JP3893019B2 - 溶接方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、1個のトーチから2本の溶接ワイヤが同時に繰り出される溶接機を使用して溶接する方法に関し、特に、6000系アルミニウム合金材の実質的な共金溶接が可能な溶接方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、アルミニウム合金材のアーク溶接においては、母材と同じ合金系の溶接ワイヤを使用した共金溶接が行われている。例えば、5000系合金(Al−Mg系合金)材同士の溶接には5000系合金の溶接ワイヤが使用されている。しかし、6000系合金(Al−Mg−Si系合金)材同士の溶接には、伸線加工の困難性から6000系合金の溶接ワイヤが存在しないため、4000系又は5000系合金の溶接ワイヤが使用されている。
【0003】
また、近時、溶接速度の向上を目的として1つのトーチ内に2個のワイヤコンタクトチップが設けられ、2本の溶接ワイヤが同時に繰り出される溶接機が開示されている(WO97/45227)。図4はWO97/45227に開示された従来の溶接機の構成を示す模式図である。
【0004】
上述の国際公開公報に記載された従来の溶接機においては、1個の溶接トーチ51内に2個のコンタクトチップ52a及び52bが配設されている。コンタクトチップ52a及び52bは、夫々電源53a、53bに接続されている。また、コンタクトチップ52aを通る溶接ワイヤ54a及びコンタクトチップ52bを通る溶接ワイヤ54bが設けられており、溶接ワイヤ54a及び54bは、夫々スプール55a、55bに巻き付けられている。なお、溶接ワイヤ54a及び54bの直径は0.8乃至1.6mm程度である。
【0005】
図5はWO97/45227に開示された従来の溶接機を使用する際にコンタクトチップに供給される電流の変化を示すグラフ図である。図5において、実線はコンタクトチップ52aに供給される電流を示し、破線はコンタクトチップ52bに供給される電流を示している。上述のように構成された従来の溶接機を使用する場合には、図5に示すように、コンタクトチップ52a及び52bに交互に電流を直流パルスとして供給する。この結果、常に溶接ワイヤ54a及び54bのいずれかにより溶加材が供給されることになる。
【0006】
このような2個のコンタクトチップ52a及び52bを1個のトーチ51内に配設した溶接機によれば、それまでの1個のトーチ内に1個のコンタクトチップが設けられたものにおける溶接速度が60乃至70cm/分程度であるのに対し、100乃至210cm/分程度の溶接速度が得られる。つまり、2乃至3倍程度の速度で溶接を行うことが可能となる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このように溶接速度の上で優れた従来の溶接機を使用しても、6000系合金同士の溶接には4000系又は5000系合金の溶接ワイヤを使用せざるを得ず共金溶接を行うことはできない。
【0008】
また、5000系合金を母材とし5000系合金の溶接ワイヤを使用して共金溶接を行った場合には、スマットとよばれる黒い煤が発生してしまう。この場合、4000系合金のワイヤを使用して溶接を行えばスマットの発生を防止することはできるが、溶接金属と母材との組成が大きく相違してしまうという問題点がある。
【0009】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、所望の組成の溶接金属を得ることができる溶接方法を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る溶接方法は、一方が4000系アルミニウム合金からなり、他方が5000系アルミニウム合金からなる2本の溶接ワイヤが1個のトーチから同時に繰り出される溶接機を使用し、母材と溶接ワイヤとの間で放電を発生させて溶接する方法であって、前記2本の溶接ワイヤの中間組成により前記母材と実質的に同一の成分系の6000系アルミニウム合金からなる溶接金属を得ることを特徴とする。
【0011】
本発明においては、2本の溶接ワイヤの組成が互いに相違しているので、これらの中間の組成を備えた溶接金属を得ることができる。例えば、6000系アルミニウム合金からなる母材に対し、4000系アルミニウム合金からなる溶接ワイヤ及び5000系アルミニウム合金からなる溶接ワイヤを使用して溶接を行えば、6000系合金からなる溶接金属を得ることができ、実質的な共金溶接が行われる。このとき、母材を強度が低めの6000系アルミニウム合金材とし、溶接金属を強度が高めの6000系アルミニウム合金材とすることもできる。即ち、母材と実質的に同一の成分系の溶接金属とは、例えば、母材が強度が低めの6000系アルミニウム合金であり、溶接金属が強度が高めの6000系アルミニウム合金である場合がある。
