多电极气体保护电弧焊接方法与流程

本实施方式涉及多电极气体保护电弧焊接方法。

背景技术：

以往，为了实现造船或桥梁的水平角焊的高效率化，采用多电极气体保护电弧焊接方法中的单熔池焊接施工法。但是，在实际的结构物的情况下，由于各种的外部干扰要因((a)角焊部的过大间隔、(b)预涂底漆(shopprimer)的过大涂敷膜厚、(c)工厂内的电流电压变动等)，会失去这些施工的点即溢流槽的均匀性和稳定性，其结果是，会发生电弧不稳定，从而由于溅射多发、焊道形状、外观以及整齐度的恶化、下切的多发等而使修正焊接增大。特别是，在焊接速度1500～2000mm/分前后，该倾向变得显著，因此即使增大焊接速度，修正比率电会增大，结果是产生焊接工时大幅增加这样的不良情况。

因此，在专利文献1中，提出有以下多电极气体保护电弧焊接方法，在该多电极气体保护电弧焊接方法中，将气体保护电弧焊接用药芯焊丝作为先行电极以及后行电极来使用，将先行电极和后行电极的极间距离设定为15至50mm，将填充焊丝插入到所述先行电极和后行电极之间的熔融金属中，在所述填充焊丝中流过正极性的电流的同时进行焊接。由此，在焊接速度为2000mm/分以上的高速焊接中，即使产生角焊部的过大间隔、预涂底漆的过大涂敷膜厚、工厂内的电流电压变动等外部干扰要因，也可得到焊接作业性极其稳定而不需要进行修正的多电极气体保护电弧焊接方法

但是，在上述方法中，在先行电极以及后行电极和填充焊丝的熔敷速度存在适当范围且特别是该填充焊丝的熔敷速度未处于适当范围的情况下，在防止焊道外观、焊道形状不良以及熔池的稳定化这样的方面，不一定会得到充分的特性，而是会因这些要因而产生耐气孔性的劣化。

因此，在专利文献2中，将气体保护电弧焊接用药芯焊丝作为先行电极以及后行电极来使用，将先行电极和后行电极的极间距离设定为15至50mm，将填充焊丝插入到所述先行电极和后行电极之间的溢流槽中，在所述先行电极以及后行电极中流过相反极性的电流且在所述填充焊丝中流过正极性的电流(焊丝负极)的同时进行焊接，在上述这样的多电极气体保护电弧焊接方法中，提出有所述先行电极的熔敷速度l(g/分)以及后行电极的熔敷速度t(g/分)之和l+t为100至500g/分且所述填充焊丝的熔敷速度f(g/分)为0.03×(l+t)至0.3×(l+t)的多电极气体保护电弧焊接方法。

专利文献1：日本国专利第3759114号公报

专利文献2：日本国特开2008-55509号公报

技术实现要素：

在多电极气体保护电弧焊接中，因电弧热而自钢板产生锌蒸气。该锌蒸气在熔融金属中贯通、或部分地取入到熔融金属，由此有时会在熔池产生凹坑、吹孔(bh，blowhole)，引起焊接部分的机械强度降低。

针对该吹孔的产生，熔池的组成变更、搅拌熔池等以熔池为对象的研讨很多，但是针对减少吹孔的产生其本身的方法的研讨很少，期望能有改善。另外，在所述专利文献1以及2中，都未进行针对吹孔的研讨。

因此，本发明的目的在于，提供降低吹孔产生率且熔池稳定性优异的多电极气体保护电弧焊接方法。

本发明者们反复锐意研究的结果是，发现在多电极气体保护电弧焊接方法中，通过在比先行极更靠后方配置填充焊丝并将该填充焊丝的电阻以及焊接条件限定成特定的条件，从而吹孔的产生率小且熔池稳定性优异，由此完成了本发明。

即，本发明涉及的多电极气体保护电弧焊接方法的一形式是包括使用在焊缝方向上配置成一列的多个电极来进行焊接在内的多电极气体保护电弧焊接方法，其特征在于，所述多个电极包括先行极和位于比所述先行极更靠后方的填充焊丝，并且，关于所述填充焊丝，25℃下的每单位长度的电阻(r)是1.0～4.0mω/cm，进给量(wf)是0.3～7.0m/分，电流(af)是30～250a。

