ガスシールドアーク溶接方法
【課題】遅れ割れを防止すると共に予熱温度を低下させて溶接工程全体の作業効率を向上させることができるガスシールドアーク溶接方法を提供する。
【解決手段】引張強さが５７０Ｎ／ｍｍ２以上又は溶接割れ感受性指数ＰＣＭが０．２４％以上であり、板厚が１６ｍｍ以上である鋼板５００をガスシールドアーク溶接する。コンタクトチップ１００は、その基端部側に設けられた導電性の給電部１１０と、先端側に設けられ非導電性で送出ワイヤを案内するガイド部１２０とを有する。ガイド部１２０は、コンタクトチップ１００の先端から５乃至７０ｍｍまでの範囲に設けられる。ワイヤ突出長Ｌは３０ｍｍ以下である。溶接ワイヤ３００は１ｍｍあたりの電気抵抗が８０μΩ以上である。
【解決手段】引張強さが５７０Ｎ／ｍｍ２以上又は溶接割れ感受性指数ＰＣＭが０．２４％以上であり、板厚が１６ｍｍ以上である鋼板５００をガスシールドアーク溶接する。コンタクトチップ１００は、その基端部側に設けられた導電性の給電部１１０と、先端側に設けられ非導電性で送出ワイヤを案内するガイド部１２０とを有する。ガイド部１２０は、コンタクトチップ１００の先端から５乃至７０ｍｍまでの範囲に設けられる。ワイヤ突出長Ｌは３０ｍｍ以下である。溶接ワイヤ３００は１ｍｍあたりの電気抵抗が８０μΩ以上である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスシールドアーク溶接方法に関し、より詳しくは、予熱温度を低下させて溶接作業工程の迅速化を図るガスシールドアーク溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶接金属中又は母材中の拡散性水素が集積化することで体積を膨張させ、その体積膨張による圧力から割れに至るのが遅れ割れ（水素割れ若しくは低温割れとも称される）である。
遅れ割れに影響を及ぼす因子としては、板厚、拡散性水素量、及び、溶接金属又は母材熱影響部（Ｈｅａｔ Ａｆｆｅｃｔｅｄ Ｚｏｎｅ, ＨＡＺ）の硬さ、の３つが挙げられる。これら３つの因子が高まった際に、遅れ割れが発生する。
【０００３】
特許文献１には、遅れ割れを防止するため鋼材に希土類金属又はＣａを添加することが記載されているが、溶接材料に対してこれらの金属を添加すると、スパッタが増大する等により溶接作業性が悪化する。
【０００４】
遅れ割れを防止するためには、（ａ）拡散性水素量の少ない溶接材料を用いる、（ｂ）鋼材又は溶接金属が硬くなりにくいような組成にする、（ｃ）硬くなりにくいように適度な入熱及びパス間温度を管理する、（ｄ）拡散性水素を放出するために適度な予熱及び後熱を行うといった方法がある。
【０００５】
中でも予熱は硬度の高い高張力鋼を溶接する際に有効な手段である。例えば、ＷＥＳ−３００１、ＪＩＳ Ｚ３１１８には、板厚、拡散性水素量、及び、硬さに影響を及ぼす鋼材の化学成分と割れ防止予熱温度との関係が示されている。
【０００６】
近年における鋼材重量軽減、板厚減少による加工能率向上の要請化に伴い、鋼材の高張力化が進んでいる一方、溶接材料の低水素化にも限度があり、そのため割れ防止策である予熱温度を上昇させざるを得ない場合がある。しかし、予熱温度を上昇させると、溶接前工程に時間を必要とし、溶接工程全体の作業能率が低下する。
【０００７】
一方、フラックス入りワイヤは、アークが安定でスパッタが少なく、ビード外観が美麗である特徴を有するが、フラックス入りワイヤは、フラックスの自然吸湿により拡散性水素量が高くなる傾向があり、遅れ割れが発生しやすい。
【０００８】
遅れ割れの発生を防止してフラックス入りワイヤを使用するためには予熱温度を上昇させなくてはならないが、上述したように予熱温度を上昇させると溶接工程全体の作業効率が低下する。
【０００９】
特許文献２には、高張力鋼の溶接に際し、予熱温度を低下させるアーク溶接方法が開示されているが、この予熱温度の低下効果はいまだ十分ではない。
【００１０】
【特許文献１】特公平６−７７８３７号公報
【特許文献２】特開平０７−３２３３９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述のように、予熱温度が低いと共に遅れ割れが発生しにくく、溶接作業性も良好なガスシールドアーク溶接方法は未だ開発されておらず、その実現が望まれている。
【００１２】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、遅れ割れを防止すると共に予熱温度を低下させて溶接工程全体の作業効率を向上させることができるガスシールドアーク溶接方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の第１の観点に係るガスシールドアーク溶接方法は、
引張強さが５７０Ｎ／ｍｍ２以上又は溶接割れ感受性指数ＰＣＭが０．２４％以上であり、板厚が１６ｍｍ以上である鋼板をガスシールドアーク溶接する方法であって、送給される溶接ワイヤがその長手方向にコンタクトチップを通過する間に、前記溶接ワイヤが給電されると共に、溶接部のワイヤ狙い位置に向けて案内されるガスシールドアーク溶接方法において、前記コンタクトチップは、その基端部側に設けられ前記溶接ワイヤに接触する部分が導電性の給電部と、前記コンタクトチップ先端側に設けられ前記溶接ワイヤに接触する部分が非導電性で送出ワイヤを案内するガイド部とを有し、前記ガイド部は、前記コンタクトチップの先端部から５乃至７０ｍｍまでの範囲に設けられ、前記コンタクトチップの先端からアーク発生点までのワイヤ突出長が３０ｍｍ以下であり、前記溶接ワイヤは１ｍｍあたりの電気抵抗が８０μΩ以上である鉄合金ソリッドワイヤ又は鉄合金外皮フラックス入りワイヤであることを特徴とする。
【００１４】
この場合に、前記コンタクトチップの前記給電部は導電性の第１部材で構成され、前記ガイド部は非導電性の第２部材で構成されており、前記第２部材は前記第１部材のワイヤ送給方向先端側にネジにより結合されていることが好ましい。
【００１５】
また、前記コンタクトチップの前記給電部は導電性の第１部材で構成され、第２部材が前記第１部材のワイヤ送給方向先端側にネジにより結合されており、前記コンタクトチップの前記ガイド部は前記第２部材の中心部における溶接ワイヤに接触する部分に局部的に設けられていることも可能である。
【００１６】
また、本発明の第２の観点に係るガスシールドアーク溶接方法は、
引張強さが５７０Ｎ／ｍｍ２以上又は溶接割れ感受性指数ＰＣＭが０．２４％以上であり、板厚が１６ｍｍ以上である鋼板をガスシールドアーク溶接する方法であって、送給される溶接ワイヤがその長手方向にコンタクトチップを通過する間に前記溶接ワイヤが給電されるガスシールドアーク溶接方法において、前記コンタクトチップのワイヤ送出方向前方に、前記溶接ワイヤが挿通するガイド孔を備え、前記溶接ワイヤを溶接部のワイヤ狙い位置に向けて案内するワイヤガイド部材を配置し、前記コンタクトチップの先端部と前記ガイド孔との間の距離が５乃至７０ｍｍであり、前記ガイド孔からアーク発生点までのワイヤ突出長が３０ｍｍ以下であり、前記溶接ワイヤは１ｍｍあたりの電気抵抗が８０μΩ以上である鉄合金ソリッドワイヤ又は鉄合金外皮フラックス入りワイヤであることを特徴とする。
【００１７】
この場合に、前記ワイヤガイド部材は、前記コンタクトチップを外嵌するシールドノズルの先端部に設けられた棒状部材を有し、前記ガイド孔はこの棒状部材の中央部に形成されていることが好ましい。
【００１８】
また、前記ワイヤガイド部材は、前記コンタクトチップの先端部の前方に設けられたリード部材を有し、前記ガイド孔はこのリード部材の中央部に形成されてていることも可能である。
【００１９】
また、前記溶接ワイヤは、その表面に、潤滑油がワイヤ１０ｋｇあたり０．３０ｇ以上塗布されていることが好ましい。
【００２０】
