JP2007196267A - 溶接方法 - Google Patents

Abstract

【課題】従来よりも酸素ガス等の混合ガスの少ないアルゴンガスを用いて安定的にＭＩＧ溶接を行う。
【解決手段】母材の表面に対してアーク放電を行うことにより所定領域に溶接クリーニングを行う。次いでその所定領域に対してアルゴンをシールドガスとしてＭＩＧ溶接を行う。シールドガスには、アルゴン以外の成分は積極的には添加されない。
【選択図】図７

Description

本発明は、ＭＩＧ溶接に関する。

溶接の方法として、ＴＩＧ（Ｔｕｎｇｓｔｅｎ Ｉｎｅｒｔ Ｇａｓ）溶接、ＭＩＧ（Ｍｅｔａｌ Ｉｎｅｒｔ Ｇａｓ）溶接が知られている。ＭＩＧ溶接は、ＴＩＧ溶接に比べて作業効率が良いこと、歪を抑制することができること等の長所を有する。ＭＩＧ溶接における溶接アークを安定させるために、シールドガスとしてアルゴンガスをベースとして数パーセントの酸素などの混合成分を含む混合ガスが用いられる。

例えば特許文献１には、溶接電流を１００Ａ未満として、ステンレス鋼をソリッドワイヤーを用いてＭＩＧ溶接するためのシールドガスであって、その組成が４から６質量％である炭酸ガス、３０から８０％であるヘリウムガス及び残部がアルゴンガスからなる３種混合ガスでなることを特徴とするステンレス鋼のＭＩＧ溶接用シールドガスが開示されている。

更に、ＭＩＧ溶接のアークの安定に係る技術として、特許文献２には、アーク直下の溶融池にフィラーワイヤーを添加するＭＩＧ溶接法が記載されている。

更に、ＭＩＧ溶接のアークの安定に係る技術として、特許文献３には、アークを安定化させるように成分が調節されたＭＩＧ溶接用材料が記載されている。
特開２００２‐２０５１７０号公報 特開平８‐２４３７４７号公報 特開２００１‐１９１１９７号公報

ＭＩＧ溶接に用いられるシールドガスの成分のうち、酸素等のアルゴンガス以外の混合成分は、アルゴンガスに比べて一般にコストが高い。コストを抑制するために、また機器の構成を単純化するために、シールドガスとして純アルゴンガスを用いた溶接が望まれる。

従って本発明の目的は、シールドガスとして従来よりも酸素ガス等の混合ガスの少ないアルゴンガス、望ましくはアルゴン１００％のガスを用いて安定的にＭＩＧ溶接を行う溶接方法を提供することである。

以下に、［発明を実施するための最良の形態］で使用される番号を括弧付きで用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明を実施するための最良の形態］との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号を、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。

本発明による溶接方法は、母材の表面に対してアーク放電を行うことにより所定領域に溶接クリーニングを行う前処理ステップと、所定領域に対してアルゴンをシールドガスとしてＭＩＧ溶接を行うステップとを備える。

本発明による溶接方法において、シールドガスとして供給されるガスにはアルゴン以外の成分は積極的には添加されない。

本発明による溶接方法において、前処理ステップにおける所定領域は、表面に対して施されるＭＩＧ溶接の溶接ビードの周囲に形成された領域である。

本発明による溶接方法において、前処理ステップにおける溶接クリーニングは、表面に対して交流ＴＩＧ電源によってアーク放電を行うことにより行われる。

本発明による溶接方法は、母材の表面の所定領域に凸部を設けるステップを備える。凸部は溶接アークが照射されたとき表面の凸部以外の領域よりも温度上昇が速い。本発明による溶接方法は更に、所定領域に対してアルゴンをシールドガスとしてＭＩＧ溶接を行うステップを備える。

本発明による溶接方法において、シールドガスとして供給されるガスにはアルゴン以外の成分は積極的には添加されない。

本発明による溶接方法において、凸部は、母材よりも熱容量が小さい部材を表面に接触するように配置することにより形成される。

本発明による溶接方法において、部材は、母材の表面に平行に延設されるワイヤである。

本発明による溶接方法において、部材は、母材の表面に平行に延長する箔である。

本発明による溶接方法において、部材は粉体である。

本発明による溶接方法において、凸部は、表面に敷かれたネットである。

本発明による溶接方法において、凸部は、表面を切削することによって形成される。

本発明による溶接方法において、凸部は、表面に沿って延長する溝を表面に設けることによって形成される。

本発明による溶接方法において、凸部は、表面の肌理を粗くすることにより形成される。

本発明によれば、シールドガスとして従来よりも酸素ガス等の混合ガスの少ないアルゴンガス、望ましくはアルゴン１００％のガスを用いて安定的にＭＩＧ溶接を行う溶接方法が提供される。

