JP2015174101A - Welding method and manufacturing method of welded product - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce an oxygen amount in provided welded metal while securing wind resistance on welding.SOLUTION: Granular flux is scattered to base material 200 as an object of welding and is deposited on the base material, plasma gas 50 consisting essentially of inactive gas is supplied into the flux (scattered flux 41) deposited on the base material 200, welding wire 100 is inserted to the scattered flux 41 which is deposited on the base material 200 and allows the plasma gas 50 to be supplied thereinto and arc 300 is generated between the welding wire 100 and the base material 200 on an inner part of the scattered flux 41 to perform the welding.

Description

本発明は、溶接方法および溶接物の製造方法に関する。   The present invention relates to a welding method and a method for manufacturing a welded article.

消耗電極式アーク溶接法の一種として、粉状の金属や人工酸化物あるいは鉱物などで構成されるフラックスを母材に設けた開先の表面に散布するとともに、母材の開先に堆積させたフラックスの中で、送給されてくる電極ワイヤに電流を流して電極ワイヤからアークを発生させることで、電極ワイヤと鋼板とを溶融混合して一体化するサブマージアーク溶接法が知られている（特許文献１参照）。   As a kind of consumable electrode type arc welding method, a flux composed of powdered metal, artificial oxide or mineral is sprayed on the surface of the groove provided in the base material and deposited on the groove of the base material. A submerged arc welding method is known in which an electric current is supplied to an electrode wire that is fed in the flux to generate an arc from the electrode wire, whereby the electrode wire and the steel plate are melt-mixed and integrated ( Patent Document 1).

また、サブマージアーク溶接法では、フラックスとして各種金属酸化物の粉体を用いることが知られている（特許文献２参照）。   In the submerged arc welding method, it is known to use various metal oxide powders as the flux (see Patent Document 2).

特開２０００−１１７４４２号公報JP 2000-117442 A 特開２００７−９０３３９号公報JP 2007-90339 A

上述したサブマージアーク溶接法では、母材に散布されたフラックスの中で母材と溶接ワイヤとの間にアークを発生させているため、フラックスがアークと大気とを遮断し、金属の品質に有害である窒素の溶接金属への進入を防ぐため、良好な溶接品質を得ることが出来る。この遮断作用は無風環境のみならず、風が強く吹いても維持され、溶接品質に影響を与えにくい。   In the above-described submerged arc welding method, an arc is generated between the base metal and the welding wire in the flux spread on the base metal, so that the flux interrupts the arc and the atmosphere, which is harmful to the quality of the metal. In order to prevent nitrogen from entering the weld metal, good welding quality can be obtained. This blocking action is maintained not only in a windless environment but also when the wind blows strongly, and hardly affects the welding quality.

しかしながら、サブマージアーク溶接法では、アークによってフラックスが溶融する際に生じた酸素が溶融池に溶け込みやすくなっており、得られる溶接金属における酸素量が多くなりやすかった。   However, in the submerged arc welding method, oxygen generated when the flux is melted by the arc is easily dissolved in the molten pool, and the amount of oxygen in the obtained weld metal is likely to increase.

本発明は、溶接における耐風性を確保しつつ、得られた溶接金属における酸素量を低減することを目的とする。   An object of this invention is to reduce the oxygen content in the obtained weld metal, ensuring the wind resistance in welding.

本発明の溶接方法は、溶接の対象となる母材にフラックスを散布する工程と、散布によって前記母材に堆積した前記フラックスの内部に、不活性ガスを含むプラズマガスを供給する工程と、前記母材に堆積し且つ前記プラズマガスが供給された前記フラックスの内部で、当該フラックスに挿入された溶接ワイヤと当該母材との間にアークを発生させて溶接を行う工程とを含んでいる。
この溶接方法において、前記供給する工程では、前記フラックスに挿入されたノズルを介して、当該フラックスの内部に前記プラズマガスを供給することを特徴とすることができる。
また、前記溶接を行う工程では、前記溶接ワイヤを予め決められた溶接方向に沿って移動させ、前記供給する工程では、前記溶接方向に対する前記ノズルの進入角を０°以上９０°以下に設定することを特徴とすることができる。
さらに、前記溶接を行う工程では、前記溶接ワイヤを予め決められた溶接方向に沿って移動させ、前記供給する工程では、前記溶接ワイヤよりも前記溶接方向の上流側にて前記フラックスの内部に前記プラズマガスを供給することを特徴とすることができる。
また、他の観点から捉えると、本発明は、母材を溶接してなる溶接物の製造方法であって、前記母材にフラックスを散布する工程と、散布によって前記母材に堆積した前記フラックスの内部に、不活性ガスを含むプラズマガスを供給する工程と、前記母材に堆積し且つ前記プラズマガスが供給された前記フラックスの内部で、当該フラックスに挿入された溶接ワイヤと当該母材との間にアークを発生させて溶接を行う工程とを含んでいる。
この溶接物の製造方法において、前記母材が鋼合金である場合に、前記供給する工程では、前記不活性ガスに加えて水素をさらに含む前記プラズマガスを供給することを特徴とすることができる。
また、前記母材が鋼合金である場合に、前記供給する工程では、前記不活性ガスに加えて酸素または二酸化炭素をさらに含む前記プラズマガスを供給することを特徴とすることができる。
さらに、前記母材がアルミニウムを含むアルミニウム合金である場合に、前記供給する工程では、前記不活性ガスを含み且つ酸化性ガスおよび還元性ガスを含まない前記プラズマガスを供給することを特徴とすることができる。 The welding method of the present invention includes a step of spraying a flux on a base material to be welded, a step of supplying a plasma gas containing an inert gas inside the flux deposited on the base material by spraying, A step of welding by generating an arc between the welding wire inserted into the flux and the base material inside the flux deposited on the base material and supplied with the plasma gas.
In this welding method, in the supplying step, the plasma gas is supplied into the flux through a nozzle inserted in the flux.
Further, in the welding step, the welding wire is moved along a predetermined welding direction, and in the supplying step, an entrance angle of the nozzle with respect to the welding direction is set to 0 ° or more and 90 ° or less. Can be characterized.
Furthermore, in the step of performing the welding, the welding wire is moved along a predetermined welding direction, and in the supplying step, the flux is placed inside the flux upstream of the welding wire in the welding direction. A plasma gas may be supplied.
From another point of view, the present invention is a method of manufacturing a welded product obtained by welding a base material, the step of spraying flux on the base material, and the flux deposited on the base material by spraying. Supplying a plasma gas containing an inert gas into the inside of the flux, and a welding wire inserted into the flux inside the flux deposited on the base material and supplied with the plasma gas, and the base material And the step of welding by generating an arc.
In this welded article manufacturing method, when the base material is a steel alloy, the supplying step may supply the plasma gas further containing hydrogen in addition to the inert gas. .
Further, when the base material is a steel alloy, the supplying step may supply the plasma gas further containing oxygen or carbon dioxide in addition to the inert gas.
Further, when the base material is an aluminum alloy containing aluminum, the supplying step includes supplying the plasma gas containing the inert gas and not containing the oxidizing gas and the reducing gas. be able to.

本発明によれば、溶接における耐風性を確保しつつ、得られた溶接金属における酸素量を低減することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the oxygen amount in the obtained weld metal can be reduced, ensuring the wind resistance in welding.

本実施の形態の溶接方法を説明するための斜視図である。It is a perspective view for demonstrating the welding method of this Embodiment. 本実施の形態の溶接方法を説明するための縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view for demonstrating the welding method of this Embodiment. 本実施の形態の溶接方法の変形例を説明するための縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view for demonstrating the modification of the welding method of this Embodiment. 導入ノズルの進入角を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the approach angle of an introduction nozzle. 実施例および比較例で用いた母材の寸法を説明するための斜視図である。It is a perspective view for demonstrating the dimension of the base material used by the Example and the comparative example.

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本実施の形態の溶接方法を説明するための斜視図であり、図２は、本実施の形態の溶接方法を説明するための縦断面図である。なお、図１および図２は、本実施の形態の溶接物の製造方法を説明するための図ともなっている。 Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a perspective view for explaining the welding method of the present embodiment, and FIG. 2 is a longitudinal sectional view for explaining the welding method of the present embodiment. 1 and 2 are also diagrams for explaining the method of manufacturing the welded material according to the present embodiment.

本実施の形態の溶接方法（溶接物の製造方法）は、所謂サブマージアーク溶接法を基本とするものであって、この例では、第１母材２０１および第２母材２０２を有し且つ両者の境界部に開先２０３が形成された母材２００を、溶接ワイヤ１００を用いて溶接し、溶接物を得るものである。   The welding method (a method for manufacturing a welded product) according to the present embodiment is based on a so-called submerged arc welding method. In this example, the welding method has a first base material 201 and a second base material 202, and both The base material 200 in which the groove 203 is formed at the boundary portion is welded using the welding wire 100 to obtain a welded product.

本実施の形態の溶接方法で用いる溶接装置１０は、下方に位置する母材２００に向けて上方から溶接ワイヤ１００を送給する送給ローラ１１と、送給ローラ１１によって送給される溶接ワイヤ１００に接触するとともに溶接ワイヤ１００をさらに下方に向けて案内する筒状のコンタクトチップ１２と、コンタクトチップ１２および母材２００を介して溶接ワイヤ１００に溶接電流を供給する溶接電源１３とを有している。また、この溶接装置１０は、下方に位置する母材２００に対して上方からフラックス４０を供給するフラックス供給部１４と、プラズマガス５０（詳細は後述する）の供給源となるプラズマガスボンベ１５と、プラズマガスボンベ１５から供給されてくるプラズマガス５０を、母材２００上に散布されることで堆積したフラックス４０の内部に供給する導入ノズル１６とをさらに備える。なお、以下の説明では、散布されることで母材２００上に堆積したフラックス４０を、散布フラックス４１と称する。   A welding apparatus 10 used in the welding method of the present embodiment includes a feed roller 11 that feeds a welding wire 100 from above toward a base material 200 positioned below, and a welding wire fed by the feed roller 11. A cylindrical contact tip 12 that contacts the welding wire 100 and guides the welding wire 100 further downward; and a welding power source 13 that supplies a welding current to the welding wire 100 via the contact tip 12 and the base material 200. ing. Further, the welding apparatus 10 includes a flux supply unit 14 that supplies a flux 40 from above to a base material 200 positioned below, a plasma gas cylinder 15 that serves as a supply source of a plasma gas 50 (details will be described later), An introduction nozzle 16 is further provided for supplying the plasma gas 50 supplied from the plasma gas cylinder 15 into the flux 40 deposited by being sprayed on the base material 200. In the following description, the flux 40 deposited on the base material 200 by being spread is referred to as a spread flux 41.

この溶接装置１０において、送給ローラ１１、コンタクトチップ１２、フラックス供給部１４および導入ノズル１６は、図示しない共通の台車上に設置されており、これらが一体となって進行方向Ａに沿って移動するように構成されている。そして、本実施の形態では、溶接方向の一例としての進行方向Ａからみた場合に、最上流側にフラックス供給部１４が、フラックス供給部１４の下流側に導入ノズル１６が、導入ノズル１６の下流側にコンタクトチップ１２が、それぞれ位置するようになっている。   In this welding apparatus 10, the feed roller 11, the contact tip 12, the flux supply unit 14, and the introduction nozzle 16 are installed on a common carriage (not shown), and these move together along the traveling direction A. Is configured to do. In this embodiment, when viewed from the traveling direction A as an example of the welding direction, the flux supply unit 14 is on the most upstream side, the introduction nozzle 16 is on the downstream side of the flux supply unit 14, and the downstream of the introduction nozzle 16. Contact chips 12 are positioned on the sides.

本実施の形態で溶接の対象となる母材２００としては、軟鋼、炭素鋼、高張力鋼、低温用鋼、耐熱鋼、ステンレス鋼といった各種鋼合金と、各種アルミニウム合金とが挙げられる。   Examples of the base material 200 to be welded in the present embodiment include various steel alloys such as mild steel, carbon steel, high-tensile steel, low-temperature steel, heat-resistant steel, and stainless steel, and various aluminum alloys.

