JP2000280076A - Arc welding method of titanium and titanium alloy - Google Patents
Arc welding method of titanium and titanium alloyInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、不活性ガスをシー
ルドガスとしてチタン又はチタン合金の消耗電極を使用
してパルス溶接電流を通電して溶接するチタン及びチタ
ン合金のアーク溶接方法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an arc welding method for titanium and titanium alloys in which a pulse welding current is applied and welding is performed using a titanium or titanium alloy consumable electrode using an inert gas as a shielding gas. .
【０００２】[0002]
【従来の技術】チタン及びチタン合金は、軽量で耐食性
に優れかつ高温での性質が良好で比重に対する強度が大
であるので、軽量で強度を要求する航空機、船舶、車両
等の材料として、また耐食性を必要とする化学プラント
機器の材料として用途が急拡大しており、近年注目を集
めている材料の一つである。2. Description of the Related Art Titanium and titanium alloys are lightweight, have excellent corrosion resistance, have good properties at high temperatures, and have high strength with respect to specific gravity. Its use is rapidly expanding as a material for chemical plant equipment that requires corrosion resistance, and it is one of the materials that have attracted attention in recent years.
【０００３】チタンは高温において酸素、窒素、水素等
に対して活性な金属であり、これらの元素と反応する
と、溶接部が硬化し靭性が低下する。チタン材料のアー
ク溶接方法として、従来から、不活性ガスでシールドし
て直流ＴＩＧ（タングステンイナートガス）溶接方法又
は直流ＭＩＧ（メタルイナートガス）溶接方法がある。
これらの従来の溶接方法は、通常、シールドガスにはヘ
リウム、アルゴン等の不活性ガスが使用されている。[0003] Titanium is a metal which is active at high temperatures against oxygen, nitrogen, hydrogen and the like, and when reacted with these elements, the weld is hardened and the toughness is reduced. Conventionally, as a method of arc welding titanium materials, there is a DC TIG (tungsten inert gas) welding method or a DC MIG (metal inert gas) welding method shielded with an inert gas.
In these conventional welding methods, an inert gas such as helium or argon is usually used as a shielding gas.
【０００４】従来の溶接方法では、これらの不活性ガス
を使用しても、チタンは高温においてかなり活性になる
ために、高温の溶接金属を大気から完全に遮蔽すること
ができない。チタンの溶接部が大気によって汚染する
と、溶接部が着色し汚染の程度に応じて変色するので、
その着色した程度（変色）によつて汚染の程度を判別す
ることができる。[0004] In the conventional welding method, even if these inert gases are used, titanium cannot be completely shielded from the atmosphere because the titanium becomes considerably active at high temperatures. When the titanium weld is contaminated by the atmosphere, the weld is colored and changes color according to the degree of contamination.
The degree of contamination can be determined based on the degree of coloring (discoloration).
【０００５】図１は、ＪＩＳＺ３８０５が規定するチタ
ン溶接部の変色程度及びチタン溶接検定試験の合否判定
基準を示すチタン溶接部の変色程度・合否判定基準図で
ある。同図に示すように、溶接金属部に金属光沢が無く
なっているときは、かなりの不純物が混入しているとみ
なされる。不純物の混入のために延性が低下するので、
金属光沢が無くなっている溶接金属部は、上記のチタン
溶接検定試験に不合格となる。従って、チタン及びチタ
ン合金を溶接するときは、高温の溶接金属を大気から完
全に遮蔽する必要がある。FIG. 1 is a criterion diagram for determining the degree of discoloration of a titanium weld and the pass / fail judgment criteria for a titanium welding verification test as defined by JISZ3805. As shown in the figure, when the metallic luster is lost in the weld metal portion, it is considered that considerable impurities are mixed. Since the ductility decreases due to the contamination of impurities,
The weld metal part having lost the metallic luster fails the above-mentioned titanium welding certification test. Therefore, when welding titanium and a titanium alloy, it is necessary to completely shield the high-temperature weld metal from the atmosphere.
【０００６】図２は、従来技術のチタンミグ溶接方法説
明図である。同図において、１はアーク、２は溶滴、３
はチタン電極ワイヤ、４はノズル、５はグラスウール、
６は従来のシールドガス治具、７は溶融池、８は溶接ビ
ード、９はチタン被溶接材である。FIG. 2 is an explanatory view of a conventional titanium MIG welding method. In the figure, 1 is an arc, 2 is a droplet, 3
Is a titanium electrode wire, 4 is a nozzle, 5 is glass wool,
Reference numeral 6 denotes a conventional shield gas jig, 7 denotes a molten pool, 8 denotes a weld bead, and 9 denotes a titanium material to be welded.
【０００７】図３は、従来のシールドガス治具６の断面
図である。同図において、１１はシールドガス治具内の
ガス管であり、このガス管に数箇所の穴を開けてあり、
シールドガスが均一に溶接ビードを覆うように製作され
ている。前述した図２に示すように、ノズル４内にアー
クをシールドする純アルゴンを流すと共に、特殊なシー
ルドガス治具６にも溶接直後の高温の溶接ビードをシー
ルドする純アルゴンを流すことによって、溶接直後の溶
接ビードの温度を約３００℃以下まで低下させて溶接部
の酸化を防止する。FIG. 3 is a sectional view of a conventional shield gas jig 6. In the figure, reference numeral 11 denotes a gas pipe in a shielding gas jig, and several holes are formed in the gas pipe.
