JPH0343943B2

JPH0343943B2 -

Info

Publication number: JPH0343943B2
Application number: JP58019101A
Authority: JP
Inventors: Hideyuki Yamamoto; Shoji Harada
Original assignee: Daihen Corp
Current assignee: Daihen Corp
Priority date: 1983-02-08
Filing date: 1983-02-08
Publication date: 1991-07-04
Also published as: JPS59144581A

Description

【発明の詳細な説明】技術分野本発明は、フイラワイヤを自動的に送給して溶
接する非消耗電極アーク溶接方法に関するもので
ある。

従来技術従来、直径1.0mmないし1.6mmのフイラワイヤを
自動的に送給し溶接用トーチは手動で移動させて
溶接する非消耗電極半自動アーク溶接方法、およ
び直径0.8mmないし2.4mmのフイラワイヤを自動的
に送給するとともに溶接用トーチも自動的に移動
させて溶接する非消耗電極全自動アーク溶接方法
が知られている。

従来技術の問題点を第１図ないし第３図を参照
して説明する。第１図は、非消耗電極アーク溶接
用トーチを用い、フイラワイヤを自動的に送給し
て溶接をする場合の説明図である。同図におい
て、１は非消耗電極アーク溶接用トーチ、２は非
消耗電極、３は図示していないフイラワイヤ送給
モータにより送給されるフイラワイヤをガイドす
るワイヤガイド、４ａはワイヤガイド３を出たフ
イラワイヤ先端付近、５はアーク、６は被溶接
物、６ａは被溶接物の表面、７は溶融プール、８
は溶着金属である。θはワイヤガイド３を出たフ
イラワイヤ先端付近４ａのフイラワイヤ送給方向
と被溶接物の表面６ａとのなす角度（以下、ワイ
ヤ挿入角という）である。

第２図は、フイラワイヤの直径（以下、ワイヤ
径という）Ｄ［mm］（横軸）とフイラワイヤの溶着
量（以下、ワイヤ溶着量という）Ｗ［gr／min］
（縦軸）との関係を示す線図である。同図におい
て、点線の曲線は、従来技術のワイヤ径が1.2mm
ないし、0.8mmの場合、実線の曲線は、後述する
本発明の溶接方法（以下、本方法という）のワイ
ヤ径が0.6mmないし0.2mmの場合におけるワイヤ径
とワイヤ溶着量との関係を示し、フイラワイヤの
材質はステンレス鋼、非消耗電極の通電電流は直
流200［Ａ］、ワイヤ挿入角は40度である。

同図の上部の曲線Wmaxは、例えば６mmない
し10mm程度の厚板で開先を設けた被溶接物を溶接
するような場合でワイヤ溶着量を大にするため
に、フイラワイヤの送給速度を大にしたときの上
限値すなわちフイラワイヤの最大送給速度におけ
るワイヤ溶着量Wmaxを示す。この曲線Wmax
よりも下方の斜線部分では、フイラワイヤが規制
正しく溶融プール７内で溶融して冷却後に溶着金
属８となるが、この曲線Wmaxよりも上方の範
囲では、ワイヤ送給速度が大きすぎて充分に溶融
することができず、フイラワイヤの先端が溶融プ
ール７の底面の未溶融部分に突きあたりフイラワ
イヤが規則正しく溶融しなくなる。従来技術のワ
イヤ径が0.8mmのときのワイヤ溶着量は11［gr／
min］程度であり、後述する本方法のワイヤ径
0.6mmの場合の15［gr／min］よりも低い値にとど
まつており、その結果、所定量の溶着金属を得る
には、溶接速度を遅くしたり、多層盛りの層数を
増加させたりする必要があり、従来技術では低能
率であつた。

逆に、下部の曲線Wminは、例えば、３mm程度
の薄板で余盛りの少ない溶接をするような場合
で、ワイヤ溶着量を少なくするために、フイラワ
イヤの送給速度を小さくしたときの下限値すなわ
ちフイラワイヤの最小送給速度におけるワイヤ溶
着量Wminを示す。この曲線Wminよりも上方の
斜線部分では、フイラワイヤが規則正しく溶融プ
ール７内で溶融して冷却後に溶着金属となるが、
この曲線Wminよりも下方の範囲では、ワイヤ送
給速度が小さすぎ溶融するワイヤ量が不足して、
フイラワイヤの先端が溶融プール７から離脱して
粒状になつて移行するために、良好な溶着金属８
が得られない。

