JP2006082122A - 消耗電極式アーク溶接装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 スラグ発生量を低減して溶接欠陥をなくした溶接をする。
【解決手段】 セルフシールド溶接用の溶接トーチ１０１から溶接ワイヤ１０３を送給し、アーク１０４を形成して溶接を行う。このとき、溶接ワイヤ１０３の溶融に伴い発生するガス及びスラグによりアーク及び溶融池部分が大気から保護される。ガス添加ノズル１１０は、ジグ１２０を介して溶接トーチ１０１に連結されており、このガス添加ノズル１１０により、シールドガス１１１がアーク部分に添加・供給される。シールドガス１１１は、０５．〜１０リットル／分の割合で供給されて、アーク及び溶融池部分を大気から保護すると共に、溶接ワイヤから生成されるスラグ量を低減する。
【選択図】 図１

Description

本発明は消耗電極式アーク溶接装置に関し、セルフシールドアーク溶接装置の利点を維持しつつ溶接欠陥を低減することができるように工夫したものである。

消耗電極式アーク溶接法の一種に、セルフシールドアーク溶接法がある。このセルフシールドアーク溶接法では、専用のフラックスが入った溶接ワイヤを用い、外部からシールドガスを供給しないで大気中で溶接を行う。溶接ワイヤ内に充填されているフラックスには、ガス発生剤、脱酸剤、脱窒剤、スラグ形成剤などが含まれている。溶接中は、ガス発生剤から発生するガスがアーク（溶接部）を大気から保護すると共に、脱酸剤や脱窒剤が、大気から溶融池に入り込んだ酸素や窒素をスラグ化したり固定したりして、酸素や窒素の悪影響を防いでいる。

図５は、従来のセルフシールドアーク溶接装置のトーチ部分を示す。同図において、１は絶縁管、２はコンタクトチップ、３は溶接ワイヤ、４は溶接電源、５はアーク、６は母材、７は溶融金属、８は溶接金属、９はスラグである。

コンタクトチップ２と母材６との間に溶接電源４から電圧を印加して、溶接ワイヤ３に電流を供給することによりアーク５が発生する。アーク５の熱により、溶接ワイヤ３が溶けるとともに、溶接ワイヤ３に充填されているフラックスからガスが発生し、このガスにより、アーク５並びに溶融金属７の部分を、大気から遮断して溶接金属８による溶接ができるようになっている。

溶接学会編 「第２版 溶接・接続便覧」丸善、２００３年２月２５日刊、２７８ページ〜２８３ページ

ところで従来のセルフシールドアーク溶接法では、スラグの発生量が多いという問題があった。
また、セルフシールドアーク溶接法を用いて多パス溶接をした場合には、スラグ噛み込みやスラグ巻き込み等の溶接欠陥が発生し易いという問題があった。このような溶接欠陥の発生を防止するためには、１パスの溶接が終了するたびに、グラインダによるスラグ除去作業等が必要であり、スラグ除去に多大な時間を要していた。

本発明は、上記従来技術に鑑み、スラグの発生量を抑制すると共に、多パス溶接をする場合にスラグの除去作業が不要になる消耗電極式アーク溶接装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の構成は、
ガス発生剤を含むフラックスが入った溶接ワイヤを送給する溶接トーチと、
前記溶接トーチに連結されており、前記溶接トーチと母材との間で形成されるアークに向けてシールドガスを供給するガス添加ノズルとを備えており、
前記ガス添加ノズルは、０．５〜１０リットル／分の割合でシールドガスを供給することを特徴とする。

また本発明の構成は、前記ガス添加ノズルの内径が２〜８ｍｍであることを特徴とする。

また本発明の構成は、溶接方向に関して、前記溶接トーチと前記ガス添加ノズルとが前後に位置ずれして配置されていることを特徴とする。

また本発明の構成は、
溶接方向に関して、前記溶接トーチと前記ガス添加ノズルとが前後に位置ずれして配置されていると共に、
溶接方向に直交する方向に関して、前記溶接トーチと前記ガス添加ノズルとが位置ずれして配置されていることを特徴とする。

また本発明の構成は、前記シールドガスは、不活性ガス、または、不活性ガスを主体とする混合ガスであることを特徴とする。

本発明では、セルフシールドアーク溶接用の溶接ワイヤから発生するシールドガスに、ガス添加ノズルにより添加したシールドガスが更に追加されるため、アーク発生部分では、シールドガスにより大気から確実に保護されて、良好な溶接を行うことができる。

