JP2559388B2 - Ｔｉｇ溶接方法およびその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はホツトワイヤ溶接に係わり、特に、実質的に
アークの磁気吹きを無くして溶接出来るようにしたホツ
トワイヤ溶接方法及び溶接装置に関する。

〔従来の技術〕

第３図に、ホツトワイヤTIG溶接法とし、従来から一
般的に用いられている溶接装置の構成を示す。

TIG溶接トーチ１の中のタングステン電極２と母材３
に直流溶接用のアーク電源４を接続し、アルゴン・シー
ルドガス中でタングステン電極２を負極としてアーク５
を形成する。溶接用の添加ワイヤ６はワイヤ送給装置７
からコンジツト８およびそれと連結されたコンタクトチ
ツプ９を通つて、アーク形成部に導かれて母材３と接触
させる。コンタクトチツプ９とワイヤ加熱電源10を接続
し、直流または交流電流を添加ワイヤ６に流してジユー
ル発熱させ、それにより添加ワイヤ６の溶融速度を高め
ている。添加ワイヤ６はTIGトーチ１の先端にあるガス
シールドノズル11の外側から挿入されている。

なお、添加ワイヤ６に通電加熱しないコールドワイヤ
TIG溶接の場合には、第３図のワイヤ加熱電源10を除外
したものとも言える。

ところでコールドワイヤTIG溶接する時に、第４図に
示す様に、添加ワイヤ６がアークを形成するタングステ
ン電極２に対して3mm程度離れてほぼ平行に溶融池に向
かつて送給するようにTIGトーチ１を構成すると、ワイ
ヤ送給部も含めたトーチ１全体の大きさが非常にコンパ
クトに纏められる。しかし、この様にすると、従来の手
法ではワイヤ６の先端が母材（溶融池）３に接続してい
るため、ワイヤ６は母材電位に等しくなるので、たまた
まタングステン電極２と母材３間の距離が5mmなど多少
長くした時に、アーク５は母材３からワイヤ６に沿つて
這上がつて最短距離のワイヤ部分から出るようになり、
アーク５およびワイヤ６の溶融の安定性を著しく損じ、
溶接作業が出来なくなる。

ホツトワイヤTIG溶接の場合にも同様であるが、こと
にワイヤ６からアーク５が出てワイヤ溶融が著しく進ん
で溶断された時にもワイヤ通電を継続していると、アー
ク電流がワイヤ加熱電源10に流れ、ワイヤ加熱電源10に
悪影響を与える事がある。

従つて、従来はこの様な状態を避けるために、出来る
だけワイヤ６をタングステン電極２から離してかつワイ
ヤ先端を母材３上の溶融池12に挿入するために、例えば
第３図に示すワイヤ挿入角度θは60度以下にせざるを得
ず、そのために通常はワイヤ６はトーチ１のガスシール
ドノズル11の外側から挿入するようになり、結局溶接ト
ーチ廻り部分は大きくなつてしまつていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術によると、ワイヤ６はアーク通電中も母
材３（溶融池12）と接触しているので、ワイヤ６は母材
３と同電位になつている。そのため、ワイヤ６をタング
ステン電極２とほぼ平行方向からかつ著しく近付けてア
ーク発生部に送給するとき、アーク５は溶融池12からは
発生せず、タングステン電極２と至近距離にあるワイヤ
６から発生するようになる。この様な状態になると、ア
ーク５及びワイヤ６の溶融が著しく乱され、溶接作業が
出来なくなる。従つて、実際には、ワイヤ６をタングス
テン電極２からなるべく離してアーク直下の溶融池12に
送給する様にして、このような事態の発生を防止するよ
うにていた。そのために、ワイヤ添加機構も含めたTIG
溶接トーチ１はかなり大きなものとならざるを得なかつ
た。

本発明の目的は、アークを形成するタングステン電極
２にワイヤ６を極めて近付けて送給しても、安定して溶
接出来るようにし、TIG溶接トーチ１の小形化を可能に
することにある。

また本発明の他の目的は、溶接進行方向とワイヤ添加
方向に関する制御因子をなくし、溶接制御および作業を
容易にすることにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、ワイヤ６の先端と母材２上の溶融池12と
が周期的に接触と分離を繰返す様にしておき、アーク通
電はワイヤ６が母材３から離れた期間中のみ可能とし、
ワイヤ６が母材３に接触するとアーク通電を休止するこ
とにより達成される。

〔作用〕

周期的にタングステン電極２に通電してTIGアーク５
を形成する場合において、ワイヤ６が母材３から離れて
いて、かつワイヤ６がアーク電源４とも電気的に分離さ
れた状態、あるいはタングステン電極２と同電位にある
状態にある時には、ワイヤ６は単にアークプラズマ中に
浮かんでいるだけで、ワイヤ６からアーク５が形成され
ることはなく、アーク５は必ずタングステン電極２と母
材３間で形成される。

