亜鉛メッキ鋼板の溶接：技術的アプローチ

亜鉛メッキ鋼アーク溶接

亜鉛メッキ鋼板の溶接には、その保護亜鉛メッキのために独特の課題がある。アーク溶接工程で遭遇する主な困難は以下の通りです：

溶接欠陥の影響を受けやすくなる：

• 溶接割れ：亜鉛皮膜の融点（419℃）は鋼鉄（1500℃）に比べて低いため、液体金属が脆化し、熱影響部（HAZ）で割れが発生するリスクが高まる可能性がある。
• 多孔性：亜鉛蒸気が溶接プールに閉じ込められ、ガス・ポ ケットが発生し、溶接部の完全性が損なわれる可能 性がある。

亜鉛コーティングの揮発：

• ヒュームの発生：溶接温度（907℃）での亜鉛の急速な気化により、有毒なヒュームと白色で粉状の酸化亜鉛の煤が発生する。
• 視認性の低下：発生した煤は溶接士の視界を妨げ、溶接の品質と精度に影 響を与える可能性がある。

コーティングの劣化と汚染：

• 局所的な皮膜破壊：溶接の高熱が溶接部の亜鉛皮膜を破壊し、耐食性を低下させる。
• 酸化物スラグの形成：亜鉛酸化物は他の元素と結合して粘着性のスラグを形成し、溶接プールの力学を妨げ、溶接後の洗浄を必要とすることがある。

これらの課題の中でも、溶接継手の構造的完全性と 性能に直接影響する溶接割れ、気孔率、スラグ 形成は、最も重要な懸念事項である。これらの問題を軽減するために、溶接工は、 亜鉛めっき皮膜の腐食保護特性を維持しながら、 高品質な溶接を実現するために、シリコン青銅 溶加材の使用、換気の増加、溶接パラメーターの 最適化（低入熱、移動速度の高速化など）などの 専門技術を採用しなければならない。

溶接性

(1) 亀裂

その間に 溶接工程溶融亜鉛は、溶融池の表面または溶接部の底部 に溜まることがある。亜鉛の融点は鉄より低いため、溶融池の鉄が 先に凝固し、液体亜鉛が鋼の粒界に沿ってその中に 浸入し、結晶間結合強度の低下につながる。

加えて、亜鉛と鉄の間にFe3Zn10やFeZn10 などの脆い金属化合物が形成されると、溶接金属の塑性 性がさらに低下する。このため、溶接残留応力による結晶粒界に 沿った割れが発生しやすくなる。

1) クラック感受性に影響する要因

亜鉛コーティングの厚さ：亜鉛めっき鋼板の亜鉛皮膜の厚さは亀裂感度に影響する。亜鉛メッキの厚さが薄いと亀裂感受性は低いが、溶融亜鉛メッキ鋼板のメッキが厚いと亀裂感受性が高くなる。

ワークの厚さ：ワークの厚さも亀裂感受性に影響し、厚いワークほど溶接拘束応力が高く、亀裂感受性が高くなる。

溝クリアランス：グルーブクリアランスが大きいほどクラック感受性が高まる。

溶接方法：異なる 溶接方法 は、亀裂感受性にも影響する。手動アーク溶接では亀裂感受性は低くなるが、溶接にCO2ガスを使用すると亀裂感受性が高くなる。

2) クラックを防ぐ方法

溶接の準備溶接前の準備：溶接する前に、溶接部にV字、Y字、X字の溝を作る必要があります。 亜鉛メッキシート.亜鉛メッキは、オキシセチレンやサンドブラストで溝付近を除去することができる。クリアランスは大きすぎないことが重要で、一般的には1.5mmが推奨されている。

の選択 溶接材料:割れの可能性を減らすには、シリコン含有量の少ない 溶接材料を選ぶことが重要である。ガス・シールド溶接では、ケイ素含有量の低い 溶接ワイヤーを使用すべきである。手溶接は チタン 型電極またはチタンカルシウム電極。

(2) 気孔

開先近傍の亜鉛層は、アーク溶接中に発生する熱に よって酸化（ZnO）および気化を起こし、白煙や蒸気を発 生することがある。その結果、溶接部に気孔が生じやすくなる。溶接電流が高いほど、亜鉛の蒸発は激しく なり、気孔が生じやすくなる。

チタン・タイプおよびカルシウム・チタン電極を使用した溶接では、中電流領域で気孔率が少なくなる傾向がある。一方、セルロースタイプや低水素溶接電極を使用した溶接では、低電流でも高電流でも気孔が発生する可能性がある。

ポロシティのリスクを低減するために、電極角度を30～70°の範囲内に制御することが重要である。

(3) 亜鉛の蒸発と煤煙

溶接中の溶融池付近の亜鉛層が酸化してZnOとなり、アーク熱で気化して多量の粉塵が発生する。この粉塵の主成分はZnOであり、作業者の呼吸器系に有害な影響を及ぼす可能性がある。

