JP6958153B2 - ガスシールドアーク溶接方法および溶接継手の製造方法 - Google Patents

Description

本開示は、ガスシールドアーク溶接方法および溶接継手の製造方法に関する。

近年における耐摩耗鋼、高強度厚鋼板、及び高強度薄鋼板の構造物への適用は、構造の合理化や軽量化をもたらし、多くの利点を有するため、その適用範囲が拡大されている。例えば、自動車分野では低燃費化やＣＯ_２排出量削減を目的とした車体の軽量化のため、高強度薄鋼板を使用するニーズが高まっている。

一方で、耐摩耗鋼、高強度厚鋼板、高強度薄鋼板等のＰｃｍの高い鋼板を溶接すると低温割れが発生しやすく、特に、溶接の初層に低温割れが発生しやすいという問題がある。例えば、自動車用鋼板の溶接において、引張強さ９８０ＭＰａ級を超える高強度薄鋼板を高強度ワイヤを用いて溶接すると、溶接金属に低温割れが発生するケースが認められている。そのため、低温割れ抑制のための方法がいくつか提案されている（特許文献１）。

特開２０１６−１３７５１８号公報

しかしながら、特許文献１の従来技術においては、未だ、耐摩耗鋼、高強度厚鋼板、高強度薄鋼板等のＰｃｍの高い鋼板の低温割れの抑制が十分ではなかったり、溶接ビード形状が不良になることがあるという問題があった。

上記従来技術に鑑みて、本発明者は、所定の化学成分及び所定の拡散性水素量を有するワイヤ（溶材ともいう）を使用し、ワイヤを溶融池に対して進退動させることにより、アークを断続的に発生させる溶接を行うことを見出した。

本開示の方法の要旨は以下のとおりである。
（１）質量％で、
Ｃ：０．０５〜０．１３％、
Ｓｉ：０．３５〜１．２０％、
Ｍｎ：１．６０〜３．４０％、及び
Ｃｕ：０．１０〜０．５０％
を含有し、
Ｐ：０．０３０％以下、及び
Ｓ：０．０２０％以下、
に制限し、残部が、Ｆｅ及び不純物からなり、溶着金属の拡散性水素量が２．０ｍｌ／１００ｇ以下であるワイヤを用いて、溶融プールとコンタクトチップ間で前記ワイヤの進退動及び通電制御をしてアークを断続的に発生させて溶接を行うことを特徴とするガスシールドアーク溶接方法。
（２）前記ワイヤが、質量％で、
Ｎｉ：３．４０％以下、
Ｃｒ：１．２０％以下、
Ｍｏ：１．００％以下、及び
Ｔｉ：０．２５％以下、
からなる群から選択される１種又は２種以上をさらに含有することを特徴とする、前記（１）に記載のガスシールドアーク溶接方法。
（３）前記ワイヤの化学成分から計算されるＰｃｍが、鋼材の化学成分で計算されるＰｃｍより低いことを特徴とし、
前記Ｐｃｍは、下記（１）式：
Pcm = C + Si/30 + Mn/20 + Cu/20 + Ni/60 + Cr/20 + Mo/15 + V/10 + 5B （１）
で計算され、式中、元素記号は、含有する添加元素の質量％である、前記（１）または（２）に記載のガスシールドアーク溶接方法。
（４）前記ワイヤが、ソリッドワイヤであることを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれかに記載のガスシールドアーク溶接方法。
（５）多層盛溶接の少なくとも初層に、前記（１）〜（４）のいずれかに記載のガスシールドアーク溶接を行うことを特徴とするガスシールドアーク溶接方法。
（６）（１）〜（５）のいずれかに記載のガスシールドアーク溶接方法を用いて鋼板をガスシールドアーク溶接することを特徴とする溶接継手の製造方法。

本発明によれば、溶接継手における低温割れを抑制し、かつ良好な溶接ビード形状を得ることができる。

図１は、ＪＩＳ Ｚ３１５８に準拠するｙ形溶接割れ試験に定める継手形状の模式図である。 図２は、本発明例で得られた溶接継手の断面写真である。 図３は、比較例で得られた溶接継手の断面写真である。 図４は、多層盛溶接の継手形状の模式図である。 図５は、本発明例で用いた重ねすみ肉溶接の模式図である。 図６は、重ねすみ肉溶接部の低温割れの観察個所を説明する模式図及び断面観察写真である。

