JP4606751B2 - Plasma arc hybrid welding method - Google Patents

Plasma arc hybrid welding method Download PDF

Info

Publication number
JP4606751B2
JP4606751B2 JP2004043934A JP2004043934A JP4606751B2 JP 4606751 B2 JP4606751 B2 JP 4606751B2 JP 2004043934 A JP2004043934 A JP 2004043934A JP 2004043934 A JP2004043934 A JP 2004043934A JP 4606751 B2 JP4606751 B2 JP 4606751B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
welding
welding method
mass
electrode
plasma
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2004043934A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2005230867A (en
Inventor
時彦 片岡
倫正 池田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JFE Steel Corp
Original Assignee
JFE Steel Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by JFE Steel Corp filed Critical JFE Steel Corp
Priority to JP2004043934A priority Critical patent/JP4606751B2/en
Publication of JP2005230867A publication Critical patent/JP2005230867A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4606751B2 publication Critical patent/JP4606751B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Description

本発明は、ガスシールドアーク溶接法とプラズマ溶接法とを組み合わせて、高能率で優れたビード形状を得る溶接方法に関するものである。   The present invention relates to a welding method for obtaining an excellent bead shape with high efficiency by combining a gas shielded arc welding method and a plasma welding method.

ガスシールドアーク溶接法は、電極が溶けるか溶けないかによって、溶極式と非溶極式とに大別されている。さらに、鋼の溶極式ガスシールドアーク溶接法には、不活性ガスでアーク点をシールドするMIG溶接法と活性ガスでアーク点をシールドするMAG溶接法とに大別され、溶極として用いられる溶接ワイヤには、ソリッドワイヤとフラックスコアードワイヤ(以下、FCワイヤという)があり、最も一般的な鋼の溶極式のガスシールドアーク溶接法は、アークの安定化を目的として、溶接ワイヤを陽極とする逆極性のMAG溶接法である。   The gas shielded arc welding method is roughly classified into a fused electrode type and a non-fused electrode type depending on whether the electrode is melted or not melted. Furthermore, the steel melt electrode type gas shielded arc welding method is roughly classified into a MIG welding method in which the arc point is shielded with an inert gas and a MAG welding method in which the arc point is shielded with an active gas, and is used as a melting electrode. There are two types of welding wires: solid wire and flux-cored wire (hereinafter referred to as FC wire). The most common steel electrode type gas shielded arc welding method uses a welding wire to stabilize the arc. This is a reverse polarity MAG welding method using an anode.

一方、非溶極式ガスシールドアーク溶接法には、ティグ溶接法とプラズマ溶接法とがあるが、ともに電極は、細径のタングステン(W)電極が用いられる。さらに、電極は高温での電子放出による冷却作用を活用するために正極性で使用される。ティグ溶接法は、タングステン電極が開放されているのに対して、プラズマ溶接法は、タングステン電極が水冷のCuチップによって囲まれており、タングステン電極の寿命が長く、Cuチップ口径とプラズマガスの流量によってアーク力の調整が可能である。これらの非溶極式ガスシールドアーク溶接法のシールドガスには、タングステン電極の酸化による消耗を防ぐために、Ar,He,Ar−H2 といった不活性ガスが用いられる。 On the other hand, the non-melting electrode type gas shielded arc welding method includes a TIG welding method and a plasma welding method, and a tungsten (W) electrode having a small diameter is used for both electrodes. Furthermore, the electrode is used with a positive polarity in order to take advantage of the cooling action by electron emission at a high temperature. In TIG welding, the tungsten electrode is open, whereas in plasma welding, the tungsten electrode is surrounded by a water-cooled Cu tip, which has a long life, and the Cu tip diameter and plasma gas flow rate. It is possible to adjust the arc force. An inert gas such as Ar, He, or Ar—H 2 is used for the shielding gas of these non-melting electrode type gas shielded arc welding methods in order to prevent the tungsten electrode from being consumed due to oxidation.

プラズマ溶接法には、このプラズマガスに加えて、溶接金属の酸化を抑制するためにCuチップを包むようにArあるいはAr−H2 ガスがシールドガスとして用いられている。 In the plasma welding method, in addition to this plasma gas, Ar or Ar—H 2 gas is used as a shielding gas so as to wrap the Cu chip in order to suppress oxidation of the weld metal.

溶極式のガスシールドアーク溶接用シールドガスは、溶滴の挙動や溶接金属の特性に悪影響を及ぼすことのない成分を適宜選択して、様々な種類のガスが使用される。特に、シールドガスとしてCO2 ガスを用いる炭酸ガスシールドアーク溶接は、CO2 ガスが安価であるとともに、能率の良い溶接方法であるから、鉄鋼材料の溶接に広く使用されている。 Various types of gas are used for the shield gas for the gas electrode arc welding of the melting electrode type by appropriately selecting components that do not adversely affect the behavior of the droplets and the characteristics of the weld metal. In particular, carbon dioxide shielded arc welding using CO 2 gas as the shielding gas is widely used for welding steel materials because CO 2 gas is inexpensive and is an efficient welding method.

炭酸ガスシールドアーク溶接で使用される電極(すなわち溶接ワイヤ)は、ソリッドワイヤとFCワイヤに大別される。   Electrodes (that is, welding wires) used in carbon dioxide shielded arc welding are roughly classified into solid wires and FC wires.

ソリッドワイヤは、鋼素線からなる溶接ワイヤであり、素材となる鋼素線の表面にめっきを施したり、あるいは潤滑剤を塗布したものもある。このソリッドワイヤは、強度と靭性に優れた溶接金属が得られることが知られている。一方、FCワイヤは、鋼製の外殻の内側に溶接用フラックスを充填したワイヤであり、優れたビード形状が得られる。   The solid wire is a welding wire made of a steel wire, and there is a wire in which the surface of a steel wire that is a material is plated or a lubricant is applied. This solid wire is known to provide a weld metal having excellent strength and toughness. On the other hand, the FC wire is a wire in which a welding flux is filled inside a steel outer shell, and an excellent bead shape is obtained.

FCワイヤがビード形状に優れる理由は、溶接ワイヤの先端から鋼板の溶融メタルに移行する溶滴が細かいので、溶融メタルの表面揺動が小さく抑えられ、かつ溶接用フラックスに多量に含まれるスラグ形成剤によって生成したスラグが、ビードを覆うからである。   The reason why the FC wire has an excellent bead shape is that the droplets that move from the tip of the welding wire to the molten metal of the steel sheet are fine, so that the surface fluctuation of the molten metal is kept small and slag is included in the welding flux in a large amount This is because the slag generated by the agent covers the bead.

ソリッドワイヤでは、溶接ワイヤの先端から鋼板の溶融メタルに移行する溶滴が粗くかつ移行が不規則であるから、溶融メタルの表面揺動が大きく、鋼素線に含有される脱酸元素(すなわちSi,Mn,Ti,Zr,Al等)の酸化によってスラグが形成される。その結果、スラグが不均一に分布し、ビードを完全に覆うには至らない。また、ソリッドワイヤを使用した炭酸ガスシールドアーク溶接では、スラグがビードの端部に集積する。したがって、ソリッドワイヤを炭酸ガスシールドアーク溶接で使用すると、ビード形状は不安定になる。   In a solid wire, since the droplets transferred from the tip of the welding wire to the molten metal of the steel sheet are rough and irregular, the surface fluctuation of the molten metal is large and the deoxidizing element contained in the steel wire (ie, Slag is formed by oxidation of Si, Mn, Ti, Zr, Al, etc.). As a result, the slag is unevenly distributed and does not completely cover the bead. Further, in carbon dioxide shielded arc welding using a solid wire, slag accumulates at the end of the bead. Therefore, when a solid wire is used in carbon dioxide shielded arc welding, the bead shape becomes unstable.

ソリッドワイヤはFCワイヤに比べて安価であるから、ソリッドワイヤを使用して炭酸ガスシールドアーク溶接を行なうにあたって、溶接金属の強度と靭性が優れているという本来の特性に加えて、FCワイヤと同等の優れたビード形状が得られるなら、ソリッドワイヤを使用することによって施工コストの削減が可能となる。   Solid wire is less expensive than FC wire, so when performing carbon dioxide shielded arc welding using solid wire, in addition to the original properties of weld metal being superior in strength and toughness, it is equivalent to FC wire. If an excellent bead shape can be obtained, the construction cost can be reduced by using a solid wire.

