JP6043969B2

JP6043969B2 - 溶接方法

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Publication number: JP6043969B2
Application number: JP2014503292A
Authority: JP
Inventors: 篤寛川本; 康士向井; 潤司藤原
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2012-03-07
Filing date: 2012-10-02
Publication date: 2016-12-14
Anticipated expiration: 2032-10-02
Also published as: CN103930231B; CN103930231A; US20140202993A1; US10155276B2; EP3401049A1; JPWO2013132550A1; WO2013132550A1; EP2823926A1; EP2823926A4; EP2823926B1

Description

本発明は、消耗電極である溶接ワイヤを用いてアーク溶接を行うアーク溶接方法に関する。

亜鉛メッキ鋼板の溶接を行う場合、一般的に、短絡移行溶接（ＣＯ２溶接、ＭＡＧ溶接）やパルスＭＡＧ溶接が広く用いられている。図６と図７Ａ、図７Ｂは、亜鉛メッキ鋼板等の溶接を行う従来のアーク溶接方法を説明するための図である。図６は、溶接法として一般的な消耗電極式アーク溶接方法により亜鉛メッキ鋼板を溶接したときのビードの断面図を示している。図７Ａ、図７Ｂは、従来のアーク溶接方法を示す図で、図７Ａは、溶接電流の時間に対する変化を示す図、図７Ｂは、ワイヤ送給速度の時間に対する変化を示す図である。

亜鉛メッキ鋼板１０３および亜鉛メッキ鋼板１０４の表面にメッキされている亜鉛メッキ１１０の亜鉛の沸点は９０７度であり、鉄の融点１５３６度より低い。したがって、亜鉛メッキ鋼板１０３および亜鉛メッキ鋼板１０４に対してアーク溶接を行うと、亜鉛が気化し、この亜鉛の蒸気（以下、「蒸気亜鉛」とする。）が溶融プールを通過して外部に拡散しようとする。しかし、溶融金属の凝固速度が速い場合、蒸気亜鉛が外部に十分に拡散しきれず、溶接ビード１０７内および溶接ビード１０７表面に気孔１２０として残存する。気孔１２０が溶接ビード１０７内に留まる場合はブローホールとなり、溶接ビード１０７表面に開口する場合はピットとなる。ブローホールやピットはいずれも溶接後の溶接物の強度を損なうため、例えば、亜鉛メッキ鋼板が多く使用されている自動車業界では、発生の抑制がとりわけ必要であり、特にピットの発生量を規定して管理する場合が多い。

また、図７Ａおよび図７Ｂに示すように、Ａｒ（アルゴン）あるいはＡｒに炭酸ガスを２５％以下の割合で混合したガスを用いてパルス溶接を行う場合を考える。この場合に、図７Ａに示すように第１の期間ＴＬと第２の期間ＴＨとの和を１周期とするうねり周期ＴＷにより溶接電流Ａｗを印加し、図７Ｂに示すワイヤ送給速度Ｗｆでワイヤを送給して溶接を行うアーク溶接方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。図７Ａに示すようにうねり周期ＴＷの第１の期間ＴＬは、第１の平均アーク力ＦＬが溶融プールに作用する電流波形を有する。第１の期間ＴＬは、パルス周期ＴＰで、時間幅ｔＬのピーク電流ＩＬが流されている。また、第２の期間ＴＨは、第１の平均アーク力ＦＬより大きなアーク力とされた第２の平均アーク力ＦＨが作用する電流波形を有する。第２の期間ＴＨは、パルス周期ＴＰで、時間幅ｔＨのピーク電流ＩＨが流されている。なお、この時のうねり周波数ＴＷは、１０Ｈｚ以上、５０Ｈｚ以下の範囲で変動させている。

アーク力は、溶融プールを押し下げる力として作用する。そのため、アーク力が、第１の平均アーク力ＦＬと第２の平均アーク力ＦＨとで変動することにより、溶融プールは波打つ状態となる。この波打つ状態により、溶融プール内に亜鉛メッキ層から気孔１２０が発生しても、この気孔１２０は溶融プールの流れおよび気孔１２０の浮力により溶融プールの表面に達し、溶融プールの外部に放出される。

