JP2005279760A - Control method of charged particle flow, and control method of molten metal - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、アークやプラズマ、電子ビームなどの荷電粒子流の制御方法、溶接アーク、プラズマの制御方法、さらには溶接アークにより形成される金属溶融池などの溶融金属の制御方法に関するものである。 The present invention relates to a method for controlling a flow of charged particles such as an arc, plasma, and electron beam, a method for controlling a welding arc and plasma, and a method for controlling a molten metal such as a molten metal pool formed by the welding arc.
アーク溶接は、溶接アークを発生させ、この溶接アークのアーク熱によって溶接すべき部材を溶融させることにより接合する融接の一種であり、電極自身が溶融するMAG溶接やMIG溶接等の溶極式のものや、電極は溶融しないTIG溶接等の非溶極式のものがある。 Arc welding is a type of fusion welding in which a welding arc is generated and the members to be welded are melted by the arc heat of the welding arc, and the electrode is melted, such as MAG welding or MIG welding. And non-melting type electrodes such as TIG welding in which the electrodes do not melt.
アーク溶接におけるアーク、金属溶融池、溶接ビードの制御に関する技術は、以下に示すように種々提案されている。 Various techniques relating to the control of arc, molten metal pool, and weld bead in arc welding have been proposed as described below.
特許文献1には、溶接アーク又は溶接によって発生する金属溶融池や溶融ビードを外力によって変位させる技術が記載されている。これによれば、底板と側板との界面付近の立向継手部分を溶接するにあたり、溶接トーチを下向きに10〜45°傾けるとともに、溶接線とアーク方向にほぼ直角であり、かつアークが上向きとなるローレンツ力を発生する直流磁界を発生させることにより、アークの方向が上向きになるようにアークの方向を制御し、これによって溶融金属が垂れ落ちるのを防止した技術が提案されている。
また、特許文献2には、アークと平行な磁界を発生させて、ローレンツ力によってアークを収束させる技術が提案されている。
特許文献3には、狭開先横向溶接において、金属凝固部が持ち上げられるように磁界を与えながら溶接する技術が提案されている
本発明は、アーク溶接において、新規なかつ有用なアーク、溶融金属を制御する方法を提供することを、技術的課題とするものである。 An object of the present invention is to provide a novel and useful method for controlling arc and molten metal in arc welding.
尚、本発明の方法は、溶接アークの制御や溶融金属の制御に限らず、溶接以外のアークその他の荷電粒子流についても適用できる。従って、本発明は、新規な荷電粒子流の制御方法を提供することをも、技術的課題とするものである。 The method of the present invention is not limited to welding arc control or molten metal control, but can be applied to other charged particle flows other than welding. Therefore, the present invention also aims to provide a novel charged particle flow control method.
上記した技術課題を解決するためになされた請求項1の発明は、
荷電粒子流の流れ方向に対して略平行な方向に電流が流れる電流経路を形成し、該電流経路に通電した際に該電流経路の回りに発生する磁界を前記荷電粒子流中の荷電粒子に作用させることによりローレンツ力を発生させ、発生したローレンツ力により前記荷電粒子流を制御することを特徴とする、荷電粒子流の制御方法とすることである。
The invention of
A current path through which a current flows in a direction substantially parallel to the flow direction of the charged particle flow is formed, and a magnetic field generated around the current path when the current path is energized is applied to the charged particles in the charged particle flow. A charged particle flow control method is characterized in that a Lorentz force is generated by acting, and the charged particle flow is controlled by the generated Lorentz force.
また、請求項2の発明は、請求項1の発明において、
前記荷電粒子流の流れの周囲を取り囲むように複数の前記電流経路を形成し、該複数の前記電流経路に直流電流を同方向に、かつ同時に流すことを特徴としている。
The invention of
A plurality of the current paths are formed so as to surround a periphery of the flow of the charged particle flow, and a direct current is supplied to the plurality of current paths in the same direction and simultaneously.
また、請求項3の発明は、請求項1の発明において、
前記荷電粒子流の流れの周囲を取り囲むように複数の前記電流経路を形成し、該複数の電流経路に直流電流を同方向に、かつ逐次的に流すことを特徴としている。
The invention of
A plurality of the current paths are formed so as to surround a periphery of the flow of the charged particle flow, and a direct current is sequentially supplied to the plurality of current paths in the same direction.
また、請求項4の発明は、請求項1の発明において、
前記荷電粒子流の流れの両側に少なくとも2つの前記電流経路を形成し、該2つの前記電流経路に直流電流を同方向に流すことを特徴としている。
The invention of
It is characterized in that at least two current paths are formed on both sides of the flow of the charged particle flow, and a direct current flows in the same direction through the two current paths.
また、請求項5の発明は、請求項1の発明において、
荷電粒子流の流れの片側に少なくとも1つの前記電流経路を形成し、該電流経路に交番電流を流すことを特徴としている。
The invention of claim 5 is the invention of
At least one of the current paths is formed on one side of the flow of the charged particle flow, and an alternating current is passed through the current path.
また、請求項6の発明は、請求項1〜5のいずれか1項の発明において、
前記荷電粒子流は、溶接アーク、プラズマであることを特徴としている。
The invention of claim 6 is the invention of any one of
The charged particle flow is a welding arc or plasma.
また、上記した技術的課題を解決するためになされた請求項7の発明は、
アーク溶接により形成される溶融金属内を通過する電流の流れ方向に対して略並行な方向に電流が流れる電流経路を形成し、該電流経路に通電した際に該電流経路の回りに発生する磁界を溶融金属内の荷電粒子に作用させることによりローレンツ力を発生させ、発生したローレンツ力により溶融金属を制御することを特徴とする、溶融金属の制御方法とすることである。
Further, the invention of
A magnetic field generated around the current path when a current path is formed in which the current flows in a direction substantially parallel to the flow direction of the current passing through the molten metal formed by arc welding. It is a method for controlling a molten metal, characterized in that a Lorentz force is generated by acting on charged particles in the molten metal, and the molten metal is controlled by the generated Lorentz force.
また、請求項8の発明は、請求項7の発明において、
溶融金属内を通過する電流の流れの両側に少なくとも2つの電流経路を形成し、該2つの電流経路に電流を同方向に、かつ溶融金属内を通過する電流の流れ方向に対して逆方向に流すことを特徴としている。
The invention of claim 8 is the invention of
Forming at least two current paths on both sides of the current flow passing through the molten metal, the current flowing in the two current paths in the same direction and opposite to the current flow direction passing through the molten metal; It is characterized by flowing.
請求項1に記載の発明によれば、溶接アーク等の荷電粒子流の流れ方向に対して略平行な方向に電流経路(電線)を形成し、この電流経路に電流を流す。すると、電流経路の回りに磁界が発生する。発生磁界の向きは、荷電粒子流の流れ方向に対して垂直な平面に平行な向きであるので、荷電粒子流中の荷電粒子に対しては垂直方向に作用する。したがって、荷電粒子流中の荷電粒子はローレンツ力を受け、このローレンツ力により荷電粒子流の流れが変化する。これにより、荷電粒子流の流れを制御することができる。 According to the first aspect of the present invention, the current path (electric wire) is formed in a direction substantially parallel to the flow direction of the charged particle flow such as a welding arc, and the current is passed through the current path. Then, a magnetic field is generated around the current path. Since the direction of the generated magnetic field is parallel to a plane perpendicular to the flow direction of the charged particle flow, it acts on the charged particles in the charged particle flow in the vertical direction. Accordingly, the charged particles in the charged particle flow are subjected to Lorentz force, and the flow of the charged particle flow is changed by the Lorentz force. Thereby, the flow of the charged particle flow can be controlled.
荷電粒子流とは、荷電した粒子の流れのことであり、電流(電子流)や、イオンの流れ(イオン流)、プラズマ等を含む流れの概念である。また、本発明に適用される荷電粒子流としては、特に限定される必要はなく、例えばアーク、プラズマ、電子流(電子ビーム)、イオン流(イオンビーム)等、荷電粒子の流れを形成するものであれば良い。 The charged particle flow is a flow of charged particles, and is a concept of a flow including an electric current (electron flow), an ion flow (ion flow), plasma, and the like. Further, the charged particle flow applied to the present invention is not particularly limited, and forms a flow of charged particles such as an arc, plasma, electron flow (electron beam), ion flow (ion beam), etc. If it is good.
