高合金鋼の２電極アーク溶接方法
【課題】 不活性ガス１００％の雰囲気下で、互いに絶縁された２つの溶接ワイヤを送給し、近接する２つのアークを発生させて溶接する高合金鋼の２電極アーク溶接方法において、溶接部の割れを防止することができる溶接条件範囲を拡大する。
【解決手段】 本発明は、クロム当量及びニッケル当量の異なる２つの溶接ワイヤＰ２、Ｐ３を使用し、２つの溶接ワイヤの合算した送給速度を所望の溶込みが形成される適正値に設定し、前記合算送給速度を前記適正値に固定したままで、溶接部にオーステナイト組織及び少量のフェライト組織からなる組織を形成するように両溶接ワイヤのそれぞれの送給速度を設定する高合金鋼の２電極アーク溶接方法である。
【解決手段】 本発明は、クロム当量及びニッケル当量の異なる２つの溶接ワイヤＰ２、Ｐ３を使用し、２つの溶接ワイヤの合算した送給速度を所望の溶込みが形成される適正値に設定し、前記合算送給速度を前記適正値に固定したままで、溶接部にオーステナイト組織及び少量のフェライト組織からなる組織を形成するように両溶接ワイヤのそれぞれの送給速度を設定する高合金鋼の２電極アーク溶接方法である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高合金鋼に対するアーク溶接性能を向上させるための高合金鋼の２電極アーク溶接方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ステンレス鋼等の高合金鋼のミグ溶接においては、シールドガスに２体積％程度の酸素を加えたアルゴンガスが用いられるのが一般的である。これは、シールドガス中の酸素によってアークの陰極点の形成が安定化し、アーク発生状態が安定になるからである。圧力容器、原子力発電所の構造物等に使用される高合金鋼の溶接では、高い安全性と信頼性が要求される。しかし、高品質な高合金鋼溶接において、酸素を加えたアルゴンガスを用いると、酸素が溶接金属中に固溶されて溶接部の品質が低下する。このために、高合金鋼を高品質溶接するときには、シールドガスには純アルゴンガス等の不活性ガス１００体積％
のシールドガスが用いられる。
【０００３】
しかし、純アルゴンガス雰囲気でミグ溶接を行うと、アークのワンダリング及び溶滴のローテート移行が発生するためにアークが不安定になり、安定した溶接を行うことができない。ワンダリングとはアークがふらつく現象であり、シールドガスに酸素が含まれていないために、アークの陰極点形成位置がたえず移動することで発生する。ローテート移行は、高電流域において溶接ワイヤの先端部が高速で回転してアークが安定しない現象である。この現象は、溶接ワイヤを通電する高電流によって強い磁界及び電界が形成され、溶接ワイヤ先端部に回転力が生じることにより発生する。したがって、高合金鋼の高品質溶接にはミグ溶接は使用できないために、ティグ溶接を使用するのが一般的であった。しかし、ティグ溶接はミグ溶接に比べて生産効率が低く、かつ、自動化も難しいという問題がある。このために、最近では、上述したミグ溶接のアーク不安定を改善する従来技術が提案されている。以下、これらの従来技術について説明する。
【０００４】
図６は、純アルゴンガス雰囲気下での高合金鋼ミグ溶接の不安定を抑制することができる特殊な２層構造を有する溶接ワイヤの断面図である。この溶接ワイヤは、同軸の２層構造を有し、心材として融点の低い例えばインコネルを使用し、被服材として融点の高い例えばステンレス鋼を使用する。この逆の構造でも良い。この溶接ワイヤを使用すれば、ワンダリング及びローテート移行によるアーク不安定現象が生じないミグ溶接が可能となる。しかし、この溶接ワイヤは特殊な構造のために、生産が難しく、非常に高価になる。このために、実用上はほとんど普及していない。
【０００５】
図７は、２電極アーク溶接装置の構成図である。１つの溶接トーチの先端に取り付けられたノズル５内を２つの溶接ワイヤ１ａ、１ｂが送給されて、母材２との間に２つのアーク３ａ、３ｂが発生する。第１溶接電源ＰＳ１は、第１給電チップ４ａを介して第１溶接ワイヤ１ａに電力を供給し、第１送給モータＭ１を制御する第１送給制御信号Ｆc1を出力する。第２溶接電源ＰＳ２は、第２給電チップ４ｂを介して第２溶接ワイヤ１ｂに電力を供給し、第２送給モータＭ２を制御する第２送給制御信号Ｆc2を出力する。第１溶接ワイヤ１ａと第２溶接ワイヤ１ｂとは互いに電気的に絶縁されている。
【０００６】
上記の装置による２電極アーク溶接方法によって純アルゴンガス雰囲気下で高合金鋼ミグ溶接を行うと、上述したワンダリング及びローテート移行によるアーク不安定は抑制される。ワンダリングが抑制される理由は、２つの溶接ワイヤ１ａ、１ｂを通電する溶接電源の通電方向が同一であるので、２つのアーク３ａ、３ｂは互いに引き付け合い、アークがふらつくのを抑制するからである。ローテート移行が発生しない理由は、高電流が２つの溶接ワイヤ１ａ、１ｂに分けて通電することができるために、１つの溶接ワイヤを通電する電流値が小さくなり回転力が生じないからである（特許文献１、２参照）。
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−２０５４４４号公報
【特許文献２】特開２００２−３５９３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述したように、純アルゴンガス雰囲気下で高合金鋼を溶接する場合、２電極アーク溶接方法を使用すればアーク不安定になることなく溶接を行うことができる。しかし、高合金鋼溶接には溶接部に割れが発生しやすいというもう一つの大きな問題がある。以下、この割れの問題について、高合金鋼製溶接ワイヤを使用した肉盛り溶接を例に取り説明する。
【０００９】
防錆目的のために、軟鋼材にステンレス系の高合金鋼製溶接ワイヤを用いて肉盛り溶接が行われる。この場合、溶接部に割れが発生しやすい。図８に示すように、溶接ビードの断面は、余盛り部Ｓｂと溶込み部Ｓａから形成される。余盛り部Ｓｂ及び溶込み部Ｓａは、溶接ワイヤの高合金鋼成分と母材の軟鋼成分とが溶け合った金属組織となる。この金属組織が、完全オーステナイト組織になると高温割れが生じる。また、金属組織にマルテンサイトが析出すると硬化して割れが生じる。
【００１０】
割れを防止するためには、図９に示す公知であるシェフラーの組織図を用いて溶接部の金属組織を推定し、この金属組織が同図上に示す安全領域（Ａ）＋（Ｆ）に入るように溶接材料等を設定することが大切である。安全領域（Ａ）＋（Ｆ）は、オーステナイト組織（Ａ）に少量のフェライト組織（Ｆ）が混合した金属組織の領域である。割れを防止するための１つの目安として、溶接部の金属組織が安全領域（Ａ）＋（Ｆ）内にあることが大切である。この安全領域（Ａ）＋（Ｆ）の範囲は絶対的なものではなく、書籍、溶接材料用資料等によってズレがある。同図において、横軸は金属組織のクロム当量を示し、縦軸は金属組織のニッケル当量を示す。両当量は下式で定義される。
