JPS60174276A

JPS60174276A - 狭開先ミグ・ア−ク溶接方法

Info

Publication number: JPS60174276A
Application number: JP2609984A
Authority: JP
Inventors: Noriji Ko; 広　紀治; Kazuo Akusa; 阿草　一男; Noboru Nishiyama; 昇西山
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1984-02-16
Filing date: 1984-02-16
Publication date: 1985-09-07

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】本発明はミグ・アーク溶接方法に係り、とくに溶接金属
の靭性改善の立場から、溶接金属中の酸素量を適正に管
理することのできる溶接方法を提供するものである。

一般にミグ・アーク溶接法においては、アークを安定化
させることとブローホールなどの溶接欠陥を防止するこ
となどの立場から、シールドガスとして、アルゴンなど
の不活性ガスに炭酸ガスなどの活性ガスを２０％程度配
合した混合ガスを使用して、逆極性直流電流を用いて溶
接を行っている。

しかしながら、シールドガスとして上記のごとき活性ガ
スを含む混合ガスを用いた場合は、必然的に、溶接金属
中の酸素含有量が増加して靭性を損う不利があった。

通常の逆極性直流ミグ串アーク溶接において、溶接金属
中の酸素量の低減を意図するには、不活性ガスへの活性
ガスの添加を避けるか、または、減量することが必要に
なるか、通常の溶接ワイヤを用いた場合、アークの不安
定化ならびに溶接欠陥の発生を伴うためこれを実現する
ことはできなかった。

ところで本発明者らは先に特開昭５５−１１４４６９号
公報において、上記の活性ガス添加に起因する諸問題の
解決には、溶接ワイヤへの希土類元素の添加が有効であ
り、このような溶接ワイヤを使用すれば、溶滴移行形態
が改善され、その結果、直流逆極性は言うに及ばず、直
流正極性においても、純アルゴン気中ミグ・アーク溶接
が実現できることを明らかにした。

また、特開昭５７−１８４５８６吋公報では、少量の活
性ガスを混合した不活性ガス気中において、上記直流正
極性ミグ・アークを安定させて溶接する方法を開示し、
靭性改善に有効に作用することを示した。

さらに特開昭５６−１１９６７２号公報で、純不活性ガ
ス雰囲気中における低電流域直流ミグ・アーク溶接にお
いては、パルス電流の重畳が溶滴移行の安定に有効であ
ることを開示した。

しかしながら、希土類元素を含有する溶接ワイヤを用い
ても、不活性ガスに少１１の活性ガスを混合した雰囲気
中での直流逆極性ミグ・アーク溶接を安定に行う方法は
依然として実現できなかった。

本発明はこれら問題点を解決す・るために、一層の開発
努力を重ねた結果得られたもので、少量の活性ガスを混
合した不活性ガス気中において、狭開先の開先壁の傍熱
効果を利用して溶接ワイヤ先端を尖鋭化してアークの集
中化を図り、溶接電流として、２５〜５００Ｈｚのパル
ス電流を重畳させた直流逆極性アークを用いることによ
って、狭開先ミグΦアーク溶接を可能にしたものである
。

すなわち本発明は、極厚鋼板の工形、Ｕ形またはＶ形の
突合せ狭開先内に多層肉盛溶接を行う狭開先ミグ・アー
ク溶接法において、開先幅を７〜１５ｍｍに設定すると
共に、０．０２〜０．３０重量％の希土類元素を含有す
る溶接ワイヤを用い、かつ、不活性ガスに１．５〜８％
のＣＯ２もしくは０．５〜２．７％の０２を混合したガ
ス雰囲気中で、２５〜５００Ｈｚのパルス電流を重畳し
た直流電流を用い、直流逆極性ミグ・アーク溶接を行う
ことを特徴とする狭開先ミグ・アーク溶接方法である。