本发明涉及的多电极气体保护电弧焊接方法的一形式的特征在于，所述填充焊丝的所述r(mω/cm)、所述wf(m/分)以及所述af(a)满足10≤{(wf×af)/(10×r)}≤30的关系。

本发明涉及的多电极气体保护电弧焊接方法的一形式的特征在于，所述填充焊丝是实芯焊丝或药芯焊丝，并且，所述填充焊丝包括0(含0质量％)～0.20质量％的c、0(含0质量％)～2.0质量％的si以及0.3～3.0质量％的mn。

本发明涉及的多电极气体保护电弧焊接方法的一形式的特征在于，关于所述填充焊丝以外的电极，焊接电流(a)是250～600a，电弧电压(v)是26～48v，进给量(w)是5～20m/分，并且，所述填充焊丝以外的电极的所述a(a)、所述v(v)以及所述w(m/分)满足110≤[20×{w/(a×v)}×10⁴]≤200的关系。

本发明涉及的多电极气体保护电弧焊接方法的一形式的特征在于，被焊接件的钢板的板厚是6～40mm。

本发明涉及的多电极气体保护电弧焊接方法的一形式的特征在于，所述填充焊丝和位于所述填充焊丝的前方的电极的极间距离是10～40mm。

发明效果

根据本发明，通过将填充焊丝的电阻以及焊接条件设为特定的条件，从而能够使插入到熔池中的填充焊丝的量设为适宜的量，其结果是，能够实现吹孔产生率小且熔池稳定性优异的多电极气体保护电弧焊接。

附图说明

图1是用于说明吹孔产生率的测定方法的剖面微距照片。

图2是用于说明吹孔产生率的测定方法的图。

具体实施方式

以下，详细说明用于实施本发明的方式。另外，本发明并不限定于以下说明的实施方式。此外，在本说明书中，表示数值范围的“～”按照包含其前后记载的数值作为下限值以及上限值的含义来使用。

本实施方式涉及的多电极气体保护电弧焊接方法(以下，有时仅称为“焊接方法”。)是包括使用在焊缝方向上配置成一列的多个电极进行焊接的多电极气体保护电弧焊接方法，所述多个电极包含先行极和位于比所述先行极更靠后方的填充焊丝，并且，关于所述填充焊丝，25℃下的每单位长度的电阻(r)是1.0～4.0mω/cm，进给量(wf)是0.3～7.0m/分，电流(af)是30～250a。

<填充焊丝>

本实施方式中的填充焊丝位于比先行极更靠后方。电极数可以是先行极和填充焊丝这两个，也可以是三个以上。在电极数有三个以上的情况下，至少具有先行极、所述填充焊丝以及后行极，但是所述填充焊丝可以位于比所述后行极更靠前方，也可以位于比所述后行极更靠后方。

填充焊丝在25℃下的每单位长度的电阻(r)为1.0～4.0mω/cm、进给量(wf)为0.3～7.0m/分以及电流(af)为30～250a的条件下进行焊接。

通过满足这样的电阻、进给量以及电流范围，从而能够适度地将填充焊丝插入到熔池中，用所述填充焊丝将从下板的锌镀覆产生的锌蒸气放出，因此可降低吹孔产生率。

另外，关于填充焊丝插入到熔池中，本发明者们锐意研讨的结果是掌握了以下情况：首先，在高速水平角焊施工中，吹孔自根部分起成为约1～2mm程度的大小。并且，发现通过将填充焊丝插入直至吹孔容易生长的约1～2mm的位置，能够降低吹孔产生率。本实施方式涉及的发明基于这样的见解而完成。

若25℃下的每单位长度的电阻(r)(以下，有时仅称为“电阻”。)不足1.0mω/cm，则发热量小，填充焊丝会插入直至熔池的深处，从而需要过大的电流(af)。此外，若电阻超过4.0mω/cm，则填充焊丝容易熔化，无法将填充焊丝插入到熔池中。

同样，若进给量(wf)超过7.0m/分，则填充焊丝会插入直至熔池的深处，需要过大的电流(af)。此外，若进给量不足0.3m/分，则在向熔池中达成充分的填充焊丝插入量之前，填充焊丝会熔化。

