JP6023156B2 - Ｚｎ系めっき鋼板のアーク溶接方法 - Google Patents

Description

本発明は、Ｚｎ（亜鉛）系めっき鋼板のアーク溶接に関する。とくにブローホール等の発生を抑制して良好な溶接継手を形成するアーク溶接方法に関する。

鋼板をＺｎまたはＺｎ合金でめっきしたＺｎ系めっき鋼板は、耐食性、強度、加工性等に優れており、外観も美麗であることから、自動車、住宅、家庭電化製品等で広く使用されている。そして、Ｚｎ系めっき鋼板をアーク溶接する場合には、被溶接材であるＺｎ系めっき鋼板間に溶接ワイヤを供給しながら加熱して接合している。
しかし、Ｚｎ系めっき鋼板をアーク溶接した際には、被溶接材であるＺｎ系めっき鋼板をアークで加熱した態様になる。めっき層のＺｎの沸点（９０６℃）が鋼板のＦｅの融点よりも低いことから、溶接時にＺｎ蒸気が発生し、その蒸気が溶融状態の溶接部に進入し、凝固後に閉じ込められて溶接部内の気孔（ブローホール）として残存することがある。また、このブローホールが成長して溶接部表面に到達すると、開口（ピット）として残存することがある。
とくに、重ね隅肉アーク溶接の際は、Ｚｎ系めっき鋼板の重ね合わせ部より発生したＺｎ蒸気が溶融部内に入り込み、溶融部表面に向かって上昇し、溶接部内にブローホールやピットを形成して残存しやすくなる。（以下、ブローホールと呼ぶときは、ピットを含むものとする。）

ブローホールの発生を抑制するために、種々の方法が提案されているが、被溶接部材の間に隙間（ギャップ）を設けることが有効である。例えば、特許文献１では、重ね合わせ溶接する両部材間に０．５ｍｍ程度の隙間を設け、発生したガスを溶接部と反対側へ逃がすことが提案されている。また、特許文献２では、２つの母材の少なくともいずれか一方に凸部を設け、溶接部周囲に隙間を形成することにより、気化した低沸点物質を隙間から外部に拡散して逃がすことが提案されている。これらの方法は、ブローホールの発生抑制に効果的であるが、溶接ビード全長にわたってブローホール発生を抑制するには限りがある。とくに、溶接開始後に形成される領域（始端部）と溶接終了前に形成される領域（終端部）においては、その途中で形成される領域（中央部）に比べて溶接金属の冷却速度が大きいため、ブローホール発生の抑制が困難であり、改善が求められていた。

特開平７−２４６４６５号公報 特開昭６２−１７９８６９号公報

Ｚｎ系めっき鋼板をアーク溶接する際に、ブローホールが発生すると、溶接部の接合面積が減少するので、溶接部の接合強度に大きく影響する。また、溶接部の外表面にピットが形成されると、溶接部の外観を損なうことになる。

そこで、本発明は、Ｚｎ系めっき鋼板のアーク溶接において、始端部および終端部のブローホールの発生を抑制することにより、溶接部全体のブローホール占有率を低減することを目的とする。

本発明者らは、上記の課題を踏まえて、鋭意検討した結果、Ｚｎ系めっき鋼板をアーク溶接する際に、板間ギャップを所定範囲で設置するとともに、溶接速度、溶接入熱、溶接電流および溶接電圧等の溶接条件について、溶接部の始端部および終端部では中央部と異なる溶接条件を適用し、かつ終端部ではアーク停止することにより、始端部および終端部において溶接金属からのガス排出が促進されて、ブローホールおよびピットの発生を抑制できることを見出し、本発明を完成するに至った。具体的には、本発明の以下のようなものを提供する。

（１） 本発明は、Ｚｎ系めっき鋼板のアーク溶接方法において、板間ギャップが０．２〜１．５ｍｍの範囲に設定され、前記鋼板の溶接接合される重ね合わせ部に沿って溶接手段を移動させて溶接が行われ、溶接開始点から第１の溶接速度で移動し、第１の溶接入熱を付与して溶接を行う第１の工程と、前記第１の工程に続いて、第２の溶接速度で移動し、第２の溶接入熱を付与して溶接を行う第２の工程と、前記第２の工程に続いて、溶接手段の移動を停止し、その停止位置で０．１〜２秒間の溶接を行う第３の工程とを含み、前記第１の工程は、前記第１の溶接速度が前記第２の溶接速度未満であって前記第１の溶接入熱が前記第２の溶接入熱を超えて溶接が行われる溶接部を含み、前記第３の工程は、前記第２の工程よりも低い溶接電流および溶接電圧で溶接が行われる、Ｚｎ系めっき鋼板のアーク溶接方法である。

