CN101116925A - 双焊丝送给电弧焊接方法以及多层堆焊方法 - Google Patents

Abstract

本发明的双焊丝送给电弧焊接方法，从焊枪前端部的焊嘴(6)送给互相绝缘的第一(先行)焊丝(11)以及第二(后行)焊丝(12)，对熔融金属的粘性低的铁钢材料进行焊接，在上述先行焊丝中通电焊接电流(Iw)，产生电弧(3)而形成熔池(21)，上述后行焊丝不流通焊接电流，且被插入到通过上述电弧(3)的压力上述熔池(21)被下掘后隆起的位置。从而在对熔融金属的粘性低的铁钢材料进行焊接时，可得到不发生凹凸不平、咬边以及填充不足的良好的焊道形状。

Description

双焊丝送给电弧焊接方法以及多层堆焊方法

技术领域

本发明涉及用于提高将两根焊丝接近地送给而进行焊接的双焊丝送给电弧焊接方法的焊接性能的技术。

背景技术

以往提出了各种自一个以上的焊枪送给两根焊丝并进行焊接的双焊丝送给电弧焊接方法。双焊丝送给电弧焊接方法，与使用一根焊丝进行的一般的熔化电极电弧焊接方法相比，可进行高熔敷焊接以及高速焊接。以下，对涉及该双焊丝送给电弧焊接方法的现有技术进行说明。

(现有技术1)

专利文献1中所述的现有技术1的熔化电极电弧焊接方法，以先行焊丝和后行焊丝之间所构成的角度最大为20度的条件，插入到焊嘴内，通过使先行焊丝产生电弧后，将后行焊丝插入到熔池中，对从先行焊丝流到母材的焊接电流的一部分进行分流后，导入到后行焊丝中，而在焊接电源的接地端合流的焊接方法。即公开了在先行焊丝中通过焊接电流而产生电弧后，形成熔池，分流该焊接电流的一部分并通入后行焊丝中，插入到熔池中的双焊丝送给电弧焊接方法。

(现有技术2)

在专利文献2中所述的现有技术2中，将熔化电极焊丝作为先行焊丝，将填充焊丝作为后行焊丝，在焊接平行方向平行地配置，将填充焊丝插入到熔池中而使其熔化，对母材和焊接电源接地端间流过的接地电流进行控制，使经由熔池导出到填充焊丝的电流量变化而进行焊接。即公开了在先行焊丝中通电焊接电流而产生电弧后，形成熔池，对用于在后行焊丝中发热的电流进行控制并通电，插入到熔池中的双焊丝送给电弧焊接方法。

(现有技术3)

在专利文献3中所述的现有技术3中，从一个焊枪分别以预先设定的送丝速度送给互相电绝缘的第一焊丝(先行焊丝)以及第二焊丝(后行焊丝)，在第一焊丝中反复进行预先设定的以第一峰值电流的通电和第一基值电流的通电为一周期的通电，并且在第二焊丝中反复进行预先设定的以第二峰值电流的通电和第二基值电流的通电为一周期的通电，在第一焊丝及第二焊丝和母材之间产生两个电弧而进行焊接。近而，在现有技术3中，对第一基值电流以及第二基值电流的通电进行控制，以使抑制两个电弧间的干涉所引起的电弧状态的不稳定。

专利文献1：日本专利特开平3-275280号公报；

专利文献2：日本专利再公表专利WO02/018086；

专利文献3：日本专利特开2001-287031号公报。

在汽车用高张力钢的搭接角焊缝焊接中，从确保疲劳强度的观点来看，要求图8(A)所示那样的平坦的焊道(bead)形状。同时，要求没有如图8(B)所示那样在上板部的咬边(undercut)以及填充不足(underfill)的焊接部。作为上述的汽车用高张力钢，经常使用熔融金属的粘性低的铁钢材料(以下称作低粘性铁钢材料)。如果对该低粘性铁钢材料进行焊接，则由于熔池的粘性低，因此对通过大电流的通电所引起的强电弧力所深陷的熔池底部的熔丝的填充不足，而往往产生凹凸不平、咬边、填充不足等的焊接缺陷。

