雙電極氣體保護焊用管狀焊絲的製作方法
2023-05-02 17:50:31
專利名稱：雙電極氣體保護焊用管狀焊絲的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種可焊接厚鋼板的一個立焊焊道的雙電極氣體保護焊用管狀焊絲。
背景技術：
氣體保護焊接作為一種高效率的立焊焊接方法，可以用在船舶、石油儲灌以及橋梁等各個領域中，對於焊接的合理性以及接縫質量的穩定化具有很大的貢獻。尤其在船舶領域，適用於如貨櫃運貨船的舷緣列板以及艙口圍板部等板厚在50mm以上的極厚板的焊接。
但是，在對於此極厚板的焊接方法中，以前的單電極單焊道的焊接方法，除了焊接速度很低之外，也易產生融合不良等缺陷。為了消除這些問題並提高操作效率，提出了各種雙電極電弧氣體保護的焊接方法及其裝置。
在特開平8-187598號公報中公開了一種能高質量而且高效率進行焊接的氣體保護焊的焊接方法以及裝置，對於厚壁對接立焊接頭，在厚壁的焊接板的正面比背面寬的對接立焊接頭的坡口中，沿板厚方向並列送給兩根焊絲，關於由兩焊絲產生電弧的熱源的範圍，正面熱源範圍比背面熱源範圍增大，並且使兩焊絲沿板厚的方向振動(oscillate)而進行焊接，這樣不會惡化被焊接板的材質。
在特開平10-118771號公報中公開了如下技術，在沿垂直鋼板上下方向延伸的坡口中、邊供給管狀焊絲邊在上方焊接的立焊氣體保護焊接裝置中，配置有對沿坡口的縱深方向並排的坡口深處與開口處進行焊接的第單電極以及第二電極、臺車、驅動第單電極以及第二電極在坡口縱深方向搖動的振動裝置以及在第單電極上產生正極性電弧，第二電極上產生反極性電弧的焊接電源，從而實現了快速進行且各部位焊接良好的厚板立焊氣體保護焊接，而且抑制了熔融焊渣的飛濺。
特開平11-285826號公報中公開了如下的焊接方法，在利用雙電極立焊氣體保護焊焊接厚鋼板坡口的時候，在板厚方向上配置兩個焊接電極，在滑動銅板一側電極上使用管狀焊絲，在墊材一側電極上使用實芯焊絲或者管狀焊絲，搖動兩電極進行焊接，以此為基礎，在滑動銅板一側電極上使用焊渣生成率為焊絲熔融量的2.7～5.5％的管狀焊絲，在墊材一側電極上使用焊渣生成率為焊絲熔融量的2.6％以下的實芯焊絲或者管狀焊絲，滑動銅板一側電極與墊材一側電極的焊絲極間距離為10～38mm，進一步將滑動銅板一側電極的焊絲送給速度設為墊材一側電極的焊絲送給速度的1～1.5倍，而且兩極的平均焊絲送給速度為14～20m/分，從而可以在35～90mm厚鋼板的立焊單焊道中進行具有良好焊接操作性以及良好焊接形狀的焊接。
在特開平11-197884號公報中公開的雙電極氣體保護焊接方法，作為墊材一側電極，使用焊渣生成率為熔敷金屬質量的0.5～2.6％的鋼焊絲或者管狀焊絲，在滑動銅板一側電極，使用焊渣生成率為熔敷金屬質量的2.7～5.5％的管狀焊絲，進一步規定在墊材一側電極以及滑動銅板一側的電極焊絲中的C、Si、Mn、Ti、B的組成，通過這種雙電極氣體保護焊接方法，能得到良好的焊接操作性以及良好的焊接金屬性能。
特開2002-103041號公報中公開了一種極厚鋼材的雙電極立焊氣體保護焊接方法，在極厚的被焊接板的一面上設置滑動銅墊板，在另一面設置固定式墊板，在其坡口內沿板厚方向並排插入兩根焊接電極，然後對被焊接板進行焊接，在這個方法中，作為滑動銅墊板一側的焊接電極，使用相對於焊絲總重規定了金屬氟化物以及其他成分組成的管狀焊絲，而作為固定式墊板一側的焊接電極使用實芯焊絲，從而得到在焊接厚鋼板的時候具有良好的低溫韌性以及良好焊接操作性。
