JPH01192482A - 消耗電極式両極性アーク溶接方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、消耗電極と母材との間に直流電圧を印加し、
前記消耗電極への印加極性を正極と負極とに任意に反転
してアークを発生させて溶接を行う消耗電極式両極性ア
ーク溶接方法に関し、特に溶接開始時の溶接ビードの形
状を改善した消耗電極式アーク溶接方法に関する。

［従来の技術］ ワイヤを定速送給しつつ、ワイヤと母材との間にアーク
を発生させて溶接を行う消耗電極式アーク溶接方法にお
いては、通常、母材側が負極、ワイヤ側が正極になるよ
うに直流電圧を印加する逆極性溶接が行われている。

この逆極性溶接においては、母材への入熱が大きいため
に溶込み量が多く、フラットなビードを得やすいという
利点があるが、母材が薄板であって継手精度が悪く、ギ
ャップが大きい場合には溶落ち現象が発生し易いという
欠点がある。

一方、母材側が正極、ワイヤ側が負極になるように直流
電圧を印加する正極性溶接においては、母材への入熱量
が少ないため、溶落ち防止には有効であるが、溶込み不
良が発生し易く、また、ビードが凸形状になり易い、従
って、正極性溶接方法を単独で適用する範囲は狭い。

このため、正極性溶接と逆極性溶接とを交互に繰り返す
交流アーク溶接方法が、両極性アークの特長を兼ね備え
たものとして上述の薄板等の継手には有効であり、実用
化の検討がなされている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、この交流アーク溶接方法においても、特
に正極性期間の比率を高く設定した場合には、溶接開始
点付近にて母材への入熱が不十分となり、このため母材
の温度が充分に上昇しないため溶込み不足となり、融合
不良が生じるという問題点がある。特に、溶接ビードが
短い断続溶接の場合には、溶接長に対する溶込み不足部
の長さの割合が相対的に多くなり、強度不足が発生する
と共に、オーバーラツプを伴った凸形状ビードによる溶
接不良率が高いという問題点を有する。

また、逆極性の期間の比率を高くすると、前述の逆極性
溶接の場合と同様に溶落ち現象が発生し易くなるという
難点がある。

これに対して、溶接開始時のみ所定の短時間だけ逆極性
アークにより先行溶接する方法がある（特公昭６２−１
９２６７）。しかしながら、この方法においては、溶込
みが深い逆極性アークの先行溶接から、溶込みが浅い正
極性アークの本溶接に急激に移行するため、特に、高速
溶接時において溶込みが急激に浅くなり、ビード幅も急
激に狭くなって、不連続な溶接ビードが形成されてしま
う。

第３図（ａ）、（ｂ）は夫々この従来の溶接方法におけ
る電流波形及び逆極性比率の変化と、形成された溶接ビ
ードの形状とを示す。第３図（ａ）に示すように、溶接
開始時の先行溶接期間においては、ワイヤの極性を正に
して逆極性比率を１００％にする。一方、先行溶接期間
が終了した後は、正接性アークと逆極性アークとを交互
に繰り返し、逆極性期間の比率が極めて低い本溶接に移
行する。

このような電流制御により、第３図（ｂ）に示すように
、薄板２１の継手部において、溶接開始時に溶込みが深
いビード２２が形成され、本溶接時には溶込みが浅いビ
ード２３が形成される。このような不連続なビードは、
ビード外観上好ましくないのに加え、不連続部に応力が
集中して疲労破壊を発生させる原因となりうる。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、
融合不良を防止すると共に、ビードの不連続性も改善さ
れ、良好なビード外観と充分な溶接部強度とを得ること
ができる消耗電極式アーク溶接方法を提供することを目
的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明にかかる消耗電極式アーク溶接方法は、消耗電極
と母材との間に直流電圧を印加し、前記消耗電極の極性
を反転しつつアークを形成する消耗電極式アーク溶接方
法において、前記消耗電極が正極である逆極性アークの
比率を溶接開始時にて本溶接時よりも高くし、溶接開始
後、この逆極性比率を所定の期間に亘って減少させて本
溶接に移行することを特徴とする。

