JPS61144274A - 狭開先ミグ・ア−ク溶接方法 - 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】 〈発明の目的〉 産業上の利用分野 本発明は狭開先ミグ・アーク溶接方法に係り、詳しくは
、機械的性質に優れた溶接金属が得られ、アーク安定化
によりすぐれた溶込み形状が優れた溶接作業性のもとに
得られる溶接方法に係る。

従来の技術 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、Ａｒなとの
不活性ガスに００２などの活性ガスを２０ｖｏ　ｌ　、
％（以下、ガスについては単に％と略す。）程度配合し
た混合ガスを使用して逆極性直流電流（溶接ワイヤをプ
ラスとして）を用いて溶接を行なっている。

しかしながら、シールドガスとして上記の如き活性ガス
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
直流逆極性狭開先ミグ・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
なるが、通常の溶接ワイヤを用いた場合、アークが不安
定（アークの這い上り）になり、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、本発明者等は先に、特開昭５５−１１４４６
９号に記載される如く、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（溶接ワイヤをマイナスとして）にお
いても、ｌ＠Ａｒ雰囲気中のミグ・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号において、希土類添
加の溶接ワイヤを用いて、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。しかしながら、この方法を用いた
場合、直流逆極性溶接に比べてアークの集中性が若干劣
るため、やや溶込みが浅くなる傾向が認められ、改善が
望まれた。

また、不活性ガスに少量の活性ガスを混合した雰囲気中
での直流逆極性狭開先ミグ・アーク溶接に関しては、た
とえ希土類元素を含有する溶接ワイヤを用いたとしても
溶接を安定に行なう方法は依然として実現できなかった
。

要するに、現状の狭開先ミグ・アーク溶接法では、通常
の溶接ワイヤを用いた場合、アークの安定性を確保し、
ブローホールの発生を防止するためには、活性ガスとし
て２０％程度ＣＯ２若しくは７％程度０２のシールドガ
スを用いねばならず、このような活性ガスであると、溶
接金属の低酸素化が不能となり、靭性が低下し、一方、
希土類元素添加溶接ワイヤを用いた場合、低活性ガス雰
囲気中での溶接は可能となるが、溶接金属中の酸素含有
量を制御するためには、直流正極性狭開先ミグ・アーク
溶接を行なう必要があり、更に、良好な溶込み深さを得
るための改善が要求されている。

発明が解決しようとする問題点 本発明は上記欠点の解決を目的とし、具体的には、狭開
先ミグ・アーク溶接法において、少量の活性ガスを混合
した雰囲気中でもアークの這い上りを防止し、溶込み不
良を有効に防止し得る溶接法であって、併せて、溶接金
属中６！！素含有量を制御して高靭性を得る狭開先ミグ
・アーク溶接方法を提案することを目的とする。

〈発明の構成〉 問題点を解決するための 手段ならびにその作用 すなわち、本発明は、極厚鋼板の突合わせ狭開先内に多
層肉盛溶接を行なう狭開先ミグ・アーク溶接法において
、 開先幅を７〜１５ＩＩＩ１１に調整された狭開先内を、
２〜１０ｖＯ１０％のＣＯ２若しくは０．７〜３．３ｖ
ｏ　ｌ　、％の０２と共にＨｅを含み残部がＨｅを除く
不活性ガスから成り、しかも、このｌ（ｅ含有量（ｖｏ
　ｔ　、％）が、２５〜２．５　［００２ｖｏｊ　、％
］≦）ｌｅ（ＶＯｌ　、％）≦５０〜２．５　［ＣＯ２
ＶＯｌ、％］ 若しくは ２５〜７．５［０２ｖＯｔ０％］≦Ｈｅ（ｖｏ　ｌ　０
％）≦５０〜７．５　［０２ｖｏｊ　、％］ の範囲内にあるガスシールド雰囲気中で、直流ミグ・ア
ーク溶接を行なうことを特徴とするものである。

要するに、本発明は、現状では不可能とされていた一般
溶接ワイヤを用いた低活性ガス雰囲気中で行なう狭開先
ミグ・アーク溶接でのアークの這い上り防止（アーク安
定化）を図ると共に、溶接金属中の酸素含有量を制御し
て、高靭性が得られる直流逆極性狭開先ミグ・アーク溶
接方法を確立したものである。

