特許 6487877 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

(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】6487877

(24)【登録日】2019年3月1日

(45)【発行日】2019年3月20日

(54)【発明の名称】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

(51)【国際特許分類】

   B23K 9/23 20060101AFI20190311BHJP

   B23K 9/173 20060101ALI20190311BHJP

   C22C 18/04 20060101ALI20190311BHJP

【ＦＩ】

   B23K9/23 K

   B23K9/173 C

   C22C18/04

【請求項の数】6

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2016-121728(P2016-121728)

(22)【出願日】2016年6月20日

(65)【公開番号】特開2017-225982(P2017-225982A)

(43)【公開日】2017年12月28日

【審査請求日】2017年3月6日

【審判番号】不服2017-12774(P2017-12774/J1)

【審判請求日】2017年8月29日

【早期審査対象出願】

(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

【合議体】

【審判長】 西村 泰英

【審判官】 刈間 宏信

【審判官】 中川 隆司

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−１８４２１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−１３３２５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１５／１９８６２７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開昭５６−１３９２８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 登録実用新案第３２０４２２７（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

B23K 9/23 B23K 9/173 C22C 18/04

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ピーク電流とベース電流とを交互に供給することによってアークを発生させるパルスアーク溶接法により溶融Ｚｎ系めっき鋼板同士を溶接するアーク溶接方法であって、
溶接ワイヤの先端から、溶接対象である溶融Ｚｎ系めっき鋼板同士の当接部における溶接対象部までの距離を距離Ｄとして、
前記溶接ワイヤの先端および前記溶接対象部をハイスピードカメラで撮影することにより測定される前記距離Ｄが２ｍｍ以上２０ｍｍ以下となるように、前記溶接ワイヤの供給速度、パルスアークを発生させる溶接電流のピーク電流およびパルスの周期を含む溶接条件を設定し、
前記溶接電流のピーク電流を３５０Ａ以上６５０Ａ以下とし、前記パルスの周期を１ｍｓ以上２０ｍｓ以下とし、
設定した前記溶接条件を用いて、前記距離Ｄを２ｍｍ以上２０ｍｍ以下に維持した状態で溶接し、
シールドガスとして、ＣＯ_２濃度が５〜２０体積％であるＡｒ−ＣＯ_２ガスを用いることを特徴とする溶融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層は、Ｚｎを主成分とし、１．０質量％以上２２．０質量％以下のＡｌを含有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。

【請求項3】

前記溶融Ｚｎ系めっき鋼板のめっき層は、０．０５質量％以上１０．０質量％以下のＭｇを含有することを特徴とする請求項２に記載の溶融Ｚｎ系めっき鋼板のアーク溶接方法。

【請求項4】

前記溶融Ｚｎ系めっき鋼板のめっき層の組成が、Ｔｉ：０．００２〜０．１質量％、Ｂ：０．００１〜０．０５質量％、Ｓｉ：０〜２．０質量％、およびＦｅ：０〜２．５質量％からなる群から選ばれる１つ以上の条件を満たしていることを特徴とする請求項３に記載の溶融Ｚｎ系めっき鋼板のアーク溶接方法。

【請求項5】

下記（１）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個以下となることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の溶融Ｚｎ系めっき鋼板のアーク溶接方法。
Ｂｒ＝（Σｄi／Ｌ）×１００ ・・・（１）
（ここで、
ｄi：前記溶接ビードにおいて観察されたｉ番目のブローホールの長さ
Ｌ：溶接ビードの長さ）

【請求項6】

溶融Ｚｎ系めっき鋼板同士がパルスアーク溶接法により溶接された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めっき付着量が１５ｇ／ｍ^２以上２５０ｇ／ｍ^２以下であり、
溶接ワイヤの先端から、溶接対象である溶融Ｚｎ系めっき鋼板同士の当接部における溶接対象部までの距離を距離Ｄとして、
前記溶接ワイヤの先端および前記溶接対象部をハイスピードカメラで撮影することにより測定される前記距離Ｄが２ｍｍ以上２０ｍｍ以下となるように、前記溶接ワイヤの供給速度、パルスアークを発生させる溶接電流のピーク電流およびパルスの周期を含む溶接条件を設定し、
設定した前記溶接条件を用いて、前記距離Ｄが２ｍｍ以上２０ｍｍ以下に維持した状態で、前記溶接電流のピーク電流が３５０Ａ以上６５０Ａ以下であり、前記パルスの周期が１ｍｓ以上２０ｍｓ以下であるパルスアーク溶接によって、
シールドガスとして、ＣＯ_２濃度が５〜２０体積％であるＡｒ−ＣＯ_２ガスを用いて前記溶融Ｚｎ系めっき鋼板同士を溶接することを特徴と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、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】

