本發(fā)明涉及氣電焊方法和氣電焊裝置。

背景技術(shù)：

一般來(lái)說(shuō)，作為焊接厚壁鋼板等的手法，已知有氣電焊(參照專利文獻(xiàn)1、2)。在該氣電焊中，使一對(duì)被焊接板的端部彼此相對(duì)配置，將坡口朝向上下方向，使滑動(dòng)板抵接在形成有坡口的被焊接板的表面?zhèn)?。另外，使固定的襯墊材抵接在背面?zhèn)?。然后，向滑?dòng)板和襯墊材之間供給保護(hù)氣體，使送給到焊接吹管的前端的焊絲的周圍處于保護(hù)氣體氣氛中。以此狀態(tài)在焊絲與被焊接板之間使電弧產(chǎn)生，一邊使焊絲熔融，一邊使滑動(dòng)板向上方滑動(dòng)。由此，一對(duì)被焊接板以立向姿勢(shì)被進(jìn)行對(duì)接焊。

上述的氣電焊與其他的焊接方法相比，由于可達(dá)成高效率焊接，所以在船舶、石油儲(chǔ)罐和橋梁等廣泛的領(lǐng)域被采用。特別是在船舶領(lǐng)域，對(duì)于集裝箱船的舷頂列板和艙口圍板部等這樣的板厚在45mm以上的極厚板的焊接，也可適用氣電焊。

在上述的專利文獻(xiàn)1中，記述有一種使板厚為45～75mm的2張鋼板相對(duì)，用1根焊絲對(duì)其進(jìn)行單焊層的立向?qū)雍傅膯坞姌O氣電焊方法，其中，是使焊絲直徑低于2mm，使焊絲的突出長(zhǎng)度為70mm以上，另外，使坡口每單位體積的線能量滿足16～27kJ/cm³的焊接方法。此外，還記述有一種使板厚為65～95mm的2張鋼板相對(duì)，以2根焊絲對(duì)其進(jìn)行單焊層的立向?qū)雍傅碾p電極氣電焊方法，其中，是使焊絲直徑低于2mm，使至少1根焊絲的突出長(zhǎng)度為70mm以上，另外，使坡口每單位體積的線能量滿足15～24kJ/cm³的焊接方法。

專利文獻(xiàn)2的焊接方法中，為了使上述的線能量降低，將熔敷量增加用的熱絲直接供給到熔池。這種情況下的焊接裝置由焊接電源、焊絲送給裝置、電極吹管和焊絲構(gòu)成，焊接電源的一極與電極吹管連接，另一極與 被焊接板連接。作為用于使熔敷量增大的熱絲供給機(jī)構(gòu)，由通電加熱電源、熱絲送給裝置、通電吹管和熱絲構(gòu)成的結(jié)構(gòu)，與焊接裝置相互獨(dú)立配置。在此結(jié)構(gòu)中，熱絲通過(guò)熱絲送給裝置和通電吹管，被送給到使電弧產(chǎn)生而形成熔池的焊絲與被焊接板的坡口面之間。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：特開(kāi)2008-30044號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)2：特開(kāi)2007-237263號(hào)公報(bào)

發(fā)明要解決的課題

但是，近年來(lái)的船舶的大型化的傾向顯著，隨之而來(lái)的，特別是適用于被焊接板的鋼板的板厚不斷增加。因此，被焊接板更加厚壁化時(shí)，需要防止焊絲的熔敷量不足，和焊接材料、被焊接板的未焊透發(fā)生等焊接缺陷的發(fā)生。

另外，上述的氣電焊的焊接每單位長(zhǎng)度的線能量(焊接線能量[kJ/mm])，能夠通過(guò)由焊絲投入的熱量(焊接電流×焊接電壓)除以焊接速度而取得。因此，投入熱量一定時(shí)，被焊接板的板厚增加，并且焊接速度降低，焊接線能量增加。

若焊接線能量增加，則被焊接板曝露在高溫下的時(shí)間變長(zhǎng)，另外，曝露在高溫下的被焊接板和焊接接頭部的冷卻速度降低。因此，在焊接后的被焊接板中，發(fā)生受到焊接熱的影響而組織軟化的區(qū)域，即焊接熱影響部(HAZ：Heat-Affected Zone)，在該區(qū)域得不到需要的接頭特性。另外近年來(lái)，雖然會(huì)使用YP(Yield Point)390N/mm²以上的高強(qiáng)度材，但一般來(lái)說(shuō)，越是高強(qiáng)度材料，焊接接頭強(qiáng)度的降低幅度有越大的傾向。因此，為了確保焊接熱影響部的韌性，需要減低焊接線能量，使被焊接板受到的熱量減少。

此外，TMCP(Thermomechanical Control Process)鋼這樣的利用調(diào)質(zhì)技術(shù)提高強(qiáng)度的高張力鋼板容易發(fā)生焊接熱影響部的性能降低，強(qiáng)度有可能降低。這樣的機(jī)械強(qiáng)度的降低，由于金屬組織的肥大化造成的影響而發(fā)生，因此從這一點(diǎn)出發(fā)，也期望使焊接線能量減低。

在專利文獻(xiàn)1的焊接方法中，為了使焊接線能量減低，而增長(zhǎng)焊絲的 突出長(zhǎng)度，以提高電阻放熱量，加快焊絲的熔融速度。但是，焊絲的過(guò)剩的突出成為電弧變得不穩(wěn)定的原因，會(huì)成為使飛濺大量發(fā)生的要因?？傊?，焊接操作性有可能降低。另外，若增長(zhǎng)焊絲的突出長(zhǎng)度來(lái)進(jìn)行焊接，則可以減低焊接線能量，但容易發(fā)生未焊透等焊接缺陷。例如，若焊絲的突出長(zhǎng)度為70mm，則由于焊絲的扭轉(zhuǎn)特性，焊絲的目標(biāo)位置容易發(fā)生偏移。

