JP2024069806A - ２重シールドティグ溶接方法 - Google Patents

Abstract

【課題】２重シールドティグ溶接方法において、種々の溶接条件においてインナーガス及びアウターガスの流量を適正化して安定した溶接を行うこと。【解決手段】インナーガス７を噴出させるインナーノズル４及びアウターガス９を噴出させるアウターノズル５を備えた溶接トーチＷＴを使用し、溶接電流Ｉｗを通電して溶接する２重シールドティグ溶接方法において、溶接電流の設定値Ｉｒに応じてインナーガスの流量Ｆｉ及びアウターガスの流量Ｆｏを設定する。【選択図】 図１

Description

本発明は、２重シールドティグ溶接方法に関するものである。

インナーガスを噴出させるインナーノズル及びアウターガスを噴出させるアウターノズルを備えた溶接トーチを使用して溶接する２重シールドティグ溶接方法が慣用されている（例えば、特許文献１参照）。インナーガス及びアウターガスとしては、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガスが使用される。

特開２０２０－１５０４８号公報

２重シールドティグ溶接方法において、インナーガス及びアウターガスの流量が適正でないと、溶接状態が不安定になったりシールド不良を起こしたりする場合がある。

そこで、本発明では、種々の溶接条件においてインナーガス及びアウターガスの流量を適正化して安定した溶接を可能とする２重シールドティグ溶接方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、請求項１の発明は、
インナーガスを噴出させるインナーノズル及びアウターガスを噴出させるアウターノズルを備えた溶接トーチを使用し、溶接電流を通電して溶接する２重シールドティグ溶接方法において、
前記溶接電流の値に応じて前記インナーガス及び前記アウターガスの流量を設定する、
ことを特徴とする２重シールドティグ溶接方法である。

請求項２の発明は、
前記溶接電流を初期電流、本電流及びクレータ電流へと経時的に切り換えて通電するクレータ溶接モードを備え、
前記初期電流の値に応じて前記インナーガス及び前記アウターガスの流量を設定し、
前記本電流の値に応じて前記インナーガス及び前記アウターガスの流量を設定し、
前記クレータ電流の値に応じて前記インナーガス及び前記アウターガスの流量を設定する、
ことを特徴とする請求項１に記載の２重シールドティグ溶接方法である。

請求項３の発明は、
前記溶接電流をピーク電流及びベース電流に周期的に切り換えて通電するパルス溶接モードを備え、
前記ピーク電流の値に応じて前記インナーガス及び前記アウターガスの流量を設定し、
前記ベース電流の値に応じて前記インナーガス及び前記アウターガスの流量を設定する、
ことを特徴とする請求項１に記載の２重シールドティグ溶接方法である。

本発明に係る２重シールドティグ溶接方法によれば、種々の溶接条件においてインナーガス及びアウターガスの流量を適正化することができるので、安定した溶接が可能となる。

本発明の実施の形態に係る２重シールドティグ溶接方法を実施するための溶接装置のブロック図である。 本発明の実施の形態に係る２重シールドティグ溶接方法を示す溶接電流Ｉｗの波形図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る２重シールドティグ溶接方法を実施するための溶接装置のブロック図である。以下、同図を参照して各ブロックについて説明する。

溶接トーチＷＴは、主に電極１、それを取り囲むインナーノズル４及びそれを取り囲むアウターノズル５を備えている。電極１には、タングステン電極等が使用される。例えば、インナーノズル４の内径は５mm、であり、アウターノズル５の内径は１３mmである。

起動スイッチＯＮは、オン状態になるとＨｉｇｈレベルとなり、オフ状態になるとＬｏｗレベルになる起動信号Ｏｎを出力する。この起動スイッチＯＮは、溶接トーチＷＴに設けられたトーチスイッチである。また、ロボット制御装置から起動信号Ｏｎが出力される場合もある。

溶接モード設定回路ＭＳは、溶接電源ＰＳのフロントパネルに設けられたスイッチ等であり、通常溶接モードが選択されると溶接モード信号Ｍｓ＝１を出力し、クレータ溶接モードが選択されると溶接モード信号Ｍｓ＝２を出力し、パルス溶接モードが選択されると溶接モード信号Ｍｓ＝３を出力する。

