JPH0417976A

JPH0417976A - アーク溶接法

Info

Publication number: JPH0417976A
Application number: JP12196090A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kato; 浩加藤; Naoki Murata; 直樹村田; Masaharu Watanabe; 正治渡辺; Uichi Nakamura; 中村　宇一
Original assignee: Tokushu Denkyoku Co Ltd
Current assignee: Tokuden Co Ltd Hyogo
Priority date: 1990-05-10
Filing date: 1990-05-10
Publication date: 1992-01-22

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、溶接ワイヤを溶接材料に用いて、非消耗電極
と母材との間に点弧されたアーク（以下、主アークとす
る）、及び該非消耗電極と連続的に供給される溶接ワイ
ヤとの間に点弧されたアーク（以下、メタルアークとす
る）を熱源として母材に肉盛溶接するアーク溶接法の改
良に関する。

（従来の技術）従来、上記のように非消耗電極と溶接ワイヤを用いて、
母材に該溶接ワイヤを溶着する場合は、例えば第７図に
示すように、収束ノズルＡのノズル孔の中心上方部に非
消耗電極Ｂを配置すると共に、該ノズル孔の下方部に１
本の溶接ワイヤＣを連続的に供給可能に配置し、非消耗
電極Ｂと母材りとの間に主アークＦを点弧すると共に、
非消耗電極Ｂと１本の溶接ワイヤＣとの間にメタルアー
クＦを点弧し、該１本の溶接ワイヤＣを溶融させつ）母
材に溶着させるアーク溶接法が知られている。（なお、
同図において、Ｇは主アーク電源、Ｈはメタルアーク電
源、■は溶接ワイヤ供給ノズル兼給電部、Ｊは溶接ワイ
ヤ供給ローラを示す）。

また、ＭＩＧ溶接法、ＭＡＧ溶接法等のように、非消耗
電極を使用することなく、供給溶接ワイヤと母材との間
にアークを点弧し、該溶接ワイヤを該アークにより溶融
して母材に溶接金属を形成するアーク溶接法が知られて
いる。

さらに、溶接ワイヤを使用することなく、溶接ロンド或
は溶接粉末を溶接材料とし、アークを熱源として溶接す
るＴＩＧ溶接法、ＰＴＡ溶接法等もよく知られている。

（発明が解決しようとする課題）然るに、上記第１番目の従来技術の場合は、１個所のみ
から１本の溶接ワイヤを供給している関係から、例えば
溶接ワイヤの供給方向が主アークの中心線から外れて一
致しないような場合には、ワイヤ電流による、所謂磁気
吹き現象を生じ、これにより主アークは、第７図に示す
ように偏向し、メタルアークもそれにつれて当然に偏向
するため、母材の溶融及びビードの形成に異常を来たし
、健全な溶接部が得られないといった重大な支障を生じ
る。

また、上記第２番目の従来技術の場合は、ワイヤーの溶
融量を増加するためにはアーク電流値を増加する必要が
あり、アーク電流値の増大によって母材の溶は込みが大
きくなる。　したがって、とくに厚板接合等深い溶は込
みを必要とする場合をのぞき、−殻内には適正な溶は込
みを得るためには時間当りのワイヤー溶融量に限界があ
る。

すなわち、溶着能率を向上するためにはアーク電流を大
きく設定せねばならないが、アーク電流が過大になると
肉盛溶接の場合、母材成分により溶接金属が過大に稀釈
され、目的とする耐蝕性や耐摩耗性が得られず、接合溶
接の場合は、突合せ開先のルート面が溶落し、健全な継
手が得られないという問題がある。

さらに、上記第３番目の従来技術の場合は、溶接材料の
供給量とアーク電流値は独立に調整することができ、こ
れによって（とくにＰＴＡ溶接法の場合）、母材への溶
は込み量を著しく減少させることができるが、反面、ア
ーク出力による溶接材料の溶融量には限界があり、供給
量が限界を越えると溶接ビードに融合不良を生じ、粉末
の場合は未溶融の粒が溶接金属中に残存する危険さえあ
る。