但是，在特開平8-187579號公報、特開平10-118771號公報以及特開平11-285826號公報所公開的焊接方法中，雖然使兩電極同時振動，可以在焊接長度較短的情況使用，但是對於焊接長度較長的情況，由於墊材一側振動的影響使得墊材一側焊絲的電弧不穩定，較容易發生背面焊道不良(堆高、焊道寬度)、產生過多飛濺的現象。另外由於附著的焊渣而造成保護不良以及焊嘴的熱粘砂，不得已要中斷焊接並且重新開始，因而降低了焊接的效率。
另外對於特開平11-197884號公報中公開的焊接方法，雖然規定飛濺生成率以及成分而得到良好操作性，但它是以保持沿板厚方向一定的焊絲極間距離進行搖動為前提進行的。
進而，在特開2002-103041號公報中公開的焊接方法中，是在兩根焊絲中，在坡口開口一側使用焊絲組成限定較細的管狀焊絲，以及在墊材一側使用實芯焊絲的組合的方法，得到了良好的操作性以及低溫韌性，但是並未言及焊絲的搖動。
進一步對於上述特開平10-118771號公報中公開的雙電極氣體保護焊接裝置，由於在正面一側以及背面一側設置的兩個電極同時振動，所以必須在兩電極上安裝振動裝置，或者將兩個電極一體化後利用一個裝置進行同步振動。這樣的話對於此雙電極氣體保護焊接裝置，就會存在大型、複雜的問題。另外在將兩個電極一體化的時候，還存在不能只使用一個電極的問題。
發明內容
本發明就是在借鑑上述存在問題的基礎上產生的，其目的在於提供一種在厚鋼板的立焊單焊道焊接中，具有良好焊接操作性以及良好低溫韌性的雙電極氣體保護焊用管狀焊絲、雙電極氣體保護焊接方法以及雙電極氣體保護焊接裝置。
本申請第一發明中涉及的雙電極氣體保護焊接方法，是對於被焊接板的正面側比背面側寬的上下延伸的坡口，正面側與在上方滑動的滑動銅板接觸，背面側與固定墊材接觸，並且在上述坡口內將兩根焊絲分離配置在上述正面側與背面側，對上述坡口進行對接立焊的雙電極氣體保護焊接方法，其特徵在於上述焊絲為管狀焊絲，只有正面側焊絲沿板厚的方向振動，並且使兩焊絲極性相反地進行焊接。
在發明中為了確保在背面側焊絲的電弧穩定性，並不振動背面一側的焊絲，而是固定其在板厚方向的位置。另外為了降低飛濺的發生量，正面側焊絲以及背面側焊絲均使用管狀焊絲，進一步使雙方焊絲的極性相反，這樣可以防止發生電弧幹涉，進而確保良好的電弧穩定性。
在該雙電極氣體保護焊接方法中，優選將上述正面側焊絲的極性設為反極性，將上述背面側焊絲的極性設為正極性。這樣可以防止兩極間發生電弧幹涉，因而可以確保良好的焊接操作性。另外，上述背面側焊絲與上述被焊接板背面之間的距離優選的是3～50mm。這樣可以防止熔砂、堆高過大、外觀不良以及融合不良等，因而可以得到良好的背面焊縫外觀以及形狀。進一步，上述的管狀焊絲，例如相對於焊絲總質量，其中含有Mn1.5～2.5質量％，SiO20.10～1.00質量％，Ni0.5～3.0質量％，Ti0.10～0.50質量％，B0.004～0.020質量％。通過使用此種管狀焊絲，即使輸入熱量多也不會降低衝擊性能，可以得到良好韌性的焊接金屬。
本申請第二發明中涉及的雙電極氣體保護焊接裝置，是對於被焊接板的正面側比背面側寬的上下延伸的坡口，正面側與在上方滑動的滑動銅板接觸，背面側與固定墊材接觸，並且在上述坡口內將第一以及第二兩根焊絲分離配置在上述正面側與背面側，對上述坡口進行對接立焊的雙電極氣體保護焊接裝置，其特徵在於包含有如下部件，將上述第一焊絲送到上述坡口中、同時沿上述坡口移動的焊接臺車；將可自由裝卸安裝在上述焊接臺車上的上述第二焊絲向比上述坡口內的上述第一焊絲向靠上述墊材一側位置送給的送給部件；將設置在上述焊接臺車上的上述第一焊絲沿上述被焊接板的板厚方向振動的振動裝置；可在上述第一以及第二焊絲上施加極性相反電壓的電源。
在本發明中，由於背面側焊絲並不振動，只有正面側焊絲振動，因此對於背面側焊絲並不需要振動裝置。另外，對於只利用正面側焊絲進行焊接的時候，可以將背面側焊絲卸下。從而可以簡化裝置以及減輕重量。