本発明によれば、特定の化学成分を有するワイヤとワイヤを溶融池に対して進退動させることによりアークを断続的に発生させる溶接とにより、低温割れを抑制して、かつビード形状の良い、良好な溶接を行うことができる。低温割れは、高強度鋼板、引張りの残留応力、及び侵入水素が原因で発生し得るが、特定の化学成分を有するワイヤを用いることにより、低温割れやビード形成不良を起こりにくくし、さらに上記溶接のアーク発生の断続化により、水分や油等の水素源の原子状水素への乖離が抑制され、低温割れを抑制することができる。

また、溶接時に母材希釈で溶接金属の合金成分が増加すると、凝固割れ及び低温割れがおこりやすくなるが、アークを断続的に発生させる上記溶接は、母材への入熱が低く、母材に起因するＣ、Ｎｉ等の合金成分が溶接金属に侵入する量が減少する。これにより溶接金属の硬さ上昇が抑制され、低温割れを抑制することができる。また、ビード形状は、ワイヤ中のＳｉ量を特定量とすることで良好にできる。ワイヤを溶融池に対して進退動させることによりアークを断続的に発生させる溶接には、ＣＭＴ（Cold Metal Transfer）（登録商標）溶接、シンクロフィード（登録商標）ＧＭＡ溶接、及びＡＷＰ（Active Wire Feed Process）溶接がある。これらは溶接機メーカにより名称が異なるもの、同等の溶接法である。

以下、本開示の方法の実施形態の例を説明する。

１．化学組成
本開示の方法において用いられるワイヤの化学組成を上述のように規定した理由を説明する。以下の説明において、各元素の含有量を表す「％」は特に断りがない限り、ワイヤの全質量に対する質量％を意味する。

［Ｃ：０．０５％以上０．１３％以下］
Ｃは、溶接金属の強度を向上するために必要な元素である。しかし、Ｃが０．０５％未満であるとこの効果が得られない。一方、０．１３％を超えると、溶接割れ感受性が高くなる。したがって、Ｃは０．０５〜０．１３％とする。

Ｃ含有量の下限値は、好ましくは０．０７％以上、より好ましくは０．０８％以上である。Ｃ含有量の下限値を上記範囲にすることによって、溶接金属の強度をさらに向上することができる。Ｃ含有量の上限値は、好ましくは０．１２％以下、より好ましくは０．１１％以下であり、Ｃ含有量の上限値を上記範囲にすることによって、溶接割れ感受性をより低減することができる。

［Ｓｉ：０．３５％以上１．２０％以下］
Ｓｉは、溶接金属の主脱酸剤として不可欠であると共に、低電流域でのアークを安定にする効果がある。また、溶融金属中にＳｉおよびＯの微細介在物を生成することで、溶融金属表面のＯ量を減少させて溶融金属の表面張力を増大させる元素である。これによってワイヤ先端からの溶融金属の離脱が防止でき、アークが安定する。しかし、Ｓｉが０．３５％未満では、前記効果が十分ではなく、低電流域のアークが不安定になりアーク切れによるビード形成不良が発生する。また、溶融金属の表面張力が低くなりワイヤ先端から溶融金属が離脱しやすくなりスパッタ発生量が多くなる。一方、Ｓｉが１．２０％を超えると、溶融金属の表面張力が過度に上昇するため溶融金属がワイヤ先端から離脱し難く、溶滴が大きくなりスパッタが発生する。したがって、Ｓｉは０．３５〜１．２０％とする。

Ｓｉ含有量の下限値は、好ましくは０．５０％以上、より好ましくは０．６０％以上、さらに好ましくは０．７０％以上である。Ｓｉ含有量の下限値を上記範囲にすることによって、脱酸効果及びアークの安定効果をさらに向上することができる。Ｓｉ含有量の上限値は、好ましくは１．１０％以下、より好ましくは１．００％以下である。

