JPH0635061B2 - 狭開先ｔｉｇ溶接装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明はＴＩＧ溶接装置に係り、特に狭開先内の溶接に
好適なＴＩＧ溶接装置に関するものである。

〔発明の背景〕

アーク溶接の一つとしてタングステン等の非消耗電極を
用い、かつ溶接部の周囲をアルゴン，ヘリウム等の不活
性（イナート）ガスでシールするＴＩＧ溶接がある。

従来のＴＩＧ溶接は溶加ワイヤの溶融速度が遅く、溶着
金属量が少ないことから溶接作業の作業能率が悪く、こ
のためにＴＩＧ溶接を適用できる範囲は比較的薄板同志
の溶接に限られていた。

しかしながら、この溶加ワイヤに通電して溶加ワイヤ自
体を加熱し、溶着金属量を増やす、いわゆるホツトワイ
ヤＴＩＧ溶接の出現によつて、溶加ワイヤからの溶着金
属量が増えることから溶接作業の能率が向上し、これに
伴つてＴＩＧ溶接の適用範囲は厚板同志の溶接にまで拡
大しつつある。

一方、厚板同志の溶接においては、溶接する断面積を減
少させて更に溶接作業の作業能率の向上を計るために狭
開先ＴＩＧ溶接が実用化されている。

ところが、この狭開先ＴＩＧ溶接においては次の様な欠
点がある。

すなわち、開先幅が非常に狭くこの開先幅が７mmより広
くなると狭開先のほぼ中央に形成されたままのアークに
よつて狭開先の側壁面を安定して溶融（濡れ性）するこ
とが困難となり、溶接金属の表面形状が凸形ビードとな
つて、開先の中央に位置したままのアークでは開先側壁
面を安定して溶融することが困難になる。このために第
５図に示すように、開先１５の側壁面１６において融合
不良１７等の溶接欠陥が発生することがある。

従つて、一層の溶接を一パスで溶接しようとすれば何ら
かの方法でアークを狭開先内でオツシレイトさせる必要
がある。

例えば、通常のアーク溶接と同様に、ＴＩＧ溶接におい
ても開先の側壁面を溶融させるために、溶接トーチ（電
極）を機械的にオツシレイトさせるか、あるいはアーク
発生部に外部から磁界をかけてアークを磁気オツシレイ
トさせることが一般に行なわれている。

ところが、例えば幅５mm前後に形成した狭開先ＴＩＧ用
トーチ（電極）を幅９mmの深い狭開先内で機械的に左，
右に２mm程度振幅させてオツシレイトさせようとして
も、開先幅が狭く被溶接物が邪魔になつてアークが真下
を向いたままで狭開先内を左，右に移動する形となるの
で、オツシレイト制御の困難さのわりには狭開先の側壁
面が溶融（濡れ性）できず、溶接欠陥の発生原因ともな
る。

そこで、溶接トーチ、すなわちタングステン電極を狭開
先のほぼ中央に保持したままでアークに外部から磁界を
かけて磁気オツシレイトさせる方が、アークはより適確
に狭開先の側壁面を溶融することが期待できる。

また、従来から磁気オツシレイトとしてはアーク発生部
近くに励磁コイルを配置し、交番電流を通電して交番磁
界を発生させる方法が開発されているが、直径３０〜５
０mmの励磁コイルを９mm幅の狭開先内に設置することは
不可能である。

また、溶加ワイヤへ通電し磁界によつてアークを偏向あ
るいはオツシレイトさせる方法（特開昭５４−１１２７
５４）も提案されている。この制御方法は溶加ワイヤを
開先の左右いずれか片方へ寄せて、あるいは左右へ揺動
させて送給するものであるが、このような溶加ワイヤの
送給制御方式は非常に複雑なものとなる。更に、溶加ワ
イヤを一方に寄せて溶接を行う方法においては、アーク
は逆方向の側壁面へ偏向し、溶加ワイヤはそれとは反対
方向に供給されるため、アークとの安定した接触あるい
は溶加ワイヤの完全な溶融に対して問題がある。また、
狭い開先内で溶加ワイヤを左右に揺動させることは前記
したように技術液に困難である。また、溶加ワイヤの送
給される位置が重要な因子となるために、溶接作業者が
溶接トーチ本体、タングステン電極からのアークに加え
て溶加ワイヤの送給位置を常に確認し、修正する必要が
あり、その溶接作業性は困難なものである。

以上に記述した理由により、狭開先ＴＩＧ溶接における
開先側壁面への不十分な溶融に起因した融合不良等の溶
接欠陥の防止は、溶着量の低下、溶接速度の低下あるい
は溶接作業者の技量によつているのが実状であり、その
適用範囲は特定分野に限定されているのが現状である。

また、特開昭６１−１１１７７２号公報には、３本のチ
ップを２つの絶縁体を介して横一列に連結し、中央のチ
ップにＭＩＧ溶接ワイヤを挿通し、両側のチップにＴＩ
Ｇ溶接用電極を挿通した集合体が記載されている。

