(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスシールドアーク溶接用ワイヤを先行電極および後行電極に使用し、フィラーワイヤを前記先行電極と前記後行電極の間の溶融金属中に挿入して溶接する多電極ガスシールドアーク溶接方法であって、
前記先行電極と前記後行電極との間の極間距離が１５〜５０ｍｍであり、
前記先行電極の溶接電圧ＶＬ（Ｖ）が２６〜３８Ｖであり、前記先行電極の溶接電流ＩＬ（Ａ）が２５０〜５５０Ａであり、
前記溶接電圧ＶＬ（Ｖ）および前記溶接電流ＩＬ（Ａ）が、式（１）の条件を満足し、
前記先行電極について、ワイヤ直径ＲＬ（ｍｍ）およびワイヤ突出し長さＥＬ（ｍｍ）が、式（２）の条件を満足し、
前記先行電極のスラグ量比ＳＬ、前記後行電極のスラグ量比ＳＴ、および、前記フィラーワイヤのスラグ量比ＳＦが、式（５）の条件を満足し、
前記フィラーワイヤに、正極性の電流を流して溶接することを特徴とする多電極ガスシールドアーク溶接方法。
【数１】
0006282199.tif 000012
【請求項２】
ガスシールドアーク溶接用ワイヤを先行電極および後行電極に使用し、フィラーワイヤを前記先行電極と前記後行電極の間の溶融金属中に挿入して溶接する多電極ガスシールドアーク溶接方法であって、
前記先行電極がソリッドワイヤであり、前記後行電極がフラックス入りワイヤであり、前記フィラーワイヤがソリッドワイヤまたはフラックス入りワイヤであり、
前記先行電極と前記後行電極との間の極間距離が１５〜５０ｍｍであり、
前記先行電極の溶接電圧ＶＬ（Ｖ）が２６〜３８Ｖであり、前記先行電極の溶接電流ＩＬ（Ａ）が２５０〜５５０Ａであり、
前記溶接電圧ＶＬ（Ｖ）および前記溶接電流ＩＬ（Ａ）が、式（１）の条件を満足し、
前記先行電極について、ワイヤ直径ＲＬ（ｍｍ）およびワイヤ突出し長さＥＬ（ｍｍ）が、式（２）の条件を満足し、
前記フィラーワイヤに、正極性の電流を流して溶接することを特徴とする多電極ガスシールドアーク溶接方法。
【数２】
0006282199.tif 000013
【請求項３】
前記先行電極の溶着速度ＷＬ（ｇ／ｍｉｎ）、前記後行電極の溶着速度ＷＴ（ｇ／ｍｉｎ）、および、前記フィラーワイヤの溶着速度ＷＦ（ｇ／ｍｉｎ）が、式（３）および式（４）の条件を満足することを特徴とする請求項１に記載の多電極ガスシールドアーク溶接方法。
【数３】
0006282199.tif 000014
【請求項４】
前記先行電極の溶着速度ＷＬ（ｇ／ｍｉｎ）、前記後行電極の溶着速度ＷＴ（ｇ／ｍｉｎ）、および、前記フィラーワイヤの溶着速度ＷＦ（ｇ／ｍｉｎ）が、式（３）および式（４）の条件を満足することを特徴とする請求項２に記載の多電極ガスシールドアーク溶接方法。
【数４】
0006282199.tif 000015
【請求項５】
前記先行電極のスラグ量比ＳＬ、前記後行電極のスラグ量比ＳＴ、および、前記フィラーワイヤのスラグ量比ＳＦが、式（５）の条件を満足することを特徴とする請求項４に記載の多電極ガスシールドアーク溶接方法。
【数５】
0006282199.tif 000016
【請求項６】
前記先行電極がソリッドワイヤであり、前記後行電極がフラックス入りワイヤであり、前記フィラーワイヤがソリッドワイヤまたはフラックス入りワイヤであることを特徴とする請求項１に記載の多電極ガスシールドアーク溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多電極を用いた多電極ガスシールドアーク溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、造船又は橋梁の水平すみ肉溶接の高能率化を図るために、多電極ガスシールドアーク溶接方法が検討されてきた。
多電極水平すみ肉ガスシールドアーク溶接において、湯溜りの安定性を向上させて溶接の高速化を図るために、例えば、特許文献１には、ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤを先行電極及び後行電極として使用し、フィラーワイヤを先行電極と後行電極との間の溶融金属中に挿入し、フィラーワイヤに正極性の電流（フィラーワイヤが溶融金属に対して負極性）を流しながら溶接する溶接方法が開示されている。この溶接方法では、湯溜りを安定化させることができるため、低スパッタで良好なビード形状を確保しつつ高速溶接が可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３７５９１１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の多電極ガスシールドアーク溶接方法においては、深溶込み効果について、さらなる改善の余地がある。
また、多電極ガスシールドアーク溶接においては、スパッタ発生量を低減でき、なじみ性がよいことが求められる。また、多電極ガスシールドアーク溶接においては、ビード形状およびビード揃いが良好で、ピットおよびアンダカットの発生が抑制されているといった、溶接金属の状態が良好であることが求められる。
【０００５】
