JPH0377783A - スプレー様式ガスメタルアーク溶接方法 - 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】 本発明は、消耗性ワイヤ電極を使用するスプレー様式ガ
スメタルアーク溶接に関するものであり、特には金属を
軸線方向スプレー様式で安定して付着することの出来る
溶着範囲を拡大することの出来るガスメタルアーク溶接
方法の改善に関する。

及１しと色量 一般に、ｒＧＭＡＷＪ或いはｒＭＩ　ＧＪと呼ばれるガ
スメタルアーク溶接は、アークを周囲雰囲気から「ガス
（不活性気体）」により遮蔽するアーク溶接プロセスで
ある。「メタルＣ金Ｈ）Ｊは、アークを通して消耗性ワ
イヤ電極から移行される。消耗性ワイヤ電極は与えられ
たワイヤ寸法に対して所定の溶着速度に相当する予備選
択された速度でアーク中に連続的に送入される。金属移
行の様式は、溶接電流、溶接電圧、ワイヤ寸法、ワイヤ
速度、電極延長距離並びに保護ガス遮蔽体組成のような
作動パラメータに依存する。金属移行の既知様式には、
短絡、グロビュラー移行、軸線方向スプレー移行、パル
ススプレー移行及び回転式アーク軸線方向スプレー移行
がある。当業者は、これら用語及びその技術内容に精通
しているはずである。短絡、グロビュラー及びパルスス
プレー様式での金属移行は、金属が一般に約１０１ｂ／
ｈｒ　　（４，５ｋｇ／ｈｒ　）未満の低溶着速度で溶
着される低溶着速度プロセスである。他方、回転式アー
ク軸線方向スプレー様式の金属移行は、非常に高い溶着
速度でのプロセスであり、０．０３５インチ（０，８９
ｍｍ）以上の電極ワイヤ寸法直径を使用して約１７　ｌ
ｂ／ｈｒ　　（７，６５ｋｇ／ｈｒ　）より低い溶着速
度では不安定である。この最小金属溶着速度以下では、
回転アークは乱調となりそして／或いは持続出来なくな
る。軸線スプレー様式の金属移行は、短絡、グロビュラ
ー及びパルススプレー様式の金属移行により与えられる
低溶着速度を超え且つ回転式アーク軸線方向スプレー様
式の金属移行において得られる非常に高い溶着速度より
低い速度で金属を溶着するのに使用されている。

鉦禾肢蓑 ガスメタルアーク溶接の分野での最近の顕著な進展は、
米国特許第４．６４５．９０３号に記載される方法であ
り、これは０．０３５〜０．０５２インチ（０，９〜１
．３　ａｍ）の範囲内のワイヤ直径寸法を使用して２５
　ｌｂ／ｈｒ　　（１１，２５ｋｇ／ｈｒ　）の速度に
至るまでの軸線方向スプレー様式での金属移行において
安定した溶着を可能ならしめる。この特許の出現前まで
は、軸線方向スプレー様式での金属移行は前述したワイ
ヤ寸法を使用した場合５〜１２１ｂ／ｈｒ　　（２，３
〜５．４　ｋｇ／ｈｒ　）の金属溶着速度に制限された
。この最大溶着速度を超えると、溶接作業は乱調となり
そして安定性を低下し、最終的に回転アークが安定した
回転アークに対して必要とされる最小溶着速度にまでワ
イヤ送大速度を高めることにより確立されねばならなく
なる。

非回転式アーク軸線方向スプレー様式での金属移行の採
用は一般に、信頼性、安定性、高品質及び少なくとも比
較的高い溶着速度を必要とする全姿勢ＧＭＡＷ溶接にと
って好ましい金属移行様式の選択であると考えられる。

軸線方向スプレー様式の金属移行においては、微細な溶
融金属滴が移動しているワイヤの端からくびれで（ピン
チ）切り離されそしてアーク柱を通して溶接プール（溶
融池）に移行される。ピンチ効果はワイヤの溶融先端部
への電磁力によりもたらされる。ＧＭＡＷ溶接に対する
作業溶着範囲を増大するためにこれまでは回転スプレー
アークが発生せしめられていた。回転アーク様式の金属
移行において、アークは、電磁力により長手軸線を中心
として螺旋模様を成して物理的に回転せしめられる。ア
ークが回転するにつれ、制御された金属滴流れが電極先
端から溶接プールへと比較的広い範囲にわたって移行さ
れる。

