JPH01245967A - 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反転してア
ークを発生させることにより溶接を行う消耗電極式両極
性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り、ギャップが
大きくても溶接可能であるが、比較的板厚が厚い場合又
はギャップがＯの継手の溶接の場合等には、溶込み不良
が発生し易く、また、ビードが凸形状になって被溶接物
上に盛り上がる。

このため、薄板でギャップが大きい場合には、正極性、
ギャップがＯの場合には逆極性、その中間のギャップの
場合には交流溶接と、溶接対象に応じてその溶接継手に
最も適合した固定の溶接条件を適宜選択して溶接が実施
されている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、同じ溶接継手においても、ギャップの大
きさが変化する場合には、実際上、１つの固定条件で対
応することができる許容範囲を超えてしまい、ギ・ヤッ
プが大きくなれば、肉量不足及びアンダーカットが発生
したりすると共に、溶落ちが発生する。一方、ギャップ
が０に近づけはビードが凸形状となったり、肉量が過剰
で異常に盛り上がったりすると共に、溶込み不良が発生
する。

更に、特に薄板のプレス加工品等のように、ワーク精度
が著しく悪い現場溶接継手においては、第６図（ａ）に
示すように、薄板２０．２１間のギャップが板厚よりも
大きくなるような事態もしばしば発生する。そうすると
、薄板２０．２１間の余盛２２が大幅に不足する。とこ
ろが、余盛を増すために、溶接速度一定のままワイヤ送
給速度を増加すると、入熱量とアーク力が増加し、第６
図（ｂ）に示すように、直ちに溶落ちが発生してしまう
、このため、従来、ギャップが広い部分の溶接が満足な
結果となるように、例えば、溶接速度を半減させる等、
大幅に溶接速度を減少させて単位時間当たりの溶着金属
量を稼ぎ、電流値も下げてアーク力を弱めることにより
対処していた。

このため、溶接能率が大幅に低下してしまう。

この問題点を解消する手段として、例えば、特開昭５８
−６８４７２に示されるように、ギャップの変化に応じ
て正極性と逆極性との比率を制御する方法が提案されて
はいるが、この方法でも現場作業に起因する不具合いを
充分に是正するものでは無く、例えば、肉量が不足して
カットが発生し易く、所望する溶接構造−が完成しない
という問題点がある。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、
常に、最適の肉量と溶込み量とを確保することができる
消耗電極式両極性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］ 本発明に係る消耗電極式両極性アーク溶接方法は、消耗
電極と母材との間に直流電圧を印加し、この直流電圧極
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
溶接方法であって、被溶接物の溶接線のギャップを検出
し、検出したギャップとワイヤ送給速度との間の予め求
めた所定の関係から前記ギャップ検出値に基いて定まる
所定のワイヤ送給速度を求め、ワイヤ送給速度をこの所
定値に制御する。そして、このワイヤ送給速度又は前記
ギャップ検出値に基いて、前記消耗電極が負極である正
極性と前記消耗電極が正極である逆極性のアークの比率
を制御する。

［作用］ 本発明においては、適正な余盛量を得ることができるギ
ャップとワイヤ送給速度との間の適切な関係を予め求め
ておくと共に、そのギャップにおけるワイヤ送給速度と
溶落ち及び溶込み不良を防止することができる極性比率
との間の適切な関係も予め求めておく。

そして、アーク溶接時には、ギャップを測定しつつ、適
切なワイヤ送給速度を前記関係から求める。また、この
ワイヤ送給速度に対応する適正な極性比率又はギャップ
検出値に対応する適正な極性比率を求め、これらのワイ
ヤ送給速度及び極性比率において消耗電極式アーク溶接
を行う。このため、ギャップが変動しても、常に、余盛
の過不足がなく、かつ溶込み不足及び溶落ちがない溶接
を実施することができる。

［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。先ず、ギャップと溶落ち又は溶込み不良及び余
盛量の過不足状態との関係について説明する。

