JP2003019564A - アルミニウムまたはアルミニウム系合金のアーク溶接用シールドガス及びアーク溶接方法 - Google Patents
アルミニウムまたはアルミニウム系合金のアーク溶接用シールドガス及びアーク溶接方法Info
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- JP2003019564A JP2003019564A JP2001201153A JP2001201153A JP2003019564A JP 2003019564 A JP2003019564 A JP 2003019564A JP 2001201153 A JP2001201153 A JP 2001201153A JP 2001201153 A JP2001201153 A JP 2001201153A JP 2003019564 A JP2003019564 A JP 2003019564A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 深溶込み溶接性に優れたアルミニウムおよび
アルミニウム系合金のアーク溶接用シールドガス及びア
ーク溶接方法を提供する。 【解決手段】 アルミニウムおよびアルミニウム系合金
のアーク溶接に用いられるシールドガスにおいて、アル
ゴンまたはヘリウムガス単体に、もしくはアルゴンとヘ
リウムとの混合ガスに１〜４０体積％の窒素を添加し
た。
アルミニウム系合金のアーク溶接用シールドガス及びア
ーク溶接方法を提供する。 【解決手段】 アルミニウムおよびアルミニウム系合金
のアーク溶接に用いられるシールドガスにおいて、アル
ゴンまたはヘリウムガス単体に、もしくはアルゴンとヘ
リウムとの混合ガスに１〜４０体積％の窒素を添加し
た。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はアルミニウムまたは
アルミニウム合金の深溶込み溶接に優れたアーク溶接方
法およびアーク溶接用シールドガスに関する。
アルミニウム合金の深溶込み溶接に優れたアーク溶接方
法およびアーク溶接用シールドガスに関する。
【０００２】
【従来の技術】特開平４−２５１６７３号公報には、不
活性ガスに他の成分を添加することにより純粋不活性ガ
ス下での溶接に比べて溶接過程及び溶接結果が改良さ
れ、しかも有害な副効果を引き起こさないアルミニウム
のア−ク溶接用のアルゴン、又はアルゴン／ヘリウム混
合物をベ−スとする保護ガスが開示されている。この保
護ガスには窒素８０〜２５０ｖｐｍが添加されている。
活性ガスに他の成分を添加することにより純粋不活性ガ
ス下での溶接に比べて溶接過程及び溶接結果が改良さ
れ、しかも有害な副効果を引き起こさないアルミニウム
のア−ク溶接用のアルゴン、又はアルゴン／ヘリウム混
合物をベ−スとする保護ガスが開示されている。この保
護ガスには窒素８０〜２５０ｖｐｍが添加されている。
【０００３】特表平８−５０４３６６号公報（特願平６
−５１３７４２号の明細書等）には、ＷＩＧ溶接および
アルミニウムのＭＩＧ溶接に使用されるア−ク溶接用保
護ガスが記載されている。この従来技術では、アーク溶
接用保護ガスとして、可能な限り純粋なアルゴンを用い
るか、または可能な限り純粋なアルゴンとヘリウムから
なる混合物を用いることとし、溶接工程および溶接結果
を改善する目的のために、これらの不活性ガスに８０〜
２５０ｖｐｍ、とくに１２０〜１８０ｖｐｍの亜酸化窒
素が添加されている。
−５１３７４２号の明細書等）には、ＷＩＧ溶接および
アルミニウムのＭＩＧ溶接に使用されるア−ク溶接用保
護ガスが記載されている。この従来技術では、アーク溶
接用保護ガスとして、可能な限り純粋なアルゴンを用い
