特許 6150033 消耗電極式ガスシールドアーク溶接方法及びアーク溶接部

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6150033

(24)【登録日】2017年6月2日

(45)【発行日】2017年6月21日

(54)【発明の名称】消耗電極式ガスシールドアーク溶接方法及びアーク溶接部

(51)【国際特許分類】

   B23K 9/16 20060101AFI20170612BHJP

   B23K 9/173 20060101ALI20170612BHJP

【ＦＩ】

   B23K9/16 J

   B23K9/16 M

   B23K9/173 Z

【請求項の数】7

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2017-515996(P2017-515996)

(86)(22)【出願日】2017年1月20日

(86)【国際出願番号】JP2017001934

【審査請求日】2017年3月22日

(31)【優先権主張番号】特願2016-8695(P2016-8695)

(32)【優先日】2016年1月20日

(33)【優先権主張国】JP

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000006655

【氏名又は名称】新日鐵住金株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100064908

【弁理士】

【氏名又は名称】志賀 正武

(74)【代理人】

【識別番号】100175802

【弁理士】

【氏名又は名称】寺本 光生

(74)【代理人】

【識別番号】100106909

【弁理士】

【氏名又は名称】棚井 澄雄

(74)【代理人】

【識別番号】100134359

【弁理士】

【氏名又は名称】勝俣 智夫

(74)【代理人】

【識別番号】100188592

【弁理士】

【氏名又は名称】山口 洋

(72)【発明者】

【氏名】児玉 真二

(72)【発明者】

【氏名】銭谷 佑

(72)【発明者】

【氏名】大阿見 祥子

(72)【発明者】

【氏名】松葉 正寛

【審査官】 竹下 和志

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−１４４４２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭６４−２７１７０（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｋ ９／００ − １０／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

消耗電極を有する溶接トーチを用いて二枚の鋼板をアーク溶接する消耗電極式ガスシールドアーク溶接方法であって、
下記（１）式で示される酸素ポテンシャルαが１．５％〜５％であるシールドガスを、前記溶接トーチから前記消耗電極に向けて供給しながらアーク溶接を行い、
前記アーク溶接により形成された７００℃以上の状態にある溶接ビードと溶接止端部とに対し、下記（２）式で示される酸素ポテンシャルβが１５％〜５０％である酸化促進ガスを、１〜３ｍ／秒の流速で吹き付ける
ことを特徴とする消耗電極式ガスシールドアーク溶接方法。
α＝１００×（［Ｖ_１（Ｏ_２）］＋［Ｖ_１（ＣＯ_２）］／５）／（［Ｖ_１（Ｘ）］＋［Ｖ_１（Ｏ_２）］＋［Ｖ_１（ＣＯ_２）］）・・・（１）式
β＝１００×［Ｖ_２（Ｏ_２）］／（［Ｖ_２（Ｘ）］＋［Ｖ_２（Ｏ_２）］＋［Ｖ_２（ＣＯ_２）］）・・・（２）式
ここで、
［Ｖ_１（Ｘ）］はシールドガスに含まれる不活性ガスの混合率（体積％）であり、
［Ｖ_１（Ｏ_２）］はシールドガスに含まれる酸素の混合率（体積％）であり、
［Ｖ_１（ＣＯ_２）］はシールドガスに含まれる二酸化炭素の混合率（体積％）であり、
［Ｖ_２（Ｘ）］は酸化促進ガスに含まれる不活性ガスの混合率（体積％）であり、
［Ｖ_２（Ｏ_２）］は酸化促進ガスに含まれる酸素の混合率（体積％）であり、
［Ｖ_２（ＣＯ_２）］は酸化促進ガスに含まれる二酸化炭素の混合率（体積％）である。

【請求項2】

前記酸化促進ガスは、前記溶接トーチと、その外周面から外方に離間して設けられる外周壁との間に形成された空間を介して吹き付けられる
ことを特徴とする請求項１に記載の消耗電極式ガスシールドアーク溶接方法。

【請求項3】

前記酸化促進ガスは、７００℃以上の状態にある前記溶接ビードと溶接止端部の少なくとも一部の上方領域が包囲された状態で、前記上方領域内に吹き付けられる
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の消耗電極式ガスシールドアーク溶接方法。

【請求項4】

前記溶接ビードと溶接止端部のうち前記酸化促進ガスが吹き付けられる部位と、前記消耗電極の先端位置との水平方向の最短離間距離が３５ｍｍ以下である
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の消耗電極式ガスシールドアーク溶接方法。

【請求項5】

請求項１〜４のいずれか一項に記載の消耗電極式ガスシールドアーク溶接方法により形成されるアーク溶接部であって、
溶接ビードの表面、及び、前記溶接ビードの溶接止端部の表面が、マグネタイト及びウスタイトのいずれか一方または両方を含有する導電性の鉄酸化物スラグで覆われていることを特徴とするアーク溶接部。

【請求項6】

前記導電性の鉄酸化物スラグの厚さが１０μｍ〜５０μｍである
ことを特徴とする請求項５に記載のアーク溶接部。

【請求項7】

前記溶接ビードの表面、及び、前記溶接ビードの溶接止端部の表面の全面が前記導電性の鉄酸化物スラグで覆われている
ことを特徴とする請求項５又は６に記載のアーク溶接部。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、消耗電極式ガスシールドアーク溶接方法と、この消耗電極式ガスシールドアーク溶接方法により得られるアーク溶接部に関する。
本願は、２０１６年１月２０日に、日本に出願された特願２０１６−００８６９５号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

【背景技術】

【0002】

ガスシールドアーク溶接は、様々な分野で広く用いられており、例えば、自動車分野では足廻り部材などの溶接に用いられている。
ソリッドワイヤを用いて鋼部材をガスシールドアーク溶接する際のシールドガスには、ＣＯ_２１００％のガス、又は、ＡｒとＣＯ_２との混合ガスが使用されている。しかしながら、ＣＯ_２のような酸化性ガスを含むシールドガスを使用して溶接すると、シールドガス中の酸化性ガスに含まれる酸素が鋼材やワイヤに含まれるＳｉやＭｎなどの元素と反応し、Ｓｉ酸化物やＭｎ酸化物を主体とするＳｉ，Ｍｎ系スラグが生成する。その結果、溶融凝固部である溶接ビードの表面などにＳｉ，Ｍｎ系スラグが多く残存するようになる。

【0003】

自動車の足廻り部材など、耐食性を要求される部材では、溶接組み立て後に電着塗装が施される。この電着塗装を行う際に、アーク溶接部の表面にＳｉ，Ｍｎ系スラグが残存していると、その部分の電着塗装性が悪くなる。その結果、塗装が付かずに、Ｓｉ，Ｍｎ系スラグが表面に現れる個所が発生して耐食性が低下するようになる（図８参照）。

