JP2018122310A - Arc-welding device, arc-welding method, and arc-welding magnetism controller - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、アーク溶接装置及びアーク溶接方法並びにアーク溶接用磁気制御装置に関する。 The present invention relates to an arc welding apparatus, an arc welding method, and a magnetic control apparatus for arc welding.
消耗電極を用いた溶接(Gas Metal Arc Welding:GMAW)又は非消耗電極を用いた溶接(Tungsten Inert Gas:TIG)等のアーク溶接に関して、複数の電極を用いることで能率向上を図る技術が知られている。しかし、複数電極による溶接は、電極同士の電極間距離が短いとアーク干渉が起こる。一方、電極間距離が長くなると磁気吹きが発生しやすくなる。このため、複数電極による溶接では、アーク不安定による溶込み不良やビード外観不良等によって溶接品質が不安定になる問題があった。また、これらのアーク不安定は、溶接姿勢についても影響を受け、例えば、立向きや横向き溶接ではビードの垂れさがりを助長させてしまう問題があった。 For arc welding such as welding using a consumable electrode (Gas Metal Arc Welding: GMAW) or welding using a non-consumable electrode (Tungsten Inert Gas: TIG), a technique for improving efficiency by using a plurality of electrodes is known. ing. However, in the welding with a plurality of electrodes, arc interference occurs when the distance between the electrodes is short. On the other hand, when the distance between the electrodes is increased, magnetic blowing is likely to occur. For this reason, welding with a plurality of electrodes has a problem that welding quality becomes unstable due to poor penetration due to arc instability, poor bead appearance, or the like. In addition, these arc instabilities are also affected by the welding posture, and, for example, there has been a problem that bead sag is promoted in vertical or horizontal welding.
このような短所を解決するため、例えば、特許文献1,2の技術が知られている。特許文献1の2電極の非消耗電極によるアーク溶接方法では、相対する2本の非消耗電極を陰極として、2本の非消耗電極から交互にアークを発生させて1つの溶融池(以降、1プールと記載)を形成し、この溶融池に添加材を送給しながら溶接を行っている。特許文献1には、このアーム溶接方法は、2本の非消耗電極によって1プールを形成しても、両電極のアークが互いに干渉しないので、溶融池が幅広で安定すると記載される。また、両電極間の間隔に応じてビード幅と溶融池の広がりが調整できることから、積層溶接の際に生じやすい融合不良が解消されると記載される。
In order to solve such disadvantages, for example, techniques of
また、特許文献2の多電極溶接方法では、横向きの多電極溶接において、開先を形成する壁のうち、母材に形成された横向きの開先に対して、その開先の幅方向にトーチ本体の複数の電極を配置する。つまり、特許文献2の方法は、母材と複数の電極との間にアークを発生させて溶接を行う多電極溶接方法であり、開先を形成する壁のうち、一方の壁が他方の壁より下側に位置しているとき、下側の壁に向かってアークが偏向するように複数の電極の姿勢を制御する。これにより、開先の下側の溶融を促進させ、下側が溶込み不足となるのを回避して、オーバーラップ部が発生するのを防止するとともに、上側の溶融金属が垂れるのも抑制する、と特許文献2に記載される。 Moreover, in the multi-electrode welding method of Patent Document 2, in the horizontal multi-electrode welding, a torch in the width direction of the groove is formed with respect to the horizontal groove formed in the base material among the walls forming the groove. A plurality of electrodes of the main body are arranged. That is, the method of Patent Document 2 is a multi-electrode welding method in which an arc is generated between a base material and a plurality of electrodes to perform welding, and one of the walls forming a groove is the other wall. When positioned on the lower side, the postures of the plurality of electrodes are controlled so that the arc is deflected toward the lower wall. This promotes the melting of the lower side of the groove, avoids the lower side from becoming insufficiently melted, prevents the overlap part from occurring, and suppresses the upper molten metal from dripping, And Patent Document 2.
しかしながら、特許文献1は、1プールの溶接を想定したものである。溶接電流をパルス電流としてアークを相互に発生させる方法は、電極間距離が短い場合に起こるアーク干渉にしか効果が得られない。すなわち、入熱を分散させる目的で、図12に示すように、電極501と電極503の極間距離を長くして2プールにする場合、磁気吹きの影響を受けることは免れない。同方向電流(例えば150A)の場合、電極501と電極503には、同方向の磁力線B1,B2が生じる。特に、ワーク505の接地線507の接地接続部の制約により、接地接続部を1箇所(図中の位置P)にしか設置できない場合には、電極503と接地線507との間に流れる合計電流が、電極501と電極503との間より大きくなる(I1<I2)。そのため、接地線507との接地接続部の位置Pに近い電極503に、他の部位よりも大きな磁場が発生し、磁気吹き(Mb1<Mb2)が顕著となる。また、引用文献1には、横向きや立向き等の溶接姿勢に関して何ら記載されていない。
However,
特許文献2は、複数電極において、横向きの溶接姿勢で発生しがちなオーバーラップやアンダーカットを抑制するものであるが、電極間距離が短く1プールを想定したものであって、2プールに関して何ら考慮していない。また、アーク干渉や磁気吹きの課題についても特に考慮していない。更に、特許文献1と特許文献2とを仮に組み合わせたとしても、2プール以上の溶接において課題となる磁気吹きに関しては解決し得ない。
Patent Document 2 suppresses overlap and undercut that tend to occur in a horizontal welding posture in a plurality of electrodes. However, the distance between the electrodes is short and one pool is assumed. Not considered. Also, no particular consideration is given to arc interference and magnetic blow problems. Furthermore, even if
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、その目的は、溶接姿勢や電極間距離等の施工条件に影響されず、アーク干渉と磁気吹きを抑制することで、高品質の溶接を高能率で実現できるアーク溶接装置及びアーク溶接方法並びにアーク溶接用磁気制御装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above situation, and its purpose is not affected by the welding conditions and the construction conditions such as the distance between the electrodes, and by suppressing arc interference and magnetic blowing, high-quality welding is highly efficient. It is an object to provide an arc welding apparatus, an arc welding method, and a magnetic control apparatus for arc welding that can be realized by the above.
本発明の一態様は、非消耗電極又は消耗電極の一方又は両方からなる2本以上の複数電極が溶接方向に沿って配置され、前記複数電極とワークとの間に溶接電流を印加してアークを発生させるアーク溶接装置であって、
前記複数電極の少なくとも前記ワークの接地接続部に最も近くに配置された電極の、当該電極を挟んだ両脇側に設けた一対の磁気コイルと、一対の前記磁気コイルを励磁して磁束を発生させるコイル励磁部と、前記電極と一対の前記磁気コイルとの相対位置、及び前記電極と一対の前記磁気コイルからの磁束に応じて、前記アーク周囲の外部磁場を変化させる制御部と、を備えるアーク溶接装置とすることができる。
According to one aspect of the present invention, two or more electrodes including one or both of a non-consumable electrode and a consumable electrode are arranged along a welding direction, and a welding current is applied between the plurality of electrodes and the workpiece to arc. An arc welding apparatus for generating
A magnetic flux is generated by exciting a pair of magnetic coils provided on both sides of the electrode disposed at least on both sides of the electrode disposed at least near the ground connection portion of the workpiece. And a control unit that changes an external magnetic field around the arc in accordance with a relative position between the electrode and the pair of magnetic coils and a magnetic flux from the electrode and the pair of magnetic coils. It can be an arc welding apparatus.
また、本発明の一態様は、非消耗電極又は消耗電極の一方又は両方からなる2本以上の複数電極が溶接方向に沿って配置され、前記複数電極とワークとの間に溶接電流を印加してアークを発生させるアーク溶接方法であって、前記複数電極の少なくとも前記ワークの接地接続部に最も近くに配置された電極の、当該電極を挟んだ両脇側に設けられた一対の磁気コイルを励磁して磁束を発生させ、前記電極と一対の前記磁気コイルとの相対位置、及び前記磁気コイルからの磁束に応じて、前記アーク周囲の外部磁場を変化させるアーク溶接方法とすることができる。 In one embodiment of the present invention, two or more electrodes including one or both of non-consumable electrodes and consumable electrodes are arranged along the welding direction, and a welding current is applied between the plurality of electrodes and the workpiece. An arc welding method for generating an arc, comprising: a pair of magnetic coils provided on both sides of the plurality of electrodes, the electrodes arranged closest to the ground connection portion of the workpiece, on both sides of the electrodes. An arc welding method may be employed in which magnetic flux is generated by excitation, and an external magnetic field around the arc is changed in accordance with the relative position between the electrode and the pair of magnetic coils, and the magnetic flux from the magnetic coils.
