CN104511683B

CN104511683B - 立向上气体保护电弧焊方法

Info

Publication number: CN104511683B
Application number: CN201410489826.9A
Authority: CN
Inventors: 柿崎智纪; 笹仓秀司
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2013-10-03
Filing date: 2014-09-23
Publication date: 2019-07-05
Anticipated expiration: 2034-09-23
Also published as: KR20150039686A; CN104511683A; JP2015071180A; JP6040133B2

Abstract

提供一种在焊脚长度为5.0mm以下的立向角焊中，电弧稳定性优异，并且能够由单层焊层得到良好的焊道形状的立向上气体保护电弧焊方法。所述方法是使用了气体保护电弧焊用二氧化钛系药芯焊丝的立向上气体保护电弧焊方法，其特征在于，使用相对于焊丝总质量，含有TiO₂：4.5～8.0质量％的气体保护电弧焊用二氧化钛系药芯焊丝，以焊炬倾斜角度：55～85°，焊接电流：100～180A，焊丝突出长度：5～30mm为焊接条件。

Description

立向上气体保护电弧焊方法

技术领域

本发明涉及使用了气体保护电弧焊用二氧化钛系药芯焊丝的小焊脚长度的立向上气体保护电弧焊方法。

背景技术

一直以来，为了高效率地进行焊接作业，使用药芯焊丝的气体保护电弧焊在各种各样的领域中实行。例如，在专利文献1中，公开有一种使用金红石系药芯焊丝进行角焊的高速气体保护电弧焊方法。专利文献1所述的焊接方法，是在水平角焊以及搭角焊中，形成考虑到减轻焊接变形的小焊脚长度焊道的高速焊接方法的技术。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平11-197837号公报

专利文献1所公开的药芯焊丝虽然是金红石系，但在水平角焊以及搭角焊中，能够以高焊接速度得到不会发生凹坑和气孔的小焊脚长度焊道。但是，因为是水平角焊用，所以用于立向角焊时，焊渣形成剂和脱氧剂·合金剂的种类以及量不恰当，在向上立焊姿势中会发生凸形焊道和烧穿这样的问题。

另外，在使用了药芯焊丝的气体保护电弧焊中，进行要求小焊脚长度的立向角焊时，一般由向下立焊进行施工。在此向下立焊中，只有单焊层成为凹形焊道，因此要采用两层焊层以上的施工进行焊接。其结果是，由单焊层无法结束施工，在进行第二层焊接前需要除去焊渣，要花费工夫。另外，向下立焊因为电弧难以击中角焊缝根部，所以也会产生根部的熔深小这样的问题。另一方面，通常在向上立焊中，进行前倾焊所采用的运条，但是能够达成小焊脚长度的低焊接电流使电弧稳定性劣化，焊道对齐不良。另外，若在向上立焊中为了使电弧稳定而进行焊接电流增加，则发生凸形焊道化和焊脚长度过大这样的问题。

发明内容

本发明鉴于这样的问题点而完成，其课题在于，提供一种在焊脚长度为5.0mm以下的立向角焊中，电弧稳定性优异，并且能够由单层焊层得到良好的焊道形状的立向上气体保护电弧焊方法。

本发明的立向上气体保护电弧焊方法(以下，适宜称为焊接方法)，是使用了气体保护电弧焊用二氧化钛系药芯焊丝(以下，适宜称为药芯焊丝或仅称为焊丝)的立向上气体保护电弧焊方法，其特征在于，使用相对于焊丝总质量，含有TiO₂：4.5～8.0质量％的气体保护电弧焊用二氧化钛系药芯焊丝，以焊炬倾斜角度：55～85°，焊接电流：100～180A，焊丝突出长度：5～30mm作为焊接条件。

根据这一焊接方法，药芯焊丝以规定量含有TiO₂，熔融金属的下垂受到抑制，焊道形状良好。另外，通过规定焊炬倾斜角度和焊接电流，能够在低焊接电流下，使焊接金属达成小焊脚长度，且焊缝整齐一致。另外，通过规定焊丝突出长度，焊丝送给量得到调整，对于焊脚长度小的焊接可达成适当的熔敷量。

本发明的立向上气体保护电弧焊方法中，优选所述药芯焊丝相对于焊丝总质量，含有C：0.03～0.10质量％、Si：0.8～1.3质量％、Al：0.10～0.50质量％、Na和K的合计：0.03～0.15质量％。

