CN1498712A - 双电极气体保护焊用管状焊丝、以及焊接方法及装置 - Google Patents

双电极气体保护焊用管状焊丝、以及焊接方法及装置 Download PDF

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Abstract

一种双电极气体保护焊用管状焊丝、双电极气体保护焊接方法以及双电极气体保护焊接装置，在极厚的被焊接板的正面侧接触有滑动铜板，在背面侧接触有固定式垫材，在正面侧比背面侧宽的坡口内、沿板厚方向分离配置两根焊丝，利用双电极气体保护焊将被焊接板焊接。这时，只有正面侧焊丝振动，而背面侧焊丝不振动。另外，这两根焊丝均使用管状焊丝，这种管状焊丝，以焊丝总质量为基准，含有1.5～2.5质量％的Mn，0.10～1.00质量％的SiO2，0.5～3.0质量％的Ni，0.10～0.50质量％的Ti以及0.004～0.020质量％B。这样，在对厚钢板的立焊单焊道进行焊接的时候，可以得到良好的焊接操作性以及低温韧性。

Description

双电极气体保护焊用管状焊丝、以及焊接方法及装置
技术领域
本发明涉及一种可焊接厚钢板的一个立焊焊道的双电极气体保护焊用管状焊丝、双电极气体保护焊接方法以及双电极气体保护焊接装置。
背景技术
气体保护焊接作为一种高效率的立焊焊接方法，可以用在船舶、石油储灌以及桥梁等各个领域中，对于焊接的合理性以及接缝质量的稳定化具有很大的贡献。尤其在船舶领域，适用于如集装箱运货船的舷缘列板以及舱口围板部等板厚在50mm以上的极厚板的焊接。
但是，在对于此极厚板的焊接方法中，以前的单电极单焊道的焊接方法，除了焊接速度很低之外，也易产生融合不良等缺陷。为了消除这些问题并提高操作效率，提出了各种双电极电弧气体保护的焊接方法及其装置。
在特开平8-187598号公报中公开了一种能高质量而且高效率进行焊接的气体保护焊的焊接方法以及装置，对于厚壁对接立焊接头，在厚壁的焊接板的正面比背面宽的对接立焊接头的坡口中，沿板厚方向并列送给两根焊丝，关于由两焊丝产生电弧的热源的范围，正面热源范围比背面热源范围增大，并且使两焊丝沿板厚的方向振动(oscillate)而进行焊接，这样不会恶化被焊接板的材质。
在特开平10-118771号公报中公开了如下技术，在沿垂直钢板上下方向延伸的坡口中、边供给管状焊丝边在上方焊接的立焊气体保护焊接装置中，配置有对沿坡口的纵深方向并排的坡口深处与开口处进行焊接的第单电极以及第二电极、台车、驱动第单电极以及第二电极在坡口纵深方向摇动的振动装置以及在第单电极上产生正极性电弧，第二电极上产生反极性电弧的焊接电源，从而实现了快速进行且各部位焊接良好的厚板立焊气体保护焊接，而且抑制了熔融焊渣的飞溅。
特开平11-285826号公报中公开了如下的焊接方法，在利用双电极立焊气体保护焊焊接厚钢板坡口的时候，在板厚方向上配置两个焊接电极，在滑动铜板一侧电极上使用管状焊丝，在垫材一侧电极上使用实芯焊丝或者管状焊丝，摇动两电极进行焊接，以此为基础，在滑动铜板一侧电极上使用焊渣生成率为焊丝熔融量的2.7～5.5％的管状焊丝，在垫材一侧电极上使用焊渣生成率为焊丝熔融量的2.6％以下的实芯焊丝或者管状焊丝，滑动铜板一侧电极与垫材一侧电极的焊丝极间距离为10～38mm，进一步将滑动铜板一侧电极的焊丝送给速度设为垫材一侧电极的焊丝送给速度的1～1.5倍，而且两极的平均焊丝送给速度为14～20m/分，从而可以在35～90mm厚钢板的立焊单焊道中进行具有良好焊接操作性以及良好焊接形状的焊接。
在特开平11-197884号公报中公开的双电极气体保护焊接方法，作为垫材一侧电极，使用焊渣生成率为熔敷金属质量的0.5～2.6％的钢焊丝或者管状焊丝，在滑动铜板一侧电极，使用焊渣生成率为熔敷金属质量的2.7～5.5％的管状焊丝，进一步规定在垫材一侧电极以及滑动铜板一侧的电极焊丝中的C、Si、Mn、Ti、B的组成，通过这种双电极气体保护焊接方法，能得到良好的焊接操作性以及良好的焊接金属性能。
特开2002-103041号公报中公开了一种极厚钢材的双电极立焊气体保护焊接方法，在极厚的被焊接板的一面上设置滑动铜垫板，在另一面设置固定式垫板，在其坡口内沿板厚方向并排插入两根焊接电极，然后对被焊接板进行焊接，在这个方法中，作为滑动铜垫板一侧的焊接电极，使用相对于焊丝总重规定了金属氟化物以及其他成分组成的管状焊丝，而作为固定式垫板一侧的焊接电极使用实芯焊丝，从而得到在焊接厚钢板的时候具有良好的低温韧性以及良好焊接操作性。
但是，在特开平8-187579号公报、特开平10-118771号公报以及特开平11-285826号公报所公开的焊接方法中，虽然使两电极同时振动，可以在焊接长度较短的情况使用，但是对于焊接长度较长的情况，由于垫材一侧振动的影响使得垫材一侧焊丝的电弧不稳定，较容易发生背面焊道不良(堆高、焊道宽度)、产生过多飞溅的现象。另外由于附着的焊渣而造成保护不良以及焊嘴的热粘砂，不得已要中断焊接并且重新开始，因而降低了焊接的效率。
另外对于特开平11-197884号公报中公开的焊接方法，虽然规定飞溅生成率以及成分而得到良好操作性，但它是以保持沿板厚方向一定的焊丝极间距离进行摇动为前提进行的。
进而，在特开2002-103041号公报中公开的焊接方法中，是在两根焊丝中，在坡口开口一侧使用焊丝组成限定较细的管状焊丝，以及在垫材一侧使用实芯焊丝的组合的方法，得到了良好的操作性以及低温韧性，但是并未言及焊丝的摇动。
