(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素鋼製の厚金属基材の表面に、厚さが０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下のステンレス鋼製の第１の薄金属シートを溶接する第１溶接工程を備え、
前記第１溶接工程において、溶接ワイヤとしてホットワイヤを用いるとともに、溶接電流としてパルス電流を用いたパルスＴＩＧ溶接を行うことを特徴とする厚金属基材表面への薄金属シートの溶接方法。
【請求項２】
前記第１溶接工程において、前記パルス電流は、ピーク電流値が２００Ａ以上２５０Ａ以下であり、ベース電流値が２０Ａ以上４０Ａ以下であることを特徴とする請求項１に記載の厚金属基材表面への薄金属シートの溶接方法。
【請求項３】
前記第１溶接工程において、前記パルス電流のパルス周期に対する、前記パルス電流の１周期当たりのピーク電流時間の割合が、４０％以上６０％以下であることを特徴とする請求項２に記載の厚金属基材表面への薄金属シートの溶接方法。
【請求項４】
前記第１溶接工程において、
前記パルス電流のピーク電流値と、前記パルス電流の１周期当たりのピーク電流の時間と、前記パルス電流のパルス周波数との積により求められる、１秒当たりのピーク電流の投入電流量が、１１５Ａ以上１２０Ａ以下であり、
前記パルスＴＩＧ溶接の溶接速度が３５ｃｍ／ｍｉｎ以上６０ｃｍ／ｍｉｎ以下であり、
前記パルスＴＩＧ溶接の平均溶接電圧が１１．５Ｖ以上１３．７Ｖ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の厚金属基材表面への薄金属シートの溶接方法。
【請求項５】
前記第１溶接工程において、前記パルス電流のパルス周波数が８Ｈｚ以上１２Ｈｚ以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の厚金属基材表面への薄金属シートの溶接方法。
【請求項６】
前記第１溶接工程において、前記溶接ワイヤを供給するワイヤ送給速度が１．５ｍ／ｍｉｎ以上２．６ｍ／ｍｉｎ以下であり、前記溶接ワイヤに流れるホットワイヤ電流の電流値が３０Ａ以上４５Ａ以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の厚金属基材表面への薄金属シートの溶接方法。
【請求項７】
前記第１溶接工程において、シールドガスとして水素を含むガスが用いられることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の厚金属基材表面への薄金属シートの溶接方法。
【請求項８】
前記第１溶接工程の後に、前記第１の薄金属シートに、厚さが０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下のステンレス鋼製の第２の薄金属シートを溶接する第２溶接工程を更に備え、
前記第２溶接工程において、溶接ワイヤとしてホットワイヤを用いるとともに、溶接電流としてパルス電流を用いたパルスＴＩＧ溶接を行うことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の厚金属基材表面への薄金属シートの溶接方法。
【請求項９】
前記第２溶接工程において、前記パルス電流は、ピーク電流値が２００Ａ以上２５０Ａ以下であり、ベース電流値が２０Ａ以上４０Ａ以下であることを特徴とする請求項８に記載の厚金属基材表面への薄金属シートの溶接方法。
【請求項１０】
前記第２溶接工程において、前記パルス電流のパルス周期に対する、前記パルス電流の１周期当たりのピーク電流時間の割合が、２０％以上３０％以下であることを特徴とする請求項９に記載の厚金属基材表面への薄金属シートの溶接方法。
【請求項１１】
前記第２溶接工程において、
前記パルス電流のピーク電流値と、前記パルス電流の１周期当たりのピーク電流の時間と、前記パルス電流のパルス周波数との積により求められる、１秒当たりのピーク電流の投入電流量が、６８Ａ以上７２Ａ以下であり、
前記パルスＴＩＧ溶接の溶接速度が３６ｃｍ／ｍｉｎ以上６５ｃｍ／ｍｉｎ以下であり、
前記パルスＴＩＧ溶接の平均溶接電圧が１０．５Ｖ以上１２．２Ｖ以下であることを特徴とする請求項８〜１０のいずれか一項に記載の厚金属基材表面への薄金属シートの溶接方法。
【請求項１２】
前記第２溶接工程において、前記パルス電流のパルス周波数が８Ｈｚ以上１２Ｈｚ以下であることを特徴とする請求項８〜１１のいずれか一項に記載の厚金属基材表面への薄金属シートの溶接方法。
【請求項１３】
前記第２溶接工程において、前記溶接ワイヤを供給するワイヤ送給速度が１．２ｍ／ｍｉｎ以上２．５ｍ／ｍｉｎ以下であり、前記溶接ワイヤに流れるホットワイヤ電流の電流値が３０Ａ以上４５Ａ以下であることを特徴とする請求項８〜１２のいずれか一項に記載の厚金属基材表面への薄金属シートの溶接方法。
【請求項１４】
前記第２溶接工程において、シールドガスとして水素を含むガスが用いられることを特徴とする請求項８〜１３のいずれか一項に記載の厚金属基材表面への薄金属シートの溶接方法。
【請求項１５】
前記第１溶接工程において、前記パルスＴＩＧ溶接の前に、前記厚金属基材と前記第１の薄金属シートとを抵抗スポット溶接することを特徴とする請求項１〜１４のいずれか一項に記載の厚金属基材表面への薄金属シートの溶接方法。
【請求項１６】
前記厚金属基材が平板形状であることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか一項に記載の厚金属基材表面への薄金属シートの溶接方法。
【請求項１７】
前記第１溶接工程において、前記厚金属基材上に前記第１の薄金属シートを配置し、前記厚金属基材及び前記第１の薄金属シートの少なくとも一方の上、又は前記厚金属基材の周りにレールを配置し、前記レール上で溶接装置を移動させて、前記厚金属基材と前記第１の薄金属シートとを自動的にパルスＴＩＧ溶接することを特徴とする請求項１〜１６のいずれか一項に記載の厚金属基材表面への薄金属シートの溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐食性・防汚性に優れた薄金属シートを、厚金属基材の表面にアーク溶接を用いて溶接する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、例えば、港湾エリアおよび海上に設置される海洋鋼構造物には、従来の塗装に変えてメンテナンスフリーで長期にわたって耐食性および耐汚性を維持できる金属ライニング工法が採用されてきている。金属ライニング工法は例えばステンレス鋼、チタン、ニッケル基合金などの薄金属シートを、基材である鋼鉄製構造物の表面に張り付け被覆するものである。
【０００３】
特許文献１、２、及び非特許文献１には、管形状の基材の表面にステンレス鋼製の薄金属シートを溶接で張り付けるための溶接方法が開示されている。特許文献３には、平板形状の基材の表面にステンレス鋼製の鋼板を溶接で張り付けるための溶接方法が開示されている。また、特許文献４には、当該溶接方法としてアーク溶接の一種であるＴＩＧ（Ｔｕｎｇｓｔｅｎ  Ｉｎｅｒｔ  Ｇａｓ）溶接を用いた場合の溶接方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４７８５４４３号公報
【特許文献２】特許第４９７５９４８号公報
【特許文献３】特許第４３９２００３号公報
【特許文献４】特開平１１−５８０１７号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】河合康博、他３名、「海洋鋼構造物の高耐食ステンレス鋼ライニング溶接技術」、新日鉄技報、新日鐵住金株式会社、２００６年、第３８５号、ｐ．８６−９０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
