JP6777609B2 - 多電極ガスシールドアーク溶接方法 - Google Patents
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Description
本実施形態におけるフィラワイヤは、先行極より後方に位置する。電極数は先行極とフィラワイヤの2つでもよいし、3つ以上でもよい。電極数が3以上ある場合には、少なくとも先行極、前記フィラワイヤ及び後行極を有するが、前記フィラワイヤは前記後行極よりも前方に位置しても、後方に位置してもよい。
かかる電気抵抗、送給量及び電流範囲を満たすことにより、溶融池中へフィラワイヤが適度に挿入され、下板の亜鉛メッキから発生する亜鉛蒸気を前記フィラワイヤで放出することが可能となるため、ブローホール発生率が低減する。
同様に、送給量(WF)が7.0m/分超であると、フィラワイヤが溶融池の奥深くまで挿入されてしまい、過大な電流(AF)が必要となる。また、送給量が0.3m/分未満であると、溶融池中への十分なフィラワイヤ挿入量を達成する前にフィラワイヤが溶けてしまう。
また、電流(AF)が30A未満であると、発熱量が小さく、フィラワイヤが溶融池の奥深くまで挿入されてしまい、過大な電気抵抗(R)が必要となる。また、電流が250A超であるとフィラワイヤが溶けやすく、溶融池中へフィラワイヤを挿入することができない。
Cは溶接金属の強度および靱性を向上させる効果を有し、かつ、溶接中に発生するスパッタに影響する。スパッタに関してはCの含有量が少量であっても問題ないため下限は特にない(含まなくてもよい)が、0.01質量%以上であることが実際的である。また、溶接金属の強度および靱性を確保する点からは、0.03質量%以上が好ましい。
一方、C量が増加すると溶滴移行が安定せず、スパッタ発生量が増加する。そのため、Cの含有量は0.20質量%以下が好ましく、0.10質量%以下がより好ましく、0.08質量%以下がさらに好ましい。
Siは脱酸元素であり、溶接金属の強度や靱性を確保する効果があり、含有しなくともよいが、0.1質量%以上含有することが好ましく、0.3質量%以上がより好ましい。
一方、Siが多量に含まれると溶接中にスラグが大量発生したり、強度が増加しすぎて溶接金属の靱性が低下したりするおそれがあることから、その含有量は2.0質量%以下が好ましく、1.0質量%以下がより好ましく、0.8質量%以下がさらに好ましい。
Mnは脱酸材としての効果を発揮し、溶接金属の強度や靱性を確保するために有効な元素であり、0.3質量%以上含有することが好ましく、0.5質量%以上がより好ましく、1.0質量%以上がさらに好ましい。
一方、Mnが多量に含まれると溶接中にスラグが大量発生したり、強度が増加しすぎて溶接金属の靱性を著しく低下させたりすることがあることから、その含有量は3.0質量%以下が好ましく、2.5質量%以下がより好ましく、2.0質量%以下がさらに好ましい。
なお、フィラワイヤの前方に位置する電極とは、フィラワイヤの前方に位置する電極のうち、フィラワイヤに最も近い位置にある電極のことを表す。例えば、先行極−フィラワイヤ−後行極の順に位置する場合には、先行極とフィラワイヤとの極間距離を表し、先行極−後行極−フィラワイヤの順に位置する場合には、後行極とフィラワイヤとの極間距離を表す。
本実施形態における先行極は、通常ガスシールドアーク溶接に用いられる電極であれば特に制限されない。
先行極の極性は逆極性(DCEP)であることが好ましく、また、消耗性電極であることが好ましい。すなわち、フラックス入りワイヤ又はソリッドワイヤであることが好ましく、中でもフラックス入りワイヤであることがより好ましい。
なお、フラックス入りワイヤとは、筒状を呈する鋼製外皮内にフラックスが充填されたワイヤであるが、ワイヤの組成は、被溶接材の種類や溶接条件によって異なり、特に限定されない。またシームレスタイプ、シームタイプのいずれをも用いることができる。
ソリッドワイヤの組成についても同様に、被溶接材の種類や溶接条件によって異なり、特に限定されない。
また、ソリッドワイヤについても制限されるものではないが、一例としては、C:0.01〜0.18質量%、Si:0〜1.00質量、Mn:0.50〜2.80質量%、P:0.030質量%以下、S:0.030質量%以下、及びCu:0.50質量%以下を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物である組成が挙げられる。その他、Ti、Ni、Cr、Al、Zr、Mgなどを含んでも良い。
ガスの流量も特に制限されないが、例えば15〜30L/分とすることができる。
本実施形態における後行極及びその他の電極は、先行極、又は、先行極及びフィラワイヤに続く電極であり、極性は正極性(DCEN)の消耗性電極が好ましい。消耗式電極として、フラックス入りワイヤ又はソリッドワイヤが好ましく用いられるが、より具体的には、前記<先行極>に記載したものと同様である。
その他、突出し長さ、組成、ワイヤ径、シールドガス等の好ましい態様も、先行極の好ましい態様とそれぞれ同様である。
