气体保护电弧焊方法和焊接结构物的制造方法与流程

本发明涉及气体保护电弧焊方法和焊接结构物的制造方法。

背景技术：

在车辆、建筑机械、桥梁等领域，以轻量化为目的而使用高张力钢板的高强度化进行。但是，对焊接部造成的荷载应力上升，另一方面，焊接部的疲劳强度与平滑母材比较未上升，只能够确保与现有的软钢同等程度，因此不能发挥高张力钢板本来的疲劳强度。因此，为了抑制因老化而发生龟裂，希望提高焊接部的耐疲劳性。

在此，作为焊接部的疲劳强度比母材有所降低的原因，认为焊趾部的应力集中、和由于焊接热造成的膨胀和收缩而发生的拉伸残余应力是主因，至今为止通过种种手段尝试改善。

例如，在专利文献1中，公开有一种焊接接头部的疲劳强度优异的铁系消耗焊接材料，其将c和mn的含量调整至特定的范围，并且添加了规定量的s和si。

另外，在专利文献2中公开有一种技术，其通过使药芯焊丝中大量含有ni，而使马氏体相变点(ms点)降低，以使拉伸残余应力减低。

此外，在专利文献3中公开有一种药芯焊丝，其以提高抗拉强度高于490mpa的高强度钢的焊接部的疲劳特性为目的，大量含有mn，添加有mo。

【现有技术文献】

【专利文献】

【专利文献1】日本国特开2002－361480号公报

【专利文献2】日本国特开2007－296535号公报

【专利文献3】日本国特开2015－6693号公报

但是，mn、si是易氧化成分，使焊道表面产生难以剥离的焊渣。在此，对用于车辆等的焊接结构物，通常进行涂装，但因为残留在焊道表面的焊渣难以剥离，所以在焊渣之上实施涂装。因此，涂装后，如果焊渣剥离，则有该剥离部位成为起点而会生锈的问题。

另外，因为ni、mo是高价的元素，所以大量添加有导致成本增大的问题。

技术实现要素：

因此，本发明的目的在于，提供一种在焊接高张力钢板，特别是抗拉强度为780mpa以上的钢板时，焊接部的耐疲劳性和焊接部的耐腐蚀性(涂装性)优异，并且，能够以低成本进行焊接的气体保护电弧焊方法以及焊接结构物的制造方法。

即，本发明涉及一种气体保护电弧焊方法，是经由焊炬送给消耗式电极，一边流通保护气体，一边进行抗拉强度为780mpa以上的钢板的焊接的气体保护电弧焊方法，其中，

所述消耗式电极中，以相对于所述消耗式电极的总质量的质量％计，含有

c：0～0.20％、

si：0～0.50％、

mn：0～0.50％、

cr：1.00～9.00％、

s：0.0020～0.0600％和

ni：0～0.50％，

并且，

所述保护气体中，以体积％计，含有合计1～15％的从co2和o2中选择的至少一种，

余量是ar和不可避免的杂质，

以满足下式(1)的条件进行焊接。

1≤{－0.05×[co2+o2]}+[cr]≤8.3(1)

其中，式(1)中，[cr]表示所述消耗式电极中的cr的含量(质量％)，[co2+o2]表示所述保护气体中的从co2和o2中选择的至少一种的合计量(体积％)。

在所述气体保护电弧焊方法中，此外，优选以满足下式(2)的条件进行焊接。

0≤900×([c]+1/4[si]+1/2[mn]+1/25[cr])×(0.8－[co2+o2]/100)－(ts－50)/3(2)

其中，式(2)中，[c]、[si]、[mn]和[cr]分别表示所述消耗式电极中的c、si、mn和cr的含量(质量％)，〔co2+o2〕表示所述保护气体中的从co2和o2中选择的至少一种的合计量(体积％)，ts表示所述钢板的抗拉强度(mpa)。

