JP4334635B2

JP4334635B2 - パルスｍａｇ溶接方法

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Publication number: JP4334635B2
Application number: JP10555998A
Authority: JP
Inventors: 智之上山; 耕作山口; 和一西川
Original assignee: Daihen Corp
Current assignee: Daihen Corp
Priority date: 1998-03-31
Filing date: 1998-03-31
Publication date: 2009-09-30
Anticipated expiration: 2018-03-31
Also published as: JPH11285827A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、第１パルス電流群と第２パルス電流群とを周期的に切り換えたパルス電流を通電して溶接するパルスＭＡＧ溶接方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、アルミニウム及びアルミニウム合金（以下、アルミニウムという）が、建築構造物の内装、車両、輸送機器等に広く使われるようになってきている。これらの溶接継手が、そのままこれらの構造物の外面を形成しているので、溶接継手の溶接強度が要求されるだけでなく、最近、溶接ビードの外観が良好であることも要求されるようになっている。
【０００４】
また、構造物の多様化にともなって、板厚が１［mm］以下のアルミニウムを溶接する要求も増加している。そこで、溶接ビード外観が良好であるアーク溶接方法として、フィラワイヤを添加するティグ溶接方法が広く採用されている。
【０００６】
図１は、従来のティグフィラアーク溶接方法により溶接した規則正しい波形状の「うろこ状ビード」の外観を示す図である。
このフィラワイヤ添加ティグ溶接方法（以下、ティグフィラアーク溶接という）で溶接すると、図１に示すように、規則正しい波形状のビード外観（以下、「うろこ状ビード」という）が得られる。
【０００８】
この溶接ビードの外観は、ミグアーク溶接方法の溶接ビードよりも美観性があり、板厚が１［mm］以下のアルミニウムであっても、溶け落ち等の溶接不良が発生することなく溶接することができる。
【００１０】
しかし、このティグフィラアーク溶接方法は、消耗電極を溶融するミグアーク溶接方法に比べて、溶接速度が遅いために生産効率が悪い。
したがって、溶接速度の速いミグアーク溶接方法によって、ティグフィラアーク溶接方法における「うろこ状ビード」に近い溶接ビード外観を得ようとする提案がなされている。
【００１２】
（従来技術１）
従来技術１は、特開昭６２−２７９０８７に開示されたパルスミグ溶接方法であって、ベース電流又はベース電圧をスプレー移行と短絡移行とに切り換えることによって、アルミニウムの薄板でも溶け落ちを生じさせることなく「うろこ状ビード」を形成しようとするものである。
【００１４】
図２は、従来技術のミグ溶接によって溶接したスパッタが付着し波形状が明確でない「うろこ状ビード」外観を示す図である。
【００２０】
（従来技術２）
図３は、本出願人が出願して特開平４−３３３３６８に開示された技術（以下、従来技術２という）であって、第１パルス電流群と第２パルス電流群とを周期的に切り換えたパルスＭＡＧ溶接方法の溶接電流波形を示す図である。
同図（Ａ）は、第１パルス電流群通電期間Ｔ１と第２パルス電流群通電期間Ｔ２とで周期的に切り換えたときに、アーク電圧が高い値Ｈと低い値Ｌとの間で周期的に変化する平均アーク電圧ＨＰを示す図であり、同図（Ｂ）は、第１パルス電流群通電期間Ｔ１と第２パルス電流群通電期間Ｔ２とで周期的に切り換えたときに、第１パルス電流群ＰＣ１及び第２パルス電流群ＰＣ２の溶接電流Ｉの瞬時値を示す図である。
【００２２】
この従来技術２の溶接方法は、同図（Ｂ）に示すように、第１パルス電流群ＰＣ１のピーク電流値Ｉp1、ピーク電流通電周期Ｄ１、ピーク電流通電時間Ｔp1及びベース電流値Ｉb1の４つのパルス条件を、１パルス１溶滴移行又は複数パルス１溶滴移行する値に設定しておき、第２パルス電流群ＰＣ２のピーク電流値Ｉp2、ピーク電流通電周期Ｄ２、ピーク電流通電時間Ｔp2及びベース電流値Ｉb2の４つのパルス条件の１つ以上を、１パルス１溶滴移行又は１パルス複数溶滴移行する範囲に切り換えて、ワイヤ突き出し長を増減させることによってアーク長を周期的に増減させて溶接する方法である。