るか、または可能な限り純粋なアルゴンとヘリウムから
なる混合物を用いることとし、溶接工程および溶接結果
を改善する目的のために、これらの不活性ガスに８０〜
２５０ｖｐｍ、とくに１２０〜１８０ｖｐｍの亜酸化窒
素が添加されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来技術のいずれも窒素添加量が少ないので、アーク安
定性および集中性が低く、溶込み深さが不足して融合不
良を引き起こす場合がある。そこで、従来方法では溶込
み深さを確保するために溶接電流を高くするか、もしく
は溶接速度を遅くするが、これにより溶接入熱量が大き
くなり、ワーク変形量が増大する。
従来技術のいずれも窒素添加量が少ないので、アーク安
定性および集中性が低く、溶込み深さが不足して融合不
良を引き起こす場合がある。そこで、従来方法では溶込
み深さを確保するために溶接電流を高くするか、もしく
は溶接速度を遅くするが、これにより溶接入熱量が大き
くなり、ワーク変形量が増大する。
【０００５】本発明は上記の課題を解決するためになさ
れたものであって、深溶込み溶接性に優れたアルミニウ
ムまたはアルミニウム系合金のアーク溶接用シールドガ
ス及びアーク溶接方法を提供することを目的とする。
れたものであって、深溶込み溶接性に優れたアルミニウ
ムまたはアルミニウム系合金のアーク溶接用シールドガ
ス及びアーク溶接方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明に係るアルミニウ
ムまたはアルミニウム系合金のアーク溶接用シールドガ
スは、アルゴンまたはヘリウムガス単体、もしくはアル
ゴンとヘリウムとの混合ガスに１〜４０体積％の窒素ガ
スを添加したことを特徴とする。
ムまたはアルミニウム系合金のアーク溶接用シールドガ
スは、アルゴンまたはヘリウムガス単体、もしくはアル
ゴンとヘリウムとの混合ガスに１〜４０体積％の窒素ガ
スを添加したことを特徴とする。
【０００７】窒素ガス添加量が１体積％を下回ると、深
溶け込み効果がほとんど得られなくなるので、その下限
値を１体積％とした。一方、窒素ガス添加量が４０体積
％を超えると、アークが不安定となり，ビード外観が不
良になるので、その上限値を４０体積％とした。
溶け込み効果がほとんど得られなくなるので、その下限
値を１体積％とした。一方、窒素ガス添加量が４０体積
％を超えると、アークが不安定となり，ビード外観が不
良になるので、その上限値を４０体積％とした。
【０００８】さらに、窒素ガス添加量は５〜２０体積％
とすることがより好ましい。窒素ガス添加量を２０体積
％より大きくすると溶接金属内部に粗大な窒化物が発生
しやすくなり、肉厚や使用条件によっては靭性が不十分
になるからである。一方、窒素ガス添加量が５体積％未
満になると溶込みが低下するからである。
とすることがより好ましい。窒素ガス添加量を２０体積
％より大きくすると溶接金属内部に粗大な窒化物が発生
しやすくなり、肉厚や使用条件によっては靭性が不十分
になるからである。一方、窒素ガス添加量が５体積％未
満になると溶込みが低下するからである。
【０００９】本発明に係るアルミニウムまたはアルミニ
ウム系合金のアーク溶接方法は、アルゴンまたはヘリウ
ムガス単体に、もしくはアルゴンとヘリウムとの混合ガ
スに５〜４０体積％の窒素を添加したガスを用いて、ア
ーク溶接装置で予め設定しておいた駆動電力によって電
極と母材との間にアークを発生させ、該母材を深く溶け
込ますことを特徴とする。
ウム系合金のアーク溶接方法は、アルゴンまたはヘリウ
ムガス単体に、もしくはアルゴンとヘリウムとの混合ガ
スに５〜４０体積％の窒素を添加したガスを用いて、ア
ーク溶接装置で予め設定しておいた駆動電力によって電
