CN105163892B - 焊接物的制造方法、焊接方法、焊接装置 - Google Patents

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Abstract

在以涂底漆钢板为母材，且使用了活性气体和药芯焊丝的气体保护电弧焊中，抑制以底漆为发生源的气孔缺陷引起的焊接部的外观不良的发生。在将由涂底漆钢板构成的第一钢板和第二钢板配置成T字型，分别焊接在2处形成的角部而成的焊接物的制造方法中，使用在钢制的外皮的内侧填充焊剂而成的药芯焊丝(100)和保护气体(二氧化碳)，由药芯焊丝(100)经由保护气体下的电弧而向角部供给焊接电流，在角部形成熔池(400)，并且对于熔池外加交变磁场，使焊接电流(A)和交变磁场的磁通密度(mT)具有20000≤焊接电流×磁通密度≤30000的关系，如此设定焊接电流和交变磁场。

Description

焊接物的制造方法、焊接方法、焊接装置
技术领域
本发明涉及焊接物的制造方法、焊接方法、焊接装置。
背景技术
在船舶和桥梁等制造领域，使用了药芯焊丝的焊接施工，在制造工程上占据着重要的地位。
在该领域，使用的是气体保护电弧焊(主要是二氧化碳电弧焊)，其是从焊炬供给以二氧化碳为主成分的保护气体，向焊炬送给药芯焊丝，并且对药芯焊丝进行焊接电流的供给，在保护气体中使药芯焊丝和母材之间发生电弧而进行焊接(参照专利文献1)。
另外，在汽车等制造领域，也已知有气体保护电弧焊(主要是混合气体电弧焊)，其是从焊炬供给以氩气等的惰性气体为主成分的保护气体，向焊炬送给不含焊剂的实芯焊丝，并且对实芯焊丝进行焊接电流的供给，在保护气体中使实芯焊丝和母材之间发生电弧而进行焊接(专利文献2参照)。这里，在专利文献2中记述，为了减少在适用于汽车零件等的镀锌钢板的焊接中发生的气孔缺陷，从安装在焊炬的前端的磁性线圈，沿着相对于熔池的表面垂直的方向，外加磁通密度3～8MT、占空比30～70％、频率5～30Hz的矩形波交流磁场，一边搅拌熔池一边进行电弧焊接。
先行技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2006-95550号公报
专利文献2：日本特开2007-98459号公报
在船舶和桥梁等制造领域，作为焊接的对象的母材，多使用涂底漆钢板。在此，涂底漆钢板是以抑制切割·焊接等的加工和装配工序期间内的锈的发生为目的，至少在其表面和背面，实施使用了车间底漆(底漆)，即一次防锈涂料的表面处理的钢板。
但是，在上述领域的焊接接头占据大部分的角焊中，存在这样的问题：涂布在钢板的表面的底漆在焊接中蒸发而浸入熔池内，在焊接金属(焊缝)的表面和内部，容易发生凹坑和气孔等的气孔缺陷。在此，所谓凹坑是指，开口于焊缝表面的气孔缺陷，所谓气孔是指，包裹在焊接金属内部的气孔缺陷。那么，在焊缝的表面发生凹坑时，将需要修整，工时增加。
还有，在船舶和桥梁等制造领域和汽车等制造领域，因为作为焊接的对象的母材及其板厚、所使用的保护气体、所使用的焊丝的类别、以及焊接条件等有所不同，所以在船舶和桥梁等制造领域所适用的二氧化碳电弧焊中，只是单纯外加交流磁场，并不能解决上述问题。
若具体说明，则例如在汽车等制造领域，因为以薄板(板厚3.2mm的左右以下)的搭角焊为对象，所以熔池的尺寸小，如专利文献2所述，即使在很小的磁通密度(3～8MT)下也能够轻易地使熔池旋转。另外，如上述，因为是以作为保护气体使用以氩等的惰性气体为主成分的混合气体，并利用实芯焊丝进行的混合气体电弧焊为对象，所以在熔池上发生的焊渣极少，不需要考虑关于后述这样的源于焊渣对熔池的拘束。
另一方面，例如在造船·桥梁等的领域，多使用板厚6mm以上的中·厚板，角焊的熔池的尺寸也容易变大。因此，在以底漆钢板作为母材的焊接中，为了对熔池整体进行旋转搅拌，需要对应熔池尺寸而使最佳的洛伦兹力作用于熔池，若脱离最佳条件，则只会扰乱熔池的旋转流动，假如直接应用专利文献2所述的手法，还是不能抑制气孔缺陷。
另外，在造船·桥梁等的领域，在T接头的水平角焊中，因为要求极美观的焊道形状，所以为了利用焊渣支撑熔池而对焊道形状进行整形，应用的是由药芯焊丝进行的二氧化碳电弧焊。但是，在使用了药芯焊丝的焊接中，与使用实芯焊丝的焊接不同，由于熔池表面会被高粘性焊渣覆盖，所以单纯附加磁场，熔融金属仍会受到焊渣的拘束而无法被充分搅拌，有得不到气孔抑制效果的情况。
发明内容
本发明其目的在于，在以涂底漆钢板作为母材，且使用了活性气体和药芯焊丝的气体保护电弧焊中，抑制以底漆为发生源的气孔缺陷引起的焊接部的外观不良的发生。
本发明是对于由涂底漆钢板构成的下板，和由钢板构成且竖立设置在该下板之上的立板的角部进行焊接而成的焊接物的制造方法，其特征在于，使用在钢制的外皮的内侧填充焊剂而成的药芯焊丝、和以二氧化碳为主成分的保护气体，从该药芯焊丝经由该保护气体下的电弧向所述角部供给焊接电流，从而在该角部形成熔池，对于所述熔池外加交变磁场，所述焊接电流(A)和所述交变磁场的磁通密度(mT)具有20000≤焊接电流×磁通密度≤30000的关系。
