JP4842665B2 - Two-electrode arc welding method for high alloy steel - Google Patents

Description

本発明は、高合金鋼に対するアーク溶接性能を向上させるための高合金鋼の２電極アーク溶接方法に関するものである。   The present invention relates to a two-electrode arc welding method for high alloy steel for improving arc welding performance for high alloy steel.

ステンレス鋼等の高合金鋼のミグ溶接においては、シールドガスに２体積％程度の酸素を加えたアルゴンガスが用いられるのが一般的である。これは、シールドガス中の酸素によってアークの陰極点の形成が安定化し、アーク発生状態が安定になるからである。圧力容器、原子力発電所の構造物等に使用される高合金鋼の溶接では、高い安全性と信頼性が要求される。しかし、高品質な高合金鋼溶接において、酸素を加えたアルゴンガスを用いると、酸素が溶接金属中に固溶されて溶接部の品質が低下する。このために、高合金鋼を高品質溶接するときには、シールドガスには純アルゴンガス等の不活性ガス１００体積％
のシールドガスが用いられる。 In MIG welding of high alloy steel such as stainless steel, it is common to use argon gas in which about 2% by volume of oxygen is added to the shielding gas. This is because the formation of the cathode cathode spot is stabilized by the oxygen in the shielding gas, and the arc generation state is stabilized. High safety and reliability are required in the welding of high alloy steel used for pressure vessels, nuclear power plant structures, and the like. However, when argon gas to which oxygen is added is used in high quality high alloy steel welding, oxygen is dissolved in the weld metal and the quality of the welded portion is lowered. Therefore, when high quality steel is welded with high quality, the shielding gas is 100% by volume of inert gas such as pure argon gas.
The shielding gas is used.

しかし、純アルゴンガス雰囲気でミグ溶接を行うと、アークのワンダリング及び溶滴のローテート移行が発生するためにアークが不安定になり、安定した溶接を行うことができない。ワンダリングとはアークがふらつく現象であり、シールドガスに酸素が含まれていないために、アークの陰極点形成位置がたえず移動することで発生する。ローテート移行は、高電流域において溶接ワイヤの先端部が高速で回転してアークが安定しない現象である。この現象は、溶接ワイヤを通電する高電流によって強い磁界及び電界が形成され、溶接ワイヤ先端部に回転力が生じることにより発生する。したがって、高合金鋼の高品質溶接にはミグ溶接は使用できないために、ティグ溶接を使用するのが一般的であった。しかし、ティグ溶接はミグ溶接に比べて生産効率が低く、かつ、自動化も難しいという問題がある。このために、最近では、上述したミグ溶接のアーク不安定を改善する従来技術が提案されている。以下、これらの従来技術について説明する。   However, when MIG welding is performed in a pure argon gas atmosphere, arc wandering and droplet rotation transfer occur, so that the arc becomes unstable and stable welding cannot be performed. Wandering is a phenomenon in which the arc fluctuates and occurs when the cathode spot formation position of the arc constantly moves because oxygen is not contained in the shield gas. Rotation shift is a phenomenon in which the arc is not stable because the tip of the welding wire rotates at a high speed in a high current region. This phenomenon occurs when a strong magnetic field and electric field are formed by a high current passing through the welding wire, and a rotational force is generated at the tip of the welding wire. Therefore, TIG welding is generally used because MIG welding cannot be used for high-quality welding of high alloy steel. However, TIG welding has problems that production efficiency is lower than MIG welding and automation is difficult. For this reason, recently, a conventional technique for improving the arc instability of MIG welding described above has been proposed. Hereinafter, these conventional techniques will be described.

図６は、純アルゴンガス雰囲気下での高合金鋼ミグ溶接の不安定を抑制することができる特殊な２層構造を有する溶接ワイヤの断面図である。この溶接ワイヤは、同軸の２層構造を有し、心材として融点の低い例えばインコネルを使用し、被服材として融点の高い例えばステンレス鋼を使用する。この逆の構造でも良い。この溶接ワイヤを使用すれば、ワンダリング及びローテート移行によるアーク不安定現象が生じないミグ溶接が可能となる。しかし、この溶接ワイヤは特殊な構造のために、生産が難しく、非常に高価になる。このために、実用上はほとんど普及していない。   FIG. 6 is a cross-sectional view of a welding wire having a special two-layer structure that can suppress instability of high alloy steel MIG welding in a pure argon gas atmosphere. This welding wire has a coaxial two-layer structure, and uses, for example, Inconel having a low melting point as a core material, and uses, for example, stainless steel having a high melting point as a clothing material. The reverse structure may be used. If this welding wire is used, it is possible to perform MIG welding that does not cause arc instability due to wandering and rotation. However, this welding wire is difficult to produce and very expensive due to its special structure. For this reason, it is hardly popular in practical use.

図７は、２電極アーク溶接装置の構成図である。１つの溶接トーチの先端に取り付けられたノズル５内を２つの溶接ワイヤ１ａ、１ｂが送給されて、母材２との間に２つのアーク３ａ、３ｂが発生する。第１溶接電源ＰＳ１は、第１給電チップ４ａを介して第１溶接ワイヤ１ａに電力を供給し、第１送給モータＭ１を制御する第１送給制御信号Ｆc1を出力する。第２溶接電源ＰＳ２は、第２給電チップ４ｂを介して第２溶接ワイヤ１ｂに電力を供給し、第２送給モータＭ２を制御する第２送給制御信号Ｆc2を出力する。第１溶接ワイヤ１ａと第２溶接ワイヤ１ｂとは互いに電気的に絶縁されている。   FIG. 7 is a configuration diagram of a two-electrode arc welding apparatus. Two welding wires 1a and 1b are fed through the nozzle 5 attached to the tip of one welding torch, and two arcs 3a and 3b are generated between the base metal 2 and the welding wire 1a and 1b. The first welding power source PS1 supplies power to the first welding wire 1a via the first power feed tip 4a and outputs a first feed control signal Fc1 for controlling the first feed motor M1. The second welding power source PS2 supplies power to the second welding wire 1b via the second power feed tip 4b and outputs a second feed control signal Fc2 for controlling the second feed motor M2. The first welding wire 1a and the second welding wire 1b are electrically insulated from each other.