クロム当量 ＝％Ｃｒ＋％Ｍｏ＋1.5×％Ｓｉ＋0.5×％Ｎｂ
ニッケル当量＝％Ｎｉ＋30×％Ｃ＋0.5×％Ｍｎ
ここで、％は質量％である。溶接部のクロム当量及びニッケル当量の交点が金属組織の状態を示し、交点が安全領域（Ａ）＋（Ｆ）内にあるときは割れは発生しない。
【００１１】
図１０は、母材及び溶接ワイヤの組成成分から上述したシェフラーの組織図を用いて溶接部の金属組織を推定する方法を説明する図である。同図は、説明を分かりやすくするために図９の横軸及び縦軸は同一にし、安全領域（Ａ）＋（Ｆ）のみを表示している。母材に軟鋼材ＳＳ４００（ＪＩＳ規格）を使用し、２つの溶接ワイヤ共にステンレス系高合金鋼ワイヤＹ３０９（ＪＩＳ規格）を使用し、純アルゴンガス雰囲気下で２電極アーク溶接方法によって肉盛り溶接を行った場合を想定している。以下、同図を参照して説明する。
【００１２】
同図に示すように、母材ＳＳ４００のプロット位置は、ＳＳ４００のクロム当量及びニッケル当量からＰ１点となる。同様に、溶接ワイヤＹ３０９のプロット位置は、Ｐ２点になる。したがって、溶接部の金属組織の状態は、線分Ｐ１−Ｐ２上に位置する。これは、溶接部の金属組織は、母材成分と溶接ワイヤ成分とが溶け合ったものであり、図８で上述した溶込み部Ｓａと余盛り部Ｓｂとの体積比によって線分Ｐ１−Ｐ２上を移動する。すなわち、線分Ｐ１−Ｐ２上のＱ１１点に溶接部の金属組織の状態位置があるときは、（線分Ｐ１−Ｑ１１の長さ）：（線分Ｑ１１−Ｐ２の長さ）＝Ｓｂ：Ｓａになる。ここで、溶込み率＝（Ｓａ／（Ｓａ＋Ｓｂ））と定義すると、Ｑ１１点の溶込み率＝（線分Ｑ１１−Ｐ２の長さ）／（線分Ｐ１−Ｐ２の長さ）となる。
【００１３】
ここで、溶接部の割れを防止するためには、溶接部の金属組織の状態位置を、同図に示す安全領域（Ａ）＋（Ｆ）内に入れなければならない。したがって、安全領域（Ａ）＋（Ｆ）と線分Ｐ１−Ｐ２との交点をＱ１０及びＱ１１とすると、割れを防止するためには溶接部の金属組織の状態位置が線分Ｑ１０−Ｑ１１上にある必要がある。これら両点Ｑ１０、Ｑ１１は、上述したように、溶込み率２０％、８％に相当する。したがって、割れを防止するためには、溶込み率が８〜２０％の範囲に入るように、溶接速度及び総溶接電流を設定しなければならない。この総溶接電流は、２つの溶接ワイヤを通電する溶接電流の合算値である。
【００１４】
一般的に、母材ワークの溶込みは、要求される溶接部の機械的特性等によって適正値が決まる。したがって、母材ワークが決まれば、適正な溶込み率が決まる。しかし、上述したように、割れを防止するためには、許容される溶込み率の範囲が制限される。したがって、設定したい溶込み率が割れない許容溶込み率範囲にある場合は問題はない。しかし、そうでないときは溶込み率を所望値に設定することができない。上記の例では、所望の溶込み率が７％である場合、割れ許容範囲８〜２０％外であるので、所望値には設定することができない。したがって、所望の溶込み率を確保し、かつ、溶接部の割れを防止することができない場合が発生していた。
【００１５】
そこで、本発明は、不活性ガス１００％雰囲気下での高合金鋼溶接において、溶接部に割れが発生しない許容溶込み率範囲を所望範囲にシフトさせることができる高合金鋼の２電極アーク溶接方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上述した課題を解決するために、第１の発明は、不活性ガス１００％の雰囲気下で、互いに絶縁された２つの溶接ワイヤを送給し近接する２つのアークを発生させて溶接する高合金鋼の２電極アーク溶接方法において、
クロム当量及びニッケル当量の異なる２つの溶接ワイヤを使用し、２つの溶接ワイヤの合算した送給速度を所望の溶込みが形成される適正値に設定し、前記合算送給速度を前記適正値に固定したままで、溶接部にオーステナイト組織及び少量のフェライト組織からなる組織を形成するように両溶接ワイヤのそれぞれの送給速度を設定する、ことを特徴とする高合金鋼の２電極アーク溶接方法である。
【００１７】
第２の発明は、不活性ガス１００％の雰囲気下で、互いに絶縁されかつクロム当量及びニッケル当量の組成が異なる第１溶接ワイヤ及び第２溶接ワイヤを送給し、近接する２つのアークを発生させて高合金鋼の母材を溶接する高合金鋼の２電極アーク溶接方法において、
溶接部にオーステナイト組織及び少量のフェライト組織からなる組織を形成するように溶接部のクロム当量及びニッケル当量を設定し、
母材、第１溶接ワイヤ及び第２溶接ワイヤのそれぞれのクロム当量及びニッケル当量並びに前記溶接部のクロム当量及びニッケル当量の設定値を入力として第１溶接ワイヤ及び第２溶接ワイヤのそれぞれの送給速度を算出する送給速度算出工程を備えた、ことを特徴とする高合金鋼の２電極アーク溶接方法である。
【００１８】
第３の発明は、前記送給速度算出工程が、
ｘ軸をクロム当量としｙ軸をニッケル当量とするグラフにおける母材のクロム当量及びニッケル当量のプロット位置をＰ１点とし、第１溶接ワイヤのクロム当量及びニッケル当量のプロット位置をＰ２点とし、第２溶接ワイヤのクロム当量及びニッケル当量のプロット位置をＰ３点とし、前記溶接部のクロム当量及びニッケル当量の設定値のプロット位置をＲ１点として入力するステップと、
前記Ｐ１点及び前記Ｒ１点を通る直線と前記Ｐ２点及び前記Ｐ３点を通る直線との交点Ｒ２点を算出するステップと、
線分Ｐ１−Ｒ２と線分Ｒ１−Ｒ２との長さの比率によって溶込み率を算出するステップと、
この溶込み率から予め定めた関係によって第１溶接ワイヤ及び第２溶接ワイヤの合算した送給速度を算出するステップと、
この合算送給速度を線分Ｐ２−Ｒ２と線分Ｒ２−Ｐ３との長さの比率で分配して第１溶接ワイヤ及び第２溶接ワイヤのそれぞれの送給速度を算出するステップと、からなることを特徴とする第２の発明記載の高合金鋼の２電極アーク溶接方法である。
【発明の効果】
【００１９】
上記第１の発明によれば、不活性ガス１００％雰囲気下での高合金鋼のアーク溶接において、２電極アーク溶接方法を使用することによって、ワンダリング及びローテート移行によるアーク不安定を抑制することができ、安定した溶接を行うことができる。さらに、クロム当量及びニッケル当量の異なる２つの溶接ワイヤを使用し、２つの溶接ワイヤの合算した送給速度を所望の溶込みが形成される適正値に設定し、溶接部にオーステナイト組織及び少量のフェライト組織からなる組織を形成するように両溶接ワイヤのそれぞれの送給速度を設定することによって、所望の溶込みを確保した上で溶接部の割れを防止することができる。また、割れが発生しない許容溶込み率範囲を所望範囲にシフトさせることができる。