另外，在所述气体保护电弧焊方法中，所述消耗式电极，此外，以相对于所述消耗式电极的总质量的质量％计，也可以还含有从

mo：0.10％以下、

v：0.10％以下、

nb：0.10％以下和

cu：0.50％以下所构成的群中选择的至少一种。

另外，在所述气体保护电弧焊方法中，优选所述钢板的板厚为1.0～3.6mm，

进行重叠多个所述钢板而进行焊接的搭接角焊。

另外，本发明还涉及一种焊接结构物的制造方法，是使用所述气体保护电弧焊方法制造焊接结构物的方法，其中，

所述焊接结构物的焊缝缝边部的侧面角(flankangle)为130～150°。

根据本发明的气体保护电弧焊方法和焊接结构物的制造方法，能够得到耐疲劳性和耐腐蚀性(涂装性)优异的焊接部，并且，能够以低成本进行焊接。

附图说明

图1是表示用于本发明的气体保护电弧焊方法的焊接装置的一例的整体结构图。

图2是表示由本发明的焊接结构物的制造方法得到的焊接结构物的一例的概要图。

具体实施方式

以下，对用于实施本发明的方式，详细加以说明。还有，本发明不受以下说明的实施方式限定。

＜气体保护电弧焊方法＞

本实施方式的气体保护电弧焊方法，是经由焊炬送给消耗式电极，一边流通保护气体，一边进行抗拉强度为780mpa以上的钢板的焊接的气体保护电弧焊方法，其中，

所述消耗式电极中，以相对于所述消耗式电极的总质量的质量％计，含有

c：0～0.20％、

si：0～0.50％、

mn：0～0.50％、

cr：1.00～9.00％、

s：0.0020～0.0600％和

ni：0～0.50％，

并且，

所述保护气体中，以体积％计，含有

合计1～15％的从co2和o2中选择的至少一种，

余量是ar和不可避免的杂质，

以满足下式(1)的条件进行焊接。

1≤{－0.05×[co2+o2]}+[cr]≤8.3(1)

(式(1)中，[cr]表示所述消耗式电极中的cr的含量(质量％)，〔co2+o2〕表示所述保护气体中的从co2和o2中选择的至少一种的合计量(体积％)。)

首先，对能够用于本实施方式的气体保护电弧焊方法(以下，也仅称为本实施方式的焊接方法)焊接装置进行说明。作为焊接装置，如果是进行气体保护电弧焊的焊接装置，则没有特别限定，能够不特别限制地使用现有的气体保护电弧焊所用的焊接装置。

图1中，表示用于本实施方式的焊接方法的焊接装置的一个方式。焊接装置1具备如下：在前端安装有焊炬11，使该焊炬11沿着被焊接材(以下，也有称为“工件”和“母材”的情况。)w的焊接线移动的机器人10；向焊炬11供给焊丝的焊丝供给部(未图示)；经由焊丝供给部而向消耗电极供给电流，在消耗电极与被焊接材之间使电弧发生的焊接电源部30。另外，焊接装置还具备机器人控制部20，其控制用于使焊炬11移动的机器人动作。

在本实施方式的焊接方法中，经由焊炬送给消耗式电极，一边流通保护气体，一边进行抗拉强度为780mpa以上的钢板的焊接。

〔消耗式电极(焊丝)〕

消耗式电极(焊丝)的种类可以是作为钢线的实芯焊丝，也可以是由呈筒状的钢制的外皮，和填充在该外皮的内侧的焊剂所构成的药芯焊丝，没有特别限制，但优选为实芯焊丝。还有，如果是药芯焊丝，则可以是外皮无接缝的无缝型、或外皮有接缝的有缝型的任意一种形态。另外，对焊丝表面(如果是药芯焊丝，则是外皮的外侧)可以实施镀铜，也可以不实施。

以下，对用于本实施方式的焊接方法的消耗式电极(焊丝)中所含有的各成分量的数值限定理由进行说明。还有，以下的各成分量，是消耗式电极(焊丝)的总质量中的含量。另外，在本说明书中，以质量为基准的百分率(质量％)，与以重量为基准的百分率(重量％)同义。

(c：0.20％以下(含0％))

c是对于提高焊接金属的强度有效的元素，但也是对于热裂纹有害的元素。因此从防止热裂纹的观点出发，c量为0.20％以下，优选为0.15％以下，更优选为0.12％以下。另一方面，从焊接金属的强度提高的观点出发，c量优选为0.01％以上。

(si：0.50％以下(含0％))

si使焊接金属的表面张力降低，是改善焊道形状的元素，但其是易氧化的成分，也是使焊道表面产生难以剥离的焊渣的元素。因此，从防止焊渣的产生，使涂装性提高的观点出发，si量为0.50％以下，优选为0.40％以下。另一方面，si也可以不含有，但从焊道形状的观点出发，使si含有时的si量优选为0.01％以上。

(mn：0.50％以下(含0％))

mn确保焊接金属的淬火性，对于提高强度是有效的元素，但其是易氧化的成分，也是使焊道表面产生难以剥离的焊渣的元素。因此，从防止焊渣的产生，使涂装性提高的观点出发，mn量为0.50％以下，优选为0.40％以下。另一方面，mn也可次含有，但从焊接金属的强度提高的观点出发，使mn含有时的mn量优选为0.01％以上。

