WO2016013542A1 - エレクトロガスアーク溶接方法及びエレクトロガスアーク溶接装置 - Google Patents

エレクトロガスアーク溶接方法及びエレクトロガスアーク溶接装置 Download PDF

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茂 木幡
康之 齋藤
不二雄 高梨
瞬 泉谷
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株式会社神戸製鋼所
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Definitions

  • the present invention relates to an electrogas arc welding method and an electrogas arc welding apparatus. More specifically, the present invention relates to a slag discharge technique in electrogas arc welding.
  • a water-cooled sliding metal is arranged on the surface (groove surface) side of the base material, and a backing metal is arranged on the opposite surface. Then, a shield gas such as carbon dioxide gas is supplied into the space surrounded by the base material, the sliding metal and the backing metal, and the welding wire is fed out from the welding torch to perform arc welding.
  • the welding posture is generally a vertical posture in which welding is performed from the bottom to the top.
  • a flux-cored wire in which a steel outer sheath is filled with a flux is generally used as a welding material.
  • the reason why the flux-cored wire is used is that the slag forming agent blended in the flux at the time of welding melts and functions to keep the bead appearance good.
  • the slag forming agent melts during welding, and a large amount of molten slag stays immediately above the molten metal.
  • the wire is buried in the slag, causing the arc to become unstable and the bead appearance to deteriorate.
  • the components of the weld metal fluctuate, causing problems of excessive strength and toughness deterioration.
  • Patent Documents 1 to 4 a method of forcibly discharging slag from the lower portion of the sliding metal is employed (see Patent Documents 1 to 4).
  • a water-cooled sliding copper metal having a taper that becomes wider as the gap with the bead goes downward is used.
  • variety which decreases gradually on the surface used as a groove side from the surface of this gold
  • Patent Document 3 a surface facing the base material is formed as a curved concave portion, an opening for supplying a shielding gas is formed near the upper end of the curved concave portion, and a slide made of a flat vertical surface is formed on both the left and right sides of the curved concave portion.
  • a sliding contact having a moving edge portion and a notch for forming a gap of a predetermined width between the moving edge portion and the surface of the base material.
  • the molten slag staying on the molten metal in the molten pool flows downward from the gap between the curved concave portion and the molten metal, and the notch and the base material surface. Since it also flows out to the side of the track of the sliding metal from the gap formed between the two, a discharge amount of the molten slag can be increased as compared with the conventional sliding metal.
  • Patent Document 4 a first groove for forming a weld bead and a second slag for discharging molten slag are formed in order from the upper side to the lower side on the surface of the welded material groove portion of the water-cooled sliding copper metal.
  • a sliding allowance provided with a groove is proposed.
  • the first groove is formed parallel to the surface of the welded material
  • the second groove is continuous with the lower portion of the first groove and is inclined with respect to the surface of the welded material.
  • the groove width is formed so as to increase from the top to the bottom and the groove depth increases from the top to the bottom.
  • the sliding allowance described in Patent Document 2 sucks and discharges molten slag with a groove formed, but in the case of a slag composition having a low surface tension, a suction effect is sufficiently obtained.
  • the slag that has entered the groove is solidified, and there is a problem that the discharging effect by suction cannot be obtained during welding.
  • the sliding metal described in Patent Document 3 has a problem that not only the molten slag but also the molten metal flows in the notch of the water-cooled sliding copper metal and the bead shape deteriorates.
  • the main object of the present invention is to provide an electrogas arc welding method and an electrogas arc welding apparatus that can efficiently discharge slag.
  • the promotion of slag discharge has been devised by the structure of water-cooled sliding copper metal.
  • the discharge amount of slag varies depending on the arc stability and the slag composition of the welding wire, it cannot be sufficiently controlled only by the structure of the water-cooled sliding copper alloy.
  • the composition of the welding wire affects the melt physical properties of the slag, and is also related to weld metal burn-out, weld defects, and bead shape degradation. The optimal approach has not been made.
  • the present inventor examines a combination of a welding material and a welding apparatus in consideration of the slag composition, can maintain efficient slag discharge even when used repeatedly for a long time, weld defects, bead shape deterioration, The present inventors have found an electrogas arc welding method capable of preventing toughness deterioration and have reached the present invention.
  • the electrogas arc welding method according to the present invention is an electrogas arc welding method in which a sliding copper contact is brought into contact with a groove surface of a workpiece and arc welding is performed while raising the sliding copper contact and the welding torch.
  • a flux is filled in a steel outer sheath, and C: 0.01 to 0.50 mass%, Si: 0.10 to 1.00 mass%, and Mn: 0.50 to 4.00% by mass, Mo: 0.10 to 1.00% by mass, Ti: 0.05 to 0.40% by mass, SiO 2 : 0.10 to 1.00% by mass Al: 0.30 mass% or less (including 0%), S: 0.050 mass% or less (including 0%), P: 0.050 mass% or less (including 0%), TiO 2 : 0 .30 wt% or less (including 0%), Al 2 O 3 : 0.30 quality % Or less is restricted to (including 0%), the balance being Fe and unavoidable impurities, the content of SiO 2 [SiO
  • the flux-cored wire further contains Mg: 0.50 mass% or less, Ni: 2.0 mass% or less, Cr: 1.0 mass% or less, and B: 0.005 mass% or less, based on the total mass of the wire. You may do it.
  • the flux-cored wire further includes at least one oxide of MgO, Li 2 O, Na 2 O, K 2 O, CaO, SrO, and BaO in total 0.80 mass per total mass of the wire. % Or less.
  • the flux-cored wire having a diameter of 1.5 to 3.5 mm and a flux filling rate of 15 to 30% by mass can be used.
  • the control of the rising speed of the welding torch includes a step of removing a high frequency component from the welding current detected by the low pass filter, a welding current value that has passed through the low pass filter, And a step of comparing with a preset welding current command value, and the cut-off frequency of the low-pass filter may be set to 0.98 to 2.93 Hz. It is also possible to perform welding while periodically changing the arc voltage.
  • An electrogas arc welding apparatus welds a sliding copper abutting against a groove surface of a material to be welded, a welding torch for feeding a welding wire into the groove, and the welding torch.
  • a torch moving mechanism that moves in the front-rear direction, the up-down direction, and the left-right direction with respect to the wire, and a control unit that controls the rising speed of the welding torch based on a welding current,
  • the groove depth D is 0.5 to 5.5 mm, and the ratio (W / D) of the groove width W to the groove depth D is 5.0 to 80.0.
  • the composition of the welding material is specified in addition to the structure of the sliding copper alloy, the slag can be discharged efficiently.
  • FIG. 3A is a plan view schematically showing the configuration of the sliding copper alloy 2 shown in FIG. 3B is a cross-sectional view taken along the line ZZ shown in FIG. 3A. It is a block diagram which shows the method to control so that protrusion length becomes fixed. It is a figure which shows the structural example of the welding apparatus used with the electrogas arc welding method of this embodiment. It is sectional drawing which shows the welding method in the case of applying to fillet welding.
  • FIG. 1 is a sectional view schematically showing an electrogas arc welding method according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a sectional view showing a groove shape
  • 3A is a plan view schematically showing the configuration of the sliding copper alloy 2 shown in FIG. 1
  • FIG. 3B is a cross-sectional view taken along line ZZ shown in FIG. 3A.
  • a sliding copper abutment 2 is applied to one surface side of a groove formed in a material to be welded (base material 1), and the other surface. Place backing 3 on the side.
  • base material 1 a material to be welded
  • the groove shape for example, a V groove as shown in FIG. 2 can be applied.
  • the welding wire 5 is fed from the welding torch 4 while supplying the shielding gas into the groove surrounded by the base material 1, the sliding copper metal 2 and the backing material 3, and the welding torch 4 and the sliding copper are supplied. Arc welding is performed while raising the metal 2.
  • the welding wire 5 is filled with a flux in the steel outer sheath, contains a specific amount of C, Si, Mn, Mo, Ti and SiO 2 , and contains Al, S, P, TiO 2 and Al 2 O. 3 is regulated to a specific amount or less, and a flux-cored wire having a composition that satisfies the following mathematical formula (A), with the balance being Fe and inevitable impurities.
  • A [SiO 2 ] is SiO 2 content
  • [Si] is Si content
  • [Al 2 O 3 ] is Al 2 O 3 content
  • [Al] is Al content
  • [TiO 2 2 ] is the TiO 2 content
  • [Ti] is the Ti content.
  • the Si content indicated by [Si] is the Si content excluding Si in SiO 2.
  • content shown by [] is content shown by mass ratio.
  • the sliding copper alloy 2 has a groove 12 having a curvature on the surface in contact with the groove, and the groove width W when the groove width is a. (1.1 ⁇ a) to (2.5 ⁇ a) mm, the groove depth D is 0.5 to 5.5 mm, and the ratio (W / D) of the groove width W to the groove depth D is 5. Use 0-80.0. Furthermore, at the time of welding, the feeding speed of the welding wire 5 is made constant, and the rising speed of the welding torch is controlled based on the welding current.
  • the welding wire 5 used in the electrogas arc welding method of this embodiment is a flux-cored wire composed of a cylindrical steel outer sheath and a flux filled inside the outer sheath.
  • the form of the flux-cored wire may be either a seamless type without a seam in the outer skin or a seam type with a seam in the outer skin.
  • the flux-cored wire has a surface (outside of the outer skin) that is copper-plated and a surface that is not subjected to the plating, but both can be used in the electrogas arc welding method of the present embodiment. it can.
  • the component amount shown below is a ratio with respect to the total mass of the wire combining the outer skin and the flux.
  • C has the effect of increasing the strength of the weld metal.
  • the strength of the weld metal is insufficient.
  • C contains more than 0.50 mass% in the welding wire, it combines with oxygen during welding to become CO gas, and bubbles are generated on the droplet surface. And since this bubble is scattered, the arc becomes unstable and spatter occurs. Therefore, the C content of the welding wire is set to 0.01 to 0.50 mass%.
  • Si is an element having a deoxidizing action and is an element necessary for ensuring the strength and toughness of the weld metal.
  • the C content of the welding wire is less than 0.10% by mass, blowholes are generated in the weld metal due to insufficient deoxidation.
  • the welding wire contains a large amount of Si exceeding 1.00% by mass, the molten slag 8 that accumulates on the molten metal 7 during welding becomes thick, and the welding wire 5 is buried in the molten slag 8.
  • the yield of the weld metal 9 varies and the toughness deteriorates. Therefore, the Si content of the welding wire is 0.10 to 1.00% by mass.
  • the Si component amount of the welding wire does not include Si in SiO 2 . This is because the SiO 2 component amount is specified separately.
  • Mn acts as an oxygen scavenger or sulfur scavenger, as is the case with Si, and is an element necessary for ensuring the strength and toughness of the weld metal.
  • Mn content of the welding wire is less than 0.50% by mass, welding defects (blow holes) are generated in the weld metal due to insufficient deoxidation, and the toughness of the weld metal is insufficient.
