JP2004098113A - 低変態温度溶接材料を使用するアーク溶接方法 - Google Patents

Abstract

【課題】低変態温度溶接材料を使用するアーク溶接方法において、疲労強度とともにシャルピー値を高くする方法を提供する。
【解決手段】低変態温度溶接材料を使用するアーク溶接方法において、シールドガスとして希ガスのみ、または希ガスと少量の酸素ガスとの混合ガスを使用する。
【選択図】　　　　　　なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この出願の発明は低変態温度溶接材料を使用するアーク溶接方法に関するものであり、さらに詳しくは溶接疲労強度とともにシャルピー値を高くすることができる低変態温度溶接材料のアーク溶接方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術とその課題】
従来の溶接方法は溶接後の冷却に伴う熱収縮によって溶接部に引張りの残留応力が誘起されて溶接部の疲労強度が低下して溶接割れ（Ｗｅｌｄ　Ｃｒａｃｋ）が生じるという問題があった。そこで、この問題を解決するためにこの出願の発明の出願者は溶接が完了する室温もしくは室温付近の温度でマルテンサイト変態膨張が終了する溶接材料と炭酸ガス含有シールドガスとを用いて被溶接金属にアーク溶接を行なう、いわゆる低変態温度溶接材料を使用する「溶接方法」を提案した。
【０００３】
この方法はすでに特許登録されている（特許第３０１０２１１号）。
【０００４】
しかしながら、発明者により提案されたこの新しい「溶接方法」は溶接疲労強度を著しく向上させるものの、シャルピー値（衝撃強度値）が不足する場合があることから、溶接材料としての用途には制限があった。
【０００５】
このため、この出願の発明は、低変態温度溶接材料を使用する溶接方法において、溶接疲労強度向上とともにシャルピー値を向上する溶接方法を提供することを課題としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この出願の発明は上記の課題を解決するためのものとして、第１には、低変態温度溶接材料を使用するアーク溶接法において、シールドガスとして希ガスのみを使用することを特徴とするアーク溶接方法を提供する。また、この出願の発明は、第２には、低変態温度溶接材料を使用するアーク溶接法において、シールドガスとして希ガスと酸素ガスの混合ガスを使用することを特徴とするアーク溶接方法を提供し、第３には、上記シールドガスとして体積比が８％以下の酸素ガスを含有することを特徴とするアーク溶接方法を提供し、さらに、第４には、ＴＩＧ溶接であるアーク溶接方法を提供する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以上のとおりのこの出願の発明は、発明者による鋭意検討の結果として得られた予期できない、優れた作用効果の知見に基づいて完成されたものである。
【０００８】
すなわち、まず、アーク溶接に使用されるシールドガスとしては、一般的にアルゴンガス、ヘリウムガス等の不活性ガスを使用するＭＩＧ溶接（Ｍｅｔａｌ　Ｉｎｅｒｔ−Ｇａｓ溶接）や二酸化炭素ガスを単独で使用したり、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガスに酸素ガスや二酸化炭素ガスのような活性ガスを混合した混合ガスを使用するＭＡＧ溶接（Ｍｅｔａｌ　Ａｃｔｉｖｅ−Ｇａｓ　溶接）が知られている。そして、安価で取り扱いが容易な二酸化炭素ガスがシールドガスとして最も普通に使用されていた。
【０００９】
この出願の発明が依拠する先行発明である「溶接方法」（特許第３０１０２１１号）においてもシールドガスとしては、二酸化炭素ガスまたは二酸化炭素ガスと他のガスとの混合ガスを使用している。
【００１０】
だが、この「溶接方法」の特徴としての低変態温度溶接材料を使用するアーク溶接においては、その組成や溶接温度等条件を変更して検討を重ねたが、高い溶接疲労強度とともに溶接金属のシャルピー値を向上させることは困難であった。
【００１１】
ところが、検討を重ねる中でシールドガスとして二酸化炭素ガスに代えてアルゴンガスまたはヘリウムガス、それらの混合ガス等の希ガス、もしくは希ガスと酸素ガスの混合ガスを使用する場合には溶接金属のシャルピー値を向上させることができ、しかも疲労強度を良好なものとすることが見出された。このようなことは全く予想外のことであって、従来の知識，経験からは全く予期できないことであった。
【００１２】
なお、ここで希ガス、そしてこれに混合される酸素ガスについては、その各々に不可避的に含まれる不純物成分の存在が許容されることは言うまでもない。
【００１３】
この出願の発明では、アーク溶接として一般的なガスメタルアーク溶接法（Ｇａｓ　Ｍｅｔａｌ　Ａｒｃ　Ｗｅｌｄｉｎｇ）が使用できることはもちろんであるが、タングステンを電極として使用し、このタングステン電極と母材との間に発生するアークの周囲を不活性ガスでシールドして、別途供給される溶加材をアーク熱で溶融して母材に投与する、いわゆるＴＩＧ溶接法（Ｔｕｎｇｓｔｅｎ　Ｉｎｅｒｔ−Ｇａｓ　ｗｅｌｄｉｎｇ法）も使用可能である。
【００１４】
希ガスに混合される酸素ガスについては、その混合割合は体積比で１０％以下が好ましく、さらには８％以下がより好ましい。酸化ガスの添加は、アークの安定性向上のために有効である。
【００１５】
この出願の発明は希ガス単独または希ガスに少量の酸素ガスを混合したシールドガスを使用するという簡便な手法で疲労強度とともに溶接金属のシャルピー値を高めることができたため、従来その使用用途が制限されていた適用範囲の拡大が可能になったのである。
【００１６】
たとえば、先行の「溶接方法」（特許第３０１０２１１号）により低変態温度溶接材料と二酸化炭素を主成分とするシールドガスを使用する溶接方法では溶接金属のシャルピー値が２４Ｊであったものが、この出願の発明の一形態である９８％アルゴンと２％酸素の混合ガスからなるシールドガスを用いて溶接した場合、得られる溶接金属のシャルピー値は５４Ｊに向上することが確認されている。また、同じシールドガスを使用してＴＩＧ溶接（Ｔｕｎｇｓｔｅｎ　Ｉｎｅｒｔ−Ｇａｓ　ｗｅｌｄｉｎｇ法）を行なった場合は７２Ｊになることが確認されている。
【００１７】
そこで以下に実施例を示し、さらに詳しくこの出願の発明について説明する。もちろん以下の例によって発明が限定されることない。
【００１８】
【実施例】
表１は溶接ワイヤーとして使用した低変態温度溶接材料の含有組成（Ｆｅ以外の）を例示したものである。
【００１９】
【表１】

