CN105458465B

CN105458465B - 气体保护电弧焊方法

Info

Publication number: CN105458465B
Application number: CN201510583561.3A
Authority: CN
Inventors: 陈亮; 石崎圭人; 古川尚英
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2014-09-26
Filing date: 2015-09-14
Publication date: 2017-08-25
Anticipated expiration: 2035-09-14
Also published as: JP6257489B2; JP2016068097A; CN105458465A

Abstract

提供一种能够得到具有适度的熔深、焊道良好的角焊接头的气体保护电弧焊方法。对于下板和立板进行单侧角焊缝气体保护电弧焊时，相对于水平方向使下板倾斜，使电极焊丝的直径(D)为1.2～1.6mm，下板和立板形成的夹角(θ)为90～130°，焊炬(3)的焊接方向的倾斜角度(α)为‑10～20°，下板相对于水平方向的倾斜角度(β)为10～50°，电极焊丝与下板形成的夹角(γ)处于由下式(A)所示的范围，焊接下板和立板的角焊缝部，(θ/2)‑20°≤γ≤90°‑β…(A)。

Description

气体保护电弧焊方法

技术领域

本发明涉及单侧角焊缝气体保护电弧焊方法。更详细地说，是涉及相对于水平方向使下板倾斜而对于下板和立板的角焊缝部进行焊接的气体保护电弧焊方法。

背景技术

为了加强强度，桥梁钢床板大多采用的结构是，通过焊接在钢板上安装U型肋和纵肋。作为这时的焊接方法，主要采用的是气体保护电弧焊方法。另一方面，桥梁钢床板因为会受到在路面行驶车辆的振动载荷，所以结构物整体要求有高疲劳强度，特别是焊接部的品质很重要。一般来说，为了确保焊接接头的强度，熔深达到肋材的8成以上，但为了防止焊接时的高温裂纹，不会完全焊透。

另外，桥梁钢床板等的焊接结构物中，为了减轻应力集中，并且确保疲劳强度，对于焊道还要求无咬边、缝边部的光滑度等，此外，对焊接金属部也要求有充分的强度和冲击性能。在焊接结构物中，为了实现这样的高品质的焊接，重点是焊接条件及其焊接材料。

因此，在由下板和立板构成的水平角焊构件的立板倾斜的角焊缝角度高于90°的水平角焊部的焊接中，为了电弧稳定，飞溅发生量少，此外得到深熔深，提出特定了焊丝组成等的单侧水平角焊缝气体保护电弧焊方法(参照专利文献1)。在专利文献1所述的焊接方法中，使用的是以焊丝总质量％计，含有Si：0.3～1.8％、Mn：0.8～4.0％、电弧稳定剂：0.05～1.8％，焊剂充填率为3～10％的药芯焊丝。在此焊接方法中，例如焊丝为1.4mm时，使焊接电流处于320～520A的范围。

另外，历来，在U型肋焊接中为了确保U型肋材的8成以上的熔深和良好的焊道形状，也提出有使用飞溅少、焊丝送给性良好、熔渣发生量少的药芯焊丝，使焊接电流为280～340A，电弧电压为32～36V，焊接速度为22～28m/小时，焊接姿势为向下的焊接方法(参照专利文献2)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2003-80396号公报

专利文献2：中国专利申请公开第102861970号说明书

发明要解决的课题

但是，在前述的专利文献1、2所述的焊接方法中，在桥梁钢床板等的焊接结构物的肋安装等的焊接中，难以使熔深达到肋材的8成以上，但并不完全焊透，且得到无咬边而光滑的焊道。具体来说，专利文献1所述的焊接方法，因为使用焊剂充填率为3～10％的药芯焊丝，所以熔渣发生量少，容易成为凸焊道，焊道与下板的熔合不充分。

另外，专利文献2所述的焊接方法中，关于使用的焊丝未特定成分组成和焊剂的比例等，另外，焊接条件也只特定了焊接电流、电压和焊接速度，因此得不到满足所要求的焊接品质的焊接结构物。

发明内容

因此，本发明其主要目的在于，提供一种气体保护电弧焊方法，其能够得到具有适度的熔深、焊缝良好的角焊接头。

用于解决课题的手段

本发明的气体保护电弧焊方法，是对于下板和立板进行单侧角焊缝气体保护电弧焊的方法，相对于水平方向使所述下板倾斜，使电极焊丝的直径D为1.2～1.6mm，使所述下板与所述立板形成的夹角θ为90～130°，使焊接炬的焊接方向的倾斜角度α为-10～20°，使所述下板相对于水平方向的倾斜角度β为10～50°，使所述焊接炬与所述下板形成的夹角γ处于下式(A)所示的范围，对于所述下板和所述立板的角焊缝部进行焊接。

[数学公式1]

(θ/2)-20°≤γ≤90°-β…(A)

在该气体保护电弧焊方法中，例如，能够使焊接速度为200～700mm/分，焊接电流为200～450A，电弧电压为20～45V，焊嘴母材间距为15～35mm。

另一方面，所述电极焊丝可以使用具有如组成的药芯焊丝，在钢制外皮内填充有焊剂，所述焊剂的充填率为10～20质量％，并且，以焊丝总质量计，在焊丝总质量中，含有C：0.01～0.10质量％，Si：0.5～1.5质量％，Mn：1.5～3.5质量％，选自Mg和Al之中至少一种：合计0.1～2.0质量％，TiO₂：1.5～6.0质量％，选自Na化合物、K化合物和Li化合物之中至少一种的化合物：合计0.05～0.4质量％，选自Al₂O₃、ZrO₂和SiO₂之中至少一种的氧化物：与TiO₂的合计为2～8质量％，Fe：86质量％以上，Mn含量(质量％)与Si含量(质量％)之比(Mn/Si)为1.5～5.5。

