JP2010046708A - Shield gas for mig welding and mig welding method for invar - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、低膨張率合金であるインバーをミグ溶接する際に用いられるシールドガスとこのシールドガスを用いてインバーをミグ溶接する方法に関する。 The present invention relates to a shield gas used when MIG welding an invar which is a low expansion coefficient alloy, and a method for MIG welding the invar using this shield gas.
インバーは、ニッケルを３１〜３７ｗｔ％含む鉄合金であり、熱膨張率が極めて低い特性を有し、オーステナイト系ステンレス鋼の約１／１２の線膨張率であって、この特性を生かして、例えば液化天然ガスの輸送用配管、ブラウン管のシャドーマスクなどに用いられている。
また、液化天然ガス輸送用の配管には、ＳＵＳ３０４（オーステナイト系ステンレス鋼）が一般に用いられているが、熱収縮を吸収する箇所を設けないと配管が破断する可能性があり，直管とすることができず，ループ部を適宜設ける必要があった。
Invar is an iron alloy containing 31 to 37 wt% of nickel, and has a characteristic of extremely low thermal expansion, and is a linear expansion coefficient of about 1/12 of austenitic stainless steel. It is used for piping for transportation of liquefied natural gas, shadow masks for CRTs, etc.
In addition, SUS304 (austenitic stainless steel) is generally used for piping for transporting liquefied natural gas, but if there is no location for absorbing heat shrinkage, the piping may break and a straight pipe is used. Therefore, it was necessary to provide a loop portion appropriately.
そのため、ループ部が増加し、さらには配管の長さが増大することに伴い，溶接箇所が増加する。また圧力損失が大きくなるため，配管径が大きくする必要があり，コストが増える問題があった。このＳＵＳ３０４に代えてインバーを用いると線膨張率が小さいため，低温となっても配管長が大きく変化しないため，熱収縮対策とした余分なループ部を設ける必要がなくなる。 Therefore, the number of welds increases as the number of loop portions increases and the length of the pipe increases. In addition, since the pressure loss increases, it is necessary to increase the pipe diameter, which increases the cost. If Invar is used instead of SUS304, the linear expansion coefficient is small, and the pipe length does not change greatly even at low temperatures. Therefore, there is no need to provide an extra loop portion as a measure against heat shrinkage.
インバーの溶接には、ガスシールドアーク溶接法の１種であるミグ（ＭＩＧ、メタルイナートガス）溶接法が用いられることがある。
ミグ溶接法は、周知のように、ガスノズルの内部にコンタクトチップを配して、このコンタクトチップ内の貫通孔内に溶加材を兼ねた消耗性電極としての溶接ワイヤを挿通し、ガスノズル内部にシールドガスを流し、ガスノズルよりシールドガスを噴射しつつ、溶接ワイヤと被溶接材とに電流を流してアークを飛ばし、溶接ワイヤを溶かして溶接を行うものである。
For invar welding, a MIG (metal inert gas) welding method, which is a kind of gas shielded arc welding method, may be used.
In the MIG welding method, as is well known, a contact tip is arranged inside a gas nozzle, a welding wire serving as a consumable electrode that also serves as a filler material is inserted into a through hole in the contact tip, and the inside of the gas nozzle is inserted. While flowing the shield gas and injecting the shield gas from the gas nozzle, an electric current is passed through the welding wire and the material to be welded to blow an arc, and the welding wire is melted to perform welding.
インバーをミグ溶接する際に用いられるシールドガスとしては、ステンレス鋼のミグ溶接に用いられているシールドガスが転用されることが多い。
このシールドガスには、アルゴン、アルゴンとヘリウムとの混合ガス、アルゴンに炭酸ガスを５ｖｏｌ％程度添加した混合ガス、アルゴンに酸素を３ｖｏｌ％程度添加した混合ガスなどが用いられている。
As the shielding gas used for MIG welding of invar, shielding gas used for MIG welding of stainless steel is often used.
As the shielding gas, argon, a mixed gas of argon and helium, a mixed gas obtained by adding about 5 vol% of carbon dioxide to argon, a mixed gas obtained by adding about 3 vol% of oxygen to argon, or the like is used.
しかしながら、インバーのミグ溶接にこれらのシールドガスを用いた場合には以下のような不具合があった。
シールドガスとして、アルゴンあるいはアルゴンとヘリウムとの混合ガスでは、アークがふらついて安定な溶接が困難になる。アルゴンに炭酸ガスあるいは酸素を添加した混合ガスでは、溶接部に気孔が発生することがある。
When argon or a mixed gas of argon and helium is used as the shielding gas, the arc fluctuates and stable welding becomes difficult. In a mixed gas in which carbon dioxide gas or oxygen is added to argon, pores may be generated in the weld.
