CN100589914C - 多电极气体保护电弧焊方法 - Google Patents
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Abstract
在本发明的多电极气体保护电弧焊方法中,是使用气体保护电弧焊用药芯焊丝作为先行电极及后行电极,设定先行电极和后行电极的极间距离为15~50mm,把填充焊丝插入所述先行电极和后行电极之间的熔池中,在所述先行电极及后行电极上流通反极性的电流,在所述填充焊丝上流通正极性的电流(焊丝负极)同时进行焊接。这时,所述先行电极的熔敷速度L(g/分钟)及后行电极的熔敷速度T(g/分钟)的和L+T为100~500g/分钟,所述填充焊丝的熔敷速度F(g/分钟)为0.03(L+T)~0.3(L+T)。根据这样的方法,即使在焊接速度为150cm/分以上的高速焊接中,也能够确实地使焊道外观良好,防止焊道形状不良及得到熔池的稳定化,并能够确实地防止由这些引起的耐气孔性的劣化。
Description
技术领域
本发明涉及使用药芯焊丝的多电极气体保护电弧焊方法,特别是涉及在多电极1熔池焊接施工(以2个电极形成1个熔池的气体保护弧焊法)中,向两电极间供给填充焊丝(filler wire)的多电极气体保护电弧焊方法。
背景技术
以前,为了实现造船或桥梁的水平角焊的高效率化,而采用了多电极气体保护电弧焊方法中的1熔池焊接施工法。但是,实际的结构物的情况是,在各种干扰因素((a)角焊部的缝隙过大,(b)预涂底漆的涂布膜厚过大,(c)车间内的电流电压变动等)影响下,作为这些施工点的熔池的均一性且稳定性缺失,其结果是发生电弧不稳定,飞溅多发,焊道形状、外观以及两者共同恶化,咬边(under cut)的多发等,由此修整焊接增大。特别是焊接速度在150~200cm/分前后,该倾向显著,所以即使加大焊接速度,修整比率仍增大,其结果是发生焊接工时大幅增加这样的问题。
因此,本申请人提出了多电极气体保护电弧焊方法,是使用气体保护电弧焊用药芯焊丝作为先行电极及后行电极,将先行电极和后行电极的极间距离设定为15~50mm,把填充焊丝插入所述先行电极和后行电极之间的熔池中,一边在所述填充焊丝中流通正极性的电流(焊丝负极wireminus)一边进行焊接(日本专利第3759114号)。
以前,是针对熔池的稳定化,调整电极的前进后退角度、极间距离、电极的目标位置、母材接地所占位置、焊丝突出长度等,相对于此现有技术则具有在熔池中插入填充焊丝,且一边在此填充焊丝中流通正极性的电流一边进行焊接这样的特征。由此,在焊接速度为200cm/分以上的高速焊接中,即使发生角焊部的缝隙过大、预涂底漆的涂布膜厚过大、车间内的电流电压变动等的干扰因素,焊接作业性仍极其稳定,能够得到没有修整必要的多电极气体保护电弧焊方法。
然而,本发明者等发现,在上述现有技术中,先行电极及后行电极和填充焊丝的熔敷速度上存在适当范围,特别是该填充焊丝的熔敷速度不在适当范围时,则在焊道外观、焊道形状不良防止及熔池的稳定化这样的点上,未必能够获得充分的特性,由于这些因素而导致有耐气孔性的劣化发生的情况。
发明内容
本发明鉴于这一问题点而进行,其目的在于提供一种多电极气体保护电弧焊方法,即使在焊接速度为150cm/分以上的高速焊接中,也能够确实地保证焊道外观良好、防止焊道形状不良以及取得熔池的稳定化,能够确实地防止由这些问题引起的耐气孔性的劣化。
本发明的多电极气体保护电弧焊方法是,使用气体保护电弧焊用药芯焊丝作为先行电极及后行电极,将先行电极和后行电极的极间距离设定为15~50mm,把填充焊丝插入所述先行电极和后行电极之间的熔池中,在所述先行电极及后行电极上流通反极性的电流,在所述填充焊丝上流通正极性的电流(焊丝负极)同时进行焊接,其中,所述先行电极的熔敷速度L(g/分钟)及后行电极的熔敷速度T(g/分钟)的和L+T为100~500g/分钟,所述填充焊丝的熔敷速度F(g/分钟)为0.03(L+T)~0.3(L+T)。
在此多电极气体保护电弧焊方法中,设所述填充焊丝的电流密度为j(A/mm2)、焊嘴-母材间距离为E(mm),焊丝直径为β(mm)时,优选F/(j2Eβ2)为3.0×10-5~30.0×10-5(g·mm/A2·分)以下。另外,优选所述填充焊丝上流通的电流密度j为88(A/mm2)以上。或者优选所述填充焊丝上流通的电流密度j为88(A/mm2)以上,并且分别对所述填充焊丝的电流值及送给量进行控制,由此使电弧不从所述充填焊丝发生。