通常、炭酸ガスシールドアーク溶接のみならず溶極式のガスシールドアーク溶接は、電極(すなわち溶接ワイヤ)を1本使用して溶接を行なう。これに対して、複数の熱源を使用すれば、溶接施工の能率を高めることが可能である。そこで、多極化による高能率の溶接施工技術が種々提案されている。その中に、レーザ溶接法の特徴である高速かつ省入熱での溶接施工と、汎用性に優れたアーク溶接法とを組み合わせたレーザアークハイブリッド溶接法がある(特許文献1参照)。この方法は、高価なレーザ設備を使用するので、大きな初期投資が必要である。   Usually, not only carbon dioxide shielded arc welding but also molten electrode type gas shielded arc welding is performed using one electrode (that is, a welding wire). On the other hand, if a plurality of heat sources are used, it is possible to increase the efficiency of welding. Therefore, various highly efficient welding construction techniques using multipolarization have been proposed. Among them, there is a laser arc hybrid welding method that combines a high-speed and heat-saving heat welding characteristic of the laser welding method and a versatile arc welding method (see Patent Document 1). Since this method uses expensive laser equipment, a large initial investment is required.

また、溶極式のガスシールドアーク溶接法を多電極化した高能率溶接法が開発されている(特許文献2参照)。この方法で得られた溶接ビード形状は、1電極での高電流溶接と比較して大きく改善されず、相互の干渉によるアーク不安定も生じやすい。
特開2002-288734 号公報 特開平7-256455号公報
In addition, a high-efficiency welding method in which the electrode type gas shielded arc welding method is made into multiple electrodes has been developed (see Patent Document 2). The weld bead shape obtained by this method is not greatly improved as compared with high-current welding with one electrode, and arc instability is likely to occur due to mutual interference.
JP 2002-288734 A Japanese Patent Laid-Open No. 7-256455

本発明は上記のような問題を解消し、ガスシールドアーク溶接法とプラズマ溶接法とを組み合わせて隅肉溶接を行ない、高能率で優れたビード形状を得る溶接方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a welding method that solves the above-described problems and performs fillet welding by combining a gas shielded arc welding method and a plasma welding method to obtain a bead shape with high efficiency. .

本発明者らは、隅肉溶接を行なうにあたって、溶極式のガスシールドアーク溶接法をベースとした複数熱源による高速かつ溶接ビード形状に優れる溶接方法について鋭意検討した。その際、従来の検討課題とは大きく視点を変え、溶接用フラックスを内装していないソリッドワイヤと呼ばれるガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤ(以下、溶接用鋼ワイヤという)に添加される微量元素と溶接の極性について詳細に調査し、以下に述べる知見を得た。 When performing fillet welding , the present inventors diligently studied a welding method excellent in high-speed and weld bead shape by using a plurality of heat sources based on a melted electrode type gas shielded arc welding method. At that time, it changed the viewpoint from the conventional examination subject greatly, and the trace element added to the steel wire for gas shielded arc welding (hereinafter referred to as the welding steel wire) called solid wire which does not have the welding flux built in and welding. We investigated in detail about the polarity of and obtained the following knowledge.

(1) 正極性(すなわち溶接用鋼ワイヤをマイナス極)で行なう溶極式のガスシールドアーク溶接法と正極性で行なう非溶極式のプラズマ溶接法とを組み合わせた溶接法(以下、プラズマアークハイブリッド溶接法という)を採用することにより、高速でも優れたビード形状を得ることができる。   (1) Welding method (hereinafter referred to as “plasma arc”), which combines a hot electrode type gas shielded arc welding method with positive polarity (ie, a welding steel wire with a negative pole) and a non-melting type plasma welding method with positive polarity. By adopting a hybrid welding method, an excellent bead shape can be obtained even at a high speed.

(2) プラズマ溶接法および溶極式のガスシールドアーク溶接法ともに正極性とし、電極間(すなわちプラズマ溶接の電極とガスシールドアーク溶接の電極との間)の距離を50mm以下とすることで、鋼板側に形成する溶融メタルを1プール化できる。さらに、それぞれの電極の溶接線からのシフト量(距離)によって溶融プールとビード形状を制御することが可能となる。   (2) Both the plasma welding method and the molten electrode type gas shielded arc welding method are positive, and the distance between the electrodes (that is, between the electrode for plasma welding and the electrode for gas shielded arc welding) is 50 mm or less. The molten metal formed on the steel plate side can be made into one pool. Furthermore, the molten pool and bead shape can be controlled by the shift amount (distance) of each electrode from the weld line.

(3) 溶極式の正極性ガスシールドアーク溶接法と非溶極式の正極性プラズマ溶接法との組み合わせにおいて、希土類元素(以下、REM という)を0.0150〜0.100 質量%含有する鋼素線からなる溶接用鋼ワイヤを溶極式のガスシールドアーク溶接の電極として用いることでアークが集中し、アークの安定化が可能となる。    (3) In a combination of a galvanic positive gas shielded arc welding method and a non-molten positive plasma welding method, from a steel wire containing 0.0150 to 0.100% by mass of rare earth element (hereinafter referred to as REM) By using the welding steel wire to be used as an electrode for the melting electrode type gas shielded arc welding, the arc is concentrated and the arc can be stabilized.

(4) 鋼素線に REMを添加しさらにAl,Ti,Zr,O,Caを添加した溶接用鋼ワイヤを溶極式のガスシールドアーク溶接で使用することによって、さらに安定したプラズマアークハイブリッド溶接が可能となる。   (4) More stable plasma arc hybrid welding by using welding steel wire with REM and Al, Ti, Zr, O, and Ca added to the steel wire for hot electrode gas shielded arc welding Is possible.

(5) 溶極式のガスシールドアーク溶接のシールドガスとしてCO2 を60体積%以上含有するガスを使用することによって、プラズマアークハイブリッド溶接の施工コストを削減できる。シールドガスの残部(すなわち40体積%以下)は、Ar,He,H2 およびO2 のうちの1種以上を混合するのが好ましい。なお、 100体積%CO2 のシールドガスを用いても何ら問題はない。 (5) The construction cost of plasma arc hybrid welding can be reduced by using a gas containing 60% by volume or more of CO 2 as a shielding gas for the melting electrode type gas shielded arc welding. The balance of the shielding gas (that is, 40% by volume or less) is preferably mixed with one or more of Ar, He, H 2 and O 2 . It should be noted that there is no problem even if a shield gas of 100 volume% CO 2 is used.

本発明は、これらの知見に基づいてなされたものである。   The present invention has been made based on these findings.

すなわち本発明は、非溶極式のプラズマ溶接法と溶極式のガスシールドアーク溶接法とを組み合わせて用いるプラズマアークハイブリッド溶接法において、プラズマ溶接法およびガスシールドアーク溶接法ともに正極性とし、かつプラズマ溶接法の電極とガスシールドアーク溶接法の電極との距離を50mm以下とするとともに、ガスシールドアーク溶接の電極を先行極とし、前記ガスシールドアーク溶接法で溶極として用いる溶接用鋼ワイヤは希土類元素を0.015〜0.100質量%含有する鋼素線からなるものを使用するとともに、プラズマ溶接の電極を後行極とし、後行極のみを上板の端部から下板側に2〜10mmシフトさせて隅肉溶接を行なうプラズマアークハイブリッド溶接方法である。 That is, the present invention provides a plasma arc hybrid welding method using a combination of a non-melting-type plasma welding method and a melting-electrode type gas shielded arc welding method, wherein both the plasma welding method and the gas shielded arc welding method are positive. The distance between the electrode of the plasma welding method and the electrode of the gas shielded arc welding method is 50 mm or less, the electrode of the gas shielded arc welding is the leading electrode, and the welding steel wire used as the melting electrode in the gas shielded arc welding method is A steel wire containing 0.015 to 0.100% by mass of rare earth elements is used, and the plasma welding electrode is used as the trailing electrode, and only the trailing electrode is shifted from the end of the upper plate to the lower plate by 2 to 10 mm. This is a plasma arc hybrid welding method in which fillet welding is performed.

