JP2020025965A - Arc welding method and arc welding equipment - Google Patents

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Abstract

To provide an arc welding method that can suppress a spatter generation amount and stabilize welding, even when a welding-current is in a current range of 650-800A in GMA welding.SOLUTION: In a consumable electrode type arc welding method carried out by using a welding-current of 650-800 A, welding is performed by using carbon dioxide with a capacitance ratio of 10% or more and less than 17.5%, argon with a capacitance ratio of 82.5% or more and less than 90%, and triple shield gas having the remnant composed of helium.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本発明はアーク溶接方法及びアーク溶接装置に関する。   The present invention relates to an arc welding method and an arc welding device.

近年、溶接能率の向上のため、高溶着量又は大脚長を目的とした高能率GMA(Gas Metal Arc)溶接技術が開発されてきている。   In recent years, in order to improve welding efficiency, a high-efficiency GMA (Gas Metal Arc) welding technique for the purpose of achieving a high welding amount or a large leg length has been developed.

GMA溶接には、シールドガスとしてアルゴン又はヘリウム等の不活性ガスのみを用いるMIG溶接と、二酸化炭素等の活性ガス、あるいは活性ガスとアルゴン等の不活性ガスの混合ガスを用いるMAG溶接がある。MAG溶接の中でも特に二酸化炭素のみを用いる場合を炭酸ガスアーク溶接と呼ぶ場合もある。炭酸ガスアーク溶接と比較して、ガス組成にアルゴンを含むGMA溶接では、溶接が安定しやすく、良好な溶接結果、即ち良好な機械的特性、ビード外観等が得られることが一般的に知られている。   GMA welding includes MIG welding using only an inert gas such as argon or helium as a shielding gas, and MAG welding using an active gas such as carbon dioxide or a mixed gas of an active gas and an inert gas such as argon. Among MAG welding, the case where only carbon dioxide is used is sometimes called carbon dioxide gas arc welding. It is generally known that, compared to carbon dioxide arc welding, GMA welding containing argon in the gas composition is easy to stabilize welding and provides good welding results, that is, good mechanical properties, bead appearance, and the like. I have.

特許文献1及び特許文献2には、シールドガスとしてアルゴン及び二酸化炭素を含むGMA溶接において、当該シールドガスにヘリウムを添加することにより溶接能率を向上させる技術が開示されている。   Patent Literature 1 and Patent Literature 2 disclose a technique for improving welding efficiency by adding helium to the shielding gas in GMA welding including argon and carbon dioxide as shielding gases.

特許第5319595号公報Japanese Patent No. 5319595 特開2013−046932号公報JP 2013-046932 A

しかしながら、特許文献1、2に係る技術においては、溶接電流は500A以下に制限される。溶接能率を更に向上させるために、500A超でのGMA溶接技術が期待される。   However, in the techniques according to Patent Documents 1 and 2, the welding current is limited to 500 A or less. In order to further improve the welding efficiency, GMA welding technology at over 500 A is expected.

シールドガスにアルゴンを含むGMA溶接としては、80%アルゴン−20%二酸化炭素を用いるMAG溶接、又は100%アルゴンを用いるMIG溶接が代表的である。特に鉄鋼材料の溶接においては前者が一般的である。しかし、80%アルゴン−20%二酸化炭素を用いるMAG溶接では、溶接電流が650A以上になるとスパッタ発生量が増加し、更に700A以上になると溶接が著しく不安定化する。不安定化の具体的な原因は以下の通りである。   Typical examples of GMA welding containing argon as a shielding gas include MAG welding using 80% argon-20% carbon dioxide and MIG welding using 100% argon. In particular, the former is generally used for welding steel materials. However, in MAG welding using 80% argon-20% carbon dioxide, the amount of spatters increases when the welding current is 650 A or more, and the welding becomes extremely unstable when the welding current is 700 A or more. The specific causes of instability are as follows.

例えば、突き出し長さ35mm、V受け下向き隅肉溶接の場合、650A未満の電流域においては、溶滴移行形態は、電流によって、ドロップ移行、振り子移行、及びローテーティング移行のいずれかとなる、あるいはそれらの内、複数の移行形態が混在しうるが、そのいずれの移行形態においても溶接は安定し、問題はない。
振り子移行は、溶接ワイヤの先端部に形成された液柱及びアークが、同一平面上を振り子状に揺動しつつ、溶接ワイヤの突き出し方向を中心軸として当該平面が全体として少しずつ回転していく特徴的な溶滴移行形態である。
For example, in the case of V-down fillet welding with a protrusion length of 35 mm, in a current range of less than 650 A, the droplet transfer mode is any of a drop transfer, a pendulum transfer, and a rotating transfer depending on the current, or a combination thereof. Among them, a plurality of transition modes can be mixed, but in any of the transition modes, welding is stable and there is no problem.
Pendulum transition, the liquid column and the arc formed at the tip of the welding wire, while swinging in a pendulum shape on the same plane, the plane rotates little by little with the projecting direction of the welding wire as the central axis. This is a characteristic droplet transfer mode.

650A以上700A未満の電流域においては、ドロップ移行、振り子移行、及びローテーティング移行が混在する。この電流域では、高電流のため溶接ワイヤの先端部に形成される溶融金属液柱の長さが長くなるが、振り子移行を呈する際、この長い液柱が大きく振れて往復し、ワイヤ先端の液柱が溶融池外部へ吹き飛ばされる。その結果、溶接安定性は極端に悪化することはないものの、スパッタ発生量が著しく増加する。   In the current range of 650 A or more and less than 700 A, a drop transition, a pendulum transition, and a rotating transition are mixed. In this current range, the length of the molten metal liquid column formed at the tip of the welding wire becomes long due to the high current, but when exhibiting the pendulum transition, this long liquid column swings greatly and reciprocates, causing the wire tip to reciprocate. The liquid column is blown out of the molten pool. As a result, although the welding stability is not extremely deteriorated, the amount of spatter generated is significantly increased.