電流設定回路ＩＲは、上記の溶接モード信号Ｍｓ及び上記の起動信号Ｏｎを入力として、以下の１）～３）のいずれかの処理を行い、電流設定信号Ｉｒを出力する。
１）溶接モード信号Ｍｓ＝１（通常溶接モード）のとき
予め定めた通常電流値となる電流設定信号Ｉｒを出力する。
２）溶接モード信号Ｍｓ＝２（クレータ溶接モード）のとき
起動信号ＯｎがＨｉｇｈレベルになると予め定めた初期電流値となり、その後に起動信号ＯｎがＬｏｗレベルになると予め定めた本電流値となり、その後に起動信号Ｏｎが再びＨｉｇｈレベルになると予め定めたクレータ電流値となる電流設定信号Ｉｒを出力する。
３）溶接モード信号Ｍｓ＝３（パルス溶接モード）のとき
予め定めたピーク電流値と予め定めたベース電流値とを予め定めた周期で繰り返す電流設定信号Ｉｒを出力する。

インナーガス流量設定回路ＦＩＲは、上記の溶接モード信号Ｍｓ及び上記の電流設定信号Ｉｒを入力として、以下の１）～３）のいずれかの処理を行い、インナーガス流量設定信号Ｆirを出力する。以下の通常溶接インナーガス流量設定関数、クレータ溶接インナーガス流量設定関数及びパルス溶接インナーガス流量設定関数については、後述する。
１）溶接モード信号Ｍｓ＝１（通常溶接モード）のとき
電流設定信号Ｉｒを予め定めた通常溶接インナーガス流量設定関数に入力して算出された値をインナーガス流量設定信号Ｆirとして出力する。
２）溶接モード信号Ｍｓ＝２（クレータ溶接モード）のとき
電流設定信号Ｉｒを予め定めたクレータ溶接インナーガス流量設定関数に入力して算出された値をインナーガス流量設定信号Ｆirとして出力する。
３）溶接モード信号Ｍｓ＝３（パルス溶接モード）のとき
電流設定信号Ｉｒを予め定めたパルス溶接インナーガス流量設定関数に入力して算出された値をインナーガス流量設定信号Ｆirとして出力する。

インナーガス流量調整器ＣＩは、慣用されているマスフローコントローラであり、上記のインナーガス流量設定信号Ｆirを入力として、溶接中はインナーガスボンベ６からのインナーガス７の流量Ｆｉをインナーガス流量設定信号Ｆirによって定まる値に調整して噴出する。

アウターガス流量設定回路ＦＯＲは、上記の溶接モード信号Ｍｓ及び上記の電流設定信号Ｉｒを入力として、以下の１）～３）のいずれかの処理を行い、アウターガス流量設定信号Ｆorを出力する。以下の通常溶接アウターガス流量設定関数、クレータ溶接アウターガス流量設定関数及びパルス溶接アウターガス流量設定関数については、後述する。
１）溶接モード信号Ｍｓ＝１（通常溶接モード）のとき
電流設定信号Ｉｒを予め定めた通常溶接アウターガス流量設定関数に入力して算出された値をアウターガス流量設定信号Ｆorとして出力する。
２）溶接モード信号Ｍｓ＝２（クレータ溶接モード）のとき
電流設定信号Ｉｒを予め定めたクレータ溶接アウターガス流量設定関数に入力して算出された値をアウターガス流量設定信号Ｆorとして出力する。
３）溶接モード信号Ｍｓ＝３（パルス溶接モード）のとき
電流設定信号Ｉｒを予め定めたパルス溶接アウターガス流量設定関数に入力して算出された値をアウターガス流量設定信号Ｆorとして出力する。

アウターガス流量調整器ＣＯは、慣用されているマスフローコントローラであり、上記のアウターガス流量設定信号Ｆorを入力として、溶接中はアウターガスボンベ８からのアウターガス９の流量Ｆｏをアウターガス流量設定信号Ｆorによって定まる値に調整して噴出する。

インナーノズル４の内側の通路をインナーガス７が流れる。また、インナーノズル４の外側とアウターノズル５の内側の通路をアウターガス９が流れる。インナーガス７及びアウターガス９にはアルゴン、ヘリウム等の不活性ガスが使用される。アーク３は、電極１が負極となり、母材２が正極となって発生する。