【0004】

Ｓｉ，Ｍｎ系スラグの残存部で電着塗装性が低下する理由は、Ｓｉ酸化物やＭｎ酸化物が絶縁体であり、塗装時に通電できず、塗装が全面に付着しないためである。
このＳｉ，Ｍｎ系スラグは溶接部の脱酸過程の副産物であり、また、アークそのものを安定化させる効果もあるため、ソリッドワイヤ等を用いたガスシールドアーク溶接では、このＳｉ，Ｍｎ系スラグを発生させないようにすることは難しい。その結果、電着塗装した部材でも溶接部の腐食は不可避であった。
そのため、自動車の足回り部材などの設計においては、腐食による減肉を考慮し、厚目の板厚設計がなされており、これが高張力鋼材の使用による薄板化に対する障害になっている。

【0005】

このような問題に対し、ガスシールドアーク溶接において発生するＳｉ，Ｍｎ系スラグの量を減らして、電着塗装性を改善するために、従来、以下のような対策が提案されている。

【0006】

例えば、特許文献１は、酸素の供給減であるシールドガス中の酸化性ガス（ＣＯ_２、Ｏ_２）の量を制限することで酸化物であるスラグの量を減らす方法を提案している。

【0007】

特許文献２は、不活性ガスからなるシールドガスを消耗電極に向けて供給し、酸化性ガスと不活性ガスとの混合ガスからなる添加ガスを溶融プール外縁に向けて供給する消耗電極式ガスシールドアーク溶接方法を提案している。この溶接方法によれば、アークを安定化させつつ、溶接金属中の溶存酸素濃度を極めて低く抑えることできる。

【0008】

特許文献３は、母材と溶接ワイヤの合計Ｓｉ量が０．０４〜０．２％に制限された成分組成の溶接ワイヤを用いるガスシールドメタルアーク溶接方法を提案している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】日本国特開２０１２−２１３８０１号公報

【特許文献2】日本国特開２００７−０４４７３６号公報

【特許文献3】日本国特開平８−３３９９７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

しかし、特許文献１〜３の技術では、絶縁性のスラグの発生量を無くす観点からは十分とは言えない。特に、ＳｉやＭｎの含有量が多い高張力鋼板では、母材に含まれるＳｉやＭｎに起因するＳｉ，Ｍｎ系スラグが多く発生する問題がある。また、特許文献１のようにシールドガス中のＣＯ_２やＯ_２の量を減らすと、Ａｒの割合が高くなるため、コストが高くなり、かつ溶接時にアークがふらついて、ビード形状が悪化するという問題がある。また、特許文献３のように、脱酸元素が少ないと、溶接金属の脱酸が十分でなく、ブローホールが発生しやすいという問題もある。

【0011】

そこで、本発明は、Ｓｉ，Ｍｎ系スラグによる電着塗装不良部が発生しない溶接部が形成できる消耗電極式ガスシールドアーク溶接方法及びアーク溶接部を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0012】

本発明の要旨は、下記のとおりである。

【0013】

（１）本発明の第一の態様は、消耗電極を有する溶接トーチを用いて二枚の鋼板をアーク溶接する消耗電極式ガスシールドアーク溶接方法であって、下記（Ａ）式で示される酸素ポテンシャルαが１．５％〜５％であるシールドガスを、前記溶接トーチから前記消耗電極に向けて供給しながらアーク溶接を行い、前記アーク溶接により形成された７００℃以上の状態にある溶接ビードと溶接止端部とに対し、下記（Ｂ）式で示される酸素ポテンシャルβが１５％〜５０％である酸化促進ガスを、１〜３ｍ／秒の流速で吹き付ける、消耗電極式ガスシールドアーク溶接方法である。
α＝１００×（［Ｖ_１（Ｏ_２）］＋［Ｖ_１（ＣＯ_２）］／５）／（［Ｖ_１（Ｘ）］＋［Ｖ_１（Ｏ_２）］＋［Ｖ_１（ＣＯ_２）］）・・・（Ａ）式
β＝１００×［Ｖ_２（Ｏ_２）］／（［Ｖ_２（Ｘ）］＋［Ｖ_２（Ｏ_２）］＋［Ｖ_２（ＣＯ_２）］）・・・（Ｂ）式
ここで、
［Ｖ_１（Ｘ）］はシールドガスに含まれる不活性ガスの混合率（体積％）であり、
［Ｖ_１（Ｏ_２）］はシールドガスに含まれる酸素の混合率（体積％）であり、
［Ｖ_１（ＣＯ_２）］はシールドガスに含まれる二酸化炭素の混合率（体積％）であり、
［Ｖ_２（Ｘ）］は酸化促進ガスに含まれる不活性ガスの混合率（体積％）であり、
［Ｖ_２（Ｏ_２）］は酸化促進ガスに含まれる酸素の混合率（体積％）であり、
［Ｖ_２（ＣＯ_２）］は酸化促進ガスに含まれる二酸化炭素の混合率（体積％）である。

【0014】

（２）上記（１）に記載の消耗電極式ガスシールドアーク溶接方法では、前記酸化促進ガスは、前記溶接トーチと、その外周面から外方に離間して設けられる外周壁との間に形成された空間を介して吹き付けられてもよい。

【0015】

（３）上記（１）又は（２）に記載の消耗電極式ガスシールドアーク溶接方法では、前記酸化促進ガスは、７００℃以上の状態にある前記溶接ビードと溶接止端部の少なくとも一部の上方領域が包囲された状態で、前記上方領域内に吹き付けられてもよい。

【0016】

（４）上記（１）〜（３）のいずれか一項に記載の消耗電極式ガスシールドアーク溶接方法では、前記溶接ビードと溶接止端部のうち前記酸化促進ガスが吹き付けられる部位と、前記消耗電極の先端位置との水平方向の最短離間距離が３５ｍｍ以下であってもよい。

【0017】

（５）本発明の第二の態様は、上記（１）〜（４）のいずれか一項に記載の消耗電極式ガスシールドアーク溶接方法により形成されるアーク溶接部であって、溶接ビードの表面、及び、前記溶接ビードの溶接止端部の表面が、マグネタイト及びウスタイトのいずれか一方又は両方を含有する導電性の鉄酸化物スラグで覆われるアーク溶接部である。

【0018】

（６）上記（５）に記載のアーク溶接部では、前記導電性の鉄酸化物スラグの厚さが１０μｍ〜５０μｍであってもよい。

【0019】

（７）上記（５）又は（６）に記載のアーク溶接部では、前記溶接ビードの表面、及び、前記溶接ビードの溶接止端部の表面の全面が前記導電性の鉄酸化物スラグで覆われていてもよい。

【発明の効果】

【0020】

上記（１）〜（４）に記載の方法によれば、アーク溶接により形成された７００℃以上の状態にある溶接ビードと溶接止端部の表面は、酸素ポテンシャルβが高い酸化促進ガスに晒されることになる。従って、溶接ビード及び溶接ビード止端部の表面を導電性の鉄酸化物スラグで覆うことができるため、絶縁性のＳｉ，Ｍｎ系スラグが表面に出現することがない。従って、溶接部を含む構造部材を電着塗装しても溶接部に電着塗装不良が発生せず、このため構造部材の耐食性を高めることができる。