在该焊接物的制造法中，能够作为特征的是，使所述交变磁场的基频为2Hz～5Hz。
另外，能够作为特征的是，所述药芯焊丝的成分之中，相对于焊丝总质量，金属Ti、Ti氧化物和Ti化合物的Ti换算值：1.5～3.5质量％，金属Si、Si氧化物和Si化合物的Si换算值：0.6～2.0质量％，金属Al、Al氧化物和Al化合物的Al换算值：0.2～1.0质量％，金属Zr、Zr氧化物和Zr化合物的Zr换算值：0.6～1.0质量％，金属Mg、Mg氧化物和Mg化合物的Mg换算值：0.2～0.8质量％。
另外，本发明是使用在钢制的外皮的内侧填充焊剂而成的药芯焊丝，和以二氧化碳为主成分的保护气体，对于底漆钢板之间或者底漆钢板与其他的钢板之间的角部进行焊接的焊接方法，其特征在于，从所述药芯焊丝经由所述保护气体下的电弧向所述角部供给焊接电流，从而在该角部形成熔池，对于所述熔池外加交变磁场，所述焊接电流(A)和所述交变磁场的磁通密度(mT)具有20000≤焊接电流×磁通密度≤30000的关系。
在该焊接方法中，能够作为特征的是，使所述交变磁场的基频为2Hz～5Hz。
另外，还能够作为的特征的是，所述药芯焊丝的成分之中，相对于焊丝总质量，金属Ti、Ti氧化物和Ti化合物的Ti换算值：1.5～3.5质量％，金属Si、Si氧化物和Si化合物的Si换算值：0.6～2.0质量％，金属Al、Al氧化物和Al化合物的Al换算值：0.2～1.0质量％，金属Zr、Zr氧化物和Zr化合物的Zr换算值：0.6～1.0质量％，金属Mg、Mg氧化物和Mg化合物的Mg换算值：0.2～0.8质量％。
此外，本发明的焊接装置，包括如下机构：向在钢制的外皮的内侧填充焊剂而成的药芯焊丝的周围，供给以二氧化碳为主成分的保护气体的保护气体供给机构；使用所述药芯焊丝和所述保护气体，从该药芯焊丝经由该保护气体下的电弧，向包括涂底漆钢板在内的由多个母材形成的角部供给焊接电流的焊接电流供给机构；对于伴随所述焊接电流的供给而形成于所述角部的熔池外加交变磁场的交变磁场外加机构；使所述焊接电流(A)和所述交变磁场的磁通密度(mT)满足20000≤焊接电流×磁通密度≤30000的关系，以此方式控制所述焊接电流供给机构和所述交变磁场外加机构的控制机构。
在该焊接装置中，所述交变磁场外加机构，能够作为特征的是，将所述交变磁场的基频设定在2Hz～5Hz。
根据本发明，在以涂底漆钢板作为母材，且使用了活性气体和药芯焊丝的气体保护电弧焊中，能够抑制以底漆为发生源的气孔缺陷引起的焊接部的外观不良的发生。
附图说明
图1是表示本发明的实施的方式的焊接装置的概略结构的图。
图2是用于说明焊接装置所设的焊炬的结构的剖面图。
图3是表示设于焊接装置的控制部的构成的方块图。
图4是用于说明使用焊接装置制造的工件(焊接物)的结构的一例的图。
图5是表示在本实施的方式的制造方法(焊接方法)中，焊炬和药芯焊丝与形成于工件上的熔池的关系的模式图。
图6是以横轴为焊接电流和磁通密度的积，以纵轴为焊道的3mm以上的气孔的数量的标绘图。
图7a是用于说明在工件中发生于第一焊接部(焊道)的气孔缺陷的图。
图7b是用于说明在工件中发生于第一焊接部(焊道)的气孔缺陷的图。
图7c是用于说明在工件中发生于第一焊接部(焊道)的气孔缺陷的图。
图8是以横轴为线圈电流的频率，以纵轴为焊道的3mm以上的气孔的数量的标绘图。
图9是表示使线圈电流的频率为0.5Hz时所得到的第一焊接部的断面的图。
图10a是用于说明实施例和比较例中得到的焊道的断面的图。
图10b是用于说明在实施例和比较例中得到的焊道的断面的图。
图10c是用于说明在实施例和比较例中得到的焊道的断面的图。
图10d是用于说明在实施例和比较例中得到的焊道的断面的图。
图10e是用于说明在实施例和比较例中得到的焊道的断面的图。
具体实施方式
以下，参照附图，对于本发明的实施的方式详细地加以说明。
图1是表示本实施的方式的焊接装置1的概略结构的图。该焊接装置1在消耗电极式(熔极式)的气体保护电弧焊法之中，通过使用二氧化碳作为保护气体的二氧化碳电弧焊法进行工件200的焊接。
图1所示的焊接装置1具备如下：使用药芯焊丝100(参照后述图2)焊接工件200的焊炬10；向焊炬10供给焊接电流的焊接电源20；将药芯焊丝100逐步送给到焊炬10的焊丝送给装置30；向焊炬10供给作为保护气体的二氧化碳的保护气体供给装置40；向焊炬10供给用于使交流磁场发生的线圈电流(详情后述)的磁场外加电源50。
在此，在本实施的方式中，保护气体供给装置40和焊炬10作为保护气体供给机构，焊接电源20和焊炬10作为焊接电流供给机构，磁场外加电源50和焊炬10作为交变磁场外加机构分别发挥功能。
图2是用于说明图1所示的焊接装置1所设的焊炬10的结构成的剖面图。
图1所示的焊炬10，具备焊炬主体11、喷嘴12、焊嘴基部13、导电嘴14、支承部15、线圈17、线圈保持部18。
