JP2001071132A - 電気溶接装置及び方法 - Google Patents

電気溶接装置及び方法

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JP2001071132A JP2000247181A JP2000247181A JP2001071132A JP 2001071132 A JP2001071132 A JP 2001071132A JP 2000247181 A JP2000247181 A JP 2000247181A JP 2000247181 A JP2000247181 A JP 2000247181A JP 2001071132 A JP2001071132 A JP 2001071132A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 効率的な電気アーク溶接技術を提供する。 【解決手段】 隣接する第１のパイプの末端と第２のパ
イプの末端間の空隙を溶接する方法と装置であって、第
１のパイプの末端に沿って第１の溶極を動かし、第２の
パイプの末端に沿って第２の溶極を動かし、空隙の対向
する側に横並びの関係で上記溶極を協同して動かし、第
１の溶極に第１の溶接電流を付与し、第２の溶極に第１
の溶接電流とは異なる第２の溶接電流を付与し、所望に
よって溶極の間隔を調節する機構を用いる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は電気アーク溶接装置
に関し、特に２つの溶極を用いる溶接装置及び横並びの
２つの溶極を用いる溶接方法に関する。本発明は、溶接
されるべきパイプ部分（セクション）の２つの末端間の
間隔で定まるルートパスを溶接する２つの横並び（ｓｉ
ｄｅ−ｂｙ−ｓｉｄｅ）溶極（消耗電極）の使用を含
む。パイプの溶接では、ワイヤ供給機からのパイプ部分
の間の空隙に向けて溶極を動かしその間溶極を運びそし
て溶極に電流を導くトーチがパイプ部分の周囲を移動す
る。この移動はしばしば「バッグ」（ｂｕｇ）とも称さ
れる機械的配置によって行われる。本発明で用いるこの
トーチの移動機構はＰａｒｋｅｒの米国特許第５，６７
６，８５７号に記載されている。そこでは単一溶極を溶
接すべき空隙に隣接して支持したトラック上の溶接バッ
グによって移動させている。本発明はこの米国特許に関
連するものであり、本発明で用いるバッグとガイドトラ
ックはそこに記載されているので、ここではその内容の
記載を省略する。本発明ではパイプ部分間の空隙に初期
ビードを配するために協調して移動する２つの溶極の使
用を含む。電気アーク溶接で２以上の溶極を用いること
は公知である。これらのタンデム電極は前面でうしろ方
向に操作され、これはＳｈｕｔｔの米国特許第４，２４
６，４６３号及び５，１５５，３３０号に開示されてい
る。単一電源（パワーサプライ）で駆動するタンデム溶
極の典型例を示すものとしてこれらの米国特許を引用す
る。但しこれらの溶極は第１のビードを配しその上に第
２のビードを配するようにうしろから前に配列されてい
る。開放ルートジョイントに第１のビードを配し、次い
でそのジョイントの上に第２のビードを配するタンデム
溶極を用いるパイプ溶接は本出願人の米国特許出願第３
３６，８０４号（１９９９．６．２１出願）の主題であ
り、そこには２つの別々の溶極の各々を駆動する２つの
別々の電源の使用が説明されている。これらの溶極は互
に分かれている間隔のあるトーチ内にある。各溶極はオ
ハイオ州クリーブランドのザ・リンカーン・エレクトリ
ック・カンパニー製のＳＴＴ溶接機のような分離電源で
駆動される。ＳＴＴ溶接機はＳｔｅｒａの米国特許第
５，００１，３２６号に開示されている。本発明は前記
の米国出願に記載した２つの分離ＳＴＴのような２つの
分離電源を用いる。
【０００２】
【従来の技術とその課題】パイプラインを形成する際、
２つのパイプ部分を合して、適宜のアーク溶接機で溶接
される円形ジョイントを定める。このパイプ溶接法では
パイプ部分の末端を面取りしてパイプ部分どうしが接触
するまで近づける。パイプ部分間に高強度で高品質の溶
接をもたらすために、開放ルート又は空隙（ギャップ）
を定めるわずかな量だけ一方の部分を他方の部分から離
れるように動かす。（円筒状ジョイントの周りに初期パ
スで充填される。）初期開放ルートパスが両部分の末端
