JP3574038B2 - 高速ｍａｇ溶接法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はソリッドワイヤの如き消耗電極を使用してシールドガス雰囲気下で溶接を行う、ＭＡＧ溶接、パルスＭＡＧ溶接（以下両者を包含して「ＭＡＧ溶接」と称す）に関するもので、特に高速度で溶接可能とした高速ＭＡＧ溶接法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＭＡＧ溶接は自動車関連工業をはじめとした金属加工業界において、広く用いられており、その効率的な生産性、品質の安定化等において好ましいことから、自動溶接機によるＭＡＧ溶接が行われている。そして、このＭＡＧ溶接において、従来から一般的に使用されている溶接用シールドガスとしては、Ａｒガスを主成分として容積比で約２０％程度のＣＯ_２ガスを混合した２種混合組成のガスや、ＣＯ_２ガスだけの単体ガスが使用されていた。特にＣＯ_２ガス単体を用いる場合は、フラックス入りのワイヤと組み合わせて使用される場合が多い。又、ごく一部ではあるが、溶接電流にパルス電流を用いて、溶接用シールドガスとして上記したＡｒ＋２０容量％ＣＯ_２の２種混合組成ガスを用いる、パルスＭＡＧ溶接が行われる場合もある。
【０００３】
然るに、自動溶接機を用いる溶接作業にあっては、溶接速度を向上せしめることは、生産性の効率化を図るためには有益であり、このため高速化した溶接法の実現の要望が高まっている。しかし従来の溶接技術では、一般的な通常のＭＡＧ溶接方法によると、その溶接速度は１００ｃｍ／ｍｉｎ程度が上限速度であり、それ以上の溶接速度で溶接を行うことは困難であった。
【０００４】
具体的には、上記した如き従来のＭＡＧ溶接で、既存の上記溶接用シールドガス（上記Ａｒ＋ＣＯ_２２種混合ガス又はＣＯ_２ガス単体）を使用して、鋼板の重ねすみ肉溶接を１００ｍｍ／ｍｉｎの高速度で行うと、次のような不都合や問題点が生じる。
▲１▼ 進行方向に沿って、溶着金属の盛り上がりが断続周期的に繰り返されるハンピングビードと呼ばれるビード形状が形成されて、溶接が不可能となる。
▲２▼ 進行方向に対して垂直方向の断面形状が凸型のビードを形成し易くなり、ビード両側部もしくは片側部に沿って母材が凹み、溝が形成されるいわゆるアンダーカットと呼ばれる溶接不良が、ほぼビード全長にわたって大きく発生する。
▲３▼ ビードが蛇行する現象が生じる。
▲４▼ パルス電流によるＭＡＧ溶接では、スパッタの発生量がほとんど低減されない。
【０００５】
又、この種の高速溶接を行う方法として、例えば特開平６−２６９９４４号公報に開示された技術がある。この溶接方法は、シールドガスとしてＣＯ_２ガス（炭酸ガス）を使用したアーク溶接によるすみ肉溶接をする方法であって、３電極を用い、１極目（Ｌ極）に金属粉６０〜９９重量％、スラグ形成剤０．１〜３５重量％（但し３５重量％を含まず）及びアーク安定剤１〜１０重量％を含有するフラックスを鋼製外皮中に１０〜２０重量％充填した直径１．４ｍｍのメタル系フラックス入りワイヤを使用し、２極目（Ｔ１極）及び３極目（Ｔ２極）に金属粉４０〜６０重量％（但し６０重量％を含まず）、スラグ形成剤３５〜５５重量％及びアーク安定剤１〜１０重量％を含有するフラックスを鋼製外皮中に１０〜２０重量％充填した直径１．６ｍｍのチタニア系フラックス入りワイヤを使用し、各極の相互間隔５０ｍｍ以上として、重ね方式によるビード積層法により炭酸ガスシールドアーク溶接し、前記１極目（Ｌ極）の溶接電流を３００〜４５０Ａ、２極目（Ｔ１極）及び３極目（Ｔ２極）の溶接電流を３５０〜５００Ａとし、溶接速度を１．５ｍ／ｍｉｎ以上、脚長５〜７ｍｍとすることを特徴とする溶接方法である。
【０００６】
