氣體保護電弧焊接用實心焊絲、氣體保護電弧焊接金屬、焊接接頭、焊接部件、焊接方法以 ...的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及用于以氣體保護電弧焊接法對在汽車懸架的結(jié)構(gòu)用部件等中使用的 鋅鍍覆鋼板等鋼板進行焊接的實心焊絲。另外，本發(fā)明涉及以氣體保護電弧焊接法進行焊 接而成的焊接金屬（又稱為焊縫金屬、焊肉）、焊接接頭以及焊接部件。此外，本發(fā)明涉及基 于氣體保護電弧焊接法的焊接方法以及焊接接頭。
【背景技術(shù)】
[0002] 眾所周知，焊接后進行涂裝處理的汽車懸架的結(jié)構(gòu)用部件的鋼板大多使用鋅鍍覆 鋼板、鋅合金鍍覆鋼板。另外，汽車懸架的結(jié)構(gòu)用部件的焊接大多使用以二氧化碳氣體保護 電弧焊接為代表的氣體保護電弧焊接。
[0003] 然而，在對鋼板進行了電弧焊接的情況下，有時在焊接接頭部分即焊接金屬中會 產(chǎn)生氣孔。特別是，已知在對鋅鍍覆鋼板、鋅合金鍍覆鋼板（本說明書中，將鋅鍍覆鋼板和 鋅合金鍍覆鋼板這兩者總稱為鋅或鋅合金鍍覆鋼板）進行了電弧焊接的情況下，容易生成 氣孔。
[0004] 氣孔是指：由于焊接時的熱量輸入，焊接金屬中的碳與氧反應(yīng)而產(chǎn)生CO2氣體，或 者各種吸附成分發(fā)生氣化，進而低溫度氣化反應(yīng)成分因反應(yīng)而氣化等，從而產(chǎn)生氣泡，該氣 泡隨著焊接金屬的凝固而被封入焊接金屬中，結(jié)果導(dǎo)致氣孔以空孔的形式殘留下來。特 別是，對于鋅或鋅合金鍍覆鋼板來說，鍍覆在鋼板表面上的熔點低的鋅、鋅合金在焊接時蒸 發(fā)，該鋅蒸氣在熔融狀態(tài)的焊接金屬中形成氣泡，因此容易產(chǎn)生氣孔。當這樣的氣孔大量 產(chǎn)生時，焊接接頭的強度會降低，從而作為結(jié)構(gòu)用部件產(chǎn)生問題，而且變得容易產(chǎn)生涂裝缺 陷，進而還變得容易產(chǎn)生焊接焊道的外觀、形狀的不良。
[0005] 另一方面，在汽車懸架的結(jié)構(gòu)用部件等中使用的鋼板通常是在焊接后以電沉積涂 裝進行涂裝。然而，在以氣體保護電弧焊接法進行了焊接的情況下，由于保護氣體使用CO 2 或Ar+20% CO2，因此在焊接過程中焊接焊絲中的Si、Mn等脫氧元素與保護氣體的氧成分反 應(yīng)而形成氧化物。該氧化物浮起至熔融了的焊接金屬表面而成為熔渣。這樣的熔渣（氧化 物）沒有導(dǎo)電性，因此電沉積涂裝不會附著在焊接焊道表面的熔渣上而產(chǎn)生涂裝不良、涂 裝缺陷，從而存在涂裝后的焊接部的耐蝕性以及美觀降低的擔(dān)心。
[0006] 因此，當對在汽車懸架的結(jié)構(gòu)用部件等中使用的鋼板尤其鋅或鋅合金鍍覆鋼板進 行氣體保護電弧焊接時，盡可能使焊接接頭部分的焊接金屬中不產(chǎn)生氣孔。而與此同時，強 烈期望盡可能抑制焊接金屬表面的熔渣的產(chǎn)生。
[0007] 因此，作為在鋅或鋅合金鍍覆鋼板的氣體保護電弧焊接中使用的焊接焊絲，專利 文獻1提出了盡可能抑制了氣體保護電弧焊接中的氣孔以及與其相伴的凹坑的產(chǎn)生的焊 接焊絲。
[0008] 專利文獻1所提出的焊接焊絲以重量％計含有C :0.03~0. 15%、Si :1.00~ 2. 50%、Mn :0· 10~L 00%、P :0· 013%以下、Al和Ti中的一種或兩種的總和：0· 005~ 0. 200%、S和O中的一種或兩種的總和：0. 0050~0. 0500%，剩余部分由Fe和不可避免的 雜質(zhì)構(gòu)成，其中，Mn/Si為0.65%以下的范圍。
