JP2005219086A - アーク溶接装置及びアーク溶接方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 低沸点の部材が表面に被覆されている材料のガスアーク溶接では、気化した被覆材料が溶着金属に入り込みブロ−ホ−ルやピットという欠陥が発生することがあった。
【解決手段】 本発明は低沸点被覆材の気化したものが溶融状態の溶接金属内に侵入する量を減らすのではなく、溶融状態の溶接金属から外部へ積極的に放出するもので、積極的に放出するために溶融状態の溶接金属に振動や撹拌などの動きをワイヤ送り速度の変化により与えるもので、低沸点被覆材の気化したガスを溶融金属から放出できるため、従来のものに比べて安価にブロ−ホ−ルやピットという欠陥を防止することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は低沸点の部材が表面に被覆されている材料の炭酸ガスアーク溶接に用いるアーク溶接装置及びアーク溶接方法に関するものである。

近年、建築業界においては、耐錆性の向上のため溶融亜鉛めっき鋼板が多く使われている。しかしながら、亜鉛の沸点は９０７°Ｃから９０８°Ｃと鋼の融点（１５００°Ｃ以上）より低いため、アーク溶接の際、気化した亜鉛が溶着金属に入り込みブロ−ホ−ルやピットという欠陥が発生することがある。また、建築業界では、自動車業界で使用されている亜鉛めっき鋼板に比べて亜鉛めっき層が厚くなっている。亜鉛めっきの厚みが厚い程溶接に与える影響は大きい。

従来の対策としては、アーク溶接用のワイヤの成分調整により欠陥対策をしたものがある。例えばワイヤのＳｉ、Ｔｉなどの脱酸性元素添加量をできるだけ少なくして溶接金属溶融状態での亜鉛の活量を小さくし、溶接金属内へ侵入した亜鉛は融点の高いＺｎＯとして溶接金属内に固定またはスラグ浮上させるものがあった（例えば特許文献１参照）。

また、母材に工夫をすることにより欠陥対策をしたものがある。例えば母材に凸部を設け、溶接部周囲に隙間を形成した後、ア−ク溶接を行うことにより、気化した被覆してある低沸点物質が、溶接部周囲の隙間から外部に拡散して逃げるため、溶接部に気化した低沸点物質が残ることがなく、良好な重ね合わせア−ク溶接を行うことができるというものがあった（例えば特許文献２参照）。

また、シ−ルドガスとしてアルゴン（Ａｒ）或いはアルゴンに炭酸ガスを２５％以下の割合で混合したガスを用い、第１の平均ア−ク力（Ｆ_Ｌ）が溶融池に作用する電流波形を有する第１の期間（Ｔ_Ｌ）と、前記載１の平均ア−ク力（Ｆ_Ｌ）より大きなア−ク力とされた第２の平均ア−ク力（Ｆ_Ｈ）が作用する電流波形を有する第２の期間（Ｔ_Ｈ）とが１秒間に繰り返されるサイクル数であるうねり周波数を、電流波形のパタ−ン或いはワイヤ送給速度によって１０〜５０ＨＺの周波数で変動させるア−ク溶接方法があった（例えば特許文献３参照）。
特公平６−４７１８５号公報 特開昭６２−１７９８６９号公報 特開平６−２８５６４３号公報

しかし、アーク溶接用のワイヤの成分調整により欠陥対策をしたものは、亜鉛めっきの対策がなされていないワイヤに比べると効果があるものの溶接電流域によっては、充分な満足が得られないという課題があった。

また、母材に工夫をすることにより欠陥対策をしたものは、重ね合わせ部が密着している場合に比べ、効果があるものの凸部を設けるのが困難な部材への適用は難しくまた、重ね合わせ部の両側を溶接する際には、充分な満足が得られないという課題があった。

また、うねり周波数を、電流波形のパタ−ン或いはワイヤ送給速度によって１０〜５０ＨＺの周波数で変動させるア−ク溶接方法では、シ−ルドガスとしてＡｒを主体とした溶接では効果があるものの、より価格が安い炭酸ガスをシ−ルドガスとして用いた溶接での欠陥対策としては課題があった。

以上のように、従来の方法では、溶接用ワイヤや母材が限定されるという課題や高価なシ−ルドガスを使用する必要があるという課題を有していた。

本発明は、一般的なワイヤを用い母材自体に加工を施すことなく、また、安価なシ−ルドガスを用いて欠陥を減らすことができるアーク溶接装置及びアーク溶接方法を提供するものである。

上記課題を解決するために本発明は、少なくとも片側の母材表面にその沸点が母材の融点より低い被覆部材で被覆された被覆部が存在する母材に対して消耗電極であるワイヤを送って炭酸ガスア−ク溶接を行うアーク溶接装置において、少なくとも２段階以上のワイヤ送り速度を繰り返すものである。