【００２０】
上記第２及び第３の発明によれば、溶接部に所望のクロム当量及びニッケル当量を有する金属組織を形成するための第１及び第２溶接ワイヤの送給速度を自動的に算出することができる。このために、溶接部に割れが発生しない金属組織を簡単な操作で形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００２２】
［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１に係る高合金鋼の２電極アーク溶接方法を説明するためのシェフラーの組織図を基礎にした金属組織概要図である。同図は、上述した図１０に対応しており、シェフラーの組織図を元にして割れが発生しない安全領域（Ａ）＋（Ｆ）のみを表示したものである。２電極アーク溶接装置は、上述した図７と同一である。すなわち、純アルゴンガス雰囲気下で第１溶接ワイヤ１ａ及び第２溶接ワイヤ１ｂを送給して、２つのアーク３ａ、３ｂを発生させて高合金鋼溶接を行う。以下、同図を参照して説明する。
【００２３】
本実施の形態では、クロム当量及びニッケル当量の組成が異なる第１溶接ワイヤ１ａと第２溶接ワイヤ１ｂとを使用する。図１０と同様に、母材にＳＳ４００を使用すると、プロット位置はＰ１点になり、第１溶接ワイヤ１ａにＹ３０９を使用すると、プロット位置はＰ２点になる。ここで、第２溶接ワイヤ１ｂに、第１溶接ワイヤ１ａとはクロム当量及びニッケル当量が異なるＹ４１０（ＪＩＳ規格）を使用すると、プロット位置はＰ３点になる。
【００２４】
母材ワーク及び要求品質が決まると、それに応じて溶込み率が決定される。この所望の溶込み率になるように、総溶接電流値及び溶接速度を設定する。総溶接電流値は、両溶接ワイヤ１ａ、１ｂを通電する溶接電流の合算値であるので、総溶接電流値は送給速度の合算値を設定することによって設定される。すなわち、所望の溶込み率になるように合算送給速度を適正値に設定する。
【００２５】
合算送給速度を上記の適正値に固定したままで、第１溶接ワイヤ１ａの送給速度と第２溶接ワイヤ１ｂの送給速度とを３：１で分配する。これにれにより両溶接ワイヤ１ａ、１ｂの成分が混合された仮想の溶接ワイヤが作成され、この溶接ワイヤのプロット位置は、線分Ｐ２−Ｐ３を３：１で内分したＱ２点となる。したがって、上述したように、溶接部の金属組織の状態位置は、線分Ｐ１−Ｑ２上にある。この線分Ｐ１−Ｑ２と安全領域（Ａ）＋（Ｆ）との交点をＱ３とすると、（線分Ｑ３−Ｑ２の長さ）／（線分Ｐ１−Ｑ２の長さ）＝０．１７となる。上述したように、この線分比率が溶込み率となるので、溶接部の金属組織の状態位置を安全領域（Ａ）＋（Ｆ）内に入れるためには、溶込み率は１７％以下であれば良い。このために、従来技術では不可能であった８％以下に溶込み率を設定しても割れの発生しない状態にすることができる。
【００２６】
同図に示すように、合算送給速度は固定したままで、第１溶接ワイヤ１ａと第２溶接ワイヤ１ｂとの送給速度の分配比率を変えると、Ｑ２点が線分Ｐ２−Ｐ３上を移動する。この結果、割れの発生しない許容溶込み率範囲を所望範囲にシフトさせることができる。従来技術では、母材組成と溶接ワイヤ組成が決まると許容溶込み率範囲は一義的に決まってしまう。これに対して、本実施の形態では、組成の異なる２種類の溶接ワイヤを使用することによって、許容溶込み率範囲を調整することができるので、条件裕度が拡大する。
【００２７】
図２は、上述した図１において第１溶接ワイヤ１ａの組成が変化したときの図である。同図に示すように、第１溶接ワイヤ１ａは同じＹ３０９であるが、プロット位置はＰ２１点に移動している。これは、同一規格のＹ３０９であっても、銘柄によってその組成は少し異なるからである。したがって、銘柄によってプロット位置が図１のＰ２点から同図のＰ２１点に変化している。このときに、合算送給速度を固定したままで、第１溶接ワイヤ１ａと第２溶接ワイヤ１ｂとの分配比率を４：１に変更すると、成分が混合した仮想溶接ワイヤのプロット位置はＱ４点になる。線分Ｐ１−Ｑ４と安全領域（Ａ）＋（Ｆ）との交点はＱ５点になる。（線分Ｑ５−Ｑ４の長さ）／（線分Ｐ１−Ｑ４の長さ）＝０．１９となるので、Ｑ５点の溶込み率は１９％になる。このために、溶接ワイヤの成分が変化しても、合算送給速度の分配比率を変更することで、割れの発生しない許容溶込み率範囲を図１と略同一範囲に維持することができる。
【００２８】
［実施の形態２］
図３は、本発明の実施の形態２に係る高合金鋼の２電極アーク溶接方法を説明するためのシェフラーの組織座を基礎にした金属組織概要図である。同図は、上述した図１と同一のものである。すなわち、母材のクロム当量及びニッケル当量のプロット位置がＰ１点であり、第１溶接ワイヤのクロム当量及びニッケル当量のプロット位置がＰ２点であり、第２溶接ワイヤのクロム当量及びニッケル当量のプロット位置がＰ３点である。溶接部に割れが発生しないための溶接部のクロム当量及びニッケル当量の領域が安全領域（Ａ）＋（Ｆ）である。ここで、目標とする溶接部のクロム当量及びニッケル当量をＲ１点とする。本実施の形態では、このＲ１点が設定されたときに、溶接部のクロム当量及びニッケル当量がＲ１点になる第１及び第２溶接ワイヤの送給速度Ｆr1、Ｆr2を算出する送給速度算出工程を備えた高合金鋼の２電極アーク溶接方法を提供する。
【００２９】
図４は、実施の形態２に係る２電極アーク溶接装置の構成図である。同図において上述した図７と同一の構成物には同一符号を付してそれらの説明は省略する。以下、図７とは異なる点線で示す構成物について説明する。
【００３０】
クロム当量及びニッケル当量入力回路ＳＲは、図３で上述したように、母材、第１溶接ワイヤ、第２溶接ワイヤ及び溶接部の各クロム当量及びニッケル当量Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３及びＲ１を設定するクロム当量及びニッケル当量信号Ｓｒを出力する。送給速度算出回路ＦＲは、このクロム当量及びニッケル当量信号Ｓｒを入力として、図５で後述する処理によって各溶接ワイヤの送給速度を算出して、第１送給速度設定信号Ｆr1及び第２送給速度設定信号Ｆr2を出力する。第１溶接電源ＰＳ１は、この第１送給速度設定信号Ｆr1の送給速度で第１溶接ワイヤ１ａを送給し、第２溶接電源ＰＳ２は、この第２送給速度設定信号Ｆr2の送給速度で第２溶接ワイヤ１ｂを送給し溶接を行う。
