JPH0736958B2 - Double gas shield metal arc welding method - Google Patents

Double gas shield metal arc welding method

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JPH0736958B2
JPH0736958B2 JP3205773A JP20577391A JPH0736958B2 JP H0736958 B2 JPH0736958 B2 JP H0736958B2 JP 3205773 A JP3205773 A JP 3205773A JP 20577391 A JP20577391 A JP 20577391A JP H0736958 B2 JPH0736958 B2 JP H0736958B2
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JP
Japan
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gas
nozzle
welding
carbon dioxide
arc
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JP3205773A
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Japanese (ja)
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Inventor
宗春 沓名
傳三 林
安夫 小谷
Original Assignee
日合アセチレン株式会社
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はダブルガスシールドメタ
ルアーク溶接法に関する。さらに詳しくは、炭酸ガスま
たは炭酸ガスとアルゴンなどの不活性ガスとの混合ガス
をシールドガスとして用い、溶接ワイヤーを電極とする
アーク溶接法であるいわゆるマグ(MAG)溶接法とし
て一般に知られている方法において、シールドガスの供
給を二つに分け、溶接チップの周りに少なくとも不活性
ガスを、またさらにその外側に環状に炭酸ガス(二酸化
炭素)を供給する二重ガスシールド方式、すなわち一般
にMAGCI溶接法またはDMAG溶接法と称せられる
方式のマグ溶接法に関する。
FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a double gas shield metal arc welding method. More specifically, it is generally known as a so-called MAG (MAG) welding method which is an arc welding method in which carbon dioxide gas or a mixed gas of carbon dioxide gas and an inert gas such as argon is used as a shield gas and a welding wire is used as an electrode. In the method, the shield gas supply is divided into two, at least an inert gas is provided around the welding tip, and further carbon dioxide gas (carbon dioxide) is annularly provided outside the welding tip, that is, a MAGCI welding in general. Method or a DMAG welding method.

【0002】[0002]

【従来の技術】ダブルガスシールドメタルアーク溶接法
(以下、MAGCIまたはDMAG溶接法という)は19
79年に西ドイツのローメンヘラー社がMAGCI溶接法
として初めて市場に提供したものであり、アレキサンダ
ービュンツェル社がその溶接トーチを製作販売した。こ
の溶接プロセスおよびノズルの概略図をそれぞれ図1お
よび図2に示す。
2. Description of the Related Art Double gas shield metal arc welding method (hereinafter referred to as MAGCI or DMAG welding method)
This was the first MAGCI welding method to be offered to the market by Lomen Heller in West Germany in 1979, and Alexander Bünzel manufactured and sold the welding torch. A schematic diagram of this welding process and nozzle is shown in FIGS. 1 and 2, respectively.

【0003】図1において、1はリール、2は溶接ワイ
ヤー、3はキャプタイヤおよび導管、4は二重ノズル溶
接トーチ、5は母材、6は溶接電源、7は移動台車、8
はアルゴン、ヘリウムなどの不活性ガス容器、9は炭酸
ガス容器、10は酸素、水素、炭酸ガスなどの活性ガス容
器である。また、図2において、11は外側ノズル、12は
内側ノズル、13は外側ガス分配器、14はコンタクトチッ
プ、15は溶滴、16は溶融池、17はアークである。
In FIG. 1, 1 is a reel, 2 is a welding wire, 3 is a captire and a conduit, 4 is a double nozzle welding torch, 5 is a base metal, 6 is a welding power source, 7 is a moving carriage, 8
Is an inert gas container such as argon or helium, 9 is a carbon dioxide gas container, and 10 is an active gas container such as oxygen, hydrogen or carbon dioxide gas. Further, in FIG. 2, 11 is an outer nozzle, 12 is an inner nozzle, 13 is an outer gas distributor, 14 is a contact tip, 15 is a droplet, 16 is a molten pool, and 17 is an arc.

【0004】しかし、前記溶接プロセスの実用に際し
て、発生するスパッターのノズルへの付着のため、内、
外ノズルのガス流量が変化し、安定した溶接が不可能と
なり、継続して使用することができず、市場に受け入れ
られることなく販売を断念せざるをえなかった。その
後、名古屋大学の益本、沓名らにより、スパッターの低
減について改めて研究が行われ、1988年および1989年の
2度に亘りその成果が発表され、実用化のめどがたてら
れた。その成果の主たる内容は、(1)溶接パラメータ
ー(とくにアーク電圧と溶接電流)を適切に(30V/30
0 A)選定することにより、また(2)内ノズルガスの
アルゴンと外ノズルガスの炭酸ガスとの流量比を適正値
(28%)以上に選定することにより、安定した溶滴のス
プレー移行が行われ、低スパッターとなった、さらに、
(3)溶接ワイヤーをソリッドワイヤーからフラックス
コアードワイヤーに変えることにより、より低スパッタ
ーの結果をえた、というものである。
However, during practical use of the welding process, the spatter that is generated adheres to the nozzle.
The gas flow rate of the outer nozzle changed, stable welding became impossible, it could not be used continuously, and it was forced to abandon sales without being accepted by the market. Then, Nagoya University of Masumoto, by Kutsuna et al., Is again research is performed for the reduction of sputtering, the announcement of the results over two degrees in 1988 and 1989, the prospect of practical use has been built. The main contents of the result are: (1) Welding parameters (especially arc voltage and welding current) are properly adjusted (30V / 30
0 A) By selecting, and (2) by selecting the flow rate ratio of argon of the inner nozzle gas and carbon dioxide gas of the outer nozzle gas to be an appropriate value (28%) or more, stable droplet spray transfer is performed. , Low spatter, and
(3) By changing the welding wire from the solid wire to the flux cored wire, the result of lower spatter is obtained.

【0005】これらの成果により、従来よりさらにスパ
ッター量の低減が可能になり、溶接部の品質においても
一般に行われている“通常マグ溶接”(80%アルゴン+
20%炭酸ガスの混合ガスを用いた混合ガスシールドメタ
ルアーク溶接法)や炭酸ガスアーク溶接法に比べて同等
以上の溶接結果がえられ実用技術として提案できるとい
うことであった。
As a result of these achievements, the amount of spatter can be reduced more than ever, and the "normal MAG welding" (80% argon +
Compared with the mixed gas shielded metal arc welding method using a mixed gas of 20% carbon dioxide gas) and the carbon dioxide gas arc welding method, the welding result was equal to or better than that of the carbon dioxide arc welding method.

【0006】MAGCIの発明時においては、前記のよ
うな溶接条件についての厳密な検討やスパッターについ
ての定量評価が不完全であったために実用段階において
は充分な対応や安定した溶滴移行の維持ができなかった
ものと考えられる。
At the time of the invention of MAGCI, since the rigorous examination of the welding conditions and the quantitative evaluation of the spatter were incomplete as described above, sufficient measures could be taken and stable droplet transfer could be maintained in the practical stage. It is thought that it could not be done.

【0007】本発明者らは、前記名古屋大学における成
果をさらに検討し、最近とくに溶接用ロボットや自動化
に際して要求される安定操業と操業率の向上、また製品
外観、労働作業性などに関して厳しい低スパッターと、
さらにこの低スパッター状態の経時的な安定維持の確保
という条件、すなわち今日的な実用化上の要件にこたえ
るにたる技術、ならびに一方内ノズルガスとしてアルゴ
ンに替えてアルゴンにヘリウムおよび/または酸素、水
素などの活性ガスを添加した混合ガスを使用することに
より、従来のDMAG溶接法によるよりもさらに低スパ
ッターおよび溶込みの増大による著しい溶接生産性と溶
接部の品質の向上を図る技術などについて実験研究を行
い、より広い市場において実用技術として実現化される
ことを図った。
The present inventors have further studied the results at Nagoya University, and recently, especially in welding robots and automation, stable operation and improvement of operation rate, and strict low spatter regarding product appearance, labor workability, etc. When,
Furthermore, it is necessary to ensure stable maintenance of this low sputter state over time, that is, technology that meets today's practical requirements, and, instead of argon as the inner nozzle gas, use argon instead of helium and / or oxygen, hydrogen, etc. By using the mixed gas with the active gas added, the experimental research on the technology to improve the quality of the welded part and the remarkable welding productivity due to the lower spatter and the increased penetration than the conventional DMAG welding method. The goal was to realize it as a practical technology in a wider market.

