特許 6114785 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

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6114785

(24)【登録日】2017年3月24日

(45)【発行日】2017年4月12日

(54)【発明の名称】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

(51)【国際特許分類】

   B23K 9/23 20060101AFI20170403BHJP

   B23K 9/173 20060101ALI20170403BHJP

   B23K 9/16 20060101ALI20170403BHJP

   B23K 9/095 20060101ALI20170403BHJP

   C22C 18/04 20060101ALI20170403BHJP

   C23C 2/06 20060101ALI20170403BHJP

   C23C 2/40 20060101ALI20170403BHJP

【ＦＩ】

   B23K9/23 K

   B23K9/173 C

   B23K9/16 J

   B23K9/095 501A

   C22C18/04

   C23C2/06

   C23C2/40

【請求項の数】4

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2015-154570(P2015-154570)

(22)【出願日】2015年8月4日

(65)【公開番号】特開2016-221575(P2016-221575A)

(43)【公開日】2016年12月28日

【審査請求日】2016年8月22日

(31)【優先権主張番号】特願2015-109292(P2015-109292)

(32)【優先日】2015年5月29日

(33)【優先権主張国】JP

【早期審査対象出願】

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】714003416

【氏名又は名称】日新製鋼株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000338

【氏名又は名称】特許業務法人ＨＡＲＡＫＥＮＺＯ ＷＯＲＬＤ ＰＡＴＥＮＴ ＆ ＴＲＡＤＥＭＡＲＫ

(72)【発明者】

【氏名】細見 和昭

(72)【発明者】

【氏名】延時 智和

(72)【発明者】

【氏名】仲子 武文

【審査官】 篠原 将之

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０５−３２９６８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−１３３２５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−１３１８０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１９８９３５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｋ ９／２３

Ｂ２３Ｋ ９／０９５

Ｂ２３Ｋ ９／１６

Ｂ２３Ｋ ９／１７３

Ｃ２２Ｃ １８／０４

Ｃ２３Ｃ ２／０６

Ｃ２３Ｃ ２／４０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

めっき層の組成が、Ｚｎを主成分とし、質量％でＡｌ：１．０〜２２．０％を含有する溶融Ｚｎ系めっき鋼板同士を接合する溶融Ｚｎ系めっき鋼板のアーク溶接方法であって、
前記溶融Ｚｎ系めっき鋼板の片面あたりの付着量Ｗが１５〜２５０ｇ／ｍ^２で、
平均溶接電流が１００〜３５０Ａであり、平均溶接電圧が２０〜３５Ｖであり、溶接電流の電流波形がピーク電流とベース電流を１〜５０ｍｓのパルス周期で繰り返すパルス電流波形であるアーク溶接を行い、
前記アーク溶接は、シールドガスとしてＡｒ−ＣＯ_２混合ガスを用いて行われ、
前記溶融Ｚｎ系めっき鋼板のめっき層の組成が、さらに質量％でＭｇ：０．０５〜１０．０％、Ｔｉ：０．００２〜０．１０％、Ｂ：０．００１〜０．０５％、Ｓｉ：０〜２．０％、Ｆｅ：０〜２．５％からなる群から選ばれる１あるいは２以上を含有する、溶融Ｚｎ系めっき鋼板のアーク溶接方法。

【請求項2】

前記溶融Ｚｎ系めっき鋼板のめっき付着量Ｗ（ｇ／ｍ^２）とめっき層中のＡｌ濃度Ｃ_Ａｌ（質量％）が下記（１）式の関係を満足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。
０．００８５Ｗ＋０．８７≦Ｃ_Ａｌ≦２２ …（１）

【請求項3】

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、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。
Ｂｒ＝（Σｄi／Ｌ）×１００ …（２）
ここで、
ｄi：観察されたｉ番目のブローホールの長さ
Ｌ：溶接ビード長さ

