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(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】
(24)【登録日】2022-09-26
(45)【発行日】2022-10-04
(54)【発明の名称】ガスシールドアーク溶接方法
(51)【国際特許分類】
B23K 9/23 20060101AFI20220927BHJP
B23K 9/16 20060101ALI20220927BHJP
【ＦＩ】
B23K9/23 A
B23K9/16 J
【請求項の数】
6
(21)【出願番号】P 2018201245
(22)【出願日】2018-10-25
(65)【公開番号】P2020066036
(43)【公開日】2020-04-30
【審査請求日】2021-04-13
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 一般社団法人溶接学会、平成３０年度秋季全国大会、溶接学会全国大会講演概要 第１０３集（２０１８－９）、第４０４－４０５頁、平成３０年８月９日発行 〔刊行物等〕 一般社団法人溶接学会、平成３０年度秋季全国大会、平成３０年９月１３日開催
(73)【特許権者】
【識別番号】000001199
【氏名又は名称】株式会社神戸製鋼所
(73)【特許権者】
【識別番号】000003137
【氏名又は名称】マツダ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002000
【氏名又は名称】特許業務法人栄光特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】山▲崎▼ 亮太
(72)【発明者】
【氏名】井海 和也
(72)【発明者】
【氏名】田中 正顕
(72)【発明者】
【氏名】深堀 貢
【審査官】岩見 勤
(56)【参考文献】
【文献】再公表特許第２０１７／１２６６５７（ＪＰ，Ａ１）
【文献】特開２０１７－０３００１６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－１６８６１６（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１８／００４３４５６（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２３Ｋ ９／２３
Ｂ２３Ｋ ９／１６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
溶接に用いるガスとしてＡｒを９２～９９．５体積％含有するシールドガスのみを用いて、引張強度が７８０ＭＰａ以上の鋼板を溶接するためのガスシールドアーク溶接方法であって、前記シールドガス中のＡｒ含有量（体積％）をＣＡｒ、前記シールドガスを供給するノズルの内径（ｍｍ）をＤ、溶接速度（ｃｍ／ｍｉｎ）をｖ、溶接電流（Ａ）をＩ、としたとき、
前記Ｄは、１０～１４ｍｍであり、
式（１）により算出される値が０．２０以上であることを特徴とする、ガスシールドアーク溶接方法。
｛√ｖ／（Ｄ／２）２｝×１０－｛（１００－ＣＡｒ）×Ｉ／ｖ｝×０．１ ・・・（１）
【請求項2】
前記ｖは、３０～２００ｃｍ／ｍｉｎ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方法。
【請求項3】
前記ｖは、８０～２００ｃｍ／ｍｉｎであることを特徴とする請求項２に記載のガスシールドアーク溶接方法。
【請求項4】
前記シールドガスは、Ａｒを９２～９６体積％含有することを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載のガスシールドアーク溶接方法。
【請求項5】
前記溶接は、パルス電流制御されたパルス溶接で行われ、パルスのピーク電流は３８０以上５３０Ａ以下であることを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載のガスシールドアーク溶接方法。
【請求項6】
前記パルスのピーク時間は、０．５～２．０ミリ秒であることを特徴とする請求項５に記載のガスシールドアーク溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、シールドガスを供給しながら、引張強度が７８０ＭＰａ以上の鋼板を溶接するためのガスシールドアーク溶接方法に関する。
【背景技術】
【0002】