そこで、本発明の課題は、スパッタ発生量が少なく、なじみ性がよく、溶接金属の状態が良好であり、深溶込み化が可能である多電極ガスシールドアーク溶接方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の多電極ガスシールドアーク溶接方法は、ガスシールドアーク溶接用ワイヤを先行電極および後行電極に使用し、フィラーワイヤを前記先行電極と前記後行電極の間の溶融金属中に挿入して溶接する多電極ガスシールドアーク溶接方法であって、前記先行電極と前記後行電極との間の極間距離が１５〜５０ｍｍであり、前記先行電極の溶接電圧ＶＬ（Ｖ）が２６〜３８Ｖであり、前記先行電極の溶接電流ＩＬ（Ａ）が２５０〜５５０Ａであり、前記溶接電圧ＶＬ（Ｖ）および前記溶接電流ＩＬ（Ａ）が、式（１）の条件を満足し、前記先行電極について、ワイヤ直径ＲＬ（ｍｍ）およびワイヤ突出し長さＥＬ（ｍｍ）が、式（２）の条件を満足し、前記先行電極のスラグ量比ＳＬ、前記後行電極のスラグ量比ＳＴ、および、前記フィラーワイヤのスラグ量比ＳＦが、式（５）の条件を満足し、前記フィラーワイヤに、正極性の電流を流して溶接することを特徴とする。
【０００７】
【数１】
0006282199.tif 000002
かかる溶接方法によれば、極間距離を規定することで、先行電極および後行電極のアークが安定してビード形状が良好になり、またスパッタの発生が抑制されるとともに、耐ピット性が向上する。そして、先行電極の溶接電圧を規定することで、湯溜りが安定し、ビード形状が良好になるとともに溶接始端部のなじみ性が向上する。また、先行電極の溶接電圧を規定することで、スプレー移行が維持でき、スパッタの発生が抑制されるとともにアンダカットの発生も抑制される。そして、先行電極の溶接電流を規定することで、先行電極のアーク力が向上し、溶込みが深くなる。また、先行電極の溶接電流を規定することで、アークの吹付が良好となり、スパッタおよびアンダカットの発生が抑制されるとともに、湯溜りが安定してビード形状が良好となる。そして、式（１）、式（２）を満たすことで、湯溜りが安定し、スパッタおよびアンダカットの発生が抑制されるとともに良好なビード形状およびビード揃いと深溶込みとを両立することができる。そして、フィラーワイヤに、正極性の電流を流して溶接することで、湯溜りが安定する。
また、かかる溶接方法によれば、深溶込みとなるとともに湯溜りが安定し、ビード形状が良好になるとともに耐気孔性が向上する。
なお、本願においてビード形状が良好であるとは、ビード外観が良好であることも意味し、ビード形状が悪いとは、ビード外観が悪いことも意味する。
【０００８】
本発明の多電極ガスシールドアーク溶接方法は、ガスシールドアーク溶接用ワイヤを先行電極および後行電極に使用し、フィラーワイヤを前記先行電極と前記後行電極の間の溶融金属中に挿入して溶接する多電極ガスシールドアーク溶接方法であって、前記先行電極がソリッドワイヤであり、前記後行電極がフラックス入りワイヤであり、前記フィラーワイヤがソリッドワイヤまたはフラックス入りワイヤであり、前記先行電極と前記後行電極との間の極間距離が１５〜５０ｍｍであり、前記先行電極の溶接電圧ＶＬ（Ｖ）が２６〜３８Ｖであり、前記先行電極の溶接電流ＩＬ（Ａ）が２５０〜５５０Ａであり、前記溶接電圧ＶＬ（Ｖ）および前記溶接電流ＩＬ（Ａ）が、式（１）の条件を満足し、前記先行電極について、ワイヤ直径ＲＬ（ｍｍ）およびワイヤ突出し長さＥＬ（ｍｍ）が、式（２）の条件を満足し、前記フィラーワイヤに、正極性の電流を流して溶接することを特徴とする。
【数２】
0006282199.tif 000003
かかる溶接方法によれば、極間距離を規定することで、先行電極および後行電極のアークが安定してビード形状が良好になり、またスパッタの発生が抑制されるとともに、耐ピット性が向上する。そして、先行電極の溶接電圧を規定することで、湯溜りが安定し、ビード形状が良好になるとともに溶接始端部のなじみ性が向上する。また、先行電極の溶接電圧を規定することで、スプレー移行が維持でき、スパッタの発生が抑制されるとともにアンダカットの発生も抑制される。そして、先行電極の溶接電流を規定することで、先行電極のアーク力が向上し、溶込みが深くなる。また、先行電極の溶接電流を規定することで、アークの吹付が良好となり、スパッタおよびアンダカットの発生が抑制されるとともに、湯溜りが安定してビード形状が良好となる。そして、式（１）、式（２）を満たすことで、湯溜りが安定し、スパッタおよびアンダカットの発生が抑制されるとともに良好なビード形状およびビード揃いと深溶込みとを両立することができる。そして、フィラーワイヤに、正極性の電流を流して溶接することで、湯溜りが安定する。
また、かかる溶接方法によれば、先行電極にソリッドワイヤを用いることで、より良好な深溶込みが得られる。また、後行電極にフラックス入りワイヤを用い、フィラーワイヤにソリッドワイヤまたはフラックス入りワイヤを用いることで、湯溜まりの安定性と深溶込みのバランスが維持され、ビード形状と耐ピット性が向上する。
【０００９】
本発明の多電極ガスシールドアーク溶接方法は、前記先行電極の溶着速度ＷＬ（ｇ／ｍｉｎ）、前記後行電極の溶着速度ＷＴ（ｇ／ｍｉｎ）、および、前記フィラーワイヤの溶着速度ＷＦ（ｇ／ｍｉｎ）が、式（３）および式（４）の条件を満足することが好ましい。
【００１０】
【数２】
0006282199.tif 000004
【００１１】
かかる溶接方法によれば、式（３）を満たすことで、深溶込みとビード形状がより良好となり、式（４）を満たすことで、湯溜りの安定性が向上する。
【００１２】
本発明の多電極ガスシールドアーク溶接方法は、前記先行電極のスラグ量比ＳＬ、前記後行電極のスラグ量比ＳＴ、および、前記フィラーワイヤのスラグ量比ＳＦが、式（５）の条件を満足することが好ましい。
【００１３】
【数３】
0006282199.tif 000005
【００１４】
かかる溶接方法によれば、深溶込みとなるとともに湯溜りが安定し、ビード形状が良好になるとともに耐気孔性が向上する。
【００１５】
本発明の多電極ガスシールドアーク溶接方法は、前記先行電極がソリッドワイヤであり、前記後行電極がフラックス入りワイヤであり、前記フィラーワイヤがソリッドワイヤまたはフラックス入りワイヤであることが好ましい。
