JP2006205205A - 溶接ワイヤ - Google Patents

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照美 中村
Kazuo Hiraoka
和雄 平岡
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    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/02—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape
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Abstract

【課題】 シールドガスの種類と電流に依存せずに溶滴の移行形態を変えることのできる溶接ワイヤを提供すること。
【解決手段】 不活性ガスに活性ガスが混合された雰囲気下または活性ガス雰囲気下に用いられる溶接ワイヤであって、融点分布が径方向に異なる、または、熱伝導度、比熱、電気抵抗または密度の少なくともいずれか一つにより溶接時の溶接ワイヤの内部に径方向に不均一な温度分布が形成されるようにする。
【選択図】 図３

Description

本発明は、溶接ワイヤに関する。
従来のソリッドワイヤでは、化学組成は一律とされており、小電流域のＭＩＧ/ＭＡＧ
溶接（消耗電極式溶接、大電流ＣＯ2ガス溶接）では、溶滴はグロビュール移行となる。
このとき、溶滴は、溶接ワイヤの径以上の大きさとなり、溶滴が離脱するときや溶滴が溶融池に入るときにスパッタが発生したり、短絡を伴ったりして欠陥の原因となることが多い。
また、大電流化すると、ある臨界電流から急激に小溶滴のスプレー移行形態へ遷移する。スプレー移行においては、溶接ワイヤの溶融端に長く伸びた溶融柱が形成され、この溶融柱の挙動が不安定であるため、アークがふらついたり、短絡が生じたりして溶接欠陥の原因となる。
これらの問題を改善するためには、溶滴の移行形態を適切に変えることが必要である。
だが、従来の溶接ワイヤでは、材料や径が一定であれば、溶接ワイヤの溶滴移行は、シールドガスの種類と電流によりほぼ決まり（たとえば、非特許文献１参照）、溶滴の移行形態を変えることは不可能であった。
Danut Iordachescu外，"Contributions to the Classification of the Metal Transfer in Arc Welding，IIW(2004) Doc.No. XII-1798-04"
本発明は、シールドガスの種類と電流に依存せずに溶滴の移行形態を変えることのできる溶接ワイヤを提供することを課題としている。
本発明は、上記の課題を解決するものとして、第１には、不活性ガスに活性ガスが混合された雰囲気下または活性ガス雰囲気下に用いられる溶接ワイヤであって、融点分布が径方向に異なる、または、熱伝導度、比熱、電気抵抗または密度の少なくともいずれか一つにより溶接時の溶接ワイヤの内部に径方向に不均一な温度分布が形成されることを特徴としている。
本発明は、第２には、上記第１の特徴において、中心部に向かうほど融点が高くなる、または、中心部に向かうほど溶接時の温度が低くなることを特徴としている。
本発明は、第３には、上記第１の特徴において、中心部に向かうほど融点が低くなる、または、中心部に向かうほど溶接時の温度が高くなることを特徴としている。
第１の発明によれば、シールドガスの種類と電流に依存せずに溶滴の移行形態を変えることができ、短絡などによるスパッタや溶接欠陥などを防ぐことができる。
第２の発明によれば、溶滴の寸法を縮小させることができ、また、溶接ワイヤ端の溶融部の不安定な挙動を抑制することができる。
第３の発明によれば、溶融柱の長さを短縮させることができ、アークや溶融柱の不安定な挙動を抑制することができる。
本発明では、溶接ワイヤにおいて、たとえば、外周部に融点が低い成分を、中心部は融点が高い成分を採用し、または、中心部に向かうほど溶接時の温度が低くなるようにすることができる。このような溶接ワイヤでは、溶滴の移行形態をグロビュール移行から擬似的にスプレー移行に変えることができ、また、溶融部の中心部に未溶融の芯となるものが形成されるため、溶接ワイヤ端の溶融部のふらつきが抑えられるとともに、グロビュール移行の溶滴のサイズを小さくすることが可能である。ＭＩＧ/ＭＡＧ溶接において、溶滴の寸法が小さくなり、スパッタが削減され、スプレー移行のような移行形態に変えることもできる。
