专利名称：复合焊接方法及复合焊接用焊接吹管的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种复合焊接方法及复合焊接用焊接吹管。
背景技术：
在惰性气体氛围中在非消耗性钨电极和被焊物之间产生电弧的TIG (钨极惰性气体保护焊，Tangsten Inert Gas Welding)焊接法由于能够得到高质量焊接部而得到广泛的应用。但与其他焊接方法MAG (熔化极活性气体保护焊,Metal Active Gas welding)焊接法和MIG (熔化极惰性气体保护焊,Metal Inert Gas welding)焊接法相比，TIG焊接法存在焊接速度慢、焊接作业效率低的问题。另一方面，MAG焊接法在活性气体氛围中进行，MIG焊接法在惰性气体氛围中进行，各自为在消耗性焊丝电极和被焊物之间产生电弧的焊接法。如上所述，与TIG焊接法相It,MAG焊接法和MIG焊接法的作业效率优异，但存在容易产生溅射的问题。进一步，MAG焊接法存在焊接金属的韧性下降的问题。在此，在MAG焊接法及MIG焊接法中容易产生溅射的原因是因为焊丝电极的前端容易与母材产生短路所致。而且，在MAG焊接法中容易导致韧性下降的原因是因为保护气体中的氧化气体熔融于金属，焊接金属的氧量增多所致。因此，为了弥补上述缺陷，提出了各种TIG-MIG复合焊接法(例如，专利文献I)。但是，当针对碳钢和不锈钢进行将氩气和氦气等惰性气体作为保护气体使用的MIG焊接时，阴极点不被固定而会导致电弧不稳。与此相对，在上述TIG-MIG复合焊接中，由于先行的TIG电弧产生金属蒸气，因此在该处会形成电气流道。而且，通过TIG电弧产生的熔池的功函数小于固体金属，从而易于释放电子，因此MIG电弧的阴极点容易固定在其熔池中。因此，TIG-MIG复合焊接即使对碳钢或不锈钢，也能够在使用惰性气体的保护气体中进行稳定的焊接，并能够减少溶解于焊接金属中的氧量。而且，TIG-MIG复合焊接在MIG焊接电极的焊丝即将接触母材时，通过TIG电弧的加热作用使焊丝前端熔融并作为熔滴脱离，因此焊丝与母材之间不会产生短路现象，能够防止溅射的产生。如此，TIG-MIG复合焊接法是能够弥补TIG焊接和MAG (或者MIG)的缺陷的焊接方法，但由于电弧挺度这一特性，存在固有问题。在此，电弧挺度是指即便使电极倾斜，电弧也要向钨电极和焊丝的延长方向笔直产生的性质。而且，在TIG-MIG复合焊接法中，由于是电气流向彼此相反的TIG电弧和MIG电弧相接近而产生的，因此由于电磁力会产生电弧的相斥作用。结果是，在现有TIG-MIG复合焊接法中，由于向不同方向产生的电弧的挺度作用和相斥作用，存在容易导致电弧不稳的问题。而且，当电弧不稳时，会导致焊道不整或容易产生气泡的问题。为了降低在现有TIG-MIG复合焊接法中出现的上述电弧的相斥作用，采用热线TIG焊接法(例如，参照专利文献2)。图13表示常规的热线TIG焊接法。如图13所示，在热线TIG焊接法中焊丝不会产生电弧，利用由焊丝通电所产生的阻抗加热进行焊接。由此，能够减少MIG电弧且消除电弧的相斥作用，故能够提高电弧的稳定性。为此，不同于为了在焊丝与母材之间产生电弧而使用高电压(例如13 30V)控制电压的TIG-MIG复合焊接法的MIG焊接电源，热线TIG焊接法中的焊丝加热用电源将电压控制为较低(例如6 7V)。