JP2005349405A - パルス電流同期フィラワイヤ送給非消耗電極アーク溶接方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ピーク電流Ｉｐ及びベース電流Ｉｂからなるパルス電流Ｉｗをアーク３に通電すると共に、ピーク電流Ｉｐが通電するピーク期間Ｔｐ中はフィラワイヤ４を所定速度Ｆfsでアーク３の方向へ前進送給し、ベース電流Ｉｂが通電するベース期間Ｔｂ中はフィラワイヤ４の送給を停止して溶接するパルス電流同期フィラワイヤ送給非消耗電極アーク溶接方法において、ベース期間Ｔｂ中にフィラワイヤ４の先端部がアーク３によって溶融して大きな溶滴が形成されるために、溶接品質が悪くなる。
【解決手段】本発明は、ベース期間Ｔｂの開始時にフィラワイヤ４の先端部がアーク発生部から外れる位置Ｌｒまでフィラワイヤ４を後退送給した後に、フィラワイヤ４の送給を停止するパルス電流同期フィラワイヤ送給非消耗電極アーク溶接方法である。
【選択図】図１

Description

本発明は、パルス電流に同期してフィラワイヤを送給して良好な溶接品質を得るためのパルス電流同期フィラワイヤ送給非消耗電極アーク溶接方法に関するものである。

図５は、フィラワイヤを送給する非消耗電極アーク溶接のための溶接装置の構成図である。以下、同図を参照して各構成物について説明する。

溶接電源ＰＳは、ティグ溶接、プラズマ溶接等の非消耗電極アーク溶接を行うための溶接電源であり、通常定電流特性を有し溶接電流Ｉｗを出力すると共に、後述するフィラワイヤ４を送給するための送給モータＭを制御するための送給制御信号Ｆｃを出力する。溶接トーチ５の先端に取り付けられた非消耗電極１（以下、電極という）と母材２との間に溶接電流Ｉｗが通電するアーク３が発生する。母材２上にはアーク３によって溶融池及び溶接ビード２ａが形成される。フィラワイヤ４は、送給モータＭに結合された送給ロール６の回転によってアーク３の方向へ送給速度ｖｆ［m/min］で前進送給される。フィラワイヤ４の先端はアーク３によって溶融して小さな溶滴４ａを形成し、この溶滴４ａが溶融池へ移行して溶接が行われる。

上記の溶接電流Ｉｗとしては、直流電流又はパルス電流を通電することが多い。本発明はパルス電流を通電する場合であるので、以下この場合について説明する。図６は、溶接電流Ｉｗ及びフィラワイヤの送給速度ｖｆの時間変化図である。同図（Ａ）に示すように、予め定めたピーク期間Ｔｐ中は予め定めたピーク電流Ｉｐを通電し、予め定めたベース期間Ｔｂ中は予め定めたベース電流Ｉｂを通電する。したがって、溶接電流Ｉｗは、ピーク電流Ｉｐ及びベース電流Ｉｂから形成される。

同図（Ｂ）に示すように、送給速度ｖｆは、上記の溶接電流Ｉｗに同期して間欠送給される。すなわち、上記のピーク期間Ｔｐ中フィラワイヤは予め定めた前進送給速度設定値Ｆfsに相当する送給速度（以下、前進送給速度Ｆfrという）で前進送給し、上記のベース期間Ｔｂ中フィラワイヤは送給を停止する。このように、パルス状の溶接電流Ｉｗ（以下、パルス電流Ｉｗという）と同期してフィラワイヤを送給することによって、母材間の隙間（ギャップ）裕度の拡大、母材への入熱制御等の効果が得られる。

特開昭５５−１５６６７０号公報

図７は、図６で上述した溶接電流Ｉｗ及び送給速度ｖｆの時間変化図に。同図（Ｃ１）〜（Ｃ３）に示す各時刻におけるアーク発生部の模式図を追加した図である。したがって、同図（Ａ）及び（Ｂ）は上述した図６と同一である。以下、同図を参照して従来技術の課題を説明する。

