CN105364275A - 脉冲电弧焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供脉冲电弧焊接方法，提供能在得到飞溅的减少效果的同时实现焊嘴磨耗的抑制的高电流脉冲电弧焊接方法。在使用保护气体进行脉冲电弧焊接的方法中，在所述脉冲电弧焊接的脉冲电流中，将脉冲峰值电流设为550～950A，将脉冲基本电流设为550A以下，将脉冲峰值电流与脉冲基本电流之差设为200～600A，且将脉冲频率设为50～200Hz，来进行脉冲电弧焊接。

Description

脉冲电弧焊接方法

技术领域

本发明涉及脉冲电弧焊接方法。更详细地，本发明涉及以高电流进行焊接的脉冲电弧焊接方法。

背景技术

在运输机以及施工机械等的领域所运用的焊接中，多使用熔化电极式气体保护电弧焊接对角焊缝或坡口内进行单层或多层堆焊。在该焊接时，总是谋求高质量化和高功效化。

关于高功效化，能采取使用高电流来使焊丝熔融速度增加的手法。但是，由于伴随高电流而大量产生飞溅，因此不利于焊接部位的外观，不光招致质量的降低，还会增加除去飞溅物的工序的时间，降低生产效率。

另外，过去一般使用实心焊丝作为熔化电极，但在使用所述高电流使焊丝熔融速度增加的手法中，若用400A以上的高电流进行焊接。则会呈现被称作旋转过渡的熔滴过渡形态。该过渡如图1A所示那样，在从供电焊嘴(tip)到电弧产生点的焊丝突出部1焦耳发热变得过大，软化、熔融的焊丝比其前端部更伸长，由于电弧中产生的电弧压或等离子气流，使得其前端熔融部2一边伴随电弧4旋转一边进行过渡。这时，脱离的熔滴的大半向周围飞散，此时的飞溅产生量变得显著。

另外，在熔滴的过渡形态中，除了旋转过渡以外，例如还有图1B所示那样的比焊丝突出部1的外径大的熔滴3一边顶回一边进行过渡的粗滴过渡(globulartransfer)。进而还有图1C所示那样的比焊丝突出部1的外径小的熔滴3进行过渡的射流过渡等。在粗滴过渡(参考图1B)中，大量产生大粒飞溅物。在射流过渡(参考图1C)中，飞溅物的产生量较少。因此，飞溅产生量的减低中，如射流过渡那样使熔滴的过渡稳定化变得重要。

另一方面，作为使用高电流的气体保护电弧焊接方法，例如在专利文献1～3中提出以下那样的焊接方法。

在专利文献1中，提出一种焊接方法，使用实心焊丝作为电极焊丝，使用含有40～70体积％的氩、25～60体积％的氦、3～10体积％的二氧化碳、0.1～1体积％的氧这4种的混合气体作为保护气体，由此获得高熔敷量。

在专利文献2中，提出一种焊接方法，使用加熔渣系助焊剂焊丝作为电极焊丝，进而使用碳酸气体作为保护气体，用300A/mm²以上的电流密度进行焊接，由此在得到高熔敷量的同时还能得到熔渣带来的焊缝平滑效果。

在专利文献3中，提出一种高电流密度气体保护电弧焊接方法，每当使用加助焊剂焊丝进行脉冲电弧焊接时，在该脉冲电流中，分别将脉冲峰值电流密度、脉冲基本电流密度、以及平均电流密度等设为特定范围来进行焊接。

先行技术文献

专利文献

专利文献1：JP特开昭59-45084号公报

专利文献2：JP特开平03-169485号公报

专利文献3：JP特开2011-218437号公报

在专利文献1所公开的焊接方法中，目的在于使射流过渡稳定化。但是，达不到改善电流密度进一步变高的情况下的旋转过渡，有产生大量的飞溅这样的问题。

另外，在专利文献2所公开的焊接方法中，由于使用碳酸气体作为保护气体，以直流进行焊接，因此熔滴的过渡形态成为粗滴过渡，有大量产生大粒飞溅物这样的问题。

在专利文献3中，记载了如下意思：通过该文献所公开的焊接方法，能在得到高熔敷量的同时实现大幅的飞溅物降低，其结果，能实现处于以往技术以上的高功效焊接，并提升了焊接工序的功效。