根据这样的焊接方法，药芯焊丝以规定量含有C、Si、Al、Na和K的合计，电弧稳定性更良好，另外熔融金属的下垂进一步得到抑制，焊道形状更加良好。

本发明的立向上气体保护电弧焊方法，优选使所述药芯焊丝的运条为直线运条而进行焊接。

根据这样的焊接方法，即使是直线运条，在5.0mm以下的焊脚长度的焊接中，电弧稳定性也优异，并且能够以单焊层得到良好的焊道形状。还有，所谓直线运条，就是不进行横摆，而进直线状地进行焊接的运条。

另外，本发明的立向上气体保护电弧焊方法，能够使焊接金属的焊脚长度为5.0mm以下。

发明效果

根据本发明，在低电流下也能够维持电弧稳定性，能够以单焊层得到平滑的焊道形状，能够达成使焊接结构物的变形达到最小限度的小焊脚长度角焊。另外，能够实现良好的。

附图说明

图1是用于对焊炬倾斜角度进行说明的模式图，(a)是基于JIS Z 3001的图的图，(b)是假设为本发明的实施方式的图。

图2是用于对焊丝突出长度进行说明的模式图。

图3是表示焊接金属的焊脚长度的模式图。

具体实施方式

以下，对于本发明的实施方式详细地说明。本发明是使用了气体保护电弧焊用二氧化钛系药芯焊丝的立向上气体保护电弧焊方法。而且，关于焊接方法，使用相对于焊丝总质量含有TiO₂：4.5～8.0质量％的药芯焊丝，以焊炬倾斜角度：55～85°，焊接电流：100～180A，焊丝突出长度：5～30mm作为焊接条件。

首先，对于药芯焊丝进行说明。

《药芯焊丝》

关于本发明所用的药芯焊丝，相对于焊丝总质量含有TiO₂为4.5～8.0质量％。药芯焊丝的成分，如果按所述规定量含有TiO₂，则对于其他的成分没有特别规定。作为其他的成分，例如可列举C、Si、Al、Na、K等，含有这些成分时，优选C：0.03～0.10质量％、Si：0.8～1.3质量％、Al：0.10～0.50质量％、Na和K的合计：0.03～0.15质量％。

以下，对于焊丝的成分限定理由进行说明。

<TiO₂：4.5～8.0质量％>

适当的TiO₂量添加，能够得到抑制熔融金属下垂的效果，能够得到良好的焊道形状。焊丝总质量中的TiO₂的含量低于4.5质量％时，抑制熔融金属下垂的焊渣成分量不足，成为凸形焊道。另一方面，若超过8.0质量％，则焊渣量多，因此电弧碰到焊渣，电弧变得不稳定，焊道对齐不良。因此，TiO₂含量为4.5～8.0质量％。从使抑制熔融金属下垂的焊渣成分量增加的观点出发，TiO₂含量优选为5.0质量％以上。另外，从使焊渣量更适度的观点出发，优选为7.0质量％以下。

<C：0.03～0.10质量％>

通过调整焊丝总质量中的C量，能够确保更恰当的电弧稳定性，能够得到更良好的焊道形状。如果焊丝总质量中的C的含量为0.03质量％以上，则电弧稳定性进一步得到改善，焊道形状更加良好。另一方面，如果在0.10质量％以下，则飞溅发生量减少。因此，优选C含量为0.03～0.10质量％。从使电弧稳定性进一步提高的观点出发，C含量更优选为0.04质量％以上。另外，从进一步减少飞溅发生量的观点出发，更优选为0.07质量％以下。

<Si：0.8～1.3质量％>

适当的Si量添加，能够得到抑制熔融金属下垂的效果，能够获得更良好的焊道形状。如果焊丝总质量中的Si含量为0.8质量％以上，则抑制熔融金属下垂的效果大，焊道形状更良好。另一方面，如果在1.3质量％以下，则机械的性质的吸收能值更良好。因此，Si含量优选为0.8～1.3质量％。从使抑制熔融金属下垂的效果更大的观点出发，Si含量优选为0.9质量％以上。另外，从使机械性质的吸收能值更加良好的观点出发，更优选为1.1质量％以下。还有，Si是Si单体和SiO₂的化合物中的Si换算值的总量。

<Al：0.10～0.50质量％>

适当的Al量添加，能够得到抑制熔融金属下垂的效果，能够得到更良好的焊道形状。如果焊丝总质量中的Al的含量为0.10质量％以上，则抑制熔融金属下垂的焊渣成分量增加，焊道形状更加良好。另一方面，如果0.50质量％为以下，则飞溅发生量减少。因此，Al含量优选为0.10～0.50质量％。从进一步更加抑制熔融金属下垂的焊渣成分量的观点出发，更优选Al含量为0.25质量％以上。

