JPH07227673A - 高能率tig溶接法 - Google Patents

高能率tig溶接法

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JPH07227673A
JPH07227673A JP4176294A JP4176294A JPH07227673A JP H07227673 A JPH07227673 A JP H07227673A JP 4176294 A JP4176294 A JP 4176294A JP 4176294 A JP4176294 A JP 4176294A JP H07227673 A JPH07227673 A JP H07227673A
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JP
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gas
shield
welding
primary
nozzle
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JP4176294A
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Shinji Kodama
真二 児玉
Rokuro Kono
六郎 河野
Iwao Shimizu
巖 清水
Norimitsu Baba
則光 馬場
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Nippon Steel Corp
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Nippon Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 シールド性能を良好に維持しながら高能率の
TIG溶接を行なう方法を提供する。 【構成】 タングステン電極を囲む1次シールドガス、
および1次シールドガスを囲む2次シールドガスを用い
る2重シールドTIG溶接において、1次シールドガス
にHeガスを流量6〜10リットル/min、2次シー
ルドガスにArガスを流量10〜30リットル/min
で使用する。また開先形状に応じ1次シールドノズルを
2次シールドノズルより20mm以下の範囲で伸ばす。 【効果】 Heガスの高電位傾度の効果とArガスの良
好なシールド性能の効果を併せて得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、各種金属材料の構造物
における高能率TIG溶接法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】これまでのTIG溶接法において溶接能
率を上げるための方法は、(1)特開昭51−1286
51号公報に示されるようにシールドガスにHeガス、
He、Ar混合ガスを用いる。(2)例えば、中村吉
宗,実務展望,No.82,1981,p.20に示さ
れるように添加ワイヤに通電してワイヤ溶融量を増加さ
せる。(3)特開昭59−118274号公報等に示す
2重シールド法を用いてアークを絞り高温化させるなど
の方法が行われてきた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記
(1)のHeガスを用いる方法では溶接金属に対するシ
ールド性が悪くなる。またHe、Ar混合ガスを用いる
方法は、例えば図2のAr、He混合ガス中のHe量の
アーク電圧に及ぼす影響を示すグラフ(HeatTra
nsport during Gas Tungste
n Arc Welding,J.P.Zijp,19
90,学位論文から引用)からわかるように、純Heガ
スにArガスが25%混ざるだけでほとんど純Arガス
のアーク電圧になってしまうため、これ以上のAr混合
率ではHeガスの効果が発揮されない。一方逆にこれ以
上のAr混合率ではHe濃度が高すぎるためシールド性
が悪くなる。また前記(2)の添加ワイヤに通電して溶
接能率を上げる方法は、溶接アークが不安定になり制御
が難しくなる。また前記(3)の2重シールド法では飛
躍的な溶接効率の増加が望めない。また、実開先に合わ
せて1次ノズルと母材間の距離を長くすると1次、2次
シールドガスが混合してしまい、アークを高温化できな
いという問題がある。
【0004】そこで本発明は、開先形状によらず溶融金
属に対するシールド性を従来のArシールド程度に保っ
たまま、溶接アークの電位傾度を高くして高能率TIG
溶接を行うことを目的としてなされたものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
本発明の高能率TIG溶接法は、溶接アークを1次シー
ルドガスであるHeで作り、溶融金属に対するシールド
を2次シールドガスであるArで行うことによって、溶
