DE112016003482T5

DE112016003482T5 - Schutzgas-Lichtbogenschweißverfahren

Info

Publication number: DE112016003482T5
Application number: DE112016003482.2T
Authority: DE
Inventors: Minoru Miyata; Reiichi Suzuki; Masaaki Tanaka; Mitsugi Fukahori; Takashi Ogawa
Original assignee: Mazda Motor Corp; Kobe Steel Ltd
Current assignee: Mazda Motor Corp; Kobe Steel Ltd
Priority date: 2015-07-31
Filing date: 2016-07-27
Publication date: 2018-04-12
Also published as: MX2018001250A; JP2017030016A; JP6795290B2; CN107848059B; CN107848059A; US20180221982A1; WO2017022585A1; US10864594B2

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schutzgas-Lichtbogenschweißverfahren zum Zuführen einer abschmelzenden Elektrode über einen Schweißbrenner und Ausführen des Schweißens während ein Schutzgas strömt, wobei der Schweißbrenner eine Düse enthält, der Innendurchmesser der Düse 15 mm oder größer ist, der Düsen-Basis-Metall-Abstand zwischen der Spitze der Düse und zu schweißendem Material 22 mm oder weniger ist, und ein Verhältnis, ausgedrückt durch (Innendurchmesser von Düse/Düsen-Basismaterial-Abstand), 0,7–1,9 ist. Somit ist es möglich, Oxidation an Schweißwulstoberflächen direkt nach Schweißen oder Oxidation, wenn Atmosphärenluft mitgezogen wurde, zu unterdrücken und Schlacke zu vermindern unter Erhöhen des Atmosphärenabschirmeffekts durch das Schutzgas.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schutzgas-Schweißverfahren und insbesondere ein Schutzgas-Lichtbogenschweißverfahren, das das Oxidationsphänomen auf Schweißwulstoberflächen auf Grund von Sauerstoff aus der Atmosphärenluft und Bildung von konvexer Schweißwulst-Gestalt unterdrücken kann. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin eine Schweißkonstruktion, erhalten unter Verwendung des Schutzgas-Lichtbogenschweißverfahrens und ein Verfahren zum Erzeugen derselben.
Technischer Hintergrund
Die allgemeine Rolle von einem Schutzgas bei einem Schutzgas-Lichtbogen-Schweißen besteht darin, einen Lichtbogen, geschmolzenes Metall und eine verzehrende bzw. abschmelzende Elektrode von der Atmosphärenluft abzuschirmen und ein geschweißtes Teil vor Nitrierung und Oxidation zu bewahren. Wenn jedoch das Schutzgas durch äußere Faktoren, wie Wind und Ausführungsbedingungen, wie Brennerhaltung, gestört wird, wird Stickstoff aus der Atmosphärenluft während des Schweißens in das geschmolzene Metall gemischt. Dadurch werden Schweißdefekte, wie Poren oder Lunker, erzeugt. Wenn weiterhin Sauerstoff aus der Atmosphärenluft in geschmolzenes Metall gemischt wird, wird die Schweißwulst-Gestalt konvexer und wenn die Sauerstoff-Menge in geschmolzenem Metall weiter ansteigt, wird sich nach dem Schweißen zu viel Schlacke auf den Schweißwulstoberflächen bilden.
Um Schweißdefekte, die Bildung von konvexer Schweißwulst und Erzeugung von Schlacke zu verhindern, ist in Patent-Dokument 1 ein perforiertes Bauteil auslaufstutzenseitig von einer Düse zum Abschirmen der Atmosphärenluft vorgesehen. Durch Bereitstellen des perforierten Bauteils wird Schutzgas durch einen Differenzdruck korrigiert und die Verteilung der Strömungsgeschwindigkeit des Schutzgases und dergleichen können weiter vereinheitlicht werden.
Patent-Dokument 2 offenbart die Bedingung, dass ein gerader Abschnitt Dp und ein Drosselteil in einer Gasdüse vorgesehen sind und die Beziehung zwischen einem Innendurchmesser Do des Drosselteils und einer Achsenrichtungslänge L davon einem Sollwert (1,5 ≤ (Dp/Do) ≤ 2,5, 1,0 ≤ (L/Dp)) genügt. Es beschreibt weiterhin, dass dadurch das geschweißte Teil durch ein Schutzgas befriedigend abgeschirmt werden kann, Mitführung von Sauerstoff (O) und Stickstoff (N) aus der Atmosphärenluft unterdrückt wird und ausgezeichnete Schweißstruktur erhalten werden kann.
Dokumente des Standes der Technik
Patent-Dokument

Patent-Dokument 1: JP-A-2015-80807
Patent-Dokument 2: JP-A-2002-28785

Kurzdarstellung der Erfindung
Technische Probleme
Patent-Dokument 1 und Patent-Dokument 2 betreffen eine Struktur einer Gasdüse und sind zum Unterdrücken der Mitführung von Sauerstoff und Stickstoff aus der Atmosphärenluft bezüglich eines Gasstroms vorgesehen.
Jedoch befassen sich jene Dokumente nicht mit einer Reaktion mit Sauerstoff bei einem Hochtemperaturteil von geschmolzenem Metall und die Düse ist eine Düse mit kleinem Durchmesser. Aus diesem Grund ist die Abschirmregion begrenzt und es ist schwierig, eine Oxidationsreaktion von geschmolzenem Metall hoher Temperatur während eines Hoch-Geschwindigkeits-Schweißvorgangs zu unterdrücken.
Bezüglich Stickstoff aus der Atmosphärenluft wird beispielhaft ein Verfahren zum Unterdrücken von Poren oder Lunkern durch Zusetzen zu einer verzehrenden Elektrode von Al oder Ti, die sich leicht mit Stickstoff umsetzen, wobei sich ein Nitrid bildet, als eine Gegenmaßnahme im Fall der Mitführung von Atmosphärenluft angeführt. Jedoch wurde bislang noch nicht über ein Verfahren zum Unterdrücken der durch Oxidationsreaktion mit Sauerstoff aus der Atmosphärenluft gebildeten Schlacke berichtet.
Im Stand der Technik wird selbst in einem Fall, bei dem ein Gebiet unmittelbar unter einem Brenner abgeschirmt ist, das Schweißmetall unmittelbar nach Passieren des Brenners außerhalb des Abschirmbereichs sein und das Schweißmetall ist in einem Zustand, bei dem es der Atmosphärenluft ausgesetzt ist. Das Schweißmetall verfestigt bereits unmittelbar nach Passieren des Brenners, aber die Temperatur von seinen Schweißwulstoberflächen ist hoch. Deshalb ist eine Reaktionsgeschwindigkeit mit Sauerstoff aus der Atmosphärenluft hoch und die Oberflächen sind in einer Situation, in der leicht Schlacke gebildet wird. Dies ist beim Hoch-Geschwindigkeits-Schweißen ein erhebliches Problem.
Im Hinblick auf die vorstehend genannten Gegebenheiten stellt die vorliegende Erfindung ein Schutzgas-Lichtbogenschweißverfahren bereit, das Oxidation an Schweißwulstoberflächen unmittelbar nach dem Schweißen oder Oxidation im Fall, in dem Atmosphärenluft mitgezogen wurde, unterdrückt, während der Atmosphärenluft-Abschirmeffekt durch ein Schutzgas erhöht wird und es ermöglicht wird, Schlacke zu vermindern.
Lösung der Probleme
Im Ergebnis von intensiven Untersuchungen haben die Erfinder gefunden, dass die vorstehenden Probleme durch Definieren eines Innendurchmessers einer Düse und Einstellen eines geeigneten Düsen-Basismaterial-Abstands entsprechend dem Innendurchmesser gelöst werden können und haben die vorliegende Erfindung ausgeführt.
