(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶加材を使用しない形式の非消耗電極式ガスシールド溶接に使用する不活性ガスからなる非消耗電極用シールドガスにおいて、上記不活性ガス中に体積比率で１５００ｐｐｍ〜４５００ｐｐｍの炭酸ガスが均一に混合されてなることを特徴とする非消耗電極用シールドガス。
【請求項２】
請求項１に記載の非消耗電極用シールドガスにおいて、ステンレス鋼溶接時のシールドガスとして使用されることを特徴とする非消耗電極用シールドガス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、タングステン等の非消耗電極により被溶接材を溶接するときに使用する非消耗電極用シールドガスに関し、特に非消耗電極の消耗の抑制を可能ならしめるようにした非消耗電極用シールドガスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ステンレス鋼は、従来よりタングステン等の非消耗電極と、この非消耗電極および溶接部を大気から遮断するシールドガスとを用いる、いわゆるＴＩＧ（タングステン・イナートガス）溶接により溶接されている。このＴＩＧ溶接では、深い溶け込みを得るのが難く、またその溶接線に沿って予めフラックス剤を塗布するため、ビード表面にスラグが残存するという難点を有している。
【０００３】
そこで、本願出願人は、特願２００１−２０６１６７号（以下、先提案例という）において、溶加材を使用しないでステンレス鋼材を突き合わせ溶接するにあたり、深い溶け込みを確保でき、前処理としてのフラックス剤の塗布や、後処理としてのビード表面のスラグ除去を不要とする技術を提案した。
【０００４】
上記先提案例は、溶加材を使用しない形式の非消耗電極式ガスシールド溶接にあたり、アルゴンやヘリウム等の不活性ガスに微量の酸素ガスを均一に混合した混合ガスを、非消耗電極用シールドガスとして使用するようにしたものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記先提案例に係る技術によれば、深い溶け込み量を確保でき、また溶接の前後処理を必要としないので、極めて有用であると考えられる。しかしながら、微量の酸素が含まれているために、タングステン等の電極の消耗が著しいという難点がある。
【０００６】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであって、従って、本発明の目的は、十分の溶け込み深さを確保し、かつ前後処理を要せず、しかも電極の消耗を少なくし得る非消耗電極用シールドガスを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための、本発明の請求項１に係る非消耗電極用シールドガスの構成は、溶加材を使用しない形式の非消耗電極式ガスシールド溶接に使用する不活性ガスからなる非消耗電極用シールドガスにおいて、上記不活性ガス中に体積比率で１５００ｐｐｍ〜４５００ｐｐｍの炭酸ガスが均一に混合されてなることを特徴とするものである。
【０００８】
本発明の請求項２に係る非消耗電極用シールドガスの構成は、請求項１に記載の非消耗電極用シールドガスにおいて、請求項１に記載の非消耗電極用シールドガスにおいて、ステンレス鋼溶接時のシールドガスとして使用されることを特徴とするものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係る非消耗電極用シールドガス（以下、シールドガスという）を説明する。
【００１０】
即ち、溶加材を使用しない形式の非消耗電極式ガスシールド溶接、つまりＴＩＧ溶接に使用するシールドガスは、不活性ガスに体積比率で１５００ｐｐｍ〜４５００ｐｐｍの微量の炭酸ガスが均一に混合されてなるものである。
【００１１】
従って、ステンレス鋼材の突き合わせ部をＴＩＧ溶接する場合には、微量の炭酸ガスが均一に混合されてなる不活性ガスがシールドガスとして供給される。溶接に際しては、このシールドガスに含まれている微量の炭酸ガスの酸素が、溶接部の必要な溶け込み深さを実現するのに使用される。つまり、アーク近傍の高温領域で微量の炭酸ガスから酸素ガスが電離し、電離した酸素ガスが表面活性化要素として表面に作用することにより、表面張力の温度係数が負から正にかわり、溶融金属の対流が変化するために深い溶け込みが得られる。そして、タングステン電極と酸素との直接反応が減少し、タングステン電極の消耗量が減少する。勿論、溶接の前後処理を必要としないので、溶接作業が向上し、溶接製品の生産性が向上する。
【００１２】
【実施例】
以下、本発明の実施例を、添付図面に基づいて説明する。図１は、シールドガス中の酸素ガス及び炭酸ガス濃度に対応するタングステン電極の消耗量を示すグラフ図であり、図２は、シールドガス中の酸素ガス及び炭酸ガス濃度に対応する溶接時の溶け込み深さを示すグラフ図である。また、図３は、シールドガス中の炭酸ガス濃度に対応する溶接部の溶け込み深さを模式的に示す断面図である。
【００１３】
即ち、アルゴンガスに微量の炭酸ガスを混合したシールドガスと、アルゴンガスに微量の酸素ガスを混合したシールドガスとをそれぞれ供給して、板厚１０ｍｍのステンレス鋼板（ＳＵＳ３０４）の突き合わせ部をＴＩＧ溶接により溶接して、シールドガス中の炭酸ガス濃度、酸素ガス濃度の相違によるタングステン電極の消耗量を調べた。なお、トーチの直径が３２ｍｍで、タングステン電極の先端円錐角６０度のＴＩＧ溶接装置を用いて、下記の溶接条件で溶接したものである。