（２） 本発明は、前記第１の工程後の溶接部である始端部は、全溶接長さの１０〜４０％の領域であり、前記第３の工程後の溶接部である終端部は、全溶接長さの１０〜２０％の領域である、上記（１）に記載のＺｎ系めっき鋼板のアーク溶接方法である。

（３） 本発明は、前記第１の工程は、前記重ね合わせ部の一方の端部から溶接を開始し、他方の端部へ向かって溶接が行われ、前記第１の工程における溶接入熱は、前記第２の工程における溶接入熱の１．２倍を超える熱量である、上記（１）または（２）に記載のＺｎ系めっき鋼板のアーク溶接方法である。

（４） 本発明は、前記第１の工程は、前記重ね合わせ部の一方の端部から内方に離れて位置する溶接開始点から前記端部へ向かって溶接が行われ、その後、反転して前記端部から他方の端部へ向かって溶接が行われるものであって、前記一方の端部へ向かう溶接は、その溶接速度が前記第２の工程の溶接速度未満であって、かつ、その溶接入熱が前記第２の溶接入熱の１．２倍を超えて行われ、前記他方の端部へ向かう溶接は、前記第２の溶接速度と同じ溶接速度で行われる、上記（１）または（２）に記載のＺｎ系めっき鋼板のアーク溶接方法である。

（５） 本発明は、全溶接長さにわたるブローホール占有率が３０％未満である、上記（１）〜（４）のいずれかに記載のＺｎ系めっき鋼板のアーク溶接方法である。

（６） 本発明は、前記Ｚｎ系めっき鋼板は、質量％で、Ａｌ：４．０〜２２．０％、Ｍｇ：０．０５〜１０．０％、Ｔｉ：０〜０．１０％、Ｂ：０〜０．０５％、Ｓｉ：０〜２．０％、Ｆｅ：０〜２．５％を含み、残部Ｚｎおよび不可避的不純物からなる溶融めっき層を有する、上記（１）〜（５）のいずれかに記載のＺｎ系めっき鋼板のアーク溶接方法である。

（７） 本発明は、前記Ｚｎ系めっき鋼板は、片面当たりのめっき付着量が２０〜２５０ｇ／ｍ^２であり、板厚が１．６〜６．０ｍｍである、上記（１）〜（６）のいずれかに記載のアーク溶接方法である。

（８） 本発明は、上記（１）〜（７）のいずれかに記載のアーク溶接方法によるアーク溶接継手であって、全溶接長さにわたるブローホール占有率が３０％未満であることを特徴とするアーク溶接継手である。

本発明によれば、Ｚｎ系めっき鋼板の板間ギャップを設けた隅肉アーク溶接において、始端部および終端部のブローホールやピットの発生が抑制されて、溶接部全体のブローホール占有率を低減することができる。それにより、溶接強度の低下を防止して、溶接部の安全性と信頼性の向上に寄与する。また、良好な外観の溶接部が得られる。

実施例で使用したＴ字形状の試験体の概略を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は正面図である。 溶接部位を模式的に示す図である。 実施例での板間ギャップとブローホール占有率との関係を示す図である。 溶接部の背面側に形成される裏ビードを模式的に示す図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。本発明は、これらの記載により限定されるものではない。

（板間ギャップ）
本発明のＺｎ系めっき鋼板のアーク溶接方法は、重ね合わせた鋼板の隙間に相当する板間ギャップが０．２以上１．５ｍｍ以下の範囲に設定されることが好ましい。

Ｚｎ系めっき鋼板のアーク溶接において、溶接部にブローホールが発生する原因は、上記のとおり、溶接入熱によって鋼板表面のＺｎ系めっき層から蒸発したガスに起因する。そのため、この発生ガスを逃がす隙間を設けることが有効である。例えば、重ね隅肉溶接は、２枚の鋼板を重ねて、一方の鋼板の端部を他方の鋼板の表面に重ね合わせて、隅肉アーク溶接する方法である。一方の鋼板の端縁に複数の突起を設けて、この鋼板を当該突起を介して他方の鋼板の表面に突き当てることにより、２枚の鋼板の間に、突起高さに相当する大きさの隙間を形成する。その状態でアーク溶接を行うと、発生したガスは、その隙間を通して溶接金属と反対側から排出されるので、溶接金属中を入り込むガスの割合が低減し、ブローホールの発生を抑制することができる。本発明では、このような鋼板の隙間を「板間ギャップ」という。