［Ｍｎ：１．６０％以上３．４０％以下］
Ｍｎは、Ｓｉと同様に主要な脱酸剤であると共に、強度の確保のために添加する。また、ＦｅＳなどの低融点化合物が生成される前にＭｎＳとしてＳを固定することで高温割れ防止効果がある。Ｍｎが１．６０％未満であると、溶接金属の強度および靭性を十分に確保できなくなる。また、アークが不安定になる。一方、Ｍｎが３．４０％を超えると、溶融金属の表面張力が過度に低下するため溶融金属がワイヤ先端から不規則に離脱してスパッタが発生する。したがって、Ｍｎは１．６０〜３．４０％とする。

Ｍｎ含有量の下限値は、好ましくは１．７０％以上、より好ましくは１．７５％以上である。Ｍｎ含有量の下限値を上記範囲にすることによって、脱酸効果、強度及び靭性向上効果、高温割れ防止効果をより安定して得ることができる。Ｍｎ含有量の上限値は、好ましくは３．００％以下、より好ましくは２．６０％以下である。Ｍｎ含有量の上限値を上記範囲にすることによって、スパッタ発生をより安定して抑制することができる。

［Ｃｕ：０．１０％以上０．５０％以下］
Ｃｕは、溶接金属の強度を向上する効果がある。また、ワイヤ表面のＣｕめっきにより溶接時の通電性およびワイヤ送給性が向上してアークが安定する。Ｃｕが０．１０％未満では、アークが不安定になりスパッタが発生する。一方、Ｃｕが０．５０％を超えると、溶接金属中で偏析して高温割れが発生しやすくなる。したがって、Ｃｕは０．１０〜０．５０％とする。なお、Ｃｕはワイヤ表面の銅めっき分も含む。

Ｃｕ含有量の下限値は、好ましくは０．１５％以上、より好ましくは０．２０％以上である。Ｃｕ含有量の下限値を上記範囲にすることによって、強度向上効果及びアーク安定効果をより安定して得ることができる。Ｃｕ含有量の上限値は、好ましくは０．４０％以下、より好ましくは０．３０％以下である。Ｃｕ含有量の上限値を上記範囲にすることによって、高温割れをより安定して抑制することができる。

［Ｐ：０．０３０％以下］
Ｐは不純物であり、本開示の方法に用いられるワイヤがＰを過剰に含有すると、溶接金属の耐凝固割れ性が劣化する。したがって、Ｐ含有量の上限を０．０３０％以下に制限する。

［Ｓ：０．０２０％以下］
Ｓは不純物であり、溶融金属の表面張力と粘性に影響を与える元素であり、本開示の方法に用いられるワイヤがＳを過剰に含有すると、溶融金属の表面張力が過度に低下してワイヤ先端から溶融金属が不規則に離脱してアークが不安定でスパッタが発生し、また、耐凝固割れ性が劣化する。したがって、Ｓ含有量の上限を０．０２０％以下に制限する。

［Ｎｉ：３．４０％以下］
Ｎｉは、本開示の方法に用いられるワイヤに必須の元素ではないが、Ｎｉは、変態温度を低下させて溶接金属の組織を微細化し、溶接金属中に固溶して低温靭性を低下させることなく強度を高める作用を有する。一方、Ｎｉが３．４０％を超えると、耐凝固割れ性が劣化する。したがって、ワイヤは、好ましくは３．４０％以下のＮｉを含み、より好ましくは２．７０％以下のＮｉを含む。Ｎｉを添加する場合、０．５０％以上とすることでより効果が得られ好ましい。

［Ｃｒ：１．２０％以下］
Ｃｒは、本開示の方法に用いられるワイヤに必須の元素ではないが、Ｃｒは、変態温度を低下させ、組織を微細化し、強度と靭性を向上させる作用を有する。Ｃｒが１．２０％を超えると、溶接金属の硬化が著しくなり靭性と低温割れ感受性が低下する。したがって、ワイヤは、好ましくは１．２０％以下のＣｒを含み、より好ましくは１．１０％以下のＣｒを含む。Ｃｒを添加する場合、０．０５％以上とすることで、より効果が得られ好ましい。

