(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
先行極と後行極とを用いたタンデムガスシールドアーク溶接方法であって、
前記先行極としてソリッドワイヤを用いるとともに、当該先行極のシールドガスとして炭酸ガスを用い、
前記後行極としてソリッドワイヤまたはフラックス入りワイヤを用いるとともに、当該後行極のシールドガスとしてアルゴンガスを６０体積％以上含有するアルゴン炭酸混合ガスを用い、
前記先行極と前記後行極をともに逆極性とし、
前記先行極の溶接条件における溶接電流I［Ａ］、溶接電圧Ｖ［Ｖ］、ワイヤ送給速度Ｗｆ［ｍ／ｍｉｎ］、ワイヤ半径ｒ［ｍ］が、以下の式（１）および式（２）の関係を満たし、
前記後行極の溶接条件における溶接電流I［Ａ］、溶接電圧Ｖ［Ｖ］が、以下の式（３）および式（４）の関係を満たし、
前記先行極のワイヤ直径ａ［ｍｍ］は、ａ≦２．０であり、
前記後行極のワイヤ直径ｂ［ｍｍ］は、ｂ≦（ａ−０．２）であることを特徴とするタンデムガスシールドアーク溶接方法。
【数１】
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【数２】
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【数３】
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【数４】
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【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスシールドアーク溶接における２電極溶接方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ガスシールドアーク溶接方法に関して、特許文献１〜３に示すような技術が提案されている。例えば特許文献１では、タンデムＧＭＡ溶接において、先行電極は母材への溶込みを深くし、後行電極は先行電極のアークで溶融しプール後方に流れてくる溶融金属をアーク圧力により抑えて溶融池形状を整える役割を有するため、先行電極と後行電極とにはそれぞれに適したシールドガス組成が存在するとの想定がなされている。そして、特許文献１では、このような想定のもとで、先行電極と後行電極とに適した異なる組成のシールドガスを供給することにより、溶込みを減少させることなく、溶滴移行を安定にしてスパッタを減らす技術が提案されている。
【０００３】
特許文献１では、具体的には、先行電極に供給する先行電極用シールドガスを、アルゴンガスと炭酸ガスの二種混合ガス、またはアルゴンガスと炭酸ガスと酸素ガスの三種混合ガスとし、後行電極に供給する後行電極用シールドガスを、アルゴンガス単体、アルゴンガスと炭酸ガスの二種混合ガス、アルゴンガスと酸素ガスの二種混合ガス、またはアルゴンガスと炭酸ガスと酸素ガスの三種混合ガスとし、後行電極用シールドガス中の炭酸ガス濃度を、先行電極用シールドガス中の炭酸ガス濃度より低くすることが提案されている。
【０００４】
次に、特許文献２では、炭酸ガスの混合比率が５０体積％以上のシールドガスを用いて溶接を行なう場合にスプレー移行を達成することが極めて困難であるという従来の問題を鑑みた溶接ワイヤおよび、その溶接ワイヤを用いた溶接方法が提案されている。すなわち、特許文献２では、炭酸ガスを主成分とするシールドガスを用いる炭酸ガスシールドアーク溶接において、溶滴のスプレー移行を可能とし、高速溶接を行なってもスパッタ発生の低減のみならず、優れたビード形状が得られる溶接ワイヤ、およびその溶接ワイヤを用いた溶接方法が提案されている。なお、前記した炭酸ガスを主成分とするとは、例えば炭酸ガスの混合比率を５０体積％以上とすることを意味している。
【０００５】
特許文献２では、具体的には、希土類元素を溶接ワイヤに添加し、Ｃａ含有量を規定することによって、陰極におけるアーク発生点を集中かつ安定させること、シールドガス中の炭酸ガスを増加しても、通常とは逆の正極性、すなわち溶接ワイヤを陰極とすることによって、スパッタ発生を低減すること、強脱酸元素であるＴｉ，Ｚｒ，Ａｌを溶接ワイヤに添加することによって、さらに安定した溶接性を得ること、等が提案されている。
【０００６】