板間ギャップは、０．２ｍｍ未満であると、発生ガスを溶接時間内で排出するスペースとして少なく、ブローホール抑制に十分でない。１．５ｍｍを超えると、溶接ビードの一部が隙間から裏側に溢れ出て形成される裏ビードの割合が高まるにともない、表側の溶接ビードの割合が低減するので、接合強度の点で好ましくない。そのため、本発明では、０．２〜１．５ｍｍが好ましい。より好ましくは、０．５〜１．２ｍｍであり、さらに好ましくは、０．７〜１．０ｍｍである。

（溶接条件）
本発明のアーク溶接方法は、前記鋼板の溶接接合される重ね合わせ部に沿って溶接手段を移動させて溶接が行われ、（ｉ）溶接開始点から第１の溶接速度で移動し、第１の溶接入熱を付与して溶接を行う第１の工程と、（ｉｉ）前記第１の工程に続いて、第２の溶接速度で移動し、第２の溶接入熱を付与して溶接を行う第２の工程と、（ｉｉｉ）前記第２の工程に続いて、溶接手段の移動を停止し、その停止位置で０．１〜２秒間の溶接を行う第３の工程とを含むものである。そして、前記第１の工程は、前記第１の溶接速度が前記第２の溶接速度未満であって前記第１の溶接入熱が前記第２の溶接入熱を超えて溶接が行われる溶接部を含み、前記第３の工程は、前記第２の工程よりも低い溶接電流および溶接電圧で溶接が行われる。

本発明のアーク溶接方法により鋼板の重ね合わせ部は、溶接線に沿って順に、第１の工程、第２の工程および第３の工程（以下、「第１工程」、「第２工程」、「第３工程」という。）を経て溶接部が形成されている。この溶接部の領域について、本明細書では、以下、第１工程後に得られた溶接部領域を「始端部」、第３工程後に得られた溶接部領域を「終端部」という。また、当該始端部および当該終端部で挟まれた溶接部領域を「中央部」という。溶接過程から分かるように、当該終端部は、第２工程による溶接を行った後に、第３工程による溶接が行われて溶接部が形成された領域である。これらの各領域は、溶接長さによって特定することができる。図２で模式的に示すように、被溶接部材１、２で溶接された重ね合わせ部は、溶接開始点と溶接終了点との間で、始端部５、中央部６、終端部７に区分される。

全溶接長さにわたって同一条件で溶接をした場合、始端部では、溶接開始直後の被溶接部材が昇温中であり、また、終端部では熱供給が終了することから、いずれも溶融した溶接金属は、中央部に比べて凝固しやすい状況にある。このように、始端部と終端部では、溶接金属の冷却速度が速く、Ｚｎ蒸気が排出される前に溶融金属が凝固するので、ブローホールやピットが発生しやすくなる。
そのため、溶接開始後の始端部を形成する第１工程では、それに続く第２工程に比べて第１の溶接速度を遅くして第１の溶接入熱を高くすることが効果的であり、前記第１の溶接速度が前記第２の溶接速度を下回る前記第２の溶接速度未満であって、前記第１の溶接入熱が前記第２の溶接入熱を超えて溶接が行われる溶接部を含むことが好ましい。溶接入熱は、次の式により算出されるものである。

溶接入熱〔Ｊ／ｃｍ〕＝（溶接電流〔Ａ〕×電圧〔Ｖ〕×６０）／溶接速度〔ｃｍ／ｍｉｎ〕

溶接入熱の増大により溶接金属の凝固までの時間が長くなるので、溶接時に発生したガスは、溶融金属から排出されて溶融部内の残存が低減し、ブローホールやピットの発生を抑制することができる。
本発明は、第１工程では、第１の溶接速度が第２の溶接速度未満で溶接する部位を有することが必要とされる一方で、その速度が過度に小さいと作業効率の点で好ましくない。０．２〜０．３５ｍ／ｍｉｎが好ましく、０．２〜０．３ｍ／ｍｉｎがより好ましい。
また、第１工程における第１の溶接入熱は、第２工程における第２の溶接入熱の１．２倍を超えることが好ましい。より好ましくは、１．３倍超であるが、過大であるとガス発生が過剰になるため、２．０倍未満が好ましい。６３５０〜９０００Ｊ／ｃｍで行うことができる。

本発明は、第２工程では、第１の溶接速度より大きい第２の溶接速度で溶接が行われる。溶接ビード長さや作業効率を考慮すると、０．３５〜０．５０ｍ／ｍｉｎが好ましい。また、第１の溶接入熱より小さい第２の溶接入熱で行われる。４２２０〜６０３０Ｊ／ｃｍで行うことができる。