喷嘴12具有筒状的形状，在形成为筒状的焊炬主体11之中被嵌入到作为图中下侧的开口侧，固定在焊炬主体11上。该喷嘴12是为了对于工件200(参照图1)，喷射从保护气体供给装置40(参照图1)供给的二氧化碳而设。
焊嘴基部13由导电体构成并且具有筒状的形状，配置在焊炬主体11和喷嘴12的内侧，并且与焊炬主体11的内周面接触，从而被固定在焊炬主体11上。另外，在焊嘴基部13之中经由空间而与喷嘴12的内周面相对的部位，设有多个贯通焊嘴基部13的侧面的供气口13a。
导电嘴14，由导电体构成，并且具有筒状的形状，在焊嘴基部13之中被嵌入到作为图中下侧的开口侧，在喷嘴12的内侧，经由焊嘴基部13而固定在焊炬主体11上。该导电嘴14对于焊嘴基部13可拆装，导电嘴14伴随长期使用而消耗时，可以更换导电嘴14。
支承部15具有筒状的形状，在焊炬主体11之中被嵌入到图中上侧的开口中比焊炬主体11向更上方突出的焊嘴基部13中，经由焊嘴基部13而固定在焊炬主体11上。在该支承部15的图中上方，设有未图示的基材，支承部15被该基材支承。
线圈17由金属制(例如铜)的金属丝构成，缠绕在喷嘴12的外周面的外侧。在该线圈17上连接有导线，从磁场外加电源50(参照图1)接受供电。
线圈保持部18，由绝缘体或绝缘体被覆的原材构成，并且具有环状的形状，在喷嘴12的外周面的外侧，经由喷嘴12固定在焊炬主体11上，并且在其内部收容线圈17。
在本实施的方式的焊炬10中，贯通支承部15、焊嘴基部13和导电嘴14，形成有从图中上方向下方用于供给药芯焊丝100的供给路。在此，形成于导电嘴14的内侧的供给路的内径，比药芯焊丝100的直径稍大，通过这里的药芯焊丝100与导电嘴14接触。另一方面，形成于支承部15和焊嘴基部13的内侧的供给路的内径，比形成于导电嘴14的内侧的供给路的内径大，图中由上方，经由形成于这一部位与药芯焊丝100之间的间隙和形成于焊嘴基部13的供气口13a，向喷嘴12的内侧供给二氧化碳。
另外，在本实施的方式的焊炬10中，从焊接电源20(参照图1)向焊嘴基部13进行供电，从焊嘴基部13经由导电嘴14而向药芯焊丝100进行供电。
那么在此，对于焊接装置1中使用的药芯焊丝100进行说明。
本实施的方式的药芯焊丝100，是在形成为圆筒状的钢制的外皮的内侧，填充以下说明的焊剂而构成。
若更具体地说明，则本实施的方式的药芯焊丝100，相对于焊丝总质量，金属Ti、Ti氧化物和Ti化合物的Ti换算值为1.5～3.5质量％，金属Si、Si氧化物和Si化合物的Si换算值为0.6～2.0质量％，金属Al、Al氧化物和Al化合物的Al换算值为0.2～1.0质量％，金属Zr、Zr氧化物和Zr化合物的Zr换算值为0.6～1.0质量％，金属Mg、Mg氧化物和Mg化合物的Mg换算值为0.2～0.8质量％，余量是Fe和不可避免的杂质。
在此，对于本实施的方式的药芯焊丝100的成分添加理由和组成限定理由进行说明。
<Ti换算值：1.5～3.5质量％>
TiO2具有使焊渣的粘度增加的作用。另外关于焊丝中的金属Ti、Ti化合物，也在电弧正下方被分解成离子，与氧结合而能够得到与TiO2同等的效果。如果Ti换算值为1.5质量％以上，则焊接时的电弧稳定性容易提高，焊渣的包裹也良好。另一方面，如果Ti换算值为3.5质量％以上，则焊渣的粘性变高，磁力对熔池的搅拌效果(详情后述)也变小。因此，本成分的焊丝中的含量，以Ti换算值计优选为1.5～3.5质量％。
<Si换算值：0.6～2.0质量％>
SiO2具有使焊渣的粘度增加，使焊渣的凝固温度降低的作用。另外关于焊丝中的金属Si、Si化合物，也在电弧正下方被分解成离子，与氧结合，从而能够得到与SiO2同等的效果。如果Si换算值为0.6质量％以上，则焊渣的包裹良好。另一方面，如果Si换算值为2.0％以上，则焊渣的粘性变高，磁力对熔池的搅拌效果变小。因此，本成分的焊丝中的含量，以Si换算值计优选为0.6～2.0质量％。
<Al换算值：0.2～1.0质量％>
Al2O3与SiO2同样，具有使焊渣的粘度增加，使焊渣的凝固温度降低的作用。另外关于焊丝中的金属Al、Al化合物，也在电弧正下方被分解成离子，通过与氧结合而能够得到与Al2O3同等的效果。如果Al换算值为0.2质量％以上，则焊渣的包裹良好。另一方面，如果Al换算值为1.0质量％以上，则焊渣的粘性变高，磁力对熔池的搅拌效果变小。因此，本成分的焊丝中的含量，以Al换算值计优选为0.2～1.0质量％。
<Zr换算值：0.6～1.0质量％>
ZrO2具有使焊渣的粘度降低，使焊渣的凝固温度上升的作用。另外关于焊丝中的金属Zr、Zr化合物，也在电弧正下方被分解成离子，通过与氧结合而能够得到与ZrO2同等的效果。如果Zr换算值为0.6质量％以上，则使焊渣的粘度降低，焊渣的流动性变高，熔池容易被磁力搅拌。另一方面，若Zr换算值为1.0％以上，则焊渣量过多，磁力对熔池的搅拌效果变小。因此，本成分的焊丝中的含量，以Zr换算值优选为0.6～1.0质量％。