【請求項4】

めっき層の組成が、Ｚｎを主成分とし、質量％でＡｌ：１．０〜２２．０％を含有する溶融Ｚｎ系めっき鋼板同士をアーク溶接により接合する、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付着量Ｗが１５〜２５０ｇ／ｍ^２であり、
平均溶接電流が１００〜３５０Ａであり、平均溶接電圧が２０〜３５Ｖであり、溶接電流の電流波形がピーク電流とベース電流を１〜５０ｍｓのパルス周期で繰り返すパルス電流波形であるアーク溶接を前記溶融Ｚｎ系めっき鋼板同士に行い、
前記アーク溶接は、シールドガスとしてＡｒ−ＣＯ_２混合ガスを用いて行われ、
前記溶融Ｚｎ系めっき鋼板のめっき層の組成が、さらに質量％でＭｇ：０．０５〜１０．０％、Ｔｉ：０．００２〜０．１０％、Ｂ：０．００１〜０．０５％、Ｓｉ：０〜２．０％、Ｆｅ：０〜２．５％からなる群から選ばれる１あるいは２以上を含有する、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、スパッタとブローホールの発生量が少なく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、溶接部材の製造方法および溶接部材に関する。

【背景技術】

【0002】

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濃度が１質量％以上含む溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系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、アーク溶接法で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スパッタおよびピット、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の沸点が約９０６℃と低いため、アーク溶接時にＺｎ蒸気が発生し、このＺｎ蒸気によりアークが不安定になり、スパッタが発生する。また、Ｚｎ蒸気が抜けきらない内に溶融池が凝固するとブローホールが発生する。スパッタがめっき面に付着すると溶接部外観が低下するだけでなく、その部分が腐食の起点となるので耐食性が低下する。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。

【0004】

特に、長期耐久性が要求される部材ではめっき付着量１２０ｇ／ｍ^２以上の厚目付の溶融Ｚｎ系めっき鋼板が使用されるが、厚目付になるほどアーク溶接時のＺｎ蒸気量が多くなるのでよりスパッタ、ブローホールの発生が著しくなる。

【0005】

溶融Ｚｎ系めっき鋼板のスパッタ、ブローホールを抑制する方法としてパルスアーク溶接法が提案されている。パルスアーク溶接法によれば、溶滴が小粒化してスパッタが抑制される。また、パルスアークにより溶融池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蒸気の離脱が促進されてブローホールが抑制される。

【0006】

例えば、特許文献１には溶接ワイヤー組成とパルス電流波形のピーク電流、ピーク時間、ベース電流を適正範囲内に制御してスパッタ、ブローホール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】

【0007】

【特許文献1】特開平９−２０６９８４

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかし、特許文献１は片面当たりめっき付着量４５ｇ／ｍ^２の薄目付溶融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系めっき鋼板のスパッタ、ブローホールの抑制方法については記載されていない。

【0009】

また、特許文献１は、めっき層中のＡｌ濃度が通常０．３質量％以下の溶融Ｚｎめっき鋼板を溶接対象としている。Ａｌ濃度によってめっき層の融点が異なるため、めっき層中のＡｌ濃度は、溶接時におけるめっき層の挙動に影響する。そのため、特許文献１の技術を、Ａｌ濃度が１質量％以上含む溶融Ｚｎ系めっき鋼板（例えば、溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板）にそのまま適用することができない。

【0010】

上記のように、Ａｌ濃度が１質量％以上含む溶融Ｚｎ系めっき鋼板は耐食性に優れるが、アーク溶接時にスパッタ、ブローホールが発生して溶接部外観と溶接強度が低下する。本発明はこのような現状に鑑み、溶接部外観と溶接強度に優れた、Ａｌ濃度が１質量％以上含む溶融Ｚｎ系めっき鋼板のアーク溶接方法および溶接部材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】

【0011】

発明者らの詳細な研究の結果、Ａｌ濃度が１質量％以上含む溶融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平均溶接電流、平均溶接電圧、パルス周期、めっき層中のＡｌ濃度、めっき付着量を適正範囲内に制御することで、溶接部外観を損なうことなくスパッタとブローホールを抑制できるという知見を得て本発明を完成したものである。

【0012】

本発明に係る溶融Ｚｎ系めっき鋼板のアーク溶接方法は、めっき層の組成が、Ｚｎを主成分とし、質量％でＡｌ：１．０〜２２．０％を含有する溶融Ｚｎ系めっき鋼板同士を接合する溶融Ｚｎ系めっき鋼板のアーク溶接方法であって、前記溶融Ｚｎ系めっき鋼板の片面あたりの付着量Ｗが１５〜２５０ｇ／ｍ^２で、平均溶接電流が１００〜３５０Ａであり、平均溶接電圧が２０〜３５Ｖであり、溶接電流の電流波形がピーク電流とベース電流を１〜５０ｍｓのパルス周期で繰り返すパルス電流波形であるアーク溶接を行い、前記溶融Ｚｎ系めっき鋼板のめっき層の組成が、さらに質量％でＭｇ：０．０５〜１０．０％、Ｔｉ：０．００２〜０．１０％、Ｂ：０．００１〜０．０５％、Ｓｉ：０〜２．０％、Ｆｅ：０〜２．５％からなる群から選ばれる１あるいは２以上を含有する、溶融Ｚｎ系めっき鋼板のアーク溶接方法である。