Das heißt, die vorliegende Erfindung betrifft die nachstehenden Punkte [1] bis [10].

[1] Ein Schutzgas-Lichtbogenschweißverfahren, umfassend das Zuführen einer verzehrenden bzw. abschmelzenden bzw. verbrauchbaren Elektrode über einen Schweißbrenner und das Ausführen von Schweißen während des Strömens eines Schutzgases, wobei der Schweißbrenner eine Düse enthält, ein Innendurchmesser der Düse 15 mm oder mehr ist, ein Düsen-Basismaterial-Abstand zwischen einer Spitze der Düse und einem zu schweißenden Material 22 mm oder weniger ist, und ein Verhältnis, ausgedrückt durch (den Innendurchmesser der Düse/den Düsen-Basismaterial-Abstand) 0,7 oder mehr und 1,9 oder weniger ist.
[2] Das Schutzgas-Lichtbogenschweißverfahren nach [1], wobei eine Strömungsgeschwindigkeit des Schutzgases 18 l/min oder weniger ist.
[3] Das Schutzgas-Lichtbogenschweißverfahren nach [1] oder [2], wobei ein Verhältnis, ausgedrückt durch (Strömungsgeschwindigkeit des Schutzgases/den Innendurchmesser der Düse) 0,65 l/min·mm oder mehr und 1,10 l/min·mm oder weniger ist.
[4] Das Schutzgas-Lichtbogenschweißverfahren nach einem von [1] bis [3], wobei das Schutzgas 92% oder mehr Ar enthält, und der Rest mindestens eines von Kohlenstoffdioxid und Sauerstoff und unvermeidbaren Verunreinigungen ist.
[5] Das Schutzgas-Lichtbogenschweißverfahren nach einem von [1] bis [4], wobei die abschmelzende Elektrode S in einer Menge von 0,015 Masse-% oder mehr, basierend auf einer gesamten Masse davon, enthält.
[6] Das Schutzgas-Lichtbogenschweißverfahren nach einem von [1] bis [5], wobei ein durchschnittlicher Schweißstrom 250 A oder weniger ist.
[7] Das Schutzgas-Lichtbogenschweißverfahren nach einem von [1] bis [6], wobei Stromimpulssteuerung, in der ein Spitzenstrom 380 A oder mehr und 530 A oder weniger ist und eine Peakbreite 0,5 bis 2,0 Millisekunden ist, ausgeführt wird.
[8] Das Schutzgas-Lichtbogenschweißverfahren nach einem von [1] bis [7], wobei ein verzinktes Stahlblech mit einem Verzinkungsflächengewicht von 20 bis 100 g/m² oder mehr, als das zu schweißende Material verwendet wird.
[9] Ein Verfahren zum Erzeugen einer Schweißkonstruktion, umfassend einen Schritt zum Schweißen durch ein Schutzgas-Lichtbogenschweißverfahren nach einem von [1] bis [8].
[10] Eine Schweißkonstruktion, geschweißt durch ein Schutzgas-Lichtbogenschweißverfahren nach einem von [1] bis [8].

Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
In der vorliegenden Erfindung kann die Mitführung der Atmosphärenluft unterdrückt werden und die Sauerstoffmenge und Stickstoffmenge in geschmolzenem Metall kann durch Definieren eines Innendurchmessers einer Düse in einem Schweißbrenner und Einstellen eines geeigneten Düsen-Basismaterial-Abstands entsprechend dem Innendurchmesser bei einem geringen Niveau gehalten werden. Im Ergebnis können Lunker auf Grund von Stickstoff und die Bildung einer konvexen Schweißwulst-Gestalt und Erhöhen von Schlackebildung auf Grund von Sauerstoff unterdrückt werden.
Wenn weiterhin eine vorbeschriebene Menge von Schwefel (S) in einer verzehrenden bzw. abschmelzenden Elektrode (hierin anschließend manchmal als Schweißdraht bezeichnet) enthalten ist, wird S vorzugsweise auf einem geschmolzen Pool unmittelbar unter dem Lichtbogen Oberflächen-adsorbiert, wobei eine Oxidationsreaktion auf Schweißwulstoberflächen unmittelbar nach dem Schweißen oder im Fall, in dem die Atmosphärenluft mitgezogen wurde, unterdrückt wird, und auf der Schweißwulstoberflächen nach dem Schweißen gebildete Schlacke kann weiter unterdrückt werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Darstellung des kompletten Aufbaus, die ein Beispiel einer in dem Schweiß-Verfahren in der vorliegenden Erfindung verwendeten Einrichtung zeigt.
2 ist eine Darstellung, die ein Beispiel von einem in dem Schweiß-Verfahren in der vorliegenden Erfindung verwendeten Schweißbrenner zeigt.
3 ist eine Darstellung, die ein Beispiel von einem in dem Schweiß-Verfahren in der vorliegenden Erfindung verwendeten Düsenteil zeigt.
4 ist eine Kurve, die das chemische Potenzial von verschiedenen Sulfiden zeigt.
5 ist ein Schema, das eine Breite der Schweißwulst und eine Höhe der Schweißnahtüberhöhung zeigt, die zum Bewerten des Schweißwulst-Aussehens in den Beispielen verwendet werden.
Beschreibung der Ausführungsformen
Ausführungsformen zum Ausführen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend genauer beschrieben. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf die nachstehend beschriebenen Ausführungsformen begrenzt.
Das Schutzgas-Lichtbogenschweißverfahren in der vorliegenden Erfindung ist ein Schutzgas-Schweiß-Verfahren, das Zuführen einer abschmelzenden Elektrode über einen Schweißbrenner und Ausführen von Schweißen während des Strömens eines Schutzgases beinhaltet, wobei der Schweißbrenner eine Düse enthält, ein Innendurchmesser der Düse 15 mm oder mehr ist, ein Düsen-Basismaterial-Abstand zwischen einer Spitze der Düse und einem zu schweißenden Material 22 mm oder weniger ist, und ein Verhältnis, ausgedrückt durch (den Innendurchmesser der Düse/den Düsen-Basismaterial-Abstand) 0,7 oder mehr und 1,9 oder weniger ist.
[Schweiß-Einrichtung]
Eine Schweiß-Einrichtung, die in dem Schutzgas-Lichtbogenschweißverfahren in der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, wird nachstehend beschrieben. Die Schweiß-Einrichtung ist nicht besonders begrenzt, solange sie eine Schweiß-Einrichtung ist, die Schutzgas-Lichtbogen-Schweißen ausführt, und beim üblichen Schutzgas-Lichtbogen-Schweißen verwendete Schweiß-Einrichtungen können eingesetzt werden.
Zum Beispiel enthält, wie in 1 gezeigt, eine Schweiß-Einrichtung 1 einen an einer Spitze davon bereitgestellten Schweißbrenner 11, einen Roboter 10, der den Schweißbrenner 11 entlang einer Schweißleitung von einem zu schweißenden Material (hierin nachstehend als ein ”Arbeits-” oder ”Basismaterial” bezeichnet) W bewegt, eine Drahtzuführungseinheit (nicht gezeigt), die einen Schweißdraht zu dem Schweißbrenner 11 führt, und eine Schweißstromquelleneinheit 30, die einen Strom zu einer abschmelzenden Elektrode über die Drahtzuführungseinheit führt und einen Lichtbogen zwischen der abschmelzenden Elektrode und dem zu schweißenden Material erzeugt. Die Schweiß-Einrichtung enthält weiterhin eine Robotersteuerungseinheit 20, die den Robotereinsatz zum Bewegen des Schweißbrenners 11 steuert.