一層大電流化してＭＩＧ/ＭＡＧ溶接を行うと、従来では、長く伸びた溶融柱を持つスプレー移行状態になり、液柱不安定現象により溶融柱は不安定な挙動を示し、これに連動してアークも不安定になりやすい。このときの対策としては、長く伸びた溶融柱を短くするか、溶融柱が不安定な変動をしないように制御することが有効である。
そこで、本発明では、溶接ワイヤの中心部を融点が低い成分とし、外周部を融点が高い成分とする、または、中心部に向かうほど溶接時の温度が高くなるようにすることができる。こうすることにより、安定な溶接が可能となり、安定な溶込み形状が得られる。
なお、溶接時に溶接ワイヤの内部に径方向に不均一な温度分布を形成させるには、熱伝導度、比熱、電気抵抗または密度の少なくともいずれか一つを変えればよく、具体的には、材料の組成を変えることができる。たとえば、径方向に組成の異なる材料を同心円状に配置することが例示される。この溶接ワイヤの構成は、融点分布を径方向に相違させる場合にも共通する。
本発明の溶接ワイヤは、レーザ溶接等における溶加材としても有効であり、溶融部の不安定性を改善し、安定した溶着量を確保する。
シールドガスをＡｒ＋２０％ＣＯ2ガスとしたときの溶接状態を従来と比較した。
図１に示したように、大電流域において、従来の溶接ワイヤでは、溶滴が長く伸びたスプレー移行となり、先端は不安定に動き回っている。
これに対し、外周部を軟鋼とし、中心部を軟鋼より低融点のインコネルとした溶接ワイヤでは、図２に示したように、先端の溶融柱が短縮し、しかも溶融柱の不安定な挙動が抑制され、安定な溶接が可能となっている。
低合金系の溶接ワイヤを試作した。図３は、溶接ワイヤの構成を、その組成と融点を対比して示した図である。表１は、溶接ワイヤの中心部と外周部の組成を示している。実施例２では、中心部の融点を外周部より約１００℃低くした。
溶接時に溶接ワイヤ先端の溶融柱が短縮し、しかも溶融柱の不安定な挙動が抑制され、安定な溶接が可能となった。
溶接ワイヤの外周部の融点を約１４００℃、中心部の融点を約１５００℃となるようにした。具体的には、外周部にインコネルを、中心部に鋼を用いた。図４は、溶接ワイヤの構成とともに、組成と融点を対比して示した図である。表２は、材料Ａ（鋼）および材料Ｂ（インコネル）の組成を示している。
小電流域のＭＡＧ溶接ではグロビュール移行となるが、図５に示したように、大きな溶滴の形成が抑えられている。これに対し、従来の溶接ワイヤでは、図６に示したように、溶接ワイヤ径以上の溶滴が生じている。
溶滴の離脱時間は、従来の溶接ワイヤの１／２であり、安定した溶滴離脱が可能となっている。
また、塊状の溶滴を作るＣＯ2ガス溶接を行った。従来の溶接ワイヤでは、図７に示したように、塊状の溶滴が形成される。これに対し、上記の材料設計を行った溶接ワイヤでは、図８に示したように、溶滴の離脱直前の径は、従来の溶接ワイヤの溶滴径の１／２となっている。また、この場合も、溶滴の離脱時間は、従来の溶接ワイヤの１／２となっており、安定した溶滴離脱が可能となっている。
従来の溶接ワイヤの溶接状態を示した図である。 実施例１の溶接ワイヤの溶接状態を示した図である。 実施例２の溶接ワイヤを、その構成とともに、組成と融点を対比して示した図である。 実施例３の溶接ワイヤを、その構成とともに、組成と融点を対比して示した図である。 実施例３の溶接ワイヤの溶接状態を示した図である。 従来の溶接ワイヤの溶接状態を示した図である。 従来の溶接ワイヤを用いてＣＯ2ガス溶接を行った状態を示した図である。 実施例３の溶接ワイヤを用いてＣＯ2ガス溶接を行った状態を示した図である。

Claims (3)

  1. 不活性ガスに活性ガスが混合された雰囲気下または活性ガス雰囲気下に用いられる溶接ワイヤであって、融点分布が径方向に異なる、または、熱伝導度、比熱、電気抵抗または密度の少なくともいずれか一つにより溶接時の溶接ワイヤの内部に径方向に不均一な温度分布が形成されることを特徴とする溶接ワイヤ。
  2. 中心部に向かうほど融点が高くなる、または、中心部に向かうほど溶接時の温度が低くなる請求項１記載の溶接ワイヤ。
  3. 中心部に向かうほど融点が低くなる、または、中心部に向かうほど溶接時の温度が高くなる請求項１記載の溶接ワイヤ。

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