JPH0729205B2

JPH0729205B2 - 高速ガスシ−ルドア−ク溶接法

Info

Publication number: JPH0729205B2
Application number: JP6977887A
Authority: JP
Inventors: 勲藍田; 利彦中野
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1987-03-24
Filing date: 1987-03-24
Publication date: 1995-04-05
Anticipated expiration: 2010-04-05
Also published as: JPS63235077A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は溶接作業性が良好で且つすぐれた溶接部を得る
ことのできる高速ガスシールドアーク溶接法に関し、特
に電極として２以上のフラックス入りワイヤを用いる多
電極ガスシールドアーク溶接に関するものである。

［従来の技術］最近の溶接分野では、溶接能率の向上及び溶接施工の合
理化等を目的としてガスシールドアーク溶接法の適用が
著しく増大している。

特に船舶あるいは橋梁を対象とする建造部門では、チタ
ニア系フラックス入りワイヤを用いた炭酸ガスアーク溶
接法が急速に普及してきている。これらの部門における
溶接施工では、全溶接長に占める水平すみ肉溶接線の比
率がきわめて高く、水平すみ肉溶接を如何に効率良く高
速で溶接するかということが、溶接構造物全体の溶接能
率を高める上で、最大の課題となっている。

また、機械あるいは鉄骨を対象とする部門においても水
平すみ肉溶接以外に下向すみ肉溶接あるいは下向突合せ
溶接での溶接速度の高速化（特に60cm/min以上の溶接速
度の達成）が大きな課題となっている。

こうした課題のもとで、サブマージアーク溶接法やガス
シールドアーク溶接法を主体とした高速溶接法が盛んに
研究されている。

このうち、サブマージアーク溶接法は太径ワイヤを用い
た大電流溶接が可能なため、厚板の高能率溶接法として
造船、重機、その多の分野で多用されており、高速溶接
の手段として、たとえば特公昭56-52672号や特開昭60-1
48679号等が提案されている。前者は溶接電流および電
圧を特定することによって高速化をはかったものであ
り、後者は移動磁界による電磁推進力を溶融金属に加え
ることにより、サブマージアーク溶接の高速化をはかっ
たものである。

一方、高速ガスシールドアーク溶接法においても高速化
の手段として、たとえば特公昭58-13269号や特開昭60-7
2678号が提案されている。前者は直流ガスシールドアー
ク溶接の高品質化および高能率化を目的として、第１電
極に細径ワイヤ、第２電極に太径ワイヤを用い、極間の
間隔を100mm以上としたものである。又、後者は１個の
送給モータで２本以上の溶接ワイヤを送給可能な給電チ
ップを具備した電極群一組以上用い、ワイヤ径は1.0〜
3.2mmとし、1000〜2500Aの高電流で溶接することによ
り、高速化をはかったものである。

［発明が解決しようとする問題点］ところがサブマージアーク溶接法の場合は、フラックスの散布、回収機構を必須とするため溶接ヘ
ッドが大型化する。

フラックスの組成、粒度、水分等の管理が煩雑で自動
化機構が複雑となる。

溶接入熱の増大により熱歪が大きくなる。

といった問題点がつきまとうため、最近はガスシールド
アーク溶接法を基本とする改良研究が主流となってきて
いる。

また、ガスシールドアーク溶接法についてもこれまでに
提案されてきた方法では不十分であり、以下のような問
題がある。すなわち、ガスシールドアーク溶接法の場合
には、単電極法と多電極法があるが、それぞれ次のよう
な点で高速化（特に60cm/min以上）が制限される。

単電極法細径ワイヤを用いる場合、ビード外観および形状が著
しく悪くなる（アンダーカット、凸ビードを生じる）。

太径ワイヤを用いる場合、細径ワイヤに比べて短アー
ク長とするため、溶接速度等の溶接条件範囲が狭くな
る。

溶着量が少なく必要な脚長が得られない。

多電極法（極間距離は100mm以上が一般的である）ビード形状が悪くなる（２段ビード、凸ビードを生じ
る）。

各ワイヤの狙い位置に高い精度が要求されるので、そ
の設定が困難となる。

溶接ヘッドが複雑になる。

このような難点があるため、いずれの方法においても汎
用化されるまでには至っていない。

前述の如くシールドガスを用いる水平あるいは下向すみ
肉溶接および下向突合せ溶接では、単電極法、多電極法
のいずれにも一長一短があり、溶接効率および溶接継手
性能の両方を満足させることは不可能である。

