(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接ワイヤの先端が、母材としての複数の溶融Ｚｎ系めっき鋼板同士が当接することによって形成される被溶接部へ向けてアーク期間中は前進し、短絡期間中は前記被溶接部から後退するように前記溶接ワイヤの送り出しを制御しながら、前記母材同士をシールドガスの雰囲気中でアーク溶接する工程を含み、
前記シールドガスとして、１００体積％の二酸化炭素ガスを用い、
前記溶融Ｚｎ系めっき鋼板の、前記被溶接部を形成する面におけるめっき付着量が１５ｇ／ｍ２以上２５０ｇ／ｍ２以下であり、
前記溶接ワイヤの先端と前記被溶接部との間の距離をＤ、前記溶接ワイヤの直径をＲとしたときに、前記短絡期間から前記アーク期間へ移行する際に、１．２５Ｒ≦Ｄ≦８Ｒを満たす位置に前記溶接ワイヤを引き上げる、溶接部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接部材およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶融亜鉛（Ｚｎ）系めっき鋼板は、耐食性が良好である。このため、建築部材および自動車部材などの種々の鋼板製品に幅広く使用されている。溶融Ｚｎ系めっき鋼板を用いて当該鋼板製品を製造する場合、アーク溶接法を用いて当該めっき鋼板を溶接することが多い。しかしながら、溶融Ｚｎ系めっき鋼板をアーク溶接すると、スパッタの発生が著しく、品質が劣ることがある。これは、Ｆｅの融点（約１５３８℃）に対してＺｎの沸点（約９０６℃）と低いため、アーク溶接時に、Ｚｎの蒸気が発生してアークが不安定になることがあるためである。
【０００３】
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、溶接部における外観が損なわれることがある。さらには、該スパッタが付着した部分が腐食の起点となり、溶接部材の耐食性が低下することがある。さらに、スパッタを除去する工程をさらに実施すると、溶接部材の製造コストが増加する。
【０００４】
亜鉛めっき鋼板のアーク溶接では、特定の組成を有する溶接ワイヤを用い、シールドガスには所定量の二酸化炭素ガスを含むアルゴンガスを用いる技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−１８４２１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述の従来技術で溶融Ｚｎ系めっき鋼板をアーク溶接した場合では、スパッタの発生の抑制が不十分となることがある。また、シールドガスには、比較的高価なアルゴンガスが比較的多く用いられており、コストダウンの観点から改善の余地が残されている。
【０００７】
本発明の一態様は、溶融Ｚｎ系めっき鋼板のアーク溶接によって製造される溶接部材における当該アーク溶接によるスパッタを、シールドガスの種類によらずに低減可能な技術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】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る溶接部材の製造方法は、溶接ワイヤの先端が、母材としての複数の溶融Ｚｎ系めっき鋼板同士が当接することによって形成される被溶接部へ向けてアーク期間中は前進し、短絡期間中は前記被溶接部から後退するように前記溶接ワイヤの送り出しを制御しながら、前記母材同士をシールドガスの雰囲気中でアーク溶接する工程を含み、前記溶融Ｚｎ系めっき鋼板の、前記被溶接部を形成する面におけるめっき付着量が１５ｇ／ｍ２以上２５０ｇ／ｍ２以下であり、前記溶接ワイヤの先端と前記被溶接部との間の距離をＤ、前記溶接ワイヤの直径をＲとしたときに、前記短絡期間から前記アーク期間へ移行する際に、１．２５Ｒ≦Ｄ≦８Ｒを満たす位置に前記溶接ワイヤを引き上げる。
【０００９】
また、上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る溶接部材は、上記の溶接部材の製造方法によって製造された溶接部材である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の一態様によれば、溶融Ｚｎ系めっき鋼板のアーク溶接によって製造される溶接部材における当該アーク溶接によるスパッタを、シールドガスの種類によらずに低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態におけるアーク溶接方法の流れの一例を模式的に示す図である。
【図２】本発明の実施形態における母材の一配置例における溶接ワイヤの先端と被溶接部との距離Ｄを説明するための図である。