但是，高电流的脉冲电弧焊接的电弧长度的变动较大，电弧易于变得不稳定。根据该电弧易于变得不稳定这样的实情，易于出现细小的飞溅物和焊缝外观不良等，有时会招致质量的降低。另外，由于是高电流的脉冲电弧焊接，因此向熔化电极(以下有时称作“焊接焊丝”)进行通电的导电焊嘴的周边成为高温，存在该焊嘴的接触面变得易于磨耗这样的实情。若该焊嘴的接触面的磨耗(以下有时称作“焊嘴磨耗”)的量变多，则会出现进行焊接的瞄准标的位置的偏离，或者焊嘴的交换变得频繁，由此招致作业功效的降低。根据上述实情，在以高电流进行高功效焊接的情况下，谋求使电弧稳定，抑制飞溅以及导电焊嘴的磨耗。

发明内容

为此本发明的主要目的在于，提供在得到飞溅的减少效果的同时能实现焊嘴磨耗的抑制的高电流脉冲电弧焊接方法。

本发明提供脉冲电弧焊接方法，是使用保护气体进行脉冲电弧焊接的方法，在所述脉冲电弧焊接的脉冲电流中，将脉冲峰值电流设为550～950A，将脉冲基本电流设为550A以下，将脉冲峰值电流与脉冲基本电流之差设为200～600A，并将脉冲频率设为50～200Hz，来进行焊接。

进而，也可以在该脉冲电弧焊接方法的基础上，所述脉冲频率、和所述脉冲电弧焊接中所用的熔化电极的进给速度的关系满足下述式(1)。1.50(mm/1脉冲)≤进给速度(mm/秒)/脉冲频率(脉冲次数/秒)≤9.00(mm/1脉冲)…(1)

也可以将所述脉冲电弧焊接中所用的焊接电源的外部特性的斜率设为-14.0～-4.0(V/100A)的范围。

也可以作为所述保护气体而使用CO₂：0～40体积％以及O₂：0～10体积％、剩余部分是由Ar以及杂质构成的Ar气体或含Ar混合气体。

发明的效果

根据本发明，提供能在得到飞溅的减少低效果的同时实现焊嘴磨耗的抑制的高电流脉冲电弧焊接方法。

附图说明

图1A是表征焊接中的熔滴的过渡形态的一种的旋转过渡的示意图。

图1B是表征焊接中的熔滴的过渡形态的一种的粗滴过渡的示意图。

图1C是表征焊接中的熔滴的过渡形态的一种的射流过渡的示意图。

图2是示意地表示能在本发明所涉及的实施方式的脉冲电弧焊接方法中使用的焊接装置的一例的构成图。

图3是表示本实施方式的脉冲电弧焊接方法中的脉冲波形的名称的示意图。

图4是表示现有的脉冲MAG焊接的脉冲频率与飞溅量的关系的一例的示意图(出处：NSWelding、技术信息、焊接Q&A、[online]、[平成26年8月1日检索]、因特网<URL：http：//www.welding.nssmc.com/tech/qa/q026/qa026.html>)。

图5是表征具有电弧长度的自我控制作用的恒电压特性的图(出处：一般社团法人日本焊接协会电气焊接机部汇编“电弧焊接的世界”产报出版、2008年4月15日、p11-13)。

图6是表示用于说明适于用在本实施方式的脉冲电弧焊接方法中的水冷焊炬的焊炬的构成例的示意图。

图7A是实施例中的试验例No.1的时间-电弧电压的波形图。

图7B是实施例中的试验例No.32的时间-电弧电压的波形图。

图8A是对在实施例中的试验例No.1得到的焊缝外观进行摄影的图面代用照片。

图8B是对在实施例中的试验例No.32得到的焊缝外观进行摄影的图面代用照片。

标号的说明

1焊丝突出部

2前端熔融部

3熔滴

4电弧

Tp脉冲峰值期间

Tb脉冲基本期间

Ip脉冲峰值电流

Ib脉冲基本电流

具体实施方式

以下对用于实施本发明的形态详细进行说明。另外，本发明并不限定于以下说明的实施方式。

首先说明能用在本发明所涉及的脉冲电弧焊接方法中的焊接装置。作为该焊接装置，只要是进行脉冲电弧焊接的焊接装置就没有特别的限定，能使用用在现有的气体保护电弧焊接中的焊接装置。

