JP5405711B2 - 鉄合金のガス−金属アーク溶接法 - Google Patents

鉄合金のガス−金属アーク溶接法 Download PDF

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Description

本発明は、炭素鋼、低合金鋼及びフェライトステンレス鋼の通常のガス−金属アーク溶接に関する。さらに具体的には、本発明は、遮蔽ガスが非酸化性の希ガスまたは希ガスの混合物であって、炭素鋼、低合金鋼及びフェライトステンレス鋼のガス−金属アーク溶接に関する。
ガス−金属アーク溶接(GMAW)は、溶加材金属と工作物との間の電気アークが溶加材金属と工作物とを加熱し且つそれらを互いに溶接する溶接方法である。溶加材金属は一般的に消耗電極（または、溶極）であり、電極が消耗できる速さで工程に送り込まれる。電気アークは、消耗電極の先端と工作物の金属との間で形成される。ＧＭＡＷ溶接方法は、その他の多くの方法と同様に、二つの板状金属部材を互いに接合するために使用することができる。ＧＭＡＷ用の溶接ガンと装置の例は、図１に模式的に示される。消耗溶接電極または溶極１４は、溶接ガン１０を通って溶接工程に送り込まれる。電極１４は、電極及び金属板１１と１３とからなる工作物の間に作り出される電気アーク１８によって溶融される。この溶接工程は、Ａｒ、ＣＯ２及びそれらの混合物のような外部から供給されるガスの遮蔽雰囲気中で一般的に実施され、それらは溶接ガン１０内のガスノズル１２を通って溶接工程に流入して、且つガス遮蔽１６を形成することによりアークと、電極の先端と、溶融金属溜り１５を遮蔽する。ＧＭＡＷ工程の利点は、ガス遮蔽と安定した電気アークによって、早くて非常に少量のスパッタと合金元素の損失にすることができる高品位溶接である。
中実の金属−コア線電極は、電極が単一または複数の高速溶接のパス工程で高強度溶接部を作るために、ガス−金属アーク溶接に通常使用される。このような溶接線は、所望の最終適用の要求に適合した良好な引張強度と、延性と、衝撃強さとを備え、且つ中空でなくて穴の無い溶接ビードを形成するために考え出された。小さなスラグの島またはスラグの細線が従来のガス−金属アーク溶接法の溶接止め端にたびたび残留するが、中実の金属で芯を形成した線は、スラグの形成を最小にするために考え出された。このスラグの島またはスラグの細線は塗装工程または被覆工程の前に取り除く必要があり、或いはそれらを被覆後に最終的に剥ぎ取るので、大気に金属が露出して腐食を促進し、且つ適用部材に悪影響を及ぼす。
中実の線は、いくつかの最も一般的な形式の溶接線であると考えられる。中実の線で可能になる連続溶接刃、消耗被覆電極を備えた遮蔽金属アーク溶接と比較して、高生産性をもたらす。中実の線は、明確な化学的性質の熱間圧延棒を所望の直径まで引抜することによって作られる。中実の線はその後洗浄され銅で被覆される。溶接工程の際に、Ｍｎ及びＳｉが、中実の線の酸化物中に存在して且つその後分離してスラグの島を形成する。中実の線の生産性利点は、溶接表面に形成されるスラグの付着または島を除去するために必要な時間によって幾分偏りがある。
金属−コア線電極は、構造物を組み立てる場合に生産性が改良されるため、中実の線の代わりに次第に使用されてきている。金属−コア溶接線は、金属シースと、種々の粉末材料の組成を有するコアと、を含む複合中空溶加材金電極である。金属−コア線のコア組成は、通常溶加材として鉄粉末を含む。このコア組成は、線の全重量の約１〜４５％含まれる。この鉄粉末含有量は一般的にはかなりの量であり、通常この線全重量の約０〜４４％を含む。金属−コア線の製造する際には、コア組成が混合されて鋼板に溶着され、鋼板は成形ミルによってコア組成物の周りにチューブまたはシースを形成する。金属−コア線は、溶着速度が増加し且つ中実線より広くて強靭な溶け込み形状が作られる。さらに、金属−コア線は、より少ないスパッタであり、改良されたアーク安定性を与え、中実の線と比較して改良された濡れ性特性と間隙架橋可能性と備える。しかしながら、金属−コア線が備えるこれらの生産性利点は、溶接表面に形成されるスラグの付着または島を除去するために必要な時間によって幾分偏りがある。