極と母材との間にアークを発生させ、該母材を深く溶け
込ますことを特徴とする。
【００１０】さらに、窒素ガス添加量は５〜２０体積％
とすることがより好ましい。
とすることがより好ましい。
【００１１】また、電極先端から母材表面までのアーク
長さを２ｍｍ以下に維持すると、アークが母材内部にま
で発生する「埋もれアーク状態」となるため、さらによ
り好ましい。
長さを２ｍｍ以下に維持すると、アークが母材内部にま
で発生する「埋もれアーク状態」となるため、さらによ
り好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、添付の図面を参照して、本
発明の好ましい実施の形態について説明する。
発明の好ましい実施の形態について説明する。
【００１３】図２において、溶接機１は、支持台１１に
保持された母材１２にアーク１４を作用させるアーク溶
接装置２と、溶接部分近傍に所定のシールドガス１３を
供給し、この溶接部分近傍を所定ガス雰囲気下にするガ
ス供給装置３とを備えている。
保持された母材１２にアーク１４を作用させるアーク溶
接装置２と、溶接部分近傍に所定のシールドガス１３を
供給し、この溶接部分近傍を所定ガス雰囲気下にするガ
ス供給装置３とを備えている。
【００１４】アーク溶接装置２は、母材（被溶接物）１
２に近接して設けられた溶接トーチ４と、この溶接トー
チ４から突出する溶接電極（ワイヤ）５と、溶接トーチ
４にワイヤ５を連続的に送給可能なワイヤ送給装置７
と、ワイヤ５及びワイヤ送給装置７に電力を供給する駆
動電源６と、この駆動電源６と母材１２とを連結する給
電ケーブル８と、この給電ケーブル８に設けられた電流
計９及び電圧計１０とを備えている。
２に近接して設けられた溶接トーチ４と、この溶接トー
チ４から突出する溶接電極（ワイヤ）５と、溶接トーチ
４にワイヤ５を連続的に送給可能なワイヤ送給装置７
と、ワイヤ５及びワイヤ送給装置７に電力を供給する駆
動電源６と、この駆動電源６と母材１２とを連結する給
電ケーブル８と、この給電ケーブル８に設けられた電流
計９及び電圧計１０とを備えている。
【００１５】本実施形態のアーク溶接装置２はＭＩＧ溶
接装置によって構成されているが、これをＴＩＧ溶接等
の他のアーク溶接装置によって構成することも可能であ
る。
接装置によって構成されているが、これをＴＩＧ溶接等
の他のアーク溶接装置によって構成することも可能であ
る。
【００１６】母材１２は板厚８mmのアルミニウム合金Ａ
６Ｎ０１、ワイヤ５は直径１．２ｍｍのアルミニウム合
金Ａ５３５６を使用した。
６Ｎ０１、ワイヤ５は直径１．２ｍｍのアルミニウム合
金Ａ５３５６を使用した。
【００１７】ガス供給装置３は、溶接部近傍にシールド
ガス１３を供給し、この溶接部近傍をシールドガス１３
の雰囲気とするものである。ガス供給装置３は、シール
ドガス１３を収容したガス収容部（シールドガスボン
ベ）３ａと、このシールドガスボンベ３ａと溶接トーチ
４とを接続する配管３ｂとを備えている。そして、シー
ルドガス１３は、溶接トーチ４から溶接部分に供給され
るようになっており、溶接部分近傍はこのシールドガス
１３によってシールドされる。なお、溶接部分近傍をシ
ールドボックスで囲み、このシールドボックス内にシー
ルドガス１３を供給する構成とすることも可能である。
ガス１３を供給し、この溶接部近傍をシールドガス１３
の雰囲気とするものである。ガス供給装置３は、シール
ドガス１３を収容したガス収容部（シールドガスボン
ベ）３ａと、このシールドガスボンベ３ａと溶接トーチ
４とを接続する配管３ｂとを備えている。そして、シー
ルドガス１３は、溶接トーチ４から溶接部分に供給され
るようになっており、溶接部分近傍はこのシールドガス
１３によってシールドされる。なお、溶接部分近傍をシ
