TW201622870A - 電氣弧熔接方法及電氣弧熔接裝置 - Google Patents

Abstract

本發明係提供一種可將渣有效率地排出的電氣弧熔接方法及電氣弧熔接裝置。 熔接金屬線(5)係使用於鋼製外皮內填充焊劑的含焊劑金屬線，其組成含有特定量C、Si、Mn、Mo、Ti及SiO2，並且將Al、S、P、TiO2及Al2O3限制為特定量以下，剩餘部分由Fe及不可避免之雜質所構成，且滿足下述式(A)，滑動銅襯板(2)係於與開槽接觸的面上設有帶曲率的溝槽，且當將開槽的寬設為a時，溝槽寬W為(1.1×a)~(2.5×a)mm，溝槽深度D為0.5~5.5mm，溝槽寬W與溝槽深度D之比(W/D)為5.0~80.0者，將熔接金屬線(5)之饋送速度設為一定，以使熔接金屬線(5)之突出長度成為一定的方式，一邊根據熔接電流控制熔接氣炬(4)之上昇速度，一邊進行電氣弧熔接。 1.0≦([SiO2]+2.1×[Si])/([Al2O3]+1.9×[Al]+[TiO2]+1.7×[Ti])…(A)

Description

電氣弧熔接方法及電氣弧熔接裝置

本發明係關於電氣弧熔接方法及電氣弧熔接裝置。更詳細而言係關於電氣弧熔接中之渣排出技術。

電氣弧熔接法，係例如於母材的表面(開槽面)側配置水冷之滑動襯板，並於其之相反面配置背襯板。接著，於藉由母材、滑動襯板及背襯板包圍的空間內供給二氧化碳等之遮蔽氣體，從熔接氣炬送出熔接金屬線來進行弧熔接。此時，熔接姿勢，一般而言係採用由下向上進行熔接之立向的姿勢。

此外，於電氣弧熔接中，一般而言，作為熔接材料係使用於鋼製外皮內填充焊劑之含焊劑金屬線。使用含焊劑金屬線的理由在於，在熔接時使焊劑中所摻合的造渣劑熔融，而發揮將焊珠之外觀良好地保持的作用。然而，含焊劑金屬線，在熔接時使造渣劑熔融，而在熔融金屬正上方滯留多量的熔融渣。若熔融金屬正上方之熔融渣變厚，則導致金屬線被渣所掩埋，而造成弧之不安定化或 焊珠外觀之劣化。此外，若熔融金屬正上方之熔融渣變厚，則熔接金屬的成分會發生變動，而產生強度過高或韌性劣化的問題。

因此，以往，於電氣弧熔接中，係採用從滑動襯板的下部將渣強制排出的方法(參照專利文獻1~4)。例如，於專利文獻1所記載之熔接方法中，係使用水冷滑動銅襯板，其係為了確保渣的排出，而設有使其與焊珠的間隙越往下越寬的斜度。此外，於專利文獻2中，係提案有一種滑動襯板，其係於成為開槽側的面，在熔接進展方向上刻設其寬度從該襯板的表面往內部逐漸減少的溝槽，藉由此溝槽從包含熔融金屬與渣的熔融池選擇性地吸引渣。

另一方面，於專利文獻3中，係提案有一種滑動襯板，其係將與母材相對向的面設成彎曲凹部，於其上端附近形成用以供給遮蔽氣體的開口部，並且於彎曲凹部的左右兩側設有由平坦的垂直面所構成之滑動緣部，於其中一方的下方形成用以在與母材表面之間形成既定寬度的間隙之缺口部。於此專利文獻3所記載之滑動襯板中，由於滯留在熔融池之熔融金屬上的熔融渣會從彎曲凹部與熔融金屬之間隙朝向下方流出，並且從形成於缺口部與母材表面之間的間隙往滑動襯板之軌道的側方流出，因此可能會使熔融渣之排出量比以往之滑動襯板更多。

此外，於專利文獻4中，係提案有一種滑動襯板，其係於水冷滑動銅襯板之面對被熔接材開槽部的 面，從上方至下方依序設有熔接焊珠形成用之第1溝槽及熔融渣排出用之第2溝槽。於專利文獻4之滑動襯板中，第1溝槽，係形成為與被熔接材表面平行，第2溝槽，係形成為與第1溝槽之下部連續並對於被熔接材表面呈傾斜，溝槽寬從上方往下方逐漸擴大，且溝槽深度從上方往下方逐漸變深。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開平11-285826號公報

[專利文獻2]日本特開2007-90398號公報

[專利文獻3]日本特開2010-142814號公報

[專利文獻4]日本特開2012-166204號公報

然而，於前述之以往的技術中，係存在有以下所示之問題點。在使用如專利文獻1所記載般之溝槽深度從上方朝向下方變深的滑動襯板，或如專利文獻4所記載般之溝槽寬從上方朝向下方變廣且溝槽深度從上方朝向下方變深的滑動襯板之情況，按照弧電壓或渣物性會造成過度的渣排出，而發生焊穿、夾渣或氣孔等之熔接缺陷。

此外，專利文獻2所記載之滑動襯板，雖為利用所刻設的溝槽吸引熔融渣，而進行排出者，但在表面 張力低的渣組成之情況，若在無法充分得到吸引效果時反覆進行使用，則進入溝槽的渣會凝固，而在熔接途中無法得到因吸引所產生之排出效果。進而，專利文獻3所記載之滑動襯板，於水冷滑動銅襯板的缺口部，不僅熔融渣，甚至連熔融金屬也會滑落，而使焊珠形狀劣化的問題點。

因此，本發明係以提供一種可將渣有效率地排出的電氣弧熔接方法及電氣弧熔接裝置作為主要目的。

如前述般，渣排出之促進，以往，係在水冷滑動銅襯板的構造下工夫。然而，由於渣的排出量，會隨著弧安定性或熔接金屬線的渣組成而改變，因此僅利用水冷滑動銅襯板的構造並無法充分進行控制。尤其，熔接金屬線的組成，雖會影響到渣的熔融物性，且與熔接金屬之焊穿或熔接缺陷、焊珠形狀之劣化亦有關係，但以往，針對熔接金屬線之渣物性或水冷滑動銅襯板形狀，並未提出最佳的對策(approach)。