中実の線を備えるガス−金属アーク溶接工程を、鉄合金を溶接するために使用する場合、遮蔽ガスがＡｒと所定のパーセントのＣＯ２及び／またはＯ２の混合物から成ることが溶接工業会においては習慣的に知られている。鉄合金のガス−金属アーク溶接のために、不活性希ガスＡｒ(時にはＨｅ)にＣＯ２及び／またはＯ２のような活性ガスの添加は、それらが原因する過剰な溶接ヒューム（煙上の微粉末）及び溶接部の機械的性質に及ぼす有害な影響にもかかわらず、異常なアークを安定化するために必要であり、且つ優れた溶け込み性と溶接ビード濡れ性を達成できると考えられている。このような機械的性質に及ぼす害は、溶接金属内に酸化物の介在物を形成する活性ガスＣＯ２及び／またはＯ２に起因する。溶接部に目視しうるマークまたは傷跡を残す珪素の島は、塗装または被覆工程以前に溶接表面から一般的に除去する必要がある。
遮蔽混合物中の活性ガスの有害な酸化の影響を、アークを不安定にすることなく減少できるならば、溶接された鉄合金の機械的性質ならびに溶接条件の改良が望まれている。
本発明の説明を通して、用語「純Ａｒ」または「純希ガス」または「純不活性ガス」または「１００％Ａｒ」は、商業的に入手できる程度の純度を意味すると理解し、例えば９９．９％、９９．９９％、９９．９７％と同じ百分率であり１００％未満である。このことは、遮蔽ガスの組成が本発明で考慮する希ガスになることを示すのに役立つ。１００％未満の純Ａｒまたは「純希ガス」の場合、遮蔽ガス混合物が２％未満のＮ２またはＮＯ５を含むことが可能できる。また、酸化ガスの残留量（１％以下）が希ガス遮蔽混合物中に残留できることが本発明では考えられる。
本発明は、炭素鋼、低合金鋼及びフェライトステンレス鋼を、純希ガス遮蔽雰囲気（例えば、ＡｒまたはＨｅまたは希ガスの混合物）中で金属−コア消耗電極を使用することにより、ガス−金属アーク溶接方法で溶接することを可能にする。金属コア線で鉄合金を溶接する際に、Ａｒ／ＣＯ２またはＡｒ／Ｏ２の混合物を純Ａｒ遮蔽ガスで置換することは、溶接ビード面上に通常形成されるスラグ量を非常に減少させる。金属−コア線電極は、ガス−金属アーク溶接法のアーク不安定性を克服し、且つ溶接する鉄合金の良好なビード濡れ性品位を維持するために使用される。金属で芯だしした線はＡＷＳＡ５．１８、ＡＷＳＡ５．２８及びＡＷＳＡ５．９に規定される工業標準にしたがい選択することができる。
炭素鋼、低合金鋼及びフェライトステンレス鋼のような鉄合金のガス−金属アーク溶接は、消耗金属−コア電極をガス金属アーク溶接機に送り出すことを含む。金属−コア電極は、シースとコア組成を特徴とするコアからなる従来の構造である。消耗電極の周りに希ガス遮蔽雰囲気を形成するために、遮蔽希ガスを使用する。アークが鉄合金工作物と消耗金属−コア電極の間で添加したとき、金属−コア電極が工作物状に溶接部を形成するために溶融される。炭素鋼電極を備えた記載した方法は、鉄基金属工作物を溶融し、０．０６ｗｔ％超えない溶融金属中の酸素百分率が達成し、並びに０．２５グラム／分またはそれ以下にヒューム発生速度を減速するための溶接機を可能にする。記載した方法は、約０、２Ｖ〜約０．３Ｖの範囲以内の標準偏差により特徴付けされる非常に安定したアークを提供する。形成された溶接部は、華氏０度で５０フートポンド及び華氏−２０度で５４１フートポンドの溶接部金属の靭性を特徴とする。