溶接電流                          ２００Ａ
放電ギャップ                          ５ｍｍ
溶接速度                              ０．１２ｃｍ／ｍｉｎ
【００１４】
先ず、タングステン電極の消耗量（ｍｇ）については、図１に示すとおりである。即ち、この図１によれば、アルゴンガスに炭酸ガスを混入したシールドガス（実線と黒四角印で示している）によるタングステン電極の消耗量は、アルゴンガスに酸素ガスを混入したシールドガス（実線と黒丸印で示している）によるタングステン電極の消耗量より遥に微量であることが分かる。従って、本発明に係るシールドガスを使用すれば、タングステン電極の消耗量を、先提案例の場合よりも大幅に削減することができる。これは、溶接部の必要な溶け込み深さの確保に、炭酸ガスから電離した酸素が使用され、タングステン電極と酸素との直接反応の度合いが減少したことに起因すると理解することができる。
【００１５】
また、突き合わせ溶接部の溶け込み深さ（ｍｍ）については、図２に示すとおりである。即ち、この図２によれば、アルゴンガスに炭酸ガスを混入したシールドガス（実線と黒四角印で示している）による溶け込み深さと、アルゴンガスに酸素ガスを混入したシールドガス（実線と黒丸印で示している）による溶け込み深さとに殆ど差がなく、炭酸ガスの濃度を適切に調整することにより十分の溶け込み深さが得られることが分かる。
【００１６】
因に、この溶接試験に用いたシールドガス中の炭酸ガスの濃度は体積比率で、１０００ｐｐｍ、２０４０ｐｐｍ、２４４０ｐｐｍ、３０００ｐｐｍ、４７００ｐｐｍであり、炭酸ガスの濃度が体積比率で約２５００ｐｐｍの位置に溶け込み深さ３．５ｍｍのピークがある。このピーク位置における溶け込み深さ３．５ｍｍは、アルゴンガスに微量の酸素ガスを混入した先提案例に係るシールドガスを用いてのＴＩＧ溶接によるピーク位置（酸素ガスの濃度は体積比率で約２０００ｐｐｍである）の溶け込み深さと同等である。
【００１７】
また、図２によれば、炭酸ガスの濃度が体積比率で１５００ｐｐｍ〜４５００ｐｐｍの範囲で溶け込み深さの改善が見られ、炭酸ガスの濃度が上記範囲内であれば、酸素ガス濃度が体積比率で０ｐｐｍの場合の３０％以上の溶け込み深さの改善が期待できる。因に、炭酸ガスの濃度が体積比率で２０４０ｐｐｍ、２４４０ｐｐｍ、３０００ｐｐｍのシールドガスを用いて溶接した場合の溶け込み深さを、純アルゴンをシールドガスとして用いて溶接した場合の溶け込み深さと比較して模式的に示すと、図３のとおりである。この図３（図３においては、炭酸ガスの濃度が体積比率で２０４０ｐｐｍの場合をＣＯ２−０．２０４％、体積比率で２４４０ｐｐｍの場合をＣＯ２−０．２４４％、体積比率で３０００ｐｐｍの場合をＣＯ２−０．３００％と表示している）によれば、炭酸ガスを混合したシールドガスを用いて溶接した場合の溶け込み深さは、純アルゴンをシールドガスとして用いて溶接した場合の溶け込み深さよりも深く極めて優れていることが分かる。なお、本発明のように、アルゴンガスに炭酸ガスを混合した混合ガスをシールドガスとして用いる場合には、溶接表面にスラグは発生するようなことがない。
【００１８】
以上では、アルゴンガスに炭酸ガスを混合したシールドガスの場合を例として説明したが、ベースとなるガスはヘリウムガスやアルゴン−ヘリウム混合ガス等のＴＩＧ溶接のシールドガスとして使用される不活性ガスであればよいので、アルゴンガスに限定されるものではない。また、以上では、溶接対象がステンレス鋼である場合を例として説明したが、アルミニウムを始めとする軽金属等、通常のＴＩＧ溶接の対象となる素材に対して適用することができる。
【００１９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の請求項１または２に係る非消耗電極用シールドガスによれば、溶接に際しては、シールドガスに含まれている微量の炭酸ガスの酸素が溶接部の必要な溶け込み深さを実現するのに使用される。つまり、アーク近傍の高温領域で微量の炭酸ガスから酸素ガスが電離し、電離した酸素ガスが表面活性化要素として表面に作用することにより、表面張力の温度係数が負から正にかわり、溶融金属の対流が変化するために深い溶け込みを得ることができる。そして、非消耗電極と酸素との直接反応が減少し、非消耗電極の消耗量が減少する。勿論、溶接の前後処理を必要としないので、溶接作業が向上し、溶接製品の生産性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  シールドガス中の酸素ガス及び炭酸ガス濃度に対応するタングステン電極の消耗量を示すグラフ図である。
【図２】  シールドガス中の酸素ガス及び炭酸ガス濃度に対応する溶接時の溶け込み深さを示すグラフ図である。
【図３】  シールドガス中の炭酸ガス濃度に対応する溶接部の溶け込み深さを模式的に示す断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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