<Schweißbrenner>
Wie in 2 gezeigt, führt der Schweißbrenner 11 Lichtbogen-Schweißen durch automatisches Zuführen eines Schweißdrahts in einem Zylinder und unter Verwendung des Schweißdrahts aus. Der Schweißbrenner 11 enthält eine Brennerklammer 12. Die Brennerklammer 12 fixiert den Schweißbrenner 11 an dem Roboter.
Ein Brennerzylinder 21 wird durch die Brennerklammer 12 getragen und enthält zusätzlich einen Mechanismus zum Tragen einer Düse 71 und eines Chipkörpers 31. Der Brennerzylinder 21 kann den zu einer Spitze des Chipkörpers 31 (ein hinteres Ende von einem Kontaktchip 61) über ein Innenrohr 22 zuzuführenden Schweißdraht in dem Zustand, der mit dem Chipkörper 31 bereitgestellt wurde, zuführen. Der Brennerzylinder 21 führt Schweißstrom zu dem Chipkörper 31 und führt weiterhin ein Schutzgas zu einem zwischen dem Innenrohr 22 und dem Chipkörper 31 gebildeten Raum. Der Chipkörper 31 enthält eine Öffnung 41 und einen Mechanismus zum Tragen des Kontaktchips 61. Der Chipkörper 31 wird aus einem Material mit Leitfähigkeit, wie ein Metall, gebildet.
Die Öffnung 41 enthält einen Mechanismus zum Gleichrichten eines Schutzgases. Insbesondere weist die Öffnung 41 im Allgemeinen eine zylindrische Gestalt auf, und ist durch Einschieben von der Spitzenseite des äußeren Umfangs des Chipkörpers 31 befestigt. Der Kontaktchip 61 führt den Schweißstrom zu der Schweißdraht und enthält zusätzlich einen Mechanismus zum Führen des Schweißdrahts zu einem Werkstück aus einem zu schweißenden Material. Ähnlich zu dem Chipkörper wird der Kontaktchip 61 aus einem Material mit Leitfähigkeit, wie ein Metall, gebildet.
Die Stellung des Schweißbrenners kann vertikal zu einem Basismaterial sein und kann geneigt sein.
Wenn der Schweißbrenner zu der Seite entgegengesetzt einer Bewegungsrichtung des Schweißens geneigt ist, wird ein durch eine vertikale Linie zu dem Basismaterial und dem Brenner gebildeter Winkel ein Vorwärts-Sweep-Winkel genannt, und wenn der Schweißbrenner zu der Bewegungsrichtung des Schweißens geneigt ist, wird ein durch die vertikale Linie zu dem Basismaterial und dem Brenner gebildeter Winkel ein Rückwärts-Sweep-Winkel genannt.
Die Abschirmeigenschaft während des Lichtbogen-Schweißens kann weiterhin durch Vorgeben eines Vorwärts-Sweep-Winkels zu dem Schweißbrenner effektiv erhöht werden. Weiterhin kann das Hintere von Schweißwülsten durch Vorgeben eines Rückwärts-Sweep-Winkels zu einer Elektrode abgeschirmt werden, und im Ergebnis kann eine Oxidationsreaktion der Schweißwülste unmittelbar nach dem Schweißen unterdrückt werden.
Um geeignete Durchdringung beim Schweißen einer Naht und gute Schweißwulst-Gestalt zu erhalten, ist es bevorzugt, das Schweißen in einem Bereich auszuführen, sodass der Vorwärts-Sweep-Winkel –15° bis 40° ist, das heißt, die obere Grenze des Vorwärts-Sweep-Winkels ist 40° und die obere Grenze des Rückwärts-Sweep-Winkels ist 15°.
<Düse>
Die Düse 71 enthält einen Mechanismus zum Einströmen eines Schutzgases, wie Argon (Ar) oder Kohlenstoffdioxidgas (CO₂), zugeführt aus einer nicht dargestellten Gaszuführungs-Einrichtung zu einer Basis von zu schweißendem Material. Die Düse 71 wird zu einer zylindrischen Gestalt mit einem inneren Raum, der den Chipkörper 31, die Öffnung 41 und den Kontaktchip 61 aufnehmen kann, die in einem integral angeordneten Zustand darin vorliegen, geformt.
In der Düse 71 wird ein Innengewindeabschnitt (nicht gezeigt), mit dem ein Außengewindeabschnitt 23, gebildet an der Spitze des Brennerzylinders 21, im Eingriff ist, in dem hinteren Ende gebildet. Durch diese Struktur kann die Düse 71 den Schweißteil durch Verwendung eines durch die Öffnung 41 korrigierten Schutzgases von der Atmosphärenluft abschirmen.
(Innendurchmesser von Düse und Düsen-Basismaterial-Abstand)
Ein Beispiel von einer Düsengestalt wird in 3 gezeigt. Innendurchmesser Do von einem geraden Abschnitt X in der Düse (hierin anschließend manchmal einfach als ein ”gerader Abschnitt” bezeichnet) und Innendurchmesser D von einer Düsenöffnung (hierin anschließend manchmal einfach als ”Innendurchmesser einer Düse” bezeichnet) beeinflussen Abschirmbereich und Abschirmeigenschaft.
Die Rolle des Schutzgases bei dem Schutzgas-Lichtbogen-Schweißen besteht darin, den Lichtbogen und ein geschmolzenes Metall und hoher Temperatur ausgesetztem Schweißdraht von der Atmosphärenluft abzuschirmen, um dadurch das Schweißteil vor Nitrierung und Oxidation zu bewahren.
Stickstoff wird im Allgemeinen nicht zu einem Schutzgas zugegeben und der Partialdruck davon in dem Schutzgas ist sehr gering. Es wird deshalb festgestellt, dass selbst wenn etwas Atmosphärenluft mitgezogen wird, Stickstoff sich nicht direkt in geschmolzenem Stahl auflöst.
Insbesondere wird festgestellt, dass die Ursache des Auflösens von Stickstoff in geschmolzenem Stahl darin besteht, dass durch Mischen von Stickstoff in der Lichtbogenatmosphäre N₂ sich zu N zersetzt, der N-Partialdruck erhöht wird und N aus örtlich geschmolzenem Stahl, erhitzt durch einen Lichtbogen auf hohe Temperatur, eingebaut wird.
In anderen Worten ist es zum Steuern von Stickstoff in einem geschmolzenen Metall notwendig, den Einbau von Stickstoff in der Lichtbogenatmosphäre zu verhindern. Deshalb erwies sich übliche laminare Strömungsstabilität von Schutzgasstrom als wichtiger als die Breite einer Abschirmregion und eine Düse mit kleinem Durchmesser, in der die Strömungsgeschwindigkeit weiterhin schnell ist und turbulente Strömung schwierig zu erzeugen ist, wurde verwendet. Weiterhin wurde eine Düse mit kleinem Durchmesser bevorzugt, um in einen engen Schweiß-Abschnitt einzudringen.
Als das übliche Verfahren, insbesondere wie zum Beispiel in Patent-Dokument 2 beschrieben, wird ein Innendurchmesser von einer Düsenöffnung so gezogen, dass er kleiner als der Innendurchmesser von einem geraden Abschnitt ist, wodurch eingespültes Gas verschärft und der Richtfaktor erhöht wird. Somit wurde üblicherweise der Innendurchmesser D von einer Düse so gezogen, dass er klein ist, wodurch sich die Abschirmeigenschaften erhöhen.