自動車等の分野においては、近年、軽量化を目的として高張力鋼板（Ｈｉｇｈ Ｔｅｎｓｉｌｅ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ Ｓｔｅｅｌ；ＨＴＳＳ）が多用されており、高張力鋼板の溶接に関しても種々の方向から開発が進められている。例えば、特許文献１には、ワイヤ中に含有される金属の含有量を適切に調整するとともに、この含有量を用いた所定の式により得られた値を制御することにより、溶接金属の引張強度と耐低温割れ性の向上を図った溶接用ソリッドワイヤが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特許第５２８４２４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
一般的に、溶融金属上のスラグは、溶接の進行に伴って凝集および肥大化し、一定の大きさに達すると凝固界面に捕捉されるという挙動を繰り返す。このようにして、スラグは溶接金属上またはビードの止端部に点在して生成する。このスラグはＳｉやＭｎを主成分とする酸化物であり、溶接金属上にスラグが付着していると、溶接後の電着塗装において不良となり、耐食性が低下する。
ところで、自動車等に適用される足回り部品は、腐食環境に曝されるため、高い耐食性が要求される。耐食性が低下すると、被水などによって腐食が進行し、局所的に鋼板の減肉に至る部位が発生するため、路面からの衝撃や駆動力の伝達に対する、部材の疲労特性が低下する。
ところで、自動車等に適用される足回り部品は、腐食環境に曝されるため、高い耐食性が要求される。耐食性が低下すると、被水などによって腐食が進行し、局所的に鋼板の減肉に至る部位が発生するため、路面からの衝撃や駆動力の伝達に対する、部材の疲労特性が低下する。
【0005】
ここで、高張力鋼板は軟鋼板と比較してＳｉおよびＭｎの含有量が多いため、溶接時にスラグ生成量が増加する傾向がある。このような場合、前述の電着塗装において、塗装不良となりやく、特許文献１のワイヤを用いた場合に、スラグ生成を抑制することが困難となるため、高張力鋼板を溶接する際でも電着塗装性を向上させる方法が求められている。
【0006】
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであって、溶接後における電着塗装の不良を抑制して、構造部材の耐食性を向上させることができるガスシールドアーク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】
【0007】
本発明者らは、溶接金属上に膜状に均一に生成される、酸化被膜（鉄を主成分とする酸化物）に着目し、溶接中に生成したスラグが凝集して肥大化するよりも前に、凝固界面へスラグを積極的に捕捉させることで、スラグを酸化被膜中に埋没させることができることを見出した。すなわち、溶接に伴って生成するスラグを大きく成長させるのではなく、スラグが小さい状態で酸化被膜中に均一に埋没させることが重要であることを見出した。
また、本発明者らは、上記とともに、溶接中に生成するスラグ生成量自体を低減することが重要であることも見出した。本発明は、これらの知見に基づいてなされたものである。
また、本発明者らは、上記とともに、溶接中に生成するスラグ生成量自体を低減することが重要であることも見出した。本発明は、これらの知見に基づいてなされたものである。
【0008】
すなわち、本発明のガスシールドアーク溶接方法は、Ａｒを９２～９９．５体積％含有するシールドガスを用いて、引張強度が７８０ＭＰａ以上の鋼板を溶接するためのガスシールドアーク溶接方法であって、上記シールドガス中のＡｒ含有量（体積％）をＣＡｒ、上記シールドガスを供給するノズルの内径（ｍｍ）をＤ、溶接速度（ｃｍ／ｍｉｎ）をｖ、溶接電流（Ａ）をＩ、としたとき、式（１）により算出される値が０．２０以上であることを特徴とする。
｛√ｖ／（Ｄ／２）２｝×１０－｛（１００－ＣＡｒ）×Ｉ／ｖ｝×０．１ ・・・（１）
｛√ｖ／（Ｄ／２）２｝×１０－｛（１００－ＣＡｒ）×Ｉ／ｖ｝×０．１ ・・・（１）
【0009】
上記ガスシールドアーク溶接方法において、上記Ｄは、１０～１６ｍｍであることが好ましい。
【0010】
また、上記ガスシールドアーク溶接方法において、上記ｖは、３０～２００ｃｍ／ｍｉｎであることが好ましい。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、溶接後における電着塗装の不良を抑制して、構造部材の耐食性を向上させることができるガスシールドアーク溶接方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本発明の実施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。
【0014】
