JPH0724935B2 - 水平パルスア−ク溶接方法 - Google Patents

水平パルスア−ク溶接方法

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JPH0724935B2
JPH0724935B2 JP18403186A JP18403186A JPH0724935B2 JP H0724935 B2 JPH0724935 B2 JP H0724935B2 JP 18403186 A JP18403186 A JP 18403186A JP 18403186 A JP18403186 A JP 18403186A JP H0724935 B2 JPH0724935 B2 JP H0724935B2
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    • B23K35/00Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
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  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Arc Welding In General (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は、半割りの被溶接材を上下方向から突合せて両
側面の被溶接線を水平方向から裏波溶接するアーク溶接
方法に関するものである。
〔従来技術〕
第2図および第3図は、従来から実施され、また本発明
の溶接方法を実施するための被溶接材と溶接用トーチと
の配置を示す正面斜視図および側面図であつて、1およ
び2は、それぞれ半割りの被溶接材、例えば自動車車軸
のアクスルハウジングであつて、上下方向から突合せて
両側面の被溶接線L1とL2またはL3とL4とを、水平方向か
ら溶接用トーチT1とT2またはT3とT4とによつてアーク溶
接方法により裏波溶接をしている。
第2図および第3図に示す被溶接材をアーク溶接する従
来の第1の溶接方法は、炭酸ガスアーク溶接方法(以
下、CO2溶接という。)であつたが、この方法では、連
続して均一な裏波ビードを形成することができる最適の
溶接条件の範囲が非常に狭いために、良好な裏波ビード
を連続して得ることができなかつた。その理由はつぎの
とおりである。第4図は第3図の点線Aで示す部分の拡
大図であるが、同図に示すギヤツプGを被溶接線L1の全
長にわたつて、また1個の被溶接材の被溶接線L1乃至L4
の各全長にわたつて、さらには多数の被溶接材の被溶接
線の各全長にわたつて略一定になるようにプレス打抜き
および配置することは実用上極めて困難である。そのた
めに、従来のCO2溶接方法では、ギヤツプGが大になつ
ている部分では、第4図(B)に示すように、裏側でビ
ード垂れ落ち、ギヤツプGが小になつている部分では、
第4図(C)に示すように、裏波ビードが形成されず、
いずれの場合も接合強度が不足するために不良製品とな
つていた。なお、第4図(A)は、ギヤツプGが適正で
あつて、良好な裏波ビードが得られた図である。つぎ
に、溶接中の熱歪によるギヤツプGの変動、目違いを小
さくするためには、第1図に示す方向に、4本の溶接用
トーチで同時に溶接することが望ましいのであるが、CO
2溶接では経験上、磁気吹きによるアークの不安定が生
じ、安定した溶接結果が得られないことがあつた。この
ように従来のCO2溶接方法においては、最適の溶接条件
の範囲が狭いために不良率が大となり、手直しに多大な
労力を要していた。
そこで、従来の第2の溶接方法として、20%な炭酸ガス
(以下、CO2という。)含むアルゴンガスを使用したMAG
パルス溶接方法も実用化されるようになつた。このMAG
パルス溶接方法は、ギヤツプGの裕度がCO2溶接よりも
大であるので安定した裏波ビードが得られるが、X線試
験の結果、溶接部に多数のブローボールが発生しJIS Z
3104のX線試験の2級ないし4級しか得られない欠点が
あつた。
〔発明が解決しようとする問題点〕
第2図に示す被溶接材をアーク溶接する従来の第1の方
法ではCO2溶接方法は、ギヤツプGの裕度が小さく垂れ
落ちが生じたり、裏波ビードが得られなかつたりする欠
点があり、また従来の第2の方法であるMAGパルス溶接
方法は、ブローホールが発生しやすいという問題点があ