〔発明の実施例〕

第１図に、本発明によるホツトワイヤTIG溶接装置の
制御回路の一実施例を示す。

13はスイツチング周波数20kHzのトランジスタ・イン
バータ方式とTIGアーク溶接電源で、その出力端子はTIG
アークトーチ14のタングステン電極２および母材３に接
続されており、出力電流はアーク電流通電指令回路15に
よつて制御される。

16はパルス電流を出力するワイヤ加熱電源で、そのパ
ルス通電する期間はワイヤ通電指令回路17によつて制御
されている。18はワイヤ６と母材３間の電圧状態から、
ワイヤ６が母材３と接触しているかどうかを識別する接
触検出回路である。19はワイヤ送給装置で、ワイヤ溶融
に従つて送給モータによりワイヤ６を正方向に送給しな
がらかつ周期的に送給モータを逆方向にも一定量回転し
て、ワイヤ６と母材３とを周期的に接触・分離させる。
ワイヤ６はワイヤ加熱電源16にそれぞれ接続されたコン
タクトチツプ９と母材３間で通電加熱される。

アークスタートして間も無くの期間は、アーク５には
スタート電流と呼ばれるやや低めの連続電流が通電され
る。そして母材３の溶融が進んで十分に溶融池12が形成
されると、ワイヤ送給を開始し、ワイヤ６が母材３（溶
融池12）に接触すると同時に溶融時の電流制御に切替え
られる。

第２図は溶接時のアーク電流、ワイヤ電流およびワイ
ヤ接触の状態の関係を示したものである。

ワイヤ６が母材３に接触したことを接触検出回路18で
検知すると、その出力信号を受けてアーク通電指令回路
15に対してアーク通電を停止するよう指令し、同時にワ
イヤ通電指令回路17には一定期間ワイヤ通電するよう指
令する。そしてワイヤ通電停止後にワイヤ６が母材３か
ら引離されたことを検知すると、アーク通電指令回路15
に対してアーク通電を再開するよう指令してアーク電流
が通電され、タングステン電極２と母材３間にアーク５
が形成される。

本実施例では、基本的には送給モータの正逆回転など
により、ワイヤ先端が送給方向に振動しながら母材３に
送給されて、母材３との接触・分離を周期的に繰返す。
そしてワイヤ６が母材３に接触している期間中にワイヤ
６を通電加熱し、ワイヤ３が母材６から離れている期間
にアーク５を形成して母材３を溶融する。

本発明はこの様に機能するので、タングステン電極２
とワイヤ６間でアーク５が発生することも無く、容易に
ホツトワイヤTIG溶接することができる。また、アーク
通電中には、ワイヤ通電せず、ワイヤ通電中にはアーク
通電しないので、ホツトワイヤTIG溶接で基本的な問題
とされているアークの磁気吹きも生じないので、コール
ドワイヤの場合と変りない作業性が得られる。

第１図及び第２図の実施例では、ワイヤ加熱電源16を
用いたホツトワイヤTIG溶接の場合について説明した
が、本発明は、ワイヤ加熱電源無しのコールドワイヤTI
G溶接にも適用出来る。第２図では、ワイヤ６が母材３
に接触すると同時にアーク通電を停止してワイヤ通電
し、またワイヤ６が母材３から離れると同時にワイヤ通
電停止してアーク通電しているが、コールドワイヤTIG
の場合、第２図のワイヤ電流は勿論０となる。

第５図は第２図の場合と異なる他の実施例を示すもの
で、ワイヤ６が母材３に接触を開始してから一定期間To
中はアーク通電を停止し、ワイヤ６が母材３に接触して
から一定期間経過後で、かつワイヤ６が母材３から離れ
た状態になつてからアーク通電を再開している。実際に
は、ワイヤ６が母材３に接触すると直ちにワイヤ６に過
大な電流を流してワイヤ６を過熱溶断して母材３から分
離させ、その後にアーク通電を開始するように制御して
いる。この方法によれば、ワイヤ６が過熱溶断によつて
母材３から周期的に分離するので、ワイヤは一定速度で
送給されていれば良く、従つて特別なワイヤ送給装置は
必要としなくなる。

第６図は本発明になる他の実施例で、TIG溶接電源と
して通電使用されている定電流アーク電源20を用いてよ
り簡単に第２図のホツトワイヤTIG溶接制御を行うもの
である。

