JP2014184466A - パルスアーク溶接方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】パルスアーク溶接方法を提供し、より具体的には、マグネシウム溶接部の気孔欠陥低減に資する簡便なパルスアーク溶接方法を提供する。
【解決手段】被溶接材と電極との間にアークを発生させて被溶接材を溶接又は補修するパルスアーク溶接方法において、被溶接材と電極との間に流す電流の周波数を略超音波域とし、被溶接材がマグネシウム材を含むこと、を特徴とするパルスアーク溶接方法。
【選択図】なし
【解決手段】被溶接材と電極との間にアークを発生させて被溶接材を溶接又は補修するパルスアーク溶接方法において、被溶接材と電極との間に流す電流の周波数を略超音波域とし、被溶接材がマグネシウム材を含むこと、を特徴とするパルスアーク溶接方法。
【選択図】なし
Description
本発明はパルスアーク溶接方法に関し、より具体的には、マグネシウム溶接部の気孔欠陥低減に資する簡便なパルスアーク溶接方法に関する。
アーク溶接は、用いる装置が簡易で低コスト等の理由から、現在最も主流な溶接方法の一つであるが、高湿や強風などの厳しい状況下では溶接金属内に水分や空気が混入するため、気孔欠陥が容易に発生する。当該現象はアルミニウム材やマグネシウム材において特に顕著であり、水素をブローホール源とした気孔欠陥の発生が問題となっている。
これに対し、例えば、特許文献１（特開２００９−７２８２６号公報）では、溶接ワイヤを送給すると共に、ピーク期間中のピーク電流の通電とベース期間中のベース電流の通電とをパルス周期として繰り返して通電し、溶接電圧値が電圧設定値と略等しくなるようにアーク長の制御を行うパルスアーク溶接制御方法において、切換信号に同期して電圧設定値を周期的に変化させることによってアーク長を周期的に変化させ、かつ、切換信号に同期してピーク期間、ピーク電流又はパルス周期の少なくとも１つ以上のパルスパラメータを変化させ、かつ、切換信号に同期して溶接ワイヤの送給速度を変化させる、パルスアーク溶接制御方法が提案されている。
前記特許文献１に記載されているパルスアーク溶接制御方法においては、切換信号に同期して、電圧設定値、パルスパラメータ及び送給速度を変化させることによって、溶融池へのアーク力が大きく変化し、溶融池を激しく揺動させることができる。その結果、気孔欠陥低減効果を従来技術よりも大きくすることができ、高品質な溶接が可能となるとしている。
また、特許文献２（特開２００８−４９３５１号公報）では、溶接母材を加熱して溶融させ、当該溶融部に対して超音波を非接触で照射し、溶融部を振動させながら凝固させる超音波付加溶接方法が提案されている。
前記特許文献２に記載されている超音波付加溶接方法においては、超音波による溶融部の攪拌を均一に行うことができるとともに、溶融手段の移動に同期させて超音波振動子を移動させて溶融部の攪拌を行うことができる。その結果、溶融部の凝固が均一となり、残留応力による溶接割れの発生を抑制することができるとしている。
しかしながら、上記特許文献１に開示されているパルスアーク溶接制御方法では、各被溶接材の気孔欠陥低減に資する最適なアーク長変化の周期や被溶接材等については言及されていない。
また、上記特許文献２に開示されている超音波付加溶接方法においては、溶接部の気孔欠陥低減効果については全く説明されていない。加えて、溶接機の他に、超音波振を印加するための装置が必要であり、溶接プロセスが極めて複雑となる。
以上のような従来技術における問題点に鑑み、本発明の目的は、パルスアーク溶接方法を提供し、より具体的には、マグネシウム溶接部の気孔欠陥低減に資する簡便なパルスアーク溶接方法を提供することにある。
本発明者は上記目的を達成すべく、パルスアーク溶接方法について鋭意研究を重ねた結果、アークのパルス周波数を最適化し、被溶接材をマグネシウム材とすることで、溶接部の気孔欠陥を効果的に低減できることを見出し、本発明に到達した。