700A以上800A未満の電流域においては、ローテーティング移行が主となるが、振り子移行、ドロップ移行を呈する場合もある。この電流域では、ドロップ移行あるいは振り子移行を呈すると、高電流で非常に強いアーク力が特定方向に集中してしまい、その結果溶融金属が搖動し溶接が不安定化する。ドロップ移行では下向きにアークが集中し、振り子移行では往復面方向にアークが集中する。なお、ローテーティング移行を呈する場合は、アーク力が回転方向に分散され、かつ一定周期で回転移動するため、溶融金属に加わる力が分散されて不安定化を抑えることができる。   In the current region of 700 A or more and less than 800 A, the rotation transition is mainly performed, but the transition may be a pendulum transition or a drop transition. In this current range, if a drop transition or a pendulum transition is exhibited, a very strong arc force with a high current is concentrated in a specific direction, and as a result, the molten metal fluctuates and welding becomes unstable. In the drop transition, the arc concentrates downward, and in the pendulum transition, the arc concentrates in the reciprocating plane direction. In the case of a rotating transition, the arc force is dispersed in the rotating direction and rotates at a constant period, so that the force applied to the molten metal is dispersed, so that instability can be suppressed.

800A以上の電流域では、電流が過大となっていわゆるピンチ不安定状態となり、溶滴移行形態が不定となる。その結果アーク現象は短時間に極端に変化し、溶接は不安定化する。   In the current range of 800 A or more, the current becomes excessively large, causing a so-called pinch unstable state, and the droplet transfer mode is undefined. As a result, the arc phenomenon changes extremely in a short time, and the welding becomes unstable.

なお、上記では、主に80%アルゴン−20%二酸化炭素を用いるMAG溶接における不安定性を説明したが、100%アルゴンを用いるMIG溶接においても、溶接電流が650A以上になると、溶接が不安定化し、同様の問題が発生する。   In the above description, instability in MAG welding using 80% argon-20% carbon dioxide was mainly described. However, in MIG welding using 100% argon, when the welding current becomes 650 A or more, the welding becomes unstable. A similar problem occurs.

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、GMA溶接において溶接電流が650A以上800A以下の電流域にあっても、スパッタ発生量を抑制し、かつ溶接を安定化させることができるアーク溶接方法及びアーク溶接装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to suppress the amount of spatter generated and stabilize welding even when the welding current is in a current range of 650 A to 800 A in GMA welding. It is an object of the present invention to provide an arc welding method and an arc welding apparatus that can perform the method.

本発明に係るアーク溶接方法は、母材の被溶接部にシールドガスを供給しながら溶接ワイヤを送給すると共に、該溶接ワイヤに650A以上800A以下の溶接電流を供給することによって、前記溶接ワイヤの先端部及び前記被溶接部間にアークを発生させて前記母材を溶接する消耗電極式のアーク溶接方法であって、前記シールドガスは、容量比が10%以上17.5%未満の二酸化炭素、容量比が82.5%以上90%未満のアルゴン、残部がヘリウムからなる3種混合ガスである。   In the arc welding method according to the present invention, the welding wire is supplied while supplying a welding gas while supplying a shielding gas to a portion to be welded of the base material, and a welding current of 650 A to 800 A is supplied to the welding wire. A consumable electrode type arc welding method for welding the base material by generating an arc between the tip portion and the portion to be welded, wherein the shielding gas has a capacity ratio of 10% or more and less than 17.5%. It is a mixed gas of three types consisting of carbon, argon having a capacity ratio of 82.5% or more and less than 90%, and the balance being helium.

本発明に係るアーク溶接装置は、母材の被溶接部にシールドガスを供給しながら溶接ワイヤを送給すると共に、該溶接ワイヤに650A以上800A以下の溶接電流を供給することによって、前記溶接ワイヤの先端部及び前記被溶接部間にアークを発生させて前記母材を溶接する消耗電極式のアーク溶接装置であって、容量比が10%以上17.5%未満の二酸化炭素、容量比が82.5%以上90%未満のアルゴン、残部がヘリウムからなる3種混合のシールドガスを前記被溶接部に供給するシールドガス供給部を備える。   The arc welding apparatus according to the present invention supplies the welding wire while supplying a shielding gas to a portion to be welded of the base material, and supplies a welding current of 650 A to 800 A to the welding wire. An arc welding device of a consumable electrode type for generating an arc between the tip portion and the portion to be welded and welding the base material, wherein a volume ratio of carbon dioxide having a capacity ratio of 10% or more and less than 17.5% is obtained. A shield gas supply unit for supplying a shield gas of three or more of 82.5% or more and less than 90% of argon and a balance of helium to the portion to be welded is provided.

