JPH03471A - ティグ溶接方法 - 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、ティグ溶接、特にアルミニウムやその合金な
どの交流ティグ溶接において、母材への入熱および溶込
み深さを制御するための方法および装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、ティグ溶接における母材への入熱や溶込み深さを
制御する方法としては、特開昭５５−１２０４８３号に
記載のように、アーク長を略一定に保ちながら溶接電流
の平均値を数Ｈｚ程度で周期的に変化させる、低周波パ
ルス溶接法とよばれる方法が知られている。その−例を
示すと、第８図のようである。しかし、アーク長が母材
への入熱や溶込み深さに及ぼす影響については考慮され
ていなかった。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、溶融池が過大になると電流を低減させ
て熔融金属の凝固を促進させ、溶融池が安定な状態にな
ると再び電流を増して溶融を開始させる操作を周期的に
繰り返すことにより、裏波溶接における溶は落ちや全姿
勢溶接におけるビート表面の垂れを抑制するための制御
法として利用されているが、溶接電流の平均値を変化さ
せるのみでは、母材への入熱や溶込み深さを制御できる
範囲に限界があった。

本発明の目的は、従来知られていないアーク長と溶込み
深さの関係を利用し、アーク長を変化させることによっ
て、母材への入熱や溶込み深さを制御する、新規かつ有
用な方法および装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

溶接電流、溶接速度を一定としてアーク長を変化させる
と、アーク圧力Ｐ、はアーク長の増加とともに減少し、
第４図のように変化する。

一方、アーク長の増加とともにアーク電圧は上昇するた
め、母材への入熱Ｗ３はアーク長が伸びるに従って増加
し、第５図のようになる。

ティグ溶接における溶込み深さは、母材の溶融に寄与す
る入熱Ｗ、と、その溶融金属を押し下げる力すなわちア
ーク圧力Ｐ、によって決定されると考えられる。

よって、溶込み深さＰＤは上記Ｐ１およびＷ３を用いて
、 ＰＤ＝ａ　ｐａ＋ｂｗＩＩ＋ｃ （ａ＋　　ｂ＋　　ｃ；溶接条件などで決まる定数）と
表わすことができ、第４図および第５図より、アーク長
ｌと溶込み深さＰＤの間には第６図のような関係が成立
することになる。

すなわち、従来良く知られているｌとＰＤが略反比例す
る領域Ａ（第１の領域）のほかに、ｌに関係なくＰＤが
略一定で、かつ最小のＰＤが得られる領域Ｂ（第２の領
域）およびｌとＰＤが略比例する領域Ｃ（第３の領域）
が存在する。また、領域Ｃでは、領域Ａよりも深いＰＤ
を得ることもできる。

このような新知見に基づき、本発明に係るティグ溶接の
制御方法は、前記第１の領域Ａ、第２の領域Ｂおよび第
３の令頁域Ｃが得られるような略定電流特性の溶接電源
を用いて行うティグ溶接において、アーク長が前記第１
〜第３の領域のうちの少なくとも２つ以上の領域に交互
に入るように、周期的にアーク長を変化させることを特
徴とする。

また、本発明に係るティグ溶接装置は、上記方法を実施
するために、少なくとも２つ以上のアーク電圧を設定す
る手段、その設定電圧を切換える手段、設定された時間
ごとに前記設定電圧のいずれか一つを選択するよう前記
切換手段に指令する手段、溶接中のアーク電圧を検出す
る手段および検出されたアーク電圧が選択された前記設
定電圧の１つと一致するように溶接トーチの位置を制御
する手段を備えている。

（作用〕 第６図に示すアーク長ｌと溶込み深さＰＤの関係から、
アーク長Ｅを領域ＡとＢの間あるいはＢとＣの間で周期
的に変化させることによって、溶接電流を変化させなく
とも溶込み深さを制御することができる。

また、アーク長２を領域ＡとＣの間で周期的に変化させ
ると、溶込み深さを一定に保ちながら母材への入熱量を
制御するといった溶接方法も可能となる。

［実施例］ 本発明の方法を実施するための溶接装置の構成例を第１
図に示す。図において、１は溶接トーチ３と母材４の間
に交流溶接用の所定の出力を供給するための略定電流特
性の溶接電源、２は溶接電流ｉを検出する電流検出器、
６はアーク電圧Ｖ。

を検出し、ｖｌの値に対応した信号を出力する電圧検出
器である。５は電圧検出信号の０Ｎ１０ＦＦスイツチで
、電流検出器２で電流が検出されている間のみＯＮとな
って、電圧検出器６にアーク電圧を入力する。１１は矩
形波信号発生器で、その高・低レベル信号持続時間Ｔ　
ｒ　、　Ｔ　ｔは高レベル信号時間設定器１２および低
レベル信号時間設定器１３で決められる。１５．１６は
アーク長に対応するアーク電圧ｖａ　Ｉ　ｒ　　ｖｌｌ
　２を設定するための電圧設定器、１４は設定電圧の切
換スイッチで、矩形波信号発生器１１がらの指令によっ
て、上記高・低しベ信号時間設定器１２．１３にそれぞ
れ対応する電圧設定器１５．１６の設定電圧のうちのい
ずれか１つを選択する。１０は誤差増幅器で、電圧設定
器１５（または１６）で設定された値と電圧検出器６で
検出された値とが一致するようにモータ８の制御回路９
にフィードバック制御信号を送る。７は溶接トーチ３の
位置を制御するためのトーチ移動機構で、モータ８によ
り駆動される。