フェライトステンレス鋼を溶接するための本発明により提供する主な利点の一つは、溶け込みの減少である。自動車部品の配管としての材料、例えば、排気マニホルド、触媒コンバータ、マフラーは、薄い壁を備える。溶け込みの減少は、薄い壁を貫通する燃焼及び部品を損傷することなく、このような材料を溶接することを可能にする。
純希ガス遮蔽雰囲気中で、鉄合金のガス−金属アーク溶接に使用する金属コア線は、低炭素金属−コア線、ステンレス鋼金属−コア線、低合金金属−コア線及びその他のコア線を含んでなる。
低炭素金属−コア線は、一般的にコア線の全重量に対しておおよその範囲で次の線組成を含む。
表１．低炭素金属−コア線の組成(wt%)
線 実施例１ 実施例２
C 0.005-0.150% 0.005-0.040%
Mn 0.5-2.5% 1.4-1.8%
Si 0.2-1.2% 0.8-1.2%
Ti 0.001-0.100% --
B 0.0001-0.0200% --
O2 (ppm) 100-500 200-400
Fe 残部 残部
ここでコア組成は、コア線の全重量に対するおおよその範囲である。
表２．全電極を百分率で示した低炭素金属−コア線のコア組成(wt%)
コア 実施例１ 実施例２
Mn 0.1-2.5% 1.40-1.80%
Si 0.2-2.0% 0.8-1.2%
Ti 0.001-0.100% --
B 0.0001-0.0200% --
Fe 0.2-10.0% 1.5-2.5%
溶加材(fill)％ 0.001-12% 2.5-6.0%
そして、 鋼シースは、コア線の全重量に対しておおよそ次の範囲を有する。
表３．低炭素金属−コア線のシース組成(wt%)
シース 実施例１ 実施例２
C 0.005-0.150% 0.005-0.040%
Mn 0.1-1.1% 0.2-0.4%
Ti 0.001-0.100% --
B 0.0001-0.0200% --
Fe 残部 残部
フェライトステンレス鋼の金属−コア線は、一般的にコア線の全重量に対しておおよその範囲で次の線組成を有する。
表４．フェライトステンレス鋼の金属−コア線の組成(wt%)
線 実施例１ 実施例２ 実施例３
C 0.01-0.30% 0.01-0.04% 0.01-0.04%
Mn 0.2-1.0% 0.3-1.0% 0.3-1.0%
Si 0.1-1.0% 0.1-0.8% 0.1-0.8%
Cr 10.5-20.0% 10.5-13.5% 15-20%
Ni 0.01-1.0% 0.01-0.4% 0.01-0.4%
Ti 0.001-1.5% 0.40-1.50% 0.4- 1.5%
Nb 0.01-1.0% 0.01-0.20% 0.01-0.20%
O2 (ppm) 100-1000 300-800 300-800
Fe 残部 残部 残部
その中でコア組成は、線の全重量に対しておおよそ次の範囲で含む。
表５．電極全体を重量百分率としたステンレス鋼−コア線のコア組成(wt%)
コア 実施例１ 実施例２ 実施例３
Mn 1.0-2.0% 0.3-0.8% 0.2-0.8%
Si 0.3-2.5% 0.1-0.3% 0.1-0.3%
Cr 10.5-20.0% 10.5-13.5% 15.0-20.0%
Ni 0.01-1.0% 0.01-0.4% 0.01-0.4%
Ti 0.01-1.5% 0.40-1.5% 0.4- 1.5%
Nb 0.01-1.0% 0.01-0.2% 0.01-0.4%
Fe 0.01-2.0% 0.3-1.5% 0.3-1.5%
溶加材(fill)％ 0.001-30% 11.0-18% 16-23%
そして、 鋼シースはコア線の全重量に対しておおよそ次の範囲で含む。
表６．フェライトステンレス鋼の金属−コア線のシース組成(wt%)
シース 実施例１ 実施例２ 実施例３
C 0.005-0.150% 0.005-0.040% 0.005-0.040%