在該雙電極氣體保護焊接裝置中，在上述焊接臺車上設置插入部，在上述送給部件上設置可嵌入上述插入部的安裝部，以將上述安裝部嵌入到上述插入部中的狀態，通過螺絲將上述安裝部固定在上述插入部上，從而將上述送給部件固定在上述焊接臺車上。另外，在上述焊接臺車上設置有U字形的安裝部，在上述送給部件上設置可插入上述安裝部中的插入部，並以將該插入部嵌入到上述安裝部中的狀態，通過螺絲將上述插入部固定在上述安裝部上，從而將上述送給部件固定在上述焊接臺車上。
本申請第三發明中涉及的雙電極氣體保護焊接用管狀焊絲，是使用於雙電極氣體保護焊接中的雙電極氣體保護焊接用管狀焊絲，所述雙電極氣體保護焊接，是對於被焊接板的正面側比背面側寬的上下延伸的坡口，正面側與相對於上述被焊接板在上方滑動的滑動銅板接觸，背面側與固定在上述被焊接板上的墊材接觸，並且在上述坡口內將兩根焊絲分離配置在上述正面側與背面側，對上述坡口進行對接立焊，其特徵在於以焊絲總質量為基準，其中含有Mn1.5～2.5質量％，SiO20.10～1.00質量％，Ni0.5～3.0質量％，Ti0.10～0.50質量％，B0.004～0.020質量％。
在本發明中，通過將Mn、Ni、Ti以及B的含量設定在上述的範圍之內，即使在由於板厚以及間隙的增加而引起輸入熱量增加的情況下，也能防止焊接金屬衝擊性能的下降。由此，在如雙電極氣體保護焊接的熱輸入型焊接中，可得到具有良好韌性的焊接金屬。另外，通過將SiO2的含量設定在0.10～1.00質量％可以穩定電弧，能夠確保良好的焊接操作性。
根據本發明，正面側焊絲以及背面側焊絲均使用管狀焊絲，而背面側的焊絲並不振動，只有正面側的焊絲在沿板厚的方向上振動，並利用兩焊絲的極性相反進行焊接，以此，可在厚鋼板的立焊單焊道的焊接中得到良好的焊接操作性以及良好低溫韌性。
圖1是本發明實施方式的雙電極氣體保護焊接裝置的側視圖。
圖2(a)是送給正面側焊絲的焊接臺車的俯視圖，(b)是送給背面側焊絲的送給部的俯視圖。
圖3是焊絲供給部的側視圖。
圖4(a)是表示在焊接臺車上安裝送給部件方法的分解側視圖，(b)為(a)中沿A-A線的分解截面圖。
圖5是本發明實施方式的雙電極氣體保護焊接方法的俯視圖。
圖6是本發明實施方式的雙電極氣體保護焊接方法的側截面圖。
圖7(a)是被焊接板的板厚為80mm時的焊接方法的俯視圖，(b)是被焊接板的板厚為35mm時的焊接方法的俯視圖。
圖8是被焊接板的板厚為80mm時的焊接方法的側截面圖。
具體實施例方式
下面對本發明實施方式所涉及的雙電極氣體保護焊接裝置，參照附圖進行具體的說明。圖1所示的是實施例的雙電極氣體保護焊接裝置的側視圖，圖2(a)所示的是向正面一側送給焊絲的焊接臺車的俯視圖，圖2(b)所示的是向背面一側送給焊絲的送給部件的俯視圖。另外，圖3所示的是焊絲的供給部的側視圖。如圖1中所示，在本實施例雙電極氣體保護焊接裝置中，設置有在向坡口內送給正面側焊絲4、同時沿著坡口移動的焊接臺車26，和向比坡口內正面側焊絲4靠裡的墊材側的位置送給背面側焊絲5的送給部件29。該送給部件29，可自由裝卸地被安裝在焊接臺車26上。另外，在本實施方式的雙電極氣體保護焊接裝置中，在正面側焊絲4以及背面側焊絲5上設置有可以施加極性相反的電壓的電源。進一步，如圖3所示，正面側焊絲4以及背面側焊絲5各自插入到管狀焊炬16以及焊炬17中，並通過其內部從前端向坡口內供給。
如圖2(a)所示，在焊接臺車26上設有支撐臂21，支撐將正面側焊絲4導入到坡口內的焊炬16。在該支撐臂21上安裝有夾鉗23，利用夾鉗23夾持焊炬16，從而可以保持焊炬16的位置。另外，支撐臂21可以在其位置前後左右移動，這樣可以對焊炬16的位置、即正面側焊絲4的供給位置進行調整。進一步，焊接臺車26上安裝有振動裝置25，利用該振動裝置25可以使得正面側焊絲4在被焊接板的板厚方向上振動。進一步，在焊接臺車26的左右各設兩個上下兩段共計8個車輪27。並且，該車輪27與沿著被焊接板上的坡口設置的導軌28轉動連接，利用馬達等使車輪27迴轉，這樣焊接臺車26就可以沿著坡口移動。