また、ガス添加ノズルにより添加するシールドガスの吹きつけ位置を、溶接ビードの中央からずらすことにより、スラグ発生位置を偏らせることにより、スラグ発生の少ない側に順に溶接パスを形成していくことにより、スラグ除去作業することなく、連続的に多パス溶接を実現することができる。

以下に本発明の実施の形態を、実施例に基づき詳細に説明する。

図１は本発明の実施例１に係る消耗電極式アーク溶接装置の溶接トーチ部分１００を示す構成図である。この溶接トーチ部分１００では、セルフシールドアーク溶接用の溶接トーチ１０１と、ガス添加ノズル１１０とが、トーチ／ノズル連結ジグ１２０により連結されている。

この場合、溶接トーチ１０１とガス添加ノズル１１０とがタンデム状態（縦並び状態）で連結されている。換言すると、溶接方向Ａに沿い、溶接トーチ１０１が前側に位置し、ガス添加ノズル１１０が後ろ側に位置する状態となるように、両者が連結されている。
しかも、この実施例１では、溶接トーチ部分１００が溶接方向Ａに沿い移動していったときに、溶接トーチ１０１の中心軸１０１ａの移動軌跡と、ガス添加ノズル１１０の中心軸１１０ａの移動軌跡が一致するように、両者の位置が配置されている。
なお、溶接トーチ１０１とガス添加ノズル１１０の前後配置位置を逆にしても良い。

溶接トーチ１０１は、給電用の溶接チップ１０２を内包しており、セルフシールドアーク溶接用の溶接ワイヤ１０３を送給する。この溶接ワイヤ１０３には、ガス発生剤、脱酸剤、脱窒剤、スラグ形成剤などが含まれているフラックスが入っている。

溶接トーチ１０１の溶接チップ１０２と母材２００との間に電圧を印加すると、アーク１０４が形成され、溶融池２０１ができて溶接ビード２０２が形成されて溶接が行われる。このときガス発生剤からガスが発生して、アーク１０４及び溶融池２０１の形成部分が大気から保護される。

ガス添加ノズル１１０は、シールドガス１１１を、アーク１０４及び溶融池２０１の形成部分に向けて供給する。このため、ガス発生剤から発生したガスに、ガス添加ノズル１１０から供給したシールドガス１１１が更に添加されることになる。

シールドガス１１１のガス供給量（供給割合）は、０．５〜１０リットル／分の範囲の中の任意の値としている。このような割合でガスを供給するため、ガス添加ノズル１１０の内径（直径）を、２〜８ｍｍにしている。

またシールドガス１１１としては、不活性ガス、または、不活性ガスを主体とする混合ガスを採用している。具体的には、Ａｒガス、Ｈｅガス、ＡｒガスとＯ₂ガスとの混合ガス（Ｏ₂の割合は２％）、ＡｒとＣＯ₂との混合ガス（ＣＯ₂の割合は２０％）、ＣＯ₂ガス、等を採用している。

実施例１では、前述したように、溶接トーチ部分１００が溶接方向Ａに沿い移動していったときに、溶接トーチ１０１の中心軸１０１ａの移動軌跡とガス添加ノズル１１０の中心軸１１０ａの移動軌跡が一致するように、溶接トーチ１０１及びガス添加ノズル１１０がタンデム状態で配置されている。このため、図２に平面図で示すように、アーク１０４の発生部分αと、シールドガス１１１の供給部分βとは、溶接ビード２０２の中央に位置する。このため、添加したシールドガス１１１が、アーク発生部分に良好に添加され、良好な溶接ができる。

ここで、図３を参照して、各ガス組成毎の、添加シールドガス１１１の流量（Ｌ（リットル）／ｍｉｎ）とスラグ重量との関係を説明する。図３において、縦軸は、「単位溶接長当たりのスラグ重量低減率」を示しており、縦軸の「１００」は、シールドガス１１１を全く添加していないときのスラグ重量を示している。つまり、シールドガス１１１を全く添加していないときのスラグ重量を「１００」として、スラグ重量低減率を表している。

図３から分かるように、シールドガス１１１を添加する流量を増加していくと、発生するスラグ重量が低減していく。しかも、添加するシールドガス１１１の流量が０．５［Ｌ／ｍｉｎ］を越えるとスラグ重量が８割程度低減する。また、通常のシールドガス溶接では、シールドガスを２０［Ｌ／ｍｉｎ］程度使用するので、その半分の１０［Ｌ／ｍｉｎ］以下にすればシールドガス１１１の使用費用の削減ができる。
かかる点を考慮して、本実施例１では、添加するシールドガス１１１のガス供給量を、０．５〜１０リットル／分の範囲の中の任意の値としている。