軽量化及び材料コスト削減のために、例えば、厚さが１．０ｍｍ以下の比較的薄い薄金属シートを基材の表面に溶接で張り付けることが検討されている。従来は、薄金属シートを基材の表面に溶接する場合には、インダイレクト抵抗シーム溶接とプラズマ溶接の複合溶接が用いられていた。
【０００７】
プラズマ溶接はトーチが大きく重い、また、ＴＩＧ溶接と比較すると高価であるため、ＴＩＧ溶接を薄金属シートと基材との溶接にも適用することが検討されている。しかしながら、特許文献３及び４に開示される溶接方法を薄金属シートと基材との溶接に用いた場合、アークエネルギーによる薄金属シートへの入熱が大きくなりすぎ、薄金属シートが破れて（溶け落ちて）しまう可能性がある。特に、特許文献４に記載される溶接条件では、厚さが１．０ｍｍ以下の薄金属シートを基材の表面に溶接しようとしても、薄金属シートへの入熱が大きくなりすぎて薄金属シートが破れてしまい、溶接を適切に行うことができない。
【０００８】
特許文献１及び非特許文献１においては、プラズマ溶接またはアーク溶接の前にインダイレクト抵抗シーム溶接を行い、基材と薄金属シートをあらかじめ接合しておくことでプラズマ溶接またはアーク溶接による薄金属シートへの入熱をインダイレクト抵抗シーム溶接部を介して基材に逃がし、これにより薄金属シートの破れを防止している。インダイレクト抵抗シーム溶接を行う場合、電極輪を加圧して薄金属シートおよび基材を密着させる必要がある。基材が管形状の場合は門型フレームを備えるやぐら状のインダイレクトシーム溶接装置を用いることで必要な加圧力の反力を確保することができるが、基材が大きなサイズの平板形状である場合、基材を跨ぐように門型フレームを配置することが困難となる。したがって、特許文献１及び非特許文献１の溶接方法を、平板形状の基材に適用することは難しい。
【０００９】
特許文献２においては、基材と薄金属シートとをアーク溶接する方法が開示されるものの、薄金属シートが１枚の場合はその端部を重ね、その重ね部に対してのみアーク溶接は行われる。また、重ね部において、アーク溶接の前に抵抗スポット溶接又は抵抗シーム溶接が行われる。抵抗スポット溶接を用いる場合、アーク溶接時の薄金属シートへの入熱を、薄金属シートの破れを防止するのに十分な量だけ基材に逃がすためには、例えば１５ｍｍ間隔の狭いピッチで抵抗スポット溶接を行う必要がある。この場合、抵抗スポット溶接の作業が煩雑になってしまう。
【００１０】
抵抗シーム溶接や、狭いピッチでの抵抗スポット溶接を行うことなく、アーク溶接にて、厚さが１．０ｍｍ以下の薄金属シートを基材に溶接することができる溶接方法が求められている。
【００１１】
本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、アーク溶接を用いて薄金属シートを厚金属基材に溶接することができる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】
【００１２】
前記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提案している。
【００１３】
本発明に係る厚金属基材表面への薄金属シートの溶接方法は、炭素鋼製の厚金属基材の表面に、厚さが０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下のステンレス鋼製の第１の金属シートを溶接する第１溶接工程を備え、前記第１溶接工程において、溶接ワイヤとしてホットワイヤを用いるとともに、溶接電流としてパルス電流を用いたパルスＴＩＧ溶接を行うことを特徴とする。
【００１４】
パルスＴＩＧ溶接により、ピーク電流時には、厚金属基材及び第１の薄金属シートを溶融可能な高いエネルギーを有するアークを発生させて、厚金属基材及び第１の薄金属シートへの入熱量を大きくし、厚金属基材及び第１の薄金属シートを溶融させる。ベース電流時には、ピーク電流に比べて電流値が大幅に低いベース電流を流すことにより、アークの発生を維持しつつアークエネルギーを抑えて、厚金属基材及び第１の薄金属シートへの入熱量を小さくし、ピーク電流時に溶融された厚金属基材及び第１の薄金属シートを凝固させる。このようにピーク電流時の厚金属基材及び第１の薄金属シートの溶融と、ベース電流時の溶融金属の凝固とを繰り返すことにより、第１の薄金属シートへのトータルの入熱量を減らして第１の薄金属シートの破れを防止しつつ、アーク溶接の一種であるＴＩＧ溶接を用いて第１の薄金属シートを厚金属基材に溶接することができる。すなわち、抵抗シーム溶接や、狭いピッチでの抵抗スポット溶接を行うことなく、アーク溶接にて、第１の薄金属シートを厚金属基材に溶接することができる。また、溶接ワイヤとしてホットワイヤを用いることにより、アークエネルギー（すなわち、厚金属基材及び第１の薄金属シートへの入熱量）が低いベース電流時においても、溶接ワイヤの溶け残りを防止することができる。
【００１５】
また、本発明に係る厚金属基材表面への薄金属シートの溶接方法において、前記第１溶接工程において、前記パルス電流は、ピーク電流値が２００Ａ以上２５０Ａ以下であり、ベース電流値が２０Ａ以上４０Ａ以下であってもよい。
【００１６】
また、本発明に係る厚金属基材表面への薄金属シートの溶接方法において、前記第１溶接工程において、前記パルス電流のパルス周期に対する、前記パルス電流の１周期当たりのピーク電流時間の割合が、４０％以上６０％以下であってもよい。
【００１７】
また、本発明に係る厚金属基材表面への薄金属シートの溶接方法において、前記第１溶接工程において、前記パルス電流のピーク電流値と、前記パルス電流の１周期当たりのピーク電流の時間と、前記パルス電流のパルス周波数との積により求められる、１秒当たりのピーク電流の投入電流量が、１１５Ａ以上１２０Ａ以下であり、前記パルスＴＩＧ溶接の溶接速度が３５ｃｍ／ｍｉｎ以上６０ｃｍ／ｍｉｎ以下であり、前記パルスＴＩＧ溶接の平均溶接電圧が１１．５Ｖ以上１３．７Ｖ以下であってもよい。
【００１８】
また、本発明に係る厚金属基材表面への薄金属シートの溶接方法において、前記第１溶接工程において、前記パルス電流のパルス周波数が８Ｈｚ以上１２Ｈｚ以下であってもよい。
【００１９】
また、本発明に係る厚金属基材表面への薄金属シートの溶接方法において、前記第１溶接工程において、前記溶接ワイヤを供給するワイヤ送給速度が１．５ｍ／ｍｉｎ以上２．６ｍ／ｍｉｎ以下であり、前記溶接ワイヤに流れるホットワイヤ電流の電流値が３０Ａ以上４５Ａ以下であってもよい。
【００２０】
また、本発明に係る厚金属基材表面への薄金属シートの溶接方法において、前記第１溶接工程において、シールドガスとして水素を含むガスが用いられてもよい。
【００２１】
また、本発明に係る厚金属基材表面への薄金属シートの溶接方法において、前記第１溶接工程の後に、前記第１の薄金属シートに、厚さが０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下のステンレス鋼製の第２の薄金属シートを溶接する第２溶接工程を更に備え、前記第２溶接工程において、溶接ワイヤとしてホットワイヤを用いるとともに、溶接電流としてパルス電流を用いたパルスＴＩＧ溶接を行ってもよい。
【００２２】
また、本発明に係る厚金属基材表面への薄金属シートの溶接方法において、前記第２溶接工程において、前記パルス電流は、ピーク電流値が２００Ａ以上２５０Ａ以下であり、ベース電流値が２０Ａ以上４０Ａ以下であってもよい。
【００２３】
また、本発明に係る厚金属基材表面への薄金属シートの溶接方法において、前記第２溶接工程において、前記パルス電流のパルス周期に対する、前記パルス電流の１周期当たりのピーク電流時間の割合が、２０％以上３０％以下であってもよい。
【００２４】
また、本発明に係る厚金属基材表面への薄金属シートの溶接方法において、前記第２溶接工程において、前記パルス電流のピーク電流値と、前記パルス電流の１周期当たりのピーク電流の時間と、前記パルス電流のパルス周波数との積により求められる、１秒当たりのピーク電流の投入電流量が、６８Ａ以上７２Ａ以下であり、前記パルスＴＩＧ溶接の溶接速度が３６ｃｍ／ｍｉｎ以上６５ｃｍ／ｍｉｎ以下であり、前記パルスＴＩＧ溶接の平均溶接電圧が１０．５Ｖ以上１２．２Ｖ以下であってもよい。