よって、本発明における課題は、インバーをミグ溶接する際に、アークが安定して、気孔の発生を低減でき、溶接品質、作業能率を向上させるようにすることにある。 Therefore, an object of the present invention is to stabilize the arc when MIG welding the invar, reduce the generation of pores, and improve the welding quality and work efficiency.
かかる課題を解決するため、
請求項１にかかる発明は、インバーをミグ溶接する際に用いられるシールドガスであって、
アルゴンまたはアルゴンとヘリウムとの混合ガスに、酸素を０．１〜１．５ｖｏｌ％添加してなるミグ溶接用シールドガスである。
請求項２にかかる発明は、インバーをミグ溶接する際に用いられるシールドガスであって、
アルゴンまたはアルゴンとヘリウムとの混合ガスに、炭酸ガスを０．２〜３ｖｏｌ％添加してなるミグ溶接用シールドガスである。
To solve this problem,
The invention according to claim 1 is a shielding gas used when MIG welding the invar,
This is a shield gas for MIG welding formed by adding 0.1 to 1.5 vol% of oxygen to argon or a mixed gas of argon and helium.
The invention according to claim 2 is a shielding gas used when MIG welding the invar,
This is a shield gas for MIG welding in which carbon dioxide gas is added in an amount of 0.2 to 3 vol% to a mixed gas of argon or argon and helium.
請求項３にかかる発明は、アルゴンまたはアルゴンとヘリウムとの混合ガスに、酸素を０．１〜１．５ｖｏｌ％添加してなるシールドガスを用いてインバーをミグ溶接することを特徴とするインバーのミグ溶接方法である。
請求項４にかかる発明は、アルゴンまたはアルゴンとヘリウムとの混合ガスに、炭酸ガスを０．２〜３ｖｏｌ％添加してなるシールドガスを用いてインバーをミグ溶接することを特徴とするインバーのミグ溶接方法である。
The invention according to claim 3 is characterized in that the invar is MIG-welded using a shielding gas obtained by adding 0.1 to 1.5 vol% of oxygen to argon or a mixed gas of argon and helium. This is the MIG welding method.
The invention according to claim 4 is characterized in that the invar is mig welded using a shielding gas obtained by adding carbon dioxide to the mixed gas of argon or argon and helium in an amount of 0.2 to 3 vol%. It is a welding method.
本発明によれば、インバーをミグ溶接する際に、アークが安定し、気孔の発生数も低減して品質の良好な溶接部を得ることができる。 According to the present invention, when the invar is MIG-welded, the arc is stabilized, the number of generated pores is reduced, and a high-quality welded portion can be obtained.
本発明において被溶接材となるインバーとは、ニッケル含有量が３１〜３７ｗｔ％の鉄基合金であり、これ以外に炭素、マンガン、ケイ素、リンなどの元素が１ｗｔ％未満含まれてもよいものである。 Invar as a material to be welded in the present invention is an iron-based alloy having a nickel content of 31 to 37 wt%, and in addition to this, elements such as carbon, manganese, silicon, and phosphorus may be contained in less than 1 wt%. It is.
本発明のシールドガスでは、以下の４種類の形態がある。
１）アルゴンと炭酸ガスとの２種混合ガス
２）アルゴンと酸素との２種混合ガス
３）アルゴンとヘリウムと炭酸ガスとの３種混合ガス
４）アルゴンとヘリウムと酸素との３種混合ガス
The shield gas of the present invention has the following four types.
1) Two kinds of mixed gas of argon and carbon dioxide 2) Two kinds of mixed gas of argon and oxygen 3) Three kinds of mixed gas of argon, helium and carbon dioxide 4) Three kinds of mixed gas of argon, helium and oxygen
アルゴンと炭酸ガスとの２種混合ガスからなるシールドガスにあっては、シールドガス全体に占める炭酸ガスの割合は、０．２〜３ｖｏｌ％、好ましくは０．５〜２．５ｖｏｌ％とされ、この範囲外ではアーク安定性に欠け、溶接部に気孔が多く発生する。
アルゴンと酸素との２種混合ガスからなるシールドガスにあっては、シールドガス全体に占める酸素の割合は、０．１〜１．５ｖｏｌ％、好ましくは０．５〜１ｖｏｌ％とされ、この範囲外ではアーク安定性に欠け、溶接部に気孔が多く発生する。
In the shielding gas composed of two kinds of mixed gas of argon and carbon dioxide, the proportion of carbon dioxide in the whole shielding gas is 0.2 to 3 vol%, preferably 0.5 to 2.5 vol%. Outside this range, the arc stability is poor, and many pores are generated in the weld.