本発明のプラズマアークハイブリッド溶接方法では、溶極式のガスシールドアーク溶接法で用いる溶接用鋼ワイヤ鋼素線が、REMに加えて、Ti:0.02〜0.50質量%およびZr:0.02〜0.50質量%のうちの1種または2種を含有し、かつO:0.0080質量%以下,Ca:0.0008質量%以下を含有することが好ましい。さらに鋼素線が、前記した組成に加えて、Al:0.005〜3.00質量%を含有することが好ましい。 In the plasma arc hybrid welding method of the present invention, the steel wire of the steel wire for welding used in the hot electrode type gas shielded arc welding method includes Ti: 0.02 to 0.50 mass% and Zr: 0.02 to 0.50 mass in addition to REM. It is preferable to contain 1 type or 2 types of%, and O: 0.0080 mass% or less, Ca: 0.0008 mass% or less. Furthermore, it is preferable that a steel strand contains Al: 0.005-3.00 mass% in addition to an above described composition.

また、溶極式のガスシールドアーク溶接法で用いるシールドガスが、CO2 を60体積%以上含有するガスであることが好ましい。そのシールドガスは、100体積%CO2 であっても良いし、あるいはCO2 を60体積%以上含有しかつAr,He,H2 およびO2 のうちの1種以上を合計40体積%以下含有する混合ガスであっても良い。 Moreover, it is preferable that the shielding gas used in the melting electrode type gas shielded arc welding method is a gas containing 60% by volume or more of CO 2 . The shielding gas may be 100 volume% CO 2 , or contains 60 volume% or more of CO 2 and contains one or more of Ar, He, H 2 and O 2 in a total volume of 40 volume% or less. A mixed gas may be used.

鋼素線からなるガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤ(すなわち溶接用鋼ワイヤ)とは、溶接用フラックスを内装せず、素材となる鋼素線を主体とするワイヤ(いわゆるソリッドワイヤ)を指す。また本発明は、鋼素線の表面にめっきを施したり、あるいは潤滑剤を塗布した溶接用鋼ワイヤにも支障なく適用できる。   The steel wire for gas shielded arc welding (namely, the steel wire for welding) which consists of a steel strand refers to the wire (what is called a solid wire) which does not carry the welding flux internally and mainly has the steel strand used as a raw material. The present invention can also be applied to a welding steel wire in which the surface of the steel wire is plated or a lubricant is applied without any trouble.

本発明によれば、溶極式ガスシールドアーク溶接法と非溶極式プラズマ溶接法とを組み合わせて隅肉溶接を行なうにあたって、高能率で優れたビード形状を得ることができる。
According to the present invention, when performing fillet welding by combining the melting electrode type gas shielded arc welding method and the non-melting electrode type plasma welding method, an excellent bead shape can be obtained with high efficiency.

まず、本発明の非溶極式のプラズマ溶接式と溶極式のガスシールドアーク溶接法とを組み合わせたプラズマアークハイブリッド溶接法において、プラズマ溶接法およびガスシールドアーク溶接法ともに正極性とし、その電極間(すなわちプラズマ溶接の電極とガスシールドアーク溶接の電極との間)の距離を50mm以下とする限定理由について説明する。   First, in the plasma arc hybrid welding method in which the non-melting electrode type plasma welding method and the melting electrode type gas shielded arc welding method of the present invention are combined, both the plasma welding method and the gas shielded arc welding method are made positive. The reason for limiting the distance between the electrodes (that is, between the plasma welding electrode and the gas shielded arc welding electrode) to 50 mm or less will be described.

特許文献1に開示されたレーザアークハイブリッド法は、そのレーザ装置が高価であり汎用性に欠ける。また、特許文献2に開示された溶極式のガスシールドアーク溶接法の多電極化は、溶接ビード形状を改善する効果はなく、かつ1電極で高電流とした場合と比較して大きなメリットがない。   In the laser arc hybrid method disclosed in Patent Document 1, the laser apparatus is expensive and lacks versatility. In addition, the use of multiple electrodes in the melting electrode type gas shielded arc welding method disclosed in Patent Document 2 does not have an effect of improving the weld bead shape, and has a large merit as compared with the case where a single electrode is used for a high current. Absent.

一方、プラズマ溶接法は、レーザ溶接法と同様にキーホール溶接により厚鋼板を効率良く接合できる利点がある。しかし、深い溶け込みにより欠陥を巻き込みやすいという欠点があり、さらに、溶材を使用しないために溶接金属が不足してビード外観不良等が生じやすいという欠点があった。そこでプラズマ溶接法も、レーザ溶接法と同様に、ガスシールドアーク溶接法と組み合わせることによって、これら問題点の改善は可能であると考えられる。   On the other hand, the plasma welding method has an advantage that a thick steel plate can be efficiently joined by keyhole welding as in the laser welding method. However, there is a defect that defects are easily involved due to deep penetration, and further, there is a defect that a weld metal is insufficient due to not using a molten material, and a bead appearance defect is likely to occur. Therefore, it is considered that the plasma welding method can be improved by combining with the gas shielded arc welding method in the same manner as the laser welding method.

しかし、プラズマ溶接法は正極性(すなわちプラズマ電極をマイナス極)であるのに対して、ガスシールドアーク溶接法は逆極性(すなわち溶接用鋼ワイヤをプラス極)である。正極性の溶接法と逆極性の溶接法を接近した位置で行なうと、電極と鋼板の間で放電される電流が互いに反対方向に流れるので、アークが干渉する。その結果、プラズマ溶接法とガスシールドアーク溶接法を同時に安定して行なうのは困難であると考えられていた。   However, the plasma welding method is positive (that is, the plasma electrode has a negative polarity), whereas the gas shielded arc welding method has a reverse polarity (that is, a welding steel wire has a positive polarity). When the positive polarity welding method and the reverse polarity welding method are performed at close positions, the electric currents discharged between the electrode and the steel sheet flow in opposite directions, so that the arc interferes. As a result, it was considered difficult to perform plasma welding and gas shielded arc welding simultaneously and stably.

これに対して本発明者らは、非溶極式のプラズマ溶接法と溶極式のガスシールドアーク溶接法の極性の最適化について検討し、ともに正極性とすることでアーク干渉を防止できることを見出した。   On the other hand, the present inventors examined the optimization of the polarities of the non-melting electrode type plasma welding method and the melting electrode type gas shielded arc welding method, and confirming that arc interference can be prevented by setting both to positive polarity. I found it.

さらに、この電極間の距離が50mmを超えて拡大すると、鋼板側の溶融メタルが2プールとなってしまい、溶接ビード形状を改善する効果はない。したがって、電極間の距離は50mm以下とする必要がある。好ましくは20〜30mmである。   Furthermore, if the distance between the electrodes exceeds 50 mm, the molten metal on the steel plate side becomes two pools, and there is no effect of improving the weld bead shape. Therefore, the distance between the electrodes needs to be 50 mm or less. Preferably it is 20-30 mm.

次に、本発明のプラズマアークハイブリッド溶接法において、ガスシールドアーク溶接に用いる溶接用鋼ワイヤの素材となる鋼素線の成分を限定した理由について説明する。   Next, in the plasma arc hybrid welding method of the present invention, the reason for limiting the components of the steel wire used as the material of the steel wire for welding used for gas shielded arc welding will be described.

なお本発明は、基本的成分としてC,Si,Mn,P,Sを下記の通り含有する鋼素線からなる溶接用鋼ワイヤに適用するのが好ましい。   In addition, it is preferable to apply this invention to the steel wire for welding which consists of a steel strand which contains C, Si, Mn, P, and S as a basic component as follows.

C:0.20質量%以下
Cは、溶接金属の強度を確保するために重要な元素であり、溶融メタルの粘性を低下させて流動性を向上する効果がある。しかしC含有量が0.20質量%を超えると、正極性のガスシールドアーク溶接において溶滴および溶融メタルの挙動が不安定となるのみならず、溶接金属の靭性の低下を招く。したがって好適には、C含有量が0.20質量%以下を満足する必要がある。
C: 0.20% by mass or less C is an important element for securing the strength of the weld metal, and has an effect of improving fluidity by reducing the viscosity of the molten metal. However, when the C content exceeds 0.20% by mass, not only the behavior of the droplets and molten metal becomes unstable in positive gas shielded arc welding, but also the toughness of the weld metal decreases. Therefore, preferably, the C content needs to satisfy 0.20% by mass or less.

