多電極氣體保護電弧焊方法
2023-06-28 02:17:16
專利名稱：多電極氣體保護電弧焊方法
技術領域：
本發明涉及使用藥芯焊絲的多電極氣體保護電弧焊方法，特別是涉及在以多電極形成1個熔池的多電極1熔池焊接施工中，向各電極間供給填充焊絲(filler wire)的多電極氣體保護電弧焊方法。
背景技術：
以前，為了實現造船或橋梁的水平角焊的高效率化，採用多電極氣體保護電弧焊方法中的1熔池焊接施工方法。但是，在實際的結構物的情況下，由地如下各種幹擾因素(a)角焊部的過大間隙；(b)預塗底漆(shopprimer)的過大塗布膜厚；(c)工廠內的電流電壓變動等，導致這些作為施工的重要要件的熔液(湯溜まり)的均一性和穩定性喪失，其結果是，發生電弧不穩定，由於飛濺的發多、焊道形狀、外觀和整齊的惡化，以及咬邊的多發等，導致修整焊接增多。特別是在150～200cm/分左右的焊接速度下，該傾向顯著，因此即使增大焊接速度，修整比率仍增大，結果是產生焊接工時大幅增加這樣的問題。
因此，本申請的申請人已經提出有一種多電極氣體保護電弧焊方法，其是使用氣體保護電弧焊用藥芯焊絲作為先行電極和後行電極，將先行電極和後行電極之間的電極間距離設定為15～50mm，將填充焊絲插入先行電極和後行電極之間的熔液中，邊使所述填充焊絲上流通正極性的電流(焊絲負極)邊進行焊接(專利第3759114號)。
在該專利文獻所述的焊接方法中，作為緩和在先行電極和後行電極之間發生的電弧幹擾的方法，是插入填充焊絲，但該填充焊絲的插入會導致焊接金屬量增加，結果是有焊道形狀凸形化的傾向。
發明內容
本發明鑑於這一問題點而做，其目的在於，提供一種多電極氣體保護電弧焊方法，其在將填充焊絲插入先行電極和後行電極之間的焊接施工方法中，顯著改善焊道形狀，緩和在先行電極和後行電極之間發生的電弧幹擾，並且設備化容易。
本發明是對於水平設置的下板和在該下板上垂直設置的立板的角焊縫進行多電極氣體保護電弧焊的方法，其中，向先行電極和繼該先行電極之後的後行電極之間供給填充焊絲，作為所述先行電極和後行電極使用氣體保護電弧焊用藥芯焊絲，使先行電極和後行電極之間的電極間距離為20～35mm，設所述先行電極水平構成的角度為先行電極水平角L，設所述後行電極水平構成的角度為後行電極水平角T，所述L和T之中，設大的一方為X，小的一方為Y，設所述填充焊絲水平構成的角度為填充焊絲焊炬角F，俯視下，設先行電極的前端朝向焊接方向的後方的角度為先行電極後退角α，設後行電極的前端朝向焊接方向的前方的角度為後行電極前進角β，以填充焊絲的前端朝向焊接方向的後方或前方的角度作為相對於與焊接方向垂直的方向構成的角度設為填充焊絲焊炬前后角γ(在焊接方向後方為後退角(-)，在焊接方向前方為前進角(+))時，這些變數滿足下式，所述填充焊絲的焊絲目標位置為從所述立板的下端至(上焊腳長度-2mm)的範圍。
40°≤L≤60°， 40°≤T≤60°， X+5°≤F≤X+20°或Y-20°≤F≤Y-5°， 4°≤α≤14°， 5°≤β≤15°和 -5°≤γ≤5° 還有，優選所述填充焊絲焊炬前后角γ為0°。
在此，所述上焊腳長度，如圖1所示，意思是從下板1至焊縫邊的長度。即，意味著上方向的焊腳長度(leg length)。
在本發明中，所謂多電極的情況，是除了先行電極和後行電極這2個電極以外，還包括3電極以上的情況。這種情況下，例如在先行電極和後行電極的2個電極的後方，還能夠隨後配置3電極。