本発明は、上記第１番目の溶接法の問題点を解決するこ
とを課題として開発されたもので、簡単な手段により、
溶接材料を十分に溶融させつつ溶着量を飛躍的に増大で
き、且つ溶接材料の溶融速度とは別口に溶は込みを調整
できるアーク溶接法を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段）上記の課題を解決し、その目的を達成するために、本発
明では、非消耗電極と母材との間、及び該非消耗電極と
連続的に供給される溶接ワイヤの先端との間に、アーク
を夫々点弧し、該溶接ワイヤを溶融させつ）母材に溶着
させるアーク溶接法においで、複数個所から複数の溶接
ワイヤを夫々供給すると共に、各アークを共通の収束ノ
ズル孔を経て通過させることを特徴とするアーク溶接法
を開発し、採用した。

ざらに、本発明では、上記のように構成したアーク溶接
法において、複数の溶接ワイヤの供給位置を、アーク収
束ノズル孔の中心線を基準として均等な配置間隔を保っ
て設定したアーク溶接法を開発し、採用した。

（作　　用）本発明に係るアーク溶接法では、複数個所から複数の溶
接ワイヤを供給する手段を採用しているので、各ワイヤ
に流れる電流の磁気吹きの方向を均衡させることによっ
て、主アーク及びメタルアークの偏向を防止する作用が
ある。　このアークの偏向防止作用は、複数のワイヤの
供給位置を、アーク収束ノズル孔の中心線を基準として
均等な配置間隔て設定したことにより一層向上される。

また、各アークを共通の収束ノズル孔を経て通過させる
手段を採用しているので、上記アークの偏向防止作用を
更に一層向上させる作用がある。

（実施例１）軟鋼母材に、ステンレス鋼用フラックスコアードワイヤ
ー（１，２φ、外皮としてＳＵＳ　−３０８フープ使用
）を溶接材料として肉盛溶接を行なう場合について述べ
る。　この場合、供給する溶接ワイヤの数は２本であり
、施工対象物は径１．５ｍ、長さ１．５ｍ、肉厚１００
ｍ、の普通鋳鋼管で、その外面に肉盛するものである。

　肉盛は鋼管外面全面、ビードＢはスパイラル状に重ね
、１層で完了する。

装置等の電気結線図を第１図に示し、トーチＴと溶接方
向の位置関係を第２図に示す。　第１図において、主ア
ーク８用の直流溶接電源２は非消耗電極１と母材６に接
続され、メタルアーク９用の直流溶接電源３．４は非消
耗電極１とワイヤの供給ノズルである給電部５に接続さ
れ、該給電部５を介してワイヤ７．７に通電している。

　なお、本実施例において非消耗電極は陰極として用い
ている。　溶接ワイヤ７．７は第５図の（イ）にも示し
ているように、収束ノズルＮのノズル孔の中心線を基準
として、１８０°の角度と間隔を保って対称的に配置さ
れ、溶接方向に対しては、第２図に示すように各ワイヤ
７．７はトーチ移行方向、すなわち溶接進行方向に平行
に、かつ相互に１８０°の位置に配置されている。　こ
れは第６図の（イ）に示すようにワイヤ数が２の場合、
アーク８の断面はほぼ楕円の形状を呈するので、その長
径側をビード両側の止端部に向けて配置し、該止端部を
加熱し、確実に溶着せしめるためである。　プラズマガ
スには溶接用アルゴンガスを用いた。溶接条件は、主ア
ークは電流１００Ａ、電圧４０〜４２ｖ、メタルアーク
ハ電流各２００Ａ、電圧は各ワイヤ共に４０〜４２Ｖ、
溶接速度１４０履／分、トーチオシレート幅５０ｍ、ビ
ード厚６ｍ、溶肴速度約２０に３層時とした。

結　　果１本の溶接ワイヤを使用して上記と同様の肉盛溶接を行
なうと、第７図に示すようにアークの偏向により、母材
上への溶滴の落下位置が母材上の溶融金属池の中心から
外れるため、ワイヤを溶接進行方向に対して前方に位置
させた場合、溶滴の１部は未だ溶融していない母材表面
上に、散乱し、逆に後方に位置させた場合は既に凝固し
たビード表面上に散乱するため、溶着量、の歩留を著し
く低下せしめるのみならず、ビードの蛇行、融合不良等
を生じ、健全など一ド形成を妨げ、事実上溶接不能とな
る。