【００２５】
また、本発明に係る厚金属基材表面への薄金属シートの溶接方法において、前記第２溶接工程において、前記パルス電流のパルス周波数が８Ｈｚ以上１２Ｈｚ以下であってもよい。
【００２６】
また、本発明に係る厚金属基材表面への薄金属シートの溶接方法において、前記第２溶接工程において、前記溶接ワイヤを供給するワイヤ送給速度が１．２ｍ／ｍｉｎ以上２．５ｍ／ｍｉｎ以下であり、前記溶接ワイヤに流れるホットワイヤ電流の電流値が３０Ａ以上４５Ａ以下であってもよい。
【００２７】
また、本発明に係る厚金属基材表面への薄金属シートの溶接方法において、前記第２溶接工程において、シールドガスとして水素を含むガスが用いられてもよい。
【００２８】
また、本発明に係る厚金属基材表面への薄金属シートの溶接方法において、前記第１溶接工程において、前記パルスＴＩＧ溶接の前に、前記基材と前記第１の薄金属シートとを抵抗スポット溶接してもよい。
【００２９】
また、本発明に係る厚金属基材表面への薄金属シートの溶接方法において、前記基材が平板形状であってもよい。
【００３０】
また、本発明に係る厚金属基材表面への薄金属シートの溶接方法において、前記第１溶接工程において、前記基材上に前記第１の薄金属シートを配置し、前記基材及び前記第１の薄金属シートの少なくとも一方の上、又は前記基材の周りにレールを配置し、前記レール上で溶接装置を移動させて、前記基材と前記第１の薄金属シートとを自動的にパルスＴＩＧ溶接してもよい。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、アーク溶接を用いて薄金属シートを厚金属基材に溶接することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施形態に係る厚金属基材表面への薄金属シートの溶接方法に用いられる溶接装置の一部を破断した正面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る溶接方法の第１溶接工程を説明するための図である。
【図３】本発明の実施形態に係る溶接方法の第２溶接工程を説明するための図である。
【図４】本発明の実施形態に係る溶接方法の第１溶接工程における溶接条件を示す図である。
【図５】本発明の実施形態に係る溶接方法の第２溶接工程における溶接条件を示す図である。
【図６】本発明の実施形態に係る溶接方法の実施例１の溶接条件及び判定結果を示す図である。
【図７】本発明の実施形態に係る溶接方法の実施例２の溶接条件及び判定結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、図１〜５を参照し、本発明の実施形態に係る厚金属基材表面への薄金属シートの溶接方法（以下、単に溶接方法と言う）を説明する。
【００３４】
図１は、本実施形態の溶接方法に用いられる溶接装置１の一部を破断した正面図である。溶接装置１は、アーク溶接の一種であるＴＩＧ（Ｔｕｎｇｓｔｅｎ  Ｉｎｅｒｔ  Ｇａｓ）溶接を行うためのものである。また、溶接装置１は、ホットワイヤを用いてＴＩＧ溶接を行う。なお、溶接装置１の構成は、この例に限定されない。
【００３５】
溶接装置１は、例えば溶接トーチ１１と、溶接ヘッド２１と、制御部４１と、を備えている。
【００３６】
溶接トーチ１１は、ＴＩＧ電極１２と、ワイヤ案内部１３と、トーチ本体１４と、を有している。ＴＩＧ電極１２は、タングステン等の金属で棒状に形成されている。ＴＩＧ電極１２は、上下方向に沿って延びている。ワイヤ案内部１３は、セラミックス等の非導電体で管状に形成されている。ワイヤ案内部１３は、下端部が、ＴＩＧ電極１２の下端部に隣り合うように配置されている。ワイヤ案内部１３内には、溶接ワイヤＷが配置されている。溶接ワイヤＷは、ワイヤ案内部１３に設置された不図示のワイヤ給電用電源にて、点接触されており、電気的に接続されている。溶接ワイヤＷとして、例えば、高耐食性のＮｉ基合金材が用いられる。
【００３７】
トーチ本体１４には、溶接ワイヤＷを先端側に供給する送り出し部１５が内蔵されている。例えば、送り出し部１５は、一対のローラ１５ａと、一対のローラ１５ａを駆動するローラ駆動モータ（不図示）と、を有している。一対のローラ１５ａの間には、溶接ワイヤＷが配置されている。ローラ駆動モータが一対のローラ１５ａを所定の向きに回転させることで、溶接ワイヤＷが先端側に供給される。トーチ本体１４の下部には、ＴＩＧ電極１２及びワイヤ案内部１３の上端部がそれぞれ固定されている。
【００３８】
溶接ヘッド２１は、ヘッド本体２２と、搬送部２３と、を有している。ヘッド本体２２は、トーチ本体１４に連結部材２４により接続されている。搬送部２３は、車輪２５と、車輪駆動モータ（不図示）と、を有している。車輪２５は、所望の位置に配置されたレール（軌条）Ｒ上に配置され、レールＲに沿って移動する。車輪駆動モータは、車輪２５を回転させる。
【００３９】
装置本体３０と溶接トーチ１１のトーチ本体１４とは、接続ケーブル３２により接続されている。接続ケーブル３２内には、配線及び溶接ワイヤＷが配置されている。装置本体３０には、溶接ワイヤＷの基端部を巻回する巻回装置３３が取り付けられている。巻回装置３３は、装置本体３０に対して回転可能である。
【００４０】
制御部４１は、図示しない演算回路及びメモリと、入力部４２と、を有している。演算回路は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）等を有している。演算回路には、ローラ駆動モータ、及び車輪駆動モータが接続されている。演算回路は、ローラ駆動モータ、及び車輪駆動モータを制御する。メモリには、演算回路を制御するための制御プログラム等が記憶されている。入力部４２は、例えばスイッチ等を有している。スイッチは、装置本体３０の外面に取付けられている。作業者がスイッチを操作して与えた入力は、演算回路に送信される。演算回路は、受信した入力や制御プログラム等に基づいてローラ駆動モータ等を制御する。
【００４１】
以上のように構成された溶接装置１を用いて、炭素鋼製の厚金属基材Ｐ１（以下、単に基材Ｐ１と称する）の表面に、ステンレス鋼製の薄金属シートＰ２を溶接する溶接方法について説明する。本実施形態においては、薄金属シートＰ２として複数の小型薄金属シートＰ２１，Ｐ２２，・・・が用いられる。小型薄金属シートＰ２１，Ｐ２２，・・・を基材Ｐ１に順次溶接することにより、基材Ｐ１の全面に薄金属シートＰ２を溶接する。
【００４２】
基材Ｐ１及び薄金属シートＰ２（小型薄金属シートＰ２１，Ｐ２２，・・・）は、それぞれの厚さ方向に見た平面視において、矩形状に形成されている。小型薄金属シートＰ２１，Ｐ２２，・・・は、互いに同一の形状である。なお、小型薄金属シートＰ２１，Ｐ２２，・・・は、異なる形状であってもよい。
【００４３】
薄金属シートＰ２（小型薄金属シートＰ２１，Ｐ２２，・・・）の厚さは、０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下である。薄金属シートＰ２（小型薄金属シートＰ２１，Ｐ２２，・・・）の厚さは、０．４ｍｍ以上１．０ｍｍ以下であることがより好ましい。基材Ｐ１の厚さは、特に限定されないが、例えば薄金属シートＰ２の厚さより充分に厚い。
【００４４】
まず、図２に示されるように、小型薄金属シートＰ２１（第１の薄金属シート）を基材Ｐ１上に配置し、基材Ｐ１に小型薄金属シートＰ２１を溶接する（第１溶接工程）。すなわち、第１溶接工程では、基材Ｐ１と薄金属シートＰ２との溶接を行う。その後、図３に示されるように、小型薄金属シートＰ２２（第２の薄金属シート）を、その縁部が小型薄金属シートＰ２１の縁部と重なるように基材Ｐ１上に配置する。小型薄金属シートＰ２２のうち小型薄金属シートＰ２１と重なる部分について、小型薄金属シートＰ２１に小型薄金属シートＰ２２を溶接する（第２溶接工程）。すなわち、第２溶接工程では、薄金属シートＰ２同士の溶接を行う。小型薄金属シートＰ２２のうち小型薄金属シートＰ２１と重なっておらず、基材Ｐ１上に直接配置される部分については、基材Ｐ１に小型薄金属シートＰ２２を溶接する（第３溶接工程）。すなわち、第３溶接工程では、基材Ｐ１と薄金属シートＰ２との溶接を行う。第２溶接工程及び第３溶接工程は、小型薄金属シートＰ２１，Ｐ２２，・・・により、基材Ｐ１の全面が覆われるまで繰り返される。
