JP2516663B2 - 溶接ビ―ドの蛇行防止方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は、ガスメタルアーク溶接における溶接ビード
の蛇行防止方法に関するもので、溶接部の品質向上，手
直しコストの削減を得ることができるようにしたもので
ある。

＜従来の技術＞ 炭酸ガス，アルゴンガス等を用いるガスメタルアーク
溶接は、高能率であると共に自動化に適しているため、
近年その使用範囲が拡大しており、とくに溶接ロボット
の増加と共に急増している。

このガスメタルアーク溶接には、通常0.8〜2.0mm径の
溶接用ワイヤが使用されるが、その代表的な使用形態と
して200〜400kgの溶接用のワイヤを円筒形状のペイル缶
内に巻回して収納し、このペイル缶内から順次引出し使
用するものがあり、これは大容量性のために自動溶接に
多用されている。

通常、このペイルパック巻きワイヤは、ビード蛇行を
防ぐために、引出し使用時に溶接用ワイヤに発生する捩
れを防止するために、この溶接用ワイヤのペイルパック
への巻き取り収納時に、予め使用時に発生する捩れの逆
の捩れを溶用ワイヤに与えている。例えば特公昭42−20
493号公報にはペイルパックへの一巻輪について１撚り
を待つように巻く方法が開示されている。

＜発明が解決しようとする課題＞ しかしながら、特にロボット溶接の場合実際には、こ
のようなペイルパック巻きワイヤのように工夫をして巻
取を行ったワイヤを使用した溶接においても無視できな
い不都合なビード蛇行がしばしば発生していた。

このようにビード蛇行があると、成形された溶接部
に、アンダーカット，オーバーラップ，溶け込み不良，
スラグ巻き込み、脚長不足等の溶接欠陥が生じ易く、溶
接部の品質が低下し、またビード外観が不良となるため
外観を重視する用途では使用できなくなり、さらに上記
したような不都合が生じた場合には、溶接部の手直し作
業が必要となって、それだけ作業工数が増えるという問
題があった。

本発明者の詳細な調査の結果、ペイルパック内に収納
されたワイヤには、大なり小なり捩れの不均一性が存在
し、引出し使用時に、この捩れの不均一性に起因するト
ーチ先端でのワイヤの捩れが発生し、溶接ビードの蛇行
を引き起こすことが分かった。

本発明は、上記した従来例における問題点および不都
合を解消すべく創案されたもので、ペイルパック巻きワ
イヤを使用したガスメタルアーク溶接においてビード蛇
行を発生させないことを目的としたものである。

＜課題を解決するための手段および作用＞ 以下、本発明による溶接用ワイヤ蛇行防止方法を、図
面を参照しながら説明する。

通常第４図に示すようにガスメタルアーク溶接では溶
接用ワイヤ（以下ワイヤと記す）８が、ペイルパック１
から上流側コンジットチューブ５を通りローラガイド７
を介してワイヤ供給装置２に送られ、その後トーチ側に
ある下流側コンジットチューブ６を通り、応接トーチ３
及びトーチ３の先端についている溶接チップを通って溶
接部にワイヤ８が供給される。

ここでビード蛇行の発生要因として、この上流側コン
ジットチューブ５及び下流側のコンジットチューブ６の
まがり及び動きによるものが考えられる。すなわち、コ
ンジットチューブ５及び６はフレキシブルに曲がるよう
になっており、複雑なロボットの動きに追従するように
製造さえているのが現状である。

この場合コンジットチューブ５及び６が大きくまがっ
た時、中を通過するワイヤ８は塑性変形をうけペイルパ
ック１に捩りを入れて直線状のワイヤ８として払出した
ものに、ある方向のくせがつけられることになる。一般
にコンジットチューブ５及び６に半径300mm以下の屈曲
があった場合塑性変形の生じることが知られている。

本発明はこのようなワイヤ供給系において付加される
ワイヤぐせによるビード蛇行を防止することの主目的と
し、溶接ロボットによる溶接の信頼性を向上させること
が主眼としたものである。

第５図は通常の溶接チップ４を内蔵した溶接トーチ３
の先端部を示したものであり、溶接チップ４をストレー
ト孔11aを通して溶接ワイヤ９が送給されるようになっ
ている。

ワイヤ８は溶接チップ４において給電され、被溶接物
（図示略）との間にアークを発生させて、この熱により
溶接ワイヤ８を溶融し溶接を行っている。

この時、溶接チップ４は給電をスムーズにするため銅
あるいは銅合金からなりストレート孔11aの内径が細く
ワイヤ８との隙間も直径差で0.05〜0.7mm程度とかなり
狭くなっている。したがって、溶接チップがワイヤ８を
重量で100kg以上使用した時にワイヤ８によりけずりと
られ給電不良等から取りかえられるのが普通である。