另外,优选使用对所述填充焊丝的电流值及焊丝送给量能够分别进行单独控制的电源,以控制所述填充焊丝的电流值及焊丝送给量。此外,优选使用的填充焊丝用电源具有如下功能:检测所述填充焊丝和母材之间的电压,当该电压超过规定值时,尽管是设定电流,也将电流值降低到10A以下。
在本发明中,在熔池中插入填充焊丝,且一边在此填充焊丝上流通正极性的电流一边进行焊接,由此使熔池稳定化,使电弧稳定化。这时,使先行电及及后行电极的熔敷速度的和L+T成为100~500g/分钟,填充焊丝的熔敷速度F成为(L+T)的0.03倍~0.3倍,如此设定先行电极及后行电极的送给速度及电流值、和填充焊丝的送给速度及电流值。由此,填充焊丝的熔敷速度F最小值成为3g/分钟,最大值成为150g/分钟,对焊道外观、焊道形状及熔池稳定化来说,能够得到适当的填充焊丝的熔敷量。
如以上详述的,即使在焊接速度为150m/分以上的高速焊接中,也能够确实地得到优异的焊道外观、焊道形状及熔池的稳定性。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式的多电极气体保护电弧焊方法的立体图。
图2是表示相同的熔融金属部的放大纵剖面图。
图3是表示本发明的实施方式的多电极气体保护电弧焊方法的平面回路图。
图4是表示焊道形状的焊道剖面图。
具体实施方式
以下参照附图具体地说明本发明的实施方式。图1是表示本发明的实施方式的多电极气体保护电弧焊方法的立体图,图2是表示相同的熔融金属部的放大纵剖面图。图1及图2所示的焊接方式涉及的是水平角焊,但本发明当然并不限定于这种方式。作为被焊接材的下板1水平设置,立板2垂直配置于该下板1上。通过先行电极3及后行电极4对该立板2和下板1之间的角部进行角焊。该情况下,在先行电极3和后行电极4之间的熔池10中插入填充焊丝5。在本实施方式中,先行电极3和后行电极4之间的极间距离为15~50mm。另外填充焊丝5其是以使填充焊丝5为正极性的方式被供电(焊丝负极),作为此供电电流密度例如为88(A/mm2)以下。先行电极3、后行电极4及填充焊丝5的组分别被配置在立板2的两侧,在立板2的两侧同时焊接。
在此水平角焊中,由先行电极3及后行电极4形成熔融金属8,该熔融金属8凝固而形成焊接金属7。熔渣9浮在焊接金属7上。另外,从先行电极3及后行电极4向熔融金属8延伸的放射状部分表示来自各个电极的电弧。
其次,就上述的数值限定的理由进行说明。
“先行电极和后行电极之间的极间距离:15~50mm”
在本发明中,先行电极和后行电极之间的极间距离必须为15~50mm。这里,所谓极间距离是指各电极的焊丝前端间的距离。使用DC电源进行焊接时,从弧偏吹及1个熔池形成的点出发,先行电极及后行电极的极间距离成为问题。若该极间距离比15mm小,则先行电极、后行电极一起使电弧不稳定,焊道外观、形状变差,另外飞溅的发生量变多。另一方面,若极间距离比50mm大,则不能用2个电极形成1个熔池,耐凹痕性变差。因此先行电极和后行电极之间的极间距离为15~50mm的范围。还有,更优选的范围是25~35mm。
“填充焊丝及其极性:先行电极及后行电极为反极性(焊丝正极),填充焊丝为正极性(焊丝负极)”
在本发明中,先行电极及后行电极为直流焊丝反极性(DCEP,DirectCurrent Electrode Positive),填充焊丝为正极性(焊丝负极)。另外在本发明中,将填充焊丝5插入到形成于先行电极3和后行电极4之间的熔融金属8(pool)之中的熔池10中。作为该填充焊丝5能够应用实芯焊丝或药芯焊丝。实芯焊丝的情况下可以用有镀敷的实芯焊丝,另外也可以是最近应用范围扩大了的无镀敷的实芯焊丝。特别是能够从成分未加以规定的、由JISZ3312所规定的YGW11~YGW24之中选择适当的。药芯焊丝的情况下,成分的调整容易,也可以变化使用于先行电极3上的焊丝的成分和使用于后行电极4上的焊丝的成分。还有,优选在药芯焊丝之中充填了被称为所谓合金系金属粉为主体的焊剂的焊丝。因为填充焊丝主要通过阻抗加热而熔化,所以像熔渣形成剂这样熔点高的粉体主有可能解体残留,因此如果是合金系则几乎都是金属粉末,所以容易熔化。还有,填充焊丝为药芯焊丝时,填充焊丝送给量和填充焊丝熔敷速度有不一致的情况。就是说,是在填充焊丝成分之中,药芯焊丝有成为熔渣的分成进入的情况,但是,不管哪一个,只要能够对生成熔敷金属的熔敷速度进行控制即可。
