專利名稱：雙電極氣體保護焊用管狀焊絲、以及焊接方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種可焊接厚鋼板的一個立焊焊道的雙電極氣體保護焊用管狀焊絲、雙電極氣體保護焊接方法以及雙電極氣體保護焊接裝置。
背景技術：
氣體保護焊接作為一種高效率的立焊焊接方法，可以用在船舶、石油儲灌以及橋梁等各個領域中，對于焊接的合理性以及接縫質量的穩(wěn)定化具有很大的貢獻。尤其在船舶領域，適用于如集裝箱運貨船的舷緣列板以及艙口圍板部等板厚在50mm以上的極厚板的焊接。
但是，在對于此極厚板的焊接方法中，以前的單電極單焊道的焊接方法，除了焊接速度很低之外，也易產(chǎn)生融合不良等缺陷。為了消除這些問題并提高操作效率，提出了各種雙電極電弧氣體保護的焊接方法及其裝置。
在特開平8-187598號公報中公開了一種能高質量而且高效率進行焊接的氣體保護焊的焊接方法以及裝置，對于厚壁對接立焊接頭，在厚壁的焊接板的正面比背面寬的對接立焊接頭的坡口中，沿板厚方向并列送給兩根焊絲，關于由兩焊絲產(chǎn)生電弧的熱源的范圍，正面熱源范圍比背面熱源范圍增大，并且使兩焊絲沿板厚的方向振動(oscillate)而進行焊接，這樣不會惡化被焊接板的材質。
在特開平10-118771號公報中公開了如下技術，在沿垂直鋼板上下方向延伸的坡口中、邊供給管狀焊絲邊在上方焊接的立焊氣體保護焊接裝置中，配置有對沿坡口的縱深方向并排的坡口深處與開口處進行焊接的第單電極以及第二電極、臺車、驅動第單電極以及第二電極在坡口縱深方向搖動的振動裝置以及在第單電極上產(chǎn)生正極性電弧，第二電極上產(chǎn)生反極性電弧的焊接電源，從而實現(xiàn)了快速進行且各部位焊接良好的厚板立焊氣體保護焊接，而且抑制了熔融焊渣的飛濺。
特開平11-285826號公報中公開了如下的焊接方法，在利用雙電極立焊氣體保護焊焊接厚鋼板坡口的時候，在板厚方向上配置兩個焊接電極，在滑動銅板一側電極上使用管狀焊絲，在墊材一側電極上使用實芯焊絲或者管狀焊絲，搖動兩電極進行焊接，以此為基礎，在滑動銅板一側電極上使用焊渣生成率為焊絲熔融量的2.7～5.5％的管狀焊絲，在墊材一側電極上使用焊渣生成率為焊絲熔融量的2.6％以下的實芯焊絲或者管狀焊絲，滑動銅板一側電極與墊材一側電極的焊絲極間距離為10～38mm，進一步將滑動銅板一側電極的焊絲送給速度設為墊材一側電極的焊絲送給速度的1～1.5倍，而且兩極的平均焊絲送給速度為14～20m/分，從而可以在35～90mm厚鋼板的立焊單焊道中進行具有良好焊接操作性以及良好焊接形狀的焊接。
在特開平11-197884號公報中公開的雙電極氣體保護焊接方法，作為墊材一側電極，使用焊渣生成率為熔敷金屬質量的0.5～2.6％的鋼焊絲或者管狀焊絲，在滑動銅板一側電極，使用焊渣生成率為熔敷金屬質量的2.7～5.5％的管狀焊絲，進一步規(guī)定在墊材一側電極以及滑動銅板一側的電極焊絲中的C、Si、Mn、Ti、B的組成，通過這種雙電極氣體保護焊接方法，能得到良好的焊接操作性以及良好的焊接金屬性能。
特開2002-103041號公報中公開了一種極厚鋼材的雙電極立焊氣體保護焊接方法，在極厚的被焊接板的一面上設置滑動銅墊板，在另一面設置固定式墊板，在其坡口內(nèi)沿板厚方向并排插入兩根焊接電極，然后對被焊接板進行焊接，在這個方法中，作為滑動銅墊板一側的焊接電極，使用相對于焊絲總重規(guī)定了金屬氟化物以及其他成分組成的管狀焊絲，而作為固定式墊板一側的焊接電極使用實芯焊絲，從而得到在焊接厚鋼板的時候具有良好的低溫韌性以及良好焊接操作性。
但是，在特開平8-187579號公報、特開平10-118771號公報以及特開平11-285826號公報所公開的焊接方法中，雖然使兩電極同時振動，可以在焊接長度較短的情況使用，但是對于焊接長度較長的情況，由于墊材一側振動的影響使得墊材一側焊絲的電弧不穩(wěn)定，較容易發(fā)生背面焊道不良(堆高、焊道寬度)、產(chǎn)生過多飛濺的現(xiàn)象。另外由于附著的焊渣而造成保護不良以及焊嘴的熱粘砂，不得已要中斷焊接并且重新開始，因而降低了焊接的效率。
另外對于特開平11-197884號公報中公開的焊接方法，雖然規(guī)定飛濺生成率以及成分而得到良好操作性，但它是以保持沿板厚方向一定的焊絲極間距離進行搖動為前提進行的。