此外，若电流(af)不足30a，则发热量小，填充焊丝会插入直至熔池的深处，需要过大的电阻(r)。此外，若电流超过250a超，则填充焊丝容易熔化，无法将填充焊丝插入到熔池中。

填充焊丝的25℃下的每单位长度的电阻(r)优选1.3mω/cm以上，更优选1.6mω/cm以上，更进一步优选1.9mω/cm以上。此外，优选3.4mω/cm以下，更优选2.9mω/cm以下，更进一步优选2.4mω/cm以下。

填充焊丝的电阻能够通过构成填充焊丝的成分组成来进行调整。另外，电阻是在25℃下通过四端子法测定出的每单位长度的电阻值(单位：mω/cm)。

填充焊丝的进给量(wf)优选1.0m/分以上，更优选2.0m/分以上。此外，优选6.0m/分以下，更优选5.0m/分以下。

填充焊丝的电流(af)优选80a以上，更优选100a以上。此外，优选170a以下，更优选150a以下。

对于填充焊丝的所述r(mω/cm)、所述wf(m/分)以及所述af(a)，从填充焊丝向熔池中的插入量成为合适的量且进一步降低吹孔产生率来看，由{(wf×af)/(10×r)}{单位：(m·a·cm)/(分·mω)}表示的值优选满足10以上且30以下的关系。由{(wf×af)/(10×r)}表示的值更优选15以上，此外，更优选25以下。

填充焊丝优选实芯焊丝或药芯焊丝。在填充焊丝为实芯焊丝或药芯焊丝的情况下，优选包含0～0.20质量％的c、0～2.0质量％的si以及0.3～3.0质量％的mn。

(c：0～0.20质量％)

c具有提高焊接金属的强度以及韧性的效果，并且，会影响到焊接中产生的溅射。关于溅射，虽然由于c的含有量为少量也没有问题，因此并不特别存在下限(可以不被含有)，但是为0.01质量％以上是实际的。此外，从确保焊接金属的强度以及韧性这一点来看，优选0.03质量％以上。

另一方面，若c量增加则熔滴过渡不稳定，从而溅射产生量会增加。因此，c的含有量优选0.20质量％以下，更优选0.10质量％以下，进一步优选0.08质量％以下。

(si：0～2.0质量％)

si是脱氧元素，具有确保焊接金属的强度、韧性的效果，虽然不含有也可以，但是优选含有0.1质量％以上，更优选0.3质量％以上。

另一方面，若包含大量si，则恐怕会在焊接中产生大量焊渣，或者强度过度增加而焊接金属的韧性会降低，因此其含有量优选2.0质量％以下，更优选1.0质量％以下，进一步优选0.8质量％以下。

(mn：0.3～3.0质量％)

mn发挥作为脱氧剂的效果，是为了确保焊接金属的强度、韧性而有效的元素，优选含有0.3质量％以上，更优选0.5质量％以上，进一步优选1.0质量％以上。

另一方面，若包含大量mn，则有时会在焊接中产生大量焊渣，或者强度过度增加而使焊接金属的韧性显著降低，因此其含有量优选3.0质量％以下，更优选2.5质量％以下，进一步优选2.0质量％以下。

在对填充焊丝使用药芯焊丝的情况下，虽然剩余部分的主成分是fe，但是该剩余部分也能够含有能在气体保护电弧焊接所通常使用的药芯焊丝中含有的成分。例如，除了上述成分以外，可以在剩余部分中添加金属添加剂、f化合物、电弧稳定剂以及焊渣形成剂等。除此以外，剩余部分不可避免地会包含杂质。在对填充焊丝使用实芯焊丝的情况下，虽然剩余部分的主成分是fe，但是剩余部分也可以包含ti、ni、cr、al、zr、mg等其他元素。

在填充焊丝是药芯焊丝的情况下，能采用对钢制外皮的合缝进行焊接的无接缝的焊丝(无缝型)和不对所述合缝进行焊接而使间隙原样残留的焊丝(有缝型)当中的任一个结构。此外，可以在外皮的外侧实施铜镀覆。