また、更に、前記溶接ワイヤは、その表面に銅メッキを施さないもの、又は表面に銅メッキを施さないと共に焼鈍酸化処理を施したものであることが好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係るガスシールドアーク溶接方法は、溶接ワイヤの水素含有量が高くても、溶接ワイヤに含有される水素は溶滴形成前に気化し、シールガス流に乗ってアーク範囲外に離脱させることができるので、溶接金属中の拡散性水素に起因する遅れ割れが生じにくく、溶接工程における予熱温度を低下させることができる。従って、溶接工程全体の作業効率が上昇する。また、溶接ワイヤ表面に塗布される潤滑油、又は、フラックスに吸湿される水分に起因する遅れ割れが生じにくいので、予熱工程による作業効率の低下を防止しつつ、従来よりも多種類の潤滑油及びフラックスを使用できることになり、溶接材料選択の自由度が高くなる。これにより、優れた溶接作業性を有すると共に、高強度鋼用に適した溶接材料を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
（第１実施形態）
先ず、図１を使用して、本発明の第１実施形態に係るガスシールドアーク溶接方法について説明する。図１は、第１実施形態に係るガスシールドアーク溶接方法を示す概略図であり、そのうち（Ａ）はコンタクトチップ先端方向からの概略図であり、（Ｂ）は、図１（Ａ）におけるＡ−Ａ’線断面図である。
【００２３】
図１（Ｂ）に示されるように、コンタクトチップ１００は、その基端部側に設けられ溶接ワイヤ３００に接触する部分が導電性の給電部１１０と、コンタクトチップ１００の先端側に設けられ溶接ワイヤ３００に接触する部分が非導電性で送出ワイヤを案内するガイド部１２０とを有する。なお、本実施形態のガイド部１２０は、全て絶縁材料で成形されている。ガイド部１２０は、コンタクトチップ１００の先端から５乃至７０ｍｍまでの範囲に設けられる。即ち、ガイド部１２０の長さ△Ｘは、５ｍｍ以上７０ｍｍ以下である。
【００２４】
ガイド部１２０は、例えばセラミック等の絶縁性材料から形成される。ガイド部１２０は、給電部１１０のワイヤ送給方向先端側にネジにより結合されている。即ち、給電部１１０には雄ネジが形成されており、ガイド部１２０には雌ネジが形成されていて、前記雄ネジを前記雌ネジに螺合することにより、給電部１１０とガイド部１２０とが連結されている。この構成によれば、ガイド部１２０全体を簡易に着脱できる。給電部１１０及び鋼板５００には溶接機６００から通電される。
【００２５】
このように構成された装置を使用してガスシールドアーク溶接をする場合は、溶接ワイヤ３００を所定の速度でコンタクトチップ１００に向けて送給し、溶接ワイヤ３００をその長手方向にコンタクトチップ１００の中心部の孔に挿通させて鋼板５００に向けて送り出す。そして、溶接ワイヤ３００と鋼板５００との間にアーク４００を誘起させて、鋼板５００の溶接部を溶接する。
【００２６】
次に、コンタクトチップ１００を給電部１１０及びガイド部１２０で構成すると共に、ガイド部の長さ△Ｘを５ｍｍ以上７０ｍｍ以下とする理由について説明する。
【００２７】
アーク溶接における溶融速度は、下記式１で示されるように、溶接速度をＭＲとして、アークの電極で発生する熱（Ｃ１項）と、コンタクトチップからの突出し部分における抵抗発熱（Ｃ２項）とに依存する。本発明者は、コンタクトチップからの突出し部分における抵抗発熱（Ｃ２項）を増大させることにより、溶接ワイヤに含有される水素は溶滴形成前に気化し、シールガス流に乗ってアーク範囲外に離脱し、溶接金属中の拡散性水素量を大幅に低下できるという知見を得た。数式１において、Ｃ１項は定数Ｋ１と電流Ｉとの積で表され、Ｃ２項は定数Ｋ２と電流Ｉと電気抵抗ρとワイヤ突出し長さＬとにより表される。
【００２８】
【数１】
【００２９】
この知見に基づいて、給電部１１０の下部にガイド部１２０を取り付け、ワイヤ突出し長さを実質的に延長させてＣ２項での発熱を大きくさせると共に、溶接ワイヤ３００の狙い位置を安定させている。即ち、溶接ワイヤ３００の狙い位置の精度を向上させるためには、ワイヤ突出し長さＬを短くすることが望ましいが、しかしそれではＣ２項での発熱量は大きくして溶接部に移行する水素量を低下させることが困難となる。そこで、給電部１１０の下部にガイド部１２０を設け、溶接ワイヤの狙い位置を安定させると共にＣ２項での発熱量は大きくさせる。ここで、ガイド部１２０の長さ△Ｘが５ｍｍ以上であると水素量低下効果が顕著となり、予熱温度の低下効果が大きい。しかしながら△Ｘが５ｍｍ未満では水素量低下が不十分で予熱温度の低下効果は不十分である。従って、△Ｘは５ｍｍ以上であり、より好ましくは△Ｘは１０ｍｍ以上である。一方、△Ｘが７０ｍｍを超えると、安定なアーク長の維持が困難となりアーク不安定となる。またアークスタート性が劣化する。従って、△Ｘは７０ｍｍ以下とする。このようなΔＸと溶接金属の拡散性水素量及び予熱温度低下幅との関係を図２に示す。
【００３０】
鋼板５００は、引張強さが５７０Ｎ／ｍｍ２以上又は溶接割れ感受性指数ＰＣＭが０．２４％以上であって、板厚が１６ｍｍ以上である。
【００３１】
鋼板５００の引張強さが５７０Ｎ／ｍｍ２以上とする理由は、引張強さをこのように設定することにより、割れ防止のための予熱温度の低下が効果的となるからである。なお、好ましくは、鋼板５００の引張強さは６５０Ｎ／ｍｍ２以上である。
【００３２】
また、鋼板５００の引張強さが５７０Ｎ／ｍｍ２以下であっても、高Ｃ鋼のように溶接割れ感受性ＰＣＭが０．２４％以上であれば、鋼板５００の割れ感受性が高くなり、割れ防止のための予熱温度低下が効果的になる。ここで、ＰＣＭ（％）＝Ｃ＋Ｓｉ／３０＋Ｍｎ／２０＋Ｎｉ／６０＋Ｃｒ／２０＋Ｍｏ／１５＋Ｖ／１０＋５Ｂである。鋼板５００にのみＰＣＭパラメータを設ける理由は、鋼板５００は製造時の冷却速度制御の処理によって成分と引張強さの関係が一定ではないためである。なお、好ましくは、溶接割れ感受性指数ＰＣＭは０．３０％以上である。
【００３３】
一方、５７０Ｎ／ｍｍ２未満の引張強さ、かつ、ＰＣＭ０．２４％未満の鋼板では予熱温度がそもそも低い、若しくは実質的に予熱が不要であるため、本実施形態に係る溶接方法を使用する利益は少ない。また、５７０Ｎ／ｍｍ２未満の引張強さ、かつ、ＰＣＭ０．２４％未満の鋼板５００では、本実施形態に係る溶接方法を用いるとコスト的に不利となる場合がある。
【００３４】
次に、鋼板５００の板厚を１６ｍｍ以上とする理由は、板厚が大きいほど溶接部の冷却速度が速くなり、硬化するため遅れ割れが生じやすくなるので、本実施形態にかかる溶接方法による予熱温度の低下効果が顕著になるからである。逆に、鋼板５００の板厚が１６ｍｍ未満では予熱温度がそもそも低い、若しくは実質的に予熱が不要であるため、本実施形態にかかる溶接方法を使用する利益が少ない。また、本実施形態に係る溶接方法を用いるとコスト的に不利となる場合がある。
【００３５】
溶接ワイヤ３００は、１ｍｍあたりの電気抵抗が８０μΩ以上である鉄合金ソリッドワイヤ又は鉄合金外皮フラックス入りワイヤであり、引張強度が５７０Ｎ／ｍｍ２以上の溶接金属を得るものである。また、コンタクトチップ１００の先端からアーク４００の発生点までのワイヤ突出長Ｌは３０ｍｍ以下である。
【００３６】
溶接ワイヤ３００の電気抵抗が高いほど有効に抵抗発熱を発生し、溶接ワイヤ３００に含まれる水素を気化させ、溶接金属への移行を防ぐことができるので、溶接ワイヤ３００の電気抵抗は８０μΩ／ｍｍ以上である。なお、電気抵抗（Ω／ｍｍ）は４端子法で測定した抵抗値（Ω）を測定間距離（ｍｍ）で除した値である。
【００３７】
溶接ワイヤ３００は、鉄合金ソリッドワイヤであることが好ましい。鉄合金外皮フラックス入りワイヤは、管構造のため有効断面積は小さいものの、一般的には外皮（フープ）中のＣ、Ｓｉ、Ｍｎといった成分が極めて少なく、電気抵抗が低いからである。なお、例外的に、鉄合金外皮に多量の成分が含有された鉄合金外皮フラックス入りワイヤは、鉄合金ソリッドワイヤよりも電気抵抗が高くなるので好適に使用できる。また、鉄合金外皮フラックス入りワイヤを使用する場合、断面積中のフラックス面積の割合（フラックス率）が大きいと電気抵抗が高くなるので好適に使用できる。
【００３８】
溶接ワイヤ３００のワイヤ径は小さいほうが好ましい。ワイヤ径が小さいと断面積が小さいため電気抵抗が高くなるからである。
【００３９】
