JPH06210452A

JPH06210452A - アーク溶接用シールドガス

Info

Publication number: JPH06210452A
Application number: JP5199479A
Authority: JP
Inventors: Grant Harvey; グラント・ハーベイ; Jocelyn Turcot; ジョセリン・ターコット; Jean-Pierre Larue; − ピエール・ラリュジャン; Viwek V Vaidya; ビウェク・ブイ・バイディア
Original assignee: Canadian Liquid Air Ltd
Current assignee: Canadian Liquid Air Ltd
Priority date: 1992-08-14
Filing date: 1993-08-11
Publication date: 1994-08-02
Also published as: CA2076201C; EP0584000A1; DE69313385T3; EP0584000B2; DE69313385T2; TW217391B; ZA935937B; BR9303381A; DE69313385D1; KR100221790B1; KR940003652A; AU4456893A; DK0584000T3; AU669542B2; EP0584000B1; US5313039A; CA2076201A1; ES2108243T3

Abstract

(57)【要約】【目的】同等かもしくはより良好な溶接性能を供しな
がら充分に低いヒューム放出レベルを助長するように向
けられるフラックス入りアーク溶接用シールドガスを提
供しようとするものである。【構成】約５〜１５体積％ヘリウム、約５〜２５体積
％二酸化炭素および約６０〜９０体積％アルゴンのガス
混合物を備える消耗フラックス入りワイヤ電極でフラッ
クス入りアーク溶接するためのシールドガス。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、フラックス入りアーク
溶接を含み、特に特別のシールドガス配合の使用により
結果として得られた工程パラメータを改善する。これら
の配合は、通常の操作パラメータと同様もしくはより良
好な溶接性能を供しながらヒューム放出レベルを充分に
低減するように選択される。

【０００２】

【従来の技術】フラックス入りアーク溶接は、連続フィ
ラー金属電極と溶融地間のアークを使用する方法であ
る。前記方法は、管状電極内に収納されているフラック
スからシールドして、外部的に供されるガスを付加的に
シールドするかもしくはシールドせずに、かつ圧力を加
えずに使用される。フラックス入りアーク溶接は、大気
汚染物からアークおよび溶融池をシールドするために２
つの主要な方法を一般に使用する。自己シールド方法
は、アークの熱によってフラックスコアの分解および蒸
発の間に溶融金属を保護する。２番目の方法は、前記フ
ラックスコアの他に保護ガス流を含む。両方の方法で電
極コア材料は固形化する溶融池を保護するために実質的
なスラグ被覆を供する。

【０００３】典型的には、ガスシールドはガス源、圧力
調整器、流量計装置および必要なホースとコネクタを必
要とする。シールドガスは、シリンダ、多数のシリンダ
群から、または個々の溶接ステーションに管付けされた
バルクタンクから分配される。前記調整器および流量計
は、圧力および流速を制御するために使用される。前記
調整器は、貯蔵タンクからガスの急速な回収の間に冷凍
できるので、ヒータはその混在を防ぐために有用であ
る。純粋な溶接品位ガスは、少量の湿気が溶接金属に気
孔および水素吸着をもたらすことができるという理由か
ら必要とされる。シールドガの露点は−４０゜Ｆ以下に
すべきである。そのようなガスの適切なソースは１９９
０年、１１月２７付けの米国特許第４，９７３，８２２
号明細書に示され、その開示はそこに参考として編入さ
れる。

【０００４】二酸化炭素は、フラックス入りアーク溶接
のためのシールドガスとして広く使用されている。この
ガスの２つの有益さは、低コストと深い溶接溶込みであ
る。二酸化炭素または酸素と不活性ガスとの組合わせの
ようなガス混合物を使用することもよく知られている。
“経験則”は、二酸化炭素を持つ混合物中のより高いパ
ーセントの不活性ガスはコアに含まれる脱酸剤の移送効
率を高めることである。シールドガス混合物中の充分な
量のアルゴンのような不活性ガスの存在は、１００％二
酸化炭素シールドの場合より低い酸化をもたらす。

【０００５】フラックス入りアーク溶接のための最も一
般的なガス混合物は体積で２５％二酸化炭素、７５％ア
ルゴンである。この混合物で堆積された溶接金属は一般
に１００％二酸化炭素シールドで堆積された溶接金属に
比べて高い引っ張り力および降伏強さを有することが観
測された。