更に、本発明は、希土類元素を添加した溶接ワイヤを用
いて低活性ガス雰囲気中で行なう直流正極性狭開先ミグ
・アーク溶接に適用でき、この場合は、アークの集中性
を改善し、良好な溶込み形状が得られる溶接方法を確立
したちのである。

そこで、この手段たる構成ならびにその作用について更
に詳しく説明すると、次の通りである。

まず、本発明者等は種々の組成のシールドガスを用い、
このシールドガスの組成と狭開先ミグ・アーク溶接時の
溶接作業性、とくに、アーク現象（アークの這い上り）
ならびに溶込み形状との関係を詳細に観察したところ、
Ａｒ十低活性ガス雰囲気の如く、シールドガス組成中の
活性ガスの低減化を行なっても更にこの雰囲気中にＨｅ
ガスを添加すると、このＨｅガスによりアークの安定化
がそこなわれず、良好なシールド性が得られ、この知見
事実にもとずいて本発明は成立したものである。

更に、この事は、溶接ワイヤは直流逆極性溶接において
は、一般溶接ワイヤを用いる場合のほか、直流正極性溶
接においては、希土類元素を例えばミツシュメタルの形
で添加した溶接ワ、イヤを用いた場合でも同等である。

そこで、本発明においては、Ａｒ等の不活性ガス中に２
〜１０％のＣＯ２若しくは０．７〜３．３％の０２と共
にＨｅを混合させ、この混合ガスをシールドガスとして
ミグアーク溶接する。

すなわち、シールドガスの組成をＡｒ　＋　Ｈｅ　＋０
０２またはＡｒ＋Ｈｅ＋０２の混合ガスとした理由は、
入手が容易なことのほか、不活性ガスとして、Ａ「また
はＨｅ単独に活性ガスを添加した場合には、本発明の如
＜、ＣＯ２で２〜１０％、０２で０．７〜３．３％の少
Ｉｌ添加で、所謂、低活性ガスの範囲では、アークの安
定が得られず、スパッタの発生が著しいからである。ま
た、このように活性ガスを少量添加する理由は、上記理
由のほかに、溶接金属中の酸素含有量を１５０〜３８０
ｐｐｍの範囲に制御すれば高靭性が得られることによる
ものであり、溶接金属中の酸素含有量を、この範囲に制
御するためにはＣＯ７で２〜１０％、Ｃ２で０．７〜３
．３％の混合が必要である。

また、このシールドガス組成中にＨｅガスが必ず含まれ
ることが必要であるが、これは活性ガス低減に伴うアー
クの不安定がＨｅガスの混合によって解決されるからで
ある。更に詳しく説明すると、Ｈｅガスが活性ガスと同
様に、電位傾度を高め、ワイヤ先端でのアークの集中性
を増大し、その結果、エネルギー密度を増大させて、狭
開先の溶接時のアークの這い上りを防止する効果があり
、その効果はＣＯ２ガスの０．４倍程度である。

また、シールドガス中にＨｅガスが少なくとも２５〜２
．５［００２％］含まれていることが必要で、この理由
は、第１図に示す如く、直流逆極性による開先幅ｉｏ、
ｏｍｍの狭開先ミグ・アーク溶接時に２５〜２．５［Ｃ
Ｏ２％］未満では、アークの這い上りが発生し、溶接欠
陥が多発するためである。

なお、第１図はシールドガス中のＨ２ガスならびにＣＯ
２ガスの混合量と溶接作業性との関係を示すグラフであ
って、この中で領域Ａ％Ｂ、Ｃは何れもアークが安定化
するのに対し、口ではアークが不安定となり、Ｅではス
パッタが発生し、更に、安定化領域中でも８、Ｃはとも
に靭性が劣化し、要するに、領域Ａがアーク安定かつ高
靭性領域である。

一方、Ｈｅガスは上限の５０〜２．５［ＣＯ２％］まで
含まれることが必要で、この理由は、これを越えて混合
すれば第１図に示す如く、スパッタの発生が著しく、実
用化できないためである。

また、活性ガスとして、ＣＯ２の代りに０２を混合する
場合、このＨｅ含有量（％）は２５〜７．５［０２％］
≦Ｈｅ≦５０〜７．５　［０２％］にする。

この理由は、０２の添加効果が００２のそれの約３倍に
なるという実験事実に基づくものであり、係数を３倍し
、また、０２　’１４合量規制値の上下限をともに００
２の場合の約１７３とした。