ールドボックスで囲み、このシールドボックス内にシー
ルドガス１３を供給する構成とすることも可能である。
【００１８】シールドガス１３は、アルゴンに対して窒
素添加量をゼロから６０体積％までの範囲で種々変えた
ものである。
素添加量をゼロから６０体積％までの範囲で種々変えた
ものである。
【００１９】上記シールドガス１３の雰囲気下でアーク
溶接を行った場合、アーク１４は母材１２の内部（深
部）で発生可能となる。すなわち、通常のアーク溶接で
は、アーク１４は母材１２の表面よりも出た状態となる
が、シールドガス１３として上記所定ガスを用いるとと
もに所定の条件下（所定の駆動電力）で溶接を行うこと
により、母材１２の内部でアーク１４を発生させること
ができる。ここで、母材１２内部にアーク１４が発生す
る状態を「埋もれアーク状態」と称することとする。ま
た、母材１２内部にまでアーク１４が発生しない状態を
「オープンアーク状態」と称することとする。このよう
な「埋もれアーク状態」となる溶接条件を把握すること
により、アルミニウムの深溶込み溶接が可能になる。
溶接を行った場合、アーク１４は母材１２の内部（深
部）で発生可能となる。すなわち、通常のアーク溶接で
は、アーク１４は母材１２の表面よりも出た状態となる
が、シールドガス１３として上記所定ガスを用いるとと
もに所定の条件下（所定の駆動電力）で溶接を行うこと
により、母材１２の内部でアーク１４を発生させること
ができる。ここで、母材１２内部にアーク１４が発生す
る状態を「埋もれアーク状態」と称することとする。ま
た、母材１２内部にまでアーク１４が発生しない状態を
「オープンアーク状態」と称することとする。このよう
な「埋もれアーク状態」となる溶接条件を把握すること
により、アルミニウムの深溶込み溶接が可能になる。
【００２０】図１の（ａ）は、シールドガスをアルゴン
ガス単体とし、ワイヤ径１．２ｍｍのアルミニウム合金
Ａ５３５６を用いて、板厚８mmのアルミニウム合金Ａ６
Ｎ０１を溶接電流２３０Ａ、アーク電圧１９Ｖ、溶接速
度３ｍ／分の条件で上記の溶接機１により溶接したアル
ミニウム溶接部を示す金属組織写真である。また、図１
の（ｂ）は、シールドガスをアルゴンに１０体積％の窒
素を添加した混合ガス（Ａｒ＋１０体積％Ｎ２）とし、
他の条件は上記（ａ）と同じにして溶接したアルミニウ
ム溶接部を示す金属組織写真である。図１の（ａ）と
（ｂ）を比較してみると、後者では前者の２倍以上の溶
け込み深さとなった。
ガス単体とし、ワイヤ径１．２ｍｍのアルミニウム合金
Ａ５３５６を用いて、板厚８mmのアルミニウム合金Ａ６
Ｎ０１を溶接電流２３０Ａ、アーク電圧１９Ｖ、溶接速
度３ｍ／分の条件で上記の溶接機１により溶接したアル
ミニウム溶接部を示す金属組織写真である。また、図１
の（ｂ）は、シールドガスをアルゴンに１０体積％の窒
素を添加した混合ガス（Ａｒ＋１０体積％Ｎ２）とし、
他の条件は上記（ａ）と同じにして溶接したアルミニウ
ム溶接部を示す金属組織写真である。図１の（ａ）と
（ｂ）を比較してみると、後者では前者の２倍以上の溶
け込み深さとなった。
【００２１】ここで、埋もれアーク状態とするための所
定の条件は、使用するシールドガス１３の種類やアーク
の駆動電源の出力に応じて変化するものであるので、予
め実証試験によって得ることが可能である。この所定条
件を設定するための実証試験結果の一例を図３に示す。
定の条件は、使用するシールドガス１３の種類やアーク
の駆動電源の出力に応じて変化するものであるので、予
め実証試験によって得ることが可能である。この所定条
件を設定するための実証試験結果の一例を図３に示す。
【００２２】図３は、横軸に溶接電流（Ａ）をとり、縦
軸にアーク電圧（Ｖ）をとって、シールドガスとしてア