図７Ａ、図７Ｂを用いて説明した従来のアーク溶接方法では、実施例として、板厚１．６ｍｍ、亜鉛目付け量４５ｇ／ｍ２でのブローホールの低減検討が記載されており、その効果が報告されている。しかし、この方法では、溶融プールを振動させることが主目的であり、重ね合わせたルート部１２１（図６参照）が露出する程度にまで溶融プールを移動させることはできない。このため、板厚が２．０ｍｍあるいはそれ以上に厚くなると、必要となる溶け込み量も増加するので溶融プールの厚みも増加し、蒸気亜鉛が放出され難くなる。また、亜鉛目付け量が４５ｇ／ｍ２より増加した亜鉛メッキ鋼板を溶接すると、蒸気亜鉛の発生量自体が増加する。これらの蒸気亜鉛は、放出されずに溶接ビード１０７に残存するため、気孔１２０の発生量が多くなるという課題がある。

また、蒸気亜鉛は、溶融プール内を浮上して溶融プール表面から放出されるため、放出の際に噴出した溶融金属がそのままスパッタとして外部に飛散する。あるいは、蒸気亜鉛の放出の際に噴出した溶融金属がワイヤと短絡して電気エネルギーによりスパッタとして飛散する。そのため、スパッタが異常に多量発生するという課題も有していた。

特開平６−２８５６４３号公報

本発明は、ブローホール等の気孔発生およびスパッタの発生を抑制する溶接方法を提供する。

上記課題を解決するために、本発明の溶接方法は、表面処理が行われた部材を溶接用のワイヤを用いて、短絡とアークとを繰り返しアーク溶接を行う溶接方法であって、上記ワイヤから形成された溶滴を上記部材側に移行するステップと、溶融プールを溶接進行方向とは反対方向に押して上記部材から発生した気体が発生箇所から抜けるように上記部材を溶接するステップと、を備え、ワイヤの後退送給により、ワイヤと溶融プールとの間の距離を１ｍｍ以上１０ｍｍ以下とし、溶融プールを押すためのアーク力を生じさせる３００Ａ以上６００Ａ以下の第１の溶接電流を供給し、第１の溶接電流を第１の所定期間の間、一定とする、あるいは、徐々に増加あるいは減少させる方法からなる。

この方法により、部材の重ね合わせ部分が露出するように溶融プールを押すことになり、部材から発生した気体がこの部材の重ね合わせ部分からなる露出部から抜ける。これにより、ブローホール等の気孔発生およびスパッタの発生を抑制できる。

図１は、本発明の実施の形態１における溶接方法で溶接を行っている状態を示す斜視図である。図２Ａは、本発明の実施の形態１における短絡期間中の溶接部を水平方向から見た断面図である。図２Ｂは、本発明の実施の形態１におけるアーク期間中の溶接部を水平方向から見た断面図である。図２Ｃは、本発明の実施の形態１における溶接電流の時間波形を示す図である。図３は、本発明の実施の形態１における図１のＡ−Ａ断面を示す図である。図４は、本発明の実施の形態１における図１のＢ−Ｂ断面を示す図である。図５は、本発明の実施の形態１におけるワイヤ送給速度、溶接電圧および溶接電流の時間変化を示す図である。図６は、従来のアーク溶接方法により亜鉛メッキ鋼板を溶接した場合の溶接ビード断面を示す断面図である。図７Ａは、従来のアーク溶接方法における溶接電流の時間に対する変化を示す図である。図７Ｂは、従来のアーク溶接方法におけるワイヤ送給速度の時間に対する変化を示す図である。