【0021】

特に、上記（２）に記載の方法によれば、溶接トーチの外周に形成された空間を介して酸化促進ガスが溶接ビードと溶接止端部とに吹き付けられる。従って、より確実に、アーク溶接により形成された７００℃以上の状態にある溶接ビードと溶接止端部とに対し、酸化促進ガスを吹き付けることができ、溶接ビード及び溶接ビード止端部の表面を導電性の鉄酸化物スラグで覆うことができる。更に、溶接の施工性も高めることができる。

【0022】

また、上記（３）に記載の方法によれば、溶接トーチの進行方向後方にある溶接ビードと溶接止端部の上方領域を包囲した状態でその領域内に酸化促進ガスを吹き付けるため、酸化促進ガスを高い濃度に保った状態で溶接ビードと溶接止端部とに吹き付けることができる。従って、より確実に、溶接ビード及び溶接ビード止端部の表面を導電性の鉄酸化物スラグで覆うことができる。

【0023】

また、上記（４）に記載の方法によれば、離間距離Ｄを３５ｍｍ以下に設定することで、より確実に、アーク溶接により形成された７００℃以上の状態にある溶接ビードと溶接止端部とに対し、酸化促進ガスを吹き付けることができ、溶接ビード及び溶接ビード止端部の表面を導電性の鉄酸化物スラグで覆うことができる。

【0024】

上記（５）〜（７）に記載のアーク溶接部では、溶接ビード及び溶接止端部の表面が導電性の鉄酸化物スラグで覆われるため、絶縁性のＳｉ，Ｍｎ系スラグが表面に出現することがない。従って、溶接部を含む構造部材を電着塗装しても溶接部に電着塗装不良部が発生せず、このため構造部材の耐食性を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1A】本発明の一実施形態に係る消耗電極式ガスシールドアーク溶接方法を説明するための縦断面図である。

【図1B】同実施形態に係る消耗電極式ガスシールドアーク溶接方法を説明するための上面図である。

【図2】同実施形態に係る消耗電極式ガスシールドアーク溶接方法で用いる酸化促進ガス吹付手段をその下方より見た図である。

【図3A】第一変形例に係る酸化促進ガス吹付手段を説明するための縦断面図である。

【図3B】同変形例に係る酸化促進ガス吹付手段を説明するための上面図である。

【図4】第二変形例に係る酸化促進ガス吹付手段を説明するための溶接トーチの断面図である。

【図5】酸化促進ガスＧ２を用いない比較例（実験例１６）、酸化促進ガスＧ２の酸素ポテンシャルβを１０．０％とした比較例（実験例１９）、及び、酸化促進ガスＧ２の酸素ポテンシャルβを１５．０％とした発明例（実験例２）について、溶接後外観、塗装後外観、及び腐食後外観を示す写真である。

【図6】酸化促進ガスＧ２の酸素ポテンシャルβを１０．０％とした比較例（実験例１９）について、Ｓｉ，Ｍｎ系スラグの一部がＦｅ系酸化物に置換されている状態を示す外観写真（左）とＳＥＭ写真とを示す

【図7】発明例での効果を特許文献１〜３の技術と比較して示す概略説明図である。

【図8】従来の溶接方法による溶接部の構造を説明するための図であって鋼板に垂直な断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0026】

消耗電極式ガスシールドアーク溶接では、アーク安定性の観点から、シールドガス中に所定量の酸化性ガスを混合せざるを得ない。電着塗装不良を抑制するための従来の対策として、シールドガス中の酸化性ガスの量を減らす対策、又は、消耗電極（溶接ワイヤ）中の酸化成分を減らしてＳｉ，Ｍｎ系スラグの量を減らす対策を採用する場合、溶接品質に悪影響が発生する虞がある。

【0027】

そこで、本願発明者らは、通常のシールドガス及び溶接ワイヤを用いて、様々な溶接条件で溶接部のスラグ発生状況及び電着塗装性を評価した結果、溶接入熱を過度に高くした条件においてＳｉ，Ｍｎ系スラグが減少し、電着塗装性が向上する傾向を見出した。更に、これらの溶接条件における溶接ビードと溶接止端部の表面を観察したところ、溶接ビードの表層に導電性を有する鉄酸化物（ＦｅＯ、Ｆｅ_３Ｏ_４）が形成されていることを確認した。

【0028】

高入熱の溶接条件では溶接金属の冷却速度が遅くなるため、溶融・凝固後の高温状態の溶接ビードと溶接止端部とがシールドガスで保護された領域から外れやすくなる。その結果、高温の溶接ビードと溶接止端部が大気雰囲気に曝されて酸化が促進され、溶接ビードと溶接止端部の表層が鉄酸化膜で覆われたと考えられた。

【0029】

以上の知見を基に、本願発明では、溶接部の酸化を防ぐのではなく、凝固した溶接ビード及び溶接止端部の表面を積極的に酸化させることによって、導電性を有する鉄酸化物（ＦｅＯ、Ｆｅ_３Ｏ_４）を生成させてＳｉ酸化物や、Ｍｎ酸化物を鉄酸化物で覆い、溶接ビード及び溶接止端部の表面に導電性を付与することを着想した。

【0030】

このような傾向は溶接速度を速くして、溶融プールを進行方向後方に拡げることによっても確認されたが、一般的に溶接条件は適用される鋼板の板厚や継手の形式によって一義的に決定されるものであり、スラグ生成量の制御を目的に自由に設定出来ない。過度な入熱の増加は鋼板の溶け落ちを招き、溶接速度の高速化は溶接ビード形状の不良につながる。
そこで、本願発明者らは、溶接入熱や速度に依存することなく、溶接ビードの表面に安定した鉄酸化膜を形成させることを目的に、検討を進めた。

【0031】

その結果、通常のアーク溶接トーチの溶接進行方向の後方における高温状態の溶接ビード及び溶接止端部に対し、酸素ポテンシャルβの高い酸化促進ガスＧ２を吹き付ければ、溶接ビード及び溶接止端部の表面に残存する酸素ポテンシャルαの低いシールドガスＧ１を排除することができ、溶接ビード及び溶接止端部の表面の鉄の酸化が促進され、シールドガス中の酸化性ガスとの反応で形成されたＳｉやＭｎ酸化物を含め、溶接ビード及び溶接止端部の表面を導電性のある鉄酸化物で覆うことができることを新たに知見し、本発明に至った。

【0032】

以下、上述の知見に基づきなされた本発明の実施形態について図面に基づき詳細に説明する。

【0033】

図１Ａ、図１Ｂは、本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概略図である。
本実施形態に係るガスシールドアーク溶接方法では、図１Ａ、１Ｂに示すように、消耗電極を有する溶接トーチ１と、前記溶接トーチ１の溶接進行方向の反対側に向かって延在する酸化促進ガス吹付ノズル２２（フードノズル２２Ａ）とを用い、二枚の鋼板を溶接する。