次に、特許文献３では、２本の溶接用ワイヤを電極に用いた消耗電極式のタンデムガスシールドアーク溶接方法において、先行極のシールドガスとしてＣＯ２を４０体積％以上含有する活性ガスを用い、後行極のシールドガスとしてＡｒガス、ＨｅガスおよびＨ２ガスの中から選ばれる１種または２種以上を合計９９．５体積％以上含有する不活性ガスを用いるとともに、先行極で生じた溶融メタルが凝固する前に後行極でスラグのクリーニングを行なうタンデムガスシールドアーク溶接方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】国際公開特許ＷＯ２００８／０１６０８４号公報
【特許文献２】特開２００４−１８８４２８号公報
【特許文献３】特開２０１０−１２５４９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１で提案された技術は、スパッタ抑制の観点から、シールドガスとしてアルゴンのような不活性ガスを主成分とする混合ガスが使用されているが、溶込みが従来のタンデム法と同等レベルであり、浅いという問題があった。また、特許文献１で提案された技術は、シールドガスのコストが高いという問題があった。なお、アルゴンガスのような不活性ガスのコストは炭酸ガスの数倍も高いため、実際の溶接施工においては、不活性ガスの使用量を削減して、できるだけ炭酸ガスを主成分とするガスを使用することが望まれていた。
【０００９】
特許文献２で提案された技術は、溶接ワイヤに添加される希土類元素が高価であるという問題があった。また、特許文献２で提案された技術は、正極性に限定されるが、例えば安価なソリッドワイヤを用いて正極性で溶接すると、多量のスパッタが発生してしまうという問題があった。
【００１０】
特許文献３で提案された技術は、特許文献２と同様に、溶接ワイヤに添加される希土類元素が高価であるという問題があった。また、特許文献３で提案された技術は、先行極のシールドガスとしてＣＯ２を１００体積％含有する活性ガスを用い、かつ、先行極として安価なソリッドワイヤを用いてタンデムガスシールドアーク溶接を行うことができないという問題があった。また、本技術の好ましい形態として、先行極を正極性、後行極を逆極性とすることを提案している。この場合、２つのアークが反発し合うことから、後行極アークによって溶接ビード形状を整えるというタンデムガスシールドアーク溶接の最大のメリットが損なわれるという問題もあった。
【００１１】
以上のような問題の他、一般に、先行極のシールドガスとして炭酸ガスを用いた溶接では、深溶込み性があることが知られていたが、タンデムガスシールドアーク溶接で使用すると、極めて多量のスパッタが発生するため、炭酸ガスを適用することができないという問題があった。
【００１２】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであって、先行極に１００％炭酸ガスを用いているにも関わらず、従来の不活性ガスを主成分とするシールドガスを用いたタンデムガスシールドアーク溶接よりも低コストかつ低スパッタを実現し、さらに溶込みも深くすることができるタンデムガスシールドアーク溶接方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記した課題を解決するために本発明に係るタンデムガスシールドアーク溶接方法は、先行極と後行極とを用いたタンデムガスシールドアーク溶接方法であって、前記先行極としてソリッドワイヤを用いるとともに、当該先行極のシールドガスとして炭酸ガスを用い、前記後行極としてソリッドワイヤまたはフラックス入りワイヤを用いるとともに、当該後行極のシールドガスとしてアルゴンガスを６０体積％以上含有するアルゴン炭酸混合ガスを用い、前記先行極と前記後行極をともに逆極性とし、前記先行極の溶接条件における溶接電流I［Ａ］、溶接電圧Ｖ［Ｖ］、ワイヤ送給速度Ｗｆ［ｍ／ｍｉｎ］およびワイヤ半径ｒ［ｍ］が、以下の式（１）および式（２）の関係を満たし、前記後行極の溶接条件における溶接電流I［Ａ］および溶接電圧Ｖ［Ｖ］が、以下の式（３）および式（４）の関係を満たすこととした。
【００１４】
【数１】
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【００１５】
【数２】
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【００１６】
【数３】
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【００１７】
【数４】