本態様によれば、溶接電流が650A以上800A以下の電流域で行うGMA溶接において、容量比が10%以上17.5%未満の二酸化炭素、容量比が82.5%以上90%未満のアルゴン、残部がヘリウムからなる3種混合のシールドガスを用いることにより、スパッタ発生量を抑制し、かつ溶接を安定化させることができる(図2〜図4参照)。
溶接電流が変動する場合における上記電流域は、当該溶接電流の平均値が650A以上800A以下であることを意味する。
According to this aspect, in GMA welding performed in a current region where the welding current is 650 A or more and 800 A or less, carbon dioxide having a capacity ratio of 10% or more and less than 17.5%, and argon having a capacity ratio of 82.5% or more and less than 90%. By using a mixture of three types of shielding gas consisting of helium, the amount of spatter generated can be suppressed and welding can be stabilized (see FIGS. 2 to 4).
The above current range when the welding current fluctuates means that the average value of the welding current is 650A or more and 800A or less.

本発明に係るアーク溶接方法は、−20V/100A以上−2V/100A以下の定電圧特定を有する電源を用いて直流の溶接電流を前記溶接ワイヤに供給する。   The arc welding method according to the present invention supplies a DC welding current to the welding wire using a power supply having a constant voltage specification of −20 V / 100 A or more and −2 V / 100 A or less.

本態様によれば、溶接電流の変動を抑えつつ、アーク長を一定に保つことができ、溶接を安定化させることができる。外部特性が−2V/100Aより定電圧特性側によると、アーク長を一定にするため溶接電流が激しく動いて溶接が不安定化する。また外部特性が−20A/100Vより定電流特性側に寄ると、アーク長を一定に保つのが困難となる。   According to this aspect, the arc length can be kept constant while the fluctuation of the welding current is suppressed, and the welding can be stabilized. When the external characteristic is on the constant voltage characteristic side from -2 V / 100 A, the welding current moves violently to make the arc length constant, and the welding becomes unstable. If the external characteristic is closer to the constant current characteristic side than -20 A / 100 V, it becomes difficult to keep the arc length constant.

本発明によれば、GMA溶接において溶接電流が650A以上800A以下の電流域にあっても、スパッタ発生量を抑制し、かつ溶接を安定化させることができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, even if the welding current in GMA welding is in the electric current range of 650 A or more and 800 A or less, the amount of spatters generated can be suppressed and welding can be stabilized.

本実施形態に係るアーク溶接方法を実施するためのアーク溶接装置を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the arc welding apparatus for implementing the arc welding method concerning this embodiment. 溶接電流が650Aでの溶接安定性及びガス混合比の関係を示すガス成分の三元図である。FIG. 3 is a ternary diagram of gas components showing a relationship between welding stability and a gas mixture ratio at a welding current of 650 A. 溶接電流が800Aでの溶接安定性及びガス混合比の関係を示すガス成分の三元図である。FIG. 3 is a ternary diagram of gas components showing a relationship between welding stability and a gas mixture ratio at a welding current of 800 A. 溶接電流が650A以上800A以下の電流域でスパッタ発生量を抑制し、かつ溶接を安定化させることが可能な混合比を示すガス成分の三元図である。FIG. 4 is a ternary diagram of gas components showing a mixture ratio capable of suppressing a spatter generation amount and stabilizing welding in a current region where a welding current is 650 A or more and 800 A or less.

以下、本発明をその実施形態を示す図面に基づいて詳述する。
<アーク溶接装置>
図1は、本実施形態に係るアーク溶接方法を実施するためのアーク溶接装置を示す模式図である。本実施形態に係るアーク溶接装置は、少なくとも650A以上800以下の大電流アーク溶接が可能な消耗電極式のガスシールドアーク溶接機であり、溶接トーチ11及びワイヤ送給部12が取り付けられた溶接ロボット1と、溶接電源2と、制御装置3と、シールドガス供給部4とを備える。図1中、太線は給電ケーブルL、細線は制御通信線、二重線はガス配管4aである。制御装置3は、動作制御信号を溶接ロボット1へ出力すると共に、所定のタイミングで溶接制御信号を溶接電源2へ出力することによって、溶接ロボット1及び溶接電源2の動作を制御する。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings showing the embodiments.
<Arc welding equipment>
FIG. 1 is a schematic diagram showing an arc welding apparatus for performing the arc welding method according to the present embodiment. The arc welding apparatus according to the present embodiment is a consumable electrode type gas shielded arc welding machine capable of performing high current arc welding of at least 650 A to 800, and a welding robot to which a welding torch 11 and a wire feeding unit 12 are attached. 1, a welding power source 2, a control device 3, and a shielding gas supply unit 4. In FIG. 1, a thick line is a power supply cable L, a thin line is a control communication line, and a double line is a gas pipe 4a. The control device 3 controls the operations of the welding robot 1 and the welding power source 2 by outputting an operation control signal to the welding robot 1 and outputting a welding control signal to the welding power source 2 at a predetermined timing.

溶接ロボット1は、床面の適宜箇所に固定される基部13を備える。基部13には、複数のアーム14が軸部を介して回動可能に連結している。先端側に連結されたアーム14の先端部位には、溶接トーチ11が保持されている。アーム14の連結部分にはサーボモータが設けられており、サーボモータの回転駆動力によって軸部を中心に各アーム14が回動する。サーボモータの回転は制御装置3によって制御されている。制御装置3は、各アーム14を回動させることによって、母材5に対して溶接トーチ11を上下前後左右に移動させることができる。各アーム14の連結部分には、アーム14の回動位置を示す信号を制御装置3へ出力するエンコーダが設けられており、制御装置3は、エンコーダから出力された信号に基づいて、溶接トーチ11の位置を認識する。また、制御装置3は溶接電源2と通信を行い、溶接ワイヤWの送給及び溶接電流の供給を制御する。   The welding robot 1 includes a base 13 fixed to an appropriate location on the floor. A plurality of arms 14 are rotatably connected to the base 13 via a shaft. A welding torch 11 is held at a distal end portion of the arm 14 connected to the distal end side. A servo motor is provided at a connection portion of the arms 14, and each arm 14 rotates around a shaft portion by the rotational driving force of the servo motor. The rotation of the servomotor is controlled by the control device 3. The control device 3 can move the welding torch 11 up, down, front, back, left and right with respect to the base material 5 by rotating each arm 14. An encoder that outputs a signal indicating the rotational position of the arm 14 to the control device 3 is provided at a connection portion of each arm 14, and the control device 3 performs the welding torch 11 based on the signal output from the encoder. Recognize the position of. The control device 3 communicates with the welding power source 2 to control the supply of the welding wire W and the supply of the welding current.

