CN106536114A - 电气弧焊方法及电气弧焊装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供能够有效排出焊渣的电气弧焊方法及电气弧焊装置。焊丝(5)使用具有如下组成的药芯焊丝：在钢制外皮内填充有焊剂，含有特定量的C、Si、Mn、Mo、Ti及SiO₂，并且将Al、S、P、TiO₂及Al₂O₃规定为特定量以下，余量由Fe及不可避免的杂质构成，满足下述数式(A)。滑动铜垫板(2)使用在与坡口接触的面上具有带曲率的槽、在将坡口的宽度设为a时槽宽度W为(1.1×a)～(2.5×a)mm、槽深度D为0.5～5.5mm、槽宽度W与槽深度D之比(W/D)为5.0～80.0的垫板，按照使焊丝(5)的送给速度一定且焊丝(5)的突出长度一定的方式，边基于焊接电流来控制焊炬(4)的上升速度，并进行电气弧焊。1.0≤([SiO₂]+2.1×[Si])/([Al₂O₃]+1.9×[Al]+[TiO₂]+1.7×[Ti])…(A)。

Description

电气弧焊方法及电气弧焊装置

技术领域

本发明涉及一种电气弧焊方法及电气弧焊装置。更详细而言，涉及电气弧焊中的焊渣排出技术。

背景技术

电气弧焊法例如在母材的表面(坡口面)侧配置水冷的滑动垫板、并且在其相反面配置背垫板。而且，向由母材、滑动垫板及背垫板围成的空间内供给二氧化碳气体等保护气体，并由焊炬放出焊丝进行电弧焊。此时，焊接姿势一般采用从下向上进行焊接的直立姿势。

另外，在电气弧焊中一般使用在钢制外皮内填充有焊剂的药芯焊丝作为焊接材料。使用药芯焊丝的理由在于：在焊接时配合到焊剂中的焊渣形成剂熔融，起到保持良好的焊道外观的作用。然而，药芯焊丝在焊接时焊渣形成剂熔融，在熔融金属正上方存留大量熔融焊渣。若熔融金属正上方的熔融焊渣变厚，则焊丝被填埋在焊渣中，招致电弧的不稳定化、焊道外观的劣化。另外，若熔融金属正上方的熔融焊渣变厚，则还会因焊接金属的成分发生变动而产生强度过高、韧性劣化的问题。

为此，以往，在电气弧焊中采用从滑动垫板的下部强制排出焊渣的方法(参照专利文献1～4)。例如在专利文献1记载的焊接方法中使用为了确保焊渣的排出而设有使与焊道的间隙越向下越宽的斜度的水冷滑动铜垫板。另外，在专利文献2中提出一种滑动垫板，其在成为坡口侧的面上于焊接行进方向刻设从垫板的表面向内部逐渐减少的宽度的槽，利用该槽从包含熔融金属和焊渣的熔融池选择性地吸引焊渣。

另一方面，在专利文献3中提出了一种滑动垫板，其将与母材对置的面设为弯曲凹部，并在其上端附近形成用于供给保护气体的开口部，并且在弯曲凹部的左右两侧设置包含平坦的垂直面的滑动边缘部，在其一侧的下方形成用于在与母材表面之间形成规定宽度的间隙的缺口部。在该专利文献3所记载的滑动垫板中，存在在熔融池的熔融金属上的熔融焊渣从弯曲凹部与熔融金属的间隙向下方流出，并且还从形成在缺口部与母材表面之间的间隙向滑动垫板的轨道的侧方流出，因此能够比以往的滑动垫板进一步增加熔融焊渣的排出量。

另外，在专利文献4中提出在水冷滑动铜垫板的朝向被焊接材坡口部的面从上方到下方依次设有焊接焊道形成用的第1槽和排出熔融焊渣用的第2槽的滑动垫板。在专利文献4的滑动垫板中，第1槽被平行地形成在被焊接材表面，第2槽以与第1槽的下部连续且相对于被焊接材表面倾斜、槽宽度从上方到下方依次变宽且槽深度从上方到下方依次变深的方式形成。

现有技术文献

专利文献

专利文献2：日本特开平11－285826号公报

专利文献1：日本特开2007－90398号公报

专利文献1：日本特开2010－142814号公报

专利文献1：日本特开2012－166204号公报

发明内容

发明要解决的课题

然而，在上述以往的技术中存在以下所示的问题点。在使用专利文献1所记载那样的槽深度从上方向下方变深的滑动垫板、专利文献4所记载那样的槽宽度从上方向下方变宽且槽深度从上方向下方变深的滑动垫板的情况下，因电弧电压、焊渣物性会造成过度的焊渣排出，发生焊穿、夹渣或气孔等焊接缺陷。

另外，专利文献2记载的滑动垫板在所刻设的槽中吸引熔融焊渣并将其排出，但在表面张力低的焊渣组成的情况下，无法充分得到吸引效果，并且若反复使用，则存在进入到槽中的焊渣凝固、在焊接途中无法得到由吸引所致的排出效果的问题点。进而，专利文献3所记载的滑动垫板在水冷滑动铜垫板的缺口部不仅流落熔融焊渣而且还流落熔融金属，具有焊道形状劣化的问题点。

为此，本发明的主要目的在于提供能够有效排出焊渣的电气弧焊方法及电气弧焊装置。

用于解决课题的手段

如上述所示，焊渣排出的促进以往是在水冷滑动铜垫板的结构上下功夫。然而，焊渣的排出量因电弧稳定性、焊丝的焊渣组成而发生变化，因此仅利用水冷滑动铜垫板的结构无法充分地进行控制。尤其焊丝的组成会影响焊渣的熔融物性，并且还关系到焊接金属的焊穿或焊接缺陷、焊道形状的劣化，但以往针对焊丝的焊渣物性和水冷滑动铜垫板形状并未提出最佳的策略(approach)。