【0013】

また、本発明の溶融Ｚｎ系めっき鋼板のアーク溶接方法は、前記溶融Ｚｎ系めっき鋼板のめっき付着量Ｗ（ｇ／ｍ^２）とめっき層中のＡｌ濃度Ｃ_Ａｌ（質量％）が下記（１）式
０．００８５Ｗ＋０．８７≦Ｃ_Ａｌ≦２２ …（１）
の関係を満足することが好ましい。

【0015】

さらに、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溶融Ｚｎ系めっき鋼板のアーク溶接方法である。

【0016】

Ｂｒ＝（Σｄi／Ｌ）×１００ …（２）
ここで、
ｄi：観察されたｉ番目のブローホールの長さ
Ｌ：溶接ビード長さ、である。

【0017】

本発明の溶接部材の製造方法は、めっき層の組成が、Ｚｎを主成分とし、質量％でＡｌ：１．０〜２２．０％を含有する溶融Ｚｎ系めっき鋼板同士をアーク溶接により接合する、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付着量Ｗが１５〜２５０ｇ／ｍ^２であり、平均溶接電流が１００〜３５０Ａであり、平均溶接電圧が２０〜３５Ｖであり、溶接電流の電流波形がピーク電流とベース電流を１〜５０ｍｓのパルス周期で繰り返すパルス電流波形であるアーク溶接を前記溶融Ｚｎ系めっき鋼板同士に行い、前記溶融Ｚｎ系めっき鋼板のめっき層の組成が、さらに質量％でＭｇ：０．０５〜１０．０％、Ｔｉ：０．００２〜０．１０％、Ｂ：０．００１〜０．０５％、Ｓｉ：０〜２．０％、Ｆｅ：０〜２．５％からなる群から選ばれる１あるいは２以上を含有する、製造方法である。

【0018】

本発明の溶接部材は、めっき層の組成が、Ｚｎを主成分とし、質量％でＡｌ：１．０〜２２．０％を含有する溶融Ｚｎ系めっき鋼板同士が溶接されてなる溶接部材であって、前記溶融Ｚｎ系めっき鋼板の片面あたりの付着量Ｗが１５〜２５０ｇ／ｍ^２であり、下記（２）式で示されるブローホール含有率Ｂｒが３０％以下であり、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個以下であり、前記溶融Ｚｎ系めっき鋼板のめっき層の組成が、さらに質量％でＭｇ：０．０５〜１０．０％、Ｔｉ：０．００２〜０．１０％、Ｂ：０．００１〜０．０５％、Ｓｉ：０〜２．０％、Ｆｅ：０〜２．５％からなる群から選ばれる１あるいは２以上を含有する、溶接部材である。
Ｂｒ＝（Σｄi／Ｌ）×１００ …（２）
ここで、
ｄi：観察されたｉ番目のブローホールの長さ
Ｌ：溶接ビード長さ、である。

【発明の効果】

【0019】

本発明によれば、溶融Ｚｎ系めっき鋼板のアーク溶接におけるスパッタとブローホールを抑制でき、溶接部外観と溶接強度および耐食性に優れる溶接部材を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】パルス電流波形、パルス電圧波形を模式図的に示した図。

【図2】パルスアーク溶接現象を模式図的に示した図。

【図3】スパッタ付着個数の測定方法とブローホール占有率の定義を説明する図。

【図4】本発明のめっき層中の適正Ａｌ濃度の下限値を示した図。

【図5】Ｆｅの粘度におよぼす添加元素の影響を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0021】

図１にパルスアーク溶接方法における電流波形と電圧波形を模式図的に示す。パルスアーク溶接方法はピーク電流ＩＰとベース電流ＩＢを交互に繰り返すアーク溶接方法で、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が臨界電流以上では、電磁力によるピンチ効果で溶接ワイヤー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移行が行われ、スパッタが抑制される。それに対して、ピーク電流ＩＰが臨界電流以下では、溶滴移行が不規則になり、溶滴が大きく成長するので溶融池と短絡してスパッタが発生する。

