JPH0466276A - 非消耗性電極交流アーク溶接方法 - 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、非消耗性電極を用いる交流アーク溶接方法の
改良に関するものである。

〈従来の技術〉 アルミニュームやその合金のように表面に融点の高い酸
化皮膜を有する金属をアーク溶接するには、この酸化皮
膜を破壊するために溶接電流に電極が正電位となる逆極
性期間を設けることが必要であり、このために通常交流
アーク溶接電源が用いられる。この交流アーク溶接電源
としては、商用周波の正弦波状交流やスイッチング素子
を用いて整形した矩形波状の電流が用いられる。そして
、このときの溶接電流は、正逆の比率または全電流に対
する逆極性電流の比率を要求されるビード幅や溶は込み
深さによって定まる一定の比率の電流波形のものが用い
られる。一方、電極の材料としては、通常純タングステ
ンの電極が用いられる。

その理由は、通称トリタンやランタンとよばれる酸化物
入りタングステンの方がアークのスタート性がよく、ま
た耐消耗性にも優れるが、溶接を続けると電極の先端が
いびつに消耗し、このためにアークが片よって発生する
ようになって不安定になる現象が発生するためである。

〈発明が解決しようとする問題点〉 上記酸化物入りタングステンを交流アーク溶接の電極に
用いたときの様子を詳細に観察すると第５図のようであ
った。同図は、直径２．４ｍｍφの２％トリウム入りタ
ングステンを電極として用い、溶接電流１００Ａ、正極
性（電極負）期間１０１８％逆極性（電極圧）期間４ｍ
ｓの矩形波状の交流電流によってアークを発生させたと
きの電極先端形状の変化の様子を示すものである。同図
（ａ）は電極をグラインダ加工によって整形してアーク
を起動した直後であり、アークは電極の先端から安定し
て発生している。同図（ｂ）は、起動後１５秒経過した
ときの様子であり、電極の先端には粒状の突起が生じて
おり、アークはこの突起部から片寄って発生することが
多（なる。同図（Ｃ）は、アーク起動後３０秒経過した
ときの様子であり、粒状突起はさらに成長してアークは
ほとんどこの部分に片寄って発生し、極めて不安定とな
る。これ以後は同図（Ｃ）の状態がほぼ維持されるので
、アークの片寄り、不安定は解消されず、所望の溶接結
果が得られなくなる。

上記の現象は、酸化物入りタングステンを電極として交
流アーク溶接を行ったときにのみ発生し、酸化物入りタ
ングステンを直流アーク溶接（電極負電位）に用いたと
きや純タングステンを交流アーク溶接に用いたときには
発生しない。その理由は、およそ次のようであると考え
られる。

（１）純タングステン電極を用いるときには、電極の温
度が純タングステンの融点を超えるために電極先端は交
流、直流にかかわらず丸く溶融し、次第に消耗してゆく
ので目立った変形は発生せず、アークの片寄りや不安定
は発生しない。

（２）酸化物入りタングステンを直流アーク溶接に用い
るときは、電極が負電位とされる正極性で用いられる。

このときは電極に含まれる酸化物からの電子放出が良好
であるために溶接中の電極先端温度は電極材料の融点以
下となって溶融せず、このために変形、消耗がほとんど
発生しない。

（３）酸化物入りタングステンを交流アーク溶接に用い
るときには、電極が負電位となる正極性期間には、上記
の直流正極性のときと同様に電極の溶融は発生しないが
、電極が正電位となる逆極性時には電極に突入する電子
の衝撃により温度が電極材料の融点を超えることになり
、電極先端の一部が溶融する。次に電流の極性が正極性
に反転すると、今度は電極から電子が放出されるので温
度が低下するが、先の逆極性時の部分的な溶融によって
酸化物の分布が不均一となっているために酸化物のある
部分と、ない部分とに温度のバラツキが生じ、このため
に電極先端が次第に変形し、粒状の突起が成長してゆく
ことになる。

上記の理由によって電極先端の変形が発生するので酸化
物入りタングステンを交流アーク溶接用の電極として用
いることは実用上はとんど不可能であった。

く問題点を解決するための手段〉 本発明は、上記のようにアークの起動性および耐消耗性
に優れているにもかかわらず従来は、交流アーク溶接に
用いることができなかった酸化物入りタングステンを溶
接電流波形に適宜常時よりも大なる逆極性期間を設ける
ことによって使用可能としたものである。