另外如圖2(b)所示，在送給部件29上設置有支撐臂22，支撐可以將背面側焊絲5導入到坡口內的焊炬17。在該支撐臂22上也設置有夾鉗24，利用該夾鉗24夾持焊炬17，從而可以保持焊炬17的位置。另外，支撐臂22，如上述的支撐臂21一樣，可以在其位置上前後左右移動，這樣可以對焊炬17的位置、即正面側焊絲5的供給位置進行調整。
進一步，送給部件29可自由裝卸地被安裝在焊接臺車26上。圖4(a)所示的是向焊接臺車上安裝送給部件的方法的分解側視圖，圖4(b)所示的是沿圖4(a)中A-A線截面的分解圖。該安裝方法，如圖4(a)以及(b)所示的那樣，在送給部件29上設置有U字形的安裝部30，在焊接臺車26上設置有可嵌合在安裝部30上的插入部31。而且，在安裝部30與插入部31嵌合的狀態、即在安裝部30中夾持插入部31的狀態下，利用螺絲將安裝部30固定在插入部31上。這樣通過在送給部件29上設置安裝部30，可使用以前的單電極用的焊接臺車作為雙電極氣體保護焊接裝置的焊接臺車30。在本實施方式的雙電極氣體保護焊接裝置中，在送給部件29上沒有安裝振動裝置。
如上所述，本實施方式的雙電極氣體保護焊接裝置，是一種只在正面側焊絲4上組裝有振動裝置25、而背面側焊絲5隻通過夾鉗24保持而沒有安裝振動裝置的簡單裝置。因此，能夠使裝置整體簡化而且輕量化。另外，本實施方式的雙電極氣體保護焊接裝置，由於背面側焊絲5比較容易裝卸，因此在必須使用兩電極焊接的時候，可以追加背面側焊絲5。這樣在本實施方式的雙電極氣體保護焊接裝置中，在焊接下方時，可以只使用正面側焊絲4的單電極焊接，而當必須使用兩電極焊接的時候，可以追加背面側焊絲5，因此，也比較適用於例如像近來大型化的、板厚達到80～100mm的貨櫃運貨船的舷緣列板等部位那樣、在沿板厚上方進行焊接形成厚板的情況。
下面，對本實施方式雙電極氣體保護焊接裝置的操作、即雙電極氣體保護焊接的焊接方法進行說明。圖5所示的是本實施方式的雙電極氣體保護焊接方法的俯視圖，圖6所示的是其側截面圖。如圖5以及圖6所示，首先，在由一對厚鋼板組成的被焊接板1上具有沿垂直方向延伸的坡口11，將其與水平方向對向設置，用焊接金屬10填埋該坡口11，形成對接立焊接頭。該坡口11，例如呈V字形，正面側的開口寬度比背面側的開口寬度要寬。
接著，在坡口11的背面側(被焊接板的背面側)上，固定設置墊材3。在本實施方式的雙電極氣體保護焊接的焊接方法中，在焊接操作中，該墊材3不移動。另一方面，在坡口11的正面一側(被焊接板的正面側)上設置有可以向上方移動的滑動銅板2。在滑動銅板2的上部設置有為了防止大氣侵入到該滑動銅板2上的焊接部分中而噴出保護氣體(例如二氧化碳)進行保護的氣體噴出口8。另外，在滑動銅板2上，內設有冷卻滑動銅板2的冷卻水通路6。在滑動銅板2的下部設置有向該冷卻水通路6中供給冷卻水的供給口7。
接著，將背面側焊絲5設置在離開被焊接板背面的3～50mm的位置。另外，在本實施方式的雙電極氣體保護焊接方法中，背面側焊絲5並不振動。即，並不沿著板厚的方向移動。另一方面，正面側焊絲4在沿被焊接板的板厚方向上的適當幅度內振動。
而且，這些正面側焊絲4以及背面側焊絲5與滑動銅板2設置在適當的焊接臺上，通過將該焊接臺在與被焊接板1平面平行的上方移動，可以使正面側焊絲4以及背面側焊絲5與滑動銅板2一起以相同的速度在上方移動，實施對接立焊。