上記の装置による２電極アーク溶接方法によって純アルゴンガス雰囲気下で高合金鋼ミグ溶接を行うと、上述したワンダリング及びローテート移行によるアーク不安定は抑制される。ワンダリングが抑制される理由は、２つの溶接ワイヤ１ａ、１ｂを通電する溶接電源の通電方向が同一であるので、２つのアーク３ａ、３ｂは互いに引き付け合い、アークがふらつくのを抑制するからである。ローテート移行が発生しない理由は、高電流が２つの溶接ワイヤ１ａ、１ｂに分けて通電することができるために、１つの溶接ワイヤを通電する電流値が小さくなり回転力が生じないからである（特許文献１、２参照）。   When high alloy steel MIG welding is performed in a pure argon gas atmosphere by the two-electrode arc welding method using the above-described apparatus, arc instability due to wandering and rotation transfer described above is suppressed. The reason why wandering is suppressed is that the energizing directions of the welding power sources for energizing the two welding wires 1a and 1b are the same, so that the two arcs 3a and 3b are attracted to each other and the arc is prevented from fluctuating. is there. The reason why the rotation shift does not occur is that a high current can be energized separately for the two welding wires 1a and 1b, so that the current value for energizing one welding wire becomes small and no rotational force is generated ( (See Patent Documents 1 and 2).

特開２００１−２０５４４４号公報JP 2001-205444 A 特開２００２−３５９３６号公報JP 2002-35936 A

上述したように、純アルゴンガス雰囲気下で高合金鋼を溶接する場合、２電極アーク溶接方法を使用すればアーク不安定になることなく溶接を行うことができる。しかし、高合金鋼溶接には溶接部に割れが発生しやすいというもう一つの大きな問題がある。以下、この割れの問題について、高合金鋼製溶接ワイヤを使用した肉盛り溶接を例に取り説明する。   As described above, when high alloy steel is welded in a pure argon gas atmosphere, welding can be performed without arc instability if a two-electrode arc welding method is used. However, high alloy steel welding has another major problem that cracks are likely to occur in the weld. Hereinafter, this cracking problem will be described by taking an example of build-up welding using a high alloy steel welding wire.

防錆目的のために、軟鋼材にステンレス系の高合金鋼製溶接ワイヤを用いて肉盛り溶接が行われる。この場合、溶接部に割れが発生しやすい。図８に示すように、溶接ビードの断面は、余盛り部Ｓｂと溶込み部Ｓａから形成される。余盛り部Ｓｂ及び溶込み部Ｓａは、溶接ワイヤの高合金鋼成分と母材の軟鋼成分とが溶け合った金属組織となる。この金属組織が、完全オーステナイト組織になると高温割れが生じる。また、金属組織にマルテンサイトが析出すると硬化して割れが生じる。   For the purpose of rust prevention, build-up welding is performed using a stainless steel high alloy steel welding wire on a mild steel material. In this case, cracks are likely to occur in the weld. As shown in FIG. 8, the cross section of the weld bead is formed from the surplus portion Sb and the penetration portion Sa. The surplus portion Sb and the penetration portion Sa have a metal structure in which the high alloy steel component of the welding wire and the mild steel component of the base material are melted together. When this metal structure becomes a complete austenite structure, hot cracking occurs. Moreover, when martensite precipitates in the metal structure, it hardens and cracks occur.

割れを防止するためには、図９に示す公知であるシェフラーの組織図を用いて溶接部の金属組織を推定し、この金属組織が同図上に示す安全領域（Ａ）＋（Ｆ）に入るように溶接材料等を設定することが大切である。安全領域（Ａ）＋（Ｆ）は、オーステナイト組織（Ａ）に少量のフェライト組織（Ｆ）が混合した金属組織の領域である。割れを防止するための１つの目安として、溶接部の金属組織が安全領域（Ａ）＋（Ｆ）内にあることが大切である。この安全領域（Ａ）＋（Ｆ）の範囲は絶対的なものではなく、書籍、溶接材料用資料等によってズレがある。同図において、横軸は金属組織のクロム当量を示し、縦軸は金属組織のニッケル当量を示す。両当量は下式で定義される。
クロム当量 ＝％Ｃｒ＋％Ｍｏ＋1.5×％Ｓｉ＋0.5×％Ｎｂ
ニッケル当量＝％Ｎｉ＋30×％Ｃ＋0.5×％Ｍｎ
ここで、％は質量％である。溶接部のクロム当量及びニッケル当量の交点が金属組織の状態を示し、交点が安全領域（Ａ）＋（Ｆ）内にあるときは割れは発生しない。 In order to prevent cracking, the metal structure of the welded portion is estimated using the well-known Schaeffler structure diagram shown in FIG. 9, and this metal structure falls within the safety region (A) + (F) shown in FIG. It is important to set the welding materials to enter. The safety region (A) + (F) is a region of a metal structure in which a small amount of a ferrite structure (F) is mixed with an austenite structure (A). As one guideline for preventing cracking, it is important that the metal structure of the welded portion is within the safety region (A) + (F). The range of the safety area (A) + (F) is not absolute, and may vary depending on books, materials for welding materials, and the like. In the figure, the horizontal axis represents the chromium equivalent of the metal structure, and the vertical axis represents the nickel equivalent of the metal structure. Both equivalents are defined by the following formula.
Chromium equivalent =% Cr +% Mo + 1.5 x% Si + 0.5 x% Nb
Nickel equivalent =% Ni + 30 x% C + 0.5 x% Mn
Here,% is mass%. When the intersection of the chromium equivalent and the nickel equivalent of the weld indicates the state of the metal structure, cracks do not occur when the intersection is within the safety region (A) + (F).