先述したように、フィラワイヤと、前記フィラワイヤの前方に位置する電極との極間距離は10〜40mmが好ましい。10mm以上であると前方に位置する電極で形成される溶融池へフィラワイヤをより良好に挿入することができ、40mm以下であると溶融池が凝固する前に挿入することが容易となる。極間距離は12mm以上がより好ましく、また、30mm以下がより好ましい。
溶接速度を2500mm/分以下とすることで、良好なビード揃いを得ることができる。溶接速度は2000mm/分以下がより好ましく、1500mm/分以下がさらに好ましい。
被溶接材の大きさや形状も特に限定されないが、例えば板厚6〜40mmの鋼板を好ましく用いることができる。
図1では、下板から斜め45°の方向にブローホール1が形成されていることがわかる。また、図2では、多数のブローホール1が上下方向に延びていることがわかる。図2において、矢印A−Aで示される位置が、溶接時において下板の面と立板の面とが交差していた位置である。
表1及び表2に記載の条件で、先行極及びフィラワイヤを用いた多電極ガスシールドアーク溶接(水平すみ肉溶接)を行った。
フィラワイヤは、表1に記載のC、Si及びMn量(質量%)を少なくとも含有する、JIS Z 3312:2009に準じたソリッドワイヤ又はJIS Z 3313:2009に準じたメタル系フラックス入りワイヤを用い、電極の極性は正極性(DCEN)、ワイヤ径は1.2mmである。単位長さあたりの電気抵抗(R)は25℃において四端子法により測定した値である。
先行極にはJIS Z 3313:2009に準じたメタル系フラックス入りワイヤを用い、電極の極性は逆極性(DCEP)、ワイヤ径は1.6mmである。シールドガスは炭酸ガスを用いて流量を25L/分とした。
また、被溶接材は、下板及び立板のいずれもJIS G3106:2015 SM490Aに準じた鋼板であり、その板厚は表2に示したとおりである。鋼板表面のプライマ膜厚は30μm狙いの鋼板を用いた。
溶接速度は1000〜1500mm/minとした。
溶接時及び溶接後の溶接物に対しブローホールと溶融池安定性の評価を行った。各評価の詳細は以下のとおりであり、結果を表3に示す。
(ブローホール(BH)発生率)
上述の実施形態で説明した方法により、溶接後の溶接物に対して、(溶接金属内部のBH幅総和/溶接長)で表される値をBH発生率として求めた。なお、本実施例では、図2に示す矢印A−Aの位置からの位置から3mm離れた位置におけるブローホール発生率を評価した。表3中、判定が「◎+」とはBH発生率が0〜6%、「◎」とはBH発生率が7〜10%、「○+」とはBH発生率が11〜14%、「○」とはBH発生率が15〜20%、「×」とはBH発生率が20%超であることを意味する。
溶接時の溶融池内部へのフィラワイヤの挿入状態を目視により判断し、評価を行った。表3中、溶融池安定性が「○」とは安定して挿入され、溶融池が安定な状態であることを表し、「×」とはフィラワイヤの挿入状態が不安定もしくは溶融池に挿入されていない状態であることを表す。
また、フィラワイヤの電気抵抗、送給量及び電流が、10≦{(WF×AF)/(10×R)}≦30の関係を満たすことにより、ブローホール発生率はさらに低いものとなった。
Claims (6)
- 溶接線方向に一列に配した複数の電極を用いて溶接する多電極ガスシールドアーク溶接方法であって、
前記複数の電極は、先行極と前記先行極より後方に位置するフィラワイヤとを含み、かつ
前記フィラワイヤは、25℃における単位長さあたりの電気抵抗(R):1.0〜4.0mΩ/cm、送給量(WF):0.3〜7.0m/分及び電流(AF):30〜250Aである、多電極ガスシールドアーク溶接方法。 - 前記フィラワイヤの前記R(mΩ/cm)、前記WF(m/分)及び前記AF(A)は、10≦{(WF×AF)/(10×R)}≦30の関係を満たす請求項1に記載の多電極ガスシールドアーク溶接方法。
- 前記フィラワイヤはソリッドワイヤ又はフラックス入りワイヤであり、かつ
前記フィラワイヤはC:0〜0.20質量%、Si:0〜2.0質量%、及びMn:0.3〜3.0質量%を含む請求項1又は2に記載の多電極ガスシールドアーク溶接方法。 - 前記フィラワイヤ以外の電極は、溶接電流(A):250〜600A、アーク電圧(V):26〜48V及び送給量(W):5〜20m/分であり、かつ、
前記フィラワイヤ以外の電極の前記A(A)、前記V(V)及び前記W(m/分)は、110≦[20×{W/(A×V)}×104]≦200の関係を満たす請求項1〜3のいずれか1項に記載の多電極ガスシールドアーク溶接方法。 - 被溶接材の鋼板が、板厚:6〜40mmである請求項1〜4のいずれか1項に記載の多電極ガスシールドアーク溶接方法。
- 前記フィラワイヤと前記フィラワイヤの前方に位置する電極との極間距離:10〜40mmである請求項1〜5のいずれか1項に記載の多電極ガスシールドアーク溶接方法。
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