［Ｍｏ：１．００％以下］
Ｍｏは、本開示の方法に用いられるワイヤに必須の元素ではないが、Ｍｏは、変態温度を低下させて溶接金属の組織を微細化し、強度と低温靭性を向上させる効果を有する。Ｍｏが１．００％を超えると、溶接金属の強度が過剰に高くなり、低温靭性が安定して得られない。また低温割れ感受性が増加する。したがって、ワイヤは、好ましくは１．００％以下のＭｏを含み、より好ましくは０．６８％以下のＭｏを含む。Ｍｏを添加する場合、０．３０％以上とすることで、より効果が得られ好ましい。

［Ｔｉ：０．２５％以下］
Ｔｉは、本開示の方法に用いられるワイヤに必須の元素ではないが、Ｔｉは、脱酸剤として作用するとともに溶接金属中にＴｉの微細酸化物を生成し溶接金属の靭性を向上させる。Ｔｉが０．２５％を超えると、靭性が低下する。したがって、ワイヤは、好ましくは０．２５％以下のＴｉを含み、より好ましくは０．２１％以下のＴｉを含む。Ｔｉを添加する場合、０．０９％以上とすることで、より効果が得られ好ましい。

本発明で用いるワイヤはソリッドワイヤであることが好ましい。鋼製外皮でフラックスを包んだ、いわゆるフラックス入りワイヤを用いると、フラックスから生成したスラグがビードの下に残存し溶接欠陥となる可能性があるためである。フラックス入りワイヤを用いる場合は、スラグ成分が極力少ないメタル系のフラックス入りワイヤを用いることが好ましい。

ワイヤと母材である鋼材との組み合わせは、特に限定されないが、ワイヤのＰｃｍが鋼材のＰｃｍより低いことが好ましい。Ｐｃｍは、溶接学会編、溶接・接合技術概論、１９９８年、産報出版、東京、Ｐ．１１８に記載される次の（１）式：
Pcm = C + Si/30 + Mn/20 + Cu/20 + Ni/60 + Cr/20 + Mo/15 + V/10 + 5B （１）
で表される。（１）式中の元素記号には、含有する元素の質量％を代入し、無添加の元素は、ゼロを代入する。

ワイヤのＰｃｍを鋼材のＰｃｍよりも小さくして溶接金属側を軟質にすることで、溶接金属での低温割れ感受性を下げることができる。ワイヤのＰｃｍは、鋼材のＰｃｍよりも、好ましくは０．０１小さく、より好ましくは０．０３小さく、さらに好ましくは０．０５小さい。

ワイヤのＰｃｍは、好ましくは０．１０〜０．５０、より好ましくは０．１５〜０．４０、さらに好ましくは０．２０〜０．３５である。鋼材のＰｃｍは、好ましくは０．２０〜０．５０、より好ましくは０．２５〜０．４５、さらに好ましくは０．２８〜０．３９である。

［拡散性水素量：２．０ｍＬ／１００ｇ以下］
溶着金属に含まれる拡散性水素量は、２．０ｍＬ／１００ｇ以下、好ましくは１．９ｍＬ／１００ｇ以下、より好ましくは１．７ｍＬ／１００ｇ以下である。拡散性水素量は、主にワイヤの脂分に起因する。溶着金属の拡散性水素量の測定は、ＪＩＳ Ｚ ３１１８（２００７年）に準拠して行われる。シールドガスは１００％ＣＯ_２ガスを用いることとする。溶接法は本開示のガスシールドアーク溶接ではなく、通常の溶接法を用いて行なう。拡散性水素量が上記範囲であることにより、低温割れの抑制効果を得ることができる。溶着金属に含まれる拡散性水素量は、例えば、ワイヤ表面に塗付する送給潤滑油の種類と塗付量を調整することで、制御できる。送給潤滑油は、動植物油、鉱物油あるいは合成油の何れでもよい。動植物油としてはパーム油、菜種油、ひまし油、豚油、牛油、魚油等を、鉱物油としてはマシン油、タービン油、スピンドル油等を用いることができる。合成油としては炭化水素系、エステル系、ポリグリコール系、ポリフェノール系、シリコーン系、フロロカーボン系を用いることができる。さらに、油脂またはエステルの１種以上の基油に硫黄を含有する硫化油脂、硫化エステル、硫化脂肪酸または硫化オレフィンの１種または２種以上である硫黄含有の潤滑油を用いることもできる。