以下、図面を参照しながら本発明による溶接方法を実施するための最良の形態について説明する。

図１は、実施の第１形態における溶接方法を説明するための図である。母材２に対して溶接を行うとき、母材２の表面の溶接が行われる領域に予め金属製の箔８を敷く。この箔８は、母材２の表面に仮止めされる。箔８の材質は、母材２又はＭＩＧ溶接の電極と同一であると、添加元素による影響を考慮する必要がなく好ましい。こうした箔８が配置されることにより、母材２の表面の他の領域に対して凸になる部分が形成される。こうした部分は、溶接アークによる温度上昇が他の領域に比べて速い。

箔８が敷かれた領域に対して、アルゴンを含むシールドガスが供給され、ＭＩＧ溶接の溶接ガン４の電極から溶接アークが供給されて、溶接が行われる。このシールドガスに含まれるアルゴン以外の混合成分は、通常のＭＩＧ溶接の場合に比べて少ない。好ましくは、アルゴン以外の混合成分は積極的には添加されない。更に好ましくは、実質的にアルゴンが１００％である純アルゴンガスである。箔８は、溶接アークが照射されると母材２よりも急速に温度が上昇する。そのため、熱電子が放出される陰極点が多数形成され、溶接アークが安定する。そのため、純アルゴンガスを用いて安定したＭＩＧ溶接が可能になる。

こうした溶接方法において、溶接ガン４の電極としては、通常の溶接ワイヤを用いればよく、アークを安定させるために溶接ワイヤに特に成分を添加する必要はない。そのため、こうした溶接方法は実施が容易であり、コストが低く抑えられる。この効果は、以下の実施の第２〜第８形態においても共通である。

図２は、実施の第２形態における溶接方法を説明するための図である。母材２に対して溶接を行うとき、母材２の表面の溶接が行われる領域に予め複数の溶接ワイヤ１０を概ね互いに平行に並べて敷く。複数の溶接ワイヤ１０は、相互に接触するように敷き詰めてもよいし、互いの間に隙間を空けて敷いてもよい。この溶接ワイヤ１０の材質は、ＭＩＧ溶接の電極に用いられる溶接ワイヤ１０と同一である。溶接ワイヤ１０として、例えばインコネル６２５、ハステロイＸが好適に用いられる。こうした溶接ワイヤ１０が配置されることにより、母材２の表面の他の領域に対して凸になる部分が形成される。こうした部分は、溶接アークによる温度上昇が他の領域に比べて速い。

溶接ワイヤ１０が敷き詰められた領域に対して、シールドガスとして純アルゴンガスが供給され、ＭＩＧ溶接の電極から溶接アークが供給されて、溶接が行われる。溶接ワイヤ１０は熱容量が小さいため、溶接アークが照射されると母材２よりも急速に温度が上昇する。そのため、熱電子が放出される陰極点が多数形成され、溶接アークが安定する。

こうした溶接方法によれば、実施の第１形態と同様に、純アルゴンガスを用いて安定したＭＩＧ溶接が可能になる。更に、母材の表明に敷き詰める溶接ワイヤ１０としてＭＩＧ溶接の電極に使用される溶接ワイヤを使用することができるため、材料の手配が容易である。

図３は、実施の第３形態における溶接方法を説明するための図である。本実施形態における溶接装置は、粉体供給部１２を備えている。粉体供給部１２は、溶接ガン４によって母材２に対して溶接が行われるとき、溶接ガン４によって供給される溶接アークの位置に合わせて、母材２の表面に対して金属の粉体を供給する。この粉体は、溶接ガン４で用いられる溶接ワイヤと同一の材質であることが好ましい。うした粉体が配置されることにより、母材２の表面の他の領域に対して凸になる部分が形成される。こうした部分は、溶接アークによる温度上昇が他の領域に比べて速い。

こうした溶接装置により、まず母材２に対して純アルゴンガスが供給される。そこに粉体供給部１２により粉体が供給され、ＭＩＧ溶接の溶接ガン４によって溶接アークが供給されて溶接が行われる。粉体は熱容量が小さいため、溶接アークが照射されると母材２よりも急速に温度が上昇する。そのため、熱電子が放出される陰極点が多数形成され、溶接アークが安定する。