如果对上述的低粘性铁钢材料的焊接，应用上述现有技术1、2的双焊丝送给电弧焊接方法，则通过后行焊丝(填充焊丝)的插入促进熔丝向熔池底部的填充。因此，由于难以引起凹凸不平，从而扩大了可进行良好的焊接的焊接速度范围(高速焊接性)。但是，在现有技术1、2中，由于将后行焊丝加热后插入到熔池，因此熔池处于高温状态，表面张力变弱，从而不能改善咬边以及填充不足的产生。进而，由于对后行焊丝通电的电流而对先行焊丝电弧产生干涉，从而会有电弧状态不稳定的情况。

此外，如果对低粘性铁钢材料的焊接，应用上述的现有技术3的双焊丝送给电弧焊接方法，则通过后行焊丝的插入促进熔丝对熔池底部的填充。因此，由于难以引起凹凸不平，因此高速焊接性被改善。但是，在专利文献3中，通过来自两个电弧的热量输入使熔池处于高温状态，表面张力变弱，因此没有改善咬边以及填充不足的发生。进而，由于两个电弧间的干涉所引起的制约，从而有不能将两个焊丝间的距离设定为高速焊接性提高到最大限的期望距离的情况。

发明内容

在此，本发明提供一种在低粘性铁钢材料的焊接中，能够抑制凹凸不平、咬边以及填充不足的发生的双焊丝送给电弧焊接方法。

为了解决上述课题，本发明之一的双焊丝送给电弧焊接方法，将互相绝缘的第一焊丝以及第二焊丝接近地送给而焊接，将上述第一焊丝作为先行焊丝，将上述第二焊丝作为后行焊丝，在上述先行焊丝中通入焊接电流，使之产生电弧形成熔池，上述后行焊丝不通入焊接电流，且被插入到促进上述熔池冷却的位置，进行上述熔池的冷却以及熔融金属的填充。

此外，本发明之二，根据本发明之一所述的双焊丝送给电弧焊接方法，其特征在于，促进上述熔池冷却的位置，为由来自上述先行焊丝的上述电弧的压力，上述熔池被下掘后隆起的位置。

此外，本发明之三所述的多层堆焊方法，采用发明一或二所述的双焊丝送给电弧焊接方法，使上述第一焊丝以及上述第二焊丝往复地焊接各层，在去路方向的焊接时，将上述第一焊丝作为上述先行焊丝，将上述第二焊丝作为上述后行焊丝，在回路方向的焊接时，将上述第二焊丝作为上述先行焊丝，将上述第一焊丝作为上述后行焊丝。

此外，本发明之四的窄破口焊接方法，采用发明一或二所述的双焊丝送给电弧焊接方法来焊接厚板的窄破口。

发明效果

通过本发明，在低粘性铁钢材料的焊接中，通过在促进熔池的冷却的位置插入后行焊丝，能够填充熔融金属而形成良好的堆积，因此能够抑制凹凸不平的发生。进而，根据本发明，通过对后行焊丝不加热的状态下直接以冷却状态插入到熔池的隆起部分，从而能够降低熔池的温度，因此增强熔池的表面张力并能抑制咬边以及填充不足的发生。进而，在本发明中，由于在后行焊丝中不通过电流，因此不发生先行焊丝对电弧的干涉。

通过上述第三发明，在使用熔融金属的粘性低的材料的多层堆焊方法中，能够抑制咬边以及填充不足的发生并形成健全的焊道，并且可进行高熔敷焊接。进而，仅使焊接方向反向就能高效地进行往复焊接，因此能缩短焊接施工时间。

通过上述第四发明，通过在使用熔融金属的粘性低的材料的窄破口焊接中采用双焊丝送给电弧焊接方法，从而能够抑制咬边以及填充不足的发生。进而，能够抑制焊接部的凝固裂缝。进而，由于使用两个焊丝，因此可进行高熔敷焊接，能够缩短焊接施工时间。

