JP6745423B1 - Welding method for thin metal sheet to the surface of thick metal substrate - Google Patents
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Abstract
【課題】アーク溶接を用いて薄金属シートを厚金属基材に溶接することができる溶接方法を提供すること。【解決手段】厚金属基材表面への薄金属シートの溶接方法であって、炭素鋼製の厚金属基材P1の表面に、厚さが0.1mm以上1.0mm以下のステンレス鋼製の第1の薄金属シートP21を溶接する第1溶接工程を備え、第1溶接工程において、溶接ワイヤとしてホットワイヤを用いるとともに、溶接電流としてパルス電流を用いたパルスTIG溶接を行うことを特徴とする。【選択図】図1PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a welding method capable of welding a thin metal sheet to a thick metal base material by using arc welding. A method for welding a thin metal sheet to a surface of a thick metal base material, which is made of stainless steel having a thickness of 0.1 mm or more and 1.0 mm or less on a surface of a thick metal base material P1 made of carbon steel. A first welding step of welding the first thin metal sheet P21 is provided, and in the first welding step, a hot wire is used as a welding wire and pulse TIG welding is performed using a pulse current as a welding current. .. [Selection diagram] Figure 1
Description
本発明は、耐食性・防汚性に優れた薄金属シートを、厚金属基材の表面にアーク溶接を用いて溶接する方法に関する。 The present invention relates to a method of welding a thin metal sheet having excellent corrosion resistance and antifouling property to the surface of a thick metal base material by using arc welding.
近年、例えば、港湾エリアおよび海上に設置される海洋鋼構造物には、従来の塗装に変えてメンテナンスフリーで長期にわたって耐食性および耐汚性を維持できる金属ライニング工法が採用されてきている。金属ライニング工法は例えばステンレス鋼、チタン、ニッケル基合金などの薄金属シートを、基材である鋼鉄製構造物の表面に張り付け被覆するものである。 In recent years, for example, a marine steel structure installed in a harbor area or on the sea has been replaced with a conventional coating, and a metal lining method has been adopted which is maintenance-free and can maintain corrosion resistance and stain resistance for a long period of time. In the metal lining method, for example, a thin metal sheet such as stainless steel, titanium, or a nickel-based alloy is attached and coated on the surface of a steel structure which is a base material.
特許文献1、2、及び非特許文献1には、管形状の基材の表面にステンレス鋼製の薄金属シートを溶接で張り付けるための溶接方法が開示されている。特許文献3には、平板形状の基材の表面にステンレス鋼製の鋼板を溶接で張り付けるための溶接方法が開示されている。また、特許文献4には、当該溶接方法としてアーク溶接の一種であるTIG(Tungsten Inert Gas)溶接を用いた場合の溶接方法が開示されている。
軽量化及び材料コスト削減のために、例えば、厚さが1.0mm以下の比較的薄い薄金属シートを基材の表面に溶接で張り付けることが検討されている。従来は、薄金属シートを基材の表面に溶接する場合には、インダイレクト抵抗シーム溶接とプラズマ溶接の複合溶接が用いられていた。 In order to reduce the weight and reduce the material cost, for example, it is considered that a relatively thin thin metal sheet having a thickness of 1.0 mm or less is attached to the surface of the base material by welding. Conventionally, when welding a thin metal sheet to the surface of a base material, combined welding of indirect resistance seam welding and plasma welding has been used.
プラズマ溶接はトーチが大きく重い、また、TIG溶接と比較すると高価であるため、TIG溶接を薄金属シートと基材との溶接にも適用することが検討されている。しかしながら、特許文献3及び4に開示される溶接方法を薄金属シートと基材との溶接に用いた場合、アークエネルギーによる薄金属シートへの入熱が大きくなりすぎ、薄金属シートが破れて(溶け落ちて)しまう可能性がある。特に、特許文献4に記載される溶接条件では、厚さが1.0mm以下の薄金属シートを基材の表面に溶接しようとしても、薄金属シートへの入熱が大きくなりすぎて薄金属シートが破れてしまい、溶接を適切に行うことができない。 Since plasma welding has a large torch and is heavy and is expensive as compared with TIG welding, application of TIG welding to the welding of a thin metal sheet and a base material has been studied. However, when the welding methods disclosed in Patent Documents 3 and 4 are used for welding a thin metal sheet and a base material, heat input to the thin metal sheet due to arc energy becomes too large and the thin metal sheet is broken ( It may melt down). In particular, under the welding conditions described in Patent Document 4, even if an attempt is made to weld a thin metal sheet having a thickness of 1.0 mm or less to the surface of the base material, the heat input to the thin metal sheet becomes too large and the thin metal sheet Can be torn and the welding cannot be performed properly.
特許文献1及び非特許文献1においては、プラズマ溶接またはアーク溶接の前にインダイレクト抵抗シーム溶接を行い、基材と薄金属シートをあらかじめ接合しておくことでプラズマ溶接またはアーク溶接による薄金属シートへの入熱をインダイレクト抵抗シーム溶接部を介して基材に逃がし、これにより薄金属シートの破れを防止している。インダイレクト抵抗シーム溶接を行う場合、電極輪を加圧して薄金属シートおよび基材を密着させる必要がある。基材が管形状の場合は門型フレームを備えるやぐら状のインダイレクトシーム溶接装置を用いることで必要な加圧力の反力を確保することができるが、基材が大きなサイズの平板形状である場合、基材を跨ぐように門型フレームを配置することが困難となる。したがって、特許文献1及び非特許文献1の溶接方法を、平板形状の基材に適用することは難しい。
In
特許文献2においては、基材と薄金属シートとをアーク溶接する方法が開示されるものの、薄金属シートが1枚の場合はその端部を重ね、その重ね部に対してのみアーク溶接は行われる。また、重ね部において、アーク溶接の前に抵抗スポット溶接又は抵抗シーム溶接が行われる。抵抗スポット溶接を用いる場合、アーク溶接時の薄金属シートへの入熱を、薄金属シートの破れを防止するのに十分な量だけ基材に逃がすためには、例えば15mm間隔の狭いピッチで抵抗スポット溶接を行う必要がある。この場合、抵抗スポット溶接の作業が煩雑になってしまう。 Although Patent Document 2 discloses a method of arc welding a base material and a thin metal sheet, when one thin metal sheet is used, its ends are overlapped and arc welding is performed only on the overlapped part. Be seen. In addition, in the overlapping portion, resistance spot welding or resistance seam welding is performed before arc welding. In the case of using resistance spot welding, in order to allow the heat input to the thin metal sheet during arc welding to escape to the base material by an amount sufficient to prevent the thin metal sheet from breaking, for example, resistance at a narrow pitch of 15 mm is used. Spot welding is required. In this case, the work of resistance spot welding becomes complicated.
抵抗シーム溶接や、狭いピッチでの抵抗スポット溶接を行うことなく、アーク溶接にて、厚さが1.0mm以下の薄金属シートを基材に溶接することができる溶接方法が求められている。 There is a demand for a welding method capable of welding a thin metal sheet having a thickness of 1.0 mm or less to a base material by arc welding without performing resistance seam welding or resistance spot welding at a narrow pitch.
本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、アーク溶接を用いて薄金属シートを厚金属基材に溶接することができる溶接方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a welding method capable of welding a thin metal sheet to a thick metal base material by using arc welding.
前記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提案している。 In order to solve the above problems, the present invention proposes the following means.
本発明に係る厚金属基材表面への薄金属シートの溶接方法は、炭素鋼製の厚金属基材の表面に、厚さが0.1mm以上1.0mm以下のステンレス鋼製の第1の金属シートを溶接する第1溶接工程を備え、前記第1溶接工程において、溶接ワイヤとしてホットワイヤを用いるとともに、溶接電流としてパルス電流を用いたパルスTIG溶接を行うことを特徴とする。 A method of welding a thin metal sheet to a surface of a thick metal base material according to the present invention includes a first stainless steel sheet having a thickness of 0.1 mm or more and 1.0 mm or less on a surface of a thick metal base material made of carbon steel. A first welding step of welding a metal sheet is provided, and in the first welding step, a hot wire is used as a welding wire and pulse TIG welding is performed using a pulse current as a welding current.
パルスTIG溶接により、ピーク電流時には、厚金属基材及び第1の薄金属シートを溶融可能な高いエネルギーを有するアークを発生させて、厚金属基材及び第1の薄金属シートへの入熱量を大きくし、厚金属基材及び第1の薄金属シートを溶融させる。ベース電流時には、ピーク電流に比べて電流値が大幅に低いベース電流を流すことにより、アークの発生を維持しつつアークエネルギーを抑えて、厚金属基材及び第1の薄金属シートへの入熱量を小さくし、ピーク電流時に溶融された厚金属基材及び第1の薄金属シートを凝固させる。このようにピーク電流時の厚金属基材及び第1の薄金属シートの溶融と、ベース電流時の溶融金属の凝固とを繰り返すことにより、第1の薄金属シートへのトータルの入熱量を減らして第1の薄金属シートの破れを防止しつつ、アーク溶接の一種であるTIG溶接を用いて第1の薄金属シートを厚金属基材に溶接することができる。すなわち、抵抗シーム溶接や、狭いピッチでの抵抗スポット溶接を行うことなく、アーク溶接にて、第1の薄金属シートを厚金属基材に溶接することができる。また、溶接ワイヤとしてホットワイヤを用いることにより、アークエネルギー(すなわち、厚金属基材及び第1の薄金属シートへの入熱量)が低いベース電流時においても、溶接ワイヤの溶け残りを防止することができる。 By the pulse TIG welding, at the peak current, an arc having high energy capable of melting the thick metal base material and the first thin metal sheet is generated to increase the heat input amount to the thick metal base material and the first thin metal sheet. Enlarge and melt the thick metal substrate and the first thin metal sheet. At the time of the base current, the base current, whose current value is significantly lower than the peak current, is applied to suppress the arc energy while maintaining the arc generation, and the heat input to the thick metal base material and the first thin metal sheet. Is reduced to solidify the thick metal substrate and the first thin metal sheet melted at the peak current. By thus repeating the melting of the thick metal base material and the first thin metal sheet at the peak current and the solidification of the molten metal at the base current, the total heat input to the first thin metal sheet is reduced. It is possible to weld the first thin metal sheet to the thick metal base material by using TIG welding which is a kind of arc welding while preventing the first thin metal sheet from breaking. That is, the first thin metal sheet can be welded to the thick metal base material by arc welding without performing resistance seam welding or resistance spot welding at a narrow pitch. Further, by using a hot wire as the welding wire, it is possible to prevent the unmelted residue of the welding wire even at the time of a base current with a low arc energy (that is, the amount of heat input to the thick metal base material and the first thin metal sheet). You can
また、本発明に係る厚金属基材表面への薄金属シートの溶接方法において、前記第1溶接工程において、前記パルス電流は、ピーク電流値が200A以上250A以下であり、ベース電流値が20A以上40A以下であってもよい。 Further, in the method for welding a thin metal sheet to a surface of a thick metal substrate according to the present invention, in the first welding step, the pulse current has a peak current value of 200 A or more and 250 A or less and a base current value of 20 A or more. It may be 40 A or less.
また、本発明に係る厚金属基材表面への薄金属シートの溶接方法において、前記第1溶接工程において、前記パルス電流のパルス周期に対する、前記パルス電流の1周期当たりのピーク電流時間の割合が、40%以上60%以下であってもよい。 Further, in the method for welding a thin metal sheet to a surface of a thick metal substrate according to the present invention, in the first welding step, a ratio of a peak current time per cycle of the pulse current to a pulse cycle of the pulse current is , 40% or more and 60% or less.
また、本発明に係る厚金属基材表面への薄金属シートの溶接方法において、前記第1溶接工程において、前記パルス電流のピーク電流値と、前記パルス電流の1周期当たりのピーク電流の時間と、前記パルス電流のパルス周波数との積により求められる、1秒当たりのピーク電流の投入電流量が、115A以上120A以下であり、前記パルスTIG溶接の溶接速度が35cm/min以上60cm/min以下であり、前記パルスTIG溶接の平均溶接電圧が11.5V以上13.7V以下であってもよい。 Further, in the method for welding a thin metal sheet to a surface of a thick metal substrate according to the present invention, in the first welding step, a peak current value of the pulse current and a peak current time per cycle of the pulse current, The amount of applied peak current per second obtained by the product of the pulse current and the pulse frequency is 115 A or more and 120 A or less, and the welding speed of the pulse TIG welding is 35 cm/min or more and 60 cm/min or less. The average welding voltage of the pulse TIG welding may be 11.5 V or more and 13.7 V or less.