即ち、本発明は、
被溶接材と電極との間にアークを発生させて被溶接材を溶接又は補修するパルスアーク溶接方法において、
前記被溶接材と前記電極との間に流す電流の周波数を略超音波域とし、
前記被溶接材がマグネシウム材を含むこと、
を特徴とするパルスアーク溶接方法を提供する。
なお、ここでいう「溶接又は補修」とは、２枚の被溶接材を突合せ接合する基本的な場合から、複数枚の被溶接材を種々の形態で接合する場合、更には単に被溶接材を溶かす場合も含む概念である。
被溶接材と電極との間にアークを発生させて被溶接材を溶接又は補修するパルスアーク溶接方法において、
前記被溶接材と前記電極との間に流す電流の周波数を略超音波域とし、
前記被溶接材がマグネシウム材を含むこと、
を特徴とするパルスアーク溶接方法を提供する。
なお、ここでいう「溶接又は補修」とは、２枚の被溶接材を突合せ接合する基本的な場合から、複数枚の被溶接材を種々の形態で接合する場合、更には単に被溶接材を溶かす場合も含む概念である。
上記本発明のパルスアーク溶接方法においては、パルス周波数を２５ｋＨｚ以上とすることが好ましく、溶接時に溶融池が被溶接材を貫通する、所謂「貫通溶接」とすることが好ましい。
また、上記本発明のパルスアーク溶接方法においては、溶接又は補修の予備処理として被溶接材の裏面（アークが発生している面とは逆の面）に酸化防止用の油性被膜を形成させ、溶接中におけるマグネシウム材の酸化を防止することが好ましい。
また、上記本発明のパルスアーク溶接方法においては、横向き溶接とすることが好ましい。
本発明によれば、マグネシウム溶接部の気孔欠陥低減に資する簡便なパルスアーク溶接方法を提供することができる。
以下、図面を参照しながら本発明のパルスアーク溶接方法の代表的な実施形態について詳細に説明するが、本発明はこれらのみに限定されるものではない。なお、以下の説明では、同一または相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する場合がある。また、図面は、本発明を概念的に説明するためのものであるから、表された各構成要素の寸法やそれらの比は実際のものとは異なる場合もある。
（Ａ）溶接装置
本発明の溶接装置に用いることができる、パルス溶接電源に関する電気回路概略図の一例を図１に示す。交流電源より供給された交流電圧は４つのダイオードからなる整流器で全波整流された後、コンデンサーで平滑化され、直流電圧に変換される。この直流電圧がパルス幅変調回路の制御信号に従って絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ：Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）で高速スイッチングされ、パルス電圧を発生させる。
本発明の溶接装置に用いることができる、パルス溶接電源に関する電気回路概略図の一例を図１に示す。交流電源より供給された交流電圧は４つのダイオードからなる整流器で全波整流された後、コンデンサーで平滑化され、直流電圧に変換される。この直流電圧がパルス幅変調回路の制御信号に従って絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ：Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）で高速スイッチングされ、パルス電圧を発生させる。
当該パルス電圧は高電圧低電流であるため、高周波トランスで降圧することで低電圧高電流のパルス電圧を得ることができる。なお、パルスアークの周波数は超音波域（１６ｋＨｚ以上）を含む１０〜４０ｋＨｚの範囲で、１ｋＨｚ毎に細かく設定することができる。
上記パルス溶接電源を用いて得られる、溶接中に流れる１次側の貫通電流を、Ａｇｉｌｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ製のオシロスコープで観察した結果を図２に示す。なお、溶接電流は９０Ａとし、電力周波数は２０ｋＨｚに設定した。