【0022】

図２にパルスアーク溶接方法における溶接現象を模式図的に示す。パルスアーク溶接では小粒の溶滴５が溶接ワイヤー２から溶融池３にスプレー移行するので短絡が発生せず、スパッタが抑制される。また、パルスアーク４によりアーク直下の溶融池３が押し下げられて薄くなるのでＺｎ蒸気が排出されやすくなり、ブローホールが抑制される。

【0023】

しかし、めっき付着量が多い厚目付材になるとＺｎ蒸気の発生量が多くなるため、パルスアーク溶接方法でも溶融池からＺｎ蒸気が抜けきらず溶融池内に滞留してブローホールが発生しやすくなる。また、溶融池内に滞留したＺｎ蒸気が一気に噴出してアークが乱れてスパッタが発生しやすくなる。そこで、本発明では平均溶接電流、平均溶接電圧、パルス周期を適正範囲内に制御するとともに、めっき付着量およびめっき層のＡｌ濃度を適正に管理することにより溶融池の粘性を下げてＺｎ蒸気の排出を促進してスパッタ、ブローホールを抑制する。

【0024】

めっき層のＭｇ濃度を３質量％と一定にし、Ａｌ濃度を１〜２２質量％と変化させた片面当りのめっき付着量１５〜２５０ｇ／ｍ^２の溶融Ｚｎ系めっき鋼板サンプルを実験室的に作製した。なお、サンプルサイズは板厚３．２ｍｍ、幅１００ｍｍ、長さ２００ｍｍとした。このサンプルを重ね代３０ｍｍ、溶接ビード長さＬ＝１８０ｍｍで重ね隅肉溶接した。ここでは、平均溶接電流を１００〜３５０Ａ、平均溶接電圧を２０〜３５Ｖ、パルス周期を１〜５０ｍｓの範囲で適宜設定し、パルスアーク溶接を行うことで、溶融Ｚｎ系めっき鋼板同士が接合された溶接部材を製造した。アーク溶接部のＸ線透過写真を撮影し、図３に模式図的に示すように、溶接ビード６の長手方向に沿ったブローホールの長さｄ_１〜ｄ_ｉを測定して、その積算値Σｄｉ（ｍｍ）を求め、（２）式からブローホール占有率Ｂｒを算出した。また、図３の点線で示す溶接ビード６を中心とした幅１００ｍｍ、長さ１００ｍｍの領域７のスパッタ付着個数を目視で計測した。領域７は、溶接ビード６の長手方向に平行であり、その中央に溶接ビード６が位置する２辺と、溶接ビード６の長手方向に垂直な２辺で囲まれた、１辺の長さが１００ｍｍの正方形の領域である。
Ｂｒ＝（Σｄｉ／Ｌ）×１００ … （２）。

【0025】

図４にブローホール占有率Ｂｒ、スパッタ付着個数におよぼすめっき層中のＡｌ濃度とめっき付着量の影響を調査した結果を示す。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。また、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。そこで、図４ではブローホール占有率３０％以下、かつスパッタ付着個数２０個以下を○で、ブローホール占有率が３０％かスパッタ付着量が２０個の少なくともどちらかを越える場合を●でプロットした。図４の４本の直線で囲まれた領域内ではブローホール占有率Ｂｒが３０％以下、かつスパッタ付着個数が２０個以下であり、めっき付着量およびＡｌ濃度を適切に管理することによりスパッタとブローホールを抑制することができることがわかる。

【0026】

すなわち、図４に示されるように、Ａｌ濃度を１〜２２質量％含むめっき層を片面当りのめっき付着量１５〜２５０ｇ／ｍ^２有する溶融Ｚｎ系めっき鋼板を、平均溶接電流を１００〜３５０Ａ、平均溶接電圧を２０〜３５Ｖ、パルス周期を１〜５０ｍｓの範囲で適宜設定したうえでパルスアーク溶接することにより、スパッタとブローホールを抑制することができる。