間の空隙を充填した後、そのようにして形成された溶接
ビードの頂部上に連続して溶融金属ビードを配した溶接
操作が続けられる。この方法をパイプ部分間の外方にテ
ーパー状になったジョイントが充填されるまで続ける。
このパイプ溶接法の重要な操作は初期開放ルートパスの
溶接である。この溶接ではパイプ部分間にビードを形成
する必要があり、このビードは開放ルートを充填するよ
うパイプを通って溶込みする必要がある。しかし溶融し
た金属は前記空隙を通ってパイプの内部にまではみ出す
ことはできない。それ故、開放ルートパスの熱の制御と
高品質の開放ルートジョイントの形成のためにこのタイ
プの電源と溶極の構造についての改良が望まれる。この
ビードは所望の位置に速かに且つ一定して配される必要
がある。パイプ部分の速かな開放ルート溶接はオハイオ
州クリーブランドのザ・リンカーン・エレクトリック・
カンパニー製のＳＴＴ溶接機等の短絡溶接機を用いて今
や達成しうる。単一ＳＴＴ電源と単一ワイヤ供給機で溶
極をパイプ部分間の空隙に向け、溶極をもつトーチをＰ
ａｒｋｅｒの米国特許第５，６７６，８５７号に記載さ
れるような機構でパイプジョイントの周りを移動又は案
内する。ＳＴＴアーク溶接機と上記Ｐａｒｋｅｒ特許に
示される機械的バッグとトラックを用いて、例外的な品
質のルートパスビードを調製する。開放ルートビードが
形成される間パイプ部分間の開放空隙をつなぐ溶接パド
ル上の中心に溶極を配する。このパイプ溶接法における
溶極のセンタリングは、隣接するパイプ部分の２つの末
端間の空隙内に溶極からの溶融金属を正しく溶融させる
ために重要である。溶接アークは溶接パドル中で濃縮さ
れるので、パイプの周りを移動し且つ溶極を支持するト
ーチを運ぶバッグは相対的にゆるやかな速度で移動する
必要がある。もし開放ルートにビードを配しようとする
ときバッグが溶極を余りに速く動かすと、溶極がパドル
の形成より速く移動して電気アークの消滅（ｂｌｏｗ
ｔｈｒｏｕｇｈ）をもたらす。それ故ＳＴＴ溶接機及び
開放ルートの周りに溶極を移動する標準的機械部材を用
いる溶接操作の速度は表面張力によって制限される。溶
接パドルが溶極の溶融金属によって形成される速度がト
ーチの移動速度を制限する。溶接法をＦｒａｔｉｅｌｌ
ｏの米国特許第５，１５５，３３０号に示されるような
タンデム溶極を与えるように変形する場合にも溶接法の
速度について同じ制限が存在する。溶極がうしろから前
に並んでいるので、前の溶極で相互作用している表面張
力によって定まる速度で溶融金属ビードが形成される。
しかし従来はこのタンデム溶極の考えはパイプ溶接には
適合していなかった。タンデム溶極を用いることによっ
て、第２の、又はその後の電極が、第１の電極の初期ル
ートパスの頂部上に追加の物質を沈積して沈積速度の増
加をもたらす。タンデム溶極溶接はパイプ部分の周りの
初期パスの間に沈積する金属の量を増加するが、２つの
隣接溶接プロセスの間の干渉に関しかなりの困難があ
る。１９９９年３月２１日の前記の米国特許出願は溶接
プロセス間の干渉を防ぐように独立に調節した別々の電
源をもつ２つのタンデム溶極に関するものである。この
方法は利点があり、また本発明に対する公知例ではない
が、開放ルートパスビードが配されうる速度を制限して
いる。初期ビードはパイプ部分の末端間に中心をもつ前
方のタンデム溶極でつくられ且つ前進する溶融金属パド
ルよりも速い速度で空隙に沿って移動できない。これら
の制限がパイプ部分の末端を溶接するＳＴＴ溶接機の使
用に関するさらなる改良を求めている。
【０００３】
【課題を解決するための手段】本発明はＳＴＴ溶接機を
用いる電気アーク溶接法におけるパイプ溶接操作の改良
に関する。溶極を空隙の中心に配するとき、この溶接プ
ロセスの間に形成される溶融金属パドルへの金属の表面
張力移動によって制御した速度でトーチが空隙に沿って
移動できる。これは、前記したように、２以上のタンデ
ム溶極を用いることによってより高い沈積速度が得られ
る場合にさえ経験される速度制限である。本発明によれ
ば、２つの溶極を単一のトーチからパドルに向ける。し
かしこれらの溶極は横並びの関係には向けられない。そ
れらは開放ルートを定める空隙の対向する側にわずかな
空隙をもって位置する。このわずかな空隙と配向によっ
て、前記した優れたＳＴＴ技術を用いる際に開放ルート
パスの溶接速度を増加させる。２つの溶極は対向する両