【0008】DMAG溶接法の技術的な主な特徴は、つ
ぎの3点である。
The major technical features of the DMAG welding method are the following three points.

【0009】(1)内ノズルガスであるアルゴンまたは
アルゴンとヘリウムとの混合ガスなどがアーク領域に作
用し、ここにおける溶滴形成、離脱および移行を安定化
せしめる。具体的には溶滴の小径化と定常的なアクシャ
ル方向への離脱移行によるスプレー移行が行われ、また
溶接ワイヤーと溶融池とのあいだでの短絡によって生ず
るスパッターの発生をも防止する。
(1) Argon, which is the inner nozzle gas, or a mixed gas of argon and helium, acts on the arc region and stabilizes the formation, separation and migration of droplets. Specifically, spray transfer is performed by reducing the diameter of the droplets and steadily moving away in the axial direction, and also prevents the occurrence of spatter caused by a short circuit between the welding wire and the molten pool.

【0010】(2)内ノズルガスにアルゴンの他ヘリウ
ムや酸素、水素を添加するとアークの集中が生じ、溶込
み深さの増大が期待できる。
(2) When helium, oxygen, or hydrogen is added to the inner nozzle gas in addition to argon, the arc is concentrated and the penetration depth can be expected to increase.

【0011】(3)外ノズルガスである炭酸ガスが効果
的に大気の混入を防止すると共に、一部溶融池に作用し
て、物理的にまた金相学的に影響を与え、溶接部の溶込
みその他機械的特性や品質のコントロールを行う。
(3) Carbon dioxide gas, which is the outer nozzle gas, effectively prevents the mixture of the atmosphere, and partially acts on the molten pool to physically and metallurgically affect the penetration of the welded portion, etc. Control mechanical properties and quality.

【0012】すなわち、内、外ノズル各々のガスが溶滴
形成離脱部と大気および溶融池に対し、個々に重点的に
作用し、その効果を適確に効率よく発揮するものであ
り、通常行われるアルゴンと炭酸ガスの混合ガスによる
溶接法においては前記2つの領域に対して平均的に作用
することに比べると、単に高価なアルゴンやヘリウムな
ど不活性ガス量の節減のみならず、著しくシールドガス
の作用効果が勝っている。そのため、発生スパッター量
の低減や溶接部の機械的性質や溶接欠陥などに関して優
れた結果がえられるのである。
That is, the gas of each of the inner and outer nozzles individually and intensively acts on the droplet forming / separating portion, the atmosphere and the molten pool, and the effect thereof is appropriately and efficiently exhibited. In the welding method using a mixed gas of argon and carbon dioxide, which is called the above-mentioned method, the amount of the inert gas such as expensive argon or helium is not only reduced but also the shielding gas is significantly reduced as compared with the case where the above two areas are acted on average. The effect of is superior. Therefore, excellent results can be obtained with respect to reduction of the amount of spatter generated, mechanical properties of the welded portion, welding defects, and the like.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな特徴が確実に発揮されるためには、アーク域および
溶融池の両域において、各々適切なガス組成でありまた
それが経時的に安定維持されることが必要である。その
ためには内、外ノズルを出たガスが一定の組成に混合さ
れ、経時的にも変動があってはならない。つまり、これ
が変動すると、溶滴移行の安定性、スパッター発生量、
溶接部の機械的特性が変動し、安定性がえられないこと
になる。
However, in order to ensure that such characteristics are exhibited, both the arc region and the molten pool have appropriate gas compositions, and they maintain stable conditions over time. Needs to be done. For that purpose, the gas discharged from the inner and outer nozzles must be mixed to have a constant composition and should not vary with time. In other words, if this fluctuates, stability of droplet transfer, spatter generation,
The mechanical properties of the welded part fluctuate, and the stability cannot be obtained.

【0014】このガス組成を決定する主たる要因は、一
定のノズルを使用したばあい、内外ノズルのガス流の流
動状況の相互関係およびノズルとアーク域との距離やノ
ズルと溶融池間の距離など位置の相互関係などである。
The main factors that determine the gas composition are the mutual relationship of the flow conditions of the gas flow of the inner and outer nozzles, the distance between the nozzle and the arc area, the distance between the nozzle and the molten pool, etc., when a fixed nozzle is used. Mutual relationship.

【0015】これらについては従来の研究の中では充分
行われておらず、ガス総量やアルゴン/炭酸ガスの比率
について若干適正値として例示されている程度であり、
ガスの作用効果についてメカニズムや定量的な検討につ
いては充分にはなされていない。したがって、ガス流量
など最適溶接条件を決定する汎用的な手法は見出されて
いない。DMAGのもつ優れた特徴を実用技術として発
揮するためにはこれらの解明が必要である。
[0015] These have not been sufficiently conducted in the conventional research, and they are only slightly exemplified as the proper values for the total gas amount and the ratio of argon / carbon dioxide gas.
The mechanism and quantitative examination of the action effect of gas have not been sufficiently done. Therefore, a general-purpose method for determining the optimum welding conditions such as gas flow rate has not been found. In order to bring out the excellent features of DMAG as a practical technique, it is necessary to clarify these.

【0016】前記DMAG溶接法の実用技術上の問題を
解決するための課題は、ロボット溶接などにも適用でき
る厳しい低スパッター化で、しかも溶接品質の優れた溶
接が安定して実施できることを目標に、ダブルガスシー
ルドのメカニズムの解明を行い、(1)内、外ノズルガ
スの種類に関係なく、適正ガス流量および組成を汎用的
に決定する方法、(2)ノズルとアーク域および溶融池
とのあいだの適正な関係位置を決定する方法などの技術
開発を行うことである。
The problem to be solved in the practical technique of the DMAG welding method is to achieve a strict low spatter which can be applied to robot welding etc., and to achieve stable welding with excellent welding quality. , The mechanism of the double gas shield is clarified, and (1) a method for universally determining the proper gas flow rate and composition regardless of the type of inner and outer nozzle gas, (2) between the nozzle and the arc region and the molten pool It is to develop the technology such as the method of determining the proper relationship position of.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】本発明のダブルガスシー
ルドメタルアーク溶接法は、二重ノズルを有する溶接ト
ーチを使用し、電極と溶接継手とのあいだに安定なアー
クを発生させ、溶融池を大気から保護し、併せて溶融池
の物性をコントロールするために、外ノズルに炭酸ガス
を、内ノズルに不活性ガスまたは不活性ガスに少量の活
性ガスが添加された混合ガスを同時に流すことを含むダ
ブルガスシールドメタルアーク溶接法であって、(a)
外ノズルを流れる炭酸ガスの流量が常温・大気圧の値で
10〜25リットル/分の範囲内であり、(b)内ノズルを
流れる不活性ガスまたは不活性ガスに少量の活性ガスを
添加した混合ガスの流量が常温・大気圧の値で4〜18リ
ットル/分の範囲内であり、かつ(c)内外両ノズルの
ガス流動は層流域にあり、両ノズル端部における流動状
況をレイノルズ数Re=DUρ/μ(D:ノズル端部に
おける流路相当直径、U:ノズル端部におけるガス流
速、ρ:ガスの常温・大気圧における密度、μ:ガスの
常温・大気圧における粘度)で表わしたばあい、内外ノ
ズル端部のレイノルズ数の差(ΔRe=外ノズルのRe
−内ノズルのRe)が0〜500 の範囲内になるように各
ノズルのガス流量を設定することを特徴としている。
The double gas shield metal arc welding method of the present invention uses a welding torch having a double nozzle to generate a stable arc between an electrode and a welded joint to form a molten pool. In order to protect from the atmosphere and to control the physical properties of the molten pool at the same time, it is necessary to flow carbon dioxide gas to the outer nozzle and inert gas or a mixed gas with a small amount of active gas added to the inner nozzle at the same time. A double gas shield metal arc welding method including: (a)
The flow rate of carbon dioxide gas flowing through the outer nozzle is at room temperature and atmospheric pressure.
Within the range of 10 to 25 liters / minute, (b) the flow rate of the inert gas flowing through the inner nozzle or the mixed gas obtained by adding a small amount of the inert gas to the inert gas is 4 to 18 liters at room temperature and atmospheric pressure. / Min, and (c) the gas flow of both the inner and outer nozzles is in the laminar flow region, and the flow condition at both nozzle ends is Reynolds number Re = DUρ / μ (D: equivalent flow path diameter at nozzle end) , U: gas flow velocity at the nozzle end, ρ: density of the gas at room temperature and atmospheric pressure, μ: viscosity of the gas at room temperature and atmospheric pressure, and the difference in Reynolds number between the inner and outer nozzle ends (ΔRe = Outer nozzle Re
-The gas flow rate of each nozzle is set so that Re) of the inner nozzle is in the range of 0 to 500.