一方、C含有量を過剰に減少させると溶接金属の強度を確保できない。そのため、0.01〜0.10質量%の範囲内が一層好ましい。   On the other hand, if the C content is excessively reduced, the strength of the weld metal cannot be ensured. Therefore, the range of 0.01 to 0.10% by mass is more preferable.

Si:0.05〜2.5 質量%
Siは、脱酸作用を有し、溶接金属の脱酸のためには不可欠な元素である。Si含有量が0.05質量%未満では、溶融メタルの脱酸が不足し、溶接金属にブローホールが発生する。さらに、正極性のガスシールドアーク溶接におけるアークの広がりを抑え、溶滴を微細にし挙動を安定化する効果を有する。一方、 2.5質量%を超えると、溶接金属の靭性が著しく低下する。したがって好適には、Siは0.05〜2.5 質量%の範囲内を満足する必要がある。ただしSi含有量が0.65質量%を超えると、小粒のスパッタが増加する傾向が現われるので、0.05〜0.65質量%の範囲内が一層好ましい。
Si: 0.05-2.5 mass%
Si has a deoxidizing action and is an indispensable element for deoxidizing weld metals. If the Si content is less than 0.05% by mass, deoxidation of the molten metal is insufficient, and blow holes are generated in the weld metal. Furthermore, it has the effect of suppressing the spread of the arc in positive polarity gas shielded arc welding, making the droplets finer and stabilizing the behavior. On the other hand, if it exceeds 2.5% by mass, the toughness of the weld metal is significantly reduced. Therefore, it is preferable that Si should satisfy the range of 0.05 to 2.5% by mass. However, if the Si content exceeds 0.65% by mass, a tendency to increase the spatter of small grains appears, so that the range of 0.05 to 0.65% by mass is more preferable.

Mn:0.25〜3.5質量%
Mnは、Siと同様に、脱酸作用を有し、溶融メタルの脱酸のためには不可欠な元素である。Mn含有量が0.25%未満では、溶融メタルの脱酸が不足し、溶接金属にブローホールが発生する。一方、3.5質量%を超えると、溶接金属の靭性が低下する。したがって、Mnは0.25〜3.5 質量%の範囲内を満足するのが好ましい。なお、溶融メタルの脱酸を促進し、ブローホールを防止するためには、0.45質量%以上が望ましい。そのため、0.45〜3.5 質量%の範囲内が一層好ましい。
Mn: 0.25 to 3.5% by mass
Mn, like Si, has a deoxidizing action and is an indispensable element for deoxidizing molten metal. If the Mn content is less than 0.25%, deoxidation of the molten metal is insufficient, and blow holes are generated in the weld metal. On the other hand, if it exceeds 3.5% by mass, the toughness of the weld metal decreases. Therefore, Mn preferably satisfies the range of 0.25 to 3.5% by mass. In order to promote deoxidation of molten metal and prevent blowholes, 0.45% by mass or more is desirable. Therefore, the range of 0.45 to 3.5% by mass is more preferable.

P:0.05質量%以下
Pは、鋼の融点を低下させるとともに電気抵抗率を向上させ、溶融効率を向上させる元素である。さらに正極性のガスシールドアーク溶接において、溶滴を微細化し、アークを安定化させる作用も有する。しかしP含有量が0.05質量%を超えると、正極性のガスシールドアーク溶接における溶融メタルの粘性が著しく低下し、アークが不安定となり、小粒のスパッタが多量に発生する。また、溶接金属に高温割れを生じる危険性が増大する。したがって、Pは0.05質量%以下とするのが好ましい。なお、0.03質量%以下が一層好ましい。一方、鋼素線の鋼材を溶製する製鋼段階でPを低減するためには長時間を要するので、生産性向上の観点から 0.002質量%以上が望ましい。そのため、 0.002〜0.03質量%の範囲内がさらに好ましい。
P: 0.05% by mass or less P is an element that lowers the melting point of steel and improves electrical resistivity and improves melting efficiency. Furthermore, in positive polarity gas shielded arc welding, it has the effect | action which refines | miniaturizes a droplet and stabilizes an arc. However, if the P content exceeds 0.05% by mass, the viscosity of the molten metal in positive gas shielded arc welding is remarkably lowered, the arc becomes unstable, and a large amount of small-sized spatter is generated. Also, the risk of hot cracking in the weld metal increases. Therefore, P is preferably 0.05% by mass or less. In addition, 0.03 mass% or less is more preferable. On the other hand, since it takes a long time to reduce P in the steelmaking stage where the steel material of the steel wire is melted, 0.002% by mass or more is desirable from the viewpoint of improving productivity. Therefore, the range of 0.002 to 0.03 mass% is more preferable.

S:0.02質量%以下
Sは、溶融メタルの粘性を低下させ、溶接用鋼ワイヤの先端に懸垂した溶滴の離脱を促進し、正極性のガスシールドアーク溶接においてアークを安定化する。また、Sは、正極性のガスシールドアーク溶接においてアークを広げ溶融メタルの粘性を低下させてビードを平滑にする働きを有する。S含有量が0.02質量%を超えると、小粒のスパッタが増加するのみならず、REM析出物が粗大化し、鋼素線の製造段階における加工性が劣化して歩留まりが低下する。したがって、Sは0.02質量%以下とするのが好ましい。一方、鋼素線の鋼材を溶製する製鋼段階でSを低減するためには長時間を要するので、生産性向上の観点から 0.002質量%以上が望ましい。そのため、 0.002〜0.02質量%の範囲内がさらに好ましい。
S: 0.02% by mass or less S lowers the viscosity of the molten metal, promotes the detachment of the droplet suspended from the tip of the welding steel wire, and stabilizes the arc in positive polarity gas shielded arc welding. In addition, S has a function of smoothing the bead by spreading the arc in the positive gas shielded arc welding and lowering the viscosity of the molten metal. When the S content exceeds 0.02% by mass, not only the spatter of small grains increases, but also the REM precipitates become coarse, the workability in the manufacturing stage of the steel strand deteriorates and the yield decreases. Therefore, S is preferably 0.02% by mass or less. On the other hand, since it takes a long time to reduce S in the steelmaking stage where the steel material of the steel wire is melted, 0.002% by mass or more is desirable from the viewpoint of improving productivity. Therefore, the range of 0.002 to 0.02% by mass is more preferable.

REM: 0.015〜0.100 質量%
希土類元素(すなわちREM)は、製綱および鋳造時の介在物微細化、靭性改善に有用な元素である。ガスシールドアーク溶接においては、スパッタの発生を抑制する効果を有する。特に、正極性のガスシールドアーク溶接においては、溶滴の微細移行に不可欠な元素である。また、通常の多電極溶接ではアークが干渉して不安定となるが、鋼素線に REMを添加することによってアークを集中させ、アークの指向性を高めることによって、アークの干渉を防止でき、しかも深い溶け込みを得ることができる。
REM: 0.015-0.100 mass%
Rare earth elements (that is, REM) are useful elements for finer inclusions and improved toughness during steelmaking and casting. In gas shielded arc welding, it has the effect of suppressing the occurrence of spatter. In particular, in positive gas shielded arc welding, it is an element indispensable for fine transfer of droplets. In addition, in normal multi-electrode welding, the arc interferes and becomes unstable, but by adding REM to the steel wire, the arc can be concentrated and the arc directivity can be improved to prevent arc interference, Moreover, deep penetration can be obtained.

本発明のプラズマアークハイブリッド溶接法では、溶極式のガスシールドアーク溶接を先行極とし、プラズマ溶接法を後行極とすることによって、溶極式のガスシールドアーク溶接によって鋼板側に形成した溶融プールの形状を後行極のプラズマ溶接法で再加熱することにより、溶融プールと溶接ビード形状を制御することができる。特に、隅肉溶接において、下板(ウエブ)側2〜10mmシフトさせることによって幅広でぬれ角の小さい溶接ビードを得ることができる。REM量が0.015質量%未満では、このアークの安定化によるスパッタ発生量を低減する効果と強いアークの指向性によってアークの干渉を防止する効果が発揮されない。
In the plasma arc hybrid welding method of the present invention, the molten electrode type gas shielded arc welding method is used as the leading electrode, and the plasma welding method is used as the trailing electrode, thereby forming the steel plate side by the molten electrode type gas shielded arc welding method . The shape of the molten pool and the shape of the weld bead can be controlled by reheating the shape of the molten pool by the plasma welding method of the trailing electrode. In particular, in fillet welding, a weld bead having a wide width and a small wetting angle can be obtained by shifting the bottom plate (web) side by 2 to 10 mm. If the REM amount is less than 0.015% by mass, the effect of reducing the amount of spatter generated by the stabilization of the arc and the effect of preventing the interference of the arc due to the strong directivity of the arc are not exhibited.

