JP4697567B2 - 消耗電極式アーク溶接方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶接速度が略２ｍ／分以上の消耗電極式アーク溶接方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図３は従来の一般的に使われている消耗電極式アーク溶接装置の構成を示すブロック図である。１は溶接電源、２はワイヤ送給回路、３はシーケンス制御回路で、溶接開始あるいは停止時に溶接電源１およびワイヤ送給回路２へのそれぞれの出力開始あるいは停止の指令、およびそれぞれの出力値の切り替えを行う。
４はワイヤ送給回路２の出力によって駆動するワイヤ送給モータ、５はワイヤ送給モータに連動して駆動する一対のローラ、６は消耗電極（以下ワイヤという）、７は溶接電源１よりの正極出力が給電されている溶接トーチ、８は溶接電源１の負極出力と接続されている母材である。
【０００３】
上記のような構成のアーク溶接装置において、まず図示されていない制御装置からシーケンス制御回路３が溶接開始指令を受けるとシーケンス制御回路３よりワイヤ送給回路２および溶接電源１へ溶接開始指令が出力され、ワイヤ送給モータ４はワイヤ送給回路２の出力に従って回転し始め、同時に溶接電源１の出力によって溶接トーチ７を介してワイヤ６と母材８との間に電圧が印加される。ワイヤ送給モータ４の駆動によって回転する一対のローラ５に挟まれたワイヤ６が送給されて母材８に到達すると、溶接電源１より出力電流がワイヤ６と母材８間を流れ、このワイヤ６の先端が溶融されて母材８との間にアークが発生して溶接が行われる。
この場合、ワイヤ６と母材８とが短絡してからアーク発生までをスムーズに行わせるためには、ワイヤ６の先端を十分に加熱溶融させて安定なアークを発生させる必要がある。このことから、ワイヤ６が母材８に短絡するまでのワイヤ送り速度をアーク発生後のワイヤ送り速度よりも低速に設定しておき、徐々に加速していくことによってワイヤ６の先端を十分に加熱溶融させることができ、アークスタート時のアーク安定化を行うことができるとされている。
図４は上記動作のタイミングを示す線図であり、（ａ）はワイヤ送給速度設定値、（ｂ）は溶接電源出力を示している。すなわち、溶接開始時点（ｔ0）においてワイヤの送給と溶接電源による印加とが同時に開始され、ワイヤと母材との短絡時（ｔ1）までは低速の送給速度（Ｓ0）で行われ、短絡時（ｔ1）以降に増速して一定速度（Ｓ1）となるように、シーケンス制御回路の指令で動作する。
【０００４】
また、特開昭５５−１２６３８２号公報と特開平１０−３４３３５号公報においても、溶接開始時のアークスタート時のアーク安定化について以下のように提案されている。
図５は特開昭５５−１２６３８２号公報における溶接開始時のワイヤ送給速度のタイミングを示す線図である。溶接が開始されてワイヤが母材と短絡する（ｔ0からｔ1）までは、定常溶接のワイヤ送給速度よりも速い一定速度でワイヤを送給し、この間の時間を短縮し、作業能率の向上を図っている。また、ワイヤと母材が短絡してからアークが発生する（ｔ1からｔ2）までは定常溶接のワイヤ送給速度より遅く一定送給してアーク発生をスムーズにしてアークスタート時におけるアーク安定も提案している。
図６は特開平１０−３４３３５号公報における溶接開始時のモータ回転数（ワイヤ送給速度）のタイミングを示す線図である。溶接が開始されてワイヤが母材と短絡する（ｔ0からｔ1）までは、定常溶接のワイヤ送給速度よりも遅い一定速度でワイヤを送給し、短絡後一定時間は定常溶接のワイヤ送給速度よりも速い一定速度でワイヤを送給する（即ち溶接電流をより高くする）ことで、アークスタート時失敗した場合でも再スタートするまで時間がかからないことや低電流で溶接をする時でもアークスタートにおいてアークを安定させることを提案している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
特開昭５５−１２６３８２号公報では、ワイヤが母材と短絡するまで定常溶接よりも速い速度でワイヤを送給しているが、略２ｍ／分以上の溶接では適用するワイヤ送給速度が略１５ｍ／分であり、それ以上のワイヤ送給速度で送給するとワイヤと母材は激しく衝突してしまいワイヤの座屈の発生が考えられる。また、ワイヤ送給速度が高速であるのはワイヤが母材と短絡する前であり、ワイヤはその後のワイヤ送給速度が低速になってから溶融し始めるので、溶接開始時における溶着量は少なく、溶接開始時において溶着量不足が発生する。