因此，本發明人，係針對有關渣組成所附加之熔接材料與熔接裝置的組合進行探討，發現一種即使長時間且反覆使用亦可維持有效率的渣之排出，可防止熔接缺陷、焊珠形狀之劣化、韌性之劣化的電氣弧熔接方法，而完成本發明。

亦即，本發明之電氣弧熔接方法，係將滑動銅襯板抵接於被熔接材的開槽表面，一邊使前述滑動銅襯 板及熔接氣炬上昇一邊進行弧熔接，作為前述熔接金屬線係使用於鋼製外皮內填充焊劑之含焊劑金屬線，該含焊劑金屬線具有以下組成：相對於金屬線全質量係含有：C：0.01~0.50質量%、Si：0.10~1.00質量%、Mn：0.50~4.00質量%、Mo：0.10~1.00質量%、Ti：0.05~0.40質量%、SiO₂：0.10~1.00質量%，並且限制為：Al：0.30質量%以下(包含0%)、S：0.050質量%以下(包含0%)、P：0.050質量%以下(包含0%)、TiO₂：0.30質量%以下(包含0%)、Al₂O₃：0.30質量%以下(包含0%)，剩餘部分由Fe及不可避免之雜質所構成，當將SiO₂含量設為[SiO₂]、將Si含量設為[Si]、將Al₂O₃含量設為[Al₂O₃]、將Al含量設為[Al]、將TiO₂含量設為[TiO₂]、將Ti含量設為[Ti]時，滿足下述式(A)，前述滑動銅襯板係於與前述開槽接觸的面上設有帶曲率的溝槽，當將前述開槽的寬設為a時，前述溝槽寬W為(1.1×a)~(2.5×a)mm，前述溝槽深度D為0.5~5.5mm，前述溝槽寬W與前述溝槽深度D之比(W/D)為5.0~80.0，前述熔接金屬線之饋送速度係設為一定，以使前述熔接金屬線之突出長度成為一定的方式，根據熔接電流控制前述熔接氣炬之上昇速度。

[數1]1.0≦([SiO₂]+2.1×[Si])/([Al₂O₃]+1.9×[Al]+[TiO₂]+1.7×[Ti])…(A)

前述含焊劑金屬線，相對於金屬線全質量係 可進一步含有：Mg：0.50質量%以下、Ni：2.0質量%以下、Cr：1.0質量%以下、B：0.005質量%以下。

此外，前述含焊劑金屬線，相對於金屬線全質量亦可進一步含有合計為0.80質量%以下之MgO、Li₂O、Na₂O、K₂O、CaO、SrO及BaO當中至少1種之氧化物。

進而，前述含焊劑金屬線係可使用直徑為1.5~3.5mm，焊劑填充率為15~30質量%者。

另一方面，於本發明之電氣弧熔接方法中，前述熔接氣炬之上昇速度的控制，係可具有下列步驟：藉由低通濾波器從所檢測的熔接電流將高頻成分去除；將通過前述低通濾波器的熔接電流值與預先設定的熔接電流指令值進行比較；將前述低通濾波器的截止頻率設定為0.98~2.93Hz。

此外，亦可一邊使弧電壓週期性地變動一邊進行熔接。

本發明之電氣弧熔接裝置係具有：滑動銅襯板、熔接氣炬、氣炬移動機構、以及控制部，該滑動銅襯板，係抵接於被熔接材之開槽表面；該熔接氣炬，係用來將熔接金屬線饋送至前述開槽內；該氣炬移動機構，係用來使前述熔接氣炬，相對於熔接線在前後方向、上下方向及左右方向上進行移動；該控制部，係根據熔接電流來控制前述熔接氣炬之上昇速度，前述滑動銅襯板係於與前述開槽接觸的面上設有帶曲率的溝槽，當將前述開槽的寬設為a時，前述溝槽寬W為(1.1×a)~(2.5×a)mm，前述溝槽 深度D為0.5~5.5mm，前述溝槽寬W與前述溝槽深度D之比(W/D)為5.0~80.0。

依據本發明，由於除了滑動銅襯板的結構以外，亦將熔接材料的組成進行特定，因此可有效率地將渣排出。

1‧‧‧母材(被熔接材)

2‧‧‧滑動銅襯板

3‧‧‧背襯材

4‧‧‧氣炬

5‧‧‧金屬線

6‧‧‧熔接金屬

7‧‧‧熔融金屬

8‧‧‧熔融渣

9‧‧‧附著渣

12‧‧‧溝槽

20‧‧‧台車行走馬達驅動回路

21‧‧‧行走馬達

22‧‧‧台車

23‧‧‧行走用軌道

24‧‧‧操作箱

25‧‧‧熔接電源

26‧‧‧送線裝置

27‧‧‧遮蔽氣體

[第1圖]係示意地顯示本實施形態之電氣弧熔接方法的剖面圖。

[第2圖]係顯示開槽形狀的剖面圖。

[第3A圖]第3A圖係示意顯示第1圖所示之滑動銅襯板2之構造的俯視圖。

[第3B圖]第3B圖係第3A圖所示之以Z-Z線所致之剖面圖。

[第4圖]係顯示將突出長度控制成一定之方法的方塊圖。

[第5圖]係顯示在本實施形態之電氣弧熔接方法中使用的熔接裝置之構造例的圖。

[第6圖]係顯示適用於填角熔接的情況之熔接方法的剖面圖。

以下，針對用以實施本發明之形態詳細地進行說明。另外，本發明並不限定於以下說明之實施形態。第1圖，係示意顯示本發明之實施形態的電氣弧熔接方法之剖面圖，第2圖係顯示開槽形狀之剖面圖。此外，第3A圖係示意顯示第1圖所示之滑動銅襯板2之構造的俯視圖，第3B圖係顯示第3A圖之以Z-Z線所致之剖面圖。

如第1圖所示般，本實施形態之電氣弧熔接方法，係將滑動銅襯板2抵在形成於被熔接材(母材1)之開槽的其中一面側，並且將背襯材3抵在另一面側。在此，作為開槽形狀，係可適用例如第2圖所示之V開槽。接著，於藉由母材1、滑動銅襯板2及背襯材3包圍的開槽內供給遮蔽氣體並從熔接氣炬4饋送熔接金屬線5，一邊使熔接氣炬4及滑動銅襯板2上昇一邊進行弧熔接。

