JPS61206566A

JPS61206566A - ア−ク溶接法

Info

Publication number: JPS61206566A
Application number: JP4861585A
Authority: JP
Inventors: Toshitsugu Oi; 大井　利継; Noboru Kato; 昇加藤
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Priority date: 1985-03-12
Filing date: 1985-03-12
Publication date: 1986-09-12

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】［産業上の利用分野］本発明はアーク溶接法に係り１例えば鋳鉄のアーク溶接
を行うに好適な溶接法に関するものである。

［従来の技術］鋳鉄製溶接棒を用いるガス溶接法及び特殊合金（Ｎｉ系
或いはＮｉ−Ｆｅ系など）製溶接棒を用いるアーク溶接
法は、鋳造品の補修などに古くから使われており、よく
知られている方法である。

しかしながら、これら従来の方法では、機械的性質が充
分でなく（溶接欠陥が生じ易く、接合強度が低い）、そ
のため強度が必要な構造材への適用は、はとんど、行わ
れていなかった。

これに対し、本出願人より提案されている鋳鉄製溶接棒
、或いは鋳鉄の溶接法（特公昭５６−３５９９３．同５
６−７７０９３、同５７−９９０４）によれば１強度部
材としての使用に耐える信頼性の良い溶接を行うことが
できる。

ここで、鋳鉄の溶接が困難である理由について概略的に
説明する。

周知のように、鋳鉄は炭素量が多く、かつ炭素の多くは
片状又は球状等の形状で晶出している。

而して、溶接時に加えられる熱によって鋳鉄が溶融され
ると、鋳鉄中に晶出していた黒鉛は溶融金属中に急速に
溶解晶出する。

一方、冷却、凝固時における溶融金属中からの黒鉛の再
晶出は非常にゆっくりと行われるので、溶接などのよう
に急冷される場合は、レデブライトなどの高硬度の炭化
物含有組織が生じる。このように高硬度の組織が生じる
ことにより、割れが極めて発生しやすくなり健全な溶接
が困難になるのである。

本出願人より既に公表されている上記３件の発明（以下
先願の３発明ということがある。）によれば、それぞれ
、軟土の鋳鉄溶接時の問題点が解消され得る。

即ち、上記先願の３発明においては、要するに溶融状態
の溶融金属に含まれる炭素をそれぞれ球状又は片状等の
黒鉛とし溶接金属中に晶出させるよう溶接棒の組成及び
組織或いは溶接時の諸条件を選定するものである。この
ようにすることにより溶接金属中の高硬度の炭化物組織
の発生が抑制され、健全な溶接を行うことが可能とされ
るのである。

［発明が解決しようとする問題点］しかしながら、上記先願の３発明をもってしても、溶接
時の温度を過度に上昇させる場合には、溶融金属中の炭
素分が完全に溶解し、冷却時に高硬度の炭化物となって
晶出し、やはり溶接組織の健全さを損う恐れがあった。

とりわけ、従来のアーク溶接法においては、溶接棒、溶
滴及び溶融池がアークによって極めて高い温度に加熱さ
れる。（例えば、溶接棒から落下する途中の溶滴は、そ
の周囲のアークが熱的及び磁気的ピンチ効果によって絞
られ、高温の半プラズマ状態になっているので比表面積
の大きな溶滴は極めて急速に加熱される。そして、この
温度の溶滴が連続的に供給されると共に、それ自体アー
クに晒される溶融池も、約１８００℃又はそれ以北の極
めて高い温度に加熱される。）この高温の溶融金属は、アークが通り過ぎた後に急速に
冷却され、その中に溶は込んでいた炭素が高硬度の炭化
物含有組織として晶出し、晶出組織の健全性が失われる
ようになる。

このような問題点を回避するために、前記先願の３発明
においてはガス溶接法によって溶接時の溶融金属温度を
低くするようにしているのであるが１作業性のよいアー
ク溶接法によっても鋳鉄の健全な溶接を行えるよう改良
されることが期待される。

［問題点を解決するための手段］上記問題点を解決するために１本発明はアークに磁界を
作用させ、アークを溶接線方向又は主として溶接線方向
に振らせることにより、溶接中の溶滴及び溶融池（プー
ル）の過度な温度上昇を防止するよう構成したものであ
る。

以下図面を参照しながら本発明を更に詳細に説明する。

第１図は本発明の実施例方法を説明する斜視図である。

ｌは板状の溶接部材であって、この板面と対向するよう
に溶接棒２が配置されている。溶接棒２の後端は溶接機
（図示せず）に接続されている。溶接棒２の先端と溶接
部材ｌとの間にはアーク３が発生されており、このアー
ク３に磁界を作用させ得るように電磁石４，５が配置さ
れている０図中４は磁石のＮ極を、また５は磁石のＳ極
を示している。６は溶接によって生じたビードを示して
いる。