すなわち、本発明は低沸点被覆材の気化したものが溶融状態の溶接金属内に侵入する量を減らすのではなく、溶融状態の溶接金属から外部へ積極的に放出するもので、積極的に放出するために溶融状態の溶接金属に振動や撹拌などの動きをワイヤ送り速度の変化により与えるものである。

さらに本発明は、溶接速度に対する最適なワイヤ送り速度の変動周期や連続するワイヤ送り速度の差や連続するワイヤ送り速度の繰り返し時の平均ワイヤ速度変化量の範囲を明確にしたものである。

本発明によれば、低沸点被覆材の気化したガスを溶融金属から放出できるため、従来のものに比べて安価にブロ−ホ−ルやピットという欠陥を防止することができる。

（実施の形態）
以下、本発明の実施の形態例について図面を用いて説明する。

図１は本実施の形態におけるア−ク溶接装置の概略図で、１は溶接電源、２は消耗電極である溶接ワイヤで、２ａはその溶接ワイヤの先端部分、３は溶接ワイヤ２を送るためのフィードローラとフィードローラを駆動するモータからなる送給部、３ａは送給部３のワイヤの送り速度を制御する制御部、４は溶接トーチ、５は溶接電源１の溶接出力を伝えるパワーケーブル、６は炭酸ガスを主成分とするシールドガスボンベ、７はシールドガスボンベ６から溶接トーチ４へシールドガスを伝えるガスホース、８は母材よりも低沸点の部材が表面に被覆されている被溶接物で本実施の形態では亜鉛めっき鋼板で、溶接電源１からパワーケーブル５を介して溶接トーチ４と被溶接物に溶接出力を供給するようにそれぞれ接続している。

図２に溶接部分の概略図を示すもので、溶接用ワイヤの先端部分２ａが送給部３により送給されト−チ先端のノズル４ａから出てくる。被加工物８は鋼板８ａの表面に亜鉛を主成分とする被覆層８ｂを設けていて、２枚重ねている。溶接用ワイヤの先端部分２ａは、被加工物８の上板側の下面と下板側の条件との角付近を狙って供給される。

本実施の形態では欠陥（ブロ−ホ−ル、ピット）を減らすために、低沸点被覆材（亜鉛）の気化したものが溶融状態の溶接金属内に侵入する量を減らすのではなく、積極的に溶融状態の溶接金属から放出するもので、積極的に放出するために制御部３ａによってワイヤ送り速度の変化させ、溶融状態の溶接金属に振動や撹拌などの動きを与えるものである。

従って、溶接速度により最適なワイヤ送り速度の変動周期や連続するワイヤ送り速度の差や連続するワイヤ送り速度の繰り返し時の平均ワイヤ速度変化量の範囲を決めている。

ワイヤ送り速度の変動周期が溶接速度に対して小さすぎても、連続するワイヤ送り速度の差が小さすぎても、連続するワイヤ送り速度の繰り返し時の平均ワイヤ速度変化量が小さすぎても、低沸点被覆材の気化したものを溶融状態の溶接金属から放出するに充分な振動や撹拌などの動きを与えることはできない。また、それぞれが大きすぎると、溶滴移行の乱れが生じ溶接そのものが安定しなくなるため、溶融状態の溶接金属は不規則な動きをし、低沸点被覆材の気化したものを安定して放出することができない上、スパッタ発生量が多くなる。

以下に、本実施の形態での実施例を示す。

尚、溶接結果の良否は、溶接長１００ｍｍ当たりのブロ−ホ−ル数とピット数の和で判断した。溶接長１００ｍｍ当たり１５個以下を良いとし、“○”で表し、溶接長１００ｍｍ当たり１５個を超えるものを良くないとし、“×”で表している。ブロ−ホ−ルの測定は、ＪＩＳ Ｚ ３１０４に準じて行った。
（実施例１）
図３及び図４に示す条件で溶接した結果を図４に示す。ワイヤ送り速度を３．３ｍ／分と７．０ｍ／分、平均ワイヤ速度変化量を１ｍｓ当たり０．００５ｍｍ／ｍｓで変化させながら交互に繰り返して溶接したものである。連続するワイヤ送り速度の差が、約０．３ｍ／分から４ｍ／分以下であるので、ワイヤ送り速度の変動周期（Ａ）Ｈｚと溶接速度（Ｂ）ｃｍ／分の関係が本発明の範囲であるＡ／Ｂが０．３以上では良好な結果が得られたが、Ａ／Ｂが０．３未満では良好な結果が得られなかった。
（実施例２）
図３及び図５に示す条件で溶接した結果を図５に示す。ワイヤ送り速度を５．１ｍ／分と６．３ｍ／分とを平均ワイヤ速度変化量を１ｍｓ当たり０．００５ｍｍ／ｍｓで変化させながら交互に繰り返して溶接したものである。連続するワイヤ送り速度の差が、約０．３ｍ／分から４ｍ／分以下であるので、ワイヤ送り速度の変動周期（Ａ）Ｈｚと溶接速度（Ｂ）ｃｍ／分の関係が本発明の範囲であるＡ／Ｂが０．３から１．０では良好な結果が得られたが、Ａ／Ｂが０．３未満及び１．０超える条件では良好な結果が得られなかった。
（実施例３）
図３及び図６に示す条件で溶接した結果を図６に示す。ワイヤ送り速度を４．９ｍ／分と５．１ｍ／分とを平均ワイヤ速度変化量を１ｍｓ当たり０．００５ｍｍ／ｍｓで変化させながら交互に繰り返して溶接したものである。連続するワイヤ送り速度の差が、約０．３ｍ／分未満であるので、良好な結果が得られなかった。
（実施例４）
図３及び図７に示す条件で溶接した結果を図７に示す。ワイヤ送り速度を３．３ｍ／分と７．８ｍ／分とを平均ワイヤ速度変化量を１ｍｓ当たり０．００５ｍｍ／ｍｓで変化させながら交互に繰り返して溶接したものである。連続するワイヤ送り速度の差が、約４ｍ／分を超える条件であるので、良好な結果が得られなかった。

