JP2014014828A

JP2014014828A - 溶接方法および溶接装置

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Publication number: JP2014014828A
Application number: JP2012152695A
Authority: JP
Inventors: Keita Yamada; 景太山田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-07-06
Filing date: 2012-07-06
Publication date: 2014-01-30

Abstract

【課題】溶接開始部の溶け込み不良を抑制するとともに、気密性の高い溶接方法および溶接装置を提供する。
【解決手段】非消耗電極を用いてアーク溶接により被溶接部を溶接し、その後、消耗電極を用いてアーク溶接により被溶接部上にビードを形成して全周溶接する溶接方法であって、非消耗電極の溶接終了位置は、非消耗電極の溶接開始位置を越えて消耗電極の溶接開始位置の近傍であり、消耗電極の溶接終了位置は、消耗電極の溶接開始位置の近傍である。これにより、溶接開始部の溶け込み不良を抑制するとともに、ブローホールやピンホールといった欠陥を抑制した気密性の高い溶接を行うことができる。
【選択図】図９

Description

本発明は、非消耗電極と消耗電極を用いた溶接方法および溶接装置に関するものである。

圧縮機の胴部と鏡板部との溶接においては、気密溶接が必要とされることや、その製品形状、板厚寸法等から、一般的に、消耗電極を用いたアーク溶接による円周溶接（以下、全周溶接とも言う）が施される。消耗電極を用いたアーク溶接では、溶接トーチの先端から供給される溶接ワイヤと母材とが短絡し、大電流が流れることで絶縁破壊が起こり、溶接ワイヤの先端にアークが生じる。このとき、溶接ワイヤは抵抗発熱およびアークにより溶融され、被溶接部への溶着金属となって母材と接合する。

また、圧縮機の胴部と鏡板部の継手形状は、すみ肉溶接が可能な形状であることが多い。その理由は、本来、溶接箇所の強度を確保するためには、完全溶け込みの突合せ溶接が最も良いが、圧縮機内部にスパッタが残存し除去が困難であること、さらに裏抜けビードの修正も困難であることなどから、圧縮機の胴部と鏡板部の継手への突合せ溶接の採用が困難なためである。よって、圧縮機の胴部と鏡板部の継手においては、すみ肉溶接が採用されることが多い。

このような消耗電極によるアーク溶接を用いた圧縮機の胴部と鏡板部との円周溶接では、溶接トーチのアークを発生させながら、溶接トーチを被溶接部の溶接開始位置から一定の速度で母材と相対的に移動させて溶接を行う。

圧縮機の円周溶接のように気密性を必要とされる溶接では、胴部と鏡板部との確実な溶け込み領域が得られるように溶接しなければならない。しかし、消耗電極を用いたアーク溶接では、溶接開始位置の直後から溶着金属が盛られてビードが形成されるが、溶接開始位置では母材内部の溶け込みがなく、溶接開始位置から少し離れた箇所から母材の溶け込みが発生するため、溶接開始部分において溶け込みが浅くなり、溶け込み不良が発生する。この不良は、アークが発生した直後に溶接トーチが動き出す、つまり、溶接開始時のアークによる母材への入熱が小さく、母材の温度が十分上昇していないうちに溶接トーチが移動を開始することにより生じる。

さらに、溶接の開始位置と終了位置が同一箇所となる円周溶接においては、溶接トーチが被溶接部を一周して再び溶接開始位置に戻ったときに、被溶接部の継手形状が急激に変わるため溶接が乱れ、十分な溶け込みが得られなくなる。また、溶接開始部と溶接終了部が重なるために生じる溶け込み不良により、気密性が確保できない不具合が発生する。加えて、一度溶接された箇所に、再度、溶着金属が供給されることでオーバーラップ部に大きな膨らみが発生し、外観が悪くなるという問題もある。

溶接開始部で十分な溶け込みを得るためには、アーク発生直後に溶接トーチの移動速度を低下させたり、電流値を上げたりする方法が考えられるが、いずれにせよ、溶接終了部で溶接開始部に溶着金属をオーバーラップして溶接する際に溶接が乱れ、十分な溶け込みが得られないことがある。

この問題を解決するため、例えば、非消耗電極と消耗電極を並べて配置し、非消耗電極を溶接開始位置の直上に停止させた状態で動作させることにより、非消耗電極による溶接で溶接開始部の確実な溶け込みを確保し、しかる後、非消耗電極と消耗電極を母材の溶接箇所に沿って順次進行させ、かつ、所定の時間経過後に消耗電極を動作させ、母材の溶け込みが十分得られるようになったら非消耗電極を停止し、その後は消耗電極による溶接のみ行うことにより、溶け込み不良を抑制する溶接方法が提案されている（特許文献１）。

特開昭５８−１６３５７４号公報

しかしながら、従来の溶接方法においては、溶接開始部における溶け込みは確保できるが、溶接開始部と溶接終了部が同一箇所である全周溶接の溶接終了部において、溶接開始側のビードに、一周してきた消耗電極のアークがさしかかると、急激な形状変化により溶接が乱れてシールドガスによるシールド性が弱まり、溶接終了側のビードにブローホールやピンホールといった欠陥が生じやすくなり、その結果、気密性が確保できなくなるという問題がある。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、溶接開始部の溶け込み不良を抑制するとともに、ブローホールやピンホールといった欠陥を抑制した、気密性の高い溶接を行う溶接方法および溶接装置を提供することを目的とするものである。