以下、本発明の一実施の形態について、図面を参照しながら説明する。以下の図面においては、同じ構成要素については同じ符号を付しているので説明を省略する場合がある。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１の溶接方法、ここでは、例えばアーク溶接方法により溶接を行っている状態を示す斜視図である。図２Ａは、本発明の実施の形態１における短絡期間中の溶接部３０を水平方向から見た断面図（図１のＣ−Ｃ断面図）である。図２Ｂは、本発明の実施の形態１におけるアーク期間中の溶接部３０を水平方向から見た断面図（図１のＣ−Ｃ断面図）である。図２Ｃは、本発明の実施の形態１のアーク溶接方法で溶接を行った場合の溶接電流の時間波形を示す図である。そして、図２Ａの短絡期間および図２Ｂのアーク期間は、図２Ｃの溶接電流の時間波形のタイミングに関連付けている。なお、本実施の形態１では、表面処理が行われた部材として、亜鉛メッキ鋼板を用いた溶接を行う場合について説明する。

図３は、本発明の実施の形態１における図１のＡ−Ａ断面を示す図である。図４は、本発明の実施の形態１における図１のＢ−Ｂ断面を示す図である。図５は、本発明の実施の形態１におけるワイヤ送給速度、溶接電圧および溶接電流の時間変化を示す図である。

図１において、図示していない溶接装置およびワイヤ送給装置により、例えば産業用ロボットのマニピュレータに取り付けられた溶接用のトーチ１を介して、溶接用のワイヤ２をワイヤ送給装置により自動的に送給する。ワイヤ２の送給とともに、溶接装置によりワイヤ２に通電してワイヤ２と亜鉛メッキ鋼板である上板３と下板４との間にアーク５を発生させ、ワイヤ２と上板３および下板４とを溶融して溶接を行う。

図２Ａに示すように、送給されるワイヤ２は、溶融プール６に短絡する。この場合、アーク５は消滅しており、溶融プール６を押す力の大部分であるアーク力は発生していない。この短絡状態は、図２Ｃの溶接電流Ａｗの時間波形では、短絡期間のタイミングでの状態である。

この短絡期間中の溶接電流は、ワイヤ２の先端の短絡部分を溶融プール６に移行させて早期にアークを発生させるために、溶接電流を上昇させて電気エネルギーを与えてワイヤ２の先端部分を溶融させる。その後、短絡が開放してアーク５が発生すると、さらに溶接電流を上昇させて、図２Ｃに示すように、第１の溶接電流１４を第１の所定期間１３の間出力する。この場合、高い溶接電流によって生じるアーク５のアーク力は、図２Ｂに示すように、溶融プール６を溶接進行方向とは反対方向に押す力として作用し、溶融プール６は、溶接進行方向とは反対方向に押されて移動する。これにより、図３に示すように、上板３と下板４とを重ね合わせたルート部２１が露出した状態になる。ルート部２１の露出した状態として、図２Ｂに、露出部９として示している。

なお、溶接部３０では、アーク熱および溶融プール６からの熱伝導によって高温となり、上板３および下板４は、図３に示すように溶融状態となって溶融部８を生じ、亜鉛の沸点を越えて上板３および下板４の表面の亜鉛が気化する。そして、図１や図２Ｂに示すように、溶融プール６が溶接進行方向と反対方向に押され、図３に示すように上板３と下板４とのルート部２１を露出させる。これにより、気化した亜鉛（以下、「蒸気亜鉛」１１とする）が容易に外部に放出され、図３に示す表面の亜鉛メッキ１０の亜鉛が気化して抜けたメッキ部である亜鉛メッキ気化部１２は、亜鉛が存在しない状態となる。これにより、亜鉛が気体として溶融部８に残らないので、溶接結果は、図４の溶接ビード７のように気孔が残存しない状態となる。

なお、アーク５のアーク力により、図２Ｂや図３に示す露出部９が完全に露出している場合には、蒸気亜鉛１１の放出に際してはスパッタの発生等がなく、蒸気亜鉛１１は容易に放出される。また、図２Ｂにおいて、溶融部８および溶融プール６の一部分が露出部９を覆っていても、その厚さが約０．５ｍｍ程度以下の薄い状態で覆っているのであれば、蒸気亜鉛１１の放出を阻害することはない。したがって、ルート部２１が亜鉛の体積膨張による放出により容易に露出し、容易に蒸気亜鉛１１は外部に放出される。すなわち、上板３や下板４から発生した蒸気亜鉛１１が、体積膨張により露出部９を覆っている溶融部８や溶融プール６を突き破って抜けることが可能な厚さとなるように、アーク５によるアーク力により溶融プール６を押すようにしても良い。そうすると、図２Ｂに示すように溶融部８の一部だけが、露出部９を覆う、または、露出部９の上部が露出する状態となり、蒸気亜鉛１１が、そのまま、または、溶融部８の一部を突き破って抜けることができる。一方、アーク５によるアーク力がないと、図２Ａに示すように溶融プール６が露出部９となる領域を覆い、または溶融プール６が露出部９となる領域に迫り、その一部を覆う。これにより、蒸気亜鉛１１は、全部が外部に放出されず、少なくともその一部が溶融プール６の中に残存することになる。