  • the welding wire contains a large amount of Mn exceeding 4.00% by mass, a large amount of slag that is difficult to peel off is generated during welding, and welding defects such as slag entrainment are generated. Strength increases too much and toughness decreases significantly. Therefore, the Mn content of the welding wire is 0.50 to 4.00 mass%.
  • Mo 0.10 to 1.00% by mass> Mo is an element necessary for ensuring the strength and toughness of the weld metal.
  • Mo content of the welding wire is less than 0.10% by mass, the strength and toughness of the weld metal are insufficient.
  • the welding wire contains more than 1.00% by mass of Mo, the weld metal has excessive strength, and weld defects such as cracks occur. Therefore, the Mo content of the welding wire is set to 0.10 to 1.00% by mass.
  • Ti has the effect of refining ferrite grains in the weld metal and improving toughness.
  • the toughness of the weld metal is insufficient.
  • Ti is a strong deoxidizing element, if the welding wire contains Ti exceeding 0.40% by mass, the generation of TiO 2 slag with high viscosity becomes excessive. As a result, slag discharge is suppressed, the molten slag 8 that accumulates on the molten metal 7 becomes thick, the welding wire 5 is buried in the molten slag 8, the yield of the weld metal 9 varies, and the toughness deteriorates. Therefore, the Ti content of the welding wire is 0.05 to 0.40 mass%.
  • SiO 2 is an oxide contained in the flux and forms a molten slag with relatively good fluidity. Moreover, when MgO and CaO which will be described later are added together with SiO 2 , the fluidity of the molten slag is further improved. Therefore, in the electro-gas arc welding, when the slag composition mainly composed of SiO 2, the discharge of the slag is promoted. Moreover, since the slag composition mainly composed of SiO 2 is vitreous and easily peeled and spreads over the entire surface of the bead, the bead appearance is also improved. Thus in order to form the SiO 2 slag composition consisting mainly of the situation, it is necessary to include SiO 2 0.10 wt% to the welding wire.
  • the SiO 2 content in the welding wire is set to 0.10 to 1.00% by mass. From the viewpoint of improving the slag discharge efficiency, the SiO 2 content of the welding wire is preferably 0.20 to 0.60 mass%.
  • Al like Ti described above, has the effect of refining ferrite grains in the weld metal and improving toughness, but the effect of refining ferrite grains is most effective for Ti, and Al oxide is Since the viscosity is high, the slag peelability is lowered and the bead appearance is affected. For this reason, it is preferable not to add Al to a welding wire as much as possible, and it is more preferable that it is 0 mass%.
  • the welding wire since Al is a strong deoxidizing element, if the welding wire contains Al in excess of 0.30 mass%, slag is excessively generated. As a result, slag discharge is suppressed, the molten slag 8 that accumulates on the molten metal 7 becomes thick, the welding wire 5 is buried in the molten slag 8, the yield of the weld metal 9 varies, and the toughness deteriorates. Therefore, the Al content of the welding wire is regulated to 0.30% by mass or less.
  • S (sulfur) and P (phosphorus) are both inevitable droplet impurities, and when the content of these elements in the welding wire exceeds 0.050% by mass, weld defects such as cracks occur in the weld metal. . Therefore, both S content and P content are regulated to 0.050 mass% or less.
  • the S content and the P content of the welding wire are preferably as low as possible, and more preferably 0% by mass. However, if each is 0.050% by mass or less, the effect of the present invention is not affected.
  • TiO 2 and Al 2 O 3 are oxides contained in the flux, but in order to form a highly viscous molten slag, the content of these is preferably as low as possible, more preferably 0% by mass. preferable.
  • the TiO 2 content and the Al 2 O 3 content in the welding wire exceed 0.30% by mass, slag discharge is suppressed, the toughness of the weld metal deteriorates, and welding defects such as slag entrainment occur. To do. Therefore, the TiO 2 content and the Al 2 O 3 content are each regulated to 0.30% by mass or less.
  • Mg is a strong deoxidizing element and has the effect of improving the toughness by reducing the oxygen content of the weld metal, so it can be added to the welding wire as needed.
  • Mg is a strong deoxidizing element and has the effect of improving the toughness by reducing the oxygen content of the weld metal, so it can be added to the welding wire as needed.
  • it is preferable to set it as 0.05 mass% or more.
  • Mg is a strong deoxidizing element
  • MgO slag becomes excessive.
  • An appropriate amount of MgO is combined with SiO 2 to form molten slag with good fluidity.
  • MgO is excessively increased, a large amount of slag that is difficult to peel off is generated during welding, and welding defects such as slag entrainment occur. Therefore, when adding Mg to a welding wire, it is 0.50 mass% or less.
  • the flux cored wire used for the welding wire may contain Ni, Cr, and B in order to improve the strength or toughness of the weld metal. However, if these elements are added excessively, cracks are likely to occur in the weld metal. Specifically, when Ni is added to the welding wire in excess of 2.0 mass%, Cr is added in excess of 1.0 mass%, or B is added in excess of 0.005 mass%, Cracks are likely to occur in the weld metal. Therefore, when adding Ni, Cr, and B, they are made into Ni: 2.0 mass% or less, Cr: 1.0 mass% or less, and B: 0.005 mass% or less, respectively.
  • MgO, Li 2 O, Na 2 O, K 2 O, CaO, SrO, BaO 0.80 mass% in total> MgO, Li 2 O, Na 2 O, K 2 O, CaO, SrO and BaO, and fused with SiO 2, to reduce the viscosity of the slag, the effect of improving the fluidity.
  • MgO, Li 2 O, Na 2 O, K 2 O, CaO, SrO, and BaO exceeds 0.80% by mass, the amount of slag becomes excessive, and oxide generation occurs more than the discharge effect. Is better.
  • the welding wire MgO, if Li 2 O, Na 2 O, K 2 O, CaO, adding SrO and BaO, the total content is set to be below 0.80 wt%.
  • the welding wire may contain only 1 type among these oxides, and may contain 2 or more types.
  • the diameter of the flux-cored wire used for the welding wire is preferably 1.5 to 3.5 mm.
  • the diameter of the flux-cored wire used for the welding wire is preferably 1.5 to 3.5 mm.
  • electrogas arc welding when a wire having a diameter of less than 1.5 mm is used, the amount of welding increases and the position of the molten metal increases, so that slag discharge is suppressed.
  • a wire having a diameter exceeding 3.5 mm is used, the welding current becomes high and the heat input becomes large, so that the toughness of the obtained weld metal tends to deteriorate.
  • the flux-cored wire used for the welding wire preferably has a flux filling rate of 15 to 30% by mass.
  • a wire having a flux filling rate of less than 15% by mass the effect of improving the welding amount cannot be obtained, and the wire is easily buried in the slag bath.
  • the “flux filling rate” is defined by the ratio of the mass of the flux filled in the outer skin to the mass of the entire wire (the total of the outer skin and the flux).
  • the material of the outer sheath of the flux-cored wire used for the welding wire may be any of mild steel and stainless steel as long as the composition of the entire wire is within the above-described range.
  • the welding wire used in the electrogas arc welding method of the present embodiment is not particularly limited, and one produced by a general production method can be used.
  • mild steel or It can be manufactured by filling a U-shaped outer shell made of stainless steel with a flux, forming it into a cylindrical mold, and drawing it to a target diameter.
  • the sliding copper alloy 2 used for electro arc welding according to the present embodiment is provided with a groove 12 having a curvature on the surface in contact with the groove.
  • the groove shape of the sliding copper alloy 2 depends on the discharge of the molten slag. When the groove width W and the groove depth D are large, the discharge of slag is promoted, but welding defects such as bead shape failure and slag entrainment due to the molten metal being melted and the bead not being uniformly coated by the slag occur. .
  • the groove width W and the groove depth D are small, the discharge of the slag is delayed, the molten slag 8 accumulated on the molten metal 7 becomes thick, the welding wire 5 is buried in the molten slag 8, and the yield of the weld metal 9 is increased. Fluctuates and deteriorates toughness. For this reason, in order to prevent the occurrence of a bead shape defect and a weld defect by uniformly covering the bead with slag, the groove should not be excessively large.
  • the molten slag mainly composed of SiO 2 is formed by using the welding wire (flux-cored wire) having the above-described composition. Since molten slag mainly composed of SiO 2 has low viscosity, it has good fluidity and good wettability with copper metal, so it does not require excessive grooving. Can be coated uniformly to form a bead having a good shape.
  • the groove shape suitable for the combination with the flux-cored wire having the above-described composition is such that the groove width W is (1.1 ⁇ a) to (2.5 ⁇ a) mm when the groove width is a, and the groove depth.
  • the thickness D is 0.5 to 5.5 mm, and the ratio (W / D) of the groove width W to the groove depth D is 5.0 to 80.0.
  • ⁇ Groove width W (1.1 ⁇ a) to (2.5 ⁇ a) mm>
  • the groove width W depends on the groove width a.
  • the groove width W is less than 1.1 times the groove width a, the bead shape becomes defective.
  • the groove width W exceeds 2.5 times, the weld metal melts down and the bead shape defect occurs. Therefore, the groove width W is in the range of 1.1 to 2.5 times the groove width a.
  • ⁇ Groove depth D 0.5 to 5.5 mm>
  • the groove depth D is less than 0.5 mm, the yield of the weld metal varies and the toughness deteriorates.
  • the groove depth D exceeds 5.5 mm, the slag is not evenly placed on the bead, and a weld defect such as a bead shape defect or slag entrainment occurs. Therefore, the groove depth D is in the range of 0.5 to 5.5 mm.
  • ⁇ Ratio of groove width W to groove depth D (W / D): 5.0 to 80.0>
  • the ratio (W / D) of the groove width W to the groove depth D is less than 5.0, even if the flux-cored wire having the above-described composition is used, the discharge of slag is delayed and the yield of the weld metal varies. , Toughness deteriorates.
  • the ratio (W / D) of the groove width W to the groove depth D exceeds 80.0, welding defects such as bead shape defects and slag entrainment occur. Therefore, the ratio (W / D) of the groove width W to the groove depth D is set to 5.0 to 80.0.
  • the shape of the groove 12 of the sliding copper alloy 2 is a shape having a curvature. Thereby, a favorable bead shape can be maintained.
  • the radius of curvature of the groove 12 is not particularly limited, but is preferably 30 to 180 mm. Thereby, it can coat
  • the protruding length of the welding wire 5 during welding is preferably 20 to 60 mm.
  • the protruding length of the welding wire 5 is less than 20 mm, the welding current becomes high and the heat input becomes large, so the toughness of the weld metal deteriorates.
  • the protruding length of the welding wire 5 exceeds 60 mm, the Joule heat effect becomes high and the droplet transfer becomes unstable, so that it becomes difficult to control the protruding length to be described later.
