JP3968195B2

JP3968195B2 - 挟開先の溶接方法

Info

Publication number: JP3968195B2
Application number: JP19773599A
Authority: JP
Inventors: 透高谷; 泰夫早川; 悠敬高野
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 1999-07-12
Filing date: 1999-07-12
Publication date: 2007-08-29
Anticipated expiration: 2019-07-12
Also published as: JP2001025866A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＭＡＧ溶接による挟開先の溶接方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
油圧ショベルなどの建設機械は大型化が進み、その建設機械のアーム、ブーム、バケットなどの構造物を構成する鋼材の板厚も厚くなり、その溶接作業に多大な時間を要するようになってきた。
【０００３】
溶接時間を短縮する一つの方法としてＶ形あるいはレ形の開先を挟開先化して全体の溶着量を減らす方法があるが、挟開先化する場合、特に、初層の溶接欠陥の発生を防止することが大きな課題となる。
【０００４】
たとえば、特開平８−１０８２７５号公報に開示されているように、被溶接物が管であれば、その端面を機械加工により高精度に加工して開先を形成し、自動溶接することも可能であるが、建設機械の構造物のように、直線と曲線が組み合わされた複雑な外形形状を持つ大型の被溶接物では、機械加工により開先を形成すると、その加工コストが高くなり、溶接施工の加工コストでは吸収しきれず、トータルコストが増大することになる。
【０００５】
挟開先の溶接において、たとえば、初層の溶接時の溶接電流が小さい場合は、被溶接物に対する入熱量が小さいため、図６に示すように、一対の溶接母材１に形成された開先２の底部に、初層の溶接ビード３で埋められない空間４ａが溶接欠陥として発生する。
【０００６】
また、溶接電流を大きくすると、図７に示すように、溶接母材１に対する入熱量を十分確保することができる反面、溶加材の溶融量が増加するため、溶接ビード３の縦横比（溶接ビードの高さと幅の比率）が大きくなり、溶接ビード３に高温割れ４ｂの溶接欠陥が発生しやすくなる。
【０００７】
溶接母材に対する溶け込みを十分に確保すると共に、溶接ビードの高温割れの発生を防止するためには、溶接電流を大きくすると共に溶接速度を早くして、溶接部に形成される溶接ビードの高さを低く押さえることが必要になる。
【０００８】
また、図８に示すように、溶接ワイヤ６が開先２の中心位置よりずれて一方の側壁に近づくと、アーク７が近づいた方の側壁に流れ、溶接終了後、図９に示すように、より大きなアンダーカット４ｃが発生する。また、アークの中心が開先２の底部に向かない（指向性が低い）ため、開先２の底部の溶け込みが不足することがある。
【０００９】
溶接時におけるアークの指向性は、アークに作用するピンチ力により得られる。アークに作用するピンチ力の一つとして溶接電流によって発生する電磁ピンチ力がある。この電磁ピンチ力の大きさは、溶接電流の２乗に比例する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
このため、建設機械の構造物などの初層の溶接は、溶接ワイヤの蛇行により狙い位置のずれが避けられない半自動溶接などの溶接法を適用することが難しく、熟練者による手作業で行われているため、溶接コストの低減が困難であった。
【００１１】
前記の事情に鑑み、本発明の目的は、溶接時に発生するアークの指向性を高め、溶接ワイヤの蛇行による狙い位置ずれに対する許容度を大きくして、挟開先溶接における初層溶接に自動溶接もしくは半自動溶接の適用を可能にした挟開先の溶接方法を提供することにある。
【００１２】
前記の目的を達成するため、本出願の請求項１に記載の発明は、ＭＡＧ溶接によるＶ形もしくはレ形の挟開先の溶接方法であって、溶接母材と溶加材の間に多層の溶接を施し、
