JPH03477A - 複合熱源による溶接装置 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） この発明は、異なる種類の熱源を組み合せた複合熱源に
よる溶接装置に関する。

（従来の技術） 一般に、溶接装置として、電極が消耗するものと消耗し
ないものとがある。電極が消耗する溶接Ｈ置としてミグ
溶接やナブマージ溶接があり、重陽が消耗しない溶接装
置としてティグ溶接やプラズマ溶接等がある。

まず、消耗電極の代表としてミグ溶接を説明する。ミグ
溶接は、第６図に示すように、ミグワイヤ１と母材２と
の間にミグ電極３Ａから電圧を印加して、ミグアーク４
Ａを発生させるものである。

このミグアーク４Ａの発生により、ミグワイヤは先端が
溶融されて溶滴となり、母材２へ移行して溶着する。こ
のとき、母材２は、ミグアーク４Ａによる熱および溶着
した高温の溶滴からの熱によって溶融され、溶接が行な
われる。

ミグアーク４Ａにより溶融された金属は、シールドガス
５によって酸化から保護される。また、ミグワイヤ１の
先端は、溶融によって母材２からの高さが上昇するため
、送給モータ６によりミグワイヤ１が送給されて、ミグ
アーク４Ａの長さが一定になるよう制御される。このミ
グ溶接では、ワイヤ溶融母は、第７図のように溶接電流
の増加と共に増大する関係にある。また、ミグワイヤ１
自体からミグアーク４Ａが発生しているため、溶着金属
量は比較的多くなる特性を有する。

次に、非消耗電極の代表としてティグ溶接を説明する。

第８図に示すようにティグ電極７と母材２との間にティ
グＥ　ｈ　３　Ｂから電圧を印加し、ティグアーク４Ｂ
を発生させ、このティグアーク４Ｂによる熱で母材２を
溶融さぼる。母材２の溶融した部分に溶加棒８を供給す
る。溶加棒８は、高温のティグアーク４Ｂと溶融池の熱
によって溶融される。溶融された金属はシールドガス９
により酸化から保護される。プラズマ溶接も、熱源の違
いはあるが、ティグ溶接に類似している。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上述のような早熟′ａ（ミグアーク４Ａ
、ティグ７−り４Ｂ）においては、次のような欠点があ
る。まず、ミグ溶接装置のような消耗電極の場合、前述
のようにワイヤ溶融通が溶接電流によって決まるので、
溶着金属量の制御は溶接電流を制御することにより行な
われる。また、母材２への熱的影響（ダメージ）は、ア
ーク熱と母材２へ移行した高温のワイヤ溶融金属からの
熱とに依存するので、比較的深い溶込みとなる。したが
って、溶接電流を制御してワイＶ溶融量を変化させると
、母材２の溶込み深さが変化してしまうおそれがある。

次に、ティグ溶接装置のような非消耗電極の場合には、
アーク熱で母材２が溶融されるが、外部から挿入される
溶加棒８が溶融池を冷却する作用をするので、母材２の
溶込みは消耗電極の場合に比べてかなり少なくなる。こ
の非消耗電極の場合には、溶着金ぶ♀は、挿入する溶加
棒８の舟で１１１郊できるが、その範囲が狭い欠点があ
る。また、溶接電流によって母材２の溶込み深さが変化
する。

このような特性を持った単熱源で、例えばある開先を全
線に亘って同一パス数で溶接する場合、機械加工された
開先であっても、組立時の間隙や溶）き時の熱変形等に
よって、溶接すべき開先断面積は不均一になっている。

このような不均一な開先断面を多層バス溶接すると、溶
接箇所に大きな凹凸が生ずる。この凹凸を防ぐために何
らかの方法で、例えば工学的に開先断面積を測定しなか
ら溶着金属量を制御することが考えられる。この溶着金
属最の制御は、溶接電流を制御するかまたは溶接速度を
制御することにより行なう。しかし、溶接電流や溶接速
度を制御すると母材の受ける熱四が部分的に変化し、母
材ダメージすなわち溶込み深さ等が変化して品質面で問
題が生ずるおそれがある。これは、単独熱源の原理的な
制約である。

この発明は、上記事実を考慮してなされたものであり、
単熱源での原叩的制約を除去して画材の溶込み深さ等の
母材ダメージを一定にしつつ、溶着金属口を変化させる
ことができる複合熱源による溶接装置を提供することを
目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） この発明は、例えばガス炎、レーザ光、ティグアークあ
るいはプラズマアーク等のように比較的質量の小さな第
１熱源を発生する第１溶接装置が、ミグ７−りやす７マ
ージ７−りのように’５ｆｆｉの大きな第２熱源を発生
ずる第１溶接装置の外側に配置されて、上記第１熱源が
第２熱源を囲むように設けられ、上記第１熱源の出力が
単独で用いられた場合に、母材へのダメージを一定化し
得る領域に調整可能に構成されたことを特徴とするもの
である。

