JPH11226735A

JPH11226735A - ガスシールドアーク溶接方法

Info

Publication number: JPH11226735A
Application number: JP4421698A
Authority: JP
Inventors: Toyoo Kurehashi; 豊雄呉橋; Yasumasa Nakanishi; 保正中西
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 1998-02-12
Filing date: 1998-02-12
Publication date: 1999-08-24

Abstract

(57)【要約】【課題】厚板母材の突合せ開先部を、アークを安定さ
せ、溶込み量を増大させることにより高能率に溶接す
る。【解決手段】板厚が１０mmを超える厚板母材１の突合
せ継手部を、ＭＩＧ又はＭＡＧ溶接法を採用して、太径
のフラックスコアードワイヤ２を用いた電極により溶接
する。フラックスコアードワイヤ２は、シームレスパイ
プに、充填被包率が１５．０〜２６．０％となるように
フラックスを充填してなるものとする。フラックスコア
ードワイヤ２の直径を４．０〜６．４mm、溶接電流をＡ
Ｃ６００〜１９００Ａ、電圧を２０〜５０Ｖとする。電
極を単極とした場合、多層盛り溶接とし、電極を先行極
と後行極の２電極とした場合、ワンラン施工とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は板厚の大きい鋼板の
突合せ継手部を溶接接合する方法のうち、特に、ＡＣ電
源を用いた大電流ガスシールドアーク溶接方法に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、板厚が２５mm程度の厚板鋼板の突
合せ継手を溶接する場合の方法として、サブマージアー
ク溶接法が知られている。しかし、サブマージアーク溶
接法の場合、溶接部分がフラックスで覆われているた
め、アーク溶接部分を直接視認できず、開先形状やビー
ド形状に応じて、タイムリーに各電極の電流値や電圧値
を制御したりすることは困難であった。又、生成したス
ラグの除去など付帯の作業も発生する事となる。

【０００３】ところで、溶接部分を直接視認できる可視
式の大電流ガスシールドアーク溶接方法として、ＭＩ
Ｇ、ＭＡＧ溶接法が知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来のＭＩ
Ｇ溶接法では、大電流でアークを安定させるために、通
常、ＤＣ電源を使用しているが、アークは安定であるも
のの、一方通行のアークで指向性が良いため、その方向
の溶込みは良いが、それ以外の個所の溶込みは不充分に
なりやすく融合不良が生じやすい。加えて、ＤＣ電流を
用いると継手の終端部などで磁気吹きを起す問題もあ
る。

【０００５】一方、ＤＣ又はＡＣ電源を用いたＡｌ（ア
ルミニウム）材料や鉄鋼材料を対象としたＭＩＧ溶接法
の施工も行なわれているが、これまでは、電極として、
直径が１．２〜３．２mm程度のソリッドワイヤ又はフラ
ックスコアードワイヤが用いられており、使用電流は２
００〜５００Ａの範囲であり、溶接条件が極めて限定さ
れる問題がある。又、電流条件の制限のため、溶込み量
が制限され融合不良が生じやすい問題がある。更に、太
径の４．０〜４．８mm程度のソリッドワイヤを用いたＡ
Ｃ−ＭＩＧ溶接では、アークの安定性に問題があり、ア
ークの点弧、再点弧等に関連して高周波パルス発生装置
等の装置を組み入れないと、実質的には円滑に作業を進
めることはできない。

【０００６】そこで、本発明は、厚板母材の突合せ継手
部の溶接において、磁気吹きの生じないＡＣ電源を用い
るが、ワイヤの構造及び径に工夫を凝らして実質断面積
をソリッドワイヤと比較して適正量削減し、且つ溶接条
件範囲をワイヤ径毎に溶滴移行がスプレー移行化する臨
界電流値以上に選定することにより、アークの安定、溶
込み量の増大を図り、高能率なガスシールドアーク溶接
方法を提供しようとするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、充填被包率が１５．０〜２６．０％とな
るようにシームレスパイプにフラックスを充填してなる
直径が４．０〜６．４mmの太径のフラックスコアードワ
イヤによる電極を使用して、溶接電流をＡＣ６００〜１
９００Ａとし、電圧を２０〜５０Ｖとした条件で、厚板
母材の突き合わせ継手部を溶接するガスシールドアーク
溶接方法とする。

