JP2001018067A - 狭開先溶接法及び装置 - Google Patents
狭開先溶接法及び装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 狭開先溶接において開先の側壁への片寄りア
ークを防止し、両側壁での融合不良のない良好な溶接が
できる狭開先溶接法を提供する。 【解決手段】 高周波パルスＴＩＧ溶接法として、アル
ゴンガスでシールドされた狭開先内でタングステン電極
と母材間に周波数１０〜２５ｋＨｚ、パルスのピーク電
流３００Ａ以上の溶接アークを発生させ溶加ワイヤを供
給するものとし、アーク長をＤa（mm）、パルスのピー
ク電流をＩp（Ａ）とするとき、０．５≦Ｄa≦（Ｉp−
１２０）／３０の条件範囲で溶接する。なお、溶接ケー
ブルとして複数のツイストペアー線または複数の同軸ケ
ーブルを並列に接続し束ねた低インピーダンスのパルス
電流電送用ケーブルを用いる。
ークを防止し、両側壁での融合不良のない良好な溶接が
できる狭開先溶接法を提供する。 【解決手段】 高周波パルスＴＩＧ溶接法として、アル
ゴンガスでシールドされた狭開先内でタングステン電極
と母材間に周波数１０〜２５ｋＨｚ、パルスのピーク電
流３００Ａ以上の溶接アークを発生させ溶加ワイヤを供
給するものとし、アーク長をＤa（mm）、パルスのピー
ク電流をＩp（Ａ）とするとき、０．５≦Ｄa≦（Ｉp−
１２０）／３０の条件範囲で溶接する。なお、溶接ケー
ブルとして複数のツイストペアー線または複数の同軸ケ
ーブルを並列に接続し束ねた低インピーダンスのパルス
電流電送用ケーブルを用いる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、狭開先溶接法及び
溶接装置にかかり、特に狭開先中で形成された溶接アー
クが狭開先の側壁に片寄ることを防止でき、広い溶接条
件範囲で溶接できる狭開先溶接法及び溶接装置に関す
る。
溶接装置にかかり、特に狭開先中で形成された溶接アー
クが狭開先の側壁に片寄ることを防止でき、広い溶接条
件範囲で溶接できる狭開先溶接法及び溶接装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】一般に狭開先溶接は、２つの部材（母
材）を６〜１０ｍｍの間隔で突き合わせてなる狭開先中
にシールドガスとしてＡｒガスを供給し、狭開先中に配
置されたタングステン電極と母材間に形成されたアーク
中に溶加ワイヤを送給するＴＩＧ溶接法で行われている
が、母材の間隔（以下開先幅という）が狭くなるにつれ
て、アークの直進性が維持されず狭開先の側壁にアーク
が偏向しやすくなり、したがって健全な溶接ができな
い。これを防ぐためできるだけアーク長を短くして溶接
している。しかしアーク長が短くなると溶加ワイヤとタ
ングステン電極がタッチしてアークが不安定となり溶接
不可となる。また側壁への片寄りアークを防止するため
アークの硬直性（指向性）を得る手段としてシュールド
ガスにアルゴン＋水素（またはヘリウム）混合ガスを用
いガスピンチ力によりアークを収縮させ硬直性を得て側
壁へのアーク片寄りを防止している。しかし側壁へのア
ーク片寄りは軽減できるが、アークが収縮するため開先
内の両側面が溶融せず接合不良の欠陥が生じることがあ
る。この防止策としてトーチを開先幅方向にウイービン
グさせて溶接を行う方法もあるが、開先幅が狭くなると
開先側壁に電極がタッチし溶接不可となる。またシール
ドガスに水素を混合させて溶接する方法もあるが、この
方法では水素脆化が起きるため、オーステナイト系ステ
ンレス鋼の狭開先溶接に限定される。
材）を６〜１０ｍｍの間隔で突き合わせてなる狭開先中
にシールドガスとしてＡｒガスを供給し、狭開先中に配
置されたタングステン電極と母材間に形成されたアーク
中に溶加ワイヤを送給するＴＩＧ溶接法で行われている
が、母材の間隔（以下開先幅という）が狭くなるにつれ
て、アークの直進性が維持されず狭開先の側壁にアーク
が偏向しやすくなり、したがって健全な溶接ができな
い。これを防ぐためできるだけアーク長を短くして溶接
している。しかしアーク長が短くなると溶加ワイヤとタ
ングステン電極がタッチしてアークが不安定となり溶接
不可となる。また側壁への片寄りアークを防止するため
アークの硬直性（指向性）を得る手段としてシュールド
ガスにアルゴン＋水素（またはヘリウム）混合ガスを用
いガスピンチ力によりアークを収縮させ硬直性を得て側
壁へのアーク片寄りを防止している。しかし側壁へのア
ーク片寄りは軽減できるが、アークが収縮するため開先
内の両側面が溶融せず接合不良の欠陥が生じることがあ
る。この防止策としてトーチを開先幅方向にウイービン
グさせて溶接を行う方法もあるが、開先幅が狭くなると
開先側壁に電極がタッチし溶接不可となる。またシール
ドガスに水素を混合させて溶接する方法もあるが、この
方法では水素脆化が起きるため、オーステナイト系ステ
ンレス鋼の狭開先溶接に限定される。
【０００３】狭開先溶接に関する文献としては、例えば
高周波パルスアーク溶接法とその装置及び用途（特開平
11−28568号）があり、高周波パルス溶接装置として
は、例えば高周波パルス直流アーク溶接装置（特開昭49
-115957号）がある。前者の公報では、高周波パルスア
ーク溶接法は、アルミニウム溶接に用いるもので、パル
ス電流の周波数が数Ｈｚないし数十Ｈｚで、主パルス電
流がＯＮからＯＦＦに移行するとき、主パルス電流と極
性の異なる逆パルスを印化し、パルスの立上りと立ち下
がりを急峻にさせ、アークの硬直性を向上させることが
示されている。一方、後者の公報では、高周波パルス直
流アーク溶接装置は、ＴＩＧ溶接又はプラズマ溶接等の
非消耗電極式アーク溶接に用いるもので、１ｋＨz〜１
００ｋＨｚの高周波パルス電流を用いることにより、溶
融池に対するアーク圧力の変動が速くなって溶融金属の
流動性が良くなり、溶融池の撹拌が活発に行われること
が示されている。
高周波パルスアーク溶接法とその装置及び用途（特開平
11−28568号）があり、高周波パルス溶接装置として
は、例えば高周波パルス直流アーク溶接装置（特開昭49
-115957号）がある。前者の公報では、高周波パルスア
ーク溶接法は、アルミニウム溶接に用いるもので、パル
ス電流の周波数が数Ｈｚないし数十Ｈｚで、主パルス電
流がＯＮからＯＦＦに移行するとき、主パルス電流と極
性の異なる逆パルスを印化し、パルスの立上りと立ち下
がりを急峻にさせ、アークの硬直性を向上させることが
示されている。一方、後者の公報では、高周波パルス直
流アーク溶接装置は、ＴＩＧ溶接又はプラズマ溶接等の
非消耗電極式アーク溶接に用いるもので、１ｋＨz〜１
００ｋＨｚの高周波パルス電流を用いることにより、溶
融池に対するアーク圧力の変動が速くなって溶融金属の
流動性が良くなり、溶融池の撹拌が活発に行われること
が示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記のように狭開先溶
接において、アークの硬直性を得るためにアルゴン−水
素の混合ガスを用いる方法があるが、溶接母材の材質が
限定されるという問題がある。またアルミニウムの溶接
に用いる数Ｈｚないし数十Ｈｚ高周波パルスアーク溶接
法は炭素鋼、合金鋼に適用するには不十分であった。ま
た、１ｋＨz〜１００ｋＨｚの高周波パルス電流は、溶
融金属の流動性を良くするとしても、狭開先内で高ピー
ク高周波アークがどのような効果を生じるか明かにされ
ていなかった。
接において、アークの硬直性を得るためにアルゴン−水
素の混合ガスを用いる方法があるが、溶接母材の材質が
限定されるという問題がある。またアルミニウムの溶接
に用いる数Ｈｚないし数十Ｈｚ高周波パルスアーク溶接
法は炭素鋼、合金鋼に適用するには不十分であった。ま
た、１ｋＨz〜１００ｋＨｚの高周波パルス電流は、溶
融金属の流動性を良くするとしても、狭開先内で高ピー
ク高周波アークがどのような効果を生じるか明かにされ
ていなかった。
【０００５】本発明の目的は、上記従来の問題点を解決
して、溶接開先の側壁への片寄りアークを防止し、かつ
開先内の両側面において良好な溶融が得られる狭開先溶
接法と装置を提供することにある。
して、溶接開先の側壁への片寄りアークを防止し、かつ
開先内の両側面において良好な溶融が得られる狭開先溶
接法と装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】パルスアークは溶接ケー