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【００１８】
これにより、本発明に係るタンデムガスシールドアーク溶接方法は、式（１）および式（２）を満たすように先行極の溶接条件を調整することで、当該先行極のシールドガスとして炭酸ガスを用いても安定なスプレー移行を維持することができ、深溶込み化しつつスパッタを大幅に低減できる。また、式（３）および式（４）を満たすように後行極の溶接条件を調整することで、ビード形状を平滑に整え、アーク干渉によるスパッタを抑えることができる。以上、式（１）〜式（４）を満たす溶接条件を先行極と後行極に適用することで、低コストかつ深溶込み性と低スパッタ性を実現するタンデムガスシールドアーク溶接方法を提供する。
【００１９】
また、本発明に係るタンデムガスシールドアーク溶接方法は、前記先行極のワイヤ直径ａ［ｍｍ］が、ａ≦２．０であり、前記後行極のワイヤ直径ｂ［ｍｍ］が、ｂ≦（ａ−０．２）であることが好ましい。
【００２０】
これにより、本発明に係るタンデムガスシールドアーク溶接方法は、所定以上の径を有するワイヤを先行極として用いることで、溶接電流を高くすることができ、先行極よりも径が細いワイヤを後行極として用いることで、溶着量を増加させることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係るタンデムガスシールドアーク溶接方法によれば、先行極および後行極の溶接条件をそれぞれ調整することで、先行極に１００％炭酸ガスを用いているにも関わらず、低スパッタを実現し、さらに溶込みも深くすることができる。また、本発明に係るタンデムガスシールドアーク溶接方法によれば、先行極として安価なソリッドワイヤを用い、当該先行極のシールドガスとして安価な炭酸ガスを用いることで、コストを大幅に削減することができ、溶接速度の向上、溶着量の増加といった溶接工程の高品質・能率化も実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】タンデムガスシールドアーク溶接を説明するための概略図であって、（ａ）は、従来のタンデムガスシールドアーク溶接を示す図、（ｂ）は、本発明に係るタンデムガスシールドアーク溶接を示す図、である。
【図２】タンデムガスシールドアーク溶接におけるシールドガスごとの溶滴とアークの状態を示す概略図であって、（ａ）は、シールドガスとして炭酸ガスを用いた場合の溶滴とアークの状態を示す図、（ｂ）は、シールドガスとして不活性ガスを主成分とする混合ガスを用いた場合の溶滴とアークの状態を示す図、である。
【図３】従来および本発明のタンデムガスシールドアーク溶接における溶滴とアークと溶込みの状態を示す概略図であって、（ａ）は、従来法の溶滴とアークと溶込みの状態を示す図、（ｂ）は、本発明の溶滴とアークと溶込みの状態を示す図、である。
【図４】本発明の実施形態に係るタンデムガスシールドアーク溶接方法の実施例を示す図であって、従来法と発明法とのそれぞれにおける、溶接速度ごとの溶込みの深さを示すグラフである。
【図５】本発明の実施形態に係るタンデムガスシールドアーク溶接方法の実施例を示す図であって、（ａ）は、従来法における溶接速度ごとのスパッタ発生量を示すグラフ、（ｂ）は、発明法における溶接速度ごとのスパッタ発生量を示すグラフ、である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態に係るタンデムガスシールドアーク溶接方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、説明の便宜上、図面中で部材の大きさや形状を誇張して示している場合があるとともに、一部の構成の描写を省略している場合がある。また、以下の説明では、タンデムガスシールドアーク溶接のことを「タンデム溶接」と略して説明する場合がある。また、以下の説明では、従来のタンデムガスシールドアーク溶接方法のことを「従来法」と、本発明に係るタンデムガスシールドアーク溶接方法のことを「発明法」と、それぞれ略して説明する場合がある。
【００２４】
タンデムガスシールドアーク溶接方法は、溶接部にシールドガスを噴射しながら、先行極と後行極とからなる２つの電極によって溶接を行う方法である。従来のタンデム溶接では、例えば図１（ａ）に示すように、先行極１０と後行極２０とに同種のワイヤと同種のシールドガスＧを用いて溶接を行うものもあったが、本発明は、図１（ｂ）に示すように、先行極１０と後行極２０とにそれぞれ別のワイヤと別のシールドガスＧ１，Ｇ２を用いて溶接を行う。