上記の通電期間を周期的に切り換えることによって、溶接中にワイヤ送給速度と溶融速度とがアンバランスになってアーク長が増減したときに、このアーク長の増減を検出して、４つのパルス条件のいずれか１つ以上を制御してアーク長を復帰させることによって、「うろこ状ビード」に近い溶接ビード外観を得ようとするものである。
【００２４】
図３に示す従来技術２の溶接方法は、第１パルス電流群ＰＣ１及び第２パルス電流群ＰＣ２の各ピーク電流に同期して溶滴移行をさせながらアーク長をワイヤ突き出し長の範囲内で増減させることによって、板厚１. ５［mm］までのアルミニウムの重ね継手、突合わせ継手等の溶接において、ギャップが存在しても良好な溶接部を得ることができる。
【００３０】
図４は、矩形波パルスの強いアーク力及び熱衝撃によって、アルミニウム被溶接材表面の酸化皮膜中に吸着している水分、油分等が、溶融池周辺の広い範囲で除去されるために、溶接進行中にクリーニング領域が広がっていることを説明する図である。
【００３２】
このようにクリーニング領域が広がるために、実際のアーク放電電圧が上昇して、定電圧特性の溶接電源では、アーク電圧フィードバックによって出力電圧が減少し、ワイヤ先端と溶融池表面との距離に相当する見かけのアーク長が短くなる。そこで、常時、アーク長を監視しながら出力電圧設定の修正をしなければならなかった。なお、同図において、ＢＷは溶接ビード幅であり、ＣＬはクリーニング幅である。
【００４０】
図５は、ベース電流からピーク電流までの立ち上がり（以下、立ち上がりという）及びピーク電流からベース電流までの立ち下り（以下、立ち下りという）を説明する溶接電流波形を示す図である。同図において、Ｔupは、ベース電流Ｉｂからピーク電流Ｉｐまでの立ち上がり時間を示し、Ｔdownは、ピーク電流Ｉｐからベース電流Ｉｂまでの立ち下り時間を示す。
【００４５】
（従来技術３）
従来技術３の方法は、特開平２−２６８９７１に開示されたパルスＭＡＧ溶接方法であって、図５に示すように、立ち上がり時間Ｔup及び立ち下り時間Ｔdownをワイヤの材質、直径及びワイヤ送給速度に応じて設定して安定なスプレー移行を得ることによってビード外観、アーク音等の溶接官能の改善をしようとするものである。
【００５０】
【発明が解決しようとする課題】
前述した従来技術１の溶接方法は、スプレー移行と短絡移行とが周期的に繰り返され、短絡移行時にワイヤ先端が溶融池に接触して溶滴が移行するために、図２に示すような溶接ビード外観であって、図１に示すような「うろこ状ビード」が得られていない。
【００５２】
前述した従来技術２の溶接方法は、第１パルス電流群ＰＣ１及び第２パルス電流群ＰＣ２は、各パルスの立ち上がり時間及び立ち下がり時間が極短時間の矩形波パルスで実施しているために、アーク力、熱衝撃（局部に瞬間的に投入される熱量）等が強くなり、板厚が１［mm］未満の極薄板の溶接では、溶け落ちが発生することがあり、規則正しい波形状の「うろこ状ビード」外観を得ることができない。
【００５４】
前述した従来技術３の方法は、従来技術１又は従来技術２のように、パルス条件を周期的に変化させていないので、本発明の主たる目的であるアーク長を増減させティグ溶接のような「うろこ状ビード」外観を得ることができない。また、ギャップの存在する突き合わせ、重ね継ぎ手の溶接に対してギャップ裕度がない等の欠点がある。
【００５６】
課題を解決するための要件は、つぎのとおりである。
（１）スパッタの発生を防止する。そのために、短絡移行をさせないでスプレー移行だけで溶接する。
（２）薄い被溶接材であっても溶け落ちが生じないように、またアルミニウムの溶接中にクリーニング領域の変化が生じないように、被溶接材に加わるアーク力又は熱衝撃を少なくする。そのために、立ち上がり時間及び立ち下がり時間を長くした台形波のピーク電流を使用する。
【００５８】
（３）明確な波形状の「うろこ状ビード」外観を得るために、またギャップの大なる溶接継ぎ手でも良好な溶接結果を得るために、周期的にアーク長を大きく変化させる。そのために、溶滴の移行回数を小にしてアーク長を小にする期間と溶滴の移行回数を大にしてアーク長を大にする期間とを周期的に変化させる。