在專利文獻(xiàn)2的焊接方法中，通過(guò)將熱絲供給到坡口，從而加快熔敷速度(每單位時(shí)間的熔敷金屬量)，使實(shí)質(zhì)上的焊接線能量降低。但是，因?yàn)闊峤z是不產(chǎn)生電弧的金屬絲，所以若供給位置不恰當(dāng)，則在坡口部有可能發(fā)生未焊透。另外，弧長(zhǎng)變化時(shí)，線能量有所增減，因此供給到坡口的熱絲的熔敷量發(fā)生變動(dòng)。其結(jié)果是，焊接品質(zhì)容易發(fā)生波動(dòng)。

另外，由于焊接條件，導(dǎo)致焊絲前端的熔滴難以離脫，熔滴過(guò)渡變得不穩(wěn)定。特別是使用藥芯焊絲時(shí)，焊劑的飛散發(fā)生，焊接操作性降低。

如以上，在各專利文獻(xiàn)的焊接方法中，存在飛濺發(fā)生量的增大和未焊透發(fā)生，焊接品質(zhì)和焊接操作性降低的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明是鑒于上述事項(xiàng)而形成的，其目的在于，提供一種不損害焊接操作性而加快焊接速度，而且能夠確保焊接熱影響部的韌性，改善焊接金屬的機(jī)械性質(zhì)的氣電焊方法和氣電焊裝置。

用于解決課題的手段

本發(fā)明提供下述氣電焊方法。

一種氣電焊方法，其特征在于，其是使一對(duì)被焊接板的端部以如下方式彼此相對(duì)配置，配置方式為：使坡口沿上下方向延伸，表面?zhèn)缺缺趁鎮(zhèn)葘挾雀鼘?，使沿著所述坡口可以向上方滑?dòng)的滑動(dòng)板抵接于一對(duì)所述被焊接板的所述坡口形成的部位的所述表面?zhèn)?，使固定的襯墊材抵接于所述被焊接板的所述背面?zhèn)?，使單?shù)或多數(shù)的焊接吹管的吹管前端插入到所述坡口內(nèi)而配置，

在所述焊接吹管與焊接電源部之間，以及所述被焊接板與所述焊接電源部之間，連接3m以上的長(zhǎng)度的電力電纜，

向從所述焊接吹管插入到所述坡口內(nèi)的焊絲與一對(duì)所述被焊接板之 間，施加電弧電壓而流通焊接電流，一邊使所述滑動(dòng)板向上方滑動(dòng)，一邊在保護(hù)氣體氣氛下進(jìn)行立向?qū)雍福?/p>

所述焊絲使用具有15～30％的焊劑率的藥芯焊絲，所述保護(hù)氣體使用CO₂濃度為50％以上的氣體，作為所述焊接電流使用脈沖電流，

所述脈沖電流至達(dá)到峰電流值的上升時(shí)間為0.1～5.0ms，脈沖的頻率為20～200Hz。

根據(jù)此氣電焊方法，能夠使保護(hù)氣體組成、藥芯焊絲、焊接電流的條件最佳化，使藥芯焊絲前端的熔滴過(guò)渡穩(wěn)定。由此，能夠減低線能量而使焊接部的韌性提高，而且，能夠抑制飛濺的發(fā)生而提高操作性。還有，本說(shuō)明書中的所謂“A～B”的范圍，意思是含A和B的值的范圍。

另外，優(yōu)選將所述脈沖電流設(shè)定為如下條件：脈沖峰電流I_P為400～800A，脈沖峰值期間t_p為1.0～4.0ms，基值電流I_B為100～200A。

根據(jù)該氣電焊方法，在脈沖基值期間可穩(wěn)定離脫的熔滴能夠在脈沖峰值期間形成，通過(guò)使熔滴過(guò)渡穩(wěn)定，能夠使操作性更加良好。

另外，優(yōu)選一對(duì)所述被焊接板的板厚為45～100mm，對(duì)所述坡口的焊接線能量為20～75kJ/mm。

根據(jù)該氣電焊方法，焊接線能量被抑制在既定范圍，能夠減小因被焊接板的HAZ軟化造成的強(qiáng)度降低。

另外，作為所述焊絲，優(yōu)選使用直徑為1.2～2.0mm的焊絲。

根據(jù)該氣電焊方法，焊接線能量的減低效果和焊絲的熔融帶來(lái)的焊接金屬的供給效果的平衡良好。

另外，作為所述焊絲，優(yōu)選使用如下藥芯焊絲，其在焊劑總質(zhì)量中含有Mn：1.50～2.50質(zhì)量％、SiO₂：0.1～1.0質(zhì)量％、Ni：0.5～3.0質(zhì)量％、Ti：0.1～0.5質(zhì)量％、B：0.004～0.020質(zhì)量％。

根據(jù)該氣電焊方法，焊接部的韌性提高，能夠提高焊接部的機(jī)械性能。

另外，優(yōu)選所述焊絲內(nèi)含的焊劑中的鐵粉的比例相對(duì)于所述焊劑的總重量為40～90％。

根據(jù)該氣電焊方法，焊絲容易熔融，能夠抑制焊劑的飛散。

另外，優(yōu)選在所述坡口內(nèi)插入多個(gè)所述焊接吹管，將所述焊接吹管的至少1根配置在所述表面?zhèn)?，將至?根配置在所述背面?zhèn)?，使施加于? 所述表面?zhèn)扰渲玫暮附哟倒艿碾娏?，與施加于在所述背面?zhèn)扰渲玫暮附哟倒艿碾娏鞯臉O性相反。

根據(jù)該氣電焊方法，從各個(gè)焊接吹管發(fā)出的電弧被吸引，除了使電弧靠近焊接吹管間的中央側(cè)以外，還將飛濺也引至與電弧相同的方向。因此，能夠整體上進(jìn)行穩(wěn)定的焊接。

另外，多個(gè)所述焊接吹管之中，優(yōu)選從最靠近所述被焊接板的背面的焊接吹管的吹管前端突出的所述焊絲的前端配置在距所述被焊接板的背面的以水平距離計(jì)為15～25mm的位置。