  • welding is performed while controlling the rising speed of the welding torch so that the protruding length l of the welding wire 5 described above becomes constant. If the protruding length is made constant, the arc is stabilized and the peristalsis of the molten slag 8 can be reduced, so that the change in the slag discharge amount with time becomes small, and a uniform amount of slag discharge can always be made. As a result, it is possible to prevent welding defects such as defective bead shape and slag entrainment.
  • FIG. 4 is a block diagram showing a control method for keeping the protruding length constant.
  • the welding current is detected, and the ascending speed of the welding torch 5, that is, the welding speed is controlled based on the value. At that time, the feeding speed of the welding wire 5 is kept constant without changing.
  • the method for controlling the ascending speed of the welding torch based on the welding current is not particularly limited.
  • a welding current X1 obtained by removing a high frequency component by a low-pass filter F1 is used as a current detection value.
  • the current value of the current detection value converter G1 is compared with a value obtained by inverting the welding current command value set by the manual operation X2 by the current setting unit G2.
  • Control of the speed of the welding torch 4 is performed by, for example, calculating in the cart travel motor speed command calculator G3 and automatically controlling the cart travel motor 21 that moves the welding torch 4 through the cart travel motor drive circuit 20. be able to. By this control, the protruding length of the welding wire 5 can be made constant.
  • the cut-off frequency of the low-pass filter F1 in the range of 0.98 to 2.93 Hz from the viewpoint of improving the accuracy of controlling the protruding length of the welding wire 5.
  • the cut-off frequency of the low-pass filter is less than 0.98 Hz, the sensitivity of the ascending speed control of the welding torch 4 is lowered, and the change in the protruding length of the welding wire 5 may not be followed.
  • the cut-off frequency exceeds 2.93 Hz, the sensitivity of the ascending speed control of the welding torch 4 becomes too high, the ascent speed is changed with a slight current change, and the protruding length of the welding wire 5 changes.
  • the arc may become unstable. When the arc becomes unstable, the surrounding air is entrained and nitrogen is mixed into the weld metal, so that the toughness may deteriorate.
  • FIG. 5 is a view showing a configuration example of a welding apparatus used in the electrogas arc welding method of the present embodiment.
  • the electrogas arc welding method of this embodiment can be implemented by an electrogas arc welding apparatus including at least the above-described sliding copper alloy 2, the welding torch 4, the torch moving mechanism, and the control unit.
  • An electrogas arc welding apparatus is generally provided with a welding power source 25, a wire feeding device 26, a shield gas supply mechanism, and the like.
  • the torch moving mechanism moves the welding torch 4 in the front-rear direction, the up-down direction, and the left-right direction with respect to the weld line, and includes, for example, a carriage 22 and a traveling rail 23.
  • the detachable welding carriage 22 is equipped with a welding torch 4 and a sliding copper stake 2 and can be moved up and down, back and forth, and left and right with respect to the welding line by moving with a traveling rail 23 as a guide. It is configured. Further, the welding carriage 22 is 20 kg or less, and the width between the guide rollers provided on the welding carriage 22 and the width of the traveling rail 23 are relatively changed, so that the welding carriage 22 is moved from a predetermined position on the traveling rail 23. It is preferable that it can be easily detached.
  • the control unit controls the ascending speed of the welding torch 4 based on the welding current so that the protruding length of the welding wire 5 is constant, and is provided in the operation box 24, for example.
  • the operation box 24 is connected to a welding power source 25 and controls switches for starting and stopping welding, welding current adjustment, welding voltage adjustment, protrusion length adjustment, travel speed adjustment, wire inching, and the like.
  • board thickness of a to-be-welded material (base material 1) is not specifically limited, According to a use etc., it can select suitably and can be used.
  • the welding torch 4 may be oscillated and welded. In that case, it is preferable to have a weaver angle setting mechanism, a weaver rotation transmission drive mechanism that can be maintained at the set angle, a torch rotation transmission function that always maintains a constant angle between the torch and the welding carriage, and a weaving operation transmission mechanism.
  • the characteristics of the power source (welding power source) used for welding are not particularly limited, and may be a direct current welding power source or an alternating current power source. However, since the protrusion length is controlled to be constant, it is preferable to use a welding power source having a constant voltage characteristic.
  • the type and material of the backing material 3 are not particularly limited, and may be, for example, a water-cooled copper alloy or a steel material having a composition close to that of the ceramic material or the base material 1.
  • the arc voltage is kept high for a long time, the arc becomes unstable. Therefore, in the electrogas arc welding method of the present embodiment, it is preferable to increase the arc voltage value every arbitrary time in order to promote slag discharge.
  • the timing for increasing the arc voltage may be performed at regular intervals or irregularly.
  • the waveform is not particularly limited, and various pulse waveforms such as a rectangular wave, a triangular wave, and a wave shape can be adopted.
  • the range of the pulse frequency is not particularly limited, but is preferably from 0.1 to 500 Hz, whereby slag discharge can be effectively obtained.
  • the shielding gas in addition to 100% by volume CO 2 and 100% by volume Ar, a mixed gas of Ar and CO 2 or O 2 can be used. Among these shielding gases, 100% by volume CO 2 is particularly preferable because of its high melting effect. From the viewpoint of preventing shielding gas failure, the gas flow rate is preferably 15 to 40 L / min.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing a welding method when applied to fillet welding.
  • a backing material is unnecessary.
  • the sliding copper contact 2 is brought into contact with the surface of the base material 1 and the welding wire is fed from the welding torch while supplying the shielding gas into the groove surrounded by the base material 1 and the sliding copper contact 2.
  • arc welding may be performed while raising the welding torch and sliding copper.
  • Other conditions are the same as in the case of the V groove.
  • a flux-cored wire that can form molten slag having the most effective physical properties for discharging molten slag and a sliding metal having a specific groove shape are used.
  • efficient discharge of slag can be maintained even when used repeatedly for a long time. As a result, welding defects, bead shape deterioration, and weld metal toughness deterioration can be prevented.
  • the electrogas arc welding method of this embodiment can further improve the toughness of a weld metal by using the flux-cored wire containing Mg, Ni, Cr, and B in specific amounts. Furthermore, when flux-cored wires containing at least one oxide of MgO, Li 2 O, Na 2 O, K 2 O, CaO, SrO and BaO are used, they are melted by being combined with SiO 2. Since the slag viscosity is lowered, the discharge of the molten slag that accumulates on the molten metal can be further promoted.
  • the flux-cored wires W1 to W70 shown in the following Tables 1 to 4 and the sliding copper alloy shown in the following Tables 3 and 4 are used, the welding wire feeding speed is constant, and the welding current is adjusted. Based on this, electrogas arc welding was performed while adjusting the ascending speed of the welding torch so that the protruding length of the welding wire was constant.
  • the remainder in the component composition of the flux-cored wire shown in Tables 1 and 2 below is Fe and inevitable impurities. Note that “ ⁇ ” in Tables 1 and 2 below indicates that they are not actively added, but these components may also be included as inevitable impurities.
  • Electrogas arc welding was performed under the following conditions. Welding current: 380A Arc voltage: 35V Welding speed: 8 cm / min Heat input: 9.9 kJ / mm Base material plate thickness: 19mm Groove shape: V groove groove angle: 40 ° Gap: 5-10mm (The gap was changed to 5-10mm to adjust the groove width) Shield gas: 100% CO 2
  • Bead appearance> The bead appearance was determined by visual inspection of the bead after welding. When there was a bead shape defect such as bead meandering, humping, and overlap, it was marked as x.
  • the welding defect was performed by a method based on a radiation transmission test (RT: see JIS Z 3104). When the defect was confirmed, it was set as x, and when there was no defect, it was set as ⁇ .
  • the toughness of the weld metal was evaluated by Charpy absorbed energy (J) of ⁇ 20 ° C. based on JIS Z 3128. Specifically, a sample was extracted from the center of the bead cross section, and an average value of three times was taken. According to the standard of flux cored wire for electrogas arc welding of JIS Z 3319, the Charpy absorbed energy (J) at ⁇ 20 ° C. is 40 J or more. In the case of exceeding 80 J, double, it was judged that it was better, and it was marked as ⁇ .
  • the welding voltage and welding current running speed were set on the operation box panel, and after confirming the cooling water amount and gas flow rate, the welding start button on the operation box panel was pressed to run the carriage simultaneously with the arc start.
  • the protruding length on the operation box panel it was adjusted to an arbitrary protruding length, and welding was performed while performing automatic elevation control. Welding was stopped by pressing the welding stop button on the operation box panel at the end of welding.
  • Nos. 1 to 75 are examples within the scope of the present invention.
  • Nos. 76 to 119 are comparative examples outside the scope of the present invention.
  • Table 5 the example No. In Nos. 1 to 75, slag discharge was promoted, arc stability, bead appearance and toughness were good, and no welding defects were observed.
  • No. No. 94 is an example using a welding wire having a diameter of 3.2 mm, but the arc became unstable because the welding balance was different with respect to the test current 380A.
  • No. 95 is an example using a welding wire having a diameter of 1.4 mm. However, since the welding amount is larger than the optimum amount with respect to the test current 380A, the position of the molten metal rises, and it seems to be buried. As a result, the arc became unstable.
  • No. 96 no. No. 97 is an example in which the flux filling rate is 12% by mass or 33% by mass, but the arc becomes unstable because the welding balance differs with respect to the test current 380A.
  • No. for 98 the C content in the welding wire was too high, and the toughness deteriorated due to arc instability and excessive strength.
  • No. 99 uses a welding wire with an excessive amount of Si, so the amount of molten slag increased and slag winding occurred.
  • No. No. 100 uses a flux-cored wire with a small amount of Si, so that the deoxidation action is reduced and pore defects are generated.
  • No. 102 uses a flux-cored wire containing an excessive amount of Mn, the weld metal has excessive strength and the toughness deteriorates.
  • No. 103 uses a flux-cored wire with a large amount of Mo, the weld metal has excessive strength and the toughness deteriorates.
  • No. No. 104 is a flux-cored wire to which P is added excessively, No. 104.
  • No. 105 is a flux-cored wire to which B is added excessively, No. 105.
  • No. 106 used a flux-cored wire to which S was added excessively, and cracks occurred in the weld metal.
  • No. No. 107 used a flux-cored wire that did not contain Mo, resulting in insufficient toughness of the weld metal.
  • No. 108 molten slag mainly composed of TiO 2 and Al 2 O 3 was formed, and slag discharge was suppressed, so that slag entrainment and bead shape failure occurred.
  • No. 109 to 115 a flux-cored wire with an excessive amount of oxide added was used, so slag discharge was suppressed and slag entrainment occurred.
  • No. No. 116 used a flux-cored wire to which Mg was excessively added, so that slag discharge was suppressed and slag entrainment occurred.
  • No. 117 uses a flux-cored wire to which SiO 2 is excessively added, so that slag discharge is suppressed and slag entrainment occurs.
  • No. 118 due to the use of the flux cored wire additive amount of SiO2 is insufficient, TiO 2 and Al 2 O 3 is formed molten slag of the main component, since the slag discharge is suppressed, the slag inclusion and the bead shape defect Occurred.
