JP2013158826A - 複合溶接方法及び複合溶接用の溶接トーチ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】溶接方向に対して先行する側でTIGアークを発生させ、後行する側でMIGアークを発生させて母材を溶接する複合溶接方法であって、TIG電流をMIG電流よりも大きく設定し、TIG電極3とMIG電極4とに継続してアークを発生させるとともに、TIG電極3の中心軸と母材5の表面との交点と、MIG電極4の中心軸と母材5の表面との交点との距離の絶対値が20mm以下とする。
【選択図】図1
Description
ところで、炭素鋼やステンレス鋼に対してアルゴンやヘリウム等の不活性ガスをシールドガスとして用いたMIG溶接を行うと、陰極点が固定されずアークのふらつきが生じる。
これに対して、上記TIG−MIG複合溶接では、先行のTIGアークにより、金属蒸気が発生するため、そこに電気の流れ道が形成される。そして、TIGアークによって生じた溶融池は、固体金属よりも仕事関数が小さく電子を放出し易いため、MIGアークの陰極点がその溶融池に固定され易い。
請求項1に記載の発明は、溶接方向に対して先行する側でTIGアークを発生させ、後行する側でMIGアークを発生させて母材を溶接する複合溶接方法であって、TIG電流をMIG電流よりも大きく設定し、TIG電極とMIG電極とに継続してアークを発生させるとともに、前記TIG電極の中心軸と母材の表面との交点と、前記MIG電極の中心軸と母材の表面との交点との距離の絶対値が20mm以下とすることを特徴とする複合溶接方法である。
また、溶接対象の母材の板厚が大きくなった場合には、TIG及びMIGいずれの電流も大きくすることができるため、溶接速度及び作業効率を向上することができる。
図1(a)及び図1(b)は、本発明の第1の実施形態である複合溶接方法に用いる溶接装置を示す概略構成図である。図1(a)において、符号1は、溶接トーチ(複合溶接用の溶接トーチ)を示す。この溶接トーチ1は、筒状部材からなるノズル本体2と、このノズル本体2内において溶接方向に対して先行する側に配された棒状のタングステン電極3と、ノズル本体2内において溶接方向に対して後行する側に配された溶接ワイヤ4と、この溶接ワイヤ4を通電させるためのコンタクトチップ4aとから概略構成されている。また、溶接トーチ1は、一重構造となっており、1種のシールドガスのみを使用する構造となっている。さらに、本実施形態の溶接装置は、タングステン電極3と母材5との間に溶接電流(TIG電流)を印加してTIGアークを発生させる溶接電源6と、溶接ワイヤ4と母材5との間に溶接電流(MIG電流)を印加してMIGアークを発生させる溶接電源7とを備えている。
初めに、図示略のシールドガス供給源からシールドガスを供給して溶接トーチ1(ノズル本体2に設けたシールドガス噴出部8)に送る。そして、ノズル本体2の先端から被溶接物である母材5に向けて噴出されるシールドガス9の流速を0.2〜2(m/sec)の範囲となるように調整するとともに、ノズル本体2の下端と母材5の表面との距離H1を25mm以下となるように溶接トーチ1の高さを調整する。ついで、溶接電源6を動作させてタングステン電極3と母材5との間に溶接電流(TIG電流)を印加してTIGアークを継続して発生させるとともに、溶接電源7を動作させて溶接ワイヤ4と母材5との間に溶接電流(MIG電流)を印加してMIGアークを継続して発生させて溶接を行う。
第1の実施形態の複合溶接方法では、Heを25%以上含有し、残部がアルゴンガスであるガスをシールドガスとして用いてもよい。シールドガス中のヘリウムは熱伝導度が大きいため、アークが冷却され、熱的ピンチ効果により、電流のパス自体はアーク柱中心に集中し、母材直近ではアーク自身も緊縮する。そのため、アークの硬直性が増加し、相対的にアークの硬直性の作用がアークの反発作用よりも大きくなる。したがって、アークの安定性を高めることができる。
1つのノズル本体内に先行TIG電極−後行MIG電極を配置した溶接トーチにおいて、先行TIG電極の傾斜角度α、後行MIG電極の傾斜角度βとした溶接装置を用いて、一般的なステンレス鋼(SUS304)からなる母材の溶接を行なった。なお、溶接条件としては、表3に示す条件を用いた。また、ノズル本体の下端と母材との距離との関係によるビード外観検査の結果を表4に示す。
次に、本発明を適用した第2の実施形態について説明する。本実施形態では、第1の実施形態の複合溶接方法に用いた溶接装置を用いることが可能であるが、第1の実施形態の溶接トーチ及び複合溶接方法とは一部において異なるものとなっている。したがって、第1の実施形態と同一である溶接トーチの構成及び複合溶接方法の部分については、説明を省略する。