It is manufactured so that the shielding gas uniformly covers the weld bead. As shown in FIG. 2 described above, welding is performed by flowing pure argon for shielding an arc into the nozzle 4 and flowing pure argon for shielding a high-temperature weld bead immediately after welding to a special shielding gas jig 6. The temperature of the weld bead immediately after is reduced to about 300 ° C. or less to prevent oxidation of the weld.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】チタンの板厚５［mm］
以下の薄板になると、ＴＩＧ溶接以外の方法では、良好
な溶接結果を得ることが極めて困難である。しかし、こ
のＴＩＧ溶接方法は、ＭＩＧ溶接方法に比べ溶融速度が
遅いために作業能率が悪く、フィラをタングステン電極
の周辺から供給しなければならないために、溶接の自動
化も複雑になる。Problems to be Solved by the Invention Plate thickness of titanium 5 [mm]
When the following thin plates are used, it is extremely difficult to obtain good welding results by a method other than TIG welding. However, the TIG welding method has a low melting rate compared to the MIG welding method, so that the work efficiency is low, and the filler has to be supplied from the periphery of the tungsten electrode, which complicates the automation of welding.
【０００９】逆に、ＭＩＧ溶接方法がチタンの薄板溶接
に実用化されていない理由は、入熱が大きくなりすぎる
ために、溶け落ちが発生するからである。そこで、入熱
を抑えることのできるパルスＭＩＧ溶接方法の採用が提
案されている。しかし、提案されているパルスＭＩＧ溶
接方法では、アークの不安定現象が顕著に現れるため
に、その実用化した事例は報告されていない。On the other hand, the reason why the MIG welding method has not been put into practical use for titanium thin plate welding is that the heat input becomes too large and burn-through occurs. Therefore, adoption of a pulse MIG welding method capable of suppressing heat input has been proposed. However, in the proposed pulsed MIG welding method, an arc unstable phenomenon appears remarkably, and no practical case has been reported.
【００１０】この提案されているチタンのパルスＭＩＧ
溶接においてチタン被溶接材を陰極とし消耗電極を陽極
としているために、アークの不安定現象が発生する。そ
の理由は、アークは陰極点を維持するために、チタン被
溶接材の表面酸化皮膜が残存する位置に、アークが激し
く移動する（暴れる）ワンダリング（Wandering）現象
が生じるためであると考えられる。The proposed pulsed MIG of titanium
Since the titanium material to be welded is used as a cathode and the consumable electrode is used as an anode during welding, an unstable arc phenomenon occurs. It is considered that the reason for this is that, in order to maintain the cathode point of the arc, a wandering phenomenon occurs in which the arc violently moves (rumbles) to a position where the surface oxide film of the titanium-welded material remains. .
【００１１】図４は、従来のチタンパルスミグ溶接方法
による溶接ビードの例であり、ワンダリング現象が生じ
た場合の溶接ビードを示すワンダリング現象発生溶接ビ
ード外観図である。同図において、８は溶接ビードであ
り、９はチタン被溶接材であり、１０は被溶接材表面に
付着したスパッタである。ワンダリング現象が現れる
と、同図に示すようなスパッタの多い蛇行した溶接ビー
ドになる。従って、チタンをパルスＭＩＧ溶接によって
作業能率良く溶接するためには、第１に、ワンダリング
現象の発生を防止すること、第２に、溶接部の入熱の集
中を避けるために、アークの指向性を保ちつつ硬直性を
緩和すること、第３に、溶接金属の酸化を防止すること
が課題となる。FIG. 4 is an example of a weld bead by a conventional titanium pulse mig welding method, and is an external view of a weld bead in which a wandering phenomenon occurs, showing a weld bead when a wandering phenomenon occurs. In the figure, 8 is a weld bead, 9 is a titanium welded material, and 10 is spatter adhered to the surface of the welded material. When the wandering phenomenon appears, a meandering weld bead containing a large amount of spatter as shown in FIG. Therefore, in order to weld titanium by pulse MIG welding with high working efficiency, first, it is necessary to prevent the occurrence of the wandering phenomenon, and secondly, to prevent the heat input from being concentrated at the welded portion. The third issue is to reduce the rigidity while maintaining the weldability, and thirdly, to prevent oxidation of the weld metal.
【００１２】[0012]
【課題を解決するための手段】請求項１の溶接方法は、
不活性ガスに微量の酸化性ガスを添加したシールドガス
及びチタン又はチタン合金の消耗電極を使用してパルス
溶接電流を通電して溶接するチタン及びチタン合金のア
ーク溶接方法である。According to a first aspect of the present invention, there is provided a welding method comprising:
This is an arc welding method for titanium and a titanium alloy in which a pulse welding current is applied and welding is performed using a shield gas in which a trace amount of an oxidizing gas is added to an inert gas and a titanium or titanium alloy consumable electrode.
【００１３】請求項２の溶接方法は、パルス溶接電源を
用い、パルス電流波形をパルスに同期した安定な溶滴移
行が得られ、かつワンダリング現象が抑えられた安定し
たビード形成が得られる勾配を持った台形波として消耗
電極に印加するアーク溶接方法である。According to a second aspect of the present invention, there is provided a welding method using a pulse welding power source, wherein a stable droplet transfer in which a pulse current waveform is synchronized with a pulse is obtained, and a stable bead formation with a suppressed wandering phenomenon is obtained. This is an arc welding method in which a trapezoidal wave having a waveform is applied to a consumable electrode.
