焊接物的制造方法、焊接方法、焊接装置的制造方法_3

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圆形截面并进行拉丝的方法,和在粗径的钢管中填充焊剂而进行拉丝的方法。但是, 因为哪种方法都不会影响本发明,所以用哪种方法制造都可以。此外,药芯焊丝100中,存 在有缝的和无缝的,不过无论哪一种都可以。关于外皮的成分不需要任何规定,但从成本面 和拉丝性的方面出发,一般使用软钢的材质。另外,也有在药芯焊丝100的表面实施镀铜的 情况,但有无镀覆都无所谓。
[0074] 接下来,对于图1所示的焊接装置1的控制系统进行说明。
[0075] 图3是用于说明设在图1所示的焊接电源20内,控制构成焊接装置1的各部分的 操作的控制部70的结构的方块图。
[0076] 作为控制机构的一例的控制部70,具备如下:接受从未图示的设定装置(计算机 装置等)输入的各种设定的设定受理部71 ;基于由设定受理部71受理的设定,设定从焊接 电源20经由焊炬10供给到药芯焊丝100的焊接电流的大小的焊接电流设定部72 ;基于由 焊接电流设定部72设定的焊接电流的大小,设定从磁场外加电源50供给到设于焊炬10的 线圈17的线圈电流的大小的线圈电流设定部73。另外,控制部70还具备送给速度设定部 74,其基于由设定受理部71受理的设定,设定从焊丝送给装置30送给到焊炬10的药芯焊 丝100的送给速度。
[0077] 在此,焊接电流设定部72,作为焊接电流而进行直流电流值的设定,线圈电流设定 部73,作为线圈电流而进行交流电流值的设定。还有,关于焊接电流和线圈电流的具体的设 定手法后述。
[0078] 图4是用于说明使用图1所示的焊接装置1制造的工件200(焊接物)的结构的 一例的图。
[0079] 图4所示的工件200,将作为立板的一例的第一钢板201的端面,装在作为下板的 一例的第二钢板202的表面,从而构成作为焊接对象的2个母材(第一钢板201和第二钢 板202)呈T字型的T形接头。另外,该工件200,是对于配置成T字型的第一钢板201和 第二钢板202,在大体上直角交叉的两个平面的角部(2处),以焊接装置1分别进行水平角 焊,成为形成有第一焊接部301和第二焊接部302的角焊缝接头。
[0080] 在本实施的方式中,作为第一钢板201和第二钢板202,均使用涂底漆钢板。但是, 即使是涂底漆钢板,在其端面,也没有实施使用了车间底漆的表面处理。在此,作为用于涂 底漆钢板的车间底漆,可列举无机锌底漆、洗涤底漆、富锌底漆、非锌底漆等。而且,以下说 明的焊接物的制造方法和焊接方法,可以适用于全部这些涂底漆钢板。
[0081] 另外,第一钢板201和第二钢板202,分别具有6mm以上的厚度。这样具有6mm以 上的厚度的钢板被称为中?厚板,在造船和桥梁等制造领域被广泛使用。
[0082] 那么,一边参照图1~图4, 一边对于使用了本实施方式的焊接装置1的工件200 的制造方法(第一钢板201和第二钢板202的焊接方法)进行说明。
[0083] 还有,在开始焊接之前,如图4所示这样,预先将第一钢板201和第二钢板202配 置成T字型。
[0084] 首先,从焊丝送给装置30对焊炬10开始药芯焊丝100的送给,并且从保护气体供 给装置40对焊炬10开始二氧化碳的供给。另外,从焊接电源20,对焊炬10 (药芯焊丝100) 开始电压(焊接电压)的供给,并且从磁场外加电源50对焊炬10(线圈17)开始线圈电流 的供给。
[0085] 接着,在药芯焊丝100和工件200之间使电弧发生,开始焊接。这时,药芯焊丝100 的前端因电弧而熔融,过渡到工件200侧,并且,在工件200侧,第一钢板201和第二钢板 202各自的对象部位也因电弧而熔融。其结果是,在工件200之中与药芯焊丝100的前端相 对的部位,形成其混合的熔池。这时,在熔池之上,由于焊剂会形成从熔池浮起的焊渣。另 外,通过沿着边界部且从一端向另一端使焊炬10移动,熔池和焊渣沿边界部依次被形成。
[0086] 但是,随着焊炬10的移动,药芯焊丝100的前端通过之后的熔池,从电弧偏离而无 法被加热,因此,伴随着之后被冷却而凝固。在此,在本实施的方式中,由于使用药芯焊丝 100,所以熔池伴随着冷却,过渡到由凝固的非金属物质构成的焊渣覆盖在凝固的焊接金属 部之上的状态。该焊接金属部是第一焊接部301和第二焊接部302。
[0087] 如此进行第一焊接部301和第二焊接部302的形成。其后,通过除去分别覆盖第 一焊接部301和第二焊接部302焊渣,能够得到图4所示的工件200。