【００２０】
表２はシールドガスの組成と溶接条件を示した一覧表である。実験番号の１および２で示したものが表１の低変態温度溶接材料を用いた従来発明の方法であり、実験番号３および４で示したものが、この出願の発明の方法である。
従来方法としては二酸化炭素ガス１００％からなるシールドガス（実験番号１）を使用するものとアルゴンガス８０％と二酸化炭素ガス２０％の混合ガス（実験番号２）からなる２種類のシールドガスを使用した。
【００２１】
また、この出願の発明のシールドガスとしてアルゴンガス９８％と酸素ガス２％（実験番号３）からなるシールドガスを使用した。
【００２２】
さらに、ＴＩＧ溶接への適応性を調べるためアルゴンガス１００％（実験番号４）のシールドガスを使用した。
【００２３】
【表２】

【００２４】
※１．　電極自身と同心のノズルから不活性ガスを流してアークを外気からシールドしながら溶接する方法
※２．　ＧＭＡ溶接法において不活性ガスに酸素や二酸化炭素ガスの活性ガスを混合させたシールドガスを使用する溶接方法
※３．　不活性ガス中でタングステン電極と母材との間にアークさせて母材と溶加材を溶融しながら溶接する方法
そして、このような溶接条件で溶接した後、溶接金属のシャルピー値を測定した結果を示したものが表３である。表３から明らかなように実験番号（１）および（２）で示される従来方法の溶接金属のシャルピー値はそれぞれ２０（Ｊ）および２４（Ｊ）であるのに対し、この出願の発明方法で溶接したもののシャルピー値は５４（Ｊ）であり、溶接金属のシャルピー値は著しく向上している。なお、ＳＭ５７０Ｑ鋼の１９ｍｍ角棒Ｔ継手の疲労寿命を応力範囲３５０ＭＰａで評価した結果は表３に示したとおりであった。
【００２５】
また、ＴＩＧ溶接における溶接金属のシャルピー値は７２（Ｊ）であり、この出願の発明はＴＩＧ溶接へ適用することが有効であることが確認された。
【００２６】
【表３】

【００２７】
【発明の効果】
低変態温度溶接材料を使用するアーク溶接方法において、溶接疲労強度とともにシャルピー値を高くすることが可能になる。

Claims (4)

1. 低変態温度溶接材料を使用するアーク溶接法において、シールドガスとして希ガスのみを使用することを特徴とするアーク溶接方法。
2. 低変態温度溶接材料を使用するアーク溶接法において、シールドガスとして希ガスと酸素ガスの混合ガスを使用することを特徴とするアーク溶接方法。
3. 酸素ガスが体積比で８％以下であることを特徴とする請求項２のアーク溶接方法。
4. ＴＩＧ溶接法であることを特徴とする請求項１ないし３いずれかのアーク溶接方法。