JP3481914B2 - ステンレス鋼のｍｉｇ溶接用シールドガス及びｍｉｇ溶接方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、オーステナイト系
ステンレス鋼のガスシールドアーク溶接に使用する混合
ガスに関するものであり、特に汎用的なソリッドワイヤ
ーを用いたＭＩＧ溶接に好適なシールドガスとこのシー
ルドガスを使用したステンレス鋼のＭＩＧ溶接方法に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】ステンレス鋼のアーク溶接用シールドガ
スとして要求される特性は、アークの安定性及びスパッ
タの発生の少なさ等の使い易さのみならず、金属の機械
的性質及び耐食性を保持することにある。然るに、従来
のＭＩＧ溶接では、アルゴンガスをベースとして酸素ガ
スを約２容量％加えた混合ガスがステンレス鋼の溶接用
シールドガスとして用いられ、その結果スラグ発生量が
少なく、カーボンピックアップ、スパッタの発生量が少
ない溶接をすることができるとされてきた。又アルゴン
ガスをベースとして炭酸ガスを約２０容量％加えた混合
ガスもステンレス鋼の溶接用シールドガスとして用いら
れ、その結果スラグ発生量が少ない溶接をすることがで
きるとされてきた。

【０００３】更に、特開平１０−１３７９４０号公報に
は「ステンレス鋼製のガスシールドアーク溶接方法」に
係わる発明が開示されている。そして該公報には、溶接
用ワイヤの送給速度が安定し、スパッタ量が極めて少な
くなるステンレス鋼のガスシールドアーク溶接に関する
技術が示されており、溶接ワイヤーとしてその表面に銅
メッキが施されたステンレスソリッドワイヤを用い、か
つヘリウムガス２０から４０容量％、炭酸ガス０.５か
ら３容量％および残部がアルゴンガスである混合ガスを
シールドガスとして用いることが開示されている。

【０００４】そして又、前記特開平１０−１３７９４０
号公報には、ヘリウムガスが４０容量％よりも多いと溶
着時にブローホールが発生し易くなり、更に又、炭酸ガ
スが３容量％よりも多くなると溶着時のビード外観が悪
くなるといった問題点も開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】然るに、ステンレス鋼
のＭＩＧ溶接では、シールドガスとしてアルゴンガスを
ベースに酸素ガスを約２容量％加えた混合ガスを用いた
場合、ビードが酸化し、ビード形状が凸状態となり、溶
け込みが浅くフィンガー状態となり、特に薄板を溶接し
た場合にはアークが不安定になる。又、中厚板に溶接し
た場合にはブローホールが発生するといった問題があっ
た。

【０００６】又、前記特開平１０−１３７９４０号公報
に開示されているシールドガスとして、アルゴンガスを
ベースに炭酸ガスを０．５から３容量％及びヘリウムガ
スを２０から４０容量％加えた混合ガスを使用して、銅
メッキを施していない一般のソリッドワイヤを用いてＭ
ＩＧ溶接した場合、薄板材を対象にしてＭＩＧ溶接する
と、アークが不安定となり、一方厚板材を対象に溶接し
た場合にはブローホールが発生するといった問題が生じ
ることとなっていた。

【０００７】上記した事情に鑑み、本発明はステンレス
鋼をＭＩＧ溶接するにあたり、溶接電流およびシールド
ガスの成分、組成比に着目し、スラグの発生量が少ない
ＭＩＧ溶接用シールドガスであり、特に薄板をＭＩＧ溶
接したときアークが安定し、ビード止端部が安定し、濡
れ性が良く、また厚板を溶接したときのブローホールの
発生が生じないシールドガスの提供とＭＩＧ溶接方法を
提供することを課題とした。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記した課題を解決する
ため、請求項１に係わる発明として、溶接電流を１００
Ａ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容量％である炭酸ガス、３０から８０容量
％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Ｍ
ＩＧ溶接用シールドガスとしたものである。請求項２に
係わる発明として、溶接電流を１００Ａ以上として、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容量
％である炭酸ガス、１０から３０容量％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
ドガスとしたものである。