进一步对于上述特开平10-118771号公报中公开的双电极气体保护焊接装置，由于在正面一侧以及背面一侧设置的两个电极同时振动，所以必须在两电极上安装振动装置，或者将两个电极一体化后利用一个装置进行同步振动。这样的话对于此双电极气体保护焊接装置，就会存在大型、复杂的问题。另外在将两个电极一体化的时候，还存在不能只使用一个电极的问题。
发明内容
本发明就是在借鉴上述存在问题的基础上产生的，其目的在于提供一种在厚钢板的立焊单焊道焊接中，具有良好焊接操作性以及良好低温韧性的双电极气体保护焊用管状焊丝、双电极气体保护焊接方法以及双电极气体保护焊接装置。
本申请第一发明中涉及的双电极气体保护焊接方法，是对于被焊接板的正面侧比背面侧宽的上下延伸的坡口，正面侧与在上方滑动的滑动铜板接触，背面侧与固定垫材接触，并且在上述坡口内将两根焊丝分离配置在上述正面侧与背面侧，对上述坡口进行对接立焊的双电极气体保护焊接方法，其特征在于：上述焊丝为管状焊丝，只有正面侧焊丝沿板厚的方向振动，并且使两焊丝极性相反地进行焊接。
在发明中为了确保在背面侧焊丝的电弧稳定性，并不振动背面一侧的焊丝，而是固定其在板厚方向的位置。另外为了降低飞溅的发生量，正面侧焊丝以及背面侧焊丝均使用管状焊丝，进一步使双方焊丝的极性相反，这样可以防止发生电弧干涉，进而确保良好的电弧稳定性。
在该双电极气体保护焊接方法中，优选将上述正面侧焊丝的极性设为反极性，将上述背面侧焊丝的极性设为正极性。这样可以防止两极间发生电弧干涉，因而可以确保良好的焊接操作性。另外，上述背面侧焊丝与上述被焊接板背面之间的距离优选的是3～50mm。这样可以防止熔砂、堆高过大、外观不良以及融合不良等，因而可以得到良好的背面焊缝外观以及形状。进一步，上述的管状焊丝，例如相对于焊丝总质量，其中含有Mn：1.5～2.5质量％，SiO2：0.10～1.00质量％，Ni：0.5～3.0质量％，Ti：0.10～0.50质量％，B：0.004～0.020质量％。通过使用此种管状焊丝，即使输入热量多也不会降低冲击性能，可以得到良好韧性的焊接金属。
本申请第二发明中涉及的双电极气体保护焊接装置，是对于被焊接板的正面侧比背面侧宽的上下延伸的坡口，正面侧与在上方滑动的滑动铜板接触，背面侧与固定垫材接触，并且在上述坡口内将第一以及第二两根焊丝分离配置在上述正面侧与背面侧，对上述坡口进行对接立焊的双电极气体保护焊接装置，其特征在于：包含有如下部件，将上述第一焊丝送到上述坡口中、同时沿上述坡口移动的焊接台车；将可自由装卸安装在上述焊接台车上的上述第二焊丝向比上述坡口内的上述第一焊丝向靠上述垫材一侧位置送给的送给部件；将设置在上述焊接台车上的上述第一焊丝沿上述被焊接板的板厚方向振动的振动装置；可在上述第一以及第二焊丝上施加极性相反电压的电源。
在本发明中，由于背面侧焊丝并不振动，只有正面侧焊丝振动，因此对于背面侧焊丝并不需要振动装置。另外，对于只利用正面侧焊丝进行焊接的时候，可以将背面侧焊丝卸下。从而可以简化装置以及减轻重量。
在该双电极气体保护焊接装置中，在上述焊接台车上设置插入部，在上述送给部件上设置可嵌入上述插入部的安装部，以将上述安装部嵌入到上述插入部中的状态，通过螺丝将上述安装部固定在上述插入部上，从而将上述送给部件固定在上述焊接台车上。另外，在上述焊接台车上设置有U字形的安装部，在上述送给部件上设置可插入上述安装部中的插入部，并以将该插入部嵌入到上述安装部中的状态，通过螺丝将上述插入部固定在上述安装部上，从而将上述送给部件固定在上述焊接台车上。
本申请第三发明中涉及的双电极气体保护焊接用管状焊丝，是使用于双电极气体保护焊接中的双电极气体保护焊接用管状焊丝，所述双电极气体保护焊接，是对于被焊接板的正面侧比背面侧宽的上下延伸的坡口，正面侧与相对于上述被焊接板在上方滑动的滑动铜板接触，背面侧与固定在上述被焊接板上的垫材接触，并且在上述坡口内将两根焊丝分离配置在上述正面侧与背面侧，对上述坡口进行对接立焊，其特征在于：以焊丝总质量为基准，其中含有Mn：1.5～2.5质量％，SiO2：0.10～1.00质量％，Ni：0.5～3.0质量％，Ti：0.10～0.50质量％，B：0.004～0.020质量％。
在本发明中，通过将Mn、Ni、Ti以及B的含量设定在上述的范围之内，即使在由于板厚以及间隙的增加而引起输入热量增加的情况下，也能防止焊接金属冲击性能的下降。由此，在如双电极气体保护焊接的热输入型焊接中，可得到具有良好韧性的焊接金属。另外，通过将SiO2的含量设定在0.10～1.00质量％可以稳定电弧，能够确保良好的焊接操作性。
根据本发明，正面侧焊丝以及背面侧焊丝均使用管状焊丝，而背面侧的焊丝并不振动，只有正面侧的焊丝在沿板厚的方向上振动，并利用两焊丝的极性相反进行焊接，以此，可在厚钢板的立焊单焊道的焊接中得到良好的焊接操作性以及良好低温韧性。
附图说明
图1是本发明实施方式的双电极气体保护焊接装置的侧视图。
图2(a)是送给正面侧焊丝的焊接台车的俯视图，(b)是送给背面侧焊丝的送给部的俯视图。
图3是焊丝供给部的侧视图。
图4(a)是表示在焊接台车上安装送给部件方法的分解侧视图，(b)为(a)中沿A-A线的分解截面图。
图5是本发明实施方式的双电极气体保护焊接方法的俯视图。
图6是本发明实施方式的双电极气体保护焊接方法的侧截面图。
图7(a)是被焊接板的板厚为80mm时的焊接方法的俯视图，(b)是被焊接板的板厚为35mm时的焊接方法的俯视图。
图8是被焊接板的板厚为80mm时的焊接方法的侧截面图。
具体实施方式