シールドガス供給部4は、溶接トーチ11へシールドガスを供給する。シールドガスは、アークによって溶融した母材5及び溶接ワイヤWの酸化を防止するためのものである。シールドガスは、例えばアルゴンAr、二酸化炭素CO2 及びヘリウムHeの3
種混合ガスである。なお、シールドガスの流量は、40L/分以上が望ましく、50L/分以上がより望ましい。また、シールドガスを構成する各種ガスは溶接トーチ11へ供給する直前で混合するようにしても良いし、予め各種ガスを混合させ、所定時間、例えば数日間おいたものを溶接トーチ11へ供給するようにしても良い。
The shielding gas supply unit 4 supplies a shielding gas to the welding torch 11. The shielding gas is for preventing the base material 5 and the welding wire W melted by the arc from being oxidized. The shielding gas is, for example, argon Ar, carbon dioxide CO 2 and helium He.
It is a seed mixed gas. The flow rate of the shielding gas is preferably 40 L / min or more, more preferably 50 L / min or more. Various gases constituting the shielding gas may be mixed immediately before being supplied to the welding torch 11, or various gases may be mixed in advance and supplied to the welding torch 11 for a predetermined time, for example, several days. You may do it.

溶接トーチ11は、銅合金等の導電性材料からなり、母材5の被溶接部51へ溶接ワイヤWを案内すると共に、アークの発生に必要な溶接電流を供給する円筒形状のコンタクトチップを有する。コンタクトチップは、その内部を挿通する溶接ワイヤWに接触し、溶接電流を溶接ワイヤWに供給する。また、溶接トーチ11は、コンタクトチップを囲繞する中空円筒形状をなし、シールドガス供給部4から供給されたシールドガスを被溶接部51へ噴射するノズルを有する。   The welding torch 11 is made of a conductive material such as a copper alloy, and has a cylindrical contact tip that guides the welding wire W to the welded portion 51 of the base material 5 and supplies a welding current necessary for generating an arc. . The contact tip contacts a welding wire W passing through the inside thereof and supplies a welding current to the welding wire W. Further, the welding torch 11 has a hollow cylindrical shape surrounding the contact tip, and has a nozzle for injecting the shielding gas supplied from the shielding gas supply unit 4 to the welded portion 51.

溶接ワイヤWは、例えばソリッドワイヤ、メタルコアードワイヤ又はフラックスコアードワイヤであり、消耗電極として機能する。溶接ワイヤWの直径は0.8mm以上1.6mm以下である。溶接ワイヤWは、例えば、螺旋状に巻かれた状態でペールパックに収容されたパックワイヤ、あるいはワイヤリールに巻回されたリールワイヤである。   The welding wire W is, for example, a solid wire, a metal cored wire, or a flux cored wire, and functions as a consumable electrode. The diameter of the welding wire W is 0.8 mm or more and 1.6 mm or less. The welding wire W is, for example, a pack wire stored in a pail pack in a spirally wound state, or a reel wire wound on a wire reel.

ワイヤ送給部12は、溶接ワイヤWを溶接トーチ11へ送給する送給ローラと、当該送給ローラを回転させるモータとを有する。ワイヤ送給部12は、送給ローラを回転させることによって、ペールパック又はワイヤリールから溶接ワイヤWを引き出し、引き出された溶接ワイヤWを溶接トーチ11へ定速で供給する。溶接ワイヤWの送給速度は、例えば、約5〜100m/分である。なお、かかる溶接ワイヤWの送給方式は一例であり、特に限定されるものではない。   The wire feeder 12 includes a feed roller that feeds the welding wire W to the welding torch 11, and a motor that rotates the feed roller. The wire feeding unit 12 draws out the welding wire W from the pail pack or the wire reel by rotating the feeding roller, and supplies the pulled out welding wire W to the welding torch 11 at a constant speed. The feeding speed of the welding wire W is, for example, about 5 to 100 m / min. The method of feeding the welding wire W is an example, and is not particularly limited.

溶接電源2は、定電圧特性の電源であり、給電ケーブルLを介して、溶接トーチ11のコンタクトチップ及び母材5に接続された電源回路を備える。電源回路は、PWM制御された直流を出力する回路であり、溶接ワイヤW及び母材5間に溶接電圧を印加することにより、溶接電流を供給する。特に、本実施形態に係る溶接電源2は650A以上800A以下の溶接電流を供給する。溶接電流は直流又は直流パルスが望ましいが、特に限定されるものではなく、例えば交流ないし交流パルスであっても良い。溶接電流が変動する場合における650Aは、当該溶接電流の平均値を意味する。   The welding power supply 2 is a power supply having a constant voltage characteristic, and includes a power supply circuit connected to a contact tip of the welding torch 11 and the base material 5 via a power supply cable L. The power supply circuit is a circuit that outputs a PWM-controlled direct current, and supplies a welding current by applying a welding voltage between the welding wire W and the base material 5. In particular, the welding power supply 2 according to the present embodiment supplies a welding current of 650 A or more and 800 A or less. The welding current is preferably a direct current or a direct current pulse, but is not particularly limited, and may be, for example, an alternating current or an alternating current pulse. 650 A when the welding current fluctuates means the average value of the welding current.