<Mg换算值：0.2～0.8质量％>
MgO与ZrO2同样，具有使焊渣的粘度降低，使焊渣的凝固温度上升的作用。另外关于焊丝中的金属Mg、Mg化合物，也在电弧正下方被分解成离子，与氧结合，从而能够得到与MgO同等的效果。如果Mg换算值为0.2质量％以上，则使焊渣粘度降低，焊渣的流动性变高，熔池容易被磁力搅拌。另一方面，若Mg换算值为0.8质量％以上，则焊渣量过多，磁力对熔池的搅拌效果变小。因此，本成分的焊丝中的含量，以Mg换算值计为0.2～0.8质量％。
另外，药芯焊丝100中的焊剂充填率(相对于焊丝总质量的焊剂的质量)没有特别规定，但优选与一般的水平角焊用的药芯焊丝一样，为10～25质量％。
<余量：Fe和不可避免的杂质>
作为药芯焊丝100的整体的余量，是Fe和不可避免的杂质。而且，除了所述焊丝成分以外，作为焊丝成分，在焊剂中，也能够少量含有Ca、Li等作为脱氧等的微调剂，另外，还能够少量含有Cu、Co、N作为焊接金属的进一步的硬化剂。这些元素不会对本发明的目的造成影响。另外，焊剂中还微量含有上述的元素以外的碱金属化合物。另外，作为不可避免的杂质，例如，也可以分别含有C、B、Ni、Mo、Cr、Nb、V等，C：低于0.1质量％、B：低于0.0003质量％、Ni：低于0.1质量％、Mo：低于0.01质量％、Cr：低于0.30质量％、Nb：低于0.10质量％、V：低于0.10质量％。但是，这些成分并不受数值限定。
<其他>
作为药芯焊丝100的制造方法，有在带钢的长度方向散布焊剂之后，包裹起来而成形为圆形截面并进行拉丝的方法，和在粗径的钢管中填充焊剂而进行拉丝的方法。但是，因为哪种方法都不会影响本发明，所以用哪种方法制造都可以。此外，药芯焊丝100中，存在有缝的和无缝的，不过无论哪一种都可以。关于外皮的成分不需要任何规定，但从成本面和拉丝性的方面出发，一般使用软钢的材质。另外，也有在药芯焊丝100的表面实施镀铜的情况，但有无镀覆都无所谓。
接下来，对于图1所示的焊接装置1的控制系统进行说明。
图3是用于说明设在图1所示的焊接电源20内，控制构成焊接装置1的各部分的操作的控制部70的结构的方块图。
作为控制机构的一例的控制部70，具备如下：接受从未图示的设定装置(计算机装置等)输入的各种设定的设定受理部71；基于由设定受理部71受理的设定，设定从焊接电源20经由焊炬10供给到药芯焊丝100的焊接电流的大小的焊接电流设定部72；基于由焊接电流设定部72设定的焊接电流的大小，设定从磁场外加电源50供给到设于焊炬10的线圈17的线圈电流的大小的线圈电流设定部73。另外，控制部70还具备送给速度设定部74，其基于由设定受理部71受理的设定，设定从焊丝送给装置30送给到焊炬10的药芯焊丝100的送给速度。
在此，焊接电流设定部72，作为焊接电流而进行直流电流值的设定，线圈电流设定部73，作为线圈电流而进行交流电流值的设定。还有，关于焊接电流和线圈电流的具体的设定手法后述。
图4是用于说明使用图1所示的焊接装置1制造的工件200(焊接物)的结构的一例的图。
图4所示的工件200，将作为立板的一例的第一钢板201的端面，装在作为下板的一例的第二钢板202的表面，从而构成作为焊接对象的2个母材(第一钢板201和第二钢板202)呈T字型的T形接头。另外，该工件200，是对于配置成T字型的第一钢板201和第二钢板202，在大体上直角交叉的两个平面的角部(2处)，以焊接装置1分别进行水平角焊，成为形成有第一焊接部301和第二焊接部302的角焊缝接头。
在本实施的方式中，作为第一钢板201和第二钢板202，均使用涂底漆钢板。但是，即使是涂底漆钢板，在其端面，也没有实施使用了车间底漆的表面处理。在此，作为用于涂底漆钢板的车间底漆，可列举无机锌底漆、洗涤底漆、富锌底漆、非锌底漆等。而且，以下说明的焊接物的制造方法和焊接方法，可以适用于全部这些涂底漆钢板。
另外，第一钢板201和第二钢板202，分别具有6mm以上的厚度。这样具有6mm以上的厚度的钢板被称为中·厚板，在造船和桥梁等制造领域被广泛使用。
那么，一边参照图1～图4，一边对于使用了本实施方式的焊接装置1的工件200的制造方法(第一钢板201和第二钢板202的焊接方法)进行说明。
还有，在开始焊接之前，如图4所示这样，预先将第一钢板201和第二钢板202配置成T字型。
首先，从焊丝送给装置30对焊炬10开始药芯焊丝100的送给，并且从保护气体供给装置40对焊炬10开始二氧化碳的供给。另外，从焊接电源20，对焊炬10(药芯焊丝100)开始电压(焊接电压)的供给，并且从磁场外加电源50对焊炬10(线圈17)开始线圈电流的供给。
接着，在药芯焊丝100和工件200之间使电弧发生，开始焊接。这时，药芯焊丝100的前端因电弧而熔融，过渡到工件200侧，并且，在工件200侧，第一钢板201和第二钢板202各自的对象部位也因电弧而熔融。其结果是，在工件200之中与药芯焊丝100的前端相对的部位，形成其混合的熔池。这时，在熔池之上，由于焊剂会形成从熔池浮起的焊渣。另外，通过沿着边界部且从一端向另一端使焊炬10移动，熔池和焊渣沿边界部依次被形成。
