JP3249331B2

JP3249331B2 - 溶接方法

Info

Publication number: JP3249331B2
Application number: JP03662295A
Authority: JP
Inventors: 児玉　　克; 隆之河野
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1995-02-24
Filing date: 1995-02-24
Publication date: 2002-01-21
Anticipated expiration: 2017-01-21
Also published as: JPH08229682A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ボイラー、船舶、橋
梁、鉄骨等の溶接に適用されるアーク溶接方法におい
て、母材に溶着する溶接ワイヤを溶接部に送給する溶接
ワイヤ送給装置を使用して行う溶接方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ガスシールドアーク溶接等により
溶接を行う場合、図５に示すような溶接装置を使用した
溶接が行われている。図において、０１は溶接を行う母
材、０２は溶接電源、０３は溶接トーチ、０４は溶接ト
ーチのチップ、０５は溶接ワイヤ、０６は溶接アーク、
０７はワイヤ送給ローラ、０８はワイヤ送給ローラ用駆
動モータ、０９は巻きワイヤスプロール、０１１は溶接
トーチ固定用穴、０１２は溶接トーチ固定用穴０１１を
介して溶接トーチ０３を固定している、図示していない
簡易台車の固定アーム、あるいは溶接ロボットのアー
ム、０１４は溶接ワイヤ０５を溶接トーチ０３に供給す
るためのコンジットケーブルである。

【０００３】このような溶接装置によって溶接を行う場
合、まず、溶接電源０２に適切な電流を供給すると、溶
接ワイヤ０５の先端には溶接アーク０６が発生し、溶接
ワイヤ０５の先端は溶融して、図６に示すように溶滴０
１０が形成される。この際、溶接ワイヤ０５は、溶滴０
１０が母材０１側に移行する量だけ、駆動モータ０８を
駆動源とする、ワイヤ送給ローラ０７を回転させて送給
することで、溶接アーク０６を安定して、母材０１と溶
接ワイヤ０５の先端の間で発生させる事ができる。

【０００４】このように、従来から行われている溶接方
法では、チップ０４から溶接部への溶接ワイヤ０５の送
給速度は、溶接中、常に一定速度になるようにしてい
る。例えば、溶接ワイヤ０５として、直径１．２mmのソ
リッドワイヤを使用し、溶接電圧を２００から３００ア
ンペア、シールドガスに炭酸ガスを用い２５ｌ／分供給
した場合には、溶接ワイヤ０５の送給速度は、３０から
４０ｍ／分の間の一定速度にしている。

【０００５】一方、この様な溶接装置を使用して、常に
一定速度で溶接ワイヤ０５を送給して行う溶接方法で
は、溶接ワイヤ０５の先端に形成される溶滴０１０が、
母材０１側へ移行する状況を観察すると図６に示す様に
なっている。つまり、図６（ａ）で溶滴が形成されはじ
め、図６（ｂ）、図６（ｃ）と、時間の経過とともに、
溶滴０１０は成長していく。

【０００６】図６から理解されるように、上述のように
ガスシールドに炭酸ガスを使用した溶接においては、溶
滴０１０が形成されはじめ、成長していく段階では、溶
接アーク０６は、母材０１表面と溶滴０１０の下面に発
生するため、溶滴０１０はアーク力によって上方へ押し
上げられ、なかなか母材０１側へ移行することができ
ず、溶滴０１０の重量がアーク力に打ち勝つようになる
まで、すなわち図６（ｃ）の様な状態になるまで成長す
る。また、母材０１へ移行する際には、図６（ｄ）に示
すように、大粒の溶滴０１０が飛行するような状態で移
行する。このような、溶滴０１０移行では、大粒の溶滴
０１０が母材０１側に形成されている溶融池０１３に取
り込まれれば溶接金属となり溶接に寄与するが、溶融池
０１３以外の箇所へ落ちるとスパッタとなり、溶接には
寄与しないものとなる。

