JPH09201677A - アルミニウム薄板ｔ型継手のすみ肉ミグアーク溶接方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 アルミまたはアルミ合金からなる板厚２ｍｍ
以下の薄板で構成されるＴ型継手をミグアークによる脚
長３ｍｍ以下のすみ肉溶接で接合するに際し、溶込みの
安定したすみ肉ビードを形成できること。 【解決手段】 ワイヤ径１．２ｍｍ以下の溶接ワイヤを
用い、溶接速度を１８０〜３５０ｃｍ／ｍｉｎにてすみ
肉溶接を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、アルミニウムま
たはアルミニウム合金からなる薄板（以下、アルミニウ
ム薄板という）で板厚２ｍｍ以下のもので構成されるＴ
型継手を、ミグアークによる脚長３ｍｍ以下のすみ肉溶
接で接合するアーク溶接方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】車両、船舶等の輸送機分野においては、
高速化、軽量化の要請に応えるため、車体や船体として
アルミニウム製の溶接構造物の採用が進展しており、最
近では部位によっては板厚２ｍｍ以下のアルミニウム薄
板が使用されるようになっている。

【０００３】これらのアルミニウム製溶接構造物のアー
ク溶接法としては、溶接部に対する要求特性や作業能率
等の点から、アルゴンガスなどの不活性ガスを主体とし
たシールドガスと定速度送給される溶接ワイヤとを用い
るミグ溶接（Metal Inert Gas Welding ）が多用されて
いる。溶接される継手の構造は、主に、二枚の板材を突
き合わせて構成する突合せ継手と、図３に示すように、
下板Ｍ１の上に立板Ｍ２を立設して構成したＴ型継手と
があり、アルミニウムによる軽量化の進展が著しい漁船
などでは、ミグアークによるすみ肉溶接で接合するＴ型
継手の占める割合が多い。

【０００４】板厚２ｍｍ以下（２．０ｍｍ，１．５ｍｍ
など）のアルミニウム薄板で構成されるＴ型継手のすみ
肉ミグアーク溶接を行う場合、すみ肉ビードの脚長は、
大き過ぎると過大溶接入熱による溶接母材の強度低下や
溶接変形の発生を招くことになるので、板厚と同等程度
であって最大でも３ｍｍを超えないことが良く、従来、
溶接法としては、ワイヤ径１．２ｍｍ、もしくは１．０
ｍｍの溶接ワイヤとアルゴンガスをシールドガスとして
用い、直流の逆極性（溶接ワイヤ：陽極、溶接母材：陰
極）において、溶接ワイヤをスプレー移行させる臨界電
流値以上のパルス電流とアークを維持するだけの小さい
ベース電流とを交互に繰り返して溶接を行う直流パルス
ミグアーク溶接が用いられている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし前記従来のすみ
肉ミグアーク溶接方法では、平均溶接電流が溶接ワイヤ
の臨界電流値以下の範囲においても溶滴のスプレー移行
化ができるようにした逆極性の直流パルスミグアーク溶
接であっても、板厚が薄く２ｍｍ以下となると、溶接入
熱が過大となって、図５に示すように、過大溶込みＢ
や、溶接ビード裏面の膨れＣなどの溶接変形の原因とな
る欠陥がしばしば発生し、溶接条件によってはアークの
板貫通によるビードの溶け落ちが発生した。そして、こ
のような過大溶込みを回避するために溶接電流を下げる
と逆に溶込み不足となり、溶込みの安定したすみ肉ビー
ドを得ることが難しかった。

【０００６】また、アルミニウム製の溶接ワイヤは鋼製
の溶接ワイヤに比べて軟らかであり、ワイヤの巻き癖や
送給抵抗の影響を受けて溶接中にＴ型継手の開先コーナ
ー部Ａ（図２参照）に対するワイヤ狙い位置のずれが発
生し易く、図４に示すように、不等脚長で、下板Ｍ１と
立板Ｍ２とで溶込みが不均一な偏肉ビードとなる場合が
しばしばあった。

