JP5036197B2 - パルスアーク溶接方法 - Google Patents
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Description
前記第1パルスと第2パルスとは、相互にパルスピーク電流レベル及びパルス幅の異なるパルス波形を有し、
第1パルスのピーク電流Ip1が300乃至700A、ピーク期間Tp1が0.3乃至5.0ms、ベース電流Ib1が30乃至200A、ベース期間Tb1が0.3乃至10msであり、
第2パルスのピーク電流Ip2が200乃至600A、ピーク期間Tp2が1.0乃至15ms、ベース電流Ib2が30乃至200A、ベース期間Tb2が3.0乃至20msであり、
また、Ip1>Ip2であり、
1周期あたり1溶滴を移行させると共に、
直前の1周期、又は直前の所定パルス周期において、1周期全て又はその一部の期間を使用し、電源の外部特性が定電圧特性であれば上記期間の電流値、定電流特性であれば上記期間の電圧値をフィードバックしてアーク長を検出し、
コンタクトチップと母材との間の距離が変化した場合に、1周期あたり1溶滴移行を乱さない範囲で前記Ip2、Ib2、Tp2及びTb2からなる群から選択された少なくとも1種以上を調整することにより、アーク長を一定に制御し、
ワイヤ送給速度毎に適正なIp2,Tp2,Ib2を予め設定し、ワイヤ送給速度の増加に伴い、Tb2を3.0乃至20msの範囲内に確保できるように、Ip2,Tp2及びIb2からなる群から選択された少なくとも1種以上を増加させ、ワイヤ溶融速度を増加させる
ことを特徴とする。
(a)第1パルスピーク電流Ip1:300〜700A
(b)第1パルスピーク期間Tp1:0.3〜5.0ms
(c)第1パルスベース電流Ib1:30〜200A
(d)第1パルスベース期間Tb1:0.3〜10ms
(e)第2パルスピーク電流Ip2:200〜600A
(f)第2パルスピーク期間Tp2:1.0〜15ms
(g)第2パルスベース電流Ib2:30〜200A
(h)第2パルスベース期間Tb2:3.0〜20ms
(i)Ip1>Ip2。
第1パルスピーク電流Ip1は、溶滴を離脱させる過程において充分な電磁ピンチ力を確保するのに大きく寄与する。Ip1が300A未満であると、電磁ピンチ力が弱く、溶滴が大塊となるまで離脱できず、1周期あたり1溶滴の移行から外れる。そして、大塊となった溶滴が母材と接触してスパッタ及びヒュームの多量発生の原因となる。Ip1が700Aを超えると、溶滴を押し上げるアーク力が強くなりすぎ、規則的な溶滴離脱が困難となるだけでなく、装置重量及びコストが上昇するという問題点もある。より、好ましいIp1の範囲は400〜600Aである。
第1パルスピーク期間Tp1もIp1と同様に、溶滴を離脱させる過程において充分な電磁ピンチ力を確保することに大きく寄与する。パルス幅が0.3ms未満であると、電磁ピンチ力により溶滴を離脱させることができず、n周期1溶滴移行となり、溶滴移行の規則性を乱す。一方、Tp1が5.0msを超えると、パルスピーク期間中に溶滴離脱が起こる確率が増大し、Ib1へ電流を低下させても小粒スパッタを抑制する効果がなくなると同時に、溶滴移行の規則性を乱し、スパッタ及びヒユームが多量に発生する。
第1パルスベース電流Ib1は、溶滴離脱後にワイヤ側にアークが移動する過程において、アーク切れを起こさず、小粒スパッタ発生を抑制することに大きく寄与する。Ib1が30A未満であると、アーク切れ及び短絡が発生しやすくなる。また、Ib1が200Aを超えると、溶滴からワイヤへアークが移動する瞬間において、ワイヤ側に残留する融液に寄与するアーク力が大きくなり、小粒スパッタを抑制することができなくなる。