【0018】[0018]

【作用】ダブルガスシールドのばあい、主に内ノズルガ
スは溶滴を形成するアーク域に向って集中する形に、ま
た外ノズルガスは溶融池に作用する形に流れるようなノ
ズル構造になっている。このガスの流れの状態を図3に
模式的に示す。
[Operation] In the case of the double gas shield, the nozzle structure is such that the inner nozzle gas mainly flows toward the arc region forming droplets and the outer nozzle gas flows so as to act on the molten pool. . The state of this gas flow is schematically shown in FIG.

【0019】ノズル先端部においては、図3に示される
ようにコンタクトチップおよび内ノズルの各々の外面は
先細りになるようにテーパーがついており、したがって
内ノズルおよび外ノズルガスは共に軸心の方向に焦点を
結ぶように流れる。両ガス共に層流状態になり、しかも
接触する時間はミリセカンドのオーダーと極めて短く、
高温のプラズマアークの近傍にあっても相互拡散するこ
ともなく、互いに混合することはない。一方、ガス流動
状況の程度によってはガス流そのものの形は若干変えら
れるが、ダブルガスシールドのばあい、通常は内ノズル
ガスに比べて外ノズルガスの流動状況が勝るような状態
にあるので、図3に示すように、アーク域近傍において
は外ノズルガスは内側に入り込む形になる。したがっ
て、ノズル先端とアーク域との距離または外ノズルガス
と内ノズルガスの流動状況の差によって、アーク域へ到
達する両ガス量の比は様々に変化する。この模様を図4
〜7に代表的な例を以て模式的に示す。
At the tip of the nozzle, as shown in FIG. 3, the outer surface of each of the contact tip and the inner nozzle is tapered so that the inner tip and the outer nozzle gas are both focused in the axial direction. It flows to connect. Both gases are in a laminar flow state, and the contact time is extremely short, on the order of milliseconds.
Even in the vicinity of the high temperature plasma arc, they do not mutually diffuse and do not mix with each other. On the other hand, although the shape of the gas flow itself can be slightly changed depending on the degree of the gas flow condition, in the case of the double gas shield, the flow condition of the outer nozzle gas is usually superior to that of the inner nozzle gas. As shown in, the outer nozzle gas enters inside in the vicinity of the arc region. Therefore, the ratio of the amounts of both gases reaching the arc region changes variously depending on the distance between the nozzle tip and the arc region or the difference in the flow state of the outer nozzle gas and the inner nozzle gas. This pattern is shown in Figure 4.
7 to 7 schematically show typical examples.

【0020】図4は外ノズルガスの流動状況が内ノズル
ガスに対して極めて大きいときであり、内ノズルガスが
殆どアークに到達せず、外ノズルガスが支配的となるば
あいである。図5は前記流動状況の差が小さく、内ノズ
ルガスが充分にアークに到達し、若干外ノズルガスが影
響するばあいである。図6は図4〜5のばあいと異な
り、内ノズルガスの方が外ノズルガスより流動状況が勝
りアーク域にはほとんど内ノズルガスのみが到達するば
あいである。さらに図7はノズルからアーク域までの距
離を著しく大きくしたときであり、通常は外ノズルガス
の方が流動状況が勝っているので、両ガスの混合点がア
ークに到達しないため、アークがほとんどすべて外ノズ
ルガスの影響を受けるばあいである。
FIG. 4 shows the case where the flow condition of the outer nozzle gas is extremely larger than that of the inner nozzle gas, and the inner nozzle gas hardly reaches the arc and the outer nozzle gas becomes dominant. FIG. 5 shows the case where the difference in the flow conditions is small, the inner nozzle gas reaches the arc sufficiently, and the outer nozzle gas slightly affects the arc. Unlike FIG. 4 to FIG. 5, FIG. 6 is a case where the inner nozzle gas has a better flow condition than the outer nozzle gas and almost only the inner nozzle gas reaches the arc region. Furthermore, Fig. 7 shows the case where the distance from the nozzle to the arc region is significantly increased. Normally, the flow condition of the outer nozzle gas is better, so the mixing point of both gases does not reach the arc, so almost all of the arc If it is affected by the outer nozzle gas.

【0021】これらアーク域に到達したガスは高温のプ
ラズマ中で直ちに電離し、たとえば内ノズルがアルゴン
で、外ノズルが炭酸ガスのばあい、通常Arイオン、O
イオン、CO分子、電子となり、この段階で両ガスが混
合された形になる。これらのアーク域での存在量や状態
が溶滴形成や離脱の状態に大きく影響を与える。したが
って好ましい安定したスプレー移行と共にスパッターの
ない状態をうるためには、シールドガスのアーク域での
組成が適切であり、それに応じたアーク電圧、溶接電流
などに適応した溶接パラメーターでなくてはならない。
The gas reaching these arc regions is immediately ionized in high temperature plasma. For example, when the inner nozzle is argon and the outer nozzle is carbon dioxide gas, usually Ar ions, O
It becomes ions, CO molecules, and electrons, and at this stage, both gases are mixed. The abundance and state in these arc regions greatly affect the state of droplet formation and separation. Therefore, in order to obtain a desirable stable spray transfer and a spatter-free state, the composition of the shield gas in the arc region must be appropriate and the welding parameters must be adapted to the arc voltage, welding current, etc., corresponding thereto.