专利文献1:特开昭53-34653号公报专利文献2:特开平6-79466号公报但是，专利文献2所记载的现有热线TIG电弧焊接法，如上所述，由于MIG焊接侧的电压较低，具有与现有TIG-MIG复合焊接法相比焊丝加热力度小，焊丝的熔融速度慢的问题。而且，还存在热输入量小，熔深也较小的问题。如此，现有热线TIG电弧焊接法有待改善焊接速度和作业效率。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而提出的，其目的在于提供一种复合焊接方法及利用该方法的复合焊接用焊接吹管，该方法及装置能够提高电弧稳定性，并且能够提高焊接速度及作业效率。为了解决上述问题，本发明提供(1) (8)所记载的复合焊接方法及焊接吹管。(1) 一种复合焊接方法，相对于焊接方向在先行的一侧产生TIG电弧，在后行的一侧产生MIG电弧，从而焊接母材，所述复合焊接方法的特征在于，将TIG电流设定为大于MIG电流，并且将TIG电极的中心轴与母材表面的交点和MIG电极的中心轴与母材表面的交点之间的距离的绝对值设定为4mm以下。(2)根据权利要求1所述的复合焊接方法，其特征在于，将包含25%以上的氦、余量为氩气的气体作为保护气体使用。(3)根据(1)所述的复合焊接方法，其特征在于，将包含3%以上且9%以下的氢、余量为氩气的气体作为保护气体使用。(4)根据(1)所述的复合焊接方法，其特征在于，将包含3%以上且9%以下的氢以及25%以上的氦、余量为氩气的气体作为保护气体使用。(5)根据(1)所述的复合焊接方法，其特征在于，将包含3%以上且9%以下的氢、余量为氦的气体作为保护气体使用。(6)根据(1)所述的复合焊接方法，其特征在于，将吹管角度α和吹管角度β的合计角度(| α | + | β |)设定在30~120°范围，其中所述吹管角度α为TIG焊接吹管的基端侧相对于焊接方向朝行进方向侧倾斜时的TIG焊接吹管的中心轴与法线形成的角，所述吹管角度β为MIG焊接吹管的基端侧相对于焊接方向朝行进方向的相反侧倾斜时的MIG焊接吹管的中心轴与法线形成的角。(7)根据(1)所述的复合焊接方法，其特征在于，对后行MIG焊接附加脉冲电流。(8) —种复合焊接用焊接吹管，在根据(1)至(7)中的任一项所述的复合焊接方法中使用，所述复合焊接用焊接吹管的特征在于，在一个喷嘴主体内配置有TIG电极和MIG电极，并在TIG电弧和MIG电弧中共享保护气体。根据本发明的复合焊接方法，TIG电流设定为大于MIG电流，后行的MIG电弧的阴极点区域不会大于由先行的TIG电弧形成的熔池。因此，不易导致电弧不稳，故能够提高电弧的稳定性。而且，当焊接对象母材的板厚增加时，TIG及MIG的电流都可以增加，故能够提高焊接速度及作业效率。而且，根据本发明的复合焊接方法，TIG电极的中心轴与母材表面的交点和MIG电极的中心轴与母材表面的交点之间的距离的绝对值为4_以下。如此，在通过使两个电弧相互靠近产生而形成的电弧的重叠部，由于电磁力抵消而总体的电磁力减少，电弧的挺度作用相对变大，因此能够提高电弧的稳定性。而且，在本发明的另一复合焊接方法中，将TIG电流设定为大于MIG电流，并且将包含25%的He、余量为氩气的气体作为保护气体使用。通过将TIG电流设定为大于MIG电流，不会导致后行的MIG电弧的阴极点区域大于由先行的TIG电弧形成的熔池的情况。