[0009] 在該專利文獻1中，據(jù)認為通過以上述那樣調(diào)整焊接焊絲中所含的作為脫氧元素 的Si、Mn、Al、Ti，尤其使得大量含有Si至1. 00~2. 50%，能夠抑制凹坑以及氣孔的產(chǎn)生。 [0010] 另一方面，作為鋅或鋅合金鍍覆鋼板的電弧搭角焊接方法以及電弧搭角焊接接 頭，專利文獻2提出了改善凹坑或氣孔的孔洞缺陷、飛濺、咬邊等焊接不良、耐間隙性的技 術(shù)。
[0011] 專利文獻2公開了在鋅或鋅合金鍍覆鋼板的電弧搭角焊接方法中，將焊接金屬中 的Si含有率設(shè)定為0. 5%以下，并且將作為電弧搭角焊接的上下兩張鋅或鋅合金鍍覆鋼板 中上板的母材的鋼板中的Si和Al的含有率的總和設(shè)定為0. 35%以上，而且還公開了這樣 調(diào)整了的焊接接頭。即，據(jù)認為通過將焊接金屬中的Si含量限定為0.5%以下，能夠抑制氣 孔的產(chǎn)生，同時通過將作為待焊接材料的母材鋼板中的Si和Al的總含量設(shè)定為0. 35%以 上，能夠維持間隙性（對間隙尺寸的焊接穩(wěn)定性）。
[0012] 專利文獻3公開了使得熔渣剝離性提高的發(fā)明。即，專利文獻3公開了在焊接后 生成的熔渣組主要由SiO 2-FeO-MnO系的金屬氧化物構(gòu)成，其性狀根據(jù)焊接金屬中的Si和 Mn的組成比確定，焊接金屬中的Si量以及Mn量設(shè)定成為高Si且低Μη。另外，專利文獻3 發(fā)現(xiàn)這樣設(shè)定時，生成的熔渣變得薄且細，從而剝離性變得良好（專利文獻3的第3頁左上 欄、右上欄以及圖1)，其公開了含有高Si且低Mn的成分的氣體保護電弧焊接用實心焊絲以 及使用它進行搭角焊接的方法。
[0013] 專利文獻4公開了降低所產(chǎn)生的熔渣的發(fā)明。即，專利文獻4公開了通過對熔渣適 當?shù)靥砑用撗趿姷腟i、Mn、Al等以調(diào)整脫氧效果，抑制凹坑、氣孔（專利文獻4的[0012]、
[0013] )。另外，專利文獻4與此同時還公開了通過將S和0的量設(shè)定為最適合的范圍，能 夠減少附著于焊道表面的熔渣包覆面積（專利文獻4的[0015])的氣體保護電弧焊接用焊 絲。
[0014] 專利文獻5公開了降低所產(chǎn)生的熔渣的發(fā)明。即，專利文獻5公開了在以0)2電 弧焊接為對象的高熱量輸入高道次間溫度的氣體保護電弧焊接中，在添加限定為特定范圍 的C、Si、Mn、Al、Ti、Cu的同時，添加 B、Mo。由此，專利文獻5公開了兼具防止焊接金屬的 強度降低和韌性降低、低熔渣產(chǎn)生量、穩(wěn)定的焊接作業(yè)性等的氣體保護電弧焊接用焊接焊 絲（專利文獻5的[0012])。
[0015] 專利文獻6公開了降低所產(chǎn)生的熔渣的發(fā)明。即，專利文獻6公開了在以0)2電 弧焊接為對象的高熱量輸入高道次間溫度的氣體保護電弧焊接中，防止焊接部的機械性質(zhì) 降低、熔渣產(chǎn)生量低、熔渣剝離性良好的氣體保護電弧焊接用焊接焊絲的例子。該發(fā)明是一 種氣體保護電弧焊接用實心焊絲，其通過規(guī)定焊絲中的Mn、Ti以及0的含量的上限值，能夠 降低熔渣的生成量，并且通過在含有S的同時規(guī)定Mn、Mo以及Cu的上限值，能夠提高熔渣 的剝離性（專利文獻6的[0010])。
[0016] 此外，專利文獻7以維持焊接中穩(wěn)定的電弧、使得熔滴的轉(zhuǎn)移狀態(tài)協(xié)調(diào)并使得焊 接作業(yè)性良好為目的，提出了適當?shù)剡x擇限定組成，使得其組成的一部分富集于焊絲表面 而成的焊接焊絲。