【０００７】そこでこの発明は、板厚２ｍｍ以下のアル
ミニウム薄板で構成されるＴ型継手をミグアークによる
脚長３ｍｍ以下のすみ肉溶接で接合するに際し、溶込み
の安定したすみ肉ビードを形成でき、また、過大入熱に
起因する過大溶込みやアークの板貫通によるビードの溶
け落ちを防止でき、さらに、偏肉のない等脚長のすみ肉
ビードを形成できる、アルミニウム薄板Ｔ型継手のすみ
肉ミグアーク溶接方法を提供することを課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記の課題を解決するた
めの請求項１記載の発明は、アルミニウムまたはアルミ
ニウム合金からなる板厚２ｍｍ以下の薄板で構成される
Ｔ型継手をミグアークによる脚長３ｍｍ以下のすみ肉溶
接で接合するに際し、ワイヤ径１．２ｍｍ以下の溶接ワ
イヤを用い、溶接速度を１８０〜３５０ｃｍ／ｍｉｎに
てすみ肉溶接を行うことを特徴とするアルミニウム薄板
Ｔ型継手のすみ肉ミグアーク溶接方法である。

【０００９】請求項２記載の発明は、前記請求項１のア
ルミニウム薄板Ｔ型継手のすみ肉ミグアーク溶接方法に
おいて、交流１周期における正極性期間の時間比率を１
０〜５０％の範囲で設定し、交流パルスミグアークによ
るすみ肉溶接を行うことを特徴とするものである。ま
た、請求項３記載の発明は、前記請求項１又は請求項２
のアルミニウム薄板Ｔ型継手のすみ肉ミグアーク溶接方
法において、溶接母材と通電チップ間距離を７〜１２ｍ
ｍの範囲に設定し、すみ肉溶接を行うことを特徴とする
ものである。

【００１０】

【発明の実施の形態】この発明による溶接方法では、
１．２ｍｍ，１．０ｍｍなどのワイヤ径１．２ｍｍ以下
の溶接ワイヤを用い、溶接速度を１８０〜３５０ｃｍ／
ｍｉｎにてすみ肉溶接を行う必要がある。溶接ワイヤ径
については、１．４ｍｍ，１．６ｍｍなど１．２ｍｍを
超えると、低溶接電流値でのアーク安定性が劣る。ま
た、脚長３ｍｍ以下の小脚長を得るには開先コーナー部
にアークを集中させる必要があり、ワイヤ径が１．２ｍ
ｍを超えると、ワイヤ先端からのアークが拡がっていわ
ゆる周辺溶込み型の溶込み形状となって溶込み不足が発
生し、すみ肉ビード形状も凹型ビード形状となって強度
不足が発生する。したがって、使用溶接ワイヤ径は１．
２ｍｍ以下とする必要がある。

【００１１】溶接速度については、１８０ｃｍ／ｍｉｎ
を下回ると、脚長３ｍｍ以下のすみ肉ビードを得るため
の溶接電流値が低くなりすぎて、溶接入熱不足、アーク
力不足となって溶込み不足が発生する。一方、３５０ｃ
ｍ／ｍｉｎを上回ると、溶接電流値が高くなりすぎて、
アーク力過大となっていわゆるアンダーカットやハンピ
ングビードなどの溶接欠陥が発生する。したがって、溶
接速度を１８０〜３５０ｃｍ／ｍｉｎの範囲とし、これ
に対応して適正な溶接電流値を設定することにより、溶
込みの安定したすみ肉ビードを形成できる。