【図３】本発明の実施形態における母材の他の配置例における溶接ワイヤの先端と母材の被溶接部との距離Ｄを説明するための図である。
【図４】図４は、本発明の実施例で形成される溶接部材の構成を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明者らは、鋭意検討の結果、溶融Ｚｎめっき鋼板のアーク溶接を行うにあたり、アーク期間中は溶接ワイヤを母材側へ前進送給させ、短絡期間中は溶接ワイヤを母材から離れる方向に後退送給させるワイヤ送給制御において、短絡期間からアーク期間へ移行する際に、溶接ワイヤを引き上げる距離を適切なものとすることで、溶融Ｚｎ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の発生を抑制できる知見を得た。
【００１３】
［溶接部材の製造方法］
本発明の実施形態における溶接部材の製造方法は、母材としての溶融Ｚｎめっき鋼板同士をシールドガスの雰囲気中でアーク溶接するアーク溶接工程を含む。母材は、溶接対象となる部材である。母材としての溶融Ｚｎメッキ鋼板については、後に説明する。
【００１４】
本実施形態において、溶接ワイヤの先端が、前記母材としての溶融Ｚｎ系めっき鋼板同士が当接することによって形成される被溶接部へアーク期間中は前進し、短絡期間中は前記被溶接部から後退するように前記溶接ワイヤの送り出しを制御しながら、アーク溶接工程を行う。このように本実施形態では、短絡を伴うアーク溶接において、短絡の有無に応じて溶接ワイヤを被溶接部に対して進退させる。上記の短絡を伴うアーク溶接の例には、短絡移行溶接、短絡を伴うグロビュール移行溶接、および、短絡を伴うパルスアーク溶接が含まれる。
【００１５】
〔溶接ワイヤの進退〕
図１は、本実施形態におけるアーク溶接工程の流れの一例を模式的に示す図である。本実施形態におけるアーク溶接工程の期間は、アーク期間と短絡期間とに分けられる。
【００１６】
図１の符号３００は、アーク期間の初期状態を表している。アーク期間とは、溶接ワイヤ１０からアークが発生している期間である。溶接ワイヤ１０は、その先端が母材２０の表面から離間した位置に配置されている。アーク期間の初期における溶接ワイヤ１０の先端から母材２０の表面までの距離はＤである。また、溶接ワイヤ１０の直径はＲである。
【００１７】
溶接ワイヤ１０は、アーク電極を兼ねており、溶接電圧の印加によって、溶接ワイヤ１０と母材２０との間にはアーク４０が生成する。その結果、溶接ワイヤ１０の先端には溶滴３０が生成する。溶滴３０は、アーク放電による高温によって溶接ワイヤ１０が溶融することで形成される。また、母材２０の表面には溶融池５０が生成する。溶融池５０は、アーク放電により高温になった母材２０の表面部（例えばめっき層）の溶融物、および、溶接ワイヤ１０の先端から滴下した溶滴３０、によって形成される。符号Ａは、アーク幅（溶融池５０の幅）であり、後述する溶接ビードの幅と実質的に同じである。
【００１８】
溶接ワイヤ１０は、アーク期間では、その先端が母材２０の表面（溶融池５０）に接近するように前進する。図１の符号４００は、アーク期間の終期状態を表している。溶接ワイヤ１０は、例えば、一定の速度で前進する。距離Ｄが小さくなると、アーク４０の広がりが小さくなり、アーク幅Ａが小さくなる。また、アーク期間が長いほど、溶滴３０が大きくなる。
【００１９】
図１の符号１００は、短絡期間の初期状態を表している。短絡期間とは、溶接ワイヤ１０と母材２０とがこれらの溶融物によって導通可能に結合している期間である。成長した溶滴３０が溶融池５０に接触すると、これらが一体となり、ピンチ６０を形成する。溶接ワイヤ１０および母材２０のいずれも導電体であることから、溶接ワイヤ１０からピンチ６０を経て母材２０に至る導通路が形成される。このため、短絡期間ではアーク放電は生じなくなる。
【００２０】
図１の符号２００は、短絡期間の終期状態を表している。本実施形態では、短絡すると、溶接ワイヤ１０の先端が母材２０の表面から離れるように後退する。本実施形態では、母材２０の表面に対して溶接ワイヤ１０の先端の位置を所定の距離Ｄまで引き上げる。このような溶接ワイヤ１０の後退によって、ピンチ６０は引き伸ばされて細くなり、切り離される。そして、符号３００に示されるアーク期間初期の状態となる。短絡期間を終了ささせるために、溶接ワイヤ１０に供給される溶接電流を多くするなどのピンチ６０を切断するための処置を、必要に応じてさらに講じてもよい。
【００２１】
アーク溶接では、アーク電極としての溶接ワイヤ１０は、通常、トーチに支持される。溶接ワイヤ１０の前述した進退は、トーチを母材２０の表面に対して接近離脱させることによって行ってもよいし、トーチを母材２０の表面に対して一定の距離離して支持し、当該トーチから溶接ワイヤ１０のみを母材２０の表面に対して前進させ、あるいは後退させてもよい。
