JPH0399780A - アルミニウム基材加工物のガス金属アーク溶接方法 - 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】 〈産業上の利用分野） 本発明はガス金属アーク溶接の技術に関し、特に自動中
の駆動ラインとして使用されるアルミニウム基材トルク
管の溶接に関する。

（従来の技術） 消耗可能な電極アーク溶接方法では、不定の長さの電極
が電極と加工物との間で確立された溶接アークへ連続的
に送られ、そこで電極はアークの強い熱によって溶融さ
れ且つ加工物と共に融解する。一般に、消耗可能な電極
から溶着された金属は不活性遮蔽ガス゛ＣＭ蔽され、そ
のＩＣめこの方法はガス金属アーク溶接と称せられる。

消耗可能な電極溶接は消耗できない電極溶接よりも実質
的に速いのみイ【らず、′＋！■に炭素及びスｊンレス
鋼の自動溶接に適合し、そこで広く使用されている。遮
蔽ガスは空気中で得られるよりし一層容易にイオン化さ
れ１＝経路を提供し、電流の均等な伝達を助は且つ溶融
金属と非反応性である雰囲気によってアーク及び溶接プ
ールを包１１１１　する作用をする。経演性の理由で、
アルゴン及びヘリウムがアルミニウムを溶接Ｊ−る時に
一般的に使用される叩−のガスである。

電極の溶融金属をその蒸気圧力を増加することによって
非常に微細な滴に粉砕し、毎秒約２００滴の割合でより
深い溶り込みを生ずるために高電流密度がしばしば採用
される。しかしながら、若干の薄い加工物又は非鉄金属
の加工物への潜在的な損傷がそのような高電流の使用か
ら生ずることがある。

アークへの電流供給のパルス化が鉄基材の物品の溶接を
促進するべく平均電流密度を低トさせるために改良され
た遮蔽ガスと一緒に開発されている（米国特許第４．２
７３，９８８号、同第４゜ｂ０７．ｂ４３号、Ｉｉｊ］
第１１．６２８．１８１シＪ及び同第４，７４９．８４
１号を参照）。アーク電流はアークを維持するために必
要とされる最小値と数百パーセント大きいことがある最
大値との間で周期的にパルス化される。パルス周波数は
特別の溶接作業に依存して毎秒数サイクルから数白ナイ
クルまでの範囲であることかできる。そのような溶接は
、４つのファクター、即りパルス電流ｌｐ、基礎電流Ｉ
　１パルス持続時間「ｐｌ及び基礎持続時間］−６によ
って決定された波形を有する電流を使用Ｊることによっ
て行われる。高電流は平均電流輸を低い値に維持しなが
ら電極と溶接される加工物との間で短時間流れる。高電
流で短時間流すことによって、アークはより安定になり
１１つ高邸に集中され、１４つ溶り込みはかなり深くな
り、ビードは比較的幅広くなる。

」−記特拾の開示において、遮蔽ガスは少ない割合の酸
化ガス成分（０２又はＣ０２）を含んでガスのイオン化
を改善し、それにより鉄の加工物の全ての位置の溶接を
促進する。ガス金属アーク溶接がアルミニウム加工物の
Ｉこめに使用される１１、）、従来の技術は酸化ガスが
形成された酸化物のアルミニウムとの干渉のために羅参
りられねばならないことを強調して断定している。それ
は文献でしばしば述べられており、［そのような酸素を
もつ遮蔽ガスは耐火性酸化物の生成が適正な金属移動及
び付着を抑制するのでアルミニウムを溶接する時に使用
されることがＣさ４【い］は、ウェルディング・ジＶ−
ナル、米国溶接学会２１〜２７頁、１９８５年に刊行の
「アルゴン／フレＡ−ン遮蔽ガス混合物によるアルミニ
ウムのＧＭ△溶接１と題りる論文からとった。この技術
状態を述べた別の文献には、（イ）カイザー・アルミニ
ウム・カンパニによって１９６７４に刊行されたハンド
ブック、７−９〜７−１１頁からの法枠、０米国溶接学
会の溶接ハンドブック、４巻、第７版、１９７８年、、
（ａ）１９８８年３月にアルミニウム協会会合で提出さ
れ、「アルミニウムのＭＩＧ溶接」と対する技術論文、
６．１５及び６．２８真がある。