为此，本发明人等针对有关焊渣组成所附加的焊接材料与焊接装置的组合进行研究，发现即使长时间且反复使用也能维持有效的焊渣的排出并且能够防止焊接缺陷、焊道形状的劣化、韧性的劣化的电气弧焊方法，由此完成本发明。

即，一种本发明的电气弧焊方法，其是使滑动铜垫板与被焊接材的坡口表面抵接、并且边使上述滑动铜垫板及焊炬上升边进行电气弧焊的电气弧焊方法，使用具有如下组成的药芯焊丝作为上述焊丝：在钢制外皮内填充有焊剂，相对于焊丝总质量，含有C：0.01～0.50质量％、Si：0.10～1.00质量％、Mn：0.50～4.00质量％、Mo：0.10～1.00质量％、Ti：0.05～0.40质量％、SiO₂：0.10～1.00质量％，并且规定为Al：0.30质量％以下(包括0％)、S：0.050质量％以下(包括0％)、P：0.050质量％以下(包括0％)、TiO₂：0.30质量％以下(包括0％)、Al₂O₃：0.30质量％以下(包括0％)，余量由Fe及不可避免的杂质构成，在SiO₂含量设为[SiO₂]、Si含量设为[Si]、Al₂O₃含量设为[Al₂O₃]、Al含量设为[Al]、TiO₂含量设为[TiO₂]、Ti含量设为[Ti]时，满足下述数式(A)，上述滑动铜垫板在与上述坡口接触的面具有带曲率的槽，在将上述坡口的宽度设为a时，上述槽宽度W为(1.1×a)～(2.5×a)mm，上述槽深度D为0.5～5.5mm，上述槽宽度W与上述槽深度D之比(W/D)为5.0～80.0，按照使上述焊丝的送给速度一定、上述焊丝的突出长度一定的方式，基于焊接电流来控制上述焊炬的上升速度。

【数1】

1.0≤([SiO₂]+2.1×[Si])/([Al₂O₃]+1.9×[Al]+[TiO₂]+1.7×[Ti])…(A)

上述药芯焊丝可以进一步含有相对于焊丝总质量为0.50质量％以下的Mg、2.0质量％以下的Ni、1.0质量％以下的Cr、0.005质量％以下的B。

另外，上述药芯焊丝可以进一步含有相对于焊丝总质量合计为0.80质量％以上的MgO、Li₂O、Na₂O、K₂O、CaO、SrO及BaO中的至少1种氧化物。

进而，上述药芯焊丝可以使用直径为1.5～3.5mm、焊剂填充率为15～30质量％的药芯焊丝。

另一方面，在本发明的电气弧焊方法中，上述焊炬的上升速度的控制具有：

从利用低通滤波器检测到的焊接电流中除去高频成分的工序；和

将通过所述低通滤波器的焊接电流值与预先设定的焊接电流指令值进行比较的工序，

其中，将上述低通滤波器的截止频率设定为0.98～2.93Hz。

另外，也可以边使电弧电压发生周期性变动边进行焊接。

本发明的电气弧焊装置具有：

与被焊接材的坡口表面抵接的滑动铜垫板、

向上述坡口内送给焊丝的焊炬、

使上述焊炬相对于焊接线向前后方向、上下方向及左右方向移动的焊炬移动机构、和

基于焊接电流来控制上述焊炬的上升速度的控制部，

上述滑动铜垫板在与所述坡口接触的面具有带曲率的槽，在将上述坡口的宽度设为a时，上述槽宽度W为(1.1×a)～(2.5×a)mm、上述槽深度D为0.5～5.5mm、上述槽宽度W与上述槽深度D之比(W/D)为5.0～80.0。

发明效果

根据本发明，除了滑动铜垫板的结构外，还对焊接材料的组成进行限定，因此能够有效排出焊渣。

附图说明

图1为示意性表示本实施方式的电气弧焊方法的截面图。

图2为表示坡口形状的截面图。

图3A为示意性表示图1所示滑动铜垫板2的构成的俯视图。

图3B为图3A所示的基于Z－Z线的截面图。

图4为表示以使突出长度一定的方式进行控制的方法流程图。

图5为表示本实施方式的电气弧焊方法中使用的焊接装置的构成例的图。

图6为表示应用于角焊时的焊接方法的截面图。

具体实施方式

以下，对本发明的实施方式进行详细地说明。而且，本发明并不限定于以下说明的实施方式。图1为示意性表示本发明的实施方式的电气弧焊方法的截面图，图2为表示坡口形状的截面图。另外，图3A为示意性表示图1所示滑动铜垫板2的构成的俯视图，图3B为图3A所示的基于Z－Z线的截面图。

如图1所示，本实施方式的电气弧焊方法使滑动铜垫板2与形成于被焊接材(母材1)的坡口的其中一面侧抵接，并且使背衬材3与另一面侧抵接。在此，作为坡口形状，可以应用例如图2所示的V坡口。而且，向由母材1、滑动铜垫板2及背衬材3包围的坡口内供给保护气体并从焊炬4送给焊丝5，边使焊炬4及滑动铜垫板2上升边进行电弧焊。

此时，焊丝5使用具有如下组成的药芯焊丝：在钢制外皮内填充有焊剂，含有特定量的C、Si、Mn、Mo、Ti及SiO₂，并且将Al、S、P、TiO₂及Al₂O₃规定为特定量以下，余量由Fe及不可避免的杂质构成，满足下述数式(A)。予以说明，下述数式(A)中的[SiO₂]为SiO₂含量、[Si]为Si含量、[Al₂O₃]为Al₂O₃含量、[Al]为Al含量、[TiO₂]为TiO₂含量、[Ti]为Ti含量。

