JPH02268976A

JPH02268976A - ガスシールドアーク溶接方法

Info

Publication number: JPH02268976A
Application number: JP8748289A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Oka; 潔岡; Masahiro Adachi; 正博足立; Minoru Imai; 実今井
Original assignee: NIPPON UERUDEINGUROTSUTO KK; Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: NIPPON UERUDEINGUROTSUTO KK; Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1989-04-06
Filing date: 1989-04-06
Publication date: 1990-11-02

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、瑳り線ワイヤを用いる場合の消耗電極式ガス
シールドアーク溶接（以下ＭＩＧ溶接という）、非消耗
電極式ガスシールドアーク溶接（以下ＴＩＧ溶接という
）に通用されるガスシールドアーク溶接方法に関する。

〔従来の技術〕

従来瑳り線ワイヤは、送給性の安定化や溶着速度の増大
のため又は−様な溶は込み深さを確保するためなどの理
由から、しばしばＭＩＧ熔接溶接ＩＧ溶接に用いられて
いる。

また瑳り線ワイヤは合金成分の異なる素ワイヤを複数本
縒り合わせて１本化しアーク溶接することによって、目
的とする合金成分の溶接金属が得られるなど溶接構造物
製造上の利用価値は大きい。

しかしながら、瑳り線ワイヤは、第１４図断面図に示す
ように、その外周の素ワイヤ１゜１の間に溝や隙間があ
るために、ワイヤの周囲には水分、油脂やほこりなどの
汚染物３４かたまりやす（、通常の円形断面ワイヤに比
べて著しくワイヤ表面が汚染された状態となっている。

この水分、油脂、はこりなどが混在したこの汚染物３４
は素ワイヤ１，１間の狭い隙間に入りこんでいるために
、シンナーやエーテル類などによる洗浄処理や王水など
による酸洗処理を施しても容易に清浄とならない。

このワイヤ表面の汚れ又は表面酸化による不均一性は、
ＭＴＧ溶接やＴＩＧ熔接溶接接性に著しく悪影響を及ぼ
し、ＭＩＧ溶接においては、溶接条件を最適値に設定し
ても安定なアークが得られないことがしばしばあり、そ
の結果溶接ビードの不均一や蛇行が生じたり、ビード表
面にスケールが発生したりすることがある。またＴＩＧ
溶接においては、ビード形状が凸形となったり、ビード
表面に光沢が得られないなど溶接作業上重大な欠点が生
起する。

上記のような状況下で肉盛溶接や継手部の突合わせ溶接
を行った場合には、ブローホールや融合不良などの溶接
欠陥が生じるため、瑳り線ワイヤは航空部品や原子力装
置、化学装置などの重要構造物には使用できないのが現
状となっている。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、このような事情に鑑みて提案されたもので、
瑳り線ワイヤを用いるＭＩＧ溶接、ＴＩＧ溶接において
、融合不良、ブローホールなどの溶接欠陥やアーク不安
定、ビード形状不良及び外観不良などの溶接作業上の問
題を起こすことなく、健全な溶接部を得ることができる
ガスシールドアーク溶接方法を提供することを目的とす
る。

〔課題を解決するための手段〕

そのために本発明は、（１）消耗電極式ガスシールドア
ーク溶接又は非消耗電極式ガスシールドアーク溶接にお
いて、同断面積の２本以上の素ワイヤを嵯り合わせなが
ら連続送給し、アーク熱で熔融溶着させることと、（２
）１項において合金成分の異なる素ワイヤを複数本縒り
合わせながら連続送給し、熔融溶着させることとをそれ
ぞれ特徴とする。

〔作用〕

本発明方法によれば、２本以上の複数本からなる素ワイ
ヤを嵯り合わせて１本化しながらＭＩＧ溶接トーチ又は
ＴＩＧ溶接トーチ先端部まで連続送給するとともに、ア
ーク熱にて被溶接物に溶融溶着させることにより、健全
なる溶接部が得られる。

〔実施例〕

本発明ガスシールドアーク溶接方法の実施例を図面につ
いて説明すると、第１図は本発明方法をＭＩＧ溶接に適
用した第１実施例の実施態様を示す模式図、第２図は同
上におけるワイヤの断面図、第３図は同上に係る具体例
におけるワイヤの小電流アーク点弧時の電圧、電流の波
形図、第４図は同上具体例における溶接条件の説明図、
第５図はその溶接ビードの外観図、第６図は他の具体例
におけるワイヤの断面図、第７図、第８図は同上におけ
る溶接条件、溶接金属の説明図である。第９図は本発明
方法をＴＩＧ溶接に適用した第２実施例の実施態様を示
す模式図、第１０図は同上に係る具体例における溶接条
件の説明図、第１）図はその溶接ビードの外観図、第１
２図は同上溶接ビードのぬれの説明図、第１３図は同上
のぬれ指数の説明図である。