本発明は、非消耗電極を用いてアーク溶接により被溶接部の溶接を非消耗電極の溶接開始位置から開始し、消耗電極を用いてアーク溶接により被溶接部上へのビードの形成を非消耗電極の溶接開始位置から溶接方向に所定距離離れた消耗電極の溶接開始位置から開始する開始工程と、非消耗電極を用いてアーク溶接により溶接した被溶接部上に、消耗電極を用いてアーク溶接によりビードを形成する中間工程と、非消耗電極を用いてアーク溶接により非消耗電極の溶接開始位置を越えて消耗電極の溶接開始位置の近傍まで溶接し、消耗電極を用いてアーク溶接によりビードを消耗電極の溶接開始位置の近傍まで形成する終了工程とを備える。

本発明によれば、非消耗電極を用いてアーク溶接により被溶接部の溶接を非消耗電極の溶接開始位置から開始し、消耗電極を用いてアーク溶接により被溶接部上へのビードの形成を非消耗電極の溶接開始位置から溶接方向に所定距離離れた消耗電極の溶接開始位置から開始する開始工程と、非消耗電極を用いてアーク溶接により溶接した被溶接部上に、消耗電極を用いてアーク溶接によりビードを形成する中間工程と、非消耗電極を用いてアーク溶接により非消耗電極の溶接開始位置を越えて消耗電極の溶接開始位置の近傍まで溶接し、消耗電極を用いてアーク溶接によりビードを消耗電極の溶接開始位置の近傍まで形成する終了工程とを備えるので、溶接開始部の溶け込み不良を抑制するとともに、ブローホールやピンホールといった欠陥を抑制した気密性の高い溶接を行うことができる。

本発明の実施の形態１における溶接装置の模式図である。圧縮機の外観を説明する模式図である。本発明の実施の形態１における圧縮機と溶接トーチの模式図である。本発明の実施の形態１における被溶接部の断面図である。本発明の実施の形態１における被溶接部の要部の断面図である。本発明の溶接方法の平板継手への適用について説明する模式図である。本発明の実施の形態１における被溶接部の断面図である。本発明の実施の形態１における被溶接部の断面図である。本発明の実施の形態１における被溶工程のフローチャートである。本発明の実施の形態１における溶接工程のタイムチャートである。従来の被溶接部の断面図である。本発明の実施の形態２における被溶接部の断面図である。本発明の実施の形態３における被溶接部の断面図である。本発明の実施の形態３における被溶工程のフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。なお、各図において、同一または同様の構成部分については同じ符号を付している。

実施の形態１．
初めに、本発明の溶接装置１００の構成について図を用いて説明する。図１は、本発明の溶接装置１００の一例を示した図で、圧縮機１０１の溶接を行う溶接装置１００の模式図ある。図２は、圧縮機１０１の外観を示す模式図である。溶接装置１００は、圧縮機１０１を溶接する溶接トーチ３と、圧縮機１０１を保持する冶具９と、溶接トーチ３を制御する制御部１１とを備える。

圧縮機１０１は、筒状の胴部１と鏡板部２とを備え、胴部１と胴部１の両端部を塞ぐ鏡板部２とで形成される密閉容器の内部に、図示しない圧縮機構などを備えている。
溶接トーチ３は、図示しない固定部により固定され、圧縮機１０１の胴部１と鏡板部２との接合部、つまり継手の部分の溶接を行う。以下では、溶接トーチ３により溶接する箇所のことを被溶接部１３と言う。
冶具９は、圧縮機１０１の両端部を固定し、図１中に破線で示した胴部１の軸Ａの回りに圧縮機１０１を回転させる。また、図に示すように、冶具９が圧縮機１０１を傾けて保持することで、圧縮機１０１の被溶接部１３を下向き溶接することが可能になる。
制御部１１は、溶接トーチ３に制御信号を送信し、溶接トーチ３の動作の開始、および停止を制御する。
この溶接装置１００は、溶接トーチ３を固定し、圧縮機１０１を回転させることで溶接が進行する構成となっているが、溶接トーチ３と圧縮機１０１とが相対的に移動すればよいので、圧縮機１０１を固定し、溶接トーチ３を回転させる構成であってもよい。また、この溶接装置１００は、溶接の開始部と終了部とを一致させる、つまり同一箇所とする、あるいは溶接の開始部と終了部とをオーバーラップさせる全周溶接を行う。

次に、溶接トーチ３について図を用いて詳しく説明する。図３は、図１中の矢印Ｘの方向から見た圧縮機１０１と溶接トーチ３を示す模式図である。図３では、図を簡略化して分かりやすくするために冶具９と制御部１１を除いている。図４は、溶接トーチ３により溶接された被溶接部１３の断面図で、図４（ａ）は図３のＩ−Ｉ線に沿う断面図、図４（ｂ）は図３のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。図５は図４（ｂ）に示す被溶接部１３の主要部分の拡大図である。