０ 自動車でのアルミニウム及びアルミニウム合金の使用は
、益々一般的になりつつある。そのような−膜化は、主
としてアルミニウム構成部品が強度又は耐久性を犠牲に
せずに、取って代わる匹敵する鋼構成部品にすｂはるか
に軽量に製ｆ＋されることができることのためである。

しかしながら、そのようなアルミニウム駆動軸構成部品
を、鋼の溶接によって達成された品質及び生産性速度の
類を達成すべく、現存するアルミニウム溶接知識を用い
て固定結合することは最も困難である。従来技術はアル
ミニウム駆動軸に溶接部を得るために異常に大量の溶接
付着物による低電流レベルでの複数パス溶接に頼ってい
る（米国特許第４，５４２．２８０＠を参照）。そのＪ
：うな技術の不利益は、得られる溶接速度が自動車溶接
の大量要件に匹敵できないことである。これらの低電流
レベルは他の加工変化に加わる結合間隙変化の累積効果
によって加工変化を増加し、小直径ワイヤの使用及びそ
れに固有の給送問題を命する。結合間隙条件の排除は大
量溶接状態では非常に重要である。

１ （発明が解決しようとＬる課題） それ故、溶り込み、融解幅、及び気孔の欠如に関してか
なり改善された溶接品質を有し、アルミニウムＭＩＧ溶
接の現存づ−る従来技術によって可能な速度の二１８の
速！αて゛”ｉｌルミニウムＩ−ルク？へを溶接する方
法を提供することが本発明の目的である。

（課題を解決するための手段） 本発明は上記目的を次の本質的に３つの１秤の方法で満
たす。即ち、該方法は、０）アルミニウム基材トルク管
の端部を予め成形し１４つ該管を締まり嵌めで組立てる
ことによって溶接づべき段イ］四角形突合せ継手を調製
することと、（ｃ）アークが体積で２から５％の０２及
び不活例ガス残部からなる遮蔽ガス中に包囲され且つア
ークへの電流が少なくとｂｌ　８０アンペアの平均電流
を維持すると同時にｍ秒４０〜６０Ｉｔ′イクルの周波
数でパルス化される条件で電気直流アークを正極の消耗
可能なアルミニウム基材電極と負極としての継手との間
に確立することと、ぐ９パルス化されたアークを２ 継手に対しで所定の方向に保持しながらアークを継手に
沿って毎分少なくとも１５２．４ｃｍ　（６０インチ）
の相対的速度をｂつ−Ｃ単一のパスで移動させることと
からなる。

もし継手が段付四角形の突合せ形状からなるように再設
用されるならば、かつもしアークが毎分１５２．４ｃｍ
（６０インチ）を超過する速度で継手に沿う単一のパス
に制限されるならば、少ない酸素成分が継手を劣化させ
ずに遮蔽ガス中に分散され得ることが発見されている。

酸素成分のために生ずる酸化物は、溶接が単一のパスに
制限されるので、気孔又は溶接部融解不良を創り出さな
い。

アークは若干の好適とされるパラメータで安定にされる
ことが好ましく、該パラメータは四角形波形を有する電
流、約１４〜１８ボルトの基礎又はｐＨＩ値電圧、約２
８０〜３１０アンペアのピークパルスｍ流１ｐ、約１．
４ミリ秒のピークパルス持続時間Ｔｐ、及び約２．８秒
の基礎電流持続時間ＴＢからなる。これは機械の要求に
応答し且つ約９０〜１２０アンペアであり得る基礎又は
閾値３ 電流ＩＢを生じ、平均電流Ｔｍは約１８０〜２５０アン
ペアであり得る。

遮蔽ガスは好ましくは体積で９８％の溶接等級アルゴン
及び２％の溶接等級酸素からなる。溶接等級手段水分は
純度７９９％で一４０℃（−４０Ｆ）を得るように除去
されている。

