(57)【要約】【課題】ブローホールやピットの発生を抑制しながらも、スラグの生成量を可及的に低減する。【解決手段】シールドガス４雰囲気中で溶接ワイヤ３と鋼材５との間にアーク６を発生させて溶接を行うガスシールドアーク溶接方法において、シールドガス４は、不活性ガス及びＮ２ガスを含む混合ガスであり、溶接ワイヤ３は、少なくともＳｉ及びＣｒを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールドガス雰囲気中で溶接ワイヤと鋼材との間にアークを発生させて溶接を行うガスシールドアーク溶接方法において、
前記シールドガスは、不活性ガス及びＮ２ガスを含む混合ガスであり、
前記溶接ワイヤは、少なくともＳｉ及びＣｒを含むことを特徴とするガスシールドアーク溶接方法。
【請求項２】
前記シールドガスは、ＣＯ２ガス及びＯ２ガスを含むことなく、Ａｒガス及び前記Ｎ２ガスの混合ガスのみからなる請求項１に記載のガスシールドアーク溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シールドガスを用いてアーク溶接を行うガスシールドアーク溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のガスシールドアーク溶接により、鋼板を溶接する場合を図２に例示する。図２に示すように、ガスシールドアーク溶接は、筒状のノズル１０１の内側に配置されるコンタクトチップ１０２によって溶接ワイヤ１０３を保持し、ノズル１０１からシールドガス１０４を鋼板１０５に向けて噴射した状態で、溶接ワイヤ１０３と鋼板１０５との間にアーク１０６を生じさせて、鋼板１０５を溶接する。
【０００３】
ガスシールドアーク溶接に使用されるシールドガス１０４としては、不活性ガス（Ａｒガス、Ｈｅガス）と酸化性ガス（ＣＯ２ガス、Ｏ２ガス等）との混合ガスが使用される場合があり、このような方法は、一般にＭＡＧ（Ｍｅｔａｌ Ａｃｔｉｖｅ Ｇａｓ）溶接と呼ばれる（例えば特許文献１参照）。ＭＡＧ溶接では、シールドガス１０４中のＣＯ２をＣＯとＯとに解離させ、この時の熱の吸収反応による熱的ピンチ効果によって、アーク１０６の硬直性及び指向性が向上する。これにより、ＭＡＧ溶接では集中的で安定したアーク１０６によって十分な溶接深さを確保できるという特徴がある。
【０００４】
溶接される鋼板１０５として、例えば亜鉛めっき鋼板は、比較的安価であるとともに耐腐食性に優れていることから自動車の車体等に使用される。亜鉛めっき鋼板にガスシールドアーク溶接を施す場合には、亜鉛の沸点が鉄の沸点よりも低いことに起因して、溶接中に亜鉛が蒸気となって溶融金属内に残留し、ブローホール（図２において符号１０７で示す）やピット（図２において符号１０８で示す）と呼ばれる欠陥が発生する。このようなブローホール１０７やピット１０８による欠陥は、溶接部の機械的強度を低下させることから、その発生量を抑制する必要がある。
【０００５】
ブローホール１０７やピット１０８の発生を抑制するために、溶接ワイヤ１０３に脱酸剤としてＳｉやＭｎが添加される。このＳｉおよびＭｎは、溶融池（図２において符号１０９で示す）を安定にし、亜鉛蒸気を溶融金属から抜けやすくするとともに、溶融池１０９でＯ２と反応し、スラグ（図２において符号１１０で示す）と呼ばれる酸化物（ＳｉＯ２、ＭｎＯ）となってビード（図２において符号１１１で示す）の表面に析出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１２０２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述のように、従来のガスシールドアーク溶接では、脱酸剤を含む溶接ワイヤ１０３を使用することにより、ブローホール１０７やピット１０８の発生を抑制しているが、その結果として、ビード１１１の表面に多量のスラグ１１０が析出した状態となる。この状態において、例えば亜鉛めっき鋼板に電着塗装を施す場合には、絶縁体であるスラグ１１０に塗膜が形成されず、また、このスラグ１１０が脱落することによって塗膜が剥がれ、この部分から腐食（錆）が進行してしまうという問題が生じ得る。したがって、このような場合には、スラグ１１０の生成量を可及的に低減することが望ましい。