ブルのインダクタンスの影響の少ない１ｋＨｚ以下の周
波数で高速溶接やパイプの全周溶接等に実用化されいる
が、本発明は５ｋＨｚ以上の高ピーク（約５００Ａ）高
周波パルスアークの現象を解明して、高ピーク（約５０
０Ａ）高周波パルスアークが狭開先溶接に有効であるこ
とを明かにし、本発明に至った。
ブルのインダクタンスの影響の少ない１ｋＨｚ以下の周
波数で高速溶接やパイプの全周溶接等に実用化されいる
が、本発明は５ｋＨｚ以上の高ピーク（約５００Ａ）高
周波パルスアークの現象を解明して、高ピーク（約５０
０Ａ）高周波パルスアークが狭開先溶接に有効であるこ
とを明かにし、本発明に至った。
【０００７】上記目的を達成するために、本発明の狭開
先溶接法は、シールドガスでシールドされた狭開先内で
非消耗電極と母材間に高周波パルスアークを発生させ、
このアーク中に溶接ワイヤを送給して溶接を行なう狭開
先溶接法において、アーク長をＤa（mm）、パルスアー
クのピーク電流をＩp（Ａ）とするとき、アーク長を下
記の(１)式の範囲に設定し、周波数１０〜２５ｋＨｚ、
パルスアークのピーク電流３００〜８００Ａの条件によ
り溶接を行うことを特徴とする。
先溶接法は、シールドガスでシールドされた狭開先内で
非消耗電極と母材間に高周波パルスアークを発生させ、
このアーク中に溶接ワイヤを送給して溶接を行なう狭開
先溶接法において、アーク長をＤa（mm）、パルスアー
クのピーク電流をＩp（Ａ）とするとき、アーク長を下
記の(１)式の範囲に設定し、周波数１０〜２５ｋＨｚ、
パルスアークのピーク電流３００〜８００Ａの条件によ
り溶接を行うことを特徴とする。
【０００８】 ０．５≦Ｄa≦（Ｉp−１２０）／３０ ……(１) また、本発明の別の狭開先溶接法は、シールドガスでシ
ールドされた狭開先内で消耗電極と母材間に高周波パル
スアークを発生させて溶接を行なう狭開先溶接法におい
て、アーク長をＤa（ｍｍ）、パルスアークのピーク電
流をＩp（Ａ）とするとき、アーク長を下記の(２)式の
範囲に設定し、周波数１０〜２５ｋＨｚ，パルスアーク
のピーク電流３００〜８００Ａの条件により溶接を行う
ことを特徴とする。
ールドされた狭開先内で消耗電極と母材間に高周波パル
スアークを発生させて溶接を行なう狭開先溶接法におい
て、アーク長をＤa（ｍｍ）、パルスアークのピーク電
流をＩp（Ａ）とするとき、アーク長を下記の(２)式の
範囲に設定し、周波数１０〜２５ｋＨｚ，パルスアーク
のピーク電流３００〜８００Ａの条件により溶接を行う
ことを特徴とする。
【０００９】 ０．５≦Ｄa≦（Ｉp−１２０）／３０ ……(２) 上記目的を達成するために、本発明の狭開先溶接装置
は、定電流特性の高周波パルス溶接電源と非消耗電極を
保持する溶接トーチ、および、該高周波パルス溶接電源
と溶接母材をそれぞれ溶接ケーブルを介して接続し、溶
接トーチと溶接母材間に形成されるアーク中にワイヤ供
給装置から溶接ワイヤを供給するように構成する狭開先
溶接装置において、各溶接ケーブルは複数のツイストペ
アー線または複数の同軸ケーブルを並列に接続し束ねた
パルス電流電送用ケーブルから構成し、高周波パルス溶
接電源の供給電圧は１００〜３００Ｖとしたことを特徴
とする。
は、定電流特性の高周波パルス溶接電源と非消耗電極を
保持する溶接トーチ、および、該高周波パルス溶接電源
と溶接母材をそれぞれ溶接ケーブルを介して接続し、溶
接トーチと溶接母材間に形成されるアーク中にワイヤ供
給装置から溶接ワイヤを供給するように構成する狭開先
溶接装置において、各溶接ケーブルは複数のツイストペ
アー線または複数の同軸ケーブルを並列に接続し束ねた
パルス電流電送用ケーブルから構成し、高周波パルス溶
接電源の供給電圧は１００〜３００Ｖとしたことを特徴
とする。
【００１０】また、本発明の別の狭開先溶接装置は、定
電圧特性の高周波パルス溶接電源と消耗電極である溶接
ワイヤを先端から送り出す溶接トーチ、及び該高周波パ
ルス溶接電源と溶接母材を溶接ケーブルを介して接続
し、溶接トーチにワイヤ供給装置から溶接ワイヤを供給
するように構成する狭開先溶接装置において、各溶接ケ
ーブルはツイストペアー線または同軸ケーブルを並列に
接続し束ねたパルス電流電送用ケーブルから構成し、高
周波パルス溶接電源の供給電圧は１００〜３００Ｖとし
たことを特徴とする。
電圧特性の高周波パルス溶接電源と消耗電極である溶接
ワイヤを先端から送り出す溶接トーチ、及び該高周波パ
ルス溶接電源と溶接母材を溶接ケーブルを介して接続
し、溶接トーチにワイヤ供給装置から溶接ワイヤを供給
するように構成する狭開先溶接装置において、各溶接ケ
ーブルはツイストペアー線または同軸ケーブルを並列に
接続し束ねたパルス電流電送用ケーブルから構成し、高
周波パルス溶接電源の供給電圧は１００〜３００Ｖとし
たことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下図１〜図３を用いて、本発明
の狭開先溶接法として非消耗電極を用いる高周波パルス
ＴＩＧ溶接法を具体的に説明する。図１は、１８Ｃｒ−
８Ｃｒ系ステンレス鋼板を用い、高周波パルスＴＩＧ溶
接によるビードオンプレート試験の結果を示す図であ
る。溶接条件としてパルスアークのピーク電流５００
Ａ、平均電流１５０Ａ、アーク長２ｍｍ、周波数５〜２
５ｋＨｚに種々変えた場合の高周波パルスＴＩＧ溶接と
従来ＤＣ−ＴＩＧ溶接のビード幅を調べた。溶接装置と
しては後述する高周波パルスＴＩＧ溶接装置を用いた。
高周波パルスによる溶接ビード幅は、周波数の増加と共
に広くなり、２０ｋＨｚでは、従来ＴＩＧによるものに
比べて約２倍広くなる。このビード幅の広がりは狭開先
内の両側面を溶融させ接合欠陥防止に効果的に働く。
の狭開先溶接法として非消耗電極を用いる高周波パルス
ＴＩＧ溶接法を具体的に説明する。図１は、１８Ｃｒ−
８Ｃｒ系ステンレス鋼板を用い、高周波パルスＴＩＧ溶
接によるビードオンプレート試験の結果を示す図であ
る。溶接条件としてパルスアークのピーク電流５００
Ａ、平均電流１５０Ａ、アーク長２ｍｍ、周波数５〜２
５ｋＨｚに種々変えた場合の高周波パルスＴＩＧ溶接と
従来ＤＣ−ＴＩＧ溶接のビード幅を調べた。溶接装置と
しては後述する高周波パルスＴＩＧ溶接装置を用いた。
高周波パルスによる溶接ビード幅は、周波数の増加と共
に広くなり、２０ｋＨｚでは、従来ＴＩＧによるものに
比べて約２倍広くなる。このビード幅の広がりは狭開先
内の両側面を溶融させ接合欠陥防止に効果的に働く。
【００１２】図２は５ｍｍの狭開先内で、本発明の高周
波パルスＴＩＧ溶接と従来ＴＩＧ溶接法で片寄りビード
発生限界アーク長に及ぼすパルスアークのピーク電流の
影響を調べたものである（平均電流１００Ａ、周波数１
０ｋＨｚは一定）。ＤＣ溶接で片寄りアークが発生する
アーク長は２ｍｍであるが、高周波パルスはパルスアー
クのピーク電流２００Ａの場合ＤＣ−ＴＩＧと大差な
い。しかしピーク電流３００Ａ以上では、ピーク電流の
増加と共に片寄りアークを防止できるアーク長は長くな
り、ピーク電流５００Ａでアーク長が１０ｍｍでも片寄
りアークは発生していない。すなわち、本発明の高周波
パルスアーク溶接法においては、アーク長をＤa（m
m）、パルスのピーク電流をＩp（Ａ）とした場合、ピー
ク電流に応じてアーク長を(１)式の範囲に設定しても狭
開先内で側壁へのアーク片寄りが発生しない。
波パルスＴＩＧ溶接と従来ＴＩＧ溶接法で片寄りビード
発生限界アーク長に及ぼすパルスアークのピーク電流の
影響を調べたものである（平均電流１００Ａ、周波数１
０ｋＨｚは一定）。ＤＣ溶接で片寄りアークが発生する
アーク長は２ｍｍであるが、高周波パルスはパルスアー
クのピーク電流２００Ａの場合ＤＣ−ＴＩＧと大差な
い。しかしピーク電流３００Ａ以上では、ピーク電流の
増加と共に片寄りアークを防止できるアーク長は長くな
り、ピーク電流５００Ａでアーク長が１０ｍｍでも片寄
りアークは発生していない。すなわち、本発明の高周波
パルスアーク溶接法においては、アーク長をＤa（m
m）、パルスのピーク電流をＩp（Ａ）とした場合、ピー
ク電流に応じてアーク長を(１)式の範囲に設定しても狭
開先内で側壁へのアーク片寄りが発生しない。
【００１３】 ０.５≦Ｄa≦（Ｉp−１２０）／３０ ……(１) 測定値を示すと、ピーク電流２００(Ａ)に対してアーク
長２.４(mm)、以下同様に３００(Ａ)に対して５.０(m
m)、４００(Ａ)に対して９.０(mm)、５００(Ａ)に対し
て１２.０(mm)であった。これら各点を結んで得られる