側から１つの共通するパドルを形成する。横並びの溶極
がパイプ溶接に用いうることは示唆されているが、その
配列ではＳＴＴ技術やその他の短絡溶接を用いることは
できない。それは短絡溶接では、溶融金属の電気的ピン
チによるヒューズの形成時にアーク電流が急速に変化さ
れる必要があるからである。ヒューズは溶極からの溶融
金属ボールを断接し、短絡部分からの電源をプラズマア
ーク部分にシフトする。それ故ＳＴＴ技術を用いる場合
には横並びの溶極は実用的でない。ＳＴＴ溶接機はパイ
プ溶接におけるすぐれた開放ルートパス溶接を可能にす
る熱を制御するので、横並び溶極はパイプ溶接には適し
ていない。
【０００４】本発明は横並び溶極を用いる際の欠点を解
消しさらにＳＴＴ技術を使用可能にするものである。本
発明によれば各々の溶極がそれ独自のＳＴＴ溶接機を
ち、各溶極の短絡溶接法を、他とは独立に、制御する。
つまり、２つの溶極を用いることによって生ずる欠点な
しに、各溶極をＳＴＴ溶接機によって又は別の電源によ
って検知される短絡溶接モードで独立に操作する。溶極
の１つを駆動する各システムはＳＴＴ電源とワイヤ供給
機からなる。２本の溶接ワイヤ、又は溶極、を横並びの
関係の２つの前進する溶極を案内するために特別につく
ったトーチを通して、開放ルートの対向する両側上の交
差点でパイプ部分に向けて、供給するが溶極はトーチ内
で互に電気的に絶縁されており、溶極間の電気接続だけ
が両溶極を溶接パドルに接触させたときに起こる。２つ
の溶極を電気的に絶縁することによって、ＳＴＴ技術を
両方の溶極に適用して、１の溶極が他の溶極の張力移動
の悪影響となることなしに、溶接スパッタを減少する。
各溶極のｄｖ／ｄｔを他の溶極とは独立に正確に測定す
ることによって、短絡溶接操作における切迫したヒュー
ズ又は爆発が検知される。各ヒューズでの電流の低下は
各溶極用のＳＴＴ電源を独立に調節する。
【０００５】従来は、２つの横並び電極をＳＴＴ溶接機
又は他の電源で駆動する試みは両方の溶極をトーチに電
気的に接絶するものであった。そのため、正確なスパッ
タ低下はほとんど不可能であり、またＳＴＴ技術の利点
も生かされなかった。パイプ溶接法の初期開放ルートパ
スの形成に横並び溶極を用いるすべての試みは成功しな
かった。各電極の正確なネッキング又は電気ピンチオフ
時間は同じでないためスパッタの低下はなかった。１方
の溶極をピンチオフにしても他の溶極は短絡しており、
これがスパッタを増加した。前進するパドルよりも実際
上速く移動することなしに、沈積速度を増加する利点を
もつ横並び配列の溶極は従来は用いることができなかっ
た。
【０００６】本発明によれば、２つの溶極を開放ルート
空隙近くのこれらの板の隣接する側壁上に配し、それに
よってパイプ溶接機構の移動速度が単の溶極システムに
おける速度を制限する物理的因子によって制限されない
ようにする。本発明を用いることにより、各溶接アーク
用の電流が溶接される各パイプ部分又は板のランドとル
ートへの正しい溶込みと溶融をもたらすように調節され
る。この横並び溶極は各電気アークが同一の共通溶接パ
ドル上を打つように間隔をあける。表面張力が２つの並
んだ溶極から溶融金属を同化して単一の溶接パドルを形
成する。従って、２つの溶極からの金属は従来の単一電
極システムでなされていたように空隙の中心で溶融して
いる単一溶極と対向する空隙の両側から溶融金属パドル
中に導入される。従って、パドルは実質上増加した溶融
金属を受け入れまた金属の沈積速度も増加する。溶接用
アークを固体金属表面上に打つので、それによってもた
らされるジェット力は、機械的バッグが空隙に沿って移
動する速度とは無関係に、パイプの内部には入らない。
従って、本発明を用いることによってより高い溶接電流
とより速い移動速度が可能となる。
【０００７】横並び溶極はタンデム溶極よりも優れてい
るが、単一のＳＴＴ溶接機によって駆動される横並び溶
極及びタンデム溶極はＳＴＴ溶接機の利点を失わせる。
事実、短絡モード又その他で操作した電気アーク溶接機
は２つの溶極が異なる電気的及び機械的特性をもつ横並
び溶極の制御を困難にする。これらの溶極はアンバラン
スを生じないようにマッチさせることができない。横並
び溶極を開示している１９９７年９月２５日出願の米国
出願９３６，８８３号にはＳＴＴ溶接機の利点を伴うよ
うに操作できない単一ＳＴＴ電源での横並び溶極の使用
が記載されている。この溶接法はパイプ溶接では成功し
