(57)【要約】【課題】溶接部外観および溶接強度に優れた溶融Ｚｎ系めっき鋼板のアーク溶接方法および溶接部材の製造方法を提供する。【解決手段】ピーク電流とベース電流とを交互に供給することによってアークを発生させるパルスアーク溶接法により溶融Ｚｎ系めっき鋼板同士を溶接するアーク溶接方法であって、シールドガスとしてＡｒ＋ＣＯ２混合ガスを噴出する工程と、シールドガス中のＣＯ２濃度に応じて設定された周期で、パルスアークを発生させる工程とを含む。【選択図】図４
2018144049.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピーク電流とベース電流とを交互に供給することによってアークを発生させるパルスアーク溶接法により溶融Ｚｎ系めっき鋼板同士を溶接するアーク溶接方法であって、
シールドガスとしてＡｒ＋ＣＯ２混合ガスを噴出する工程と、
前記シールドガス中のＣＯ２濃度に応じて設定された周期で、パルスアークを発生させる工程とを含むことを特徴とする溶融Ｚｎ系めっき鋼板のアーク溶接方法。
【請求項２】
溶接ワイヤの先端から、溶接対象である溶融Ｚｎ系めっき鋼板同士の当接部における溶接対象部までの距離を、前記溶接ワイヤと前記当接部に生じた溶融池とが互いに短絡しない長さであり、かつアークが消灯しない長さとして前記溶融Ｚｎ系めっき鋼板同士を溶接することを特徴とする請求項１に記載の溶融Ｚｎ系めっき鋼板のアーク溶接方法。
【請求項３】
前記ＣＯ２濃度が５体積％以上３０体積％以下であり、かつ、前記パルスの周期は、下記（１）式が示す範囲内に調整されていることを特徴とする請求項１または２に記載の溶融Ｚｎ系めっき鋼板のアーク溶接方法。
１≦ｆ≦−０．４ＣＣＯ２＋２２  ・・・（１）
（ここで、
ｆ：パルス周期（ｍｓ）
ＣＣＯ２：シールドガス中のＣＯ２濃度（体積％））
【請求項４】
前記溶接ワイヤの先端から前記溶接対象部までの距離が、２ｍｍ以上２０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の溶融Ｚｎ系めっき鋼板のアーク溶接方法。
【請求項５】
前記ピーク電流が３５０Ａ以上６５０Ａ以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の溶融Ｚｎ系めっき鋼板のアーク溶接方法。
【請求項６】
前記溶融Ｚｎ系めっき鋼板のめっき層は、Ｚｎを主成分とし、１．０質量％以上２２．０質量％以下のＡｌを含有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の溶融Ｚｎ系めっき鋼板のアーク溶接方法。
【請求項７】
前記溶融Ｚｎ系めっき鋼板のめっき層は、０．０５質量％以上１０．０質量％以下のＭｇを含有することを特徴とする請求項６に記載の溶融Ｚｎ系めっき鋼板のアーク溶接方法。
【請求項８】
前記溶融Ｚｎ系めっき鋼板のめっき層の組成が、Ｔｉ：０．００２〜０．１質量％、Ｂ：０．００１〜０．０５質量％、Ｓｉ：０〜２．０質量％、およびＦｅ：０〜２．５質量％からなる群から選ばれる１つ以上の条件を満たしていることを特徴とする請求項６または７に記載の溶融Ｚｎ系めっき鋼板のアーク溶接方法。
【請求項９】
下記（２）式で示されるブローホール占有率Ｂｒが３０％以下となり、かつ溶接ビードを中心とした縦１００ｍｍ、横１００ｍｍの領域のスパッタ付着個数が２０個以下となるようにアーク溶接することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の溶融Ｚｎ系めっき鋼板のアーク溶接方法。
Ｂｒ＝（Σｄi／Ｌ）×１００  ・・・（２）
（ここで、
ｄi：前記溶接ビードにおいて観察されたｉ番目のブローホールの長さ
Ｌ：溶接ビードの長さ）
【請求項１０】
溶融Ｚｎ系めっき鋼板同士がパルスアーク溶接法により溶接された溶接部材の製造方法であって、
前記溶融Ｚｎ系めっき鋼板の片面あたりのめっき付着量が１５ｇ／ｍ２以上２５０ｇ／ｍ２以下であり、
シールドガスとしてＡｒ＋ＣＯ２混合ガスを噴出する工程と、
前記シールドガス中のＣＯ２濃度に応じて設定された周期で、パルスアークを発生させる工程とを含み、
溶接ワイヤの先端から、溶接対象である溶融Ｚｎ系めっき鋼板同士の当接部における溶接対象部までの距離が、２ｍｍ以上２０ｍｍ以下であり、
パルスアークを発生させる溶接電流のピーク電流が、３５０Ａ以上６５０Ａ以下であり、
シールドガス中のＣＯ２濃度が５体積％以上３０体積％以下であり、かつ、前記パルスの周期は、下記（１）式の範囲内に調整されていることを特徴とする溶接部材の製造方法。
１≦ｆ≦−０．４ＣＣＯ２＋２２  ・・・（１）
（ここで、
ｆ：パルス周期（ｍｓ）
ＣＣＯ２：シールドガス中のＣＯ２濃度（体積％））
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶融Ｚｎ系めっき鋼板のアーク溶接方法および溶接部材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶融亜鉛系めっき鋼板（溶融Ｚｎ系めっき鋼板）は、耐食性が良好であるため建築部材や自動車部材をはじめとする広範な用途に使用されている。なかでも、Ａｌを１質量％以上含む溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇめっき鋼板は、長期間にわたり優れた耐食性を維持することから、従来の溶融Ｚｎめっき鋼板に代わる材料として需要が増加している。なお、従来の溶融Ｚｎめっき鋼板におけるめっき層中のＡｌ濃度は通常０．３質量％以下である（ＪＩＳ  Ｇ３３０２参照）。
【０００３】
溶融Ｚｎ系めっき鋼板を建築部材、自動車部材等に用いる場合、アーク溶接法を用いて組み立てられることが多い。しかし、溶融Ｚｎ系めっき鋼板をアーク溶接すると、通常、スパッタ、ピット、およびブローホール（以下、特に記述しない限りブローホールはピットを含める）の発生が著しく、アーク溶接性に劣る。これは、Ｆｅの融点（約１５３８℃）に比べてＺｎの沸点（約９０６℃）が低いため、アーク溶接時にＺｎ蒸気が発生してアークが不安定になり、スパッタおよびブローホールが発生し易いためである。なお、スパッタとは、溶接時に飛散するスラグや金属粒等の溶接カスのことであり、ブローホールとは、溶接ビードに包含された気孔のことである。この溶接ビードとは、溶接時に溶融した金属（母材の一部と溶着金属とが溶け合った部分）が冷え固まった部分であって、被溶接材同士を冶金的に接合している溶接金属のことである。また、ピットとは溶接ビードの表面に現れた気孔によって形成された窪みを意味している。