値のアーク長以下とすることにより、側壁へのアーク片
寄りがない溶接ができる。
長２.４(mm)、以下同様に３００(Ａ)に対して５.０(m
m)、４００(Ａ)に対して９.０(mm)、５００(Ａ)に対し
て１２.０(mm)であった。これら各点を結んで得られる
値のアーク長以下とすることにより、側壁へのアーク片
寄りがない溶接ができる。
【００１４】アークの指向性はアーク圧力に関連しアー
ク圧力が大きいほど指向性が向上すると言われている。
図３にアーク圧力に及ぼす周波数の影響を示す。アーク
圧力の測定は銅板に１φの穴をあけ裏面に圧力センサー
を取付け、穴部にアークを発生させて測定した。２０ｋ
ＨｚのパルスアークはＤＣ−ＴＩＧのアーク圧力に比べ
約４倍大きい。またアーク圧力はＤＣ〜１０ｋＨｚでの
増加は大きいが、１０〜２０ｋＨｚでの増加は少なくほ
ぼ飽和する。上記の結果から、狭開先溶接には周波数１
０〜２５ｋＨｚとすることで十分である。このように高
ピーク高周波パルスにすることによりアークの指向性が
向上し片寄りアークが防止でき、しかもアークが広がる
ため両側壁の融合不良もなく容易に狭開先溶接ができ
る。また従来ＴＩＧ法のように両側壁の融合不良を防止
するためトーチをウイービングする必要もない。
ク圧力が大きいほど指向性が向上すると言われている。
図３にアーク圧力に及ぼす周波数の影響を示す。アーク
圧力の測定は銅板に１φの穴をあけ裏面に圧力センサー
を取付け、穴部にアークを発生させて測定した。２０ｋ
ＨｚのパルスアークはＤＣ−ＴＩＧのアーク圧力に比べ
約４倍大きい。またアーク圧力はＤＣ〜１０ｋＨｚでの
増加は大きいが、１０〜２０ｋＨｚでの増加は少なくほ
ぼ飽和する。上記の結果から、狭開先溶接には周波数１
０〜２５ｋＨｚとすることで十分である。このように高
ピーク高周波パルスにすることによりアークの指向性が
向上し片寄りアークが防止でき、しかもアークが広がる
ため両側壁の融合不良もなく容易に狭開先溶接ができ
る。また従来ＴＩＧ法のように両側壁の融合不良を防止
するためトーチをウイービングする必要もない。
【００１５】なお、上記図１〜３で説明した高周波パル
スＴＩＧ溶接におけるアーク特性は、アーク現象上、消
耗電極を用いる高周波パルスＭＩＧ(メタル・イナート
・ガス)溶接または高周波パルスＭＡＧ(メタル・アクテ
ィブ・ガス)溶接においても同様である。したがって、
高周波パルスＴＩＧ溶接で用いるパルス電流の条件は、
高周波パルスＭＩＧ溶接及び高周波パルスＭＡＧ溶接に
適用できるものとなる。
スＴＩＧ溶接におけるアーク特性は、アーク現象上、消
耗電極を用いる高周波パルスＭＩＧ(メタル・イナート
・ガス)溶接または高周波パルスＭＡＧ(メタル・アクテ
ィブ・ガス)溶接においても同様である。したがって、
高周波パルスＴＩＧ溶接で用いるパルス電流の条件は、
高周波パルスＭＩＧ溶接及び高周波パルスＭＡＧ溶接に
適用できるものとなる。
【００１６】次に本発明の狭開先溶接装置において、本
発明を特徴づける溶接ケーブルの構成について、まず説
明する。従来のパルスアーク溶接(ピーク電流５００
Ａ，電圧４０Ｖ)は、ケーブルのインダクタンスの影響
が大きく１ｋＨｚ以下が実用限界である。パルス溶接電
流Ｉは溶接機の電源電圧をＥ1、アーク電圧をＥ2、スイ
ッチングトランジスタのＯＮ電圧をＥ3，ケーブルのイ
ンダクタンスをＬとすると、それらの関係は次の(３)式
で表せる。
発明を特徴づける溶接ケーブルの構成について、まず説
明する。従来のパルスアーク溶接(ピーク電流５００
Ａ，電圧４０Ｖ)は、ケーブルのインダクタンスの影響
が大きく１ｋＨｚ以下が実用限界である。パルス溶接電
流Ｉは溶接機の電源電圧をＥ1、アーク電圧をＥ2、スイ
ッチングトランジスタのＯＮ電圧をＥ3，ケーブルのイ
ンダクタンスをＬとすると、それらの関係は次の(３)式
で表せる。
【００１７】 Ｅ1−Ｅ2−Ｅ3＝Ｌ（ｄＩ／ｄｔ） ……（3） 故に溶接電流Ｉ＝（Ｅ1−Ｅ2−Ｅ3）／Ｌ・ｔが成り立
つ。(３)式から分かるように溶接電流は急激には増加せ
ず一定速度で直線的に増加する。溶接電源電圧、溶接負
荷電圧、トランジスタＯＮ電圧Ｅ3を不変と考えると電
流の増加はケーブルのインダクタンスＬに反比例する。
すなわちパルス電流の立ち上がりをよくするためにはア
ーク負荷に供給する電圧を高くするか、または溶接ケー
ブルのインダクタンスを減さなければならない。本発明
では溶接ケーブのインダクタンスを減らすために細いツ
イストペアー線（より線）または細い導軸ケーブルを多
数並列に接続し束ねてたケーブルをパルス電流供給ケー
ブルとして用いることにより解決した。ツイストペアー
線はケーブルの長さに関係なくインピーダンスは約１０
０〜２００Ω、また導軸ケーブルのインピーダンスは５
０〜１００Ωである。すなわちケーブルのインピーダン
スを下げるにはツイストペアー線または導軸ケーブルを
並列に接続し、接続本数増やしていけば限りなくケーブ
ルのインピーダンスをゼロにすることができる。しかし
細いツイストペアー線または導軸ケーブルを多数並列に
接続し束ねた溶接ケーブルの先に接続するトーチケーブ
ル（例えば５ｍ長）とアースケーブル（例えば５ｍ長）
は、溶接作業上、市販品を用いるのが便利であり、市販
品を用いるケースが多いことが想定される。従ってこの
場合、溶接作業のケーブルのインダクタンスはゼロに軽
減することはできない。この影響をキャンセルするため
に電源の電圧を１００〜３００Ｖとすることにより解決
した。もっとも、ケーブルのインピーダンス低減をさら
に必要とする場合は、トーチケーブル及び溶接ケーブル
にツイストペアー線または導軸ケーブルを用いるとよ
い。
つ。(３)式から分かるように溶接電流は急激には増加せ
ず一定速度で直線的に増加する。溶接電源電圧、溶接負
荷電圧、トランジスタＯＮ電圧Ｅ3を不変と考えると電
流の増加はケーブルのインダクタンスＬに反比例する。
すなわちパルス電流の立ち上がりをよくするためにはア
ーク負荷に供給する電圧を高くするか、または溶接ケー
ブルのインダクタンスを減さなければならない。本発明
では溶接ケーブのインダクタンスを減らすために細いツ
イストペアー線（より線）または細い導軸ケーブルを多
数並列に接続し束ねてたケーブルをパルス電流供給ケー
ブルとして用いることにより解決した。ツイストペアー
線はケーブルの長さに関係なくインピーダンスは約１０
０〜２００Ω、また導軸ケーブルのインピーダンスは５
０〜１００Ωである。すなわちケーブルのインピーダン
スを下げるにはツイストペアー線または導軸ケーブルを
並列に接続し、接続本数増やしていけば限りなくケーブ
ルのインピーダンスをゼロにすることができる。しかし
細いツイストペアー線または導軸ケーブルを多数並列に
接続し束ねた溶接ケーブルの先に接続するトーチケーブ
ル（例えば５ｍ長）とアースケーブル（例えば５ｍ長）
は、溶接作業上、市販品を用いるのが便利であり、市販
品を用いるケースが多いことが想定される。従ってこの
場合、溶接作業のケーブルのインダクタンスはゼロに軽
減することはできない。この影響をキャンセルするため
に電源の電圧を１００〜３００Ｖとすることにより解決
した。もっとも、ケーブルのインピーダンス低減をさら
に必要とする場合は、トーチケーブル及び溶接ケーブル
にツイストペアー線または導軸ケーブルを用いるとよ
い。
【００１８】なお、電源電圧が３００Ｖを越えると、Ｉ
ＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラートランジスタ）等のス
イッチングトランジスタ素子の耐圧を高くする必要があ
るため、素子の電圧定格や寸法がおおきくなり電源が大
型化する傾向がある。
ＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラートランジスタ）等のス
イッチングトランジスタ素子の耐圧を高くする必要があ
るため、素子の電圧定格や寸法がおおきくなり電源が大
型化する傾向がある。
【００１９】次に図４を参照して、本発明の狭開先溶接
装置のうち非消耗電極式である高周波パルスＴＩＧ溶接
装置について説明する。この高周波パルスＴＩＧ溶接装
置は、高周波パルス溶接電源１と、該高周波パルス電源
1の正負端子に接続された２本のパルス電流電送ケーブ
ル２（溶接ケーブル）と、２本のパルス電流電送ケーブ
ル２の一方の先端に接続されたトーチケーブル３と、２
本のパルス電流電送ケーブル２の他方の先端に接続され
母材に接続するアースケーブル４と、トーチケーブル３