根據(jù)該氣電焊方法，能夠以需要量熔化被焊接板，能夠防止未焊透。

此外，本發(fā)明提供一種氣電焊裝置，其特征在于，其是使一對(duì)被焊接板的端部以如下方式彼此相對(duì)配置，配置方式為：使坡口沿上下方向延伸，表面?zhèn)缺缺趁鎮(zhèn)葘挾雀鼘?，使沿著所述坡口可以向上方滑?dòng)的滑動(dòng)板抵接于一對(duì)所述被焊接板的所述坡口形成的部位的所述表面?zhèn)龋构潭ǖ囊r墊材抵接于所述被焊接板的所述背面?zhèn)?，使單?shù)或多數(shù)的焊接吹管的吹管前端插入到所述坡口內(nèi)而配置，

在所述焊接吹管與焊接電源部之間，以及所述被焊接板與所述焊接電源部之間，連接3m以上的長(zhǎng)度的電力電纜，

向從所述焊接吹管插入到所述坡口內(nèi)的焊絲與一對(duì)所述被焊接板之間，施加電弧電壓而流通焊接電流，一邊使所述滑動(dòng)板向上方滑動(dòng)，一邊在保護(hù)氣體氣氛下進(jìn)行立向?qū)雍福?/p>

所述焊絲是具有15～30％的焊劑率的藥芯焊絲，

所述保護(hù)氣體是CO₂濃度為50％以上的氣體，

所述焊接電源部是能夠供給如下脈沖電流作為在所述焊絲與一對(duì)所述被焊接板之間流通的所述焊接電流的電源，所述脈沖電流至達(dá)到峰電流值的上升時(shí)間為0.1～5.0ms，脈沖的頻率為20～200Hz。

根據(jù)該氣電焊裝置，保護(hù)氣體組成、藥芯焊絲、焊接電流的條件得到最佳化，能夠使藥芯焊絲前端的熔滴過(guò)渡穩(wěn)定。由此，能夠減低線能量而使焊接部的韌性提高，而且，能夠抑制飛濺的發(fā)生而提高操作性。

發(fā)明效果

根據(jù)本發(fā)明，能夠不損害焊接操作性而加快焊接速度，而且能夠確保 焊接熱影響部的韌性而改善焊接金屬的機(jī)械性質(zhì)。

附圖說(shuō)明

圖1是第一結(jié)構(gòu)例的氣電焊裝置的示意性的整體結(jié)構(gòu)圖。

圖2是示意性地表示氣電焊的情況的說(shuō)明圖。

圖3是表示被焊接板的坡口形狀的板壓方向的剖面圖。

圖4是表示每種保護(hù)氣體中在脈沖電流下由焊絲生成的熔滴的狀態(tài)的說(shuō)明圖。

圖5是表示以脈沖模式驅(qū)動(dòng)焊接電源部時(shí)，焊接電流的波形的一例的圖形。

圖6是焊絲在坡口內(nèi)的目標(biāo)位置的說(shuō)明圖。

圖7是第二結(jié)構(gòu)例的焊接裝置的示意性的整體結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

以下，對(duì)于本發(fā)明的實(shí)施方式，參照附圖詳細(xì)地加以說(shuō)明。

<第一結(jié)構(gòu)例>

圖1是第一結(jié)構(gòu)例的氣電焊裝置的示意性的整體結(jié)構(gòu)圖，圖2是示意性地表示氣電焊的情況的說(shuō)明圖。

圖1、圖2所示的氣電焊裝置100，是對(duì)于使一對(duì)被焊接板的端部彼此相對(duì)的坡口11(參照?qǐng)D2)沿著上下方向配置的被焊接板15A、15B進(jìn)行立向?qū)雍傅暮附友b置。在此使用的被焊接板15A、15B，例如，是板厚為45～100mm的厚板鋼板，例如，可以使用YP390N/mm²以上的高張力鋼板。在以下的說(shuō)明中，將氣電焊裝置僅簡(jiǎn)稱為焊接裝置。

焊接裝置100中，如圖2所示，使一對(duì)被焊接板15A、15B的端部以如下方式彼此相對(duì)配置，其配置方式為：使坡口11沿上下方向延伸，寬度從背面?zhèn)认虮砻鎮(zhèn)茸儗?，在一?duì)被焊接板15A、15B的坡口11形成的部位的表面?zhèn)?，抵接配置有沿著坡?1可以向上方滑動(dòng)的銅制的滑動(dòng)板17。

在被焊接板15A、15B的滑動(dòng)板17配置側(cè)的相反側(cè)，抵接配置有陶瓷制或銅制的襯墊材19。襯墊材19固定在被焊接板15A、15B的背面?zhèn)取? 在由滑動(dòng)板17、和被焊接板15A、15B、和襯墊材19包圍的坡口11內(nèi)，從上方插入配置有多根焊接吹管21、23。還有，圖示例的焊接裝置100是有2根吹管的雙電極焊接裝置，但也可以是有3根以上吹管的焊接裝置，也可以是詳情后述的只有1根吹管的焊接裝置。

如圖1所示，焊接裝置100具備如下：將焊絲25送給到焊接吹管21的焊絲供給部35；將焊絲26送給到焊接吹管23的焊絲供給部37；向填充于焊接吹管21、23的焊絲25、26供給焊接電流的焊接電源部39。

本結(jié)構(gòu)的焊接電源部39具備向被焊接板15A、15B與焊絲25之間供給焊接電流的第一焊接電源41，和向被焊接板15A、15B與焊絲26之間供給焊接電流的第二焊接電源43。第一焊接電源41和第二焊接電源43分別具有可以輸出脈沖狀的焊接電流的脈沖控制電路。還有，在本例中，雖然是每條焊絲使用各自的焊接電源的結(jié)構(gòu)，但也可以是只設(shè)置1臺(tái)能夠向多條焊絲輸出不同條件的焊接電流的焊接電源的結(jié)構(gòu)。

焊絲供給部35使焊絲25在焊接吹管21中通過(guò)，朝向焊接吹管21的前端供給。焊絲供給部37使焊絲26在焊接吹管23中通過(guò)，朝向焊接吹管23的前端供給。在此所用的焊絲25、26是直徑為2.0mm以下的藥芯焊絲。