【０００９】又、請求項３に係わる発明として、溶接電
流を１００Ａ未満とし、シールドガス組成が４から６容
量％である炭酸ガス、３０から８０容量％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種混合ガスを
用いて、ステンレス鋼をソリッドワイヤーを用いてＭＩ
Ｇ溶接することを特徴とするステンレス鋼のＭＩＧ溶接
方法としたものである。請求項４に係わる発明として、
溶接電流を１００Ａ以上とし、シールドガス組成が４か
ら６容量％である炭酸ガス、１０から３０容量％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
ガスを用いて、ステンレス鋼をソリッドワイヤーを用い
てＭＩＧ溶接することを特徴とするステンレス鋼のＭＩ
Ｇ溶接方法としたものである。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明はステンレス鋼をＭＩＧ溶
接するにあたり、溶接状態を良好にするため、溶接電流
によって適用する適切なシールドガスを開発し、該シー
ルドガスを使用して、適応溶接電流でステンレス鋼をＭ
ＩＧ溶接する方法である。そして、溶接電流１００Ａ未
満では、シールドガスとして、４から６容量％の炭酸ガ
ス、３０から８０容量％のヘリウムガス及び残部がアル
ゴンガスからなる３種混合ガスを使用することが、ステ
ンレス鋼のＭＩＧ溶接で、スラグの発生量が少なく、薄
板をＭＩＧ溶接したときアークが安定し、ビード止端部
が安定し、濡れ性が良く、また厚板を溶接したときのブ
ローホールの発生が生じない、良好な状態の溶接加工製
品を得ることを可能としたものである。

【００１１】又、溶接電流１００Ａ以上では、シールド
ガスとして、４から６容量％の炭酸ガス、１０から３０
容量％のヘリウムガス及び残部がアルゴンガスからなる
３種混合ガスを使用することが、中厚板のステンレス鋼
のＭＩＧ溶接でアークの安定性が良く、又ブローホール
の発生が少なく、良好な状態の溶接加工製品を得ること
を可能としたものである。

【００１２】

【実施例】本発明のステンレス鋼のＭＩＧ溶接用に適し
たシールドガスについて実施例を例示して説明する。本
発明のシールドガスの特徴・効果を確認するため以下の
実施例によって各種特性の確認試験を行った。

【００１３】［実施例１］実施例１として、ステンレス
鋼の薄板を用いて、１００Ａ未満の溶接電流でＭＩＧ溶
接を行った時の、 ・アーク安定性、酸化の度合い、スラグ発生量、濡れ
性、ビード止端部の安定性、スパッタ発生量の確認 ・カーボンピックアップの確認 の試験を、シールドガスとして、ヘリウムガス、炭酸ガ
ス及びアルゴンガスの３種類の混合ガスを用い、その組
成（容量％）を変化させてＭＩＧ溶接で行った。

【００１４】（１）アーク安定性、酸化の度合い、スラ
グ発生量、濡れ性、ビード止端部の安定性、スパッタ発
生量の確認試験 この試験での溶接条件は以下の通りであり、シールドガ
スとしては、へリウムガス、炭酸ガス及びアルゴンガス
の３種類の混合ガスを用い、その組成（容量％）を変化
させて、状態の変化を確認した。 ＜溶接条件＞ ・溶接方式：消耗式電極溶接、パルスアーク ・溶接母材：ＳＵＳ３０４ 板厚２.０ｍｍ ・溶接方法：すみ肉溶接 ・溶接ワイヤ：ＪＩＳ Ｙ３０８ＬＳｉ、φ１.０ｍｍ ・チップ母材間距離：１５ｍｍ ・トーチ傾斜角度：４５度 ・溶接速度：３０ｃｍ／ｍｉｎ ・アーク電圧：１７〜２３Ｖ ・溶接電流：５０Ａ

【００１５】（２）カーボンピックアップの確認試験 この試験での溶接条件は以下の通りであり、シールドガ
スとしては、へリウムガス、炭酸ガス及びアルゴンガス
の３種類の混合ガスを用い、その組成（容量％）を変化
させて、状態の変化を確認した。 ＜溶接条件＞ ・溶接方式：消耗式電極溶接・パルスアーク ・溶接母材：ＳＵＳ３０４ 板厚２.０ｍｍ ・溶接方法：ビードオン溶接 ・溶接ワイヤ：ＪＩＳ Ｙ３０８ＬＳｉ、φ１.０ｍｍ ・チップ母材間距離：１５ｍｍ ・トーチ傾斜角度：４５度 ・溶接速度：３０ｃｍ／ｍｉｎ ・アーク電圧：１７〜２３Ｖ ・溶接電流：５０Ａ

【００１６】上記した、各試験項目の評価判定は表１に
基づいて行った。そして、上記試験（１）及び（２）の
結果を表２に表示する。なお、表１の試験項目「溶け込
み深さ」の確認は、図１に図示したすみ肉溶接部１の概
略断面図による、溶接母材２及び３間に形成されたビー
ド４の「のど厚Ｙ」の寸法を測定して行った。図１中、
符号Ａ及びＢは、各溶接母材２及び３におけるビード４
の止端部であり、符号４ａはビードの底部である。