【００１４】請求項３の溶接方法は、請求項１のシール
ドガスがアルゴンガスに０.５［％］以上２.０［％］以
下の酸素を混合したガスであって、請求項１のパルス溶
接電流のベース電流からピーク電流への立ち上がり時及
びピーク電流からベース電流への立ち下がり時の勾配が
７０［Ａ／ms］以上３００［Ａ／ms］以下となる台形波
を用いるチタン及びチタン合金のアーク溶接方法であ
る。According to a third aspect of the present invention, there is provided the welding method, wherein the shielding gas according to the first aspect is a gas obtained by mixing oxygen in a range of 0.5% to 2.0% with argon gas. Titanium and titanium alloys using a trapezoidal wave in which the gradient of the welding current from the base current to the peak current and the gradient from the peak current to the base current when falling is 70 [A / ms] to 300 [A / ms]. Arc welding method.
【００１５】請求項４の溶接方法は、請求項１のシール
ドガスがアルゴンガスに１.０［％］以上５.０［％］以
下の炭酸ガスを混合したガスであって、請求項１のパル
ス溶接電流のベース電流からピーク電流への立ち上がり
時及びピーク電流からベース電流への立ち下がり時の勾
配が７０［Ａ／ms］以上３００［Ａ／ms］以下となる台
形波を用いるチタン及びチタン合金の溶接方法である。According to a fourth aspect of the present invention, the shielding gas of the first aspect is a gas obtained by mixing an argon gas with a carbon dioxide gas having a gas content of not less than 1.0 [%] and not more than 5.0 [%]. Titanium and titanium using a trapezoidal wave in which the gradients of the pulse welding current from the base current to the peak current and from the peak current to the base current fall from 70 [A / ms] to 300 [A / ms]. This is an alloy welding method.
【００１６】請求項５の溶接方法は、シールドガス治具
内にフラップを設けて溶融池の凝固界面近傍に純アルゴ
ンを噴出させる請求項１又は請求項２又は請求項３又は
請求項４のチタン及びチタン合金のアーク溶接方法であ
る。The welding method according to claim 5, wherein a flap is provided in the shield gas jig and pure argon is ejected near the solidification interface of the molten pool. And an arc welding method for titanium alloy.
【００１７】[0017]
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態は、第１に、
不活性ガスを主成分とするシールドガス中に溶接金属に
悪影響を与えない程度に陰極点を安定化させるための酸
化性ガスを付加すること、第２に、入熱を制限する低電
流においてもアークを安定させ、アークの指向性を高め
るために、パルス溶接電流を通電すること、第３に、ア
ークの硬直性を緩和するために、パルスの立ち上がり及
び立ち下がりの勾配を急峻な矩形波ではなく、数［ms］
程度の時間経過後に立ち上がり及び立ち下がる台形波の
パルス電流を通電すること、第４に、溶接金属の酸化を
防ぐために溶融池近傍を純アルゴンでシールドすること
である。パルス溶接電源の波形制御機能によって数［m
s］程度の立ち上がり及び立ち下がる台形波電流を通電
して、ソフトなパルスアークを実現する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described first.
The addition of an oxidizing gas for stabilizing the cathode spot to a degree that does not adversely affect the weld metal in the shielding gas containing an inert gas as a main component. Second, even at a low current that limits heat input. In order to stabilize the arc and increase the directivity of the arc, a pulse welding current is applied. Third, in order to alleviate the rigidity of the arc, the rising and falling slopes of the pulse are steep rectangular waves. No, several [ms]
Fourth, a trapezoidal pulse current that rises and falls after a lapse of time has passed, and fourthly, the vicinity of the weld pool is shielded with pure argon to prevent oxidation of the weld metal. Several [m] by the waveform control function of the pulse welding power supply
s], and a soft pulse arc is realized by applying a trapezoidal wave current that rises and falls.
【００１８】[0018]
【実施例】（実施例１）図５は、本発明の溶接方法を実
施したときのアークの状態を説明するアーク状態説明図
である。図同に記載したＳｕｐはベース電流Ｉｂからピ
ーク電流Ｉｐへの立ち上がりの勾配（立ち上がり勾配）
であり、Ｓｄｎはピーク電流Ｉｐからベース電流Ｉｂへ
の立ち下がり時の勾配（立ち下がり勾配）である。(Embodiment 1) FIG. 5 is an explanatory view of an arc state for explaining an arc state when the welding method of the present invention is carried out. Sup described in the figure is a rising gradient (rising gradient) from the base current Ib to the peak current Ip.
, And Sdn is a falling gradient (falling gradient) from the peak current Ip to the base current Ib.
【００１９】アルゴンとそれに混合する酸素との混合比
率及び各々のピーク電流の立ち上がり及び立ち下がり時
の勾配によって、アークの形状がどのように変化するか
を図示した混合比率電流勾配対応アーク形状図である。
同図において、１はアーク、２は溶滴、３はチタン電極
ワイヤ、４はノズル、７は溶融池、９はチタン被溶接
材、１３はスパッタを示す。FIG. 3 is an arc shape diagram corresponding to a mixing ratio current gradient illustrating how the shape of the arc changes depending on the mixing ratio of argon and oxygen mixed therein and the gradient at the rise and fall of each peak current. is there.
In the figure, 1 is an arc, 2 is a droplet, 3 is a titanium electrode wire, 4 is a nozzle, 7 is a molten pool, 9 is a titanium welded material, and 13 is spatter.
