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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024150336
(43)【公開日】2024-10-23
(54)【発明の名称】銅材溶接用シールドガス
(51)【国際特許分類】
B23K 9/16 20060101AFI20241016BHJP
B23K 9/23 20060101ALI20241016BHJP
B23K 9/167 20060101ALI20241016BHJP
B23K 9/29 20060101ALI20241016BHJP
【ＦＩ】
B23K9/16 J
B23K9/23 E
B23K9/167 A
B23K9/29 B
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023063705
(22)【出願日】2023-04-10
(71)【出願人】
【識別番号】000158312
【氏名又は名称】岩谷産業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100136098
【弁理士】
【氏名又は名称】北野 修平
(74)【代理人】
【識別番号】100137246
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 勝也
(72)【発明者】
【氏名】村田 政広
(72)【発明者】
【氏名】藤川 敦士
(72)【発明者】
【氏名】石井 正信
(72)【発明者】
【氏名】木村 駿介
(72)【発明者】
【氏名】吉田 佳史
(72)【発明者】
【氏名】吉岡 隆
【テーマコード（参考）】
4E001
【Ｆターム（参考）】
4E001AA03
4E001BB07
4E001CB02
4E001EA08
4E001LB02
4E001LH06
4E001NA01
(57)【要約】
【課題】銅材を溶接する際に溶接焼けを抑えつつも良好な溶け込みを得ることができる銅材溶接用シールドガスを提供する。
【解決手段】タングステン電極を囲む第１ガス流路を流れる第１シールドガスと、第１ガス流路を囲む第２ガス流路を流れる第２シールドガスと、のうち一方または両方として銅材からなる母材の溶接に用いられる銅材溶接用シールドガスは、５体積％以上７５体積％以下のヘリウムガスを含有し残部が実質的にアルゴンガスからなる。
【選択図】図１
【解決手段】タングステン電極を囲む第１ガス流路を流れる第１シールドガスと、第１ガス流路を囲む第２ガス流路を流れる第２シールドガスと、のうち一方または両方として銅材からなる母材の溶接に用いられる銅材溶接用シールドガスは、５体積％以上７５体積％以下のヘリウムガスを含有し残部が実質的にアルゴンガスからなる。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
タングステン電極を囲む第１ガス流路を流れる第１シールドガスと、前記第１ガス流路を囲む第２ガス流路を流れる第２シールドガスと、のうち一方または両方として銅材からなる母材の溶接に用いられる銅材溶接用シールドガスであって、
５体積％以上７５体積％以下のヘリウムガスを含有し残部が実質的にアルゴンガスからなる、銅材溶接用シールドガス。
５体積％以上７５体積％以下のヘリウムガスを含有し残部が実質的にアルゴンガスからなる、銅材溶接用シールドガス。
【請求項2】
前記銅材は無酸素銅である、請求項１に記載の銅材溶接用シールドガス。
【請求項3】
前記第１シールドガスとして用いられ、５体積％以上２０体積％以下のヘリウムガスを含有し残部が実質的にアルゴンガスからなる、請求項１または請求項２に記載の銅材溶接用シールドガス。
【請求項4】
前記第２シールドガスとして用いられ、１０体積％以上７５体積％以下のヘリウムガスを含有し残部が実質的にアルゴンガスからなる、請求項１または請求項２に記載の銅材溶接用シールドガス。
【請求項5】
前記第２シールドガスとして用いられ、２０体積％以上５０体積％以下のヘリウムガスを含有し残部が実質的にアルゴンガスからなる、請求項１または請求項２に記載の銅材溶接用シールドガス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、銅材溶接用シールドガスに関する。
【背景技術】
【0002】