２．製造方法
次に、本開示のガスシールドアーク溶接方法で用いる溶接について説明する。

溶融プールとコンタクトチップ間でワイヤの進退動及び通電制御をしてアークを断続的に発生させて溶接する方法として、ＣＭＴ溶接が挙げられる。ＣＭＴ溶接には、Ｆｒｏｎｉｕｓ社製のＣＭＴ方式溶接電源を用いることができる。このＣＭＴ方式溶接電源は、アークの短絡を感知して、ワイヤを毎秒５０〜１３０回送給制御して溶滴を移行することができる。ワイヤを引き戻すことにより溶滴の引き離しを促進し、また短絡時に電流を最小限に制御してスパッタを低減した溶滴移行を行うことができる。そして、ワイヤの送給及び引き戻しと同期させて電流値を制御し、アーク発生時、ワイヤを溶融プールに向かって送給し短絡を検知したらすぐにワイヤを引き戻すプロセスで、溶融プールを冷却し入熱を低減することができる。

ＣＭＴ溶接によるアーク発生の断続化により、水分、油等の水素源の原子状水素への乖離を抑制することができ、低温割れが発生しにくくなる。シールドガス及びガス流量は特に限定されないが、ＣＯ_２ガス、Ａｒ＋ＣＯ_２の２元系混合ガス、Ａｒ＋ＣＯ_２＋Ｏ_２の３元系混合ガス等であることができる。溶接条件については、特に限定されないが、例えば、電流値は約１３０Ａ〜２９０Ａであり、溶接速度は約０．１〜１．５ｍ／分である。

シンクロフィードＧＭＡ溶接及びＡＷＰ溶接でも、上記ＣＭＴ溶接と同等の溶接を行うことができる。

本開示の方法において、パス回数は１回または２回以上であることができる。パスとは溶接しようとしている継手に沿って行う１回の溶接操作をいう。パス回数が２回以上である場合、多層盛溶接の少なくとも初層に、本開示のガスシールドアーク溶接を行うことが好ましい。溶接の初層（１層目）に低温割れが発生しやすいが、初層に本開示のガスシールドアーク溶接を行うことにより、初層の低温割れを抑制することができる。パス回数が２回以上である場合、２層目以降に、本開示のガスシールドアーク溶接を使わない従来の溶接を行ってもよい。

本開示の方法で用いられるワイヤは、通常の方法で製造できる。すなわち、ソリッドワイヤの場合は、成分を調整した鋼を溶解し、原線をつくり、縮径、焼鈍、めっきをして素線をつくり、素線を伸線して、所望の直径のワイヤとして製造することができる。また、フラックス入りワイヤの場合は、外皮となる鋼帯を、長手方向に送りながら成形ロールによりオープン管（Ｕ字型）に成形して鋼製外皮とする。この成形途中で、オープン管の開口部からフラックスを供給する。開口部の相対するエッジ面を突合せて管形状とする。管を伸線し、伸線途中又は伸線工程完了後に適宜焼鈍処理して、フラックス入りワイヤを得る。エッジ面をシーム溶接して、いわゆるシームレスワイヤとすると好ましい。

本発明によれば、溶接前に鋼材を暖める予熱を行わなくても低温割れを防止することができる。したがって、サイクルタイムの向上、コスト低減、及び溶接作業性の向上を図ることができる。また、溶接時の外気温が低い場合、鋼材の板厚が厚い場合、あるいは、溶着金属のＰｃｍが高い場合、従来技術においては、１００℃を越える高温の予熱が必要なケースがあるが、本発明によれば、必要に応じてわずかな予熱を組み合わせることで、低温割れの発生を確実に抑制することができる。予熱は、例えば１５〜３５℃または２０〜３０℃で行うことができるため予熱温度を低減でき、生産性を向上できるメリットがある。

