JP2015530262A - 非消耗性電極溶接システム及びその溶接方法 - Google Patents

Abstract

非消耗性電極溶接システム及びその溶接方法が開示される。本発明の非消耗性溶接方法は、母材及び溶加剤である溶接ワイヤには（＋）または（−）極性の電源を印加し、非消耗性電極棒には上記母材及び上記溶接ワイヤと相反する極性の電源を印加する段階を含むことを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、非消耗性電極溶接システム及びその溶接方法に関するもので、より詳しくは、溶接の時、母材、溶加剤である溶接ワイヤ、非消耗性電極棒にそれぞれ極性の電源を印加して溶接作業を行うことができる非消耗性電極溶接システム及びその溶接方法に関するものである。

一般的に非消耗性電極溶接はティグ（ＴＩＧ）溶接、プラズマ溶接に分けられる。

非消耗性電極溶接はタングステン電極棒と母材に電源を印加し、この時、タングステン電極棒と母材との間にアークが発生し、アークには不活性ガスが供給されるが、不活性ガスは高温によってイオン化して溶接電流がよく通じることができる状態を保持し、母材との間に高熱のプラズマ状態を形成するようになって母材には溶接に必要な熱が供給される。

この熱によって母材が溶融され、溶融池（welding pool）に溶加剤を溶融添加して溶接が行われる。この時、不活性ガスは溶接部が酸化または窒化されないように外部空気を遮断して溶接芯部を外部から保護して、溶接部を欠陥から保護する。

また、非消耗性電極溶接方法においては、直流を使う場合と交流を使う場合に分けられる。

直流溶接においては、母材に（＋）電源、電極棒に（−）電源を印加する直流正極性と、母材に（−）電源、電極棒に（＋）電源を印加する直流逆極性がある。

ここで、直流正極性は母材溶融が深くて、母材方へ熱を集中させるが、直流逆極性には母材方へ母材溶融が浅くて電極棒の方へ熱が集中される。

交流溶接はアルミニウムやマグネシウム合金のように表面に酸化膜が形成され、この酸化膜が溶接を妨害するためこれを解消するための手段として用いる。

この時、溶接環境は電気及び磁気的に不安定な環境に置かれることになり、溶接の時、ガスからの（＋）イオンと、電流の流れで発生した（−）イオンは溶接の始め、または溶接中に発生する電流の変動によって瞬間高電圧が発生されることができ、この電圧は溶接環境によって励起されたイオンによって瞬間電流ルートを形成して一定しない方向へ流れるようになる。

瞬間電流の流れは溶接ワイヤ或いは、虚空に通じることができ、瞬間高電圧の特性によって他の物理的絶縁及び空間的絶縁に対して無力化される。

そして、溶接作業に適用されるすべての機器に影響を与え、特に電気、電子系統に致命的な影響を与える。

また、ＴＩＧ溶接及びプラズマ溶接以外に、直流正極性と交流極性を使う溶接を自動化する場合、より致命的な結果をもたらし、結果的に自動化実現に決定的障害物とされる。

一方、消耗性電極溶接では二つの電極の接触によるアークによって溶接が行われ、溶接アーク（接触アーク）はアーク発生で二つの電流が消耗され、非消耗性電極溶接で発生する電気的及び磁気的影響は極めて少なくて、自動化機器に対する影響を無視することができる水準で、自動化に問題なく現在広く実施している。

本発明はこのような問題点に鑑みて案出されたもので、本発明の目的は、溶接装置を電気的及び磁気的ノイズと衝撃から保護して溶接を安定的に行い、生産性を向上させることができ、溶接装置の自動化を図ることができる非消耗性電極溶接システム及びその溶接方法を提供することにある。

上記目的は、溶接される母材に隣接するように配置される非消耗性電極棒と、上記母材と上記非消耗性電極棒との間に形成されたアーク発生領域に溶加剤である溶接ワイヤを供給する溶接ワイヤ送給器と、上記母材と上記非消耗性電極棒に電源を供給する溶接機と、上記溶接機と上記母材とを連結する電線から分岐されて、上記溶接ワイヤに接続される分岐線と、上記溶接ワイヤを接地する接地部とを含み、上記母材及び溶接ワイヤには（＋）または（−）極性の電源を印加され、上記非消耗性電極棒には上記母材及び上記溶接ワイヤと相反する極性の電源を印加されることを特徴とする非消耗性電極溶接システムによって達成される。

また、上記目的は、溶接される母材に隣接するように配置される非消耗性電極棒と、上記母材と上記非消耗性電極棒との間に形成されたアーク発生領域に溶加剤である溶接ワイヤを供給する溶接ワイヤ送給器と、上記母材と上記非消耗性電極棒に電源を供給する溶接機と、上記溶接機と上記母材とを連結する電線から分岐されて、上記溶接ワイヤに接続される分岐線とを含み、上記母材及び溶接ワイヤには（＋）また（−）極性の電源を印加し、上記非消耗性電極棒には上記母材及び上記溶接ワイヤと相反する極性の電源を印加することを特徴とする非消耗性電極溶接システムによって達成される。