溶接ワイヤ３００において、鉄合金製ソリッドワイヤ又は鉄合金製外皮の組成は、鉄にＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｃｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｎといった元素が添加されているものであることが好ましい。これらの元素が添加されると電気抵抗が上昇するからである。
【００４０】
溶接ワイヤ３００の引張強度を５７０Ｎ／ｍｍ２以上の溶接金属を得るものとする理由は、遅れ割れは鋼板５００の溶接熱影響部のみならず、溶接金属にも生じるので、鋼板５００同様に引張強さの下限を制限する必要があるからである。溶接金属の強度は、好ましくは６５０Ｎ／ｍｍ２以上である。
【００４１】
ワイヤ突出長Ｌを３０ｍｍ以下に制限する理由は、ワイヤ突出し長さＬは長いほど溶接ワイヤ３００に含有される水素は溶滴形成前に気化してアーク範囲外に離脱するが、ワイヤ突出し長さＬを長くするほど、狙いズレ性が大きくなり、安定した溶接は困難となるからである。そのため、狙いズレ性を低下させ、且つ、低水素化効果を得るため、ワイヤ突出し長さＬは３０ｍｍ以下に抑制する。
【００４２】
溶接ワイヤ３００には、植物油、動物系、鉱物性等の潤滑油が塗布される。溶接ワイヤ３００の摩擦抵抗を下げてワイヤ送給性を向上させると共に、ワイヤ防錆性を向上させるためである。溶接ワイヤ３００への潤滑油の塗布方法は、油に滴下浸漬した繊維間にワイヤを挟んで一定に油を移行させる手段、油を霧状かつイオン化して電気的にワイヤに付着させる手段、又は、霧状化した油を吹き付ける手段等を使用できる。
【００４３】
潤滑油はワイヤ１０ｋｇあたり０．３０ｇ以上塗布される。本実施形態に係る溶接方法では、溶接ワイヤ３００に含有される水素は溶滴形成前に気化し、溶接金属中の拡散性水素量を低下させることができるので、高張力鋼用であっても潤滑油を適正量塗布できるからである。なお、潤滑油塗布量についての上限は特に限定されないが、２．００ｇ／１０ｋｇ以上塗布すると送給ローラが過小摩擦係数により滑ってしまい逆に送給不良となる場合があるため、これ以下が望ましい。
【００４４】
溶接ワイヤ３００の表面には銅メッキが施されていないことが望ましい。この理由は以下に説明するものである。即ち、上述の数式１にて溶融速度ＭＲは、主として、（Ｃ１項）と、コンタクトチップからの突出し部分における抵抗発熱（Ｃ２項）とに依存すると述べたが、図３に示すように、さらに電流に比例するＣ３項としての”チップ／ワイヤ間の接触部の電気抵抗”にも依存する。Ｃ３項に影響を及ぼす因子としては、銅メッキの有無及び表面酸化が挙げられる。通電性、伸線性又は耐錆性の確保目的で溶接ワイヤに施される銅メッキは無いほうが、接触部の電気抵抗が高くなる。そのため、溶接ワイヤ３００は銅メッキされていない方が好ましい。更に、溶接ワイヤ３００は、その表面が焼鈍酸化処理（ベーキング）により酸化層が形成されることにより、接触部の電気抵抗が高くなる。そのため、溶接ワイヤ３００は、焼鈍酸化処理を施したものであることが好ましい。
【００４５】
（第２実施形態）
図４は、本発明の第２実施形態に係るガスシールドアーク溶接方法を説明する概略図であり、そのうち（Ａ）はコンタクトチップ先端方向からの概略図であり、（Ｂ）は図４（Ａ）におけるＡ−Ａ’線断面図である。図４（Ａ）、（Ｂ）に示されるように、給電部１１０は導電性の第１部材１１１と第２部材１１２とを有して構成され、第２部材１１２が第１部材１１１のワイヤ送給方向先端側にネジにより結合されている。ガイド部１２０は第２部材１１２の中心部における溶接ワイヤ３００に接触する部分に局部的に設けられている。その他は第１実施形態と同様である。
【００４６】
第２実施形態に係る構成によれば、コスト高になりがちな絶縁性材料であるガイド部１２０が局部的に形成されているので、コンタクトチップ１００全体をコスト安に形成できる。また、第１部材１１１と第２部材１１２とは導電性の同一素材で形成できるので、雄ネジ及び雌ネジによる結合部分の強度を高めることができる。
【００４７】
（第３実施形態）
図５は、本発明の第３実施形態に係るガスシールドアーク溶接方法を説明する概略図であり、そのうち（Ａ）はコンタクトチップ先端方向からの概略図であり、（Ｂ）は、図５（Ａ）におけるＡ−Ａ’線断面図である。図５（Ａ）及び（Ｂ）に示されるように、長めのシールドノズル２００の下端面には棒状部材２１０が設けられ、この棒状部材２１０の中央部にガイド孔１５０が形成されている。ガイド孔１５０の位置△Ｘ、即ち、ガイド孔１５０の先端部からコンタクトチップ１００の先端部までの距離△Ｘは、５ｍｍ以上７０ｍｍ以下である。
【００４８】
コンタクトチップ１００の先端部から突出する溶接ワイヤ３００をガイド孔１５０に挿通させる理由は、第１及び第２実施形態で説明した理由と同様に、ワイヤ突出し長さＬを実質的に延長させ、Ｃ２項での発熱を大きくさせると共に、溶接ワイヤ３００の狙い位置を安定させるためである。
【００４９】
△Ｘを５ｍｍ以上７０ｍｍ以下とする理由は、第１及び第２実施形態で説明した理由と同様に、△Ｘが５ｍｍ未満では水素量低下が不十分で予熱温度の低下効果は不十分であるからであり、△Ｘが７０ｍｍを超えると安定なアーク長の維持が困難となりアーク不安定となるからである。より好ましくは、△Ｘは１０ｍｍ以上７０ｍｍ以下である。
【００５０】
（第４実施形態）
図６は、本発明の第４実施形態に係るガスシールドアーク溶接方法を説明する概略図であり、そのうち（Ａ）はコンタクトチップ先端方向からの概略図であり、（Ｂ）は、図６（Ａ）におけるＡ−Ａ’線断面図である。第３実施形態では、シールドノズル２００の下端面に設けられた棒状部材２１０の中央部にガイド孔１５０が形成されたが、第４実施形態では、コンタクトチップ１００の先端部から離間した位置にコ字形状のリード部材２２０が設けられ、そのリード部材２２０の中央部にガイド孔１５０が形成される点が異なる。この構成によれば、ガイド孔１５０が仮に破損したとしても、コンタクトチップ１００はそのままでリード部材２２０のみを交換すれば良い。その他は第３実施形態と同様である。
【実施例】
【００５１】
以下、本発明の効果を実証するために行った試験の結果について説明する。低温割れを防止できる最低予熱温度を確認する手段としてＪＩＳ Ｚ３１５８「斜めＹ型溶接割れ試験」を行った。下記表１に供試した鋼板の成分と引張強さを示す。下記表２に実施例（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３２）におけるワイヤ種類、フラックス率、ワイヤ成分、メッキ有無を示す。下記表３には、本発明の範囲から外れる比較例（Ｎｏ．３３〜Ｎｏ．４４）におけるワイヤ種類、フラックス率、ワイヤ成分、メッキ有無を示す。なお、Ｎｏ．２３はワイヤ成分中にその他の成分として、Ｗ：１．７質量％、Ｃｏ：１．６質量％、Ｎ：０．０４質量％を含有した。実施例Ｎｏ．３１はベーキング処理を施したベーキングワイヤであった。
【００５２】
下記表４に実施例（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３２）における表面に付着している送給潤滑油量、溶接金属の拡散性水素量、電気抵抗測定、適用シールドガス組成、鋼板、板厚、△Ｘを所定長さにする実施形態、△Ｘ長さ、溶接ワイヤの金属強度、予熱温度低下、アーク安定性、ワイヤ狙い位置安定性、ワイヤ送給安定性を示す。下記表５に比較例（Ｎｏ．３３〜Ｎｏ．４４）における表面に付着している送給潤滑油量、溶接金属の拡散性水素量、電気抵抗測定、適用シールドガス組成、鋼板、板厚、コンタクトチップの実施形態、△Ｘ長さ、溶接ワイヤの金属強度、予熱温度低下、アーク安定性、ワイヤ狙い位置安定性、ワイヤ送給安定性を示す。
【００５３】
なお、フラックス入りワイヤにおける化学成分は、外皮とフラックス配合を合わせて換算した値である。全てのフラックス入りワイヤのフープ（外皮鋼）は、０．０１％Ｃ−０．０１％Ｓｉ−０．２２％Ｍｎ−０．０１０％Ｐ−０．００５％Ｓ−残部鉄及び不可避不純物の板厚０．９ｍｍ帯鋼を用いた。溶接金属の引張強さは、「斜めＹ型溶接割れ試験」とは別に、同条件の鋼板と板厚、シールドガス、本実施形態１、２若しくは３の条件下で、Ｖ開先３５°、Ｇａｐ８ｍｍ、裏当て金付きとして多層溶接した場合の溶接金属部中央部からＪＩＳ Ｚ３１１１ Ａ１号引張試験片を採取して引張試験した結果である。溶接金属の拡散性水素量は通常の溶接チップとシールドノズルを用いてＪＩＳ ３１１８「鋼溶接部の水素量測定方法」のガスクロマトグラフ法に従って測定した。