また、本実施の形態で用いる溶接ワイヤ１００としては、基本的に、フラックスを有しないソリッドワイヤが用いられる。ただし、溶接ワイヤ１００をフラックス入りワイヤで構成してもかまわない。   In addition, as the welding wire 100 used in the present embodiment, a solid wire having no flux is basically used. However, the welding wire 100 may be composed of a flux-cored wire.

さらに、本実施の形態で用いる溶接電源１３としては、溶接電流として直流電流を供給する直流電源あるいは溶接電流として交流電流を供給する交流電源のどちらを用いてもよい。   Furthermore, as the welding power source 13 used in the present embodiment, either a DC power source that supplies a DC current as a welding current or an AC power source that supplies an AC current as a welding current may be used.

さらにまた、本実施の形態で用いるフラックス４０としては、一般的にはシリコンやマンガンの酸化物を基本とし、溶融あるいは焼結して得られた固体を粉砕した粒状物が用いられる。フラックス４０の構成材は、溶接ワイヤ１００や母材２００を構成する金属よりも融点が高く、その溶融物は金属よりも比重が軽い。ゆえに、フラックス４０は、アーク熱で溶けることに伴って溶融池１２０上に溶融フラックス４２の層を形成し、溶融池１２０を構成する溶融金属よりも早くに凝固してビード形状を改善する性質がある。また、フラックス４０は、溶接時に母材２００と溶接ワイヤ１００の先端部との間に発生するアーク３００を覆うようになっているため、物理的にスパッタやヒューム、アーク光をフラックス４０にて閉じ込めることができる。   Furthermore, as the flux 40 used in the present embodiment, generally, a granular material based on an oxide of silicon or manganese and obtained by pulverizing a solid obtained by melting or sintering is used. The constituent material of the flux 40 has a higher melting point than the metal constituting the welding wire 100 and the base material 200, and the melt has a lower specific gravity than the metal. Therefore, the flux 40 has a property of forming a layer of the molten flux 42 on the molten pool 120 as it is melted by the arc heat and solidifying earlier than the molten metal constituting the molten pool 120 to improve the bead shape. is there. Further, since the flux 40 covers the arc 300 generated between the base material 200 and the tip of the welding wire 100 at the time of welding, the flux 40 is physically confined by the flux 40. be able to.

フラックス４０の製造時には、粉砕のレベルによってフラックス４０の粒度をコントロールできるが、この溶接方法では、散布フラックス４１内に形成される空間（隙間）をプラズマガス５０が通ることが要求されることから、フラックス４０として粗い粒度のものを用いるのが望ましい。具体的にはＪＩＳ Ｚ３３５２定義における対応メッシュサイズ１５０以下（呼び寸法１００μｍ以上）のフラックス４０を用いるとよい。   When manufacturing the flux 40, the particle size of the flux 40 can be controlled by the level of pulverization, but in this welding method, the plasma gas 50 is required to pass through the space (gap) formed in the sprayed flux 41. It is desirable to use a coarse particle size as the flux 40. Specifically, a flux 40 having a corresponding mesh size of 150 or less (nominal dimension of 100 μm or more) in JIS Z3352 definition may be used.

なお、フラックス４０の組成としては、特別な制限はなく、上述したシリコンやマンガンの酸化物の他に、カルシウム、ナトリウム、カリウム、鉄粉、チタン、マグネシウム、フッ化物といった組成を適切に添加した既存の市販品を用いることができる。   The composition of the flux 40 is not particularly limited, and in addition to the silicon and manganese oxides described above, existing compositions appropriately added with compositions such as calcium, sodium, potassium, iron powder, titanium, magnesium, and fluoride. Commercial products can be used.

次に、本実施の形態で用いるプラズマガス５０について説明を行う。
プラズマガス５０は、散布フラックス４１内で発生するアーク３００の周囲を、フラックス４０の分解に伴って生じるフラックス分解ガス（酸化物に起因する酸素を含む）の雰囲気に比べて、酸化性が低い不活性ガスの雰囲気に近づけるために用いられる。このため、プラズマガス５０としては、アーク３００によりプラズマ化することが知られているガスを用いるとよく、例えばアルゴン（Ａｒ）やヘリウム（Ｈｅ）等の不活性ガスを用いることが望ましい。ここで、プラズマガス５０として不活性ガスを用いる場合にあっては、例えば１種類の不活性ガス（例えばＡｒあるいはＨｅ）を単体で用いてもよいし、２種類以上の不活性ガス（例えばＡｒおよびＨｅ）の混合体を用いてもよい。 Next, the plasma gas 50 used in the present embodiment will be described.
The plasma gas 50 is less oxidizable around the arc 300 generated in the scattered flux 41 than in an atmosphere of flux decomposition gas (including oxygen caused by oxides) generated as the flux 40 is decomposed. It is used to bring it closer to the active gas atmosphere. For this reason, as the plasma gas 50, a gas known to be converted into plasma by the arc 300 is preferably used. For example, an inert gas such as argon (Ar) or helium (He) is preferably used. Here, when an inert gas is used as the plasma gas 50, for example, one kind of inert gas (for example, Ar or He) may be used alone, or two or more kinds of inert gases (for example, Ar). And a mixture of He) may be used.

ただし、これに限られるものではなく、例えばメタルイナートガスシールドアーク溶接法（ＭＩＧ溶接）で用いられているシールドガスと同様に、不活性ガス（例えばＡｒガス）に２％以下の酸素（Ｏ２）を加えた微酸化性のプラズマガス５０や、不活性ガス（例えばＡｒガス）に５％以下の二酸化炭素（ＣＯ２）を加えた微酸化性のプラズマガス５０を用いてもよい。さらに、不活性ガス（例えばＡｒガス）に２％以下の水素（Ｈ２）を加えた還元性のプラズマガス５０を用いてもよい。そして、上記微酸化性ガスと上記還元性ガスとを組み合わせたプラズマガス５０も、本実施の形態において使用することが可能である。 However, the present invention is not limited to this. For example, in the same manner as the shielding gas used in the metal inert gas shielded arc welding method (MIG welding), oxygen (O 2 ) of 2% or less in an inert gas (eg, Ar gas). Alternatively, a slightly oxidizable plasma gas 50 to which is added, or a slightly oxidizable plasma gas 50 to which 5% or less of carbon dioxide (CO 2 ) is added to an inert gas (for example, Ar gas) may be used. Further, a reducing plasma gas 50 in which 2% or less of hydrogen (H 2 ) is added to an inert gas (eg, Ar gas) may be used. And the plasma gas 50 which combined the said slightly oxidizing gas and the said reducing gas can also be used in this Embodiment.

ここで、溶接対象となる母材２００が各種鋼合金で構成されている場合は、プラズマガス５０として、不活性ガス、微酸化性ガス、還元性ガス、微酸化性ガスおよび還元性ガスを含むガスのいずれかを使用することができる。母材２００として鋼合金を用い且つプラズマガス５０として不活性ガスを用いた場合には、得られる溶接金属における酸素含有量の低減を図ることができる点で好ましい。また、母材２００として鋼合金を用い且つプラズマガスとして微酸化性ガスを用いた場合には、得られるアーク３００が安定しやすくなるという点で好ましい。さらに、母材２００としてオーステナイト鋼を用い且つプラズマガス５０として還元性ガスを用いた場合には、深い溶込みが得られるという点で好ましい。   Here, when the base material 200 to be welded is composed of various steel alloys, the plasma gas 50 includes an inert gas, a slightly oxidizing gas, a reducing gas, a slightly oxidizing gas, and a reducing gas. Either gas can be used. When a steel alloy is used as the base material 200 and an inert gas is used as the plasma gas 50, it is preferable in that the oxygen content in the resulting weld metal can be reduced. Further, when a steel alloy is used as the base material 200 and a slightly oxidizing gas is used as the plasma gas, it is preferable in that the obtained arc 300 is easily stabilized. Further, when austenitic steel is used as the base material 200 and a reducing gas is used as the plasma gas 50, it is preferable in that deep penetration can be obtained.

これに対し、溶接対象となる母材２００が各種アルミニウム合金で構成されている場合は、プラズマガス５０として、不活性ガスを使用することができる一方、微酸化性ガス、還元性ガス、微酸化性ガスおよび還元性ガスを含むガスを使用することはできない。なぜならば、アルミニウム合金は、酸素（Ｏ２）や水素（Ｈ２）と極度に相性が悪く、溶接において品質劣化を招くからである。 On the other hand, when the base material 200 to be welded is made of various aluminum alloys, an inert gas can be used as the plasma gas 50, while a slightly oxidizing gas, a reducing gas, a slightly oxidizing gas can be used. A gas containing a reactive gas and a reducing gas cannot be used. This is because aluminum alloys are extremely incompatible with oxygen (O 2 ) and hydrogen (H 2 ) and cause quality deterioration during welding.

続いて、本実施の形態で用いる導入ノズル１６について説明を行う。
ノズルの一例としての導入ノズル１６は、プラズマガスボンベ１５から供給されてくるプラズマガス５０を、母材２００上にある散布フラックス４１の内部に供給するために用いられる。このため、導入ノズル１６は、母材２００上の散布フラックス４１に差し込まれるとともに、導入ノズル１６のガス排出口が、母材２００上の散布フラックス４１の内部に位置している。なお、導入ノズル１６のガス排出口を散布フラックス４１の外部に位置させた場合、ガス排出口から排出されたプラズマガス５０は、散布フラックス４１の外部を漂うこととなり、散布フラックス４１内をフラックス分解ガスの雰囲気から不活性ガスの雰囲気に近づけることが困難となる。 Subsequently, the introduction nozzle 16 used in the present embodiment will be described.
The introduction nozzle 16 as an example of the nozzle is used to supply the plasma gas 50 supplied from the plasma gas cylinder 15 to the inside of the dispersion flux 41 on the base material 200. For this reason, the introduction nozzle 16 is inserted into the dispersion flux 41 on the base material 200, and the gas discharge port of the introduction nozzle 16 is located inside the dispersion flux 41 on the base material 200. In addition, when the gas discharge port of the introduction nozzle 16 is positioned outside the spray flux 41, the plasma gas 50 discharged from the gas discharge port drifts outside the spray flux 41, and the inside of the spray flux 41 is flux-decomposed. It becomes difficult to bring the gas atmosphere closer to the inert gas atmosphere.

また、散布フラックス４１内における導入ノズル１６のガス排出口の位置は、散布フラックス４１内におけるアーク３００の発生位置とは異なる位置とすることが望ましい。導入ノズル１６のガス排出口の位置とアーク３００の発生位置とを近づけすぎると、アーク３００によって導入ノズル１６自身が溶融する懸念がある。   Further, the position of the gas outlet of the introduction nozzle 16 in the spray flux 41 is preferably a position different from the position where the arc 300 is generated in the spray flux 41. If the position of the gas outlet of the introduction nozzle 16 and the position where the arc 300 is generated are too close, the introduction nozzle 16 itself may be melted by the arc 300.

さらに、散布フラックス４１内における導入ノズル１６のガス排出口の位置は、散布フラックス４１内におけるアーク３００の発生位置からみて、進行方向Ａの上流側とすることが望ましい。このようにすることで、アーク３００の周囲を、プラズマガス５０の雰囲気とすることが容易になる。   Furthermore, the position of the gas outlet of the introduction nozzle 16 in the spray flux 41 is desirably upstream of the traveling direction A as seen from the position where the arc 300 is generated in the spray flux 41. By doing in this way, it becomes easy to make the atmosphere of the plasma gas 50 around the arc 300.

ただし、散布フラックス４１内における導入ノズル１６のガス排出口の位置は、散布フラックス４１内におけるアーク３００の発生位置からみて、進行方向Ａの上流側とすることに限られない。   However, the position of the gas outlet of the introduction nozzle 16 in the spray flux 41 is not limited to the upstream side in the traveling direction A when viewed from the position where the arc 300 is generated in the spray flux 41.