【０００６】相当長い間の試みは、低ヒューム放出速度
を示すフラックス入りアーク溶接消耗品の研究および開
発に向けて注がれていた。これは、溶接アーク中で変質
によってより低い量のヒュームを発生するワイヤのコア
中のフラックス成分を使用することによって達成され
る。この探求は、近年、市場で見られる消耗品を生産し
た。

【０００７】僅かな発展努力は、フラックス入りアーク
溶接消耗品の全ての種類を用いて低減されたヒューム放
出レベルを供するシールドガスを生産する領域に集中さ
れた。シールドガスは、方法適用に対して発展され、同
時により低いヒューム放出レベルを助長するために従来
のフラックス入りアーク溶接シールドガスに比べて通常
の操作パラメータで同等もしくはより良好な溶接性能を
供しなければならない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
目的はシールドガスとしての市販の純粋な二酸化炭素お
よび７５％アルゴン／２５％二酸化炭素混合物のヒュー
ム放出レベルより充分に低いレベルに助長するシールド
ガスを提供し、同時に通常の操作パラメータで同等もし
くはより良好な溶接性能を提供する。

【０００９】これと別の目的は、以下の開示および添え
られた請求の範囲を見ると一層たやすく明らかになる。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、消耗フラック
ス入りワイヤ電極でフラックス入りアーク溶接するため
の方法に関する。前記方法は、前記フラックス入りワイ
ヤ電極と加工物との間にアーク電圧を維持しながら、前
記消耗フラックス入りワイヤ電極と前記加工物との間に
アークを形成することを備える。金属は、ガス混合物で
前記アークをシールドしながら前記電極から前記加工物
に金属を移される。従来法にまさる改良は、約５〜１５
体積％ヘリウム、約５〜２５体積％二酸化炭素および残
部アルゴンを前記ガス混合物として供する工程を備え
る。

【００１１】米国特許第４，９７３，８２２号明細書
は、一般にフラックス入りアーク溶接に有用な装置が述
べられている。一般に、消耗フラックス入りワイヤ電極
は、ガスシールドアーク溶接トーチに位置されるチュー
ブを通してリールから供給される。前記トーチは、手動
で操作されても機械動作されてもいずれでもよい。供給
ロールは、所望の堆積速度を達成するのに必要な速度で
前記ワイヤを供給するドライブモータによって均等に運
転される。

【００１２】前記アークは、増力電力供給を前記加工物
に直接接触する前記電極に供することによって前記消耗
フラックス入り電極と前記加工物の間に発生される。前
記電極と前記加工物との間のアーク電圧は、前記溶接工
程中に実質的に一定に保持される。前に書き留めたよう
に、消費電極は前記電極と前記加工物の間に形成される
アークに接触チューブを通して供給される。

【００１３】前記アークは、ガス混合物によって大気雰
囲気からシールドされる。以前から使用されている一般
的なシールトガスは、７５％アルゴンおよび２５％二酸
化炭素の混合物と同様に純粋な二酸化炭素からなる。

【００１４】商業上の純粋二酸化炭素は、安いコストお
よび深い溶込み特性の見地からフラックス入りアーク溶
接法に使用される一般的なガスである。しかしながら、
商業上の純粋二酸化炭素は過度なスパッタおよび大きい
ヒューム放出レベルを起こす傾向がある。商業上の純粋
二酸化炭素の代わりとして使用される７５％アルゴンお
よび２５％二酸化炭素混合物はより安定なアークを助長
し、したがってスパッタレベルを低減し、かつ殆ど酸化
しないのでより低いヒューム放出レベルに導き、その
間、溶込み領域に犠牲に供することは殆どない。

【００１５】けれども、フラックス入りアーク溶接法で
のより低いヒューム放出レベルはアルゴン／二酸化炭素
／ヘリウムシールドガスの特別の組合わせを使用するこ
とによっても達成できることが確認された。この特別の
組合わせは、総混合物の酸化レベルを低下し、したがっ
てアーク移行を供する間により低いヒューム放出レベル
を助長し、かつ商業状の純粋二酸化炭素、７５％アルゴ
ンおよび２５％二酸化炭素シールドガス混合物または二
酸化炭素およびアルゴンの中間の性質を含むガス混合物
を使用することで得られる溶接堆積特性と同等もしくは
より良好な溶接堆積特性を助長する。事実、ヒューム放
出分析は、他の溶接パラメータを全て保持しながら７５
％アルゴン／２５％二酸化炭素混合物に対する本シール
ドガスを試験した場合、ヒューム放出レベルで３３％以
上の低減が示された。本シールドガス混合物を用いるフ
ィールドテストおよび広範囲に亘る研究室テストは、溶
接ビート形態が改良されて商業上の純粋二酸化炭素また
は７５％アルゴン／２５％二酸化炭素シールトガス混合
物を用いて一般的に得られるべき場合に比べて同等かよ
り良好な溶接性能、低減されたスパッタレベル、同等か
改善された溶接堆積特性を供することを立証した。