这种情况下，所述药芯焊丝也可以还含有Ni和Mo之中至少一种元素，在焊丝总质量中，合计为0.1～3.0质量％。

另外，作为所述药芯焊丝，能够使用断裂强度为300～900MPa的电极焊丝。

发明效果

根据本发明，因为相对于水平方向使下板倾斜，以特定条件进行角焊，所以能够得到具有适度的熔深、焊缝良好的角焊接头。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式的气体保护电弧焊方法的示意图。

图2A和B是表示图1所示的气体保护电弧焊方法中的电极焊丝的倾斜角度α的示意图，A表示α为正的情况，B表示α为负的情况。

图3A～C是表示熔深和焊道形状的判断标准例的显微镜照片，A和C表示不良的例子，B表示良好的例子。

具体实施方式

以下，就用于实施本发明的方式详细地加以说明。还有，本发明不受以下说明的实施方式限定。图1是表示本发明的实施方式的气体保护电弧焊方法的示意图。另外，图2A、B是表示图1所示的气体保护电弧焊方法中的电极焊丝的倾斜角度α的示意图，图2A表示α为正的情况，图2B表示α为负的情况。

如图1所示，本实施方式的气体保护电弧焊方法中，相对于水平方向使下板1倾斜，对于下板1与立板2的角焊缝部进行单侧角焊缝气体保护电弧焊。在此，下板1和立板2均为钢制构件，立板2并不限定为图1所示的U型肋，也可以是纵肋等其他的形态。

在本实施方式的气体保护电弧焊方法中，电极焊丝4使用直径(丝径)D为1.2～1.6mm的电极焊丝，下板1和立板2形成的夹角θ为90～130°，电极焊丝4的焊接方向的倾斜角度α为-10～20°，下板1相对于水平方向的倾斜角度β为10～50°，电极焊丝4与下板1形成的夹角γ处于下式(A)所示的范围。

[数学公式2]

(θ/2)-20°≤γ≤90°-β…(A)

焊接条件优选使焊接速度为200～700mm/分，焊接电流为200～450A，电弧电压为20～45V，焊嘴母材间距L为15～35mm。另外，在焊丝4中，优选使用焊剂的充填率、成分组成和断裂强度处于特定的范围的药芯焊丝。

其次，对于本实施方式的气体保护电弧焊方法的各种条件设定的理由进行说明。

[电极焊丝4的直径D：1.2～1.6mm]

若用于焊接的电极焊丝4的直径D过细，具体来说丝径D低于1.2mm时，电弧难以分散，焊道容易成为对疲劳强度不利的凸状。另一方面，若电极焊丝4的直径D过粗，具体来说若丝径D高于1.6mm，则焊丝的送给性降低。因此，在本实施方式的气体保护电弧焊方法中，使用直径D为1.2～1.6mm的电极焊丝。

[下板1与立板2形成的夹角θ：90～130°]

下板1与立板2形成的夹角θ，是从安全性的观点出发，通过各种强度计算算出的值，基于现在一般采用的规范等。本发明因为是以面向桥梁钢床板等的焊接结构物的应用为前提，所以遵循现有的设计规范，下板1与立板2形成的夹角θ为90～130°。

还有，本发明因为是以下板1与立板2形成的夹角θ为90～130°作为前提，所以使角度θ低于90°而进行焊接时，即使满足其他的条件，仍得不到良好的焊道形状和熔深形状。另外，使角度θ高于130°而进行焊接时，也得不到充分的焊脚尺寸，无法取得良好的焊道形状。

[焊炬3的焊接方向的倾斜角度α：-10～20°]

一般来说，如图2A所示，如果焊接方向的焊炬3的倾斜角度α为正，则称为前进角，如图2B所示，如果倾斜角度α为负，则称为后退角。而且，随着前进角变大，焊道宽度变宽，但熔深变浅。另一方面，若后退角变大，则熔深变深，但焊道宽度变窄，与母材的熔合劣化。

具体来说，若焊炬3的焊接方向的倾斜角度α比-10°小，即，若后退角比10°大，则与母材的熔合劣化，得不到良好的焊道。另外，若焊炬3的焊接方向的倾斜角度α高于20°，即，前进角比20°大，则不能使熔深达到立板(肋材)的8成以上。因此，本实施方式的气体保护电弧焊方法中，使焊炬3的焊接方向的倾斜角度α为-10～20°。

[下板1相对于水平方向的倾斜角度β：10～50°]

为了使焊道形状良好，相对于水平方向使下板1倾斜而进行焊接。本发明是以使下板1倾斜而进行焊接为前提，下板1相对于水平方向的倾斜角度β低于10°时，即使满足其他的条件，也得不到本发明的效果，无法获得良好的焊道。另一方面，下板1具有随着倾斜变大而熔深变深的倾向，若使其倾斜角度β比50°大，则焊接金属有可能贯通立板(肋材)。因此，在本实施方式的气体保护电弧焊方法中，使下板1相对于水平方向的倾斜角度β为10～50°。

[焊炬3与下板1形成的夹角γ：(θ/2)-20°≤γ≤90°-β]