【０００４】
スパッタが溶融Ｚｎ系めっき鋼板のめっき面に付着すると、溶接部外観が損なわれるだけでなく、該スパッタが付着した部分が腐食の起点となる。そのため、スパッタが大量に付着すると耐食性が著しく低下して問題となる。また、スパッタをワイヤーブラシ等で除去する工程が必要となり、コストが増加する。一方、ブローホールの発生が著しいと、溶接強度が低下して問題となることがある。
【０００５】
特に、長期耐久性が要求される部材では、片面あたりのめっき付着量が９０ｇ／ｍ２以上の厚目付の溶融Ｚｎ系めっき鋼板が使用されるが、片面あたりのめっき付着量が大きくなるほどアーク溶接時のＺｎ蒸気量が多くなるため、スパッタおよびブローホールの発生がより一層著しくなる。
【０００６】
なお、本明細書では、溶融Ｚｎ系めっき鋼板の片面あたりのめっき付着量の多少について、めっき付着量が少ないものを薄目付、めっき付着量が多いものを厚目付と記載することがある。
【０００７】
溶融Ｚｎ系めっき鋼板の溶接時におけるスパッタおよびブローホールの発生を抑制する方法として、溶接ワイヤを電極としたパルスアーク溶接法が提案されている。このパルスアーク溶接法によれば、電極として用いられる溶接ワイヤから母材への溶滴移行がスプレー移行となり溶滴が小粒でスパッタが抑制される。また、パルスアークにより溶融池（凝固する前の溶接ビード部分）が攪拌されるとともに、溶融池が押し下げられて溶融池が薄くなり、Ｚｎ蒸気の排出が促進されてブローホールの発生が抑制される。
【０００８】
例えば、特許文献１、２には溶接ワイヤ組成と、ピーク電流、ピーク期間、および周波数等のパルス電流波形を適正範囲内に制御してスパッタを抑制するパルスアーク溶接法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平９−２０６９８４号公報（１９９７年８月１２日公開）
【特許文献２】特開２０１３−１８４２１６号公報（２０１３年９月１９日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、特許文献１、２には、片面当たりのめっき付着量が４５ｇ／ｍ２である薄目付の溶融Ｚｎめっき鋼板の実施例が開示されているのみであり、厚目付の溶融Ｚｎ系めっき鋼板におけるスパッタおよびブローホールの抑制方法については記載されていない。
【００１１】
上述のように、溶融Ｚｎ系めっき鋼板はめっき付着量が多くなるほど耐食性に優れるが、アーク溶接時にスパッタおよびブローホールが著しく発生して溶接部外観および溶接強度が低下する。本発明はこのような現状に鑑み、溶融Ｚｎ系めっき鋼板が厚目付であっても、アーク溶接におけるスパッタおよびブローホールの発生を抑制することができ、溶接部外観および溶接強度に優れた溶融Ｚｎ系めっき鋼板のアーク溶接方法、および溶接部材の製造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】
【００１２】
本発明者らの詳細な研究の結果、溶融Ｚｎ系めっき鋼鈑のアーク溶接において、パルスアーク溶接法を用いてアーク溶接を行うにあたり、以下の知見を得た。すなわち、パルスの周期をシールドガス中のＣＯ２濃度に応じて適切に設定することにより、アークが不安定になる（スプレー移行し難くなる）ことを抑制するとともに、溶接ワイヤの先端と溶融池とが短絡することを防止することができ、溶融Ｚｎ系めっき鋼板のめっき付着量が薄目付のものから厚目付のものまで、スパッタおよびブローホールの発生を抑制できるという知見を得た。この知見に基づいて本発明を完成するに至った。
【００１３】
すなわち、本発明の一態様における溶融Ｚｎ系めっき鋼板のアーク溶接方法は、ピーク電流とベース電流とを交互に供給することによってアークを発生させるパルスアーク溶接法により溶融Ｚｎ系めっき鋼板同士を溶接するアーク溶接方法であって、シールドガスとしてＡｒ＋ＣＯ２混合ガスを噴出する工程と、前記シールドガス中のＣＯ２濃度に応じて設定された周期で、パルスアークを発生させる工程とを含む。
【００１４】
また、本発明の一態様における溶融Ｚｎ系めっき鋼板のアーク溶接方法は、溶接ワイヤの先端から、溶接対象である溶融Ｚｎ系めっき鋼板同士の当接部における溶接対象部までの距離を、前記溶接ワイヤと前記当接部に生じた溶融池とが互いに短絡しない長さであり、かつアークが消灯しない長さとして前記溶融Ｚｎ系めっき鋼板同士を溶接することが好ましい。
【００１５】
また、本発明の一態様における溶融Ｚｎ系めっき鋼板のアーク溶接方法は、前記ＣＯ２濃度が５体積％以上３０体積％以下であり、かつ、前記パルスの周期は、下記（１）式が示す範囲内に調整されていることが好ましい。
【００１６】
１≦ｆ≦−０．４ＣＣＯ２＋２２  ・・・（１）
（ここで、
ｆ：パルス周期（ｍｓ）
ＣＣＯ２：シールドガス中のＣＯ２濃度（体積％））
また、本発明の一態様における溶融Ｚｎ系めっき鋼板のアーク溶接方法は、前記溶接ワイヤの先端から前記溶接対象部までの距離が、２ｍｍ以上２０ｍｍ以下であることが好ましい。
【００１７】
また、本発明の一態様における溶融Ｚｎ系めっき鋼板のアーク溶接方法は、前記ピーク電流が３５０Ａ以上６５０Ａ以下であることが好ましい。
【００１８】
本発明の一態様における溶融Ｚｎ系めっき鋼板のアーク溶接方法は、溶融Ｚｎ系めっき鋼板のめっき層が、Ｚｎを主成分とし、１．０質量％以上２２．０質量％以下のＡｌを含有してもよい。
【００１９】
さらに、本発明の一態様における溶融Ｚｎ系めっき鋼板のアーク溶接方法は、溶融Ｚｎ系めっき鋼板のめっき層が、０．０５質量％以上１０．０質量％以下のＭｇを含有してもよい。
【００２０】
さらに、本発明の一態様における溶融Ｚｎ系めっき鋼板のアーク溶接方法は、溶融Ｚｎ系めっき鋼板のめっき層の組成が、Ｔｉ：０．００２〜０．１質量％、Ｂ：０．００１〜０．０５質量％、Ｓｉ：０〜２．０質量％、およびＦｅ：０〜２．５質量％からなる群から選ばれる１つ以上の条件を満たしていてもよい。
【００２１】
また、本発明の一態様における溶融Ｚｎ系めっき鋼板のアーク溶接方法は、下記（２）式で示されるブローホール占有率Ｂｒが３０％以下となり、かつ溶接ビードを中心とした縦１００ｍｍ、横１００ｍｍの領域のスパッタ付着個数が２０個以下となるようにアーク溶接することができる。
【００２２】
Ｂｒ＝（Σｄi／Ｌ）×１００  ・・・（２）
（ここで、
ｄi：前記溶接ビードにおいて観察されたｉ番目のブローホールの長さ
Ｌ：溶接ビードの長さ）。
【００２３】