<Na和K的合计(Na+K)：0.03～0.15质量％>

适当的Na、K源的添加，有能够得到良好的电弧稳定性的效果，能够获得更良好的焊道形状。如果焊丝总质量中的Na+K的含量为0.03质量％以上，电弧稳定性进一步改善，焊道形状更良好。另一方面，如果为0.15质量％以下，则耐吸湿性提高。因此，Na和K的合计的含量优选为0.03～0.15质量％。从进一步改善电弧稳定性的观点出发，更优选Na和K的合计的含量为0.05质量％以上。另外，从进一步提高耐吸湿性的观点出发，更优选为0.12质量％以下。还有，Na、K分别是Na、K单体和Na、K的化合物中的Na、K换算值的总量。

<余量以及其他成分>

药芯焊丝的余量是Fe和不可避免的杂质。作为不可避免的杂质，例如，可列举P、S、Ni、Cr、Mo、V、Nb、Sn等，各自含有0.05质量％以下也没有问题。

另外，为了调节强度，也可以添加Mn为1.0～3.0质量％，作为焊渣形成剂，也可以添加Zr为0.01～0.50质量％，Al₂O₃为0.01～0.20质量％。

<药芯焊丝的制造方法>

作为药芯焊丝的制造方法，有在带钢的长度方向上散布焊剂之后，以使之包裹的方式成形为圆形截面并拉丝的方法，和在粗径的钢管内填充焊剂而进行拉丝的方法。但是，因为哪种方法都不影响本发明，所以用任何一种方法制造都可以。还有无缝和有缝的，但也是哪种都可以。关于外皮的成分不需要任何规定，但从成本方面和拉丝性方面考虑，一般使用软钢的材质。另外，也有在表面实施镀铜的情况，但有无镀覆都无妨。

其次，对于焊接条件的限定理由进行说明。

<焊炬倾斜角度：55～85°>

如图1(a)、(b)所示，所谓焊炬倾斜角度A，就是从焊接行进方向，观看焊炬1的中心线与焊接的纵长轴构成的倾斜的角度。在此，图1(a)是基于JIS Z 3001的图的图，图1(b)是假设为本发明的实施方式的图。还有，符号2是母材，2a是上板(竖板)，2b下板(横板)。

进行立向角焊时，为了使电弧击中角焊缝根部而确保熔深，焊炬倾斜角度通常为90°以上的角度。但是，在小焊脚长度角焊缝的情况下，就产生了少量的熔敷量和尽量低的焊接电流的需要，电弧不稳定，由此焊缝有容易排列不均匀的倾向。在本发明中，焊炬倾斜角度为55～85°，是相对于现有的90°以上而低于90°的焊炬倾斜角度(即，为后倾焊)，从而能够实现以电弧稳定的低焊接电流进行施工，使焊接金属为小焊脚长度，且使焊缝整齐一致。如此本发明是以往所示采用过的新的施工法。

在焊接中使焊炬倾斜角度为55～85°，电弧在熔融池上发生，即使在低电流区域也可达成稳定的焊接，能够实施良好的小焊脚长立向角焊。若焊炬倾斜角度超过85°，则电弧难以在熔融池上发生，电弧不稳定，焊缝不整齐。另一方面，若焊炬倾斜角度低于55°，则在电弧力作用下，熔融金属向下流动，因此成为凸形焊道。因此，焊炬倾斜角度为55～85°。优选的下限为65°，优选的上限为75°。若使焊炬倾斜角度为65°以上，电弧力造成的熔融金属的下垂减少。因此，倾斜角度优选为65°以上。另外，若使焊炬倾斜角度为75°以下，则电弧在熔融金属发生，因此能够达成稳定的焊接，稳定的焊道排列整齐一致。因此，倾斜角度优选为75°以下。

<焊接电流：100～180A>

焊接电流低于100A时，电弧不稳定，焊缝不整齐。另一方面，若焊接电流超过180A，则熔敷量变多，因此无法达成小焊脚长焊接。因此，焊接电流为100～180A。优选的下限为110A，优选的上限为150A。若焊接电流为110A以上，则电弧稳定，焊道形状良好。因此，优选焊接电流在110A以上。另外，若在150A以下，熔敷量得到适当化，容易进行小焊脚长焊接。因此，焊接电流优选为150A以下。