第３図は、ワイヤ挿入角θ［角］（横軸）とワイ
ヤ溶着量Ｗ［gr／min］（縦軸）との関係を示す線
図である。同図において、点線の曲線1.0Wmax
および1.0Wminは、従来技術のワイヤ径が1.0
［mm］の場合、実線の曲線0.4Wmaxおよび
0.4Wminは、後述する本方法のワイヤ径が0.4mm
の場合の良好な溶着金属が得られるワイヤ挿入角
とワイヤ溶着量との関係を示し、フイラワイヤの
材質はステンレス鋼、非消耗電極の通電電流は直
流200［Ａ］である。従来技術のワイヤ径が1.0mm
の場合は、点線の曲線の内部の斜線の範囲が良好
な溶着金属が得られるが、上部の点線の曲線より
も上方では第１図で説明したようにフイラワイヤ
の先端が溶融プール７の底面の未溶融部分に突き
あたり、逆に、下部の点線の曲線よりも下方で
は、フイラワイヤの先端が溶融プール７から離脱
してしまう。また、同図からわかるように、ワイ
ヤ挿入角θが大になるほど、良好な溶着金属が得
られる斜線部分が減少し、後述する本方法のワイ
ヤ径0.4mmの場合にくらべて良好な溶着金属が得
られる範囲が狭い。したがつて、ワイヤ挿入角θ
の狭角度の一定値にすることができない曲面の自
動溶接、手ぶれが生じる半自動溶接等においてワ
イヤ挿入角θが変動した場合、良好な溶着金属を
得ることが困難であつた。

発明の目的本発明は、フイラワイヤの直径を0.6mmないし
0.2mmに減少させることにより、従来技術のフイ
ラワイヤの直径が0.8mmないし1.2mmの場合より
も、フイラワイヤの溶着量の下限値および上限値
を拡大させ、より薄板までの溶接を可能とし、ま
た厚板を高能率に溶接することができるように
し、さらに曲面溶接または手ぶれでワイヤ挿入角
が変動しても、良好な溶着金属が得られる裕度を
大にすることにより、非消耗電極アーク溶接方法
の特徴である高品質の溶接結果を得る一方、非消
耗電極アーク溶接方法と同様の高能率で、かつワ
イヤ挿入角の変動があつても高品質を維持できる
裕度の高い非消耗電極アーク溶接方法を提案した
ものである。

本発明の説明本発明の非消耗電極アーク溶接方法について、
図面を参照して従来技術と対比しながら説明す
る。

第２図は、前述したようにワイヤ径Ｄ［mm］（横
軸）の変化に対するワイヤ溶着量Ｗ［gr／min］
（縦軸）の調整可能範囲を示した線図であり、フ
イラワイヤの材質はステンレス鋼、非消耗電極の
通電電流は直流200［Ａ］、ワイヤ挿入角は40度の
場合である。同図において、上方の実線の曲線
Wmaxは、厚板で開先に多量の溶着金属を必要
とする場合に使用するフイラワイヤの最大送給速
度におけるワイヤ溶着量を示し、逆の下方の実線
の曲線Wminは、薄板で少量の溶着金属しか必要
としない場合に使用するフイラワイヤの最小送給
速度におけるワイヤ溶着量を示す。これらの２つ
の曲線WmaxとWminとの間の斜線の範囲では良
好な溶着金属が得られるが、曲線Wmaxより上
方ではワイヤ送給速度が過大であるために、フイ
ラワイヤの先端が第１図に示す溶融プール７の末
溶融部分に突きあたり、逆にWminより下方では
ワイヤ送給速度が過少であるために、フイラワイ
ヤの先端が溶融プールから離脱して粒状となり不
規則に移行するので、曲線Wmaxよりも上方お
よび曲線Wminよりも下方では良好な溶着金属が
得られず、良好な溶接ができない。これらの曲線
のうち、点線の曲線は従来技術のワイヤ径が0.8
mmないし1.2mmの場合のワイヤ溶着量を示し、良
好な溶接ができる最大および最小のワイヤ溶着量
Ｗは、それぞれ11［gr／min］および７［gr／
min］であつて、ワイヤ溶着量の調整可能範囲は
わずかに４［gr／min］である。