溶融亜鉛系めっき鋼板（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を１質量％以上含む溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ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、アーク溶接法を用いて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、通常、スパッタ、ピット、およびブローホール（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（約９０６℃）が低いため、アーク溶接時にＺｎ蒸気が発生してアークが不安定になり、スパッタおよびブローホールが発生し易いためである。なお、スパッタ、ブローホール、およびピットについて、図７の（ａ）〜（ｃ）を用いて説明すれば、以下のとおりである。すなわち、図７の（ａ）に示すように、スパッタ１１１とは、例えば鋼板１０１・１０１’の溶接時に、溶接ワイヤ１０２や溶融池１０３等から飛散するスラグや金属粒等の溶接カスのことである。図７の（ｂ）に示すように、ブローホール１１２とは、溶接ビード１０６に包含された気孔のことである。この溶接ビード１０６とは、溶接時に溶融した金属（母材の一部と溶着金属とが溶け合った部分）が冷え固まった部分であって、被溶接材同士を冶金的に接合している溶接金属のことである。また、図７の（ｃ）に示すように、ピット１１３とは溶接ビード１０６の表面に現れた気孔によって形成された窪みを意味している。

【0004】

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、溶接部外観が損なわれるだけでなく、該スパッタが付着した部分が腐食の起点となる。そのため、スパッタが大量に付着すると耐食性が著しく低下して問題となる。また、スパッタをワイヤーブラシ等で除去する工程が必要となり、コストが増加する。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ことがある。

【0005】

特に、長期耐久性が要求される部材では、片面あたりのめっき付着量が９０ｇ／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、片面あたりのめっき付着量が大きくなるほどアーク溶接時のＺｎ蒸気量が多くなるため、スパッタおよびブローホールの発生がより一層著しくなる。

【0006】

なお、本明細書では、溶融Ｚｎ系めっき鋼板の片面あたりのめっき付着量の多少について、めっき付着量が少ないものを薄目付、めっき付着量が多いものを厚目付と記載することがある。

【0007】

溶融Ｚｎ系めっき鋼板の溶接時におけるスパッタおよびブローホールの発生を抑制する方法として、溶接ワイヤを電極としたパルスアーク溶接法が提案されている。このパルスアーク溶接法によれば、電極として用いられる溶接ワイヤから母材への溶滴移行がスプレー移行となり溶滴が小粒でスパッタが抑制される。また、パルスアークにより溶融池（凝固する前の溶接ビード部分）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蒸気の排出が促進されてブローホールの発生が抑制される。

【0008】

例えば、特許文献１、２には溶接ワイヤ組成と、ピーク電流、ピーク期間、および周波数等のパルス電流波形とを適正範囲内に制御してスパッタ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】

【0009】

【特許文献1】特開平９−２０６９８４号公報（１９９７年８月１２日公開）

【特許文献2】特開２０１３−１８４２１６号公報（２０１３年９月１９日公開）

【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、２には、片面当たりのめっき付着量が４５ｇ／ｍ^２である薄目付の溶融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系めっき鋼板におけるスパッタおよびブローホールの抑制方法については記載されていない。

【0011】

上述のように、溶融Ｚｎ系めっき鋼板はめっき付着量が多くなるほど耐食性に優れるが、アーク溶接時にスパッタおよびブローホールが著しく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、溶融Ｚｎ系めっき鋼板が厚目付であっても、アーク溶接におけるスパッタおよびブローホールの発生を抑制することができ、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】

【0012】

発明者らの詳細な研究の結果、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アーク溶接を行うにあたり、溶接ワイヤの先端から、溶接対象である溶融Ｚｎ系めっき鋼板同士の当接部における溶接対象部までの距離を適切なものとすることで、溶融Ｚｎ系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、スパッタおよびブローホールの発生を抑制できるという知見を得た。この知見に基づいて本発明を完成するに至った。

【0013】

すなわち、本発明における溶融Ｚｎ系めっき鋼板のアーク溶接方法は、ピーク電流とベース電流とを交互に供給することによってアークを発生させるパルスアーク溶接法により溶融Ｚｎ系めっき鋼板同士を溶接するアーク溶接方法であって、溶接ワイヤの先端から、溶接対象である溶融Ｚｎ系めっき鋼板同士の当接部における溶接対象部までの距離が、前記溶接ワイヤと前記当接部に生じた溶融池とが互いに短絡しない長さであり、かつアークが消灯しない長さにて溶接することを特徴としている。

【0014】

また、本発明における溶融Ｚｎ系めっき鋼板のアーク溶接方法は、前記距離が、２ｍｍ以上２０ｍｍ以下であることが好ましい。

【0015】

さらに、本発明における溶融Ｚｎ系めっき鋼板のアーク溶接方法は、前記ピーク電流が３５０Ａ以上６５０Ａ以下であり、パルスの周期が１ｍｓ以上２０ｍｓ以下であることが好ましい。