しかしこの構造では、前述のように３本のチップを２つ
の絶縁体を介して横一列に連結しているため、集合体の
横幅寸法が必然的に大きくなる。そのため幅が例えば１
０mm程度、あるいはそれ以下の極く狭い開先内には挿入
できず、極狭開先溶接には適用できないという欠点を有
している。

〔発明の目的〕

本発明はかかる従来の欠点を解消しようとするもので、
その目的とするところは、狭開先内でアークを狭開先の
幅方向にオツシレイトすることができ、しかも狭開先Ｔ
ＩＧ溶接部の健全性に大きく影響する狭開先の側壁面へ
の安定した溶融ができる狭開先ＴＩＧ溶接装置を得よう
とするものである。

〔発明の概要〕

本発明は前述の目的を達成するために、狭開先内に非消
耗電極の先端部と溶加ワイヤの先端部を挿入してＴＩＧ
溶接を行なう狭開先ＴＩＧ溶接装置を対象とするもので
ある。

そして前記狭開先の幅方向に狭い間隔をおいて二本の非
消耗電極の先端部を配置し、この非消耗電極からのアー
クによって形成される溶融池の近傍でかつ非消耗電極の
間を除く位置に前記溶加ワイヤが供給され、 前記非消耗電極と被溶接物の間にアーク電源が接続さ
れ、そのアーク電源と非消耗電極との間に二本の非消耗
電極に交互に通電する通電切替手段を設け、 前記溶加ワイヤと被溶接物の間にワイヤ電源が接続され
て、その溶加ワイヤへのワイヤ電流は前記非消耗電極へ
のアーク電流とは逆方向の電流が流れるように構成され
ていることを特徴とするものである。

〔発明の実施例〕

以下本発明の実施例を図面を用いて説明する。

第１図は本発明の実施例に係る狭開先ＴＩＧ溶接装置の
斜視図、第２図(a)，(b)，(c)はタングステン電極と溶
加ワイヤへの電流波形を示す図、第３図(a)，(b)はアー
クの偏向を説明する図、第４図(a)，(b)，(c)はタング
ステン電極の他の実施例を示す断面図である。

第１図において、１は開先幅を約１０mmとした被溶接物
であり、２，３は溶接トーチ４に固定されたタングステ
ン電極で、このタングステン電極２，３は開先の中央を
中心として開先の幅方向に左右に約２mm離して配置され
ている。タングステン電極２，３と被溶接物１の間に
は、タングステン電極２，３側負極、被溶接物１側が正
極になるようにアーク電源５が接続されており、更にタ
ングステン電極２，３に交互に通電できるようにゲート
ターンオフサイリスタ（以下、単にＧＴＯと云う）６，
７を設けている。ＧＴＯ６がＯＮ、ＧＴＯ７がＯＦＦの
状態ではタングステン電極２からアーク８が発生しアー
ク８によつて溶融池９が形成される。この溶融池９には
図示していない送給ローラによつてコンタクトチツプ１
０を介して溶加ワイヤ１１が溶融池９に送給される。溶
加ワイヤ１１と被溶接物１の間にはワイヤ電源１２が配
置され、溶加ワイヤ１１側が正極、被溶接物１側が負極
となるようにワイヤ電源１２に接続されている。

以上、本発明になる狭開先ＴＩＧ溶接装置の構成を示し
たが、次にアーク８がオツシレイトされる様子について
説明する。

第２図は本発明になる狭開先ＴＩＧ溶接装置におけるタ
ングステン電極２，３のアーク電流と溶加ワイヤ１１の
ワイヤ電流の電流波形を示す。そして、第２図の区間ａ
においては、溶接進行方向に向つて右側（第３図の右
側）のタングステン電極２に接続されたＧＴＯ６がＯＮ
になつた状態での電流波形であり、区間ｂにおいては、
ＧＴＯ６がＯＦＦで、ＧＴＯ７がＯＮになつた状態での
電流波形を示し、第３図の左側のタングステン電極３に
アーク８が発生する。また溶加ワイヤ１１へのワイヤ電
流は常にアーク電流とは逆方向の電流が通電されてい
る。

第３図は、第２図(a)，(b)，(c)に示した電流波形にお
いて、アーク８がオツシレイトする様子を説明する図で
ある。第３図(a)は第２図の区間ａに対応しており、ア
ーク８は右側のタングステン電極２から発生する溶加ワ
イヤ１１への通電により発生した磁界によつてアーク８
は右側の開先側壁面１６へ偏向する。第３図(b)は第２
図の区間ｂに対応しており、この場合は左側のタングス
テン電極３から発生したアーク８は左側の開先側壁面１
６へ偏向する。以上のように、アーク８は開先１５内で
左，右にオツシレイトされ、しかも開先側壁面１６と溶
接金属１３とのコーナ部へ傾いて偏向するために開先側
壁面１６を安定して溶融することができる。

また、アーク８はオツシレイトされるが、タングステン
電極２，３の距離は３〜４mmであるため溶融池９は１つ
であり、溶融池９のほぼ中央の位置に供給される溶加ワ
イヤ１１は安定して溶融池９に接触し、通電して加熱さ
れる。また、溶加ワイヤ１１は左右にオツシレイトされ
たアーク８及び溶融金属１３によつて有効に加熱され、
その溶融も安定したものとなる。