下面对本发明实施方式所涉及的双电极气体保护焊接装置，参照附图进行具体的说明。图1所示的是实施例的双电极气体保护焊接装置的侧视图，图2(a)所示的是向正面一侧送给焊丝的焊接台车的俯视图，图2(b)所示的是向背面一侧送给焊丝的送给部件的俯视图。另外，图3所示的是焊丝的供给部的侧视图。如图1中所示，在本实施例双电极气体保护焊接装置中，设置有：在向坡口内送给正面侧焊丝4、同时沿着坡口移动的焊接台车26，和向比坡口内正面侧焊丝4靠里的垫材侧的位置送给背面侧焊丝5的送给部件29。该送给部件29，可自由装卸地被安装在焊接台车26上。另外，在本实施方式的双电极气体保护焊接装置中，在正面侧焊丝4以及背面侧焊丝5上设置有可以施加极性相反的电压的电源。进一步，如图3所示，正面侧焊丝4以及背面侧焊丝5各自插入到管状焊炬16以及焊炬17中，并通过其内部从前端向坡口内供给。
如图2(a)所示，在焊接台车26上设有支撑臂21，支撑将正面侧焊丝4导入到坡口内的焊炬16。在该支撑臂21上安装有夹钳23，利用夹钳23夹持焊炬16，从而可以保持焊炬16的位置。另外，支撑臂21可以在其位置前后左右移动，这样可以对焊炬16的位置、即正面侧焊丝4的供给位置进行调整。进一步，焊接台车26上安装有振动装置25，利用该振动装置25可以使得正面侧焊丝4在被焊接板的板厚方向上振动。进一步，在焊接台车26的左右各设两个上下两段共计8个车轮27。并且，该车轮27与沿着被焊接板上的坡口设置的导轨28转动连接，利用马达等使车轮27回转，这样焊接台车26就可以沿着坡口移动。
另外如图2(b)所示，在送给部件29上设置有支撑臂22，支撑可以将背面侧焊丝5导入到坡口内的焊炬17。在该支撑臂22上也设置有夹钳24，利用该夹钳24夹持焊炬17，从而可以保持焊炬17的位置。另外，支撑臂22，如上述的支撑臂21一样，可以在其位置上前后左右移动，这样可以对焊炬17的位置、即正面侧焊丝5的供给位置进行调整。
进一步，送给部件29可自由装卸地被安装在焊接台车26上。图4(a)所示的是向焊接台车上安装送给部件的方法的分解侧视图，图4(b)所示的是沿图4(a)中A-A线截面的分解图。该安装方法，如图4(a)以及(b)所示的那样，在送给部件29上设置有U字形的安装部30，在焊接台车26上设置有可嵌合在安装部30上的插入部31。而且，在安装部30与插入部31嵌合的状态、即在安装部30中夹持插入部31的状态下，利用螺丝将安装部30固定在插入部31上。这样通过在送给部件29上设置安装部30，可使用以前的单电极用的焊接台车作为双电极气体保护焊接装置的焊接台车30。在本实施方式的双电极气体保护焊接装置中，在送给部件29上没有安装振动装置。
如上所述，本实施方式的双电极气体保护焊接装置，是一种只在正面侧焊丝4上组装有振动装置25、而背面侧焊丝5只通过夹钳24保持而没有安装振动装置的简单装置。因此，能够使装置整体简化而且轻量化。另外，本实施方式的双电极气体保护焊接装置，由于背面侧焊丝5比较容易装卸，因此在必须使用两电极焊接的时候，可以追加背面侧焊丝5。这样在本实施方式的双电极气体保护焊接装置中，在焊接下方时，可以只使用正面侧焊丝4的单电极焊接，而当必须使用两电极焊接的时候，可以追加背面侧焊丝5，因此，也比较适用于例如像近来大型化的、板厚达到80～100mm的集装箱运货船的舷缘列板等部位那样、在沿板厚上方进行焊接形成厚板的情况。
下面，对本实施方式双电极气体保护焊接装置的操作、即双电极气体保护焊接的焊接方法进行说明。图5所示的是本实施方式的双电极气体保护焊接方法的俯视图，图6所示的是其侧截面图。如图5以及图6所示，首先，在由一对厚钢板组成的被焊接板1上具有沿垂直方向延伸的坡口11，将其与水平方向对向设置，用焊接金属10填埋该坡口11，形成对接立焊接头。该坡口11，例如呈V字形，正面侧的开口宽度比背面侧的开口宽度要宽。
接着，在坡口11的背面侧(被焊接板的背面侧)上，固定设置垫材3。在本实施方式的双电极气体保护焊接的焊接方法中，在焊接操作中，该垫材3不移动。另一方面，在坡口11的正面一侧(被焊接板的正面侧)上设置有可以向上方移动的滑动铜板2。在滑动铜板2的上部设置有为了防止大气侵入到该滑动铜板2上的焊接部分中而喷出保护气体(例如二氧化碳)进行保护的气体喷出口8。另外，在滑动铜板2上，内设有冷却滑动铜板2的冷却水通路6。在滑动铜板2的下部设置有向该冷却水通路6中供给冷却水的供给口7。
接着，将背面侧焊丝5设置在离开被焊接板背面的3～50mm的位置。另外，在本实施方式的双电极气体保护焊接方法中，背面侧焊丝5并不振动。即，并不沿着板厚的方向移动。另一方面，正面侧焊丝4在沿被焊接板的板厚方向上的适当幅度内振动。
而且，这些正面侧焊丝4以及背面侧焊丝5与滑动铜板2设置在适当的焊接台上，通过将该焊接台在与被焊接板1平面平行的上方移动，可以使正面侧焊丝4以及背面侧焊丝5与滑动铜板2一起以相同的速度在上方移动，实施对接立焊。
另外，在本实施方式的双电极气体保护焊接方法中，正面侧焊丝4以及背面侧焊丝5均使用管状焊丝，而且使正面侧焊丝4以及背面侧焊丝5之间的极性相反进行焊接，由此可以得到良好的焊接操作性。
本发明人们试验的研究结果表明，在以前的双电极气体保护焊接方法中，两电极同时振动，可以使用在焊接长较短的场合，但是在焊接长较长以及由于间隙变动等坡口偏差大的焊接施工中，由于背面侧焊丝的振动的影响，使得背面侧焊丝的电弧不稳定，较容易发生背面焊缝不良(堆高，焊道宽度)、飞溅生成量过多的现象。由于付着的焊渣造成的保护不良以及喷嘴的热粘砂，不得已要中断焊接以及重新开始，从而降低了焊接的效率。