【００２２】
なお、トーチに支持される（例えばタングステン製の）アーク電極と溶接ワイヤ１０とが別であってもよい。この場合、アーク電極から生成するアーク４０内に溶接ワイヤ１０の先端を送り出すことによってアーク溶接を行う。この場合でも、アーク期間中には溶接ワイヤ１０を母材２０の表面に向けて前進させる。また、短絡期間の終了間際には溶接電流を急激に低減させ、溶接ワイヤ１０を母材２０の表面から機械的に切り離すように後退させる。
【００２３】
通常、母材２０の表面における溶接すべき部位は、二つ以上の母材が互いに当接することによって形成される角部（図２、図３参照）である。本実施形態では、このように当接している部位のうち、溶接すべき部位を「被溶接部」と言う。被溶接部２５は、継手形状を形成してよい。本実施形態における当該継手形状の例には、重ね継手、Ｔ字継手、角継手、フレアー継および突合せ継手、が含まれる。
【００２４】
〔溶融Ｚｎ系めっき鋼板〕
本実施形態において、母材は、溶融Ｚｎ系めっき鋼板で構成される。溶融Ｚｎ系めっき鋼板は、通常、その両面にめっき層を有しているが、本実施形態では、溶融Ｚｎ系めっき鋼板は、少なくとも当該めっき鋼板における被溶接部側の表面にめっき層を有していればよい。
【００２５】
本実施形態における溶融Ｚｎ系めっき鋼板は、Ｚｎを含有する溶融めっき層を有する鋼板であればよいが、Ｚｎを主成分としためっき層の溶融めっき鋼板であることが好ましい。溶融Ｚｎ系めっき鋼板の例には、溶融Ｚｎめっき鋼板、合金化溶融Ｚｎめっき鋼板、溶融Ｚｎ−Ａｌめっき鋼板および溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇめっき鋼板が含まれる。
【００２６】
溶融Ｚｎ系めっき鋼板の中でも、溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇめっき鋼板は、一般に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。
【００２７】
溶融Ｚｎ系めっき鋼板のめっき層は、前述した以外の他の成分をさらに含有していてもよい。たとえば、溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇめっき鋼板のめっき層は、外観と耐食性低下を招く原因となるＺｎ１１Ｍｇ２系相の生成および成長を抑制する観点から、Ｔｉ：０．００２〜０．１質量％、Ｂ：０．００１〜０．０５質量％をさらに含有していてもよい。また、溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇめっき鋼板のめっき層は、めっき原板の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観点から、Ｓｉを２．０質量％まで含有してもよい。
【００２８】
〔めっき付着量〕
本実施形態において、溶融Ｚｎ系めっき鋼板における片面のめっき付着量は１５ｇ／ｍ２以上２５０ｇ／ｍ２以下である。当該めっき付着量が少なすぎると、めっき層による耐食性が不十分になることがある。当該めっき付着量が多すぎると、スパッタの発生を抑制することが困難となり、溶接部材における実用上許容される外観の実現が困難になることがある。また、スパッタ付着部を起点とする腐食が生じやすく、溶接部材の耐食性が不十分となることがある。
【００２９】
〔距離Ｄの説明〕
本実施形態では、溶接ワイヤの直径Ｒに応じて前述の距離Ｄを設定する。図２は、本実施形態における母材の一配置例における溶接ワイヤの先端と母材の被溶接部との距離Ｄを説明するための図である。図３は、本実施形態における母材の他の配置例における溶接ワイヤの先端と母材の被溶接部との距離Ｄを説明するための図である。
【００３０】
図２では、上板２０ａが下板２０ｂの上に重ねられている。上板２０ａおよび下板２０ｂは、上述の重ね継手を構成している。図２に示す例では、被溶接部２５は、上板２０ａの側縁と、下板２０ｂの表面における、上板２０ａの当該側縁に沿った領域とによって形成される部分である。図３では、下板２０ｂの上面に上板２０ａが立設されており、上板２０ａおよび下板２０ｂは、上述のＴ字継手を構成している。図３に示す例では、被溶接部２５は、板２０ｂの表面に当接する上板２０ａの端面における縁と、板２０ｂの当該表面とによって形成される部分である。距離Ｄは、溶接ワイヤ１０の軸方向における、溶接ワイヤ１０の先端から被溶接部までの距離である。
【００３１】