消耗可能な１ｆ極は好ましくは約０．１１４〜０．１６
５ｃｍ（０，０４５〜０．０６５インチ）の直径を有り
−る形状にされ且つ４０４３アルミニウム合金からなる
ことができる。アルミニウムトルク管又は加工物は好ま
しくは６０６２アルミウム合金からなり且つ約０．２１
８ｃｍ（０，０８６インチ）の管構成部品厚さ、約０．
３０４７？ｌｌ＋　（０，１２インチ）のヨーク首部壁
厚さ、及び約０．２１８ｃｍ　（０，０８６インチ）の
ヨーク凹部ルさを有Ｊることができる。

アークは好ましくは約５〜１２°のリード角度、約４５
〜５°の位置決め角度、及び約１０〜１４°の横断方向
角度（溶接部継手を通る接線に対して垂直な平面に対し
てとった）をもって継手に４ 対して相対的に位置決めされる。

（実施例） 本発明の方法は、電気アークが消耗司能な金属電極と結
合される金属加工物どの間で確立されるガス金属アーク
溶接を利用Ｊる。該溶接方法がアルミニウム加工物で行
われ得る品質及び速度を改善するために、継手設訂、遮
蔽ガス中の制御された酸素量の存在、継手に対するアー
クの移動速度、及び継手の繰返し周期的溶接部加熱のな
いことは全て本発明の利益を得るために重要な役割を演
する。

第１図に示しＩｃように、本発明の１ｊ法の必須の工程
は、ｅ）アルミニウム基材１ヘルク管の端部を予め成形
し且つ該管を締まり嵌めで組立てることによって溶接す
べき段付四角形突合せ継手を画成することと、（ｃ）ア
ークが体積で２〜５％の０２及び残部が不活性ガスから
なる遮蔽ガス中に包囲され、アークへの電流が少なくと
も１８０アンペアの平均電流を維持すると同時に毎秒４
０〜６０サイクルの周波数でパルス化される条件で、電
気直流ア５ −りを正極の消耗可能なアルミニウム基材電極と負極と
しての継手との間に確立することと、Ｑ）パルス化され
たアークを継手に対して所定の位置から離れる方向に保
持しながらアークを継手に沿って毎分少なくとも１５２
．４ｃＩＲ＜６０インヂ）の相対的速度をしって単一の
パスて・移動させることとからなる。

継手の画成 第２図に示したように、２つの加工物１１及び１７は継
手線に沿って溶接される組立体１０を形成−するＪ、う
にぞれらの軸線に沿って一緒に合わｌられる。溶接ガン
又は］−−チ３０が２つの加工物の結合された部分へ近
づりられる。

継手は特別の形状のものであるに相違ない。１つの構成
部品又は加工物１１は中空の内部を有し且つ形状が円筒
状であるフルミニ・ラムＬルク管であり、内径１２及び
外径１３にｊ；って画成された壁厚１４を右する。管１
１の円筒状端部分は管の軸線２１に関して半径方向へ延
びる平らな表面の而１５を形成している。面１５の内部
環状縁部は６ 面取り部１６を設りでいる。

他の構成部品は管１１よりも実質的に大きいルさ１８の
円筒状端部分１７ａを有するアルミニウム基材ヨーク１
７である。部分１７ａは軸線方向へ延びる首部２０を画
成する環状凹部１９を有し、該首部はその半径方向内方
及び外力縁部に面取り部２５を設けている。四部１９は
トルク管１１の表面１５を組合って受ける半径方向に延
びる肩部表面２２を画成する。

管１１及びヨーク１７の円筒状端部分はトルク管１１の
内部表面２４内に嵌合する首部２００表面２３と軸線方
向へ−・緒に入れ子式にされ、該嵌合は好ましくは締ま
り嵌めである。トルク管１１内で入り子式にされた首部
２０によって、管１１の端面１５はヨーク部分の肩部表
面２２ど四角形突合Ｖ関係にされ、外部表面２６及び２
７は同一延長上にあって同一平面の外面を備える。その
結果できた２つの加工物間の締まり嵌めは、ここで画成
されたものを段付四角形突合せ継手２８になるように提
供する。それは凹部１９が端部分１７ ７ａに段を形成する程度に段を付Ｇノられ、それは表面
１５及び２２がｌ＋ｊｌ　−平面の表面対表面の接触状
態を満たしかつ四角形（トルクへの軸線に対して垂直）
である。ちし本発明の利益を得るのであるならば、どう
あっても表面１５及び２２の間に底部間隙があってはな
らない。