ＴＩＧ（Ｔｕｎｇｓｔｅｎ Ｉｎｅｒｔ Ｇａｓ）溶接用トーチとして、タングステン電極と、タングステン電極を囲む第１ガス流路を形成する第１ノズルと、第１ノズルを囲む第２ガス流路を形成する第２ノズルと、を含むものが知られている。このような二重ノズル構造を有するトーチを用いてフェライト系ステンレス鋼を溶接する際に、第１ガス流路を流れるシールドガスとして、アルゴンガスとヘリウムガスとの混合ガスを用いることが特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１３－８６１３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上記のような二重ノズル構造のトーチを用いた溶接において、銅材の溶接に適したシールドガスが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、銅材を溶接する際に溶接焼けを抑えつつも良好な溶け込みを得ることができる銅材溶接用シールドガスを提供することを目的のひとつとする。
【発明の効果】
【0006】
本開示のシールドガスによれば、銅材を溶接する際に溶接焼けを抑えつつも良好な溶け込みを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1】トーチの先端部分の一例を示す概略断面図である。
【図2】銅材の溶接方法における各工程を示すフローチャートである。
【図3】実施例において用いたサンプルを示す概略図である。
【図4】サンプルに形成された溶融池が凝固した状態の一例を示す図である。
【図5】溶接焼けのスコアが４であるサンプルの一例を示す図である。
【図6】溶接焼けのスコアが１であるサンプルの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0008】
［実施形態の概要］
最初に本開示の実施形態を列記して説明する。本開示に従う銅材溶接用シールドガスは、タングステン電極を囲む第１ガス流路を流れる第１シールドガスと、第１ガス流路を囲む第２ガス流路を流れる第２シールドガスと、のうち一方または両方として銅材からなる母材の溶接に用いられる銅材溶接用シールドガスである。銅材溶接用シールドガスは、５体積％以上７５体積％以下のヘリウムガスを含有し残部が実質的にアルゴンガスからなる。
最初に本開示の実施形態を列記して説明する。本開示に従う銅材溶接用シールドガスは、タングステン電極を囲む第１ガス流路を流れる第１シールドガスと、第１ガス流路を囲む第２ガス流路を流れる第２シールドガスと、のうち一方または両方として銅材からなる母材の溶接に用いられる銅材溶接用シールドガスである。銅材溶接用シールドガスは、５体積％以上７５体積％以下のヘリウムガスを含有し残部が実質的にアルゴンガスからなる。
【0009】
溶接の際に、トーチから第１シールドガスおよび第２シールドガスが放出されつつ、タングステン電極と母材との間に電位差が形成される。タングステン電極と母材との電位差によって、タングステン電極と母材との間にアークが発生する。アークの熱によって、トーチから放出された第１シールドガスの一部と第２シールドガスの一部とがイオン化する。イオン化したシールドガスは、アークの導電体になる。ここで、ヘリウムガスは、アルゴンガスの電気抵抗よりも高い電気抵抗を有する。このため、第１シールドガスと第２シールドガスとのうち一方または両方として上記の銅材溶接用シールドガスを用いることにより、アルゴンガスを用いた場合と比較して、ヘリウムガスの電気抵抗に起因してアークのエネルギーが高くなる。これにより、良好な溶け込みが得られる。そして、ヘリウムガスは、アルゴンガスの熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する。このため、第１シールドガスと第２シールドガスとのうち一方または両方として上記の銅材溶接用シールドガスを用いることにより、アルゴンガスを用いた場合と比較して、ヘリウムガスによって母材が効率的に冷却される。これにより、母材の酸化による溶接焼けが抑えられる。このようにして、銅材を溶接する際に溶接焼けを抑えつつも良好な溶け込みを得ることができる。
【0010】
上記の銅材溶接用シールドガスにおいて、銅材は無酸素銅であってもよい。銅材溶接用シールドガスは、無酸素銅の溶接にも好適である。
【0011】
上記の銅材溶接用シールドガスは、第１シールドガスとして用いられ、５体積％以上２０体積％以下のヘリウムガスを含有し残部が実質的にアルゴンガスからなってもよい。第１シールドガスは、第２シールドガスに比べてアークの近くでトーチから放出される。このため、第１シールドガスは、第２シールドガスに比べて溶け込みに寄与しやすくなる。銅材溶接用シールドガスを第１シールドガスとして用いることにより、ヘリウムガスによる溶け込みの効率が向上する。第１シールドガスとして用いられる銅材溶接用シールドガスにおいてヘリウムガスの含有量を２０体積％以下に設定したとしても、十分な溶け込みを得ることができる。また、第１シールドガスとして用いられる銅材溶接用シールドガスにおいてヘリウムガスの含有量を２０体積％以下に設定することにより、十分な溶け込みを得ながらも、アークの熱による溶接焼けが抑制される。これにより、銅材を溶接する際に溶接焼けを抑えつつも良好な溶け込みを効率的に得ることができる。