予以说明，在本说明书中，[Si]所示的Si含量是除SiO₂中的Si以外的Si含量。另外，[]所示的含量为以质量比表示的含量。

【数2】

1.0≤([SiO₂]+2.1×[Si])/([Al₂O₃]+1.9×[Al]+[TiO₂]+1.7×[Ti])…(A)

另外，如图3A、图3B所示，滑动铜垫板2使用的是：在与坡口接触的面具有带曲率的槽12，在将坡口的宽度设为a时，槽宽度W为(1.1×a)～(2.5×a)mm、槽深度D为0.5～5.5mm、槽宽度W与槽深度D之比(W/D)为5.0～80.0的垫板。进而，在焊接时，使焊丝5的送给速度一定，并基于焊接电流来控制焊炬的上升速度。

接着，对本实施方式的电气弧焊方法中的各种条件设定的理由进行说明。

[焊丝5]

本实施方式的电气弧焊方法中使用的焊丝5为由筒状的钢制外皮和填充于该外皮的内侧的焊剂构成的药芯焊丝。予以说明，药芯焊丝的形态可以为在外皮无接缝的无接缝型、在外皮有接缝的接缝型中的任一种。另外，药芯焊丝包括在表面(外皮的外侧)施以镀铜的药芯焊丝和未施以镀铜的药芯焊丝，但是，在本实施方式的电气弧焊方法中任一者均可使用。

以下，对本实施方式的电气弧焊方法中使用的药芯焊丝的成分组成的数值限定理由进行说明。予以说明，以下所示的成分量为相对于将外皮和焊剂合并的焊丝总质量的比例。

C：0.01～0.50质量％

C具有提供焊接金属的强度的效果。然而，在焊丝的C含量不足0.01质量％的情况下，焊接金属的强度不足。另一方面，若在焊丝中超过0.50质量％而大量包含C，则在焊接中与氧结合而成为CO气体，在溶滴表面产生泡。而且，该泡会飞散，由此使电弧不稳定，发生溅射。因此，焊丝的C含量为0.01～0.50质量％。

＜Si：0.10～1.00质量％＞

Si是具有脱氧作用的元素，并且是为了确保焊接金属的强度、韧性而所需的元素。然而，在焊丝的Si含量不足0.10质量％的情况下，因脱氧不足而在焊接金属中产生气泡。另一方面，若在焊丝中超过1.00质量％而大量包含Si，则在焊接中存留在熔融金属7上的熔融焊渣8变厚，焊丝5填埋于熔融焊渣8中，焊接金属9的成品率发生变动，韧性劣化。因此，焊丝的Si含量为0.10～1.00质量％。

予以说明，在本说明书中，在提及焊丝的Si成分量的情况下，不包括SiO₂中的Si。这是由于对SiO₂成分量进行另行规定。

＜Mn：0.50～4.00质量％＞

Mn与上述的Si同样作为脱氧剂或硫捕捉剂发挥作用，因此是确保焊接金属的强度、韧性而所需的元素。然而，在焊丝的Mn含量不足0.50质量％的情况下，因脱氧不足而在焊接金属中产生焊接缺陷(气泡)或者焊接金属的韧性不足。另一方面，若在焊丝中超过4.00质量％而大量包含Mn，则在焊接中产生大量不易剥离的焊渣，产生夹渣等焊接缺陷，并且焊接金属的强度过度增加，使韧性显著降低。因此焊丝的Mn含量为0.50～4.00质量％。

＜Mo：0.10～1.00质量％＞

Mo是为了确保焊接金属的强度、韧性而所需的元素。然而，在焊丝的Mo含量不足0.10质量％的情况下，焊接金属的强度、韧性不足。另一方面，若在焊丝中超过1.00质量％地包含Mo，则焊接金属强度过高，产生裂纹等焊接缺陷。因此，焊丝的Mo含量为0.10～1.00质量％。

＜Ti：0.05～0.40质量％＞

Ti具有使焊接金属中的铁素体粒微细化并且使韧性提高的效果。然而，在焊丝的Ti含量不足0.05质量％的情况下，焊接金属的韧性不足。另一方面，由于Ti为强脱氧元素，因此若在焊丝中超过0.40质量％地包含Ti，则过多地产生粘性高的TiO₂焊渣。其结果会抑制焊渣排出，使存留在熔融金属7上的熔融焊渣8变厚，焊丝5填埋熔融焊渣8中，焊接金属9的成品率发生变动，使韧性劣化。因此，焊丝的Ti含量为0.05～0.40质量％。

＜SiO₂：0.10～1.00质量％＞

SiO₂是焊剂中所含有的氧化物，形成流动性较佳的熔融焊渣。另外，若与SiO₂一起添加后述的MgO、CaO，则熔融焊渣的流动性更良好。因此，在电气弧焊中，若为以SiO₂为主体的焊渣组成，则促进焊渣的排出。另外，以SiO₂作为主体的焊渣组成为玻璃质且容易剥离，铺展在焊道整面上，因此焊道外观也良好。为了形成此种以SiO₂作为主体的焊渣组成，需要使焊丝中含有0.10质量％以上SiO₂。

另一方面，若在焊丝中超过1.00质量％地含有SiO₂，则焊渣量变得过多，氧化物生成会大于排出效果，存留在熔融金属7上的熔融焊渣8变厚，焊丝5填埋于熔融焊渣8中，焊接金属9的成品率发生变动，使韧性劣化。因此，焊丝中的SiO₂含量为0.10～1.00质量％。予以说明，从提高焊渣排出效率的观点出发，焊丝的SiO₂含量优选为0.20～0.60质量％。