図３は、本実施の形態の溶接方法の変形例を説明するための縦断面図である。
この変形例においては、コンタクトチップ１２を内側に収容するようにコンタクトチップ１２と同軸に導入ノズル１６を設け、散布フラックス４１の内部に、溶接ワイヤ１００とともにプラズマガス５０を供給する構成としている。 FIG. 3 is a longitudinal sectional view for explaining a modification of the welding method of the present embodiment.
In this modification, the introduction nozzle 16 is provided coaxially with the contact tip 12 so as to accommodate the contact tip 12 inside, and the plasma gas 50 is supplied together with the welding wire 100 into the spray flux 41.

また、プラズマガス５０の散布フラックス４１内への導入は、導入ノズル１６によって行われるが、その進入角度はアーク雰囲気への到達性に対し、影響がある。アーク３００の直上から後方にかけては散布フラックス４１がアーク熱に曝されて溶融され、溶融フラックスや固体フラックスとして壁を作った状態になる。この状態では、プラズマガス５０がアーク３００に到達しにくくなる。したがって、散布フラックス４１によって溶融フラックスの壁が形成される前の粉体状態においてプラズマガス５０を導入しておくことが望ましい。すなわち、できるだけ進行方向Ａの上流側（前方）に導入ノズル１６を配置するとよい。図５に進入角θの定義を示すが、上下角として９０°を超える、つまり溶接ワイヤ１００の後方からガスを導入しても効果が小さい。溶接ワイヤ１００と同軸あるいは前方にあたる９０°以下が望ましく、さらに前方の４５°以下、最も望ましくは２０°以下とするとよい。なお、図３に示す変形例の場合、進入角θは必然的に９０°となる。   Further, the introduction of the plasma gas 50 into the dispersion flux 41 is performed by the introduction nozzle 16, but the approach angle has an influence on the reachability to the arc atmosphere. From just above and behind the arc 300, the sprayed flux 41 is exposed to the arc heat and melted to form a wall as a molten flux or a solid flux. In this state, it becomes difficult for the plasma gas 50 to reach the arc 300. Therefore, it is desirable to introduce the plasma gas 50 in the powder state before the wall of the molten flux is formed by the dispersion flux 41. In other words, the introduction nozzle 16 may be arranged on the upstream side (front side) in the traveling direction A as much as possible. FIG. 5 shows the definition of the approach angle θ, but the effect is small even if the vertical angle exceeds 90 °, that is, gas is introduced from behind the welding wire 100. It is desirable that the angle is 90 ° or less, which is coaxial with or forward of the welding wire 100, 45 ° or less, and most preferably 20 ° or less. In the case of the modification shown in FIG. 3, the approach angle θ is inevitably 90 °.

次に、図１および図２を参照しつつ、本実施の形態の溶接装置１０を用いた、母材２００の溶接方法について説明を行う。   Next, a method for welding the base material 200 using the welding apparatus 10 of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2.

位置が固定された母材２００に対し、送給ローラ１１、コンタクトチップ１２、フラックス供給部１４および導入ノズル１６を搭載した台車（図示せず）を、開先２０３に沿って進行方向Ａに移動させる。このとき、フラックス供給部１４は、母材２００（開先２０３）に対してフラックス４０の供給（散布フラックス４１の形成）を行い（散布する工程の一例）、導入ノズル１６は、母材２００上の散布フラックス４１の内部に、プラズマガスボンベ１５から供給されてくるプラズマガス５０を供給し（供給する工程の一例）、送給ローラ１１およびコンタクトチップ１２は、プラズマガス５０が内部に供給された散布フラックス４１の内部に溶接ワイヤ１００を送給し、コンタクトチップ１２は、溶接ワイヤ１００から母材２００に、溶接電源１３から供給される溶接電流を流す（溶接する工程の一例）。   A carriage (not shown) on which the feed roller 11, the contact tip 12, the flux supply unit 14, and the introduction nozzle 16 are mounted is moved in the traveling direction A along the groove 203 with respect to the base material 200 whose position is fixed. Let At this time, the flux supply unit 14 supplies the flux 40 (formation of the dispersion flux 41) to the base material 200 (groove 203) (an example of a dispersion process), and the introduction nozzle 16 is on the base material 200. The plasma gas 50 supplied from the plasma gas cylinder 15 is supplied to the inside of the spraying flux 41 (an example of a supplying process), and the feed roller 11 and the contact chip 12 are sprayed with the plasma gas 50 supplied therein. The welding wire 100 is fed into the flux 41, and the contact tip 12 causes a welding current supplied from the welding power source 13 to flow from the welding wire 100 to the base material 200 (an example of a welding process).

すると、母材２００上の散布フラックス４１の内部では、溶接ワイヤ１００と母材２００との間に溶接電流が流れることに起因して、母材２００の開先２０３と溶接ワイヤ１００の先端部との間にアーク３００が発生する。そして、発生したアーク３００の熱により、溶接ワイヤ１００の先端部が溶融し、溶滴１１０となって開先２０３側に落下する。また、発生したアーク熱により、母材２００における開先２０３の表面側も溶融し、落下してきた溶滴１１０とともに溶融池１２０を形成する。さらに、発生したアーク熱により、アーク３００の周囲にある散布フラックス４１も溶融し、溶融フラックス４２となる。ここで、溶融フラックス４２は、溶融池１２０を構成する溶融金属よりも比重が軽いため、溶融池１２０の上方にて溶融池１２０を覆う。   Then, in the inside of the spreading | diffusion flux 41 on the base material 200, it originates in a welding current flowing between the welding wire 100 and the base material 200, and the groove | channel 203 of the base material 200, the front-end | tip part of the welding wire 100, and An arc 300 is generated during this period. The tip of the welding wire 100 is melted by the generated heat of the arc 300, and becomes a droplet 110 and falls to the groove 203 side. The generated arc heat also melts the surface side of the groove 203 in the base material 200 and forms a molten pool 120 together with the droplet 110 that has fallen. Further, the generated arc heat also melts the scattered flux 41 around the arc 300 to form a molten flux 42. Here, since the specific gravity of the molten flux 42 is lighter than that of the molten metal constituting the molten pool 120, the molten flux 42 covers the molten pool 120 above the molten pool 120.

このとき、アーク３００の周囲は、プラズマガス５０が供給されていることに伴って、フラックス分解ガスよりもプラズマガス５０（不活性ガスを多く含むことでフラックス分解ガスに比べて酸素量が少ない）に近い状態となっている。このため、アーク３００は、フラックス分解ガスよりもプラズマガス５０に近い雰囲気内で形成されることになり、アーク３００によってプラズマ化される酸素量が低減される分、溶融池１２０に溶け込む酸素量も低減されることになる。なお、散布フラックス４１内に存在するプラズマガス５０は、その後、散布フラックス４１の外部へと放出される。   At this time, the plasma gas 50 is supplied to the periphery of the arc 300 in comparison with the flux decomposition gas in accordance with the supply of the plasma gas 50 (the amount of oxygen is smaller than that of the flux decomposition gas by containing a large amount of inert gas). It is in a state close to. For this reason, the arc 300 is formed in an atmosphere closer to the plasma gas 50 than the flux decomposition gas, and the amount of oxygen dissolved into the molten pool 120 is reduced by the amount of oxygen that is converted into plasma by the arc 300. Will be reduced. The plasma gas 50 existing in the distribution flux 41 is then released to the outside of the distribution flux 41.

一方、進行方向Ａへの移動に伴って溶接ワイヤ１００が通過した後、母材２００の開先２０３に形成された溶融池１２０は、自然冷却に伴って固化することで溶接金属１３０となり、溶融池１２０を覆うように形成された溶融フラックス４２は、自然冷却に伴って固化することで固体フラックス４３となる。   On the other hand, after the welding wire 100 passes along with the movement in the traveling direction A, the molten pool 120 formed in the groove 203 of the base material 200 becomes a weld metal 130 by solidifying with natural cooling, and melts. The molten flux 42 formed so as to cover the pond 120 becomes a solid flux 43 by solidifying with natural cooling.

このように、本実施の形態では、母材２００上に散布、堆積したフラックス４０（散布フラックス４１）の内部に、プラズマガス５０の供給を行う。散布フラックス４１の内部に供給されたプラズマガス５０は、溶接ワイヤ１００と母材２００との間に発生するアーク３００によってプラズマ化する。プラズマ化したプラズマガス５０は、フラックス分解ガスから溶滴１１０や溶融池１２０に対して酸素が進入することに起因する、溶融池１２０を構成する溶融金属の酸化を抑制する。その結果、溶融金属が固化することによって得られる溶接金属１３０の酸化を抑制する。   As described above, in the present embodiment, the plasma gas 50 is supplied into the flux 40 (spread flux 41) sprayed and deposited on the base material 200. The plasma gas 50 supplied to the inside of the dispersion flux 41 is turned into plasma by the arc 300 generated between the welding wire 100 and the base material 200. The plasma gas 50 that has been turned into plasma suppresses oxidation of the molten metal constituting the molten pool 120 due to oxygen entering the droplets 110 and the molten pool 120 from the flux decomposition gas. As a result, oxidation of the weld metal 130 obtained by solidification of the molten metal is suppressed.

すなわち、本実施の形態では、溶接金属１３０の酸素量を下げるために、酸素の供給源となるアーク３００の周囲の雰囲気を、プラズマガス５０を用いて不活性ガスの雰囲気に近づけるようにした。ただし、不活性ガスはその名の通り反応性がないことから、不活性ガスを、フラックス４０のような固形物として供給することはできない。そこで、不活性ガスを含むプラズマガス５０を送給する導入ノズル１６を散布フラックス４１内に挿入し、散布フラックス４１の内部で低酸素あるいは無酸素雰囲気を形成するようにした。なお、本実施の形態の溶接方法では、大気とアーク３００との遮断作用は散布フラックス４１によってまかなわれるため、プラズマガス５０にはシールド作用を期待する必要はなく、この点で、プラズマガス５０は、ガスシールドアーク溶接法で用いられるシールドガスとは異なる。そして、ガスシールドアーク溶接法ではシールド効果を得るために大流量のガスを流す必要があるが、本実施の形態の溶接方法におけるプラズマガス５０は散布フラックス４１内部の小さな空間でアーク雰囲気を形成するだけでよいので、ガスシールドアーク溶接法と比べてガスの流量も少量で済む。   In other words, in the present embodiment, in order to reduce the amount of oxygen in the weld metal 130, the atmosphere around the arc 300 serving as the oxygen supply source is brought close to the inert gas atmosphere using the plasma gas 50. However, since the inert gas is not reactive as the name suggests, the inert gas cannot be supplied as a solid material such as the flux 40. Therefore, the introduction nozzle 16 for feeding the plasma gas 50 containing an inert gas is inserted into the spray flux 41 to form a low oxygen or oxygen-free atmosphere inside the spray flux 41. In the welding method of the present embodiment, since the shielding action between the atmosphere and the arc 300 is provided by the dispersion flux 41, the plasma gas 50 does not need to be expected to have a shielding action. This is different from the shielding gas used in the gas shielded arc welding method. In the gas shielded arc welding method, it is necessary to flow a large flow of gas in order to obtain a shielding effect, but the plasma gas 50 in the welding method of the present embodiment forms an arc atmosphere in a small space inside the dispersion flux 41. Therefore, only a small amount of gas is required as compared with the gas shielded arc welding method.

また、本実施の形態の溶接方法は、サブマージアーク溶接法を基本とするものであるため、サブマージアーク溶接法の利点である、スパッタおよびヒュームの抑制、アーク光漏れの抑制、そして、耐風性については、サブマージアーク溶接法と同様の効果を得ることができる。   Further, since the welding method of the present embodiment is based on the submerged arc welding method, the advantages of the submerged arc welding method are suppression of spatter and fume, suppression of arc light leakage, and wind resistance. Can obtain the same effect as the submerged arc welding method.

なお、本実施の形態では、フラックス供給部１４から、溶接ワイヤ１００よりも先行して連続的にフラックス４０を散布させるようにしているが、予め溶接前に溶接線（開先２０３）の全体に人手でフラックス４０を散布しておく方法を採用してもかまわない。   In the present embodiment, the flux 40 is continuously sprayed from the flux supply unit 14 ahead of the welding wire 100, but the entire weld line (groove 203) is preliminarily welded. A method of manually spreading the flux 40 may be adopted.