溶接トーチ３は、不活性ガス中でタングステン電極と母材との間にアークを発生させるＴＩＧ（Tungsten Inert Gas）溶接を行うＴＩＧ溶接トーチ７と、溶接ワイヤを電極とし、不活性ガス中で溶接ワイヤと母材との間にアークを発生させるＭＩＧ（Metal Inert Gas）溶接を行うＭＩＧ溶接トーチ８とを備える。ＴＩＧ溶接トーチ７とＭＩＧ溶接トーチ８は、図３に示すように、被溶接部１３に沿って配置され、矢印Ｙで示した方向に回転する圧縮機１０１の被溶接部１３の溶接を行う。以下では、ＴＩＧ溶接トーチ７に設けられた電極を非消耗電極７ａ、ＭＩＧ溶接トーチ８に設けられた電極を消耗電極８ａと呼ぶ。なお、本実施の形態においては、消耗電極による溶接をＭＩＧ溶接として説明するが、ＭAＧ（Metal Active Gas）溶接であってもよい。

ＴＩＧ溶接は、図４（ａ）に示すように、ＴＩＧ溶接トーチ７の非消耗電極７ａと母材との間にアーク５を発生させるアーク溶接で、溶け込み１０を形成して被溶接部１３を溶接する。

一方、ＭＩＧ溶接は、図４（ｂ）に示すように、ＭＩＧ溶接トーチ８の消耗電極８ａと母材との間に発生させるアーク溶接で、抵抗発熱およびアーク５により消耗電極８ａを溶融し、溶融するにつれて消耗電極８ａを送給し、溶融して溶着金属となった消耗電極８ａでビード６を形成して被溶接部１３を溶接する。

本発明の溶接装置１００では、固定された溶接トーチ３に対して圧縮機１０１が回転することにより溶接が行われる。このとき、まず、ＴＩＧ溶接トーチ７が先行して被溶接部１３のＴＩＧ溶接を行い、その後、ＭＩＧ溶接トーチ８がＴＩＧ溶接トーチ７を追従してＭＩＧ溶接を行う。つまり、ＴＩＧ溶接により溶け込み１０が形成された被溶接部１３の上にビード６が形成される。母材の溶け込み６は、ＭＩＧ溶接単独でも形成することができるが、圧縮機１０１の継手のように気密性を必要とされる全周溶接では、胴部１と鏡板部２との確実な溶け込み領域が得られるように溶接する必要がある。そのため、本発明の溶接装置のように、ＴＩＧ溶接とＭＩＧ溶接とを組み合わせることで、被溶接部１３の溶け込み１０を確実に形成することができる。
なお、本実施の形態においては、ＴＩＧ溶接トーチ７とＭＩＧ溶接トーチ８とは同じ速度で同時に移動するものとして説明するが、別々に動作するものであってもよい。

次に、本発明の実施の形態１おける溶接工程について説明する。溶接工程は、開始工程、中間工程、終了工程に分けられる。開始工程は、ＴＩＧ溶接とＭＩＧ溶接がともに停止した状態からともに開始した状態になるまでの工程を指す。中間工程は、開始工程後、溶接トーチ３が溶接を開始した位置の周辺に戻るまでの工程を指す。終了工程は、中間工程後、ＴＩＧ溶接とＭＩＧ溶接がともに停止するまでの工程を指す。

なお、本発明の溶接方法による圧縮機１０１の胴部１と鏡板部２の継手のすみ肉溶接と同様の溶け込み形状が、図６に示す平板１２ａ，１２ｂの突合せ継手の溶接において得られる。よって、ここでは、圧縮機１０１の継手の代わりに、平板１２ａ，１２ｂの突合せ継手を用いて、各工程における被接合部の形状を説明する。平板１２ａ，１２ｂの溶接では、まず、ＴＩＧ溶接トーチ７とＭＩＧ溶接トーチ８が、被溶接部１４の中ほどにある溶接開始位置から被溶接部１４の一方の端部に向かって矢印Ｙの方向に移動しながら被溶接部１４を溶接する。被溶接部１４の一方の端部まで溶接が完了すると、ＴＩＧ溶接トーチ７とＭＩＧ溶接トーチ８は、被溶接部１４の他方の端部まで移動し、被溶接部１４の他方の端部から被溶接部１４の中ほどにある溶接開始位置に向かって矢印Ｙの方向に移動しながら被溶接部１４を溶接する。このような工程により、溶接開始位置と溶接終了位置が一致する全周溶接を模擬する。非消耗電極７ａの溶接狙い位置と消耗電極８ａの溶接狙い位置との距離Ｌは、例えば、１〜４ｍｍとする。

まず、開始工程について図７を用いて説明する。図７は、図６のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図で、溶接の開始工程における被溶接部１４の状態を示す模式図である。

図７（ａ）に示すように、被溶接部１４に沿って配置されたＴＩＧ溶接トーチ７とＭＩＧ溶接トーチ８が矢印Ｙの方向に移動しながら被溶接部１４の溶接を行う。溶接方向に向かって前方にＴＩＧ溶接トーチ７、後方にＭＩＧ溶接トーチ８が配置されている。図中の黒丸はＴＩＧ溶接の溶接開始位置Ｓ１、白丸はＭＩＧ溶接の溶接開始位置Ｓ２をそれぞれ示す仮想のマーカである。図示しない冶具によりＴＩＧ溶接トーチ７がＴＩＧ溶接の溶接開始位置Ｓ１に配置されると、ＴＩＧ溶接トーチ７はアークの発生を開始し、ＴＩＧ溶接を開始する。ＴＩＧ溶接が開始されると、ＴＩＧ溶接トーチ７とＭＩＧ溶接トーチ８は、矢印Ｙで示した方向への移動を開始する。ＴＩＧ溶接では、非消耗電極７ａと母材との間に高電圧を印加することで絶縁破壊が起こる。これにより非消耗電極７ａの先端に生じたアークで母材を溶かし、被接合部１４の溶接がなされる。