また、本発明に係る厚金属基材表面への薄金属シートの溶接方法において、前記第1溶接工程において、前記パルス電流のパルス周波数が8Hz以上12Hz以下であってもよい。 In the method for welding a thin metal sheet to the surface of a thick metal substrate according to the present invention, the pulse frequency of the pulse current may be 8 Hz or more and 12 Hz or less in the first welding step.
また、本発明に係る厚金属基材表面への薄金属シートの溶接方法において、前記第1溶接工程において、前記溶接ワイヤを供給するワイヤ送給速度が1.5m/min以上2.6m/min以下であり、前記溶接ワイヤに流れるホットワイヤ電流の電流値が30A以上45A以下であってもよい。 Further, in the method for welding a thin metal sheet to a surface of a thick metal substrate according to the present invention, in the first welding step, a wire feeding speed for supplying the welding wire is 1.5 m/min or more and 2.6 m/min or more. The value of the hot wire current flowing through the welding wire may be 30 A or more and 45 A or less.
また、本発明に係る厚金属基材表面への薄金属シートの溶接方法において、前記第1溶接工程において、シールドガスとして水素を含むガスが用いられてもよい。 Further, in the method for welding a thin metal sheet to a surface of a thick metal substrate according to the present invention, a gas containing hydrogen may be used as a shield gas in the first welding step.
また、本発明に係る厚金属基材表面への薄金属シートの溶接方法において、前記第1溶接工程の後に、前記第1の薄金属シートに、厚さが0.1mm以上1.0mm以下のステンレス鋼製の第2の薄金属シートを溶接する第2溶接工程を更に備え、前記第2溶接工程において、溶接ワイヤとしてホットワイヤを用いるとともに、溶接電流としてパルス電流を用いたパルスTIG溶接を行ってもよい。 Further, in the method for welding a thin metal sheet to a surface of a thick metal substrate according to the present invention, after the first welding step, the first thin metal sheet has a thickness of 0.1 mm or more and 1.0 mm or less. A second welding step of welding a second thin metal sheet made of stainless steel is further provided, and in the second welding step, hot wire is used as a welding wire and pulse TIG welding is performed using a pulse current as a welding current. May be.
また、本発明に係る厚金属基材表面への薄金属シートの溶接方法において、前記第2溶接工程において、前記パルス電流は、ピーク電流値が200A以上250A以下であり、ベース電流値が20A以上40A以下であってもよい。 Further, in the method for welding a thin metal sheet to the surface of a thick metal substrate according to the present invention, in the second welding step, the pulse current has a peak current value of 200 A or more and 250 A or less and a base current value of 20 A or more. It may be 40 A or less.
また、本発明に係る厚金属基材表面への薄金属シートの溶接方法において、前記第2溶接工程において、前記パルス電流のパルス周期に対する、前記パルス電流の1周期当たりのピーク電流時間の割合が、20%以上30%以下であってもよい。 Further, in the method for welding a thin metal sheet to a surface of a thick metal substrate according to the present invention, in the second welding step, a ratio of a peak current time per cycle of the pulse current to a pulse cycle of the pulse current is , 20% or more and 30% or less.
また、本発明に係る厚金属基材表面への薄金属シートの溶接方法において、前記第2溶接工程において、前記パルス電流のピーク電流値と、前記パルス電流の1周期当たりのピーク電流の時間と、前記パルス電流のパルス周波数との積により求められる、1秒当たりのピーク電流の投入電流量が、68A以上72A以下であり、前記パルスTIG溶接の溶接速度が36cm/min以上65cm/min以下であり、前記パルスTIG溶接の平均溶接電圧が10.5V以上12.2V以下であってもよい。 Further, in the method for welding a thin metal sheet to a surface of a thick metal substrate according to the present invention, in the second welding step, a peak current value of the pulse current, and a peak current time per cycle of the pulse current, The input current amount of the peak current per second obtained by the product of the pulse current and the pulse frequency is 68 A or more and 72 A or less, and the welding speed of the pulse TIG welding is 36 cm/min or more and 65 cm/min or less. The average welding voltage of the pulse TIG welding may be 10.5 V or more and 12.2 V or less.
また、本発明に係る厚金属基材表面への薄金属シートの溶接方法において、前記第2溶接工程において、前記パルス電流のパルス周波数が8Hz以上12Hz以下であってもよい。 In the method for welding a thin metal sheet to the surface of a thick metal substrate according to the present invention, the pulse frequency of the pulse current may be 8 Hz or more and 12 Hz or less in the second welding step.
また、本発明に係る厚金属基材表面への薄金属シートの溶接方法において、前記第2溶接工程において、前記溶接ワイヤを供給するワイヤ送給速度が1.2m/min以上2.5m/min以下であり、前記溶接ワイヤに流れるホットワイヤ電流の電流値が30A以上45A以下であってもよい。 Further, in the method for welding a thin metal sheet to a surface of a thick metal substrate according to the present invention, in the second welding step, a wire feeding speed for supplying the welding wire is 1.2 m/min or more and 2.5 m/min or more. The value of the hot wire current flowing through the welding wire may be 30 A or more and 45 A or less.
また、本発明に係る厚金属基材表面への薄金属シートの溶接方法において、前記第2溶接工程において、シールドガスとして水素を含むガスが用いられてもよい。 Further, in the method for welding a thin metal sheet to the surface of a thick metal substrate according to the present invention, a gas containing hydrogen may be used as a shield gas in the second welding step.
また、本発明に係る厚金属基材表面への薄金属シートの溶接方法において、前記第1溶接工程において、前記パルスTIG溶接の前に、前記基材と前記第1の薄金属シートとを抵抗スポット溶接してもよい。 Further, in the method for welding a thin metal sheet to a surface of a thick metal base material according to the present invention, in the first welding step, the base material and the first thin metal sheet are resisted before the pulse TIG welding. Spot welding may be used.
また、本発明に係る厚金属基材表面への薄金属シートの溶接方法において、前記基材が平板形状であってもよい。 Further, in the method for welding a thin metal sheet to the surface of a thick metal base material according to the present invention, the base material may have a flat plate shape.
また、本発明に係る厚金属基材表面への薄金属シートの溶接方法において、前記第1溶接工程において、前記基材上に前記第1の薄金属シートを配置し、前記基材及び前記第1の薄金属シートの少なくとも一方の上、又は前記基材の周りにレールを配置し、前記レール上で溶接装置を移動させて、前記基材と前記第1の薄金属シートとを自動的にパルスTIG溶接してもよい。 Further, in the method for welding a thin metal sheet to a surface of a thick metal substrate according to the present invention, in the first welding step, the first thin metal sheet is arranged on the substrate, A rail is arranged on at least one of the thin metal sheets of 1 or around the base material, and a welding device is moved on the rail to automatically move the base material and the first thin metal sheet. Pulse TIG welding may be used.
本発明によれば、アーク溶接を用いて薄金属シートを厚金属基材に溶接することができる。 According to the present invention, thin metal sheets can be welded to thick metal substrates using arc welding.
以下、図1〜5を参照し、本発明の実施形態に係る厚金属基材表面への薄金属シートの溶接方法(以下、単に溶接方法と言う)を説明する。 Hereinafter, a method for welding a thin metal sheet to a surface of a thick metal substrate according to an embodiment of the present invention (hereinafter, simply referred to as a welding method) will be described with reference to FIGS.
図1は、本実施形態の溶接方法に用いられる溶接装置1の一部を破断した正面図である。溶接装置1は、アーク溶接の一種であるTIG(Tungsten Inert Gas)溶接を行うためのものである。また、溶接装置1は、ホットワイヤを用いてTIG溶接を行う。なお、溶接装置1の構成は、この例に限定されない。
FIG. 1 is a partially cutaway front view of a
溶接装置1は、例えば溶接トーチ11と、溶接ヘッド21と、制御部41と、を備えている。
The
溶接トーチ11は、TIG電極12と、ワイヤ案内部13と、トーチ本体14と、を有している。TIG電極12は、タングステン等の金属で棒状に形成されている。TIG電極12は、上下方向に沿って延びている。ワイヤ案内部13は、セラミックス等の非導電体で管状に形成されている。ワイヤ案内部13は、下端部が、TIG電極12の下端部に隣り合うように配置されている。ワイヤ案内部13内には、溶接ワイヤWが配置されている。溶接ワイヤWは、ワイヤ案内部13に設置された不図示のワイヤ給電用電源にて、点接触されており、電気的に接続されている。溶接ワイヤWとして、例えば、高耐食性のNi基合金材が用いられる。
The
トーチ本体14には、溶接ワイヤWを先端側に供給する送り出し部15が内蔵されている。例えば、送り出し部15は、一対のローラ15aと、一対のローラ15aを駆動するローラ駆動モータ(不図示)と、を有している。一対のローラ15aの間には、溶接ワイヤWが配置されている。ローラ駆動モータが一対のローラ15aを所定の向きに回転させることで、溶接ワイヤWが先端側に供給される。トーチ本体14の下部には、TIG電極12及びワイヤ案内部13の上端部がそれぞれ固定されている。
The torch
溶接ヘッド21は、ヘッド本体22と、搬送部23と、を有している。ヘッド本体22は、トーチ本体14に連結部材24により接続されている。搬送部23は、車輪25と、車輪駆動モータ(不図示)と、を有している。車輪25は、所望の位置に配置されたレール(軌条)R上に配置され、レールRに沿って移動する。車輪駆動モータは、車輪25を回転させる。
The
装置本体30と溶接トーチ11のトーチ本体14とは、接続ケーブル32により接続されている。接続ケーブル32内には、配線及び溶接ワイヤWが配置されている。装置本体30には、溶接ワイヤWの基端部を巻回する巻回装置33が取り付けられている。巻回装置33は、装置本体30に対して回転可能である。
The
制御部41は、図示しない演算回路及びメモリと、入力部42と、を有している。演算回路は、CPU(Central Processing Unit)等を有している。演算回路には、ローラ駆動モータ、及び車輪駆動モータが接続されている。演算回路は、ローラ駆動モータ、及び車輪駆動モータを制御する。メモリには、演算回路を制御するための制御プログラム等が記憶されている。入力部42は、例えばスイッチ等を有している。スイッチは、装置本体30の外面に取付けられている。作業者がスイッチを操作して与えた入力は、演算回路に送信される。演算回路は、受信した入力や制御プログラム等に基づいてローラ駆動モータ等を制御する。
The
以上のように構成された溶接装置1を用いて、炭素鋼製の厚金属基材P1(以下、単に基材P1と称する)の表面に、ステンレス鋼製の薄金属シートP2を溶接する溶接方法について説明する。本実施形態においては、薄金属シートP2として複数の小型薄金属シートP21,P22,・・・が用いられる。小型薄金属シートP21,P22,・・・を基材P1に順次溶接することにより、基材P1の全面に薄金属シートP2を溶接する。
A welding method in which a thin metal sheet P2 made of stainless steel is welded to the surface of a thick metal base material P1 made of carbon steel (hereinafter simply referred to as a base material P1) using the
基材P1及び薄金属シートP2(小型薄金属シートP21,P22,・・・)は、それぞれの厚さ方向に見た平面視において、矩形状に形成されている。小型薄金属シートP21,P22,・・・は、互いに同一の形状である。なお、小型薄金属シートP21,P22,・・・は、異なる形状であってもよい。 The base material P1 and the thin metal sheet P2 (small thin metal sheets P21, P22,...) Are formed in a rectangular shape in a plan view when viewed in the respective thickness directions. The small thin metal sheets P21, P22,... Have the same shape as each other. The small thin metal sheets P21, P22,... May have different shapes.
薄金属シートP2(小型薄金属シートP21,P22,・・・)の厚さは、0.1mm以上1.0mm以下である。薄金属シートP2(小型薄金属シートP21,P22,・・・)の厚さは、0.4mm以上1.0mm以下であることがより好ましい。基材P1の厚さは、特に限定されないが、例えば薄金属シートP2の厚さより充分に厚い。 The thickness of the thin metal sheet P2 (small thin metal sheets P21, P22,...) Is 0.1 mm or more and 1.0 mm or less. The thickness of the thin metal sheet P2 (small thin metal sheets P21, P22,...) Is more preferably 0.4 mm or more and 1.0 mm or less. The thickness of the base material P1 is not particularly limited, but is sufficiently thicker than the thickness of the thin metal sheet P2, for example.