【００４５】
第１溶接工程について詳述する。まず、図２に示されるように、基材Ｐ１上に小型薄金属シートＰ２１を配置する。小型薄金属シートＰ２１は、基材Ｐ１の表面を覆うように配置される。小型薄金属シートＰ２１は、基材Ｐ１の角部に配置されることが好ましい。
【００４６】
その後、小型薄金属シートＰ２１を基材Ｐ１上に仮付けする。具体的には、図２に示されるように、小型薄金属シートＰ２１の端の複数個所を、例えばＴＩＧ溶接を用いて基材Ｐ１に固定する。このＴＩＧ溶接により、小型薄金属シートＰ２１の端には複数の仮付溶接部Ｗ１が形成される。仮付溶接部Ｗ１の設置間隔は、例えば５０ｍｍである。仮付溶接部Ｗ１は、小型薄金属シートＰ２１の縁の全周に亘って形成されることが好ましい。また、仮付溶接部Ｗ１に加えて、小型薄金属シートＰ２１の端部の複数個所を、抵抗スポット溶接を用いて基材Ｐ１に固定してもよい。この抵抗スポット溶接により、小型薄金属シートＰ２１の端部には複数の抵抗スポット溶接部Ｗ２が形成される。抵抗スポット溶接部Ｗ２の設置間隔は、例えば２５ｍｍである。抵抗スポット溶接部Ｗ２の設置間隔は、２５ｍｍより小さくてもよい。
【００４７】
その後、レールＲを、基材Ｐ１及び小型薄金属シートＰ２１の少なくとも一方の上に配置する。なお、レールＲは、基材Ｐ１の周りに配置してもよい。
【００４８】
その後、レールＲ上で溶接装置１を移動させて、基材Ｐ１と小型薄金属シートＰ２１とを自動的にパルスＴＩＧ溶接する。すなわち、小型薄金属シートＰ２１の縁を、基材Ｐ１に隅肉溶接する。
【００４９】
具体的には、作業者は、入力部４２を操作して溶接装置１を起動する。不図示のＴＩＧ溶接電源より溶接電流を流して、ＴＩＧ電極１２と、基材Ｐ１及び小型薄金属シートＰ２１との間にアークを発生させる。アークエネルギーにより、基材Ｐ１及び小型薄金属シートＰ２１が溶融されて溶融池が形成される。不図示のワイヤ給電用電源より溶接ワイヤＷにホットワイヤ電流を流して、ジュール熱により溶接ワイヤＷを加熱する。ローラ駆動モータを駆動して、加熱された溶接ワイヤＷを、溶接ワイヤＷの先端が溶融池に接触するように供給する。車輪駆動モータを駆動して、レールＲに対して溶接装置１（溶接ヘッド２１）を所定の溶接速度で移動させ、小型薄金属シートＰ２１と基材Ｐ１との溶接を進めていく。なお、アークの安定化、及び溶融金属を大気から保護するために、不図示のガス供給装置から、シールドガスを、ＴＩＧ電極１２と、基材Ｐ１及び小型薄金属シートＰ２１との間に供給する。
【００５０】
本実施形態においては、ＴＩＧ溶接電源からの溶接電流として、パルス電流が用いられる。パルス電流とは、所定のパルス周期ＴＣで、ピーク電流とベース電流とに交互に変化させた電流である。すなわち、第１溶接工程においては、溶接電流としてパルス電流を用いたパルスＴＩＧ溶接が行われる。
【００５１】
パルスＴＩＧ溶接を行う理由について説明する。基材Ｐ１と小型薄金属シートＰ２１（薄金属シートＰ２）とは、材質が異なるため融点が異なる。例えば、炭素鋼製の基材Ｐ１の融点は１４５０℃程度であり、ステンレス鋼製の薄金属シートＰ２の融点は１４００℃程度である。また、溶接ワイヤＷの融点は１３５０℃程度である。また、基材Ｐ１と薄金属シートＰ２とでは、厚さが大きく異なるため熱容量に大きな差がある。
【００５２】
基材Ｐ１と小型薄金属シートＰ２１との溶接を行う場合、融点が高く板厚も厚い(熱容量が大きい)基材Ｐ１を溶融可能なアークを発生させる必要がある。通常のＴＩＧ溶接においては、溶接電流が常に一定であり、基材Ｐ１を溶融可能な高いエネルギーを有するアークを常に発生させるため、アークから小型薄金属シートＰ２１への入熱量が大きくなり過ぎる。この結果、基材Ｐ１に比べて融点が低く、かつ板厚が１．０ｍｍ以下と比較的薄い小型薄金属シートＰ２１が大きく破れてしまう。また、破れた小型薄金属シートＰ２１が収縮する際、小型薄金属シートＰ２１に孔（小型薄金属シートＰ２１の抜け落ち）が生じてしまう。
【００５３】
本実施形態においては、溶接電流としてパルス電流を用いる。ピーク電流時には、基材Ｐ１及び小型薄金属シートＰ２１を溶融可能な高いエネルギーを有するアークを発生させて基材Ｐ１及び小型薄金属シートＰ２１を溶融する。ベース電流時には、ピーク電流に比べて低い電流値のベース電流を流すことにより、アークの発生を維持しつつも、アークエネルギー（すなわち、基材Ｐ１及び小型薄金属シートＰ２１への入熱量）を低く抑えて、ピーク電流時に溶融された基材Ｐ１及び小型薄金属シートＰ２１を凝固させる。ピーク電流及びベース電流を繰り返すことにより、トータルの入熱量を抑えて小型薄金属シートＰ２１の破れを防止しつつ、ＴＩＧ溶接を用いて基材Ｐ１と小型薄金属シートＰ２１とを溶接することができる。
【００５４】
また、本実施形態においては、ホットワイヤを用いたパルスＴＩＧ溶接が行われる。すなわち、溶接ワイヤＷが、ホットワイヤ電流により加熱された状態で溶融池に供給される。アークエネルギーによって溶接ワイヤＷを加熱・溶融させる必要がない、またはアークエネルギーによって溶接ワイヤＷを加熱・溶融させるための消費エネルギーを小さくできるため、溶接ワイヤＷとしてコールドワイヤを用いる場合に比べてトータルのアークエネルギーを小さくすることができる。すなわち、基材Ｐ１及び小型薄金属シートＰ２１へのトータルの入熱量を抑えることができるため、小型薄金属シートＰ２１の破れをより効果的に防止することができる。また、ホットワイヤを用いることにより、アークエネルギー（すなわち、基材Ｐ１及び薄金属シートＰ２への入熱量）が低いベース電流時においても、溶接ワイヤＷの溶け残りを防止することができる。
【００５５】
さらに、本実施形態においては、シールドガスとして、アルゴン（Ａｒ）と水素（Ｈ２）との混合ガスが用いられる。例えば、シールドガスとして、アルゴンに水素を５体積％添加した、Ａｒ−５％Ｈ２混合ガスが用いられる。水素は、アーク雰囲気中で吸熱反応を促し、アークエネルギーを吸収する。したがって、アルゴンと水素との混合ガスをシールドガスとして用いることにより、基材Ｐ１及び小型薄金属シートＰ２１への入熱量を減少させて、小型薄金属シートＰ２１の破れをより効果的に防止することができる。なお、水素によりアークエネルギーを効果的に吸収するために、アルゴンへの水素の添加量は３体積％以上とすることが好ましい。一方で、基材Ｐ１と小型薄金属シートＰ２１との溶接部に取り込まれる水素量の増加による低温割れを防止するために、アルゴンへの水素の添加量は７体積％以下とすることが好ましい。
【００５６】
以下、図４を参照して、第１溶接工程における基材Ｐ１と小型薄金属シートＰ２１との溶接に好適な溶接条件について説明する。
【００５７】
車輪駆動モータを駆動して溶接ヘッド２１を移動させる速度であるパルスＴＩＧ溶接の溶接速度は、３５ｃｍ／ｍｉｎ以上６０ｃｍ／ｍｉｎ以下であることが好ましい。溶接速度が３５ｃｍ／ｍｉｎより遅いと入熱量の増大により小型薄金属シートＰ２１が破れてしまう可能性がある。溶接速度が６０ｃｍ／ｍｉｎより速いと、入熱量が不足し、基材Ｐ１及び小型薄金属シートＰ２１が溶融せず、溶接欠陥（溶け込み不良）が発生する可能性がある。
【００５８】
ここで、本実施形態においては、上述のようにホットワイヤを用いたパルスＴＩＧ溶接が行われるが、溶接速度を上記範囲とするために、ホットワイヤとしてパルス通電ホットワイヤが用いられる（すなわち、ホットワイヤ電流としてパルス電流が用いられる）ことが好ましい。なお、ホットワイヤ電流としてのパルス電流の周波数は、５０〜２００Ｈｚであることが好ましい。
【００５９】
パルス通電ホットワイヤを用いることにより、溶接速度を上げる（例えば、３５ｃｍ／ｍｉｎ以上とする）ことができる。この理由を以下に説明する。