还有,填充焊丝被插入先行极和后行极之间,缓和先行极和后行极的电弧干扰。因为先行极及后行极均为反极性,所以在各电极的周围形成的磁场的方向相同。没有插入填充焊丝时,在先行极和后行极之间会发生使磁场相互削弱的效果。作为其结果是先行和后行极的电弧发生相辅减少(电弧干扰),熔池会变得不稳定。但是,以焊丝负极插入填充焊丝时,由于先行极及后行极与逆向的磁场发生,所以作为结果是能够减轻先行和后行极的磁场相互抵消的效果。从这一理由出发,要在形成于先行电极和后行电极之间的熔融金属(pool)之中的熔池插入填充焊丝。
另外,在通常的气体保护电弧焊中,先行电极和后行电极是焊丝正极的反极性。
总之,为了熔池10的稳定化,必须将填充焊丝5插入熔池10,将其极性为正极性(焊丝负极)的电流供给填充焊丝。若为反极性,则不能解除各种干扰因此((a)角焊部的缝隙过大,(b)预涂底漆的涂布膜厚过大,(c)车间内的电流电压变动等)的影响。与极点距离低于15mm这一情况的问题点一样,会产生先行电极、后行电极一起使电弧不稳定,焊道外观、形状变差,另外飞溅的发生量变多等问题。飞溅的多发由于飞溅向保护气体喷嘴的附着,也会成为保护不良而发生气孔的原因。另一方面,若在填充焊丝上流通正极性,则会形成不受任何影响的稳定的熔池。其机理尚不明确,但能够进行如下的考察。
为了稳定并形成熔池,虽然涉及熔池的粘性及焊接速度等重要的因素,但认为2个电极的电弧的发生方向及电弧力(等离子气流产生的压力)适度地平衡也是熔池的稳定形成所不可或缺的。若在弧偏吹作用下致使该电弧的方向性、力的平衡遭到破坏,则熔池不稳定,不能进行健全的焊接。
一般被称为弧偏吹的现象,其原因被认为大体分为2种。即如下两种情况:通过电弧流过被焊接物的电流遇到的被焊接物的形状不均一及被焊接物形状本身为非对称复杂的情况;或者是在焊接被焊接部的端部时,因为是端部,所以在被焊接部的一个方向上电流容易流通的情况,由于被焊接物的接地位置不恰当的情况等理由,由流通在被焊接物上的电流全体产生的磁场有变得不均一的情况。根据结构物的形状和地线的取得方法,在电弧发生点附近的磁场的偏移的影响下,电弧偏向是第一个弧偏吹现象。该情况下多电极施工法的多个电弧整体受到影响,会产生偏向任意一个方向等的问题。在该对策中,历来提出的是设置多个电弧位置。本发明者们认为这是因为降低在被焊接物上流通的全电流能够降低熔池附近的磁场的偏移。作为该具体方法,考察到在熔池中插入填充焊丝,并反向流动电流,从而降低在被焊接物上流动的全电流值为宜。在反极性的2个电极间插入正极性的填充焊丝,由此,熔池旁边的结构物上流通的直流电流成为从2个电极的电流的和减去填充焊丝的电流的值,因此磁场的偏移变小,所以认为难以发生弧偏吹。
使用图3补充上述的说明。i1表示先行电极上流通的焊接电流,i2表示后行电极上流通的焊接电流,i3表示填充焊丝上流通的电流。不插入填充焊丝时,被焊接物上流通的全电流为i1+i2。但是,由于插入填充焊丝反向流通i3,被焊接物上流通的全电流成为i1+i2-i3,i3的电流量降低。因此由全电流产生的磁场也降低,被焊接物上流通的电流整体导致弧偏吹减轻。
作为另一个弧偏吹的原因,是构成2电极1熔池的先行电极和后行电极造成的2个电弧彼此干扰。以前,熔池被认为是由先行电极和后行电极夹持的熔融金属受先行电极和后行电极的电弧力推挤而稳定下来的,认为2个电弧需要调整为相互拉扯的方向(互相推挤熔池的方向),但是在本发明中相反是通过在填充焊丝上流通反向电流,在各电弧上若是从填充焊丝向排斥的方向施加电磁力,则发现熔池极其稳定。虽然其理由尚未明确,但是能够进行如下推测。原本若2个电极上流通同一方向的电流,则在各电极的磁场的影响下力在相互拉扯方向起作用,此状态下既能够形成熔池又能保护良好的平衡,但是,例如趁弧偏吹等机会越过熔池而电弧成为相互拉扯的状况,或是缝隙大,熔池掉落而没有熔池,则电弧成为直接相互拉扯的状况。一旦如此,则能够推测难以再形成稳定的熔池。存在于2个电极之间的适当的熔池被认为具有缓和电弧干扰的作用。如果是在2个电极间有反向流通着电流的填充焊丝,则会一定程度上消除由这2个电极的电流所导致的偏移的磁界,因此2个电极相互拉扯的力变弱,使电弧的干扰被减低。因此在本发明中,在填充焊丝上流通与焊接电流呈反向的电流成为要点。