而して、溶接部材ｌと溶接棒２との間に電圧を印加して
アーク３を生じさせると共に、磁石４．５によって７−
ク３に磁界を作用させることにより、アーク３はフレミ
ングの法則に従って、磁力線と（旧直な溶接線方向（矢
印７又は８の方向）に振られる。これにより、溶接棒２
の先端から落下する溶滴及び溶接棒２の直下の部分の溶
接部材ｌＦに形成される溶融池９の過度な加熱が防止さ
れるようになる。

なお、溶接棒２と溶接部材ｌとの間には交流、直流、パ
ルス電流等のいずれの波形の電流を通電しても良い。

第２図は、溶接電流として正弦波交流を通電した場合の
アークの振れ状況を説明する図であって、（ａ）は平面
図、（ｂ）は側断面図、（Ｃ）は電流波形図である。こ
の第２図のように溶接電流として交流を用いた場合には
、アークは（ｂ）図に示すように溶融池９を中心として
振り千秋に振れる。この触れの周期は溶接電流の周波数
と一致したものとなる。なお、図示の例においては、ア
ークが溶接棒の直下の位置に移動してきたときのアーク
の移動速度は極めて速いので、単位時間当りに溶融池９
に加えられる熱エネルギーは少なく、溶滴１０及び溶融
池９の過度な温度な上昇が防ＩＦされる。

第３図は溶接電流として第３図（Ｃ）に示す直流電流を
用いた場合のアークの振れ状態を示すものである。この
第３図の状態においては、アークは溶接棒２の移動方向
の後方にシフトされる。この第３図の例においては、溶
滴ｌＯ及び溶融池９の過度な温度上昇が一層確実に防止
される。

第４図は溶接電流としてパルス電流又は両波整流電流を
通電するようにしたものである。この場合には、アーク
３は溶接棒２の直下の方向と溶接線の移動方向の後方向
との間を往復するように振れる。

第５図は、磁石４．５によって形成される磁界方向とは
垂直な方向に磁界を印加する電磁石１１を設置した場合
の例を示すものである。この第５図において、溶接電流
としては第５図（Ｃ）に示す直流電流を通電すると共に
、電磁石１１に交流電流を通電する。そうするとアーク
３は磁石４．５によって形成される磁界によって溶接棒
移動方向の後方向にシフトされると共に、電磁石１１に
よって形成される磁界によって、磁石４．５を結ぶ方向
にも往復動されるようになりアークの広がりが大きくな
る（即ち、溶接線を含む方向にアークが振られる。アー
クが振られる範囲は、特に限定されるものではないが、
例えば図示の如く、溶接線を挟んで左右それぞれ約４５
°ないし６０゜（合計塵９０°ないし１２０°）程度の
範囲まで拡げられる。）、この場合には、第２図ないし
第４図に示す実施例と比較して、溶滴及び溶融池に加え
られる単位時間当りの熱エネルギー量が更に小さくなる
。

本発明において、溶接棒としては前記先願の３発明に開
示されている鋳鉄製の溶接棒などが好適であるが、それ
以外の鋳鉄製溶接棒をも用い得る。

また、本発明のアーク溶接法は、鋳鉄の溶接に適用する
に好適なのであるが、鉄鋼材料等非鋳鉄材料の溶接にも
適用できる。この場合、溶滴や溶融池の過度な温度上昇
を防ぐ、或いは溶接の熱影響部の面積を小さくする等の
事項が要請される場合に本発明方法を適用すれば極めて
好適である。

上記図示の説明においては、溶接電流は正弦波交流、直
流１両波整流電流、パルス電流が示されているが、本発
明においてはそれ以外の波形の電流を通電してもよいこ
とは明らかである。

また、本発明は、要するにアークを振らせるよう磁界を
作用させればよいのであるから、図示のように溶接棒の
移動方向と垂直な方向もしくは溶接棒の移動方向にのみ
磁場を作用させる場合に限らず１例えば溶接棒の移動方
向と斜めの方向に磁場を作用させるようにしてもよい。

［作用］一般に、過共晶鋳鉄の液相線温度は、共晶温度よりもか
なり高くなり、溶接中の温度がこの液相線よりも低い場
合には鋳鉄中の黒鉛は完全には溶解晶出せずに溶湯中に
残留する。そして、溶湯中に黒鉛が残留する場合には、
それを核として黒鉛の成長が急速に行われるようになり
、アーク溶接のように急冷される場合であってもレデブ
ライトなどの硬化組織が生じ難くなる。

而して、従来のアーク溶接法においては、溶接中の温度
は１８００℃又はそれよりも高い温度になるので、溶湯
中の黒鉛はほぼ完全に溶解晶出してしまい、冷却時に硬
化組織が生じてしまう。