図１０は、母材及び溶接ワイヤの組成成分から上述したシェフラーの組織図を用いて溶接部の金属組織を推定する方法を説明する図である。同図は、説明を分かりやすくするために図９の横軸及び縦軸は同一にし、安全領域（Ａ）＋（Ｆ）のみを表示している。母材に軟鋼材ＳＳ４００（ＪＩＳ規格）を使用し、２つの溶接ワイヤ共にステンレス系高合金鋼ワイヤＹ３０９（ＪＩＳ規格）を使用し、純アルゴンガス雰囲気下で２電極アーク溶接方法によって肉盛り溶接を行った場合を想定している。以下、同図を参照して説明する。   FIG. 10 is a diagram for explaining a method for estimating the metal structure of the weld using the Schaeffler structure chart described above from the composition components of the base material and the welding wire. In FIG. 9, for the sake of easy understanding, the horizontal axis and the vertical axis in FIG. 9 are the same, and only the safety area (A) + (F) is displayed. Mild steel SS400 (JIS standard) is used for the base metal, and stainless steel high-alloy steel wire Y309 (JIS standard) is used for both welding wires. The case where it went is assumed. Hereinafter, a description will be given with reference to FIG.

同図に示すように、母材ＳＳ４００のプロット位置は、ＳＳ４００のクロム当量及びニッケル当量からＰ１点となる。同様に、溶接ワイヤＹ３０９のプロット位置は、Ｐ２点になる。したがって、溶接部の金属組織の状態は、線分Ｐ１−Ｐ２上に位置する。これは、溶接部の金属組織は、母材成分と溶接ワイヤ成分とが溶け合ったものであり、図８で上述した溶込み部Ｓａと余盛り部Ｓｂとの体積比によって線分Ｐ１−Ｐ２上を移動する。すなわち、線分Ｐ１−Ｐ２上のＱ１１点に溶接部の金属組織の状態位置があるときは、（線分Ｐ１−Ｑ１１の長さ）：（線分Ｑ１１−Ｐ２の長さ）＝Ｓｂ：Ｓａになる。ここで、溶込み率＝（Ｓａ／（Ｓａ＋Ｓｂ））と定義すると、Ｑ１１点の溶込み率＝（線分Ｑ１１−Ｐ２の長さ）／（線分Ｐ１−Ｐ２の長さ）となる。   As shown in the figure, the plot position of the base material SS400 is P1 from the chromium equivalent and nickel equivalent of SS400. Similarly, the plot position of the welding wire Y309 is point P2. Therefore, the state of the metal structure of the welded portion is located on the line segment P1-P2. This is because the base metal component and the welding wire component are melted together in the metal structure of the welded portion, and on the line segment P1-P2 depending on the volume ratio of the penetration portion Sa and the surplus portion Sb described above with reference to FIG. To move. That is, when the position of the metal structure of the welded portion is at the point Q11 on the line segment P1-P2, (the length of the line segment P1-Q11) :( the length of the line segment Q11-P2) = Sb: Sa become. Here, if the penetration rate is defined as (Sa / (Sa + Sb)), the penetration rate at the Q11 point = (length of the line segment Q11-P2) / (length of the line segment P1-P2).

ここで、溶接部の割れを防止するためには、溶接部の金属組織の状態位置を、同図に示す安全領域（Ａ）＋（Ｆ）内に入れなければならない。したがって、安全領域（Ａ）＋（Ｆ）と線分Ｐ１−Ｐ２との交点をＱ１０及びＱ１１とすると、割れを防止するためには溶接部の金属組織の状態位置が線分Ｑ１０−Ｑ１１上にある必要がある。これら両点Ｑ１０、Ｑ１１は、上述したように、溶込み率２０％、８％に相当する。したがって、割れを防止するためには、溶込み率が８〜２０％の範囲に入るように、溶接速度及び総溶接電流を設定しなければならない。この総溶接電流は、２つの溶接ワイヤを通電する溶接電流の合算値である。   Here, in order to prevent cracking of the welded portion, the state position of the metal structure of the welded portion must be within the safety region (A) + (F) shown in FIG. Therefore, when the intersection of the safety region (A) + (F) and the line segment P1-P2 is Q10 and Q11, the state position of the metal structure of the welded portion is on the line segment Q10-Q11 in order to prevent cracking. There must be. These two points Q10 and Q11 correspond to a penetration rate of 20% and 8% as described above. Therefore, in order to prevent cracking, the welding speed and the total welding current must be set so that the penetration rate falls within the range of 8 to 20%. This total welding current is a total value of welding currents for energizing two welding wires.

一般的に、母材ワークの溶込みは、要求される溶接部の機械的特性等によって適正値が決まる。したがって、母材ワークが決まれば、適正な溶込み率が決まる。しかし、上述したように、割れを防止するためには、許容される溶込み率の範囲が制限される。したがって、設定したい溶込み率が割れない許容溶込み率範囲にある場合は問題はない。しかし、そうでないときは溶込み率を所望値に設定することができない。上記の例では、所望の溶込み率が７％である場合、割れ許容範囲８〜２０％外であるので、所望値には設定することができない。したがって、所望の溶込み率を確保し、かつ、溶接部の割れを防止することができない場合が発生していた。   In general, an appropriate value for the penetration of the base material workpiece is determined by the required mechanical characteristics of the welded part. Therefore, once the base material workpiece is determined, an appropriate penetration rate is determined. However, as described above, in order to prevent cracking, the allowable penetration rate range is limited. Therefore, there is no problem when the penetration rate to be set is within the allowable penetration rate range that does not break. However, otherwise, the penetration rate cannot be set to a desired value. In the above example, when the desired penetration rate is 7%, it is outside the allowable crack range of 8 to 20%, so it cannot be set to the desired value. Therefore, the case where the desired penetration rate was ensured and the crack of a welding part was not able to be generated had occurred.

そこで、本発明は、不活性ガス１００％雰囲気下での高合金鋼溶接において、溶接部に割れが発生しない許容溶込み率範囲を所望範囲にシフトさせることができる高合金鋼の２電極アーク溶接方法を提供する。   Therefore, the present invention provides a high alloy steel two-electrode arc welding capable of shifting the allowable penetration rate range in which cracks do not occur in a weld zone to a desired range in high alloy steel welding in an inert gas 100% atmosphere. Provide a method.