アーク期間が終わった後に、ワイヤ２は、溶融プール６に向けて送給されるので、上述した短絡状態となり、図２Ｂに示す状態から図２Ａに示す状態に戻る。この場合、溶融プール６を押すアーク力が無いので、溶融プール６は、アーク期間中である図２Ｂの状態から、溶接進行方向に向かって移動する。つまり、アーク期間中は、アーク力によって溶融プール６が溶接進行方向とは反対方向に押されてアーク熱および溶融プール６からの熱伝導によって高温状態になったルート部２１が露出する。その結果、露出部９から蒸気亜鉛１１が容易に外部に拡散する。これにより、蒸気亜鉛１１を含む気化した亜鉛の外部への放出が促進され、気化した亜鉛が溶融プール６を通過して放出する場合が低減されるので、溶接ビード７内に残存する気孔を著しく抑制することが可能となる。

すなわち、本実施の形態１の溶接方法は、表面処理が行われた部材を溶接用のワイヤ２を用いて溶接する溶接方法である。そして、本実施の形態１の溶接方法は、ワイヤ２から形成された溶滴１５を部材側に移行するステップと、溶融プール６を溶接進行方向とは反対方向に押して部材から発生した気体が発生箇所から抜けるように部材を溶接するステップと、を備えた方法である。この方法により、部材の重ね合わせ部分が露出するように溶融プール６を押すことになり、部材から発生した気体がこの部材の重ね合わせ部分からなる露出部９から抜ける。これにより、ブローホール等の気孔発生およびスパッタの発生を抑制できる。

また、部材を溶接するステップにおいて、部材を重ねて溶接を行い、部材の重ね合わせ部分が露出するように溶融プールを押す方法としてもよい。この方法により、部材から発生した気体がこの部材の重ね合わせ部分からなる露出部９から抜ける。これにより、ブローホール等の気孔発生およびスパッタの発生を抑制できる。

また、アーク５によりアーク力を与えていても、溶融部８および溶融プール６の一部分が露出部９を覆っており、ルート部２１が露出しない場合であっても、溶融プール６の厚さが約０．５ｍｍ程度より薄くなるようにアーク力を与えている。すなわち、部材を溶接するステップにおいて、部材を重ねて溶接を行い、部材の重ね合わせ部分の上部に位置する溶融プール６の厚さが、部材から発生した気体が体積膨張して溶融プール６を突き破って発生箇所から抜けることが可能な厚さとなるように溶融プール６を押す方法としてもよい。この方法により、蒸気亜鉛１１が体積膨張して溶融プール６を押し上げて放出される際に発生する、溶融金属によるスパッタや、溶融金属がワイヤ２と短絡することにより発生するスパッタを著しく抑制することができる。

また、溶融プール６を押すためのアーク力を生じさせるために図２Ｃに示す第１の溶接電流１４を供給する方法としてもよい。溶融プール６を押す主な力は、アーク期間中の溶接電流によるアーク力である。図２Ｃに示すように、アーク期間中において、第１の溶接電流１４で第１の所定期間１３の間は溶融プール６を押し、その後、アーク期間中において溶接電流を低下させ、溶融プール６を押す力を低減するあるいはゼロにして、溶融プール６の溶接進行方向への移動を早期に開始させる。

また、第１の溶接電流１４は、第１の所定期間１３の間所定の大きさで維持されるものである方法としてもよい。この方法により、アーク期間中の所定の期間の間、一定のアーク力を発生させて溶融プール６を押すので、この間に蒸気亜鉛１１を容易に放出できる。これにより、ブローホール等の気孔発生およびスパッタの発生を抑制できる。