但是，随着焊炬10的移动，药芯焊丝100的前端通过之后的熔池，从电弧偏离而无法被加热，因此，伴随着之后被冷却而凝固。在此，在本实施的方式中，由于使用药芯焊丝100，所以熔池伴随着冷却，过渡到由凝固的非金属物质构成的焊渣覆盖在凝固的焊接金属部之上的状态。该焊接金属部是第一焊接部301和第二焊接部302。
如此进行第一焊接部301和第二焊接部302的形成。其后，通过除去分别覆盖第一焊接部301和第二焊接部302焊渣，能够得到图4所示的工件200。
图5是表示本实施的方式的制造方法(焊接方法)中的焊炬10和药芯焊丝100，与形成于工件200(未图示)上的熔池400的关系的模式图。还有，在图5中，省略存在于熔池400上的焊渣的表述。
在从焊炬10突出的药芯焊丝100的前端侧，如上述，药芯焊丝100与第一钢板201和第二钢板202(均未图示)，伴随着焊接电流的供给和电弧的发生而熔融，形成熔池400。这时，从安装在焊炬10上的药芯焊丝100流通到熔池400的直流的焊接电流，沿着面方向在熔池400内放射状流通(图中以虚线表示)。
另外，在本实施的方式中，向设于焊炬10的线圈17供给交流的线圈电流。随之而来的是，线圈17在与熔池400的表面大体垂直的方向上发生交变磁场(图中以单点划线箭头表示)。于是，由于该交变磁场，洛伦兹力对于在熔池400内放射状传播的焊接电流发生作用。其结果是，如图中空白箭头所示，将使对于正反向的回转力作用于构成熔池400的熔融金属，熔融金属以线圈电流的频率所对应的周期反复正反旋转。
在本实施的方式中，作为第一钢板201和第二钢板202使用涂底漆钢板。因此，涂布于第一钢板201和第二钢板202(特别是第二钢板202)的车间底漆，在焊接中蒸发而侵入熔池400内，在凝固之后的焊接金属(第一焊接部301或第二焊接部302)的表面和内部，容易发生被称为凹坑或气孔的气孔缺陷。在此，所谓凹坑，是指开口于焊接金属所构成的焊道的表面的气孔缺陷，缺谓气孔，是指包裹在焊接金属的内部的气孔缺陷。以基于这样的车间底漆的气体(底漆气体)为起源的气孔缺陷，与由于保护气体的保护不良等为起源的一般性的气孔缺陷相比较，气孔缺陷容易变大。
若在焊道的内部存在有这样大的气孔，则有焊接部的抗拉强度和疲劳强度降低的情况。另外，若在焊道的表面，有这样大的凹坑露出，则需要在焊接后进行修整，工时增加。
在此，在本实施的方式中，在上述工件200的制造中，设焊接电流的大小(平均值)为I(A)，因线圈电流而发生的磁通密度的大小(实效值)为B(mT)时，控制部70(更具体地说是焊接电流设定部72和线圈电流设定部73)，进行使焊接电流I与作为磁通密度B的源的线圈电流联动的设定，使此焊接电流I和磁通密度B的积为20000≤I×B≤30000，更优选为20000≤I×B≤27000。还有，磁通密度B由如下值定义，即，在从焊炬10突出的药芯焊丝100的前端的位置(药芯焊丝100的突出长度：该例中距焊炬10为25mm的位置)，由使用高斯计(特斯拉计)计测的值(实效值)定义。
若在药芯焊丝100的周围配置线圈17，相对于熔池400的表面大体垂直地外加磁场，则洛伦兹力对于在熔池400内放射状传播的焊接电流起作用，构成熔池400的熔融金属旋转。这时，若通过使用交流磁场而使磁场周期性地反转，则熔融金属的对流方向也周期性地逆转，因此气孔缺陷难以没着一个方向生长。因此，在电弧的正下方气化的底漆气体，难以侵入紧靠的熔池400，并且即使侵入时，也难以作为气孔缺陷生长，而是环绕到没有被熔融金属覆盖的熔池400的前方，放出到外部空气中。因此，在焊接后所得到的焊道的内部，只残存有小直径的气孔，在焊道的表面难以发生凹坑这样的大幅生长的气孔。如此，能够抑制因底漆作为发生源的气孔缺陷引起的焊道的表面的外观不良的发生，换言之，就是能够得到美观的焊道形状。
还有，使磁场外加电源50供给的线圈电流为直流电流时，熔融金属总是在同一方向上旋转。这种情况下，焊缝的形成方向偏向一侧，浸入到熔池400底漆气体，沿着此旋转方向使气孔朝向一个方向生长，因此气孔缺陷的生长抑制效果小。因此，为了抑制气孔缺陷，重要的是使线圈电流为交流电流，使熔融金属的对流方向周期性地反转。
另外，关于供给到线圈17的线圈电流(交流电流)的波形，使用正弦波、矩形波或三角波等哪一种都无妨，但线圈电流的频率(基频)f优选设定在2～5Hz。若线圈电流的频率f过低，则焊缝对应熔池400的旋转方向而发生蛇行，得不到美观的焊道外观。另一方面，若线圈电流的频率f过高，则即便使磁场反转，熔池400也难以使其对流方向反转，得不到充分的搅拌效果。