第５図（ａ）乃至（ｆ）はこの関係を示す模式図である
。板厚と溶接速度が一定であれば、母材５間のギャップ
が広がると溶込み量が大きくなり、溶落ちに対して余裕
がなくなると共に、開先内断面積が増加する。このため
、開先断面積の増加に見合って必要金属量が増加してし
まうので、第５図（ｅ）に示すようにビードＢがアンダ
ーカットを伴った余盛不足となる。第５図（ｆ）に示す
ように、この余盛不足を解消するためには、単に極性比
率を増加させるだけでは不十分であり、ワイヤ送給速度
を増加させて適正な余盛りを得る必要がある。ところが
、ワイヤ送給速度の増加に伴い電流値が増加し、このた
めアーク力と入熱量が増加してしまうので第５図（ｄ）
に示すように溶落ちが発生してしまう。従って、ワイヤ
送給速度が増加すると、更に、極性比率を増加させて溶
落ちを防止することが必要となる。ここでは、極性比率
とは交流溶接のうち正極性分の含有率を示す。

具体的には、例えば、この極性比率Ｘは、母材５が正極
となり、ワイヤ３（第１図参照）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　　＝　　Ｔｓｐ／（Ｔａｐ＋Ｔｓｐ）−−（１）ま
た、ギャップが狭まると、開先内断面積が減少するため
、必要以上に溶着金属が盛られ、第５図（ａ）に示すよ
うな凸ビードとなってしまう。

この凸ビードを解消するために、ワイヤ送給速度を減少
させて適正な余盛りを得る必要がある。ところがワイヤ
送給速度の減少に伴い電流値が減少し、このため、アー
ク力と入熱量が減少してしまう、このため、それまでと
同じ極性比率では第５図（ｂ）に示すように溶込み不良
が発生してしまう。従って、ワイヤ送給速度を減少させ
ると、それまでよりも更に極性比率を減少させて溶込み
不良を防止することが必要となる。

このように、ギャップ変動に対して、適正な余盛量を得
るワイヤ送給速度即ち電流値と、溶落ち又は溶込み不良
を防止する電流値とは互いに相反する傾向がある。

本願発明者等は上述のギャップと溶落ち及び溶込み不良
、及び余盛の過不足との関係について種々実験研究した
結果、ギャップ毎に溶落ちと溶込み不良防止、及びアン
ダーカット肉量不足とビードの異常な盛り上り防止の双
方を同時に満足させることができるバランスがよいワイ
ヤ送給速度と極性比率との関係があることを知見した。

第２図は横軸にギャップをとり、縦軸にワイヤ送給速度
をとって、ワイヤ送給速度とギャップとの間の関係の一
例を示したもので、各ギャップについて、適正なワイヤ
送給速度を示す、また、第３図は横軸にそのＧＡＰに対
応したワイヤ送給速度をとり、縦軸に極性比率をとって
、そのワイヤ送給速度に応じた適正な極性比率を示す、
なお、これらのデータは下向重ねスミ肉継手の場合のも
のである。

このように、各ギャップについて適正なワイヤ送給速度
とそのワイヤ送給速度に応じた適正な極性比率とが存在
する。これらの最適な関係は板厚、溶接スピード及び継
手形状により夫々異なって存在する。

以上の関係を用い本発明では、先ず被溶接物のギャップ
を検知し、そのギャップに応じて適正余盛量に必要な溶
着量に見合ったワイヤ送給速度に制御すると共に、その
ワイヤ送給速度について適・正な極性比率に制御する。

これにより、溶接進行中にギャップが広くなれば、直ち
にワイヤ送給速度が増加すると共に、極性比率が増加し
、ギャップが狭くなれば、直ちにワイヤ送給速度が減少
すると共に、極性比率が減少する０以上の制御を自動的
に行うことにより、同じ溶接線においてギャツブが変化
しても第５図（Ｃ）、（ｆ）に示すように余盛量の過不
足がなく、且つ溶落ち又は溶込み不良がない適正なビー
ドを常に得ることができる。

次に、本発明の実施例方法について具体的に説明する。

第１図はこの実施例方法にて使用する溶接電流制御回路
を示すブロック図である。

第１図に示すように、ワイヤリール７のワイヤ３がワイ
ヤ送給モータ６により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るコンタクトチップ３ａを介
してワイヤ３に給電される。

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Ｔｒ１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Ｔｒ３とＴｒ４との接続点は接地及び溶接母
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Ｔｒｌ　。