本発明の一態様における溶接部材の製造方法は、溶融Ｚｎ系めっき鋼板同士がパルスアーク溶接法により溶接された溶接部材の製造方法であって、前記溶融Ｚｎ系めっき鋼板の片面あたりのめっき付着量が１５ｇ／ｍ２以上２５０ｇ／ｍ２以下であり、シールドガスとしてＡｒ＋ＣＯ２混合ガスを噴出する工程と、前記シールドガス中のＣＯ２濃度に応じて設定された周期で、パルスアークを発生させる工程とを含み、溶接ワイヤの先端から、溶接対象である溶融Ｚｎ系めっき鋼板同士の当接部における溶接対象部までの距離が、２ｍｍ以上２０ｍｍ以下であり、パルスアークを発生させる溶接電流のピーク電流が、３５０Ａ以上６５０Ａ以下であり、シールドガス中のＣＯ２濃度が５体積％以上３０体積％以下であり、かつ、前記パルスの周期は、下記（１）式の範囲内に調整されていることを特徴とする溶接部材の製造方法。
【００２４】
１≦ｆ≦−０．４ＣＣＯ２＋２２  ・・・（１）
（ここで、
ｆ：パルス周期（ｍｓ）
ＣＣＯ２：シールドガス中のＣＯ２濃度（体積％））
【発明の効果】
【００２５】
本発明の一態様によれば、溶融Ｚｎ系めっき鋼板が厚目付であっても、アーク溶接におけるスパッタおよびブローホールの発生を抑制することができ、溶接部外観と溶接強度に優れた溶融Ｚｎ系めっき鋼板のアーク溶接方法および溶接部材の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】パルスアーク溶接法におけるパルス電流波形を模式的に示す図である。
【図２】パルスアーク溶接現象を模式的に示す断面図である。
【図３】（ａ）は本発明の実施の形態における溶融Ｚｎ系めっき鋼板のアーク溶接方法において、重ね継手による隅肉溶接の場合の溶接ワイヤと溶融Ｚｎ系めっき鋼板同士の当接部との位置関係を模式的に示す断面図であり、（ｂ）はＴ字継手による隅肉溶接の場合の上記位置関係を模式的に示す断面図である。
【図４】シールドガス中のＣＯ２濃度（体積％）および周期ｆ（ミリ秒）の条件と、ブローホール占有率およびスパッタ付着個数の関係を示す図である。
【図５】溶融Ｚｎ系めっき鋼板同士が溶接されてなる溶接部材におけるブローホール占有率の測定方法を説明する平面図である。
【図６】溶融Ｚｎ系めっき鋼板同士が溶接されてなる溶接部材におけるスパッタ付着個数の測定方法を説明する平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の記載は発明の趣旨をより良く理解させるためのものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。また、本明細書において、「Ａ〜Ｂ」とは、Ａ以上Ｂ以下であることを示している。
【００２８】
以下の説明においては、本発明の実施の形態における溶融Ｚｎ系めっき鋼板のアーク溶接方法についての理解を容易にするため、先ず、一般的なパルスアーク溶接法の概要を図１および図２に基づいて説明する。本発明の実施形態におけるパルスアーク溶接の原理は、一般的なパルスアーク溶接法の原理と同様である。
【００２９】
図１は、パルスアーク溶接法におけるパルス電流波形を模式的に示す図である。図１に示すように、パルスアーク溶接法は、ピーク電流ＩＰとベース電流ＩＢとを交互に繰り返して供給するアーク溶接法であって、ピーク電流ＩＰは溶滴がスプレー移行する臨界電流以上に設定される。ピーク電流ＩＰが流れている時間をピーク期間ＰＰとし、ピーク電流ＩＰおよびベース電流ＩＢからなるパルス電流のパルス周期を周期ｆとする。ピーク電流ＩＰを臨界電流以上に設定すると、電磁力によるワイヤ先端の溶滴を引き絞る効果（電磁ピンチ効果）が生じ、この電磁ピンチ効果により溶接ワイヤ先端の溶滴にくびれが生じ、溶滴が小粒化してパルス周期ごとに規則正しい溶滴の移行（スプレー移行）が行われる。これにより、溶滴はスムーズに溶融池に移行し、スパッタの発生が抑制される。
【００３０】
図２は、パルスアーク溶接現象を模式的に示す断面図である。ここでは、重ね継手による隅肉溶接を例に説明する。図２に示すように、ピーク電流値を適切に設定したパルスアーク溶接法では、小粒の溶滴５が溶接ワイヤ２から溶融池３にスプレー移行するので短絡が発生しにくい。また、パルスアーク４によりアーク直下の溶融池３が押し下げられ溶融池の深さが薄くなるとともに攪拌されて、Ｚｎ蒸気の排出が促進されてスパッタおよびブローホールの発生が抑制される。溶融池３が冷え固まった部分は、溶接ビード６となる。
【００３１】
さらに説明すれば、このようなパルスアーク溶接法では、溶接ワイヤ２の先端と溶融池３との間隔、すなわちアーク長が短くなるほど、パルスアーク４による溶融池３の押し下げ効果が大きくなるため、Ｚｎ蒸気の排出が促進される。しかし、アーク長が短くなり過ぎると、溶接ワイヤ２の先端と溶融池３とが短絡してスパークし、溶融池３が吹き飛ばされて大量のスパッタが発生する。特に、溶融Ｚｎ系めっき鋼板が厚目付の場合、Ｚｎ蒸気の発生量が多くなるため、パルスアーク溶接法を用いても溶融池３からＺｎ蒸気が抜けきらず溶融池３内に滞留したＺｎ蒸気が一気に噴出して溶融池３が波打ち、溶接ワイヤ２の先端と溶融池３とが短絡してスパッタの発生が著しくなってしまう。
【００３２】
そこで、本発明では溶接ワイヤ２の先端と溶融池３との短絡、およびアークが不安定になることを防止して、溶融Ｚｎ系めっき鋼板が厚目付であってもＺｎ蒸気の影響を抑制して溶滴移行を安定化させ、スパッタおよびブローホールの発生を抑制する。
【００３３】
パルスアーク溶接法では、溶滴をスプレー移行させるためにシールドガスとしてＡｒ−ＣＯ２ガスを用いる。ＣＯ２はアークプラズマ中でＣＯ、Ｏ２等に乖離する。この乖離反応は吸熱反応であるため、ＣＯ２の乖離によってパルスアーク４が冷却されて緊縮する。このパルスアーク４の緊縮が大きくなり過ぎると、溶適がスプレー移行しにくくなり、スパッタが発生しやすくなる。また、パルスアーク４の緊縮が大きくなり過ぎると、アーク力が小さくなって溶融池３の押下げによる攪拌効果が弱くなり、溶融池３からＺｎ蒸気が排出されにくくなってブローホールが発生する。このため、通常、パルス溶接ではシールドガス中のＣＯ２濃度は２０体積％以下とされている。
【００３４】
一方で、シールドガス中のＣＯ２濃度を下げると、パルスアーク４が広がることによってアーク力が弱くなり、溶け込みが浅くなって接合強度が低下するという問題、および、高価なＡｒガスの比率が大きくなって溶接コストが高くなるという問題がある。このように、接合強度および溶接コストの面からはシールドガス中のＣＯ２濃度は高い方が好ましいが、シールドガス中のＣＯ２濃度を高くすると上記のようにスパッタ、ブローホールが増加する。
【００３５】