Andererseits wird eine konvexe Schweißwulst-Gestalt gebildet und Schlacke wird durch Sauerstoff (O) erzeugt, aber es ist notwendig, bezüglich der Lichtbogenstabilität positiv Sauerstoff zu dem Schutzgas zuzugeben, und im Ergebnis ist der O-Partialdruck in der Lichtbogenatmosphäre immer hoch. Aus diesem Grund ist es notwendig, zum Senken der Menge an Sauerstoff in einem geschmolzenen Metall, den gesamten geschmolzenen Pool durch ein Schutzgas nicht nur während der Lichtbogenbildung, zu schützen. Für das Schutz-Verfahren wird festgestellt, dass das Schweißen ausgeführt wird, während ein Schutzgasstrom in einem laminaren Strom über einen breiten Bereich aufrecht erhalten wird.
Wenn jedoch der Innendurchmesser D von einer Düse klein ist, wie im Stand der Technik, ist ein Gebiet, das abgeschirmt werden kann, klein, und ein breiter Bereich kann nicht abgedeckt werden. In anderen Worten, wenn der Bereich, der abgeschirmt werden kann, nicht breit gehalten werden kann, wird das geschmolzene Metall unmittelbar nach Passieren des Brenners in hohem Temperaturzustand der Atmosphärenluft ausgesetzt. Im Ergebnis wird eine Oxidationsreaktion auf der Schweißwulstoberfläche beschleunigt und eine konvexe Schweißwulst-Gestalt wird gebildet und Schlacke wird erzeugt. Weiterhin kann auch im Fall des Enthaltens einer vorbeschriebenen Menge an S in einer hierin anschließend beschriebenen abschmelzenden Elektrode (Schweißdraht) die Wirkung durch S nicht effektiv gezeigt werden.
Im Hinblick auf das Vorstehende ist in der vorliegenden Erfindung der Innendurchmesser D der Düse 15 mm oder mehr, um den abzuschirmenden Bereich zu erweitern. Jedoch nur durch Erhöhen des Innendurchmessers der Düse, um die Abschirmeigenschaft über einen breiten Bereich zu sichern, wird das Schutzgas turbulente Strömung vor dem Erreichen des geschmolzenen Metalls erlangen und es besteht die Möglichkeit, dass die Abschirmeigenschaft sich verschlechtert.
Im Hinblick auf das Vorstehende ist ein Abstand zwischen der Spitze der Düse und einem zu schweißenden Material (Basismaterial) (Düsen-Basismaterial-Abstand) 22 mm oder weniger und zusätzlich ist ein Verhältnis, ausgedrückt durch (Innendurchmesser D von Düse/Düsen-Basismaterial-Abstand) 0,7 oder mehr und 1,9 oder weniger.
Wenn der Düsen-Innendurchmesser D, der Düsen-Basismaterial-Abstand und das Verhältnis, ausgedrückt durch (Innendurchmesser D von Düse/Düsen-Basismaterial-Abstand) in die vorstehenden Bereiche fallen, können sowohl der breite Abschirmbereich als auch hohe Abschirmeigenschaft erreicht werden. In anderen Worten werden die Sauerstoffmenge und Stickstoffmenge in dem geschmolzenen Metall bei einem geringen Niveau gehalten, und Lunker auf Grund von Stickstoff, die Bildung von konvexer Schweißwulst-Gestalt und das Erhöhen von Schlacke auf Grund von Sauerstoff können unterdrückt werden.
Wenn der Innendurchmesser D der Düse kleiner als 15 mm ist, wird der Bereich, der abgeschirmt werden kann, schmal, und eine große Menge an Schlacke wird durch Oxidationsreaktion des geschmolzenen Metalls unmittelbar nach Passieren des Brenners gebildet. Der Innendurchmesser D der Düse ist vorzugsweise 16 mm oder mehr und bevorzugter 18 mm oder mehr.
Andererseits ist die obere Grenze des Innendurchmessers D der Düse vorzugsweise 30 mm oder weniger, und bevorzugter 22 mm oder weniger. Wenn der Durchmesser 30 mm übersteigt, gibt es einen Fall, dass der Richtfaktor des eingespülten Gases verschlechtert ist, was eine Verschlechterung der Abschirmeigenschaft ergibt, obwohl dies von der Strömungsgeschwindigkeit des Schutzgases abhängt. In einem solchen Fall kann die Bildung von Schlacke und Schweißdefekten, wie Poren und Lunker, durch Mitführung der Atmosphärenluft erzeugt werden.
In der vorliegenden Erfindung ist die Beziehung zwischen dem Innendurchmesser Do des geraden Abschnitts und dem Innendurchmesser D der Düsenöffnung nicht besonders begrenzt, und wenn der Innendurchmesser D der Düsenöffnung 15 mm oder mehr ist, kann der Innendurchmesser Do des geraden Abschnitts größer oder kleiner als der Innendurchmesser D sein und kann derselbe wie der Innendurchmesser D sein. Jedoch ist es bezüglich des Richtfaktors des Schutzgases bevorzugt, bezüglich der Erhöhung der Abschirmeigenschaft, dass das Verhältnis (D/Do) zwischen dem Innendurchmesser Do des geraden Abschnitts und dem Innendurchmesser D der Düsenöffnung in den Bereich von 0,5 bis 1,0 fällt.
Hinsichtlich des effektiveren Gewinnens der vorstehenden Effekte ist der Düsen-Basismaterial-Abstand vorzugsweise 20 mm oder weniger, bevorzugter 17 mm oder weniger, und stärker bevorzugt 15 mm oder weniger. Als die untere Grenze des Düsen-Basismaterial-Abstands ist sie hinsichtlich von Düsenverstopfen durch Spratzen vorzugsweise 12 mm oder mehr.
Das Verhältnis, ausgedrückt durch (Innendurchmesser D von Düse/Düsen-Basismaterial-Abstand), ist vorzugsweise 1 oder mehr, und ist vorzugsweise 1,6 oder weniger, hinsichtlich eines effektiveren Erreichens der vorstehenden Effekte.
<Schutzgas>
Das in dem Schutzgas-Lichtbogenschweißverfahren in der vorliegenden Erfindung verwendete Schutzgas ist nicht besonders begrenzt, und Ar-Gas, Kohlenstoffdioxidgas (Kohlenstoffdioxid, CO₂), Sauerstoffgas (O₂) und gemischte Gase von jenen können verwendet werden. Jene Gase können N₂, H₂ und dergleichen als Verunreinigungen enthalten.
Auch bei dem Schweißen unter Verwendung von 100% CO₂ als Schutzgas können die Effekte zum Unterdrücken der Mitführung der Atmosphärenluft und Verhindern einer Oxidationsreaktion in dem Schutzgas-Lichtbogenschweißverfahren in der vorliegenden Erfindung erreicht werden. Wenn jedoch Ar-Gas oder Ar-enthaltendes gemischtes Gas als das Schutzgas verwendet wird, ist es möglich, eine Oxidationsreaktion von einem geschmolzenen Metall weiter zu vermindern. Deshalb ist es bevorzugt, Ar-Gas (100% Ar) oder Ar-enthaltendes gemischtes Gas als das Schutzgas anzuwenden.
Im Fall von Ar-enthaltendem gemischtem Gas ist es bevorzugt, dass der Gehalt von Kohlenstoffdioxid 0 bis 40 Vol.-% ist und der Gehalt von Sauerstoff 0 bis 10 Vol.-% ist. Es ist bevorzugter, dass Ar in einer Menge von 92 Vol.-% oder mehr enthalten ist und der Rest mindestens eines von Kohlenstoffdioxid und Sauerstoff und unvermeidbaren Verunreinigungen ist. Es ist stärker bevorzugt, dass der Ar-Gehalt 95 Vol.-% oder mehr ist.