これに対して、本発明の溶接方法では、第２図
の実線で示すように、ワイヤ径が0.6mmのときは、
最大および最小のワイヤ溶着量は、それぞれ15
［gr／min］および６［gr／min］であつて、調整
可能範囲は９［gr／min］となり、ワイヤ径0.8mm
の場合の２倍以上となつている。さらに、ワイヤ
径が0.4mmになると、最大および最小のワイヤ溶
着量がそれぞれ19［gr／min］および５［gr／
min］となり、ワイヤ溶着量の上限および下限と
もに大幅に拡大し、調整可能範囲は14［gr／min］
となり、ワイヤ径0.8mmの場合の３倍以上となつ
ている。このように、ワイヤ径が0.6mmないし0.2
mmであるフイラワイヤを使用した本発明の溶接方
法においては、従来技術のワイヤ径0.8mmないし
1.2mmに対して、ワイヤ溶着量の上限値が急激に
増大しているので、厚板の溶接を消耗電極と同様
に高速度でおこなつたり、層数を減少させること
ができるので、高能率を得ることができ、また逆
にワイヤ溶着量の下限値も急激に減少しているの
で、従来公知の溶接方法よりも薄板の溶接を余盛
りを少なくして溶接することができる。

第３図は、前述したようにワイヤ挿入角θ［度］
（横軸）とワイヤ溶着量Ｗ［gr／min］（縦軸）と
の関係を示す線図であり、フイラワイヤの材質が
ステンレス鋼、非消耗電極の通電電流は直流200
［Ａ］の場合である。同図において、点線の曲線
1.0Wmaxおよび1.0Wminは、従来技術のワイヤ
径が1.0mmの場合のワイヤ挿入角に対するワイヤ
溶着量を示し、点線の曲線の内部の斜線の範囲が
良好な溶着金属が得られる範囲である。実線の曲
線0.4Wmaxおよび0.4Wminは、本方法のワイヤ
径が0.4mmの場合のワイヤ挿入角に対するワイヤ
溶着量を示し、実線の曲線の内部の斜線の範囲が
良好な溶着金属が得られる範囲であつて、従来技
術のワイヤ径1.0mmにくらべて大幅に拡大してい
る。このことは、本方法のワイヤ径が0.2mmない
し0.6mmの場合は、従来技術のワイヤ径0.8mmない
し1.2mmの場合にくらべて、ワイヤ溶着量の上限
および下限の拡大に加えて、溶接用トーチの位置
が変化してワイヤ挿入角が変動しても、フイラワ
イヤの先端が溶融プールの底面の未溶融部分に突
きあたつたり、溶融プールから離脱して粒状にな
つて移行する可能性が少なくなる。

第４図は、第２図と同様にワイヤ径Ｄ［mm］（横
軸）の変化に対するワイヤ溶着量Ｗ［gr／min］
（縦軸）の調整可能範囲を示した線図であるが、
フイラワイヤの材質がアルミニウム合金、非消耗
電極の通電電流は交流100［Ａ］、ワイヤ挿入角は
40度の場合を示し、上方の曲線Wmaxは最大の
ワイヤ溶着量を示し、下方の曲線Wminは最小の
ワイヤ溶着量を示す。ワイヤ径が0.6mmのアルミ
ニウム合金のフイラワイヤの場合でも、ステンレ
ス鋼の場合と同様に、ワイヤ径が1.2mmないし0.8
mmの場合にくらべて、ワイヤ溶着量の上限値およ
び下限値が著しく拡大している。

第５図は、フイラワイヤを予熱する場合と予熱
しない場合とのワイヤ溶着量の比較を示す線図で
あつて、ワイヤ径Ｄ［mm］（横軸）の変化に対する
ワイヤ溶着量Ｗ［gr／min］（縦軸）の変化を示
し、フイラワイヤの材質はステンレス鋼、非消耗
電極の通電電流は200［Ａ］である。同図におい
て、曲線COLDはフイラワイヤを予熱しない場合
のワイヤ径に対するワイヤ溶着量を示し、曲線
HOTはフイラワイヤに交流50［Ａ］を通電して予
熱した場合のワイヤ径に対するワイヤ溶着量を示
す。従来技術のワイヤ径が0.8mmないし1.0mmのと
きは、フイラワイヤを予熱した場合と予熱しない
場合とのワイヤ溶着量の差は、10［gr／min］以
内であるが、本方法のワイヤ径が0.6mmないし0.4
mmの場合には、それらの差は15ないし20［gr／
min］となり、フイラワイヤの通電電流が50［Ａ］
程度の小電流であつても、ワイヤ溶着量を増加さ
せることができる。

第６図ａは非消耗電極に通電するパルス電流波
形を示す図で、横軸に経過時間ｔ［秒］、縦軸にパ
ルス電流値Ip［Ａ］およびベース電流値Ib［Ａ］を
示し、またTpはパルス継続時間［秒］、Tbはベ
ース電流期間［秒］、Ｔはパルス電流の周期［秒］
を示す。同図ｂは、同図ａに示す波形のパルス電
流を通電したときのワイヤ溶着金属の形状を示
し、Ｂはビード幅［mm］を示す。本方法の実施例
では、板厚1.2mmのステンレス鋼の突合せ溶接に
おいて、Ip＝150［Ａ］、Ib＝20［Ａ］、Tp＝0.35
［秒］、Tb＝0.65［秒］、溶接速度20［cm／min］、ワ
イヤ径0.6mmのステンレス鋼のフイラワイヤを20
［cm／min］で溶接し、良好な溶着金属が得られ
た。