【００３１】
図５は、上述した送給速度算出回路ＦＲの処理を示すフローチャートである。同図の説明においては上述した図３を参照しながら行う。
【００３２】
ステップＳＴ１において、クロム当量及びニッケル当量信号Ｓｒが入力され、母材、第１溶接ワイヤ、第２溶接ワイヤ及び溶接部の各クロム当量及びニッケル当量Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３及びＲ１が入力される。
【００３３】
ステップＳＴ２において、以下の処理を行う。
（１）Ｐ１点及びＲ１点の座標値からＰ１点及びＲ１点を通る直線Ｐ１−Ｒ１の式を算出する。
（２）Ｐ２点及びＰ３点の座標値からＰ２点及びＰ３点を通る直線Ｐ２−Ｐ３の式を算出する。
（３）上記の直線Ｐ１−Ｒ１と上記の直線Ｐ２−Ｐ３との式から交点Ｒ２点の座標値を算出する。
【００３４】
ステップＳＴ３において、以下の処理を行う。
（１）線分Ｐ１−Ｒ２の長さを算出する。
（２）線分Ｒ１−Ｒ２の長さを算出する。
（３）溶込み率＝（線分Ｒ１−Ｒ２）／（線分Ｐ１−Ｒ２）を算出する。
【００３５】
ステップＳＴ４において、上記の溶込み率から予め実験等によって定めた関係によって第１溶接ワイヤ及び第２溶接ワイヤの合算送給速度を算出する。上述したように、母材ワークの材質、形状、溶接速度等が決まっている場合、図８で上述した溶込み率は総溶接電流値によって設定することができ、さらに、総溶接電流値は合算送給速度によって設定することができる。したがって、溶込み率は合算送給速度によって設定することができる。
【００３６】
ステップＳＴ５において、以下の処理を行う。
（１）Ｐ２、Ｒ２及びＰ３の座標値によって線分Ｐ２−Ｒ２及び線分Ｒ２−Ｐ３の長さを算出する。
（２）第１送給速度設定信号Ｆr1＝（合算送給速度）・（線分Ｒ２−Ｐ３）／（線分Ｐ２−Ｒ２＋線分Ｒ２−Ｐ３）を算出する。
（３）第２送給速度設定信号Ｆr2＝（合算送給速度）・（線分Ｐ２−Ｒ２）／（線分Ｐ２−Ｒ２＋線分Ｒ２−Ｐ３）を算出する。
（４）上記の第１送給速度設定信号Ｆr1及び第２送給速度設定信号Ｆr2を出力する。
【００３７】
上述した実施の形態２によれば、溶接部に所望のクロム当量及びニッケル当量を有する金属組織を形成するための第１及び第２溶接ワイヤの送給速度を自動的に算出することができる。このために、溶接部に割れが発生しない金属組織を、簡単な操作で形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施の形態１に係る高合金鋼の２電極アーク溶接方法を説明するためのシェフラーの組織図を基礎にした金属組織概要図である。
【図２】図１において溶接ワイヤの組成が変化したときの金属組織概要図である。
【図３】本発明の実施の形態２に係る高合金鋼の２電極アーク溶接方法を説明するためのシェフラーの組織図を基礎にした金属組織概要図である。
【図４】実施の形態２に係る２電極アーク溶接装置の構成図である。
【図５】図４の送給速度算出回路ＦＲの処理を示すフローチャートである。
【図６】従来技術における２層構造の溶接ワイヤの断面図である。
【図７】従来技術の２電極アーク溶接装置の構成図である。
【図８】溶接部の溶込み部Ｓａ及び余盛り部Ｓｂを示す断面図である。
【図９】高合金鋼溶接の溶接部の金属組織を示すシェフラーの組織図である。
【図１０】従来技術における高合金鋼の２電極アーク溶接方法を説明するためのシェフラーの組織図を基礎にした金属組織概要図である。
【符号の説明】
【００３９】
１ａ 第１溶接ワイヤ
１ｂ 第２溶接ワイヤ
２ 母材
３ａ、３ｂ アーク
４ａ 第１給電チップ
４ｂ 第２給電チップ
５ ノズル
Ｆc1 第１送給制御信号
Ｆc2 第２送給制御信号
ＦＲ 送給速度算出回路
Ｆr1 第１送給速度設定信号
Ｆr2 第２送給速度設定信号
Ｍ１ 第１送給モータ
Ｍ２ 第２送給モータ
Ｐ１ 母材のクロム当量及びニッケル当量
Ｐ２、Ｐ２１ 第１溶接ワイヤのクロム当量及びニッケル当量
Ｐ３ 第２溶接ワイヤのクロム当量及びニッケル当量
ＰＳ１ 第１溶接電源
ＰＳ２ 第２溶接電源
Ｒ１ 目標とする溶接部のクロム当量及びニッケル当量
Ｓａ 溶込み部
Ｓｂ 余盛り部
ＳＲ クロム当量及びニッケル当量入力回路
Ｓｒ クロム当量及びニッケル当量信号
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高合金鋼に対するアーク溶接性能を向上させるための高合金鋼の２電極アーク溶接方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ステンレス鋼等の高合金鋼のミグ溶接においては、シールドガスに２体積％程度の酸素を加えたアルゴンガスが用いられるのが一般的である。これは、シールドガス中の酸素によってアークの陰極点の形成が安定化し、アーク発生状態が安定になるからである。圧力容器、原子力発電所の構造物等に使用される高合金鋼の溶接では、高い安全性と信頼性が要求される。しかし、高品質な高合金鋼溶接において、酸素を加えたアルゴンガスを用いると、酸素が溶接金属中に固溶されて溶接部の品質が低下する。このために、高合金鋼を高品質溶接するときには、シールドガスには純アルゴンガス等の不活性ガス１００体積％
のシールドガスが用いられる。
【０００３】
しかし、純アルゴンガス雰囲気でミグ溶接を行うと、アークのワンダリング及び溶滴のローテート移行が発生するためにアークが不安定になり、安定した溶接を行うことができない。ワンダリングとはアークがふらつく現象であり、シールドガスに酸素が含まれていないために、アークの陰極点形成位置がたえず移動することで発生する。ローテート移行は、高電流域において溶接ワイヤの先端部が高速で回転してアークが安定しない現象である。この現象は、溶接ワイヤを通電する高電流によって強い磁界及び電界が形成され、溶接ワイヤ先端部に回転力が生じることにより発生する。したがって、高合金鋼の高品質溶接にはミグ溶接は使用できないために、ティグ溶接を使用するのが一般的であった。しかし、ティグ溶接はミグ溶接に比べて生産効率が低く、かつ、自動化も難しいという問題がある。このために、最近では、上述したミグ溶接のアーク不安定を改善する従来技術が提案されている。以下、これらの従来技術について説明する。
【０００４】
図６は、純アルゴンガス雰囲気下での高合金鋼ミグ溶接の不安定を抑制することができる特殊な２層構造を有する溶接ワイヤの断面図である。この溶接ワイヤは、同軸の２層構造を有し、心材として融点の低い例えばインコネルを使用し、被服材として融点の高い例えばステンレス鋼を使用する。この逆の構造でも良い。この溶接ワイヤを使用すれば、ワンダリング及びローテート移行によるアーク不安定現象が生じないミグ溶接が可能となる。しかし、この溶接ワイヤは特殊な構造のために、生産が難しく、非常に高価になる。このために、実用上はほとんど普及していない。