【００１７】［比較例］本発明のシールドガスによるＭ
ＩＧ溶接で得られる特性を明確にするため、比較例１と
して、従来ＭＩＧ溶接のシールドガスとして用いられて
いるアルゴンガスベースに酸素ガス２容量％添加した混
合ガスを用いたものと、およびフラックス入りワイヤー
を用いて、シールドガスとして１００容量％炭酸ガスを
用いる、いわゆるＦＣＷ（Ｆlux Ｃore Ｗire）溶接を
行った。これらで得られた各特性の試験結果を、実施例
１の結果と併記して表２に表示した。

【００１８】

【表１】

【００１９】

【表２】

【００２０】［溶接状態の評価］上記実施例１で行っ
た、板厚が２ｍｍのステンレス鋼薄板を溶接電流５０Ａ
にてＭＩＧ溶接を行った場合について、溶接状態の評価
を行った。上記実施例１でのレーザ溶接では、ビードの
酸化度合について検査したところ、若干酸化が見受けら
れたものの、 その他チェックした上記項目では特に問
題は無く、良好な溶接を行うことができた。特に低電流
でもアークが安定し、ビードの止端部が波打つことな
く、なじみの良い、ビードが平らな溶接を行うことがで
きた。

【００２１】その結果、溶接部に集中応力がかかりにく
く、強度的にも良好な溶接を得ることができた。なお、
ビードの止端部の溶接状態を比較のために、本発明に基
づいて、アルゴンガスをベースガス（５５容量％）に
し、ヘリウムガス（４０容量％）および炭酸ガス（５容
量％）の混合ガスをシールドガスとして用いた場合のレ
ーザ溶接法による溶接部の状態の写真を図２に図示し、
比較のためアルゴンガス（９８容量％）をベースガスに
して、酸素ガス（２容量％）を添加した混合ガスをシー
ルドガスとして用いたＭＩＧ溶接法による溶接部の状態
の写真を図３に示した。図２と図３とを対比して観察す
れば明らかなように、図２に図示した本発明による［ヘ
リウムガス］＋［炭酸ガス］＋［残部アルゴンガス］の
３種混合ガスよりなるシールドガスでレーザ溶接した写
真の溶接状態が図３の写真の溶接状態より明らかに良好
な状態で溶接されていることが確認される。

【００２２】そして、なお、炭酸ガスの濃度を徐々に減
少せしめて薄くしていき、４容量％以下になると、アー
クが不安定になり、その結果ビードの止端部が波うち状
態となって不安定になるという問題が生じた。一方、炭
酸ガスの濃度を増加せしめて濃くして行くと、６容量％
以上になると酸化し始めるという、不都合が生じて来る
こととなった。そして更に、カーボンピックアップの値
が大きくなり、鋭敏化現象を惹起することとなり得る問
題が生じる。

【００２３】又、ヘリウムガスが８０容量％を越えたと
き、アークが不安定となりスパッタの発生を誘発する問
題が生じた。また逆にヘリウムガスが３０容量％以下に
しても、アークが不安定となると共に、ビートが凸ビー
ドとなり、溶け込みも浅くなる問題が発生した。これら
の現象は溶接電流４０Ａから１００Ａまで変えても、ほ
ぼ表２と同じであった。

【００２４】［実施例２］次に実施例２として、ステン
レス鋼の中厚板を用いて、溶接電流を１００Ａ以上とし
てＭＩＧ溶接を行い、 ・アーク安定性、酸化の度合い、スラグ発生量、スパッ
タ発生量、溶け込み深さ ・カーボンピックアップの確認 ・気孔発生量 等の試験項目について、上記したごとく３系列に区分し
て確認試験を行った。以下にその確認試験について説明
する。

【００２５】（１）アーク安定性、酸化の度合い、スラ
グ発生量、スパッタ発生量、溶け込み深さの確認試験 この試験での溶接条件は以下の通りであり、シールドガ
スとしては実施例１での薄板の溶接試験と同様に、へリ
ウムガス、炭酸ガス及びアルゴンガスの３種類の混合ガ
スを用い、その組成（容量％）を変化させて、状態の変
化を確認した。 ＜溶接条件＞ ・溶接方式：消耗式電極溶接、パルスアーク ・溶接母材：ＳＵＳ３０４ 板厚５ｍｍ ・溶接方法：すみ肉溶接 ・溶接ワイヤ：ＪＩＳ Ｙ３０８ＬＳｉ、φ１.２ｍｍ ・チップ母材間距離： １５ｍｍ ・トーチ傾斜角度：４５度 ・溶接速度：３０ｃｍ／ｍｉｎ ・アーク電圧：２２〜２７Ｖ ・溶接電流：１５０Ａ

