JPH0351506B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、消耗電極を用いたアーク溶接方法に
係り、特に薄板の高速溶接に好適なアーク溶接方
法に関する。

〔従来の技術〕

従来、広く用いられているサイリスタ制御方式
のCO₂アーク溶接機には、電流リツプルの低減、
作業性の向上などのため、150〜300μH程度の比
較的大きいインダクタンスを持つ直流リアクタを
内蔵した溶接電源が使用されている。

第６図は、文献(1)（“CO₂、Ar＋CO₂アーク溶
接マニユアル”、大同特殊鋼）のp.25に記載され
たCO₂アーク溶接の適正条件範囲を示したもので
あるが、これによると、φ1.2mmワイヤ使用時、溶
接電流300A以上での溶接電圧の下限値（以下、
下限電圧と略称）はほぼ30V以上となつている。

これより低い電圧で溶接を行なうと、直流リア
クタの比較的大きいインダクタンスのために、短
絡が生じた際、それを開放するのに必要な短絡電
流が流れるまでの時間が長くなりすぎ、高速溶接
ではアーク切れなどのアーク不安定を生じる。文
献(1)のp.22に記載された施工条件の例を示すと第
７図のようであり、溶接速度はせいぜい1.2ｍ／
minまでである。

文献(2)（小山、他１；“インバータ制御CO₂／
MAG自動溶接機”、溶接技術、‘84年５月、p.45
〜50）によれば、インバータ制御溶接電源の高応
答性を利用して出力波形を制御することによつて
第８図のように低電圧域でのアークの安定性を改
善し、溶接速度を1.6ｍ／minまで向上させられ
ることが報告されている。しかし、下限電圧は
24V以上であり、２ｍ／min以上の溶接速度を得
るためには、アーク不安定を生じることなく、下
限電圧をさらに低下させなければならない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記のように従来技術では、CO₂またはAr＋
CO₂アーク溶接により薄板（板厚２mm程度）の溶
接を行なう場合、下限電圧が抑えられ、実用的に
２ｍ／min以上の溶接速度を得ることができなか
つた。

本発明の目的は、このような限界を克服し、ア
ークの安定性を確保しながら下限電圧を低下さ
せ、溶接速度を速める方法を提供することにあ
る。

〔問題点を解決するための手段〕 上記目的は、ほぼ定電圧特性の溶接電源を用い
て行なう消耗電極式アーク溶接において、溶接電
源の出力回路に接続する直流リアクタのインダク
タンスを20〜100μHとし、溶滴移行形態がドロツ
プ移行となるように溶接電流を300A以上とし、
母材表面から上のアーク長が２mm以下の埋れアー
クとなるように溶接電圧を設定して、２ｍ／min
以上の速度で溶接を行なうことによつて達成され
る。

〔作用〕

CO₂またはAr＋CO₂雰囲気中で溶接を行なう場
合、アーク長が長くなるほどアークは分散するか
ら、母材への熱集中性が悪化し、高速溶接では不
連続なビード形状、いわゆるハンピングビードや
アンダカツトが生じる。

アークを集中させ母材の溶融を確保するために
アーク長をできるだけ短く（アーク電圧をできる
だけ低く）することが、高速溶接では重要なこと
である。

しかし、アーク長が短い場合、ワイヤ先端に大
きい溶滴が形成されると、短絡が生じた際にそれ
を開放するのに時間がかかり、短絡中もワイヤは
送給されているから、ワイヤ送給速度の大きい高
速溶接では、ワイヤと母材が直接短絡して、アー
ク切れの発生などのアーク不安定を生じる。した
がつて、ワイヤ先端に比較的大きい溶滴が形成さ
れるグロビユール移行となるような中間電流域は
好ましくない。

ワイヤ先端に形成される溶滴が比較的小さいの
は、短絡移行およびドロツプ移行の場合である
が、短絡移行は200A以下の小電流域でのみ生じ
る現象であり、溶接速度はあまり速くすると入熱
不足を生じるから、高速溶接には適さない。高速
溶接に最も適する溶滴移行形態はドロツプ移行で
ある。

300A以上の電流域では、電磁ピンチ力で溶滴
が絞られ比較的小さい溶滴となつて移行する。こ
のような溶滴移行形態をドロツプ移行と称する
が、溶接中に不規則に生じるワイヤ送給変動、ア
ーク長変化などによつてやや大きい溶滴が生じる
ことがある。このような外乱に対してもアークを
安定に保つためには、従来のようなインダクタン
スの大きい直流リアクタを用いることはできず、
インダクタンスを小さくして電流の応答性を向上
させなければならない。