上述した課題を解決するために、第１の発明は、不活性ガス１００％の雰囲気下で、互いに絶縁されかつクロム当量及びニッケル当量の組成が異なる第１溶接ワイヤ及び第２溶接ワイヤを送給し、近接する２つのアークを発生させて高合金鋼の母材を溶接する高合金鋼の２電極アーク溶接方法において、
溶接部にオーステナイト組織及び少量のフェライト組織からなる組織を形成するように溶接部のクロム当量及びニッケル当量を設定し、
母材、第１溶接ワイヤ及び第２溶接ワイヤのそれぞれのクロム当量及びニッケル当量並びに前記溶接部のクロム当量及びニッケル当量の設定値を入力として第１溶接ワイヤ及び第２溶接ワイヤのそれぞれの送給速度を算出する送給速度算出工程を備え、
前記送給速度算出工程は、ｘ軸をクロム当量としｙ軸をニッケル当量とするグラフにおける母材のクロム当量及びニッケル当量のプロット位置をＰ１点とし、第１溶接ワイヤのクロム当量及びニッケル当量のプロット位置をＰ２点とし、第２溶接ワイヤのクロム当量及びニッケル当量のプロット位置をＰ３点とし、前記溶接部のクロム当量及びニッケル当量の設定値のプロット位置をＲ１点として入力するステップと、前記Ｐ１点及び前記Ｒ１点を通る直線と前記Ｐ２点及び前記Ｐ３点を通る直線との交点Ｒ２点を算出するステップと、線分Ｐ１−Ｒ２と線分Ｒ１−Ｒ２との長さの比率によって溶込み率を算出するステップと、この溶込み率から予め定めた関係によって第１溶接ワイヤ及び第２溶接ワイヤの合算した送給速度を算出するステップと、この合算送給速度を線分Ｐ２−Ｒ２と線分Ｒ２−Ｐ３との長さの比率で分配して第１溶接ワイヤ及び第２溶接ワイヤのそれぞれの送給速度を算出するステップと、からなる、
ことを特徴とする高合金鋼の２電極アーク溶接方法である。 In order to solve the above-described problems, the first invention feeds a first welding wire and a second welding wire that are insulated from each other and have different compositions of chromium equivalent and nickel equivalent in an atmosphere of 100% inert gas. In a two-electrode arc welding method for high alloy steel in which two adjacent arcs are generated to weld a base material of high alloy steel,
Set the chromium equivalent and nickel equivalent of the weld to form a structure consisting of an austenite structure and a small amount of ferrite structure in the weld,
Feeding each of the first welding wire and the second welding wire by using as input the chromium equivalent and nickel equivalent of the base metal, the first welding wire and the second welding wire, and the set values of the chromium equivalent and nickel equivalent of the weld. A feeding speed calculating step for calculating the speed;
The feeding speed calculation step is such that the plot position of the chromium equivalent and nickel equivalent of the base metal in the graph in which the x axis is chromium equivalent and the y axis is nickel equivalent is P1, and the chromium equivalent and nickel equivalent of the first welding wire are The plot position is set as P2, the plot position of chromium equivalent and nickel equivalent of the second welding wire is set as P3 point, and the plot position of the set value of chromium equivalent and nickel equivalent of the weld is input as R1 point, The step of calculating the intersection R2 of the straight line passing through the points P1 and R1 and the straight line passing through the points P2 and P3 and the ratio of the lengths of the line segments P1-R2 and the line segments R1-R2 A step of calculating a penetration rate, and a step of calculating a combined feed rate of the first welding wire and the second welding wire according to a predetermined relationship from the penetration rate. And calculating the respective feeding speeds of the first welding wire and the second welding wire by distributing the total feeding speed by the ratio of the lengths of the line segment P2-R2 and the line segment R2-P3; Consist of
This is a two-electrode arc welding method for high alloy steel.

上記第１の発明によれば、不活性ガス１００％雰囲気下での高合金鋼のアーク溶接において、２電極アーク溶接方法を使用することによって、ワンダリング及びローテート移行によるアーク不安定を抑制することができ、安定した溶接を行うことができる。さらに、クロム当量及びニッケル当量の異なる２つの溶接ワイヤを使用し、２つの溶接ワイヤの合算した送給速度を所望の溶込みが形成される適正値に設定し、溶接部にオーステナイト組織及び少量のフェライト組織からなる組織を形成するように両溶接ワイヤのそれぞれの送給速度を設定することによって、所望の溶込みを確保した上で溶接部の割れを防止することができる。また、割れが発生しない許容溶込み率範囲を所望範囲にシフトさせることができる。さらに、第１の発明によれば、溶接部に所望のクロム当量及びニッケル当量を有する金属組織を形成するための第１及び第２溶接ワイヤの送給速度を自動的に算出することができる。このために、溶接部に割れが発生しない金属組織を簡単な操作で形成することができる。 According to the first invention, arc instability due to wandering and rotation transfer is suppressed by using a two-electrode arc welding method in arc welding of high alloy steel in an inert gas 100% atmosphere. And stable welding can be performed. Furthermore, two welding wires having different chromium equivalents and nickel equivalents are used, and the combined feeding speed of the two welding wires is set to an appropriate value at which a desired penetration is formed. By setting the feeding speeds of the two welding wires so as to form a structure composed of a ferrite structure, it is possible to prevent cracking of the welded portion while ensuring a desired penetration. Moreover, the allowable penetration rate range in which cracks do not occur can be shifted to a desired range. Furthermore, according to 1st invention, the feeding speed of the 1st and 2nd welding wire for forming the metal structure which has a desired chromium equivalent and nickel equivalent in a welding part can be calculated automatically. For this reason, the metal structure which does not generate | occur | produce a crack in a welding part can be formed by simple operation.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１に係る高合金鋼の２電極アーク溶接方法を説明するためのシェフラーの組織図を基礎にした金属組織概要図である。同図は、上述した図１０に対応しており、シェフラーの組織図を元にして割れが発生しない安全領域（Ａ）＋（Ｆ）のみを表示したものである。２電極アーク溶接装置は、上述した図７と同一である。すなわち、純アルゴンガス雰囲気下で第１溶接ワイヤ１ａ及び第２溶接ワイヤ１ｂを送給して、２つのアーク３ａ、３ｂを発生させて高合金鋼溶接を行う。以下、同図を参照して説明する。 [Embodiment 1]
FIG. 1 is a schematic diagram of a metal structure based on a Schaeffler structure diagram for explaining a two-electrode arc welding method for high alloy steel according to Embodiment 1 of the present invention. This figure corresponds to FIG. 10 described above, and shows only the safety region (A) + (F) where no cracks are generated based on the Schaeffler organization chart. The two-electrode arc welding apparatus is the same as that shown in FIG. That is, the first welding wire 1a and the second welding wire 1b are fed in a pure argon gas atmosphere to generate two arcs 3a and 3b, thereby performing high alloy steel welding. Hereinafter, a description will be given with reference to FIG.