【0034】

本実施形態では、消耗電極式ガスシールドアーク溶接の過程で生成される導電性の鉄酸化物スラグ９により、溶接ビード８１の表面、及び、溶接ビード８１と鋼材（母材）との境界部である溶接止端部８２の表面を覆う。これにより、溶接の際に生成した絶縁性のＳｉ，Ｍｎ系スラグを導電性の鉄酸化物スラグ９内に閉じ込めるようにする。

【0035】

溶接の際に生成できる可能性のあるスラグで、導電性を有するものとして、マグネタイト（Ｆｅ_３Ｏ_４）やウスタイト（ＦｅＯ）があることが知られている。
そこで、溶融プール８の表面上、あるいは、溶接ビード８１及び溶接止端部８２の表面上で鉄の酸化を促進し、マグネタイトやウスタイト主体の導電性の鉄酸化物スラグ９により覆われたアーク溶接部を得ることが必要となる。

【0036】

溶接の際に、高温状態の溶接ビード８１と溶接止端部８２の表面を酸化性雰囲気に曝すことにより、鉄酸化物であるマグネタイトやウスタイトが形成でき、溶接ビード８１の表面、及び、溶接止端部８２の表面を、マグネタイト及びウスタイトのいずれか一方または両方を含有する導電性の鉄酸化物スラグで覆うことができる。
尚、溶接ビード８１の表面と溶接止端部８２の表面だけではなく、溶接トーチ１からのシールドガスＧ１により形成されるシールド領域よりも外にある溶融プール８の表面も、酸化性雰囲気に曝すことが好ましい。

【0037】

本実施形態では、少なくとも溶接ビード８１の表面と溶接止端部８２の表面とに向けて酸素ポテンシャルβが高い酸化促進ガスＧ２をシールドガスＧ１とは別に吹き付けることで鉄の酸化を促進し、溶接ビード８１及び溶接止端部８２の表面を導電性の鉄酸化物スラグ９により覆う。

【0038】

本実施形態に係るガスシールドアーク溶接方法によれば、消耗電極式ガスシールドアーク溶接をする際に、不活性ガスもしくは酸化性ガスと不活性ガスからなる酸素ポテンシャルαが低いシールドガスを消耗電極に向けて供給し、その直後に、酸化性ガスと不活性ガスとの混合ガスからなる酸素ポテンシャルβが高い酸化促進ガスＧ２を少なくとも高温状態の溶接ビード８１及び溶接止端部８２に向けて吹き付ける。これにより、溶接ビード８１および溶接止端部８２がすべて導電性の鉄酸化物スラグ９に覆われ、絶縁性のＳｉ，Ｍｎ系スラグが導電性の鉄酸化物スラグ９中に埋没した溶接部を得ることができる。

【0039】

導電性の鉄酸化物スラグ９が形成されているかどうかは、溶接ビード８１及び溶接止端部８２の表面の組成をＥＰＭＡによる元素マッピングにより調べることや、導電性を調べることにより確認できる。
上記のように酸化促進ガスＧ２を使用して溶接した後の溶接ビード８１とその溶接止端部８２の範囲を切断し、切断面を研磨し、ＥＰＭＡによる元素マッピングをすることにより、溶接ビード８１とその溶接止端部８２の断面で観察した表面付近が、導電性の鉄酸化物スラグ９で覆われていること、この導電性の鉄酸化物スラグ９の最表面はほぼ鉄酸化物となっていること、絶縁性のＳｉ，Ｍｎ系スラグを形成するＳｉ酸化物やＭｎ酸化物は、溶接ビード８１と溶接止端部８２の最表面には殆ど存在しないことを確認することが出来る。

【0040】

さらに、市販のテスターを用いて鉄酸化物スラグ９の表面と、溶接ビード８１、溶接止端部８２の外側の鋼板表面との間の導通を測定したところ、４０〜１０００Ωの抵抗値での導電性を確認した。なお、溶接ビード８１及び溶接止端部８２の表面に絶縁性のＳｉ，Ｍｎ系スラグが存在すると、電気抵抗が無限大もしくは通常の導電体の計測範囲外となり一般的な市販のテスターでは計測することができない。

【0041】

（溶接トーチ１）
溶接トーチ１は、消耗電極５とそれを囲う周壁部との間がシールドガスＧ１の通路となるように構成される。この溶接トーチ１からシールドガスＧ１が消耗電極５に向けて供給されながら、溶接位置に配置された鋼部材間に形成された溶接線に沿って、アーク溶接が行われる。

【0042】

（消耗電極５）
消耗電極５は、特に限定されるものではないが、溶融プール８でのＳｉ，Ｍｎ系スラグの発生を極力少なくするため、Ｓｉ含有量が１質量％以下、Ｍｎ含有量が２質量％以下であることが望ましい。

【0043】

（シールドガスＧ１）
シールドガスＧ１は、ＡｒやＨｅ等の不活性ガスを主体としてＯ_２及び／又はＣＯ_２を混合させた混合ガスであり、溶接トーチ１から消耗電極５（溶接ワイヤ）及びアークプラズマを囲む領域に向けて流出される。シールドガスＧ１の役割は、アークプラズマの発生領域の雰囲気を大気と置換することに加え、アークの安定性を確保することであるため、下記（１）式で示す酸素ポテンシャルαが１．５％以上、好ましくは２．０％、更に好ましくは４．０％となるように、不活性ガス、Ｏ_２、ＣＯ_２の混合率が調整される。

【0044】

α＝１００×（［Ｖ_１（Ｏ_２）］＋［Ｖ_１（ＣＯ_２）］／５）／（［Ｖ_１（Ｘ）］＋［Ｖ_１（Ｏ_２）］＋［Ｖ_１（ＣＯ_２）］）・・・（１）式

【0045】

上記（１）式において、
［Ｖ_１（Ｘ）］はシールドガスＧ１に含まれる不活性ガスの混合率（体積％）であり、
［Ｖ_１（Ｏ_２）］はシールドガスＧ１に含まれる酸素の混合率（体積％）であり、
［Ｖ_１（ＣＯ_２）］はシールドガスＧ１に含まれる二酸化炭素の混合率（体積％）である。

【0046】

一方、シールドガスＧ１の酸素ポテンシャルαが５％を超える場合には、溶融プール８の表面に過剰なＳｉ，Ｍｎ系スラグが生成するため、後に酸化促進ガスＧ２を吹き付けても、溶接ビード８１及び溶接止端部８２の表面を導電性の鉄酸化物で覆うことができなくなる。
従って、シールドガスＧ１の酸素ポテンシャルαが５％以下、好ましくは４．５％以下、更に好ましくは４．０％以下となるように、Ｏ_２及び／又はＣＯ_２の含有量が調整される。

【0047】

（酸化促進ガスＧ２）
酸化促進ガスＧ２は、不活性ガス（窒素やアルゴンやＨｅ等）、Ｏ_２、及びＣＯ_２の２種以上を混合させた混合ガスであり、空気（Ｏ_２：１５％〜２５％、窒素：７５％〜８５％）を用いることが簡便である。また、空気を用いた場合でも、さらに酸素ガスを追加して酸化の進行度合いを調整することもできる。