此時，熔接金屬線5，係使用於鋼製外皮內填充焊劑之含焊劑金屬線，該含焊劑金屬線具有以下組成：含有特定量之C、Si、Mn、Mo、Ti及SiO₂，並且將Al、S、P、TiO₂及Al₂O₃限制在特定量以下，剩餘部分由Fe及不可避免之雜質所構成，且滿足下述式(A)。另外，下述式(A)之[SiO₂]係SiO₂含量、[Si]係Si含量、[Al₂O₃]係Al₂O₃含量、[Al]係Al含量、[TiO₂]係TiO₂含量、[Ti]係Ti含量。

另外，於本說明書中，以[Si]表示之Si含量，係排除 SiO₂中之Si的Si含量。此外，以[ ]表示之含量，係以質量比表示的含量。

[數2]1.0≦([SiO₂]+2.1×[Si])/([Al₂O₃]+1.9×[Al]+[TiO₂]+1.7×[Ti])…(A)

此外，如第3A圖、第3B圖所示般，滑動銅襯板2，係使用於與開槽接觸的面上設有帶曲率的溝槽12，當將開槽的寬設為a時，溝槽寬W為(1.1×a)~(2.5×a)mm，溝槽深度D為0.5~5.5mm，溝槽寬W與溝槽深度D之比(W/D)為5.0~80.0者。進而，熔接時，係將熔接金屬線5之饋送速度設為一定，根據熔接電流控制熔接氣炬之上昇速度。

接著，針對本實施形態之電氣弧熔接方法中之各種條件設定的理由進行說明。

[熔接金屬線5]

於本實施形態之電氣弧熔接方法中使用的熔接金屬線5，係以筒狀之鋼製外皮及填充於此外皮的內側之焊劑所構成的含焊劑金屬線。另外，含焊劑金屬線之形態，係可為於外皮無接頭的無接縫型、於外皮有接頭的接縫型之任一者。另外，含焊劑金屬線，雖存在有於表面(外皮之外側)實施有鍍銅者，及未實施者，但於本實施形態之電氣 弧熔接方法中係哪一者皆可使用。

以下，對在本實施形態之電氣弧熔接方法使用的含焊劑金屬線之成分組成的數值限定理由進行說明。另外，以下所示之成分量，係相對於外皮與焊劑合計之金屬線全質量的比例。

<C：0.01~0.50質量%>

C係具有提高熔接金屬之強度的效果。然而，在熔接金屬線C之含量未達0.01質量%的情況，熔接金屬的強度會不足。另一方面，若於熔接金屬線中超過0.50質量%而多量含有C，則在熔接中會與氧結合成為CO氣體，而在熔滴表面產生氣泡。接著，因此氣泡進行飛散，而使弧變得不安定，而發生噴濺。因而，熔接金屬線之C含量係設為0.01~0.50質量%。

<Si：0.10~1.00質量%>

Si係具有脫氧作用之元素，且為了確保熔接金屬的強度或韌性而必要的元素。然而，在熔接金屬線之C含量未達0.10質量%的情況，會因脫氧不足，而在熔接金屬產生氣孔。另一方面，若於熔接金屬線包含超過1.00質量%之多量的Si，則於熔接中積存於熔融金屬7上的熔融渣8會變厚，而使熔接金屬線5被熔融渣8所掩埋，熔接金屬9之良率發生變動而使韌性劣化。因而，熔接金屬線之Si含量係設為0.10~1.00質量%。

另外，於本說明書中，在稱為熔接金屬線之Si成分量的情況，並不包含SiO₂中之Si。其係由於針對SiO₂成分量係另作限定之故。

<Mn：0.50~4.00質量%>

由於Mn係與前述之Si相同地作為脫氧劑或硫捕捉劑而發揮作用，因此對熔接金屬之強度或韌性的確保而言為必要的元素。然而，在熔接金屬線之Mn含量未達0.50質量%的情況，會因脫氧不足而在熔接金屬產生熔接缺陷(氣孔)，或熔接金屬之韌性不足。另一方面，若於熔接金屬線包含超過4.00質量%之多量的Mn，則於熔接中會大量產生難以剝離的渣，而發生夾渣等之熔接缺陷，並且使熔接金屬的強度過度增加而使韌性明顯降低。因而，熔接金屬線之Mn含量係設為0.50~4.00質量%。

<Mo：0.10~1.00質量%>

Mo係為了確保熔接金屬的強度或韌性而必要的元素。然而，在熔接金屬線之Mo之含量未達0.10質量%的情況，熔接金屬的強度或韌性會不足。另一方面，若於熔接金屬線包含超過1.00質量%之Mo，則熔接金屬會變得過多，而發生破裂等之熔接缺陷。因而，熔接金屬線之Mo含量係設為0.10~1.00質量%。

<Ti：0.05~0.40質量%>

Ti係具有將熔接金屬中之肥粒鐵粒予以微細化，使韌性提昇的效果。然而，在熔接金屬線之Ti含量未達0.05質量%的情況，熔接金屬的韌性會不足。另一方面，由於Ti為強脫氧元素，因此若於熔接金屬線包含超過0.40質量%之Ti，則會使黏性高的TiO₂渣之發生成為過多。其結果，渣排出受到抑制，積存於熔融金屬7上的熔融渣8會變厚，而使熔接金屬線5被熔融渣8所掩埋，熔接金屬9的良率發生變動而使韌性劣化。因而，熔接金屬線之Ti含量係設為0.05~0.40質量%。

<SiO₂：0.10~1.00質量%>

SiO₂係焊劑中所含有之氧化物，會形成流動性較佳的熔融渣。此外，若將後述之MgO或CaO與SiO₂一起添加，則會使熔融渣的流動性成為更良好。因此，於電氣弧熔接中，若成為以SiO₂為主體之渣組成，則可促進渣的排出。此外，以SiO₂為主體之渣組成，係在玻璃質亦容易剝離，且由於擴展於焊珠全面，因此焊珠外觀亦成為良好。為了形成如此之以SiO₂為主體之渣組成，必須於熔接金屬線中含有0.10質量%以上之SiO₂。