図７（ｂ）に示すように、アークを発生したＴＩＧ溶接トーチ７が移動することにより、ＴＩＧ溶接の溶接開始位置Ｓ１から被溶接部１４に沿って母材の溶け込み１０が得られる。ＴＩＧ溶接による母材の溶け込み１０のうち、ＴＩＧ溶接の溶接開始位置Ｓ１側の端部、つまり溶接開始部の溶け込み１０ａは、ＴＩＧ溶接の溶接開始位置Ｓ１の直下では浅いが、溶接方向に沿って離れるに従って深くなり、やがて一定で十分な深さとなっている。また、ＴＩＧ溶接の溶接開始位置Ｓ１側と反対側の端部、つまり溶接終了部の溶け込み１０ｂは、ＴＩＧ溶接トーチ７の直下では浅く、ＴＩＧ溶接トーチ７の位置から溶接方向と反対方向に離れるに従って深くなる。圧縮機１０１の全周溶接では、最終的に、溶接開始部の溶け込み１０ａと溶接終了部の溶け込み１０ｂとをオーバーラップさせて一体化する。なお、この時点では、ＭＩＧ溶接トーチ８はまだアークを発生していない。

図７（ｃ）に示すように、ＴＩＧ溶接トーチ７とＭＩＧ溶接トーチ８がさらに移動し、ＭＩＧ溶接トーチ８がＴＩＧ溶接の溶接開始位置Ｓ１を通り越し、ＴＩＧ溶接の溶接開始点Ｓ１から溶接方向に所定の距離Ｄだけ離れたＭＩＧ溶接の溶接開始位置Ｓ２に到達すると、この位置でＭＩＧ溶接トーチ８はアークの発生を開始し、ＭＩＧ溶接を開始する。

図７（ｄ）に示すように、アークを発生したＭＩＧ溶接トーチ８が移動することにより、ＴＩＧ溶接した被溶接部１４の上にビード６が形成される。ＭＩＧ溶接により形成されるビード６のうち、ＭＩＧ溶接の溶接開始位置Ｓ２側の端部を溶接開始部のビード６ａ、ＭＩＧ溶接の溶接開始位置Ｓ２側と反対側の端部を溶接終了部のビード６ｂとする。圧縮機１０１の全周溶接では、最終的に、溶接開始部のビード６ａと溶接終了部のビート６ｂとをオーバーラップさせて一体化する。

ＴＩＧ溶接の溶接開始位置Ｓ１とＭＩＧ溶接の溶接開始位置Ｓ２との間の距離Ｄは、製造タクトを短縮させる意味では、できるだけ短いことが望ましい。しかし、ＭＩＧ溶接の溶接開始位置Ｓ２がＴＩＧ溶接の溶接開始位置Ｓ１に近すぎると、母材に十分な溶け込み１０が得られず、溶け込み１０が浅いうちに被溶接部１４上にビード６が形成される。その結果、この後の終了工程で溶接開始部の溶け込み１０ａと溶接終了部の溶け込み１０ｂとを一体化する際に、ビード６が妨げとなって溶け込み１０の浅い部分ができてしまい、溶け込みを一体化することができない溶け込み不良が発生する可能性が高くなる。よって、距離Ｄは、ＴＩＧ溶接による溶け込みの進行具合を考慮して適宜設定する必要がある。

このように、ＴＩＧ溶接の溶接開始位置Ｓ１とＭＩＧ溶接の溶接開始位置Ｓ２とを距離Ｄずらすことで、ＭＩＧ溶接の溶接開始位置Ｓ２における母材の十分な溶け込み１０を確保することができる。言い換えると、ＴＩＧ溶接による十分な深さの溶け込み１０が得られる位置から被溶接部１４上にビード６を形成することができる。これにより、全周溶接において溶接開始部と溶接終了部とを一体化、あるいはオーバーラップさせたときに、溶け込みが繋がらなかったり、十分な溶け込み深さが得られない箇所が生じたりすることがなく、被溶接部１４全体において十分な確実な溶け込みを得ることができる。

中間工程について説明する。中間工程においても、被溶接部１４上の同一箇所に対して、まず、ＴＩＧ溶接により溶接が行われ、その後、ＭＩＧ溶接により溶接が行われる。つまり、ＴＩＧ溶接で溶接した被溶接部１４の上に、ＭＩＧ溶接でビード６が形成される。ＴＩＧ溶接トーチ７とＭＩＧ溶接トーチ８は、平板１２ａ，１２ｂの突合せ継手では、被溶接部１４の一方の端部まで溶接が完了すると、一旦溶接を中断し、被溶接部１４の他方の端部へ移動して溶接を再開する。なお、圧縮機１０１の継手では、このように中断することなく一連の動作により被溶接部１３の溶接を行う。