【０００７】このように、特に、シールドガスに炭酸ガ
スを用いた、従来のガスシールドアーク溶接では、次の
ような不具合がある。（１）溶接ワイヤ０５の先端から母材０１へ移行する溶
滴０１０が大粒となるため、溶滴０１０が溶融池０１３
以外の箇所に移行して、大粒のスパッタとなる場合があ
る。（２）発生するスパッタが大きくなるため、母材０１に
付着したスパッタの除去作業に時間を必要とするばかり
でなく、溶接ワイヤ０５から溶接個所への溶着効率も低
下し、溶接ワイヤ０５の消耗が大きくなるとともに、溶
接効率も低下することになる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来の溶
接、特に炭酸ガスを用いたガスシールドアーク溶接にお
ける上述の不具合を解消するため、溶接ワイヤの先端に
形成される溶滴が、大粒に生長しない小粒の溶滴の状態
で母材に移行させ、スパッタの発生を抑制し、または極
力押さえることのできる溶接方法を提供することを課題
とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】このため、本発明の溶接
方法は、次の手段を採用した。外部から溶接トーチの内
部に固定された溶接機のトーチ基部先端へ導入され、溶
接トーチの先端に設けたチップから溶接部へ一定速度で
供給される溶接ワイヤを通過させる通路を軸心部に設け
たワイヤ供給ノズルを、トーチ基部先端にスプリング等
からなる可動部材を介装して取付け、ワイヤ供給ノズル
の両側に固着した１対の鉄心のそれぞれを包囲して配設
された１対の電磁コイルに交互にパルス状の直流電圧を
印加して発生させた磁場で鉄心に交互に吸引力を生じさ
せ、その吸引力で鉄心をトーチ基部先端からチップへ供
給される溶接ワイヤの通路と直交する方向に揺動させ、
この鉄心を両側に固着したワイヤ供給ノズルを同軸状に
取付けたトーチ基部先端まわりに揺動させ、トーチ基部
先端とチップの間の溶接ワイヤの通路長さを変動させて
チップから溶接部へ送り出される溶接ワイヤの速度を変
えて溶接するようにした。

【００１０】このワイヤ供給ノズルの揺動により、外部
から溶接トーチの内部に導入され、トーチ基部から、ト
ーチ基部と可動部材を介して同軸状に連結されたワイヤ
供給ノズルを経由して一定速度で供給されている溶接ワ
イヤは、ワイヤ供給ノズルが同軸状に取付けられている
トーチ基部先端まわりに揺動することにより、溶接トー
チ内の通路長さが変えられ、チップから溶接個所へ送り
出される供給速度を変動させた溶接が行われる。

【００１１】

【作用】本発明の溶接方法は、上述の手段の採用によ
り、１対の電磁コイルに交互に、パルス状の直流電圧を
印加させて磁場を発生させることにより、各々の電磁コ
イルでかこまれた１対の鉄心に交互に引力を作用させ
て、鉄心を両側に固着したワイヤ供給ノズルを、上記直
流電圧の印加のタイミングに合わせて、トーチ基部に同
軸状にワイヤ供給ノズルを連結した可動部を中心に揺動
する。これにより、外部からトーチ基部に導入され、ト
ーチ内を通り、チップから溶接個所へ一定の送給速度で
供給されている溶接ワイヤは、トーチ内の送給通路長さ
が変ることにより、チップから溶接個所へ供給される溶
接ワイヤの送給速度を、一定速度から適切な周期で、瞬
間だけ高速送給することで、溶接ワイヤ先端に形成され
る溶滴を大きくならないうちに母材側に短絡移行させる
ようにした溶接ができる。

【００１２】これにより、従来の溶接で不具合となって
いたスパッタの発生の少い溶接が可能になり、溶接ワイ
ヤの消耗を少くして、溶接効率を上げることができ、経
済的なメリットが得られると共に、スパッタ除去作業が
軽減され、作業効率を上げることができる。