【００２５】
ここで、タンデム溶接では、低スパッタや美麗なビード形成を実現させるために、先行極１０と後行極２０とで安定な溶滴移行形態を維持することが極めて重要である。一方、タンデム溶接では、後行極２０よりも先行極１０のほうが溶込みに大きく影響するため、本発明では、先行極１０のシールドガスＧ１として深溶込み性のある１００％炭酸ガスを用いるが、これまで安価なソリッドワイヤを用いて逆極性溶接でも安定なスプレー移行を維持できる方法は見出されていない。
【００２６】
図２（ａ）および図３（ａ）に示すように、一般的な１００％炭酸ガス溶接では、アルゴンガスやアルゴンガスを主成分とする混合ガスを用いる場合と異なり、アークＡが溶滴Ｄ周りから発生せず、溶滴Ｄの下から発生する。そうすると、図２（ａ）に示すように、溶滴Ｄが離脱し難くなり粗大となるため、グロビュール移行と呼ばれる移行形態になる。グロビュール移行になると、緊縮して高まったアーク力により押し上げられた溶滴Ｄが周囲に飛散し、多量のスパッタが発生してしまうが、タンデム溶接では、これがさらに助長されて極めて多量のスパッタを発生させるため、実施工で適用されることは皆無であった。なお、前記したグロビュール移行とは、図２（ａ）に示すように、溶滴Ｄが先行極１０のワイヤ径を超える大きさで移行することをいう。
【００２７】
一方、図２（ｂ）に示すように、アルゴンガスやアルゴンガスを主成分とする混合ガスによるタンデム溶接では、アークＡが溶滴Ｄの周りから発生し、このアークＡによる電磁ピンチ力によって溶滴Ｄが離脱し易くなるため、安定なスプレー移行を維持することができる。しかしながら、溶込みが浅いという問題がある。なお、前記したスプレー移行とは、図２（ｂ）に示すように、溶滴Ｄが先行極１０のワイヤ径以下の大きさで移行することをいう。
【００２８】
そこで、本発明者らは鋭意検討を重ね、先行極１０のシールドガスＧ１として１００％炭酸ガスを用い、図３（ｂ）に示すように、母材Ｗを掘下げるようにアークＡを発生させることによって、溶滴Ｄと開先壁面間でアークＡを発生させ、溶滴Ｄの周りを包むように形成させることでその電磁ピンチ力によって溶滴Ｄを離脱させやすくすると、逆極性溶接した場合であってもスプレー移行が可能となること、また、電流に対する電圧の比を制限することで同時に深溶込み性をも得られることを見出した。そして、これら溶接条件の基本要件を見出し、かつ、低コスト、低スパッタ、深溶込み性等の要件も満たしたタンデムガスシールドアーク溶接方法を考案した。以下、考案した内容について詳しく説明する。
【００２９】
（先行極）
本発明の実施形態に係るタンデムガスシールドアーク溶接方法では、先行極１０として安価なソリッドワイヤを用い、先行極１０のシールドガスＧ１として安価な１００％炭酸ガスを用いて逆極性溶接を行う。また、本発明の実施形態に係るタンデムガスシールドアーク溶接方法では、先行極１０の溶接条件における溶接電流I［Ａ］、溶接電圧Ｖ［Ｖ］、ワイヤ送給速度Ｗｆ［ｍ／ｍｉｎ］、ワイヤ半径ｒ［ｍ］が、以下の式（１）の関係を満たすようにする。
【００３０】
【数５】
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【００３１】
【数６】
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【００３２】
ここで、式（１）における「Ｉ・Ｖ」は、ワイヤ、すなわち先行極１０を溶かすために必要なエネルギー量を示している。また、式（１）における「Ｗｆ・πｒ２」は、一分間当たりに送給されるワイヤ、すなわち先行極１０の体積を示している。式（１）では必要なエネルギー量と体積の関係を制限し、式（２）はさらにエネルギー量に影響する電流と電圧の関係を制限する。上記式（１）と式（２）を満たすことで、図３（ｂ）のように、１００％炭酸ガス溶接でもスプレー移行させることができ、低スパッタと深溶込みタンデム溶接を実現できる。
【００３３】
式（１）について説明する。式（１）値の上下限を設定しており、「（Ｉ・Ｖ・１０−８）／（Ｗｆ・πｒ２）」の値が１０．００を超えると、１００％炭酸ガス溶接においてスプレー移行させることができなくなり、低スパッタ溶接を実現できなくなる。例えば、溶接電流Ｉ[Ａ]が過大になると、アーク力も強くなる。過大なアーク力によってプールの安定性が劣化し、２つの電極間の湯溜まりも安定しなくなる。従って、多量なスパッタが生じるとともに、ビード形状も悪くなる。また、溶接電圧Ｖ［Ｖ］が過大になると、スプレー移行を維持できなくなり、グロビュール移行によって多量のスパッタが発生することになる。