つたので、本発明は、第1図および第2図に示す被溶接
材を、ギヤツプGの裕度が大きくて垂れ落ちが生じるこ
となく裏波ビードが安定して形成され、しかも従来のMA
G溶接方法のようなブローホールが発生しない溶接方法
を提供することにある。
〔作用〕
本発明は、第2図に示す従来から用いられている半割り
の被溶接材1,2を上下方向から突合せて両側面の被溶接
線L1乃至L4を水平方向から裏波溶接する方法において、
アルゴンガス30乃至60%のO2を混合したシールドガスを
使用し、両側面の被溶接線L1およびL2、またはL3および
L4、またはL1乃至L4を同時に各々同方向に消耗性電極溶
接用トーチT1およびT2、またはT3およびT4、またはT1乃
至T4を移動させ、パルス電流により溶接する水平パルス
アーク溶接方法である。
以下、本発明の溶接方法の溶接条件限定の理由について
説明する。
第5図は、アルゴンガス中のCO2の混合比率(横軸)と
スプレー移行が行われる溶接電流(縦軸)との関係を示
す線図であつて、上部の曲線SPよりも上方の領域ではス
プレー移行になり、下部の曲線DPよりも下方の領域では
ドロツプ移行となり、両曲線の間の領域は混在する範囲
を示し、また点線GCのアルゴンガス中のCO2の混合比率
が30%付近に達すると、溶接電流値を高くしても、スプ
レー移行させることが不可能になるということが知られ
ている。
そこで、従来から、スパツターの発生を少なくし、安定
したアーク溶接をするためには、スプレー領域の範囲が
使用されており、通常5乃至20%のCO2を含むアルゴン
ガスが使用されている。他方、CO2の混合比率が少なく
なる程、ブローホールが発生しやすくなることが知られ
ており、結局、従来、20%のCO2を混合したアルゴンガ
スが最適であるとされている。
第6図は、第2図に示す被溶接材をアルゴンガス中のCO
2の混合比率(横軸)をかえてMAGパルス溶接をした結
果、溶接線250mm内に発生したブローホール数(縦軸)
を示す図である。同図に示す溶接条件はつぎのとおりで
ある。
材質および板厚 軟鋼5mm厚突合せ 出力電流 パルス電流 420A ベース電流 60A 平均値 280A パルス周波数 250Hz 出力電圧 平均値 25V 溶接速度 65cm/min 同図において、曲線BHが示すように、CO2混合比率が40
%をこえるとブローホールが発生しなくなつており、逆
に、40%以下ではブローホールが発生し、CO2混合比率
の低下とともにブローホール数が増加する。CO2の混合
比率が30%のときはブローホール数が10個/250mmであつ
て、JIS Z 3104のX線試験方法の1級に該当し、許容範
囲内である。つぎに、CO2の混合比率が40%をこえると
ブローホールは発生しなくなるが、溶滴が大粒となり不
規則に移行するために良好な裏波ビードが得られなくな
る。そのために、従来ではCO2の混合比率が30%をこえ
る混合ガスは実用的には使用されていなかつた。
そこで、本発明は、CO2の混合比率が30%以上のブロー
ホールの発生が許容範囲内で、しかも、溶滴移行を円滑
に行わせるために、板厚5mmの軟鋼の水平溶接に対して2
50〜350Aの高電流を使用し、例えば平均電流が250Aのと
きパルス平均電圧が25V程度まで電圧を下げることによ
つて、第1図に示すように、消耗電極3の先端3aが被溶
接材1および2の表面1aおよび2aより内部にもぐらせ
た、いわゆる「うもれアーク」の形態を採用した。この
「うもれアーク」の形態でパルス電流を通電すると、電
極先端3aの溶融金属の周囲に被溶接材の溶融金属1bおよ
び2bという壁が存在するために、電極先端3aの溶融金属
が、パルス電流に同期して円滑に移行し、あたかもスプ
レー移行と同様に安定な溶滴4の移行を行わせることが
できることを考え出した。なお、第1図における5はア
ーク、6はアーク光を示している。
上記の考えに基ずいて、第2図に示す被溶接材をMAGパ
ルス溶接により良好な裏波溶接が得られるパルス溶接条
件について検討した。第7図は、直径1.2mmの軟鋼消耗
電極および40%のCO2を含むアルゴンガスを用いて平均
パルス電流280A、平均アーク電圧25Vのパルス電流にお
いて、パルス通電時間(以下、パルス幅という)Tp(横
軸)を変化させた場合に良好な裏波ビードを得ることが
できる適正なパルス電流値Ip(縦軸)を求めた線図であ
る。同図において、曲線PAとPBとの間の領域が良好な裏
波ビードを得ることができる範囲である。つぎに、第7