進而，在特開2002-103041號公報中公開的焊接方法中，是在兩根焊絲中，在坡口開口一側使用焊絲組成限定較細的管狀焊絲，以及在墊材一側使用實芯焊絲的組合的方法，得到了良好的操作性以及低溫韌性，但是并未言及焊絲的搖動。
進一步對于上述特開平10-118771號公報中公開的雙電極氣體保護焊接裝置，由于在正面一側以及背面一側設置的兩個電極同時振動，所以必須在兩電極上安裝振動裝置，或者將兩個電極一體化后利用一個裝置進行同步振動。這樣的話對于此雙電極氣體保護焊接裝置，就會存在大型、復雜的問題。另外在將兩個電極一體化的時候，還存在不能只使用一個電極的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是在借鑒上述存在問題的基礎上產(chǎn)生的，其目的在于提供一種在厚鋼板的立焊單焊道焊接中，具有良好焊接操作性以及良好低溫韌性的雙電極氣體保護焊用管狀焊絲、雙電極氣體保護焊接方法以及雙電極氣體保護焊接裝置。
本申請第一發(fā)明中涉及的雙電極氣體保護焊接方法，是對于被焊接板的正面?zhèn)缺缺趁鎮(zhèn)葘挼纳舷卵由斓钠驴?，正面?zhèn)扰c在上方滑動的滑動銅板接觸，背面?zhèn)扰c固定墊材接觸，并且在上述坡口內(nèi)將兩根焊絲分離配置在上述正面?zhèn)扰c背面?zhèn)?，對上述坡口進行對接立焊的雙電極氣體保護焊接方法，其特征在于上述焊絲為管狀焊絲，只有正面?zhèn)群附z沿板厚的方向振動，并且使兩焊絲極性相反地進行焊接。
在發(fā)明中為了確保在背面?zhèn)群附z的電弧穩(wěn)定性，并不振動背面一側的焊絲，而是固定其在板厚方向的位置。另外為了降低飛濺的發(fā)生量，正面?zhèn)群附z以及背面?zhèn)群附z均使用管狀焊絲，進一步使雙方焊絲的極性相反，這樣可以防止發(fā)生電弧干涉，進而確保良好的電弧穩(wěn)定性。
在該雙電極氣體保護焊接方法中，優(yōu)選將上述正面?zhèn)群附z的極性設為反極性，將上述背面?zhèn)群附z的極性設為正極性。這樣可以防止兩極間發(fā)生電弧干涉，因而可以確保良好的焊接操作性。另外，上述背面?zhèn)群附z與上述被焊接板背面之間的距離優(yōu)選的是3～50mm。這樣可以防止熔砂、堆高過大、外觀不良以及融合不良等，因而可以得到良好的背面焊縫外觀以及形狀。進一步，上述的管狀焊絲，例如相對于焊絲總質量，其中含有Mn1.5～2.5質量％，SiO20.10～1.00質量％，Ni0.5～3.0質量％，Ti0.10～0.50質量％，B0.004～0.020質量％。通過使用此種管狀焊絲，即使輸入熱量多也不會降低沖擊性能，可以得到良好韌性的焊接金屬。
本申請第二發(fā)明中涉及的雙電極氣體保護焊接裝置，是對于被焊接板的正面?zhèn)缺缺趁鎮(zhèn)葘挼纳舷卵由斓钠驴?，正面?zhèn)扰c在上方滑動的滑動銅板接觸，背面?zhèn)扰c固定墊材接觸，并且在上述坡口內(nèi)將第一以及第二兩根焊絲分離配置在上述正面?zhèn)扰c背面?zhèn)?，對上述坡口進行對接立焊的雙電極氣體保護焊接裝置，其特征在于包含有如下部件，將上述第一焊絲送到上述坡口中、同時沿上述坡口移動的焊接臺車；將可自由裝卸安裝在上述焊接臺車上的上述第二焊絲向比上述坡口內(nèi)的上述第一焊絲向靠上述墊材一側位置送給的送給部件；將設置在上述焊接臺車上的上述第一焊絲沿上述被焊接板的板厚方向振動的振動裝置；可在上述第一以及第二焊絲上施加極性相反電壓的電源。
在本發(fā)明中，由于背面?zhèn)群附z并不振動，只有正面?zhèn)群附z振動，因此對于背面?zhèn)群附z并不需要振動裝置。另外，對于只利用正面?zhèn)群附z進行焊接的時候，可以將背面?zhèn)群附z卸下。從而可以簡化裝置以及減輕重量。
在該雙電極氣體保護焊接裝置中，在上述焊接臺車上設置插入部，在上述送給部件上設置可嵌入上述插入部的安裝部，以將上述安裝部嵌入到上述插入部中的狀態(tài)，通過螺絲將上述安裝部固定在上述插入部上，從而將上述送給部件固定在上述焊接臺車上。另外，在上述焊接臺車上設置有U字形的安裝部，在上述送給部件上設置可插入上述安裝部中的插入部，并以將該插入部嵌入到上述安裝部中的狀態(tài)，通過螺絲將上述插入部固定在上述安裝部上，從而將上述送給部件固定在上述焊接臺車上。