此外,填充焊丝的插入在作为2电极1熔池的本施工方法中,还有使熔池稳定化这一另外的效果。即填充焊丝带来的熔敷金属的增加提供比电弧温度低的熔融金属,将此熔融金属供给到熔池部,这被认为对熔池的稳定极其有效。这被认为是由于通过插入填充焊丝,熔敷金属增加,熔池变大,另外熔滴的温度降低(由于没有发生电弧)。熔池变大是在降低弧偏吹的方向,熔滴的温度下降,熔融金属的流动性也降低,这被认为在抑制熔池的摇摆上有效。
“先行电极的熔敷速度L(g/分)及后行电极的熔敷速度T(g/分)的和L+T为100~500g/分钟”
L+T低于100(g/分)时,因为熔敷金属量过小,所以焊道形状变凸,另外存在咬边多发等,不能形成良好的焊道。另外L+T超过500(g/分)时,因为焊接金属量过大,所以熔池不稳定,结果是焊道形状不均一,并且焊道外观(全面)混乱。还有,为了得到良好的焊道形状,更优选L+T为140~460g/分钟。
“填充焊丝的熔敷速度F(g/分钟)为0.03(L+T)~0.3(L+T)”
因为填充焊丝5不生出电弧,所以填充焊丝5的熔敷金属量的多少与焊道的脚长的大小没有太大关联。对于焊道脚长的大小来说,先行电极及后行电极的熔敷金属量是支配性的。因此,若填充焊丝5的熔敷速度F超过0.3(L+T),则相当于先行电极3及后行电极4的熔敷金属量的熔道脚长所对应的填充焊丝的熔敷金属量过多,焊道形状变成凸型。另一方面,若F低于0.03(L+T),则填充焊丝带来的熔池10的稳定性的提高效果就小,其结果是使焊道外观及焊道形状劣化。因此,填充焊丝的熔敷速度F(g/分钟)为0.03(L+T)~0.3(L+T)。还有,为了得到良好的焊道形状,更优选熔敷速度F为0.035(L+T)~0.100(L+T)。
“F/(j2Eβ2):3.0×10-5~30.0×10-5(g·mm/A2·分)”
通常在TIG(惰性气体保护钨极电弧焊tungsten inert-gas welding)所使用的填充焊丝中,其熔融能由TIG电弧赋予,与熔融金属接触后的由熔融金属赋予的能量被认为是没有支配性的。然而,本发明中的填充焊丝不在先行电极和后行电极的电弧所直接的位置,因此填充焊丝的熔融能来源于填充焊丝上被通电的电流带来的焦耳热、和其被插入熔池的熔池后的来自熔池的加热产生的能量。因此,焊接填充焊丝的熔敷速度(送给量)和施加到填充焊丝的能量之间存在适当的关系。即,为了将规定的填充焊丝送给到熔池中而进行顺滑的熔融和熔池的良好的控制,有适当的条件范围。如前述,在填充焊丝的熔融中,间接地获得先行极和后行极的电弧热而熔融的比例,根据焊接现象的观察结果认为几乎没有帮助,支配性的是吸收熔池的能量所致的熔融,和在填充焊丝上通上的电流带来的焦耳发热导致的熔融。即,填充焊丝顺滑地被供给到熔池的状态是,因为被送给的填充焊丝并不完全地熔融,所以仅仅是焦耳发热,虽然显示出作为用于熔融所需要的能量不足,但是这也表示有从熔池的熔融金属具有的能量的吸收。换言之,就是从熔池的熔融金属向填充金属的能量吸收,被反映为从填充焊丝向熔池的熔融金属的冷却效果。
因此,本发明者等进行各种确认试验,其结果发现效的方法是在适当的填充焊丝送给量(熔敷速度)F和填充焊丝的焦耳发热之间,在以上述关系式控制的适当范围内。
即,在本发明中,作为形成焊道的形状的要因,熔池的特性(粘性、温度等)被认为是有支配性的。并且,对于熔池的特性,填充焊丝的焦耳热是支配性的。若设填充焊丝的阻抗为R(Ω)、通电电流为I(A)、电流密度为j(mm/A2)、填充焊丝的直径为β时,焦耳发热量与I2R={j×π(β/2)2}2×R成比例。另外,填充焊丝的突出长度(焊嘴-母材间距离)为E(mm)时,R与E/{π(β/2)2}成比例。因此,焦耳发热量与{j×π(β/2)2}2×E/{π(β/2)2}=(π/4)j2Eβ2,因此与j2Eβ2成比例。
另一方面,适当的填充焊丝的熔敷速度F(g/分钟)与焦耳发热量有比例关系,因此F及j2Eβ2的比被认为在适当的范围。因此在本发明中,为了得到良好的焊道形状,为了以焦耳发热量为基准规定焊丝熔敷速度F,而规定F/(j2Eβ2)的范围。