荷電粒子流の制御とは、荷電粒子流を目的の状態とするために、その密度(強さ)、流れ方向に操作を加えることである。 The control of the charged particle flow is to apply an operation to the density (strength) and the flow direction in order to bring the charged particle flow into a target state.
本発明で特徴とするところは、荷電粒子流の流れと略平行な方向に電流を流すことである。このように流すことで、簡単に荷電粒子流を制御することができるとともに、電流の流し方を工夫することにより、様々な荷電粒子流の制御を実現することができる。 A feature of the present invention is that a current flows in a direction substantially parallel to the flow of the charged particle flow. By flowing in this manner, the charged particle flow can be easily controlled, and various charged particle flow controls can be realized by devising a current flow method.
また、請求項2に記載の発明によれば、荷電粒子流の流れの周囲を取り囲むように複数の電流経路を設け、この電流経路に直流電流を同方向に、かつ荷電粒子流の流れ方向と略平行な方向に同時に流す。このように直流電流を流すと、それぞれの電流経路の回りに磁界が発生するが、各磁界の合成磁界は、荷電粒子流の回りを回転する回転磁界となる。このような回転磁界が荷電粒子流中の荷電粒子に作用すると、荷電粒子は、荷電粒子流の流れに垂直な面内において、荷電粒子流の中心に引き込まれる方向か、または、荷電粒子流の中心から放射状に離れる方向に、ローレンツ力を受ける。荷電粒子流の中心に引き込まれる方向にローレンツ力を受ける場合には、荷電粒子流の流れに垂直な面における荷電粒子の照射断面領域が小さくなり、流れが収束される。このため荷電粒子流のエネルギー密度を上昇させることができる。一方、荷電粒子流の中心から放射状に離れる方向にローレンツ力を受ける場合には、荷電粒子流の流れに垂直な面における荷電粒子の照射断面領域が大きくなり、流れが拡散される。このため、広範囲に荷電粒子流を照射することができる。すなわち、本発明の方法によって、荷電粒子流の収束状態または拡散状態を制御できる。 According to the second aspect of the present invention, a plurality of current paths are provided so as to surround the periphery of the flow of the charged particle flow, a direct current is supplied to the current path in the same direction, and the flow direction of the charged particle flow is Simultaneously flow in substantially parallel directions. When a direct current is passed in this way, a magnetic field is generated around each current path, but the combined magnetic field of each magnetic field becomes a rotating magnetic field that rotates around the charged particle flow. When such a rotating magnetic field acts on the charged particles in the charged particle flow, the charged particles are drawn in the center of the charged particle flow in a plane perpendicular to the flow of the charged particle flow or in the charged particle flow. A Lorentz force is applied in a direction radially away from the center. When receiving a Lorentz force in the direction of being drawn into the center of the charged particle flow, the charged particle irradiation cross-sectional area in a plane perpendicular to the flow of the charged particle flow is reduced and the flow is converged. For this reason, the energy density of the charged particle flow can be increased. On the other hand, when a Lorentz force is received in a direction radially away from the center of the charged particle flow, an irradiation cross-sectional area of the charged particles in a plane perpendicular to the charged particle flow becomes large and the flow is diffused. For this reason, the charged particle flow can be irradiated over a wide range. That is, the convergence state or diffusion state of the charged particle flow can be controlled by the method of the present invention.
例えば、荷電粒子流をアーク放電による流れとした場合であって、このアーク放電の流れの向きをアーク電流(正極から負極に向かう流れ)と見た場合において、アーク電流の周囲を取り囲む複数の直流電流の向きが、アーク電流とは逆方向に流れている場合は、アーク中の電子がアークの中心に向かう方向にローレンツ力を受け、その結果、アークが収束して自身のエネルギー密度が増加する。また、アーク電流と同方向に流れている場合は、アーク中の電子がアークの中心から離れる方向にローレンツ力を受け、その結果、アークが拡散して広範囲にアークを照射することができる。 For example, when the charged particle flow is a flow by arc discharge and the direction of this arc discharge is regarded as an arc current (flow from the positive electrode to the negative electrode), a plurality of direct currents surrounding the arc current When the direction of the current is flowing in the direction opposite to the arc current, the electrons in the arc receive a Lorentz force in the direction toward the center of the arc, and as a result, the arc converges to increase its energy density. . Further, when the current flows in the same direction as the arc current, electrons in the arc receive a Lorentz force in a direction away from the center of the arc, and as a result, the arc can diffuse and irradiate the arc over a wide range.
尚、上記「同方向」とは、複数の直流電流の全てが同じ方向に向かって流れていることを示す。 The “same direction” indicates that all of the plurality of direct currents flow in the same direction.
また、請求項3の発明によれば、荷電粒子流の流れの周囲を取り囲むように複数の電流経路を設け、これらの電流経路に直流電流を同方向に、かつ荷電粒子流の流れ方向と略平行な方向に逐次的に流す。このように逐次的に直流電流を流すと、直流電流の回りに発生する磁界に基づいて発生するローレンツ力の作用方向が逐次的に変化する。このため、荷電粒子流がローレンツ力により影響を受ける方向も変化し、その結果、荷電粒子流を回転させることができる。すなわち、本発明によって、荷電粒子流を回転制御することができる。
Further, according to the invention of
尚、上記において、「逐次的に」とは、「隣接する電流経路に順を追って」という意味であり、また、逐次的に通電した後に、逐次的に通電を停止することも含む。 In the above description, “sequentially” means “following current paths in order”, and includes sequentially stopping energization after sequentially energizing.
また、請求項4の発明によれば、荷電粒子流の流れの両側に少なくとも2つの電流経路を設け、これらの電流経路に直流電流を同方向に流す。このように電流を流すことによって、荷電粒子流中の電子にローレンツ力を特定の方向から作用させることができ、その結果、荷電粒子流の流れ方向の断面領域を一方向に伸長または圧縮することができる。尚、本発明においては、上記2つの電流経路に同時に直流電流を流しても良いし、また、交互に流すように制御しても良い。 According to the fourth aspect of the present invention, at least two current paths are provided on both sides of the flow of the charged particle flow, and a direct current is passed through these current paths in the same direction. By flowing an electric current in this way, Lorentz force can act on electrons in the charged particle flow from a specific direction, and as a result, the cross-sectional area in the flow direction of the charged particle flow can be extended or compressed in one direction. Can do. In the present invention, a direct current may be supplied simultaneously to the two current paths or may be controlled so as to be supplied alternately.
また、請求項5の発明によれば、荷電粒子流の流れの片側に少なくとも1つの電流経路を設け、この電流経路に交番電流を流す。このように交番電流を流すことによって、荷電粒子中の電子が受けるローレンツ力の方向を逐次的に反転させることができ、その結果、荷電粒子流の流れ方向の断面領域に一方向に伸長させることができる。 According to the invention of claim 5, at least one current path is provided on one side of the flow of the charged particle flow, and an alternating current is passed through the current path. By flowing an alternating current in this way, the direction of the Lorentz force received by the electrons in the charged particles can be sequentially reversed, and as a result, it can be extended in one direction to the cross-sectional area in the flow direction of the charged particle flow. Can do.
尚、本明細書において、上記「交番電流」とは、一般的に交流電流と呼ばれる電流値が0を中心として正弦波形を描くものの他、正弦波形ではないその他の波形、例えば矩形波を描くものでも呈するものも含まれるものとする。 In the present specification, the “alternating current” refers to a waveform that draws a sine waveform with a current value generally called an alternating current centered at 0, and other waveforms that are not sine waveforms, such as a rectangular wave. But what is presented is also included.
また、請求項6発明によれば、荷電粒子流としての溶接アークやプラズマにローレンツ力を作用させるので、溶接アークやプラズマの形状や強さなどを幅広く制御することができる。 According to the sixth aspect of the invention, since the Lorentz force is applied to the welding arc or plasma as the charged particle flow, the shape and strength of the welding arc or plasma can be controlled widely.