In the shielding gas composed of two kinds of mixed gas of argon and oxygen, the ratio of oxygen in the whole shielding gas is 0.1 to 1.5 vol%, preferably 0.5 to 1 vol%, and this range. Outside, arc stability is lacking and many pores are generated in the weld.
アルゴンとヘリウムと炭酸ガスとの３種混合ガスからなるシールドガスにあっては、シールドガス全体に占める炭酸ガスの割合は、０．２〜３ｖｏｌ％、好ましくは０．５〜２．５ｖｏｌ％とされ、この範囲外ではアーク安定性に欠け、溶接部に気孔が多く発生する。
また、このシールドガス全体に占めるアルゴンの割合を変化させても、気孔が増加することがなく、気孔を低減できる。
In the shielding gas composed of three kinds of mixed gas of argon, helium and carbon dioxide, the proportion of carbon dioxide in the whole shielding gas is 0.2 to 3 vol%, preferably 0.5 to 2.5 vol%. However, outside this range, the arc stability is poor, and many pores are generated in the weld.
Moreover, even if the ratio of argon in the entire shielding gas is changed, the pores are not increased and the pores can be reduced.
アルゴンとヘリウムと酸素との３種混合ガスからなるシールドガスにあっては、シールドガス全体に占める酸素の割合は、０．１〜１．５ｖｏｌ％、好ましくは０．５〜１ｖｏｌ％とされ、この範囲外ではアーク安定性に欠け、溶接部に気孔が多く発生する。
また、このシールドガス全体に占めるアルゴンの割合を変化させても、気孔が増加することがなく、気孔を低減できる。
In the shield gas composed of a mixed gas of argon, helium and oxygen, the proportion of oxygen in the entire shield gas is 0.1 to 1.5 vol%, preferably 0.5 to 1 vol%. Outside this range, the arc stability is poor, and many pores are generated in the weld.
Moreover, even if the ratio of argon in the entire shielding gas is changed, the pores are not increased and the pores can be reduced.
被溶接材であるインバーの形状は特に限定されないが、板材では開先加工を施すことが必要である。
溶接ワイヤには、被溶接材となるインバーと同一組成のインバーからなる外径０．８〜１．６ｍｍ程度のものが用いられる。
溶接電流には、直流が用いられるが、パルス電流の方が好ましい。溶接電流は１００〜５００Ａ程度、溶接電圧は１５〜６０Ｖ程度とされる。
溶接速度は１５〜５０ｃｍ／分の範囲が好ましく、シールドガス流量は１２〜５０リットル程度とされる。
The shape of the invar that is the material to be welded is not particularly limited, but it is necessary to perform groove processing on the plate material.
A welding wire having an outer diameter of about 0.8 to 1.6 mm made of invar having the same composition as the invar to be welded is used.
A direct current is used as the welding current, but a pulse current is preferred. The welding current is about 100 to 500 A, and the welding voltage is about 15 to 60V.
The welding speed is preferably in the range of 15 to 50 cm / min, and the shielding gas flow rate is about 12 to 50 liters.
このようなシールドガスを用いることにより、得られる溶接部における気孔の生成が抑えられ、またアークが安定して、良好な溶接部が得られる。
気孔の生成は、材料中に溶け込んだ酸素が材料中の炭素と結合して一酸化炭素が生成したり、雰囲気の水素と結合して水蒸気が生成したりし、これらが気孔となると言われている。インバーではニッケルが多く含まれているので、上記反応にニッケルが関与して水蒸気生成反応が促進される。これらの反応に共通している酸素を減らせば気孔の生成が抑えられることになる。しかし、酸化性ガス（酸素、炭酸ガス）が含まれないと、アークが不安定となり、大気を巻き込み気孔が増大することになる。
このため、シールドガス中の酸化性ガスである酸素あるいは炭酸ガスの濃度を上述の濃度範囲に定めることで、気孔の生成が抑制され、しかもアークが安定すると考えられる。
By using such a shielding gas, generation of pores in the obtained welded portion is suppressed, the arc is stabilized, and a good welded portion is obtained.