[0017] 另外，專利文獻8提出了通過下述1)~3)等的復(fù)合作用，減輕鋅以及氮的影響， 從而抑制凹坑、氣孔的產(chǎn)生的焊接焊絲：1)減少高溫下脫氧力強的c、Si、Ti以及Al的含 量，由此使得氧化反應(yīng)活躍而促進鋅的氧化；2)由該氧化反應(yīng)活化帶來的高氧勢化實現(xiàn)熔 融池的粘度降低，由此使得容易由熔融池放出氣體；以及3)使用并添加與氮的親和性大的 Ti、Al以及Nb，將氮固定至基底。
[0018] 另外，專利文獻9以即使焊接速度超過80cm/分鐘焊趾部形狀也良好并且使得焊 接接頭的疲勞特性提高為目的，提出了將規(guī)定鋼板與焊接焊絲組合的焊接方法。
[0019] 現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0020] 專利文獻1 :日本特開平7-80478號公報
[0021] 專利文獻2 :日本特開2012-101232號公報
[0022] 專利文獻3 :日本特開昭62-124095號公報
[0023] 專利文獻4 :日本特開平7-80678號公報
[0024] 專利文獻5 :日本特開2004-237361號公報
[0025] 專利文獻6 :日本特開2006-26643號公報
[0026] 專利文獻7 :日本特開平1-150494號公報
[0027] 專利文獻8 :日本特開平3-204195號公報
[0028] 專利文獻9 :日本特開2009-226476號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0029] 發(fā)明所要解決的問題
[0030] 這里，專利文獻1的技術(shù)可理解為與抑制氣孔的產(chǎn)生本身相比，主要著眼于抑制 由于氣孔出現(xiàn)在凝固后的焊接金屬的表面而形成的凹坑的產(chǎn)生。即，專利文獻1是考慮建 材等用途，以對鋅鍍覆層的厚度厚的（即重單位面積重量的）鋅或鋅合金鍍覆鋼板進行氣 體保護電弧焊接時的焊接焊絲為對象。例如，專利文獻1的實施例以雙面熱浸鍍鋅且單面 鋅單位面積重量的量為270g/m 2的重單位面積重量的鋅鍍覆鋼板為對象。在這樣的重單位 面積重量的情況下，難以完全防止氣孔產(chǎn)生本身。因此，專利文獻1的技術(shù)是以下述那樣的 考慮方式為前提的：雖然容許焊接金屬中殘留一定程度的氣孔，但是將氣孔限制在焊接金 屬內(nèi)部以使得氣孔不會出現(xiàn)在焊接金屬表面而形成凹坑。并且，可以認為是想要以該考慮 方式為前提，通過使焊接用焊絲中較大量地含有Si，一定程度上提高焊接金屬的熔融狀態(tài) 下的粘性，將氣孔限制在焊接金屬內(nèi)部，從而防止焊接金屬表面的凹坑形成。
[0031] 然而，就在汽車用的結(jié)構(gòu)部件中使用的鋅鍍覆鋼板來說，通常是鋅鍍覆層的厚度 比建材用途的厚度薄，單面鋅單位面積重量的量大多設(shè)定為30~120g/m 2左右的較輕的單 位面積重量。在以氣體保護電弧焊接法對這樣的輕單位面積重量的鋅鍍覆鋼板進行了焊接 的情況下，即使提高了焊接金屬熔融狀態(tài)下的粘性，也難以將氣孔限制在焊接金屬中。另 外，反而會使得氣孔難以從焊接金屬中排出，從而存在招致氣孔增加的擔(dān)心。另外，當將Si 量設(shè)定得較多以提高粘性時，還存在使得熔渣量變多的問題。因此，專利文獻1的技術(shù)在對 較輕的單位面積重量的鋅鍍覆鋼板進行氣體保護電弧焊接時，實際上是難以在可靠且穩(wěn)定 地抑制氣孔產(chǎn)生的同時抑制熔渣產(chǎn)生的。
[0032] 另外，在專利文獻2中，就電弧焊接中所使用的焊接焊絲的成分來說，就算是實施 例中也完全沒有示出除了 Si和Al以外的成分；另外，就焊接金屬的成分來說，完全沒有示 出除了 Si以外的成分。