終了工程について図８を用いて説明する。図８は、図６のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図で、溶接の終了工程における被溶接部１４の状態を示す模式図である。終了工程では、溶接開始部の溶け込み１０ａと溶接終了部の溶け込み１０ｂとをオーバーラップさせて一体化し、溶接開始部のビード６ａと溶接終了部のビード６ｂとをオーバーラップさせて一体化する。

図８（ａ）に示すように、ＴＩＧ溶接トーチ７とＭＩＧ溶接トーチ８は、ＴＩＧ溶接の溶接開始位置Ｓ１やＭＩＧ溶接の溶接開始位置Ｓ２など、開始工程で溶接を開始した位置の周辺まで戻ってくる。

図８（ｂ）に示すように、ＴＩＧ溶接の溶接開始位置Ｓ１に戻ったＴＩＧ溶接トーチ７は、ＴＩＧ溶接の溶接開始位置Ｓ１を越えて、ＭＩＧ溶接の溶接開始位置Ｓ２の近傍まで溶接を行う。その結果、開始工程では溶け込みが不十分だった溶接開始部の溶け込み１０ａが溶接終了部の溶け込み１０ｂとオーバーラップして一体となり、継手全体として十分な溶け込みが得られるようになる。図８（ｂ）では、ＴＩＧ溶接の溶接開始位置Ｓ１とＭＩＧ溶接の溶接開始位置Ｓ２との間が、溶接開始部の溶け込み１０ａと溶接終了部の溶け込み１０ｂのオーバーラップ部に対応する部分としているが、被溶接部１４全体で十分な溶け込みが得られればよく、ＴＩＧ溶接の溶接開始位置Ｓ１とＭＩＧ溶接の溶接開始位置Ｓ２との間の一部がオーバーラップ部となるようにしてもよい。

図８（ｃ）に示すように、ＴＩＧ溶接トーチ７とＭＩＧ溶接トーチ８はさらに移動し、ＴＩＧ溶接トーチ７がＭＩＧ溶接の溶接開始位置Ｓ２を越える。このとき、発生し続けているＴＩＧ溶接トーチ７のアークが溶接開始部のビード６ａにあたることによって、溶接開始部のビード６ａが再溶融される。また、ＴＩＧ溶接トーチ７のアークは、その圧力により、溶接開始部のビード６ａの高さを再溶融前よりも低くし、形状を滑らかにする。この時点で、ＴＩＧ溶接トーチ７はアークの発生を停止する。なお、ＴＩＧ溶接トーチ７のアークを停止する位置はＭＩＧ溶接の溶接開始位置Ｓ２の近傍であればよく、溶接開始部のビード６ａの変形が十分に得られていれば、ＭＩＧ溶接の溶接開始位置Ｓ２の手前の位置でも、ＭＩＧ溶接の溶接開始位置Ｓ２を越えた位置でも差し支えない。
ただし、ＭＩＧ溶接により形成されるビード６が、ＴＩＧ溶接トーチ７の非消耗電極７ａの先端に接触する高さとなる場合には、ＭＩＧ溶接の溶接開始位置Ｓ２の近傍でＭＩＧ溶接トーチ８のみ上方に移動するようにしてもよい。これにより、非消耗電極７ａとビード６との接触を防ぐことができる。

その後、図８（ｄ）に示すように、ＴＩＧ溶接のアークで再溶融させた溶接開始部のビード６ａの上にＭＩＧ溶接でビード６を形成する。これにより、オーバーラップ部の膨らみが小さい外観形状のビード６を形成することが可能となる。図のように、開始工程で形成した溶接開始部のビード６ａと終了工程で形成した溶接終了部のビード６ｂとが一体となったら、ＭＩＧ溶接トーチ８はアークの発生を停止する。ＭＩＧ溶接トーチ８のアークを停止する位置はＭＩＧ溶接の溶接開始位置Ｓ２の近傍であればよく、被溶接部１４全体に一体化したビードが形成されていれば、ＭＩＧ溶接の溶接開始位置Ｓ２の手前の位置でも、ＭＩＧ溶接の溶接開始位置Ｓ２を越えた位置でもよい。

次に、本発明の実施の形態１おける溶接方法について、図９に示すフローチャートを用いて説明する。ここでは、溶接対象ワークは圧縮機１０１とし、溶接継手は胴部１と鏡板部２のすみ肉溶接として説明する。

溶接が開始されると、まず初めに、ＴＩＧ溶接の溶接開始位置Ｓ１においてＴＩＧ溶接トーチ７がアークの発生を開始し、ＴＩＧ溶接が開始される（ステップ１）。ＴＩＧ溶接が開始されると、圧縮機１０１を保持する冶具９が圧縮機１０１の回転を開始する（ステップ２）。アークが発生してから圧縮機１０１が回転することにより、ＴＩＧ溶接の溶接開始部における母材の溶け込みをより確実に得ることができる。その後、ＴＩＧ溶接の溶接開始位置Ｓ１から溶接方向に所定距離離れたＭＩＧ溶接の溶接開始位置Ｓ２で、ＭＩＧ溶接トーチ８がアークの発生を開始し、ＭＩＧ溶接が開始される（ステップ３）。その後、ＴＩＧ溶接トーチ７がＴＩＧ溶接の溶接開始位置Ｓ１まで戻り、さらにＴＩＧ溶接の溶接開始位置Ｓ１を越えると、ＴＩＧ溶接トーチク７は、ＭＩＧ溶接により形成されたビード６に非消耗電極７ａが接触する前に上方に移動する（ステップ４）。このとき、ＴＩＧ溶接トーチ７はアークを出したまま移動する。ＴＩＧ溶接トーチ７のアークにより、ＭＩＧ溶接で形成されたビード６の端部が溶融されると、ＴＩＧ溶接トーチ７がアークの発生を停止し、ＴＩＧ溶接が停止される（ステップ５）。その後、ＴＩＧ溶接により再溶融されたビード６の端部までビード６が形成され、ビード６が一体化されると、冶具９は圧縮機１０１の回転を停止する（ステップ６）。最後に、必要に応じてＭＩＧ溶接トーチ８によるクレータ処理が行われ（ステップ７）、ＭＩＧ溶接トーチ８がアークの発生を停止し、ＭＩＧ溶接が停止される（ステップ８）。以上の工程により溶接が完了する。