本実施の形態では、クロム当量及びニッケル当量の組成が異なる第１溶接ワイヤ１ａと第２溶接ワイヤ１ｂとを使用する。図１０と同様に、母材にＳＳ４００を使用すると、プロット位置はＰ１点になり、第１溶接ワイヤ１ａにＹ３０９を使用すると、プロット位置はＰ２点になる。ここで、第２溶接ワイヤ１ｂに、第１溶接ワイヤ１ａとはクロム当量及びニッケル当量が異なるＹ４１０（ＪＩＳ規格）を使用すると、プロット位置はＰ３点になる。   In the present embodiment, a first welding wire 1a and a second welding wire 1b having different compositions of chromium equivalent and nickel equivalent are used. Similarly to FIG. 10, when SS400 is used for the base material, the plot position is P1 point, and when Y309 is used for the first welding wire 1a, the plot position is P2 point. Here, when Y410 (JIS standard) having a chromium equivalent and a nickel equivalent different from those of the first welding wire 1a is used for the second welding wire 1b, the plot position becomes the point P3.

母材ワーク及び要求品質が決まると、それに応じて溶込み率が決定される。この所望の溶込み率になるように、総溶接電流値及び溶接速度を設定する。総溶接電流値は、両溶接ワイヤ１ａ、１ｂを通電する溶接電流の合算値であるので、総溶接電流値は送給速度の合算値を設定することによって設定される。すなわち、所望の溶込み率になるように合算送給速度を適正値に設定する。   When the base material workpiece and the required quality are determined, the penetration rate is determined accordingly. The total welding current value and the welding speed are set so as to achieve this desired penetration rate. Since the total welding current value is a total value of welding currents passing through both welding wires 1a and 1b, the total welding current value is set by setting a total value of feeding speeds. That is, the total feeding speed is set to an appropriate value so as to obtain a desired penetration rate.

合算送給速度を上記の適正値に固定したままで、第１溶接ワイヤ１ａの送給速度と第２溶接ワイヤ１ｂの送給速度とを３：１で分配する。これにれにより両溶接ワイヤ１ａ、１ｂの成分が混合された仮想の溶接ワイヤが作成され、この溶接ワイヤのプロット位置は、線分Ｐ２−Ｐ３を３：１で内分したＱ２点となる。したがって、上述したように、溶接部の金属組織の状態位置は、線分Ｐ１−Ｑ２上にある。この線分Ｐ１−Ｑ２と安全領域（Ａ）＋（Ｆ）との交点をＱ３とすると、（線分Ｑ３−Ｑ２の長さ）／（線分Ｐ１−Ｑ２の長さ）＝０．１７となる。上述したように、この線分比率が溶込み率となるので、溶接部の金属組織の状態位置を安全領域（Ａ）＋（Ｆ）内に入れるためには、溶込み率は１７％以下であれば良い。このために、従来技術では不可能であった８％以下に溶込み率を設定しても割れの発生しない状態にすることができる。   The feeding speed of the first welding wire 1a and the feeding speed of the second welding wire 1b are distributed at 3: 1 while the total feeding speed is fixed at the appropriate value. As a result, a virtual welding wire in which the components of both welding wires 1a and 1b are mixed is created, and the plot position of this welding wire is Q2 point obtained by internally dividing the line segment P2-P3 by 3: 1. Accordingly, as described above, the state position of the metal structure of the welded portion is on the line segment P1-Q2. Assuming that the intersection of this line segment P1-Q2 and the safety area (A) + (F) is Q3, (length of line segment Q3-Q2) / (length of line segment P1-Q2) = 0.17 Become. As described above, since this line segment ratio becomes the penetration rate, the penetration rate is 17% or less in order to put the state of the metal structure of the welded portion in the safety region (A) + (F). I just need it. For this reason, even if the penetration rate is set to 8% or less, which is not possible with the prior art, it is possible to prevent cracking.

同図に示すように、合算送給速度は固定したままで、第１溶接ワイヤ１ａと第２溶接ワイヤ１ｂとの送給速度の分配比率を変えると、Ｑ２点が線分Ｐ２−Ｐ３上を移動する。この結果、割れの発生しない許容溶込み率範囲を所望範囲にシフトさせることができる。従来技術では、母材組成と溶接ワイヤ組成が決まると許容溶込み率範囲は一義的に決まってしまう。これに対して、本実施の形態では、組成の異なる２種類の溶接ワイヤを使用することによって、許容溶込み率範囲を調整することができるので、条件裕度が拡大する。   As shown in the figure, when the distribution ratio of the feeding speeds of the first welding wire 1a and the second welding wire 1b is changed while the total feeding speed is fixed, the point Q2 moves on the line segment P2-P3. Moving. As a result, the allowable penetration rate range in which cracks do not occur can be shifted to a desired range. In the prior art, when the base material composition and the welding wire composition are determined, the allowable penetration rate range is uniquely determined. On the other hand, in this Embodiment, since an allowable penetration rate range can be adjusted by using two types of welding wires having different compositions, the condition tolerance is expanded.