  • Base material material to be welded
  • sliding copper metal backing material
  • welding power source wire feeder

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Abstract

　効率的にスラグを排出することができるエレクトロガスアーク溶接方法及びエレクトロガスアーク溶接装置を提供する。　溶接ワイヤ５に、鋼製外皮内にフラックスが充填され、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｔｉ及びＳｉＯ２を特定量含有すると共に、Ａｌ、Ｓ、Ｐ、ＴｉＯ２及びＡｌ２Ｏ３を特定量以下に規制し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、下記数式（Ａ）を満たす組成のフラックス入りワイヤを使用し、摺動銅当金２には、開先に接触する面に曲率をもった溝を有し、開先の幅をａとしたとき、溝幅Ｗが（１．１×ａ）～（２．５×ａ）ｍｍ、溝深さＤが０．５～５．５ｍｍ、溝幅Ｗと溝深さＤとの比（Ｗ／Ｄ）が５．０～８０．０のものを使用し、溶接ワイヤ５の送給速度を一定とし、溶接ワイヤ５の突出し長さが一定になるように、溶接電流に基づいて溶接トーチ４の上昇速度を制御しながら、エレクトロガスアーク溶接する。

Description

エレクトロガスアーク溶接方法及びエレクトロガスアーク溶接装置
　本発明は、エレクトロガスアーク溶接方法及びエレクトロガスアーク溶接装置に関する。より詳しくは、エレクトロガスアーク溶接におけるスラグ排出技術に関する。
　エレクトロガスアーク溶接法は、例えば母材の表面（開先面）側に水冷の摺動当金を配置し、その反対の面に裏当金を配置する。そして、母材、摺動当金及び裏当金により囲まれる空間内に、炭酸ガスなどのシールドガスを供給し、溶接トーチから溶接ワイヤを繰り出してアーク溶接を行う。その際、溶接姿勢は、一般に、下から上に向かって溶接を行う立向きの姿勢が採用される。
　また、エレクトロガスアーク溶接では、一般に、溶接材料として、鋼製外皮内にフラックスが充填されたフラックス入りワイヤが用いられている。フラックス入りワイヤが用いられている理由は、溶接時にフラックス中に配合されているスラグ形成剤が溶融し、ビードの外観を良好に保つ働きをするためである。しかしながら、フラックス入りワイヤは、溶接時にスラグ形成剤が溶融し、溶融金属直上に多量の溶融スラグが滞留する。溶融金属直上の溶融スラグが厚くなると、ワイヤがスラグに埋もれてしまい、アークの不安定化やビード外観の劣化を招く。また、溶融金属直上の溶融スラグが厚くなると、溶接金属の成分が変動して、強度過多やじん性劣化の問題も生じる。
　そこで、従来、エレクトロガスアーク溶接では、摺動当金の下部からスラグを強制的に排出する方法が採られている（特許文献１～４参照）。例えば、特許文献１に記載の溶接方法では、スラグの排出を確保するために、ビードとの隙間が下へ行くほど広くなるテーパーが設けられた水冷摺動銅当金を用いている。また、特許文献２には、開先側となる面に、当金の表面から内部にかけて漸次減少する幅の溝が溶接進行方向に刻設され、この溝で溶融金属とスラグを含む溶融池からスラグを選択的に吸引する摺動当金が提案されている。
　一方、特許文献３には、母材と対向する面を湾曲凹部とし、その上端付近にシールドガスを供給するための開口部を形成すると共に、湾曲凹部の左右両側に平坦な垂直面からなる摺動縁部を設け、その一方の下方に母材表面との間に所定幅の間隙を形成するための切欠部を形成した摺動当金が提案されている。この特許文献３に記載の摺動当金では、溶融池の溶融金属上に滞留する溶融スラグが、湾曲凹部と、溶融金属との間隙から下方へ向かって流出すると共に、切欠部と母材表面との間に形成される間隙から摺動当金の軌道の側方へも流出するため、従来の摺動当金よりも溶融スラグの排出量を増加させることが可能となる。
　また、特許文献４には、水冷摺動銅当金の被溶接材開先部に対する面に、上方から下方に順に、溶接ビード形成用の第１の溝と、溶融スラグを排出用の第２の溝とを設けた摺動当金が提案されている。特許文献４の摺動当金では、第１の溝は被溶接材表面に平行に形成されており、第２の溝は第１の溝の下部に連続し被溶接材表面に対して傾斜し、溝幅が上方から下方に順に広く、かつ溝深さが上方から下方に順に深くなるように形成されている。
特開平１１－２８５８２６号公報 特開２００７－９０３９８号公報 特開２０１０－１４２８１４号公報 特開２０１２－１６６２０４号公報
　しかしながら、前述した従来の技術には、以下に示す問題点がある。特許文献１に記載されているような溝深さが上方から下方に向かって深くなる摺動当金や、特許文献４に記載されているような溝幅が上方から下方に向かって広くなり、かつ溝深さが上方から下方に向かって深くなる摺動当金を用いた場合、アーク電圧やスラグ物性によっては過度なスラグ排出となり、溶け落ち、スラグ巻き込み又は気孔などの溶接欠陥が発生する。
　また、特許文献２に記載の摺動当金は、刻設された溝で溶融スラグを吸引し、排出するものであるが、表面張力が低いスラグ組成の場合は、吸引効果が十分に得られない上に、繰り返し使用すると、溝に入り込んだスラグが凝固し、溶接途中で吸引による排出効果が得られないという問題点がある。更に、特許文献３に記載の摺動当金は、水冷摺動銅当金の切欠き部に溶融スラグだけではなく、溶融金属も流れおちて、ビード形状が劣化するという問題点がある。
　そこで、本発明は、効率的にスラグを排出することができるエレクトロガスアーク溶接方法及びエレクトロガスアーク溶接装置を提供することを主目的とする。
　前述したように、スラグ排出の促進は、従来、水冷摺動銅当金の構造によって工夫されてきた。しかしながら、スラグの排出量は、アーク安定性や溶接ワイヤのスラグ組成によって変わるため、水冷摺動銅当金の構造だけでは十分に制御することができない。特に、溶接ワイヤの組成は、スラグの溶融物性に影響し、溶接金属の溶け落ちや溶接欠陥、ビード形状の劣化にも関係するが、従来、溶接ワイヤのスラグ物性と水冷摺動銅当金形状について最適なアプローチはなされていない。
　そこで、本発明者は、スラグ組成について加味した溶接材料と溶接装置の組み合わせについて検討を行い、長時間かつ繰り返し使用しても効率的なスラグの排出を維持でき、溶接欠陥、ビード形状の劣化、じん性の劣化を防止することができるエレクトロガスアーク溶接方法を見出し、本発明に至った。
　即ち、本発明に係るエレクトロガスアーク溶接方法は、被溶接材の開先表面に摺動銅当金を当接し、前記摺動銅当金及び溶接トーチを上昇させながらアーク溶接を行うエレクトロガスアーク溶接方法であって、前記溶接ワイヤとして、鋼製外皮内にフラックスが充填され、ワイヤ全質量あたり、Ｃ：０．０１～０．５０質量％、Ｓｉ：０．１０～１．００質量％、Ｍｎ：０．５０～４．００質量％、Ｍｏ：０．１０～１．００質量％、Ｔｉ：０．０５～０．４０質量％、ＳｉＯ２：０．１０～１．００質量％を含有すると共に、Ａｌ：０．３０質量％以下（０％を含む）、Ｓ：０．０５０質量％以下（０％を含む）、Ｐ：０．０５０質量％以下（０％を含む）、ＴｉＯ２：０．３０質量％以下（０％を含む）、Ａｌ２Ｏ３：０．３０質量％以下（０％を含む）に規制され、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、ＳｉＯ２含有量を［ＳｉＯ２］、Ｓｉ含有量を［Ｓｉ］、Ａｌ２Ｏ３含有量を［Ａｌ２Ｏ３］、Ａｌ含有量を［Ａｌ］、ＴｉＯ２含有量を［ＴｉＯ２］、Ｔｉ含有量を［Ｔｉ］としたとき、下記数式（Ａ）を満たす組成を有するフラックス入りワイヤを使用し、前記摺動銅当金は、前記開先に接触する面に曲率をもった溝を有し、前記開先の幅をａとしたとき、前記溝幅Ｗが（１．１×ａ）～（２．５×ａ）ｍｍ、前記溝深さＤが０．５～５．５ｍｍ、前記溝幅Ｗと前記溝深さＤとの比（Ｗ／Ｄ）が５．０～８０．０で
あるものとし、前記溶接ワイヤの送給速度は一定にし、前記溶接ワイヤの突出し長さが一定になるように、溶接電流に基づいて前記溶接トーチの上昇速度を制御する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　前記フラックス入りワイヤは、更に、ワイヤ全質量あたり、Ｍｇ：０．５０質量％以下、Ｎｉ：２．０質量％以下、Ｃｒ：１．０質量％以下、Ｂ：０．００５質量％以下を含有していてもよい。
　また、前記フラックス入りワイヤは、更に、ワイヤ全質量あたり、ＭｇＯ、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、ＣａＯ、ＳｒＯ及びＢａＯのうち少なくとも１種の酸化物を、合計で０．８０質量％以下含有することもできる。
　更に、前記フラックス入りワイヤには、直径が１．５～３．５ｍｍであり、フラックス充填率が１５～３０質量％であるものを使用することができる。
　一方、本発明に係るエレクトロガスアーク溶接方法では、前記溶接トーチの上昇速度の制御は、ローパスフィルターにより検出された溶接電流から高周波成分を除去する工程と、前記ローパスフィルターを通過した溶接電流値と、予め設定された溶接電流指令値とを比較する工程と、を有し、前記ローパスフィルターのカットオフ周波数を０．９８～２．９３Ｈｚに設定してもよい。
　また、アーク電圧を周期的に変動させながら溶接を行うこともできる。
　本発明に係るエレクトロガスアーク溶接装置は、被溶接材の開先表面に当接される摺動銅当金と、前記開先内に溶接ワイヤを送給する溶接トーチと、前記溶接トーチを、溶接線に対して、前後方向、上下方向及び左右方向に移動させるトーチ移動機構と、溶接電流に基づいて前記溶接トーチの上昇速度を制御する制御部とを有し、前記摺動銅当金は、前記開先に接触する面に曲率をもった溝を有し、前記開先の幅をａとしたとき、前記溝幅Ｗが（１．１×ａ）～（２．５×ａ）ｍｍ、前記溝深さＤが０．５～５．５ｍｍ、前記溝幅Ｗと前記溝深さＤとの比（Ｗ／Ｄ）が５．０～８０．０である。