另一方面，若於熔接金屬線含有超過1.00質量%之SiO₂，則渣量會變得過多，氧化物生成會大於排出效果，使積存於熔融金屬7上的熔融渣8變厚，而使熔接金屬線5被熔融渣8所掩埋，熔接金屬9的良率發生變動而使韌性劣化。因而，熔接金屬線中之SiO₂含量係設為 0.10~1.00質量%。另外，就渣排出效率提昇的觀點而言，熔接金屬線之SiO₂含量較理想為0.20~0.60質量%。

<Al：0.30質量%以下>

Al係與前述之Ti相同地，雖具有將熔接金屬中之肥粒鐵粒予以微細化，使韌性提昇的效果，但肥粒鐵粒之微細化效果係以Ti最為有效，此外，Al氧化物係由於黏性高，因此會使渣剝離性降低，而對焊珠外觀造成影響。因此，較理想為於熔接金屬線中盡量不添加Al，更理想為0質量%。

另一方面，由於Al為強脫氧元素，因此若於熔接金屬線中包含超過0.30質量%之Al，則會使渣之發生成為過多。其結果，渣排出受到抑制，積存於熔融金屬7上的熔融渣8會變厚，而使熔接金屬線5被熔融渣8所掩埋，熔接金屬9的良率發生變動而使韌性劣化。因而，熔接金屬線之Al含量係限制為0.30質量%以下。

<S：0.050質量%以下、P：0.050質量%以下>

S(硫)及P(磷)皆為不可避免的雜質，若於熔接金屬線中之此等元素的含量分別超過0.050質量%，則於熔接金屬會發生破裂等之熔接缺陷。因而，S含量及P含量皆限制為0.050質量%以下。另外，熔接金屬線之S含量及P含量係盡可能越少越好，較理想為0質量%，但只 要分別為0.050質量%以下，便不會對本發明之效果造成影響。

<TiO₂：0.30質量%以下、Al₂O₃：0.30質量%以下>

TiO₂及Al₂O₃雖為焊劑中所含有之氧化物，但由於會形成黏性高的熔融渣，因此此等之含量較為理想盡可能越少越好，更理想為0質量%。尤其，若於熔接金屬線中之TiO₂含量及Al₂O₃含量分別超過0.30質量%，則渣排出會受到抑制，而使熔接金屬之韌性劣化，或發生夾渣等之熔接缺陷。因而，TiO₂含量及Al₂O₃含量係分別限制為0.30質量%以下。

<(SiO₂+2.1Si)/(Al₂O₃+1.9Al+TiO₂+1.7Ti)>

如前述般，來自於焊劑之TiO₂或Al₂O₃、作為強脫氧元素之Ti及Al，會抑制渣的排出。因此，在([SiO₂]+2.1×[Si])/([Al₂O₃]+1.9×[Al]+[TiO₂]+1.7×[Ti])未達1.0的情況，亦即，在熔接金屬線中之此等的成分之含量不滿足上述式(A)的情況，係成為TiO₂或Al₂O₃主體之渣組成，而造成熔接金屬之韌性降低或熔接缺陷之發生。

相對於此，在([SiO₂]+2.1×[Si])/([Al₂O₃]+1.9×[Al]+[TiO₂]+1.7×[Ti])為1.0以上的情況，亦即，在熔接金屬線之此等的成分之含量滿足上述式(A)的情況，係成為SiO₂主體之渣組成，可促進渣排出，無熔接缺陷，而成為良好的焊珠外觀。另外，上述式(A)中之Si、Al、 Ti之係數，係元素與氧化物之莫耳質量比，且假定所有添加元素皆變成氧化物的情況來加以限制。

<Mg：0.50質量%以下>

由於Mg為強脫氧元素，具有減低熔接金屬之氧量使韌性提昇的效果，因此可因應需要而添加於熔接金屬線。另外，就熔接金屬之韌性提昇的觀點而言，於熔接金屬線中添加Mg的情況較理想係設為0.05質量%以上。

另一方面，由於Mg為強脫氧元素，因此若熔接金屬線含有超過0.50質量%之Mg，則會使MgO渣成為過多。適量的MgO會與SiO₂連結，成為流動性佳的熔融渣，但若MgO過度增加，則於熔接中會大量產生難以剝離的渣，而發生夾渣等之熔接缺陷。因而，於熔接金屬線中添加Mg的情況係設為0.50質量%以下。

<Ni：2.0質量%以下、Cr：1.0質量%以下、B：0.005質量%以下>

於熔接金屬線中使用的含焊劑金屬線，亦可為了熔接金屬之強度或韌性提昇，而含有Ni、Cr及B。但，此等之元素若過剩地添加，則會變得容易於熔接金屬發生破裂。具體而言，若於熔接金屬線中添加超過2.0質量%之Ni，或添加超過1.0質量%之Cr，或添加超過0.005質量%之B，則會變得容易於熔接金屬發生破裂。因而，在添加Ni、Cr及B的情況，係分別設為Ni：2.0質量%以下、 Cr：1.0質量%以下、B：0.005質量%以下。

<MgO、Li₂O、Na₂O、K₂O、CaO、SrO、BaO：合計為0.80質量%以下>

MgO、Li₂O、Na₂O、K₂O、CaO、SrO及BaO，係具有與SiO₂熔合，使渣的黏性降低，而提昇流動性的效果。但，若MgO、Li₂O、Na₂O、K₂O、CaO、SrO及BaO的總含量超過0.80質量%，則渣量會變得過多，氧化物生成會大於排出效果。因此，積存於熔融金屬7上的熔融渣8會變厚，使熔接金屬線5被熔融渣8所掩埋，熔接金屬9的良率發生變動而使韌性劣化。因而，於熔接金屬線中，添加MgO、Li₂O、Na₂O、K₂O、CaO、SrO及BaO的情況，係將總含量設為0.80質量%以下。另外，熔接金屬線，係可僅含有此等之氧化物當中的1種，此外，亦可含有2種以上。