同図（Ｃ１）はピーク期間Ｔｐ中のアーク発生部を示しており、フィラワイヤ４は前進送給速度Ｆfsで前進送給されて先端から小さな溶滴４ａが円刈るに移行している。時刻ｔ２においてベース期間Ｔｂに切り換わると、同図（Ａ）に示すように、ベース電流Ｉｂが通電し、同図（Ｂ）に示すように、フィラワイヤ４の送給は停止する。この状態でのアーク発生部が同図（Ｃ２）であり、フィラワイヤ４の先端部がアーク３中に停止したままで放置された状態になることがある。この先端部放置状態になると、ベース電流Ｉｂの通電するアーク３によって先端部が次第に溶融して大きな溶滴４ｂが形成される。続いて、時刻ｔ３において再びピーク期間Ｔｐに切り換わると、同図（Ａ）に示すように、大きな値のピーク電流Ｉｐが通電してアーク３からの熱が大きくなるために、上記の大きな溶滴４ｂは急速に溶断して先端部から離脱し溶融池へと落下する。この大きな溶滴４ｂが溶融池に落下するときに溶融池から大粒のスパッが飛散することがある。さらに、この大きな溶滴４ｂの落下によってその部分のビード幅が広くなり、ビード幅がでこぼこして不均一になりビード外観が悪くなる場合もある。この結果、溶接品質が悪くなる。

そこで、本発明では、ベース期間Ｔｂ中に大きな溶滴が形成されるのを防止して良好な溶接品質を得ることができるパルス電流同期フィラワイヤ送給非消耗電極アーク溶接方法を提供する。

上述した課題を解決するために、第１の発明は、ピーク電流及びベース電流からなるパルス電流をアークに通電すると共に、前記ピーク電流が通電するピーク期間中はフィラワイヤを所定速度でアークの方向へ前進送給し前記ベース電流が通電するベース期間中はフィラワイヤの送給を停止して溶接するパルス電流同期フィラワイヤ送給非消耗電極アーク溶接方法において、
前記ベース期間の開始時にフィラワイヤの先端部がアーク発生部から外れる位置までフィラワイヤを後退送給した後に、フィラワイヤの送給を停止することを特徴とするパルス電流同期フィラワイヤ送給非消耗電極アーク溶接方法である。

また、第２の発明は、フィラワイヤの先端部がアーク発生部から外れるように予め定めた後退期間だけフィラワイヤを後退送給することを特徴とする第１の発明記載のパルス電流同期フィラワイヤ送給非消耗電極アーク溶接方法である。

また、第３の発明は、前記後退期間を前記ベース電流の値に応じて変化させることを特徴とする第２の発明記載のパルス電流同期フィラワイヤ送給非消耗電極アーク溶接方法である。

上記第１の発明によれば、ベース期間が開始するとフィラワイヤの先端部をアーク発生部から外れる位置まで後退送給により退避させることによって、ベース期間中にフィラワイヤの先端に大きな溶滴が形成されることを防止することができる。このために、パルス電流に同期させてフィラワイヤの溶滴移行を安定化させることができ、良好な溶接品質を得ることができる。

上記第２の発明によれば、上記の効果に加えて、フィラワイヤの先端部をアーク発生部から外れる位置まで後退送給させるために、後退期間を予め設定することによって行うので、制御が容易であり制御回路の構成が容易になる。

上記第３の発明によれば、上記の効果に加えて、ベース電流の値に応じて上記の後退期間を適正値に変化させることによって。ベース電流値が変化してアーク発生範囲が広くなってもフィラワイヤの先端部を確実に退避させることができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。

［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１に係るパルス電流同期フィラワイヤ送給非消耗電極アーク溶接方法を示す溶接電流Ｉｗ、フィラワイヤの送給速度ｖｆ及びアーク発生部の時間変化である。以下、同図を参照して説明する。

（１）時刻ｔ１〜ｔ２のピーク期間Ｔｐ
ピーク期間Ｔｐ中は、同図（Ａ）に示すように、ピーク電流Ｉｐが通電し、同図（Ｂ）に示すように、フィラワイヤ４は前進送給速度Ｆfsでアーク３の方向へ前進送給される。このときのアーク発生部は、同図（Ｃ１）に示すように、フィラワイヤの先端に小さな溶滴が形成されて円滑に移行する良好な状態にある。

