JP2008296227A - ２電極アーク溶接方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 先行電極１１及び後行電極１２によって消耗電極アーク溶接を行う２電極アーク溶接方法において、安定条件範囲の拡大、ビード外観の改善及びスパッタの削減を図ることを目的とする。
【解決手段】 先行電極１１は、第１溶接電源ＰＳ１から電力が供給されると共に、第１送給機ＷＦ１によって先行トーチ４１を通って送給されて、母材２との間に先行アーク３１が発生する。後行電極１２は、第２溶接電源ＰＳ２から電力が供給されると共に、第２送給機ＷＦ２によって後行トーチ４２を通って送給されて、母材２との間に後行アーク３２が発生する。後行電極１２は、先行電極１１から所定距離だけ離れた位置を中心として回転運動によるオしれートが行われる。この回転運動の周波数は、溶接速度に応じて適正値に変化する。
【選択図】図１

Description

本発明は、先行電極及び後行電極によって消耗電極アーク溶接を行うときの溶接性能を向上させるための２電極アーク溶接方法に関するものである。

図４は、従来技術の２電極アーク溶接方法を示す図である。先行トーチ４１から消耗電極である先行電極１１が送給されて母材２との間に先行アーク３１が発生し、後行トーチ４２から後行電極１２が送給されて母材２との間に後行アーク３２が発生する。

上記の先行電極１１と後行電極１２とは、所定距離離して配置される。この所定距離は、両アーク３１、３２によって形成される溶融池が１つとなる範囲で溶接条件に応じて決定される。両アーク３１、３２共に消耗電極アーク溶接方法が使用される。この消耗電極アーク溶接方法としては、ＣＯ2溶接、ＭＡＧ／ＭＩＧ溶接、パルスアーク溶接、交流消耗電極アーク溶接、交流パルスアーク溶接等が使用される。この２電極アーク溶接方法は、２つの消耗電極１１、１２を使用するので高溶着溶接が可能となり、２m/minを超える高速溶接に多く用いられる。両トーチ４１、４２は、１第の自動台車又はロボットに搭載される場合と、２台のロボットに搭載される場合がある。両トーチ４１、４２にはオシレート機構が設けられていることが多い。

上述した２電極アーク溶接方法による高速溶接においては、以下の２つの問題があった。第１の問題は、溶接状態が安定になる条件範囲が狭いことである。すなわち、溶融金属が両アーク３１、３２間に滞留して溶接状態が不安定になりやすい。これを防止するためには、両電極１１、１２間の所定距離を微妙に調整した上でその他の溶接条件を適正化する必要があった。また、第２の問題は、溶接ビードが凸形状になりやすいことである。

特許文献１に記載する従来技術では、上述した２つの問題を解決するために、図５に示すような対策を実施する。図５は、後行電極１２のオシレート方法を示すために両電極の配置を上面から見た図である。後行電極１２は、電極間距離が変化する方向（前後方向）又はビード幅方向（左右方向）にオシレートされる。前後方向のオシレートによって溶融金属の滞留が緩和されるために、溶接状態が安定になる条件範囲が狭いという上記第１の問題が解決される。また、左右方向のオシレートによってビード幅方向に溶融金属が拡散されるために、凸形状になるという上記第２の問題が解決される。オシレートされる電極は、先行電極１１でも良い。

特開２０００−３０１３３６号公報 特開平５−３８５７５号公報 特開平６−３２０２８２号公報

図６は、２電極アーク溶接方法におけるアーク発生部を示す模式図である。同図は、上述したように、後行電極１２を前後方向にオシレートした場合である。同図（Ａ）に示すように、先行電極１１と母材２との間に発生している先行アーク３１によって溶融金属５が後行に押される。他方、後行電極１２と母材２との間に発生している後行アーク３２がオシレートによって前方に移動するときには、溶融金属５は前方に押される。このために、両電極官に一時的に溶融金属５が滞留することになる。そして、同図（Ｂ）に示すように、さらにオシレートによって後行電極１２が前方に移動すると、電極先端が溶融金属５と短絡状態になり、大量のスパッタ６が発生する。この結果、従来技術にはビード外観が悪くなるという課題がある。

