JPH0320310B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

この発明はTIGアーク溶接法にかかわり、特に
アークおよび添加心線への通電電流を制御するこ
とによりアークの広がりを調整し、TIG溶接の高
速化を図るホツトワイヤTIG溶接方法に関するも
のである。 消耗電極を用いたガスシールドアーク溶接で
は、アーク安定性をはじめとする溶接作業性確保
の点から、多少酸化性のシールドガスを用いた
り、消耗心線電極成分に制約を受けたりしてい
る。しかし、通常の作業条件でも、たとえば60〜
80g／minなどの高溶着速度を得ている。 一方、TIGアーク溶接法は不活性ガス中で添加
心線を溶融するだけなので添加金属成分はほとん
ど制約を受けず、任意の、また高純度の溶着金属
を形成できるという利点がある。しかし、通常、
溶着金属の形成は高々20g／minであり、開先内
に溶着金属を充填するタイプの溶接継手に対して
は非常に能率が悪い。 そこで添加心線にも通電して抵抗発熱を生ぜし
め、溶着速度を高めようという、いわゆるホツト
ワイヤ法が提案（USP 3122629）され、それに
よつて30〜100g／minなど高溶着速度が得られる
ことが知られている。しかしホツトワイヤ通電電
流による磁界によつてTIGアークが磁気吹きを生
じ、特公昭56−1982のようにその磁気吹きを積極
的に利用しようとする考え方もあるが、多くの場
合作業性悪化のために実用困難となつている。 そこで、アークと添加心線への通電電流を交互
に切替え、即ちアーク電流のON，OFFに同期し
て添加心線通電電流をOFF，ONさせ、アークの
磁気吹きを実質的になくすという方法が提案
（USP 3627974）された。この方法によれば、ア
ークの磁気吹きが全くなく、かつ100g／minの高
溶着速度も得ることができるようになつた。しか
し、この場合TIGアークの溶融能力の点で問題が
生じた。即ち高溶着速度に見合う高溶接速度とす
るためには、大電流TIGアークとせざるを得ず、
そうするとアークの吹き付け力が大きくなり、母
材のえぐりすぎにもとづくアンダカツトの発生傾
向が増し、アンダカツト防止の観点から例えば
150mm／min以下など溶接速度に限界を生じたの
である。 この発明の目的は、上記した従来技術の欠点を
なくし、TIGアークによる母材溶融能力を低める
ことなくアーク力を弱め、ホツトワイヤ法の高溶
着速度を保ちつつ高溶接速度を達成できる溶接方
法を提供することにある。 要するにこの発明は、母材の溶融は主として非
消耗電極アークで行ない、溶着金属の形成は溶加
心線への直接通電加熱により主として行なうホツ
トワイヤスイツチングTIG溶接方法において、ア
ーク電流は高、低電流レベルに切替わるパルス電
流とし、溶加心線への通電電流はアーク電流に関
連して低、高電流レベルに切替わるパルス電流と
し、アーク電流波形とワイヤ電流波形が位相的に
一部重複するように調節してアークを高速にオツ
シレイトさせ、開先線方向の見掛け上のアーク幅
を調整することを特徴とするホツトワイヤスイツ
チングTIG溶接方法である。 以下図面を用いてこの発明の一実施例につき説
明する。 第１図はこの発明の一実施例を示すホツトワイ
ヤスイツチングTIG溶接装置の概要を示す説明図
である。（不活性ガスを供給する装置は省略し、
図示しない。） アーク用電源１のマイナス側出力はアーク電流
制御用トランジスタ２を経由してＷ電極（非消耗
電極）３に接続され、母材４との間でTIGアーク
５を形成する。一方、ワイヤ用電源６のプラス側
出力はワイヤ電流制御用トランジスタ７を経由し
てコンタクトチツプ８に接続され、、母材４と接
触している添加ワイヤ９を抵抗加熱する。 第２図は第１図に示したような構成の装置を用
いて溶接するときのアーク電流およびワイヤ通電
電流波形を例示した説明図である。アーク電流は
大電流アークとなるピーク電流Ip（期間ａ＋ｂ）