の先端に接続されたＴＩＧ溶接トーチ５と、ＴＩＧ溶接
トーチ５先端に取り付けられたタングステン電極と母材
６間に形成されるアーク中に溶加ワイヤを供給する溶加
ワイヤ送給装置９とから構成されている。
装置のうち非消耗電極式である高周波パルスＴＩＧ溶接
装置について説明する。この高周波パルスＴＩＧ溶接装
置は、高周波パルス溶接電源１と、該高周波パルス電源
1の正負端子に接続された２本のパルス電流電送ケーブ
ル２（溶接ケーブル）と、２本のパルス電流電送ケーブ
ル２の一方の先端に接続されたトーチケーブル３と、２
本のパルス電流電送ケーブル２の他方の先端に接続され
母材に接続するアースケーブル４と、トーチケーブル３
の先端に接続されたＴＩＧ溶接トーチ５と、ＴＩＧ溶接
トーチ５先端に取り付けられたタングステン電極と母材
６間に形成されるアーク中に溶加ワイヤを供給する溶加
ワイヤ送給装置９とから構成されている。
【００２０】高周波パルス溶接電源１は、平均電流定電
流制御方式で最大ピーク電流５００Ａ（電圧１８０
Ｖ）、最大周波数２５ｋＨｚのパルス電流を出力する。
パルス電流電送用ケーブル２は、５０本のツイストペア
ー線（容量５Ａ）を並列に接続し束ねたもの、あるいは
４０本の同軸ケーブル（インピーダンス５０Ω）を並列
に接続し束ねたものとし、ケーブル長は、放射能レベル
の高い原子力の遠隔操作による現地溶接を考えて、いず
れも７０ｍとした。２種類のパルス電流電送用ケーブル
２（溶接ケーブル）は互いに取り替えて用いた。同軸ケ
ーブルは市販品である。トーチケーブル３とアースケー
ブル４は、いずれも長さ５ｍである。
流制御方式で最大ピーク電流５００Ａ（電圧１８０
Ｖ）、最大周波数２５ｋＨｚのパルス電流を出力する。
パルス電流電送用ケーブル２は、５０本のツイストペア
ー線（容量５Ａ）を並列に接続し束ねたもの、あるいは
４０本の同軸ケーブル（インピーダンス５０Ω）を並列
に接続し束ねたものとし、ケーブル長は、放射能レベル
の高い原子力の遠隔操作による現地溶接を考えて、いず
れも７０ｍとした。２種類のパルス電流電送用ケーブル
２（溶接ケーブル）は互いに取り替えて用いた。同軸ケ
ーブルは市販品である。トーチケーブル３とアースケー
ブル４は、いずれも長さ５ｍである。
【００２１】高周波パルスＴＩＧ溶接装置を用い、シー
ルドガスにアルゴンを用い、溶接条件としてピーク電流
５００Ａ、平均電流１５０Ａ、周波数１〜２５ｋＨｚに
変えて溶接電流の波形を観察した。電流の立ち上がりは
５００Ａ／１５μｓｅｃが得られ、ピーク電流５００Ａ
で２５ｋＨｚの高周波パルス電流が達成できた。又、電
源電圧を２８０Ｖに設定しピーク電流を増大させたとこ
ろ、ピーク電流８００Ａで約１５ｋＨｚの高周波電流が
得られた。他方、従来の溶接電流電送用ケーブル（溶接
ケーブル）長さ７０ｍでは０から５００Ａに変化するパ
ルス電流が得られるのは１ｋＨｚ程度であり、これ以上
の周波数では溶接電流電送ケーブルのインダクタンスの
影響によりベース電流が増加し脈流波形となった。
ルドガスにアルゴンを用い、溶接条件としてピーク電流
５００Ａ、平均電流１５０Ａ、周波数１〜２５ｋＨｚに
変えて溶接電流の波形を観察した。電流の立ち上がりは
５００Ａ／１５μｓｅｃが得られ、ピーク電流５００Ａ
で２５ｋＨｚの高周波パルス電流が達成できた。又、電
源電圧を２８０Ｖに設定しピーク電流を増大させたとこ
ろ、ピーク電流８００Ａで約１５ｋＨｚの高周波電流が
得られた。他方、従来の溶接電流電送用ケーブル（溶接
ケーブル）長さ７０ｍでは０から５００Ａに変化するパ
ルス電流が得られるのは１ｋＨｚ程度であり、これ以上
の周波数では溶接電流電送ケーブルのインダクタンスの
影響によりベース電流が増加し脈流波形となった。
【００２２】図５により、５００Ａピーク高周波パルス
電流を用いた狭開先ＴＩＧ溶接の一例を説明する。この
溶接には図４に示す高周波パルスＴＩＧ溶接装置を用い
た。溶接母材は図５（ａ）に示すように、板厚１５ｍｍ
で開先幅４ｍｍである。溶接条件は、ピーク電流５００
Ａ、周波数は１０ｋＨｚ、２５ｋＨｚの２条件、初層平
均電流１００Ａ、層間電流１２０〜１８０Ａ、溶接ワイ
ヤ０．９φ、ワイヤ送給速度８０〜１５０ｃｍ／ｍｉ
ｎ、溶接速度２０ｃｍ／ｍｉｎを用いた。非消耗電極と
しては、図５（ｂ）に示すように、トリウム入りタング
ステン電極３φを厚さ１．５ｍｍの偏平に切削し（断面
が１.５mm厚さ×３mm長さ）、かつ３mm長さ部分の先端
角度６０度にしたものを用いた。電極はその３mm長さ方
向が狭開先溝の延びる方向になるようにセットした。ト
ーチは二重シールドトーチ、シールドガスはアルゴン３
０(ｌ／ｍｉｎ)、極性はタングステン電極を負極、母材
を正極の条件で溶接した。その結果、１０ｋＨｚ、２５
ｋＨｚのいずれの周波数においても、狭開先の側壁への
片寄りアークは発生せず、安定に溶接することができ
た。また比較のため、従来の直流ＴＩＧ溶接法を用い、
直流を用いる以外は本発明と同じ条件で溶接した。その
結果、側壁への片寄りアークが発生して溶接することが
できなかった。尚シールドガスはアルゴン単独ばかりで
なくヘリウム、アルゴン＋水素、アルゴン＋水素＋ヘリ
ウム、アルゴン＋ヘリウムでも良い。しかし水素混合ガ
スは水素脆化が起きるフエライト鋼に注意が必要であ
る。又、上記の例は溶接母材６の板厚が５〜３０ｍｍの
場合であるが、板厚に応じて電源電圧を調整し、ピーク
電流を変化させてもよい。本例において、電源電圧を１
００Ｖに設定したところ、ピーク電流は３００Ａ程度と
なった。さらに溶接ケーブル長が１０ｍの場合におい
て、ピーク電流５００Ａで１０〜２５ｋＨｚの高周波パ
ルス電流を得るには、電源電圧を約１５０Ｖに設定すれ
ばよい。
電流を用いた狭開先ＴＩＧ溶接の一例を説明する。この
溶接には図４に示す高周波パルスＴＩＧ溶接装置を用い
た。溶接母材は図５（ａ）に示すように、板厚１５ｍｍ
で開先幅４ｍｍである。溶接条件は、ピーク電流５００
Ａ、周波数は１０ｋＨｚ、２５ｋＨｚの２条件、初層平
均電流１００Ａ、層間電流１２０〜１８０Ａ、溶接ワイ
ヤ０．９φ、ワイヤ送給速度８０〜１５０ｃｍ／ｍｉ
ｎ、溶接速度２０ｃｍ／ｍｉｎを用いた。非消耗電極と
しては、図５（ｂ）に示すように、トリウム入りタング
ステン電極３φを厚さ１．５ｍｍの偏平に切削し（断面
が１.５mm厚さ×３mm長さ）、かつ３mm長さ部分の先端
角度６０度にしたものを用いた。電極はその３mm長さ方
向が狭開先溝の延びる方向になるようにセットした。ト
ーチは二重シールドトーチ、シールドガスはアルゴン３
０(ｌ／ｍｉｎ)、極性はタングステン電極を負極、母材
を正極の条件で溶接した。その結果、１０ｋＨｚ、２５
ｋＨｚのいずれの周波数においても、狭開先の側壁への
片寄りアークは発生せず、安定に溶接することができ
た。また比較のため、従来の直流ＴＩＧ溶接法を用い、
直流を用いる以外は本発明と同じ条件で溶接した。その
結果、側壁への片寄りアークが発生して溶接することが
できなかった。尚シールドガスはアルゴン単独ばかりで
なくヘリウム、アルゴン＋水素、アルゴン＋水素＋ヘリ
ウム、アルゴン＋ヘリウムでも良い。しかし水素混合ガ
スは水素脆化が起きるフエライト鋼に注意が必要であ
る。又、上記の例は溶接母材６の板厚が５〜３０ｍｍの
場合であるが、板厚に応じて電源電圧を調整し、ピーク
電流を変化させてもよい。本例において、電源電圧を１
００Ｖに設定したところ、ピーク電流は３００Ａ程度と
なった。さらに溶接ケーブル長が１０ｍの場合におい
て、ピーク電流５００Ａで１０〜２５ｋＨｚの高周波パ
ルス電流を得るには、電源電圧を約１５０Ｖに設定すれ
ばよい。
【００２３】次に図６を参照して、本発明の狭開先溶接
装置のうち消耗電極式である高周波パルスＭＡＧ溶接装
置について説明する。この高周波パルスＭＡＧ溶接装置
は、高周波パルス溶接電源８と、該高周波パルス電源1
の正負端子に接続された２本のパルス電流電送ケーブル
２と、２本のパルス電流電送ケーブル２を中継部を有し
かつ溶接ワイヤをフィードする溶接ワイヤ供給装置９
と、溶接ワイヤ供給装置９の中継部で２本の電流電送ケ
ーブル２の一方に接続されたトーチケーブル３と、溶接
ワイヤ供給装置９の中継部で２本のパルス電流電送ケー
ブル２の他方の先端に接続され母材に接続するアースケ
ーブル４と、トーチケーブル３の先端に接続されたＭＡ
Ｇ溶接トーチ１０とから構成され、溶接ワイヤ供給装置
９からフィードされＭＡＧ溶接トーチ１０でトーチケー
ブル３により通電された溶接ワイヤと母材６間にアーク