例とし−（、Ｊ’）ざ１４は望ましくは約０．２１８ｃ
ｍ（０，０８６インチ）であり、厚さ２９は約０．３０
４．ｃｍ　（０，１２インチ）であり、厚さ１８は約０
．５３３ｃｍである。

アークを確立する 第４図に示したように、本方法は次にトーチ３０によっ
て保持され、前進される間耗可能な金属電極３１と継手
又は加工物負極２８どの間にアーク２９の確立を必要と
する。直流電力供給系３４は正極として配置された電極
３１を有する。直流供給は約１５〜８０アンペアの範囲
にあり、毎秒約５０００〜２５０００ナイクルの周波数
を有する。　゛上極３１は好ましくはアルミニウム基材
ワイＶ組成物合金４０４３からなり、アルミニウム８ 基材加工物は好ましくはアルミニウム合金６０６２から
４ｆる。これらの合金は熱脆性割れの防止で互いに適合
するように選択される。電極３１は溶接加工中電極先端
が消耗されている時に溶接部プロフィルからの電極先端
の所望の間隔を維持するように溶接トーチの軸線に沿っ
て送られる。

遮蔽ガス混合物は溶接部の領域へ向りられる。

そのような［１的で以前に使用されている不活性ガスは
主とじで商業的にはアルミニウムを溶接する時に酸素を
存在させずにアルゴン又はヘリウムのいずれかからなっ
ていＩＣ０アルゴンはその入手可能性の故に最も一般的
に使用される。ヘリウムは低密度であり、必要な遮蔽を
生ずるＩＣめにより大量に必要どする。しかしながら、
ヘリウムのより高いイオン化の可能性の故に、より深い
溶接部溶【１込みがアルゴンによるよりも可能であるが
、やや大きいアーク不安定性を有する。

遮蔽ガスのための単独の成分としてのヘリウム又はアル
ゴンは充分でないことが判明している。

小さい体積パーセントの酸素が高い強度の溶接部９ を得るために存在しな（プればならない。また、酸素は
電子の流れを助りることにＪ、ってアークを安定化して
仕事関数を減らし、それにより汚染の作用を少なくする
壁を作る。このＩＣめに、酸素３６及びアルゴン３７の
加圧された供給が流れ４２及び４１を経て混合弁４０ヘ
メータ３８及び３９ににつてそれぞれ正確に６１指され
る。混合された遮蔽ガスは次に外方トープ壁３２内で電
極を取囲む空間３３に沿う流れ４３を経て移送され、ア
ーク２９のみならず溶接が行われている継手２８をも覆
って包む。

２％より少ない酸素がアルゴンガスと混合された時、溶
接部は望ましくない程異物によって汚染されることが判
明している。約５％より多い酸素が存在する時、過剰の
酸化物が生成され、溶接部の強度に彰Ｗ′？ｊる。

溶接は比較的低い平均電流出力で行われる。金属の移行
が必要とされる時、電源は′１セ流を溶則移行閾舶レベ
ルより僅かに上へパルス化し、金属の大ぎい摘（電極の
直径にすｔｔｌｊ￥！かに小さい）はア０ −りを横切って移動される。これらのパルスの周波数は
爆発性溶射のない大きい滴の定常的な流れを保証するた
めにワイヤの焼き取り割合の条件で平衡を保たれる。溶
接は人ｖ１径のワイ＼Ｉ［０，１１４〜０．１６５ｃｍ
（０，０４５〜０．０６５インチ）コを用いてそのよう
な比較的低い電流レベルで行われることができ、スパッ
ターは事実上排除される。最適なアーク開始のＩこめに
高エネルギ出ノｊを提供するために電流変化を伴う定電
圧型電源系を使用づ−ることか望ましい。電圧は２３〜
２６ボルトの間で変えることができる。

「溶接等級」と商業的に称せられる高純度の乾いた不活
性ガスだけがこの作業で使用されるべきである。不純な
又は湿ったガスは溶接部の品質を劣化する。ガス不純物
は溶接アーク中で水素及び酸素に分解し且つ溶融アルミ
ニウムと反応して巣及びドロスを作る。