【０００８】ソリッドワイヤと公称電極の径が同一でも
断面積を削減できる太径のフラックスコアードワイヤの
採用とワイヤ径毎に臨界電流（値）を把握しその値を超
えることとなる最小電流値６００Ａ、最大電流値１９０
０Ａの電流条件の採用による高電流密度施工化により電
圧の安定したスプレー型アークとすることができるの
で、短絡移行もなくスパッターが非常に少なくなり、溶
込み量も増大する。又、アーク安定化のために高周波パ
ルス発生装置の組込み等は一切必要ない。したがって、
ＤＣ電源を用いたＭＩＧ、ＭＡＧ溶接時に発生し易い融
合不良や磁気吹き等の欠陥がなくなる。加えて、ＡＣ電
源使用時のアーク不安定の現象も生じない。

【０００９】又、電極を先行極と後行極の２電極とし、
極間距離を５０〜３００mmとして同一速度で移動させる
ようにすることによって、ワンラン施工が可能となる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。

【００１１】図１（イ）（ロ）（ハ）はＭＩＧ溶接法を
採用した本発明のガスシールドアーク溶接方法の実施の
一形態を示すもので、厚板母材１の板厚Ｔが２５mmで、
開先角度θが４５〜５０度、ギャップＧが０〜２mm、ル
ートフェイスＲが０〜５mmの突合せ継手部を、太径のフ
ラックスコアードワイヤ２を電極として用いたトーチノ
ズル３により多層盛り溶接するようにさせる。４は裏当
銅板を示す。

【００１２】詳述すると、溶接電源として１０００Ａ以
上のＡＣ電源を１台又は２台を並列に用い、且つ、アー
ク安定のために接触給電性制御トーチノズル３を用い、
又、大電流条件に対応したワイヤフィード速度制御型ワ
イヤフィードユニットを用いる。更に、上記トーチノズ
ル３は、大電流溶接専用の大容量、水冷タイプとし、ア
フターシールドノズル（セラミック製カバー付き）を具
備したものとしてある。

【００１３】本発明では、図２に示す如く、充填被包率
が１５．０〜２６．０％となるように中空のシームレス
パイプ５内に、粒状（５０〜１０００メッシュ）のフラ
ックス６を充填させてなり、且つソリッドワイヤよりも
断面積を２５〜３９％小さくした直径４mmのフラックス
コアードワイヤ２を用い、溶接電流を、臨界電流（値）
を超える６００〜１３００Ａとし、電圧を２０〜４０Ｖ
とし、上記ワイヤ２のフィード速度を２．０〜７．５ｍ
／min とした溶接条件で多層盛り（１層１パス積層）施
工するようにする。

【００１４】なお、上記フラックス６の成分構成として
は、たとえば、嵩密度ρを５．２±０．３に設定する場
合は、脱酸剤、脱窒剤、合金剤、脱硫剤として、フェロ
マンガン、フェロシリコン、フェロチタン、フェロアル
ミ等を混合したフェロアロイを２５〜３０重量％、金属
充填剤として還元鉄粉を６９．０〜７３．５重量％、ア
ーク安定剤、スラグ剤、脱硫、脱隣剤等として、ルチー
ル原鉱、硅砂、炭酸カルシウム、炭酸リチウム、螢石、
フッ化リチウム等の混合物を１．０〜１．５重量％混合
してなるものとし、あるいは、嵩密度ρを４．３±０．
４に設定する場合は、上記各群の剤をそれぞれ２３．０
〜２８．０重量％、６６．０〜７３．０重量％、４．０
〜６．０重量％の混合比率とする。

【００１５】上記溶接条件として、溶接電流を６００〜
１３００Ａとしたのは、６００Ａ未満（詳細には５３０
Ａ又は５７０Ａの臨界電流以下）ではアークの安定性が
充分でなくなりスパッターも増大する事となり、１３０
０Ａを超えるとワイヤ２の溶着速度は増大するもののア
ークの吹きつける力が強くなり溶融プール形状が安定せ
ず溶込み形状やビード形状不良が生じやすいからであ
る。

