JPH0231630B2 - - Google Patents

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JPH0231630B2
JPH0231630B2 JP58166214A JP16621483A JPH0231630B2 JP H0231630 B2 JPH0231630 B2 JP H0231630B2 JP 58166214 A JP58166214 A JP 58166214A JP 16621483 A JP16621483 A JP 16621483A JP H0231630 B2 JPH0231630 B2 JP H0231630B2
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JP
Japan
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droplet
current
arc
wire
arc welding
Prior art date
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JP58166214A
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JPS6056486A (ja
Inventor
Fukuhisa Matsuda
Masao Ushio
Tsuneo Mita
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Via Mechanics Ltd
Original Assignee
Hitachi Seiko Ltd
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Publication date
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Publication of JPH0231630B2 publication Critical patent/JPH0231630B2/ja
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00Arc welding or cutting
    • B23K9/16Arc welding or cutting making use of shielding gas

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Arc Welding In General (AREA)
  • Arc Welding Control (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
本発明は、消耗性電極を用いたCO2またはCO2
を主成分として含むガスシールドアーク溶接方法
に関するものである。 一般に、パルスアーク溶接では、第1図に示す
ように、臨界電流値より高いピーク電流Ipと臨界
電流値より低いベース電流IBを交互にくり返すこ
とにより、1パルス(周期)毎に1個の溶滴をワ
イヤ(消耗性電極)から離脱させる。ワイヤと溶
滴の時間的変化を示すと、一般的には第2図のよ
うである。すなわち、ピーク電流Ipによりワイヤ
1が溶融され、溶滴2が成長し、電磁ピンチ力に
よつて、溶滴2はワイヤ1から離脱し、母材3へ
移行する。ベース電流IBは、アークを維持するた
めの電流であり、ワイヤ1はベース電流IBにより
予熱されるが、溶融はほとんど生じない。 第2図に示すように、パルスに同期した溶滴移
行を行うためには、ピーク電流Ipとその通電時間
(以下ピーク時間Tpという)の間には、ワイヤの
材質・径によつて決まる適正領域が存在する。軟
鋼・φ1.2ワイヤについての1例を第3図に示す。 ベース時間TBは、平均電流値を決めるための
因子であり、ベース時間TBを大きくすると、平
均電流は小さくなり、ベース時間TBを小さくす
ると平均電流は大きくなる。 しかし、上記のようなパルスアーク溶接を行う
ためにはシールドガスの組成に制約がある。Ar
とCO2の混合ガスを用いた場合、CO2の混合率が
30%以下でないとパルスに同期した溶滴移行をさ
せることができないとされており、最も一般的に
用いられているシールドガスの組成はAr+20%
CO2である。 CO2の場合、プラズマの電位傾度が大きいた
め、アークはなるべく最短距離の点から出ようと
して溶滴下部付近にアーク点が集中する。その結
果、アーク柱の電流密度は高くなり、アークは引
締つた細い形となる。アーク点の集中により、溶
滴の離脱を阻害する方向にアーク力が働き、溶滴
はワイヤの方に押し戻される。 Arの場合にも、アークは最短距離の間に出よ
うとするが、完全に最短距離の所に集中して、出
ると、プラズマの電流密度が大となり、却つて電
圧降下が大きくなるため、ある程度拡がりをもつ
たアークとなり、アーク力は小さい。 このような理由により、CO2の混合率を多くす
ると、ピーク電流Ipの電磁ピンチ力によつて溶滴
の断面を減少させ、溶滴を離脱させる作用より
も、溶滴をワイヤ方向に押し戻すアーク力の作用
のほうが大きくなるので、パルスに同期した溶滴
移行が行えなくなり、ワイヤ・溶滴と母材の短絡
を生じ、大量のスパツタを発生する。この傾向
は、CO2の混合率を多くするほど著しくなること