本発明者らは、小さなスラグを酸化被膜中に埋没させるとともに、溶接中に生成するスラグ生成量を低減させることで、溶接後の電着塗装を良好な状態で実現させることができるガスシールドアーク溶接方法を得るために鋭意検討を重ねた結果、シールドガス中のＡｒ含有量、シールドガスを供給するノズルの内径、溶接速度および溶接電流を適切に制御することが効果的であることを見出した。
【0015】
以下、本実施形態に係るガスシールドアーク溶接方法における、シールドガス中のＡｒ含有量、シールドガスを供給するノズルの内径、溶接速度および溶接電流を制御することによるスラグへの影響、並びに、これらの関係を制御するための関係式について詳細に説明する。
【0016】
［ガスシールドアーク溶接方法］
本実施形態に係るガスシールドアーク溶接方法は、Ａｒを９２～９９．５体積％含有するシールドガスを用いて、引張強度が７８０ＭＰａ以上の鋼板を溶接するためのガスシールドアーク溶接方法であって、上記シールドガス中のＡｒ含有量（体積％）をＣＡｒ、上記シールドガスを供給するノズルの内径（ｍｍ）をＤ、溶接速度（ｃｍ／ｍｉｎ）をｖ、溶接電流（Ａ）をＩ、としたとき、式（１）により算出される値が０．２０以上である。
｛√ｖ／（Ｄ／２）２｝×１０－｛（１００－ＣＡｒ）×Ｉ／ｖ｝×０．１ ・・・（１）
本実施形態に係るガスシールドアーク溶接方法は、Ａｒを９２～９９．５体積％含有するシールドガスを用いて、引張強度が７８０ＭＰａ以上の鋼板を溶接するためのガスシールドアーク溶接方法であって、上記シールドガス中のＡｒ含有量（体積％）をＣＡｒ、上記シールドガスを供給するノズルの内径（ｍｍ）をＤ、溶接速度（ｃｍ／ｍｉｎ）をｖ、溶接電流（Ａ）をＩ、としたとき、式（１）により算出される値が０．２０以上である。
｛√ｖ／（Ｄ／２）２｝×１０－｛（１００－ＣＡｒ）×Ｉ／ｖ｝×０．１ ・・・（１）
【0017】
＜シールドガス＞
本実施形態に係るガスシールドアーク溶接方法で用いられるシールドガスは、特に限定されず、Ａｒガスと、炭酸ガス（二酸化炭素；ＣＯ２）や酸素ガス（Ｏ２）等の酸化性ガスとの混合ガスを用いることができる。これらには不可避的不純物としてＮ２、Ｈ２等が含まれていてもよいが、まったく含まないことが最も好ましい。
本実施形態に係るガスシールドアーク溶接方法で用いられるシールドガスは、特に限定されず、Ａｒガスと、炭酸ガス（二酸化炭素；ＣＯ２）や酸素ガス（Ｏ２）等の酸化性ガスとの混合ガスを用いることができる。これらには不可避的不純物としてＮ２、Ｈ２等が含まれていてもよいが、まったく含まないことが最も好ましい。
【0018】
＜シールドガス中のＡｒ含有量：９２～９９．５体積％＞
シールドガス中のＡｒ含有量は、アーク直下の高温領域で生成されるスラグ生成量に大きく影響する。スラグ生成量を低減するためには、シールドガス中のＡｒ含有量を適切に制御する必要がある。
シールドガス中のＡｒ含有量が９２体積％未満であると、スラグ生成量を低減することが困難となる。一方、シールドガス中のＡｒ含有量が９９．５体積％を超えると、溶接が不安定となるため、少量の酸化性ガスを含んでおくことが必要である。したがって、上記含有量は９２体積％以上とし、好ましくは９４体積％以上とする。また、上記含有量は９９．５体積％以下とし、好ましくは９８体積％以下、より好ましくは９６体積％以下、とする。
シールドガス中のＡｒ含有量は、アーク直下の高温領域で生成されるスラグ生成量に大きく影響する。スラグ生成量を低減するためには、シールドガス中のＡｒ含有量を適切に制御する必要がある。
シールドガス中のＡｒ含有量が９２体積％未満であると、スラグ生成量を低減することが困難となる。一方、シールドガス中のＡｒ含有量が９９．５体積％を超えると、溶接が不安定となるため、少量の酸化性ガスを含んでおくことが必要である。したがって、上記含有量は９２体積％以上とし、好ましくは９４体積％以上とする。また、上記含有量は９９．５体積％以下とし、好ましくは９８体積％以下、より好ましくは９６体積％以下、とする。
【0019】
＜上記式（１）により算出される値：０．２０以上＞
小さなスラグを溶接金属の表面の酸化被膜に埋没させる方法としては、溶接速度を高く設定して、溶接進行方向とは逆方向への溶融金属の流れを強めることが有効である。また、溶接トーチにおけるノズルの内径（ノズル径）を細径とすることにより、溶融金属の凝固界面（表面）での酸化反応を促進することができる。
小さなスラグを溶接金属の表面の酸化被膜に埋没させる方法としては、溶接速度を高く設定して、溶接進行方向とは逆方向への溶融金属の流れを強めることが有効である。また、溶接トーチにおけるノズルの内径（ノズル径）を細径とすることにより、溶融金属の凝固界面（表面）での酸化反応を促進することができる。
【0020】
上記式（１）における第１項、すなわち、「｛√ｖ／（Ｄ／２）２｝×１０」は、酸化被膜の形成に影響を与える値を表す。第１項は、溶接速度ｖを高く設定するか、または、ノズルの内径Ｄを小さくするほど、酸化被膜を効果的に形成することができ、これにより、有害なスラグを捕獲して低減することができることを意味している。