[0088] 图5是表示本实施的方式的制造方法(焊接方法)中的焊炬10和药芯焊丝100, 与形成于工件200(未图示)上的熔池400的关系的模式图。还有,在图5中,省略存在于 熔池400上的焊渣的表述。
[0089] 在从焊炬10突出的药芯焊丝100的前端侧,如上述,药芯焊丝100与第一钢板201 和第二钢板202 (均未图示),伴随着焊接电流的供给和电弧的发生而熔融,形成熔池400。 这时,从安装在焊炬10上的药芯焊丝100流通到熔池400的直流的焊接电流,沿着面方向 在熔池400内放射状流通(图中以虚线表示)。
[0090] 另外,在本实施的方式中,向设于焊炬10的线圈17供给交流的线圈电流。随之而 来的是,线圈17在与熔池400的表面大体垂直的方向上发生交变磁场(图中以单点划线箭 头表示)。于是,由于该交变磁场,洛伦兹力对于在熔池400内放射状传播的焊接电流发生 作用。其结果是,如图中空白箭头所示,将使对于正反向的回转力作用于构成熔池400的熔 融金属,熔融金属以线圈电流的频率所对应的周期反复正反旋转。
[0091] 在本实施的方式中,作为第一钢板201和第二钢板202使用涂底漆钢板。因此,涂 布于第一钢板201和第二钢板202 (特别是第二钢板202)的车间底漆,在焊接中蒸发而侵 入熔池400内,在凝固之后的焊接金属(第一焊接部301或第二焊接部302)的表面和内部, 容易发生被称为凹坑或气孔的气孔缺陷。在此,所谓凹坑,是指开口于焊接金属所构成的焊 道的表面的气孔缺陷,缺谓气孔,是指包裹在焊接金属的内部的气孔缺陷。以基于这样的车 间底漆的气体(底漆气体)为起源的气孔缺陷,与由于保护气体的保护不良等为起源的一 般性的气孔缺陷相比较,气孔缺陷容易变大。
[0092] 若在焊道的内部存在有这样大的气孔,则有焊接部的抗拉强度和疲劳强度降低的 情况。另外,若在焊道的表面,有这样大的凹坑露出,则需要在焊接后进行修整,工时增加。
[0093] 在此,在本实施的方式中,在上述工件200的制造中,设焊接电流的大小(平均值) 为1(A),因线圈电流而发生的磁通密度的大小(实效值)为B(mT)时,控制部70 (更具体地 说是焊接电流设定部72和线圈电流设定部73),进行使焊接电流I与作为磁通密度B的源 的线圈电流联动的设定,使此焊接电流I和磁通密度B的积为20000 < I XB < 30000,更优 选为20000 < IXB < 27000。还有,磁通密度B由如下值定义,即,在从焊炬10突出的药芯 焊丝100的前端的位置(药芯焊丝100的突出长度:该例中距焊炬10为25mm的位置),由 使用高斯计(特斯拉计)计测的值(实效值)定义。
[0094] 若在药芯焊丝100的周围配置线圈17,相对于熔池400的表面大体垂直地外加磁 场,则洛伦兹力对于在熔池400内放射状传播的焊接电流起作用,构成熔池400的熔融金属 旋转。这时,若通过使用交流磁场而使磁场周期性地反转,则熔融金属的对流方向也周期性 地逆转,因此气孔缺陷难以没着一个方向生长。因此,在电弧的正下方气化的底漆气体,难 以侵入紧靠的熔池400,并且即使侵入时,也难以作为气孔缺陷生长,而是环绕到没有被熔 融金属覆盖的熔池400的前方,放出到外部空气中。因此,在焊接后所得到的焊道的内部, 只残存有小直径的气孔,在焊道的表面难以发生凹坑这样的大幅生长的气孔。如此,能够抑 制因底漆作为发生源的气孔缺陷引起的焊道的表面的外观不良的发生,换言之,就是能够 得到美观的焊道形状。
[0095] 还有,使磁场外加电源50供给的线圈电流为直流电流时,熔融金属总是在同一方 向上旋转。这种情况下,焊缝的形成方向偏向一侧,浸入到熔池400底漆气体,沿着此旋转 方向使气孔朝向一个方向生长,因此气孔缺陷的生长抑制效果小。因此,为了抑制气孔缺 陷,重要的是使线圈电流为交流电流,使熔融金属的对流方向周期性地反转。
[0096] 另外,关于供给到线圈17的线圈电流(交流电流)的波形,使用正弦波、矩形波或 三角波等哪一种都无妨,但线圈电流的频率(基频)f优选设定在2~5Hz。若线圈电流的 频率f过低,则焊缝对应熔池400的旋转方向而发生蛇行,得不到美观的焊道外观。另一方 面,若线圈电流的频率f过高,则即便使磁场反转,熔池400也难以使其对流方向反转,得不 到充分的搅拌效果。
[0097] 另外,在本实施的方式中,因为使用药芯焊丝100进行焊接
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