Beispiele der Verunreinigungen enthalten N₂ und H₂, und es ist besonders bevorzugt, dass die Verunreinigungen insgesamt nicht enthalten sind (0 Vol.-%).
Die Strömungsgeschwindigkeit des Schutzgases ist bevorzugter 25 l/min oder weniger, und stärker bevorzugt 18 l/min oder weniger, obwohl dies von dem Innendurchmesser D der Düse und dem Wert des Düsen-Basismaterial-Abstands abhängt. Dies kann zu hohe Strömungsgeschwindigkeit des Schutzgases verhindern und Mitführung der Atmosphärenluft in der Abschirmatmosphäre durch Hoch-Geschwindigkeits-Gasstrom unterdrücken.
Die Strömungsgeschwindigkeit des Schutzgases ist vorzugsweise 8 l/min oder mehr, und bevorzugter 10 l/min oder mehr hinsichtlich der Porositätsbeständigkeit.
Wenn das Verhältnis (Strömungsgeschwindigkeit), ausgedrückt durch (Strömungsgeschwindigkeit von Schutzgas/Innendurchmesser D der Düse) 0,65 l/min·mm oder mehr und 1,10 l/min·mm oder weniger ist, kann die Mitführung der Atmosphärenluft durch Hoch-Geschwindigkeits-Gasstrom vorzugsweise weiter unterdrückt werden. Die Strömungsgeschwindigkeit ist bevorzugter 0,75 l/min·mm oder mehr, und ist bevorzugter 1,00 l/min·mm oder weniger.
<Abschmelzende Elektrode (Schweißdraht)>
Die Art des Schweißdrahts kann ein fester Draht, wie Kupferdraht, sein und kann Schweißdraht mit Flussmittelkern sein, der eine zylindrische Hülle und Flussmittel enthält, mit denen die Innenseite der Hülle gefüllt ist. Der Schweißdraht ist nicht besonders begrenzt. Im Fall von einem Schweißdraht mit Flussmittelkern kann der Draht in beliebiger Form von einem nahtlosen Typ ohne Naht auf der Hülle und einem Naht-Typ mit einer Naht auf der Hülle sein. Weiterhin kann gegebenenfalls Kupferplattieren auf die Oberfläche des Schweißdrahts (die Außenseite der Hülle im Fall von einem Schweißdraht mit Flussmittelkern) angewendet werden.
(S: 0,015 Masse-% oder mehr)
Es ist bevorzugt, dass dem Schweißdraht der vorliegenden Erfindung eine geeignete Menge an Schwefel (S) dazugegeben wird.
S ist ursprünglich ein Verunreinigungselement wie im Fall mit Phosphor (P), und es ist bevorzugt, den Gehalt möglichst zu vermindern. Jedoch weist S in geschmolzenem Eisen die Eigenschaft zum leichten Adsorbieren auf der Oberfläche des geschmolzenen Eisens auf und weist die Eigenschaften zum Senken der Oberflächenspannung auf. Im Hinblick darauf wurde ein Bereich von einer geeigneten Menge an S in dem geschmolzenen Draht definiert, basierend auf dem nachstehenden Mechanismus durch Fokussieren darauf und Nutzen dieser Eigenschaft in der vorliegenden Erfindung.
Durch Schweißen mit dem Schweißdraht der vorliegenden Erfindung adsorbieren S-Atome selektiv an der Oberfläche von einem geschmolzenen Pool. Wenn der Abschirmbereich des Schutzgases schmal ist, adsorbieren die O-Atome auch an der Oberfläche von einem geschmolzenen Pool, wie im Fall mit den S-Atomen. Um deshalb die Oberfläche von einem geschmolzenen Pool mit S-Atomen abzudecken, ist es notwendig, dass der Innendurchmesser D der Düsenöffnung 15 mm oder mehr ist, wie vorstehend beschrieben, wodurch sich der Abschirmbereich und die Abschirmeigenschaft erhöhen.
Auch obwohl die Oberfläche von einem geschmolzenen Pool oder Schweißwulstoberflächen, bedeckt mit S-Atomen, Sauerstoff aus der Atmosphärenluft ausgesetzt wurden, reagiert S mit Sauerstoff aus der Atmosphärenluft durch die Reaktion von 1/2S₂ + O₂ = SO₂ zur Bildung von SO₂ (Siedepunkt: –10°C), wie in dem chemischen Potenzial-Diagramm von verschiedenen Sulfiden in 4 gezeigt, und SO₂ geht als Gas ab. Aus diesem Grund wird eine Oxidationsreaktion von Fe, Mn oder dergleichen auf den Schweißwulstoberflächen unmittelbar nach dem Schweißen oder wenn die Atmosphärenluft mitgezogen wurde, unterdrückt und auf den Schweißwulstoberflächen nach Schweißen gebildete Schlacke kann weiter unterdrückt werden.
Anzustreben ist, dass die Reaktion von 1/2S₂ + O₂ = SO₂ stabil ist, verglichen mit der Reaktion von Eisensulfid 2Fe + S₂ = 2FeS, und der Siedepunkt von SO₂ –10°C ist. In anderen Worten wirkt in einem breiten Temperaturbereich von unmittelbar nach dem Schweißen bis Raumtemperatur eine Reduktionsreaktion von FeS und die Oxidationsreaktion von Fe wird unterdrückt. Weiterhin kann gebildetes SO₂ leicht in die Atmosphärenluft austreten.
Damit das Oberflächen-Adsorptions-Phänomen von S selektiv arbeitet, um sichere Oberflächen-Adsorption an dem geschmolzenen Pool zu erzeugen, ist es gemäß dem vorstehenden Mechanismus in der vorliegenden Erfindung bevorzugt, dass die S-Menge 0,015 Masse-% oder mehr ist, basierend auf der gesamten Masse der abschmelzenden Elektrode (Schweißdraht). Die S-Menge ist bevorzugter 0,020 Masse-% oder mehr. Andererseits ist die obere Grenze der S-Menge vorzugsweise 0,080 Masse-% oder weniger hinsichtlich des Behinderns der Erzeugung von Reißen in einem Schweißmetall.
Die Oberflächen-Adsorption von S kann nicht direkt beobachtet werden. Deshalb wird die Oberflächen-Adsorption im Allgemeinen indirekt durch Oberflächenspannung oder eine Gas-Adsorptions-Reaktion eingeschätzt. Wenn die S-Menge in dem Schweißdraht geringer als 0,015 Masse-% ist, wird die Verbreitung der durch Oberflächenspannung beeinflussten Schweißwulst-Gestalt nicht beobachtet, und Schlacke wird erzeugt. Deshalb gibt es einen Fall, dass der Oxidations-Unterdrückungs-Effekt durch das Adsorptions-Phänomen von S nicht auftritt. Wenn andererseits die Menge von S in dem Schweißdraht 0,080 Masse-% übersteigt, können Schweißdefekte, wie Hoch-Temperatur-Reißen erzeugt werden.
Andere Komponenten, die in dem Schweißdraht enthalten sein können, und die Zahlenbereiche davon (Mengen von Komponenten) werden nachstehend zusammen mit den Gründen der Begrenzung beschrieben. Sofern nicht anders ausgewiesen, werden die Mengen von Komponenten als der Anteil zu der gesamten Masse des Schweißdrahts definiert. Wenn der Schweißdraht ein Schweißdraht mit Flussmittelkern ist, werden die Mengen von Komponenten durch die Summe der Mengen von Komponenten in der Hülle und Flussmittel ausgedrückt.