本発明者らは、鋭意研究の結果、パルスの周期ｆをシールドガス中のＣＯ２濃度に応じて適切に設定することにより、スプレー移行し難くなることを抑制すること、および、溶接ワイヤ２の先端と溶融池３とが短絡することを防止することができ、スパッタおよびブローホールの発生を抑制できるという知見を得て本発明を完成した。
【００３６】
すなわち、本発明の一態様におけるアーク溶接方法は、ピーク電流とベース電流とを交互に供給することによってアークを発生させるパルスアーク溶接法により溶融Ｚｎ系めっき鋼板同士を溶接するアーク溶接方法であって、シールドガスとしてＡｒ＋ＣＯ２混合ガスを噴出する工程と、前記シールドガス中のＣＯ２濃度に応じて設定された周期で、パルスアークを発生させる工程とを含む。
【００３７】
Ａｒ＋ＣＯ２混合ガスを噴出する工程においては、Ａｒ＋ＣＯ２混合ガス中のＣＯ２濃度を制御することができるようになっていればよく、公知の装置を用いることができる。Ａｒ＋ＣＯ２混合ガス中のＣＯ２濃度とは、例えば混合ガスが充填されたガスボンベ中のＣＯ２濃度であってよい。また、別個のガスボンベから供給されるＡｒガスとＣＯ２ガスとを混合して用いることもできる。この場合、Ａｒ＋ＣＯ２混合ガス中のＣＯ２濃度は、流量比率に基づいて求めればよく、流量比率を変更してＣＯ２濃度を容易に調整することができる。Ａｒ＋ＣＯ２混合ガスは、パルスマグ溶接において一般に用いられる溶接トーチを用いて溶接部周辺に噴出される。
【００３８】
シールドガス中のＣＯ２濃度に応じて設定された周期ｆで、パルスアークを発生させる工程では、具体的には後述するが、以下のように周期ｆが設定される。すなわち、本発明者らは、ＣＯ２濃度および周期ｆ以外の各種の溶接条件を固定した条件下において、スパッタおよびブローホールの発生を抑制し得る、周期ｆおよびシールドガス中のＣＯ２濃度の範囲を求め、その求めた範囲を用いて周期ｆを設定することができるという新たな知見を得た（具体例は図４参照）。この求めた範囲以外のＣＯ２濃度および周期ｆの条件では、アークが不安定になり易く、溶接ワイヤ２の先端と溶融池３とが短絡し易い。
【００３９】
そして、周期ｆおよびシールドガス中のＣＯ２濃度を、求めた範囲内にて設定することにより、以下のような効果が得られる。前述のように、接合強度および溶接コストの面から、シールドガス中のＣＯ２濃度は高い方が好ましい。しかし、ＣＯ２濃度が高くなると、パルスアーク４が緊縮してアーク力が弱くなり溶融池３の押し下げによる攪拌効果が小さくなる。本実施の形態のアーク溶接方法によれば、ＣＯ２濃度を高くするに応じてパルスの周期を短く設定することにより、パルスアーク４による溶融池３の押し下げ回数を多くし、溶融池３からのＺｎ蒸気の排出を促進することができる。そのため、溶融Ｚｎ系めっき鋼板が厚目付であっても、スパッタおよびブローホールの発生を効果的に抑制することができる。また、シールドガス中のＣＯ２濃度を高くすることができ、本実施の形態のアーク溶接方法によれば、接合強度に優れた溶接部材の製造コストを低減することもできる。
【００４０】
以下に本実施の形態について詳述する。
【００４１】
ここで、パルスの周期をシールドガス中のＣＯ２濃度に応じて適切に設定するに際して、本実施の形態では、溶接ワイヤと溶接前の溶融Ｚｎ系めっき鋼板同士の当接部との位置関係を以下のように規定する。なお、本発明の一態様におけるアーク溶接方法は、以下に説明する具体的な一態様に限定されるものではなく、例えば、次のようなものであってよい。すなわち、各種の溶接条件に基づいて、溶接ワイヤと溶接前の溶融Ｚｎ系めっき鋼板同士の当接部との好適な位置関係（距離の数値範囲）が規定され、その規定した条件下において、パルスの周期およびシールドガス中のＣＯ２濃度の範囲が求められる。その求めた範囲に基づいて、パルスの周期をシールドガス中のＣＯ２濃度に応じて適切に設定することができる。
【００４２】
〔溶接ワイヤと溶接前の溶融Ｚｎ系めっき鋼板同士の当接部との位置関係〕
本実施の形態における溶融Ｚｎ系めっき鋼板のアーク溶接方法における、溶接ワイヤと溶接前の溶融Ｚｎ系めっき鋼板同士の当接部との位置関係について、図３に基づいて説明する。
【００４３】
図３の（ａ）は、本実施の形態における溶融Ｚｎ系めっき鋼板のアーク溶接方法において、重ね継手による隅肉溶接の場合の溶接ワイヤ２と溶融Ｚｎ系めっき鋼板１・１’同士の当接部７との位置関係を模式的に示す断面図である。図３の（ｂ）は、Ｔ字継手による隅肉溶接の場合の溶接ワイヤ２と溶融Ｚｎ系めっき鋼板１・１’同士の当接部７との位置関係を模式的に示す断面図である。図３の（ａ）（ｂ）はいずれも、溶接方向に対して垂直な方向の断面を示していると共に、溶接前の状態を示している。
【００４４】
図３の（ａ）および（ｂ）に示すように、溶接前において、溶接の対象となる溶融Ｚｎ系めっき鋼板１と溶融Ｚｎ系めっき鋼板１’とは、種々の継手形状に配置され得る。図３の（ａ）では重ね継手に配置され、図３の（ｂ）ではＴ字継手に配置されている。配置された溶融Ｚｎ系めっき鋼板１と溶融Ｚｎ系めっき鋼板１’との間には、それらが互いに当接する当接面としての当接部７が形成される。ここで、当接部７において、溶接ワイヤ２の先端に最も近い端部を、隅部７ａと称する。隅部７ａは、溶融Ｚｎ系めっき鋼板１と溶融Ｚｎ系めっき鋼板１’とが隣接する部分において溶接ビード６（図５参照）が形成される部分である。より詳細には、重ね継手の場合、隅部７ａは、溶融Ｚｎ系めっき鋼板１の上面に配された溶融Ｚｎ系めっき鋼板１’の端部における側面を含む平面と、前記上面とが交差する部分である。Ｔ字継手の場合、隅部７ａは、溶融Ｚｎ系めっき鋼板１の上面に立設された溶融Ｚｎ系めっき鋼板１’の、前記上面に対して略垂直な幅広の面を含む平面と、前記上面とが交差する部分である。
【００４５】
換言すれば、隅部７ａは、溶融Ｚｎ系めっき鋼板１および溶融Ｚｎ系めっき鋼板１’が任意の継手形状に配置された状態において、溶融Ｚｎ系めっき鋼板１と溶融Ｚｎ系めっき鋼板１’とを溶接するためにアークが照射される部分であり、溶接対象部と称することもできる。なお、継手形状が突合せ継手の場合には、上記溶接対象部は、溶融Ｚｎ系めっき鋼板１の端部と溶融Ｚｎ系めっき鋼板１’の端部とが対向する面における、溶接ワイヤ２側の縁部（稜線）を意味する。
【００４６】
