、Ｂｉを添加して高電流の炭酸ガスアーク溶接においてスラグ剥離性を向上させた技術の開示がある。しかし、スラグ剥離性にのみ焦点が向けられ、耐ギャップ性能については全く考慮されていない。さらに、特開昭６１−１５９２９６号公報（特許文献３）には、Ｃ、Ｓｉ、ＭｎおよびＴｉからなる組成にＳ＋Ｏ等の成分を添加し、各成分の量を最適化することでスパッタを減少させるという技術の開示がある。
【０００９】
しかし、混合ガスの高速溶接時の耐ギャップ性能については全く考慮されておらず、ギャップを有する箇所の高速溶接ではアークが不安定でスパッタ発生量が多く、ビード形状も不良になるという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００７−３１３５５８号公報
【特許文献２】特開昭６２−４０９９５号公報
【特許文献３】特開昭６１−１５９２９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、薄鋼板のギャップが大きい場合においても高速度の溶接が可能で、ビード形状を平滑で良好にできるとともに高温割れの発生を抑止し、アークが安定してスパッタ発生量およびスラグ発生量が極めて少ない薄鋼板のガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤ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】
【００１２】
本発明の要旨は、ワイヤ全質量に対する質量％で、Ｃ：０．０３〜０．１０％、Ｓｉ：０．５〜１．０％、Ｍｎ：１．４〜２．０％、Ｔｉ：０．１〜０．３％、Ｂｉ：０．０１〜０．１％、Ｓ：０．００５〜０．０７０％を含有し、Ｐ：０．０３０％以下、Ｏ：０．０１０％以下で、その他はＦｅおよび不可避不純物であることを特徴とする薄鋼板のガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤにある。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の薄鋼板のガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤによれば、ギャップが大きい場合においても高速度の溶接が可能で、アークが安定しスパッタ発生量が極めて少なく、さらにビード形状が平滑で美しく、高温割れが発生しないなど健全で高品質な溶接金属を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）は、それぞれ薄鋼板の重ね継手部の横向姿勢でギャップがある場合のビード形成状態の例を示す図である。
【図２】本発明の実施例に用いた横向重ね継手の試験板を示す図である。
【図３】本発明の実施例における横向重ね継手部のワイヤ狙い位置を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の薄鋼板のガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤについて詳細に説明する。本発明者らは上記の課題を解決するために、各種成分の異なるワイヤを試作して、ＪＩＳ  Ｇ３１３１  ＳＰＣＣの板厚２．０ｍｍ、長さ４５０ｍｍの鋼板を、図２に示すようにテーパ型スペーサ５を後板２と前板１に挟んでギャップＧ1＝２ｍｍ、Ｇ2＝４ｍｍのテーパギャップを形成した横向重ね継手とし、ＣＯ2溶接によるショートアーク溶接、Ａｒ−２０％ＣＯ2ガスを用いたＭＡＧ溶接、Ａｒ−２０％ＣＯ2−３％Ｏ2ガスを用いたＭＡＧ溶接、Ａｒ−２０％ＣＯ2ガスを用いたパルスＭＡＧ溶接およびＡｒ−２０％ＣＯ2−３％Ｏ2ガスを用いたパルスＭＡＧ溶接で溶接速度８０ｃｍ／ｍｉｎの高速度での溶接を行い、アーク状態、ビード形状、スパッタ発生状況および耐ギャップ性能等につき詳細に調査した。
【００１６】
その結果、いずれの溶接方法においてもワイヤにＢｉ、Ｓ、Ｔｉを適量添加し、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ量を適正化することによって、アークの安定性、溶融金属の粘性および表面張力の適正化を図り、スパッタ発生量の減少、高温割れの防止効果および耐ギャップ性を有し、広幅で平滑なビードが得られることを見出した。
【００１７】
以下、本発明におけるワイヤ組成とその含有量の限定理由について説明する。なお、各成分の含有量は質量％で示す。
［Ｃ：０．０３〜０．１０％］