【００５４】
試験は予熱温度を２５℃ずつ変化させ、割れを生じなかった予熱温度の最低値、つまり割れ停止世値温度を求めた。通常の溶接チップとシールドノズルを用いた場合の割れ停止予熱温度ＴｅｍｐＮと各条件での割れ停止予熱温度ＴｅｍｐＡとの差、ΔＴｅｍｐ（＝ＴｅｍｐＮ−ＴｅｍｐＡ）を求め、ΔＴｅｍｐが２５℃以上では改善効果ありと判断した。しかし、ΔＴｅｍｐが２５℃未満、つまり通常の溶接法と変わらなかった場合は改善効果無しとした。
【００５５】
また、アーク安定性、ワイヤ狙い位置安定性、ワイヤ送給安定性については、いずれも良好な場合を○、やや劣る場合を△、不良で使用に耐えない場合を×とした。
【００５６】
【表１】
【００５７】
【表２】
【００５８】
【表３】
【００５９】
【表４】
【００６０】
【表５】
【００６１】
実施例（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３２）は、通常のコンタクトチップ若しくは溶接トーチシステムを使用する場合に比べて、溶接金属中の拡散性水素量の低下効果が得られ、そのため予熱温度の低下効果が発揮された。さらに、実施例は、アーク安定性、ワイヤ狙い位置安定性、ワイヤ送給安定性のいずれも良好であった。なお、実施例Ｎｏ．３２は、高強度鋼溶接用ワイヤとしては一般的な送給潤滑油塗布油量が少ないものであるため、ワイヤ送球性のみやや不安定であった。従って、実施例Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３１のように軟鋼用ワイヤと同程度の送給潤滑油を塗布しても、本発明に係る溶接方法ではその影響を受けず溶接金属の拡散性水素量を抑制し、送給性を良好に維持したまま、予熱温度の低下効果が得られることが裏付けられた。
【００６２】
一方、比較例（Ｎｏ．３３〜Ｎｏ．４４）については、例えば、比較例Ｎｏ．３３は適用される鋼板の強度が低いため、遅れ割れ感受性が低く、予熱温度低下効果は不十分であった。また、比較例Ｎｏ．３４も適用される鋼板の強度が低く、かつ、溶接金属の強度も低いので、もともと遅れ割れ感受性が低く、予熱温度低下効果は不十分であった。比較例Ｎｏ．３５〜Ｎｏ．３７はその化学組成若しくはワイヤ径に起因して溶接ワイヤの電気抵抗が低いことから、発熱による水素除去効果が低く、予熱温度低下効果は不十分であった。比較例Ｎｏ．３８は鋼板及び溶接金属ともに強度は高いものの、板厚が薄いことから、もともと遅れ割れ感受性が低く、そのため予熱温度低下効果は不十分であった。比較例Ｎｏ．３９〜Ｎｏ．４０はΔＸが過小なため、発熱による水素除去効果が低く、予熱温度低下効果は不十分であった。比較例Ｎｏ．４１〜Ｎｏ．４３は逆にΔＸが過大のため溶接ワイヤの発熱が著しく、アーク発生点前に半溶融状態となり、アークがふらついて不安定であった。比較例Ｎｏ．４４は従来の溶接トーチシステムで突出長さを大きくして、溶接ワイヤの発熱効果を得ようとしたものであるが、コンタクトチップ先端からの距離が長いため、ワイヤ狙い位置のズレが激しく、ビードが蛇行した。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】ガイド部がネジにより給電部に結合されている第１実施形態に係る溶接方法を説明する図であり、（Ａ）は下方からの外観図で、（Ｂ）はＡ−Ａ’線における断面図である。
【図２】ΔＸと溶接金属の拡散性水素量及び予熱温度低下幅との関係を示すグラフである。
【図３】溶融速度ＭＲに影響を及ぼすＣ１項、Ｃ２項、及び、Ｃ３項を説明する図である。
【図４】筒状のガイド部を含む第２部材が給電部の第１部材にネジにより結合されている第２実施形態に係る溶接方法を説明する図であり、（Ａ）は下方からの外観図で、（Ｂ）はＡ−Ａ’線における断面図である。
【図５】長めのシールドノズルの下端面に位置する棒状部材の中央にガイド孔が形成されている第３実施形態に係る溶接方法を説明する図であり、（Ａ）は下方からの外観図で、（Ｂ）はＡ−Ａ’線における断面図である。
【図６】コ字形状のリード部材の下面中央にガイド孔が形成されている第４実施形態に係る溶接方法を説明する図であり、（Ａ）は下方からの外観図で、（Ｂ）はＡ−Ａ’線における断面図である。
【符号の説明】
【００６４】
１００ コンタクトチップ
１１０ 給電部
１２０ ガイド部
１５０ ガイド孔
２００ シールドノズル
３００ 溶接ワイヤ
４００ アーク
５００ 鋼板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスシールドアーク溶接方法に関し、より詳しくは、予熱温度を低下させて溶接作業工程の迅速化を図るガスシールドアーク溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶接金属中又は母材中の拡散性水素が集積化することで体積を膨張させ、その体積膨張による圧力から割れに至るのが遅れ割れ（水素割れ若しくは低温割れとも称される）である。
遅れ割れに影響を及ぼす因子としては、板厚、拡散性水素量、及び、溶接金属又は母材熱影響部（Ｈｅａｔ Ａｆｆｅｃｔｅｄ Ｚｏｎｅ, ＨＡＺ）の硬さ、の３つが挙げられる。これら３つの因子が高まった際に、遅れ割れが発生する。
【０００３】
特許文献１には、遅れ割れを防止するため鋼材に希土類金属又はＣａを添加することが記載されているが、溶接材料に対してこれらの金属を添加すると、スパッタが増大する等により溶接作業性が悪化する。
【０００４】
遅れ割れを防止するためには、（ａ）拡散性水素量の少ない溶接材料を用いる、（ｂ）鋼材又は溶接金属が硬くなりにくいような組成にする、（ｃ）硬くなりにくいように適度な入熱及びパス間温度を管理する、（ｄ）拡散性水素を放出するために適度な予熱及び後熱を行うといった方法がある。
【０００５】
中でも予熱は硬度の高い高張力鋼を溶接する際に有効な手段である。例えば、ＷＥＳ−３００１、ＪＩＳ Ｚ３１１８には、板厚、拡散性水素量、及び、硬さに影響を及ぼす鋼材の化学成分と割れ防止予熱温度との関係が示されている。
【０００６】
近年における鋼材重量軽減、板厚減少による加工能率向上の要請化に伴い、鋼材の高張力化が進んでいる一方、溶接材料の低水素化にも限度があり、そのため割れ防止策である予熱温度を上昇させざるを得ない場合がある。しかし、予熱温度を上昇させると、溶接前工程に時間を必要とし、溶接工程全体の作業能率が低下する。
【０００７】
一方、フラックス入りワイヤは、アークが安定でスパッタが少なく、ビード外観が美麗である特徴を有するが、フラックス入りワイヤは、フラックスの自然吸湿により拡散性水素量が高くなる傾向があり、遅れ割れが発生しやすい。
【０００８】
遅れ割れの発生を防止してフラックス入りワイヤを使用するためには予熱温度を上昇させなくてはならないが、上述したように予熱温度を上昇させると溶接工程全体の作業効率が低下する。
【０００９】
特許文献２には、高張力鋼の溶接に際し、予熱温度を低下させるアーク溶接方法が開示されているが、この予熱温度の低下効果はいまだ十分ではない。
【００１０】
【特許文献１】特公平６−７７８３７号公報
【特許文献２】特開平０７−３２３３９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述のように、予熱温度が低いと共に遅れ割れが発生しにくく、溶接作業性も良好なガスシールドアーク溶接方法は未だ開発されておらず、その実現が望まれている。
【００１２】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、遅れ割れを防止すると共に予熱温度を低下させて溶接工程全体の作業効率を向上させることができるガスシールドアーク溶接方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の第１の観点に係るガスシールドアーク溶接方法は、