これに対して、本実施例の場合は、溶融金属は溶融池の
中心に落下し、滑らかに溶着するため問題なく溶接が進
行し、健全な肉盛溶接部が得られた。

（実施例２）溶接ワイヤの数が３本以上の場合、アークはワイヤ電流
の磁気によって取り囲まれるため、磁気による収束度が
大きく、溶は込みが深くなるので突合せ溶接等の接合溶
接に適している。

この実施例では、３本のワイヤを使用し、３０ｍ厚、径
５００ｍのステンレス（ＳＵＳ　−３０４＞　ｔＡ管を
ステンレス鋼（ＳＯ３−３０８）ソリッドワイヤ（１，
２φ）によってＹ型突合せ溶接を行なう場合について述
べる。　装置等の電気結線図を第３図に示し、トーチと
溶接方向の位置関係を第４図に示す。

第４図に示すように一つのワイヤ７ａは開先中心に配置
し、かつ、その他のワイヤ７ｂ、７Ｇよりも先行させ、
該他のワイヤ７ｂ、７Ｇは溶接線に対称的に配置し、か
つ各ワイヤ７ａ、７ｂ、７Ｃは相互に１２０°の角度で
均等間隔に配置されている。

第３図において、主アーク８用の直流溶接電源２は非消
耗電極１と母材６に接続され、メタルアーク９用の直流
溶接電源３．４．４′は非消耗電極１と各ワイヤの供給
ノズルである給電部５に接続され、該給電部を介して各
ワイヤに通電している。　なあ、本実施例において非消
耗電極は陰極として用いている。

プラズマガスには、水素を３％混合したアルゴンガスを
用い、シールドルガスには水素を５％混合したアルゴン
カスを用いた。　開先形状はルート面５＃、ルート間隔
はＯ１開先角度６０’である。

なあ、第４図に示すようにワイヤ７ａは開先中心に配置
し、かつ、他のワイヤよりも先行させ、他のワイヤ７ｂ
、７Ｃは溶接線に対称的に配置し、カッ各’フイｔ７ａ
、７ｂ、７Ｃは相互に１２０゜の角度と間隔を保って均
等に配置されている。

溶接条件は主アークが電流１５０Ａ、電圧５０〜５２Ｖ
、メタルアークは電流各２００Ａ、電圧はワイヤー７ａ
のみ５０〜５２Ｖ、伯のワイヤ７ｂ、７Ｃは夫々４０〜
４２ｖ、溶接速度１１０＃／分、酒肴速度は２０に’ｊ
１時であり、−層溶接を行なった。

結　　果１本の溶接ワイヤを使用して上記と同様の肉盛溶接を行
なうと、第７図に示すようにアークの偏向により、母材
上への溶滴の落下位置が母材上の溶融金属池の中心から
外れるため、ワイヤを溶接進行方向に対して前方に位置
させた場合、溶滴の１部は未だ溶融していない母材表面
上に散乱し、逆に後方に位置させた場合は既に凝固した
ヒート表面上に散乱するため、いづれの場合も溶着不良
となり、特に開先ルート面が溶着不良となり、事実上溶
接不能となる。

これに対して、本実施例の場合は、溶融金属は溶融池の
中心に落下し、ルート面も滑らかに溶着するため問題な
く溶接が進行し、健全な肉盛溶接部が得られた。

なあ、上記各実施例において、最も簡単、確実にアーク
の偏向を防ぐには第５図の（イ）、（ロ）（ハ）に夫々
示すように複数のワイヤ位置をアーク収束ノズルの中心
線を基準として等角かつ等間隔に、配置し、各ワイヤの
電流値をほぼ一致させればよいが、これは本発明の必須
要件ではない。

また、各電流値の範囲が平均値の±２０％の範囲内であ
れば実用上アーク偏向による悪影響は見られない。　こ
の場合、アークの断面形状は、概略、第６図に対応図示
するように変化するものであり、これらの形状のアーク
は次のような特徴を有する。