まず第１図について、本発明ガスシールドアーク溶接方
法をＭＩＧ熔接溶接用した第１実施例を説明する。

第１図において、２は７個の供給スプールであって、嵯
り線機３が一定方向に回転すると中央の供給スプール２
が中心線となって７本の素ワイヤ１がしぼりダイス４で
嵯り合わされ一体化される。嵯り合わされた溶接ワイヤ
５は送給ローラー６によってＭＩＧＶｇ接トーチ７へ連
続して送給され、シールドノズル８から噴き出すシール
ドガス雰囲気下で、溶接電源１２から通電チップを介し
供給される電力で発生するアーク９により溶融され、被
溶接材１）上に溶接ビード１０として溶着される。この
とき、溶接ワイヤ５は素ワイヤ１を緩り合わせながら連
続してトーチ先端部まで送給されるので、溶接ワイヤ５
外周の溝や隙間に水分やほこり又は油脂類がたまること
なく清浄な状態で被溶接材１）に溶融溶着させることが
でき、その結果、健全な溶接ビード１０が得られる。

この場合素ワイヤ１は円形断面形状でかつ同断面積のも
のが使用され、瑳り合わせて一体化する素ワイヤ１の本
数は２本縫り、３本縫り、４本縫り、７木理りとするこ
とが望ましく、各ワイヤ断面形状は第２図Δ〜Ｄとなる
。なお５木理り、６木理りを除いた理由は、送給中に１
本化されたワイヤが変形し送給不良を起こすからである
。また最大経り線数を７本としたのは、素ワイヤが７本
を越えると装置が大掛かりとなるためである。更に素ワ
イヤ１の合金成分については、素ワイヤｌが同一合金成
分からなる場合はもとより、更には異なった合金成分の
素ワイヤ１を縒り合わせて一体化し、溶接金属の合金成
分を調整することも容易に行える。

以下に、この第１実施例について具体例を説明する。

具体例Ｉステンレス鋼や高ニッケル合金のＭＴＧ溶接作業におい
ては、溶接アークの安定度やスパッタリング及び溶接ビ
ードの形状などが重要視され、これらの溶接作業性は溶
接ワイヤの表面状態すなわちワイヤ表面における酸化被
膜の生成や、清浄不可能な汚れに起因している。そこで
ワイヤ表面の良否を決定する一実験として、本発明に係
わるトーチ先端部まで送給されたステンレス［り線ワイ
ヤ（０，４φ×７本嵯り）と、製造後３ケ月経過した市販
スプール巻ステンレスｗｉ嵯り線ワイヤ（０，４φ×７
本嵯り）を供試材としてそれぞれ１５０龍の長さで取り
出し、小電流アークを点じた際のアーク現象から、ワイ
ヤ表面の良否すなわち両ワイヤの溶接性を検討した。

第３図Ａは本発明によりサンプリングしたワイヤの小電
流（略６０Ａ）アーク点弧時における電圧波形及び電流
波形であって、アークが連続的に燃え上がった良好なパ
ターンを示しており、ワイヤ表面の異状は認められなか
った。

第３図Ｂは市販ワイヤの電圧波形及び電流波形であるが
、波形の上下変動が著しくアークの燃え上がりが不連続
に進行している。これはワイヤ表面状態の異状を示すも
ので、すなわち溶滴表面に形成された酸化被膜又はスラ
グのために、溶滴の表面張力が増大しアークの燃え上が
りが不連続になったものと考える。このように電圧、電
流波形が著しく乱れるワイヤのアーク現象を高速度カメ
ラで観察すると、溶滴は本発明サンプリングワイヤに比
べて大きく成長し、あたかも線香花火の如く振動をしな
がら燃え上がる傾向にあった。

更に本発明によるＭＩＧ溶接法と前記ワイヤによる従来
法にて５ＵＳ３０４！ｉＩ板上に短絡アークでＢｅａｄ
　ｏｎ　ｐｌａｔｅの溶接を行い、溶接の作業性につい
て比較検討した。そのときの溶接条件及び作業性の概要
は第４図に示す通りである。

この実験において、本発明方法で得られた溶接ビードは
、第５図Ａに示すように、短絡アークであるから少々の
スパッター付着はあるもののビード形状に異状は認めら
れない。

またアーク移行も安定しておりその時の短絡回数は８０
〜９０回／秒と安定した頻度で溶滴が移行していた。従
来法における溶接ビードは、第５図Ｂに示すように、大
粒スバフターの付着が多く、ビード形状も著しく凸形と
なった。またアーク移行も不安定で、そのときの短絡回
数も２０〜５０回／秒と非常に少なく不安定な溶滴移行
があった。