また、本発明の一態様は、非消耗電極又は消耗電極からなる電極に発生するアークの指向性を制御するアーク溶接用磁気制御装置であって、U字型鉄心の各先端部に、それぞれ導線を巻回した一対の巻線部を有する磁気コイルと、前記磁気コイルを、一対の前記巻線部の間に前記電極を挟んで配置するとともに、溶接方向に沿って移動可能に支持するコイル移動機構と、前記磁気コイルを励磁して磁束を発生させるコイル励磁部と前記電極と一対の前記巻線部との相対位置、及び前記電極と一対の前記磁気コイルからの磁束に応じて、前記アーク周囲の外部磁場を変化させる制御部と、を備えるアーク溶接用磁気制御装置とすることができる。 Another aspect of the present invention is a magnetic control device for arc welding that controls the directivity of an arc generated in an electrode composed of a non-consumable electrode or a consumable electrode, and each of the lead wires is connected to each tip of a U-shaped iron core. A coil having a pair of winding portions wound around the coil, and a coil movement in which the magnetic coil is disposed with the electrode sandwiched between the pair of winding portions and is movably supported along the welding direction. The arc according to a mechanism, a relative position between the coil exciting portion that excites the magnetic coil to generate a magnetic flux, the electrode and the pair of winding portions, and a magnetic flux from the electrode and the pair of magnetic coils. It can be set as the magnetic control apparatus for arc welding provided with the control part which changes the surrounding external magnetic field.
本発明のアーク溶接装置及びアーク溶接方法によれば、溶接姿勢や極間距離等の施工条件に影響されず、アーク干渉や磁気吹きを抑制でき、高品質な溶接を高能率で実現できる。 According to the arc welding apparatus and the arc welding method of the present invention, arc interference and magnetic blowing can be suppressed without being affected by construction conditions such as a welding posture and a distance between electrodes, and high-quality welding can be realized with high efficiency.
また、本発明のアーク溶接用磁気制御装置によれば、溶接姿勢や極間距離等の施工条件に影響されず、アーク干渉と磁気吹きを抑制可能な外部磁場を発生できる。 Moreover, according to the magnetic control apparatus for arc welding of this invention, the external magnetic field which can suppress an arc interference and a magnetic blowing can be generated, without being influenced by construction conditions, such as a welding attitude | position and a distance between electrodes.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。
本発明のアーク溶接装置は、アーク溶接を行う構成であれば、特に溶接方式は限定されない。例えば、TIG溶接等のガスシールド非消耗電極式アーク溶接法や、MIG溶接、炭酸ガスアーク溶接等のガスシールド消耗電極式アーク溶接法にも好適に用いることができる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments described below.
If the arc welding apparatus of this invention is the structure which performs arc welding, a welding system will not be specifically limited. For example, it can also be suitably used for gas shielded non-consumable electrode arc welding methods such as TIG welding and gas shield consumable electrode arc welding methods such as MIG welding and carbon dioxide arc welding.
ここでは、アーク溶接装置として、立向溶接にて上側に向かって移動しながら溶接を行うTIG溶接を行う装置を例に説明するが、これに限らず、任意の溶接姿勢にも適用でき、横方向や下方向へ向かう溶接にも適用可能である。 Here, as an arc welding apparatus, a TIG welding apparatus that performs welding while moving upward in vertical welding will be described as an example. However, the present invention is not limited to this, and can be applied to any welding posture. It can also be applied to welding in the direction and downward.
[第1構成例]
図1は第1構成例のアーク溶接装置の外観図である。なお、本明細書において、Z軸の方向は溶接方向、Y軸の方向は溶接面の法線方向、X軸の方向は溶接方向と溶接面法線に直交する方向であり、各方向は図1の矢印の方向で示される。
[First configuration example]
FIG. 1 is an external view of an arc welding apparatus according to a first configuration example. In this specification, the Z-axis direction is the welding direction, the Y-axis direction is the normal direction of the weld surface, the X-axis direction is the direction perpendicular to the weld direction and the weld surface normal line, and each direction is a figure. Shown in the direction of the
アーク溶接装置100は、後述するアーク溶接システム200(図6参照)の主要な装置となる。ワーク13は、開先部15を有し、ワーク13の手前側にはレール11と、レール11に沿って移動可能なキャリッジ17が配置される。キャリッジ17には、アーク溶接装置100が搭載され、開先部15の溶接加工がなされる。本構成のアーク溶接装置100は、レール11に沿って鉛直方向下方から上方に向けて立向溶接が可能な構成となっている。このアーク溶接装置100には、その他、後述する各種の電源、ガス供給部、冷却水供給部等が接続される。
The
図2は図1に示すアーク溶接装置100の要部斜視図である。なお、図2は図1に示すアーク溶接装置100を、レール11が下方となるように水平配置した状態で示している。
アーク溶接装置100のキャリッジ17は、レール11と平行に取り付けられたベース21と、ベース移動用のモータ29とを有する。ベース21には、溶接方向上流側(図2の左側)から、第1コイルユニット57、第1トーチユニット35、第2トーチユニット37、第2コイルユニット59が設けられる。第1トーチユニット35と第2トーチユニット37とは、ベース21上で移動可能とする不図示のスライド部をそれぞれ備える。また、ベース21は、フィラーワイヤを供給するワイヤリール23及びワイヤ送給ヘッド25、ガス吸引部27、モータ29、操作部31、等が設けられ、モータ29の駆動によりレール11に沿って移動可能に構成される。
FIG. 2 is a perspective view of a main part of the
The
図3は図2に示すアーク溶接装置の一部拡大図である。
第1トーチユニット35は、2軸スライダ47と、2軸スライダ47に取り付けられた第1溶接トーチ39とを有する。第1溶接トーチ39には図示しないアーク溶接用の電極が内蔵される。第2トーチユニット37も同様に、2軸スライダ48と、2軸スライダ48に取り付けられた第2溶接トーチ43とを有する。第2溶接トーチ43にも図示しないアーク溶接用の電極が内蔵される。
FIG. 3 is a partially enlarged view of the arc welding apparatus shown in FIG.