例如如图2所示那样，焊接装置100具备：焊炬106，其在前端具备熔化电极(焊接焊丝)108和对该熔化电极108的外周部提供保护气体的保护气体喷嘴(未图示)；机器人104，其在前端安装焊炬106，使该焊炬106沿着被焊接件107的焊接线移动；焊丝提供部101，其对焊炬106提供熔化电极108；焊接电源部102，其经由焊丝提供部101对熔化电极108提供脉冲电流来使熔化电极108与被焊接件107间产生脉冲电弧；和电源控制部103，其控制焊接电源部102的脉冲电流。另外，焊接装置100也可以还具备：机器人控制部105，其控制用于使焊炬106移动的机器人动作。另外，电源控制部103以及机器人控制部105具备CPU、ROM、RAM、HDD、输入输出接口等。

在本发明所涉及的实施方式的脉冲电弧焊接方法中，在给定条件下，在上述的焊接装置100中的焊接电源部102那样的焊接电源的控制部进行脉冲电流的控制。具体地，在特定范围内对脉冲电流的范围以及脉冲的频率进行规定。

以下说明本实施方式的脉冲电弧焊接方法。

本实施方式的脉冲电弧焊接方法是使用保护气体进行脉冲电弧焊接的方法，对于该脉冲电弧焊接的脉冲电流，将脉冲峰值电流设为550～950A，将脉冲基本电流设为550A以下，并且将脉冲峰值电流与脉冲基本电流之差设为200～600A，且将脉冲频率设为50～200Hz来进行焊接。

以本实施方式的脉冲电弧焊接方法规定的脉冲波形如图3所述那样，是反复使用脉冲电源做出的矩形或梯形的形状的波形(图3中例示了矩形的情况)。并且在本发明中，将矩形或梯型的上底部分的时间设为脉冲峰值期间Tp、将下底部分的时间设为脉冲基本期间Tb、将各自的电流设为脉冲峰值电流Ip以及脉冲基本电流Ib，平均电流Ia是将焊接电流的时间积分在时间上平均化的值。即，在矩形波的情况下，成为Ia＝(Ip·Tp+Ib·Tb)/(Tp+Tb)。另外，将1秒钟的脉冲次数(1波长反复的次数)设为脉冲频率。

另外，上述脉冲波形除了上述的反复矩形或梯形的形状的波形以外，例如还有三角波以及锯齿波、和正弦波(余弦波)等的波形。

如前述那样，在脉冲电弧焊接方法中，是用脉冲峰值电流Ip的电磁力使在电流低的脉冲基本期间Tb以及脉冲峰值期间Tp生成的熔滴脱离的方法。在该脉冲电弧焊接方法中，若是不合适的脉冲条件，或者熔滴的脱离定时偏离正常时，则飞溅会增加，或者电弧偏向，使得焊缝外观变得低劣。例如在脉冲峰值电流Ip低的情况下，得不到电弧的挺直性，有时在脉冲峰值期间Tp中电弧会偏向。另外，在脉冲基本电流Ib高的情况下，由于脉冲基本电流Ib的电弧压，有时熔滴会飞散，飞溅会增加。特别在高电流焊接的情况下，由于易于成为旋转过渡，因此难以得到合适的脉冲条件，焊嘴的磨耗速度也更快。

本发明的发明者们鉴于上述的脉冲波形和与此对应的现象，专门研讨了在高电流的脉冲电弧焊接中减少飞溅且能抑制焊嘴磨耗的方法。其结果，本发明的发明者们得到以下所述的见解，作为用于得到合适的脉冲条件的因素，着眼于脉冲频率，找出脉冲频率等的合适范围。

现有的脉冲MAG焊接的脉冲频率由于如图4例示的那样，处于脉冲频率越变高则飞溅量越变低的倾向，因此一般采用250～350Hz的脉冲频率。

但是，在以高电流进行焊接的情况下，若在一般的脉冲频率下进行，则由于非常高的脉冲峰值电流Ip和低的脉冲基本电流Ib高速交替，因此比起过去，电弧长度更易变动，加在前端熔融部的电弧压的变动变大。由此助长了旋转过渡，出现电弧的偏向。另外，通过单纯降低脉冲峰值电流Ip、提高脉冲基本电流Ib，即使配合平均电流，也不能期望脉冲峰值电流Ip时的电弧的挺直性，电弧偏向，或者熔滴过渡周期变得不规则，从而还有熔滴的脱离定时变得不准的情况，因此不能说是适合的方法。另外，所谓电弧的挺直性，由于因电弧中起作用的电磁压力差产生的等离子气流的影响而电弧具有指向性的现象，电流越高则示出越强的指向性。