ルゴンに１０体積％の窒素を添加した混合ガス（Ａｒ＋
１０体積％Ｎ２）を用いてワイヤ送給速度を種々変えた
場合の溶接電流とアーク電圧との相関を示す特性線図で
ある。この場合は、板厚さ８ｍｍの平板上に溶接ビード
をおく平板溶接を行った。図中にて特性線Ａはワイヤ送
給速度を１４．１ｍ／分としたときの電流電圧特性を、
特性線Ｂはワイヤ送給速度を１５．６ｍ／分としたとき
の電流電圧特性を、特性線Ｃはワイヤ送給速度を１７．
１ｍ／分としたときの電流電圧特性をそれぞれ示す相関
曲線である。
軸にアーク電圧（Ｖ）をとって、シールドガスとしてア
ルゴンに１０体積％の窒素を添加した混合ガス（Ａｒ＋
１０体積％Ｎ２）を用いてワイヤ送給速度を種々変えた
場合の溶接電流とアーク電圧との相関を示す特性線図で
ある。この場合は、板厚さ８ｍｍの平板上に溶接ビード
をおく平板溶接を行った。図中にて特性線Ａはワイヤ送
給速度を１４．１ｍ／分としたときの電流電圧特性を、
特性線Ｂはワイヤ送給速度を１５．６ｍ／分としたとき
の電流電圧特性を、特性線Ｃはワイヤ送給速度を１７．
１ｍ／分としたときの電流電圧特性をそれぞれ示す相関
曲線である。
【００２３】図中にて２つの破線Ｄ，Ｅの間に挟まれた
斜線領域では埋もれアーク状態の生成が確認された。ち
なみに、図中の丸（○）はアーク長さが２ｍｍ以下とな
り「埋もれアーク状態」となったサンプルを、四角
（□）はアーク長さが２ｍｍ超となり「オープンアーク
状態」となったサンプルを、バツ（×）はビード外観が
不良となったサンプルをそれぞれプロットした。なお、
前記「アーク長さ」とは、電極先端から母材表面までの
距離を称する。
斜線領域では埋もれアーク状態の生成が確認された。ち
なみに、図中の丸（○）はアーク長さが２ｍｍ以下とな
り「埋もれアーク状態」となったサンプルを、四角
（□）はアーク長さが２ｍｍ超となり「オープンアーク
状態」となったサンプルを、バツ（×）はビード外観が
不良となったサンプルをそれぞれプロットした。なお、
前記「アーク長さ」とは、電極先端から母材表面までの
距離を称する。
【００２４】図から明らかなようにシールドガスの組成
やアーク駆動電力をはじめとする溶接時における様々な
条件によって、埋もれアーク状態が生成されるか否かが
決定される。
やアーク駆動電力をはじめとする溶接時における様々な
条件によって、埋もれアーク状態が生成されるか否かが
決定される。
【００２５】例えば、ワイヤ送給速度１５．６ｍ／ｍｉ
ｎのときには、アーク電圧が１９Ｖを超える領域では埋
もれアーク状態からオープンアーク状態に移行するの
で、深い溶け込みは得られなくなる。また、アーク電圧
が１５Ｖを下回る領域ではアークが不安定になるので、
ビード外観が不良となる。
ｎのときには、アーク電圧が１９Ｖを超える領域では埋
もれアーク状態からオープンアーク状態に移行するの
で、深い溶け込みは得られなくなる。また、アーク電圧
が１５Ｖを下回る領域ではアークが不安定になるので、
ビード外観が不良となる。
【００２６】なお、図３に示す埋もれアーク状態は一例
であって、使用するシールドガス１３やアーク溶接装置
２の種類によって、あるいはアーク電圧によって埋もれ
アーク状態の生成領域は異なるので、予め実験によって
最適な条件を求めておく必要がある。予備実験を行うこ
とにより埋もれアーク状態が生成されるか否かの条件を
予め把握しておき、この条件に基づいて製造ラインの溶
接機を制御することにより実際の製品を高品質に製造す
ることができるようになる。
であって、使用するシールドガス１３やアーク溶接装置
２の種類によって、あるいはアーク電圧によって埋もれ
アーク状態の生成領域は異なるので、予め実験によって
最適な条件を求めておく必要がある。予備実験を行うこ
とにより埋もれアーク状態が生成されるか否かの条件を