すなわち、溶滴１５の移行から溶滴１５の次の移行までの間の第１の所定期間１３の間は、溶融プール６を押して溶融プール６を溶接進行方向とは反対方向に移動させる。そして、第１の所定期間１３の後は、溶融プール６を押す力を低減する、あるいは、溶融プール６を押す力をゼロにする方法としてもよい。これにより、溶接進行方向に移動した、すなわち、溶接進行方向に戻った溶融プール６と、ワイヤ２とが接触するのが早まるので、次の短絡が早く発生する。このように、アーク期間中にアーク力を弱めることで短絡移行が円滑に行われ、溶接の安定性が向上する。さらに、溶接電流が低いので短絡発生が確実化され、スパッタ発生が抑制される。

また、溶滴１５の移行形態は、ドロップして移行する離脱移行と短絡移行とを繰り返す移行形態、あるいは、短絡移行主体の移行形態である方法としてもよい。この方法により、いずれの移行形態においても、移行後はアーク力で溶融プール６を押すことができるので、蒸気亜鉛１１の放出を容易にする。

また、図２Ｃに示す、溶融プール６を押すための第１の所定期間１３の間に出力される第１の溶接電流１４は、予め設定された所定の電流値であり、その値は、例えば、３００Ａ以上、６００Ａ以下の範囲である。また、第１の所定期間１３の値は、例えば、２ｍｓｅｃ以上、１０ｍｓｅｃ以下の範囲である。第１の溶接電流１４に関するこれらの値は、実験的に検討した値であり、アーク力として溶融プール６を押す役割と、亜鉛を溶融する役割がある。

また、第１の溶接電流１４は、３００Ａ以上、６００Ａ以下の範囲の溶接電流をアーク期間中に出力し、第１の溶接電流１４を出力する第１の所定期間１３は、２ｍｓｅｃ以上、１０ｍｓｅｃ以下である方法としてもよい。この方法により、適切に亜鉛を溶融し、アーク力を発生させて適切に溶融プール６を押すので、蒸気亜鉛１１を容易に放出できる。これにより、ブローホール等の気孔発生およびスパッタの発生を抑制できる。

なお、第１の溶接電流１４の値が低く、第１の所定期間１３が短い場合には、溶融プール６を押す作用が低く、露出部９が形成されないので、亜鉛の気化が促進されず、気孔が溶接ビード７に残存し易くなる。逆に、第１の溶接電流１４の値が高く、第１の所定期間１３の時間が長い場合には、亜鉛の気化は促進するが、溶融プール６を押しすぎて溶融プール６が溢れ、溶融金属が外部に吹き飛び、正常な溶接ビード７が形成されない。

なお、図２Ｃでは、第１の溶接電流１４を一定値とした例を示しているが、３００Ａ以上、６００Ａ以下の範囲であれば、一定である必要はなく、例えば、徐々に増加するあるいは減少するようにしても良く、例として、のこぎり歯状に出力するようにしても良い。

また、短絡が開放してから第１の溶接電流１４にまで電流値を高める溶接電流の単位時間当たりの増加量である増加傾きは、図２Ｃでは急峻に増加する例を示しているが、緩やかに増加させてもよい。なお、例えばシールドガスが炭酸ガス（以下、「ＣＯ２ガス」とする。）の場合、ＭＡＧガスの場合と比べ、増加傾きを緩やかにすることが望ましい。その理由は、ＣＯ２ガスの方がアーク５の集中性が高く、アーク力が強いためである。この増加傾きを緩やかにすることにより、アーク力を適正に調整し、適切に溶融プール６を押すので、蒸気亜鉛１１を容易に放出できる。これにより、ブローホール等の気孔発生およびスパッタの発生を抑制できる。また、シールドガスとしてＣＯ２ガスの混合ガスを使用する場合には、ＣＯ２の混合比率が高い程、溶接電流の増加傾きを緩やかにすることが望ましい。