本発明において開先幅を７〜１５ｍｍと制限したのは、
７　ｍ　ｍより狭い開先では、アークを安定化させるこ
とのできる範囲の希土類元素を含有する溶接ワイヤを用
いても、時々アークの這い上りが生じ、実用化が難しい
ためであり、１５ｍｍより広い開先では、開先壁の傍熱
効果が小さくなり、ワイヤ先端部の尖鋭化か弱まり、ア
ークの集中が乱れ、溶滴移行が不安定になり、大粒状の
スパッタが発生するためである。

このように適当な開先幅を用いた場合のみ、アークの這
い上りを防止することができ、開先壁の傍熱効果によっ
て安定した溶滴移行が可能になり、スパッタの発生を防
止でき、良好な溶接ができる。従って、本発明における
開先幅は７〜１５ｍｍに制限した。

次に溶接ワイヤ中への希土類元素の添加量を０．０２〜
０．３０重量％と規制したのは、０．０２重量％より少
ない場合、パルス１１１１ｉｆ、を重畳した電流を用い
ても、狭開先逆極性ミグ・アーク溶接におけるアークお
よび溶滴移行の安定が得られず、スパッタやブローホー
ルなどの溶接欠陥やアークの這い上りが発生し、一方溶
接ワイヤ中への希土類元素の添加量が０．３０重量％を
超えると、溶接金属中の非金属介在物の増加をもたらし
、靭性劣化の傾向を示すので、希土類元素の添加量は０
．０２〜０．３０重量％が適量の限界である。

また、本発明において、不活性ガス中に少量の活性ガス
を混合する理由は、溶接金属の組成バランスによっては
純アルゴン気中で溶接するよりは、むしろ若干の活性ガ
スを混合させたほうが、さらに優れた靭性が得られると
の知見に達したからである。

不活性シールドガスへの活性ガスの添加量をＣＯ２で１
．５〜８％、０２で０．５〜２．７％と規制したのは、
溶接金属中酸素量を適当な値に設定することができると
同時に、狭開先溶接においては溶滴移行を安定にし、ア
ークの安定およびスパッタ発生を防止できるからである
。すなわちＣＯ２添加量が１．５％より少ないと、アー
ク這い」ニリが生じることと、溶接金属中酸素量は約１
００ｐｐｍ以下の低い値になりすぎ、靭性の飛躍的な向
上が望めなくなり、一方、ＣＯ２添加量が８％より多い
と、たとえパルス電流を重畳させても、溶滴移行が不安
定になり、大粒状のスパッタの発生を防止できないため
、実用には適さなくなるのである。従って、活性ガスの
添加量をＣＯ２で１．５〜８％に規制したのである。

ＣＯ２添加量１．５〜８％の範囲では、通常の溶接ワイ
ヤを用いて聞先内で直流逆極性溶接を行えば、陰極点が
激しく揺動し、アークが不安定になり、ブローホールが
多発するので、このような溶接条件は従来余り用いられ
ることがなかったが、本発明法によれば、パルスを重畳
したｌｌ′ｌ流逆極性狭開先溶接を行うこと、さらには
溶接ワイヤ中に希土類元素を松加したことによるアーク
安定化効果と脱酸効果とが相まって、ブローホールの発
生を皆無になし得るのである。また、０２を０．５〜２
．７％としたのは、０２の添加効果がＣＯ２のそれの約
３倍になるという実験ＪＪ￥実に基づくものであり、０
２混合量規制値の上下限ともＣ０２の場合の約届とした
のである。

パルスを重畳させた直流逆極性アークを用いた理由は、
狭開先ミグ・アーク溶接において、溶滴移行を安定にし
、溶接欠陥防止に効果があることと、深溶込みが得やす
く１次層の再熱により、組織が微細化し、高靭性溶接金
属が得られるからである。

パルス電流波の形状は矩形状、三角形状、サイン波形状
のいずれであっても本発明の効果を発揮することができ
る。パルスを重畳すれば最゛大電流の継続期間中に溶接
ワイヤ端の溶滴がスムーズに母板側へ移行するようにな
り、アークならびに溶接ワイヤ溶融現象の安定化が図れ
るようになる。