本申請第三發(fā)明中涉及的雙電極氣體保護焊接用管狀焊絲，是使用于雙電極氣體保護焊接中的雙電極氣體保護焊接用管狀焊絲，所述雙電極氣體保護焊接，是對于被焊接板的正面?zhèn)缺缺趁鎮(zhèn)葘挼纳舷卵由斓钠驴冢鎮(zhèn)扰c相對于上述被焊接板在上方滑動的滑動銅板接觸，背面?zhèn)扰c固定在上述被焊接板上的墊材接觸，并且在上述坡口內(nèi)將兩根焊絲分離配置在上述正面?zhèn)扰c背面?zhèn)?，對上述坡口進行對接立焊，其特征在于以焊絲總質量為基準，其中含有Mn1.5～2.5質量％，SiO20.10～1.00質量％，Ni0.5～3.0質量％，Ti0.10～0.50質量％，B0.004～0.020質量％。
在本發(fā)明中，通過將Mn、Ni、Ti以及B的含量設定在上述的范圍之內(nèi)，即使在由于板厚以及間隙的增加而引起輸入熱量增加的情況下，也能防止焊接金屬沖擊性能的下降。由此，在如雙電極氣體保護焊接的熱輸入型焊接中，可得到具有良好韌性的焊接金屬。另外，通過將SiO2的含量設定在0.10～1.00質量％可以穩(wěn)定電弧，能夠確保良好的焊接操作性。
根據(jù)本發(fā)明，正面?zhèn)群附z以及背面?zhèn)群附z均使用管狀焊絲，而背面?zhèn)鹊暮附z并不振動，只有正面?zhèn)鹊暮附z在沿板厚的方向上振動，并利用兩焊絲的極性相反進行焊接，以此，可在厚鋼板的立焊單焊道的焊接中得到良好的焊接操作性以及良好低溫韌性。


圖1是本發(fā)明實施方式的雙電極氣體保護焊接裝置的側視圖。
圖2(a)是送給正面?zhèn)群附z的焊接臺車的俯視圖，(b)是送給背面?zhèn)群附z的送給部的俯視圖。
圖3是焊絲供給部的側視圖。
圖4(a)是表示在焊接臺車上安裝送給部件方法的分解側視圖，(b)為(a)中沿A-A線的分解截面圖。
圖5是本發(fā)明實施方式的雙電極氣體保護焊接方法的俯視圖。
圖6是本發(fā)明實施方式的雙電極氣體保護焊接方法的側截面圖。
圖7(a)是被焊接板的板厚為80mm時的焊接方法的俯視圖，(b)是被焊接板的板厚為35mm時的焊接方法的俯視圖。
圖8是被焊接板的板厚為80mm時的焊接方法的側截面圖。
具體實施例方式
下面對本發(fā)明實施方式所涉及的雙電極氣體保護焊接裝置，參照附圖進行具體的說明。圖1所示的是實施例的雙電極氣體保護焊接裝置的側視圖，圖2(a)所示的是向正面一側送給焊絲的焊接臺車的俯視圖，圖2(b)所示的是向背面一側送給焊絲的送給部件的俯視圖。另外，圖3所示的是焊絲的供給部的側視圖。如圖1中所示，在本實施例雙電極氣體保護焊接裝置中，設置有在向坡口內(nèi)送給正面?zhèn)群附z4、同時沿著坡口移動的焊接臺車26，和向比坡口內(nèi)正面?zhèn)群附z4靠里的墊材側的位置送給背面?zhèn)群附z5的送給部件29。該送給部件29，可自由裝卸地被安裝在焊接臺車26上。另外，在本實施方式的雙電極氣體保護焊接裝置中，在正面?zhèn)群附z4以及背面?zhèn)群附z5上設置有可以施加極性相反的電壓的電源。進一步，如圖3所示，正面?zhèn)群附z4以及背面?zhèn)群附z5各自插入到管狀焊炬16以及焊炬17中，并通過其內(nèi)部從前端向坡口內(nèi)供給。
如圖2(a)所示，在焊接臺車26上設有支撐臂21，支撐將正面?zhèn)群附z4導入到坡口內(nèi)的焊炬16。在該支撐臂21上安裝有夾鉗23，利用夾鉗23夾持焊炬16，從而可以保持焊炬16的位置。另外，支撐臂21可以在其位置前后左右移動，這樣可以對焊炬16的位置、即正面?zhèn)群附z4的供給位置進行調整。進一步，焊接臺車26上安裝有振動裝置25，利用該振動裝置25可以使得正面?zhèn)群附z4在被焊接板的板厚方向上振動。進一步，在焊接臺車26的左右各設兩個上下兩段共計8個車輪27。并且，該車輪27與沿著被焊接板上的坡口設置的導軌28轉動連接，利用馬達等使車輪27回轉，這樣焊接臺車26就可以沿著坡口移動。
另外如圖2(b)所示，在送給部件29上設置有支撐臂22，支撐可以將背面?zhèn)群附z5導入到坡口內(nèi)的焊炬17。在該支撐臂22上也設置有夾鉗24，利用該夾鉗24夾持焊炬17，從而可以保持焊炬17的位置。另外，支撐臂22，如上述的支撐臂21一樣，可以在其位置上前后左右移動，這樣可以對焊炬17的位置、即正面?zhèn)群附z5的供給位置進行調整。