<剩餘部分：Fe及不可避免的雜質>

在本實施形態之電氣弧熔接方法中使用的熔接金屬線(含焊劑金屬線)之成分組成中的剩餘部分，係Fe及不可避免的雜質。

<直徑：1.5~3.5mm>

使用於熔接金屬線的含焊劑金屬線之直徑較理想為1.5~3.5mm。於電氣弧熔接中，若使用直徑未達1.5mm 的金屬線，則由於熔著量會變多，熔融金屬位置變高，因此使渣排出受到抑制。另一方面，若使用直徑超過3.5mm的金屬線，則由於熔接電流會提高，成為高熱輸入，因此使所得到的熔接金屬之韌性容易劣化。

<焊劑填充率：15~30質量%>

使用於熔接金屬線的含焊劑金屬線之焊劑填充率較理想為15~30質量%。若使用焊劑填充率未達15質量%的金屬線，則無法得到熔著量之提昇效果，而使金屬線容易被渣浴所掩埋。另一方面，若使用焊劑填充率超過30質量%的金屬線，則由於焦耳熱效應會提高，熔滴轉移變得不安定，因此突出控制成為困難。另外，所謂「焊劑填充率」，係以填充於外皮內的焊劑之質量相對於金屬線整體(外皮與焊劑之合計)之質量的比例作限制者。

<外皮>

使用於熔接金屬線的含焊劑金屬線之外皮的材質，係只要金屬線整體之組成為前述之範圍內即可，亦可為軟鋼及不鏽鋼之任一者。

<製法>

在本實施形態之電氣弧熔接方法中使用的熔接金屬線(含焊劑金屬線)之製造方法，並無特別限定，可使用藉由一般的製造方法所製造者。例如，可藉由於將由軟鋼或 不鏽鋼所構成之外皮成形為U字狀者中填充焊劑之後，成形為筒狀型，進行拉線直至目的徑而進行製造。

[滑動銅襯板2]

於本實施形態之電弧熔接使用之滑動銅襯板2，係於與開槽接觸的面上設有帶曲率的溝槽12。此滑動銅襯板2之溝槽形狀，係依存於熔融渣之排出。雖然若溝槽寬W及溝槽深度D大，則可促進渣的排出，但會發生因熔融金屬之焊穿及焊珠無法被渣均勻地被覆所導致之焊珠形狀不良或夾渣等之熔接缺陷。

另一方面，若溝槽寬W及溝深度D小，則渣的排出會停滯，積存於熔融金屬7上的熔融渣8會變厚，使熔接金屬線5被熔融渣8所掩埋，熔接金屬9的良率發生變動而使韌性劣化。因此，為了藉由渣均勻地被覆焊珠，而防止焊珠形狀不良及熔接缺陷之發生，以溝槽不過大者較佳。

另一方面，若溝槽形狀縮小，則變得難以將渣排出。因此，於本實施形態之電弧熔接方法中，藉由使用前述之組成的熔接金屬線(含焊劑金屬線)，而形成以SiO₂為主體之熔融渣。以SiO₂為主體之熔融渣，係由於具有因黏性低，而使流動性佳，且與銅襯板之潤濕性亦良好的熔融物性，因而無需過度的溝槽加工，並且可藉由渣均勻地被覆焊珠，而形成良好的形狀之焊珠。

適於與前述之組成之含焊劑金屬線組合的溝 槽形狀，係當將開槽的寬設為a時，溝槽寬W為(1.1×a)~(2.5×a)mm，溝槽深度D為0.5~5.5mm，溝槽寬W與溝槽深度D之比(W/D)為5.0~80.0。

<溝槽寬W：(1.1×a)~(2.5×a)mm>

溝槽寬W係依存於開槽寬a。溝槽寬W，係在未達開槽寬a的1.1倍時，焊珠形狀會成為不良，此外，若超過2.5倍，則會發生熔接金屬之焊穿或焊珠形狀不良。因而，溝槽寬W，係設為開槽寬a的1.1~2.5倍之範圍。

<溝槽深度D：0.5~5.5mm>

在溝槽深度D未達0.5mm時，熔接金屬之良率發生變動，而使韌性劣化。此外，若溝槽深度D超過5.5mm，則渣會不均勻地分布在焊珠上，而發生焊珠形狀不良或夾渣等之熔接缺陷。因而，溝槽深度D，係設為0.5~5.5mm之範圍。

<溝槽寬W與溝槽深度D之比(W/D)：5.0~80.0>

在溝槽寬W與溝槽深度D之比(W/D)未達5.0時，即使使用前述之組成的含焊劑金屬線，渣的排出亦會停滯，熔接金屬之良率發生變動，而使韌性劣化。另一方面，若溝槽寬W與溝槽深度D之比(W/D)超過80.0，則會發生焊珠形狀不良或夾渣等之熔接缺陷。因而，溝槽寬W與溝槽深度D之比(W/D)係設為5.0~80.0。

<溝槽形狀>

滑動銅襯板2之溝槽12的形狀，係設為帶曲率的形狀。藉此，可維持良好的焊珠形狀。溝槽12之曲率半徑，雖無特別限定，但以30~180mm較為理想。藉此，可藉由渣均勻地被覆，而更加提昇焊珠形狀。

[熔接金屬線5之突出長度控制]

熔接時之熔接金屬線5的突出長度，係以設為20~60mm較為理想。於電氣弧熔接中，在熔接金屬線5之突出長度未達20mm時，由於熔接電流會提高，成為高熱輸入，因此熔接金屬之韌性劣化。另一方面，若熔接金屬線5的突出長度超過60mm，則由於焦耳熱效應會提高，熔滴轉移變得不安定，使後述之突出長度設為一定的控制成為困難。

接著，在本實施形態之電氣弧熔接中，係以使前述之熔接金屬線5的突出長度1成為一定的方式，一邊控制熔接氣炬的上昇速度一邊進行熔接。若突出長度成為一定，則由於可使弧安定，而減低熔融渣8之搖動，因此使渣排出量的經時變化縮小，而成為可經常均一量的排出渣。其結果，可防止焊珠形狀不良或夾渣之熔接缺陷。

尤其，在使用形成有流動性為良好的熔融渣之熔接金屬線的情況，由於熔融渣8的搖動會變得更大，因此使前述之突出長度成為一定的控制成為必須。以下， 針對用以使熔接金屬線5之突出長度成為一定的具體控制方法進行說明。第4圖係顯示使突出長度成為一定之控制方法的方塊圖。