次に、ＴＩＧ溶接とＭＩＧ溶接のアークのＯＮ／ＯＦＦ制御について図１０に示すタイムチャートを用いて説明する。図１０（ａ）は、制御部１１によるＴＩＧ溶接トーチ７のＯＮ／ＯＦＦ制御を示すタイムチャート、図１０（ｂ）は、制御部１１によるＭＩＧ溶接トーチ８のＯＮ／ＯＦＦ制御を示すタイムチャートである。図１０の横軸は時刻、縦軸はＴＩＧ溶接トーチ７およびＭＩＧ溶接トーチ８に送信する制御信号で、制御部１１から各溶接トーチに送信する制御信号の時間変化を表している。ＴＩＧ溶接トーチ７とＭＩＧ溶接トーチ８のアークは、制御部１１から送信される制御信号がＨＩのときにＯＮ、ＬＯのときにＯＦＦとなる。

まず、制御部１１は、ＭＩＧ溶接に先立ち、時刻Ｔ１でＴＩＧ溶接トーチ７のアークをＯＮする。このとき、ＴＩＧ溶接トーチ７はＴＩＧ溶接の溶接開始位置Ｓ１に配置にある。続いて、制御部１１は、時刻Ｔ２でＭＩＧ溶接トーチ８のアークをＯＮする。このとき、ＭＩＧ溶接トーチ８はＴＩＧ溶接の溶接開始位置Ｓ１を通過し、ＴＩＧ溶接の溶接開始位置Ｓ１から所定距離離れた位置にある。その後、制御部１１は、時刻Ｔ３でＴＩＧ溶接トーチ７のアークをＯＦＦする。ＴＩＧ溶接トーチ７は、ＭＩＧ溶接で形成されたビード６の端部を時刻Ｔ３までに再溶融する。最後に、制御部１１は、時刻Ｔ４でＭＩＧ溶接トーチ８のアークをＯＦＦする。ＭＩＧ溶接トーチ８は、時刻Ｔ４までに、ＴＩＧ溶接トーチ７のアークにより再溶融されたビード６の端部の位置までビードを形成し、ビードを一体化させる。

以上のように、ＴＩＧ溶接により被溶接部を溶接し、その後、ＭＩＧ溶接により被溶接部上にビードを形成して全周溶接する溶接方法において、非消耗電極を用いてアーク溶接により被溶接部の溶接を非消耗電極の溶接開始位置から開始し、消耗電極を用いてアーク溶接により被溶接部上へのビードの形成を非消耗電極の溶接開始位置から溶接方向に所定距離離れた消耗電極の溶接開始位置から開始する開始工程を備えることにより、被溶接部全体において十分な溶け込みを得ることができる。つまり、図１１に示す、従来のＭＩＧ溶接単独の溶接のように、溶接開始部において溶け込みが浅くなる溶け込み不良が発生することがない。よって、溶接開始部の溶け込み不良を抑制することができる。

また、非消耗電極を用いてアーク溶接により被溶接部の溶接を非消耗電極の溶接開始位置から開始し、消耗電極を用いてアーク溶接により被溶接部上へのビードの形成を非消耗電極の溶接開始位置から溶接方向に所定距離離れた消耗電極の溶接開始位置から開始する開始工程と、非消耗電極を用いてアーク溶接により溶接した被溶接部上に、消耗電極を用いてアーク溶接によりビードを形成する中間工程と、非消耗電極を用いてアーク溶接により非消耗電極の溶接開始位置を越えて消耗電極の溶接開始位置の近傍まで溶接し、消耗電極を用いてアーク溶接によりビードを消耗電極の溶接開始位置の近傍まで形成する終了工程とを備えることにより、溶接開始部のビードを再溶融して再溶融前よりも低く滑らかな形状とすることができる。これにより、非消耗電極を用いるＴＩＧ溶接と消耗電極を用いるＭＩＧ溶接とを複合させた溶接方法を全周溶接に適用した場合であっても、一周して溶接開始部まで戻ってきたＭＩＧ溶接トーチの溶接が乱れることがなくなり、溶接開始部において均一なビードを形成することができる。

また、溶接開始部と溶接終了部が重なるために生じる溶け込み不良により、気密性が確保できない不具合が抑制される。つまり、ブローホールやピンホールといった欠陥を抑制した気密性の高い溶接を行うことができる。