図２より、電流、電圧ともに約２５μｓの非常に短い期間での極性の切り替わりが確認できる。当該結果より、上記パルス溶接電源を用いて約２０ｋＨｚの電力周波数が実現されていることがわかる。
（Ｂ）溶接方法
本発明のパルスアーク溶接方法に用いることのできる溶接機の駆動装置の一例に関し、横向き溶接を行う場合の配置を図３に示す。本発明においては、被接合材と溶接トーチ（電極）との間に、種々の周波数を有するパルスアークを発生させ、被接合材又は溶接トーチを移動させることで、溶接を達成することができる。
本発明のパルスアーク溶接方法に用いることのできる溶接機の駆動装置の一例に関し、横向き溶接を行う場合の配置を図３に示す。本発明においては、被接合材と溶接トーチ（電極）との間に、種々の周波数を有するパルスアークを発生させ、被接合材又は溶接トーチを移動させることで、溶接を達成することができる。
ここで、パルスアークの周波数は略超音波域とすることが好ましく、２５ｋＨｚ以上とすることがより好ましい。パルスアークの周波数を略超音波域とすることで、溶融池に超音波振動を印加することができ、溶融池中に導入された気体の逸脱が当該振動によって促進されるためである。加えて、パルスアークの周波数を可聴域外である略超音波域とすることで、溶接作業を極めて静かに行うことができる。なお、一般的に１６ｋＨｚ以上の周波数を有する波が超音波と称呼される。
また、溶融池が被溶接材を貫通した状態で溶接する貫通溶接とすることが好ましい。溶接部の気孔欠陥を低減するためには、溶接中に溶融池に導入された気体を除去する必要があるが、貫通溶接とすることで、被溶接材の表面及び裏面の両面から気体を排出することができる。
貫通溶接とする場合、被溶接材の裏面（アークが発生している面とは逆の面）における酸化の進行が問題となる。よって、被溶接材の裏面を不活性ガスでシールドすることが好ましく、溶接の予備処理として、酸化防止用の油性被膜を形成させておくことがより好ましい。
酸化防止用の油性被膜としては、溶接中において被溶接材の裏面を大気中の酸素から保護できるものであれば特に限定されず、例えば、市販の防錆スプレー等を使用することができる。
気孔欠陥を効果的に低減する観点から、溶接姿勢は横向きとすることが好ましい。溶接姿勢を下向きとした場合、溶融池の表面に印加されるアーク圧により、溶融池に発生した気泡の逸脱が阻害されるからである。これに対し、横向き溶接では気泡が容易に溶融池外へと逸脱することができる。
その他、溶接電流、アーク長、溶接速度、シールドガス、および溶接姿勢等の各種溶接条件については、従来使用されている一般的なアーク溶接と同様に、適宜設定することができる。
（Ｃ）気孔欠陥低減のメカニズム
上記の本発明のパルスアーク溶接方法においては、パルスアークの周波数を略超音波域とすることで、溶融池中に超音波キャビテーション（液体中に超音波振動を印加した際に、気泡が発生する現象）を発生させることができる。
上記の本発明のパルスアーク溶接方法においては、パルスアークの周波数を略超音波域とすることで、溶融池中に超音波キャビテーション（液体中に超音波振動を印加した際に、気泡が発生する現象）を発生させることができる。
超音波は加圧と負圧を繰り返す疎密な縦波で構成されている。よって、液体中に超音波を印加すると、圧力の高い加圧状態と圧力の低い負圧状態とが発生する。ここで、負圧状態での圧力が液体中の圧力よりも大きくなった場合、液体中に真空又は減圧状態の空洞が発生する。このように発生した空洞は不安定であるため、液体自身の蒸気や液体中に溶解している気体を容易に取り込むことができ、気泡が形成される。
溶融金属においては、温度の低下に伴い気体の溶解度が低下し、融点付近で急激に減少する。温度低下に伴って溶融金属中に溶解できなくなった気体は、特に溶融金属が凝固する直前に多く放出されることになるため、接合部に気孔欠陥が発生する。よって、接合部の気孔欠陥を低減するためには、溶融金属の凝固以前に気体を排出することが必要となる。