（実施例１）
（拡散性水素量の測定）
表２に示す化学成分（空欄は無添加を意味する）を有し、残部が鉄および不純物からなるワイヤ径がφ１．２ｍｍのソリッドワイヤ（溶材）を用いた。溶着金属の拡散性水素量は、ソリッドワイヤへの送給潤滑油（パーム油）の塗布量を変化させて調整した。ＪＩＳ Ｚ ３１１８に準拠し、シールドガスとしてＣＯ_２ガスを用いて通常の溶接を行って溶着金属の拡散性水素量を測定した。表３−１に、測定した拡散性水素量（Ｈｄ）を示す。

（機械的特性の評価）
板厚２５ｍｍのＳＭ４００（ＪＩＳ Ｇ ３１０６）を２枚突合せ、図４のようにＶ字開先形状を形成して、低温割れ防止のため１００℃の予熱を行い、表２に示す化学成分を有し残部が鉄および不純物からなるワイヤ径がφ１．２ｍｍのソリッドワイヤ（溶材）のそれぞれについて、通常のＣＯ_２溶接で１２パスの多層溶接を行った。溶接条件は、チップ母材間距離：２０ｍｍ、電流：２７０Ａ、溶接速度：０．３５ｍ／分とした。ＪＩＳ Ｚ３１１１に準拠して、多層溶接した溶着金属から引張試験片を採取し、溶着金属の機械的特性を評価した。表３−２に、溶着金属の降伏応力（ＹＳ）、引張強さ（ＴＳ）、及び伸び（ＥＬ）を示す。

（低温割れ、ビード形状の評価）
低温割れの評価をｙ形溶接割れ試験により行った。表１に示すＨＲＣ４００及びＨＲＣ５００クラスの２種類の耐摩耗鋼板（板厚２５ｍｍ）、並びに表２に示す化学成分を有し残部が鉄および不純物からなるワイヤ径がφ１．２ｍｍのソリッドワイヤ（溶材）を用いて、図１に示すＪＩＳ Ｚ３１５８に準拠するｙ形溶接割れ試験に定める形状の試験体を作製した。

溶接においてはシールドガスとしてＣＯ_２ガスを用い流量を２５Ｌ／分とした。溶接電源はＦｒｏｎｉｕｓ製ＴＰＳ５０００ＣＭＴを用いた。溶接法を、ＣＭＴ溶接または通常のＣＯ_２溶接として、両者を比較した。溶接条件は、チップ母材間距離：２０ｍｍ、電流：１９０Ａ、溶接速度：０．２０ｍ／分とした。ＣＭＴ溶接及び通常溶接とも１パスで溶接した。５℃の環境下で上記溶接を行った後、４８時間以上経過してから断面調査を行い、低温割れの発生有無及びビード形状を目視にて評価した。試験条件および試験結果を表４に示す。表４の評価結果において、割れが観察された部位を括弧内に記載した。すべての試料でビード形状は良好であった。

図２及び図３に、例番号１及び６で得られたｙ形溶接割れ試験の溶接継手の長手方向に垂直に切断した断面写真を示す。本発明例で得られた溶接継手には割れは認められなかった。他方、比較例で得られた溶接継手には、ＨＡＺ（熱影響部）または溶接金属の少なくとも一方に低温割れが観察された。

（実施例２）
（拡散性水素量の測定）
表６に示す化学成分（空欄は無添加を意味する）を有し、残部が鉄および不純物からなるワイヤ径がφ１．２ｍｍのソリッドワイヤ（溶材）を用いた。溶着金属の拡散性水素量は、ソリッドワイヤへの送給潤滑油（パーム油）の塗布量を変化させて調整した。ＪＩＳ Ｚ ３１１８に準拠し、シールドガスとしてＣＯ_２ガスを用いて通常の溶接を行って溶着金属の拡散性水素量を測定した。表７−１に、測定した拡散性水素量（Ｈｄ）を示す。