因此，在本实施方式中，并不振动背面侧焊丝5，通过只振动正面侧焊丝4，可提高电弧的稳定性，降低飞溅的生成量。因此，是一种即使在坡口长度上的偏差较大的焊接施工中也可以确保良好焊接操作性的焊接方法。在本实施方式的双电极气体保护焊接方法中的推荐焊接条件如表1所示，相应每种板厚的推荐条件例如表2所示。另外，相应每种板厚的振动条件例如表3所示。进一步，图7(a)所示的是被焊接板厚为80mm时的焊接方法的俯视图。图7(b)所示的是被焊接板厚为35mm时的焊接方法的俯视图。另外，图8所示的是被焊接板厚为80mm时焊接方法的侧截面图。如图7(a)以及图8所示，对被焊接板厚为80mm的时候，可以在下面的条件下进行焊接，例如坡口角度本发明实施方式α为20°，背面侧坡口宽度为10mm，振幅A为15mm，正面侧焊丝4与背面侧焊丝5之间的极间距离L为25mm，背面侧焊丝的目标位置m为35mm。另外，当被焊接板1的板厚为80mm时，如图7(b)所示，例如，除了将极间距离L设定为10mm之外，与上述被焊接的板厚为80mm时相同的方法进行焊接。另外，对于振动速度优选的是1.5～7.5cm/秒。
【表1】
【表2】
【表3】
另外，对于正面侧焊丝以及背面侧焊丝极性的组合，通过使其一方为正极、另一方为反极的方法，可以防止两极间的电弧干涉，确保良好的焊接操作性。另外，优选将正面侧焊丝设为反极、背面侧焊丝设为正极，以此使背面侧焊丝的电弧范围增大，使电弧可以充分的到达背面，从而背面可以形成良好的焊缝。
进一步，根据本发明人的研究结果，背面侧焊丝在板厚方向的位置(离开背面的距离)对于背面焊缝的外观，形状具有较大的影响。当背面侧焊丝在板厚方向位置为离开背面3mm以上50mm以下时，可以得到具有良好外观、形状的背面焊缝，而当其离开背面不足3mm时，会产生较多的熔渣以及较大的堆高，当其离开背面超过50mm时，会产生堆高不足等不良的外观和不良的融合等。因此，为了得到良好的背面焊缝外观、形状，对于背面侧焊丝在板厚方向的位置，必须在离开背面3mm～50mm之间。另外假设焊接对象的板厚为80mm。
进一步，以前的双电极气体保护焊接方法，使用的焊丝是实芯焊丝与管状焊丝的组合，但在使用实芯焊丝的时候，电弧不稳定，而且会增加飞溅的生成量。因此在焊炬或者滑动铜板的周围会付着焊渣，引起喷嘴的热粘砂以及保护不良等，造成焊接的中断。在本发明中正面侧以及背面侧焊丝均使用电弧稳定性良好的管状焊丝，这样可以降低飞溅的发生量，从而得到良好的焊接操作性以及完整的焊缝质量。
接着，对本实施方式的双电极气体保护焊接方法中使用的管状焊丝进行详细的说明。本实施方式的双电极气体保护焊接用管状焊丝，以焊丝总质量为基准，其中含有Mn：1.5～2.5质量％，SiO2：0.10～1.00质量％，Ni：0.5～3.0质量％，Ti：0.10～0.50质量％，以及B：0.004～0.020质量％。
以下，对本实施方式中所用的双电极气体保护焊接用管状焊丝中对各成分的数值限定理由进行说明。
Mn：1.5～2.5质量％
Mn作为脱氧剂使用，对焊接金属的韧性具有很大的影响。在Mn含量不到1.5质量％的时候，焊接金属的韧性不足。另一方面，在Mn含量超过2.5质量％的时候，焊接金属的强度过高会使韧性恶化。因而将Mn的含量设定在1.5～2.5质量％，进一步优选的是在1.6～2.3质量％，这样可以提高韧性。
SiO2：0.01～1.00质量％
一般对于气体保护焊接用管状焊丝中焊渣的生成成分，使用的是CaF2，在本发明的管状焊丝中也使用CaF2。此时SiO2是必要的成分，起到焊渣造渣剂的作用。但是，当SiO2的含量不到0.10质量％的时候，焊渣量过小，正面焊缝外观不好。另一方面，SiO2的含量超过1.00质量％的时候，在熔池上焊渣过剩会造成电弧被埋没的状态。其结果造成电弧不稳定，增加飞溅。因而，SiO2的含量优选在0.10～1.00质量％范围之内。
在上述特开平11-197884号公报中公开的管状焊丝中，熔融金属中焊渣的含量推荐在2.7质量％以上，但是当熔融金属中焊渣的含量在2.7质量％以上时，熔池中焊渣量过剩，会造成电弧被埋没，存在电弧不稳定的问题。因此，相对于熔融金属焊渣的含量，优选的是不足2.7质量％。这样，电弧具有良好的稳定性。另外，更为优选的是相对于熔融金属量，焊渣的比例在0.5～2.5质量％之间。这样可以得到更好的电弧稳定性以及焊缝外观。
Ni：0.5～3.0质量％
Ni对提高焊接金属的韧性有效。但是当Ni的含量不足0.5质量％的时候其效果很小，当Ni的含量超过3.0质量％的时候，焊接金属的强度过高，使其韧性恶化。进一步Ni含量优选的是0.9～2.7质量％。这样可以提高其韧性。
Ti：0.10～0.50质量％
Ti与上述的Ni一样，可以改善焊接金属的韧性。但是，当Ti的含量不足0.10质量％的时候效果很小，另外焊渣的剥离性也很差。另一方面，当Ti的含量超过0.50质量％的时候，焊接金属的强度过高，使其韧性恶化。进一步优选的是Ti的含量在0.15～0.30质量％。这样可以提高其韧性。
B：0.004～0.020质量％
B与上述的Ni以及Ti一样，具有改善焊接金属韧性的效果。但是B的含量在不足0.004质量％的时候其效果很小。另一方面，当B的含量超过0.020质量％的时候，焊接金属的强度过高，不但会恶化韧性，而且高温下断裂的危险性较高。进一步对于B的含量优选是0.004～0.020质量％。这样可以提高其韧性。
另外，在本实施方式的双电极气体保护焊接用管状焊丝中，对平衡Mn、Ni、Ti以及B的含量很重要。通过将这些成分限定在上述的范围之内，可在利用双电极气体保护焊接方法对厚钢板立焊单焊道焊接时，得到良好的焊接操作性以及良好的低温韧性。