なお、上述の説明では、溶融プール６を溶接進行方向とは逆方向に押すために、アーク５によるアーク力を用いる例を示した。しかし、溶融プール６を押すために、溶接用のシールドガスとは別のガス流を溶融プール６に供給するようにしても良い。例えば、トーチ１のノズルの後方に設けたガス供給管からシールドガスと同質のガスを別のガス流として供給する。第１の溶接電流１４は、溶融プール６を押す力以外に、ワイヤ２の先端部の溶融エネルギーを供給するものとして重要な役割がある。したがって、アーク期間中の溶接電流、特に第１の溶接電流１４は、溶融プール６を押す力としての役割とワイヤ２を溶融する役割といった双方の役割を共に満足する必要がある。しかし、別のガス流で溶融プール６を押すことで、第１の溶接電流１４は、主にワイヤ２の先端部の溶融エネルギーとして設定でき、溶融エネルギーの定量的な設定の自由度が拡大する。そのため、溶接材料や溶融部８の形状などの溶接条件に対応して溶融エネルギーの量を変えることができるため、溶接性能向上が可能となる。なお、アーク力とガス流の両方を同時に用いて溶融プール６を押すようにしても良い。

また、例えば、トーチ１のノズルの後方に設けた電磁コイルにより磁界を発生させてアーク５を溶接進行方向の反対方向に偏向させることで、溶融プール６を押すようにしてもよい。

この方法により、部材の重ね合わせ部分が露出するように溶融プール６を押すことになり、部材から発生した気体がこの部材の重ね合わせ部分からなる露出部９から抜ける。これにより、ブローホール等の気孔発生およびスパッタの発生を抑制できる。また、溶融エネルギーの定量的な設定の自由度が拡大し、溶接性能向上が可能となる。

また、溶融プール６を溶接進行方向に対して反対方向に押すための力を与える前に、ワイヤ２の後退送給により、ワイヤ２と溶融プール６との間の距離を所定の距離（例えば、１ｍｍ以上、１０ｍｍ程度以下の距離）となるように制御することで、溶接の安定性が向上する。上述の説明のように、アーク期間中の溶接電流、特に第１の溶接電流１４は、溶融プール６を押す力を生じることとワイヤ２を溶融することの２つの大きな役割があり、双方を両立しなければならない。特に、ワイヤ２の先端部と溶融プール６との距離が短い場合、アーク５は集中しているので電流密度が高くなる。そうすると、溶融プール６を局部的に大きな力で押すことになり、押された溶融プール６の一部が外部に噴出し、良好な溶接ビード７が形成されなくなる。もちろん、アーク期間中の溶接電流、特に第１の溶接電流１４によりワイヤ２が溶融し、ワイヤ２の先端部と溶融プール６との間の距離は長くなる。しかしながら、本実施の形態１のようにワイヤ２を後退送給するようにすることで、その距離を大きくすることが可能となる。この距離が大きくなると、傘状に広がるアーク形状のアーク５により溶融プール６全体を押すことができる。これにより、溶融プール６の外部への噴出が防止でき、また、図２Ｂに示すように溶融部８の前方等に広範囲にアークを投下できるので、溶融部８の形成が促進され、亜鉛の気化を促進することが可能となる。

また、ワイヤ２の後退送給によりワイヤ２と溶融プール６との間の距離を所定の距離となるように制御した後で溶融プール６を押す例を示しているが、ワイヤ２を後退送給しながら徐々に溶接電流を増加させて溶融プール６を押すようにしても良い。

また、図５の溶接電流の時間変化に示すように、溶滴１５の移行形態は短絡移行主体の移行形態であり、短絡発生直後に短絡検出時の溶接電流よりも低い溶接電流に溶接電流の電流値を低減する方法としてもよい。この方法により、短絡発生の確実化が可能となり、スパッタを低減できる。さらに、アーク発生直前にワイヤ２のくびれ状態を検出してアーク発生直前の溶接電流よりも低い値に急峻に低減する、すなわち、くびれ状態を検出した時点の溶接電流よりも低い値に急峻に低減することで、アーク発生時のスパッタを低減できる。