このようにすることにより、効果的にスラグ発生を抑制して、スラグ巻き込み等の溶接欠陥の少ない良好な溶接を実現することができると共に、シールドガス１１１の使用量（使用費用）を、通常のシールドガス溶接の場合の半分以下にして費用削減も図ることができる。

本発明の実施例２に係る消耗電極式アーク溶接装置の溶接トーチ部分１００の構成部品は、図１に示す実施例１と同じである。ただし、溶接トーチ１０１に対するガス添加ノズル１１０の配置位置が異なっている。即ち、実施例１では、溶接方向Ａに直交する方向（図１では紙面に直交する方向）に関して、溶接トーチ１０１とガス添加ノズル１１０の配置位置は一致していたが、実施例２では溶接トーチ１０１に対してガス添加ノズル１１０の配置位置がずれている。

このため、図３に示すように、溶接トーチ１０１により溶接して形成される溶接ビード２０２の中央（中心線２０２ａ）に対して、シールドガス１１１の供給部分βが偏心する。つまり、アーク１０４の発生部分αは溶接ビード２０２の中央に位置するが、シールドガス１１１の供給位置βは溶接ビード２０２の中央から偏心する。

このように、シールドガス１１１の供給位置βが溶接ビード２０２の中央から偏心している。この結果、溶接ビード２０２の中心線２０２ａを境にして、供給位置βが位置する側の領域Ｘではシールドガス１１１による吹きつけが多くスラグ発生量が少なくなり、供給位置βが位置しない側の領域Ｙではシールドガス１１１の吹きつけが少なくスラグ発生量が多くなる。

このようにスラグ発生量を溶接ビード２０２の中心線２０２ａを境にして左右で異ならせることにより、多パス溶接をする場合には、先行する溶接ビード２０２のうちスラグ発生量の少ない側（Ｘ領域）に隣接する位置に、次の後行する溶接ビード２０２を形成していくようにする。

このように、スラグ発生量の少ない部分に次の溶接ビードがラップするよう溶接を繰り返すことにより、１パスごとに、グラインダ等によるスラグ除去作業をしなくても、良好な多パス溶接を実現することができる。

本発明は、セルフシールドアーク溶接の高能率・高品質化を目指す溶接技術分野に適用することができる。

本発明の実施例１に係る消耗電極式アーク溶接装置の溶接トーチ部分を示す構成図である。 実施例１における溶接ビードと、アーク発生部分α及びシールドガス供給部分βの関係を示す平面図。 シールドガスの流量とスラグ重量との関係を示す特性図。 実施例２における溶接ビードと、アーク発生部分α及びシールドガス供給部分βの関係を示す平面図。 従来のセルフシールドアーク溶接装置の溶接トーチ部分を示す構成図である。

符号の説明

１００ 溶接トーチ部分
１０１ 溶接トーチ
１０１ａ 中心軸
１０２ 溶接チップ
１０３ 溶接ワイヤ
１０４ アーク
１１０ ガス添加ノズル
１１０ａ 中心軸
１１１ シールドガス
２００ 母材
２０１ 溶融池
２０２ 溶接ビード
２０２ａ 中心線
α アークの発生部分
β シールドガスの供給部分
Ａ 溶接方向

Claims (5)

1. ガス発生剤を含むフラックスが入った溶接ワイヤを送給する溶接トーチと、
   前記溶接トーチに連結されており、前記溶接トーチと母材との間で形成されるアークに向けてシールドガスを供給するガス添加ノズルとを備えており、
   前記ガス添加ノズルは、０．５〜１０リットル／分の割合でシールドガスを供給することを特徴とする消耗電極式アーク溶接装置。
2. 請求項１において、
   前記ガス添加ノズルの内径が２〜８ｍｍであることを特徴とする消耗電極式アーク溶接装置。
3. 請求項１または請求項２において、
   溶接方向に関して、前記溶接トーチと前記ガス添加ノズルとが前後に位置ずれして配置されていることを特徴とする消耗電極式アーク溶接装置。
4. 請求項１または請求項２において、
   溶接方向に関して、前記溶接トーチと前記ガス添加ノズルとが前後に位置ずれして配置されていると共に、
   溶接方向に直交する方向に関して、前記溶接トーチと前記ガス添加ノズルとが位置ずれして配置されていることを特徴とする消耗電極式アーク溶接装置。
5. 請求項１乃至請求項４の何れか一項において、
   前記シールドガスは、不活性ガス、または、不活性ガスを主体とする混合ガスであることを特徴とする消耗電極式アーク溶接装置。
   

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