溶接電源ＰＳは、上記の溶接モード信号Ｍｓ、上記の起動信号Ｏｎ及び上記の電流設定信号Ｉｒを入力として、１）～３）のいずれかの処理を行い、溶接電流Ｉｗを出力する。
１）溶接モード信号Ｍｓ＝１（通常溶接モード）のとき
起動信号ＯｎがＨｉｇｈレベルになると、電極１と母材２との間に高周波高電圧を印加し、アーク３が発生すると電流設定信号Ｉｒによって設定された通常電流値の溶接電流Ｉｗの出力を開始し、起動信号ＯｎがＬｏｗレベルになると溶接電流Ｉｗの出力を停止する。
２）溶接モード信号Ｍｓ＝２（クレータ溶接モード）のとき
起動信号ＯｎがＨｉｇｈレベルとなると、電極１と母材２との間に高周波高電圧を印加し、アーク３が発生すると電流設定信号Ｉｒによって設定された初期電流値の溶接電流Ｉｗの出力を開始し、その後に起動信号ＯｎがＬｏｗレベルになると電流設定信号Ｉｒによって設定された本電流値の溶接電流Ｉｗを出力し、その後に起動信号Ｏｎが再びＨｉｇｈレベルになると電流設定信号Ｉｒによって設定されたクレータ電流の溶接電流Ｉｗを出力し、その後に起動信号ＯｎがＬｏｗレベルになると溶接電流Ｉｗの出力を停止する。
３）溶接モード信号Ｍｓ＝３（パルス溶接モード）のとき
起動信号ＯｎがＨｉｇｈレベルになると、電極１と母材２との間に高周波高電圧を印加し、アーク３が発生すると電流設定信号Ｉｒによって設定されたピーク電流及びベース電流から形成される溶接電流Ｉｗの出力を開始し、起動信号ＯｎがＬｏｗレベルになると溶接電流Ｉｗの出力を停止する。

図２は、本発明の実施の形態に係る２重シールドティグ溶接方法を示す溶接電流Ｉｗの波形図である。同図（Ａ）は通常溶接モードの場合であり、同図（Ｂ）はクレータ溶接モードの場合であり、同図（Ｃ）はパルス溶接モードの場合である。以下、同図を参照して溶接中の動作について説明する。

（１）通常溶接モードのときの動作説明
同図（Ａ）に示すように、時刻ｔ１において図１の起動スイッチＯＮがオン状態になると、アーク３が発生して溶接電流Ｉｗの通電が開始する。時刻ｔ２において、起動スイッチＯＮがオフ状態になると、アーク３が消弧して溶接電流Ｉｗの通電が停止する。溶接電流Ｉｗの値は、図１の電流設定信号Ｉｒの通常電流値によって設定される。

インナーガス流量（l/min）は、図１のインナーガス流量設定信号Ｆirによって設定される。インナーガス流量設定信号Ｆirは、電流設定信号Ｉｒを入力とする予め定めた通常溶接インナーガス流量設定関数によって設定される。関数の例を以下にしめす。
Ｆir＝（Ｉｒ－50）／25＋3 （１１式）
但し、75≦Ｉｒ≦150の範囲である。Ｉｒ＜75はＩｒ＝75と同一値であり、Ｉｒ＞150のときはＩｒ＝150と同一値である。
アウターガス流量（l/min）は、図１のアウターガス流量設定信号Ｆorによって設定される。アウターガス流量設定信号Ｆorは、電流設定信号Ｉｒを入力とする予め定めた通常溶接アウターガス流量設定関数によって設定される。関数の例を以下にしめす。
Ｆor＝（Ｉｒ－50）／25＋6.5 （１２式）
但し、75≦Ｉｒ≦150の範囲である。Ｉｒ＜75はＩｒ＝75と同一値であり、Ｉｒ＞150のときはＩｒ＝150と同一値である。
上記の関数によってＦir及びＦorは以下のようになる。
Ｉｒ＝75のときＦir＝4、Ｆor＝7.5
Ｉｒ＝100のときＦir＝5、Ｆor＝8.5
Ｉｒ＝150のときＦir＝7、Ｆor＝10.5