(C: 0,30 Masse-% oder weniger (einschließlich 0 Masse-%))
C in dem Schweißdraht und Schweißmetall ist effektiv zum Erhöhen der Festigkeit des Schweißmetalls. Selbst wenn der Gehalt von C klein ist, gibt es hinsichtlich des Spratzens kein Problem, und deshalb wird die obere Grenze nicht eingestellt. Wenn jedoch C in einer großen Menge enthalten ist, die 0,30 Masse-% übersteigt, bindet C an eine geringe Menge an Sauerstoff während des Schweißens zur Bildung von CO-Gas, wodurch Lunker an Tröpfchen-Oberflächen erzeugt werden, was zur Erzeugung von Spratzen und dem Aussehen von Lichtbogeninstabilität führt.
Wenn Lichtbogeninstabilität aufgetreten ist, kann die Atmosphärenluft durch die Störung des Schutzgases mitgezogen werden und es besteht die Möglichkeit, dass Schweißdefekte, wie Lunker und die Erzeugung von großer Menge Schlacke auftritt. Aus diesem Grund ist der C-Gehalt vorzugsweise 0,30 Masse-% oder weniger. Andererseits ist der C-Gehalt vorzugsweise 0,01 Masse-% oder mehr zum Sichern der Festigkeit.
(Si: 0,20 bis 2,50 Masse-%)
Si in dem Schweißdraht ist ein desoxidierendes Element, und ist ein bevorzugtes Element zum Sichern der Festigkeit und Steifigkeit des Schweißmetalls. Wenn die Menge an zugegebenem Si klein ist, können Lunker durch unzureichende Desoxidation erzeugt werden. Deshalb ist es bevorzugt, dass Si in einer Menge von 0,20 Masse-% oder mehr enthalten ist. Wenn jedoch Si in einer großen Menge, die 2,50 Masse-% übersteigt, enthalten ist, wird Schlacke, die schwierig zu trennen ist, in einer großen Menge während des Schweißens erzeugt und Schweißdefekte, wie Mitführung von Schlacke, werden erzeugt. Aus diesem Grund ist es bevorzugt, dass der Si-Gehalt in einen Bereich von 0,20 bis 2,50 Masse-% fällt.
(Mn: 0,50 bis 3,50 Masse-%)
Ähnlich zu Si ist Mn in dem Schweißdraht bevorzugt zum Zeigen des Effekts als ein desoxidierendes Mittel oder ein Schwefel-Fänger und Sichern der Festigkeit und Steifigkeit des Schweißmetalls. Es ist bevorzugt, dass Mn in einer Menge von 0,50 Masse-% oder mehr enthalten ist zum Verhindern des Aussehens von Schweißdefekten durch unzureichende Desoxidation. Wenn andererseits Mn in einer großen Menge, die 3,50 Masse-% übersteigt, enthalten ist, wird Schlacke, die schwierig zu trennen ist, während des Schweißens in einer großen Menge erzeugt, und Schweißdefekte, wie Mitführung von Schlacke, werden erzeugt. Weiterhin ist die Festigkeit zu stark erhöht, was zur übermäßigen Verschlechterung der Steifigkeit des Schweißmetalls führt. Aus diesem Grund ist es bevorzugt, dass der Mn-Gehalt in einen Bereich von 0,50 bis 3,50 Masse-% fällt.
(P: 0,0300 Masse-% oder weniger (einschließlich 0 Masse-%))
P ist ein Verunreinigungselement, und es ist bevorzugt, dass der Gehalt davon falls möglich gesenkt ist. Aus diesem Grund wird die untere Grenze nicht eingestellt. Wenn P in einer großen Menge, die 0,0300 Masse-% übersteigt, vorliegt, besteht die Möglichkeit, dass Schweißdefekte, wie Reißen des Schweißmetalls, erzeugt werden. Aus diesem Grund ist es bevorzugt, dass der P-Gehalt in einen Bereich von 0,0300 Masse-% oder weniger (einschließlich 0 Masse-%) fällt.
Andere als die vorstehend genannten Elemente können Ni, Cr, Mo, B und dergleichen in geeigneten Mengen zu dem Schweißdraht in Übereinstimmung mit einem Stahlblech zugegeben werden, aber jene sind kein dominanter Faktor der Menge an erzeugter Schlacke.
<Bogenschweiß-Bedingungen>
(Durchschnittlicher Schweißstrom)
Wenn ein durchschnittlicher Schweißstrom ein niedriges Niveau aufweist, wird der Plasmaluftstrom eine geringe Geschwindigkeit aufweisen und die Atmosphärenluft kann weiterhin vor dem Mitziehen in das Gebiet unmittelbar unter dem Lichtbogen durch den Plasmaluftstrom unterdrückt werden. Aus diesem Grund ist der durchschnittliche Schweißstrom vorzugsweise 270 A oder weniger und bevorzugter 250 A oder weniger.
Die untere Grenze des durchschnittlichen Schweißstroms ist vorzugsweise 70 A oder mehr hinsichtlich der Lichtbogenstabilität.
(Stromimpulssteuerung)
Es ist bevorzugt, dass das Schweißen Impulsschweißen ist, bei dem ein Stromimpuls hinsichtlich dessen, dass Sprühübertragung stabil ausgeführt wird, gesteuert werden kann und Mitführung der Atmosphärenluft durch Lichtbogeninstabilität kann unterdrückt werden.
Impuls-Spitzenstrom ist vorzugsweise 380 A oder mehr und 530 A oder weniger, und ist bevorzugter 400 A oder mehr und 480 A oder weniger.
Wenn der Impuls-Spitzenstrom 530 A übersteigt, ist der Spitzenstrom zu hoch, und es besteht die Möglichkeit, dass die Menge der in dem Lichtbogen mitgezogenen Atmosphärenluft etwas erhöht ist. Wenn andererseits der Impuls-Spitzenstrom kleiner als 380 A ist, ist der Spitzenstrom zu gering und es besteht die Möglichkeit, dass die Menge von erzeugtem Spratzen ansteigt.
Impulsspitzenzeit (Peakbreite) ist vorzugsweise 0,5 bis 2,0 Millisekunden, und ist bevorzugter 1,2 Millisekunden oder mehr und 1,6 Millisekunden oder weniger.
Wenn die Impulsspitzenzeit 2,0 Millisekunden übersteigt, ist die Spitzenzeit zu lang, und es besteht die Möglichkeit, dass die Menge der in dem Lichtbogen mitgezogenen Atmosphärenluft etwas erhöht ist. Wenn andererseits die Impulsspitzenzeit kleiner als 0,5 Millisekunden ist, ist der Spitzenstrom zu gering, und es besteht die Möglichkeit, dass die Menge von erzeugtem Spratzen ansteigt.
<Zu schweißendes Material (Werkstück, Basismaterial)>
Als das zu schweißende Material können übliche Materialien verwendet werden und Beispiele davon enthalten ein kalt-gewalztes Stahlblech und ein warm-gewalztes Stahlblech.
Unter ihnen ist verzinktes Stahlblech bevorzugt, weil Zn durch in das Schutzgas eindringende Schweißwärme verdampft wird, wobei der Sauerstoff-Partialdruck und der Stickstoff-Partialdruck in der Abschirmatmosphäre vermindert werden und im Ergebnis können das Erhöhen von Sauerstoff und Stickstoff in dem geschmolzenen Metall unterdrückt werden. Wenn das Flächengewicht der Verzinkung zu groß ist, besteht die Möglichkeit, dass die Menge von erzeugtem Spratzen etwas ansteigt. Aus diesem Grund ist das Flächengewicht der Verzinkung bevorzugter 20 bis 120 g/m², und ist stärker bevorzugt 100 g/m² oder weniger.