初めに、図示略のシールドガス供給源からシールドガス噴出部28a,28bにそれぞれシールドガスを供給して流路22A,22Bに送る。そして、シールドガス29a,29bの流速v1、v2をそれぞれ0.3〜3.3(m/sec)の範囲となるように調整するとともに、流速v2が流速v1に対して、少なくとも30%以上の値となるように調整する。また、ノズル本体22の下端と母材5の表面との距離H2を25mm以下となるように溶接トーチの高さを調整する。ついで、ノズル本体22の先端から被溶接物である母材5に向けてシールドガスを噴出しつつ、溶接電源6を動作させてタングステン電極3と母材5との間に溶接電流(TIG電流)を印加してTIGアークを継続して発生させるとともに、溶接電源7を動作させて溶接ワイヤ4と母材5との間に溶接電流(MIG電流)を印加してMIGアークを継続して発生させて溶接を行う。
第2の実施形態の複合溶接方法では、溶接トーチのノズル本体22内に、タングステン電極(TIG電極)3と、溶接ワイヤ(MIG電極)4とが配置される構成を例示したが、これに限定されるものではない。例えば、タングステン電極が配置されたノズル本体を有する溶接トーチ(TIG溶接トーチ)と、溶接ワイヤが配置されたノズル本体を有する溶接トーチ(MIG溶接トーチ)とを溶接方向の前後に配設して、先行TIGアークと後行MIGアークとを発生させる構成としても良い。
次に、本発明を適用した第3の実施形態について説明する。本実施形態では、第1及び第2の実施形態の複合溶接方法に用いた溶接装置を用いることが可能である。第1及び第2の実施形態の溶接トーチ及び複合溶接方法とは一部において同一となっている。したがって、第1及び第2の実施形態の溶接トーチの構成及び複合溶接方法の同一の部分については、説明を省略する。
初めに、図示略のシールドガス供給源からシールドガス噴出部38a,38bにそれぞれシールドガスを供給するとともに、シールドガス39a,39bの流速v1、v2をそれぞれ適正範囲となるように調整する。さらに、流速v2が流速v1に対して、少なくとも30%以上の値となるように調整する。一方、シールドボックス30の下端と母材5の表面との距離H3を15mm以下となるように溶接トーチの高さを調整する。ついで、シールドボックス30に設けられたシールドガス噴出部39cから被溶接物である母材5に向けてシールドガス39cを流速v3が0.05(m/sec)以上となるように噴出する。そして、溶接電源6を動作させてタングステン電極3と母材5との間に溶接電流(TIG電流)を印加してTIGアークを継続して発生させるとともに、溶接電源7を動作させて溶接ワイヤ4と母材5との間に溶接電流(MIG電流)を印加してMIGアークを継続して発生させて溶接を行う。
第3の実施形態の複合溶接方法では、シールドボックス30が、前壁30aと、後壁30cと、一対の側壁30b,30bとから構成された筒状の部材である構成を例示したが、これに限定されるものではない。例えば、シールドボックス30の前壁30a及び後壁30cの一方又は両方を取り除いて、少なくとも一対の側壁30b,30bを有する構成としても良い。
(検証試験2)
先行TIG−後行MIGをそれぞれ別の溶接トーチとし、先行TIG溶接トーチのトーチ角度α、後行MIG溶接トーチのトーチ角度βとするとともに、シールドボックスを有する溶接装置を用いて、一般的なステンレス鋼(SUS304)からなる母材の溶接を行なった。なお、溶接条件としては、表7に示す条件を用いた。また、アーク間距離Lによるビード外観検査の結果を表8に示す。
先行TIG−後行MIGをそれぞれ別の溶接トーチし、先行TIG溶接トーチのトーチ角度α、後行MIG溶接トーチのトーチ角度βとするとともに、シールドボックスを有する溶接装置及びシールドボックスを有さない溶接装置をそれぞれ用いて、一般的なステンレス鋼(SUS304)からなる母材の溶接を行なった。なお、溶接条件としては、表9に示す条件を用いた。また、シールドボックスの有無によるビード外観検査の結果を表10に示す。
また、近年、鉄ベース材料の溶接金属中酸素量を低減させる方法として、クリーンMIG溶接法の開発が、各ワイヤメーカーや溶接機メーカーで行なわれているが、本発明の複合溶接法はその一つの手段となり得る。
2・・・ノズル本体
3・・・タングステン電極(TIG電極)
4・・・溶接ワイヤ(MIG電極)
5・・・母材
6,7・・・溶接電源
8・・・シールドガス噴出部
9・・・シールドガス
30・・・シールドボックス(シールド部材)
H・・・ノズル本体の下端と母材の表面との距離
L・・・アーク間距離
Claims (20)
- 溶接方向に対して先行する側でTIGアークを発生させ、後行する側でMIGアークを発生させて母材を溶接する複合溶接方法であって、
TIG電流をMIG電流よりも大きく設定し、TIG電極とMIG電極とに継続してアークを発生させるとともに、
