知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024067527
(43)【公開日】2024-05-17
(54)【発明の名称】ガスシールドアーク溶接用ワイヤ
(51)【国際特許分類】
B23K 35/30 20060101AFI20240510BHJP
【ＦＩ】
B23K35/30 320A
【審査請求】未請求
【請求項の数】3
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022177676
(22)【出願日】2022-11-04
(71)【出願人】
【識別番号】000001199
【氏名又は名称】株式会社神戸製鋼所
(74)【代理人】
【識別番号】110002000
【氏名又は名称】弁理士法人栄光事務所
(72)【発明者】
【氏名】木梨 光
(72)【発明者】
【氏名】井海 和也
(72)【発明者】
【氏名】横田 泰之
(57)【要約】
【課題】溶接時に発生するスパッタが少なく、溶接後にスラグの除去等の工程が不要かつ優れた電着塗装性を有し、ビード形状が良好な溶接部を得る。
【解決手段】ガスシールドアーク溶接用ワイヤは、ワイヤ全質量に対する質量％で、Ｍｎ：１．８８％以上２．７０％以下、Ｔｉ：０．１０％以上０．４０％以下、Ｏ：０．００５０％超０．０１０５％以下、Ｃ：０．０１％以上０．１０％以下、Ｓｉ：０．０５％以上０．５０％以下、Ｃｕ：０．０１％以上０．３０％以下、：０．００１％以上０．０２０％以下、を含有し、Ａｌ：０．１０％以下、Ｐ：０．０２５％以下、残部がＦｅ及び不可避的不純物であり、Ｔｉ及びＯの含有量をそれぞれ質量％で［Ｔｉ］、［Ｏ］と表す場合に、式（１）：１０００×［Ｔｉ］×［Ｏ］／（［Ｔｉ］＋５０×［Ｏ］）により算出される値が、２．１３以上４．３０以下である。
【選択図】なし
【解決手段】ガスシールドアーク溶接用ワイヤは、ワイヤ全質量に対する質量％で、Ｍｎ：１．８８％以上２．７０％以下、Ｔｉ：０．１０％以上０．４０％以下、Ｏ：０．００５０％超０．０１０５％以下、Ｃ：０．０１％以上０．１０％以下、Ｓｉ：０．０５％以上０．５０％以下、Ｃｕ：０．０１％以上０．３０％以下、：０．００１％以上０．０２０％以下、を含有し、Ａｌ：０．１０％以下、Ｐ：０．０２５％以下、残部がＦｅ及び不可避的不純物であり、Ｔｉ及びＯの含有量をそれぞれ質量％で［Ｔｉ］、［Ｏ］と表す場合に、式（１）：１０００×［Ｔｉ］×［Ｏ］／（［Ｔｉ］＋５０×［Ｏ］）により算出される値が、２．１３以上４．３０以下である。
【選択図】なし
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ワイヤ全質量あたり、
Ｍｎ：１．８８質量％以上２．７０質量％以下、
Ｔｉ：０．１０質量％以上０．４０質量％以下、
Ｏ：０．００５０質量％超０．０１０５質量％以下、
Ｃ：０．０１質量％以上０．１０質量％以下、
Ｓｉ：０．０５質量％以上０．５０質量％以下、
Ｃｕ：０．０１質量％以上０．３０質量％以下、
Ｓ：０．００１質量％以上０．０２０質量％以下、
を含有し、
Ａｌ：０．１０質量％以下、
Ｐ：０．０２５質量％以下、
残部がＦｅ及び不可避的不純物であり、
ワイヤ全質量あたりのＴｉ含有量を質量％で［Ｔｉ］、ワイヤ全質量あたりのＯ含有量を質量％で［Ｏ］と表す場合に、
式（１）：１０００×［Ｔｉ］×［Ｏ］／（［Ｔｉ］＋５０×［Ｏ］）により算出される値が、２．１３以上４．３０以下であることを特徴とする、ガスシールドアーク溶接用ワイヤ。
Ｍｎ：１．８８質量％以上２．７０質量％以下、
Ｔｉ：０．１０質量％以上０．４０質量％以下、
Ｏ：０．００５０質量％超０．０１０５質量％以下、
Ｃ：０．０１質量％以上０．１０質量％以下、
Ｓｉ：０．０５質量％以上０．５０質量％以下、
Ｃｕ：０．０１質量％以上０．３０質量％以下、
Ｓ：０．００１質量％以上０．０２０質量％以下、
を含有し、
Ａｌ：０．１０質量％以下、
Ｐ：０．０２５質量％以下、
残部がＦｅ及び不可避的不純物であり、
ワイヤ全質量あたりのＴｉ含有量を質量％で［Ｔｉ］、ワイヤ全質量あたりのＯ含有量を質量％で［Ｏ］と表す場合に、
式（１）：１０００×［Ｔｉ］×［Ｏ］／（［Ｔｉ］＋５０×［Ｏ］）により算出される値が、２．１３以上４．３０以下であることを特徴とする、ガスシールドアーク溶接用ワイヤ。
【請求項2】
前記Ｓｉ：０．２５質量％以下であることを特徴とする、請求項１に記載のガスシールドアーク溶接用ワイヤ。
【請求項3】
前記Ｔｉ：０．１５質量％以上であることを特徴とする、請求項１又は２に記載のガスシールドアーク溶接用ワイヤ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ガスシールドアーク溶接用ワイヤに関する。
【背景技術】
【0002】
近年、環境性能の要求水準の高まりから、自動車等の燃費向上に関する技術開発が積極的に進められている。自動車等の燃費を向上する方法としては、内燃機関の効率化、ハイブリッド化及び電動化が挙げられる。電動化は、電池搭載により車体の重量がますます増加する傾向にあるため、軽量化技術の開発も同時に進められている。例えば、従来の鋼板よりも高強度化した薄鋼板を使用することにより、板厚を低減することで、車両を軽量化する試みが積極的に進められている。
【0003】
足回り部品は、路面からの水分や融雪剤に含まれる塩害により腐食環境にさらされるため、鋼板の局所的な減肉が課題となっている。このため、車両の更なる軽量化を実現するためには、薄板化しても十分な強度、耐久性を有する足回り部品が必要とされるとともに、足回り部品の腐食を防止することができる技術も必要とされている。