【００２０】シールドガスの酸素混合比率に注目して図
５の記載を参照すると、下記のとおりである。 （１）酸素混合比率が左列の０.５［％］未満である場
合は、アークのワンダリングが発生し、また酸素混合比
率が右列の２.０［％］を超えるとスパッタの発生、溶
接ビード表面の酸化等が著しくなり、溶接結果が良好で
ない。 （２）酸素混合比率が中央の列の０.５［％］以上２.０
［％］以下の場合は、スパッタの発生が比較的少なく、
またアークのワンダリングも抑えられている。Referring to the description of FIG. 5 focusing on the oxygen mixture ratio of the shielding gas, it is as follows. (1) When the oxygen mixture ratio is less than 0.5 [%] in the left column, arc wandering occurs, and when the oxygen mixture ratio exceeds 2.0 [%] in the right column, spatter occurs. In addition, the oxidation of the surface of the weld bead becomes remarkable, and the welding result is not good. (2) The oxygen mixing ratio is 0.5% or more in the center row and 2.0 or more.
[%] Or less, the occurrence of spatter is relatively small,
Arc wandering is also suppressed.
【００２１】さらに、上記の酸素混合比率が中央の列の
０.５［％］以上２.０［％］以下の場合であって、立ち
上がり及び立ち下がり時間に注目して図５の記載を参照
すると、下記のとおりである。立ち上がり勾配Ｓｕｐ及
び立ち下がり勾配Ｓｄｎが図５の３行の７０［Ａ／ms］
以上で３００［Ａ／ms］以下の条件のとき、アークが最
も安定してスプレー移行をさせることができ、スパッタ
発生も極めて少ない。Further, in the case where the oxygen mixing ratio is not less than 0.5 [%] and not more than 2.0 [%] in the center row, refer to the description of FIG. 5 focusing on the rise and fall times. Then, it is as follows. The rising gradient Sup and the falling gradient Sdn are 70 [A / ms] in the third row of FIG.
Under the conditions of 300 [A / ms] or less as described above, the arc can be transferred to the spray most stably, and the generation of spatter is extremely small.
【００２２】図６は、本発明の溶接方法に適用するパル
ス溶接電流波形図である。同図において、Ｉｂはベース
電流、Ｉｐはピーク電流、Ｔｐはピーク時間、Ｓｕｐは
立ち上がり勾配、Ｓｄｎは立ち下がり勾配である。FIG. 6 is a pulse welding current waveform diagram applied to the welding method of the present invention. In the figure, Ib is a base current, Ip is a peak current, Tp is a peak time, Sup is a rising gradient, and Sdn is a falling gradient.
【００２３】図７は、実施例１の酸素混合比率（横軸）
と立ち上がり勾配Ｓｕｐ及び立ち下がり勾配Ｓｄｎ（縦
軸）とを変化させたときに得られるアーク安定及び溶接
ビード良好の範囲を示す混合比率・電流勾配対応アーク
安定・溶接ビード良好範囲図である。同図において、横
軸に示す酸素混合比率が０.５［％］未満ではアークが
不安定となり、２.０［％］を越えると酸素が過大とな
って溶接ビード表面が酸化する。また、縦軸に示す立ち
上がり勾配Ｓｕｐ及び立ち下がり勾配Ｓｄｎが７０［Ａ
／ms］未満では平均実効電流値が低下するため、アーク
の電磁力による溶滴の離脱力が低下することによって、
ワイヤ先端の溶滴が成長しすぎて短絡を生じ、短絡が開
放される際にスパッタを生成する。また、３００［Ａ／
ms］を越えると平均実効電流値が増加して、アークの電
磁力やアーク圧力による溶滴の落下速度が大きくなり、
溶滴が溶融池に落下した時にスパッタを生じる。FIG. 7 shows the oxygen mixture ratio of Example 1 (horizontal axis).
FIG. 7 is a mixture ratio / current gradient corresponding arc stability / good weld bead range showing the range of arc stability and good weld bead obtained when the rising gradient Sup and the falling gradient Sdn (vertical axis) are changed. In the figure, when the oxygen mixing ratio shown on the horizontal axis is less than 0.5 [%], the arc becomes unstable, and when it exceeds 2.0 [%], the oxygen becomes excessive and the weld bead surface is oxidized. Further, the rising gradient Sup and the falling gradient Sdn shown on the vertical axis are 70 [A
/ Ms], the average effective current value decreases, and the dropping force of the droplet by the electromagnetic force of the arc decreases.
The droplets at the tip of the wire grow too much and cause a short circuit, creating spatter when the short circuit is opened. In addition, 300 [A /
ms], the average effective current increases and the drop speed of the droplet due to the electromagnetic force and arc pressure of the arc increases.
Spatter occurs when the droplet falls into the molten pool.
【００２４】図８は、実施例１の立ち下がり勾配Ｓｄｎ
（横軸）と立ち上がり勾配Ｓｕｐ（縦軸）とを変化させ
たときに得られるアーク安定及び溶接ビード良好の範囲
を示す立ち上がり立ち下がり勾配対応アーク安定・溶接
ビード良好範囲図である。同図において、横軸に示す立
ち下がり勾配Ｓｄｎが７０［Ａ／ms］未満になると溶滴
移行が不安定になり、３００［Ａ／ms］を越えるとアー
ク力が過大となって溶融池からスパッタが発生する。ま
た、縦軸に示す立ち上がり勾配Ｓｕｐが７０［Ａ／ms］
未満では溶滴移行が不安定になり、３００［Ａ／ms］を
越えるとアーク力が過大となって溶融池からスパッタが
発生する。FIG. 8 shows the falling slope Sdn of the first embodiment.