　本発明によれば、摺動銅当金の構造に加えて、溶接材料の組成を特定しているため、効率的にスラグを排出することが可能となる。
本実施形態のエレクトロガスアーク溶接方法を模式的に示す断面図である。 開先形状を示す断面図である。 図３Ａは図１に示す摺動銅当金２の構成を模式的に示す平面図である。 図３Ｂは図３Ａに示すＺ－Ｚ線による断面図である。 突出し長さが一定になるよう制御する方法を示すブロック図である。 本実施形態のエレクトロガスアーク溶接方法で用いる溶接装置の構成例を示す図である。 すみ肉溶接に適用する場合の溶接方法を示す断面図である。
　以下、本発明を実施するための形態について、詳細に説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。図１は本発明の実施形態に係るエレクトロガスアーク溶接方法を模式的に示す断面図であり、図２は開先形状を示す断面図である。また、図３Ａは図１に示す摺動銅当金２の構成を模式的に示す平面図であり、図３Ｂは図３Ａに示すＺ－Ｚ線による断面図である。
　図１に示すように、本実施形態のエレクトロガスアーク溶接方法は、被溶接材（母材１）に形成された開先の一方の面側に摺動銅当金２を当てると共に、他方の面側に裏当材３を当てる。ここで、開先形状としては、例えば図２に示すようなＶ開先を適用することができる。そして、母材１、摺動銅当金２及び裏当材３により囲まれる開先内に、シールドガスを供給しつつ溶接トーチ４から溶接ワイヤ５を送給し、溶接トーチ４及び摺動銅当金２を上昇させながらアーク溶接を行う。
　このとき、溶接ワイヤ５には、鋼製外皮内にフラックスが充填され、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｔｉ及びＳｉＯ２を特定量含有すると共に、Ａｌ、Ｓ、Ｐ、ＴｉＯ２及びＡｌ２Ｏ３を特定量以下に規制し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、下記数式（Ａ）を満たす組成のフラックス入りワイヤを使用する。なお、下記数式（Ａ）における［ＳｉＯ２］はＳｉＯ２含有量、［Ｓｉ］はＳｉ含有量、［Ａｌ２Ｏ３］はＡｌ２Ｏ３含有量、［Ａｌ］はＡｌ含有量、［ＴｉＯ２］はＴｉＯ２含有量、［Ｔｉ］はＴｉ含有量である。
　なお本明細書において、［Ｓｉ］で示すＳｉ含有量はＳｉＯ２中のＳｉを除くＳｉ含有量である。また［　］で示される含有量は、質量比で示された含有量である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　また、図３Ａ、図３Ｂに示すように、摺動銅当金２は、開先に接触する面に曲率をもった溝１２を有し、開先の幅をａとしたとき、溝幅Ｗが（１．１×ａ）～（２．５×ａ）ｍｍ、溝深さＤが０．５～５．５ｍｍ、溝幅Ｗと溝深さＤとの比（Ｗ／Ｄ）が５．０～８０．０のものを使用する。更に、溶接時は、溶接ワイヤ５の送給速度を一定とし、溶接電流に基づいて溶接トーチの上昇速度を制御する。
　次に、本実施形態のエレクトロガスアーク溶接方法における各種条件設定の理由について説明する。
［溶接ワイヤ５］
　本実施形態のエレクトロガスアーク溶接方法に用いられる溶接ワイヤ５は、筒状の鋼製外皮と、この外皮の内側に充填されたフラックスとで構成されるフラックス入りワイヤである。なお、フラックス入りワイヤの形態は、外皮に継目のないシームレスタイプ、外皮に継目のあるシームタイプのいずれでもよい。また、フラックス入りワイヤには、表面（外皮の外側）に銅めっきが施されているものと、施されていないものがあるが、本実施形態のエレクトロガスアーク溶接方法では、どちらも使用することができる。
　以下、本実施形態のエレクトロガスアーク溶接方法で用いるフラックス入りワイヤの成分組成の数値限定理由を説明する。なお、以下に示す成分量は、外皮とフラックスを合わせたワイヤ全質量に対する割合である。
＜Ｃ：０．０１～０．５０質量％＞
　Ｃは、溶接金属の強度を高める効果がある。しかしながら、溶接ワイヤのＣ含有量が０．０１質量％未満の場合、溶接金属の強度が不足する。一方、溶接ワイヤ中にＣが０．５０質量％を超えて多量に含まれていると、溶接中に酸素と結合してＣＯガスとなり、溶滴表面に泡が発生する。そして、この泡が飛散することで、アークが不安定になり、スパッタが発生する。よって、溶接ワイヤのＣ含有量は０．０１～０．５０質量％とする。
＜Ｓｉ：０．１０～１．００質量％＞
　Ｓｉは、脱酸作用のある元素であり、溶接金属の強度や靱性を確保するために必要な元素である。しかしながら、溶接ワイヤのＣ含有量が０．１０質量％未満の場合、脱酸不足により、溶接金属にブローホールが発生する。一方、溶接ワイヤに、１．００質量％を超えて多量にＳｉが含まれていると、溶接中に溶融金属７上にたまる溶融スラグ８が厚くなって、溶接ワイヤ５が溶融スラグ８に埋まり、溶接金属９の歩留まりが変動して靭性が劣化する。よって、溶接ワイヤのＳｉ含有量は０．１０～１．００質量％とする。
　なお、本明細書において、溶接ワイヤのＳｉ成分量と言う場合、ＳｉＯ２中のＳｉは含まない。ＳｉＯ２成分量については別途規定しているためである。
＜Ｍｎ：０．５０～４．００質量％＞
　Ｍｎは前述したＳｉと同様に、脱酸素剤又は硫黄捕捉剤として作用するため、溶接金属の強度や靭性の確保に必要な元素である。しかしながら、溶接ワイヤのＭｎ含有量が０．５０質量％未満の場合、脱酸不足により溶接金属に溶接欠陥（ブローホール）が発生したり、溶接金属の靭性が不足したりする。一方、溶接ワイヤに、４．００質量％を超えて多量にＭｎが含まれていると、溶接中に剥離し難いスラグが大量発生し、スラグ巻き込みなどの溶接欠陥が発生すると共に、溶接金属の強度が増加しすぎて靭性が著しく低下する。よって、溶接ワイヤのＭｎ含有量は、０．５０～４．００質量％とする。
＜Ｍｏ：０．１０～１．００質量％＞
　Ｍｏは、溶接金属の強度や靭性を確保するために必要な元素である。しかしながら、溶接ワイヤのＭｏ含有量が０．１０質量％未満の場合、溶接金属の強度や靭性が不足する。一方、溶接ワイヤに、１．００質量％を超えてＭｏが含まれていると、溶接金属が強度過多となり、割れなどの溶接欠陥が発生する。よって、溶接ワイヤのＭｏ含有量は０．１０～１．００質量％とする。
＜Ｔｉ：０．０５～０．４０質量％＞
　Ｔｉは、溶接金属中のフェライト粒を微細化し、靭性を向上させる効果がある。しかしながら、溶接ワイヤのＴｉ含有量が０．０５質量％未満の場合、溶接金属の靭性が不足する。一方、Ｔｉは強脱酸元素であるため、溶接ワイヤに０．４０質量％を超えてＴｉが含まれていると、粘性の高いＴｉＯ２スラグの発生が過多となる。その結果、スラグ排出が抑制され、溶融金属７上にたまる溶融スラグ８が厚くなって、溶接ワイヤ５が溶融スラグ８に埋まり、溶接金属９の歩留まりが変動して靭性が劣化する。よって、溶接ワイヤのＴｉ含有量は０．０５～０．４０質量％とする。
＜ＳｉＯ２：０．１０～１．００質量％＞
　ＳｉＯ２は、フラックスに含有される酸化物であり、比較的流動性の良い溶融スラグを形成する。また、ＳｉＯ２と共に、後述するＭｇＯやＣａＯを添加すると、溶融スラグの流動性が更に良好になる。このため、エレクトロガスアーク溶接において、ＳｉＯ２を主体としたスラグ組成にすると、スラグの排出が促進される。また、ＳｉＯ２を主体としたスラグ組成は、ガラス質で剥離もしやすく、ビード全面に広がるため、ビード外観も良好となる。このようなＳｉＯ２を主体としたスラグ組成を形成するためには、溶接ワイヤにＳｉＯ２を０．１０質量％以上含有させる必要がある。
　一方、溶接ワイヤに、ＳｉＯ２を１．００質量％を超えて含有させると、スラグ量が過多になり、排出効果よりも酸化物生成のほうが上回り、溶融金属７上にたまる溶融スラグ８が厚くなって、溶接ワイヤ５が溶融スラグ８に埋まり、溶接金属９の歩留まりが変動して靭性が劣化する。よって、溶接ワイヤにおけるＳｉＯ２含有量は、０．１０～１．００質量％とする。なお、スラグ排出効率向上の観点から、溶接ワイヤのＳｉＯ２含有量は０．２０～０．６０質量％であることが好ましい。
＜Ａｌ：０．３０質量％以下＞
　Ａｌは、前述したＴｉと同様に、溶接金属中のフェライト粒を微細化し、靭性を向上させる効果があるが、フェライト粒の微細化効果はＴｉが最も効果的であり、また、Ａｌ酸化物は粘性が高いため、スラグ剥離性を低下させ、ビード外観に影響を及ぼす。このため、溶接ワイヤにＡｌは極力添加しないことが好ましく、０質量％であることがより好ましい。
　一方、Ａｌは強脱酸元素であるため、溶接ワイヤに０．３０質量％を超えてＡｌが含まれていると、スラグの発生が過多となる。その結果、スラグ排出が抑制され、溶融金属７上にたまる溶融スラグ８が厚くなって、溶接ワイヤ５が溶融スラグ８に埋まり、溶接金属９の歩留まりが変動して靭性が劣化する。よって、溶接ワイヤのＡｌ含有量は０．３０質量％以下に規制する。
＜Ｓ：０．０５０質量％以下、Ｐ：０．０５０質量％以下＞
Ｓ（硫黄）及びＰ（リン）は、いずれも不可避滴不純物であり、溶接ワイヤにおけるこれらの元素の含有量がそれぞれ０．０５０質量％を超えると、溶接金属に割れなどの溶接欠陥が発生する。よって、Ｓ含有量及びＰ含有量はいずれも０．０５０質量％以下に規制する。なお、溶接ワイヤのＳ含有量及びＰ含有量は、できるだけ少ない方が好ましく、より好ましくは０質量％であるが、それぞれ０．０５０質量％以下であれば、本発明の効果には影響しない。
＜ＴｉＯ２：０．３０質量％以下、Ａｌ２Ｏ３：０．３０質量％以下＞
　ＴｉＯ２及びＡｌ２Ｏ３は、フラックスに含有される酸化物であるが、粘性の高い溶融スラグを形成するため、これらの含有量はできるだけ少なくすることが好ましく、０質量％であることがより好ましい。特に、溶接ワイヤにおけるＴｉＯ２含有量及びＡｌ２Ｏ３含有量がそれぞれ０．３０質量％を超えると、スラグ排出が抑制され、溶接金属の靭性が劣化したり、スラグ巻き込みなどの溶接欠陥が発生したりする。よって、ＴｉＯ２含有量及びＡｌ２Ｏ３含有量は、それぞれ０．３０質量％以下に規制する。