【0012】
上記の銅材溶接用シールドガスは、第２シールドガスとして用いられ、１０体積％以上７５体積％以下のヘリウムガスを含有し残部が実質的にアルゴンガスからなってもよい。第２シールドガスは、第１シールドガスに比べてアークの遠くでトーチから放出される。このため、第２シールドガスは、第１シールドガスに比べてアークの影響を受けにくくなる。銅材溶接用シールドガスを第２シールドガスとして用いることにより、ヘリウムガスによる母材の冷却効率が向上する。第２シールドガスとして用いられる銅材溶接用シールドガスにおいてヘリウムガスの含有量を１０体積％以上に設定することにより、一層良好な溶け込みを得ることができる。また、第２シールドガスとして用いられる銅材溶接用シールドガスにおいてヘリウムガスの含有量を１０体積％以上に設定することにより、上記の母材の冷却効率の向上によって溶接焼けが抑制される。これにより、銅材を溶接する際に溶接焼けを抑えつつも一層良好な溶け込みを得ることができる。
【0013】
上記の銅材溶接用シールドガスは、第２シールドガスとして用いられ、２０体積％以上５０体積％以下のヘリウムガスを含有し残部が実質的にアルゴンガスからなってもよい。
第２シールドガスとして用いられる銅材溶接用シールドガスにおいてヘリウムガスの含有量を２０体積％以上に設定することにより、一層良好な溶け込みを得ることができる。第２シールドガスにおけるヘリウムガスが第１シールドガスに混入することがある。第２シールドガスから第１シールドガスに混入するヘリウムガスの量によって、第１シールドガスによる溶け込み量が変化する。第２シールドガスとして用いられる銅材溶接用シールドガスにおいてヘリウムガスの含有量を５０体積％以下に設定することにより、第２シールドガスから第１シールドガスにヘリウムガスが混入した場合における溶け込み量の変化が抑えられる。これにより、銅材を溶接する際に一層良好な溶け込みをより安定的に得ることができる。
第２シールドガスとして用いられる銅材溶接用シールドガスにおいてヘリウムガスの含有量を２０体積％以上に設定することにより、一層良好な溶け込みを得ることができる。第２シールドガスにおけるヘリウムガスが第１シールドガスに混入することがある。第２シールドガスから第１シールドガスに混入するヘリウムガスの量によって、第１シールドガスによる溶け込み量が変化する。第２シールドガスとして用いられる銅材溶接用シールドガスにおいてヘリウムガスの含有量を５０体積％以下に設定することにより、第２シールドガスから第１シールドガスにヘリウムガスが混入した場合における溶け込み量の変化が抑えられる。これにより、銅材を溶接する際に一層良好な溶け込みをより安定的に得ることができる。
【0014】
［実施形態の具体例］
次に、銅材の溶接に用いるトーチおよび本開示の銅材溶接用シールドガスの具体的な実施の形態の一例を、図面を参照しつつ説明する。以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。
次に、銅材の溶接に用いるトーチおよび本開示の銅材溶接用シールドガスの具体的な実施の形態の一例を、図面を参照しつつ説明する。以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。
【0015】
〔トーチの構造〕
図１は、トーチ１の先端部分の一例を示す概略断面図である。図１を参照して、トーチ１は、タングステン電極１０と、第１ノズル１１と、第２ノズル１２と、を含む。トーチ１は、ＴＩＧ溶接用トーチであって、いわゆる二重ノズル構造を有するトーチである。
図１は、トーチ１の先端部分の一例を示す概略断面図である。図１を参照して、トーチ１は、タングステン電極１０と、第１ノズル１１と、第２ノズル１２と、を含む。トーチ１は、ＴＩＧ溶接用トーチであって、いわゆる二重ノズル構造を有するトーチである。
【0016】
タングステン電極１０は、例えば、棒状に形成されている。タングステン電極１０は、タングステン電極１０の長手方向に沿う中心軸を有する筒状の外周面１００と、外周面１００に接続されており先細り形状を有する先端部１０１と、を含む。タングステン電極１０および母材９は、電源（図示しない）に接続されている。タングステン電極１０は、例えば、電子放出率を高くするためのドーパントとして２％程度の酸化セリウムを含有するタングステン材からなる。