(cr：1.00～9.00％)

cr提高焊接金属的强度，另外，使ms点降低而减小拉伸残余应力，对于使焊接部的耐疲劳性提高是有效的元素。另外，也有助于焊接时的电弧稳定性的提高，并且也是使焊接金属的耐腐蚀性提高的元素。此外，其比ni和mo等廉价，在成本面也有利。因此，从有效取得这些效果的观点出发，cr量为1.00％以上，优选为2.50％以上，更优选为4.00％以上。另一方面，若cr量变多，则热裂纹有可能发生，因此cr量为9.00％以下。cr量优选为7.50％以下，更优选为6.50％以下。

(s：0.0020～0.0600％)

s使焊缝缝边部的形状光滑，是使疲劳强度提高的元素。因此，从提高疲劳强度的观点出发，s量为0.0020％以上，优选为0.0050％以上，更优选为0.0200％以上。另一方面，若s量变多，则热裂纹有可能发生，因此s量为0.0600％以下。s量优选为0.0500％以下，更优选为0.0400％以下。

(ni：0.50％以下(含0％))

ni对于降低ms点是有效的元素，但也是非常高价的元素。另外，若过剩地使之含有，则焊接金属的终端部有可能发生裂纹。因此，从消减成本和防止终端部的裂纹的观点出发，ni量为0.50％以下，优选为0.30％以下，更优选为0.20％以下。还有，ni也可以不含有，但使ni含有时的ni量的下限值，例如为0.10％。

另外，本实施方式的消耗式电极(焊丝)，除了上述的成分(基本成分)以外，也可以还含有mo、v和nb等的成分(任意成分)。这些任意成分的各成分量的数值限定理由如下。

(mo：0.10％以下)

mo是提高淬火性，对于高强度化是有用的元素，但是也是非常高价的元素。另外，若过剩地使之含有，则焊接金属的终端部有可能发生裂纹。因此，即使添加mo时，从消减成本和防止终端部的裂纹的观点出发，mo量也在0.10％以下。mo量优选为0.05％以下，更优选为0.02％以下。

还有，mo也可以不含有。

(v：0.10％以下)

v提高淬火性，对于高强度化是有用的元素，但若使之过剩地含有，则碳化物析出，焊接金属硬化，韧性劣化，有可能发生裂纹。因此，添加v时，从防止裂纹发生的观点出发，v量也在0.10％以下。v量优选为0.05％以下，更优选为0.02％以下。

还有，v也可以不含有。

(nb：0.10％以下)

nb提高淬火性，对于高强度化是有用的元素，但若使之过剩地含有，则碳化物析出，焊接金属硬化，韧性劣化而有可能发生裂纹。因此，添加nb时，从防止裂纹发生的观点出发，nb量也在0.10％以下。nb量优选为0.05％以下，更优选为0.02％以下。还有，nb也可以不含有。

(cu：0.50％以下)

cu包含在为了使从焊嘴向焊丝的通电稳定而对焊丝表面进行处理的镀铜中。用于本实施方式的焊接方法的焊丝未必需要镀铜，但对焊丝表面实施镀铜时，使cu量为0.005％以上，优选为0.50％以下。

(余量)

用于本实施方式的焊接方法的消耗式电极(焊丝)中的基本成分和任意成分如上，余量实质上由fe构成。在此，所谓“实质上由fe构成”，意思是除fe以外，也允许不阻碍其特性这种程度的微量的成分的含有，作为这样的微量成分，可列举o、n、p等的不可避免的杂质。另外，即使是上述的各任意成分，作为低于其含量的优选的下限值的含量时，则可相当于不可避免的杂质。

〔保护气体〕

用于本实施方式的焊接方法的保护气体中，以体积％计，含有从co2和o2中选择的至少一种，合计：1～15％，余量是ar和不可避免的杂质。还有，作为不可避免的杂质，可列举n2、h2等，但优选完全不包含不可避免的杂质(0体积％)。

在本实施方式中，保护气体中的从co2和o2中选择的至少一种的合计量(以下，也称为co2+o2量)为1～15％(体积％)。如果co2+o2量为15％以下，则能够有效地防止焊渣的发生，提高涂装性。co2+o2量优选为10％以下，更优选为7％以下。另一方面，从电弧稳定性的观点出发，co2+o2量为1％以上，优选为2％以上，更优选为3％以上。还有，在保护气体中，可以只添加co2，也可以只添加o2，或者也可以添加co2和o2这两者。