一方、 0.100質量%を超えて添加すると溶接用鋼ワイヤの製造工程での割れ、溶接金属の靭性低下を招く。よってREM量は 0.015〜0.100 質量%の範囲を満足するのが好ましい。なお、さらに好ましくは 0.025〜0.050 質量%である。   On the other hand, addition exceeding 0.100% by mass causes cracks in the manufacturing process of the welding steel wire and decreases the toughness of the weld metal. Therefore, the REM amount preferably satisfies the range of 0.015 to 0.100 mass%. More preferably, it is 0.025 to 0.050 mass%.

ここでREM とは、周期表の3族に属する元素の総称である。本発明では、原子番号57〜71の元素を使用するのが好ましく、特にCe、laが好適である。Ce,Laを鋼素線に添加する場合は、CeまたはLaを単独で添加しても良いし、CeおよびLaを併用しても良い。なお、CeおよびLaをともに添加する場合は、あらかじめCe:40〜90質量%,La:10〜60質量%の範囲内で混合して得られた混合物を使用するのが好ましい。   Here, REM is a general term for elements belonging to Group 3 of the periodic table. In the present invention, it is preferable to use an element having an atomic number of 57 to 71, and Ce and la are particularly preferable. When Ce and La are added to the steel strand, Ce or La may be added alone, or Ce and La may be used in combination. In addition, when adding both Ce and La, it is preferable to use the mixture obtained by mixing beforehand in the range of Ce: 40-90 mass% and La: 10-60 mass%.

さらに本発明では上記した組成に加えて、鋼素線がTi,Zr,O,Ca,Alを含有することが好ましい。   Furthermore, in the present invention, in addition to the above-described composition, the steel strand preferably contains Ti, Zr, O, Ca, Al.

Ti:0.02〜0.50質量%およびZr:0.02〜0.50質量%のうちの1種または2種
Ti,Zrは、いずれも強脱酸剤として作用するとともに、溶接金属の強度を増加する元素である。さらに溶融メタルの脱酸によって粘性を低下して溶滴の挙動を安定化し、ビード形状を安定化(すなわちハンピングビードを抑制)する作用も有する。このような効果を有する故に350A以上の高電流溶接においては有効な元素であり、必要に応じて添加する。Tiが0.02質量%未満,Zrが0.02質量%未満では、この効果が得られない。一方、Tiが0.50質量%を超える場合,Zrが0.50質量%を超える場合は、溶滴が粗大化して大粒のスパッタが多量に発生する。したがって、Ti,Zrを含有する場合は、Ti:0.02〜0.50質量%,Zr:0.02〜0.50質量%の範囲内を満足するのが好ましい。
One or two of Ti: 0.02-0.50 mass% and Zr: 0.02-0.50 mass%
Ti and Zr are elements that both act as strong deoxidizers and increase the strength of the weld metal. Furthermore, it has the effect | action which lowers | hangs a viscosity by deoxidation of molten metal, stabilizes the behavior of a droplet, and stabilizes a bead shape (that is, suppresses a humping bead). Since it has such an effect, it is an effective element in high current welding of 350 A or more, and is added as necessary. If Ti is less than 0.02 mass% and Zr is less than 0.02 mass%, this effect cannot be obtained. On the other hand, when Ti exceeds 0.50 mass% and Zr exceeds 0.50 mass%, the droplets become coarse and a large amount of large spatter is generated. Therefore, when Ti and Zr are contained, it is preferable to satisfy the ranges of Ti: 0.02 to 0.50 mass% and Zr: 0.02 to 0.50 mass%.

O:0.0080質量%以下
Oは、正極性のガスシールドアーク溶接において溶接用鋼ワイヤの先端に懸垂した溶滴に発生するアーク点を不安定にするとともに、溶滴の挙動を不安定にする作用がある。しかし、O含有量が0.0080質量%を超えると、 350A以上の高電流の正極性ガスシールドアーク溶接におけるアークの安定カという REM添加の効果が損なわれ、溶滴の揺動が増大してスパッタが多量に発生する。また、Oは、鋼素線の鋼材を溶製する段階で REMと激しく反応してスラグを形成する性質を有しており、O含有量が0.0080質量%を超えると、REM の歩留りが著しく低下する。したがって、Oは0.0080質量%以下とするのが好ましい。ただし、O含有量が0.0010質量%未満では、O添加の効果は十分に得られない。したがって、0.0010〜0.0080質量%の範囲内が一層好ましく、0.0010〜0.0050質量%の範囲内がさらに好ましい。
O: 0.0080% by mass or less O is an effect of destabilizing the arc point generated in the droplet suspended from the tip of the welding steel wire in positive gas shielded arc welding and destabilizing the behavior of the droplet. There is. However, if the O content exceeds 0.0080% by mass, the effect of REM addition, which is the stability of arc in high-current positive gas shielded arc welding with a current of 350A or more, is impaired, and the fluctuation of droplets increases and spattering occurs. It occurs in large quantities. In addition, O has a property of reacting violently with REM to form slag at the stage of melting the steel material of the steel wire, and when the O content exceeds 0.0080% by mass, the yield of REM decreases significantly. To do. Therefore, O is preferably 0.0080% by mass or less. However, if the O content is less than 0.0010% by mass, the effect of O addition cannot be obtained sufficiently. Therefore, the range of 0.0010 to 0.0080 mass% is more preferable, and the range of 0.0010 to 0.0050 mass% is more preferable.

Ca:0.0008質量%以下
Caは、製綱および鋳造時に不純物として溶鋼に混入したり、あるいは伸線加工時に不純物として鋼素線に付着する。正極性のガスシールドアーク溶接では、Ca含有量が0.008質量%を超えると、高電流溶接における REM添加のアーク安定化効果が損なわれる。したがって、Caは、0.0008質量%以下とするのが好ましい。
Ca: 0.0008 mass% or less
Ca is mixed into the molten steel as an impurity during steelmaking and casting, or adheres to the steel wire as an impurity during wire drawing. In positive gas shielded arc welding, if the Ca content exceeds 0.008% by mass, the arc stabilization effect of REM addition in high current welding is impaired. Therefore, Ca is preferably 0.0008% by mass or less.

Al: 0.005〜3.00質量%
Alは強脱酸剤として作用し、さらに溶接金属の強度を増加する元素である。さらに溶融メタルの脱酸による粘性を低下してビード形状を安定化(すなわちハンピングビードを抑制)する効果がある。逆極性のガスシールドアーク溶接では、明確な溶滴の安定化効果は認められないが、正極性のガスシールドアーク溶接では、 350A以上の高電流溶接において溶滴移行の安定化効果が顕著に発揮される。一方、低電流溶接においては、短絡移行回数を増加させて溶滴移行の均一化とビード形状の改善を達成できる。また、Oとの親和力によって、溶接用鋼ワイヤの製造段階における REMの酸化ロスを低減する効果も有する。Alが 0.005質量%未満では、このような効果は得られない。一方、Alが3.00質量%を超えると、溶接金属の結晶粒が粗大化し、靭性を著しく低下する。したがって、Alは 0.005〜3.00質量%を満足するのが好ましい。
Al: 0.005 to 3.00 mass%
Al is an element that acts as a strong deoxidizer and further increases the strength of the weld metal. Furthermore, there is an effect that the viscosity due to deoxidation of the molten metal is lowered and the bead shape is stabilized (that is, the humping bead is suppressed). In gas shielded arc welding of reverse polarity, no clear droplet stabilization effect is observed, but in positive polarity gas shielded arc welding, the effect of stabilizing droplet transfer is prominent in high current welding at 350A or higher. Is done. On the other hand, in low current welding, the number of short circuit transitions can be increased to achieve uniform droplet transfer and improved bead shape. It also has the effect of reducing the REM oxidation loss in the manufacturing stage of welding steel wires due to its affinity with O. When Al is less than 0.005% by mass, such an effect cannot be obtained. On the other hand, when Al exceeds 3.00 mass%, the crystal grain of a weld metal will coarsen and toughness will fall remarkably. Therefore, Al preferably satisfies 0.005 to 3.00 mass%.