【００１６】
かかる溶接方法によれば、先行電極にソリッドワイヤを用いることで、より良好な深溶込みが得られる。また、後行電極にフラックス入りワイヤを用い、フィラーワイヤにソリッドワイヤまたはフラックス入りワイヤを用いることで、湯溜まりの安定性と深溶込みのバランスが維持され、ビード形状と耐ピット性が向上する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る多電極ガスシールドアーク溶接方法によれば、溶接金属の深溶込み化が可能である。さらに、本発明に係る多電極ガスシールドアーク溶接方法によれば、スパッタ発生量、アンダカットを抑制することができ、なじみ性、耐ピット性を向上させることができ、ビード形状、ビード揃いを良好にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】多電極ガスシールドアーク溶接装置の概略を示す模式的な斜視図である。
【図２】本発明の溶接方法により溶接を行った場合の被溶接材料の状態の概略を示す模式的な正面図である。
【図３】本発明の溶接方法における溶込みの様子を示す模式的な側面図であり、溶込みが浅い場合を示す側面図である。
【図４】本発明の溶接方法における溶込みの様子を示す模式的な側面図であり、溶込みが深い場合を示す側面図である。
【図５】本発明の溶接方法における溶接チップの状態を示す模式的な正面図である。
【図６】トーチ角度を説明するための模式的な正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明に係る多電極ガスシールドアーク溶接方法を実施するための形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
まず、多電極ガスシールドアーク溶接方法に用いる多電極ガスシールドアーク溶接装置の一例について説明した後、多電極ガスシールドアーク溶接方法について説明する。
【００２０】
《多電極ガスシールドアーク溶接装置》
図１、２に示すように、多電極ガスシールドアーク溶接装置Ｓ（以下、適宜、溶接装置Ｓという）は、先行電極１１と、後行電極２１と、を備え、さらに先行電極１１と後行電極２１との間にフィラーワイヤ（すなわち中間電極）３１を備える。また、３つの溶接電源、すなわち、先行電極１１に接続された溶接電源Ｌと、後行電極２１に接続された溶接電源Ｒと、フィラーワイヤ３１に接続された溶接電源（すなわちフィラー用電源）Ｍと、を備える。
【００２１】
溶接装置Ｓは、ガスで溶接箇所を空気から遮断しつつ複数の電極を用いて溶接を行う装置である。
なお、溶接装置Ｓは、図１に示すように、水平すみ肉溶接に好適に適用される。詳細には、溶接装置Ｓは、被溶接材料１である下板２と立板３の隅部（すなわち溶接箇所）に沿うようにして、先行電極１１、後行電極２１、およびフィラーワイヤ３１の３つの電極が一組として配置され、図１の矢印方向に移動しながら溶接を行う。なお、先行電極１１、後行電極２１、およびフィラーワイヤ３１は、配線により配電盤６に接続されている。
【００２２】
また、溶接装置Ｓは、下板２と立板３の両側の隅部を同時に溶接できるように、立板３を挟んで２組の先行電極１１、１１、後行電極２１、２１、フィラーワイヤ３１、３１、を対向するように配置し、２組の電極が同時に移動するような構成であってもよい。さらに、下板２と複数の立板３、３を同時に溶接できるように、それぞれの立板３に対して、２組の先行電極１１、１１、後行電極２１、２１、フィラーワイヤ３１、３１、を配置し、２組以上の電極が同時に移動するような構成であってもよい。
【００２３】
なお、溶接装置Ｓは、ガスについては特に限定されず、ガスシールドアーク溶接に用いられる公知のガス、例えば、二酸化炭素や、これと不活性ガスの混合ガス等を用いればよい。
【００２４】
先行電極１１、および後行電極２１は、各電極の先端にアークを発生させ、被溶接材料１である下板２と立板３との溶接箇所に溶融池（すなわち溶融金属）８を形成させるものである（図２参照）。一方、フィラーワイヤ３１は、溶融池８の湯溜り５に挿入され、アークブロー等の磁場干渉の発生を防止し、当該湯溜り５を安定させるものである（図２参照）。
なお、先行電極１１、および後行電極２１により発生した溶融池８が、凝固することにより溶接金属７となり、当該溶接金属７が下板２と立板３を溶接することとなる。そして、溶接スラグ１９は、溶接金属７の表面に形成される。
先行電極１１、後行電極２１、およびフィラーワイヤ３１は、送給速度が一定速度に制御され溶接箇所に供給されることが好ましい。
【００２５】
溶接電源Ｌ、Ｒ、Ｍは、それぞれ、先行電極１１、後行電極２１、フィラーワイヤ３１に電流を供給する電源である。
溶接電源Ｌは、ここでは、正極に先行電極１１が接続され、負極に被溶接材料１（すなわち下板２または立板３）が接続されている。溶接電源Ｒは、ここでは、正極に後行電極２１が接続され、負極に被溶接材料１（すなわち下板２または立板３）が接続されている。そして、溶接電源Ｍは、負極にフィラーワイヤ３１が接続され、正極に被溶接材料１（すなわち下板２または立板３）が接続されている。
【００２６】
なお、水平すみ肉溶接において、溶込みが深い又は浅いとは、特に断らない限り、水平方向、すなわち、立板３の厚さ方向の溶込みについていうものとする。例えば、図３は溶込み深さａが小さい、すなわちビードの水平方向の溶込みが浅い場合を示したものであり、図４は溶込み深さａが大きい、すなわちビードの水平方向の溶込みが深い場合を示したものである。
【００２７】
《多電極ガスシールドアーク溶接方法》
