JPH0459186A

JPH0459186A - プラズマアーク溶接法

Info

Publication number: JPH0459186A
Application number: JP17187090A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiko Iwasaki; 勝彦岩崎; Hiroshi Kato; 浩加藤; Naoki Murata; 直樹村田; Masaharu Watanabe; 正治渡辺; Uichi Nakamura; 中村　宇一
Original assignee: Tokushu Denkyoku Co Ltd
Current assignee: Tokuden Co Ltd Hyogo
Priority date: 1990-06-29
Filing date: 1990-06-29
Publication date: 1992-02-26
Anticipated expiration: 2009-09-28
Also published as: JPH0675792B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、溶接ワイヤ及び溶接用粉末を溶接材料に用い
て、非消耗電極と母材との間に点弧されたアーク（以下
、主アークとする）、及び該非消耗電極と連続的に供給
される溶接ワイヤとの間に点弧されたアーク（以下、メ
タルアークとする）を熱源として母材に肉盛溶接するア
ーク溶接法の改良に関する。

（従来の技術）従来、上記のように非消耗電極と溶接ワイヤ及び溶接用
粉末を用いて、母キオに該ｊ容接ワイヤ及び溶接用粉末
を溶着する場合は、例えば第７図に示すように、収束ノ
ズルＡのノズル孔の中心上方部に非消耗電極Ｂを配置す
ると共に、該ノズル孔の下方部に１本の溶接ワイヤＣ１
を連続的に供給可能に配置し、非消耗電極Ｂと母材りと
の間に主アークＥを点弧すると共に、非消耗電極Ｂと１
本の溶接ワイヤＣ１との間にメタルアークＦを点弧し、
該１本の溶接ワイヤＣ１を溶融させつ）母材に溶着させ
ると共に、主アークＥまたはメタルアークＦ中に溶接用
粉末Ｃ２を供給して母材に溶着させるアーク溶接法が知
られている。（なお、同図において、Ｇは主アーク電源
、Ｈはメタルアーク電源、■は溶接ワイヤ供給ノズル兼
給電部、Ｊは溶接ワイヤ供給ローラ、Ｋは溶接用粉末供
給ノズルを夫々示す）。

また、ＭＩＧ溶接法、ＭＡＧ溶接法等のように、非消耗
電極を使用することなく、供給溶接ワイヤと母材との間
ｔこアークを点弧し、該溶接ワイヤを該アークにより溶
融して母材に溶接金属を形成するアーク溶接法が知られ
ている。

ざらに、溶接ワイヤを使用することなく、ロッドを溶接
材料とするＴＩＧ溶接法、粉末を溶接材料とするＰＴＡ
溶接法等もよく知られている。

〈発明が解決しようとする課題）然るに、上記第１番目の従来技術の場合は、１個所のみ
から１本の溶接ワイヤを供給している関係から、例えば
溶接ワイヤの供給方向が主アークの中心線から外れて一
致しないような場合には、ワイヤ電流による、所謂磁気
吹き現象を生じ、これにより主アークは、第７図に示す
ように偏向し、メタルアークもそれにつれて当然に偏向
するため、母材の溶融及びビードの形成に異常を来たし
、健全な溶接部が得られないといった重大な支障を生じ
る。

また、上記第２番目の従来技術の場合は、ワイヤーの溶
融量を増加するためにはアーク電流値を増加する必要が
あり、アーク電流値の増大によって母材の溶は込みが大
きくなる。　したがって、とくに厚板接合等深い溶は込
みを必要とする場合をのぞき、一般的には適正な溶は込
みを得るためには時間当りのワイヤー溶融量に限界があ
る。

すなわち、溶着能率を向上するためにはアーク電流を大
きく設定せねばならないが、アーク電流が過大になると
肉盛溶接の場合、母材成分により溶接金属が過大に稀釈
され、目的とする耐蝕性や耐摩耗性が得られず、接合溶
接の場合は、突合せ開先のルート面が溶着し、健全な継
手か得られないという問題がある。

さらに、上記第３番目の従来技術の場合は、溶接材料の
供給量とアーク電流値は独立に調整することができ、こ
れによって母材への溶は込み量を著しく減少させること
ができるが、反面、アーク出力による溶接材料の溶融量
には限界があり、供給量か限界を越えると溶接ビード（
融合不良を生じ、未溶融の粒か溶接金属中に残存する危
険さえある。