［作用］ 本発明においては、溶接開始時点において逆極性比率を
高め、多量の入熱をワイヤ及び母材に供給することによ
り溶込み不足を解消する。そして、母材の温度が上昇し
た後、所定の期間に亘って逆極性比率を徐々に低下させ
、逆極性比率が低い本溶接に移行する。これにより、ビ
ード形状が不連続になることが回避されると共に、溶落
ちが防止される。

［実施例］ 以下、本発明の実施例について、添付の図面を参照して
説明する。第１図（ａ）乃至（ｄ）は夫々本発明の実施
例方法における溶接電流波形及び逆極性比率の時間変化
を例示するグラフ図、第２図は実施例方法にて使用する
電流制御回路を示すブロック図である。

第２図に示すように、ワイヤリール７に溶接ワイヤ３が
巻回されており、このワイヤ３はワイヤ送給モータ６に
よりワイヤリール７から巻きほどかれて薄鋼板等の溶接
母材５の被溶接部に供給される。ワイヤ３にはコンタク
トチップ３ａが電気的に接続されており、コンタクトチ
ップ３ａは後述するインバータ２の一方の出力端に接続
されていて、このコンタクトチップ３ａを介してワイヤ
３が給電されるようになっている。

一方、直流電源１は３相交流電源に接続されており、こ
の３相交流を所定電圧の直流電圧に変換する。インバー
タ２はトランジスタＴｒｌ及びＴｒ２の直列接続体と、
トランジスタＴｒ３及びＴｒ４の直列接続体とを並列接
続したものであり、インバータ２の入力端は直流電源１
の正極及び負極の出力端に接続されている。

そして、トランジスタＴｒｌとＴｒ２との接続点はコン
タクトチップ３ａに接続されており、このコンタクトチ
ップ３ａを介してワイヤ３に電流を供給する。一方、ト
ランジスタＴ　ｒ　３とＴｒ４との接続点は溶接電流検
知器１６を介して接地及び溶接母材５に接続されている
。これにより、直流電源１からの直流電流はインバータ
２を介してワイヤ３と母材５との間に供給され、インバ
ータ２はトランジスタＴｒ１．Ｔｒ４がオンの場合に、
ワイヤ３が正極、母材５が負極となるように直流電流の
極性を切換え、トランジスタＴｒ２　。

Ｔｒ３がオンの場合に、ワイヤ３が負極、母材５が正極
となるように直流電流の極性を切換える。

溶接電流検知器１６はワイヤ３と母材５との間に溶接電
流が流れたことを検出し、これによりアーク４が形成さ
れたことが把握される。

溶接電流検知器１６からの溶接電流の検知信号はスター
ト制御回路１１に入力される。一方、スタート時の逆極
性比率の保持時間が設定器１２に設定され、スタート時
の逆極性比率が設定器１３に設定され、本溶接時の逆極
性比率が設定器１４に設定され、スタート時から本溶接
時までの逆極性比率の減少率が設定器１５に設定される
。そして、これらの設定器に設定された各設定値はスタ
ート制御回路１１に入力されている。

スタート制御回路１１は各設定値に基いて所定の逆極性
比率を通電時間設定回路１０に出力する。

この逆極性比率Ｘは、母材５が正極となり、ワイヤ３が
負極となる正極アークの通電期間をＴｓＰとし、母材５
が負極となり、ワイヤ３が正極となる逆極性アークの通
電期間をＴＲＰとすると、下記（１）式により定義され
る。

Ｘ　　＝Ｔ　ＲＰ／　（Ｔ　ＲＰ＋　Ｔ　ｓｐ）　　・
・・・・・（１）通電時間設定回路１０はこの逆極性比
率を入力すると、正極性の通電時間Ｔｓｐと逆極性の通
電時間ＴＲＰとを設定して夫々スイッチング制御回路９
に出力する。

スイッチング制御回路９はこのＴ’ｓｐ及びＴＲＰを入
力すると、時間積算して逆極性時間ＴＲＰの期間はハイ
の極性信号を出力し、正極性時間Ｔｓｐの時間はローの
極性信号を出力する。

このスイッチング制御回路９の出力はトランジスタドラ
イバ８に入力され、トランジスタドライバ８は極性信号
がハイの場合は、インバータ２のトランジスタＴｒｌ　
、Ｔｒ４をオン、トランジスタＴｒ２　、Ｔｒ３をオフ
にし、極性信号がローの場合はトランジスタＴｒｌ、Ｔ
ｒ４をオフ、トランジスタＴｒ２　、Ｔｒ３をオンにす
る。