【0022】前記のようにシールドガス流は各々層流で
あり、それぞれの流動状況の差によってアーク域への到
達ガス組成は変化するが、この流動状況はノズル先端に
おける状態が決定的要因となる。一般に流体の流動状況
を支配するものは、流体の流速、密度、粘度および流路
の相当直径であり、流体力学では流動状況を無次元量で
あるレイノルズ数Re=DUρ/μ(D:相当直径、
U:流速、ρ:密度、μ:粘度)で表わす。したがって
Re数を用いることによってガスの種類に関係なく一元
的に流動状況を表わすことができ、さらには、外ノズル
ガスと内ノズルガスのノズル先端部におけるRe数の差
(以下、ΔReと表わす)を用いることでアーク域での
混合ガス組成を類推できることになる。実際には溶接パ
ラメーターを適切に選定したばあい、シールドガス組成
と溶滴移行形態のあいだには一定の関係があることが知
られている。たとえば、アルゴンと炭酸ガスの混合ガス
を用いて鋼の溶接を行うばあいについて示すと、純アル
ゴンではアークは不安定であるが、少量の酸素ポテンシ
ャル、たとえば酸素2%(容積%、以下同様に容積%で
表わす)を添加すると、酸素がアルゴンより低いイオン
化ポテンシャルのためにイオン化の促進と共にアークル
ートの移動性を減らしてアークの安定性がよくなる。つ
まり少量の酸素はアーク安定上必要である。しかし、酸
素が5%以上になると増加と共に逆に短絡移行やグロビ
ュラー移行を生ぜしめ、アークの不安定とスパッターの
増大を招く。炭酸ガスも同様の作用が認められ、3〜5
%の添加はアーク安定によいが8〜10%以上ではアーク
が不安定になり、スパッターも多くなる。さらに炭酸ガ
スが30%以上ではいかに電流を上げようともスプレー移
行にはならず炭酸ガス溶接と同様の不安定なアークと、
非常に多いスパッターの状態となる。しかし、一方溶込
みの向上やガスコストの点からは高炭酸ガス組成が好ま
しく、実際には、シングルノズルのばあい、中間的な炭
酸ガス組成15〜20%程度の混合ガスを用いる“通常マグ
溶接法”が一般的に行われている。
As described above, the shield gas flows are laminar, and the composition of the gas reaching the arc region changes depending on the difference in the flow conditions, but the condition at the nozzle tip is the decisive factor for this flow condition. . Generally, what controls the flow condition of a fluid is the flow velocity, the density, the viscosity of the fluid and the equivalent diameter of the flow path. In fluid dynamics, the flow condition is a dimensionless quantity Reynolds number Re = DUρ / μ (D: equivalent diameter ,
U: flow velocity, ρ: density, μ: viscosity). Therefore, by using the Re number, the flow state can be expressed in a unified manner regardless of the type of gas, and further, the difference in the Re number at the nozzle tip portion between the outer nozzle gas and the inner nozzle gas (hereinafter referred to as ΔRe) is used. Therefore, the composition of the mixed gas in the arc region can be inferred. In fact, it is known that when the welding parameters are properly selected, there is a certain relationship between the shield gas composition and the droplet transfer morphology. For example, when welding steel using a mixed gas of argon and carbon dioxide, the arc is unstable with pure argon, but a small oxygen potential, for example, 2% oxygen (volume%, and so on). (Expressed in volume%) improves the stability of the arc by reducing the mobility of the arc root as well as promoting the ionization of oxygen due to the lower ionization potential of oxygen than argon. That is, a small amount of oxygen is necessary for arc stability. However, when the oxygen content exceeds 5%, short circuit transfer and globular transfer occur conversely with the increase, which causes arc instability and spatter increase. Carbon dioxide has the same effect, and is 3-5.
% Addition is good for arc stability, but if it is 8 to 10% or more, the arc becomes unstable and spatter increases. Furthermore, if the carbon dioxide gas is 30% or more, no matter how much the current is increased, it will not be a spray transfer and an unstable arc similar to carbon dioxide welding,
It becomes a state of very much spatter. On the other hand, a high carbon dioxide composition is preferable from the viewpoint of improved penetration and gas cost. In the case of a single nozzle, in practice, a "normal mag" mixture gas with an intermediate carbon dioxide composition of about 15 to 20% is used. The "welding method" is commonly used.

【0023】要するに、シールドガスの種類、組成に応
じて適正な溶接パラメーターを採用して溶接を行ったば
あいにおいては、スパッター量をコントロールすること
はアーク域に混入する炭酸ガス量をコントロールすると
いうことになる。以上のことから、ΔReとアーク域で
の炭酸ガス組成とは比例し、また炭酸ガス組成がスパッ
ター量と比例すると推論し、したがって、ΔReとスパ
ッター量は比例すると仮定し、この関係を実験的に調べ
た結果、非常に有意な相関をうると共に、従来にはなか
った極めて低スパッターの結果をえ、しかも同時にこれ
を継続的に安定維持できる内、外ノズル流量およびノズ
ルの母材に対する関係位置に関する条件を決める方法を
見出した。つぎに具体的に実施例の中でこれを示す。
In short, when welding is performed by adopting appropriate welding parameters according to the type and composition of the shield gas, controlling the amount of spatter means controlling the amount of carbon dioxide gas mixed in the arc region. It will be. From the above, it was inferred that ΔRe and the carbon dioxide composition in the arc region were proportional, and that the carbon dioxide composition was proportional to the sputter amount. Therefore, assuming that ΔRe and the sputter amount were proportional, this relationship was experimentally determined. As a result of the investigation, it was possible to obtain a very significant correlation and to obtain a result of extremely low spatter which was not available in the past, and at the same time, to maintain this continuously and stably, regarding the outer nozzle flow rate and the relational position with respect to the base material of the nozzle. I found a way to decide the conditions. Next, this will be specifically shown in Examples.

【0024】[0024]

【実施例】【Example】

実施例1 外ノズルガスとして炭酸ガスを、内ノズルガスとしてア
ルゴンを用い、内、外ノズルガスの流量を変化させ、最
も安定した溶滴移行をえられるような溶接パラメーター
でビードオンプレートの溶接を行い、ノズル付着スパッ
ター量を測定した。また同時に高速度静止カメラによる
溶滴移行の撮影およびアーク電圧溶接電流の波形の記録
を行い、溶滴移行状況を観察した。溶接条件はつぎのと
おりであった。
Example 1 Carbon dioxide gas was used as the outer nozzle gas, argon was used as the inner nozzle gas, the flow rate of the inner and outer nozzle gases was changed, and welding of the bead-on-plate was performed with welding parameters such that the most stable droplet transfer was obtained. The amount of adhered spatter was measured. At the same time, we photographed the droplet transfer with a high-speed stationary camera and recorded the waveform of the arc voltage welding current, and observed the droplet transfer situation. The welding conditions were as follows.

【0025】溶接条件 溶接ワイヤー:ソリッドワイヤー 1.2mmφDD50S 母材:SM−50A 12mm板厚 アーク電圧/溶接電流:30V/300 A 溶接速度:400 mm/min 溶接時間:3分 溶接トーチ:ビュンツェル社製ダブルガスシールドノズ
ル チップ−母材間距離:18mm 内外両ノズルガスの各流動状況について流量ごとにRe
数として計算し、炭酸ガス流のRe数からアルゴン流の
Re数を引いた値をΔReとして表わし、測定したノズ
ルスパッター量と対応してグラフに示したのが図8であ
る。なお、計算に使用した数値は表1のとおりである。
Welding conditions Welding wire: Solid wire 1.2mmφ DD50S Base material: SM-50A 12mm thickness Arc voltage / welding current: 30V / 300A Welding speed: 400 mm / min Welding time: 3 minutes Welding torch: Bunzel double Gas shield nozzle Distance between tip and base material: 18mm Respective flow rate of both inner and outer nozzle gas Re
FIG. 8 is a graph showing the number of nozzles sputtered and the value obtained by subtracting the Re number of the argon stream from the Re number of the carbon dioxide stream. The numerical values used for the calculation are shown in Table 1.

【0026】[0026]

【表1】 [Table 1]

【0027】また、ダブルガスシールド流路の相当直径
は、外ノズルが18mmφと11mmφの環状流路でありDeq=
18−11=7mm、内ノズルが8.5mm φと4mmφの環状流路
でありDeq=8.5 −4=4.5mm である。
Also, the equivalent diameter of the double gas shield channel is such that the outer nozzle is an annular channel of 18 mmφ and 11 mmφ, and Deq =
18-11 = 7 mm, the inner nozzle is an annular passage of 8.5 mmφ and 4 mmφ, and Deq = 8.5-4 = 4.5 mm.