が形成される。高周波パルス溶接電源８は、平均電圧定
電圧制御方式で最大ピーク電流５００Ａ（電圧１８０
Ｖ）、最大周波数２５ｋＨｚのパルス電流が得られる。
パルス電流電送用ケーブル２は、多数のツイストペアー
線を並列に接続し束ねたものとし、ケーブル長は、７０
ｍとした。トーチケーブル３及びアースケーブル４は、
いずれも長さ５ｍである。
装置のうち消耗電極式である高周波パルスＭＡＧ溶接装
置について説明する。この高周波パルスＭＡＧ溶接装置
は、高周波パルス溶接電源８と、該高周波パルス電源1
の正負端子に接続された２本のパルス電流電送ケーブル
２と、２本のパルス電流電送ケーブル２を中継部を有し
かつ溶接ワイヤをフィードする溶接ワイヤ供給装置９
と、溶接ワイヤ供給装置９の中継部で２本の電流電送ケ
ーブル２の一方に接続されたトーチケーブル３と、溶接
ワイヤ供給装置９の中継部で２本のパルス電流電送ケー
ブル２の他方の先端に接続され母材に接続するアースケ
ーブル４と、トーチケーブル３の先端に接続されたＭＡ
Ｇ溶接トーチ１０とから構成され、溶接ワイヤ供給装置
９からフィードされＭＡＧ溶接トーチ１０でトーチケー
ブル３により通電された溶接ワイヤと母材６間にアーク
が形成される。高周波パルス溶接電源８は、平均電圧定
電圧制御方式で最大ピーク電流５００Ａ（電圧１８０
Ｖ）、最大周波数２５ｋＨｚのパルス電流が得られる。
パルス電流電送用ケーブル２は、多数のツイストペアー
線を並列に接続し束ねたものとし、ケーブル長は、７０
ｍとした。トーチケーブル３及びアースケーブル４は、
いずれも長さ５ｍである。
【００２４】一般構造物溶接では、高能率化と歪防止の
ため出きるだけ狭開先角度で溶接できることが望まれて
いる。以下、本発明の高周波パルスＭＡＧ溶接装置を用
いた狭開先溶接について図７により説明する。溶接母材
は軟鋼で板厚１５ｍｍ、開先形状は開先Ｖ角度θ＝２５
度、ルートフエース１ｍｍ．ルートギャップｇ＝０ｍｍ
であった。溶接条件は、ピーク電流５００Ａ、周波数を
１０ｋＨｚ，２５ｋＨｚの２条件とし、平均電流２００
Ａ、平均アーク電圧２０Ｖ、溶接速度２０〜５０ｃｍ／
ｍｉｎ、ワイヤ１．２φ，シールドガスはアルゴン８＋
炭酸ガス２の割合で流量３０ｌ／ｍｉｎ、極性はワイヤ
正極、母材負極の条件で３パスで溶接した。その結果、
いずれの周波数においても片寄りアークは発生せず十分
な溶け込みで良好な裏波ビードが得られた。他方、同じ
電流（２００Ａ）の従来ＤＣ溶接（ＭＡＧ）では溶け込
みが得られず裏波ビードは形成できなかった。また、シ
ールドガスは上記混合ガス以外のアルゴン、炭酸ガス単
独でも裏波ビードが形成できた。
ため出きるだけ狭開先角度で溶接できることが望まれて
いる。以下、本発明の高周波パルスＭＡＧ溶接装置を用
いた狭開先溶接について図７により説明する。溶接母材
は軟鋼で板厚１５ｍｍ、開先形状は開先Ｖ角度θ＝２５
度、ルートフエース１ｍｍ．ルートギャップｇ＝０ｍｍ
であった。溶接条件は、ピーク電流５００Ａ、周波数を
１０ｋＨｚ，２５ｋＨｚの２条件とし、平均電流２００
Ａ、平均アーク電圧２０Ｖ、溶接速度２０〜５０ｃｍ／
ｍｉｎ、ワイヤ１．２φ，シールドガスはアルゴン８＋
炭酸ガス２の割合で流量３０ｌ／ｍｉｎ、極性はワイヤ
正極、母材負極の条件で３パスで溶接した。その結果、
いずれの周波数においても片寄りアークは発生せず十分
な溶け込みで良好な裏波ビードが得られた。他方、同じ
電流（２００Ａ）の従来ＤＣ溶接（ＭＡＧ）では溶け込
みが得られず裏波ビードは形成できなかった。また、シ
ールドガスは上記混合ガス以外のアルゴン、炭酸ガス単
独でも裏波ビードが形成できた。
【００２５】
【発明の効果】本発明によれば、狭開先溶接方法は、ガ
スシールドされた狭開先内で非消耗電極と母材間に周波
数１０〜２５ｋＨｚ、パルスのピーク電流３００Ａ以上
の溶接アークを発生させ溶接ワイヤを供給するものと
し、アーク長をＤa（mm）、パルスのピーク電流をＩp
（Ａ）とするとき、Ｄa≦（Ｉp−１２０）／３０となる
ようアーク長を制限することによりアークの硬直性を保
持して狭開先の側壁への片寄りアークを防止でき、かつ
０．５≦Ｄaとすることにより溶接ワイヤと電極の接触
を防止でき、高周波パルス溶接電流により溶接ビード幅
をひろげて開先内の両側面において融合不良のない良好
な溶接を行なうことができる。
スシールドされた狭開先内で非消耗電極と母材間に周波
数１０〜２５ｋＨｚ、パルスのピーク電流３００Ａ以上
の溶接アークを発生させ溶接ワイヤを供給するものと
し、アーク長をＤa（mm）、パルスのピーク電流をＩp
（Ａ）とするとき、Ｄa≦（Ｉp−１２０）／３０となる
ようアーク長を制限することによりアークの硬直性を保
持して狭開先の側壁への片寄りアークを防止でき、かつ
０．５≦Ｄaとすることにより溶接ワイヤと電極の接触
を防止でき、高周波パルス溶接電流により溶接ビード幅
をひろげて開先内の両側面において融合不良のない良好
な溶接を行なうことができる。
【００２６】また、別の狭開先溶接法は、ガスシールド
された狭開先内で消耗電極と母材間に周波数１０〜２５
ｋＨｚ、パルスのピーク電流３００Ａ以上の溶接アーク
を発生させ溶接ワイヤを供給するものとし、アーク長を
Ｄa（mm）、パルスのピーク電流をＩp（Ａ）とすると
き、０．５≦Ｄa≦（Ｉp−１２０）／３０の範囲で溶接
するものとしたので、上同様に狭開先の側壁への片寄り
アークを防止でき、開先内の両側面において融合不良の
ない良好な溶接を行なうことができる。、本発明によれ
ば、上記狭開先溶接法に用いる溶接装置において、高周
波パルス溶接電源と母材とを接続する溶接ケーブルを複
数のツイストペアー線または複数の同軸ケーブルを並列
に接続し束ねたパルス電流電送用ケーブルから構成する
ことにより、高周波パルス溶接電源と母材間のインピー
ダンスを低減して、高周波パルス溶接電源から離れた位
置の母材において高い周波数のパルスアークを発生させ
ることができる。
された狭開先内で消耗電極と母材間に周波数１０〜２５
ｋＨｚ、パルスのピーク電流３００Ａ以上の溶接アーク
を発生させ溶接ワイヤを供給するものとし、アーク長を
Ｄa（mm）、パルスのピーク電流をＩp（Ａ）とすると
き、０．５≦Ｄa≦（Ｉp−１２０）／３０の範囲で溶接
するものとしたので、上同様に狭開先の側壁への片寄り
アークを防止でき、開先内の両側面において融合不良の
ない良好な溶接を行なうことができる。、本発明によれ
ば、上記狭開先溶接法に用いる溶接装置において、高周
波パルス溶接電源と母材とを接続する溶接ケーブルを複
数のツイストペアー線または複数の同軸ケーブルを並列
に接続し束ねたパルス電流電送用ケーブルから構成する
ことにより、高周波パルス溶接電源と母材間のインピー
ダンスを低減して、高周波パルス溶接電源から離れた位
置の母材において高い周波数のパルスアークを発生させ
ることができる。
【図１】本発明の高周波パルスＴＩＧ溶接におけるパル
ス周波数と溶接ビード幅の関係を示す図。
ス周波数と溶接ビード幅の関係を示す図。
【図２】本発明の高周波パルスＴＩＧ溶接法による狭開
先溶接において、狭開先側壁への片寄りアークの有無と
パルスピーク電流値とアーク長との関係を示す図。
先溶接において、狭開先側壁への片寄りアークの有無と
パルスピーク電流値とアーク長との関係を示す図。
【図３】本発明の高周波パルスＴＩＧ溶接における周波
数とアーク圧力を示す図。
数とアーク圧力を示す図。
【図４】本発明の実施の形態の高周波パルスＴＩＧ溶接
装置の構成図。
装置の構成図。
【図５】本発明の高周波パルスＴＩＧ溶接における開先
部を示す図である。
部を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態の高周波パルスＭＡＧ溶接
装置の構成図。
装置の構成図。
【図７】本発明の高周波パルスＭＡＧ溶接における開先
部を示す図である。
部を示す図である。
１ 高周波パルス溶接電源（定電流制御） ２ パルス電流電送ケーブル ３ トーチケーブル ４ アースケーブル ５ ＴＩＧ溶接トーチ ６ 接合母材 ７ 溶接ワイヤ ８ 高周波パルス溶接電源（定電圧制御） ９ ワイヤ送供装置 １０ ＭＡＧ溶接ト−チ
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１１年１１月２６日（１９９９．１１．
２６）
２６）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００２】