ここで、パルスアークの周波数を略超音波域とし、溶融池中に超音波を印加した場合、上述の通り溶融池中に超音波キャビテーションが発生し、溶融池の温度低下前の溶融初期段階から気泡が強制的に形成される。発生した気泡は溶融池に溶解している気体を吸収した後、気泡自身の浮力や溶融部の対流により、溶融池外へと逸脱することが可能となる。
超音波キャビテーションによって早期に形成された気泡ほど、溶融池が凝固するまでに溶融池外に逸脱する時間が長くなり、溶接部の気孔欠陥が低減される。
（Ｄ）被溶接材
本発明のパルスアーク溶接方法は種々の金属材に適用することができるが、どのような溶接態様であっても、マグネシウム材を含んでいることが好ましい。
本発明のパルスアーク溶接方法は種々の金属材に適用することができるが、どのような溶接態様であっても、マグネシウム材を含んでいることが好ましい。
溶融マグネシウムは７６０℃で約４１ｃｃ／１００ｇの水素を溶解することができるが、溶融マグネシウムが凝固して固体になると、マグネシウムの水素貯蔵量は１５〜２０ｃｃ／１００ｇとなることが知られている。よって、溶融池の温度低下に伴う水素の溶解度減少により、少なくとも約２０ｃｃ／１００ｇの水素が放出され、溶接部における気孔欠陥の原因となる。
マグネシウム溶融池の温度低下に伴う水素の放出量は、他の金属材の場合と比較して多く、溶接部における気孔欠陥が深刻な問題となる。一方で、発明者らが鋭意実験を行った結果、パルスアークの周波数を略超音波域としたパルスアーク溶接の気孔低減効果が、マグネシウム材に対しては他の金属材と比較して顕著に大きいことが確認された（実施例を参照）。
本発明のパルスアーク溶接方法を好適に用いることができるマグネシウム材は特に限定されず、純マグネシウム及び各種マグネシウム合金を用いることができる。マグネシウム合金としては、例えば、展伸材（ＡＺ１０Ａ、ＡＺ３１Ｂ、ＡＺ３１Ｃ、ＡＺ６１Ａ、ＡＺ８０Ａ、ＨＫ３１Ａ、ＨＭ２１Ａ、ＨＭ３１Ａ、Ｍ１Ａ、ＷＥ４３Ａ、ＷＥ５４Ａ、ＺＣ７１Ａ、ＺＫ２１Ａ、ＺＫ４０Ａ、ＺＫ６０Ａ）、鋳造材（ＡＭ１００Ａ、ＡＺ６３Ａ、ＡＺ８１Ａ、ＡＺ９１Ｃ、ＡＺ９１Ｅ、ＡＺ９２Ａ、ＥＱ２１Ａ、ＥＺ３３Ａ、ＨＫ３１Ａ、ＨＺ３２Ａ、Ｋ１Ａ、ＱＥ２２Ａ、ＷＥ４３Ａ、ＷＥ５４Ａ、ＺＣ６３Ａ、ＺＥ４１Ａ、ＺＥ６３Ａ、ＺＨ６２Ａ、ＺＫ５１Ａ、ＺＫ６１Ａ）、ダイカスト材（ＡＭ６０Ａ、ＡＭ６０Ｂ、ＡＳ４１Ａ、ＡＳ４１Ｂ、ＡＺ９１Ａ、ＡＺ９１Ｂ、ＡＺ９１Ｄ）等を用いることができる。また、Ｍｇ−Ａｌ−Ｍｎ−Ｃａ合金（ＡＭＸ材）やＭｇ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｃａ合金（ＡＺＸ材）等の、カルシウムを添加した難燃性マグネシウム合金に対しても好適に用いることができる。
以上、本発明のパルスアーク溶接方法の代表的な実施形態について説明したが、本発明はこれらのみに限定されるものではなく、種々の設計変更が可能であり、それら設計変更は全て本発明の技術的範囲に含まれる。また、本発明のパルスアーク溶接方法はマグネシウム材の溶接のみならず、気孔等の欠陥を有するマグネシウム材の補修としても用いることができる。
≪実施例１≫
パルスアークの周波数を１０〜４０ｋＨｚの範囲に設定することができる溶接機を用い、直径１．６ｍｍの２％セリウムを含んだタングステン電極を使用して板厚５ｍｍのＡＺ３１Ｂマグネシウム合金板に対して貫通溶接を行い、実施溶接部１を得た。用いたＡＺ３１Ｂマグネシウム合金板の組成を表１に示す。
パルスアークの周波数を１０〜４０ｋＨｚの範囲に設定することができる溶接機を用い、直径１．６ｍｍの２％セリウムを含んだタングステン電極を使用して板厚５ｍｍのＡＺ３１Ｂマグネシウム合金板に対して貫通溶接を行い、実施溶接部１を得た。用いたＡＺ３１Ｂマグネシウム合金板の組成を表１に示す。