（機械的特性の評価）
板厚２５ｍｍのＳＭ４００（ＪＩＳ Ｇ ３１０６）を２枚突合せ、図４に示すようにＶ字開先形状を形成して、低温割れ防止のため１００℃の予熱を行い、表６に示す化学成分を有し残部が鉄および不純物からなるワイヤ径がφ１．２ｍｍのソリッドワイヤ（溶材）のそれぞれについて、通常のＣＯ_２溶接で１２パスの多層溶接を行った。溶接条件は、チップ母材間距離：２０ｍｍ、電流：２６０Ａ、溶接速度：０．３０ｍ／分とした。ＪＩＳ Ｚ３１１１に準拠して、多層溶接した溶着金属から引張試験片を採取し、溶着金属の機械的特性を評価した。表７−２に、溶着金属の降伏応力（ＹＳ）、引張強さ（ＴＳ）、及び伸び（ＥＬ）を示す。

（低温割れ、ビード形状の評価）
低温割れの評価をｙ形溶接割れ試験により行った。表５に示す鋼板（板厚２５ｍｍ）、及び表６に示す化学成分を有し残部が鉄および不純物からなるワイヤ径がφ１．２ｍｍのソリッドワイヤ（溶材）を用いて、図１に示すＪＩＳ Ｚ３１５８に準拠するｙ形溶接割れ試験に定める形状の試験体を作製した。

溶接においては、シールドガスとしてＣＯ_２ガスを用い流量を２５Ｌ／分とした。溶接電源はＦｒｏｎｉｕｓ製ＴＰＳ５０００ＣＭＴを用いた。溶接法を、ＣＭＴ溶接または通常のＣＯ_２溶接として、両者を比較した。溶接条件は、チップ母材間距離：２０ｍｍ、電流：１９０Ａ、溶接速度：０．２０ｍ／分とした。ＣＭＴ溶接及び通常溶接とも１パスで溶接した。室温の環境下で上記溶接を行った後、４８時間以上経過してから断面調査を行い、低温割れの発生有無及びビード形状を目視にて評価した。試験条件および試験結果を表８に示す。表８の評価結果において、割れが観察された部位を括弧内に記載した。すべての試料でビード形状は良好であった。

本発明例で得られた溶接継手には割れは認められなかった。他方、比較例で得られた溶接継手には、溶接金属に横割れが観察された。

（実施例３）
（拡散性水素量の測定）
表１０に示す化学成分（空欄は無添加を意味する）を有し残部が鉄および不純物からなる、引張り強度クラスが８００ＭＰａ級及び９５０ＭＰａ級の３種類の高強度ソリッドワイヤ（３−１〜３−３）（ワイヤ径：φ１．２ｍｍ）並びにフラックス入りワイヤ（３−４）（ワイヤ径：φ１．２ｍｍ）を用いた。表１０のフラックス入りワイヤ（３−４）には、表に記載の合金成分以外に、ＴｉＯ_２：５．５％、ＳｉＯ_２：０．３％、Ａｌ_２Ｏ_３：０．１％、及びＦ換算値：０．０６％の弗化物のスラグ成分が含まれる。フラックス入りワイヤの場合の％は、外皮も含めたワイヤ全質量に対する質量％で表す。

溶着金属の拡散性水素量は、ワイヤへの送給潤滑油（パーム油）の塗布量を変化させて調整した。ＪＩＳ Ｚ ３１１８に準拠し、シールドガスとしてＣＯ_２ガスを用いて通常の溶接を行って溶着金属の拡散性水素量を測定した。表１１−１に、測定した拡散性水素量（Ｈｄ）を示す。

（機械的特性の評価）
板厚２５ｍｍのＳＭ４００（ＪＩＳ Ｇ ３１０６）を２枚突合せ、図４のようにＶ字開先形状を形成して、低温割れ防止のため１００℃の予熱を行い、表１０に示す化学成分を有し残部が鉄および不純物からなるワイヤ径がφ１．２ｍｍのワイヤ（溶材）のそれぞれについて、通常のＣＯ_２溶接で１２パスの多層溶接を実施した。溶接条件は、チップ母材間距離：２０ｍｍ、電流：２７０Ａ、溶接速度：０．３５ｍ／分とした。ＪＩＳ Ｚ３１１１に準拠して、多層溶接した溶着金属から引張試験片を採取し、溶着金属の機械的特性を評価した。表１１−２に、溶着金属の降伏応力（ＹＳ）、引張強さ（ＴＳ）、及び伸び（ＥＬ）を示す。