次に、本発明に係る多電極ガスシールドアーク溶接方法について説明する。
本発明に係る多電極ガスシールドアーク溶接方法は、前記した多電極ガスシールドアーク溶接装置Ｓ（図２参照）を用いて行うことができる。
すなわち、多電極ガスシールドアーク溶接方法は、ガスシールドアーク溶接用ワイヤを先行電極および後行電極に使用し、フィラーワイヤを前記先行電極と前記後行電極の間の溶融金属中に挿入して溶接する溶接方法である。
そして、多電極ガスシールドアーク溶接方法は、先行電極と後行電極との間の極間距離と、先行電極の溶接電圧ＶＬ（Ｖ）および先行電極の溶接電流ＩＬ（Ａ）と、溶接電圧ＶＬ（Ｖ）および溶接電流ＩＬ（Ａ）の関係と、先行電極のワイヤ直径ＲＬ（ｍｍ）および先行電極のワイヤ突出し長さＥＬ（ｍｍ）の関係と、を規定し、フィラーワイヤに、正極性の電流を流して溶接するものである。
以下、各条件について説明する。
【００２８】
［先行電極と後行電極との間の極間距離：１５〜５０ｍｍ］
本発明においては、先行電極と後行電極の極間距離が１５〜５０ｍｍであることが必須である。ここで、極間距離とは、図５に示すように、先行電極１１のワイヤ１１ｂの先端と、後行電極２１のワイヤ２１ｂの先端との水平な距離Ｗである。ＤＣ電源を用いて溶接を行う場合、磁気吹きおよび１つの溶融池を形成する点から先行電極および後行電極の極間距離が問題となる。この極間距離が１５ｍｍ未満では、先行電極、後行電極が共にアークが安定せず、ビード形状が悪くなり、またアーク干渉によりスパッタ発生量が多くなる。一方、極間距離が５０ｍｍを超えると、２電極で１つの溶融池を形成することが不可能となり、耐ピット性が悪くなる。したがって、先行電極と後行電極との極間距離は１５〜５０ｍｍとする。極間距離は、ビード形状をより良好とし、スパッタ発生量をより低減させる観点から、好ましくは２０ｍｍ以上である。また、耐ピット性をより向上させる観点から、好ましくは４５ｍｍ以下である。
【００２９】
［先行電極の溶接電圧ＶＬ：２６〜３８Ｖ］
先行電極の溶接電圧ＶＬが２６Ｖ未満では、湯溜りが安定しなくなり、ビード形状も悪くなる。また、溶接始端部のなじみ性も悪くなる。一方、先行電極の溶接電圧ＶＬが３８Ｖを超えると、スプレー移行の維持ができなくなってグロビュール移行となり、多量のスパッタが発生する。また、アンダカットも発生しやすくなる。したがって、先行電極の溶接電圧ＶＬは２６〜３８Ｖとする。先行電極の溶接電圧ＶＬは、ビード形状をより良好とし、溶接始端部のなじみ性をより良好にする観点から、好ましくは２８Ｖ以上である。また、スパッタ発生量をより低減させ、アンダカットの発生をより抑制する観点から、好ましくは３６Ｖ以下である。
【００３０】
［先行電極の溶接電流ＩＬ：２５０〜５５０Ａ］
先行電極の溶接電流ＩＬが２５０Ａ未満では、先行電極のアーク力が弱くなり、溶込みも浅くなる。一方、先行電極の溶接電流ＩＬが５５０Ａを超えると、アークの吹付が課題となり、スパッタ発生量が多くなるとともに、アンダカットが発生しやすくなる。また湯溜りも不安定となりビード形状も悪くなる。したがって、先行電極の溶接電流ＩＬは２５０〜５５０Ａとする。先行電極の溶接電流ＩＬは、溶込みをより深くする観点から、好ましくは２７０Ａ以上である。また、スパッタ発生量をより低減させ、アンダカットの発生をより抑制し、ビード形状をより良好にする観点から、好ましくは５００Ａ以下である。
【００３１】
本発明においては、溶接電圧ＶＬ（Ｖ）および溶接電流ＩＬ（Ａ）が、式（１）の条件を満足し、先行電極について、ワイヤ直径ＲＬ（ｍｍ）およびワイヤ突出し長さＥＬ（ｍｍ）が、式（２）の条件を満足するものとする。
なお、これらの式は、実験によって導き出されたものである。
【００３２】
【数４】
0006282199.tif 000006
【００３３】
［５６≦ＶＬ・１０３／ＩＬ≦１００・・・（１）］
本発明では、溶接電圧ＶＬ（Ｖ）と溶接電流ＩＬ（Ａ）との比が、式（１）に示す範囲内になると、深溶込みを確保しながら、低スパッタ溶接が可能となり、湯溜りも安定し、大電流で溶接してもアンダカットが発生しないことを見出した。すなわち、式（１）を満たすことにより、溶滴の下ではなく、溶滴の周りを包むようにアークを形成させることが可能となり、１００％炭酸ガス溶接でもスプレー移行となり、極低スパッタ溶接が実現できる。
【００３４】
次に、式（１）に示した「ＶＬ・１０３／ＩＬ」値の上下限値の意義について説明する。
式（１）の各パラメータと溶接の特性とには、次のような関係がある。
（ａ１）溶接電圧ＶＬが高過ぎる場合は、スプレー移行の維持ができなくなってグロビュール移行となり、多量のスパッタが発生する。また、アンダカットも発生しやすくなる。
（ａ２）溶接電流ＩＬが低過ぎる場合は、先行電極のアーク力が弱くなり、溶込みも浅くなる。
そこで、「ＶＬ・１０３／ＩＬ」の値を「１００」以下にすることで、スプレー移行を維持してスパッタを低減するとともにアンダカットの発生を抑制し、湯溜りを安定させて良好なビード形状を維持しつつ、深溶込みを可能とする。
【００３５】
また、式（１）の各パラメータと溶接の特性との間には、次のような関係がある。
（ｂ１）溶接電圧ＶＬが低過ぎる場合は、湯溜りが安定しなくなり、ビード形状も悪くなる。
（ｂ２）溶接電流ＩＬが高過ぎる場合は、先行電極のアーク力が強過ぎとなり、湯溜りが安定しなくなる。
そこで、式（１）に示した「ＶＬ・１０３／ＩＬ」の値を「５６」以上とすることで、湯溜りを安定させて良好なビード形状を維持しつつ、深溶込みを可能とする。
【００３６】