另外，在本實施方式的雙電極氣體保護焊接方法中，正面側焊絲4以及背面側焊絲5均使用管狀焊絲，而且使正面側焊絲4以及背面側焊絲5之間的極性相反進行焊接，由此可以得到良好的焊接操作性。
本發明人們試驗的研究結果表明，在以前的雙電極氣體保護焊接方法中，兩電極同時振動，可以使用在焊接長較短的場合，但是在焊接長較長以及由於間隙變動等坡口偏差大的焊接施工中，由於背面側焊絲的振動的影響，使得背面側焊絲的電弧不穩定，較容易發生背面焊縫不良(堆高，焊道寬度)、飛濺生成量過多的現象。由於付著的焊渣造成的保護不良以及噴嘴的熱粘砂，不得已要中斷焊接以及重新開始，從而降低了焊接的效率。
因此，在本實施方式中，並不振動背面側焊絲5，通過只振動正面側焊絲4，可提高電弧的穩定性，降低飛濺的生成量。因此，是一種即使在坡口長度上的偏差較大的焊接施工中也可以確保良好焊接操作性的焊接方法。在本實施方式的雙電極氣體保護焊接方法中的推薦焊接條件如表1所示，相應每種板厚的推薦條件例如表2所示。另外，相應每種板厚的振動條件例如表3所示。進一步，圖7(a)所示的是被焊接板厚為80mm時的焊接方法的俯視圖。圖7(b)所示的是被焊接板厚為35mm時的焊接方法的俯視圖。另外，圖8所示的是被焊接板厚為80mm時焊接方法的側截面圖。如圖7(a)以及圖8所示，對被焊接板厚為80mm的時候，可以在下面的條件下進行焊接，例如坡口角度本發明實施方式α為20°，背面側坡口寬度為10mm，振幅A為15mm，正面側焊絲4與背面側焊絲5之間的極間距離L為25mm，背面側焊絲的目標位置m為35mm。另外，當被焊接板1的板厚為80mm時，如圖7(b)所示，例如，除了將極間距離L設定為10mm之外，與上述被焊接的板厚為80mm時相同的方法進行焊接。另外，對于振動速度優選的是1.5～7.5cm/秒。
表1表2表3另外，對於正面側焊絲以及背面側焊絲極性的組合，通過使其一方為正極、另一方為反極的方法，可以防止兩極間的電弧幹涉，確保良好的焊接操作性。另外，優選將正面側焊絲設為反極、背面側焊絲設為正極，以此使背面側焊絲的電弧範圍增大，使電弧可以充分的到達背面，從而背面可以形成良好的焊縫。
進一步，根據本發明人的研究結果，背面側焊絲在板厚方向的位置(離開背面的距離)對於背面焊縫的外觀，形狀具有較大的影響。當背面側焊絲在板厚方向位置為離開背面3mm以上50mm以下時，可以得到具有良好外觀、形狀的背面焊縫，而當其離開背面不足3mm時，會產生較多的熔渣以及較大的堆高，當其離開背面超過50mm時，會產生堆高不足等不良的外觀和不良的融合等。因此，為了得到良好的背面焊縫外觀、形狀，對於背面側焊絲在板厚方向的位置，必須在離開背面3mm～50mm之間。另外假設焊接對象的板厚為80mm。
進一步，以前的雙電極氣體保護焊接方法，使用的焊絲是實芯焊絲與管狀焊絲的組合，但在使用實芯焊絲的時候，電弧不穩定，而且會增加飛濺的生成量。因此在焊炬或者滑動銅板的周圍會付著焊渣，引起噴嘴的熱粘砂以及保護不良等，造成焊接的中斷。在本發明中正面側以及背面側焊絲均使用電弧穩定性良好的管狀焊絲，這樣可以降低飛濺的發生量，從而得到良好的焊接操作性以及完整的焊縫質量。
接著，對本實施方式的雙電極氣體保護焊接方法中使用的管狀焊絲進行詳細的說明。本實施方式的雙電極氣體保護焊接用管狀焊絲，以焊絲總質量為基準，其中含有Mn1.5～2.5質量％，SiO20.10～1.00質量％，Ni0.5～3.0質量％，Ti0.10～0.50質量％，以及B0.004～0.020質量％。
以下，對本實施方式中所用的雙電極氣體保護焊接用管狀焊絲中對各成分的數值限定理由進行說明。
Mn1.5～2.5質量％Mn作為脫氧劑使用，對焊接金屬的韌性具有很大的影響。在Mn含量不到1.5質量％的時候，焊接金屬的韌性不足。另一方面，在Mn含量超過2.5質量％的時候，焊接金屬的強度過高會使韌性惡化。因而將Mn的含量設定在1.5～2.5質量％，進一步優選的是在1.6～2.3質量％，這樣可以提高韌性。