Mn 0.1-1.1% 0.2-0.4% 0.2-0.4%
Ti 0.001-0.100% -- --
B 0.0001-0.0200% -- --
Fe 残部 残部 残部
低合金の金属コア線は、一般的にコア線の全重量に対しておおよその範囲で次の線組成を有する。
表７．低合金の金属−コア線の組成(wt%)
線 実施例１ 実施例２
C 0.005-0.15% 0.07-0.10%
Mn 0.5-2.5% 1.00-1.30
Si 0.2-1.0% 0.40-0.80%
Cr 0.01-9.0% --
Ni 0.01-9.0% 3.00-3.30%
Ti 0.001-0.100% --
Mo 0.01-5.0% --
B 0.0001-0.0200% --
O2 (ppm) 100-500 200-400
Fe 残部 残部
その中でコア組成は、一般的にコア線の全重量に対しておおよその範囲で次の線組成を有する。
表８．電極全体の重量百分率に対する低合金−金属コア線のコア組成(wt%)
コア 実施例１ 実施例２
C 0.005-0.030% 0.015-0.045%
Mn 0.5-2.5% 0.50-0.80
Si 0.2-1.2% 0.50-0.70%
Cr 0.01-9.0% --
Ni 0.01-9.0% 3.00-3.30%
Ti 0.001-0.100% --
Mo 0.01-5.0% --
B 0.001-0.020% --
Fe 0.1-10.0% 1.0-2.0%
溶加材(fill)％ 0.001-30% 2.6-6.0%
そして、この鋼シースは、コア線の全重量に対しておおよその範囲で次の線組成を有する。
表９．低合金金属−コア線のシース組成 (wt%)
コア 実施例１ 実施例２
C 0.005-0.15% 0.03-0.05%
Mn 0.2-1.5% 0.2-0.6%
Fe 残部 残部
その他の金属−コア線の組成が、コア線の全重量に対しておおよその範囲で表１０に示され、１００％の不活性ガス遮蔽雰囲気中で鉄合金のガス−金属アーク溶接で使用することができる。
表１０．金属コア線の組成（ｗｔ％表示）
元素 一般用 軟鋼 低合金
C 0.0-0.13 0.0-0.12 0.0-0.13
Mn 0.0-3.5 0.0-3.5 0.0-3.5
Si 0.0-2.0 0.0-2.0 0.0-2.0
Cr 0.0-10.5 0.0-0.5 0.0-10.5
Ni 0.0-3.75 0.0-0.5 0.0-3.75
Ti 0.0-0.1 0.0-0.1 0.0-0.1
Mo 0.0-1.2 0.0-0.5 0.0-1.2
B 0.0-0.1 0.0-0.1 0.0-0.1
V 0.0-0.25 0.0-0.5 0.0-0.25
Sb/Bi/Ge 0.04-0.3 0.04-0.3 0.04-0.3
Fe 85.6-99.25 96.25-99.25 85.6-99.0
これらの表において、元素の百分率は百分率の１００分の１まで記載しているが、しかしながら、当業者はこれらの百分率が工業的標準を考慮し且つ発明の技術限界でないことを認め得る。Ｓｂ、Ｂｉ及びＧｅを組合せてまたは代わりに用いることができる。Ｓｂは好ましい添加である。最も典型的な実施例においては、この線は最小０．５％のＭｎ及び最初０．２％のＳｉを含んでも良い。典型的には、この線（溶接ビード）は最小０．００３％の炭素を含んでも良い。軟鋼及び低合金網の工業的標準は、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｖ、Ｔｉ、Ｂ、Ｓｂ、Ｂｉ及びＧｅの組み合わせ量を０．５％未満に制限する。さらに高含有量を用いることができるが、工業的標準が満足されない。