本発明は、上記第１番目の溶接法の問題点を解決するこ
とを課題として開発されたもので、簡単な手段により、
溶接材料を十分に溶融させつつ溶着量を飛躍的に増大で
き、且つ溶接材料の溶融速度とは別口に溶は込みを調整
できるアーク溶接法を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段）上記の課題を解決し、その目的を達成するために、本発
明では、非消耗電極と母材との間、及び該非消耗電極と
連続的に供給される溶接ワイヤの先端との間に、アーク
を夫々点弧し、該溶接ワイヤを溶融させつ）母材に溶着
させるアーク溶接法において、複数個所から複数の溶接
ワイヤを夫々供給すると共に、少なくとも１個所から溶
接用粉末を供給し、且つ各アークを共通の収束ノズル孔
を経て通過させることを特徴とするアーク溶接法を開発
し、採用した。　さらに、本発明では、上記のように構
成したアーク溶接法において、複数の溶接ワイヤの供給
位置を、アーク収束ノズル孔の中心線を基準として均等
な配置間隔を保って設定したアーク溶接法を開発し、採
用した。

（作　　用）本発明に係るアーク溶接法では、複数個所から複数の溶
接ワイヤを供給する手段を採用しているので、各ワイヤ
に流れる電流の磁気吹きの方向を均衡させることによっ
て、主アーク及びメタルアークの偏向を防止する作用が
ある。　このアークの偏向防止作用は、複数のワイヤの
供給位置を、アーク収束ノズル孔の中心線を基準として
均等な配置間隔で設定したことにより一層向上される。

また、溶接用粉末を供給する手段を併用しているので、
時間当りの溶着量を飛躍的に増大し得る作用と共に、金
属（合金）粉末による溶接金属の化学成分の調整、及び
非金属粉末による複合合金の溶接金属の溶着を容易に、
しかも溶接施工時に所望に行なうことができる作用かお
る。

ざらに、各アークを共通の収束ノズル孔を経て通過させ
る手段を採用しているので、上記アークの偏向防止作用
を更に一層向上させる作用がある。

（実施例１）以下に、本発明を炭化物系複合合金の肉盛溶接へ適用し
た例について説明する。

なお、装置等の電気結線図を第１図に示し、トーチ下と
溶接方向の位置関係を第２図に示す。

而して、第１図に示すように、主アーク１０用の直流溶
接電源２は非消耗電極１と母材６に接続され、メタルア
ーク１１用の直流溶接電源３．４は非消耗電極１と２本
の溶接ワイヤ７．７の供給ノズルである給電部５．５に
接続され、該給電部５．５を介してワイヤ７．７に通電
するように結線されており、同図において、８．８は溶
接用粉末９．９の供給ノズル、１２は溶接肉盛金属、１
３はシ〜ルトカス供給用キャップを夫々示している。

また、本実施例において、非消耗電極１は陰極として用
いている。

上記の溶接装置を使用し、２本の溶接ワイヤ７．７にス
テンレス１ｇ１ＳＵＳ３０８のソリッドワイヤ（ワイヤ
径１．２．）を用いると共に、溶接用粉末９にニオビウ
ムカーバイド超硬粒粉末（粒度的５０〜１５０ｔｉｍ、
）を用いて、非消耗電極１と母材６（この実施例では、
製鉄熱延設備用カイトローラの胴部仝面）との間に主ア
ーク１０を点弧すると共に、２本のワイヤ供給ノズル５
．５から上記の溶接ワイヤ７．７を１本づつ供給して、
これらのワイヤ７．７と非消耗電極１との間にメタルア
ーク１１．１１を点弧し、ざらに、トーチＴの収束ノズ
ルの下方に配置した溶接用粉末供給ノズル８．８から上
記のニオビウムカーバイド超硬粒粉末から成る溶接用粉
末９．９を、主アーク１０中或はアーク１０と溶融池１
２′との境界部付近にアルゴンガス流により圧送して、
ニオビウムカーバイドが体積率６０％の割合でステンレ
ス鋼の基地に分散した組織を呈する複合合金の溶接肉盛
金属層１２を得た。