引張強さが５７０Ｎ／ｍｍ２以上又は溶接割れ感受性指数ＰＣＭが０．２４％以上であり、板厚が１６ｍｍ以上である鋼板をガスシールドアーク溶接する方法であって、送給される溶接ワイヤがその長手方向にコンタクトチップを通過する間に、前記溶接ワイヤが給電されると共に、溶接部のワイヤ狙い位置に向けて案内されるガスシールドアーク溶接方法において、前記コンタクトチップは、その基端部側に設けられ前記溶接ワイヤに接触する部分が導電性の給電部と、前記コンタクトチップ先端側に設けられ前記溶接ワイヤに接触する部分が非導電性で送出ワイヤを案内するガイド部とを有し、前記ガイド部は、前記コンタクトチップの先端部から５乃至７０ｍｍまでの範囲に設けられ、前記コンタクトチップの先端からアーク発生点までのワイヤ突出長が３０ｍｍ以下であり、前記溶接ワイヤは１ｍｍあたりの電気抵抗が８０μΩ以上である鉄合金ソリッドワイヤ又は鉄合金外皮フラックス入りワイヤであることを特徴とする。
【００１４】
この場合に、前記コンタクトチップの前記給電部は導電性の第１部材で構成され、前記ガイド部は非導電性の第２部材で構成されており、前記第２部材は前記第１部材のワイヤ送給方向先端側にネジにより結合されていることが好ましい。
【００１５】
また、前記コンタクトチップの前記給電部は導電性の第１部材で構成され、第２部材が前記第１部材のワイヤ送給方向先端側にネジにより結合されており、前記コンタクトチップの前記ガイド部は前記第２部材の中心部における溶接ワイヤに接触する部分に局部的に設けられていることも可能である。
【００１６】
また、本発明の第２の観点に係るガスシールドアーク溶接方法は、
引張強さが５７０Ｎ／ｍｍ２以上又は溶接割れ感受性指数ＰＣＭが０．２４％以上であり、板厚が１６ｍｍ以上である鋼板をガスシールドアーク溶接する方法であって、送給される溶接ワイヤがその長手方向にコンタクトチップを通過する間に前記溶接ワイヤが給電されるガスシールドアーク溶接方法において、前記コンタクトチップのワイヤ送出方向前方に、前記溶接ワイヤが挿通するガイド孔を備え、前記溶接ワイヤを溶接部のワイヤ狙い位置に向けて案内するワイヤガイド部材を配置し、前記コンタクトチップの先端部と前記ガイド孔との間の距離が５乃至７０ｍｍであり、前記ガイド孔からアーク発生点までのワイヤ突出長が３０ｍｍ以下であり、前記溶接ワイヤは１ｍｍあたりの電気抵抗が８０μΩ以上である鉄合金ソリッドワイヤ又は鉄合金外皮フラックス入りワイヤであることを特徴とする。
【００１７】
この場合に、前記ワイヤガイド部材は、前記コンタクトチップを外嵌するシールドノズルの先端部に設けられた棒状部材を有し、前記ガイド孔はこの棒状部材の中央部に形成されていることが好ましい。
【００１８】
また、前記ワイヤガイド部材は、前記コンタクトチップの先端部の前方に設けられたリード部材を有し、前記ガイド孔はこのリード部材の中央部に形成されてていることも可能である。
【００１９】
また、前記溶接ワイヤは、その表面に、潤滑油がワイヤ１０ｋｇあたり０．３０ｇ以上塗布されていることが好ましい。
【００２０】
また、更に、前記溶接ワイヤは、その表面に銅メッキを施さないもの、又は表面に銅メッキを施さないと共に焼鈍酸化処理を施したものであることが好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係るガスシールドアーク溶接方法は、溶接ワイヤの水素含有量が高くても、溶接ワイヤに含有される水素は溶滴形成前に気化し、シールガス流に乗ってアーク範囲外に離脱させることができるので、溶接金属中の拡散性水素に起因する遅れ割れが生じにくく、溶接工程における予熱温度を低下させることができる。従って、溶接工程全体の作業効率が上昇する。また、溶接ワイヤ表面に塗布される潤滑油、又は、フラックスに吸湿される水分に起因する遅れ割れが生じにくいので、予熱工程による作業効率の低下を防止しつつ、従来よりも多種類の潤滑油及びフラックスを使用できることになり、溶接材料選択の自由度が高くなる。これにより、優れた溶接作業性を有すると共に、高強度鋼用に適した溶接材料を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
（第１実施形態）
先ず、図１を使用して、本発明の第１実施形態に係るガスシールドアーク溶接方法について説明する。図１は、第１実施形態に係るガスシールドアーク溶接方法を示す概略図であり、そのうち（Ａ）はコンタクトチップ先端方向からの概略図であり、（Ｂ）は、図１（Ａ）におけるＡ−Ａ’線断面図である。
【００２３】
図１（Ｂ）に示されるように、コンタクトチップ１００は、その基端部側に設けられ溶接ワイヤ３００に接触する部分が導電性の給電部１１０と、コンタクトチップ１００の先端側に設けられ溶接ワイヤ３００に接触する部分が非導電性で送出ワイヤを案内するガイド部１２０とを有する。なお、本実施形態のガイド部１２０は、全て絶縁材料で成形されている。ガイド部１２０は、コンタクトチップ１００の先端から５乃至７０ｍｍまでの範囲に設けられる。即ち、ガイド部１２０の長さ△Ｘは、５ｍｍ以上７０ｍｍ以下である。
【００２４】
ガイド部１２０は、例えばセラミック等の絶縁性材料から形成される。ガイド部１２０は、給電部１１０のワイヤ送給方向先端側にネジにより結合されている。即ち、給電部１１０には雄ネジが形成されており、ガイド部１２０には雌ネジが形成されていて、前記雄ネジを前記雌ネジに螺合することにより、給電部１１０とガイド部１２０とが連結されている。この構成によれば、ガイド部１２０全体を簡易に着脱できる。給電部１１０及び鋼板５００には溶接機６００から通電される。
【００２５】
このように構成された装置を使用してガスシールドアーク溶接をする場合は、溶接ワイヤ３００を所定の速度でコンタクトチップ１００に向けて送給し、溶接ワイヤ３００をその長手方向にコンタクトチップ１００の中心部の孔に挿通させて鋼板５００に向けて送り出す。そして、溶接ワイヤ３００と鋼板５００との間にアーク４００を誘起させて、鋼板５００の溶接部を溶接する。
【００２６】
次に、コンタクトチップ１００を給電部１１０及びガイド部１２０で構成すると共に、ガイド部の長さ△Ｘを５ｍｍ以上７０ｍｍ以下とする理由について説明する。
【００２７】
アーク溶接における溶融速度は、下記式１で示されるように、溶接速度をＭＲとして、アークの電極で発生する熱（Ｃ１項）と、コンタクトチップからの突出し部分における抵抗発熱（Ｃ２項）とに依存する。本発明者は、コンタクトチップからの突出し部分における抵抗発熱（Ｃ２項）を増大させることにより、溶接ワイヤに含有される水素は溶滴形成前に気化し、シールガス流に乗ってアーク範囲外に離脱し、溶接金属中の拡散性水素量を大幅に低下できるという知見を得た。数式１において、Ｃ１項は定数Ｋ１と電流Ｉとの積で表され、Ｃ２項は定数Ｋ２と電流Ｉと電気抵抗ρとワイヤ突出し長さＬとにより表される。
【００２８】
【数１】
【００２９】
この知見に基づいて、給電部１１０の下部にガイド部１２０を取り付け、ワイヤ突出し長さを実質的に延長させてＣ２項での発熱を大きくさせると共に、溶接ワイヤ３００の狙い位置を安定させている。即ち、溶接ワイヤ３００の狙い位置の精度を向上させるためには、ワイヤ突出し長さＬを短くすることが望ましいが、しかしそれではＣ２項での発熱量は大きくして溶接部に移行する水素量を低下させることが困難となる。そこで、給電部１１０の下部にガイド部１２０を設け、溶接ワイヤの狙い位置を安定させると共にＣ２項での発熱量は大きくさせる。ここで、ガイド部１２０の長さ△Ｘが５ｍｍ以上であると水素量低下効果が顕著となり、予熱温度の低下効果が大きい。しかしながら△Ｘが５ｍｍ未満では水素量低下が不十分で予熱温度の低下効果は不十分である。従って、△Ｘは５ｍｍ以上であり、より好ましくは△Ｘは１０ｍｍ以上である。一方、△Ｘが７０ｍｍを超えると、安定なアーク長の維持が困難となりアーク不安定となる。またアークスタート性が劣化する。従って、△Ｘは７０ｍｍ以下とする。このようなΔＸと溶接金属の拡散性水素量及び予熱温度低下幅との関係を図２に示す。
【００３０】
鋼板５００は、引張強さが５７０Ｎ／ｍｍ２以上又は溶接割れ感受性指数ＰＣＭが０．２４％以上であって、板厚が１６ｍｍ以上である。
【００３１】