このように構成される装置を使用して本発明の実施例に
係るアーク溶接方法を実施する場合は、先ず、ワイヤ３
を母材５の所定の被溶接位置に設置し、ワイヤ３と母材
５との間でアーク４を形成する。

スタート制御回路１１は、第１図（ａ）に示す溶接スタ
ート期間Ｔｓにおいては、設定器１３に設定されたスタ
ート時逆極性比率Ｐ５を通電時間設定回路１０に出力す
る。スタート制御回路１１は、通電電流検知器１６から
、ワイヤ３と母材５との間でアーク４が形成されて通電
が開始されたことを検知すると、その通電開始後の時間
をカウントし、通電開始後、設定器１２に設定されたス
タート時極性比率保持時間（Ｔｓ）が経過する迄は、こ
のスタート時極性比率Ｐｓの出力を継続する。

通電時間設定回路１０はスタート制御回路１１から出力
され逆極性比率Ｐｓに基いて前記（１）式に示す通電時
間Ｔ’ｓｐ及びＴＲＰを設定し、これをスイッチング制
御回路９に出力する。

スイッチング制御回路９はこのＴＲＰの時間だけハイの
極性信号を出力し、次いで、Ｔ’ｓｐの時間だけローの
極性信号を出力し、更に、ＴλＰの時間だけハイの極性
信号を出力するというように、ハイとローとを夫々時間
ＴＲＰ及びＴｓｐだけ交互に繰り返して出力する。

そうすると、トランジスタドライバ８はスイッチング制
御回路９の出力がハイの場合にインバータ２のトラジス
タＴｒ１　、Ｔｒ４をオンにし、トランジスタＴ　ｒ”
２．　Ｔ　ｒｓをオフにして、ワイヤ３が正極、母材５
が負極となる逆極性アークをワイヤ３と母−材５との間
に形成する。一方、スイッチング制御回路９の出力がロ
ーの場合には、トランジスタドライバ８はインバータ２
のトラジスタＴｒ２　、Ｔｒ３をオンにし、トランジス
タＴｒｌ　。

Ｔｒ４をオフにして、ワイヤ３が負極、母材５が正極と
なる正極性アークをワイヤ３と母材５との間に形成する
。これにより、溶接スタート期間Ｔｓは１００％に近い
高逆極性比率で正極性アークと逆極性アークとが交互に
繰り返され、入熱量が多い溶接がなされる。

この溶接スタート期間Ｔｓが経過すると、第１図（ａ）
に示すように、スタート制御回路１１は、スタート時逆
極性比率Ｐｓから、設定器１４に設定された本溶接時逆
極性比率ＰＲまで、設定器１５に設定された逆極性比率
減少率αに基いて通電時間設定回路１０に出力する逆極
性比率を連続的に減少させる。この逆極性比率減少率α
は、逆極性比率減少時間をＴＡとすると、下記（２）式
により現わされる。

ａ＝　（Ｐｓ　　Ｐｐｔ　）／ＴＡ　−−（２＞この逆
極性比率減少期間（ＴＡ）においては、スタート制御回
路１１は逆極性比率減少率αに基いて逆極性比率を連続
的に低下させて通電時間設定回路１０に出力し、その結
果、ワイヤ３と母材５との間の交流アーク溶接における
逆極性比率が連続的に低下する。

次いで、逆極性比率減少期間（ＴＡ）が経過すると、ス
タート制御回路１１は設定器１４により設定された本溶
接時の低逆極性比率ＰＲを通電時間設定回路１０に出力
する。爾後、この逆極性比率Ｐえにより本溶接がなされ
る。

この第１図（ａ）に示す溶接電流供給パターンは、逆極
性アーク期間が長い高逆極性比率Ｐ５にて交流溶接をス
タートし、本溶接時には低い逆極性比率ＰＲにて交流溶
接を行った例である。但し、薄板を母材とする下向重ね
継手について溶接したものである。