【００３４】
また、式（１）に示すように、「（Ｉ・Ｖ・１０−８）／（Ｗｆ・πｒ２）」の値が５．００未満となると、１００％炭酸ガス溶接においても溶込み深さが確保できなくなる上、低スパッタ溶接を実現できなくなる。例えば、溶接電流Ｉ[Ａ]が過小になると、アーク力が弱くなり、溶込みも浅くなる。また、溶滴Ｄに作用する電磁ピンチ力が不足するため、スプレー移行が維持できなくなり、スパッタが多発する。さらに、溶接電圧Ｖ［Ｖ］が過小になると、ワイヤおよび母材Ｗを溶かすため必要なエネルギーが足りなくなり、短絡が生じ、溶込みが浅くなる上、スパッタも多量に発生する。
【００３５】
また、本発明の実施形態に係るタンデムガスシールドアーク溶接方法では、図１（ｂ）に示すように、溶込みを深くするために、先行極１０のアーク長を短く維持する必要がある。従って、本発明の実施形態に係るタンデムガスシールドアーク溶接方法では、前記した式（１）に加えて、先行極１０の溶接条件における溶接電流I［Ａ］、溶接電圧Ｖ［Ｖ］が式（２）の関係を満たすようにする。
【００３６】
すなわち、溶接電流Ｉ［Ａ］が不足し、式（２）の値が４．５０未満であると、溶込みが浅くなる上、スプレー移行が維持できなくなる。また、溶接電圧Ｖ[Ｖ]が過大となり、式（２）の値が４．５０未満であると、スプレー移行を維持できなくなり、グロビュール移行によって多量のスパッタが発生することになる。
【００３７】
（後行極）
本発明の実施形態に係るタンデムガスシールドアーク溶接方法では、後行極２０として安価なソリッドワイヤ、あるいは、フラックス入りワイヤを用い、後行極２０のシールドガスＧ２としてアルゴンガスを６０体積％以上含有するアルゴンと炭酸ガスを含む混合ガスを用いて逆極性溶接を行う。
【００３８】
また、先行極１０の溶接条件を規定した前記した式（１）および式（２）を満たすことで、深溶込み化を図りつつ先行極１０から発生するスパッタを大幅に低減できる効果があるが、タンデムガスシールドアーク溶接法において先行極１０のみ規定しても、これに対して後行極２０の溶接条件が不適であれば、ビード形状が不整となる上、後行極２０から発生するスパッタが多発することになる。従って、本発明の実施形態に係るタンデムガスシールドアーク溶接方法では、先行極１０の溶接条件を調整することに加えて、後行極２０の溶接条件における溶接電流I［Ａ］、溶接電圧Ｖ［Ｖ］、ワイヤ送給速度Ｗｆ［ｍ／ｍｉｎ］、ワイヤ半径ｒ［ｍ］が、以下の式（３）と式（４）の関係を満たすようにする。このように、式（３）と式（４）を満たすように後行極２０の溶接条件を調整することで、当該後行極２０のアーク長を適正に保つことができ、ビード形状を整えて低スパッタを実現することができる。
【００３９】
【数７】
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【００４０】
【数８】
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【００４１】
式（３）に示すように、（Ｉ・Ｖ・１０−８）／（Ｗｆ・πｒ２）」の値が７．００を超えると、低スパッタかつ正常ビード形状が得られない。すなわち、溶接電流Ｉ[Ａ］が大きすぎると後行アークのアーク力が高すぎるため、２つの電極間に生じる湯溜りが不安定になり、正常ビードが得られない。また、溶接電圧Ｖ［Ｖ］が大きすぎると、アーク長が長すぎるため、多量なスパッタが発生する。また、４．００未満になっても、低スパッタかつ正常ビード形状が得られない。すなわち、溶接電流Ｉ[Ａ］が小さすぎると十分な電磁ピンチ力が得られないため、グロビュール移行となり、後行極２０から発生するスパッタが増大する。また、後行アークのアーク力が低すぎるため、先行極１０で形成した溶融池を十分に押し広げることができず、不整ビードとなる。更に、溶接電圧Ｖ［Ｖ］が小さすぎると、アーク長が短かすぎて短絡を発生させてしまい、スパッタも多発する上、ビード形状を十分に整えることができない。
【００４２】
なお、式（４）に示すように、「（Ｉ２・１０−３）／Ｖ」の上限値を８．００とした理由は、「（Ｉ２・１０−３）／Ｖ」の値が８．００を超えると、溶接電圧が小さすぎて、先行極１０によって凸になるビード形状を十分に整えることができないためである。
【００４３】