【０００５】
図７は、２電極アーク溶接装置の構成図である。１つの溶接トーチの先端に取り付けられたノズル５内を２つの溶接ワイヤ１ａ、１ｂが送給されて、母材２との間に２つのアーク３ａ、３ｂが発生する。第１溶接電源ＰＳ１は、第１給電チップ４ａを介して第１溶接ワイヤ１ａに電力を供給し、第１送給モータＭ１を制御する第１送給制御信号Ｆc1を出力する。第２溶接電源ＰＳ２は、第２給電チップ４ｂを介して第２溶接ワイヤ１ｂに電力を供給し、第２送給モータＭ２を制御する第２送給制御信号Ｆc2を出力する。第１溶接ワイヤ１ａと第２溶接ワイヤ１ｂとは互いに電気的に絶縁されている。
【０００６】
上記の装置による２電極アーク溶接方法によって純アルゴンガス雰囲気下で高合金鋼ミグ溶接を行うと、上述したワンダリング及びローテート移行によるアーク不安定は抑制される。ワンダリングが抑制される理由は、２つの溶接ワイヤ１ａ、１ｂを通電する溶接電源の通電方向が同一であるので、２つのアーク３ａ、３ｂは互いに引き付け合い、アークがふらつくのを抑制するからである。ローテート移行が発生しない理由は、高電流が２つの溶接ワイヤ１ａ、１ｂに分けて通電することができるために、１つの溶接ワイヤを通電する電流値が小さくなり回転力が生じないからである（特許文献１、２参照）。
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−２０５４４４号公報
【特許文献２】特開２００２−３５９３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述したように、純アルゴンガス雰囲気下で高合金鋼を溶接する場合、２電極アーク溶接方法を使用すればアーク不安定になることなく溶接を行うことができる。しかし、高合金鋼溶接には溶接部に割れが発生しやすいというもう一つの大きな問題がある。以下、この割れの問題について、高合金鋼製溶接ワイヤを使用した肉盛り溶接を例に取り説明する。
【０００９】
防錆目的のために、軟鋼材にステンレス系の高合金鋼製溶接ワイヤを用いて肉盛り溶接が行われる。この場合、溶接部に割れが発生しやすい。図８に示すように、溶接ビードの断面は、余盛り部Ｓｂと溶込み部Ｓａから形成される。余盛り部Ｓｂ及び溶込み部Ｓａは、溶接ワイヤの高合金鋼成分と母材の軟鋼成分とが溶け合った金属組織となる。この金属組織が、完全オーステナイト組織になると高温割れが生じる。また、金属組織にマルテンサイトが析出すると硬化して割れが生じる。
【００１０】
割れを防止するためには、図９に示す公知であるシェフラーの組織図を用いて溶接部の金属組織を推定し、この金属組織が同図上に示す安全領域（Ａ）＋（Ｆ）に入るように溶接材料等を設定することが大切である。安全領域（Ａ）＋（Ｆ）は、オーステナイト組織（Ａ）に少量のフェライト組織（Ｆ）が混合した金属組織の領域である。割れを防止するための１つの目安として、溶接部の金属組織が安全領域（Ａ）＋（Ｆ）内にあることが大切である。この安全領域（Ａ）＋（Ｆ）の範囲は絶対的なものではなく、書籍、溶接材料用資料等によってズレがある。同図において、横軸は金属組織のクロム当量を示し、縦軸は金属組織のニッケル当量を示す。両当量は下式で定義される。
クロム当量 ＝％Ｃｒ＋％Ｍｏ＋1.5×％Ｓｉ＋0.5×％Ｎｂ
ニッケル当量＝％Ｎｉ＋30×％Ｃ＋0.5×％Ｍｎ
ここで、％は質量％である。溶接部のクロム当量及びニッケル当量の交点が金属組織の状態を示し、交点が安全領域（Ａ）＋（Ｆ）内にあるときは割れは発生しない。
【００１１】
図１０は、母材及び溶接ワイヤの組成成分から上述したシェフラーの組織図を用いて溶接部の金属組織を推定する方法を説明する図である。同図は、説明を分かりやすくするために図９の横軸及び縦軸は同一にし、安全領域（Ａ）＋（Ｆ）のみを表示している。母材に軟鋼材ＳＳ４００（ＪＩＳ規格）を使用し、２つの溶接ワイヤ共にステンレス系高合金鋼ワイヤＹ３０９（ＪＩＳ規格）を使用し、純アルゴンガス雰囲気下で２電極アーク溶接方法によって肉盛り溶接を行った場合を想定している。以下、同図を参照して説明する。
【００１２】
同図に示すように、母材ＳＳ４００のプロット位置は、ＳＳ４００のクロム当量及びニッケル当量からＰ１点となる。同様に、溶接ワイヤＹ３０９のプロット位置は、Ｐ２点になる。したがって、溶接部の金属組織の状態は、線分Ｐ１−Ｐ２上に位置する。これは、溶接部の金属組織は、母材成分と溶接ワイヤ成分とが溶け合ったものであり、図８で上述した溶込み部Ｓａと余盛り部Ｓｂとの体積比によって線分Ｐ１−Ｐ２上を移動する。すなわち、線分Ｐ１−Ｐ２上のＱ１１点に溶接部の金属組織の状態位置があるときは、（線分Ｐ１−Ｑ１１の長さ）：（線分Ｑ１１−Ｐ２の長さ）＝Ｓｂ：Ｓａになる。ここで、溶込み率＝（Ｓａ／（Ｓａ＋Ｓｂ））と定義すると、Ｑ１１点の溶込み率＝（線分Ｑ１１−Ｐ２の長さ）／（線分Ｐ１−Ｐ２の長さ）となる。
【００１３】
ここで、溶接部の割れを防止するためには、溶接部の金属組織の状態位置を、同図に示す安全領域（Ａ）＋（Ｆ）内に入れなければならない。したがって、安全領域（Ａ）＋（Ｆ）と線分Ｐ１−Ｐ２との交点をＱ１０及びＱ１１とすると、割れを防止するためには溶接部の金属組織の状態位置が線分Ｑ１０−Ｑ１１上にある必要がある。これら両点Ｑ１０、Ｑ１１は、上述したように、溶込み率２０％、８％に相当する。したがって、割れを防止するためには、溶込み率が８〜２０％の範囲に入るように、溶接速度及び総溶接電流を設定しなければならない。この総溶接電流は、２つの溶接ワイヤを通電する溶接電流の合算値である。
【００１４】
一般的に、母材ワークの溶込みは、要求される溶接部の機械的特性等によって適正値が決まる。したがって、母材ワークが決まれば、適正な溶込み率が決まる。しかし、上述したように、割れを防止するためには、許容される溶込み率の範囲が制限される。したがって、設定したい溶込み率が割れない許容溶込み率範囲にある場合は問題はない。しかし、そうでないときは溶込み率を所望値に設定することができない。上記の例では、所望の溶込み率が７％である場合、割れ許容範囲８〜２０％外であるので、所望値には設定することができない。したがって、所望の溶込み率を確保し、かつ、溶接部の割れを防止することができない場合が発生していた。
【００１５】