附图说明

图1为本发明的实施方式1相关的双焊丝送给电弧焊接装置的结构图。

图2为本发明的实施方式1相关的双焊丝送给电弧焊接中的电弧发生部的模式图。

图3为表示在本发明的实施方式1相关的双焊丝送给电弧焊接方法中，得到良好焊道的后行焊丝的插入位置的一例的图。

图4为表示本发明的实施方式2相关的多层堆焊方法的图。

图5为用于实施本发明的实施方式2相关的多层堆焊方法的焊接装置的结构图。

图6为表示本发明的实施方式3相关的窄破口焊接方法中的课题的焊接部的剖面图。

图7为表示本发明的实施方式3相关的窄破口焊接方法中的焊道形成过程的图。

图8为表示用于说明现有技术的课题的良好的焊道截面以及不良的焊道截面的图。

图中：2-母材；3-电弧；4-供电芯；5-引导部件；6-焊嘴；9-焊道；11-第一焊丝；12-第二焊丝；21-熔池；41-第一供电芯；42-第二供电芯；71-第一送给辊；72-第二送给辊；81-第一加压辊；82-第二加压辊；Fc1-第一送给控制信号；Fc2-第二送给控制信号；1w-焊接电流；M1-第一送给电机；M2-第二送给电机；PS-焊接电源；P1-第一正极输出端子；P2-第二正极输出端子；Vw-焊接电压；WF1-第一送给机；WF2-第二送给机。

具体实施方式

(实施方式1)

以下，参照附图，对本发明的实施方式1进行说明。

图1为本发明的实施方式1相关的双焊丝送给电弧焊接装置的结构图。该图为将第一焊丝11作为先行焊丝，将第二焊丝12作为后行焊丝的情况。以下参照该图进行说明。

焊接电源PS，为了让第一焊丝11(先行焊丝)产生电弧3，而在供电芯4/母材2之间输出焊接电压Vw，并输出焊接电流Iw，并且输出控制第一送给电机M1旋转的第一送给控制信号Fc1以及控制第二送给电机M2旋转的第二送给控制信号Fc2。

第一送给电机M1旋转驱动第一送给辊71，由第一加压辊81加压后，送给出第一焊丝11。第一送给机WF1由上述第一送给电机M1、第一送给辊71、第一加压辊81等构成。第一焊丝11，从焊枪内的供电芯4供电，在与母材2之间产生电弧3而形成熔池21。在产生该电弧3的焊接法中，使用CO2焊接、MAG焊接、脉冲MAG焊接等。

第二送给电机M2旋转驱动第二送给辊72，由第二加压辊82加压后，送给出第二焊丝12(后行焊丝)。第二送给机WF2由上述第二送给电机M2、第二送给辊72、第二加压辊82等构成。第二焊丝12，与先行焊丝11绝缘地被送给到焊枪内的引导部件5内，被插入到促进熔池21的冷却的位置。在第二焊丝12中，电流不通电，保持冷却状态插入。

如图所示，第一焊丝11相对焊接方向先行地配置，第二焊丝12后行地配置，两焊丝11、12均被送给到焊嘴6内。如上所述，两个焊丝11、12互相电绝缘。该图为两个焊丝11、12被送给一个焊枪内的例子，但也可使两个焊枪接近而送给到各个焊枪内。

图2为本发明的电弧产生部的模式图。该图为将第一焊丝11作为先行焊丝，将第二焊丝12作为后行焊丝的情况。在先行焊丝和母材2之间，产生焊接电流I通电的电弧3，形成熔池21。电弧3下部的熔池受到来自电弧3的压力(电弧力)而被下掘。被下掘的最下层成为底部。熔池21随着从这里远离而电弧力的影响变弱，因此接下来上升而隆起。并且，其后方凝固而形成堆积。由于在低粘性铁钢材料的焊接时，因此熔融金属的粘性低，则下掘的深度变深。下掘的深度变深时，引起凹凸不平现象直到底部的非熔融部为止。

为了防止凹凸不平的发生，将后行焊丝插入由电弧力下掘的熔池21。在该后行焊丝中不通电，保持冷却状态(冷焊丝状态)插入。插入后行焊丝时，该后行焊丝成为熔融金属而被填充，因此不会产生隆起不足而形成健全的堆积。其结果能防止凹凸不平的发生。

进一步，在冷却状态下将后行焊丝插入到熔池21中，因此熔池21的温度降低，表面张力增强。其结果，即使熔池21的粘性降低，通过表面张力增强而能抑制咬边以及填充不足的发生，得到健全的焊道形状。由于冷却效果因将后行焊丝12插入熔池21的哪个位置而不同，因此如后所述，将后行焊丝12插入到促进熔池的冷却的位置。

