(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステンレス鋼をシールドガスでシールドしてＭＩＧ溶接するステンレス鋼のＭＩＧ溶接方法において、溶接電流１００Ａ未満の場合、前記シールドガスとして、炭酸ガス濃度が４〜６容量％で、ヘリウム濃度が３０〜５０容量％で、残部がアルゴンガスであるガスを用いることを特徴とするステンレス鋼のＭＩＧ溶接方法。
【請求項２】
ステンレス鋼をシールドガスでシールドしてＭＩＧ溶接するステンレス鋼のＭＩＧ溶接方法において、溶接電流１００Ａ以上の場合、前記シールドガスとして、炭酸ガス濃度が４〜６容量％以下で、ヘリウム濃度が１０〜３０容量％で、残部がアルゴンガスであるガスを用いることを特徴とするステンレス鋼のＭＩＧ溶接方法。
【請求項３】
シールドガスを、アークおよび溶融池とともに、溶接後のビードをシールドするように供給することを特徴とする請求項１または２記載のステンレス鋼のＭＩＧ溶接方法。
【請求項４】
天蓋板とその周縁から垂下する側壁とを備えたビードシールド部と、ビードシールド部内にシールドガスを供給するシールドガス供給部を有するトーチとを備えたガスシールド用治具であって、
ビードシールド部の側壁のうち、治具進行方向の前方側および後方側の側壁に比べ、側方の側壁が高くされていることを特徴とするガスシールド用治具。
【請求項５】
天蓋板とその周縁から垂下する側壁とを備えたビードシールド部と、ビードシールド部内に第１シールドガスを供給する第１シールドガス供給部を有するトーチとを備えたガスシールド用治具であって、
ビードシールド部に、溶接後のビードをシールドする第２シールドガスを供給する第２シールドガス供給口が設けられ、
ビードシールド部の側壁のうち、治具進行方向の前方側および後方側の側壁に比べ、側方の側壁が高くされていることを特徴とするガスシールド用治具。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ステンレス鋼のＭＩＧ溶接方法、およびこれに使用するガスシールド用治具に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ステンレス鋼のアーク溶接にあたっては、金属の機械的性質および耐食性の低下を防ぐことが求められる。
従来、ステンレス鋼のアーク溶接方法での、ソリッドワイヤを用いたＭＩＧ溶接方法にあっては、例えばアルゴンガスに２容量％の酸素ガスを添加したシールドガスが用いられている。
この方法では、スラグ発生量が少なく、カーボンピックアップ、スパッタの発生量が少ない溶接が可能である。
しかし、この方法は、ビードの酸化が激しいために、外観を重要視する構造物の溶接には不向きであった。
【０００３】
そのため、この種のステンレス鋼製の構造物のＭＩＧ溶接には、スラグ系の溶接であるワイヤにフラックスを混ぜたフラックスコアードワイヤを用い、炭酸ガス１００容量％のシールドガスや、アルゴンガスに２０容量％の炭酸ガスを添加したシールドガスが用いられている。
フラックス入りワイヤを用いるＭＩＧ溶接にあっては、スラグが溶接後のビードを覆うため、ビードは酸化されず、被溶接物の外観を良好にすることができる。
しかしながら、フラックス入りワイヤを用いたＭＩＧ溶接では、溶接後のスラグを取り除く必要があり、その作業に手間がかかる問題があった。またその作業に伴いスラグが周りに散乱するため、環境保全上好ましくないという問題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
アーク溶接に際して酸化を防止するには、不活性ガスを用いてシールドする方法があるが、ＭＩＧ溶接において不活性ガスのみによってシールドする場合には、発生するアークがこのシールドガスの影響を受け、良好な溶接を行うことができないという不都合があった。