図２は、上述した図１において第１溶接ワイヤ１ａの組成が変化したときの図である。同図に示すように、第１溶接ワイヤ１ａは同じＹ３０９であるが、プロット位置はＰ２１点に移動している。これは、同一規格のＹ３０９であっても、銘柄によってその組成は少し異なるからである。したがって、銘柄によってプロット位置が図１のＰ２点から同図のＰ２１点に変化している。このときに、合算送給速度を固定したままで、第１溶接ワイヤ１ａと第２溶接ワイヤ１ｂとの分配比率を４：１に変更すると、成分が混合した仮想溶接ワイヤのプロット位置はＱ４点になる。線分Ｐ１−Ｑ４と安全領域（Ａ）＋（Ｆ）との交点はＱ５点になる。（線分Ｑ５−Ｑ４の長さ）／（線分Ｐ１−Ｑ４の長さ）＝０．１９となるので、Ｑ５点の溶込み率は１９％になる。このために、溶接ワイヤの成分が変化しても、合算送給速度の分配比率を変更することで、割れの発生しない許容溶込み率範囲を図１と略同一範囲に維持することができる。   FIG. 2 is a view when the composition of the first welding wire 1a is changed in FIG. 1 described above. As shown in the figure, the first welding wire 1a has the same Y309, but the plot position has moved to point P21. This is because even Y309 of the same standard has a slightly different composition depending on the brand. Therefore, the plot position changes from the point P2 in FIG. 1 to the point P21 in FIG. 1 depending on the brand. At this time, if the distribution ratio of the first welding wire 1a and the second welding wire 1b is changed to 4: 1 while the total feeding speed is fixed, the plot position of the virtual welding wire in which the components are mixed is Q4 points. become. The intersection of the line segment P1-Q4 and the safety area (A) + (F) is Q5. Since (length of line segment Q5-Q4) / (length of line segment P1-Q4) = 0.19, the penetration rate at point Q5 is 19%. For this reason, even if the components of the welding wire change, the allowable penetration rate range in which cracks do not occur can be maintained in the substantially same range as FIG. 1 by changing the distribution ratio of the combined feeding speed.

［実施の形態２］
図３は、本発明の実施の形態２に係る高合金鋼の２電極アーク溶接方法を説明するためのシェフラーの組織座を基礎にした金属組織概要図である。同図は、上述した図１と同一のものである。すなわち、母材のクロム当量及びニッケル当量のプロット位置がＰ１点であり、第１溶接ワイヤのクロム当量及びニッケル当量のプロット位置がＰ２点であり、第２溶接ワイヤのクロム当量及びニッケル当量のプロット位置がＰ３点である。溶接部に割れが発生しないための溶接部のクロム当量及びニッケル当量の領域が安全領域（Ａ）＋（Ｆ）である。ここで、目標とする溶接部のクロム当量及びニッケル当量をＲ１点とする。本実施の形態では、このＲ１点が設定されたときに、溶接部のクロム当量及びニッケル当量がＲ１点になる第１及び第２溶接ワイヤの送給速度Ｆr1、Ｆr2を算出する送給速度算出工程を備えた高合金鋼の２電極アーク溶接方法を提供する。 [Embodiment 2]
FIG. 3 is a schematic diagram of a metal structure based on Schaeffler's structure seat for explaining the two-electrode arc welding method for high alloy steel according to the second embodiment of the present invention. This figure is the same as FIG. 1 described above. That is, the plot position of the chromium equivalent and nickel equivalent of the base material is P1, the plot position of chromium equivalent and nickel equivalent of the first welding wire is P2, and the plot of chromium equivalent and nickel equivalent of the second welding wire The position is point P3. The region of chromium equivalent and nickel equivalent of the welded portion for preventing cracks in the welded portion is the safety region (A) + (F). Here, let the chromium equivalent and nickel equivalent of a target weld part be R1 points. In the present embodiment, when the R1 point is set, the feeding speed calculation for calculating the feeding speeds Fr1 and Fr2 of the first and second welding wires at which the chromium equivalent and nickel equivalent of the welded part become the R1 point. Provided is a method for two-electrode arc welding of high alloy steel comprising a process.

図４は、実施の形態２に係る２電極アーク溶接装置の構成図である。同図において上述した図７と同一の構成物には同一符号を付してそれらの説明は省略する。以下、図７とは異なる点線で示す構成物について説明する。   FIG. 4 is a configuration diagram of the two-electrode arc welding apparatus according to the second embodiment. In the figure, the same components as those in FIG. 7 described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. Hereinafter, the structure shown with the dotted line different from FIG. 7 is demonstrated.

クロム当量及びニッケル当量入力回路ＳＲは、図３で上述したように、母材、第１溶接ワイヤ、第２溶接ワイヤ及び溶接部の各クロム当量及びニッケル当量Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３及びＲ１を設定するクロム当量及びニッケル当量信号Ｓｒを出力する。送給速度算出回路ＦＲは、このクロム当量及びニッケル当量信号Ｓｒを入力として、図５で後述する処理によって各溶接ワイヤの送給速度を算出して、第１送給速度設定信号Ｆr1及び第２送給速度設定信号Ｆr2を出力する。第１溶接電源ＰＳ１は、この第１送給速度設定信号Ｆr1の送給速度で第１溶接ワイヤ１ａを送給し、第２溶接電源ＰＳ２は、この第２送給速度設定信号Ｆr2の送給速度で第２溶接ワイヤ１ｂを送給し溶接を行う。   The chromium equivalent and nickel equivalent input circuit SR sets the chromium equivalent and nickel equivalents P1, P2, P3, and R1 of the base material, the first welding wire, the second welding wire, and the welded portion, as described above with reference to FIG. A chromium equivalent and nickel equivalent signal Sr is output. The feed speed calculation circuit FR receives the chromium equivalent and nickel equivalent signal Sr as input, calculates the feed speed of each welding wire by the process described later in FIG. 5, and supplies the first feed speed setting signal Fr1 and the second feed speed setting signal Fr1. The feed speed setting signal Fr2 is output. The first welding power source PS1 feeds the first welding wire 1a at the feeding speed of the first feeding speed setting signal Fr1, and the second welding power source PS2 feeds the second feeding speed setting signal Fr2. The second welding wire 1b is fed at a speed to perform welding.

図５は、上述した送給速度算出回路ＦＲの処理を示すフローチャートである。同図の説明においては上述した図３を参照しながら行う。   FIG. 5 is a flowchart showing the processing of the feeding speed calculation circuit FR described above. The description of the figure will be made with reference to FIG. 3 described above.