また、請求項7に記載の発明によれば、アーク溶接により形成される溶融金属内を通過する電流の流れ方向に対して略平行な方向に電流経路(電線)を形成し、この電流経路に電流を流す。すると、電流経路の回りに磁界が発生する。発生磁界の向きは、溶融金属内を通過する電流の流れ方向に対して垂直な平面に平行な向きであるので、溶融金属内の電子はローレンツ力を受け、このローレンツ力により溶融金属の流れが変化する。これにより、溶融金属の流れを制御することができる。
According to the invention of
また、請求項8の発明によれば、溶融金属内を通過する電流の流れの両側に少なくとも2つの電流経路を形成し、この2つの電流経路に電流を同方向に、かつ溶融金属内を通過する電流の流れ方向に対して逆方向に流す。このように電流を流すことによって、溶融金属中の電子が溶融金属の中央に向かう方向にローレンツ力を受ける。このため、溶融金属は、その縁側から中央に向かう対流を起こす。その結果、溶融金属が底面の母材に接触する機会が増え、より溶け込み深さを深くすることができる。 According to the invention of claim 8, at least two current paths are formed on both sides of the current flow passing through the molten metal, and the current passes through the two current paths in the same direction and through the molten metal. The current flows in the opposite direction to the current flow direction. By passing an electric current in this way, electrons in the molten metal receive a Lorentz force in a direction toward the center of the molten metal. For this reason, the molten metal causes convection from the edge side toward the center. As a result, the opportunity for the molten metal to come into contact with the base material on the bottom surface increases, and the penetration depth can be further increased.
以下、本発明に係わる実施の形態を図面にもとづいて説明する。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
(第1実施形態例)
図1は、本発明の第1実施形態例である溶接アークの制御方法を示す概略図である。本例においては、TIG溶接の例を例示しており、図に示すように溶接トーチ1は、タングステン電極を備える電極棒1aの先端が下方向を向くように配置されてなる。また、溶接トーチ1の下方には、所定の空間距離を隔てて被溶接物Aが配設される。溶接トーチ1と被溶接部材Aとは、溶接電源10によって電気的に連結されている。溶接電源10は、直流又は直流パルス電流を発生するものである。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic view showing a welding arc control method according to the first embodiment of the present invention. In this example, an example of TIG welding is illustrated, and as shown in the figure, the
溶接トーチ1および被溶接物Aの周囲には、磁界発生装置2が配設されている。この磁界発生装置2は、図1に示すように、直流電源3と、該直流電源3に電気的に接続した複数の電線4を備える。各電線4は、溶接トーチ1側から被溶接部材A側に向かって上下方向に電流が流れるように並列配置されており、各々の一端(上端)が電源3の正極に接続され、各々の他端(下端)が電源3の負極に接続されている。したがって、各電線4に通電した場合には、電流が各電線4の上側から下側に流れることになる。
Around the
図2は、溶接トーチ1の電極棒1aおよび該電極棒1aから発生する溶接アークARCと、磁界発生装置2の電線4との配置関係を示す図であり、これらの構成を図1の矢印A1で示す上方側から見たものである。図2に示すように、各電線4は、電極棒1aから発生する溶接アークARCの全周囲を囲うように配設されている。このように電線4を配設するには、セラミックス等の絶縁体で形成された円筒状の部材に各電線を軸方向に埋設して電線4とセラミックス円筒体の一体物を作製し、作製した円筒体を溶接トーチ1に被せるような態様としても良いし、また、ワイヤーハーネスを円筒状にして形成したものを溶接トーチ1に被せるような態様としても良い。
FIG. 2 is a diagram showing the positional relationship between the
上記構成において、溶接トーチ1から溶接アークを発生させる。すると、電極棒1aと被溶接部材Aとの間で上下方向にアーク放電が起こり、溶接アークARCが発生する。そして、発生した溶接アークARCのアーク熱により被溶接部材Aが溶融し、溶接が行われる。
In the above configuration, a welding arc is generated from the
また、溶接アークARCの発生と共に、磁界発生装置2を作動させて、各電線4に電流を流す。この場合において、各電線4における電流の向きは、図1に示すように溶接アークの形成方向(上下方向)と略平行となるように、上から下に流れる。
Further, along with the generation of the welding arc ARC, the
電線4に電流が流れると、その回りに磁界が発生する。図2に示すように、電線4に流れる電流の向きは、図2において紙面の手前側から奥側であるので、発生する磁界の向きは、右手親指の法則により、図2の矢印A2で示すように時計回り方向となる。このように発生する磁界は、各電線4においてそれぞれ発生しており、これらの磁界を合成すると、図2の矢印Bで示すように、溶接トーチ1の回りを反時計回り方向に回転する磁界となる。
When a current flows through the
また、本例では、TIG溶接を行っており、TIG溶接の場合は、電極棒1a側が負極、被溶接部材A側が正極になる。したがって、発生するアーク電流Iarcは、被溶接部材A側から電極棒1a側に流れる。すなわち、アーク電流Iarcは、図1において下から上に流れる。
In this example, TIG welding is performed. In the case of TIG welding, the
電極棒1aから発せられる溶接アークは、電極棒1aから被溶接部材Aに至るまでに、水平方向に一定の広がりを持って拡散しようとする。この場合において、例えば、図2に示すように、電極棒1aの中心から図において右方向に所定距離ずれた位置X1において電子が磁界Bから受ける影響について検討すると、X1におけるアーク電流Iarcの向きは紙面の奥側から手前方向であり、また、X1における磁界の向きは、矢印B1方向で示す上向き方向であるため、フレミング左手の法則により、電磁力F1が、電極棒1aの中心に向かう方向(図示左方向)に発生する。また、電極棒1aの中心から図において右上方向に所定距離ずれた位置X2において電子が磁界Bから受ける影響について検討すると、X2における電流の向きは紙面の奥側から手前方向であり、また、X2における磁界の向きは、矢印B2方向で示す左上向き方向であるため、フレミング左手の法則により、電磁力F2が、電極棒1aの中心に向かう方向(図示左下方向)に発生する。同様にして、位置X3、X4、X5、X6における電磁力F3、F4、F5、F6も、それぞれその場の磁界B3、B4、B5、B6の影響を受けて、電極棒1aの中心に向かう方向に発生する。
The welding arc emitted from the
つまり、電極棒1aから発生するアークARCは、磁界Bによって、その中心に向かう方向に電磁力が作用する。その結果、アークの広がりが抑制され、図1に示すように、アークが収束した状態で被溶接部材Aに照射される。
That is, the electromagnetic force acts in the direction toward the center of the arc ARC generated from the
したがって、被溶接部材Aにおけるアーク照射部位では、アークが収束することによりエネルギー密度が高まり、その結果、深溶け込み溶接が実現可能となる。また、エネルギー密度の高まりによって、溶融時間も減少できるため、高速溶接も可能になる。 Therefore, in the arc irradiation part in the member A to be welded, the energy density is increased by converging the arc, and as a result, deep penetration welding can be realized. Moreover, since the melting time can be reduced by increasing the energy density, high-speed welding is also possible.
尚、上記例は、アーク電流と各電線に通電する電流の方向を逆方向として溶接アークを収束させる例であるが、アーク電流と各電線に通電する電流の方向を同方向とすれば、収束とは逆に、溶接アークを広い領域に拡散することができる。このように拡散することで、広範な領域に溶接を施すことが可能となる。また、この場合には、溶接以外にも、母材の表面改質等の熱処理の代替手段としても期待できる。 The above example is an example of converging the welding arc with the arc current and the direction of current flowing through each wire as opposite directions. However, if the arc current and the direction of current flowing through each wire are set in the same direction, convergence is achieved. Conversely, the welding arc can be spread over a wide area. By diffusing in this way, it is possible to weld a wide area. In this case, in addition to welding, it can also be expected as an alternative means of heat treatment such as surface modification of the base material.
(第2実施形態例)
図3は、本発明の第2実施形態例における溶接アークの制御方法を示す図である。本例においては、磁場発生装置の電線への通電制御が上記第1実施形態例とは異なり、その他の構成は、上記第1実施形態例と基本的には同一である。
(Second Embodiment)
FIG. 3 is a diagram showing a welding arc control method in the second embodiment of the present invention. In this example, the energization control to the electric wire of the magnetic field generator is different from that of the first embodiment, and other configurations are basically the same as those of the first embodiment.