と低電流となるベース電流I_B（期間ｃ）となるよ
うにアーク電流制御用トランジスタ２により高速
で切替えられて形成され、一方それと関連してワ
イヤ電流制御用トランジスタ７によりワイヤ電流
は電流Iwの通電期間ｂ＋ｃと非通電期間ａとな
るように切替て形成される。 第３図は第２図の各期間ａ，ｂ，ｃにおけるア
ーク状態の説明図である。なお図中の矢印は溶接
進行方向を示す。アークは非常に軟らかい導電体
であるため、アークの近くに他の電流、たとえば
ホツトワイヤ通電電流が存在すると、その電流に
より磁界とアーク電流との相互作用でアークは力
を受け、いわゆるホツトワイヤTIG溶接では、ホ
ツトワイヤは通常の場合、、溶接進行方向に関し
てアークの後方に配置される。ここで第１図のよ
うにアークはＷ電極側マイナス、ホツトワイヤは
送給側がプラスとなるように接続されている場合
には、アークは溶接進行方向側に傾くように磁気
吹きを生じることになる。ここで、アーク電流と
ワイヤ電流を第２図に示すようなパルス化された
形で通電すると、期間ａにおいてはワイヤ電流が
存在しないので第３図ａに示すように強いアーク
がＷ電極の直下に存在し、期間ｂにおいてはワイ
ヤ電流が存在するために第３図ｂに示すように強
いアークが溶接進行方向側に吹かれて偏向し、期
間ｃにおいては第３図ｃに示すように単にアーク
を持続するためだけの弱いアークが強く吹かれた
形で生じる。このような各通電位相におけるアー
クの挙動が連続して行なわれることから、実際に
はパルス周期に対応した高速のアークオツシレイ
ト（アークの往復運動）が行なわれる。すなわ
ち、ピーク電流Ipのアークが高速でオツシレイト
するためにアーク吹き付け力が高速で前後し、局
所的にえぐる力がうすめられるのである。もしも
従来法の如く強いアークが電極直下に固定的に生
じる場合には、それにより強いアーク吹き付け力
によつて掘り下げが生じ、溶接速度を増加すると
アンダカツトを生じるのである。なお第２図の
b′の期間にもワイヤ通電するようにしてもアーク
はやはり前方に吹かれる。アークはワイヤ電流と
同極性のとき、ワイヤ側へ、異極性のとき、ワイ
ヤに対して反対側へと吹かれる。すなわち、ワイ
ヤ挿入の配置をかえるかワイヤ通電電流の極性を
かえないと前方、後方に振りかえることはできな
い。溶接作業性からいえばアークは前方に傾いた
方がやりやすい。 次にこの発明による実施例の溶接条件を第１表
に示す。

【表】 アークのピーク電流とワイヤ電流とが重複して
通電している期間は全通電期間中の30％で、切替
周波数100Hzとしていることから、Ｗ電極直下に
強いアークが概略4ms溶接進行方向側に傾いた強
いアークが概略3ms、激しい磁気吹きを生じた弱
いアークが概略4msというという形での滞在を繰
り返すという高速のアークオツシレイトをしてい
ることになる。肉眼では高速オツシレイトのため
に、、単にアークが溶接進行方向傾に幅広げられ
たように見え、広い熱源の分布とアーク力が弱め
られることから、TIG大電流アークで高溶接速度
とすると発生しがちであつたアンダカツトの形成
もなく、ホツトワイヤ法による高溶着金属量と相
まつて、TIG溶接で高溶接速度の高能率の溶接が
できるようになつた。なお、アークのオツシレイ
ト周波数が低くなるとアークの吹き付け力が強ま
るので、高溶接速度を達成するという観点からは
下限は３Hz近くであつた。 第１表は溶融量58g／minであつたが、100g／
minのような更に大溶融量化を図ろうとすると、
たとえばワイヤ電流は通電期間70％でピーク電流
290Aとしなければならない。一方100g／minの
溶着量に見合つて適切なビード形状となるような
溶接速度たとえば600mm／minにするためには、
母材を溶融するアークの能力も高める必要を生
じ、ピーク電流は通電期間70％で900A、ベース
電流20A程度のアーク電流にしないといけない。
しかしこのようにすると、アークのピーク電流と
ワイヤ電流が重複する期間におけるアークの磁気