本発明において、パルス電流周波数を２５Ｎ５００Ｈｚ
の範囲に限定した理由は次にとおりである。すなわちミ
グ・アーク溶接において、アーク熱により溶融された溶
接ワイヤ先端の金属は、本来はぼ一定の周期で母板側へ
移行する性質を有しているが、パルス周波数２５Ｈｚ未
満においては溶滴移行の周波数とパルス周波数の差が大
きくなりすぎ、１回のパルス最大電流時における溶滴移
行量が多くなりすぎて不安定移行を呈すると共に著しい
スパッタが発生するム１．果になる。２５Ｈｚ以上のパ
ルス周波数においてはこの点は解消されるが、５００Ｈ
ｚよりも大きくなると逆に最大電流の継続時間が極端に
短くなって、溶接ワイヤ端に形成された溶滴を強制的に
離脱せしめるのに不充分となり、アークおよび溶接ビー
ドの安定性が損なわれることになる。従って、本発明に
おいては、パルス電流周波数を２５〜５ｏｏ）１ｚと限
定した。

さらに本発明において、パルスを重畳させた直流逆極性
アークに限定した理由は、直流正極性電流に比べて、溶
接ワイヤ先端が尖鋭化し、アークが集中し、溶滴移行が
安定化し、アークの吹き付け力が強く、深溶込みが得ら
れるため、溶接欠陥が防止できることによる。また、次
層の再熱による組織の微細化が得やすく、靭性向上に効
果が認められ、この点が本発明法の優れた点と言える。

なお、本発明の諸条件に従って、溶接を行う場合、通常
の用途に供される溶接ワイヤでありさえすれば、その如
何に拘らず、本発明の効果を発揮し得る。ここに通常使
用の溶接ワイヤとはＣ≦０．２０重量％、Ｓｔ≦１．００重量％、Ｍｎ≦２．５重量％、ＰおよびＳ≦０．０３０重量％。

を基本組成とする普通鋼製ワイヤ、またはこれにさらにＮｉ≦２０重量％、Ｃｒ≦３０重量％およびＭｏ≦１０重量％、のうちの１種または２種以上を含有するような合金鋼製
ワイヤを意味する。

次に実施例により、本発明技術をさらに詳細に説明する
。

実施例１板厚Ｔ＝８０ｍｍの極厚鋼板（２ＭＣｒ−１Ｍｏ鋼板）
を、第１図に示す形状に、ルート面ｔ＝５ｍｍとし、開
先幅２Ｒ（Ｒはルート半径）を変えて機械加工し、希土
類元素含有量の異なる共金溶接ワイヤ（１，２ｍ　ｍφ
）を用いて、直流逆極性で狭開先溶接を行った。

第１図において、鋼板表面における開先幅Ｗを（２Ｒ＋
２）ｍｍとしたのは、溶接ビートの収縮による開先幅の
減少を考慮したものであり、各層溶接時の実効開先幅は
２Ｒである。

シールドガスはＡｒ＋２％ＣＯ２とし、その流量を４０
又／　ｍ　ｉ　ｎに設定した。溶接条件は平均電流３０
０Ａ、平均電圧２３ｖ、溶接速度は開先幅に応じて１５
〜２５ｃｍ／ｍｉｎ、パルス周波数１００Ｈｚに設定し
た。

実験結果を一括して第１表に示す。

第１表に示す如く、希土類元素含有量０．０１重量％に
おいては、いずれの開先幅を用いた場合も、狭開先内に
おいて、アークが不安定になった。これは希土類元素量
が少なすぎアーク安定に対する効果が不足したためであ
る。また、開先幅６、−０ｍｍにおいては開先幅が狭す
ぎるため、たとえ、アーク安定化範囲の希土類元素（０
，１３重量％）を含有する溶接ワイヤを使用しても、時
々アークの這い上りが生じるため実用化が難しかった。