在從焊接吹管21的前端突出的焊絲25與被焊接板51A、15B之間，以及焊接吹管23的吹管前端的焊絲26與被焊接板51A、15B之間，分別由焊接電源部39施加電弧電壓，流通焊接電流。

該焊接電源部39選擇性地設(shè)定輸出脈沖電流的脈沖模式和恒電壓控制的恒壓(CV)模式。在脈沖模式下，脈沖狀變化的脈沖電流被輸出，在CV模式下，不具有特殊形狀的電流波形被輸出。脈沖模式與CV模式的切換可以手動(dòng)進(jìn)行，也可以根據(jù)來(lái)自連接于焊接裝置100的未圖示的控制裝置的指令進(jìn)行。另外，焊接電源部39也可以是只由脈沖模式驅(qū)動(dòng)的電源。

上述的焊接吹管21、23和滑動(dòng)板17以及焊絲供給部35、37，由未圖示的升降架可自由升降地支承。升降架使滑動(dòng)板17、焊接吹管21、23、焊絲供給部35、37隨著焊接的進(jìn)行一起，沿著圖1所示的箭頭P一體地以相同速度上升驅(qū)動(dòng)。由此，滑動(dòng)板17和被焊接板15A、15B的表側(cè)面 一邊滑動(dòng)一邊上升。

焊接吹管23的吹管前端插入到被焊接板15A、15B的坡口11內(nèi)。該焊接吹管23經(jīng)由未圖示的擺動(dòng)裝置安裝在升降架上。

擺動(dòng)裝置使焊接吹管23向被焊接板15A、15B的板厚方向S(參照?qǐng)D6)搖動(dòng)。該擺動(dòng)裝置只要是能夠使焊接吹管23沿板厚方向S搖動(dòng)的機(jī)構(gòu)即可，也可以是將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)動(dòng)作轉(zhuǎn)換成前進(jìn)動(dòng)作的利用凸輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)，也可以是借助線性致動(dòng)器，使焊接吹管23直接地進(jìn)行前進(jìn)動(dòng)作的結(jié)構(gòu)。

供給到焊接吹管21、23的吹管前端的焊絲25、26從吹管前端以既定的一定長(zhǎng)度分別突出。來(lái)自焊接電源部39的焊接電流被供給到突出而露出的焊絲25、26和被焊接板15A、15B之間，產(chǎn)生電弧。

還有，從吹管前端突出的焊絲25、26的突出長(zhǎng)度，即，吹管前端和作為母材的被焊接板15A、15B之間的距離為30～50mm的固定量。若突出長(zhǎng)度高于50mm，則由于焊絲的扭轉(zhuǎn)特性，導(dǎo)致目標(biāo)位置容易發(fā)生偏移。另外，電阻放熱增大，焊絲25、26的熔融量成為適合值以上。因此，熔融熔滴肥大化，大粒的飛濺多發(fā)。另外，若突出低于30mm，則熔敷效率降低，焊接速度慢。

滑動(dòng)板17為了防止因焊接熱而自身發(fā)生熔化，通過(guò)使冷卻水在滑動(dòng)板內(nèi)循環(huán)而加以冷卻。在本結(jié)構(gòu)中，在滑動(dòng)板17的下部，設(shè)有使冷卻水W循環(huán)的冷卻水流路27。在該冷卻水流路27上，連接有冷卻水的供給口29和排出口31，從供給口29供給的冷卻水W流通至冷卻水流路27中。

在滑動(dòng)板17的上部，設(shè)有噴出保護(hù)氣體G的氣體噴出部33。保護(hù)氣體將坡口11內(nèi)的焊接金屬與大氣阻斷，對(duì)坡口11進(jìn)行保護(hù)。

圖3是表示被焊接板15A、15B的坡口形狀的板壓方向的剖面圖。對(duì)于被焊接板15A、15B的坡口11而言，使被焊接板15A、15B的表面?zhèn)缺缺趁鎮(zhèn)葘挾燃訉?。被焊接?5A、15B的坡口11的形狀例如為，被焊接板15A、15B的板厚t為80mm，坡口角度θ為20°，坡口間隙長(zhǎng)度GAP為10mm。在該坡口11內(nèi)，一邊使焊絲25、26的周圍處于保護(hù)氣體氣氛下，一邊使從焊接吹管21、23突出而露出的2根焊絲25、26分別產(chǎn)生電弧，以進(jìn)行氣電焊。

從焊絲25、26產(chǎn)生的電弧使焊絲25、26自身熔融，并且也使被焊接板15A、15B的一部分熔融。由此，在坡口11內(nèi)形成熔融金屬47。該熔融金屬47凝固而形成填補(bǔ)坡口11的焊接金屬49。

<焊絲、保護(hù)氣體、焊接電流的條件>

接著，對(duì)于用于上述構(gòu)成的焊接裝置100的焊絲、保護(hù)氣體、焊接電流進(jìn)行說(shuō)明。

作為一般的線能量減低的手段，例如可列舉使用藥芯焊絲、使焊接電流脈沖化等。如果焊接電流值相同，則藥芯焊絲比實(shí)芯焊絲的熔敷效率高。因此，藥芯焊絲相比實(shí)芯焊絲，可以降低線能量。還有，焊絲的焊劑率(焊絲中焊劑量/焊絲總重量之比)越大，越能夠取得線能量的減低效果。但是，藥芯焊絲因其絲芯由焊劑形成，所以在焊接中的焊絲前端，焊劑容易飛散而變成飛濺，焊接操作性劣化。該操作性的劣化，在焊劑率高時(shí)和應(yīng)用脈沖焊接時(shí)顯著。

另外，關(guān)于絲徑，若焊絲25粗，則焊絲25的電阻降低。因此，從焊接吹管21、23的吹管前端突出的焊絲25、26需要流通更高的焊接電流。因此，焊絲越粗，焊接線能量越大。