第５図に示し１＝ように、矩形パルス波形の電流が使用
される。このパルス電流の波形は４つのファクター、即
らパルス電流Ｉｐ、基礎電’？ｊ：ｙ　！　Ｂ、１ パルス持続時間Ｔｐ　（１，４ミリ秒のような時間）、
及び基礎持続時間ＴＢ　（２，８ミリ秒のような時間）
によって決定される。平均電流Ｉｍを低い値（２００〜
２　／Ｉ５　ｉ’ンペアのにうな値）に維持しながら、
高電流が短時間電極と溶接される加工物との間に流れる
ことができる。直流の電極正電力によって、溶加材金属
は、溶接電流が溶射レベルより下の期間で■つ溶射レベ
ルより僅かに高い期間でパルス化される時に、微細な過
熱された滴の流れ（叩ら毎秒１００病）どしてアークを
通しで移行される。これらの値は電極合金、大きさ及び
送り速度に依存する。金属の移行は高い溶接電流Ｉｐの
期間中に起こるのみならず、介在する低い電流Ｉｂの期
間中にも促進され又は準備される。この作用は溶融溶接
部プール及び溶（プ込みの良好な制御のために母材金属
に対する全熱人力を減らす。低い熱入力は薄くアルミニ
ウム部片を溶接づ−ることを容易にする。電極組成は低
い蒸気圧元素がスパッターＬる危険を増り−ので監視さ
れねばならない。マグネシウムの蒸気圧は滴が電極２ 先端から離れる時に滴の粉砕を生じる傾向があり、これ
はしばしばアークから離れて飛ばされる小さいスパッタ
ー球を生じ、従って回避されねばならない。

定電Ｔ［のパルス化された電流は従来技術と関連した問
題を回避する（第７図参照）。本方法で使用され超過す
るのレベルに依存して、不完全な融解の問題がより低い
電流密度及びアルゴン遮蔽で遭遇することがある。溶融
電極金属の移行は低電流密度では溶滴の形であり、溶滴
はしばしば電極の直径よりも大きく且つ非常に低い割合
で、例えば毎秒約５滴の割合で移行する。この低い電流
加工は時には短電流溶接ど称Ｖられる。中程度の電流密
度では、溶滴は電極の直径の二倍程多く（毎秒５〜１０
滴）形成する傾向がある。いずれの場合にも、低い又は
中程度の電流密度では、溶接部が時には融解不良を示Ｊ
−。アーク電圧が一定の高い電流を伴う溶銅移行範囲に
ある時、滴の移行（叩ら毎秒７２０滴以上）は分散され
且つ密度を不足する。もしアーク電圧が充分に高い電流
でかなり３ 減少されるならば、短絡が起こるであろう。この種の移
行は不完全な融解の故にアルミニウムに対して推奨され
ない。

本発明では、アルゴン−０２ｍ蔽と共にパルス化された
高い電流が微細溶ＯＡ滴と溶滴との中間の微細溶滴又は
滴による金属移行（即ち１００滴／秒〉を提供する。定
電圧電源が定速度電極駆動と一緒に採用される。溶接バ
ックグラウンド電圧は溶接バックグラウンド電流Ｉ８が
それに応答することを可能にするように設定される。ア
ーク基礎電圧は溶射移行のための値より僅かに下の値、
通常は１／Ｉ〜１８ボルトの範囲内に設定される。電極
駆動ユニットは予設定されたアーク電圧を維持するよう
に送り速度を調節する。電圧設定は満面での良好な融解
に関して重要である。もし電圧が高Ｊざるならば、融解
不足を生じることがある。

もし電圧が低すぎるならば、短絡が電極と溶接部プール
との間に生ずるであろう。ｒｂ雷電流毎秒４０〜６０サ
イクルでＩｐ雷電流パルス化される。

■　電流は約２３０〜２５０アンペアであり且つ４ 少なくどｔ）２００アンペアでな（プればならない。

第６図に示すように、溶接電流と溶は込みとの関係は溶
接電流がその低及び高レベルに設定された時に得られた
平均溶【）込みを用いてプロットされる。区制は最小及
び最大許容溶は込み内にとどめることを必要とされる平
均溶接電流が２３０〜２７０アンペアの間であることを
示している。溶り込みが１〜−ブ位Ｔ？′ｉ’（−変化
し且つ溶接電流ブロワＬをずらずことを区制から注目さ
れたい。