本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、ステンレス鋼のＭＩＧ溶接にあたって、ビードの酸化を防止し、かつ良好な溶接を行うことができるＭＩＧ溶接方法およびガスシールド用治具を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するため、
請求項１にかかる発明は、ステンレス鋼をシールドガスでシールドしてＭＩＧ溶接するステンレス鋼のＭＩＧ溶接方法において、溶接電流１００Ａ未満の場合、前記シールドガスとして、炭酸ガス濃度が４〜６容量％で、ヘリウム濃度が３０〜５０容量％で、残部がアルゴンガスであるガスを用いることを特徴とするステンレス鋼のＭＩＧ溶接方法である。
請求項２にかかる発明は、ステンレス鋼をシールドガスでシールドしてＭＩＧ溶接するステンレス鋼のＭＩＧ溶接方法において、溶接電流１００Ａ以上の場合、前記シールドガスとして、炭酸ガス濃度が４〜６容量％以下で、ヘリウム濃度が１０〜３０容量％で、残部がアルゴンガスであるガスを用いることを特徴とするステンレス鋼のＭＩＧ溶接方法である。
請求項３にかかる発明は、シールドガスを、アークおよび溶融池とともに、溶接後のビードをシールドするように供給することを特徴とする請求項１または２記載のステンレス鋼のＭＩＧ溶接方法である。
【０００６】
請求項４にかかる発明は、天蓋板とその周縁から垂下する側壁とを備えたビードシールド部と、ビードシールド部内にシールドガスを供給するシールドガス供給部を有するトーチとを備えたガスシールド用治具であって、
ビードシールド部の側壁のうちが、治具進行方向の前方側および後方側の側壁に比べ、側方の側壁が高くされていることを特徴とするガスシールド用治具である。
請求項５にかかる発明は、天蓋板とその周縁から垂下する側壁とを備えたビードシールド部と、ビードシールド部内に第１シールドガスを供給する第１シールドガス供給部を有するトーチとを備えたガスシールド用治具であって、、
ビードシールド部に、溶接後のビードをシールドする第２シールドガスを供給する第２シールドガス供給口が設けられ、
ビードシールド部の側壁のうち、治具進行方向の前方側および後方側の側壁に比べ、側方の側壁が高くされていることを特徴とするガスシールド用治具である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明のガスシ−ルド用治具の第１の実施の形態を示す断面概略図である。
ここに示すガスシールド用治具１０は、長方形の天蓋板１ａとその周縁から垂下する側壁１ｂとを有するビードシールド部１の一端部１ｃに、トーチ２を設けた構造とされている。
トーチ２の先端２ａには、シールドガスＧ１をビードシールド部１内に供給するシールドガス供給部２ｂと、アーク可溶ソリッド電極３とが設けられている。
トーチ２は、ビードシールド部１の一端部１ｃに設けられた挿通孔１ｅに挿通した状態で、ビードシールド部１に着脱自在に装着されている。
トーチ２は、先端２ａがビードシールド部１内に位置するように配置されている。
また、側壁１ａにおいては、治具１０の進行方向の前方側および後方側の側壁に比べ、側方の側壁が高く形成されており、この側方の側壁の下端が溶接母材に接触した状態となるようになっている。
【０００８】
次に、ガスシールド用治具１０を用いてＭＩＧ溶接を行う方法について説明する。
ビードシールド部１を、溶接母材Ｍ上に配置する。この際、ビードシールド部１を、側壁１ｂのうち治具進行方向の前方側および後方側の側壁の下端と溶接母材Ｍとが僅かな間隙Ｃを形成するように離間させ、側方の側壁を溶接母材Ｍに接するように配置する。
図示せぬ供給源から供給されたシールドガスＧ１を、トーチ２のシールドガス供給部２ｂから、アーク可溶ソリッド電極３およびアーク４を囲み、溶融池５全体を覆うように供給する。これによってシールドガスＧ１は、ビードシールド部１内にも同時に供給されることとなる。