为兼顾焊道形状和熔深，焊炬3与下板1形成的夹角γ、下板1与立板2形成的夹角θ、和下板1相对于水平方向的倾斜角度β的关系很重要。具体来说，若焊炬3与下板1形成的夹角γ比(θ/2)-20°小，则焊接金属过度靠近下板1，焊道形状劣化。另一方面，若焊炬3与下板1形成的夹角γ比90°-β大，则熔深变浅，难以使熔深达到立板(肋材)的8成以上。因此，在本实施方式的气体保护电弧焊方法中，焊炬3与下板1形成的夹角γ为上式(A)所示的范围，即，{(θ/2)-20°}以上且(90°-β)以下。

[焊接速度：200～700mm/分]

焊接速度低于200mm/分时，线能量过高，焊接金属有可能贯通立板(肋材)，此外，焊接金属变多，容易成为下垂焊道。另一方面，若焊接速度高于700mm/分，则不能使熔深达到立板(肋材)的板厚的8成以上。因此，焊接速度优选为200～700mm/分。

[焊接电流：200～450A]

合适的焊接电流的范围根据电极焊丝4的直径D而不同，例如使用直径D为1.2mm的焊丝时，若使焊接电流低于200A，则熔深难以达到立板(肋材)的板厚的8成以上。另外，使用直径D为1.6mm的焊丝时，若焊接电流高于450A，则焊接金属有可能贯通立板(肋材)。因此，在电极焊丝4的直径D为1.2～1.6mm的范围内，优选焊接电流处于200～450A的范围。

[电弧电压：20～45V]

电弧电压低于20V时，电弧的分散变小，焊道形状容易凸起，此外，电极焊丝4深入母材(下板1、立板2)，难以得到稳定的焊缝。另一方面，若电弧电压高于45V，则弧长变长，熔深有变浅的倾向，此外，大气被卷入焊接金属中，容易发生气体缺陷。因此，电弧电压优选处于20～45V的范围。

[焊嘴母材间距L：15～35mm]

若焊嘴母材间距L比15mm短，则难以使保护气体排出用的喷嘴和母材(下板1、立板2)以互不干扰的方式配置焊炬3，此外，焊接中发生的飞溅附着在喷嘴前端，保护气体的流动容易降低。另一方面，若焊嘴母材间距L比35mm长，则由于焊接中的焊炬振动等，难以得到稳定的焊道形状，此外，大气卷入焊接金属中，容易发生气体缺陷。因此，焊嘴母材间距L优选为15～35mm。

[电极焊丝4的种类：药芯焊丝]

用于本实施方式的气体保护电弧焊方法的电极焊丝4，只要是作为消耗电极使用的焊接材料，则其种类没有特别限定，但是，优选使用在钢制外皮中填充有焊剂的药芯焊丝。特别是优选具有如下组成的药芯焊丝：焊剂的充填率为10～20质量％，在焊丝总质量中，含有C：0.01～0.10质量％，Si：0.5～1.5质量％，Mn：1.5～3.5质量％，选自Mg和Al之中至少一种：合计0.1～2.0质量％，TiO₂：1.5～6.0质量％，Na化合物、K化合物和Li化合物之中至少一种的化合物：合计0.05～0.4质量％，选自Al₂O₃、ZrO₂和SiO₂之中至少一种的氧化物：与TiO₂的合计为2～8质量％，Fe：86质量％以上，Mn含量(质量％)与Si含量(质量％)之比(Mn/Si)为1.5～5.5。

<焊剂充填率：10～20质量％>

焊剂充填率低于10质量％时，覆盖焊道的熔渣的量变少，无法得到良好的焊道形状。另一方面，若焊剂充填率高于20质量％，则熔敷金属中的氧量变高，冲击性能劣化。因此，药芯焊丝的焊剂充填率优选为10～20质量％。

<C：0.01～0.10质量％>

C已知为淬火元素。一般来说焊接金属的显微组织越细，冲击性能越高。为了得到具有细小的显微组织的焊接金属，有效的手段是添加0.01质量％以上的C。另一方面，因为C也是固溶强化元素，所以若添加0.10质量％以上，则焊接金属的强度过度上升，冲击性能反而降低。因此，药芯焊丝的C含量在焊丝总质量中，优选为0.01～0.10质量％。

<Si：0.5～1.5质量％>

Si是作为脱氧元素必须的元素，但若大量添加，则焊接金属的强度过度上升，冲击性能劣化。具体来说，焊丝总质量中的Si量低于0.5质量％时，脱氧不充分，容易发生气体缺陷，此外，也有焊道形状劣化的情况。另一方面，若添加Si在焊丝总质量中高于1.5质量％，则焊接金属的冲击性能降低，得不到健全的焊接接头。因此，药芯焊丝的Si含量在焊丝总质量中，优选为0.5～1.5质量％。还有，这里所说的Si中，不包括以氧化物的形态添加的Si。

<Mn：1.5～3.5质量％>

Mn以脱氧和确保焊接金属的冲击性能的目的而添加。另一方面，若大量地添加Mn，则焊接金属的强度过度上升，与母材(下板1、立板2)之间强度的差异变大，焊接接头的疲劳强度容易降低，此外，也容易发生氢裂纹。具体来说，焊丝总质量中的Mn量低于1.5质量％时，焊接金属的冲击性能不充分，另外，若添加Mn在焊丝总质量中高于3.5质量％，则焊接金属的强度变得过高。因此，药芯焊丝的Mn含量在焊丝总质量中，优选为1.5～3.5质量％。