（２）時刻ｔ２〜ｔ３のベース期間Ｔｂ
時刻ｔ２においてベース期間Ｔｂに切り換わると、同図（Ａ）に示すように、ベース電流Ｉｂが通電し、同図（Ｂ）に示すように、フィラワイヤ４は予め定めた後退期間Ｔｒの間予め定めた後退送給速度Ｆrsでアーク３から外れる方向へ後退距離Ｌｒだけ後退送給される。その後はフィラワイヤ４の送給を停止する。このときのアーク発生部は、同図（Ｃ２）に示すように、フィラワイヤ４の先端部がアーク３の範囲から外れる位置まで送給モータを逆回転させて後退送給する。このように、ベース期間Ｔｂ中フィラワイヤ４はアーク３の範囲外に位置するので、先端部が溶融することはなく、大きな溶滴も形成されない。上記の後退期間Ｔｒ及び後退距離Ｌｒは、フィラワイヤ４の先端部がアーク３の範囲から外れる位置になるように適正値に予め設定する。したがって、上記の後退送給を開始してから後退期間Ｔｒが経過した時点で後退送給を停止しても良いし、後退送給を開始してからの距離が後退距離Ｌｒに達した時点で後退送給を停止しても良い。

（３）時刻ｔ３〜ｔ４のピーク期間Ｔｐ
時刻ｔ３において再びピーク期間Ｔｐに切り換わると、同図（Ａ）に示すように、ピーク電流Ｉｐが通電し、同図（Ｂ）に示すように、フィラワイヤ４は前進送給速度Ｆfsで前進送給される。このときのアーク発生部は、同図（Ｃ３）に示すように、ベース期間Ｔｂ中に大きな溶滴は形成されていないので、小さな溶滴が円滑に移行する良好な状態である。

上述したように、ベース期間開始後にフィラワイヤを後退送給してアーク発生部から外れるようにすることによって、ベース期間中に大きな溶滴が形成されないので、良好な溶接品質を得ることができる。

［実施の形態２］
図２は、本発明の実施の形態２に係るパルス電流同期フィラワイヤ送給非消耗電極アーク溶接方法を実施するための溶接電源ＰＳのブロック図である。同図は、フィラワイヤの後退送給を予め定めた後退期間Ｔｒの間だけ行う場合である。以下、同図を参照して各ブロックについて説明する。

電源主回路ＰＭは、交流商用電源（３相２００Ｖ等）を入力として、後述する電流誤差増幅信号Ｅｉに従ってインバータ制御、サイリスタ位相制御等によって定電流特性を形成して溶接電流Ｉｗを出力する。

タイマ回路ＴＭは、予め定めたピーク期間設定値Ｔpsによって定まる期間中はＨｉｇｈレベルになり、続いて予め定めたベース期間設定値Ｔbsによって定まる期間中はＬｏｗレベルになるタイマ信号Ｔｍを出力する。ピーク電流設定回路ＩＰＳは、予め定めたピーク電流設定信号Ｉpsを出力する。ベース電流設定回路ＩＢＳは、予め定めたベース電流設定信号Ｉbsを出力する。切換回路ＳＷは、上記のタイマ信号ＴｍがＨｉｇｈレベルのときはａ側に切り換わり上記のピーク電流設定信号Ｉpsを電流制御設定信号Ｉcsとして出力し、Ｌｏｗレベルのときはｂ側に切り換わり上記のベース電流設定信号Ｉbsを電流制御設定信号Ｉcsとして出力する。電流検出回路ＩＤは、上記の溶接電流Ｉｗを検出して電流検出信号Ｉｄを出力する。電流誤差増幅回路ＥＩは、上記の電流制御設定信号Ｉcsと上記の電流検出信号Ｉｄとの誤差を増幅して、電流誤差増幅信号Ｅｉを出力する。この回路によって定電流特性が形成される。

後退期間設定回路ＴＲＳは、予め定めた後退期間設定信号Ｔrsを出力する。送給制御回路ＦＣは、上記のタイマ信号ＴｍがＨｉｇｈレベル（ピーク期間）のときは前進送給速度設定値Ｆfsとなり、Ｌｏｗレベル（ベース期間）のときは上記の後退期間設定信号Ｔrsによって定まる期間だけ後退送給速度設定値Ｆrsとなり、その後は零となり、以後この動作を繰り返す送給制御信号Ｆｃを出力する。この回路によって、送給速度ｖｆは図１（Ｂ）で上述したように送給される。

［実施の形態３］
図３は、本発明の実施の形態３に係るパルス電流同期フィラワイヤ送給非消耗電極アーク溶接方法を実施するための溶接電源ＰＳのブロック図である。同図において上述した図２と同一のブロックには同一符号を付してそれらの説明は省略する。以下、図２とは異なる点線せ示す第２後退期間設定回路ＴＲＳ２について説明する。

