JPH04344873A - ホツトワイヤ溶接装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、細幅の溶接ビードを添
加金属を加えながら形成し、薄板を高速、安定に溶接す
るホツトワイヤ溶接装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、板厚が１ｍｍ以下の薄板の溶融溶
接には、ＴＩＧアーク溶接、プラズマアーク溶接、電子
ビーム溶接、レーザ溶接などが適用されているが、多く
の場合、添加金属なしで単に母材を溶融凝固するだけの
、いわゆるなめ付け溶接が採用されている。しかしこの
ような薄板の溶接では、シエア切断面をそのままないし
は簡単な仕上げ加工だけで突き合わせ溶接できることが
望ましが、ばりなどにより多少のギヤツプや目違いを生
じやすい。また溶接前の拘束や設定不十分による、ある
いは溶接中の歪みによる突き合わせ部ギヤツプ不揃いや
目違いも加わり、ことに高速で溶接しようとすると、ビ
ード幅が細くなる傾向も寄与して、突き合わせ部にアン
ダーカツトを形成しやすい問題があつた。

【０００３】その対策として、ワイヤを添加して溶着金
属を形成すると、開先ギヤツプの変動など母材条件の変
動に対する裕度が大きくなり、作業が大層容易になるこ
とが期待される。そこで添加ワイヤを用いることもしば
しば行われているが、その添加ワイヤは、従来は通電加
熱されていない、いわゆる、コールドワイヤであつた。

【０００４】しかし、アークなどの熱源が母材を溶融す
る傍ら母材の一部での形でコールドワイヤを溶融するた
めに、ワイヤの溶融速度を大きく取れない問題があつた
。即ち、ワイヤを高速に溶融するためにアーク電流など
溶融熱源を大きく取つているときに、たまたまワイヤ挿
入位置がアーク発生位置から少しずれたりすると、薄い
母材の溶融が急速に進み、溶け落ちが生じて溶接できな
くなる。結局、小さい溶融熱源で母材の溶融状態、ワイ
ヤ溶融状態を監視しながら、ゆつくり溶接することにな
り、溶接速度が遅くなつていた。

【０００５】一方、添加ワイヤに通電加熱し溶着金属を
高能率に形成するホツトワイヤ溶接装置が知られている
が、その適用はビード幅が少なくとも２ｍｍ以上のビー
ドを形成する溶接に限られ、従来のホツトワイヤ溶接装
置では、通常、直径が１．０ｍｍないし２．４ｍｍ近傍
の添加心線がホツトワイヤとして用いられていた。すな
わち、細いビード幅で高速溶接するには、不適当であつ
た。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では板厚
３ｍｍ以下などの薄板を高速溶接する際に溶着金属を高
能率に添加することについて配慮がされておらず、この
ため開先状態についての裕度が狭く、また溶接速度の点
で改善の余地が残されているなどの問題があつた。

【０００７】本発明の目的は、薄板を細幅ビードで安定
かつ高速に溶接する手段を提供することのできるホツト
ワイヤ溶接装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
め本発明は、形成するビード幅より細い添加ワイヤ、即
ち０．６ｍｍ以下の細い添加ワイヤを、弾性体を介して
コンタクトチツプ先端部に押圧しながら、添加ワイヤに
通電加熱して高温の添加金属を形成させることを特徴と
する。

【０００９】

【作用】直径０．４ｍｍなどの極めて細い添加ワイヤを
用いても、ワイヤは弾性体を介してコンタクトチツプ先
端部に押圧されているので、ワイヤとコンタクトチツプ
間の電気的接触は十分に維持され、ワイヤ通電加熱が乱
れることなく、ワイヤは一定の溶融状態で溶融池に添加
される。すなわち、極めて細い添加ワイヤでも、ホツト
ワイヤにすることができる。そして、このような細い添
加ワイヤで小さい溶融池に半溶融状態の金属を高速に添
加するので、アンダーカツトを形成することなく、薄板
の高速溶接に適した細い溶接ビードを形成できる。