すなわち、「ＶＬ・１０３／ＩＬ」の値が５６未満では、湯溜りが安定しなくなり、ビード形状も悪くなる。また、先行電極のアーク力が強過ぎとなり、湯溜りが安定しなくなる。一方、「ＶＬ・１０３／ＩＬ」の値が１００を超えると、スプレー移行の維持ができなくなってグロビュール移行となり、多量のスパッタが発生する。また、アンダカットも発生しやすくなる。また、先行電極のアーク力が弱くなり、溶込みも浅くなる。したがって、「ＶＬ・１０３／ＩＬ」の値は５６〜１００とする。「ＶＬ・１０３／ＩＬ」の値は、ビード形状をより良好とし、湯溜りをより安定させる観点から、好ましくは６０以上である。また、スパッタ発生量をより低減させ、アンダカットの発生をより抑制し、溶込みをより深くする観点から、好ましくは８４以下、より好ましくは８０以下である。
【００３７】
［５≦ＥＬ／ＲＬ≦２０・・・（２）］
本発明においては、ワイヤ直径ＲＬ（ｍｍ）およびワイヤ突出し長さＥＬ（ｍｍ）は湯溜りを安定化させ、より深溶込みにするため、式（２）の条件を満足するようにした。
ワイヤ突出し長さＥＬとは、図５に示すように、ワイヤ１１ｂに電流を供給するための溶接チップ（すなわちコンタクトチップ）１１ａにおける、ワイヤ１１ｂが最終的に突出する部分であるチップ先端部からワイヤ１１ｂの先端までの長さである。
【００３８】
ワイヤ直径ＲＬおよび突き出し長さＥＬが、溶接電流ＩＬおよびワイヤ溶融速度に及ぼす影響について説明する。
例えば、溶接電流ＩＬが同じ場合、ワイヤ直径ＲＬが太いほど、また突き出し長さＥＬが短いほど、ワイヤ溶融速度が小さくなり、深溶込みに有利である。しかし、ワイヤ直径ＲＬが太過ぎたり、突き出し長さＥＬが短過ぎたりすると、溶接電流ＩＬが過大となり、湯溜りが不安定となり、ビード形状も悪くなる。そこで、突き出し長さＥＬとワイヤ直径ＲＬとの関係が式（２）に示した条件を満足することが、深溶込み化と安定した湯溜りの形成とが両立する必要条件であることを見出した。
【００３９】
「ＥＬ／ＲＬ」の値が５未満では、ワイヤ直径ＲＬが太過ぎたり、突き出し長さＥＬが短過ぎたりするため、溶接電流ＩＬが過大となり、湯溜りが不安定となり、ビード形状も悪くなる。一方、「ＥＬ／ＲＬ」の値が２０を超えると、ワイヤ直径ＲＬが短く、突き出し長さＥＬも長くなるので溶込み深さが浅くなる。またビード揃い（すなわち下脚直進性）も劣化する。したがって、「ＥＬ／ＲＬ」の値は５〜２０とする。「ＥＬ／ＲＬ」の値は、湯溜りをより安定とし、ビード形状をより良好とする観点から、好ましくは７以上である。また、溶込みをより深くし、ビード揃いをより良好とする観点から、好ましくは１８以下である。
【００４０】
［フィラーワイヤに、正極性の電流を流して溶接する］
湯溜りの安定化には、フィラーワイヤを湯溜りに挿入して、その極性が正極性（すなわちワイヤマイナス）の電流をフィラーワイヤに供給することが必須である。逆極性にすると各種の外乱要因（すなわち、（ａ）すみ肉溶接部の過大ギャップ、（ｂ）ショッププライマの過大塗布膜厚、（ｃ）工場内での電流電圧変動等）の影響を解消することはできない。そして極間距離が１５ｍｍ未満の場合の問題点と同様に、先行電極、後行電極が共にアークが安定せず、形状が悪くなる、また、スパッタ発生量が多くなる等の問題が生じる。スパッタの多発はシールドノズルへのスパッタの付着によりシールド不良になり気孔発生の原因にもなる。一方、フィラーワイヤに正極性の電流を流すと、各種外乱にも影響されない安定した湯溜りが形成される。このメカニズムは必ずしも明らかではないが、例えば、特開２００８−５５５０９号公報に記載のように考察することができる。
【００４１】
また、本発明においては、以下の条件とすることが好ましい。
先行電極の溶着速度ＷＬ（ｇ／ｍｉｎ）、後行電極の溶着速度ＷＴ（ｇ／ｍｉｎ）、および、フィラーワイヤの溶着速度ＷＦ（ｇ／ｍｉｎ）が、式（３）および式（４）の条件を満足することが好ましい。
なお、これらの式は、実験によって導き出されたものである。
【００４２】
【数５】
0006282199.tif 000007
【００４３】
［０．５≦ＷＴ／ＷＬ≦１．０・・・（３）］
先行電極と後行電極の溶着速度の比率を適切な範囲とすることで、深溶込みとビード形状をより良好とすることができる。本発明においては、式（３）の条件を満足することが好ましい。
【００４４】
「ＷＴ／ＷＬ」の値が０．５以上であれば、後行電極の溶着量が少なくなりすぎず、先行電極の溶着量が多くなりすぎず、バランスが良好となって湯溜りが安定化し、ビード形状がより良好となる。また、先行電極の溶着量が極端に多くなることがなく、良好な深溶込みが得られる。一方、「ＷＴ／ＷＬ」の値が１．０以下であれば、後行電極の溶着量が多くなりすぎず、先行電極の溶着量が少なくなりすぎず、バランスが良好となって湯溜りが安定化し、ビード形状がより良好となる。したがって、「ＷＴ／ＷＬ」の値は０．５〜１．０とすることが好ましい。
【００４５】
［０．０２≦ＷＦ／（ＷＬ＋ＷＴ）≦０．３・・・（４）］
本発明においては、湯溜りの安定性を向上させるため、式（４）の条件を満足することが好ましい。
【００４６】
「ＷＦ／（ＷＬ＋ＷＴ）」の値が０．０２以上であれば、湯溜りの安定効果が大きくなり、ビード形状がより良好となる。一方、「ＷＦ／（ＷＬ＋ＷＴ）」の値が０．３以下であれば、先行電極および後行電極の溶着金属量に相当する溶接ビード脚長に対するフィラーワイヤの溶着金属量が過多とならず、ビード形状が凸型になりにくい。したがって、「ＷＦ／（ＷＬ＋ＷＴ）」の値は０．０２〜０．３とすることが好ましい。
【００４７】
次に、溶着速度の定義および測定方法について説明する。
溶着速度は、単位溶接時間当たりの溶接金属付着量（すなわち溶着量）のことである。溶着量は以下のようにして求めることができる。
【００４８】
（フラックス入りワイヤの場合）