第1パルスベース期間Tb1も、Ib1と同様に、溶滴離脱後にワイヤ側にアークが移動する過程において、アーク切れを起こさず,小粒スパッタ発生を抑制することに大きく寄与する。Tb1が0.3ms未満であると、ワイヤに残留した融液を整形するのに不十分であり、小粒スパッタを抑制することができない。一方、Tb1が10msを超えると、溶滴と溶融池との間で短絡が生じやすくなり、溶滴移行の規則性を乱す。また、溶接電流の上限が抑制され、高ワイヤ送給速度条件における溶接が困難となる。
第2パルスピーク電流Ip2は、溶滴を形成する過程において適当な大きさの溶滴を安定に形成することに大きく寄与する。Ip2が200A未満であると、次の第1パルスでワイヤから離脱させるのに足る溶滴を充分に形成できず、溶滴移行の規則性を乱す。また、溶接電流の上限が抑制され、高ワイヤ送給速度条件における溶接が困難となる。Ip2が600Aを超えると、溶滴形成時のアーク力が強くなりすぎ、溶滴が不規則に振動し、安定な溶滴離脱を阻害すると共に、溶滴離脱後のワイヤに残留した溶融金属が第2パルスピーク印加時に離脱及び飛散して、溶滴移行の規則性を乱す。また、ワイヤ溶融量が大きいため、第2パルスピーク期間中に再度溶滴移行を行う可能性が高くなる。更に、装置重量及びコストが上昇するという問題点もある。より好ましいIp2の範囲は300〜500Aである。
第2パルスピーク期間Tp2も、Ip2と同様に、溶滴を形成する過程において適当な大きさの溶滴を安定に形成することに大きく寄与する。Tp2が1.0ms未満であると、次の第1パルスでワイヤから離脱させるのに足る溶滴を充分に形成できず、溶滴移行の規則性を乱す。Tp2が15msを超えると、第2パルス期間中に再度溶滴移行を行なう可能性が高くなり、1周期1溶滴移行から外れてしまう。
第2パルスベース電流Ib2は、溶滴を整形する過程において、アーク切れを起こさず、安定に溶滴を整形することに大きく寄与する。Ib2が30A未満であると、アーク切れ及び短絡が発生しやすくなる。また、Ib2が200Aを超えると、溶滴に寄与するアーク力が大きくなると共に、ベース期間での溶融が過大となり、溶滴がふらつき、安定に整形できなくなる。
第2パルスベース期間Tb2も、Ib2と同様に、溶満を整形する過程において、アーク切れを起こさず、安定に溶滴を整形することに大きく寄与する。Tb2が3.0ms未満であると、溶滴を充分に整形することができず、溶滴の離脱方向にばらつきが生じる。一方、Tb2が20msを超えると、ベース期間での溶融量が過大となり、溶滴と溶融池との間で短縮が生じやすくなり、溶滴移行の規則性を乱す。
第1パルスのアップスロープ期間Tup1は、第2パルスベース電流Ib2から第1パルスピーク電流Ip1に至る過程における急激なアーク力の増加を防ぎ、徐々にアークの発生点を溶滴の上方部へ移動させることにより、スパッタの抑制及びアーク切れの抑制に大きく寄与する。また、第2パルスのアップスロープ期間Tup2も、第1パルスベース電流Ib1から第2パルスピーク電流Ip2に至る過程における急激なアーク力の増加を防ぎ、徐々にアークの発生点を溶滴の上方部へ移動させることにより、スパッタの抑制及びアーク切れの抑制に大きく寄与する。一方、Tup1及びTup2が3.0msを超えても、その効果はなく、逆に、溶滴離脱及び形成に時間がかかり、溶滴の粗大化を招く。また、溶接電流の上限が抑制され、高ワイヤ送給速度条件における溶接が困難となる。