【００６０】
本発明の溶接方法において、パルスＭＡＧ溶接方法とは、シールドガスの成分として、アルゴンガス又はヘリウムガス（以下、不活性ガスという）又は不活性ガスに５％以下の酸素、炭酸ガス等の活性ガスを混合したガスを使用するＭＩＧ溶接方法及び不活性ガスに２０％以下の活性ガスを混合したガスを使用したＭＡＧ溶接方法をいう。
【００６１】
【課題を解決するための手段】
【００６２】
【００６３】
【００６４】
本発明の溶接方法は、消耗電極を予め設定した一定のワイヤ送給速度で送給し、第１パルス電流群と第２パルス電流群とを周期的に切り換えたパルス電流を通電して溶接するパルスＭＡＧ溶接方法において、
前記第１パルス電流群では、ピーク電流値、パルス周期、パルス通電時間及びベース電流値を溶滴移行が複数パルス１溶滴移行又は１パルス１溶滴移行となりかつアーク長が前記第２パルス電流群の通電時よりも短くなるように設定し、さらにベース電流からピーク電流までの立ち上がり時間及びピーク電流からベース電流までの立ち下がり時間を安定したクリーニング幅を得ることができかつパルスに同期して溶滴移行が行われるように１［ms］乃至３［ms］の範囲内に設定し、
前記第２パルス電流群では、ピーク電流値、パルス周期、パルス通電時間及びベース電流値を溶滴移行が１パルス１溶滴移行又は１パルス複数溶滴移行となりかつアーク長が前記第１パルス電流群の通電時よりも長くなるように設定し、さらにベース電流からピーク電流までの立ち上がり時間及びピーク電流からベース電流までの立ち下がり時間を安定したクリーニング幅を得ることができかつパルスに同期して溶滴移行が行われるように１［ms］乃至３［ms］の範囲内に設定し、
消耗電極の給電チップ先端と消耗電極先端とのワイヤ突き出し長を増減させてワイヤ先端と被溶接材表面との最短距離のアーク長を周期的に増減させるパルスＭＡＧ溶接方法である。
【００７０】
【発明の実施の形態】
本発明の溶接方法は、後述する図６、図１１及び図１６に示すように、複数パルス１溶滴移行又は１パルス１溶滴移行となるピーク電流値、パルス周期、パルス通電時間及びベース電流値を設定してアーク長を短くするパルス電流群と、１パルス１溶滴移行又は１パルス複数溶滴移行となるピーク電流値、パルス周期、パルス通電時間及びベース電流値を設定してアーク長を長くするパルス電流群とを周期的に繰り返すと共に、上記２つのパルス電流群のうちの一方又は両方のパルス電流群のベース電流からピーク電流までの立ち上がり時間及びパルス電流からベース電流までの立ち下がり時間を１［ms］乃至３［ms］の範囲内に設定したアーク力の弱いスプレー移行を形成するパルスＭＡＧ溶接方法である。
【００８０】
【実施例】
（実施例１）
図６は、アーク力が弱くなるようにピーク電流の立ち上がり時間及び立ち下がり時間を設定すると共に、平均アーク電圧が低くなるように設定した第１パルス電流群と、アーク力が強い矩形波ピーク電流を第１パルス電流群よりも平均アーク電圧が高くなるように設定した第２パルス電流群とを周期的に切り換えて溶接するパルスＭＡＧ溶接方法の溶接電流波形を示す図である。
【００８２】
この図６の溶接方法は、消耗電極を一定のワイヤ送給速度で送給し、同図（Ａ）に示すように、第１パルス電流群ＰＣ１と第２パルス電流群ＰＣ２とを、第１パルス電流群通電期間Ｔ１と第２パルス電流群通電期間Ｔ２とで周期的に切り換えて溶接するパルスＭＡＧ溶接方法において、同図（Ｂ）に示すように、アーク力が弱くなるようにピーク電流の立ち上がり時間及び立ち下がり時間を設定すると共に、平均アーク電圧ＨＰが低くなるように設定した第１パルス電流群ＰＣ１と、アーク力が強い矩形波ピーク電流を第１パルス電流群よりも平均アーク電圧ＨＰが高くなるように設定した第２パルス電流群ＰＣ２とを周期的に切り換えて溶接する方法である。図６の符号の説明は、図３及び図５と同じである。
【００９０】
（実施例１の１）
図７は、Ｖ型開先突き合わせ開先のルートギャップＲＧを変化させて本発明の方法及び従来技術によって、アルミニウム合金材を溶接した場合において、初層溶接の可能範囲を比較した初層溶接可能範囲比較図である。
同図（Ａ）はＶ型開先突き合わせ開先のルートギャップＲＧを示す図である。同図（Ｂ）は、同図（Ａ）に示すルートギャップＲＧを変化させて本発明の方法及び従来技術によって、アルミニウム合金材のＶ型開先突き合わせ溶接をした場合の初層溶接の可能範囲を比較した初層溶接可能範囲比較図である。