【0028】図8より明らかなようにΔReが大体100
の辺りでノズルスパッター量が最低になり、ΔReの増
加と共にスパッター量が比較的増加している。また、一
方ΔReがマイナスすなわち内ノズルのアルゴンの流動
状況が勝ったばあいもスパッター量が増加していること
を示している。これらは前述のように、外ノズルの炭酸
ガスの流動状況が増すと共にアーク域への炭酸ガスの混
入がほぼ比例して増加し、ノズルスパッター量が増加す
ることを示し、逆に炭酸ガスの流動状況がアルゴンに劣
るようになると純アルゴンのアークにみられる不安定に
伴うスパッターの発生が起るものと考えられる。
As is clear from FIG. 8, ΔRe is approximately 100.
The amount of nozzle spatter becomes the minimum around, and the amount of spatter relatively increases as ΔRe increases. On the other hand, when ΔRe is negative, that is, when the flow condition of argon in the inner nozzle is superior, the sputter amount is increasing. As described above, these indicate that as the flow of carbon dioxide in the outer nozzle increases, the amount of carbon dioxide mixed in the arc region increases almost proportionally, and the nozzle spatter amount increases. When the situation becomes worse than that of argon, it is considered that spatter is generated due to the instability observed in the arc of pure argon.

【0029】ΔRe=120 のとき、スパッター量0.0088
グラム/分という極めて低いスパッターの結果をえた。
これは従来の研究でえられている最低値0.06グラム/分
に比べると1桁違う優れた結果である。ΔReの中間域
(400 〜800 )ではスパッター量が低いときと高いとき
などバラツキがある。中でもΔReが 400〜500 ではバ
ラツキがあるものの比較的低スパッター域にあるが、Δ
Reが 700〜800 では非常に高い所までバラツキがあ
る。これはΔReが 400〜800 の範囲ではアーク域の炭
酸ガス組成が推定で約12〜22%であり、短絡移行とスプ
レー移行が共存し、炭酸ガス組成のわずかな変動も溶滴
移行形態に微妙に変化を生ずる範囲であるため、溶接中
に経時的にも変動が起ることを示している。しかし、こ
の中でも10%組成に近い低炭酸ガス範囲ではスプレー移
行が主となり、スパッター量およびその変動も少ないこ
とを示している。一方、同時に記録した電流波形を観察
するとΔRe 100〜200 についてはスプレー移行を表わ
す規則正しいきれいな波形(図9参照)が連続するが、
ΔRe= 400〜800 では図10に示されるような瞬間的な
短絡を示す不安定な波形が前記のスプレー移行の波形と
経時的に混在することが認められ、前記のバラツキにつ
いての推論を裏づけている。ΔReが1000以上では明ら
かに炭酸ガスアークとなり過大なスパッターを発生して
いる。
When ΔRe = 120, the amount of spatter is 0.0088.
Very low spatter results of gram / min were obtained.
This is an excellent result, which is an order of magnitude different from the lowest value of 0.06 g / min obtained in the previous studies. In the middle region of ΔRe (400 to 800), there are variations such as when the amount of spatter is low and when it is high. Among them, when ΔRe is 400 to 500, there are variations, but it is in a relatively low sputter range, but Δ
When Re is 700 to 800, there are variations up to very high places. This is because the carbon dioxide composition in the arc region is estimated to be about 12 to 22% when ΔRe is in the range of 400 to 800, short-circuit transfer and spray transfer coexist, and even slight fluctuations in the carbon dioxide composition are subtle in the droplet transfer mode. It is shown that there is a change over time during welding because it is in the range where changes occur in. However, among these, in the low carbon dioxide gas range close to 10% composition, the spray transfer is the main and the spatter amount and its fluctuation are small. On the other hand, when observing the current waveforms recorded at the same time, for ΔRe 100 to 200, regular and clean waveforms showing spray transfer continue (see FIG. 9), but
At ΔRe = 400 to 800, an unstable waveform showing an instantaneous short circuit as shown in Fig. 10 was observed to coexist with the above spray transfer waveform over time, which supports the reasoning for the above variation. There is. When ΔRe is 1000 or more, the carbon dioxide gas arc clearly occurs and excessive spatter is generated.

【0030】外ノズルが18リットル/分の炭酸ガス、内
ノズルが7リットル/分のアルゴンの条件においては、
ΔRe=750 であるが、従来の研究結果ではこの溶滴移
行形態はシングルノズルによる混合ガス(80%Ar+20
%CO2 )を用いて行ったばあいとほぼ同様であること
から、前記ΔRe=750 のばあいのアーク域での炭酸ガ
スは20%になるよう外ノズルから混入したものとし、混
入炭酸ガスがΔReに比例するとすると、ΔRe=120
では炭酸ガス約4%、ΔRe=400 では約12%と推定さ
れる。
Under the condition that the outer nozzle is 18 l / min of carbon dioxide gas and the inner nozzle is 7 l / min of argon,
ΔRe = 750, but in the previous research results, this droplet transfer mode was found to be a mixed gas with a single nozzle (80% Ar + 20
% CO 2 ), the carbon dioxide gas in the arc region in the case of ΔRe = 750 is assumed to be mixed from the outer nozzle so as to be 20%. If proportional to ΔRe, ΔRe = 120
Carbon dioxide is estimated to be about 4%, and ΔRe = 400 is estimated to be about 12%.

【0031】これらは、溶滴移行の形態の観察結果から
みても認められることであり、以上の推論が立証でき
る。したがってΔReを0〜500 、好ましくは100 〜40
0 となるように流量を設定すれば非常に低いスパッター
の安定した溶接がえられることは明らかである。
These are also confirmed from the observation result of the droplet transfer morphology, and the above inference can be proved. Therefore, ΔRe is 0 to 500, preferably 100 to 40
It is clear that stable welding with very low spatter can be obtained by setting the flow rate so that it becomes zero.

【0032】ΔRe=120 のばあいの実施例におけるノ
ズルガス流量は外ノズルが炭酸ガス13リットル/分、内
ノズルがアルゴン7リットル/分であり、これを平均的
な混合ガス組成とみれば炭酸ガス65%、アルゴン35%と
なり、この組成でシングルノズルに用いれば明らかに炭
酸ガス溶接と同じ極めて高スパッターの状態となる。ダ
ブルノズルのばあい、前記のように、溶滴移行域におい
ては炭酸ガス4%、アルゴン96%の組成が推定され、極
めて良好な溶滴移行と極端に低いスパッターとなる。よ
ってこれと同じような状態をシングルノズル方式でうる
ためには、前記組成値から簡単に分るように約2.7 倍の
アルゴン量が必要であり、ガスコストの点からも大きな
利益がある。
In the case of ΔRe = 120, the nozzle gas flow rate in the outer nozzle was 13 liters / minute of carbon dioxide gas and the inner nozzle was 7 liters / minute of argon. Considering this as an average mixed gas composition, carbon dioxide gas 65 %, Argon 35%, and if this composition is used for a single nozzle, the state of extremely high spatter is obviously the same as carbon dioxide welding. In the case of the double nozzle, as described above, the composition of carbon dioxide gas 4% and argon 96% is estimated in the droplet transfer region, resulting in extremely good droplet transfer and extremely low spatter. Therefore, in order to obtain the same state as this with the single nozzle system, it is necessary to use about 2.7 times the amount of argon so that it can be easily understood from the above composition value, which is a great advantage from the viewpoint of gas cost.

【0033】なお、溶接電流としては通常 150〜800 ア
ンペアの範囲内であるのが好ましく、またアーク電圧は
(I/50+20)〜(I/50+37)(I:アンペアで表わ
した溶接電流)の範囲であるのが好ましい。
The welding current is usually preferably in the range of 150 to 800 amps, and the arc voltage is in the range of (I / 50 + 20) to (I / 50 + 37) (I: welding current expressed in amps). Is preferred.