しかしながら、上記した高速溶接方法では高速溶接が可能とはなるが、電極を３極としたり、しかもそれぞれの電極は異なる組成のフラックスを坦持せしめた、フラックス入りワイヤを電極とすることによって高速溶接を可能としたものである。
従って、装置形成が複雑になったり、操作が繁雑となるばかりでなく、従来使用していない新たなワイヤを使用することで、経費が嵩む等の不都合、問題があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記した事情に鑑みなされたものであり、上記した不都合や、問題点を解消し、生産効率を向上せしめ得る高速度のＭＡＧ溶接法の開発を目的とし、溶接器具の改良や、消耗電極として特別なフラックス入りのワイヤを使用することなく、極めて容易に、アークを安定化した状態で生起せしめて良好なビードが得ることができ、溶接速度を１００ｃｍ／ｍｉｎ以上の高速化を図ったＭＡＧ溶接法又はパルス電流によるＭＡＧ溶接法を提供することを、本発明の解決すべき課題とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、
請求項１に係わる発明として、溶接母材である冷間圧延鋼板を、シールドガス組成が、３０〜８５容量％のＨｅガス、８〜１５容量％のＯ_２ガス、残部をＡｒガスとする混合ガスでなるシールドガスを用いて、１００ｃｍ／ｍｉｎ以上の溶接速度で、ソリッドワイヤを用いたＭＡＧ溶接することを特徴とする高速ＭＡＧ溶接法としたものである。
又、請求項２に係わる発明として、溶接母材である冷間圧延鋼板を、シールドガス組成が、３０〜８５容量％のＨｅガス、８〜１５容量％のＯ_２ガス、残部をＡｒガスとする混合ガスでなるシールドガスを用いて、１００ｃｍ／ｍｉｎ以上の溶接速度で、ソリッドワイヤを使用してパルス電流によりＭＡＧ溶接することを特徴とする高速ＭＡＧ溶接法としたものである。
更に、請求項３に係わる発明として、溶接母材を溶接の進行方向に向かって下り勾配に配置してＭＡＧ溶接することを特徴とする請求項１又は２に記載の高速ＭＡＧ溶接法としたものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の高速ＭＡＧ溶接法は、シールドガスとして流すガスの組成を、３０〜８５容量％のＨｅガス、８〜１５容量％のＯ_２ガス、残部をＡｒガスとする３種混合ガスとし、１００ｃｍ／ｍｉｎ以上の溶接速度にして、ソリッドワイヤを消耗電極として用いて溶接を行う方法である。
又、本発明の別の態様として、溶接電流としたパルス電流を使用する高速ＭＡＧ溶接として、シールドガスとして流すガスの組成を、３０〜８５容量％のＨｅガス、８〜１５容量％のＯ_２ガス、残部をＡｒガスとする３種混合ガスとし、１００ｃｍ／ｍｉｎ以上の溶接速度にして、ソリッドワイヤを消耗電極として用いて溶接を行う方法である。
【００１０】
【実施例】
次に、本発明の高速ＭＡＧ溶接方法の実施例について説明する。
［実施例１］
本発明の実施例１として、以下の如き溶接条件により高速ＭＡＧ溶接を行い、その時使用するシールドガスの組成を変化せしめて、その組成変化による溶接状態について確認、評価した。
＜溶接条件＞
・溶接母材：冷間圧延鋼板（ＳＰＣＣ材）、板厚２．３ｍｍ
・継手形状：重ね継手
・溶接姿勢：水平すみ肉
・溶接ワイヤ：ＪＩＳ Ｚ３３１２に準拠したＹＧＷ１６に相当するソリッドワイヤ
・チップ母材間距離：１５ｍｍ
・トーチ傾斜角度：４５度
・前進角度：２０度
以上の条件下で、溶接電流として、平均電流３００Ａでのパルス電流を使用して、２００ｃｍ／ｍｉｎの溶接速度で溶接を行った。
【００１１】
そして、上記した溶接条件下で、シールドガスとして、ヘリウムガス（Ｈｅ）、酸素ガス（Ｏ_２）及びアルゴンガス（Ａｒ）の３種類の混合ガスの組成（容量％）を変化せしめて、それぞれの組成ガスをシールドガスに使用した時の、以下の如き現象の発生の有無を確認して、溶接状態を評価した。これを表１に表示する。