スプレー移行の臨界電流値以下の直流ベース電流とパルス電流とを重畳させて、重畳電流の平均値がスプレー移行の臨界電流値以上となる溶接電流を印加して初層の溶接を行なった後、
所要の溶着量、ビート幅、及び脚長に基づいて設定される電流値の直流電流のみを印加して２層目以降の溶接を行うようにした。
【００１３】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記直流電流を２００Ａ〜３００Ａとし、この直流電流に重畳されたパルス電流のピーク値を４００Ａ〜５００Ａとした。
【００１４】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１もしくは請求項２のいずれかに記載の発明において、前記パルス電流の周波数を５０Ｈｚ以上とした。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１ないし図３は、本発明の実施の形態を示すもので、図１は、本発明方法を実施するために構成した溶接装置の構成図、図２は、本発明による挟開先の溶接における初層の溶接電流波形を示す特性図、図３は、本発明による溶接状態を示す開先の断面図である。
【００１７】
同図において、１は溶接母材で、Ｖ形の開先２が形成されている。５は溶接トーチ。６は溶接ワイヤで、送給装置８から送り出され、トーチ５の先端から開先２内へ供給される。
【００１８】
９は溶接電源で、その出力端子に溶接母材１と溶接ワイヤ６が接続されている。１０は電流検出器で、溶接電源９から溶接ワイヤ６に供給される溶接電流を検出する。１１は電圧検出器で、溶接電源９から溶接ワイヤ６に供給される溶接電流の電圧を検出する。
【００１９】
１２は電流設定器で、溶接ワイヤ６に供給すべき電流値を設定する。１３は電流制御器で、電流設定器１２に設定された電流値と電流検出器１０で検出された電流値とを比較して、電流制御信号を発信する。
【００２０】
１４は電圧設定器で、溶接ワイヤ６に供給する電流の電圧値を設定する。１５は電圧制御器で、電圧設定器１４に設定された電圧値と電圧検出器１１で検出された電圧値とを比較して、電圧制御信号を出力する。
【００２１】
１６はピーク電圧設定器。１７はベース電圧設定器。１８は時間設定器で、パルス時間とベース時間を設定する。１９はパルス波形制御器で、ピーク電圧設定器１６とベース電圧設定器１７およびパルス時間設定器１８に接続され、それらから印可されるピーク電圧、ベース電圧およびパルス時間とベース時間に基づいて所望のパルス波形を生成する。
【００２２】
２０は開閉器で、パルス波形制御器１９の出力側に介装されている。２１は切換器で、開閉器２０の開閉を行う。
【００２３】
２２は出力制御器で、電流制御器１３、電圧制御器１４および開閉器２０を介してパルス波形制御器１９に接続され、それぞれから印可される信号に基づいて溶接電源９を制御する。
【００２４】
このような構成の溶接機によって初層の溶接を行う際、一対の溶接母材１の間に形成された挟開先２内に溶接ワイヤ６を開先中心を狙い位置として挿入すると共に、切換器２１により開閉器２０を閉成させ、パルス波形制御器１９で生成されたパルス波形を出力制御器２２に印加した状態で溶接を開始する。
【００２５】
このとき、溶接電源９は、パルス波形制御器１９からの指令に基づいて、溶接母材１と溶接ワイヤ６の間に、平均電流値が３００Ａ以上の溶滴移行形態がスプレー移行となる電流値で、ピーク電流値を平均電流値より１００〜３００Ａ高くなるように設定され、図２に示すように、電流値がＡ２のベース電流に電流値がＡ１のパルス状のピーク電流を重畳した特性の電流を印可する。なお、ピーク電流の周波数は、５０Ｈｚ以上に設定されている。
【００２６】
ピーク電流の周波数を５０Ｈｚ以上とすると、アークに作用する電磁ピンチ力として、ピーク電流値の２乗に比例した電磁ピンチ力を得ることができる。したがって、平均電流が同じであれば、ピーク電流の周波数が５０Ｈｚ以上パルス電流を用いることにより、アークに作用する電磁ピンチ力を大きくしてアークの指向性を向上させることができる。
【００２７】