[0033] 除了 Si及Al以外的元素的含量也對氣孔的產(chǎn)生有影響是已知的，因此就算直接 適用專利文獻2的技術(shù)，還是不一定可以可靠地抑制氣孔。另外，專利文獻2的提案對熔渣 的產(chǎn)生及其抑制并沒有充分進行考慮，因此就算適用專利文獻2的技術(shù)，也不確定是否可 以抑制熔渣的產(chǎn)生。
[0034] 另外，對于專利文獻3~6、其他專利文獻7~8所公開的技術(shù)來說，所產(chǎn)生的熔渣 的降低尚不充分，從而由于所產(chǎn)生的涂裝不良而無法充分獲得焊接部的耐蝕性以及美觀。
[0035] 因此，現(xiàn)有的實際情況是：在以氣體保護電弧焊接對鋅或鋅合金鍍覆鋼板等鋼板 進行焊接時，未確立可以同時可靠且穩(wěn)定地抑制焊接金屬中氣孔的產(chǎn)生以及熔渣的大量產(chǎn) 生的技術(shù)。
[0036] 此外，專利文獻9雖然公開了與焊趾部形狀良好且使得焊接接頭的疲勞特性提高 的技術(shù)，但并未公開抑制氣孔和熔渣的產(chǎn)生的技術(shù)。
[0037] 本發(fā)明是以上述情況為背景而進行的，其所要解決的問題在于：提供一種焊接用 實心焊絲，該焊接用實心焊絲在對鋅或鋅合金鍍覆鋼板等鋼板進行氣體保護電弧焊接時， 可以可靠且穩(wěn)定地抑制焊接金屬中的氣孔的產(chǎn)生和凝固后的焊接金屬表面的熔渣的產(chǎn)生 這兩者。
[0038] 另外，本發(fā)明所要解決的問題在于：提供一種焊接金屬，其為以氣體保護電弧焊接 對鋅或鋅合金鍍覆鋼板進行了氣體保護電弧焊接的焊接金屬，氣孔和熔渣少。
[0039] 此外，本發(fā)明所要解決的問題在于：提供一種焊接接頭以及焊接部件，該焊接接頭 為以氣體保護電弧焊接形成的鋅或鋅合金鍍覆鋼板的焊接接頭，氣孔和熔渣少。
[0040] 另外，本發(fā)明所要解決的問題在于：提供一種焊接方法、焊接接頭的制造方法，其 在以氣體保護電弧焊接對鋅或鋅合金鍍覆鋼板進行了焊接時，減少氣孔和熔渣。
[0041] 用于解決問題的手段
[0042] 為了解決上述問題，本發(fā)明的發(fā)明者們反復(fù)進行了各種實驗和研宄，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在 氣體保護電弧焊接中使用的焊接用實心焊絲的成分之中，對于作為脫氧元素的Si、Mn、Ti、 A1，在使用下述X的值作為參數(shù)時，該X值對氣孔的產(chǎn)生傾向有很大影響，所述X的值是根 據(jù)以相對于包括鍍覆在內(nèi)的焊絲總質(zhì)量的質(zhì)量％計的各自的含量[Si]、[Mn]、[Ti]、[Al] 之間的關(guān)系來確定的。而且，尤其對于焊接用實心焊絲中所含成分，不僅限定各元素各自的 含量，并且特別是以使上述X的值為1. 5~3. 5 %的范圍內(nèi)的方式調(diào)整各成分量。由此，發(fā) 現(xiàn)在可以可靠地抑制氣孔的產(chǎn)生的同時可抑制熔渣的產(chǎn)生，從而完成了關(guān)于氣體保護電弧 焊接用實心焊絲的本發(fā)明。
[0043] X = 2X [Si]+ [Mn]+3X [Ti]+5X [Al]
[0044] 另外，進一步，作為以氣體保護電弧焊接對鋅或鋅合金鍍覆鋼板進行了焊接的焊 接金屬，使用與上述同樣的X值作為參數(shù)，從而不僅限定焊接金屬中的各自成分元素的含 量，而且還特別以使上述X值為I. 0~4. 0 %的范圍內(nèi)的方式調(diào)整各成分量。由此，發(fā)現(xiàn)可 得到氣孔少且熔渣的產(chǎn)生量也少的焊接接頭，從而完成了關(guān)于焊接金屬的本發(fā)明。
[0045] 具體而言，本發(fā)明的基本方案（第1方案）的氣體保護電弧焊接用實心焊絲以相 對于包括鍍覆在內(nèi)的焊絲總質(zhì)量的質(zhì)量％計含有C