まず、図2に示されるように、小型薄金属シートP21(第1の薄金属シート)を基材P1上に配置し、基材P1に小型薄金属シートP21を溶接する(第1溶接工程)。すなわち、第1溶接工程では、基材P1と薄金属シートP2との溶接を行う。その後、図3に示されるように、小型薄金属シートP22(第2の薄金属シート)を、その縁部が小型薄金属シートP21の縁部と重なるように基材P1上に配置する。小型薄金属シートP22のうち小型薄金属シートP21と重なる部分について、小型薄金属シートP21に小型薄金属シートP22を溶接する(第2溶接工程)。すなわち、第2溶接工程では、薄金属シートP2同士の溶接を行う。小型薄金属シートP22のうち小型薄金属シートP21と重なっておらず、基材P1上に直接配置される部分については、基材P1に小型薄金属シートP22を溶接する(第3溶接工程)。すなわち、第3溶接工程では、基材P1と薄金属シートP2との溶接を行う。第2溶接工程及び第3溶接工程は、小型薄金属シートP21,P22,・・・により、基材P1の全面が覆われるまで繰り返される。 First, as shown in FIG. 2, a small thin metal sheet P21 (first thin metal sheet) is arranged on the base material P1 and the small thin metal sheet P21 is welded to the base material P1 (first welding step). .. That is, in the first welding step, the base material P1 and the thin metal sheet P2 are welded. Thereafter, as shown in FIG. 3, the small thin metal sheet P22 (second thin metal sheet) is arranged on the base material P1 such that the edge portion thereof overlaps the edge portion of the small thin metal sheet P21. The small thin metal sheet P22 is welded to the small thin metal sheet P21 at a portion overlapping with the small thin metal sheet P21 (second welding step). That is, in the second welding step, the thin metal sheets P2 are welded to each other. Of the small thin metal sheet P22, the small thin metal sheet P22 does not overlap the small thin metal sheet P21 and is directly arranged on the base material P1. The small thin metal sheet P22 is welded to the base material P1 (third welding step). That is, in the third welding step, the base material P1 and the thin metal sheet P2 are welded. The second welding process and the third welding process are repeated until the entire surface of the base material P1 is covered with the small thin metal sheets P21, P22,....
第1溶接工程について詳述する。まず、図2に示されるように、基材P1上に小型薄金属シートP21を配置する。小型薄金属シートP21は、基材P1の表面を覆うように配置される。小型薄金属シートP21は、基材P1の角部に配置されることが好ましい。 The first welding step will be described in detail. First, as shown in FIG. 2, the small thin metal sheet P21 is arranged on the base material P1. The small thin metal sheet P21 is arranged so as to cover the surface of the base material P1. The small thin metal sheet P21 is preferably arranged at a corner of the base material P1.
その後、小型薄金属シートP21を基材P1上に仮付けする。具体的には、図2に示されるように、小型薄金属シートP21の端の複数個所を、例えばTIG溶接を用いて基材P1に固定する。このTIG溶接により、小型薄金属シートP21の端には複数の仮付溶接部W1が形成される。仮付溶接部W1の設置間隔は、例えば50mmである。仮付溶接部W1は、小型薄金属シートP21の縁の全周に亘って形成されることが好ましい。また、仮付溶接部W1に加えて、小型薄金属シートP21の端部の複数個所を、抵抗スポット溶接を用いて基材P1に固定してもよい。この抵抗スポット溶接により、小型薄金属シートP21の端部には複数の抵抗スポット溶接部W2が形成される。抵抗スポット溶接部W2の設置間隔は、例えば25mmである。抵抗スポット溶接部W2の設置間隔は、25mmより小さくてもよい。 Then, the small thin metal sheet P21 is temporarily attached on the base material P1. Specifically, as shown in FIG. 2, a plurality of ends of the small thin metal sheet P21 are fixed to the base material P1 by using, for example, TIG welding. By this TIG welding, a plurality of temporary welded portions W1 are formed at the ends of the small thin metal sheet P21. The installation interval of the tack welded portion W1 is, for example, 50 mm. The tack weld portion W1 is preferably formed over the entire circumference of the edge of the small thin metal sheet P21. Further, in addition to the tack welding portion W1, a plurality of end portions of the small thin metal sheet P21 may be fixed to the base material P1 by resistance spot welding. By this resistance spot welding, a plurality of resistance spot welds W2 are formed at the ends of the small thin metal sheet P21. The installation interval of the resistance spot welds W2 is, for example, 25 mm. The installation interval of the resistance spot welds W2 may be smaller than 25 mm.
その後、レールRを、基材P1及び小型薄金属シートP21の少なくとも一方の上に配置する。なお、レールRは、基材P1の周りに配置してもよい。 After that, the rail R is arranged on at least one of the base material P1 and the small thin metal sheet P21. The rail R may be arranged around the base material P1.
その後、レールR上で溶接装置1を移動させて、基材P1と小型薄金属シートP21とを自動的にパルスTIG溶接する。すなわち、小型薄金属シートP21の縁を、基材P1に隅肉溶接する。
Then, the
具体的には、作業者は、入力部42を操作して溶接装置1を起動する。不図示のTIG溶接電源より溶接電流を流して、TIG電極12と、基材P1及び小型薄金属シートP21との間にアークを発生させる。アークエネルギーにより、基材P1及び小型薄金属シートP21が溶融されて溶融池が形成される。不図示のワイヤ給電用電源より溶接ワイヤWにホットワイヤ電流を流して、ジュール熱により溶接ワイヤWを加熱する。ローラ駆動モータを駆動して、加熱された溶接ワイヤWを、溶接ワイヤWの先端が溶融池に接触するように供給する。車輪駆動モータを駆動して、レールRに対して溶接装置1(溶接ヘッド21)を所定の溶接速度で移動させ、小型薄金属シートP21と基材P1との溶接を進めていく。なお、アークの安定化、及び溶融金属を大気から保護するために、不図示のガス供給装置から、シールドガスを、TIG電極12と、基材P1及び小型薄金属シートP21との間に供給する。
Specifically, the operator operates the
本実施形態においては、TIG溶接電源からの溶接電流として、パルス電流が用いられる。パルス電流とは、所定のパルス周期TCで、ピーク電流とベース電流とに交互に変化させた電流である。すなわち、第1溶接工程においては、溶接電流としてパルス電流を用いたパルスTIG溶接が行われる。 In this embodiment, a pulse current is used as the welding current from the TIG welding power source. The pulse current is a current that is alternately changed to a peak current and a base current at a predetermined pulse period T C. That is, in the first welding process, pulse TIG welding using a pulse current as the welding current is performed.
パルスTIG溶接を行う理由について説明する。基材P1と小型薄金属シートP21(薄金属シートP2)とは、材質が異なるため融点が異なる。例えば、炭素鋼製の基材P1の融点は1450℃程度であり、ステンレス鋼製の薄金属シートP2の融点は1400℃程度である。また、溶接ワイヤWの融点は1350℃程度である。また、基材P1と薄金属シートP2とでは、厚さが大きく異なるため熱容量に大きな差がある。 The reason for performing pulse TIG welding will be described. Since the base material P1 and the small thin metal sheet P21 (thin metal sheet P2) are made of different materials, they have different melting points. For example, the melting point of the carbon steel base material P1 is about 1450°C, and the melting point of the stainless steel thin metal sheet P2 is about 1400°C. The melting point of the welding wire W is about 1350°C. In addition, since the base material P1 and the thin metal sheet P2 have large differences in thickness, there is a large difference in heat capacity.
基材P1と小型薄金属シートP21との溶接を行う場合、融点が高く板厚も厚い(熱容量が大きい)基材P1を溶融可能なアークを発生させる必要がある。通常のTIG溶接においては、溶接電流が常に一定であり、基材P1を溶融可能な高いエネルギーを有するアークを常に発生させるため、アークから小型薄金属シートP21への入熱量が大きくなり過ぎる。この結果、基材P1に比べて融点が低く、かつ板厚が1.0mm以下と比較的薄い小型薄金属シートP21が大きく破れてしまう。また、破れた小型薄金属シートP21が収縮する際、小型薄金属シートP21に孔(小型薄金属シートP21の抜け落ち)が生じてしまう。 When welding the base material P1 and the small thin metal sheet P21, it is necessary to generate an arc capable of melting the base material P1 having a high melting point and a large plate thickness (large heat capacity). In normal TIG welding, since the welding current is always constant and an arc having high energy capable of melting the base material P1 is constantly generated, the amount of heat input from the arc to the small thin metal sheet P21 becomes too large. As a result, the small thin metal sheet P21, which has a melting point lower than that of the base material P1 and has a plate thickness of 1.0 mm or less, is greatly broken. Further, when the torn small thin metal sheet P21 contracts, a hole (falling out of the small thin metal sheet P21) is generated in the small thin metal sheet P21.
本実施形態においては、溶接電流としてパルス電流を用いる。ピーク電流時には、基材P1及び小型薄金属シートP21を溶融可能な高いエネルギーを有するアークを発生させて基材P1及び小型薄金属シートP21を溶融する。ベース電流時には、ピーク電流に比べて低い電流値のベース電流を流すことにより、アークの発生を維持しつつも、アークエネルギー(すなわち、基材P1及び小型薄金属シートP21への入熱量)を低く抑えて、ピーク電流時に溶融された基材P1及び小型薄金属シートP21を凝固させる。ピーク電流及びベース電流を繰り返すことにより、トータルの入熱量を抑えて小型薄金属シートP21の破れを防止しつつ、TIG溶接を用いて基材P1と小型薄金属シートP21とを溶接することができる。 In this embodiment, a pulse current is used as the welding current. At the time of the peak current, an arc having high energy capable of melting the base material P1 and the small thin metal sheet P21 is generated to melt the base material P1 and the small thin metal sheet P21. At the time of the base current, the arc current (that is, the amount of heat input to the base material P1 and the small thin metal sheet P21) is lowered while maintaining the generation of the arc by passing the base current having a lower current value than the peak current. The substrate P1 and the small thin metal sheet P21 melted at the peak current are solidified while being suppressed. By repeating the peak current and the base current, it is possible to weld the base material P1 and the small thin metal sheet P21 using TIG welding while suppressing the total heat input and preventing the small thin metal sheet P21 from breaking. ..
また、本実施形態においては、ホットワイヤを用いたパルスTIG溶接が行われる。すなわち、溶接ワイヤWが、ホットワイヤ電流により加熱された状態で溶融池に供給される。アークエネルギーによって溶接ワイヤWを加熱・溶融させる必要がない、またはアークエネルギーによって溶接ワイヤWを加熱・溶融させるための消費エネルギーを小さくできるため、溶接ワイヤWとしてコールドワイヤを用いる場合に比べてトータルのアークエネルギーを小さくすることができる。すなわち、基材P1及び小型薄金属シートP21へのトータルの入熱量を抑えることができるため、小型薄金属シートP21の破れをより効果的に防止することができる。また、ホットワイヤを用いることにより、アークエネルギー(すなわち、基材P1及び薄金属シートP2への入熱量)が低いベース電流時においても、溶接ワイヤWの溶け残りを防止することができる。 Further, in this embodiment, pulse TIG welding using a hot wire is performed. That is, the welding wire W is supplied to the molten pool while being heated by the hot wire current. Since it is not necessary to heat/melt the welding wire W by the arc energy, or the energy consumption for heating/melting the welding wire W by the arc energy can be reduced, the total amount of the welding wire W can be reduced as compared with the case of using the cold wire. The arc energy can be reduced. That is, since the total heat input to the base material P1 and the small thin metal sheet P21 can be suppressed, it is possible to more effectively prevent the small thin metal sheet P21 from breaking. Further, by using the hot wire, it is possible to prevent the unmelted residue of the welding wire W even at the time of the base current when the arc energy (that is, the amount of heat input to the base material P1 and the thin metal sheet P2) is low.
