JPH0694074B2 - ホットワイヤtig溶接方法および溶接装置 - Google Patents

ホットワイヤtig溶接方法および溶接装置

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JPH0694074B2
JPH0694074B2 JP2443585A JP2443585A JPH0694074B2 JP H0694074 B2 JPH0694074 B2 JP H0694074B2 JP 2443585 A JP2443585 A JP 2443585A JP 2443585 A JP2443585 A JP 2443585A JP H0694074 B2 JPH0694074 B2 JP H0694074B2
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俊治 明賀
勝義 堀
俊明 田桑
浩 渡辺
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バブコツク日立株式会社
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00Arc welding or cutting
    • B23K9/16Arc welding or cutting making use of shielding gas
    • B23K9/173Arc welding or cutting making use of shielding gas and of a consumable electrode
    • B23K9/1735Arc welding or cutting making use of shielding gas and of a consumable electrode making use of several electrodes

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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明はホットワイヤTIG溶接方法および溶接装置、特
に、添加ワイヤを通電加熱して溶着金属を形成し、アー
クとワイヤの通電電流を連続的にスイッチングさせるホ
ットワイヤ・スイッチングTIG溶接方法および溶接装置
に関するものである。
(従来の技術) 従来、ホットワイヤTIG溶接装置としては第4図に示す
ものが知られている。図において、TIG溶接トーチ1の
中のタングステン電極2と母材3には直流溶接用のアー
ク電源4が接続され、アルゴン・シールドガス中でタン
グステン電極2を負極としてアーク5が形成される。溶
接用の添加ワイヤ6は、ワイヤ送給装置7からコンジッ
ト8およびそれと連結されたコンタクトチップ9を通っ
て、アーク発生部に導かれて母材3と接触される。その
際、コンタクトチップ9と母材3間にワイヤ加熱電源10
が接続され、直流または交流電流が添加ワイヤ6に流さ
れてジュール発熱させ、それにより添加ワイヤ6の溶融
速度を高めている。
ところが、このような通常のホットワイヤTIG溶接で
は、特にワイヤ通電電流を大きくすると、アークとワイ
ヤ電流との間に磁気干渉を生じ、いわゆる磁気吹きによ
るアークの乱れを起こして溶接が困難になることが知ら
れている。
その対策として、アークとワイヤへの通電電流を、第5
図に示すように交互に切替え、すなわち、アークのピー
ク電流Iapの通電期間Tp中にはワイヤ電流Iwは流さず、
アーク電流を非常に低くしたベース電流Iabの通電期間T
b中のみワイヤ電流Iwpを通電することにより、磁気吹き
を実質的になくそうとするホットワイヤ・スイッチング
TIG溶接法が実用されている。第6図は、従来用いられ
てきたドロッパ方式のホットワイヤ・スイッチングTIG
溶接用電源の使用例を示すもので、この場合の電源系統
は、大容量のトランジスタを可変抵抗の形で電流制御に
用いたアーク用電源11およびワイヤ加熱用電源12と、そ
れらトランジスタのスイッチングの同期と通電電流値を
制御する制御器13とから構成されている。なお、溶接装
置の構成は第5図と同じである。ワイヤ電力はベース期