The
第1溶接トーチ39、第2溶接トーチ43は、2軸スライダ47,48によって、それぞれ独立に移動可能になっている。2軸スライダ47,48は、ワーク19の開先の幅方向であるX軸方向に第1溶接トーチ39、第2溶接トーチ43をスライド、すなわち、オシレートする横スライド部51と、ワーク19の厚さ方向であるY軸方向に溶接トーチをスライドさせる縦スライド部53とをそれぞれ有する。
The
横スライド部51及び縦スライド部53は、図示しないモータの動力を伝達する動力伝達機構等を有し、各溶接トーチの電極をそれぞれX軸方向、Y軸方向に自動でスライドさせる。また、溶接途中に各溶接トーチをウィービング動作させることも可能である。
The
第1コイルユニット57は、第1溶接トーチ39をX軸方向に挟むように、一対の磁気コイル65,67を備える。磁気コイル65,67は、コアとなる鉄心69と、導線が巻回された巻線部68とを備え、アークを偏向させる外部磁場を発生させる。鉄心69の形状は特に問わないが、例えば、馬蹄型(U字型)であってもよい。その場合、U字型の一対の先端部にそれぞれ巻線部68を設ければよい。
The
第2コイルユニット59は、第1コイルユニット57と同じ構成であり、第2溶接トーチ43をX軸方向に挟むように、一対の磁気コイル65,67を備える。磁気コイル65,67は、コアとなる馬蹄形(U字型)の鉄心69と、導線が巻回された巻線部68とを備える。
The
第1コイルユニット57、第2コイルユニット59は、Y軸方向と平行に配置された溶接トーチ39,43からトーチ間の外側に傾斜して配置される。したがって、各磁気コイル65,67は、溶接トーチ39,43の両脇に鉄心69の先端が斜め方向から挿入された状態で配置される。
The
第1コイルユニット57は、コイル移動機構71によって支持される。コイル移動機構71は、ベース21に一端部が固定され、第1コイルユニット57を支持する。コイル移動機構71は、Z軸方向、X軸方向、Y軸方向へのスライダを備え、第1コイルユニット57を溶接トーチ39との相対位置を変更可能に支持する。
The
第2コイルユニット59は、コイル移動機構71と同様の構成のコイル移動機構72によって、溶接トーチ43との相対位置を変更可能に支持される。
The
なお、コイル移動機構71,72は、第1コイルユニット57、第2コイルユニット59を、モータ駆動により移動させる構成であってもよく、手動により移動させる構成であってもよい。更に、コイル移動機構71,72は、第1コイルユニット57、第2コイルユニット59を、所望の位置に固定するだけの機構であってもよい。
The
また、第1溶接トーチ39と第2溶接トーチ43との間には、ガス吸引部27が配置される。ガス吸引部27は、第1溶接トーチ39と第2溶接トーチ43の中間位置に配置され、第2溶接トーチ43から発生するスパッタやヒュームを含む周囲ガスや、余剰なシールドガスを吸引する。吸引量は、0.1〜2.0(m3/分)の範囲で行うことが好ましい。
A
なお、ガス吸引部27の代わりに、溶接トーチ毎に周囲空間を遮蔽する板材等の遮蔽部材を、溶接トーチ同士の間に設けてもよい。更に、ガス吸引部27と遮蔽部材とを共に設けてもよい。
Instead of the
上記した2軸スライダ47,48は、ワーク19の形状に応じて第1溶接トーチ39と第2溶接トーチ43による溶接位置や、溶接トーチ間隔を変更する。また、コイル移動機構71,72は、溶接トーチ39,43の移動に追従させ、且つ溶接トーチ39,43と各磁気コイル65,67との相対位置を変更する。
The
図4は第1コイルユニット57、第2コイルユニット59、及び第1溶接トーチ39、第2溶接トーチ43の模式的な上視図である。
第1コイルユニット57と第2コイルユニット59は、馬蹄型(U字型)の鉄心69の開放端側を向き合わせ、巻線部68の軸線方向がZ軸方向と平行にして配置される。第1溶接トーチ39が有する電極41と、第2溶接トーチ43が有する電極41との電極間距離Wtは、50mm〜400mmであることが好ましい。電極間距離Wtが50mm以上であることでワークへの入熱量を抑制でき、400mm以下であることで、ビード外観をより良好にできる。
FIG. 4 is a schematic top view of the
The
図5は溶接トーチの電極とコイルユニットとの位置関係を示す模式的な説明図である。なお、図示例では第1コイルユニット57と第1溶接トーチ39のみ示しているが、第2コイルユニット59と第2溶接トーチ43についても同様である。図5は、磁気コイル65,67のコイル軸線Lxに垂直な方向から見た平面図であり、図中の第1溶接トーチ39の電極41は、電極先端位置を示している。
FIG. 5 is a schematic explanatory view showing the positional relationship between the electrode of the welding torch and the coil unit. In the illustrated example, only the
磁気コイル65,67は、電極41を中心として各コイル軸線Lxが平行に配置される。る。電極41は、溶接方向であるZ軸方向に関して磁気コイル65,67と相対移動可能に配置される。この相対移動可動な距離Lsは、磁気コイル65,67の巻線部68における軸線方向全長Lcの中点Ocを中心として、巻線部68の軸線方向全長Lcの1.5倍以内が好ましい。
The magnetic coils 65 and 67 are arranged such that the coil axis lines Lx are parallel with the
つまり、電極41と磁気コイル65,67とは、前述の2軸スライダ47,48の横スライド部51、及びコイル移動機構71,73によって、双方の相対位置が距離Lsの間で変更可能となっている。
That is, the relative positions of the
磁気コイル65,67は、巻線部68における導線の巻数が1600回であり、それぞれの磁気コイル65,67のコイル軸線Lx同士の軸間距離Wcが、80mm〜200mmの範囲であるものを使用できる。導線の巻き数が800回以上であることで磁界の不足が生じず、1600回以下であることで磁気コイル外径の肥大化が生じない。また一対の巻線部同士の間の距離が80mm以上であることで磁気コイルと電極の干渉を抑制でき、200mm以下であることで磁界の不足が生じにくくなる。なお、上記した軸間距離Wcは、構成部品の形状に応じて適宜に増減される。また、アーク点に与える所望の磁束密度に応じて上記した導線の巻き数も適宜に増減される。
The magnetic coils 65 and 67 are ones in which the number of turns of the conducting wire in the winding
これら電極41と磁気コイル65,67との相対位置は、後述するように、電極41から発生するアークを偏向させる調整パラメータとなる。
The relative position between the
図6はアーク溶接システム200の制御ブロック図である。
アーク溶接システム200は、キャリッジ17に搭載されるアーク溶接装置100とは別途に設けられた制御部73を有する。
FIG. 6 is a control block diagram of the
The
制御部73は、アーク溶接装置100を構成する各部の動作を制御する。例えば、制御部73は、モータ29によるキャリッジ17の移動、2軸スライダ47,48による第1溶接トーチ39、第2溶接トーチ43のスライド、コイル移動機構71,72による第1コイルユニット57、第2コイルユニット59のスライド、ワイヤ送給ヘッド25によるフィラーワイヤの供給、等の動作を制御する。
The
また、制御部73には、第1コイルユニット57、第2コイルユニット59の磁気コイル65,67(図3参照)へ電力を供給するコイル励磁部61が接続される。制御部73は、コイル励磁部61から入力されるコイル励磁用の電力を、第1コイルユニット57、第2コイルユニット59にそれぞれ出力する。また、制御部73は、磁気コイル65,67へ供給する電力量を制御し、電流の向きを反転させる機能を有する。このように、制御部73は、励磁極性を反転させたり、コイル移動機構71,72によりコイル位置を変更させたりすることで、第1溶接トーチ39と第2溶接トーチ43のアーク周囲における外部磁場を変化させる機能を有する。また、励磁極性の反転や、コイル位置の移動は、制御部73が行ってもよいが、制御部73とは別体に設けたコントローラ等により行ってもよい。
The
制御部73は、キャリッジ17に搭載された中継部33を介して操作部31に接続される。操作部31は、溶接条件やコイルユニットの制御条件等を設定する、不図示の操作ボタンや表示部等を有する。各操作ボタンにより、ユーザからの溶接作業において定められた溶接条件の設定を変更する操作や、溶接作業を開始する操作等を受け付ける。また、操作部31は、外部メモリとのコネクタを有し、コネクタに接続された外部メモリに、溶接作業中に制御部73から転送された溶接条件を記憶させる。外部メモリは、操作部31に対して装脱着可能に設けられる記憶媒体であり、例えば、汎用的、大容量、小型の観点からフラッシュメモリが用いられるが、これに限らない。
The
操作部31の表示部は、液晶モニタ等により構成され、溶接条件の内容やエラー情報等を表示する。ここで、エラー情報とは溶接作業前や溶接作業中に発生したエラーに関する情報である。エラー情報には、例えば、アーク切れ、アークストップ、電極短絡、サーボ異常、電源異常等のエラーに関する情報が含まれる。
The display unit of the
また、アーク溶接システム200は、第1溶接トーチ39と第2溶接トーチ43の各電極に溶接電圧を印加し、アークを発生させるTIG溶接電源75A,75B、ワイヤ送給ヘッド25を介してそれぞれの電極のフィラーワイヤに電力を供給するMC電源77A,77B、各溶接トーチに冷却水を循環させる冷却水循環駆動部79、各溶接トーチにシールドガスを供給するシールドガス供給駆動部91を備える。これらもそれぞれ制御部73に接続されて駆動制御される。
Further, the
TIG溶接電源75A,75Bは、第1溶接トーチ39と第2溶接トーチ43の各電極とワークとの間に溶接電圧を印加する。また、MC電源77A,77Bは、フィラーワイヤを通じて周知のアーク調整用電圧を供給する。TIG溶接電源75A,75B、MC電源77A,77Bの各接地線Eは、ワークの接地接続部を介してワークに接続される。
The TIG
シールドガス供給駆動部91は、圧力制御器93の設けられたArガスボンベ95に、ガスホース97を通じて接続され、Arガスボンベ95から送給されるアルゴンガスを、ガスホース99を通じて、第1溶接トーチ39と第2溶接トーチ43に供給する。
The shield gas
冷却水循環駆動部79は、第1溶接トーチ39及び第2溶接トーチ43に冷却水を循環させる。冷却水循環駆動部79は、これら溶接トーチから戻された冷却水を熱交換により所定温度まで冷却した後、再びそれぞれの溶接トーチに供給して冷却を行う。
The cooling water
アーク溶接システム200は、全ての制御を一つの制御部73で実施してもよいが、用途ごとに、それぞれ別体の制御部を設けてもよい。例えば、TIG溶接電源75A,75Bから電極とワークとの間に供給される電力や、MC電源77A,77Bからフィラーワイヤに供給される電力を制御する制御部、コイル励磁部61からコイルユニットに供給される電力を制御する制御部等を、制御部73とは別に設けてもよい。
In the
また、制御部73は、溶接作業中、溶接条件を制御部73の内部メモリに記憶し、内部メモリに記憶した溶接条件を、操作部31のコネクタに接続された外部メモリへ転送する。
In addition, during the welding operation, the
次に、上記構成のアーク溶接装置100の作用を説明する。
以下、図7〜図10を用いて、磁気コイルにより外部磁場を生成し、アーク干渉や磁気吹きを抑制する様子を説明する。
図7はアークを溶接方向上流側に向かわせる電磁力を作用させる場合の電極と磁気コイルの位置及び電流方向を表す動作説明図である。なお、第1コイルユニット57と第2コイルユニット59、及び第1溶接トーチと第2溶接トーチ43とはそれぞれ同一の構成であるため、双方において同じ作用が得られる。
Next, the operation of the
Hereinafter, a state in which an external magnetic field is generated by a magnetic coil and arc interference and magnetic blowing are suppressed will be described with reference to FIGS.