鋼板５００の引張強さが５７０Ｎ／ｍｍ２以上とする理由は、引張強さをこのように設定することにより、割れ防止のための予熱温度の低下が効果的となるからである。なお、好ましくは、鋼板５００の引張強さは６５０Ｎ／ｍｍ２以上である。
【００３２】
また、鋼板５００の引張強さが５７０Ｎ／ｍｍ２以下であっても、高Ｃ鋼のように溶接割れ感受性ＰＣＭが０．２４％以上であれば、鋼板５００の割れ感受性が高くなり、割れ防止のための予熱温度低下が効果的になる。ここで、ＰＣＭ（％）＝Ｃ＋Ｓｉ／３０＋Ｍｎ／２０＋Ｎｉ／６０＋Ｃｒ／２０＋Ｍｏ／１５＋Ｖ／１０＋５Ｂである。鋼板５００にのみＰＣＭパラメータを設ける理由は、鋼板５００は製造時の冷却速度制御の処理によって成分と引張強さの関係が一定ではないためである。なお、好ましくは、溶接割れ感受性指数ＰＣＭは０．３０％以上である。
【００３３】
一方、５７０Ｎ／ｍｍ２未満の引張強さ、かつ、ＰＣＭ０．２４％未満の鋼板では予熱温度がそもそも低い、若しくは実質的に予熱が不要であるため、本実施形態に係る溶接方法を使用する利益は少ない。また、５７０Ｎ／ｍｍ２未満の引張強さ、かつ、ＰＣＭ０．２４％未満の鋼板５００では、本実施形態に係る溶接方法を用いるとコスト的に不利となる場合がある。
【００３４】
次に、鋼板５００の板厚を１６ｍｍ以上とする理由は、板厚が大きいほど溶接部の冷却速度が速くなり、硬化するため遅れ割れが生じやすくなるので、本実施形態にかかる溶接方法による予熱温度の低下効果が顕著になるからである。逆に、鋼板５００の板厚が１６ｍｍ未満では予熱温度がそもそも低い、若しくは実質的に予熱が不要であるため、本実施形態にかかる溶接方法を使用する利益が少ない。また、本実施形態に係る溶接方法を用いるとコスト的に不利となる場合がある。
【００３５】
溶接ワイヤ３００は、１ｍｍあたりの電気抵抗が８０μΩ以上である鉄合金ソリッドワイヤ又は鉄合金外皮フラックス入りワイヤであり、引張強度が５７０Ｎ／ｍｍ２以上の溶接金属を得るものである。また、コンタクトチップ１００の先端からアーク４００の発生点までのワイヤ突出長Ｌは３０ｍｍ以下である。
【００３６】
溶接ワイヤ３００の電気抵抗が高いほど有効に抵抗発熱を発生し、溶接ワイヤ３００に含まれる水素を気化させ、溶接金属への移行を防ぐことができるので、溶接ワイヤ３００の電気抵抗は８０μΩ／ｍｍ以上である。なお、電気抵抗（Ω／ｍｍ）は４端子法で測定した抵抗値（Ω）を測定間距離（ｍｍ）で除した値である。
【００３７】
溶接ワイヤ３００は、鉄合金ソリッドワイヤであることが好ましい。鉄合金外皮フラックス入りワイヤは、管構造のため有効断面積は小さいものの、一般的には外皮（フープ）中のＣ、Ｓｉ、Ｍｎといった成分が極めて少なく、電気抵抗が低いからである。なお、例外的に、鉄合金外皮に多量の成分が含有された鉄合金外皮フラックス入りワイヤは、鉄合金ソリッドワイヤよりも電気抵抗が高くなるので好適に使用できる。また、鉄合金外皮フラックス入りワイヤを使用する場合、断面積中のフラックス面積の割合（フラックス率）が大きいと電気抵抗が高くなるので好適に使用できる。
【００３８】
溶接ワイヤ３００のワイヤ径は小さいほうが好ましい。ワイヤ径が小さいと断面積が小さいため電気抵抗が高くなるからである。
【００３９】
溶接ワイヤ３００において、鉄合金製ソリッドワイヤ又は鉄合金製外皮の組成は、鉄にＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｃｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｎといった元素が添加されているものであることが好ましい。これらの元素が添加されると電気抵抗が上昇するからである。
【００４０】
溶接ワイヤ３００の引張強度を５７０Ｎ／ｍｍ２以上の溶接金属を得るものとする理由は、遅れ割れは鋼板５００の溶接熱影響部のみならず、溶接金属にも生じるので、鋼板５００同様に引張強さの下限を制限する必要があるからである。溶接金属の強度は、好ましくは６５０Ｎ／ｍｍ２以上である。
【００４１】
ワイヤ突出長Ｌを３０ｍｍ以下に制限する理由は、ワイヤ突出し長さＬは長いほど溶接ワイヤ３００に含有される水素は溶滴形成前に気化してアーク範囲外に離脱するが、ワイヤ突出し長さＬを長くするほど、狙いズレ性が大きくなり、安定した溶接は困難となるからである。そのため、狙いズレ性を低下させ、且つ、低水素化効果を得るため、ワイヤ突出し長さＬは３０ｍｍ以下に抑制する。
【００４２】
溶接ワイヤ３００には、植物油、動物系、鉱物性等の潤滑油が塗布される。溶接ワイヤ３００の摩擦抵抗を下げてワイヤ送給性を向上させると共に、ワイヤ防錆性を向上させるためである。溶接ワイヤ３００への潤滑油の塗布方法は、油に滴下浸漬した繊維間にワイヤを挟んで一定に油を移行させる手段、油を霧状かつイオン化して電気的にワイヤに付着させる手段、又は、霧状化した油を吹き付ける手段等を使用できる。
【００４３】
潤滑油はワイヤ１０ｋｇあたり０．３０ｇ以上塗布される。本実施形態に係る溶接方法では、溶接ワイヤ３００に含有される水素は溶滴形成前に気化し、溶接金属中の拡散性水素量を低下させることができるので、高張力鋼用であっても潤滑油を適正量塗布できるからである。なお、潤滑油塗布量についての上限は特に限定されないが、２．００ｇ／１０ｋｇ以上塗布すると送給ローラが過小摩擦係数により滑ってしまい逆に送給不良となる場合があるため、これ以下が望ましい。
【００４４】
溶接ワイヤ３００の表面には銅メッキが施されていないことが望ましい。この理由は以下に説明するものである。即ち、上述の数式１にて溶融速度ＭＲは、主として、（Ｃ１項）と、コンタクトチップからの突出し部分における抵抗発熱（Ｃ２項）とに依存すると述べたが、図３に示すように、さらに電流に比例するＣ３項としての”チップ／ワイヤ間の接触部の電気抵抗”にも依存する。Ｃ３項に影響を及ぼす因子としては、銅メッキの有無及び表面酸化が挙げられる。通電性、伸線性又は耐錆性の確保目的で溶接ワイヤに施される銅メッキは無いほうが、接触部の電気抵抗が高くなる。そのため、溶接ワイヤ３００は銅メッキされていない方が好ましい。更に、溶接ワイヤ３００は、その表面が焼鈍酸化処理（ベーキング）により酸化層が形成されることにより、接触部の電気抵抗が高くなる。そのため、溶接ワイヤ３００は、焼鈍酸化処理を施したものであることが好ましい。
【００４５】
（第２実施形態）
図４は、本発明の第２実施形態に係るガスシールドアーク溶接方法を説明する概略図であり、そのうち（Ａ）はコンタクトチップ先端方向からの概略図であり、（Ｂ）は図４（Ａ）におけるＡ−Ａ’線断面図である。図４（Ａ）、（Ｂ）に示されるように、給電部１１０は導電性の第１部材１１１と第２部材１１２とを有して構成され、第２部材１１２が第１部材１１１のワイヤ送給方向先端側にネジにより結合されている。ガイド部１２０は第２部材１１２の中心部における溶接ワイヤ３００に接触する部分に局部的に設けられている。その他は第１実施形態と同様である。
【００４６】
第２実施形態に係る構成によれば、コスト高になりがちな絶縁性材料であるガイド部１２０が局部的に形成されているので、コンタクトチップ１００全体をコスト安に形成できる。また、第１部材１１１と第２部材１１２とは導電性の同一素材で形成できるので、雄ネジ及び雌ネジによる結合部分の強度を高めることができる。
【００４７】
（第３実施形態）
図５は、本発明の第３実施形態に係るガスシールドアーク溶接方法を説明する概略図であり、そのうち（Ａ）はコンタクトチップ先端方向からの概略図であり、（Ｂ）は、図５（Ａ）におけるＡ−Ａ’線断面図である。図５（Ａ）及び（Ｂ）に示されるように、長めのシールドノズル２００の下端面には棒状部材２１０が設けられ、この棒状部材２１０の中央部にガイド孔１５０が形成されている。ガイド孔１５０の位置△Ｘ、即ち、ガイド孔１５０の先端部からコンタクトチップ１００の先端部までの距離△Ｘは、５ｍｍ以上７０ｍｍ以下である。
【００４８】
コンタクトチップ１００の先端部から突出する溶接ワイヤ３００をガイド孔１５０に挿通させる理由は、第１及び第２実施形態で説明した理由と同様に、ワイヤ突出し長さＬを実質的に延長させ、Ｃ２項での発熱を大きくさせると共に、溶接ワイヤ３００の狙い位置を安定させるためである。