【0004】
一般的に、腐食環境から足回り部品を防護する方法としては、アーク溶接後に電着塗装する方法が採用されている。しかしながら、溶接後に電着塗装を実施した場合、溶接スラグの上に電着塗装膜が形成されず、塗装欠陥となり、この欠陥を起点として腐食が進行する問題が発生している。そこで、電着塗装膜の膜厚を厚く形成する方法により、溶接欠陥の発生を抑制しているが、スラグの上に塗膜が形成された場合であっても、走行時にかかる力により、スラグ部とともに塗膜が剥離することがあり、剥離した部分から腐食が進行するという課題もあった。
【0005】
また、足回り部品の中でも、より路面に近い部品や、さらに薄板化した部品に対しては、腐食に対する対策として、亜鉛メッキ鋼板を適用し、塗膜が剥離した場合であっても、亜鉛が有する犠牲防食作用により耐食性を向上させる方法が採用されている。しかしながら、溶接部においては、アーク溶接時の熱により亜鉛が気化してしまうため、溶接ビードにおいて耐食性を向上させる効果を十分に期待できない。そのため、溶接スラグ上の塗装不良に起因する腐食が発生するか、又は、塗膜が形成された場合であっても、走行時のスラグ剥離により腐食が発生してしまうおそれがあった。
【0006】
ここで、例えば特許文献１には、溶接後に電着塗装をした場合に、スラグが覆っている部分に塗膜が形成されず、部品の耐久性が低下することを防止するために、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎの含有量を調整するとともに、Ｚｒ、Ｔｉ及びＡｌから選択された１種又は２種以上の合計の含有量を調整した溶接ワイヤが提案されている。上記特許文献１においては、溶接後の溶接部に付着したスラグの剥離性が良好であって、該スラグの剥離を著しく容易に行うことが可能であることが開示されている。そして、近年では、高級車などを中心に、信頼性確保のため、溶接後に物理的にスラグを除去する方法が使用されている。
【0007】
また、特許文献２には、ワイヤ中のＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｓ、Ｎ、Ａｌ及びＰの含有量を制御するとともに、Ｔｉ含有量とＳｉ含有量との比を適切に規定したガスシールドアーク溶接用ワイヤが開示されている。なお、上記特許文献２には、ワイヤ中のＯ含有量は、０．００５０質量％以下とすることが好ましいことが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【特許文献1】特開昭６２－１２４０９５号公報
【特許文献2】特許第６７７１６３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
しかしながら、上記特許文献１に記載のワイヤを使用した場合、スラグ除去工程を追加することにより、製造工程が増加するとともに製造コストが増加するという課題がある。また、アーク溶接時においては、作業性などを考慮してスパッタの発生が少ないワイヤが求められている。
さらに、重ねすみ肉などの溶接継手部は形状不連続のため応力が集中しやすく、腐食減肉と重なると疲労折損の要因となる。そこで、ビード止端部は溶接欠陥が少ないビードでかつ滑らかである必要もある。
さらに、重ねすみ肉などの溶接継手部は形状不連続のため応力が集中しやすく、腐食減肉と重なると疲労折損の要因となる。そこで、ビード止端部は溶接欠陥が少ないビードでかつ滑らかである必要もある。
【0010】
一方、上記特許文献２に記載のワイヤによると、溶接時に発生するスパッタが少なく、優れた電着塗装性を有し、ビード形状が良好な溶接部を得ることができる。しかし、近時、電着塗装性及び溶接作業性に関してより一層の向上が要求されている。また、上記特許文献２に記載のＯ含有量から外れた場合であっても、上記効果を十分に得ることができるワイヤの開発が求められている。
【0011】
本発明は、上述した状況に鑑みてなされたものであり、溶接時に発生するスパッタが少なく、溶接後にスラグの除去等の工程が不要かつ優れた電着塗装性を有し、ビード形状が良好な溶接部を得ることができるガスシールドアーク溶接用ワイヤ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】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究した結果、溶接部に薄いスラグを均一に形成することにより、溶接後にスラグの除去をすることなく、優れた電着塗装性が得られることを見出した。具体的には、ワイヤ中のＴｉ含有量とＯ含有量との関係を適切に調整するとともに、各成分のバランスを適切に制御することで、溶接時のスパッタが少なくビード形状が良好でかつ溶接部において高い密着性を有する薄いスラグを均一に形成することができる。そして、薄いスラグが存在することにより、溶接部上において電着塗装により形成された塗装膜に欠陥が発生することを防止可能となる。
なお、溶接後に薄いスラグが均一に形成されることにより、電着塗装膜が全体に均一に形成されるメカニズムについては明確ではないが、薄いスラグと厚いスラグとでは導電性が異なるからではないかと推測される。また、膜厚が大きい電着塗装膜を形成した場合に、スラグごと塗装膜が剥離する原因については、不均一で剥離性が高いスラグの上に塗装膜が形成されることにより、部品の表面に段差が形成され、走行時に力が加わりやすくなるためであると推測される。
本発明は、これら知見に基づいてなされたものである。