【０００８】
以上の事情に鑑み、本発明の課題は、ブローホールやピットの発生を抑制しながらも、スラグの生成量を可及的に低減できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題は、本発明に係るガスシールドアーク溶接方法によって達成される。すなわち、本発明では、シールドガス雰囲気中で溶接ワイヤと鋼材との間にアークを発生させて溶接を行うガスシールドアーク溶接方法において、シールドガスは、不活性ガス及びＮ２ガスを含む混合ガスであり、溶接ワイヤは、少なくともＳｉ及びＣｒを含むことを特徴とする。
【００１０】
上記のように、本発明に係るガスシールドアーク溶接方法では、シールドガスとして不活性ガスおよびＮ２を含む混合ガスを使用する。このうち、Ｎ２ガスは、解離（Ｎ２→Ｎ＋Ｎ）の際に熱吸収反応を生じ、これによる熱的ピンチ効果により、アークを集中的かつ安定的にする。さらに、窒素原子（Ｎ）は、不活性ガスに係る元素（例えばＡｒ）よりも電離しやすいため、アークプラズマの活性化に大きく寄与する。
【００１１】
溶融金属中には、溶接ワイヤに含まれるＣｒが存在しており、Ｎ２は、このＣｒと反応して窒化クロム（ＣｒＮ）となり、溶融金属中に固溶し、ビード内に残留することになる。したがって、この窒化クロムがビードの表面にスラグとして析出することはないため、ＣＯ２ガスやＯ２ガスを使用していた従来のＭＡＧ溶接と比較して、スラグの生成量を可及的に低減することができるようになる。また、溶接ワイヤには、脱酸剤としてＳｉが含まれていることから、ブローホールやピットの発生を抑制することも可能である。
【００１２】
また、このガスシールドアーク溶接方法では、シールドガスは、ＣＯ２ガス及びＯ２ガスを含むことなく、Ａｒガス及びＮ２ガスの混合ガスのみからなることが望ましい。
【００１３】
このように、本発明ではシールドガスにＣＯ２ガス及びＯ２ガスが含まれていないため、これらを使用する従来のＭＡＧ溶接と比較して、スラグの生成量を低減することが可能である。また、不活性ガスには、Ａｒガスの他にＨｅガスやこれらの混合ガスを使用することが可能であるが、比較的安価なＡｒガスを使用するともに、ＡｒガスとＮ２ガスの混合ガスのみを使用することで、シールドガスに含まれるガスの種類を可及的に少なくでき、これによって溶接コストを低減させることが可能になる。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように、本発明によれば、ブローホールやピットの発生を抑制しながらも、スラグの生成量を可及的に低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係るガスシールドアーク溶接方法を説明するための図である。
【図２】従来のガスシールドアーク溶接方法を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係るガスシールドアーク溶接方法を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。以下の説明では、亜鉛めっき鋼板を溶接する場合を例として説明する。
【００１７】
このガスシールドアーク溶接方法は、図１に示すように、筒状のノズル１の内側に配置されるコンタクトチップ２によって溶接ワイヤ３を保持し、ノズル１からシールドガス４を亜鉛めっき鋼板５に向けて噴射しながら、溶接ワイヤ３と亜鉛めっき鋼板５との間にアーク６を発生させる。溶接ワイヤ３は、高温のアーク６によって溶滴となって溶融池７へと移行し、溶接ワイヤ３及び亜鉛めっき鋼板５による溶融金属が形成される。この溶融金属を凝固させることでビード８が形成され、亜鉛めっき鋼板５が強固に溶接される。
【００１８】
ノズル１から噴射されるシールドガス４は、不活性ガスとＮ２ガスとの混合ガスである。不活性ガスとしては、Ａｒガス及び／又はＨｅガスが使用される。このうち、Ａｒガスは、Ｈｅガスと比較して安価であるため、溶接コストの観点から好適に使用され得る。本実施形態では、シールドガス４は、ＡｒガスとＮ２ガスの混合ガスのみで構成されている。したがって、本実施形態におけるシールドガス４には、ＣＯ２やＯ２は含まれていない。
【００１９】