【0017】
第１ノズル１１は、タングステン電極１０の外周面１００に対向する円筒状の第１内周面１１０と、第１内周面１１０と同心に配置された円筒状の第１外周面１１１と、を含む。第１内周面１１０とタングステン電極１０との間には、第１ガス流路Ｐ１が形成される。すなわち、第１ノズル１１は、タングステン電極１０を囲む第１ガス流路Ｐ１を形成する。第１ガス流路Ｐ１には、第１シールドガス（内側シールドガス）が流れる。第１シールドガスは、第１ノズル１１の先端の開口から放出される。図１における破線の矢印は、第１シールドガスが流れる方向を概念的に示す。
【0018】
第２ノズル１２は、第１ノズル１１の第１外周面１１１に対向する円筒状の第２内周面１２０と、第２内周面１２０と同心に配置された円筒状の第２外周面１２１と、を含む。第２内周面１２０と第１ノズル１１との間には、第２ガス流路Ｐ２が形成される。すなわち、第２ノズル１２は、第１ガス流路Ｐ１を囲む第２ガス流路Ｐ２を形成する。第２ガス流路Ｐ２には、第２シールドガス（外側シールドガス）が流れる。第２シールドガスは、第２ノズル１２の先端の開口から放出される。図１における一点鎖線の矢印は、第２シールドガスが流れる方向を概念的に示す。
【0019】
母材９は、例えば、銅材からなる。銅材は、例えば、純銅、無酸素銅、タフピッチ銅などである。純銅は、銅の純度が９９．９９％以上の銅材であり、例えば、ＪＩＳ Ｈ ３５１０に規定されるＣ１０１１である。無酸素銅は、銅の純度が９９．９６％以上の銅材であり、例えば、ＪＩＳ Ｈ ３１００に規定されるＣ１０２０である。タフピッチ銅は、銅の純度が９９．９０％以上の銅材であり、例えば、ＪＩＳ Ｈ ３１００に規定されるＣ１１００である。
【0020】
母材９が銅材である場合、母材９の溶接には、第１シールドガスと第２シールドガスとのうち一方または両方として、５体積％以上７５体積％以下のヘリウムガスを含有し残部が実質的にアルゴンガスからなる、銅材溶接用シールドガスが用いられる。「残部が実質的にアルゴンガスからなる」とは、銅材溶接用シールドガスの上記残部が、アルゴンガス以外に不可避的不純物のみを含む、との意味である。「不可避的不純物」とは、原料中に存在したり、製造工程において不可避的に混入するもので、本来は不要なものであるが、完全に除去することは困難であり、やむを得ないものとして許容されている不純物である。不可避的不純物の含有量は、たとえば０．１体積％以下であることが好ましい。また、不可避的不純物としての水の含有量は８０体積ｐｐｍ以下であることが好ましい。
【0021】
銅材溶接用シールドガスは、第１シールドガスとして用いられる場合、５体積％以上２０体積％以下のヘリウムガスを含有し残部が実質的にアルゴンガスからなっていてもよい。銅材溶接用シールドガスは、第２シールドガスとして用いられる場合、１０体積％以上７５体積％以下のヘリウムガスを含有し残部が実質的にアルゴンガスからなっていてもよい。銅材溶接用シールドガスは、第２シールドガスとして用いられる場合、２０体積％以上５０体積％以下のヘリウムガスを含有し残部が実質的にアルゴンガスからなることが好ましい。
【0022】
〔銅材の溶接方法〕
図２は、銅材の溶接方法における各工程を示すフローチャートである。続いて、図１および図２を参照して、上記で説明したトーチ１を用いて、銅材からなる一対の母材９を溶接する溶接方法（銅材の溶接方法）について説明する。
図２は、銅材の溶接方法における各工程を示すフローチャートである。続いて、図１および図２を参照して、上記で説明したトーチ１を用いて、銅材からなる一対の母材９を溶接する溶接方法（銅材の溶接方法）について説明する。
【0023】
銅材の溶接方法は、接合されるべき一対の母材９を準備するステップ（ＳＴ１）と、第１シールドガスおよび第２シールドガスをトーチ１から放出しつつトーチ１のタングステン電極１０と母材９との間にアークを形成することにより溶融池を一対の母材９にわたって形成するステップ（ＳＴ２）と、溶融池に向けて第１のシールドガスおよび第２のシールドガスをトーチ１から放出しつつトーチ１を母材９同士の境界線に沿って移動することにより当該境界線に沿って母材９を溶融させるステップ（ＳＴ３）と、溶融した母材９を凝固させるステップ（ＳＴ４）と、を含む。
【0024】
ステップＳＴ２において、タングステン電極１０と母材９との間に電位差が形成される。タングステン電極１０と母材９との電位差によって、タングステン電極１０と母材９との間にアークが発生する。ステップＳＴ２およびステップＳＴ３において、アークの熱によって母材９が溶融する。また、アークの熱によって、第１シールドガスの一部と第２シールドガスの一部とがイオン化する。イオン化したシールドガスは、アークの導電体になる。
