(57)【要約】【目的】亜鉛系めっき鋼板をアーク溶接する際、溶接箇所裏面側に白い粉状の酸化亜鉛が発生すること防止したアーク溶接方法を提供する。【構成】被溶接亜鉛系めっき鋼板４の溶接箇所裏面側に、上面が開口した冷却ガス供給用容器１を密着させて設置し、該容器の一側に設けたガス流入口２から冷却用ガス７を流入させ、他側に設けたガス排出口３から冷却用ガスを排出させつつ、前記溶接箇所をアーク溶接する。【効果】亜鉛系めっき鋼板裏面側の温度上昇が抑制され、酸化亜鉛の生成が抑制されるので、アーク溶接を行っても溶接箇所裏面に酸化亜鉛生成による白色の粉末が付着することはない。【選択図】　　　　図１
2004001009.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被溶接亜鉛系めっき鋼板の溶接箇所裏面側に、上面が開口した冷却ガス供給用容器を密着させて設置し、該容器の一側に設けたガス流入口から冷却用ガスを流入させつつ、前記溶接箇所をアーク溶接することを特徴とする亜鉛系めっき鋼板のアーク溶接方法。
【請求項２】
冷却ガス供給用容器への冷却用ガスの流入出により、溶接箇所裏面の温度Ｔ（℃）を９００℃未満にしてアーク溶接を行う請求項１に記載の亜鉛系めっき鋼板のアーク溶接方法。
【請求項３】
冷却用ガスとして非酸化性のガスを使用し、冷却ガス供給用容器内の酸素濃度Ｃ〔Ｏ２〕（％）を１．０％未満にしてアーク溶接を行う請求項１または２に記載の亜鉛系めっき鋼板のアーク溶接方法。
【請求項４】
溶接箇所裏面の温度Ｔ（℃）および冷却ガス供給用容器内の酸素濃度Ｃ〔Ｏ２〕（％）を、下記式を満たすように調整しながらアーク溶接する請求項１に記載の亜鉛系めっき鋼板のアーク溶接方法。
（Ｔ−９００）×（Ｃ〔Ｏ２〕−１．０）≦３０
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、亜鉛系めっき鋼板をアーク溶接する際、鋼板の裏面側に酸化亜鉛が発生することを防止する亜鉛系めっき鋼板のアーク溶接方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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も採用されている。
ところで、ステンレス鋼を溶接する際には、一般的にバックシールドガスを用いて酸化を抑えつつアーク溶接している。しかしながら、バックシールドガスを用いる方法は、コストが高くなるので、冷延鋼板や熱延鋼板、あるいはめっき鋼板の溶接時は使用されていない。普通鋼や構造用鋼の場合、バックシールドを行わなくても溶接部の特性低下は少ないので、バックシールドは必ずしも必要ではない。必要に応じてセラミック製の裏当て材を用いる程度で十分であった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
亜鉛系めっき鋼板をアーク溶接する場合も、バックシールドを行わずに溶接されている。この場合、裏面の温度は１０００℃程度まで上昇している。
亜鉛は沸点が約９００℃と鉄の融点よりも低いので、表面はもちろん裏面でも蒸発する。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、裏面側には大量の白い粉状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。
【０００４】
酸化亜鉛が堆積した箇所の溶接を続行すると、アークが不安定になったり、スパッタの発生量が増え、良好な溶接状態を得ることが困難になる。また、堆積した酸化亜鉛を除去することも困難である。
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する際、溶接箇所裏面側に白い粉状の酸化亜鉛が発生すること防止したアーク溶接方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の亜鉛系めっき鋼板のアーク溶接方法は、その目的を達成するため、被溶接亜鉛系めっき鋼板の溶接箇所裏面側に、上面が開口した冷却ガス供給用容器を密着させて設置し、該容器の一側に設けたガス流入口から冷却用ガスを流入させつつ、前記溶接箇所をアーク溶接することを特徴とする。
冷却ガス供給用容器への冷却用ガスの流入出により、溶接箇所裏面の温度Ｔの上昇を抑制し、また冷却ガス供給用容器内の酸素濃度Ｃ〔Ｏ２〕を低減させ、下記に示す条件を満たすように調整して、溶接部裏面側の温度上昇と酸化反応を抑制し、酸化亜鉛の生成を抑制することが好ましい。冷却用ガスとして非酸化性のガスを使用することが好ましい。
Ｔ＜９００℃，またはＣ〔Ｏ２〕＜１．０％、
または（Ｔ−９００）×（Ｃ〔Ｏ２〕−１．０）≦３０
なお、本発明で対象としている亜鉛系めっき鋼板は、Ｚｎ系，Ｚｎ−Ｆｅ系，Ｚｎ−Ａｌ系，Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系等を包含するものである。
【０００６】
【作用】
溶接箇所裏面での酸化亜鉛の生成は、めっき層の亜鉛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。
そこで、本発明者等は、溶接箇所裏面に上面が開口した冷却ガス供給用容器を当接させ、その容器内に冷却用ガスを導入して、容器内を、すなわち溶接箇所裏面を亜鉛が酸化し難い環境にした。