进一步，在本实施方式的双电极气体保护焊接方法中，背面侧焊丝以及正面侧焊丝可以使用同一种组成的焊丝，但也可以改变背面侧焊丝以及正面侧的焊丝的组成。另外，本实施方式的双电极气体保护焊接的方法中，在背面侧焊丝并不振动的条件下进行焊接，以此可以防止在焊接长度较短时不再成为问题的背面侧焊丝电弧的不稳定而引起的多发飞溅，但通过适当设定背面侧焊丝的组成，可以进一步提高该效果。在焊丝的成分中，特别地SiO2与飞溅产生量的关连较大，在背面侧焊丝中，SiO2的含量高时较好。具体的，对于背面侧焊丝中SiO2的含量优选的是在0.3～1.0质量％。另外，此时正面侧焊丝中SiO2的含量优选的是在0.1～0.5质量％。在焊丝中SiO2的含量超过上述的范围时，熔池上的焊渣过剩，造成电弧被埋没，会使得电弧不稳定以及增加飞溅。另外，由于背面侧焊丝在坡口的深处，在去除付着的飞溅时要比正面侧难，因此希望可以特别抑制背面侧焊丝产生飞溅。
(实施例1)
以下，将本发明的实施例与本发明范围之外的比较例进行比较并说明。下记表4所示的是实施例以及比较例中所用焊丝的种类、极性以及振动条件。另外，下记表5所示的是各实施例以及比较例的焊接操作性。其中表4中FCW为管状焊丝(Flux Cored Wire)，表5中的○表示与实施例1～8具有同样的性能，◎表示比实施例1～8要好，△表示比实施例1～8要稍差，×表示差。另外，对于试验条件，被焊接板1的形状为厚80mm，宽500mm，长3000mm，坡口角度为20°，坡口形状为V字形，在焊接开始一侧坡口间隙为4mm，焊接结束一侧为8mm。即，考虑到实际焊接件间隙的变动，设置焊接开始侧下端坡口间隙为4mm，焊接结束侧的上端坡口间隙为8mm的锥形焊缝。
【表4】
【表5】
比较例1-1到1-4所示的是随着正面侧焊丝、背面侧焊丝种类的不同对焊接操作性的影响。对于实芯焊丝与实芯焊丝组合使用的时候(比较例1-1)，由于电弧不稳定，会产生大量的飞溅，因而会引起保护不良以及喷嘴付着热粘砂，不能继续焊接。另外，对于实芯焊丝与管状焊丝组合使用的时候(比较例1-2，1-3)，实芯焊丝的电弧稳定性下降，飞溅产生量增多。特别地，在正面侧焊丝使用管状焊丝，背面侧焊丝使用实芯焊丝的时候(比较例1-2)，随着板厚的增大，要除去背面侧焊炬上付着的飞溅显然很难，容易引起喷嘴粘付热粘砂。
与之相对，在使用管状焊丝与管状焊丝组合使用的时候(比较例1-4)，电弧稳定性很好，可以确保良好的焊缝外观以及焊缝形状。另外，由于飞溅的发生量较小，所以粘付在焊炬以及滑动铜板的气体喷出口上的飞溅量较少，可以稳定地进行焊接。
接着，在比较例1-4到1-7中，示出了正面侧焊丝，背面侧焊丝极性的影响。对于两极极性相同的时候(比较例1-4、1-7)，两极间会发生电弧干涉，结果会破坏电弧稳定性。另一方面，对于两极极性相反的情形(比较例1-5、1-6)，两极间不会发生电弧干涉，可以确保良好的电弧稳定性。特别地，在正面侧焊丝为反极，背面侧焊丝为正极时(比较例1-6)，背面侧焊丝的电弧范围较宽，其熔透度较广，因此可以很好的达到背面，以形成良好的背面焊缝。
接着比较例1-6到1-13所示的是由正面侧焊丝以及背面侧焊丝的振动对焊接操作性的影响。在正面侧焊丝以及背面侧焊丝均振动的时候(比较例1-6、比较例1-7，比较例1-14，比较例1-15)，由于振动使得电弧稳定性下降，飞溅的生成量增加。此方法可以在焊接长度较短的场合使用，但是在焊接长度较长、出现间隙变动等坡口偏差较大的焊接施工时，由于背面侧焊丝振动的影响，使背面侧焊丝的电弧不稳定，容易造成背面焊缝不良(堆高，焊缝宽)、飞溅过多等现象。由于粘付的飞溅造成保护不良以及喷嘴的热粘砂，所以不得已要中断焊接以及重新开始，从而降低了焊接的效率。
相对地在本发明的实施例1-8以及实施例1-9中，只振动正面侧焊丝，固定背面侧焊丝，即使对间隙变动等坡口形状的偏差较大的焊接施工，也可以确保良好的电弧稳定性。
另外，对于固定正面侧焊丝，振动或者固定背面侧焊丝的情形(比较例1-10到1-13)，正面侧得不到很好的熔透，会产生融合不良等焊接缺陷。因此对于振动，采取只振动正面侧焊丝、固定背面侧焊丝的方法，在施工中可以得到良好的焊接操作性。
在下记表6中所示的是正面侧焊丝的固定位置对背面焊缝外观、形状所产生的影响。在实施例2-3到2-10中，由于背面侧焊丝的固定位置在离开背面3mm以上50mm以下的范围之内，可以得到良好的背面焊缝外观以及背面焊缝形状，对于离开背面不足3mm的情形(比较例2-1以及2-2)，熔渣以及堆高过大，在离开背面超过50mm的时候(比较例2-11以及2-12)，可以看出有坡口背面侧的熔融不好、堆高不足等不良外观以及融合不良等现象。因此，为了得到良好的背面焊缝外观、形状，对于背面侧焊丝的固定位置必须在离开背面3～50mm的范围之内。
【表6】
(实施例2)
接着，对本发明的实施例2进行说明。在实施例2中，首先制作如下记表7所示组成的管状焊丝。进一步，在如表4所示的焊丝成分中，残部为Fe，Si以及C等。另外比较例No.3-21，所用的是以前的管状焊丝。
【表7】
接着，使用实施例以及比较例的各种焊丝，利用双电极气体保护焊接方法对厚80mm，宽500mm，长1500mm的被焊接板进行立焊单焊道的焊接，并评价焊接操作性以及焊接金属的冲击性能。此时的焊接条件为，坡口形状为V字形，坡口焊缝为8mm，输入热量全部约为600KJ/cm。另外，冲击试验，根据JISZ3128规定的焊接接头的冲击试验方法进行，测定其在-20℃下的冲击值vE，其值为41J时为○，不足41J时为×。进一步，对于焊接操作性的评价，以实施例No.3-11的管状焊丝为基准，比No.3-11好的表示为◎，相同的表示为○，稍差一些的表示为△，差的表示为×。以上结果如下记表8所示。