而且，由于保护气体中的氦及H2的热传导率大，因此电弧得以冷却。通过由此产生的热收缩效应，电流通路本身会集中在电弧柱中心，在母材最近处的电弧本身也会紧缩。因此，电弧的挺度增加，电弧的挺度作用相对大于电弧的相斥作用，因此能够提高电弧的稳定性。根据本发明的复合焊接用焊接吹管，其为在一个喷嘴主体内配置有TIG电极和MIG电极，并且在TIG电弧和MIG电弧中共享所使用的保护气体的结构。如此，在TIG电弧和MIG电弧中无需分别使用保护气体，能够共享一种保护气体，故能够使装置小型化。而且，由于将两个喷嘴一体化为一个喷嘴，故能够减少保护气体的流量。
图1是表示具有在本发明的复合焊接方法中使用的焊接吹管的气焊装置的一例的结构示意图。图2是表示在本发明的复合焊接方法中使用的气焊装置的焊接吹管部分的放大图。图3是表示本发明的实施例中的焊道外观检查结果的照片。图4是表示本发明的实施例中的焊道外观检查结果的照片。图5是表示本发明的实施例中的焊道外观检查结果的照片。图6是表示本发明的实施例中的焊道外观检查结果的照片。图7是表示本发明的实施例中的焊道外观检查结果的照片。图8是表示本发明的实施例中的焊道外观检查结果的照片。图9是表示本发明的实施例中的焊道外观检查结果的照片。图10是表示本发明的实施例中的焊道外观检查结果的照片。图11是表示本发明的实施例中的焊道外观检查结果的照片。图12是表示本发明的实施例的MIG焊接的脉冲电流的波形、电流变化和频率的图。图13是表示现有的常规热线TIG电弧焊接装置结构的图。
具体实施例方式下面，针对作为适用本发明的一实施方式的复合焊接方法，利用具有在本方法中使用的复合焊接用焊接吹管的焊接装置和附图进行详细说明。而且，为了易于了解特征，在以下说明中使用的附图中从方便起见有时放大显示了特征部分，每个结构因素的尺寸比率不一定与实际相同。<第一实施方式>图1是表示具备在本发明的复合焊接方法中使用的焊接吹管的气焊装置的一例的结构示意图。在图1中，附图标记I表示焊接吹管(复合焊接用焊接吹管)。该焊接吹管I大体上包括:喷嘴主体2，由筒状部件构成；棒状钨电极3，在该喷嘴主体2内配置在相对于焊接方向先行的一侧；焊丝4，在喷嘴主体2的内部配置在相对于焊接方向后行的一侧；及接触片4a，用于使该焊丝4通电。而且，焊接吹管I为单一结构，只使用一种保护气体(省略图示)。焊接吹管I的喷嘴主体2连接于储存有保护气体的省略图示的保护气体供给源。来自该护气体供给源的保护气体供给至喷嘴主体2，并且从该喷嘴主体2的前端吹向被焊物母材5。作为本实施方式的保护气体，可使用氩(Ar)或氦(He)等惰性气体，但是优选使用包含25%以上的氦(He)、余量为氩(Ar)的气体。在此，当将包含25%以上的氦(He)、余量为氩(Ar)的气体作为保护气体使用时，由于氦气的热传导率大而电弧得以冷却。通过由此产生的热收缩效应，电流通路本身会集中在电弧柱中心，在母材5的最近处的电弧自身也会紧缩。因此，电弧的挺度增加，电弧挺度作用相对比电弧相斥作用大，从而提高电弧稳定性。而且，在氩气、氦气及氩气与氦气的混合气体中，进一步添加3%以上且9%以下的氢气也能够得到相同的效果。其中，氢气是可燃性气体，有爆发的危险性，使用时一定要多加注意。考虑到氢气和氮气的混合气体被空气稀释时的爆炸范围，将添加氢气的最大限度设为9%。本实施方式的母材5并不是特别限定的，可适用于各种材料。