また、後行電極１２が左右方向にオシレートされる場合、溶融金属５の滞留は緩和されるが両電極間距離は長くはならないために、やはり後行電極１２の先端が短絡状態になることが多い。さらに、オシレートの端部において方向が反転するときに、短絡状態になりやすい、短絡状態になると、大量のスパッタ６が発生し、ビード外観が悪くなる。

そこで、本発明は、溶接状態が安定になる条件範囲が広く、かつ、凸形状でない平坦なビード形状を得ることができ、かつ、スパッタの発生も少ない高品質な溶接を行うことができる２電極アーク溶接方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、第１の発明は、先行電極及び所定距離離れて配置された後行電極によって消耗電極アーク溶接を行う２電極アーク溶接方法において、
前記後行電極を回転運動でオシレートする、ことを特徴とする２電極アーク溶接方法である。

第２の発明は、前記回転運動の周波数を溶接速度に応じて変化させる、ことを特徴とする第１の発明記載の２電極アーク溶接方法である。

第３の発明は、前記回転運動の回転方向を、継手形状及び溶接方向に応じて変化させる、ことを特徴とする第１又は第２の発明記載の２電極アーク溶接方法である。

上記第１〜第３の発明によれば、後行電極の回転運動によって後行電極に発生しているアークからのアーク力が分散されるために、両電極間に必要以上の溶融金属が滞留することが少なく、溶接状態が安定する条件範囲が拡大する。さらに、回転運動によって溶融金属がビード幅方向に拡散されるために、ビード形状は凸形状ではなく平坦形状になる。さらに、後行電極が先行電極に近づく方向に移動するときも斜め方向から近づくために、後行電極の先端が溶融金属に短絡する確率が低くなりスパッタの発生も少なくなる。さらに、回転運動では端部で後行電極の反転動作を行う必要がないために、反転動作に伴う短絡も発生しないのでスパッタも発生しない。

上記第２の発明によれば、後行電極の回転運動の周波数を溶接速度に応じて変化させることによって、上述した安定条件範囲の拡大、ビード形状の改善及びスパッタ削減の効果をさらに強化することができる。

上記第３の発明によれば、後行電極の回転運動の回転方向を継手形状及び溶接方向に応じて変化させることによって、溶融金属の形態を適正化することができる。このために、上述した安定条件範囲の拡大、ビード形状の改善及びスパッタ削減の効果をさらに強化することができる。

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。

図１は、本発明の実施の形態に係る２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。以下、同図を参照して各構成物について説明する。

第１溶接電源ＰＳ１は、先行アーク３１を発生させるための電力を出力すると共に、第１送給制御信号Ｆc1を出力する。第１送給機ＷＦ１は、第１送給モータＭ１、第１送給ロール７１、第１加圧ロール８１等からなる。第１送給モータＭ１は、上記の第１送給制御信号Ｆc1によって回転を制御され、先行電極１１は上記の第１送給ロール７１及び第１加圧ロール８１によって先行トーチ４１を通って送給される。先行電極１１と母材２との間には先行アーク３１が発生する。

第２溶接電源ＰＳ２は、後行アーク３２を発生させるための電力を出力すると共に、第２送給制御信号Ｆc2を出力する。第２送給機ＷＦ２は、第２送給モータＭ２、第２送給ロール７２、第２加圧ロール８２等からなる。第２送給モータＭ２は、上記の第２送給制御信号Ｆc2によって回転を制御され、後行電極１２は上記の第２送給ロール７２及び第２加圧ロール８２によって後行トーチ４２を通って送給される。後行電極１２と母材２との間には後行アーク３２が発生する。さらに、上記の後行トーチ４２には、後述するように、後行電極１２を回転運動でオシレートするためのオシレート機構９が設けられている。このオシレート機構９については従来から慣用されている技術である（例えば、特許文献１、２等参照）。