以上のように、少なくとも片側の母材表面に亜鉛のようにその沸点が母材の融点より低い被覆部材で被覆された被覆部が存在する母材の消耗電極式炭酸ガスア−ク溶接において、少なくとも２段階以上のワイヤ送り速度を繰り返して、溶接が短絡とア−クを繰り返す短絡移行溶接を行うことにより、欠陥が少ない溶接を行うことができる。

本発明のアーク溶接装置及びアーク溶接方法は、低沸点被覆材による溶接金属の欠陥を低減する溶接に有用である。

本実施の形態におけるア−ク溶接装置の概略図 溶接部分の概略図 本発明の各実施例における共通の溶接条件を示す図 実施例１の条件及び結果を示す図 実施例２の条件及び結果を示す図 実施例３の条件及び結果を示す図 実施例４の条件及び結果を示す図

符号の説明

１ 溶接電源
２ 溶接用ワイヤ
３ 送給部
３ａ 制御部
４ 溶接用ト−チ
５ パワ−ケ−ブル
６ シ−ルドガスボンベ
８ 被溶接物

Claims (12)

1. 少なくとも片側の母材表面にその沸点が母材の融点より低い被覆部材で被覆された被覆部が存在する母材に対して消耗電極であるワイヤを送って炭酸ガスア−ク溶接を行うアーク溶接装置において、少なくとも２段階以上のワイヤ送り速度を繰り返す制御部を設けたア−ク溶接装置。
2. 溶接が短絡とア−クを繰り返す短絡移行溶接である請求項１記載のア−ク溶接装置。
3. ワイヤ送り速度の変動周期をＡＨｚとし、溶接速度をＢｃｍ／分としたときのＡ／Ｂの値が、約０．３から１である請求項１または２記載のア−ク溶接装置。
4. 連続するワイヤ送り速度の差が、約０．３ｍ／分から４ｍ／分以下である請求項１から３のいずれかに記載のア−ク溶接装置。
5. 連続するワイヤ送り速度の繰り返し時の平均ワイヤ速度変化量が、１ｍｓ当たり約０．０００２ｍｍ／ｍｓから０．０１ｍｍ／ｍｓである請求項１から４のいずれかに記載のア−ク溶接装置。
6. 被覆部材が亜鉛めっきである請求項１から５のいずれかに記載のア−ク溶接装置。
7. 少なくとも片側の母材表面にその沸点が母材の融点より低い被覆部材で被覆された被覆部が存在する母材に対して消耗電極であるワイヤを送って炭酸ガスア−ク溶接を行うアーク溶接方法において、少なくとも２段階以上のワイヤ送り速度を繰り返して前記母材を溶接するア−ク溶接方法。
8. 溶接が短絡とア−クを繰り返す短絡移行溶接である請求項７記載のア−ク溶接方法。
9. ワイヤ送り速度の変動周期をＡＨｚとし、溶接速度をＢｃｍ／分としたときのＡ／Ｂの値が、約０．３から１である請求項７または８記載ア−ク溶接方法。
10. 連続するワイヤ送り速度の差が、約０．３ｍ／分から４ｍ／分以下である請求項７から９のいずれかに記載のア−ク溶接方法。
11. 連続するワイヤ送り速度の繰り返し時の平均ワイヤ速度変化量が、１ｍｓ当たり約０．０００２ｍｍ／ｍｓから０．０１ｍｍ／ｍｓである請求項７から１０のいずれかに記載のア−ク溶接方法。
12. 被覆部材が亜鉛めっきである請求項７から１１のいずれかに記載のア−ク溶接方法。