ないことを示している。
【０００８】本発明によれば、２つの隣接し、互に接地
した（ｇｒｏｕｎｄｅｄ）、第１板及び第２板の末端間
の空隙によって定まる移動方向の溶接路に沿って機械的
に協同して移動可能な第１溶極及び第２溶極をもつ電気
溶接装置が提供される。前記２つの板の典型例は２つの
隣接するパイプ部分の間隔のある末端どうしである。こ
れらの板又はパイプ部分は板又はパイプ部分間の開放ル
ート又は空隙を定めるテーパー状の隣接末端をもつ。第
１の溶極と第１の板の間に第１の溶接電流を流すための
第１の電源（パワーサプライ）は第２の溶極と第２の板
の間に第２の溶接電流を流すための第２電源と結合して
いる。本発明では個々のワイヤ供給機から板方向に溶極
を向けるためのトーチを用い、それによって溶接操作移
動方向に対し横断方向に溶極が互に間隔をもつようにす
る。トーチ中の絶縁構造が、溶極が板方向に移動して溶
融して板の間の空隙に溶融金属のパドルを形成するとき
溶極を電気的に隔離する。
【０００９】本発明の好ましい態様では、個々の電気的
に隔離された溶極用の別々の電源として連続する溶接サ
イクルの短絡溶接操作に有効なＳＴＴ溶接機が用いられ
る。各サイクルは短絡部分とプラズマアーク部分をも
ち、プラズマアーク部分は順次、プラズマブースト区分
とテールアウト（ｔａｉｌｏｕｔ）区分と背景電流区分
をもつ。勿論、本発明はそれぞれの電源がパイプ部分間
の開放ルートに沿って協同して移動可能な間隔のある横
並び溶極用のそれ自身の溶接プロセスをつくる他の分離
した電源の使用を包含している。本発明の別の態様によ
れば、横並び溶極を、空隙に向きまたそれから離れる２
つの溶極の動きに横断する方向に調節する。間隔のある
溶極は各溶接操作の間所望の位置にある。空隙の幅を検
知してそれに基いて溶極の横方向の間隔を変えることも
できるが、本発明の装置ではこの調節は必要ない。
【００１０】本発明の別の態様によれば、隣接する第１
及び第２パイプ部分の末端間の空隙の溶接方法が提供さ
れる。この方法は第１のパイプ部分の末端に沿って第１
の溶極を動かし、第２のパイプ部分の末端に沿って第２
の溶極を動かし、これら溶極を開放ルート空隙の対向す
る側に横並びの関係で協同して動かし、第１の溶極に第
１の溶接電流を付与し、第２の溶極に第１の溶接電流と
は異なる第２の溶接電流を付与することからなる。かく
して、溶極の各々が所望の溶接電流によって別々に溶融
され、溶極の末端上に形成した溶融金属は表面張力で合
体してパイプ部分間の末端どうしを接合する溶融ビード
を形成する。
【００１１】本発明の第１の目的は、別々の電源を用い
て溶融されるようにした横並び溶極を用いる溶接方法及
び装置を提供することにある。本発明の更なる目的は、
前記したように別々の電源を用い、２つの溶極を開放ル
ートに沿って協同して動かす溶接方法及び装置を提供す
ることにある。本発明の更なる目的は、別の溶極の物理
的又は電気的条件によって一方の溶極が悪影響を受ける
ことなしに横並び溶極を用いる上記の溶接方法及び装置
を提供することにある。本発明の更なる目的は、横並び
溶極を用いながら、溶接スパッタの適正な低下を得るた
めにＳＴＴ技術を用いることを可能とする上記の溶接方
法及び装置を提供することにある。本発明の更なる目的
は、ブロースルーの傾向なしにパイプ溶接での開放ルー
トへの溶融金属の速かな沈着を可能とする上記の溶接方
法及び装置を提供することにある。これら及び他の目的
及び利点は以下の図面を用いた説明から明らかになろ
う。
【００１２】図１は本発明の好ましい態様で用いるトー
チの部分側面図であり、部分断面とトーチと一体化して
いる構成部材のブロックダイアグラムを伴っている。図
２は図１の線２−２に沿った断面図である。図３は本発
明で用いる開放ルート溶接操作の上面図である。図４は
図３の線３Ａ−３Ａに沿った部分断面図である。図５は
図３に類似する上面図であり、本発明の好ましい態様の
実施において横方向の間隙を変化させる溶極の調節を示
している。図６は本発明で用いる２つの溶極の拡大図で
あり、本発明の実施に用いる構成部材を示している。図
７は第１及び第２溶極と共に用いる第１及び第２溶接電
流を示すグラフである。
【００１３】図１−３を参照して説明するに、スチール
板１０，１２、好ましくは２つの隣接パイプ部分の円筒
状端部、を合わせ、次いで引っ込めて小さい間隔又は空