FIG. 7 is an operation explanatory diagram showing the positions and current directions of the electrodes and magnetic coils when an electromagnetic force is applied to direct the arc toward the upstream side in the welding direction. In addition, since the
電極41と磁気コイル65,67との相対位置と、磁気コイル65,67に印加する電流、電流方向によって、磁束密度及び磁力線が変化する。例えば、直流電流、電極マイナス極性(DCEN)の条件の場合、電極41を磁気コイル65,67の溶接方向WDの下流側に配置し、磁気コイル65に溶接方向WDの上流側がN極となるように電流を流し(図中矢印D1方向)、磁気コイル67に溶接方向WDの下流側がN極となるように電流を流す(図中矢印D2方向)。すると、磁気コイル65による磁力線LMF1と、磁気コイル67による磁力線LMF2と、電極41による磁力線LMF3との方向が、電極41の溶接方向WDの下流側で同じ向きに揃い、磁束密度が高くなる。一方、電極41周囲の他の部位では、磁気コイル65,67及び電極41からの磁力線の方向が一致せず、磁束密度が相対的に低くなる。その結果、溶接時に電極41から発生するアークには、主に磁束密度の高い部位の合成磁力線LMFが作用して、溶接方向WDの上流側に向かう電磁力EMFが作用する。
The magnetic flux density and the magnetic field lines vary depending on the relative position between the
アークに作用する電磁力EMFの方向は、電極41、磁気コイル65,67の電流の向きと、電極41と磁気コイル65,67との相対位置とによって変化する。したがって、本構成のアーク溶接装置では、電極41と磁気コイル65,67の電流の向きと、電極41と磁気コイル65,67との相対位置とを、制御部73(図6参照)が制御することで、アークを溶接方向WDに対して溶接方向上流側に偏向させることが可能となる。
The direction of the electromagnetic force EMF acting on the arc changes depending on the current direction of the
図8はアークを溶接方向下流側に向かわせる電磁力を作用させる場合の電極と磁気コイルの位置及び電流方向を表す動作説明図である。
図7に示す場合の印加電流と同じ条件で図8のように電極41を磁気コイル65,67の溶接方向WDの上流側に配置した場合、磁気コイル65からの磁力線LMF1と、磁気コイル67からの磁力線LMF2と、電極41からの磁力線LMF3との方向が、電極41の溶接方向の上流側で同じ向きに揃い、磁束密度が高くなる。一方、電極41周囲の田の部位では、磁気コイル65,67及び電極41からの磁力線の向きが一致せず、磁束密度が相対的に低くなる。その結果、溶接時に電極41から発生するアークには、主に磁束密度の高い部位の合成磁力線LMFが作用して、溶接方向WDの下流側に向かう電磁力EMFが作用する。
FIG. 8 is an operation explanatory view showing the positions and current directions of the electrodes and magnetic coils when an electromagnetic force is applied to direct the arc toward the downstream side in the welding direction.
When the
図7と図8に示すように、電極41と磁気コイル65,67との相対位置を、溶接方向WDに沿って変化させることで、電極41から発生するアークに作用する電磁力の向きを溶接方向WDの上流側又は下流側のいずれの向きに調整できる。また、電磁力の強さは、磁気コイル65,67への印加電流を増減することで調整できる。
As shown in FIGS. 7 and 8, the direction of the electromagnetic force acting on the arc generated from the
図9はアークを溶接方向に直交する一方の側方(図中右側)に向かわせる電磁力を作用させる場合の電極と磁気コイルの位置及び電流方向を表す動作説明図である。
図7,図8の場合と同様に、直流電流、電極マイナス極性(DCEN)の条件で、電極41を磁気コイル65,67の溶接方向WDの中央に配置し、磁気コイル65,67に溶接方向WDの上流側がN極となるようにそれぞれ電流を流す(図中矢印D1、D2方向)。すると、磁気コイル67による磁力線LMF2と、電極41による磁力線LMF3との方向が、電極41の溶接方向WDに直交する一方の側方(図中左側)で同じ向きに揃い、磁束密度が高くなる。一方、電極41周囲の他の部位では、磁気コイル65,67及び電極41からの磁力線の方向が一致せず、磁束密度が相対的に低くなる。その結果、溶接時に電極41から発生するアークには、主に磁束密度の高い部位の合成磁力線LMFが作用して、溶接方向WDに直交する他方の側方(図中右側)に向かう電磁力EMFが作用する。
FIG. 9 is an operation explanatory diagram showing the positions and current directions of the electrodes and magnetic coils when an electromagnetic force is applied to direct the arc to one side (right side in the figure) orthogonal to the welding direction.
As in the case of FIGS. 7 and 8, the
図10はアークを溶接方向に直交する他方の側方(図中左側)に向かわせる電磁力を作用させる場合の電極と磁気コイルの位置及び電流方向を表す動作説明図である。
図10の場合は、図9の場合と磁気コイル65,67の極性を逆にしている点以外は、図9の場合の条件と同じである。この場合、磁気コイル65による磁力線LMF1と、電極41による磁力線LMF3との方向が、電極41の溶接方向WDに直交する他方の側方(図中右側)で同じ向きに揃い、磁束密度が高くなる。一方、電極41周囲の他の部位では、磁気コイル65,67及び電極41からの磁力線の方向が一致せず、磁束密度が相対的に低くなる。その結果、溶接時に電極41から発生するアークには、主に磁束密度の高い部位の合成磁力線LMFが作用して、溶接方向WDに直交する一方の側方(図中左側)に向かう電磁力EMFが作用する。
FIG. 10 is an operation explanatory view showing the positions and current directions of the electrodes and magnetic coils when an electromagnetic force is applied to make the arc go to the other side (left side in the figure) perpendicular to the welding direction.
The case of FIG. 10 is the same as the case of FIG. 9 except that the polarities of the
図9、図10に示すように、電極41を磁気コイル65,67の溶接方向WDの中央に配置し、磁気コイル65,67の極性を溶接方向WDに関して同極性にしつつ、電流の向きを変化させることで、電極41から発生するアークに作用する電磁力の向きを溶接方向WDに直交する一方の側又は他方の側のいずれの向きに調整できる。また、電磁力の強さは、磁気コイル65,67への印加電流を増減することで調整できる。
As shown in FIGS. 9 and 10, the
このように、アーク溶接装置100は、溶接方向WDに対して、上流方向、下流方向、及び溶接方向に直交する2方向の合計4方向にアークの偏向方向を制御できるため、例えば、磁気吹きが生じた場合、磁気吹きの方向に対し、逆方向に電磁力を発生させることによって、磁気吹きによる影響をキャンセルできる。
In this way, the
ここで、アークにかかる力は、電極位置の磁束密度によって変化し、10mTを下回るとアークに作用する力が不足し、90mTを上回るとアークに作用する力が過剰となる。よって、溶接品質を最も安定化しうる範囲として、10〜90mTであることが好ましい。また、磁気吹き防止の場合、最も大きくなる磁気吹きの強さは、複数の電極に流れる電流の合計に依存する。よって、最も接地接続部に近い電極(本構成例では第2溶接トーチ43の電極)において、合計電流と磁束密度の比率(合計電流/磁束密度)の範囲が1.5〜60.0であることがより好ましい。合計電流と磁束密度の比率を60.0以下とすることで磁界の不足を生じさせず、1.5以上とすることで磁気コイル外径の肥大化を抑制できる。 Here, the force applied to the arc varies depending on the magnetic flux density at the electrode position, and if it is less than 10 mT, the force acting on the arc is insufficient, and if it exceeds 90 mT, the force acting on the arc becomes excessive. Therefore, it is preferable that it is 10-90 mT as a range which can stabilize welding quality most. In the case of preventing magnetic blowing, the intensity of the magnetic blowing that becomes the largest depends on the sum of the currents flowing through the plurality of electrodes. Therefore, in the electrode closest to the ground connection part (in this configuration example, the electrode of the second welding torch 43), the range of the ratio of the total current and the magnetic flux density (total current / magnetic flux density) is 1.5 to 60.0. It is more preferable. By setting the ratio of the total current and the magnetic flux density to 60.0 or less, a shortage of the magnetic field does not occur, and by setting the ratio to 1.5 or more, enlargement of the outer diameter of the magnetic coil can be suppressed.