【００１２】またこの発明による溶接方法では、過大入
熱に起因する過大溶込みやアークの板貫通によるビード
の溶け落ちを防止するため、図１にその溶接電流波形を
示すように、溶接ワイヤとＴ型継手との間に、溶接ワイ
ヤが陽極となる逆極性期間Ｔ _EPにベース電流Ｉ_B とパル
ス電流Ｉ_P とからなる逆極性溶接電流を通電し、溶接ワ
イヤが陰極となる正極性期間Ｔ_ENに正極性溶接電流Ｉ_EN
を通電し、この逆極性期間Ｔ_EPと正極性期間Ｔ_ENとを交
互に繰り返す交流パルスミグアークを発生させ、交流１
周期における正極性期間の時間比率である正極性比率を
１０〜５０％の範囲で設定してすみ肉溶接を行うことが
よい。ここで、正極性比率＝〔Ｔ_EN／（Ｔ_EN＋Ｔ_EP）〕
×１００％で表され、交流アークの周波数は５０Ｈｚ程
度である。

【００１３】周知のように、逆極性アーク（溶接ワイヤ
が陽極で溶接母材が陰極）と、正極性アーク（溶接ワイ
ヤが陰極で溶接母材が陽極）とを比較すると、逆極性ア
ークでは深い溶込みが得られる一方、正極性アークで
は、逆極性アークに比べて溶接入熱が低く浅い溶込みと
なる。したがって、両極性の交流パルスミグアーク溶接
によると、正極性比率を適正範囲で増加させることによ
り、従来の逆極性の直流パルスミグアーク溶接に比べて
溶接母材（Ｔ型継手）への溶接入熱を減少させて、過大
入熱に起因する過大溶込みやアークの板貫通によるビー
ドの溶け落ちを防止できる。

【００１４】正極性比率については、１０％を下回ると
前記溶接入熱減少効果が得られずに過大溶込みが発生す
ることがある一方、５０％を超えると溶込みが小さく、
また凸ビート形状となるので、１０〜５０％の範囲がよ
い。

【００１５】またさらに、この発明による溶接方法で
は、図２に示すように、溶接母材（開先コーナー部Ａ）
と通電チップ１ａとの距離Ｌ、すなわちワイヤ突出し長
さＬを７〜１２ｍｍの範囲に設定し、すみ肉溶接を行う
ことがよい。ワイヤ突出し長さＬをこの範囲のように短
くすることにより、ワイヤの巻き癖や送給抵抗の影響が
緩和されて開先コーナー部Ａへのワイヤ狙い位置の変動
を大幅に小さくできることで、下板Ｍ１もしくは立板Ｍ
２の側にビードが偏るというような偏肉のない、等脚長
のすみ肉ビードを形成できる。

【００１６】ワイヤ突出し長さＬについては、１２ｍｍ
より長いと、前記ワイヤ狙い位置の変動抑制効果が十分
得られず、溶接中にワイヤ狙い位置の調整をしばしば必
要とするという溶接作業性の悪化を招き、一方、７ｍｍ
より短くなると、アークスタート時（溶接開始時）に、
ワイヤ先端と開先コーナー部間に発生したアークが這い
上がって通電チップ１ａ先端部が溶着するいわゆるバー
ンバックを起こすことがある。したがって、ワイヤ突出
し長さＬ（溶接母材と通電チップ間距離Ｌ）は従来より
短い７〜１２ｍｍの範囲がよく、このための手段として
は、例えば、図２に示すように、従来より長尺の通電チ
ップ１ａを溶接トーチ１に装着し、通電チップ１ａ先端
を円筒状のトーチノズル１ｂ先端から前方に突き出すよ
うにすればよい。なお、トーチノズル１ｂの内径寸法Ｄ
を例えば１６ｍｍとすると、開先コーナー部Ａとトーチ
ノズル１ｂ先端との距離Ｌ′は１７〜２０ｍｍ程度に保
持される。

【００１７】

【実施例】以下、実施例について説明する。溶接機（溶
接電源）は神戸製鋼所製の「センサークＡＬ３５０」を
使用し、逆極性の直流パルスミグアーク溶接（正極性比
率：ゼロ）、及び交流パルスミグアーク溶接によるすみ
肉溶接を実施した。