隙ｇをつくる。板１０，１２は分かれている側壁１４，
１６からつくられ、末端２０，２２の対面するエッジは
それぞれ開放ルートジョイント３０を定めている。この
ジョイントは空隙ｇではかなり狭く、板１０，１２の頂
部に向けて外側に開いている。開放ルートジョイント３
０は、図３に最もよく示されるように、路Ｐ中にのびて
おり、パイプ溶接ではこの路はパイプ部分の中心軸のま
わりに円筒状に存在する。本発明の使用中、溶融金属の
パドルＢが溶極、又は溶接ワイヤ、Ｃ１，Ｃ２の溶融に
よってつくられる。これらのワイヤが溶融しそして表面
張力によって、エッジ又は末端２０，２２の間の空隙ｇ
を通して溶融金属が広がるような制御された温度で、溶
融金属パドルに形成される。パドルＢは固化してパイプ
部分どうしを接合する。２つの分離溶極の使用は公知だ
が、パイプ溶接には用いられていない。本発明の好まし
い態様では、スプール又はリール４０，４２で示した別
のワイヤ供給機によって溶極Ｃ１，Ｃ２が提供される。
ワイヤＣ１，Ｃ２は通常直径が０．１００インチ以下で
あり、リールで又は数１００ポンドのワイヤをもつ大き
なドラムからパイプ溶接操作に供される。これらの溶接
ワイヤをリール４０，４２で示されるワイヤ供給機によ
って板１０，１２方向に供給して溶融金属パドルを形成
する。溶極Ｃ１，Ｃ２を板１０，１２の側壁１４，１６
方向に案内する目的でトーチ５０が用いられる。トーチ
５０は機械的部材１２０によって路Ｐに沿って機械的に
動かされる。機械的部材１２０はバッグ（ｂｕｇ）とも
称し、パイプ部分の一方の外側の円筒状表面に取り付け
たレール又は案内トラックに設けられている。実施に当
たっては、パイプ部分をいっしょに動かしてから空隙ｇ
を形成するように引く。この方法の前に、固定したパイ
プ部分の周囲に円筒状のトラックを配置する。これらの
パイプ部分を所定位置に配した後、トラックが固定した
パイプ部分とパイプラインを形成するために溶接する次
のパイプ部分との間を円状にトーチ５０を案内する。こ
れらの方法はパイプ溶接の標準法である。
【００１４】従来は単一の溶極を空隙ｇのまわりに動か
し、溶極が溶融して溶融金属パドルを形成した。このパ
ドルが空隙ｇを通過して空隙を橋かけして末端１４，１
６どうしを溶接した。沈積速度を増すために、第１溶極
を後方タンデム位置にもつ第２溶極が、第１のパドルが
固化した後に第１のパドル上に第２の溶融金属パドルを
沈積できることが示唆された。このタンデム溶極は各々
がそれ自身の溶融金属をそれ自身の溶融金属パドルに沈
積させる。この場合単一溶極の欠点が維持される。この
溶極は前進する溶融金属が溶融される溶極を良好に保持
するように十分にゆっくしりた速度でバッグによって駆
動しなければならない。本発明は２つの溶極Ｃ１，Ｃ２
は用いるがこれとは本質的に異なる技術思想をもつもの
である。
【００１５】本発明によれば、溶極又は溶接ワイヤＣ
１，Ｃ２を空隙ｇの対向する側に横並びの関係で配し、
分かれている側壁１４，１６上でエッジ２０，２２の外
の位置の路Ｐに沿って協同して動かせるようにする。溶
極のこの位置決めを行うため、トーチ５０を、通常、軸
方向にのびる穴５２ａ，５２ｂ，５２ｃをもち且つ外側
に円筒状表面５２ｄをもつほぼ円筒状の絶縁体５２でつ
くる。溶極Ｃ１，Ｃ２はそれぞれ穴５２ａ，５２ｂを通
る。穴５２ａは、中央の溶接ワイヤ通路、又は孔、６２
と内側がねじ切りした末端６４をもつ軸方向にのびる銅
チューブ６０によって定められ且つそれを受け入れてい
る。内部ベアリングスリーブ又はチューブ６６が、図１
に最もよく示されるように、通路６２を通って板１０に
向かってワイヤＣ１を押すことによって起こる摩擦力を
低下させる。ねじ切り末端６４には内部案内孔６８ａを
もつワイヤガイド６８があり、上記案内孔はワイヤを溶
融金属パドルＢに向ける角度で案内するためにワイヤＣ
１の直径よりわずかに大きい直径をもつ。ワイヤは板１
０の分かれている側壁１４を横断する。同様に、穴５２
ｂは内部溶接ワイヤ通路、又は孔、７２と内側がねじ切
りした末端７４をもつ軸方向にのびる銅チューブ７０に
よって定められる。ベアリングスリーブ又はチューブ７
６が低角度で配したワイヤガイド７８に向かって孔７２
を通って押される溶極の摩擦を低下させる。このガイド
は溶接ワイヤをはなれた角度で板１２に向けるための開
孔又は孔７８ａをもつ。溶極は通常同じ直径をもち、１