なお、パルスアーク周波数、アーク長、溶接電流、溶接速度はそれぞれ１５ｋＨｚ、２ｍｍ、７０Ａ、２ｍｍ／ｍｉｎとし、気孔欠陥の発生を意図的に促進させるために、アルゴン−０．３％水素混合ガスをシールドガスとして使用した。また、溶接姿勢は気孔欠陥が溶接部上部に凝集しやすい横向きとし、溶接の予備処理としてＡＺ３１Ｂマグネシウム合金板の裏面に市販の防錆油を塗布した。
≪実施例２≫
パルスアーク周波数を３０ｋＨｚとした以外は実施例１と同様にして、実施溶接部２を得た。
パルスアーク周波数を３０ｋＨｚとした以外は実施例１と同様にして、実施溶接部２を得た。
≪実施例３≫
パルスアーク周波数を３５ｋＨｚとした以外は実施例１と同様にして、実施溶接部３を得た。
パルスアーク周波数を３５ｋＨｚとした以外は実施例１と同様にして、実施溶接部３を得た。
≪実施例４≫
パルスアーク周波数を４０ｋＨｚとした以外は実施例１と同様にして、実施溶接部４を得た。
パルスアーク周波数を４０ｋＨｚとした以外は実施例１と同様にして、実施溶接部４を得た。
≪実施例５≫
被溶接材を純マグネシウム板とし、パルスアーク周波数を２５ｋＨｚとした以外は実施例１と同様にして、実施溶接部５を得た。用いた純マグネシウム板の組成を表２に示す。
被溶接材を純マグネシウム板とし、パルスアーク周波数を２５ｋＨｚとした以外は実施例１と同様にして、実施溶接部５を得た。用いた純マグネシウム板の組成を表２に示す。
≪実施例６≫
パルスアーク周波数を３０ｋＨｚとした以外は実施例５と同様にして、実施溶接部６を得た。
パルスアーク周波数を３０ｋＨｚとした以外は実施例５と同様にして、実施溶接部６を得た。
≪実施例７≫
パルスアーク周波数を３５ｋＨｚとした以外は実施例５と同様にして、実施溶接部７を得た。
パルスアーク周波数を３５ｋＨｚとした以外は実施例５と同様にして、実施溶接部７を得た。
≪実施例８≫
パルスアーク周波数を４０ｋＨｚとした以外は実施例５と同様にして、実施溶接部８を得た。
パルスアーク周波数を４０ｋＨｚとした以外は実施例５と同様にして、実施溶接部８を得た。
≪実施例９≫
被溶接材をＡＺ９１マグネシウム合金板とし、パルスアーク周波数を２５ｋＨｚとした以外は実施例１と同様にして、実施溶接部９を得た。用いたＡＺ９１マグネシウム合金板の組成を表３に示す。
被溶接材をＡＺ９１マグネシウム合金板とし、パルスアーク周波数を２５ｋＨｚとした以外は実施例１と同様にして、実施溶接部９を得た。用いたＡＺ９１マグネシウム合金板の組成を表３に示す。
≪実施例１０≫
パルスアーク周波数を３０ｋＨｚとした以外は実施例９と同様にして、実施溶接部１０を得た。
パルスアーク周波数を３０ｋＨｚとした以外は実施例９と同様にして、実施溶接部１０を得た。
≪実施例１１≫
パルスアーク周波数を３５ｋＨｚとした以外は実施例９と同様にして、実施溶接部１１を得た。
パルスアーク周波数を３５ｋＨｚとした以外は実施例９と同様にして、実施溶接部１１を得た。
≪実施例１２≫
パルスアーク周波数を４０ｋＨｚとした以外は実施例９と同様にして、実施溶接部１２を得た。
パルスアーク周波数を４０ｋＨｚとした以外は実施例９と同様にして、実施溶接部１２を得た。
≪実施例１３≫
被溶接材をＡＭＸ６０１難燃性マグネシウム合金板とし、パルスアーク周波数を３０ｋＨｚとした以外は実施例１と同様にして、実施溶接部１３を得た。用いたＡＭＸ６０１難燃性マグネシウム合金板の組成を表４に示す。
被溶接材をＡＭＸ６０１難燃性マグネシウム合金板とし、パルスアーク周波数を３０ｋＨｚとした以外は実施例１と同様にして、実施溶接部１３を得た。用いたＡＭＸ６０１難燃性マグネシウム合金板の組成を表４に示す。
≪実施例１４≫
被溶接材をＡＺＸ６１１難燃性マグネシウム合金板とし、パルスアーク周波数を３０ｋＨｚとした以外は実施例１と同様にして、実施溶接部１４を得た。用いたＡＺＸ６１１難燃性マグネシウム合金板の組成を表５に示す。
被溶接材をＡＺＸ６１１難燃性マグネシウム合金板とし、パルスアーク周波数を３０ｋＨｚとした以外は実施例１と同様にして、実施溶接部１４を得た。用いたＡＺＸ６１１難燃性マグネシウム合金板の組成を表５に示す。
≪比較例１≫