＜Al：0.30质量％以下＞

Al与上述Ti同样具有使焊接金属中的铁素体粒微细化并且使韧性提高的效果，但是，铁素体粒的微细化效果以Ti效果最高，另外，由于Al氧化物的粘性高，因此使焊渣剥离性降低，对焊道外观造成影响。因此，优选在焊丝中尽量不添加Al，更优选为0质量％。

另一方面，由于Al为强脱氧元素，因此在焊丝中超过0.30质量％地包含Al，过多地产生焊渣。其结果会抑制焊渣排出，存留在熔融金属7上的熔融焊渣8变厚，焊丝5填埋在熔融焊渣8中，焊接金属9的成品率发生变动，使韧性劣化。因此，焊丝的Al含量规定为0.30质量％以下。

＜S：0.050质量％以下、P：0.050质量％以下＞

S(硫)及P(磷)均为不可避免的杂质，若焊丝中的这些元素的含量分别超过0.050质量％，则在焊接金属中产生裂纹等焊接缺陷。因此，S含量及P含量均规定为0.050质量％以下。予以说明，焊丝的S含量及P含量优选尽可能地少，更优选为0质量％，但是若分别为0.050质量％以下，则不会影响本发明效果。

＜TiO₂：0.30质量％以下、Al₂O₃：0.30质量％以下＞

TiO₂及Al₂O₃为焊剂中所含有的氧化物，但是为了形成粘性高的熔融焊渣，优选使这些氧化物的含量尽可能地少，更优选为0质量％。尤其，若焊丝中的TiO₂含量及Al₂O₃含量分别超过0.30质量％，则会抑制焊渣排出，焊接金属的韧性劣化或产生夹渣等焊接缺陷。因此，TiO₂含量及Al₂O₃含量分别规定为0.30质量％以下。

＜(SiO₂+2.1Si)/(Al₂O₃+1.9Al+TiO₂+1.7Ti)＞

如上所述，来自焊剂的TiO₂或Al₂O₃、作为强脱氧元素的Ti及Al会抑制焊渣的排出。因此，在([SiO₂]+2.1×[Si])/([Al₂O₃]+1.9×[Al]+[TiO₂]+1.7×[Ti])不足1.0的情况下、即焊丝中的这些成分的含量不满足上述数式(A)的情况下，成分为TiO₂或Al₂O₃主体的焊渣组成，招致焊接金属的韧性降低、焊接缺陷的产生。

与此相对，在([SiO₂]+2.1×[Si])/([Al₂O₃]+1.9×[Al]+[TiO₂]+1.7×[Ti])为1.0以上情况下、即焊丝中的这些成分的含量满足上述数式(A)的情况下，成为SiO₂主体的焊渣组成，促进焊渣排出，无焊接缺陷，成为良好的焊道外观。予以说明，上述数式(A)中的Si、Al、Ti的系数为元素与氧化物的摩尔质量比，并且规定为假设添加元素全部为氧化物的情况。

＜Mg：0.50质量％以下＞

Mg是强脱氧元素，具有降低焊接金属的氧量、提高韧性的效果，因此可以根据需要添加到焊丝中。予以说明，从提高焊接金属的韧性的观点出发，在焊丝中添加Mg的情况下，优选为0.05质量％以上。

另一方面，由于Mg是强脱氧元素，因此若焊丝超过0.50质量％地含有Mg，则MgO焊渣变得过多。适量的MgO与SiO₂结合，成为流动性良好的熔融焊渣，但是，若MgO过度增加，则在焊接中大量产生不易剥离的焊渣，产生夹渣等焊接缺陷。因此，在焊丝中添加Mg的情况下，为0.50质量％以下。

＜Ni：2.0质量％以下、Cr：1.0质量％以下、B：0.005质量％以下＞

焊丝中使用的药芯焊丝可以为了提高焊接金属的强度或韧性而含有Ni、Cr及B。但是，若这些元素过量地添加，则在焊接金属中容易产生裂纹。具体而言，若在焊丝中超过2.0质量％地添加Ni、超过1.0质量％地添加Cr或超过0.005质量％地添加B，则在焊接金属中容易产生裂纹。因此，在添加Ni、Cr及B的情况下，分别为Ni：2.0质量％以下、Cr：1.0质量％以下、B：0.005质量％以下。

＜MgO、Li₂O、Na₂O、K₂O、CaO、SrO、BaO：合计为0.80质量％以下＞

MgO、Li₂O、Na₂O、K₂O、CaO、SrO及BaO与SiO₂融合而具有使焊渣的粘性降低、并且使流动性提高的效果。但是，若MgO、Li₂O、Na₂O、K₂O、CaO、SrO及BaO的总含量超过0.80质量％，则焊渣量变得过多，氧化物生成会大于排出效果。因此，存留在熔融金属7上的熔融焊渣8变厚，焊丝5填埋在熔融焊渣8中，焊接金属9的成品率发生变动而使韧性劣化。因此，在焊丝中添加MgO、Li₂O、Na₂O、K₂O、CaO、SrO及BaO的情况下，总含量为0.80质量％以下。予以说明，焊丝可以仅含有这些氧化物中的1种，另外，也可以含有2种以上。

＜余量：Fe及不可避免的杂质＞

本实施方式的电气弧焊方法中使用的焊丝(药芯焊丝)的成分组成中的余量为Fe及不可避免的杂质。

＜直径：1.5～3.5mm＞

焊丝中使用的药芯焊丝的直径优选为1.5～3.5mm。若在电气弧焊中使用直径1.5mm不足的焊丝，则焊接量变多，熔融金属位置变高，因此抑制焊渣排出。另一方面，若使用直径超过3.5mm的焊丝，则焊接电流变高，成为大线能量，因此容易使所得的焊接金属的韧性劣化。

