交流パルスＭＩＧ溶接機のステンレスへの応用試験 田宮 宏 一 * 鈴木 正幸* 石川 淳* ApplicationofACpulseMIGweldingtechnologytostainlesssteel TAMIYA Kouiti， SUZUKI Masayuki and ISHIKAWA Atsushi 抄 録 交流パルスＭＩＧ溶接機を用いて、ステンレス薄板（１∼３ｍｍ）の溶接試験を行った。ビードオン溶 接 、突 き 合 わ せ 溶 接 試 験 に よ り 溶 接 条 件 の 把 握 を 行 い 、応 用 試 験 と し て 重 ね ス ミ 肉 溶 接 試 験 を 行 っ た 結 果 、 ２ｍｍのギャップまでの溶接が可能な条件が得られた。 １．緒言 流の一部をマイナスに切り替え、さらにプラス部 世界的な環境問題対策の一環として、自動車産 業を中心に各種構造物や部品の軽量化が進んでい 分とマイナス部分の面積比を変化させることによ り、母材への溶け込み量を制御できる。 る。ステンレス製の鉄道車両においても軽量化の また、溶接装置は図２に示すように溶接トーチ ための薄板化が図られている。しかし、溶接組立 部分を自走式台車に固定し、溶接加工状態が一定 を基本とする車両製作においては薄板化に伴い、 となるようにした。 ひずみや熱影響の問題が大きくなり、溶接品質の 確保、維持が重要となってきている。 自走式台車 そこで母材への溶け込みを制御でき、溶接の溶 け落ち防止や大ギャップへの対応可能という点で アルミニウムの薄板溶接で使用されている交流パ 溶接トーチ ルスＭＩＧ溶接について、ステンレス薄板に対す る適応性の評価と加工データの収集を行った。 溶接方向 ２．使用溶接機 本実験で使用した溶接機は㈱ダイヘン製パルス 試験片 Ｍ Ｉ Ｇ 溶 接 機（ デ ジ タ ル A C ウ ェ ー ブ 2 0 0） で あ る 。 特徴として、図１に示すようにパルス状の溶接電 図２ 溶接装置外観 溶接電流 (+ ) ３．溶接実験 供 試 材 と し て は SUS 304と SUS 3 0 1 L-LT を 用 い た。板厚は1.0、1.5、3.0mm と し た 。 溶 接 実 験 は (- ) ビードオン溶接、突き合わせ溶接、重ねスミ肉溶 時間 図１ 溶接電流波形 接を行なった。 ３．１ ビードオン溶接試験 表１に示すとおり溶接電流ならびに溶け込み条 件を変化させて溶接試験を行い、溶け込み状態、 *下越技術支援センター ビード形状の観察を行い、各供試材に対する最適 表１ ビードオン溶接試験条件 試験片 板 厚 mm 溶接電流 溶け込み条件 溶 接 速 度 cm/min チップー母材間距離 mm トーチ角度 ワイヤ ３．２．１ SUS304 / SUS301L-LT (250×50) １．０ １．５ ３．０ 4 0 ∼ ８０ ７０∼１１０ １２０∼１６０ 浅い 標準 深い ７５ ６０ １０ １５ ７５°・ ９０° WEL MIG 308L 1.0φソリッドワイヤ 引張試験、曲げ試験 突き合わせ溶接試験片から引張試験片を作成し、 250 kN オ ー ト グ ラ フ に て 引 張 試 験 を 行 っ た 。 図４に試験結果を示した。なお、破断位置は全て 溶接金属部であった。この結果より、溶接試験片 は素材の強度より低いが、ワイヤ強度と同等もし くはそれ以上の強度を有しており、強度的には問 な溶接条件の選定を行った。なお、溶け込み条件 題ないと言える。 の設定については溶接機本体のスイッチの切り替 えることにより、溶接電流波形を変化させ、制御 突き合わせ溶接引張り強度(SUS304) を行っている。 溶接ﾜｲﾔ 図３に溶け込み条件を変えた場合の溶接電流波 け込み条件を浅くすると溶接電流波形のマイナス 側の面積割合が大きくなり、深くすると波形がプ ラス側にシフトしているのがわかる。 （浅い） 0.01 0.02 200 3.0mm 溶接ﾜｲﾔ 素材1.0mm 素材1.5mm 素材3.0mm 100 1000 0 -100 -200 0.00 0.01 0.02 0.03 １．