進一步，送給部件29可自由裝卸地被安裝在焊接臺車26上。圖4(a)所示的是向焊接臺車上安裝送給部件的方法的分解側視圖，圖4(b)所示的是沿圖4(a)中A-A線截面的分解圖。該安裝方法，如圖4(a)以及(b)所示的那樣，在送給部件29上設置有U字形的安裝部30，在焊接臺車26上設置有可嵌合在安裝部30上的插入部31。而且，在安裝部30與插入部31嵌合的狀態(tài)、即在安裝部30中夾持插入部31的狀態(tài)下，利用螺絲將安裝部30固定在插入部31上。這樣通過在送給部件29上設置安裝部30，可使用以前的單電極用的焊接臺車作為雙電極氣體保護焊接裝置的焊接臺車30。在本實施方式的雙電極氣體保護焊接裝置中，在送給部件29上沒有安裝振動裝置。
如上所述，本實施方式的雙電極氣體保護焊接裝置，是一種只在正面?zhèn)群附z4上組裝有振動裝置25、而背面?zhèn)群附z5只通過夾鉗24保持而沒有安裝振動裝置的簡單裝置。因此，能夠使裝置整體簡化而且輕量化。另外，本實施方式的雙電極氣體保護焊接裝置，由于背面?zhèn)群附z5比較容易裝卸，因此在必須使用兩電極焊接的時候，可以追加背面?zhèn)群附z5。這樣在本實施方式的雙電極氣體保護焊接裝置中，在焊接下方時，可以只使用正面?zhèn)群附z4的單電極焊接，而當必須使用兩電極焊接的時候，可以追加背面?zhèn)群附z5，因此，也比較適用于例如像近來大型化的、板厚達到80～100mm的集裝箱運貨船的舷緣列板等部位那樣、在沿板厚上方進行焊接形成厚板的情況。
下面，對本實施方式雙電極氣體保護焊接裝置的操作、即雙電極氣體保護焊接的焊接方法進行說明。圖5所示的是本實施方式的雙電極氣體保護焊接方法的俯視圖，圖6所示的是其側截面圖。如圖5以及圖6所示，首先，在由一對厚鋼板組成的被焊接板1上具有沿垂直方向延伸的坡口11，將其與水平方向對向設置，用焊接金屬10填埋該坡口11，形成對接立焊接頭。該坡口11，例如呈V字形，正面?zhèn)鹊拈_口寬度比背面?zhèn)鹊拈_口寬度要寬。
接著，在坡口11的背面?zhèn)?被焊接板的背面?zhèn)?上，固定設置墊材3。在本實施方式的雙電極氣體保護焊接的焊接方法中，在焊接操作中，該墊材3不移動。另一方面，在坡口11的正面一側(被焊接板的正面?zhèn)?上設置有可以向上方移動的滑動銅板2。在滑動銅板2的上部設置有為了防止大氣侵入到該滑動銅板2上的焊接部分中而噴出保護氣體(例如二氧化碳)進行保護的氣體噴出口8。另外，在滑動銅板2上，內(nèi)設有冷卻滑動銅板2的冷卻水通路6。在滑動銅板2的下部設置有向該冷卻水通路6中供給冷卻水的供給口7。
接著，將背面?zhèn)群附z5設置在離開被焊接板背面的3～50mm的位置。另外，在本實施方式的雙電極氣體保護焊接方法中，背面?zhèn)群附z5并不振動。即，并不沿著板厚的方向移動。另一方面，正面?zhèn)群附z4在沿被焊接板的板厚方向上的適當幅度內(nèi)振動。
而且，這些正面?zhèn)群附z4以及背面?zhèn)群附z5與滑動銅板2設置在適當?shù)暮附优_上，通過將該焊接臺在與被焊接板1平面平行的上方移動，可以使正面?zhèn)群附z4以及背面?zhèn)群附z5與滑動銅板2一起以相同的速度在上方移動，實施對接立焊。
另外，在本實施方式的雙電極氣體保護焊接方法中，正面?zhèn)群附z4以及背面?zhèn)群附z5均使用管狀焊絲，而且使正面?zhèn)群附z4以及背面?zhèn)群附z5之間的極性相反進行焊接，由此可以得到良好的焊接操作性。
本發(fā)明人們試驗的研究結果表明，在以前的雙電極氣體保護焊接方法中，兩電極同時振動，可以使用在焊接長較短的場合，但是在焊接長較長以及由于間隙變動等坡口偏差大的焊接施工中，由于背面?zhèn)群附z的振動的影響，使得背面?zhèn)群附z的電弧不穩(wěn)定，較容易發(fā)生背面焊縫不良(堆高，焊道寬度)、飛濺生成量過多的現(xiàn)象。由于付著的焊渣造成的保護不良以及噴嘴的熱粘砂，不得已要中斷焊接以及重新開始，從而降低了焊接的效率。
