JPS58141869A - ガス被包ア−ク溶接法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はガス被包アーク溶接法に関し、特に母材を正極
に、電極鋼線を負極にそれぞれ接続してアーク溶接操作
を行なう、所謂正極性アーク溶接法に関するものである
。

一般に、消耗電極を用いたガス被包アーク溶接は、保護
媒質としての被包ガス（Ｍ　Ａ−Ｇ　；　ＭｅｔａｌＡ
ｃｔｉｖｅ　Ｇａｓ　Ｈ通称マグガス）で溶接部を大気
から遁蔽し、そのガス被包中で電極鋼線（ワイヤ）と母
材との間にアークを発生させ、そのアーク熱によって母
材と電極鋼線を溶融させて溶接継手を形成する手法であ
υ、通常、ＭＡＧと言えば、α塙Ｇｏ、−０．　、　Ａ
ｒ　（７Ａ／ゴン）　−Ｃｏ、ガス、Ａｒ−０、ガス等
を指し、現在のところではいわゆる炭酸ガス法とＡｒ−
Ｃｏ’、ガス法が主流をなしている。

そして、かかるＭＡＧ溶接における溶接電源としては、
従来より、直流逆極性（電極ワイヤ二〇。

母材：θ）のものが採用され、正極性（ワイヤｅ。

母材：■）のアークはＭＡＧ溶接には不適とされていた
。

というのは、正極性アーク溶接操作ではワイヤ溶滴が大
きくなり、スパッタが多く、しかも母材とのなじみ性が
著しく悪いという、実用化し難い理由があるからに他な
らない。しかし、正極性アークを用いた場合には、上記
逆極性アーク溶接の欠点、例えば薄板溶接において溶は
落ち（つきぬけ現象）が生じ易く、それが継手裕度の狭
さの問題として表面化しているのに対し、理論的にみて
母材への入熱が少なく溶着量が多いという長所を有して
いる。

そのため、正極性ＭＡＧ溶接の研究が進められており、
最近、Ａｒ−ＣＯ２混合ガヌガス被包ガスとするととも
に、直流バルヌ電流を利用した正極性溶接機が検討され
、それｋよって正接性アークを使用した場合でも、スパ
ッタの発生を抑制し得る等、実用面で上記正極性溶接の
可能性が見い出されつつある。

しかし、未だ解決すべき問題を内在している。

特に、正極性アークを採用した場合、電極ワイヤの溶滴
が大きくなり勝ちであり、またその溶滴の母材側への移
行速度が早いため、溶接ビードが平坦化せず、母材から
大きく盛り上がってしまう問題がまず指摘され、さらに
、いわゆる突き抜けの問題も残されるのである。

そこで、本発明者らが種々検討した結果、正極性ＭＡＧ
溶接においてＡｒ−ＣＯ２混合ガス等の被包ガス中に、
かなりの量の酸素（０２）を含有させると、溶接ビード
が著しく平滑になり、母材とのなじみ性が良好となる事
実を見い出したのであり、また電極鋼線（ワイヤ）中に
所定量の０２を含有させてもほぼ同様の効果が得られる
こと、そして、双方に０．を含有せしめると更に良好な
ビード形状が得られる事実を実験的に見い出し、かかる
知見に基づいて本発明を完成するに至ったのである。

すなわち、本発明の要旨とするところは、正極性のガス
被包アーク溶接操作において、アルゴン（Ａｒ）若しく
はヘリウム（Ｈｅ）の単独、またはアルゴン、ヘリウム
及び炭酸ガス＜　ｃｏ、　　）＋７）うちの少なくとも
２種以上からなる被包ガス中に少なくとも５容量％の酸
素（０２）を含有せしめること・・・■、０２含有量が
０．００２〜０．０９重量％の電極鋼線を用いること・
・・■の少なくとも一方を採用して上記溶接操作を行な
うようにした点にあり、それによって、溶着部のなじみ
性が著しく高められ、ビード横断面の母材に対する接触
角が小さくて平坦なビードが得られること：となったの
であり、また、溶は落ちが少ない溶接ができ、そのため
継手裕度が大巾に拡大されたのである。そして、更に上
記■、■の条件を併わせ満たした場谷には、かかる効果
を最大限に発揮せしめ得る事実゛をも見い出したのであ
る。

ところで、かかる本発明においては、Ａｒ、Ｈｅの如き
単一成分の不活性ガス、あるいはＡｒ、Ｈｅ及びＣ０２
のうちの少なくとも２種以上の組合せ、例えばＡｒ−Ｃ
０，、Ｈｅ−Ｃｏ、　　、Ａｒ−Ｈｅ−Ｃ０１１等から
なる混合ガスに対し、本発明の一つの手段として、容量
で５％以上の０２を含有せしめ、そのような割合の０２
を含む上記ガヌ被包中で、正極性アークを用いた溶接操
作を行なうのである。