なお、溶接後に薄いスラグが均一に形成されることにより、電着塗装膜が全体に均一に形成されるメカニズムについては明確ではないが、薄いスラグと厚いスラグとでは導電性が異なるからではないかと推測される。また、膜厚が大きい電着塗装膜を形成した場合に、スラグごと塗装膜が剥離する原因については、不均一で剥離性が高いスラグの上に塗装膜が形成されることにより、部品の表面に段差が形成され、走行時に力が加わりやすくなるためであると推測される。
本発明は、これら知見に基づいてなされたものである。
【0013】
本発明の上記目的は、ガスシールドアーク溶接用ワイヤに係る下記［１］の構成により達成される。
【0014】
［１］ ワイヤ全質量あたり、
Ｍｎ：１．８８質量％以上２．７０質量％以下、
Ｔｉ：０．１０質量％以上０．４０質量％以下、
Ｏ：０．００５０質量％超０．０１０５質量％以下、
Ｃ：０．０１質量％以上０．１０質量％以下、
Ｓｉ：０．０５質量％以上０．５０質量％以下、
Ｃｕ：０．０１質量％以上０．３０質量％以下、
Ｓ：０．００１質量％以上０．０２０質量％以下、
を含有し、
Ａｌ：０．１０質量％以下、
Ｐ：０．０２５質量％以下、
残部がＦｅ及び不可避的不純物であり、
ワイヤ全質量あたりのＴｉ含有量を質量％で［Ｔｉ］、ワイヤ全質量あたりのＯ含有量を質量％で［Ｏ］と表す場合に、
式（１）：１０００×［Ｔｉ］×［Ｏ］／（［Ｔｉ］＋５０×［Ｏ］）により算出される値が、２．１３以上４．３０以下であることを特徴とする、ガスシールドアーク溶接用ワイヤ。
Ｍｎ：１．８８質量％以上２．７０質量％以下、
Ｔｉ：０．１０質量％以上０．４０質量％以下、
Ｏ：０．００５０質量％超０．０１０５質量％以下、
Ｃ：０．０１質量％以上０．１０質量％以下、
Ｓｉ：０．０５質量％以上０．５０質量％以下、
Ｃｕ：０．０１質量％以上０．３０質量％以下、
Ｓ：０．００１質量％以上０．０２０質量％以下、
を含有し、
Ａｌ：０．１０質量％以下、
Ｐ：０．０２５質量％以下、
残部がＦｅ及び不可避的不純物であり、
ワイヤ全質量あたりのＴｉ含有量を質量％で［Ｔｉ］、ワイヤ全質量あたりのＯ含有量を質量％で［Ｏ］と表す場合に、
式（１）：１０００×［Ｔｉ］×［Ｏ］／（［Ｔｉ］＋５０×［Ｏ］）により算出される値が、２．１３以上４．３０以下であることを特徴とする、ガスシールドアーク溶接用ワイヤ。
【0015】
また、ガスシールドアーク溶接用ワイヤに係る本発明の好ましい実施形態は、以下の［２］及び［３］に関する。
【0016】
［２］ 前記Ｓｉ：０．２５質量％以下であることを特徴とする、［１］に記載のガスシールドアーク溶接用ワイヤ。
【0017】
［３］ 前記Ｔｉ：０．１５質量％以上であることを特徴とする、［１］又は［２］に記載のガスシールドアーク溶接用ワイヤ。
【発明の効果】
【0018】
本発明によれば、溶接時に発生するスパッタが少なく、溶接後にスラグの除去等の工程が不要かつ優れた電着塗装性を有し、ビード形状が良好な溶接部を得ることができるガスシールドアーク溶接用ワイヤを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【発明を実施するための形態】
【0020】
以下、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、任意に変更して実施することができる。以下、本実施形態に係るガスシールドアーク溶接用ワイヤに含有される成分について、その添加理由及び数値限定理由を詳細に説明する。以下の説明においては、ワイヤ中の各成分量は、ワイヤ全質量に対する含有量で規定される。
【0021】
＜Ｍｎ：１．８８質量％以上２．７０質量％以下＞
Ｍｎは、溶接金属の所望の強度を確保する上で重要な成分である。また、ＳｉＯ２と比較してＭｎＯの方が高い導電性を有するため、Ｍｎをより多く含有する複合スラグを形成する方が、溶接後の電着塗装においてスラグ上にも均一に塗膜が形成されやすくなる。
ワイヤ中のＭｎ含有量が１．８８質量％以上であると、溶接金属の強度を十分に得ることができるとともに、スラグ上の塗膜形成効果を十分に得ることができる。したがって、ワイヤ中のＭｎ含有量は、ワイヤ全質量あたり、１．８８質量％以上とし、好ましくは１．９５質量％以上とし、より好ましくは２．００質量％以上、さらに好ましくは２．１０質量％以上とする。
一方、ワイヤ中のＭｎ含有量が２．７０質量％を超えると、過剰に脱酸が進行し、溶融池の酸素量が減少するため、溶滴の粘性及び表面張力が高くなることで、ビード形状が損なわれる。したがって、ワイヤ中のＭｎ含有量は、ワイヤ全質量あたり、２．７０質量％以下とし、好ましくは２．６０質量％以下とし、より好ましくは２．５０質量％以下、さらに好ましくは２．４０質量％以下とする。
Ｍｎは、溶接金属の所望の強度を確保する上で重要な成分である。また、ＳｉＯ２と比較してＭｎＯの方が高い導電性を有するため、Ｍｎをより多く含有する複合スラグを形成する方が、溶接後の電着塗装においてスラグ上にも均一に塗膜が形成されやすくなる。
ワイヤ中のＭｎ含有量が１．８８質量％以上であると、溶接金属の強度を十分に得ることができるとともに、スラグ上の塗膜形成効果を十分に得ることができる。したがって、ワイヤ中のＭｎ含有量は、ワイヤ全質量あたり、１．８８質量％以上とし、好ましくは１．９５質量％以上とし、より好ましくは２．００質量％以上、さらに好ましくは２．１０質量％以上とする。
一方、ワイヤ中のＭｎ含有量が２．７０質量％を超えると、過剰に脱酸が進行し、溶融池の酸素量が減少するため、溶滴の粘性及び表面張力が高くなることで、ビード形状が損なわれる。したがって、ワイヤ中のＭｎ含有量は、ワイヤ全質量あたり、２．７０質量％以下とし、好ましくは２．６０質量％以下とし、より好ましくは２．５０質量％以下、さらに好ましくは２．４０質量％以下とする。