<Mg和Al：合计0.1～2.0质量％>

Mg和Al作为强脱氧剂添加。焊接金属中的氧量严重地影响到冲击性能。因此，为了确保冲击性能，需要添加Mg、Al，使焊接金属的氧量减少。但是，Mg和Al的总含量在焊丝总质量中低于0.1质量％时，无法充分地获得脱氧效果。另一方面，若Mg和Al的总含量在焊丝总质量中高于2.0质量％，则焊接操作性劣化。因此，药芯焊丝优选在焊丝总质量中，含有Mg和Al的任意一种或两种合计为0.1～2.0质量％。

<TiO₂：1.5～6.0质量％>

TiO₂作为造渣剂和电弧稳定剂添加。但是，TiO₂含量在焊丝总质量中低于1.5质量％时，覆盖焊道表面的熔渣量变少，焊道形状劣化。另一方面，若TiO₂含量在焊丝总质量中高于6.0质量％，则熔敷金属中的氧量增加，冲击性能降低。因此，药芯焊丝的TiO₂含量在焊丝总质量中，优选为1.5～6.0质量％。

<Na化合物、K化合物和Li化合物：合计0.05～0.4质量％>

含有Na、K和Li等碱金属的化合物作为电弧稳定剂起作用。因此，在药芯焊丝中，优选添加选自Na化合物、K化合物和Li化合物之中至少一种。但是，Na化合物、K化合物和Li化合物的总含量在焊丝总质量中低于0.05质量％时，得不到充分的效果，电弧不稳定，无法得到良好的焊道形状。

另一方面，这些碱金属化合物的总含量即使在焊丝总质量中高于0.4质量％，使电弧稳定的效果也不会发生改变，焊丝反而吸湿，或焊接金属的扩散性氢变高，容易发生低温裂纹。因此，药芯焊丝优选在焊丝总质量中，含有选自Na化合物、K化合物和Li化合物之中至少一种的化合物合计0.05～0.4质量％。

<Al₂O₃、ZrO₂和SiO₂：与TiO₂的合计为2～8质量％>

Al₂O₃、ZrO₂和SiO₂是造渣剂，是用于得到焊道所不可欠缺的成分，在药芯焊丝中，优选添加其之中至少一种的氧化物。还有，如前所述，TiO₂也作为造渣剂起作用。因此，关于Al₂O₃、ZrO₂和SiO₂，以与TiO₂的合计量进行规定。

具体来说，Al₂O₃、ZrO₂和SiO₂的总含量与TiO₂的合计，在焊丝总质量中低于2质量％时，覆盖焊道表面的熔渣量变少，焊道形状劣化。另一方面，Al₂O₃、ZrO₂和SiO₂的总含量与TiO₂的合计，若在焊丝总质量中高于8质量％，则熔敷金属中的氧量增加，冲击性能降低。因此，药芯焊丝优选在焊丝总质量中，含有选自Al₂O₃、ZrO₂和SiO₂之中至少一种的氧化物，与TiO₂的合计为2～8质量％。

Si和Mn均作为脱氧元素添加，但根据这些元素的添加比率，会对焊道形状和焊接金属的冲击性能造成影响。具体来说，焊丝总质量中的Mn含量(质量％)与Si含量(质量％)之比(＝Mn/Si)低于1.5时，得不到充分的冲击性能，另外，若Mn/Si高于5.5，则得不到良好的焊道形状。因此，药芯焊丝中的Mn含量(质量％)与Si含量(质量％)之比(＝Mn/Si)优选为1.5～5.5。

<Ni和Mo：合计0.1～3.0质量％>

本实施方式的气体保护电弧焊方法所使用的药芯焊丝，除了前述的各成分以外，也可以含有Ni和Mo等的合金元素。各种合金成分之中，Ni和Mo，例如是得到-40℃下的低温韧性、590MPa以上的高强度的焊接金属时所需要的合金元素，因此根据需要添加。还有，Ni和Mo也可以添加两种，但只要添加至少一种，就能够得到焊接金属的强度提高的效果。

但是，Ni和Mo的总含量在焊丝总质量中低于0.1质量％时，得不到前述的添加效果。另一方面，Ni和Mo的总含量若在焊丝总质量中高于3.0质量％，则焊接金属的强度变得过高。因此，在药芯焊丝中添加Ni和Mo时，优选使其总含量在焊丝总质量中为0.1～3.0质量％。

<Fe：86质量％以上>

作为Fe源，可列举钢板外皮、添加到焊剂中的铁粉和Fe合金等。Fe含量在焊丝质量中低于86％时，焊丝的熔敷速度慢，难以得到既定的焊道形状。因此，Fe含量在焊丝质量中，优选为86质量％以上。

<不可避免的杂质>

本实施方式的气体保护电弧焊方法所使用的药芯焊丝的成分组成的余量是不可避免的杂质。作为本实施方式所使用的药芯焊丝的不可避免的杂质，可列举B和B化合物、REM(稀土类元素)、P、S、Al、Al₂O₃、Cr、Nb、V、Cu、Ti、Mg、Ca和N等。

<制造方法>

药芯焊丝的制造方法没有特别限定，例如，能够通过以下所示的方法制造。首先，将构成外皮的钢带一边沿纵长方向送给，一边用成形辊成形，成为U字状的开放管。其次，以焊剂成为既定的化学组成的方式，调合所需量的氧化物、金属或合金、Fe粉等，将其填充到外皮中之后，以使截面成为圆形的方式进行加工。之后，通过冷拉拔加工进行拉丝，成为例如1.2～1.6mm的丝径。还有，为了使冷加工途中发生了加工硬化的焊丝软化，也可以实施退火。

