JP2710939B2 - 消耗電極式両極性アーク溶接方法 - Google Patents

消耗電極式両極性アーク溶接方法

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JP2710939B2 JP63017833A JP1783388A JP2710939B2 JP 2710939 B2 JP2710939 B2 JP 2710939B2 JP 63017833 A JP63017833 A JP 63017833A JP 1783388 A JP1783388 A JP 1783388A JP 2710939 B2 JP2710939 B2 JP 2710939B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、消耗電極と母材との間に直流電圧を印加
し、前記消耗電極への印加極性を正極と負極とに任意に
反転してアークを発生させて溶接を行う消耗電極式両極
性アーク溶接方法に関し、特に溶接開始時の溶接ビード
の形状を改善した消耗電極式アーク溶接方法に関する。
[従来の技術] ワイヤを定速送給しつつ、ワイヤと母材との間にアー
クを発生させて溶接を行う消耗電極式アーク溶接方法に
おいては、通常、母材側が負極、ワイヤ側が正極となる
ように直流電圧を印加する逆極性溶接が行われている。
この逆極性溶接においては、母材への入熱が大きいた
めに溶込み量が多く、フラットなビードを得やすいとい
う利点があるが、母材が薄板であって継手精度が悪く、
ギャップが大きい場合には溶落ち現象が発生し易いとい
う欠点がある。
一方、母材側が正極、ワイヤ側が負極になるように直
流電圧を印加する正極性溶接においては、母材への入熱
量が少ないため、溶落ち防止には有効であるが、溶込み
不良が発生し易く、また、ビードが凸形状になり易い。
従って、正極性溶接方法を単独で適用する範囲は狭い。
このため、正極性溶接と逆極性溶接とを交互に繰り返
す交流アーク溶接方法が、両極性アークの特長を兼ね備
えたものとして上述の薄板等の継手には有効であり、実
用化の検討がなされている。
[発明が解決しようとする課題] しかしながら、この交流アーク溶接方法においても、
特に正極性期間の比率を高く設定した場合には、溶接開
始点付近にて母材への入熱が不十分となり、このため母
材の温度が充分に上昇しないため溶込み不足となり、融
合不良が生じるという問題点がある。特に、溶接ビード
が短い断続溶接の場合には、溶接長に対する溶込み不足
部の長さの割合が相対的に多くなり、強度不足が発生す
ると共に、オーバーラップを伴った凸形状ビードによる
溶接不良率が高いという問題点を有する。
また、逆極性の期間の比率を高くすると、前述の逆極
性溶接の場合と同様に溶落ち現象が発生し易くなるとい
う難点がある。
これに対して、溶接開始時のみ所定の短時間だけ逆極
性アークにより先行溶接する方法がある(特公昭62−19
267)。しかしながら、この方法においては、溶込みが
深い逆極性アークの先行溶接から、溶込みが浅い正極性
アークの本溶接に急激に移行するため、特に、高速溶接
時において溶込みが急激に浅くなり、ビード幅も急激に
狭くなって、不連続な溶接ビードが形成されてしまう。
第3図(a),(b)は夫々この従来の溶接方法にお
ける電流波形及び逆極性比率の変化と、形成された溶接
ビードの形状とを示す。第3図(a)に示すように、溶
接開始時の先行溶接期間においては、ワイヤの極性を正
にして逆極性比率を100%にする。一方、先行溶接期間
が終了した後は、正接性アークと逆極性アークとを交互
に繰り返し、逆極性期間の比率が極めて低い本溶接に移
行する。このような電流制御により、第3図(b)に示
すように、薄板21の継手部において、溶接開始時に溶込
みが深いビード22が形成され、本溶接時には溶込みが浅
いビード23が形成される。このような不連続なビード
は、ビード外観上好ましくないのに加え、不連続部に応
力が集中して疲労破壊を発生させる原因となりうる。
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであっ
て、融合不良を防止すると共に、ビードの不連続性も改
善され、良好なビード外観と充分な溶接部強度とを得る
ことができる消耗電極式アーク溶接方法を提供すること
を目的とする。
[課題を解決するための手段] 本発明にかかる消耗電極式アーク溶接方法は、消耗電
極と母材との間に直流電圧を印加し、前記消耗電極の極
性を反転しつつアークを形成する消耗電極式アーク溶接
方法において、前記消耗電極が正極である逆極性アーク
の比率を溶接開始時にて本溶接時よりも高くし、溶接開
始後、この逆極性比率を所定の期間に亘って減少させて
本溶接に移行することを特徴とする。
[作用] 本発明においては、溶接開始時点において逆極性比率
を高め、多量の入熱をワイヤ及び母材に供給することに
より溶込み不足を解消する。そして、母材の温度が上昇
した後、所定の期間に亘って逆極性比率を徐々に低下さ
せ、逆極性比率が低い本溶接に移行する。これにより、
ビード形状が不連続になることが回避されると共に、溶
落ちが防止される。
[実施例] 以下、本発明の実施例について、添付の図面を参照し
て説明する。第1図(a)乃至(d)は夫々本発明の実
施例方法における溶接電流波形及び逆極性比率の時間変
化を例示するグラフ図、第2図は実施例方法にて使用す
る電流制御回路を示すブロック図である。
第2図に示すように、ワイヤリール7に溶接ワイヤ3
が巻回されており、このワイヤ3はワイヤ送給モータ6
によりワイヤリール7から巻きほどかれて薄鋼板等の溶
接母材5の被溶接部に供給される。ワイヤ3にはコンタ
クトチップ3aが電気的に接続されており、コンタクトチ
ップ3aは後述するインバータ2の一方の出力端に接続さ
れていて、このコンタクトチップ3aを介してワイヤ3が
給電されるようになっている。
一方、直流電源1は3相交流電源に接続されており、
この3相交流を所定電圧の直流電圧に変換する。インバ
ータ2はトランジスタTr1及びTr2の直列接続体と、トラ
ンジスタTr3及びTr4の直列接続体とを並列接続したもの
であり、インバータ2の入力端は直流電源1の正極及び
負極の出力端に接続されている。
そして、トランジスタTr1とTr2との接続点はコンタク
トチップ3aに接続されており、このコンタクトチップ3a
を介してワイヤ3に電流を供給する。一方、トランジス
タTr3とTr4との接続点は溶接電流検知器16を介して接地
及び溶接母材5に接続されている。これにより、直流電
源1からの直流電流はインバータ2を介してワイヤ3と
母材5との間に供給され、インバータ2はトランジスタ
Tr1,Tr4がオンの場合に、ワイヤ3が正極、母材5が負
極となるように直流電流の極性を切換え、トランジスタ
Tr2,Tr3がオンの場合に、ワイヤ3が負極、母材5が正
極となるように直流電流の極性を切換える。溶接電流検
知器16はワイヤ3と母材5との間に溶接電流が流れたこ
とを検出し、これによりアーク4が形成されたことが把
握される。
溶接電流検知器16からの溶接電流の検知信号はスター
ト制御回路11に入力される。一方、スタート時の逆極性
比率の保持時間が設定器12に設定され、スタート時の逆
極性比率が設定器13に設定され、本溶接時の逆極性比率
が設定器14に設定され、スタート時から本溶接時までの
逆極性比率の減少率が設定器15に設定される。そして、
これらの設定器に設定された各設定値はスタート制御回
路11に入力されている。
スタート制御回路11は各設定値に基いて所定の逆極性
比率を通電時間設定回路10に出力する。この逆極性比率
xは、母材5が正極となり、ワイヤ3が負極となる正極
アークの通電期間をTSPとし、母材5が負極となり、ワ
イヤ3が正極となる逆極性アークの通電期間をTRPとす
ると、下記(1)式により定義される。
x=TRP/(TRP+TSP) ……(1) 通電時間設定回路10はこの逆極性比率を入力すると、正
極性の通電時間TSPと逆極性の通電時間TRPとを設定して
夫々スイッチング制御回路9に出力する。
スイッチング制御回路9はこのTSP及びTRPを入力する
と、時間積算して逆極性時間TRPの期間はハイの極性信
号を出力し、正極性時間TSPの時間はローの極性信号を
出力する。