具体例■ 耐食、耐摩耗用溶接材料として海水ポンプや摺動板など
に使用されるアルミブロンズの溶接に本発明ＭＩＧ方法
を以下の要領で実施した。

アルミブロンズはＣｕベースにＡＩを４〜１５％程度の
範囲で添加した耐食、耐摩耗用銅合金であって、特にＡ
Ｉを多く含んだ場合は耐摩耗性が一段と優れた材料とな
るが、ＡＩを１０％以上添加した場合には著しく鍛造性
が悪くなり、溶接用ワイヤとならないので、所定の化学
成分が得られるように、線引き可能な鋼索ワイヤ、アル
ミ素ワイヤを嵯り合わせ一体化し溶接用ワイヤとして用
いることが考えられるが、銅合金はワイヤ表面が酸化し
ゃすく瑳り合わせて一体化したものは経年変化によって
著しく変色するために溶接材料として使用できないとい
う欠点が生じた。

そこで、第６図に示すように、直径が０．５３ｎのアル
ミ素ワイヤ１３を中心に設け、直径が０．５３ｍｍ６本
の鋼索ワイヤ１４がその外周に瑳り合わされて１オ、化
し、直径が１．６φｎのワイヤを用い本発明ＭＩＧ溶接
法で肉盛溶接ヲ行い、直径が１．６φ鶴のアルミブロン
ズソリッドワイヤを用いた従来のＭｒｃｍ接法と比較し
た。そのときの溶接条件と作業性の概要を第７図に示し
、従来法及び本発明溶接法で得られた溶接金属の化学成
分と硬さを第８図に示す。

この実験において、従来法では溶接アークが不安定でビ
ード表面スケールの発生が多く、そのために溶接金属の
なじみ性が悪く肉盛溶接部に融合不良が発生した。また
溶接金属のＡＩ量は８．９％であってソリッドワイヤに
よるものとしては高いレベルにあるものの、本発明溶接
法１３．６％に比べてはるかに低い値であった。本発明
では溶接作業性も良好で、高Ａ１含有量のアルミブロン
ズ系銅合金の健全なる肉盛溶接部が得られた。更にビッ
カース硬さも）（ｖ３４７を、！シ、銅合金としては他
に類を見ない硬度が得られた。

次に第９図について、本発明ガスシールドアーク溶接方
法をＴＩＧ溶接に適用した第２実施例を説明する。

第９図において、嵯り線機３が一定方向に回転すると中
央の供給スプール２が中心線となって７本の素ワイヤ２
１がしぼりダイス４で瑳り合わされて一体化される。瑳
り合わされた溶接ワイヤ２５は送給ローラー６によって
ワイヤガイドノズル２６へ連続して送給され、ＴＴＧ溶
接トーチ２７のシールドノズル２７′から噴き出すシー
ルドガス雰囲気下で、タングステン電極２８が溶接電源
３２からの電力を受は発生するアーク２９により熔融さ
れ、被溶接材３１上に溶接ビード３０として溶着される
。

以下に、この第２実施例について具体例を説明する。

具体例■ インコネル８２を炭素鋼板上に溶接したときの作業性に
ついて、本発明Ｔ■Ｇ熔接法と従来の瑳り線ワイヤＴＩ
Ｇ溶接法との比較を行った。直径が０．５３鶴のインコ
ネル８２の素ワイヤを７木理り合わせて、直径が１，６
φｎに１本化しなからＴＩＧ）−チ先端まで送給し、炭
素鋼板上にＢｅａｄ　ｏｎ　ｐｌａｔｅの溶接を行って
、従来法と比較した。そのときの溶接条件及び作業性の
概要は第１０図の通りである。

この実験において、本発明方法で得られた溶接ビードは
、第１）図Ａに示すように、ビード波形が均一で良好な
溶接ビードであった。

またワイヤの溶融状態もアーク直下で連続してスムーズ
に溶融し、異状は認められなかった。従来瑳り線ワイヤ
ＴＩＧ熔接法による溶接ビードは、第１）図Ｂに示すよ
うに、ビード止端部が著しく不揃いで、ビード全体に均
一性がなく、更にワイヤ熔融状態に異状が認められ、ワ
イヤ端からの溶滴の離脱、溶着が不規則に進行していた
。この不規則な溶着は、ワイヤ表面の酸化被膜又は汚れ
のために溶滴の表面張力が増大したことに起因している
。