<焊丝突出长度：5～30mm>

如图2所示，所谓焊丝突出长度L，是指从焊嘴3的前端至母材2的距离。

通过焊丝突出长度成为恰当的焊丝突出长度，可调整焊丝送给量，对于小焊脚长焊接能够达成适当的熔敷量。焊丝突出长度低于5mm时，在焊接中容易有飞溅积存在焊炬喷嘴上，不能实施稳定的焊接。另一方面，若焊丝突出长度超过30mm，则熔敷量变多，因此无法达成小焊脚长焊接。因此，焊丝突出长度为5～30mm。优选的下限为10mm，优选的上限为20mm。若焊丝突出长度为10mm以上，则电弧稳定性良好。因此，焊丝突出长度优选为10mm以上。另外，若焊丝突出长度在20mm以下，则熔敷量得到适当化，容易进行小焊脚长焊接。因此，焊丝突出长度优选为20mm以下。

在焊接条件中，其他的条件没有特别规定，作为一例，能够采用如下条件：焊接电源和极性：350A规格可控硅电源和DCEP，焊接速度：300～400mm/min，保护气体种类：100体积％CO₂，保护气体流量：15～50L/min。

《其他》

<焊接金属的焊脚长度：5.0mm以下>

图3是表示焊接金属的焊脚长度的模式图。从热应变的观点出发，焊脚长度(上焊脚长和下焊脚长两者)的目标值为5.0mm以下。若焊脚长度比5.0mm大，则伴随线能量增加，焊接位置发生歪曲。因此，焊脚长度为5.0mm以下。从进一步抑制线能量增加的观点出发，焊脚长度优选为4.0mm以下。

作为其他的条件没有特别限定，但优选以下的条件。

<间隙：0～1mm>

如果间隙为1mm以下，则容易达成小焊脚长度角焊，在焊接处难以发生变形。另外，熔融金属难以下垂而容易达成良好的焊道形状。因此，间隙优选为0～1mm。

<板厚：3mm以上>

如果板厚在3mm以上，则没有在电弧力和线能量作用下熔融金属穿透到钢板背面的可能性。因此，优选板厚为3mm以上。还有，更优选为5mm以上。

<焊丝直径：1.0～1.2mm>

如果焊丝直径在1.0mm以上，则焊丝难以发生纵弯曲。另一方面，如果焊丝直径在1.2mm以下，则即使在低焊接电流下，电弧也容易稳定，因此容易达成良好的焊道形状。因此，焊丝直径优选为1.0～1.2mm。

<焊剂充填率：10～25质量％>

如果焊丝总质量中的焊剂充填率为10质量％以上，则电弧的稳定性更加良好，并且飞溅发生量减少，焊接操作性提高。另一方面，如果在25质量％以下，则难以发生焊丝断线，或在焊剂的填充中粉末溢出掉落等情况，生产率难以劣化。因此，焊剂充填率优选为10～25质量％。

<直线运条进行焊接>

在本发明的焊接方法中，优选使药芯焊丝的运条为直线运条而进行焊接。这种情况下，在作为5.0mm以下的焊脚长度的焊接中，电弧稳定性也优异，并且能够以单层焊层得到良好的焊道形状。但是，并不限于直线运条，即使是其他运条的情况下，也可以适当地进行焊接。

接下来，对于本发明的气体保护电弧焊方法的焊接步骤的一例进行说明。还有，在本发明所规定的条件以外，因为与现有公知的焊接步骤同样，所以详细的说明省略。

首先，做用于进行立向上气体保护电弧焊的诸项准备(焊接准备工序)，如准备母材和焊丝，焊接装置的各种设定等。其次，将焊炬倾斜角度设定为55～85°(焊炬倾斜角度设定工序)。接着，将焊丝突出长度设定为5～30mm(焊丝突出长度设定工序)。然后，使100～180A的焊接电流在焊丝上流通(电流供给工序)，进行立向上气体保护电弧焊。还有，焊接准备工序之后的各工序的顺序没有特别规定，进行不分先后。另外，也可以同时进行。

【实施例】

以下，为了说明本发明的效果，将处于本发明的范围的实施例，和脱离本发明的范围的比较例加以比较说明。

(焊丝制造方法)

首先，一边将带钢沿纵长方向送给，一边由成形辊成形为开管。其次，在开管中，如表1、2的化学组成这样，填充按所需量添加有焊渣形成剂、脱氧剂、电弧稳定剂、金属或合金、Fe粉等而成的焊剂。接着，将截面加工成圆形而制作成药芯焊丝。其后，焊丝通过冷拉拔加工而达成1.2mm的焊丝直径。还有，为了使冷加工途中发生了加工硬化的焊丝软化而实施有退火。