また、本実施の形態では、１本の溶接ワイヤ１００を用いて母材２００を溶接する単電極方式を例として説明を行ったが、これに限られるものではない。例えば、サブマージアーク溶接法と同様に、進行方向Ａに沿って複数の溶接ワイヤ１００を並べて配置し、複数の溶接ワイヤ１００によって順次母材２００の溶接を行う多電極方式を採用してもかまわない。そして、多電極方式を採用する場合にあっては、複数の導入ノズル１６を設け、各導入ノズル１６を各溶接ワイヤ１００に対応させて配置することが望ましい。   In the present embodiment, the single electrode method in which the base material 200 is welded using one welding wire 100 has been described as an example, but the present invention is not limited to this. For example, similarly to the submerged arc welding method, a multi-electrode method in which a plurality of welding wires 100 are arranged side by side along the traveling direction A and the base material 200 is sequentially welded by the plurality of welding wires 100 may be adopted. . When a multi-electrode system is employed, it is desirable to provide a plurality of introduction nozzles 16 and arrange each introduction nozzle 16 in correspondence with each welding wire 100.

以下、実施例に基づいて本発明をさらに詳細に説明する。ただし、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。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on examples. However, the present invention is not limited to the following examples unless it exceeds the gist.

なお、以下の各実施例および比較例では、比較対象となる溶接方法として、従来の消耗電極式ガスシールドアーク溶接法、および、従来のサブマージアーク溶接法を選択した。   In each of the following examples and comparative examples, the conventional consumable electrode type gas shielded arc welding method and the conventional submerged arc welding method were selected as welding methods to be compared.

（第１実施例および第１比較例）
図５に示す形状および寸法の、炭素鋼ＳＭ４９０Ｂで構成された母材２００を、従来の消耗電極式ガスシールドアーク溶接法（ＧＭＡＷ）、従来のサブマージアーク溶接法（ＳＡＷ）、本発明法の３つで溶接した。溶接ワイヤ１００やフラックス４０にはこの母材２００に適した一般製品を適用し、溶接ワイヤ１００のワイヤ径は、ＧＭＡＷの場合に１．６ｍｍφ、ＳＡＷおよび本発明法の場合に２．４ｍｍφとした。溶接環境として、無風状態（風速０．０ｍ／ｓｅｃ）、および、扇風機を用いて風速１．０ｍ／ｓｅｃの風を発生させた有風状態、の２条件を設定した。ＧＭＡＷで溶接を行う際のシールドガスの流量は２５リットル／ｍｉｎとし、本発明法で溶接を行う際のプラズマガス５０の流量は１０リットル／ｍｉｎとした。 (First Example and First Comparative Example)
A base material 200 made of carbon steel SM490B having the shape and dimensions shown in FIG. 5 is applied to a conventional consumable electrode gas shielded arc welding method (GMAW), a conventional submerged arc welding method (SAW), and a method 3 of the present invention. Welded with one. A general product suitable for the base material 200 is applied to the welding wire 100 and the flux 40, and the wire diameter of the welding wire 100 is 1.6 mmφ in the case of GMAW, and 2.4 mmφ in the case of the SAW and the present invention method. . Two conditions were set as the welding environment: a windless state (wind speed of 0.0 m / sec) and a windy state in which a wind of 1.0 m / sec was generated using a fan. The flow rate of the shield gas when welding by GMAW was 25 liter / min, and the flow rate of the plasma gas 50 when welding by the method of the present invention was 10 liter / min.

また、評価方法としては、無風状態で得た試験体において、ビード形状が正常なものを○、蛇行が生じたものやなじみ性が悪く研削が必要なほど凸になったものを×とした。そして、正常なビード形状が得られた試験体の開先２０３（溶接金属１３０）の中央部より、酸素分析試験片とシャルピー衝撃試験片とを採取し、溶接金属１３０中の酸素量測定試験と−２０℃におけるシャルピー衝撃試験とを行った。酸素量は２００ｐｐｍ以下を合格範囲として○、さらに好ましい範囲として１００ｐｐｍ以下を◎とした。   In addition, as an evaluation method, in a test body obtained in a windless state, a test piece having a normal bead shape was evaluated as “◯”, a test sample having meandering, or a test piece obtained by being so convex that it was poor in conformability and needed to be ground. Then, an oxygen analysis test piece and a Charpy impact test piece are sampled from the central portion of the groove 203 (welded metal 130) of the test body from which a normal bead shape is obtained, and an oxygen amount measurement test in the weld metal 130 is performed. A Charpy impact test at −20 ° C. was performed. The amount of oxygen was set to be ◯ with 200 ppm or less as an acceptable range, and more preferably 100 ppm or less as ◎.

さらに、スパッタ、ヒューム、アーク光の発生を官能評価した。それぞれ極めて少なく、対策が省略できると判断されるレベルを○、対策が必要と判断されるレベルを×とした。   Furthermore, sensory evaluation was performed on the generation of spatter, fume and arc light. The level at which it was judged that countermeasures could be omitted was marked with ○, and the level at which countermeasures were deemed necessary was marked with ×.

さらにまた、有風状態で得た試験体についても、試験体の開先２０３（溶接金属１３０）の中央部よりシャルピー衝撃試験片を採取し、無風状態の場合と同じ温度（−２０℃）でシャルピー衝撃試験を行った。そして、無風状態の試験体で得られたシャルピー吸収エネルギーに対し、有風状態の試験体で得られたシャルピー吸収エネルギーが７０％未満となった場合を、風に弱い溶接法と考え、防風策が必要として×、７０％以上を○とした。   Furthermore, with respect to the test body obtained in the windy state, a Charpy impact test piece was taken from the center of the groove 203 (welded metal 130) of the test body, and at the same temperature (−20 ° C.) as in the windless state. A Charpy impact test was performed. And, when the Charpy absorbed energy obtained with the windy specimen is less than 70% of the Charpy absorbed energy obtained with the windless specimen, it is considered a wind-resistant welding method, Is required, x is 70% or more.

表１にテスト条件および結果を示す。   Table 1 shows the test conditions and results.

Figure 2015174101
Figure 2015174101

表１に示すように、Ｎｏ．１−１〜Ｎｏ．１−５は第１比較例であり、Ｎｏ．１−６〜Ｎｏ．１−９が第１実施例である。また、第１比較例のうち、Ｎｏ１．１〜Ｎｏ．１−４はＧＭＡＷによるものであり、Ｎｏ．１−５はＳＡＷによるものである。   As shown in Table 1, no. 1-1-No. No. 1-5 is a first comparative example. 1-6 to No. 1-9 is the first embodiment. Of the first comparative example, No. 1.1 to No. 1-4 is based on GMAW. 1-5 is based on SAW.

Ｎｏ．１−１、Ｎｏ．１−２は炭素鋼用として最も一般的に使われているＧＭＡＷであり、シールドガスとしてＮｏ．１−１ではＣＯ２を、Ｎｏ．１−２ではＡｒ８０％＋ＣＯ２２０％を、それぞれ用いている。これらはガスの酸化性が強いため、溶接金属１３０の酸素量が高い。また、風の影響を受け、１．０ｍ／ｓｅｃの風（有風状態）でシールド性能が損なわれ、シャルピー吸収エネルギーが著しく低下した。また、スパッタやヒューム、アーク光が多く発生するため、それぞれに対する策が必要である。 No. 1-1, no. 1-2 is GMAW which is most commonly used for carbon steel, and No. 1 is used as a shielding gas. In 1-1, CO 2 was changed to No. In 1-2, Ar 80% + CO 2 20% is used. Since these gases have strong oxidizing properties, the amount of oxygen in the weld metal 130 is high. In addition, under the influence of wind, shield performance was impaired by wind of 1.0 m / sec (windy state), and Charpy absorbed energy was significantly reduced. Moreover, since spatter, fumes, and arc light are often generated, measures for each of them are required.

Ｎｏ．１−３は同じくＧＭＡＷであるが、シールドガスとしてＮｏ．１−２よりもＡｒ比率が高いＡｒ９５％＋ＣＯ２５％を用いており、その結果、溶接金属１３０の酸素量が減って清浄度は向上している。また、スパッタも大幅に低下した。しかし、風に対する弱さ、ヒュームやアーク光の問題については改善されていない。 No. 1-3 is also GMAW, but No. 1 is used as the shielding gas. Ar 95% + CO 2 5%, which has an Ar ratio higher than 1-2, is used. As a result, the amount of oxygen in the weld metal 130 is reduced and the cleanliness is improved. Also, spatter was greatly reduced. However, the weakness against wind, the problem of fume and arc light have not been improved.

Ｎｏ．１−４も同じくＧＭＡＷであるが、シールドガスとしての酸化性をゼロにすべく、Ａｒのみを用いた。しかし、炭素鋼用の溶接ワイヤ１００は、Ａｒ雰囲気下では一般的にアークが不安定となり、ビードの蛇行や凸形状が頻発し、ビード形状が不整となった。ゆえに酸素量測定試験およびシャルピー衝撃試験については省略とした。スパッタやヒュームは著しく減少したが、アーク光はむしろ強まり、高いレベルの対策が必要となった。   No. 1-4 is also GMAW, but only Ar was used in order to make the oxidizing property as a shielding gas zero. However, in the welding wire 100 for carbon steel, the arc is generally unstable under an Ar atmosphere, the meandering and convex shape of the beads frequently occur, and the bead shape becomes irregular. Therefore, the oxygen content measurement test and the Charpy impact test were omitted. Spatter and fume decreased significantly, but the arc light became rather strong, requiring a high level of countermeasures.

Ｎｏ．１−５は一般的なＳＡＷであり、シールドガスやプラズマガス５０は用いていない。ビード形状の安定性が高く、スパッタ、ヒューム、アーク光の問題も生じていない。風にも強く、無風状態および有風状態でのシャルピー吸収エネルギーはほぼ同等であった。しかし、溶接金属１３０の酸素量が高く、清浄度に劣る欠点がある。   No. 1-5 is a general SAW, and no shield gas or plasma gas 50 is used. The stability of the bead shape is high, and the problem of spatter, fume and arc light does not occur. Resistant to wind, the Charpy absorbed energy was almost the same in windless and windy conditions. However, there is a drawback that the weld metal 130 has a high oxygen content and is inferior in cleanliness.

Ｎｏ．１−６はプラズマガス５０としてＡｒ９５％＋ＣＯ２５％ガスを、Ｎｏ．１−７はＡｒ９８％＋Ｏ２２％ガスを、それぞれ用いた本発明例である。プラズマガス５０として弱い酸化性ガスを用いることで溶接金属１３０の酸素量を下げることが出来、清浄度が高かった。かつビード形状の安定性が高く、スパッタ、ヒューム、アーク光の問題も生じなかった。風にも強く、無風状態および有風状態でのシャルピー吸収エネルギーはほぼ同等であり、その値も高かった。 No. No. 1-6 uses Ar 95% + CO 2 5% gas as the plasma gas 50, No. 1-6. 1-7 is an example of the present invention using Ar 98% + O 2 2% gas, respectively. By using a weak oxidizing gas as the plasma gas 50, the amount of oxygen in the weld metal 130 could be reduced, and the cleanliness was high. In addition, the stability of the bead shape was high, and problems of spatter, fume and arc light did not occur. Resistant to wind, the Charpy absorbed energy in the windless and windy state was almost the same, and the value was also high.

Ｎｏ．１−８はプラズマガス５０としてＡｒを、Ｎｏ．１−９はプラズマガス５０としてＨｅを、それぞれ用いた本発明例である。プラズマガス５０として不活性ガスを用いることで溶接金属１３０の酸素量を大幅に下げることが出来、清浄度が特に高かった。かつビード形状の安定性が高く、スパッタ、ヒューム、アーク光の問題も生じない。風にも強く、無風状態および有風状態でのシャルピー吸収エネルギーはほぼ同等であり、その値も高かった。   No. 1-8 is Ar as the plasma gas 50, No. 1-8. 1-9 is an example of the present invention in which He is used as the plasma gas 50. By using an inert gas as the plasma gas 50, the amount of oxygen in the weld metal 130 can be significantly reduced, and the cleanliness is particularly high. In addition, the stability of the bead shape is high, and the problem of spatter, fume and arc light does not occur. Resistant to wind, the Charpy absorbed energy in the windless and windy state was almost the same, and the value was also high.