上記第1実施形態例においては、各電線に同時に通電することにより、溶接アークを収束させるものであるが、本例では、各電線に逐次的に通電する。例えば、まず第1電線41に通電し、所定時間(微小時間)経過後に第1電線41への通電を停止すると共に該第1電線41に隣接する第2電線42に通電する。次いで、所定時間(微小時間)経過後に第2電線42への通電を停止すると共に該第2電線42に隣接する第3電線43に通電する。このようにして、第1電線41、第2電線42、第3電線43、第4電線44、第5電線45、第6電線46に逐次的に通電し、これを繰り返す。
In the first embodiment, the welding arc is converged by simultaneously energizing the electric wires. In this example, the electric wires are energized sequentially. For example, the first
電極棒1aから溶接アークが発生している最中に上記のようにして逐次的に各電線に通電した場合における溶接アークの状態を検討する。まず、第1電線41に通電されている状態においては、電極棒1aを挟んで第1電線41とは反対側に位置する位置X4におけるアーク電流Iarcの向きは紙面の奥側から手前方向であり、また、位置X4における磁界の向きは矢印B4方向で示す図示左上方向であるため、フレミング左手の法則により、電磁力F4が、第1電線41から遠ざかる方向、すなわち図示左下方向に発生する。したがって、この場合における溶接アークは、図において領域R4の部分に形成される。また、第2電線42に通電されている状態においては、電極棒1aを挟んで第2電線42とは反対側に位置する位置X5におけるアーク電流Iarcの向きは紙面の奥側から手前方向であり、また、位置X5における磁界の向きは、矢印B5方向で示す図示上向き方向であるため、フレミング左手の法則により、電磁力F5が、第2電線42から遠ざかる方向、すなわち図示左側方向に発生する。したがって、この場合における溶接アークは、図において領域R5の部分に形成される。同様にして、第3電線43、第4電線44、第5電線45、第6電線46に通電されている状態において、位置X6、X1、X2、X3における電磁力F6、F1、F2、F3は、それぞれ通電している電線から遠ざかる方向に作用し、それぞれの場合における溶接アークは、図において領域R6、R1、R2、R3の部分に形成される。
The state of the welding arc when the electric wires are sequentially energized as described above while the welding arc is generated from the
すなわち、溶接アークは、通電している電線から遠ざかるように偏向する。したがって、隣接する電線に次々と通電切換えを行うことにより、溶接アークの偏向方向が順次ずれていき、あたかも溶接アークが回転している状態を実現することができる。 That is, the welding arc is deflected away from the energized wire. Therefore, by switching energization to the adjacent electric wires one after another, the deflection direction of the welding arc is sequentially shifted, and it is possible to realize a state where the welding arc is rotating.
溶接方法として、溶接トーチを回転させて広範囲の溶接を行う回転溶接法といった溶接方法があるが、本例の方法は、この回転溶接法の代替方法とすることができる。この場合においては、溶接トーチの回転機構などの複雑な構造を採る必要が無く、安価な構成で回転溶接を実現することができる。 As a welding method, there is a welding method such as a rotary welding method in which a welding torch is rotated to perform a wide range of welding, but the method of this example can be an alternative method of this rotary welding method. In this case, there is no need to adopt a complicated structure such as a rotating mechanism of a welding torch, and rotational welding can be realized with an inexpensive configuration.
図4は、本例の変形例である。すなわち、上記例においては、各電線における電流を、図3において紙面の手前側から奥側に流れるようにしているが、図4においては、紙面の奥側から手前側に流れるようにしている。 FIG. 4 is a modification of this example. That is, in the above example, the electric current in each electric wire flows from the front side to the back side in FIG. 3, but in FIG. 4, it flows from the back side to the front side.
このような通電制御において、第1電線41に電流を流しているときに生じる電磁力について検討すると、図において電極棒1aから第1電線41に近づく位置X1に存在する電子に作用する磁界は、図示矢印B1方向で示す右下方向に作用し、また、アーク電流Iarcの向きは、図4において紙面の奥側から手前側に流れているため、電磁力は、図示矢印F1方向、すなわち、第1電線41に近づく方向に作用する。したがって、溶接アークは、全体として第1電線41に近づき、図において領域R1の部分に偏向して形成される。
In such energization control, when considering the electromagnetic force generated when a current flows through the first
また、第2電線42に電流を流しているときに生じる電磁力について検討すると、図において電極棒1aから第2電線42に近づく位置X2に存在する電子に作用する磁界は、図示矢印B2方向で示す右上方向に作用し、また、アーク電流Iarcの向きは、図4において紙面の奥側から手前側に流れているため、電磁力は、図示矢印F2方向、すなわち、第2電線42に近づく方向に作用する。したがって、溶接アークは、全体として第2電線42に近づき、図において領域R2の部分に偏向して形成される。
Further, when considering the electromagnetic force generated when a current flows through the second
上記と同様に、第3電線23(第4電線24、第5電線25、第6電線26)に電流を流しているときは、溶接アークは、全体として第3電線23(第4電線24、第5電線25、第6電線26)に近づき、図において領域R3(R4、R5、R6)の部分に偏向して形成される。 Similarly to the above, when a current is passed through the third electric wire 23 (the fourth electric wire 24, the fifth electric wire 25, the sixth electric wire 26), the welding arc as a whole is the third electric wire 23 (the fourth electric wire 24, It approaches the fifth electric wire 25 and the sixth electric wire 26) and is deflected and formed in the region R3 (R4, R5, R6) in the drawing.
すなわち、通電している電線に近づくように溶接アークが偏向する。したがって、隣接する電線に次々と通電切換えを行うことにより、溶接アークの偏向方向が順次ずれていき、あたかも溶接アークが回転している状態を実現することができる。 That is, the welding arc is deflected so as to approach the energized electric wire. Therefore, by switching energization to the adjacent electric wires one after another, the deflection direction of the welding arc is sequentially shifted, and it is possible to realize a state where the welding arc is rotating.
図5は、別の変形例である。すなわち、本例では、図5に示すように、電極棒1aを挟んで対抗する電線に流す電流の向きを、それぞれ反対とするものである。また、通電する際には、上記例と同じように隣接する電線に逐次的に電流を流していくとともに、対抗する電線には同時に通電する。つまり、図5においては、まず、第1電線41と、溶接トーチ(電極棒1a)を挟んで第1電線41に対向配置した第4電線44とに同時に電流を流し、所定時間(微小時間)経過後に、第1電線41と第4電線44への通電を停止するとともに、第1電線41に隣接する第2電線42、および、溶接トーチを挟んで第2電線42に対向配置した第5電線45に通電する。さらに、所定時間(微笑時間)経過後に、第2電線42と第5電線45への通電を停止するとともに、第2電線42に隣接する第3電線43、および、溶接トーチを挟んで第3電線43に対向配置した第6電線46に通電する。このようにして、相対向する電線同士を同時に通電するとともに、隣接する電線に逐次的に通電する。
FIG. 5 shows another modification. That is, in this example, as shown in FIG. 5, the directions of the currents flowing through the wires opposed to each other with the
このような通電制御において、第1電線41に電流I1を、および第4電線44に電流I4を、それぞれ逆方向に流しているときに生じる電磁力について検討すると、図において位置X1に存在する電子に作用する磁界は、電流I1から生じる磁界と電流I4から生じる磁界が、いずれも図示矢印B14方向で示す図示左上方向に作用し、また、アーク電流Iarcの向きは、図5において紙面の奥側から手前側に流れているため、電磁力は、図示矢印F14方向、すなわち、電極棒1aから遠ざかって第1電線41に近づく方向に作用する。一方、図において位置X4に存在する電子に作用する磁界は、電流I4から生じる磁界と電流I1から生じる磁界が、いずれも図示矢印B41方向に作用し、また、アーク電流Iarcの向きは、図5において紙面の奥側から手前側に流れているため、電磁力は、図示矢印F41方向、すなわち、電極棒1aから遠ざかって第4電線44に近づく方向に作用する。したがって、F14方向へ作用する電磁力とF41方向へ作用する電磁力によって、溶接アークは、全体として、溶接トーチを中心として、第1電線41と第4電線44の方向に延びた扁平形状(領域R14+領域R41))を呈するようになる。
In this energization control, when the electromagnetic force generated when the current I1 is passed through the first
上記と同様の作用により、第2電線42に電流I2を、および第5電線45に電流I5を流しているときには溶接アークは、電極棒1aを中心として第2電線42と第5電線45の方向に延びた扁平形状(領域R25+領域R52)を、第3電線43に電流I3を、および第6電線46に電流I6を流しているときには溶接アークは、電極棒1aを中心として第3電線43と第6電線46の方向に延びた扁平形状(領域R36+領域R63)を呈するようになる。
Due to the same action as described above, when the current I2 is supplied to the second
したがって、隣接する電線に次々と通電切換えを行うことにより、溶接アークの扁平方向が順次ずれていき、あたかも溶接アークが回転している状態を実現することができる。尚、図5の場合は、図3及び図4の場合と比較して、両方向からアークの偏向を促す構成であるため、アークの偏向量がより大きくなり、アーク回転半径を大きくすることができるという利点を有する。 Therefore, by switching the energization to the adjacent electric wires one after another, the flat direction of the welding arc is sequentially shifted, and it is possible to realize a state where the welding arc is rotating. In the case of FIG. 5, compared to the cases of FIGS. 3 and 4, the configuration is such that the deflection of the arc is promoted from both directions, so that the amount of arc deflection becomes larger and the arc rotation radius can be increased. Has the advantage.