第1パルスのダウンスロープ期間Tdownは、第1パルスピーク電流Ip1から第1パルスベース電流Ib1に至る過程における急激なピンチ力の低下を防ぎ、溶滴の離脱途中でベース電流へ変化して溶滴離脱が失敗する頻度を大幅に低減することにより、スパッタの抑制及びアーク切れの抑制に大きく寄与する。一方、Tdownが6msを超えてもその効果はなく、離脱時に電流レベルの高い状態にあると、小粒スパッタが増加する。また、溶接電流の上限が抑制され、高ワイヤ送給速度条件における溶按が困難となる。
高周波パルスのパルス周波数は、パルスピーク期間及びベース期間における溶滴を上方に押上げるアーク力の緩和及びアークの硬直性向上に大きく寄与する。なお、アークの硬直性とは、ワイヤに流れる電流が形成する磁場により、アークをワイヤ延長方向に固定する性質をいい、溶湯中のアークのふらつきを抑制するものである。高周波パルスのパルス周波数が500Hz未満であると、アーク力緩和効果は無く、溶滴の振動が大きくなり、安定な溶滴の成長・整形が行えなくなる。また、高周波パルスのパルス周波数が2000Hzを超えると、高周波パルス付与効果が弱くなり、アークによる押し上げ力が増大し、溶滴・アークが軸対象となりにくくなる。
Cは溶接金属の強度を確保する上で重要な元素であるが、0.10質量%を超えると溶滴及び溶融池の変形・振動が激しくなり、スパッタ及びヒュームが増大するようになる。従って、C量は0.10質量%以下とする。
Siは脱酸剤として少なくとも0.20質量%を必要とする。また、Siが0.20質量%未満であると、溶滴の粘性が低くなりすぎ、溶滴がアーク力によって不規則に変形するためスパッタ及びヒュームが増大する。一方、Siが1.0質量%を超えると、スラグ量が多くなると共に、溶滴の粘性が大きくなりすぎ、1パルス群1溶滴移行から外れる場合が出てくる。従って、Si量は0.20乃至1.0質量%とする。
MnはSiと同様に脱酸剤として重要な元素であり、このためにはMnは少なくとも0.50質量%を必要とする。また、Mnが0.50質量%未満であると、溶滴の粘性が低くなりすぎ、溶滴がアーク力によって不規則に変形するためスパッタ及びヒュームが増大する。一方、Mnが2.0質量%を超えると、溶接ワイヤ製造時の伸線性が劣化すると同時に溶滴の粘性が大きくなりすぎ、1パルス群1溶滴移行から外れる場合が出てくる。従って、Mn量は0.52乃至2.0質量%とする。
Ti+Al+Zrは脱酸剤及び溶接金属の強度確保等にも重要な元素であるが、本発明においては、溶滴の粘性を適正化し、不安定な挙動を抑制する効果がある。Ti+Al+Zrが0.05質量%以下の場合、上記効果に乏しく小粒スパッタが増大する。一方、0.40質量%を超えるとスラグ剥離性及び溶接金属の靭性を劣化させる。また、溶滴の粘性が高くなりすぎ、1パルス群1溶滴移行から外れ、スパッタ及びヒュームを増大させる。従って、Ti+Al+Zrは0.05乃至0.40質量%とする。
ワイヤ:JIS Z3312 YGW11 直径1.2mm
シールドガス:CO2単体
試験板:SM490A
チップ母材間距離:25mm
トーチ前進角:30°
溶接速度:40cm/分
ワイヤ送給速度:6.0〜23.0m/分。
溶接電圧:アーク長2〜3mmにおいて短絡回数が5回/秒となるような溶接電圧。
ワイヤ怪:1.2mm
シールドガス:CO2
試験板:SM490A
チップ母材間距離:25mm
トーチ前進角:30°
ワイヤ送給速度:13〜15m/分
溶接速度:40cm/分
Ip1:560A
Tp1:2.0ms
Ib1:150A
Tb1:1.5ms
Ip2:450A
Tp2:5.0ms
Ib2:150A
Tb2:8.0ms。
ワイヤ径:1.2mm
シールドガス:CO2
試験板:SM490A
チップ母材間距離:25mm
トーチ前進角:30°
溶接速度:40cm/min
ワイヤ送給速度15.5m/min
Ip1:560A
Tp1:2.0ms
Ib1:150A
Tb1:1.5ms
Ip2:450A