〈実施例〉 第１図に本発明の溶接方法に用いる電流波形の例を示す
。同図においてＩｓｐは溶接用正極性電流の値、Ｔｓｐ
は正極性期間、Ｉ　ｒｐは溶接用逆極性電流の値、Ｔｒ
ｐは溶接用逆極性期間を示し、またＩｒｅは一時的に大
なる値にするときの逆極性電流の値、Ｔｒｃは電流Ｉ　
ｒｅを流す期間、Ｔｃはこの電流Ｉ　ｒｅを流す間隔を
それぞれ示している。

ここで第５図にて説明した従来装置と同じ条件、即ちＩ
　ｓｐ　−Ｉ　ｒｐ　−１０ＯＡ、　　Ｔｓｐ　−１０
ｍｓ、　　Ｔｒｐ−４ｍｓとしたときに、Ｉｒｅ−２０
ＯＡ、Ｔｒｃ−２０ｍｓの逆極性電流をＴｃ−１０秒毎
に流すと、電極に先と同じ２．４１■φ、２％トリウム
入りタンゲステン電極を使用したときにもほとんど電極
先端の変形は発生しなかった。この理由は、大なる逆極
性期間Ｉｒｅ、Ｔｒｃを設けることによってこの期間に
大なる入熱が電極に一時的に供給され、これによって電
極先端全体が溶融し、成長し始めた突起状物が除去され
るものと考えられる。

この−時的に大とする逆極性電流の大きさＩｒｅや期間
Ｔｒｃおよび間隔Ｔｃは、使用する電極の直径や溶接電
流によって適宜選定されるものであり、また同じ電極に
対しても間隔Ｔｃが短いときにはＩｒｅ、Ｔｒｃを比較
的小さな値（但しＩ　ｒｅ＞　Ｉ　ｒｐ。

Ｔ　ｒｅ＞　Ｔ　ｒｐ）でもよい。また、これらの値、
Ｉ　ｒｅ。

Ｔｒｃ、Ｔｃの少なくとも一つが調整可能であればよく
、またＩｒｅ、Ｔｒｃはその少なくともいずれかが正常
溶接時の逆極性電流Ｉｒｐ、Ｔｒｐよりも大であればよ
い。

また、このように−時的に逆極性時に供給する電流値や
その期間を大にすると、その期間を含む前後の期間にお
いて正極性の占める比率が減少してビード形状や溶は込
み深さに変化が生じることが考えられる。これを防止す
るには、この−時的に逆極性の供給電力を大にする期間
の前または後の少なくとも一方における正極性期間に供
給される電流値また−４ヨ期間を第２図に示すようにこ
れに応じて大とすると、正極性の占める比率の変化を少
なくすることができる。

第３図は、本発明の溶接方法を実施する装置の例を示す
接続図である。同図において１は交流電源であり、単相
または三相の商用交流電源が用いられる。２は出力調整
回路であり、交流電源１からの電力を一旦整流して直流
とし、外部からの出力制御信号に応じてパルス幅制御を
行う高周波インバータ回路によって高周波交流とした後
に変圧器にてアーク溶接に適した電圧に変換し、その後
に再度整流して直流出力を得る公知の回路が用いられる
。３は出力平滑用直流リアクトル、４ａないし４ｄはブ
リッジ接続された出力極性切替用のスイッチング素子で
あり、通常トランジスタカ七用いられる。５は溶接用ト
ーチに設けられた電極、６は被溶接物、７は出力電流検
出器であり、溶接電流に比例した直流信号を出力する。