上述した本実施の形態によれば、溶接電流の値に応じてインナーガス及びアウターガスの流量を設定している。これにより、溶接電流の値に応じてインナーガス及びアウターガスの流量が適正化されるので、安定した溶接を行うことができる。

（２）クレータ溶接モードのときの動作説明
ティグ溶接においては、溶接作業時に、初期電流、本電流、クレータ電流を経時的に切り換えて溶接するクレータ溶接モードが使用される。初期電流は、溶接開始部に安定した溶融池を形成するための期間である。本電流は、健全な溶接ビードを形成するための期間である。クレータ電流は、溶接終了部の溶け落ちを防止し、充分な溶融金属を形成するための期間である。初期電流及びクレータ電流は本電流よりも小さな値に設定される場合が多い。初期電流は、母材の継手形状によっては本電流よりも大きな値に設定される場合もある。

同図（Ｂ）に示すように、時刻ｔ１において図１の起動スイッチＯＮがオン状態になると、アーク３が発生して初期電流の通電が開始する。時刻ｔ１１において、起動スイッチＯＮがオフ状態になると、本電流の通電に切り換わる。時刻ｔ１２において、起動スイッチＯＮが再びオン状態になると、クレータ電流の通電に切り換わる。時刻ｔ２において、起動スイッチＯＮが再びオフ状態になると、アーク３が消弧してクレータ電流の通電が停止する。初期電流、本電流及びクレータ電流のそれぞれの値は、図１の電流設定信号Ｉｒによって設定される。

インナーガス流量（l/min）は、図１のインナーガス流量設定信号Ｆirによって設定される。インナーガス流量設定信号Ｆirは、電流設定信号Ｉｒを入力とする予め定めたクレータ溶接インナーガス流量設定関数によって設定される。関数の例を以下にしめす。
Ｆir＝（Ｉｒ－50）／25＋2.5（２１式）
但し、75≦Ｉｒ≦150の範囲である。Ｉｒ＜75はＩｒ＝75と同一値であり、Ｉｒ＞150のときはＩｒ＝150と同一値である。
アウターガス流量（l/min）は、図１のアウターガス流量設定信号Ｆorによって設定される。アウターガス流量設定信号Ｆorは、電流設定信号Ｉｒを入力とする予め定めたクレータ溶接アウターガス流量設定関数によって設定される。関数の例を以下にしめす。
Ｆor＝（Ｉｒ－50）／25＋6 （２２式）
但し、75≦Ｉｒ≦150の範囲である。Ｉｒ＜75はＩｒ＝75と同一値であり、Ｉｒ＞150のときはＩｒ＝150と同一値である。
上記の関数によってＦir及びＦorは以下のようになる。
初期電流Ｉｒ＝75のときＦir＝3.5、Ｆor＝7
クレータ電流Ｉｒ＝100のときＦir＝4.5、Ｆor＝8
本電流Ｉｒ＝150のときＦir＝6.5、Ｆor＝10

上述した本実施の形態によれば、初期電流の値に応じてインナーガス及びアウターガスの流量を設定し、本電流の値に応じてインナーガス及びアウターガスの流量を設定し、クレータ電流の値に応じてインナーガス及びアウターガスの流量を設定する。クレータ溶接モードのときに、通常溶接モード及びパルス溶接モードのときと同じ関数でも良いが、異なる関数によってインナーガス及びアウターガスの流量を設定することが望ましい。これは、溶接モードによってビードの形成状態が異なるために、適正なガス流量も異なるためである。この結果、クレータ溶接において、安定した溶接を行うことができる。

（３）パルス溶接モードのときの動作説明
ティグ溶接においては、ピーク電流及びベース電流を周期的に繰り返して溶接するパルス溶接モードが使用される。ピーク電流は溶融池に（大きな入熱を付与し、ベース電流は溶融池を冷却する。パルス溶接モードでは、ピーク電流、ベース電流及び周期を変化させることによって母材への入熱を制御することができる。