更に、希土類元素を添加した溶接ワイヤを用いた直流正
極性狭開先ミグ・アーク溶接においても、Ｈｅガスによ
るワイヤ先端でのアークの集中性が得られ、前述の問題
点を解決でき、良好な溶込みが得られた。

すなわち、本発明の方法によれば、前述の如き狭開先ミ
グ・アーク溶接におけるアークの這い上りが防止できる
と共に、深溶込みが得られ、溶接欠陥を防止し、かつ、
溶接金属中の酸素含有量を制御することで、高靭性溶接
金属が得られることがわかり、溶接部の欠陥防止と溶接
今風の高靭性化を同時に実現できるものである。

実施例 次に、実施例について説明する。

実施例１゜ 第２図に示す如く、板厚Ｔ−５０ｍ＋ａの母材（２／４
Ｏｒ−１ＭＯ鋼）に、ルート面ｔ−５ｍとし、開先幅Ｗ
−２８（Ｒはルート半径）を変化させて、第２図に示す
形状に機械加工し、第１表に示す組成のワイヤのうち、
ワイヤＡ（２’ＡＣｒ−ＩＭＯ鋼の一般的な溶接ワイヤ
である。）を用いて、シールドガスとして、Ａｒ、　Ｈ
ｅ、　ｃｏ２の混合比を変えて直流逆極性で下向姿勢の
狭開先ミグ・アーク溶接を行なつ口の結果は一括して示
すと、第２表の通りでなお、第２図において、鋼板表面
における開先幅Ｗを２８＋２１１１１１としたのは、溶
接ビード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。溶接条件は
平均電流３００Ａ、平均電圧２６Ｖ、溶接速度は開先幅
に応じて１５〜２５ｃｍ／分とした。

第２表に示す如＜、Ｈｅガス混合量（％）が２５〜２．
５［００２％］以下においては、何れの開先幅　゛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Ｈｅガス混合量が少なすぎて、アーク安定に対
する効果が不足したためである。また、Ｈｅガス混合量
（％）を５０〜２．５［００２％］を越えて添加した場
合は、スパッタの発生が著しく、明らかに過剰混合と言
える。

また、開先幅６ＩＩＩｌｌ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雰囲気中で溶接を
行なっても、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１０．０閤を用いた場合、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、雰囲気ガスとして、Ｈｅガス混合燈を
本発明の範囲内とした場合、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１６．０＋ｎｍ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、
たとえ、Ｈｅガス混合量を本発明範囲内に設定した場合
でも、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。

すなわち、Ｈｅガス混合！（％）が２５〜２．５［ＣＯ
２％］≦Ｈｅ≦’５０〜２．５　［０（ｈ％］範囲内で
、本発明開先形状を用いれば、一般溶接ワイヤを使用し
た場合でも安定した狭開先溶接が可能となり、この関係
は第１図に示す通りである。

実施例２゜ 板厚１００間の板厚鋼板（高強度２’ＡＣｒ−ＩＭｏ鋼
）に開先幅９ｍｇ＋の狭開先を設けて、突合わせ第１表
のワイヤＢ（高強度２１／４Ｏｒ−ＩＭｏ鋼の一般的溶
接ワイヤ）を用いて、Ａｒ　＋　ＨｅガスへのＣＯ２混
合量を変化させて、直流逆極性で２３１！溶接を行ない
、６継手作製した。溶接条件は何れの継手も平均電流２
９０Ａ、　平均電圧２６Ｖ、溶接速度２２Ｃｉｌ／分と
し、雰囲気ガス流量は４５１／分に設定した。溶接後、
６９０℃×２２ｈのＰＷＨＴを実施し、シャルビ衝撃試
験を行ない、−５０℃における吸収エネルギーを求めた
。

また、各継手から、それぞれ５１１ｉ面のマクロ試験片
を採取し観察したが、何れも溶接欠陥は認められなかっ
た。

実験結果をまとめて第３表に示した。

ＣＯ２ガス混合量が２〜１０％の範囲内の雰囲気中で溶
接した溶接金属の吸収エネルギーは６．６〜１５．２ｋ
ｑｆ−ｍを示し、目標値５．５ｋｑｆ−ｎ＋以上を満足
したが、ＣＯ２ガス混合混合２％未満および１０％を越
えた雰囲気中で溶接した場合、目標値を下実施例３゜ 第１表に示した０、０５１ｗｔ％の希土類元素を含有す
る８０ｋｌＪｆ／■２級高張力鋼溶接ワイヤ（１，２ｍ
ｎ＋φ）と板厚４０關の８０ｋＱｆ／ｓ２級鋼板を用い
て、３閤深さ、９０゛ｖ溝内に、雰囲気ガスへのＨｅガ
ス混合量を変化させて、直流正極性溶接を１バス行なっ
た。