第２図は、本発明者がインバータ制御溶接電源
を用い、その出力回路に接続する直流リアクタの
インダクタンスを種々変えて300A以上の大電流
域での溶接実験を行なつた結果得られた溶接性と
インダクタンスの関係を示したものであり、イン
ダクタンスが110μH以上になると、アーク切れが
生じやすくなり、ビート外観が乱れ、母材に付着
するスパツタも多くなる。また、インダクタンス
があまり小さくても（18μH以下）、アークはやや
乱れやすくなり、スパツタの発生も多い。以上よ
りインダクタンスの値としては、20〜100μHが適
正であることが判明した。

直流リアクタのインダクタンスを20〜100μHに
設定し、溶接電流300A以上でφ1.2mmワイヤを用
いてCO₂アーク溶接を行なうと、溶接速度２〜４
ｍ／minにおける適正条件範囲は第１図に示すよ
うになり、前出の文献(1)、(2)ではアーク不安定を
生じた低電圧域でも安定したアーク状態が得られ
る。

電源特性としては、アーク長の自己制御作用を
活用できる直流定電圧特性が最も適しており、イ
ンバータ制御によるほぼ定電圧特性の溶接電源を
使用すれば、直流リアクタのインダクタンスを20
〜100μHの比較的小さい値としても、インバータ
の出力周波数が高いため、電流リツプルは十分低
減できる。

シールドガスとしては、CO₂またはCO₂に20％
（容積比）程度までのArを添加したものが良好に
使用される。

本発明の溶接方法は、CO₂アーク溶接機の最大
容量である500A程度までの大電流域での溶接に
適用可能である。

〔実施例〕

本発明の一実施例として、φ1.2mmのCO₂アーク
溶接用ソリツドワイヤを用い、ほぼ定電圧特性の
インバータ制御溶接電源（定格容量350A）に内
蔵する直流リアクタのインダクタンスを55μHと
し、溶接電流340A、溶接電圧23.5V、溶接速度４
ｍ／min、シールドガスCO₂・12.5／minの条
件で、板厚2.3mmの軟鋼の重ね隅肉溶接を行なつ
た。第３図はこのときの溶接電流・電圧のオシロ
波形を示し、短絡は瞬時に開放され、アーク切れ
のない良好な波形が得られている。

第４図はこのアーク状態を示したもので、１は
溶接ワイヤ、２は母材、３はアーク、４は溶滴、
５は溶融池、６はビード、７は溶接方向を示す矢
印であり、アーク長は極めて短く、母材表面から
上のアーク長が２mm以下の埋れアークとなつてい
る。母材は高速で移動する埋れアークによつて直
接溶融されるため、４ｍ／minといつた高速溶接
にもかかわらず、第５図に示すような溶け込みの
深い良好なビード形状が得られる。第５図におい
て、８は母材の熱影響部を示す。

直流リアクタのインダクタンスを種々変え、そ
れ以外は同様の条件で溶接実験を行なつたが、第
２図に示したように、20〜100μHのインダクタン
スでは、アーク状態、ビード外観、スパツタ発生
状況ともに良好な結果が得られた。

〔発明の効果〕

本発明によれば、溶接速度を２〜４ｍ／minと
従来の２倍以上にできるので、生産性が著しく向
上する。

また、高速溶接にもかかわらず溶け込みが深い
ため、良好な継手性能が得られる。

さらに本発明の溶接方法は、溶滴移行形態がド
ロツプ移行であり、かつアーク長が短いため、発
生するスパツタは小粒で、母材への付着はほとん
どなく、ノズルに付着したスパツタの除去も容易
であるという利点もあり、板厚２mm程度の薄板の
高速溶接に広く適用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による適正溶接条件範囲を示す
図、第２図は直流リアクタのインダクタンスと溶
接性の関係を示す図表、第３図は本発明の実施例
における溶接電流・電圧のオシロ波形図、第４図
は同アーク状態の説明図、第５図は同ビード断面
形状を示す図、第６図は文献(1)に記載された適正
溶接条件範囲を示す図、第７図はその施工条件の
例を示す図表、第８図は文献(2)に記載された適正
溶接条件範囲を示す図である。 １：溶接ワイヤ、２：母材、３：アーク、４：
溶滴、５：溶融池、６：ビード。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ほぼ定電圧特性の溶接電源を用いて行なうシ
   ールドガスにCO₂を含む消耗電極式アーク溶接に
   おいて、溶接電源の出力回路に接続する直流リア
   クタのインダクタンスを20〜100μHとし、溶滴移
   行形態がドロツプ移行となるように溶接電流を
   300A以上とし、母材表面から上のアーク長が２
   mm以下の埋れアークとなるように溶接電圧を設定
   して、２ｍ／min以上の速度で溶接を行なうこと
   を特徴とする高速アーク溶接方法。