另外，导电焊嘴的磨耗形态是“粘附磨耗”，即脉冲峰值电流Ip时由于焊接焊丝与导电焊嘴的接触点的电阻热而焊嘴的面熔化，在脉冲基本电流Ib时粘附在焊接焊丝而磨耗。因此，导电焊嘴由于处于导电焊嘴自身的温度、脉冲峰值电流值、脉冲频率(脉冲峰值电流Ip的次数)越高则越易于磨耗的倾向，因此在高电流的焊接中，若在现有的一般的频率下进行，则磨耗变得特别大。

另一方面，若在200Hz以下的频率下进行高电流焊接，则由于能将脉冲基本期间Tb确保得较长，因此能抑制电弧长度的急剧变动，能抑制电弧偏向。进而，在脉冲基本期间Tb内，由于加在熔滴的电弧压较小，因此能抑制在脉冲峰值期间Tp变大的熔滴的运动，作为结果，能抑制旋转过渡。另外，关于焊嘴磨耗，由于脉冲频率较低且在脉冲基本期间Tb能预期焊嘴的冷却效果，因此焊嘴磨耗变小。

为此，在本实施方式的脉冲电弧焊接方法中，将脉冲频率规定为200Hz以下。以下具体说明脉冲频率等的规定范围。

[脉冲频率：50～200Hz]

若脉冲频率超过200Hz，则电弧长度发生变动，有可能会招致飞溅的增加、焊缝外观的不良以及焊嘴磨耗的增加。另一方面，若脉冲频率不足50Hz，则脉冲峰值期间Tp变长，在该期间有可能会发生飞溅的增加或焊缝外观的不良。

因而在本实施方式的脉冲电弧焊接方法中，将脉冲频率规定在50～200Hz的范围。

另外，关于该脉冲频率下的电流范围，将脉冲峰值期间Tp的脉冲峰值电流Ip规定在550～950A，将脉冲基本期间Tb的脉冲基本电流Ib规定在550A以下，并将脉冲峰值电流Ip与脉冲基本电流Ib之差规定在200～600A。通过在这样的电流范围内进行焊接，脉冲峰值期间Tp的电弧具有挺直性，难以出现电弧的偏向。由此，由于成为电磁力(收缩力)使焊丝熔融前端部平稳地脱离的稳定的熔滴过渡，因此能使飞溅的产生量变得极少。进而还能得到脉冲化所带来的熔敷量的提升效果。

[脉冲峰值电流：550～950A]

若脉冲峰值电流Ip不足550A，则不光电弧的挺直性不充分，还难以得到脉冲化所带来的熔敷量提升效果。另外，若脉冲峰值电流Ip超过950A，则由于过大的电流而施加在焊丝熔融前端部的电弧压变大，熔融部发生变形，为此出现电弧偏向。其结果，电弧变得不稳定，有时飞溅的产生量会增加。另外，有时焊嘴磨耗会增加。为此，在本实施方式的脉冲电弧焊接方法中，将脉冲峰值电流Ip规定在550～950A的范围。

在本实施方式中，从能期待熔敷量的提升的观点出发，优选将脉冲峰值电流Ip设为600A以上。另外，从使电弧稳定、抑制飞溅的产生量的观点出发，优选将脉冲峰值电流Ip设为900A以下，更优选设为850A以下。

[脉冲基本电流：550A以下]

若脉冲基本电流Ib超过550A，则脉冲基本期间Tb中给熔滴的电弧压变得过大，这使电弧变得不稳定，有时飞溅的产生量会增加。因而，在本实施方式的脉冲电弧焊接方法中，将脉冲基本电流Ib规定在550A以下。

在本实施方式中，从使电弧稳定、抑制飞溅的产生量的观点出发，优选将脉冲基本电流Ib设为500A以下。脉冲基本电流Ib的下限值虽然没有特别的限定，但为了使脉冲峰值电流Ip与脉冲基本电流Ib之差易于处于后述的规定范围内，优选将脉冲基本电流Ib设为50A以上，更优选设为100A以上。

[脉冲峰值电流与脉冲基本电流之差：200～600A]

若脉冲峰值电流Ip与脉冲基本电流Ib之差不足200A，则脉冲基本期间Tb中的给熔滴的电弧压变得过大，这会诱发不稳定的电弧，有时飞溅的产生量会增加。进而，若脉冲峰值电流Ip与脉冲基本电流Ib之差超过600A，则加在焊丝熔融前端部的电弧压变大，熔融部发生变形，由此出现电弧偏向。其结果，电弧变得不稳定，有时飞溅的产生量会增加。