さらに、本実施形態においては、シールドガスとして、アルゴン(Ar)と水素(H2)との混合ガスが用いられる。例えば、シールドガスとして、アルゴンに水素を5体積%添加した、Ar−5%H2混合ガスが用いられる。水素は、アーク雰囲気中で吸熱反応を促し、アークエネルギーを吸収する。したがって、アルゴンと水素との混合ガスをシールドガスとして用いることにより、基材P1及び小型薄金属シートP21への入熱量を減少させて、小型薄金属シートP21の破れをより効果的に防止することができる。なお、水素によりアークエネルギーを効果的に吸収するために、アルゴンへの水素の添加量は3体積%以上とすることが好ましい。一方で、基材P1と小型薄金属シートP21との溶接部に取り込まれる水素量の増加による低温割れを防止するために、アルゴンへの水素の添加量は7体積%以下とすることが好ましい。 Furthermore, in the present embodiment, a mixed gas of argon (Ar) and hydrogen (H 2 ) is used as the shield gas. For example, as the shield gas, an Ar-5% H 2 mixed gas in which hydrogen is added to argon by 5% by volume is used. Hydrogen promotes an endothermic reaction in an arc atmosphere and absorbs arc energy. Therefore, by using the mixed gas of argon and hydrogen as the shield gas, the heat input to the base material P1 and the small thin metal sheet P21 is reduced, and the breakage of the small thin metal sheet P21 is more effectively prevented. You can In order to effectively absorb the arc energy with hydrogen, the amount of hydrogen added to argon is preferably 3% by volume or more. On the other hand, in order to prevent cold cracking due to an increase in the amount of hydrogen taken into the weld between the base material P1 and the small thin metal sheet P21, the amount of hydrogen added to argon is preferably 7% by volume or less.
以下、図4を参照して、第1溶接工程における基材P1と小型薄金属シートP21との溶接に好適な溶接条件について説明する。 Hereinafter, with reference to FIG. 4, welding conditions suitable for welding the base material P1 and the small thin metal sheet P21 in the first welding process will be described.
車輪駆動モータを駆動して溶接ヘッド21を移動させる速度であるパルスTIG溶接の溶接速度は、35cm/min以上60cm/min以下であることが好ましい。溶接速度が35cm/minより遅いと入熱量の増大により小型薄金属シートP21が破れてしまう可能性がある。溶接速度が60cm/minより速いと、入熱量が不足し、基材P1及び小型薄金属シートP21が溶融せず、溶接欠陥(溶け込み不良)が発生する可能性がある。
The welding speed of pulse TIG welding, which is the speed at which the wheel driving motor is driven to move the
ここで、本実施形態においては、上述のようにホットワイヤを用いたパルスTIG溶接が行われるが、溶接速度を上記範囲とするために、ホットワイヤとしてパルス通電ホットワイヤが用いられる(すなわち、ホットワイヤ電流としてパルス電流が用いられる)ことが好ましい。なお、ホットワイヤ電流としてのパルス電流の周波数は、50〜200Hzであることが好ましい。 Here, in the present embodiment, pulse TIG welding using a hot wire is performed as described above, but a pulse current hot wire is used as the hot wire in order to keep the welding speed within the above range (that is, hot A pulse current is preferably used as the wire current). The frequency of the pulse current as the hot wire current is preferably 50 to 200 Hz.
パルス通電ホットワイヤを用いることにより、溶接速度を上げる(例えば、35cm/min以上とする)ことができる。この理由を以下に説明する。
まず、パルスTIG溶接においてホットワイヤを用いることにより、アークエネルギーによって溶接ワイヤWを加熱・溶融させる必要がない、またはアークエネルギーによって溶接ワイヤWを加熱・溶融させるための消費エネルギーを小さくできるため、溶接速度を上げることができる。なお、溶接ワイヤW(ホットワイヤ)の温度が高いほど溶接速度を上げることができる。
例えば、ホットワイヤとして定電流ホットワイヤが用いられる(すなわち、ホットワイヤ電流として定電流が用いられる)場合、溶接ワイヤW(ホットワイヤ)の温度を高くするためにホットワイヤ電流(定電流)の電流値を上げると、ワイヤ通電によりアークが偏向する、いわゆる磁気吹きが生じてしまい、溶接が不安定になる。したがって、ホットワイヤ電流(定電流)の電流値を上げることに限度があり、溶接ワイヤWを十分に(融点直下まで)加熱することは難しい。この結果、溶接速度を例えば35cm/minまで上げることは難しい。
一方で、ホットワイヤとしてパルス通電ホットワイヤが用いられる場合には、電流値が大きいピーク電流時に磁気吹きが生じるものの、電流値が小さいベース電流時に磁気吹きが生じない期間を確保することができるため、ピーク電流時の磁気吹きを瞬間的なものとして、これが溶接作業に及ぼす影響を抑えることができる。すなわち、ホットワイヤ電流(パルス電流)の電流値を上げたとしても、溶接が不安定になることを防止できる。したがって、ホットワイヤ電流(パルス電流)の電流値を所望値まで上げることができ、溶接ワイヤWを融点直下まで加熱した状態で溶融池に供給することができる。この結果、溶接速度を例えば、35cm/min以上に上げることができる。
By using a pulsed hot wire, the welding speed can be increased (for example, 35 cm/min or more). The reason for this will be described below.
First, by using a hot wire in pulse TIG welding, it is not necessary to heat/melt the welding wire W by arc energy, or the energy consumption for heating/melting the welding wire W by arc energy can be reduced. You can increase the speed. The welding speed can be increased as the temperature of the welding wire W (hot wire) is higher.
For example, when a constant current hot wire is used as the hot wire (that is, a constant current is used as the hot wire current), the current of the hot wire current (constant current) in order to increase the temperature of the welding wire W (hot wire). If the value is increased, the arc is deflected by the wire energization, so-called magnetic blow occurs, and the welding becomes unstable. Therefore, there is a limit to increase the current value of the hot wire current (constant current), and it is difficult to sufficiently heat the welding wire W (just below the melting point). As a result, it is difficult to increase the welding speed to 35 cm/min.
On the other hand, when a pulsed hot wire is used as the hot wire, it is possible to secure a period in which magnetic blowing does not occur at a base current having a small current value, although magnetic blowing occurs at a peak current having a large current value. In addition, it is possible to suppress the influence of this on the welding operation by making the magnetic blow at the peak current instantaneous. That is, even if the current value of the hot wire current (pulse current) is increased, it is possible to prevent the welding from becoming unstable. Therefore, the current value of the hot wire current (pulse current) can be increased to a desired value, and the welding wire W can be supplied to the molten pool while being heated to just below the melting point. As a result, the welding speed can be increased to, for example, 35 cm/min or more.
パルス電流のピーク電流値IPは200A(アンペア)以上250A以下であることが好ましい。ピーク電流値IPが200Aより小さいと、入熱量が不足し、基材P1及び小型薄金属シートP21が溶融せず、溶接欠陥(溶け込み不良)が発生する可能性がある。ピーク電流値IPが250Aより大きいと、入熱量の増大により小型薄金属シートP21が破れてしまう可能性がある。 The peak current value I P of the pulse current is preferably 200 A (ampere) or more and 250 A or less. If the peak current value I P is less than 200 A, the heat input amount may be insufficient, the base material P1 and the small thin metal sheet P21 may not be melted, and welding defects (defective penetration) may occur. If the peak current value I P is larger than 250 A, the small thin metal sheet P21 may be broken due to an increase in heat input.
パルス電流のベース電流値IBは20A以上40A以下であることが好ましい。ベース電流値IBが20Aより小さいと、アークが消失してしまい溶接を行うことができない可能性がある。ベース電流値IBが40Aより大きいと、ベース電流時にも小型薄金属シートP21が溶融し、小型薄金属シートP21が破れてしまう可能性がある。 The base current value I B of the pulse current is preferably 20 A or more and 40 A or less. If the base current value I B is less than 20 A, the arc may disappear and welding may not be possible. When the base current value I B is larger than 40 A, the small thin metal sheet P21 may melt even during the base current, and the small thin metal sheet P21 may be broken.
パルス周波数fは、8Hz以上12Hz以下であることが好ましい。パルス周波数fが12Hzより大きいと、ベース電流が流れる時間が短くなり、ピーク電流時に溶融された基材P1及び小型薄金属シートP21を凝固させるための時間を十分に確保できない可能性がある。また、パルス周波数fが8Hzより小さいと、基材P1と小型薄金属シートP21との溶接部における溶接ビードの表面のリップル模様が深くなり、蛍光浸透探傷検査において指示模様が発生してしまう可能性がある。 The pulse frequency f is preferably 8 Hz or more and 12 Hz or less. When the pulse frequency f is higher than 12 Hz, the time during which the base current flows is shortened, and there is a possibility that sufficient time for solidifying the base material P1 and the small thin metal sheet P21 melted at the peak current cannot be secured. If the pulse frequency f is less than 8 Hz, the ripple pattern on the surface of the weld bead in the welded portion between the base material P1 and the small thin metal sheet P21 becomes deep, and an instruction pattern may occur in the fluorescent penetrant inspection. There is.
パルス周期TCに対する、1周期当たりのピーク電流時間TPの割合(以下、単にピーク電流時間TPの割合とも称する)は、40%以上60%以下であることが好ましい。ピーク電流時間TPの割合が40%より小さいと、入熱量が不足し、基材P1及び小型薄金属シートP21が溶融せず、溶接欠陥(溶け込み不良)が発生する可能性がある。ピーク電流時間TPの割合が60%より大きいと、入熱量の増大により小型薄金属シートP21が破れてしまう可能性がある。 With respect to the pulse period T C, the ratio of the peak current time T P per period (hereinafter, simply referred to as the ratio of the peak current time T P) is preferably not more than 40% to 60%. If the ratio of the peak current time T P is less than 40%, the heat input amount may be insufficient, the base material P1 and the small thin metal sheet P21 may not be melted, and a welding defect (defective penetration) may occur. If the ratio of the peak current time T P is larger than 60%, the small thin metal sheet P21 may be broken due to an increase in heat input.
さらに、本実施形態においては、入熱量を管理するためのパラメータとして、ピーク電流値IPと、1周期当たりのピーク電流時間TPと、パルス周波数fとの積により求められる、1秒当たりのピーク電流時の投入電流量Sが用いられる。1秒当たりのピーク電流時の投入電流量Sを適切に管理することにより、ピーク電流時の入熱量を、小型薄金属シートP21の破れを防止しつつ、基材P1及び小型薄金属シートP21を十分に溶融できるよう調整することができる。1秒当たりのピーク電流時の投入電流量Sは、115A以上120A以下であることが好ましい。1秒当たりのピーク電流時の投入電流量Sが115Aより小さいと、入熱量が不足し、基材P1及び小型薄金属シートP21が溶融せず、溶接欠陥(溶け込み不良)が発生する可能性がある。1秒当たりのピーク電流時の投入電流量Sが120Aより大きいと、入熱量の増大により小型薄金属シートP21が破れてしまう可能性がある。 Further, in the present embodiment, as a parameter for managing the heat input amount, the peak current value I P , the peak current time T P per cycle, and the pulse frequency f The input current amount S at the peak current is used. By appropriately managing the input current amount S at the peak current per second, the heat input amount at the peak current is controlled by the base material P1 and the small thin metal sheet P21 while preventing the small thin metal sheet P21 from breaking. It can be adjusted so that it can be sufficiently melted. The applied current amount S at the peak current per second is preferably 115 A or more and 120 A or less. If the input current amount S at the peak current per second is smaller than 115 A, the heat input amount may be insufficient, the base material P1 and the small thin metal sheet P21 may not be melted, and welding defects (poor penetration) may occur. is there. When the input current amount S at the peak current per second is larger than 120 A, the small thin metal sheet P21 may be broken due to the increase in the heat input amount.