前述のように、溶接ワイヤ２の先端と溶融池３との短絡によるスパッタの発生を抑制するには、アーク長を適正範囲内に管理することが重要である。しかし、再び図２を参照して説明すると、溶融池３はパルスアーク４による押し下げ効果によりパルスアーク４の波形とほぼ同調してごく短時間の内に上下動しており、溶接中にアーク長そのものを測定し、管理することは困難である。そこで、本明細書では、図３の（ａ）および（ｂ）に示すように、溶接ワイヤ２の先端であるワイヤ先端部２ａから、溶接前の溶融Ｚｎ系めっき鋼板同士の当接部７における溶接ワイヤ２側の隅部７ａまでの距離を距離Ｄとする。本実施の形態のアーク溶接方法では、この距離Ｄを、溶接ワイヤ２と溶融池３とが互いに短絡しない長さであり、かつパルスアーク４が消灯しない長さとする。
【００４７】
ここで、例えば図３の（ａ）および（ｂ）に示す継手形状についてパルスアーク溶接を行う場合、溶接ワイヤ２は紙面に対して垂直な方向に移動して上記溶接対象部を順次溶接していくことになる。それゆえ、上記距離Ｄとは、点としてのワイヤ先端部２ａから、線としての上記溶接対象部（隅部７ａ、または溶接ワイヤ２側の縁部）へと引いた垂線の長さを示している。なお、溶接ワイヤ２の中心軸を通る直線が隅部７ａを通過する必要は必ずしもなく、上記直線が隅部７ａの近傍を通過していればよい。そのため、広い意味では、上記距離Ｄは、溶接ワイヤ２の中心軸を通る直線が溶融Ｚｎ系めっき鋼板１または溶融Ｚｎ系めっき鋼板１’と交差する点（溶接対象部）とワイヤ先端部２ａとの間の距離である。
【００４８】
このように、本実施の形態の溶融Ｚｎ系めっき鋼板のアーク溶接方法では、ワイヤ先端部２ａから、隅部７ａまでの距離Ｄを、溶接ワイヤ２と溶融池３とが互いに短絡しない長さであり、かつアークが消灯しない長さに維持して溶接する。この方法は、アーク長そのものを測定するのではなく、上記距離Ｄを維持しつつ溶接する。
【００４９】
これにより、溶融Ｚｎ系めっき鋼板が厚目付であっても、アーク溶接におけるスパッタおよびブローホールの発生をより効果的に抑制することができる。
【００５０】
本実施の形態の溶融Ｚｎ系めっき鋼板のアーク溶接方法において、ワイヤ先端部２ａから隅部７ａまでの距離Ｄを、２〜２０ｍｍの範囲とすることが好ましい。距離Ｄが２ｍｍを下回ると溶接ワイヤ２と溶融池３とが短絡してスパッタが発生してしまう。スパッタが発生すると溶融池３の押し下げによる撹拌が行われないのでＺｎ蒸気が排出されず、ブローホールも発生してしまう。一方、距離Ｄが２０ｍｍを超えるとアークが消灯する、いわゆるアーク切れが発生する。アーク切れが発生すると、溶接ワイヤ２が溶融池３と短絡してパルスアーク４が再点弧する時にスパークして溶融池３が吹き飛ばされてスパッタが発生する。さらに、パルスアーク４が消灯している間は溶融池３の押し下げによる撹拌が行われないのでＺｎ蒸気が排出されず、ブローホールが発生する。その上、距離Ｄが２０ｍｍを超えるとアークが広がって電磁力によるピンチ効果が弱くなるので溶滴５が切れにくくなり、その結果、溶滴５が粗大化して浮遊し大粒のスパッタも発生してしまう。
【００５１】
このような、ワイヤ先端部２ａから隅部７ａまでの距離Ｄを、２〜２０ｍｍの範囲とすることは、後述のように、パルスの周期をシールドガス中のＣＯ２濃度に応じて適切に設定することにより、実現し易くすることができる。距離Ｄを、２〜２０ｍｍの範囲とすることより、溶融Ｚｎ系めっき鋼板が厚目付であっても、スパッタおよびブローホールの発生を効果的に抑制することができる。
【００５２】
なお、本発明の一態様におけるアーク溶接方法は、溶融Ｚｎ系めっき鋼板同士の溶接を開始する前に、上記距離Ｄを、溶接ワイヤ２と溶融池３とが互いに短絡しない長さであり、かつアークが消灯しない長さに設定する位置設定工程を含んでもよい。そして、溶融Ｚｎ系めっき鋼板同士を溶接する溶接工程において、上記距離Ｄを維持して溶接を行うようになっている。ワイヤ先端部２ａおよび隅部７ａの位置関係を把握して、上記距離Ｄとなるように制御する手段は特に限定されず、公知の装置を用いることができる。
【００５３】
〔周期とシールドガス中のＣＯ２濃度〕
パルスマグ溶接法では、溶滴をスプレー移行させるためにＡｒ−ＣＯ２混合ガスが、シールドガスとして用いられる。本発明の一態様におけるアーク溶接方法は、シールドガスとしてＡｒ＋ＣＯ２混合ガスを噴出する工程と、前記シールドガス中のＣＯ２濃度に応じて設定された周期で、パルスアークを発生させる工程とを含む。
【００５４】
図４に、シールドガス中のＣＯ２濃度（体積％）および周期ｆ（ミリ秒）の条件と、ブローホール占有率およびスパッタ付着個数の関係を示す。図中○印は、後述するブローホール占有率が３０％以下、スパッタ付着個数が２０個以下の両方を満足する場合を示す。図中×印は、ブローホール占有率が３０％を超える若しくはスパッタ付着個数が２０個を超える場合、またはそれらの両方の場合を示す。図中●印は、ハンピングビードが発生した場合を示す。
【００５５】
図４中の実線で囲んだ範囲、すなわちシールドガス中のＣＯ２濃度ＣＣＯ２が５〜３０体積％であり、かつ周期ｆが所定の範囲内（後述する（１）式の範囲内）では、ブローホールおよびスパッタの発生が抑えられ、ビード形状も良好である。しかし、シールドガス中のＣＯ２濃度ＣＣＯ２が５体積％未満では、パルスアーク４が不安定になり、ハンピング現象によりビードが蛇行してビード外観が著しく低下する。また、ブローホールおよびスパッタの発生も著しくなる。ＣＯ２濃度ＣＣＯ２が３０体積％を超えた場合は、溶滴がスプレー移行せず、短絡移行となるため、ブローホールおよびスパッタの発生が著しくなる。
【００５６】
ここで、パルスの周期ｆが短くなると、パルスアーク４によって溶融池３を押し下げる回数が増加するのでＺｎ蒸気の排出が促進される。しかし、周期ｆが１ｍｓ未満と短くなり過ぎると、溶接ワイヤ２の供給速度が３ｍ／ｍｉｎ以下の場合に、溶接ワイヤ２が溶融過多となって溶接ワイヤ２の先端から溶融池３までの距離が長くなり、アーク切れや溶滴５の粗大化が発生する。それにより、溶滴移行が不安定になり、スパッタが発生する。また、アーク切れの間はパルスアーク４で溶融池３が押し下げられないのでブローホールも発生する。
【００５７】
一方、周期ｆが長くなり過ぎると溶接ワイヤ２が溶融不足となって溶接ワイヤ２の先端から溶融池までの距離が短くなり過ぎ、溶接ワイヤ２の先端と溶融池３とが短絡してスパッタが発生する。また、パルスアーク４で溶融池３を押し下げる回数が減少するのでＺｎ蒸気が排出されなくなり、スパッタおよびブローホールが発生する。
【００５８】
また、シールドガス中のＣＯ２濃度ＣＣＯ２が５〜３０体積％の範囲内であっても、前述のようにＣＯ２濃度ＣＣＯ２が高くなるとパルスアークが緊縮してアーク力が弱くなり溶融池３の押下げによる攪拌効果が小さくなる。
【００５９】
以上のように、本発明の一態様におけるアーク溶接方法は、シールドガスとしてのＡｒ＋ＣＯ２混合ガス中のＣＯ２濃度ＣＣＯ２を５体積％以上３０体積％以下として該混合ガスを噴出し、かつ、ＣＯ２濃度ＣＣＯ２に応じてパルスの周期ｆを下記（１）式の範囲内に調整してパルスアークを発生させることが好ましい。