【0021】
また、上記式（１）における第２項、すなわち、「｛（１００－ＣＡｒ）×Ｉ／ｖ｝×０．１」は、スラグ生成量に影響を与える値を表す。第２項は、シールドガス中の酸化性ガスの割合（すなわち、１００－ＣＡｒ）が小さいか、または、入熱量が小さい、すなわち、溶接速度ｖに対する溶接電流Ｉ（すなわち、Ｉ／ｖ）が小さいほど、スラグの生成量を低減することができることを意味している。
【0022】
上記式（１）により算出される値が０．２０以上であれば、小さなスラグを酸化被膜中に埋没させることができるとともに、溶接中のスラグ生成量を低減させ、溶接後の電着塗装を良好な状態で実現させることができる。したがって、上記式（１）により算出される値は０．２０以上とし、好ましくは０．４０以上とし、より好ましくは０．６０以上とする。
一方、上記式（１）により算出される値の上限は特に限定されないが、この値が大きすぎると、溶接速度ｖが過大となる、もしくは入熱量が著しく小さくなることを意味するため、ビード形状不良となるおそれがある。したがって、上記式（１）により算出される値は、２．２０以下であることが好ましく、２．００以下であることがより好ましく、１．８０以下であることが更に好ましい。
一方、上記式（１）により算出される値の上限は特に限定されないが、この値が大きすぎると、溶接速度ｖが過大となる、もしくは入熱量が著しく小さくなることを意味するため、ビード形状不良となるおそれがある。したがって、上記式（１）により算出される値は、２．２０以下であることが好ましく、２．００以下であることがより好ましく、１．８０以下であることが更に好ましい。
【0023】
＜シールドガスを供給するノズルの内径Ｄ：１０～１６ｍｍ＞
上記の通り、シールドガスを供給するノズルの内径Ｄを細くすることにより、溶接時におけるＡｒガスの供給量が少なくなり、溶融金属の凝固界面での酸化反応を促進することができる。ノズルの内径Ｄが１６ｍｍ以下であれば、上記効果を十分に得ることができる。したがって、ノズルの内径Ｄは１６ｍｍ以下とすることが好ましく、１４ｍｍ以下とすることがより好ましい。
一方、ノズルの内径Ｄが１０ｍｍ未満であると、シールドガスの効果範囲が狭くなるため、シールド不良が生じ、溶接継手の機械的性質が劣化するおそれがある。したがって、ノズルの内径Ｄは１０ｍｍ以上とすることが好ましく、１１ｍｍ以上とすることがより好ましい。
上記の通り、シールドガスを供給するノズルの内径Ｄを細くすることにより、溶接時におけるＡｒガスの供給量が少なくなり、溶融金属の凝固界面での酸化反応を促進することができる。ノズルの内径Ｄが１６ｍｍ以下であれば、上記効果を十分に得ることができる。したがって、ノズルの内径Ｄは１６ｍｍ以下とすることが好ましく、１４ｍｍ以下とすることがより好ましい。
一方、ノズルの内径Ｄが１０ｍｍ未満であると、シールドガスの効果範囲が狭くなるため、シールド不良が生じ、溶接継手の機械的性質が劣化するおそれがある。したがって、ノズルの内径Ｄは１０ｍｍ以上とすることが好ましく、１１ｍｍ以上とすることがより好ましい。
【0024】
＜溶接速度ｖ：３０～２００ｃｍ／ｍｉｎ＞
溶接速度ｖを所定の速度以上に設定することにより、酸化被膜を効果的に形成することができる。溶接速度ｖが３０ｃｍ／ｍｉｎ以上であれば、上記効果を十分に得ることができる。したがって、溶接速度ｖは３０ｃｍ／ｍｉｎ以上とすることが好ましく、６０ｃｍ／ｍｉｎ以上とすることがより好ましく、８０ｃｍ／ｍｉｎ以上とすることが更に好ましい。
一方、溶接速度ｖが２００ｃｍ／ｍｉｎ超であると、溶落ちやビード形状不良などの溶接欠陥を生じるおそれがある。したがって、溶接速度ｖは２００ｃｍ／ｍｉｎ以下とすることが好ましく、１７０ｃｍ／ｍｉｎ以下とすることがより好ましく、１５０ｃｍ／ｍｉｎ以下とすることが更に好ましい。
溶接速度ｖを所定の速度以上に設定することにより、酸化被膜を効果的に形成することができる。溶接速度ｖが３０ｃｍ／ｍｉｎ以上であれば、上記効果を十分に得ることができる。したがって、溶接速度ｖは３０ｃｍ／ｍｉｎ以上とすることが好ましく、６０ｃｍ／ｍｉｎ以上とすることがより好ましく、８０ｃｍ／ｍｉｎ以上とすることが更に好ましい。
一方、溶接速度ｖが２００ｃｍ／ｍｉｎ超であると、溶落ちやビード形状不良などの溶接欠陥を生じるおそれがある。したがって、溶接速度ｖは２００ｃｍ／ｍｉｎ以下とすることが好ましく、１７０ｃｍ／ｍｉｎ以下とすることがより好ましく、１５０ｃｍ／ｍｉｎ以下とすることが更に好ましい。
【0025】
次に、本実施形態に係る溶接方法に用いることができる溶接装置、消耗式電極（溶接ワイヤ）、その他の溶接条件、および本実施形態に係る溶接方法により溶接される鋼板について説明する。