本発明にしたがう溶接部の解析は、合金添加物がスラグの島とは対照的にむしろ溶接部に存在することが示され、金属コア線の場合においては金属添加物がシースまたはコアから作ることができるというこの結論に結びつく。利便性の問題としては、添加物はこのコアに概ね形成されている。金属コア線についてこの線の全重量にたいするコアとシースの組成は、表１１と表１２に与えられる。
表１１. 金属コア線についてのコア組成：ｗｔ％範囲
元素 一般鋼 軟鋼 低合金
Ｃ 0.0-0.13 0.0-0.12 0.0-0.13
Ｍｎ 0.0-3.5 0.0-3.5 0.0-3.5
Ｓｉ 0.0-2.0 0.0-2.0 0.0-2.0
Ｃｒ 0.0-10.5 0.0-0.5 0.0-10.5
Ｎｉ 0.0-3.75 0.0-0.5 0.0-3.75
Ｔｉ 0.0-0.1 0.0-0.1 0.0-0.1
Ｍｏ 0.0-1.2 0.0-0.5 0.0-1.2
Ｂ 0.0-0.1 0.0-0.1 0.0-0.1
Ｖ 0.0-0.25 0.0-0.5 0.0-0.25
Sb/Bi/Ge 0.04-0.3 0.04-0.3 0.04-0.3
Ｆｅ 0.0-44.0 0.0-44.0 0.0-44.0
表１２. シース組成：ｗｔ％範囲
元素 一般鋼 軟鋼 低合金
Ｃ 0.0-0.13 0.0-0.12 0.0-0.13
Ｍｎ 0.0-3.5 0.0-3.5 0.0-3.5
Ｓｉ 0.0-2.0 0.0-2.0 0.0-2.0
Sb/Bi/Ge 0.04-0.3 0.04-0.3 0.04-0.3
Ｆｅ 55.25-99.25 55.25-99.25 55.0-99.0
アンチモンは、金属元素として、または化合物として、またはＳｂ２Ｓ３、ＳｂＦ３、Ｓｂ２（ＳＯ４）３またはＳｂ２Ｏ３のように合金として添加できる。ビスマスは、金属として、（ＢｉＯ）２ＣＯ３、Ｍｎ２Ｂｉ３またはＢｉ４Ｇｅ３Ｏ１２として添加できる。ゲルマニウムは、金属として、またはビスマスと共に前述の化合物として添加できる。アンチモンの酸化物は、金属粉末として添加できる。スラグの量を減量するために、コア組成中の酸化物を最小にすることは一般的な方法である。スラグ改質添加物は、コア粗生物中に約０．３〜２．０ｗｔ％（この線の０．０４〜０．３ｗｔ％）の量を含ませることができる。一般的にこれらの材料は、線の全重量をもとに約０．０４〜０．３％、好ましくは０．１４〜０．２１％の量を添加できる。
次の商業的に入手できる炭素鋼及び低合金鋼のいずれもの金属コア線は、此処に記載するように、アンチモン、ビスマス及び／またはゲルマニウムを含むため改質可能である。杉の表１３及び１４はこれらの製品と典型的な溶着物化学的性質をします。
表１３. 炭素鋼
Metalloy製品
（登録商標） AWSクラス C Mn Si P S Fe
70 E70C-6M 0.06 1.39 0.70 0.011 0.014 残余
71 E70C-6M 0.09 1.47 0.70 0.008 0.013 残余
70X E70C-6M 0.04 1.50 0.70 0.008 0.013 残余
76 E70C-6C 0.09 1.29 0.61 0.010 0.016 残余
E70C-6M 0.05 1.56 0.75 0.009 0.013
70R E70C-6C 0.06 1.62 0.63 0.011 0.016 残余
E70C-6M 0.09 1.67 0.67 0.012 0.018
Galvolloy E70C-GS 0.03 0.50 0.30 0.015 0.015 残余
表１４. 低合金鋼鋼
Metalloy製品
（登録商標） AWSクラス C Mn Si Ni Cr Mo Cu Fe
80B2 E80C-B2 0.07 0.78 0.42 1.25 0.47 残余
0.06 0.82 0.29 1.36 0.50
80D2 E90C-G 0.10 1.27 0.30 0.01 0.49 0.05 残余