０−２０°（通常は約２０°未満）の角度で板方向に動
く。しかしこれら溶極は通常平行にある。本体５２は中
央の開孔又は孔５２ｃをもち、この孔は供給機８２から
のシールドガスをトーチ５０の端部で溶接操作に向ける
ためのガス通路チューブ８０をもつ。本発明によれば、
溶極又は溶接ワイヤＣ１，Ｃ２は互に電気的に絶縁され
ており、別々の電源から溶接電流を受け入れる。
【００１６】好ましい態様では、電源１００，１０２を
それぞれリード１００ａ，１０２ａによって溶極に接続
する。電源は、オハイオ州クリーブランドのザ・リンカ
ーン・エレクトリック・カンパニーが市販しているＳＴ
Ｔ溶接機である。これらの溶接機は周知であり、パイプ
溶接に用いられている。それぞれの溶接機は別々の短絡
溶接電流を、図１−５に示すように、横並びの関係で配
置した溶極の一方に向ける。好ましい態様によれば、こ
の溶接電流は、それぞれが短絡部分とプラズマアーク部
分をもつ連続する溶接サイクルをつくることによって短
絡溶接操作を行う。プラズマアーク部分は、順次、プラ
ズマブースト区分、テールアウト区分及び背景区分をも
つ。このタイプの短絡溶接電流は図７に示す電流グラフ
で図示されるＳＴＴ溶接機によってつくられた波形をも
つ。絶縁した本体５２をもつトーチ５０を用いることに
よって、溶極の各々が別々の短絡溶接操作を行って溶極
を溶融しこの溶融金属を共通の溶融金属パドルＢに沈積
する。各々の溶極用の短絡溶接電流が好ましいが、特に
ＳＴＴタイプの溶接電流が好ましく、異なる波形の別々
の溶接電流を用いることができる。それ故、別々の電源
１００，１０２は短絡溶接機、パルス溶接機又は他のタ
イプの電気アーク溶接機でありうる。また溶接機１００
は溶接機１０２と同じである必要はない。これらの溶接
機はいっしょには用いられない。溶接機１００がＳＴＴ
溶接機で溶接機１０２がパルス溶接機でありうる。好ま
しい態様においては両方の溶接機が図７に示すような溶
接電流をもつＳＴＴ溶接機である。
【００１７】２つの溶極が開放ルートジョイント３０に
沿って動いて空隙ｇの対向する側にある側壁を横切ると
き、ワイヤ又は溶極が図４に示すように溶融する。矢印
はそれぞれの溶極からの溶融金属間の表面張力が金属ど
うしを合体して単一パドルＢを形成することを示してい
る。このパドルは空隙ｇを通って広がり、通常末端又は
エッジ２０，２２を溶融して開放第１ルートパスの間に
板１０，１２を合体する。このようにして大きな容積の
溶融金属が２つの溶極から沈積される。２つの溶極は縦
並びの前とうしろではない。パドルＢが側面から形成さ
れ、溶極Ｃ１，Ｃ２は空隙ｇの上にはないのでアークが
空隙に吹きとばしといった悪影響を及ぼすことはない。
路Ｐに沿う溶極の沈積及び移動速度は中央の単一溶極を
用いる場合より速い。本発明によって種々の開放ルート
ジョイントを溶接できる。溶極Ｃ１，Ｃ２は空隙ｇに関
し横方向に調節可能である。空隙が小さい場合には溶極
はより近くで共に動かされる。空隙が大きい場合には溶
極はより離れる。これは種々の機構で行いうるが、図２
−５に示すように、本体５２の円筒状表面５２ｄがトー
チ５０と可動性溶接バッグ１２０上に配することを可能
にする。クランプ１３０は間隔のある末端１３２，１３
４をもつバンドであり、末端はボルト１３６で合体して
いる。この機構で、図２及び図５で矢印又はアングルで
示すように、クランプ１３０を解放しそしてトーチ５０
を回転させることによって溶極Ｃ１，Ｃ２の横方向の間
隔が調節される。垂直軸のまわりのトーチ５０のわずか
な回転により横方向の溶極の間隔がかわる。前後方向に
動く構成部材なしに溶極を横方向に調節する機構を用い
ることが好ましい。しかし、図５に示すように、うしろ
から前へのわずかな動きは溶融金属パドルＢの配置や物
理的形成を大きくかえるには十分ではない。パドルの一
方の側はパドルの他方の側からほとんど前進しない。し
かしパドルは表面張力で依然として合体しており、溶極
が前進するパドルＢより速く動く場合でさえ、溶極は依
然として別々の側壁１４，１６の表面に沿って存在す
る。それ故回転調整の簡単さが用いられる。
【００１８】好ましい態様を示す図６及び図７において
は、２つのＳＴＴ溶接機１００，１０２が用いられる。
トーチ本体５２が溶接電流Ｉ1 ，Ｉ2 をもつ溶極Ｃ１，
Ｃ２間に絶縁をもたらす。これらの電流を図７に開示す
る。電流Ｉ1 が溶極Ｃ１用の溶接電流である。同様に、