これに対し、本発明の方法によれば、アーク溶接中の溶
滴及び溶融池の温度を液相線よりも低くすることができ
るので、黒鉛の溶解晶出を防ぎ。

硬化組織が全くもしくは殆ど生じない溶接金属を得るこ
とができる。

更に、本発明においては、アークを振らせるので低い電
流密度で広い範囲を加熱できるようになり１次のような
作用も奏される。

■　溶滴が落下する部分の母材に対する入熱が少ないの
で、溶接熱影響部の幅が著しく小さくなる。

■　溶接された後も、振られたアークによって加熱する
ことが可能とされるので（但し、この場合には、アーク
を両接合移動方向の後方向に振らせる必要がある。）、
ａＯＯ〜５００℃領域における冷却温度を小さくして、
マルテンサイト相などを生じにくくすることができる。

また、本発明によれば、母材に与える入熱が広い範囲に
分布されるようになり、母材の温度勾配が小さくなり、
溶接変形を小さくするという効果も奏される。

［実施例］以下実施例について説明するが１本発明はその要旨を超
えない限り以下の実施例に限定されるものではない。

実施例１（イ）　第１表に示す組成の鋳鉄製溶接棒を用い、第１
図に示すようにして母材（ＦＣ２５）の上にアーク溶接
してビードを形成した。このとき、磁束は溶接棒の進行
方向と直角とし、磁界の強さをθ〜１４０ガウスの範囲
で種々変更し、溶融池の温度を測定した。

第　　１　　表なお、溶融池の温度は、アークを瞬間的に止め、放射温
度計により、その瞬間における溶融池の表面温度を測定
することにより求めた。その結果を第６図に示す、第６
図により、アークに作用させる磁界を強くする程、溶融
池の温度が低下することが認められる。また、アークの
振れ幅も太きくなることが、フィルターを通した肉眼観
察で明瞭に認められた。

（ロ）　次に、上記（イ）の過共晶鋳鉄溶接棒を用い、
溶融池温度が１３００”Ｃ及び１８２０”ｃとなるよう
にアークに作用させる磁界強さをａｍし、溶接ビードを
形成した６条件は、磁界の強さをこのように調節したこ
と以外は、（イ）と同じである。

ビード形成終了後、ビード及び母材を垂直に切断し、か
つ切断面を研摩し、溶接部のビッカース硬度Ｈｖの分布
を求めた。その結果を第７図に示す、第７図より、溶融
池温度を１０００℃に抑えるよう磁界を作用させた場合
には、溶接部の硬度が低く、かつ熱影響部の幅も小さい
ことが明らかである。また、金属組織を観察したところ
、溶融池温度が１３００℃となるよう調節したものは。

球状黒鉛が析出していることが認められたが、溶融池温
度が１８２０℃のものは球状ないし片状黒鉛は殆ど析出
していなかった。

（ハ）　　（イ）の市販品の溶接棒を用い、（ロ）と同
様にして溶接部の硬度分布を求めた。この場合の溶融池
温度は１３５０℃及び１８００℃とした。結果を１１１
８図に示す、この第８図においても第７図と全く同様の
車重が認められる。

（ニ）　　（ロ）及び（ハ）において、溶融池温度を種
々変更して溶接を行い、境界から深さ１ｍｍの箇所の溶
接金属の硬度を測定した。その結果を第９図に示す。

第９図より、溶融池温度が丑昇するとビッカース硬度は
直線的に上昇することが認められる。

［効果］以上詳述した通り１本発明のアーク溶接法は。

磁場の作用によりアークを振らせるようにしたものであ
るので、アークの熱的及び磁気的ピンチ硬化を防ぎ、次
のような優れた効果が奏されるようになる。

（イ）　溶接中の溶融金属の過度な温度上昇を防止する
ことができるので、鋳鉄の溶接を行う場合であっても高
硬度の溶接金属の発生を防ぎ、健全な溶接組織を得るこ
とが可能である。

（ロ）　溶接熱影響部を極めて小さくすることが可能で
ある。

（ハ）　アークの振らせ方向を調節することによって、
冷却速度を小さくし、マルテンサイト層などの発生を抑
制することが可能である。

（ニ）　母材に与える入熱が広い範囲に分布させること
ができ、温度勾配を小さくして溶接変形を小さくするこ
とが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例方法を説明する斜視図である。第２図ないし第５図の各図は実施例方法の詳細を説明す
る図であって、各図の（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断面
図、（Ｃ）は電流波形を示す図である。また、第６図な
いし第９図は実施例における測定結果を示すグラフであ
る。ｌ・・・母材、２・・・溶接棒、３・・・アーク、４．５・・・磁石、６・・・ビード。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）アークに磁界を作用させ、アークを溶接線方向又
は主として溶接線方向に振らせて溶接することを特徴と
するアーク溶接法。