【0016】

また、本発明における溶融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層は、Ｚｎを主成分とし、１．０質量％以上２２．０質量％以下のＡｌを含有するとすることができる。

【0017】

さらに、本発明における溶融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層は、０．０５質量％以上１０．０質量％以下のＭｇを含有することが好ましい。

【0018】

さらに、本発明における溶融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層の組成が、Ｔｉ：０．００２〜０．１質量％、Ｂ：０．００１〜０．０５質量％、Ｓｉ：０〜２．０質量％、およびＦｅ：０〜２．５質量％からなる群から選ばれる１つ以上の条件を満たしていることが好ましい。

【0019】

また、本発明における溶融Ｚｎ系めっき鋼板のアーク溶接方法は、下記（１）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とすることができる。

【0020】

Ｂｒ＝（Σｄi／Ｌ）×１００ ・・・（１）
（ここで、
ｄi：前記溶接ビードにおいて観察されたｉ番目のブローホールの長さ
Ｌ：溶接ビードの長さ）。

【0021】

本発明における溶接部材の製造方法は、溶融Ｚｎ系めっき鋼板同士がパルスアーク溶接法により溶接された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めっき付着量が１５ｇ／ｍ^２以上２５０ｇ／ｍ^２以下であり、溶接ワイヤの先端から、溶接対象である溶融Ｚｎ系めっき鋼板同士の当接部における溶接対象部までの距離が２ｍｍ以上２０ｍｍ以下であり、パルスアークを発生させる溶接電流のピーク電流が３５０Ａ以上６５０Ａ以下であり、パルスの周期が１ｍｓ以上２０ｍｓ以下であるパルスアーク溶接によって前記溶融Ｚｎ系めっき鋼板同士を溶接することを特徴としている。

【発明の効果】

【0022】

本発明によれば、溶融Ｚｎ系めっき鋼板が厚目付であっても、アーク溶接におけるスパッタおよびブローホールの発生を抑制することができ、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を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】パルスアーク溶接法におけるパルス電流波形を模式的に示す図である。

【図2】パルスアーク溶接現象を模式的に示す断面図である。

【図3】（ａ）は本発明の実施の形態における溶融Ｚｎ系めっき鋼板のアーク溶接方法において、重ね継手による隅肉溶接の場合の溶接ワイヤと溶融Ｚｎ系めっき鋼板同士の当接部との位置関係を模式的に示す断面図であり、（ｂ）はＴ字継手による隅肉溶接の場合の上記位置関係を模式的に示す断面図である。

【図4】溶融Ｚｎ系めっき鋼板同士が溶接されてなる溶接部材におけるブローホール占有率の測定方法を説明する平面図である。

【図5】溶融Ｚｎ系めっき鋼板同士が溶接されてなる溶接部材におけるスパッタ付着個数の測定方法を説明する平面図である。

【図6】従来のパルス無しのアーク溶接法におけるアーク溶接現象を模式的に示す断面図である。

【図7】（ａ）は、スパッタを模式的に示す断面図であり、（ｂ）は、ブローホールを模式的に示す断面図であり、（ｃ）は、ピットを模式的に示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の記載は発明の趣旨をより良く理解させるためのものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。また、本明細書において、「Ａ〜Ｂ」とは、Ａ以上Ｂ以下であることを示している。

【0025】

以下の説明においては、本発明の実施の形態における溶融Ｚｎ系めっき鋼板のアーク溶接方法についての理解を容易にするため、先ず、従来のパルス無しのアーク溶接法におけるアーク溶接現象について図６を用いて説明し、次に、一般的なパルスアーク溶接法の概要を図１および図２に基づいて説明する。本発明の実施形態におけるパルスアーク溶接の原理は、一般的なパルスアーク溶接法の原理と同様である。

【0026】

図６は、従来のパルス無しのアーク溶接法におけるアーク溶接現象を模式的に示す断面図である。図６に示すように、パルス無しのアーク溶接法では、例えば溶融Ｚｎ系めっき鋼板２０１・２０１’の溶接時において、溶接ワイヤ２０２から生じた溶滴２０５が溶融池へ接触（短絡）することによって移行する短絡移行現象が生じる。この場合、溶滴２０５と溶融池とが混在する部分において、Ｚｎ蒸気の噴出によってスパッタが大量に発生することがある。また、Ｚｎ蒸気が抜けにくいためにブローホールが大量に発生する。