本発明はこの様な事情に着目してなされたものであっ
て、ワイヤ狙い位置の許容範囲が広いという単電極法の
利点および溶着量が多いという多電極法の利点とを兼ね
備えた、高速溶接法の実現を目的とするものである。

すなわち、本発明は60cm/min以上の高速溶接において前
記従来技術の不利、欠点を解消した、ビード形状、外
観、アーク安定性等の溶接作業性が良好で且つ溶接欠陥
のないすぐれた溶接部を得る高速でことができる高速度
ガスシールドアーク溶接法の提供を目的とするものであ
る。

［問題点を解決するための手段］上記目的を達成しえた本発明に係る高速ガスシールドア
ーク溶接法とは、多電極ガスシールドアーク溶接法にお
いて、先行する第１電極にメタル系フラックス入りワイ
ヤを用い、後行する電極のうち少なくとも最終電極にチ
タニア系フラックス入りワイヤを用いるところにその要
旨が存在するものである。

［作用］以下に本発明をなすにいたった知見に基づき本発明の作
用を説明する。

本発明者等は、高速溶接の要請に答えることのできる多
電極ガスシールドアーク溶接法を確立する為、まず水平
すみ肉溶接において、目標溶接速度を150cm/min以上に
設定し、且つ前述の溶接構造物類のすみ肉溶接部に必要
とされる脚長（一般に4.0mm以上）を得ることを目的と
し、こうした目標にできるだけ近ずけることのできる改
善方向を求めて予備実験を行った結果、次の様な結果を
得た。

高速溶接において良好な溶接作業性（スパッタ、アー
ク安定性、ビード形状、ビード外観等）を確保する上で
最も好ましいワイヤはフラックス入りワイヤである。

更に、前記溶接作業性は用いられるフラックスの種類
に大きく影響され、本願発明が目標とする高速溶接にお
いては、先行する第１電極にメタル系フラックス入りワ
イヤを用い、後行する電極のうち少なくとも最終電極に
チタニア系フラックス入りワイヤを用いることが必須で
ある。

ここで、メタル系フラックク入りワイヤとは、鉄粉、鉄
合金粉をフラックスの主成分とするワイヤである。ま
た、チタニア系フラックス入りワイヤとは、ルチール
（TiO₂）をフラックスの主成分とするワイヤである。

本発明者は上記新規なる知見，に基づいて本発明を
完成したものである。

なお、上記，は水平すみ肉溶接によって知見したも
のであるが、下向すみ肉溶接、下向突合せ溶接でも同様
であった。

本発明においてはメタル系フラックス入りワイヤおよび
チタニア系フラックス入りワイヤを適用するが、ワイヤ
外皮内に充填するフラックスの配合例を示すと次の通り
である。

・メタル系フラックス入りワイヤ・金属粉 :30〜80wt％・アーク安定剤: 1〜20wt％・脱酸剤 :10〜40wt％フラックス率:10〜20wt％・チタニア系フラックス入りワイヤ・造滓剤 :20〜60wt％（ただし、TiO₂:10〜55wt％、その他造滓剤:5〜50wt
％）・金属粉 : 5〜40wt％・アーク安定剤: 1〜15wt％・脱酸剤 :10〜40wt％フラックス率:10〜20wt％上記配合は一例であり、必要に応じて他の成分を添加し
たり組成比を変化させてもよい。