予め把握しておき、この条件に基づいて製造ラインの溶
接機を制御することにより実際の製品を高品質に製造す
ることができるようになる。
【００２７】図４は、横軸に窒素混合量（体積％）をと
り、縦軸に溶け込み深さ（ｍｍ）をとって、シールドガ
ス中の窒素ガス混合量に対する溶込み深さの変化をそれ
ぞれ示す特性線図である。溶接電流を２３０Ａ、アーク
電圧を１９Ｖ、溶接速度を３ｍ／分、ワイヤ送給速度を
１５．６ｍ／分とする条件下で、シールドガスの窒素混
合量をゼロから６０体積％までの間で種々変化させて板
厚８ｍｍの平板溶接を行った。図中にて特性線Ｒ１は溶
込み深さ／窒素混合量の関係を示す相関曲線である。ま
た、図中にて破線Ｆは、ビード外観の良好と不良との境
界を示す臨界線である。この臨界線Ｆよりも図中の右側
領域（窒素混合量が過大な領域）に斜線を施して示した
が、この斜線領域ではビード外観が不良になることが判
明した。
り、縦軸に溶け込み深さ（ｍｍ）をとって、シールドガ
ス中の窒素ガス混合量に対する溶込み深さの変化をそれ
ぞれ示す特性線図である。溶接電流を２３０Ａ、アーク
電圧を１９Ｖ、溶接速度を３ｍ／分、ワイヤ送給速度を
１５．６ｍ／分とする条件下で、シールドガスの窒素混
合量をゼロから６０体積％までの間で種々変化させて板
厚８ｍｍの平板溶接を行った。図中にて特性線Ｒ１は溶
込み深さ／窒素混合量の関係を示す相関曲線である。ま
た、図中にて破線Ｆは、ビード外観の良好と不良との境
界を示す臨界線である。この臨界線Ｆよりも図中の右側
領域（窒素混合量が過大な領域）に斜線を施して示した
が、この斜線領域ではビード外観が不良になることが判
明した。
【００２８】この図から明らかなように、シールドガス
１３の窒素添加量に応じて溶け込み深さは変化する。例
えば、窒素添加量を１０体積％としたもの（Ａｒ＋１０
体積％Ｎ２）と窒素添加量ゼロとしたもの（純アルゴン
ガス）とを比較してみると、前者の溶け込み深さは後者
のそれの約２倍に増加する結果となった。さらに、ビー
ド外観においても良好であった。これらのことからアル
ゴンガスに１０体積％の窒素ガスを添加することにより
アルミニウムの深溶け込み溶接が可能になることが判明
した。
１３の窒素添加量に応じて溶け込み深さは変化する。例
えば、窒素添加量を１０体積％としたもの（Ａｒ＋１０
体積％Ｎ２）と窒素添加量ゼロとしたもの（純アルゴン
ガス）とを比較してみると、前者の溶け込み深さは後者
のそれの約２倍に増加する結果となった。さらに、ビー
ド外観においても良好であった。これらのことからアル
ゴンガスに１０体積％の窒素ガスを添加することにより
アルミニウムの深溶け込み溶接が可能になることが判明
した。
【００２９】図５は、横軸に窒素混合量（体積％）をと
り、縦軸に曲げ角度（°）および最大窒化物長さ（ｍ
ｍ）をとって、シールドガス中の窒素ガス混合量に対す
る曲げ角度および最大窒化物長さの変化をそれぞれ示す
特性線図である。溶接電流を２３０Ａ、アーク電圧を１
９Ｖ、溶接速度を３ｍ／分、ワイヤ送給速度を１５．６
ｍ／分とする条件下で、シールドガスの窒素混合量をゼ
ロから４０体積％までの間で種々変化させて板厚８ｍｍ
の平板溶接を行った。
り、縦軸に曲げ角度（°）および最大窒化物長さ（ｍ
ｍ）をとって、シールドガス中の窒素ガス混合量に対す
る曲げ角度および最大窒化物長さの変化をそれぞれ示す
特性線図である。溶接電流を２３０Ａ、アーク電圧を１
９Ｖ、溶接速度を３ｍ／分、ワイヤ送給速度を１５．６
ｍ／分とする条件下で、シールドガスの窒素混合量をゼ
ロから４０体積％までの間で種々変化させて板厚８ｍｍ
の平板溶接を行った。
【００３０】図中にて特性線Ｒ２は最大窒化物長さ／窒
素混合量の関係を、特性線Ｒ３は曲げ角度／窒素混合量