【表8】
如上记表8中所示，对于Mn的含量不足1.5质量％的比较例3-2的焊丝，Ni含量不足0.5质量％的比较例3-3的焊丝，Ti的含量不足0.1质量％的比较例3-5的焊丝以及B的含量不足0.004重量％的比较例3-7的焊丝，由于其淬透性不足而使其冲击值下降，特别对于比较例3-3的焊丝，其正面焊缝外观不良。另外，对于Mn的含量超过2.5质量％的比较例3-1的焊丝，Ni的含量超过3.0质量％的比较例3-4的焊丝以及Ti的含量超过0.50质量％的比较例3-6的焊丝，由于焊接金属的强度过高，使其冲击性能下降。进一步，对于B含量超过0.020质量％的比较例3-8的焊丝，由于B的含量过高，其耐高温破裂性较差，在高温下会发生破裂。进一步具有含SiO2不足0.10质量％的比较例3-9的焊丝，由于焊渣量过少而使其正面焊缝外观不良。另外对于SiO2的含量超过0.25质量％的比较例3-10的焊丝，熔池上的焊渣过多，造成电弧被埋没的状态。其结果是电弧不稳定，增加飞溅的生成量。进一步对于已有产品的比较例3-21，Mn的含量，Ni含量，Ti含量以及B的含量均在本发明的范围之外，所以其冲击值较低，而且对于焊接操作性，由于Ti不足0.10质量％，因而焊渣的剥离性较差。
另一方面，对于在本发明范围内的实施例3-11到3-20以及实施例3-22到3-24的焊丝，具有良好的冲击性能以及焊接操作性。
【表1】
  焊接方法 立焊自动双电极单焊道焊接
  焊接装置 双电极SEGARC
  焊接电源以及电源极性 背面侧：可控硅整流器600A电源、DC-EN正面侧：可控硅整流器500A电源、DC-EP
  振动装置 最大振幅30mm
  坡口角度α 20°
  间隙 8～10mm
  焊丝外伸长度 35mm
  保护气体 100％CO2，流量：40升/分
  送给辊转速 140转/分
【表2】
    板厚(mm) 焊丝   焊接电流(A)   电弧电压(V)   焊接速度(cm/分)   输入热量(kJ/cm)
    80 背面侧     400     41     3.2     622
正面侧     390     43
    65 背面侧     430     43     4.0     529
正面侧     390     43
    50 背面侧     430     43     6.5     325
正面侧     390     43
    35 背面侧     380     36     8.3     197
正面侧     360     38
【表3】
振动方式   板厚t(mm)   极间距离L(mm)   振幅A(mm)   深处停止(秒)   正面停止(秒)   背面侧焊丝的目标位置
正面侧：滑动背面侧：固定   80   20～30   10～20   1.0～5.0   1.0～5.0   25～40
  65   15～25   5～15   20～35
  50   10～20   2～10   15～30
  35   5～15   2～10   10～20
【表4】
区分     No.              焊丝          极性          振动
  正面侧   背面侧   正面侧   背面侧   正面侧   背面侧
比较例     1-1   实芯焊丝   实芯焊丝   反极   反极   有   有
比较例     1-2   FCW   实芯焊丝   反极   反极   有   有
比较例     1-3   实芯焊丝   FCW   反极   反极   有   有
比较例     1-4   FCW   FCW   反极   反极   有   有
比较例     1-5   FCW   FCW   正极   反极   有   有
比较例     1-6   FCW   FCW   反极   正极   有   有
比较例     1-7   FCW   FCW   正极   正极   有   有
实施例     1-8   FCW   FCW   正极   反极   有   无
实施例     1-9   FCW   FCW   反极   正极   有   无
比较例     1-10   FCW   FCW   正极   反极   无   有
比较例     1-11   FCW   FCW   反极   正极   无   有
比较例     1-12   FCW   FCW   正极   反极   无   无
比较例     1-13   FCW   FCW   反极   正极   无   无
比较例     1-14   FCW   FCW   反极   正极   有   有
比较例     1-15   FCW   实芯焊丝   反极   正极   有   有
【表5】
区分     No.                      焊接操作性
  电弧稳定性   飞溅生成量   焊渣剥离性 正面焊缝外观   背面焊缝外观   评定
比较例     1-1   ×   ×   × ×   ×   ×
比较例     1-2   △   △   △ ○～△   △～×   △
比较例     1-3   △   △   △ ○～△   △   △
比较例     1-4   ○～△   ○～△   ○ ○   △   ○～△
比较例     1-5   ○   ○   ○ ○   △   ○～△