相対的アーク／縦１移動 溶接をトルク管又は駆動軸で水平方向位置で行うことが
望ましい。これはトーチ位置及びトーチ角度に追加され
た重要性を与える。第８図及び第９図に示したようなト
ーチ位置はトーチ電極の軸線４１又は４２と水平面４０
との間の角度である。

トーチリード角度は溶接部ビードを通過するｌ〜−チ位
置角度のための軸線４１又は４２の線の延長部と溶接部
ビードを通過するように向（プられたトーチ電極の新し
い軸線４３又は４４との間に形成される角度である。Ｌ
一チリード角度はそれが溶５ 接部ビードの形成及び形状を制御する助【プを行うので
重要である。１〜−ブは溶接熱にお（プる接線に対Ｌる
垂直方向から傾斜される。トーチは回転方向へ傾斜され
てリード１〜−チ角磨を備え、即らアークは溶接部が進
行するにつれて溶接されない母材金属の方向へ向けられ
る。トーチ位置が垂直方向から水平方向へ増すにつれて
、溶は込みに及ぼづ一溶接電流の影響はかなり減少Ｊ“
る。１ヘ一チ位置が（３０°に設定された１１．＋１．
垣人′ｆｌ容溶り込みは最高の電流設定においてさえも
はや達成されることができない。第６図の例示で、５４
°の突出したトーチ位置は電流曲線が図示し１ｃ平均電
流／溶（づ込み関係を厳密にシミュレートしなければな
らないトーチ位置である。

最適化研究は、パルス型溶接系で、 ０．１５８７ｃｍ（０，０６２５インチ）の直（￥を有
する４０４３電極ワイＮ７、及び９８％アルゴン及び２
％酸素の遮蔽ガスを０．８５へ−１，１３ｍ３／ｈ　（
３０〜４０ｃｆｈ　）の流量で利用し且つ１．５８〜１
．９０ｃｍ　（５／８〜３／４３／４）　６ の先端対加工物距離で、平均溶接電流は１６ボルトの基
礎電圧で約２００アンペアの範囲に配されることができ
、溶接部継手に対する電極の移動加速は毎分１５２．４
ｃｒｔｔ　〜１６５．１ｃｔｎ　（６０〜６５インチ）
の範囲にあることがぐきることを小している。汚染及び
溶接部の影響は、もしトーチが横断方向角度を有し、そ
こでトーチが駆動軸の長手方向軸線に対して１２°傾斜
され且つヨークの方へむけられているならば、減少され
ることができる。

１〜−ヂ位置及び溶接移動速度は溶り込み及び融解の制
御で重要な１．つ影響を及ぼすノア７クターである（ト
ーチ位置は移動速度よりも溶（プ込みに及ぼす僅かに高
い影響を有する）。これらのフ１クターのいずれかを増
Ｊことは溶は込みを減らＬ傾向がある。最良の様態のた
めに望ましいＬ一チリード角度は、リード角度について
約１０’であること、位置角瓜について５１°て・ある
こと、及び横断方向について約１２°であることが決定
されＩこ　。

７ 加に物に対するｌ−−ヂ速度は本発明に重大な怠義を有
する。単一のバスと、旬分少なくとし１５２．４ｃｍ（
６０インチ）［シばしば毎分２０３．２ｃｍ（８０イン
ヂ）位高い］直線病Ｌ−ヂ速度とを用いることによって
、溶接部品質は溶接部の生産性を改善を保って改善され
ることができる。加工物の厚さにかかわりなく、アルミ
ニウムの溶接に関する従来技術で現在までに使用されて
いる最す速い溶接速度は生産状態で１４人毎分７６．２
ｃｍ（３０インチ）であった。第１１図に示したように
、完成された駆動軸の溶接部プロフィルは対称的に湾曲
した溶接部クラウンを有し且つ溶接部継手の底で測定し
た幅広い融解深さを有する。