溶接前の試験板質量を測定し、ワイヤ突出し長さ２５ｍｍ、適正な溶接電流およびアーク電圧で１分間のビードオンプレート溶接を行い、スラグ、スパッタを除去した後の試験板質量を測定する。この溶接前後の測定した試験板質量の差が１分間あたりの溶着量、すなわち溶着速度である。
【００４９】
（ソリッドワイヤの場合）
溶着量はワイヤ溶融質量とほぼイコールであり、単位長さ当たりのワイヤ質量をＮ＝５で測定した平均値と、単位時間当たりのワイヤ送給長さをＮ＝５で測定した平均値とを掛け合わせたものである。
【００５０】
また、本発明においては、先行電極のスラグ量比ＳＬ、後行電極のスラグ量比ＳＴ、および、フィラーワイヤのスラグ量比ＳＦが、式（５）の条件を満足することが好ましい。
なお、この式は、実験によって導き出されたものである。
【００５１】
【数６】
0006282199.tif 000008
【００５２】
［０．０５≦ＳＴ＋ＳＬ＋ＳＦ≦０．３・・・（５）］
深溶込みを得つつ、湯溜りを安定化させビード形状と耐気孔性を確保するには、発生するスラグ量比を適切にコントロールすることが好ましい。本発明においては、式（５）の条件を満足することが好ましい。
【００５３】
「ＳＴ＋ＳＬ＋ＳＦ」の値が０．０５以上であれば、ビード表面を覆うスラグがまだらになりにくく、ビード形状がより良好となる。一方、「ＳＴ＋ＳＬ＋ＳＦ」の値が０．３以下であれば、スラグ量が過剰とならず、耐気孔性がより向上するとともに溶接始端部のなじみ性もより向上する。また、ビード揃い（すなわち下脚直進性）もより向上する。したがって、「ＳＴ＋ＳＬ＋ＳＦ」の値は０．０５〜０．３とすることが好ましい。「ＳＴ＋ＳＬ＋ＳＦ」の値は、ビード形状をさらに良好にする観点から、より好ましくは０．１以上である。また、耐気孔性、溶接始端部のなじみ性、ビード揃いをさらに良好にする観点から、より好ましくは０．２５以下である。
【００５４】
次に、スラグ量比の定義および測定方法について説明する。
各スラグ量比は、「（単位時間当たりの各項目（ワイヤ溶融質量−溶着量−ヒューム発生量−スパッタ発生量）／単位時間当たりのワイヤ溶融質量）」である。
ただし、各スラグ量比を直接測定することは難しいことから、式（５）におけるスラグ量比は、溶接後の溶接物から、スラグを除去した溶接物の質量を差し引いたものを、比で表した値とした。具体的には、以下の式（Ａ）により得られた測定値を正とした。なお、ヒューム量は無視することが可能であるため、下記式には含めていない。
なお、以下の式（Ａ）において、「（試験板質量＋溶着量＋スパッタ発生量＋スラグ量）＝全質量」とする。
【００５５】
［（試験板質量＋溶着量＋スパッタ発生量＋スラグ量）−（試験板質量＋溶着量＋試験板に残存するスパッタ量）］／（試験板質量＋溶着量＋スパッタ発生量＋スラグ量）・・・・・（Ａ）
【００５６】
溶着量測定方法：上述の通りである。
ヒューム発生量：ＪＩＳ  Ｚ３９４０に準じて測定された単位時間当たりのヒューム発生量である。溶接条件は溶着量測定条件と同じである。
スパッタ発生量：全量捕集法により測定された単位時間当たりのスパッタ発生量である。溶接条件は溶着量測定条件と同じである。
全量捕集法は、アーク点から飛散したスパッタを捕集箱で集める方法である。すなわち、下向ビードオンプレート溶接を行い、その際に発生するスパッタを周囲に設置された銅製の捕集箱で集めて質量を計測し、単位時間当たり又は消費溶接材料量当たりのスパッタ発生量を求めるものである。
スラグ量は、ワイヤ中の酸化物量、脱酸元素等、ガスシールドなどの条件により調整することができる。
【００５７】
［その他］
多電極ガスシールドアーク溶接方法は、先行電極がソリッドワイヤであり、後行電極がフラックス入りワイヤであり、フィラーワイヤがソリッドワイヤまたはフラックス入りワイヤであることが好ましい。先行電極にソリッドワイヤを用いることで、より良好な深溶込みを得ることができる。また、後行電極にフラックス入りワイヤを用い、フィラーワイヤにソリッドワイヤまたはフラックス入りワイヤを用いることで、湯溜まりの安定性と深溶込みのバランスを維持することができ、ビード形状と耐ピット性を向上させることができる。
【００５８】
フラックス入りワイヤとしては、ルチールを主体とするチタニヤ系フラックス入りワイヤ又は所謂メタル系と称する金属粉を主体とするフラックス入りワイヤのいずれでも適用可能である。
【００５９】
なお、フラックス入りワイヤについては特に通常の単電極用に設計されたものより多電極施工法に適した組成が好ましい。これは、先行電極および後行電極の両方のワイヤにより１つの溶融池が形成されるためである。
フラックス入りワイヤの組成は制限されるものではないが、特に好ましいワイヤ組成は、チタニヤ系フラックス入りワイヤの場合にはワイヤ全質量あたり酸化物（ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３、ＺｒＯ２等）が１．５〜５．５質量％である。酸化物が１．５質量％以上であれば、ビード表面を被うスラグがまだらにならず、ビード形状がより良好となる。一方、酸化物が５．５質量％以下であれば、スラグ量が過剰とならず、スラグの流動性が小さくなるために、ビード止端部の揃いがより良好となる。従って、酸化物は１．５〜５．５質量％とすることが好ましい。なお、酸化物の原料にはルチール、イルミナイト、ジルコンサンド、アルミナ、マグネシア、珪砂等が挙げられる。
【００６０】