さらに、図１１に示す、従来のＭＩＧ溶接単独の溶接のように、オーバーラップ部で大きな膨らみが発生し外観が悪くなるという問題も発生しない。

実施の形態２．
この発明の実施の形態２について図１２を用いて説明する。図１２は、本発明の実施の形態２における溶接方法の開始工程で得られる溶け込みとビードの形状を模式的に示す断面図である。本実施の形態において、実施の形態１と同様の箇所については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。実施の形態１では、溶接中にＭＩＧ溶接トーチ８に供給する溶接電流については特に規定しなかったが、本実施の形態においては、初期の溶接電流を本溶接中より下げる点で異なる。ＭＩＧ溶接トーチ８の初期の溶接電流は、ＴＩＧ溶接トーチ７のアークで再溶融可能な金属の量に応じて適宜決定すればよい。

ＭＩＧ溶接では、アークを発生させた後、溶接開始部における溶け込みを確保するため、本溶接中の溶接電流値よりも初期電流を高く設定する場合がある。しかし、初期電流が高いと消耗電極８ａの溶融量も増加し、図１２に一点鎖線で示すように、溶接開始部でビードが大きく膨らんだ形状２１となる。このような状態では、全周溶接で戻ってきたＴＩＧ溶接のアークでビードの端部を再溶融させて滑らかな形状にすることは困難である。

そこで、ＭＩＧ溶接の初期電流を下げてビードを形成する溶着金属の量を減少させると、図１２に示すように、溶接開始部の高さが溶接の途中よりも低く抑えられた形状のビード２２が得られる。その結果、溶接開始部のビード２２ａの再溶融量が減少し、溶接開始部に再び戻ってきたＴＩＧ溶接トーチ７のアークにより、溶接開始部のビード２２ａを全体的に溶かすことが可能となる。これにより、ＭＩＧ溶接のオーバーラップ部における外観の膨らみが軽減される。また、全周溶接において溶接開始部と溶接終了部とをつなぐ際に、非消耗電極７ａが溶接開始部のビード２２ａに接触することがないので、ＴＩＧ溶接トーチ７を上方に移動する工程を削減することができる。

なお、ＭＩＧ溶接トーチ８に供給する初期電流を抑えることで入熱量が低下し、ＭＩＧ溶接単独での母材の溶け込みは浅くなるが、先行するＴＩＧ溶接により十分な母材の溶け込みが確保されているので特に問題にならない。

実施の形態３．
この発明の実施の形態３について図１３を用いて説明する。図１３は、本発明の実施の形態３における溶接方法の終了工程で得られる溶け込みとビードの形状を模式的に示す断面図である。本実施の形態において、実施の形態１と同様の箇所については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。本実施の形態においては、ＴＩＧ溶接トーチ７の前方に変位センサ３２が備え付けられている点で異なる。

図１３に示すように、本実施の形態の溶接装置においては、被溶接部１４の溶接方向に沿って、変位センサ３２、ＴＩＧ溶接トーチ７、ＭＩＧ溶接トーチ８が順に配置されている。

変位センサ３２は、対象物までの距離を測定するもので、レーザ式、ＬＥＤ式、超音波式など方式は特に問わない。変位センサ３２は、対向する被溶接部１４の位置を測定し、結果を制御部３１へ送信する。変位センサ３２は、ＴＩＧ溶接トーチ７およびＭＩＧ溶接トーチ８とともに溶接トーチ３の一部となるように構成されていてもよいし、溶接トーチ３とは別に設けられていてもよい。

制御部３１は、溶接の工程に応じてＴＩＧ溶接トーチ７とＭＩＧ溶接トーチ８に対して制御信号を送信し、溶接の開始、および停止の制御を行う。また、変位センサ３２から送られてきた測定結果に基いてＴＩＧ溶接トーチ７の位置を制御する。より具体的には、制御部３１は、変位センサ３２から送られてきた測定結果の変化やレベルなどから被溶接部１４上のビード６の有無を判断し、ビード６があると判断した場合には、その位置に非消耗電極７ａがさしかかる直前に、非消耗電極７ａがビード６と接触しない高さで、かつアークでビード６を溶融させることが可能な位置までＴＩＧ溶接トーチ７を上方に移動する。非消耗電極７ａとビード６が接触しないと判断したときには、制御部３１はＴＩＧ溶接トーチ７を移動しない。

これにより、溶接開始部のビード６ａをＴＩＧ溶接のアークで溶融する際における、非消耗電極７ａとビード６の接触を防ぐことができる。なお、ＴＩＧ溶接トーチ７とＭＩＧ溶接トーチ７はそれぞれ独立しており、ＴＩＧ溶接トーチ７が上方に移動してもＭＩＧ溶接トーチ８の高さはそのまま維持され、被溶接部１４への溶接狙い位置が変わることはない。

次に、実施の形態３における溶接方法について、図１４に示すフローチャートを用いて説明する。ここでは、溶接対象ワークは圧縮機１０１とし、溶接継手は胴部１と鏡板部２のすみ肉溶接として説明する。