特開平１０−３４３３５号公報では、ワイヤが母材と短絡した後一定時間ワイヤを定常溶接における速度より速く送給しているが、遅い速度から急峻に速い速度に立ち上げているのでワイヤの加熱溶融が間に合わずアークが安定しない。
【０００６】
さらに、ワイヤが母材に短絡するまでのワイヤ送給速度を定常溶接のワイヤ送給速度よりも低速に設定しておき、徐々に加速していくことでアークスタートを安定させる方法では、最初から定常溶接におけるワイヤ送給速度で溶接を行った場合と比べ溶着量が減少し、溶接開始部における溶着量不足が発生する。また、アークが発生できる傾斜でワイヤ送給速度を加速し定常溶接におけるワイヤ送給速度（略１５ｍ／分）に達した以降にアークが発生した場合、時間がかかり作業効率が著しく下がる。加速途中でアークが発生した場合は溶接開始時に加えて定常溶接部においても溶着量不足が発生する。
そこで、本発明が解決しようとする課題は、略２ｍ／分以上の溶接において、溶融金属の飛散やアーク切れが発生せずにアークスタートが安定し、かつ溶接開始部の溶着量不足を発生させることのない溶接方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、第１の発明は、溶接速度が２ｍ／分〜１５ｍ／分で溶接ワイヤを送給モータにより送給して溶接ワイヤと母材との間にアークを発生させる溶接方法であって、溶接開始時にワイヤ送給速度を定常より低速で送給する消耗電極式アーク溶接において、溶接開始時にワイヤと母材が短絡した後、溶接ワイヤの送給速度を加速し、予め設定されたワイヤ送給速度に到達後、予め設定された定常溶接におけるワイヤ送給速度より遅いワイヤ送給速度になるまで減速し、更に定常溶接におけるワイヤ送給速度に加速することを特徴とする消耗電極式アーク溶接方法であり、第２の発明はワイヤ送給速度に加える加速と減速を交互に繰り返すことを特徴としており、第３の発明は、ワイヤ送給速度に加える加速と減速の波形を正弦波状とすることを特徴としている。また第４の発明は、ワイヤ送給速度の最高速度は定常溶接におけるワイヤ送給速度より速いことを特徴としている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。
まず、図１は本発明における動作のタイミングを示した線図である。図２は本発明におけるブロック図であり、１、２、４〜８は従来例を示した図３における同符号の部分と同一または相当部分である。９はワイヤ送給速度切替器であり短絡信号、アーク発生信号を入力した際にワイヤ送給速度の切替信号を出力する。１０は溶接初期ワイヤ送給速度設定器であり溶接開始からワイヤと母材が短絡するまでのワイヤ送給速度を予め設定しておく。１１は溶接開始ワイヤ送給速度設定器であり、ワイヤと母材の短絡からアーク発生までの加速、減速したワイヤ送給速度を予め設定しておき、加速、減速の程度を調整でき、また、ワイヤ送給速度切替器からアーク発生による切替信号が入力されるまでは設定された加速、減速したワイヤ送給速度を出力する。１２は定常溶接ワイヤ送給速度設定器であり、定常溶接におけるワイヤ送給速度を予め設定しておく。
【００１０】
以下、本実施例を図に従って説明する。
溶接を始めるにあたって図示しないアーク溶接制御装置から出力される溶接開始指令信号がＯＮになると（ｔ0）ワイヤ送給速度切替器９は、予め溶接初期ワイヤ送給速度設定器１０に設定された溶接初期ワイヤ送給速度をワイヤ送給モータに出力し、ワイヤは溶接初期ワイヤ送給速度で送給される。溶接開始指令信号がＯＮになってワイヤが母材と短絡するまで（ｔ0からｔ1）はワイヤは溶接初期ワイヤ送給速度で送られ、溶接初期ワイヤ送給速度は定常溶接におけるワイヤ送給速度よりも遅く、ワイヤ６と母材８の短絡がスムーズに行われるようにしている。
ワイヤ６と母材８の短絡が溶接電源１によって検出され短絡信号がワイヤ送給速度切替器９に送られると、ワイヤ送給速度は予め溶接開始ワイヤ送給速度設定器１１に設定された溶接開始ワイヤ送給速度に切り替えられる。
溶接開始ワイヤ送給速度は正弦波状に徐々に加速されて予め設定された最高速度に達する。この時ワイヤ送給速度の最高速度は、溶接開始時の溶着量不足を発生させないように定常溶接におけるワイヤ送給速度より速い速度としている。また加速する傾斜は、その途中でアークが発生せず、ワイヤに座屈が発生する力が加わらず、ワイヤと母材が溶融し十分になじむことができる程度の傾斜である。
【００１１】
このようにワイヤ送給速度を徐々に加速するごとによりワイヤと母材は溶融し十分になじむことができる。その後、ワイヤ送給速度は正弦波状に徐々に減速しワイヤの燃え上がりを促進しアークを発生させやすくする。この時ワイヤ送給速度の最低速度を定常溶接におけるワイヤ送給速度より遅い速度とすることでアークの自己制御特性によりワイヤは燃え上がってアーク長は徐々に長くなるので、ワイヤ６は母材８に突っ込むことなくアークは安定する。