【００１６】本発明においては、厚板母材１の突合せ継
手部であっても、上記したように、同一直径のソリッド
ワイヤよりも断面積の小さい直径が４．０mmのフラック
スコアードワイヤ２を用いて上述した溶接条件で実施す
ることにより高電流密度条件で施工できるので、溶け込
みの良好なＭＩＧ溶接ができる。これによるアークは、
スプレー移行タイプと考えられ、ワイヤ径よりも相当小
さい溶融金属直径の粒子（溶滴球）が高速で吹き付けら
れる状態となり、アーク電圧が安定すると共に、アーク
柱のエネルギー密度が高められ開先ルート部分の母材１
を溶融させて掘り込む作用が強く集中性もよく、そのた
め、溶け込み深さをより適正に制御した溶接を行うこと
ができることになり、図１（ロ）に示す溶接部７の如
く、母材１を貫通して裏当銅板４に完全に達する溶け込
みの溶接ができる。このとき、ワイヤ２の供給速度は
２．０〜７．５ｍ／min の範囲であり、所要の溶着金属
の必要量を開先部に満たすことができる。

【００１７】上記１パス目で裏当銅板４に達する溶け込
みの溶接が施工されると、１パス目の溶接部７は図１
（ロ）に示す如き、ビード幅と溶け込みの断面形状が得
られる。この場合、２パス目の溶接条件も１パス目と同
様にすることにより、アーク柱のエネルギー密度が高く
集中性もよいため大きな溶け込み深さが得られて、図１
（ハ）に示す如く、深い溶け込みの溶接部８が得られ
る。

【００１８】本発明では、トーチノズル３に直径が４．
０mmと太径のフラックスコアードワイヤ２及び高電流密
度の溶接電流条件の組合せを採用したことから、ＡＣ電
源により生じやすいアークの点弧、再点弧等のアーク不
安定の問題を緩和でき、アークが安定し、溶融プール形
状が安定する。したがって、スパッターが非常に少なく
なり、ビード形状も良好となり、融合不良等の欠陥がな
くなる。又、可視アーク法なので、溶接状況を見ながら
電流やワイヤフィード速度を制御することができ、更
に、各種センサーや画像処理技術を活用して放置溶接化
等の対応も容易となる。

【００１９】次に、本発明の他の実施の形態として、ト
ーチノズル３のフラックスコアードワイヤ２を直径４．
８mmとし、溶接電流を６３０Ａ又は６８５Ａとなる臨界
電流を充分に超えた値の７５０〜１６００Ａとし、電圧
を２５〜４５Ｖとし、ワイヤフィード速度制御範囲を
２．０〜６．５ｍ／min とするようにしてもよく、又、
本発明の更に他の実施の形態として、トーチノズル３の
フラックスコアードワイヤ２を直径６．４mmとし、溶接
電流を９００〜１９００Ａとし、電圧を３０〜５０Ｖと
し、ワイヤフィード速度制御範囲を２．０〜５．５ｍ／
min とするようにしてもよい。

【００２０】更に、本発明の別の実施の形態として、電
極を先行極と後行極の２電極とし、極間距離を５０〜３
００mmとして同速度で移動させるようにし、且つ上記各
実施の形態における溶接条件を適宜組み合わせることに
よって、セミワンプール又はツープール方式のワンラン
施工を実施させるようにしてもよい。

【００２１】因に、上記各実施の形態で用いたフラック
スコアードワイヤ２の仕様は下記表１に示す如くであ
る。表１において、断面積を示すＳＡ単位はmm²であ
る。

【００２２】

【表１】又、図４はＡＣ大電流ＭＩＧ（ＭＡＧ）溶接時における
電極（ワイヤ）径と臨界電流との関係を示すものであ
る。図４において、は軟鋼製ワイヤ（ガス：Ａｒ＋１
％ＣＯ₂）を、はフラックスの充填被包率が１５．０
％の軟鋼製フラックスコアードワイヤ（ガス：Ａｒ＋１
０％ＣＯ₂）を、は同じく充填被包率が２６．０％の
軟鋼製フラックスコアードワイヤ（ガス：Ａｒ＋１０％
ＣＯ₂）を、はＡｌ合金製ワイヤ（ガス：Ａｒ）をそ
れぞれ示す。

【００２３】なお、上記各実施の形態では、ＭＩＧ溶接
法を採用したが、ＭＡＧ溶接法を採用してもよい。又、
本ガスシールドアーク溶接法では、ＡＣ電源（大容量）
を用いているが、ＤＣ電源に置換しても磁気吹きの欠点
は残るものの溶接可能な事は勿論のことである。