すなわち給電用の溶接チップの管理はダスメタルアー
ク溶接を行う上でたいへん重要な因子であることが言わ
れてきた。しかしこれらの他に溶接チップ４はビード蛇
行及びビード形状にも影響を及ぼすことが明白となり、
種々検討した結果本発明の方法を開発するに至った。

本発明は、弾性限界内のねじりを付加されたペイルパ
ック内に巻回収納した溶接用ワイヤをコンジットチュー
ブ、ワイヤ供給装置および溶接トーチに内蔵された溶接
チップを介して送給しつつ溶接するに際し、チップ先端
部にけた内径と溶接用ワイヤの外径とのなす隙間が0.05
mm〜0.7mmのストレート細孔の長さを12mm以上、40mm以
下とすると共に上記ストレート細孔の後端に接続して拡
大孔を設けた溶接チップを通してワイヤ抗張力が95kg/m
m²以上、165kg/mm²以下範囲の溶接用ワイヤを送給する
ことを特徴とするガスメタルアーク溶接における溶接ビ
ードの蛇行防止方法である。

第１図（ａ），（ｂ）は本発明の方法に使用する溶接
チップの構造を示したものであり、溶接チップ４は先端
部側の中央部にストレート細孔11が設けてあり、ストレ
ート細孔11の後端には拡大孔12が接続して設けてある。
13はチップ４の後端部に設けた接合用ネジ部である。

ストレート細孔11の内径は従来通り溶接用ワイヤ８の
外径とのなす間隔が0.05〜0.7mm範囲になる寸法とする
と共に第１図（ａ）に示すストレート細孔11の長さＬを
溶接ビードの蛇行やビード形状に悪影響を及ぼさない長
さに特定する。

第２図に溶接チップ４のストレート細孔11の長さＬと
ビード蛇行状況との関係を示している。なおビード蛇行
状況はターゲット試験と呼ばれている方法を評価因子と
した。すなわち溶接チップ４から150mmはなれたターゲ
ット板（的）をめがけてワイヤを送給しその接地点のば
らつきをみる方法で通常50〜100点行い評価する。

第６図はワイヤのターゲット板９に対する送給接地点
10のばらつきが10mmでビード蛇行発生なしの場合、第７
図は接地点10のばらつきが42mmでビード蛇行ばらつきの
場合をそれぞれ示したものである。

上記の場合、いずれもペイルパックから出された溶接
用ワイヤを上流側コンジットチューブ５および下流側コ
ンジットチューブ６に数個所の屈曲部を付与した厳しい
条件のものとで、実際に溶接ビードをひき確認した。

その条件はワイヤ径1.2mmφ，溶接電流230A,電圧25V,
送給速度80cm/minにて、ビードオンプレートテストを行
った。第２図に示す縦軸ターゲット点のばらつき（mm）
はターゲット図上の円周方向におけるターゲット点の最
大値を測定したものである。40mmのビード蛇行限界を横
切っているのはチップのストレート細孔の長さＬが12mm
のときであり、12mm以上ではターゲット点のばらつきが
少ないのに対し12mm未満ではばらつきが大きくなってい
る。これはストレート細孔によるワイヤ矯正力が弱いた
めと考えられる。

以上、チップのストレート細孔の長さＬの下限値を12
mm以上にする理由について説明したが次に上限値につい
て説明する。

上記のようにチップのストレート細孔によりワイヤの
屈曲が矯正されビード蛇行が防止されるが、ストレート
細孔が長くなると以下のような問題が生じる。すなわ
ち、溶接用ワイヤは細い溶接チップのストレート細孔内
を通るため、ワイヤに多少なりとも屈曲がある場合はも
ちろんストレート状でもチップ内での接触点が多くな
り、長くなるほど摩擦抵抗が大きくなる。その結果、ワ
イヤ送給性が悪くなる要因となる。

第３図にワイヤ送給性と溶接チップストレート部長さ
Ｌの関係を示す。第３図においてワイヤ送給性すなわち
ワイヤ送給抵抗は送給モータの負荷電流値（Ａ）により
判定した。この時ワイヤ送給抵抗は3mのコンジットチュ
ーブの途中に200φの円をつくり負荷状況を再現してい
る。

第３図に示すようにワイヤ送給抵抗はチップのストレ
ート細孔の長さＬが40mm以下のときにはワイヤ送給抵抗
が小さく送給性が良好であるが40mmを超えると送給抵抗
が大きくなり、送給性不良域に入るのでストレート細孔
の長さＬは40mm以下にするのである。