[断裂强度：300～900MPa]

电极焊丝4的断裂强度对送给性造成重大的影响。具体来说，电极焊丝4的断裂强度低于300MPa时，焊丝容易纵弯曲，不能稳定送给。另一方面，若电极焊丝的断裂强度高于900MPa，则与衬垫的接触变强，摩擦阻力变得过高，送给性降低。因此，电极焊丝4的断裂强度优选为300～900MPa。还有，在此所说的断裂强度，是通过JIS Z 2241所规定的方法测量的值。

如以上详述，本实施方式的气体保护电弧焊方法，因为使下板相对于水平方向倾斜，以特定条件进行角焊，所以在下板与U型肋、纵肋的角焊中，熔深为立板(肋材)的板厚的8成以上且不会完全焊透，此外，能够得到无咬边而光滑的焊道。其结果是，能够得到具有适度的熔深、焊道良好的角焊接头。

【实施例】

以下，列举本发明的实施例和比较例，对于本发明的效果具体地加以说明。在本实施例中，使下板(材质：JIS G 3106SM490A，尺寸：厚16mm，宽100mm，长750mm)和立板(材质：JIS G 3106SM490A，尺寸：厚9mm，宽100mm，长750mm)为下述表1所示的组成，使用焊剂充填率为15.0质量％，断裂强度为650MPa的药芯焊丝，改变其他的条件而进行单侧角焊缝气体保护电弧焊，评价熔深和焊道等。

【表1】

[评价标准]

图3A～C是表示熔深和焊道形状的判断标准例的显微镜照片，图3A和C表示不良的例子，图3B表示良好的例子。熔深形状的评价如图3A所示，熔深低于立板(肋材)的板厚的8成时，或如图3C所示，熔深贯通立板(肋材)时为不良(×)，如图3B所示，熔深为(肋材)的板厚的8成以上且未完全焊透时为良好(○)，此外熔深为(肋材)的板厚的8.5～9.5成时为优良(◎)。另外，焊道形状的评价中，发生咬边时为不良(×)，未发生咬边时为良好(○)，此外，未成为凸状而成为光滑的焊道时为优良(◎)。

<第一实施例>

首先，使用直径D不同的多条电极焊丝，除此以外的条件相同，进行焊接。在此第一实施例中，与焊道形状和熔深形状一起，也对于焊丝送给性进行评价。焊丝送给性的评价中，仅出现低于既定的焊丝送给速度(相当于无负荷的情况)的8成的速度时为不良(×)，出现8成以上时为良好(○)，此外出现既定的焊丝送给速度的9成以上时为优良(◎)。

【表2】

上述表2所示的比较例1、2是丝径D比本发明的范围粗时的例子，焊丝送给不顺畅，其结果是焊道形状也不良。另外，比较例6、7是丝径D比本发明的范围细时的例子，电极焊丝在焊接中容易纵弯曲，焊丝送给性也降低，得不到良好的焊道。相对于此，实施例3～5的焊道形状、熔深形状和焊丝送给性均良好。

<第二实施例>

在第二实施例中，改变电极焊丝的焊接方向的倾斜角度α，除此以外的条件相同而进行焊接，评价焊道形状和熔深形状。各种条件和评价结果一并显示在下述表3中。

【表3】

上述表3所示的比较例8中，电极焊丝的后退角过大，焊道形状和熔深形状劣化。另外，比较例13中，前进角过大，焊道形状良好，但熔深变浅，不满足立板(肋材)板厚的8成。相对于此，实施例9～12中，焊道形状和熔深形状均良好。

<第三实施例>

在第三实施例中，改变下板与立板形成的夹角θ，除此以外的条件均相同而进行焊接，评价焊道形状和熔深形状。各种条件和评价结果一并显示在下述表4中。

【表4】

上述表4所示的比较例14，因为下板与立板形成的夹角θ比本发明的范围小，所以焊道形状和熔深形状均不良。另外，比较例18，因为下板与立板形成的夹角θ比本发明的范围大，所以熔深形状良好，但是得不到充分的焊脚尺寸，得不到良好的焊道形状。相对于此，实施例15～17，焊道形状和熔深形状均良好。

<第四实施例>

第四实施例中，改变下板相对于水平方向的倾斜角度β，除此以外的条件均相同而进行焊接，评价焊道形状和熔深形状。各种条件和评价结果一并显示在下述表5中。

【表5】

上述表5所示的比较例19，因为倾斜角度β比本发明的范围小，所以得不到良好的焊道形状和熔深形状。另外，比较例23，因为倾斜角度β比本发明的范围大，所以如图3C所示，焊接金属贯通立板(肋材)。相对于此，实施例20～22，焊道形状和熔深形状均良好。

<第五实施例>

在第五实施例中，改变电极焊丝与下板形成的夹角γ，除此以外的条件均相同而进行焊接，评价焊道形状和熔深形状。各种条件和评价结果一并显示在下述表6中。

【表6】

上述表6所示的比较例24，因为角度γ比本发明的范围小，所以立板的焊脚尺寸变小，焊道形状劣化，此外，还完全焊透。另外，比较例28，因为角度γ比本发明的范围大，所以得不到良好的焊道形状，另外，熔深也低于立板(肋材)的板厚的8成。相对于此，实施例25～27，焊道形状和熔深形状均良好。