さらに必要に応じて下記の元素を添加しても、本発明の効果を減じるものではない。   Furthermore, the effects of the present invention are not reduced by adding the following elements as necessary.

Cr:0.02〜3.0 質量%,Ni:0.05〜3.0 質量%,Mo:0.05〜1.5 質量%,Cu:0.05〜3.0 質量%,B:0.0005〜0.015 質量%,Mg: 0.001〜0.20質量%
Cr,Ni,Mo,Cu,B,Mgは、いずれも溶接金属の強度を増加させ、耐候性を向上させる元素である。これらの元素の含有量が微少である場合は、このような効果が得られない。一方、過剰に添加すると、溶接金属の靭性低下を招く。したがって、Cr,Ni,Mo,Cu,B,Mgを含有させる場合は、それぞれCr:0.02〜3.0 質量%,Ni:0.05〜3.0 質量%,Mo:0.05〜1.5 質量%,Cu:0.05〜3.0 質量%,B:0.0005〜0.015 質量%,Mg: 0.001〜0.20質量%の範囲内を満足するのが好ましい。
Cr: 0.02 to 3.0 mass%, Ni: 0.05 to 3.0 mass%, Mo: 0.05 to 1.5 mass%, Cu: 0.05 to 3.0 mass%, B: 0.0005 to 0.015 mass%, Mg: 0.001 to 0.20 mass%
Cr, Ni, Mo, Cu, B, and Mg are all elements that increase the strength of the weld metal and improve the weather resistance. When the content of these elements is very small, such an effect cannot be obtained. On the other hand, when it adds excessively, the toughness fall of a weld metal will be caused. Therefore, when Cr, Ni, Mo, Cu, B, and Mg are contained, Cr: 0.02 to 3.0 mass%, Ni: 0.05 to 3.0 mass%, Mo: 0.05 to 1.5 mass%, Cu: 0.05 to 3.0 mass, respectively. %, B: 0.0005 to 0.015% by mass, Mg: 0.001 to 0.20% by mass are preferably satisfied.

Nb: 0.005〜0.5 質量%,V: 0.005〜0.5 質量%
Nb,Vは、いずれも溶接金属の強度,靭性を向上し、アークの安定性を向上させる元素である。これらの元素の含有量が微少である場合は、このような効果が得られない。一方、過剰に添加すると、溶接金属の靭性の低下を招く。したがって、Nb,Vを含有する場合は、Nb: 0.005〜0.5 質量%,V: 0.005〜0.5 質量%の範囲内を満足するのが好ましい。
Nb: 0.005 to 0.5 mass%, V: 0.005 to 0.5 mass%
Nb and V are elements that improve the strength and toughness of the weld metal and improve the stability of the arc. When the content of these elements is very small, such an effect cannot be obtained. On the other hand, when it adds excessively, the fall of the toughness of a weld metal will be caused. Therefore, when Nb and V are contained, it is preferable to satisfy the ranges of Nb: 0.005 to 0.5% by mass and V: 0.005 to 0.5% by mass.

上記した鋼素線の成分以外の残部は、Feおよび不可避的不純物である。たとえば、代表的な不可避的不純物であり、鋼材を溶製する段階や鋼素線を製造する段階で不可避的に混入する。Nは、0.0200質量%以下に低滅するのが好ましい。   The balance other than the components of the steel strand described above is Fe and inevitable impurities. For example, it is a typical inevitable impurity, and is inevitably mixed in the stage of melting a steel material or the stage of manufacturing a steel wire. N is preferably reduced to 0.0200% by mass or less.

次に、本発明のプラズマアークハイブリッド溶接方法のガスシールドアーク溶接法で使用する溶接用鋼ワイヤの製造方法について説明する。   Next, the manufacturing method of the steel wire for welding used with the gas shielded arc welding method of the plasma arc hybrid welding method of this invention is demonstrated.

転炉または電気炉等を用いて、上記した組成を有する溶鋼を溶製する。この溶鋼の溶製方法は、特定の技術に限定せず、従来から知られている技術を使用する。次いで、得られた溶鋼を、連続鋳造法や造塊法等によって鋼材(たとえばビレット等)を製造する。この鋼材を加熱した後、熱間圧延を施し、さらに乾式の冷間圧延(すなわち伸線)を施して鋼素線を製造する。熱間圧延や冷間圧延の操業条件は、特定の条件に限定せず、所望の寸法形状の鋼素線を製造する条件であれば良い。   Using a converter or an electric furnace, molten steel having the above composition is produced. The melting method of the molten steel is not limited to a specific technique, and a conventionally known technique is used. Next, a steel material (for example, billet) is manufactured from the obtained molten steel by a continuous casting method, an ingot-making method, or the like. After this steel material is heated, hot rolling is performed, and dry cold rolling (that is, wire drawing) is further performed to manufacture a steel strand. The operating conditions for hot rolling and cold rolling are not limited to specific conditions, and may be any conditions as long as they produce a steel wire having a desired size and shape.

さらに鋼素線は、焼鈍−酸洗−銅めっき−伸線加工−潤滑剤塗布の工程を必要に応じて順次施して、所定の製品すなわち溶接用鋼ワイヤとなる。なお本発明では、必ずしも鋼素線に銅めっきを施す必要はなく、鋼素線の表面に潤滑剤を塗布した溶接用鋼ワイヤであっても何ら問題なく使用できる。   Further, the steel wire is sequentially subjected to annealing, pickling, copper plating, wire drawing, and lubricant application as necessary to form a predetermined product, that is, a steel wire for welding. In the present invention, it is not always necessary to apply copper plating to the steel wire, and even a steel wire for welding in which a lubricant is applied to the surface of the steel wire can be used without any problem.

鋼素線の表面に潤滑剤を安定して付着させ、給電の安定性を向上するために、鋼素線の平坦度(=実表面積/理論表面積)を1.0005以上1.0100未満とするのが好ましい。鋼素線の平坦度は、伸線加工で使用するダイスの管理を厳格に行なうことによって、1.0005以上1.0100未満の範囲に維持することは可能である。   In order to stably adhere the lubricant to the surface of the steel wire and improve the stability of power feeding, it is preferable that the flatness (= actual surface area / theoretical surface area) of the steel wire is 1.005 or more and less than 1.0100. The flatness of the steel wire can be maintained in the range of 1.0005 or more and less than 1.0100 by strictly controlling the dies used for wire drawing.

鋼素線の表面に銅めっきを施す場合は、厚さ 0.6μm以上の銅めっきを施すことによって、溶接用鋼ワイヤの給電不良に起因するアークの不安定化を防止できる。なお、銅めっきの厚さを 0.8μm以上とすると、給電不良防止の効果が顕著に発揮されるので一層好ましい。このようにして銅めっきを厚目付とすることによって、給電チップの損耗も低減できるという効果も得られる。   When copper plating is applied to the surface of the steel wire, the instability of the arc due to poor power feeding of the welding steel wire can be prevented by performing copper plating with a thickness of 0.6 μm or more. In addition, it is more preferable that the thickness of the copper plating is 0.8 μm or more because the effect of preventing power feeding failure is remarkably exhibited. By making the copper plating thicker in this way, there is also an effect that the wear of the power supply tip can be reduced.

このようして製造した溶接用鋼ワイヤを用いて正極性で溶極式のガスシールドアーク溶接を行なう際の好適な溶接条件について、以下に説明する。   A suitable welding condition when performing positive polarity and melted electrode type gas shielded arc welding using the steel wire for welding thus manufactured will be described below.