【００１０】

【実施例】図１は本発明に係るホツトワイヤ溶接装置の
一実施例の全体構成を示す図である。母材溶融熱源とし
て、ＴＩＧアーク溶接電源１を用いてＴＩＧトーチ２と
母材３間にアーク４を形成し母材３を溶融する。ワイヤ
加熱電源として、出力電流を制御できる直流電源５を用
い、ワイヤトーチ６と母材３に接続している。添加ワイ
ヤ７は直径０．４ｍｍの３０８ステンレス鋼心線を用い
た。このように細いワイヤを用いると、ワイヤの剛性が
小さくなるので、様々な工夫を必要とする。突き合わせ
溶接する母材としての薄板３は拘束治具８の上に置いて
いる。

【００１１】通常の太い心線を用いるホツトワイヤ溶接
では、ワイヤ送給ローラはトーチから離れた所に置き、
コンジツトチユーブでトーチまで案内される形で送給さ
れる。しかし、本実施例のように、ワイヤ７の直径が細
くなると、コンジツトチユーブでトーチまで案内する形
では途中で座屈して送給されなくなる。そこで、ワイヤ
トーチ６の直ぐそばに、またはトーチに一体に組み込ん
でワイヤ７を引き込むいわゆるプルの作用をする送給モ
ータ９とプル送給ローラ１０を配置した。ワイヤリール
１１はプル送給モータ９の近くに配置するのが好ましい
が、溶接作業の妨げになることがあるので、１ｍ程度離
したところに置き、その間はコンジツト１２でワイヤ７
を案内するようにした。

【００１２】最初にワイヤリール１１からプル送給モー
タ９までワイヤ７を送給するのは手送りでもよいが、本
実施例ではリール１１側にもプツシユの作用をするプツ
シユ送給モータ１３を配置し、いわゆるプツシユプル方
式でワイヤ送給した。この場合、プツシユの作用が強す
ぎるとワイヤ７が座屈するので、プツシユ側を定速度送
給とし、プル側を低トルク回転となるように、すなわち
、常にワイヤ７が引つ張られるように送給モータ９，１
３を制御した。

【００１３】図２はそのワイヤトーチ６の先端部を示す
斜視図である。ワイヤ７に接触通電するためのコンタク
トチツプ１４の先端近くに、取り付け部材１５とそれに
固定された板ばね１６、板ばね１６の先端に固定された
セラミツクチユーブ１７からなるワイヤ押さえ部材１８
が設置されている。細いワイヤ７では、ワイヤリール１
１出口で曲がり癖を直線に近い状態に修正していても、
その後のワイヤトーチ６の先端に至るまでにちよつとし
た力が加わつても新たに曲がりを生じる。一方、溶接ビ
ード１９の幅が０．８ｍｍのように狭いと、ワイヤ先端
位置はより一層精度よく制御しないと母材溶融池２０か
ら外れてしまい溶接不能となる。

【００１４】そこでワイヤ通電用のコンタクトチツプ１
４から、母材溶融池２０までのワイヤエクステンシヨン
Ｌの間は、セラミツクチユーブ１７を用いて、できるだ
け溶融池２０の近くまで案内するようにした。通常の太
い線を用いるホツトワイヤ溶接におけるワイヤ通電は、
ワイヤ７の曲がり癖とワイヤ弾性を利用したコンタクト
チツプとの接触で行つている。しかし、ごく細いワイヤ
は曲がり癖も一定せず、弾性も弱いので接触点が安定せ
ず、また頻繁に接触不十分の状態が発生し、ワイヤ加熱
が安定しない。

【００１５】そこで、図２に示すように、板ばね１６の
先端に耐摩耗性、耐熱衝撃性がよく、電気的絶縁性の高
い窒化珪素からなるセラミツクチユーブ１７を取り付け
、コンタクトチツプ１４先端で該セラミツクチユーブ１
７の中心軸がコンタクトチツプ１４の中心軸と少しずれ
る方向にセラミツクチユーブ１７でワイヤ７を板ばね１
６の作用で弾力的に押さえて、ワイヤ７がコンタクトガ
ラス１４の先端で安定に接触するようにし、これによつ
てワイヤ通電が安定して行えるようにした。