【0025】
第１シールドガスと第２シールドガスとのうち一方または両方として上記の銅材溶接用シールドガスを用いる。例えば、第１シールドガスおよび第２シールドガスを０．２Ｌ／分以下２０．０Ｌ／分以上の流速でトーチ１から放出させる。また、ステップＳＴ３において、溶接線が延びる方向に交差するようにトーチ１を揺動させながら移動する、いわゆるウィービングを実施してもよい。また、例えば、銅または銅合金から構成される溶加材を用いてもよい。
【0026】
続いて、実施例を参照して本開示にかかる銅材溶接用シールドガスをより具体的に説明する。ただし、本開示はこれら実施例の記載によって限定して解釈されるものではない。
【0027】
〔評価試験１〕
図３は、実施例において用いたサンプルＳを示す概略図である。図４は、サンプルＳに形成された溶融池ＷＰが凝固した状態の一例を示す図である。図５は、溶接焼けのスコアが４であるサンプルＳの一例を示す図である。図６は、溶接焼けのスコアが１であるサンプルＳの一例を示す図である。図３から図６において、Ｘ方向は母材９０の長さ方向を示す。Ｙ方向は母材９０の厚さ方向を示す。Ｚ方向は母材９０の幅方向を示す。図５および図６は、母材９０の上端縁９１側から母材９０の厚さ方向（Ｙ方向）に見たサンプルＳを示す。図５および図５において、母材９０の上端縁９１は図中で下を向いている。図５および図６において、サンプルＳにおける母材９０の焼け具合の理解を助けるためにサンプルＳとともにスケールを比較対象として示している。
図３は、実施例において用いたサンプルＳを示す概略図である。図４は、サンプルＳに形成された溶融池ＷＰが凝固した状態の一例を示す図である。図５は、溶接焼けのスコアが４であるサンプルＳの一例を示す図である。図６は、溶接焼けのスコアが１であるサンプルＳの一例を示す図である。図３から図６において、Ｘ方向は母材９０の長さ方向を示す。Ｙ方向は母材９０の厚さ方向を示す。Ｚ方向は母材９０の幅方向を示す。図５および図６は、母材９０の上端縁９１側から母材９０の厚さ方向（Ｙ方向）に見たサンプルＳを示す。図５および図５において、母材９０の上端縁９１は図中で下を向いている。図５および図６において、サンプルＳにおける母材９０の焼け具合の理解を助けるためにサンプルＳとともにスケールを比較対象として示している。
【0028】
溶接を行った場合の溶け込み量および溶接焼けを評価する目的で、上記の銅材の溶接方法に従って、サンプルＳを準備した。具体的には、図３に示すように、トーチ１の先端を無酸素銅からなる板状の母材９０の上端縁９１に向けることにより、母材９０の角部に溶融池ＷＰを形成した。形成された溶融池ＷＰを凝固させることにより、サンプルＳを準備した。母材９０は、５ｍｍの板厚Ｔを有する。第１シールドガス（内側シールドガス）として、０体積％以上７５体積％以下のヘリウムガスを含有し残部が実質的にアルゴンガスからなるガスを用いた。第２シールドガス（外側シールドガス）として、９０体積％以上１００体積％以下のアルゴンガスを含有するガスを用いた。溶接機として、ダイヘン株式会社製Ａ３５０Ｐを用いた。
【0029】
上記の条件で準備したサンプルＳについて、溶け込み量および溶接焼けを評価した。図４を参照して、溶け込み量は、母材９０において凝固した溶融池ＷＰの深さＤと奥行きＬと幅Ｗとを掛け算した積である。溶接焼けは、母材９０の焼け具合（酸化具合）であり、評価者３人が目視により総合的に判定した。溶接焼けのスコアとして、図５に示すようにサンプルＳにおいて母材９０の焼け具合が少ないものを「４」とした。溶接焼けのスコアが４である母材９０の焼け具合は、第１シールドガスと第２シールドガスとの両方としてアルゴンガスを用いてサンプルＳを準備した場合の母材９０の焼け具合と同等である。溶接焼けのスコアが「４」であるものと比較して母材９０の焼け具合が大きいものを、母材９０の焼け具合が大きくなる順に「３」、「２」とした。溶接焼けのスコアが「２」であるものと比較して母材９０の焼け具合が大きいものであって、図６に示すようにサンプルＳにおいて母材９０の焼け具合が顕著なものを「１」とした。
【0030】
表１に、評価試験１の結果を示す。表１は、左列から順に、第１シールドガスのアルゴンガスの含有率（体積％）、第１シールドガスのヘリウムガスの含有率（体積％）、第２シールドガスのアルゴンガスの含有率（体積％）、第２シールドガスのヘリウムガスの含有率（体積％）、左記の組成を有する第１シールドガスおよび第２シールドガスを用いて準備したサンプルＳの数、左記の数のサンプルＳからなるサンプル群における溶け込み量の平均値（ｍｍ３）、左記の数のサンプルＳからなるサンプル群における溶接焼けの平均スコアを示す。なお、表中の「－」は、対象のガスが含まれていないことを示す。