即,F/(j2Eβ2)低于3.0×10-5(g·mm/A2·分)时,对于填充焊丝的熔敷速度来说,由于填充焊丝的焦耳发热量过大,所以添加填充焊丝带来的熔池的冷却效果少,熔池不稳定,结果是引起焊道形状的不均一及焊道外观的劣化、特别是引起一并劣化。另外,F/(j2Eβ2)超过30.0×10-5(g·mm/A2·分)时,对于填充焊丝的熔敷速度来说,由于填充焊丝的焦耳发热量过小,所以添加填充焊丝带来的熔池的冷却效果过大,结果是焊道形状成为凸型。另外还会引起咬边的发生。
“填充焊丝的电流密度j:88(A/mm2)以下”
若填充焊丝的电流密度超过88(A/mm2),则由于电流值大,所以在缓和先行极及后行极的电弧干扰这个观点上有效,但是因为焦耳发热量过大,所以熔池的冷却效果往往不足,结果是有焊道形状不均一以及容易发生焊瘤等的倾向。因此,在本发明的1方式中,填充焊丝的电流密度为88(A/mm2)以下。
“填充焊丝的电流密度j:88(A/mm2)以上”
若填充焊丝的电流密度低于88(A/mm2),则如前述由于电流值小,所以在熔池的冷却效果带来的稳定化这一观点上是有利的,但是熔池的冷却速度增大,结果是存在不能确保良好的耐气孔性的倾向。因此,在本发明的其他方式中,在重视耐气孔性时,填充焊丝的电流密度在88(A/mm2)以上。在此条件下,通过填充焊丝的阻抗发热降低熔池的冷却效果,熔池中的底漆(primer)的燃烧气体等能够排出的时间增长,结果是耐气孔性提高。但是,电流密度在105(A/mm2)以上时,填充焊丝从熔池脱离,电弧的发生频繁产生,从而难以持续熔池的的稳定形成。该情况下,有效的方法是使用具有防止电弧发生这一功能的填充焊丝用电源。
“通过分别控制所述填充焊丝的电流值及送给量,使电弧不从所述填充焊丝发生”
在本发明中,优选使从填充焊丝供给到熔池的焦耳发热量变化,从而能够使熔池的粘性及温度变化。在本发明方法中,作为填充焊丝用电源,焊接本身可以用市场销售的恒流特性电源。但是用市场销售的恒压特性电源,不能分别单独对焊丝送给量及电流密度进行控制,因此难以控制从填充焊丝供给到熔池的焦耳发热量。另外,在市场销售的恒压特性电源中,不会使电弧发生、且形成稳定的熔池的条件范围变小,本施工法的优点受损。因此,为了实施本施工法,不使电弧从填充焊丝发生而得到良好的焊道,作为填充焊丝用电源优选使用能够分别单独对电流值(电流密度)及焊丝送给量进行控制的电源。
另外,电流密度为88A/mm2以上(更优选为105A/mm2以上)时,由于熔池的粘度的降低、或填充焊丝插入带来的熔池的冷却效果的降低而耐气孔性提高。但是,在此条件下,因为填充焊丝的焦耳发热量大,所以是电弧容易从填充焊丝发生的条件,电弧发生时,由于熔池变得不稳定导致难以形成良好的焊道。因此,为了在电流密度88A/mm2以上的条件下维持熔池的稳定,作为填充焊丝用电源可以只具有分别单独控制焊丝送给量及电流值功能,但更优选使用具有如下功能的填充焊丝用电源:在检测填充焊丝和母材之间的电压并超过一定的电压时(相当于检测到电弧的发生),尽管是设定电流,但瞬间降低电流值到10A以下抑制填充焊丝的熔融,防止电弧的发生。
作为实施该功能的一个例子,所要求的电源功能如下:填充焊丝和母材之间的电压超过规定电压并检测出电弧的发生时,尽管是设定电流,但通过瞬间将电流值降低10A以下以抑制填充焊丝的熔融,从而使填充焊丝再度与熔池接触,如此进行电流控制。
根据以上在重视耐气孔性时,填充焊丝的电流密度为88(A/mm2)以上,更优选为了以不从填充焊丝发生电弧的方式进行控制,需要在填充焊丝与母材之间的电压超过规定电压并检测出电弧的发生时,尽管是设定电流,但是可以瞬间降低到极小的电流以抑制填充焊丝的熔融。
其他的焊接条件,一直以来所施工的2电极串联焊接没有变化。根据需要规定的优选条件如下。
“焊丝直径”
优选先行电极的焊丝的直径(也称为线径)为1.2~4.0mm,后行电极的线径为1.2~4.0mm,并且处于(先行电极的线径)≥(后行电极的线径)的关系。线径会对电弧的的稳定性、熔池的稳定性及焊道的外观造成很大影响,特别是在多电极的情况下,先行电极及后行电极的线径的平衡也很重要。