根據本發明，使用於緩和電緩幹擾而插入的填充焊絲的焊絲目標位置為從立板的下端至(上焊腳長度-2mm)的範圍，通過在立板側進行調整，能夠積極地利用填充焊絲帶來的熔池的冷卻效果，抑制熔池因重力而下垂的現象，由此能夠顯著改善焊道形狀。
為了得到由填充焊絲帶來的電弧幹擾緩和效果，而在與先行電極和後行電極為相同的面上(同一焊炬角度)配置填充焊絲時，先行電極和後行電極之間的填充焊絲插入空間小，設備化困難。相對於此，在本發明中，將填充焊絲的焊炬角度F設定為與先行電極水平角L和後行電極水平角T不同的角度，即使填充焊絲沒有配置在與先行電極和後行電極相同的面內，也不會損害電弧幹擾減低效果。因此，根據本發明，設備化變得顯著地容易。
圖1是說是有本發明的實施方式的多電極氣體保護電弧焊方法的模式化的正視圖。
圖2是同圖模式化的正視圖。
圖3是同圖模式化的俯視圖。
圖4是表示焊道形狀的模式化的正視圖。
具體實施例方式 以下，參照附圖具體地說明本發明的實施方式。圖1和圖2是說明要發明的實施方式的多電極氣體保護電弧焊方法的模式化的正視圖，圖3是同圖模式化的俯視圖。另外，圖4是表示焊道形狀的模式化的正視圖。在水平配置的下板1上，垂直配置有立板2，對於下板1和立板2的角縫部，進行使用多個焊絲的多電極氣體保護電弧焊。本實施方式是使用先行電極和後行電極的2電極焊接，但本發明不限於此，也可以使用3電極以上。這種情況下，第3電極以後能夠配置在後行電極的後方。本實施方式向先行電極和後行電極之間的熔池供給填充焊絲。還有，作為先行電極和後行電極使用氣體保護電弧焊用藥芯焊絲。填充焊絲能夠使用藥芯焊絲。
這種情況下，如圖3所示，俯視下，相對於焊接方向，先行一方的先行電極具有其前端朝向後方的後退角α。另外，後方的後行電極具有其前端朝向前方的前進角β。而且，填充焊絲在俯視下，其前端朝向焊接方向的後方或前方，或者與焊接方向直交。該填充焊絲的前端相對於與焊接方向垂直的方向而構成的角度為填充焊絲焊炬前后角γ(焊接方向後方的後退角為-，焊接方向前方的前進角為+)。這時，使α、β、γ滿足下式，如此設定先行電極和後行電極以及填充焊絲。
4°≤α≤14°， 5°≤β≤15°， -5°≤γ≤5° 另外，如圖3所示，使先行電極和後行電極之間的電極間距離為20～35mm。
此外，圖2所示，設先行電極水平構成的角度為先行電極水平角L，設所述後行電極水平構成的角度為後行電極水平角T，設所述填充焊絲水平構成的角度為填充焊絲焊炬角F時，使此L、T、F之滿足下式，如此設定先行電極和後行電極以及填充焊絲。其中，所述L和T之中，大的一方為X，小的一方為Y。
40°≤L≤60°， 40°≤T≤60°， X+5°≤F≤X+20°或Y-20°≤F≤Y-5° 另外，在本實施方式中，如圖1所示，還使填充焊絲的焊絲目標位置為從立板2的下端至(上焊腳長度-2mm)的範圍。
如此設定焊接條件，進行多電極氣體保護電弧焊。在本實施方式中，如圖1所示，在立板側設定填充焊絲的對準位置，因此，填充焊絲帶來的熔池的冷卻效果得到高效率地發揮，熔池因重力而下垂受到抑制，焊道形狀良好。另外，如此，即使填充焊絲沒有配置在與先行電極和後行電極相同的面上，也不會損害來自填充焊絲的電弧幹擾緩和效果。另外，因為沒有將填充焊絲配置在與先行電極和後行電極相同的面上，所以焊接施工的設備化容易。
以下，對於本發明的數值限定理由進行說明。
「填充焊絲的焊絲目標位置為從立板2的下端(根部)至上方(上焊腳長度-2mm)的位置」 若填充焊絲的對準位置處於比(上焊腳長度-2mm)高的位置，則電弧幹擾緩和效果降低，無法使熔液穩定，焊道形狀和焊道外觀變得不穩定。另外，耐氣孔性劣化，飛濺增加。另一方面，若填充焊絲的對準位置朝向比根部(立板2的下端)更下方，則焊道形狀成為焊瘤，沒有焊道形狀的改善效果。由此，焊道的整齊性劣化。