【００６０】
１≦ｆ≦−０．４ＣＣＯ２＋２２  ・・・  （１）
（ここで、
ｆ：パルス周期（ｍｓ）
ＣＣＯ２：シールドガス中のＣＯ２濃度（体積％））
本発明の一態様におけるアーク溶接方法では、上記（１）式で示すようにＣＯ２濃度ＣＣＯ２が高くなると周期ｆの上限を短くしてパルスアーク４での溶融池３の押し下げ回数を多くし、溶融池３からのＺｎ蒸気の排出を促進する。そして、溶接ワイヤ２の先端と溶融池３との短絡、およびアークの消灯を防止して、溶融Ｚｎ系めっき鋼板が厚目付であってもＺｎ蒸気の影響を抑制して溶滴移行を安定化させ、スパッタおよびブローホールの発生を抑制することができる。
【００６１】
したがって、溶融Ｚｎ系めっき鋼板が厚目付であっても、アーク溶接におけるスパッタおよびブローホールの発生を抑制することができ、溶接部外観と溶接強度に優れた溶融Ｚｎ系めっき鋼板のアーク溶接方法および溶接部材の製造方法を提供することができる。
【００６２】
次に、本実施の形態の溶融Ｚｎ系めっき鋼板のアーク溶接方法において用いられる各種の条件の、好ましい具体例について説明する。
【００６３】
〔ピーク電流〕
パルスアークを発生させるためのピーク電流ＩＰを、３５０〜６５０Ａの範囲とすることが好ましい。溶接ワイヤ２の供給速度が１５ｍ／ｍｉｎの場合に、ピーク電流ＩＰが３５０Ａを下回ると溶接ワイヤ２が溶融不足となって、溶接ワイヤ２の供給が過剰となりワイヤ先端部２ａと溶融池３とが短絡し得る。また、アーク力が弱くなり、溶融池３の押し下げによる撹拌効果が弱くなる。逆にピーク電流ＩＰが６５０Ａを超えると溶接ワイヤ２が溶融過多となって距離Ｄが２０ｍｍを超え、アーク切れや溶滴５の粗大化が発生する。
【００６４】
〔継手形状〕
図３の（ａ）に示した重ね継手による隅肉溶接、および図３の（ｂ）に示したＴ字継手による隅肉溶接以外に、角継手、十字継手、当て金継手、フレアー継手等のいずれの継手形状にも本発明は適用できる。また、本発明は、突合せ継手、角継手、十字継手およびＴ字継手による突合せ溶接にも適用できる。
【００６５】
〔溶融Ｚｎ系めっき鋼板〕
本実施の形態において溶接の対象となる溶融Ｚｎ系めっき鋼板は、溶融Ｚｎめっき鋼板、合金化溶融Ｚｎめっき鋼板、溶融Ｚｎ−Ａｌめっき鋼板、溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇめっき鋼板等の、めっき層がＺｎを主成分とする溶融めっき鋼板が好ましい。
【００６６】
溶融Ｚｎ系めっき鋼板のなかでも溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇめっき鋼板は、Ａｌ：１．０〜２２．０質量％、Ｍｇ：０．０５〜１０．０質量％を含有し、耐食性に優れるので好適である。溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇめっき鋼板のめっき層は、めっき層外観と耐食性を低下させる原因となるＺｎ１１Ｍｇ２系相の生成および成長を抑制するためにＴｉ：０．００２〜０．１質量％、Ｂ：０．００１〜０．０５質量％を添加してもよい。また、めっき原板表面とめっき層との界面に生成するＦｅ−Ａｌ合金層の過剰な成長を抑制して加工時のめっき層の密着性を向上させるためにＳｉを２．０質量％まで添加してもよい。
【００６７】
〔めっき付着量〕
溶融Ｚｎ系めっき鋼板のめっき付着量が少ないと、めっき面の耐食性および犠牲防食作用を長期にわたって維持するうえで不利となる。種々検討の結果、片面当たりのめっき付着量は１５ｇ／ｍ２以上とすることがより効果的である。一方、片面当たりのめっき付着量が２５０ｇ／ｍ２を超えるとＺｎ蒸気の発生量が多くなり過ぎ、本実施の形態の溶融
Ｚｎ系めっき鋼板のアーク溶接方法を用いてもスパッタおよびブローホールの発生を抑制することが困難になるので、片面当たりのめっき付着量が２５０ｇ／ｍ２以下とすることが好ましい。
【００６８】
〔溶接ワイヤ〕
溶接ワイヤ２は、ＪＩＳ  Ｚ３３１２  ＹＧＷ１５、またはＪＩＳ  Ｚ３３１２  ＹＧＷ１６を用いることが好ましい。これら以外に、ＪＩＳ  Ｚ３３１２に規定された各種ソリッドワイヤを用いてもよく、他の種類のものでもよい。例えば、メッキレスワイヤ、フラックス入りワイヤ、スラグ系ワイヤ、等を用いてもよい。
【００６９】
溶接ワイヤ２のワイヤ径は、例えば直径１．２ｍｍのものを用いることができ、直径
０．８〜１．６ｍｍの範囲のものであってもよい。
【００７０】
〔ワイヤ供給速度〕
ワイヤ供給速度は、溶接ワイヤ２が溶融過多となって溶接ワイヤ２の先端から溶融池３までの距離が長くなり、アーク切れや溶滴５の粗大化を防止するために３ｍ／ｍｉｎ以上が好適である。ワイヤ供給速度が１５ｍ／ｍｉｎを超えると、溶接ワイヤ２の供給が過剰となりワイヤ先端部２ａと溶融池３との短絡が発生するので、上限は１５ｍ／ｍｉｎが好適である。ワイヤ供給速度は、ワイヤ径、周期ｆ、およびピーク電流ＩＰ等の溶接条件に応じて適宜選択すればよい。
【００７１】
〔ベース電流〕
ベース電流ＩＢは、１０〜２００Ａが好適である。１０Ａ未満ではアークの消灯が発生しやすく、２００Ａを越えると溶滴が切れにくくなる。
【００７２】
〔アーク電圧〕
アーク電圧は、１０〜１００Ｖが好適である。１０Ｖ未満では溶接ワイヤ２の先端から溶融池３までの距離が短くなり、１００Ｖを越えると溶接ワイヤ２の先端から溶融池３までの距離が長くなりすぎる。
【００７３】
〔トーチ保持角度〕
トーチ保持角度の内、トーチ角は３０〜６０°が好適である。また、前進角あるいは後退角は０〜３０°が好適である。トーチ角、前進角あるいは後退角は継ぎ手形状、溶接姿勢等の溶接条件により適宜上記範囲内で選択される。
【００７４】
〔狙い位置〕
狙い位置は、溶接前の溶融Ｚｎ系めっき鋼板同士の当接部７における溶接ワイヤ２側の隅部７ａが好適であるが、目的のビード形状、継ぎ手強度が得られれば隅部７ａに限定されない。
【００７５】
〔溶接姿勢、進行方向〕
溶接姿勢、進行方向は特に限定されない。横向き、縦向き、上進、下進は溶接部材の形状等により、適宜選択すればよい。
【００７６】
〔溶接電源方式〕
溶接電源は限定されない。直流アーク方式、交流アーク方式のいずれも使用できる。溶接部材の板厚、形状、溶け込みに応じて適宜選択すればよい。
【００７７】
〔溶接速度〕
溶接速度は、例えば０．４ｍ／ｍｉｎとすることができ、０．１〜２ｍ／ｍｉｎの範囲で、各種の溶接条件に応じて設定すればよい。
【００７８】