以上説明した本発明の実施形態に係るタンデムガスシールをアーク溶接方法は、前記した式（１）および式（２）を満たすように先行極１０の溶接条件を調整することで、当該先行極１０のシールドガスＧ１として炭酸ガスを用い、逆極性溶接でも安定なスプレー移行を維持することができ、深溶込み化しつつスパッタを大幅に低減できることができる。そして、本発明に係るタンデムガスシールドアーク溶接方法は、式（３）および式（４）を満たすように後行極２０の溶接条件を調整することで、ビード形状を整えて、低スパッタを実現することができる。
【００４４】
従って、本発明の実施形態に係るタンデムガスシールドアーク溶接方法によれば、先行極１０および後行極２０の溶接条件をそれぞれ調整することで、先行極１０に１００％炭酸ガスを用いているにも関わらず、低スパッタを実現し、さらに溶込みも深くすることができる。また、本発明に係るタンデムガスシールドアーク溶接方法によれば、先行極１０として安価なソリッドワイヤを用い、当該先行極１０のシールドガスＧ１として安価な炭酸ガスを用いることで、コストを大幅に削減することができ、溶接工程の高品質・能率化を実現することができる。
【００４５】
また、本発明の実施形態に係るタンデムガスシールドアーク溶接方法は、先行極１０のワイヤ直径ａ［ｍｍ］をａ≦２．０とし、後行極２０のワイヤ直径ｂ［ｍｍ］をｂ≦（ａ−０．２）とすることが好ましい。これにより、本発明の実施形態に係るタンデムガスシールドアーク溶接方法は、所定以上の径を有するワイヤを先行極１０として用いることで、溶接電流Ｉ［Ａ］を高くすることができ、先行極１０よりも径が細いワイヤを後行極２０として用いることで、溶着量を増加させることができる。
【実施例】
【００４６】
以下、本発明の実施形態に係るタンデムガスシールドアーク溶接方法について、本発明の要件を満たす実施例と、本発明の要件を満たさない比較例と、を対比しながら説明する。
【００４７】
まず、第１の実験として、先行極１０と後行極２０の溶接条件を変更しながらタンデム溶接を行い、溶接条件ごとのスパッタ発生量を評価した。本実験では、先行極１０としてソリッドワイヤを用い、後行極２０としてフラックス入りワイヤを用いた。また、先行極１０のシールドガスＧ１として炭酸ガスを用い、後行極２０のシールドガスＧ２としてＡｒ−１０〜３０％ＣＯ２ガス、すなわちアルゴンガスを６０体積％以上含有するアルゴン炭酸混合ガスを用いた。また、先行極１０と後行極２０との極間距離を３０ｍｍ、溶接速度を８０ｃｍ／ｍｉｎとし、下向すみ肉溶接を行った。また、本実験では、先行極１０および後行極２０の極性は逆極性とした。以上のような条件下でタンデム溶接を行った結果を表１および表２に示す。
【００４８】
【表１】
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【００４９】
【表２】
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【００５０】
本実験では、具体的には表１および表２に示すように、先行極１０のワイヤ送給速度を４．０〜２８．０ｍ／ｍｉｎの間で変化させ、ワイヤ直径を１．２〜２．０ｍｍの間で変化させ、溶接電流を２００〜６５０Ａの間で変化させ、溶接電圧を１６．０〜４９．０Ｖの間で変化させながらタンデム溶接を行った。そして、表１に示すように、溶接条件ごとに前記した式（１）および式（２）の値を計算した。
【００５１】
また、本実験では、具体的は表１および表２に示すように、後行極２０のワイヤ送給速度を１３〜３０ｍ／ｍｉｎの間で変化させ、後行極２０のワイヤ直径を１．０〜１．６ｍｍの間で変化させ、溶接電流を２５５〜６３０Ａの間で変化させ、溶接電圧を１８．０〜４９．０Ｖの間で変化させながらタンデム溶接を行った。そして、表２に示すように、溶接条件ごとに前記した式（３）および式（４）の値を計算した。
【００５２】
また、本実験では、表１および表２に示すそれぞれの溶接条件で溶接を行った場合のスパッタ発生量を評価し、表１および表２に示すように、スパッタがほとんど発生していない状態（０．７ｇ／ｍｉｎ以下の場合）を「◎（良好である）」と評価し、多量のスパッタが発生している状態（０．７ｇ／ｍｉｎを超える場合）を「×（不良である）」と評価した。また、本実験では、溶接後のビード形状についても評価し、ビード形状がフラットである場合を「◎（良好である）」と評価し、ビード形状が凸となっている状態を「×（不良である）」と評価した。そして、スパッタ発生量とビード形状の両方が良好である場合を総合評価「◎」とし、スパッタ発生量とビード形状のいずれかが不良である場合を総合評価「×」とした。