(第3施形態例)
図6は、本発明の第3実施形態例の溶接方法を行う装置外観図である。尚、第1実施形態例と同一部分については、同一符号で示してその詳細な説明を省略する。
(Third embodiment)
FIG. 6 is an external view of an apparatus for performing the welding method according to the third embodiment of the present invention. In addition, about the same part as 1st Embodiment, it shows with the same code | symbol and the detailed description is abbreviate | omitted.
上記第1実施形態例では、磁場発生装置2おける電線4は、溶接トーチ1を取り巻く全周にわたって配列されていたが、本例では、図6に示すように、溶接トーチ1の全周ではなく、片側(図においては右側)のみに配列されている。尚、理論的にいえば、電線4は片側に一本のみ配置していても良いが、磁界を強くするために、図6において紙面の奥側から手前側に複数本並列に並べた構成を採っても良い。その他の構成は、上記第1実施形態例と同一である。
In the first embodiment, the
上記構成において、溶接トーチ1から溶接アークを発生させる。すると、電極棒1aと被溶接部材Aとの間で上下方向にアーク放電が起こり、溶接アークが発生する。そして、発生した溶接アークのアーク熱により被溶接部材Aが溶融し、溶接が行われる。
In the above configuration, a welding arc is generated from the
また、溶接アークの発生と共に、磁界発生装置2を作動させて、電線4に電流を流す。この場合において、電線4における電流の向きは、図6に示すように溶接アークの形成方向(上下方向)と略平行となるように、上から下に流れる。
Further, along with the generation of the welding arc, the
電線4に電流が流れると、その回りに磁界が発生する。発生する磁界の向きは、右手親指の法則に従う。
When a current flows through the
尚、本例においてもTIG溶接を行っており、TIG溶接の場合は、電極棒1a側が負極、被溶接部材A側が正極になる。したがって、発生するアーク電流Iarcは、被溶接部材A側から電極棒1a側に流れる。すなわち、アーク電流Iarcは、図6において下から上に流れる。
In this example, TIG welding is also performed. In the case of TIG welding, the
図6に示すように、位置Xにおいて溶接アーク中の電子が磁界Bから受ける影響について検討すると、位置Xにおける溶接電流Iarcの向きは下から上に向かう方向であり、また、Xにおける磁界の向きは、右手親指の法則により矢印B方向で示す紙面の手前側から奥側へ向かう方向であるため、フレミング左手の法則により、位置Xにおいて、電磁力Fが図示左方向に作用する。この電磁力Fにより、発生する溶接アーク全体が左寄りに偏向する。 As shown in FIG. 6, when the influence of electrons in the welding arc from the magnetic field B at the position X is examined, the direction of the welding current Iarc at the position X is from the bottom to the top, and the direction of the magnetic field at the X Is the direction from the near side to the far side of the paper surface indicated by the arrow B direction according to the right thumb rule, and therefore, the electromagnetic force F acts in the left direction in the figure at the position X according to the Fleming left hand rule. By this electromagnetic force F, the entire generated welding arc is deflected to the left.
したがって、被溶接部材Aにおけるアーク照射部位では、アークが偏向することにより所望の位置での溶接が可能になる。この技術は、例えば通常のアーク溶接では溶接できないような所、例えば溶接トーチが入らないような狭所などでも、アークの偏向により溶接できるようになるという利点を有する。 Therefore, welding at a desired position becomes possible by deflecting the arc at the arc irradiation site in the member A to be welded. This technique has an advantage that welding can be performed by arc deflection even in places where welding cannot be performed by ordinary arc welding, for example, narrow places where a welding torch does not enter.
(第4実施形態例)
図7は、本発明の第4実施形態例の溶接方法を行う装置外観図である。尚、第3実施形態例と同一部分については、同一符号で示してその詳細な説明を省略する。
(Fourth embodiment)
FIG. 7 is an external view of an apparatus for performing the welding method according to the fourth embodiment of the present invention. In addition, about the same part as 3rd Embodiment, it shows with the same code | symbol and the detailed description is abbreviate | omitted.
上記第3実施形態例では、磁場発生装置2おける電線4が溶接トーチ1の片側(図6において右側)のみに配置されていたが、本例では、図7に示すように、溶接トーチ1の両側(図7において右側および左側)に配置している。すなわち、溶接トーチ1の図示右側には第1磁場発生装置2aが、左側には第2磁場発生装置2aが、それぞれ配置している。第1磁場発生装置2aは直流電源3a及び第1電線4aを、第2磁場発生装置2bは直流電源3b及び第2電線4bを有している。第1および第2電線4aおよび4bは、図において上から下に電流が流れるようにされている。また、第1磁場発生装置2aと第2磁場発生装置2bにおける通電は、図示せぬ制御装置によって制御される。その他の構成は、上記第3実施形態例と同一である。
In the third embodiment, the
上記構成において、溶接トーチ1から溶接アークを発生させる。すると、電極棒1aと被溶接部材Aとの間で上下方向にアーク放電が起こり、溶接アークが発生する。そして、発生した溶接アークのアーク熱により被溶接部材Aが溶融し、溶接が行われる。
In the above configuration, a welding arc is generated from the
また、溶接アークの発生と共に、第1および第2磁界発生装置2aおよび2bを作動させるが、このとき、第1および第2磁場発生装置2aおよび2bによって第1電線4aと第2電線4bとが交互に通電するように、図示せぬ制御装置により制御される。
Further, the first and second
第1磁場発生装置2aのみが作動して第1電線4aのみに通電している場合には、上記第3実施形態例と同じ原理により、電極棒1aから発生する溶接アークが図示左寄りに偏向する。一方、第2磁場発生装置2bのみが作動して第2電線4bのみに通電している場合には、電極棒1aから発生する溶接アークARCが図示右よりに偏向する。したがって、第1磁場発生装置2aへの通電と第2磁場発生装置2bへの通電を交互に高速で繰り返すことにより、被溶接部材Aへのアークの照射部位が図示横方向に伸長する。
When only the first
図8は、図7の上方側から見える溶接アークの分布領域を示した図である。尚、図において、点線で描いた円形領域は、通電前のアーク形成領域であり、実践で描いた楕円形領域が、通電時のアーク形成領域である。また、図中、B1は、電流I1が通電したときにその位置に生ずる磁界の向き、B2は、電流I2が通電したときにその位置に生ずる磁界の向き、F1は、磁界B1が生じたときにその位置に作用するローレンツ力の向き、F2は、磁界B2が生じたときにその位置に作用するローレンツ力の向きを示す。図8に示す通電時のアーク形成領域のうち、領域R1およびR3は、電極棒1aから発せられる溶接アークが斜めに被溶接部材に照射される領域であり、斜めに照射される分、エネルギー密度が低下する。一方、領域R2は、電極棒1aから発せられる溶接アークがほぼ垂直に被溶接部材に照射される領域であり、ほぼ垂直に照射される分、エネルギー密度が高くなる。このような照射状況において溶接トーチ1を、図7及び図8の矢印P方向、すなわち溶接アークが伸長した方向に沿った方向に移動させる。すると、被溶接部材は、まず領域R1における溶接アークの熱で予備加熱され、次いで、領域R2における溶接アークの熱で溶接が実行される。最後に、領域R3における溶接アークの熱で後加熱されて焼き戻しが行われる。このように、予備加熱、溶接、後加熱(焼き戻し)を一つの溶接トーチで実現することができるという利点を有する。また、溶接アークの強さを調節することにより、熱処理や表面改質の代替方法として採用することもできる。
FIG. 8 is a view showing a distribution region of the welding arc that can be seen from the upper side of FIG. In the drawing, a circular area drawn with a dotted line is an arc formation area before energization, and an elliptical area drawn in practice is an arc formation area during energization. In the figure, B1 is the direction of the magnetic field generated at that position when the current I1 is energized, B2 is the direction of the magnetic field generated at that position when the current I2 is energized, and F1 is when the magnetic field B1 is generated The direction of Lorentz force acting on that position, F2 indicates the direction of Lorentz force acting on that position when the magnetic field B2 is generated. Of the arc forming regions at the time of energization shown in FIG. 8, regions R1 and R3 are regions in which the welding arc emitted from the
図9は、本例の変形例である。これは、図7と異なり、磁場発生装置2’を片側だけに設けたものである。ただし、磁場発生装置2’には交流電源3’が接続されており、したがって、電線4’には交流電流が供給される。 FIG. 9 shows a modification of this example. This differs from FIG. 7 in that the magnetic field generator 2 'is provided only on one side. However, an AC power source 3 'is connected to the magnetic field generator 2', and therefore an AC current is supplied to the electric wire 4 '.