市販の交直流用ティグ溶接機Ｍｉｎｉ Ｅｌｅｃｏｎ２００Ｐ（株式会社ダイヘン製）を用い、アーク周波数を６０Ｈｚとした以外は実施例１と同様にして、比較溶接部１を得た。
市販の交直流用ティグ溶接機Ｍｉｎｉ Ｅｌｅｃｏｎ２００Ｐ（株式会社ダイヘン製）を用い、アーク周波数を６０Ｈｚとした以外は実施例１と同様にして、比較溶接部１を得た。
≪比較例２≫
パルスアーク周波数を１０ｋＨｚとした以外は実施例１と同様にして、比較溶接部２を得た。
パルスアーク周波数を１０ｋＨｚとした以外は実施例１と同様にして、比較溶接部２を得た。
≪比較例３≫
溶接中に溶融池が被接合材を貫通しない片側溶接とした以外は実施例１と同様にして、比較溶接部３を得た。
溶接中に溶融池が被接合材を貫通しない片側溶接とした以外は実施例１と同様にして、比較溶接部３を得た。
≪比較例４≫
パルスアーク周波数を３０ｋＨｚとした以外は比較例３と同様にして、比較溶接部４を得た。
パルスアーク周波数を３０ｋＨｚとした以外は比較例３と同様にして、比較溶接部４を得た。
≪比較例５≫
パルスアーク周波数を３５ｋＨｚとした以外は比較例３と同様にして、比較溶接部５を得た。
パルスアーク周波数を３５ｋＨｚとした以外は比較例３と同様にして、比較溶接部５を得た。
≪比較例６≫
パルスアーク周波数を４０ｋＨｚとした以外は比較例３と同様にして、比較溶接部６を得た。
パルスアーク周波数を４０ｋＨｚとした以外は比較例３と同様にして、比較溶接部６を得た。
≪比較例７≫
パルスアーク周波数を２０ｋＨｚとした以外は実施例５と同様にして、比較溶接部７を得た。
パルスアーク周波数を２０ｋＨｚとした以外は実施例５と同様にして、比較溶接部７を得た。
≪比較例８≫
市販の交直流用ティグ溶接機Ｍｉｎｉ Ｅｌｅｃｏｎ２００Ｐ（株式会社ダイヘン製）を用い、アーク周波数を６０Ｈｚとした以外は実施例５と同様にして、比較溶接部８を得た。
市販の交直流用ティグ溶接機Ｍｉｎｉ Ｅｌｅｃｏｎ２００Ｐ（株式会社ダイヘン製）を用い、アーク周波数を６０Ｈｚとした以外は実施例５と同様にして、比較溶接部８を得た。
≪比較例９≫
パルスアーク周波数を２０ｋＨｚとした以外は実施例９と同様にして、比較溶接部９を得た。
パルスアーク周波数を２０ｋＨｚとした以外は実施例９と同様にして、比較溶接部９を得た。
≪比較例１０≫
市販の交直流用ティグ溶接機Ｍｉｎｉ Ｅｌｅｃｏｎ２００Ｐ（株式会社ダイヘン製）を用い、アーク周波数を６０Ｈｚとした以外は実施例９と同様にして、比較溶接部１０を得た。
市販の交直流用ティグ溶接機Ｍｉｎｉ Ｅｌｅｃｏｎ２００Ｐ（株式会社ダイヘン製）を用い、アーク周波数を６０Ｈｚとした以外は実施例９と同様にして、比較溶接部１０を得た。
≪比較例１１≫
被溶接材をＡ５０８３アルミニウム合金板とした以外は実施例１と同様にして、比較溶接部１１を得た。用いたＡ５０８３アルミニウム合金板の組成を表６に示す。
被溶接材をＡ５０８３アルミニウム合金板とした以外は実施例１と同様にして、比較溶接部１１を得た。用いたＡ５０８３アルミニウム合金板の組成を表６に示す。
≪比較例１２≫
市販の交直流用ティグ溶接機Ｍｉｎｉ Ｅｌｅｃｏｎ２００Ｐ（株式会社ダイヘン製）を用い、アーク周波数を６０Ｈｚとした以外は比較例１１と同様にして、比較溶接部１２を得た。
市販の交直流用ティグ溶接機Ｍｉｎｉ Ｅｌｅｃｏｎ２００Ｐ（株式会社ダイヘン製）を用い、アーク周波数を６０Ｈｚとした以外は比較例１１と同様にして、比較溶接部１２を得た。
≪比較例１３≫
被溶接材をＡ６０６１アルミニウム合金板とした以外は実施例１と同様にして、比較溶接部１３を得た。用いたＡ６０６１アルミニウム合金板の組成を表７に示す。
被溶接材をＡ６０６１アルミニウム合金板とした以外は実施例１と同様にして、比較溶接部１３を得た。用いたＡ６０６１アルミニウム合金板の組成を表７に示す。
≪比較例１４≫
市販の交直流用ティグ溶接機Ｍｉｎｉ Ｅｌｅｃｏｎ２００Ｐ（株式会社ダイヘン製）を用い、アーク周波数を６０Ｈｚとした以外は比較例１３と同様にして、比較溶接部１４を得た。