溶接条件は溶接電流３００Ａ％溶接電圧２４Ｖ、溶接速
度２０Ｃ１ｌｌ　／分で、雰囲気ガス流量は４５１／分
一定とした。

溶接俊、溶接ビード長の中央部を切断し、断面マクロ試
験片を採取し、溶込み深さを測定した。

希土類元素を添加したワイヤを用いて、Ａｒ＋５％ＣＯ
２雰囲気あるいはＡ「＋５％ＣＯ２＋Ｈｅ雰囲気中で直
流正極性溶接を行なっているため、アー−りは安定して
いるが、Ｈｅガス混合量を４０％を越えて混合した場合
、大粒のスパッタを発生し、ビード形状不良を招いた。

この結果は第３図の通りであり（なお、（イ）のところ
以後はスパッタの発生、ビード形状不良のため、測定で
きなかった。）、Ｈｅガス混合により、アークの集中が
得られ、溶込み深さが増大することがよくわかる。

このように直流正極性溶接においても、Ｈｅガスによる
溶込みが改善され、溶接欠陥の防止に有効である。

実施例では、２１／４Ｊｒ　−ＩＭｏ鋼、高強度２＋Ａ
Ｃｒ−１勤鋼、８０ｋｇｆ／ｍ”縁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狭開先ミグ・アーク溶接に何
ら問題点を生じることなく、応用することができる。

〈発明の効果〉 以上詳しく説明した通り、本発明法は、突合わせ開先の
寸法を適正範囲内に調整し、これに併せて、シールドガ
ス組成中の活性ガスを低減させる一方、Ｈｅガスを含有
させて、この条件でミグ・アーク溶接するものである。

従って、一般溶接ワイヤを用いた場合、低活性ガス雰囲
気中での直流逆極性狭開先ミグ・アーク溶接では、アー
クの這い上りが生じ、溶接が不可能であったが、本発明
法によると、Ｈｅガスを混合するため、ワイヤ先端のア
ークの集中性が増大し、エネルギー密度増大に伴うアー
クの這い上りが防止でき、同時に溶接金属中の酸素含有
量を制御することで、高靭性溶接金属が得られる。

また、希土類元素添加ワイヤを用いた低活性ガス雰囲気
中での直流正極性狭開先ミグ・アーク溶接で問題とされ
た溶込み不足は、本発明法によると、Ｈｅガス混合によ
り、ワイヤ先端でのアークの集中性が増大し、エネルギ
ー密度増大に伴う深溶込みが得られ、溶接欠陥防止に効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は溶接作業性および高靭性とシールドガス中のＣ
ｏ２、Ｈｅガス混合量との関係を示すグラフ、第２図は
溶接母材の開先形状の一例を表した正面図、第３図は溶
込み深さにおよぼすＨｅガス混合量の効果を示すグラフ
である。 符号Ｔ・・・・・・板厚 訃・・・・・ルート半径（２Ｒ二開先幅）ｔ・・・・・
・ルート面

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 極厚鋼板の突合わせ狭開先内に多層肉盛溶接を行なう狭
   開先ミグ・アーク溶接法において、開先幅を７〜１５ｍ
   ｍに調整された狭開先内を、２〜１０ｖｏｌ．％のＣＯ
   ＿２若しくは０．７〜３．３ｖｏｌ．％のＯ＿２と共に
   Ｈｅを含み残部がＨｅを除く不活性ガスから成り、しか
   も、このＨｅ含有量（ｖｏｌ．％）が、２５〜２．５［
   ＣＯ＿２ｖｏｌ．％］≦Ｈｅ（ｖｏｌ．％）≦５０〜２
   ．５［ＣＯ＿２ｖｏｌ．％］ 若しくは ２５〜７．５［Ｏ＿２ｖｏｌ．％］≦Ｈｅ（ｖｏｌ．％
   ）≦５０〜７．５［Ｏ＿２ｖｏｌ．％］ の範囲内にあるガスシールド雰囲気中で、直流ミグ・ア
   ーク溶接を行なうことを特徴とする狭開先ミグ・アーク
   溶接方法。