本実施形態では、距離Ｄは、溶接ワイヤの直径Ｒに応じて適宜に設定される。距離Ｄの設定方法は限定されない。たとえば、距離Ｄは、溶接ワイヤの直径Ｒを含む所定の溶接条件でのアーク溶接を予め実施し、そのときの溶接ワイヤの先端および被溶接部を撮像しておく。そして撮像した画像に基づき、溶接ワイヤの送給速度、溶滴の成長速度などの諸現象に応じて、溶接ワイヤの後退量（例えば後退の間隔と後退する長さなど）を決める。このようにして、アーク溶接工程時において前述の距離Ｄとなる溶接ワイヤの引き上げを実施することが可能である。
【００３２】
あるいは、距離Ｄは、トーチの軸方向においてトーチの先端から突出して配置された、距離Ｄに対応するスケールまたは目印に基づいて設定することも可能である。たとえば、当該スケールまたは目印に基づいて、短絡期間において所期の距離Ｄとなるように溶接ワイヤを後退させてもよい。あるいは、距離Ｄは、溶接ワイヤの先端と被溶接部との距離を、例えば超音波で距離を測定する装置によって非接触で検出し、その検出結果に基づいて、所期の距離Ｄとなるように溶接ワイヤを短絡期間に後退させてもよい。
【００３３】
本実施形態において、溶接ワイヤの先端と母材同士が当接する被溶接部との間の距離をＤ、溶接ワイヤの直径をＲとしたときに、短絡期間からアーク期間へ移行する際に、１．２５Ｒ≦Ｄ≦８Ｒを満たす位置に溶接ワイヤを引き上げる。距離Ｄが１．２５Ｒを下回ると、アーク溶接工程において短絡が頻発しやすく、溶融池の掘下げによりスパッタが多く発生することがある。距離Ｄが８Ｒを越えると、アークが広がりすぎて、溶滴が大きく成長し、その溶滴が溶融池に接触（滴下）したときに大粒のスパッタが発生することがある。スパッタの発生をより抑制する観点から、距離Ｄは、２．４Ｒ以上であることが好ましく、２．９Ｒ以上であることがより好ましい。また、同様の観点から、距離Ｄは、７．９Ｒ以下であることが好ましく、７．１Ｒ以下であることがより好ましい。
【００３４】
〔シールドガス〕
本実施形態において、アーク溶接は、シールドガスの雰囲気中で行われる。一般に、ガスシールドアーク溶接では、溶接ワイヤの軸方向に沿って溶接ワイヤの周囲を流れるようにシールドガスが供給される。シールドガスは、アーク溶接中に発生するアークおよび溶融池を、その周辺の大気から保護するためのガスである。シールドガスは、母材の材質に応じて適宜に決めることができ、例えば、アーク溶接時において、溶滴、溶融池、アークおよびピンチに対して不活性なガスから選ばれる。シールドガスは、一種のガスでもよいし、二種以上のガスの混合ガスであってもよい。シールドガスの成分の例には、二酸化炭素、アルゴン、ヘリウムおよび水素が含まれる。
【００３５】
本実施形態では、前述の距離Ｄの範囲、すなわち１．２５Ｒ以上８Ｒ以下、であれば、シールドガスの種類は、限定されない。したがって、前述の溶融Ｚｎ系めっき鋼板のアーク溶接において、１００％の二酸化炭素ガスを用いてもよい。二酸化炭素ガスは、通常、不活性ガスよりも安価である。このように二酸化炭素ガスをシールドガスに用いることは、より高価なシールドガスを用いなくても良好な溶接品質を得ることができることから、コスト面で有利である。
【００３６】
一方で、本実施形態では、前述の距離Ｄを、シールドガスの種類に応じた所定の範囲内に決定することができる。たとえば、シールドガスとして二酸化炭素ガスとアルゴンガスとの混合ガスを用いる場合では、上記の１．２５Ｒ以上８Ｒ以下の場合と同じ理由で、前述の距離Ｄを０．５５Ｒ以上９．２Ｒ以下とすることができる。当該混合ガスの例には、１０体積％の二酸化炭素ガスと９０体積％のアルゴンガスとの混合ガスが含まれる。アルゴンガスを含有するシールドガスは、二酸化炭素ガスよりも高価である。しかしながら、当該混合ガスを用いることにより、距離Ｄの許容される範囲をより広くすることが可能となる。
【００３７】
シールドガスが上記の混合ガスである場合、スパッタの発生をより抑制する観点から、距離Ｄは、１．６Ｒ以上であることが好ましく、２．５Ｒ以上であることがより好ましい。また、同様の観点から、距離Ｄは、８．８Ｒ以下であることが好ましく、７．９Ｒ以下であることがより好ましい。
【００３８】
上記のように、本実施形態では、シールドガスの種類に応じて、溶接ワイヤの径Ｒに基づく距離Ｄを適宜に決めることにより、スパッタの付着数を少なくすることが可能である。スパッタの付着数は、製造される溶接部材の用途に応じて適宜に決めればよい。
【００３９】
〔溶接ワイヤ〕
溶接ワイヤは、母材の材質に応じて適宜に決めることができる。たとえば、ＪＩＳ  Ｚ３３１２で規定するＹＧＷ１１またはＹＧＷ１２は、溶融Ｚｎ系めっき鋼板同士をアーク溶接する観点から好ましい。これらの溶接ワイヤの組成を下記表１に示す。単位は質量％である。残余は鉄（Ｆｅ）および不可避的不純物である。当該不可避的不純物は、一種でもそれ以上でもよく、本実施型形態の効果が得られる範囲において溶接ワイヤに含まれていてよい。当該不可避的不純物の例には、Ｃｕ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｎｂ、ＺｒおよびＮが含まれる。