シールドガスは、CO2 を60体積%以上含有するガスを用いても良い。シールドガスの残部(すなわち40体積%以下)は、Ar,He,H2 およびO2 のうちの1種以上のガスを混合するのが好ましい。なお、CO2 ガスを単独(すなわちCO2 の混合比率: 100体積%)でシールドガスとして使用しても、支障なくプラズマアークハイブリッド溶接を行なうことができる。 As the shielding gas, a gas containing 60% by volume or more of CO 2 may be used. The balance of the shielding gas (that is, 40% by volume or less) is preferably mixed with one or more gases of Ar, He, H 2 and O 2 . Even if CO 2 gas is used alone (that is, CO 2 mixing ratio: 100% by volume) as a shielding gas, plasma arc hybrid welding can be performed without any trouble.

また、溶極式のガスシールドアーク溶接の溶接電流は 200〜350 A,溶接電圧は25〜38V(電流とともに上昇),突き出し長さは15〜30mm,ワイヤ径は 0.8〜1.6mm が好ましい。   Further, it is preferable that the welding current of the melted electrode type gas shielded arc welding is 200 to 350 A, the welding voltage is 25 to 38 V (increases with the current), the protruding length is 15 to 30 mm, and the wire diameter is 0.8 to 1.6 mm.

一方、プラズマ溶接のプラズマガスは、 100体積%Arガス,HeあるいはH2 が4体積%以下のAr−H2 混合ガスを用いる。正極性のプラズマ溶接の溶接電流は 100〜300 A,電圧12〜20V,プラズマガスはArとし、その流量は 0.6〜2.0 liter/min が好ましい。 On the other hand, the plasma gas in the plasma welding, using 100 vol% Ar gas, He or H 2 is 4 vol% or less of Ar-H 2 mixed gas. The welding current of positive plasma welding is preferably 100 to 300 A, the voltage is 12 to 20 V, the plasma gas is Ar, and the flow rate is preferably 0.6 to 2.0 liter / min.

溶接する母材(すなわち鋼材)の鋼種は、特に限定されないが、Si−Mn系のJIS G3106に規定された溶接構造用圧延鋼材(SM材)、やJIS G3136に規定された建築構造用鋼材(SN材)に適用するのが好ましい。   The type of steel of the base material to be welded (that is, steel) is not particularly limited, but rolled steel for welded structure (SM material) specified in JIS G3106 of Si-Mn series, and steel for building structure specified in JIS G3136 ( It is preferable to apply to SN materials.

製鋼にて成分調整し、連続鋳造によって製造されたビレットを熱間圧延して、直径 5.5〜7.0mm の線材とした。次いで冷間圧延(すなわち伸線)によって直径 2.0〜2.8mm の鋼素線とし、必要に応じてこの鋼素線を窒素雰囲気中で焼鈍,酸洗,Cuめっきを施し、さらに冷間伸線を施して、直径1.4mm の溶接用鋼ワイヤを製造した。その成分(Cuめっきを含む)を表1に示す。   The billet manufactured by continuous casting was hot-rolled into a wire having a diameter of 5.5 to 7.0 mm. Next, the steel strand having a diameter of 2.0 to 2.8 mm is formed by cold rolling (that is, wire drawing). If necessary, the steel strand is annealed, pickled, and plated with Cu in a nitrogen atmosphere. As a result, a steel wire for welding with a diameter of 1.4 mm was produced. The components (including Cu plating) are shown in Table 1.

Figure 0004606751
Figure 0004606751

溶極式のガスシールドアーク溶接を先行極とし、プラズマ溶接法を後行極とした場合の重ね隅肉溶接の条件を表2に示す。なお図1は、継手形状と電極配置を模式的に示す図であり、(a) は側面図,(b) は正面図である。   Table 2 shows the conditions of the lap fillet welding in the case where the melting electrode type gas shielded arc welding is the leading electrode and the plasma welding method is the trailing electrode. FIG. 1 is a diagram schematically showing the joint shape and electrode arrangement, where (a) is a side view and (b) is a front view.

Figure 0004606751
Figure 0004606751

表1の鋼素線番号3の溶接用鋼ワイヤを使用して、Cu製捕集容器内でプラズマアークハイブリッド溶接を実施した。表2の条件1で極性と電極間距離を変化させてスパッタ発生量,ビード形状,プラズマ溶接タングステン電極の劣化を調査した。   Plasma arc hybrid welding was carried out in a Cu collection vessel using a steel wire for welding with steel wire number 3 in Table 1. Under condition 1 in Table 2, the polarity and the distance between the electrodes were changed to investigate the spatter generation amount, the bead shape, and the deterioration of the plasma welded tungsten electrode.

スパッタの発生量が、溶接時間1分あたり 0.3g/min 以下のものを良(○), 0.3g/min 超え〜 1.5g/min 以下のものを可(△), 1.5g/min 超えのものを不可(×)として評価した。   Spatter generation rate is good (○) when the welding time is 0.3 g / min or less per minute, good (0.3) or more than 0.3 g / min or less (△), and over 1.5 g / min Was evaluated as impossible (×).

図2は、重ね隅肉溶接継手のビード近傍を拡大した断面図である。図2に示すように、ビード止端部の接触角θ(°)を測定した。接触角θが20°以下のものを良(○),20°超え〜45°以下のものを可(△),45°超えのものを不可(×)として評価した。また、プラズマ溶接に用いた先端角60°のタングステン電極先端の溶融部長さを測定し、溶融部長さが2mm以下のものを良(○),2mm超えのものを不可(×)として評価した。これらの結果は表3に示す通りである。   FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of the vicinity of the bead of the lap fillet weld joint. As shown in FIG. 2, the contact angle θ (°) of the bead toe was measured. A contact angle θ of 20 ° or less was evaluated as good (◯), a value exceeding 20 ° to 45 ° or less was acceptable (Δ), and a value exceeding 45 ° was evaluated as unacceptable (×). Further, the melted part length of the tip of the tungsten electrode having a tip angle of 60 ° used for plasma welding was measured, and the melted part length of 2 mm or less was evaluated as good (◯), and the melted part length exceeding 2 mm was evaluated as impossible (x). These results are shown in Table 3.

Figure 0004606751
Figure 0004606751

溶極式の正極性ガスシールドアーク溶接を先行極とし、正極性プラズマ溶接法を後行極とし、電極間距離を25〜27mmに調整した本発明のプラズマアークハイブリッド溶接法を用いて、表1に示す組成の溶接用鋼ワイヤを使用して、Cu製捕集容器内でプラズマアークハイブリッド溶接を実施し、溶接用鋼ワイヤの組成の影響を調査した。その結果は表4に示す通りである。   Using the plasma arc hybrid welding method of the present invention in which the positive electrode gas shielded arc welding of the melting electrode type is the leading electrode, the positive electrode plasma welding method is the trailing electrode, and the distance between the electrodes is adjusted to 25 to 27 mm, Table 1 Plasma arc hybrid welding was performed in a Cu collection vessel using the welding steel wire having the composition shown in Fig. 1 to investigate the influence of the composition of the welding steel wire. The results are as shown in Table 4.

Figure 0004606751
Figure 0004606751

表3,4から明らかなように、発明例は、スパッタの発生量が少なく、ビード形状が優れ、溶接欠陥が少なく、タングステン電極の劣化も少なかった。比較例の試験番号1,2は、溶極式のガスシールドアーク溶接法の電極をマイナス極とする逆極性としたためにスパッタの低減が図れなかった。比較例の試験番号1,3は、溶極式のガスシールドアーク溶接法と非溶極式のプラズマ溶接法の極性を同一としなかったために、ビード形状の改善が図れなかった。比較例の試験番号2,3は、非溶極式のプラズマ溶接法の極性を逆極性としたためにタングステン電極が溶損した。比較例の試験番号9は、電極間距離を50mm以上としたためにビード形状の改善が図れなかった。
Table 3, 4 or al apparent, the examples of the invention, the amount of sputtering is small, excellent bead shapes, weld defects is small, deterioration of tungsten electrodes was small. In Test Nos. 1 and 2 of the comparative example, spattering could not be reduced because the electrode of the molten electrode type gas shielded arc welding method had a reverse polarity with the negative electrode. In the test numbers 1 and 3 of the comparative examples, the bead shape could not be improved because the polarities of the melting electrode type gas shielded arc welding method and the non-melting electrode type plasma welding method were not the same. In the test numbers 2 and 3 of the comparative examples, the tungsten electrode was melted because the polarity of the non-melting electrode type plasma welding method was reversed. In Test No. 9 of the comparative example, the bead shape could not be improved because the distance between the electrodes was 50 mm or more.