第１工程や第２工程は、溶接電流、溶接電圧などの溶接条件を、被溶接部材やメッキ層び材質、製品形状等に応じて適宜に選択できる。例えば、溶接電流としては１４０〜１８０Ａ、溶接電圧としては２０〜２４Ｖで行うことができる。

本発明は、さらに、第３工程では、溶接手段の移動を停止し、その停止位置で０．１〜２秒間の溶接を行うとともに、その溶接条件として、第２工程よりも低い溶接電流および溶接電圧で溶接することが好ましい。９０〜１２０Ａの溶接電流、１５〜１８Ｖの溶接電圧で行うことができる。
第３工程は、溶接手段を移動させないで溶接を継続するため、移動する場合と比べて溶接金属の凝固が遅くなり、Ｚｎ蒸気の排出する時間を確保できることから、ブローホール抑制に効果的である。第３工程における溶接時間が過小であると、その効果が十分でない。溶接時間が長くなると、必要以上に溶接ビードが形成され、作業効率の点でも好ましくない。そのため、０．１〜２秒間の溶接時間が好ましい。本明細書では、第３工程による溶接を「クレータ処理」ということもある。

本発明は、第１工程後に得られる溶接部である始端部が全溶接長さの１０〜４０％、前記第３工程後に得られる溶接部である終端部が全溶接長さの１０〜２０％の領域であることが好ましい。始端部および終端部が１０％未満では、ブローホール抑制に寄与する領域が少なく、全溶接長さにわたるブローホールの低減が十分でない。始端部が４０％を超えると、溶接作業の所要時間が長くなり、作業効率の点で好ましくない。終端部が２０％を超えると、必要以上に溶接ビードが形成され、作業効率の点でも好ましくない。とくに終端部の溶接長さは、終端から１０ｍｍ未満の範囲で形成されることが好ましい。
第１工程で所定長さの始端部が形成した時点で溶接条件を変更して第２工程に移行することができる。また、第２工程の後、溶接手段の移動を停止させるとともに溶接条件を変更して第３工程に移行し、所定長さの終端部を形成した時点で溶接を終了することができる。

本発明は、図２（ａ）に示すように、重ね合わせ部の一方の端部から溶接を開始し、他方の端部へ向かって一方向に進行する溶接方法を用いることができる。溶接入熱の増大により溶接金属の凝固までの時間が長くなり、ブローホールを抑制するのに効果的である。そのため、第１工程における溶接入熱は、第２工程における溶接入熱の１．２倍を超える熱量であることが好ましい。

また、本発明は、図２（ｂ）に示すように、溶接開始点を重ね合わせ部の一方の端部から内方に離れた位置に設定することもできる。この場合は、前記溶接開始点から前記端部に向かって溶接手段を移動させて溶接を行い、その後、反転して前記端部から他方の端部へ向かって溶接が行われる（以下、このような溶接方法を「リバース溶接法」と称することもある）。
前記一方の端部に向かう溶接は、その溶接速度が第２工程の溶接速度未満であって、かつ、その溶接入熱が第２の溶接入熱の１．２倍を超えて行われることが好ましい。前記他方の端部へ向かう溶接は、その後、第２工程に続くことから、第２工程と同じ溶接速度および溶接入熱の条件を採用することができる。

（ブローホール占有率）
本発明は、溶接部のブローホールおよびピットの発生を抑制することができる。その指標としては、次式で算出されたブローホール占有率（％）で評価できる。なお、ブローホール占有率（％）の算出に際しては、ブローホールの長さにピットの長さが含まれる。

ブローホール占有率（％）＝（ブローホールの長さの総和）／（溶接ビードの長さ）×１００

当該ブローホール占有率は、始端部、中央部または終端部の各領域において３０％未満であると好ましい。より好ましくは１５％未満であり、さらに好ましくは１０％未満である。また、全溶接長さにわたるブローホール占有率についても同様に３０％未満であると好ましく、より好ましくは１５％未満、１０％未満、さらには８％未満が好ましい。ブローホール占有率が低いほど、溶接強度の改善や外観の低下防止に寄与する。

（Ｚｎ系めっき鋼板）
本発明は、Ｚｎ系めっき鋼板のめっき組成として、Ｚｎ−Ｆｅ、Ｚｎ−Ａｌ、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系などを用いることができ、とくに限定されないが、質量％で、Ａｌ：４．０〜２２．０％、Ｍｇ：０．０５〜１０．０％、Ｔｉ：０〜０．１０％、Ｂ：０〜０．０５％、Ｓｉ：０〜２．０％、Ｆｅ：０〜２．５％を含み、残部Ｚｎおよび不可避的不純物からなる溶融めっき層を有するＺｎ系めっき鋼板が好ましい。

