JPH035078A - 交流ティグ溶接方法および装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は交流ティグ溶接方法および装置に係り、特にア
ルミニウムおよびその合金などの溶込み深さを制御する
のに好適な交流ティグ溶接方法および装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、交流ティグ溶接において溶込み深さの制御をする
場合、たとえば特開昭５４−１２１２５５号公報に記載
されているように、棒マイナス（以下、ＥＮと略す。）
電流の平均値と棒プラス（以下、ＥＰと略す。）電流の
平均値との比率を変化させていた。また、最近の溶接電
源のインバタ化にともない、たとえば特開昭６３−１３
６７７号公報に記載されているように、ＥＰ雷電流ＥＮ
期間を一定とし、ＥＮ電流で溶込み深さを制御する方法
も提案されている。

〔発明が解決しようとする課題〕 第８図は、商用周波数での交流溶接とＥＮ直流溶接にお
けるアークの集中性を比較する手段として、アーク圧力
を測定した結果を示すものである。

同図から、交流溶接ではＥＮ直流溶接に比べ、アークが
拡がり、アーク圧力は１／２以下であることがわかる。

すなわち、交流溶接では、陰極点が電極に形成されるこ
とにより集中したアークとなるＥＮ期間と、陰極点が母
材表面を不規則に移動することにより分散したアークと
なるＥＰ期間を交互に繰り返すため、ＥＮ期間のみの直
流溶接に比べ、アクの集中性が低下する。

この結果、溶接電流を小さくする必要がある場合、アー
クが集中せず、溶接作業性が悪いという問題点があった
。

しかしながら、上記した２つの公知例において、前者は
交流周波数がアークの集中性に与える影響については検
討していない。また、後者もＥＰ期呵比率を小さくする
ことにより・交流周波数が多少変化することになるが、
交流周波数がアークの集中性に与える影響については検
討していない。

本発明の目的は、上記した課題を解決し、アルミニウム
またはアルミニウムの合金などの交流ティグ溶接におい
て、小電流域でのアークの集中性を向上させ小電流域か
ら大電流域に至るまで、溶接作業性を向上させるのに好
適な交流ティグ溶接方法および装置を提供するにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者は、さらに溶接試験を重ね、交流周波数が溶接
作業性に及ぼす影響について調べた。この結果、上記し
た課題は、溶接時の交流周波数を高く設定するとともに
アーク起動時またはアーク停止時のうちのいずれか一方
もしくは両方の交流周波数を溶接時の交流周波数よりも
低く設定することにより解決されることを見出した。

〔作　　　用〕

溶接電流を一定に維持して、交流周波数を変化させると
、第６図ないし第７図に示すように、交びビード幅ＢＷ
は増加し、クリーニング幅ＣＷは減少する。すなわち、
溶接電流が同じでも、交流周波数を高く設定すれば、ア
ークの集中性を向上させることができ、溶接作業性を向
上させることができる。

一方、母材がアルミニウムおよびその合金の場合、ＥＮ
期間では電子が電極から容易に放出されるためアーク電
圧は低くなるものの、ＥＰ期間では電子が母材から放出
されにくいためアーク電圧は高くなる。この傾向は母材
に溶融池が形成されている溶接期間中にくらべて溶融池
が形成されていないアーク起動時において著しく、アー
ク起動時にはアークが発生しない状態が生じやすくなる
。

また、特に溶込み深さの深い溶接をする場合、溶接終了
部であるアーク停止部において、最終凝固部を中心とし
た割れや収縮穴が発生しやすい。

従って、アーク起動時の交流周波数を低くすることによ
りアークスタートが容易となり、溶接時には交流周波数
を高くすることにより集中したアークおよび深い溶込み
を得ることができ、アーク停止時の交流周波数を低くす
ることにより最終凝固部の品質を向上させることができ
る。

〔実　施　例〕

第１図は本発明を実施するための交流ティグ溶接装置の
第１の実施例を示すものである。

同図において、１は商用周波数の交流を直流に整流する
入力側整流器。２はＭＯＳ−ＦＥＴで構成された入力側
インバータで、上記直流を２０ｋＨｚ程度の高周波交流
に変換する。３は上記高周波交流のパルス幅を制御する
パルス幅制御回路。