Wenn das zu schweißende Material eine Dicke von etwa 1,0 bis 3,0 mm aufweist, kann das Schweiß-Verfahren in der vorliegenden Erfindung auf das zu schweißende Material angewendet werden.
<Schweißkonstruktion>
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Erzeugen einer Schweißkonstruktion, enthaltend einen Schritt zum Ausführen von Schweißen durch das Schutzgas-Lichtbogenschweißverfahren und eine durch das Schutzgas-Lichtbogenschweißverfahren geschweißte Schweißkonstruktion.
Beispiele der Schweißkonstruktion enthalten Kraftfahrzeug-Fahrgestellteile und von jenen sind ein Aufhängungsarm und Aufhängungsbauteil bevorzugt.
(Schlacke)
Es ist bevorzugt, dass die Schweißkonstruktion bei dem Schlackebildungszustand durch visuelle Beobachtung keine Schlacke mit einem kurzen Durchmesser von 5 mm oder mehr auf Schweißwulstoberflächen innen von 1 mm oder mehr von dem Schweißwulst-Nahtrandteil ausschließlich eines Kraterteils gebildet wird. Wenn die Schlacke in 1 mm von dem Schweißwulst-Nahtrandteil gebildet wird, ist intermittierende Bildung bevorzugter, verglichen mit kontinuierlicher Bildung.
<Spratzen>
Das Vorliegen oder die Abwesenheit von an einer Schweißkonstruktion anhaftendem Spratzern kann visuell bewertet werden. Es ist bevorzugt, dass die Anzahl von großen Spratzern, die mit einem Durchmesser von 1 mm oder mehr an der Schweißkonstruktion anhaften, 2 oder weniger ist, und es ist bevorzugter, dass überhaupt keine großen Spratzer an der Schweißkonstruktion anhaften.
(Schweißwulst-Gestalt)
Als die Schweißwulst-Gestalt in der Schweißkonstruktion ist es bevorzugt, dass ein Verhältnis zwischen einer Schweißwulstbreite α und einer Schweißnahtüberhöhungshöhe β (Schweißwulstbreite α/Schweißnahtüberhöhungshöhe β) in dem schematischen Diagramm in 5 vorzugsweise 3 oder mehr, und bevorzugter 5 oder mehr ist, von der Beschichtungsfähigkeit in einem geschweißten Schweißwulst-Nahtrandteil. Glattere Schweißwulst-Gestalt ist bevorzugt. Deshalb ist die obere Grenze nicht besonders definiert.
Beispiele
Die vorliegende Erfindung wird weiterhin nachstehend speziell mit Bezug auf Beispiele beschrieben, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf jene Beispiele begrenzt, die vorliegende Erfindung kann durch Hinzufügen von Änderungen in einem Bereich ausgeführt werden, der in der Lage ist, den Gedanken der vorliegenden Erfindung zu übernehmen, und jene sind in den technischen Umfang der vorliegenden Erfindung eingeschlossen. Weiterhin sind die hierin beschriebenen Schweißbedingungen ein Beispiel und die vorliegende Ausführungsform ist nicht auf die nachstehenden Schweißbedingungen begrenzt.
<Bewertungs-Verfahren>
(Schlackebildungszustand)
Der Schlackebildungszustand in einer Schweißkonstruktion wurde visuell oder unter Verwendung eines digitalen Mikroskops (VHX-900, hergestellt von Keyence Corporation) beobachtet. In dem ”Schlackebildungszustand” in Tabellen 1 und 2 zeigt der Ausdruck ”x”, dass Schlacke mit einem kurzen Durchmesser von 5 mm oder mehr auf Schweißwulstoberflächen in 1 mm oder mehr von einem Schweißwulst-Nahtrandteil ausschließlich einem Kraterteil gebildet wurde, der Ausdruck ”O” zeigt, dass die vorstehende Schlacke nicht gebildet wurde, aber Schlacke in 1 mm von einem Schweißwulst-Nahtrandteil kontinuierlich gebildet wurde, und der Ausdruck ”⊙” zeigt, dass die vorstehende Schlacke nicht gebildet wurde, aber Schlacke in 1 mm von einem Schweißwulst-Nahtrandteil intermittierend gebildet wurde.
(Schweißwulst-Aussehen)
Das Schweißwulst-Aussehen in der Schweißkonstruktion wurde durch visuelles Beobachten des Vorliegens oder der Abwesenheit von an der Schweißkonstruktion und der Schweißwulst-Gestalt anhaftenden Spratzern bewertet.
Die an der Schweißkonstruktion anhaftenden Spratzer bedeuten einen Spratzer mit einem Durchmesser von 1 mm oder mehr, und das Vorliegen oder die Abwesenheit davon wurde bewertet.
Die Schweißwulst-Gestalt wurde bewertet, ob der Wert (Schweißwulst-Gestalt) ausgedrückt durch (Schweißwulstbreite/Schweißnahtüberhöhungshöhe), wenn der Brenner vertikal zu dem zu schweißenden Material angeordnet wurde und das Schweißen ausgeführt wurde, 5 oder weniger ist. Die Schweißwulstbreite ist ein Bereich, ausgedrückt durch ein Symbol α in 5, und die Schweißverstärkungshöhe ist ein Bereich, ausgedrückt durch ein Symbol β in 5.
Bei dem ”Schweißwulst-Aussehen” in Tabellen 1 und 2 bedeutet ”⊙”, dass ein an einer Schweißkonstruktion anhaftendes Spratzen nicht vorlag und der Wert der Schweißwulst-Gestalt 5 oder weniger ist, und ”O” bedeutet, dass entweder eines von einem Spratzer und einer Schweißwulst-Gestalt schlecht ist.
<Beispiele 1 bis 45 und Vergleichs-Beispiele 1 bis 4>
Als Grundbedingungen wurde Schweißwulst-auf-Blechschweißen unter Verwendung von Stahlblechen jedes mit einer Dicke von 3,2 mm von SPHC-Material, definiert in JIS G3131, und SGHC-Material, definiert in JIS G3302, als ein Basismaterial ausgeführt. Die Schweißgeschwindigkeit war 100 cm/min und der Brenner-Winkel war vertikal zu einem Basismaterial.
Die Zusammensetzung von einer abschmelzenden Elektrode (Schweißdraht) ist in Masse-%, C: 0,07%, Si: 0,8%, Mn: 1,5% und P: 0,010%, als eine übliche Zusammensetzung, und der S-Gehalt wird in Tabellen 1 und 2 gezeigt, und der Rest ist Fe.
Ein Innendurchmesser von einer bei dem Schweißen verwendeten Düse (Düsen-Durchmesser), ein Düsen-Basismaterial-Abstand, (Innendurchmesser von Düse/Düsen-Basismaterial-Abstand) (Verhältnis), eine Strömungsgeschwindigkeit von einem Schutzgas, (Gas-Strömungsgeschwindigkeit/Düsen-Innendurchmesser), Gasarten, S-Gehalt in einem Schweißdraht, ein Stahlblech und Schweißbedingungen werden in Tabellen 1 und 2 gezeigt. Der Düsen-Basismaterial-Abstand wurde durch Vorschub eines Chips von einer Düse und Einstellen einer Länge des Vorschubs eingestellt.
Bei ”Stahlblech” in Tabellen 1 und 2 bedeutet ”keine Plattierung” ein unbehandeltes Stahlblech, das keiner Plattierung unterzogen. Stahlbleche, die einer Zink-Plattierung bzw. Verzinkung in Flächengewichten von 20 g/m², 45 g/m², 100 g/m² und 120 g/m² unterzogen wurden, wurden als Basismaterialen in Beispielen 42 bzw. 45 verwendet.