【0022】
＜Ｔｉ：０．１０質量％以上０．４０質量％以下＞
Ｔｉは、本実施形態に係るワイヤにおいて重要な元素の一つであり、スラグ内にＴｉ酸化物が分散すると、Ｓｉ系スラグの生成を阻害し、その結果、電着塗装性を向上させ、優れた防錆性を得ることができる。
ワイヤ中のＴｉ含有量が０．１０質量％以上であると、Ｓｉ系スラグの生成を阻害することによる電着塗装性の向上効果を十分に得ることができる。したがって、ワイヤ中のＴｉ含有量は、ワイヤ全質量あたり、０．１０質量％以上とし、好ましくは０．１５質量％以上とし、より好ましくは０．２１質量％以上とし、さらに好ましくは０．２５質量％超とする。
一方、ワイヤ中のＴｉ含有量が０．４０質量％を超えると、過剰に脱酸が進行し、スラグ生成量が増加しすぎて、スラグが厚肉化するとともに、脱酸作用が進みすぎることでビード形状が悪化する。したがって、ワイヤ中のＴｉ含有量は、ワイヤ全質量あたり、０．４０質量％以下とし、好ましくは０．３５質量％以下とし、より好ましくは０．３０質量％以下とする。
Ｔｉは、本実施形態に係るワイヤにおいて重要な元素の一つであり、スラグ内にＴｉ酸化物が分散すると、Ｓｉ系スラグの生成を阻害し、その結果、電着塗装性を向上させ、優れた防錆性を得ることができる。
ワイヤ中のＴｉ含有量が０．１０質量％以上であると、Ｓｉ系スラグの生成を阻害することによる電着塗装性の向上効果を十分に得ることができる。したがって、ワイヤ中のＴｉ含有量は、ワイヤ全質量あたり、０．１０質量％以上とし、好ましくは０．１５質量％以上とし、より好ましくは０．２１質量％以上とし、さらに好ましくは０．２５質量％超とする。
一方、ワイヤ中のＴｉ含有量が０．４０質量％を超えると、過剰に脱酸が進行し、スラグ生成量が増加しすぎて、スラグが厚肉化するとともに、脱酸作用が進みすぎることでビード形状が悪化する。したがって、ワイヤ中のＴｉ含有量は、ワイヤ全質量あたり、０．４０質量％以下とし、好ましくは０．３５質量％以下とし、より好ましくは０．３０質量％以下とする。
【0023】
＜Ｏ：０．００５０質量％超０．０１０５質量％以下＞
Ｏは、粘性と表面張力を低下させ、溶接時の溶滴の切れをよくすることができる元素である。ワイヤ中のＯ含有量が０．００５０質量％を超えると、溶滴の切れが良くなり、短絡時の大粒スパッタ発生を低減できる。したがって、ワイヤ中のＯ含有量は、ワイヤ全質量あたり、０．００５０質量％超とし、好ましくは０．００６０質量％以上とし、より好ましくは０．００６５質量％以上とし、さらに好ましくは０．００７０質量％以上とする。
一方、ワイヤ中のＯ含有量が０．０１０５質量％を超えると、アーク溶接中のワイヤ先端の溶滴移行が乱れやすくなり、短絡とともに溶融プールが大きく振動し、止端形状が悪化するため、ビード形状が不良となる。したがって、ワイヤ中のＯ含有量は、ワイヤ全質量あたり、０．０１０５質量％以下とし、好ましくは０．０１００質量％以下とし、より好ましくは０．００９０質量％以下とし、さらに好ましくは０．００８５質量％以下とする。
Ｏは、粘性と表面張力を低下させ、溶接時の溶滴の切れをよくすることができる元素である。ワイヤ中のＯ含有量が０．００５０質量％を超えると、溶滴の切れが良くなり、短絡時の大粒スパッタ発生を低減できる。したがって、ワイヤ中のＯ含有量は、ワイヤ全質量あたり、０．００５０質量％超とし、好ましくは０．００６０質量％以上とし、より好ましくは０．００６５質量％以上とし、さらに好ましくは０．００７０質量％以上とする。
一方、ワイヤ中のＯ含有量が０．０１０５質量％を超えると、アーク溶接中のワイヤ先端の溶滴移行が乱れやすくなり、短絡とともに溶融プールが大きく振動し、止端形状が悪化するため、ビード形状が不良となる。したがって、ワイヤ中のＯ含有量は、ワイヤ全質量あたり、０．０１０５質量％以下とし、好ましくは０．０１００質量％以下とし、より好ましくは０．００９０質量％以下とし、さらに好ましくは０．００８５質量％以下とする。
【0024】
＜Ｃ：０．０１質量％以上０．１０質量％以下＞
Ｃは、脱酸作用を有するとともに、溶接金属の強度を高める効果を有する成分である。薄板の溶接においては、１パス溶接が適用されるため、多層溶接の場合のように再熱によって強度が低下するおそれがなく、母材と同等以上の強度を得ることが可能である。
ワイヤ中のＣ含有量が０．０１質量％未満では、最低限必要とされる軟鋼の強度を得ることが困難となる。したがって、ワイヤ中のＣ含有量は、ワイヤ全質量あたり、０．０１質量％以上とし、好ましくは０．０２質量％以上とし、より好ましくは０．０３質量％以上とする。
一方、ワイヤ中のＣ含有量が０．１０質量％を超えると、脱酸作用が大きくなり、溶滴の粘性が上昇するため、短絡しやすくなることでスパッタが発生しやすくなる。また、酸素と結びつくことにより、アーク近傍でＣＯが発生し、爆発によるスパッタが発生しやすくなり、ヒューム量が増加するため、溶接金属の所望の強度を確保できる範囲で、Ｃ含有量は少ない方が好ましい。したがって、ワイヤ中のＣ含有量は、ワイヤ全質量あたり、０．１０質量％以下とし、好ましくは０．０９質量％以下とし、より好ましくは０．０８質量％以下とする。
Ｃは、脱酸作用を有するとともに、溶接金属の強度を高める効果を有する成分である。薄板の溶接においては、１パス溶接が適用されるため、多層溶接の場合のように再熱によって強度が低下するおそれがなく、母材と同等以上の強度を得ることが可能である。