【0027】

次に、一般的なパルスアーク溶接法の概要を説明する。図１は、パルスアーク溶接法におけるパルス電流波形を模式的に示す図である。図１に示すように、パルスアーク溶接法は、ピーク電流ＩＰとベース電流ＩＢとを交互に繰り返して供給するアーク溶接法であって、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が流れている時間をピーク期間ＰＰとし、ピーク電流ＩＰおよびベース電流ＩＢからなるパルス電流のパルス周期を周期ＰＦＱとする。ピーク電流ＩＰを臨界電流以上に設定すると、電磁力によるワイヤ先端の溶滴を引き絞る効果（電磁ピンチ効果）が生じ、この電磁ピンチ効果により溶接ワイヤ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の移行（スプレー移行）が行われる。これにより、溶滴はスムーズに溶融池に移行し、スパッタの発生が抑制される。

【0028】

図２は、パルスアーク溶接現象を模式的に示す断面図である。ここでは、重ね継手による隅肉溶接を例に説明する。図２に示すように、ピーク電流値を適切に設定したパルスアーク溶接法では、小粒の溶滴５が溶接ワイヤ２から溶融池３にスプレー移行するので短絡が発生しにくく、また、パルスアーク４によりアーク直下の溶融池３が押し下げられ溶融池の深さが薄くなるとともに攪拌されて、Ｚｎ蒸気の排出が促進されてスパッタおよびブローホールの発生が抑制される。溶融池３が冷え固まった部分は、溶接ビード６となる。

【0029】

さらに説明すれば、このようなパルスアーク溶接法では、溶接ワイヤ２の先端と溶融池３との間隔、すなわちアーク長が短くなるほど、パルスアーク４による溶融池３の押し下げ効果が大きくなるため、Ｚｎ蒸気の排出が促進される。しかし、アーク長が短くなり過ぎると、溶接ワイヤ２の先端と溶融池３とが短絡してスパークし、溶融池３が吹き飛ばされて大量のスパッタが発生する。特に、溶融Ｚｎ系めっき鋼板が厚目付の場合、Ｚｎ蒸気の発生量が多くなるため、パルスアーク溶接法を用いても溶融池３からＺｎ蒸気が抜けきらず溶融池３内に滞留したＺｎ蒸気が一気に噴出して溶融池３が波打ち、溶接ワイヤ２の先端と短絡してスパッタの発生が著しくなってしまう。

【0030】

そこで、本発明では溶接ワイヤ２の先端と溶融池３との短絡を防止して、溶融Ｚｎ系めっき鋼板が厚目付であってもＺｎ蒸気の影響を抑制して溶滴移行を安定化させ、スパッタおよびブローホールの発生を抑制する。

【0031】

なお、本明細書におけるパルスアーク溶接法という語の意味するところは、以下のようなものである。すなわち、一般に、各種のアーク溶接法において、パルス電圧を印加してパルスアークを発生させることができるが、そのような各種のパルスアーク溶接法の中で、本発明のパルスアーク溶接法は、パルスＭＡＧ（Metal Active Gas）溶接法およびパルスＭＩＧ（Metal Inert Gas）溶接法を対象としている。つまり、本発明は、溶接ワイヤと母材との間に発生させたアークにより該溶接ワイヤと母材とを同時に溶かしながら溶接を行うと共に、溶接時において、アークの周辺にシールドガスが存在するパルスアーク溶接法に関する。

【0032】

以下に本実施の形態について詳述する。

【0033】

〔溶接ワイヤと溶接前の溶融Ｚｎ系めっき鋼板同士の当接部との位置関係〕
本実施の形態における溶融Ｚｎ系めっき鋼板のアーク溶接方法における、溶接ワイヤと溶接前の溶融Ｚｎ系めっき鋼板同士の当接部との位置関係について、図３に基づいて説明する。

【0034】

図３の（ａ）は、本実施の形態における溶融Ｚｎ系めっき鋼板のアーク溶接方法において、重ね継手による隅肉溶接の場合の溶接ワイヤ２と溶融Ｚｎ系めっき鋼板１・１’同士の当接部７との位置関係を模式的に示す断面図である。図３の（ｂ）は、Ｔ字継手による隅肉溶接の場合の溶接ワイヤ２と溶融Ｚｎ系めっき鋼板１・１’同士の当接部７との位置関係を模式的に示す断面図である。図３の（ａ）（ｂ）はいずれも、溶接方向に対して垂直な方向の断面を示していると共に、溶接前の状態を示している。

【0035】

図３の（ａ）および（ｂ）に示すように、溶接前において、溶接の対象となる溶融Ｚｎ系めっき鋼板１と溶融Ｚｎ系めっき鋼板１’とは、種々の継手形状に配置され得る。図３の（ａ）では重ね継手に配置され、図３の（ｂ）ではＴ字継手に配置されている。配置された溶融Ｚｎ系めっき鋼板１と溶融Ｚｎ系めっき鋼板１’との間には、それらが互いに当接する当接面としての当接部７が形成される。ここで、当接部７において、溶接ワイヤ２の先端に最も近い端部を、隅部７ａと称する。隅部７ａは、溶融Ｚｎ系めっき鋼板１と溶融Ｚｎ系めっき鋼板１’とが隣接する部分において溶接ビード６（図４参照）が形成される部分である。