即,若先行电极的线径比1.2mm小,则会使电弧不稳定,焊道形状变差,若比4.0mm大,则来自先行电极的飞溅发生量变多。另外,若后行电极的线径比1.2mm小,则电弧没有广度,焊道的外观、形状变差。另外若比先行电极大,则后行电极的电弧及熔池不稳定,来自后行电极的飞溅发生量变多。因此,先行电极及后行电极的线径和两者的关系如上。
“先行电极及后行电极的组成”
作为先行电极及后行电极均适用药芯焊丝。以金红石(rutile)为主体的氧化钛(Titania)系药芯焊丝或所谓称作金属系的金属粉为主体的药芯焊丝都适用。
还有,对于先行电极及后行电极使用的药芯焊丝来说,特别优选比起被设计用于通常的单电极来说更适合多电极施工法的组成。即,为了由先行电极和后行电极的双方的药芯焊丝形成1个熔池,虽然对组成没有限制,但是特别优选的焊丝组织为,在氧化钛系药芯焊丝的情况下,焊丝每全体质量氧化物(TiO2、SiO2、MgO、Al2O3、FeO、Fe2O3、ZrO2等)为1.5~5.5质量%。氧化物低于1.5质量%时,覆盖焊道表面的熔渣变成斑点,焊道外观、形状恶化。另一方面,若氧化物超过5.5质量%,则熔渣量过剩,熔渣的流动性变大,因此焊道端部的一致性恶化。因此,氧化物为1.5~5.5质量%的范围。还有,氧化物的原料可列举:金红石、钛铁矿(ilmenite)、锆砂(zircon sand)、氧化铝(alumina)、氧化镁(magnesia)、硅砂等。
碱金属氧化物(换算成K2O、Na2O及Li2O)各种都能够应用,焊丝每全体质量合计应该含有0.01~0.15质量%。这些碱金属氧化物低于0.01质量%时,电弧的稳定无法获得。另一方面,若碱金属氧化物超过0.15质量%,弧吹偏变得过强,熔池不稳定。另外,因为碱金属氧化物的原料容易吸湿,所以焊丝整体的耐吸湿性容易劣化。因此碱金属氧化物K2O、Na2O及Li2O的1种或2种以上为0.01~0.15质量%的范围。还有,作为K2O、Na2O及Li2O的原料,可列举长石、钠玻璃、钾玻璃等。
此外,Mg、Si、Mn以脱氧剂等的目的被添加。Mg作为原料可列举金属Mg、Al-Mg、Si-Mg、Ni-Mg等。作为Si原料可列举Fe-Si、Fe-Si-Mn等。作为Mn原料可列举金属Mn、Fe-Mn、Fe-Si-Mn等。
此外所含有的组成是铁粉、氟化物、氧化铋等。金属系药芯焊丝的情况特别优选的焊丝组成焊丝每全体质量氧化物(TiO2、SiO2、MgO、Al2O3、FeO、Fe2O3、ZrO2等)为1.5质量%以下。相反,金属原料焊丝每全体质量含有98质量%以上。换言之,优选在焊剂中相对于焊剂全质量含有94质量%以上的金属原料。金属原料是铁粉或Fe-Mn以及Fe-Si等的铁合金。作为电弧稳定剂,碱金属氧化物(换算成K2O、Na2O及Li2O)能够应用各种与氧化钛系一样的物质,焊丝每全体质量应该合计含有0.01~0.15质量%。这些碱金属氧化物低于0.01质量%时,得不到电弧的稳定。另一方面,若碱金属氧化物超过0.15质量%,则弧吹偏变得过强,熔池不稳定。另外,因为碱金属氧化物的原料容易吸湿,所以焊丝整体的耐吸湿性容易劣化。因此,碱金属氧化物K2O、Na2O及Li2O的1种或2种以上为0.01~0.15%的范围。还有,作为K2O、Na2O、Li2O的原料,可列举长石、钠玻璃、钾玻璃等。此外,Mg、Si、Mn同样地被添加。
在填充焊丝的组成中,考虑到先行电极、后行电极和填充焊丝这3者熔融而成为熔池,从而以熔池的组成理想化的方式根据先行电极、后行电极的组成来调整填充焊丝的成分即可。
“前进、后退角”
如图1、图2所示,各个电极在焊接的行进方向与垂直线保持角度而进行定位。在行进方向上倾斜的角度称为后退角,在与行进方向相反的方向上倾斜的角度称为前进角。先行电极的焊丝的角度优选为0~后退角15°,后行电极的焊丝的角度优选为0~前进角25°。前进角及后退角对飞溅的发生量、焊道形状影响很大。若先行电极变成前进角,则来自先行电极的飞溅发生量变多,若后退角比15°大,则容易发生咬边。若后行电极变成后退角,则会使电弧不稳定,飞溅发生量变多。若前进角比25°大,则焊道外观、形状变差。因此,先行电极及后行电极的焊丝角度如上述。
“焊炬角度”