【００９１】
同図（Ｂ）のように、従来技術２では最大１．５［mm］のルートギャップＲＧまで、従来技術３では最大０．５［mm］のルートギャップＲＧまでしか溶接ができないが、本発明では最大４［mm］のルートギャップＲＧまで溶接が可能となっている。
【００９２】
このときの溶接条件は、消耗電極が、直径１．２［mm］のＡｌ−Ｍｇ合金ワイヤ（Ａ５３５６）であり、被溶接材が、同図（Ａ）に示すＶ型開先突き合わせ溶接の開先加工をした板厚２０［ｍｍ］のＡｌ−Ｍｇ合金（Ａ５０８３）であり、平均溶接電流値が５０［Ａ］乃至２００［Ａ］で、平均溶接電圧が１７［Ｖ］乃至２２［Ｖ］である。
【００９３】
図８は、図７のアルミニウム合金材のＶ型開先突き合わせ溶接のパルス条件を示す図である。パルス条件は図８に示すとおりである。
【００９４】
上記のように、本発明の第１の溶接方法は、アーク力が強い矩形波ピーク電流の第２パルス電流群を通電させると共にアーク長を大にして深い溶け込みを得ることによって厚板のルート部を確実に溶融させた後で、アーク力が弱い立ち上がり時間及び立ち下がり時間のピーク電流の第１パルス電流群を通電させると共にアーク長を小にして浅い溶け込みを得ることによって、第２パルス電流群で溶融したルート部の溶け落ちを防ぐことができる。
【００９５】
（実施例１の２）
図９は、Ｖ型開先突き合わせ開先のルートギャップＲＧを変化させて本発明の方法及び従来技術によって、軟鋼板を溶接した場合において、初層溶接の可能範囲を比較した初層溶接可能範囲比較図である。
同図（Ａ）は、図７と同様に、Ｖ型開先突き合わせ開先のルートギャップＲＧを示す図である。同図（Ｂ）は、同図（Ａ）に示すルートギャップＲＧを変化させて本発明の方法及び従来技術によって、軟鋼板のＶ型開先突き合わせ溶接をした場合の初層溶接の可能範囲を比較した初層溶接可能範囲比較図である。
【００９６】
同図（Ｂ）のように、従来技術２では最大１．０［mm］のルートギャップＲＧまで、従来技術３では最大０．５［mm］のルートギャップＲＧまでしか溶接ができないが、本発明では最大３［mm］のルートギャップＲＧまで溶接が可能となっている。
【００９７】
このときの溶接条件は、消耗電極が、直径１．２［mm］の軟鋼ワイヤ（ＪＩＳのＹＧＷ１１）であり、被溶接材が、同図（Ａ）に示すＶ型開先突き合わせ溶接の開先加工をした板厚１６［ｍｍ］の軟鋼板（ＳＳ４００）であり、平均溶接電流値が１２０［Ａ］乃至２５０［Ａ］で、平均溶接電圧が２２［Ｖ］乃至２５［Ｖ］である。
【００９８】
図１０は、図９の軟鋼板のＶ型開先突き合わせ溶接のパルス条件を示す図である。パルス条件は図１０に示すとおりである。
【００９９】
上記のように、軟鋼板の溶接においても、前述したアルミニウム合金材と同様に、本発明の第１の溶接方法は、アーク力が強い矩形波ピーク電流の第２パルス電流群を通電させると共にアーク長を大にして深い溶け込みを得ることによって厚板のルート部を確実に溶融させた後で、アーク力が弱い立ち上がり時間及び立ち下がり時間のピーク電流の第１パルス電流群を通電させると共にアーク長を小にして浅い溶け込みを得ることによって、第２パルス電流群で溶融したルート部の溶け落ちを防ぐことができる。
【０１００】
（実施例２）
図１１は、アーク力が強い矩形波ピーク電流の第１パルス電流群と、アーク力が弱くなるようにピーク電流の立ち上がり時間及び立ち下がり時間を設定すると共に平均アーク電圧が第１パルス電流群よりも高くなるように設定した第２パルス電流群とを周期的に切り換えて溶接するパルスＭＡＧ溶接方法の溶接電流波形を示す図である。
【０１０１】
この図１１の溶接方法は、消耗電極を一定のワイヤ送給速度で送給し、同図（Ａ）に示すように、第１パルス電流群ＰＣ１と第２パルス電流群ＰＣ２とを、第１パルス電流群通電期間Ｔ１と第２パルス電流群通電期間Ｔ２とで周期的に切り換えて溶接するパルスＭＡＧ溶接方法において、同図（Ｂ）に示すように、アーク力が強い矩形波ピーク電流の第１パルス電流群ＰＣ１と、アーク力が弱くなるようにピーク電流の立ち上がり時間及び立ち下がり時間を設定すると共に平均アーク電圧ＨＰが第１パルス電流群よりも高くなるように設定した第２パルス電流群ＰＣ２とを周期的に切り換えて溶接する方法である。図１１の符号の説明は、図３及び図５と同じである。