このスイッチング制御回路9の出力はトランジスタド
ライバ8に入力され、トランジスタドライバ8は極性信
号がハイの場合は、インバータ2のトランジスタTr1,T
r4をオン、トランジスタTr2,Tr3をオフにし、極性信号
がローの場合はトランジスタTr1,Tr4をオフ、トランジ
スタTr2,Tr3をオンにする。
このように構成される装置を使用して本発明の実施例
に係るアーク溶接方法を実施する場合は、先ず、ワイヤ
3と母材5の所定の被溶接位置に設置し、ワイヤ3と母
材5との間でアーク4を形成する。
スタート制御回路11は、第1図(a)に示す溶接スタ
ート時間TSにおいては、設定器13に設定されたスタート
時逆極性比率PSを通電時間設定回路10に出力する。スタ
ート制御回路11は、通電電流検知器16から、ワイヤ3と
母材5との間でアーク4が形成されて通電が開始された
ことを検知すると、その通電開始後の時間をカウント
し、通電開始後、設定器12に設定されたスタート時極性
比率保持時間(TS)が経過する迄は、このスタート時極
性比率PSの出力を継続する。
通電時間設定回路10はスタート制御回路11から出力さ
れ逆極性比率PSに基いて前記(1)式に示す通電時間T
SP及びTRPを設定し、これをスイッチング制御回路9に
出力する。
スイッチング制御回路9はこのTRPの時間だけハイの
極性信号を出力し、次いで、TSPの時間だけローの極性
信号を出力し、更に、TRPの時間だけハイの極性信号を
出力するというように、ハイとローとを夫々時間TRP
びTSPだけ交互に繰り返して出力する。
そうすると、トランジスタドライバ8はスイッチング
制御回路9の出力がハイの場合にインバータ2のトラン
ジスタTr1,Tr4をオンにし、トランジスタTr2,Tr3をオ
フにして、ワイヤ3が正極、母材5が負極となる逆極性
アークをワイヤ3と母材5との間に形成する。一方、ス
イッチング制御回路9の出力がローの場合には、トラン
ジスタドライバ8はインバータ2のトランジスタTr2,T
r3をオンにし、トランジスタTr1,Tr4をオフにして、ワ
イヤ3が負極、母材5が正極となる正極性アークをワイ
ヤ3と母材5との間に形成する。これにより、溶接スタ
ート期間TSは100%に近い高逆極性比率で正極性アーク
と逆極性アークとが交互に繰り返され、入熱量が多い溶
接がなされる。
この溶接スタート期間TSが経過すると、第1図(a)
に示すように、スタート制御回路11は、スタート時逆極
性比率PSから、設定器14に設定された本溶接時逆極性比
率PRまで、設定器15に設定された逆極性比率減少率αに
基いて通電時間設定回路10に出力する逆極性比率を連続
的に減少させる。この逆極性比率減少率αは、逆極性比
率減少時間をTAとすると、下記(2)式により現わされ
る。
α=(PS−PR)/TA ……(2) この逆極性比率減少期間(TA)においては、スタート制
御回路11は逆極性比率減少率αに基いて逆極性比率を連
続的に低下させて通電時間設定回路10に出力し、その結
果、ワイヤ3と母材5との間の交流アーク溶接における
逆極性比率が連続的に低下する。
次いで、逆極性比率減少期間(TA)が経過すると、ス
タート制御回路11は設定器14により設定された本溶接時
に低逆極性比率PRを通電時間設定回路10に出力する。爾
後、この逆極性比率PRにより本溶接がなされる。
この第1図(a)に示す溶接電流供給パターンは、逆
極性アーク期間が長い高逆極性比率PSにて交流溶接をス
タートし、本溶接時には低い逆極性比率PRにて交流溶接
を行った例である。但し、薄板を母材とする下向重ね継
手について溶接したものである。
一方、第1図(b)に示す溶接電流供給パターンは、
高い逆極性比率にて交流溶接をスタートし、本溶接は逆
極性比率が0%の正極性アークにて溶接を行った例であ
る。
また、第1図(c)は、逆極性比率が100%の逆極性
アークを連続的に形成して溶接をスタートし、本溶接時
には逆極性比率が低い交流溶接を行った例である。
更に、第1図(d)は、逆極性比率が100%の逆極性
アークを連続的に形成しつつ溶接をスタートし、本溶接
は逆極性比率が0%の正極性アークを連続的に形成した
ものである。