因此，在本結(jié)構(gòu)的焊接裝置100中，即使焊絲使用藥芯焊絲時(shí)，也要使焊絲、保護(hù)氣體、焊接電流的條件最佳化，從而減低焊接的線能量，并且使焊絲前端的熔滴過(guò)渡穩(wěn)定，以實(shí)現(xiàn)焊接部的機(jī)械性質(zhì)的改善。以下，對(duì)于其最佳化條件詳細(xì)地加以說(shuō)明。

<焊絲的性狀>

(1)焊劑率

在實(shí)芯焊絲中，如氣電焊，由于電力電纜細(xì)長(zhǎng)而脈沖電流的波形變鈍時(shí)，因?yàn)槭湛s力不足，所以熔滴難以從焊絲前端周期性地離脫，熔滴過(guò)渡不穩(wěn)定。但是，通過(guò)使用藥芯焊絲作為焊絲，將焊劑率規(guī)定為15～30％，即使在脈沖電流的波形變鈍時(shí)，熔滴仍容易發(fā)生頸縮。還有，若焊劑率低于15％，則對(duì)于熔滴的離脫，無(wú)法取得充分的收縮力，因此熔滴過(guò)渡變得不穩(wěn)定，焊接操作性劣化。另一方面，若焊劑率高于30％，則焊劑開(kāi)始飛散，焊接操作性劣化。還有，這里所說(shuō)的波形的“鈍”，是指峰值波形的上升、下落放緩的狀態(tài)。

(2)組成

通過(guò)將焊絲所含的Mn、Ni、B、Ti、SiO₂在焊劑總質(zhì)量中的含有率(質(zhì)量％)規(guī)定在以下的范圍，焊接熱影響部的韌性和焊接操作性進(jìn)一步提高。

Mn：1.50～2.50質(zhì)量％

焊絲中的Mn發(fā)揮作為脫氧劑或捕硫劑的效果，優(yōu)選為了確保焊接金屬的強(qiáng)度和韌性而添加。為了確保韌性，更優(yōu)選使之含有1.50質(zhì)量％以上。另一方面，若處于2.50質(zhì)量％以下，則能夠抑制因過(guò)剩強(qiáng)度造成的焊接金屬的韌性降低。因此，優(yōu)選Mn的含量規(guī)定為1.50～2.50質(zhì)量％的范圍。

Ni：0.5～3.0質(zhì)量％

Ni優(yōu)選為了確保焊接金屬的強(qiáng)度和韌性而添加。更優(yōu)選為了確保韌性確保而使之含有0.5％以上。另一方面，若處于3.0質(zhì)量％以下，則能夠抑制由于過(guò)剩強(qiáng)度造成的焊接金屬的韌性降低。因此，Ni的含量?jī)?yōu)選規(guī)定為0.5～3.0質(zhì)量％的范圍。

Ti：0.1～0.5質(zhì)量％

Ti是強(qiáng)脫氧元素，形成穩(wěn)定的氧化物、碳化物、氮化物，是有助于晶粒的微細(xì)化等的元素，因此優(yōu)選為了確保焊接金屬的強(qiáng)度和韌性而添加。更優(yōu)選為了確保韌性而使之含有0.1質(zhì)量％以上。另一方面，若處于0.5質(zhì)量％以下，則能夠抑制由于過(guò)剩強(qiáng)度造成的焊接金屬的韌性降低。因此，Ti的含量?jī)?yōu)選規(guī)定為0.1～0.5質(zhì)量％的范圍。

B：0.004～0.020質(zhì)量％

B形成穩(wěn)定的氮化物，是有助于晶粒的微細(xì)化等的元素，因此優(yōu)選為了確保焊接金屬的強(qiáng)度和韌性而添加。更優(yōu)選為了確保韌性而使之含有0.004質(zhì)量％以上。另一方面，若處于0.020質(zhì)量％以下，則能夠抑制由于過(guò)剩強(qiáng)度造成的焊接金屬的韌性降低和裂紋。因此，B的含量?jī)?yōu)選規(guī)定為0.004～0.020質(zhì)量％的范圍。

SiO₂：0.1～1.0質(zhì)量％

SiO₂作為形成于熔池表面的陰極點(diǎn)，優(yōu)選用于穩(wěn)定電弧而添加。為了使電弧穩(wěn)定化而優(yōu)選以0.1～1.0質(zhì)量％添加。還有，添加Ti時(shí)，Ti成為穩(wěn)定的氧化物，與SiO₂同樣，在熔池表面上作為陰極點(diǎn)起作用。SiO₂和Ti氧化物因熱電子發(fā)射性能不同，所以作為電弧穩(wěn)定而有效地起作用的比 率，更優(yōu)選Ti/SiO₂為0.5～3.0。

(3)鐵粉比率

焊絲中內(nèi)含的焊劑中的鐵粉的比例相對(duì)于焊劑總重量而優(yōu)選為40～90％。在此范圍內(nèi)，鐵粉容易熔融，因此能夠抑制焊接電流的峰電流期間的焊劑的飛散。另外，能夠提高后述的CO₂氣體的優(yōu)點(diǎn)。

<保護(hù)氣體>

焊接裝置100所使用的保護(hù)氣體是CO₂濃度為50％以上的混合氣體或100％的CO₂氣。還有，在以下的說(shuō)明中，將上述的CO₂濃度為50％以上的氣體、100％的CO₂氣僅稱為CO₂氣。對(duì)于氣電焊特有的長(zhǎng)電纜形成的脈沖波形的平鈍，利用恰當(dāng)設(shè)定的脈沖形狀和含有上述CO₂氣的保護(hù)氣體的電弧緊縮效果，能夠在焊絲前端形成在脈沖基值期間可離脫的最佳大小的熔滴。其結(jié)果是，焊絲前端的熔滴過(guò)渡穩(wěn)定。

還有，保護(hù)氣體的流量?jī)?yōu)選為40L/min以上。這是由于，在造船領(lǐng)域的焊接中，由于坡口斷面大，所以與通常的氣體保護(hù)焊相比，需要大量的氣體。