【０１０２】
（実施例２の１）
図１２は、被溶接材が、本発明の方法及び従来技術によって、Ｔ継ぎ手のアルミニウム合金の薄板を溶接した場合において、良好な溶接部が得られる範囲を本発明の方法と従来技術とで比較したＴ継ぎ手溶接可能範囲比較図である。
【０１０３】
本発明の溶接方法では、図１２に示すように、板厚０．８［mm］までの薄板でも良好なＴ継ぎ手溶接部を得ることができる。
これに対して、従来技術２においては、板厚１．５［mm］以上の板厚でないと良好なＴ継ぎ手溶接部を得ることができない。また、従来技術３においては、板厚２．５［mm］以上の板厚でなければ、良好なＴ継ぎ手溶接部を得ることができない。
【０１０４】
このときの溶接条件は、消耗電極が、直径１．２［mm］のＡｌ−Ｍｇ合金ワイヤ（Ａ５３５６）であり、被溶接材が、板厚が０．８［mm］乃至３［mm］のＡｌ−Ｍｇ合金（Ａ５０８３）であり、平均溶接電流値は、５０［Ａ］乃至２００［Ａ］であり、平均溶接電圧は、１７［Ｖ］乃至２２［Ｖ］である。
図１３は、図１２のアルミニウム合金薄板のＴ継ぎ手溶接のパルス条件を示す図であり、パルス条件は図１３に示すとおりである。
【０１０５】
上記のように、本発明の第２の溶接方法では、第１パルス電流群の矩形波パルスのアーク長が短く集中したアークによって、Ｔ継ぎ手のウエブとフランジ間の溶融橋絡部を確実に形成し、次に、第２パルス電流群の台形波パルスのアーク長が長くかつアーク力の弱いアークによって、溶け落ちを発生させないように被溶接材を幅広く溶かすことができる。
【０１０６】
（実施例２の２）
図１４は、本発明の方法及び従来技術によって、Ｔ継ぎ手の軟鋼板の薄板を溶接した場合において、良好な溶接部が得られる範囲を本発明の方法と従来技術とで比較したＴ継ぎ手溶接可能範囲比較図である。
【０１０７】
本発明の溶接方法では、図１４に示すように、板厚０．６［mm］までの薄板でも良好なＴ継ぎ手溶接部を得ることができる。
これに対して、従来技術２においては、板厚１．２［mm］以上の板厚でないと良好なＴ継ぎ手溶接部を得ることができない。また、従来技術３においては、板厚１．６［mm］以上の板厚でなければ、良好なＴ継ぎ手溶接部を得ることができない。
【０１０８】
このときの溶接条件は、消耗電極が、直径１．２［mm］の軟鋼ワイヤ（ＪＩＳのＹＧＷ１１）であり、被溶接材が、板厚が０．６［mm］乃至３［mm］の軟鋼板であり、平均溶接電流値は、５０［Ａ］乃至２００［Ａ］であり、平均溶接電圧は、１８［Ｖ］乃至２３［Ｖ］である。
図１５は、図１４の軟鋼薄板のＴ継ぎ手溶接のパルス条件を示す図であり、パルス条件は図１５に示すとおりである。
【０１０９】
上記のように、軟鋼板の溶接においても、前述したアルミニウム合金材と同様に、本発明の第２の溶接方法では、第１パルス電流群の矩形波パルスのアーク長が短く集中したアークによって、Ｔ継ぎ手のウエブとフランジ間の溶融橋絡部を確実に形成し、次に、第２パルス電流群の台形波パルスのアーク長が長くかつアーク力の弱いアークによって、溶け落ちを発生させないように被溶接材を幅広く溶かすことができる。
【０１１５】
（実施例３）
あああ図１６は、第１パルス電流群と第２パルス電流群との両方を、アーク力が弱くなるようにピーク電流の立ち上がり時間及び立ち下がり時間を設定すると共に、第１パルス電流群と平均アーク電圧ＨＰが第１パルス電流群よりも高くなるように設定した第２パルス電流群とを周期的に切り換えて溶接するパルスＭＡＧ溶接方法の溶接電流波形を示す図である。
【０１１７】
この図１６の溶接方法は、消耗電極を一定のワイヤ送給速度で送給し、同図（Ａ）に示すように、第１パルス電流群ＰＣ１と第２パルス電流群ＰＣ２とを、第１パルス電流群通電期間Ｔ１と第２パルス電流群通電期間Ｔ２とで周期的に切り換えて溶接するパルスＭＡＧ溶接方法において、同図（Ｂ）に示すように、第１パルス電流群と第２パルス電流群との両方を、アーク力が弱くなるようにピーク電流の立ち上がり時間及び立ち下がり時間を設定すると共に、第１パルス電流群と平均アーク電圧ＨＰが第１パルス電流群よりも高くなるように設定した第２パルス電流群とを周期的に切り換えて溶接する方法である。図１６の符号の説明は、図３及び図５と同じである。
【０１２０】
（実施例３の１）
図１７は、重ね隅肉溶接の開先ルートギャップＲＧを変化させて本発明の方法及び従来技術によって、アルミニウム合金材を溶接した場合において、溶接可能な範囲を比較した重ね隅肉溶接可能範囲比較図である。