減速区間にアークが発生しない場合は、再度加速・減速を繰り返しアークを発生させる。アークが発生し溶接電源１によってアーク発生が確認されるとアーク発生信号がＯＮとなり（ｔ2）アーク発生信号がワイヤ送給速度切替器９に送られ、ワイヤ送給速度は予め設定されたワイヤ送給速度の最低速度まで減速された後、予め定常溶接ワイヤ送給速度設定器１２に設定された定常溶接ワイヤ送給速度に徐々に加速されることでアークの自己制御特性によりアーク長は定常溶接におけるアーク長に徐々に近づくので ワイヤ６が母材８に突っ込むことなくアークは安定する。
【００１２】
また図示しない溶接トーチ移動装置は予め図示しない溶接速度設定器に設定された溶接速度で溶接トーチを移動させ、図示しない溶接条件設定器に予め設定された溶接条件で定常溶接が行われる。
このようにワイヤ６と母材８が短絡して（ｔ1）からアークが発生する（ｔ2）までにワイヤ送給速度の加速と減速を行うことにより、加速区間においてワイヤ６と母材８のなじみを十分に行い、減速区間でアークの発生を促進することでアークスタートが安定し、かつアーク発生までの時間が短縮でき作業効率が向上する。
また減速区間後、定常溶接におけるワイヤ送給速度に徐々に加速することでアークは安定し定常溶接に速やかに移行することができる。溶接開始時における溶着量は図１に斜線で示す領域であり、ワイヤ６と母材８が短絡してから定常溶接におけるワイヤ送給速度で溶接した場合とほぼ同量の溶着量が得られ、溶接開始時における溶着量不足は発生しない。
【００１３】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、溶接速度が略２ｍ／分以上の溶接で、溶接開始においてワイヤと母材が短絡した後、溶接ワイヤの送給速度を加速し、減速し、更に定常溶接におけるワイヤ送給速度に徐々に加速して溶接を行うため、次のような効果を奏する。
（１）アークスタートにおいて溶融金属の飛散やアーク切れが発生することなく安定する。
（２）溶接開始部における溶着量不足の発生が改善される。
（３）アーク発生までの時間が短縮され、作業効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明における動作のタイミングを示す線図である。
【図２】 本発明を実施する装置のブロック図である。
【図３】 従来の溶接装置のブロック図である。
【図４】 従来のワイヤ送給速度と溶接電圧の関係を示した図である。
【図５】 特開昭５５−１２６３８２号公報における動作のタイミングを示す線図である。
【図６】 特開平１０−３４３３５号公報における動作のタイミングを示す線図である。
【符号の説明】
１ 溶接電源、２ ワイヤ送給回路、３ シーケンス制御回路、４ ワイヤ送給モータ、５ ローラ、６ 消耗電極、７ 溶接トーチ、８ 母材、９ ワイヤ送給速度切替器、１０ 溶接初期ワイヤ送給速度設定器、１１ 溶接開始ワイヤ送給速度設定器、１２ 定常溶接ワイヤ送給速度設定器

Claims (4)

1. 溶接速度が２ｍ／分〜１５ｍ／分で溶接ワイヤを送給モータにより送給し溶接ワイヤと母材との間にアークを発生させる溶接方法であって、溶接開始時にワイヤ送給速度を定常より低速で送給する消耗電極式アーク溶接方法において、
   溶接開始時にワイヤと母材が短絡した後、溶接ワイヤの送給速度を加速し、予め設定されたワイヤ送給速度に到達後、予め設定された定常溶接におけるワイヤ送給速度より遅いワイヤ送給速度になるまで減速し、更に定常溶接におけるワイヤ送給速度に加速することを特徴とする消耗電極式アーク溶接方法。
2. 前記溶接ワイヤの送給速度を加速し、減速し、更に定常溶接におけるワイヤ送給速度に加速する際、アークが発生しなかった場合は加速と減速を交互に繰り返すことを特徴とする請求項１に記載の消耗電極式アーク溶接方法。
3. 前記溶接ワイヤの送給速度を加速し、減速し、更に定常溶接におけるワイヤ送給速度に加速する際、溶接ワイヤの送給速度の波形を正弦波状とすることを特徴とする請求項１に記載の消耗電極式アーク溶接方法。
4. 前記溶接ワイヤの送給速度を加速し、減速し、更に定常溶接におけるワイヤ送給速度に加速する際、溶接ワイヤ送給速度の最高速度は定常溶接における溶接ワイヤ送給速度より速いことを特徴とする請求項１から３に記載の消耗電極式アーク溶接方法。

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