上記のパルス電流を通電して、本発明の溶接方
法を実施すると、つぎのとおりの効果がある。

裏波溶接が安定化する。

従来技術のパルス溶接においても溶融プール
の制御ができるので、安定な裏波溶接ができる
が、本方法の細径のフイラワイヤを使用する
と、小さな溶融スポツトでもフイラワイヤが添
加できるので、従来よりも薄板であつても、安
定な裏波溶接ができる。

薄板の溶接が容易である。

従来技術のパルス溶接においても溶接入熱の
コントロールができるので、ある程度まで薄板
の溶接ができるが、本方法の細径のフイラワイ
ヤを使用すると、従来技術ではフイラワイヤな
しでしか溶接をすることができないような薄板
であつても、フイラワイヤを添加して適正な余
盛を形成することができる。

溶接歪が小さく、溶接欠陥も生じにくい。

本発明の溶接方法では、従来技術よりもさら
に溶接入熱を小さくすることができるので、溶
接歪が小さくなり、また溶接金属（ワイヤ溶着
金属および被溶接物の溶融金属）の結晶粒の粗
大化を防ぎ割れの発生が少なくなる。

溶接条件、継手精度の裕度が大である。

従来技術のパルス溶接においても、被溶接物
に対する溶接条件範囲が広くなり、また一定の
溶接条件でも継手のギヤツプ、目違いなどの裕
度が大きくなつているが、本方法の細径のフイ
ラワイヤを使用すると従来技術よりもさらに、
溶接条件範囲を広くすることができる。

本方法の細径のフイラワイヤを使用すると、
従来技術よりもさらに、板厚差のある継手や異
種金属の溶接を広範囲に行うことができる。

なお、以上の本発明の溶接方法の説明では、フ
イラワイヤの直径が0.2mmないし0.6mmのソリツド
ワイヤの場合について説明したが、ソリツドワイ
ヤのかわりに、複数の極細線のより線を用い、外
径0.2mmないし0.6mmの場合であつてもよい。

また、本発明の溶接方法のように細い直径ワイ
ヤを送給するときはフイラワイヤの座屈を防止す
るために、ワイヤリールはできる限り溶接用トー
チに近付ける方がよく、溶接用トーチに装着すれ
ば、作業性が向上する。しかし、一方、フイラワ
イヤ送給モータも溶接用トーチに装着させること
になり、ワイヤリール、フイラワイヤ送給モータ
等の重量も溶接用トーチに加算されることにな
る。したがつて、フイラワイヤ送給モータはでき
る限り小容量、軽量、小形にすることが望まし
い。そこで、溶接用トーチに、ワイヤ径が0.8mm
のステンレス鋼のフイラワイヤを送給する能力は
ないが、ワイヤ径が0.6mmのステンレス鋼のフイ
ラワイヤを送給する能力を備えたフイラワイヤ送
給モータを装着させると、溶接用トーチは軽量と
なり、特に半自動溶接の作業性を従来技術のワイ
ヤ径を使用した溶接よりも改善することができ
る。この場合、ワイヤ径が0.8mmの場合と0.6mmの
場合とについて、所要送給能力を大きく左右する
フイラワイヤの曲げモーメントの差について検討
する。溶接の作業性をよくするには、非消耗電極
の軸方向とフイラワイヤの送給方向とが接近して
平行であるか、又はこれらの軸方向と送給方向と
が形成する角度ができるだけ小さいほどよい。他
方、ワイヤ挿入角θはできるだけ小さく15度ない
し40度にすることが望ましい。したがつて、第１
図に示すように、フイラワイヤは溶融プール７に
挿入される直前に曲げられ、このわん曲部で送給
抵抗が大きくなる。このわん曲部でのフイラワイ
ヤの曲げモーメントＭ［Kg／mm²］は、Ｍ＝（１／
Ｒ）・Ｅ・（π／64）・D⁴で現わされる。ただし、
Ｒはわん曲部の曲率半径［mm］、Ｅはヤング率で
スチールでは21000［Kg／mm²］、Ｄはワイヤ径［mm］
である。Ｄ＝0.8のときの曲げモーメントをＭ、
D₂＝0.6のときの曲げモーメントをM₂とすれば、
M₁／M₂＝0.8⁴／0.6⁴＝3.16となる。本方法のワイ
ヤ径0.6mmのフイラワイヤの曲げモーメントM₂に
対して従来技術のワイヤ径0.8mmのフイラワイヤ
の曲げモーメントM₁は３倍以上となるので、従
来技術は本発明の溶接方法にくらべて大きな送給
能力が必要である。つぎに、ワイヤ径が0.6mmの
ステンレス鋼のフイラワイヤの送給能力を有する
フイラワイヤ送給モータと同一能力の電動機でア
ルミニウム合金のフイラワイヤを送給させた場
合、送給可能なアルミニウム合金にワイヤ系Da
を求める。スチールのヤング率Es＝21000［Kg／
mm²］、ワイヤ径Ｄ＝0.6［mm］、アルミニウムのヤン
グ率Ea＝［Kg／mm²］とすると、同一の曲げモーメ
ントＭ［Kg−mm²］に対し、Ｍ＝（１／Ｒ）・Ea・
（π／64）・Da⁴＝（１／Ｒ）・Es・（π／64）×0.6⁴
すなわちDa⁴＝（Es／Ea）×0.6⁴＝３×0.6⁴したが
つてDa＝⁴√３×0.6≒0.8となる。以上の結果に
より、ワイヤ径が0.6mmのステンレス鋼のフイラ
ワイヤを送給する能力を有するフイラワイヤ送給
モータは、ワイヤ径が0.8mmのアルミニウム合金
のフイラワイヤを送給することができる。