溶接条件を表１に示す。

一以下余白一表１．溶接条件なお、溶接ワイヤ７．７および各給電部５は第５図の（
イ）にも示しているように、収束ノズルのノズル孔の中
心線を基準として、１８０°の角度と間隔を保って対称
的に配置され、溶接方向に対しては、第２　図に示すよ
うに各ワイヤ７．７はトーチ移行方向、すなわち溶接進
行方向に平行に、かつ相互に１８０°の位置に配置され
ている。　これは第６図の（イ）に示すようにワイヤ数
か２の場合、アーク１０の断面はほぼ楕円の形状を呈す
るので、その長径側をビード両側の止端部に向けて配置
し、該止端部を加熱し、確実に溶着せしめるためである
。　プラズマガスには溶接用アルゴンガスを用いた。

結　　果１本の溶接ワイヤを使用して上記と同様の肉盛溶接を行
なうと、第７図に示すようにアークの偏向により、母材
上への溶滴の落下位置が母材上の溶融金属池の中心から
外れるため、ワイヤを溶接進行方向に対して前方に位置
させた場合、溶滴の１部は未だ溶融していない母材表面
上に、散乱し、逆に後方に位置させた場合は既に凝固し
たビート表面上に散乱するため、溶着量の歩留を著しく
低下せしめるのみならず、ビートの蛇行、融合不良等を
生じ、健全なヒート形成を妨げ、事実上溶接不能となる
。

これに対して、本実施例の場合は、溶融金属は溶融池の
中心に落下し、滑らかに溶着するため問題なく溶接が進
行し、健全な肉盛溶接部が得られた。

ざらに、本実施例では、複数個所から溶接ワイヤを供給
する技術手段に加えて、同時に溶接用粉末にオヒウムカ
ーバイド粉末）を供給する手段を採用しているので、炭
化物の含有率が高い品質良好な溶接肉盛金属を得ること
ができた。　即ち、溶接ワイヤからカーバイドを供給す
るためには、フランクスコアードワイヤの形でカーバイ
ドを充填するしかないが、この種のワイヤにおけるフラ
ックス充填率は、最高が４５％程度であって、それ以上
に充填すると外皮を極端に薄くする必要かあり、したが
ってワイヤ供給時に外皮か破れたり、弾力性か低下した
りする問題を生じるものであるか、本実施例によれば、
溶接時におけるカーバイドの添加量は事実上無制限であ
って、溶接性の点て許容される最大限の量まで容易に添
加でき、耐摩耗性等に優れた溶接肉盛金属を得ることか
できるものである。

（実施例２）本発明の実施例として、３本の１３クロム鋼用溶接ワイ
ヤを用い、溶接用金属粉末により溶接金属の成分を調整
して３０クロム鋳鉄の肉盛層を得る例を以下に述べる。

この実施例では、均等間隔で配置された３本の溶接ワイ
ヤを使用し、収束ノズル形成部材の外周側に設けられた
間隙から溶接用粉末を上記各溶接用ワイヤの上方位置に
おいて主アーク中へ噴射供給した。　装置等の電気結線
図を第３図に示し、トーチと溶接方向の位置関係を第４
図に示す。

而して、第３図において、Ｔはトーチ、１は非消耗電極
、２．３．４．４°は夫々直流溶接電源、５は夫々３本
の溶接用ワイヤ７ａ、７ｂ、７Ｃの供給ノズルである給
電部、６は鋳鋼部品から成る母材、８ａは溶接用粉末９
は供給するために収束ノズル形成部材８ｂの外周側に設
けた供給間隙、１０は非消耗電極１と母材６との間に点
弧された主アーク、１１は非消耗電極１と各溶接用ワイ
ヤ７ａ、７ｂ、７ｃとの間に点弧されたメタルアーク、
１２は溶接肉盛金属、１２゛は溶融池、１３は上記粉−
末供給用間隙８ａの外側に配置したシールドガス供給用
キャップを夫々示している。

また、第３図に示すように、主アーク１０用の直流溶接
電源２は非消耗電極１と母材６に接続され、メタルアー
ク１１用の直流溶接電源３．４．４′は非消耗電極１と
各ワイヤの供給ノズルである給電部５に接続され、該給
電部を介して各ワイヤに通電している。　なお、本実施
例において非消耗電極は陰極として用いている。

さらに、第４図に示すように一つのワイヤ７ａは溶接線
に平行に、且つトーチＴの後方に配置し、かつ、その他
のワイヤ７ｂ、７Ｇよりも後行させ、該他のワイヤ７ｂ
、７Ｃは溶接線に対称的に配置し、かつ各ワイヤ７ａ、
７ｂ、７Ｇは相互に１２０°の角度で均等間隔に配置さ
れている。