ワイヤ中のＣ含有量が０．０１質量％未満では、最低限必要とされる軟鋼の強度を得ることが困難となる。したがって、ワイヤ中のＣ含有量は、ワイヤ全質量あたり、０．０１質量％以上とし、好ましくは０．０２質量％以上とし、より好ましくは０．０３質量％以上とする。
一方、ワイヤ中のＣ含有量が０．１０質量％を超えると、脱酸作用が大きくなり、溶滴の粘性が上昇するため、短絡しやすくなることでスパッタが発生しやすくなる。また、酸素と結びつくことにより、アーク近傍でＣＯが発生し、爆発によるスパッタが発生しやすくなり、ヒューム量が増加するため、溶接金属の所望の強度を確保できる範囲で、Ｃ含有量は少ない方が好ましい。したがって、ワイヤ中のＣ含有量は、ワイヤ全質量あたり、０．１０質量％以下とし、好ましくは０．０９質量％以下とし、より好ましくは０．０８質量％以下とする。
【0025】
＜Ｓｉ：０．０５質量％以上０．５０質量％以下＞
Ｓｉは、脱酸作用を有するとともに、溶接ビードのなじみをよくする効果を有する成分である。
ワイヤ中のＳｉ含有量が０．０５質量％以上であると、溶接止端部の形状を滑らかなビード形状とすることができる。また、スラグ中に存在するＳｉ相がスラグと溶接金属との密着性を高めることができ、これにより、防錆性も向上させることができる。さらに、適量のＳｉが含有されている方が、溶接時のスパッタは低減する。したがって、ワイヤ中のＳｉ含有量は、ワイヤ全質量あたり、０．０５質量％以上とし、スパッタの発生をより一層抑制するために、好ましくは０．１０質量％以上とし、より好ましくは０．１２質量％以上、さらに好ましくは０．１５質量％以上とする。
一方、ワイヤ中のＳｉ含有量が０．５０質量％を超えると、Ｓｉが酸素と結びつくことにより形成されたスラグが凝集しやすくなり、スラグの厚さが増加するため、スラグの表面に電着塗装膜が形成されにくくなり、塗装欠陥が発生する。したがって、ワイヤ中のＳｉ含有量は、ワイヤ全質量あたり、０．５０質量％以下とし、好ましくは０．４０質量％以下とし、より好ましくは０．３５質量％以下、さらに好ましくは０．３０質量％以下、特に好ましくは０．２５質量％以下とする。
Ｓｉは、脱酸作用を有するとともに、溶接ビードのなじみをよくする効果を有する成分である。
ワイヤ中のＳｉ含有量が０．０５質量％以上であると、溶接止端部の形状を滑らかなビード形状とすることができる。また、スラグ中に存在するＳｉ相がスラグと溶接金属との密着性を高めることができ、これにより、防錆性も向上させることができる。さらに、適量のＳｉが含有されている方が、溶接時のスパッタは低減する。したがって、ワイヤ中のＳｉ含有量は、ワイヤ全質量あたり、０．０５質量％以上とし、スパッタの発生をより一層抑制するために、好ましくは０．１０質量％以上とし、より好ましくは０．１２質量％以上、さらに好ましくは０．１５質量％以上とする。
一方、ワイヤ中のＳｉ含有量が０．５０質量％を超えると、Ｓｉが酸素と結びつくことにより形成されたスラグが凝集しやすくなり、スラグの厚さが増加するため、スラグの表面に電着塗装膜が形成されにくくなり、塗装欠陥が発生する。したがって、ワイヤ中のＳｉ含有量は、ワイヤ全質量あたり、０．５０質量％以下とし、好ましくは０．４０質量％以下とし、より好ましくは０．３５質量％以下、さらに好ましくは０．３０質量％以下、特に好ましくは０．２５質量％以下とする。
【0026】
＜Ｃｕ：０．０１質量％以上０．３０質量％以下＞
Ｃｕは、ワイヤの防錆性を向上させる効果を有する成分である。
ワイヤ中のＣｕ含有量が０．０１質量％以上であると、ワイヤの防錆性を向上させる効果を十分に得ることができる。したがって、ワイヤ中のＣｕ含有量は、ワイヤ全質量あたり、０．０１質量％以上とし、好ましくは０．０５質量％以上とし、より好ましくは０．１０質量％以上とし、さらに好ましくは０．１５質量％以上とする。
一方、ワイヤ中のＣｕ含有量が０．３０質量％を超えると、必要とされる耐割れ性を得ることができない。したがって、ワイヤ中のＣｕ含有量は、ワイヤ全質量あたり、０．３０質量％以下とし、好ましくは０．２５質量％以下とし、より好ましくは０．２０質量％以下とする。
Ｃｕは、ワイヤの防錆性を向上させる効果を有する成分である。
ワイヤ中のＣｕ含有量が０．０１質量％以上であると、ワイヤの防錆性を向上させる効果を十分に得ることができる。したがって、ワイヤ中のＣｕ含有量は、ワイヤ全質量あたり、０．０１質量％以上とし、好ましくは０．０５質量％以上とし、より好ましくは０．１０質量％以上とし、さらに好ましくは０．１５質量％以上とする。
一方、ワイヤ中のＣｕ含有量が０．３０質量％を超えると、必要とされる耐割れ性を得ることができない。したがって、ワイヤ中のＣｕ含有量は、ワイヤ全質量あたり、０．３０質量％以下とし、好ましくは０．２５質量％以下とし、より好ましくは０．２０質量％以下とする。
【0027】
＜Ｓ：０．００１質量％以上０．０２０質量％以下＞
Ｓは、スラグを凝集させる効果を有するとともに、溶接ビードのなじみを良好にする元素である。例えば、スラグ量を一定にした状態で、ワイヤ中のＳ含有量を変化させると、Ｓ含有量の増加に伴ってスラグが凝集して厚みを増すため、電着塗装性に対しては、Ｓ含有量が少ないほど好ましい。一方、溶接ビードのなじみに対しては、Ｓ含有量が多いほど好ましい。
ワイヤ中のＳ含有量が０．００１質量％未満であると、溶接ビードのなじみが不良となる。したがって、ワイヤ中のＳ含有量は、ワイヤ全質量あたり、０．００１質量％以上とし、好ましくは０．００３質量％以上とし、より好ましくは０．００５質量％以上とする。