使用该药芯焊丝，以表1、2所示的条件实施焊接。在表1、2中，对于不满足本发明的范围的在数值下引下划线。

【表1】

【表2】

其他的焊接条件如下。

[焊接条件]

焊接电源，极性：350A规格可控硅电源，DCEP

焊接姿势：向上立

焊接速度：300～400mm/min

保护气体种类：100体积％CO₂

保护气体流量：25L/min

焊丝直径：1.2mm

焊剂充填率：15.0质量％

钢板：JIS G 3101 SS400 厚度6.0mm

然后，测量焊接金属的焊脚长，并且进行以下的评价。

<焊脚长度>

焊脚长度测量上焊脚(上焊脚长)和下焊脚(下焊脚长)两者(参照图3)。

<变形>

关于变形，焊脚长度为5.0mm以下时，焊接部未确认到变形，焊脚长度比5.0mm大时，焊接部确认到变形。因此，焊脚长度为5.0mm以下时为“○”，焊脚长度比5.0mm大时为“×”。

<电弧稳定性>

关于电弧稳定性，以感官评价。

飞溅少且连续电弧发生时为“◎”，连续的电弧发生时为“○”，确认到断弧时为“×”。

<焊道形状>

关于焊道形状，由感官评价。

在焊道中，确认到优异的平滑度时为“◎”，平滑时为“○”，凸状时为“×”。

(综合评价)

作为综合评价，

变形“○”、电弧稳定性“◎”、焊道形状“◎”时为“◎”

变形“○”、电弧稳定性“◎”、焊道形状“○”时，或变形“○”、电弧稳定性“○”、焊道形状“◎”时为“○～◎”

变形“○”、电弧稳定性“○”、焊道形状“○”时为“○”

任意一个项目“×”时为“×”。

这些结果显示在表3、4中。

【表3】

【表4】

如表3所示，No.1～17因为满足本发明的范围，所以在各评价中能够取得良好的结果。

另一方面，No.18～26因为不满足本发明的范围，所以得不到良好的结果。

No.18、19因为焊炬倾斜角度超过上限值，所以电弧缺乏稳定性，焊道变得不整齐。

No.20因为焊炬倾斜角度低于下限值，所以在电弧力下，熔融金属向下流动，成为凸形焊道。

No.21因为焊接电流低于下限值，所以电弧不稳定，焊道变得不整齐。

No.22因为焊接电流超过上限值，所以焊脚长度超过5.0mm，焊接部发生变形。

No.23因为焊丝突出长度低于下限值，所以飞溅进入喷嘴，无法进行稳定的焊接。因此，电弧稳定性，焊道形状差。

No.24因为焊丝突出长度超过上限值，所以焊脚长度超过5.0mm，焊接部发生变形。

No.25因为TiO₂的含量低于下限值，所以熔融金属下垂，成为凸形焊道。

No.26因为TiO₂的含量超过上限值，所以电弧碰到焊渣，电弧不稳定，焊道变得不整齐。

以上，对于本发明展示实施方式和实施例详细地进行了说明，但本发明的宗旨不受所述内容限定，其权利范围必须基于专利权利要求的范围所述广义解释。还有，本发明的内容，当然也不用说可以基于所述记载广泛地进行改变、变更等。

【符号的说明】

1 焊炬

2 母材

2a 上板(竖板)

2b 下板(横板)

3 焊嘴

A 焊炬倾斜角度

L 焊丝突出长度

Claims

1.一种立向上气体保护电弧焊方法，是使用了气体保护电弧焊用二氧化钛系药芯焊丝的立向上气体保护电弧焊方法，其特征在于，使用相对于焊丝总质量，含有TiO₂：4.5～8.0质量％的气体保护电弧焊用二氧化钛系药芯焊丝，且以焊炬倾斜角度：55～85°，焊接电流：100～180A，焊丝突出长度：5～30mm为焊接条件，其中，所述焊炬倾斜角度是指从后倾焊的焊接行进方向观看，焊炬的中心线与焊接的纵长轴所构成的倾斜的角度，焊接金属的焊脚长度为5.0mm以下。

2.根据权利要求1所述的立向上气体保护电弧焊方法，其特征在于，所述药芯焊丝相对于焊丝总质量，含有C：0.03～0.10质量％、Si：0.8～1.3质量％、Al：0.10～0.50质量％、Na和K的合计：0.03～0.15质量％。

3.根据权利要求1所述的立向上气体保护电弧焊方法，其特征在于，使所述药芯焊丝的运条为直线运条而进行焊接。

4.根据权利要求2所述的立向上气体保护电弧焊方法，其特征在于，使所述药芯焊丝的运条为直线运条而进行焊接。