Ｃは、アークを安定化し溶滴を細粒化する作用がある。Ｃが０．０３％未満では、溶滴が大きくなってアークが不安定になりスパッタ発生量が多くなる。一方、Ｃが０．１０％を超えると、溶融金属の粘性が低くなり溶融金属が垂れてビード形状が不良となる。また、スパッタ発生量が増加するばかりではなく、溶接金属を著しく硬化させ耐割れ性が劣化する。したがって、Ｃは０．０３〜０．１０％とする。
【００１８】
［Ｓｉ：０．５〜１．０％］
Ｓｉは、溶接金属の主脱酸剤として不可欠であるとともに、ワイヤの電気抵抗を増大させてワイヤの溶融量を増加させる。また、溶融金属中にＳｉの微細介在物を生成し、溶融金属の粘性を増大して良好な耐ギャップ性能が得られる。Ｓｉが０．５％未満では、ワイヤ溶融量が少なく、溶融金属の粘性も低くなって耐ギャップ性が得られなくなる。一方、Ｓｉが１．０％を超えると、溶融金属の粘性が過度に上昇するため溶融金属が高速度の溶接速度に追従できず、アークが不安定でハンピングビードとなりやすい。また、溶接金属の強度が高くなるので高温割れが発生しやすくなる。したがって、Ｓｉは０．５〜１．０％とする。
【００１９】
［Ｍｎ：１．４〜２．０％］
Ｍｎは、Ｓｉと同様に脱酸剤として作用する他、溶融金属の粘性を高くし表面張力を低下させる効果がある。また、ＦｅＳなどの低融点化合物が生成される前にＭｎＳとしてＳを固定するので高温割れ防止効果がある。Ｍｎが１．４％未満では、高温割れが生じやすくなり、ブローホール等の気孔欠陥が発生しやすくなるとともに、溶融金属が垂れて十分な耐ギャップ性が得られなくなる。また、表面張力が高くなり溶滴が粗大化するためスパッタ発生量が多くなる。一方、Ｍｎが２．０％を超えると、溶融金属の粘性が過度に上昇するため溶融金属が高速度の溶接速度に追従できず、アークが不安定でハンピングビードとなりやすい。したがって、Ｍｎは１．４〜２．０％とする。
【００２０】
［Ｔｉ：０．１〜０．３％］
Ｔｉを含有させることによって、溶融金属中の酸化物（介在物）が多くなり粘性が適性となって耐ギャップ性が良好となる。Ｔｉが０．１％未満では、溶融金属の粘性が低くなって耐ギャップ性が得られなくなる。一方、Ｔｉが０．３％を超えると、溶融金属中の酸化物が多くなりすぎて凸ビードとなり耐ギャップ性が得られなくなる。したがって、Ｔｉは０．１〜０．３％とする
【００２１】
［Ｂｉ：０．０１〜０．１％］
Ｂｉは、溶融金属の表面張力を低下させる作用があり、それによりビードの平滑性およびビード止端部の濡れ性を向上することができる。また、表面張力が低下することで溶融池の湯流れを変化させ、スラグ剥離性を向上させることができ、さらにビードが広幅となるため良好な耐ギャップ性能が得られる。Ｂｉが０．０１％未満であると、凸ビードとなりビードの平滑性およびビード止端部の良好な濡れ性が得られず、スラグ剥離性が不良で、耐ギャップ性も劣化する。一方、Ｂｉが０．１％を超えると、アークが不安定になり、スパッタ発生量が増加し、さらにスラグ生成量が増加する。したがって、Ｂｉは０．０１〜０．１％とする。
【００２２】
［Ｓ：０．００５〜０．０７０％］
Ｓは、溶融金属の表面張力を低下させる作用があり、それにより溶滴の細粒化とビードの平滑性およびビード止端部の濡れ性を大きく向上することができる。また、表面張力が低下することで溶融池の湯流れを変化させ、スラグ発生量を低減することができ、さらにビードが広幅となるため良好な耐ギャップ性能が得られるが、高温割れ感受性を高める元素でもある。Ｓが０．００５％未満では、ビード改善の効果が不十分で耐ギャップ性が不良となり、溶滴が大きくなってアークが不安定になるためスパッタ発生量およびスラグ生成量が多くなる。一方、Ｓが０．０７０％を超えると、高温割れが発生しやすくなる。また、溶滴の表面張力が過度に低下し、溶融金属が垂れやすくなり、特にギャップがある溶接ではビード形状が不良となる。したがって、Ｓは０．００５〜０．０７０％とする。
【００２３】
［Ｐ：０．０３％以下、Ｏ：０．０１％以下］
Ｐは、０．０３％を超えると溶接金属の耐割れ性が劣化する。また、Ｏは０．０１％を超えると、ワイヤ製造時にワイヤ表面に亀裂が生じ溶接時にワイヤ表面の銅めっきが剥離してチップ詰まりが生じやすくなる。なお、本発明の薄鋼板のガスシールドアーク溶接用ワイヤは、防錆、通電性およびワイヤ送給性を良好とするためにワイヤ表面に銅めっきを厚さ０．３〜１．１μｍ施すことができる。その他は、Ｆｅおよび不可避不純物である。
【００２４】
