JPH03106567A - 消耗電極式交流矩形波溶接方法 - 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、消耗電極式交流矩形波溶接により消耗電極と
母材の間にアークを発生させて鋼板開先ギャップ１．０
〜１５．０ｍｍ範囲においても余分な入熱を与えること
無く安定に溶接を行う溶接に関する。

〔従来の技術〕

従来の消耗電極と溶接母材との間で溶接金属の溶滴移行
を行わせるアーク溶接では、消耗電極を定電圧特性の直
流溶接電源の正極に、母材を負極に接続し、消耗電極を
母材に向けて一定速度で送給し，第６図に示すように、
消耗電極１６の溶滴２２を母材ｌ４に移行させて溶接を
行う。

すなわち第６図において、母材１４の開先ギャップｌ８
と、給電チップ２１と消耗電極１６から或る溶接ノズル
１５の間にアーク１７を発生させ消耗電極ｌ６を溶融移
行させて該開先ギャップｌ８に溶接金属２３を溶込ませ
る．一般的に、ノズル１５からは、シールドガス２　０
　（ＣＯ２　，　Ａｒ，　ＣＯ２＋Ａｒ等）が母材１４
に向けて吹き出される。すなわちガスシールドアーク溶
接である。

前記ガスシールドアーク溶接において開先ギャップｌ８
が変動した場合，一定の溶接条件で溶接を行うと該開先
ギャップ１８が標準寸法より狭い時は溶接金属２３はオ
ーバラップとなり第８１ｉ！Ｉに示すような盛り上りと
なる．また標準寸法より広い時は溶接金属２３が不足と
なり第６図に示すような溶込み不良が発生して溶接継手
性能不良となる．これらの問題点を改良する手段として
，開先ギャップ１８変化にたいする対応策として、溶接
条件（特に溶接速度，その他揺動幅，溶接電圧等）を，
開先ギャップ１８変化によって変化させる方法が適用さ
れている。

開先ギャップ１８が標準寸法より狭くなった場合には、
溶接速度，揺動幅，溶接電圧の各一項目又は全体を小さ
い値にして、溶接金属２３を少なくしてオーバラップを
回避する。また，開先ギャップ１８が標準寸法より広く
なった場合には、溶接速度，揺動幅，溶接電圧の各一項
目又は全体を大きい値にして溶接金属２３の量を多くし
て溶込み不良を回避して、第７図に示すような、良好な
継手溶接を得る。この種の制御は、例えば、特公平１−
２２０６３号公報に提案されている．〔発明が解決しよ
うとする問題点〕 しかしながら、開先ギャップ１８に追従して溶接条件を
変更する方法は，溶接電流値は一定とする為、入熱変化
を母材１４に与える事になり、母材ｌ４の溶接熱影響部
（ＨＡＺ）等の溶接入熱変化によって溶接継手性能が変
動し、特に開先ギャップｌ８が広い場合には溶接継手性
能の靭性低下につながる。

本発明は、上記の問題点に鑑み交流矩形溶接電源で消耗
電極式交流矩形波溶接法を用いて母材に入熱変化を与え
ないで開先ギャップ変化に対応可能とする事を目的とす
る． 〔問題点を解決するための手段〕 本発明は，消耗電極に正極成分，負極成分を付加する消
耗電極式交流矩形波溶接の交流波形時間割合ｔｒ，電圧
レベル割合Ｖｒおよび開先断面積係数αにより次式で決
まるＧ値をＧ　＝０．０１５〜０．０４５の範囲に制御
することを特徴とする。