一方、ワイヤ中のＳ含有量が０．０２０質量％を超えると、薄いスラグを均一に溶接金属上に形成することが困難になり、電着塗装膜が形成されないか又はスラグごと剥離するおそれがある。したがって、ワイヤ中のＳ含有量は、ワイヤ全質量あたり、０．０２０質量％以下とし、好ましくは０．０１５質量％以下とし、より好ましくは０．０１０質量％以下とする。
Ｓは、スラグを凝集させる効果を有するとともに、溶接ビードのなじみを良好にする元素である。例えば、スラグ量を一定にした状態で、ワイヤ中のＳ含有量を変化させると、Ｓ含有量の増加に伴ってスラグが凝集して厚みを増すため、電着塗装性に対しては、Ｓ含有量が少ないほど好ましい。一方、溶接ビードのなじみに対しては、Ｓ含有量が多いほど好ましい。
ワイヤ中のＳ含有量が０．００１質量％未満であると、溶接ビードのなじみが不良となる。したがって、ワイヤ中のＳ含有量は、ワイヤ全質量あたり、０．００１質量％以上とし、好ましくは０．００３質量％以上とし、より好ましくは０．００５質量％以上とする。
一方、ワイヤ中のＳ含有量が０．０２０質量％を超えると、薄いスラグを均一に溶接金属上に形成することが困難になり、電着塗装膜が形成されないか又はスラグごと剥離するおそれがある。したがって、ワイヤ中のＳ含有量は、ワイヤ全質量あたり、０．０２０質量％以下とし、好ましくは０．０１５質量％以下とし、より好ましくは０．０１０質量％以下とする。
【0028】
＜Ａｌ：０．１０質量％以下（０質量％を含む）＞
Ａｌは、脱酸作用を有するとともに、スラグの物性を変化させる作用を有する成分である。具体的に、Ａｌは、スラグを凝集させる効果を有するため、スラグの密着性を低下させる元素であるため、ワイヤ中のＡｌ含有量は０質量％であってもよい。
ワイヤ中のＡｌ含有量が０．１０質量％を超えると、スラグの密着性が低下して、電着塗装性が低下する。したがって、ワイヤ中のＡｌ含有量は、ワイヤ全質量あたり、０．１０質量％以下とし、好ましくは０．０５質量％以下とし、より好ましくは０．０３質量％以下とする。なお、Ａｌを含有させる場合、０．００１質量％以上とすることが好ましい。
Ａｌは、脱酸作用を有するとともに、スラグの物性を変化させる作用を有する成分である。具体的に、Ａｌは、スラグを凝集させる効果を有するため、スラグの密着性を低下させる元素であるため、ワイヤ中のＡｌ含有量は０質量％であってもよい。
ワイヤ中のＡｌ含有量が０．１０質量％を超えると、スラグの密着性が低下して、電着塗装性が低下する。したがって、ワイヤ中のＡｌ含有量は、ワイヤ全質量あたり、０．１０質量％以下とし、好ましくは０．０５質量％以下とし、より好ましくは０．０３質量％以下とする。なお、Ａｌを含有させる場合、０．００１質量％以上とすることが好ましい。
【0029】
＜Ｐ：０．０２５質量％以下（０質量％を含む）＞
Ｐは、溶接金属の耐割れ性を低下させる元素であり、ワイヤ中のＰ含有量は少ないほど好ましく、０質量％であってもよい。
ワイヤ中のＰ含有量が０．０２５質量％を超えると、必要とされる耐割れ性を得ることができない。したがって、ワイヤ中のＰ含有量は、ワイヤ全質量あたり、０．０２５質量％以下とし、好ましくは０．０２０質量％以下とし、より好ましくは０．０１５質量％以下とし、さら好ましくは０．０１０質量％以下とする。
Ｐは、溶接金属の耐割れ性を低下させる元素であり、ワイヤ中のＰ含有量は少ないほど好ましく、０質量％であってもよい。
ワイヤ中のＰ含有量が０．０２５質量％を超えると、必要とされる耐割れ性を得ることができない。したがって、ワイヤ中のＰ含有量は、ワイヤ全質量あたり、０．０２５質量％以下とし、好ましくは０．０２０質量％以下とし、より好ましくは０．０１５質量％以下とし、さら好ましくは０．０１０質量％以下とする。
【0030】
＜式（１）により算出される値：２．１３以上４．３０以下＞
本発明者らは、ワイヤ中のＴｉ含有量及びＯ含有量を用いて、下記式（１）により表される関係式を見出し、この式（１）により算出される値を適切に制御することにより、スラグの状態、スラグ量等を制御することができることを見出した。
本発明者らは、ワイヤ中のＴｉ含有量及びＯ含有量を用いて、下記式（１）により表される関係式を見出し、この式（１）により算出される値を適切に制御することにより、スラグの状態、スラグ量等を制御することができることを見出した。
【0031】
式（１）：１０００×［Ｔｉ］×［Ｏ］／（［Ｔｉ］＋５０×［Ｏ］）
ただし、［Ｔｉ］は、ワイヤ全質量あたりのＴｉ含有量を質量％で表した値であり、［Ｏ］は、ワイヤ全質量あたりのＯ含有量を質量％で表した値である。
ただし、［Ｔｉ］は、ワイヤ全質量あたりのＴｉ含有量を質量％で表した値であり、［Ｏ］は、ワイヤ全質量あたりのＯ含有量を質量％で表した値である。
【0032】
上記式（１）により算出される値を適切に調整することにより、スラグ中に占めるＴｉ酸化物の量を制御することができ、Ｓｉ系のスラグが占める割合を低下させることができる。また、スラグの密着性も向上させることができ、その結果、電着塗装性も向上する。 上記（１）により算出される値が２．１３以上であると、スラグ中に占めるＴｉ酸化物の量が増加して、Ｓｉ系のスラグが占める割合が減少するため、優れた電着塗装性を得ることができる。したがって、上記式（１）により算出される値は、２．１３以上とし、好ましくは２．２５以上とし、より好ましくは２．４０以上とする。
【0033】
一方、上記式（１）により算出される値が４．３０を超えると、Ｔｉ及びＯの含有量が過多となり脱酸が過剰に進むため、厚いスラグが形成されて、電着塗装性が劣化する。したがって、上記式（１）により算出される値は、４．３０以下とし、好ましくは４．００以下とし、より好ましくは３．５０以下とする。