Ａｌは、めっき鋼板の耐食性向上に有効であり、また、めっき浴においてＭｇ酸化物系ドロスの発生を抑制する元素である。４．０％未満であると、これらの効果が十分でない。一方、Ａｌ含有量が多くなると、めっき層の下地に脆いＦｅ−Ａｌ合金層が成長し易くなり、めっき密着性の低下を招く要因となる。そのため、Ａｌ含有量は、４．０〜２２．０％が好ましい。

Ｍｇは、めっき層表面に均一な腐食生成物を生成させてめっき鋼板の耐食性を著しく高める作用を呈する。０．０５％未満であると、この作用が十分でない。一方、めっき浴中のＭｇ含有量が多くなると、Ｍｇ酸化物系ドロスが発生し易くなり、めっき層の品質低下を招く要因となる。そのため、Ｍｇ含有量は、０．０５〜１０．０％が好ましい。

溶融めっき浴中にＴｉ、Ｂを含有させると、溶融めっき時における製造条件の自由度が拡大するメリットがある。このため、必要に応じて、Ｔｉ、Ｂの１種または２種を添加することができる。その添加量は、Ｔｉの場合０．０００５％以上、Ｂの場合０．０００１％以上がより効果的である。ただ、めっき層中のＴｉやＢの含有量が過剰になると、析出物の生成に起因しためっき層表面の外観不良を引き起こす要因となる。そのため、これらの元素を添加する場合は、Ｔｉ：０．１０％以下、Ｂ：０．０５％以下が好ましい。

溶融めっき浴中にＳｉを含有させると、めっき原板表面とめっき層の界面に生成するＦｅ−Ａｌ合金層の過剰な成長が抑制され、溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板の加工性を向上させる上で有利となる。そのため、必要に応じてＳｉを含有させることができる。その場合、Ｓｉ含有量を０．００５％以上とすることがより効果的である。ただ、過剰のＳｉ含有は、溶融めっき浴中のドロス量を増大させる要因となるので、Ｓｉ含有量は、２．０％以下とすることが好ましい。

溶融めっき浴中には、鋼板を浸漬し通過させることから、Ｆｅが混入しやすい。Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき層中のＦｅ含有量は、２．５％以下とすることが好ましい。

本発明におけるＺｎ系めっき鋼板は、めっき付着量や板厚は、とくに限定されないが、片面当たりのめっき付着量は、２０〜２５０ｇ／ｍ^２が好ましい。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上で不利となる。一方、めっき付着量が多くなると、ガス発生量が増加して溶接時にブローホールが発生しやすくなる。そのため、片面当たりのめっき付着量は、２０ｇ／ｍ^２以上、２５０ｇ／ｍ^２以下が好ましい。

本発明におけるＺｎ系めっき鋼板は、用途に応じて種々の鋼種を採用できる。高張力鋼板を使用することもできる。鋼板の板厚は、１．６〜６．０ｍｍとすることができる。

本発明のアーク溶接法によって作製された溶接継手は、全溶接長さにおけるブローホール占有率が３０％未満であることが好ましい。溶接強度や外観の点で良好な効果が得られる。

本発明は、隅肉アーク溶接方法に適用することが好ましく、ＭＡＧ法、ＭＩＧ法などのガスシールドアーク溶接を使用することができる。溶接継手としては、複数の板部材の一部を重ねた重ね継手、一方の板部材の端面を他方の板部材の表面にほぼ直交するよう載置したＴ字継手、十字形状の十字継手、母材をほぼ直角にＬ字形に保つ角継手などに適用することができる。

以下、本発明を実施例に基づいて、さらに詳細に説明するが、本発明は、これらの説明に限定されるものではない。

＜試験例１＞
板厚２．３ｍｍのＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板からなる溝型鋼（３０ｍｍ×６０ｍｍ）を用いて、図１（ａ）に示すように、被溶接部材１、２を準備した。使用したＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板は、質量％で、Ａｌ６．２％、Ｍｇ２．９％、Ｔｉ０．０５％、Ｂ０．０１％、Ｓｉ０．０２％、Ｆｅ０．８％、残部Ｚｎの組成からなる溶融めっき層を、９０ｇ／ｍ^２の付着量で有している。