【００４０】
【表１】
0006980729.tif 000002
【００４１】
なお、本実施形態における溶接ワイヤは、上記のワイヤに限定されず、ＪＩＳ  Ｚ３３１２で規定する他のソリッドワイヤであってもよいし、それ以外の溶接ワイヤであってもよい。
【００４２】
溶接ワイヤの直径Ｒは、限定されないが、細すぎるとアーク溶接時におけるアークの発生が不十分となり、溶接部に気孔が発生することがある。また、溶接ワイヤの径が太すぎると、アーク溶接時における溶滴の成長によって短絡が頻発しやすく、また当該溶滴が溶融池に滴下することにより多量のスパッタを発生しやすくなることがある。気孔発生およびスパッタ発生を抑制する観点から、溶接ワイヤの径は、０．８〜１．６ｍｍであることが好ましい。
【００４３】
〔溶接速度〕
本実施形態において、アーク溶接における溶接速度は、限定されず、例えば、０．１〜１．０ｍ／ｍｉｎの範囲で、その他の各種の溶接条件に応じて設定すればよい。アーク期間時における溶接ワイヤの送給速度などの、アーク溶接における他の溶接条件についても、限定されず、適宜に設定することができる。
【００４４】
〔その他の工程〕
本実施形態では、本実施形態の効果が得られる範囲において、前述したアーク溶接工程以外の他の工程をさらに含んでいてもよい。たとえば、短絡期間における溶接電流の供給を調整してピンチを切断する工程をさらに含んでもよい。
【００４５】
［溶接部材］
本実施形態における溶接部材は、前述の製造方法によって製造された溶接部材である。本実施形態において、「溶接部材」とは、前述のアーク溶接工程によって溶接された部分を含む部材である。当該溶接された部分を「溶接ビード」とも言う。
【００４６】
〔スパッタ付着個数〕
前述の溶接部材の製造方法によれば、スパッタの発生を抑制して溶融Ｚｎ系めっき同士を溶接することができる。たとえば、本実施形態の溶接部材において、溶接部材における溶接ビードに隣接する領域（以下、「隣接領域」とも言う）における単位面積当たりのスパッタ付着数は、０．５個／ｃｍ２以下であってよい。
【００４７】
隣接領域における単位面積当たりのスパッタの付着数は、溶接部材の用途に応じて適宜に決定してよい。たとえば、当該スパッタ付着数が０．５個／ｃｍ２以下であることは、溶接部材において、溶融Ｚｎ系めっき鋼板の耐食性を含む諸特性を実質的に発現させる観点から適当と考えられる。より高い耐食性、より優れた外観を要求される溶接部材に対しては、上記スパッタ付着数をより少なく（例えば０．４個／ｃｍ２以下に）設定してもよい。
【００４８】
また、単位面積当たりのスパッタ付着数を算出するための、上記隣接領域の形状および大きさは、上記の単位面積当たりのスパッタ付着数が適切に算出できるように適宜に設定されればよい。たとえば、当該隣接領域は、溶接ビードの延伸方向における長さが１００ｍｍであり、かつ、延伸方向に垂直な方向における長さが５０ｍｍである領域であってよい。この場合、当該隣接領域における単位面積当たりのスパッタ付着数が０．５個／ｃｍ２以下となるためには、当該隣接領域におけるスパッタ付着数は２５個以下であればよい。また、当該スパッタの付着数は、溶接部材におけるスパッタの付着数の代表値となる数値であればよい。たとえば、当該スパッタの付着数は、溶接部材において任意に設定した一領域における測定値であってもよいし、任意に設定した複数の領域で測定された測定値の平均値であってもよい。
【００４９】
［まとめ］
以上の説明から明らかなように、本実施形態では、溶接ワイヤの直径をＲとしたときに、短絡期間からアーク期間へ移行する際に、溶接ワイヤの先端と被溶接部との間の距離Ｄを、シールドガスの種類に応じて、０．５５Ｒ以上９．２Ｒ以下の所定の範囲内に制御する。それにより、アーク溶接におけるスパッタの発生が適切に抑制され、スパッタ付着数が十分に少ない溶接部材を得ることができる。
【００５０】
本実施形態の溶接部材の製造方法は、溶接ワイヤの先端が、母材としての複数の溶融Ｚｎ系めっき鋼板同士が当接することによって形成される被溶接部へ向けてアーク期間中は前進し、短絡期間中は被溶接部から後退するように溶接ワイヤの送り出しを制御しながら、母材同士をシールドガスの雰囲気中でアーク溶接する工程を含む。そして、溶融Ｚｎ系めっき鋼板の、被溶接部を形成する面におけるめっき付着量が１５ｇ／ｍ２以上２５０ｇ／ｍ２以下である。さらに、溶接ワイヤの先端と被溶接部との間の距離をＤ、溶接ワイヤの直径をＲとしたときに、短絡期間からアーク期間へ移行する際に、１．２５Ｒ≦Ｄ≦８Ｒを満たす位置に溶接ワイヤを引き上げる。この構成によれば、溶融Ｚｎ系めっき鋼板のアーク溶接によって製造される溶接部材における当該アーク溶接によるスパッタを、シールドガスの種類によらずに低減することができる。
