JPH0639554A

JPH0639554A - ガスシールドメタルアーク溶接方法

Info

Publication number: JPH0639554A
Application number: JP18303691A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Takano; 英明高野; Jitsuo Nakada; 実雄中田; Yuji Nakahara; 雄治中原; Takao Ko; 隆夫高
Original assignee: KYODO SANSO KK; Kyodo Oxygen Co Ltd; Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: KYODO SANSO KK; Kyodo Oxygen Co Ltd; Nippon Steel Corp
Priority date: 1991-06-26
Filing date: 1991-06-26
Publication date: 1994-02-15

Abstract

(57)【要約】【目的】亜鉛系めっき鋼板のガスシールドメタルアー
ク溶接において、ピット、ブローホール等の溶接欠陥を
防止する。【構成】亜鉛系めっき鋼板のガスシールドメタルアー
ク溶接において、複数のワイヤを用い、先行ワイヤのみ
にアークを発生させて溶融池を形成し、該溶融池に後行
ワイヤを所定条件で挿入して攪拌し、かつシールドガス
として７Ｖｏｌ％未満の酸素を含有するアルゴンガスを
使用するか、あるいは７Ｖｏｌ％未満の酸素を含有す
る、アルゴンガスと炭酸ガスの混合ガスを使用する。【効果】溶接時に発生する亜鉛蒸気に起因するピット
およびブローホールの発生を防止して健全な溶接金属を
得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、亜鉛系めっき鋼板の
ガスシールドメタルアーク溶接に際し、亜鉛蒸気に起因
して発生し易いピットやブローホールを防止する方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】亜鉛系めっき鋼板は、熱間圧延あるいは
冷間圧延された鋼板表面に亜鉛めっきを施したもので、
その用途としては薄板分野が多く、屋根材をはじめとす
る建築材料、ガソリン缶、洗濯機の部品等のほか、最近
では自動車の外装材として広く使用されている。

【０００３】上記亜鉛系めっき鋼板は、溶接する場合に
鋼板表面から低い沸点（９０６℃）を持った亜鉛蒸気が
溶融金属中に侵入する。この侵入した亜鉛蒸気は、浮上
前に溶融金属表面が凝固を完了すると気泡として残留
し、ピットやブローホール等の溶接欠陥が多く発生す
る。特に薄鋼板の溶接においては、溶接速度が大きく、
溶接入熱が小さいうえ、継手形状も重ねやすみ肉等の鋼
板表面の影響を受けやすい形状が用いられるため、上記
溶接欠陥が発生し易い状況にある。

【０００４】このような亜鉛蒸気に起因する溶接欠陥を
回避する手段としては、予め溶接線上から亜鉛を機械的
に除去することが有効であるが、溶接線上からの亜鉛の
除去は極めて非能率的である。また、亜鉛系めっき鋼板
の溶接におけるピット、ブローホール等の溶接欠陥を防
止する方法としては、ソリッドワイヤ中にＣ、Ｓｉ、Ｍ
ｎ、Ｐ、ＳおよびＮｂまたはＶの含有量を規定した溶接
ワイヤを使用する方法（特開平２−５９１９５号公
報）、パルス電流と溶滴移行のタイミングを合せること
によりブローホールを防止する方法（特開平１−２０２
３９４号公報）、電極ワイヤを振動させることによりブ
ローホールを減少させる方法（特開昭５４−１４７１５
１号公報）、あるいは電極に対して先行するフイラメタ
ルに相対的な振動を与えつつ、フィラメタルをプールに
挿入する方法（特開昭６１−１６５２７６号公報）等多
くの提案が行われている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記特開平２−５９１
９５号公報や特開平１−２０２３９４号公報に開示の方
法は、ブローホール発生率が数％から１０％程度あり、
十分に満足できるものではない。また、特開昭５４−１
４７１５１号公報に開示の方法は、アーク直下で溶融金
属が振動しても、プラズマ気流と共に巻込まれた亜鉛蒸
気のガスが浮上するだけの力を得ることができず効果が
ない。さらに特開昭６１−１６５２７６号公報に開示の
方法は、電極に対してフィラメタルを先行振動させて溶
融池の温度を均一にし、フィラメタルの溶融速度を増加
させることを目的としたもので、電極が後行するため、
アークにより溶接金属中に侵入した気泡の浮上が十分に
行なわれず、ブローホール防止の効果が得られないとい
う欠点がある。