【0027】

なお、図４において、めっき層中のＡｌ濃度Ｃ_Ａｌ（質量％）とめっき付着量Ｗ（ｇ／ｍ^２）とが、Ｃ_Ａｌ＜０．００８５Ｗ＋０．８７を満たす範囲において、ブローホール占有率が３０％かスパッタ付着量が２０個の少なくともどちらかを越えることが示されているが、平均溶接電流、平均溶接電圧、パルス周期以外のパルスアーク溶接条件を適宜調整することにより、ブローホール占有率３０％以下、かつスパッタ付着個数２０個以下に抑制することができる。すなわち、めっき付着量１５〜２５０ｇ／ｍ^２において、ブローホール占有率３０％以下、かつスパッタ付着個数２０個以下に抑制するために、Ｃ_Ａｌ＜０．００８５Ｗ＋０．８７の範囲では、平均溶接電流、平均溶接電圧、パルス周期に加えて、これら以外の溶接速度、シールドガス組成の調整が必要であるが、０．００８５Ｗ＋０．８７≦Ｃ_Ａｌの範囲では、平均溶接電流、平均溶接電圧、パルス周期の調整でよい。そのため、ブローホール占有率３０％以下、かつスパッタ付着個数２０個以下に抑制するためには、０．００８５Ｗ＋０．８７≦Ｃ_Ａｌの範囲であることが好ましい。

【0028】

以下に本発明のパルスアーク溶接条件を詳述する。

【0029】

〔平均溶接電流〕
本発明では、図１に示すように電流波形がピーク電流とベース電流を繰り返すパルス波形であって、平均溶接電流ＩＡを１００〜３５０Ａの範囲とすることが好ましい。本発明で、平均溶接電流ＩＡは下記（３）式とする。
ＩＡ＝（（ＩＰ×ＴＩＰ）＋（ＩＢ×ＴＩＢ））／（ＴＩＰ＋ＴＩＢ）…（３）
ここで、
ＩＰ：ピーク電流（Ａ）
ＩＢ：ベース電流（Ａ）
ＴＩＰ：ピーク電流期間（ｍｓ）
ＴＩＢ：ベース電流期間（ｍｓ）
平均溶接電流が１００Ａ未満では入熱不足で溶融池の温度が下がって粘度が高くなり、Ｚｎ蒸気が排出されにくくなって溶融池内にＺｎ蒸気が残存してブローホールが発生する。溶接電流は溶接ワイヤーの送給量とリンクしており、必要以上に溶接電流を大きくすると溶滴が粗大化し、溶融池と短絡してスパッタが発生するので３５０Ａ以下が好ましい。

【0030】

〔平均溶接電圧〕
本発明では、平均溶接電圧ＥＡを２０〜３５Ｖの範囲とすることが好ましい。本発明で、平均溶接電圧ＥＡは下記（４）式とする。
ＥＡ＝（（ＥＰ×ＴＥＰ）＋（ＥＢ×ＴＥＢ））／（ＴＥＰ＋ＴＥＢ）…（４）
ここで、
ＥＰ：ピーク電圧（Ｖ）
ＥＢ：ベース電圧（Ｖ）
ＴＥＰ：ピーク電圧期間（ｍｓ）
ＴＥＢ：ベース電圧期間（ｍｓ）
平均溶接電圧ＥＡが２０Ｖ未満ではアーク長が短くなって溶滴と溶融池が短絡してスパッタが発生する。平均溶接電圧が３５Ｖを超えると入熱過多で溶け落ちが発生する。

【0031】

〔パルス周期〕
パルス周期ＰＦは１〜５０ｍｓの範囲とする。１ｍｓ未満では溶滴移行が不安定になり、スパッタが発生する。一方、５０ｍｓを超えるとアークが発生していない期間が長くなりすぎて溶融池の押し下げ効果が弱くなり、Ｚｎ蒸気が排出されにくくなってスパッタ、ブローホールが発生する。

【0032】

〔溶接速度〕
本発明で溶接速度は特に限定されない。溶融Ｚｎ系めっき鋼板の板厚によって適宜選択される。

【0033】

〔シールドガス〕
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Ａｒ−ＣＯ_２混合ガスが用いられる。本発明でもシールドガスは、Ａｒ−ＣＯ_２混合ガスを用いる。Ａｒ−３０体積％ＣＯ_２ガスやＡｒ−２０体積％ＣＯ_２ガス、あるいはさらにＣＯ_２濃度を下げたＡｒ−５体積％ＣＯ_２ガス等はスパッタ抑制効果が大きいので好適である。

【0034】

〔溶融Ｚｎ系めっき鋼板〕
本発明に係る溶融Ｚｎ系めっき鋼板はめっき層の組成がＺｎを主成分とし、質量％でＡｌ：１．０〜２２．０％を含有し、めっき付着量Ｗが１５〜２５０ｇ／ｍ^２である。