作業員のリスクを軽減するため、溶接中の換気をよくすることが重要である。

同じ溶接仕様であれば、粉塵の発生量が多い低水素溶接電極に比べ、酸化チタン電極での溶接は粉塵の発生量が少ない。

(4) 酸化スラグ

低い溶接電流を使用すると、加熱プロセス中に形成されたZnOが捕捉され、ZnOスラグになることがある。ZnOは安定で、1800℃という高い融点を持つ。ZnOスラグの大きなブロックが存在すると、 溶接部の塑性変形に大きな悪影響を及ぼす。

しかし、酸化チタンタイプの電極を使用する場合、ZnOの分布は小さく均一であるため、溶接部の塑性変形や引張強さにはほとんど影響しない。一方、セルロース電極や水素電極を使用した場合、溶接シーム中のZnOはより大きく、より多く存在するため、溶接性能が悪くなる。

亜鉛めっき鋼板の溶接工程

亜鉛メッキ鋼は、手動電気アーク溶接、溶融電極ガス・シールド溶接など、さまざまな技法を用いて溶接できる、 アルゴンアーク溶接および抵抗溶接。

(1) 手動アーク溶接

1) 溶接の準備

溶接粉の量を減らし、溶接割れや気孔の形成を防ぐには、溶接前に適切な勾配をつけ、開先付近の亜鉛層を除去する必要がある。この除去は、火炎またはサンドブラストで行うことができる。

溝のクリアランスを1.5～2mmの範囲にコントロールすることが重要で、厚いワークの場合はクリアランスを2.5～3mmまで大きくすることができる。

2) 電極の選択

を選択する原則がある。 溶接棒 は、溶接金属の機械的特性が母材と可能な限り同 じになるようにすることである。さらに、溶接電極中のケイ素量を0.2% 以下に制御することも重要である。

関連記事 正しい溶接棒の選び方

イルメナイト系、酸化チタン系、セルロース系、チタン・カルシウム系、低水素系の溶接電極を使用した継手は、十分な強度を示すことができる。しかし、低水素およびセルロース電極は、 溶接部にスラグやポロシティを生じやすいため、 一般には使用されていない。

軟鋼亜鉛メッキ鋼板には、J421/J422またはJ423 溶接棒が望ましい。500MPaを超える強度の亜鉛めっき鋼板には、 E5001またはE5003溶接棒を使用すべきである。強度600MPa以上の亜鉛めっき鋼板の場合、推奨溶接棒はE6013、E5503またはE5513である。

溶接の際は、亜鉛メッキ層の溶融域の拡大を最小 限に抑え、ワークの耐食性を確保し、煤の発生量を減 らすために、短いアークを使用し、アークを振 らさないことを推奨する。

(2) 溶融電極ガスシールド溶接

CO2などのガスシールド溶接 ガスシールド溶接 亜鉛メッキ鋼の溶接には、Ar+CO2 またはAr+O2の混合ガスが推奨される。使用する保護ガスの種類は、溶接部のZn含有量に大 きな影響を与える。純CO2またはCO2+O2の使用は、溶接シーム中のZn含有量が高くなるが、Ar+CO2またはAr+O2の使用は、Zn含有量が低くなる。溶接電流は溶接部のZn含有量にほとんど影響を与えず、電流が増加するにつれてわずかに減少する。

ガス・シールド溶接では、手溶接のアーク溶接に比べて溶接粉が多く発生するため、排気には特に注意が必要である。すすの大きさと成分は主に電流と保護ガスに影響され、電流が大きいほど、あるいはガス中のCO2やO2が多いほど、すすの量は多くなる。すす中のZnOの含有量も増加し、最大含有量は約70%である。

亜鉛メッキ鋼の溶融深さは、同じ溶接仕様のもとでは、非亜鉛メッキ鋼よりも大きい。T継手、重ね継手、伏せ溶接は気孔が発生しやす く、特に亜鉛めっき鋼板では溶接速度が大きく影響 する。 合金鋼.マルチライン溶接では 溶接線 は、以前のラインよりも空隙率に敏感である。

保護ガス組成は継手の機械的特性にほとんど影響しないため、溶接には純CO2が一般的に使用される。CO2溶接による亜鉛めっき鋼板のI形突合せ継手、重ね継手、T形継手の溶接パラメーターを表1～3に示す。

表1 I型亜鉛メッキのCO2溶接の仕様パラメータ 鋼板 バットジョイント

表2 亜鉛メッキ鋼板重ね継手のCO2溶接仕様パラメータ

表3 T型亜鉛メッキ鋼板突合せ継手（アングル継手）のCO2溶接仕様パラメータ