は言うまでもないことである。 本発明の目的は、上記した従来技術の欠点をな
くし、CO2またはCO2を主成分として含むシール
ドガスアーク溶接においても、パルスに同期した
溶滴移行を行い、ワイヤ・溶滴と母材の短絡を防
止し、スパツタの発生を極めて少なくした消耗性
電極を用いたアーク溶接方法を提供するにある。 上記目的を達成する為に本発明においては、ピ
ーク電流区間で溶滴を離脱(移行)し、更に電極
先端を溶融して溶滴を形成し、次にベース電流区
間で溶滴の整形を行うことを特徴とする。 以下本発明の一実施例を図面を用いて詳細に説
明する。第4図は本発明に係るアーク溶接方法に
よる溶滴の成長と整形及び離脱の手順をパルス電
流の変化に対応して示した図である。 第4図において、ワイヤ1の先端に十分な大き
さの溶滴2が形成された状態Oで、ピーク電流Ip
を通電すると、溶滴2は、CO2ガス雰囲気の影響
により、アーク力のために、ワイヤ方向に押し戻
されようとするが1〜3、ピーク電流Ipの電磁ピ
ンチ力によつて溶滴2にくびれ4を生じ、溶滴2
はワイヤ1から離脱する。4〜5、従来のパルス
アーク溶接では、ピーク電流Ipに入つてから溶滴
2の形成を行うため、ピーク電流Ipの電磁ピンチ
力により、溶滴2にくびれ4を生じる迄の時間が
長くなる。その結果アーク力によつて溶滴がワイ
ヤ方向に押し戻され、第5図のようになり、溶滴
2はワイヤ1から離脱しない。 本発明の方法では、ピーク電流Ipの初期からワ
イヤ先端に十分な大きさの溶滴2が形成されてい
るため、ピーク電流Ipの電磁ピンチ力による溶滴
2のくびれ4も早く生じ、アーク力によつて溶滴
2がワイヤ方向に押し戻される前に溶滴2をワイ
ヤ1から離脱させることができる。 区間6〜8は、次のパルスに備えて、溶滴を成
長させる区間である。溶滴は成長するに従い、ア
ーク力によつてワイヤ方向に押し戻されている。 区間9〜13は、溶滴形状の整形およびアーク
の維持を行うベース区間TBである。すなわち、
ピークTp区間後半に形成・成長した溶滴2はア
ーク力によつてワイヤ方向に押し戻されている。
この状態で電流を低下させベース電流IBにする
と、アーク力は減少するため、溶滴2は母材方向
に伸び、ベース電流IB期間TB中にワイヤ1はほと
んど溶融されないため所定のベースTB時間経過
すると、ワイヤ先端の溶滴2はほぼ均一な形状と
なり、第4図に示すごとく、パルスに同期した溶
滴移行を行うことができる。 第6図は、本方法で溶接を行つた場合の電圧波
形の1例である。図中矢印(↓)で示した個所
が、ワイヤ1から溶滴2が離脱した時であり、電
圧の瞬間的な上昇が認められる。溶滴2は、パル
スに同期して規則的にワイヤ1から離脱してお
り、母材3とワイヤ1・溶滴2の短絡を生じない
ため、スパツタの発生はほとんどない。 第7図は従来のパルスアーク溶接方法による適
正領域D及び本発明に従来法と本方法のパルス条
件Ip,Tpの比較の1例を示す。図は軟鋼ワイヤ
φ1.2についてである。シールドガスの組成がAr
+20%CO2の従来法に比べ、100%CO2の本方法
では、電磁ピンチ力を大きくするためにピーク電
流Ipが大きく、かつ、溶滴離脱後ピーク電流Ip
よる溶滴2の成長を行うため、ピーク時間Tp
著しく長い。 なお、本溶接方法においても、従来のパルスア
ーク溶接方法と同様にIP、IB、TP、TBのいずれか
1つまたは、2つ以上を組み合わせた因子を変化
させることによりワイヤ送給量の変化等に対処で
きる。 また、ピーク電流IPについては定電流制御とす
る必要があるが、ベース電流IBについては、定電
流制御・定電圧制御いずれを採用してもよい。溶
滴径の均一化を計るためには定電流制御が良く、
アークの安定性向上を計るためには定電圧制御が
良い。要するに、用途に応じて適した方の特性を
採用すれば良い。 第8図は本発明の一実施例に使用する代表的な
電流波形を示す。夫々の波形因子、即ちピーク電
流IP、ベース電流IB、ピーク時間TP、ベース時間
TBを種々変化することにより、ワイヤ送給速度、
ワイヤ径、平均溶接電流、シールドガス組成等の
変化に対応できる。本発明により溶接を実施した
波形因子の代表例を第1表に示す。
【表】 第9図は本発明の他の実施例を示し、アーク溶
接用電源(図示せず)の出力回路に、負荷と直列
に直流リアクタを付加し、ピーク電流を台形波に
した時の電流波形の一例である。IP=450A、IB
50A、tp=tB=1mS、Tp′=16mS、TB′=16mS、
平均溶接電流250A、ワイヤ送給速度9m/minと
し、シールドガス100%CO2で軟鋼φ1.2mmワイヤ
を用い、溶接を実施したが、第8図に示した矩形
波の場合とほとんど変わらない溶接性が得られ
た。 第10図は、本発明の更に他の実施例を示し、
ワイヤから溶滴を離脱させる電磁ピンチ力を大き
くし、より確実な溶滴離脱をさせる為に、初期の
ピーク電流Ipを大きくした場合の電流波形であ
る。波形因子、溶接条件の1例を示すと、Ip1
550A、Ip2=450A、IB=50A、Tp1=3mS、Tp2
8mS、TB=16mS、平均溶接電流250A、ワイヤ
送給速度9m/min、シールドガス100%CO2、軟
鋼φ1.2mmワイヤである。 第11図は、本発明の更に他の実施例を示し、
溶滴の形成・成長とアーク力の減少を同時に行う
ことを目的として、ピーク電流からベース電流へ
の移行をスロープ状に徐々に減少した場合の電流
波形である。波形因子、溶接条件の1例を示す
と、Ip=450A、IB=50A、Tp=5mS、TpB=7mS、
TB=18mS、平均溶接電流150A、ワイヤ送給速