<第六实施例>

在第六实施例中，改变焊接速度，除此以外的条件均相同而进行焊接，评价焊道形状和熔深形状。各种条件和评价结果一并显示在下述表7中。还有，下述表7所示的No.29～34，均是本发明的范围内的实施例。

【表7】

如上述表7所示，实施例30～33，因为使焊接速度处于200～700mm/分的范围，所以焊道形状和熔深形状均优异。另一方面，实施例29，因为焊接速度慢，所以焊接金属变多，焊道形状有稍微下垂的倾向。另外，实施例34因为焊接速度快，所以熔深勉强达到立板(肋材)的板厚的8成，没有富余。

<第七实施例>

在第七实施例中，改变焊接电流，除此以外的条件均相同而进行焊接，评价焊道形状和熔深形状。各种条件和评价结果一并显示在下述表8中。还有，下述表8所示的No.35～40，均是本发明的范围内的实施例。

【表8】

如上述表8所示，实施例36～39，因为焊接电流为200～450A，所以焊道形状和熔深形状均优异。另一方面，实施例35因为焊接电流低，所以熔深勉强达到立板(肋材)的板厚的8成，没有富余。另外，实施例40因为焊接电流高，所以焊道形状有稍微下垂的倾向。

<第八实施例>

在第八实施例中，改变电弧电压，除此以外的条件均相同而进行焊接，评价焊道形状和熔深形状。各种条件和评价结果一并显示在下述表9中。还有，下述表9所示的No.41～46，均是本发明的范围内的实施例。

【表9】

如上述表9所示，实施例42～45，因为电弧电压为20～45V，所以焊道形状和熔深形状均优异。另一方面，实施例41，因为电弧电压低，所以焊道形状稍微呈现凸状。另外，实施例46，因为电弧电压高，所以弧长变长，熔深勉强达到立板(肋材)的板厚的8成，没有富余。

<第九实施例>

在第九实施例中，改变焊嘴母材间距，除此以外的条件均相同而进行焊接，评价焊道形状和熔深形状。各种条件和评价结果一并显示在下述表10中。还有，下述表10所示的No.47～51，均是本发明的范围内的实施例。

【表10】

如上述表10所示，使焊嘴母材间距为15～35mm的实施例48～50，焊道形状和熔深形状均优异。另一方面，实施例47，因为焊嘴母材间距短，所以为了避免喷嘴与肋材的干扰，需要缩小焊接炬对于下板的角度(γ)。因此，焊接金属有一些靠近下板，焊道形状和熔深形状稍有不稳定。另外，实施例51因为焊嘴母材间的距离长，所以由于焊接中的振动等，导致焊道形状稍有不稳定。

<第十实施例>

在第十实施例中，使用焊剂充填率不同的药芯焊丝，以下述表11所示的焊接条件进行焊接，评价焊接金属的冲击性能和焊道形状。

【表11】

本实施例所用的各药芯焊丝的焊剂充填率、成分组成和焊丝的断裂强度显示在下述表12中。还有，下述表12所示的No.52～56的药芯焊丝均是本发明的范围内的实施例。另外，各焊丝的断裂强度是由各试验材，制作JIS Z 22412号所对应的试验片，通过依据JIS Z2241的方法测量的值，在以下的实施例中也同样。

【表12】

另外，下述表13中表示各药芯焊丝的评价结果。还有，下述表13所示的焊接金属的冲击性能的评价是对于各试样依据JIS Z 3313测量3次-20℃下的吸收能，其平均值低于47J时为不良(×)，在47J以上时为良好(○)，进一步在60J以上时为优良(◎)。

【表13】

如上述表13所示，使用了焊剂充填率为10～20质量％的药芯焊丝的实施例53～55，焊接金属的冲击性能高且焊道形状也优异。另一方面，实施例52因为焊剂的充填率低，所以焊道形状有稍微下垂的倾向。另外，实施例56因为焊剂充填率高，所以冲击性能为47J以上，但没有达到60J。

<第十一实施例>

在第十一实施例中，使用C含量不同的药芯焊丝，以上述表11所示的焊接条件进行焊接，评价焊接金属的冲击性能和焊道形状。本实施例所用的各药芯焊丝的焊剂充填率、成分组成和焊丝强度显示在下述表14中，评价结果显示在下述表15中。还有，下述表14和表15所示的No.57～61的药芯焊丝均是本发明的范围内的实施例。

【表14】

【表15】

如上述表13所示，使用了C含量为0.01～0.10质量％的药芯焊丝的实施例58～60，焊接金属的冲击性能高且焊道形状也优异。另一方面，实施例57，因为C含量少，所以焊接金属的组织稍微粗大，冲击性能虽然在47J以上，但未达到60J。另外，实施例61因为C含量多，所以成为硬的贝氏体组织，因此冲击性能为47J以上，但未达到60J。

<第十二实施例>

在第十二实施例中，使用Si含量不同的药芯焊丝，以上述表11所示的焊接条件进行焊接，评价焊接金属的冲击性能和焊道形状。本实施例所用的各药芯焊丝的焊剂充填率、成分组成和焊丝强度显示在下述表16中，评价结果显示在下述表17中。还有，下述表16和表17所示的No.62～66的药芯焊丝均是本发明的范围内的实施例。

【表16】

【表17】

如上述表17所示，使用了Si含量为0.5～1.5质量％的药芯焊丝的实施例63～65，焊接金属的冲击性能高且焊道形状也优异。另一方面，实施例62因为Si含量少，所以焊道与母材的熔合有一些差。另外，实施例66因为Si含量多，所以冲击性能为47J以上，但未达到60J。