図で求めた適正パルス条件において、CO2の混合比率を
増加させていくと、アーク電圧を低くしたうもれアーク
の形態でも、消耗電極の先端3aの溶融金属が通常のCO2
溶接と同様に大粒となり、被溶接材の溶融金属1bおよび
2bと短絡を生じるようになり、CO2の混合比率が60%を
こえると、パルス電流に同期した円滑な溶滴移行が行わ
れなくなり、安定した裏波ビードを得ることができなく
なる。以上の理由によつて、本発明の溶接方法における
CO2の混合比率は30乃至60%に限定される。
〔実施例〕
以上の検討および実験結果から、第2図の被溶接材につ
いて、従来のCO2溶接および従来のMAG溶接(CO2の混合
比率が20%のアルゴンガス)の溶接結果と対比させて、
本発明の溶接方法による下記の溶接条件によつて溶接し
た結果を、それぞれ参考図1(A)乃至1(C)、参考
図2(A)乃至2(C)および参考図3(A)乃至3
(C)に示す。
参考図1(A)乃至1(C)は、それぞれ従来のCO2
接方法によつて溶接した表ビードの外観写真、裏ビード
外観写真および断面マイクロ写真であつて、表ビードの
写真ではスパツタが付着しており、裏ビード写真では垂
れ落ちが生じかけている個所が発生しているにもかかわ
らず、均一な裏波ビードが得られておらず、断面マクロ
写真でも、裏波ビードが得られていない個所が存在して
いる。
参考図2(A)乃至2(C)は、それぞれ従来のMAG溶
接方法によつて溶接した表ビードの外観写真、裏ビード
の外観写真および断面マクロ写真であつて、表ビードお
よび裏ビードともに略均一なビードが得られており、断
面マクロ写真においても良好な裏波ビードが得られてい
るが、別途X線試験を行うと、前述した第6図の曲線BH
の点BH2に示すように、溶接長250mmの間に40個のブロー
ホールが発生し強度上の問題点がある。
これに対して、参考図3(A)乃至3(C)は、それぞ
れ、本発明の溶接方法によつて溶接した表ビードの外観
写真、裏ビードの外観写真および断面マクロ写真であつ
て、参考図2(A)乃至(C)に示す従来のMAC溶接方
法と同様、またはそれ以上の表ビードおよび裏ビードと
もに略均一なビードが得られており、断面マクロ写真に
おいても良好な裏波ビードが得られており、しかも別途
X線試験においても、前述した第6図の曲線BHの点HB4
に示すように、溶接長250mmの間に3個のブローホール
しか発生せず、充分に1級の範囲内に入つている。
〔効果〕
本発明の溶接方法によると、第2図に示す被溶接材を通
常のプレス加工作業によつて製作して突合せした場合に
おけるギヤツプGが0.5mmあつても、従来のCO2溶接のよ
うに、垂れ落ちが生じたり裏波ビードが得られないとい
うような欠点がなく、また従来のMAG溶接(20%CO2入り
アルゴンガス)のように多数のブローホールを生じるこ
となく、通常のプレス精度で良好な裏波ビードを安定し
て得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の溶接方法を実施した場合の消耗電極
先端と被溶接材の溶融金属との状態を説明する図、 第2図は、従来および本発明の溶接方法に用いる被溶接
材と溶接用トーチとの配置を示す正面からみた斜視図、 第3図は、第2図の側面図、 第4図は、第3図の点線Aの拡大図、 第5図は、下向溶接において、アルゴンガス中のCO2
混合比率(横軸)とスプレー移行が得られる溶接電流
(縦軸)との関係を示す線図、 第6図は、第2図に示す被溶接材において、アルゴンガ
ス中のCO2の混合比率(横軸)とブローホール数(縦
軸)との関係を示す線図、 第7図は第2図に示す被溶接材において、パルス通電時
間Tp(横軸)と適正な裏波ビードを得るためのパルス電
流値Ip(縦軸)との関係を示す線図である。 1,2……被溶接材、L1乃至L4……被溶接線、T1乃至T4…
…溶接用トーチ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半割りの被溶接材1,2を上下方向から突合
    せて両側面の被溶接線L1,L2を水平方向から裏波溶接す
    るアーク溶接方法において、アルゴンガスに30〜60%の
    炭酸ガスを混合したシールドガスを使用し、両側面の被
    溶接線を同時に同方向に消耗性電極溶接用トーチT1,T2
    を移動させパルス電流により溶接する水平パルスアーク
    溶接方法。
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