まず、パルスＴＩＧ溶接においてホットワイヤを用いることにより、アークエネルギーによって溶接ワイヤＷを加熱・溶融させる必要がない、またはアークエネルギーによって溶接ワイヤＷを加熱・溶融させるための消費エネルギーを小さくできるため、溶接速度を上げることができる。なお、溶接ワイヤＷ（ホットワイヤ）の温度が高いほど溶接速度を上げることができる。
例えば、ホットワイヤとして定電流ホットワイヤが用いられる（すなわち、ホットワイヤ電流として定電流が用いられる）場合、溶接ワイヤＷ（ホットワイヤ）の温度を高くするためにホットワイヤ電流（定電流）の電流値を上げると、ワイヤ通電によりアークが偏向する、いわゆる磁気吹きが生じてしまい、溶接が不安定になる。したがって、ホットワイヤ電流（定電流）の電流値を上げることに限度があり、溶接ワイヤＷを十分に（融点直下まで）加熱することは難しい。この結果、溶接速度を例えば３５ｃｍ／ｍｉｎまで上げることは難しい。
一方で、ホットワイヤとしてパルス通電ホットワイヤが用いられる場合には、電流値が大きいピーク電流時に磁気吹きが生じるものの、電流値が小さいベース電流時に磁気吹きが生じない期間を確保することができるため、ピーク電流時の磁気吹きを瞬間的なものとして、これが溶接作業に及ぼす影響を抑えることができる。すなわち、ホットワイヤ電流（パルス電流）の電流値を上げたとしても、溶接が不安定になることを防止できる。したがって、ホットワイヤ電流（パルス電流）の電流値を所望値まで上げることができ、溶接ワイヤＷを融点直下まで加熱した状態で溶融池に供給することができる。この結果、溶接速度を例えば、３５ｃｍ／ｍｉｎ以上に上げることができる。
【００６０】
パルス電流のピーク電流値ＩＰは２００Ａ（アンペア）以上２５０Ａ以下であることが好ましい。ピーク電流値ＩＰが２００Ａより小さいと、入熱量が不足し、基材Ｐ１及び小型薄金属シートＰ２１が溶融せず、溶接欠陥（溶け込み不良）が発生する可能性がある。ピーク電流値ＩＰが２５０Ａより大きいと、入熱量の増大により小型薄金属シートＰ２１が破れてしまう可能性がある。
【００６１】
パルス電流のベース電流値ＩＢは２０Ａ以上４０Ａ以下であることが好ましい。ベース電流値ＩＢが２０Ａより小さいと、アークが消失してしまい溶接を行うことができない可能性がある。ベース電流値ＩＢが４０Ａより大きいと、ベース電流時にも小型薄金属シートＰ２１が溶融し、小型薄金属シートＰ２１が破れてしまう可能性がある。
【００６２】
パルス周波数ｆは、８Ｈｚ以上１２Ｈｚ以下であることが好ましい。パルス周波数ｆが１２Ｈｚより大きいと、ベース電流が流れる時間が短くなり、ピーク電流時に溶融された基材Ｐ１及び小型薄金属シートＰ２１を凝固させるための時間を十分に確保できない可能性がある。また、パルス周波数ｆが８Ｈｚより小さいと、基材Ｐ１と小型薄金属シートＰ２１との溶接部における溶接ビードの表面のリップル模様が深くなり、蛍光浸透探傷検査において指示模様が発生してしまう可能性がある。
【００６３】
パルス周期ＴＣに対する、１周期当たりのピーク電流時間ＴＰの割合（以下、単にピーク電流時間ＴＰの割合とも称する）は、４０％以上６０％以下であることが好ましい。ピーク電流時間ＴＰの割合が４０％より小さいと、入熱量が不足し、基材Ｐ１及び小型薄金属シートＰ２１が溶融せず、溶接欠陥（溶け込み不良）が発生する可能性がある。ピーク電流時間ＴＰの割合が６０％より大きいと、入熱量の増大により小型薄金属シートＰ２１が破れてしまう可能性がある。
【００６４】
さらに、本実施形態においては、入熱量を管理するためのパラメータとして、ピーク電流値ＩＰと、１周期当たりのピーク電流時間ＴＰと、パルス周波数ｆとの積により求められる、１秒当たりのピーク電流時の投入電流量Ｓが用いられる。１秒当たりのピーク電流時の投入電流量Ｓを適切に管理することにより、ピーク電流時の入熱量を、小型薄金属シートＰ２１の破れを防止しつつ、基材Ｐ１及び小型薄金属シートＰ２１を十分に溶融できるよう調整することができる。１秒当たりのピーク電流時の投入電流量Ｓは、１１５Ａ以上１２０Ａ以下であることが好ましい。１秒当たりのピーク電流時の投入電流量Ｓが１１５Ａより小さいと、入熱量が不足し、基材Ｐ１及び小型薄金属シートＰ２１が溶融せず、溶接欠陥（溶け込み不良）が発生する可能性がある。１秒当たりのピーク電流時の投入電流量Ｓが１２０Ａより大きいと、入熱量の増大により小型薄金属シートＰ２１が破れてしまう可能性がある。
【００６５】
パルスＴＩＧ溶接の平均溶接電圧は、１１．５Ｖ（ボルト）以上１３．７Ｖ以下であることが好ましい。なお、平均溶接電圧は、ＴＩＧ電極１２と、小型薄金属シートＰ２１との間の距離によって決定される。平均溶接電圧が１１．５Ｖより小さいと、ＴＩＧ電極１２と小型薄金属シートＰ２１とが接触してしまう可能性がある。平均溶接電圧が１３．７Ｖより大きいと、入熱量の増大により小型薄金属シートＰ２１が破れてしまう可能性がある。
【００６６】
ローラ駆動モータを駆動して溶接ワイヤＷを供給するワイヤ送給速度は、１．５ｍ／ｍｉｎ以上２．６ｍ／ｍｉｎ以下であることが好ましい。ワイヤ送給速度を上記範囲とすることにより、溶接ワイヤＷの使用量を抑えつつ、基材Ｐ１と小型薄金属シートＰ２１との溶接部の余盛を十分な大きさとして溶接部の耐力を確保することができる。
【００６７】
溶接ワイヤＷの通電距離、及び溶接ワイヤＷに流れるホットワイヤ電流値は、溶接ワイヤＷが溶融池に挿入される直前に融点直下まで加熱されるように決定される。溶接ワイヤＷの通電距離は、溶接装置１の仕様により決定されるが、例えば５７ｍｍである。また、ホットワイヤ電流値は、ワイヤ送給速度及び通電距離により決まるが、例えば３０Ａ以上４５Ａ以下であることが好ましい。
【００６８】
ＴＩＧ電極１２と溶接ワイヤＷとの相対位置は、アークの熱により溶接ワイヤＷが溶融されることを防止しつつ、溶接ワイヤＷの先端が溶融池内に直接挿入されるように決定される。例えば、ＴＩＧ電極１２の先端は、溶接線方向（すなわち、レールＲに沿う方向）においては、溶接ワイヤＷの先端より２ｍｍから３ｍｍ程度後方に位置するよう配置される。また、ＴＩＧ電極１２の先端は、基材Ｐ１の平面に沿って溶接線と直交する方向（以下、溶接線直交方向とも称する）においては、溶接ワイヤＷの先端と同一位置から、溶接ワイヤＷの先端よりも１ｍｍ基材Ｐ１側の位置までの間となるように配置される。溶接ワイヤＷの先端とＴＩＧ電極１２の先端との距離が近すぎると、溶接ワイヤＷがアークの熱で溶融し、溶接が不安定となる。溶接ワイヤＷの先端とＴＩＧ電極１２の先端との距離が遠すぎると、溶接ワイヤＷの先端が溶融池から外れてしまい、溶接ビードが形成できない。なお、ＴＩＧ電極１２と溶接ワイヤＷとの相対位置は上記に限られない。
【００６９】
次に、第２溶接工程及び第３溶接工程について詳述する。まず、図３に示されるように、小型薄金属シートＰ２２を、基材Ｐ１上に配置する。このとき、小型薄金属シートＰ２２は、その端部が小型薄金属シートＰ２１の端部と重なるように配置される。
【００７０】
その後、小型薄金属シートＰ２２を小型薄金属シートＰ２１及び基材Ｐ１上に仮付けする。具体的には、図３に示されるように、小型薄金属シートＰ２２の端の複数個所を、例えばＴＩＧ溶接を用いて小型薄金属シートＰ２１及び基材Ｐ１に固定する。このＴＩＧ溶接により、小型薄金属シートＰ２２の端には複数の仮付溶接部Ｗ３が形成される。仮付溶接部Ｗ３の設置間隔は、例えば３０ｍｍである。仮付溶接部Ｗ３は、小型薄金属シートＰ２２の縁の全周に亘って形成されることが好ましい。なお、第２溶接工程においては、抵抗スポット溶接は行われない。
【００７１】
その後、レールＲを、基材Ｐ１、小型薄金属シートＰ２１及び小型薄金属シートＰ２２の少なくとも一方の上に配置する。なお、レールＲは、基材Ｐ１の周りに配置してもよい。
【００７２】
その後、レールＲ上で溶接装置１を移動させて、小型薄金属シートＰ２１と小型薄金属シートＰ２２と、または基材Ｐ１と小型薄金属シートＰ２２とを自動的にパルスＴＩＧ溶接する。すなわち、小型薄金属シートＰ２２の縁を、小型薄金属シートＰ２１又は基材Ｐ１に隅肉溶接する。なお、第２溶接工程及び第３溶接工程における溶接装置１の動作については、第１溶接工程と同様であるので、ここでは記載を省略する。