0.08 1.94 0.66 0.02 0.50 0.02
80N1 E80C-Ni1 0.05 1.11 0.36 0.88 0.13 残余
0.05 0.86 0.21 0.97 0.14
80N2 E80C-Ni2 0.06 1.16 0.37 2.42 残余
0.03 0.77 0.28 2.23
80W E80C-G 0.04 1.19 0.63 0.61 0.55 0.54 残余
90 E90C-G 0.05 1.32 0.33 1.89 0.37 残余
0.03 1.30 0.28 1.72 0.41
90B3 E90C-B3 0.09 0.62 0.39 2.07 1.01 残余
0.07 0.70 0.35 2.30 1.00
110 E110C-G 0.07 1.63 0.48 2.22 0.21 0.59 残余
上記金属コア線に関して、Ａｒ／ＣＯ２またはＡｒ／Ｏ２混合物を、例えば鉄基合金を溶接する際にＡｒのような純不活性（希）単一元素ガスに置換することにより、非常に安定なアークが得られ且つ溶接ビード表面上のスラグ量を減少することが発見された。また、希ガスの混合物は、遮蔽雰囲気として使用できる。本発明に使用する希ガス混合物は、以下の表１５に示される典型的な組成を参考にする。表１５は可能な希ガス混合物を示し、希ガスのみ、または残部として窒素或いは酸化ガスを含む希ガスを含んで成る。
表１５. 希ガス組成
（ 希ガス ） （窒素支持ガス） （ 酸化ガス ）
Ar He Ne,Rd及びXe N N 2 O 5 O 2 Co 2
１ 100%
２ 0-100% 0-100%
３ 0-100% 0-100% 0-100%
４ 99.1-100% <1.0%
５ 98-100% <2%
６ 99-100% <1%
７ 98-100% <2%
８ ( 98-100% ) ( <2% )
９ ( 99-100% ) ( <1% )
１０ ( 97-100% ) ( <2% ) ( <1% )
好ましい遮蔽ガスは、１００％が商業的に入手される純Ａｒである組成１である。１００％純粋として示される表１５のその他のガス組成は、一般的の０.１％の不純物を含んでいる商業的に入手されるこれらのガスを意味する。表１５に示される高純度希ガスは、それらが著しく優れた結果をもたらさないために、１００％純希ガスを使用する付加価値が、一般的に認められていなかったことがこの試験溶接工程の際に発見された。表１５に示されるようなＯ２またはＣＯ２の残余を含む希ガス混合物または単一元素希ガスは、本発明に記載する目的のために、非酸化であると考える。
金属コアと中実の線との相違は、金属−コア線が非常に安定なアークと優れたビード形状を有することであった。発明者は、特別な説明理論に限定するつもりはないが、この相違は、金属−コア線の本質的な高酸素含有量に起因すると考察する。金属−コア線に含有される酸素量は、アーク特性とビード形状を改良するために十分であるが、スラグ形成を劇的に減少するために十分低くする。さらに、ビード表面の酸化の減少が、汚染のない光沢のある美しい満足のいく溶接部金属を形成する。
此処で、得られた溶接部溶着物中の酸素濃度と共に、シャルピ−Ｖノッチ靭性試験の代表的結果を示す図２に戻る。この結果は、１００％Ａｒの遮蔽雰囲気中及び９０−％Ａｒ／１０％ＣＯ２の遮蔽雰囲気中の、金属−コア線電極を備えたガス金属アーク溶接ついて示す。この結果は、純Ａｒ遮蔽雰囲気で形成された溶接部は、溶接溶着物中に低酸素含有量の優れた靭性で降伏することが示される（華氏０度で少なくとも５０フート−ポンド及び華氏−２０度で少なくとも４１フート−ポンド、純Ａｒ溶接における溶接溶着部に付いての酸素含有量が約０.０５ｗｔ％）。そのうえ、溶接部金属中の高水準の酸素は、溶着部の靭性を減少するので、溶接部中の低酸素析出を生じる本発明の溶接方法は、高強度パイプラインの溶接及びその他の適用に対して魅力的である。Ａｒ遮蔽中で金属−コア線によって作られた溶接溶着部の酸素水準は、１００％Ａｒの中実の線で溶接して作られた溶接溶着部に見られるそれらに近似することが判明した。