圖4是表示每種保護(hù)氣體中在脈沖電流下由焊絲生成的熔滴的狀態(tài)的說(shuō)明圖。

在該圖中，從點(diǎn)線所示的通常的脈沖波形變鈍的脈沖電流的波形由實(shí)線表示。時(shí)刻t1的脈沖電流成為緩和上升途中的電流值E1。

保護(hù)氣體是CO₂濃度為50％以上的氣體時(shí)，在時(shí)刻t1的狀態(tài)下，由于電弧的緊縮，在焊絲25、26、28的前端，熔滴51生長(zhǎng)。由于該熔滴的形成，能夠防止焊劑的飛散。而后，若變成時(shí)刻t2，則脈沖電流達(dá)到通常的脈沖波形的峰電流值。達(dá)到該峰電流E2時(shí)，緩和生長(zhǎng)的液滴從焊絲25、26、28離脫。由此，能夠?qū)崿F(xiàn)規(guī)則的液滴的離脫，能夠使焊絲前端的熔滴過(guò)渡穩(wěn)定。因此，能夠消除作為前述課題的焊接操作性的降低。

另一方面，保護(hù)氣體是富Ar氣時(shí)，電弧在焊絲側(cè)蠕升，熔滴以沒(méi)有在焊絲前端充分形成的狀態(tài)離脫，因此焊劑柱露出，焊劑飛散，焊接操作性降低。

<焊接電流>

焊接電源部39，能夠分別獨(dú)立輸出向焊絲25輸出的驅(qū)動(dòng)電力和向焊 絲26輸出的驅(qū)動(dòng)電力。在本結(jié)構(gòu)的焊接電源部39中，向焊絲25、26的至少一個(gè)輸出脈沖模式的脈沖電流。

圖5是表示以脈沖模式驅(qū)動(dòng)焊接電源部39時(shí)，焊接電流的波形的一例的圖形。該圖所示的焊接電流的波形是在焊絲25、26的前端與被焊接板15A、15B之間的焊接部位實(shí)際流通的焊接電流的波形，在雙電極氣電焊中，是使焊絲送給速度為14.8m/min而進(jìn)行焊接時(shí)的脈沖電流波形。這時(shí)的從焊接電源部輸出的焊接電流的電流波形是矩形波。上述焊接電流中，脈沖峰電流I_P為600A，脈沖峰值期間t_p為4.5ms，基值電流I_B為180A，基值期間t_B為5.0ms。另外，該焊接電流的脈沖的頻率f是111Hz。還有，脈沖峰值期間t_p含上升和下落的期間。

在本構(gòu)成的焊接裝置100中，優(yōu)選脈沖峰電流I_P為400～800A，脈沖峰值期間t_p為1.0～4.0ms，基值電流I_B為100～200A的矩形波。

另外，在吹管前端的焊絲25、26與被焊接板15A、15B之間流通的脈沖電流，使達(dá)到焊接吹管的峰電流值的上升時(shí)間和脈沖的頻率滿足以下的條件。

(1)上升時(shí)間

脈沖電流中，使達(dá)到峰電流值的上升時(shí)間為0.1～5.0ms。該上升時(shí)間0.1～5.0ms的范圍，是在保護(hù)氣體為CO₂氣，并使用藥芯焊絲時(shí)使熔滴穩(wěn)定的最佳條件。而后，在該電流值緩和增加的期間進(jìn)行焊接。上升時(shí)間低于0.1ms時(shí)，藥芯焊絲受到急劇的收縮力，焊絲中的焊劑飛散，操作性劣化。上升時(shí)間高于5.0ms時(shí)，峰值期間中發(fā)生熔滴離脫，1mm以上的大顆的飛濺發(fā)生。

(2)脈沖的頻率

使脈沖電流的脈沖的頻率為20～200Hz。通常的MAG(Metal Active Gas)焊接為了使熔滴過(guò)渡穩(wěn)定化而需要高于200Hz的頻率。另一方面，在本結(jié)構(gòu)的氣電焊中，低于20Hz時(shí)或高于200Hz時(shí)，熔滴過(guò)渡的規(guī)則性打亂，飛濺發(fā)生量增加。即，通過(guò)使用作為本發(fā)明的構(gòu)成要件的藥芯焊絲、CO₂濃度為50％以上的氣體、和20～200Hz的頻率的脈沖電流，能夠使焊絲的熔滴過(guò)渡穩(wěn)定。

<焊絲、保護(hù)氣體、焊接電流的最佳化效果>

一般來(lái)說(shuō)，使用脈沖電流時(shí)，會(huì)進(jìn)行使實(shí)芯焊絲和Ar80％以上的富Ar的保護(hù)氣體加以組合，使脈沖的頻率為200～300Hz。在此條件下，能夠達(dá)成由脈沖電流的1個(gè)脈沖在焊絲前端生成1個(gè)液滴的一脈一滴。由此，能夠得到飛濺被抑制的優(yōu)異的焊接操作性，也可實(shí)現(xiàn)線能量的減低。

上述效果在組合使用實(shí)芯焊絲和富Ar的保護(hù)氣體的情況以外無(wú)法獲得。例如，將實(shí)芯焊絲變更為藥芯焊絲時(shí)，不論保護(hù)氣體使用富Ar氣體還是使用CO₂氣體，或是使用脈沖電流，在峰電流時(shí)焊劑都會(huì)飛散，焊接操作性降低。另外，將富Ar的保護(hù)氣體變更為CO₂氣時(shí)，只要脈沖電流不是特殊的波形，則焊絲的液滴過(guò)渡的形態(tài)不同，焊接操作性降低。