【0035】

また、めっき付着量Ｗとめっき層中のＡｌ濃度Ｃ_Ａｌが下記（１）式の関係を満足することが好ましい。

【0036】

０．００８５Ｗ＋０．８７≦Ｃ_Ａｌ≦２２ …（１）
ここで、
Ｗ：めっき付着量（ｇ／ｍ^２）
Ｃ_Ａｌ:めっき層中のＡｌ濃度（質量％）。

【0037】

前記溶融Ｚｎ系めっき鋼板のめっき層は更に質量％で、Ｍｇ：０．０５〜１０．０％、Ｔｉ：０．００２〜０．１０％、Ｂ：０．００１〜０．０５％、Ｓｉ：０〜２．０％、Ｆｅ：０〜２．５％からなる群から選ばれる１あるいは２以上を含有することができる。

【0038】

溶融めっきの方法は特に限定されないが、一般的にはインライン焼鈍型の溶融めっき設備を使用することがコスト的に有利となる。めっき層組成は溶融めっき浴組成をほぼ反映したものとなる。以下、めっき層の成分元素について説明する。めっき層成分元素の「％」は特に断らない限り「質量％」を意味する。

【0039】

Ａｌは、めっき鋼板の耐食性向上に有効であり、また、めっき浴においてＭｇ酸化物系ドロスの発生を抑制する。さらに、図５に示すようにＡｌは微量添加でＦｅの粘度を下げる効果があり、アーク溶接時にめっき層中のＡｌは溶融池に取り込まれて溶融池の粘度を下げてＺｎ蒸気の排出を促進してスパッタ、ブローホールを抑制する。これらの作用を十分に発揮させるためには１.０％以上のＡｌ含有量を確保する必要があり、４.０％以上のＡｌ含有量を確保することがより好ましい。一方、Ａｌ含有量が多くなるとめっき層の下地に脆いＦｅ−Ａｌ合金層が成長しやすくなり、Ｆｅ−Ａｌ合金層の過剰な成長はめっき密着性の低下を招く要因となる。種々検討の結果、Ａｌ含有量は２２.０％以下とすることがより好ましく、１５.０％以下、あるいはさらに１０.０％以下に管理しても構わない。

【0040】

Ｍｇは、めっき層表面に均一な腐食生成物を生成させてめっき鋼板の耐食性を著しく高める作用を呈する。Ｍｇ含有量は０.０５％以上とすることがより効果的であり、１.０％以上とすることがさらに好ましい。一方、めっき浴中のＭｇ含有量が多くなるとＭｇ酸化物系ドロスが発生し易くなり、めっき層の品質低下を招く要因となるのでＭｇ含有量は１０.０％以下の範囲とする。また、Ｍｇは沸点が約１０９１℃とＦｅの融点よりも低く、Ｚｎと同様にアーク溶接時に蒸発してスパッタ、ブローホールの原因になると考えられるのでＭｇ含有量は１０．０％以下が望ましい。

【0041】

溶融めっき浴中にＴｉを含有させると、めっき層外観と耐食性を低下させる原因となるＺｎ_１１Ｍｇ_２系相の生成、成長が抑制されるので好適である。Ｔｉ添加量が０．００２％未満では抑制効果が不十分で、０．１％を越えるとめっき時にＴｉ−Ａｌ系の析出物の生成、成長に起因しためっき層表面の外観不良を引き起こす要因となる。このため、本発明ではＴｉ添加量を０．００２〜０．１％に限定する。

【0042】

ＢもＴｉと同様にＺｎ_１１Ｍｇ_２系相の生成、成長を抑制する効果を有する。Ｂの場合、添加量を０.００１％以上とすることがより効果的である。ただし、Ｂも過剰添加するとＴｉ−ＢあるいはＡｌ−Ｂ系の析出物に起因しためっき層表面の外観不良を引き起こすのでＢ：０.０５％以下の範囲とすることが望ましい。

【0043】

溶融めっき浴中にＳｉを含有させると、めっき原板表面とめっき層の界面に生成するＦｅ−Ａｌ合金層の過剰な成長が抑制され、溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板の加工性を向上させる上で有利となる。したがって、必要に応じてＳｉを含有させることができる。その場合、Ｓｉ含有量を０.００５％以上とすることがより効果的である。ただし、過剰のＳｉ含有は溶融めっき浴中のドロス量を増大させる要因となるので、Ｓｉ含有量は２.０％以下とすることが望ましい。