【００２４】

【実施例】次に、本発明者等の実験結果を示す。 (1) 図１に示すような開先形状において、母材１の板厚
Ｔが２５mm、開先角度θが５０度、ルートフェイスＲが
０〜５mm、ギャップＧが０〜２mmの突合せ開先を、単極
施工として、１パス目をトーチノズル３のワイヤ２を直
径が４．０mm、溶接電流を８５０〜９００Ａ、電圧を２
５〜２８Ｖ、溶接速度を２５〜３０cm／min とし、９０
％Ａｒ＋１０％ＣＯ₂としたシールドガスを５０〜８０
ｌ／min の範囲で供給しながら溶接した後、２パス目も
同様な条件で溶接した。その結果、図１（ハ）に示す如
き、１パス目による溶接部７上に２パス目の溶接部８が
形成され、溶接欠陥のない良好な溶け込みが得られた。 (2) 上記(1) に示す突合せ開先を、ワンラン施工とし
て、先行極のワイヤを直径が４．０mm、溶接電流を８５
０〜９００Ａ、電圧を２５〜２７Ｖ、シールドガスの流
量を５０〜８０ｌ／min とし、後行極のワイヤを直径が
４．０mm、溶接電流を７５０〜８５０Ａ、電圧を２８〜
３０Ｖ、溶接速度を３０〜３５cm／min 、シールドガス
の流量を５０〜８０ｌ／min 、極間距離を１５０mmとし
た溶接条件で溶接した結果、図３に示す如き良好な溶け
込みが確認された。

【００２５】

【発明の効果】以上述べた如く、本発明のガスシールド
アーク溶接方法によれば、充填被包率が１５．０〜２
６．０％となるようにシームレスパイプにフラックスを
充填してなる直径が４．０〜６．４mmの太径のフラック
スコアードワイヤによる電極を使用して、溶接電流をＡ
Ｃ６００〜１９００Ａとし、電圧を２０〜５０Ｖとした
条件で、厚板母材の突き合わせ継手部を溶接するので、
次の如き優れた効果を発揮する。 (1) 太径のフラックスコアードワイヤの採用と高電流密
度施工の採用により、ワイヤ径よりも相当小さい溶滴球
を高速移動させ、短絡現象を防止できることから、アー
クを安定させて溶融プールの形状を安定させることがで
き、そのため、スパッターを非常に少なくすることがで
きて、溶込量を大きくでき、且つその量を適正に制御で
きる結果、融合不良等の欠陥をなくすことができる。 (2) 厚板の突合せ継手部であっても、磁気の影響を受け
ることなく多層盛り又はワンランの片面溶接施工を実施
でき、狭開先化による継手断面積の縮小が可能となる。 (3) 高電流密度で溶接するため、溶着速度が大きく、し
たがって、高能率に溶接ができる。 (4) 可視アーク法のため、溶接電流やワイヤフィード速
度を制御し易く、又、各種センサーや画像処理技術を活
用して放置溶接化等の対応が容易である。 (5) 電極を先行極と後行極の２電極とし、極間距離を５
０〜３００mmとして同一速度で移動させるようにするこ
とによって、セミワンプール又はツープール方式のワン
ラン施工を行うことができる。 (6) フラックスコアードワイヤ、充填フラックス、シー
ルドガス組成を工夫することにより、ステンレス鋼、Ａ
ｌ合金等の材料に対しても高能率で溶接を行うことが可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態を示すもので、（イ）は
溶接方法を実施する開先部の形状の一例を示す断面図、
（ロ）は１パス目で溶接した溶接部の溶込みが裏当銅板
に達している状態を示す断面図、（ハ）は施工後の状態
を示す断面図である。

【図２】フラックスコアードワイヤの拡大断面図であ
る。

【図３】図１（イ）（ロ）（ハ）とは溶接条件を少し変
えて溶接したときの一例を示す断面図である。

【図４】電極径と臨界電流との関係を示す図である。

【符号の説明】

１厚板母材２フラックスコアードワイヤ（電極）３トーチノズル５シームレスパイプ６フラックス

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】充填被包率が１５．０〜２６．０％とな
るようにシームレスパイプにフラックスを充填してなる
直径が４．０〜６．４mmの太径のフラックスコアードワ
イヤによる電極を使用して、溶接電流をＡＣ６００〜１
９００Ａとし、電圧を２０〜５０Ｖとした条件で、厚板
母材の突き合わせ継手部を溶接することを特徴とするガ
スシールドアーク溶接方法。
【請求項２】電極を先行極と後行極の２電極とし、極
間距離を５０〜３００mmとして同一速度で移動させるよ
うにする請求項１記載のガスシールドアーク溶接方法。