【0036】

換言すれば、隅部７ａは、溶融Ｚｎ系めっき鋼板１および溶融Ｚｎ系めっき鋼板１’が任意の継手形状に配置された状態において、溶融Ｚｎ系めっき鋼板１と溶融Ｚｎ系めっき鋼板１’とを溶接するためにアークが照射される部分であり、溶接対象部と称することもできる。なお、継手形状が突合せ継手の場合には、上記溶接対象部は、溶融Ｚｎ系めっき鋼板１の端部と溶融Ｚｎ系めっき鋼板１’の端部とが対向する面における、溶接ワイヤ２側の縁部（稜線）を意味する。

【0037】

前述のように、溶接ワイヤ２の先端と溶融池３との短絡によるスパッタの発生を抑制するには、アーク長を適正範囲内に管理することが重要である。しかし、再び図２を参照して説明すると、溶融池３はパルスアーク４による押し下げ効果によりパルスアーク４の波形とほぼ同調してごく短時間の内に上下動しており、溶接中にアーク長そのものを測定し、管理することは困難である。そこで、本発明では、図３の（ａ）および（ｂ）に示すように、溶接ワイヤ２の先端であるワイヤ先端部２ａから、溶接前の溶融Ｚｎ系めっき鋼板同士の当接部７における溶接ワイヤ２側の隅部７ａまでの距離Ｄが、溶接ワイヤ２と溶融池３とが互いに短絡しない長さであり、かつパルスアーク４が消灯しない長さにする。

【0038】

ここで、例えば図３の（ａ）および（ｂ）に示す継手形状についてパルスアーク溶接を行う場合、溶接ワイヤ２は紙面に対して垂直な方向に移動して上記溶接対象部を順次溶接していくことになる。それゆえ、上記距離Ｄとは、点としてのワイヤ先端部２ａから、線としての上記溶接対象部（隅部７ａ、または溶接ワイヤ２側の縁部）へと引いた垂線の長さを示している。なお、溶接ワイヤ２の中心軸を通る直線が隅部７ａを通過する必要は必ずしもなく、上記直線が隅部７ａの近傍を通過していればよい。そのため、広い意味では、上記距離Ｄは、溶接ワイヤ２の中心軸を通る直線が溶融Ｚｎ系めっき鋼板１または溶融Ｚｎ系めっき鋼板１’と交差する点（溶接対象部）とワイヤ先端部２ａとの間の距離である。

【0039】

このように、本実施の形態の溶融Ｚｎ系めっき鋼板のアーク溶接方法では、ワイヤ先端部２ａから、隅部７ａまでの距離Ｄを、溶接ワイヤ２と溶融池３とが互いに短絡しない長さであり、かつアークが消灯しない長さに維持して溶接する。この方法は、アーク長そのものを測定するのではなく、上記距離Ｄを維持しつつ溶接することにより、溶融Ｚｎ系めっき鋼板が厚目付であっても、アーク溶接におけるスパッタおよびブローホールの発生を簡単な構成で抑制することができる。

【0040】

本実施の形態の溶融Ｚｎ系めっき鋼板のアーク溶接方法において、ワイヤ先端部２ａから隅部７ａまでの距離Ｄを、２〜２０ｍｍの範囲とすることが好ましい。距離Ｄが２ｍｍを下回ると溶接ワイヤ２と溶融池３とが短絡してスパッタが発生してしまう。スパッタが発生すると溶融池３の押し下げによる撹拌が行われないのでＺｎ蒸気が排出されず、ブローホールも発生してしまう。一方、距離Ｄが２０ｍｍを超えるとアークが消灯する、いわゆるアーク切れが発生する。アーク切れが発生すると、溶接ワイヤ２が溶融池３と短絡してパルスアーク４が再点弧する時にスパークして溶融池３が吹き飛ばされてスパッタが発生する。さらに、パルスアーク４が消灯している間は溶融池３の押し下げによる撹拌が行われないのでＺｎ蒸気が排出されず、ブローホールが発生する。その上、距離Ｄが２０ｍｍを超えるとアークが広がって電磁力によるピンチ効果が弱くなるので溶滴５が切れにくくなり、その結果、溶滴５が粗大化して浮遊し大粒のスパッタも発生してしまう。