市販の交直流用ティグ溶接機Ｍｉｎｉ Ｅｌｅｃｏｎ２００Ｐ（株式会社ダイヘン製）を用い、アーク周波数を６０Ｈｚとした以外は比較例１３と同様にして、比較溶接部１４を得た。
≪比較例１５≫
被溶接材をＡ１０５０アルミニウム板とした以外は実施例１と同様にして、比較溶接部１５を得た。用いたＡ１０５０アルミニウム板の組成を表８に示す。
被溶接材をＡ１０５０アルミニウム板とした以外は実施例１と同様にして、比較溶接部１５を得た。用いたＡ１０５０アルミニウム板の組成を表８に示す。
≪比較例１６≫
市販の交直流用ティグ溶接機Ｍｉｎｉ Ｅｌｅｃｏｎ２００Ｐ（株式会社ダイヘン製）を用い、アーク周波数を６０Ｈｚとした以外は比較例１５と同様にして、比較溶接部１６を得た。
市販の交直流用ティグ溶接機Ｍｉｎｉ Ｅｌｅｃｏｎ２００Ｐ（株式会社ダイヘン製）を用い、アーク周波数を６０Ｈｚとした以外は比較例１５と同様にして、比較溶接部１６を得た。
≪比較例１７≫
被溶接材をＡ７０７５アルミニウム合金板とした以外は実施例１と同様にして、比較溶接部１７を得た。用いたＡ７０７５アルミニウム合金板の組成を表９に示す。
被溶接材をＡ７０７５アルミニウム合金板とした以外は実施例１と同様にして、比較溶接部１７を得た。用いたＡ７０７５アルミニウム合金板の組成を表９に示す。
≪比較例１８≫
市販の交直流用ティグ溶接機Ｍｉｎｉ Ｅｌｅｃｏｎ２００Ｐ（株式会社ダイヘン製）を用い、アーク周波数を６０Ｈｚとした以外は比較例１７と同様にして、比較溶接部１８を得た。
市販の交直流用ティグ溶接機Ｍｉｎｉ Ｅｌｅｃｏｎ２００Ｐ（株式会社ダイヘン製）を用い、アーク周波数を６０Ｈｚとした以外は比較例１７と同様にして、比較溶接部１８を得た。
≪比較例１９≫
被溶接材をＡ２０１７アルミニウム合金板とした以外は実施例１と同様にして、比較溶接部１９を得た。用いたＡ２０１７アルミニウム合金板の組成を表１０に示す。
被溶接材をＡ２０１７アルミニウム合金板とした以外は実施例１と同様にして、比較溶接部１９を得た。用いたＡ２０１７アルミニウム合金板の組成を表１０に示す。
≪比較例２０≫
市販の交直流用ティグ溶接機Ｍｉｎｉ Ｅｌｅｃｏｎ２００Ｐ（株式会社ダイヘン製）を用い、アーク周波数を６０Ｈｚとした以外は比較例１９と同様にして、比較溶接部２０を得た。
市販の交直流用ティグ溶接機Ｍｉｎｉ Ｅｌｅｃｏｎ２００Ｐ（株式会社ダイヘン製）を用い、アーク周波数を６０Ｈｚとした以外は比較例１９と同様にして、比較溶接部２０を得た。
≪比較例２１≫
被溶接材をニッケル板とした以外は実施例１と同様にして、比較溶接部２１を得た。用いたニッケル板の組成を表１１に示す。
被溶接材をニッケル板とした以外は実施例１と同様にして、比較溶接部２１を得た。用いたニッケル板の組成を表１１に示す。
≪比較例２２≫
市販の交直流用ティグ溶接機Ｍｉｎｉ Ｅｌｅｃｏｎ２００Ｐ（株式会社ダイヘン製）を用い、アーク周波数を６０Ｈｚとした以外は比較例２１と同様にして、比較溶接部２２を得た。
市販の交直流用ティグ溶接機Ｍｉｎｉ Ｅｌｅｃｏｎ２００Ｐ（株式会社ダイヘン製）を用い、アーク周波数を６０Ｈｚとした以外は比較例２１と同様にして、比較溶接部２２を得た。
≪比較例２３≫
溶接の予備処理としてＡＺ３１Ｂマグネシウム合金板の裏面に市販の防錆油を塗布しなかったこと以外は実施例１と同様にして、比較溶接部２３を得た。
溶接の予備処理としてＡＺ３１Ｂマグネシウム合金板の裏面に市販の防錆油を塗布しなかったこと以外は実施例１と同様にして、比較溶接部２３を得た。
［評価］
ＡＺ３１Ｂマグネシウム合金に関する実施溶接部１〜実施溶接部４及び、比較溶接部１及び２の断面写真及び気孔率を、図４及び図５にそれぞれ示す。断面形状が変形しているのは重力の影響であり、溶接は写真における試料の右側から行われている。通常のティグ溶接（６０Ｈｚ）及びパルスアーク周波数が１０ｋＨｚの場合、溶接部における顕著な気孔欠陥が観察されるが、パルスアーク周波数が１５ｋＨｚ〜４０ｋＨｚの場合には完全に気孔欠陥が消失していることが確認できる。