それによって、前述のようになじみ性のよいビード、換
言すれば平坦で外観の良いビードが得られるのであるが
、゛被包ガスに対する０２の含有量（濃度）が５％に満
たない場合にはビードの平坦化等の効果が十分に達成さ
れ得ないため、０２濃度は５容量％以上とする必要があ
る。ただし、それが余りにも高くなると、高０２濃度の
被包ガスが爆発的に近い酸化を誘発し易くなって危険で
ある他、溶着部の靭性が劣化する等の物性低下を招くお
それがあるため、０２含有量の上限は（母材の材質およ
び被包ガス組成等とも関係して一概には言えないが）、
おおむ′ね７５％程度とすることが望ましい。仮りに７
５％０２とすればかなりの高濃度になるが、本発明に従
ってＣ９が含有されに被包ガスは、適宜のガス供給装置
によって溶接トーチに供給されるのが通常の形態であり
、多くの場合、かかるガスのすべてが溶融池等に接触す
るわけではないため、かなりの高濃度０２としても差支
えないのである。因みに、実験的にみて上記０２含有量
の最も好ましい範囲は５〜４６％ということができる。

なお、上記のように被包ガスに所定割合の０２を含有さ
せることにより、何故に溶接ビードのフラット性が向上
するのか、その理由については未だ理論的に解明されて
はいないが、おそらく、被包ガス中に含まれる０２が電
極鋼線の溶滴に対し、その流動性及びぬれ性を向上させ
る上で好ましい役割を果たすのではないかと推定されて
いる。

そして、上記正極性溶接操作において使用する溶接機と
しては、例えば、トランジスタによって直流バルヌ電流
ないしその波形を制御する方式のパルスマグ溶接機等が
好適であって、前述のよう１〔゛ にその電極鋼線（ワイヤ）側が負極に、また母材側が正
極にそれぞれ接続されて、正極性アークを用いて所定の
溶接操作が行なわれる。そして、そのような正極性アー
クを使用し、さらに被包ガス中に所定量の０２を含有す
ることで、逆極性のそれに比べて多くの溶着量が得られ
、しかも母材への溶は込みが少ないため、例えば薄板の
突き合せ溶接の場合など、母材間の隙間（ギャップ）が
ワイヤ径よシ広い場合であっても、つきぬけ、溶は落ち
等が極めて少ない良好な溶接ができ、継手部のギャップ
裕度を大巾に拡大することが可能となるのである。

一方、本発明のもうひとつの手法は、溶接用の電極鋼線
自体に所定割合の０１１を積極的に含有せしめ、そのＯ
ｌｌを含有する電極鋼線を用いて正極性ＭＡＧ溶接を行
なうものである。そこで、上記した被包ガスにＯ９を含
有せしめた場合とほぼ同様の効果を達成するためには、
電極鋼線中に重量比で０．００２〜０．０９％の０．を
含有せしめる必要がある。なお、０．含有量が０．００
２％に満た□ｂμ ない鋼線では、形成されるビードの平坦化が十分に達成
され得す、他方、その含有ｔが０．０９％を超えるよう
な場合には、溶着部に酸化物が固定さ扛る等、溶接金属
が清浄でなくなって溶着部の機械的性質自体（靭性等）
が低下するため、電極鋼線中の０．ｌ含有量の上限とし
て０．０９％が採用される。なかでも、本発明では０，
０１〜０，０４％の０、含有量が好適に採用される。

なお、かかる電極鋼線中には、炭素（Ｃ）、ケイ素（８
ｉ　）　、マンガン（Ｍｎ　）等を所定の重量％で含有
せしめることが望ましく、一般的には、溶接すべき母材
の成分組成等に応じてそれら添加元素の割合を定めるの
が普通で、それによって溶接部の脱酸、物性向上などの
効果が得られ、また適度の硫黄（Ｓ）１に添加すること
により、流滴の流動性が著しく改善される。そこで、Ｃ
は元来鋼線中に存在するものではあるが、余りに少ない
と脱酸効果等が不十分となり、他方その割合が多過ぎる
と溶接部に割れが生じ易くなるので、０．０５〜８優程
度の含有量とすることが望ましく、なかでも０．０５〜
０．１５％のＣ量が最も好ましい。