SiO20.01～1.00質量％一般對於氣體保護焊接用管狀焊絲中焊渣的生成成分，使用的是CaF2，在本發明的管狀焊絲中也使用CaF2。此時SiO2是必要的成分，起到焊渣造渣劑的作用。但是，當SiO2的含量不到0.10質量％的時候，焊渣量過小，正面焊縫外觀不好。另一方面，SiO2的含量超過1.00質量％的時候，在熔池上焊渣過剩會造成電弧被埋沒的狀態。其結果造成電弧不穩定，增加飛濺。因而，SiO2的含量優選在0.10～1.00質量％範圍之內。
在上述特開平11-197884號公報中公開的管狀焊絲中，熔融金屬中焊渣的含量推薦在2.7質量％以上，但是當熔融金屬中焊渣的含量在2.7質量％以上時，熔池中焊渣量過剩，會造成電弧被埋沒，存在電弧不穩定的問題。因此，相對於熔融金屬焊渣的含量，優選的是不足2.7質量％。這樣，電弧具有良好的穩定性。另外，更為優選的是相對於熔融金屬量，焊渣的比例在0.5～2.5質量％之間。這樣可以得到更好的電弧穩定性以及焊縫外觀。
Ni0.5～3.0質量％Ni對提高焊接金屬的韌性有效。但是當Ni的含量不足0.5質量％的時候其效果很小，當Ni的含量超過3.0質量％的時候，焊接金屬的強度過高，使其韌性惡化。進一步Ni含量優選的是0.9～2.7質量％。這樣可以提高其韌性。
Ti0.10～0.50質量％Ti與上述的Ni一樣，可以改善焊接金屬的韌性。但是，當Ti的含量不足0.10質量％的時候效果很小，另外焊渣的剝離性也很差。另一方面，當Ti的含量超過0.50質量％的時候，焊接金屬的強度過高，使其韌性惡化。進一步優選的是Ti的含量在0.15～0.30質量％。這樣可以提高其韌性。
B0.004～0.020質量％B與上述的Ni以及Ti一樣，具有改善焊接金屬韌性的效果。但是B的含量在不足0.004質量％的時候其效果很小。另一方面，當B的含量超過0.020質量％的時候，焊接金屬的強度過高，不但會惡化韌性，而且高溫下斷裂的危險性較高。進一步對於B的含量優選是0.004～0.020質量％。這樣可以提高其韌性。
另外，在本實施方式的雙電極氣體保護焊接用管狀焊絲中，對平衡Mn、Ni、Ti以及B的含量很重要。通過將這些成分限定在上述的範圍之內，可在利用雙電極氣體保護焊接方法對厚鋼板立焊單焊道焊接時，得到良好的焊接操作性以及良好的低溫韌性。
進一步，在本實施方式的雙電極氣體保護焊接方法中，背面側焊絲以及正面側焊絲可以使用同一種組成的焊絲，但也可以改變背面側焊絲以及正面側的焊絲的組成。另外，本實施方式的雙電極氣體保護焊接的方法中，在背面側焊絲並不振動的條件下進行焊接，以此可以防止在焊接長度較短時不再成為問題的背面側焊絲電弧的不穩定而引起的多發飛濺，但通過適當設定背面側焊絲的組成，可以進一步提高該效果。在焊絲的成分中，特別地SiO2與飛濺產生量的關連較大，在背面側焊絲中，SiO2的含量高時較好。具體的，對於背面側焊絲中SiO2的含量優選的是在0.3～1.0質量％。另外，此時正面側焊絲中SiO2的含量優選的是在0.1～0.5質量％。在焊絲中SiO2的含量超過上述的範圍時，熔池上的焊渣過剩，造成電弧被埋沒，會使得電弧不穩定以及增加飛濺。另外，由於背面側焊絲在坡口的深處，在去除付著的飛濺時要比正面側難，因此希望可以特別抑制背面側焊絲產生飛濺。