【従来の技術】一般に狭開先溶接は、２つの部材（母
材）を６〜１０ｍｍの間隔で突き合わせてなる狭開先中
にシールドガスとしてＡｒガスを供給し、狭開先中に配
置されたタングステン電極と母材間に形成されたアーク
中に溶加ワイヤを送給するＴＩＧ溶接法で行われている
が、母材の間隔（以下開先幅という）が狭くなるにつれ
て、アークの直進性が維持されず狭開先の側壁にアーク
が偏向しやすくなり、したがって健全な溶接ができな
い。これを防ぐためできるだけアーク長を短くして溶接
している。しかしアーク長が短くなると溶加ワイヤとタ
ングステン電極がタッチしてアークが不安定となり溶接
不可となる。また側壁への片寄りアークを防止するため
アークの硬直性（指向性）を得る手段としてシールドガ
スにアルゴン＋水素（またはヘリウム）混合ガスを用い
ガスピンチ力によりアークを収縮させ硬直性を得て側壁
へのアーク片寄りを防止している。しかし側壁へのアー
ク片寄りは軽減できるが、アークが収縮するため開先内
の両側面が溶融せず接合不良の欠陥が生じることがあ
る。この防止策としてトーチを開先幅方向にウイービン
グさせて溶接を行う方法もあるが、開先幅が狭くなると
開先側壁に電極がタッチし溶接不可となる。またシール
ドガスに水素を混合させて溶接する方法もあるが、この
方法では水素脆化が起きるため、オーステナイト系ステ
ンレス鋼の狭開先溶接に限定される。
材）を６〜１０ｍｍの間隔で突き合わせてなる狭開先中
にシールドガスとしてＡｒガスを供給し、狭開先中に配
置されたタングステン電極と母材間に形成されたアーク
中に溶加ワイヤを送給するＴＩＧ溶接法で行われている
が、母材の間隔（以下開先幅という）が狭くなるにつれ
て、アークの直進性が維持されず狭開先の側壁にアーク
が偏向しやすくなり、したがって健全な溶接ができな
い。これを防ぐためできるだけアーク長を短くして溶接
している。しかしアーク長が短くなると溶加ワイヤとタ
ングステン電極がタッチしてアークが不安定となり溶接
不可となる。また側壁への片寄りアークを防止するため
アークの硬直性（指向性）を得る手段としてシールドガ
スにアルゴン＋水素（またはヘリウム）混合ガスを用い
ガスピンチ力によりアークを収縮させ硬直性を得て側壁
へのアーク片寄りを防止している。しかし側壁へのアー
ク片寄りは軽減できるが、アークが収縮するため開先内
の両側面が溶融せず接合不良の欠陥が生じることがあ
る。この防止策としてトーチを開先幅方向にウイービン
グさせて溶接を行う方法もあるが、開先幅が狭くなると
開先側壁に電極がタッチし溶接不可となる。またシール
ドガスに水素を混合させて溶接する方法もあるが、この
方法では水素脆化が起きるため、オーステナイト系ステ
ンレス鋼の狭開先溶接に限定される。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００３】狭開先溶接に関する文献としては、例えば
高周波パルスアーク溶接法とその装置及び用途（特開平
11−28568号）があり、高周波パルス溶接装置として
は、例えば高周波パルス直流アーク溶接装置（特開昭49
-115957号）がある。前者の公報では、高周波パルスア
ーク溶接法は、アルミニウム溶接に用いるもので、パル
ス電流の周波数が数Ｈｚないし数十Ｈｚで、主パルス電
流がＯＮからＯＦＦに移行するとき、主パルス電流と極
性の異なる逆パルスを印加し、パルスの立上りと立ち下
がりを急峻にさせ、アークの硬直性を向上させることが
示されている。一方、後者の公報では、高周波パルス直
流アーク溶接装置は、ＴＩＧ溶接又はプラズマ溶接等の
非消耗電極式アーク溶接に用いるもので、１ｋＨz〜１
００ｋＨｚの高周波パルス電流を用いることにより、溶
融池に対するアーク圧力の変動が速くなって溶融金属の
流動性が良くなり、溶融池の撹拌が活発に行われること
が示されている。
高周波パルスアーク溶接法とその装置及び用途（特開平
11−28568号）があり、高周波パルス溶接装置として
は、例えば高周波パルス直流アーク溶接装置（特開昭49
-115957号）がある。前者の公報では、高周波パルスア
ーク溶接法は、アルミニウム溶接に用いるもので、パル
ス電流の周波数が数Ｈｚないし数十Ｈｚで、主パルス電
流がＯＮからＯＦＦに移行するとき、主パルス電流と極
性の異なる逆パルスを印加し、パルスの立上りと立ち下
がりを急峻にさせ、アークの硬直性を向上させることが
示されている。一方、後者の公報では、高周波パルス直
流アーク溶接装置は、ＴＩＧ溶接又はプラズマ溶接等の
非消耗電極式アーク溶接に用いるもので、１ｋＨz〜１
００ｋＨｚの高周波パルス電流を用いることにより、溶
融池に対するアーク圧力の変動が速くなって溶融金属の
流動性が良くなり、溶融池の撹拌が活発に行われること
が示されている。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００７】上記目的を達成するために、本発明の狭開
先溶接法は、シールドガスでシールドされた狭開先内で
非消耗電極と母材間に高周波パルスアークを発生させ、
このアーク中に溶接ワイヤを送給して溶接を行なう狭開
先溶接法において、アーク長をＤa（mm）、パルスアー
クのピーク電流をＩp（Ａ）とするとき、アーク長を下
記の(１)式の範囲に設定し、周波数５〜２５ｋＨｚ、パ
ルスアークのピーク電流３００〜８００Ａの条件により
溶接を行うことを特徴とする。
先溶接法は、シールドガスでシールドされた狭開先内で
非消耗電極と母材間に高周波パルスアークを発生させ、
このアーク中に溶接ワイヤを送給して溶接を行なう狭開
先溶接法において、アーク長をＤa（mm）、パルスアー
クのピーク電流をＩp（Ａ）とするとき、アーク長を下
記の(１)式の範囲に設定し、周波数５〜２５ｋＨｚ、パ
ルスアークのピーク電流３００〜８００Ａの条件により
溶接を行うことを特徴とする。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００８】 ０．５≦Ｄa≦（Ｉp−１２０）／３０ ……(１) また、本発明の別の狭開先溶接法は、シールドガスでシ
ールドされた狭開先内で消耗電極と母材間に高周波パル
スアークを発生させて溶接を行なう狭開先溶接法におい
て、アーク長をＤa（ｍｍ）、パルスアークのピーク電
流をＩp（Ａ）とするとき、アーク長を下記の(２)式の
範囲に設定し、周波数５〜２５ｋＨｚ，パルスアークの
ピーク電流３００〜８００Ａの条件により溶接を行うこ
とを特徴とする。
ールドされた狭開先内で消耗電極と母材間に高周波パル
スアークを発生させて溶接を行なう狭開先溶接法におい
て、アーク長をＤa（ｍｍ）、パルスアークのピーク電
流をＩp（Ａ）とするとき、アーク長を下記の(２)式の
範囲に設定し、周波数５〜２５ｋＨｚ，パルスアークの
ピーク電流３００〜８００Ａの条件により溶接を行うこ
とを特徴とする。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１１】
【発明の実施の形態】以下図１〜図３を用いて、本発明
の狭開先溶接法として非消耗電極を用いる高周波パルス
ＴＩＧ溶接法を具体的に説明する。図１は、１８Ｃｒ−
８Ｎｉ系ステンレス鋼板を用い、高周波パルスＴＩＧ溶
接によるビードオンプレート試験の結果を示す図であ
る。溶接条件としてパルスアークのピーク電流５００
Ａ、平均電流１５０Ａ、アーク長２ｍｍ、周波数５〜２
５ｋＨｚに種々変えた場合の高周波パルスＴＩＧ溶接と
従来ＤＣ−ＴＩＧ溶接のビード幅を調べた。溶接装置と
しては後述する高周波パルスＴＩＧ溶接装置を用いた。
高周波パルスによる溶接ビード幅は、周波数の増加と共
に広くなり、２０ｋＨｚでは、従来ＴＩＧによるものに
比べて約２倍広くなる。このビード幅の広がりは狭開先
内の両側面を溶融させ接合欠陥防止に効果的に働く。
の狭開先溶接法として非消耗電極を用いる高周波パルス
ＴＩＧ溶接法を具体的に説明する。図１は、１８Ｃｒ−
８Ｎｉ系ステンレス鋼板を用い、高周波パルスＴＩＧ溶
接によるビードオンプレート試験の結果を示す図であ
る。溶接条件としてパルスアークのピーク電流５００
Ａ、平均電流１５０Ａ、アーク長２ｍｍ、周波数５〜２
５ｋＨｚに種々変えた場合の高周波パルスＴＩＧ溶接と
従来ＤＣ−ＴＩＧ溶接のビード幅を調べた。溶接装置と
しては後述する高周波パルスＴＩＧ溶接装置を用いた。
高周波パルスによる溶接ビード幅は、周波数の増加と共
に広くなり、２０ｋＨｚでは、従来ＴＩＧによるものに