２ｍｍ 時間 sec 400 300 200 100 0 -100 -200 0.00 0.01 0.02 0.03 時間 sec １．５ｍｍ SUS304 t3.0 溶 接 電 流 150A 図３ 溶接電流波形と溶け込み深さ 800 600 400 200 0 1.0mm ３．２ 1.5mm 突き合わせ溶接引張り強度(SUS301L-LT) 300 200 引張り強さ(N/mm2) A 電流 400 1.0mm １．０ｍｍ 0.03 時間 sec 電流 A 600 試験片 0.00 （深 い ） 素材3.0mm 800 400 300 200 100 0 -100 -200 400 （標 準 ） 素材1.5mm 0 溶け込み深さ 電流波形 電流 A 溶け込み条件 引張り強さ(N/mm2) 形ならびに溶け込み状態の観察写真を示した。溶 素材1.0mm 1000 3.0mm 試験片 突き合わせ溶接試験 表２に示す条件にて、突き合わせ溶接を行い、 1.5mm 図４ 突き合わせ溶接 引張試験結果 試験片に裏波ビードが出る完全溶け込みの試験片 を作成し、引張試験、曲げ試験、組織観察、硬さ 測定を行い、溶接状態の評価を行った。 なお、曲げ試験についても全ての試験片で表・ 裏曲げともに欠陥は見られず、良好な溶接である ことが確認できた。 表２ 試験片 板 厚 mm 溶接条件 溶 接 速 度 cm/min チップー母材間距離 mm トーチ角度 ワイヤ ガ ス （混合ガス） 突き合わせ溶接試験条件 SUS304 (150×250) SUS304 (150×250) １．０ １．５ ３．０ １．０ １．５ ３．０ ６０−５ １００−５ １５０−５ ６０−５ １００−５ １５０−５ ５５ ５０ ４０ ５０ ４５ ４０ １０ １５ １０ １５ ７５°・ ９０° WEL MIG 308L 1.0φソリッドワイヤ Ar ９８％ O2 ２％ 流量 １５ι/min ３．２．２ 組織観察 溶接部の金属組織観察を行った。その一例を図 ５ に 示 す 。 通 常 SUS 304、 SUS 301 L-LT の 溶 接 に お いてはフェライト・オーステナイト凝固形態とな る。図５に示した組織はフェライト・オーステナ イト凝固組織といえ、正常な金属組織であった。 ３．３ 重ねスミ肉溶接試験 鉄道のステンレス車両の屋根溶接への適用を想 定して重ねスミ肉溶接試験を行った。図７に示す よ う に 鉄 道 車 両 屋 根 板 は 、 1 . 5mm の 下 板 に 0 . 6mm SUS304 の屋根波板を重ねて、全長にわたり溶接を行って SUS301L -LT いる。しかし屋根波板は折り返しがついて板厚が 変化しているため、現在は２回に分けて溶接を行 っ て い る 。 こ れ を 交 流 パ ル ス MIG 溶 接 に よ り １ 回 の溶接で行うことにより、ひずみや熱影響を減少 させ、品質の向上を図ることを目標としている。 t1.5 図５ 突き合わせ溶接試験片の金属組織 重ねスミ肉 溶 接 ３．２．３ 硬さ試験 溶接試験片を樹脂埋め込み後研磨して、板厚中 現 状 肉０．６ｍｍ 重ねスミ 溶接 央部をマイクロビッカース硬度計にて硬さ試験を 行った。図６に溶接ビード中央部からの硬さ分布 １．５ｍｍ ２回 に 分 け て 溶 接 し て い る 交流パルスＭＩ Ｇ溶接 測 定 を 行 っ た 結 果 を 示 す 。 SUS 3 0 4 に つ い て は バ ラ ツ キ の 範 囲 で 傾 向 は 見 ら れ な い が 、 SUS 301 L-LT に 大きなギャップに対応できる １回で溶接を行いたい ついては溶接金属部が低い値となっている。これ は SUS 3 0 1 L-LT 材 が 元 々 熱 処 理 後 さ ら に 冷 間 圧 延 溶接ひずみ・熱影響の減少 して強度を高めている調質材のため、溶接時に母 品質の向上 材が溶融されることにより強度が低下したためと ﾋﾞｯｶｰｽ硬さ（Ｈｖ） 考えられる。 