しかし、非回転式アーク軸線方向スプレー移行様式によ
り与えられる溶接溶は込みは回転式アーク様式により与
えられるよりはるかに深くそして制御容易である。

が　ゞ　しよ　と　る・ 斯くして、改善されたスプレー様式ガスメタルアーク溶
接方法を開発することが所望されそして特に軸線方向ス
プレー様式において金属溶着のための金属付着範囲を拡
大することの出来る改善されたスプレー様式ガスメタル
アーク溶接方法を開発することが要望されている。

従って、本発明の課題は、改善されたスプレー様式ガス
メタルアーク溶接方法を提供することである。

本発明の別の課題は、金属を軸線方向スプレー様式で安
定して溶着することを可能とする速度を著しく増大する
ことを可能ならしめる改善されたスプレー様式ガスメタ
ルアーク溶接方法を提供することである。

・　　　′　るた　の 本発明者等は、遮蔽ガス（シールドガス）混合物組成が
上記課題の解決に重要な鍵の一つを握っていることを究
明するに至った。

本発明は、消耗性ワイヤ電極を使用するスプレー式ガス
メタルアーク溶接方法であって、（ａ）消耗性ワイヤ電
極と工作物との間にアークを形成する段階と、 （ｂ）前記ワイヤ電極と工作物との間に実質上一定のア
ーク電圧を維持する段階と、 （ｃ）消耗性ワイヤ電極を溶接トーチ接触管を通して前
記アーク中に送給する段階と、 （ｄ）金属を電極から工作物へと移行する段階と、（ｅ
）前記アークを （Ａ）３〜８容積％の二酸化炭素、 （Ｂ）３０〜４０容積％のアルゴン、及び（Ｃ）残部ヘ
リウム から実質成るガス混合物で遮蔽する段階とを包含する。

丈蓬」し先ａ主 本発明を図面を参照して詳しく説明する。

第１図を参照すると、消耗性ワイヤ電極１が、リール１
２から送りロール１４によって繰り出され、ガス遮蔽ア
ーク溶接トーチ２における接触管１６を通して引出され
る。消耗性ワイヤ電極は、０．０２３〜０．０５２イン
チ（０，５８〜１．３２　ａｍ）の範囲内の直径を有し
そして特定の溶接用途に適正な任意の適当な金属組成物
から構成することが出来る。適当な金属の例として、米
国溶接協会仕様Ａ　５．１８に掲出されるＥＲ７０Ｓ−
３、−６、−７ガスメタルアーク溶接ワイヤのような任
意のワイヤを挙げることが出来る。

任意の適当なガス遮蔽トーチが本発明の方法を実施する
ために使用され得る。そうしたトーチの適当な一例は、
エルチックコーポレーションから市販される５Ｔ−１６
）−−チである。トーチは手動操作成いは自動化操作い
ずれでも良い。第１図に例示される具体例において、ト
ーチ２は自動化トーチである。送りロール１４がワイヤ
送給ユニット１８に収蔵される駆動モータ３により駆動
される。モータ３は所望の溶着速度を実現するに必要な
速度でワイヤを送給することが出来る。一つの市販送給
ユニットは、エルチックコーポレーションにより製造さ
れている「ハイデポジション」フィーダであり、これは
ワイヤを２０００インチ／分（５０８０ｃ■）までもの
速度で送給することが出来る。

回転しているワイヤパッケージの慣性の取り扱いを補助
するために、溶接作業の終了に際してワイヤが接触管に
溶着するのを防止するために適応性バーンバック回路を
備えた滑走式制動装置を使用することが好ましい。

電源２０が、ワイヤ送給ユニット１８及びトーチ２両方
に電源を供給する。電源２０は、電源制御されそして一
定電位形式のものである。

作業において、アーク４が、消耗性電極１と工作物５と
の間に電源２０を付勢しそして電極を工作物との直接接
触状態に送給することにより確立される。電極と工作物
との間のアーク電圧は、溶接作業中実質上一定に維持さ
れる。ここで、「実質上一定」とは、アーク電圧が溶接
プロセス中設定電圧から５％以下でしか変化しないこと
を意味する。アーク電圧設定点とは安定なアークが実現
される点である。例えば、０．０２３インチ（０，６■
）直径ワイヤに対しては、安定なアークは２４〜３０Ｖ
のアーク電圧を使用して実現されそして０．０３５〜０
．０５２インチ（０，８９〜１．３２ｍｍ）直径ワイヤ
に対しては、安定なアークは３５〜５１Ｖのアーク電圧
を使用して実現される。消耗性アーク電極は、溶接トー
チ接触管１６を通してアーク中に送入されそして金属は
電極から工作物に移行される。