４は溶接トランスで、入力側は上記入力側インバータに
接続されている。５は溶接トランス４の出力側に接続さ
れた出力側整流器で、上記高周波交流を再び直流に変換
する。６は電流検出器。７は出力側整流器５で整流され
た直流出力を平滑にするための直流リアクタ。８は交流
溶接を行うため、直流を再び交流に変換するための出力
側インバータ。なお、出力側インバータ８は、後述する
周波数設定器９ａ、９ｂ、９ｃと可変のＥＰ期間比率（
ＥＰ期間十ＥＮ期間）］で設定される矩形波発生器１１
からの信号に基づき、駆動回路１２により制御され、溶
接トーチ１３に保持された電極１４と母材１５との間に
交流出力を印加する。１６は切換装置。１７は溶接作業
の順序に応じて交流周波数を設定するための溶接条件設
定装置で、切換装置１６の接点を切換え、周波数設定器
９ａ、９ｂ、９ｃのいずれか１個を矩形波発生装置１１
に接続する。

１８は溶接電流設定器で、誤差増幅器１９を介してパル
ス幅制御回路３に接続されている。そして、溶接時、誤
差増幅器１９は、電流検出器６により検出した出力側イ
ンバータ８への入力電流値と溶接電流設定器１８により
設定された溶接電流値に対応する電流値とを比較し、電
流検出器６を流れる入力電流値の平均値が溶接電流値に
対応する電流値になるように、パルス幅制御回路３を制
御する。すなわち、周波数設定器９ａ、９ｂあるいは周
波数設定器９ｃのいずれに対しても、電流検出器６を流
れる入力電流値の平均値は溶接電流値に対応する入力電
流値に維持される。

以下、動作について説明する。

溶接をするにあたり、溶接するワークに応じて予め溶接
条件を設定しておく。すなわち、溶接電流設定器１８に
より溶接電流値を、周波数設定器９ａによりアーク起動
時の交流周波数を、周波数設定器９ｂにより溶接時の交
流周波数を、周波数設定器９ｃによりアーク停止時の交
流周波数を、また、ＥＰ期間設定器１０によりＥＰ期間
比率を設定しておく。ここで、交流出力の周波数の設定
は、すでに求めであるデータ、たとえば、第６図あるい
は第７図を参照して設定する。なお、第６図は、板厚３
ｍｍのアルミニウム合金（Ａ　５０５２）を、溶接電流
１００Ａ、ＥＰ期間比率３０％、電極と母材との距離３
ｍｍ、溶接速度３００ｍｍ／　ｍ　ｉ　ｎ、シールドガ
スＡｒ１０１／ｍｉｎでティグ溶接したときの溶込み深
さＰＤ、ビード幅ＢＷ、およびクリーニング幅ＣＷのデ
ータである。

また、第７図は、板厚６ｍｍのアルミニウム（Ａ３０％
、電極と母材との距離３ｍｍ、溶接速度２５０ｍｍ／ｍ
ｉｎ、シールドガスＡｒ１５　１／ｍｉｎでティグ溶接
したときの溶込み深さＰＤ、ビード幅ＢＷ、およびクリ
ーニング幅ＣＷのデータである。

そして、溶接時には、溶接条件設定装置１７からの指令
により、溶接作業の順序に応じた周波数で溶接する。す
なわち、第２図に示すように、アク起動信号発生中は低
周波交流で、アーク起動信号が終了すると高周波交流へ
移行し、アーク停止信号が加えられると高周波交流から
再び低周波交流に変化する。

第３図は本発明を実施するための交流ティグ溶接装置の
第２の実施例を示すものである。

この第２の実施例は、上記第１の実施例における溶接電
流設定器１８を溶接電流設定器１８ａ、１８ｂ、１８ｃ
の３個とし、切換装置２０を介して誤差増幅器１９に接
続したものである。

そして、第４図に示すように、アーク起動信号ｎ期間中
あるいはアーク停止信号Ｔｃ期間中では、溶接電流と交
流周波数が同時に変化する。

なお、第２の実施例においては、タイマ回路を用いてア
ーク起動信号およびアーク停止信号を発生するようにし
たが、上記した第１の実施例を含め、手動溶接の場合に
はトーチスイッチ（図示せず）信号を用いてもよいこと
は言うまでもない。

ところで、交流ティグ溶接では、ＥＰ期間比率を変化さ
せても上記した交流周波数を変化させるのと類似の効果
が得られることは良く知られている。そして、交流周波
数と同時にＥＰ期間比率を変化させると、本発明はより
効果的なものとなる。

第５図は本発明を実施するための交流ティグ溶接装置の
第３の実施例を示すものである。

この第３の実施例は、上記第２の実施例におけるＥＰ期
間比率設定器１０をＥＰ期間比率設定器１０ａ、１０ｂ
、ｌｏｃの３個とし、切換装置２１を介して矩形波発生
器１１に接続したものであり、たとえば、水平固定管の
全姿勢溶接に有効である。すなわち、水平固定管の全姿
勢溶接では、初層、中層、最終層で溶接条件を変えるだ
けでなく、溶接姿勢によっても溶接条件を変える必要が
あるから、溶接電流とＥＰ期間比率だけでなく、周波数
を変えることにより、均一な溶接部を得ることができる
。