同図（Ａ）は重ね隅肉溶接のルートギャップＲＧを示す図である。同図（Ｂ）は、同図（Ａ）に示すルートギャップＲＧを変化させて本発明の方法及び従来技術によって、重ね隅肉溶接をした場合の溶接可能な範囲を比較した重ね隅肉溶接可能範囲比較図である。
【０１２１】
この本発明の第３の溶接方法では、第１パルス電流群及び第２パルス電流群ともアーク力が弱く、アーク長も緩やかに変化するので、板厚０．８［mm］の重ね継ぎ手では、２［mm］のギャップまで溶接が可能であり、板厚１［mm］以上であれば、３［mm］のギャップまでの溶接が可能である。
これに対して、従来技術２においては、板厚２［mm］以上で２［mm］のギャップまでが限界であり、従来技術３では板厚２［mm］以上で１［mm］のギャップまでが限界である。
【０１２２】
このときの溶接条件は、消耗電極が、直径１．２［mm］のＡｌ−Ｍｇ合金ワイヤ（Ａ５３５６）であり、の被溶接材が、同図（Ａ）に示すルートギャップＲＧがある板厚が０．８［mm］乃至板厚３［mm］のＡｌ−Ｍｇ合金（Ａ５０８３）であり、平均溶接電流値が５０［Ａ］乃至１００［Ａ］であり、平均溶接電圧が１７［Ｖ］乃至２２［Ｖ］であり、溶接速度が１００［cm／分］である。
【０１２３】
図１８は、図１７のアルミニウム合金薄板の重ね隅肉溶接のパルス条件を示す図である。パルス条件は図１８に示すとおりである。
【０１２４】
（実施例３の２）
図１９は、重ね隅肉溶接の開先ルートギャップＲＧを変化させて本発明の方法及び従来技術によって、軟鋼板を溶接した場合において、溶接可能な範囲を比較した重ね隅肉溶接可能範囲比較図である。
同図（Ａ）は重ね隅肉溶接のルートギャップＲＧを示す図である。同図（Ｂ）は、同図（Ａ）に示すルートギャップＲＧを変化させて本発明の方法及び従来技術によって、軟鋼板の重ね隅肉溶接をした場合の溶接可能な範囲を比較した重ね隅肉溶接可能範囲比較図である。
【０１２５】
この本発明の第３の溶接方法では、第１パルス電流群及び第２パルス電流群ともアーク力が弱く、アーク長も緩やかに変化するので、板厚０．８［mm］の重ね継ぎ手では、１．５［mm］のギャップまで溶接が可能であり、板厚１［mm］以上であれば、２［mm］のギャップまでの溶接が可能である。
これに対して、従来技術２においては、板厚２［mm］以上で１．５［mm］のギャップまでが限界であり、従来技術３では板厚２［mm］以上で１［mm］のギャップまでが限界である。
【０１２６】
このときの溶接条件は、消耗電極が、直径１．２［mm］の軟鋼ワイヤ（ＪＩＳのＹＧＷ１１）であり、被溶接材が、ルートギャップＲＧがある板厚が０．８［mm］乃至板板厚３［mm］の軟鋼板（ＳＳ４００）であり、平均溶接電流値が５０［Ａ］乃至１５０［Ａ］であり、平均溶接電圧が１８［Ｖ］乃至２４［Ｖ］であり、溶接速度が１００［cm／分］である。
【０１２７】
図２０は、図１９の軟鋼薄板の重ね隅肉溶接のパルス条件を示す図である。パルス条件は図２０に示すとおりである。
【０１３０】
（実施例４）
図２１は、本発明の方法及び従来技術によって、開先のない被溶接材上に溶接した場合の平均アーク電圧値、クリーニング幅及びビード幅の変化を比較したクリーニング作用比較図である。
このときの溶接開始時の溶接条件は、消耗電極が、直径１．２［mm］のＡｌ−Ｓｉ合金ワイヤ（Ａ４０４３）であり、被溶接材が板厚６［mm］のＡｌ−Ｍｇ合金であり、平均溶接電流値が１５０［Ａ］、平均アーク電圧値Ｅavが２１［Ｖ］であり、溶接速度が４０［cm／分］である。
【０１３２】
従来技術２では、アーク長の周期的な変化によって、ビード幅ＢＷは溶接開始から１００秒間は安定しているが、平均アーク電圧値はクリーニング幅ＣＬの増加と共に増加する。その結果、溶接電源の外部特性によって出力電圧が下がり、１００秒以後は溶接ワイヤが溶融池に突っ込むようになってビード幅が不安定に変化する。
従来技術３では、平均アーク電圧値Ｅav及びクリーニング幅ＣＬの経時変化はないが、ビード幅ＢＷは時間の経過と共に増加する。
これに対して、本発明の溶接方法では、長時間の溶接でも平均アーク電圧値Ｅav、クリーニング幅ＣＬ及びビード幅ＢＷに変化は見られない。
【０１４０】
（実施例５）