電極１は、接触管１６を通して電極ｌと工作物５との間
に形成されるアーク４中に送入される。

接触管１６は、電極１に電力を世給するために電源２０
にトーチを介して接続される。工作物５は電源と共通し
て接地状態に接続される。好ましくは、トーチ２は、電
極延長距離即ちトーチ−工作物間距離Ｘを保証するため
に工作物５から成る距離上方に離間して保持される。０
．０２３インチ（０、６ａｍ）直径の電極に対しては、
好ましい電極延長距離は３７８〜３７４インチ（９，５
〜１９開）の範囲であり、最も好ましくは約５７８イン
チ（１５，９讃ｍ）であり、そして０．０３５〜０．０
５２インチ（０，９〜１．３　ｍｍ）直径のワイヤに対
しては、好ましい電極延長距離は３７４〜１−１／２イ
ンチ（１９〜３８ｍｍ）の範囲であり、最も好ましくは
約１インチ（２５，４ｍｍ）である。

アークは、 （Ａ）３〜８容積％の二酸化炭素、 （Ｂ）３０〜４０容積％のアルゴン、及び（Ｃ）残部ヘ
リウム から実質成るガス混合物により周囲雰囲気から遮蔽され
る。

第１図に戻ると、本発明に有用な遮蔽用ガス即ちシール
ドガス混合物は、ボンベ２４．２５及び２６から成分ガ
スを受は取るガス混合器２２内で調製される。例えば、
ボンベ２４はアルゴンを収蔵し、ボンベ２５は二酸化炭
素を収蔵しそしてボンベ２６はヘリウムを収蔵する。貯
蔵タンクのような任意の他の適当なガス貯蔵用容器もま
た本発明と関連して使用しつる。ガス混合器２２は、本
発明に有用なガス混合物を確立するために各ガス源から
適宜のガスを調量するように設定されうる任意の従来型
式のガス混合器であり得る。

本発明に有用なシールドガス混合物は、導管手段６を通
ってトーチ２に流れそして接触管１６とトーチカップ２
８との間のスペース２７を通って流れて、周囲雰囲気か
らアーク４を遮蔽するための保護遮蔽を形成する。トー
チカップ２８は好ましくは、接触管がトーチカップ内部
に距離ｙに弓っ込んでいるように、接触管１６の前端１
７を越えて突出する。好ましくは、距離ｙは少なくとも
５７３２インチ（３，９ｍｍ）である。

これまで、安定性をもって高い溶着速度を実現するには
、回転スプレーアーク様式での作業を必要とした。第２
．３及び４図は、０．０２３インチ（０，６−−）、０
．０３５インチ（０，９ｆｆ１ｍ）並びに０、０４５イ
ンチ（ｌｌｖｓ）直径のワイヤそれぞれに対する安定し
た溶着範囲のグラフでの表示である。第２．３及び４図
において、曲線Ａは、従来型式のガスメタルアーク溶接
に対する安定領域を表わし、曲ＭＣは回転式スプレーア
ーク様式におけるガスメタルアーク溶接に対する安定領
域を表わし、そして曲線りは軸線方向スプレーアーク様
式における本発明のガスメタルアーク溶接に対する安定
領域を表わす。第３及び４図において、追加曲線Ｂは、
軸線方向スプレーアーク様式における米国特許第４．６
４５．９０３号に開示された改善ガスメタルアーク溶接
プロセスに対する安定領域を表わす。本発明を例示しそ
して第２〜４図に報告されたデータを生ぜししめるのに
使用されたシールドガス組成は。６１、容積％ヘリウム
、３５容積％アルゴン及び４容積％二酸化炭素から構成
された。溶着速度の測定は、例示の直径に対して安定し
た軸線方向スプレーが得られた広い範囲のワイヤ送り速
度にわたって為された。