なお、上記した第２、第３の実施例において、切換装置
１６．２０，２１は個別でも、あるいは連動して切換え
るようにしてもよい。

さらに、上記した第１〜第３の実施例においては、電流
や交流周波数を段階的に変化させたが、これらをスロー
プ状に変化させてもよい。

また、アーク起動時とアーク停止時の交流周波数は同一
でも良いし、商用周波数としてもよい。

また、アーク起動時、溶接時、アーク停止時の周波数を
個別に設定するようにしたが、溶接時の交流周波数を基
準値として、アーク起動時あるいはアーク停止時の交流
周波数を基準値の数１０％程度の値に自動設定するよう
にすれば、制御回路を簡単にすることができる。

〔発明の効果〕

ニウムまたはアルミニウム合金などの交流ティグ溶接に
おいて、交流周波数を高くすることにより小電流でのア
ークの集中性を向上させることができる。さらに、アー
ク起動時やアーク停止時には交流周波数を低く設定する
から、アーク起動時にアークが切れることもなく、また
、特に溶込み深さの深い溶接をする場合であっても、ア
ーク停止部すなわち最終凝固部の品質を向上させること
ができる。

従って、溶接作業性および溶接品質を向上させることが
できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による交流ティグ溶接装置の第１の実
施例図。第２図は第１の実施例の動作を説明する図。第
３図は本発明の第２の実施例図。 第４図は第２の実施例の動作を説明する図。第５図は本
発明の第３の実施例図。第６図ないし第７図は本発明に
よる周波数を設定するときに使用するデータの例。第８
図はアーク圧力の測定結果で１・・・入力側整流器、 ２・・・入力側インバータ、 ３・・・パルス幅制御回路、 ４・・・溶接トランス、　　５・・・出力側整流器、８
・・・出力側インバータ、 ９ａ、９ｂ、９ｃ・・・周波数設定器、１０．１０ａ、
ｌｏｂ、　　１０ｃｍ　・・ＥＰ期間比率設定器、　　
１４・・・電極、 １５・・・母材、 １６．２０．２１・・・切換装置、 １７・・・　溶接条件設定装置、 １８．１８ａ、１８ｂ、１８ｃ・・・溶接電流設定器、
　　　１９・・・誤差増幅器、 交え４＝ｌ費（［市］ 特開平３ ５０７８　（７）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、溶接時の交流周波数を商用周波数より高く設定する
   交流テイグ溶接方法において、アーク起動時またはアー
   ク停止時のうちの何れか一方もしくは両方の交流周波数
   を溶接時の交流周波数よりも低く設定することを特徴と
   する交流テイグ溶接方法。 ２、交流周波数の設定値に合わせて、溶接電流を変化さ
   せることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の交流
   テイグ溶接方法。 ３、交流周波数の設定値に合わせて、交流出力の１周期
   内における電極プラス期間と電極マイナス期間との比率
   を変化させることを特徴とする特許請求の範囲第１項ま
   たは第２項記載の交流テイグ溶接方法。 ４、非消耗性の電極と母材との間に交流出力を印加する
   交流テイグ溶接装置において、溶接電流を設定する電流
   設定手段と、電流設定手段に接続され電流設定手段の設
   定値に応じた直流出力を出力する直流電源と、直流電源
   に接続され直流出力を交流出力に変換する変換手段と、
   変換手段に接続され交流出力の１周期内における電極プ
   ラスと電極マイナスの期間を設定する期間設定手段と、
   変換手段に接続された第１の切換手段と、第１の切換手
   段に接続され交流周波数の周波数を設定する少なくとも
   ２つの周波数設定器と、第１の切換手段に接続された指
   令装置からなることを特徴とする交流テイグ溶接装置。 ５、電流設定手段が第２の切換手段と、第２の切換手段
   に接続された少なくとも２つの電流設定器であり第１の
   切換手段と第２の切換手段とを同期させたことを、特徴
   とする特許請求の範囲第３項または第４項何れかに記載
   の交流テイグ溶接装置。 ６、期間設定手段が第３の切換手段と、第３の切換手段
   に接続された少なくとも２つの期間設定器であり、第１
   ないし第３の切換手段の少なくとも２つを同期させたこ
   とを、特徴とする特許請求の範囲第４項または第５項何
   れかに記載の交流テイグ溶接装置。