図７ 240.0 230.0 220.0 210.0 200.0 190.0 180.0 170.0 160.0 150.0 1.0mm -2.5 -2.0 -1.5 -1.0 -0.5 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 1.5mm 実験は1.5mm の 下 板 に 0 . 5mm の 上 板 を 任 意 の ギ 3.0mm ャップ量で設置して表３に示す条件にて重ねスミ 平均 (t1.0) 肉 溶 接 を 行 っ た 。 ギ ャ ッ プ 量 を 0 mm から0.5mm づ 平均 (t1.5) 平均 (t3.0) つ増加させて溶接を行ったところ、図８に示すと ビード中央部からの距離（ ｍｍ） お り ギ ャ ッ プ 量 2 . 0mm ま で 溶 接 可 能 で あ っ た 。 溶接状態の確認は引張試験、組織観察、硬さ試験 SUS 304 ﾋﾞｯｶｰｽ硬さ（Ｈｖ） 実作業への適用の概念図 を行った。 240.0 230.0 220.0 210.0 200.0 190.0 180.0 170.0 160.0 150.0 1.0mm 表３ スミ肉溶接条件 1.5mm 3.0mm -2.5 -2.0 -1.5 -1.0 -0.5 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 ビード中央部からの距離（ ｍｍ） SUS 301 L-LT 図６ 突き合わせ溶接 硬さ試験 平均 (t1.0) 平均 (t1.5) 平均 (t3.0) 試験片 SUS 304（240×50 t0.5、1.5） ワイヤ WELMIG 308L 1.0φソリッドワイヤ 溶接条件 ６５−２ 溶接速度 15 mm ／ min ガス Ar 98% 、 O2 2 % 流量15 L/min 溶け込み調整 浅い ギャップ ０．５ｍｍ ギャップ １．０ｍｍ ギャップ ０ｍｍ ギャップ２．０ｍｍ ギャップ ０ｍｍ ギャップ １．５ｍｍ ギャップ ２．０ｍｍ 図10 図８ 重ねスミ肉溶接 金属組織観察 重ねスミ肉溶接結果 図９に引張試験結果を示した。引張試験は上板 ０ と下板をそれぞれチャックでつかみ、溶接線と垂 直方向に引張を行った。結果は縦軸に引張強さ、 横軸に上板と下板のすきま（ギャップ量）をとっ 重ねスミ肉溶接硬さ 下していることがわかる。 210.0 ﾋﾞｯｶｰｽ硬さ（Ｈｖ） た。これよりギャップ量が増えると若干強度が低 200.0 190.0 180.0 0.0mm 170.0 0.5mm 160.0 1.0mm 1.5mm 150.0 引張り強さ（N / m m ) 重ねスミ肉溶接引張り強度 350 試験片 素材0.5mm -1.25 -1.0 -0.75 -0.5 -0.25 0 0.25 0.5 0.75 1.0 1.25 測定位置（ｍｍ） 2.0mm 平均(t0.5) 300 図11 250 重ねスミ肉溶接 硬さ試験 200 150 100 ４．まとめ 50 （１）突き合わせ溶接においては、各板とも良好 0 0mm 図９ 0.5mm 1.0mm 1.5mm 上板と下板のすきま 重ねスミ肉溶接 2.0mm 引張試験結果 な試験結果が得られ、溶接条件を確立することが できた。 （ ２ ） 重 ね ス ミ 肉 溶 接 に お い て は 、 ２ mm の ギ ャ ップまで溶接可能であった。しかし、実ワーク対 図 1 0 に ギ ャ ッ プ な し ( 0mm ) と ギ ャ ッ プ ２ mm の 場合の溶接金属組織の観察結果を示す。図からわ かるとおりギャップ量の変化による組織の違いは 見られなかった。 また、図11に各ギャップ量における溶接部付近 の硬さ測定を行った結果を示した。バラツキはあ るもののギャップ量による硬さの違いは見られな かった。 応に向けては、溶接長さ、ワーク形状への対応な どの課題がある。
© Copyright 2024 Paperzz