次に、上記構成のアーク溶接装置100を用いたアーク溶接方法を説明する。
アーク溶接装置100は、例えばLNGタンクの側板を溶接する等の用途に適用可能である。つまり、上下方向に沿って延在するワークの開先49(図3参照)に対して、その延在方向に第1溶接トーチ39、第2溶接トーチ43を配置し、ワーク19と第1溶接トーチ39の電極及び第2溶接トーチ43の電極との間にアークを発生させて溶接を行う。側板には、開先49に沿ってレール11が取り付けられ、アーク溶接装置100は、このレール11をキャリッジ17が自走する。
Next, an arc welding method using the
The
本構成例において、アーク溶接装置100は、TIG溶接により一対の非消耗電極(電極41)が、溶接方向に対する上流側と下流側とに一つずつ配置される。これら電極は、図6に示す制御部73による2軸スライダ47,48の位置決め動作により、XYZ軸方向の所定の溶接位置に配置される。アーク溶接装置100は、複数電極の内、少なくとも、ワーク19の接地接続部に最も近い側の電極の両脇に配置される磁気コイル65,67により外部磁場を発生させる。
In this configuration example, the
アーク溶接装置100は、第1溶接トーチ39、第2溶接トーチ43のそれぞれに生じるアークを、制御部73により制御される外部磁場によって偏向し、磁気吹きを抑制する。磁気吹きの抑制動作は、予め記憶した磁気吹き抑制データテーブル等の諸データに基づき制御される。磁気吹き抑制データテーブルには、例えば溶接電流に応じた第1溶接トーチ39、第2溶接トーチ43に発生する磁気吹き量(変位量)、この磁気吹き変位量を是正するためのそれぞれのコイルユニットの駆動電流等の情報が含まれる。磁気吹き抑制データテーブルは、例えば制御部73の内部メモリに格納される。アーク溶接装置100は、制御部73からこれらコイルユニットの駆動電流を、他の溶接条件と共に操作部31の外部メモリに記憶させて溶接を行う。これにより、本アーク溶接方法では、第1溶接トーチ39、第2溶接トーチ43のそれぞれにおける溶接電流に対応し、アーク発生位置を制御部73により溶接方向に対して上流側及び下流側、並びに溶接方向に直交する2方向との合計4方向に方向制御し、磁気吹きを抑制した状態で溶接を行うことが可能となる。
The
上記した本構成のアーク溶接装置100によれば、ワーク19の接地接続部に最も近接した電極の両脇に、一対の磁気コイル65,67が配置される。電極を挟むこれら磁気コイル65,67は、磁気コイル65,67の軸線がワーク19の溶接方向に沿う姿勢で配置される。ワーク19の溶接方向に沿う姿勢とは、ワーク19に対する磁気コイル65,67の軸線が、垂直以外でワーク19の溶接面に対して平行又は傾斜する姿勢をいう。
According to the
また、第1溶接トーチ39と第2溶接トーチ43の各電極41は、電極プラス又は電極マイナスとなって、電極周囲に磁場を生じさせる。一方、電極41を挟む磁気コイル65,67にも電流が流れることにより磁場を生じさせる。アークは、これら電極周囲の磁場、及び磁気コイル65,67の磁場により偏向する。このアークを偏向する力(電磁力)は、磁力線が揃ったところの合成磁場で強くなる。その電磁力の方向は、電極41、磁気コイル65,67の電流の向きと、電極41と磁気コイル65,67との相対位置によって変化する。そのため、アーク溶接装置では、電極、コイルユニットの電流の向きと相対位置と、を制御部73により制御して、アークを、溶接方向を含む合計4方向に方向制御することが可能となる。これにより、アーク干渉と磁気吹きを抑制できる。
Each
また、アーク溶接装置100は、電極41の位置が、一対の磁気コイル65,67の間において、磁気コイルの先端から、巻線部全長の1.5倍を超える距離で離れることがない。これにより、アークを偏向するのに必要な電磁力を低電力で確保できる。
Further, in the
また、アーク溶接装置100は、例えば2電極で接地線が1本のみの構成で、各電極に150Aの電流が流れる場合、合計電流は300Aとなる。合計電流が大きいほど磁気吹きが大きくなるため、磁気吹きを抑制するためには、より大きい磁束密度が必要となる。そこで、合計電流と磁束密度の比率の範囲を、上記したように1.5〜60.0とする。
Further, the
また、アーク溶接装置100は、ガス吸引部27(又は遮蔽部材)により、溶接方向上流側の溶接トーチの電極(先行極)におけるアークの不安定が抑制される。すなわち、立向き上方向への溶接において、溶接方向下流側の溶接トーチの電極(後行極)におけるシールドガスが開先49に沿って上昇し、周辺空気を巻き込むことで、先行極のシールドガスを乱すことにより発生する先行極のアーク不安定を抑制できる。なお、このガス吸引部27(又は遮蔽物)は、特に立向き溶接でアーク安定化の効果が顕著となる。
Moreover, in the
また、アーク溶接装置100は、コイル移動機構71,72の駆動により、第1コイルユニット57と第2コイルユニット59との溶接トーチの電極に対する相対位置を任意に変更できる。この相対位置の変更により、アークに作用する電磁力の方向を溶接方向に関して反転させることができる。また、一対の磁気コイル65,67は、離間方向(X軸方向)に移動可能となることにより離間方向中央に容易に電極を位置決めできる。
Moreover, the
また、アーク溶接装置100は、第1溶接トーチ39と第2溶接トーチ43の電極間距離が50〜400mmの範囲に設定される。これにより、電極間の距離が50mm以上であることにより入熱を抑制でき、また、400mm以下であることによりビード外観が良好となる。
In the
また、アーク溶接装置100は、MC電源77A,77Bによりフィラーワイヤへ印加する電流や極性を変化させることによって、フィラーワイヤによる磁場をアークに作用させることができる。このため、第1コイルユニット57、第2コイルユニット59による外部磁場の形成に併用することによって、アークの方向制御を補助できる。
Moreover, the
[第2構成例]
次に、第2構成例のアーク溶接装置を説明する。
図11は第2構成例のアーク溶接装置の要部構成図である。
本構成例のアーク溶接装置300は、電極107を有する溶接トーチ109と、2軸スライダ111と、磁気コイル65、磁気コイル67と、カメラ115とを有する。また、磁気コイル65,67は、前述同様のコイル励磁部61に接続され、制御部73からの指令によって駆動される。
[Second configuration example]
Next, the arc welding apparatus of the second configuration example will be described.
FIG. 11 is a main part configuration diagram of the arc welding apparatus of the second configuration example.
The
制御部73は、2軸スライダ111、カメラ115の他に、図示はしないが、前述と同様のコイル移動機構71,72(図3参照)等に接続され、各部を統括制御する。
In addition to the
カメラ115は、アークを撮像できるように、例えば溶接トーチの近傍に取り付けられる。カメラ115は、撮像された画像データを出力情報として出力する。制御部73は、カメラ115から出力された出力情報を内部メモリ等に設けられた画像メモリに保存する。そして、保存された出力情報の画像データを、内部メモリに格納されたプログラムにより処理し、アークの姿勢、例えばアーク中心位置を求める。制御部73は、求めたアークの姿勢から磁気吹きの偏向量を演算して、この磁気吹きの偏向量に応じてコイル励磁部61を駆動する。
The
これにより、アーク溶接装置300は、アークに発生する磁気吹きに応じて、磁気コイル65,67に印加される電流、電流方向と、コイル移動機構とを制御し、磁気吹きによるアークの偏向を正常状態に戻すことができる。その結果、磁気吹きを逐次抑制しながら溶接を実施できる。
As a result, the
したがって、上記した各構成例のアーク溶接装置100,300によれば、溶接姿勢や極間距離等の施工条件に影響されず、アーク干渉と磁気吹きを抑制して、高品質な溶接を高能率で実現できる。
Therefore, according to the
次に、上記構成1,2によりアーク溶接を実施した実施例を説明する。なお、ここで説明する溶接条件は一例であり、本発明は以下の溶接条件に限定されるものではない。
Next, an embodiment in which arc welding is performed with the above-described
アーク溶接条件は以下の範囲がより好ましい。
溶接電流:80〜300A
アーク電圧:5〜15V
溶接速度:5〜30cm/min
電極間距離:50〜400mm
The arc welding conditions are more preferably in the following ranges.