こうした溶接方法によれば、実施の第１形態と同様に、純アルゴンガスを用いて安定したＭＩＧ溶接が可能になる。粉体は予め母材２の表面に敷かれていてもよいが、シールドガスによって粉体が飛散するような条件下では、粉体は溶接アークの移動に伴って溶接アーク内にある母材２の表面に供給されることが好ましい。

図４は、実施の第４形態における溶接方法を説明するための図である。溶接が行われるとき、切削により母材２の表面に予め複数の溝１４が設けられる。溝１４は互いに平行である。溝１４は、溶接ガン４の移動方向（母材２の表面に形成されるべき溶接ビードの延長方向）と同一の方向を延長方向として形成されると、加工しやすい。こうした溝１４が設けられることにより、母材２の表面の凹凸が形成される。こうした凹凸の凸の部分は、凹凸が設けられていない部分と比べて溶接アークによる温度上昇が速い。

溝１４が設けられて凹凸が形成された領域に対して、シールドガスとして純アルゴンガスが供給され、ＭＩＧ溶接の電極から溶接アークが供給されて、溶接が行われる。凸部は、溶接アークが照射されると凹凸が設けられていない場合よりも急速に温度が上昇する。そのため、熱電子が放出される陰極点が多数形成され、溶接アークが安定する。

こうした溶接方法によれば、実施の第１形態と同様に、純アルゴンガスを用いて安定したＭＩＧ溶接が可能になる。

図５は、実施の第５形態における溶接方法を説明するための図である。溶接が行われるとき、母材２の表面の肌理が粗くなるように加工される。その加工の結果として形成された凹凸の凸部は、加工される前の母材２の表面と比べて溶接アークによる温度上昇が速い。

肌理が粗くなるように加工された領域に対して、シールドガスとして純アルゴンガスが供給され、ＭＩＧ溶接の電極から溶接アークが供給されて、溶接が行われる。凸部は、溶接アークが照射されると凹凸が設けられていない場合よりも急速に温度が上昇する。そのため、熱電子が放出される陰極点が多数形成され、溶接アークが安定する。

図６は、実施の第６形態における溶接方法を説明するための図である。溶接が行われるとき、母材の表面に、金属製のネット１８が敷かれる。ネット１８は、母材１８の表面に接触するように設置される。ネット１８としては、例えばニクロム線を編むことにより形成されたものが好適に用いられる。ネット１８が配置されることにより、母材２の表面に対して凸になる部分が形成される。

ネット１８が敷かれた領域に対して、シールドガスとして純アルゴンガスが供給され、ＭＩＧ溶接の電極から溶接アークが供給されて、溶接が行われる。ネット１８は、溶接アークが照射されると母材２よりも急速に温度が上昇する。そのため、熱電子が放出される陰極点が多数形成され、溶接アークが安定する。

図７は、実施の第７形態における溶接方法を説明するための図である。まず、母材２に対してシールドガスが供給された状態でＭＩＧ溶接が施され、溶接ビード２２が形成される。この溶接ビード２２の周囲の母材２の表面には、ＭＩＧ溶接のアークが照射されていた領域に、表面が改質され、いわゆる溶接クリーニングが施されたクリーニング領域２０が形成される。

次に、このクリーニング領域２０に対して、純アルゴンガスをシールドガスとしてＭＩＧ溶接が施される。クリーニング領域２０においては、未処理の母材２の表面と比較して酸化被膜の状態が変化していると考えられ、溶接に対する特性が変化することが期待される。

発明者は、クリーニング領域２０に対する純アルゴンガスをシールドガスとしたＭＩＧ溶接が安定化することを確認した。図９は、ＭＩＧ溶接によって形成されたクリーニング領域に対して純アルゴンガスをシールドガスとしてＭＩＧ溶接を行った場合の溶接ビードを撮影した写真である。図１１は、同じ材質の母材の溶接クリーニングによる改質が行われていない領域に対して、純アルゴンガスをシールドガスとしてＭＩＧ溶接を行った場合の溶接ビードを撮影した写真である。クリーニング領域に対してＭＩＧ溶接を行った場合の方が安定した溶接ビードが形成されることが確認できる。