また、上記目的は、本発明の他の実施例として、溶接される母材に隣接するように配置される非消耗性電極棒と、上記母材と上記非消耗性電極棒との間に形成されたアーク発生領域に溶加剤である溶接ワイヤを供給する溶接ワイヤ送給器と、上記溶接ワイヤを接地する接地部とを含み、上記母材には（＋）または（−）極性の電源を印加し、上記非消耗性電極棒には上記母材と相反する極性の電源を印加することを特徴とする非消耗性電極溶接システムによって達成される。

上記非消耗性電極棒はタングステン材質を含むことを特徴とする。

ここで、上記目的は、本発明の他の分野によれば、母材及び溶加剤である溶接ワイヤには（＋）または（−）極性の電源を印加し、上記溶接ワイヤを接地させ、非消耗性電極棒に上記母材及び上記溶接ワイヤと相反する極性の電源を印加することを特徴とする非消耗性電極溶接方法によっても達成される。

また、上記目的は、本発明の他の分野によれば、母材及び溶加剤である溶接ワイヤには（＋）または（−）極性の電源を印加し，非消耗性電極棒に上記母材及び上記溶接ワイヤと相反する極性の電源を印加することを特徴とする非消耗性電極溶接方法によっても達成される。

そして、上記目的は、母材には（＋）または（−）極性の電源を印加し、非消耗性電極棒には上記母材と相反する極性の電源を印加し、 溶加剤である溶接ワイヤを接地させることを特徴とする非消耗性電極溶接方法によっても達成される。

上記非消耗性電極棒はタングステン材質を含むことを特徴とする。

本発明によれば、溶接装置を電気的及び磁気的ノイズと衝撃から保護して溶接を安定的に行って、生産性を向上させることができ、溶接装置の自動化を図ることができる。

本発明の第１実施例による非消耗性電極溶接システムの概略的な図面である。 本発明の第１実施例による非消耗性電極溶接システムを利用した溶接方法の模式図である。 本発明の第１実施例による非消耗性電極溶接システムを利用した溶接方法の模式図である。 本発明の第２実施例による非消耗性電極溶接システムの概略的な図面である。 本発明の第２実施例による非消耗性電極溶接システムを利用した溶接方法の模式図である。 本発明の第２実施例による非消耗性電極溶接システムを利用した溶接方法の模式図である。 本発明の第３実施例による非消耗性電極溶接システムの概略的な図面である。 本発明の第３実施例による非消耗性電極溶接システムを利用した溶接方法の模式図である。 本発明の第３実施例による非消耗性電極溶接システムを利用した溶接方法の模式図である。

以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施例を説明する。

説明に先立ち、各種実施例において、同じ構成を有する構成要素に対しては同一符号を使って代表的に第１実施例で説明し、その他の実施例では第１実施例と異なる構成のみに対して説明する。

図１には本発明の第１実施例による非消耗性電極溶接システムの概略的な図面が図示されている。

本発明の第１実施例による非消耗性電極溶接システムは、非消耗性電極棒２０が溶接される母材１０にギャップを形成して隣接するように配置される。非消耗性電極棒２０は電極棒ホルダー２３によって把持され、非消耗性電極棒２０はタングステン材質を含むことが好ましい。

母材１０と非消耗性電極棒２０は、溶接機３０とそれぞれ電線３３ａ、３３ｂによって連結されている。溶接機３０は母材１０、非消耗性電極棒２０、後述する溶接ワイヤ４０に電源を供給し、溶接機３０によって発生される電流は、母材１０、非消耗性電極棒２０及び溶接ワイヤ４０を通じて循環され、母材１０と非消耗性電極棒２０との間のギャップを横切ってアークを発生させる。

溶加剤である溶接ワイヤ４０は、溶接ワイヤ送給器５０によって母材１０と非消耗性電極棒２０の間のアーク発生領域に供給される。

溶接ワイヤ送給器５０は、母材１０と非消耗性電極棒２０との間に溶接ワイヤ４０を送給し、特に、溶接の進行速度に適するように適正速度を保持して溶接ワイヤ４０を送給する役割を果たす。

このような溶接ワイヤ送給器５０は、溶接ワイヤ４０が巻取された溶接ワイヤボビン５３と、モーター（図示しない）の駆動によって回転し、溶接ワイヤボビン５３から巻取解除された溶接ワイヤ４０を溶接ワイヤガイドチッブに送給する多数のローラー５５が内蔵している。