の関係をそれぞれ示す相関曲線である。また、図中にて
破線Gは、曲げ延性の良好と不良との境界を示す臨界線
である。この臨界線Gよりも図中の右側領域（窒素混合
量が過大な領域）に斜線を施して示したが、この斜線領
域では粗大窒化物が発生し、曲げ延性が不良になること
が判明した。
素混合量の関係を、特性線Ｒ３は曲げ角度／窒素混合量
の関係をそれぞれ示す相関曲線である。また、図中にて
破線Gは、曲げ延性の良好と不良との境界を示す臨界線
である。この臨界線Gよりも図中の右側領域（窒素混合
量が過大な領域）に斜線を施して示したが、この斜線領
域では粗大窒化物が発生し、曲げ延性が不良になること
が判明した。
【００３１】したがって、窒素ガスの添加量を２０体積
％より更に大きくすると、溶接金属内部に粗大な窒化物
が発生し、曲げ延性が低下するようになる。すなわち、
隅肉継手のような曲げ延性が必要でなく、深い溶込みを
得たい場合は、窒素ガス添加量の上限値は４０体積％と
することが肝要である。一方、突合せ継手のような曲げ
延性が必要な継手では窒素ガス添加量の上限値は２０体
積％とすることが肝要である。一方、窒素ガスの添加量
が５体積％未満になると、母材の溶込みが極端に低下す
るので、その下限値は５体積％とする。したがって窒素
ガスの添加量は５体積％以上２０体積％以下の範囲とす
ることが望ましい。
％より更に大きくすると、溶接金属内部に粗大な窒化物
が発生し、曲げ延性が低下するようになる。すなわち、
隅肉継手のような曲げ延性が必要でなく、深い溶込みを
得たい場合は、窒素ガス添加量の上限値は４０体積％と
することが肝要である。一方、突合せ継手のような曲げ
延性が必要な継手では窒素ガス添加量の上限値は２０体
積％とすることが肝要である。一方、窒素ガスの添加量
が５体積％未満になると、母材の溶込みが極端に低下す
るので、その下限値は５体積％とする。したがって窒素
ガスの添加量は５体積％以上２０体積％以下の範囲とす
ることが望ましい。
【００３２】なお、上記実施例ではシールドガスとして
アルゴンに窒素を添加した２種混合ガスを用いた場合に
ついて説明したが、本発明はこれのみに限られることな
く、ヘリウムガス単体に窒素を添加した２種混合ガス、
アルゴンの一部をヘリウムに置き換えた３種混合ガスを
シールドガスに用いた場合も同様の深溶け込み効果が得
られる。Ｈｅ＋Ｎ２からなる２種混合ガスをシールドガ
スとして用いる場合は、Ｈｅ：Ｎ２＝８０〜９５：５〜
２０の体積比率で混合することが望ましい。
アルゴンに窒素を添加した２種混合ガスを用いた場合に
ついて説明したが、本発明はこれのみに限られることな
く、ヘリウムガス単体に窒素を添加した２種混合ガス、
アルゴンの一部をヘリウムに置き換えた３種混合ガスを
シールドガスに用いた場合も同様の深溶け込み効果が得
られる。Ｈｅ＋Ｎ２からなる２種混合ガスをシールドガ
スとして用いる場合は、Ｈｅ：Ｎ２＝８０〜９５：５〜
２０の体積比率で混合することが望ましい。
【００３３】Ａｒ＋Ｈｅ＋Ｎ２からなる３種混合ガスを
シールドガスとして用いる場合は、Ａｒ：Ｈｅ：Ｎ２＝
５〜６５：３０〜７５：５〜２０の体積比率で混合する
ことが望ましい。
シールドガスとして用いる場合は、Ａｒ：Ｈｅ：Ｎ２＝
５〜６５：３０〜７５：５〜２０の体積比率で混合する
ことが望ましい。
【００３４】また、母材としてアルミニウム合金Ａ６Ｎ
０１を用いた場合について説明したが、これに限定され
るものではなく、溶接対象（母材）はアルミニウムまた
はアルミニウム系合金であればよい。
０１を用いた場合について説明したが、これに限定され
るものではなく、溶接対象（母材）はアルミニウムまた
はアルミニウム系合金であればよい。
【００３５】
【発明の効果】本発明のシールドガスを用いることによ