【0026】
［溶接装置］
本実施形態に係るガスシールドアーク溶接方法に用いることができる溶接装置としては、ガスシールドアーク溶接を行うための溶接装置であれば特に限定されず、従来のガスシールドアーク溶接に用いられている溶接装置を用いることができる。
本実施形態に係るガスシールドアーク溶接方法に用いることができる溶接装置としては、ガスシールドアーク溶接を行うための溶接装置であれば特に限定されず、従来のガスシールドアーク溶接に用いられている溶接装置を用いることができる。
【0027】
例えば、図１に示すように、溶接装置１は、溶接トーチ１１が先端に取り付けられ、その溶接トーチ１１を被溶接材（「ワーク」や「母材」と称することもある。）Ｗの溶接線に沿って移動させるロボット１０と、溶接トーチ１１に溶接ワイヤを供給するワイヤ供給部（図示せず）と、ワイヤ供給部を介して消耗電極に電流を供給して消耗電極と被溶接材との間でアークを発生させる溶接電源部３０を備える。また、溶接装置は、溶接トーチ１１を移動させるためのロボット動作を制御するロボット制御部２０を備える。
【0028】
＜溶接トーチ＞
溶接トーチ１１は、図２に示すように、溶接ワイヤが筒内に自動的に送給され、溶接ワイヤを用いてアーク溶接を行うものである。溶接トーチ１１には、トーチクランプ１２が装着されている。トーチクランプ１２は、溶接トーチ１１をロボットに固定するものである。
溶接トーチ１１は、図２に示すように、溶接ワイヤが筒内に自動的に送給され、溶接ワイヤを用いてアーク溶接を行うものである。溶接トーチ１１には、トーチクランプ１２が装着されている。トーチクランプ１２は、溶接トーチ１１をロボットに固定するものである。
【0029】
トーチ銃身２１は、トーチクランプ１２に支持されると共に、ノズル７１及びチップボディ３１を支持する機構を備えている。トーチ銃身２１は、チップボディ３１が装着された状態で、供給される溶接ワイヤを、インナチューブ２２を介してチップボディ３１の先端（コンタクトチップ６１の後端）まで供給することができる。また、トーチ銃身２１は、溶接電流をチップボディ３１に通電し、更に、インナチューブ２２とチップボディ３１との間に形成される空間にシールドガスを供給する。チップボディ３１は、オリフィス４１及びコンタクトチップ６１を支持する機構を備えている。なお、チップボディ３１は、金属等の通電性を有する材料で形成されている。
【0030】
また、オリフィス４１は、シールドガスの整流を行う機構を備えている。すなわち、オリフィス４１は通常円筒形状を有し、チップボディ３１の外周の先端側から挿入することで装着される。コンタクトチップ６１は、溶接電流を溶接ワイヤに給電すると共に、溶接対象のワークへ溶接ワイヤをガイドする機構を備えている。なお、チップボディ同様、コンタクトチップ６１についても金属等の通電性を有する材料で形成されている。
【0031】
溶接トーチの姿勢は、母材に対して垂直であっても、傾斜させてもよい。溶接トーチを溶接進行方向の反対側に向かって傾斜させる場合に、母材に対する垂線と該トーチとの成す角を前進角と言い、当該溶接進行方向に向かって傾斜させる場合に、母材に対する垂線と該トーチとの成す角を後退角と言う。
【0032】
溶接トーチに前進角を付けることで、より効果的にアーク溶接中のシールド性を高めることが可能となる。また、電極に後退角を付けることで、ビード後方をシールドできるため溶接直後のビードの酸化反応を抑制することができる。
溶接線上の適正な溶け込みと良好なビード形状とを得るために、前進角の範囲を－１５～４０°、すなわち、前進角の上限を４０°、後退角の上限を１５°とした範囲内で溶接を行うことがより好ましい。
溶接線上の適正な溶け込みと良好なビード形状とを得るために、前進角の範囲を－１５～４０°、すなわち、前進角の上限を４０°、後退角の上限を１５°とした範囲内で溶接を行うことがより好ましい。
【0033】
＜ノズル＞
ノズル７１は、溶接対象の母材に対して、図示しないガス供給装置から供給されたアルゴン（Ａｒ）や炭酸ガス（ＣＯ２）等のシールドガスを噴出する機構を備えている。ノズル７１は、一体的に組み立てられた状態のチップボディ３１、オリフィス４１およびコンタクトチップ６１を内部に納めることが可能な内部空間を有する筒状に形成されている。また、ノズル７１は、後端の内面にトーチ銃身２１の先端に形成された雄ねじ部２３が螺合する雌ねじ部（図示せず）が形成されている。この構成により、ノズル７１は、オリフィス４１により整流されたシールドガスを用いて溶接部を大気から遮断することができる。