因而，在本实施方式的脉冲电弧焊接方法中，将脉冲峰值电流Ip与脉冲基本电流Ib之差规定在200～600A的范围。

在本实施方式中，从电弧稳定性的观点出发，优选将脉冲峰值电流Ip与脉冲基本电流Ib之差设为220A以上。另外，从抑制飞溅的产生量的观点出发，优选将脉冲峰值电流Ip与脉冲基本电流Ib之差设为550A以下，更优选设为500A以下。

(进给速度/脉冲频率)

另外，若如前述那样，脉冲电弧焊接中熔滴的脱离定时不准，则有可能会招致飞溅的产生量的增加、焊缝外观的不良。因而认为，除了前述的规定焊接条件以外，还将用在脉冲电弧焊接中的熔化电极(焊接焊丝)的进给速度(mm/秒)设为适合的范围。由此能谋求熔滴过渡的控制、飞溅产生量的减少、以及电弧的稳定。

但是，由于适合的进给速度根据脉冲频率不同而改变，因此将该进给速度(mm/秒)设为除以脉冲频率(脉冲次数/秒)所得到的进给速度(mm/秒)/脉冲频率(次数/秒)，作为每1波长的进给速度来规定适合范围。

只要进给速度(mm/秒)/脉冲频率(脉冲次数/秒)的关系为1.50(mm/1脉冲)以上，就能将电弧长度维持得恒定，就能为进一步的电弧的稳定化作出贡献。另一方面，只要进给速度(mm/秒)/脉冲频率(脉冲次数/秒)的关系为9.00(mm/1脉冲)以下，就能不过度短路地将电弧长度维持地恒定，就能避免飞溅的增加。

因而，在本实施方式的脉冲电弧焊接方法中，脉冲频率、和熔化电极的进给速度优选是满足下述式(1)的关系。

1.50(mm/1脉冲)≤进给速度(mm/秒)/脉冲频率(脉冲次数/秒)≤9.00(mm/1脉冲)…(1)

进给速度/脉冲频率从使电弧稳定的观点出发，更优选设为1.70(mm/1脉冲)以上，进一步优选设为2.00(mm/1脉冲)以上。另外，从抑制飞溅的产生量的观点出发，更优选将进给速度/脉冲频率设为8.80(mm/1脉冲)以下。

(外部特性)

在高电流的脉冲焊接的情况下，由于脉冲峰值电流Ip的电弧压而熔池的摇动变得激烈，电弧长度较大地变动。为了抑制电弧长度的变动，通过使表示电弧焊接机的焊接电源的负载电压与负载电流的关系的外部特性的斜率缓和来使电流的变化迟钝，从而能更有效果地抑制电弧长度的变动。另一方面，若使外部特性的斜率大得过剩，则有可能会失去电弧长度的自我控制作用。为此，在本实施方式的脉冲电弧焊接方法中，优选将用在该焊接中的焊接电源的外部特性(输出特性)设为恒电压特性，另外，优选将该外部特性的斜率设为后述的给定的范围。

另外，所谓电弧长度的自我控制作用，是指自动控制电弧长度的现象，即例如如图5所示那样，由于若电弧长度从l_O变短到l_S，则电流从I_O增大到I_S，因而发挥作用使熔化电极(焊接焊丝)的熔融速度增加而拉长电弧长度，电弧长度回到原来的长度l_O。反之，由于若电弧长度从l_O变长到l_L，则电流从I_O减少到I_L，从而使熔化电极(焊接焊丝)的熔融速度降低，电弧长度果然恢复到原来的长度l_O。外部特性的斜率越缓和越体现出效果。以下说明本实施方式的脉冲电弧焊接方法中的外部特性的斜率的适合范围和其理由。

在外部特性的斜率为-4.0(V/100A)以下的情况下，抑制了高电流的脉冲电弧焊接时大的电流变化，能抑制电弧长度的变动。另外，在外部特性的斜率为-14.0(V/100A)以上的情况下，具有电弧的自我控制作用，能抑制电弧长度的变动。

因而，在本实施方式的脉冲电弧焊接方法中，优选将外部特性的斜率设为-14.0～-4.0(V/100A)的范围。

上述外部特性的条件在本实施方式的脉冲电弧焊接方法中采用的前述的脉冲条件下特别有效果。特征在于，如上述那样抑制脉冲时的电流变化所引起的电弧长度变动。但是，在本实施方式中采用的脉冲频率范围的情况下，由于熔池的摇动变得激烈，由此优选使外部特性的斜率比过去急剧。