如图1、图2所示,各个电极从下板1和立板2的中间方向被插入,但是所说的焊炬角度是作为焊接行进方向的垂直线与下板1的角度。先行电极及后行电极均优选焊炬角度为40~60°的。焊炬角度对焊道形状及焊道外观影响很大。若比40°小,则在下板上容易发生咬边,若比60°大,则在上板容易发生咬边。因此先行电极及后行电极焊炬角度都如上述这样。
“焊接电流”
优选先行电极的电流为250A以上的直流线反极性(DCEP,DirectCurrent Electrode Positive),后行电极的电流为200A以上的直流焊丝反极性(DCEP),且为(先行电极的电流)≥(后行电极的电流)的关系。这是用于确保一般在焊接结构物的角焊部必要的4.0mm的脚长所需要的电流,若降低上述电流则电弧不稳定。另外,若先行电极的电流比后行电极的电流小,则收于先行电极和后行电极的电弧的干扰导致先行电极的电弧散乱,因此焊道的外观、形状变差。因此先行电极和后行电极的电流和两者的关系如上述。
另外,特别是以双焊接进行上述施工法时,在以下所示的条件下判明能够达到所述目的。
“位移间隔”
优选夹住立板的两先行电极、后行电极的位移间隔为0~30mm或70mm以上。位移间隔在30~70mm之间时,飞溅的发生量变多,焊接作业性变差,因此为除了这一区间的位移间隔。
还有,此外为了有效地实施本发明,目标位置(即从焊丝前端至立板的距离)的调整成为要点。目标位置对确保熔渗、外观、形状良好的焊道的形成、熔池的稳定及耐气孔性影响很大。为此,先行电极的目标位置优选从焊根到下板侧为0~2mm,后行电极的目标位置从焊根到下板侧为0~3mm,且先行电极的目标位置比后行电极的目标位置接近焊根或与焊根同一位置。
为了确保熔渗,先行电极的目标位置有必要进行调整,若目标在立板侧,则在立板上容易发生咬边,焊道形状变差,另外若目标距下板侧比2mm大,则不能确保焊根部的熔渗,焊道无法成为等脚,由此不能确保角焊部的强度。另外为了使焊道外观、形状良好,后行电极的目标位置有必要进行调整,若目标距下板侧比0mm(立板侧)小或比3mm大,则熔池不稳定,焊道外观、形状变差,另外飞溅的发生量变多。另外,若后行电极的目标位置比先行电极的目标位置接近焊根部,则耐气孔性变差,另外熔池不稳定,焊道外观、形状变差。因此,先行电极及后行电极的目标位置和两者的关系如上述。
【实施例】
以下,关于本发明的实施例(试验例A及试验例B)与脱离本发明的范围的比较例进行对比进行说明。下述第1表显示焊接试验条件。
【表1】
焊接姿势 | 2电极水平角焊 |
先行以及后行焊丝的直径(mm) | 1.6(使用YFW-C50DM) |
填充焊丝径(mm) | 1.2(使用YGW17) |
焊丝突出长度(mm) | 先行极和后行极:25填充焊丝:20 |
焊丝极性 | 先行极和后行极:DCEP(焊丝正极)填充焊丝:DCEN(焊丝负极) |
焊距角度 | 先行极和后行极:50°填充焊丝:50° |
前进·后退角度 | 先行极:后退角7°后行极:前进角7°填充焊丝:0° |
目标位置(mm) | 先行极:0后行极:2.5(下板侧)填充焊丝:0 |
极间距离(mm) | 25 |
焊接速度(cm/分) | 100、150、200 |
保护气体 | 100%CO<sub>2</sub>、25L/分 |
供试钢板和接头形状 | 使用12mm厚、100mm宽、1000mm长的钢板形成T型角接头。还有,涂布膜厚为30μm。 |
填充焊丝用电源功能(在实验例A中无关) | A:没有以从填充焊丝不发生电弧的方式进行控制的功能B:具有以从填充焊丝不发生电弧的方式进行控制的功能 |
另外,下述表2显示评价标准
【表2】
评价基准 | H/L | 不一致位置数+咬边位置数 | 溅射发生量(g/分) | 凹痕发生数(个/1000mm) |
5 | 0.12以下 | 0 | 0.8以下 | 0 |
4 | 超过0.120.14以下 | 1~2 | 超过0.81.5以下 | 1~2 |
3 | 超过0.140.18以下 | 3 | 超过1.52.0以下 | 3 |
2 | 超过0.18 | 4~6 | 超过2.02.5以下 | 4~6 |
1 | 焊道形状不均一 | 7以上 | 超过2.5 | 7以上 |
在试验例A及试验例B中,焊道形状由图4的H/L评价。该情况下评价5~2,即使是焊道形状差的情况,焊道长度方向的均一性仍得以维持。评价1是焊道形状的长度方向的均一性受阻碍的情况。