電線4’に交流電流が供給されるため、電線4’を流れる電流が図において上から下へ向かう方向に流れた場合には、電磁力は図示左方向に作用し、溶接アークが図示左寄りに偏向する。一方、図において下から上へ向かう方向に流れた場合には、電磁力は図示右方向に作用し、溶接アークは図示右よりに偏向する。このような作用が繰り返されるので、被溶接部材Aへのアークの照射部位が図示横方向に伸長する。したがって、図7の例と同様に、予備加熱、溶接、後加熱を一つの溶接トーチで実現することができるという利点を有する。また、溶接アークの強さを調節することにより、熱処理や表面改質の代替方法として採用することもできる。
Since an alternating current is supplied to the
尚、交流電源を持つ磁場発生装置を、図7のように溶接トーチの両側に配備し、両磁場発生装置を、位相角180°で通電することにより、より広い領域に溶接アークを伸長させることができる。 In addition, a magnetic field generator having an AC power source is arranged on both sides of the welding torch as shown in FIG. 7, and both the magnetic field generators are energized at a phase angle of 180 ° to extend the welding arc over a wider area. Can do.
(第5実施形態例)
図10は、本発明の第5実施形態例の溶接方法を行う装置外観図、図11は、図10の上方側から見える溶接アークの分布領域を示した図であるである。尚、第4実施形態例と同一部分については、同一符号で示してその詳細な説明を省略する。
(Fifth embodiment)
FIG. 10 is an external view of an apparatus for performing the welding method according to the fifth embodiment of the present invention, and FIG. 11 is a view showing a distribution region of a welding arc that can be seen from the upper side of FIG. In addition, about the same part as 4th Embodiment, it shows with the same code | symbol and the detailed description is abbreviate | omitted.
上記第4実施形態例(図7)では、磁場発生装置2における電線4が溶接トーチ1の両側(図7において右側および左側)に配置され、これらの電線4から発する磁界によって溶接アークを伸長させるとともに、溶接トーチ1を溶接アークの伸長方向に沿った方向に移動させているが、本例では、溶接トーチ1を溶接アークの伸長方向とは直行する方向(図10及び図11において矢印P方向)に移動させている。その他の構成は、上記第4実施形態例と同一である。
In the fourth embodiment (FIG. 7), the
本例では、このようにして、溶接方向とは直行する方向に溶接アークを伸長しているため、溶接方向に対して溶融金属部分を幅広く取ることができる。よって、溶接ギャップGが大きい場合においても、十分に溶接が可能になるといった利点を有する。 In this example, since the welding arc is extended in a direction perpendicular to the welding direction in this way, the molten metal portion can be widely taken with respect to the welding direction. Therefore, even when the welding gap G is large, there is an advantage that welding can be sufficiently performed.
尚、図12は、本例の変形例であり、上記第4実施形態例の変形例と同様に、磁場発生装置を溶接トーチの片側のみに設け、かつ、電源を交流電源とした例である。この場合においても、上記と同様の作用および効果を有する。 FIG. 12 is a modification of this example, and is an example in which the magnetic field generator is provided only on one side of the welding torch and the power supply is an AC power supply, as in the modification of the fourth embodiment. . Even in this case, the same operations and effects as described above are provided.
(第6実施形態例)
図13は、本発明の第6実施形態例の溶接方法を行う場合における原理を説明するための図であり、形成される溶接アークと磁場をかけるための電線の配置構成を示す上面概略図である。図において、点線で描かれた円は、磁場をかけていない場合における溶接アークの形成領域を示す。また、本例では、磁場発生装置が2つ配備されており、第1磁場発生装置2aは第1電線4aを、第2磁場発生2b装置は第2電線4bを持つ。第1電線4aと第2電線4bは、図13に示すように配置される。すなわち、両電線は電極棒を挟んで対抗するように配置するのではなく、電極棒を頂点とする頂角θが略90°程度となるように配置する。このように配置して、溶接中に両磁場発生回路に通電する。すると、位置X1においては、磁界の向きがB1であり、溶接電流Iarcは紙面の奥側から手前側であり、両者は直行するので、フレミング左手の法則に従い、電磁力F1が電極棒の中心に向かう方向に作用する。また、位置X2においては、磁界の向きがB2であり、溶接電流Iarcは紙面の奥側から手前側であるため、フレミング左手の法則に従い、電磁力F2がアークの中心に向かう方向に作用する。また、位置X3においては、第1電線から生ずる磁界と第2電線から生ずる磁界が打ち消しあうため、電磁力は作用しない。
(Sixth embodiment)
FIG. 13 is a diagram for explaining the principle in the case of performing the welding method of the sixth embodiment of the present invention, and is a schematic top view showing the arrangement configuration of the welding arc to be formed and the electric wires for applying a magnetic field. is there. In the figure, a circle drawn with a dotted line indicates a formation region of a welding arc when no magnetic field is applied. In this example, two magnetic field generators are provided, the first
したがって、位置X1および位置X2におけるアークは、電磁力の作用によって図示矢印F1、F2方向に移動し、局所的にアークの収束領域R1が形成される。一方、電磁力が作用しない部分は、電磁力が作用する部分の影響を受けて、アーク形状が歪み、図に示すような状態になると推測される。 Accordingly, the arcs at the position X1 and the position X2 move in the directions of the arrows F1 and F2 by the action of the electromagnetic force, and the arc convergence region R1 is locally formed. On the other hand, it is presumed that the portion where the electromagnetic force does not act is affected by the portion where the electromagnetic force acts, and the arc shape is distorted, resulting in the state shown in the figure.
このようにして、アークの形状を変形することができる。本例においては、アーク形状を変形して、局所的にアーク収束部分(エネルギー密度が高い部分)を形成することにより、一つのアークで予熱、後熱の複合アークの形成が可能となり、溶接割れ防止が期待できるとともに、ハイブリッド溶接の代替法としても利用できるという効果を有する
(第7実施形態例)
図14は、本発明の第7実施形態例の溶接方法を行う装置外観図、図15は、図14の上方側から見える溶接アークの分布領域を示した図である。本例の構成は、図10に示す構成と基本的には同一であり、第1電線4aと第2電線4bにおける通電制御が異なるのみである。
In this way, the arc shape can be deformed. In this example, by deforming the arc shape and locally forming an arc converging part (a part with high energy density), it becomes possible to form a pre- and post-heated composite arc with one arc and weld cracking. It can be expected to be prevented and can also be used as an alternative to hybrid welding (seventh embodiment).