吹きは激しすぎ、アークを吹き消してしまい、安
定した溶接作業を行なうことができない。その対
策としては第４図に例示するように、アーク電流
のピーク電流通電期間中のワイヤ通電電流を適当
な磁気偏向量が得られる程度にまで低くし、一
方、アーク電流のベース電流通電期間中のワイヤ
通電電流値をさらに高めるとよい。第２表はこの
ような考え方で、100g／minの高溶着量で高速溶
接を達成した時の溶接条件を示したものである。

【表】

【表】 開先幅６〜８mmのＩ型狭開先継手へ本法を適用
したものであるが、このようにアークのピーク電
流を高めると、開先幅方向へのアークの広がりも
増し、開先側壁の溶融もより的確に行なわれるな
どの利点も生じた。 なお、アークおよびワイヤ電流中のパルス成分
は通常は同期した同一周波数としているが、これ
を３Hz以下の範囲内で変化させると、いわゆるう
なりにより、アークは高速オツシレイトしながら
前方に滞在する期間とＷ電極直下に滞在する期間
がその周波数差による周波数で変化し、見かけ上
アークをウイービングさせたと同じ状態が再現さ
れ、ビード形状改善に応用することも出来る。 これまで述べてきたことから明らかなように、
この発明により初めてホツトワイヤTIG溶接法で
得られる高溶着量に見合つた高溶接速度が達成せ
られ、ホツトワイヤTIG法の真価が発揮できるよ
うになり、大きな工業的利益をもたらすという効
果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施にかかるホツトワイヤ
スイツチングTIG溶接装置の構造の概要を示す説
明図、、第２図はこの発明を実施したときの時間
に対するアーク電流とワイヤ電流の波形とこれら
二つの電流の相対位相関係を示す図面、第３図は
第２図の各期間ａ，ｂ，ｃにおけるアーク状態の
説明図、第４図はこの発明の他の実施例を示すア
ーク電流及びワイヤ電流波形の相対関係を示す説
明図である。 １……アーク用電源、２……アーク電流制御用
トランジスタ、３……Ｗ電極、４……母材、５…
…アーク、６……ワイヤ用電源、７……ワイヤ電
流制御用トランジスタ、８……コンタクトチユー
ブ、９……添加ワイヤ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 母材の溶融は主として非消耗電極アークで行
   ない、溶着金属の形成は溶加心線への直接通電加
   熱により主として行なうホツトワイヤスイツチン
   グTIG溶接方法において、アーク電流は高、低電
   流レベルに切替わるパルス電流とし、溶加心線へ
   の通電電流はアーク電流に関連して低、高電流レ
   ベルに切替わるパルス電流とし、アーク電流波形
   とワイヤ電流波形が位相的に一部重複するように
   調節してアークを高速にオツシレイトさせ、開先
   線方向の見掛け上のアーク幅を調整することを特
   徴とするホツトワイヤスイツチングTIG溶接方
   法。 ２ アーク電流は高、低電流レベルに切替わるパ
   ルス電流とし、溶加心線への通電電流はアーク電
   流に対してそのパルス周期を±3Hz以内に調整す
   ることによつてアークを見掛け上溶接開先線方向
   に「うなり型」オツシレイトをさせることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載のホツトワイヤ
   スイツチングTIG溶接方法。 ３ アークによる発熱量、ワイヤの溶融量および
   アークの偏向量は、高アーク電流レベル時におけ
   るアーク電流値とその期間、また低アーク電流レ
   ベルにおけるアーク電流値とその期間、および溶
   加心線への通電電流の高電流レベルにおける電流
   とその期間、また低電流レベルにおける電流値と
   その期間とを相互に組み合せることによつて調整
   することを特徴とする特許請求の範囲第１項また
   は第２項記載のホツトワイヤスイツチングTIG溶
   接方法。