本発明において先行極にはメタル系フラックス入りワイ
ヤ、後行極にはチタニア系フラックス入りワイヤを用い
ることが必須である。すなわち、メタル系フラックス入
りワイヤはスラグ生成量が少ないためそれを第１電極と
して用いれば、後行極のプールの広がりが第１電極のス
ラグによって阻害されることがなく、またプールの安定
した移行が十分確保されるため、ビード形状・外観を良
好に保つことが可能となる。また、チタニア系フラック
ス入りワイヤはTiO₂を主成分とするスラグ生成量が多
く、このスラグがビード全面を覆って外観、形状、止端
のなじみ等を良好に保つことができるためる。従って、
チタニア系フラックス入りワイヤを後行極として用いれ
ば、ビード形状、外観を良好に保つことが可能となる。

［実施態様の説明］（第２請求項）上記メタル系フラックス入りワイヤならびに上記チタニ
ア系フラックス入りワイヤの直径は1.4mm以上とするこ
とが好ましい。

本発明においてはワイヤの径は限定されないが、両ワイ
ヤの径として1.4mm未満のものを使用した場合には、150
cm/mm以上の溶接速度で溶接を行なうと、ワイヤ径が1.4
mm以上のものを使用した場合に比べ、ビード形状、外観
が劣る。

しかるに、両ワイヤの直径を1.4mm以上とした場合に
は、150cm/min以上の溶接速度においても、1.4mm未満の
ワイヤで150cm/min未満の溶接速度で溶接した場合と同
様な良好なビード形状、外観を維持しつつ、目標とする
脚長を得るために必要な溶着量を確保することができ
る。

（第３請求項、第４請求項）また、先行する２電極の極性を同一とすることが好まし
く、さらに、電極間の距離を50mm以下とするのがより好
ましい。

極性がDC-DCあるいはAC-ACで、径が1.4mm以上のワイヤ
を3000A以上の溶接電流で使用した場合、電極間距離が5
0〜100mmではアーク干渉が発生する場合があり、この場
合作業性に悪影響を与える。しかし、電極間距離が50mm
以下ではアーク干渉が緩和され、溶接作業性は特に問題
のない状態となる。

このアーク干渉については、タンデム溶接において極間
を通常の100mmから徐々に短くしていくと、次第にアー
ク干渉が生じるが、ある距離以下になるとその現象が納
まる傾向が認められるとの知見を得て本実施態様では50
mm以下に定めたものである。

電極の極性については、先行する２電極の極性がDC-A
C、AC-DCの場合にはスパッタの増加あるいはアーク不安
定現象が生じる傾向がある。これに対してDC-DC、AC-AC
ではそのような現象は発生せず、より良好な作業性が得
られる。特に好ましい極性はDC-DCである。

［実施例］実施例１第１表に示す溶接用フラックス入りワイヤ（ワイヤ径1.
6mm）を用い、第２表に示す溶接条件で、高速ガスシー
ルドアーク溶接を行なった。溶接結果を第３表に示す。
第１表において、ワイヤ記号イ、ロ、ハは、それぞれ、
メタル系フラックス入りワイヤ、チタニア系フラックス
入りワイヤ、ライムチタニア系フラックス入りワイヤを
示し、また、Fe-Mnは80％Mn、Fe-Siは40％Si、Fe-Tiは4
0％Tiの組成である。

第３表の試験結果における、○、△、×は、それぞれ、
良好、やや劣る、劣る、を示す。

第２図は、本実施例の溶接におけるトーチ角度を示し第
２図（ａ）、（ｂ）は水平姿勢でのすみ肉溶接の場合、
第２図（ｃ）は下向溶接の場合である。

第３表の結果から明らかなように本発明は、溶接速度15
0cm/minの高速下でビード形状、外観が良好でアーク安
定性も良好であった。一方、比較例はビード外観、形
状、アークの安定性ともに劣っていた。

実施例２本発明におけるワイヤ径の影響を調べるために、第４表
の溶接条件でワイヤ径1.2mm〜3.2mmのワイヤを用いて、
溶接速度をかえて本実施例を実施した。実施結果を第１
図に示す。第１図は水平姿勢でのすみ肉溶接における、
ワイヤ径、溶接速度と溶接作業性、溶接部の品質との関
係を示すグラフである。第１図において、○、 △は、それそれビード形状・外観・アーク安定性が良好
な場合、やや劣る場合、より更に劣る場合を示している。