FIG. 7 is an arc stability / welding bead good range diagram corresponding to a rising / falling slope showing a range of arc stability and good welding bead obtained when the (horizontal axis) and the rising gradient Sup (vertical axis) are changed. In the same figure, when the falling gradient Sdn shown on the horizontal axis is less than 70 [A / ms], the droplet transfer becomes unstable, and when it exceeds 300 [A / ms], the arc force becomes excessive, and the arc force becomes excessive. Spatter occurs. Further, the rising gradient Sup shown on the vertical axis is 70 [A / ms].
If it is less than 300 g, the droplet transfer becomes unstable, and if it exceeds 300 [A / ms], the arc force becomes excessive and spatter is generated from the molten pool.
【００２５】図９は、酸素混合比率（横軸）と従来技術
及び本発明で溶接して測定した溶接ビードの溶接ブロー
ホール個数（縦軸）との関係を示す混合比率対従来技術
・本発明ブローホール個数図である。同図において、点
線は従来技術で溶接して測定した溶接ビードの溶接ブロ
ーホール個数であり、実線は本発明の方法で溶接した溶
接ビードの溶接ブローホール個数である。従来技術では
点線で示すように、酸素混合比率が０.５［％］未満で
も溶接ブローホールが発生するが、本発明の方法で溶接
すると、酸素混合比率が２.０［％］になっても溶接ブ
ローホールの無い良好な溶接ビードが得られている。FIG. 9 is a graph showing the relationship between the oxygen mixing ratio (horizontal axis) and the number of weld blowholes (vertical axis) of the weld bead measured by welding according to the prior art and the present invention versus the mixing ratio versus the prior art and the present invention. It is a blowhole number figure. In the figure, the dotted line indicates the number of weld blowholes of the weld bead measured by the conventional technique, and the solid line indicates the number of weld blowholes of the weld bead welded by the method of the present invention. In the prior art, as shown by a dotted line, a weld blowhole is generated even when the oxygen mixture ratio is less than 0.5 [%], but when welding is performed by the method of the present invention, the oxygen mixture ratio becomes 2.0 [%]. Also, a good weld bead without a weld blowhole was obtained.
【００２６】上記の図７及び図８に示した良好溶接ビー
ドが得られる条件においては、図９に示すように、従来
技術ではブローホールが発生して溶接不良が発生する
が、本発明の溶接方法では、従来技術と同様の酸素混合
比率のシールドガスを使用しても２.０［％］まではブ
ローホールの無い良好な溶接ビードが得られている。Under the conditions in which the good weld bead shown in FIGS. 7 and 8 is obtained, as shown in FIG. 9, blowholes occur in the prior art and poor welding occurs. According to the method, even if a shielding gas having the same oxygen mixture ratio as that of the prior art is used, a good weld bead having no blowhole can be obtained up to 2.0%.
【００２７】（実施例２）図１０は、実施例２の炭酸ガ
ス混合比率（横軸）と立ち上がり勾配Ｓｕｐ及び立ち下
がり勾配Ｓｄｎ（縦軸）とを変化させたときに得られる
アーク安定及び溶接ビード良好の範囲を示す混合比率・
電流勾配対応アーク安定・溶接ビード良好範囲図であ
る。(Embodiment 2) FIG. 10 shows arc stability and welding obtained when the carbon dioxide mixture ratio (horizontal axis) and the rising gradient Sup and the falling gradient Sdn (vertical axis) of Example 2 were changed. Mixing ratio indicating good bead range
FIG. 4 is a diagram showing a stable arc / weld bead good range corresponding to a current gradient.
【００２８】実施例１では、シールドガスに添加する酸
化性ガスを酸素としたが、炭酸ガスであっても、同図に
示した範囲内で良好な溶接ビードを得ることができる。
同図において、横軸に示す炭酸ガス混合比率が１.０
［％］未満ではアークが不安定となり、また５.０
［％］を越えると酸素成分が過大となって溶接ビード表
面が酸化する。溶接部が過度に酸化すると、脆い金属組
織や金属化合物を生じるため、溶接強度に問題が生じ
る。また、縦軸に示す立ち上がり勾配Ｓｕｐ及び立ち下
がり勾配Ｓｄｎが７０［Ａ／ms］未満では短絡が生じて
スパッタが発生し、３００［Ａ／ms］を越えるとアーク
力が過大となって溶融池からスパッタが発生する。In Example 1, oxygen was used as the oxidizing gas added to the shielding gas. However, even with carbon dioxide gas, a good weld bead can be obtained within the range shown in FIG.
In the figure, the carbon dioxide gas mixture ratio shown on the horizontal axis is 1.0.
Below [%], the arc becomes unstable, and 5.0
If it exceeds [%], the oxygen component becomes excessive and the surface of the weld bead is oxidized. If the weld is excessively oxidized, a brittle metal structure or a metal compound is generated, which causes a problem in welding strength. If the rising gradient Sup and the falling gradient Sdn shown on the vertical axis are less than 70 [A / ms], short-circuiting occurs and spatter occurs. If it exceeds 300 [A / ms], the arc force becomes excessive and the molten pool becomes excessive. Causes spatter.