＜焊剂填充率：15～30质量％＞

焊丝中使用的药芯焊丝的焊剂填充率优选为15～30质量％。若使用焊剂填充率不足15质量％的焊丝，则无法得到焊接量的提高效果，焊丝容易填埋在焊渣浴中。另一方面，若使用焊剂填充率超过30质量％的焊丝，则焦耳热效果变高，溶滴移行变得不稳定，因此突出而难以控制。予以说明，在此所说的“焊剂填充率”为以填充到外皮内的焊剂的质量相对于焊丝整体(外皮和焊剂的合计)的质量的比例规定的值。

＜外皮＞

焊丝中使用的药芯焊丝的外皮的材质只要使焊丝整体的组成为上述的范围内即可，可以为软钢及不锈钢中的任一种。

＜制法＞

本实施方式的电气弧焊方法中使用的焊丝(药芯焊丝的制造方法并无特别限定，可以使用利用一般的制造方法制造的焊丝。例如，将由软钢或不锈钢形成的外皮成形为U字状，再填充焊剂后，成形为筒状型，并拉丝至目标直径，由此可以制造焊丝。

[滑动铜垫板2]

本实施方式的电弧焊中使用的滑动铜垫板2在与坡口接触的面设有带曲率的槽12。该滑动铜垫板2的槽形状依赖于熔融焊渣的排出。若槽宽度W及槽深度D大，则促进焊渣的排出，但是产生熔融金属的焊穿及由焊渣未均匀地覆盖焊道所致的焊道形状不良、夹渣等焊接缺陷。

另一方面，若槽宽度W及槽深度D小，则焊渣的排出会停止，存留在熔融金属7上的熔融焊渣8变厚，焊丝5会填埋在熔融焊渣8中，焊接金属9的成品率发生变动而使韧性劣化。因此，为了通过利用焊渣均匀地覆盖焊道来防止焊道形状不良及焊接缺陷的产生，最好不要使槽过大。

另一方面，若减小槽形状，则不易排出焊渣。为此，通过在本实施方式的电弧焊方法中使用上述组成的焊丝(药芯焊丝)，从而形成以SiO₂作为主体的熔融焊渣。由于以SiO₂作为主体的熔融焊渣的粘性低，因此具有流动性良好、且与铜垫板的润湿性也良好的熔融物性，因而即使不需要过度的槽加工，利用焊渣均匀地覆盖焊道，也能形成良好形状的焊道。

就适合与上述组成的药芯焊丝组合的槽形状而言，在将坡口的宽度设为a时，槽宽度W为(1.1×a)～(2.5×a)mm、槽深度D为0.5～5.5mm、槽宽度W与槽深度D之比(W/D)为5.0～80.0。

＜槽宽度W：(1.1×a)～(2.5×a)mm＞

槽宽度W依赖于坡口宽度a。在槽宽度W不足坡口宽度a的1.1倍的情况下，焊道形状不良，另外，若超过2.5倍，则产生焊接金属的焊穿、焊道形状不良。因此，槽宽度W为坡口宽度a的1.1～2.5倍的范围。

＜槽深度D：0.5～5.5mm＞

在槽深度D不足0.5mm的情况下，焊接金属的成品率发生变动，使韧性劣化。另外，若槽深度D超过5.5mm，则焊渣未均匀地分布在焊道上，产生焊道形状不良、夹焊等焊接缺陷。因此，槽深度D为0.5～5.5mm的范围。

＜槽宽度W与槽深度D之比(W/D)：5.0～80.0＞

在槽宽度W与槽深度D之比(W/D)不足5.0的情况下，即使使用上述组成的药芯焊丝，焊渣的排出也会停滞，焊接金属的成品率发生变动，使韧性劣化。另一方面，若槽宽度W与槽深度D之比(W/D)超过80.0，则产生焊道形状不良、夹渣等焊接缺陷。因此，槽宽度W与槽深度D之比(W/D)为5.0～80.0。

＜槽形状＞

滑动铜垫板2的槽12的形状为带曲率的形状。由此可以维持良好的焊道形状。槽12的曲率半径并无特别限定，优选为30～180mm。由此可以利用焊渣均匀地覆盖而进一步提高焊道形状。

[焊丝5的突出长度控制]

焊接时的焊丝5的突出长度优选为20～60mm。在电气弧焊中，在焊丝5的突出长度不足20mm的情况下，焊接电流变高，成为大线能量，因此焊接金属的韧性劣化。另一方面，若焊丝5的突出长度超过60mm，则焦耳热效果变高，溶滴移行变得不稳定，因此难以将后述的突出长度控制为一定。

而且，在本实施方式的电气弧焊中，按照使上述的焊丝5的突出长度l一定的方式，边控制焊炬的上升速度边进行焊接。若突出长度一定，则电弧稳定，可以降低熔融焊渣8的摇动，因此焊渣排出量的经时变化变小，能够时常排出均匀量的焊渣。其结果可以防止焊道形状不良、夹渣等焊接缺陷。

尤其在使用形成有流动性良好的熔融焊渣的焊丝的情况下，熔融焊渣8的摇动更大，因此需要将上述的突出长度控制为一定。以下，对用于使焊丝5的突出长度一定的具体控制方法进行说明。图4为表示使突出长度一定的控制方法的流程图。

若焊丝5的突出长度变短，则焊接电流变大，，若突出长度变长，则焊接电流变小。为此，在本实施方式的电气弧焊中，检测焊接电流，并基于该值来控制焊炬5上升速度、即焊接速度。此时，焊丝5的送给速度一定而不发生变化。