パルスTIG溶接の平均溶接電圧は、11.5V(ボルト)以上13.7V以下であることが好ましい。なお、平均溶接電圧は、TIG電極12と、小型薄金属シートP21との間の距離によって決定される。平均溶接電圧が11.5Vより小さいと、TIG電極12と小型薄金属シートP21とが接触してしまう可能性がある。平均溶接電圧が13.7Vより大きいと、入熱量の増大により小型薄金属シートP21が破れてしまう可能性がある。
The average welding voltage of pulse TIG welding is preferably 11.5 V (volt) or more and 13.7 V or less. The average welding voltage is determined by the distance between the
ローラ駆動モータを駆動して溶接ワイヤWを供給するワイヤ送給速度は、1.5m/min以上2.6m/min以下であることが好ましい。ワイヤ送給速度を上記範囲とすることにより、溶接ワイヤWの使用量を抑えつつ、基材P1と小型薄金属シートP21との溶接部の余盛を十分な大きさとして溶接部の耐力を確保することができる。 The wire feeding speed for driving the roller driving motor to supply the welding wire W is preferably 1.5 m/min or more and 2.6 m/min or less. By setting the wire feeding speed in the above range, the amount of welding wire W to be used can be suppressed, and the welded portion between the base material P1 and the small thin metal sheet P21 can be made large enough to secure the yield strength of the welded portion. can do.
溶接ワイヤWの通電距離、及び溶接ワイヤWに流れるホットワイヤ電流値は、溶接ワイヤWが溶融池に挿入される直前に融点直下まで加熱されるように決定される。溶接ワイヤWの通電距離は、溶接装置1の仕様により決定されるが、例えば57mmである。また、ホットワイヤ電流値は、ワイヤ送給速度及び通電距離により決まるが、例えば30A以上45A以下であることが好ましい。
The energization distance of the welding wire W and the hot wire current value flowing through the welding wire W are determined so that the welding wire W is heated to just below the melting point immediately before being inserted into the molten pool. The energization distance of the welding wire W is determined by the specifications of the
TIG電極12と溶接ワイヤWとの相対位置は、アークの熱により溶接ワイヤWが溶融されることを防止しつつ、溶接ワイヤWの先端が溶融池内に直接挿入されるように決定される。例えば、TIG電極12の先端は、溶接線方向(すなわち、レールRに沿う方向)においては、溶接ワイヤWの先端より2mmから3mm程度後方に位置するよう配置される。また、TIG電極12の先端は、基材P1の平面に沿って溶接線と直交する方向(以下、溶接線直交方向とも称する)においては、溶接ワイヤWの先端と同一位置から、溶接ワイヤWの先端よりも1mm基材P1側の位置までの間となるように配置される。溶接ワイヤWの先端とTIG電極12の先端との距離が近すぎると、溶接ワイヤWがアークの熱で溶融し、溶接が不安定となる。溶接ワイヤWの先端とTIG電極12の先端との距離が遠すぎると、溶接ワイヤWの先端が溶融池から外れてしまい、溶接ビードが形成できない。なお、TIG電極12と溶接ワイヤWとの相対位置は上記に限られない。
The relative position between the
次に、第2溶接工程及び第3溶接工程について詳述する。まず、図3に示されるように、小型薄金属シートP22を、基材P1上に配置する。このとき、小型薄金属シートP22は、その端部が小型薄金属シートP21の端部と重なるように配置される。 Next, the second welding step and the third welding step will be described in detail. First, as shown in FIG. 3, the small thin metal sheet P22 is arranged on the base material P1. At this time, the small thin metal sheet P22 is arranged so that the end thereof overlaps the end of the small thin metal sheet P21.
その後、小型薄金属シートP22を小型薄金属シートP21及び基材P1上に仮付けする。具体的には、図3に示されるように、小型薄金属シートP22の端の複数個所を、例えばTIG溶接を用いて小型薄金属シートP21及び基材P1に固定する。このTIG溶接により、小型薄金属シートP22の端には複数の仮付溶接部W3が形成される。仮付溶接部W3の設置間隔は、例えば30mmである。仮付溶接部W3は、小型薄金属シートP22の縁の全周に亘って形成されることが好ましい。なお、第2溶接工程においては、抵抗スポット溶接は行われない。 Then, the small thin metal sheet P22 is temporarily attached on the small thin metal sheet P21 and the base material P1. Specifically, as shown in FIG. 3, a plurality of ends of the small thin metal sheet P22 are fixed to the small thin metal sheet P21 and the base material P1 by using, for example, TIG welding. By this TIG welding, a plurality of temporary welded portions W3 are formed at the ends of the small thin metal sheet P22. The installation interval of the tack welding portion W3 is, for example, 30 mm. The tack weld portion W3 is preferably formed over the entire circumference of the edge of the small thin metal sheet P22. Note that resistance spot welding is not performed in the second welding process.
その後、レールRを、基材P1、小型薄金属シートP21及び小型薄金属シートP22の少なくとも一方の上に配置する。なお、レールRは、基材P1の周りに配置してもよい。 Then, the rail R is arranged on at least one of the base material P1, the small thin metal sheet P21, and the small thin metal sheet P22. The rail R may be arranged around the base material P1.
その後、レールR上で溶接装置1を移動させて、小型薄金属シートP21と小型薄金属シートP22と、または基材P1と小型薄金属シートP22とを自動的にパルスTIG溶接する。すなわち、小型薄金属シートP22の縁を、小型薄金属シートP21又は基材P1に隅肉溶接する。なお、第2溶接工程及び第3溶接工程における溶接装置1の動作については、第1溶接工程と同様であるので、ここでは記載を省略する。
Then, the
第2溶接工程及び第3溶接工程においても、第1溶接工程と同様に、溶接ワイヤWとしてホットワイヤを用いるとともに、溶接電流としてパルス電流を用いたパルスTIG溶接が行われる。また、第2溶接工程及び第3溶接工程においても、第1溶接工程と同様に、シールドガスとして、アルゴン(Ar)と水素(H2)との混合ガスが用いられる。 Also in the second welding process and the third welding process, similar to the first welding process, the hot wire is used as the welding wire W and the pulse TIG welding is performed using the pulse current as the welding current. Also in the second welding process and the third welding process, as in the first welding process, a mixed gas of argon (Ar) and hydrogen (H 2 ) is used as the shield gas.
以下、図5を参照して、第2溶接工程における小型薄金属シートP21と小型薄金属シートP22との溶接に好適な溶接条件について説明する。なお、第3溶接工程については、第1溶接工程と同様の溶接条件にて溶接を行うため、ここでは記載を省略する。 Hereinafter, the welding conditions suitable for welding the small thin metal sheet P21 and the small thin metal sheet P22 in the second welding step will be described with reference to FIG. Note that the third welding process is performed under the same welding conditions as the first welding process, and thus the description thereof is omitted here.
第2溶接工程においては、ピーク電流時には、小型薄金属シートP21、P22の破れを防止しつつ小型薄金属シートP21、P22を溶融し、ベース電流時には、溶融された小型薄金属シートP21、P22を凝固させるとの動作を行う。すなわち、第2溶接工程においては、薄金属シートP2同士(小型薄金属シートP21、P22)の溶接を行うため、第1溶接工程と比べて、小型薄金属シートP21、P22の溶融に要するアークエネルギーが小さくなる。したがって、第1溶接工程と異なる溶接条件により、第2溶接工程が行われる。 In the second welding process, the small thin metal sheets P21, P22 are melted while preventing breakage of the small thin metal sheets P21, P22 at the peak current, and the molten small thin metal sheets P21, P22 are melted at the base current. Perform the action of solidifying. That is, in the second welding step, since the thin metal sheets P2 are welded to each other (small thin metal sheets P21 and P22), the arc energy required for melting the small thin metal sheets P21 and P22 is different from that in the first welding step. Becomes smaller. Therefore, the second welding process is performed under welding conditions different from those of the first welding process.
車輪駆動モータを駆動して溶接ヘッド21を移動させる速度であるパルスTIG溶接の溶接速度は、36cm/min以上65cm/min以下であることが好ましい。溶接速度が36cm/minより遅いと入熱量の増大により小型薄金属シートP21、P22が破れてしまう、あるいは、入熱量の増大により過剰に溶融された小型薄金属シートP21、P22が重力で垂れ下がり、溶接欠陥(オーバーラップ)が発生する可能性がある。溶接速度が65cm/minより速いと、高温割れが発生する可能性がある。
The welding speed of pulse TIG welding, which is the speed at which the wheel driving motor is driven to move the
パルス電流のピーク電流値IPは200A以上250A以下であることが好ましい。ピーク電流値IPが200Aより小さいと、入熱量が不足し、小型薄金属シートP21、P22が溶融せず、溶接欠陥(溶け込み不良)が発生する可能性がある。ピーク電流値IPが250Aより大きいと、入熱量の増大により小型薄金属シートP21、P22が破れてしまう、あるいは、入熱量の増大により過剰に溶融された小型薄金属シートP21、P22が重力で垂れ下がり、溶接欠陥(オーバーラップ)が発生する可能性がある。 The peak current value I P of the pulse current is preferably 200 A or more and 250 A or less. If the peak current value I P is less than 200 A, the heat input amount may be insufficient, the small thin metal sheets P21 and P22 may not be melted, and welding defects (melting failure) may occur. If the peak current value I P is larger than 250 A, the small thin metal sheets P21 and P22 will be broken due to the increase in heat input, or the small thin metal sheets P21 and P22 that have been excessively melted due to the increase in heat input will be gravity. There is a possibility of sagging and welding defects (overlap).
パルス電流のベース電流値IBは20A以上40A以下であることが好ましい。ベース電流値IBが20Aより小さいと、アークが消失してしまい溶接を行うことができない可能性がある。ベース電流値IBが40Aより大きいと、ベース電流時にも小型薄金属シートP21、P22が溶融し、小型薄金属シートP21、P22が破れてしまう、あるいは、入熱量の増大により過剰に溶融された小型薄金属シートP21、P22が重力で垂れ下がり、溶接欠陥(オーバーラップ)が発生する可能性がある。 The base current value I B of the pulse current is preferably 20 A or more and 40 A or less. If the base current value I B is less than 20 A, the arc may disappear and welding may not be possible. When the base current value I B is larger than 40 A, the small thin metal sheets P21 and P22 are melted even during the base current and the small thin metal sheets P21 and P22 are broken, or are excessively melted due to an increase in heat input. The small thin metal sheets P21 and P22 may hang down due to gravity, and welding defects (overlap) may occur.
パルス周波数fは、8Hz以上12Hz以下であることが好ましい。パルス周波数fが12Hzより大きいと、ベース電流が流れる時間が短くなり、したがってピーク電流時に溶融された小型薄金属シートP21、P22を凝固させる時間を確保できない可能性がある。また、パルス周波数fが8Hzより小さいと、小型薄金属シートP21、P22の溶接部における溶接ビードの表面のリップル模様が深くなり、蛍光浸透探傷検査において指示模様が発生してしまう可能性がある。 The pulse frequency f is preferably 8 Hz or more and 12 Hz or less. When the pulse frequency f is higher than 12 Hz, the base current flows for a short time, and thus it may not be possible to secure the time for solidifying the melted small thin metal sheets P21, P22 at the peak current. If the pulse frequency f is lower than 8 Hz, the ripple pattern on the surface of the weld bead in the welded portions of the small thin metal sheets P21 and P22 becomes deep, and an instruction pattern may occur in the fluorescent penetrant inspection.
パルス周期TCに対する、1周期当たりのピーク電流時間TPの割合は、20%以上30%以下であることが好ましい。ピーク電流時間TPの割合が20%より小さいと、入熱量が不足し、小型薄金属シートP21、P22が溶融せず、溶接欠陥(溶け込み不良)が発生する可能性がある。ピーク電流時間TPの割合が30%より大きいと、入熱量の増大により小型薄金属シートP21、P22が破れてしまう、あるいは、入熱量の増大により過剰に溶融された小型薄金属シートP21、P22が重力で垂れ下がり、溶接欠陥(オーバーラップ)が発生する可能性がある。 The ratio of the peak current time T P per cycle to the pulse cycle T C is preferably 20% or more and 30% or less. If the ratio of the peak current time T P is less than 20%, the heat input amount may be insufficient, the small thin metal sheets P21 and P22 may not be melted, and welding defects (melting failure) may occur. When the ratio of the peak current time T P is larger than 30%, the small thin metal sheets P21 and P22 are broken due to an increase in heat input, or the small thin metal sheets P21 and P22 excessively melted due to an increase in heat input. May hang down due to gravity, resulting in welding defects (overlap).