同図（Ｃ）に示すように、時刻ｔ１において図１の起動スイッチＯＮがオン状態になると、アーク３が発生して、ピーク電流及びベース電流から形成される溶接電流Ｉｗが通電する。時刻ｔ２において、起動スイッチＯＮがオフ状態になると、アーク３が消弧して溶接電流Ｉｗの通電が停止する。ピーク電流及びベース電流のそれぞれの値は、図１の電流設定信号Ｉｒによって設定される。

インナーガス流量（l/min）は、図１のインナーガス流量設定信号Ｆirによって設定される。インナーガス流量設定信号Ｆirは、電流設定信号Ｉｒを入力とする予め定めたパルス溶接インナーガス流量設定関数によって設定される。関数の例を以下にしめす。
Ｆir＝（Ｉｒ－50）／25＋2（３１式）
但し、75≦Ｉｒ≦150の範囲である。Ｉｒ＜75はＩｒ＝75と同一値であり、Ｉｒ＞150のときはＩｒ＝150と同一値である。
アウターガス流量（l/min）は、図１のアウターガス流量設定信号Ｆorによって設定される。アウターガス流量設定信号Ｆorは、電流設定信号Ｉｒを入力とする予め定めたパルス溶接アウターガス流量設定関数によって設定される。関数の例を以下にしめす。
Ｆor＝（Ｉｒ－50）／25＋5.5 （３２式）
但し、75≦Ｉｒ≦150の範囲である。Ｉｒ＜75はＩｒ＝75と同一値であり、Ｉｒ＞150のときはＩｒ＝150と同一値である。
上記の関数によってＦir及びＦorは以下のようになる。
ベース電流Ｉｒ＝75のときＦir＝3、Ｆor＝6.5
ピーク電流Ｉｒ＝150のときＦir＝6、Ｆor＝9.5

上述した本実施の形態によれば、ピーク電流の値に応じてインナーガス及びアウターガスの流量を設定し、ベース電流の値に応じてインナーガス及びアウターガスの流量を設定する。パルス溶接モードのときに、通常溶接モード及びクレータ溶接モードのときと同じ関数でも良いが、異なる関数によってインナーガス及びアウターガスの流量を設定することが望ましい。これは、溶接モードによってビードの形成状態が異なるために、適正なガス流量も異なるためである。この結果、パルス溶接において、安定した溶接を行うことができる。

１ 電極
２ 母材
３ アーク
４ インナーノズル
５ アウターノズル
６ インナーガスボンベ
７ インナーガス
８ アウターガスボンベ
９ アウターガス
ＣＩ インナーガス流量調整器
ＣＯ アウターガス流量調整器
Ｆｉ インナーガス流量
ＦＩＲ インナーガス流量設定回路
Ｆir インナーガス流量設定信号
Ｆｏ アウターガス流量
ＦＯＲ アウターガス流量設定回路
Ｆor アウターガス流量設定信号
ＩＲ 電流設定回路
Ｉｒ 電流設定信号
Ｉｗ 溶接電流
ＭＳ 溶接モード設定回路
Ｍｓ 溶接モード信号
ＯＮ 起動スイッチ
Ｏｎ 起動信号
ＰＳ 溶接電源
ＷＴ 溶接トーチ

Claims (3)

1. インナーガスを噴出させるインナーノズル及びアウターガスを噴出させるアウターノズルを備えた溶接トーチを使用し、溶接電流を通電して溶接する２重シールドティグ溶接方法において、
   前記溶接電流の値に応じて前記インナーガス及び前記アウターガスの流量を設定する、
   ことを特徴とする２重シールドティグ溶接方法。
2. 前記溶接電流を初期電流、本電流及びクレータ電流へと経時的に切り換えて通電するクレータ溶接モードを備え、
   前記初期電流の値に応じて前記インナーガス及び前記アウターガスの流量を設定し、
   前記本電流の値に応じて前記インナーガス及び前記アウターガスの流量を設定し、
   前記クレータ電流の値に応じて前記インナーガス及び前記アウターガスの流量を設定する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の２重シールドティグ溶接方法。
3. 前記溶接電流をピーク電流及びベース電流に周期的に切り換えて通電するパルス溶接モードを備え、
   前記ピーク電流の値に応じて前記インナーガス及び前記アウターガスの流量を設定し、
   前記ベース電流の値に応じて前記インナーガス及び前記アウターガスの流量を設定する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の２重シールドティグ溶接方法。

Images