若熔接金屬線5之突出長度變短，則熔接電流會變大，若突出長度變長，則熔接電流會變小。因此，於本實施形態之電氣弧熔接中，係檢測熔接電流，並根據此值控制熔接氣炬5上昇速度，亦即熔接速度。此時，熔接金屬線5之饋送速度不會改變，而成為一定。

根據熔接電流控制熔接氣炬的上昇速度之方法，雖無特別限定，但例如如第4圖所示般，將藉由低通濾波器F1去除高頻成分之熔接電流X1輸入至電流檢測值轉換器G1。接著，將此電流檢測值轉換器G1之電流值，與使藉由手動操作X2設定好的熔接電流指令值以電流設定器G2反轉後之值進行比較。其結果，在熔接電流值大於熔接電流指令值的情況，將熔接氣炬4之上昇速度加速，在小於熔接電流指令值的情況，將熔接氣炬4之上昇速度減慢。

熔接氣炬4之速度的控制，例如，可藉由於台車行走馬達速度指令運算器G3進行運算，通過台車行走馬達驅動回路20，將用來移動熔接氣炬4的台車之行走馬達21自動控制而進行。可藉由此控制，使熔接金屬線5之突出長度成為一定。

此時，就熔接金屬線5之突出長度控制的精度提昇之觀點而言，較理想為將低通濾波器F1之截止頻 率設定為0.98~2.93Hz之範圍。在低通濾波器之截止頻率未達0.98Hz的情況，熔接氣炬4之上昇速度控制的感度會降低，而無法追隨熔接金屬線5之突出長度的變化。此外，若截止頻率超過2.93Hz，則熔接氣炬4之上昇速度控制的感度會變得過高，而在些微的電流變化下上昇速度便會發生變更，使熔接金屬線5之突出長度改變，故使弧變得不安定。若弧變得不安定，則存在有因捲入周邊的空氣，於熔接金屬中混入氮，而使韌性劣化的情況。

[熔接裝置之構造]

第5圖係顯示在本實施形態之電氣弧熔接方法中使用的熔接裝置之構造例的圖。本實施形態之電氣弧熔接方法，係可藉由電氣弧熔接裝置進行實施，該電氣弧熔接裝置，係至少具備有：前述之滑動銅襯板2、熔接氣炬4、氣炬移動機構、以及控制部。於電氣弧熔接裝置中，一般而言，設有熔接電源25、送線裝置26及遮蔽氣體供給機構等。

氣炬移動機構，係使熔接氣炬4相對於熔接線在前後方向、上下方向及左右方向上進行移動者，藉由例如台車22及行走用軌道23等所構成。於拆卸型之熔接台車22，係裝著熔接氣炬4及滑動銅襯板2，而構成為可將行走用軌道23作為導引進行移動，而相對於熔接線在上下、前後、左右方向上進行位置調整。此外，熔接台車22，係較理想為20kg以下，且藉由使設置於熔接台車22 的導引滾輪間之寬與行走軌道23之寬相對變化，而成為可使熔接台車22容易地從行走軌道23之既定位置進行拆卸。

此外，控制部，係以使熔接金屬線5之突出長度成為一定的方式，根據熔接電流控制熔接氣炬4之上昇速度者，設於例如操作箱24內。此操作箱24，係連接於熔接電源25，而控制用以熔接開始及停止之開關、熔接電流調整、熔接電壓調整、突出長度調整、行走速度調整及金屬線點動等。

[其他的熔接條件]

被熔接材(母材1)的板厚，並無特別限定，可因應用途等而適當選擇使用。另外，在母材1為超過板厚32mm的板厚之情況，亦可將熔接氣炬4擺動來進行熔接。於此情況中，較理想為具有Weaver角度設定機構、可維持在設定角度的Weaver旋轉傳遞驅動機構、用來將氣炬與熔接台車所成之角度經常保持一定的氣炬旋轉傳遞功能、交織動作傳遞機構。

於熔接中使用的電源(熔接電源)之特性，並無特別限定，可為直流電流之熔接電源，亦可為交流電源。但，由於將突出長度控制成一定，因此熔接電源，係以使用具有定電壓特性者較為理想。背襯材3之種類或材質，亦無特別限定，例如可為水冷式銅襯板，亦可為陶瓷或近似母材1之組成的鋼材。

由於弧電壓越高，越會廣範圍地施加弧壓，因此渣的排出係有效果。然而，若弧電壓為高的狀態長時間持續，則會成為弧不安定。因此，於本實施形態之電氣弧熔接方法中，較理想為為了促進渣排出，而每隔任意的時間提高弧電壓值。弧電壓提高的時點，係可以一定間隔進行，亦可不定期。此外，在使弧電壓如脈衝般地週期變化的情況，其波形並無特別限定，但可採用矩形波、三角波及波型等之各種脈衝波形。進而，脈衝頻率之範圍雖無特別限定，但較理想為0.1~500Hz，藉此可有效得到渣排出。

此外，遮蔽氣體，除了100體積%CO₂、100體積%Ar以外，亦可使用Ar與CO₂或者O₂之混合氣體等。此等遮蔽氣體當中，尤其就穿透效果大的觀點而言，較理想為100體積%CO₂。另外，就遮蔽氣體不良之防止的觀點而言，氣體流量係以設為15~40L/分較為理想。

[接頭形狀]

本發明之電氣弧熔接，係除了母材1之形狀為前述之V開槽的情況以外，亦可適用於填角熔接。第6圖係顯示適用於填角熔接的情況之熔接方法的剖面圖。如第6圖所示般，在進行填角熔接的情況，並不需要背襯材。接著，只要將滑動銅襯板2抵接於母材1之表面，於藉由母材1與滑動銅襯板2所包圍的開槽內供給遮蔽氣體並從熔接氣炬饋送熔接金屬線，一邊使熔接氣炬及滑動銅襯板上昇一 邊進行弧熔接即可。其他的條件，係與V開槽的情況相同。