ステップＳＴ１において、クロム当量及びニッケル当量信号Ｓｒが入力され、母材、第１溶接ワイヤ、第２溶接ワイヤ及び溶接部の各クロム当量及びニッケル当量Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３及びＲ１が入力される。   In step ST1, chromium equivalent and nickel equivalent signals Sr are input, and chromium equivalents and nickel equivalents P1, P2, P3, and R1 of the base material, the first welding wire, the second welding wire, and the welded portion are input.

ステップＳＴ２において、以下の処理を行う。
（１）Ｐ１点及びＲ１点の座標値からＰ１点及びＲ１点を通る直線Ｐ１−Ｒ１の式を算出する。
（２）Ｐ２点及びＰ３点の座標値からＰ２点及びＰ３点を通る直線Ｐ２−Ｐ３の式を算出する。
（３）上記の直線Ｐ１−Ｒ１と上記の直線Ｐ２−Ｐ３との式から交点Ｒ２点の座標値を算出する。 In step ST2, the following processing is performed.
(1) An equation of a straight line P1-R1 passing through the points P1 and R1 is calculated from the coordinate values of the points P1 and R1.
(2) An equation of a straight line P2-P3 passing through the points P2 and P3 is calculated from the coordinate values of the points P2 and P3.
(3) The coordinate value of the intersection R2 is calculated from the equation of the straight line P1-R1 and the straight line P2-P3.

ステップＳＴ３において、以下の処理を行う。
（１）線分Ｐ１−Ｒ２の長さを算出する。
（２）線分Ｒ１−Ｒ２の長さを算出する。
（３）溶込み率＝（線分Ｒ１−Ｒ２）／（線分Ｐ１−Ｒ２）を算出する。 In step ST3, the following processing is performed.
(1) The length of the line segment P1-R2 is calculated.
(2) The length of the line segment R1-R2 is calculated.
(3) Penetration rate = (Line segment R1-R2) / (Line segment P1-R2) is calculated.

ステップＳＴ４において、上記の溶込み率から予め実験等によって定めた関係によって第１溶接ワイヤ及び第２溶接ワイヤの合算送給速度を算出する。上述したように、母材ワークの材質、形状、溶接速度等が決まっている場合、図８で上述した溶込み率は総溶接電流値によって設定することができ、さらに、総溶接電流値は合算送給速度によって設定することができる。したがって、溶込み率は合算送給速度によって設定することができる。   In step ST4, the total feeding speed of the first welding wire and the second welding wire is calculated from the above penetration rate according to a relationship determined in advance by experiments or the like. As described above, when the material, shape, welding speed, etc. of the base material workpiece are determined, the penetration rate described above with reference to FIG. 8 can be set by the total welding current value, and the total welding current value is added up. It can be set according to the feeding speed. Therefore, the penetration rate can be set by the total feeding speed.

ステップＳＴ５において、以下の処理を行う。
（１）Ｐ２、Ｒ２及びＰ３の座標値によって線分Ｐ２−Ｒ２及び線分Ｒ２−Ｐ３の長さを算出する。
（２）第１送給速度設定信号Ｆr1＝（合算送給速度）・（線分Ｒ２−Ｐ３）／（線分Ｐ２−Ｒ２＋線分Ｒ２−Ｐ３）を算出する。
（３）第２送給速度設定信号Ｆr2＝（合算送給速度）・（線分Ｐ２−Ｒ２）／（線分Ｐ２−Ｒ２＋線分Ｒ２−Ｐ３）を算出する。
（４）上記の第１送給速度設定信号Ｆr1及び第２送給速度設定信号Ｆr2を出力する。 In step ST5, the following processing is performed.
(1) The lengths of the line segment P2-R2 and the line segment R2-P3 are calculated from the coordinate values of P2, R2, and P3.
(2) First feed speed setting signal Fr1 = (total feed speed) · (line segment R2-P3) / (line segment P2-R2 + line segment R2-P3) is calculated.
(3) Second feed speed setting signal Fr2 = (total feed speed) · (line segment P2-R2) / (line segment P2-R2 + line segment R2-P3) is calculated.
(4) The first feed speed setting signal Fr1 and the second feed speed setting signal Fr2 are output.

上述した実施の形態２によれば、溶接部に所望のクロム当量及びニッケル当量を有する金属組織を形成するための第１及び第２溶接ワイヤの送給速度を自動的に算出することができる。このために、溶接部に割れが発生しない金属組織を、簡単な操作で形成することができる。   According to the second embodiment described above, it is possible to automatically calculate the feeding speeds of the first and second welding wires for forming a metal structure having desired chromium equivalent and nickel equivalent in the weld. For this reason, the metal structure which does not generate | occur | produce a crack in a welding part can be formed by simple operation.

本発明の実施の形態１に係る高合金鋼の２電極アーク溶接方法を説明するためのシェフラーの組織図を基礎にした金属組織概要図である。It is a metal structure schematic diagram based on the structure chart of Schaeffler for demonstrating the 2 electrode arc welding method of the high alloy steel which concerns on Embodiment 1 of this invention. 図１において溶接ワイヤの組成が変化したときの金属組織概要図である。It is a metal structure schematic diagram when the composition of a welding wire changes in FIG. 本発明の実施の形態２に係る高合金鋼の２電極アーク溶接方法を説明するためのシェフラーの組織図を基礎にした金属組織概要図である。It is a metal structure schematic diagram based on the structure chart of Schaeffler for demonstrating the 2 electrode arc welding method of the high alloy steel which concerns on Embodiment 2 of this invention. 実施の形態２に係る２電極アーク溶接装置の構成図である。3 is a configuration diagram of a two-electrode arc welding apparatus according to Embodiment 2. FIG. 図４の送給速度算出回路ＦＲの処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process of the feeding speed calculation circuit FR of FIG. 従来技術における２層構造の溶接ワイヤの断面図である。It is sectional drawing of the welding wire of the 2 layer structure in a prior art. 従来技術の２電極アーク溶接装置の構成図である。It is a block diagram of the 2 electrode arc welding apparatus of a prior art. 溶接部の溶込み部Ｓａ及び余盛り部Ｓｂを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the penetration part Sa and the surplus part Sb of a welding part. 高合金鋼溶接の溶接部の金属組織を示すシェフラーの組織図である。It is the organization chart of Schaeffler which shows the metal structure of the welding part of high alloy steel welding. 従来技術における高合金鋼の２電極アーク溶接方法を説明するためのシェフラーの組織図を基礎にした金属組織概要図である。It is a metal structure schematic diagram based on the structure chart of Schaeffler for demonstrating the two-electrode arc welding method of the high alloy steel in a prior art.