上記の配置構成に基づいて、次に示す溶接条件等にした
かい母材６の表面にプラズマアーク溶接を施した。

溶接条件を表１に示し、使用溶接材料の化学成分および
送給比率を表２に示し、溶接金属の化学成分を表３に示
す。

一以下余白一表１．溶接条件主アクメタルアーク表２．使用溶接材料の化学成分および送給比率溶接材料
化学成分（％）　　　　　１　溶接材料迄給条件表３．
溶接金属の化学成分（％）結　　　果１本の溶接ワイヤを使用して上記と同様の肉盛溶接を行
なうと、第７図に示すようにアークの偏向により、母材
上への溶滴の落下位置か母材上の溶融金属池の中心から
外れるため、ワイヤを溶接進行方向に対して前方に位置
させた場合、溶滴の１部は未だ溶融していない母材表面
上に散乱し、逆に後方に位置させた場合は既に凝固した
ビート表面上に散乱するため、いづれの場合も酒肴不良
となり、特に開先ルート面か溶着不良となり、事実上溶
接不能となる。

これに対して、本実施例の場合は、溶融金属は溶融池の
中心に落下し、ルート面も滑らかに溶着するため問題な
く溶接か進行し、健全な肉盛溶接部か得られた。

さらに、本実施例では、複数個所から溶接ワイヤを供給
する技術手段に加えて、同時に所要の溶接用金属粉末を
供給する手段を採用しているので、目標とする金属化学
成分値の品質良好な溶接肉盛金属を容易に得ることがで
きた。　即ち、この実施例によれば、溶接ワイヤの供給
量と溶接用金属粉末の供給量の比率の調整により、溶接
金属の成分を所望に調整できる利点がある。

なお、上記各実施例において、最も簡単、確実にアーク
の偏向を防ぐには第５図の（イ）、（ロ）（ハ）に夫々
示すように複数のワイヤ位置及び各給電部５の位置をア
ーク収束ノズルの中心線を基準として等角かつ等間隔に
夫々配置し、各ワイヤの電流値をほぼ一致させればよい
が、これは本発明の必須要件ではない。また、各電流値
の範囲が平均値の±２０％の範囲内であれば実用上アー
ク偏向による悪影響は見られない。　この場合、アーク
の断面形状は、概略、第６図に対応図示するように変化
するものであり、これらの形状のアークは次のような特
徴を有する。

供給ワイヤの数が２本の場合は、第６図の（イ）に示す
ようにアーク１０の断面は略惰円の形状を呈するので広
幅のビードを置くのに適しているので肉盛溶接に好都合
であり、その長径側をビード両側の止端部に向けて配置
して止端部を加熱することにより、溶融金属を止端部ま
で確実に溶着させることができる。

また、第６図の（ロ）、（ハ）に示すように、供給ワイ
ヤの数が３本以上の場合は、アーク１０はワイヤ電流の
磁気によって取り囲まれるため、ワイヤの数が増える程
、磁気によるアークの収束度がより大きくなり、主アー
クの電流密度の増大によって溶は込みが深くなるので、
特に突合せ溶接等の接合溶接に適する。　このようにワ
イヤの数の選択によって肉盛溶接、突合せ溶接、その他
の各場合に適用することができるのも水沫の一つの特徴
でおる。

なお、ワイヤーを等角に配置しなくとも、各ワイヤーの
電流値を適切に異なる値に調整して磁気吹を均衡させれ
ばよいか、実際には煩雑になるので上記の方法か簡単で
ある。

また、上記各実施例では、供給する溶接用粉末として非
金属粉末を供給する場合と、金属粉末を供給する場合を
各別に例示したが、目標とする肉盛溶接金属の成分によ
っては、両粉末を同時に供給することもあり、且つその
場合は、両粉末を夫々別個に供給してもよく、混合粉末
の状態で供給してもよいものであり、ざらに、その供給
個所はアーク中であっても、溶融池中であっても、アー
ク中と溶融池中の両方であってもよい。