第７図は、その出力電流波形を示すものである。ワイ
ヤ６に通電するコンタクトチツプ９は、アーク５を形成
するタングステン電極２と直接接続され同電位に置かれ
ている。従つてワイヤ６が母材３に接触している間は、
電源の出力端子をワイヤ６で短絡した形になるので、タ
ングステン電極２にはワイヤ６に通電することによつて
電圧降下として生じるコンタクトチツプ９と母材３間の
電圧がかかるのみで、その電圧が8V以下の時には、タン
グステン電極２から30A以下のアーク５が形成されるの
みで、この程度の電流は母材３およびワイヤ６の溶融に
はほとんど影響しない。そしてワイヤ６が母材から離れ
ると電源20からの出力電流はワイヤ６へ流れるよりはア
ーク５を形成してタングステン電極２から母材３に流れ
るほうが容易になり、この様にして電流の流れの切替が
円滑に行われる。ここで、21はアーク電流制御信号形成
回路で、アーク電流検出センサ22からの信号を受け、ワ
イヤ６が母材３に接触する期間が変動してアーク５を形
成する期間が多少変動しても、平均アーク電流をほぼ一
定に保つようにアーク電源20に制御信号を出力するもの
である。これにより、ワイヤ送給速度が多少変化してワ
イヤ溶融期間が変わつても、アーク５による母材溶融は
あまり変わらないようになる。

これからも分るように、ワイヤ６が母材３に接触して
いる期間中には、タングステン電極２からワイヤ６に向
けて30A以下の低い電流が流れていても実質的には問題
にならず、それ以上の大電流が流れなければよく、かえ
つてアーク５の持続性を良くする効果も生じる。

〔発明の効果〕

本発明により、添加ワイヤをタングステン電極に極め
て接近させて、溶融池に挿入出来るようになつたので、
添加ワイヤをシールドノズル内から送給出来るようにな
り、コールドワイヤTIG及びホツトワイヤTIG溶接用のト
ーチが小形に構成できるようになつた。そして、ホツト
ワイヤTIG溶接の場合には、添加ワイヤの高温に加熱さ
れた部分はアルゴンガスシールドされているので、大気
と接触せず表面酸化も生じないので、より高品質な溶接
金属が形成出来るようになつた。

また、従来法に比較しワイヤ先端の挿入位置をアーク
の中心軸にかなり近づけられるようになつた為、溶接進
行方向とワイヤの挿入方向との位置関係の影響が少なく
なり、ワイヤ挿入方向との関係を殆ど気にしないで、溶
接トーチを自在に操作出来るようになつた。

又、本溶接法自体は、アーク通電中にはワイヤ通電し
ないので、ホツトワイヤTIG溶接の場合にも、溶接作業
性を悪化するとして問題になつているアークの磁気吹き
を生じない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例によるTIG溶接装置の概略構成
図、第２図はその出力電流波形などを示す波形図、第３
図は従来技術のTIG溶接装置の概略構成図、第４図は従
来法における問題点の説明図、第５図は本発明になる他
の実施例の電流波形の説明図、第６図は本発明の他の実
施例の概略構成図、第７図はその電流波形の説明図であ
る。 ２……タングステン電極、３……母材、５……アーク、
６……添加ワイヤ、12……溶融池、13……TIGアーク電
源、14……アークトーチ、15……アーク電流通電指令回
路、16……ワイヤ加熱電源、17……ワイヤ通電指令回
路、18……接触検出回路、19……ワイヤ送給装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 草野 和喜 呉市宝町６番９号 バブコツク日立株式 会社呉工場内 (72)発明者 宮本 勇三郎 呉市宝町６番９号 バブコツク日立株式 会社呉工場内 (56)参考文献 特開 昭62−192265（ＪＰ，Ａ)

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ワイヤ送給期間中のアーク通電はワイヤが
   母材から離れた期間中にのみ可能とし、ワイヤが母材に
   接触している期間中はアーク通電を休止する事を特徴と
   するTIG溶接方法。
2. 【請求項２】TIGアーク用電源、TIGアーク用トーチ及び
   添加ワイヤ送給装置などから構成されるTIG溶接装置に
   於いて、ワイヤ送給期間中のアーク通電はワイヤが母材
   から離れた期間中にのみ可能とし、ワイヤが母材に接触
   している期間中はアーク通電を休止する回路を設けた事
   を特徴とするTIG溶接装置。
3. 【請求項３】特許請求の範囲第（２）項に於いて、TIG
   溶接装置はワイヤ加熱用電源を備え、ワイヤ母材に接触
   した期間中にのみワイヤ通電可能なように構成したこと
   を特徴とするホツトワイヤTIG溶接装置。
4. 【請求項４】特許請求の範囲第（２）項または第（３）
   項に於いて、ワイヤ先端を周期的に母材から引離すワイ
   ヤ送給機構を備えた事を特徴とするTIG溶接装置。
5. 【請求項５】特許請求の範囲第（３）項に於いて、ワイ
   ヤ通電サイクル毎にワイヤを過熱溶断することによつて
   母材から分離するように構成したことを特徴とするホツ
   トワイヤTIG溶接装置。