この状態で、ガスシールド用治具１０を図中矢印方向に進行させつつ、アーク可溶ソリッド電極３を用いて、溶接母材ＭのＭＩＧ溶接を行う。
【０００９】
シールドガスＧ１としては、溶接電流１００Ａ未満の場合、炭酸ガス濃度が４〜６容量％で、ヘリウム濃度が３０〜５０容量％で、残部がアルゴンガスであるガスを用いる。
また、シールドガスＧ１としては、溶接電流１００Ａ以上の場合、炭酸ガス濃度が４〜６容量％以下で、ヘリウム濃度が１０〜３０容量％で、残部がアルゴンガスであるガスを用いる。
このようなシールドガスＧ１を用いることによって、アークが安定し、ビード止端部が安定し、濡れ性がよく、ブローホールが発生せず、ビードが酸化されないＭＩＧ溶接が可能となる。
【００１０】
ビードシールド部１内に供給されたシールドガスＧ１は、ビードシールド部１内に充満し、ビードシールド部１内の溶接直後のビード６を覆うように流れ、間隙Ｃから外部に排出される。また、側壁１ｂのうち、その側方の側壁が溶接母材に接触した状態となるため、ビードシールド部内のシールドガスが側方に流出するのを防ぎ、ビードのシールドを確実に行うことができ、ビード酸化防止効果を高めることができる。
この方法では、シールドガスＧ１によって、アーク４を安定化し、溶接を良好に行うことができるとともにビード６の酸化を防止することができる。
【００１１】
図２は、本発明のガスシ−ルド用治具の第２の実施の形態を示す断面概略図である。
このガスシールド用治具２０は、天蓋板１３とその周縁から垂下する側壁１６とからなる治具本体１１ａと、仕切板１２とを有するビードシールド部１１の一端部１１ｃに、トーチ２を設けた構造とされている。
トーチ２は、ビードシールド部１１の一端部１１ｃに設けられた挿通孔１１ｅに挿通した状態で、ビードシールド部１１に着脱自在に装着されている。
また、側壁１６においては、治具２０の進行方向の前方側および後方側の側壁に比べ、側方の側壁が高く形成されており、この側方の側壁の下端が溶接母材に接触した状態となるようになっている。
【００１２】
このガスシールド用治具２０は、天蓋板１３に、ビードシールド部１１内に第２シールドガスＧ２を導入する第２シールドガス供給口１５が設けられている。
仕切板１２は、側壁１６の下部に、天蓋板１３に対しほぼ平行に設けられている。仕切板１２には、複数のシールドガス噴出孔１２ａが設けられている。
ガスシールド用治具２０では、天蓋板１３、側壁１６および仕切板１２とによって、シールドガス供給口１５からの第２のシールドガスＧ２が滞留するガス溜室１７が区画されている。
ビードシールド部１１では、遮蔽板１４によってガス溜室１７と挿通孔１ｅが区画されている。
遮蔽板１４は、その下部１４ａが仕切板１２の下方に突出するように形成するのが好ましい。
【００１３】
ガスシールド用治具２０を用いてＭＩＧ溶接を行う際には、第１シールドガスＧ１をシールドガス供給部２ｂからビードシールド部１１内に供給する。この時、ビードシールド部１１を、側壁１６のうち治具進行方向の前方側および後方側の側壁の下端と溶接母材Ｍとが僅かな間隙Ｃを形成するように離間させ、側方の側壁を溶接母材Ｍに接するように配置する。
第１シールドガスＧ１は、アーク可溶ソリッド電極３およびアーク４を囲み、溶融池５全体を覆うように供給され、ビードシールド部１１内の溶接直後のビード６を覆うように流れ、間隙Ｃから外部に排出される。また、側壁１ｂのうち、その側方の側壁が溶接母材に接触した状態となるため、ビードシールド部内のシールドガスが側方に流出するのを防ぎ、ビードのシールドを確実に行うことができ、ビード酸化防止効果を高めることができる。
【００１４】
同時に、第２シールドガスＧ２が、第２シールドガス供給口１５からガス溜室１７に供給される。第２シールドガスＧ２は、仕切板１２のシールドガス噴出孔１２ａから噴出する。