【０００６】この発明の目的は、亜鉛系めっき鋼板のガ
スシールドメタルアーク溶接において問題となるピッ
ト、ブローホール等の溶接欠陥の発生を防止できるガス
シールドメタルアーク溶接法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達成すべく鋭意試験研究を行った。その結果、亜鉛系
めっき鋼板のガスシールドメタルアーク溶接で発生する
ピット、ブローホールを防止するには、溶融池を機械的
にアーク直下より後方で攪拌すると供に、シールドガス
中に所定量の酸素を含有させるのが有効であることを究
明し、この発明に到達した。

【０００８】すなわちこの発明は、亜鉛系めっき鋼板の
ガスシールドメタルアーク溶接において、複数のワイヤ
を用い、先行ワイヤのみにアークを発生させて溶融池を
形成し、該溶融池に後行ワイヤを先行ワイヤとの距離２
ｍｍ以上で挿入し、振動数０．５回／秒以上、振幅０．
３ｍｍ以上の条件で振動させて攪拌し、かつシールドガ
スとして７Ｖｏｌ％未満の酸素を含んでいるアルゴンガ
スを使用するのである。

【０００９】また、亜鉛系めっき鋼板のガスシールドメ
タルアーク溶接において、複数のワイヤを用い、先行ワ
イヤのみにアークを発生させて溶融池を形成し、該溶融
池に後行ワイヤを先行ワイヤとの距離２ｍｍ以上で挿入
し、振動数０．５回／秒以上、振幅０．３ｍｍ以上の条
件で振動させて攪拌し、かつシールドガスとしてアルゴ
ンガスと炭酸ガスとの混合ガスに７Ｖｏｌ％未満の酸素
を添加して使用するのである。

【００１０】

【作用】この発明においては、先行ワイヤのアークによ
って形成された溶融池に、後行ワイヤを先行ワイヤとの
距離２ｍｍ以上で挿入し、振動数０．５回／秒以上、振
幅０．３ｍｍ以上の条件で振動させて攪拌し、しかもシ
ールドガスとして７Ｖｏｌ％未満の酸素を含んだアルゴ
ンガス単独またはアルゴンガスと炭酸ガスとの混合ガス
を使用することによって、先行ワイヤにより形成された
アークの後方で溶融池が機械的に攪拌され、かつシール
ドガス中への酸素を含有させることによって湯流れが良
くなり、溶融金属中に侵入した亜鉛蒸気の浮上が促進さ
れて大気中に逃散し、ピットやブローホールの発生が抑
制される。

【００１１】なお、この発明でいう振動数とは、例えば
図３に示す矢印間距離Ｌをワイヤが動く回数を意味す
る。すなわち、振動数０．５回／秒とは、ワイヤが２秒
間に１回の割合で矢印間Ｌを往復するのである。また、
振幅とは、振動の中心から端までの距離をいう。後行ワ
イヤを振動させる方法としては、モータの回転運動を滑
子クランク機構により直線運動に変換する方式、モータ
の回転運動をクランクと揺動梃により揺動運動に変換す
る方式等を用いることができる。また、振動は、後行ワ
イヤのみを振動させるだけで十分であるが、先行ワイヤ
を振動させてもよい。

【００１２】後行ワイヤを先行ワイヤとの距離２ｍｍ以
上で挿入するのは、２ｍｍ未満ではアーク直下に近すぎ
て亜鉛蒸気等が浮上のための力を得ることができず、所
期の効果が得られない。本発明者らの実験によると、振
動数が０．５回／秒未満では、振動を付与した効果が得
られなかった。なお、上記ワイヤ間距離および振動数の
上限については、溶融池の大きさおよび装置の能力等に
よって適宜選択して決定すればよい。また、振幅を０．
３ｍｍ以上としたのは、０．３ｍｍ未満では所望の効果
が得られないばかりでなく、逆にブローホール、ピット
数の増加を招く。このため振幅は大きい方が好ましい
が、ビード端を超えてはならないことは言うまでもな
い。振動方向は、図３に示す溶接線方向でも、図４に示
す溶接線と直角方向でも、また、図５に示す後行ワイヤ
で弧を描くようにしてもよい。基本的には溶融金属の攪
拌が行えればよく、振動方向は特に限定されない。な
お、図３ないし図５において、１は先行ワイヤ、２は後
行ワイヤ、３は溶融池、４はビードを示す。