(保护气体)

本实施方式的脉冲电弧焊接方法中所用的保护气体并没有特别地限定，能使用Ar气体、碳酸气体、以及它们的混合气体等。即使是作为保护气体使用100％CO₂的脉冲电弧焊接，也能根据本实施方式的脉冲电弧焊接方法中采用的前述的脉冲条件得到针对飞溅的减小效果以及对焊嘴磨耗的抑制效果。通过使用Ar气体或含Ar混合气体作为保护气体，熔滴的过渡形态成为射流过渡，能进一步减小飞溅的产生量。因而，作为保护气体，优选使用Ar气体或含Ar混合气体。

若以Ar为主体的保护气体中的CO₂含有量为40体积％以下，则能抑制加在熔滴的电弧压，使熔滴过渡稳定。另外，若O₂含有量为10体积％以下，则能抑制熔渣的产生。

因而，作为保护气体，更优选采用包含CO₂：0～40体积％(也可以为0体积％)以及O₂：0～10体积％(也可以为0体积％)、剩余部分由Ar以及杂质构成的Ar气体或含Ar混合气体。

(焊接材料)

在本实施方式的脉冲电弧焊接方法中，只要如上述那样规定脉冲的频率以及电流，则即使是高电流的焊接也使熔滴的过渡稳定，因此所使用的焊接材料并没有特别的限定。

由于能更加抑制高电流焊接时的旋转过渡，因此作为熔化电极，优选使用加助焊剂焊丝。该加助焊剂焊丝具备形成为筒状的外皮部、和填充在其筒内的助焊剂而构成。因此，在加助焊剂焊丝中，由于是在中心存在助焊剂的不均匀截面，因此焊丝截面的温度分布变得不连续，在高电流时，突出部和实心焊丝相比，也能减少软化、熔融而前端伸长的现象。

在本实施方式的脉冲电弧焊接方法中，由于几乎不因组成不同而举止发生变化，因此熔化电极(焊接焊丝)以及母材(被焊接件)的组成并没有特别地限定。本实施方式的脉冲电弧焊接方法中，从能适于在运输机以及施工机械等的领域中采用的观点出发，优选熔化电极(在作为熔化电极使用前述的加助焊剂焊丝的情况下，是上述外皮部)以及母材(被焊接件)是钢材，更优选是碳钢。

另外，本实施方式的脉冲电弧焊接方法中所用的焊炬并没有特别的限定，单从能通过冷却效果抑制焊嘴磨耗的观点出发，优选使用水冷的焊炬(以下也称作“水冷焊炬”)。图6是表示用于说明该水冷焊炬的一般用在电弧焊接中的焊炬106的构成例的示意图。如图6所示那样，焊炬106由作为供电部的导电焊嘴6a、焊炬主体6b、以及拆装自由地保持导电焊嘴6a的焊嘴基部6c构成。在本实施方式中，优选在该焊炬106中使用对从图6中的焊炬主体6b的上侧直到焊嘴基部6c为止被水冷的焊炬。

如以上详述的那样，本实施方式的脉冲电弧焊接方法将脉冲电弧焊接的脉冲峰值电流、脉冲基本电流、脉冲峰值电流与脉冲基本电流之差、以及脉冲频率分别设为前述的特定的范围来进行焊接。通过在该脉冲条件下进行焊接，在本实施方式中，由于在操作性卓越的单电极的高电流脉冲电弧焊接中，与现有的高电流焊接方法比较熔滴过渡以及电弧长度更稳定，且能得到焊嘴的冷却效果，因此能减少飞溅，并能抑制焊嘴磨耗。其结果，在进行焊接的工序中，能减小除去飞溅物的工序的工夫，进而提升了焊接工序的作业功效。另外，由于还能抑制导电焊嘴的磨耗，因此能减少焊嘴的交换频度，由此能实现作业功效的提升以及低成本化。

进而，在本实施方式的脉冲电弧焊接方法中，通过使熔化电极的进给速度/脉冲频率在特定的范围内进行焊接，从而熔滴过渡以及电弧长度稳定，能更加减少飞溅，能更加抑制导电焊嘴的磨耗。

另外，在本实施方式的脉冲电弧焊接方法中，通过使焊接电源的外部特性的斜率缓和为-14.0～-4.0(V/100A)的范围(设为极度的恒电压特性)来进行焊接，从而抑制了电弧长度的变动，能更加减少飞溅，能更加抑制导电焊嘴的磨耗。