此外，氣電焊的情況下，連接焊接電源部和焊接吹管間的電力電纜長(zhǎng)，脈沖電流的波形變鈍。因?yàn)樵撁}沖波形的變鈍，所以一般來(lái)說(shuō)，氣電焊不使用脈沖電流。假如使用脈沖電流，即使組合使用實(shí)芯焊絲和富Ar的保護(hù)氣體時(shí)，焊絲的熔滴過(guò)渡也會(huì)紊亂。這是因?yàn)殡娏﹄娎|長(zhǎng)，發(fā)生脈沖波形變鈍的現(xiàn)象，因此得不到由脈沖峰電流的急劇上升帶來(lái)的收縮力效果，脫離了一脈一滴的形態(tài)。其結(jié)果是，發(fā)生飛濺，焊接操作性劣化。另外，使用CO₂氣，使脈沖電流為特殊波形時(shí)，具有電流值高的第一峰電流和比第一峰電流低的第二峰電流的特殊波形的脈沖電流，由于電流特別低的第二峰電流的衰減導(dǎo)致波形變鈍，仍不能進(jìn)行任意的熔滴過(guò)渡控制。因此，無(wú)論哪種情況下，都不能達(dá)成本來(lái)的線能量減低和焊接操作性提高的效果。

本構(gòu)成的焊接裝置100通過(guò)以上述焊絲、保護(hù)氣體、焊接電流的條件進(jìn)行焊接，可以使用至今為止在氣電焊中不能使用的脈沖電流，實(shí)現(xiàn)焊絲前端的穩(wěn)定的熔滴過(guò)渡。其結(jié)果是，能夠減低線能量，提高焊接熱影響部的韌性等的機(jī)械性能。另外，由于熔滴過(guò)渡的穩(wěn)定化，從而能夠減少飛濺的發(fā)生，提高焊接操作性。

此外，根據(jù)本結(jié)構(gòu)的焊接裝置100，在對(duì)被焊接板15A、15B進(jìn)行氣電焊時(shí)，能夠使坡口11的焊接線能量處于20～75kJ/mm。焊接線能量在20kJ/mm以上時(shí)，焊接效率提高，焊接線能量在75kJ/mm以下時(shí)，強(qiáng)度降低受到抑制。

而且，在本結(jié)構(gòu)的焊接裝置100中，對(duì)焊接吹管21的焊絲25和焊接 吹管23的焊絲26分別施加焊接電流時(shí)，優(yōu)選使各自的電流的極性互不相同。在圖示例中，焊接吹管21的焊絲25與直流正極性(DC-EN)連接，焊接吹管23的焊絲26與直流逆極性(DC-EP)連接。通過(guò)使各自的電流的極性互不相同，飛濺減少，焊接操作性更良好。

此外，為了抑制飛濺的發(fā)生，也可以運(yùn)用將施加于各焊接吹管的脈沖峰值周期錯(cuò)開(kāi)等手法。

另外，像雙電極氣電焊這樣的使用多個(gè)電極的焊接法的情況下，如果使各個(gè)焊接吹管處于DC-EN和DC-EP，則從各個(gè)焊接吹管產(chǎn)生的電弧穩(wěn)定，在焊接吹管間發(fā)生的飛濺減少。此外，優(yōu)選使焊接吹管間隔處于20mm～40mm，從而電弧更穩(wěn)定，將能夠進(jìn)行操作性良好的焊接。

在現(xiàn)有的氣電焊法中，焊絲25距襯墊材19以水平距離計(jì)離開(kāi)20～30mm而配置。但是，在本氣電焊法中，若形成同樣的焊絲26的配置，則因?yàn)榫€能量低，所以在背面?zhèn)鹊暮附咏饘倥c襯墊材19之間產(chǎn)生間隙等，有可能發(fā)生未焊透。另外，相比CV模式的情況，脈沖模式的情況下，焊接電流值較低。因此，在脈沖模式和CV模式下，若使焊絲的目標(biāo)位置相同，則即使在CV模式下也可進(jìn)行良好的焊接，而在脈沖模式下焊接時(shí)，也難以出現(xiàn)根部焊道，得不到良好的焊道外觀。因此，在脈沖模式的情況下，將最靠近被焊接板15A、15B的背面的焊絲25的目標(biāo)位置配置在距襯墊材19的以水平距離計(jì)15～25mm的位置。由此，焊絲25接近距襯墊材19為15～25mm的位置，能夠以需要量熔化被焊接板，能夠防止未焊透。

圖6是焊絲25、26的坡口11內(nèi)的目標(biāo)位置的說(shuō)明圖。若焊接吹管23(參照?qǐng)D1)借助前述的擺動(dòng)裝置被搖動(dòng)，則焊絲26沿著板厚方向S搖動(dòng)。擺動(dòng)裝置帶來(lái)的焊絲26的橫擺幅度，為距被焊接板15A、15B的表面?zhèn)染嚯xL4的位置P1、與距位置P1距離L3的位置P2之間的距離。另外，焊接吹管21的焊絲25配置在距位置P2進(jìn)一步只距離L2的朝向被焊接板15A、15B的背面?zhèn)鹊奈恢肞3。上述的距離L1～L4，設(shè)定為下述表1所示的尺寸。表中的各電極位置PO1、PO2、PO3的任意一個(gè)均能夠防止未焊透的發(fā)生。

【表1】

表1 雙電極焊接中的焊絲的位置

如以上說(shuō)明，作為供給到焊接吹管21、23的焊接電流，采用矩形波脈沖電流，由此，即使在因長(zhǎng)電纜導(dǎo)致焊接電流波形容易變鈍的狀況下，也能夠確實(shí)地低線能量化。在使用藥芯焊絲，且由CO₂氣體保護(hù)進(jìn)行的脈沖焊接這樣的電弧常常不穩(wěn)定的條件下，通過(guò)將各個(gè)焊接吹管設(shè)置為相反的極性，能夠避免電弧干擾，而且，能夠得到各自的電弧穩(wěn)定化的效果。因此，能夠一邊實(shí)現(xiàn)低線能量化，一邊形成沒(méi)有未熔合等焊接缺陷的焊接金屬。