1秒当たりのピーク電流時の投入電流量Sは、68A以上72A以下であることが好ましい。1秒当たりのピーク電流時の投入電流量Sが68Aより小さいと、入熱量が不足し、小型薄金属シートP21、P22が溶融せず、溶接欠陥(溶け込み不良)が発生する可能性がある。1秒当たりのピーク電流時の投入電流量Sが72Aより大きいと、入熱量の増大により小型薄金属シートP21、P22が破れてしまう、あるいは、入熱量の増大により過剰に溶融された小型薄金属シートP21、P22が重力で垂れ下がり、溶接欠陥(オーバーラップ)が発生する可能性がある。 The applied current amount S at the peak current per second is preferably 68 A or more and 72 A or less. If the input current amount S at the peak current per second is smaller than 68 A, the heat input amount is insufficient, the small thin metal sheets P21 and P22 do not melt, and welding defects (defective melting) may occur. If the input current amount S at the peak current per second is larger than 72 A, the small thin metal sheets P21 and P22 are broken due to the increase in heat input, or the small thin metal excessively melted due to the increase in heat input. The sheets P21 and P22 may hang down due to gravity, and a welding defect (overlap) may occur.
パルスTIG溶接の平均溶接電圧は、10.5V以上12.2V以下であることが好ましい。平均溶接電圧が10.5Vより小さいと、TIG電極12と小型薄金属シートP22とが接触してしまう可能性がある。平均溶接電圧が12.2Vより大きいと、入熱量の増大により小型薄金属シートP21、P22が破れてしまう、あるいは、入熱量の増大により過剰に溶融された小型薄金属シートP21、P22が重力で垂れ下がり、溶接欠陥(オーバーラップ)が発生する可能性がある。
The average welding voltage of pulse TIG welding is preferably 10.5 V or more and 12.2 V or less. If the average welding voltage is lower than 10.5 V, the
ローラ駆動モータを駆動して溶接ワイヤWを供給するワイヤ送給速度は、1.2m/min以上2.5m/min以下であることが好ましい。溶接ワイヤWの通電距離は、溶接装置1の仕様により決定されるが、例えば57mmである。また、溶接ワイヤWに流れるホットワイヤ電流値は、例えば30A以上45A以下であることが好ましい。これらワイヤ送給速度、通電距離、及びホットワイヤ電流の電流値の範囲の設定理由については、上記の第1溶接工程における溶接条件のものと同様であるため記載を省略する。
The wire feeding speed for driving the roller driving motor to supply the welding wire W is preferably 1.2 m/min or more and 2.5 m/min or less. The energization distance of the welding wire W is determined by the specifications of the
TIG電極12と溶接ワイヤWとの相対位置は、TIG電極12と小型薄金属シートP21、P22との間に発生するアークの熱により溶接ワイヤWが溶融されることを防止しつつ、溶接ワイヤWの先端が溶融池内に直接挿入されるように設定される。例えば、TIG電極12の先端は、溶接線方向においては、溶接ワイヤWの先端より2mmから5mm程度後方に位置するよう配置される。また、TIG電極12の先端は、溶接線直交方向においては、溶接ワイヤWの先端と同一位置から、溶接ワイヤWの先端よりも1mm小型薄金属シートP21側の位置までの間となるように配置される。なお、TIG電極12と溶接ワイヤWとの相対位置は上記に限られない。
The relative position between the
以下、実施例及び比較例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to the following Examples.
実施例1として、溶接条件を変更して第1溶接工程における基材P1と小型薄金属シートP21との溶接を行い、外観検査及び蛍光浸透探傷検査の結果に基づき溶接部の合否を判定した。基材P1として、サイズが3550mm×1950mm、板厚が12mmのSM490YAを用いた。また、小型薄金属シートP21(薄金属シートP2)として、サイズが200mm×1550mm、板厚が1mmのSUS312Lを用いた。 As Example 1, the welding conditions were changed, the base material P1 and the small thin metal sheet P21 were welded in the first welding step, and the pass/fail of the welded portion was determined based on the results of the visual inspection and the fluorescent penetrant inspection. As the base material P1, SM490YA having a size of 3550 mm×1950 mm and a plate thickness of 12 mm was used. As the small thin metal sheet P21 (thin metal sheet P2), SUS312L having a size of 200 mm×1550 mm and a plate thickness of 1 mm was used.
図6に、実施例1−1〜1−10及び比較例1−1〜1−8の溶接条件、及び判定結果を示す。なお、図6に記載されていない溶接条件については、実施例1−1〜1−10及び比較例1−1〜1−8の全てにおいて同一とした。具体的には、平均溶接電圧は12.0Vとし、通電距離は57mmとした。また、TIG電極12の先端は、溶接線方向においては溶接ワイヤWの先端より3mm後方に位置し、溶接線直交方向においては溶接ワイヤWの先端と同一位置となるように配置した。
FIG. 6 shows the welding conditions and the determination results of Examples 1-1 to 1-10 and Comparative examples 1-1 to 1-8. The welding conditions not shown in FIG. 6 were the same in all of Examples 1-1 to 1-10 and Comparative Examples 1-1 to 1-8. Specifically, the average welding voltage was 12.0 V and the energization distance was 57 mm. Further, the tip of the
図4に示した適正溶接条件範囲を満たして溶接を行った実施例1−1〜1−10においては、外観検査及び蛍光浸透探傷検査の双方で良好な結果を示し、合格判定となった。実施例1−1〜1−10においては、ピーク電流時に基材P1及び小型薄金属シートP21を溶融し、ベース電流時に溶融された基材P1及び小型薄金属シートP21を凝固させるとの動作が確実に行われたため、外観検査及び蛍光浸透探傷検査の双方で良好な結果を示したと考えられる。 In Examples 1-1 to 1-10 in which welding was performed while satisfying the proper welding condition range shown in FIG. 4, good results were shown in both the visual inspection and the fluorescent penetrant inspection, and the results were judged to be acceptable. In Examples 1-1 to 1-10, the operation of melting the base material P1 and the small thin metal sheet P21 at the peak current and solidifying the melted base material P1 and the small thin metal sheet P21 at the base current is performed. Since it was performed reliably, it is considered that good results were shown in both the visual inspection and the fluorescent penetrant inspection.
一方、溶接条件を満たさない比較例1−1〜1−8については、外観検査及び蛍光浸透探傷検査の少なくとも一方において不良であり、不合格判定となった。 On the other hand, with respect to Comparative Examples 1-1 to 1-8 that did not satisfy the welding conditions, they were defective in at least one of the visual inspection and the fluorescent penetrant inspection, and were rejected.
具体的には、比較例1−1及び1−2においては、外観検査及び蛍光浸透探傷検査の双方が不良であった。この原因として、比較例1−1及び1−2においては、ピーク電流値IPが溶接条件(200A以上250A以下)より大きく、かつベース電流値IBが溶接条件(20A以上40A以下)より大きかったため、入熱量が大きく、小型薄金属シートP21が破れてしまったことが原因と考えられる。 Specifically, in Comparative Examples 1-1 and 1-2, both the visual inspection and the fluorescent penetrant inspection were defective. As a cause of this, in Comparative Examples 1-1 and 1-2, the peak current value I P is larger than the welding condition (200 A or more and 250 A or less) and the base current value I B is larger than the welding condition (20 A or more and 40 A or less). Therefore, it is considered that the amount of heat input is large and the small thin metal sheet P21 is torn.
比較例1−3〜1−7においては、蛍光浸透探傷検査において指示模様が多数生じてしまい、不合格となった。この原因として、比較例1−3〜1−7においては、ピーク電流値IPは所定の溶接条件を満たしたものの、ベース電流値IBが所定の溶接条件より大きかったため、ベース電流時にも小型薄金属シートP21を溶かしてしまい、小型薄金属シートP21の破れや、溶接欠陥(オーバーラップ)が生じてしまったことが考えられる。特に、比較例1−7においては、ベース電流値IB以外は溶接条件を満たしていたにもかかわらず、ベース電流値IBが42.0Aと溶接条件よりも大きく、判定結果は不合格となった。 In Comparative Examples 1-3 to 1-7, a large number of instruction patterns were generated in the fluorescent penetrant inspection, and they were rejected. As a cause of this, in Comparative Examples 1-3 to 1-7, the peak current value I P satisfied the predetermined welding condition, but the base current value I B was larger than the predetermined welding condition, so that the small size was achieved even at the base current. It is conceivable that the thin metal sheet P21 was melted and the small thin metal sheet P21 was torn or a welding defect (overlap) occurred. In particular, in Comparative Example 1-7, even though other than the base current I B is satisfied the welding conditions, greater than the welding condition-based current I B is a 42.0A, determination result and rejected became.
また、比較例1−8においては、アークが安定しなかったため溶接を行うことができなかった。この原因として、比較例1−8においては、ベース電流値IBが19.0Aと溶接条件より小さかったため、アークが消失してしまったことが考えられる。 Further, in Comparative Example 1-8, welding could not be performed because the arc was not stable. As this reason, in Comparative Example 1-8, since the base current I B is smaller than the welding conditions and 19.0A, it is conceivable that an arc is lost.
さらに、比較例1−1〜1−5においては、本実施形態において入熱量を管理するためのパラメータとして用いた、1秒当たりのピーク電流時の投入電流量Sが溶接条件(115A以上120A以下)よりも大きかった。すなわち、比較例1−1〜1−5においては、入熱量が適切に管理できておらず、入熱量の増大により小型薄金属シートP21が破れてしまったとも考えられる。 Further, in Comparative Examples 1-1 to 1-5, the input current amount S at the peak current per second used as a parameter for managing the heat input amount in the present embodiment is the welding condition (115 A or more and 120 A or less). ) Was greater than. That is, in Comparative Examples 1-1 to 1-5, it is considered that the heat input amount was not properly managed, and the small thin metal sheet P21 was torn due to the increase in the heat input amount.
実施例2として、溶接条件を変更して第2溶接工程における小型薄金属シートP21、P22の溶接を行い、外観検査及び蛍光浸透探傷検査の結果に基づき溶接部の合否を判定した。小型薄金属シートP21、P22(薄金属シートP2)として、サイズが200mm×1550mm、板厚が1mmのSUS312Lを用いた。 As Example 2, the welding conditions were changed, the small thin metal sheets P21 and P22 were welded in the second welding step, and the pass/fail of the welded portion was determined based on the results of the visual inspection and the fluorescent penetrant inspection. As the small thin metal sheets P21 and P22 (thin metal sheet P2), SUS312L having a size of 200 mm×1550 mm and a plate thickness of 1 mm was used.
図7に、実施例2−1〜2−17及び比較例2−1〜2−10の溶接条件、及び判定結果を示す。なお、図7に記載されていない溶接条件については、実施例2−1〜2−17及び比較例2−1〜2−10の全てにおいて同一とした。具体的には、平均溶接電圧は11.0Vとし、通電距離は57mmとした。また、TIG電極12の先端は、溶接線方向においては溶接ワイヤWの先端より5mm後方に位置し、溶接線直交方向においては溶接ワイヤWの先端と同一位置となるように配置した。
FIG. 7 shows welding conditions of Examples 2-1 to 2-17 and Comparative examples 2-1 to 2-10, and determination results. The welding conditions not shown in FIG. 7 are the same in all of Examples 2-1 to 2-17 and Comparative examples 2-1 to 2-10. Specifically, the average welding voltage was 11.0 V and the energization distance was 57 mm. Further, the tip of the
図5に示した適正溶接条件範囲を満たして溶接を行った実施例2−1〜2−17においては、外観検査及び蛍光浸透探傷検査の双方で良好な結果を示し、合格判定となった。実施例2−1〜2−17においては、ピーク電流時に小型薄金属シートP21、P22を溶融し、ベース電流時に溶融された小型薄金属シートP21、P22を凝固させるとの動作が確実に行われたため、外観検査及び蛍光浸透探傷検査の双方で良好な結果を示したと考えられる。 In Examples 2-1 to 2-17 in which welding was performed while satisfying the proper welding condition range shown in FIG. 5, good results were shown in both the visual inspection and the fluorescent penetrant inspection, and passed. In Examples 2-1 to 2-17, the operation of melting the small thin metal sheets P21 and P22 at the peak current and solidifying the small thin metal sheets P21 and P22 melted at the base current is reliably performed. Therefore, it is considered that good results were shown in both the visual inspection and the fluorescent penetrant inspection.
一方、溶接条件を満たさない比較例2−1〜2−10については、蛍光浸透探傷検査において指示模様が多数生じてしまい(すなわち、蛍光浸透探傷検査が不良であり)、不合格判定となった。 On the other hand, for Comparative Examples 2-1 to 2-10 that did not satisfy the welding conditions, a large number of instruction patterns were generated in the fluorescent penetrant inspection (that is, the fluorescent penetrant inspection was defective), and the judgment was rejected. ..