【0048】

酸化促進ガスＧ２は、溶融プール８の後方の７００℃以上の溶接ビード８１及び溶接止端部８２の領域に吹き付けられる。酸化促進ガスＧ２の役割は、溶接ビード８１及び溶接止端部８２の表面の鉄の酸化を促進させ、溶融プール８で形成された絶縁性のＳｉ，Ｍｎ系スラグを導電性の鉄酸化物（ＦｅＯ、Ｆｅ_３Ｏ_４）に置換することであるため、下記（２）式で示す酸素ポテンシャルβが１５％、好ましくは２０％以上、更に好ましくは２５％以上となるように、不活性ガス、Ｏ_２、ＣＯ_２の混合率が調整される。

【0049】

β＝１００×［Ｖ_２（Ｏ_２）］／（［Ｖ_２（Ｘ）］＋［Ｖ_２（Ｏ_２）］＋［Ｖ_２（ＣＯ_２）］）・・・（２）式

【0050】

上記（２）式において、
［Ｖ_２（Ｘ）］は酸化促進ガスＧ２に含まれる不活性ガスの混合率（体積％）であり、
［Ｖ_２（Ｏ_２）］は酸化促進ガスＧ２に含まれる酸素の混合率（体積％）であり、
［Ｖ_２（ＣＯ_２）］は酸化促進ガスＧ２に含まれる二酸化炭素の混合率（体積％）である。

【0051】

なお、シールドガスＧ１と酸化促進ガスＧ２ではＣＯ_２の作用が異なる。
アークプラズマが発生する領域で用いられるシールドガスＧ１に含まれるＣＯ_２はプラズマの熱で解離するため酸化性ガスとして作用する。
一方、鉄の融点（約１５００℃）以下の領域で用いられる酸化促進ガスＧ２に含まれるＣＯ_２は安定なＣＯ_２として存在するため不活性ガスとして作用する。
このため、酸化促進ガスＧ２の酸素ポテンシャルβは、シールドガスＧ１の酸素ポテンシャルαとは異なり計算式の分子にＣＯ_２が含まれない。

【0052】

酸化促進ガスによって形成された鉄酸化物の厚みは１０〜５０μｍで、通常のシールドガスＧ１のみでの溶接ビード８１の表面に形成される鉄酸化膜の厚み、すなわち、Ｓｉ，Ｍｎ系スラグ生成部の領域外に形成される酸化膜の厚み（最大でも５μｍ程度）よりも厚い。

【0053】

（酸化促進ガス吹付手段２０）
本実施形態に係るガスシールドアーク溶接では、シールドガスＧ１を供給しながらガスシールドアーク溶接により鋼部材を溶接する際、酸化促進ガス吹付手段２０により、消耗電極５及び溶接トーチ１の後方の溶接ビード８１及び溶接止端部８２の表面に、酸化性ガスを含む酸化促進ガスＧ２を吹き付ける。これにより、溶接ビード８１及び溶接止端部８２の表面を導電性の鉄酸化物層で覆うようにする。酸化促進ガスＧ２は、ビード外観を悪化させなければ消耗電極５及び溶接トーチ１の後方の溶融プール８にも吹き付けてもよい。

【0054】

溶接ビード８１と溶接止端部８２の表面に酸化促進ガスＧ２を吹き付ける酸化促進ガス吹付手段２０は、酸化促進ガスＧ２を供給する酸化促進ガス供給部２１と、酸化促進ガスＧ２を吹き付ける酸化促進ガス吹付ノズル２２とを有する。

【0055】

酸化促進ガス吹付ノズル２２としては、図１Ａ、図１Ｂ、図２に示すようなフードノズル２２Ａが例示される。このフードノズル２２Ａは、矩形の上面及びその縁部から垂下する側面を有し、溶接トーチ１の周辺の溶接ビード８１及び溶接止端部８２の上方領域を包囲する形状とされている。フードノズル２２Ａの上面には、長手方向の一端側に酸化促進ガス供給部２１が設けられるとともに、長手方向の他端側に溶接トーチ１が挿通可能なトーチ挿通孔３０が形成される。

【0056】

酸化促進ガスＧ２は、溶接トーチ１がトーチ挿通孔３０に挿通されて一体にされた状態のフードノズル２２Ａ内に、酸化促進ガス供給部２１から供給され、溶融プール８の表面や溶接ビード８１及び溶接止端部８２の表面に、高い酸素ポテンシャルβを維持した状態で吹き付けられる。

【0057】

なお、フードノズル２２Ａは、酸化促進ガス供給部２１の先端に一体化された態様としてもよく、取り外し可能な態様としてもよい。
また、フードノズル２２Ａは、図２のように下方が解放されたもの、箱状で下面に多数のガス吹き出し孔が形成されたもののいずれでも採用が可能である。また、下方が解放されたものでも、解放端部近傍に金網などのガスレンズ１０が取り付けられたものでもよい。さらに、溶接トーチ１の近傍の内部に仕切り壁を設け、酸化促進ガスＧ２がシールドガスＧ１の流れを妨害しないようにすることもできる。

【0058】

溶接にあたっては、溶接トーチ１からシールドガスＧ１が放流され、消耗電極５より発生するアーク６の周囲と溶融プール８の周囲がシールドされながら、溶接トーチ１を溶接線１１に沿って矢印方向に移動させる。その際、フードノズル２２Ａの後部に設けられた酸化促進ガス供給部２１から、酸化性ガスを含む酸化促進ガスＧ２がフードノズル２２Ａ内に供給され、溶接ビード８１と溶接止端部８２の表面に酸化促進ガスＧ２が吹き付けられる。

【0059】

（酸化促進ガスＧ２を吹き付ける範囲）
溶接ビード８１と溶接止端部８２の表面温度が７００℃以上である場合には、酸化促進ガスＧ２の中の酸化性ガスとＦｅとの酸化反応が顕著に起こる。従って、導電性の鉄酸化物スラグ９を溶接ビード８１及び溶接止端部８２の表面に形成させるために、溶接ビード８１と溶接止端部８２の表面温度が７００℃以上である部位、より好ましくは７５０℃以上である部位、更に好ましくは８００℃以上である部位に対し、酸化促進ガスＧ２を吹き付ける。
尚、溶接ビード８１と溶接止端部８２の表面温度は、放射温度計で測定できる。また、鉄の色と温度との関係から、７００℃以上にあることを確認してもよい。

【0060】

上述の通り、酸化促進ガスＧ２は溶接ビード８１と溶接止端部８２の表面温度が７００℃以上である部位に吹き付けられる必要がある。従って、溶接ビード８１と溶接止端部８２のうち酸化促進ガスＧ２が吹き付けられる部位と、消耗電極５の先端位置との水平方向の最短離間距離Ｄは３５ｍｍ以下であることが好ましく、３０ｍｍ以下であることが更に好ましい。
一方、最短離間距離Ｄが１０ｍｍ以上である場合、溶接トーチ１のアーク発生領域のシールドガスＧ１に、酸化促進ガスＧ２のＯ_２又はＣＯ_２が混入することを抑制でき、従って、アーク放電の形態を安定化させ、Ｓｉ，Ｍｎ系スラグの増加を抑制することができる。このため、最短離間距離Ｄは１０ｍｍ以上であることが好ましい。