【0012】
なお、前記2本の溶接ワイヤを溶接方向に対して前後に配置し、溶接方向の前方に位置する溶接ワイヤにより形成された溶接金属を溶接方向の後方の溶接ワイヤにより加熱して新たな溶接金属を形成することにより、合金ワイヤの添加元素がより拡散しやすくなり、組成がより一層均一な溶接金属を得ることが可能となる。また、前記2本の溶接ワイヤの太さを相違させ、前記2本の溶接ワイヤの中間組成を調整することができる。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例に係る溶接方法について、添付の図面を参照して具体的に説明する。本発明の実施例では、図4に示すような1個のトーチから2本の溶接ワイヤが繰り出される溶接機を使用して6000系合金母材同士を溶接する。図1は本発明の実施例により溶接される母材を示す図であって、(a)は平面図、(b)は断面図である。図2は本発明の実施例に係る溶接方法を示す平面図である。また、図3(a)は図2中のA−A線に沿った断面図、(b)は図2中のB−B線に沿った断面図である。
【0014】
本実施例に係る方法により溶接される母材は、図1(a)及び(b)に示すように、間にスペーサ2を挟んだ2枚の6000系アルミニウム合金板1a及び1bである。アルミニウム合金板1bのアルミニウム合金板1a上における端部3は、スペーサ2のアルミニウム合金板1a上における端部4よりも、例えば2mm程度張り出しており、この部分においてアルミニウム合金板1a及び1b間にスペーサ2の厚さ分のギャップ5が形成されている。
【0015】
本実施例においては、図4に示すような溶接機において、溶接ワイヤ54aとして4000系アルミニウム合金材を使用し、溶接ワイヤ54bとして5000系アルミニウム合金材を使用する。そして、溶接ワイヤ54aは端部3上を移動させ、溶接ワイヤ54bはアルミニウム合金板1a上を移動させる。このとき、図2に示すように、溶接方向11に関し、溶接ワイヤ54aによる溶接位置12が溶接ワイヤ54bによる溶接位置13より常に前方に位置するようにする。このとき、溶接ワイヤ54aの先端部と溶接ワイヤ54bの先端部とを結ぶ直線が溶接方向11に対して傾斜するように溶接ワイヤ54a及び54bの位置を設定する。
【0016】
そして、図5に示すように、コンタクトチップ52a及び52bに交互に電流を供給することにより、溶接ワイヤ54a及び54bとアルミニウム合金板1a及び1bとの間で交互に放電を発生させる。この結果、図2及び図3(a)に示すように、溶接ワイヤ54aのみが通過した位置では、4000系合金及び6000系合金からなる溶接金属6が形成される。一方、溶接ワイヤ54aの通過後更に溶接ワイヤ54bが通過した位置では、図2及び図3(b)に示すように、4000系合金、5000系合金及び6000系合金からなる溶接金属7が形成される。
【0017】
このようにして本実施例により形成された溶接金属7は、Al−Si系合金である4000系合金からなる溶接ワイヤ54aの組成及びAl−Mg系合金である5000系合金からなる溶接ワイヤ54bの組成を適切に選択しておけば、6000系合金の組成又は6000系合金に近い組成を有するものとなる。従って、実質的に共金溶接が行われたことになる。
【0018】
なお、上述の実施例では、4000系合金材からなる溶接ワイヤ54aを先行させているが、本発明はこれに限定されるものではなく、5000系合金材からなる溶接ワイヤ54bを先行させてもよい。但し、4000系合金材からなる溶接ワイヤを使用した場合の方が、母材との間に発生する放電が強く、その部分がより高温となるため、深い溶融池が形成されて溶け込みが深くなるので、より好ましい。
【0019】
また、2本の溶接ワイヤ54a及び54bの径は、得ようとする溶接金属の組成に応じて相違するものとしてもよい。例えば、Si含有量を高めの溶接金属7を得ようとする場合には、溶接ワイヤ54aの径を溶接ワイヤ54bのそれよりも太いものとすればよい。逆に、Mg含有量を高めの溶接金属7を得ようとする場合には、溶接ワイヤ54bの径を溶接ワイヤ54aのそれよりも太いものとすればよい。
【0020】
更に、2本の溶接ワイヤが、それらにより形成される溶接金属同士が重なり合って影響を及ぼし合う間隔で配置されていれば、必ずしも一方を先行させる必要はなく、溶接方向に関して同じ位置に並べて溶接を行ってもよい。この場合、溶接ワイヤの径を太くすれば、より溶接金属同士が重なり合いやすくなるので、好ましい。