本発明の特別の実施例を例示し１１つ説明したが、種々
の変更及び修正が本発明から逸ＩＢ２　ｔ！ｔげになさ
れ得ることに注目されたい、１また、本発明の精神及び
範囲内に入る全ての修１丁及び均等物は特許請求の範囲
に含むものである。

【図面の簡単な説明】

８ 第１図は本発明の方法工程の概略的な流れ図、第２図は
溶接トーチを所定位置に配した溶接される加工物の全体
的立面図、第３図は溶接される継手の部分の拡大断面図
であって、必要とされる継手形状及び溶接部溶加材のプ
ロフィルを示す図、第４図は溶接を行うために使用され
るトーチ系の配置図、第５図はここでの溶接方法を行う
ために使用される電源によって与えられる溶接電流波形
の説明図、第６図は種々のトーチ位置についての電流の
関数として溶接部溶り込みを例示する説明図、第７図は
本発明の移行様態及び溶接部プロフィルと比較した異な
る従来技術の溶接部移行様態及び溶接部プロフィルの組
合せ図、第８図は溶接される自８単駆動ライン構成部品
の立面図であって、加工物の回転平面に対して横断方向
角度でトープを例示Ｊ−る図、第９図は第８図の線９−
９に沿った拡大断面図、第１０図は本発明方法の実施に
有用なトーチ角度、リード及び位置の概略的な説明図、
第１１図は第１図の例示のための完成された溶接部ビー
ドの金属組織形態を示づ写真であ９ る。 １０・・・組立体、１１．１７・・・加工物、２８・・
・段付四角形突合せ継手、２つ・・・アーク、３０・・
・Ｌ一ヂ、３１・・・１を掩、３４・・・電力供給系。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）整合されたアルミニウムトルク管構成部品を溶接
   する方法であつて、 （ａ）前記トルク管の端部を予め成形しかつ該端部を入
   れ子式状態で一緒に組立てることによって溶接される段
   付四角形突合せ継手を画成することと、 （ｂ）アークが体積で２から５％の酸素及び不活性ガス
   残部からなる遮蔽ガスで包囲され、アークへの電流が少
   なくとも２０アンペアの平均電流を維持しながら毎秒４
   ０から６０サイクルの周波数でパルス化されて、正極の
   消耗可能なアルミニウム基材電極と負極としての前記継
   手との間に電気直流アークを確立することと、 （ｃ）パルス化されたアークを継手に対して所定の配向
   で保持しながら、アークを継手に沿つて単一のパスで毎
   分少なくとも１５２．４ｃｍ（６０インチ）の相対的速
   度で移動させることと、を含む溶接方法。 （２）前記工程（ｃ）において、前記アークが４５から
   ６０゜の位置角度及び５から１５゜のリード角度で画成
   された前記継手に対する位置を有する請求項１に記載の
   溶接方法。 （３）金属の移行が滴の様態で起こり、各滴は直径が電
   極の直径よりも大きくなく、滴は毎秒約１００滴の周波
   数で移行される請求項１に記載の溶接方法。 （４）前記段付四角形突合せ継手が円筒状壁及び平らな
   半径方向に延びる端部表面を有する１つの構成部品と、
   第１の構成部品の壁厚さよりも大きい円筒状壁厚さを有
   する第２の構成部品とで画成され、前記第２の構成部品
   の壁の端部が凹まされて平らな半径方向に延びる肩部か
   ら軸線方向へ延びる円筒状部分を形成し、前記第２の構
   成部品の円筒状首部が前記第１の構成部品の円筒状壁の
   内径に実質的に等しい一様な外径を有し、それにより前
   記第１の構成部品が前記第２の構成部品へ組合わせられ
   た時に前記第１の構成部品の端部表面が前記肩部に対し
   て四角形の同一平面関係で突合わせられ、接触する継手
   界面がそれらの間に殆ど又は全く隙間のないＬ字形状横
   断面を有して形成される請求項１に記載の溶接方法。 （５）前記パルス化された電流の基礎電流が２００から
   ２５０アンペアの範囲内にある請求項１に記載の溶接方
   法。 （６）前記電極のワイヤ直径が０．１１４から０．１５
   ８７ｃｍ（０．０４５から０．０６２５インチ）の範囲