【0061】

（酸化促進ガスＧ２の流量）
酸化促進ガスＧ２の流量としては、鉄の酸化の進行に必要な５Ｌ／ｍｉｎ以上が好ましく、７Ｌ／ｍｉｎ以上であることが更に好ましい。酸化促進ガスＧ２の流量は、シールドガスＧ１によるシールドを乱さないように、シールドガスＧ１の流量以下であることが好ましい。

【0062】

（酸化促進ガスＧ２の流速）
酸化促進ガスＧ２のノズル出口でのガス流速は、１ｍ／秒以上３ｍ／秒以下とする。酸化促進ガスＧ２の流速は、酸化促進ガスＧ２の流量（Ｌ／ｍｉｎ）を、ノズル出口のうち酸化促進ガスＧ２が排出される部位の断面積で除した値である。
酸化促進ガスＧ２による溶接ビード８１及び溶接止端部８２の表面の酸化を促進するためには、溶接ビード８１及び溶接止端部８２の表面の雰囲気をシールドガスＧ１の成分から酸化促進ガスＧ２の成分に置換する必要がある。

【0063】

酸化促進ガスＧ２の流速が１ｍ／秒以下では、溶接ビード８１と溶接止端部８２の表面の上方領域をシールドガスＧ１が主体の雰囲気から酸化促進ガスＧ２が主体の雰囲気に十分に置換することができない。一方、酸化促進ガスＧ２の流速が３ｍ／秒を超えると、アーク発生部のシールドガスＧ１に酸化促進ガスＧ２の成分が混入することにより、溶融プール表面に過剰なＳｉ，Ｍｎ系スラグが生成する虞がある。また、シールドガスＧ１によるシールドが乱されることにアークが不安定になり、溶接ビードの形成を妨げる虞がある。
従って、酸化促進ガスＧ２の流速は１ｍ／秒以上３ｍ／秒以下とし、より好ましくは１．５ｍ／秒以上２．５ｍ／秒以下とする。

【0064】

電着塗装性を確保するには、溶接ビード８１とその溶接止端部８２の表面の全面が導電性の鉄酸化物スラグ９のみで覆われていることが好ましい。
溶接ビード８１と溶接止端部８２が導通されるためには、表面から１０μｍ以上の厚みで鉄酸化物スラグ９によって覆われていることが好ましい。鉄酸化物スラグ９の厚さは１５μｍ以上であることが更に好ましい。
一方、溶接ビード８１とその溶接止端部８２の表面に過剰な厚みの鉄酸化物スラグ９が形成される場合、塗装剥がれが発生する虞がある。従って、鉄酸化物スラグ９の厚さは５０μｍ以下であることが好ましく、４０μｍ以下であることが更に好ましい。

【0065】

本実施形態に係るアーク溶接方法は、よく知られている消耗電極式ガスシールドアーク溶接（ガスメタルアーク溶接とも称される）に適用する。溶接条件は特に制限はなく、通常の条件が使用できる。
ただし、サブマージドアーク溶接は、シールドガスを用いない溶接であるため本発明に属さない。また、サブマージドアーク溶接では溶接前に散布するフラックスが溶接時に溶融・凝固するため、５〜１０ｍｍ程度の分厚いスラグが溶接ビードを覆う。この分厚いスラグを除去した後の溶接ビード表面には、Ｓｉ，Ｍｎ系スラグはほとんど存在せず、溶接ビード表面は５μｍ程度以下の薄い鉄酸化膜で覆われている。すなわち、酸化促進ガスで溶接ビード及び止端部表面に１５〜５０μｍの鉄酸化物を形成させる本願は、サブマージドアーク溶接では溶接ビード及び止端部の形態が異なる。

【0066】

溶接は、重ね合せ溶接であっても、突き合わせ溶接であってもよい。
鋼板の板厚及び引張強度は特に制限されないが、板厚１．６〜３．２ｍｍ、引張強度４４０〜９８０ＭＰａが標準的に適用される。また、溶融亜鉛めっき鋼板、合金化溶融亜鉛めっき鋼板、アルミめっき鋼板などを用いることもできる。

【0067】

鋼板成分及び溶接材料成分も特に限定されるものではないが、溶融プールでのＳｉ，Ｍｎ系スラグの発生を極力少なくするため、鋼板又は溶接材料はそれぞれ、Ｓｉ含有量が１質量％以下、Ｍｎ含有量が２質量％以下であることが望ましい。また、同種鋼板同士を溶接してもよく、異種鋼板同士を溶接してもよい。

【0068】

以上、本発明について実施形態に基づき詳細に説明したが、上述した実施形態は、本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならない。

【0069】

例えば、上記の説明においては、酸化促進ガス吹付ノズル２２として、図１Ａ、図１Ｂ、図２に示すようなフードノズル２２Ａを用いて酸化促進ガスＧ２を吹き付けているが、下記の変形例を採用してもよい。

【0070】

第一変形例として、図３Ａ、図３Ｂに示すように、酸化促進ガス供給部２１’が接続されたアフターノズル２２Ｂから直接、酸化促進ガスＧ２を吹き付ける酸化促進ガス吹付手段２０’を採用してもよい。
この酸化促進ガス吹付手段２０’では、平面視で矩形のアフターノズル２２Ｂを、溶接トーチ１の後方に溶接トーチ１とともに移動するように配置する。そして、このアフターノズル２２Ｂの上面に設けられた酸化促進ガス供給部２１’から酸化促進ガスＧ２を供給し、このアフターノズル２２Ｂの下端から酸化促進ガスＧ２を主に溶接ビード８１と溶接止端部８２の表面に吹き付ける。これにより、鉄の酸化を進行させて溶接ビード８１及び溶接止端部８２を導電性の鉄酸化物スラグ９で覆うようにすることができる。

【0071】

アフターノズル２２Ｂの形状は、図３Ａ、図３Ｂのように平面視で円形のものでもよい。アフターノズル２２Ｂは、下方が解放されたものでもよく、箱状で下面に多数のガス吹き出し孔が形成されたものであってもよい。また、下方が解放されたものでも、解放端部近傍に金網などのガスレンズ１０が取り付けられたものでもよい。

【0072】

第二変形例としては、酸化促進ガス吹付手段２０’’として、図４に示すような同軸ノズル２２Ｃを用いてもよい。この同軸ノズル２２Ｃは、溶接トーチ１の外周面から外方に離間させて外周壁を設けることにより構成される。この構造においては、酸化促進ガス供給部２１’’から供給される酸化促進ガスＧ２が、外周面と外周壁との間に形成された空間を介して吹き付けられる。

【0073】

（実施例）
以下実施例に基づき本発明の実施可能性及び本願発明の効果の実現性について説明する。

【0074】

表１に示す成分、板厚、引張強度を有する鋼板（Ａ）同士、又は鋼板（Ｂ）同士の端部を重ね合わせ、ガスシールドアーク溶接による重ね隅肉溶接を行った。その際、表２に示す成分と直径を有するソリッドワイヤ（ＪＩＳ Ｚ３３１２、ＹＧＷ１６）を用い、パルスマグ溶接を行った。表３に具体的な溶接条件を示す。