図示するガス容器の試験結果は、１００％Ａｒ遮蔽雰囲気に対しては図３に示し、９０％Ａｒ／９０％ＣＯ２遮蔽雰囲気に対しては図4に示す。図３と図４から分かるように、フューム発生速度は、９０％Ａｒ／１０％ＣＯ２遮蔽雰囲気とは対照的に、Ａｒ遮蔽雰囲気中の同一試験条件のもとで、金属−コア線を備える鉄基合金のガス−金属アーク溶接において２倍以上低くなる（０.５５グラム／分に比較し０.２グラム／分）。これらの結果は、本発明にしたガス溶接方法が著しく減少する溶接ヒューム発生によって特徴付けられる。また、溶接フューム微粒子は、塗装または被覆作業以前に溶接部から取り除く必要があるので、溶接ヒューム発生の減少がこの問題を解決する。
アーク溶け込みの相違を示す種々の遮蔽雰囲気における金属−コア線を溶接することにより製造された溶接部の横断面を図５〜図７に示す。図５の溶接部は、１００％Ａｒで金属−コア線の溶接によって作られた。図５の溶接部は、７５％Ａｒ／２５％ＣＯ２で金属−コア線の溶接によって作られた。図７の溶接部は、１００％Ａｒの遮蔽で中実の線の溶接によって作られた。遮蔽ガス中に酸素を含む金属−コア線溶接によって製造された溶接部、及びＡｒ中で中実の線によって作られた溶接部と比較した場合、Ａｒ雰囲気中（図５）で金属−コア線の溶接によって作られた溶接部は、低アーク溶け込みを示した。純Ａｒ方法の金属−コア線溶接における低いアーク溶け込みは、薄い板を貫通する燃焼の危険及び工作物の損傷無しに、薄い板の溶接するための可能性を与える。金属−コア線はロボットまたは半自動溶接装置に良く使用されるので、溶接構成物の価格及び重量を少なくするために、材料の厚みを減少することが望ましい。実施説明したように、金属−コア線の純Ａｒ遮蔽は、アーク溶け込みを減少して、ロボットまたは半自動装置に魅力的な溶接方法となる。
試験結果を図８〜１０に示し、これらの図は、スラグ形成の減少、清浄な溶接部及びスパッタの減少に伴う溶接のように本発明の利便性を図示する。７５％Ａｒ／２５％ＣＯ２遮蔽において金属−コア線を溶接することにより製造された溶接部は、図８に見ることができるようにスラグ及びスパッタが示される。また、純Ａｒ遮蔽において中実の線を溶接することにより製造された溶接部は、さらに多くのスラグ形成とスパッタが見られる。最も清浄な溶接部は、図９に図示されるようにＡｒ遮蔽の金属−コア線を溶接することにより製造される。
また、純Ａｒ中の金属−コア線溶接は、Ａｒ／ＣＯ２混合物遮蔽雰囲気中の金属−コア線溶接より低くて、２〜５ボルトで作用することが判明した。低いボルトでの消費は、溶接の際の全体的な過熱出力を減少し、さらにアーク溶け込みを減少し且つより薄い工作物を溶接することを可能にする。また、加熱出力の減少は溶融した金属をより迅速に凝固するので、ゆっくりした凝固速度で溶接するものに比較して、溶接工が多くの接合部を溶接することできることを意味する。図１１に、純Ａｒ溶接方法におけるアークのボルト−アンペア特性を図示する。図１２に、中実の線で１００％Ａｒにおけるアークのボルト−アンペア特性を図示する。図１１の金属―コア純Ａｒ方法は、約０．２〜約０．３Ｖの範囲の標準電圧偏差を有する非常に安定なアークを実際に示し、一方で図１２の中実線の純Ａｒ方法は、非常に大きな標準偏差値（約６Ｖ）を有する不安定なアークを示す。
本発明の詳細な記載、及びそれらの具体的な実施態様への言及は、多くの改良と変更が本発明の発想及び範囲を離脱することなく可能であることは、平均的な当業者には明らかである。