図１（ｂ）に示すように、第１の被溶接部材１の端縁部には、第２の被溶接部材２と当接する側を突起付与用プレス装置で板厚方向に部分圧潰して突出させることにより、２個の突起３を付与した。第２の被溶接部材２の平面部の上に第１の被溶接部材１を載置して、Ｔ字形状に組み合わされた組立体８を得た。被溶接部材１、２は、突起３を介して当接するので突起高さに相当する隙間を有していた。その後、この組立体に炭酸ガスアーク溶接を施して、Ｔ字継手を作製した。
Ｔ字形状の上記組立体８の寸法は、図１（ｂ）に示すとおりである。突起３は、それぞれ被溶接部材１の両側端から１０ｍｍの位置に設けられた。突起付与用プレス装置で圧潰する割合（潰し率）を増やすことにより、突起高さを大きくすることができる。

溶接条件は、溶接電流：１６０Ａ、アーク電圧：２２．０Ｖ、溶接速度：０．４ｍ／ｍｉｎ、トーチ角：４５°であり、溶接ビード長さを５２ｍｍとした。シールドガスの炭酸ガスは、流量２０ｌ／ｍｉｎで供給し、溶接ワイヤは、ＪＩＳ Ｚ ３２１２のＹＧＷ１２に相当する直径１．２ｍｍの市販製品（ＭＧ−５０Ｔ、神戸製鋼所製）を用いた。重ね合わせ部の一方の端部で溶接を開始し、他方の端部へ向かって一方向に溶接ワイヤを移動させて溶接を行った。

（ブローホール占有率の測定評価）
板間ギャップによる影響を検討するために、突起の高さを０．５ｍｍ、０．７ｍｍ、１ｍｍ、１．２ｍｍ、１．５ｍｍとした組立体を作製した。同じ突起高さの試験体を３個（ｎ＝３）作製し、また、突起を有しないＴ字継手の試験体も３個（ｎ＝３）作製した。これらの試験体を用いて、前記の溶接条件でアーク溶接を行い、Ｔ字継手の試験体を作製した。その後、これらのＴ字継手におけるブローホール占有率を測定して評価を行った。
ブローホール占有率（％）は、溶接部の表面からＸ線透過撮影した写真で観察し、以下の式１により算出した。なお、ブローホール占有率（％）の算出に際しては、ブローホールの長さにピットの長さが含まれる。

式１： ブローホール占有率（％）＝（ブローホールの長さの総和）／（溶接ビードの長さ）×１００

測定した結果を図３（ａ）、（ｂ）に示す。図３（ａ）は、溶接部全長にわたるブローホール占有率を算出し、３個の試験体（ｎ＝３）における最大値と最小値を示したものである。また、約５２ｍｍの全溶接長さにおいて、溶接部の両端から約１０ｍｍの長さの領域をそれぞれ始端部、終端部とし、当該始端部と当該終端部で挟まれた約３２ｍｍの長さの領域を中央部とした。各領域におけるブローホール占有率を測定し、始端部、中央部および終端部の領域別で算出した結果を、図３（ｂ）のように平均値で示した。

図３（ａ）に示すように、突起を有しない例（隙間量０ｍｍ）は、ブローホール占有率が３０％を超えていた。それに対し、突起を有する例は、ブローホール占有率の平均値が１５％以下であり、隙間量１．５ｍｍでは平均値が１０％以下であり、良好な溶接組織が得られた。

ただ、溶接部の各領域を溶接部位別でみると、図３（ｂ）に示すように、中央部ではブローホールがほとんど発生しないのに対し、始端部または終端部ではブローホール占有率が３０％を超える場合がある。始端部は、隙間量１．２ｍｍ以上ではブローホールが発生しないのに対し、終端部は、隙間量に関係なく、ブローホールが発生している。このように、溶接ビード全長にわたる平均値が低くても、始端部と終端部では中央部と異なり、ブローホールが発生しやすいことが分かる。

また、隙間量を大きくして、例えば１．５ｍｍであると、図３（ａ）のように、ブローホール占有率の平均値が１０％以下に低減する。その一方で、図４に示すように、溶接部の表側に形成された溶接ビードの一部が隙間から背面側に通り抜けて裏ビードを形成し、とくに隙間量が１．２ｍｍを超えると、裏ビードの形成が顕著となり、それにともない表側のビード量が低減して細くなるので、溶接強度や外観を損なう可能性がある。
そのため、隙間量を増加させるだけでは、ブローホールの発生を十分に抑制できない。始端部と終端部におけるブローホールの発生を抑制するのに適した条件を見出す必要がある。

＜試験例２＞
板間ギャップを設けても、始端部および終端部では、冷却速度が速いため、溶接金属から発生ガスが排出される前に溶融金属が凝固し、ブローホール生成に至ると考えられる。そこで、ガスの排出される時間を確保するため、始端部と終端部の溶接金属の溶融時間を長くして、ブローホールの発生を低減させる溶接条件について検討した。