通过使用Ar气体或含Ar混合气体作为本实施方式的脉冲电弧焊接方法中所用的保护气体，使得施加在熔化电极(焊接焊丝)的前端的电磁收缩效应变大，熔滴的脱离变得容易，因此能更加抑制飞溅的产生来进行焊接。另外，在本实施方式的脉冲电弧焊接中，通过使用水冷焊炬，由于冷却效果而能进一步抑制焊嘴磨耗。

另外，本实施方式的脉冲电弧焊接方法能适于在对运输机以及施工机械等的领域中的角焊缝或坡口内进行单层或多层堆焊等情况下采用。

[实施例]

以下举出试验例来具体说明本发明的效果。

首先，在本试验例的脉冲电弧焊接中，作为熔化电极使用具有以下的表1所示的组成以及线径的4个种类的加助焊剂焊丝(F1～F4)。

[表1]

电弧焊接的各条件从以下的范围选择并决定，在各试验例中，使用后述表2所示的保护气体以及脉冲参数来进行脉冲电弧焊接。

·脉冲峰值电流：450～1000A

·脉冲基本电流：50～600A

·脉冲频率：30～310Hz

·平均电流：400～600A

·焊接焊丝的进给速度：18～30m/分

·电弧电压：合适电压(30～50V)

·保护气体：Ar以及CO₂的混合气体(CO₂含有量：0～20体积％)或者Ar以及O₂(O₂含有量：0～10体积％)的混合气体。

另外，在后述试验例No.48中，作为现有方法，以不用脉冲波形的恒电压焊接在平均电流550A下进行了电弧焊接。

作为母材(被焊接件)，使用JISG3101SS400的钢板(尺寸：厚度12mm×宽度50mm×长度500mm)。另外，各调查以平板堆焊(beadonplate)的平焊(下向溶接)进行了评价。

另外，上述的脉冲电弧焊接的各条件在下述的各评价中设为共通的焊接条件。

(1)电弧长的变动(电弧稳定性)的评价

根据使用了遮光面的目视和电流波形来判断电弧长度的变动。在60秒钟内对相对于设定峰值电流超过+50A的情况、以及相对于基本电流降低-50A的情况进行计数，在此时的计数数值为500以上的情况下，能目视确认电弧为不稳定，判断为电弧长度的变动大的电弧的变动，评价为“×”(不良)。另外，将该计数数值为250以上且小于500的情况判定为几乎看不到对电弧长度的变动的抑制效果，评价为“△”(不合格)。在该计数数值小于250的情况下，能目视确认电弧为稳定的状況，判定为相对于电弧长度的变动有良好的抑制效果，评价为“○”(良)。

另外，作为参考，图7A示出后述试验例No.1的时间-电弧电压的波形图，在图7B示出后述试验例No.32的时间-电弧电压的波形图。

(2)飞溅的产生量的测定和评价

所产生的飞溅的测定在各例中都共通，在焊接部的两侧面设置由铜板制作的箱，进行焊接，从箱中(箱内)采集在1分钟内产生的全部飞溅物，测定收集的飞溅物的所有质量设为飞溅量(g/min)。飞溅量若超过1.50g/分，则判断为比现有的恒电压焊接的飞溅量更差，评价为“×”(不良)。若飞溅量成为1.50g/分的一半的值即0.75g/分以下，则飞溅的减小效果显著，判断为良好，评价为“○”(良)。在飞溅量超过0.75g/分、为1.50g/分以下的情况下，判断为有飞溅的减小效果，评价为“△”(及格)。

(3)焊缝外观

关于焊缝的曲折、驼峰、以及咬边的焊接缺陷等的焊缝表面，用目视进行判断。将这些任意的焊接缺陷哪怕确认到1个的情况评价为“×”(不良)，将未确认到焊接缺陷的情况评价为“○”(良)。

另外，作为参考，在图8A示出对后述试验例No.1中得到的焊缝外观进行了摄影所得到的图面代用照片，在图8B示出对后述试验例No.32中得到的焊缝外观进行了摄影所得到的图面代用照片。

(4)焊嘴磨耗

焊嘴磨耗对650mm四方、厚度25mm的尺寸的大板上在平板堆焊焊接中进行，将焊接前的焊嘴孔面积与30分焊接后的焊嘴孔面积之差判断为焊嘴的磨耗面积。将焊嘴的磨耗面积为1.00mm²以上的情况判断为没有对焊嘴磨耗的抑制效果，评价为“×”(不良)，将焊嘴的磨耗面积低于0.65mm²的情况判断为即使加脉冲也有现有的恒电流焊接的同等以上的对焊嘴磨耗的抑制效果，评价为“○”(良)。另外，将焊嘴磨耗面积为0.65mm²以上且不足1.00mm²的情况判断为几乎看不到耐磨耗效果，评价为“△”(不及格)。