さらにまた、本発明で使用する主要な溶接材料（溶接ワ
イヤおよび溶接用粉末）の概略について説明すれば次の
通りである。

溶接ワイヤ形態：　ソリッドワイヤ、フラツクスコアードワイヤ材料；　Ｆｅ基、Ｎｉ基、Ｃｏ基、ＣＬＩ基の各合金、
即ち、現在使用されている全ての溶接ワイヤであって、具体的にはＦｅ基：軟鋼、低合金鋼、ステンレス鋼等Ｎｉ基：ハステロイ、インコネル等ＣＯ基ニステライト等Ｃｕ基：銅、キュプロニッケル等溶接用粉末Ｆｅ基、Ｎｉ基、Ｃｏ基、Ｃｕ基の各合金粉末及び、又
はフェロクロム、フェロモリブデン、フェロニオビウム
、フェロシリコン、フェロマンカン等の各フェロアロイ
粉末並びにタングステンカーバイド、クロムカーバイド
、ニオビウムカーバイト等の炭化物、更にアルミナ、シ
リカ等の各酸化物セラミック粉末、その他ホウ化物セラ
ミック粉末、窒化物セラミック粉末等々以上、本発明の
いくつかの実施例について説明したか、本発明は上記実
施例に限定されるものではなく、本発明の目的を達成で
き、且つ本発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の設
計変更が可能であることは当然である。

（発明の効果）本発明は、上記のように、非消耗電極と母材との間、及
び該非消耗電極と連続的に供給される溶接ワイヤの先端
との間に、アークを夫々点弧し、該溶接ワイヤを溶融さ
せつ）母材に溶着させるアーク溶接法において、複数個
所から複数の溶接ワイヤを供給する手段を採用したので
、各ワイヤに流れる電流の磁気吹きの方向を均衡させる
ことによって、主アーク及びメタルアークの偏向を容易
確実に防止し得て、優良健全な溶接部を得られる多大な
利点かあり、且つ主アークとメタルアークを共通の収束
ノズル孔を経て通過させる手段を採用したので、上記の
効果を一層向上できるものでおる。

さらに本発明では、上記の手ｐに加えて、溶接用粉末を
同時に供給する手ｐを採用したの−Ｃ１時間当りの溶着
量を飛躍的に増大し得ると共に、金属（合金）粉末によ
る溶接金属の化学成分の調整、及び非金属粉末による複
合合金の溶接金属の溶着を容易に、しかも溶接施工時に
所望に行なうことができ、且つ溶接ワイヤの供給量と溶
接用粉末の供給量の比率の調整により、溶接肉盛金属の
成分を所望に調整できるものである。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すもので、第１図は実施例１
を実施するための溶接装置の要部を＠ｌ断した概略正面
図、第２図はその供給溶接ワイヤの位置と溶接方向を示
す説明図、第３図は実施例２を実施するための溶接装置
の１部を縦断じた概略正面図、第４図はその供給溶接ワ
イヤの位置と溶接方向を示す説明図、第５図の（イ）、
（ロ）、（ハ）は夫々２〜４本供給溶接ワイヤの位置を
明示する説明図、第６図の（イ）（ロ）、（ハ）は夫々
溶接ワイヤの数と位置に対応するアークの断面形状を示
す説明図、第７図は１本の溶接ワイヤを供給しつつアー
ク溶接を行なっている状態を示す従来法の概略説明図で
ある。（符号の説明）１・・・非消耗電極、６・・・母　材、７・・・溶接ワイヤ、９・・・溶接用粉末、１０・・・主アーク、１１・・・メタルアーク。特許出願人　　特殊電極株式会社第２図溶接方向ｔイノ第３図第６図ｔＯノｒイノ一一１８０°〜ｒ口ノ一１２０°〜

Claims

【特許請求の範囲】

（１）非消耗電極と母材との間、及び該非消耗電極と連
続的に供給される溶接ワイヤの先端との間に、アークを
夫々点弧し、該溶接ワイヤを溶融させつゝ母材に溶着さ
せるアーク溶接法において、複数個所から複数の溶接ワ
イヤを夫々供給すると共に、少なくとも１個所から溶接
用粉末を供給し、且つ各アークを共通の収束ノズル孔を
経て通過させることを特徴とするアーク溶接法。
（２）複数の溶接ワイヤの供給位置を、アーク収束ノズ
ル孔の中心線を基準として均等な配置間隔を保つて設定
したことを特徴とする請求項（１）に記載のアーク溶接
法。
（３）溶接用粉末として金属粉末を使用することを特徴
とする請求項（１）または（２）に記載のアーク溶接法
。
（４）溶接用粉末として非金属粉末を使用することを特
徴とする請求項（１）また（２）に記載のアーク溶接法
。
（５）溶接用粉末として金属粉末及び非金属粉末を使用
することを特徴とする請求項（１）または（２）に記載
のアーク溶接法。