FIG. 14 is an external view of an apparatus for performing the welding method according to the seventh embodiment of the present invention, and FIG. The configuration of this example is basically the same as the configuration shown in FIG. 10, and only the energization control in the first
本例においては、図14に示す通り、第1電線4aおよび第2電線4bに通電する電流の向きは、ともに、下から上へと流れる方向とされる。また、第1電線4aと第2電線4bとに同時に通電する。
In this example, as shown in FIG. 14, the directions of currents flowing through the first
そして、溶接中に両電線に通電する。すると、図14に示すように、位置X1においては、磁界B1の向きが紙面の奥側から手前側に向かう方向であり、溶接電流Iarcは図示上下方向であり、両者は直行するので、フレミング左手の法則に従い、電磁力F1が図示右方向に作用する。また、位置X1と電極棒1aを挟んで反対側の位置X2においては、磁界B2の向きが紙面の手前側から奥側に向かう方向であり、溶接電流Iarcは図示上下方向であるため、フレミング左手の法則に従い、電磁力F2が図示左方向に作用する。
Then, both wires are energized during welding. Then, as shown in FIG. 14, at the position X1, the direction of the magnetic field B1 is the direction from the back side to the front side of the page, the welding current Iarc is the vertical direction in the figure, and both are orthogonal, so the framing left hand The electromagnetic force F1 acts in the right direction in the figure. Further, at the position X2 on the opposite side across the position X1 and the
したがって、溶接アークは、位置X1側で第1電線4a側に近づく方向(図示右側方向)に電磁力が作用し、また位置X2側で第2電線4b側に近づく方向(図示左側方向)に電磁力が作用し、アーク全体として、第1電線4aと第2電線4bの配設方向に伸長され、幅広のアーク形状を呈する。
Therefore, the welding arc has an electromagnetic force acting in the direction approaching the first
図15において、点線で示した円形領域が、非通電時におけるアーク形成領域、実線で示した楕円領域ものが、通電時におけるアーク形成領域である。通電時のアーク形成領域のうち、領域R1およびR3は、電極棒1aから発せられる溶接アークが斜めに被溶接部材に照射される領域であり、斜めに照射される分、エネルギー密度が低下する。一方、領域R2は、電極棒1aから発せられる溶接アークがほぼ垂直に被溶接部材に照射される領域であり、ほぼ垂直に照射される分、エネルギー密度が高くなる。このような照射状況において溶接トーチを図15の矢印Q方向、すなわち溶接アークが伸長した方向と平行な方向に移動させて溶接を行う場合、被溶接部材は、まず領域R1における溶接アークの熱で予備加熱され、次いで、領域R2における溶接アークの熱で溶接が実行される。最後に、領域R3における溶接アークの熱で後加熱されて焼き戻しが行われる。このように、予備加熱、溶接、後加熱(焼き戻し)を一つの溶接トーチで実現することができるという利点を有する。また、溶接アークの強さを調節することにより、熱処理や表面改質の代替方法として採用することもできる。
In FIG. 15, a circular area indicated by a dotted line is an arc formation area when not energized, and an elliptical area indicated by a solid line is an arc formation area when energized. Of the arc forming regions during energization, the regions R1 and R3 are regions in which the welding arc emitted from the
一方、溶接トーチ1を、図15の矢印P方向、すなわち溶接アークが伸長した方向に直行する方向に移動させた場合には、溶接トーチの進行方向に対して幅広い領域で溶接することができ、ギャップの広い溶接を行うことが可能である。
On the other hand, when the
尚、上記例では、溶接電流Iarcと電線4a及び4bを流れる電流の向きを、同じ方向としたが、これらを逆方向とすることもできる。このような場合には、アークの幅広方向が、上記例とは直行した方向となる。
In the above example, the welding current Iarc and the direction of the current flowing through the
(第8実施形態例)
図16は、本発明の第8実施形態例の溶接方法を行う装置外観図である。本例の構成は、図10に示す構成と基本的には同一であり、第1電線4aと第2電線4bにおける通電制御、および、溶融対象が異なるのみである。
(Eighth embodiment)
FIG. 16 is an external view of an apparatus for performing the welding method according to the eighth embodiment of the present invention. The configuration of this example is basically the same as the configuration shown in FIG. 10, and only the energization control and the fusion target in the first
本例においては、図16に示す通り、第1電線4aおよび第2電線4bに通電する電流の向きは、ともに、上から下へと流れる方向とされる。また、第1電線4aと第2電線4bとに同時に通電する。
In this example, as shown in FIG. 16, the directions of currents flowing through the first
上記構成において、溶接を行うと、溶接アークが発生し、アーク熱によって被溶接部材が溶融する。そして、金属溶融池Sが形成される。形成された金属溶融池Sにおいて、位置X1においては、磁界B1の向きが紙面の手前側から奥側に向かう方向であり、溶接電流Iarcは下から上側に向かう方向であり、両者は直行するので、フレミング左手の法則に従い、電磁力F1が金属溶融池Sの中央に向かう方向に作用する。また、位置X1と電極棒1aを挟んで反対側の位置X2においては、磁界B2の向きが紙面の奥側から手前側に向かう方向であり、溶接電流Iarcは下から上側に向かう方向であるので、フレミング左手の法則に従い、電磁力F2が金属溶融池Sの中央に向かう方向に作用する。
In the above configuration, when welding is performed, a welding arc is generated, and the member to be welded is melted by the arc heat. And the metal molten pool S is formed. In the formed molten metal pool S, at the position X1, the direction of the magnetic field B1 is the direction from the front side to the back side of the paper surface, the welding current Iarc is the direction from the bottom to the top side, and both are orthogonal. In accordance with Fleming's left-hand rule, the electromagnetic force F1 acts in the direction toward the center of the molten metal pool S. Further, at the position X2 on the opposite side across the position X1 and the
したがって、金属溶融池Sにおいては、縁側から中央に向かって溶融金属が電磁力を受け、金属溶融池Sの中央に溶融金属が流れる。このようにして、溶融金属の流動が発生すると、図中の矢印W1で示すように溶融金属が溶融池の中央から潜り込んで池の底面に流れ、さらに矢印W2で示すように底面から縁側に流れる対流状態を形成する。このような対流状態は、通常のアーク溶接で生じるプラズマ気流やマランゴニ対流(表面張力による対流)による対流状態とは逆の流れであり、溶融金属が金属溶融池Sの中央から底面に潜り込んで溶融池の底に衝突し、底面を更に溶かしていく効果が期待できるため、溶接溶け込み深さを更に深くすることができるという利点がある。 Therefore, in the molten metal pool S, the molten metal receives electromagnetic force from the edge side toward the center, and the molten metal flows in the center of the molten metal pool S. When the molten metal flows in this way, the molten metal sinks from the center of the molten pool as shown by the arrow W1 in the figure and flows to the bottom of the pond, and further flows from the bottom to the edge as shown by the arrow W2. Form a convection state. Such a convection state is a flow opposite to the convection state caused by plasma air flow or Marangoni convection (convection by surface tension) generated by normal arc welding, and the molten metal enters the bottom surface of the molten metal S and melts. Since the effect of colliding with the bottom of the pond and further melting the bottom surface can be expected, there is an advantage that the welding penetration depth can be further increased.
尚、上記第1〜第7実施形態例については、TIG溶接を例にとって説明してあるが、TIG溶接以外の非溶極式の溶接でも適用できることは明らかである。さらに、MAG溶接、MIG溶接等の溶極式の溶接でも適用できる。ただし、MAG溶接等は、溶接ワイヤが負極、被溶接部材が正極となり、TIG溶接とは溶接電流が逆に流れるため、各電線に流れる電流を逆にする必要がある。 The first to seventh embodiments have been described by taking TIG welding as an example, but it is apparent that the present invention can also be applied to non-molten electrode welding other than TIG welding. Furthermore, the present invention can also be applied to welding electrode type welding such as MAG welding and MIG welding. However, in MAG welding or the like, since the welding wire is a negative electrode and the member to be welded is a positive electrode, and the welding current flows in reverse to TIG welding, it is necessary to reverse the current flowing in each wire.