【0031】
【表1】
【0032】
＜溶け込み量の評価結果＞
表１に示すように、第１シールドガスとして１００体積％のアルゴンガスを含有するガスを用いた場合、溶け込み量は１０．４ｍｍ３であった。これに対して、第１シールドガスとして、５体積％以上７５体積％以下のヘリウムガスを含有し残部が実質的にアルゴンガスからなるガスを用いた場合、溶け込み量は１２．５ｍｍ３以上１２０．０ｍｍ３以下であり、優れていた。このうち、１０体積％超え７５体積％以下のヘリウムガスを含有し残部が実質的にアルゴンガスからなるガスを用いた場合、溶け込み量は２１．７ｍｍ３以上１２０．０ｍｍ３以下であり、さらに優れていた。このうち、１５体積％超え７５体積％以下のヘリウムガスを含有し残部が実質的にアルゴンガスからなるガスを用いた場合、溶け込み量は２７．２ｍｍ３以上１２０．０ｍｍ３以下であり、さらに優れていた。
表１に示すように、第１シールドガスとして１００体積％のアルゴンガスを含有するガスを用いた場合、溶け込み量は１０．４ｍｍ３であった。これに対して、第１シールドガスとして、５体積％以上７５体積％以下のヘリウムガスを含有し残部が実質的にアルゴンガスからなるガスを用いた場合、溶け込み量は１２．５ｍｍ３以上１２０．０ｍｍ３以下であり、優れていた。このうち、１０体積％超え７５体積％以下のヘリウムガスを含有し残部が実質的にアルゴンガスからなるガスを用いた場合、溶け込み量は２１．７ｍｍ３以上１２０．０ｍｍ３以下であり、さらに優れていた。このうち、１５体積％超え７５体積％以下のヘリウムガスを含有し残部が実質的にアルゴンガスからなるガスを用いた場合、溶け込み量は２７．２ｍｍ３以上１２０．０ｍｍ３以下であり、さらに優れていた。
【0033】
＜溶接焼けの評価結果＞
表１に示すように、第１シールドガスとして、５０体積％以上７５体積％以下のヘリウムガスを含有し残部が実質的にアルゴンガスからなるガスを用いた場合、溶接焼けのスコアはいずれも２であった。これに対して、第１シールドガスとして、１０体積％以上２０体積％以下のヘリウムガスを含有し残部が実質的にアルゴンガスからなるガスを用いた場合、溶接焼けのスコアはいずれも３であり、優れていた。また、第１シールドガスとして、５体積％以上１０体積％未満である５体積％のヘリウムガスを含有し残部が実質的にアルゴンガスからなるガスを用いた場合、溶接焼けのスコアは４であり、優れていた。
表１に示すように、第１シールドガスとして、５０体積％以上７５体積％以下のヘリウムガスを含有し残部が実質的にアルゴンガスからなるガスを用いた場合、溶接焼けのスコアはいずれも２であった。これに対して、第１シールドガスとして、１０体積％以上２０体積％以下のヘリウムガスを含有し残部が実質的にアルゴンガスからなるガスを用いた場合、溶接焼けのスコアはいずれも３であり、優れていた。また、第１シールドガスとして、５体積％以上１０体積％未満である５体積％のヘリウムガスを含有し残部が実質的にアルゴンガスからなるガスを用いた場合、溶接焼けのスコアは４であり、優れていた。
【0034】
＜総合評価＞
第１シールドガスとして、５体積％以上２０体積％以下のヘリウムガスを含有し残部が実質的にアルゴンガスからなるガスを用いた場合、溶け込み量および溶接焼けのスコアがともに優れていた。このうち、１０体積％超え２０体積％以下のヘリウムガスを含有し残部が実質的にアルゴンガスからなるガスを用いた場合、溶け込み量がさらに優れていた。このうち、１５体積％超え２０体積％以下である２０体積％のヘリウムガスを含有し残部が実質的にアルゴンガスからなるガスを用いた場合、溶け込み量が最も優れていた。
第１シールドガスとして、５体積％以上２０体積％以下のヘリウムガスを含有し残部が実質的にアルゴンガスからなるガスを用いた場合、溶け込み量および溶接焼けのスコアがともに優れていた。このうち、１０体積％超え２０体積％以下のヘリウムガスを含有し残部が実質的にアルゴンガスからなるガスを用いた場合、溶け込み量がさらに優れていた。このうち、１５体積％超え２０体積％以下である２０体積％のヘリウムガスを含有し残部が実質的にアルゴンガスからなるガスを用いた場合、溶け込み量が最も優れていた。
【0035】
〔評価試験２〕
溶接を行った場合の溶け込み量および溶接焼けを評価する目的で、上記の銅材の溶接方法に従って、サンプルＳを準備した。評価試験２において、第１シールドガス（内側シールドガス）として、９０体積％以上１００体積％以下のアルゴンガスを含有するガスを用いた。第２シールドガス（外側シールドガス）として、０体積％以上７５体積％以下のヘリウムガスを含有し残部が実質的にアルゴンガスからなるガスを用いた。その他の、サンプルＳの準備条件および評価対象は、上記の評価試験１と同じである。