Welding current: 80-300A
Arc voltage: 5-15V
Welding speed: 5-30 cm / min
Distance between electrodes: 50-400mm
上記溶接条件でアーク溶接を実施したところ、構成例1,2共に、アーク干渉や磁気吹きの発生が抑制され、高品質な溶接が行えることが確認できた。 When arc welding was carried out under the above welding conditions, it was confirmed that in both structural examples 1 and 2, generation of arc interference and magnetic blowing was suppressed, and high-quality welding could be performed.
このように、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、実施形態の各構成を相互に組み合わせることや、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が変更、応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。 As described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and those skilled in the art can make changes and applications based on combinations of the configurations of the embodiments, descriptions in the specification, and well-known techniques. This is also the scope of the present invention, and is included in the scope for which protection is sought.
例えば、上記した一対の溶接トーチは、それぞれにコイルユニットを配置しているが、ワークの接地接続部に最も近くに配置された溶接トーチ側にのみコイルユニットを配置した構成であってもよい。 For example, although the above-described pair of welding torches each have a coil unit disposed therein, a configuration in which the coil unit is disposed only on the side of the welding torch disposed closest to the ground connection portion of the workpiece may be employed.
また、上記した一対の溶接トーチは、いずれも非消耗電極であるが、消耗電極であってもよく、いずれか一方が非消耗電極、いずれか他方が消耗電極とした構成であってもよい。 In addition, each of the above-described pair of welding torches is a non-consumable electrode, but it may be a consumable electrode, and either one may be a non-consumable electrode and the other may be a consumable electrode.
また、上記したアーク溶接装置は、アークを発生させる溶接トーチ側と磁場を発生させるコイルユニット側とを分離した構成としてもよい。その場合、コイルユニット、コイル移動機構、コイル励磁部、制御部とを備えたアーク溶接用磁気制御装置を、任意のアーク溶接装置に付加することで、汎用的に使用可能な装置構成にできる。 Moreover, the above-described arc welding apparatus may have a configuration in which a welding torch side that generates an arc and a coil unit side that generates a magnetic field are separated. In that case, a general-use apparatus configuration can be obtained by adding an arc welding magnetic control device including a coil unit, a coil moving mechanism, a coil excitation unit, and a control unit to an arbitrary arc welding device.
以上の通り、本明細書には次の事項が開示されている。
(1) 非消耗電極又は消耗電極の一方又は両方からなる2本以上の複数電極が溶接方向に沿って配置され、前記複数電極とワークとの間に溶接電流を印加してアークを発生させるアーク溶接装置であって、
前記複数電極の少なくとも前記ワークの接地接続部に最も近くに配置された電極の、当該電極を挟んだ両脇側に設けた一対の磁気コイルと、
一対の前記磁気コイルを励磁して磁束を発生させるコイル励磁部と、
前記電極と一対の前記磁気コイルとの相対位置、及び前記電極と一対の前記磁気コイルからの磁束に応じて、前記アーク周囲の外部磁場を変化させる制御部と、
を備えるアーク溶接装置。
このアーク溶接装置によれば、ワークの接地線に最も近接した電極の両側に、磁気コイルが配置される。電極を挟むこの磁気コイルは、鉄心の軸線がワークの溶接方向に沿う姿勢で配置される。電極は、電極プラス又は電極マイナスとなって、電極自体に磁場を生じる。一方、この電極を挟む磁気コイルにも電流が流れることにより磁場が生じる。アークは、これら電極自体の磁場、及びそれぞれの磁気コイルの磁場により偏向する。このアークを偏向する電磁力は、各部からの磁力線の向きが揃ったところで強くなる。電磁力の方向は、電極、磁気コイルの電流の向きと、電極と磁気コイルの相対位置と、によって変わる。したがって、アーク溶接装置では、磁気吹きによるアークの偏向を、電極、磁気コイルの電流の向きと、電極と磁気コイルの相対位置と、を制御することによって、アークの磁気吹きによる影響をキャンセルできる。
As described above, the following items are disclosed in this specification.
(1) An arc in which two or more electrodes composed of one or both of non-consumable electrodes and consumable electrodes are arranged along the welding direction, and an arc is generated by applying a welding current between the plurality of electrodes and the workpiece. A welding device,
A pair of magnetic coils provided on both sides of the electrode, the electrode disposed closest to the ground connection portion of the workpiece,
A coil exciter that excites a pair of magnetic coils to generate magnetic flux;
A control unit that changes an external magnetic field around the arc in accordance with a relative position between the electrode and the pair of magnetic coils, and a magnetic flux from the electrode and the pair of magnetic coils;
An arc welding apparatus comprising:
According to this arc welding apparatus, the magnetic coils are arranged on both sides of the electrode closest to the workpiece ground line. The magnetic coil sandwiching the electrodes is arranged such that the axis of the iron core is along the welding direction of the workpiece. The electrode becomes an electrode plus or an electrode minus and generates a magnetic field in the electrode itself. On the other hand, a magnetic field is generated by a current flowing through the magnetic coil sandwiching the electrodes. The arc is deflected by the magnetic field of these electrodes themselves and the magnetic field of each magnetic coil. The electromagnetic force that deflects the arc becomes stronger when the direction of the lines of magnetic force from each part is aligned. The direction of the electromagnetic force varies depending on the current direction of the electrode and the magnetic coil and the relative position of the electrode and the magnetic coil. Therefore, in the arc welding apparatus, the influence of the magnetic blow of the arc can be canceled by controlling the direction of the current of the electrode and the magnetic coil and the relative position of the electrode and the magnetic coil.
(2) 前記電極は、前記溶接方向に関して、前記磁気コイルの巻線部全長の中点を中心に、前記巻線部全長の1.5倍以内の範囲に配置される(1)のアーク溶接装置。
このアーク溶接装置によれば、電極の位置が、一対の磁気コイルの間において、アークを偏向するのに必要な電磁力を低電力で確保できる。
(2) The arc welding according to (1), wherein the electrode is arranged within a range of 1.5 times or more of the total length of the winding portion around the midpoint of the total length of the winding portion of the magnetic coil with respect to the welding direction. apparatus.
According to this arc welding apparatus, the electromagnetic force necessary for deflecting the arc can be secured with low power between the pair of magnetic coils.
(3) 前記コイル励磁部が前記電極に発生させる磁束密度は10〜90mTであり、
前記接地接続部に流れる合計電流と前記磁束密度との比率は1.5〜60.0である(1)又は(2)のアーク溶接装置。
このアーク溶接装置によれば、例えば2電極で接地線が1本であって、各電極に150A流れる場合、合計電流は300Aとなる。磁気吹きは、合成される合計電流が大きいほど強く生じるため、磁気吹きを抑制するためには大きい磁束密度が必要となる。そこで、合計電流と磁束密度の比率を60.0以下とすることで磁界の不足を生じさせず、1.5以上とすることで磁気コイル外径の肥大化を抑制できる。
(3) The magnetic flux density generated in the electrode by the coil excitation unit is 10 to 90 mT,
The arc welding apparatus according to (1) or (2), wherein a ratio between a total current flowing through the ground connection portion and the magnetic flux density is 1.5 to 60.0.
According to this arc welding apparatus, for example, when there are two electrodes and one ground wire and 150 A flows through each electrode, the total current is 300 A. Since the magnetic blow occurs more strongly as the total current synthesized increases, a larger magnetic flux density is required to suppress the magnetic blow. Therefore, by setting the ratio of the total current and the magnetic flux density to 60.0 or less, a shortage of the magnetic field does not occur, and by setting the ratio to 1.5 or more, the enlargement of the magnetic coil outer diameter can be suppressed.
(4) 前記複数電極の電極同士の間に、周囲ガスを吸引するガス吸引部が設けられた(1)〜(3)のいずれか一つのアーク溶接装置。
このアーク溶接装置によれば、複数電極のうち先行極のアークの不安定が抑制される。例えば、立向き上方向への溶接において、後行極のシールドガスが開先に沿って上昇し、この上昇ガスが周辺空気を巻き込んだガスとなって先行極の周囲を覆い、その結果、先行極のアークが不安定になることを抑制できる。
(4) The arc welding apparatus according to any one of (1) to (3), wherein a gas suction unit that sucks ambient gas is provided between the electrodes of the plurality of electrodes.