開先幅１０．０ｍｍにおいては希土類元素を０、１３重
量％含有する溶接ワイヤを用いて場合、開先壁の傍熱効
果でワイヤ先端が尖鋭化し、アークが溶接ワイヤ先端に
集中し、安定した溶滴移行が存続し、アークの這い上り
もなく、極めて良好な溶接結果が得られた。開先幅１６
．０ｍｍの場合、開先幅が広すぎて、傍熱効果が小さい
ため、溶接ワイヤ先端部の尖鋭化が弱まり、溶滴移行が
不安定になり、大粒状のスパッタが発生し、良好なビー
ドが得られなかった。

希土類元素量０．３７重量％においてもアークの安定性
に関しては０．１３重量％の場合と類似していたが、た
とえ溶接が安定に行えたとしても、溶接金属の内質（清
浄度）が悪く、靭性に悪影響を及ぼす結果となった。

実施例２板厚１００ｍｍの極厚鋼板（２塊Ｃｒ−ＩＭ。

鋼板）を開先幅１ｊｍｍの狭開先を設けて突合せ、０．
０８２重量％の希土類元素を含有する共金溶接ワイヤ（
１，２’ｍｍφ）を用いて、アルゴンガスへのＣＯ２添
加量を変化させて、直流逆極性で２３層溶接を行った。

溶接条件はいずれの場合も平均電流３００Ａ、平均電圧
２３Ｖ、溶接速度１８ｃｍ／ｍｉｎ、パルス周波数１２
０Ｈｚに設定した。またシールドガス流量は４０又／　
ｍ　ｉ　ｎに設定した。

実験結果をまとめて第２表に示した。

アーク安定化のむずかしい狭開先内において、Ｃ０２を
１．５〜８％添加したシールドガス中でアークは安定に
発生し、ブローホールも皆無であった。特に注目すべき
ことは、一般の溶接ワイヤを用いて、低Ｃ０２添加シー
ルドによる直流逆極性狭開先溶接では、アークが開先壁
の影響を受けて、溶接ワイヤ上方に這い上り、溶接作業
を阻害する問題点があったが、希土類元素添加溶接ワイ
ヤを用いて、パルス電波を重畳した直流電流を使用する
本試験においてはその心配は全くなかった。しかしなが
ら、たと゛え希土類元素添加溶接ワイヤを用いたとして
も、Ｃ０２添加量が１．５％より少ないとアークの這い
上りを時々生じ８％をこえると溶滴移行が不安定になり
、スパッタが発生した。

また、溶接後、試験片全体に６９５°Ｃ，’　１２時間
の条件で応力除去焼鈍を施し、しかる後、−６０°Ｃに
おいて溶接金属の衝撃試験を行った結果、ｃｏ２添加量
１．５〜８％の範囲内のシールドガス雰囲気中で溶接し
た溶接金属の吸収エネルギーは１２．’５〜２０．３　
ｋ　ｇ　ｆ　−ｍを示し、非常に良好な靭性を有してい
る。

実施例３第３表に示した０、１４重量％の希土類元毒を含有する
５０ｋｇｆ／ｍｒｎ’級高張力鋼溶接ワイヤ（１，２ｍ
　ｍφ）を用いて、同じく第３表１こ示した化学組成を
もつ厚さ４０ｍｍの鋼板（母材）を、開先幅１１ｍｍの
狭開先を設けて突合せ、ノ（ルス条件を種々変更して直
流逆極性溶接を行った。

溶接条件は平均電流３００Ａ、平均電圧２３■、溶接速
度２０　ｃ　ｍ　／　ｍ　ｉ　ｎ、シールドガス組成Ａ
ｒ＋１．５％Ｃ０２、シールドガス流量４０立／　ｍ　
ｉ　ｎに設定した。

パルス周波数としてｔｏ、２５，１００゜３００．５０
０および５２５Ｈｚの６水準を用い、いずれの周波数に
おいても最大電流と最小電流の時間比が１となるような
矩形波、＜ルスを使用した。