比较例     1-6   ○   ○   ○ ○   △   ○～△
比较例     1-7   ○～△   ○～△   ○ ○   △   ○～△
实施例     1-8   ○   ○   ○ ○   ○   ○
实施例     1-9   ◎   ◎   ○ ○   ○   ◎
比较例     1-10   ○   ○   ○ △   △   ○～△
比较例     1-11   ◎   ◎   ○ △   △   ○～△
比较例     1-12   ◎～○   ◎～○   ○ ×   ×   ×
比较例     1-13   ◎   ◎   ○ ×   ×   ×
比较例     1-14   ◎～△   ◎～△   ○ ○～△   ○～△   ○～△
比较例     1-15   △   △   ○～△ ○～△   △   △
【表6】
    区分     No.     背面侧焊丝的固定位置(离开背面侧的距离)   背面焊缝的外观   评定
    比较例     2-1     0   熔渣   ×
    比较例     2-2     1   堆高过大   ○～△
    实施例     2-3     3   良好   ○
    实施例     2-4     5   良好   ○
    实施例     2-5     10   良好   ○
    实施例     2-6     20   良好   ○
    实施例     2-7     30   良好   ○
    实施例     2-8     40   良好   ○
    实施例     2-10     50   良好   ○
    比较例     2-11     55   融合不良   ×
    比较例     2-12     60   融合不良   ×
【表7】
    区分     No.                     焊丝成分(质量％)
    Mn     Ni     Ti     B     SiO2
    比较例     3-1     2.9     0.8     0.21     0.008     0.12
    比较例     3-2     1.1     1.1     0.21     0.009     0.11
    比较例     3-3     1.8     0.1     0.44     0.010     0.09
    比较例     3-4     2.1     3.5     0.41     0.010     0.15
    比较例     3-5     1.9     1.4     0.05     0.015     0.15
    比较例     3-6     2.0     1.9     0.61     0.015     0.17
    比较例     3-7     1.5     0.9     0.09     0.002     0.19
    比较例     3-8     2.1     1.5     0.10     0.025     0.11
    比较例     3-9     2.0     1.5     0.15     0.015     0.04
    比较例     3-10     1.6     1.5     0.15     0.011     1.35
    实施例     3-11     1.5     1.9     0.19     0.010     0.21
    实施例     3-12     2.5     1.8     0.21     0.010     0.20
    实施例     3-13     1.8     0.5     0.40     0.011     0.18
    实施例     3-14     1.8     3.0     0.41     0.018     0.15
    实施例     3-15     1.8     2.4     0.10     0.019     0.51
    实施例     3-16     1.9     2.6     0.50     0.011     0.12
    实施例     3-17     2.0     2.0     0.19     0.004     0.11
    实施例     3-18     1.6     1.2     0.30     0.020     0.15
    实施例     3-19     2.2     1.9     0.33     0.009     0.10
    实施例     3-20     2.3     1.5     0.18     0.010     0.85
    比较例     3-21     2.6     0.2     0.09     0     0.49
    实施例     3-22(背面侧)     1.5     2.0     0.20     0.004     0.50
    3-22(背面侧)     2.0     2.0     0.19     0.004     0.11
    实施例     3-23(背面侧)     1.7     2.0     0.30     0.015     0.70