比較例2−1及び2−2においては、ピーク電流値IPが溶接条件(200A以上250A以下)より大きく、かつベース電流値IBが溶接条件(20A以上40A以下)より大きかったため、入熱量が大きく、小型薄金属シートP21、P22が破れてしまったと考えられる。 In Comparative Examples 2-1 and 2-2, since the peak current value I P was larger than the welding condition (200 A or more and 250 A or less) and the base current value I B was larger than the welding condition (20 A or more and 40 A or less), the heat input amount And the small thin metal sheets P21 and P22 are torn.
比較例2−3〜2−9においては、本実施形態において入熱量を管理するためのパラメータとして用いた、1秒当たりのピーク電流時の投入電流量Sが溶接条件(68A以上72A以下)よりも大きかった。すなわち、比較例2−3〜2−9においては、入熱量が適切に管理できておらず、入熱量の増大により小型薄金属シートP21、P22が破れてしまったと考えられる。 In Comparative Examples 2-3 to 2-9, the applied current amount S at the peak current per second, which was used as a parameter for managing the heat input amount in the present embodiment, was determined from the welding conditions (68 A or more and 72 A or less). Was also great. That is, in Comparative Examples 2-3 to 2-9, it is considered that the heat input amount was not properly managed, and the small thin metal sheets P21 and P22 were torn due to the increase in the heat input amount.
比較例2−10においては、シールドガスとしてアルゴンガスが用いられた。すなわち、シールドガスが水素を含んでおらず、アークエネルギーがシールドガスで吸収されなかったため、小型薄金属シートP21、P22への入熱量が増大して小型薄金属シートP21、P22が破れてしまったと考えられる。 In Comparative Example 2-10, argon gas was used as the shield gas. That is, since the shield gas did not contain hydrogen and the arc energy was not absorbed by the shield gas, the heat input to the small thin metal sheets P21, P22 increased and the small thin metal sheets P21, P22 were torn. Conceivable.
本実施形態に係る溶接方法は、基材P1の表面に、小型薄金属シートP21を溶接する第1溶接工程を備え、第1溶接工程において、溶接ワイヤWとしてホットワイヤを用いるとともに、溶接電流としてパルス電流を用いたパルスTIG溶接を行う。 The welding method according to the present embodiment includes a first welding step of welding the small thin metal sheet P21 on the surface of the base material P1. In the first welding step, a hot wire is used as the welding wire W and a welding current is used. Pulse TIG welding using pulse current is performed.
パルスTIG溶接により、ピーク電流時には、基材P1及び小型薄金属シートP21を溶融可能な高いエネルギーを有するアークを発生させて、基材P1及び小型薄金属シートP21への入熱量を大きくし、基材P1及び小型薄金属シートP21を溶融させる。ベース電流時には、ピーク電流に比べて電流値が大幅に低いベース電流を流すことにより、アークの発生を維持しつつアークエネルギーを抑えて、基材P1及び小型薄金属シートP21への入熱量を小さくし、ピーク電流時に溶融された基材P1及び小型薄金属シートP21を凝固させる。このようにピーク電流時の基材P1及び小型薄金属シートP21の溶融と、ベース電流時の溶融金属の凝固とを繰り返すことにより、小型薄金属シートP21へのトータルの入熱量を減らして小型薄金属シートP21の破れを防止しつつ、アーク溶接の一種であるTIG溶接を用いて小型薄金属シートP21を基材P1に溶接することができる。すなわち、抵抗シーム溶接や、狭いピッチでの抵抗スポット溶接を行うことなく、アーク溶接にて、小型薄金属シートP21を基材P1に溶接することができる。また、溶接ワイヤWとしてホットワイヤを用いることにより、アークエネルギー(すなわち、基材P1及び小型薄金属シートP21への入熱量)が低いベース電流時においても、溶接ワイヤWの溶け残りを防止することができる。 By the pulse TIG welding, at the peak current, an arc having high energy capable of melting the base material P1 and the small thin metal sheet P21 is generated to increase the heat input amount to the base material P1 and the small thin metal sheet P21. The material P1 and the small thin metal sheet P21 are melted. At the time of the base current, a base current having a current value significantly lower than the peak current is flowed to suppress the arc energy while maintaining the generation of the arc and reduce the heat input to the base material P1 and the small thin metal sheet P21. Then, the base material P1 and the small thin metal sheet P21 melted at the peak current are solidified. By repeating the melting of the base material P1 and the small thin metal sheet P21 at the peak current and the solidification of the molten metal at the base current as described above, the total heat input to the small thin metal sheet P21 is reduced and the small thin metal sheet P21 is reduced. The small thin metal sheet P21 can be welded to the base material P1 by TIG welding which is a kind of arc welding while preventing the metal sheet P21 from breaking. That is, the small thin metal sheet P21 can be welded to the base material P1 by arc welding without performing resistance seam welding or resistance spot welding at a narrow pitch. Further, by using a hot wire as the welding wire W, it is possible to prevent the unmelted residue of the welding wire W even when the arc energy (that is, the amount of heat input to the base material P1 and the small thin metal sheet P21) is low. You can
また、第1溶接工程において、パルス電流は、ピーク電流値IPが200A以上250A以下であり、ベース電流値IBが20A以上40A以下である。ピーク電流値IP及びベース電流値IBを上記範囲とすることにより、ピーク電流時に基材P1及び小型薄金属シートP21を溶融し、ベース電流時に溶融された基材P1及び小型薄金属シートP21を凝固させるとの動作を確実に行うことが可能となる。 In the first welding step, the pulse current has a peak current value I P of 200 A or more and 250 A or less and a base current value I B of 20 A or more and 40 A or less. By setting the peak current value I P and the base current value I B in the above ranges, the base material P1 and the small thin metal sheet P21 are melted at the peak current, and the base material P1 and the small thin metal sheet P21 are melted at the base current. It is possible to reliably perform the operation of solidifying the.
また、第1溶接工程において、パルス電流のパルス周期TCに対する、パルス電流の1周期当たりのピーク電流時間TPの割合が、40%以上60%以下である。ピーク電流時間TPの割合を上記範囲とすることにより、ピーク電流時に基材P1及び小型薄金属シートP21を溶融し、ベース電流時に溶融された基材P1及び小型薄金属シートP21を凝固させるとの動作をより確実に行うことが可能となる。 In the first welding step, the ratio of the peak current time T P per cycle of the pulse current to the pulse cycle T C of the pulse current is 40% or more and 60% or less. By setting the ratio of the peak current time T P in the above range, the base material P1 and the small thin metal sheet P21 are melted at the peak current, and the melted base material P1 and the small thin metal sheet P21 are solidified at the base current. It is possible to perform the operation of more reliably.
また、第1溶接工程において、ピーク電流値IPと、パルス電流の1周期当たりのピーク電流の時間TPと、パルス電流のパルス周波数fとの積により求められる、1秒当たりのピーク電流の投入電流量Sが、115A以上120A以下であり、パルスTIG溶接の溶接速度が35cm/min以上60cm/min以下であり、パルスTIG溶接の平均溶接電圧が11.5V以上13.7V以下である。1秒当たりのピーク電流時の投入電流量S、平均溶接電圧、及び溶接速度を上記範囲とすることにより、ピーク電流時における基材P1及び小型薄金属シートP21への入熱量を調整し、ピーク電流時に、小型薄金属シートP21の破れを防止しつつ、基材P1と小型薄金属シートP21とを溶融することができる。 In the first welding step, the peak current value I P , the peak current time T P per cycle of the pulse current, and the peak current per second obtained by the product of the pulse frequency f of the pulse current The applied current amount S is 115 A or more and 120 A or less, the welding speed of pulse TIG welding is 35 cm/min or more and 60 cm/min or less, and the average welding voltage of pulse TIG welding is 11.5 V or more and 13.7 V or less. By setting the input current amount S at the peak current per second, the average welding voltage, and the welding speed within the above ranges, the heat input amount to the base material P1 and the small thin metal sheet P21 at the peak current is adjusted, and the peak It is possible to melt the base material P1 and the small thin metal sheet P21 while preventing breakage of the small thin metal sheet P21 when an electric current is applied.
また、第1溶接工程において、パルス電流のパルス周波数fが8Hz以上12Hz以下である。パルス周波数fを上記範囲とすることにより、ピーク電流時に基材P1及び小型薄金属シートP21を溶融し、ベース電流時に溶融された基材P1及び小型薄金属シートP21を凝固させるとの動作を確実に行うことが可能となる。 In the first welding process, the pulse frequency f of the pulse current is 8 Hz or more and 12 Hz or less. By setting the pulse frequency f within the above range, the operation of melting the base material P1 and the small thin metal sheet P21 at the peak current and solidifying the melted base material P1 and the small thin metal sheet P21 at the base current is ensured. It becomes possible to do it.
また、第1溶接工程において、溶接ワイヤWを供給するワイヤ送給速度が1.5m/min以上2.6m/min以下であり、溶接ワイヤWに流れるホットワイヤ電流値が30A以上45A以下である。ワイヤ送給速度を上記範囲とすることにより、溶接ワイヤWの使用量を抑えつつ、基材P1と小型薄金属シートP21との溶接部の余盛を十分な大きさとして溶接部の耐力を確保することができる。また、ワイヤ送給速度及びホットワイヤ電流値を上記範囲とすることにより、基材P1及び小型薄金属シートP21の溶融部分に供給する直前の溶接ワイヤWの温度が融点直下となるように溶接ワイヤWを加熱することができる。 In the first welding step, the wire feeding speed for supplying the welding wire W is 1.5 m/min or more and 2.6 m/min or less, and the hot wire current value flowing in the welding wire W is 30 A or more and 45 A or less. .. By setting the wire feeding speed in the above range, the amount of welding wire W to be used can be suppressed, and the welded portion between the base material P1 and the small thin metal sheet P21 can be made large enough to secure the yield strength of the welded portion. can do. Further, by setting the wire feeding speed and the hot wire current value within the above ranges, the temperature of the welding wire W immediately before being supplied to the molten portion of the base material P1 and the small thin metal sheet P21 is directly below the melting point. W can be heated.
また、第1溶接工程の後に、小型薄金属シートP21に、小型薄金属シートP22を溶接する第2溶接工程を更に備え、第2溶接工程において、溶接ワイヤWとしてホットワイヤを用いるとともに、溶接電流としてパルス電流を用いたパルスTIG溶接を行う。パルスTIG溶接により、ピーク電流時には、小型薄金属シートP21、P22を溶融可能な高いエネルギーを有するアークを発生させて、小型薄金属シートP21、P22への入熱量を大きくし、小型薄金属シートP21、P22を溶融させる。ベース電流時には、ピーク電流に比べて電流値が大幅に低いベース電流を流すことにより、アークの発生を維持しつつアークエネルギーを抑えて、小型薄金属シートP21、P22への入熱量を小さくし、ピーク電流時に溶融された小型薄金属シートP21、P22を凝固させる。このようにピーク電流時の小型薄金属シートP21、P22の溶融と、ベース電流時の溶融金属の凝固とを繰り返すことにより、小型薄金属シートP21、P22へのトータルの入熱量を減らして小型薄金属シートP21の破れを防止しつつ、アーク溶接の一種であるTIG溶接を用いて小型薄金属シートP22を小型薄金属シートP21に溶接することができる。 Further, after the first welding step, a second welding step of welding the small thin metal sheet P21 to the small thin metal sheet P22 is further provided, and in the second welding step, a hot wire is used as the welding wire W and a welding current is used. As a result, pulse TIG welding using a pulse current is performed. By the pulse TIG welding, at the peak current, an arc having high energy capable of melting the small thin metal sheets P21 and P22 is generated to increase the heat input to the small thin metal sheets P21 and P22. , P22 is melted. At the time of the base current, by flowing a base current whose current value is significantly lower than the peak current, the arc energy is suppressed while maintaining the arc generation, and the heat input to the small thin metal sheets P21, P22 is reduced. The small thin metal sheets P21 and P22 melted at the peak current are solidified. By repeating the melting of the small thin metal sheets P21 and P22 at the peak current and the solidification of the molten metal at the base current as described above, the total heat input to the small thin metal sheets P21 and P22 is reduced, and the small thin metal sheets P21 and P22 are reduced. The small thin metal sheet P22 can be welded to the small thin metal sheet P21 by using TIG welding which is a kind of arc welding while preventing the metal sheet P21 from breaking.