【００４９】
△Ｘを５ｍｍ以上７０ｍｍ以下とする理由は、第１及び第２実施形態で説明した理由と同様に、△Ｘが５ｍｍ未満では水素量低下が不十分で予熱温度の低下効果は不十分であるからであり、△Ｘが７０ｍｍを超えると安定なアーク長の維持が困難となりアーク不安定となるからである。より好ましくは、△Ｘは１０ｍｍ以上７０ｍｍ以下である。
【００５０】
（第４実施形態）
図６は、本発明の第４実施形態に係るガスシールドアーク溶接方法を説明する概略図であり、そのうち（Ａ）はコンタクトチップ先端方向からの概略図であり、（Ｂ）は、図６（Ａ）におけるＡ−Ａ’線断面図である。第３実施形態では、シールドノズル２００の下端面に設けられた棒状部材２１０の中央部にガイド孔１５０が形成されたが、第４実施形態では、コンタクトチップ１００の先端部から離間した位置にコ字形状のリード部材２２０が設けられ、そのリード部材２２０の中央部にガイド孔１５０が形成される点が異なる。この構成によれば、ガイド孔１５０が仮に破損したとしても、コンタクトチップ１００はそのままでリード部材２２０のみを交換すれば良い。その他は第３実施形態と同様である。
【実施例】
【００５１】
以下、本発明の効果を実証するために行った試験の結果について説明する。低温割れを防止できる最低予熱温度を確認する手段としてＪＩＳ Ｚ３１５８「斜めＹ型溶接割れ試験」を行った。下記表１に供試した鋼板の成分と引張強さを示す。下記表２に実施例（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３２）におけるワイヤ種類、フラックス率、ワイヤ成分、メッキ有無を示す。下記表３には、本発明の範囲から外れる比較例（Ｎｏ．３３〜Ｎｏ．４４）におけるワイヤ種類、フラックス率、ワイヤ成分、メッキ有無を示す。なお、Ｎｏ．２３はワイヤ成分中にその他の成分として、Ｗ：１．７質量％、Ｃｏ：１．６質量％、Ｎ：０．０４質量％を含有した。実施例Ｎｏ．３１はベーキング処理を施したベーキングワイヤであった。
【００５２】
下記表４に実施例（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３２）における表面に付着している送給潤滑油量、溶接金属の拡散性水素量、電気抵抗測定、適用シールドガス組成、鋼板、板厚、△Ｘを所定長さにする実施形態、△Ｘ長さ、溶接ワイヤの金属強度、予熱温度低下、アーク安定性、ワイヤ狙い位置安定性、ワイヤ送給安定性を示す。下記表５に比較例（Ｎｏ．３３〜Ｎｏ．４４）における表面に付着している送給潤滑油量、溶接金属の拡散性水素量、電気抵抗測定、適用シールドガス組成、鋼板、板厚、コンタクトチップの実施形態、△Ｘ長さ、溶接ワイヤの金属強度、予熱温度低下、アーク安定性、ワイヤ狙い位置安定性、ワイヤ送給安定性を示す。
【００５３】
なお、フラックス入りワイヤにおける化学成分は、外皮とフラックス配合を合わせて換算した値である。全てのフラックス入りワイヤのフープ（外皮鋼）は、０．０１％Ｃ−０．０１％Ｓｉ−０．２２％Ｍｎ−０．０１０％Ｐ−０．００５％Ｓ−残部鉄及び不可避不純物の板厚０．９ｍｍ帯鋼を用いた。溶接金属の引張強さは、「斜めＹ型溶接割れ試験」とは別に、同条件の鋼板と板厚、シールドガス、本実施形態１、２若しくは３の条件下で、Ｖ開先３５°、Ｇａｐ８ｍｍ、裏当て金付きとして多層溶接した場合の溶接金属部中央部からＪＩＳ Ｚ３１１１ Ａ１号引張試験片を採取して引張試験した結果である。溶接金属の拡散性水素量は通常の溶接チップとシールドノズルを用いてＪＩＳ ３１１８「鋼溶接部の水素量測定方法」のガスクロマトグラフ法に従って測定した。
【００５４】
試験は予熱温度を２５℃ずつ変化させ、割れを生じなかった予熱温度の最低値、つまり割れ停止世値温度を求めた。通常の溶接チップとシールドノズルを用いた場合の割れ停止予熱温度ＴｅｍｐＮと各条件での割れ停止予熱温度ＴｅｍｐＡとの差、ΔＴｅｍｐ（＝ＴｅｍｐＮ−ＴｅｍｐＡ）を求め、ΔＴｅｍｐが２５℃以上では改善効果ありと判断した。しかし、ΔＴｅｍｐが２５℃未満、つまり通常の溶接法と変わらなかった場合は改善効果無しとした。
【００５５】
また、アーク安定性、ワイヤ狙い位置安定性、ワイヤ送給安定性については、いずれも良好な場合を○、やや劣る場合を△、不良で使用に耐えない場合を×とした。
【００５６】
【表１】
【００５７】
【表２】
【００５８】
【表３】
【００５９】
【表４】
【００６０】
【表５】
【００６１】
実施例（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３２）は、通常のコンタクトチップ若しくは溶接トーチシステムを使用する場合に比べて、溶接金属中の拡散性水素量の低下効果が得られ、そのため予熱温度の低下効果が発揮された。さらに、実施例は、アーク安定性、ワイヤ狙い位置安定性、ワイヤ送給安定性のいずれも良好であった。なお、実施例Ｎｏ．３２は、高強度鋼溶接用ワイヤとしては一般的な送給潤滑油塗布油量が少ないものであるため、ワイヤ送球性のみやや不安定であった。従って、実施例Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３１のように軟鋼用ワイヤと同程度の送給潤滑油を塗布しても、本発明に係る溶接方法ではその影響を受けず溶接金属の拡散性水素量を抑制し、送給性を良好に維持したまま、予熱温度の低下効果が得られることが裏付けられた。
【００６２】
一方、比較例（Ｎｏ．３３〜Ｎｏ．４４）については、例えば、比較例Ｎｏ．３３は適用される鋼板の強度が低いため、遅れ割れ感受性が低く、予熱温度低下効果は不十分であった。また、比較例Ｎｏ．３４も適用される鋼板の強度が低く、かつ、溶接金属の強度も低いので、もともと遅れ割れ感受性が低く、予熱温度低下効果は不十分であった。比較例Ｎｏ．３５〜Ｎｏ．３７はその化学組成若しくはワイヤ径に起因して溶接ワイヤの電気抵抗が低いことから、発熱による水素除去効果が低く、予熱温度低下効果は不十分であった。比較例Ｎｏ．３８は鋼板及び溶接金属ともに強度は高いものの、板厚が薄いことから、もともと遅れ割れ感受性が低く、そのため予熱温度低下効果は不十分であった。比較例Ｎｏ．３９〜Ｎｏ．４０はΔＸが過小なため、発熱による水素除去効果が低く、予熱温度低下効果は不十分であった。比較例Ｎｏ．４１〜Ｎｏ．４３は逆にΔＸが過大のため溶接ワイヤの発熱が著しく、アーク発生点前に半溶融状態となり、アークがふらついて不安定であった。比較例Ｎｏ．４４は従来の溶接トーチシステムで突出長さを大きくして、溶接ワイヤの発熱効果を得ようとしたものであるが、コンタクトチップ先端からの距離が長いため、ワイヤ狙い位置のズレが激しく、ビードが蛇行した。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】ガイド部がネジにより給電部に結合されている第１実施形態に係る溶接方法を説明する図であり、（Ａ）は下方からの外観図で、（Ｂ）はＡ−Ａ’線における断面図である。
【図２】ΔＸと溶接金属の拡散性水素量及び予熱温度低下幅との関係を示すグラフである。
【図３】溶融速度ＭＲに影響を及ぼすＣ１項、Ｃ２項、及び、Ｃ３項を説明する図である。
【図４】筒状のガイド部を含む第２部材が給電部の第１部材にネジにより結合されている第２実施形態に係る溶接方法を説明する図であり、（Ａ）は下方からの外観図で、（Ｂ）はＡ−Ａ’線における断面図である。
【図５】長めのシールドノズルの下端面に位置する棒状部材の中央にガイド孔が形成されている第３実施形態に係る溶接方法を説明する図であり、（Ａ）は下方からの外観図で、（Ｂ）はＡ−Ａ’線における断面図である。
【図６】コ字形状のリード部材の下面中央にガイド孔が形成されている第４実施形態に係る溶接方法を説明する図であり、（Ａ）は下方からの外観図で、（Ｂ）はＡ−Ａ’線における断面図である。
【符号の説明】
【００６４】
１００ コンタクトチップ
１１０ 給電部
１２０ ガイド部
１５０ ガイド孔
２００ シールドノズル
３００ 溶接ワイヤ
４００ アーク
５００ 鋼板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