図２は、本発明の実施の形態に係るオシレート方法を示すための両電極１１、１２の配置図である。同図は上述した図５と対応している。後行電極１２は、先行電極１１から所定距離だけ離れた位置を中心として所定半径で回転運動のオシレートを行う。すなわち、後行電極１２は、同図に示すように、ａ→ｂ→ｃ→ｄ→ａと回転運動する。回転周波数は、溶接速度、溶接電流、継手形状等によって適正値に設定する。特に、この周波数は溶接速度に応じて適正値に変化させた方が良い。これは、溶融金属の形態が溶接速度及び回転運動の周波数に大きく影響を受けるからである。例えば、２m/min以上の高速溶接の場合、回転周波数は約２０Ｈｚ以上となる。回転半径もこれらの溶接条件に応じて適正値に設定する。

図３は、後行電極１２を回転オシレートしたときの溶融金属５の形態を示す図である。後行電極１２の回転運動によって後行アーク３２からのアーク力が分散されるために、両電極間に必要以上の溶融金属が滞留することが少なく、溶接状態が安定する条件範囲が拡大する。さらに、回転運動によって溶融金属がビード幅方向に拡散されるために、ビード形状は凸形状ではなく平坦形状になる。さらに、後行電極１２が先行電極１１に近づく方向に移動するときも斜め方向から近づくために、後行電極１２の先端が溶融金属に短絡する確率が低くなりスパッタの発生も少なくなる。さらに、上述した左右オシレートのように端部で反転動作を行う必要がないために、回転オシレートでは反転動作に伴う短絡も発生しないのでスパッタも発生しない。

上記の実施の形態においては、２電極の場合を説明したが、３つ以上の多電極の場合にも本発明は適用することができる。その場合には、複数の後行電極を適宜選択して回転オシレートさせれば良い。また、継手形状及び溶接方向に応じて、回転オシレートの回転方向を選択する方が良い。これは、継手形状及び溶接方向によっては溶接部（開先部）が非対称になるために、回転方向によって溶融金属の形態が大きく影響されるからである。

本発明の実施の形態に係る２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。 本発明の実施の形態に係る後行電極１２の回転オシレート方法を示す図である。 本発明の実施の形態に係る溶融金属５の形態を示す図である。 従来技術における２電極アーク溶接方法を示す図である。 従来技術における後行電極１２のオシレート方法を示す図である。 従来技術の課題を説明するための溶融金属５の形態を示す図である。

符号の説明

２ 母材
５ 溶融金属
６ スパッタ
９ オシレート機構
１１ 先行電極
１２ 後行電極
３１ 先行アーク
３２ 後行アーク
４１ 先行トーチ
４２ 後行トーチ
７１ 第１送給ロール
７２ 第２送給ロール
８１ 第１加圧ロール
８２ 第２加圧ロール
Ｆc1 第１送給制御信号
Ｆc2 第２送給制御信号
Ｍ１ 第１送給モータ
Ｍ２ 第２送給モータ
ＰＳ１ 第１溶接電源
ＰＳ２ 第２溶接電源
ＷＦ１ 第１送給機
ＷＦ２ 第２送給機

Claims (3)

1. 先行電極及び所定間隔離れて配置された後行電極によって消耗電極アーク溶接を行う２電極アーク溶接方法において、
   前記後行電極を回転運動でオシレートする、ことを特徴とする２電極アーク溶接方法。
2. 前記回転運動の周波数を溶接速度に応じて変化させる、ことを特徴とする請求項１記載の２電極アーク溶接方法。
3. 前記回転運動の回転方向を、継手形状及び溶接方向に応じて変化させる、ことを特徴とする請求項１又は２記載の２電極アーク溶接方法。

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