８はバイナリカウンタ、９ｓは正極性期間計数用のタイ
マ、９ｒは逆極性期間計数用のタイマであり、それぞれ
トリガ端子Ｔの入力信号が立下ったときから時間設定器
１０ｓ、１０ｒまたは１０ｃの設定に応じた時間だけ出
力端子Ｑにハイレベル信号を出力する。ＩＩｓ、ｌｌｒ
、ｌｌｃはそれぞれ正極性電流Ｉｓｐの設定器、逆極性
電流Ｉ　ｒｐの設定器および一時的に大にするときの逆
極性電流■ｃの設定器であり、１２ないし１４はアナロ
グスイッチ、１５はＮＡＮＤ回路、１６はスイッチング
素子駆動回路であり、タイマ９ｒの出力すがハイレベル
の間はスイッチング素子４　”　＋　４　ｂを導通させ
、逆にタイマ９ｒの出力すがローレベルの間はスイッチ
ング素子４ｃ、４ｄを導通させる信号ｊｒ＋ｊｓを出力
する。１７は比較回路であり、アナログスイッチ１４の
出力ｅｏと出力電流検出器７の出力ｅｆとの差信号Δｅ
−ｅｏ−ｅｆを出力調整回路２に対して出力電流指令信
号として供給する。

同図の装置において、バイナリカウンタ８のＱｎ出力が
ローレベル（以下りと略記する）の間はアナログスイッ
チ１２．１３はそれぞれｒ側にあり、またタイマ９ｒの
出力すがＬのときはアナログスイッチ１４はＳ側にあり
、各信号がノ＼イレベル（以下Ｈと略記する）となると
反転するものとする。またバイナリカウンタ８はクロッ
ク端子ＣＲに入力信号が到来するたびに１カウント計数
し、かつクリア端子ＣＬの入力信号の立下りによって初
期状態（ＱｏないしＱｎ各端子がすべてＬ）に戻るもの
とする。

第３図の装置の動作を第４図に従って説明する。

第４図　（ａ）ないしくｈ）は、第３図中に示した各ａ
ないしｈ点の信号の変化の様子をそれぞれ示す線図であ
る。

第３図およびｔＪ４図においてバイナリカウンタ８の出
力ＱｎがＬの間は、タイマ９ｒはアナログスイッチ１２
のｒ側から供給される逆極性期間設定器１０ｒによって
定まる時間だけＨとなる信号すを出力し、スイッチング
素子駆動回路１６を経て信号ｊｒとなり、スイッチング
素子４ａ、４ｂを導通させる。この結果、第４図（ａ）
に示すように電極５から被溶接物６に向って流れる逆極
性電流ｒ　ｒｐが流れる。タイマ９ｒの設定時限が終了
して信号すがＨからＬに変化すると、信号ｊｒ＃、、Ｈ
からＬとなり、スイッチング素子４ｍ、４ｂは遮断する
。一方、信号すの立下りによってタイマ９Ｓが起動し、
信号ＣがＨとなってバイナリカウンタ８が１カウント前
進する。また信号すの立下りによってスイッチング素子
駆動回路１６の出力信号ｊｓがＨとなり、スイッチング
素子４ｃ、４ｄが導通する。これによって溶接電流Ｉｏ
は逆極性から正極性に反転する。タイマ９Ｓは正極性期
間設定器１０ｇによって設定された時限が経過したとき
に出力信号ＣがＨからＬとなり、これによってタイマ９
ｒが再び時限を開始し、出力信号すがＨに反転し、これ
によってスイッチング素子４ｃ。

４ｄが遮断し、スイッチング素子４ａ、４ｂが導通して
逆極性電流が流れるもとの状態に戻る。これらの間にお
いて信号すがＨの間はアナログスイッチ１４がｒ側とな
り、信号すがＬの間はＳ側となるのでスイッチング素子
４ａ、４ｂが導通している逆極性の期間は（アナログス
イッチ１３がｒ側であるので）出力電流設定器１１ｒの
出力が基準信号ｅｏとしての出力電流検出器７の出力信
号ｅｆと比較されて差信号Δｅ−ｅｏ−ｅｆが出力調整
回路２に供給されて出力電流が設定値になるようにフィ
ードバック制御される。また信号すがＬになる正極性期
間は、アナログスイッチ１４がＳ側にかわり、出力電流
設定器ＩＩｓの出力が基準信号ｅｏとなって検出信号ｅ
ｆと比較される。

この結果、逆極性期間は出力設定器１１ｒの設定値に、
また正極性期間は出力設定器１１ｓの設定値に対応した
出力電流が得られることになる。この正極性期間信号Ｃ
がＨになる回数がバイナリカウンタ８の設定値に達する
と、端子Ｑｎの出力がハイレベルとなる。そして、アナ
ログスイッチ１２および１３がｒからＣに切りかわる。