【0034】実施例2 外ノズルガスに炭酸ガス、内ノズルガスにアルゴンとヘ
リウムの混合ガスを用いて、内、外ノズルガス流量を変
化させ、実施例1と同じ溶接パラメーターでビードオン
プレートの溶接を行い、ノズル付着スパッター量を測定
した。内ノズルガス組成は4Ar/3Heの割合であっ
た。実施例1と同じ手法でΔReとノズルスパッター量
を対応させたグラフを図11に示す。図11から明らかなよ
うに、アルゴンとヘリウムの混合ガスのばあいにおいて
もアルゴンのみのばあい(実施例1)と同様にΔReと
ノズルスパッター量とのあいだに明らかに比例的関係が
認められる。このばあいも、ΔReの中間域において
は、アルゴンのみのばあいと同じくノズルスパッター量
に大きなバラツキがあり、定常性に問題があることを示
している。また、本実施例のばあい、比較的低いΔRe
でもアルゴンのみのばあいに比べて2倍程度のスパッタ
ー量がみられるが、これはイオン化ポテンシャルの高い
ヘリウムが存在するために、この実験で採用した30Vと
いうアーク電圧では不充分であり、完全なスプレー移行
がえられなかったため若干アークの不安定が生じた結果
によるものである。本実施例の目的はアルゴンとヘリウ
ムの混合ガスのばあいにおいてもアルゴンのみのばあい
と同様の関係があることを見出すためであり、この点予
想通りの結果をえた。
Example 2 Carbon dioxide gas was used as the outer nozzle gas, a mixed gas of argon and helium was used as the inner nozzle gas, the flow rates of the inner and outer nozzle gases were changed, and the bead-on-plate was welded with the same welding parameters as in Example 1, The amount of spatter adhering to the nozzle was measured. The composition of the inner nozzle gas was 4Ar / 3He. FIG. 11 is a graph showing the correspondence between ΔRe and the nozzle sputter amount in the same manner as in Example 1. As is clear from FIG. 11, even in the case of the mixed gas of argon and helium, as in the case of only argon (Example 1), a clear proportional relationship is recognized between ΔRe and the nozzle sputter amount. In this case as well, in the intermediate region of ΔRe, as in the case of only argon, there is a large variation in the nozzle sputter amount, indicating that there is a problem in steadiness. Further, in the case of this embodiment, the relatively low ΔRe
However, the amount of spatter is about twice that of the case of using argon only, but this is because the arc voltage of 30 V adopted in this experiment is insufficient because of the presence of helium, which has a high ionization potential. This is because the arc was slightly unstable because spray transfer was not obtained. The purpose of the present example is to find out that the same relationship exists in the case of a mixed gas of argon and helium as in the case of argon alone.

【0035】実施例3 前記実施例1〜2により、内ノズルガスの種類に関係な
く、同じようなΔReとノズルスパッター量また溶滴移
行の関係がえられることを確認したので、本実施例にお
いてはアルゴンとヘリウムの混合ガスを内ノズルに用い
たとき最適パラメーターを採用すればアルゴンのみのば
あい以上に低スパッター性をうることができることを確
認した。溶接条件はつぎのとおりであった。
Example 3 It was confirmed from the above Examples 1 and 2 that the same relationship of ΔRe, nozzle sputter amount and droplet transfer was obtained regardless of the type of the inner nozzle gas. It was confirmed that when the mixed gas of argon and helium was used for the inner nozzle, if the optimum parameters were adopted, the low sputterability could be obtained more than the case of only argon. The welding conditions were as follows.

【0036】溶接条件 シールドガス:外ノズル 炭酸ガス15リットル/分、内
ノズル 7.5リットル/分アルゴン+2.5 リットル/分
ヘリウム アーク電圧:34〜40V 溶接電流:300 〜500 A 溶接速度:500 mm/min 溶接時間:1分 チップ−母材間距離:20mm その他の条件は実施例1と同様にしてビードオンプレー
トの溶接を行った。また、ワイヤー送給量を増加し溶着
量を変化させ、それに応じて適正な電圧/電流の組み合
わせを選んで好ましい溶滴移行を保つようにした。ノズ
ルスパッター量について結果を表2に示す。
Welding conditions Shield gas: outer nozzle carbon dioxide gas 15 l / min, inner nozzle 7.5 l / min Argon +2.5 l / min Helium arc voltage: 34-40 V Welding current: 300-500 A Welding speed: 500 mm / min Welding time: 1 minute Chip-base metal distance: 20 mm The bead-on-plate was welded in the same manner as in Example 1 under other conditions. Further, the wire feed amount was increased to change the deposition amount, and an appropriate voltage / current combination was selected accordingly to maintain a preferable droplet transfer. The results of the nozzle sputter amount are shown in Table 2.

【0037】[0037]

【表2】 [Table 2]

【0038】本実施例では前記実施例1〜2によって見
出した好ましいΔReの範囲をもとにして、溶接品質特
性上好ましいシールドガス組成を考慮し、前記シールド
ガス組成と流量を選定した結果、ΔRe=360 であっ
た。
In this example, based on the preferable range of ΔRe found in Examples 1 and 2, the shield gas composition and flow rate were selected in consideration of the preferable shield gas composition in terms of welding quality characteristics. It was 360.

【0039】表2のスパッター量の値を実施例2の結果
と対比すると、図11より分るようにΔRe=360 のばあ
い明らかに1/3近くまで減少している。
Comparing the values of the amount of sputtering in Table 2 with the results of Example 2, as can be seen from FIG. 11, in the case of ΔRe = 360, it clearly decreased to about 1/3.

【0040】これは前述したように適正なパラメーター
を採用することにより安定した溶滴移行がえられた結果
によるものである。また一方、実施例1の結果を示す図
8と対比しても同じくΔRe=360 付近ではスパッター
量は60%位まで減少している。これはヘリウムの添加に
よる高入熱の結果、溶滴がさらに小径化し、飛散スパッ
ターが減少したものである。なお、実施例1〜2におい
ては溶着量一定であるが、本実施例ではこれより段階的
に大きく変化させ、最大約1.9 倍まで増大させているの
で溶着量当りでみたときは、さらに低スパッターの結果
をえたことが分る。
This is because stable droplet transfer was obtained by adopting appropriate parameters as described above. On the other hand, also in comparison with FIG. 8 showing the result of Example 1, the amount of spatter is reduced to about 60% in the vicinity of ΔRe = 360. This is because, as a result of the high heat input due to the addition of helium, the droplet size is further reduced and the scattered spatter is reduced. In Examples 1 and 2, the deposition amount was constant, but in this Example, the deposition amount was changed stepwise and was increased up to about 1.9 times. You can see that you got the result.

【0041】このばあいのアーク域におけるガス組成を
推定すると大体70%Ar+23%He+8%CO2 であ
り、軟鋼用として好適とされている組成にほぼ同じであ
る。
In this case, the gas composition in the arc region is estimated to be about 70% Ar + 23% He + 8% CO 2, which is almost the same as the composition suitable for mild steel.

【0042】実施例4 外ノズルに炭酸ガス、内ノズルにアルゴン、ヘリウムお
よび酸素の混合ガスを用い、適正溶接パラメーターにて
実施例2と同様の条件で溶接を行なった。結果を表3に
示す。
Example 4 Carbon dioxide gas was used for the outer nozzle, and a mixed gas of argon, helium and oxygen was used for the inner nozzle, and welding was performed under the same conditions as in Example 2 with appropriate welding parameters. The results are shown in Table 3.