供給ワイヤの数が２本の場合は、第６図の（イ）に示す
ようにアークの断面は略楕円の形状を呈するので広幅の
ビードを置くのに適しているので肉盛溶接に好都合であ
り、その長径側をビード両側の止端部に向けて配置して
止端部を加熱することにより、溶融金属を止端部まで確
実に溶着させることができる。

また、第６図の（ロ）、（ハ）に示すように、供給ワイ
ヤの数が３本以上の場合は、アークはワイヤ電流の磁気
によって取り囲まれるため、ワイヤの数が増える程、磁
気によるアークの収束度がより大きくなり、主アークの
電流密度の増大によって溶は込みが深くなるので突合せ
溶接等の接合溶接に適する。　このようにワイヤの数の
選択によって肉盛溶接、突合せ溶接、その他の各場合に
適用することができるのも水沫の一つの特徴である。

なお、ワイヤーを等角に配置しなくとも、各ワイヤーの
電流値を適切に異なる値に調整して磁気吹を均衡させれ
ばよいが、実際には煩雑になるので上記の方法が簡単で
ある。

以上、本発明のいくつかの実施例について説明したが、
本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明
の目的を達成でき、且つ本発明の要旨を逸脱しない範囲
内で、種々の設計変更か可能でおることは当然である。

（発明の効果）本発明は、上記のように、非消耗電極と母材との間、及
び該非消耗電極と連続的に供給される溶接ワイヤの先端
との間に、アークを夫々点弧し、該溶接ワイヤを溶融さ
せつ・母材に溶着させるアーク溶接法において、複数個
所から複数の溶接ワイヤを供給する手段を採用したので
、各ワイヤに流れる電流の磁気吹きの方向を均衡させる
ことによって、主アーク及びメタルアークの偏向を容易
確実に防止し得て、優良健全な溶接部を得られる多大な
利点があり、且つ主アークとメタルアークを共通の収束
ノズル孔を経て通過させる手段を採用したので、上記の
効果を一層向上できるものである。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すもので、第１図は実施例１
を実施するための溶接装置の要部を縦断した概略正面図
、第２図はその供給溶接ワイヤの位置と溶接方向を示す
説明図、第３図は実施例２を実施するための溶接装置の
概略正面図、第４図はその供給溶接ワイヤの位置と溶接
方向を示す説明図、第５図の（イ）、（ロ）、（ハ）は
夫々２〜４本供給溶接ワイヤの位置を略示する説明図、
第６図の（イ）、（ロ）、（ハ〉は夫々溶接ワイヤの数
と位置に対応するアークの断面形状を示す説明図である
。（符号の説明）１・・・非消耗電極、６・・・母　材、７・・・溶接ワイヤ、８・・・主アーク、９・・・メタルアーク。（符号の説明）１−・・非消耗電極、６・・・母　材、７・・・溶接ワイヤ、８・・・主アーク、９・・・メタルアーク。ｒイノ第３図第６図（ａ）七／ｂｔイノ１８０゜（Ｏ）とハノ手続補正書１．ｉ式）％式％発明の名称３゜４゜補正をする者事件との関係　　特許出願人住　所　　　兵庫県尼崎市昭和通２丁目２番２７号名　
称　　　　特殊電極株式会社更生管財人　梅　垣　栄　蔵

Claims

【特許請求の範囲】

（１）非消耗電極と母材との間、及び該非消耗電極と連
続的に供給される溶接ワイヤの先端との間に、アークを
夫々点弧し、該溶接ワイヤを溶融させつゝ母材に溶着さ
せるアーク溶接法において、複数個所から複数の溶接ワ
イヤを夫々供給すると共に、各アークを共通の収束ノズ
ル孔を経て通過させることを特徴とするアーク溶接法。
（２）複数の溶接ワイヤの供給位置を、アーク収束ノズ
ル孔の中心線を基準として均等な配置間隔を保って設定
したことを特徴とする請求項（１）に記載のアーク溶接
法。
（３）点弧アークがプラズマアークであることを特徴と
する請求項（１）に記載のアーク溶接法。