【0034】
＜残部＞
本実施形態に係るワイヤの残部は、Ｆｅ及び不可避的不純物である。不可避的不純物としては、例えば、Ｚｒ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｌｉ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｂ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎ及びＡｓ等が挙げられる。
なお、本実施形態に係るワイヤは、上記不可避的不純物のうち、例えば、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｂ、Ｓｂなどを、Ｎｉ：０．１０質量％以下、Ｃｏ：０．１０質量％以下、Ｂ：０．０１質量％以下、Ｓｂ：０．０１質量％以下、Ｃｒ：０．１０質量％以下、Ｍｏ：０．１０質量％以下の範囲で含有してもよい。
本実施形態に係るワイヤの残部は、Ｆｅ及び不可避的不純物である。不可避的不純物としては、例えば、Ｚｒ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｌｉ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｂ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎ及びＡｓ等が挙げられる。
なお、本実施形態に係るワイヤは、上記不可避的不純物のうち、例えば、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｂ、Ｓｂなどを、Ｎｉ：０．１０質量％以下、Ｃｏ：０．１０質量％以下、Ｂ：０．０１質量％以下、Ｓｂ：０．０１質量％以下、Ｃｒ：０．１０質量％以下、Ｍｏ：０．１０質量％以下の範囲で含有してもよい。
【0035】
＜シールドガス：Ａｒ－ＣＯ２混合ガス＞
本実施形態に係るワイヤは、例えばＡｒ－ＣＯ２混合ガスをシールドガスとして用いることができる。Ａｒ－ＣＯ２混合ガスを用いると、シールドガス中に含まれる酸素量が少ないため、酸化により生成されるスラグ量が減少する。Ａｒ－ＣＯ２混合ガスの比率としては、例えば８０体積％Ａｒ－２０体積％ＣＯ２混合ガス等を使用することができる。
本実施形態に係るワイヤは、例えばＡｒ－ＣＯ２混合ガスをシールドガスとして用いることができる。Ａｒ－ＣＯ２混合ガスを用いると、シールドガス中に含まれる酸素量が少ないため、酸化により生成されるスラグ量が減少する。Ａｒ－ＣＯ２混合ガスの比率としては、例えば８０体積％Ａｒ－２０体積％ＣＯ２混合ガス等を使用することができる。
【0036】
また、本実施形態に係るワイヤを使用した溶接姿勢は特に限定されない。さらに、本実施形態に係るワイヤのワイヤ径（直径）についても、特に限定されるものではないが、ＡＷＳ又はＪＩＳ等の溶接材料規格に規定された直径のワイヤに適用することができる。
【0037】
＜ワイヤの製造＞
本実施形態に係るワイヤを製造するに際し、特別な製造条件は必要でなく、常法により製造することができる。例えば、上記成分の鋼を溶製し、鋳塊を得る。鋳塊は必要に応じて熱間鍛造等が施された後、熱間圧延され、さらに冷間伸線が施されて素線に形成される。素線は、必要に応じて５００～９００℃程度の温度で焼鈍され、酸洗された後、銅めっきが施され、さらに必要に応じて仕上伸線が施されて、目標線径とされる。その後、必要に応じ潤滑剤が付与され、溶接用ワイヤとされる。
本実施形態に係るワイヤを製造するに際し、特別な製造条件は必要でなく、常法により製造することができる。例えば、上記成分の鋼を溶製し、鋳塊を得る。鋳塊は必要に応じて熱間鍛造等が施された後、熱間圧延され、さらに冷間伸線が施されて素線に形成される。素線は、必要に応じて５００～９００℃程度の温度で焼鈍され、酸洗された後、銅めっきが施され、さらに必要に応じて仕上伸線が施されて、目標線径とされる。その後、必要に応じ潤滑剤が付与され、溶接用ワイヤとされる。
【実施例0038】
以下、発明例及び比較例を挙げて、本発明の効果を具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【0039】
［ワイヤの製造］
ワイヤの化学成分が種々の含有量となるように、ワイヤ径が１．２ｍｍであるガスシールドアーク溶接用ワイヤを製作した。
ワイヤの化学成分が種々の含有量となるように、ワイヤ径が１．２ｍｍであるガスシールドアーク溶接用ワイヤを製作した。
【0040】
［ガスシールドアーク溶接］
図１は、本発明例及び比較例のワイヤを用いたガスシールドアーク溶接条件を示す斜視図であり、図２はその側面図である。長さが１５０ｍｍ、幅が５０ｍｍ、厚さが２．９ｍｍである２枚の板状鋼板１，２を、幅方向に２０ｍｍずらして重ねた状態（ルート間隔：０ｍｍ）で水平に配置し、下方の鋼板１における上面と、上方の鋼板２における側面との間に形成されたすみ肉部に対して、本発明例及び比較例の各ガスシールドアーク溶接用ワイヤを使用して、下記表１に示す溶接条件により、水平すみ肉溶接を実施した。
図１は、本発明例及び比較例のワイヤを用いたガスシールドアーク溶接条件を示す斜視図であり、図２はその側面図である。長さが１５０ｍｍ、幅が５０ｍｍ、厚さが２．９ｍｍである２枚の板状鋼板１，２を、幅方向に２０ｍｍずらして重ねた状態（ルート間隔：０ｍｍ）で水平に配置し、下方の鋼板１における上面と、上方の鋼板２における側面との間に形成されたすみ肉部に対して、本発明例及び比較例の各ガスシールドアーク溶接用ワイヤを使用して、下記表１に示す溶接条件により、水平すみ肉溶接を実施した。