如以上詳細敘述般，於本實施形態之電氣弧熔接方法中，由於使用可形成熔融渣排出最有效果的物性之熔融渣的含焊劑金屬線，與具有特定之溝槽形狀的滑動襯板，一邊以使熔接金屬線之突出長度成為一定的方式進行控制一邊熔接，因此即使長時間且反覆使用亦可維持有效率的渣排出。其結果，可防止熔接缺陷、焊珠形狀之劣化、熔接金屬的韌性之劣化。

此外，本實施形態之電氣弧熔接方法，係可藉由使用特定量含有Mg、Ni、Cr及B之含焊劑金屬線，而更加提昇熔接金屬的韌性。進而，由於若使用含有MgO、Li₂O、Na₂O、K₂O、CaO、SrO及BaO當中至少1種之氧化物的含焊劑金屬線，則藉由此等與SiO₂進行複合，而降低熔融渣黏性，可更促進積存於熔融金屬上的熔融渣之排出。

[實施例]

以下，列舉本發明之實施例及比較例，針對本發明之效果進行具體地說明。於本實施例中，使用下述表1~4所示之含焊劑金屬線W1~W70，與下述表3、4所示之滑動銅襯板，將熔接金屬線的饋送速度設為一定，一邊根據熔接電流以使熔接金屬線之突出長度成為一定的方式調節熔接焊炬之上昇速度，一邊進行電氣弧熔接。另 外，下述表1、2所示之含焊劑金屬線之成分組成中的剩餘部分，係Fe及不可避免的雜質。另外，下述表1、2中之「-」，雖顯示並未積極地添加，但關於此等之成分亦有作為不可避免之雜質而含有的情況。

電氣弧熔接係以下述之條件進行。

熔接電流：380A

弧電壓：35V

熔接速度：8cm/分

熱輸入量：9.9kJ/mm

母材板厚：19mm

開槽形狀：V開槽

開槽角度：40°

間隙：5~10mm(間隙係於開槽寬之調整中變化成5~10mm)

遮蔽氣體：100%CO₂

評估，係利用以下所示之方法，針對焊珠外觀、弧安定性、熔接缺陷之有無、夏比(CHARPY)值進行。

<焊珠外觀>

焊珠外觀，係以目視判斷熔接結束後之焊珠。將發生焊珠蛇行、駝峰及重疊等之焊珠形狀不良的情況作為×，將正常的情況作為○。

<弧安定性>

弧安定性，係將熔接中之弧電壓值以資料記錄器進行測定、判斷。具體而言，相對於設定電壓值，在±5V以上，5秒連續電壓變動的情況係成為弧不安定而作為×，在5秒以內恢復的情況係作為○。此外，在無±5V以上之變動的情況係成為更加良好而作為◎。

<熔接缺陷>

熔接缺陷，係以依照輻射線透過試驗(參照RT：JIS Z 3104)的方法進行。在無法確認缺陷的情況係作為×，在無的情況係作為○。

<韌性>

熔接金屬之韌性，係根據JIS Z 3128，以-20℃的夏比吸收能量(J)進行評估。具體而言，係從焊珠剖面中央抽出試料，並取得3次之平均的值。在JIS Z 3319之電氣弧熔接用含焊劑金屬線的規格中，由於-20℃的夏比吸收能量(J)為40J以上，因此將未達40J之以下的情況判斷為×，將超過40J以上的情況判斷為○，將超過一倍之80J的情況判斷為更加良好而作為◎。

<熔接裝置之操作>

熔接係使用第5圖所示之裝置來進行。首先，將熔接台車安裝於軌道，於母材安裝背襯材。將含焊劑金屬線裝著於送線裝置，進行饋送至氣炬前端。使熔接台車移動到熔接開端部，使滑動式銅襯板接觸母材，進行滑動式銅襯板之定心。藉由氣炬調整部，調整金屬線之瞄準角度、瞄準位置。

藉由在操作箱面板上設定熔接電壓及熔接電流行走速度，確認冷卻水量與氣體流量之後，按壓操作箱 面板上的熔接開始鈕，而在與弧起動同時，使台車行走。以操作箱面板上之突出長度調整，調整成任意的突出長度，而一邊自動上昇控制一邊進行熔接。以熔接終端部按壓操作箱面板上的熔接停止鈕，而停止熔接。將以上的結果顯示於下述表5、6。

上述表5所示之No.1~75，係本發明之範圍內的實施例，表6所示之No.76~No 119，係偏離本發明之範圍的比較例。如表5所示般，實施例之No.1~75，係可促進渣的排出，弧安定性、焊珠外觀、韌性為良好，且亦無觀察到熔接缺陷。

相對於此，比較例之No.76、No.77、No.80、No.81，係由於滑動銅襯板之溝槽的深度小，W/D亦非適當的範圍，因此渣的排出會受到抑制，而使渣浴變厚。其結果，金屬線被掩埋，引起弧不安定、焊珠外觀不良、因良率變化所致之熔接金屬的韌性降低。此外，No.78、No.79、No.82~85，係以滑動銅襯板之溝槽的深度過大為原因，而發生熔融金屬之一部分焊穿，焊珠外觀亦粗劣。

No.86、No.87，係由於相對於開槽寬，滑動銅襯板的寬過窄，因此焊珠時渣無法均勻地分布，而發生焊珠形狀不良。No.88、No.89，係由於相對於開槽寬，滑動銅襯板的寬過寬，因此焊珠時會發生熔融金屬之焊穿，而發生焊珠形狀不良。No.90~93，係由於不進行突出之控制，因此弧會成為不安定，此外，以渣浴進行搖動為原因，而發生焊珠外觀不良。

No.94，雖使用直徑為3.2mm之熔接金屬線的例子，但對於本試驗電流380A而言，由於熔著平衡不同，因此成為弧不安定。No.95，雖使用直徑為1.4mm之熔接金屬線的例子，但對於本試驗電流380A而言，由於 熔著量比最適量更多，因此熔融金屬的位置會上昇，亦有掩埋的可能性而成為弧不安定。