＜（ＳｉＯ２＋２．１Ｓｉ）／（Ａｌ２Ｏ３＋１．９Ａｌ＋ＴｉＯ２＋１．７Ｔｉ）＞
　前述したように、フラックスに由来するＴｉＯ２やＡｌ２Ｏ３、強脱酸元素であるＴｉ及びＡｌは、スラグの排出を抑制する。このため、（［ＳｉＯ２］＋２．１×［Ｓｉ］）／（［Ａｌ２Ｏ３］+１．９×［Ａｌ］+［ＴｉＯ２］+１．７×［Ｔｉ］）が１．０未満である場合、即ち、溶接ワイヤにおけるこれらの成分の含有量が上記数式（Ａ）を満たさない場合は、ＴｉＯ２やＡｌ２Ｏ３主体のスラグ組成となり、溶接金属の靭性低下や溶接欠陥の発生を招く。
　これに対して、（［ＳｉＯ２］＋２．１×［Ｓｉ］）／（［Ａｌ２Ｏ３］+１．９×［Ａｌ］+［ＴｉＯ２］+１．７×［Ｔｉ］）が１．０以上である場合、即ち、溶接ワイヤにおけるこれらの成分の含有量が上記数式（Ａ）を満たす場合は、ＳｉＯ２主体のスラグ組成となり、スラグ排出が促進され、溶接欠陥がない、良好なビード外観となる。なお、上記数式（Ａ）におけるＳｉ、Ａｌ、Ｔｉの係数は、元素と酸化物のモル質量比であり、添加元素が全て酸化物になった場合を想定して規定している。
＜Ｍｇ：０．５０質量％以下＞
　Ｍｇは、強脱酸元素であり、溶接金属の酸素量を低減して靱性を向上させる効果があるため、必要に応じて溶接ワイヤに添加することができる。なお、溶接金属の靭性向上の観点から、溶接ワイヤにＭｇを添加する場合は０．０５質量％以上とすることが好ましい。
　一方、Ｍｇは強脱酸元素であるため、溶接ワイヤが０．５０質量％を超えてＭｇを含有すると、ＭｇＯスラグが過多となる。適量のＭｇＯはＳｉＯ２と結びつき、流動性の良い溶融スラグとなるが、ＭｇＯが過度に増えると、溶接中に剥離しにくいスラグが大量発生し、スラグ巻き込みなどの溶接欠陥が発生する。よって、溶接ワイヤにＭｇを添加する場合は、０．５０質量％以下とする。
＜Ｎｉ：２．０質量％以下、Ｃｒ：１．０質量％以下、Ｂ：０．００５質量％以下＞
　溶接ワイヤに用いるフラックス入りワイヤは、溶接金属の強度又は靭性向上のため、Ｎｉ、Ｃｒ及びＢを含有していてもよい。ただし、これらの元素は、過剰に添加すると、溶接金属に割れが発生しやすくなる。具体的には、溶接ワイヤに、Ｎｉを２．０質量％を超えて添加したり、Ｃｒを１．０質量％を超えて添加したり、Ｂを０．００５質量％を超えて添加すると、溶接金属に割れが発生しやすくなる。よって、Ｎｉ、Ｃｒ及びＢを添加する場合は、それぞれＮｉ：２．０質量％以下、Ｃｒ：１．０質量％以下、Ｂ：０．００５質量％以下とする。
＜ＭｇＯ、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ：合計で０．８０質量％以下＞
　ＭｇＯ、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、ＣａＯ、ＳｒＯ及びＢａＯは、ＳｉＯ２と融合して、スラグの粘性を低下させ、流動性を向上させる効果がある。ただし、ＭｇＯ、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、ＣａＯ、ＳｒＯ及びＢａＯの総含有量が０．８０質量％を超えると、スラグ量が過多になり、排出効果よりも酸化物生成の方が上回る。このため、溶融金属７上に溜まる溶融スラグ８が厚くなり、溶接ワイヤ５が溶融スラグ８に埋まり、溶接金属９の歩留まりが変動して靭性が劣化する。よって、溶接ワイヤに、ＭｇＯ、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、ＣａＯ、ＳｒＯ及びＢａＯを添加する場合は、総含有量が０．８０質量％以下になるようにする。なお、溶接ワイヤは、これらの酸化物のうち１種のみを含有していてもよく、また、２種以上を含有していてもよい。
＜残部：Ｆｅ及び不可避的不純物＞
　本実施形態のエレクトロガスアーク溶接方法で使用する溶接ワイヤ（フラックス入りワイヤ）の成分組成における残部は、Ｆｅ及び不可避的不純物である。
＜直径：１．５～３．５ｍｍ＞
　溶接ワイヤに用いるフラックス入りワイヤの直径は１．５～３．５ｍｍであることが好ましい。エレクトロガスアーク溶接において、直径１．５ｍｍ未満のワイヤを用いると、溶着量が多くなり、溶融金属位置が高くなるため、スラグ排出が抑制される。一方、直径が３．５ｍｍを超えるワイヤを用いると、溶接電流が高くなり、大入熱となるため、得られる溶接金属の靭性が劣化しやすくなる。
＜フラックス充填率：１５～３０質量％＞
　溶接ワイヤに用いるフラックス入りワイヤは、フラックス充填率が１５～３０質量％であることが好ましい。フラックス充填率が１５質量％未満のワイヤを用いると、溶着量の向上効果が得られず、ワイヤがスラグ浴に埋もれやすくなる。一方、フラックス充填率が３０質量％を超えるワイヤを用いるとジュール熱効果が高くなり、溶滴移行が不安定になるため、突出し制御が困難となる。なお、ここでいう「フラックス充填率」は、外皮内に充填されるフラックスの質量を、ワイヤ全体（外皮とフラックスの合計）の質量に対する割合で規定したものである。
＜外皮＞
　溶接ワイヤに用いるフラックス入りワイヤの外皮の材質は、ワイヤ全体の組成が前述した範囲内であればよく、軟鋼及びステンレス鋼のいずれでもよい。
＜製法＞
　本実施形態のエレクトロガスアーク溶接方法で使用する溶接ワイヤ（フラックス入りワイヤの製造方法は、特に限定されるものではなく、一般的な製造方法により製造したものを使用することができる。例えば、軟鋼又はステンレスからなる外皮をＵ字状に成形したものにフラックスを充填した後、筒状型に成形し、目的径まで伸線することにより製造することができる。
［摺動銅当金２］
　本実施形態のエレクトロアーク溶接に用いる摺動銅当金２は、開先に接触する面に曲率をもった溝１２が設けられている。この摺動銅当金２の溝形状は、溶融スラグの排出に依存する。溝幅Ｗ及び溝深さＤが大きいとスラグの排出は促進されるが、溶融金属の溶け落ち、及びスラグによってビードが均一に被覆されないことによるビード形状不良やスラグ巻き込みなどの溶接欠陥が発生する。
　一方、溝幅Ｗ及び溝深さＤが小さいと、スラグの排出が滞り、溶融金属７上に溜まる溶融スラグ８が厚くなって、溶接ワイヤ５が溶融スラグ８に埋まり、溶接金属９の歩留まりが変動して靱性が劣化する。このため、ビードをスラグで均一に被覆することによって、ビード形状不良及び溶接欠陥の発生を防止するためには、溝は過度に大きくしない方がよい。
　一方、溝形状を小さくすると、スラグを排出しにくくなる。そこで、本実施形態のエレクトロアーク溶接方法では、前述した組成の溶接ワイヤ（フラックス入りワイヤ）を用いることで、ＳｉＯ２を主体とした溶融スラグを形成する。ＳｉＯ２を主体とした溶融スラグは粘性が低いため、流動性が良く、かつ銅当金との濡れ性も良好な溶融物性を有しているため、過度な溝加工を必要としなくとも、スラグによってビードを均一に被覆して、良好な形状のビードを形成することができる。
　前述した組成のフラックス入りワイヤとの組み合わせに適した溝形状は、開先の幅をａとしたとき、溝幅Ｗが（１．１×ａ）～（２．５×ａ）ｍｍ、溝深さＤが０．５～５．５ｍｍ、溝幅Ｗと溝深さＤとの比（Ｗ／Ｄ）が５．０～８０．０である。
＜溝幅Ｗ：（１．１×ａ）～（２．５×ａ）ｍｍ＞
　溝幅Ｗは、開先幅ａに依存する。溝幅Ｗが、開先幅ａの１．１倍未満の場合、ビード形状が不良となり、また、２．５倍を超えると、溶接金属の溶け落ちやビード形状不良が発生する。よって、溝幅Ｗは、開先幅ａの１．１～２．５倍の範囲とする。
＜溝深さＤ：０．５～５．５ｍｍ＞
　溝深さＤが０．５ｍｍ未満の場合、溶接金属の歩留まりが変動し、靭性が劣化する。また、溝深さＤが５．５ｍｍを超えると、スラグがビード上に均一に乗らず、ビード形状不良やスラグ巻き込みきなどの溶接欠陥が発生する。よって、溝深さＤは、０．５～５．５ｍｍの範囲とする。
＜溝幅Ｗと溝深さＤとの比（Ｗ／Ｄ）：５．０～８０．０＞
　溝幅Ｗと溝深さＤとの比（Ｗ／Ｄ）が５．０未満の場合、前述した組成のフラックス入りワイヤを使用しても、スラグの排出が滞り、溶接金属の歩留まりが変動し、靭性が劣化する。一方、溝幅Ｗと溝深さＤとの比（Ｗ／Ｄ）が８０．０を超えると、ビード形状不良やスラグ巻き込みなどの溶接欠陥が発生する。よって、溝幅Ｗと溝深さＤとの比（Ｗ／Ｄ）は５．０～８０．０とする。
＜溝形状＞
　摺動銅当金２の溝１２の形状は、曲率を持った形状とする。これにより、良好なビード形状を維持することができる。溝１２の曲率半径は、特に限定されるものではないが、３０～１８０ｍｍであることが好ましい。これにより、スラグにより均一に被覆して、ビード形状を更に向上させることができる。
［溶接ワイヤ５の突出し長さ制御］
　溶接時の溶接ワイヤ５の突出し長さは、２０～６０ｍｍとすることが好ましい。エレクトロガスアーク溶接において、溶接ワイヤ５の突出し長さが２０ｍｍ未満の場合、溶接電流が高くなり、大入熱となるので、溶接金属の靭性が劣化する。一方、溶接ワイヤ５の突出し長さが６０ｍｍを超えると、ジュール熱効果が高くなり、溶滴移行が不安定になるため、後述する突出し長さを一定にする制御が困難となる。
　そして、本実施形態のエレクトロガスアーク溶接では、前述した溶接ワイヤ５の突き出し長さｌが一定になるように、溶接トーチの上昇速度を制御しながら溶接を行う。突出し長さを一定にすると、アークが安定し、溶融スラグ８の搖動を低減することができるため、スラグ排出量の経時変化が小さくなり、常に均一量のスラグ排出が可能となる。その結果、ビード形状不良やスラグ巻き込みといった溶接欠陥を防止することができる。
　特に、流動性が良好な溶融スラグが形成される溶接ワイヤを用いた場合は、溶融スラグ８の搖動がより大きくなるため、前述した突出し長さを一定にする制御は必須となる。以下、溶接ワイヤ５の突出し長さを一定にするための具体的制御方法について説明する。図４は突出し長さを一定にする制御方法を示すブロック図である。