【００１３】また、飛散するスパッタによる母材側のダ
メージが少なくなり、塗装、下地処理の手直しを少くで
き、溶接以外の溶接作業に伴う作業能率を向上すること
ができる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の溶接方法の一実施態様及び本
発明の溶接方法に使用する溶接ワイヤ送給装置の一例を
図面にもとづき説明する。図１は、本発明の溶接方法に
使用する溶接ワイヤ送給装置の１例としての、パルスワ
イヤ送給装置を示す構成図、図２は、図１に示すパルス
ワイヤ送給装置の作用を示す図、図３は、図１に示すパ
ルスワイヤ送給装置を具えたガスシールドアーク溶接装
置の構成図、図４は、図１に示すパルスワイヤ送給装置
を使用して行った、本発明の溶接方法の一実施態様とし
てのガスシールドアーク溶接方法の作用を示す図であ
る。

【００１５】図１において、３は溶接トーチ、４は溶接
トーチのチップ、５は溶接ワイヤ、１１は溶接トーチ固
定用穴で、図５に示した溶接装置において説明したもの
と同じものである。また、１３は溶接トーチ３内にシー
ルドガスを供給するための供給ノズル、１４は溶接ワイ
ヤ５を溶接トーチ３に供給するためのコンジットケーブ
ル、１５はシールドガスを供給ノズル１３から溶接トー
チ３内に吹き出すための穴、１６はワイヤ供給ノズル、
１７Ａ、１７Ｂはワイヤ供給ノズル１６の両側に設置し
た磁性体の鉄心、１８Ａ、１８Ｂは鉄心１７Ａ、１７Ｂ
を挟むようにして包囲して、設置した電磁コイルであ
る。また、１９はトーチ基部、２０は溶接トーチのチッ
プ４を固定するための治具、２１は供給ノズル１６をト
ーチ基部１９に同軸状につなぐ可動部材として適用した
スプリング、２２Ａ、２２Ｂは電磁コイル１８Ａ、１８
Ｂに直流電圧を印加するための直流電圧発生器、２３は
直流電圧発生器２２Ａ、２２Ｂに接続し、直流電圧発生
器２２Ａ、２２Ｂからの電圧発生時期を調整するための
電圧発生調整機である。

【００１６】また、図２において、図２（Ｄ）に示す波
形パターンＡ及びＢは、図１に示す直流電圧発生器２２
Ａ、２２Ｂのそれぞれから電磁コイル１８Ａ、１８Ｂの
各々に印加される電圧である。

【００１７】さらに、図３において、１は溶接を行う母
材、２は溶接電源、６は溶接アーク、７はワイヤ送給ロ
ーラ、８はワイヤ送給ローラ用駆動モータ、９は溶接ワ
イヤ５巻き用ワイヤスプロール、１２は溶接ロボットの
アームで、図５に示した溶接装置において説明したもの
と同じものである。

【００１８】また、図４において、１０はチップ４から
送り出される溶接ワイヤ５の先端に形成される溶滴、波
形パターンｖは、溶接ワイヤ５送給速度を示し、波形パ
ターンＡ、Ｂは、図２（Ｄ）に示す電圧波形パターン
Ａ、Ｂと同一のものである。

【００１９】次に、このように構成されたパルスワイヤ
送給装置を使用した本発明の溶接方法の一実施態様の作
用について説明する。図１、図３に示す、直流電圧発生
器２２Ａ、２２Ｂから、図２に示す波形パターンＡ、Ｂ
の周期で、電磁コイル１８Ａ、１８Ｂのそれぞれに交互
に直流電圧を印加する。本溶接方法の場合、電磁コイル
１８Ａ、１８Ｂの定格電圧は２４Ｖであるので、０Ｖと
２４Ｖを図に示すパルスパターンで印加した。なお、波
形パターンＡ、Ｂそれぞれの周期は、電圧発生調整機２
３で調整することができる。