【0021】
更にまた、図4に示すような溶接機を使用した溶接方法において、溶接ワイヤの組成を異ならせたことによる効果は、母材を6000系合金材とした場合にのみ得られるものではなく、種々の組成の母材及び溶加材を使用した場合にも効果が得られる。例えば、5000系合金材同士を溶接する場合に、上述の実施例と同様に、先行する溶接ワイヤ54aを4000系合金材とし、後方の溶接ワイヤ54bを5000系合金材として溶接を行った場合には、スマットの発生が著しく低減されるという効果が得られる。
【0022】
なお、先行する溶接ワイヤの径を後方の溶接ワイヤのそれよりも太くした場合には、それらの組成に関係なく母材中の欠陥が排除された溶接金属を形成することができることがある。即ち、母材がアルミニウム又はアルミニウム合金のダイキャスト等の鋳物である場合、その内部にはブローホールが多数存在している。このような母材に対して、上述のように先行する溶接ワイヤの径を太くした場合には、先行する溶接ワイヤによる母材の溶融により溶融池が形成されて母材中のブローホールが消失し、引き続いて行われる他方の溶接ワイヤによる溶接により所定の余盛りが形成される。
【0023】
このような方法により形成された溶接金属中のブローホールは、母材中のブローホールと比較すると著しく低減されている。
【0024】
なお、従来の1個のトーチから1本の溶接ワイヤが繰り出される従来の溶接機を使用して一度形成した溶接金属上に再度溶接金属を形成しようとした場合には、2回目の溶接の際には最初の溶接により形成された溶接金属が完全に硬化しているので、割れが発生しやすい。これに対し、上述のように1個のトーチから2本の溶接ワイヤが繰り出される溶接機を使用した場合には、先行する溶接ワイヤにより形成された溶融池が完全に硬化する前にその場所に溶接金属が形成されるので、残留応力等による割れが発生しにくくなる。
【0025】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、2本の溶接ワイヤの中間の組成を備えた溶接金属を得ることができる。例えば、6000系アルミニウム合金製の母材に対し、4000系アルミニウム合金製の溶接ワイヤ及び5000系アルミニウム合金製の溶接ワイヤを使用して溶接を行えば、6000系合金からなる溶接金属を得ることができ、実質的な共金溶接を行うことができる。
【0026】
また、一方の溶接ワイヤを常に前方に位置させこの前方に位置する溶接ワイヤを使用して形成された溶接金属を他方の溶接ワイヤを使用して加熱し新たな溶接金属を形成することにより、合金ワイヤの添加元素がより拡散しやすくなり、組成がより一層均一な溶接金属を得ることができる。更に、2本の溶接ワイヤの太さを互いに相違させることにより、溶接金属の組成の調整を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例により溶接される母材を示す図であって、(a)は平面図、(b)は断面図である。
【図2】本発明の実施例に係る溶接方法を示す平面図である。
【図3】(a)は図2中のA−A線に沿った断面図、(b)は図2中のB−B線に沿った断面図である。
【図4】WO97/45227に開示された従来の溶接機の構成を示す模式図である。
【図5】WO97/45227に開示された従来の溶接機を使用する際にコンタクトチップに供給される電流の変化を示すグラフ図である。
【符号の説明】
1a、1b;アルミニウム合金板
2;スペーサ
3、4;端部
5;ギャップ
6、7;溶接金属
11;溶接方向
51;トーチ
52a、52b;コンタクトチップ
53a、53b;電源
54a、54b;溶接ワイヤ
55a、55b;スプール
Claims (3)
- 一方が4000系アルミニウム合金からなり、他方が5000系アルミニウム合金からなる2本の溶接ワイヤが1個のトーチから同時に繰り出される溶接機を使用し、母材と溶接ワイヤとの間で放電を発生させて溶接する方法であって、前記2本の溶接ワイヤの中間組成により前記母材と実質的に同一の成分系の6000系アルミニウム合金からなる溶接金属を得ることを特徴とする溶接方法。
- 前記2本の溶接ワイヤを溶接方向に対して前後に配置し、溶接方向の前方に位置する溶接ワイヤにより形成された溶接金属を溶接方向の後方の溶接ワイヤにより加熱して新たな溶接金属を形成することを特徴とする請求項1に記載の溶接方法。
- 前記2本の溶接ワイヤの太さを相違させ、前記2本の溶接ワイヤの中間組成を調整することを特徴とする請求項1又は2に記載の溶接方法。
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