【0041】

ここで、ワイヤ先端部２ａの金属は、溶融Ｚｎ系めっき鋼板をパルスアーク溶接している間において、溶融池３へと移行するため、溶接ワイヤ２の先端は、徐々に溶接ワイヤ２への電圧供給側へと後退していくことになる。上記距離Ｄは、種々の溶接条件に応じて変化し得るため、一義的に求まるものではなく、溶接ワイヤ２の供給速度、後述するピーク電流ＩＰおよび周期ＰＦＱを適宜調節して２〜２０ｍｍの範囲内に調整される。

【0042】

このように、ワイヤ先端部２ａから隅部７ａまでの距離Ｄを、２〜２０ｍｍの範囲とすることにより、溶融Ｚｎ系めっき鋼板が厚目付であっても、スパッタおよびブローホールの発生を効果的に抑制して、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とすることができる。

【0043】

次に、本実施の形態の溶融Ｚｎ系めっき鋼板のアーク溶接方法において用いられる各種の条件の、好ましい具体例について説明する。

【0044】

〔ピーク電流〕
パルスアークを発生させるためのピーク電流ＩＰを、３５０〜６５０Ａの範囲とすることが好ましい。例えば、溶接ワイヤ２の供給速度が１５ｍ／ｍｉｎ以上の場合に、ピーク電流ＩＰが３５０Ａを下回ると溶接ワイヤ２が溶融不足となって、溶接ワイヤ２の供給が過剰となり距離Ｄが２ｍｍを下回る。また、アーク力が弱くなり、溶融池３の押し下げによる撹拌効果が弱くなる。逆にピーク電流ＩＰが６５０Ａを超えると溶接ワイヤ２が溶融過多となって距離Ｄが２０ｍｍを超え、アーク切れや溶滴５の粗大化が発生する。

【0045】

〔周期〕
パルスアークにおけるパルスの周期ＰＦＱを、１〜２０ｍｓの範囲とすることが好ましい。周期ＰＦＱが短くなるとパルスアーク４で溶融池３を押し下げる回数が増加するのでＺｎ蒸気の排出が促進される。しかし、周期ＰＦＱが短くなり過ぎると、溶接ワイヤ２の供給速度が遅い場合（例えば、３ｍ／ｍｉｎ以下の場合）に、溶接ワイヤ２が溶融過多となって上記距離Ｄが２０ｍｍを超え、アーク切れや溶滴５の粗大化が発生する。それにより、溶滴移行が不安定になり、スパッタが発生する。一方、周期ＰＦＱが長くなり過ぎると溶接ワイヤ２が溶融不足となって上記距離Ｄが２ｍｍを下回り、溶融池３と短絡してスパッタが発生する。また、パルスアーク４で溶融池３を押し下げる回数が減少するのでＺｎ蒸気が排出されなくなり、スパッタおよびブローホールが発生する。

【0046】

〔シールドガス〕
パルスマグ溶接法では、溶滴をスプレー移行させるためにＡｒ−ＣＯ_２混合ガスが、シールドガスとして用いられる。このシールドガスは、溶接中のアークや溶融池の周辺を大気からシールドするためのものでもある。本実施の形態でもシールドガスは、Ａｒ−ＣＯ_２混合ガスを用いる。Ａｒ−ＣＯ_２混合ガスとしては、Ａｒ−３０体積％ＣＯ_２ガス、Ａｒ−２０体積％ＣＯ_２ガス、Ａｒ−１０体積％ＣＯ_２ガス、または、さらにＣＯ_２濃度を下げたＡｒ−５体積％ＣＯ_２ガスを用いてもよい。

【0047】

また、本実施の形態においてパルスミグ溶接法を用いる場合、上記シールドガスはアルゴンガスまたはアルゴン−ヘリウム混合ガスである。

【0048】

〔継手形状〕
図３の（ａ）に示した重ね継手による隅肉溶接、および図３の（ｂ）に示したＴ字継手による隅肉溶接以外に、角継手、十字継手、当て金継手、フレアー継手等のいずれの継手形状にも本発明は適用できる。また、本発明は、突合せ継手、角継手、十字継手およびＴ字継手による突合せ溶接にも適用できる。

【0049】

〔溶融Ｚｎ系めっき鋼板〕
本実施の形態において溶接の対象となる溶融Ｚｎ系めっき鋼板は、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、溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇめっき鋼板等の、めっき層がＺｎを主成分とする溶融めっき鋼板が好ましい。

【0050】

溶融Ｚｎ系めっき鋼板のなかでも溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇめっき鋼板は、Ａｌ：１．０〜２２．０質量％、Ｍｇ：０．０５〜１０．０質量％を含有し、耐食性に優れるので好適である。溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇめっき鋼板のめっき層は、めっき層外観と耐食性を低下させる原因となるＺｎ_１１Ｍｇ_２系相の生成および成長を抑制するためにＴｉ：０．００２〜０．１質量％、Ｂ：０．００１〜０．０５質量％を添加してもよい。また、めっき原板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ためにＳｉを２．０質量％まで添加してもよい。