（第２実施例および第２比較例）
図５に示す形状および寸法の、２相ステンレス鋼ＳＵＳ３２９Ｊ３Ｌで構成された母材２００を、従来の消耗電極式ガスシールドアーク溶接法（ＧＭＡＷ）、従来のサブマージアーク溶接法（ＳＡＷ）、本発明法の３つで溶接した。溶接ワイヤ１００やフラックス４０にはこの母材２００に適した一般製品を適用し、溶接ワイヤ１００のワイヤ径は、ＧＭＡＷの場合に１．６ｍｍφ、ＳＡＷおよび本発明法の場合に２．４ｍｍφとした。溶接環境として、無風状態（風速０．０ｍ／ｓｅｃ）、および、扇風機を用いて風速１．０ｍ／ｓｅｃの風を発生させた有風状態、の２条件を設定した。ＧＭＡＷで溶接を行う際のシールドガスの流量は２５リットル／ｍｉｎとし、本発明法で溶接を行う際のプラズマガス５０の流量は１０リットル／ｍｉｎとした。 (Second Example and Second Comparative Example)
A base material 200 made of the duplex stainless steel SUS329J3L having the shape and dimensions shown in FIG. 5 is applied to a conventional consumable electrode gas shield arc welding method (GMAW), a conventional submerged arc welding method (SAW), and a method of the present invention. The three were welded. A general product suitable for the base material 200 is applied to the welding wire 100 and the flux 40, and the wire diameter of the welding wire 100 is 1.6 mmφ in the case of GMAW, and 2.4 mmφ in the case of the SAW and the present invention method. . Two conditions were set as the welding environment: a windless state (wind speed of 0.0 m / sec) and a windy state in which a wind of 1.0 m / sec was generated using a fan. The flow rate of the shield gas when welding by GMAW was 25 liter / min, and the flow rate of the plasma gas 50 when welding by the method of the present invention was 10 liter / min.

また、評価方法としては、無風状態で得た試験体において、ビード形状が正常なものを○、蛇行が生じたものやなじみ性が悪く研削が必要なほど凸になったものを×とした。そして、正常なビード形状が得られた試験体の開先２０３（溶接金属１３０）の中央部より、酸素分析試験片とシャルピー衝撃試験片とを採取し、溶接金属１３０中の酸素量測定試験と−６０℃におけるシャルピー衝撃試験とを行った。酸素量は２５０ｐｐｍ以下を合格範囲として○、さらに好ましい範囲として１２５ｐｐｍ以下を◎とした。   In addition, as an evaluation method, in a test body obtained in a windless state, a test piece having a normal bead shape was evaluated as “◯”, a test sample having meandering, or a test piece obtained by being so convex that it was poor in conformability and needed to be ground. Then, an oxygen analysis test piece and a Charpy impact test piece are sampled from the central portion of the groove 203 (welded metal 130) of the test body from which a normal bead shape is obtained, and an oxygen amount measurement test in the weld metal 130 is performed. A Charpy impact test at −60 ° C. was performed. The oxygen content was rated as ◯ with an acceptable range of 250 ppm or less, and ◎ with 125 ppm or less as a more preferred range.

さらに、スパッタ、ヒューム、アーク光の発生を官能評価した。それぞれ極めて少なく、対策が省略できると判断されるレベルを○、対策必要と判断されるレベルを×とした。   Furthermore, sensory evaluation was performed on the generation of spatter, fume and arc light. The level at which it was judged that countermeasures could be omitted was marked with ○, and the level at which countermeasures were deemed necessary was marked with ×.

さらにまた、有風状態で得た試験体についても、試験体の開先２０３（溶接金属１３０）の中央部よりシャルピー衝撃試験片を採取し、無風状態の場合と同じ温度（−６０℃）でシャルピー衝撃試験を行った。そして、無風状態の試験体で得られたシャルピー吸収エネルギーに対し、有風状態の試験体で得られたシャルピー吸収エネルギーが７０％未満となった場合を、風に弱い溶接法と考え、防風策が必要として×、７０％以上を○とした。   Furthermore, with respect to the test body obtained in the windy state, a Charpy impact test piece was taken from the center of the groove 203 (welded metal 130) of the test body, and at the same temperature (−60 ° C.) as that in the windless state. A Charpy impact test was performed. And, when the Charpy absorbed energy obtained with the windy specimen is less than 70% of the Charpy absorbed energy obtained with the windless specimen, it is considered a wind-resistant welding method, Is required, x is 70% or more.

表２にテスト条件および結果を示す。   Table 2 shows the test conditions and results.

Figure 2015174101
Figure 2015174101

表２に示すように、Ｎｏ．２−１〜Ｎｏ．２−６は第２比較例であり、Ｎｏ．２−７〜Ｎｏ．２−９が第２実施例である。また、第２比較例のうち、Ｎｏ．２−１〜Ｎｏ．２−５はＧＭＡＷによるものであり、Ｎｏ．２−６はＳＡＷによるものである。   As shown in Table 2, no. 2-1. 2-6 is a second comparative example. 2-7-No. 2-9 is the second embodiment. Of the second comparative example, No. 2-1. No. 2-5 is due to GMAW. 2-6 is based on SAW.

Ｎｏ．２−１、Ｎｏ．２−２はステンレス鋼用として最も一般的に使われているＧＭＡＷであり、シールドガスとしてＮｏ．２−１ではＡｒ９８％＋Ｏ２２％を、Ｎｏ．２−２ではＡｒ５０％＋Ｈｅ４８％＋Ｏ２２％を、それぞれ用いている。これらはガスの酸化性が弱いため、溶接金属１３０の酸素量は抑制されている。しかし、風の影響を受け、１．０ｍ／ｓｅｃの風（有風状態）でシールド性能が損なわれ、シャルピー吸収エネルギーが著しく低下した。また、ヒューム、アーク光が多く発生するため、それぞれに対する策が必要である。 No. 2-1. 2-2 is the most commonly used GMAW for stainless steel, and No. 2 is used as a shielding gas. 2-1, Ar 98% + O 2 2%, In 2-2, Ar 50% + He 48% + O 2 2% is used. Since these gases are weakly oxidizable, the amount of oxygen in the weld metal 130 is suppressed. However, under the influence of the wind, the shield performance was impaired by a wind of 1.0 m / sec (windy state), and the Charpy absorbed energy was significantly reduced. Moreover, since a lot of fumes and arc light are generated, measures for each are necessary.

Ｎｏ．２−３は同じくＧＭＡＷであるが、シールドガスとしてＡｒ８０％＋ＣＯ２１８％＋Ｏ２２％を用いており、シールドガスにおける不活性ガス（Ａｒ、Ｈｅ）の比率がＮｏ．２−１、Ｎｏ．２−２よりも低下している。その結果、溶接金属１３０の酸素量が高く、清浄度は低下している。スパッタも多く、ヒューム、アーク光も発生している。また、風に対する弱さも変わらない。 No. 2-3 is also GMAW, but Ar 80% + CO 2 18% + O 2 2% is used as the shielding gas, and the ratio of the inert gas (Ar, He) in the shielding gas is No. 2. 2-1. It is lower than 2-2. As a result, the amount of oxygen in the weld metal 130 is high, and the cleanliness is lowered. There are many spatters, and fumes and arc light are also generated. Also, the weakness against the wind does not change.

Ｎｏ．２−４、Ｎｏ．２−５も同じくＧＭＡＷであるが、ガスとしての酸化性をゼロにすべく、Ｎｏ．２−４ではＡｒのみを、Ｎｏ．２−５ではＨｅのみを、それぞれ用いた。しかし、ステンレス鋼用の溶接ワイヤ１００は、Ａｒ雰囲気下あるいはＨｅ雰囲気下では一般的にアークが不安定となり、ビードの蛇行や凸形状が頻発し、ビード形状が不整となった。ゆえに酸素量測定試験およびシャルピー衝撃試験については省略とした。スパッタやヒュームは著しく減少したが、アーク光はむしろ強まり、高いレベルの対策が必要となった。   No. 2-4, No. 2 2-5 is also GMAW, but in order to make the oxidizability as a gas zero, no. In 2-4, only Ar is selected. In 2-5, only He was used. However, in the welding wire 100 for stainless steel, the arc is generally unstable in an Ar atmosphere or a He atmosphere, and the meandering and convex shape of the beads frequently occur, and the bead shape becomes irregular. Therefore, the oxygen content measurement test and the Charpy impact test were omitted. Spatter and fume decreased significantly, but the arc light became rather strong, requiring a high level of countermeasures.

Ｎｏ．２−６は一般的なＳＡＷであり、シールドガスやプラズマガス５０は用いていない。ビード形状の安定性が高く、スパッタ、ヒューム、アーク光の問題も生じていない。風にも強く、無風状態および有風状態でのシャルピー吸収エネルギーはほぼ同等であった。しかし、溶接金属１３０の酸素量が高く、清浄度に劣る欠点がある。   No. 2-6 is a general SAW, and no shield gas or plasma gas 50 is used. The stability of the bead shape is high, and the problem of spatter, fume and arc light does not occur. Resistant to wind, the Charpy absorbed energy was almost the same in windless and windy conditions. However, there is a drawback that the weld metal 130 has a high oxygen content and is inferior in cleanliness.

Ｎｏ．２−７はプラズマガス５０としてＡｒ９８％＋Ｏ２２％ガスを用いた本発明例である。プラズマガス５０として弱い酸化性ガスを用いることで溶接金属１３０の酸素量を下げることが出来、清浄度が高かった。かつビード形状の安定性が高く、スパッタ、ヒューム、アーク光の問題も生じない。風にも強く、無風状態および有風状態でのシャルピー吸収エネルギーはほぼ同等であり、その値も高かった。 No. 2-7 is an example of the present invention in which Ar 98% + O 2 2% gas is used as the plasma gas 50. By using a weak oxidizing gas as the plasma gas 50, the amount of oxygen in the weld metal 130 could be reduced, and the cleanliness was high. In addition, the stability of the bead shape is high, and the problem of spatter, fume and arc light does not occur. Resistant to wind, the Charpy absorbed energy in the windless and windy state was almost the same, and the value was also high.

Ｎｏ．２−８はプラズマガス５０としてＡｒを、Ｎｏ．２−９はプラズマガス５０としてＨｅを、それぞれ用いた本発明例である。プラズマガス５０として不活性ガスを用いることで溶接金属１３０の酸素量を大幅に下げることが出来、清浄度が特に高かった。かつビード形状の安定性が高く、スパッタ、ヒューム、アーク光の問題も生じない。風にも強く、無風状態および有風状態でのシャルピー吸収エネルギーはほぼ同等であり、その値も高かった。   No. 2-8 is Ar as the plasma gas 50, No. 2-8. 2-9 is an example of the present invention in which He is used as the plasma gas 50. By using an inert gas as the plasma gas 50, the amount of oxygen in the weld metal 130 can be significantly reduced, and the cleanliness is particularly high. In addition, the stability of the bead shape is high, and the problem of spatter, fume and arc light does not occur. Resistant to wind, the Charpy absorbed energy in the windless and windy state was almost the same, and the value was also high.