〔1≤{－0.05×[co2+o2]}+[cr]≤8.3〕

另外，在本实施方式的焊接方法中，以满足下式(1)的条件进行焊接。在此，式(1)是考虑到保护气体中的co2+o2量的影响，用于评估残留在焊接金属中的cr量的关系式。以下，有时将{－0.05×[co2+o2]}+[cr]省略为a。

1≤{－0.05×[co2+o2]}+[cr]≤8.3(1)

(式(1)中，[cr]表示消耗式电极中的cr的含量(质量％)，〔co2+o2〕表示保护气体中的从co2和o2中选择的至少一种的合计量(体积％)。)

如果a为1以上，则焊接金属的耐疲劳性提高的效果得到有效地发挥。a优选为2.5以上，更优选为4.0以上。另一方面，如果a为8.3以下，则能够有效地防止焊接金属的裂纹的发生。a优选为7.0以下，更优选为6.0以下。

〔0≤900×([c]+1/4[si]+1/2[mn]+1/25[cr])×(0.8－[co2+o2]/100)－(ts－50)/3〕

另外，在本实施方式的焊接方法中，此外，优选以满足下式(2)的条件进行焊接。在此，式(2)是考虑母材(钢板)的硬度与焊接部的硬度的平衡的关系式。以下，有时将900×([c]+1/4[si]+1/2[mn]+1/25[cr])×(0.8－[co2+o2]/100)－(ts－50)/3省略为b。

0≤900×([c]+1/4[si]+1/2[mn]+1/25[cr])×(0.8－[co2+o2]/100)－(ts－50)/3(2)

(式(2)中，[c]、[si]、[mn]和[cr]分别表示消耗式电极中的c、si、mn和cr的含量(质量％)，〔co2+o2〕表示保护气体中的从co2和o2中选择的至少一种的合计量(体积％)，ts表示钢板的抗拉强度(mpa)。)

如果b为0以上，则能够有效地防止在焊接金属与母材的界面的破坏、和焊接金属中的破坏，因此优选。b更优选为15以上，进一步优选为30以上。

〔抗拉强度为780mpa以上的钢板〕

由焊接金属的相变膨胀能够降低在钢材热影响部发生的残留应力的理由在于，焊接金属膨胀时在钢材侧发生的应力也对焊接金属形成反作用力而变成压缩应力。因此，越是能够期待更高反作用力的高强度钢板，也越能够期待疲劳特性的越大改善。这是由于钢材强度低时，反作用力也不得不变低，因相变结束后的热收缩而有可能再次回归拉伸应力状态。如果拉伸应力残留，则疲劳强度的改善没有希望。因此，在本实施方式中，特别是作为能够期待疲劳强度提高的下限值，适用母材的强度(抗拉强度)为780mpa以上。还有，关于母材强度的上限不需要特别限定。现在一般实用化的薄钢板的强度，最大为1500mpa左右，如果是截至到这一程度的钢板，则能够以本实施方式的焊接方法实现疲劳强度的改善，且在接头抗拉强度方面也能够达成焊接金属的超强匹配。

还有，钢板的抗拉强度由jisz2241所规定的方法求得。

钢板的板厚没有特别限定，但进行搭接角焊时，从电弧焊的施工性的观点出发，优选为1.0～3.6mm。此外，从焊接后的拉伸残余应力减低的观点出发，板厚更优选为2.3mm以上。

〔焊接的种类〕

在本实施方式的焊接方法中，焊接的种类没有特别限定，能够进行搭接角焊、t形角焊等的角焊、和对接焊等的坡口焊等。其中，优选进行可更有望由本实施方式的焊接方法取得效果的角焊，特别是搭接角焊。

＜焊接结构物的制造方法＞

本实施方式的焊接结构物的制造方法，是使用上述气体保护电弧焊方法制造焊接结构物的方法，所得到的焊接结构物的焊缝缝边部的侧面角为130～150°。

图2中，表示由本实施方式的焊接结构物的制造方法得到的焊接结构物的一例的概要图。如图2所示，2张钢板42经焊接而形成焊接部43，构成焊接结构物41。还有，图中的角度α是焊缝缝边部的侧面角。

在本实施方式中，焊缝缝边部的侧面角α，从缓和应力集中的观点出发，优选在130～150°的范围内，更优选为135°以上。

【实施例】

以下，列举实施例更具体地说明本发明，但本发明不受这些实施例限定，在能够适合本发明的宗旨的范围内可加以变更实施，这些均包含在本发明的技术范围内。另外，在此说明的焊接条件是一例，本实施的方式不受以下的焊接条件限定。