基于焊接电流来控制焊炬的上升速度的方法并无特别限定，例如如图4所示，将利用低通滤波器F1除去高频成分后的焊接电流X1输入电流检测值转换器G1。然后，将该电流检测值转换器G1的电流值与使利用手动操作X2设定的焊接电流指令值以电流设定器G2反转所得的值进行比较。其结果为：在焊接电流值大于焊接电流指令值的情况下，加快焊炬4的上升速度，在小于焊接电流指令值的情况下，减慢焊炬4的上升速度。

焊炬4的速度的控制例如可以如下进行：在台车行走发动机速度指令演算器G3中进行演算，通过台车行走发动机驱动电路20，对使焊炬4移动的台车的行走发动机21进行自动控制。利用该控制，可以使焊丝5的突出长度一定。

此时，从提高焊丝5的突出长度控制的精度的观点出发，优选将低通滤波器F1的截止频率设定为0.98～2.93Hz的范围。在低通滤波器的截止频率不足0.98Hz的情况下，焊炬4的上升速度控制的灵敏度降低，有时无法追随焊丝5的突出长度的变化。另外，若截止频率超过2.93Hz，则焊炬4的上升速度控制的灵敏度变得过高，在较小的电流变化下会使上升速度发生变化，焊丝5的突出长度发生变化，因此会使电弧变得不稳定。若电弧变得不稳定，则带入边缘的空气，氮气混入到焊接金属中，因此有时会使韧性劣化。

[焊接装置的结构]

图5为表示本实施方式的电气弧焊方法中使用的焊接装置的构成例的图。本实施方式的电气弧焊方法可以利用至少具备上述的滑动铜垫板2、焊炬4、焊炬移动机构和控制部的电气弧焊装置来实施。在电气弧焊装置中一般设有焊接电源25、焊丝送给装置26及保护气体供给机构等。

焊炬移动机构是使焊炬4相对于焊接线向前后方向、上下方向及左右方向移动的机构，例如由台车22及行走用轨道23等构成。其构成如下：在拆卸型的焊接台车22上安装有焊炬4及滑动铜垫板2，并以行走用轨道23作为导轨使其移动，能够相对于焊接线向上下、前后、左右方向调整位置。另外，焊接台车22优选在20kg以下且通过使设置于焊接台车22的导辊间的宽度和行走轨道23的宽度发生相对变化而容易从行走轨道23的规定位置拆卸焊接台车22。

另外，控制部以使焊丝5的突出长度一定的方式基于焊接电流来控制焊炬4的上升速度，例如设置在操作箱24内。该操作箱24与焊接电源25连接，控制用于焊接开始及停止的开关、焊接电流的调整、焊接电压的调整、突出长度的调整、行走速度的调整及焊丝缓动等。

[其他焊接条件]

被焊接材(母材1)的板厚并无特别限定，可以根据用途等适当选择使用。予以说明，在母材1为板厚超过32mm的厚板的情况下，也可以将焊炬4摆动来进行焊接。此时，优选具有摇摆(Weaver)角度设定机构、能够维持在设定角度的摇摆(Weaver)旋转传达驱动机构、将焊炬与焊接台车所成的角度时常保持一定的焊炬旋转传达功能、摇摆动作传达机构。

焊接中所使用的电源(焊接电源)的特性并无特别限定，可以为直流电流的焊接电源，也可以为交流电源。但是，从以使突出长度一定的方式进行控制的方面出发，焊接电源优选使用具有恒定电压特性的电源。背衬材3的种类和材质也并无特别限定，例如可以为水冷式铜垫板，也可以为与陶瓷材、母材1接近的组成的钢材。

电弧电压越高，越会广范围地施加电弧压，因此对焊渣的排出有效。然而，若长时间持续电弧电压高的状态，则电弧不稳定。为此，在本实施方式的电气弧焊方法中，优选的是为了促进焊渣排出而每隔任意的时间提高电弧电压值。提高电弧电压的时机可以以一定间隔来进行，也可以为不定期。另外，在像脉冲那样使电弧电压发生周期性变化的情况下，其波形并无特别限定，可以采用矩形波、三角波及波型等各种脉冲波形。进而，脉冲频率的范围也并无特别限定，但优选为0.1～500Hz，由此有效地得到焊渣排出。

另外，除100体积％CO₂、100体积％Ar以外，保护气体还可以使用Ar与CO₂或O₂的混合气体等。在这些保护气体中，尤其从熔合效果大的方面出发，优选100体积％CO₂。予以说明，从防止保护气体不良的观点出发，气体流量优选为15～40L/分钟。

[接口形状]

除母材1的形状为上述的V坡口的情况以外，本发明的电气弧焊也可以应用于角焊中。图6为表示应用于角焊时的焊接方法的截面图。如图6所示，在进行角焊的情况下，不需要背衬材。而且，使滑动铜垫板2与母材1的表面抵接，向由母材1和滑动铜垫板2围成的坡口内供给保护气体，并且由焊炬送给焊丝，边使焊炬及滑动铜垫板上升边进行电弧焊即可。其他条件与V坡口的情况同样。

如以上详述的那样，在本实施方式的电气弧焊方法中，使用能够形成对熔融焊渣排出最有效的物性的熔融焊渣的药芯焊丝和具有特定的槽形状的滑动垫板，边以使焊丝的突出长度一定的方式进行控制边进行焊接，因此即使长时间且反复使用，也能维持有效的焊渣的排出。其结果可以防止焊接缺陷、焊道形状的劣化、焊接金属的韧性的劣化。