【００５１】
本実施形態において、シールドガスとして１００体積％の二酸化炭素ガスを用いることは、溶接部材の製造コストを削減する観点からより効果的である。
【００５２】
また、本実施形態の溶接部材の製造方法は、溶接ワイヤの先端が、母材としての複数の溶融Ｚｎ系めっき鋼板同士が当接することによって形成される被溶接部へ向けてアーク期間中は前進し、短絡期間中は被溶接部から後退するように溶接ワイヤの送り出しを制御しながら、母材同士をシールドガスの雰囲気中でアーク溶接する工程を含む。そして、シールドガスとして二酸化炭素ガスとアルゴンガスとの混合ガスを用い、溶融Ｚｎ系めっき鋼板の、被溶接部を形成する面におけるめっき付着量が１５ｇ／ｍ２以上２５０ｇ／ｍ２以下である。さらに、溶接ワイヤの先端と被溶接部との間の距離をＤ、溶接ワイヤの直径をＲとしたときに、短絡期間からアーク期間へ移行する際に、０．５５Ｒ≦Ｄ≦９．２Ｒを満たす位置に溶接ワイヤを引き上げる。この構成によれば、溶融Ｚｎ系めっき鋼板のアーク溶接における上記距離Ｄについて、製造マージンを大きくすることが可能となる。よって、より厳しい溶接条件を要する溶接部材を製造する観点からより一層効果的である。
【００５３】
本実施形態の溶接部材は、本実施形態の溶接部材の製造方法によって製造された溶接部材である。この構成によれば、溶融Ｚｎ系めっき鋼板のアーク溶接によって製造される溶接部材における当該アーク溶接によるスパッタを、シールドガスの種類によらずに低減することができる。
【００５４】
本実施形態において、溶接部材の溶接ビードに隣接する領域における単位面積あたりのスパッタ付着数が０．５個／ｃｍ２以下であることは、母材である溶融亜鉛Ｚｎ系めっき鋼板の諸特性を溶接部材において実質的に発現させる観点からより効果的である。
【００５５】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【実施例】
【００５６】
本発明の一実施例について以下に説明する。
【００５７】
［母材の準備］
下記表２に示す４種類の溶融Ｚｎ系めっき鋼板を用意した。以下、鋼板１〜４とも言う。表２中、めっき層の組成の残りは亜鉛（Ｚｎ）である。鋼板１〜４のそれぞれから、母材として、上板と下板とを用意した。上板の寸法は、板厚が３．２ｍｍ、板幅が５０ｍｍ、長さが１５０ｍｍである。下板の寸法は、板厚が３．２ｍｍ、板幅が１００ｍｍ、長さが１５０ｍｍである。下記表中の「Ａｐ」は、上記溶融Ｚｎ系めっき鋼板の片面におけるめっき付着量を表す。
【００５８】
【表２】
0006980729.tif 000003
【００５９】
［溶接部材の製造例１］
（１）アーク溶接
鋼板４を用いて、重ね隅肉溶接継手を構成してアーク溶接を行った。図４は、実施例で形成される溶接部材の構成を模式的に示す図である。図４は、溶接部材を上方から平面視した状態を示している。より詳しくは、下板２０ｂの一側縁２０１ｂと上板２０ａの一側縁２０１ａとが重なっている。当該溶接部材については、上板２０ａの他側縁２０２ａと、下板２０ｂの表面における、上板２０ａの他側縁２０２ａに沿った領域とによって形成される部分が溶接すべき部位、すなわち被溶接部である。
【００６０】
下板２０ｂの長手方向に沿って、当該被溶接部の一端から他端に向けてアーク溶接を行った。アーク溶接は、トーチを下板２０ｂ側に傾け、被溶接部に対して一定の距離離し、被溶接部の一端から他端まで走査させることによって行った。より具体的には、下板２０ｂの長手方向に沿って見たときに、図２に示されるように、溶接ワイヤの軸線が下板２０ｂの表面となす角度が鋭角（例えば約４５°）となるように、トーチを下板２０ｂ側に傾けながら、アーク溶接を行った。
【００６１】
なお、トーチは、被溶接部に向けて進退可能に溶接ワイヤを支持している。溶接ワイヤは、電極を兼ねている。トーチは、また、溶接ワイヤの軸方向に沿って溶接ワイヤの周囲にシールドガスを供給するガス供給装置をさらに有している。また、トーチは、アーク溶接時において、被溶接部に対して一定の距離を保ちながら移動可能に支持されている。
【００６２】
溶接ワイヤには、直径（Ｒ）が１．２ｍｍのワイヤであって、ＪＩＳ  Ｚ３３１２においてＹＧＷ１２と規定されている溶接ワイヤを用いた。アーク溶接の条件は、溶接電流が１８０Ａ、溶接電圧が１８．８Ｖ、溶接速度が０．４ｍ／ｍｉｎである。溶接速度は、被溶接部に沿ってトーチを移動させる速度である。また、シールドガスには１００％の二酸化炭素ガスを用いた。なお、ビード長さは１５０ｍｍであり、母材同士の重なり長さである重ね代は５０ｍｍである。