本発明の金属−コア線を用い純Ａｒ遮蔽による溶接方法は、実施態様で説明したように、溶接部でアーク溶け込みが減少され、標準電圧偏差の少ない非常に安定なアークであり、且つ加熱出力の減少は溶融した金属をより迅速に凝固するので、ロボットまたは半自動装置に有効な溶接方法となる。
図１はガス−金属アーク溶接装置の模式図である。 図２は、シャルピＶノッチ靭性試験結果を示す。 図３は、ヒューム容器の試験結果を示す。 図４は、ヒューム容器の試験結果を示す。 図５は、純Ａｒ中で成され金属−コア線を用いた溶接部の断面図である。 図６は、７５％Ａｒ／２５％ＣＯ２中で成され金属−コア線を用いた溶接部の断面図である。 図７は、純Ａｒ中で成され中実線を用いた溶接部の断面図である。 図８は、７５％Ａｒ／２５％ＣＯ２中で成され金属−コア線を用いた溶接部の前面図である。 図９は、純Ａｒ中で成され金属−コア線を用いた溶接部の前面図である。 図７は、純Ａｒ中で成され中実線を用いた溶接部の前面図である。 図１１−１は、金属−コア線の方法によるボルト−アンペア特性を示し、（ａ）はアークボルトの変化を示し、（ｂ）はアークアンペアの変化を示す。 図１１−２は、金属−コア線の方法によるボルト−アンペア特性を示し、（ａ）は送り力の変化を示し、（ｂ）は標準偏差アンペアの変化を示す。 図１１−３は、金属−コア線の方法によるボルト−アンペア特性を示し、（ａ）は平均送り力の変化を示し、（ｂ）は標準偏差送り力の変化を示し、（ｃ）は標準偏差ボルトの変化を示す。 図１２−１は、中実の線の方法によるボルト−アンペア特性を示し、（ａ）はアークボルトの変化を示し、（ｂ）はアークアンペアの変化を示す。 図１２−２は、中実の線の方法によるボルト−アンペア特性を示し、（ａ）は送り力の変化を示し、（ｂ）は標準偏差アンペアの変化を示す。 図１２−３は、中実の線の方法によるボルト−アンペア特性を示し、（ａ）は平均送り力の変化を示し、（ｂ）は標準偏差送り力の変化を示し、（ｃ）は標準偏差ボルトの変化を示す。
符号の説明
１０ 溶接ガン
１１ 金属板
１２ ガスノズル
１３ 金属板
１４ 電極
１５ 溶融金属溜り
１６ ガス遮蔽
１８ 電気アーク

Claims (7)

  1. 鉄合金のガス−金属アーク溶接方法であって、
    シースとコアとを有する消耗金属コア電極をガス−金属アーク溶接機に送ること
    アルゴンを使用して、非酸化性の遮蔽ガス雰囲気を前記消耗金属コア電極の周りに形成すること、
    鉄合金の工作物と前記消耗金属コア電極との間にアークを発生させて、前記非酸化性の遮蔽ガス雰囲気中で、炭素鋼、低合金鋼またはフェライトステンレス鋼の工作物を溶接すること、及び
    前記コアが４５ｗｔ％以下の金属粉末を含み、且つ鉄粉末がコアの組成の４４ｗｔ％以下であること
    を含んでなることを特徴する鉄合金のガス−金属アーク溶接方法。
  2. 前記アルゴンが、Ｎ２、Ｎ２Ｏ５、Ｏ２及びＣＯ２の少なくとも１種を１％未満の残留量で含んで成ることを特徴する請求項１記載のガス−金属アーク溶接方法。
  3. 溶接金属中に酸素の百分率を０．０６ｗｔ％以下を含んでなる溶接金属を製造することを含むことを特徴する請求項１記載のガス−金属アーク溶接方法。
  4. 金属コア線の前記コアの組成が、酸素を含むことを特徴する請求項１記載のガス−金属アーク溶接方法。
  5. ヒューム発生速度が、０．２５グラム／分またはそれ以下であることを特徴する請求項１記載のガス−金属アーク溶接方法。
  6. 前記アークの安定性が、約０、２Ｖ〜約０．３Ｖの範囲以内の標準偏差によることを特徴する請求項１記載のガス−金属アーク溶接方法。
  7. 溶接金属の靭性は、−１８℃で少なくとも６８Ｎ・ｍ及び−２９℃で少なくとも５６Ｎ・ｍであることを特徴する請求項１記載のガス−金属アーク溶接方法。
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