　溶接ワイヤ５の突出し長さが短くなると溶接電流は大きくなり、突出し長さが長くなると溶接電流は小さくなる。そこで、本実施形態のエレクトロガスアーク溶接では、溶接電流を検出し、その値に基づいて溶接トーチ５上昇速度、即ち溶接速度を制御する。その際、溶接ワイヤ５の送給速度は変えず、一定にする。
　溶接電流に基づいて溶接トーチの上昇速度を制御する方法は、特に限定されるものではないが、例えば図４に示すように、ローパスフィルタＦ１により高周波成分を除した溶接電流Ｘ１を、電流検出値変換器Ｇ１に入力する。そして、この電流検出値変換器Ｇ１の電流値と、手動操作Ｘ２によって設定された溶接電流指令値を電流設定器Ｇ２で反転させた値とを比較する。その結果、溶接電流値が溶接電流指令値より大きかった場合は、溶接トーチ４の上昇速度を速め、溶接電流指令値よりも小さかった場合は、溶接トーチ４の上昇速度を遅くする。
　溶接トーチ４の速度の制御は、例えば、台車走行モータ速度指令演算器Ｇ３において演算を行い、台車走行モータ駆動回路２０を通して、溶接トーチ４を移動させる台車の走行モータ２１を自動制御することで行うことができる。この制御により、溶接ワイヤ５の突出し長さを一定にすることができる。
　このとき、溶接ワイヤ５の突出し長さ制御の精度向上の観点から、ローパスフィルタＦ１のカットオフ周波数を、０．９８～２．９３Ｈｚの範囲に設定することが好ましい。ローパスフィルタのカットオフ周波数が０．９８Ｈｚ未満の場合、溶接トーチ４の上昇速度制御の感度が低下し、溶接ワイヤ５の突出し長さの変化に追従できないことがある。また、カットオフ周波数が２．９３Ｈｚを超えると、溶接トーチ４の上昇速度制御の感度が高くなりすぎて、少しの電流変化で上昇速度が変更され、溶接ワイヤ５の突出し長さが変わるため、アークが不安定になることがある。アークが不安定になると、周辺の空気を巻き込み、窒素が溶接金属中に混入するため、靭性が劣化する場合がある。
［溶接装置の構成］
　図５は本実施形態のエレクトロガスアーク溶接方法で用いる溶接装置の構成例を示す図である。本実施形態のエレクトロガスアーク溶接方法は、前述した摺動銅当金２と、溶接トーチ４と、トーチ移動機構と、制御部とを少なくとも備えるエレクトロガスアーク溶接装置により実施することができる。エレクトロガスアーク溶接装置には、一般に、溶接電源２５、ワイヤ送給装置２６及びシールドガス供給機構などが設けられる。
　トーチ移動機構は、溶接トーチ４を溶接線に対して、前後方向、上下方向及び左右方向に移動させるものであり、例えば台車２２及び走行用レール２３などにより構成されている。着脱型の溶接台車２２には、溶接トーチ４及び摺動銅当金２が装着されており、走行用レール２３をガイドとして移動し、溶接線に対して上下、前後、左右方向に位置調整可能に構成されている。また、溶接台車２２は２０ｋｇ以下で、かつ溶接台車２２に設けられているガイドローラー間の幅と走行レール２３の幅を相対的に変化させることにより、溶接台車２２を走行レール２３の所定位置から、容易に着脱可能となっていることが好ましい。
　また、制御部は、溶接ワイヤ５の突出し長さが一定になるように、溶接電流に基づいて溶接トーチ４の上昇速度を制御するものであり、例えば操作箱２４内に設けられている。この操作箱２４は、溶接電源２５に接続されており、溶接開始及び停止のためのスイッチ、溶接電流調整、溶接電圧調整、突出し長さ調整、走行速度調整及びワイヤインチングなどを制御する。
［その他の溶接条件］
　被溶接材（母材１）の板厚は、特に限定されるものではなく、用途などに応じて適宜選択して使用することができる。なお、母材１が板厚３２ｍｍを超える厚板である場合は、溶接トーチ４をオシレートして溶接してもよい。その場合、ウィーバー角度設定機構、設定角度に維持できるウィーバー回転伝達駆動機構、トーチと溶接台車の成す角度を常に一定に保持するトーチ回転伝達機能、ウィービング動作伝達機構を有していることが好ましい。
　溶接に用いる電源（溶接電源）の特性は、特に限定されるものではなく、直流電流の溶接電源でもよいし、交流電源であってもよい。ただし、突出し長さが一定になるように制御することから、溶接電源には、定電圧特性を持つものを使用すること好ましい。裏当材３の種類や材質も、特に限定されるものではなく、例えば水冷式銅当金でもよいし、セラミック材や母材１と近い組成の鋼材であってもよい。
　アーク電圧が高い程、広範囲にアーク圧がかかるため、スラグの排出には効果的である。しかしながら、アーク電圧が高い状態を長時間継続すると、アーク不安定になる。そこで、本実施形態のエレクトロガスアーク溶接方法では、スラグ排出の促進のため、任意の時間毎にアーク電圧値が高くなるようにすることが好ましい。アーク電圧を高くするタイミングは、一定間隔で行ってもよいし、不定期でもよい。また、アーク電圧を、パルスのように周期的に変化させる場合、その波形は特に限定されず、矩形波、三角波及び波型などの各種パルス波形を採用することができる。更に、パルス周波数の範囲も、特に限定されるものではないが、０．１～５００Ｈｚが好ましく、これによりスラグ排出が効果的に得られる。
　また、シールドガスは、１００体積％ＣＯ２、１００体積％Ａｒの他、ＡｒとＣＯ２又はＯ２の混合ガスなどを使用することができる。これらシールドガスの中でも、特に、溶けこみ効果が大きいことから、１００体積％ＣＯ２が好ましい。なお、シールドガス不良の防止の観点から、ガス流量は１５～４０Ｌ／分とすることが好ましい。
［継手形状］
　本発明のエレクトロガスアーク溶接は、母材１の形状が前述したＶ開先の場合以外にも、すみ肉溶接にも適用することができる。図６はすみ肉溶接に適用する場合の溶接方法を示す断面図である。図６に示すように、すみ肉溶接を行う場合は、裏当材は不要である。そして、母材１の表面に摺動銅当金２を当接し、母材１と摺動銅当金２により囲まれる開先内に、シールドガスを供給しつつ溶接トーチから溶接ワイヤを送給し、溶接トーチ及び摺動銅当金を上昇させながらアーク溶接を行えばよい。その他の条件は、Ｖ開先の場合と同様である。
　以上詳述したように、本実施形態のエレクトロガスアーク溶接方法では、溶融スラグ排出に最も効果的である物性の溶融スラグが形成できるフラックス入りワイヤと、特定の溝形状を有する摺動当金を使用し、溶接ワイヤの突出し長さが一定になるように制御しながら溶接しているため、長時間かつ繰り返し使用しても効率的なスラグの排出を維持することができる。その結果、溶接欠陥、ビード形状の劣化、溶接金属の靭性の劣化を防止することができる。
　また、本実施形態のエレクトロガスアーク溶接方法は、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｃｒ及びＢを特定量含有するフラックス入りワイヤを使用することにより、溶接金属の靭性を更に向上させることができる。更に、ＭｇＯ、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、ＣａＯ、ＳｒＯ及びＢａＯのうち少なくとも１種の酸化物を含有するフラックス入りワイヤを使用すると、これらがＳｉＯ２と複合することによって、溶融スラグ粘性が低下するため、溶融金属上に溜まる溶融スラグの排出を更に促進することができる。
　以下、本発明の実施例及び比較例を挙げて、本発明の効果について具体的に説明する。本実施例では、下記表１～４に示すフラックス入りワイヤＷ１～Ｗ７０と、下記表３，４に示す摺動銅当金とを使用し、溶接ワイヤの送給速度を一定とし、溶接電流に基づいて溶接ワイヤの突出し長さが一定になるように溶接トーチの上昇速度を調節しながら、エレクトロガスアーク溶接を行った。なお、下記表１，２に示すフラックス入りワイヤの成分組成における残部は、Ｆｅ及び不可避的不純物である。なお、下記表１，２おける「－」は、積極的に添加していないことを示しているが、これらの成分についても不可避的不純物として含有されていることがある。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
エレクトロガスアーク溶接は、下記の条件で行った。
溶接電流：３８０Ａ
アーク電圧：３５Ｖ
溶接速度：８ｃｍ／分
入熱量：９．９ｋＪ／ｍｍ
母材板厚：１９ｍｍ
開先形状：Ｖ開先
開先角度：４０°
ギャップ：５～１０ｍｍ（ギャップは開先幅の調整に５～１０ｍｍに変化させた）
シールドガス：１００％ＣＯ２
　評価は、以下に示す方法で、ビード外観、アーク安定性、溶接欠陥の有無、シャルピー値について行った。
＜ビード外観＞
　ビード外観は、溶接終了後のビードを目視で判断した。ビード蛇行、ハンピング及びオーバーラップなどのビード形状不良があった場合は×とし、正常な場合は○とした。
＜アーク安定性＞
　アーク安定性は、溶接中のアーク電圧値をデーターロガーで測定し、判断した。具体的には、設定電圧値に対して、±５Ｖ以上に、５秒間連続で電圧が変動した場合はアーク不安定とし×とし、５秒以内に収まっていた場合は○とした。また、±５Ｖ以上の変動が無い場合はさらに良好として◎とした。
＜溶接欠陥＞
溶接欠陥は放射線透過試験（ＲＴ：ＪＩＳ Ｚ ３１０４参照）に準拠した方法で行った。欠陥が確認できた場合は×、無かった場合は○とした。
＜靭性＞
　溶接金属の靭性は、ＪＩＳ Ｚ ３１２８に基づき、－２０℃のシャルピー吸収エネルギー（Ｊ）で評価した。具体的には、ビード断面中央から試料を抽出し、３回の平均の値をとった。ＪＩＳ Ｚ ３３１９のエレクトロガスアーク溶接用フラックス入りワイヤの規格では、－２０℃のシャルピー吸収エネルギー（Ｊ）が４０Ｊ以上であることから、４０Ｊ未満の以下の場合は×、４０Ｊを上回っていた場合は○、倍の８０Ｊを上回る場合はさらに良好であると判断し、◎とした。
＜溶接装置の操作＞