【００１６】本シールドガス配合は、約５〜１５体積％
ヘリウム、約５〜２５体積％二酸化炭素および残部アル
ゴンのガス混合物を備える。より好ましくは、前記ガス
混合物は約５〜１５体積％ヘリウム、約１０〜２０体積
％二酸化炭素および残部アルゴンを備える。最も好まし
くは、前記ガス混合物は約９〜１１体積％ヘリウム、約
１４〜１６体積％二酸化炭素および残部アルゴンを備え
る。

【００１７】

【実施例】フラックス入りアーク溶接法は、次の溶接パ
ラメータを有することにより確立された。

【００１８】電圧２５電流２２５ワイヤ供給速度２００インチ／分位置平坦ガス流速４０ｆｔ³／時間ワイヤ径１／１６インチヒュームテストはＡＷＳＦ１．２−７９に基づいてなさ
れた。消費重量当りのヒュームの測定値（％）は、それ
ぞれ特別のワイヤと共に１００％二酸化炭素を用いて観
察される場合に関して発生されたヒュームの相対量と比
較して標準化されることを有する下記に示される。

【００１９】二酸化炭素に対する標準化された値軟鋼ワイヤ 100％ 75% Ar／ 75% Ar／15% CO₂ CO₂ 25％CO₂ ／10% He Tri-Mark TM-772 1.00 0.98 0.75 リンコルン 1.00 0.92 0.73 外部シールド71 L.C.C. RDT 55 1.00 0.89 0.81 ホバート 802 1.00 0.91 0.86 C.L.A. T-91 1.00 0.81 0.67 L.C.C. LC-75 1.00 1.00 0.86 C.L.A. T-9 1.00 0.99 0.80 ステンレス鋼ワイヤ Kobe 309L 1.00 0.76 0.72 A.R.シールド 1.00 0.81 0.70 ブライト 309L 消費重量当りのパーセントヒュームは、二酸化炭素、７
５％アルゴン／２５％二酸化炭素混合物および本発明に
より供されたガス混合物を用いて決定されるならば、ヒ
ューム放出速度はそれから１００％二酸化炭素を用いて
得られる値で測定された値を割ることによって二酸化炭
素に対して標準化された。例えば、Tri-Mark TM-772 ワ
イヤとの関係において７５％アルゴン／２５％二酸化炭
素混合物を用いるヒューム放出速度は１００％二酸化炭
素を用いるそれのたった０．９８倍であった。これは、
７５％アルゴン／２５％二酸化炭素シールドガス混合物
の使用はヒューム量で２％減少を供することを示してい
る。本発明のガス混合物は、そのようなワイヤを用いた
時にヒューム量で２５％減少（１．００−０．７５）を
与える。

【００２０】本発明範囲内で操作する水準基標は、溶接
性能がフラックス入りアーク溶接のための標準“溶接性
能”を考慮される７５％アルゴン／２５％二酸化炭素混
合物のそれより良好になる設計パラメータであった。溶
接性能は、アーク安定性、スパッタレベル、溶込み、溶
接流れ、濡れ性および全体の操作者訴えの見地と関連す
る。溶接性能データは、量的結果であり、それゆえ適切
なシールドガスが低減されたヒューム放出レベルおよび
溶接性能の最良の組合わせを供することを目標に表され
る。本発明を構成するそれらのレベルから外れて組合わ
される種々の混合物は過剰量ヒュームをもたらすか、
“溶接性能”にとって最小要求に見合わないことがわか
った。

【００２１】ヒューム放出結果および／または溶接性能
は、本発明から外れる組成物に対して次に確認された。

【００２２】ガス混合物ヒューム結果溶接性能 75% Ar/25% He 52% 以下 −乏しい −不安定なアーク −溶接汚れ過剰流れ 75% Ar/15% He/ 14% 以下 −満足 10% CO₂ −乏しい溶接性能は溶接汚れが過剰に流れる垂直方位で溶接する時に特に見られた。