（作用） したがって、この発明に係る複合熱源による溶接装置に
よれば、第１熱源が第２熱源を囲み、第１熱源の出力が
単独で用いられた場合に、母材へのダメージを一定化し
得る領域に調整されたので、第２熱源の出力を変化させ
て母材への溶着金属量を変化させても、第１および第２
熱源が母材に与えるダメージを広範囲に亘って一定に維
持できる。

（実施例） 以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は、この発明に係る複合熱源による溶接装置の一
実施例を示す断面図である。

複合熱源による溶接装置１０は、第１溶接装置としての
プラズマ溶接装置１１を第２溶接装置としてのミグ溶）
妄装置１７の外側に配置して、プラズマ溶接装置１１か
らの第１熱源としてのプラズマアーク２９が、ミグ溶接
装置１７からの第２熱源としてのミグアーク３１を囲む
ようにして構成される。このうち、プラズマ溶接装置１
１はプラズマ電ｖＡ１２、チップ１３およびプラズマ電
源１４を有して構成され、プラズマＴｉ源１４は電源部
１５と出力調整部１６で構成される。また、ミグ溶接装
置１７はミグ電極１８、ミグワイヤ１９およびミグ電極
２０を有して構成され、ミグ電源２０は電源部２１と出
力調整部２２で構成される。

プラズマ溶接装置１１のプラズマ電極１２は中空の円筒
形状であり、内周部に内側絶縁筒２３を介してミグ電極
１８が配置される。この内側絶縁筒２３内にプラズマガ
ス２４が供給される。また、プラズマ電極１２の外側に
は外側絶縁筒２５を介して、チップ１３が配設される。

このチップ１３は、プラズマ電極１２全体を覆うように
設けられる。チップ１３の外側は外筒２６で囲まれ、こ
の外Ｗ　２６　Ｊ’３よびチップ１３間にシールドガス
２７が供給される。

プラズマ電源１４は、プラズマ電極１２にプラズマ電流
を給電し、プラズマ電極１２と母材２間に電圧を印加す
る。このプラズマ電流はプラズマ電源１４の出力調整部
１６にて調整される。また、チップ１３にはスイッチ２
８を介して、母材２とプラズマ電極１２との電位と略同
電位、またはそれ以下電位を生じさせる電圧を印加する
。チップ１３に電圧を印加するのは、作動当初プラズマ
電極１２およびチップ１３間にパイロットアークを発生
させるためである。このパイロットアークの助けにより
、プラズマ電極１２と母材２間にプラズマアーク２９が
容易に発生する。前記シールドガス２７は、このプラズ
マアーク２９の外側に存在する。

ミグ溶接装置１７のミグ電極１８は、同筒形状であり、
内部にミグワイヤ１９が貫通される。ミグワイヤ１９は
送給モータ３０によって送給される。ミグ電源２０はミ
グ電極１８と母材２に接続され、ミグ電極１８を介して
ミグワイヤ１９にミグ７Ｉｉ流を給電し、ミグワイヤ１
９と母材２の間にミグアーク３１を発生させる。ミグ電
流はミグ電源２０の出力調整部２２にて調整される。ま
た、ミグアーク３１はプラズマアーク２９によって周囲
を包み込まれた状態に維持される。

次に、作用効果を説明する。

まず、スイッチ２８を閉じて、プラズマ電源１４からプ
ラズマ電極１２、チップ１３および母材２に電圧を印加
する。すると、プラズマ電極１２およびチップ１３間に
パイロット７−りが発生し、このパイロットアークによ
り母材２へのアーク移動が容易になる。母材２にアーク
が移動してプラズマアーク２９が発生したら、スイッチ
２８を切りパイロットアークを消す。

ところで、一般に、プラズマアーク２９等のように比較
的質丘の小さい熱源で加熱すると、第５図のように母材
のダメージ（例えば溶込み深さ等）がプラズマアーク２
９のエネルギに対して略一定となる領域Ａが生ずる。こ
の＃４域Ａの範囲は母材の大きさ、材質およびエネルギ
の種類等によって異なり、母材の板厚が厚（なれば熱源
エネルギの高い側へ移動し、その範囲も広くなる。第２
図は、２０ｍの板厚のアルミニウム板上にプラズマアー
ク２９を照射し、速度４００履／分で溶接装置１０を走
行させた場合のプラズマ電流と溶込み深さ・ビード幅と
の関係を示すグラフである。この場合、第５図の領域Ａ
に相当するものは、プラズマ電流が約２２０〜２６ＯＡ
の範囲にある場合である。

そこで、この一実施例における溶接装置１０では、パイ
ロットアークを消した後、出カニＡ１部１６によってプ
ラズマ電流を、プラズマアーク２９の出力が第５図の領
域Ａに相当する２５０Ａに調「する。

次に、ミグ７ｉ源２０からミグワイヤ１９および母材２
間に電圧を印加し、ミグアーク３１を発生させる。ミグ
アーク３１はプラズマアークに包み込まれるので、ミグ
アーク３１の外乱要因がプラズマアーク２９によって除
外され、２件範囲の広い安定したアークとなる。