図１０は、母材の表面をバーナで加熱してから純アルゴンガスをシールドガスとしてＭＩＧ溶接を行った場合の溶接ビードを示す。この場合、母材の表面は酸化されているが、溶接ビードは安定しなかった。従ってＭＩＧ溶接の安定のためには、母材の表面を酸化すればよいという訳ではなく、溶接クリーニングによって表面を改質することが望ましい。

図８は、実施の第８形態における溶接方法を説明するための図である。ＭＩＧ溶接が行われる前に、母材２の表面に対して、交流ＴＩＧ電源を用いてＴＩＧ溶接の溶接トーチと母材との間に交流電流が供給され、純アルゴンのシールドガス中でアーク放電が行われる。この際、溶加棒は供給されない。これにより、母材２の表面に溶接クリーニングが施されたクリーニング領域２４が形成される。その後、純アルゴンガスをシールドガスとしてクリーニング領域２４に対してＭＩＧ溶接が施される。

こうした溶接方法により、実施の第７形態と同様に、純アルゴンガスをシールドガスとして安定したＭＩＧ溶接が可能になる。

図１は、実施の第１形態における溶接方法を説明するための図である。 図２は、実施の第２形態における溶接方法を説明するための図である。 図３は、実施の第３形態における溶接方法を説明するための図である。 図４は、実施の第４形態における溶接方法を説明するための図である。 図５は、実施の第５形態における溶接方法を説明するための図である。 図６は、実施の第６形態における溶接方法を説明するための図である。 図７は、実施の第７形態における溶接方法を説明するための図である。 図８は、実施の第８形態における溶接方法を説明するための図である。 図９は、クリーニング領域に対するＭＩＧ溶接の溶接ビードを示す。 図１０は、バーナで加熱処理された領域に対するＭＩＧ溶接の溶接ビードを示す。 図１１は、クリーニングされていない領域に対するＭＩＧ溶接の溶接ビードを示す。

符号の説明

２…母材
４…溶接ガン
６…溶接アーク
８…箔
１０…溶接ワイヤ
１２…粉体供給部
１４…溝
１６…凹凸面
１８…ネット
２０…クリーニング領域
２２…溶接ビード
２４…クリーニング領域

Claims (14)

1. 母材の表面に対してアーク放電を行うことにより所定領域に溶接クリーニングを行う前処理ステップと、
   前記所定領域に対してアルゴンをシールドガスとしてＭＩＧ溶接を行うステップ
   とを具備する
   溶接方法。
2. 請求項１に記載された溶接方法であって、
   前記シールドガスとして供給されるガスにはアルゴン以外の成分は積極的には添加されない
   溶接方法。
3. 請求項１乃至２に記載された溶接方法であって、
   前記前処理ステップにおける前記所定領域は、前記表面に対して施されるＭＩＧ溶接の溶接ビードの周囲に形成された領域である
   溶接方法。
4. 請求項１乃至２に記載された溶接方法であって、
   前記前処理ステップにおける前記溶接クリーニングは、前記表面に対して交流ＴＩＧ電源によってアーク放電を行うことにより行われる
   溶接方法。
5. 母材の表面の所定領域に凸部を設けるステップと、
   前記所定領域に対してアルゴンをシールドガスとしてＭＩＧ溶接を行うステップ
   とを具備する
   溶接方法。
6. 請求項５に記載された溶接方法であって、
   前記シールドガスとして供給されるガスにはアルゴン以外の成分は積極的には添加されない
   溶接方法。
7. 請求項５乃至６に記載された溶接方法であって、
   前記凸部は、前記母材よりも熱容量が小さい部材を前記表面に接触するように配置することにより形成される
   溶接方法。
8. 請求項７に記載された溶接方法であって、
   前記部材は、前記母材の表面に平行に延設されるワイヤである
   溶接方法。
9. 請求項７に記載された溶接方法であって、
   前記部材は、前記母材の表面に平行に延長する箔である
   溶接方法。
10. 請求項７に記載された溶接方法であって、
    前記部材は粉体である
    溶接方法。
11. 請求項７に記載された溶接方法であって、
    前記凸部は、前記表面に敷かれたネットである
    溶接方法。
12. 請求項５乃至６に記載された溶接方法であって、
    前記凸部は、前記表面を切削することによって形成される
    溶接方法。
13. 請求項１２に記載された溶接方法であって、
    前記凸部は、前記表面に沿って延長する溝を前記表面に設けることによって形成される
    溶接方法。
14. 請求項１２に記載された溶接方法であって、
    前記凸部は、前記表面の肌理を粗くすることにより形成される
    溶接方法。