将以上的评价结果和脉冲电弧焊接的条件一起表示在表2以及表3中。

另外，表2以及表3中所示的标记的意义分别如以下那样。

·f.rate：焊接焊丝的进给速度

·Ip：脉冲峰值电流

·Tp：脉冲峰值期间

·Ib：脉冲基本电流

·Ip-Ib：脉冲峰值电流与脉冲基本电流之差

·Ia：平均电流

·Fp：脉冲频率

[表2]

[表3]

在试验例No.1～31中，脉冲峰值电流、脉冲基本电流、以及它们的差、还有脉冲频率都在本发明所规定的范围内，另外，进给速度/脉冲频率、以及外部特性的斜率也是适合的范围，因此暗示了电弧稳定、飞溅的产生少、有抑制焊嘴的磨耗的效果。另外，在试验例No.1～31中，焊缝外观也良好(参考图8A)。

另一方面，试验例No.32以及No.33由于脉冲频率过高而电弧变得不稳定，产生大量飞溅，也不认为有对焊嘴磨耗的抑制效果。另外，和试验例No.1～31相比，焊缝外观也更差(参考图8B)。

试验例No.34以及No.35由于脉冲频率过低而电弧变得不稳定，产生焊缝曲折。

试验例No.36由于脉冲峰值电流过高，因此在脉冲峰值电流的范围内焊嘴的接触面变得易于熔化，焊嘴磨耗增加。

试验例No.37的脉冲峰值电流与脉冲基本电流之差变大，电弧变得不稳定，飞溅和焊嘴磨耗增加。

试验例No.38～47由于脉冲频率是本发明所规定的范围外，因此电弧变得不稳定，产生大量飞溅。试验例No.42以及No.43是使用线径1.2mm的焊接焊丝的情况，但由于试验例No.42的脉冲频率过低，试验例No.43的脉冲频率过高，因此电弧变得不稳定，得不到飞溅的减少效果。试验例No.44～47是使用组成不同的焊接焊丝的情况，但由于脉冲频率是本发明所规定的范围外，因此电弧不稳定，得不到飞溅的减少效果。

根据以上说明的试验结果，通过在脉冲电弧焊接的脉冲电流中将脉冲峰值电流、脉冲基本电流、以及它们的差、还有脉冲频率都设为本发明所规定的范围内来进行焊接，从而保证了电弧稳定、能减少飞溅、能得到对焊嘴磨耗的抑制效果以及良好的焊缝外观。

Claims (6)

1.一种脉冲电弧焊接方法，是使用保护气体进行脉冲电弧焊接的方法，其中，

在所述脉冲电弧焊接的脉冲电流中，将脉冲峰值电流设为550～950A，将脉冲基本电流设为550A以下，将脉冲峰值电流与脉冲基本电流之差设为200～600A，并将脉冲频率设为50～200Hz，来进行焊接。

2.根据权利要求1所述的脉冲电弧焊接方法，其中，

所述脉冲频率、和所述脉冲电弧焊接中所使用的熔化电极的进给速度的关系满足下述式(1)，

1.50(mm/l脉冲)≤进给速度(mm/秒)/脉冲频率(脉冲次数/秒)≤9.00(mm/l脉冲)…(1)。

3.根据权利要求1或2所述的脉冲电弧焊接方法，其中，

所述脉冲电弧焊接中所使用的焊接电源的外部特性的斜率处于-14.0～-4.0(V/100A)的范围。

4.根据权利要求1所述的脉冲电弧焊接方法，其中，

所述保护气体是CO₂：0～40体积％以及O₂：0～10体积％、剩余部分是由Ar以及杂质构成的Ar气体或含Ar混合气体。

5.根据权利要求2所述的脉冲电弧焊接方法，其中，

所述保护气体是CO₂：0～40体积％以及O₂：0～10体积％、剩余部分是由Ar以及杂质构成的Ar气体或含Ar混合气体。

6.根据权利要求3所述的脉冲电弧焊接方法，其中，

所述保护气体是CO₂：0～40体积％以及O₂：0～10体积％、剩余部分是由Ar以及杂质构成的Ar气体或含Ar混合气体。