継手形状と電極配置を模式的に示す図であり、(a) は側面図,(b) は正面図である。It is a figure which shows a joint shape and electrode arrangement typically, (a) is a side view, (b) is a front view. 図1の重ね隅肉溶接継手のビード近傍を拡大した断面図である。It is sectional drawing to which the bead vicinity of the lap fillet welded joint of FIG. 1 was expanded. 継手形状と電極配置を模式的に示す図であり、(b) は正面図,(a) はA−A矢視の断面図である。It is a figure which shows a joint shape and electrode arrangement | positioning typically, (b) is a front view, (a) is sectional drawing of an AA arrow.

符号の説明Explanation of symbols

1 プラズマトーチ
2 溶接用鋼ワイヤ
3 ビード
4 上板
5 下板
1 Plasma Torch 2 Steel Wire for Welding 3 Bead 4 Upper Plate 5 Lower Plate

Claims (6)

非溶極式のプラズマ溶接法と溶極式のガスシールドアーク溶接法とを組み合わせて用いるプラズマアークハイブリッド溶接法において、前記プラズマ溶接法および前記ガスシールドアーク溶接法ともに正極性とし、かつ前記プラズマ溶接法の電極と前記ガスシールドアーク溶接法の電極との距離を50mm以下とするとともに、前記ガスシールドアーク溶接の電極を先行極とし、前記ガスシールドアーク溶接法で溶極として用いる溶接用鋼ワイヤは希土類元素を0.015〜0.100質量%含有する鋼素線からなるものを使用するとともに、前記プラズマ溶接の電極を後行極とし、該後行極のみを上板の端部から下板側に2〜10mmシフトさせて、隅肉溶接を行なうことを特徴とするプラズマアークハイブリッド溶接方法。 In a plasma arc hybrid welding method using a combination of a non-melting electrode type plasma welding method and a melting electrode type gas shielded arc welding method, both the plasma welding method and the gas shielded arc welding method are positive, and the plasma welding is performed. The distance between the electrode of the method and the electrode of the gas shielded arc welding method is 50 mm or less, the electrode of the gas shielded arc welding is a leading electrode, and the welding steel wire used as the molten electrode in the gas shielded arc welding method is A steel wire containing 0.015 to 0.100% by mass of a rare earth element is used, and the plasma welding electrode is used as a trailing electrode, and only the trailing electrode is disposed from the end of the upper plate to the lower plate side. A plasma arc hybrid welding method characterized in that fillet welding is performed with a shift of 10 mm. 前記鋼素線が、前記希土類元素に加えて、Ti:0.02〜0.50質量%およびZr:0.02〜0.50質量%のうちの1種または2種を含有し、かつO:0.0080質量%以下、Ca:0.0008質量%以下を含有する組成を有することを特徴とする請求項に記載のプラズマアークハイブリッド溶接方法。 The steel strand contains one or two of Ti: 0.02-0.50 mass% and Zr: 0.02-0.50 mass% in addition to the rare earth element, and O: 0.0080 mass% or less, Ca: The plasma arc hybrid welding method according to claim 1 , wherein the plasma arc hybrid welding method has a composition containing 0.0008 mass% or less. 前記鋼素線が、前記組成に加えて、Al: 0.005〜3.00質量%を含有することを特徴とする請求項に記載のプラズマアークハイブリッド溶接方法。 The plasma arc hybrid welding method according to claim 2 , wherein the steel wire contains Al: 0.005 to 3.00 mass% in addition to the composition. 前記溶極式のガスシールドアーク溶接法で用いるシールドガスが、CO2 を60体積%以上含有するガスであることを特徴とする請求項1、2またはに記載のプラズマアークハイブリッド溶接方法。 Shielding gas used in gas-shielded arc welding method of the consumable electrode type A plasma arc hybrid welding method according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the CO 2 is a gas containing more than 60 vol% . 前記シールドガスが、 100体積%CO2 であることを特徴とする請求項に記載のプラズマアークハイブリッド溶接方法。 The plasma arc hybrid welding method according to claim 4 , wherein the shielding gas is 100 volume% CO 2 . 前記シールドガスが、CO2 を60体積%以上含有し、かつAr、He、H2 およびO2 のうちの1種以上を合計40体積%以下含有する混合ガスであることを特徴とする請求項に記載のプラズマアークハイブリッド溶接。 The shielding gas is a mixed gas containing 60% by volume or more of CO 2 and containing one or more of Ar, He, H 2 and O 2 in total of 40% by volume or less. 4. Plasma arc hybrid welding according to 4.
JP2004043934A 2004-02-20 2004-02-20 Plasma arc hybrid welding method Expired - Fee Related JP4606751B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004043934A JP4606751B2 (en) 2004-02-20 2004-02-20 Plasma arc hybrid welding method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004043934A JP4606751B2 (en) 2004-02-20 2004-02-20 Plasma arc hybrid welding method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2005230867A JP2005230867A (en) 2005-09-02
JP4606751B2 true JP4606751B2 (en) 2011-01-05

Family

ID=35014344

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2004043934A Expired - Fee Related JP4606751B2 (en) 2004-02-20 2004-02-20 Plasma arc hybrid welding method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4606751B2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103506762A (en) * 2013-10-10 2014-01-15 上海航天精密机械研究所 Electric arc striking control system and method used for Plasma-MIG composite welding gun

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4930048B2 (en) * 2006-12-27 2012-05-09 Jfeスチール株式会社 Plasma arc hybrid welding method to improve joint fatigue strength of lap fillet welded joint

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103506762A (en) * 2013-10-10 2014-01-15 上海航天精密机械研究所 Electric arc striking control system and method used for Plasma-MIG composite welding gun
CN103506762B (en) * 2013-10-10 2015-09-30 上海航天精密机械研究所 For electric arc striking control system and the control method of Plasma-MIG compound welding gun

Also Published As

Publication number Publication date
JP2005230867A (en) 2005-09-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100553380B1 (en) Steel wire for carbon dioxide shielded arc welding and welding process using the same
JP5472244B2 (en) Narrow groove butt welding method for thick steel plates
JP4930048B2 (en) Plasma arc hybrid welding method to improve joint fatigue strength of lap fillet welded joint
JP2007118068A (en) Narrow groove butt welding method for thick steel plate
JP2002239725A (en) Gas-shielded arc welding for steel sheet
JP4830308B2 (en) Multi-layer carbon dioxide shielded arc welding method for thick steel plates
JP6969705B1 (en) Steel wire for gas shielded arc welding, gas shielded arc welding method, and manufacturing method of gas shielded arc welded joint
JP3941528B2 (en) Carbon dioxide shielded arc welding wire
JP4725700B2 (en) Steel wire for carbon dioxide shielded arc welding and welding method using the same
JP3951593B2 (en) MAG welding steel wire and MAG welding method using the same
JP3945396B2 (en) Steel wire for carbon dioxide shielded arc welding and welding method using the same
JP4738824B2 (en) Multi-electrode gas shielded arc welding method
JP4606751B2 (en) Plasma arc hybrid welding method
JP2007118069A (en) Gas-shielded arc welding method
JP2005219062A (en) Yag-laser and arc hybrid welding method
JP4529482B2 (en) Fillet welding method
JP3861979B2 (en) Steel wire for carbon dioxide shielded arc welding
JP3906827B2 (en) Steel wire for carbon dioxide shielded arc welding and welding method using the same
JP4639599B2 (en) Carbon dioxide shielded arc welding method
JP5051966B2 (en) Sideways carbon dioxide shielded arc welding method
JP3941756B2 (en) Carbon steel wire for carbon dioxide shielded arc welding
JP4639598B2 (en) Electrogas arc welding method
JP3941755B2 (en) Steel wire for carbon dioxide shielded arc welding and welding method using the same
KR100501984B1 (en) Steel wire for mag welding in dc-electrode and mag welding method using the same
JP2004249353A (en) Steel wire for carbon dioxide gas shielded arc welding, and welding method using the same

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20061026

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20080902

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20080909

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20081110

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20081202

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20090126

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20090224

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20090413

A911 Transfer of reconsideration by examiner before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20090424

A912 Removal of reconsideration by examiner before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A912

Effective date: 20090619

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20100909

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20101006

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 4606751

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131015

Year of fee payment: 3

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees