(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【背景技術】
【0002】
自動車の足回り部材は、板厚が1.2〜6mmの薄鋼板の場合がほとんどで、通常、溶接後に防錆および美観のために塗料を電着塗装される。
自動車用薄鋼板の足回り部材の溶接は、ガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤを用いて継手部の品質特性の面からスパッタの発生量を低減させて部材への付着を少なくする目的と、高速度での溶接性確保の面からシールドガスとしてArガスを主成分とし、これにCO
2ガスを混合、さらにはO
2ガスを混合したガスを用いたパルスMAG溶接方法が近年増加している。パルスMAG溶接方法は、平均電流を低くして溶接できることから薄鋼板の溶接では耐溶け落ち性も向上できるとともに、高速度の溶接条件で施工できるので生産性が高く、品質の良好な溶接継手部が得られる。
【0003】
パルスMAG溶接とは、溶接電流として平均電流値より高電流となるピーク電流と平均
電流値より低電流としたベース電流を周期的に流す溶接方法である。これによりピーク電流期間では一定に送給されている溶接用ワイヤを電磁ピンチ力などの作用で溶滴状態に溶融させ、ベース電流期間中にこの溶滴を溶融池に安定的に移行させるので、高速溶接時に溶滴が溶融池と短絡することなくスムーズに溶融池へ移行させることができる。
【0004】
このように、パルス溶接電源を適用することにより、パルスMAG溶接においてピーク
電流、ピーク時間、アーク電圧の積からなる溶融エネルギーに対応したワイヤ送給量毎の溶滴生成量にする。すなわち、1回のパルスピーク電流時に1個の溶滴を生成させ、ベース電流期間に溶滴を溶融池に規則的に移行させる1パルス−1ドロップ移行となるパルス条件とするにより、溶滴はスムーズに溶融池に移行してスパッタ発生量が低減される。このため溶接電源は、溶接用ワイヤの送給速度に対応してパルスの周波数を数十Hz〜300Hz程度まで変化させることが可能となっている。
【0005】
薄鋼板溶接のパルスMAG溶接用ワイヤとして、例えば特開平8−99175号公報(
特許文献1)に、薄板高張力鋼板をワイヤ成分、シールドガス組成およびパルス付与条件を限定して溶接し、溶接金属の機械的性質を良好にすることができるとともにスパッタの発生量が少なく溶接作業性に優れる技術が開示されている。しかし、特許文献1に開示の技術においても、アークが安定して、ビード形状が良好な溶接金属を得ることができない。さらに、スラグ生成量が多くなり塗料を塗装後にスラグとともに塗料が剥がれるという問題があった。
【0006】
また、特開平9−239583号公報(特許文献2)、特開2001−321985号
公報(特許文献3)および特開2009−166066号公報(特許文献4)には、パルスMAG溶接用ソリッドワイヤの開示がある。しかし、特許文献2〜特許文献4に記載の溶接用ソリッドワイヤを用いたパルスMAG溶接においても、スラグ生成量が多く塗装後にスラグとともに塗料が剥がれるという問題があった。
【0007】
一方、特開2016−203247号公報(特許文献5)には、ガスシールドアーク溶
接用フラックス入りワイヤにシリコン酸化物、クロム酸化物およびニッケル酸化物の少なくとも1種を含有させて薄鋼板の溶接をし、ビード表面に酸化皮膜層を形成して塗料塗装後の剥離を防止した技術の開示がある。しかし、特許文献5に開示されているビード表面の酸化皮膜層は、自動車の車体構造部材に適用した場合、季節の変化、寒冷地および温暖地など自動車の使用環境の温度差による溶接金属と酸化皮膜層との熱膨張の差によって酸化皮膜層が塗料とともに剥がれるという問題がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
そこで本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、板厚が1.2〜6m
mである薄鋼板の重ね継手部やT継手部を溶接するに際してビード表面に残存するスラグが少なく、アークが安定してスパッタ発生量が少なく、ビード形状が良好で溶接欠陥がないなど、高能率に高品質な溶接部が得られる薄鋼板のパルスMAG溶接方法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】
【0010】
本発明の要旨は、板厚1.2〜6mmである薄鋼板のパルスMAG溶接方法において、ワイヤ全質量に対する質量%で、C:0.04〜0.11%、Si:0.50〜0.90%、Mn:1.40〜1.90%、Ti:0.15〜0.35%、かつ、下記(1)で示すA値:0.55〜0.85、Cu:0.08〜0.45%、S:0.006〜0.020%を含有し、P:0.02%以下であり、残部はFeおよび不可避不純物よりなるソリッドワイヤを用いて、パルスピーク電流(Ip):
430〜600A、パルスベース電流(Ib):30〜80Aとし、前記パルスピーク電流(Ip)とパルスピーク時間(Tp)が下記式(2)を満足するパルスを付加して溶接することを特徴とする薄鋼板のパルスMAG溶接方法にある。
A=0.33Si+0.15Mn+Ti・・・・・(1)
(但し、Si、Mn、Tiは、ワイヤ全質量に対する質量%)
415≦Ip(A)×Tp(msec)≦780・・・・・(2)
【発明の効果】
【0011】
本発明の薄鋼板のパルスMAG溶接方法によれば、板厚が1.2〜6mmの薄鋼板の重ね継手部やT継手部を溶接するに際してビード表面に残存するスラグが少なく、アークが安定してスパッタ発生量が少なく、ビード形状が良好で溶接欠陥がないなど、高能率に高品質な溶接部が得られる。
【発明を実施するための形態】
【0013】
本発明者らは、上述した問題点を解決するために、薄鋼板を重ねすみ肉継手とし、各種
成分のソリッドワイヤを用いて各種パルス条件で0.8m/min以上の溶接速度で溶接を行い、ビード表面に残存するスラグの量、アークの安定性、スパッタの発生状況、ビード形状および溶接欠陥の有無について詳細に検討した結果、次の知見を得た。
【0014】
(1)ワイヤ組成は、Siの含有量、Mnの含有量およびTiの含有量、Sの含有量を適正とすることでスラグ生成量を減少することができたものの、十分に改善することができなかった。そこで、さらなる検討の結果、Si、Mn、Tiの含有量が適正であり、かつ、Si、Mn、Tiの含有量によって定まるA値を適正な範囲とすることによりスラグ生成量を抑制するための効果が十分得られることを見出した。また、Cの含有量、Tiの含有量、Cuの含有量、を適正とすることでアークが安定してスパッタ発生量の少ない溶接ができた。
【0015】
(2)上述した組成のワイヤを用いてパルス条件が1パルス−1ドロップの溶滴移行となる領域にすることで、80cm/min以上の高速度の溶接でアークが安定してスパッタ発生量が少なく良好なビード形状が得られる。
【0016】
以下、本発明の薄鋼板のパルスMAG溶接方法の限定理由について説明する。
まず、ワイヤ成分組成について説明する。なお、各成分の含有率は、ワイヤ全質量に対する質量%で表すものとし、その質量%に関する記載を単に%と記載する。
【0017】
[C:0.03〜0.11%]
Cは、アークを安定させて溶滴を細粒化する作用がある。Cが0.03%未満では、溶滴の細粒化が困難となってアークが不安定でスパッタ発生量が多くなる。一方、Cが0.11%を超えると、溶融金属の粘性が低くなってビード形状が不良になるばかりでなく、溶接金属を硬化させ耐割れ性が劣化する。したがって、Cは0.03〜0.11%とする。
【0018】
[Si:0.50〜0.90%]
Siは、アーク溶接時における溶融金属の脱酸を促進する元素(脱酸元素)であって、ブローホールの発生の抑制に効果があるが、Siが過剰に含有されれば、スラグの発生を顕著にする元素でもある。Siが0.50%未満では、脱酸不足となって、ブローホールが発生しやすくなる。一方、Siが0.90%を超えると、スラグ生成量が多くなる。したがって、Siは0.50〜0.90%とする。
【0019】
[Mn:1.40〜1.90%]
Mnは、脱酸元素として重要な元素である。Mnが1.40%未満では、特に高速度の溶接条件でピットが発生しやすくなる。一方、Mnが1.90%を超えると、スパッタ発生量およびスラグ生成量が多くなる。したがって、Mnは1.40〜1.90%とする。
【0020】
[Ti:0.15〜0.35%]
Tiは、アークを安定される作用があり、また脱酸元素でもあるため、ブローホールの抑制にも効果がある。Tiが0.15%未満では、これらの効果が得られず、アークが不安定となり、ブローホールが発生しやすくなる。一方、Tiが0.35%を超えると、スラグ生成反応が促進された、スラグ生成量が多くなる。したがって、Tiは0.15〜0.35%とする。
【0021】
[A値:0.55〜0.85]
前記、脱酸元素であるSi、Mn、Tiの含有量が下記(1)式で求められるA値がスラグの発生状況に大きな影響を及ぼすことを見出した。特にソリッドワイヤに含まれる成分として、各元素の個別の含有量を規定するだけではなく、A値が0.55〜0.85の範囲内の場合には、スラグ生成量を抑制する効果が十分得られる。このことは、後述する実験を参照して説明する。
A=0.33Si+0.15Mn+Ti・・・・・(1)
(但し、Si、Mn、Tiは、ワイヤ全質量に対する質量%)
【0022】
[実験]
実験の結果の一部を
図1に示す。この実験では、種々の鋼組成のインゴットを溶製し、熱間圧延、伸線、焼鈍、銅めっきした後、さらに伸線して、1.2mmのソリッドワイヤを作製した。なおめっき層を含むソリッドワイヤの成分組成は、C:0.03〜0.11%、Si:0.50〜0.90%、Mn:1.40〜1.90%、Ti:0.15〜0.35%、S:0.006〜0.020%、である。前記ソリッドワイヤを用い、シールドガスとしてAr−20%CO
2ガスを用いて、板厚3.2mmの薄鋼板について、パルス溶接条件が、パルスピーク電流(Ip):480A、パルスベース電流(Ib):50A、パルスピーク時間(Tp):1.4msecでビードオンプレート溶接を400mmの長さについて実施した。そして、下記(3)式に示すスラグ面積率を算出した。
【0023】
縦軸をスラグ面積率とし、横軸に各ソリッドワイヤのA値をとり、上記の実験結果をプ
ロットしたのが
図1である。
図1から明らかなように、Aの値が0.55〜0.85の範囲内では、スラグ面積率が10%以下と低い値に抑えられたことが判明した。ここで、スラグ率が10%以下であれば、ソリッドワイヤを用いた溶接金属表面に塗装を施した場合に塗装欠陥が実質的に生じない。一方、A値が0.55未満であれば、スラグ面積率が20%以上と急激に大きくなり、またAが0.85を超える場合にも、スラグ面積率が20%以上大きくなることが判明した。したがって、A値は0.55〜0.85とする。
スラグ面積率(%)=スラグ部位面積の総和÷全画像面積×100(%)・・・(3)
【0024】
[Cu:0.08〜0.45%]
Cuは、鋼中に不可避的不純物として0.02%程度含有されるが、本発明のCuは主としてワイヤ表面に施した銅めっきをいう。通常、銅めっきはワイヤ送給性と通電性を安定化するのに極めて重要な表面処理方法である。銅めっき厚が薄いと溶接中のチップ磨耗が激しくなり、溶接中にワイヤ送給性と通電性が劣化し、その結果、アークが不安定になる。Cuが0.08%未満であると、必要なワイヤ送給性と通電性が得られずアークが不安定となる。一方、Cuが0.45%を超えると、溶接金属の耐割れ性が劣化する。したがって、Cuは0.08〜0.45%とする。なお、ワイヤ表面の銅めっき厚さは0.2〜1.0μmであることが耐チップ磨耗性および通電性から好ましい。
【0025】
[S:0.006〜0.020%]
Sは、溶接時に生成した少量のスラグを溶融プール表面に浮上させてクレータ部まで運ぶことによってビード表面に残存するスラグを少なくする効果がある。Sが0.006%未満であると、生成したスラグを溶融プール表面に浮上させてクレータ部まで運ぶ効果が少なくなりスラグがビード表面に残存する。一方、Sが0.020%を超えると、溶接金属の耐割れ性が劣化する。したがって、Sは0.006〜0.020%とする。
【0026】
[P:0.02%以下]
Pは不純物であり、Pの増加により溶接金属の割れを引き起こすので0.02%以下とする。好ましくは0.015%以下である。
さらに、80cm/min以上の高速度の溶接条件でアークが安定してスパッタ発生量が少なく、ビード形状が良好となる最適パルスMAG条件範囲を検討した結果、1パルス−1ドロップ領域であるパルスピーク電流Ipとパルスピーク時間Tpの領域において、短絡がし難くアークが安定してスパッタ発生量の少ない溶接となり、良好なビード形状が得られる最適のパルスMAG条件範囲を見出した。
【0027】
[パルスピーク電流(Ip):
430〜600A]
パルスピーク電流(Ip)が
430A未満では、電磁ピンチ効果による溶滴の生成と離脱がスムーズに行われなくなり、不均一な凸ビードとなる。また、アークが不安定でスパッタ発生量が多くなる。一方、パルスピーク電流(Ip)が600Aを超えると、アーク力によりスパッタ発生量が多くなる。したがって、パルスピーク電流(Ip)は
430〜600Aとする。
【0028】
[パルスベース電流(Ib):30〜80A]
パルスベース電流(Ib)は、ベース期間でアークを保持できる電流値が必要となる。パルスベース電流(Ib)が30A未満では、アークが不安定となりスパッタ発生量が多く、ビード形状が劣化する。一方、パルスベース電流(Ib)が80Aを超えると、溶滴の離脱が速やかに行われず、アークが不安定でスパッタ発生量が多くなる。したがって、パルスベース電流(Ib)は30〜80Aとする。
【0029】
[415≦Ip(A)×Tp(msec)≦780]
下記式(1)で示すパルス電流(Ip)とパルスピーク時間(Tp)の積(Ip×Tp)で得られる値を限定することによって、ピーク時間の短い領域でアーク電圧が高い場合においても、溶滴の短絡がピーク時及びベース時に適度に生じて良好なビード形状が得られる。パルスピーク電流(Ip)とパルスピーク時間(Tp)の積(Ip×Tp)が415未満では、ピーク電流期間で溶滴を形成するためのエネルギーが不足し十分な溶滴の形成ができず、凸ビードとなる。一方、パルスピーク電流(Ip)とパルスピーク時間(Tp)の積が780を超えると、過度に成長した溶滴が短絡しやすくなり再点弧時のアーク力で溶融地が吹き飛ばされることからアークが不安定でスパッタ発生量が多くなる。したがって、Ip×Tpは、下記式(1)で示される範囲とする。
415≦Ip(A)×Tp(msec)≦780 ・・・・(1)
【実施例】
【0030】
以下、実施例により本発明の効果をさらに具体的に説明する。
まず、原料鋼を真空溶解し、鍛造、圧延、伸線、焼鈍そして銅めっきした後、1.2mmのワイヤ径まで伸線してスプールに巻き取った試作ワイヤの化学成分を表1に示す。
【0031】
【表1】
表1に示すワイヤW1〜W9は本発明例であり、ワイヤW10〜W18は比較例である。
【0032】
表1に示す試作ワイヤを用いて、表2に示す板厚3.2mmの鋼板を
図2に示す上板1
の端部と下板2の表面との間を、表3および表4に示すパルスMAG溶接条件で溶接長400mmを溶接した。ワイヤの狙い位置は重ね継手のコーナー部とし、溶接トーチ2の角度θは60°とした。溶接試験は、ビード表面のスラグ発生状況、アークの安定性、スパッタ発生量、ビード形状および溶接欠陥の有無を評価した。
【0033】
なお、ビード表面のスラグ発生状況は、スラグ面積率により評価した。すなわち溶接ビ
ード400mmのうち終始端50mmの部分を除いた中央の300mmの長さの部分のビードについて、ビード表面の写真撮影を行って画像を採取し、当該画像における部位をマーキングし、スラグ面積率を計算した。
スラグ面積率(%)=スラグ部位面積の総和÷全画像面積×100(%)・・・(3)
【0034】
スラグ発生状況については、スラグ面積率の基準値を10%とし、スラグ面積率が10%以下を合格と判定し、10%を超えたものを不合格と判定した。また、アークの安定性、スパッタ発生量、ビード形状および溶接欠陥の有無は、目視で評価した。それらの結果を表4にまとめて示す。
【0035】
【表2】
【0036】
【表3】
【0037】
【表4】
表4中の試験No.1〜No.10は本発明例、試験No.11〜No.20は比較例
である。
【0038】
本発明例である試験No.1〜No.10は、ワイヤ記号W1〜W9が本発明で規定した各成分範囲内で、パルスMAG溶接条件が適正であるので、ビード表面へスラグ生成量が少なく、アークが安定してスパッタ発生量が少なく、ビード形状が良好で溶接欠陥が無く、極めて満足な結果であった。
【0039】
比較例中の試験No.11は、ワイヤ記号W10のCが少ないので、アークが不安定で
スパッタ発生量が多かった。また、A値が低いのでスラグ面積率が高かった。試験No.12は、ワイヤ記号W11のCが多いので、ビード形状が不良で、クレータ割れが発生した。また、Siが多いのでスラグ面積率が高かった。試験No.13は、ワイヤ記号W12のSiが少ないので、ブローホールが発生した。また、パルスピーク電流(Ip)が低いので、アークが不安定で、スパッタ発生量が多く、凸ビードとなった。
【0040】
試験No.14は、ワイヤ記号W13のMnが少ないので、ピットが発生した。また、
パルスベース電流(Ib)が低いので、アークが不安定で、スパッタ発生量が多く、ビード形状も不良であった。試験No.15は、ワイヤ記号W14のMnが多いので、スラグ面積率が高く、スパッタ発生量も多かった。また、Sが多いので、クレータ割れも発生した。試験No.16は、ワイヤ記号W15のTiが少ないので、アークが不安定で、ブロ
ーホールも発生した。また、パルスピーク電流Ipとピーク時間Tpの積Ip×Tpが
低いので、凸ビードとなった。
【0041】
試験No.17は、ワイヤ記号W16のTiが多いので、スラグ面積率が高かった。ま
た、Cuが多いので、クレータ割れが発生した。さらに、パルスピーク電流(Ip)が高いので、スパッタ発生量が多かった。試験No.18は、ワイヤ記号W17のA値が高いので、スラグ面積率が高かった。また、パルスベース電流(Ib)が高いので、アークが不安定となり、スパッタ発生量も多かった。
【0042】
試験No.19は、ワイヤ記号W18のCuが少ないので、アークが不安定であった。
また、Sが少ないので、スラグ面積率が高かった。試験No.20は、ワイヤ記号W8が本発明で規定した各成分範囲内であるが、パルスピーク電流Ipとピーク時間Tpの積Ip×Tpが高いので、アークが不安定となり、スパッタ発生量が多かった。