そこで、本発明は、不活性ガス１００％雰囲気下での高合金鋼溶接において、溶接部に割れが発生しない許容溶込み率範囲を所望範囲にシフトさせることができる高合金鋼の２電極アーク溶接方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上述した課題を解決するために、第１の発明は、不活性ガス１００％の雰囲気下で、互いに絶縁された２つの溶接ワイヤを送給し近接する２つのアークを発生させて溶接する高合金鋼の２電極アーク溶接方法において、
クロム当量及びニッケル当量の異なる２つの溶接ワイヤを使用し、２つの溶接ワイヤの合算した送給速度を所望の溶込みが形成される適正値に設定し、前記合算送給速度を前記適正値に固定したままで、溶接部にオーステナイト組織及び少量のフェライト組織からなる組織を形成するように両溶接ワイヤのそれぞれの送給速度を設定する、ことを特徴とする高合金鋼の２電極アーク溶接方法である。
【００１７】
第２の発明は、不活性ガス１００％の雰囲気下で、互いに絶縁されかつクロム当量及びニッケル当量の組成が異なる第１溶接ワイヤ及び第２溶接ワイヤを送給し、近接する２つのアークを発生させて高合金鋼の母材を溶接する高合金鋼の２電極アーク溶接方法において、
溶接部にオーステナイト組織及び少量のフェライト組織からなる組織を形成するように溶接部のクロム当量及びニッケル当量を設定し、
母材、第１溶接ワイヤ及び第２溶接ワイヤのそれぞれのクロム当量及びニッケル当量並びに前記溶接部のクロム当量及びニッケル当量の設定値を入力として第１溶接ワイヤ及び第２溶接ワイヤのそれぞれの送給速度を算出する送給速度算出工程を備えた、ことを特徴とする高合金鋼の２電極アーク溶接方法である。
【００１８】
第３の発明は、前記送給速度算出工程が、
ｘ軸をクロム当量としｙ軸をニッケル当量とするグラフにおける母材のクロム当量及びニッケル当量のプロット位置をＰ１点とし、第１溶接ワイヤのクロム当量及びニッケル当量のプロット位置をＰ２点とし、第２溶接ワイヤのクロム当量及びニッケル当量のプロット位置をＰ３点とし、前記溶接部のクロム当量及びニッケル当量の設定値のプロット位置をＲ１点として入力するステップと、
前記Ｐ１点及び前記Ｒ１点を通る直線と前記Ｐ２点及び前記Ｐ３点を通る直線との交点Ｒ２点を算出するステップと、
線分Ｐ１−Ｒ２と線分Ｒ１−Ｒ２との長さの比率によって溶込み率を算出するステップと、
この溶込み率から予め定めた関係によって第１溶接ワイヤ及び第２溶接ワイヤの合算した送給速度を算出するステップと、
この合算送給速度を線分Ｐ２−Ｒ２と線分Ｒ２−Ｐ３との長さの比率で分配して第１溶接ワイヤ及び第２溶接ワイヤのそれぞれの送給速度を算出するステップと、からなることを特徴とする第２の発明記載の高合金鋼の２電極アーク溶接方法である。
【発明の効果】
【００１９】
上記第１の発明によれば、不活性ガス１００％雰囲気下での高合金鋼のアーク溶接において、２電極アーク溶接方法を使用することによって、ワンダリング及びローテート移行によるアーク不安定を抑制することができ、安定した溶接を行うことができる。さらに、クロム当量及びニッケル当量の異なる２つの溶接ワイヤを使用し、２つの溶接ワイヤの合算した送給速度を所望の溶込みが形成される適正値に設定し、溶接部にオーステナイト組織及び少量のフェライト組織からなる組織を形成するように両溶接ワイヤのそれぞれの送給速度を設定することによって、所望の溶込みを確保した上で溶接部の割れを防止することができる。また、割れが発生しない許容溶込み率範囲を所望範囲にシフトさせることができる。
【００２０】
上記第２及び第３の発明によれば、溶接部に所望のクロム当量及びニッケル当量を有する金属組織を形成するための第１及び第２溶接ワイヤの送給速度を自動的に算出することができる。このために、溶接部に割れが発生しない金属組織を簡単な操作で形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００２２】
［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１に係る高合金鋼の２電極アーク溶接方法を説明するためのシェフラーの組織図を基礎にした金属組織概要図である。同図は、上述した図１０に対応しており、シェフラーの組織図を元にして割れが発生しない安全領域（Ａ）＋（Ｆ）のみを表示したものである。２電極アーク溶接装置は、上述した図７と同一である。すなわち、純アルゴンガス雰囲気下で第１溶接ワイヤ１ａ及び第２溶接ワイヤ１ｂを送給して、２つのアーク３ａ、３ｂを発生させて高合金鋼溶接を行う。以下、同図を参照して説明する。
【００２３】
本実施の形態では、クロム当量及びニッケル当量の組成が異なる第１溶接ワイヤ１ａと第２溶接ワイヤ１ｂとを使用する。図１０と同様に、母材にＳＳ４００を使用すると、プロット位置はＰ１点になり、第１溶接ワイヤ１ａにＹ３０９を使用すると、プロット位置はＰ２点になる。ここで、第２溶接ワイヤ１ｂに、第１溶接ワイヤ１ａとはクロム当量及びニッケル当量が異なるＹ４１０（ＪＩＳ規格）を使用すると、プロット位置はＰ３点になる。
【００２４】
母材ワーク及び要求品質が決まると、それに応じて溶込み率が決定される。この所望の溶込み率になるように、総溶接電流値及び溶接速度を設定する。総溶接電流値は、両溶接ワイヤ１ａ、１ｂを通電する溶接電流の合算値であるので、総溶接電流値は送給速度の合算値を設定することによって設定される。すなわち、所望の溶込み率になるように合算送給速度を適正値に設定する。
【００２５】
合算送給速度を上記の適正値に固定したままで、第１溶接ワイヤ１ａの送給速度と第２溶接ワイヤ１ｂの送給速度とを３：１で分配する。これにれにより両溶接ワイヤ１ａ、１ｂの成分が混合された仮想の溶接ワイヤが作成され、この溶接ワイヤのプロット位置は、線分Ｐ２−Ｐ３を３：１で内分したＱ２点となる。したがって、上述したように、溶接部の金属組織の状態位置は、線分Ｐ１−Ｑ２上にある。この線分Ｐ１−Ｑ２と安全領域（Ａ）＋（Ｆ）との交点をＱ３とすると、（線分Ｑ３−Ｑ２の長さ）／（線分Ｐ１−Ｑ２の長さ）＝０．１７となる。上述したように、この線分比率が溶込み率となるので、溶接部の金属組織の状態位置を安全領域（Ａ）＋（Ｆ）内に入れるためには、溶込み率は１７％以下であれば良い。このために、従来技術では不可能であった８％以下に溶込み率を設定しても割れの発生しない状態にすることができる。
【００２６】
同図に示すように、合算送給速度は固定したままで、第１溶接ワイヤ１ａと第２溶接ワイヤ１ｂとの送給速度の分配比率を変えると、Ｑ２点が線分Ｐ２−Ｐ３上を移動する。この結果、割れの発生しない許容溶込み率範囲を所望範囲にシフトさせることができる。従来技術では、母材組成と溶接ワイヤ組成が決まると許容溶込み率範囲は一義的に決まってしまう。これに対して、本実施の形態では、組成の異なる２種類の溶接ワイヤを使用することによって、許容溶込み率範囲を調整することができるので、条件裕度が拡大する。