使用具有表1～2所示的组成的焊丝、具有表1～2所示的组成的保护气体、及具有表1～2所示的抗拉强度和板厚的钢板，分别进行表1中的no.1～31和表2中的no.32～42的搭接角焊。还有，no.1～31是实施例，no.32～42是比较例。

焊丝的突出长度是15mm，搭接部的宽度为10mm，根部间隙为0mm。另外，焊接速度为1.0m/分钟，丝径为1.2mm，保护气体流量为20升/分钟，焊炬前倾角无(与焊接线方向成直角)，焊接电流在板厚为2.3～3.6mm时为250a，在1.0～1.6mm时为150a。

还有，在表1～2中，所谓“焊丝成分(质量％)”，表示消耗式电极(焊丝)中所包含的各成分量(质量％)。还有，所谓“－”，表示含量为不可避免的杂质以下的水平。另外，余量实质上是fe。

另外，在表1～2中，所谓保护气体的“混合比(体积％)”，表示保护气体中的添加成分(co2、o2)的含量。另外，余量是ar和不可避免的杂质。

另外，表1～2中的所谓参数a和b，分别如下。

a＝{－0.05×[co2+o2]}+[cr]

(在此，[cr]表示消耗式电极中的cr的含量(质量％)，〔co2+o2〕表示保护气体中的从co2和o2中选择的至少一种的合计量(体积％)。)

b＝900×([c]+1/4[si]+1/2[mn]+1/25[cr])×(0.8－[co2+o2]/100)－(ts－50)/3

(在此，[c]、[si]、[mn]和[cr]分别表示消耗式电极中的c、si、mn和cr的含量(质量％)，〔co2+o2〕表示保护气体中的从co2和o2中选择的至少一种的合计量(体积％)，ts表示钢板的抗拉强度(mpa)。)

对于各例，通过以下的试验进行评价。其结果显示在表1～2中。

(耐疲劳性)

使下板侧焊缝缝边部作为试验片的中央而实施机械加工，制作试验片，使用东京衡机制pbf-30x，实施平面弯曲疲劳试验。平面弯曲疲劳试验的条件为应力比0，频率20hz，振幅应力300mpa的断裂寿命在10万次以上的为○，低于10万次的为×。

(涂装性)

焊接完毕后加工成试验片，以磷酸盐附着量为2.5g/m²的方式实施磷酸盐处理之后，以膜厚30μm的方式实施阴极电积附，制作涂装试验体。试验体制成后，依据saej2334实施耐腐蚀性试验，48个循环完毕后，焊接部邻域未发生红锈的为○，发生的为×。

(接头断裂位置)

焊接完毕后加工成宽度40mm的狭条状试验片，实施焊接接头的静态拉伸试验。在拉伸试验后，目视确认断裂位置，与焊接金属裂纹、熔合断裂、母材断裂(含热影响部)区別。还有，熔合断裂是指沿着焊接金属与母材的边界面的断裂。

另外，对于由各例得到的焊接结构物测量侧面角。其结果显示在表1～2中。

另外，焊接部发生裂纹的例子中，关于裂纹的发生记述在表1～2的“其他”一栏中。

【表1】

【表2】

由以上的结果，可知如下。

在no.32中，因为a低于1.0，所以耐疲劳性差。

在no.33中，因为a比8.3大，所以焊接部发生裂纹。

在no.34中，因为c量比0.20％多，所以焊接部发生裂纹。

在no.35中，因为si量比0.50％多，所以涂装性差。

在no.36中，因为mn量比0.50％多，所以涂装性差。

在no.37中，因为cr量低于1.0％，另外，a低于1.0，所以耐疲劳性和涂装性差。

在no.38中，因为cr量比9.0％多，另外，a比8.3大，所以焊接部发生裂纹。

在no.39中，因为s量比0.0600％多，所以焊接部发生裂纹。

在no.40中，因为保护气体中的co2+o2量比15％多，所以耐疲劳性和涂装性差。

在no.41中，因为钢板的抗拉强度低于780mpa，所以耐疲劳性差。

在no.42中，因为ni量比0.50％多，所以终端部发生裂纹。

另一方面，no.1～31因为满足本发明的范围，所以耐疲劳性和涂装性优异，也未确认到裂纹的发生。

参照特定的方式详细地说明了本发明，但可以不脱离本发明的精神和范围进行各种变更和修改，这对从业者来说很清楚。

还有，本申请基于2016年6月20日申请日本专利申请(专利申请2016－122702)，其整体由于引用而援引。

【符号的说明】1焊接装置

10机器人

11焊炬

20机器人控制部

30焊接电源部

41焊接结构物

42钢板

43焊接部

α焊缝缝边部的侧面角