【0043】[0043]

【表3】 [Table 3]

【0044】本実施例ではシールドガス流のΔReは40
0 〜500 の範囲であるが、適正電圧を選べば同一ΔRe
のばあいについて内ノズルガスアルゴン(実施例1)の
ときと対比するとノズルスパッター量は約1/3まで低
減し、またアルゴンとヘリウムの混合ガス(実施例3)
の同一ΔReのときの推定値と対比しても1/2程度の
減少となっている(図11参照)。これは実施例3におい
て述べたヘリウムの効果に加えて、酸素が溶滴の表面張
力の低下をもたらし、溶滴が小径化すると共に、スプレ
ー移行をうるためにこえなければならない電流値である
“遷移電流”の低下などにより溶滴移行がより安定化す
るため飛散スパッターが非常に減少する結果によるもの
である。
In this embodiment, ΔRe of the shield gas flow is 40
It is in the range of 0 to 500, but if the proper voltage is selected, the same ΔRe
In the case of the inner nozzle gas argon (Example 1), the nozzle sputter amount was reduced to about 1/3, and a mixed gas of argon and helium (Example 3) was used.
Even when compared with the estimated value when ΔRe is the same, the decrease is about 1/2 (see FIG. 11). In addition to the effect of helium described in Example 3, this is a current value that must be exceeded in order to reduce the surface tension of the droplet due to oxygen, reduce the droplet diameter, and obtain spray transfer. This is because the droplet transfer becomes more stable due to a decrease in the "transition current," etc., and thus scattered spatter is greatly reduced.

【0045】本実施例では0.1 リットル/分の酸素を不
活性ガスに添加したが、種々検討の結果、不活性ガスに
0.1 〜5%の酸素および0.1 〜3%の水素の少なくとも
一つを活性ガスとして添加したばあいにスパッター量が
低減することがわかった。
In this example, 0.1 liter / min of oxygen was added to the inert gas.
It was found that the amount of sputter was reduced when at least one of 0.1 to 5% oxygen and 0.1 to 3% hydrogen was added as an active gas.

【0046】実施例5 外ノズルに炭酸ガス、内ノズルにアルゴン、ヘリウムお
よび炭酸ガスの混合ガスを用い、実施例2と同様の溶接
を行った。結果を表4に示す。
Example 5 Carbon dioxide gas was used for the outer nozzle and a mixed gas of argon, helium and carbon dioxide gas was used for the inner nozzle, and the same welding as in Example 2 was performed. The results are shown in Table 4.

【0047】[0047]

【表4】 [Table 4]

【0048】本実施例では、いずれも極めて高いスパッ
ター量を記録したが、これはシールドガス流のΔReは
420 以下で低いが、外ノズルからの炭酸ガスと内ノズル
内の炭酸ガスが合算され、アーク域での炭酸ガス組成は
高くなる。たとえばシールドガスが、外ノズルが炭酸ガ
ス1リットル/分、内ノズル(4アルゴン/3ヘリウ
ム)が6リットル/分+炭酸ガス1リットル/分のばあ
い、アーク域での炭酸ガス組成は約23%と高い値が推定
される。もし、内ノズル中の炭酸ガスがすべて外ノズル
から混入されたと仮定したときの仮のΔReを推算する
と、790 となりΔReの高い状態と同じでこの換算ΔR
eを用いればΔReとノズルスパッター量との関係は他
の実施例と同様の関係となる。
In this example, an extremely high sputter amount was recorded in all cases, which means that the ΔRe of the shield gas flow was
Although it is low at 420 or less, the carbon dioxide gas from the outer nozzle and the carbon dioxide gas in the inner nozzle are added together, and the carbon dioxide composition in the arc region becomes high. For example, if the shielding gas is 1 liter / min for the outer nozzle and 6 liter / min for the inner nozzle (4 argon / 3 helium) + 1 liter / min for carbon dioxide, the carbon dioxide composition in the arc region is about 23. A high value is estimated as%. If the hypothetical ΔRe is calculated assuming that all the carbon dioxide gas in the inner nozzle is mixed in from the outer nozzle, it becomes 790, which is the same as in the high ΔRe state.
If e is used, the relationship between ΔRe and the amount of nozzle sputter is the same as in the other embodiments.

【0049】また本実施例のばあい、外ノズルガスの炭
酸ガス流量は11リットル/分と低く抑えてΔReを小さ
くしているが、さらにΔReを小さくするためにこの流
量を減少させることは大気とのシールドにも影響があ
る。したがって、内ノズルに炭酸ガスを入れることはス
パッター対策上好ましくなく、アーク域の炭酸ガスの組
成のコントロールは、外ノズルの炭酸ガス量によってア
ーク域への混入炭酸ガス量のコントロールによることが
適切である。
Further, in the present embodiment, the carbon dioxide gas flow rate of the outer nozzle gas is kept low at 11 liters / minute to reduce ΔRe. However, in order to further reduce ΔRe, it is necessary to reduce this flow rate to the atmosphere. It also affects the shield of. Therefore, putting carbon dioxide into the inner nozzle is not preferable in terms of spatter measures, and it is appropriate to control the composition of carbon dioxide in the arc region by controlling the amount of carbon dioxide mixed in the arc region depending on the amount of carbon dioxide in the outer nozzle. is there.

【0050】実施例6 実施例1〜5ではノズルと母材との関係位置は同じであ
り、いずれもノズルから両ガス流がアーク域で焦点を結
ぶような関係に配置されていた。本実施例ではこの関係
位置を変えて、ノズルを母材からより離したばあいの溶
滴移行状況とスパッターについての実施例である。
Embodiment 6 In Embodiments 1 to 5, the nozzles and the base material were in the same relational position, and both were arranged so that both gas flows from the nozzle were focused in the arc region. In this embodiment, the relational position is changed and the droplet transfer state and the spattering when the nozzle is farther from the base material are described.

【0051】溶接条件は実施例1と全く同じであり、ノ
ズルと母材との関係位置を、図8において、実施例1と
実施例6とを対比して示す。
The welding conditions are exactly the same as in Example 1, and the relational positions between the nozzle and the base material are shown in FIG. 8 in comparison between Example 1 and Example 6.

【0052】内、外ガス流量の組合せを変化させて、Δ
Reの広い範囲に亘って、溶接を行った結果を図8の中
に実施例1と対比して点線で表示する。
By changing the combination of the inner and outer gas flow rates, Δ
The result of welding over a wide range of Re is shown in FIG. 8 by a dotted line in comparison with Example 1.

【0053】図8から明らかなように、本実施例ではΔ
Reに関係なく、比較的低いスパッター量で一定してお
り、実施例1〜5とは全く異なった様態を示している。
本実施例ではいずれのばあいも両ノズルガス流の混合点
よりアーク域が離れてしまい、過剰な炭酸ガスの状態か
もしくは純アルゴンの状態になり、極めてアークが不安
定となり、スパッターが多くなっているが、いずれも比
較的低いスパッター量であるのは、アーク開始位置から
ノズルまでの距離が内ノズルは13mmが20mmに、また外ノ
ズルは5mmが13mmと著しく大きくなっているために付着
量が減ったものと考えられる。また溶滴移行の不安定は
記録された電流波形に多数の短絡を示す不規則な波形が
みられることからも裏づけることができる。ノズル付着
量を減少させるために、母材との距離を大きくすること
は、アーク域を大気から遮断する効果および溶融池への
ガスの効果から考えて好ましくなく、通常10〜15mmにさ
れている。したがって外ノズル端と母材間は15〜20mmに
保つのが好ましい。一方、内ノズルはアーク域へのガス
の効果から考えて、前述のように、離れすぎるのは好ま
しくなく、ノズルの構造寸法からみて、内ノズルと母材
の距離は15〜25mmが好ましい。チップと母材間距離では
18〜23mmが好ましい。
As is clear from FIG. 8, in this embodiment, Δ
Regardless of Re, the amount of spatter is constant at a relatively low level, which is completely different from those of Examples 1 to 5.
In any of the examples, the arc region was separated from the mixing point of both nozzle gas flows, and an excessive carbon dioxide gas state or a pure argon state was generated, and the arc became extremely unstable and spatter increased. However, the amount of spatter is comparatively low in both cases, because the distance from the arc start position to the nozzle is 13 mm (20 mm) for the inner nozzle and 5 mm (13 mm) for the outer nozzle. It is thought to have decreased. The instability of droplet transfer can also be supported by the fact that the recorded current waveform shows an irregular waveform indicating many short circuits. Increasing the distance to the base material in order to reduce the nozzle adhesion amount is not preferable considering the effect of blocking the arc region from the atmosphere and the effect of gas to the molten pool, and is usually 10 to 15 mm. . Therefore, it is preferable to keep the distance between the outer nozzle end and the base material to be 15 to 20 mm. On the other hand, considering the effect of the gas on the arc region, it is not preferable that the inner nozzle is too far apart, and the distance between the inner nozzle and the base material is preferably 15 to 25 mm, considering the structural dimensions of the nozzle. In the distance between the tip and the base metal
18-23 mm is preferable.