このように構成されたアーク溶接装置によれば、母材5の被溶接部51にシールドガスを供給しながら溶接ワイヤWを送給すると共に、溶接ワイヤWに溶接電流を供給することによって、溶接ワイヤWの先端部及び被溶接部51間にアークを発生させて母材5を溶接することができる。   According to the arc welding apparatus configured as described above, by supplying the welding wire W while supplying the shielding gas to the welded portion 51 of the base material 5 and supplying the welding current to the welding wire W, the welding is performed. The base material 5 can be welded by generating an arc between the distal end portion of the wire W and the portion 51 to be welded.

<アーク溶接方法>
本実施形態に係るアーク溶接方法は、溶接電流が650A以上800A以下の電流域において、ローテーティング移行を安定維持することにより、溶接を安定化するものである。具体的には、二酸化炭素、アルゴン及びヘリウムの3種混合ガスからなるシールガスであって、その組成比を二酸化炭素の容量比:10%以上17.5%未満、アルゴンの容量比:82.5%以上90%未満、ヘリウム:残部(%)とすることにより、同様にして溶接の安定化を実現する。
<Arc welding method>
The arc welding method according to the present embodiment stabilizes welding by stably maintaining the rotation transition in a current range of 650 A to 800 A. Specifically, it is a sealing gas composed of a mixed gas of three types of carbon dioxide, argon and helium, and its composition ratio is 10% or more and less than 17.5% by volume of carbon dioxide, and the volume ratio of argon is 82. By setting the helium: balance (%) to 5% or more and less than 90%, stabilization of welding is realized in the same manner.

図2は、溶接電流が650Aでの溶接安定性及びガス混合比の関係を示すガス成分の三元図、図3は、溶接電流が800Aでの溶接安定性及びガス混合比の関係を示すガス成分の三元図である。図2及び図3は実験結果を示している。実験条件は次の通りである。溶接ワイヤWの突き出し長さ35mm、V受け下向き隅肉溶接、シールドガスは二酸化炭素、アルゴン及びヘリウムの3種混合ガス、シールドガスの流量は50L/分、溶接ワイヤWはワイヤ径1.4mmのソリッドワイヤ、ワイヤ送給速度は34m/分、外部特性は−10V/100Aの直流溶接電流である。   FIG. 2 is a ternary diagram of gas components showing the relationship between the welding stability and the gas mixture ratio when the welding current is 650 A, and FIG. 3 is a gas showing the relationship between the welding stability and the gas mixture ratio when the welding current is 800 A. FIG. 3 is a ternary diagram of components. 2 and 3 show the results of the experiment. The experimental conditions are as follows. The welding wire W has a protrusion length of 35 mm, V receiving down fillet welding, the shielding gas is a mixed gas of three types of carbon dioxide, argon and helium, the flow rate of the shielding gas is 50 L / min, and the welding wire W has a wire diameter of 1.4 mm. Solid wire, wire feeding speed is 34 m / min, and external characteristics are -10 V / 100 A DC welding current.

白丸印は、ローテーティング移行が安定的に維持され、溶接が安定する混合ガスの組成比を示している。黒丸印は、ローテーティング移行が安定的に維持されず、ドロップ移行、振り子移行となって、アークが乱れることのある混合ガスの組成比を示している。黒三角印は、ローテーティング移行、振り子移行、ドロップ移行が混在し、溶接結果は良好だが、スパッタ発生量が多くなる混合ガスの組成比を示している。X印は、溶滴移行形態が不定となり溶接が不安定化する混合ガスの組成比を示している。   The white circles indicate the composition ratio of the mixed gas in which the rotation transfer is stably maintained and the welding is stabilized. The black circles indicate the composition ratio of the mixed gas in which the rotation transfer is not stably maintained, the drop transfer and the pendulum transfer are performed, and the arc may be disturbed. The black triangles indicate the composition ratio of the mixed gas in which rotation transfer, pendulum transfer, and drop transfer are mixed and the welding result is good, but the amount of spatter generated is large. The X mark indicates the composition ratio of the mixed gas in which the droplet transfer mode becomes indefinite and the welding becomes unstable.

図2に示すように、溶接電流が650Aの場合、二酸化炭素、ヘリウムの組成比が低くアルゴンの組成比が高い組成範囲Aの領域ではローテーティング移行を安定維持でき、溶接が安定するが、二酸化炭素又はHeの組成比が高い組成範囲Bの領域では、ローテーティング移行を安定維持できず、アークが不安定化したり、スパッタ発生量が増加したりする。   As shown in FIG. 2, when the welding current is 650 A, the rotation transfer can be stably maintained in the region of the composition range A in which the composition ratio of carbon dioxide and helium is low and the composition ratio of argon is high, and the welding becomes stable. In the region of the composition range B where the composition ratio of carbon or He is high, the rotation transfer cannot be stably maintained, and the arc becomes unstable or the amount of spatters increases.