さらにワイヤ抗張力との関係について述べる。ワイヤ
抗張力はターゲット位置のばらつきにも関係し、溶接チ
ップのストレート細孔の長さＬとも関係している。すな
わちコンジットチューブ５及び６に屈曲があってもワイ
ヤ抗張力の高い方が剛性も強く、ワイヤの塑性変形がし
難い傾向にあることに理由がある。

つまり通常のワイヤは70〜90kg/mm²程度であるがこの
場合ストレート細孔の内径と溶接用ワイヤ外径とのなす
間隔が0.05〜0.7mmの範囲であれば効果はあるものの、
コンジットチューブの屈曲が激しい場合あるいは振れ動
いている場合などには影響度が小さくなる。したがって
溶接用ワイヤの抗張力下限値を95kg/mm²とするのが好ま
しく、また上記値は溶接用ワイヤ製造面より限度以上と
なると伸線性及び巻替性に問題が送じるため、165kg/mm
²以下に限定するものである。

＜実施例＞ 以下本発明の実施例を図面に基づいて説明する。溶接
はYGW−11の1.2mmφのワイヤを用い炭酸ガスシールドに
て第１図に示す溶接チップ４の内径1.40mmφとしたスト
レート細孔11の長さＬを種々の長さに変更させたものを
使用し、溶接チップに印加する電流250A,電圧27V,溶接
速度60cm/min及び120cm/minにて実施した、その結果を
第１表に示している。

なお、第４図に示すコンジットチューブの長さは上流
側コンジットチューブ５が6m,下流側コンジットチュー
ブ６が3mのものを使用した。

第１表に示すようにワイヤ抗張力が約100kg/mm²の溶
接用ワイヤにおいて、No.2〜No.5,No.7,No.8およびNo.1
0はいずれも本発明の条件を満たすので蛇行の発生な
く、ワイヤ送給性が良好であった。これに対し、チップ
のストレート細孔の長さＬがNo.1に示す8mmの場合、タ
ーゲット点ばらつきが大きく蛇行がみられる。さらにN
o.6およびNo.9のＬが50mmにおいてはビード蛇行はない
もののワイヤ送給に難がある。No.11のワイヤ抗張力を9
0kg/mm²の場合、送給経路内のコンジットチューブに200
φの円を作って条件を悪くしたので送球抵抗が不良とな
りビード蛇行が発生している。

ワイヤ抗張力が170kg/mm²のワイヤを中間焼鈍なしで
製造した場合、ワイヤ伸線工程でダイス原単位の低下
（標準品の1/2）がみられ、現状ラインでは製造不可で
あった。

＜発明の効果＞ 本発明によるビード蛇行防止方法を用いることにより
溶接用ワイヤの送給性が良好で、溶接ビードの蛇行発生
が解消するので溶接ロボット使用の拡大がはかれる。と
くに自動車，鉄骨等の産業分野の作業能率の向上及び省
力化が達成される。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明の方法に係る溶接チップを示す断
面図、第１図（ｂ）は第１図（ａ）のＡ−Ａ矢視を示す
正面図、第２図はストレート細孔の長さとターゲット点
のばらつきとの関係を示すグラフ、第３図はストレート
細孔の長さと溶接用ワイヤ送給抵抗の関係を示すグラ
フ、第４図は一般のペイルパックを用いたガスメタルア
ーク溶接装置を示す全体概略図、第５図は従来の溶接ト
ーチの先端部を示す部分断面図、第６図および第７図は
溶接用ワイヤの接地点ばらつきを示すグラフであり、第
６図は蛇行ばらつきなしの場合、第７図は蛇行ばらつき
ありの場合を示す。 １……ペイルパック、２……ワイヤ供給装置、 ３……溶接トーチ、４……溶接チップ、 ５……上流側コンジットチューブ、 ６……下流側コンジットチューブ、 ７……ローラガイド、８……溶接用ワイヤ、 ９……ターゲット板、10……ワイヤの打点、 11……チップのストレート細孔、 12……拡大孔、13……接合ネジ部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭52−43740（ＪＰ，Ａ) 実開 昭58−28779（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】弾性限界内のねじりを付加されたペイルパ
   ック内に巻回収納した溶接用ワイヤをコンジットチュー
   ブ、ワイヤ供給装置および溶接トーチに内蔵された溶接
   チップを介して送給しつつ溶接するに際し、チップ先端
   部に設けた内径と溶接用ワイヤの外径とのなす隙間が0.
   05mm〜0.7mmのストレート細孔の長さを12mm以上、40mm
   以下とすると共に上記ストレート細孔の後端に接続して
   拡大孔を設けた溶接チップを通してワイヤ抗張力が95kg
   /mm²以上、165kg/mm²以下範囲の溶接用ワイヤを送給す
   ることを特徴とするガスメタルアーク溶接における溶接
   ビードの蛇行防止法。