【００２３】前記テストは、前記二酸化炭素がアルゴン
またはヘリウムのような不活性ガスで置き換えられと前
記ガス混合物中の二酸化炭素量のいくらかな減少は低減
されたヒューム放出レベルをもたらすことを推断した。
けれども、二酸化炭素パーセントが減少されるので、溶
接性能、特に溶込みおよび濡れ性が満足しないレベルに
減少した。ヘリウムで置換された二酸化炭素の置き換え
は１０％の量で任意の溶接性能を与え、かつ実質的に低
減されたヒューム放出レベルを供した。本発明の上限ヘ
リウムパーセントレベルである１５％ヘリウムレベル
は、ヒューム放出の一層の低下を供するが、１０％ヘリ
ウムレベルに比べて“溶接性能”を低減したことを立証
した。前記表からわかるように７５％Ａｒ／１５％Ｈｅ
／１０％ＣＯ₂のガス混合物は７５％Ａｒ／２５％ＣＯ
₂に対して満足する溶接特性を供したが、７５％Ａｒ／
１５％ＣＯ₂／１０％Ｈｅの組成物に比べた時により乏
しい溶接性能を有することが確認された。より乏しい溶
接性能は、増加されたＨｅ量が溶接汚れを起こして相当
期間過度な流れをなす場合である垂直位置で溶接する時
に特に顕著であった。１０〜１５％間のＨｅ量は、平坦
または水平方位で満足する溶接性能を供するが、垂直方
位ではそうではないことが確認された。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者グラント・ハーベイカナダ国、エイチ９エス・２エス４、ケベック、ドーバル、セイント・ルイス 282 (72)発明者ジョセリン・ターコットカナダ国、エイチ１エヌ・２ジー５、ケベック、モントリオール、アパートメント２、ノートル・ダム・イースト 7260 (72)発明者ジャン − ピエール・ラリュカナダ国、エイチ２ブイ・４ピー１、ケベック、オートレモント、テラス・ホート・ビリアーズ 41 (72)発明者ビウェク・ブイ・バイディアカナダ国、エイチ９アール・１アール９、ケベック、ポアンテ・クレーア、ロスベリー・ロード 122

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（ａ）消耗ワイヤ電極と加工物との間に
アークを形成する工程；（ｂ）前記フラックス入りワイヤ電極と加工物との間に
アーク電圧を維持する工程；（ｃ）前記電極から前記加工物に金属を移す工程；およ
び（ｄ）ガス混合物で前記アークをシールドする工程；を
備え、改良は約５〜１５体積％ヘリウム、約５〜２５体
積％二酸化炭素および残部アルゴンを前記ガス混合物と
して供する工程を備える消耗ワイヤ電極でガス金属アー
ク溶接する方法。
【請求項２】（ａ）消耗フラックス入りワイヤ電極と
加工物との間にアークを形成する工程；（ｂ）前記フラックス入りワイヤ電極と加工物との間に
アーク電圧を維持する工程；（ｃ）前記電極から前記加工物に金属を移す工程；およ
び（ｄ）ガス混合物で前記アークをシールドする工程；を
備え、改良は約５〜１５体積％ヘリウム、約５〜２５体
積％二酸化炭素および残部アルゴンを前記ガス混合物と
して供する工程を備える消耗フラックス入りワイヤ電極
でフラックス入りアーク溶接する方法。
【請求項３】前記ガス混合物は、約５〜１５体積％ヘ
リウム、約１０〜２０体積％二酸化炭素および残部アル
ゴンを備える請求項２記載の方法。
【請求項４】前記ガス混合物は、約９〜１１体積％ヘ
リウム、約１４〜１６体積％二酸化炭素および残部アル
ゴンを備える請求項２記載の方法。
【請求項５】前記ガス混合物は、約５〜１５体積％ヘ
リウム、約１０〜２０体積％二酸化炭素および残部アル
ゴンを備え、かつ前記加工物は前記電極から前記加工物
に前記金属を移す間に実質的に水平方位に維持される請
求項２ないし４いずれか１項記載の方法。
【請求項６】約５〜１５体積％ヘリウム、約５〜２５
体積％二酸化炭素および約６０〜９０体積％アルゴンの
ガス混合物を備える消耗フラックス入りワイヤ電極でフ
ラックス入りアーク溶接するためのシールドガス。
【請求項７】約７５体積％アルゴンと二酸化炭素およ
びヘリウムの混合物である残部とを備える請求項６記載
のシールドガス。