（ｉ）ハンピング発生の確認。
（ｉｉ）アンダカット発生の確認。
（ｉｉｉ）ビード蛇行発生の確認。
（ｉｖ）スパッタ発生の確認。
（ｖ）総合評価の確認。
【００１２】
なお、発生の確認及び総合評価は、以下の如き５段階評価で行った。
◎：各現象の発生がなく非常に良好。
○：各現象がわずか痕跡微少程度であって良好。
△：各現象の発生が幾分認められるが、継手として支障がなく合格。
×：各現象が発生して継ぎ手として不合格。
ー：ハンピングの発生で評価不可。
【００１３】
【表１】

【００１４】
表１で明らかなように、パルス電流によるＭＡＧ溶接を２００ｃｍ／ｍｉｎの高速で溶接することができるシールドガスの組成としては、
Ｈｅガス：３０〜８５容量％、Ｏ_２ガス：８〜１５容量％、そして残余Ａｒガスの３種混合ガスで行うことによって、上記した如き好ましくない現象が発生することなく、極めて良好なビードを形成し、安定した状態でＭＡＧ溶接を高速度で行うことが可能であることが確認評価された。
【００１５】
なお、上記した実施例１では、溶接速度として２００ｃｍ／ｍｉｎで溶接した例について説明したが、本発明はこれに限定されるものでなく、従来の一般的溶接法での上限速度１００ｃｍ／ｍｉｎ以上の溶接速度のＭＡＧ溶接に充分使用することができることは、勿論である。
【００１６】
なお又、上記実施例１では、パルス電流を使用したＭＡＧ溶接について説明したが、一般的なＭＡＧ溶接にも適用し得ることは勿論である。そして溶接する継手も実施例１での重ね継手の溶接に限定されるものでなく、Ｔ型継手や、突き合わせ継手の溶接にも適用し得ることも勿論である。
更に、溶接母材を溶接の進行方向に向かって下り勾配に配置し、本発明の高速ＭＡＧ溶接を適用すると、溶接速度を高速化するための効果を発揮するのに極めて大きく寄与することとなる。
【００１７】
【発明の効果】
本発明の高速ＭＡＧ溶接法は、上記した如き形態で実施され、以下の如き効果を奏する。
本発明のＭＡＧ溶接法ではシールドガスとして、Ｈｅガス：３０〜８５容量％、Ｏ_２ガス：８〜１５容量％、そして残余Ａｒガスの混合ガスを使用することによって、既存の溶接用シールドガスに比べて発生するアーク圧力を低下させることができ、アークを安定化することができるため、溶接速度を１００ｃｍ／ｍｉｎ以上の高速化した溶接をすることができる。
【００１８】
その上、高速化したにも拘わらず、ハンピングビードが発生し難くなったり、濡れ性の良い、ビード幅の広い平坦な溶接ビードを形成し、アンダカットが殆ど発生しない溶接ビードが得られる。更に、スパッタの発生が少ない良好な溶接状態が得られると共に、溶接後のスパッタ除去作業が軽減されて作業効率をより一層向上せしめる。
更に、従来既存の装置器具を使用して、容易な操作により高速溶接を可能とし得る等多くの効果を奏する。

Claims (3)

1. 溶接母材である冷間圧延鋼板を、シールドガス組成が、３０〜８５容量％のＨｅガス、８〜１５容量％のＯ_２ガス、残部をＡｒガスとする混合ガスでなるシールドガスを用いて、１００ｃｍ／ｍｉｎ以上の溶接速度で、ソリッドワイヤを用いたＭＡＧ溶接することを特徴とする高速ＭＡＧ溶接法。
2. 溶接母材である冷間圧延鋼板を、シールドガス組成が、３０〜８５容量％のＨｅガス、８〜１５容量％のＯ_２ガス、残部をＡｒガスとする混合ガスでなるシールドガスを用いて、１００ｃｍ／ｍｉｎ以上の溶接速度で、ソリッドワイヤを使用してパルス電流によりＭＡＧ溶接することを特徴とする高速ＭＡＧ溶接法。
3. 溶接母材を溶接の進行方向に向かって下り勾配に配置してＭＡＧ溶接することを特徴とする請求項１又は２に記載の高速ＭＡＧ溶接法。