填充焊丝的焊丝直径虽然没有特别限制，但是从焊接作业性这一点来看优选1.0mm以上。此外，从焊接作业性这一点来看优选2.0mm以下。

填充焊丝的突出长度(et)优选15～35mm。即，通过将突出长度(et)设为15mm以上，焦耳发热量就会合适，能够充分发挥填充焊丝的特性。突出长度更优选17mm以上，进一步优选19mm以上。此外，通过将突出长度设为35mm以下，从而除了焦耳发热量成为适当以外，焊丝靶性也变为良好，能够充分发挥填充焊丝的特性。突出长度更优选33mm以下，进一步优选31mm以下。

填充焊丝和位于所述填充焊丝的前方的电极的极间距离优选10～40mm。若是10mm以上，则能够更良好地将填充焊丝插入到由位于前方的电极形成的熔池，若是40mm以下，则在熔池凝固之前插入变得容易。极间距离更优选12mm以上，此外，更优选30mm以下。

另外，位于填充焊丝的前方的电极表示位于填充焊丝的前方的电极当中处于最接近填充焊丝的位置的电极。例如，在位置是先行极一填充焊丝一后行极的顺序的情况下，表示先行极和填充焊丝的极间距离，在位置是先行极-后行极-填充焊丝的顺序的情况下，表示后行极和填充焊丝的极间距离

<先行极>

本实施方式中的先行极只要是通常气体保护电弧焊接所使用的电极就没有特别限制。

先行极的极性优选是相反极性(dcep)，此外，优选是消耗性电极。即，优选是药芯焊丝或实芯焊丝，其中更优选是药芯焊丝。

另外，药芯焊丝虽然是在呈筒状的钢制外皮内填充焊剂而成的焊丝，但是焊丝的组成因被焊接件的种类、焊接条件而不同，并没有特别限定。此外，还能够使用无缝型、有缝型中的任一种。

对于实芯焊丝的组成来说也同样，因被焊接件的种类、焊接条件而不同，并没有特别限定。

作为先行极的药芯焊丝，例如能够使用fe的含有量相对于焊丝整体为80～95质量％的焊丝。作为在fe以外能够由焊丝含有的元素，例如，列举c、mn、ti、p、s、ni、si、cr、cu、mo、mg、b、f、na、k、nb、v、zr、a1等。这些有主动添加的情况和作为不可避免的杂质而包含的情况，且能够作为金属单体、氧化物、合金等而包含。具体来说，在药芯焊丝的焊剂中能够包含焊渣形成剂、电弧稳定剂、金属添加剂等。

此外，对于实芯焊丝虽然也没有限制，但是作为一例，列举含有0.01～0.18质量％的c、0～1.00质量的si、0.50～2.80质量％的mn、0.030质量％以下的p、0.030质量％以下的s、以及0.50质量％以下的cu且剩余部分是fe以及不可避免的杂质这样的组成。除此以外，也可以包含ti、ni、cr、al、zr、mg等。

先行极的药芯焊丝或实芯焊丝的焊丝直径虽然没有特别限制，但是从焊接作业性这一点来看优选1.0mm以上。此外，从焊接作业性这一点来看优选2.0mm以下。

关于先行极，优选焊接电流(a)是250～600a，电弧电压(v)是26～48v，进给量(w)是5～20m/分，此外，所述a(a)、所述v(v)以及所述w(m/分)优选满足110≤[20×{w/(a×v)}×10⁴]≤200的关系。

通过将焊接电流(a)设为250a以上，能够使输入热量以及电弧力适当化，向母材的熔化进入会充分，能够得到良好的焊道外观、焊道形状以及焊道整齐度。焊接电流更优选300a以上，进一步优选350a以上，更进一步优选380a以上。此外，通过将焊接电流设为600a以下，从而就能够得到不存在以因过剩的电弧力导致的下切为代表的焊接缺陷的、良好的焊道外观、焊道形状以及焊道整齐度。进而，由于熔敷量成为适当，所以能够防止因熔池先行导致的融合不良、焊渣卷入的焊接缺陷。焊接电流更优选550a以下，进一步优选500a以下，更进一步优选450a以下。