符号の説明Explanation of symbols

１ａ 第１溶接ワイヤ
１ｂ 第２溶接ワイヤ
２ 母材
３ａ、３ｂ アーク
４ａ 第１給電チップ
４ｂ 第２給電チップ
５ ノズル
Ｆc1 第１送給制御信号
Ｆc2 第２送給制御信号
ＦＲ 送給速度算出回路
Ｆr1 第１送給速度設定信号
Ｆr2 第２送給速度設定信号
Ｍ１ 第１送給モータ
Ｍ２ 第２送給モータ
Ｐ１ 母材のクロム当量及びニッケル当量
Ｐ２、Ｐ２１ 第１溶接ワイヤのクロム当量及びニッケル当量
Ｐ３ 第２溶接ワイヤのクロム当量及びニッケル当量
ＰＳ１ 第１溶接電源
ＰＳ２ 第２溶接電源
Ｒ１ 目標とする溶接部のクロム当量及びニッケル当量
Ｓａ 溶込み部
Ｓｂ 余盛り部
ＳＲ クロム当量及びニッケル当量入力回路
Ｓｒ クロム当量及びニッケル当量信号

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1a 1st welding wire 1b 2nd welding wire 2 Base material 3a, 3b Arc 4a 1st electric power feeding tip 4b 2nd electric power feeding tip 5 Nozzle Fc1 1st feed control signal Fc2 2nd feed control signal FR Feed speed calculation circuit Fr1 1st feed speed setting signal Fr2 2nd feed speed setting signal M1 1st feed motor M2 2nd feed motor P1 Chrome equivalent and nickel equivalent P2 of base material, P21 Chrome equivalent and nickel equivalent P3 of first welding wire Chrome equivalent and nickel equivalent PS1 of the second welding wire PS1 first welding power source PS2 Second welding power source R1 Chromium equivalent and nickel equivalent of target weld Sa Sa penetration portion Sb Extra portion SR Chrome equivalent and nickel equivalent input circuit Sr Chromium Equivalent and nickel equivalent signals

Claims (1)

不活性ガス１００％の雰囲気下で、互いに絶縁されかつクロム当量及びニッケル当量の組成が異なる第１溶接ワイヤ及び第２溶接ワイヤを送給し、近接する２つのアークを発生させて高合金鋼の母材を溶接する高合金鋼の２電極アーク溶接方法において、
溶接部にオーステナイト組織及び少量のフェライト組織からなる組織を形成するように溶接部のクロム当量及びニッケル当量を設定し、
母材、第１溶接ワイヤ及び第２溶接ワイヤのそれぞれのクロム当量及びニッケル当量並びに前記溶接部のクロム当量及びニッケル当量の設定値を入力として第１溶接ワイヤ及び第２溶接ワイヤのそれぞれの送給速度を算出する送給速度算出工程を備え、
前記送給速度算出工程は、ｘ軸をクロム当量としｙ軸をニッケル当量とするグラフにおける母材のクロム当量及びニッケル当量のプロット位置をＰ１点とし、第１溶接ワイヤのクロム当量及びニッケル当量のプロット位置をＰ２点とし、第２溶接ワイヤのクロム当量及びニッケル当量のプロット位置をＰ３点とし、前記溶接部のクロム当量及びニッケル当量の設定値のプロット位置をＲ１点として入力するステップと、前記Ｐ１点及び前記Ｒ１点を通る直線と前記Ｐ２点及び前記Ｐ３点を通る直線との交点Ｒ２点を算出するステップと、線分Ｐ１−Ｒ２と線分Ｒ１−Ｒ２との長さの比率によって溶込み率を算出するステップと、この溶込み率から予め定めた関係によって第１溶接ワイヤ及び第２溶接ワイヤの合算した送給速度を算出するステップと、この合算送給速度を線分Ｐ２−Ｒ２と線分Ｒ２−Ｐ３との長さの比率で分配して第１溶接ワイヤ及び第２溶接ワイヤのそれぞれの送給速度を算出するステップと、からなる、
ことを特徴とする高合金鋼の２電極アーク溶接方法。 In an atmosphere of 100% inert gas, a first welding wire and a second welding wire which are insulated from each other and have different compositions of chromium equivalent and nickel equivalent are fed, and two adjacent arcs are generated to generate high alloy steel. In the two-electrode arc welding method of high alloy steel that welds the base material ,
Set the chromium equivalent and nickel equivalent of the weld to form a structure consisting of an austenite structure and a small amount of ferrite structure in the weld,
Feeding each of the first welding wire and the second welding wire by using as input the chromium equivalent and nickel equivalent of the base metal, the first welding wire and the second welding wire, and the set values of the chromium equivalent and nickel equivalent of the weld. A feeding speed calculating step for calculating the speed;
The feeding speed calculation step is such that the plot position of the chromium equivalent and nickel equivalent of the base metal in the graph in which the x axis is chromium equivalent and the y axis is nickel equivalent is P1, and the chromium equivalent and nickel equivalent of the first welding wire are The plot position is set as P2, the plot position of chromium equivalent and nickel equivalent of the second welding wire is set as P3 point, and the plot position of the set value of chromium equivalent and nickel equivalent of the weld is input as R1 point, The step of calculating the intersection R2 of the straight line passing through the points P1 and R1 and the straight line passing through the points P2 and P3 and the ratio of the lengths of the line segments P1-R2 and the line segments R1-R2 A step of calculating a penetration rate, and a step of calculating a combined feed rate of the first welding wire and the second welding wire according to a predetermined relationship from the penetration rate. And calculating the respective feeding speeds of the first welding wire and the second welding wire by distributing the total feeding speed by the ratio of the lengths of the line segment P2-R2 and the line segment R2-P3; Consist of
A two-electrode arc welding method for high alloy steel characterized by the above.

Images