【００２６】（２）カーボンピックアップの確認試験 この試験での溶接条件は以下の通りであり、シールドガ
スとしては、上記と同様にへリウムガス、炭酸ガス及び
アルゴンガスの３種類の混合ガスを用い、その組成（容
量％）を変化させて、状態の変化を確認した。 ＜溶接条件＞ ・溶接方式：消耗式電極溶接、パルスアーク ・溶接母材：ＳＵＳ３０４ 板厚１０ｍｍ ・溶接方法：ビードオン溶接 ・溶接ワイヤ：ＪＩＳ Ｙ３０８ＬＳｉ、φ１.２ｍｍ ・チップ母材間距離：１５ｍｍ ・トーチ傾斜角度：４５度 ・溶接速度：３０ｃｍ／ｍｉｎ ・アーク電圧：２４〜２８Ｖ ・溶接電流：２００Ａ

【００２７】（３）気孔発生量の確認試験 この試験での溶接条件は以下の通りであり、シールドガ
スとしては、上記と同様にへリウムガス、炭酸ガス及び
アルゴンガスの３種類の混合ガスを用い、その組成（容
量％）を変化させて、状態の変化を確認した。 ＜溶接条件＞ ・溶接方式：消耗式電極溶接、パルスアーク（FCWはパ
ルス無し） ・溶接母材：ＳＵＳ３０４ 縦１５０ｍｍ、横１００ｍ
ｍ、板厚１０ｍｍ ・溶接方法：Ｖ開先突合せ溶接 ・試料：３試料で試験し、確認 ・溶接ワイヤ：ＪＩＳ Ｙ３０８ＬＳｉ、φ１.２ｍｍ ・トーチ傾斜角度：４５度 ・チップ母材間距離：２０ｍｍ ・溶接速度：３０ｃｍ／ｍｉｎ ・アーク電圧：２４〜２８Ｖ ・溶接電流：２００Ａ

【００２８】上記した、（１）、（２）及び（３）の確
認試験での試験項目の評価は、表１に表示した方法によ
り行った。その結果を表３に表示する。なお、本発明の
性能を確認するため、別途比較試験を行った。これを比
較例２として以下に説明する。

【００２９】［比較例２］比較例２として、試料は実施
例２と同様に中厚板のステンレス鋼を用いて、シールド
ガスとして、従来よりＭＩＧ溶接で一般に使用されてい
る、アルゴンガスベースとしてこれに酸素ガス２容量％
を添加した混合ガスを使用した場合、及びフラックス入
りワイヤーを用いてシールドガスとして１００容量％炭
酸ガスを用いる、いわゆるＦＣＷ溶接を行った場合につ
いて、それぞれ試験項目について確認した。その結果
を、表３に実施例２の結果と併記して表示する。

【００３０】

【表３】

【００３１】［溶接状態の評価］上記実施例２で行っ
た、板厚が５ｍｍ及び１０ｍｍのステンレス鋼中厚板を
溶接電流１００Ａ以上にてＭＩＧ溶接を行った場合につ
いて、溶接状態の評価を行った。実施例２に於いて、本
発明の［ヘリウムガス］＋［炭酸ガス］＋［アルゴンガ
ス］の混合ガスをシールドガスとして用いて中厚板を１
００Ａ以上の溶接電流でＭＩＧ溶接した溶接部と、比較
例２における従来のＭＩＧ溶接のシールドガスであるア
ルゴンガスベースに酸素ガス２容量％でＭＩＧ溶接した
溶接部とを比べると、実施例２の本発明のシールドガス
の方が酸化が少ないという優れた特徴を有していること
がわかった。

【００３２】又、フラックス入りワイヤーを用い、シー
ルドガスに炭酸ガス１００容量％を用いる比較例２の従
来のＦＣＷ溶接法と比較すると、実施例２の本発明の前
記３種混合ガスをシールドガスとして用いたＭＩＧ溶接
の方が安定性がよく、スラグの発生量が非常に少ないと
いう優れた特徴を有していることが確認できた。又、そ
の他上記した試験項目においても、実施例２の本発明の
Ｈeガス、ＣＯ₂ガス、残部Ａrガスの３種混合ガスをシ
ールドガスとしてＭＩＧ溶接したものにおいては、特に
問題が無く、良好な溶接を行うことができ、この３種混
合ガスは総合的に非常に優れたＭＩＧ溶接用のシールド
ガスであることが確認できた。