电弧电压(v)设为26v以上从电弧稳定性这一点来看是优选的，更优选28v以上。此外，设为48v以下从电弧稳定性这一点来看是优选的，更优选44v以下。

进给量(w)设为5m/分以上且20m/分以下能够得到合适的熔敷量的焊接焊道。进给量更优选7m/分以上，进一步优选9m/分以上，更进一步优选10m/分以上。此外，进给量优选18m/分以下，进一步优选16m/分以下，更进一步优选14m/分以下。

关于所述a(a)、所述v(v)以及所述w(m/分)，若由[20×{w/(a×v)}×10⁴]{单位：(m)/(分·a·v)}表示的值为110以上，则电弧力、电弧的扩展以及熔敷量就会被适当化，电弧稳定性变得良好，从而溅射产生量减少。进而，由于可得到良好的焊道外观、焊道形状以及焊道整齐度，因此更优选130以上。此外，若由[20×{w/(a×v)}×10⁴]表示的值为200以下，则电弧力、电弧的扩展以及熔敷量就会被适当化，电弧稳定性变得良好，从而溅射产生量减少。进而，由于可得到良好的焊道外观、焊道形状以及焊道整齐度，因此更优选180以下。

焊丝的突出长度(l)设为15mm以上就能够得到良好的电弧稳定性，更优选20mm以上。此外，将突出长度设为35mm以下，从而焊丝靶性变为良好，焊道整齐度变为良好。进而，由于能够得到良好的电弧稳定性，因此更优选30mm以下。

先行极的焊接时所使用的保护气体并没有特别限制，例如能够使用ar气体、碳酸气体、ar气体和碳酸气体的混合气体、ar气体和氧气的混合气体。

气体的流量也没有特别限制，例如能够设为15～30l/分。

<后行极、其他电极>

本实施方式中的后行极以及其他电极是继先行极或先行极以及填充焊丝之后的电极，极性优选正极性(dcen)的消耗性电极。作为消耗式电极，优选使用药芯焊丝或实芯焊丝，更具体来说，与所述<先行极>记载的情况同样。

后行极或其他电极的优选的焊接条件与所述<先行极>记载的先行极的优选的焊接条件相同。例如，优选焊接电流(a)是250～600a，电弧电压(v)是26～48v，进给量(w)是5～20m/分，此外，优选所述a(a)、所述v(v)以及所述w(m/分)满足110≤[20×{w/(a×v)}×10⁴]≤200的关系。

除此以外，突出长度、组成、焊丝直径、保护气体等的优选形式也与先行极的优选形式分别相同。

<焊接条件>

如前所述，填充焊丝和位于所述填充焊丝的前方的电极的极间距离优选10～40mm。若是10mm以上，则能够将填充焊丝更良好地插入到由位于前方的电极形成的熔池，若是40mm以下，则在熔池凝固之前插入变得容易。极间距离更优选12mm以上，此外，更优选30mm以下。

在电极位于填充焊丝的后方的情况下，填充焊丝和位于后方的电极的极间距离优选10～40mm。通过将极间距离设为10mm以上，能够在维持填充焊丝所影响下的熔池稳定效果的同时进行焊接，更优选12mm以上。此外，通过设为40mm以下，能够得到良好的焊道形状、焊道外观、焊道整齐度，更优选30mm以下。

焊接速度优选设为800～2500mm/分。通过将焊接速度设为800mm/分以上，从而能够在焊接金属不先行的情况下得到良好的焊道形状。焊接速度更优选1000mm/分以上。

通过将焊接速度设为2500mm/分以下，从而能够得到良好的焊道整齐度。焊接速度更优选2000mm/分以下，进一步优选1500mm/分以下。

本实施方式涉及的焊接方法能够不对被焊接件的接头形状特别限定地使用，但是优选使用于角焊，更优选使用于水平角焊。

被焊接件的大小、形状也不特别被限定，例如能够优选使用板厚6～40mm的钢板。

对于通过本实施方式涉及的焊接方法得到的焊接物，例如，在通过水平角焊形成的焊接金属中，在从根部起45°的位置切入2mmv槽口，观察施加外力而断裂的焊接金属内部，从而能够进行针对焊接缺陷的评价。这里，从根部起45°的位置的意思是，从下板的面和立板的面的交线起45°方向的位置处的焊接金属的表面(参照图1、图2)。