フラックス入りワイヤは、アルカリ金属酸化物（Ｋ２Ｏ、Ｎａ２ＯおよびＬｉ２Ｏ換算）を、合計でワイヤ全質量あたり０．０１〜０．１５質量％含有することが好ましい。これらのアルカリ金属酸化物が０．０１質量％以上であれば、アークの安定性がより向上する。一方、アルカリ金属酸化物が０．１５質量％以下であれば、アークの吹きつけが強くなりすぎず、溶融池がより安定する。また、アルカリ金属酸化物の原料は吸湿しやすいが、ワイヤ全体の耐吸湿性が向上しやすい。従って、アルカリ金属酸化物はＫ２Ｏ、Ｎａ２ＯおよびＬｉ２Ｏの１種又は２種以上を０．０１〜０．１５質量％の範囲とすることが好ましい。なお、Ｋ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｌｉ２Ｏの原料としては、長石、ソーダガラス、カリガラス等が挙げられる。アルカリ金属酸化物は種々のものが適用できる。
【００６１】
更に、フラックス入りワイヤは、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｍｎが脱酸剤等の目的で添加されることが好ましい。Ｍｇの原料としては、金属Ｍｇ、Ａｌ−Ｍｇ、Ｓｉ−Ｍｇ、Ｎｉ−Ｍｇ等が挙げられる。Ｓｉの原料としては、Ｆｅ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｎ等が挙げられる。Ｍｎの原料としては、金属Ｍｎ、Ｆｅ−Ｍｎ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｎ等が挙げられる。
【００６２】
その他、フラックス入りワイヤに含有される組成は、鉄粉、フッ化物、酸化ビスマス等である。メタル系フラックス入りワイヤの場合の特に好ましいワイヤ組成は、ワイヤ全質量あたり酸化物（ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３、ＺｒＯ２等）が１．５質量％以下である。その代わり、金属原料はワイヤ全質量あたり９８質量％以上を含有させることが好ましい。換言するとフラックス中には金属原料をフラックス全質量あたり９４質量％以上含ませることが好ましい。金属原料は鉄粉又はＦｅ−ＭｎおよびＦｅ−Ｓｉ等の鉄合金がある。アーク安定剤としてアルカリ金属酸化物（Ｋ２Ｏ、Ｎａ２ＯおよびＬｉ２Ｏ換算）はチタニヤ系と同様の種々のものが適用でき、合計でワイヤ全質量あたり０．０１〜０．１５質量％含有することが好ましい。これらのアルカリ金属酸化物が０．０１質量％以上であれば、アークの安定性がより向上する。一方、アルカリ金属酸化物が０．１５質量％以下であれば、アークの吹きつけが強くなりすぎず、溶融池がより安定する。また、アルカリ金属酸化物の原料が吸湿しやすいが、ワイヤ全体の耐吸湿性が向上しやすい。従って、アルカリ金属酸化物はＫ２Ｏ、Ｎａ２ＯおよびＬｉ２Ｏの１種又は２種以上を０．０１〜０．１５質量％の範囲とすることが好ましい。なお、Ｋ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｌｉ２Ｏの原料としては、長石、ソーダガラス、カリガラス等が挙げられる。その他、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｍｎは同様に添加される。
【００６３】
ソリッドワイヤの組成についても制限されるものではないが、一例としては、Ｃ：０．０３〜０．１５質量％、Ｓｉ：０．１０〜１．００質量、Ｍｎ：０．５０〜２．５０質量％、Ｐ：０．０３０質量％以下、Ｓ：０．０３０質量％以下、Ｃｕ：０．３５質量％以下、Ｔｉ：０．２５質量％以下を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物である。その他、Ｎｉ，Ｃｒ，Ａｌ，Ｚｒ，Ｍｇなどを含んでも良い。なお、Ｃｕはめっき分である。
ソリッドワイヤは、上記成分とすることで、深溶け込みにさらに適したものとなる。
【００６４】
先行電極および後行電極は、逆極性かつ、定電圧特性又は垂下特性の直流電流が供給されることが好ましい。これにより、湯溜りの安定性が向上して、ビード形状、耐ピット性が良好になるとともに、深溶込み化が向上する。
【００６５】
なお、定電圧特性とは、一定速度に制御されて送給されている消耗電極の送給速度が、何らかの外乱によって送給速度の変化が生じ、アーク電圧が変化した場合にあっても、常に一定の電圧に制御するように自動的に電流値を増減して安定なアーク溶接を持続できるように制御される特性のことである。また、垂下特性とは、溶接電源の出力が正弦波状に変化する特性である。垂下特性においては、アーク長の変化によって電圧はかなり変化するが、電流の変化はわずかである。垂下特性においては、アーク長の変動等により電圧が変化しても、ほとんど一定の電流を流すことができる。
【実施例】
【００６６】
以下、本発明の実施例について、本発明の範囲から外れる比較例と対比して説明する。
下記表１に示す成分組成のワイヤを使用し、以下の条件、および、表２に示す条件で溶接試験を行った。なお、フラックス入りワイヤについては、下記表１に示す成分組成のフラックスを軟鋼製ケーシング内に表１に示すフラックス率となるように充填して製造した。なお、表１において、フラックスを含有しないものは「−」で示し、表２において、本発明の範囲を満たさないものは数値に下線を引いて示す。
【００６７】
【表１】
0006282199.tif 000009
【００６８】
［溶接試験条件］
（１）供試鋼板および継手形状：１２ｍｍ×１００ｍｍ×１０００ｍｍ鋼板を用いてＴ型すみ肉継手を形成した。なお、プライマ膜厚は４０μｍである。
（２）溶接姿勢：２電極水平すみ肉溶接
（３）シールドガス：１００％ＣＯ２、流量２５リットル／分
（４）電源特性：ＤＣワイヤ（＋）
（５）後行電極：３００〜５００Ａ×３０〜４０Ｖ、フィラーワイヤ：５０〜１２０Ａ