度3.5m/min、シールドガス100%CO2、軟鋼
φ1.2mmワイヤである。なお、ピーク電流からベー
ス電流に移行する過程はスロープ状に限らず、階
段状、指数関数状等でもよく、要するに、アーク
溶接電流が減少関数的に徐々に減少することによ
つて、アークが安定な状態を保持しつつ移行する
ことが可能である。 第12図に本発明に係るアーク溶接方法により
溶接した場合のビード外観図を示し、第13図に
従来のCO2アーク溶接方法により溶接した場合の
ビード外観図を示す。両者を比較すると、本発明
による溶接ビード5は従来の溶接ビード5と比較
して、スパツタ6の発生が極めて少ないことがわ
かる。 スパツタ6の発生が少ない為、ビートが美麗で
あるが、それ以上に溶着効率の改善効果が大き
い。具体的には、従来のCO2アーク溶接の溶着効
率が90%程度に対し本発明による溶接方法では98
%以上となる。 また、本発明による溶接方法は安価なCO2をシ
ールドガスとして用いるため、Ar+20%CO2
用いる従来のパルスアーク溶接に比較して、シー
ルドガスの費用は約1/4となる。すなわち、シー
ルドガス流量15l/min、アーク発生率(稼動率)
30%、稼動日数200日/年、稼動時間8H/日とす
ると、CO2;0.2円/l、Ar+20%CO2;0.8円/
lであるから1年間の節減金額は、 (0.8−0.2)円/l×15l/min×60min/H×8H/日×200日/

×0.3≒26万円/年 である。 以上述べた如く、本発明はピーク電流区間で溶
滴を離脱し、更に電極先端を溶融して溶滴を形成
し、次にベース電流区間で溶滴の整形を行うアー
ク溶接方法であるから、スパツタの発生が極めて
少なく溶着効率が大幅に改善できる。更にベース
電流時にアーク力を減少させる為平均的なアーク
長を短かくすることができるとともに、アンダー
カツトも生じ難いので作業性が良い。また、シー
ルドガスとしてCO2を使用するので、従来のパル
スアーク溶接(Ar+20%CO2を使用)と比較し
て安価な溶接を行うことができるという効果があ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図はパルスアーク溶接方法に使用するアー
ク電流波形図、第2図は従来のパルスアーク溶接
方法における溶滴の変化過程を示す説明図、第3
図は従来のパルスアーク溶接方法における1パル
ス当り1溶滴移行を実現する為の適正領域を示す
特性図である。第4図は、本発明一実施例に係る
アーク溶接方法による溶滴の変化過程を示す説明
図、第5図は、シールドガス中のCO2混合率を30
%以上にした場合の、パルスアーク溶接法の溶滴
形状の説明図である。第6図は、本発明の一実施
例に使用する電圧波形図、第7図は本発明の一実
施例における1パルス当り1溶滴移行を実現する
為の適正領域を示す特性図である。第8図は本発
明の一実施例に使用する電流波形図、第9図は本
発明の他の実施例に使用する電流波形図、第1
0,11図は本発明の更に他の実施例に使用する
電流波形図である。第12図は本発明のアーク溶
接方法によるビード外観図、第13図は従来の
CO2溶接によるビード外観図である。 1…ワイヤ、2…溶滴、3…母材、4…くび
れ、5…溶接ビード、6…スパツタ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 CO2またはCO2を主成分として含む混合気体
    から成るシールドガス中に消耗性電極を送給し、
    この消耗性電極と被溶接物との間に、交互にくり
    返すピーク電流とベース電流を通電してアークを
    発生し、上記ピーク電流時の初期に上記電極先端
    の溶滴をピンチ力によつて離脱させ、続いて電極
    先端を溶融して、溶滴を形成し、上記ベース電流
    時に、この溶滴の整形を行うことを特徴とする消
    耗性電極を用いたアーク溶接方法。 2 ピーク電流時の初期に、更に高い電流を供給
    することを特徴とする特許請求の範囲第1項記載
    の消耗性電極を用いたアーク溶接方法。 3 溶滴離脱後のピーク電流により電極先端に溶
    滴を成長させる期間を設けたことを特徴とする特
    許請求の範囲第1項記載の消耗性電極を用いたア
    ーク溶接方法。 4 溶滴離脱後ピーク電流を漸減させ電極先端で
    の溶滴の成長と溶滴の整形を行うことを特徴とす
    る特許請求の範囲第1項および第2項のいずれか
    に記載の消耗性電極を用いたアーク溶接方法。 6 ベース電流時に、溶滴を成長させることを特
    徴とする特許請求の範囲第1項および第2項のい
    ずれかに記載の消耗性電極を用いたアーク溶接方
    法。
JP16621483A 1983-09-09 1983-09-09 消耗性電極を用いたア−ク溶接方法 Granted JPS6056486A (ja)

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EP0715921A2 (en) 1994-12-05 1996-06-12 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Apparatus for controlling a consumable electrode pulsed-arc welding power source
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