后行焊丝的插入位置越位于比隆起的部分更接近电弧3的位置，后行焊丝12的前端部与电弧3接触越多而成为熔滴，向熔池21落下。此时，大粒的溅射物飞散而焊道外观变差。进一步，由于熔滴以高温落入熔池21，因此上述的熔池21的冷却效果逐渐降低，抑制咬边以及填充不足的发生的效果也降低。因此，如果插入位置为比隆起的部分更靠近前面且由电弧3不能使后行焊丝前端成为熔滴的位置，则促进熔池的冷却。

在后行焊丝12的插入位置比隆起的部分靠近后方，以隆起部分的熔融金属不足的状态大致形成堆积后，插入后行焊丝。因此，凹凸不平抑制效果降低。进而，由于距电弧3远，因此熔池21的温度降低，后行焊丝不能充分熔融且还能引起融合不良。因此，后行焊丝的插入位置适当这一点特别重要。

如上所述，后行焊丝对熔池21的插入位置为距熔池隆起的部分前后稍微宽的范围，如果在该范围插入，则促进熔池的冷却。在要求更高冷却效果时，也可插入熔池的隆起部分。

图3为表示上述的后行焊丝的适当插入位置的一例的图。该图为以1.5m/min对低粘性铁钢材料的搭接角焊缝接头进行焊接的情况。电弧通过脉冲MAG焊接法产生。该图的横轴表示熔池的焊接方向长度(熔池的长径)，纵轴表示先行焊丝和后行焊丝之间的距离(焊丝间距离)。熔池的长径的最小值从电弧状态的稳定性来看为4mm左右。

如该图所示，形成良好的焊道的范围为焊丝间距离为大致3～7mm的范围。但是，熔池的长径为7mm以下时，焊丝间距离的适当上限值与熔池的长径大致相等。焊丝间距离小于适当下限值时，后行焊丝的插入位置比熔池的隆起位置更靠近电弧，如上所述，熔池的冷清效果降低，容易产生咬边以及填充不足。焊丝间距离超过适当上限值时，后行焊丝的插入位置位于比熔池的隆起部分更靠近后方的位置，如上所述，由于堆积的形成不良，因此容易产生凹凸不平。

通过上述实施方式1，在低粘性铁钢材料的焊接中，通过在促进熔池的冷却的位置插入后行焊丝，从而可填充熔融金属而形成良好的堆积，因此能够抑制凹凸不平的产生。进而，通过实施方式1，通过对后行焊丝不加热而直接以冷却状态插入到熔池的隆起部分，从而能降低熔池的温度，因此增强熔池的表面张力而能抑制咬边以及填充不足的发生。进而，在本发明中，由于在后行焊丝中不通电，因此不产生对先行焊丝的电弧的干涉。

上述为以低粘性铁钢材料为母材的情况，但即使在不将低粘性铁钢材料用作母材时，也有熔池的粘性降低的情况。在先行焊丝中使用脉冲MAG焊接用焊丝时，该脉冲MAG焊接用焊丝以使脉冲所引起的熔滴过渡顺利为目的而由低粘性材料生成。因此，该焊丝成为熔融金属时，形成粘性低的熔池。此时，本发明也有效。在以下的说明中，记载有总结上述低粘性铁钢材料以及上述那样的焊丝而降低熔融金属的粘性的材料。

(实施方式2)

图4为表示采用本发明的实施方式2相关的上述的双焊丝送给电弧焊接方法的多层堆焊方法的图。从一个焊枪6送给第一焊丝11以及第二焊丝12，使焊枪6往复而进行各层的焊接。图(A)表示使焊枪6在去路方向移动而进行焊接的时候，图(B)表示使焊枪6在回路的方向使焊枪6移动而进行焊接的时候。以下，参照该图进行说明。

如图(A)所示，在去路方向焊接时，将第一焊丝11作为先行焊丝，将第二焊丝12作为后行焊丝。因此，在作为先行焊丝的第一焊丝11和母材2之间产生电弧3而进行熔化电极电弧焊接，作为后行焊丝的第二焊丝12不通电且被插入熔池。由此，进行上述的两个焊丝送给电弧焊接。

如图(B)所示，在回路方向焊接时，将第二焊丝12作为先行焊丝，将第一焊丝11作为后行焊丝。因此，在作为先行焊丝的第二焊丝12和母材2之间产生电弧3而进行熔化电极电弧焊接，作为后行焊丝的第一焊丝11不通电且被插入熔池。由此，进行上述的两个焊丝送给电弧焊接。