（第３実施例および第３比較例）
図５に示す形状および寸法の、耐熱鋼ＳＣＭＶ４で構成された母材２００を、従来の消耗電極式ガスシールドアーク溶接法（ＧＭＡＷ）、従来のサブマージアーク溶接法（ＳＡＷ）、本発明法の３つで溶接した。溶接ワイヤ１００やフラックス４０にはこの母材２００に適した一般製品を適用し、溶接ワイヤ１００のワイヤ径は、ＧＭＡＷの場合に１．６ｍｍφ、ＳＡＷおよび本発明法の場合に２．４ｍｍφとした。溶接環境として、無風状態（風速０．０ｍ／ｓｅｃ）、および、扇風機を用いて風速１．０ｍ／ｓｅｃの風を発生させた有風状態、の２条件を設定した。ＧＭＡＷで溶接を行う際のシールドガスの流量は２５リットル／ｍｉｎとし、本発明法で溶接を行う際のプラズマガス５０の流量は１０リットル／ｍｉｎとした。 (Third Example and Third Comparative Example)
A base material 200 made of heat-resistant steel SCMV4 having the shape and dimensions shown in FIG. 5 is applied to a conventional consumable electrode gas shield arc welding method (GMAW), a conventional submerged arc welding method (SAW), and a method 3 of the present invention. Welded with one. A general product suitable for the base material 200 is applied to the welding wire 100 and the flux 40, and the wire diameter of the welding wire 100 is 1.6 mmφ in the case of GMAW, and 2.4 mmφ in the case of the SAW and the present invention method. . Two conditions were set as the welding environment: a windless state (wind speed of 0.0 m / sec) and a windy state in which a wind of 1.0 m / sec was generated using a fan. The flow rate of the shield gas when welding by GMAW was 25 liter / min, and the flow rate of the plasma gas 50 when welding by the method of the present invention was 10 liter / min.

また、評価方法としては、無風状態で得た試験体において、ビード形状が正常なものを○、蛇行が生じたものやなじみ性が悪く研削が必要なほど凸になったものを×とした。そして、正常なビード形状が得られた試験体の開先２０３（溶接金属１３０）の中央部より、酸素分析試験片とシャルピー衝撃試験片とを採取し、溶接金属１３０中の酸素量測定試験と０℃におけるシャルピー衝撃試験とを行った。酸素量は２００ｐｐｍ以下を合格範囲として○、さらに好ましい範囲として１００ｐｐｍ以下を◎とした。   In addition, as an evaluation method, in a test body obtained in a windless state, a test piece having a normal bead shape was evaluated as “◯”, a test sample having meandering, or a test piece obtained by being so convex that it was poor in conformability and needed to be ground. Then, an oxygen analysis test piece and a Charpy impact test piece are sampled from the central portion of the groove 203 (welded metal 130) of the test body from which a normal bead shape is obtained, and an oxygen amount measurement test in the weld metal 130 is performed. A Charpy impact test at 0 ° C. was performed. The amount of oxygen was set to be ◯ with 200 ppm or less as an acceptable range, and more preferably 100 ppm or less as ◎.

さらに、スパッタ、ヒューム、アーク光の発生を官能評価した。それぞれ極めて少なく、対策が省略できると判断されるレベルを○、対策必要と判断されるレベルを×とした。   Furthermore, sensory evaluation was performed on the generation of spatter, fume and arc light. The level at which it was judged that countermeasures could be omitted was marked with ○, and the level at which countermeasures were deemed necessary was marked with ×.

さらにまた、有風状態で得た試験体についても、試験体の開先２０３（溶接金属１３０）の中央部よりシャルピー衝撃試験片を採取し、無風状態の場合と同じ温度（０℃）でシャルピー衝撃試験を行った。そして、無風状態の試験体で得られたシャルピー吸収エネルギーに対し、有風状態の試験体で得られたシャルピー吸収エネルギーが７０％未満となった場合を、風に弱い溶接法と考え、防風策が必要として×、７０％以上を○とした。   Furthermore, for a specimen obtained in a windy state, a Charpy impact test piece was collected from the center of the groove 203 (welded metal 130) of the specimen, and Charpy was obtained at the same temperature (0 ° C.) as in the case of no wind. An impact test was performed. And, when the Charpy absorbed energy obtained with the windy specimen is less than 70% of the Charpy absorbed energy obtained with the windless specimen, it is considered a wind-resistant welding method, Is required, x is 70% or more.

表３にテスト条件および結果を示す。   Table 3 shows the test conditions and results.

Figure 2015174101
Figure 2015174101

表３に示すように、Ｎｏ．３−１〜Ｎｏ．３−４は第３比較例であり、Ｎｏ．３−５〜Ｎｏ．３−７が第３実施例である。また、第３比較例のうち、Ｎｏ．３−１〜Ｎｏ．３−３はＧＭＡＷによるものであり、Ｎｏ．３−４はＳＡＷによるものである。   As shown in Table 3, no. 3-1. 3-4 is a third comparative example. 3-5-No. 3-7 is the third embodiment. Of the third comparative example, No. 3-1. 3-3 is based on GMAW. 3-4 is based on SAW.

Ｎｏ．３−１は耐熱鋼用として最も一般的に使われているＧＭＡＷであり、シールドガスとしてＡｒ８０％＋ＣＯ２２０％を用いている。ガスの酸化性が強いため、溶接金属１３０の酸素量が高い。また、風の影響を受け、１．０ｍ／ｓｅｃの風（有風状態）でシールド性能が損なわれ、シャルピー吸収エネルギーが著しく低下した。また、スパッタやヒューム、アーク光が多く発生するため、それぞれに対する策が必要である。 No. 3-1 is the most commonly used GMAW for heat-resistant steel, and uses Ar 80% + CO 2 20% as a shielding gas. Since the gas is highly oxidizing, the amount of oxygen in the weld metal 130 is high. In addition, under the influence of wind, shield performance was impaired by wind of 1.0 m / sec (windy state), and Charpy absorbed energy was significantly reduced. Moreover, since spatter, fumes, and arc light are often generated, measures for each of them are required.

Ｎｏ．３−２は同じくＧＭＡＷであるが、シールドガスとしＮｏ．３−１よりもＡｒ比率が高いＡｒ９８％＋Ｏ２２％を用いており、その結果、溶接金属１３０の酸素量が減って清浄度は向上している。また、スパッタも大幅に低下した。しかし、風に対する弱さ、ヒュームやアーク光の問題については改善されていない。 No. 3-2 is also GMAW, but the shielding gas is No. 3-2. Ar 98% + O 2 2%, which has an Ar ratio higher than that of 3-1, is used. As a result, the oxygen content of the weld metal 130 is reduced and the cleanliness is improved. Also, spatter was greatly reduced. However, the weakness against wind, the problem of fume and arc light have not been improved.

Ｎｏ．３−３も同じくＧＭＡＷであるが、シールドガスとしての酸化性をゼロにすべく、Ａｒのみを用いた。しかし、耐熱鋼用の溶接ワイヤ１００は、Ａｒ雰囲気下では一般的にアークが不安定となり、ビードの蛇行や凸形状が頻発し、ビード形状が不整となった。ゆえに酸素量測定試験およびシャルピー衝撃試験については省略とした。スパッタやヒュームは著しく減少したが、アーク光はむしろ強まり、高いレベルの対策が必要となった。   No. 3-3 is also GMAW, but only Ar was used in order to make the oxidizing property as a shielding gas zero. However, in the welding wire 100 for heat-resistant steel, the arc generally becomes unstable in an Ar atmosphere, the meandering and convex shape of the beads frequently occur, and the bead shape becomes irregular. Therefore, the oxygen content measurement test and the Charpy impact test were omitted. Spatter and fume decreased significantly, but the arc light became rather strong, requiring a high level of countermeasures.

Ｎｏ．３−４は一般的なＳＡＷであり、シールドガスやプラズマガス５０は用いていない。ビード形状の安定性が高く、スパッタ、ヒューム、アーク光の問題も生じていない。風にも強く、無風状態および有風状態でのシャルピー吸収エネルギーはほぼ同等であった。しかし、溶接金属１３０の酸素量が高く、清浄度に劣る欠点がある。   No. 3-4 is a general SAW, and no shield gas or plasma gas 50 is used. The stability of the bead shape is high, and the problem of spatter, fume and arc light does not occur. Resistant to wind, the Charpy absorbed energy was almost the same in windless and windy conditions. However, there is a drawback that the weld metal 130 has a high oxygen content and is inferior in cleanliness.

Ｎｏ．３−５はプラズマガス５０としてＡｒ９８％＋Ｏ２２％ガスを用いた本発明例である。プラズマガス５０として低い酸化性ガスを用いることで溶接金属１３０の酸素量を下げることが出来、清浄度が高かった。かつビード形状の安定性が高く、スパッタ、ヒューム、アーク光の問題も生じない。風にも強く、無風状態および有風状態でのシャルピー吸収エネルギーはほぼ同等であり、その値も高かった。 No. 3-5 is an example of the present invention in which Ar 98% + O 2 2% gas is used as the plasma gas 50. By using a low oxidizing gas as the plasma gas 50, the amount of oxygen in the weld metal 130 could be lowered, and the cleanliness was high. In addition, the stability of the bead shape is high, and the problem of spatter, fume and arc light does not occur. Resistant to wind, the Charpy absorbed energy in the windless and windy state was almost the same, and the value was also high.

Ｎｏ．３−６はプラズマガスとしてＡｒを、Ｎｏ．３−７はプラズマガス５０としてＡｒ５０％＋Ｈｅ５０％を、それぞれ用いた本発明例である。プラズマガス５０として不活性ガスを用いることで溶接金属１３０の酸素量を大幅に下げることが出来、清浄度が特に高かった。かつビード形状の安定性が高く、スパッタ、ヒューム、アーク光の問題も生じない。風にも強く、無風状態および有風状態でのシャルピー吸収エネルギーはほぼ同等であり、その値も高かった。   No. 3-6 is Ar as the plasma gas. 3-7 is an example of the present invention using Ar 50% + He 50% as the plasma gas 50, respectively. By using an inert gas as the plasma gas 50, the amount of oxygen in the weld metal 130 can be significantly reduced, and the cleanliness is particularly high. In addition, the stability of the bead shape is high, and the problem of spatter, fume and arc light does not occur. Resistant to wind, the Charpy absorbed energy in the windless and windy state was almost the same, and the value was also high.

（第４実施例および第４比較例）
図５に示す形状および寸法の、アルミニウム合金Ａ５０８３Ｐ−Ｏで構成された母材２００を、従来の消耗電極式ガスシールドアーク溶接法（ＧＭＡＷ）、従来のサブマージアーク溶接法（ＳＡＷ）、本発明法の３つで溶接した。溶接ワイヤ１００にはこの母材２００に適した一般製品を適用し、溶接ワイヤ１００のワイヤ径は、ＧＭＡＷの場合に１．６ｍｍφ、ＳＡＷおよび本発明法の場合に２．４ｍｍφとした。なお、アルミニウム合金では、一般的にサブマージアーク溶接が不可能とされているので、アルミニウム合金に適したフラックス４０というのも存在しないが、ここでは炭素鋼用に用いられる汎用のフラックス４０を流用した。溶接環境として、無風状態（風速０．０ｍ／ｓｅｃ）、および、扇風機を用いて風速１．０ｍ／ｓｅｃの風を発生させた有風状態、の２条件を設定した。ＧＭＡＷで溶接を行う際のシールドガスの流量は２５リットル／ｍｉｎとし、本発明法で溶接を行う際のプラズマガス５０の流量は１０リットル／ｍｉｎとした。 (Fourth Example and Fourth Comparative Example)
A base material 200 made of an aluminum alloy A5083P-O having the shape and dimensions shown in FIG. 5 is applied to a conventional consumable electrode gas shield arc welding method (GMAW), a conventional submerged arc welding method (SAW), and a method of the present invention. The three were welded. A general product suitable for the base material 200 was applied to the welding wire 100, and the wire diameter of the welding wire 100 was 1.6 mmφ in the case of GMAW, and 2.4 mmφ in the case of SAW and the method of the present invention. In general, submerged arc welding is not possible with aluminum alloys, so there is no flux 40 suitable for aluminum alloys, but here we used general-purpose flux 40 used for carbon steel. . Two conditions were set as the welding environment: a windless state (wind speed of 0.0 m / sec) and a windy state in which a wind of 1.0 m / sec was generated using a fan. The flow rate of the shield gas when welding by GMAW was 25 liter / min, and the flow rate of the plasma gas 50 when welding by the method of the present invention was 10 liter / min.