这里，图1是用于说明吹孔产生率的测定方法的剖面微距照片，图2是用于说明吹孔产生率的测定方法的图。

图1中，可知在从下板起倾斜45°的方向形成吹孔1。此外，图2中，可知很多吹孔1在上下方向上延伸。在图2中，箭头a-a所示的位置是焊接时下板的面和立板的面相交叉的位置。

焊接缺陷当中，作为气孔缺陷的吹孔(bh)产生率能够通过焊接金属内部的断面观察来评价。具体来说，能够测量焊接金属内部的bh宽度总和以及焊接长，将由(焊接金属内部的bh宽度总和/焊接长)表示的值设为bh产生率。

bh产生率优选20％以下，更优选不足15％，进一步优选不足11％，更进一步优选不足7％，特别优选0％(不产生吹孔)。

对于熔池稳定性，能够通过目视来判断填充焊丝向熔池内部的插入状态。具体来说，填充焊丝能够稳定地对熔池插入直至内部，可以说只要熔池稳定，熔池稳定性就会良好。

【实施例】

以下列举实施例进一步具体说明本实施方式，本发明并不限定于这些实施例，能够在符合本发明的主旨的范围内施加变更来实施，它们都包含在本发明的技术范围内。

<实施例1～22以及比较例1～6>

按照表1以及表2记载的条件来进行使用先行极以及填充焊丝的多电极气体保护电弧焊接(水平角焊)。

填充焊丝使用至少含有表1记载的c、si以及mn量(质量％)的、以jisz3312：2009为标准的实芯焊丝或以jisz3313：2009为标准的金属系药芯焊丝，电极的极性是正极性(dcen)，焊丝直径是1.2mm。每单位长度的电阻(r)是在25℃下通过四端子法测定出的值。

对先行极使用以jisz3313：2009为标准的金属系药芯焊丝，电极的极性是相反极性(dcep)，焊丝直径是1.6mm。保护气体使用碳酸气体并将流量设为25l/分。

此外，被焊接件是下板以及立板都以jisg3106：2015sm490a为标准的钢板，其板厚如表2所示。使用钢板表面的底漆膜厚为30μm目标的钢板。

焊接速度设为1000～1500mm/min。

【表1】

【表2】

<评价>

对焊接时以及焊接后的焊接物进行吹孔和熔池稳定性的评价。各评价的详细情况如以下所示，结果在表3示出。

(吹孔(bh)产生率)

通过上述实施方式中说明的方法，对焊接后的焊接物，求取由(焊接金属内部的bh宽度总和/焊接长)表示的值作为bh产生率。另外，在本实施例中，对从图2所示的箭头a-a的位置离开3mm的位置处的吹孔产生率进行了评价。表3中，判定为“◎+”意思是bh产生率为0～6％，判定为“◎”意思是bh产生率为7～10％，判定为“○+”意思是bh产生率为11～14％，判定为“○”意思是bh产生率为15～20％，判定为“×”意思是bh产生率超过20％。

(熔池稳定性)

通过目视来判断焊接时填充焊丝向熔池内部的插入状态，并进行了评价。表3中，熔池稳定性为“○”表示稳定地插入，熔池是稳定的状态，“×”表示填充焊丝的插入状态不稳定或者未插入到熔池的状态。

【表3】

关于熔池稳定性，在比较例1、2以及4中成为填充焊丝未插入直至熔池内部的结果。此外，在比较例3中，虽然填充焊丝插入直至熔池内部，但是未在熔池内部熔融，变得不稳定。在比较例5中，自填充焊丝产生电弧，是填充焊丝未插入到熔池的结果，在比较例6中，成为因发热不足在填充焊丝插入到熔池之前通过熔池的热而消失的结果。

根据以上的结果，可知在本实施方式涉及的焊接方法中，通过填充焊丝的电阻、进给量以及电流处于给定的范围内，从而吹孔产生率低，熔池稳定性也优异。

此外，通过填充焊丝的电阻、进给量以及电流满足10≤{(wf×af)/(10×r)}≤30的关系，从而吹孔产生率进一步变低。