另外，在本实施的方式中，因为使用药芯焊丝100进行焊接，所以在熔池400之上形成大量且高粘性的焊渣。因此，使用线圈17仅仅施加交变磁场时，构成熔池400的熔融金属受到来自焊渣的拘束而无法被充分搅拌，难以得到抑制上述气孔缺陷的效果。因此重要的是，相比以往而降低焊渣和熔融金属在高温下的粘性，为了降低交变磁场中的熔池400在高温下的粘性，在构成药芯焊丝100的焊剂之中，针对Ti、Si、Al、Zr、Mg，以相对于焊丝总质量使之满足上述各范围的方式进行调合即可。
还有，因蒸发的底漆引起的气孔缺陷的发生倾向，一般焊接速度越上升越明显，因此在生产现场会抑制焊接速度，而这也成为妨碍生产效率提高的重大要因。因此，通过将焊接电流I和磁通密度B设定在上述范围，可以减少气孔缺陷，其结果是可以实现焊接速度的高速化。
实施例
以下，基于实施例更详细地说明本发明。但是，本发明只要不超越其要旨，则不受以下的实施例限定。
还有，在此，基本焊接条件如以下所示。
·第一钢板201和第二钢板202：JISG3106SM490A无机锌底漆涂布(涂布厚度30μm)，12mmt×75mmW×475mmL
·焊炬10的倾斜角度：45°
·药芯焊丝100从焊炬10的突出长度：25mm
·目标位置：根部
·药芯焊丝100的直径：
[关于焊接电流与磁通密度的关系]
首先，本发明者为了形成熔池400而对于供给到药芯焊丝100的焊接电流I(平均值)、和供给到熔池400的交变磁场的磁通密度B(实效值)的关系进行研究。以下所示的表1～表4，表示本研究中的各种设定条件和所得到的结果。
表1
表2
[表3]
表4
在表1～表4中，显示试样的编号、线圈电流的频率f(Hz)、由线圈电流发生的磁通密度B(mT)、药芯焊丝100的送给速度(m/min)、焊接速度(cm/min)、供给到药芯焊丝100的焊接电流I(A)、这时的焊接电压(V)、由焊接得到的焊道的焊角长(mm)、焊接电流I和磁通密度B的积(A·mT)、还有由焊接得到的焊道中的气孔(记述为BH)之中长度为3mm以上的气孔的个数(BH个数：个)。在此，在表1～表3中，频率f一栏中作为“-”的，表示没有供给线圈电流本身的情况。另外，表1～表4所示的气孔的数量，是由焊接施工得到的焊接部(焊缝)之中除去开端部(焊接施工的开始端侧)与末端部(焊接施工的结束端侧)的正常部(中间部)之中，在连续400mm的部位测量的结果。该气孔的数量的测量方法，在后述的表5和表6中也相同。还有，在本研究中，在除了试样1、7、13、19、25、31、37、43和49的其余的试样(试样编号2～6、8～12、14～18、20～24、26～30、32～36、38～42、44～48、50～120)中，将线圈电流的频率f固定在3Hz(正弦波)。
在此，表1(试样编号1～18)表示的是，将焊接电流I固定维持在330A，焊接速度固定维持在60cm/min的基础上，使磁通密度B发生各种变化情况。
另外，表2(试样编号19～36)表示的是，将焊接电流I固定维持在390A，焊接速度固定维持在80cm/min的基础上，使磁通密度B发生各种变化的情况。
此外，表3(试样编号37～80)表示的是，将焊接电流I固定维持在440A，焊接速度固定维持在95cm/min的基础上，使磁通密度B发生各种变化的情况。
还有，表1～表3中，存在焊接电流I和磁通密度B的积(I×B)满足20000以上且30000以下的范围的情形和不满足的情形。
另一方面，表4(试样编号81～120)表示的情况是，在使焊接电流I和磁通密度B发生各种变化的基础上，使焊接电流I和磁通密度B的积(I×B)满足20000以上且30000以下的范围。
另外，图6是基于上述表1～表4而制成的，以横轴为焊接电流I和磁通密度B的积(A·mT)，以纵轴为焊道中的3mm以上的气孔的数量(个)的标绘图。在此，图6中，表1所述的各试样以“◇”绘制，表2所述的各试样以“△”绘制，表3所述的各试样以“×”绘制，表4所述的各试样以“○”绘制。
由表1～表4和图6可知，在焊接电流I和磁通密度B的积为20000以上且30000以下的范围，该积与低于20000或高于30000的情况相比，能够减少生长到3mm以上的气孔的数量。
图7a～图7c是用于说明图4所示的工件200中发生在第一焊接部301(焊道)的气孔缺陷的图。在此，图7a表示第一钢板201、第二钢板202和第一焊接部301的纵剖面图。另外，图7b表示使焊接电流I和磁通密度B的积为20000以上且30000以下时的第一焊接部301的断面，图7c表示使焊接电流I和磁通密度B的积低于20000或高于30000时的第一焊接部301的断面。
使第一钢板201和第二钢板202为T形接头且为角焊缝接头时，如图7a所示，在第二钢板202的表面与第一钢板201的端面接触的板重叠部，从第二钢板202蒸发的车间底漆，由于没有出路而侵入第一焊接部301，成为朝向第一焊接部301的焊道表面延长的气孔。
在此，若使焊接电流I和磁通密度B的积设定为20000以上且30000以下的范围而进行焊接，则如图7b所示，气孔缺陷难以生长，气孔的巨大化得到抑制，并也可抑制凹坑的发生。
相对于此，若使焊接电流I和磁通密度B的积设定为低于20000或高于30000而进行焊接，则如图7c所示，气孔缺陷容易生长，气孔巨大化，并且气孔的一部分到达焊道表面而成为凹坑。