【００７３】
第２溶接工程及び第３溶接工程においても、第１溶接工程と同様に、溶接ワイヤＷとしてホットワイヤを用いるとともに、溶接電流としてパルス電流を用いたパルスＴＩＧ溶接が行われる。また、第２溶接工程及び第３溶接工程においても、第１溶接工程と同様に、シールドガスとして、アルゴン（Ａｒ）と水素（Ｈ２）との混合ガスが用いられる。
【００７４】
以下、図５を参照して、第２溶接工程における小型薄金属シートＰ２１と小型薄金属シートＰ２２との溶接に好適な溶接条件について説明する。なお、第３溶接工程については、第１溶接工程と同様の溶接条件にて溶接を行うため、ここでは記載を省略する。
【００７５】
第２溶接工程においては、ピーク電流時には、小型薄金属シートＰ２１、Ｐ２２の破れを防止しつつ小型薄金属シートＰ２１、Ｐ２２を溶融し、ベース電流時には、溶融された小型薄金属シートＰ２１、Ｐ２２を凝固させるとの動作を行う。すなわち、第２溶接工程においては、薄金属シートＰ２同士（小型薄金属シートＰ２１、Ｐ２２）の溶接を行うため、第１溶接工程と比べて、小型薄金属シートＰ２１、Ｐ２２の溶融に要するアークエネルギーが小さくなる。したがって、第１溶接工程と異なる溶接条件により、第２溶接工程が行われる。
【００７６】
車輪駆動モータを駆動して溶接ヘッド２１を移動させる速度であるパルスＴＩＧ溶接の溶接速度は、３６ｃｍ／ｍｉｎ以上６５ｃｍ／ｍｉｎ以下であることが好ましい。溶接速度が３６ｃｍ／ｍｉｎより遅いと入熱量の増大により小型薄金属シートＰ２１、Ｐ２２が破れてしまう、あるいは、入熱量の増大により過剰に溶融された小型薄金属シートＰ２１、Ｐ２２が重力で垂れ下がり、溶接欠陥（オーバーラップ）が発生する可能性がある。溶接速度が６５ｃｍ／ｍｉｎより速いと、高温割れが発生する可能性がある。
【００７７】
パルス電流のピーク電流値ＩＰは２００Ａ以上２５０Ａ以下であることが好ましい。ピーク電流値ＩＰが２００Ａより小さいと、入熱量が不足し、小型薄金属シートＰ２１、Ｐ２２が溶融せず、溶接欠陥（溶け込み不良）が発生する可能性がある。ピーク電流値ＩＰが２５０Ａより大きいと、入熱量の増大により小型薄金属シートＰ２１、Ｐ２２が破れてしまう、あるいは、入熱量の増大により過剰に溶融された小型薄金属シートＰ２１、Ｐ２２が重力で垂れ下がり、溶接欠陥（オーバーラップ）が発生する可能性がある。
【００７８】
パルス電流のベース電流値ＩＢは２０Ａ以上４０Ａ以下であることが好ましい。ベース電流値ＩＢが２０Ａより小さいと、アークが消失してしまい溶接を行うことができない可能性がある。ベース電流値ＩＢが４０Ａより大きいと、ベース電流時にも小型薄金属シートＰ２１、Ｐ２２が溶融し、小型薄金属シートＰ２１、Ｐ２２が破れてしまう、あるいは、入熱量の増大により過剰に溶融された小型薄金属シートＰ２１、Ｐ２２が重力で垂れ下がり、溶接欠陥（オーバーラップ）が発生する可能性がある。
【００７９】
パルス周波数ｆは、８Ｈｚ以上１２Ｈｚ以下であることが好ましい。パルス周波数ｆが１２Ｈｚより大きいと、ベース電流が流れる時間が短くなり、したがってピーク電流時に溶融された小型薄金属シートＰ２１、Ｐ２２を凝固させる時間を確保できない可能性がある。また、パルス周波数ｆが８Ｈｚより小さいと、小型薄金属シートＰ２１、Ｐ２２の溶接部における溶接ビードの表面のリップル模様が深くなり、蛍光浸透探傷検査において指示模様が発生してしまう可能性がある。
【００８０】
パルス周期ＴＣに対する、１周期当たりのピーク電流時間ＴＰの割合は、２０％以上３０％以下であることが好ましい。ピーク電流時間ＴＰの割合が２０％より小さいと、入熱量が不足し、小型薄金属シートＰ２１、Ｐ２２が溶融せず、溶接欠陥（溶け込み不良）が発生する可能性がある。ピーク電流時間ＴＰの割合が３０％より大きいと、入熱量の増大により小型薄金属シートＰ２１、Ｐ２２が破れてしまう、あるいは、入熱量の増大により過剰に溶融された小型薄金属シートＰ２１、Ｐ２２が重力で垂れ下がり、溶接欠陥（オーバーラップ）が発生する可能性がある。
【００８１】
１秒当たりのピーク電流時の投入電流量Ｓは、６８Ａ以上７２Ａ以下であることが好ましい。１秒当たりのピーク電流時の投入電流量Ｓが６８Ａより小さいと、入熱量が不足し、小型薄金属シートＰ２１、Ｐ２２が溶融せず、溶接欠陥（溶け込み不良）が発生する可能性がある。１秒当たりのピーク電流時の投入電流量Ｓが７２Ａより大きいと、入熱量の増大により小型薄金属シートＰ２１、Ｐ２２が破れてしまう、あるいは、入熱量の増大により過剰に溶融された小型薄金属シートＰ２１、Ｐ２２が重力で垂れ下がり、溶接欠陥（オーバーラップ）が発生する可能性がある。
【００８２】
パルスＴＩＧ溶接の平均溶接電圧は、１０．５Ｖ以上１２．２Ｖ以下であることが好ましい。平均溶接電圧が１０．５Ｖより小さいと、ＴＩＧ電極１２と小型薄金属シートＰ２２とが接触してしまう可能性がある。平均溶接電圧が１２．２Ｖより大きいと、入熱量の増大により小型薄金属シートＰ２１、Ｐ２２が破れてしまう、あるいは、入熱量の増大により過剰に溶融された小型薄金属シートＰ２１、Ｐ２２が重力で垂れ下がり、溶接欠陥（オーバーラップ）が発生する可能性がある。
【００８３】
ローラ駆動モータを駆動して溶接ワイヤＷを供給するワイヤ送給速度は、１．２ｍ／ｍｉｎ以上２．５ｍ／ｍｉｎ以下であることが好ましい。溶接ワイヤＷの通電距離は、溶接装置１の仕様により決定されるが、例えば５７ｍｍである。また、溶接ワイヤＷに流れるホットワイヤ電流値は、例えば３０Ａ以上４５Ａ以下であることが好ましい。これらワイヤ送給速度、通電距離、及びホットワイヤ電流の電流値の範囲の設定理由については、上記の第１溶接工程における溶接条件のものと同様であるため記載を省略する。
【００８４】
ＴＩＧ電極１２と溶接ワイヤＷとの相対位置は、ＴＩＧ電極１２と小型薄金属シートＰ２１、Ｐ２２との間に発生するアークの熱により溶接ワイヤＷが溶融されることを防止しつつ、溶接ワイヤＷの先端が溶融池内に直接挿入されるように設定される。例えば、ＴＩＧ電極１２の先端は、溶接線方向においては、溶接ワイヤＷの先端より２ｍｍから５ｍｍ程度後方に位置するよう配置される。また、ＴＩＧ電極１２の先端は、溶接線直交方向においては、溶接ワイヤＷの先端と同一位置から、溶接ワイヤＷの先端よりも１ｍｍ小型薄金属シートＰ２１側の位置までの間となるように配置される。なお、ＴＩＧ電極１２と溶接ワイヤＷとの相対位置は上記に限られない。
【実施例】
【００８５】
以下、実施例及び比較例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００８６】
実施例１として、溶接条件を変更して第１溶接工程における基材Ｐ１と小型薄金属シートＰ２１との溶接を行い、外観検査及び蛍光浸透探傷検査の結果に基づき溶接部の合否を判定した。基材Ｐ１として、サイズが３５５０ｍｍ×１９５０ｍｍ、板厚が１２ｍｍのＳＭ４９０ＹＡを用いた。また、小型薄金属シートＰ２１（薄金属シートＰ２）として、サイズが２００ｍｍ×１５５０ｍｍ、板厚が１ｍｍのＳＵＳ３１２Ｌを用いた。
【００８７】
図６に、実施例１−１〜１−１０及び比較例１−１〜１−８の溶接条件、及び判定結果を示す。なお、図６に記載されていない溶接条件については、実施例１−１〜１−１０及び比較例１−１〜１−８の全てにおいて同一とした。具体的には、平均溶接電圧は１２．０Ｖとし、通電距離は５７ｍｍとした。また、ＴＩＧ電極１２の先端は、溶接線方向においては溶接ワイヤＷの先端より３ｍｍ後方に位置し、溶接線直交方向においては溶接ワイヤＷの先端と同一位置となるように配置した。
【００８８】
図４に示した適正溶接条件範囲を満たして溶接を行った実施例１−１〜１−１０においては、外観検査及び蛍光浸透探傷検査の双方で良好な結果を示し、合格判定となった。実施例１−１〜１−１０においては、ピーク電流時に基材Ｐ１及び小型薄金属シートＰ２１を溶融し、ベース電流時に溶融された基材Ｐ１及び小型薄金属シートＰ２１を凝固させるとの動作が確実に行われたため、外観検査及び蛍光浸透探傷検査の双方で良好な結果を示したと考えられる。