板間ギャップを１ｍｍにして、試験例１と同様の手順によりＴ字状の組立体を準備した。その後、溶接条件を種々変更してアーク溶接を行い、Ｔ字継手の試験体を作製した。

図２（ａ）に示すように一方向に溶接手段を移動させて溶接を行った。被溶接部材１、２を突き当てた部分の一端から約４ｍｍの位置（溶接開始点）を起点として溶接を開始し、他端に向かって一方向に溶接ワイヤを移動し溶接を行った。他端の溶接終了点付近に到達した後、溶接ワイヤの移動を停止し、その停止位置において所定時間の溶接を持続した後、溶接を終了した。溶接部の始端が溶接開始点に相当し、溶接部の終端が溶接終了点に相当する。始端部および終端部は、それぞれ溶接部の両端から約１０ｍｍの長さの領域であり、始端部と終端部に挟まれた中央部は、約３２ｍｍの長さの領域である。

始端部を形成する第１工程では、中央部を形成する第２工程の溶接速度より低い速度で溶接を行った。終端部を形成する第３工程では、第２工程の溶接電流、溶接電圧および溶接速度よりも低い条件で溶接を行った。得られたＴ字継手の試験体についてブローホール占有率を測定した。溶接条件および測定結果を表１に示す。

表１に示すように、比較例１は、全溶接長さにわたって、溶接電流、溶接電圧および溶接速度を同一条件で溶接した従来方法に相当するものであり、図３（ｂ）に示した試験例１の板間ギャップ１ｍｍの例の１つである。比較例１のブローホール占有率は、図３（ｂ）のように中央部では発生しなかったが、表１のように、始端部では２３％、終端部では３８％であり、いずれも高い数値を示した。また、溶接部全長でのブローホール占有率は、１２％であった。

それに対し、本発明例１〜３は、始端部における溶接速度を中央部よりも低い条件に設定し、溶接入熱が中央部の１．２倍を超える条件で溶接を行った。中央部では、比較例１と同様の条件で溶接を行った。終端部では、溶接電流、溶接電圧および溶接速度を中央部よりも低い条件に設定し、かつ、溶接ワイヤの移動停止位置において１．０秒間の溶接を持続して、クレータ処理を行った。
本発明例１〜３のブローホール占有率は、始端部で０〜１８％、終端部で１５〜１８％、溶接部全長で７％以下であり、低い数値を示した。上記のように始端部および終端部の溶接条件を設定したことにより、溶接金属の凝固時間が長くなり、発生したガスが排出される時間が増加したので、溶融部内に残存する割合が低減した。本発明の方法は、溶接ビード全長にわたってブローホール発生の抑制に有効であることが確認できた。

以上のことから、始端部を低速かつ高入熱で溶接する手法と、終端部にクレータ処理を施す手法とを組み合わせることにより、全溶接長さにわたってブローホール占有率が大きく低減し、優れた作用効果を示した。

＜試験例３＞
板間ギャップを１ｍｍにして、試験例１と同様の手順によりＴ字状の組立体を準備した。その後、始端部を形成する第１工程の溶接条件を変更したことを除いて、試験例２と同様の手順でアーク溶接を行い、Ｔ字継手の試験体を作製した。

図２（ｂ）に示すようにリバース溶接法を用いて溶接を行った。溶接が予定される重ね合わせ部の一方の端部から内方に１０ｍｍ離れた位置を溶接開始点とした。溶接開始点を起点として溶接を開始し、前記一方の端部へ向かって一方向に溶接ワイヤを移動させて溶接を行った。その後、反転して他方の端部へ向かって移動させて溶接を行った。試験例１と同様に、溶接終了点付近に到達した後、溶接ワイヤの移動を停止し、その停止位置において所定時間の溶接を持続した後、溶接を終了した。溶接部の終端が溶接終了点に相当する。始端部および終端部は、それぞれ溶接部の両端から約１０ｍｍの長さの領域であり、始端部と終端部に挟まれた中央部は、約３２ｍｍの長さの領域である。

このリバース溶接法の場合、第１工程では始端部を往復して溶接が行われたが、反転した後は、中央部を形成する第２工程と同じ溶接条件（溶接電流１６０Ａ、溶接電圧２２．０Ｖ、溶接速度０．４ｍ／ｍｉｎ、溶接入熱５２８０Ｊ／ｃｍ）で溶接を行った。第１工程の一方の端部に向かう溶接工程は、反転後の他方の端部に向かう溶接工程の溶接速度より低い速度で溶接を行った。中央部を形成する第２工程および終端部を形成する第３工程では、試験例２と同様の条件で溶接を行った。得られたＴ字継手の試験体についてブローホール占有率を測定した。表２に、始端部における溶接条件および測定結果を示す。