【００２０】この直流電圧の印加により、電磁コイル１
８Ａ、１８Ｂには、電磁力が働き、鉄心１７Ａ、１７Ｂ
には、電磁力が発生している電磁コイル側に引力が働く
ようになる。この引力の作用により、図２（Ａ）に示す
ように、トーチ基部１９と同軸状に取付けられているワ
イヤ供給ノズル１６は、スプリング２１を介装して連結
しているトーチ基部１９先端を中心に、電磁力が働いて
いる電磁コイル１８Ａ、又は１８Ｂ側に揺動される。図
２に示す波形パターンＡ、Ｂにより、図に示すように、
トーチ４先端から送り出される溶接ワイヤ５は、一瞬の
うちに飛び出るような現象を示す。

【００２１】つまり、波形パターンＡが印加される電磁
コイル１８Ａに２４Ｖが印加された場合には、図２
（Ａ）のように、ワイヤ供給ノズル１６は電磁コイル１
８Ａの側に揺動された状態となる。このとき、溶接ワイ
ヤ５はワイヤ供給ノズル１６と溶接チップ固定治具２０
の間で屈曲したような形になり、トーチ基部１９先端と
チップ４の出口との間の溶接トーチ３内に形成される、
溶接ワイヤ５の通路長さが長くなる。

【００２２】この状態から、電磁コイル１８Ａの直流電
圧が０Ｖとなり、これと同時に、今度は電磁コイル１８
Ｂに直流電圧２４Ｖが印加されると、図２（Ｂ）のよう
に、鉄心１７Ｂの方に引力が発生して、ワイヤ供給ノズ
ル１６は電磁コイル１８Ｂの方へ揺動される。この際、
図２（Ａ）に示す状態になっていた溶接ワイヤ５は、ワ
イヤ供給ノズル１６がトーチ基部１９と同軸状になり、
固定治具２０との間で真っ直ぐなる図２（Ｃ）になる状
態が瞬間的に形成され、図２（Ａ）の状態で屈曲してい
た分だけ、チップ４から、図２（Ｃ）に示すように、飛
び出る様に送給速度は一瞬だけ高速送給となる。さら
に、図２（Ｂ）の状態となると、今度は溶接ワイヤ５が
チップ４から引き込むようになる。

【００２３】よって、このような作用を、周期的に繰り
替えすことによって、溶接ワイヤ５はパルス状の直流電
圧の印加により揺動させ高速送給することが可能とな
る。また、本パルスワイヤ送給装置を使用した溶接方法
を消耗電極式ガスシールドアーク溶接に適用すると、ス
パッタ発生の少ない溶接法が可能となる。

【００２４】図４により、本パルスワイヤ送給装置を使
用した溶接方法を消耗電極式ガスシールドアーク溶接に
適用することで、スパッタ発生が少なくなる溶接ができ
ることを説明する。なお、図４に示す波形パターンＡ、
Ｂは、図２（Ｄ）に示すものと同じであり、溶接ワイヤ
５の下端に形成される溶滴１０の移行状況と対比して示
している。また、波形パターンｖは溶接ワイヤ５の送給
速度を示しており、これも溶滴１０の移行状況と対比し
て示している。

【００２５】前述したように、電磁コイル１８Ａ、１８
Ｂへの波形パターンＡ、Ｂの印加電圧が変化する際に、
溶接ワイヤ５送給速度は一瞬だけ高速送給される。図４
の模式図で説明すると、図４（ａ）は溶滴が大きく成長
した状態である。従来の溶接における図６（ｃ）に示す
状態に相当する。この状態において、溶接ワイヤ５を高
速送給すると、溶滴は、図４（ｂ）に示すように、機械
的に母材側へ短絡移行することになる。その後、溶接ワ
イヤ５送給速度は一定となり、再び、図４（ｄ）に示す
ように、溶滴１０が成長して大きくなり、溶接ワイヤ５
をパルス送給すると、図４（ｂ）と同じく溶滴１０は、
図４（ｅ）に示すように、機械的に母材側へ短絡移行す
ることになる。