第２シールドガスＧ２は、上記第１シールドガスＧ１と混合され、混合ガスとして、ビードシールド部１１内の溶接直後のビード６を覆うように流れ、間隙Ｃから外部に排出される。
【００１５】
第１シールドガスＧ１としては、溶接電流１００Ａ未満の場合、炭酸ガス濃度が４〜６容量％で、ヘリウム濃度が３０〜５０容量％で、残部がアルゴンガスであるガスを用いる。また、シールドガスＧ１としては、溶接電流１００Ａ以上の場合、炭酸ガス濃度が４〜６容量％以下で、ヘリウム濃度が１０〜３０容量％で、残部がアルゴンガスであるガスを用いる。
第２シールドガスＧ２としては、第１シールドガスＧ１と同じものを用いることもできる。
【００１７】
このガスシールド用治具２０では、第２シールドガスＧ２として、第１シールドガスＧ１とは異なるものを用いることができる。
このため、第１シールドガスＧ１として、アーク４および溶融池５のシールドに適したものを用い、第２シールドガスＧ２として、ビード６の酸化防止に適したもの（例えば第１シールドガスＧ１に比べ炭酸ガス成分濃度を低くしたもの）を使用することができる。
従って、溶接時の問題（アーク４の不安定化により溶接母材Ｍの溶融が不十分となるなど）を確実に防ぐことができ、しかもビード６の酸化を抑制することができる。
【００１８】
また、遮蔽板１４が設けられているので、第２シールドガスＧ２が進行方向前方（トーチ２側）に流れるのを防ぎ、第２シールドガスＧ２の影響によりトーチ２でのＭＩＧ溶接の効率が低下するのを防ぐことができる。
【００１９】
本発明のステンレス鋼のＭＩＧ溶接方法とこれに使用するガスシールド用治具の特性を検討した。
（例１）
図１に示すガスシールド用治具１０を用いてステンレス鋼をＭＩＧ溶接するにあたって、トーチ２に供給する第１シールドガスＧ１の成分混合比を変化させて、アークの状態および溶接後のビードの状態を評価した。ＭＩＧ溶接の条件は以下の通りである。
【００２０】
１）試験に供した溶接母材（ステンレス鋼）の仕様
材質：ＳＵＳ３０４
板厚：３ｍｍ
２）溶接条件
溶接電流：９０Ａ
溶接電圧：２０Ｖ
溶接速度：４０ｃｍ／ｍｉｎ
溶接ワイヤ：ＭＧＳ３０８ＬＳ、直径１.２ｍｍ（ＪＩＳ Ｙ３０８Ｌｉ）
溶滴移行形態：パルススプレーアーク
３）シールドガスＧ１の成分組成
アルゴンガスを主成分として、これに炭酸ガスを１〜１０容量％混合した混合ガスを用いた。また炭酸ガスを混合しないアルゴンガス（炭酸ガス濃度０容量％）を用いた。
【００２１】
上記シールドガスＧ１としてＭＩＧ溶接を行った結果、以下の事項を確認した。
（i）図３に見られるように、炭酸ガスの濃度が０容量％であると、ＭＩＧ溶接に必要な炭酸ガスが不足してしまい、アークが不安定となり、ビードが波打ったり、ビードに沿ってクリーニング作用が生じた。
（ii）図８に見られるように、炭酸ガス濃度が１０容量％であると、ビードの表面が酸化されて斑点状に黒くなるという問題が発生した。
（iii）炭酸ガス濃度が１容量％（図４参照）以上、９容量％（図７参照）以下の範囲であれば、ビードの酸化はほとんど見られなかった。またビードの波打ちなどがなく良好な溶接が行われたことが確認された。
特に、炭酸ガスの濃度が２容量％（図５参照）以上、７容量％（図６参照）以下の範囲のシールドガスＧ１を使用すると、ビードの酸化が認められず、かつ良好な溶接ができたことが確認された。
【００２２】
（例２）
図２に示すガスシールド用治具２０を用いて、ステンレス鋼をＭＩＧ溶接した。
第１シールドガスＧ１としては、アルゴンガスを主成分として炭酸ガスを６容量％含むものを用い（流量：約２０Ｌ／ｍｉｎ）、第２シールドガスＧ２としては、純アルゴンガスを用い（流量：約２０Ｌ／ｍｉｎ）、溶接状態、特にビードの酸化状態を観察した。
溶接母材および溶接条件は、例１に準じた。