なお、本実施の形態のアーク溶接方法では、各種の溶接条件を、上述のような好適な範囲内の条件に設定し、かつ、前述のように溶接ワイヤと溶接前の溶融Ｚｎ系めっき鋼板同士の当接部との好適な位置関係を規定している。そのような条件下において、本実施の形態のアーク溶接方法では、ＣＯ２濃度および周期ｆの好適な範囲（図４中の実線で囲んだ範囲）が求められている。
【００７９】
ここで、本発明の他の一態様におけるアーク溶接方法では、各種の溶接条件および上記位置関係を変更した場合、ＣＯ２濃度および周期ｆの好適な範囲は、図４に示した範囲とは異なる範囲となり得る。つまり、周期ｆをシールドガス中のＣＯ２濃度に応じて適切に設定するための範囲は、普遍的に特定することは難しい。
【００８０】
本発明の一態様によれば、以下のようなアーク溶接方法を提供することができる。すなわち、溶融Ｚｎ系めっき鋼板のアーク溶接方法において、調節可能な種々の溶接条件が存在する中で、各種の溶接条件を場当たり的（経験的）に調整することがあった。そのようなことの代わりに、本発明の一態様によれば、ＣＯ２濃度および周期ｆ以外の溶接条件を固定して、ＣＯ２濃度および周期ｆの好適な範囲を求め、スパッタおよびブローホールの発生を効果的に抑制することができる好適な溶接条件を求めることができるという、有用な方法を提供することができる。
【００８１】
〔ブローホール占有率、スパッタ付着個数〕
本実施の形態の溶融Ｚｎ系めっき鋼板のアーク溶接方法によれば、スパッタおよびブローホールの発生を抑制して溶融Ｚｎ系めっき鋼板同士の溶接を行うことができ、該溶接されてなる溶接部材を提供することができる。該溶接部材の評価（ブローホール占有率、スパッタ付着個数）について、図５および図６に基づいて説明する。
【００８２】
図５は、溶融Ｚｎ系めっき鋼板同士が溶接されてなる溶接部材１０におけるブローホール占有率の測定方法を説明する平面図である。図５に示すように、溶融Ｚｎ系めっき鋼板１と溶融Ｚｎ系めっき鋼板１’とが溶接されてなる溶接部材１０には溶接ビード６が形成されており、該溶接ビード６はブローホール６ａを有していることが多い。また、溶接ビード６の長手方向（溶接線方向）の長さを長さＬとし、溶接ビード６の一端部からｉ番目のブローホールの長さをｄｉとする。ここで、例えば継手形状がＴ字継手の場合、図５に示す溶融Ｚｎ系めっき鋼板１と溶融Ｚｎ系めっき鋼板１’とは３次元的には垂直に溶接されている。
【００８３】
建築用薄板溶接接合部設計・施工マニュアル（建築用薄板溶接接合部設計・施工マニュアル編集委員会）によれば、図５に模式的に示す各ブローホール６ａの長さｄｉの積算値、すなわち溶接ビード６に形成された全てのブローホール６ａの長さを測定して積算した積算値Σｄｉ（ｍｍ）の測定値から下記（２）式により算出されるブローホール占有率Ｂｒが３０％以下であれば溶接強度に問題ないとされている。本発明における溶接部材１０は、ブローホール占有率Ｂｒが３０％以下であり、溶接強度に優れる。
【００８４】
Ｂｒ＝（Σｄi／Ｌ）×１００  ・・・（２）
ここで、
ｄi：溶接ビードにおいて観察されたｉ番目のブローホールの長さ
Ｌ：溶接ビードの長さ。
【００８５】
図６は、溶融Ｚｎ系めっき鋼板同士が溶接されてなる溶接部材１０におけるスパッタ付着個数の測定方法を説明する平面図である。図６の点線で示す、溶接ビード６を中心とした縦１００ｍｍ、横１００ｍｍの領域８のスパッタ付着個数が２０個以下であればスパッタが目立たず、耐食性への影響も小さい。ここで、領域８の中心は、溶接ビード６の中央とすればよく、縦１００ｍｍとは、溶接ビード６から一方（溶融Ｚｎ系めっき鋼板１）の側に５０ｍｍ、他方（溶融Ｚｎ系めっき鋼板１’）の側に５０ｍｍを意味する。このとき、例えば溶接部材１０の継手形状がＴ字継手の場合、領域８の縦１００ｍｍは、溶接ビード６を中心として直角方向にそれぞれ５０ｍｍとすればよい。また、横１００ｍｍとは、溶接ビード６の長手方向と同じ方向における、領域８の横幅を意味する。
【００８６】
本発明における溶接部材１０は、領域８のスパッタ付着個数が２０個以下であり、溶接外観と耐食性に優れる。
【実施例】
【００８７】
表１に示す４種類の溶融Ｚｎ系めっき鋼板を用いて、重ね隅肉溶接継手を構成してパルスアーク溶接を行った。溶接ワイヤ２は直径１．２ｍｍのＪＩＳ  Ｚ３３１２  ＹＧＷ１２を用い、溶接速度０．４ｍ／ｍｉｎ、ビード長さ１８０ｍｍ、重ね代３０ｍｍとした。
【００８８】
【表１】
2018144049.tif 000003
【００８９】
また、溶接中に、溶接ワイヤ２の先端と、溶接前の溶融Ｚｎ系めっき鋼板同士の当接部７における溶接ワイヤ２側の隅部７ａとを含む部分の溶接状態を下記に示す条件でハイスピードカメラ撮影することにより、溶接ワイヤ２の先端から隅部７ａまでの距離Ｄを測定した。パルスアーク溶接後、前述の方法でスパッタ付着個数およびブローホール占有率
Ｂｒを測定した。
【００９０】
〔ハイスピードカメラ撮影条件〕
ハイスピードカメラ：（株）ノビテック社製Ｍ３１０
可視化用レーザ光源：Ｃａｖｉｔｒａ社製ＣＡＶＬＵＸ  ＨＦ
パルス波長：８１０ｎｍ
撮影コマ数：４０００コマ／秒。
【００９１】
表２および表３に、溶融Ｚｎ系めっき鋼板の種類、パルスアーク溶接条件、溶接ワイヤ２の先端から隅部７ａまでの距離Ｄ、そして、スパッタ付着個数、ブローホール占有率
Ｂｒの測定結果を示す。
【００９２】
表２は、溶融Ｚｎ系めっき鋼板として溶融Ｚｎ−６％Ａｌ−３％Ｍｇめっき鋼板を用い、シールドガスの種類、ピーク電流ＩＰ、周期ｆ、溶接ワイヤ２の先端から隅部７ａまでの距離Ｄを変化させてスパッタ付着個数、ブローホール占有率Ｂｒを調査した結果である。
【００９３】
【表２】
2018144049.tif 000004
【００９４】
Ｎｏ．１〜２２の実施例のように、パルスの周期ｆがシールドガス中のＣＯ２濃度ＣＣＯ２に応じて適切に設定され、ＣＯ２濃度ＣＣＯ２および周期ｆが本発明の範囲内である場合、溶接ワイヤ２の先端から隅部７ａまでの距離Ｄを適切なものとして、スパッタ付着個数が２０個未満、ブローホール占有率が３０％未満とすることができる。それゆえ、スパッタおよびブローホールの発生が抑制されて溶接部外観と溶接強度に優れたアーク溶接部材が得られることがわかる。
【００９５】
これに対して、パルスの周期ｆがシールドガス中のＣＯ２濃度ＣＣＯ２に応じて適切に設定されておらず、ＣＯ２濃度ＣＣＯ２および周期ｆのいずれかが本発明の条件範囲外であるＮｏ．２３、２４、２６、２９の比較例では、スパッタ、ブローホールの発生が著しく、溶接部外観と溶接強度に優れたアーク溶接部材が得られない。
【００９６】