一方、本発明の第１実施例による非消耗性電極溶接システムは、溶接機３０と母材１０とを連結する電線３３ａから分岐されて、溶接ワイヤ４０に接続される分岐線６０を含む。溶接ワイヤ４０は分岐線６０にスライディングしながら接続し、溶接ワイヤ送給器５０によって母材１０と非消耗性電極棒２０の間のアーク発生領域に供給される。そして、母材１０と溶接ワイヤ４０は非消耗性電極棒２０と相反する同一極性を有する。

また、本発明の第１実施例による非消耗性電極溶接システムは、溶接ワイヤ４０を接地する接地部７０をさらに含む。接地部７０はグラウンドに接地されてあり、溶接ワイヤ４０は接地部７０にスライディングしながら接続する。そして、アーク発生領域から溶接ワイヤ送給器５０に電流が流れる場合、その電流は溶接ワイヤ４０を経て接地部７０を通じてグラウンドに円滑に流れるようになる。

ここで、未説明符号４３は溶接ワイヤガイドチップである。

このような構成によって、本発明の第１実施例による非消耗性電極溶接システムを利用した溶接方法に対して説明すれば次の通りである。

まず、図２に示めすように、正極性を付与して溶接する方法について説明する。

母材１０及び溶接ワイヤ４０に（＋）極性の電源を印加し、非消耗性電極棒２０に（−）極性の電源を印加すれば、溶接機３０によって発生される溶接電流は母材１０及び溶接ワイヤ４０から非消耗性電極棒２０を通じて循環されながら、母材１０と非消耗性電極棒２０との間のギャップを横切ってアークを発生する。

この時、アーク発生領域には不活性ガスが供給されるが、不活性ガスは高温によってイオン化して溶接電流がよく通じることができる状態を保持するようになり、母材１０との間に高熱のプラズマ状態を形成するようになって母材１０は溶融される。ここで、本発明による非消耗性電極溶接方法は溶接ワイヤ４０に母材１０と同じ（＋）極性の電源を印加することで、プラズマ状態をより活性化して母材１０を高温に溶融することができる。

そして、母材１０の溶融池（welding pool）に溶接ワイヤ４０を供給して溶接が行われ、この時、不活性ガスは溶接部が酸化または窒化されないように外部空気を遮断して溶接芯部を外部から保護して、溶接部を欠陥から保護する。また溶接ワイヤだけ溶融が可能である。

一方、溶接作業の途中に、母材１０と非消耗性電極との間のギャップが広がってアーク流れが切れる場合、母材１０と非消耗性電極の間で消滅されない電流は溶接ワイヤ４０を通じて溶接ワイヤ送給器５０に流れるようになり、溶接ワイヤ送給器５０に流れる異常電流は接地部７０を通じてグラウンドに円滑に流れるようになる。この時、溶接ワイヤ送給器５０に逆流した異常電流は接地部７０を通じて円滑にグラウンドに流れて、溶接ワイヤ送給器５０のローラー駆動モーター及び制御機器、溶接機３０の制御機器などに電気的及び磁気的影響を与えなくなる。

従って、溶接装置を電気的及び磁気的ノイズと衝撃から保護して溶接を安定的に行い、生産性を向上させることができ、溶接装置の自動化を図ることができる。

一方、図３には本発明の第１実施例による非消耗性電極溶接システムで母材１０及び溶接ワイヤ４０に（−）極性の電源を印加し、非消耗性電極棒２０には（＋）極性の電源を印加して溶接する方法、即ち、逆極性を付与して溶接する方法が図示されている。

図４には本発明の第２実施例による非消耗性電極溶接システムの概略的な図面が図示されている。

本発明の第２実施例による非消耗性電極溶接システムは、溶接機３０と母材１０とを連結する電線３３ａから分岐されて、溶接ワイヤ４０に接続される分岐線６０の構成を含むが、前述した第１実施例とは違い、溶接ワイヤ４０を接地する接地部７０の構成を含まない。

図５には本発明の第２実施例による非消耗性電極溶接システムで母材１０及び溶接ワイヤ４０に（＋）極性の電源を印加し、非消耗性電極棒２０には（−）極性の電源を印加して溶接する方法、即ち正極性を付与して溶接する方法が図示されている。

図６には本発明の第２実施例による非消耗性電極溶接システムで母材１０及び溶接ワイヤ４０に（−）極性の電源を印加し、非消耗性電極棒２０には（＋）極性の電源を印加して溶接する方法、即ち逆極性を付与して溶接する方法が図示されている。

このように、母材１０及び溶接ワイヤ４０には（＋）または（−）極性の電源を印加し、非消耗性電極棒２０には母材１０と相反する極性の電源を印加することによって、本発明の目的を達成することができるようになる。