【００２９】図１１は、実施例２の溶接方法を説明する
ための図である。同図において、図２と同一機能は図２
と同一符号を付して説明を省略する。図２に示した従来
のシールドガス治具６を使用して請求項１乃至請求項４
に適用すると、溶接トーチのノズル４から噴出する微量
の酸化性ガスが、溶融池７の近傍の酸化性ガスと反応す
る高温に達している高温度溶接金属７ａ上に流れ込むお
それがある。高温度溶接金属７ａ上に流れ込むと、高温
度溶接金属７ａと酸化性ガスとが反応し、図１に示した
着色を生じ、酸化の程度が進むと、図１２に示すような
溶接ビード外観となり溶接不良と判定されるおそれがあ
る。FIG. 11 is a view for explaining a welding method according to the second embodiment. 2, the same functions as those in FIG.
The same reference numerals are given and the description is omitted. 5. The method according to claim 1, wherein the conventional shield gas jig 6 shown in FIG.
In this case, a small amount of oxidizing gas ejected from the nozzle 4 of the welding torch may flow into the high-temperature weld metal 7a which has reached a high temperature and reacts with the oxidizing gas near the molten pool 7. When flowing into the high-temperature weld metal 7a, the high-temperature weld metal 7a reacts with the oxidizing gas to produce the coloration shown in FIG. 1, and as the degree of oxidation progresses, the weld bead appearance becomes as shown in FIG. There is a risk that welding failure will be determined.
【００３０】（実施例３）図１３は、請求項４のフラッ
プ付きシールドガス治具を使用した実施例３の溶接方法
を説明するための図である。同図において、図２と同一
機能は図２と同一符号を付して説明を省略する。請求項
５の実施例の溶接方法では、溶融池方向にシールドガス
を流すために、本発明に係るシールドガス治具１６にフ
ラップ１２が追加されている。(Embodiment 3) FIG. 13 is a view for explaining a welding method of Embodiment 3 using a shield gas jig with a flap according to claim 4. 2, the same functions as those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals as those in FIG. In the welding method according to the fifth embodiment, the flap 12 is added to the shield gas jig 16 according to the present invention in order to flow the shield gas in the direction of the molten pool.
【００３１】図１４は、上記のフラップ付きシールドガ
ス治具を使用した実施例３の方法で溶接した溶接ビード
を示すフラップガス治具使用時の溶接ビード外観図であ
る。アークの陰極点を安定させるために混合した酸化性
ガスが、図１１に示した溶融池７に隣接した高温溶接金
属７ａにできる限り接触させないようにするために、シ
ールドガス治具６にフラップ１２を設けた本発明に係る
シールドガス治具１６を使用する。このフラップ１２に
よって、酸化性ガスはアーク直下の溶融池７のみと接触
し、高温溶接金属７ａに接触しなくなるので、高温溶接
金属７ａの酸化を最小限にすることができ、同図に示す
ような良好な溶接ビード外観が得られる。FIG. 14 is an external view of a weld bead when a flap gas jig is used, showing a weld bead welded by the method of the third embodiment using the above-mentioned shield gas jig with a flap. In order to prevent the oxidizing gas mixed to stabilize the cathode point of the arc from coming into contact with the high-temperature weld metal 7a adjacent to the molten pool 7 shown in FIG. The shield gas jig 16 according to the present invention provided with is used. By this flap 12, the oxidizing gas contacts only the molten pool 7 immediately below the arc and no longer contacts the high-temperature weld metal 7a, so that oxidation of the high-temperature weld metal 7a can be minimized, as shown in FIG. And good weld bead appearance can be obtained.
【００３２】[0032]
【発明の効果】請求項１の溶接方法は、不活性ガスに微
量の酸化性ガスを添加したシールドガス及びチタン又は
チタン合金の消耗電極を使用して、パルス溶接電流を通
電して主として薄板を溶接すると、アークが表面酸化皮
膜か残存する位置に激しく移動するワンダリング現象を
防止してアークを安定させ、スパッタを減少させて良好
な溶接結果を能率良く得ることができる。According to the first aspect of the present invention, a thin plate is mainly formed by applying a pulse welding current using a shielding gas obtained by adding a trace amount of an oxidizing gas to an inert gas and a titanium or titanium alloy consumable electrode. When welding is performed, the wandering phenomenon in which the arc is violently moved to a position where the surface oxide film remains or remains is prevented, thereby stabilizing the arc, reducing spatter, and efficiently obtaining a good welding result.
【００３３】請求項２の溶接方法は、不活性ガスに微量
の酸化性ガスを添加したシールドガス及びチタン又はチ
タン合金の消耗電極を使用して、パルス電流波形をパル
スに同期した安定な溶滴移行が得られ、かつワンダリン
グ現象が抑えられた安定したビード形成が得られる勾配
を持った台形波として消耗電極に印加させることによっ
て、チタン及びチタン合金の主に薄板溶接において良好
な溶接結果を能率良く得ることができる。According to a second aspect of the present invention, there is provided a stable droplet in which a pulse current waveform is synchronized with a pulse by using a shielding gas obtained by adding a small amount of an oxidizing gas to an inert gas and a titanium or titanium alloy consumable electrode. By applying to the consumable electrode as a trapezoidal wave with a gradient that can obtain a transition and obtain a stable bead formation with suppressed wandering phenomenon, good welding results are mainly obtained in thin plate welding of titanium and titanium alloy. It can be obtained efficiently.