ノズル７１は、溶接対象の母材に対して、図示しないガス供給装置から供給されたアルゴン（Ａｒ）や炭酸ガス（ＣＯ２）等のシールドガスを噴出する機構を備えている。ノズル７１は、一体的に組み立てられた状態のチップボディ３１、オリフィス４１およびコンタクトチップ６１を内部に納めることが可能な内部空間を有する筒状に形成されている。また、ノズル７１は、後端の内面にトーチ銃身２１の先端に形成された雄ねじ部２３が螺合する雌ねじ部（図示せず）が形成されている。この構成により、ノズル７１は、オリフィス４１により整流されたシールドガスを用いて溶接部を大気から遮断することができる。
【0034】
［消耗式電極（溶接ワイヤ）］
本実施形態に係るガスシールドアーク溶接方法に用いることができる溶接ワイヤとしては、高張力鋼板のガスシールドアーク溶接時に一般的に使用されるソリッドワイヤを用いることができる。溶接ワイヤ中に含有される成分及びその含有量は特に制限されないが、溶接ワイヤ中に含まれていてもよい成分と、これらの好ましい範囲（成分量）について、以下に説明する。なお、成分量については、特段規定していない限り、溶接ワイヤの全質量に対する割合で規定する。
本実施形態に係るガスシールドアーク溶接方法に用いることができる溶接ワイヤとしては、高張力鋼板のガスシールドアーク溶接時に一般的に使用されるソリッドワイヤを用いることができる。溶接ワイヤ中に含有される成分及びその含有量は特に制限されないが、溶接ワイヤ中に含まれていてもよい成分と、これらの好ましい範囲（成分量）について、以下に説明する。なお、成分量については、特段規定していない限り、溶接ワイヤの全質量に対する割合で規定する。
【0035】
＜Ｃ：０．３０質量％以下（０質量％を含む）＞
溶接ワイヤ中や溶接金属中のＣは、溶接金属の強度を高める上で有効である。スパッタに関しては含有量が少量であっても問題ないため下限は設定しないが、０．３０質量％を超えて多量に含まれると、溶接途中に微量の酸素と結合し、ＣＯガスとなって溶滴表面にバブルを発生させ、スパッタの発生やアーク不安定が起こる。
アーク不安定が生じた場合、シールドガスが乱れることで、大気が巻き込まれ、ブローホールといった溶接欠陥やスラグの大量発生が起こるおそれがある。このため、Ｃの含有量は０．３０質量％以下とすることが好ましい。一方、強度の確保のため、Ｃの含有量は０．０１質量％以上とすることが好ましい。
溶接ワイヤ中や溶接金属中のＣは、溶接金属の強度を高める上で有効である。スパッタに関しては含有量が少量であっても問題ないため下限は設定しないが、０．３０質量％を超えて多量に含まれると、溶接途中に微量の酸素と結合し、ＣＯガスとなって溶滴表面にバブルを発生させ、スパッタの発生やアーク不安定が起こる。
アーク不安定が生じた場合、シールドガスが乱れることで、大気が巻き込まれ、ブローホールといった溶接欠陥やスラグの大量発生が起こるおそれがある。このため、Ｃの含有量は０．３０質量％以下とすることが好ましい。一方、強度の確保のため、Ｃの含有量は０．０１質量％以上とすることが好ましい。
【0036】
＜Ｓｉ：０．２０～２．５０質量％＞
溶接ワイヤ中のＳｉは脱酸元素であり、溶接金属の強度や靱性を確保するために好ましい元素である。添加量が少量であると脱酸不足により、ブローホールが発生する場合があることから、０．２０質量％以上含有させることが好ましい。ただし、２．５０質量％を超えて多量に含まれると溶接中に剥離しにくいスラグが大量に生成して、スラグ巻き混み等の溶接欠陥が発生する。このため、Ｓｉの含有量は０．２０～２．５０質量％の範囲とすることが好ましい。
溶接ワイヤ中のＳｉは脱酸元素であり、溶接金属の強度や靱性を確保するために好ましい元素である。添加量が少量であると脱酸不足により、ブローホールが発生する場合があることから、０．２０質量％以上含有させることが好ましい。ただし、２．５０質量％を超えて多量に含まれると溶接中に剥離しにくいスラグが大量に生成して、スラグ巻き混み等の溶接欠陥が発生する。このため、Ｓｉの含有量は０．２０～２．５０質量％の範囲とすることが好ましい。
【0037】
＜Ｍｎ：０．５０～３．５０質量％＞
溶接ワイヤ中のＭｎは、Ｓｉと同じく、脱酸剤あるいは硫黄捕捉剤としての効果を発揮し、溶接金属の強度や靱性を確保するために好ましい。脱酸不足による溶接欠陥の発生防止のため０．５０質量％以上を含有させることが好ましい。一方、３．５０質量％を超えて多量に含まれると、溶接中に剥離し難いスラグが大量に生成し、スラグ巻き混み等の溶接欠陥が発生するおそれがある。また、強度が増加しすぎて溶接金属の靭性を著しく低下させるおそれもある。このため、Ｍｎの含有量は０．５０～３．５０質量％の範囲とすることが好ましい。
溶接ワイヤ中のＭｎは、Ｓｉと同じく、脱酸剤あるいは硫黄捕捉剤としての効果を発揮し、溶接金属の強度や靱性を確保するために好ましい。脱酸不足による溶接欠陥の発生防止のため０．５０質量％以上を含有させることが好ましい。一方、３．５０質量％を超えて多量に含まれると、溶接中に剥離し難いスラグが大量に生成し、スラグ巻き混み等の溶接欠陥が発生するおそれがある。また、強度が増加しすぎて溶接金属の靭性を著しく低下させるおそれもある。このため、Ｍｎの含有量は０．５０～３．５０質量％の範囲とすることが好ましい。