【００１３】この発明において、後行ワイヤにアークを
発生させない理由は、後行ワイヤにアークを発生させる
と、溶融池を機械的に攪拌できず、溶融金属中に混入し
た亜鉛蒸気の浮上がアークにより抑制され、ピットある
いはブローホールの発生を防止できないからである。ま
た、通常のタンデム溶接のように、両方アークを発生さ
せて振動させると、アークが乱れて溶接不良を引起こす
こととなる。さらにこの発明における後行ワイヤの役割
は、溶融池を機械的に攪拌することにあるが、望ましく
は通電する方がよい。特に溶融池の小さい高速溶接時に
は必要である。この場合は、先行ワイヤに流れる溶接電
流と後行ワイヤに流れる電流を、逆方向に流すことによ
ってアークが安定し、より効果的である。

【００１４】この発明においてシールドガス中に存在さ
せる酸素を７Ｖｏｌ％未満とすることによって、ピット
やブローホールの発生が抑制される理由は、酸素の混入
によって湯流れが良くなり、溶融金属中に侵入した亜鉛
ガスの離脱が容易になるためであると考えられる。ま
た、逆にシールドガス中の酸素濃度が７Ｖｏｌ％を超え
ると、脱酸不足になりブローホールが発生する。この発
明において使用する７Ｖｏｌ％未満の酸素を含んだアル
ゴンガスと炭酸ガスとの混合ガスは、アルゴンガス９０
〜１０Ｖｏｌ％に対し炭酸ガス１０〜９０Ｖｏｌ％の割
合で混合したものが使用可能であるが、炭酸ガスの割合
を５０Ｖｏｌ％以下とするのがブローホール発生防止の
観点から好ましい。なお、この発明において使用するシ
ールドガスとしては、７Ｖｏｌ％未満の酸素を含んだア
ルゴンガス、７Ｖｏｌ％未満の酸素を含んだアルゴンガ
スと炭酸ガスとの混合ガスとしたが、アルゴンガスに替
えてヘリウムガスを使用することができるが、経済性の
面から得策ではない。

【００１５】

【実施例】

実施例１長さ３５０ｍｍ、幅５０ｍｍ、厚さ２．３ｍｍ、亜鉛付
着量表裏面共に４５ｇ／ｍ²の合金化亜鉛めっき鋼板２
枚を、３０ｍｍ重ね合せて水平に寝かせ、先行ワイヤと
後行ワイヤ間距離５ｍｍ、溶融池内での後行ワイヤの振
動数６０回／秒、振幅２ｍｍ、溶接電流２３０Ａ、溶接
速度１２０ｃｍ／ｍｉｎで、シールドガスとしてアルゴ
ンガス単独およびアルゴンガス８０％に炭酸ガス２０％
を混合した混合ガスを使用し、シールドガス中の酸素濃
度を１．０〜１０Ｖｏｌ％の範囲内で変化させ、ビード
幅概略１０ｍｍ、溶接ビード長さ３０ｃｍの溶接を行
い、ブローホール発生率をＸ線撮影で観察し、シールド
ガス中の酸素濃度とブローホール発生率の関係を図１に
示す。なお、ブローホール発生率は、ビード全長に対す
るブローホールの幅の総和とした。

【００１６】

【表１】

【００１７】図１に示すとおり、シールドガス中の酸素
濃度が７Ｖｏｌ％未満の場合は、いずれもブローホール
発生率が０であるのに対し、シールドガス中の酸素濃度
が７Ｖｏｌ％以上の場合は、いずれもブローホール発生
率が２０％以上である。