図3に示すように、溶接電流が800Aの場合、組成範囲Cでは溶滴移行が不定となり、ローテーティング移行を安定維持できず、溶接が不安定化する。組成範囲Dの領域ではローテーティング移行を安定維持できず、溶接が不安定となる。組成範囲Cと組成範囲Dとの間の領域、二酸化炭素又はヘリウムの組成比が十分に大きい組成範囲Eの領域では、ローテーティング移行を安定維持でき、溶接が安定する。   As shown in FIG. 3, when the welding current is 800 A, in the composition range C, the transfer of the droplet becomes indefinite, the rotation transfer cannot be stably maintained, and the welding becomes unstable. In the range of the composition range D, rotation transfer cannot be stably maintained, and welding becomes unstable. In the region between the composition range C and the composition range D, and in the region of the composition range E where the composition ratio of carbon dioxide or helium is sufficiently large, the rotation transfer can be stably maintained, and the welding is stabilized.

図4は、溶接電流が650A以上800A以下の電流域でスパッタ発生量を抑制し、かつ溶接を安定化させることが可能な混合比を示すガス成分の三元図である。図4は、図2に示した溶接が安定化する組成範囲Aと、図3に示した溶接が安定化する組成範囲Eとを重ね合わせた組成範囲(ハッチングを付した領域)を示している。図4においては、三元図の一部、組成比の適正範囲近傍を拡大して示している。
当該組成範囲は、溶接電流が650A及び800Aのいずれにおいても溶接を安定化させることができる領域である。溶接電流を650A〜800Aの範囲で変化させた場合であっても、少なくとも当該領域においては溶接が安定化している。
また、より好ましくは、アルゴンの容量比が82.5%以上90%未満、かつ二酸化炭素の容量比が10%以上17.5未満の領域、つまりアルゴンの組成比を示す左側斜辺と、二本の二点鎖線で囲まれた領域で溶接を行うと良い。一方の二点鎖線はアルゴンの容量比が82.5%であることを示し、他方の二点鎖線は二酸化炭素の容量比が10%であることを示している。このように左側斜辺及び二点鎖線で囲まれた領域は、ハッチングが付された適正領域に内包されているため、当該範囲内において溶接は安定する。
FIG. 4 is a ternary diagram of gas components showing a mixture ratio capable of suppressing the amount of spatter generation and stabilizing welding in a current region where the welding current is 650 A or more and 800 A or less. FIG. 4 shows a composition range (hatched area) in which the composition range A in which the welding is stabilized shown in FIG. 2 and the composition range E in which the welding is stabilized shown in FIG. 3 are superimposed. . In FIG. 4, a part of the ternary diagram, the vicinity of an appropriate range of the composition ratio, is enlarged.
The composition range is a region where the welding current can be stabilized at both 650 A and 800 A. Even when the welding current is changed in the range of 650A to 800A, the welding is stabilized at least in the region.
More preferably, the volume ratio of argon is 82.5% or more and less than 90% and the volume ratio of carbon dioxide is 10% or more and less than 17.5, that is, the left oblique side indicating the composition ratio of argon, It is preferable to perform welding in a region surrounded by a two-dot chain line. One two-dot chain line indicates that the volume ratio of argon is 82.5%, and the other two-dot chain line indicates that the volume ratio of carbon dioxide is 10%. Since the area surrounded by the left oblique side and the two-dot chain line is included in the appropriate area with hatching, the welding is stable within the range.

<溶接条件の詳細>
以下、溶接条件の詳細ないし変形例について説明する。
溶接ワイヤWの適正な突き出し長さは、20mm〜45mmである。突き出し長さは、溶接トーチ11のチップ先端と、母材5の表面との距離である。突き出し長さが20mm未満になると、チップ先端から溶融金属表面までの距離が短くなり、外乱等で溶融金属とコンタクトチップが接触したり、アーク発生点がチップ先端に近くなりすぎることにより、チップ溶着の頻度増加やチップ消耗速度の増加につながる。一方突き出しが45mmを超えると、溶接トーチ11のノズルが溶接ワイヤWの先端部から遠くなりすぎることにより、シールド不良が起こりやすくなったり、溶接ワイヤWの曲りぐせによる狙いズレが大きくなる。またV受け隅肉溶接においては、特に突き出し25mm〜40mmの範囲において、より効果的に上記問題を防ぐことができる。
<Details of welding conditions>
Hereinafter, details or modifications of the welding conditions will be described.
An appropriate protrusion length of the welding wire W is 20 mm to 45 mm. The protrusion length is the distance between the tip of the welding torch 11 and the surface of the base material 5. If the protruding length is less than 20 mm, the distance from the tip of the chip to the surface of the molten metal becomes short, and the molten metal contacts the contact tip due to disturbance, etc., or the arc generation point becomes too close to the tip of the chip, causing chip welding. Frequency and chip consumption rate. On the other hand, when the protrusion exceeds 45 mm, the nozzle of the welding torch 11 is too far from the tip of the welding wire W, so that a shield failure is likely to occur or a target deviation due to the bending of the welding wire W increases. In the V-receiving fillet welding, the above problem can be more effectively prevented particularly in the range of the protrusion of 25 mm to 40 mm.

溶接トーチ11の姿勢は下向きが良い。横向きや縦向き、上向き溶接になると、溶融金属量が多いため溶融金属が垂れてしまう。ただし、30°までの一般的な前進角、後退角、狙い角度であれば施工に問題は生じない。狙い角度は、溶接線に沿って移動する溶接トーチ11の移動方向に対して略垂直な面内における溶接トーチ11の傾き角度である。
また、多量の溶融金属を受け止める観点から、継手はV受け下向きの隅肉溶接又は開先内突き合わせ下向き溶接が好ましい。
The posture of the welding torch 11 is preferably downward. In the case of horizontal, vertical or upward welding, the molten metal drips because of the large amount of molten metal. However, there is no problem in the construction as long as the general advance angle, the sweep angle, and the target angle are up to 30 °. The target angle is a tilt angle of the welding torch 11 in a plane substantially perpendicular to the moving direction of the welding torch 11 moving along the welding line.
In addition, from the viewpoint of receiving a large amount of molten metal, the joint is preferably V-shaped fillet welding downward or butt-down welding inside a groove.