比べて約２倍広くなる。このビード幅の広がりは狭開先
内の両側面を溶融させ接合欠陥防止に効果的に働く。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１４】アークの指向性はアーク圧力に関連しアー
ク圧力が大きいほど指向性が向上すると言われている。
図３にアーク圧力に及ぼす周波数の影響を示す。アーク
圧力の測定は銅板に１φの穴をあけ裏面に圧力センサー
を取付け、穴部にアークを発生させて測定した。２０ｋ
ＨｚのパルスアークはＤＣ−ＴＩＧのアーク圧力に比べ
約４倍大きい。またアーク圧力はＤＣ〜１０ｋＨｚでの
増加は大きいが、１０〜２０ｋＨｚでの増加は少なくほ
ぼ飽和する。上記の結果から、狭開先溶接には周波数５
〜２５ｋＨｚとすることで十分である。このように高ピ
ーク高周波パルスにすることによりアークの指向性が向
上し片寄りアークが防止でき、しかもアークが広がるた
め両側壁の融合不良もなく容易に狭開先溶接ができる。
また従来ＴＩＧ法のように両側壁の融合不良を防止する
ためトーチをウイービングする必要もない。
ク圧力が大きいほど指向性が向上すると言われている。
図３にアーク圧力に及ぼす周波数の影響を示す。アーク
圧力の測定は銅板に１φの穴をあけ裏面に圧力センサー
を取付け、穴部にアークを発生させて測定した。２０ｋ
ＨｚのパルスアークはＤＣ−ＴＩＧのアーク圧力に比べ
約４倍大きい。またアーク圧力はＤＣ〜１０ｋＨｚでの
増加は大きいが、１０〜２０ｋＨｚでの増加は少なくほ
ぼ飽和する。上記の結果から、狭開先溶接には周波数５
〜２５ｋＨｚとすることで十分である。このように高ピ
ーク高周波パルスにすることによりアークの指向性が向
上し片寄りアークが防止でき、しかもアークが広がるた
め両側壁の融合不良もなく容易に狭開先溶接ができる。
また従来ＴＩＧ法のように両側壁の融合不良を防止する
ためトーチをウイービングする必要もない。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１７】 Ｅ1−Ｅ2−Ｅ3＝Ｌ（ｄＩ／ｄｔ） ……（3） 故に溶接電流Ｉ＝（Ｅ1−Ｅ2−Ｅ3）／Ｌ・ｔが成り立
つ。(３)式から分かるように溶接電流は急激には増加せ
ず一定速度で直線的に増加する。溶接電源電圧、溶接負
荷電圧、トランジスタＯＮ電圧Ｅ3を不変と考えると電
流の増加はケーブルのインダクタンスＬに反比例する。
すなわちパルス電流の立ち上がりをよくするためにはア
ーク負荷に供給する電圧を高くするか、または溶接ケー
ブルのインダクタンスを減さなければならない。本発明
では溶接ケーブのインダクタンスを減らすために細いツ
イストペアー線（より線）または細い同軸ケーブルを多
数並列に接続し束ねてたケーブルをパルス電流供給ケー
ブルとして用いることにより解決した。ツイストペアー
線はケーブルの長さに関係なくインピーダンスは約１０
０〜２００Ω、また同軸ケーブルのインピーダンスは５
０〜１００Ωである。すなわちケーブルのインピーダン
スを下げるにはツイストペアー線または同軸ケーブルを
並列に接続し、接続本数増やしていけば限りなくケーブ
ルのインピーダンスをゼロにすることができる。しかし
細いツイストペアー線または同軸ケーブルを多数並列に
接続し束ねた溶接ケーブルの先に接続するトーチケーブ
ル（例えば５ｍ長）とアースケーブル（例えば５ｍ長）
は、溶接作業上、市販品を用いるのが便利であり、市販
品を用いるケースが多いことが想定される。従ってこの
場合、溶接作業のケーブルのインダクタンスはゼロに軽
減することはできない。この影響をキャンセルするため
に電源の電圧を１００〜３００Ｖとすることにより解決
した。もっとも、ケーブルのインピーダンス低減をさら
に必要とする場合は、トーチケーブル及び溶接ケーブル
にツイストペアー線または同軸ケーブルを用いるとよ
い。
つ。(３)式から分かるように溶接電流は急激には増加せ
ず一定速度で直線的に増加する。溶接電源電圧、溶接負
荷電圧、トランジスタＯＮ電圧Ｅ3を不変と考えると電
流の増加はケーブルのインダクタンスＬに反比例する。
すなわちパルス電流の立ち上がりをよくするためにはア
ーク負荷に供給する電圧を高くするか、または溶接ケー
ブルのインダクタンスを減さなければならない。本発明
では溶接ケーブのインダクタンスを減らすために細いツ
イストペアー線（より線）または細い同軸ケーブルを多
数並列に接続し束ねてたケーブルをパルス電流供給ケー
ブルとして用いることにより解決した。ツイストペアー
線はケーブルの長さに関係なくインピーダンスは約１０
０〜２００Ω、また同軸ケーブルのインピーダンスは５
０〜１００Ωである。すなわちケーブルのインピーダン
スを下げるにはツイストペアー線または同軸ケーブルを
並列に接続し、接続本数増やしていけば限りなくケーブ
ルのインピーダンスをゼロにすることができる。しかし
細いツイストペアー線または同軸ケーブルを多数並列に
接続し束ねた溶接ケーブルの先に接続するトーチケーブ
ル（例えば５ｍ長）とアースケーブル（例えば５ｍ長）
は、溶接作業上、市販品を用いるのが便利であり、市販
品を用いるケースが多いことが想定される。従ってこの
場合、溶接作業のケーブルのインダクタンスはゼロに軽
減することはできない。この影響をキャンセルするため
に電源の電圧を１００〜３００Ｖとすることにより解決
した。もっとも、ケーブルのインピーダンス低減をさら
に必要とする場合は、トーチケーブル及び溶接ケーブル
にツイストペアー線または同軸ケーブルを用いるとよ
い。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２５】
【発明の効果】本発明によれば、狭開先溶接方法は、ガ
スシールドされた狭開先内で非消耗電極と母材間に周波
数５〜２５ｋＨｚ、パルスのピーク電流３００Ａ以上の
溶接アークを発生させ溶接ワイヤを供給するものとし、
アーク長をＤa（mm）、パルスのピーク電流をＩp（Ａ）
とするとき、Ｄa≦（Ｉp−１２０）／３０となるようア
ーク長を制限することによりアークの硬直性を保持して
狭開先の側壁への片寄りアークを防止でき、かつ０．５
≦Ｄaとすることにより溶接ワイヤと電極の接触を防止
でき、高周波パルス溶接電流により溶接ビード幅をひろ
げて開先内の両側面において融合不良のない良好な溶接
を行なうことができる。
スシールドされた狭開先内で非消耗電極と母材間に周波
数５〜２５ｋＨｚ、パルスのピーク電流３００Ａ以上の
溶接アークを発生させ溶接ワイヤを供給するものとし、
アーク長をＤa（mm）、パルスのピーク電流をＩp（Ａ）
とするとき、Ｄa≦（Ｉp−１２０）／３０となるようア
ーク長を制限することによりアークの硬直性を保持して
狭開先の側壁への片寄りアークを防止でき、かつ０．５
≦Ｄaとすることにより溶接ワイヤと電極の接触を防止
でき、高周波パルス溶接電流により溶接ビード幅をひろ
げて開先内の両側面において融合不良のない良好な溶接
を行なうことができる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２６】また、別の狭開先溶接法は、ガスシールド
された狭開先内で消耗電極と母材間に周波数５〜２５ｋ
Ｈｚ、パルスのピーク電流３００Ａ以上の溶接アークを
発生させ溶接ワイヤを供給するものとし、アーク長をＤ
a（mm）、パルスのピーク電流をＩp（Ａ）とするとき、
０．５≦Ｄa≦（Ｉp−１２０）／３０の範囲で溶接する
ものとしたので、上同様に狭開先の側壁への片寄りアー
クを防止でき、開先内の両側面において融合不良のない
良好な溶接を行なうことができる。本発明によれば、上
記狭開先溶接法に用いる溶接装置において、高周波パル
ス溶接電源と母材とを接続する溶接ケーブルを複数のツ
イストペアー線または複数の同軸ケーブルを並列に接続
し束ねたパルス電流電送用ケーブルから構成することに
より、高周波パルス溶接電源と母材間のインピーダンス
を低減して、高周波パルス溶接電源から離れた位置の母
材において高い周波数のパルスアークを発生させること
ができる。
された狭開先内で消耗電極と母材間に周波数５〜２５ｋ
Ｈｚ、パルスのピーク電流３００Ａ以上の溶接アークを
発生させ溶接ワイヤを供給するものとし、アーク長をＤ
a（mm）、パルスのピーク電流をＩp（Ａ）とするとき、
０．５≦Ｄa≦（Ｉp−１２０）／３０の範囲で溶接する
ものとしたので、上同様に狭開先の側壁への片寄りアー
クを防止でき、開先内の両側面において融合不良のない
良好な溶接を行なうことができる。本発明によれば、上