【0075】

【表1】

【0076】

【表2】

【0077】

【表3】

【0078】

表４は、実験例１〜１９のそれぞれについて、実験条件と評価結果を示す。
シールドガスＧ１は、Ａｒ、Ｏ_２、ＣＯ_２の量を調整することで酸素ポテンシャルαを調整した。

【0079】

表４において、αは、上記の（１）式により計算されるシールドガスＧ１の酸素ポテンシャルを示し、βは、上記の（２）式により計算される酸化促進ガスＧ２の酸素ポテンシャルを示す。シールドガスＧ１と酸化促進ガスＧ２のガス流量は、ノズル出口のうち酸化促進ガスＧ２が排出される部位の断面積で除した値である。

【0080】

酸化促進ガスＧ２に関しては、ノズルタイプ、吹付位置、及びガス流速についても示している。
ノズルタイプは、図３Ａ、図３Ｂに示すようなアフターノズルを用いた場合にはＡｆｔ．Ｎ（Ａｆｔｅｒ Ｎｏｚｚｌｅ）と表記し、図４に示すような同軸ノズルを用いた場合にはＣ．Ｎ（Ｃｏ−ａｘｉａｌ ｎｏｚｚｌｅ）と表記している。

【0081】

尚、アフターノズルを用いた実験例では、溶接トーチからシールドガスＧ１を流すと同時にアフターノズル内に酸化促進ガスＧ２を供給しながら溶接を行った。
アフターノズルは、溶接ビード（溶融凝固部）の止端部表面も鉄酸化物で覆うことができるよう、（溶接線に対する）幅を２５ｍｍとした。
この実験例では、アーク直下からアフターノズルの最後方まで約５０ｍｍであり、その位置におけるビード表面温度は約７００℃であった。

【0082】

溶接トーチは、シールドガスＧ１の通路の断面形状が内径１６ｍｍ（外径２０ｍｍ）の円形のものを用いた。
表４の「吹付位置」の欄には、溶接ビードと溶接止端部のうち酸化促進ガスが吹き付けられる部位と、消耗電極の先端位置との水平方向の最短離間距離Ｄを記載している。図３Ａ、図３Ｂに示すようなアフターノズルを用いた場合には、消耗電極５の先端と、酸化促進ガス吹付手段２０’のうち酸化促進ガスＧ２が排出される出口との水平方向の離間距離であり、図４に示すような二重シールド構造の同軸ノズルを用いた場合には消耗電極５の先端と酸化促進ガス吹付手段２０’’のうち酸化促進ガスＧ２が排出される出口との水平方向の離間距離である。
ガス流速は、ノズル先端における流速である。

【0083】

評価結果として、
（１）Ｓｉ，Ｍｎ系スラグの付着面積率
（２）導電性
（３）塗装不良の面積率
（４）断面調査による鉄酸化物の有無
について表４に示している。評価方法を以下に説明する。

【0084】

（１）Ｓｉ，Ｍｎ系スラグの付着面積率
溶接ビードと溶接止端部の表面を写真撮影し、その画像から、茶褐色のガラス質のスラグをＳｉ．Ｍｎ系スラグと見なし、溶接ビード面積に対するスラグ面積の比率を測定した。

【0085】

（２）導電性
溶接ビードと溶接止端部の表面のスラグと鋼板間の抵抗を１０箇所にわたって、汎用テスター（ＰＯＣＫＥＴ ＴＥＳＴＥＲ ＭＯＤＥＬ：ＣＤＭ−０３Ｄ）をあてて導通を測定した。抵抗値が無限大の場合を絶縁と判断し×とした。酸化鉄で覆われたビード表面は４０〜１０００Ωの抵抗値を示した。

【0086】

（３）塗装不良の面積率
溶接試験片を脱脂、化成処理した後に、膜厚２０μｍ狙いの電着塗装を施した。スラグ面積率の測定と同様に、溶接ビード塗装部を写真撮影し、その画像から、溶接ビード面積に対する塗装不良面積の比率を測定した。

【0087】

（４）断面調査による鉄酸化物の有無
ＥＰＭＡによる断面観察で鉄濃度３０％以上、厚さ１０μｍ以上の鉄系酸化物が確認された場合を○とした。

【0088】

【表4】

【0089】

発明例に属する実験例１〜８では、酸化促進ガスＧ２が適切な条件で溶接ビードと溶接止端部の表面に吹き付けられたことにより、溶接ビードと溶接止端部を導電性の鉄酸化物スラグで覆うことが出来た。従って、溶接ビードとその止端部の最表面におけるＳｉ，Ｍｎ系スラグの付着面積率が抑制され、電着塗装を行った場合の塗装不良が発生しなかった。

【0090】

実験例９では、酸化促進ガスＧ２の酸素ポテンシャルβが過剰であることに起因し、溶接ビードと溶接止端部の表面に導電性の鉄酸化物スラグが過剰に形成された。このため、塗装はがれが発生した。
実験例１０では、酸化促進ガスＧ２の酸素ポテンシャルβが過少であることに起因し、溶接ビードと溶接止端部の表面に導電性の鉄酸化物スラグが十分に形成されなかった。このため、塗装不良が発生した。

【0091】

実験例１１では、酸化促進ガスＧ２の流速が過大であることに起因し、アーク発生部のシールドガスに酸化促進ガスＧ２の成分が混入してしまった。従って、溶融プール表面に形成されるＳｉ，Ｍｎ系スラグが過剰に生成されるため、後に酸化促進ガスＧ２を適正範囲としても、溶接ビードと溶接止端部の表面を導電性の鉄酸化物スラグで覆うことができなかった。このため、塗装不良が発生した。
実験例１２では、酸化促進ガスＧ２の流速が過少であることに起因し、溶接ビードと溶接止端部の表面の雰囲気を酸化促進ガスＧ２に置換することができなかった。従って、溶接ビードと溶接止端部の表面を導電性の鉄酸化物スラグで十分に覆うことができなかった。このため、塗装不良が発生した。

【0092】

実験例１３では、シールドガスＧ１の酸素ポテンシャルαが過大であることに起因し、溶融プール表面に形成されるＳｉ，Ｍｎ系スラグが過剰に生成されるため、後に酸化促進ガスＧ２を適正範囲としても、溶接ビードと溶接止端部の表面を導電性の鉄酸化物スラグで覆うことができなかった。このため、塗装不良が発生した。
実験例１４では、シールドガスＧ１の酸素ポテンシャルαが過少であることに起因し、アーク溶接状態が不安定となった。このため、ビード形成不良が発生した。
実験例１５では、酸化促進ガスＧ２の吹付位置が、消耗電極５から離れすぎていることに起因し、溶接ビードと溶接止端部の表面が７００℃未満となった位置に酸化促進ガスＧ２が吹き付けられたため、溶接ビードと溶接止端部の表面を導電性の鉄酸化物スラグで覆うことができなかった。このため、塗装不良が発生した。