【００１８】後述の実施例１〜３では、各実験No．ごと
に溶接長５００ｍｍのＴ型継手を１０本すみ肉溶接し、
健全なすみ肉ビードが得られる成功率によって溶接結果
を評価した。成功率（％）＝〔（健全なすみ肉ビードの
本数）／（全ビード本数：１０本）〕×１００、であ
る。また、健全なすみ肉ビードの基準は、安定した溶
込みが得られ、溶込み不足、逆に過大溶込みやアークの
板貫通がないこと、溶接中にワイヤ狙い位置の調整が
不要であること、スティッキング（アーク切れによる
ワイヤの母材への突っ込み）、バーンバック等による溶
接不良が生じないこと、シールド性が良好であるこ
と、である。

【００１９】前記成功率に基づく溶接結果の評価は、
×：成功率ゼロ、▽：成功率１０〜５０％、△：成功率
６０〜７０％、○：成功率８０〜９０％、◎：成功率１
００％、の５段階とした。

【００２０】後述の実施例１〜３における溶接に係る共
通条件は、母材（下板及び立板）：Ａ５０５２−Ｈ３
４、下板寸法：幅２５０ｍｍ×長さ５００ｍｍ、立板寸
法：幅５０ｍｍ×長さ５００ｍｍ、溶接ワイヤ：Ａ５３
５６−ＷＹ、シールドガス：アルゴンガス（流量２０〜
３０リットル／ｍｉｎ）、である。

【００２１】〔実施例１〕 ワイヤ径、溶接速度、溶接
電流を変化させて、板厚２．０ｍｍ、１．５ｍｍの各場
合において、アルミニウム合金薄板で構成されるＴ型継
手を逆極性の直流パルスミグアーク溶接にて脚長が２．
８ｍｍになるようにすみ肉溶接し、その溶接結果を評価
した。結果を表１に示す。

【００２２】

【表１】

【００２３】表１に示すように、実験No．１１，１３及
び１６の比較例では、溶接速度に比べ溶接電流値が低
く、溶込み不足により極端な凹ビードとなった。また実
験No．１２，１４及び１７の比較例では、高溶接速度に
伴う溶接電流値の増加により、アーク力過大となってい
わゆるアンダーカットやハンピングビードなどの溶接欠
陥が発生した。実験No．１５の比較例では、ワイヤ径が
１．６ｍｍと太く、アークの集中性が劣り、溶込み不足
が発生した。

【００２４】これに対して、実験No．１，２，５，６及
び８の発明例では、アーク安定性に優れ、溶込み不足の
ない安定した溶込みのすみ肉ビードが得られた。実験N
o．３，４，７，９及び１０の発明例では、ビードの一
部に溶落ちを発生したものの、アーク安定性は優れてい
た。なお、実験No．１〜１０のいずれにおいても、ワイ
ヤ狙い位置の変動によるビードの偏肉が発生し、成功率
１００％は実現できなかった。

【００２５】〔実施例２〕 実施例２では、前記実施例
１での溶落ちを改善するため、直流パルスミグアーク溶
接に代えて交流パルスミグアーク溶接にて脚長が２．８
ｍｍになるようにすみ肉溶接し、その溶接結果を評価し
た。結果を表２に示す。

【００２６】

【表２】

【００２７】表２に示すように、実験No．１〜５の発明
例では、正極性比率を１０〜５０％の範囲で設定して交
流パルスミグアークによるすみ肉溶接を行って溶接母材
への溶接入熱を減少させることにより、実施例１での過
大入熱に起因するビードの溶け落ちを確実になくすこと
ができた。一方、正極性比率を６０％に設定した実験N
o．６〜１０の比較例では、溶込みの浅い凸ビードとな
った。

【００２８】〔実施例３〕 実施例３では、前記実施例
１、２でのワイヤ狙い位置の変動によるビードの偏肉や
不等脚長を改善するため、ワイヤ突出し長さＬ（溶接母
材と通電チップ間距離Ｌ）を７〜１２ｍｍの範囲となる
ように短く設定してすみ肉溶接し、その溶接結果を評価
した。結果を表３に示す。