また、図１に示すように、トーチ１の角度を後退角にすることで、アーク５によるアーク力が溶融プール６を溶接進行方向と反対方向に押す作用を実現することが可能となり、図２Ｂに示す露出部９の形成を促進できる。特に、亜鉛目付け量が１００ｇ／ｍ２を越える亜鉛目付け量が多量な亜鉛メッキ鋼板においては、気化する亜鉛量が目付け量に比例して多量となる。そうすると、溶融プール６を押して溶接進行方向とは反対方向に移動させる必要がある。従って、トーチ１の角度を後退角として溶融プール６を移動させることで、気化した亜鉛の外部への放出を容易にすることが可能となる。

また、溶接進行方向に対して反対方向および進行方向といった溶融プール６の交互の移動には、溶融プール６の表面張力および粘度が大きく影響する。表面張力および粘度が大きすぎると、溶融プール６の移動は困難となり、露出部９が形成されない。逆に、表面張力および粘度が小さすぎると、溶融プール６を押す力により溶融プール６が外部に噴出してしまう。このため、適正な表面張力および粘度が存在しており、影響を与える因子の一つとしてシールドガスがある。

ここで、ＣＯ２ガスは、酸素（Ｏ２）含有量が多いので、溶融プール６の表面張力および粘度が適正な状態となり、Ａｒ比率が高まるに伴って表面張力および粘度が大きくなっていく。このため、シールドガスとしては、ＣＯ２ガスあるいはＡｒガスにＣＯ２ガスを混合しＣＯ２ガスの混合比率が２０％以上、９０％以下のガスが適正である。これにより、溶融プール６の溶融金属は、適正な表面張力および粘度を有するので、ブローホール等の気孔発生およびスパッタの発生を抑制できる。なお、このような混合比のガスに、微量の添加ガスが加えられていても良好である。

また、溶融プール６の表面張力および粘度に影響を与える別の因子として、ワイヤ２の種類（組成）がある。シールドガスがＣＯ２ガス１００％であれば、例えば、ＹＧＷ１２もしくはＹＧＷ１１を使用すると良好な表面張力および粘度となることが、発明者らにより実験的に確認されている。

上述の範囲内のシールドガスおよびワイヤ２の組み合わせで形成される溶融プール６の移動周波数は、例えば３０Ｈｚ以上、７０Ｈｚ以下となり、短絡周波数と同調でき、溶接が安定化する。

また、ワイヤ２の送給制御として、溶接対象物の方向へ送給する正送（前進送給）と、その逆方向への送給である逆送（後退送給）とを繰り返すようにすることで、溶接性能を向上することができる。本実施の形態１の溶接方法において、ワイヤ２を後退送給する場合の長所は上述のように説明した。さらに、正送の場合の送給速度は、一般的に行われている一定送給溶接の場合と比べて高速度で短絡を発生することができる。これにより、短絡発生が確実化され、スパッタ低減効果を有する。また、逆送時では、機械的に短絡を開放できるので、短絡の開放を確実化でき、短絡解放直後に発生する短絡（微小短絡）を低減することができるので、スパッタの低減が可能となる。

この正送制御および逆送制御は、図５に示すように、ワイヤ送給速度の正送と逆送の繰り返しを所定の周期ＷＦと所定の振幅Ｗｖで周期的に行うようにしてもよい。図５は、周期的な送給の例として正弦波状の場合を示しているが、これに限らず、台形波状やのこぎり波状としても良く、周期的な波形であれば問題ない。

この方法により、周期的なワイヤ送給を制御するので、短絡およびアークの発生周期がワイヤ送給の制御と同期してアークの周期性が高まり、アークの安定性がさらに向上する。

また、図示していないが、図５のような周期的な送給制御ではなく、溶接状態が短絡状態であることを検出すると逆送を行い、溶接状態がアーク状態であることを検出すると正送を行うように制御してもよい。

この方法により、短絡およびアークの状態に応じてワイヤ送給の制御を変化させるので、突き出し長さ等が大きく変化する場合等、どんな短絡状態でも確実に開放するため、アークの安定性がさらに向上する。