溶接が開始されると、まず初めに、ＴＩＧ溶接の溶接開始位置Ｓ１においてＴＩＧ溶接トーチ７がアークの発生を開始し、ＴＩＧ溶接が開始される（ステップ１１）。ＴＩＧ溶接が開始されると、圧縮機１０１を保持する冶具９が圧縮機１０１の回転を開始する（ステップ１２）。アークが発生してから圧縮機１０１が回転することにより、ＴＩＧ溶接の溶接開始部における母材の溶け込みをより確実に得ることができる。その後、ＴＩＧ溶接の溶接開始位置Ｓ１から溶接方向に所定距離離れたＭＩＧ溶接の溶接開始位置Ｓ２で、ＭＩＧ溶接トーチ８がアークの発生を開始し、ＭＩＧ溶接が開始される（ステップ１３）。その後、実施の形態１と同様にＴＩＧ溶接とＭＩＧ溶接が行われる。このとき、制御部３１は、変位センサ３２の検知結果からＴＩＧ溶接トーチ７の前方にビード６があることを検知すると、非消耗電極７ａがビード６に接触する前に、非消耗電極７ａがビード６に接触しない位置までＴＩＧ溶接トーチ７を上方に移動する（ステップ１４，１５）。このとき、ＴＩＧ溶接トーチ７はアークを出したまま移動する。その後、ＴＩＧ溶接トーチ７のアークにより、ＭＩＧ溶接で形成されたビード６の端部が溶融されると、ＴＩＧ溶接トーチ７がアークの発生を停止し、ＴＩＧ溶接が停止される（ステップ１６）。その後、ＴＩＧ溶接により再溶融されたビード６の端部までビード６が形成され、ビード６が一体化されると、冶具９は圧縮機１０１の回転を停止する（ステップ１７）。最後に、必要に応じてＭＩＧ溶接トーチ８によるクレータ処理が行われ（ステップ１８）、ＭＩＧ溶接トーチ８がアークの発生を停止し、ＭＩＧ溶接が停止される（ステップ１９）。以上の工程により溶接が完了する。

以上のように、変位センサ３２で検知した結果に応じてＴＩＧ溶接トーチ７を上方に移動させることにより、全周溶接で溶接開始部と溶接終了部とをつなぐ際に、非消耗電極７ａがビード６と接触することがなくなる。また、ＴＩＧ溶接のアークによる溶接開始部のビード６ａの再溶融を適切に行うことができる。

１胴、２鏡板、３溶接トーチ、５アーク、６ビード、６ａ溶接開始部のビード、６ｂ溶接終了部のビード、７ＴＩＧ溶接トーチ、７ａ非消耗電極、８ＭＩＧ溶接トーチ、８ａ消耗電極、９冶具、１０溶け込み、１０ａ溶接開始部の溶け込み、１０ｂ溶接終了部の溶け込み、１１制御部、１２ａ平板、１２ｂ平板、１３被溶接部、１４被溶接部、２１ビード、２２ビード、２２ａ溶接開始部のビード、３１制御部、３２変位センサ、１００溶接装置、１０１圧縮機。

Claims

非消耗電極を用いてアーク溶接により被溶接部を溶接し、その後、消耗電極を用いてアーク溶接により前記被溶接部上にビードを形成して全周溶接する溶接方法であって、
前記非消耗電極の溶接終了位置は、前記非消耗電極の溶接開始位置を越えて前記消耗電極の溶接開始位置の近傍であり、
前記消耗電極の溶接終了位置は、前記消耗電極の溶接開始位置の近傍であることを特徴とする溶接方法。
非消耗電極を用いてアーク溶接により被溶接部の溶接を非消耗電極の溶接開始位置から開始し、消耗電極を用いてアーク溶接により前記被溶接部上へのビードの形成を前記非消耗電極の溶接開始位置から溶接方向に所定距離離れた消耗電極の溶接開始位置から開始する開始工程と、
前記非消耗電極を用いてアーク溶接により溶接した前記被溶接部上に、前記消耗電極を用いてアーク溶接により前記ビードを形成する中間工程と、
前記非消耗電極を用いてアーク溶接により前記非消耗電極の溶接開始位置を越えて前記消耗電極の溶接開始位置の近傍まで溶接し、前記消耗電極を用いてアーク溶接により前記ビードを前記消耗電極の溶接開始位置の近傍まで形成する終了工程とを備えた溶接方法。
開始工程のビードと終了工程のビードとは、合一となって繋がることを特徴とする請求項２に記載の溶接方法。
溶接開始位置での消耗電極の溶接電流は、溶接の途中よりも小さいことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の溶接方法。
非消耗電極の前方に配置されたセンサによってビードを検出すると前記非消耗電極を上方に移動することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の溶接方法。
アーク溶接により被溶接部を溶接する非消耗電極と、
アーク溶接により前記被溶接部上にビードを形成する消耗電極と、
前記非消耗電極を用いてアーク溶接により前記被溶接部の溶接を非消耗電極の溶接開始位置から開始し、前記消耗電極を用いてアーク溶接により前記被溶接部上へのビードの形成を前記非消耗電極の溶接開始位置から溶接方向に所定距離離れた消耗電極の溶接開始位置から開始し、前記非消耗電極を用いてアーク溶接により溶接した前記被溶接部上に、前記消耗電極を用いてアーク溶接により前記ビードを形成し、前記非消耗電極を用いてアーク溶接により前記非消耗電極の溶接開始位置を越えて前記消耗電極の溶接開始位置の近傍まで溶接し、前記消耗電極を用いてアーク溶接により前記ビードを前記消耗電極の溶接開始位置の近傍まで形成する制御部とを備えた溶接装置。