前記TIG電極の中心軸と母材の表面との交点と、前記MIG電極の中心軸と母材の表面との交点との距離の絶対値が20mm以下とすることを特徴とする複合溶接方法。 - 前記TIG電極と前記MIG電極とをノズル本体の内側に配置し、
前記ノズル本体の下端から前記母材の表面までの距離を25mm以下に維持しつつ、
前記ノズル本体の下端から前記母材の表面に向かってシールドガスを吹付けながら前記TIGアーク及び前記MIGアークを発生させることを特徴とする請求項1に記載の複合溶接方法。 - 前記ノズル本体の内側において、前記TIG電極及び前記MIG電極の基端側から先端側に、当該TIG電極及び当該MIG電極に沿ってそれぞれシールドガスを供給することを特徴とする請求項2に記載の複合溶接方法。
- 前記TIG電極及び前記MIG電極を一つのノズル本体の内側に配置することを特徴とする請求項2又は3に記載の複合溶接方法。
- 前記TIG電極と前記MIG電極とをそれぞれ別のノズル本体の内側に配置することを特徴とする請求項2又は3に記載の複合溶接方法。
- シールドガスとして、Heを25%以上含有し、残部がアルゴンガスであるガスを用いることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の複合溶接方法。
- シールドガスとして、水素を3%以上9%以下含有し、残部がアルゴンガスであるガスを用いることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の複合溶接方法。
- シールドガスとして、水素を3%以上9%以下およびHeを25%以上含有し、残部がアルゴンガスであるガスを用いることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の複合溶接方法。
- シールドガスとして、水素を3%以上9%以下含有し、残部がヘリウムガスであるガスを用いることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の複合溶接方法。
- 前記TIGアークと前記MIGアークとにおいて同一のシールドガスを用いることを特徴とする請求項2乃至9のいずれか一項に記載の複合溶接方法。
- 前記TIGアークと前記MIGアークとにおいて異なるシールドガスを用いることを特徴とする請求項2乃至9のいずれか一項に記載の複合溶接方法。
- 前記ノズル本体の周囲の一部又は全部を取り囲むように設けられたシールド部材によって、前記母材の表面上に形成される溶接部を覆いながら溶接することを特徴とする請求項1乃至11のいずれか一項に記載の複合溶接方法。
- 前記ノズル本体と前記シールド部材との間の、前記母材の表面に向かって請求項6乃至9のいずれか一項に記載のシールドガスを吹付けながら溶接することを特徴とする請求項12に記載の複合溶接方法。
- 前記シールド部材の下端から前記母材の表面までの距離を15mm以下に維持しながら溶接することを特徴とする請求項12又は13に記載の複合溶接方法。
- TIG溶接トーチの基端側を溶接方向に対して進行方向側に傾斜させた際の、TIG溶接トーチの中心軸と法線とのなす角であるトーチ角度αと、MIG溶接トーチの基端側を溶接方向に対して進行方向と反対側に傾斜させた際の、MIG溶接トーチの中心軸と法線とのなす角であるトーチ角度βとの合計角度(|α|+|β|)を30〜120°の範囲とすることを特徴とする請求項1乃至14のいずれか一項に記載の複合溶接方法。
- 後行MIG溶接にパルス電流を付加することを特徴とする請求項1乃至15のいずれか一項に記載の複合溶接方法。
- 請求項1乃至16のいずれか一項に記載の複合溶接方法に用いる溶接トーチであって、
TIG電極と、
溶接方向に対して前記TIG電極の後段に設けられたMIG電極と、
前記TIG電極と前記MIG電極とを内部に収納するノズル本体と、を備え、
前記ノズル本体の下端から母材の表面までの距離が25mm以下とされていることを特徴とする複合溶接用の溶接トーチ。 - 前記ノズル本体内に、TIGアーク用のシールドガスの流路と、MIGアーク用のシールドガスの流路と、が設けられていることを特徴とする請求項17に記載の複合溶接用の溶接トーチ。
- 前記ノズル本体の周囲の一部又は全部を取り囲むように設けられたシールド部材を備え、前記ノズル本体と前記シールド部材との間に前記シールド部材の下端から母材の表面までの距離が15mm以下とされていることを特徴とする請求項17又は18に記載の複合溶接用の溶接トーチ。
- 前記シールド部材に、母材の表面上に形成される溶接部を保護するためのシールドガスの噴出部が設けられていることを特徴とする請求項17乃至19のいずれか一項に記載の複合溶接用の溶接トーチ。
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