図３に示すように、溶接ワイヤ６の狙い位置が開先２の中心位置から開先２の一方の側壁に近づくようにずれても、アークの指向性が大きいため、アークの中心は開先２の底部（ルート部）付近に向かう。すなわち、溶接ワイヤ６の蛇行などにより、溶接ワイヤ６（図１参照）の先端位置が振れても、大きな電磁ピンチ力によりアークの中心は溶接ワイヤ６の進行方向（開先２の底部）に向くため、底部の溶け込みを確保することができる。
【００２８】
したがって、単に直流電流を用いて溶接する場合に比べ、より高速での溶接が可能となり、溶接ビードの高さを低く押さえることができるので、溶接ビードの高温割れの発生を防止することができる。
【００２９】
図４に示すように、テストピース１Ａに開先角度３０度のレ形の開先を形成し、溶接トーチ５から送り出される溶接ワイヤ６の狙い位置を変えて、上記の溶接方法で溶接を行ない、その結果を目視で確認した結果を図５に示す。
【００３０】
図５に示すように、パルスの周波数が５０Ｈｚの場合、狙い位置のずれ量Ｙが１ｍｍであれば、欠陥のない溶接が可能である。また、狙い位置のずれ量Ｙが２ｍｍ以上になると、若干の溶け込み不足や軽度のアンダーカットなど、通常では品質上に問題のない軽度の欠陥が発生した。
【００３１】
また、パルスの周波数が１００Ｈｚ以上になると、狙い位置のずれ量が３ｍｍであっても欠陥のない溶接を行うことができた。しかし、パルスの周波数が３５Ｈｚでは狙い位置のずれ量が０ｍｍであっても、軽度の欠陥が発生した。
【００３２】
したがって、パルスの周波数が５０Ｈｚ以上であれば、溶接品質上問題のない溶接を行うことができる。また、好ましくは、パルスの周波数を１００Ｈｚ以上とすることにより、挟開先の溶接に狙い位置が変化する半自動溶接を適用しても欠陥のない溶接を行うことができる。
【００３３】
２層目以降は、開先の側壁への溶け込みを促進させるため、アークが開先の側壁に流れやすい直流電流で溶接を行う。このとき、電流、電圧、速度の設定は、各層で必要な溶着量、ビード幅、脚長などにより設定する。
【００３４】
【発明の効果】
以上述べたごとく、本発明によれば、挟開先の初層溶接において、狙い位置のずれ量に対する許容度を大幅に広げることができるので、溶接ワイヤなどの蛇行により狙い位置がずれやすい自動溶接あるいは半自動溶接により挟開先溶接を行うことができる。また、開先の幅を狭くすることにより溶着量を減らし溶接時間を短縮することができる。
さらに、スプレー移行技術を適正に採り入れて、スプレー領域における溶接の長所であるところの、外観が良く、溶け込みが深く、高能率であるという効果を発揮させることができる。
【００３５】
また、機械加工に比べ加工精度の劣るガス切断で加工された開先の溶接も可能にし、溶接構造物の加工コストを大幅に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法を実施するために構成した溶接装置の構成図。
【図２】本発明による挟開先の溶接における初層の溶接電流波形を示す特性図。
【図３】本発明による溶接状態を示す断面図。
【図４】本発明によるパルスの周波数を確認するための実験状態を示す断面図。
【図５】実験結果を示す特性図。
【図６】挟開先溶接の初層の溶接結果を示す断面図。
【図７】挟開先溶接の初層の溶接結果を示す断面図。
【図８】挟開先溶接の初層の溶接状態を示す断面図。
【図９】挟開先溶接の初層の溶接結果を示す断面図。
【符号の説明】
１…溶接母材、２…開先、６…溶接ワイヤ、９…溶接電源、１３…電流制御器、１５…電圧制御器、１９…パルス波形制御器、２２…出力制御器。

Claims

ＭＡＧ溶接によるＶ形もしくはレ形の挟開先の溶接方法であって、溶接母材と溶加材の間に多層の溶接を施し、
スプレー移行の臨界電流値以下の直流ベース電流とパルス電流とを重畳させ、重畳電流の平均値がスプレー移行の臨界電流値以上となる溶接電流を印加して初層の溶接を行なった後、
所要の溶着量、ビート幅、及び脚長に基づいて設定される電流値の直流電流のみを印加して２層目以降の溶接を行うことを特徴とする挟開先の溶接方法。
前記ベース電流である直流電流が２００Ａ〜３００Ａであり、この直流電流に重畳されたパルス電流のピーク値が４００Ａ〜５００Ａであることを特徴とする請求項１に記載の挟開先の溶接方法。
前記パルス電流の周波数が５０Ｈｚ以上であることを特徴とする請求項１もしくは請求項２のいずれかに記載の挟開先の溶接方法。