【0038】
＜Ｐ：０．０３００質量％以下（０質量％を含む）＞
Ｐは不純物元素であり、極力含有量を少量にすることが好ましく、このため下限は設定しない。０．０３００質量％を超えて多量に存在すると、溶接金属の割れといった溶接欠陥が発生するおそれがある。このため、Ｐの含有量は０．０３００質量％以下（０質量％を含む）の範囲とすることが好ましい。
Ｐは不純物元素であり、極力含有量を少量にすることが好ましく、このため下限は設定しない。０．０３００質量％を超えて多量に存在すると、溶接金属の割れといった溶接欠陥が発生するおそれがある。このため、Ｐの含有量は０．０３００質量％以下（０質量％を含む）の範囲とすることが好ましい。
【0039】
＜Ｓ：０．０１５０質量％以下（０質量％を含む）＞
Ｓは不純物元素であり、極力含有量を少量にすることが好ましく、このため下限は設定しない。０．０１５０質量％を超えて多量に存在すると、溶接金属の割れといった溶接欠陥が発生するおそれがある。このため、Ｓの含有量は０．０１５０質量％以下（０質量％を含む）の範囲とすることが好ましい。
Ｓは不純物元素であり、極力含有量を少量にすることが好ましく、このため下限は設定しない。０．０１５０質量％を超えて多量に存在すると、溶接金属の割れといった溶接欠陥が発生するおそれがある。このため、Ｓの含有量は０．０１５０質量％以下（０質量％を含む）の範囲とすることが好ましい。
【0040】
なお、上記溶接ワイヤの残部は、上記Ｆｅおよび不可避的不純物などである。また、上記元素の他、溶接ワイヤには鋼板に合わせてＮｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｂ等を適当量添加することが許容されるが、これらはスラグ生成量の支配的因子ではない。
【0041】
［アーク溶接条件］
＜平均溶接電流＞
平均溶接電流を低位にするとプラズマ気流が低速化し、該プラズマ気流によりアーク直下への大気混入を更に抑制することができる。そのため平均溶接電流は４００Ａ以下であることが好ましく、３５０Ａ以下がより好ましい。
平均溶接電流の下限はアーク安定性の点から７０Ａ以上が好ましい。
＜平均溶接電流＞
平均溶接電流を低位にするとプラズマ気流が低速化し、該プラズマ気流によりアーク直下への大気混入を更に抑制することができる。そのため平均溶接電流は４００Ａ以下であることが好ましく、３５０Ａ以下がより好ましい。
平均溶接電流の下限はアーク安定性の点から７０Ａ以上が好ましい。
【0042】
＜パルス電流制御＞
溶接は、パルス電流制御されたパルス溶接を行うことが、安定なスプレー移行となり、アーク不安定による大気の巻き込みを抑制できる点から好ましい。
パルスのピーク電流は、３８０Ａ以上５３０Ａ以下であることが好ましく、４００Ａ以上がより好ましく、また５００Ａ以下がより好ましい。
パルスピーク電流が５３０Ａを超えると、ピーク電流が高くなりすぎて、アーク中への大気巻き込みがやや多くなる場合がある。また、３８０Ａより小さくなると、ピーク電流が低すぎて、スパッタ発生量が増加する場合がある。
溶接は、パルス電流制御されたパルス溶接を行うことが、安定なスプレー移行となり、アーク不安定による大気の巻き込みを抑制できる点から好ましい。
パルスのピーク電流は、３８０Ａ以上５３０Ａ以下であることが好ましく、４００Ａ以上がより好ましく、また５００Ａ以下がより好ましい。
パルスピーク電流が５３０Ａを超えると、ピーク電流が高くなりすぎて、アーク中への大気巻き込みがやや多くなる場合がある。また、３８０Ａより小さくなると、ピーク電流が低すぎて、スパッタ発生量が増加する場合がある。
【0043】
パルスのピーク時間（ピーク幅）は、０．５～２．０ミリ秒であることが好ましく、０．７ミリ秒以上がより好ましく、また１．６ミリ秒以下がより好ましい。
パルスピーク時間が２．０ミリ秒を超えると、ピーク時間が長すぎて、アーク中への大気巻き込みがやや多くなる場合がある。また、０．５ミリ秒より小さくなると、ピーク電流が低すぎて、スパッタ発生量が増加する場合がある。
パルスピーク時間が２．０ミリ秒を超えると、ピーク時間が長すぎて、アーク中への大気巻き込みがやや多くなる場合がある。また、０．５ミリ秒より小さくなると、ピーク電流が低すぎて、スパッタ発生量が増加する場合がある。
【0044】
＜シールドガスの流量＞
シールドガスの流量は、ノズルの内径Ｄやノズル－母材間距離の値によるが、２５Ｌ／分以下がより好ましく、１８Ｌ／分以下が更に好ましい。これにより、シールドガス流速の過度な高速化を防ぎ、高速なガス流による大気のシールド雰囲気への引き込みを抑制することができる。また、シールドガスの流量は８Ｌ／分以上であることが耐気孔性の点から好ましく、１０Ｌ／分以上であることがより好ましい。