　溶接は、図５に示す装置を用いて行った。先ず、溶接台車をレールに取り付け、母材に裏当材を取り付けた。フラックス入りワイヤをワイヤ送給装置に装着し、トーチ先端まで送給した。溶接始端部に溶接台車を移動させて、摺動式銅当金を母材に接触させ、摺動式銅当金のセンタリングを行った。トーチ調整部により、ワイヤの狙い角度、狙い位置を調整した。
　操作箱パネルで溶接電圧及び溶接電流走行速度を設定し、冷却水量とガス流量を確認した後、操作箱パネル上の溶接開始ボタンを押すことで、アークスタートと同時に、台車を走行させた。操作箱パネル上の突出し長さ調整で、任意の突出し長さに調整し、自動上昇制御をさせながら溶接を行った。溶接終端部で操作箱パネル上の溶接停止ボタンを押し溶接を停止した。以上の結果を、下記表５，６に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000009
　上記表５に示すＮｏ．１～７５は、本発明の範囲内の実施例であり、表６に示すＮｏ．７６～Ｎｏ１１９は本発明の範囲から外れる比較例である。表５に示すように、実施例のＮｏ．１～７５は、スラグの排出が促進され、アーク安定性、ビード外観、靭性が良好で、溶接欠陥も見られなかった。
　これに対して、比較例のＮｏ．７６，Ｎｏ．７７，Ｎｏ．８０，Ｎｏ．８１は、摺動銅当金の溝の深さが小さく、Ｗ／Ｄも適正な範囲でなかったため、スラグの排出が抑制され、スラグ浴が厚くなった。その結果、ワイヤが埋もれ、アーク不安定、ビード外観不良、歩留まり変化による溶接金属の靱性低下を引き起こした。また、Ｎｏ．７８，Ｎｏ．７９，Ｎｏ．８２～８５は、摺動銅当金の溝の深さが大きすぎることが原因で、溶融金属の一部溶落が発生し、ビード外観も粗悪であった。
　Ｎｏ．８６，Ｎｏ．８７は、開先幅に対して、摺動銅当金の幅が狭すぎるため、ビードの際にスラグが均一にのらずビード形状不良が発生した。Ｎｏ．８８，Ｎｏ．８９は、開先幅に対して、摺動銅当金の幅が広すぎるため、ビードの際で、溶融金属の溶落が発生し、ビード形状不良が発生した。Ｎｏ．９０～９３は、突出しの制御を行わなかったため、アークが不安定になり、またスラグ浴が搖動したことが原因でビード外観不良が発生した。
　Ｎｏ．９４は、直径が３．２ｍｍの溶接ワイヤを用いた例であるが、本試験電流３８０Ａに対して、溶着バランスが異なるため、アーク不安定となった。Ｎｏ．９５は、直径が１．４ｍｍの溶接ワイヤを用いた例であるが、本試験電流３８０Ａに対して、最適量よりも溶着量が多くなるため、溶融金属の位置が上昇し、埋もれ気味となったことでアーク不安定になった。
　Ｎｏ．９６，Ｎｏ．９７は、フラックス充填率が１２質量％又は３３質量％の例であるが、本試験電流３８０Ａに対して、溶着バランスが異なるため、アーク不安定となった。Ｎｏ．９８は、溶接ワイヤ中のＣ含有量が高すぎるため、アーク不安定と、強度過多のため靱性が劣化した。Ｎｏ．９９は、Ｓｉ量が過剰の溶接ワイヤを使用しているため、溶融スラグ量が多くなり、スラグ巻が発生した。Ｎｏ．１００は、Ｓｉ量が少ないフラックス入りワイヤを使用しているため、脱酸作用が小さくなり、気孔欠陥が発生した。Ｎｏ．１０１は、Ｍｎ量が少ないフラックス入りワイヤを使用しているため、溶接金属の靭性が劣化した。
　Ｎｏ．１０２は、Ｍｎ量を過剰に含有するフラックス入りワイヤを使用しているため、溶接金属が強度過多となり、靭性が劣化した。Ｎｏ．１０３は、Ｍｏ量が多いフラックス入りワイヤを使用しているため、溶接金属が強度過多となり、靭性が劣化した。Ｎｏ．１０４はＰが過剰に添加されているフラックス入りワイヤ、Ｎｏ．１０５はＢを過剰に添加されているフラックス入りワイヤ、Ｎｏ．１０６はＳが過剰に添加されているフラックス入りワイヤを使用したため、溶接金属に割れが発生した。
　Ｎｏ．１０７はＭｏを含有していないフラックス入りワイヤを使用したため、溶接金属の靭性不足となった。Ｎｏ．１０８は、ＴｉＯ２及びＡｌ２Ｏ３を主成分とする溶融スラグが形成され、スラグ排出が抑制されたため、スラグ巻き込み及びビード形状不良が発生した。Ｎｏ．１０９～１１５は、酸化物の添加量が過剰のフラックス入りワイヤを使用したため、スラグ排出が抑制され、スラグ巻き込みが発生した。
　Ｎｏ．１１６は、Ｍｇが過剰に添加されているフラックス入りワイヤを使用したため、スラグ排出が抑制され、スラグ巻き込みが発生した。Ｎｏ．１１７は、ＳｉＯ２が過剰に添加されているフラックス入りワイヤを使用したため、スラグ排出が抑制され、スラグ巻き込みが発生した。Ｎｏ．１１８は、ＳｉＯ２の添加量が不足しているフラックス入りワイヤを使用したため、ＴｉＯ２及びＡｌ２Ｏ３が主成分の溶融スラグが形成され、スラグ排出が抑制されたため、スラグ巻き込み及びビード形状不良が発生した。
　以上の結果から、本発明によれば、エレクトロガスアーク溶接時のスラグ排出を促進できるので、最良なアーク安定性、ビード形状、靱性を保ち、溶接欠陥を抑制できることが確認された。
　本出願は、出願日が２０１４年７月２５日である日本国特許出願、特願第２０１４－１５２２６６号を基礎出願とする優先権主張と伴う。特願第２０１４－１５２２６６号は参照することにより本明細書に取り込まれる。
１ 母材（被溶接材）
２ 摺動銅当金
３ 裏当材
４ トーチ
５ ワイヤ
６ 溶接金属
７ 溶融金属
８ 溶融スラグ
９ 固着スラグ
１２ 溝
２０ 台車走行モータ駆動回路
２１ 走行モータ
２２ 台車
２３ 走行用レール
２４ 操作箱
２５ 溶接電源
２６ ワイヤ送給装置
２７ シールドガス

Claims (7)

  1. 　被溶接材の開先表面に摺動銅当金を当接し、前記摺動銅当金及び溶接トーチを上昇させながらアーク溶接を行うエレクトロガスアーク溶接方法であって、
    　前記溶接ワイヤとして、
    　　鋼製外皮内にフラックスが充填され、
    　　ワイヤ全質量あたり、
    　　Ｃ：０．０１～０．５０質量％、
    　　Ｓｉ：０．１０～１．００質量％、
    　　Ｍｎ：０．５０～４．００質量％、
    　　Ｍｏ：０．１０～１．００質量％、
    　　Ｔｉ：０．０５～０．４０質量％、
    　　ＳｉＯ２：０．１０～１．００質量％、
    を含有すると共に、
    　　Ａｌ：０．３０質量％以下（０％を含む）、
    　　Ｓ：０．０５０質量％以下（０％を含む）、
    　　Ｐ：０．０５０質量％以下（０％を含む）、
    　　ＴｉＯ２：０．３０質量％以下（０％を含む）、
    　　Ａｌ２Ｏ３：０．３０質量％以下（０％を含む）、
    に規制され、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、
    　　ＳｉＯ２含有量を［ＳｉＯ２］、Ｓｉ含有量を［Ｓｉ］、Ａｌ２Ｏ３含有量を［Ａｌ２Ｏ３］、Ａｌ含有量を［Ａｌ］、ＴｉＯ２含有量を［ＴｉＯ２］、Ｔｉ含有量を［Ｔｉ］としたとき、下記数式（Ａ）を満たす組成を有するフラックス入りワイヤを使用し、
    Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001
    　前記摺動銅当金は、
    　　前記開先に接触する面に曲率をもった溝を有し、
    　　前記開先の幅をａとしたとき、
    　　前記溝幅Ｗが（１．１×ａ）～（２．５×ａ）ｍｍ、
    　　前記溝深さＤが０．５～５．５ｍｍ、
    　　前記溝幅Ｗと前記溝深さＤとの比（Ｗ／Ｄ）が５．０～８０．０であり、
    　前記溶接ワイヤの送給速度は一定にし、前記溶接ワイヤの突出し長さが一定になるように、溶接電流に基づいて前記溶接トーチの上昇速度を制御するエレクトロガスアーク溶接方法。
  2. 　前記フラックス入りワイヤは、更に、ワイヤ全質量あたり、
    　Ｍｇ：０．５０質量％以下、
    　Ｎｉ：２．０質量％以下、
    　Ｃｒ：１．０質量％以下、
    　Ｂ：０．００５質量％以下
    を含有する請求項１に記載のエレクトロガスアーク溶接方法。
  3. 　前記フラックス入りワイヤは、更に、ワイヤ全質量あたり、ＭｇＯ、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、ＣａＯ、ＳｒＯ及びＢａＯのうち少なくとも１種の酸化物を、合計で０．８０質量％以下含有する請求項１又は２に記載のエレクトロガスアーク溶接方法。
  4. 　前記フラックス入りワイヤは、直径が１．５～３．５ｍｍであり、フラックス充填率が１５～３０質量％である請求項１又は２に記載のエレクトロガスアーク溶接方法。
  5. 　前記溶接トーチの上昇速度の制御は、
    　ローパスフィルターにより検出された溶接電流から高周波成分を除去する工程と、
    　前記ローパスフィルターを通過した溶接電流値と、予め設定された溶接電流指令値とを比較する工程と、を有し、
    　前記ローパスフィルターのカットオフ周波数を０．９８～２．９３Ｈｚに設定する
    請求項１又は２に記載のエレクトロガスアーク溶接方法。
  6. 　アーク電圧を周期的に変動させながら溶接を行う請求項１又は２に記載のエレクトロガスアーク溶接方法。
  7. 　被溶接材の開先表面に当接される摺動銅当金と、
    　前記開先内に溶接ワイヤを送給する溶接トーチと、
    　前記溶接トーチを、溶接線に対して、前後方向、上下方向及び左右方向に移動させるトーチ移動機構と、
    　溶接電流に基づいて前記溶接トーチの上昇速度を制御する制御部と、
    を有し、
    　前記摺動銅当金は、
    　　前記開先に接触する面に曲率をもった溝を有し、
    　　前記開先の幅をａとしたとき、
    　　前記溝幅Ｗが（１．１×ａ）～（２．５×ａ）ｍｍ、
    　　前記溝深さＤが０．５～５．５ｍｍ、
    　　前記溝幅Ｗと前記溝深さＤとの比（Ｗ／Ｄ）が５．０～８０．０
    であるエレクトロガスアーク溶接装置。
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