りアルミニウムおよびアルミニウム合金のミグ、ティグ
等のアーク溶接においてアークの集中性が向上し、深溶
け込み溶接が可能となる。その結果、高速かつ低歪みの
アルミニウム溶接が可能となる。
りアルミニウムおよびアルミニウム合金のミグ、ティグ
等のアーク溶接においてアークの集中性が向上し、深溶
け込み溶接が可能となる。その結果、高速かつ低歪みの
アルミニウム溶接が可能となる。
【図１】（ａ）は従来の溶接部を示す金属組織写真、
（ｂ）は本発明の溶接部を示す金属組織写真。
（ｂ）は本発明の溶接部を示す金属組織写真。
【図２】本発明の実施形態に係るアーク溶接方法に用い
られる装置の概要を示すブロック構成図。
られる装置の概要を示すブロック構成図。
【図３】本発明の実施形態に係るアーク溶接方法におい
て埋もれアーク状態になる溶接条件を示す特性線図。
て埋もれアーク状態になる溶接条件を示す特性線図。
【図４】窒素添加量と溶込み深さとの関係を示す特性線
図。
図。
【図５】窒素添加量と曲げ延性および最大窒化物長さの
関係を示す特性線図。
関係を示す特性線図。
１…溶接機、
２…アーク発生装置、
３…ガス供給装置、
４…溶接トーチ、
５…電極、
６…駆動電源、
７…ワイヤ供給装置、
９…電流計、
１０…電圧計、
１１…支持台、
１２…母材、
１３…シールドガス、
１４…アーク。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 渡部 裕二郎
広島県広島市西区観音新町四丁目６番22号
三菱重工業株式会社広島研究所内
Ｆターム(参考） 4E001 AA03 BB05 CB01 DD02 DD03
Claims (5)
- 【請求項１】 アルゴンまたはヘリウムガス単体に、も
しくはアルゴンとヘリウムとの混合ガスに１〜４０体積
％の窒素を添加したことを特徴とするアルミニウムまた
はアルミニウム系合金のアーク溶接用シールドガス。 - 【請求項２】 窒素の添加量を５〜２０体積％とするこ
とを特徴とする請求項１記載のアルミニウムまたはアル
ミニウム系合金のアーク溶接用シールドガス。 - 【請求項３】 アルミニウムまたはアルミニウム系合金
のアーク溶接方法において、アルゴンまたはヘリウムガ
ス単体に、もしくはアルゴンとヘリウムとの混合ガスに
１〜４０体積％の窒素を添加したガスを用いて、アーク
溶接装置で予め設定しておいた駆動電力によって電極と
母材との間にアークを発生させ、該母材を深く溶け込ま
すことを特徴とするアルミニウムまたはアルミニウム系
合金のアーク溶接方法。 - 【請求項４】 窒素の添加量を５〜２０体積％とするこ
とを特徴とする請求項３に記載のアルミニウムまたはア
ルミニウム系合金のアーク溶接方法。 - 【請求項５】 前記電極先端から前記母材表面までのア
ーク長さが２ｍｍ以下に維持されていることを特徴とす
る請求項３または請求項４に記載のアルミニウムまたは
アルミニウム系合金のアーク溶接方法。
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| JP (1) | JP3735274B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| CN102971103A (zh) * | 2010-07-13 | 2013-03-13 | 乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司 | 使用包含氮气的惰性气体弧焊镀铝金属部件的方法 |
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-
2001
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