(實施例1)以下，將本發明的實施例與本發明範圍之外的比較例進行比較並說明。下記表4所示的是實施例以及比較例中所用焊絲的種類、極性以及振動條件。另外，下記表5所示的是各實施例以及比較例的焊接操作性。其中表4中FCW為管狀焊絲(Flux Cored Wire)，表5中的○表示與實施例1～8具有同樣的性能，◎表示比實施例1～8要好，△表示比實施例1～8要稍差，×表示差。另外，對於試驗條件，被焊接板1的形狀為厚80mm，寬500mm，長3000mm，坡口角度為20°，坡口形狀為V字形，在焊接開始一側坡口間隙為4mm，焊接結束一側為8mm。即，考慮到實際焊接件間隙的變動，設置焊接開始側下端坡口間隙為4mm，焊接結束側的上端坡口間隙為8mm的錐形焊縫。
表4表5比較例1-1到1-4所示的是隨著正面側焊絲、背面側焊絲種類的不同對焊接操作性的影響。對於實芯焊絲與實芯焊絲組合使用的時候(比較例1-1)，由於電弧不穩定，會產生大量的飛濺，因而會引起保護不良以及噴嘴付著熱粘砂，不能繼續焊接。另外，對於實芯焊絲與管狀焊絲組合使用的時候(比較例1-2，1-3)，實芯焊絲的電弧穩定性下降，飛濺產生量增多。特別地，在正面側焊絲使用管狀焊絲，背面側焊絲使用實芯焊絲的時候(比較例1-2)，隨著板厚的增大，要除去背面側焊炬上付著的飛濺顯然很難，容易引起噴嘴粘付熱粘砂。
與之相對，在使用管狀焊絲與管狀焊絲組合使用的時候(比較例1-4)，電弧穩定性很好，可以確保良好的焊縫外觀以及焊縫形狀。另外，由於飛濺的發生量較小，所以粘付在焊炬以及滑動銅板的氣體噴出口上的飛濺量較少，可以穩定地進行焊接。
接著，在比較例1-4到1-7中，示出了正面側焊絲，背面側焊絲極性的影響。對於兩極極性相同的時候(比較例1-4、1-7)，兩極間會發生電弧幹涉，結果會破壞電弧穩定性。另一方面，對於兩極極性相反的情形(比較例1-5、1-6)，兩極間不會發生電弧幹涉，可以確保良好的電弧穩定性。特別地，在正面側焊絲為反極，背面側焊絲為正極時(比較例1-6)，背面側焊絲的電弧範圍較寬，其熔透度較廣，因此可以很好的達到背面，以形成良好的背面焊縫。
接著比較例1-6到1-13所示的是由正面側焊絲以及背面側焊絲的振動對焊接操作性的影響。在正面側焊絲以及背面側焊絲均振動的時候(比較例1-6、比較例1-7，比較例1-14，比較例1-15)，由于振動使得電弧穩定性下降，飛濺的生成量增加。此方法可以在焊接長度較短的場合使用，但是在焊接長度較長、出現間隙變動等坡口偏差較大的焊接施工時，由於背面側焊絲振動的影響，使背面側焊絲的電弧不穩定，容易造成背面焊縫不良(堆高，焊縫寬)、飛濺過多等現象。由於粘付的飛濺造成保護不良以及噴嘴的熱粘砂，所以不得已要中斷焊接以及重新開始，從而降低了焊接的效率。
相對地在本發明的實施例1-8以及實施例1-9中，只振動正面側焊絲，固定背面側焊絲，即使對間隙變動等坡口形狀的偏差較大的焊接施工，也可以確保良好的電弧穩定性。
另外，對於固定正面側焊絲，振動或者固定背面側焊絲的情形(比較例1-10到1-13)，正面側得不到很好的熔透，會產生融合不良等焊接缺陷。因此對于振動，採取只振動正面側焊絲、固定背面側焊絲的方法，在施工中可以得到良好的焊接操作性。
在下記表6中所示的是正面側焊絲的固定位置對背面焊縫外觀、形狀所產生的影響。在實施例2-3到2-10中，由於背面側焊絲的固定位置在離開背面3mm以上50mm以下的範圍之內，可以得到良好的背面焊縫外觀以及背面焊縫形狀，對於離開背面不足3mm的情形(比較例2-1以及2-2)，熔渣以及堆高過大，在離開背面超過50mm的時候(比較例2-11以及2-12)，可以看出有坡口背面側的熔融不好、堆高不足等不良外觀以及融合不良等現象。因此，為了得到良好的背面焊縫外觀、形狀，對於背面側焊絲的固定位置必須在離開背面3～50mm的範圍之內。
表6(實施例2)接著，對本發明的實施例2進行說明。在實施例2中，首先製作如下記表7所示組成的管狀焊絲。進一步，在如表4所示的焊絲成分中，殘部為Fe，Si以及C等。另外比較例No.3-21，所用的是以前的管狀焊絲。