Ｇ＝（１／α）・ｔｒ−ｖｒ ここで．ｔｒ＝ｔｐ／ｔｎ，Ｖｒ＝Ｖｐ／Ｖｎ，ｔＰ：
正極成分の通電時間， ｔｎ：負極成分の通電時間， ｖｐ：正極成分の電圧レベル， ｖｎ：負極成分の電圧レベル． 〔作用〕 これによれば、消耗１ｔ１と母林間にガスシールドアー
ク溶接用電源として消耗電極式交流矩形波溶接電源を適
用する事により、該消耗電極が正極成分時にアークによ
って溶融された溶融金属が移行されて開先ギャップ内を
埋め，該消耗電極が負極成分時にはアークによって溶融
された溶融金属は移行されず球状となって該消耗電極の
先端の保持され、次に，再び該消耗電極が正極成分時に
球状となった溶融金属は母材側に移行される事により残
溶込みで幅の広い溶接形状が形或される．このとき，開
先断面積係数αと消耗電極式交流矩形波溶接′：ｒｉ源
の交流波形時間割合ｔｒ，電圧レベル割合Ｖｒとを用い
て次式で求められるＧ値，Ｇ＝（１／α）・ｔｒ−ｖｒ ここで、ｔ　ｒ＝＝　ｔ　ｐ／　ｔ　ｎ，　Ｖｒ＝　Ｖ
ｐ／　Ｖｎを、０．０１５〜０．０４５の範囲に制御す
れば開先ギャップ１．０〜１５．０ｍ＋ｇ範囲の溶接継
手に対して第９図に示す如く母材に加える入熱は殆ど一
定となり品質的にも安定した溶接継手が得られる事が判
明した。

〔実施例〕

第１図は，本発明を実施する消耗電極式交流矩形波溶接
装置の構成の一例を示したものである．該図中に於いて
，交流矩形波溶接な源１０は、一次側整流回路ｌ，一次
側インバータ２，変圧器３，二次側整流回路４，二次側
インバータ５，波形制御回路６，電流フィードバック回
路７，シャント８，インバータドライバ９，ＰＷＭ制御
回路１１，発信回路１２から成る。

発信回路１２より得られた定周期三角波信号はＰＷＭ制
御回路１１で開先センサーｌ３よりの開先信号と比較さ
れて開先幅に対応するデューティの矩形波信号に変換さ
れる。これが第２図に示す制御信号である。この矩形波
信号が高レベルＨのときドライバ９がインバータ５の正
極通電回路をオンにし，矩形波信号が低レベルＬのとき
にインバータ５の負極通電回路をオンにする．これによ
り、交流矩形波溶接電源１０よりの出力は第３図に示す
ものとなり，開先センサー１３の開先信号に対応したデ
ューテイの正極成分と負極成分となる。

一方．ＰＷＭ制御回路ｌ１は，開先センサー１３の開先
信号に対応して、第３図に示すように、ドライバ９に与
える矩形波信号のＨレベルと低レベルＬのレベルを定め
る。ドライバ９が、これらの信号レベルに対応してイン
バータ５の正，負極出力電圧を定める．これにより、交
流矩形波溶接電源１０よりの出力は第５図に示すものと
なり、開先センサーｌ３の開先信号に対応した正，負極
電圧となる。

交流矩形波溶接電源１０の出力端には溶接ノズル１５と
母材ｌ４に接続されており、溶接ノズル１５では、給電
チップ２ｌを通って消耗電極１６に給電されるので、消
耗電極ｌ６と母材１４との間にアーク１７が発生する。

第１図の消耗電極１６と母材ｌ４間に第３図および第５
図の交流矩形波形のアークｌ７を発生させ母材厚１０Ｍ
，消耗電極径１．２　ＩＩ１（ソリッドワイヤ），シー
ルドガスＣ　Ｏ　２　（１００％），溶接電流値２００
（Ａ），溶接電圧２５（Ｖ），周波数１００（Ｈｚ），
正極・負極の時間および電圧レベル比率３：１，溶接速
度５０（ｃｍ／ｗｉｎ），ｍ準開先ギャップ４（間）の
溶接条件にて溶接を行い更に、開先ギャップ２　（ｓ）
の場合は溶接電流値１９０（Ａ），溶接電圧２５（Ｖ）
，周波数１００（　Ｈ　ｚ）　，正極・負極の時間およ
び電圧レベル比率１：１，溶接速度５０（Ｃａｌ／ｓｉ
ｎ），また，逆に開先ギャップ６　（ａ）の場合には溶
接電流値２１０（Ａ），溶接電圧２５（Ｖ），周波数１
００（Ｈｚ），正極・負極の時間および電圧レベル比率
４：１，溶接速度５０（ＣＩ／ｗｉｎ）の溶接条件によ
り第９図に示すごとく欠陥のない安定した溶接結果かえ
られた。この時，開先形状は４０＠Ｖ　’開先であった
ので、ギャップ２關の時はα＝５６（＋１１１１２），
ギャップ４　ＩＩｍの時α＝＝７６（１１１１１’　）
，ギャップ６ｍｌの時α＝９６（關２）で，従って、そ
れぞれの場合に対するＧ値は、０．０１８，０．０３９
及び０．０４２であった。又，上記の如き制御を行うた
め、第１図の開先センサーｌ３を適用する事により第９
図のような結果で究めて安定した溶接金属２３がえられ
た。なお、開先ギャップ１５（ａ）においても正極・負
極の時間および電圧レベル比率調整で制御が可能であっ
た。