（６）前進角β・後退角α：先行電極；後退角α １０°、後行電極；前進角β １０°、フィラーワイヤ；前進角β ０°、後退角α ０°
前進角β・後退角αとは、図５に示すように、下板２の表面に対して垂直な線と、ワイヤ１１ｂ、２１ｂ、３１ｂが最終的に溶接チップ１１ａ、２１ａ、３１ａから突出する部分であるチップ先端部での軸線とがなす角度である。
（７）トーチ角度θ：先行電極；５０°、後行電極；５０°、フィラーワイヤ；５０°
トーチ角度θとは、図６に示すように、先行電極１１の場合、水平に配置された下板２の表面と先行電極１１とがなす角度である。後行電極、フィラーワイヤについても同様である。
（８）狙い位置：先行電極；０ｍｍ、後行電極；２ｍｍ（下板側）、フィラーワイヤ；５ｍｍ（上板側）
（９）溶接速度：２．０ｍ／分
（１０）フィラーワイヤ径：１．２ｍｍ
（１１）すみ肉ルート部のギャップ：２．０ｍｍ
なお、溶着速度およびスラグ量比の測定方法は前述のとおりである。スラグ量比は、前述した式（Ａ）により求めた。
【００６９】
【表２】
0006282199.tif 000010
【００７０】
［評価基準］
この溶接試験において、以下の評価を行った。
【００７１】
（深溶込み）
図３、４でａに示した水平方向の溶込み深さによって評価した。
評価基準は以下のとおりである。
４点：３．０ｍｍ以上
３点：２．５ｍｍ以上３．０ｍｍ未満
２点：２．０ｍｍ以上２．５ｍｍ未満
１点：２．０ｍｍ未満
【００７２】
（なじみ性）
上記溶接条件で行ったビードを観察し、官能によって評価した。
評価基準は、以下のとおりである。
４点：非常に優れている
３点：優れている
２点：良好である
１点：不良である
【００７３】
（スパッタ発生量）
発生したスパッタ量を前述した全量捕集法により測定した。
評価基準は以下のとおりである。
４点：０．７（ｇ／分）以下
３点：０．７（ｇ／分）超１．３（ｇ／分）以下
２点：１．３（ｇ／分）超２．０（ｇ／分）以下
１点：２．０（ｇ／分）超
【００７４】
（ビード形状）
上記溶接条件で行ったビードを観察し、官能によって評価した。
評価基準は、以下のとおりである。
４点：非常に優れている
３点：優れている
２点：良好である
１点：不良である
【００７５】
（耐ピット性）
ピット発生数（個／１０００ｍｍ）をカウントした。
評価基準は以下のとおりである。
４点：０個
３点：１〜２個
２点：３〜５個
１点：６個以上
【００７６】
（アンダカット）
試験板の長手方向の２００ｍｍ、６００ｍｍ、８００ｍｍ地点を横手方向に垂直にカットし、この断面を観察してアンダカットを確認した。
評価基準は以下のとおりである。なお、下記評価基準は、少なくとも１か所についてのものである。
４点：なし
３点：０．２ｍｍ以下
２点：０．２ｍｍ超０．５ｍｍ以下
1点：０．５ｍｍ超
【００７７】
（ビード揃い（下脚脚長性））
上記溶接条件で行ったビードを観察し、官能によって評価した。
評価基準は、以下のとおりである。
４点：非常に優れている
３点：優れている
２点：良好である
１点：不良である
【００７８】
以上の評価項目において、２点以上を合格とした。これらの結果を下記表３に示す。
【００７９】
【表３】
0006282199.tif 000011
【００８０】
表２、３に示すように、本発明の範囲を満足する、または参考例であるＮｏ．１〜２９は、すべての評価項目において良好であった。
一方、本発明の範囲を満足しないＮｏ．３０〜３８は、以下の結果となった。
【００８１】
Ｎｏ．３０は、極間距離が下限値未満のため、スパッタ発生量、ビード形状の評価が不良であった。
Ｎｏ．３１は、極間距離が上限値を超えるため、耐ピット性の評価が不良であった。
Ｎｏ．３２は、フィラーワイヤの極性が逆極性のため、スパッタ発生量、ビード形状の評価が不良であった。
Ｎｏ．３３は、先行電極の電流が下限値未満であり、式（１）の値が上限値を超えるため、深溶込み、スパッタ発生量、アンダカットの評価が不良であった。
Ｎｏ．３４は、先行電極の電流が上限値を超え、式（１）の値が下限値未満のため、スパッタ発生量、ビード形状、アンダカットの評価が不良であった。
【００８２】
Ｎｏ．３５は、先行電極の電圧が下限値未満のため、なじみ性、ビード形状の評価が不良であった。
Ｎｏ．３６は、先行電極の電圧が上限値を超えるため、スパッタ発生量、アンダカットの評価が不良であった。
Ｎｏ．３７は、式（２）の値が上限値を超えるため、深溶込み、ビード揃いの評価が不良であった。
Ｎｏ．３８は、式（２）の値が下限値未満のため、ビード形状の評価が不良であった。
【００８３】
以上、本発明について実施の形態および実施例を示して詳細に説明したが、本発明の趣旨は前記した内容に限定されることなく、その権利範囲は特許請求の範囲の記載に基づいて広く解釈しなければならない。なお、本発明の内容は、前記した記載に基づいて広く改変・変更等することが可能であることはいうまでもない。
【符号の説明】
【００８４】
１      被溶接材料
２      下板（被溶接材料）
３      立板（被溶接材料）
５      湯溜り
６      配電盤
７      溶接金属
８      溶融池（溶融金属）
１１    先行電極
１１ａ、２１ａ、３１ａ  溶接チップ
１１ｂ、２１ｂ、３１ｂ  ワイヤ
１９  溶接スラグ
２１    後行電極
３１    フィラーワイヤ
【図１】
0006282199.tif 000017
【図２】
0006282199.tif 000018
【図３】
0006282199.tif 000019
【図４】
0006282199.tif 000020
【図５】
0006282199.tif 000021
【図６】
0006282199.tif 000022