また、８ｉ、Ｍｎは、主に相互に共同して脱酸作用をな
し、溶融部の気孔生成防止に寄与するとともにヌラグオ
フ効果等を発揮する。しかしながら、８１が１．２％を
超える場合は溶着部の延び（延性）や靭性が悪くなるた
め１．２％以下とするのが良く、さらに下限も含めた好
適範囲としては０゜８〜１．２％の８ｉ量を採用するこ
とができる。他方、Ｍｎは継手部の物性等の面から、約
８０％以下の割合とするのが妥当であり、なかでも０．
５〜２゜５％のＭｎ量が好ましい。またＳは０．０１〜
ｏ、０５重量％添加することによシ最も好ましい流滴の
流動性が得られる。

が鉄（Ｆｅ　）および不純物元素等になるのであるが、
必要に応じ上記元素に加えて、ｊ″タンＴｉ）。

アルミニウム（Ａ／）、ジルコニウム（Ｚｒ）を単独な
いし併用し、合計比で８％以下含有せしめテモよく、更
に場合によシフロム（Ｏｒ　）　、ニッケル（Ｎｉ）、
モリブデン（Ｍｏ）を同様に合計比で２５％以下含有せ
しめることもできる。Ｔｉ。

Ａｇ、Ｚｒは母材の材質によっては（例えば銅−ニッケ
ル合金）、脱酸元素としての役割を演じ、草た溶融池に
大気中から窒素が侵入した場合に、それを窒化物として
固定して気孔発生を防止する機能などを果すが、それら
含有量が８％を超えると溶着金属の性質上好ましくない
ため、８％以下が望ましい。また、母材の成分組成に応
じて、上記のＣｒ、Ｎｉ、Ｍｏを選択的に鋼線中に添加
すれば、溶着金属が良好な合金組成となってその物性等
を向上させることができるが、それら合金元素の量が２
５％以上になると、溶接部の物性低下などを惹起し易く
なる。

以上のように、本発明に従う電極鋼線は所定量の０２を
含有し、さらに必要に応じて上記各種の添加元素を含む
。かかる鋼線を用いて正極性ＭＡＧ溶接を行う際、被包
ガヌとしては前述したようなＡｒ、Ａｔ−００，混合ガ
スなど、又はそれと同様のシールド機能を果す被包ガヌ
を使用すればよく、溶接機としては、適・寓の直流正極
性溶接機を用い、鋼線側を−に設定してアーク溶接を施
すことになる。このようにしても、その鋼線中のＯ！２
が溶滴の流動性向上に寄与するものと推定され、フラッ
トでなじみ性の良い溶接ビードが得られ、しかも溶接可
能なギャップを広くとることができる。

更に、以上に述べた本発明に係る二つの手段をそれぞ詐
単独で採用するのみならず、かかる両手段を併用するこ
とによって、換言すれば、被包ガス中にも電極鋼線中に
も各所定量の０２をそれぞれ含有せしめ、かかるガス被
包中において該０２含有の電極鋼線を用いて正接性アー
ク溶接操作をなすことによって、溶滴の流動性等に対す
る影響力が相剰的に高められるものと推察され、溶滴ビ
ードはより一層なじみ性良く平坦化され、また継手裕度
も広く維持されるのである。事実、それは実験により確
認されている。

以下に実施例を示し、本発明を更に具体的に明らかにす
るが、この実施例の記載によって本発明が限定的に解釈
されるものでないことは言うまで１へ もない。また、実施例中に示す百分率は、被包ガヌの組
成比については容量基準で示すが、その他については重
量基準で示すものとする。

実施例　１ まず、溶接用の電極鋼線として二種類のワイ旭すなわち
、倒れもワイヤ径が１．２　Ｊｌｌｌ　ｊｌで、０．８
％Ｃ−２５％Ｍ　ｎ　−０，００８％０２のワイヤＡと
、０．１％Ｃ−０，７％８ｉ−１，５％Ｍｎ−０，ＱＱ
Ｉ％０□のワイヤＢとを用い、また、被包ガスとしては
下記第１表に示す如き二種類の組成のものを採用し、そ
れらワイヤと被包ガヌとを種々組み合わせた条件下で、
市販の正極性パルスマグ溶接機を使用して、母材として
の軟鋼冷延板（ＪＩ８−Ｇ８１４１；板厚１Ｍ）の突き
合せ溶接を行なった。

また、ワイヤ、被包ガヌ等については同様な条件の下で
、通常の逆極性のアーク溶接操作も行ない、上記正極性
溶接の結果と併せてその結果を下記第１表に示した。

両用　１　表− （註）×；不良 ０１良好 ◎；特に良好 上記第１表の結果から明らかなように、本発明に従って
、０２含有量が０．００８％のワイヤＡを用いた正極性
の溶接（＆１）においては、なじみ性が良好で、平坦な
溶接ビー・ドが得られ、しかも溶接可能なギャップが、
ワイヤ径１．２ｆｆに対して５ｆｌと大変広く、継手裕
度が極めて大きいことが判る。これに対して、溶接＆２
の場合の如く、０２含有緻が０．００１％に過ぎないワ
イヤＢを用いて通常組成のガス被包中で行なう場合にお
いては、ビードが盛り上がってなじみ性が悪く、加えて
、許容される母材のギャップも狭い。