(第9実施形態例)
図17は、本発明の第8実施形態例である金属溶滴の制御方法を示す概略図である。本例においては、溶極式の溶接であるMAG溶接の例を例示している。図に示すように溶接トーチ1は、溶接棒1aの先端が下方向を向くように配置されてなる。また、溶接トーチ1の下方には、所定の空間距離を隔てて被溶接物Aが配設される。
(Ninth embodiment)
FIG. 17 is a schematic view showing a method for controlling metal droplets according to the eighth embodiment of the present invention. In this example, an example of MAG welding which is a welding electrode type welding is illustrated. As shown in the figure, the
溶接トーチ1および被溶接物Aの図示右側には、第1磁界発生装置2aが、図示左側には、第2磁界発生装置2bが、それぞれ配設されている。第1磁界発生装置2aは、第1直流電源3aと、該第1直流電源3aに電気的に接続した第1電線4aを備える。同様に、第2磁界発生装置2bは、第2直流電源3bと、該第2直流電源3bに電気的に接続した第2電線4bを備える。第1電線4a(第2電線4b)は、図において上下方向に配置されており、一端(上端)が第1電源3a(第2電源3b)の負極に接続され、他端(下端)が第1電源3a(第2電源3b)の正極に接続されている。したがって、各電線4a、4bに通電した場合には、電流が各電線4a、4bの下側から上側に流れることになる。
A first
上記構成において、溶接トーチ1から溶接アークを発生させる。すると、溶接棒1aと被溶接部材Aとの間で上下方向にアーク放電が起こり、溶接アークが発生する。そして、発生した溶接アークのアーク熱により溶接棒1aおよび被溶接部材Aが溶融し、溶接が行われる。
In the above configuration, a welding arc is generated from the
MAG溶接においては、電極である溶接棒がアーク熱により溶融し、金属溶滴となって被溶接部材の溶融池中に滴下され、溶接されるものであるが、このとき溶接アークに磁界を作用させて電磁力を生ぜしめ、かかる電磁力によって、金属溶滴の滴下地点の制御をしようとするものである。 In MAG welding, a welding rod, which is an electrode, is melted by arc heat and is dropped as a metal droplet into a weld pool of a member to be welded. At this time, a magnetic field is applied to the welding arc. Thus, an electromagnetic force is generated, and the dropping point of the metal droplet is controlled by the electromagnetic force.
つまり、溶接中に、第1磁界発生装置2aおよび第2磁界発生装置2bを作動させて、第1電線4aおよび第2電線4bに通電すると、各電線内に電流が図において下から上へと流れる。この場合において、図の位置X1における磁界を検討すると、この位置においては第1電線4aにより生じる磁界が支配的となり、その結果、磁界の向きは、図に示すように紙面の奥側から手前側に向かう方向となる。一方、位置X1における金属溶滴にはアーク電流が作用しており、このアーク電流の向きは、図において上方向から下方向であるので、ローレンツ力力は、図示F1方向で示す、アークの中心側に向かうように作用する。このローレンツ力F1を受けて、位置X1における金属溶滴は、アークの中心側に移動しながら被溶接部材に落下する。
That is, when the first magnetic
一方、図の位置X2における磁界を検討すると、この位置においては第2電線4bにより生じる磁界が支配的となり、その結果、磁界の向きは、図に示すように紙面の手前側から奥側に向かう方向となる。一方、位置X2における金属溶滴にはアーク電流が作用しており、このアーク電流の向きは、図において上方向から下方向であるので、ローレンツ力は、図示F2方向で示すように、位置X2からアークの中心側に向かう方向に作用する。このローレンツ力F2を受けて、位置X2における金属溶滴は、アークの中心側に移動しながら被溶接部材に落下する。
On the other hand, when the magnetic field at the position X2 in the figure is examined, the magnetic field generated by the second
すなわち、本例の如く磁界発生装置を作動させて、各電線に通電させることにより、溶接棒から溶け出した金属溶滴を中央に集めることができる。したがって、溶融池外へスパッタとして飛散する溶滴を確実に溶融池に落とし込むことができ、スパッタの低減、ワークに付着したスパッタを除去する作業工数の低減、スパッタが付着するのを防止するカバーの廃止、等、実用上での多大な効果が期待できる。 That is, by operating the magnetic field generator as in this example and energizing each electric wire, the metal droplets that have melted from the welding rod can be collected in the center. Therefore, it is possible to reliably drop droplets scattered as spatter out of the molten pool into the molten pool, reduce spatter, reduce the man-hours for removing spatter adhering to the workpiece, and prevent the spatter from adhering. A great effect in practical use such as abolition can be expected.
(第10実施形態例)
図18は、本発明の第10実施形態例である金属溶滴の制御方法を示す概略図である。本例は、上記第8実施形態例と異なり、溶接トーチの片側のみに磁界発生装置2を設けてある。その他の構成は、上記第8実施形態例と同一である。
(Tenth embodiment)
FIG. 18 is a schematic diagram showing a metal droplet control method according to the tenth embodiment of the present invention. In this example, unlike the eighth embodiment, the
このような装置構成においては、金属溶滴は、電線4から生じる磁界の影響を受ける。尚、この磁界B1の向きは、図に示すように紙面の奥側から手前側に向かう方向である。一方、金属溶滴にはアーク電流が作用しており、このアーク電流Iarcの向きは、図において上方向から下方向であるので、金属溶滴に作用するローレンツ力は、図示F1方向で示す、左方向に作用する。このローレンツ力F1を受けて、金属溶滴は、図示左方向に偏移しながら被溶接部材に落下する。このように偏移させることにより、特定の任意方向へスパッタを飛散制御することができ、スパッタの飛散が好ましくない部位へのスパッタ付着防止、付着したスパッタを除去する作業工数の低減、スパッタが付着するのを防止するカバーの廃止、等、実用上での多大な効果が期待できる。
In such an apparatus configuration, the metal droplet is affected by the magnetic field generated from the
1:溶接トーチ
1a:電極棒
2、2’磁界発生装置
2a:第1磁界発生装置、 2b:第2磁界発生装置
3、3’、3a、3b:電源
4:電線(電流経路)
4a:第1電線(電流経路)、4b:第2電線(電流経路)
41:第1電線(電流経路)
42:第2電線(電流経路)
43:第3電線(電流経路)
44:第4電線(電流経路)
45:第5電線(電流経路)
46:第6電線(電流経路)
1:
4a: first electric wire (current path), 4b: second electric wire (current path)
41: First electric wire (current path)
42: Second electric wire (current path)
43: Third electric wire (current path)
44: Fourth electric wire (current path)
45: Fifth electric wire (current path)
46: 6th electric wire (current path)
Claims (8)
前記荷電粒子流の流れの周囲を取り囲むように複数の前記電流経路を形成し、該複数の前記電流経路に直流電流を同方向に、かつ同時に流すことを特徴とする、荷電粒子流の制御方法。 In claim 1,
A method for controlling a charged particle flow, wherein a plurality of the current paths are formed so as to surround a periphery of the flow of the charged particle flow, and a direct current is passed through the plurality of current paths in the same direction and simultaneously. .
前記荷電粒子流の流れの周囲を取り囲むように複数の前記電流経路を形成し、該複数の前記電流経路に直流電流を同方向に、かつ逐次的に流すことを特徴とする、荷電粒子流の制御方法。 In claim 1,
A plurality of the current paths are formed so as to surround a periphery of the flow of the charged particle flow, and a direct current is allowed to flow through the plurality of current paths in the same direction and sequentially. Control method.
前記荷電粒子流の流れの両側に少なくとも2つの前記電流経路を形成し、該2つの前記電流経路に直流電流を同方向に流すことを特徴とする、荷電粒子流の制御方法。 In claim 1,
A method for controlling a charged particle flow, wherein at least two current paths are formed on both sides of the flow of the charged particle flow, and a direct current is passed through the two current paths in the same direction.
荷電粒子流の流れの片側に少なくとも1つの前記電流経路を形成し、該電流経路に交番電流を流すことを特徴とする、荷電粒子流の制御方法。 In claim 1,
A method for controlling a charged particle flow, comprising forming at least one current path on one side of a flow of a charged particle flow and causing an alternating current to flow through the current path.
前記荷電粒子流は、溶接アーク、プラズマであることを特徴とする、荷電粒子流の制御方法。 In any one of Claims 1-5,
The method for controlling a charged particle flow, wherein the charged particle flow is a welding arc or plasma.
溶融金属内を通過する電流の流れの両側に少なくとも2つの前記電流経路を形成し、該2つの前記電流経路に電流を同方向に、かつ溶融金属内を通過する電流の流れ方向に対して逆方向に流すことを特徴とする、溶融金属の制御方法。 In claim 7,
At least two current paths are formed on both sides of the current flow passing through the molten metal, and the current is passed through the two current paths in the same direction and opposite to the current flow direction passing through the molten metal. A method for controlling molten metal, characterized by flowing in a direction.
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JP2012161836A (en) * | 2011-02-09 | 2012-08-30 | Denso Corp | Tig welding method and apparatus therefor |
CN110153539A (en) * | 2019-06-11 | 2019-08-23 | 湘潭大学 | A kind of welding method and device using toroidal magnetic field control plasma-arc |
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2004
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