    3-23(正面侧)     1.6     1.2     0.30     0.015     0.15
    实施例     3-24(背面侧)     2.2     2.1     0.30     0.009     0.60
    3-24(正面侧)     2.2     1.9     0.25     0.009     0.10
【表8】
  区分     No.        冲击性能   焊接操作性   综合评价
    冲击值vE(J)     判定
  比较例     3-1     27     ×   ○   ×
  比较例     3-2     15     ×   ○   ×
  比较例     3-3     28     ×   ×   ×
  比较例     3-4     19     ×   ○   ×
  比较例     3-5     21     ×   △   ×
  比较例     3-6     27     ×   ○   ×
  比较例     3-7     19     ×   ○   ×
  比较例     3-8     101     ○   ×   ×
  比较例     3-9     81     ○   ×   ×
  比较例     3-10     47     ○   ×   ×
  实施例     3-11     95     ○   ○   ○
  实施例     3-12     88     ○   ○   ○
  实施例     3-13     85     ○   ○   ○
  实施例     3-14     80     ○   ○   ○
  实施例     3-15     85     ○   ○   ○
  实施例     3-16     95     ○   ○   ○
  实施例     3-17     110     ○   ○   ○
  实施例     3-18     90     ○   ○   ○
  实施例     3-19     100     ○   ○   ○
  实施例     3-20     115     ○   ○   ○
  比较例     3-21     21     ×   △   ×
  实施例     3-22     110     ○   ◎   ◎
  实施例     3-23     115     ○   ◎   ◎
  实施例     3-24     100     ○   ◎   ◎

Claims (8)

1.一种双电极气体保护焊接方法，对于被焊接板的正面侧比背面侧宽的上下延伸的坡口，正面侧与在上方滑动的滑动铜板接触，背面侧与固定垫材接触，并且在所述坡口内将两根焊丝分离配置在所述正面侧与背面侧，对所述坡口进行对接立焊，其特征在于：
所述焊丝为管状焊丝，只有正面侧焊丝沿板厚的方向振动，使两焊丝极性相反地进行焊接。
2.如权利要求1所述的双电极气体保护焊接方法，其特征在于：所述正面侧焊丝的极性为反极性，所述背面侧焊丝的极性为正极性。
3.如权利要求1所述的双电极气体保护焊接方法，其特征在于：所述背面侧焊丝与所述被焊接板背面的距离为3～50mm。
4.如权利要求1所述的双电极气体保护焊接方法，其特征在于：所述的管状焊丝，以焊丝总质量为基准，其中含有Mn：1.5～2.5质量％，SiO2：0.10～1.00质量％，Ni：0.5～3.0质量％，Ti：0.10～0.50质量％，B：0.004～0.020质量％。
5.一种双电极气体保护焊接装置，对于被焊接板的正面侧比背面侧宽的上下延伸的坡口，正面侧与在上方滑动的滑动铜板接触，背面侧与固定垫材接触，并且在所述坡口内将第一以及第二两根焊丝分离配置在所述正面侧与背面侧，对所述坡口进行对接立焊，其特征在于：
包含有如下部件，将所述第一焊丝送到所述坡口中、同时沿所述坡口移动的焊接台车；将可自由装卸安装在所述焊接台车上的所述第二焊丝向比所述坡口内的所述第一焊丝向靠所述垫材一侧位置送给的送给部件；将设置在所述焊接台车上的所述第一焊丝沿所述被焊接板的板厚方向振动的振动装置；可在所述第一以及第二焊丝上施加极性相反电压的电源。
6.如权利要求5所述的双电极气体保护焊接装置，其特征在于：在所述焊接台车上设置插入部，在所述送给部件上设置可嵌入所述插入部的安装部，以将该安装部嵌入到所述插入部中的状态，通过螺丝将所述安装部固定在所述插入部上，从而将所述送给部件固定在所述焊接台车上。
7.如权利要求5中所述的双电极气体保护焊接装置，其特征在于：在所述焊接台车上设置有U字形的安装部，在所述送给部件上设置可插入所述安装部的插入部，以将该插入部嵌入到所述安装部中的状态，通过螺丝将所述插入部固定在所述安装部上，从而将所述送给部件固定在所述焊接台车上。
8.一种双电极气体保护焊接用管状焊丝，是使用于双电极气体保护焊接中的双电极气体保护焊接用管状焊丝，所述双电极气体保护焊接，是对于被焊接板的正面侧比背面侧宽的上下延伸的坡口，正面侧与相对于所述被焊接板在上方滑动的滑动铜板接触，背面侧与固定在所述被焊接板上的垫材接触，并且在所述坡口内将两根焊丝分离配置在所述正面侧与背面侧，对所述坡口进行对接立焊，其特征在于：
以焊丝总质量为基准，其中含有Mn：1.5～2.5质量％，SiO2：0.10～1.00质量％，Ni：0.5～3.0质量％，Ti：0.10～0.50质量％，B：0.004～0.020质量％。
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