また、第2溶接工程において、パルス電流は、ピーク電流値IPが200A以上250A以下であり、ベース電流値IBが20A以上40A以下である。ピーク電流値IP及びベース電流値IBを上記範囲とすることにより、ピーク電流時に小型薄金属シートP21及び小型薄金属シートP22を溶融し、ベース電流時に溶融された小型薄金属シートP21及び小型薄金属シートP22を凝固させるとの動作を確実に行うことが可能となる。 In the second welding step, the pulse current has a peak current value I P of 200 A or more and 250 A or less and a base current value I B of 20 A or more and 40 A or less. By setting the peak current value I P and the base current value I B in the above ranges, the small thin metal sheet P21 and the small thin metal sheet P22 are melted at the peak current, and the small thin metal sheet P21 and the small size are melted at the base current. The operation of solidifying the thin metal sheet P22 can be reliably performed.
また、第2溶接工程において、パルス電流のパルス周期TCに対する、パルス電流の1周期当たりのピーク電流時間TPの割合が、20%以上30%以下である。ピーク電流時間TPの割合を上記範囲とすることにより、ピーク電流時に小型薄金属シートP21及び小型薄金属シートP22を溶融し、ベース電流時に溶融された小型薄金属シートP21及び小型薄金属シートP22を凝固させるとの動作をより確実に行うことが可能となる。 In the second welding step, the ratio of the peak current time T P per one cycle of the pulse current to the pulse cycle T C of the pulse current is 20% or more and 30% or less. By setting the ratio of the peak current time T P in the above range, the small thin metal sheet P21 and the small thin metal sheet P22 are melted at the peak current, and the small thin metal sheet P21 and the small thin metal sheet P22 are melted at the base current. It is possible to more reliably perform the operation of solidifying the.
また、第2溶接工程において、ピーク電流値IPと、パルス電流の1周期当たりのピーク電流の時間TPと、パルス電流のパルス周波数fとの積により求められる、1秒当たりのピーク電流の投入電流量Sが、68A以上72A以下であり、パルスTIG溶接の溶接速度が36cm/min以上65cm/min以下であり、パルスTIG溶接の平均溶接電圧が10.5V以上12.2V以下である。1秒当たりのピーク電流時の投入電流量S、平均溶接電圧、及び溶接速度を上記範囲とすることにより、ピーク電流時における小型薄金属シートP21及び小型薄金属シートP22への入熱量を調整し、ピーク電流時に、小型薄金属シートP21及び小型薄金属シートP22の破れを防止しつつ、小型薄金属シートP21と小型薄金属シートP22とを溶融することができる。 In the second welding step, the peak current value I P , the peak current time T P per cycle of the pulse current, and the peak current per second obtained by the product of the pulse frequency f of the pulse current The applied current amount S is 68 A or more and 72 A or less, the welding speed of pulse TIG welding is 36 cm/min or more and 65 cm/min or less, and the average welding voltage of pulse TIG welding is 10.5 V or more and 12.2 V or less. By adjusting the input current amount S at the peak current per second, the average welding voltage, and the welding speed within the above ranges, the heat input amount to the small thin metal sheet P21 and the small thin metal sheet P22 at the peak current is adjusted. The small thin metal sheet P21 and the small thin metal sheet P22 can be melted while preventing the small thin metal sheet P21 and the small thin metal sheet P22 from breaking at the peak current.
また、第2溶接工程において、パルス電流のパルス周波数fが8Hz以上12Hz以下である。パルス周波数fを上記範囲とすることにより、ピーク電流時に小型薄金属シートP21及び小型薄金属シートP22を溶融し、ベース電流時に溶融された小型薄金属シートP21及び小型薄金属シートP22を凝固させるとの動作を確実に行うことが可能となる。 In the second welding process, the pulse frequency f of the pulse current is 8 Hz or more and 12 Hz or less. By setting the pulse frequency f in the above range, the small thin metal sheet P21 and the small thin metal sheet P22 are melted at the peak current, and the small thin metal sheet P21 and the small thin metal sheet P22 melted at the base current are solidified. It is possible to reliably perform the operation of.
また、第2溶接工程において、溶接ワイヤを供給するワイヤ送給速度が1.2m/min以上2.5m/min以下であり、溶接ワイヤに流れるホットワイヤ電流の電流値が30A以上45A以下である。ワイヤ送給速度を上記範囲とすることにより、溶接ワイヤWの使用量を抑えつつ、小型薄金属シートP21と小型薄金属シートP22との溶接部の余盛を十分な大きさとして溶接部の耐力を確保することができる。また、ワイヤ送給速度及びホットワイヤ電流値を上記範囲とすることにより、小型薄金属シートP21及び小型薄金属シートP22の溶融部分に供給する直前の溶接ワイヤWの温度が融点直下となるように溶接ワイヤWを加熱することができる。 In the second welding step, the wire feeding speed for supplying the welding wire is 1.2 m/min or more and 2.5 m/min or less, and the current value of the hot wire current flowing through the welding wire is 30 A or more and 45 A or less. .. By setting the wire feeding speed in the above range, the amount of welding wire W to be used can be suppressed, and the surplus of the welded portion between the small thin metal sheet P21 and the small thin metal sheet P22 can be made sufficiently large so that the yield strength of the welded portion can be increased. Can be secured. Further, by setting the wire feeding speed and the hot wire current value within the above ranges, the temperature of the welding wire W immediately before being supplied to the molten portion of the small thin metal sheet P21 and the small thin metal sheet P22 is directly below the melting point. The welding wire W can be heated.
また、シールドガスとして水素を含むガスが用いられる。水素は、アーク雰囲気中で吸熱反応を促し、アークエネルギーを吸収する。したがって、シールドガスとして水素を含むガスを用いることにより、小型薄金属シートP21,P22への入熱量を減少させて、小型薄金属シートP21,P22の破れをより効果的に防止することができる。 A gas containing hydrogen is used as the shield gas. Hydrogen promotes an endothermic reaction in an arc atmosphere and absorbs arc energy. Therefore, by using a gas containing hydrogen as the shield gas, the heat input to the small thin metal sheets P21, P22 can be reduced and the small thin metal sheets P21, P22 can be more effectively prevented from breaking.
また、第1溶接工程において、パルスTIG溶接の前に、基材P1と小型薄金属シートP21とを抵抗スポット溶接する。パルスTIG溶接時の小型薄金属シートP21への入熱を、抵抗スポット溶接部を介して基材P1へと逃がすことにより、小型薄金属シートP21の破れをより確実に防止することができる。 In the first welding step, the base material P1 and the small thin metal sheet P21 are resistance spot welded before the pulse TIG welding. The heat input to the small thin metal sheet P21 at the time of pulse TIG welding is released to the base material P1 via the resistance spot welding portion, whereby the small thin metal sheet P21 can be more reliably prevented from breaking.
なお、本発明は、図面を参照して説明した上記実施形態に限定されるものではなく、その技術的範囲において様々な変形例が考えられる。 The present invention is not limited to the above-described embodiment described with reference to the drawings, and various modifications can be considered within the technical scope thereof.
例えば、基材P1と平面視で同一形状の薄金属シートP2(小型薄金属シートP21)を用いる場合等には、第2溶接工程及び第3溶接工程は省略されてもよい。 For example, when the thin metal sheet P2 (small thin metal sheet P21) having the same shape as the substrate P1 in a plan view is used, the second welding step and the third welding step may be omitted.
小型薄金属シートP21の基材P1上への仮付け、及び小型薄金属シートP22の小型薄金属シートP21及び基材P1上への仮付けに、TIG溶接以外の溶接が用いられてもよい。また、仮付溶接部W1、W3の設置間隔は上記に限定されない。 Welding other than TIG welding may be used for temporary attachment of the small thin metal sheet P21 onto the base material P1 and temporary attachment of the small thin metal sheet P22 onto the small thin metal sheet P21 and the base material P1. Further, the installation intervals of the tack welded portions W1 and W3 are not limited to the above.
上記実施形態においては、小型薄金属シートP21の端部の複数個所を、抵抗スポット溶接を用いて基材P1に固定した。しかしながら、抵抗スポット溶接は省略されてもよい。 In the embodiment described above, a plurality of end portions of the small thin metal sheet P21 are fixed to the base material P1 by resistance spot welding. However, resistance spot welding may be omitted.
その他、本発明の趣旨に逸脱しない範囲で、前記実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、前記した変形例を適宜組み合わせてもよい。 In addition, it is possible to appropriately replace the constituent elements in the above-described embodiments with known constituent elements within the scope of the present invention, and the above-described modified examples may be combined as appropriate.
P1…厚金属基材 P2…薄金属シート P21…小型薄金属シート(第1の薄金属シート) P22…小型薄金属シート(第2の薄金属シート) W…溶接ワイヤ P1... Thick metal base material P2... Thin metal sheet P21... Small thin metal sheet (first thin metal sheet) P22... Small thin metal sheet (second thin metal sheet) W... Welding wire
Claims (17)
前記第1溶接工程において、溶接ワイヤとしてホットワイヤを用いるとともに、溶接電流としてパルス電流を用いたパルスTIG溶接を行うことを特徴とする厚金属基材表面への薄金属シートの溶接方法。 A first welding step of welding a stainless steel first thin metal sheet having a thickness of 0.1 mm or more and 1.0 mm or less to the surface of a carbon steel thick metal base material;
A method for welding a thin metal sheet to a surface of a thick metal substrate, wherein in the first welding step, a hot wire is used as a welding wire, and pulse TIG welding is performed using a pulse current as a welding current.
前記パルス電流のピーク電流値と、前記パルス電流の1周期当たりのピーク電流の時間と、前記パルス電流のパルス周波数との積により求められる、1秒当たりのピーク電流の投入電流量が、115A以上120A以下であり、
前記パルスTIG溶接の溶接速度が35cm/min以上60cm/min以下であり、
前記パルスTIG溶接の平均溶接電圧が11.5V以上13.7V以下であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の厚金属基材表面への薄金属シートの溶接方法。 In the first welding step,
The peak current input current amount per second obtained by the product of the peak current value of the pulse current, the time of the peak current per cycle of the pulse current, and the pulse frequency of the pulse current is 115 A or more. 120A or less,
The welding speed of the pulse TIG welding is 35 cm/min or more and 60 cm/min or less,
An average welding voltage of the pulse TIG welding is 11.5 V or more and 13.7 V or less, The method of welding a thin metal sheet to a surface of a thick metal substrate according to claim 1, wherein ..
前記第2溶接工程において、溶接ワイヤとしてホットワイヤを用いるとともに、溶接電流としてパルス電流を用いたパルスTIG溶接を行うことを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の厚金属基材表面への薄金属シートの溶接方法。 After the first welding step, further comprising a second welding step of welding a second thin metal sheet made of stainless steel having a thickness of 0.1 mm or more and 1.0 mm or less to the first thin metal sheet,
In the said 2nd welding process, while using a hot wire as a welding wire, pulse TIG welding which uses a pulse current as a welding current is performed, The thick metal base as described in any one of Claims 1-7 characterized by the above-mentioned. Welding method for thin metal sheet on material surface.
前記パルス電流のピーク電流値と、前記パルス電流の1周期当たりのピーク電流の時間と、前記パルス電流のパルス周波数との積により求められる、1秒当たりのピーク電流の投入電流量が、68A以上72A以下であり、
前記パルスTIG溶接の溶接速度が36cm/min以上65cm/min以下であり、
前記パルスTIG溶接の平均溶接電圧が10.5V以上12.2V以下であることを特徴とする請求項8〜10のいずれか一項に記載の厚金属基材表面への薄金属シートの溶接方法。 In the second welding step,
The peak current input current amount per second obtained by the product of the peak current value of the pulse current, the peak current time per cycle of the pulse current, and the pulse frequency of the pulse current is 68 A or more. 72A or less,
The welding speed of the pulse TIG welding is 36 cm/min or more and 65 cm/min or less,
The welding method of a thin metal sheet onto a surface of a thick metal substrate according to any one of claims 8 to 10, wherein the average welding voltage of the pulse TIG welding is 10.5 V or more and 12.2 V or less. ..
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