一方、第１図（ｂ）に示す溶接電流供給パターンは、高
い逆極性比率にて交流溶接をスタートし、本溶接は逆極
性比率が０％の正極性アークにて溶接を行った例である
。

また、第１図（ｃ）は、逆極性比率が１００％の逆極性
アークを連続的に形成して溶接をスタートし、本溶接時
には逆極性比率が低い交流溶接を行った例である。

更に、第１図（ｄ）は、逆極性比率が１００％の逆極性
アークを連続的に形成しつつ溶接をスタートシ、本溶接
は逆極性比率が０％の正極性アークを連続的に形成した
ものである。

この第１図（ａ）乃至（ｄ）に示すパターンの溶接条件
は下記第１表に示すとおりである。

その結果、いずれのパターンにおいても、スタート部の
溶落が防止され、十分な溶込みが得られてスタート部の
融合不良が回避されると共に、ビード外観も均一であっ
た。

なお、逆極性比率は上記実施例においては、前記第（１
）式に示すように、正極と逆極性の通電時間比（Ｔ　Ｒ
Ｐ／　（Ｔ　ＲＰ＋　Ｔ　ｓｐ　）　）により定義した
が、短絡とアーク発生とを交互に繰り返す短絡アーク溶
接においては、通電時間から短絡時間を除いたアーク発
生時間とか、電流の時間積分値である電荷量又は電力等
を逆極性比率のパラメータとして使用しても良い。

スタート時逆極性比率Ｐｓ、スタート時逆極性比率保持
時間Ｔｓ、逆極性比率減少率α及び本溶接時逆極性比率
ＰＲは、母材の板厚、ギャップ及び溶接速度等に応じて
設定されるものであるが、例えば、極薄板（厚さ１．０
＋ｉｍ以下）又はギャップが大きい継手の溶接等におい
てはＴ　ｓ　＝’　０　（秒）としてもよい。

また、比較的厚い母材の場合又は溶接速度が遅い溶接の
場合等においては、逆極性比率は上記実施例のように連
続的ではなく、段階的に低下させてもよい。

更に、本実施例では逆極性比率減少率αが一定であり、
逆極性比率が線形的に、つまり一定の減少率αで減少し
ているが、これに限らず逆極性比率を指数関数的に減少
させてもよい。

更にまた、アーク発生の瞬時（０，１秒以下）では、交
流アークのスタート時には、第１図（ａ）及び（ｂ）に
示すように、必ず逆極性からスタートするように制御す
ると、アークスタート性が向上するので好ましい。この
程度の微小時間では、溶込み及びビード外観に実質的に
は悪い影響を与えない。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、溶接開始時におい
ては本溶接時よりも高い逆極性比率を設定し、その後、
所定期間に亘ってこの逆極性比率を本溶接時の逆極性比
率まで漸減するから、溶接スタート部の融合不良を防止
することができると共に、溶落現象も発生せず、ビード
外観及び溶込みの均−性及び連続性を保持することがで
きる。

また、高速溶接時においては、逆極性比率変化時にスパ
ッタが発生したり、ハンピングビードになる等の不都合
も防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）乃至（ｄ）は夫々本発明の実施例方法にお
ける溶接スタート時の溶接電流波形と逆極性比率の時間
変化を例示するグラフ図、第２図は本発明の実施例にて
使用する溶接電流制御回路を示すブロック図、第３図（
ａ）は従来の交流溶接における溶−接スタート部の電流
波形と逆極性比率の時間変化を示すグラフ図、第３図（
ｂ）は従来方法により形成されたビード形状を示す斜視
図である。 １；直流電源、２；インバータ、３；溶接用ワイヤ、３
ａ；コンタクトチップ、４；アーク、５；母材、８；ト
ランジスタドライバ、９；スイッチング制御回路、１０
；通電時間設定回路、１１；スタート制御回路、１２，
１３．１４，１５゜設定器、１６；溶接電流検知器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）消耗電極と母材との間に直流電圧を印加し、前記
   消耗電極の極性を反転してアークを形成する消耗電極式
   両極性アーク溶接方法において、前記消耗電極が正極で
   ある逆極性アークの比率を溶接開始時にて本溶接時より
   も高くし、溶接開始後、この逆極性比率を所定の期間に
   亘って減少させて本溶接に移行することを特徴とする消
   耗電極式両極性アーク溶接方法。