また、溶接ワイヤ２の先端から隅部７ａまでの距離Ｄが遠すぎる、または近すぎるＮｏ．２５、２７、２８の比較例においても、スパッタ、ブローホールの発生が著しく、溶接部外観と溶接強度に優れたアーク溶接部材が得られない。
【００９７】
表３は、種々のめっき組成と付着量を有する溶融Ｚｎ系めっき鋼板を用いて、種々のパルスアーク溶接条件、距離Ｄにおいて溶接を行い、スパッタ付着個数、ブローホール占有率Ｂｒを調査した結果である。
【００９８】
【表３】
2018144049.tif 000005
【００９９】
Ｎｏ．３０〜４２に示すように、ＣＯ２濃度ＣＣＯ２、距離Ｄ、ピーク電流ＩＰ、周期ｆ、めっき付着量が本発明の範囲内の実施例では、いずれの溶融Ｚｎ系めっき鋼板による溶接部材においても、スパッタ、ブローホールが抑制されている。特に、Ｎｏ．３８〜４２ではめっき付着量が１５ｇ／ｍ２の薄目付から２５０ｇ／ｍ２の厚目付までスパッタおよびブローホールの発生が抑えられており、溶接部外観と溶接強度に優れた溶融Ｚｎ系めっき鋼鈑アーク溶接部材が得られることがわかる。
【０１００】
それに対して、表３のＮｏ．４３〜５１の比較例ではめっき付着量が本発明の上限である２５０ｇ／ｍ２を超えており、ＣＯ２濃度ＣＣＯ２、距離Ｄ、ピーク電流ＩＰ、周期ｆが本発明の範囲内であってもＺｎ蒸気の発生が著しいためスパッタおよびブローホールの発生が抑制できず、溶接部外観と溶接強度に優れた溶融Ｚｎ系めっき鋼鈑アーク溶接部材が得られていない。
【符号の説明】
【０１０１】
１・１’    溶融Ｚｎ系めっき鋼板
２          溶接ワイヤ
２ａ        ワイヤ先端部（溶接ワイヤの先端）
３          溶融池
４          パルスアーク
５          溶滴
６          溶接ビード
７          当接部
７ａ        隅部（溶接対象部）
８          領域（スパッタ個数を数える領域）
１０          溶接部材
【図１】
2018144049.tif 000006
【図２】
2018144049.tif 000007
【図３】
2018144049.tif 000008
【図４】
2018144049.tif 000009
【図５】
2018144049.tif 000010
【図６】
2018144049.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成29年12月29日(2017.12.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピーク電流とベース電流とを交互に供給することによってアークを発生させるパルスアーク溶接法により溶融Ｚｎ系めっき鋼板同士を溶接するアーク溶接方法であって、
シールドガスとしてＡｒ＋ＣＯ２混合ガスを噴出する工程と、
前記シールドガス中のＣＯ２濃度に応じて設定された周期で、パルスアークを発生させる工程とを含み、
前記ＣＯ２濃度が５体積％以上３０体積％以下であり、かつ、前記パルスの周期は、下記（１）式が示す範囲内に調整されていることを特徴とする溶融Ｚｎ系めっき鋼板のアーク溶接方法。
１≦ｆ≦−０．４ＣＣＯ２＋２２  ・・・（１）
（ここで、
ｆ：パルス周期（ｍｓ）
ＣＣＯ２：シールドガス中のＣＯ２濃度（体積％））
【請求項２】
溶接ワイヤの先端から、溶接対象である溶融Ｚｎ系めっき鋼板同士の当接部における溶接対象部までの距離を、前記溶接ワイヤと前記当接部に生じた溶融池とが互いに短絡しない長さであり、かつアークが消灯しない長さとして前記溶融Ｚｎ系めっき鋼板同士を溶接することを特徴とする請求項１に記載の溶融Ｚｎ系めっき鋼板のアーク溶接方法。
【請求項３】
前記溶接ワイヤの先端から前記溶接対象部までの距離が、２ｍｍ以上２０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項２に記載の溶融Ｚｎ系めっき鋼板のアーク溶接方法。
【請求項４】
前記ピーク電流が３５０Ａ以上６５０Ａ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の溶融Ｚｎ系めっき鋼板のアーク溶接方法。
【請求項５】
前記溶融Ｚｎ系めっき鋼板のめっき層は、Ｚｎを主成分とし、１．０質量％以上２２．０質量％以下のＡｌを含有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の溶融Ｚｎ系めっき鋼板のアーク溶接方法。
【請求項６】
前記溶融Ｚｎ系めっき鋼板のめっき層は、０．０５質量％以上１０．０質量％以下のＭｇを含有することを特徴とする請求項５に記載の溶融Ｚｎ系めっき鋼板のアーク溶接方法。
【請求項７】
前記溶融Ｚｎ系めっき鋼板のめっき層の組成が、Ｔｉ：０．００２〜０．１質量％、Ｂ：０．００１〜０．０５質量％、Ｓｉ：０〜２．０質量％、およびＦｅ：０〜２．５質量％からなる群から選ばれる１つ以上の条件を満たしていることを特徴とする請求項５または６に記載の溶融Ｚｎ系めっき鋼板のアーク溶接方法。
【請求項８】
下記（２）式で示されるブローホール占有率Ｂｒが３０％以下となり、かつ溶接ビードを中心とした縦１００ｍｍ、横１００ｍｍの領域のスパッタ付着個数が２０個以下となるようにアーク溶接することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の溶融Ｚｎ系めっき鋼板のアーク溶接方法。
Ｂｒ＝（Σｄi／Ｌ）×１００  ・・・（２）
（ここで、
ｄi：前記溶接ビードにおいて観察されたｉ番目のブローホールの長さ
Ｌ：溶接ビードの長さ）
【請求項９】
溶融Ｚｎ系めっき鋼板同士がパルスアーク溶接法により溶接された溶接部材の製造方法であって、
前記溶融Ｚｎ系めっき鋼板の片面あたりのめっき付着量が１５ｇ／ｍ２以上２５０ｇ／ｍ２以下であり、
シールドガスとしてＡｒ＋ＣＯ２混合ガスを噴出する工程と、
前記シールドガス中のＣＯ２濃度に応じて設定された周期で、パルスアークを発生させる工程とを含み、
溶接ワイヤの先端から、溶接対象である溶融Ｚｎ系めっき鋼板同士の当接部における溶接対象部までの距離が、２ｍｍ以上２０ｍｍ以下であり、
パルスアークを発生させる溶接電流のピーク電流が、３５０Ａ以上６５０Ａ以下であり、
前記シールドガス中のＣＯ２濃度が５体積％以上３０体積％以下であり、かつ、前記パルスの周期は、下記（１）式の範囲内に調整されていることを特徴とする溶接部材の製造方法。
１≦ｆ≦−０．４ＣＣＯ２＋２２  ・・・（１）
（ここで、
ｆ：パルス周期（ｍｓ）
ＣＣＯ２：シールドガス中のＣＯ２濃度（体積％））