引張強さが５７０Ｎ／ｍｍ２以上又は溶接割れ感受性指数ＰＣＭが０．２４％以上であり、板厚が１６ｍｍ以上である鋼板をガスシールドアーク溶接する方法であって、送給される溶接ワイヤがその長手方向にコンタクトチップを通過する間に、前記溶接ワイヤが給電されると共に、溶接部のワイヤ狙い位置に向けて案内されるガスシールドアーク溶接方法において、前記コンタクトチップは、その基端部側に設けられ前記溶接ワイヤに接触する部分が導電性の給電部と、前記コンタクトチップ先端側に設けられ前記溶接ワイヤに接触する部分が非導電性で送出ワイヤを案内するガイド部とを有し、前記ガイド部は、前記コンタクトチップの先端部から５乃至７０ｍｍまでの範囲に設けられ、前記コンタクトチップの先端からアーク発生点までのワイヤ突出長が３０ｍｍ以下であり、前記溶接ワイヤは１ｍｍあたりの電気抵抗が８０μΩ以上である鉄合金ソリッドワイヤ又は鉄合金外皮フラックス入りワイヤであることを特徴とするガスシールドアーク溶接方法。
【請求項２】
前記コンタクトチップの前記給電部は導電性の第１部材で構成され、前記ガイド部は非導電性の第２部材で構成されており、前記第２部材は前記第１部材のワイヤ送給方向先端側にネジにより結合されていることを特徴とする請求項１に記載のガスシールドアーク溶接方法。
【請求項３】
前記コンタクトチップの前記給電部は導電性の第１部材で構成され、第２部材が前記第１部材のワイヤ送給方向先端側にネジにより結合されており、前記コンタクトチップの前記ガイド部は前記第２部材の中心部における溶接ワイヤに接触する部分に局部的に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のガスシールドアーク溶接方法。
【請求項４】
引張強さが５７０Ｎ／ｍｍ２以上又は溶接割れ感受性指数ＰＣＭが０．２４％以上であり、板厚が１６ｍｍ以上である鋼板をガスシールドアーク溶接する方法であって、送給される溶接ワイヤがその長手方向にコンタクトチップを通過する間に前記溶接ワイヤが給電されるガスシールドアーク溶接方法において、前記コンタクトチップのワイヤ送出方向前方に、前記溶接ワイヤが挿通するガイド孔を備え、前記溶接ワイヤを溶接部のワイヤ狙い位置に向けて案内するワイヤガイド部材を配置し、前記コンタクトチップの先端部と前記ガイド孔との間の距離が５乃至７０ｍｍであり、前記ガイド孔からアーク発生点までのワイヤ突出長が３０ｍｍ以下であり、前記溶接ワイヤは１ｍｍあたりの電気抵抗が８０μΩ以上である鉄合金ソリッドワイヤ又は鉄合金外皮フラックス入りワイヤであることを特徴とするガスシールドアーク溶接方法。
【請求項５】
前記ワイヤガイド部材は、前記コンタクトチップを外嵌するシールドノズルの先端部に設けられた棒状部材を有し、前記ガイド孔はこの棒状部材の中央部に形成されていることを特徴とする請求項４に記載のガスシールドアーク溶接方法。
【請求項６】
前記ワイヤガイド部材は、前記コンタクトチップの先端部の前方に設けられたリード部材を有し、前記ガイド孔はこのリード部材の中央部に形成されていることを特徴とする請求項４に記載のガスシールドアーク溶接方法。
【請求項７】
前記溶接ワイヤは、その表面に、潤滑油がワイヤ１０ｋｇあたり０．３０ｇ以上塗布されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のガスシールドアーク溶接方法。
【請求項８】
前記溶接ワイヤは、その表面に銅メッキを施さないもの、又は表面に銅メッキを施さないと共に焼鈍酸化処理を施したものであることを特徴とする請求項７に記載のガスシールドアーク溶接方法。
【請求項１】
引張強さが５７０Ｎ／ｍｍ２以上又は溶接割れ感受性指数ＰＣＭが０．２４％以上であり、板厚が１６ｍｍ以上である鋼板をガスシールドアーク溶接する方法であって、送給される溶接ワイヤがその長手方向にコンタクトチップを通過する間に、前記溶接ワイヤが給電されると共に、溶接部のワイヤ狙い位置に向けて案内されるガスシールドアーク溶接方法において、前記コンタクトチップは、その基端部側に設けられ前記溶接ワイヤに接触する部分が導電性の給電部と、前記コンタクトチップ先端側に設けられ前記溶接ワイヤに接触する部分が非導電性で送出ワイヤを案内するガイド部とを有し、前記ガイド部は、前記コンタクトチップの先端部から５乃至７０ｍｍまでの範囲に設けられ、前記コンタクトチップの先端からアーク発生点までのワイヤ突出長が３０ｍｍ以下であり、前記溶接ワイヤは１ｍｍあたりの電気抵抗が８０μΩ以上である鉄合金ソリッドワイヤ又は鉄合金外皮フラックス入りワイヤであることを特徴とするガスシールドアーク溶接方法。
【請求項２】
前記コンタクトチップの前記給電部は導電性の第１部材で構成され、前記ガイド部は非導電性の第２部材で構成されており、前記第２部材は前記第１部材のワイヤ送給方向先端側にネジにより結合されていることを特徴とする請求項１に記載のガスシールドアーク溶接方法。
【請求項３】
前記コンタクトチップの前記給電部は導電性の第１部材で構成され、第２部材が前記第１部材のワイヤ送給方向先端側にネジにより結合されており、前記コンタクトチップの前記ガイド部は前記第２部材の中心部における溶接ワイヤに接触する部分に局部的に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のガスシールドアーク溶接方法。
【請求項４】
引張強さが５７０Ｎ／ｍｍ２以上又は溶接割れ感受性指数ＰＣＭが０．２４％以上であり、板厚が１６ｍｍ以上である鋼板をガスシールドアーク溶接する方法であって、送給される溶接ワイヤがその長手方向にコンタクトチップを通過する間に前記溶接ワイヤが給電されるガスシールドアーク溶接方法において、前記コンタクトチップのワイヤ送出方向前方に、前記溶接ワイヤが挿通するガイド孔を備え、前記溶接ワイヤを溶接部のワイヤ狙い位置に向けて案内するワイヤガイド部材を配置し、前記コンタクトチップの先端部と前記ガイド孔との間の距離が５乃至７０ｍｍであり、前記ガイド孔からアーク発生点までのワイヤ突出長が３０ｍｍ以下であり、前記溶接ワイヤは１ｍｍあたりの電気抵抗が８０μΩ以上である鉄合金ソリッドワイヤ又は鉄合金外皮フラックス入りワイヤであることを特徴とするガスシールドアーク溶接方法。
【請求項５】
前記ワイヤガイド部材は、前記コンタクトチップを外嵌するシールドノズルの先端部に設けられた棒状部材を有し、前記ガイド孔はこの棒状部材の中央部に形成されていることを特徴とする請求項４に記載のガスシールドアーク溶接方法。
【請求項６】
前記ワイヤガイド部材は、前記コンタクトチップの先端部の前方に設けられたリード部材を有し、前記ガイド孔はこのリード部材の中央部に形成されていることを特徴とする請求項４に記載のガスシールドアーク溶接方法。
【請求項７】
前記溶接ワイヤは、その表面に、潤滑油がワイヤ１０ｋｇあたり０．３０ｇ以上塗布されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のガスシールドアーク溶接方法。
【請求項８】
前記溶接ワイヤは、その表面に銅メッキを施さないもの、又は表面に銅メッキを施さないと共に焼鈍酸化処理を施したものであることを特徴とする請求項７に記載のガスシールドアーク溶接方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−１３１６３７（Ｐ２０１０−１３１６３７Ａ）
【公開日】平成２２年６月１７日（２０１０．６．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３１０３２６（Ｐ２００８−３１０３２６）
【出願日】平成２０年１２月４日（２００８．１２．４）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月１７日（２０１０．６．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月４日（２００８．１２．４）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
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