この第1図(a)乃至(d)に示すパターンの溶接条
件は下記第1表に示すとおりである。
その結果、いずれのパターンにおいても、スタート部
の溶落が防止され、十分な溶込みが得られてスタート部
の融合不良が回避されると共に、ビード外観も均一であ
った。
なお、逆極性比率は上記実施例においては、前記第
(1)式に示すように、正極と逆極性の通電時間比{T
RP/(TRP+TSP)}により定義したが、短絡とアーク発
生とを交互に繰り返す短絡アーク溶接においては、通電
時間から短絡時間を除いたアーク発生時間とか、電流の
時間積分値だある電荷量又は電力等を逆極性比率のパラ
メータとして使用しても良い。
スタート時逆極性比率PS、スタート時逆極性比率保持
時間TS、逆極性比率減少率α及び本溶接時逆極性比率PR
は、母材の板厚、ギャップ及び溶接速度等に応じて設定
されるものであるが、例えば、極薄板(厚さ1.0mm以
下)又はギャップが大きい継手の溶接等においてはTS
0(秒)としてもよい。
また、比較的厚い母材の場合又は溶接速度が遅い溶接
の場合等においては、逆極性比率は上記実施例のように
連続的ではなく、段階的に低下させてもよい。
更に、本実施例では逆極性比率減少率αが一定であ
り、逆極性比率が線形的に、つまり一定の減少率αで減
少しているが、これに限らず逆極性比率を指数関数的に
減少させもよい。
更にまた、アーク発生の瞬時(0.1秒以下)では、交
流アークのスタート時には、第1図(a)及び(b)に
示すように、必ず逆極性からスタートするように制御す
ると、アークスタート性が向上するので好ましい。この
程度の微小時間では、溶込み及びビード外観に実質的に
は悪い影響を与えない。
[発明の効果] 以上説明したように本発明によれば、溶接開始時にお
いては本溶接時よりも高い逆極性比率を設定し、その
後、所定期間に亘ってこの逆極性比率を本溶接時の逆極
性比率まで漸減するから、溶接スタート部の融合不良を
防止することができると共に、溶落現象も発生せず、ビ
ード外観及び溶込みの均一性及び連続性を保持すること
ができる。また、高速溶接時においては、逆極性比率変
化時にスパッタが発生したり、ハンピングビードになる
等の不都合も防止することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)乃至(d)は夫々本発明の実施例方法にお
ける溶接スタート時の溶接電流波形と逆極性比率の時間
変化を例示するグラフ図、第2図は本発明の実施例にて
使用する溶接電流制御回路を示すブロック図、第3図
(a)は従来の交流溶接における溶接スタート部の電流
波形と逆極性比率の時間変化を示すグラフ図、第3図
(b)は従来方法により形成されたビード形状を示す斜
視図である。 1;直流電源、2;インバータ、3;溶接用ワイヤ、3a;コン
タクトチップ、4;アーク、5;母材、8;トランジスタドラ
イバ、9;スイッチング制御回路、10;通電時間設定回
路、11;スタート制御回路、12,13,14,15;設定器、16;溶
接電流検知器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭56−134078(JP,A) 特開 昭63−268570(JP,A) 特開 昭56−131080(JP,A)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】消耗電極と母材との間に直流電圧を印加
    し、前記消耗電極の極性を反転してアークを形成する消
    耗電極式両極性アーク溶接方法において、前記消耗電極
    が正極である逆極性アークの比率を溶接開始時にて本溶
    接時よりも高くし、溶接開始後、この逆極性比率を所定
    の期間に亘って減少させて本溶接に移行することを特徴
    とする消耗電極式両極性アーク溶接方法。
JP63017833A 1988-01-28 1988-01-28 消耗電極式両極性アーク溶接方法 Expired - Lifetime JP2710939B2 (ja)

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