開先センサー１３はレーザ式，光学式，機械式，アーク
センシング式等のどれでも適用する事が可能であるが，
上記実施例においてはレーザ式の開先センサーを開先ギ
ャップに直角かつ周期的にスキャンして開先ギャップ幅
を検知する方法を適用した。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明においては、ガスシールドア
ーク溶接法として消耗電極と母材間に交流矩形波溶接電
源を用いて、母材である鋼板開先ギャップ変化範囲に応
じて交流矩形波の時間割合および電圧レベル割合の何れ
かまたは両方の出力比率を自動制御する事により、母材
に一定の溶接人熱範囲で健全な溶接部を得ると共に、母
材に余分な入熱変化を与えない事は、溶接継手の信頼性
につながるものであり特に自動溶接法に利用することが
可能となった。

以上の様に本発明は、究めて工業的に価値の高い消耗電
極式交流矩形波溶接方法を提供するものである。

【図面の簡単な説明】

第１は本発明に使用する消耗電極式交流矩形波溶接電源
装置と溶接部の一例を示すブロック図である。 第２図および第３図は第１図の装置１０の出力で得られ
た正極・負極の時間割合による消耗電極式交流矩形波制
御信号および溶接電圧波形を示すタイムチャートである
． 第４図および第５図は第１図の装＠１０の出力で得られ
た正極・負極の電圧レベル割合による消耗電極式交流矩
形波制御信号および溶接電圧波形を示すタイムチャート
である。 第６図は従来の消耗ｍＦｉ式直流溶接法によって得られ
た溶込み形状を示す断面図である。 第７図は消耗電極式交流矩形波溶接によって得られた溶
込み形状を示す断面図である．第８図は狭間先ギャップ
による溶接金属のオーバラップ溶込み形状を示す断面図
である．第９図は本発明の一実施例で第１図の消耗電極
声２ ｌ：一次側整流回路　　　２：一次側インバータ３：変
圧器　　　　　　　４：二次側整流回路５：二次側イン
バータ　　６：波形制御回路７：電流フィードバック回
路 １２：発信回路 １４：母材 １６：消耗電極 １８：開先ギャップ ２０：シールドガス ２２：溶滴 １３：開先センサー １５：溶接ノズル １７：アーク １９：裏当材 ２１：給電チップ ２３：溶接金属 寧５ 堵６区 １８ 方７ 図 邦８図 １８ 口 ９ 図 フ３

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 消耗電極に正極成分、負極成分を付加する消耗電極式交
   流矩形波溶接の交流波形時間割合ｔｒ、電圧レベル割合
   Ｖｒおよび開先断面積係数αにより次式で決まるＧ値を
   Ｇ＝０．０１５〜０．０４５の範囲に制御することを特
   徴とする消耗電極式交流矩形波溶接方法： Ｇ＝（１／α）・ｔｒ・Ｖｒ ここで、ｔｒ＝ｔｐ／ｔｎ、Ｖｒ＝Ｖｐ／Ｖｎ、ｔｐ：
   正極成分の通電時間、 ｔｎ：負極成分の通電時間、 Ｖｐ：正極成分の電圧レベル、 Ｖｎ：負極成分の電圧レベル。