また、ＣＯ2溶接によるショートアーク溶接、Ａｒ−ＣＯ2ガスを用いたＭＡＧ溶接、Ａｒ−ＣＯ2−Ｏ2ガスを用いたＭＡＧ溶接、Ａｒ−ＣＯ2ガスを用いたパルスＭＡＧ溶接およびＡｒ−ＣＯ2−Ｏ2ガスを用いたパルスＭＡＧ溶接ともにシールドガスの流量は耐欠陥性および大気からの窒素の混入を防ぐために２０〜２５リットル／分であることが好ましい。
【実施例】
【００２５】
以下、本発明の効果を実施例により具体的に説明する。
表１に示す各種成分のワイヤ径１．２ｍｍのソリッドワイヤを試作した。ＪＩＳ  Ｇ３１３１  ＳＰＣＣの板厚２．０ｍｍ、長さ４５０ｍｍの鋼板を、図２に示すようにテーパ型スペーサ５を後板２と前板１に挟んでギャップＧ1＝２ｍｍ、Ｇ2＝４ｍｍのテーパギャップを形成した横向重ね継手とし、表２に示す溶接条件でＭＡＧ溶接を行った。
【００２６】
【表１】
2014200812.tif 000003
【００２７】
【表２】
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なお、表１に示す化学組成のワイヤ記号１〜８は本発明例、ワイヤ記号９〜１８は比較例である。
【００２８】
溶接は図３に示すように、ワイヤ狙い位置６を前板１側の鋼板板厚の中心、トーチ７の角度θは３０°でギャップＧ1（２ｍｍ）側からスタートしてギャップＧ2 （４ｍｍ）方向へ溶接して溶融金属が架橋できなくなるところまでを溶接可能ギャップとした。各ワイヤによる溶接可能ギャップ、アークの安定性およびビード形状を調査した。なお、溶接可能ギャップは３．５ｍｍ以上を良好とした。また、スパッタ発生量は、銅製の捕集箱を用いて、図２に示す横向重ね継手のギャップＧ1を２ｍｍの一定として表２に示す溶接条件で５回溶接し、１分間当たりのスパッタ発生量を算出した。スパッタ発生量が０．５ｇ／ｍｉｎ以下を良好とした。それらの結果を表３にまとめて示す。
【００２９】
【表３】
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表３中に示すワイヤ記号１〜８が本発明例、ワイヤ記号９〜１８は比較例である。
【００３０】
本発明例であるワイヤ記号１〜８は、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｓ、Ｔｉ、Ｂｉが適量であるので、アークが安定し、溶融金属の粘性および表面張力が適正で溶接可能ギャップが広く、スパッタ発生量が少なく外観の良好なビードが得られるとともに高温割れの発生もなく極めて満足な結果であった。比較例中のワイヤ記号９は、Ｃが多いので、溶融金属が垂れてビード形状が不良でアークがやや不安定となりスパッタ発生量が多く、高温割れが生じた。さらに、Ｔｉが少ないので、溶接可能ギャップも狭かった。
【００３１】
ワイヤ記号１０は、Ｃが少ないので、アークが不安定でスパッタ発生量が多かった。ま
た、Ｔｉが多いので、凸ビードになり、溶接可能ギャップも狭かった。ワイヤ記号１１は、Ｓｉが多いので、アークが不安定でハンピングビードとなり溶接可能ギャップが狭く、高温割も生じた。ワイヤ記号１２は、Ｓｉが少ないので、アークが不安定となり、溶接可能ギャップも狭かった。ワイヤ記号１３は、Ｍｎが多いので、アークが不安定でハンピングビードとなり溶接可能ギャップも狭かった。
【００３２】
ワイヤ記号１４は、Ｍｎが少ないので、スパッタ発生量が多かった。また、溶融金属が
垂れて溶接可能ギャップが狭かった。さらに、高温割れも生じた。ワイヤ記号１５は、Ｓが多いので、溶融金属が垂れて溶接可能ギャップも狭かった。また、高温割れが発生した。ワイヤ記号１６は、Ｓが少ないので、アークが不安定でビード始端部のなじみが悪く、凸ビードとなり溶接可能ギャップが狭かった。また、スパッタ発生量も多かった。ワイヤ記号１７は、Ｂｉが多いので、アークが不安定になり、スパッタ発生量およびスラグ生成量が多かった。ワイヤ記号１８は、Ｂｉが少ないので、凸ビードとなりビード止端部のなじみが悪く、溶接可能ギャップが狭かった。
【符号の説明】
【００３３】
１  前板
２  後板
３  溶接金属
４  アンダカット
５  スペーサ
６  ワイヤ狙い位置
７  トーチ
Ｇ、Ｇ1、Ｇ2   ギャップ
θ  トーチ角度
特許出願人  日鐵住金溶接工業株式会社
代理人      弁理士    椎  名    彊  他１
【図１】
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【図２】
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【図３】
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