融金属に対するシールド性を保ったまま、純Heの高い
電位傾度を利用して、高能率TIG溶接を実現すること
を特徴とする。また深い開先に対しては1次シールドノ
ズルを2次シールドノズルよりも長くのばすことによっ
てHeガスとArガスの混合を防ぐことを特徴とする。
【0006】すなわち本発明の要旨とするところは、タ
ングステン電極を囲む1次シールドガス、および1次シ
ールドガスを囲む2次シールドガスを用いて溶接する2
重シールドTIG溶接において、1次シールドガスにH
eガスを流量6〜10リットル/min、2次シールド
ガスにArガスを流量10〜30リットル/minで使
用し、溶接すること特徴とする高能率TIG溶接法、ま
た1次シールドノズルを2次シールドノズルより20m
m以下の範囲で伸ばすことを特徴とする上記の高能率T
IG溶接法、またさらにタングステン電極を1次シール
ドノズルの先端より3〜10mm伸ばすことを特徴とす
る上記の高能率TIG溶接法にある。
【0007】
【作用】本発明者等は様々なTIG溶接実験を繰り返
し、溶接能率を上げるための要因について検討した結
果、Heシールドによる溶接アーク電位傾度上昇が最も
支配的であるという知見を得た。そこでシールドガスの
効果について注目することにした。先に図2で示したよ
うに、HeガスにArガスを混合させて溶接を行うと、
少ないAr濃度でもほとんどArアークの電圧になって
しまう。そこで1次シールドガスに純He、2次シール
ドガスにArを用いて、溶接アークの電位傾度(アーク
電圧/アーク長)を上げ高能率溶接を行うための多くの
実験を行った。
【0008】図1は本発明で使用した2重構造のノズル
を示す縦断面図である。溶接トーチはタングステン電極
1、1次シールドノズル2、2次シールドノズル3で構
成されている。図中4は母材開先部、5は溶融池であ
る。深い開先形状を持つ溶接部に対しては、1次シール
ドノズルの突き出し長さd1 を伸ばすことによって電極
突き出し長さd2 を伸ばさずに溶接することが可能とな
る。
【0009】図3は1次シールドガスにHe、2次シー
ルドガスにArを流した場合の1次シールドガスである
Heの流域をシュリーレン法によって観察した結果を示
すノズル部の縦断面図である。図3(a)は電極突き出
し長さが短い状態(d1 =0mm、d2 =5mm)で1
次シールドガスの純Heだけを流し2次シールドガスを
流さない場合であるが、Heガスが浮き上がってしまい
母材付近はシールドされていない。しかし2次シールド
ガスの純Arを流すと、同図(b)に示すように1次シ
ールドガスのHeが2次シールドガスのArによって閉
じ込められ、母材付近までHeによってシールドされて
いることがわかる。また図3(c)に示すように内ノズ
ルを短くしたまま電極突き出しを長くした状態(d1
0mm、d2 =20mm)では1次、2次シールドガス
が混合してしまうが、1次シールドノズルを細長く伸ば
す(d1 =15mm、d2 =5mm)ことによって同図
(d)に示すように1次、2次シールドガスがうまく分
離され母材付近までHeでシールドされるようになる。
【0010】上記のように1次シールドノズルを伸ばす
ことによって1次、2次シールドガスの混合は防げるよ
うになったが、1次シールドノズルを長くしすぎると2
次シールドガスによるシールド効果が減少する。そのた
め、様々な条件でシールド性を確認した結果、1次シー
ルドノズルの突き出し長さは20mm以下の範囲が好ま
しいことが判明した。またタングステン電極の突き出し
長さに対しても様々な条件でシュリーレン法によるガス
流域の観察を行い、上限としては1次、2次シールドガ
スの混合がほとんど起こらないd2 =10mmまでが、
下限は実用性を考えるとd2 =3mmまでが好ましいこ
とが判明した。
【0011】図4は、溶接電流を220A、溶接電圧を
16Vに設定したまま、1次シールドガス(純He)お
よび2次シールドガス(純Ar)の流量をそれぞれ変化
させた場合のアーク長を示している。参考のため1次シ
ールドガスおよび2次シールドガスともArまたはHe
を用いた場合のアーク長も示している。1次シールドガ
スの流量を増やしていくとアーク長は急激に短くなり1
次シールドガス流量8〜10リットル/minで飽和
し、1次シールドガス、2次シールドガスともHeの場
合のアーク長に近づくことがわかる。このことは1次シ
ールドガスに純Heを用いると少ないHe流量で溶接ア
ークの電位傾度を高くすることができることを示してい
る。純He流量の範囲は、上限として電位傾度の変化が
飽和する10リットル/min、下限としては電位傾度
が飽和値の80%以上となる6リットル/minが適当
である。
【0012】一方、2次シールドガスの流量を変化させ
た場合は、アーク長はほとんど変化しておらず、1次シ
ールドガスの流域と2次シールドガスの流域がうまく分
離されていることがわかる。またこのことから溶接金属
に対するシールド性を良くするため、2次シールドガス
のAr流量を増加したとしても電位傾度には影響無く高