溶接を行った場合の溶け込み量および溶接焼けを評価する目的で、上記の銅材の溶接方法に従って、サンプルＳを準備した。評価試験２において、第１シールドガス（内側シールドガス）として、９０体積％以上１００体積％以下のアルゴンガスを含有するガスを用いた。第２シールドガス（外側シールドガス）として、０体積％以上７５体積％以下のヘリウムガスを含有し残部が実質的にアルゴンガスからなるガスを用いた。その他の、サンプルＳの準備条件および評価対象は、上記の評価試験１と同じである。
【0036】
表２に、評価試験２の結果を示す。表２は、左列から順に、第１シールドガスのアルゴンガスの含有率（体積％）、第１シールドガスのヘリウムガスの含有率（体積％）、第２シールドガスのアルゴンガスの含有率（体積％）、第２シールドガスのヘリウムガスの含有率（体積％）、左記の組成を有する第１シールドガスおよび第２シールドガスを用いて準備したサンプルＳの数、左記の数のサンプルＳからなるサンプル群における溶け込み量の平均値（ｍｍ３）、左記の数のサンプルＳからなるサンプル群における溶接焼けの平均スコア、左記の数のサンプル群における溶け込み量の標準偏差を示す。なお、表中の「－」は、対象のガスが含まれていないことを示す。標準偏差の値は、不偏分散の平方根として求めた値である。
【0037】
【表2】
【0038】
＜溶け込み量の評価結果＞
表２に示すように、第２シールドガスとして１００体積％のアルゴンガスを含有するガスを用いた場合、溶け込み量は１０．４ｍｍ３以上１２．９ｍｍ３以下であった。これに対して、第２シールドガスとして、１０体積％以上７５体積％以下のヘリウムガスを含有し残部が実質的にアルゴンガスからなるガスを用いた場合、溶け込み量は１９．４ｍｍ３以上５０．０ｍｍ３以下であり、優れていた。このうち、２０体積％以上７５体積％以下のヘリウムガスを含有し残部が実質的にアルゴンガスからなるガスを用いた場合、溶け込み量は２５．０ｍｍ３以上５０．０ｍｍ３以下であり、さらに優れていた。
表２に示すように、第２シールドガスとして１００体積％のアルゴンガスを含有するガスを用いた場合、溶け込み量は１０．４ｍｍ３以上１２．９ｍｍ３以下であった。これに対して、第２シールドガスとして、１０体積％以上７５体積％以下のヘリウムガスを含有し残部が実質的にアルゴンガスからなるガスを用いた場合、溶け込み量は１９．４ｍｍ３以上５０．０ｍｍ３以下であり、優れていた。このうち、２０体積％以上７５体積％以下のヘリウムガスを含有し残部が実質的にアルゴンガスからなるガスを用いた場合、溶け込み量は２５．０ｍｍ３以上５０．０ｍｍ３以下であり、さらに優れていた。
【0039】
表２に示すように、第２シールドガスとして、７５体積％のヘリウムガスを含有し残部が実質的にアルゴンガスからなるガスを用いた場合、溶け込み量の標準偏差は１１．９６であった。これに対して、第２シールドガスとして、５０体積％以下のヘリウムガスを含有し残部が実質的にアルゴンガスからなるガスを用いた場合、溶け込み量の標準偏差は５．８５以下であり、溶け込み量の変化が抑えられた。
【0040】
＜溶接焼けの評価結果＞
表２に示すように、第２シールドガスとして１００体積％のアルゴンガスを含有するガスを用いた場合、溶接焼けのスコアは３または４であった。第２シールドガスとして、１０体積％のヘリウムガスを含有し残部が実質的にアルゴンガスからなるガスを用いた場合、溶接焼けのスコアは３であった。また、第２シールドガスとして、５０体積％以上７５体積％以下のヘリウムガスを含有し残部が実質的にアルゴンガスからなるガスを用いた場合、溶接焼けのスコアはいずれも３であった。第２シールドガスとして、１０体積％超え５０体積％未満である２０体積％のヘリウムガスを含有し残部が実質的にアルゴンガスからなるガスを用いた場合、溶接焼けのスコアは４であった。
表２に示すように、第２シールドガスとして１００体積％のアルゴンガスを含有するガスを用いた場合、溶接焼けのスコアは３または４であった。第２シールドガスとして、１０体積％のヘリウムガスを含有し残部が実質的にアルゴンガスからなるガスを用いた場合、溶接焼けのスコアは３であった。また、第２シールドガスとして、５０体積％以上７５体積％以下のヘリウムガスを含有し残部が実質的にアルゴンガスからなるガスを用いた場合、溶接焼けのスコアはいずれも３であった。第２シールドガスとして、１０体積％超え５０体積％未満である２０体積％のヘリウムガスを含有し残部が実質的にアルゴンガスからなるガスを用いた場合、溶接焼けのスコアは４であった。
【0041】
＜総合評価＞