上記第１図の溶接装置を用いた溶接の主な動作の一例を
示すと第２図のようであり、溶接電流（平均値）を一定
としてアーク長（電極・母材間距離）を変化させる。

例えば、板厚３龍のアルミニウム合金Ａ　５０５２の突
合せ継手を溶接電流１００Ａ、溶接速度３００　＊■／
ｍｉｎで交流ティグ溶接する際に、アーク長を３鶴一定
とすると１鶴程度しか溶込み深さが得られず、裏波ビー
ドは全く得られなかったが、アーク長を５鰭と１０　ｍ
ｍの間で０．５秒ごとに変化させると良好な裏波ビード
が得られた。この場合のアーク長と溶込み深さの関係を
示すと、第７図のようである。

すなわち、アーク長３鳳蔵は第６図における領域Ａに入
り、アーク長５鰭と１０酎は、それぞれ第６図における
領域ＢとＣに入る。

また、板厚１鶴のアルミニウムＡｌ１００の突合せ継手
を溶接電流１００Ａ、溶接速度３００ｍｍ／ｍｉｎで交
流ティグ溶接する際に、アーク長を２ｆｌ一定とすると
溶は落ちが生じ、良好な溶接が行えなかったが、アーク
長を２１１と４龍の間で０．２５秒ごとに変化させると
良好な溶接結果が得られた。アーク長と溶込み深さの関
係は第７図とほぼ同じ傾向であるため図示を省略するが
、アーク長２１■と４Ｂは、それぞれ第６図における領
域ＡとＢに入る。

さらに、板厚５鶴のアルミニウム合金Ａ　５０５２の隅
肉継手を溶接電流２００Ａ、溶接速度２００ｍｍ／ｍｉ
ｎで交流ティグ溶接する際に、アーク長を３鰭と８龍の
間で１秒ごとに変化させると、平均電流２０ＯＡでの交
流低周波パルス溶接（ビーク電流２５０Ａ、ベース電流
１５０Ａ、パルス周波数０．５Ｈｚ、ピーク時間比率５
０％）と類似の溶接結果が得られた。

この場合もアーク長と溶込み深さの関係は第７図とほぼ
同じ傾向であるため図示を省略するが、アーク長３龍と
８−１は、それぞれ第６図における領域ＡとＣに入る。

なお、上記実施例ではアーク長を２つの領域の間で変化
させたが、継手形状や施工方法によってはＡ、Ｂ、Ｃａ
５Ｊｒ域の間で変化させた方が良い場合もある。

また、第３図のようにアーク長とともに電流も変化させ
ると、より一層広い範囲で溶込み深さや母材入熱の制御
ができることは言うまでもない。

アーク長の変化は第１図のようにトーチ移動機構を用い
、自動的に制御する方が均一な溶接結果を得やすいが、
簡易的に手動で変化させても本発明の作用が損われるこ
とはない。

第６図に示す□アーク長と熔込み深さの関係は交流ティ
グ溶接のみでなく、直流ティグ溶接においても近似的に
成立する。したがって、母材の材質および板厚に応じて
必要な入熱量を確保できるように電流とアーク長を設定
すれば、アルミニウムやその合金以外の材料を対象とし
た直流ティグ溶接においても本発明の適用が可能である
。

〔発明の効果〕

本発明によれば、溶接電流を一定としたままで溶込み深
さの制御が可能となり、高価なパルス溶接電源を要せず
に溶は落ちやビード垂れのない良好な溶接が行える。ま
た、溶込み深さを変化させずに、母材への入熱を制御す
ることもできる。

さらに、従来公知のパルス溶接を組み合せることによっ
て、溶込み深さや母材入熱をより広範囲に制御すること
ができ、厚板の裏波溶接や高速での溶接が一層良好に行
えるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法を実施するための溶接装置の構成
例を示すブロック図、第２図および第３図はタイムチャ
ートによる本発明の動作説明図、第４図〜第６図は本発
明の基になる現象の説明図、第７図は本発明の実施例に
おけるアーク長と溶込み深さの関係を示す線図、第８図
は従来例のタイムチャートによる説明図である。 １・・・溶接電源、３・・・溶接トーチ、４・・・母材
、６・・・電圧検出器、７・・・トーチ移動機構、８・
・・モータ、９・・・モータ制御回路、１０・・・誤差
増幅器、１１・・・選択指令用矩形波信号発生器、１２
．１３・・・高・低レベル信号時間設定器、１４・・・
切換スイッチ、１５．１６・・・電圧設定器、Ａ、Ｂ、
Ｃ・・・アーク長と溶込み深さの関係の分類を示す領域
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、アーク長と溶込み深さが略反比例する第１の領域、
   第１の領域より長いアーク長で溶込み深さがアーク長に
   よってほとんど変動しない第２の領域および第２の領域
   より長いアーク長で溶込み深さがアーク長に略比例する
   第３の領域が得られるような略定電流特性の溶接電源を
   用いて行うティグ溶接において、アーク長が前記第１〜
   第３の領域のうちの少なくとも２つ以上の領域に交互に
   入るように、周期的にアーク長を変化させることを特徴
   とするティグ溶接の制御方法。 ２、請求項１記載の方法を実施するために、少なくとも
   ２つ以上のアーク電圧を設定する手段、その設定電圧を
   切換える手段、設定された時間ごとに前記設定電圧のい
   ずれか１つを選択するよう前記切換手段に指令する手段
   、溶接中のアーク電圧を検出する手段および検出された
   アーク電圧が選択された前記設定電圧の１つと一致する
   ように溶接トーチの位置を制御する手段を備えたティグ
   溶接装置。