【００５３】
Ｎｏ．２，３，６〜１１，１４〜２６，２８，３１〜３４，４３，４４，４７，４８，５２，５３，５６，５７，６０〜６２，６５，６６，６９，７０，７３，７４，７７，７８，８１，８４，８６，８７は、表１および表２に示すように、いずれも式（１）の計算値が５．００以上１０．００以下であり、かつ、式（２）の計算値が４．５０以上であった。また、いずれも式（３）の計算値が４．００以上７．００以下であり、かつ、式（４）の計算値が８．００以下であった。従って、これらの溶接条件で溶接を行った場合、いずれもスパッタ発生量が少なく、かつ、ビード形状も良好であり、総合評価は「◎」となった。なお、Ｎｏ．８６，８７は、後行極２０のシールドガスを、それぞれＡｒ−３０％ＣＯ２およびＡｒ−１０％ＣＯ２とした場合の実施例である。
【００５４】
一方、Ｎｏ．１は、表１に示すように、式（１）の計算値が１０．００を超えており、式（４）の計算値が８．００を超えているため、多量のスパッタが発生するとともにビード形状も不良であった。従って、Ｎｏ．１は、表１に示すように、スパッタ発生評価、ビード形状および総合評価が「×」となった。また、Ｎｏ．４は、表１に示すように、式（１）の計算値が５．００未満であり、式（３）の計算値が４．００未満であり、式（４）の結果が８．００を超えているため、多量のスパッタが発生するとともにビード形状も不良であった。従って、Ｎｏ．４は、表１に示すように、スパッタ発生評価、ビード形状および総合評価が「×」となった。
【００５５】
Ｎｏ．１３は、表１に示すように、式（１）の計算値が１０．００以上であるため、多量のスパッタが発生した。従って、Ｎｏ．１３は、表１に示すように、スパッタ発生評価および総合評価が「×」となった。また、Ｎｏ．５，２９，３０は、表１に示すように、いずれも式（１）の計算値が５．００未満であるため、多量のスパッタが発生した。従って、Ｎｏ．５，２９，３０は、表１に示すように、スパッタ発生評価および総合評価が「×」となった。また、Ｎｏ．１２，２７は、表１に示すように、いずれも式（１）の計算値が１０．００を超えており、式（２）の計算値が４．５０未満であるため、多量のスパッタが発生した。従って、Ｎｏ．１２，２７は、表１に示すように、スパッタ発生評価および総合評価が「×」となった。
【００５６】
Ｎｏ．３５，３７〜４１は、表１に示すように、いずれも式（２）の計算値が４．５０未満であるため、多量のスパッタが発生した。従って、Ｎｏ．３５，３７〜４１は、表１に示すように、スパッタ発生評価および総合評価が「×」となった。また、Ｎｏ．３６は、表１に示すように、式（１）の計算値が５．００未満であり、式（２）の計算値が４．５０未満であるため、多量のスパッタが発生した。従って、Ｎｏ．３６は、表１に示すように、スパッタ発生評価および総合評価が「×」となった。なお、表１において、式（１）または式（２）を満たさないものは、下線かつ太字で示している。
【００５７】
Ｎｏ．４２，４６，５１，５５，５９，６４，７２，７６，８０，８３は、表２に示すように、いずれも式（３）の計算値が７．００を超えているため、多量のスパッタが発生し、ビード形状も不良であった。従って、Ｎｏ．４２，４６，５１，５５，５９，６４，７２，７６，８０，８３は、表２に示すように、スパッタ発生評価、ビード形状評価および総合評価が「×」となった。また、Ｎｏ．４５，５４，５８，６３，６７，７５，７９，８２，８５は、表２に示すように、いずれも式（３）の計算値が４．００未満であるため、多量のスパッタが発生し、ビード形状も不良であった。従って、Ｎｏ．４５，５４，５８，６３，６７，７５，７９，８２，８５は、表２に示すように、スパッタ発生評価、ビード形状評価および総合評価が「×」となった。
【００５８】
Ｎｏ．４９，５０は、表２に示すように、いずれも式（３）の計算値が４．００未満であり、式（４）の計算値が８．００を超えているため、多量のスパッタが発生し、ビード形状も不良であった。従って、Ｎｏ．４９，５０は、表２に示すように、スパッタ発生評価、ビード形状評価および総合評価が「×」となった。また、Ｎｏ．６８，７１は、表２に示すように、いずれも式（４）の計算値が８．００を超えているため、ビード形状が不良であった。従って、Ｎｏ．６８，７１は、表２に示すように、ビード形状および総合評価が「×」となった。なお、表２において、式（３）または式（４）を満たさないものは、下線かつ太字で示している。