No.96、No.97，雖使用焊劑填充率為12質量%或33質量%的例子，但對於本試驗電流380A而言，由於熔著平衡不同，因此成為弧不安定。No.98，係由於熔接金屬線中之C含量過高，因此弧不安定，且因強度過多而使韌性劣化。No.99，係由於使用Si量為過剩的熔接金屬線，因此熔融渣量會變多，而發生夾渣。No.100，係由於使用Si量少的含焊劑金屬線，因此脫氧作用會變少，而發生氣孔缺陷。No.101，係由於使用Mn量少的含焊劑金屬線，因此使熔接金屬之韌性劣化。

No.102，係由於使用Mn量過剩含有的含焊劑金屬線，因此熔接金屬會成為強度過多，而使韌性劣化。No.103，係由於使用Mo量多的含焊劑金屬線，因此熔接金屬會成為強度過高，而韌性劣化。由於No.104，係使用P過剩添加的含焊劑金屬線、No.105係B過剩添加的含焊劑金屬線、No.106係S過剩添加的含焊劑金屬線，因此於熔接金屬發生破裂。

No.107，係由於使用未含有Mo的含焊劑金屬線，因此成為熔接金屬之韌性不足。No.108，係由於形成以TiO₂及Al₂O₃作為主成分之熔融渣，渣排出受到控制，因此發生夾渣及焊珠形狀不良。No.109~115，係由於使用氧化物之添加量過剩的含焊劑金屬線，因此渣排出受到抑制，而發生夾渣。

No.116，係由於使用Mg過剩添加的含焊劑金屬線，因此渣排出受到抑制，而發生夾渣。No.117，係由於使用SiO₂過剩添加的含焊劑金屬線，因此渣排出受到抑制，而發生夾渣。No.118，係由於使用SiO₂之添加量不足的含焊劑金屬線，因此形成以TiO₂及Al₂O₃作為主成分之熔融渣，由於渣排出受到抑制，因此發生夾渣及焊珠形狀不良。

依據以上的結果可確認，依據本發明，由於可促進電氣弧熔接時之渣排出，因此確保最佳的弧安定性、焊珠形狀、韌性，而可抑制熔接缺陷。

本發明係伴隨著以申請日2014年7月25日之日本專利申請、日本特願第2014-152266號作為基礎申請的優先權主張。日本特願第2014-152266號，係以參照的方式傳入本說明書中。

1‧‧‧母材(被熔接材)

2‧‧‧滑動銅襯板

3‧‧‧背襯材

4‧‧‧氣炬

5‧‧‧金屬線

6‧‧‧熔接金屬

7‧‧‧熔融金屬

8‧‧‧熔融渣

9‧‧‧附著渣

Claims (7)

1. 一種電氣弧熔接方法，係將滑動銅襯板抵接於被熔接材的開槽表面，一邊使前述滑動銅襯板及熔接氣炬上昇一邊進行弧熔接，其特徵在於，作為前述熔接金屬線係使用於鋼製外皮內填充焊劑之含焊劑金屬線，該含焊劑金屬線具有以下組成：相對於金屬線全質量係含有：C：0.01~0.50質量%、Si：0.10~1.00質量%、Mn：0.50~4.00質量%、Mo：0.10~1.00質量%、Ti：0.05~0.40質量%、SiO₂：0.10~1.00質量%、並且限制為：Al：0.30質量%以下(包含0%)、S：0.050質量%以下(包含0%)、P：0.050質量%以下(包含0%)、TiO₂：0.30質量%以下(包含0%)、Al₂O₃：0.30質量%以下(包含0%)，剩餘部分由Fe及不可避免之雜質所構成，當將SiO₂含量設為[SiO₂]、將Si含量設為[Si]、將Al₂O₃含量設為[Al₂O₃]、將Al含量設為[Al]、將TiO₂含量設為[TiO₂]、將Ti含量設為[Ti]時，滿足下述式 (A)，1.0≦([SiO₂]+2.1×[Si])/([Al₂O₃]+1.9×[Al]+[TiO₂]+1.7×[Ti])…(A)前述滑動銅襯板係於與前述開槽接觸的面上設有帶曲率的溝槽，當將前述開槽的寬設為a時，前述溝槽寬W為(1.1×a)~(2.5×a)mm，前述溝槽深度D為0.5~5.5mm，前述溝槽寬W與前述溝槽深度D之比(W/D)為5.0~80.0，前述熔接金屬線之饋送速度係設為一定，以使前述熔接金屬線之突出長度成為一定的方式，根據熔接電流控制前述熔接氣炬之上昇速度。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電氣弧熔接方法，其中，前述含焊劑金屬線，相對於金屬線全質量係進一步含有：Mg：0.50質量%以下、Ni：2.0質量%以下、Cr：1.0質量%以下、B：0.005質量%以下。
3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之電氣弧熔接方法，其中，前述含焊劑金屬線，相對於金屬線全質量係進一步含有合計為0.80質量%以下之MgO、Li₂O、 Na₂O、K₂O、CaO、SrO及BaO當中至少1種之氧化物。
4. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之電氣弧熔接方法，其中，前述含焊劑金屬線直徑為1.5~3.5mm，焊劑填充率為15~30質量%。
5. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之電氣弧熔接方法，其中，前述熔接氣炬之上昇速度的控制，係具有下列步驟：藉由低通濾波器從所檢測的熔接電流將高頻成分去除；將通過前述低通濾波器的熔接電流值與預先設定的熔接電流指令值進行比較；將前述低通濾波器的截止頻率設定為0.98~2.93Hz。
6. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之電氣弧熔接方法，其中，一邊使弧電壓週期性地變動一邊進行熔接。
7. 一種電氣弧熔接裝置，其特徵在於，具有：滑動銅襯板、熔接氣炬、氣炬移動機構、以及控制部，該滑動銅襯板，係抵接於被熔接材之開槽表面；該熔接氣炬，係用來將熔接金屬線饋送至前述開槽內；該氣炬移動機構，係用來使前述熔接氣炬，相對於熔接線在前後方向、上下方向及左右方向上進行移動；該控制部，係根據熔接電流來控制前述熔接氣炬之上昇速度， 前述滑動銅襯板係於與前述開槽接觸的面上設有帶曲率的溝槽，當將前述開槽的寬設為a時，前述溝槽寬W為(1.1×a)~(2.5×a)mm，前述溝槽深度D為0.5~5.5mm，前述溝槽寬W與前述溝槽深度D之比(W/D)為5.0~80.0。