また、プラズマアーク２９によって母材が適度に予熱さ
れる。さらに、プラズマアーク２９がミグワイヤ１つを
予熱させるのでミグワイヤ１つの溶融が促進される。し
かも、プラズマ電流が２５０Ａに設定されて、プラズマ
アーク２９の出力が第５図の領域Ａの範囲内にある。こ
れら母材２の予熱とミグワイヤ１９の溶融促進とプラズ
マアーク２９の出カニｊＡ整とにより、ミグ電流を変化
させても母材２が受けるダメージを（よぼ一定にできる
。

この実施例の効果を第３図および第４図によって確認す
る。

第３図は、板厚２０ｒｙｓのアルミニウム母材２にプラ
ズマ電流２５ＯＡを給電し、溶接装置１ｏを走行速１１
４００〜／分で移動させたときに生ずる、ミグ電流に対
する母材２の溶込み深さ・ビード幅をグラフにしたもの
である。この第３図によれば、ミグ電流の広い範囲に亘
って、母材２の溶込み深さやビード幅が一定になってい
ることがわかる。

この第３図に示ずように、ミグ電流を増加しても母材２
の溶込み深さやビード幅に変化がないので、溶着金ｉｎ
を変化させるべく第７図に示すようにミグ電流を変化さ
せてミグワイヤ溶融量を増減しても、母材２のダメージ
を一定に維持できる。

一方、第４図はプラズマ電流を１５０Ａとして、プラズ
マアークの出力が第５図の領域Ａの範囲から外れた場合
におけるミグ電流と母材の溶込み深さ・ビード幅との関
係を示すグラフである。この場合は、ミグ電流の増加と
共に、母材２のダメージが増加しているので、ミグ電流
を変化させてミグワイヤ溶融Ｍ、つまり溶着金居ヱを制
御すると、母材２の溶込み深さやビード幅が変化してし
まう。

上述のように、上記実施例によれば、プラズマアーク２
９がミグアーク３１を囲み、プラズマ電流がプラズマア
ーク２９を単独で溶接に用いた場合に母材２に与えるダ
メージ（ｒｇ込み足やビード幅）を一定にし得る２５Ｏ
Ａに調整されているので、ミグ電流を変化させてミグワ
イヤ溶ＩＪｆｆｉを変え、母材２への溶着金属品を変化
させても、母材２へのダメージを均一に維持できる。

なお、上記実施例では、ミグ溶接装置１７の外側にプラ
ズマ装置１１が配置されるものにつき説明したが、第２
溶接装置としてのミグ溶接装置１７の外側にガス溶接装
置、レーザ溶接装置およびティグ溶接装置等の第１溶接
装置を配置してもよく、さらに第２溶接装置としてのサ
ブマージアーク溶接装置の外側にガス溶接装置、レーザ
溶接装置、ティグ溶接装置あるいはプラズマ溶接装置等
を配置してもよい。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明に係る複合熱源による溶接装置
によれば、第１熱源を発生する第１溶接装冒が第２熱源
を発生する第２溶接装置の外側に配置されて、上記質漬
の小さな第１熱源が上記質ｍの大きな第２熱源を囲むよ
うに設（プられ、上記第１熱源の出力が、単独で用いら
れた場合に母材に与えるダメージを一定化し得る領域に
調整可能に構成されたことから、母材へのダメージを一
定にしつつ、母材への溶着金属吊を変化させることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る複合熱源による溶接装置の一実
施例を示す断面図、第２図はこの実施例によるプラズマ
アーク単独で用いた場合の母材のダメージを示すグラフ
、第３図および第４図はこの実施例の効果を示し、プラ
ズマアークの出力が適正である場合および適正でない場
合の母材のダメージをそれぞれ示すグラフ、第５図はプ
ラズマアークによって加熱した場合の母材のダメージを
示すグラフ、第６図はミグ溶接の原理を示す構成図、第
７図はミグ溶）妄における溶接電流（ミグ電流）とワイ
ヤ溶融量との関係を示すグラフ、第８図はティグ溶接の
原理を示す構成図である。 １０・・・複合熱源による溶接装置、１１・・・プラズ
マ溶接装置、１２・・・プラズマ′電極、１３・・・チ
ップ、１４・・・プラズマ電源、１７・・・ミグ溶接装
置、１８・・・ミグ電極、１９・・・ミグワイヤ、２ｏ
・・・ミグ電源、 ２７・・・シールドガス、 ２９・・・プラズマアー ク、 １・・・ミグアーク。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 第１熱源を発生する第１溶接装置が第２熱源を発生する
   第２溶接装置の外側に配置されて、上記質１の小さな第
   １熱源が上記質量の大きな第２熱源を囲むように設けら
   れ、上記第１熱源の出力は単独で用いられた場合に、母
   材へのダメージを一定化し得る領域に調整可能に構成さ
   れたことを特徴とする複合熱源による溶接装置。