【００８９】
一方、溶接条件を満たさない比較例１−１〜１−８については、外観検査及び蛍光浸透探傷検査の少なくとも一方において不良であり、不合格判定となった。
【００９０】
具体的には、比較例１−１及び１−２においては、外観検査及び蛍光浸透探傷検査の双方が不良であった。この原因として、比較例１−１及び１−２においては、ピーク電流値ＩＰが溶接条件（２００Ａ以上２５０Ａ以下）より大きく、かつベース電流値ＩＢが溶接条件（２０Ａ以上４０Ａ以下）より大きかったため、入熱量が大きく、小型薄金属シートＰ２１が破れてしまったことが原因と考えられる。
【００９１】
比較例１−３〜１−７においては、蛍光浸透探傷検査において指示模様が多数生じてしまい、不合格となった。この原因として、比較例１−３〜１−７においては、ピーク電流値ＩＰは所定の溶接条件を満たしたものの、ベース電流値ＩＢが所定の溶接条件より大きかったため、ベース電流時にも小型薄金属シートＰ２１を溶かしてしまい、小型薄金属シートＰ２１の破れや、溶接欠陥（オーバーラップ）が生じてしまったことが考えられる。特に、比較例１−７においては、ベース電流値ＩＢ以外は溶接条件を満たしていたにもかかわらず、ベース電流値ＩＢが４２．０Ａと溶接条件よりも大きく、判定結果は不合格となった。
【００９２】
また、比較例１−８においては、アークが安定しなかったため溶接を行うことができなかった。この原因として、比較例１−８においては、ベース電流値ＩＢが１９．０Ａと溶接条件より小さかったため、アークが消失してしまったことが考えられる。
【００９３】
さらに、比較例１−１〜１−５においては、本実施形態において入熱量を管理するためのパラメータとして用いた、１秒当たりのピーク電流時の投入電流量Ｓが溶接条件（１１５Ａ以上１２０Ａ以下）よりも大きかった。すなわち、比較例１−１〜１−５においては、入熱量が適切に管理できておらず、入熱量の増大により小型薄金属シートＰ２１が破れてしまったとも考えられる。
【００９４】
実施例２として、溶接条件を変更して第２溶接工程における小型薄金属シートＰ２１、Ｐ２２の溶接を行い、外観検査及び蛍光浸透探傷検査の結果に基づき溶接部の合否を判定した。小型薄金属シートＰ２１、Ｐ２２（薄金属シートＰ２）として、サイズが２００ｍｍ×１５５０ｍｍ、板厚が１ｍｍのＳＵＳ３１２Ｌを用いた。
【００９５】
図７に、実施例２−１〜２−１７及び比較例２−１〜２−１０の溶接条件、及び判定結果を示す。なお、図７に記載されていない溶接条件については、実施例２−１〜２−１７及び比較例２−１〜２−１０の全てにおいて同一とした。具体的には、平均溶接電圧は１１．０Ｖとし、通電距離は５７ｍｍとした。また、ＴＩＧ電極１２の先端は、溶接線方向においては溶接ワイヤＷの先端より５ｍｍ後方に位置し、溶接線直交方向においては溶接ワイヤＷの先端と同一位置となるように配置した。
【００９６】
図５に示した適正溶接条件範囲を満たして溶接を行った実施例２−１〜２−１７においては、外観検査及び蛍光浸透探傷検査の双方で良好な結果を示し、合格判定となった。実施例２−１〜２−１７においては、ピーク電流時に小型薄金属シートＰ２１、Ｐ２２を溶融し、ベース電流時に溶融された小型薄金属シートＰ２１、Ｐ２２を凝固させるとの動作が確実に行われたため、外観検査及び蛍光浸透探傷検査の双方で良好な結果を示したと考えられる。
【００９７】
一方、溶接条件を満たさない比較例２−１〜２−１０については、蛍光浸透探傷検査において指示模様が多数生じてしまい（すなわち、蛍光浸透探傷検査が不良であり）、不合格判定となった。
【００９８】
比較例２−１及び２−２においては、ピーク電流値ＩＰが溶接条件（２００Ａ以上２５０Ａ以下）より大きく、かつベース電流値ＩＢが溶接条件（２０Ａ以上４０Ａ以下）より大きかったため、入熱量が大きく、小型薄金属シートＰ２１、Ｐ２２が破れてしまったと考えられる。
【００９９】
比較例２−３〜２−９においては、本実施形態において入熱量を管理するためのパラメータとして用いた、１秒当たりのピーク電流時の投入電流量Ｓが溶接条件（６８Ａ以上７２Ａ以下）よりも大きかった。すなわち、比較例２−３〜２−９においては、入熱量が適切に管理できておらず、入熱量の増大により小型薄金属シートＰ２１、Ｐ２２が破れてしまったと考えられる。
【０１００】
比較例２−１０においては、シールドガスとしてアルゴンガスが用いられた。すなわち、シールドガスが水素を含んでおらず、アークエネルギーがシールドガスで吸収されなかったため、小型薄金属シートＰ２１、Ｐ２２への入熱量が増大して小型薄金属シートＰ２１、Ｐ２２が破れてしまったと考えられる。
【０１０１】
本実施形態に係る溶接方法は、基材Ｐ１の表面に、小型薄金属シートＰ２１を溶接する第１溶接工程を備え、第１溶接工程において、溶接ワイヤＷとしてホットワイヤを用いるとともに、溶接電流としてパルス電流を用いたパルスＴＩＧ溶接を行う。
【０１０２】
パルスＴＩＧ溶接により、ピーク電流時には、基材Ｐ１及び小型薄金属シートＰ２１を溶融可能な高いエネルギーを有するアークを発生させて、基材Ｐ１及び小型薄金属シートＰ２１への入熱量を大きくし、基材Ｐ１及び小型薄金属シートＰ２１を溶融させる。ベース電流時には、ピーク電流に比べて電流値が大幅に低いベース電流を流すことにより、アークの発生を維持しつつアークエネルギーを抑えて、基材Ｐ１及び小型薄金属シートＰ２１への入熱量を小さくし、ピーク電流時に溶融された基材Ｐ１及び小型薄金属シートＰ２１を凝固させる。このようにピーク電流時の基材Ｐ１及び小型薄金属シートＰ２１の溶融と、ベース電流時の溶融金属の凝固とを繰り返すことにより、小型薄金属シートＰ２１へのトータルの入熱量を減らして小型薄金属シートＰ２１の破れを防止しつつ、アーク溶接の一種であるＴＩＧ溶接を用いて小型薄金属シートＰ２１を基材Ｐ１に溶接することができる。すなわち、抵抗シーム溶接や、狭いピッチでの抵抗スポット溶接を行うことなく、アーク溶接にて、小型薄金属シートＰ２１を基材Ｐ１に溶接することができる。また、溶接ワイヤＷとしてホットワイヤを用いることにより、アークエネルギー（すなわち、基材Ｐ１及び小型薄金属シートＰ２１への入熱量）が低いベース電流時においても、溶接ワイヤＷの溶け残りを防止することができる。
【０１０３】
また、第１溶接工程において、パルス電流は、ピーク電流値ＩＰが２００Ａ以上２５０Ａ以下であり、ベース電流値ＩＢが２０Ａ以上４０Ａ以下である。ピーク電流値ＩＰ及びベース電流値ＩＢを上記範囲とすることにより、ピーク電流時に基材Ｐ１及び小型薄金属シートＰ２１を溶融し、ベース電流時に溶融された基材Ｐ１及び小型薄金属シートＰ２１を凝固させるとの動作を確実に行うことが可能となる。
【０１０４】
また、第１溶接工程において、パルス電流のパルス周期ＴＣに対する、パルス電流の１周期当たりのピーク電流時間ＴＰの割合が、４０％以上６０％以下である。ピーク電流時間ＴＰの割合を上記範囲とすることにより、ピーク電流時に基材Ｐ１及び小型薄金属シートＰ２１を溶融し、ベース電流時に溶融された基材Ｐ１及び小型薄金属シートＰ２１を凝固させるとの動作をより確実に行うことが可能となる。
【０１０５】
また、第１溶接工程において、ピーク電流値ＩＰと、パルス電流の１周期当たりのピーク電流の時間ＴＰと、パルス電流のパルス周波数ｆとの積により求められる、１秒当たりのピーク電流の投入電流量Ｓが、１１５Ａ以上１２０Ａ以下であり、パルスＴＩＧ溶接の溶接速度が３５ｃｍ／ｍｉｎ以上６０ｃｍ／ｍｉｎ以下であり、パルスＴＩＧ溶接の平均溶接電圧が１１．５Ｖ以上１３．７Ｖ以下である。１秒当たりのピーク電流時の投入電流量Ｓ、平均溶接電圧、及び溶接速度を上記範囲とすることにより、ピーク電流時における基材Ｐ１及び小型薄金属シートＰ２１への入熱量を調整し、ピーク電流時に、小型薄金属シートＰ２１の破れを防止しつつ、基材Ｐ１と小型薄金属シートＰ２１とを溶融することができる。
【０１０６】
また、第１溶接工程において、パルス電流のパルス周波数ｆが８Ｈｚ以上１２Ｈｚ以下である。パルス周波数ｆを上記範囲とすることにより、ピーク電流時に基材Ｐ１及び小型薄金属シートＰ２１を溶融し、ベース電流時に溶融された基材Ｐ１及び小型薄金属シートＰ２１を凝固させるとの動作を確実に行うことが可能となる。