具体来说可举出镍合金、铝、镁系材料、铜系材料、不锈钢或碳钢等钢铁系材料。其中，优选适用于以往在采用TIG焊接和MAG焊接的焊接中存在问题的钢铁系材料。焊接吹管I的钨电极3连接于焊接电源6的负端子，在所述钨电极3和连接于焊接电源6的正端子的母材5之间施加焊接电流，在母材5的表面上产生TIG电弧。在此，如图2所示，钨电极(TIG电极)3的中心轴3A与法线形成的角α可相对于焊接方向朝行进方向侧倾斜。而且，TIG电弧长度M并不是特别限定的，可根据母材5的种类或厚度适当地选择。具体来说优选2 20mm的范围。焊丝4并不是特别限定的，除实心焊丝之外其他金属系填充焊剂金属丝等，可根据接合对象母材的材质进行适当选择。而且，焊丝4能够插通于设置在接触片4a的内孔中，并从焊接吹管I的前端向外侧进给。而且，接触片4a与焊接电源7的正端子连接，在所述接触片4a与连接于焊接电源7的负端子的母材5之间施加焊接电流，以在母材5的表面产生MIG电弧。在此，如图2所示，焊丝(MIG电极)4的中心轴4A与法线形成的角β可相对于焊接方向朝行进方向的相反侧倾斜。而且，钨电极的中心轴3Α与法线形成的角度α和焊丝的中心轴4Α与法线形成的角度β的合计角度(I α I + I β I)优选为3(Γ120°的范围。在如此使电弧相互靠近而产生时会形成电弧的重叠部。而且，由于在电弧的重叠部抵消电磁力，因此总体电磁力减少，电弧挺度作用相对增加，从而电弧的稳定性增加。为了避免被焊物与焊接吹管的接触，合计角度的上限值设定为120°。而且，焊丝4的突出长度N并不是特别限定的，可根据母材5的种类或厚度适当地选择。具体来说，优选为10 30mm的范围。在本实施方式的焊接吹管I中，当钨电极(TIG电极)3的中心轴3A与母材5的表面的交点3B和焊丝(MIG电极)4的中心轴4A与母材5的表面的交点4B之间的距离定义为电弧间距离L时，该电弧间距离L的绝对值为4mm以下。在此，之所以设定电弧间距离L的绝对值，是因为如图2所示并不是仅有先行TIG的交点3B比后行的MIG的交点4B更位于焊接方向的行进方向侧的情况，还包括后行的MIG的交点4B比先行的TIG的交点3B更位于焊接方向的行进方向侧的情况。接下来，详细说明利用该焊接装置的复合焊接方法。首先，由图示的保护气体供给源向焊接吹管I供给保护气体。其次，启动焊接电源6对钨电极3与母材5之间施加焊接电流(TIG电流)以产生TIG电弧，并且启动焊接电源7对焊丝4与母材5之间施加焊接电流(MIG电流)以产生MIG电弧并进行焊接。在利用这种先行TIG-后行MIG的复合焊接方法中，通过先行TIG电弧加热母材5的表面使之熔融以形成熔池，并在该熔池上形成后行MIG电弧的阴极点。另一方面，为了提高焊接速度及作业效率，随着加厚焊接对象母材5的厚度，必须增加TIG和MIG各自的电流。因此，在本实施方式的复合焊接方法中，首先将TIG电流设定为大值。随着该TIG电流的增加，焊接吹管I与母材5之间的金属蒸气的产生量也随之增力口，并且母材5的表面上形 成的熔池也随之变大。其次，将MIG电流设定为大值，但在本实施方式的复合焊接方法中，将MIG电流值设定为不超过TIG电流的设定值。即，TIG电流设定为比MIG电流大。但是，当后行MIG电弧的电流(MIG电流)值大于先行TIG电弧的电流(TIG电流)值时，焊道形状(具体来说是焊道缝边)会变得不稳定。