第２．３及び４図のグラフかられかるように、本発明の
ガスメタルアーク溶接プロセスは、０、０２３インチ（
０，６５１１１１）直径電極に対して約１５　ｌｂ／ｈ
ｒ　　（６，７５ｋｇ／ｈｒ　）に至るまでの軸線方向
スプレー様式における安定した溶着速度を可能ならしめ
、また０、　０３５インチ（０，９ｍｍ）及び０、０４
５インチ（１，１ａｍ）直径の電極に対しても軸線方向
スプレー様式において著しく増大せる溶着速度を可能な
らしめ、これは他のガスメタルアーク溶接方法における
よりも、回転スプレーアーク様式におけるよりさえも高
い。

免亘立立１ 本発明のプロセスの使用及びガス混合物の使用により、
ここに、改善された態様でのスプレー様式ガスメタルア
ーク溶接が実施可能となった。特に、他の既知のガスメ
タルアーク溶接方法を使用してこれまで可能であったよ
りも高い安定した溶着速度において好ましい軸線方向ス
プレーアーク様式でのガスメタルアーク溶接の実施が可
能となった。

以上、本発明の具体例について説明したが、本発明の範
囲内で多くの変更を為しうることを銘記されたい。

４、　　　　の　　　な！ 第１図は、本発明方法を実施するのに有用な溶接設備の
全体図を示す。

第２図は、０．０２３インチ（０，６ｆｆ１ｍ）直径ワ
イヤを使用する軸線方向スプレー様式での本発明プロセ
スの溶着速度性能並びに他の既知方法の溶着速度性能を
比較するグラフである。

第３図は、０．０３５インチ（０，９ｃｍ）直径ワイヤ
を使用する軸線方向スプレー様式での本発明プロセスの
溶着速度性能並びに他の既知方法の溶着速度性能を比較
するグラフである。

第４図は、０．０４５インチ（１，１ｍｍ）直径ワイヤ
を使用する軸線方向スプレー様式での本発明プロセスの
溶着速度性能並びに他の既知方法の溶着速度性能を比較
するグラフである。

ワイヤ アーク溶接トーチ 駆動モータ アーク 工作物 導管手段 ：リール １４：送りロール １６：接触管 １８：ワイヤ送給ユニット ２０：電源 ２２：ガス混合器 ２４〜２６：ボンベ ２７：スペース ２８：トーチカップ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）消耗性ワイヤ電極を使用するスプレー様式ガスメタ
   ルアーク溶接のための方法であって、（ａ）消耗性ワイ
   ヤ電極と工作物との間にアークを形成する段階と、 （ｂ）前記ワイヤ電極と工作物との間に実質上一定のア
   ーク電圧を維持する段階と、 （ｃ）消耗性ワイヤ電極を溶接トーチ接触管を通して前
   記アーク中に送給する段階と、 （ｄ）金属を電極から工作物へと移行する段階と、 （ｅ）前記アークを （Ａ）３〜８容積％の二酸化炭素、 （Ｂ）３０〜４０容積％のアルゴン、及び （Ｃ）残部ヘリウム から実質成るガス混合物で遮蔽する段階とを包含するス
   プレー式ガスメタルアーク溶接方法。 ２）電極が０．０２３〜０．０５２インチ（０．５８〜
   １．３ｍｍ）の範囲内の直径を有する特許請求の範囲第
   １項記載の方法。 ３）アーク電圧が２４〜５１Ｖの範囲内にある特許請求
   の範囲第１項記載の方法。 ４）スプレー様式ガスメタルアーク溶接が軸線方向スプ
   レー様式で実施される特許請求の範囲第１項記載の方法
   。 ５）ワイヤ電極が電極から工作物へ５５１ｂ／ｈｒ（２
   ５ｋｇ／ｈｒ）までの金属の移行を可能とするような速
   度で送給される特許請求の範囲第２項記載の方法。 ６）接触管が０．５〜１．５インチ（１２．７〜３８．
   １ｍｍ）の電極延長を可能ならしめる距離工作物から離
   間して維持される特許請求の範囲第１項記載の方法。 ７）接触管が該接触管の先端を越えて伸延するトーチカ
   ップを有する溶接トーチ中に引っ込められている特許請
   求の範囲第１項記載の方法。 ８）引つ込め距離が少なくとも５／３２インチ（３．９
   ７ｍｍ）である特許請求の範囲第７項記載の方法。