在试验例A及试验例B中,焊道外观由不一致处个数和咬边处个数的合计(个/1000mm)评价。飞溅由飞溅发生量评价。此外耐气孔性由耐气孔试验中的位于单侧的凹痕发生数(个/1000mm)评价。但是,立板的两侧所形成的2个凹痕之中,由凹痕多的一方的凹痕发生量评价。另外,试验例A中的耐气孔性评价标准如表1所示。关于试验例B,有凹痕发生的情况为×,没有发生的情况为○。还有,综合评价在试验例A中的评价重视凹痕外观、形状,在试验例B中的评价重视耐气孔性。
“试验例A”
下述表3显示试验例A的焊接条件,表4显示试验例A的焊接结果。其中,表3的试验No.3和10以100cm/分的焊接速度实施,No.5和7以150cm/分的焊接速度实施,除此以外均以200cm/分的焊接速度实施。
【表3】
【表4】
如表3、4所示,比较例1及2其L+T脱离本发明的范围,比较例3、4其F/(L+T)脱离本发明的范围,因此焊道形状、焊道外观、飞溅发生及耐气孔性评价全部为低。相对于此,实施例1~8处于本发明的范围内,因此这些特性的均评价为“3”以上为优异。另外,由于实施例7及8不满足本发明规定的F/(j2Eβ2)的条件,因此成为比实施例1~6要差的结果。
“试验例B”
下述表5显示试验例B的焊接条件,表6显示试验例B的焊接结果。其中,表5的比较例17是以150cm/分的焊接速度实施焊接,除此以外均以200cm/分的焊接速度实施焊接。
【表5】
还有,在上述表5中,在填充焊丝用电源功能栏中,所谓“B”指的情况是使用的电源具有如下功能:填充焊丝和母材之间的电压超过规定电压,并检测到电弧的发生时,尽管是设定电流,但通过瞬间降低到极小的电流,以抑制填充焊丝的熔融,从而再次以填充焊丝与熔池接触的方式进行电流控制,所谓“A”指的情况是使用的电源没有这样的功能。
【表6】
如上述表5、6所示,因为比较例16其电流密度j低于88(A/mm2),所以得到的是耐气孔性差的结果。比较例17虽然其电流密度j在88(A/mm2)以上,但是,因为没有使用附带有以不使电弧发生的方式进行控制的这种功能的电源,所以结果是焊道外观及形状混乱。相对于此,实施例13~15其电流密度j为88(A/mm2)以上,且电流密度j为105(A/mm2)以上的情况因为使用的电源具有不使电弧从填充焊丝上发生这种方式进行控制的功能,所以焊道形状、焊道外观及飞溅等的特性均评价为“4”,且耐气孔性也优异。
Claims (6)
1.一种多电极气体保护电弧焊方法,是使用气体保护电弧焊用药芯焊丝作为先行电极和后行电极,设定先行电极和后行电极的极间距离为15~50mm,把填充焊丝插入所述先行电极和后行电极之间的熔池中,在所述先行电极和后行电极上流通反极性的电流,在所述填充焊丝中流通正极性的电流(焊丝负极),同时进行焊接,其特征在于,所述先行电极的熔敷速度L(g/分钟)及后行电极的熔敷速度T(g/分钟)的和L+T为100~500g/分钟,所述填充焊丝的熔敷速度F(g/分钟)为0.03(L+T)~0.3(L+T)。
2.根据权利要求1所述的多电极气体保护电弧焊方法,其特征在于,当所述填充焊丝的电流密度为j(A/mm2)、焊嘴-母材间距离为E(mm)、焊丝直径为β(mm)时,F/(j2Eβ2)为3.0×10-5~30.0×10-5(g·mm/A2·分)。
3.根据权利要求1或2所述的多电极气体保护电弧焊方法,其特征在于,所述填充焊丝中流通的电流的电流密度j为88A/mm2以下。
4.根据权利要求1或2所述的多电极气体保护电弧焊方法,其特征在于,所述填充焊丝中流通的电流的电流密度j为88A/mm2以上,并且通过分别对所述填充焊丝的电流值及送给量进行控制,使得不会从所述填充焊丝产生电弧。
5.根据权利要求1或2所述的多电极气体保护电弧焊方法,其特征在于,使用对所述填充焊丝的电流值及焊丝送给量能够分别进行单独控制的电源,控制所述填充焊丝的电流值及焊丝送给量。
6.根据权利要求1或2所述的多电极气体保护电弧焊方法,其特征在于,使用的填充焊丝用电源具有如下功能:检测所述填充焊丝和母材之间的电压,当该电压超过规定值时,将电流值降低到10A以下而不局限于设定电流。
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