更为具体地，随着后行MIG电流的增力口，会使MIG电弧变大，并且提高焊接速度。但是，当先行TIG电流值小于后行MIG电流值时，会导致由TIG电弧形成的母材5的表面的熔池面积变窄，导致MIG电弧的扩展大于熔池的宽度。这样一来，会导致超出熔池部分的MIG电弧不稳，容易产生焊道曲折。而且，当TIG电弧的熔池变窄时，后行MIG电弧的扩展宽度受限制，会导致焊道的湿润性变差。与此相对，本实施方式的复合焊接方法，由于将TIG电流设定为大于MIG电流，所以后行MIG电弧的阴极点区域不会比先行TIG电弧形成的熔池大。因此，不易导致电弧不稳，能够提高电弧的稳定性。而且，当焊接对象母材的板厚增加时，能够使TIG及MIG各自的电流增加，故能够提高焊接速度及作业效率。而且，本实施方式的复合焊接方法，如图2所示，钨电极(TIG电极)3的中心轴3A与母材5的表面的交点3B和焊丝(MIG电极)4的中心轴4A与母材5的表面的交点4B之间的距离即电弧间距离L的绝对值为4mm以下。但是，当上述电弧间距离的绝对值超过4mm时，不会形成TIG电弧与MIG电弧的重叠部分，且有较大的电磁力起作用，会导致电弧不稳。而且，当MIG电弧通过时，在焊接吹管I与母材5之间产生的金属蒸气和在母材5的表面形成的熔池的供给不够充分，会容易导致电弧不稳。结果会导致焊道形状(焊道缝边)的不稳定。与此相对，根据本实施方式的复合焊接方法，由于上述电弧间距离L的绝对值设定为4_以下，并使TIG电弧及MIG电弧相互靠近产生，因此会形成电弧的重叠部。在该重叠部，由于电磁力抵消，总体电磁力会减少，电弧挺度作用相对比电弧的相斥作用大，因此能够提闻电弧的稳定性。而且，在使两个电弧相互靠近产生的情况下，在MIG电弧通过时，在焊接吹管I与母材5之间产生的金属蒸气和在母材5的表面上形成的熔池的供给会变得十分充足，并且提闻电弧的稳定性。<第二实施方式>接下来详细说明适用本发明的第二实施方式。在本实施方式中，可以使用在第一实施方式的复合焊接方法中使用的焊接装置，但是本方法为与第一实施方式的复合焊接方法不同的方法。因此，针对焊接装置，由于该装置与第一实施方式相同，故省略说明。本实施方式的复合焊接方法，将TIG电流设定为大于MIG电流，并且将包含25%以上的He、余量为氩气的气体作为保护气体来使用。根据本实施方式的复合焊接方法，通过将TIG电流设定为大于MIG电流，不会使后行的MIG电弧的阴极点区域大于由先行的TIG电弧形成的熔池。而且，由于保护气体中氦的热传导率大，电弧得以冷却，并且由于热收缩效应，电流通路本身会集中在电弧柱中心，在母材最近处的电弧本身也会紧缩。因此，电弧挺度增加，电弧挺度作用相对比电弧相斥作用大。由此，能够提高电弧的稳定性。而且，本发明的技术范围并不限于上述实施方式，在不脱离本发明精神的范围内，能够实现为多种形式的实施方式。例如，构成第一实施方式的焊接装置的焊接吹管1，例示了喷嘴主体2为单一结构的情况，但也可以为多重结构，并只对内喷嘴使用本发明的保护气体，对外喷嘴使用惰性气体。而且，在第一实施方式中，例示了焊接吹管I的喷嘴主体2的内部设置有钨电极(TIG电极)3和焊丝(MIG电极)4的结构，但并不限于此。例如，还可以采用将具备配置有钨电极的喷嘴主体的焊接吹管(TIG焊接吹管)和具备配置有焊丝的喷嘴主体的焊接吹管(MIG焊接吹管)配设在焊接方向的前后，以产生先行TIG电弧和后行MIG电弧的结构。