【００２７】
図２は、上述した図１において第１溶接ワイヤ１ａの組成が変化したときの図である。同図に示すように、第１溶接ワイヤ１ａは同じＹ３０９であるが、プロット位置はＰ２１点に移動している。これは、同一規格のＹ３０９であっても、銘柄によってその組成は少し異なるからである。したがって、銘柄によってプロット位置が図１のＰ２点から同図のＰ２１点に変化している。このときに、合算送給速度を固定したままで、第１溶接ワイヤ１ａと第２溶接ワイヤ１ｂとの分配比率を４：１に変更すると、成分が混合した仮想溶接ワイヤのプロット位置はＱ４点になる。線分Ｐ１−Ｑ４と安全領域（Ａ）＋（Ｆ）との交点はＱ５点になる。（線分Ｑ５−Ｑ４の長さ）／（線分Ｐ１−Ｑ４の長さ）＝０．１９となるので、Ｑ５点の溶込み率は１９％になる。このために、溶接ワイヤの成分が変化しても、合算送給速度の分配比率を変更することで、割れの発生しない許容溶込み率範囲を図１と略同一範囲に維持することができる。
【００２８】
［実施の形態２］
図３は、本発明の実施の形態２に係る高合金鋼の２電極アーク溶接方法を説明するためのシェフラーの組織座を基礎にした金属組織概要図である。同図は、上述した図１と同一のものである。すなわち、母材のクロム当量及びニッケル当量のプロット位置がＰ１点であり、第１溶接ワイヤのクロム当量及びニッケル当量のプロット位置がＰ２点であり、第２溶接ワイヤのクロム当量及びニッケル当量のプロット位置がＰ３点である。溶接部に割れが発生しないための溶接部のクロム当量及びニッケル当量の領域が安全領域（Ａ）＋（Ｆ）である。ここで、目標とする溶接部のクロム当量及びニッケル当量をＲ１点とする。本実施の形態では、このＲ１点が設定されたときに、溶接部のクロム当量及びニッケル当量がＲ１点になる第１及び第２溶接ワイヤの送給速度Ｆr1、Ｆr2を算出する送給速度算出工程を備えた高合金鋼の２電極アーク溶接方法を提供する。
【００２９】
図４は、実施の形態２に係る２電極アーク溶接装置の構成図である。同図において上述した図７と同一の構成物には同一符号を付してそれらの説明は省略する。以下、図７とは異なる点線で示す構成物について説明する。
【００３０】
クロム当量及びニッケル当量入力回路ＳＲは、図３で上述したように、母材、第１溶接ワイヤ、第２溶接ワイヤ及び溶接部の各クロム当量及びニッケル当量Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３及びＲ１を設定するクロム当量及びニッケル当量信号Ｓｒを出力する。送給速度算出回路ＦＲは、このクロム当量及びニッケル当量信号Ｓｒを入力として、図５で後述する処理によって各溶接ワイヤの送給速度を算出して、第１送給速度設定信号Ｆr1及び第２送給速度設定信号Ｆr2を出力する。第１溶接電源ＰＳ１は、この第１送給速度設定信号Ｆr1の送給速度で第１溶接ワイヤ１ａを送給し、第２溶接電源ＰＳ２は、この第２送給速度設定信号Ｆr2の送給速度で第２溶接ワイヤ１ｂを送給し溶接を行う。
【００３１】
図５は、上述した送給速度算出回路ＦＲの処理を示すフローチャートである。同図の説明においては上述した図３を参照しながら行う。
【００３２】
ステップＳＴ１において、クロム当量及びニッケル当量信号Ｓｒが入力され、母材、第１溶接ワイヤ、第２溶接ワイヤ及び溶接部の各クロム当量及びニッケル当量Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３及びＲ１が入力される。
【００３３】
ステップＳＴ２において、以下の処理を行う。
（１）Ｐ１点及びＲ１点の座標値からＰ１点及びＲ１点を通る直線Ｐ１−Ｒ１の式を算出する。
（２）Ｐ２点及びＰ３点の座標値からＰ２点及びＰ３点を通る直線Ｐ２−Ｐ３の式を算出する。
（３）上記の直線Ｐ１−Ｒ１と上記の直線Ｐ２−Ｐ３との式から交点Ｒ２点の座標値を算出する。
【００３４】
ステップＳＴ３において、以下の処理を行う。
（１）線分Ｐ１−Ｒ２の長さを算出する。
（２）線分Ｒ１−Ｒ２の長さを算出する。
（３）溶込み率＝（線分Ｒ１−Ｒ２）／（線分Ｐ１−Ｒ２）を算出する。
【００３５】
ステップＳＴ４において、上記の溶込み率から予め実験等によって定めた関係によって第１溶接ワイヤ及び第２溶接ワイヤの合算送給速度を算出する。上述したように、母材ワークの材質、形状、溶接速度等が決まっている場合、図８で上述した溶込み率は総溶接電流値によって設定することができ、さらに、総溶接電流値は合算送給速度によって設定することができる。したがって、溶込み率は合算送給速度によって設定することができる。
【００３６】
ステップＳＴ５において、以下の処理を行う。
（１）Ｐ２、Ｒ２及びＰ３の座標値によって線分Ｐ２−Ｒ２及び線分Ｒ２−Ｐ３の長さを算出する。
（２）第１送給速度設定信号Ｆr1＝（合算送給速度）・（線分Ｒ２−Ｐ３）／（線分Ｐ２−Ｒ２＋線分Ｒ２−Ｐ３）を算出する。
（３）第２送給速度設定信号Ｆr2＝（合算送給速度）・（線分Ｐ２−Ｒ２）／（線分Ｐ２−Ｒ２＋線分Ｒ２−Ｐ３）を算出する。
（４）上記の第１送給速度設定信号Ｆr1及び第２送給速度設定信号Ｆr2を出力する。
【００３７】
上述した実施の形態２によれば、溶接部に所望のクロム当量及びニッケル当量を有する金属組織を形成するための第１及び第２溶接ワイヤの送給速度を自動的に算出することができる。このために、溶接部に割れが発生しない金属組織を、簡単な操作で形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施の形態１に係る高合金鋼の２電極アーク溶接方法を説明するためのシェフラーの組織図を基礎にした金属組織概要図である。
【図２】図１において溶接ワイヤの組成が変化したときの金属組織概要図である。
【図３】本発明の実施の形態２に係る高合金鋼の２電極アーク溶接方法を説明するためのシェフラーの組織図を基礎にした金属組織概要図である。
【図４】実施の形態２に係る２電極アーク溶接装置の構成図である。
【図５】図４の送給速度算出回路ＦＲの処理を示すフローチャートである。
【図６】従来技術における２層構造の溶接ワイヤの断面図である。
【図７】従来技術の２電極アーク溶接装置の構成図である。
【図８】溶接部の溶込み部Ｓａ及び余盛り部Ｓｂを示す断面図である。
【図９】高合金鋼溶接の溶接部の金属組織を示すシェフラーの組織図である。
【図１０】従来技術における高合金鋼の２電極アーク溶接方法を説明するためのシェフラーの組織図を基礎にした金属組織概要図である。