[关于线圈电流的频率]
本发明者继续对于供给到熔池400和交变磁场的频率，即线圈电流的频率f进行研究。
以下所示的表5，表示本研究的各种设定条件和所得到的结果。
[表5]
在表5中，显示试样的编号(试样编号121～149)、线圈电流的频率f(Hz)、由线圈电流发生的磁通密度B(mT)、焊接速度(cm/min)、供给到药芯焊丝100的焊接电流I(A)、这时的焊接电压(V)、由焊接得到的焊道的焊角长(mm)、焊接电流I和磁通密度B的积(A·mT)、还有由焊接得到的焊道中的气孔(记述为BH)之中长度在3mm以上的气孔的个数(BH个数：个)。还有，在该例中，使线圈电流的频率f在0Hz(未供给线圈电流)～20Hz的范围内变化。还有，在表5中，频率f一栏为“0”且磁通密度B一栏为“0”的，表示没有供给线圈电流本身的情况，频率f一栏为“0”且磁通密度B的一栏不为“0”的，表示作为线圈电流供给直流电流，从而使直流的磁场发生的情况。
另外，图8是基于上述表5制成的，以横轴为线圈电流的频率，以纵轴为焊道中的3mm以上的气孔的数量(个)的标绘图。这里，在图8中，以“◆”绘制表5所述的各试样。
由表5和图8可知，在线圈电流的频率f为2Hz～5Hz的范围内，与线圈电流的频率f低于2Hz或高于5Hz的情况相比，能够减少生成到3mm以上的气孔的数量。
图9是表示使线圈电流的频率f为0.5Hz时所得到的第一焊接部301的断面的图。
如图9所示，线圈电流的频率f过低时，产生的情况是，第一焊接部301(焊道)的熔深根据频率f而发生周期性的变动，随着这一变动，大的气孔(图中带箭头的)周期性地生长。
[关于药芯焊丝的组成]
本发明者还对药芯焊丝100的组成进行了研究。
以下所示的表6，显示实施例1～10和比较例1～10各自的药芯焊丝100的主要添加成分和所得到的结果。
[表6]
在表6中，显示实施例或比较例的编号、药芯焊丝100的Ti、Si、Al、Zr、Mg的各组成(焊总质量中所占的换算质量％)、由焊接得到的焊道的形状、还有由焊接得到的焊道中的气孔(记述为BH)之中长度为3mm以上的气孔的个数(BH个数：个)。还有，在此，使焊接电流I为380(A)且磁通密度B为68(mT)，将焊接电流I和磁通密度B的积固定在25480(A·mT)，将线圈电流的频率f固定在3Hz。
首先，在实施例1～10的各例中，由焊接得到的焊道形状良好(○)，并且，气孔的数量也低于10个。
相对于此，使Ti换算值为1.4的比较例1中，虽然气孔的数量低于10个，但由焊接得到的焊道发生下垂，焊道形状不良(×)。另一方面，使Ti换算值为3.6的比较例2中，虽然由焊接得到的焊道形状良好(○)，但是气孔的数量超过10个。
另外，使Si换算值为0.5的比较例3中，虽然气孔的数量低于10个，由焊接得到的焊道发生焊瘤，焊道形状不良(×)。另一方面，使Si换算值为2.2的比较例4中，虽然由焊接得到的焊道形状良好(○)，但是气孔的数量超过10个。
此外，使Al换算值为0.1的比较例5中，虽然气孔的数量低于10个，但是由焊接得到的焊道发生焊瘤，焊道形状不良(×)。另一方面，使Al换算值为1.1的比较例6中，虽然由焊接得到的焊道形状良好(○)，但是气孔的数量超过10个。
此外，在使Zr换算值为0.5的比较例7中，虽然气孔的数量低于10个，但是由焊接得到的焊道发生下垂，焊道形状不良(×)。另一方面，使Zr换算值为1.1的比较例8中，虽然由焊接得到的焊道形状良好(○)，但是气孔的数量超过10个。
而且，使Mg换算值为0.1的比较例9中，虽然气孔的数量低于10个，但是由焊接得到的焊道发生下垂，焊道形状不良(×)。另一方面，使Mg换算值为0.9的比较例10中，虽然由焊接得到的焊道形状良好(○)，但是气孔的数量超过10个。
由以上可知，使用相对于焊丝总质量，金属Ti、Ti氧化物和Ti化合物的Ti换算值为1.5～3.5质量％，金属Si、Si氧化物和Si化合物的Si换算值为0.6～2.0质量％，金属Al、Al氧化物和Al化合物的Al换算值为0.2～1.0质量％，金属Zr、Zr氧化物和Zr化合物的Zr换算值为0.6～1.0质量％，金属Mg、Mg氧化物和Mg化合物的Mg换算值为0.2～0.8质量％，余量为Fe和不可避免的杂质的药芯焊丝100即可。
图10a～10e是用于说明实施例和比较例中得到的焊道的断面的图。在此，图10a表示在上述实施例1中得到的焊道的断面，图10b表示在上述实施例7中得到的焊道的断面，图10c表示在上述实施例9中得到的焊道的断面，图10d表示在上述比较例4中得到的焊道的断面，图10e表示在上述比较例6中得到的焊道的断面。
如以上，为了抑制气孔的巨大化或凹坑的发生，重要的是将因药芯焊丝100而发生的焊渣的粘度抑制得低，如果使药芯焊丝100的组成为上述的范围，则能够一边维持良好的焊道形状，一边抑制气孔缺陷。