しかし、同じワイヤＢを用いる場合にあっても、溶接裏
４の如く、本発明に従って５％以上の０２が含有せしめ
られた被包ガスのシールド下で正極性アーク溶接操作を
行なった場合には、ビードがフラット化され、また継手
裕度も向上せしめ得るのである。

更に、＆８のように、上記ワイヤＡを用い、かつＡｒ−
１０％０２のガス被包中で正極性溶接を行なった場合に
は、溶接Ａ１に比べてさえもビード形状がより一層良好
なものとなると共に、充分なギャップ裕度が確保され、
双方の効果が特に良好に発揮される結果がでている。

なお、黒５〜８の逆極性アークを利用し念溶接操作では
、通常の被包ガスを採用した場合、黒５゜６のようにビ
ード形状については満足のいく結果となっているが、ワ
イヤＡ、Ｈのいずれを用いた場合でも溶接可能なギャッ
プが狭くてワイヤ径の範囲のみに過ぎず、さらに、應７
，８に至っては、ビード形状ならびにギャップ裕度とも
に悪く、被包ガス中に０．２を含有せしめることが、正
極性アーク溶接の場合とは逆にそれら因子に悪影響を与
えるものと推測される。

実施例　２ 電極ワイヤとして０．１５％Ｃ−０，８％８ｉ−６゜９
％Ｍｎ−０，０１％０１１　（’）　４　（Ｄ　（ｗｌ
）　ヲ用イ、かつＡｒ−２％０２のガス（Ｇ１）被包中
で、市販の正極性パルスマグ溶接機を用いて、熱間圧延
鋼板（ＪＩＳ−８１８１）の突き合せ溶接を行なった。

・・・・・・（１） また、０．０８％Ｃ’　−０，８％５ｉ−０，６％Ｍ　
ｎ　−０，００１％０９の電極ワイヤｗ２を用いて、Ａ
ｒ−１０％Ｃ０，２−２’０％ｏ２の混合ガス（Ｇ２）
被包下で同様に正極性アーク溶接ヲ行い・・・・・・（
２）、さらに上記ワイヤＷ１および被包ガスＧ！を併用
して同様の溶接を試み・・・・・・（８）、他方、Ａｒ
のみからなる被包ガス（Ｇ３）下で、０□量のわずかな
上記ワイヤ（Ｗ２）ｉ用いた正極性アーク溶接・・・・
・・（４）も行ない、それら（１）〜（４）の溶接結果
を比較検討した。なお、ワイヤＷ１．Ｗ１１はいずれも
１．２ｍｌであった。

かかる結果によれば、本発明に従う（１）〜（８）の各
溶接方法を採用すると、溶接ビードの形状も良好で、か
つ継手裕度も大きいことが明らかとなり、なかでも（１
）、（２）、（８）の順に漸次その効果が大きくなるこ
とがわかったが、他方、ワイヤ、被包ガス中のいずれに
も所定量の０２を含まない溶接（４）では、ビード形状
も悪く、−継手裕度も狭かった。

実施例　８ 電極ワイヤとして０．１２％Ｃ−０，８％８ｉ−１゜４
　％Ｍ　ｎ　　０．０１％０．−０．０８％Ｓのものを
使用して、前記実施例１の第１表のＡ１および黒８の方
法で溶接を実施した。その結果、浴接ビードの形状も良
好で、かつ継手裕度も大きい結果が得られ念。

出願人　大同特殊鋼株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （，１）　　正極性のガス被包アーク溶接操作において
   、アルゴン若しくはヘリウムの単独、またはアルゴン、
   ヘリウム及び炭酸ガスのうちの少なくと０．００２〜０
   ．０９％の電極鋼線を用いることを特徴とするガス被包
   アーク溶接法。 （２）前記電極鋼線が、０．０１．〜０．０５％の硫黄
   を含有する特許請求の範囲第１項記載のガス被包アーク
   溶接法。 （８）　　正極性のガス被包アーク溶接操作において、
   アルゴン若しくはヘリウムの単独、またはアルゴン、ヘ
   リウム及び炭酸ガスのうちの少なくとも２種以上から女
   る被包ガス中に少なくとも５％の酸素を含有せしめると
   共に、酸素含量が０６００２〜０．０９％の電極鋼線を
   用いることを特徴とするガス被包アーク溶接法。 （４）前記電極鋼線が、０．０１〜０．０５％の硫黄を
   含有する特許請求の範囲第３項記載のガス被包アーク溶
   接法。