The generation of pores is said to be that oxygen dissolved in the material combines with carbon in the material to generate carbon monoxide, or combines with hydrogen in the atmosphere to generate water vapor, which becomes pores. Yes. Since Invar contains a large amount of nickel, nickel is involved in the above reaction and the water vapor generation reaction is promoted. If the oxygen common to these reactions is reduced, the generation of pores can be suppressed. However, if the oxidizing gas (oxygen, carbon dioxide) is not included, the arc becomes unstable and the air is involved and the pores increase.
For this reason, it is considered that the generation of pores is suppressed and the arc is stabilized by setting the concentration of oxygen or carbon dioxide, which is an oxidizing gas in the shielding gas, within the above-described concentration range.
以下、試験例を示す。
本発明の効果を確認するためにシールドガスの組成を変えてミグ溶接を行った。
溶接条件を以下に示す。
Test examples are shown below.
In order to confirm the effect of the present invention, MIG welding was performed by changing the composition of the shielding gas.
The welding conditions are shown below.
被溶接材：インバー板材 Ｆｅ＋３６％Ｎｉ 厚さ２０ｍｍ
溶接ワイヤ：Ｆｅ＋３６％Ｎｉ 外径１．２ｍｍ
パルスアーク
開先：Ｖ開先
電流：２００〜２４０Ａ
電圧：２７〜３３Ｖ
速度：３０ｃｍ／ｍｉｎ
シールドガス流量：２５リットル／分
Material to be welded: Invar plate material Fe + 36% Ni, thickness 20mm
Welding wire: Fe + 36% Ni outer diameter 1.2mm
Pulse arc groove: V groove current: 200-240A
Voltage: 27-33V
Speed: 30cm / min
Shielding gas flow rate: 25 liters / minute
溶接長を２５０ｍｍとし、クレータ部を除外するため終端部２５ｍｍとスタート部を除外するため始端部２５ｍｍを除いた部分における気孔の発生個数が３０個未満を○とし、気孔３０個以上を×とした。また、アーク安定性は目視で評価できるため、陰極点が安定しアークのふらつきがない場合をを○とし、陰極点が安定しなくアークがふらついている場合を×とし、これらの結果をまとめて合格、不合格の評価を行った。
評価結果を以下の表１ないし表４に示す。
The weld length was 250 mm, the number of generated pores in the part excluding the end part 25 mm and the start part 25 mm was excluded to exclude the crater part, and ○ was less than 30, and 30 or more pores was × . In addition, since the arc stability can be evaluated visually, the case where the cathode spot is stable and there is no arc wobbling is indicated as ◯, and the case where the cathode spot is not stable and the arc is wobbling is indicated as x. A pass / fail evaluation was made.
The evaluation results are shown in Tables 1 to 4 below.
これらの結果から、ベースガスとしてはアルゴンまたはアルゴンとヘリウムの混合ガスに、炭酸ガスを０．２から３％添加した２種または３種混合ガス、または酸素ガスを０．１から１．５％添加した２種または３種混合ガスが好適であることが判った。 From these results, the base gas is argon or a mixed gas of argon and helium, a two or three mixed gas obtained by adding carbon dioxide to 0.2 to 3%, or an oxygen gas from 0.1 to 1.5%. It has been found that the added two or three mixed gases are suitable.
Claims (4)
アルゴンまたはアルゴンとヘリウムとの混合ガスに、酸素を０．１〜１．５ｖｏｌ％添加してなるミグ溶接用シールドガス。 A shielding gas used for MIG welding of Invar,
A shielding gas for MIG welding formed by adding 0.1 to 1.5 vol% of oxygen to argon or a mixed gas of argon and helium.
アルゴンまたはアルゴンとヘリウムとの混合ガスに、炭酸ガスを０．２〜３ｖｏｌ％添加してなるミグ溶接用シールドガス。 A shielding gas used for MIG welding of Invar,
A shielding gas for MIG welding formed by adding 0.2 to 3 vol% of carbon dioxide gas to argon or a mixed gas of argon and helium.
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| RU2635581C2 (en) * | 2012-06-14 | 2017-11-14 | Ниссин Стил Ко., Лтд. | Method for production of structural element welded by arc welding |
| CN114012221A (en) * | 2021-11-26 | 2022-02-08 | 昌河飞机工业（集团）有限责任公司 | Welding method for forming die surface of invar alloy composite material |
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