試験の結果、アーク４を安定化し良好な溶接が可能であり、かつビード６の酸化を防止することができたことが確認された。
【００２３】
（例３）
図１に示すガスシールド用治具１０を用い、溶接電流を１００Ａ未満にした場合と、溶接電流を１００Ａ以上にした場合について、シールドガスとして、炭酸ガス１〜９容量％と主成分ガスとを含むものを用いて溶接試験を行った。
主成分ガスとしては、ヘリウムガスとアルゴンガスとの混合ガスを用いた。
溶接母材および溶接条件は、例１に準じた。
【００２４】
１）溶接電流１００Ａ未満の場合
炭酸ガス濃度１〜９容量％、ヘリウムガス濃度３０〜８０容量％、残部をアルゴンガスとするシールドガスＧ１を用いることによって、ビードの酸化がなく良好な溶接を行うことができた。
特に、炭酸ガス濃度を４〜６容量％とし、ヘリウムガス濃度を３０〜８０容量％、残部をアルゴンガスとするシールドガスＧ１を用いることによって、アークが安定し、ビード止端部が安定し、濡れ性がよく、ブローホールの発生がなく、ビードが酸化されないＭＩＧ溶接が可能となった。
【００２５】
２）溶接電流１００Ａ以上の場合
炭酸ガス濃度１〜９容量％、ヘリウムガス濃度１０〜３０容量％、残部をアルゴンガスとするシールドガスＧ１を用いることによって、酸化がなく良好な溶接を行うことができた。
特に、炭酸ガス濃度を４〜６容量％とし、ヘリウムガス濃度を１０〜３０容量％、残部をアルゴンガスとするシールドガスＧ１を用いることによって、アークが安定し、ビード止端部が安定し、濡れ性がよく、ブローホールが発生せず、ビードが酸化されないＭＩＧ溶接が可能となった。
【００２６】
また、上述のガスシールド用治具の実施例では、長方形の天蓋板とその周縁から垂下する側壁とを備えたビードシールド部を例示したが、ビードシールド部の形状はこれに限らず、例えば断面半円状の半パイプ状に形成することもできる。このビードシールド部は、内面側をビードに向けた状態で使用することができる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば、ステンレス鋼のＭＩＧ溶接にあたって、ビードの酸化を防止し、かつ良好な溶接を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明のガスシールド用治具の第１の実施の形態を示す断面概略図。
【図２】  本発明のガスシールド用治具の第２の実施の形態を示す断面概略図。
【図３】  炭酸ガスの濃度が０容量％のシールドガスを用いてＭＩＧ溶接をおこなったときの溶接状態の写真。
【図４】  炭酸ガスの濃度が１容量％のシールドガスを用いてＭＩＧ溶接をおこなったときの溶接状態の写真。
【図５】  炭酸ガスの濃度が２容量％のシールドガスを用いてＭＩＧ溶接をおこなったときの溶接状態の写真。
【図６】  炭酸ガスの濃度が７容量％のシールドガスを用いてＭＩＧ溶接をおこなったときの溶接状態の写真。
【図７】  炭酸ガスの濃度が９容量％のシールドガスを用いてＭＩＧ溶接をおこなったときの溶接状態の写真。
【図８】  炭酸ガスの濃度が１０容量％のシールドガスを用いてＭＩＧ溶接をおこなったときの溶接状態の写真。
【符号の説明】
１０、２０・・・ガスシールド用治具、１、１１・・・ビードシールド部、１ａ、１３・・・天蓋板、１ｂ、１６・・・側壁、２・・・トーチ、２ｂ・・・シールドガス供給部、３・・・アーク可溶ソリッド電極、４・・・アーク、５・・・溶融池、６・・・ビード、１５・・・シールドガス供給口、Ｇ１・・・（第１）シールドガス、Ｇ２・・・第２シールドガス
【図１】
0003663184.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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