Tp2:5.0ms
Ib2:150A
Tb2:8.0ms。
1a、2a:開口
3:被溶接材
4:トーチ
5:スパッタ
Claims (6)
- 炭酸ガス単体又は炭酸ガスを主成分とする混合ガスをシールドガスとし、第1パルスと第2パルスとが交互に繰り返されるパルス電流を溶接電流としてアーク溶接する方法であって、
前記第1パルスと第2パルスとは、相互にパルスピーク電流レベル及びパルス幅の異なるパルス波形を有し、
第1パルスのピーク電流Ip1が300乃至700A、ピーク期間Tp1が0.3乃至5.0ms、ベース電流Ib1が30乃至200A、ベース期間Tb1が0.3乃至10msであり、
第2パルスのピーク電流Ip2が200乃至600A、ピーク期間Tp2が1.0乃至15ms、ベース電流Ib2が30乃至200A、ベース期間Tb2が3.0乃至20msであり、
また、Ip1>Ip2であり、
1周期あたり1溶滴を移行させると共に、
直前の1周期、又は直前の所定パルス周期において、1周期全て又はその一部の期間を使用し、電源の外部特性が定電圧特性であれば上記期間の電流値、定電流特性であれば上記期間の電圧値をフィードバックしてアーク長を検出し、
コンタクトチップと母材との間の距離が変化した場合に、1周期あたり1溶滴移行を乱さない範囲で前記Ip2、Ib2、Tp2及びTb2からなる群から選択された少なくとも1種以上を調整することにより、アーク長を一定に制御し、
ワイヤ送給速度毎に適正なIp2,Tp2,Ib2を予め設定し、ワイヤ送給速度の増加に伴い、Tb2を3.0乃至20msの範囲内に確保できるように、Ip2,Tp2及びIb2からなる群から選択された少なくとも1種以上を増加させ、ワイヤ溶融速度を増加させる
ことを特徴とするパルスアーク溶接方法。 - 前記第1パルスの立ち上がり及び立ち下がりに対し変化が緩やかになるように時間軸に対して傾斜を設け、前記第2パルスの立ち上がりに対し変化が緩やかになるように時間軸に対して傾斜を設け、第1パルスの立ち上がりスロープ期間をTup1、第1パルスの立ち下がりスロープ期間をTdown、第2パルスの立ち上がりスロープ期間をTup2としたとき、Tup1及びTup2はいずれも3ms以下、Tdownは6ms以下であることを特徴とする請求項1に記載のパルスアーク溶接方法。
- 第1パルスピーク期間Tp1又はそれに続く第1パルス立下りスロープ期間Tdown中に溶滴の離脱を検知すると同時に、それが第1パルスピーク期間Tp1中又は第1パルス立下りスロープ期間Tdown中であっても、直ちに第1パルスベース電流Ib1又は検知時の電流より低い所定電流に切替えることを特徴とする請求項1又は2に記載のパルスアーク溶接方法。
- 1周期の全て、又は「Tup1、Tp1,Tdown,Tb1」若しくは「Tup2、Tp2、Tb2」のいずれか一方又は2つ以上の期間において、パルス周波数500乃至2000Hzの高周波パルスを溶接電流に重畳することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のパルスアーク溶接方法。
- C:0.10質量%以下、Si:0.20乃至1.0質量%、Mn:0.5乃至2.0質量%、Ti+Al+Zr:0.05乃至0.40質量%、残部:Fe及び不可避不純物からなる組成を有する消耗電極ワイヤを使用することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載のパルスアーク溶接方法。
- ワイヤ表面に銅めつきを施していない消耗電極ワイヤを使用することを特徴とする請求項5に記載のパルスアーク溶接方法。
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