更に、一般的ないわゆるオープンアークでの溶接でローテーティング移行になると、溶接ワイヤWの先端部から離脱した溶融金属がスパッタとなって飛散し、大量のスパッタを生じることが知られている。しかし、ローテーティング移行において溶接ワイヤWの先端部の液柱の延長がビード幅以内に収まるように溶接すれば、スパッタを溶接ビードに吸収させることができ、多量のスパッタの発生を防止しつつ安定溶接を実現可能である。
更にまた、高電流MAG溶接では強いアークによって母材5側溶融金属に凹部分が形成されるが、溶接ワイヤWに形成される液柱の先端が溶融金属表面より深い位置で移行する準埋もれアーク(即ちアークの上側部分は溶融金属表面より上側に位置する)とすることにより、より効果的にスパッタの発生を抑制できる。
また、アークにより母材5に形成される凹状の溶融部分によって囲まれる空間に当該先端部を進入させて母材5を溶接する埋もれアーク、いわば完全な埋もれアークとすることでも、より効果的にスパッタの発生を抑制することができる。
Further, it is known that when the rotation shifts by welding in a general so-called open arc, the molten metal detached from the distal end of the welding wire W becomes spatter and scatters to generate a large amount of spatter. However, if welding is performed so that the extension of the liquid column at the tip of the welding wire W falls within the bead width at the time of rotating transition, spatter can be absorbed by the weld bead and stable while preventing the generation of a large amount of spatter. Welding is feasible.
Further, in the high current MAG welding, a concave portion is formed in the molten metal on the base metal 5 side by a strong arc, but a semi-buried arc in which the tip of a liquid column formed on the welding wire W moves at a position deeper than the molten metal surface. (That is, the upper part of the arc is located above the surface of the molten metal), so that generation of spatter can be more effectively suppressed.
Further, it is more effective to form a buried arc in which the leading end portion enters a space surrounded by a concave molten portion formed in the base material 5 by the arc to weld the base material 5, that is, a completely buried arc. Sputtering can be suppressed.

更にまた、溶接ワイヤWの種類は問わないが、ソリッドワイヤ又はメタルコアードワイヤは、フラックスコアードワイヤと比較してローテーティング移行を安定維持させやすいため好ましい。メタルコアードワイヤは、組成によってはローテーティング移行を妨げる場合があるため、ソリッドワイヤがより好ましい。   Further, the type of the welding wire W is not limited, but a solid wire or a metal-cored wire is preferable because the rotation transfer can be more stably maintained as compared with the flux cored wire. The metal cored wire is more preferable to be a solid wire because the rotation transfer may be prevented depending on the composition.

更にまた、溶接ワイヤWの径は、0.8mm〜1.6mmが良い。ただし細径ワイヤでは溶滴移行が不定化しやすいため、1.2mm〜1.6mmがより好ましく、1.4mm〜1.6mmが更に好ましい。また、太径ワイヤではローテーティング移行が起こりにくいため、1.4mmが特に望ましい。   Further, the diameter of the welding wire W is preferably 0.8 mm to 1.6 mm. However, since the transfer of droplets is likely to be uncertain with a thin wire, the diameter is preferably 1.2 mm to 1.6 mm, more preferably 1.4 mm to 1.6 mm. In addition, 1.4 mm is particularly desirable because the transition to the rotation does not easily occur with a large diameter wire.

更にまた、溶接法は一般的な定電圧特性制御の直流溶接、又は直流パルス溶接が望ましいが、交流溶接、交流パルス溶接等でも良い。パルス溶接ではピーク電流時に溶滴移行形態が不定化しやすいため、定電圧特性制御の直流溶接がより望ましい。またその場合、外部特性は−20V/100A以上−2V/100A以下が望ましい。外部特性が−2V/100Aより定電圧特性側によると、アーク長を一定にするため溶接電流が激しく動いて溶接が不安定化する。また外部特性が−20A/100Vより定電流特性側に寄ると、アーク長を一定に保つのが困難となる。   Furthermore, as the welding method, DC welding or DC pulse welding of general constant voltage characteristic control is desirable, but AC welding, AC pulse welding, or the like may be used. In pulse welding, the droplet transfer form is likely to be unstable at the time of peak current, and therefore DC welding with constant voltage characteristic control is more desirable. In this case, the external characteristics are desirably from -20 V / 100 A to -2 V / 100 A. When the external characteristic is on the constant voltage characteristic side from -2 V / 100 A, the welding current moves violently to make the arc length constant, and the welding becomes unstable. If the external characteristic is closer to the constant current characteristic side than -20 A / 100 V, it becomes difficult to keep the arc length constant.