【００１６】通常の太い線を用いるホツトワイヤ溶接で
は、コンタクトチツプ１４の先端から母材３までのワイ
ヤエクステンシヨンＬは、ほとんどの場合、２０ないし
１００ｍｍの間に設定される。そして、このエクステン
シヨン間で常温から融点直下の温度まてワイヤ７は加熱
される。ところが、ごく細いワイヤ７を通電加熱する場
合には、太いワイヤ７の場合に比較して、ワイヤ７の軟
化によつて自身を支える作用が弱くなり、垂れて挿入位
置がずれる。この軟化による垂れでワイヤ挿入位置がず
れることを防止するには、エクステンシヨンを１５ｍｍ
以下にすることが推奨され、本実施例では１２ｍｍとし
た。このようにエクステンシヨンが短いと、コンタクト
チツプ１４内でワイヤ接触通電位置が少しずれても、ワ
イヤ発熱量に与える影響が大きい。

【００１７】例えば、ワイヤ７を定速度で送給、定電流
でワイヤ加熱しながら溶接しているときに、実効エクス
テンシヨンが１２ｍｍから２０ｍｍに変化すると、ワイ
ヤ７は加熱され過ぎてパチパチ音を発生しながら溶断を
生じ、溶融池２０への溶融金属の供給が不連続になる。 低溶接速度のときには不連続性が溶融池２０で緩和され
て影響が少ないが、溶接速度が０．３ｍ／分以上にもな
ると、形成されるビードが不連続になつてしまう。

【００１８】逆に、実効エクステンシヨン２０ｍｍで安
定な加熱状態になるようにワイヤ電流を調整していたと
きに、エクステンシヨンが急に１２ｍｍに変化すると、
ワイヤ加熱が不足し、低い温度の硬いワイヤ７が溶融池
２０に突き刺さり、後からどんどん冷たいワイヤ７が送
給されてきて、たちまちワイヤ７が大きく横方向にはみ
出し、溶接できなくなる。ここで述べたように、コンタ
クトチツプ１４内での接触通電位置の変化は、ことに細
い添加ワイヤで形成されやすく、そして高溶接速度のと
きには殊に避けなければならない問題である。従つて、
細径ワイヤをホツトワイヤとして使う場合には、ワイヤ
押さえ部材１８の設置は必須であつた。

【００１９】ホツトワイヤを用いた溶接では、溶融池２
０の中にホツトワイヤの先端を入れながら溶着金属を形
成していくので、ホツトワイヤの直径より幅狭い細いビ
ードを形成するのは困難となる。すなわち、幅が０．８
ｍｍなどの細いビードを形成しながら高速溶接するとき
には、添加するワイヤ７の直径はそのビード幅の８０％
以下の直径のワイヤ７を用いかつワイヤ先端を溶融池２
０に精度よく位置させることが必要となつた。このため
、セラミツクチユーブ１７はワイヤエクステンシヨンの
１／２程度の長さに、本実施例では６ｍｍのものを用い
、ワイヤ通電を安定にする作用とワイヤ７の先端位置を
安定させる作用とを持たせた。

【００２０】また、通常のホツトワイヤＴＩＧ溶接では
、溶接開始時にはＴＩＧアークをスタートし、母材３を
十分溶融してからワイヤ送給を開始するシーケンスが通
常であつた。しかし高溶接速度の場合には、このように
すると溶着金属不足部分がワイヤ送給開始まで形成され
てしまうので、ワイヤ７が母材３に接触したことを検知
してからアークスタートするシーケンスを採用した。

【００２１】次に他の実施例について述べる。これまで
母材溶融熱源にはＴＩＧアークを用いた例について述べ
たが、小径の熱源であればよく、プラズマアーク、レー
ザ、電子ビームも用いることができる。また、ここで述
べたワイヤ通電用のトーチ構造、なかんずくワイヤ通電
用の接触構造は、細径ワイヤの消耗電極アーク溶接用ト
ーチにも適用できる。

【００２２】図２の実施例では、ワイヤ７を押さえる部
材として、セラミツクチユーブ１７を用いたが、これに
限られることなく、図３に示すようにチツプ１４に取り
付けられたばね板２１を介してローラ２２あるいはロー
ラ２２の代わりにセラミツクチツプを置いてワイヤ７を
コンタクトチツプ１４に押し付ける構造としてもよい。