因此，在本實施方式中，并不振動背面?zhèn)群附z5，通過只振動正面?zhèn)群附z4，可提高電弧的穩(wěn)定性，降低飛濺的生成量。因此，是一種即使在坡口長度上的偏差較大的焊接施工中也可以確保良好焊接操作性的焊接方法。在本實施方式的雙電極氣體保護焊接方法中的推薦焊接條件如表1所示，相應每種板厚的推薦條件例如表2所示。另外，相應每種板厚的振動條件例如表3所示。進一步，圖7(a)所示的是被焊接板厚為80mm時的焊接方法的俯視圖。圖7(b)所示的是被焊接板厚為35mm時的焊接方法的俯視圖。另外，圖8所示的是被焊接板厚為80mm時焊接方法的側截面圖。如圖7(a)以及圖8所示，對被焊接板厚為80mm的時候，可以在下面的條件下進行焊接，例如坡口角度本發(fā)明實施方式α為20°，背面?zhèn)绕驴趯挾葹?0mm，振幅A為15mm，正面?zhèn)群附z4與背面?zhèn)群附z5之間的極間距離L為25mm，背面?zhèn)群附z的目標位置m為35mm。另外，當被焊接板1的板厚為80mm時，如圖7(b)所示，例如，除了將極間距離L設定為10mm之外，與上述被焊接的板厚為80mm時相同的方法進行焊接。另外，對于振動速度優(yōu)選的是1.5～7.5cm/秒。
表1表2表3另外，對于正面?zhèn)群附z以及背面?zhèn)群附z極性的組合，通過使其一方為正極、另一方為反極的方法，可以防止兩極間的電弧干涉，確保良好的焊接操作性。另外，優(yōu)選將正面?zhèn)群附z設為反極、背面?zhèn)群附z設為正極，以此使背面?zhèn)群附z的電弧范圍增大，使電弧可以充分的到達背面，從而背面可以形成良好的焊縫。
進一步，根據(jù)本發(fā)明人的研究結果，背面?zhèn)群附z在板厚方向的位置(離開背面的距離)對于背面焊縫的外觀，形狀具有較大的影響。當背面?zhèn)群附z在板厚方向位置為離開背面3mm以上50mm以下時，可以得到具有良好外觀、形狀的背面焊縫，而當其離開背面不足3mm時，會產(chǎn)生較多的熔渣以及較大的堆高，當其離開背面超過50mm時，會產(chǎn)生堆高不足等不良的外觀和不良的融合等。因此，為了得到良好的背面焊縫外觀、形狀，對于背面?zhèn)群附z在板厚方向的位置，必須在離開背面3mm～50mm之間。另外假設焊接對象的板厚為80mm。
進一步，以前的雙電極氣體保護焊接方法，使用的焊絲是實芯焊絲與管狀焊絲的組合，但在使用實芯焊絲的時候，電弧不穩(wěn)定，而且會增加飛濺的生成量。因此在焊炬或者滑動銅板的周圍會付著焊渣，引起噴嘴的熱粘砂以及保護不良等，造成焊接的中斷。在本發(fā)明中正面?zhèn)纫约氨趁鎮(zhèn)群附z均使用電弧穩(wěn)定性良好的管狀焊絲，這樣可以降低飛濺的發(fā)生量，從而得到良好的焊接操作性以及完整的焊縫質量。
接著，對本實施方式的雙電極氣體保護焊接方法中使用的管狀焊絲進行詳細的說明。本實施方式的雙電極氣體保護焊接用管狀焊絲，以焊絲總質量為基準，其中含有Mn1.5～2.5質量％，SiO20.10～1.00質量％，Ni0.5～3.0質量％，Ti0.10～0.50質量％，以及B0.004～0.020質量％。
以下，對本實施方式中所用的雙電極氣體保護焊接用管狀焊絲中對各成分的數(shù)值限定理由進行說明。
Mn1.5～2.5質量％Mn作為脫氧劑使用，對焊接金屬的韌性具有很大的影響。在Mn含量不到1.5質量％的時候，焊接金屬的韌性不足。另一方面，在Mn含量超過2.5質量％的時候，焊接金屬的強度過高會使韌性惡化。因而將Mn的含量設定在1.5～2.5質量％，進一步優(yōu)選的是在1.6～2.3質量％，這樣可以提高韌性。
SiO20.01～1.00質量％一般對于氣體保護焊接用管狀焊絲中焊渣的生成成分，使用的是CaF2，在本發(fā)明的管狀焊絲中也使用CaF2。此時SiO2是必要的成分，起到焊渣造渣劑的作用。但是，當SiO2的含量不到0.10質量％的時候，焊渣量過小，正面焊縫外觀不好。另一方面，SiO2的含量超過1.00質量％的時候，在熔池上焊渣過剩會造成電弧被埋沒的狀態(tài)。其結果造成電弧不穩(wěn)定，增加飛濺。因而，SiO2的含量優(yōu)選在0.10～1.00質量％范圍之內(nèi)。
在上述特開平11-197884號公報中公開的管狀焊絲中，熔融金屬中焊渣的含量推薦在2.7質量％以上，但是當熔融金屬中焊渣的含量在2.7質量％以上時，熔池中焊渣量過剩，會造成電弧被埋沒，存在電弧不穩(wěn)定的問題。因此，相對于熔融金屬焊渣的含量，優(yōu)選的是不足2.7質量％。這樣，電弧具有良好的穩(wěn)定性。另外，更為優(yōu)選的是相對于熔融金屬量，焊渣的比例在0.5～2.5質量％之間。這樣可以得到更好的電弧穩(wěn)定性以及焊縫外觀。
Ni0.5～3.0質量％Ni對提高焊接金屬的韌性有效。但是當Ni的含量不足0.5質量％的時候其效果很小，當Ni的含量超過3.0質量％的時候，焊接金屬的強度過高，使其韌性惡化。進一步Ni含量優(yōu)選的是0.9～2.7質量％。這樣可以提高其韌性。