而且，如上所述，当先行TIG-后行MIG为分别不同的焊接吹管时，将TIG焊接吹管的基端侧相对于焊接方向朝行进方向侧倾斜时的TIG焊接吹管的中心轴与法线形成的角称为吹管角度α (参照图2)。而且，将MIG焊接吹管的基端侧相对于焊接方向朝行进方向的相反侧倾斜时的MIG焊接吹管的中心轴与法线形成的角称为吹管角度β (参照图2)。下面表示具体实施例。(验证试验I)使用先行TIG-后行MIG各自为不同的焊接吹管、先行TIG焊接吹管的吹管角度为α、后行MIG焊接吹管的吹管角度为β的焊接装置，进行由普通的碳钢(SM490A)形成的母材的焊接。并将焊接条件表示在表I中，将基于电弧间距离L的焊道外观检查结果表示在表2中。[表 I]
权利要求
1.一种复合焊接方法，相对于焊接方向在先行的一侧产生钨极惰性气体保护焊电弧，在后行的一侧产生熔化极惰性气体保护焊电弧，从而焊接母材，所述复合焊接方法的特征在于， 将钨极惰性气体保护焊电流设定为大于熔化极惰性气体保护焊电流，并且 将钨极惰性气体保护焊电极的中心轴与母材的表面的交点和熔化极惰性气体保护焊电极的中心轴与母材的表面的交点之间的距离的绝对值设定为4_以下。
2.根据权利要求1所述的复合焊接方法，其特征在于，将包含25%以上的氦、余量为氩气的气体作为保护气体使用。
3.根据权利要求1所述的复合焊接方法，其特征在于，将包含3%以上且9%以下的氢、余量为氩气的气体作为保护气体使用。
4.根据权利要求1所述的复合焊接方法，其特征在于，将包含3%以上且9%以下的氢以及25%以上的氦、余量为氩气的气体作为保护气体使用。
5.根据权利要求1所述的复合焊接方法，其特征在于，将包含3%以上且9%以下的氢、余量为氦的气体作为保护气体使用。
6.根据权利要求1所述的复合焊接方法，其特征在于，将吹管角度α和吹管角度β的合计角度(I α I + I β I)设定在3(Γ120°范围，其中所述吹管角度α为钨极惰性气体保护焊焊接吹管的基端侧相对于焊接方向朝行进方向侧倾斜时的钨极惰性气体保护焊焊接吹管的中心轴与法线形成的角，所述吹管角度β为熔化极惰性气体保护焊焊接吹管的基端侧相对于焊接方向朝行进方向的相反侧倾斜时的熔化极惰性气体保护焊焊接吹管的中心轴与法线形成的角。
7.根据权利要求1所述的复合焊接方法，其特征在于，对后行的熔化极惰性气体保护焊焊接附加脉冲电流。
8.一种复合焊接用焊接吹管，在根据权利要求1至7中的任一项所述的复合焊接方法中使用，所述复合焊接用焊接吹管的特征在于，在一个喷嘴主体内配置有钨极惰性气体保护焊电极和熔化极惰性气体保护焊电极，并在钨极惰性气体保护焊电弧和熔化极惰性气体保护焊电弧中共享保护气体。
全文摘要
本发明的目的是提供一种复合焊接方法，该方法能够提高电弧稳定性，并能够提高焊接速度及作业效率，本发明提供的复合焊接方法，相对于焊接方向在先行的一侧产生TIG电弧，在后行的一侧产生MIG电弧，从而焊接母材，所述复合焊接方法的特征在于，将TIG电流设定为大于MIG电流，并且将TIG电极的中心轴与母材表面的交点和MIG电极的中心轴与母材表面的交点之间的距离的绝对值设定为4mm以下。
文档编号B23K9/00GK103118827SQ20118003799
公开日2013年5月22日 申请日期2011年7月28日 优先权日2010年8月5日
发明者金丸周平, 佐佐木智章, 佐藤丰幸 申请人:大阳日酸株式会社