【００３３】なお、実施例２のＨeガス、ＣＯ₂ガス、残
部Ａrガスの３種混合ガスのシールドガスで、炭酸ガス
の濃度を薄くしていき、これを４容量％以下になると、
気孔の発生量が増加するという問題が生じた。逆に炭酸
ガスの濃度を濃くしていき、６容量％以上にすると、ビ
ード表面の酸化が著しくなり、そして、溶接金属中のカ
ーボン量が増加することとなり、耐食性が懸念される不
具合が生じることが確認された。

【００３４】更に又、実施例２のＨeガス、ＣＯ₂ガス、
残部Ａrガスの３種混合ガスのシールドガスで、ヘリウ
ムガスが３０容量％を越えたとき、気孔の発生量が増加
する現象が生じることが確認され、溶接状態としては好
ましくない問題が発生することが判明した。逆にヘリウ
ムガスが１０容量％以下にすると、溶け込み深さが、従
来ガスのＭＩＧ溶接で使用されているアルゴンガスベー
スに酸素ガス２容量％を添加したシールドガスでＭＩＧ
溶接した溶接部と、大差が無く何等改善さることが無い
こと確認された。

【００３５】

【発明の効果】本発明のステンレス鋼のＭＩＧ溶接用シ
ールドガス及びＭＩＧ溶接方法は、上記した如き形態で
実施され、以下の如き効果を奏する。ステンレス鋼のＭ
ＩＧ溶接にあたって、本発明では溶接対象の材料の厚
さ、即ち薄板及びび中厚板のステンレス鋼の如き厚さに
応じた適応溶接電流で、シールドガスとしてヘリウムガ
ス、炭酸ガス及びアルゴンガスの３種の混合ガスの組成
を変えるようにすることにより、極めて良好なＭＩＧ溶
接を行うことができる。

【００３６】特に適応する溶接電流が１００Ａ未満であ
る薄板のステンレス鋼の場合、シールドガス組成が４か
ら６容量％である炭酸ガス、４０から８０容量％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
ガスを用いると、低電流でもアークが安定し、ビード止
端部が波打つことなく、濡れ性が良好で、なじみが良い
溶接が行えるという優れた効果を得ることができた。

【００３７】又、適応する溶接電流が１００Ａ以上であ
る中厚板のステンレス鋼の場合、シールドガス組成が４
から６容量％である炭酸ガス、１０から３０容量％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
合ガスを用いるとアークの安定がよく、スラグ発生量が
少なく、ブローホールの発生もなく、しかも酸化が少な
い溶接が行えるという優れた効果を得ることができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】 溶け込み深さを示す、すみ肉溶接部の概略断
面図。

【図２】 アルゴンベースにヘリウムガス４０容量％、
炭酸ガス５容量％の混合ガスをシールドガスとしてを用
いたＭＩＧ溶接部の写真。

【図３】 アルゴンガスをベースに酸素ガス２容量％を
添加した混合ガスをシールドガスとして用いたＭＩＧ溶
接部の写真。

【符号の説明】

１…すみ肉溶接部、 ２、３…溶接母材、 ４…ビー
ド、４ａ…ビードの底部、 Ａ、Ｂ…止端部、 Ｙ…の
ど厚

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 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容量％で
   ある炭酸ガス、３０から８０容量％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。
2. 【請求項２】 溶接電流を１００Ａ以上として、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容量％で
   ある炭酸ガス、１０から３０容量％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。
3. 【請求項３】 溶接電流を１００Ａ未満とし、シールド
   ガス組成が４から６容量％である炭酸ガス、３０から８
   ０容量％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種混合ガスを用いて、ステンレス鋼をソリッド
   ワイヤーを用いてＭＩＧ溶接することを特徴とするステ
   ンレス鋼のＭＩＧ溶接方法。
4. 【請求項４】 溶接電流を１００Ａ以上とし、シールド
   ガス組成が４から６容量％である炭酸ガス、１０から３
   ０容量％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種混合ガスを用いて、ステンレス鋼をソリッド
   ワイヤーを用いてＭＩＧ溶接することを特徴とするステ
   ンレス鋼のＭＩＧ溶接方法。