另外，本实施方式的电气弧焊方法可以通过使用含有特定量的Mg、Ni、Cr及B的药芯焊丝来进一步提高焊接金属的韧性。进而，若使用含有MgO、Li₂O、Na₂O、K₂O、CaO、SrO及BaO中的至少1种的氧化物的药芯焊丝，则通过将它们与SiO₂复合，从而熔融焊渣粘性降低，因此可以进一步促进存留在熔融金属上的熔融焊渣的排出。

实施例

以下，列举本发明的实施例及比较例对本发明的效果进行具体地说明。在本实施例中，使用下述表1～4所示的药芯焊丝W1～W70和下述表3、4所示的滑动铜垫板，边以使焊丝的送给速度一定且基于焊接电流使焊丝的突出长度一定的方式调节焊炬的上升速度，边进行电气弧焊。予以说明，下述表1、2所示的药芯焊丝的成分组成中的余量为Fe及不可避免的杂质。予以说明，下述表1、2中的“－”表示不积极地进行添加，但是有时以不可避免的杂质的形式含有这些成分。

[表1]

[表2]

[表3]

[表4]

电气弧焊在下述的条件下进行。

焊接电流：380A

电弧电压：35V

焊接速度：8cm/分钟

线能量：9.9kJ/mm

母材板厚：19mm

坡口形状：V坡口

坡口角度：40°

间隙：5～10mm(间隙使坡口宽度的调整在5～10mm内变化)

保护气体：100％CO₂

评价按照以下所示的方法对焊道外观、电弧稳定性、焊接缺陷的有无、夏比(CHARPY)值进行。

＜焊道外观＞

关于焊道外观，以目视判断焊接结束后的焊道。将发生焊道蛇行、焊道隆起及重叠等焊道形状不良的情况设为×，将正常的情况设为○。

＜电弧稳定性＞

电弧稳定性以数据记录器测定焊接中的电弧电压值并进行判断。具体而言，对于设定电压值，将在连续5秒内电压发生±5V以上的变动的情况设为电弧不稳定并记作×，将在5秒以内复原的情况设为○。另外，将无±5V以上的变动的情况设为良好并记作◎。

＜焊接缺陷＞

焊接缺陷利用依据放射线透过试验(RT：参照JIS Z 3104)的方法来进行。将能够确认到缺陷的情况设为×，将无缺陷的情况设为○。

＜韧性＞

焊接金属的韧性依据JIS Z 3128以－20℃的夏比吸收能量(J)进行评价。具体而言，从焊道截面中央抽取试样，采用3次的平均值。在JIS Z 3319的电气弧焊用药芯焊丝的规格中，－20℃的夏比吸收能量(J)为40J以上，因此将不足40J的情况设为×，将高于40J的情况设为○，将超过成倍的80J的情况判断为非常良好并记作◎。

＜焊接装置的操作＞

焊接使用图5所示的装置来进行。首先，将焊接台车安装到轨道上，并在母材上安装背衬材。将药芯焊丝安装到焊丝送给装置上，并送给至焊炬前端。使焊接台车移动到焊接始端部，使滑动式铜垫板与母材接触，进行滑动式铜垫板的定心。利用焊炬调整部调整焊丝的目标角度、目标位置。

利用操作箱面板设定焊接电压及焊接电流行走速度，确认冷却水量和气体流量后，按压操作箱面板上的焊接开始按钮，由此启动电弧的同时使台车行走。通过调整操作箱面板上的突出长度，从而调整为任意的突出长度，边进行自动上升控制，边进行焊接。在焊接终端部按压操作箱面板上的焊接停止按钮，停止焊接。以上的结果如下述表5、6所示。

[表5]

【表6】

上述表5所示的No.1～75为本发明的范围内的实施例，表6所示的No.76～No119为在本发明的范围外的比较例。如表5所示，实施例的No.1～75中，促进焊渣的排出，电弧稳定性、焊道外观、韧性良好，也未观察到焊接缺陷。

与此相对，在比较例的No.76、No.77、No.80、No.81中，滑动铜垫板的槽的深度小，W/D也不在适当的范围，因此抑制焊渣的排出，焊渣浴变厚。其结果为：焊丝被掩埋，引起电弧不稳定、焊道外观不良、由成品率变化所致的焊接金属的韧性降低。另外，在No.78、No.79、No.82～85中，由于滑动铜垫板的槽的深度过大而发生熔融金属的一部分焊穿，焊道外观也低劣。

在No.86、No.87中，相对于坡口宽度，滑动铜垫板的宽度过窄，因此在焊道时焊渣未均匀地分布而发生焊道形状不良。在No.88、No.89中，相对于坡口宽度，滑动铜垫板的宽度过广，因此在焊道时发生熔融金属的焊穿，发生焊道形状不良。在No.90～93中，由于未进行突出的控制，因此电弧不稳定，并且由于焊渣浴摆动而发生焊道外观不良。

No.94为使用直径3.2mm的焊丝的例子，相对于本试验电流380A，焊接平衡不同，因此电弧不稳定。No.95为使用直径1.4mm的焊丝的例子，相对于本试验电流380A，焊接量比最佳量多，因此熔融金属的位置上升，存在被掩埋的风险，由此电弧不稳定。

No.96、No.97是焊剂填充率为12质量％或33质量％的例子，相对于本试验电流380A，焊接平衡不同，因此电弧不稳定。No.98中，由于焊丝中的C含量过高，因此若电弧不稳定，则强度过高，因此韧性劣化。No.99中，由于使用Si量过量的焊丝，因此熔融焊渣量变多，发生夹渣。No.100中，由于使用Si量少的药芯焊丝，因此脱氧作用变小，产生气孔缺陷。No.101使用Mn量少的药芯焊丝，因此焊接金属的韧性变差。