また、図７には本発明の第３実施例による非消耗性電極溶接システムの概略的な図面が図示されている。

本発明の第３実施例による非消耗性電極溶接システムは、溶接ワイヤ４０を接地する接地部７０の構成を含むが、前述した第１実施例とは違い、溶接機３０と母材１０とを連結する電線３３ａから分岐されて、溶接ワイヤ４０に接続される分岐線６０の構成を含まない。

図８には、本発明の第３実施例による非消耗性電極溶接システムで、母材１０に（＋）極性の電源を印加し、非消耗性電極棒２０には（−）極性の電源を印加して溶接する方法、即ち正極性を付与して溶接する方法が図示されている。

図９には、本発明の第３実施例による非消耗性電極溶接システムで、母材１０及び溶接ワイヤ４０に（−）極性の電源を印加し、非消耗性電極棒２０には（＋）極性の電源を印加して溶接する方法、即ち逆極性を付与して溶接する方法が図示されている。

このように、母材１０には（＋）または（−）極性の電源を印加し、非消耗性電極棒２０には母材１０と相反する極性の電源を印加し、溶加剤である溶接ワイヤ４０は接地することによって、溶接作業の途中に母材１０と非消耗性電極との間のギャップが広ってアークの流れが切れても母材１０と非消耗性電極との間に消滅しないで溶接ワイヤ４０に逆流する電流は、溶接ワイヤ送給器５０のローラー駆動モーター及び周辺制御機器などに影響を与えないで、溶接ワイヤ４０に接続された接地を通じて円滑にグラウンドに流れることができるようになる。

このように本発明は、記載された実施例に限定されるものではなく、本発明の思想及び範囲を逸脱しないで多様に修正及び変形することができることは当該技術分野において通常の知識を有する者に自明である。したがって、このような修正例または変形例は本発明の特許請求の範囲に属すると理解すべきである。

Claims (8)

1. 溶接される母材に隣接するように配置される非消耗性電極棒と、
   前記母材と前記非消耗性電極棒との間に形成されたアーク発生領域に溶加剤である溶接ワイヤを供給する溶接ワイヤ送給器と、
   前記母材と前記非消耗性電極棒に電源を供給する溶接機と、
   前記溶接機と前記母材とを連結する電線から分岐されて、前記溶接ワイヤに接続される分岐線と、
   前記溶接ワイヤを接地する接地部とを含み、
   前記母材及び溶接ワイヤには（＋）または（−）極性の電源が印加され、前記非消耗性電極棒には前記母材及び前記溶接ワイヤと相反する極性の電源を印加されることを特徴とする非消耗性電極溶接システム。
2. 溶接される母材に隣接するように配置される非消耗性電極棒と、
   前記母材と前記非消耗性電極棒との間に形成されたアーク発生領域に溶加剤である溶接ワイヤを供給する溶接ワイヤ送給器と、
   前記母材と前記非消耗性電極棒に電源を供給する溶接機と、
   前記溶接機と前記母材とを連結する電線から分岐されて、前記溶接ワイヤに接続される分岐線とを含み、
   前記母材及び溶接ワイヤには（＋）または（−）極性の電源が印加され、前記非消耗性電極棒には前記母材及び前記溶接ワイヤと相反する極性の電源が印加されることを特徴とする非消耗性電極溶接システム。
3. 溶接される母材に隣接するように配置される非消耗性電極棒と、
   前記母材と前記非消耗性電極棒との間に形成されたアーク発生領域に溶加剤である溶接ワイヤを供給する溶接ワイヤ送給器と、
   前記溶接ワイヤを接地する接地部とを含み、
   前記母材には（＋）または（−）極性の電源が印加され、前記非消耗性電極棒には前記母材と相反する極性の電源が印加されることを特徴とする非消耗性電極溶接システム。
4. 前記非消耗性電極棒はタングステン材質を含むことを特徴とする請求項1に記載の非消耗性電極溶接システム。
5. 母材及び溶加剤である溶接ワイヤには（＋）または（−）極性の電源を印加する段階と、
   非消耗性電極棒に前記母材及び前記溶接ワイヤと相反する極性の電源を印加する段階と、
   前記溶接ワイヤを接地させる段階とを含むことを特徴とする非消耗性電極溶接方法。
6. 母材及び溶加剤である溶接ワイヤに（＋）または（−）極性の電源を印加する段階と、
   非消耗性電極棒に前記母材及び前記溶接ワイヤと相反する極性の電源を印加する段階とを含むことを特徴とする非消耗性電極溶接方法。
7. 母材に（＋）または（−）極性の電源を印加する段階と、
   非消耗性電極棒に前記母材と相反する極性の電源を印加する段階と、
   溶加剤である溶接ワイヤを接地させる段階とを含むことを特徴とする非消耗性電極溶接方法。
8. 前記非消耗性電極棒はタングステン材質を含むことを特徴とする請求項５に記載の非消耗性電極溶接方法。

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