Ti0.10～0.50質量％Ti與上述的Ni一樣，可以改善焊接金屬的韌性。但是，當Ti的含量不足0.10質量％的時候效果很小，另外焊渣的剝離性也很差。另一方面，當Ti的含量超過0.50質量％的時候，焊接金屬的強度過高，使其韌性惡化。進一步優(yōu)選的是Ti的含量在0.15～0.30質量％。這樣可以提高其韌性。
B0.004～0.020質量％B與上述的Ni以及Ti一樣，具有改善焊接金屬韌性的效果。但是B的含量在不足0.004質量％的時候其效果很小。另一方面，當B的含量超過0.020質量％的時候，焊接金屬的強度過高，不但會惡化韌性，而且高溫下斷裂的危險性較高。進一步對于B的含量優(yōu)選是0.004～0.020質量％。這樣可以提高其韌性。
另外，在本實施方式的雙電極氣體保護焊接用管狀焊絲中，對平衡Mn、Ni、Ti以及B的含量很重要。通過將這些成分限定在上述的范圍之內(nèi)，可在利用雙電極氣體保護焊接方法對厚鋼板立焊單焊道焊接時，得到良好的焊接操作性以及良好的低溫韌性。
進一步，在本實施方式的雙電極氣體保護焊接方法中，背面?zhèn)群附z以及正面?zhèn)群附z可以使用同一種組成的焊絲，但也可以改變背面?zhèn)群附z以及正面?zhèn)鹊暮附z的組成。另外，本實施方式的雙電極氣體保護焊接的方法中，在背面?zhèn)群附z并不振動的條件下進行焊接，以此可以防止在焊接長度較短時不再成為問題的背面?zhèn)群附z電弧的不穩(wěn)定而引起的多發(fā)飛濺，但通過適當設定背面?zhèn)群附z的組成，可以進一步提高該效果。在焊絲的成分中，特別地SiO2與飛濺產(chǎn)生量的關連較大，在背面?zhèn)群附z中，SiO2的含量高時較好。具體的，對于背面?zhèn)群附z中SiO2的含量優(yōu)選的是在0.3～1.0質量％。另外，此時正面?zhèn)群附z中SiO2的含量優(yōu)選的是在0.1～0.5質量％。在焊絲中SiO2的含量超過上述的范圍時，熔池上的焊渣過剩，造成電弧被埋沒，會使得電弧不穩(wěn)定以及增加飛濺。另外，由于背面?zhèn)群附z在坡口的深處，在去除付著的飛濺時要比正面?zhèn)入y，因此希望可以特別抑制背面?zhèn)群附z產(chǎn)生飛濺。
(實施例1)以下，將本發(fā)明的實施例與本發(fā)明范圍之外的比較例進行比較并說明。下記表4所示的是實施例以及比較例中所用焊絲的種類、極性以及振動條件。另外，下記表5所示的是各實施例以及比較例的焊接操作性。其中表4中FCW為管狀焊絲(Flux Cored Wire)，表5中的○表示與實施例1～8具有同樣的性能，◎表示比實施例1～8要好，△表示比實施例1～8要稍差，×表示差。另外，對于試驗條件，被焊接板1的形狀為厚80mm，寬500mm，長3000mm，坡口角度為20°，坡口形狀為V字形，在焊接開始一側坡口間隙為4mm，焊接結束一側為8mm。即，考慮到實際焊接件間隙的變動，設置焊接開始側下端坡口間隙為4mm，焊接結束側的上端坡口間隙為8mm的錐形焊縫。
表4表5比較例1-1到1-4所示的是隨著正面?zhèn)群附z、背面?zhèn)群附z種類的不同對焊接操作性的影響。對于實芯焊絲與實芯焊絲組合使用的時候(比較例1-1)，由于電弧不穩(wěn)定，會產(chǎn)生大量的飛濺，因而會引起保護不良以及噴嘴付著熱粘砂，不能繼續(xù)焊接。另外，對于實芯焊絲與管狀焊絲組合使用的時候(比較例1-2，1-3)，實芯焊絲的電弧穩(wěn)定性下降，飛濺產(chǎn)生量增多。特別地，在正面?zhèn)群附z使用管狀焊絲，背面?zhèn)群附z使用實芯焊絲的時候(比較例1-2)，隨著板厚的增大，要除去背面?zhèn)群妇嫔细吨娘w濺顯然很難，容易引起噴嘴粘付熱粘砂。
與之相對，在使用管狀焊絲與管狀焊絲組合使用的時候(比較例1-4)，電弧穩(wěn)定性很好，可以確保良好的焊縫外觀以及焊縫形狀。另外，由于飛濺的發(fā)生量較小，所以粘付在焊炬以及滑動銅板的氣體噴出口上的飛濺量較少，可以穩(wěn)定地進行焊接。
接著，在比較例1-4到1-7中，示出了正面?zhèn)群附z，背面?zhèn)群附z極性的影響。對于兩極極性相同的時候(比較例1-4、1-7)，兩極間會發(fā)生電弧干涉，結果會破壞電弧穩(wěn)定性。另一方面，對于兩極極性相反的情形(比較例1-5、1-6)，兩極間不會發(fā)生電弧干涉，可以確保良好的電弧穩(wěn)定性。特別地，在正面?zhèn)群附z為反極，背面?zhèn)群附z為正極時(比較例1-6)，背面?zhèn)群附z的電弧范圍較寬，其熔透度較廣，因此可以很好的達到背面，以形成良好的背面焊縫。