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Ｔ
ｒ２　、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。

ギャップ検知器８は、母材５間のギャップを検出し、そ
の検出信号を溶接自動制御器９に出力する。また、初期
条件の設定器１５には溶接すべき継手の諸条件（板厚、
溶接速度、ワイヤ径・・・・・・）が設定されるように
なっており、設定器１５はこの諸条件を制御器９に出力
する。

制御器９には、各溶接継手の板厚毎の基本溶接条件と、
第２図に示すようなギャップとワイヤ送給速度との間の
適正関係値と、第３図に示すようなワイヤ送給速度と極
性比率との間の適正関係値とが予め求められてファイル
されている。そして、制御器９はこれらのファイルに基
き、初期条件設定器１５から入力された継手諸条件及び
ギャップ検知器８から入力されたギャップ検出値から、
適正な余盛りを得るワイヤ送給速度と、適正な溶込み量
を得る極性比率とを読出して夫々ワイヤ送給速度設定回
路１０及び通電時間設定回路１２に出力する。

ワイヤ送給速度設定回路１０は所定のワイヤ送給速度を
ワイヤ送給モータドライバ１１に出力し、ドライバ１１
はモータ６を所定のワイヤ送給速度が得られるように駆
動してワイヤ３を所定速度で溶接部に送り出す。

一方、通電時間設定回路１２はこの極性比率を入力する
と、正極性の通電時間Ｔ’ｓｐと逆極性の通電時間ＴＲ
Ｐとを設定して夫々スイッチング制御回路１３に出力す
る。

スイッチング制御回路１３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Ｔ’ｓｐ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１３の出力はトランジスタド
ライバ１４に入力され、トランジスタドライバ１４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Ｔ
ｒｌ、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Ｔｒｙ
、Ｔｒ４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。

溶接開始により溶接ワイヤ３のトーチ及びギャップ検知
器８が溶接線に沿って走行し、ワイヤ３と母材５との間
に交流アーク４を発生しつつ溶接が進行する。ギャップ
検知器８はギャップを検知し、その信号を溶接条件自動
制御器９に出力する。

溶接条件自動制御器９は初期条件設定器１５から溶接す
べき継手の諸条件（板厚、溶接速度、ワイヤ径・・・・
・・）を入力すると、溶接スタート部のギャップ情報を
ギャップ検知器８から取込み、スタート部のギャップに
おける適正な余盛りを得るワイヤ送給速度と適正な溶込
み量を得る極性比率を読出して、ワイヤ送給速度設定回
路１０と極性比率設定回路１２に指令値を出力する。

溶接が開始してから、途中でギャップが広がると、制御
器９はギャップ検知器８がらの検出信号を入力し、その
ギャップにて適正な余盛量となるようなワイヤ送給速度
を読出してこれをワイヤ送給速度設定回路１０に出力し
、更に、適正な溶込み量を得る極性比率を読出してこれ
を極性比率設定回路１２に出力する。ワイヤ送給速度設
定回路１０は溶接条件自動制御器９からの信号を受けて
、修正されたワイヤ送給速度指令値をワイヤ送給モータ
ドライバー１１に出力する。モータドライバー１１はそ
の信号を取込みモータ６の回転数を制御する。

通電時間設定回路１２では溶接条件自動制御器９からの
信号を受けて修正された極性比率に基き正極性と逆極性
の通電時間’ｒ、、、　Ｔ’ａｐを設定する。

この設定値はスイッチング制御回路１３に入力され、制
御回路１３は時間積算を行ってＴ胱Ｐの時間だけハイの
極性信号を出力し、次いでＴｓＰの時間だけローの極性
信号をトランジスタドライバ１４に出力するというよう
に、ハイとローとを夫々時間ＴＲｐ及びＴ”ｓｐ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１４はスイッチング
制御回路１３の出力がハイの場合にインバータ２のトラ
ジスタＴｒｌ　、Ｔｒ４をオンにし、トランジスタＴｒ
２．７ｒ３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１３の出力がローの
場合には、トランジスタドライバ１４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Ｔ
　ｒ　１＋　Ｔ　ｒ　４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、制御器９から指定され
た極性比率で正極性アークと逆極性アークとが交互に繰
り返される。