記狭開先溶接法に用いる溶接装置において、高周波パル
ス溶接電源と母材とを接続する溶接ケーブルを複数のツ
イストペアー線または複数の同軸ケーブルを並列に接続
し束ねたパルス電流電送用ケーブルから構成することに
より、高周波パルス溶接電源と母材間のインピーダンス
を低減して、高周波パルス溶接電源から離れた位置の母
材において高い周波数のパルスアークを発生させること
ができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大貫 仁 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 小沼 昭 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 石川 文紀 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 舟本 孝雄 茨城県日立市弁天町三丁目10番２号 日立 協和エンジニアリング株式会社内 Ｆターム(参考） 4E001 AA03 BB06 BB07 BB08 DD01 DE04 DF06 EA01 EA09 4E082 AA08 AA11 BA04 BB01 CA02 EF07 EF14 FA06
Claims (4)
- 【請求項１】 シールドガスでシールドされた狭開先内
で非消耗電極と母材間に高周波パルスアークを発生さ
せ、該アーク中に溶接ワイヤを送給して溶接を行なう狭
開先溶接法において、アーク長をＤa（mm）、パルスア
ークのピーク電流をＩp（Ａ）とするとき、アーク長を
下式の範囲に設定し、周波数１０〜２５ｋＨｚ、パルス
アークのピーク電流３００〜８００Ａの条件により溶接
を行うことを特徴とする狭開先溶接法。 ０．５≦Ｄa≦（Ｉp−１２０）／３０ - 【請求項２】 シールドガスでシールドされた狭開先内
で消耗電極と母材間に高周波パルスアークを発生させて
溶接を行なう狭開先溶接法において、アーク長をＤa（m
m）、パルスアークのピーク電流をＩp（Ａ）とすると
き、アーク長を下式の範囲に設定し、周波数１０〜２５
ｋＨｚ、パルスアークのピーク電流３００〜８００Ａの
条件により溶接を行うことを特徴とする狭開先溶接法。 ０．５≦Ｄa≦（Ｉp−１２０）／３０ - 【請求項３】 定電流特性の高周波パルス溶接電源と非
消耗電極を保持する溶接トーチ、及び、該高周波パルス
溶接電源と溶接母材をそれぞれ溶接ケーブルを介して接
続し、溶接トーチと溶接母材間に形成されるアーク中に
ワイヤ供給装置から溶接ワイヤを供給するように構成す
る狭開先溶接装置において、各溶接ケーブルは複数のツ
イストペアー線または複数の同軸ケーブルを並列に接続
し束ねたパルス電流電送用ケーブルから構成し、高周波
パルス溶接電源の供給電圧は、１００〜３００Ｖとした
ことを特徴とする狭開先溶接装置。 - 【請求項４】 定電圧特性の高周波パルス溶接電源と消
耗電極である溶接ワイヤを先端から送り出す溶接トー
チ、及び、該高周波パルス溶接電源と溶接母材を溶接ケ
ーブルを介して接続し、溶接トーチにワイヤ供給装置か
ら溶接ワイヤを供給するように構成する狭開先溶接装置
において、溶接ケーブルはツイストペアー線または同軸
ケーブルを並列に接続し束ねたパルス電流電送用ケーブ
ルから構成し、高周波パルス溶接電源の供給電圧は１０
０〜３００Ｖとしたことを特徴とする狭開先溶接装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11192528A JP2001018067A (ja) | 1999-07-07 | 1999-07-07 | 狭開先溶接法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11192528A JP2001018067A (ja) | 1999-07-07 | 1999-07-07 | 狭開先溶接法及び装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001018067A true JP2001018067A (ja) | 2001-01-23 |
Family
ID=16292792
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11192528A Pending JP2001018067A (ja) | 1999-07-07 | 1999-07-07 | 狭開先溶接法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001018067A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007266082A (ja) * | 2006-03-27 | 2007-10-11 | Yazaki Corp | 配電構造 |
| JP2008080355A (ja) * | 2006-09-27 | 2008-04-10 | Daihen Corp | プラズマミグ溶接方法 |
| US20090288815A1 (en) * | 2008-05-26 | 2009-11-26 | Chi-Te Chin | Heat-dissipating device without injection pipe and method of making the same |
| DE102011001842A1 (de) | 2010-04-07 | 2012-01-05 | Denso Corporation | Lichtbogenschweißen und Vorrichtung zum Lichtbogenschweißen |
| CN103386537A (zh) * | 2012-11-28 | 2013-11-13 | 广东依科电力技术有限公司 | 一种采用4d钨极锥尖钨极氩弧焊方法 |
| CN103894708A (zh) * | 2014-03-18 | 2014-07-02 | 上海振华重工(集团)股份有限公司 | 全位置窄间隙热丝惰性气体钨极保护焊工艺 |
| CN114160932A (zh) * | 2021-12-09 | 2022-03-11 | 南京理工大学 | 高频tig辅助双丝小电流熔化极电弧增材高氮钢的装置及方法 |
| CN115194295B (zh) * | 2022-06-30 | 2024-05-31 | 中国人民解放军陆军装甲兵学院 | 一种MoNbTaW耐高温高熵合金的电弧熔丝成形工艺及其应用 |
-
1999
- 1999-07-07 JP JP11192528A patent/JP2001018067A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007266082A (ja) * | 2006-03-27 | 2007-10-11 | Yazaki Corp | 配電構造 |
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| US20090288815A1 (en) * | 2008-05-26 | 2009-11-26 | Chi-Te Chin | Heat-dissipating device without injection pipe and method of making the same |
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| CN103386537A (zh) * | 2012-11-28 | 2013-11-13 | 广东依科电力技术有限公司 | 一种采用4d钨极锥尖钨极氩弧焊方法 |
| CN103894708A (zh) * | 2014-03-18 | 2014-07-02 | 上海振华重工(集团)股份有限公司 | 全位置窄间隙热丝惰性气体钨极保护焊工艺 |
| CN114160932A (zh) * | 2021-12-09 | 2022-03-11 | 南京理工大学 | 高频tig辅助双丝小电流熔化极电弧增材高氮钢的装置及方法 |
| CN115194295B (zh) * | 2022-06-30 | 2024-05-31 | 中国人民解放军陆军装甲兵学院 | 一种MoNbTaW耐高温高熵合金的电弧熔丝成形工艺及其应用 |
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