接著比較例1-6到1-13所示的是由正面?zhèn)群附z以及背面?zhèn)群附z的振動對焊接操作性的影響。在正面?zhèn)群附z以及背面?zhèn)群附z均振動的時候(比較例1-6、比較例1-7，比較例1-14，比較例1-15)，由于振動使得電弧穩(wěn)定性下降，飛濺的生成量增加。此方法可以在焊接長度較短的場合使用，但是在焊接長度較長、出現(xiàn)間隙變動等坡口偏差較大的焊接施工時，由于背面?zhèn)群附z振動的影響，使背面?zhèn)群附z的電弧不穩(wěn)定，容易造成背面焊縫不良(堆高，焊縫寬)、飛濺過多等現(xiàn)象。由于粘付的飛濺造成保護不良以及噴嘴的熱粘砂，所以不得已要中斷焊接以及重新開始，從而降低了焊接的效率。
相對地在本發(fā)明的實施例1-8以及實施例1-9中，只振動正面?zhèn)群附z，固定背面?zhèn)群附z，即使對間隙變動等坡口形狀的偏差較大的焊接施工，也可以確保良好的電弧穩(wěn)定性。
另外，對于固定正面?zhèn)群附z，振動或者固定背面?zhèn)群附z的情形(比較例1-10到1-13)，正面?zhèn)鹊貌坏胶芎玫娜弁福瑫a(chǎn)生融合不良等焊接缺陷。因此對于振動，采取只振動正面?zhèn)群附z、固定背面?zhèn)群附z的方法，在施工中可以得到良好的焊接操作性。
在下記表6中所示的是正面?zhèn)群附z的固定位置對背面焊縫外觀、形狀所產(chǎn)生的影響。在實施例2-3到2-10中，由于背面?zhèn)群附z的固定位置在離開背面3mm以上50mm以下的范圍之內(nèi)，可以得到良好的背面焊縫外觀以及背面焊縫形狀，對于離開背面不足3mm的情形(比較例2-1以及2-2)，熔渣以及堆高過大，在離開背面超過50mm的時候(比較例2-11以及2-12)，可以看出有坡口背面?zhèn)鹊娜廴诓缓?、堆高不足等不良外觀以及融合不良等現(xiàn)象。因此，為了得到良好的背面焊縫外觀、形狀，對于背面?zhèn)群附z的固定位置必須在離開背面3～50mm的范圍之內(nèi)。
表6(實施例2)接著，對本發(fā)明的實施例2進行說明。在實施例2中，首先制作如下記表7所示組成的管狀焊絲。進一步，在如表4所示的焊絲成分中，殘部為Fe，Si以及C等。另外比較例No.3-21，所用的是以前的管狀焊絲。
表7接著，使用實施例以及比較例的各種焊絲，利用雙電極氣體保護焊接方法對厚80mm，寬500mm，長1500mm的被焊接板進行立焊單焊道的焊接，并評價焊接操作性以及焊接金屬的沖擊性能。此時的焊接條件為，坡口形狀為V字形，坡口焊縫為8mm，輸入熱量全部約為600KJ/cm。另外，沖擊試驗，根據(jù)JISZ3128規(guī)定的焊接接頭的沖擊試驗方法進行，測定其在-20℃下的沖擊值vE，其值為41J時為○，不足41J時為×。進一步，對于焊接操作性的評價，以實施例No.3-11的管狀焊絲為基準，比No.3-11好的表示為◎，相同的表示為○，稍差一些的表示為△，差的表示為×。以上結果如下記表8所示。
表8如上記表8中所示，對于Mn的含量不足1.5質量％的比較例3-2的焊絲，Ni含量不足0.5質量％的比較例3-3的焊絲，Ti的含量不足0.1質量％的比較例3-5的焊絲以及B的含量不足0.004重量％的比較例3-7的焊絲，由于其淬透性不足而使其沖擊值下降，特別對于比較例3-3的焊絲，其正面焊縫外觀不良。另外，對于Mn的含量超過2.5質量％的比較例3-1的焊絲，Ni的含量超過3.0質量％的比較例3-4的焊絲以及Ti的含量超過0.50質量％的比較例3-6的焊絲，由于焊接金屬的強度過高，使其沖擊性能下降。進一步，對于B含量超過0.020質量％的比較例3-8的焊絲，由于B的含量過高，其耐高溫破裂性較差，在高溫下會發(fā)生破裂。進一步具有含SiO2不足0.10質量％的比較例3-9的焊絲，由于焊渣量過少而使其正面焊縫外觀不良。另外對于SiO2的含量超過0.25質量％的比較例3-10的焊絲，熔池上的焊渣過多，造成電弧被埋沒的狀態(tài)。其結果是電弧不穩(wěn)定，增加飛濺的生成量。進一步對于已有產(chǎn)品的比較例3-21，Mn的含量，Ni含量，Ti含量以及B的含量均在本發(fā)明的范圍之外，所以其沖擊值較低，而且對于焊接操作性，由于Ti不足0.10質量％，因而焊渣的剝離性較差。