<第十三实施例>

在第十三实施例中，使用Mn含量不同的药芯焊丝，以上述表11所示的焊接条件进行焊接，评价焊接金属的冲击性能和焊道形状。本实施例所用的各药芯焊丝的焊剂充填率、成分组成和焊丝强度显示在下述表18中，评价结果显示在下述表19中。还有，下述表18和表19所示的No.67～71的药芯焊丝均是本发明的范围内的实施例。

【表18】

【表19】

如上述表19所示，使用了Mn含量为1.5～3.5质量％的药芯焊丝的实施例63～65，焊接金属的冲击性能高且焊道形状也优异。另一方面，实施例62因为Mn含量少，所以冲击性能为47J以上，但未达到60J。另外，实施例66因为Mn含量多，所以焊接金属被高强度化，冲击性能未达到60J。

<第十四实施例>

使用作为强脱氧剂的Mg或Al或其双方的含量不同的药芯焊丝，以上述表11所示的焊接条件进行焊接，评价焊接金属的冲击性能和焊道形状。本实施例所用的各药芯焊丝的焊剂充填率、成分组成和焊丝强度显示在下述表20中，评价结果显示在下述表21中。还有，下述表20和表21所示的No.72～76的药芯焊丝均是本发明的范围内的实施例。

【表20】

【表21】

如上述表21所示，使用了Mg和Al的总含量为0.1～2.0质量％的药芯焊丝的实施例73～75，焊接金属的冲击性能优异。另一方面，实施例72因为Mg和Al含量少，所以冲击性能为47J以上，但未达到60J。另外，实施例76因为Mg和Al含量多，所以由于焊接操作性的劣化，引起焊道形状稍有不稳定。

<第十五实施例>

在第十五实施例中，使用TiO₂含量不同的药芯焊丝，以上述表11所示的焊接条件进行焊接，评价焊接金属的冲击性能和焊道形状。本实施例所用的各药芯焊丝的焊剂充填率、成分组成和焊丝强度显示在下述表22中，评价结果显示在下述表23中。还有，下述表22和表23所示的No.77～81的药芯焊丝，均是本发明的范围内的实施例。

【表22】

【表23】

如上述表23所示，使用了TiO₂含量为1.5～6.0质量％的药芯焊丝的实施例78～80，焊接金属的冲击性能高且焊道形状也优异。另一方面，实施例77因为TiO₂含量少，所以焊道形状稍有不稳定。另外，实施例81因为TiO₂含量多，所以冲击性能为47J以上，但未达到60J。

<第十六实施例>

在第十六实施例中，使用作为电弧稳定剂的碱金属的含量不同的药芯焊丝，以下述表24所示的焊接条件进行焊接，评价焊接金属的扩散氢量和焊道形状。

【表24】

本实施例所用的各药芯焊丝的焊剂充填率、成分组成和焊丝强度显示在下述表25中。还有，下述表25所示的No.82～87的药芯焊丝均是本发明的范围内的实施例。

【表25】

另外，下述表26中显示各药芯焊丝的评价结果。还有，下述表26所示的扩散氢量的评价通过依据JIS Z 3118的方法进行，其结果是，扩散性氢量高于8.0ml/100g时为不良(×)，在8.0ml/100g以下时为良好(○)，进一步在5.0ml/100g以下时为优良(◎)。

【表26】

如上述表26所示，使用了Na化合物、Na化合物和Li化合物的总含量在0.05～0.4质量％的范围内的药芯焊丝的实施例83～86，焊接金属中的扩散性氢量低且焊道形状也优异。另一方面，实施例82因为Na化合物、K化合物和Li化合物的总含量少，所以电弧稍微不稳定，焊道形状稍有不稳定。另外，实施例87因为Na化合物、K化合物和Li化合物的总含量多，所以焊丝吸湿，扩散性氢量为8.0ml/100g以下，但在5.0ml/100g以上。

<第十七实施例>

在第十七实施例中，使用造渣剂的添加量不同的药芯焊丝，以上述表11所示的焊接条件进行焊接，评价焊接金属的冲击性能和焊道形状。本实施例所用的各药芯焊丝的焊剂充填率、成分组成和焊丝强度显示在下述表27中，评价结果显示在下述表28中。还有，下述表27和表28所示的No.88～92的药芯焊丝均是本发明的范围内的实施例。

【表27】

【表28】

如上述表28所示，使用了Al₂O₃、ZrO₂、SiO₂和TiO₂的总含量为2～8质量％的药芯焊丝的实施例89～91，焊接金属的冲击性能高且焊道形状也优异。另一方面，实施例88因为Al₂O₃、ZrO₂、SiO₂和TiO₂的总含量少，所以焊道形状稍有不稳定。另外，实施例92因为Al₂O₃、ZrO₂、SiO₂和TiO₂的总含量多，所以冲击性能为47J以上，但未达到60J。

<第十八实施例>

在第十八实施例中，使用Fe含量不同的药芯焊丝，以上述表11所示的焊接条件进行焊接，评价焊接金属的冲击性能和焊道形状。本实施例所用的各药芯焊丝的焊剂充填率、成分组成和焊丝强度显示在下述表29中，评价结果显示在下述表30中。还有，下述表29和表30所示的No.93～96的药芯焊丝均是本发明的范围内的实施例。