【００２９】

【表３】

【００３０】表３に示すように、実験No．１〜１０の発
明例では、ワイヤ突出し長さＬを７〜１２ｍｍの範囲と
なるように短く設定することで、ワイヤの巻き癖や送給
抵抗の影響が緩和されて開先コーナー部Ａに対するワイ
ヤ狙い位置の変動を大幅に小さくでき、溶接中にワイヤ
狙い位置の再調整を行うことなく、偏肉のない、等脚長
のすみ肉ビードを形成できた。この結果、前記実施例
１、２でのビードの偏肉や不等脚長が改善されて、過大
溶込みやビードの溶け落ちを発生することなく、偏肉の
ない等脚長で溶込みの安定したすみ肉ビードを形成する
ことができた。これによって溶接変形の発生による溶接
歪み取り作業や溶接欠陥の発生による補修溶接作業を大
幅に低減し、生産性の向上を図ることができる。なお、
実験No．１１〜２０の比較例では、ワイヤ突出し長さＬ
が短すぎて通電チップ１ａ先端部が溶着するバーンバッ
クが発生し、溶接不可能となった。

【００３１】

【発明の効果】請求項１の発明によると、板厚２ｍｍ以
下のアルミニウム薄板で構成されるＴ型継手をミグアー
クによる脚長３ｍｍ以下のすみ肉溶接で接合するに際
し、ワイヤ径１．２ｍｍ以下の溶接ワイヤを用い、所定
の溶接速度にてすみ肉溶接を行うようにしたものである
から、溶込みの安定したすみ肉ビードが得られるすみ肉
ミグアーク溶接方法を提供することができる。

【００３２】また、請求項２の発明によると、上述の溶
込みの安定したすみ肉ビードを形成できることに加え、
過大入熱に起因する過大溶込みやアークの板貫通による
ビードの溶け落ちを確実に防止可能なすみ肉ミグアーク
溶接方法を提供することができる。さらに、請求項３の
発明によると、過大溶込みやビードの溶け落ちを発生す
ることなく、等脚長で溶込みの安定したすみ肉ビードが
得られるすみ肉ミグアーク溶接方法を提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る交流パルスミグアーク溶接の説
明図である。

【図２】この発明に係る溶接トーチの説明図である。

【図３】Ｔ型継手のすみ肉溶接の説明図である。

【図４】Ｔ型継手における不等脚すみ肉溶接ビードの説
明図である。

【図５】Ｔ型継手におけるすみ肉溶接ビードの過大溶込
み、および溶接ビード裏面の膨れの説明図である。

【符号の説明】

１…溶接トーチ １ａ…通電チップ １ｂ…トーチノズ
ル Ｍ１…下板 Ｍ２…立板 Ａ…開先コーナー部

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ２３Ｋ 9/173 Ｂ２３Ｋ 9/173 Ｃ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アルミニウムまたはアルミニウム合金か
   らなる板厚２ｍｍ以下の薄板で構成されるＴ型継手をミ
   グアークによる脚長３ｍｍ以下のすみ肉溶接で接合する
   に際し、ワイヤ径１．２ｍｍ以下の溶接ワイヤを用い、
   溶接速度を１８０〜３５０ｃｍ／ｍｉｎにてすみ肉溶接
   を行うことを特徴とするアルミニウム薄板Ｔ型継手のす
   み肉ミグアーク溶接方法。
2. 【請求項２】 交流１周期における正極性期間の時間比
   率を１０〜５０％の範囲で設定し、交流パルスミグアー
   クによるすみ肉溶接を行うことを特徴とする請求項１記
   載のアルミニウム薄板Ｔ型継手のすみ肉ミグアーク溶接
   方法。
3. 【請求項３】 溶接母材と通電チップ間距離を７〜１２
   ｍｍの範囲に設定し、すみ肉溶接を行うことを特徴とす
   る請求項１又は２に記載のアルミニウム薄板Ｔ型継手の
   すみ肉ミグアーク溶接方法。