【００１８】実施例２表１に示す供試材料を使用し、図２に示すとおり２枚の
合金化亜鉛めっき鋼板５、５を３０ｍｍ重ね合せ、表２
に示す溶接条件で、ビードの幅概略１０ｍｍ、溶接ビー
ド長さ３０ｃｍの溶接を行い、発生ピット数は目視で、
ブローホール発生率はＸ線撮影で観察し、その結果を表
２に併記した。さらに、比較のために表３に示す溶接条
件で、同様の試験を行った。また従来のパルスアーク溶
接法（試験Ｎｏ．２８）、ＭＩＧ溶接で電極ワイヤを振
動させる方法（特開昭５４−１４７１５１号公報、試験
Ｎｏ．２９）でのデータも採取し、同様に表３に示す。
なお、ピット数は、ビード１ｍ当たりに換算し、ブロー
ホール発生率は、ビード全長に対するブローホールの幅
の総和とした。

【００１９】

【表２】

【００２０】

【表３】

【００２１】表２に示すとおり、試験Ｎｏ．１〜１９の
本発明方法の場合は、いずれもピット数が０で、ブロー
ホール発生率が１％以下である。これに対し表３に示す
試験Ｎｏ．２０〜２９の比較例の場合は、いずれもピッ
ト数が３以上で、しかもブローホール発生率が１２％以
上、多いものは４０％もある。

【００２２】上記本実施例においては、合金化亜鉛めっ
き鋼板を使用したが、この発明は亜鉛系めっき鋼板では
同等の特性が得られ、例えばＺｎ−Ｎｉ合金系、Ｚｎ−
Ｆｅ合金系に適用しても、良好な結果が得られることを
確認している。また、この発明は、亜鉛めっき鋼板同志
の他に、亜鉛めっき鋼板と通常の鋼板同志の溶接等その
組合せは自由であり、その場合においても優れた効果が
得られる。

【００２３】

【発明の効果】以上述べたとおり、この発明方法によれ
ば、溶接時に多くのガスを発生する亜鉛系めっき鋼板の
ガスシールドメタルアーク溶接において、ピットおよび
ブローホールの発生を防止して健全な溶接金属を得るこ
とができ、しかもビード外観は良好で、スパッタ発生量
が少なく、自動車工業等において大きな効果が得られる
ものと考えられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１におけるシールドガス中の酸素濃度と
ブローホール発生率との関係を示すグラフである。

【図２】実施例２における供試材料の重ね継手の説明図
である。

【図３】この発明方法の後行ワイヤの振動方向が溶接線
と平行の場合の説明図である。

【図４】同じく後行ワイヤの振動方向が溶接線と直角の
場合の説明図である。

【図５】同じく後行ワイヤの振動方向が回転の場合の説
明図である。

【符号の説明】

１先行ワイヤ２後行ワイヤ３溶融池４ビード５合金化亜鉛めっき鋼板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中原雄治和歌山県和歌山市湊1850番地共同酸素株式会社内 (72)発明者高隆夫大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号住友金属工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】亜鉛系めっき鋼板のガスシールドメタル
アーク溶接において、複数のワイヤを用い、先行ワイヤ
のみにアークを発生させて溶融池を形成し、該溶融池に
後行ワイヤを先行ワイヤとの距離２ｍｍ以上で挿入し、
振動数０．５回／秒以上、振幅０．３ｍｍ以上の条件で
振動させて攪拌し、かつシールドガスとして７Ｖｏｌ％
未満の酸素を含んでいるアルゴンガスを使用することを
特徴とするガスシールドメタルアーク溶接方法。
【請求項２】亜鉛系めっき鋼板のガスシールドメタル
アーク溶接において、複数のワイヤを用い、先行ワイヤ
のみにアークを発生させて溶融池を形成し、該溶融池に
後行ワイヤを先行ワイヤとの距離２ｍｍ以上で挿入し、
振動数０．５回／秒以上、振幅０．３ｍｍ以上の条件で
振動させて攪拌し、かつシールドガスとしてアルゴンガ
スと炭酸ガスとの混合ガスに７Ｖｏｌ％未満の酸素を添
加して使用することを特徴とするガスシールドメタルア
ーク溶接方法。