亜鉛の沸点は約９００℃であり、雰囲気温度を９００℃未満にすると亜鉛が気化されないため酸素と亜鉛が結合し難くなり、酸化亜鉛を生成しなくなる。さらに温度を下げると酸素濃度が高くても酸化反応が生じないため、さらに酸化亜鉛を生成しなくなる。また、酸素濃度が低い場合、温度が高く亜鉛が気化され、酸素と亜鉛が結合しやすい状況であっても亜鉛と結合する酸素の量が少ないため、酸化亜鉛の生成量は少なくなる。酸素濃度Ｃ〔Ｏ２〕が１．０％未満になるとほとんど酸化されない。
【０００７】
酸化の起こり易さは、雰囲気の温度と酸素濃度によって大きく変わる。雰囲気温度Ｔ（℃）が９００℃以上で、酸素濃度Ｃ〔Ｏ２〕（％）が１．０％以上であっても、両者を特定の範囲に調整することにより、亜鉛の酸化が抑えられることをも、後述のような実験を繰り返すことにより確認した。
その条件は、次の通りである。
（Ｔ−９００）×（Ｃ〔Ｏ２〕−１．０）≦３０
【０００８】
【実施の態様】
溶接施工を行う面の裏面側に、上面が開口した冷却ガス供給用容器１を密着させて設置する。冷却ガス流入口２から冷却用ガスとしてＣＯ２ガス，Ａｒガスのようの非酸化性のガスを流入させ、容器壁と被溶接鋼板との隙間から、あるいは冷却ガス排出口３から排出させながら、溶接トーチ５と溶接ワイヤ６を使用してアーク溶接施工を行う。
冷却ガス供給用容器の材質としては、不燃性で高温になった被溶接材に当接させても変形を起こし難い材料であって、かつガスを通さないものであれば、特に限定されない。緻密なセラミックス製あるいは金属製のものが使用される。
溶接時に、上記冷却ガス供給用容器１内に非酸化性のガスを流しながら、材料の裏面側の温度を温度計により測定し、容器内の温度が９００℃未満になるようにガスの流量と流す時間を計測、調整する。また、非酸化性のガスを流しながら、容器内の酸素濃度を酸素濃度計により測定し、容器内の酸素濃度が１％未満になるようにガスの流量と流す時間を計測、調整する。
温度Ｔが９００℃以上になっても、あるいは酸素濃度Ｃ〔Ｏ２〕が１．０％以上になっても、両者の関係を特定な関係に維持すると、酸化亜鉛の生成を防げることは、前記したように実験を繰り返すことにより確認している。
【０００９】
【実施例】
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のめっき鋼板をアーク溶接する際の酸化亜鉛の生成状況を、雰囲気条件を変えて実験した。
このめっき鋼板の被溶接箇所の裏面に、鋼製の冷却ガス供給用容器１を密着させて設置し、冷却用ガスとして酸素濃度を変えたＣＯ２ガスを、流量を１０〜３０Ｌ／分の範囲で変えて冷却用ガス流入口２から冷却ガス供給用容器１に流入させ、冷却用ガス排出口３から排出させつつ、アーク溶接を行った。
なお、アーク溶接条件は、表１の通りである。
そして、溶接時の亜鉛系めっき鋼板裏面側の温度と冷却ガス供給用容器内の酸素濃度を測定した。なお、温度の測定は、材料の裏面側に熱電対を接触させて行った。また、酸素濃度の測定は、溶接中の冷却ガス供給用容器内の気体を測定器内に取り込んで行った。
【００１０】
2004001009.tif 000003
【００１１】
亜鉛系めっき鋼板裏面側の温度と冷却ガス供給用容器内の酸素濃度の測定結果および酸化亜鉛粉末の生成状況の観察結果を表２に示す。併せて、鋼板裏面側の温度Ｔ（℃）を横軸ｘに、容器内の酸素濃度Ｃ〔Ｏ２〕（％）を縦軸ｙにとって、その関係を図示すると、図３のようになっている。
この結果からわかるように、亜鉛系めっき鋼板の裏面側の温度Ｔ（℃）が９００℃未満であれば、酸化亜鉛が生成することはない。また、冷却ガス供給用容器内の酸素濃度Ｃ〔Ｏ２〕（％）が１．０％未満であれば、酸化亜鉛が生成することはない。さらに、各値が上記数値以上であっても、特定の関係を満たせば酸化亜鉛が生成することはない。その関係は近似計算から次式で表されることわかる。
（Ｔ−９００）×（Ｃ〔Ｏ２〕−１．０）≦３０
【００１２】
2004001009.tif 000004
【００１３】
【発明の効果】
以上に説明したように、亜鉛系めっき鋼板をアーク溶接する際、被溶接鋼板の溶接箇所裏面側に、上面が開口した冷却ガス供給用容器を密着させて設置し、該容器に冷却用ガスを流しつつ溶接すると、亜鉛系めっき鋼板裏面側の温度上昇が抑制され、酸化亜鉛の生成が抑制されるので、アーク溶接を行っても溶接箇所裏面に酸化亜鉛生成による白色の粉末が付着することはない。冷却ガス供給用容器内の酸素濃度を低くすると、酸化亜鉛はさらに生成しにくくなる。したがって、アーク溶接時にアークが安定しスパッタの発生量が増えることがなく、良好な溶接部を得ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】冷却ガス供給用容器を用いてアーク溶接する態様を説明する図
【図２】冷却ガス供給用容器の構造を説明する図
【図３】冷却ガス供給用容器を用いてアーク溶接した際の、鋼板裏面側の温度Ｔ（℃）を横軸ｘに、容器内の酸素濃度（Ｃ〔Ｏ２〕）を縦軸ｙにとったときの、それらの値と酸化亜鉛の生成状況の関係を示す図
【符号の説明】
１：冷却ガス供給用容器　　２：冷却用ガス流入口　　３：冷却用ガス排出口
４：亜鉛系めっき鋼板　　５：溶接トーチ　　６：溶接ワイヤ
７：冷却用ガス
【図１】
2004001009.tif 000005
【図２】
2004001009.tif 000006
【図３】
2004001009.tif 000007