According to this arc welding apparatus, instability of the arc of the leading electrode among the plurality of electrodes is suppressed. For example, in welding in a vertical upward direction, the shielding gas of the trailing electrode rises along the groove, and this rising gas covers the surroundings of the leading electrode as a gas that encloses the surrounding air. The pole arc can be prevented from becoming unstable.
(5) 前記複数電極の電極同士の間に、前記電極毎の周囲空間を遮蔽する遮蔽部材が設けられた(1)〜(4)のいずれか一つのアーク溶接装置。
このアーク溶接装置によれば、複数電極のうち先行極のアークの不安定が抑制される。例えば、立向き上方向への溶接において、後行極のシールドガスが開先に沿って上昇し、先行極のシールドガスを乱すことにより発生する先行極のアーク不安定を抑制できる。
(5) The arc welding apparatus according to any one of (1) to (4), wherein a shielding member that shields a surrounding space for each electrode is provided between the electrodes of the plurality of electrodes.
According to this arc welding apparatus, instability of the arc of the leading electrode among the plurality of electrodes is suppressed. For example, in welding in the upward upward direction, the shield gas of the trailing electrode rises along the groove, and arc instability of the leading electrode generated by disturbing the shielding gas of the leading electrode can be suppressed.
(6) 前記制御部は、前記磁気コイルを前記溶接方向に沿って移動させる(1)〜(5)のいずれか一つのアーク溶接装置。
このアーク溶接装置によれば、それぞれの磁気コイルが、コイル移動機構により移動自在となる。磁気コイルは、溶接方向に移動されることにより、アークに作用する電磁力の方向を反転できる。
(6) The arc welding device according to any one of (1) to (5), wherein the control unit moves the magnetic coil along the welding direction.
According to this arc welding apparatus, each magnetic coil can be moved by the coil moving mechanism. When the magnetic coil is moved in the welding direction, the direction of the electromagnetic force acting on the arc can be reversed.
(7) 制御部は、前記磁気コイルの励磁極性を反転させる(1)〜(6)のいずれか一つのアーク溶接装置。
このアーク溶接装置によれば、磁気コイルに供給する電流の向きを反転させることで、アーク周囲における外部磁場の磁力線の向きが反転し、発生する電磁力の方向を簡単に反転できる。
(7) The arc welding device according to any one of (1) to (6), wherein the control unit reverses the excitation polarity of the magnetic coil.
According to this arc welding apparatus, by reversing the direction of the current supplied to the magnetic coil, the direction of the magnetic field lines of the external magnetic field around the arc is reversed, and the direction of the generated electromagnetic force can be easily reversed.
(8) 前記複数電極は、2電極からなる非消耗電極からなり、2電極間の極間距離が50〜400mmである(1)〜(7)のいずれか一つのアーク溶接装置。
このアーク溶接装置によれば、2電極間の極間距離が50mm以上であることでアーク干渉や入熱の集中がなくなり、400mm以下であることでビード外観が良好となる。
(8) The arc welding apparatus according to any one of (1) to (7), wherein the plurality of electrodes includes non-consumable electrodes including two electrodes, and a distance between the electrodes is 50 to 400 mm.
According to this arc welding apparatus, when the distance between the electrodes is 50 mm or more, arc interference and heat input concentration are eliminated, and when the distance is 400 mm or less, the bead appearance is improved.
(9) 前記非消耗電極に少なくとも1本以上のフィラーワイヤを送給するワイヤ送給ヘッドと、前記フィラーワイヤに独立して電流を印加するワイヤ電源と、前記フィラーワイヤに印加する電流と極性の少なくとも一方を変化させるワイヤ電流調整部と、を備える(8)のアーク溶接装置。
このアーク溶接装置によれば、ワイヤ電流調整部によりフィラーワイヤの電流や極性を変化させることによって、電極からの磁場をアークへ干渉させることができる。このため、磁気コイルによる外部磁場の形成に併用することで、アークの方向制御を補助できる。
(9) A wire feeding head that feeds at least one filler wire to the non-consumable electrode, a wire power source that applies current independently to the filler wire, and a current and polarity that are applied to the filler wire. An arc welding apparatus according to (8), further comprising: a wire current adjusting unit that changes at least one of them.
According to this arc welding apparatus, the magnetic field from an electrode can be made to interfere with an arc by changing the electric current and polarity of a filler wire by a wire current adjustment part. For this reason, the arc direction control can be assisted by using together with the formation of the external magnetic field by the magnetic coil.
(10) 非消耗電極又は消耗電極の一方又は両方からなる2本以上の複数電極が溶接方向に沿って配置され、前記複数電極とワークとの間に溶接電流を印加してアークを発生させるアーク溶接方法であって、前記複数電極の少なくとも前記ワークの接地接続部に最も近くに配置された電極の、当該電極を挟んだ両脇側に設けられた一対の磁気コイルを励磁して磁束を発生させ、前記電極と一対の前記磁気コイルとの相対位置、及び前記磁気コイルからの磁束に応じて、前記アーク周囲の外部磁場を変化させるアーク溶接方法。
このアーク溶接方法によれば、ワークの接地接続部に最も近い電極の両脇側に、磁気コイルを配置する。電極を挟むこの磁気コイルは、鉄心の軸線がワークに沿う姿勢で配置される。電極は、電極プラス又は電極マイナスとなって、電極自体に磁場を生じる。一方、この電極を挟む磁気コイルにも電流が流れることにより磁場が生じる。アークは、これら電極自体の磁場、及びそれぞれの磁気コイルの磁場により偏向する。このアークを偏向する電磁力は、磁力線が揃ったところで強くなる。つまり、電磁力の方向は、電極、磁気コイルの電流の向きと、電極と磁気コイルの相対位置と、によって変わる。したがって、本アーク溶接方法においては、電極、磁気コイルの電流の向きと、電極と磁気コイルの相対位置と、を制御することによって、アークを方向制御することが可能となる。これにより、アーク干渉や磁気吹きを抑制できる。
(10) An arc in which two or more electrodes composed of one or both of non-consumable electrodes and consumable electrodes are arranged along the welding direction, and an arc is generated by applying a welding current between the plurality of electrodes and the workpiece. A welding method that generates a magnetic flux by exciting a pair of magnetic coils provided on both sides of an electrode arranged at least on the workpiece ground connection portion of the plurality of electrodes. An arc welding method in which an external magnetic field around the arc is changed according to a relative position between the electrode and the pair of magnetic coils and a magnetic flux from the magnetic coil.
According to this arc welding method, the magnetic coils are arranged on both sides of the electrode closest to the ground connection portion of the workpiece. The magnetic coil sandwiching the electrodes is arranged with the core axis along the workpiece. The electrode becomes an electrode plus or an electrode minus and generates a magnetic field in the electrode itself. On the other hand, a magnetic field is generated by a current flowing through the magnetic coil sandwiching the electrodes. The arc is deflected by the magnetic field of these electrodes themselves and the magnetic field of each magnetic coil. The electromagnetic force that deflects the arc becomes stronger when the lines of magnetic force are aligned. That is, the direction of the electromagnetic force varies depending on the current direction of the electrode and the magnetic coil and the relative position of the electrode and the magnetic coil. Therefore, in this arc welding method, it is possible to control the direction of the arc by controlling the current direction of the electrode and the magnetic coil and the relative position of the electrode and the magnetic coil. Thereby, arc interference and magnetic blowing can be suppressed.