【表29】

【表30】

如上述表30所示，使用了Fe含量为86质量％以上的药芯焊丝的实施例94～96，焊接金属的冲击性能高且焊道形状也优异。另一方面，实施例93因为Fe含量少，所以熔敷效率低，虽然焊道形状满足既定的要求，但没有富余。

<第十九实施例>

在第十九实施例中，使用Mn/Si不同的药芯焊丝，以上述表11所示的焊接条件进行焊接，评价焊接金属的冲击性能和焊道形状。本实施例所用的各药芯焊丝的焊剂充填率、成分组成和焊丝强度显示在下述表31中，评价结果显示在下述表32中。还有，下述表31和表32所示的No.97～101的药芯焊丝均是本发明的范围内的实施例。

【表31】

【表32】

如上述表32所示，使用了Mn/Si为1.5～5.5的药芯焊丝的实施例98～100，焊接金属的冲击性能高且焊道形状也优异。另一方面，实施例97因为Mn/Si低，所以冲击性能为47J以上，但未达到60J。另外，实施例101因为Mn/Si高，所以焊道的形状稍有不稳定。

<第二十实施例>

在第二十实施例中，使用Ni和Mo的添加量不同的药芯焊丝，以上述表11所示的焊接条件进行焊接，评价焊接金属的机械性质和焊道形状。本实施例所用的各药芯焊丝的焊剂充填率、成分组成和焊丝强度显示在下述表33中。还有，下述表33所示的No.102～106的药芯焊丝均是本发明的范围内的实施例。

【表33】

另外，下述表34中显示各药芯焊丝的评价结果。还有，下述表34所示的焊接金属的机械性质通过抗拉强度和冲击性能评价，抗拉强度低于590MPa或-40℃下的冲击性能低于47J时为不良(×)，抗拉强度在590MPa以上且-40℃下的冲击性能为47J以上时为良好(○)，抗拉强度进一步在620～650MPa且-40℃下的冲击性能为60J以上时为优良(◎)。

【表34】

如上述表34所示，使用了Ni和Mo的总含量为0.1～3.0质量％的药芯焊丝的实施例103～105，焊接金属的机械性质和焊道形状均优异。另一方面，实施例102因为Ni和Mo的总含量少，所以-40℃下的冲击性能为47J以上，但未达到60J。另外，实施例106因为Ni和Mo的总含量多，所以抗拉强度高于650MPa。

<第二十一实施例>

在第二十一实施例中，使用焊丝强度不同的药芯焊丝，以上述表11所示的焊接条件进行焊接，评价焊丝送给性和焊道形状。本实施例所用的各药芯焊丝的焊剂充填率、成分组成和焊丝强度显示在下述表35中，评价结果显示在下述表36中。还有，下述表35和表36所示的No.107～111的药芯焊丝均是本发明的范围内的实施例。

【表35】

【表36】

如上述表36所示，使用了断裂强度为300～900MPa的药芯焊丝的实施例108～110，焊丝送给性和焊道形状均优异。另一方面，实施例107因为焊丝的断裂强度低，所以焊丝送给稍有不顺畅，焊道形状也稍不稳定。实施例111中，焊丝的断裂强度过高，焊丝与送给衬垫的摩擦阻力变高，焊丝的送给性不能说极其良好，焊道形状也稍有不稳定。

符号说明

1 下板

2 立板

3 焊炬

4 焊丝

D 丝径

L 焊嘴母材间距

θ 下板与立板形成的夹角

α 电极焊丝的倾斜角度

β 下板的倾斜角度

γ 电极焊丝与下板形成的夹角

Claims

1.一种气体保护电弧焊方法，是对于下板和立板进行单侧角焊缝气体保护电弧焊的方法，其中，

相对于水平方向使所述下板倾斜，

使电极焊丝的直径D为1.2～1.6mm，

所述下板和所述立板形成的夹角θ为90～130°，

焊接炬的焊接方向的倾斜角度α为-10～20°，

所述下板相对于水平方向的倾斜角度β为10～50°，

所述焊接炬(3)与所述下板形成的夹角γ处于下式(A)所示的范围，

对于所述下板和所述立板的角焊缝部进行焊接，

(θ/2)-20°≤γ≤90°-β…(A)。

2.根据权利要求1所述的气体保护电弧焊方法，其中，

焊接速度为200～700mm/分，

焊接电流为200～450A，

电弧电压为20～45V，

焊嘴母材间距为15～35mm。

3.根据权利要求1或2所述的气体保护电弧焊方法，其中，

所述电极焊丝是在钢制外皮中填充有焊剂的药芯焊丝，

所述药芯焊丝中，

所述焊剂的充填率为10～20质量％，并具有如下组成，

以焊丝总质量计，含有C：0.01～0.10质量％，Si：0.5～1.5质量％，

Mn：1.5～3.5质量％，选自Mg和Al之中至少一种：合计0.1～2.0质量％，TiO₂：1.5～6.0质量％，选自Na化合物、K化合物和Li化合物之中至少一种的化合物：合计0.05～0.4质量％，选自Al₂O₃、ZrO₂和SiO₂之中至少一种的氧化物：与TiO₂的合计为2～8质量％，Fe：86质量％以上，Mn的质量百分比含量与Si的质量百分比含量之比Mn/Si为1.5～5.5。

4.根据权利要求3所述的气体保护电弧焊方法，其中，

所述药芯焊丝还含有Ni和Mo之中至少一种的元素，在焊丝总质量中，合计为0.1～3.0质量％。

5.根据权利要求1或2所述的气体保护电弧焊方法，其中所述电极焊丝的断裂强度为300～900MPa。