図２２は、パルスに同期した溶滴移行が実現できる立ち上がり時間及び立ち下がり時間の範囲と溶接中にクリーニング幅が変化しない立ち上がり時間及び立ち下がり時間の範囲とを斜線で囲んだ範囲で示したクリーニング幅範囲関係図である。
このときの溶接開始時の溶接条件は、消耗電極が、直径１．２［mm］のＡｌ−Ｍｇ合金ワイヤ（Ａ５３５６）であり、平均溶接電流値が１００［Ａ］であり、平均アーク電圧値が２０［Ｖ］である。パルス条件は、ピーク電流値が３２０［Ａ］であり、パルス通電時間が１．２［ms］のユニットパルス条件である。
【０１４２】
同図に示すように、立ち上がり時間Ｔup及び立ち下がり時間Ｔdownは、両者とも、３［ms］以下であることが望ましく、これを越えると、図の右向き及び上向きの矢印で示すように、溶滴移行非同期となってパルスに同期した溶滴移行を得ることができない。
また、安定したクリーニング幅を得るためには、立ち上がり時間及び立ち下がり時間はいずれも、１［ms］以上であることが望ましく、これ未満の値のパルス電流波形で溶接を行うと、図の左向き及び下向きの矢印で示すように、クリーニング幅不安定となって溶接中にクリーニング幅が広がり、見かけのアーク長が短くなって、良好な溶接ビードを得ることができない。したがって、立ち上がり時間及び立ち下がり時間は、１［ms］乃至３［ms］であることが望ましい。
【１００１】
【発明の効果】
本発明の溶接方法の効果は、次のとおりである。
(1)アルミニウム合金材又は銅材に適用したときは、明確な波形状の「うろこ状ビード」外観を得ることができる。
(2)鋼板は勿論、アルミニウム合金材においても、ギャップの大なる溶接継ぎ手でも良好な溶接結果を得ることができる。
(3)鋼板は勿論、アルミニウム合金材においても、薄い被溶接材であっても溶け落ちが生じない。
(4)スパッタの発生を防止することができる。
(5)アルミニウム合金材に適用したときは、長時間溶接しても、平均アーク電圧値、クリーニング幅及びビード幅の変化が生じない。
【１００２】
【１００３】
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、従来のティグフィラアーク溶接方法により溶接した規則正しい波形状の「うろこ状ビード」の外観を示す図である。
【図２】図２は、従来技術のミグ溶接によって溶接したスパッタが付着し波形状が明確でない「うろこ状ビード」外観を示す図である。
【図３】図３は、第１パルス電流群と第２パルス電流群とを周期的に切り換えたパルスＭＡＧ溶接方法の溶接電流波形を示す図である。
【図４】図４は、矩形波パルスの強いアーク力及び熱衝撃によって、アルミニウム被溶接材表面の酸化皮膜中に吸着している水分、油分等が、溶融池周辺の広い範囲で除去されるために、溶接進行中にクリーニング領域が広がっていることを説明する図である。
【図５】図５は、ベース電流からピーク電流までの立ち上がり及びピーク電流からベース電流までの立ち下りを説明する溶接電流波形を示す図である。
【図６】図６は、アーク力が弱くなるようにピーク電流の立ち上がり時間及び立ち下がり時間を設定すると共に、平均アーク電圧が低くなるように設定した第１パルス電流群と、アーク力が強い矩形波ピーク電流を第１パルス電流群よりも平均アーク電圧が高くなるように設定した第２パルス電流群とを周期的に切り換えて溶接するパルスＭＡＧ溶接方法の溶接電流波形を示す図である。
【図７】図７は、Ｖ型開先突き合わせ開先のルートギャップＲＧを変化させて本発明の方法及び従来技術によって、アルミニウム合金材を溶接した場合において、初層溶接の可能範囲を比較した初層溶接可能範囲比較図である。
【図８】図８は、図７のアルミニウム合金材のＶ型開先突き合わせ溶接のパルス条件を示す図である。
【図９】図９は、Ｖ型開先突き合わせ開先のルートギャップＲＧを変化させて本発明の方法及び従来技術によって、軟鋼板を溶接した場合において、初層溶接の可能範囲を比較した初層溶接可能範囲比較図である。
【図１０】図１０は、図９の軟鋼板のＶ型開先突き合わせ溶接のパルス条件を示す図である。
【図１１】図１１は、アーク力が強い矩形波ピーク電流の第１パルス電流群と、アーク力が弱くなるようにピーク電流の立ち上がり時間及び立ち下がり時間を設定すると共に平均アーク電圧が第１パルス電流群よりも高くなるように設定した第２パルス電流群とを周期的に切り換えて溶接するパルスＭＡＧ溶接方法の溶接電流波形を示す図である。