この結果、これに続く正極性期間の終り、即ち次の逆極
性期間においては逆極性期間設定器１０ｒにかわって１
０ｃが有効となり、また逆極性電流設定器１１「にかわ
って１１ｃが有効となって、これらによって定まる期間
の長さと電流値の逆極性期間が開始される。この逆極性
期間の終了によって信号すがＨからＬになると、タイマ
９ｓが起動して信号ＣがＨとなり、これによってバイナ
リカウンタ８が１ステップ進み、端子ＱｏもＨとなる。

この結果、ＮＡＮＤ回路１５の出力はＨからＬになり、
これによってバイナリカウンタ８は初期状態、即ち端子
ＱＯ−いしＱｎのすべてがＬどなる。これによって信号
ｄはＬとなり、アナログスイッチ１２および１３はｒ側
に戻り、再び通常の逆極性期間と電流設定に戻る。ここ
で逆極性期間設定器１０ｒの設定値Ｔｒｐと１０ｃの設
定値Ｔｅとの関係をＴｒｐ＜Ｔｃとし、また逆極性電流
設定器１１ｒの設定値１　ｒｐとｌｌｃの設定値Ｉｃと
の関係を■ｒｐ＜　Ｉ　ｃとすれば、第４図（ａ）に示
すように正極性と逆極性を所定回数Ｃ２１回）だけくり
かえしたときに、逆極性期間における出力が１回だけ大
きくなるようにすることができる。

なお、本発明の溶接方法は、交流アーク溶接を行うに際
して一定間隔で逆極性の電力を他の期間におけるよりも
大なる電力となる期間を設けることによって非消耗性電
極に対する入熱を一時的に大とすることによって電極の
先端の変形を修正するものであるので、電流波形は例示
のように矩形波状に限るものではなく、正弦波状、台形
波状、三角波状など何ら制限はなく、また−時的に大と
する逆極性時の電力を供給するためには、その期間のみ
を大とするもの、電流値のみを大とするもの、あるいは
これらの両方を共に大とするもののいずれでも本発明の
目的を達成することができる。

〈発明の効果〉 本発明の溶接方法によるときは、酸化物入りタングステ
ンを交流アーク溶接に用いたときに発生する電極先端の
変形が大きく成長しない間に修正されるので、アークの
片寄りが発生したり、アークが不安定になったりするこ
とがない。このため、従来は交流アーク溶接では用いる
ことができなかった酸化物入りタングステン電極を使用
することが可能となり、酸化物入りタングステン電極の
有する優れたアークの起動性および耐消耗性を十分に活
用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の溶接方法に用いる電流波形の例を示す
線図、第２図は別の例を示す線図、第３図は本発明の溶
接方法を実施する装置の例を示す接続図、第４図は第３
図の装置の動作を説明するための線図、第５図は従来の
溶接方法を行ったときの電極の先端形状の変化の様子を
示す図である。 １・・・交流電源、　　２・・・出力調整回路、４ａな
いし４ｄ・・・スイッチング素子、５・・・電極、　６
・・・被溶接物７・・・出力電流検出器、８・・・バイ
ナリカウンタ、　９ｒ、９ｓ・・・タイマ、１０　ｒ　
、　　１０　ｓ　、　　１０　ｃ　−−−期間設定器、
１１　ｒ　、　　１１　ｓ　、　　１１　ｃ　−電流設
定器、１２．１３．１４・・・アナログスイッチ、１５
・・・ＮＡＮＤ回路、 １６・・・スイッチング素子駆動回路、１７・・・比較
回路

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、非消耗性電極を用いる交流アーク溶接方法において
   、前記非消耗性電極に酸化物入りタングステン電極を用
   い、溶接電源として逆極性時の溶接電流または期間の長
   さの少なくとも一方が調整可能な溶接電源を用いるとと
   もに、あらかじめ定めた一定時間毎に逆極性電流または
   逆極性期間の長さの少なくとも一方が定常溶接時よりも
   一時的に大となる溶接電流波形にて溶接する非消耗性電
   極交流アーク溶接方法。 ２、前記電流または期間が定常溶接時より大ととなる逆
   極性期間に前後する正極性期間の電流または期間の少な
   くとも一方が前記逆極性期間の変化量に対応して増加す
   る電流波形とした請求項１に記載の非消耗性電極交流ア
   ーク溶接方法。