シールドガスの流量は、ノズルの内径Ｄやノズル－母材間距離の値によるが、２５Ｌ／分以下がより好ましく、１８Ｌ／分以下が更に好ましい。これにより、シールドガス流速の過度な高速化を防ぎ、高速なガス流による大気のシールド雰囲気への引き込みを抑制することができる。また、シールドガスの流量は８Ｌ／分以上であることが耐気孔性の点から好ましく、１０Ｌ／分以上であることがより好ましい。
【0045】
［引張強度が７８０ＭＰａ以上の鋼板］
本実施形態に係るガスシールドアーク溶接方法により溶接される鋼板としては、引張強度が７８０ＭＰａ以上のものであれば特に限定されず、例えば、９８０ＭＰａ級以上、１１８０ＭＰａ級以上の高張力鋼板であってもよい。なお、鋼板の引張強度はＪＩＳ Ｚ２２４１に規定された方法により求められる。
また、鋼板の板厚は、特に限定されるものではないが、溶接施工裕度の観点からは、１．０～３．２ｍｍであることが好ましい。
本実施形態に係るガスシールドアーク溶接方法により溶接される鋼板としては、引張強度が７８０ＭＰａ以上のものであれば特に限定されず、例えば、９８０ＭＰａ級以上、１１８０ＭＰａ級以上の高張力鋼板であってもよい。なお、鋼板の引張強度はＪＩＳ Ｚ２２４１に規定された方法により求められる。
また、鋼板の板厚は、特に限定されるものではないが、溶接施工裕度の観点からは、１．０～３．２ｍｍであることが好ましい。
【実施例】
【0046】
以下、実施例および比較例を挙げて本発明について詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【0047】
下記表１に示す組成を有するソリッドワイヤ（７８０ＭＰａ級）を使用し、下記表２および３に示す溶接条件で、引張強度９８０ＭＰａの高張力鋼板（板厚：２．０ｍｍ）に対して、ガスシールドアーク溶接を実施し、試験片を得た。なお、表１における「ワイヤ化学成分組成」は、消耗式電極（溶接ワイヤ）中の各成分量（質量％）を示している、また、残部は、Ｆｅおよび不可避的不純物である。
【0048】
続いて、溶接後の実施例および比較例に係る各試験片について、目視により溶接金属外観を評価した。評価基準としては、溶接金属全体にスラグが薄く広がっていたものを○（良好）、スラグが凝集して溶接金属上に点在していたものを×（不良）とした。溶接後の溶接金属外観についての評価結果を、下記表３に併せて示す。
【0049】
【表1】
【0050】
【表2】
【0051】
【表3】
【0052】
上記表３に示すように、実施例Ｎｏ．１～６は、シールドガス中のＡｒ含有量、および上記式（１）により算出される値が本発明の範囲内であるため、溶接後の溶接金属表面にはスラグが薄く広がっており、外観が良好なものとなった。これは、良好な電着塗装を実現することができることを示している。特に、実施例Ｎｏ．１、２および６は、ノズルの内径Ｄが本発明の好ましい範囲内であるので、溶接金属の表面のスラグに関して、より優れた状態を観察することができた。
【0053】
図３は、上記表３に示す実施例Ｎｏ．１のビード（溶接金属）の外観を示す図面代用写真である。図３に示すように、実施例Ｎｏ．１の溶接金属表面は、電着塗装を阻害するスラグの凝集が確認されず、表面に薄いスラグが広がっていた。なお、他の全ての実施例についても、同様の外観を確認することができた。
【0054】
一方、比較例Ｎｏ．１～６は、シールドガス中のＡｒ含有量が本発明範囲外であるか、又は式（１）により算出される値が本発明範囲から外れているため、溶接金属の表面にスラグが凝集していた。これは、後の電着塗装において、良好な塗装が得られず、腐食の原因となることを示している。
【0055】
図４は、上記表３に示す比較例Ｎｏ．３のビード（溶接金属）の外観を示す図面代用写真である。図４に示すように、実施例Ｎｏ．３の溶接金属表面は、局所的に凝集したスラグが点在していた。なお、他の全ての比較例についても同様に、電着塗装を阻害するスラグの凝集を確認することができた。
【符号の説明】
【0056】
１ 溶接装置
１０ ロボット
１１ 溶接トーチ
１２ トーチクランプ
２０ ロボット制御部
２１ トーチ銃身
２２ インナチューブ
２３ 雄ねじ部
３０ 溶接電源部
３１ チップボディ
４１ オリフィス
６１ コンタクトチップ
７１ ノズル
Ｗ 被溶接材（ワーク）
１０ ロボット
１１ 溶接トーチ
１２ トーチクランプ
２０ ロボット制御部
２１ トーチ銃身
２２ インナチューブ
２３ 雄ねじ部
３０ 溶接電源部
３１ チップボディ
４１ オリフィス
６１ コンタクトチップ
７１ ノズル
Ｗ 被溶接材（ワーク）
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】