【0044】

溶融めっき浴中には、鋼板を浸漬・通過させる関係上、Ｆｅが混入しやすい。Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき層中にＦｅが混入すると耐食性が低下するのでＦｅ含有量は２.５％以下とすることが好ましい。

【0045】

〔めっき付着量〕
溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ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／ｍ^２以上とすることがより効果的である。一方、めっき付着量が２５０ｇ／ｍ^２を超えるとＺｎ蒸気の発生量が多くなり過ぎ、本発明法でもスパッタ、ブローホールを抑制することが困難になるので上限を２５０ｇ／ｍ^２とする。

【0046】

〔ブローホール占有率、スパッタ付着個数〕
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３に模式図的に示すブローホール長さの積算値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。本発明の溶接部材は、ブローホール占有率Ｂｒが３０％以下で溶接強度に優れる。

【0047】

Ｂｒ＝（Σｄi／Ｌ）×１００ …（２）
Σｄi：ブローホール長さの積算値（ｍｍ）
Ｌ：溶接ビード長さ（ｍｍ）。

【0048】

図３の点線で示す、溶接ビードを中心とした幅１００ｍｍ、長さ１００ｍｍの領域７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。本発明の溶接部材はスパッタ付着個数が２０個以下で溶接部外観と耐食性に優れる。

【実施例】

【0049】

板厚３.２ｍｍ、板幅１０００ｍｍの冷延鋼帯をめっき原板とし、これを溶融めっきラインに通板して溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板を製造した。

【0050】

上記めっき鋼板から幅１００ｍｍ、長さ２００ｍｍのサンプルを切り出し、重ね隅肉溶接継手でパルスアーク溶接を行った。ソリッドワイヤーにはＪＩＳ Ｚ３３１２ ＹＧＷ１２を用い、溶接速度０．４ｍ／ｍｉｎ、ビード長さは１８０ｍｍ、重ね代は３０ｍｍとした。その他の溶接条件を表１、２に示す。パルスアーク溶接後、Ｘ線透過写真を撮影し、前述の方法でブローホール占有率Ｂｒを測定した。また、目視によりスパッタ付着個数を測定した。

【0051】

表１に、本発明によるパルスアーク溶接の実施例を示す。また、表２に、めっき層中のＡｌ濃度Ｃ_Ａｌ（質量％）とめっき付着量Ｗ（ｇ／ｍ^２）とがＣ_Ａｌ＜０．００８５Ｗ＋０．８７の範囲である参考例と、めっき層中のＡｌ濃度が本発明の条件範囲外でパルスアーク溶接した比較例とを示す。

【0052】

【表1】

【0053】

【表2】

【0054】

表１のＮｏ．１〜３０に示すように、パルスアーク溶接条件、めっき層中のＡｌ濃度が本発明の範囲内の実施例では、ブローホール占有率は３０％以下、スパッタ付着個数は２０以下であった。本実施例から、本発明により溶接部外観と耐食性および溶接強度に優れた溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼鈑アーク溶接部材が得られることがわかる。

【0055】

表２のＮｏ．３１〜３４に示される、めっき層中のＡｌ濃度Ｃ_Ａｌ（質量％）とめっき付着量Ｗ（ｇ／ｍ^２）とがＣ_Ａｌ＜０．００８５Ｗ＋０．８７の範囲である参考例では、スパッタおよびブローホールの発生が見られた。ただし、Ｃ_Ａｌ＜０．００８５Ｗ＋０．８７を満たす範囲では、平均溶接電流、平均溶接電圧、パルス周期以外のパルスアーク溶接条件を適宜調整することにより、ブローホール占有率３０％以下、かつスパッタ付着個数２０個以下に抑制することができる。

【0056】

これに対し、Ｎｏ．３５〜３９の平均溶接電流、平均溶接電圧、パルス周期が本発明の範囲外の比較例ではスパッタ、ブローホールが著しく発生した。また、Ｎｏ．４０のめっき付着量が本発明の範囲を超える比較例でもスパッタ、ブローホールが著しく発生した。

【符号の説明】

【0057】

１、１’ 溶融Ｚｎ系めっき鋼板
２ 溶接ワイヤー
３ 溶融池
４ パルスアーク
５ 溶滴
６ 溶接ビード
７ スパッタ個数を数える領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】