ＡＺ３１Ｂマグネシウム合金に関する実施溶接部１〜実施溶接部４及び、比較溶接部１及び２の断面写真及び気孔率を、図４及び図５にそれぞれ示す。断面形状が変形しているのは重力の影響であり、溶接は写真における試料の右側から行われている。通常のティグ溶接（６０Ｈｚ）及びパルスアーク周波数が１０ｋＨｚの場合、溶接部における顕著な気孔欠陥が観察されるが、パルスアーク周波数が１５ｋＨｚ〜４０ｋＨｚの場合には完全に気孔欠陥が消失していることが確認できる。
ＡＺ３１Ｂマグネシウム合金の片側溶接に関する比較溶接部３〜比較溶接部６の断面写真を図６に示す。ＡＺ３１Ｂマグネシウム合金の貫通溶接に関する結果を示した図４と比較すると、片側溶接では溶接部に気孔欠陥が残存していることが分かる。当該結果より、超音波キャビテーションを利用した溶接部の気孔欠陥低減には、貫通溶接が効果的であることが分かる。
純マグネシウムに関する実施溶接部５〜実施溶接部８及び、比較溶接部７及び８の断面写真及び気孔率を、図７及び図８にそれぞれ示す。通常のティグ溶接（６０Ｈｚ）及びパルスアーク周波数が２０ｋＨｚの場合、溶接部における顕著な気孔欠陥が観察されるが、パルスアーク周波数が２５ｋＨｚ〜４０ｋＨｚの場合には気孔欠陥の形成が抑制されていることが確認できる。
ＡＺ９１Ｂマグネシウム合金に関する実施溶接部９〜実施溶接部１２及び、比較溶接部９及び１０の断面写真及び気孔率を、図９及び図１０にそれぞれ示す。通常のティグ溶接（６０Ｈｚ）の場合、溶接部における顕著な気孔欠陥が観察されるが、パルスアーク周波数が２０ｋＨｚ〜４０ｋＨｚの場合には気孔欠陥の形成が抑制されていることが確認できる。特に、３０ｋＨｚにおいて気孔欠陥の低減効果が顕著である。
難燃性マグネシウムＡＭＸ６０１に関する実施溶接部１３及び難燃性マグネシウムＡＺＸ６１１に関する実施溶接部１４の断面写真を図１１及び図１２にそれぞれ示す。溶接部には気孔欠陥が全く観察されず、本発明のパルスアーク溶接方法が効果的に作用していることが確認できる。
本発明のパルスアーク溶接方法の気孔欠陥低減効果に及ぼす被溶接材質の影響を図１３に示す（マグネシウム合金の結果（実施溶接部１及び比較溶接部１）とその他の金属材の結果（比較溶接部１１〜比較溶接部２２）との比較）。本発明のパルスアーク溶接方法によって、マグネシウム合金溶接部の気孔欠陥はほぼ完全に消失しているのに対し、その他の金属に関しては気孔欠陥低減効果がある程度認められるものと全く認められないものが存在する。加えて、マグネシウム合金に関する気孔低減効果は、気孔欠陥低減効果がある程度認められる純アルミニウム及びアルミニウム合金の結果と比較しても、明らかに顕著である。
裏面に防錆油を塗布せずにパルスアーク溶接を施して得られた比較溶接部２３の裏面外観写真を図１４に示す。顕著な酸化が観察され、良好な継手が得られていないことが分かる。
Claims (5)
- 被溶接材と電極との間にアークを発生させて前記被溶接材を溶接又は補修するパルスアーク溶接方法において、
前記被溶接材と前記電極との間に流す電流の周波数を略超音波域とし、
前記被溶接材がマグネシウム材を含むこと、
を特徴とするパルスアーク溶接方法。 - 前記周波数を２５ｋＨｚ以上とすること、を特徴とする請求項１に記載のパルスアーク溶接方法。
- 溶接時に溶融池が前記被溶接材を貫通すること、を特徴とする請求項１又は２に記載のパルスアーク溶接方法。
- 前記溶接又は前記補修の予備処理として前記被溶接材の裏面に酸化防止用の油性被膜を形成させること、を特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のパルスアーク溶接方法。
- 横向き溶接であること、を特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のパルスアーク溶接方法。
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