【００３４】請求項３の溶接方法は、アルゴンガスに
０.５［％］以上２.０［％］以下の酸素を混合したシー
ルドガス及びチタン又はチタン合金の消耗電極を使用し
て、ベース電流からピーク電流への立ち上がり時及びピ
ーク電流からベース電流への立ち下がり時の勾配が７０
［Ａ／ms］以上で３００［Ａ／ms］以下となる台形波パ
ルス溶接電流を通電してパルスアークを安定させたパル
スミグアークによって、チタン及びチタン合金の主に薄
板溶接において良好な溶接結果を能率良く得ることがで
きる。According to a third aspect of the present invention, there is provided a welding method using a shielding gas in which 0.5% to 2.0% oxygen is mixed with argon gas and a titanium or titanium alloy consumable electrode. The slope at the rise from the peak current to the peak current and at the fall from the peak current to the base current are 70
Good welding results mainly in thin plate welding of titanium and titanium alloys by pulse mig arc that stabilizes pulse arc by applying trapezoidal wave pulse welding current of not less than [A / ms] and not more than 300 [A / ms] Can be obtained efficiently.
【００３５】請求項４の溶接方法は、アルゴンガスに
１.０［％］以上５.０［％］以下の炭酸ガスを混合した
シールドガス及びチタン又はチタン合金の消耗電極を使
用して、ベース電流からピーク電流への立ち上がり時及
びピーク電流からベース電流への立ち下がり時の勾配が
７０［Ａ／ms］以上で３００［Ａ／ms］以下となる台形
波パルス溶接電流を通電してパルスアークを安定させた
パルスミグアークによって、チタン及びチタン合金の主
に薄板溶接において良好な溶接結果を能率良く得ること
ができる。A welding method according to a fourth aspect of the present invention uses a base gas using a shield gas obtained by mixing carbon dioxide gas of not less than 1.0 [%] and not more than 5.0 [%] with argon gas and a consumable electrode of titanium or titanium alloy. A pulse arc is applied by applying a trapezoidal pulse welding current having a gradient of 70 [A / ms] or more and 300 [A / ms] or less when rising from the current to the peak current and when falling from the peak current to the base current. By using a pulsed MIG arc in which titanium is stabilized, a good welding result can be efficiently obtained mainly in thin plate welding of titanium and a titanium alloy.
【００３６】請求項５の溶接方法は、請求項１の溶接方
法の効果に加えて、シールドガス治具内にフラップを設
けて溶融池の凝固界面近傍に純アルゴンを噴出させて、
請求項１の溶接方法よりもさらに良好な溶接ビード溶接
外観が得られるパルスミグアークによって、チタン及び
チタン合金の主に薄板溶接において溶接金属部に金属光
沢がある良好な溶接結果を能率良く得ることができる。According to the welding method of the fifth aspect, in addition to the effect of the welding method of the first aspect, a flap is provided in the shield gas jig and pure argon is ejected near the solidification interface of the molten pool.
A good welding result having a metallic luster in a weld metal part in titanium and titanium alloy mainly in thin plate welding by a pulsed MIG arc capable of obtaining a better weld bead welding appearance than the welding method according to claim 1. Can be.
【図１】ＪＩＳＺ３８０５が規定するチタン溶接部の変
色程度と合否判定基準を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing the degree of discoloration of a titanium welded part defined by JISZ3805 and a criterion for accepting or failing.
【図２】従来のチタンミグ溶接方法説明図である。FIG. 2 is an explanatory view of a conventional titanium MIG welding method.
【図３】従来のチタンミグ溶接方法のシールドガス治具
の断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of a shield gas jig according to a conventional titanium MIG welding method.
【図４】従来のチタンパルスミグ溶接方法による溶接ビ
ード外観図である。FIG. 4 is an external view of a weld bead by a conventional titanium pulse MIG welding method.
【図５】実施例１の溶接方法によるアークの状態を説明
する図である。FIG. 5 is a diagram illustrating a state of an arc by the welding method according to the first embodiment.
【図６】本発明の溶接方法に適用するパルス溶接電流波
形図である。FIG. 6 is a pulse welding current waveform diagram applied to the welding method of the present invention.
【図７】実施例１の溶接方法で良好な溶接ビードが得ら
れるパルス条件と酸素濃度を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing pulse conditions and oxygen concentrations at which good welding beads can be obtained by the welding method of Example 1.
【図８】実施例１の立ち上がり立ち下がり勾配対応アー
ク安定・溶接ビード良好範囲図である。FIG. 8 is an arc stable / weld bead good range diagram corresponding to a rising / falling slope in Example 1.
【図９】実施例１の溶接方法で得た溶接ビードと従来の
方法で得た溶接ビードのブローホール個数を示す図であ
る。FIG. 9 is a view showing the number of blow holes of a weld bead obtained by the welding method of Example 1 and a weld bead obtained by a conventional method.
【図１０】実施例２の溶接方法で良好な溶接ビードが得
られるパルス条件と酸素濃度を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing pulse conditions and oxygen concentrations at which good welding beads can be obtained by the welding method of Example 2.
【図１１】実施例２の溶接方法を説明するための図であ
る。FIG. 11 is a view for explaining a welding method according to the second embodiment.
【図１２】高温度溶接金属と酸化性ガスとが反応した溶
接ビード外観図である。FIG. 12 is an external view of a weld bead in which a high-temperature weld metal and an oxidizing gas have reacted.
【図１３】実施例３の溶接方法を説明するための図であ
る。FIG. 13 is a view for explaining a welding method according to a third embodiment.