【００５９】
Ｎｏ．８８は、表２に示すように、後行極２０は式（３）と式（４）を満たしているが、正極性であるため、多量のスパッタが発生し、ビード形状も不良であった。従って、Ｎｏ．８８は、表２に示すように、スパッタ発生評価、ビード形状評価および総合評価が「×」となった。また、Ｎｏ．８９は、表２に示すように、先行極１０は式（１）と式（２）を満たしているが、正極性であるため、多量のスパッタが発生し、ビード形状も不良であった。従って、Ｎｏ．８９は、表２に示すように、スパッタ発生評価、ビード形状評価および総合評価が「×」となった。また、Ｎｏ．９０は、表２に示すように、先行極１０は式（１）と式（２）を満たしており、後行極２０は式（３）と式（４）を満たしているが、ともに正極性であるため、多量のスパッタが発生し、ビード形状も不良であった。従って、Ｎｏ．９０は、表２に示すように、スパッタ発生評価、ビード形状評価および総合評価が「×」となった。
【００６０】
次に、第２の実験として、本発明の要件を満たさない従来法によるタンデム溶接と、本発明の要件を満たす発明法によるタンデム溶接と、をそれぞれ同脚長下向すみ溶接で、母材Ｗに対する溶込みの比較と、スパッタ発生量の比較と、を行った。本実験では、従来法と発明法について、具体的には表３に示す条件でタンデム溶接を行った。なお、表３における発明法の溶接条件は、前記した式（１）、式（２）、式（３）および式（４）を満たしている。そして、本実験では、先行極１０および後行極２０の極性は逆極性とした。
【００６１】
【表３】
0005977965.tif 000012
【００６２】
図４は、従来法と発明法とのそれぞれにおける、溶接速度ごとの溶込みの深さを示すグラフである。図４に示すように、発明法によってタンデム溶接を行った場合、いずれの溶接速度の場合であっても、従来法よりも溶込みを１４％（溶接速度：７０ｃｍ/ｍiｎ）から４０％（溶接速度：１１０ｃｍ/ｍiｎ）まで深くできることが分かる。また、溶込み深さ３．５ｍｍを確保するのに従来法では溶接速度７０ｃｍ/ｍiｎでも不十分であるが、本発明では、溶接速度１１０ｃｍ/ｍiｎまで増加させても３．５ｍｍを確保できており、深溶込み化による溶接能率向上も達成できる。
【００６３】
また、図５（ａ）は、従来法における溶接速度ごとのスパッタ発生量を示すグラフであり、図５（ｂ）は、発明法における溶接速度ごとのスパッタ発生量を示すグラフである。そして、この図５（ａ）、（ｂ）において色分けされた領域は、大きさの異なるスパッタの割合を示している。すなわち、図５（ａ）では、２種類の大きさのスパッタが色分けして示されており、図５（ｂ）では、３種類の大きさのスパッタが色分けして示されている。
【００６４】
図５（ａ）、（ｂ）に示すように、発明法によってタンデム溶接を行うことで、従来法と比較してスパッタ量を大幅に抑制できることがわかる。具体的には、図５（ｂ）に示すように、溶接速度が７０ｃｍ／ｍｉｎの場合はスパッタ量を３２％減少させることができ、溶接速度が８０ｃｍ／ｍｉｎの場合はスパッタ量を２４％減少させることができ、溶接速度が９０ｃｍ／ｍｉｎの場合はスパッタ量を５９％減少させることができ、溶接速度が１００ｃｍ／ｍｉｎの場合はスパッタ量を６１％減少させることができ、溶接速度が１１０ｃｍ／ｍｉｎの場合はスパッタ量を６６％減少させることができる。
【００６５】
以上のような２つの実験により、先行極１０のシールドガスＧ１として炭酸ガスを用いたとしても、式（１）、式（２）、式（３）および式（４）を満たすように先行極１０および後行極２０の溶接条件を調整することで、スパッタの発生を抑制できることが確認できた。
【００６６】
以上、本発明の実施形態に係るタンデムガスシールドアーク溶接方法について、発明を実施するための形態および実施例により具体的に説明したが、本発明の趣旨はこれらの記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて広く解釈されなければならない。また、これらの記載に基づいて種々変更、改変等したものも本発明の趣旨に含まれることはいうまでもない。
【符号の説明】
【００６７】
１０  先行極
２０  後行極
Ａ  アーク
Ｄ  溶滴
Ｇ，Ｇ１，Ｇ２  シールドガス
Ｗ  母材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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