本発明のように安定したＴＩＧ溶接ビードの形状は、ワ
イヤがアーク直下で溶融するとともに、熔融金属の１ぬ
れ”の現象で溶融プール後方に引き寄せられ、溶接ビー
ドが形成されて行くのであるが、上記のようにワイヤ表
面に異状のあるワイヤすなわち表面に酸化被膜又はスラ
グを形成するような汚れが付着しているワイヤは、溶滴
の表面張力の増大によってワイヤ端で大きく成長し、“
ぬれ”現象による移行が妨げられるのである。

なお溶融金属の１ぬれ性”が良好で被溶接材に良くなじ
んだ状態というのは、第１２図に示すような溶接金属３
３の接触角（θ）が小さく、またビード高さ（ａ）をビ
ード巾（ｂ）で除した値が小さいほど“ぬれ性”が良い
といえる。そこで１ぬれ性”を表現するためにビード高
さ（ａ）、ビードｒｌｌ（ｂ）又は接触角（θ）を測定
し、（１）式を用いてぬれ指数として表した。

ぬれ指数＝　ａ　／　ｂ　Ｘθ’　　　、、ｉｌｌ第１
３図は本発明で得られた第１）図Ａの溶接ビードと従来
法による第１）図Ｂの溶接ビードを所定の位置より切断
し、ビード断面形状からぬれ指数を算出したものであり
、本発明溶接法ではぬれ指数が６．７と小さく、“ぬれ
”を防げる酸化被膜又はスラグの生成が従来法に比べて
極めて少ないといえる。溶融状態に異状が認められた従
来溶接法ではぬれ指数が本発明に比べて約３倍大きく著
しく“ぬれ性”が悪い、その結果としてビード形状が凸
形となった。

〔発明の効果〕

要するに本発明によれば、（１）消耗電極式ガスシール
ドアーク溶接又は非消耗電極式ガスシールドアーク溶接
において、同断面積の２本以上の素ワイヤを瑳り合わせ
ながら連続送給し、アーク熱で熔融溶着させることと、
（２）１項に合金成分の異なる素ワイヤを複数本縒り合
わせながら連続送給し、熔融溶着させることとにより、
それぞれ瑳り線ワイヤを用いるＭＩＧ溶接、ＴＩＧ溶接
において、融合不良、ブローホールなどの溶接欠陥やア
ーク不安定、ビード形状不良及び外観不良などの溶接作
業上の問題を起こすことなく、健全な溶接部を得ること
ができるガスシールドアーク溶接方法を得るから、本発
明は産業上極めて有益なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明ガスシールドアーク溶接方法をＭＩＧ熔
接溶接用した第１実施例の実施態様を示す模式図、第２
図は同上におけるワイヤの断面図、第３図は同上に係る
具体例におけるワイヤの小電流アーク点弧時の電圧。電流の波形図、第４図は同上具体例における溶接条件の
説明図、第５図はその溶接ビードの外観図、第６図は他
の具体例におけるワイヤの断面図、第７図、第８図は同
上における溶接条件、溶接金属の説明図である。第９図
は本発明方法をＴＩＧ溶接に通用した第２実施例の実施
態様を示す模式図、第１０図は同上に係る具体例におけ
る溶接条件の説明図、第１）図はその溶接ビードの外観
図、第１２図は同上溶接ビードのぬれの説明図、第１３
図は同上のぬれ指数の説明図である。第１４図は従来の瑳り線ワイヤの断面図である。１・・・素ワイヤ、２・・・供給スプー、ル、３・・・
嵯り線機、４・・・しぼりダイス、５・・・溶接ワイヤ
、６・・・送給ローラー、７・・・ＭＩＧ溶接トーチ、
８・・・シールドノズル、９・・・アーク、１０・・・
溶接ビード、１）・・・被溶接材、１２・・・溶接電源
、１３・・・アルミ素ワイヤ、１４・・・ｆＩ素ワイヤ
、２１・・・素ワイヤ、２５・・・溶接ワイヤ、２６・
・・ワイヤガイドノズル、２７・・・ＴＩＧ溶接トーチ
、２７′・・・シールドノズル、２８・・・タングステ
ン電極、２９・・・アーク、３０・・・溶接ビード、３
１・・・被溶接材、３２・・・溶接電源、３３・・・溶
接金属、３４・・・汚染物。代理人　弁理士　塚　本　正　文第図第３図（Ａ）第４図第図第図第図第図第図第図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）消耗電極式ガスシールドアーク溶接又は非消耗電
極式ガスシールドアーク溶接において、同断面積の２本
以上の素ワイヤを縒り合わせながら連続送給し、アーク
熱で溶融溶着させることを特徴とするガスシールドアー
ク溶接方法。
（２）合金成分の異なる素ワイヤを複数本縒り合わせな
がら連続送給し、溶融溶着させることを特徴とする請求
項（１）項記載のガスシールドアーク溶接方法。