【図１２】図１２は、被溶接材が、本発明の方法及び従来技術によって、Ｔ継ぎ手のアルミニウム合金の薄板を溶接した場合において、良好な溶接部が得られる範囲を本発明の方法と従来技術とで比較したＴ継ぎ手溶接可能範囲比較図である。
【図１３】図１３は、図１２のアルミニウム合金薄板のＴ継ぎ手溶接のパルス条件を示す図である。
【図１４】図１４は、本発明の方法及び従来技術によって、Ｔ継ぎ手の軟鋼板の薄板を溶接した場合において、良好な溶接部が得られる範囲を本発明の方法と従来技術とで比較したＴ継ぎ手溶接可能範囲比較図である。
【図１５】図１５は、図１４の軟鋼薄板のＴ継ぎ手溶接のパルス条件を示す図である。
【図１６】図１６は、第１パルス電流群と第２パルス電流群との両方を、アーク力が弱くなるようにピーク電流の立ち上がり時間及び立ち下がり時間を設定すると共に、第１パルス電流群と平均アーク電圧ＨＰが第１パルス電流群よりも高くなるように設定した第２パルス電流群とを周期的に切り換えて溶接するパルスＭＡＧ溶接方法の溶接電流波形を示す図である。
【図１７】図１７は、重ね隅肉溶接の開先ルートギャップＲＧを変化させて本発明の方法及び従来技術によって、アルミニウム合金材を溶接した場合において、溶接可能な範囲を比較した重ね隅肉溶接可能範囲比較図である。
【図１８】図１８は、図１７のアルミニウム合金薄板の重ね隅肉溶接のパルス条件を示す図である。
【図１９】図１９は、重ね隅肉溶接の開先ルートギャップＲＧを変化させて本発明の方法及び従来技術によって、軟鋼板を溶接した場合において、溶接可能な範囲を比較した重ね隅肉溶接可能範囲比較図である。
【図２０】図２０は、図１９の軟鋼薄板の重ね隅肉溶接のパルス条件を示す図である。
【図２１】図２１は、本発明の方法及び従来技術によって、開先のない被溶接材上に溶接した場合の平均アーク電圧値、クリーニング幅及びビード幅の変化を比較したクリーニング作用比較図である。
【図２２】図２２は、パルスに同期した溶滴移行が実現できる立ち上がり時間及び立ち下がり時間の範囲と溶接中にクリーニング幅が変化しない立ち上がり時間及び立ち下がり時間の範囲とを斜線で囲んだ範囲で示したクリーニング幅範囲関係図である。
【符号の説明】
ＢＷ溶接ビード幅
ＣＬクリーニング幅
Ｄ１第１パルス電流群ＰＣ１のピーク電流通電周期
Ｄ２第２パルス電流群ＰＣ２のピーク電流通電周期
Ｅav 平均アーク電圧値
ＨＰ平均アーク電圧
Ｉ溶接電流
Ｉb1 第１パルス電流群ＰＣ１のベース電流値
Ｉb2 第２パルス電流群ＰＣ２のベース電流値
Ｉp1 第１パルス電流群ＰＣ１のピーク電流値
Ｉp2 第２パルス電流群ＰＣ２のピーク電流値
ＰＣ１第１パルス電流群
ＰＣ２第２パルス電流群
ＲＧルートギャップ
Ｔ１第１パルス電流群通電期間
Ｔ２第２パルス電流群通電期間
Ｔp1 第１パルス電流群ＰＣ１のピーク電流通電時間
Ｔp2 第２パルス電流群ＰＣ２のピーク電流通電時間
Ｔup ベース電流Ｉｂからピーク電流Ｉｐまでの立ち上がり時間
Ｔdown ピーク電流Ｉｐからベース電流Ｉｂまでの立ち下り時間

Claims

消耗電極を予め設定した一定のワイヤ送給速度で送給し、第１パルス電流群と第２パルス電流群とを周期的に切り換えたパルス電流を通電して溶接するパルスＭＡＧ溶接方法において、
前記第１パルス電流群では、ピーク電流値、パルス周期、パルス通電時間及びベース電流値を溶滴移行が複数パルス１溶滴移行又は１パルス１溶滴移行となりかつアーク長が前記第２パルス電流群の通電時よりも短くなるように設定し、さらにベース電流からピーク電流までの立ち上がり時間及びピーク電流からベース電流までの立ち下がり時間を安定したクリーニング幅を得ることができかつパルスに同期して溶滴移行が行われるように１［ms］乃至３［ms］の範囲内に設定し、
前記第２パルス電流群では、ピーク電流値、パルス周期、パルス通電時間及びベース電流値を溶滴移行が１パルス１溶滴移行又は１パルス複数溶滴移行となりかつアーク長が前記第１パルス電流群の通電時よりも長くなるように設定し、さらにベース電流からピーク電流までの立ち上がり時間及びピーク電流からベース電流までの立ち下がり時間を安定したクリーニング幅を得ることができかつパルスに同期して溶滴移行が行われるように１［ms］乃至３［ms］の範囲内に設定し、
消耗電極の給電チップ先端と消耗電極先端とのワイヤ突き出し長を増減させてワイヤ先端と被溶接材表面との最短距離のアーク長を周期的に増減させるパルスＭＡＧ溶接方法。