【0093】

実験例１６では、酸化促進ガスＧ２を用いなかったことに起因し、溶接ビードと溶接止端部の表面を導電性の鉄酸化物スラグで覆うことができなかった。このため、塗装不良が発生した。
実験例１７及び実験例１８も、実験例１６と同様に、酸化促進ガスＧ２を用いていない実験例であるが、特許文献１の条件を想定し、シールドガスＧ１をＡｒ＝９７％、Ｏ_２＝３％、又は、Ａｒ＝８８％、ＣＯ_２＝１２％としている。これらの実験例でもやはり、溶接直後の溶接ビードと溶接止端部の表面に残存するシールドガス成分が酸化促進ガスＧ２により置換されなかったことに起因し、溶接ビードと溶接止端部の表面を導電性のある鉄酸化物導電性のある鉄酸化物で覆うことができなかった。このため、塗装不良が発生した。

【0094】

実験例１９では、特許文献２、実験例３の条件を想定し、シールドガスＧ１の酸素ポテンシャルαを０．０％とし、同軸ノズルから供給する酸化促進ガスＧ２の酸素ポテンシャルβを１０．０％とした。
この実験例では、シールドガスＧ１の酸素ポテンシャルαが過少であることに起因し、アーク溶接状態が不安定となり、ビード形成不良が発生した。更には、酸化促進ガスＧ２の酸素ポテンシャルβが過少であることに起因し、溶接ビードと溶接止端部の表面に導電性の鉄酸化物スラグが十分に形成されず、塗装不良が発生した。

【0095】

図５は、酸化促進ガスを用いない比較例（実験例１６）、酸化促進ガスＧ２の酸素ポテンシャルβを１０．０％とした比較例（実験例１９）、及び、酸化促進ガスＧ２の酸素ポテンシャルβを１５．０％とした発明例（実験例２）について、溶接後外観、塗装後外観、及び腐食後外観を示す写真である。
この図５に示されるように、適切な酸化促進ガスＧ１を用いることで溶接ビードと溶接止端部の表面に導電性の鉄酸化物スラグを形成でき、塗装不良を回避できること、更に、酸化促進ガスＧ２の酸素ポテンシャルβを高めることでさらに高い効果が得られることが確認された。

【0096】

尚、図６は酸化促進ガスＧ２の酸素ポテンシャルβを１０．０％とした比較例（実験例１９）について、Ｓｉ，Ｍｎ系スラグの一部がＦｅ系酸化物に置換されている状態を示す外観写真（左）とＳＥＭ写真とを示す。この図６に示すように、酸化促進ガスＧ２を用いることでＳｉ酸化物やＭｎ酸化物をＦｅ酸化物に置換することが可能であるが、酸化促進ガスＧ２の酸素ポテンシャルβが低い場合にはＳｉ酸化物やＭｎ酸化物が表面に残り、塗装不良が発生する原因となることがわかる。

【0097】

更に、酸化促進ガスＧ２の酸素ポテンシャルβを１０．０％とした比較例（実験例１９）、及び、酸化促進ガスＧ２の酸素ポテンシャルβを１５．０％とした発明例（実験例２）について、溶接後電着塗装前の溶接ビードを溶接線に対して垂直な線で切断し、樹脂に埋め込み、研磨した後、ＥＰＭＡで元素マッピング（Ｆｅ，Ｃ，Ｏ，Ｓｉ，Ｍｎ）を行なった。その結果、比較例（実験例１９）のＳｉ，Ｍｎ系スラグの観察では、Ｆｅ濃度が概ね３〜７％と低かったのに対し、発明例（実験例２）のＦｅ系酸化物の観察ではＦｅ濃度が４０〜７０％に増加しており、その厚みも３０μｍと分厚かったことが確認できた。なお、比較例（実験例１９）の溶接ビード表面においても、Ｓｉ，Ｍｎ系スラグ生成領域外のビード表面には鉄の酸化膜が形成されるが、厚みが５μｍ程度と薄く、発明例（実験例２）の鉄酸化物とは生成形態が異なることが確認できた。

【0098】

図７は、発明例の効果を特許文献１〜３の技術と比較して示す概略説明図である。この図に示すように、特許文献１〜３の技術のように、酸化促進ガスＧ２の吹き付けを行わないガスシールドアーク溶接では、高温状態の溶接ビードと溶接止端部はシールドガスＧ１に接触した状態となるため、溶接ビード及び溶接止端部の表面に導電性の鉄酸化物スラグで覆うことができない。
一方、本発明例によれば、酸化促進ガスＧ２が７００℃以上の高温状態の溶接ビードと溶接止端部に対し１ｍ／秒以上の流速で吹き付けられるため、溶接トーチから溶接ビード上に流れ込もうとするシールドガスＧ１が排除される。従って、高温状態の溶接ビードと溶接止端部は酸化促進ガスＧ２に接触した状態とされる。酸化促進ガスＧ２は、酸素ポテンシャルβが１５％以上と高められているため、溶接ビード及び溶接止端部の表面の酸化反応が促進され、導電性の鉄酸化物スラグを十分に形成することができる。従って、塗装不良を防ぐ効果が得られる。更に、フードノズル、アフターノズル、同軸ノズルを用いて酸化促進ガスＧ２を吹き付ける場合には、必要箇所に酸化促進ガスＧ２を集めることができるため、その効果を高めることが可能となる。

【産業上の利用可能性】

【0099】

本発明によれば、Ｓｉ，Ｍｎ系スラグによる電着塗装不良部が発生しない溶接部、およびこの溶接部が形成できる消耗電極式ガスシールドアーク溶接方法を提供することができる。

【符号の説明】

【0100】

１ 溶接トーチ
５ 消耗電極
６ アーク
８ 溶融プール
８１ 溶接ビード
８２ 溶接止端部
９ 導電性の鉄酸化物スラグ
１０ ガスレンズ
１１ 溶接線
２０、２０’、２０’’ 酸化促進ガス吹付手段
２１、２１’、２１’’ 酸化促進ガス供給部
２２ 酸化促進ガス吹付ノズル
２２Ａ フードノズル
２２Ｂ アフターノズル
２２Ｃ 同軸ノズル
３０ トーチ挿通孔
Ｇ１ シールドガス
Ｇ２ 酸化促進ガス

【要約】

本発明は、消耗電極を有する溶接トーチを用いて二枚の鋼板をアーク溶接する消耗電極式ガスシールドアーク溶接方法であって、酸素ポテンシャルαが１．５％〜５％であるシールドガスを、前記溶接トーチから前記消耗電極に向けて供給しながらアーク溶接を行い、前記アーク溶接により形成された７００℃以上の状態にある溶接ビードと溶接止端部に対し、酸素ポテンシャルβが１５％〜５０％である酸化促進ガスを、１〜３ｍ／秒の流速で吹き付ける消耗電極式ガスシールドアーク溶接方法を提供する。

【図1A】

【図1B】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】