还有，在本实施的方式中，以作为保护气体使用二氧化碳的二氧化碳保护电弧焊法为例进行了说明，但可使用的保护气体不只限于二氧化碳。例如，作为保护气体，使用以二氧化碳为主成分(50％以上)，再添加有惰性气体(例如氩气)的混合气体时，也能够得到同样的结果。
另外，在本实施的方式中，以使用由涂底漆钢板构成的第一钢板201和由涂底漆钢板构成的第二钢板202制造工件200(焊接物)的情况为例进行了说明，但只要至少第二钢板202是涂底漆钢板，关于第一钢板201，即使不是涂底漆钢板也无妨。
此外，在本实施的方式中，以使用第一钢板201和第二钢板202构成T形接头的情况为例进行了说明，但并不限于此，例如对于使用其构成搭接接头或角接头的情况也有用。
符号的说明
1...焊接装置，10...焊炬，11...焊炬主体，12...喷嘴，13...焊嘴基部，13a...供气口，14...导电嘴，15...支承部，17...线圈，18...线圈保持部，20...焊接电源，30...焊丝送给装置，40...保护气体供给装置，50...磁场外加电源，70...控制部，71...设定受理部，72...焊接电流设定部，73...线圈电流设定部，74...送给速度设定部，100...药芯焊丝，200...工件，201...第一钢板，202...第二钢板，301...第一焊接部，302...第二焊接部，400...熔池，I...焊接电流，B...磁通密度，f...频率。

Claims (8)

1.一种焊接物的制造方法，其特征在于，是对下板和立板的角部进行焊接而成的焊接物的制造方法，其中，所述下板由涂底漆钢板构成，所述立板由钢板构成且在该下板之上竖立设置，
使用在钢制的外皮的内侧填充焊剂而成的药芯焊丝，和以二氧化碳为主成分的保护气体，从该药芯焊丝经由该保护气体下的电弧而向所述角部供给焊接电流，从而在该角部形成熔池，
对于所述熔池外加交变磁场，
所述焊接电流和所述交变磁场的磁通密度具有20000≤焊接电流×磁通密度≤30000的关系，所述焊接电流的单位为A，所述磁通密度的单位为mT。
2.根据权利要求1所述的焊接物的制造方法，其特征在于，使所述交变磁场的基频为2Hz～5Hz。
3.根据权利要求1或2所述的焊接物的制造方法，其特征在于，所述药芯焊丝的成分之中，相对于焊丝总质量，
金属Ti、Ti氧化物和该Ti氧化物以外的Ti化合物的Ti换算值：1.5～3.5质量％，
金属Si、Si氧化物和该Si氧化物以外的Si化合物的Si换算值：0.6～2.0质量％，
金属Al、Al氧化物和该Al氧化物以外的Al化合物的Al换算值：0.2～1.0质量％，
金属Zr、Zr氧化物和该Zr氧化物以外的Zr化合物的Zr换算值：0.6～1.0质量％，
金属Mg、Mg氧化物和该Mg氧化物以外的Mg化合物的Mg换算值：0.2～0.8质量％。
4.一种焊接方法，其特征在于，是使用在钢制的外皮的内侧填充焊剂而成的药芯焊丝、和以二氧化碳为主成分的保护气体，对于底漆钢板彼此之间或者底漆钢板与其他的钢板之间的角部进行焊接的焊接方法，
从所述药芯焊丝经由所述保护气体下的电弧而向所述角部供给焊接电流，由此在该角部形成熔池，
对于所述熔池外加交变磁场，
所述焊接电流和所述交变磁场的磁通密度，具有20000≤焊接电流×磁通密度≤30000的关系，所述焊接电流的单位为A，所述磁通密度的单位为mT。
5.根据权利要求4所述的焊接方法，其特征在于，使所述交变磁场的基频为2Hz～5Hz。
6.根据权利要求4或5所述的焊接方法，其特征在于，所述药芯焊丝的成分之中，相对于焊丝总质量，
金属Ti、Ti氧化物和该Ti氧化物以外的Ti化合物的Ti换算值：1.5～3.5质量％，
金属Si、Si氧化物和该Si氧化物以外的Si化合物的Si换算值：0.6～2.0质量％，
金属Al、Al氧化物和该Al氧化物以外的Al化合物的Al换算值：0.2～1.0质量％，
金属Zr、Zr氧化物和该Zr氧化物以外的Zr化合物的Zr换算值：0.6～1.0质量％，
金属Mg、Mg氧化物和该Mg氧化物以外的Mg化合物的Mg换算值：0.2～0.8质量％。
7.一种焊接装置，其包括如下机构：
向钢制的外皮的内侧填充焊剂而成的药芯焊丝的周围，供给以二氧化碳为主成分的保护气体的保护气体供给机构；
使用所述药芯焊丝和所述保护气体，从该药芯焊丝经由该保护气体下的电弧，向包括涂底漆钢板在内的由多个母材形成的角部供给焊接电流的焊接电流供给机构；
对于伴随所述焊接电流的供给而形成于所述角部的熔池外加交变磁场的交变磁场外加机构；
使所述焊接电流和所述交变磁场的磁通密度，满足20000≤焊接电流×磁通密度≤30000的关系，以此方式控制所述焊接电流供给机构和所述交变磁场外加机构的控制机构，所述焊接电流的单位为A，所述磁通密度的单位为mT。
8.根据权利要求7所述的焊接装置，其特征在于，所述交变磁场外加机构将所述交变磁场的基频设定在2Hz～5Hz。
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