能率溶接が行える。純Ar流量の範囲は、下限としては
溶融金属に対するシールド性を確保するため10リット
ル/min以上が適当である。一方、上限については、
高能率TIG溶接を行う観点からは上限無しといえる
が、経済性を考えると30リットル/minが適当であ
る。
【0013】
【実施例】実施例として水平すみ肉溶接に本発明を適用
した例を示す。母材には9%Ni鋼、ワイヤにはFil
ler 196を用いた。図5は水平すみ肉溶接時の溶
接トーチの配置図を示している。溶接トーチは下板6に
対して50°の角度で傾斜させ、1次ノズル突き出し長
さはd1 =12mm、電極突き出し長さはd2 =7mm
で配置させた。また1次ガス流量は6リットル/mi
n、2次ガス流量は20リットル/minとしトーチの
揺動無しで溶接をした結果、溶接電流400Aで溶接速
度40cm/min、ワイヤ溶着量60g/minの高
能率溶接が達成できた。
【0014】また同溶接法で深さ50mmの狭開先に対
して横向き溶接を行った。開先奥ではd1 =20mm、
2 =5mmのノズル条件で溶接を行い、溶接電流35
0Aで40g/minのワイヤ溶着量が得られた。開先
中層から上層にかけてはd1=10mm、d2 =6mm
で溶接を行い、溶接電流400Aでトーチをウィービン
グさせることによって平均溶着量50g/minを達成
した。縦向き溶接に対しては、横向き溶接と同じ開先条
件、ノズル条件で溶接を行ったが溶融金属の溶け落ちが
問題となり溶着速度は30〜40g/min程度であっ
た。
【0015】この様な高能率TIG溶接を行う一方で、
比較のため従来法によるTIG溶接で水平すみ肉溶接を
行った。シールドノズルには1重ノズルを、シールドガ
スにはArを用いた。溶接電流は400A程度の大電流
にするとアークの堀り下げ効果のため欠陥が生じてしま
うため300Aで行った。トーチ傾け角は50°とし電
極突き出し長さ15mmで溶接を行った結果、溶接速度
40cm/minではワイヤ溶着量30g/minしか
達成できなかった。
【0016】以上の溶接結果として表1に最大溶着量と
シールド性の評価を示す。本発明の方法を用いることに
より従来の溶接法の2倍以上の能率が得られることがわ
かる。また母材のシールド性については、すべての溶接
法において従来のArシールドと同程度のシールド性を
保っていた。
【0017】
【表1】
【0018】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の高能率T
IG溶接法は2重ノズルにおいて、1次シールドガスに
He、2次シールドガスにArを用いることによって、
Arガスの高いシールド性とHeガスの高い溶接アーク
電位傾度を有効に利用することができる。このように本
発明は従来のArを用いたTIG溶接と同程度のシール
ド性を確保したまま高能率溶接を可能にするものであ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明で用いた2重構造のノズルを示す縦断面
【図2】Ar、He混合ガス中のHe量のアーク電圧に
及ぼす影響を示すグラフ
【図3】2重ノズルにおけるHeの流域を示す図で、
(a)〜(d)はAr流量、d1、d2 の条件の組み合
わせの変化を示す
【図4】1次シールドガスの純He流量および2次シー
ルドガスの純Ar流量をそれぞれ変化させた場合のアー
ク長を示すグラフ
【図5】実施例における水平すみ肉溶接時のトーチの配
置図
【符号の説明】
1 タングステン電極 2 1次シールドノズル 3 2次シールドノズル 4 母材開先部 5 溶融池 6 縦板 7 下板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 馬場 則光 千葉県富津市新富20−1 新日本製鐵株式 会社技術開発本部内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 タングステン電極を囲む1次シールドガ
    ス、および1次シールドガスを囲む2次シールドガスを
    用いて溶接する2重シールドTIG溶接において、1次
    シールドガスにHeガスを流量6〜10リットル/mi
    n、2次シールドガスにArガスを流量10〜30リッ
    トル/minで使用し、溶接することを特徴とする高能
    率TIG溶接法。
  2. 【請求項2】 1次シールドノズルを2次シールドノズ
    ルより20mm以下の範囲で伸ばすことを特徴とする請
    求項1記載の高能率TIG溶接法。
  3. 【請求項3】 タングステン電極を1次シールドノズル
    の先端より3〜10mm伸ばすことを特徴とする請求項
    1または2記載の高能率TIG溶接法。
JP4176294A 1994-02-17 1994-02-17 高能率tig溶接法 Withdrawn JPH07227673A (ja)

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