【0051】

〔めっき付着量〕
溶融Ｚｎ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、片面当たりのめっき付着量が２５０ｇ／ｍ^２を超えるとＺｎ蒸気の発生量が多くなり過ぎ、本実施の形態の溶融Ｚｎ系めっき鋼板のアーク溶接方法を用いてもスパッタおよびブローホールの発生を抑制することが困難になるので、片面当たりのめっき付着量が２５０ｇ／ｍ^２以下とすることが好ましい。

【0052】

〔溶接ワイヤ〕
溶接ワイヤ２は、ＪＩＳ Ｚ３３１２ ＹＧＷ１１、またはＪＩＳ Ｚ３３１２ ＹＧＷ１２を用いることが好ましい。これら以外に、ＪＩＳ Ｚ３３１２に規定された各種ソリッドワイヤを用いてもよく、他の種類のものでもよい。例えば、メッキレスワイヤ、フラックス入りワイヤ、スラグ系ワイヤ、等を用いてもよい。

【0053】

溶接ワイヤ２のワイヤ径は、例えば直径１．２ｍｍのものを用いることができ、直径０．８〜１．６ｍｍの範囲のものであってもよい。

【0054】

本実施の形態では、溶接ワイヤ２の供給速度を３ｍ／ｍｉｎ以上１５ｍ／ｍｉｎ以下の範囲とする。これにより、溶接ワイヤ２が溶融不足となること、および、溶接ワイヤ２が溶融過多となることを抑制することができる。尚、上記した溶接ワイヤ２の供給速度は、平均溶接電流の設定値に応じて設定されてよい。

【0055】

〔溶接速度〕
溶接速度は、例えば０．４ｍ／ｍｉｎとすることができ、０．１〜２．０ｍ／ｍｉｎの範囲で、各種の溶接条件に応じて設定すればよい。

【0056】

〔ブローホール占有率、スパッタ付着個数〕
本実施の形態の溶融Ｚｎ系めっき鋼板のアーク溶接方法によれば、スパッタおよびブローホールの発生を抑制して溶融Ｚｎ系めっき鋼板同士の溶接を行うことができ、該溶接されてなる溶接部材を提供することができる。該溶接部材の評価（ブローホール占有率、スパッタ付着個数）について、図４および図５に基づいて説明する。

【0057】

図４は、溶融Ｚｎ系めっき鋼板同士が溶接されてなる溶接部材１０におけるブローホール占有率の測定方法を説明する平面図である。図４に示すように、溶融Ｚｎ系めっき鋼板１と溶融Ｚｎ系めっき鋼板１’とが溶接されてなる溶接部材１０には溶接ビード６が形成されており、該溶接ビード６はブローホール６ａを有していることが多い。また、溶接ビード６の長手方向（溶接線方向）の長さを長さＬとし、溶接ビード６の一端部からｉ番目のブローホールの長さをｄｉとする。ここで、例えば継手形状がＴ字継手の場合、図４に示す溶融Ｚｎ系めっき鋼板１と溶融Ｚｎ系めっき鋼板１’とは３次元的には垂直に溶接されている。

【0058】

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４に模式的に示す各ブローホール６ａの長さｄｉの積算値、すなわち溶接ビード６に形成された全てのブローホール６ａの長さを測定して積算した積算値Σｄｉ（ｍｍ）の測定値から下記（１）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。本発明における溶接部材１０は、ブローホール占有率Ｂｒが３０％以下であり、溶接強度に優れる。

【0059】

Ｂｒ＝（Σｄi／Ｌ）×１００ ・・・（１）
ここで、
ｄi：溶接ビードにおいて観察されたｉ番目のブローホールの長さ
Ｌ：溶接ビードの長さ
である。

【0060】

図５は、溶融Ｚｎ系めっき鋼板同士が溶接されてなる溶接部材１０におけるスパッタ付着個数の測定方法を説明する平面図である。図５の点線で示す、溶接ビード６を中心とした縦１００ｍｍ、横１００ｍｍの領域８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。ここで、領域８の中心は、溶接ビード６の中央とすればよく、縦１００ｍｍとは、溶接ビード６から一方（溶融Ｚｎ系めっき鋼板１）の側に５０ｍｍ、他方（溶融Ｚｎ系めっき鋼板１’）の側に５０ｍｍを意味する。このとき、例えば溶接部材１０の継手形状がＴ字継手の場合、領域８の縦１００ｍｍは、溶接ビード６を中心として直角方向にそれぞれ５０ｍｍとすればよい。また、横１００ｍｍとは、溶接ビード６の長手方向と同じ方向における、領域８の横幅を意味する。