【００２３】母材溶融熱源が電子ビームの場合には、ワ
イヤ通電期間中にも、電子ビームを発生していると、ワ
イヤ電流の磁界の作用で電子ビームが偏向し、開先から
外れてしまう。そこで、図４に示すように、ワイヤ通電
期間中には、電子ビームの発生を休止し、ワイヤ非通電
期間中には電子ビームを発生して母材の溶融を進めるよ
うにした。

【００２４】レーザ溶接では、Ｉ開先の突き合わせ溶接
するとき、一般に、添加ワイヤを用いないときにはアン
ダーカツトを形成しやすく、許容開先ギヤツプは板厚２
ｍｍの軟鋼板で、０．１ｍｍ程度であるが、添加ワイヤ
を用いると、ギヤツプを十分に埋める溶着金属を添加で
きるので、許容開先ギヤツプは０．３ｍｍ程度になる。 この溶着金属を本発明のホツトワイヤ装置を用いて形成
するとき、高温に加熱された金属が添加されるので、レ
ーザによる溶融熱量のほとんどをそのまま母材溶融に利
用でき、許容開先ギヤツプは０．３ｍｍ程度と変わりな
いが、添加ワイヤもレーザで溶融しなければならない従
来の場合に比較して、溶接速度を高めることができる。

【００２５】

【発明の効果】本発明によれば、極めて細い添加ワイヤ
でも、ホツトワイヤにすることができる。そして、この
ような細い添加ワイヤで小さい溶融池に半溶融状態の金
属を高速に添加できるので、開先ギヤツプが多少存在し
ていてもアンダーカツトを形成することなく、細い溶接
ビードで薄板の高速溶接ができるようになつた。また、
高速溶接できるので、溶接歪みの発生も少なくなつた。 また、０．２ｍｍなど薄板を突き合わせ溶接するときに
、ＴＩＧアークで溶かすだけだと溶接は難しいが、直径
０．４ｍｍのホツトワイヤを添加すると容易に溶接でき
るようになつた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるホツトワイヤＴＩＧ溶接装置の一
実施例を示す構成図である。

【図２】その電極部分の拡大斜視図である。

【図３】ワイヤ通電チツプの他の実施例を示す斜視図で
ある。

【図４】電子ビーム電流およびワイヤ電流波形の実施例
の説明図である。

【符号の説明】

１　　ＴＩＧアーク電源 ２　　ＴＩＧトーチ ３　　母材 ４　　アーク ５　　直流電源 ６　　ワイヤトーチ ７　　添加ワイヤ ８　　拘束治具 ９　　プル送給モータ １０　　プル送給ローラ １１　　ワイヤリール １２　　コンジツト １３　　プツシユ送給モータ １４　　コンタクトチツプ １５　　取り付け部材 １６　　板ばね １７　　セラミツクチユーブ １８　　ワイヤ押さえ部材 １９　　溶接ビード ２０　　溶融池 ２１　　板ばね ２２　　ローラ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　母材溶融熱源装置、ワイヤ送給装置、
   添加ワイヤ、該添加ワイヤに通電するためのコンタクト
   チツプ、該コンタクトチツプと母材間に添加ワイヤを介
   して通電するための電源を備えたホツトワイヤ溶接装置
   において、直径が０．６ｍｍ以下の添加ワイヤを通電加
   熱して溶着金属を形成することを特徴とするホツトワイ
   ヤ溶接装置。
2. 【請求項２】　　弾性体を介してワイヤ接触用部材で添
   加ワイヤをコンタクトチツプ先端部に押圧してワイヤ通
   電する機構を備えたことを特徴とする請求項１記載のホ
   ツトワイヤ溶接装置。
3. 【請求項３】　　母材溶融はＴＩＧアーク、プラズマア
   ーク、レーザ、あるいは電子ビームで行うことを特徴と
   する請求項１または２記載のホツトワイヤ溶接装置。
4. 【請求項４】　　母材溶融を電子ビームで行う装置、パ
   ルス電流をワイヤに通電してワイヤ加熱する装置を備え
   、該電子ビーム発生装置はワイヤ電流のパルス期間中に
   電子ビームの発生を停止し、ワイヤ電流の非パルス期間
   中には電子ビームを発生して母材溶融を進行するスイツ
   チング回路を備えたことを特徴とする請求項１または２
   記載のホツトワイヤ溶接装置。