また、評価方法としては、無風状態で得た試験体において、ビード形状が正常なものを○、蛇行が生じたものやなじみ性が悪く研削が必要なほど凸になったものを×とした。そして、溶接金属１３０の健全性を評価するためにＸ線透過撮影を行い、気孔欠陥が発生していなければ無し、発生していれば有りとして不合格扱いした。   In addition, as an evaluation method, in a test body obtained in a windless state, a test piece having a normal bead shape was evaluated as “◯”, a test sample having meandering, or a test piece obtained by being so convex that it was poor in conformability and needed to be ground. Then, in order to evaluate the soundness of the weld metal 130, X-ray transmission imaging was performed, and if no pore defect occurred, it was treated as rejected as being absent.

さらに、スパッタ、ヒューム、アーク光の発生を官能評価した。それぞれ極めて少なく、対策が省略できると判断されるレベルを○、対策必要と判断されるレベルを×とした。   Furthermore, sensory evaluation was performed on the generation of spatter, fume and arc light. The level at which it was judged that countermeasures could be omitted was marked with ○, and the level at which countermeasures were deemed necessary was marked with ×.

さらにまた、有風状態で得た試験体についても、無風状態で得た試験体と同じ条件で溶接金属１３０のＸ線透過試験を行い、気孔欠陥を評価した。   Furthermore, the X-ray transmission test of the weld metal 130 was performed on the specimen obtained in the winded state under the same conditions as the specimen obtained in the windless state, and the pore defects were evaluated.

表４にテスト条件および結果を示す。   Table 4 shows the test conditions and results.

Figure 2015174101
表４に示すように、Ｎｏ．４−１〜Ｎｏ．４−３は第４比較例であり、Ｎｏ．４−４〜Ｎｏ．４−５が第４実施例である。また、第４比較例のうち、Ｎｏ．４−１、Ｎｏ．４−２はＧＭＡＷによるものであり、Ｎｏ．４−３はＳＡＷによるものである。
Figure 2015174101
 As shown in Table 4, no. 4-1. 4-3 is a fourth comparative example. 4-4-No. 4-5 is the fourth embodiment. Of the fourth comparative example, No. 4-1. 4-2 is based on GMAW. 4-3 is based on SAW.

なお、第４実施例および第４比較例においては、全ての試験でシールドガスあるいはプラズマガス５０としてＣＯ２やＯ２が僅かでも混合したガスはテストしてない。アルミニウム合金は鋼と異なり、極めて反応性が高いので、酸化性が僅かでもあると著しい反応を起こし、気孔欠陥が多発するのが常識だからである。 In the fourth example and the fourth comparative example, in all the tests, a gas containing even a small amount of CO 2 or O 2 as a shielding gas or plasma gas 50 was not tested. This is because, unlike steel, aluminum alloy is extremely reactive, and therefore, it is common knowledge that even if it has little oxidation property, it undergoes a significant reaction and many pore defects occur.

Ｎｏ．４−１、Ｎｏ．４−２はアルミニウム合金用として最も一般的に使われているガスシールドアーク溶接法で、シールドガスとしてＮｏ．４−１ではＡｒを、Ｎｏ．４−２ではＡｒ３０％＋Ｈｅ７０％を、それぞれ用いている。アルミニウム合金は鋼と異なり、ＧＭＡＷにおいてＣＯ２やＯ２成分が無くてもアークやビード形状が安定する。スパッタやヒュームも非常に少ない。しかし、強いアーク光が発生すると共に、風の影響を受け、１．０ｍ／ｓｅｃの風（有風状態）でシールド性能が損なわれ、気孔欠陥が多発した。 No. 4-1. 4-2 is the most commonly used gas shielded arc welding method for aluminum alloys. 4-1, Ar is changed to No. 4-1. In 4-2, Ar 30% + He 70% is used. Unlike steel, an aluminum alloy has a stable arc and bead shape even in the absence of CO 2 and O 2 components in GMAW. Very little spatter and fume. However, strong arc light was generated, and under the influence of wind, the shield performance was impaired by wind of 1.0 m / sec (winded state), resulting in frequent occurrence of pore defects.

Ｎｏ．４−３はＳＡＷであり、シールドガスやプラズマガスは用いていない。一般的に、アルミニウム合金にはサブマージアーク溶接法は不可能とされているが、この場合も風の有無に関わらず各試験体に気孔欠陥が多発し、溶接は不可能であった。その理由としては、フラックス中でアークを発生すると、フラックスから分解した酸素が発生し、アーク内でアルミニウム合金と反応することが避けられないからである。   No. 4-3 is SAW and does not use shield gas or plasma gas. In general, the submerged arc welding method is not possible for aluminum alloys, but in this case as well, regardless of the presence or absence of wind, pore defects frequently occurred in each specimen, and welding was impossible. The reason is that when an arc is generated in the flux, oxygen decomposed from the flux is generated, and it is inevitable to react with the aluminum alloy in the arc.

Ｎｏ．４−４はプラズマガス５０としてＡｒを、Ｎｏ．４−５はプラズマガス５０としてＡｒ３０％＋Ｈｅ７０％ガスを、それぞれ用いた本発明例である。本発明例では、フラックス中においても不活性ガス雰囲気を形成することが出来るため、アルミニウム合金でも溶接可能となった。また、スパッタ、ヒューム、アーク光が発生せず、風の影響も受けず、健全な無欠陥溶接金属を得ることが出来た。   No. 4-4 is Ar as the plasma gas 50, No. 4-4. 4-5 is an example of the present invention in which Ar 30% + He 70% gas is used as the plasma gas 50, respectively. In the example of the present invention, an inert gas atmosphere can be formed even in the flux, so that even an aluminum alloy can be welded. In addition, no spatter, fumes, arc light was generated, and it was not affected by wind, and a sound defect-free weld metal could be obtained.

（第５実施例および第５比較例）
図５に示す寸法および形状の、オーステナイトステンレス鋼ＳＵＳ３０４で構成された母材２００を、従来の消耗電極式ガスシールドアーク溶接法（ＧＭＡＷ）、従来のサブマージアーク溶接法（ＳＡＷ）、本発明法の３つで溶接した。溶接ワイヤ１００やフラックス４０にはこの母材２００に適した一般製品を適用し、溶接ワイヤ１００のワイヤ径は、ＧＭＡＷの場合に１．６ｍｍφ、ＳＡＷおよび本発明法の場合に２．４ｍｍφとした。無風状態（風速０．０ｍ／ｓｅｃ）、および、扇風機を用いて風速１．０ｍ／ｓｅｃの風を発生させた有風状態、の２条件を設定した。ＧＭＡＷで溶接を行う際のシールドガスの流量は２５リットル／ｍｉｎとし、本発明法で溶接を行う際のプラズマガス５０の流量は１０リットル／ｍｉｎとした。 (Fifth Example and Fifth Comparative Example)
A base material 200 made of austenitic stainless steel SUS304 having the dimensions and shapes shown in FIG. 5 is applied to conventional consumable electrode gas shield arc welding (GMAW), conventional submerged arc welding (SAW), and the method of the present invention. Welded with three. A general product suitable for the base material 200 is applied to the welding wire 100 and the flux 40, and the wire diameter of the welding wire 100 is 1.6 mmφ in the case of GMAW, and 2.4 mmφ in the case of the SAW and the present invention method. . Two conditions were set: a windless state (wind speed of 0.0 m / sec) and a windy state in which a wind of 1.0 m / sec was generated using a fan. The flow rate of the shield gas when welding by GMAW was 25 liter / min, and the flow rate of the plasma gas 50 when welding by the method of the present invention was 10 liter / min.

また、評価方法としては、無風状態で得た試験体から、ビード形状として正常なものを○、蛇行が生じたものやなじみ性が悪く研削が必要なほど凸になったものを×とした。そして正常なビード形状が得られた試験体の開先２０３（溶接金属１３０）の中央部より、酸素分析試験片とシャルピー衝撃試験片とを採取し、溶接金属１３０中の酸素量測定試験と０℃におけるシャルピー衝撃試験とを行った。酸素量は良好なものから順に、９０ｐｐｍ以下：ランクＡ、９０ｐｐｍ超え１２０ｐｐｍ以下：ランクＢ、１２０ｐｐｍ超え１５０ｐｐｍ以下：ランクＣ、１５０ｐｐｍ超え１８０ｐｐｍ以下：ランクＤ、１８０ｐｐｍ超え３００ｐｐｍ以下：ランクＥ、３００ｐｐｍ超え：ランクＦとした。ランクＦは不合格扱い、ランクＡ〜ランクＥは合格扱いである。   In addition, as an evaluation method, from a test body obtained in a windless state, a normal one as a bead shape was evaluated as “◯”, and a meandered one or a thing that was convex so that it was poor in conformability and required grinding. Then, an oxygen analysis test piece and a Charpy impact test piece were sampled from the central portion of the groove 203 (weld metal 130) of the test specimen from which a normal bead shape was obtained. A Charpy impact test at ℃ was conducted. The oxygen amount is 90 ppm or less: Rank A, 90 ppm to 120 ppm or less: Rank B, 120 ppm to 150 ppm or less: Rank C, 150 ppm to 180 ppm or less: Rank D, 180 ppm to 300 ppm or less: Rank E, 300 ppm or more: Rank F. Rank F is treated as rejected, and ranks A to E are treated as accepted.

さらに、スパッタ、ヒューム、アーク光の発生を官能評価した。それぞれ極めて少なく、対策が省略できると判断されるレベルを○、対策必要と判断されるレベルを×とした。   Furthermore, sensory evaluation was performed on the generation of spatter, fume and arc light. The level at which it was judged that countermeasures could be omitted was marked with ○, and the level at which countermeasures were deemed necessary was marked with ×.

さらにまた、有風状態で得た試験体についても、試験体の開先２０３（溶接金属１３０）の中央部よりシャルピー衝撃試験片を採取し、無風状態の場合と同じ温度（０℃）でシャルピー衝撃試験を行った。そして、無風状態の試験体で得られたシャルピー吸収エネルギーに対し、有風状態の試験体で得られたシャルピー吸収エネルギーが７０％未満となった場合を、風に弱い溶接法と考え、防風策が必要として×、７０％以上を○とした。   Furthermore, for a specimen obtained in a windy state, a Charpy impact test piece was collected from the center of the groove 203 (welded metal 130) of the specimen, and Charpy was obtained at the same temperature (0 ° C.) as in the case of no wind. An impact test was performed. And, when the Charpy absorbed energy obtained with the windy specimen is less than 70% of the Charpy absorbed energy obtained with the windless specimen, it is considered a wind-resistant welding method, Is required, x is 70% or more.

表５にテスト条件および結果を示す。   Table 5 shows the test conditions and results.

Figure 2015174101
Figure 2015174101

表５に示すように、Ｎｏ．５−１〜Ｎｏ．５−３は第５比較例であり、Ｎｏ．５−４〜Ｎｏ．５−１３が第５実施例である。また、第５比較例のうち、Ｎｏ．５−１、Ｎｏ．５−２はＧＭＡＷによるものであり、Ｎｏ．５−３はＳＡＷによるものである。   As shown in Table 5, no. 5-1 to No. No. 5-3 is a fifth comparative example. 5-4 to No. Reference numeral 5-13 denotes the fifth embodiment. Of the fifth comparative example, No. 5-1. 5-2 is based on GMAW. 5-3 is based on SAW.

Ｎｏ．５−１はステンレス鋼用として最も一般的に使われているＧＭＡＷであり、シールドガスとしてＡｒ９８％＋Ｏ２２％を用いている。ガスの酸化性が弱いため、溶接金属１３０の酸素量は抑制されている。しかし、風の影響を受け、１．０ｍ／ｓｅｃの風（有風状態）でシールド性能が損なわれ、シャルピー吸収エネルギーが著しく低下した。また、ヒューム、アーク光が多く発生するため、それぞれに対する策が必要である。 No. 5-1 is the most commonly used GMAW for stainless steel, and uses Ar 98% + O 2 2% as a shielding gas. Since the gas oxidizability is weak, the amount of oxygen in the weld metal 130 is suppressed. However, under the influence of the wind, the shield performance was impaired by a wind of 1.0 m / sec (windy state), and the Charpy absorbed energy was significantly reduced. Moreover, since a lot of fumes and arc light are generated, measures for each are necessary.