電流Ｉ2 が溶極Ｃ２用の溶接電流である。電流Ｉ1 は図
７に示すようにＳＴＴ波長をもち、これは短絡部分２０
０とプラズマアーク部分からなり、後者は、順次プラズ
マブーストパルス又は区分２０２、テールアウト区分２
０４及び背景電流区分２０６をもつ。ヒューズ２０８は
短絡がやぶれると発生する。同様に電流Ｉ2 用のＳＴＴ
波形は短絡部分２１０とプラズマアーク部分をもち、後
者は、順次、プラズマブーストパルス又は区分２１２、
テールアウト区分２１４及び背景電流区分２１６をも
つ。ヒューズ２１８はヒューズ２０８からの距離ｙを相
殺する。本発明によれば、２つの溶接波形は分かれてお
り、別々の溶極に関して行われる別々の溶接操作によっ
て制御される。電流Ｉ2 のＳＴＴ波形はヒューズ２０８
とヒューズ２１８の間の間隔ｙで示されるように電流Ｉ
2 の波形から相殺される。この間隔ｙは溶接電流を分け
て維持することによって可能なオフセットである。単一
のＳＴＴ溶接機が両方の溶極を協同して駆動できるよう
に２つの溶極を完全にマッチさせて維持することは不可
能である。本発明はパドルＢ以外では溶極間の電気的接
触がないものであり、これは溶極のそれぞれの操作を本
質的に妨害しない。
【００１９】電流Ｉ1 ，Ｉ2 用のＳＴＴ波形はそれぞれ
独立に制御した一連の電流パルス２２０，２２２によっ
てつくられる。これらのパルスは高い周波数、通常約２
０ｋＨｚ以上でつくられ、電流の振幅はエラーアンプか
らのインプットをもつパルス幅モジュレータで検知でき
る。エラーアンプは、図７に示すようなパルス形又は波
形をもつ短絡溶接操作をつくり出すために実際の溶接電
流とＳＴＴ波形を対比する。勿論、溶極Ｃ１，Ｃ２の溶
接電流の独立的な制御のために他の溶接機も用いうる。
本発明は溶極が路Ｐに沿って動くときに開放ルートジョ
イント３０の分かれた側壁を打つ横並び溶極を包含す
る。溶極間の間隔の横方向の調節は、好ましい態様で示
したように、一方の溶極を横方向に、他方の溶極を横方
向に又は両方の溶極を横方向に動かす種々の機構によっ
て行いうる。空隙ｇに対してほぼ垂直にあり、溶極間に
ある軸のまわりにトーチ５０を回転させることによって
溶極の間隔が調節される。回転軸は通常空隙ｇに対しほ
ぼ垂直だが、側壁１４，１６方向に溶極を前進させるよ
うトーチとわずかな角度があってもよい。構成部材の他
の組合せや変形は本発明の範囲をこえるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい態様で用いるトーチの部分側
面図。
【図２】図１の線２−２に沿った断面図。
【図３】本発明で用いる開放ルート溶接操作の上面図。
【図４】図３の線３Ａ−３Ａに沿った部分断面図。
【図５】図３に類似する上面図。
【図６】本発明で用いる２つの溶極の拡大図。
【図７】第１及び第２溶極と共に用いる第１及び第２溶
接電流を示すグラフ。
【符号の説明】
１０，１２ 板 １４，１６ 側壁 ２０，２２ 末端 ３０ 開放ルートジョイント Ｃ１，Ｃ２ 溶極 ｇ 空隙

Claims (30)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ２つの隣接し、互に接地した第１の板の
    エッジ及び第２の板のエッジ間の空隙によって定まる移
    動方向に溶接路に沿って機械的に協同して動きうる第１
    溶極及び第２溶極、該第１溶極及び該第１板の間に第１
    の溶接電流を通すための第１の電源、該第２溶極及び該
    第２板の間に第２の溶接電流を通すための第２の電源及
    び該第１溶極及び第２溶極をそれぞれ第１の駆動された
    ワイヤ供給機及び第２の駆動されたワイヤ供給機から該
    第１の板及び該第２の板に向けるためのトーチをもち、
    それによって該第１溶極及び該第２溶極が互に該移動方
    向に対し横方向に間隔があり且つ該トーチが該溶極が該
    板方向に動くとき該溶極を電気的に絶縁するよう該トー
    チが絶縁構造をもつことを特徴とする電気溶接装置。
  2. 【請求項２】 該第１の電源が、それぞれのサイクルが
    短絡部分とプラズマアーク部分をもつ連続する溶接サイ
    クルをつくる短絡溶接機であり、該プラズマアーク部分
    がプラズマブースト区分、テールアウト区分及び背景電
    流区分をこの順にもつ請求項１の電気溶接装置。