以上に説明したように、アーク８のオツシレイトはタン
グステン電極２，３への通電の経路を電気的に制御する
だけで可能であり、溶加ワイヤ１１の供給もタングステ
ン電極２，３間のほぼ中央へ位置するようにればよく、
溶接トーチ４に固定しただけのコンタクトチツプ１０を
介して行うことが可能である。このように、本発明にな
る溶接装置においては、機械的な揺動部分は全くなく、
溶融トーチ４と開先１５との位置関係及びアーク８の状
況を時々確認するだけで溶接を継続することが可能であ
り、溶接作業性は著しく向上する。

なお、アーク８のオツシレイトに対しては溶加ワイヤ１
１への電流値に適正範囲があり、ワイヤ電流値はアーク
８の偏向量に大きな影響を及ぼし、通常のアーク長にお
いて、２mm以上偏向させて開先１５の側壁面１６の溶融
を十分に行うためにはアーク電流値の1/3以上の値が必
要である。しかしながら、ワイヤ電流をアーク電流値以
上にまで増加させるとアーク８自体が不安定となり、溶
接作業が困難になる。

また、アーク電流の交番の周期は数ヘルツから数百ヘル
ツまで開先１５の側壁面１６の溶融に対して効果が認め
られたが、特に数ヘルツから100ヘルツの範囲において
は溶融池９が振動し、このため溶接金属の凝固、成長が
断続的となつて溶接金属の結晶粒が小さくなる。

第４図(a)，(b)，(c)はタングステン電極の他の実施例
になるタングステン電極の断面図である。第４図(a)は
２本のタングステン電極２，３の間にセラミツクス等の
絶縁物１４を配置したものであり、タングステン電極
２，３間の絶縁及び溶接トーチ４への固定が容易にな
る。また、絶縁物１４を熱伝導性の良いＳｉＣにすれば
タングステン電極２，３間の冷却を効果的に行うことが
できる。第４図(b)のものはタングステン電極２，３を
半円形状にしたものでタングステン電極２，３の通電容
量に比例する断面積を大きく減少することなくタングス
テン電極２，３間の幅を小さくすることができる。第４
図(c)のものは角柱のタングステン電極２，３にしたも
のであり、溶接トーチ４への固定は最も容易になる。

以上述べた様に本発明になる溶接装置によれば、厚板構
造物の狭開先ＴＩＧ溶接において最大の問題点であつた
開先側壁面の不十分な溶融現象を溶接トーチや溶加ワイ
ヤを揺動運動によらないでアークをオツシレイトするこ
とによつて解消できた。このため、融合不良等の溶接欠
陥のない健全な溶接部を高能率にしかも容易に得ること
が可能となり、厚板構造物へのＴＩＧ溶接法の応用範囲
を拡大することができ、その工業的価値は大なるもので
ある。

〔発明の効果〕

本発明は前述のように、狭開先の幅方向に二本の非消耗
電極の先端部を配置し、この非消耗電極からのアークに
よって形成される溶融池の近傍でかつ非消耗電極の間を
除く位置に溶加ワイヤが供給されるようになっているか
ら、非消耗電極の間に例えば実施例で示したように１つ
の絶縁体しか介在されておらず、従来提案されたものよ
りも非消耗電極の間隔を極端に狭くすことができるた
め、極く狭い開先内の溶接が可能である。

また二本の非消耗電極に交互に通電してアークを狭開先
の幅方向に偏向させるようにしたので、狭開先内であつ
てもアークをオツシレイトすることができ、狭開先溶接
部の健全性に大きく影響する側壁面の安定した溶融（濡
れ性）が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る狭開先ＴＩＧ溶接装置の
斜視図、第２図(a)，(b)，(c)はタングステン電極と溶
加ワイヤへの電流波形を示す図、第３図(a)，(b)はアー
クの偏向を説明する図、第４図(a)，(b)，(c)はタング
ステン電極の他の実施例を示す断面図、第５図は従来法
による融合不良の発生を示す断面図である。 ２，３……タングステン電極、８……アーク、１１……
溶加ワイヤ、１５……開先。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】狭開先内に非消耗電極の先端部と溶加ワイ
   ヤの先端部を挿入してＴＩＧ溶接を行なう狭開先ＴＩＧ
   溶接装置において、 前記狭開先の幅方向に二本の非消耗電極の先端部を配置
   し、この非消耗電極からのアークによって形成される溶
   融池の近傍でかつ非消耗電極の間を除く位置に前記溶加
   ワイヤが供給され、 前記非消耗電極と被溶接物の間にアーク電源が接続さ
   れ、そのアーク電源と非消耗電極との間に二本の非消耗
   電極に交互に通電する通電切替手段を設け、 前記溶加ワイヤと被溶接物の間にワイヤ電源が接続され
   て、その溶加ワイヤへのワイヤ電流は前記非消耗電極へ
   のアーク電流とは逆方向の電流が流れるように構成され
   ていることを特徴とする狭開先ＴＩＧ溶接装置。