本発明によれば、亜鉛メッキ鋼板等の表面処理が行われた部材を溶接用のワイヤを用いて溶接する場合に、部材の重ね合わせ部分が露出するように溶融プールを押す。これにより、部材から発生した気体が露出部から抜けるため、ブローホール等の気孔発生およびスパッタの発生を著しく抑制することができ、亜鉛メッキ鋼板等の表面処理が行われた部材のような溶接時に気体が発生する母材に対して行う溶接方法として産業上有用である。

１トーチ
２ワイヤ
３上板（亜鉛メッキ鋼板）
４下板（亜鉛メッキ鋼板）
５アーク
６溶融プール
７溶接ビード
８溶融部
９露出部
１０亜鉛メッキ
１１蒸気亜鉛
１２亜鉛メッキ気化部
１３第１の所定期間
１４第１の溶接電流
１５溶滴
２１ルート部
３０溶接部

Claims

表面処理が行われた部材を溶接用のワイヤを用いて、短絡とアークとを繰り返しアーク溶接を行う溶接方法であって、
前記ワイヤから形成された溶滴を前記部材側に移行するステップと、
溶融プールを溶接進行方向とは反対方向に押して前記部材から発生した気体が発生箇所から抜けるように前記部材を溶接するステップと、を備え、
前記ワイヤの後退送給により、前記ワイヤと前記溶融プールとの間の距離を１ｍｍ以上１０ｍｍ以下とし、前記溶融プールを押すためのアーク力を生じさせる３００Ａ以上６００Ａ以下の第１の溶接電流を供給し、前記第１の溶接電流を第１の所定期間の間、一定とする、あるいは、徐々に増加あるいは減少させる溶接方法。
前記部材を溶接する前記ステップにおいて、
前記部材を重ねて溶接を行い、前記部材の重ね合わせ部分が露出するように前記溶融プールを押す請求項１記載の溶接方法。
前記部材を溶接する前記ステップにおいて、
前記部材を重ねて溶接を行い、前記部材の重ね合わせ部分の上部に位置する前記溶融プールの厚さが、前記部材から発生した気体が体積膨張して前記溶融プールを突き破って発生箇所から抜けることが可能な厚さとなるように前記溶融プールを押す請求項１記載の溶接方法。
前記溶滴の移行から前記溶滴の次の移行までの間の第１の所定期間の間は、前記溶融プールを押して前記溶融プールを溶接進行方向とは反対方向に移動させ、
前記第１の所定期間の後は、前記溶融プールを押す力を低減する、あるいは、前記溶融プールを押す力をゼロにする請求項１から３のいずれか１項に記載の溶接方法。
前記第１の溶接電流は、３００Ａ以上、６００Ａ以下の範囲の溶接電流をアーク期間中に出力し、前記第１の溶接電流を出力する第１の所定期間は、２ｍｓｅｃ以上、１０ｍｓｅｃ以下である請求項１記載の溶接方法。
前記溶滴の移行形態は、離脱移行と短絡移行とを繰り返す移行形態、あるいは、短絡移行主体の移行形態である請求項１から５のいずれか１項に記載の溶接方法。
前記溶滴の移行形態は短絡移行主体の移行形態であり、短絡発生直後に短絡検出時の溶接電流よりも低い溶接電流に溶接電流の電流値を低減する請求項１から６のいずれか１項に記載の溶接方法。
溶接用トーチのトーチ角度を後退角とした請求項１から７のいずれか１項に記載の溶接方法。
シールドガスとして、アルゴンガスに混合比率が２０％以上、９０％以下の範囲の炭酸ガスを混合したシールドガスあるいは炭酸ガスを用いる請求項１から８のいずれか１項に記載の溶接方法。
正送と逆送とを繰り返すワイヤ送給速度で前記ワイヤの送給を行う請求項１から９のいずれか１項に記載の溶接方法。
前記ワイヤ送給速度の正送と逆送との繰り返しを、所定の周期と所定の振幅とで周期的に行う請求項１０記載の溶接方法。
前記ワイヤ送給速度の正送と逆送との繰り返しは、周期的ではなく、溶接状態が短絡状態であることを検出すると逆送を行い、前記溶接状態がアーク状態であることを検出すると正送を行う請求項１０記載の溶接方法。