【００６３】
アーク期間では、溶接ワイヤの先端が被溶接部に向けて接近するように溶接ワイヤを所定の速度で送給した。また、短絡期間では、溶接ワイヤの先端が被溶接部から離れるように溶接ワイヤを後退させた。このときの溶接ワイヤの後退量は、次のアーク期間開始時における溶接ワイヤの先端から被溶接部までの距離Ｄが１．５ｍｍとなる量である。
【００６４】
溶融ワイヤの後退量は、以下のようにして制御した。まず、所望の（例えば上記の）溶接条件にしたがってアーク溶接を予め行った。その際、アーク溶接における溶接ワイヤの先端および被溶接部をハイスピードカメラ撮影した。撮影した画像に基づいて、アーク期間再開時における溶接ワイヤの先端から被溶接部までの距離Ｄが所望の距離１．５ｍｍとなる溶接ワイヤの後退量を求めた。
【００６５】
上記の溶接条件で、被溶接部の一端から他端までトーチを移動させ、アーク溶接を行い、図４に示されるような溶接ビード２１を形成した。こうして、溶接部材１を製造した。
【００６６】
（２）溶接部材の評価
溶接部材１に付着したスパッタの個数を測定した。スパッタとは、アーク溶接中に飛散する溶融金属の微小粒子である。アーク溶接時にトーチが下板２０ｂ側に傾けられていることから、スパッタは、ほぼ下板２０ｂの表面に付着する。そこで、溶接部材１の下板２０ｂの表面であって、溶接ビード２１の一側縁に接する縦（短手方向）５０ｍｍ、横（長手方向）１００ｍｍの領域２２を任意に設定し、領域２２に付着したスパッタの数を数えた。溶接部材１の領域２２に付着したスパッタの個数は、１９個であった。溶接部材１におけるアーク溶接の条件および評価結果を表３に示す。なお表中、「Ｎｓ」は、スパッタの個数を表す。
【００６７】
【表３】
0006980729.tif 000004
【００６８】
［溶接部材の製造例２〜１２］
距離Ｄを表３に記載の数値に変更する以外は溶接部材の製造例１と同様にして、溶接部材２〜１２を製造し、評価した。溶接部材２〜１２におけるアーク溶接の条件および評価結果を表３に示す。
【００６９】
表３から明らかなように、短絡期間に引き上げられた溶接ワイヤの先端から被溶接部までの距離Ｄが１．２５Ｒ〜８Ｒの範囲内である溶接部材１〜７におけるスパッタの領域２２における付着個数は、２０個未満であり、実用上の観点から問題がない。したがって、本発明により、スパッタの発生が抑制され、かつ溶接部の外観に優れたアーク溶接による溶接部材が得られることがわかる。
【００７０】
一方、距離Ｄが本発明の範囲外である溶接部材８〜１２では、スパッタの発生が著しい。よって、１００％二酸化炭素ガスのシールドガスを用いる場合では、上記の範囲外では、溶接部の外観に優れた溶接部材が得られないことがわかる。
【００７１】
［溶接部材の製造例１３〜２７］
シールドガスの種類を１００％の二酸化炭素ガスに代えてアルゴンガスと二酸化炭素ガスとの混合ガスを用い、距離Ｄを表４に記載の数値に変更する以外は、溶接部材の製造例１と同様にして、溶接部材１３〜２７を製造し、評価した。なお、上記混合ガスにおける二酸化炭素の含有量は１０体積％であり、残りはアルゴンガスである。溶接部材１３〜２７におけるアーク溶接の条件および評価結果を表４に示す。
【００７２】
【表４】
0006980729.tif 000005
【００７３】
表４から明らかなように、シールドガスとしてアルゴンガスと二酸化炭素ガスとの混合ガスを用いた場合では、距離Ｄが０．５５Ｒ〜９．２０Ｒである溶接部材１４〜２３では、スパッタの領域２２における付着個数が２５個以下であった。これに対して、距離Ｄが上記範囲外である溶接部材１３および２４〜２７では、スパッタの付着が著しかった。
【００７４】
［溶接部材の製造例２８〜３９］
鋼板４に代えて、表５に記載の片面めっき付着量を有する鋼板１を用い、距離Ｄを２．０ｍｍに変更する以外は溶接部材の製造例１と同様にして、溶接部材２８を製造し、評価した。また、鋼板４に代えて鋼板２を用い、距離Ｄを４．０ｍｍに変更する以外は溶接部材の製造例１と同様にして、溶接部材２９を製造し、評価した。また、鋼板４に代えて、表５に記載のめっき組成および片面めっき付着量を有する鋼板３をそれぞれ用い、距離Ｄを、表５に記載の数値に変更する以外は溶接部材の製造例１と同様にして、溶接部材３０〜３２をそれぞれ製造し、評価した。また、表５に記載のめっき組成および片面めっき付着量を有する鋼板４をそれぞれ用い、距離Ｄを、表５に記載の数値に変更する以外は溶接部材の製造例１と同様にして、溶接部材３３〜３９をそれぞれ製造し、評価した。溶接部材２８〜３９におけるアーク溶接の条件および評価結果を表５に示す。
【００７５】
【表５】
0006980729.tif 000006
【００７６】