表7接著，使用實施例以及比較例的各種焊絲，利用雙電極氣體保護焊接方法對厚80mm，寬500mm，長1500mm的被焊接板進行立焊單焊道的焊接，並評價焊接操作性以及焊接金屬的衝擊性能。此時的焊接條件為，坡口形狀為V字形，坡口焊縫為8mm，輸入熱量全部約為600KJ/cm。另外，衝擊試驗，根據JISZ3128規定的焊接接頭的衝擊試驗方法進行，測定其在-20℃下的衝擊值vE，其值為41J時為○，不足41J時為×。進一步，對於焊接操作性的評價，以實施例No.3-11的管狀焊絲為基準，比No.3-11好的表示為◎，相同的表示為○，稍差一些的表示為△，差的表示為×。以上結果如下記表8所示。
表8如上記表8中所示，對於Mn的含量不足1.5質量％的比較例3-2的焊絲，Ni含量不足0.5質量％的比較例3-3的焊絲，Ti的含量不足0.1質量％的比較例3-5的焊絲以及B的含量不足0.004重量％的比較例3-7的焊絲，由於其淬透性不足而使其衝擊值下降，特別對於比較例3-3的焊絲，其正面焊縫外觀不良。另外，對於Mn的含量超過2.5質量％的比較例3-1的焊絲，Ni的含量超過3.0質量％的比較例3-4的焊絲以及Ti的含量超過0.50質量％的比較例3-6的焊絲，由於焊接金屬的強度過高，使其衝擊性能下降。進一步，對於B含量超過0.020質量％的比較例3-8的焊絲，由於B的含量過高，其耐高溫破裂性較差，在高溫下會發生破裂。進一步具有含SiO2不足0.10質量％的比較例3-9的焊絲，由於焊渣量過少而使其正面焊縫外觀不良。另外對於SiO2的含量超過0.25質量％的比較例3-10的焊絲，熔池上的焊渣過多，造成電弧被埋沒的狀態。其結果是電弧不穩定，增加飛濺的生成量。進一步對於已有產品的比較例3-21，Mn的含量，Ni含量，Ti含量以及B的含量均在本發明的範圍之外，所以其衝擊值較低，而且對於焊接操作性，由於Ti不足0.10質量％，因而焊渣的剝離性較差。
另一方面，對於在本發明範圍內的實施例3-11到3-20以及實施例3-22到3-24的焊絲，具有良好的衝擊性能以及焊接操作性。
表1
表2
表3
表4
表5
表6
表7
表8
權利要求
1.一種雙電極氣體保護焊接用管狀焊絲，其特徵在於以焊絲總質量為基準，其中含有Mn1.5～2.5質量％，SiO20.10～1.00質量％，Ni0.5～3.0質量％，Ti0.10～0.50質量％，B0.004～0.020質量％。
2.如權利要求1所述的雙電極氣體保護焊接用管狀焊絲，其特徵在於以焊絲總質量為基準，其中含有Mn1.6～2.3質量％。
3.如權利要求1所述的雙電極氣體保護焊接用管狀焊絲，其特徵在於以焊絲總質量為基準，其中含有Ni0.9～2.7質量％。
4.如權利要求1所述的雙電極氣體保護焊接用管狀焊絲，其特徵在於以焊絲總質量為基準，其中含有Ti0.15～0.30質量％。
5.如權利要求1所述的雙電極氣體保護焊接用管狀焊絲，其特徵在於以焊絲總質量為基準，其中含有B0.004～0.015質量％。
全文摘要
一種雙電極氣體保護焊用管狀焊絲，在極厚的被焊接板的正面側接觸有滑動銅板，在背面側接觸有固定式墊材，在正面側比背面側寬的坡口內、沿板厚方向分離配置兩根焊絲，利用雙電極氣體保護焊將被焊接板焊接。這時，只有正面側焊絲振動，而背面側焊絲不振動。另外，這兩根焊絲均使用管狀焊絲，這種管狀焊絲，以焊絲總質量為基準，含有1.5～2.5質量％的Mn，0.10～1.00質量％的SiO
文檔編號B23K9/16GK1817550SQ200610059710
公開日2006年8月16日 申請日期2003年10月31日 優先權日2002年10月31日
發明者日高武史, 橋本哲哉, 長谷薰, 笹倉秀司, 中尾哲也 申請人:株式會社神戶制鋼所