表２の「前半」は、第１工程において一方の端部へ向かう溶接工程を示し、「後半」は、反転後に他方の端部へ向かう溶接工程を示す。表２に示すように、本発明例４は、第１工程の前半における溶接速度を第２工程よりも低い条件に設定し、溶接入熱が第２工程の溶接入熱を超える条件で溶接を行った。具体的には中央部の５２８０（Ｊ／ｃｍ）の１．２倍を超えていた。始端部のブローホール占有率は、９％であり、良好であった。それに対し、比較例２〜４は、第１工程の溶接入熱が第２工程の１．２倍未満であり、ブローホール占有率が２８％〜４４％と不良であった。そして、中央部と終端部のブローホール占有率を含む溶接部全長でのブローホール占有率は、本発明例４が６％であり、比較例２〜４よりも良好であった。このように、本発明の方法は、リバース溶接法であっても、ブローホールの低減に有効であることが確認できた。

１ 第１の被溶接部材
２ 第２の被溶接部材
３ 突起
４ 板間ギャップ
５ 始端部
６ 中央部
７ 終端部
８ 組立体

Claims (7)

1. Ｚｎ系めっき鋼板のアーク溶接方法において、
   板間ギャップが０．２〜１．５ｍｍの範囲に設定され、
   前記鋼板の溶接接合される重ね合わせ部に沿って溶接手段を移動させて溶接が行われ、
   溶接開始点から第１の溶接速度で移動し、第１の溶接入熱を付与して溶接を行う第１の工程と、
   前記第１の工程に続いて、第２の溶接速度で移動し、第２の溶接入熱を付与して溶接を行う第２の工程と、
   前記第２の工程に続いて、溶接手段の移動を停止し、その停止位置で０．１〜２秒間の溶接を行う第３の工程とを含み、
   前記第１の工程は、前記第１の溶接速度が前記第２の溶接速度未満であって前記第１の溶接入熱が前記第２の溶接入熱を超えて溶接が行われる溶接部を含み、
   前記第３の工程は、前記第２の工程よりも低い溶接電流および溶接電圧で溶接が行われる、Ｚｎ系めっき鋼板のアーク溶接方法。
2. 前記第１の工程後の溶接部である始端部は、全溶接長さの１０〜４０％の領域であり、前記第３の工程後の溶接部である終端部は、全溶接長さの１０〜２０％の領域である、請求項１に記載のＺｎ系めっき鋼板のアーク溶接方法。
3. 前記第１の工程は、前記重ね合わせ部の一方の端部から溶接を開始し、他方の端部へ向かって溶接が行われ、前記第１の工程における溶接入熱は、前記第２の工程における溶接入熱の１．２倍を超える熱量である、請求項１または２に記載のＺｎ系めっき鋼板のアーク溶接方法。
4. 前記第１の工程は、前記重ね合わせ部の一方の端部から内方に離れて位置する溶接開始点から前記端部へ向かって溶接が行われ、その後、反転して前記端部から他方の端部へ向かって溶接が行われるものであって、
   前記一方の端部へ向かう溶接は、その溶接速度が前記第２の工程の溶接速度未満であって、かつ、その溶接入熱が前記第２の溶接入熱の１．２倍を超えて行われ、
   前記他方の端部へ向かう溶接は、前記第２の溶接速度と同じ溶接速度で行われる、請求項１または２に記載のＺｎ系めっき鋼板のアーク溶接方法。
5. 全溶接長さにわたるブローホール占有率が３０％未満である、請求項１〜４のいずれかに記載のＺｎ系めっき鋼板のアーク溶接方法。
6. 前記Ｚｎ系めっき鋼板は、質量％で、Ａｌ：４．０〜２２．０％、Ｍｇ：０．０５〜１０．０％、Ｔｉ：０〜０．１０％、Ｂ：０〜０．０５％、Ｓｉ：０〜２．０％、Ｆｅ：０〜２．５％を含み、残部Ｚｎおよび不可避的不純物からなる溶融めっき層を有する、請求項１〜５のいずれかに記載のＺｎ系めっき鋼板のアーク溶接方法。
7. 前記Ｚｎ系めっき鋼板は、片面当たりのめっき付着量が２０〜２５０ｇ／ｍ^２であり、板厚が１．６〜６．０ｍｍである、請求項１〜６のいずれかに記載のアーク溶接方法。

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