【0041】
なお、鋼板１，２の長手方向における一端部から１５ｍｍの位置より溶接を開始し、矢印Ａの方向に１２０ｍｍの距離で溶接を進めた後、上記溶接開始位置と反対側である、鋼板１，２の長手方向における他端部から１５ｍｍの位置で溶接を終了することにより、溶接金属３を形成した。また、図２に示すように、溶接トーチ４の角度は、鋼板１の垂直方向に対して４５°とし、ワイヤ４ａの狙い位置は鋼板２の幅方向端面から約０．５ｍｍ離隔した位置とした。
【0042】
［ワイヤの評価］
≪スラグ密着性≫
溶接後の溶接金属表面をタガネで叩き、スラグが落ちるかどうかを検査することにより、スラグ密着性を評価した。スラグ密着性については、スラグが溶接金属表面から落ちなかったものを○（良好）とし、スラグが容易に剥がれて落ちたものを×（不良）とした。
≪スラグ密着性≫
溶接後の溶接金属表面をタガネで叩き、スラグが落ちるかどうかを検査することにより、スラグ密着性を評価した。スラグ密着性については、スラグが溶接金属表面から落ちなかったものを○（良好）とし、スラグが容易に剥がれて落ちたものを×（不良）とした。
【0043】
≪防錆性≫
溶接後により得られた接合部材の表面において、電着塗装により塗膜を形成した後、ＪＩＳ Ｋ ５６００－７－９に準じてサイクル腐食試験を実施し、電着塗装性の指標となる防錆性を評価した。防錆性については、サイクル腐食試験３０サイクル後に溶接ビード上に生成した錆面積率が０～２０％未満であったものを○（良好）とし、錆面積率が２０％以上であったものを×（不良）とした。なお、一部の試験片についてはこのサイクル腐食試験を実施せず、溶接金属上に薄いスラグが広がっており電着塗装性が良好となる場合を○（良好）とし、溶接金属上にスラグが凝集し電着塗装性が劣化する場合を×（不良）と評価した。
溶接後により得られた接合部材の表面において、電着塗装により塗膜を形成した後、ＪＩＳ Ｋ ５６００－７－９に準じてサイクル腐食試験を実施し、電着塗装性の指標となる防錆性を評価した。防錆性については、サイクル腐食試験３０サイクル後に溶接ビード上に生成した錆面積率が０～２０％未満であったものを○（良好）とし、錆面積率が２０％以上であったものを×（不良）とした。なお、一部の試験片についてはこのサイクル腐食試験を実施せず、溶接金属上に薄いスラグが広がっており電着塗装性が良好となる場合を○（良好）とし、溶接金属上にスラグが凝集し電着塗装性が劣化する場合を×（不良）と評価した。
【0044】
≪低スパッタ≫
パルス溶接時の官能評価により、スパッタが少なかったものを「Ａ」（良好）、スパッタがやや少なかったものを「Ｂ」（可）、短絡が多くスパッタが多かったものを「Ｃ」（不良）とした。
パルス溶接時の官能評価により、スパッタが少なかったものを「Ａ」（良好）、スパッタがやや少なかったものを「Ｂ」（可）、短絡が多くスパッタが多かったものを「Ｃ」（不良）とした。
【0045】
≪ビード形状≫
作製したすみ肉溶接部の断面を樹脂に埋め込み、下板側の溶接止端部の観察を行った。倍率は５０倍で観察を行い、特に滑らかな形状である場合を「Ａ」（優良）、滑らかな形状である場合を「Ｂ」（良好）、なじみが悪く形状不良となった場合を「Ｃ」（不良）と判断した。
作製したすみ肉溶接部の断面を樹脂に埋め込み、下板側の溶接止端部の観察を行った。倍率は５０倍で観察を行い、特に滑らかな形状である場合を「Ａ」（優良）、滑らかな形状である場合を「Ｂ」（良好）、なじみが悪く形状不良となった場合を「Ｃ」（不良）と判断した。
【0046】
使用した各ワイヤの化学成分等を下記表２に示し、各試験の評価結果を下記表３に示す。なお、ワイヤの化学成分における残部はＦｅ及び不可避的不純物であり、ワイヤ中の各成分量は、ワイヤ全質量に対する含有量（質量％）で示されている。表２において、式（１）は、１０００×［Ｔｉ］×［Ｏ］／（［Ｔｉ］＋５０×［Ｏ］）を表す。また、表２において、Ａｌの欄における「－」は、０．００１質量％未満であることを意味する。さらに、表３に示す評価結果欄において、「－」は、その評価を実施していないことを意味する。
【0047】
【表1】
【0048】
【表2】
【0049】
【表3】
【0050】
上記表２及び３に示すように、発明例Ｎｏ．１～５は、ワイヤの成分及び式（１）により得られる値が本発明の範囲内であるため、溶接時のスパッタが少なく、ビード形状も良好であった。また、これらの発明例は、スラグ密着性が良好であり、スラグを除去することなく良好な状態で電着塗装膜を形成することができ、これにより、優れた防錆性を得ることができた。
【0051】
一方、比較例Ｎｏ．１は、ワイヤ中のＯ含有量が本発明で規定する範囲の上限を超えていたため、ビード形状が不良となった。
【0052】
比較例Ｎｏ．２は、ワイヤ中のＳｉ含有量が本発明で規定する範囲の上限を超えていたため、スラグ密着性が低下し、これにより、防錆性が不良となった。
【0053】
比較例Ｎｏ．３は、ワイヤ中のＴｉ含有量及び式（１）により算出される値がいずれも本発明で規定する範囲の下限未満であったため、防錆性が不良となった。
【0054】
以上詳述したように、本発明の実施形態に係るガスシールドアーク溶接用ワイヤによれば、溶接時のスパッタの発生が少なく、溶接後にスラグの除去等の工程が不要であり、優れた電着塗装性を有し、ビード形状が良好な溶接部を得ることができる。
【符号の説明】
【0055】
１，２ 鋼板
３ 溶接金属
４ 溶接トーチ
４ａ ワイヤ
３ 溶接金属
４ 溶接トーチ
４ａ ワイヤ
【図1】
【図2】