試験結果は以下に述べるとおりである。

パルス周波数１０Ｈｚにおいてはパルス周波数が溶滴移
行回数に比して少なすぎるため、溶滴移安定な溶接が行
えなかった。

パルス周波数５２５Ｈｚにおいては逆にパルス周波数が
溶滴移行回数に比して多すぎ、最大電流の継続時間が極
端に短くなるため、最大電流によるアーク安定化効果が
消失し、溶接結果も劣化した。

パルス周波数２５〜５００Ｈｚの範囲において、安定し
た溶滴移行が得られ、良好な溶接が可能であった。

また、溶接後ｘ！！透過試験により、溶接欠陥の有無を
試験したところ、パルス周波数２５〜５００Ｈｚの範囲
で欠陥の無い良好なと一ドが得られていることを確認し
た。

実施例４第４表・４こ示した０、０８重量％の希土類元素を含有
する８０ｋｇｆ／ｍｍ’級高張力鋼溶接ワイヤ（１，２
ｍ　ｍφ）を用いて、同じく第４表に示した化学組成を
もつ厚さ７５ｎｉｍの鋼板（母材）を開先幅１１ｍｍの
狭開先を設けて突合せ、直流逆極性（実施例）、直流正
極性ぐ比較例）で溶接を行った。

溶接条件は直流逆極性においては、平均電流３００Ａ、
平均電圧２３Ｖ、溶接速度２０　Ｃｍ　／ｍｉｎ、パル
ス局波数１００Ｈｚに設定した。また、直流正極性にお
いては溶接電流３００Ａ。

アーク電圧２３Ｖ、溶接速度２０ｃｍ／ｍｉｎに設定し
た。

シールドガス組成はいずれもＡｒ＋５％ＣＯ２とし、流
量は４０　ｎ　／　ｍ　ｉ　ｎに設定した。

溶接後、−７６°Ｃにおいて溶接金属の＃撃試験を行っ
た。

実験結果を第５表に示す。

実施例の直流逆極性で溶接された溶接金属の方が良好な
靭性を示した。

また、溶接横断面の溶込み形状および組織を観察した結
果、正極性溶接材に比べて逆極性溶接材の方が溶込み深
さが深く、次層の１１１熱による組織の微細化が促進さ
れ、これが靭性改善に有効に作用したことか明確に観察
された。

以」二ノ実施例では２１　Ｃｒ　−Ｉ　Ｍ　ｏ　ｇ、５
０ｋｇｆ／ｍｍ’高張力鋼、８０　ｋ　ｇ　ｆ　／　ｍ
　ｍ’高張力鋼について示したが、本発明法は高靭性が
要求される鋼種や高靭性の得にくい高合金鋼などの溶接
に何ら問題点を生ずることなく応用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は溶接母材の開先形状を表した正面図である。Ｔ・・・板厚Ｒ・・・ルート半径（２Ｒ・・・開先幅）ｔ・・・ルー
Ｉ・面Ｗ・・・鋼板上面における開先幅出願人　川崎製鉄株式会社代　理　人　弁理士　小　杉　佳　男Ｗ＝２Ｒ＋２

Claims

【特許請求の範囲】

ｌ　極厚鋼板の工形、Ｕ形またはＶ形の突合せ狭開先内
に多層肉身溶接を行う狭開先ミグ・アーク溶接法におい
て、開先幅を７〜１５ｍｍに設定すると共に、０．０２
〜０．３０重量％の希土類元素を含有する溶接ワイヤを
用い、かつ、不活性カスに１．５〜８％のＣＯ２もしく
は０，５〜２．７％の０２を混合したカス雰囲気中で、
２５〜５００Ｈｚのパルス電流を重畳した直流電流を用
い、直流逆極性ミグ・アーク溶接を行うことを特徴とす
る狭開先ミグ・アーク溶接方法。