【0054】[0054]

【発明の効果】以上説明したとおり、本発明のダブルガ
スシールドメタルアーク溶接においては、外ノズルガス
のReと内ノズルガスのReとの差ΔReを0〜500 の
範囲内になるように設定しているので、極めて低スパッ
ター量の状態を安定して継続的に達成できるという効果
がえられる。
As described above, in the double gas shield metal arc welding of the present invention, the difference ΔRe between the Re of the outer nozzle gas and the Re of the inner nozzle gas is set to fall within the range of 0 to 500. Therefore, it is possible to obtain an effect that a state of an extremely low sputter amount can be stably and continuously achieved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の溶接法に用いる溶接装置の一例を示す
説明図である。
FIG. 1 is an explanatory view showing an example of a welding apparatus used in a welding method of the present invention.

【図2】DMAG溶接トーチの概略断面図である。FIG. 2 is a schematic sectional view of a DMAG welding torch.

【図3】DMAG溶接法におけるノズル先端付近の説明
図である。
FIG. 3 is an explanatory view of the vicinity of the nozzle tip in the DMAG welding method.

【図4】ΔReが大きいばあいのノズル先端付近の説明
図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram of the vicinity of the nozzle tip when ΔRe is large.

【図5】ΔReが小さいばあいのノズル先端付近の説明
図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram of the vicinity of the nozzle tip when ΔRe is small.

【図6】ΔReが負の値であるばあいのノズル先端付近
の説明図である。
FIG. 6 is an explanatory diagram in the vicinity of the nozzle tip when ΔRe has a negative value.

【図7】ノズルと母材間の距離が過大であるばあいのノ
ズル先端付近の説明図である。
FIG. 7 is an explanatory diagram of the vicinity of the nozzle tip when the distance between the nozzle and the base material is excessive.

【図8】実施例1における、ΔReとノズルスパッター
量との関係を示すグラフである。
FIG. 8 is a graph showing the relationship between ΔRe and the amount of nozzle sputtering in Example 1.

【図9】実施例1においてΔReが100 〜200 の範囲内
であるばあいの電流波形を表わすグラフである。
FIG. 9 is a graph showing a current waveform when ΔRe is in the range of 100 to 200 in Example 1.

【図10】実施例1においてΔReが400 〜800 である
ばあいの電流波形を表わすグラフである。
10 is a graph showing a current waveform when ΔRe is 400 to 800 in Example 1. FIG.

【図11】実施例2における、ΔReとノズルスパッタ
ー量との関係を示すグラフである。
FIG. 11 is a graph showing the relationship between ΔRe and the amount of nozzle sputtering in Example 2.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2 溶接ワイヤー 4 二重ノズル溶接トーチ 5、20 母材 11 外側ノズル 12 内側ノズル 15 溶滴 16 溶融池 17 アーク 18 炭酸ガス流 2 Welding wire 4 Double nozzle welding torch 5, 20 Base metal 11 Outer nozzle 12 Inner nozzle 15 Droplet 16 Molten pool 17 Arc 18 Carbon dioxide flow

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 二重ノズルを有する溶接トーチを使用
し、電極と溶接継手とのあいだに安定なアークを発生さ
せ、溶融池を大気から保護し、併せて溶融池の物性をコ
ントロールするために、外ノズルに炭酸ガスを、内ノズ
ルに不活性ガスまたは不活性ガスに少量の活性ガスが添
加された混合ガスを同時に流すことを含むダブルガスシ
ールドメタルアーク溶接法であって、(a)外ノズルを
流れる炭酸ガスの流量が常温・大気圧の値で10〜25リッ
トル/分の範囲内であり、(b)内ノズルを流れる不活
性ガスまたは不活性ガスに少量の活性ガスを添加した混
合ガスの流量が常温・大気圧の値で4〜18リットル/分
の範囲内であり、かつ(c)内外両ノズルのガス流動は
層流域にあり、両ノズル端部における流動状況をレイノ
ルズ数Re=DUρ/μ(D:ノズル端部における流路
相当直径、U:ノズル端部におけるガス流速、ρ:ガス
の常温・大気圧における密度、μ:ガスの常温・大気圧
における粘度)で表わしたばあい、内外両ノズル端部の
レイノルズ数の差ΔRe=外ノズル端部のRe−内ノズ
ル端部のReが0〜500 の範囲内になるように各ノズル
のガス流量を設定することを特徴とするダブルガスシー
ルドメタルアーク溶接法。
1. A welding torch having a double nozzle is used to generate a stable arc between an electrode and a welded joint to protect the molten pool from the atmosphere and to control the physical properties of the molten pool at the same time. A double gas shielded metal arc welding method comprising simultaneously flowing carbon dioxide gas to the outer nozzle and inert gas or a mixed gas containing a small amount of active gas added to the inner nozzle at the same time. The flow rate of carbon dioxide gas flowing through the nozzle is within a range of 10 to 25 liters / minute at room temperature and atmospheric pressure, and (b) the inert gas flowing through the nozzle or a mixture of the inert gas and a small amount of active gas added. The gas flow rate is within the range of 4 to 18 liters / minute at room temperature and atmospheric pressure, and (c) the gas flow of both the inner and outer nozzles is in the laminar flow region, and the flow condition at the end of both nozzles is Reynolds number Re. = DUρ / μ D: flow path equivalent diameter at nozzle end, U: gas flow velocity at nozzle end, ρ: density of gas at room temperature and atmospheric pressure, μ: viscosity of gas at room temperature and atmospheric pressure, both inside and outside Reynolds number difference at nozzle end ΔRe = Re at outer nozzle end-Re at inner nozzle end is set so that the gas flow rate of each nozzle is in the range of 0 to 500. Double gas shield. Metal arc welding method.
【請求項2】 前記ΔReが100 〜400 の範囲内である
請求項1記載の溶接法。
2. The welding method according to claim 1, wherein the ΔRe is in the range of 100 to 400.
【請求項3】 溶接電流が150 〜800 アンペアの範囲内
である請求項1または2記載の溶接法。
3. The welding method according to claim 1, wherein the welding current is in the range of 150 to 800 amperes.
【請求項4】 アーク電圧が(I/50+20)〜(I/50
+37)(I:アンペアで表わした溶接電流)の範囲であ
る請求項1または2記載の溶接法。
4. The arc voltage is (I / 50 + 20) to (I / 50).
The welding method according to claim 1 or 2, wherein the range is +37) (I: welding current expressed in amperes).
【請求項5】 前記内ノズルを流れる混合ガスが、不活
性ガスに0.1 〜5容積%の酸素および0.1 〜3容積%の
水素の少なくとも一つを活性ガスとして添加したもので
ある請求項1または2記載の溶接法。
5. The mixed gas flowing through the inner nozzle is an inert gas to which at least one of 0.1 to 5% by volume of oxygen and 0.1 to 3% by volume of hydrogen is added as an active gas. 2. The welding method described in 2.
【請求項6】外ノズル端と溶接母材との距離を15〜20m
m、内ノズル端と溶接母材との距離を15〜25mmに設定す
る請求項1または2記載の溶接法。
6. The distance between the outer nozzle end and the welding base metal is 15 to 20 m.
The welding method according to claim 1 or 2, wherein m and the distance between the inner nozzle end and the welding base material are set to 15 to 25 mm.
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