No.102中，由于使用含有过量的Mn量的药芯焊丝，因此焊接金属的强度过高，韧性变差。No.103中，由于使用Mo量多的药芯焊丝，因此焊接金属的强度过高，韧性变差。No.104中使用过量添加P的药芯焊丝，No.105中使用过量添加B的药芯焊丝，No.106中使用过量添加S的药芯焊丝，因此在焊接金属中产生裂纹。

No.107中，由于使用不含有Mo的药芯焊丝，因而焊接金属的韧性不足。No.108中，由于形成以TiO₂及Al₂O₃作为主成分的熔融焊渣，并且抑制焊渣排出，因此发生夹渣及焊道形状不良。No.109～115中，由于使用氧化物的添加量过量的药芯焊丝，因此抑制焊渣排出，并且发生夹渣。

No.116中，由于使用过量添加Mg的药芯焊丝，因此抑制焊渣排出，并且发生夹渣。No.117中，由于使用过量添加SiO₂的药芯焊丝，因此抑制焊渣排出，并且发生夹渣。No.118中，由于使用SiO₂的添加量不足的药芯焊丝，因此形成TiO₂及Al₂O₃为主成分的熔融焊渣，抑制焊渣排出，从而发生夹渣及焊道形状不良。

基于以上的结果，根据本发明，确认到：由于可以促进电气弧焊时的焊渣排出，因此可以保持最佳的电弧稳定性、焊道形状、韧性，并且可以抑制焊接缺陷。

本申请伴随申请日为2014年3月26日的日本国专利申请日本特愿第2014－152266号为基础申请的优先权主张。专利申请第2014－152266号通过参照而被本说明书援引。

符号说明

1 母材(被焊接材料)

2 滑动铜垫板

3 背垫材

4 加工炬

5 焊丝

6 焊接金属

7 熔融金属

8 熔融焊渣

9 固着焊渣

12 槽

20 台车行走发动机驱动电路

21 行进电动机

22 台车

23 行走用轨道

24 操作箱

25 焊接电源

26 焊丝进给装置

27 保护气体

Claims (7)

1.一种电气弧焊方法，其是使滑动铜垫板与被焊接材的坡口表面抵接，边使所述滑动铜垫板及焊炬上升边进行电弧焊的电气弧焊方法，

使用具有如下组成的药芯焊丝作为所述焊丝，

在钢制外皮内填充有焊剂，相对于焊丝总质量，含有

C：0.01～0.50质量％、

Si：0.10～1.00质量％、

Mn：0.50～4.00质量％、

Mo：0.10～1.00质量％、

Ti：0.05～0.40质量％、

SiO₂：0.10～1.00质量％，

并且规定为

Al：0.30质量％以下且包括0％、

S：0.050质量％以下且包括0％、

P：0.050质量％以下且包括0％

TiO₂：0.30质量％以下且包括0％、

Al₂O₃：0.30质量％以下且包括0％，

余量由Fe及不可避免的杂质构成，

在SiO₂含量设为[SiO₂]、Si含量设为[Si]、Al₂O₃含量设为[Al₂O₃]、Al含量设为[Al]、TiO₂含量设为[TiO₂]、Ti含量设为[Ti]时，满足下述数式(A)，

1.0≤([SiO₂]+2.1×[Si])/([Al₂O₃]+1.9×[Al]+[TiO₂]+1.7×[Ti])…(A)

所述滑动铜垫板在与所述坡口接触的面上具有带曲率的槽，

在将所述坡口的宽度设为a时，所述槽宽度W为(1.1×a)～(2.5×a)mm、所述槽深度D为0.5～5.5mm、所述槽宽度W与所述槽深度D之比W/D为5.0～80.0，

按照使所述焊丝的送给速度一定、所述焊丝的突出长度一定的方式，基于焊接电流来控制所述焊炬的上升速度。

2.根据权利要求1所述的电气弧焊方法，其中，所述药芯焊丝还含有相对于焊丝总质量为0.50质量％以下的Mg、2.0质量％以下的Ni、1.0质量％以下的Cr、0.005质量％以下的B。

3.根据权利要求1或2所述的电气弧焊方法，其中，所述药芯焊丝还含有相对于焊丝总质量合计为0.80质量％以下的MgO、Li₂O、Na₂O、K₂O、CaO、SrO及BaO中的至少1种氧化物。

4.根据权利要求1或2所述的电气弧焊方法，其中，所述药芯焊丝的直径为1.5～3.5mm，焊剂填充率为15～30质量％。

5.根据权利要求1或2所述的电气弧焊方法，其中，所述焊炬的上升速度的控制具有如下工序：

从利用低通滤波器检测到的焊接电流中除去高频成分的工序；和

将通过所述低通滤波器的焊接电流值与预先设定的焊接电流指令值进行比较的工序，

其中，将所述低通滤波器的截止频率设定为0.98～2.93Hz。

6.根据权利要求1或2所述的电气弧焊方法，边使电弧电压发生周期性变动边进行焊接。

7.一种电气弧焊装置，其具有：

与被焊接材的坡口表面抵接的滑动铜垫板、

向所述坡口内送给焊丝的焊炬、

使所述焊炬相对于焊接线向前后方向、上下方向及左右方向移动的焊炬移动机构、和

基于焊接电流来控制所述焊炬的上升速度的控制部，

所述滑动铜垫板在与所述坡口接触的面上具有带曲率的槽，

在将所述坡口的宽度设为a时，所述槽宽度W为(1.1×a)～(2.5×a)mm，所述槽深度D为0.5～5.5mm，所述槽宽度W与所述槽深度D之比W/D为5.0～80.0。