   内にあり、前記ワイヤの組成物が４０００シリーズのア
   ルミニウム合金である請求項１に記載の溶接方法。 （７）前記ワイヤ電極が毎分５０８から ５９６．９ｃｍ（２００から２３５インチ）の速度で自
   動的に送られる請求項６に記載の溶接方法。 （８）前記アークへ供給される電流が四角形の波形を有
   し、前記電流のための電圧源が基礎電圧１４から１８ボ
   ルトを有する２３から２６ボルトの範囲内で概ね一定に
   維持される請求項１に記載の溶接方法。 （９）前記不活性ガス混合物による前記アークの包囲が
   ０．８５から１．１３ｍ＾３／ｈ（３０から４０ｃｆｈ
   ）の範囲の流量で前記ガス混合物の連続的流れを供給す
   ることによって行われる請求項１に記載の溶接方法。 （１０）相対的なアーク／継手移動の速度が最後の１３
   ０゜の回転中に毎分１５２．４から １６０．０２ｃｍ（６０から６３インチ）から毎分１７
   ０．１８から１７２．２６ｃｍ（６７から６９インチ）
   の範囲まで増加され、エネルギ入力の減少を伴う請求項
   １に記載の溶接方法。 （１１）正極の消耗可能な電極とその継手において一緒
   に結合された加工物との間に電気アークを確立し且つ維
   持することによってアルミニウム基材加工物を溶接する
   ためのパルス化されたアークガス金属溶接において、 （ａ）継手を段付四角形突合せ継手からなるように画成
   することと、 （ｂ）体積で２から５％の酸素及び残部がアルゴンから
   なる雰囲気でアークを包囲することと、（ｃ）前記アー
   クを前記継手に沿って単一のパスだけで毎分少なくとも
   １５２．４ｃｍ（６０インチ）の相対的速度で移動させ
   、それにより結果としてできた溶接部が巣を殆どまたは
   全くもたず、スパッターがなく、継手の深さの少なくと
   も１．３倍の溶け込みを有し、かつ継手の深さの１．３
   倍の融解幅を有する融解領域からなることと、を含む溶
   接方法。 （１２）パルス化されたアークは基礎電流レベルを超過
   するパルス幅及び振幅によって画成された波形を有し且
   つ一定のパルス波形を維持するために平均電流を変化す
   るようにパルス周波数を変化する電流パルスが周期的に
   重畳される基礎電流レベルを有する電流によって設けら
   れ、周波数はアーク長さが溶融された溶滴を電極の直径
   よりも小さい大きさに制限するように減少される時に増
   加される請求項１１に記載の溶接方法。 （１３）前記アークの包囲が溶接部アークの直ぐ上流で
   酸素及びアルゴンの計量された流れを合流し且つ相互混
   合することによつて行われる請求項１１に記載の溶接方
   法。 （１４）整合されたアルミニウムトルク管を溶接する方
   法であって、 （ａ）構成部品の組合う端部をルート間隔のない段付四
   角形突合わせ継手で一緒に入れ子式にするように形成す
   ることと、 （ｂ）前記構成部品が前記入れ子式状態で一緒に組立て
   られると同時に、直流電気アークを前記継手と正極に維
   持された消耗可能なアルミニウム金属電極との間で確立
   し、前記アークを体積で２から５％の酸素と残部がアル
   ゴンとからなる遮蔽ガスで包囲することと、 （ｃ）前記アークを溶接位置の外の位置に保持し且つ前
   記アークを制御して（ｉ）少なくとも２００アンペアの
   平均アンペアを有する毎秒４０から６０サイクルの周波
   数でパルス化されたパルス電流をもつこと、及び（ｉｉ
   ）４５から６０゜の位置角度で画成された継手に対する
   位置をもつことと、 （ｄ）前記組立てられた構成部品を前記アークに対して
   毎分少なくとも１５２．４ｃｍ（６０インチ）の速度で
   １つの単一回転だけ回転させ、融解とけこみを持ち且つ
   巣がなく且つ焼き通しのない改良された融解のための滴
   様態の移行によつて充分に移行された電極によって前記
   継手を完全に融解することと、を含む溶接方法。