シールドガス４に含まれるＮ２は、解離（Ｎ２→Ｎ＋Ｎ）の際に熱吸収反応を生じる。アーク６はこれによる熱的ピンチ効果によって集中的かつ安定的な状態となり、十分な深さの溶接を実現できる。また、窒素原子（Ｎ）は、アルゴン原子（Ａｒ）よりも電離しやすいため、アークプラズマの活性化に大きく寄与する。
【００２０】
シールドガス４全体に占めるＮ２ガスの割合は、０ｖｏｌ％を超え、５ｖｏｌ％以下であることが好ましく、２ｖｏｌ％以上５ｖｏｌ％以下とされることが一層好ましい。Ｎ２ガスの割合が５ｖｏｌ％を超えてしまうと、Ｎ２に起因するブローホール９やピット１０が発生するため、好ましくない。本実施形態では、Ｎ２ガスが２ｖｏｌ％、Ａｒガスが９８ｖｏｌ％のシールドガス４が使用される。
【００２１】
溶接ワイヤ３は、Ｆｅを基材とし、少なくともＳｉ及びＣｒを含む。本実施形態では、溶接ワイヤ３として、ステンレスワイヤが好適に使用される。溶接ワイヤ３はＳｉ、Ｃｒの他、Ａｌ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｂ、Ｖ、Ｔｉ、Ｎｂ等を含んでいてもよい。
【００２２】
溶接ワイヤ３に含まれる脱酸剤としてのＳｉは、溶融金属中に含まれるＯ２と反応してスラグ１１（ＳｉＯ２）となる。上述したように、シールドガス４にはＣＯ２及びＯ２が含まれていないものの、亜鉛めっき鋼板５や溶接ワイヤ３に吸着している酸化物や水分等によって溶融金属中に微量のＯ２が存在している。ＳｉはこのＯ２と反応し、少量のスラグ１１となってビード８に表面に析出する。これに加え、Ｓｉは、溶融池７を安定にし、亜鉛蒸気を溶融金属中から抜けやすくしてブローホール９やピット１０の発生を抑制する。亜鉛めっき鋼板５を溶接する場合において、溶接ワイヤ３全体に占めるＳｉの割合は、１．１ｗｔ％以上とされることが望ましい。Ｓｉが１．１ｗｔ％未満である場合には、溶融池７が不安定になって亜鉛蒸気によるブローホール９やピット１０が多発することになるため、好ましくない。
【００２３】
溶接ワイヤ３に含まれるＣｒは、シールドガス４に含まれるＮ２と反応してＣｒＮ（窒化クロム）となり、ビード８内に固溶する。このＣｒＮは、ビード８の表面にほとんど析出することがないため、溶接後の亜鉛めっき鋼板５に電着塗装を施す場合にも悪影響を及ぼすことはない。溶接ワイヤ３全体に占めるＣｒの割合は、１０．５ｗｔ％以上とされることが好ましい。Ｃｒの割合が１０．５ｗｔ％未満であると、溶融金属中にＮ２が残留してブローホール９やピット１０が多発するおそれがあるため、好ましくない。  
【００２４】
以上説明したガスシールドアーク溶接方法によれば、シールドガス４に含まれるＮ２によって好適なアーク溶接を実現するとともに、このＮ２をＣｒＮとしてビード８中に固溶させることにより、スラグ１１の生成量を抑制できるようになる。したがって、本発明に係るガスシールドアーク溶接方法は、脱酸剤Ｓｉによってブローホール９やピット１０の発生を抑制しながらも、ＣＯ２ガス及びＯ２ガスを使用する従来のＭＡＧ溶接と比較して、スラグ１１の生成量を可及的に低減できる。
【００２５】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明に係るガスシールドアーク溶接方法は上記例示の形態に限定されることなく、本発明の範囲において任意の形態を採り得ることはもちろんである。
【００２６】
例えば、上記の実施形態では、シールドガス４として、ＡｒガスとＮ２ガスとの混合ガスを例示したが、これに限定されない。シールドガス４として、例えばＨｅガスとＮ２ガスとの混合ガスや、Ａｒガス、Ｈｅガス及びＮ２ガスの混合ガスを使用してもよい。
【００２７】
上記の実施形態では、亜鉛めっき鋼板５を溶接する場合を例示したが、これに限定されず、本発明は、亜鉛めっき処理を施していない炭素鋼等の鋼板や、鋼板以外の鋼材にも適用可能である。
【符号の説明】
【００２８】
３  溶接ワイヤ
４  シールドガス
５  鋼材（亜鉛めっき鋼板）
６  アーク
９  ブローホール
１０  ピット
【図１】
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【図２】
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