以上により同じ溶接線を連続溶接する場合にギャップの
大きさが変化しても、常に、適正の余盛量と溶込量を維
持することができる。

次に、本発明の他の実施例について説明する。

この実施例においては、制御器９にファイルしておく溶
接条件の適正関係値が先の実施例と異なる。

即ち、本実施例においては、第４図に示すように、ギャ
ップとワイヤ送給速度との間の適正な関係と、ギャップ
と極性比率との間の適正な関係とを予め求めて、制御器
９にファイルしておく。そして、アーク溶接に際しては
、ギャップを検出し、このギャップ検出値に基いて、第
４図に示す関係により、適正なワイヤ送給速度と適正な
極性比率を求め、このワイヤ送給速度及び極性比率に基
いて溶接条件を制御する。このように、ギャップ検出値
に基く適正なワイヤ送給速度を使用することを前提とし
て、ギャップ検出値から直接極性比率を制御する。従っ
て、本実施例も先の実施例と同様の効果を奏する。

なお、ギャップ検知器８はローラ等を用いた接触式セン
サーを使用したものでもよいし、レーザー光スキャニン
グによる光学的センサー等の非接触式センサーを使用し
てもよい。

また、極性比率は、上記実施例では正極性と逆極性との
通電時間比の例を示したが、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
時間と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極性比率のパラメータとして使
用してもよい。

［発明の効果コ 以上説明したように本発明によれば、溶接途中で極性比
率の制御のみでカバーできないギャップとなっても、単
に溶落ち又は溶込み不足の発生が抑制されるというだけ
ではなく、異常な盛り上がり又は肉量不足によるアンダ
ーカットも発生せず、適正な余盛量及びビード形状を常
に維持することができる。

そのために、ギャップが広い部分がある継手でも、溶接
速度を全体的に又はその部分で遅くするという必要がな
く、高溶接速度を維持することができ、稼働能率が著し
く向上する。

【図面の簡単な説明】

第１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２図はギャップとワイヤ送給速度
との適正な関係を示すグラフ図、第３図はワイヤ送給速
度と極性比率との適正な関係を示すグラフ図、第４図は
ギャップ検出値とワイヤ送給速度及び極性比率との適正
な関係を示すグラフ図、第５図（、ａ）乃至（ｆ）は溶
落ち、溶込み不足及び余盛の過不足状態を説明する模式
図、第６図（ａ）、（ｂ）は従来方法の欠点を説明する
模式図である。 １；直流電源、２；インバータ回路、３；溶接用ワイヤ
、４：アーク、５；母材、６；ワイヤ送給モータ、７；
ワイヤリール、８；ギャップ検知器、９；溶接条件自動
制御器、ｌＯ；ワイヤ送給速度設定回路、１１；ワイヤ
送給モータドライバー、１２；通電時間設定回路、１３
；スイッチング制御回路、１４；トランジスタドライバ
ー、１５；溶接初期条件設定器

Claims (2)

【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、この
   直流電圧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であって、被溶接物の溶接線のギャ
   ップを検出し、このギャップとワイヤ送給速度との間の
   予め求めた所定の関係から前記ギャップ検出値に基いて
   定まる所定のワイヤ送給速度を求め、ワイヤ送給速度を
   この所定値に制御すると共に、このワイヤ送給速度に基
   いて、前記消耗電極が負極である正極性と前記消耗電極
   が正極である逆極性のアークの比率を制御することを特
   徴とする消耗電極式両極性アーク溶接方法。
2. （２）消耗電極と母材との間に直流電圧を印加し、この
   直流電圧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であって、被溶接物の溶接線のギャ
   ップを検出し、このギャップとワイヤ送給速度との間の
   予め求めた所定の関係から前記ギャップ検出値に基いて
   定まる所定のワイヤ送給速度を求め、ワイヤ送給速度を
   この所定値に制御すると共に、前記ギャップ検出値に基
   いて、前記消耗電極が負極である正極性と前記消耗電極
   が正極である逆極性のアークの比率を制御することを特
   徴とする消耗電極式両極性アーク溶接方法。