(11) 非消耗電極又は消耗電極からなる電極に発生するアークの指向性を制御するアーク溶接用磁気制御装置であって、U字型鉄心の各先端部に、それぞれ導線を巻回した一対の巻線部を有する磁気コイルと、前記磁気コイルを、一対の前記巻線部の間に前記電極を挟んで配置するとともに、溶接方向に沿って移動可能に支持するコイル移動機構と、前記磁気コイルを励磁して磁束を発生させるコイル励磁部と前記電極と一対の前記巻線部との相対位置、及び前記電極と一対の前記磁気コイルからの磁束に応じて、前記アーク周囲の外部磁場を変化させる制御部と、を備えるアーク溶接用磁気制御装置。
このアーク溶接用磁気制御装置によれば、非消耗電極又は消耗電極を挟むように、一対の磁気コイルが設けられる。それぞれの磁気コイルは、鉄心に導線がコイル状に巻回される。鉄心は、2本の独立した棒形、或いは馬蹄型(U字型)であってもよい。磁気コイルは、鉄心の軸線がワークに沿う姿勢で配置される。磁気コイルは、電流が流れることにより磁場が生じる。一方、この磁気コイルに挟まれる電極も、電極プラス又は電極マイナスとなって、電極自体に磁場を生じる。アークは、これら電極自体の磁場、及びそれぞれの磁気コイルの磁場により偏向する。このアークを偏向する電磁力は、磁力線が揃ったところで強くなる。電磁力の方向は、電極、磁気コイルの電流の向きと、電極と磁気コイルの相対位置と、によって変わる。したがって、アーク溶接用磁気制御装置では、電極、磁気コイルの電流の向きと、電極と磁気コイルの相対位置と、を制御することによって、アークを前後左右に方向制御することが可能となる。
(11) A magnetic control device for arc welding that controls the directivity of an arc generated in a non-consumable electrode or an electrode composed of a consumable electrode, wherein a pair of wires are wound around each tip of a U-shaped core. A magnetic coil having a winding portion, a coil moving mechanism that supports the magnetic coil so as to be movable along a welding direction, with the electrode sandwiched between a pair of the winding portions, and the magnetic coil The external magnetic field around the arc is changed in accordance with the relative positions of the coil excitation part that generates a magnetic flux by exciting the electrode and the pair of windings and the magnetic flux from the electrode and the pair of magnetic coils. And a magnetic control device for arc welding comprising:
According to this magnetic control apparatus for arc welding, a pair of magnetic coils are provided so as to sandwich the non-consumable electrode or the consumable electrode. Each magnetic coil has a conductive wire wound around an iron core in a coil shape. The iron core may be two independent rods or a horseshoe (U-shaped). A magnetic coil is arrange | positioned with the attitude | position in which the axis of an iron core follows a workpiece | work. The magnetic coil generates a magnetic field when a current flows. On the other hand, the electrode sandwiched between the magnetic coils also becomes an electrode plus or an electrode minus and generates a magnetic field in the electrode itself. The arc is deflected by the magnetic field of these electrodes themselves and the magnetic field of each magnetic coil. The electromagnetic force that deflects the arc becomes stronger when the lines of magnetic force are aligned. The direction of the electromagnetic force varies depending on the current direction of the electrode and the magnetic coil and the relative position of the electrode and the magnetic coil. Therefore, in the arc welding magnetic control device, it is possible to control the direction of the arc from front to back and from side to side by controlling the direction of the current of the electrode and the magnetic coil and the relative position of the electrode and the magnetic coil.
(12) 前記巻線部の前記導線の巻数が800〜1600回であり、一対の前記巻線部同士の間の距離が80〜200mmである(11)のアーク溶接用磁気制御装置。
このアーク溶接用磁気制御装置によれば、同一鉄心、同一導線径、及び同一電圧において、導線の巻き数が800回以上であることで磁界の不足が生じず、1600回以下であることで磁気コイル外径の肥大化が生じない。また一対の巻線部同士の間の距離が80mm以上であることで磁気コイルと電極の干渉を抑制でき、200mm以下であることで磁界の不足が生じにくくなる。これにより、アークを効率よく方向制御することが可能となる。
(12) The magnetic control device for arc welding according to (11), wherein the number of turns of the conductive wire of the winding portion is 800 to 1600 times, and a distance between the pair of winding portions is 80 to 200 mm.
According to this magnetic controller for arc welding, in the same iron core, the same conductor diameter, and the same voltage, the number of windings of the conductor is 800 times or more, and the magnetic field is not insufficient. Coil outer diameter is not enlarged. Further, when the distance between the pair of winding portions is 80 mm or more, interference between the magnetic coil and the electrode can be suppressed, and when it is 200 mm or less, a shortage of the magnetic field is less likely to occur. As a result, the direction of the arc can be controlled efficiently.
19 ワーク
25 ワイヤ送給ヘッド
27 ガス吸引部
39 第1溶接トーチ
41 電極
43 第2溶接トーチ
47,48 2軸スライダ
57 第1コイルユニット
59 第2コイルユニット
61 コイル励磁部
65 磁気コイル
67 磁気コイル
68 巻線部
69 鉄心
71,72 コイル移動機構
73 制御部
100,300 アーク溶接装置
200 アーク溶接システム
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記複数電極の少なくとも前記ワークの接地接続部に最も近くに配置された電極の、当該電極を挟んだ両脇側に設けた一対の磁気コイルと、
一対の前記磁気コイルを励磁して磁束を発生させるコイル励磁部と、
前記電極と一対の前記磁気コイルとの相対位置、及び前記電極と一対の前記磁気コイルからの磁束に応じて、前記アーク周囲の外部磁場を変化させる制御部と、
を備えるアーク溶接装置。 An arc welding apparatus in which two or more electrodes composed of one or both of non-consumable electrodes and consumable electrodes are arranged along the welding direction, and an arc is generated by applying a welding current between the plurality of electrodes and the workpiece. There,
A pair of magnetic coils provided on both sides of the electrode, the electrode disposed closest to the ground connection portion of the workpiece,
A coil exciter that excites a pair of magnetic coils to generate magnetic flux;
A control unit that changes an external magnetic field around the arc in accordance with a relative position between the electrode and the pair of magnetic coils, and a magnetic flux from the electrode and the pair of magnetic coils;
An arc welding apparatus comprising:
前記接地接続部に流れる合計電流と前記磁束密度との比率は1.5〜60.0である請求項1又は請求項2に記載のアーク溶接装置。 The magnetic flux density generated in the electrode by the coil excitation unit is 10 to 90 mT,
The arc welding apparatus according to claim 1 or 2, wherein a ratio between a total current flowing through the ground connection portion and the magnetic flux density is 1.5 to 60.0.
前記フィラーワイヤに独立して電流を印加するワイヤ電源と、
前記フィラーワイヤに印加する電流と極性の少なくとも一方を変化させるワイヤ電流調整部と、
を備える請求項8に記載のアーク溶接装置。 A wire feeding head for feeding at least one filler wire to the non-consumable electrode;
A wire power supply that applies current independently to the filler wire;
A wire current adjusting unit that changes at least one of the current and polarity applied to the filler wire;
An arc welding apparatus according to claim 8.
前記複数電極の少なくとも前記ワークの接地接続部に最も近くに配置された電極の、当該電極を挟んだ両脇側に設けられた一対の磁気コイルを励磁して磁束を発生させ、
前記電極と一対の前記磁気コイルとの相対位置、及び前記磁気コイルからの磁束に応じて、前記アーク周囲の外部磁場を変化させるアーク溶接方法。 An arc welding method in which two or more electrodes composed of one or both of non-consumable electrodes and consumable electrodes are arranged along the welding direction, and an arc is generated by applying a welding current between the plurality of electrodes and the workpiece. There,
Exciting a pair of magnetic coils provided on both sides of the electrode disposed closest to the ground connection part of the workpiece of the plurality of electrodes to generate a magnetic flux,
An arc welding method in which an external magnetic field around the arc is changed according to a relative position between the electrode and the pair of magnetic coils and a magnetic flux from the magnetic coil.
U字型鉄心の各先端部に、それぞれ導線を巻回した一対の巻線部を有する磁気コイルと、
前記磁気コイルを、一対の前記巻線部の間に前記電極を挟んで配置するとともに、溶接方向に沿って移動可能に支持するコイル移動機構と、
前記磁気コイルを励磁して磁束を発生させるコイル励磁部と
前記電極と一対の前記巻線部との相対位置、及び前記電極と一対の前記磁気コイルからの磁束に応じて、前記アーク周囲の外部磁場を変化させる制御部と、
を備えるアーク溶接用磁気制御装置。 A magnetic control device for arc welding that controls the directivity of an arc generated in an electrode composed of a non-consumable electrode or a consumable electrode,
A magnetic coil having a pair of winding portions each wound with a conducting wire at each tip of the U-shaped iron core;
A coil moving mechanism that disposes the magnetic coil between the pair of winding portions and supports the magnetic coil so as to be movable along the welding direction;
Depending on the relative position between the coil excitation part that excites the magnetic coil to generate magnetic flux, the electrode and the pair of winding parts, and the magnetic flux from the electrode and the pair of magnetic coils, the outside around the arc A controller that changes the magnetic field;
A magnetic control device for arc welding comprising:
一対の前記巻線部同士の間の距離が80〜200mmである請求項11に記載のアーク溶接用磁気制御装置。 The number of turns of the conducting wire of the winding part is 800 to 1600 times,
The magnetic control device for arc welding according to claim 11, wherein a distance between the pair of winding portions is 80 to 200 mm.
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