（低温割れ、ビード形状の評価）
表９に示す引張強さが１１８０〜１８００ＭＰａ級の３種類の自動車用薄鋼板、及び表１０に示す化学成分を有し残部が鉄および不純物からなるワイヤ径がφ１．２ｍｍのワイヤ（溶材）を用いた。鋼板は、防錆油が付着したままとした。図５に示すように、長さが１５０ｍｍで幅が６０ｍｍと４０ｍｍの２枚の自動車用薄鋼板の片側端部１０ｍｍを重ね、板厚１２ｍｍの厚板上に置き、重ね部とは反対側の端部を長さ１５０ｍｍにわたって拘束溶接した後、重ねた側を１１０ｍｍにわたって、１パスにて重ねすみ肉溶接を実施した。

溶接においては、シールドガスとしてＡｒ＋２０％ＣＯ_２ガスを用い流量を２０Ｌ／分とした。溶接電源はＦｒｏｎｉｕｓ製ＴＰＳ５０００ＣＭＴを用いた。溶接法を、ＣＭＴ溶接またはＣＭＴを用いないパルスＭＡＧ溶接として、両者を比較した。溶接条件は、チップ母材間距離：２０ｍｍ、電流：１７０〜２３０Ａ、溶接速度：０．８０ｍ／分とした。

室温環境下で上記溶接を行った後、４８時間以上経過してから、図６に示すように溶接線に直交する方向で断面調査を行い、低温割れの発生有無及びビード形状を目視にて評価した。試験条件および試験結果を表１２に示す。表１２の評価結果において、割れが観察された部位を括弧内に記載した。

本発明例で得られた溶接継手には割れは観察されなかった。他方、比較例２２、２３、２６、２７、３０、及び３１で得られた溶接継手には、溶接金属に低温割れが認められた。比較例３２は、低温割れは観察されなかったが、ワイヤ中のＳｉ量が本発明範囲以下のため、溶接ビード形状が不良であった。比較例３２以外は、ビード形状は良好であった。なお、本発明例３３のみ、溶接後、継手の断面を目視観察した結果、スラグの巻き込みが少し観察された。

Claims (5)

1. 質量％で、
   Ｃ：０．０５〜０．１３％、
   Ｓｉ：０．３５〜１．２０％、
   Ｍｎ：１．６０〜３．４０％、及び
   Ｃｕ：０．１０〜０．５０％
   を含有し、
   Ｐ：０．０３０％以下、及び
   Ｓ：０．０２０％以下、
   に制限し、
   Ｎｉ：３．４０％以下、
   Ｃｒ：１．２０％以下、
   Ｍｏ：１．００％以下、及び
   Ｔｉ：０．２５％以下、
   からなる群から選択される１種又は２種以上をさらに含有し、
   残部が、Ｆｅ及び不純物からなり、溶着金属の拡散性水素量が２．０ｍｌ／１００ｇ以下であるワイヤを用いて、溶融プールとコンタクトチップ間で前記ワイヤの進退動及び通電制御をしてアークを断続的に発生させて溶接を行うことを特徴とするガスシールドアーク溶接方法。
2. 前記ワイヤの化学成分から計算されるＰｃｍが、母材である鋼材の化学成分で計算されるＰｃｍより低いことを特徴とし、
   前記Ｐｃｍは、（１）式：
   Pcm = C + Si/30 + Mn/20 + Cu/20 + Ni/60 + Cr/20 + Mo/15 + V/10 + 5B （１）
   で計算され、式中、元素記号は、含有する添加元素の質量％である、
   請求項１に記載のガスシールドアーク溶接方法。
3. 前記ワイヤが、ソリッドワイヤであることを特徴とする
   請求項１または２に記載のガスシールドアーク溶接方法。
4. 多層盛溶接の少なくとも初層に、請求項１〜３のいずれか一項に記載のガスシールドアーク溶接を行うことを特徴とする溶接方法。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載のガスシールドアーク溶接方法を用いて鋼板をガスシールドアーク溶接することを特徴とする溶接継手の製造方法。

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