图5为用于实施2焊接焊丝送给电弧焊接方法所进行的多层堆焊方法的焊接装置的结构图。在该图中，对与上述图1相同的结构物付与相同的符号，并省略它们的说明。以下，对不同的结构物进行说明。

第二焊接电源PS2，在第一焊丝11为先行焊丝时，从正极输出端子P1输出焊接电压Vw以及焊接电流Iw，在第二焊丝12为先行焊丝时，从正极输出端子P2输出焊接电压Vw以及焊接电流Iw。此外，第二焊接电源PS2输出用于控制第一送给电机M1的旋转的第一送给控制信号Fc1以及用于控制第二送给电机M2的旋转的第二送给控制信号Fc2。

从P1输出的焊接电压Vw被施加在第一供电芯41和母材2之间后产生电弧3。另一方面，从P2输出的焊接电压Vw被施加在第二供电芯42和母材2之间而产生电弧。

在上述中，为一台焊接电源PS2具有两个正极输出端子P1、P2的情况，但也可使用两台焊接电源而分别具有P1、P2。

通过上述实施方式2，在使用熔融金属的粘性低的材料的多层堆焊方法中，能抑制咬边以及填充不足的发生并形成健全的焊道，并且可进行高熔敷焊接。进而，由于仅将焊接方向反向而能高效地进行往复焊接，因此能够缩短焊接施工时间。

(实施方式3)

由于建筑机械、龙骨/桥梁等为厚板的焊接结构物，因此焊接部的熔敷金属量需要较多，焊接施工需要较长时间。因此，最近往往通过破口宽度变窄、破口深度变深的窄破口的焊接接头而进行焊接施工。在这种窄破口焊接中，如上所述，在母材或焊丝中使用降低熔融金属的粘性的材料的情况下，容易发生咬边以及填充不足。

图6为窄破口焊接部的剖面图。如图所示，由窄破口焊接接头形成的焊接部的称作柱状晶体的结晶粒在焊接金属的中央部会合。而且，焊道宽度相对熔化深度较窄，因此在通过焊接热收缩结晶粒会合的中央部，不能填充熔融金属，而经常引起产生巢状的凝固裂缝。

图7为表示采用上述的双焊丝送给电弧焊接方法对窄破口焊接接头进行焊接时的焊道形成过程的图。该图与上述图6对应。该图为使用熔融金属的粘性低的材料的情况。

柱状晶体的成长方向为焊接的热流的方向。在本实施方式中，如图(A)所示，热流除了板幅方向外，还朝向送给后行焊丝而冷却熔融器的板厚上部。因此，在本实施方式中，如图(B)所示，柱状晶体不会在焊接部的中央部会合而受到变形集中的影响较少，因此即使产生焊接热收缩也难以发生凝固裂缝。

通过上述实施方式3，通过对使用熔融金属的粘性低的材料的窄破口焊接采用双焊丝送给电弧焊接方法，从而能够抑制咬边以及填充不足的发生。进而，能够抑制焊接部的凝固裂缝。进而，由于使用双焊丝，因此可进行高熔敷焊接，缩短焊接施工时间。

Claims (4)

1.一种双焊丝送给电弧焊接方法，将互相绝缘的第一焊丝以及第二焊丝接近地送给而焊接，

将上述第一焊丝作为先行焊丝，将上述第二焊丝作为后行焊丝，

在上述先行焊丝中通入焊接电流，使之产生电弧形成熔池，

上述后行焊丝不通入焊接电流，且被插入到促进上述熔池冷却的位置，进行上述熔池的冷却以及熔融金属的填充。

2.根据权利要求1所述的双焊丝送给电弧焊接方法，其特征在于，

促进上述熔池的冷却的位置，为通过来自上述先行焊丝的上述电弧的压力使上述熔池被下掘后隆起的位置。

3.一种多层堆焊方法，采用权利要求1或2所述的双焊丝送给电弧焊接方法，

使上述第一焊丝以及上述第二焊丝往复地焊接各层，

在去路方向的焊接时，将上述第一焊丝作为上述先行焊丝，将上述第二焊丝作为上述后行焊丝，

在回路方向的焊接时，将上述第二焊丝作为上述先行焊丝，将上述第一焊丝作为上述后行焊丝。

4.一种窄破口焊接方法，采用权利要求1或2所述的双焊丝送给电弧焊接方法来焊接厚板的窄破口。

Images