In Beispielen 34 bis 45 wurde Impulsschweißen ausgeführt, und sein Spitzenstrom und die Spitzenzeit (Peakbreite) werden in Tabellen 1 und 2 gezeigt.
Die vorstehenden Bedingungen und Bewertungsergebnisse von Schlackebildungszustand und Schweißwulst-Aussehen werden in Tabellen 1 und 2 gezeigt. Tabelle 1
Tabelle 1 fortgesetzt
Tabelle 2
Tabelle 2 fortgesetzt
Es wurde aus den in Tabellen 1 und 2 gezeigten Ergebnissen bestätigt, dass wenn der Innendurchmesser D der Düse 15 mm oder mehr ist, der Düsen-Basismaterial-Abstand 22 mm oder weniger ist und (Innendurchmesser D von Düse/Düsen-Basismaterial-Abstand) 0,7 oder mehr und 1,9 oder weniger ist, die Bildung von Schlacke mit einem kurzen Durchmesser von 5 mm oder mehr unterdrückt werden können.
Weiterhin, wenn die Schutzgas-Strömungsgeschwindigkeit 20 l/min oder weniger und bevorzugter 18 l/min oder weniger ist, oder die Strömungsgeschwindigkeit, ausgedrückt durch (Innendurchmesser D von Düse/Düsen-Basismaterial-Abstand), 0,65 bis 1,10 l/min·mm ist, kann der Schlackebildungszustand weiter verbessert werden.
Weiterhin wurde in Beispielen 22 bis 26, wenn der Ar-Gehalt in dem Schutzgas 92% oder mehr ist, eine Schweißkonstruktion mit sehr viel besserem Schlackebildungszustand und Schweißwulst-Aussehen erhalten.
In Beispielen 27 bis 30 wurde, wenn der S-Gehalt in dem Schweißdraht 0,015 Masse-% oder mehr ist, eine Schweißkonstruktion mit sehr viel besserem Schlackebildungszustand und Schweißwulst-Aussehen erhalten, ungeachtet der Schutzgas-Strömungsgeschwindigkeit und des Ar-Gehalts.
In Beispielen 32 und 33 wurde, wenn der durchschnittliche Schweißstrom 250 A oder weniger ist, eine Schweißkonstruktion mit sehr viel besserem Schlackebildungszustand und Schweißwulst-Aussehen erhalten, ungeachtet der Schutzgas-Strömungsgeschwindigkeit, des Ar-Gehalts und des S-Gehalts in dem Schweißdraht.
In Beispielen 34 bis 41 wurde durch Ausführen der Stromimpulssteuerung eine Schweißkonstruktion mit sehr viel besserem Schlackebildungszustand und Schweißwulst-Aussehen erhalten, ungeachtet der Schutzgas-Strömungsgeschwindigkeit, des Ar-Gehalts, des S-Gehalts in dem Schweißdraht und dem durchschnittlichen Schweißstrom.
Weiterhin wurde in Beispielen 42 bis 44 durch Anwenden einer Verzinkungs-Behandlung auf das Basismaterial in einem Flächengewicht von 20 bis 100 g/m² eine Schweißkonstruktion mit ausgezeichnetem Schlackebildungszustand und Schweißwulst-Aussehen erhalten.
Obwohl die vorliegende Erfindung im Einzelnen und durch Bezug auf die speziellen Ausführungsformen beschrieben wurde, wird dem Fachmann klar sein, dass verschiedene Modifizierungen oder Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Gedanken und Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Diese Anmeldung basiert auf der Japanischen Patentanmeldung Nr. 2015-152378 , eingereicht am 31. Juli 2015, deren Offenbarung in Bezug auf ihre Gesamtheit hierin aufgenommen ist.
Industrielle Anwendbarkeit
Durch Verhindern von Schweißdefekten, wie Poren und Lunker, die durch Mitführung der Atmosphärenluft während des Schweißens erzeugt werden, und Oxidation an Schweißwulstoberflächen können der erhaltene Reparaturarbeitszeitraum, Arbeit, Kosten und dergleichen zum Reparieren einer Schweißkonstruktion vermindert werden.
Bezugszeichenliste

1: Schweiß-Einrichtung
10: Roboter
11: Schweißbrenner
12: Brennerklammer
20: Robotersteuereinheit
21: Brennerzylinder
22: Innenrohr
23: Außengewindeteil
30: Schweißstromquelleneinheit
31: Chipkörper 31
41: Öffnung
61: Kontaktchip
71: Düse
D: Innendurchmesser von Düsenöffnung
Do: Innendurchmesser von geradem Abschnitt
X: Gerader Abschnitt in der Düse
Y: Geschweißter Teil
W: Zu schweißendes Material (Arbeit)
α: Breite der Schweißwulst
β: Höhe der Schweißnahtüberhöhung

Claims

Schutzgas-Lichtbogenschweißverfahren, umfassend das Zuführen einer abschmelzenden Elektrode über einen Schweißbrenner und das Ausführen von Schweißen während des Strömens eines Schutzgases, wobei der Schweißbrenner eine Düse enthält, ein Innendurchmesser der Düse 15 mm oder mehr ist, ein Düsen-Basismaterial-Abstand zwischen einer Spitze der Düse und einem zu schweißenden Material 22 mm oder weniger ist, und ein Verhältnis, ausgedrückt durch (den Innendurchmesser der Düse/den Düsen-Basismaterial-Abstand), 0,7 oder mehr und 1,9 oder weniger ist.
Schutzgas-Lichtbogenschweißverfahren nach Anspruch 1, wobei eine Strömungsgeschwindigkeit des Schutzgases 18 l/min oder weniger ist.
Schutzgas-Lichtbogenschweißverfahren nach Anspruch 1, wobei ein Verhältnis, ausgedrückt durch (Strömungsgeschwindigkeit des Schutzgases/den Innendurchmesser der Düse), 0,65 l/min·mm oder mehr und 1,10 l/min·mm oder weniger ist.
Schutzgas-Lichtbogenschweißverfahren nach Anspruch 1, wobei das Schutzgas 92% oder mehr Ar enthält und der Rest mindestens eines von Kohlenstoffdioxid und Sauerstoff und unvermeidbaren Verunreinigungen ist.
Schutzgas-Lichtbogenschweißverfahren nach Anspruch 1, wobei die abschmelzende Elektrode S in einer Menge von 0,015 Masse-% oder mehr, basierend auf einer gesamten Masse davon, enthält.
Schutzgas-Lichtbogenschweißverfahren nach Anspruch 1, wobei ein durchschnittlicher Schweißstrom 250 A oder weniger ist.
Schutzgas-Lichtbogenschweißverfahren nach Anspruch 1, wobei Stromimpulssteuerung, in der ein Spitzenstrom 380 A oder mehr und 530 A oder weniger ist und eine Peakbreite 0,5 bis 2,0 Millisekunden ist, ausgeführt wird.
Schutzgas-Lichtbogenschweißverfahren nach Anspruch 1, wobei ein verzinktes Stahlblech mit einem Verzinkungsflächengewicht von 20 bis 100 g/m² oder mehr als das zu schweißende Material verwendet wird.
Verfahren zum Erzeugen einer Schweißkonstruktion, umfassend einen Schritt zum Schweißen durch ein Schutzgas-Lichtbogenschweißverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
Schweißkonstruktion, geschweißt durch das Schutzgas-Lichtbogenschweißverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8.