【０１０７】
また、第１溶接工程において、溶接ワイヤＷを供給するワイヤ送給速度が１．５ｍ／ｍｉｎ以上２．６ｍ／ｍｉｎ以下であり、溶接ワイヤＷに流れるホットワイヤ電流値が３０Ａ以上４５Ａ以下である。ワイヤ送給速度を上記範囲とすることにより、溶接ワイヤＷの使用量を抑えつつ、基材Ｐ１と小型薄金属シートＰ２１との溶接部の余盛を十分な大きさとして溶接部の耐力を確保することができる。また、ワイヤ送給速度及びホットワイヤ電流値を上記範囲とすることにより、基材Ｐ１及び小型薄金属シートＰ２１の溶融部分に供給する直前の溶接ワイヤＷの温度が融点直下となるように溶接ワイヤＷを加熱することができる。
【０１０８】
また、第１溶接工程の後に、小型薄金属シートＰ２１に、小型薄金属シートＰ２２を溶接する第２溶接工程を更に備え、第２溶接工程において、溶接ワイヤＷとしてホットワイヤを用いるとともに、溶接電流としてパルス電流を用いたパルスＴＩＧ溶接を行う。パルスＴＩＧ溶接により、ピーク電流時には、小型薄金属シートＰ２１、Ｐ２２を溶融可能な高いエネルギーを有するアークを発生させて、小型薄金属シートＰ２１、Ｐ２２への入熱量を大きくし、小型薄金属シートＰ２１、Ｐ２２を溶融させる。ベース電流時には、ピーク電流に比べて電流値が大幅に低いベース電流を流すことにより、アークの発生を維持しつつアークエネルギーを抑えて、小型薄金属シートＰ２１、Ｐ２２への入熱量を小さくし、ピーク電流時に溶融された小型薄金属シートＰ２１、Ｐ２２を凝固させる。このようにピーク電流時の小型薄金属シートＰ２１、Ｐ２２の溶融と、ベース電流時の溶融金属の凝固とを繰り返すことにより、小型薄金属シートＰ２１、Ｐ２２へのトータルの入熱量を減らして小型薄金属シートＰ２１の破れを防止しつつ、アーク溶接の一種であるＴＩＧ溶接を用いて小型薄金属シートＰ２２を小型薄金属シートＰ２１に溶接することができる。
【０１０９】
また、第２溶接工程において、パルス電流は、ピーク電流値ＩＰが２００Ａ以上２５０Ａ以下であり、ベース電流値ＩＢが２０Ａ以上４０Ａ以下である。ピーク電流値ＩＰ及びベース電流値ＩＢを上記範囲とすることにより、ピーク電流時に小型薄金属シートＰ２１及び小型薄金属シートＰ２２を溶融し、ベース電流時に溶融された小型薄金属シートＰ２１及び小型薄金属シートＰ２２を凝固させるとの動作を確実に行うことが可能となる。
【０１１０】
また、第２溶接工程において、パルス電流のパルス周期ＴＣに対する、パルス電流の１周期当たりのピーク電流時間ＴＰの割合が、２０％以上３０％以下である。ピーク電流時間ＴＰの割合を上記範囲とすることにより、ピーク電流時に小型薄金属シートＰ２１及び小型薄金属シートＰ２２を溶融し、ベース電流時に溶融された小型薄金属シートＰ２１及び小型薄金属シートＰ２２を凝固させるとの動作をより確実に行うことが可能となる。
【０１１１】
また、第２溶接工程において、ピーク電流値ＩＰと、パルス電流の１周期当たりのピーク電流の時間ＴＰと、パルス電流のパルス周波数ｆとの積により求められる、１秒当たりのピーク電流の投入電流量Ｓが、６８Ａ以上７２Ａ以下であり、パルスＴＩＧ溶接の溶接速度が３６ｃｍ／ｍｉｎ以上６５ｃｍ／ｍｉｎ以下であり、パルスＴＩＧ溶接の平均溶接電圧が１０．５Ｖ以上１２．２Ｖ以下である。１秒当たりのピーク電流時の投入電流量Ｓ、平均溶接電圧、及び溶接速度を上記範囲とすることにより、ピーク電流時における小型薄金属シートＰ２１及び小型薄金属シートＰ２２への入熱量を調整し、ピーク電流時に、小型薄金属シートＰ２１及び小型薄金属シートＰ２２の破れを防止しつつ、小型薄金属シートＰ２１と小型薄金属シートＰ２２とを溶融することができる。
【０１１２】
また、第２溶接工程において、パルス電流のパルス周波数ｆが８Ｈｚ以上１２Ｈｚ以下である。パルス周波数ｆを上記範囲とすることにより、ピーク電流時に小型薄金属シートＰ２１及び小型薄金属シートＰ２２を溶融し、ベース電流時に溶融された小型薄金属シートＰ２１及び小型薄金属シートＰ２２を凝固させるとの動作を確実に行うことが可能となる。
【０１１３】
また、第２溶接工程において、溶接ワイヤを供給するワイヤ送給速度が１．２ｍ／ｍｉｎ以上２．５ｍ／ｍｉｎ以下であり、溶接ワイヤに流れるホットワイヤ電流の電流値が３０Ａ以上４５Ａ以下である。ワイヤ送給速度を上記範囲とすることにより、溶接ワイヤＷの使用量を抑えつつ、小型薄金属シートＰ２１と小型薄金属シートＰ２２との溶接部の余盛を十分な大きさとして溶接部の耐力を確保することができる。また、ワイヤ送給速度及びホットワイヤ電流値を上記範囲とすることにより、小型薄金属シートＰ２１及び小型薄金属シートＰ２２の溶融部分に供給する直前の溶接ワイヤＷの温度が融点直下となるように溶接ワイヤＷを加熱することができる。
【０１１４】
また、シールドガスとして水素を含むガスが用いられる。水素は、アーク雰囲気中で吸熱反応を促し、アークエネルギーを吸収する。したがって、シールドガスとして水素を含むガスを用いることにより、小型薄金属シートＰ２１，Ｐ２２への入熱量を減少させて、小型薄金属シートＰ２１，Ｐ２２の破れをより効果的に防止することができる。
【０１１５】
また、第１溶接工程において、パルスＴＩＧ溶接の前に、基材Ｐ１と小型薄金属シートＰ２１とを抵抗スポット溶接する。パルスＴＩＧ溶接時の小型薄金属シートＰ２１への入熱を、抵抗スポット溶接部を介して基材Ｐ１へと逃がすことにより、小型薄金属シートＰ２１の破れをより確実に防止することができる。
【０１１６】
なお、本発明は、図面を参照して説明した上記実施形態に限定されるものではなく、その技術的範囲において様々な変形例が考えられる。
【０１１７】
例えば、基材Ｐ１と平面視で同一形状の薄金属シートＰ２（小型薄金属シートＰ２１）を用いる場合等には、第２溶接工程及び第３溶接工程は省略されてもよい。
【０１１８】
小型薄金属シートＰ２１の基材Ｐ１上への仮付け、及び小型薄金属シートＰ２２の小型薄金属シートＰ２１及び基材Ｐ１上への仮付けに、ＴＩＧ溶接以外の溶接が用いられてもよい。また、仮付溶接部Ｗ１、Ｗ３の設置間隔は上記に限定されない。
【０１１９】
上記実施形態においては、小型薄金属シートＰ２１の端部の複数個所を、抵抗スポット溶接を用いて基材Ｐ１に固定した。しかしながら、抵抗スポット溶接は省略されてもよい。
【０１２０】
その他、本発明の趣旨に逸脱しない範囲で、前記実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、前記した変形例を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【０１２１】
Ｐ１…厚金属基材    Ｐ２…薄金属シート    Ｐ２１…小型薄金属シート（第１の薄金属シート）    Ｐ２２…小型薄金属シート（第２の薄金属シート）    Ｗ…溶接ワイヤ
【要約】
【課題】アーク溶接を用いて薄金属シートを厚金属基材に溶接することができる溶接方法を提供すること。
【解決手段】厚金属基材表面への薄金属シートの溶接方法であって、炭素鋼製の厚金属基材Ｐ１の表面に、厚さが０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下のステンレス鋼製の第１の薄金属シートＰ２１を溶接する第１溶接工程を備え、第１溶接工程において、溶接ワイヤとしてホットワイヤを用いるとともに、溶接電流としてパルス電流を用いたパルスＴＩＧ溶接を行うことを特徴とする。
【選択図】図１【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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【図６】
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【図７】
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