さらに、本方法は、従来においては半自動溶接
でしかできなかつた複雑な形状、特に曲面の溶接
であつて、溶接用トーチの角度が溶接中に変更す
る曲面溶接、すみ肉溶接、狭い場所での溶接で
も、溶接用トーチをロボツトに搭載して全自動溶
接を行うこともできる。

発明の効果本発明の非消耗電極アーク溶接方法は、フイラ
ワイヤの直径を0.2mmないし0.6mmに減少させるこ
とにより、従来技術のフイラワイヤの直径が0.8
mmないし1.2mmの場合よりも、フイラワイヤのワ
イヤ溶着量の下限値および上限値を拡大させ、よ
り薄板までの溶接、厚板の高能率溶接等を可能と
し、また全自動溶接における曲面溶接または半自
動溶接における手ぶれでワイヤ挿入角が変動して
も良好な溶着金属が得られる裕度を大きくするこ
とにより、非消耗電極アーク溶接方法の特徴であ
る高品質の溶接結果を得る一方、消耗電極アーク
溶接方法と同様の高能率で高品質を維持できる効
果がある。さらに、フイラワイヤ送給モータを非
消耗電極半自動または自動アーク溶接用トーチに
装着させた場合は、フイラワイヤ送給モータの送
給能力が小さくすみ、溶接用トーチが小形軽量と
なり、すみ肉溶接、狭い場所での溶接等におい
て、作業性のすぐれた非消耗電極アーク溶接を行
うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、非消耗電極アーク溶接用トーチを用
いてフイラワイヤを自動的に送給して溶接をする
場合の説明図、第２図は、従来技術および本発明
のアーク溶接方法におけるステンレス鋼のワイヤ
径Ｄ［mm］（横軸）とワイヤ溶着量Ｗ［gr／min］
（縦軸）との関係を示す線図、第３図は、従来技
術および本発明のアーク溶接方法におけるワイヤ
挿入角［度］（横軸）とワイヤ溶着量Ｗ［gr／
min］（縦軸）との関係を示す線図、第４図は、
従来技術および本発明のアーク溶接方法における
アルミニウム合金のワイヤ径Ｄ［mm］（横軸）とワ
イヤ溶着量Ｗ［gr／min］（縦軸）との関係を示す
線図、第５図は、フイラワイヤを予熱する場合と
予熱しない場合とのワイヤ溶着量の比較を示す線
図、第６図ａは、非消耗電極に通電するパルス電
流波形を示す図、第６図ｂは、パルス電流を通電
したときのワイヤ溶着金属の形状を示す図であ
る。

Claims

【特許請求の範囲】

１直径が0.2mmないし0.6mmのフイラワイヤを自
動送給し、フイラワイヤと被溶接物間に交流また
は直流電流を通電してフイラワイヤを予熱し、非
消耗電極にパルス電流を通電するとともに、パル
ス電流の通電時にフイラワイヤの送給速度を増加
させて、フイラワイヤ送給速度をフイラワイヤの
溶着量が25［gr／min］以上を得る速度にして溶
接する非消耗電極アーク溶接方法。