第２シールドガスとして、１０体積％以上７５体積％以下のヘリウムガスを含有し残部が実質的にアルゴンガスからなるガスを用いた場合、１００体積％のアルゴンガスを含有するガスを用いた場合と比較して、溶け込み量が優れていた。このうち、２０体積％以上７５体積％以下のヘリウムガスを含有し残部が実質的にアルゴンガスからなるガスを用いた場合、溶け込み量がさらに優れていた。また、第２シールドガスとして、１０体積％以上７５体積％以下のヘリウムガスを含有し残部が実質的にアルゴンガスからなるガスを用いた場合、１００体積％のアルゴンガスを含有するガスを用いた場合と比較して、溶接焼けのスコアが同等であった。このうち、１０体積％超え５０体積％未満である２０体積％のヘリウムガスを含有し残部が実質的にアルゴンガスからなるガスを用いた場合、溶接焼けのスコアが最も優れていた。すなわち、第２シールドガスとして、１０体積％以上７５体積％以下のヘリウムガスを含有し残部が実質的にアルゴンガスからなるガスを用いた場合、１００体積％のアルゴンガスを含有するガスを用いた場合と比較して、溶接焼けのスコアが同等でありながらも溶け込み量が優れていた。
第２シールドガスとして、１０体積％以上７５体積％以下のヘリウムガスを含有し残部が実質的にアルゴンガスからなるガスを用いた場合、１００体積％のアルゴンガスを含有するガスを用いた場合と比較して、溶け込み量が優れていた。このうち、２０体積％以上７５体積％以下のヘリウムガスを含有し残部が実質的にアルゴンガスからなるガスを用いた場合、溶け込み量がさらに優れていた。また、第２シールドガスとして、１０体積％以上７５体積％以下のヘリウムガスを含有し残部が実質的にアルゴンガスからなるガスを用いた場合、１００体積％のアルゴンガスを含有するガスを用いた場合と比較して、溶接焼けのスコアが同等であった。このうち、１０体積％超え５０体積％未満である２０体積％のヘリウムガスを含有し残部が実質的にアルゴンガスからなるガスを用いた場合、溶接焼けのスコアが最も優れていた。すなわち、第２シールドガスとして、１０体積％以上７５体積％以下のヘリウムガスを含有し残部が実質的にアルゴンガスからなるガスを用いた場合、１００体積％のアルゴンガスを含有するガスを用いた場合と比較して、溶接焼けのスコアが同等でありながらも溶け込み量が優れていた。
【0042】
第２シールドガスとして、５０体積％以下のヘリウムガスを含有し残部が実質的にアルゴンガスからなるガスを用いた場合、溶け込み量がより安定的に得られた。すなわち、第２シールドガスとして、２０体積％以上５０体積％以下のヘリウムガスを含有し残部が実質的にアルゴンガスからなるガスを用いた場合、さらに優れた溶け込み量がより安定的に得られた。
【0043】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、どのような面からも制限的なものではないと理解されるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって規定され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【0044】
１ トーチ、１０ タングステン電極、１１ 第１ノズル、１２ 第２ノズル、１００ 外周面、１０１ 先端部、１１０ 第１内周面、１１１ 第１外周面、１２０ 第２内周面、１２１ 第２外周面、９ 母材、９０ 母材、９１ 上端縁、Ｄ 深さ、Ｌ 奥行き、幅 Ｗ、Ｔ 板厚、Ｓ サンプル、ＷＰ 溶融池
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【手続補正書】
【提出日】2023-04-26
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0004】
上記のような二重ノズル構造のトーチを用いた溶接において、銅材の溶接に適したシールドガスが望まれる。本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、銅材を溶接する際に溶接焼けを抑えつつも良好な溶け込みを得ることができる銅材溶接用シールドガスを提供することを目的のひとつとする。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0005】
本開示に従う銅材溶接用シールドガスは、タングステン電極を囲む第１ガス流路を流れる第１シールドガスと、第１ガス流路を囲む第２ガス流路を流れる第２シールドガスと、のうち一方または両方として銅材からなる母材の溶接に用いられる銅材溶接用シールドガスである。銅材溶接用シールドガスは、５体積％以上７５体積％以下のヘリウムガスを含有し残部が実質的にアルゴンガスからなる。