在實際的焊接施工中，目標上焊腳長度被決定。選擇能夠實現該目標上焊腳長度的焊接條件(電流、電壓、速度)進行焊接，並且由該目標上焊腳長度決定焊絲目標位置。
「X+5°≤F≤X+20°或Y-20°≤F≤Y-5°」 填充焊絲焊炬角F比X+20°大時，或者F比Y-20°小時，填充焊絲的焊接舉動不穩定，無法使熔液穩定，得不到良好的焊道外觀和焊道形狀。另外，填充焊比和先行電極或後行電極的電弧發生位置之間的距離變大，因此緩和作用於前行極和後行電極之間的電弧幹擾的效果降低，電弧幹擾變大。
另一方面，Y-5°＜F＜X+5°時，填充焊絲的插入空間小，設備化困難。
因此，滿足X+5°≤F≤X+20°或Y-20°≤F≤Y-5°的任意一項，如此設定先行電極水平角L、後行電極水平角T和填充焊絲焊炬角F。
「電極間距離20～35mm」 若電極間距離低於20mm，則無法使熔液穩定，焊道形狀和焊道外觀變得不穩定。另外，若電極間距離低於20mm，則耐氣孔性劣化，並且先行電極和後行電極的電極間距離小，因此填充焊絲的插入空間小，設備化變得困難。另一方面，若電極間距離超過35mm，則焊道形狀成為焊瘤，並且熔液變小，填充焊絲的焊接舉動不穩定。因此，電極間距離為20～35mm。
「先行電極後退角α4°～14°，更優選為7°～13°」 若先行電極後退角α低於4°，則熔池的穩定性劣化。另外，焊炬距離變近，因此本焊接方法的設備化困難。另一方面，若先行電極後退角α超過14°，則有焊道形狀成為凸型的問題點。因此，先行電極後退角α為4°～14°，更優選為7°～13°。
「後行電極前進角β5°～15°，更優選為10°～13°」 若後行電極前進角β低於5°，則使熔池的穩定性劣化，並且焊道形狀成為凸型。另一方面，若後行電極前進角β超過15°，則容易發生咬邊，焊道外觀不良。因此，後行電極前進角β為5°～15°，更優選為10°～13°。
「填充焊絲焊炬前后角γ-5°～5°(後退5°～前進5°)」 填充焊絲焊炬前后角γ是後退角，該後退角超過5°時，熔池穩定性劣化，飛濺量增加，並且本焊接方法的設備化困難。另一方面，填充焊絲焊炬前后角γ為前進角時，若該前進角超過5°時，熔池穩定性也劣化，飛濺量增加，並且本焊接方法的設備化困難。因此填充焊絲焊炬前后角γ為-5°～5°(後退5°～前進5°。更優選為填充焊絲焊炬前后角γ為0°，即，γ相對於焊接方向垂直。如此，通過使γ成為0°，將填充焊絲配置在距先行電極和後行電極的距離相等的位置，緩和從兩電極發生的磁場的幹擾的效果提高。
實施例
接下來，就本發明的實施例，與脫離本發明的範圍的比較例加以比較而進行說明。下述表1顯示焊接試驗條件。另外，下述表2顯示特性的評價標準。
表1
注) 「YFW-C50DM」和「YGW17」是表示焊接用焊絲的種類的JIS規格。「YFW-C50DM」是藥芯焊絲的1種，「YGW17」是實芯焊絲的1種。
·DCEP＝Direct Current Electrode Positive DCEN＝Direct Current Electrode Negative ·所謂對準位置的「先行電極0mm，後行電極2.5mm」，如圖2所示，意思是先行電極由立板和下板形成的角部，後行電極是由此下板的右方向2.5mm為對準位置。
表2
使用焊腳長度計測定上焊腳長度。