【0061】

本発明における溶接部材１０は、領域８のスパッタ付着個数が２０個以下であり、溶接外観と耐食性に優れる。

【実施例】

【0062】

表１に示す４種類の溶融Ｚｎ系めっき鋼板を用いて、重ね隅肉溶接継手を構成してパルスアーク溶接を行った。溶接ワイヤ２は直径１．２ｍｍのＪＩＳ Ｚ３３１２ ＹＧＷ１２を用い、溶接速度０．４ｍ／ｍｉｎ、ビード長さ１８０ｍｍ、重ね代３０ｍｍとした。

【0063】

【表1】

【0064】

また、溶接中に、溶接ワイヤ２の先端と、溶接前の溶融Ｚｎ系めっき鋼板同士の当接部７における溶接ワイヤ２側の隅部７ａとを含む部分の溶接状態を下記に示す条件でハイスピードカメラ撮影することにより、溶接ワイヤ２の先端から隅部７ａまでの距離Ｄを測定した。パルスアーク溶接後、前述の方法でスパッタ付着個数およびブローホール占有率Ｂｒを測定した。

【0065】

〔ハイスピードカメラ撮影条件〕
ハイスピードカメラ：（株）ノビテック社製Ｍ３１０
可視化用レーザ光源：Ｃａｖｉｔｒａ社製ＣＡＶＬＵＸ ＨＦ
パルス波長：８１０ｎｍ
撮影コマ数：４０００コマ／秒。

【0066】

表２および表３に、溶融Ｚｎ系めっき鋼板の種類、パルスアーク溶接条件、溶接ワイヤ２の先端から隅部７ａまでの距離Ｄ、そして、スパッタ付着個数、ブローホール占有率Ｂｒの測定結果を示す。

【0067】

表２は、溶融Ｚｎ系めっき鋼板として溶融Ｚｎ−６％Ａｌ−３％Ｍｇめっき鋼板を用い、シールドガスの種類、ピーク電流ＩＰ、周期ＰＦＱ、溶接ワイヤ２の先端から隅部７ａまでの距離Ｄを変化させてスパッタ付着個数、ブローホール占有率Ｂｒを調査した結果である。

【0068】

【表2】

【0069】

距離Ｄ、ピーク電流ＩＰ、周期ＰＦＱが本発明の範囲内であるＮｏ．１〜２０の実施例はスパッタ付着個数が２０個未満、ブローホール占有率が３０％未満で、本実施例から本発明によりスパッタ、ブローホールが抑制されて溶接部外観と溶接強度に優れたアーク溶接部材が得られることがわかる。

【0070】

一方、距離Ｄ、ピーク電流ＩＰ、周期ＰＦＱが本発明の条件範囲外であるＮｏ．２１〜２６の比較例ではスパッタ、ブローホールの発生が著しく、溶接部外観と溶接強度に優れたアーク溶接部材が得られない。

【0071】

表３は、種々のめっき組成と付着量を有する溶融Ｚｎ系めっき鋼板の種類を用いて、種々のパルスアーク溶接条件、距離Ｄにおいて溶接を行い、スパッタ付着個数、ブローホール占有率Ｂｒを調査した結果である。

【0072】

【表3】

【0073】

Ｎｏ．２７〜３９に示すように、溶接ワイヤ２の先端から隅部７ａまでの距離Ｄ、ピーク電流ＩＰ、周期ＰＦＱ、めっき付着量が本発明の範囲内の実施例では、いずれの溶融Ｚｎ系めっき鋼板による溶接部材においても、スパッタ、ブローホールが抑制されている。特に、Ｎｏ．３５〜３８ではめっき付着量が１５ｇ／ｍ^２の薄目付から２５０ｇ／ｍ^２の厚目付までスパッタおよびブローホールの発生が抑えられており、溶接部外観と溶接強度に優れた溶融Ｚｎ系めっき鋼鈑アーク溶接部材が得られることがわかる。

【0074】

それに対して、表３のＮｏ．４０〜４８の比較例ではめっき付着量が本発明の上限である２５０ｇ／ｍ^２を超えており、溶接ワイヤ２の先端から隅部７ａまでの距離Ｄ、ピーク電流ＩＰ、周期ＰＦＱが本発明の範囲内であってもＺｎ蒸気の発生が著しいためスパッタおよびブローホールの発生が抑制できず、溶接部外観と溶接強度に優れた溶融Ｚｎ系めっき鋼鈑アーク溶接部材が得られていない。

【符号の説明】

【0075】

１・１’ 溶融Ｚｎ系めっき鋼板
２ 溶接ワイヤ
２ａ ワイヤ先端部（溶接ワイヤの先端）
３ 溶融池
４ パルスアーク
５ 溶滴
６ 溶接ビード
７ 当接部
７ａ 隅部（溶接対象部）
８ 領域（スパッタ個数を数える領域）
１０ 溶接部材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】