【符号の説明】
【００３９】
１ａ 第１溶接ワイヤ
１ｂ 第２溶接ワイヤ
２ 母材
３ａ、３ｂ アーク
４ａ 第１給電チップ
４ｂ 第２給電チップ
５ ノズル
Ｆc1 第１送給制御信号
Ｆc2 第２送給制御信号
ＦＲ 送給速度算出回路
Ｆr1 第１送給速度設定信号
Ｆr2 第２送給速度設定信号
Ｍ１ 第１送給モータ
Ｍ２ 第２送給モータ
Ｐ１ 母材のクロム当量及びニッケル当量
Ｐ２、Ｐ２１ 第１溶接ワイヤのクロム当量及びニッケル当量
Ｐ３ 第２溶接ワイヤのクロム当量及びニッケル当量
ＰＳ１ 第１溶接電源
ＰＳ２ 第２溶接電源
Ｒ１ 目標とする溶接部のクロム当量及びニッケル当量
Ｓａ 溶込み部
Ｓｂ 余盛り部
ＳＲ クロム当量及びニッケル当量入力回路
Ｓｒ クロム当量及びニッケル当量信号
【特許請求の範囲】
【請求項１】
不活性ガス１００％の雰囲気下で、互いに絶縁された２つの溶接ワイヤを送給し近接する２つのアークを発生させて溶接する高合金鋼の２電極アーク溶接方法において、
クロム当量及びニッケル当量の異なる２つの溶接ワイヤを使用し、２つの溶接ワイヤの合算した送給速度を所望の溶込みが形成される適正値に設定し、前記合算送給速度を前記適正値に固定したままで、溶接部にオーステナイト組織及び少量のフェライト組織からなる組織を形成するように両溶接ワイヤのそれぞれの送給速度を設定する、ことを特徴とする高合金鋼の２電極アーク溶接方法。
【請求項２】
不活性ガス１００％の雰囲気下で、互いに絶縁されかつクロム当量及びニッケル当量の組成が異なる第１溶接ワイヤ及び第２溶接ワイヤを送給し、近接する２つのアークを発生させて高合金鋼の母材を溶接する高合金鋼の２電極アーク溶接方法において、
溶接部にオーステナイト組織及び少量のフェライト組織からなる組織を形成するように溶接部のクロム当量及びニッケル当量を設定し、
母材、第１溶接ワイヤ及び第２溶接ワイヤのそれぞれのクロム当量及びニッケル当量並びに前記溶接部のクロム当量及びニッケル当量の設定値を入力として第１溶接ワイヤ及び第２溶接ワイヤのそれぞれの送給速度を算出する送給速度算出工程を備えた、ことを特徴とする高合金鋼の２電極アーク溶接方法。
【請求項３】
前記送給速度算出工程が、
ｘ軸をクロム当量としｙ軸をニッケル当量とするグラフにおける母材のクロム当量及びニッケル当量のプロット位置をＰ１点とし、第１溶接ワイヤのクロム当量及びニッケル当量のプロット位置をＰ２点とし、第２溶接ワイヤのクロム当量及びニッケル当量のプロット位置をＰ３点とし、前記溶接部のクロム当量及びニッケル当量の設定値のプロット位置をＲ１点として入力するステップと、
前記Ｐ１点及び前記Ｒ１点を通る直線と前記Ｐ２点及び前記Ｐ３点を通る直線との交点Ｒ２点を算出するステップと、
線分Ｐ１−Ｒ２と線分Ｒ１−Ｒ２との長さの比率によって溶込み率を算出するステップと、
この溶込み率から予め定めた関係によって第１溶接ワイヤ及び第２溶接ワイヤの合算した送給速度を算出するステップと、
この合算送給速度を線分Ｐ２−Ｒ２と線分Ｒ２−Ｐ３との長さの比率で分配して第１溶接ワイヤ及び第２溶接ワイヤのそれぞれの送給速度を算出するステップと、からなることを特徴とする請求項２記載の高合金鋼の２電極アーク溶接方法。
【請求項１】
不活性ガス１００％の雰囲気下で、互いに絶縁された２つの溶接ワイヤを送給し近接する２つのアークを発生させて溶接する高合金鋼の２電極アーク溶接方法において、
クロム当量及びニッケル当量の異なる２つの溶接ワイヤを使用し、２つの溶接ワイヤの合算した送給速度を所望の溶込みが形成される適正値に設定し、前記合算送給速度を前記適正値に固定したままで、溶接部にオーステナイト組織及び少量のフェライト組織からなる組織を形成するように両溶接ワイヤのそれぞれの送給速度を設定する、ことを特徴とする高合金鋼の２電極アーク溶接方法。
【請求項２】
不活性ガス１００％の雰囲気下で、互いに絶縁されかつクロム当量及びニッケル当量の組成が異なる第１溶接ワイヤ及び第２溶接ワイヤを送給し、近接する２つのアークを発生させて高合金鋼の母材を溶接する高合金鋼の２電極アーク溶接方法において、
溶接部にオーステナイト組織及び少量のフェライト組織からなる組織を形成するように溶接部のクロム当量及びニッケル当量を設定し、
母材、第１溶接ワイヤ及び第２溶接ワイヤのそれぞれのクロム当量及びニッケル当量並びに前記溶接部のクロム当量及びニッケル当量の設定値を入力として第１溶接ワイヤ及び第２溶接ワイヤのそれぞれの送給速度を算出する送給速度算出工程を備えた、ことを特徴とする高合金鋼の２電極アーク溶接方法。
【請求項３】
前記送給速度算出工程が、
ｘ軸をクロム当量としｙ軸をニッケル当量とするグラフにおける母材のクロム当量及びニッケル当量のプロット位置をＰ１点とし、第１溶接ワイヤのクロム当量及びニッケル当量のプロット位置をＰ２点とし、第２溶接ワイヤのクロム当量及びニッケル当量のプロット位置をＰ３点とし、前記溶接部のクロム当量及びニッケル当量の設定値のプロット位置をＲ１点として入力するステップと、
前記Ｐ１点及び前記Ｒ１点を通る直線と前記Ｐ２点及び前記Ｐ３点を通る直線との交点Ｒ２点を算出するステップと、
線分Ｐ１−Ｒ２と線分Ｒ１−Ｒ２との長さの比率によって溶込み率を算出するステップと、
この溶込み率から予め定めた関係によって第１溶接ワイヤ及び第２溶接ワイヤの合算した送給速度を算出するステップと、
この合算送給速度を線分Ｐ２−Ｒ２と線分Ｒ２−Ｐ３との長さの比率で分配して第１溶接ワイヤ及び第２溶接ワイヤのそれぞれの送給速度を算出するステップと、からなることを特徴とする請求項２記載の高合金鋼の２電極アーク溶接方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００７−１８１８７６（Ｐ２００７−１８１８７６Ａ）
【公開日】平成１９年７月１９日（２００７．７．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−４５０２９（Ｐ２００６−４５０２９）
【出願日】平成１８年２月２２日（２００６．２．２２）
【出願人】（００００００２６２）株式会社ダイヘン (990)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年７月１９日（２００７．７．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年２月２２日（２００６．２．２２）
【出願人】（００００００２６２）株式会社ダイヘン (990)
【Ｆターム（参考）】
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