【００２６】例えば、溶接ワイヤ５径が直径１．２mmの
ソリッドワイヤを適用して溶接電圧を２００から３００
アンペア、シールドガスに炭酸ガスを用い２５ｌ／分供
給した場合には、溶接ワイヤ５の送給速度は３０から４
０ｍ／分の間で一定送給して、パルスワイヤ送給周期を
５０から６０Hzで行うようにした。この作用を繰り返す
ように、パルスワイヤ送給を周期的にする溶接を行うこ
とにより、スパッタの発生しない溶接法が可能となる。

【００２７】

【発明の効果】本発明の溶接方法によれば、特許請求の
範囲に示す構成により、次の効果が得られる。（１）消耗電極を用いたガスシールドアーク溶接で、従
来から問題となっていたスパッタの発生を少くした溶接
が可能となった。これにより、溶接ワイヤの消耗が減り
経済的にメリットがあると共に、溶接効率を向上でき
る。（２）また、母材等に付着したスパッタ除去作業が軽減
されることで作業効率も向上する。さらに、溶接を行う
母材側に塗装などの下地処理を施している場合には、飛
散するスパッタによりダメージを受けることの多い母材
側のダメージが少なくなり、塗装、下地処理の手直しが
少なくてすみ、溶接作業に付随する作業の低減が図れ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施態様としての溶接方法に採用し
た溶接ワイヤ送給装置の１例としてのパルスワイヤ送給
装置を示す断面図、

【図２】図１に示すパルスワイヤ送給装置の作用を示す
図で、図２（Ａ）は電磁コイルの一方の側へワイヤ供給
ノズルが移動した断面図、図２（Ｂ）は電磁コイルの他
方の側へワイヤ供給ノズルが移動した断面図、図２
（Ｃ）は電磁コイルに電圧が印加されないとき、若しく
は図２（Ａ）から図２（Ｂ）への移行途中を示す断面
図、図２（Ｄ）は電磁コイルに印加されるパルス波形を
示す図、

【図３】図１に示すパルスワイヤ送給装置を用いたガス
シールドアーク溶接装置の部分側面図、

【図４】図１に示すパルスワイヤ送給装置を用いて行っ
た、本発明の溶接方法の一実施態様としてのガスシール
ドアーク溶接方法の作用、および各作用時の溶接ワイヤ
の送給速度およびパルス波形を示す図、

【図５】従来のガスシールドアーク溶接装置の部分側面
図、

【図６】図５に使用した溶接トーチによる溶滴の、母材
への移行状況を示す図である。

【符号の説明】

１母材２溶接電源３溶接トーチ４チップ５溶接ワイヤ６溶接アーク７ワイヤ送給ローラ８ワイヤ送給ローラ用駆動モータ９ワイヤスプロール１０溶滴１１溶接トーチ固定用穴１２溶接ロボットのアーム１３供給ノズル１４コンジットケーブル１５穴１６ワイヤ供給ノズル１７Ａ、１７Ｂ鉄心１８Ａ、１８Ｂ電磁コイル１９トーチ基部２０固定治具２１可動部としてのスプリング２２Ａ、２２Ｂ直流電圧発生器２３電圧発生調整機

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23K 9/12 B23K 9/32

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】外部から溶接トーチの内部に固定された
溶接機のトーチ基部先端へ導入され、前記溶接トーチの
先端に設けたチップから溶接部へ一定速度で供給される
溶接ワイヤの通路を軸心部に設けたワイヤ供給ノズル
を、前記トーチ基部先端に可動部材を介装して取付け、
前記ワイヤ供給ノズルの両側に固着した１対の鉄心の周
囲に、前記鉄心のそれぞれを包囲して配設された１対の
電磁コイルで交互に磁場を発生させ、前記鉄心に交互に
引力を生じさせ、前記ワイヤ供給ノズルを前記トーチ基
部先端まわりに揺動させて、前記トーチ基部先端とチッ
プの間の前記溶接ワイヤの通路長さを変動させ、前記チ
ップから溶接部へ送り出される前記溶接ワイヤの速度を
変えて溶接することを特徴とする溶接方法。