還有，在本結(jié)構(gòu)的焊接裝置100中，優(yōu)選使配置在被焊接板15A、15B的背面?zhèn)鹊暮附z25不搖動(dòng)，而只使配置在表面?zhèn)鹊暮附z26通過(guò)擺動(dòng)裝置搖動(dòng)。只使焊絲26搖動(dòng)的情況下，電弧穩(wěn)定性提高，能夠減少飛濺發(fā)生量。由此，即使對(duì)于細(xì)長(zhǎng)而坡口11的尺寸偏差大的實(shí)際焊接施工，也能夠確保良好的焊接操作性。另外，也可以在焊絲25側(cè)組裝擺動(dòng)裝置搖動(dòng)焊絲25，以之代替使焊絲26搖動(dòng)，也可以同時(shí)搖動(dòng)焊絲25和焊絲26二者。這種情況下，如果以一個(gè)擺動(dòng)裝置搖動(dòng)焊絲25、26，則能夠使焊接裝置100的機(jī)器構(gòu)成簡(jiǎn)單。

<第二結(jié)構(gòu)例>

接著，說(shuō)明氣電焊裝置的第二結(jié)構(gòu)例。

圖7是第二結(jié)構(gòu)例的焊接裝置的示意性的整體結(jié)構(gòu)圖。在以后的說(shuō)明中，對(duì)于相同的構(gòu)件和部位附加相同的符號(hào)，其說(shuō)明省略或簡(jiǎn)化。

本結(jié)構(gòu)的焊接裝置200，是設(shè)有單一的焊絲供給部38的單電極的結(jié)構(gòu)，以之取代圖1所示的焊接裝置100的具有一對(duì)焊絲供給部35、37的雙電極的結(jié)構(gòu)。另外，隨之而來(lái)的是，焊接電源部40成為設(shè)有單一的焊接電源44的結(jié)構(gòu)，以之取代第一焊接電源41、第二焊接電源43。其他的結(jié)構(gòu)，與前述的焊接裝置100同樣。另外，焊絲28也可以由未圖示的擺 動(dòng)裝置搖動(dòng)。

根據(jù)本結(jié)構(gòu)的焊接裝置200，即使是單一的焊絲供給部38，仍與前述的焊接條件同樣進(jìn)行氣電焊。由此，即使被焊接板15A、15B的板厚低于45mm的板厚時(shí)，也能夠得到與前述同樣的作用效果?？傊?，不論焊接吹管是單數(shù)、多數(shù)的任一種情況，如上述，通過(guò)焊絲使用藥芯焊絲，保護(hù)氣體使用CO₂氣，作為焊接電流使用脈沖電流，可實(shí)現(xiàn)氣電焊的最佳化。

實(shí)施例

將使用圖1所示的焊接裝置100和圖7所示的焊接裝置200，并使用表2所示的焊絲進(jìn)行焊接的實(shí)驗(yàn)例1～56的評(píng)價(jià)結(jié)果顯示在表3、表4中。

<焊接條件>

焊接速度：20mm/min

板厚(單電極)：45mm

板厚(雙電極)：80mm

根部間隙：10mm

坡口角度：20°

<評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)>

(1)關(guān)于焊道外觀，通過(guò)目視評(píng)價(jià)咬邊或下垂有無(wú)發(fā)生。評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為，A良好，B有外觀不良。

(2)關(guān)于未熔合，通過(guò)超聲波探傷(UT：Ultrasonic Testing)試驗(yàn)(JIS Z 3060：2002)，根據(jù)未焊透有無(wú)發(fā)生進(jìn)行評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為，A無(wú)未焊透，B有未焊透。

(3)關(guān)于飛濺操作性，由高速攝影機(jī)拍攝，按下述標(biāo)準(zhǔn)，以A、B、C這3個(gè)等級(jí)評(píng)價(jià)每10秒之中發(fā)生的飛濺的數(shù)量。

A：低于100個(gè)

B：100個(gè)以上且低于200個(gè)

C：200個(gè)以上

(4)關(guān)于韌性，與利用實(shí)芯焊絲進(jìn)行的恒電壓的氣電焊的試樣的擺錘沖擊試驗(yàn)(JIS Z 2242：2005)的結(jié)果比校，按下述標(biāo)準(zhǔn)，以A、B、C這3級(jí)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

A：100以上且120以下

B：60以上且低于100

C：低于60

【表2】

【表3】

【表4】

如實(shí)驗(yàn)例45～47，若保護(hù)氣體中的Ar比率增加，則熔滴過(guò)渡時(shí)焊劑飛散，操作性惡化。

如實(shí)驗(yàn)例48、49，若電纜長(zhǎng)低于3m，則波形的平鈍不會(huì)發(fā)生，因此脈沖電流的上升低于0.1ms，藥芯焊絲與CO₂氣組合時(shí)，熔滴過(guò)渡不穩(wěn)定，發(fā)生飛濺而使操作性劣化。

如實(shí)驗(yàn)例50、51，若電纜長(zhǎng)變成100m，則波形過(guò)度平鈍，脈沖電流的上升高于5.0ms，操作性惡化。

如實(shí)驗(yàn)例52，若藥芯焊絲的焊劑率低于15％，則對(duì)于熔滴的離脫而得不到充分的收縮力，因此熔滴過(guò)渡不穩(wěn)定，焊接操作性劣化。

另一方面，如實(shí)驗(yàn)例53，若焊劑率高于30％，則焊劑開(kāi)始飛散，焊接操作性劣化。

實(shí)驗(yàn)例54是使實(shí)芯焊絲、CO₂氣和脈沖電流組合的焊接方法。這種情況下，熔滴過(guò)渡變得不穩(wěn)定，焊道外觀不良以及焊接操作性劣化。

實(shí)驗(yàn)例55是上升時(shí)間超過(guò)5.0ms，頻率低于20Hz的情況。這種情況下，峰值期間中發(fā)生熔滴離脫，1mm以上的大顆的飛濺發(fā)生，焊接操作性劣化。

實(shí)驗(yàn)例56是頻率高于200Hz的情況。這種情況下，藥芯焊絲受到急劇的收縮力，焊絲中的焊劑飛散，因此焊接操作性劣化。

符號(hào)說(shuō)明

11 坡口

15A、15B 被焊接板

17 滑動(dòng)板

19 襯墊材

25、26、28 焊絲

39、40 焊接電源部

100，200 氣電焊裝置