Ｎｏ．５−２は同じくＧＭＡＷであるが、ガスとしての酸化性をゼロにすべく、Ａｒのみを用いた。しかし、ステンレス鋼用の溶接ワイヤ１００は、Ａｒ雰囲気下では一般的にアークが不安定となり、ビードの蛇行や凸形状が頻発し、ビード形状が不整となった。ゆえに酸素量測定試験およびシャルピー衝撃試験については省略とした。スパッタやヒュームは著しく減少したが、アーク光はむしろ強まり、高いレベルの対策が必要となった。   No. 5-2 is also GMAW, but only Ar was used in order to make the oxidizing property as a gas zero. However, in the welding wire 100 for stainless steel, the arc is generally unstable in an Ar atmosphere, the meandering and convex shape of the beads frequently occur, and the bead shape becomes irregular. Therefore, the oxygen content measurement test and the Charpy impact test were omitted. Spatter and fume decreased significantly, but the arc light became rather strong, requiring a high level of countermeasures.

Ｎｏ．５−３は一般的なＳＡＷであり、シールドガスやプラズマガス５０は用いていない。ビード形状の安定性が高く、スパッタ、ヒューム、アーク光の問題も生じていない。風にも強く、無風状態および有風状態でのシャルピー吸収エネルギーはほぼ同等であった。しかし、溶接金属１３０の酸素量が高く、清浄度に劣る欠点がある。   No. 5-3 is a general SAW, and no shield gas or plasma gas 50 is used. The stability of the bead shape is high, and the problem of spatter, fume and arc light does not occur. Resistant to wind, the Charpy absorbed energy was almost the same in windless and windy conditions. However, there is a drawback that the weld metal 130 has a high oxygen content and is inferior in cleanliness.

Ｎｏ．５−４はプラズマガス５０としてＡｒ９８％＋Ｏ２２％ガスを、Ｎｏ．５−５は、プラズマガス５０としてＡｒ９６％＋Ｏ２２％＋Ｈ２２％ガスを、それぞれ用いた本発明例である。プラズマガス５０として弱い酸化性ガスを用いることで溶接金属１３０の酸素量を下げることが出来、清浄度が高かった。かつビード形状の安定性が高く、スパッタ、ヒューム、アーク光の問題も生じない。風にも強く、無風状態および有風状態でのシャルピー吸収エネルギーはほぼ同等であり、その値も高かった。また、表５には記していないが、Ｎｏ．５−４に比べて、Ｈ２を２％混合したＮｏ．５−５の方が深い溶込みが得られた。 No. 5-4 uses Ar 98% + O 2 2% gas as the plasma gas 50, No. 5-4. 5-5 is an example of the present invention in which Ar 96% + O 2 2% + H 2 2% gas is used as the plasma gas 50, respectively. By using a weak oxidizing gas as the plasma gas 50, the amount of oxygen in the weld metal 130 could be reduced, and the cleanliness was high. In addition, the stability of the bead shape is high, and the problem of spatter, fume and arc light does not occur. Resistant to wind, the Charpy absorbed energy in the windless and windy state was almost the same, and the value was also high. Although not shown in Table 5, no. Compared with No. 5-4, 2% of H 2 was mixed. Deep penetration was obtained with 5-5.

Ｎｏ．５−６はプラズマガス５０としてＡｒを用いた本発明例である。プラズマガス５０として不活性ガスを用いることで溶接金属１３０の酸素量を大幅に下げることが出来、清浄度が特に高かった。かつビード形状の安定性が高く、スパッタ、ヒューム、アーク光の問題も生じない。風にも強く、無風状態および有風状態でのシャルピー吸収エネルギーはほぼ同等であり、その値も高かった。   No. 5-6 is an example of the present invention in which Ar is used as the plasma gas 50. By using an inert gas as the plasma gas 50, the amount of oxygen in the weld metal 130 can be significantly reduced, and the cleanliness is particularly high. In addition, the stability of the bead shape is high, and the problem of spatter, fume and arc light does not occur. Resistant to wind, the Charpy absorbed energy in the windless and windy state was almost the same, and the value was also high.

Ｎｏ．５−７はプラズマガス５０としてＡｒ９８％＋Ｈ２２％を用いた本発明例である。プラズマガス５０として酸化性ガス成分を用いないことで溶接金属１３０の酸素量を大幅に下げることが出来、清浄度が特に高かった。水素は還元性ガスの性質を持つので、むしろ、プラズマガス５０をＡｒのみで構成したＮｏ．５−６よりも溶接金属１３０酸素量が若干下がった。かつビード形状の安定性が高く、スパッタ、ヒューム、アーク光の問題も生じない。風にも強く、無風状態および有風状態でのシャルピー吸収エネルギーはほぼ同等であり、その値も高かった。また、表５には記していないが、Ｎｏ．５−６に比べて、Ｈ２を２％混合したＮｏ．５−７の方が深い溶込みが得られた。 No. 5-7 is an example of the present invention using Ar 98% + H 2 2% as the plasma gas 50. By not using an oxidizing gas component as the plasma gas 50, the amount of oxygen in the weld metal 130 can be greatly reduced, and the cleanliness is particularly high. Since hydrogen has the property of a reducing gas, the plasma gas 50 is composed of only Ar. The amount of oxygen in the weld metal 130 was slightly lower than that in 5-6. In addition, the stability of the bead shape is high, and the problem of spatter, fume and arc light does not occur. Resistant to wind, the Charpy absorbed energy in the windless and windy state was almost the same, and the value was also high. Although not shown in Table 5, no. Compared with No. 5-6, No. 2 containing 2% H 2 was mixed. Deep penetration was obtained with 5-7.

Ｎｏ．５−８〜Ｎｏ．５−１３はプラズマガス５０としてＡｒを用いたＮｏ．５−６と基本構成を同一とし、導入ノズル１６の進入角θ（図４参照）を変化させて影響を確認した実施例である。１００°（Ｎｏ．５−１３）→９０°（Ｎｏ．５−１２）→５０°（Ｎｏ．５−１１）→４５°（Ｎｏ．５−１０）→２５°（Ｎｏ．５−９）→２０°（Ｎｏ．５−６）→０°（Ｎｏ．５−８）と進入角θが小さくなるにつれて、溶接金属の酸素量が１５８ｐｐｍ→１４６ｐｐｍ→１２５ｐｐｍ→１１８ｐｐｍ→９４ｐｐｍ→８８ｐｐｍ→７４ｐｐｍ、ランクがＤ→Ｃ→Ｃ→Ｂ→Ｂ→Ａ→Ａと改善されることが明らかである。   No. 5-8-No. No. 5-13 is No. 5 using Ar as the plasma gas 50. In this embodiment, the basic configuration is the same as that of 5-6, and the influence is confirmed by changing the approach angle θ (see FIG. 4) of the introduction nozzle 16. 100 ° (No. 5-13) → 90 ° (No. 5-12) → 50 ° (No. 5-11) → 45 ° (No. 5-10) → 25 ° (No. 5-9) → As the approach angle θ decreases as 20 ° (No. 5-6) → 0 ° (No. 5-8), the oxygen content of the weld metal is 158 ppm → 146 ppm → 125 ppm → 118 ppm → 94 ppm → 88 ppm → 74 ppm, rank is It is clear that D → C → C → B → B → A → A.

１０…溶接装置、１１…送給ローラ、１２…コンタクトチップ、１３…溶接電源、１４…フラックス供給部、１５…プラズマガスボンベ、１６…導入ノズル、４０…フラックス、５０…プラズマガス、１００…溶接ワイヤ、２００…母材、３００…アーク DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Welding apparatus, 11 ... Feed roller, 12 ... Contact tip, 13 ... Welding power supply, 14 ... Flux supply part, 15 ... Plasma gas cylinder, 16 ... Introduction nozzle, 40 ... Flux, 50 ... Plasma gas, 100 ... Welding wire , 200 ... base material, 300 ... arc

Claims (8)

溶接の対象となる母材にフラックスを散布する工程と、
散布によって前記母材に堆積した前記フラックスの内部に、不活性ガスを含むプラズマガスを供給する工程と、
前記母材に堆積し且つ前記プラズマガスが供給された前記フラックスの内部で、当該フラックスに挿入された溶接ワイヤと当該母材との間にアークを発生させて溶接を行う工程と
を含む溶接方法。 A process of spreading flux on the base material to be welded;
Supplying a plasma gas containing an inert gas inside the flux deposited on the base material by spraying;
A welding method including a step of welding by generating an arc between a welding wire inserted in the flux and the base material inside the flux deposited on the base material and supplied with the plasma gas . 前記供給する工程では、前記フラックスに挿入されたノズルを介して、当該フラックスの内部に前記プラズマガスを供給すること
を特徴とする請求項１記載の溶接方法。 The welding method according to claim 1, wherein in the supplying step, the plasma gas is supplied into the flux through a nozzle inserted into the flux. 前記溶接を行う工程では、前記溶接ワイヤを予め決められた溶接方向に沿って移動させ、
前記供給する工程では、前記溶接方向に対する前記ノズルの進入角を０°以上９０°以下に設定すること
を特徴とする請求項２記載の溶接方法。 In the step of performing welding, the welding wire is moved along a predetermined welding direction,
The welding method according to claim 2, wherein, in the supplying step, an entrance angle of the nozzle with respect to the welding direction is set to 0 ° or more and 90 ° or less. 前記溶接を行う工程では、前記溶接ワイヤを予め決められた溶接方向に沿って移動させ、
前記供給する工程では、前記溶接ワイヤよりも前記溶接方向の上流側にて前記フラックスの内部に前記プラズマガスを供給すること
を特徴とする請求項１または２記載の溶接方法。 In the step of performing welding, the welding wire is moved along a predetermined welding direction,
3. The welding method according to claim 1, wherein, in the supplying step, the plasma gas is supplied into the flux at an upstream side of the welding wire in the welding direction. 母材を溶接してなる溶接物の製造方法であって、
前記母材にフラックスを散布する工程と、
散布によって前記母材に堆積した前記フラックスの内部に、不活性ガスを含むプラズマガスを供給する工程と、
前記母材に堆積し且つ前記プラズマガスが供給された前記フラックスの内部で、当該フラックスに挿入された溶接ワイヤと当該母材との間にアークを発生させて溶接を行う工程と
を含む溶接物の製造方法。 A method of manufacturing a welded product obtained by welding a base material,
Spraying flux on the base material;
Supplying a plasma gas containing an inert gas inside the flux deposited on the base material by spraying;
A welding product including a step of performing welding by generating an arc between a welding wire inserted in the flux and the base material inside the flux deposited on the base material and supplied with the plasma gas. Manufacturing method. 前記母材が鋼合金である場合に、
前記供給する工程では、前記不活性ガスに加えて水素をさらに含む前記プラズマガスを供給すること
を特徴とする請求項５記載の溶接物の製造方法。 When the base material is a steel alloy,
6. The method for manufacturing a welded article according to claim 5, wherein in the supplying step, the plasma gas further containing hydrogen is supplied in addition to the inert gas. 前記母材が鋼合金である場合に、
前記供給する工程では、前記不活性ガスに加えて酸素または二酸化炭素をさらに含む前記プラズマガスを供給すること
を特徴とする請求項５記載の溶接物の製造方法。 When the base material is a steel alloy,
6. The method for manufacturing a welded article according to claim 5, wherein, in the supplying step, the plasma gas further containing oxygen or carbon dioxide in addition to the inert gas is supplied. 前記母材がアルミニウムを含むアルミニウム合金である場合に、
前記供給する工程では、前記不活性ガスを含み且つ酸化性ガスおよび還元性ガスを含まない前記プラズマガスを供給すること
を特徴とする請求項５記載の溶接物の製造方法。 When the base material is an aluminum alloy containing aluminum,
6. The method of manufacturing a welded article according to claim 5, wherein in the supplying step, the plasma gas containing the inert gas and not containing an oxidizing gas and a reducing gas is supplied.
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