另一方面，對于在本發(fā)明范圍內(nèi)的實施例3-11到3-20以及實施例3-22到3-24的焊絲，具有良好的沖擊性能以及焊接操作性。
表1


表2


表3


表4


表5


表6


表7


表8


權利要求
1.一種雙電極氣體保護焊接方法，對于被焊接板的正面?zhèn)缺缺趁鎮(zhèn)葘挼纳舷卵由斓钠驴冢鎮(zhèn)扰c在上方滑動的滑動銅板接觸，背面?zhèn)扰c固定墊材接觸，并且在所述坡口內(nèi)將兩根焊絲分離配置在所述正面?zhèn)扰c背面?zhèn)?，對所述坡口進行對接立焊，其特征在于所述焊絲為管狀焊絲，只有正面?zhèn)群附z沿板厚的方向振動，使兩焊絲極性相反地進行焊接。
2.如權利要求1所述的雙電極氣體保護焊接方法，其特征在于所述正面?zhèn)群附z的極性為反極性，所述背面?zhèn)群附z的極性為正極性。
3.如權利要求1所述的雙電極氣體保護焊接方法，其特征在于所述背面?zhèn)群附z與所述被焊接板背面的距離為3～50mm。
4.如權利要求1所述的雙電極氣體保護焊接方法，其特征在于所述的管狀焊絲，以焊絲總質量為基準，其中含有Mn1.5～2.5質量％，SiO20.10～1.00質量％，Ni0.5～3.0質量％，Ti0.10～0.50質量％，B0.004～0.020質量％。
5.一種雙電極氣體保護焊接裝置，對于被焊接板的正面?zhèn)缺缺趁鎮(zhèn)葘挼纳舷卵由斓钠驴冢鎮(zhèn)扰c在上方滑動的滑動銅板接觸，背面?zhèn)扰c固定墊材接觸，并且在所述坡口內(nèi)將第一以及第二兩根焊絲分離配置在所述正面?zhèn)扰c背面?zhèn)?，對所述坡口進行對接立焊，其特征在于包含有如下部件，將所述第一焊絲送到所述坡口中、同時沿所述坡口移動的焊接臺車；將可自由裝卸安裝在所述焊接臺車上的所述第二焊絲向比所述坡口內(nèi)的所述第一焊絲向靠所述墊材一側位置送給的送給部件；將設置在所述焊接臺車上的所述第一焊絲沿所述被焊接板的板厚方向振動的振動裝置；可在所述第一以及第二焊絲上施加極性相反電壓的電源。
6.如權利要求5所述的雙電極氣體保護焊接裝置，其特征在于在所述焊接臺車上設置插入部，在所述送給部件上設置可嵌入所述插入部的安裝部，以將該安裝部嵌入到所述插入部中的狀態(tài)，通過螺絲將所述安裝部固定在所述插入部上，從而將所述送給部件固定在所述焊接臺車上。
7.如權利要求5中所述的雙電極氣體保護焊接裝置，其特征在于在所述焊接臺車上設置有U字形的安裝部，在所述送給部件上設置可插入所述安裝部的插入部，以將該插入部嵌入到所述安裝部中的狀態(tài)，通過螺絲將所述插入部固定在所述安裝部上，從而將所述送給部件固定在所述焊接臺車上。
8.一種雙電極氣體保護焊接用管狀焊絲，是使用于雙電極氣體保護焊接中的雙電極氣體保護焊接用管狀焊絲，所述雙電極氣體保護焊接，是對于被焊接板的正面?zhèn)缺缺趁鎮(zhèn)葘挼纳舷卵由斓钠驴?，正面?zhèn)扰c相對于所述被焊接板在上方滑動的滑動銅板接觸，背面?zhèn)扰c固定在所述被焊接板上的墊材接觸，并且在所述坡口內(nèi)將兩根焊絲分離配置在所述正面?zhèn)扰c背面?zhèn)?，對所述坡口進行對接立焊，其特征在于以焊絲總質量為基準，其中含有Mn1.5～2.5質量％，SiO20.10～1.00質量％，Ni0.5～3.0質量％，Ti0.10～0.50質量％，B0.004～0.020質量％。
全文摘要
一種雙電極氣體保護焊用管狀焊絲、雙電極氣體保護焊接方法以及雙電極氣體保護焊接裝置，在極厚的被焊接板的正面?zhèn)冉佑|有滑動銅板，在背面?zhèn)冉佑|有固定式墊材，在正面?zhèn)缺缺趁鎮(zhèn)葘挼钠驴趦?nèi)、沿板厚方向分離配置兩根焊絲，利用雙電極氣體保護焊將被焊接板焊接。這時，只有正面?zhèn)群附z振動，而背面?zhèn)群附z不振動。另外，這兩根焊絲均使用管狀焊絲，這種管狀焊絲，以焊絲總質量為基準，含有1.5～2.5質量％的Mn，0.10～1.00質量％的SiO
文檔編號B23K35/30GK1498712SQ200310102939
公開日2004年5月26日 申請日期2003年10月31日 優(yōu)先權日2002年10月31日
發(fā)明者日高武史, 橋本哲哉, 長谷薰, 笹倉秀司, 中尾哲也, 也, 司, 哉 申請人:株式會社神戶制鋼所