在圖4的焊道形狀中，由連結下板1的焊道外觀位置和立板2焊道外觀位置的線段，根據焊道突起為凸狀的高度H和所述線段的長度L的比，即H/L，評價焊道形狀。即，H/L越小，焊道形狀越優異。這種情況下，評價5～2中，焊道形狀差時，焊道縱長方向的均一性仍被維持。評價1為焊道形狀在縱長方向的均一性也受到阻礙的情況。
焊道的外觀由不整齊處個數、咬邊個數的合計(個/1000mm)評價。飛濺由飛濺發生量評價。此外，耐氣孔性由耐氣孔性試驗的單側的針狀氣孔發生數(個/1000mm)評價。但是，在立板的兩側所形成的2個針狀氣孔之中，由針狀氣孔多的一方的針狀氣孔的針狀氣孔發生數進行評價。在這些情況下，1000mm為焊接長度。
還有，評價3以上判斷為良好，2以下判斷為不良。另外，關於設備化難易度，能夠充分確保插入填充焊絲的空間的情況判斷為○，不能充分確保空間的判斷為×。
下述表3-1～3-6表示各實施例和比較例的焊接條件。另外，下述表4顯示所得到的特性的評價結果。
表3-1
表3-2
表3-3
表3-4
表3-5
表3-6
表4-1
表4-2
如表4所示，在實施例1～14中，評價結果為4或5，也可以設備化。相對於此，比較例1～18中其任意的特性的評價結果為1、2或3，或者設備化困難。
權利要求
1.一種多電極氣體保護電弧焊方法，是對水平設置的下板和在該下板上垂直設置的立板的角焊縫進行多電極氣體保護電弧焊的方法，其特徵在於，
向先行電極和繼該先行電極之後的後行電極之間供給填充焊絲，
作為所述先行電極和後行電極使用氣體保護電弧焊用藥芯焊絲，
使先行電極和後行電極之間的電極間距離為20～35mm，
在設所述先行電極水平構成的角度為先行電極水平角L，設所述後行電極水平構成的角度為後行電極水平角T，設所述L和T之中的大的一方為X，小的一方為Y，設所述填充焊絲水平構成的角度為填充焊絲焊炬角F，設在俯視時，先行電極的前端朝向焊接方向的後方的角度為先行電極後退角α，設後行電極的前端朝向焊接方向的前方的角度為後行電極前進角β，以填充焊絲的前端朝向焊接方向的後方或前方的角度作為相對於與焊接方向垂直的方向構成的角度設為填充焊絲焊炬前后角γ，且設焊接方向後方為-，設焊接方向前方為+時，這些變數滿足下式，
所述填充焊絲的焊絲目標位置為從所述立板的下端至(上焊腳長度-2mm)的範圍，
40°≤L≤60°，
40°≤T≤60°，
X+5°≤F≤X+20°或Y-20°≤F≤Y-5°，
4°≤α≤14°，
5°≤β≤15°和
-5°≤γ≤5°。
2.根據權利要求1所述的多電極氣體保護電弧焊方法，其特徵在於，所述填充焊絲焊炬前后角γ為0°。
全文摘要
在先行電極和後行電極之間插入填充焊絲的多電極氣體保護電弧焊的方法中，電極間距離為20～35mm，先行電極水平角L、後行電極水平角T之中，設大的一方為X，小的一方為Y，此外，由先行電極後退角α、後行電極前進角β，填充焊絲焊炬前后角γ構成的變數滿足下式，使填充焊絲的焊絲目標位置為從所述立板的下端至(上焊腳長度-2mm)的範圍。40°≤L≤60°，40°≤T≤60°，X+5°≤F≤X+20°或Y-20°≤F≤Y-5°，4°≤α≤14°，5°≤β≤15°，-5°≤γ≤5°根據這一方法，可顯著改善焊道形狀，緩和在先行電極和後行電極之間發生的電弧幹擾，並且使設備化變得容易。
文檔編號B23K9/16GK101745723SQ200910225909
公開日2010年6月23日 申請日期2009年11月23日 優先權日2008年12月2日
發明者長岡茂雄, 有田大, 江原進, 伊藤和彥 申請人:株式會社神戶制鋼所