第２後退期間設定回路ＴＲＳ２は、ベース電流設定信号Ｉbsを入力として、その値に応じて予め定めた関係に従って後退期間設定信号Ｔrsを出力する。ベース電流設定信号Ｉbsと後退期間設定信号Ｔrsとの上記関係の一例を図４に示す。同図に示すように、ベース電流設定信号Ｉbsの値が大きくなるのに伴って後退期間設定信号Ｔrsの値は長くなる。このようにする理由は以下のとおりである。すなわち、ベース電流設定信号Ｉbsが大きくなるとベース電流値が大きくなりベース期間中のアークの広がりも広くなる。このために、ベース期間に切り換わったときにフィラワイヤの先端部をアーク発生部から外れる位置まで後退させる距離が長くなるので。後退期間も長くする必要があるためである。これによって、ベース電流値が変化しても確実にフィラワイヤの先端部をアーク発生部から外すことができる。

本発明の実施の形態１に係るパルス電流同期フィラワイヤ送給非消耗電極アーク溶接方法を示す溶接電流Ｉｗ、フィラワイヤの送給速度ｖｆ及びアーク発生部の時間変化図である。 実施の形態２に係る溶接電源ＰＳのブロック図である。 実施の形態３に係る溶接電源ＰＳのブロック図である。 実施の形態３においてベース電流設定信号Ｉbsと後退期間設定信号Ｔrsとの関係の一例を示す図である。 従来技術のパルス電流同期フィラワイヤ送給非消耗電極アーク溶接方法を実施するための溶接装置の構成図である。 従来技術におけるパルス電流同期フィラワイヤ送給非消耗電極アーク溶接方法を示す溶接電流Ｉｗ及びフィラワイヤの送給速度ｖｆの時間変化図である。 従来技術の課題を示す溶接電流Ｉｗ、フィラワイヤの送給速度ｖｆ及びアーク発生部の時間変化図である。

符号の説明

１ 非消耗電極
２ 母材
２ａ 溶接ビード
３ アーク
４ フィラワイヤ
４ａ 小さな溶滴
４ｂ 大きな溶滴
５ 溶接トーチ
６ 送給ロール
ＥＩ 電流誤差増幅回路
Ｅｉ 電流誤差増幅信号
ＦＣ 送給制御回路
Ｆｃ 送給制御信号
Ｆfs 前進送給速度（設定値）
Ｆrs 後退送給速度（設定値）
Ｉｂ ベース電流
ＩＢＳ ベース電流設定回路
Ｉbs ベース電流設定信号
Ｉcs 電流制御設定信号
ＩＤ 電流検出回路
Ｉｄ 電流検出信号
Ｉｐ ピーク電流
ＩＰＳ ピーク電流設定回路
Ｉps ピーク電流設定信号
Ｉｗ 溶接電流
Ｌｒ 後退距離
Ｍ 送給モータ
ＰＭ 電源主回路
ＰＳ 溶接電源
ＳＷ 切換回路
Ｔｂ ベース期間
Ｔbs ベース期間設定値
ＴＭ タイマ回路
Ｔｍ タイマ信号
Ｔｐ ピーク期間
Ｔps ピーク期間設定値
Ｔｒ 後退期間
ＴＲＳ 後退期間設定回路
Ｔrs 後退期間設定信号
ＴＲＳ２ 第２後退期間設定回路
ｖｆ （フィラワイヤの）送給速度

Claims (3)

1. ピーク電流及びベース電流からなるパルス電流をアークに通電すると共に、前記ピーク電流が通電するピーク期間中はフィラワイヤを所定速度でアークの方向へ前進送給し前記ベース電流が通電するベース期間中はフィラワイヤの送給を停止して溶接するパルス電流同期フィラワイヤ送給非消耗電極アーク溶接方法において、
   前記ベース期間の開始時にフィラワイヤの先端部がアーク発生部から外れる位置までフィラワイヤを後退送給した後に、フィラワイヤの送給を停止することを特徴とするパルス電流同期フィラワイヤ送給非消耗電極アーク溶接方法。
2. フィラワイヤの先端部がアーク発生部から外れるように予め定めた後退期間だけフィラワイヤを後退送給することを特徴とする請求項１記載のパルス電流同期フィラワイヤ送給非消耗電極アーク溶接方法。
3. 前記後退期間を前記ベース電流の値に応じて変化させることを特徴とする請求項２記載のパルス電流同期フィラワイヤ送給非消耗電極アーク溶接方法。
   
   

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