<実施例>
以下の溶接条件でGMA溶接を行うと、溶滴移行形態が準埋もれ状態でローテーティング移行を安定維持でき、安定溶接が可能となることが確認された。シールドガスの組成比は15%二酸化炭素−83%アルゴン−2%ヘリウム、総ガス流量50L/分、溶接電流800A、溶接電圧58V、突き出し長さ35mm、V受け下向き溶接、母材5の板厚25mm、ワイヤ径1.4mmのソリッドワイヤ、ワイヤ送給速度34m/分の条件で、外部特性−10V/100Aの定電圧外部特性制御の直流溶接を行うと、安定的な溶接が可能となる。
<Example>
It has been confirmed that when GMA welding is performed under the following welding conditions, the rotation transfer can be stably maintained with the droplet transfer form being quasi-buried, and stable welding can be performed. The composition ratio of the shielding gas is 15% carbon dioxide-83% argon-2% helium, total gas flow rate 50L / min, welding current 800A, welding voltage 58V, protrusion length 35mm, V receiving downward welding, base material 5 thickness Stable welding can be performed by performing DC welding of a constant voltage external characteristic control of an external characteristic of −10 V / 100 A under a condition of a solid wire having a diameter of 25 mm and a wire diameter of 1.4 mm and a wire feeding speed of 34 m / min.

以上の通り、本実施形態に係るアーク溶接方法及びアーク溶接装置によれば、GMA溶接において溶接電流が650A以上800A以下の電流域にあっても、スパッタ発生量を抑制し、かつ溶接を安定化させることができる。   As described above, according to the arc welding method and the arc welding apparatus according to the present embodiment, even when the welding current is in the current range of 650 A to 800 A in GMA welding, the amount of spatters generated is suppressed and the welding is stabilized. Can be done.

また、溶接電源2の外部特性を−20V/100A以上−2V/100A以下とすることにより、溶接電流の変動を抑えつつアーク長を一定に保ち、溶接を安定化させることができる。   Further, by setting the external characteristics of the welding power source 2 to be −20 V / 100 A or more and −2 V / 100 A or less, the arc length can be kept constant while the fluctuation of the welding current is suppressed, and the welding can be stabilized.

更に、溶接ワイヤWとして、コアードワイヤを用いることにより、ローテーティング移行を安定維持させやすくすることができ、溶接をより安定化させることができる。   Furthermore, by using a cored wire as the welding wire W, it is possible to easily maintain the rotation transition stably, and to further stabilize welding.

なお、上記実施形態においては、アルゴン、二酸化炭素及びヘリウムを含むシールドガスを説明したが、各ガスの容量比を維持しつつ酸素等の他のガスを補助的に添加しても良い。   In the above embodiment, the shielding gas containing argon, carbon dioxide and helium has been described, but another gas such as oxygen may be supplementarily added while maintaining the volume ratio of each gas.

今回開示された実施形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiment disclosed this time is an example in all respects, and should be considered as non-limiting. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

1 溶接ロボット
2 溶接電源
3 制御装置
4 シールドガス供給部
4a ガス配管
5 母材
51 被溶接部
11 溶接トーチ
12 ワイヤ送給部
13 基部
14 アーム
W 溶接ワイヤ
L 給電ケーブル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Welding robot 2 Welding power supply 3 Control device 4 Shield gas supply part 4a Gas pipe 5 Base material 51 Welded part 11 Welding torch 12 Wire feeding part 13 Base 14 Arm W Welding wire L Feeding cable

Claims (3)

母材の被溶接部にシールドガスを供給しながら溶接ワイヤを送給すると共に、該溶接ワイヤに650A以上800A以下の溶接電流を供給することによって、前記溶接ワイヤの先端部及び前記被溶接部間にアークを発生させて前記母材を溶接する消耗電極式のアーク溶接方法であって、
前記シールドガスは、容量比が10%以上17.5%未満の二酸化炭素、容量比が82.5%以上90%未満のアルゴン、残部がヘリウムからなる3種混合ガスである
アーク溶接方法。
By supplying the welding wire while supplying the shielding gas to the portion to be welded of the base material and supplying a welding current of 650 A to 800 A to the welding wire, a gap between the tip portion of the welding wire and the portion to be welded is provided. A consumable electrode type arc welding method of generating an arc to weld the base material,
An arc welding method, wherein the shielding gas is a mixed gas of three kinds consisting of carbon dioxide having a capacity ratio of 10% or more and less than 17.5%, argon having a capacity ratio of 82.5% or more and less than 90%, and the balance being helium.
−20V/100A以上−2V/100A以下の定電圧特定を有する電源を用いて直流の溶接電流を前記溶接ワイヤに供給する
請求項1に記載のアーク溶接方法。
The arc welding method according to claim 1, wherein a DC welding current is supplied to the welding wire using a power supply having a constant voltage specification of -20V / 100A or more and -2V / 100A or less.
母材の被溶接部にシールドガスを供給しながら溶接ワイヤを送給すると共に、該溶接ワイヤに650A以上800A以下の溶接電流を供給することによって、前記溶接ワイヤの先端部及び前記被溶接部間にアークを発生させて前記母材を溶接する消耗電極式のアーク溶接装置であって、
容量比が10%以上17.5%未満の二酸化炭素、容量比が82.5%以上90%未満のアルゴン、残部がヘリウムからなる3種混合のシールドガスを前記被溶接部に供給するシールドガス供給部を備える
アーク溶接装置。
By supplying the welding wire while supplying the shielding gas to the portion to be welded of the base material and supplying a welding current of 650 A to 800 A to the welding wire, a gap between the tip portion of the welding wire and the portion to be welded is provided. A consumable electrode type arc welding apparatus that generates an arc to weld the base material,
Shielding gas for supplying to the welded portion a mixture of three types of shielding gas consisting of carbon dioxide having a capacity ratio of 10% or more and less than 17.5%, argon having a capacity ratio of 82.5% or more and less than 90%, and a balance of helium. Arc welding equipment with a supply unit.
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