表５から明らかなように、いずれの溶接部材２８〜３９も、シールドガスとして１００％の二酸化炭素ガスを用い、距離Ｄが１．２５Ｒ〜８Ｒの範囲内であった。そして、いずれの溶接部材２８〜３９も、そのスパッタの領域２２における付着個数が２０個未満であった。
【００７７】
特に、溶接部材２８、２９、３０〜３２および３３〜３９では、それぞれ、異なるめっき組成を有する溶融Ｚｎ系めっき鋼板を母材としている。したがって、本発明では、溶融Ｚｎ系めっき鋼板のアーク溶接において、スパッタの発生が抑制され、かつ溶接部の外観に優れた溶接部材が得られることがわかる。
【００７８】
また、例えば溶接部材３６〜３９から明らかなように、母材におけるめっき付着量が１５ｇ／ｍ２の薄目付から２５０ｇ／ｍ２の厚目付まで、スパッタの発生が抑制され、かつ溶接部の外観に優れた溶融Ｚｎ系めっき鋼板の溶接部材が得られることがわかる。
【００７９】
［溶接部材の製造例４０〜５３］
表６に記載のめっき組成および片面めっき付着量を有する鋼板４を用い、距離Ｄを、表６に記載の数値に変更する以外は溶接部材の製造例１と同様にして、溶接部材４０を製造し、評価した。また、表６に記載のめっき組成および片面めっき付着量を有する鋼板４を用い、溶融ワイヤの径Ｒおよび距離Ｄを、表６に記載の数値に変更する以外は溶接部材の製造例１と同様にして、溶接部材４１〜５０をそれぞれ製造し、評価した。また、鋼板４に代えて、表６に記載の片面めっき付着量を有する鋼板１を用い、距離Ｄを２．０ｍｍに変更する以外は溶接部材の製造例１と同様にして、溶接部材５１を製造し、評価した。また、鋼板４に代えて、表６に記載のめっき組成片面めっき付着量を有する鋼板３を用い、距離Ｄを、表５に記載の数値に変更する以外は溶接部材の製造例１と同様にして、溶接部材５２、５３をそれぞれ製造し、評価した。溶接部材４０〜５３におけるアーク溶接の条件および評価結果を表６に示す。
【００８０】
【表６】
0006980729.tif 000007
【００８１】
表６から明らかなように、距離Ｄが１．２５Ｒ〜８Ｒの範囲内である溶接部材４０〜５０におけるスパッタの領域２２における付着個数は、いずれも２０個未満であった。
【００８２】
特に、溶接部材４０、４１〜４４および４５〜５０によれば、距離Ｄが１．２５Ｒ〜８Ｒの範囲内であれば、シールドガスが１００％の二酸化炭素ガスであっても、少なくとも溶融ワイヤの径Ｒが０．８〜１．６ｍｍの範囲において、スパッタの領域２２における付着個数が２０個未満となることがわかる。
【００８３】
これに対して、距離Ｄが上記範囲内であっても、母材における片面めっき付着量が２５０ｇ／ｍ２を超える溶接部材５１〜５３では、スパッタの付着が著しく、あるいは実用上問題となる量であった。これは、アーク溶接時において、溶接部におけるＺｎの蒸気の発生が著しいため、と考えられる。
【００８４】
特に、例えば、溶接部材２８と溶接部材５１との対比、あるいは溶接部材３２と溶接部材５３との対比によれば、母材における片面めっき付着量が２５０ｇ／ｍ２を超えると、スパッタの発生の抑制が実用上不十分となることがわかる。
【００８５】
［溶接部材の製造例５４〜６９］
表７に記載のめっき組成および片面めっき付着量を有する鋼板４を用い、距離Ｄを、表７に記載の数値に変更する以外は溶接部材の製造例１と同様にして、溶接部材４０を製造し、評価した。溶接部材５４〜５９をそれぞれ製造し、評価した。また、表７に記載のめっき組成および片面めっき付着量を有する鋼板４を用い、溶融ワイヤの径Ｒおよび距離Ｄを、表７に記載の数値に変更する以外は溶接部材の製造例１と同様にして、溶接部材６０〜６９をそれぞれ製造し、評価した。溶接部材５４〜６９におけるアーク溶接の条件および評価結果を表７に示す。
【００８６】
【表７】
0006980729.tif 000008
【００８７】
表７から明らかなように、溶接部材５４〜６９では、距離Ｄが本発明の範囲内であるか否かに関わらず、母材における片面めっき付着量が２５０ｇ／ｍ２を超えており、スパッタの発生の抑制が実用上不十分であった。
【符号の説明】
【００８８】
１０  溶接ワイヤ
２０  母材
２０ａ  上板
２０ｂ  下板
２１  溶接ビード
２２  領域
２５  被溶接部
３０  溶滴
４０  アーク
５０  溶融池
６０  ピンチ
１００  短絡期間の初期状態
２００  短絡期間の終期状態
２０１ａ  上板２０ａの一側縁
２０１ｂ  下板２０ｂの一側縁
２０２ａ  上板２０ａの他側縁
３００  アーク期間の初期状態
４００  アーク期間の終期状態
【図１】
0006980729.tif 000009
【図２】
0006980729.tif 000010
【図３】
0006980729.tif 000011
【図４】
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