【図１４】実施例３の溶接方法によるビード外観図であ
る。FIG. 14 is an external view of a bead by a welding method according to a third embodiment.
１ アーク ２ 溶滴 ３ チタン電極ワイヤ ４ ノズル ５ グラスウール ６ 従来のシールドガス治具 ７ 溶融池 ７ａ 溶接金属 ８ 溶接ビード ９ チタン被溶接材 １０ 被溶接材に付着したスパッタ １１ シールドガス治具内のガス管 １２ フラップ １３ 溶接中のスパッタ １６ 本発明に係るシールドガス治具 Ｓｕｐ 立ち上がり勾配 Ｓｄｎ 立ち下がり勾配 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Arc 2 Droplet 3 Titanium electrode wire 4 Nozzle 5 Glass wool 6 Conventional shield gas jig 7 Molten pool 7a Weld metal 8 Weld bead 9 Titanium work piece 10 Spatter adhered to work piece 11 Gas in shield gas jig Pipe 12 Flap 13 Spatter during welding 16 Shield gas jig according to the present invention Sup Rising slope Sdn Falling slope
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上山 智之 大阪市淀川区田川２丁目１番11号 株式会 社ダイヘン内 (72)発明者 大縄 登史男 大阪市淀川区田川２丁目１番11号 株式会 社ダイヘン内 (72)発明者 吉原 昇 大阪市淀川区田川２丁目１番11号 株式会 社ダイヘン内 Ｆターム(参考） 4E001 AA03 BB06 BB08 CB04 DB04 DD01 DD02 DD04 DD05 DD09 DE04 DF09 DG04 EA01 EA08 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (72) Inventor Tomoyuki Ueyama 2-1-1-11 Tagawa, Yodogawa-ku, Osaka-shi Daihen Corporation (72) Inventor Toshio Ohna 2-1-1-11 Tagawa, Yodogawa-ku, Osaka-shi Daihen Co., Ltd. (72) Inventor Noboru Yoshihara 2-1-1, Tagawa, Yodogawa-ku, Osaka-shi F-term in Daichen Co., Ltd. (Reference) 4E001 AA03 BB06 BB08 CB04 DB04 DD01 DD02 DD04 DD05 DD09 DE04 DF09 DG04 EA01 EA08
Claims (5)
たシールドガス及びチタン又はチタン合金の消耗電極を
使用してパルス溶接電流を通電して溶接するチタン及び
チタン合金のアーク溶接方法。1. An arc welding method for titanium and titanium alloys in which a pulse welding current is applied to a welding process using a shielding gas obtained by adding a trace amount of an oxidizing gas to an inert gas and a titanium or titanium alloy consumable electrode.
接電源を用い、パルス電流波形をパルスに同期した安定
な溶滴移行が得られ、かつワンダリング現象が抑えられ
た安定したビード形成が得られる勾配を持った台形波と
して消耗電極に印加するアーク溶接方法。2. The welding method according to claim 1, wherein a stable droplet transfer in which a pulse current waveform is synchronized with a pulse is obtained and a wandering phenomenon is suppressed using a pulse welding power source. Arc welding method in which a trapezoidal wave with a constant gradient is applied to a consumable electrode.
に０.５［％］以上２.０［％］以下の酸素を混合したガ
スであって、請求項１のパルス溶接電流のベース電流か
らピーク電流への立ち上がり時及びピーク電流からベー
ス電流への立ち下がり時の勾配が７０［Ａ／ms］以上３
００［Ａ／ms］以下となる台形波を用いるチタン及びチ
タン合金のアーク溶接方法。3. The shielding gas according to claim 1, wherein the shielding gas is a mixture of argon gas and oxygen in a range of 0.5% to 2.0%. The gradient when rising to the peak current and when falling from the peak current to the base current is 70 [A / ms] or more3
An arc welding method for titanium and a titanium alloy using a trapezoidal wave of not more than 00 [A / ms].
に１.０［％］以上５.０［％］以下の炭酸ガスを混合し
たガスであって、請求項１のパルス溶接電流のベース電
流からピーク電流への立ち上がり時及びピーク電流から
ベース電流への立ち下がり時の勾配が７０［Ａ／ms］以
上で３００［Ａ／ms］以下となる台形波を用いるチタン
及びチタン合金のアーク溶接方法。4. The base current of the pulse welding current according to claim 1, wherein the shielding gas according to claim 1 is a gas obtained by mixing an argon gas with a carbon dioxide gas of not less than 1.0 [%] and not more than 5.0 [%]. Welding method for titanium and titanium alloys using trapezoidal waves with gradients of 70 [A / ms] or more and 300 [A / ms] or less when rising from a peak current to a peak current and when falling from a peak current to a base current .
溶融池の凝固界面近傍に純アルゴンを噴出させる請求項
１又は請求項２又は請求項３又は請求項４のチタン及び
チタン合金のアーク溶接方法。5. The arc welding of titanium and a titanium alloy according to claim 1, wherein a flap is provided in a shielding gas jig to jet pure argon near a solidification interface of a molten pool. Method.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11091098A JP2000280076A (en) | 1999-03-31 | 1999-03-31 | Arc welding method of titanium and titanium alloy |
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| JP11091098A JP2000280076A (en) | 1999-03-31 | 1999-03-31 | Arc welding method of titanium and titanium alloy |
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|---|---|
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Effective date: 20031216 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 |