第１図から明らかなように、ワイヤ径1.4mm以上では高
速ガスシールドアーク溶接において実用上十分なスピー
ドである150〜180cmにおいても良好な作業性を得ること
ができる。

実施例３本発明における電極間距離の影響を調べるため、第５表
の溶接条件で極間距離を15〜100mmの間で変化させて溶
接を実施した実施結果を第３図に示す。第３図は電極間
距離と溶接作業性との関係を示すグラフである。溶接作
業性の調査項目は、アーク安定性、スパッタ発生状態
（大きさ、数）、スラグのかぶりおよび剥離、ビードの
外観および形状等とし、極間100mm以上のタンデム溶接
における作業性を５として評価した。作業性の点数が４
〜５の場合は作業性良好であり、３〜４の場合はやや劣
っている。なお、低スピード（30〜40cm/min）で溶接し
た場合は溶接作業性は良好となり、この場合を５とし
た。

第３図から明らかなように、極間距離を100mmから小さ
くしていくに従い、溶接作業性は劣化する方向にある
が、50mmより小さくなると良好となる。よって本発明は
より好ましくは極間距離を50mm以下とする。

実施例４本発明における極間距離の影響を調べるため、第６表の
溶接条件で極性をかえて溶接を行った。実施結果を第７
票に示す。第７表の総合評価における、はそれぞれ、特に良好、良好、若干劣る、を示す。また
ビード外観・形状と作業性におけるランク付けは５点満
点である。

第７表からわかるように、先行と後行とで極性が同じ場
合は特に良好な作業性を示す。

実施例５本発明におけるワイヤ径の影響を下向溶接にて調査し
た。第８表に溶接条件、第４図に溶接結果を示す。第４
図は下向溶接における、ワイヤ径、溶接速度と溶接作業
性、溶接部の品質との関係を示すグラフである。第４図
において、は、それぞれ、ビード形状・外観・アーク安定性が良好
な場合、やや劣る場合、より更に劣る場合を示している。いずれの場合も溶接欠
陥は認められなかった。

第４図から明らかなようにワイヤ径1.4mm以上では溶接
速度400cm/minをこえても良好な結果が得られた。

第５図（ａ）は本実施例における溶接の開先形状、第５
図（ｂ）は本実施例における溶接の積層方法を示す断面
図である。

［発明の効果］以上述べたように、本発明により、ビード形状、外観、
アーク安定性等が良好で、溶接欠陥の認められない、高
速アーク溶接法が得られた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例におけるワイヤ径、溶接速度
と溶接性との関係を示すグラフ、第２図（ａ）〜（ｃ）
は本発明の各実施例におけるトーチ角度を示す概略図、
第３図は本発明の他の実施例における電極間距離と溶接
作業性との関係を示すグラフ、第４図は本発明の更に他
の実施例におけるワイヤ径、溶接速度と溶接性との関係
を示すグラフ、第５図（ａ）、（ｂ）は本発明の更に他
の実施例における溶接の開先形状と積層方法を示す断面
図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】多電極ガスシールド溶接法において、先行
する第１電極にメタル系フラックス入りワイヤを用い、
後行する電極の少なくとも最終電極にチタニア系フラッ
クス入りワイヤを用いることを特徴とする高速ガスシー
ルドアーク溶接法。
【請求項２】上記メタル系フラックス入りワイヤならび
に上記チタニア系フラックス入りワイヤの直径が1.4mm
以上であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の高速ガスシールドアーク溶接法。
【請求項３】先行する２電極の極性を同一とすることを
特徴とする特許請求の範囲第１項もしくは第２項記載の
高速ガスシールドアーク溶接法。
【請求項４】電極間の距離を50mm以下とすることを特徴
とする特許請求の範囲第１項、第２項もしくは第３項記
載の高速ガスシールドアーク溶接法。