  3. 【請求項３】 該溶接機がＳＴＴ溶接機である請求項２
    の電気溶接装置。
  4. 【請求項４】 該溶極を相関的に動かす調節機構をもつ
    請求項３の電気溶接装置。
  5. 【請求項５】 該調節機構が両方の溶極を協同的に動か
    す請求項４の電気溶接装置。
  6. 【請求項６】 該調節機構が該空隙にほぼ垂直で該溶極
    間にある軸のまわりにトーチを回転させる手段をもつ請
    求項５の電気溶接装置。
  7. 【請求項７】 該軸が該空隙に対しほぼ垂直である請求
    項６の電気溶接装置。
  8. 【請求項８】 該溶極を相関的に動かす調節機構をもつ
    請求項１の電気溶接装置。
  9. 【請求項９】 該調節機構が両方の溶極を協同的に動か
    す請求項８の電気溶接装置。
  10. 【請求項１０】 該調節機構が該空隙にほぼ垂直で該溶
    極間にある軸のまわりにトーチを回転させる手段をもつ
    請求項９の電気溶接装置。
  11. 【請求項１１】 該軸が該空隙に対しほぼ垂直である請
    求項１０の電気溶接装置。
  12. 【請求項１２】 該第１の電源が表面張力移動溶接機で
    ある請求項１の電気溶接装置。
  13. 【請求項１３】 該第１の電源及び第２の電源が共に表
    面張力移動溶接機である請求項１の電気溶接装置。
  14. 【請求項１４】 該溶極を相関的に動かす調節機構をも
    つ請求項１の電気溶接装置。
  15. 【請求項１５】 該調節機構が両方の溶極を協同的に動
    かす請求項１４の電気溶接装置。
  16. 【請求項１６】 該溶極を相関的に動かす調節機構をも
    つ請求項１２の電気溶接装置。
  17. 【請求項１７】 該調節機構が両方の溶極を協同的に動
    かす請求項１６の電気溶接装置。
  18. 【請求項１８】 該第１の電源及び第２の電源のそれぞ
    れのサイクルが短絡部分とプラズマアーク部分をもつ連
    続する溶接サイクルをつくる短絡溶接機であり、該プラ
    ズマアーク部分がプラズマブースト区分、テールアウト
    区分及び背景電流区分をこの順にもつ請求項１の電気溶
    接装置。
  19. 【請求項１９】 該溶極を相関的に動かす調節機構をも
    つ請求項１８の電気溶接装置。
  20. 【請求項２０】 該調節機構が両方の溶極を協同的に動
    かす請求項１９の電気溶接装置。
  21. 【請求項２１】 該調節機構が該空隙にほぼ垂直で該溶
    極間にある軸のまわりにトーチを回転させる手段をもつ
    請求項２０の電気溶接装置。
  22. 【請求項２２】 該軸が該空隙に対しほぼ垂直である請
    求項２１の電気溶接装置。
  23. 【請求項２３】 該溶接機がＳＴＴ溶接機である請求項
    １８の電気溶接装置。
  24. 【請求項２４】 該溶極を相関的に動かす調節機構をも
    つ請求項２３の電気溶接装置。
  25. 【請求項２５】 該調節機構が両方の溶極を協同的に動
    かす請求項２４の電気溶接装置。
  26. 【請求項２６】 該第１溶極及び第２溶極がそれぞれ第
    １の軸及び第２の軸に沿って該第１板及び第２板方向に
    動き、該軸が該板方向に収束する選ばれた角度にある請
    求項１の電気溶接装置。
  27. 【請求項２７】 該角度が１０−２０°の範囲にある請
    求項２６の電気溶接装置。
  28. 【請求項２８】 隣接する第１パイプ部分と第２パイプ
    部分の２つの末端間の空隙を溶接するに際し、（ａ）該
    第１パイプ部分の末端に沿って第１溶極を動かし、
    （ｂ）該第２パイプ部分の末端に沿って第２溶極を動か
    し、（ｃ）該空隙の対向する側に横並びの関係で該溶極
    を協同して動かし、（ｄ）該第１溶極に第１の溶接電流
    を付与し、そして（ｅ）該第２溶極に、該第１の溶接電
    流とは別の第２の溶接電流を付与することを特徴とする
    溶接方法。
  29. 【請求項２９】 該第１の溶接電流及び第２の溶接電流
    が共通溶接パドルに短絡溶接をつくる請求項２８の方
    法。
  30. 【請求項３０】 該第１の溶接電流及び第２の溶接電流
    が別々のＳＴＴ溶接機でつくられる請求項２９の方法。
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