間Tbにおけるワ慰イヤ電流の振幅Iwpを調整して制御し
ている。この溶接法では、アークのベース電流期間中に
のみワイヤに通電するので、アークのピーク電流期間中
には磁気吹きがなく、アークのベース期間中にワイヤ電
流のピーク値が高くなって磁気吹きが生じても、そのと
きのアーク電流は十分に低く、母材の溶融にはほとんど
寄与しないので、実質的には何等影響を与えないという
特長がある。従って、上述のホットワイヤ・スイッチン
グTIG溶接では、ワイヤ電流のピーク値は、溶接作業性
にほとんど影響を及ぼさないので、十分に高い値を使用
することができる。
ところで、固定管の全姿勢溶接をするような場合等、特
に管の表面層ビードを溶接するときには、溶融金属が重
力のために垂れ易くなり、溶接が困難になることがあ
る。このような場合には、アーク電流を大きくして母材
の溶融を進行させ、次いでアーク電流を下げ融池て溶融
金属の凝固を進展させることを繰返す、いわゆるローパ
ルスTIG溶接法がしばしば採用される。ホットワイヤ・
スイッチングTIG溶接を行ないながら、かつローパルスT
IG法を併用したい場合には、第5図に示すアークのピー
ク電流期間とベース電流期間の繰返し周期をそれぞれ十
分長く取り、そのベース期間にワイヤに通電加熱するこ
とが行われる。
(発明が解決しようとする問題点) ところが、ホットワイヤ・スイッチングTIG溶接法で
は、ワイヤの一点がエクステンションEx(第4図)間を
通過する時間内に4回以上の通電加熱サイクルを受ける
ときには、ワイヤの溶融は実質的に連続加熱されたのと
同様な状態になることを利用して、ワイヤをパルス加熱
しながら定速で連続送給しているのであるが、上述の方
法のままでローパルスのホットワイヤ・スイッチングTI
G溶接を実行すると、アークのピーク電流期間中には通
電加熱されないままの冷たいワイヤが溶融金属の中にど
んどん送り込まれることになり、そのようなときには未
溶融のワイヤが溶接金属の中に残り、溶接欠陥を生じや
すいので、結局はワイヤ送給速度をあまり速くすること
ができないという問題があった。その対策としては、特
開昭56−119669号で提案されているように、アーク電流
パルス、ワイヤ加熱電流パルスおよびワイヤ送給パルス
を同期させることが考えられる。例えば、アークのベー
ス期間にはワイヤ通電するとともにワイヤ送給速度を増
し、アークのピーク期間にはワイヤ通電せず、ワイヤ送
給速度を遅くするなどである。しかし、全姿勢溶接にお
おける溶融金属の垂れ防止として行われるローパルスTI
G溶接のアーク電流は、例えばHIGH期間の電流170A、LOW
期間の電流120Aなどが好適条件として採用されるが、こ
のLOW期間の電流値はホットワイヤ・スイッチングTIG溶
接におけるベース電流としては比較的高めであり、この
期間にワイヤ電流を流すとアークの磁気吹きが相当に生
じて溶接作業が難しくなるという問題があった。磁気吹
きを少なくするという観点からはLOW期間のピーク電流
は50A以下とすることが望まれるのであるが、そのよう
にすると凝固サイクルの調整が難しくなり、良好なロー
パルス溶接結果を得るのが難しかった。
発明の目的は、上述の従来技術に見られる欠点をなく
し、ローパルスTIG溶接が作業性良く、容易に実施でき
るホットワイヤ・スイッチングTIG溶接方法および溶接
装置を提供することにある。
(問題点を解決するための手段) 要するに本発明は、アークとワイヤの通電電流を10Hz以
上で連続的にスイッチングさせるホットワイヤ・スイッ
チングTIG溶接方法において、平均アーク電流を4Hz以下
で周期的に変化させることを特徴とする。また本発明は
アークとワイヤの通電電流を10Hz以上で連続的にスイッ
チングさせるホットワイヤ・スイッチングTIG溶接装置
において、平均アーク電流を4Hz以下で周期的に変化さ
せ、ワイヤ加熱電力を検出し、ワイヤ送給速度に見合っ
たワイヤ加熱電力となるようワイヤ加熱電源を制御する
装置を備えたことを特徴とする。
第1図は、本発明のホットワイヤ・スイッチングTIG溶
接装置の一実施例を示す説明図である。通常のTIGアー
ク発生に用いられている定電流特性の溶接電源4と、大
電流スイッチング素子としてゲート・ターンオフ・サイ
リスタ(gate turn off thyristor)GTO14、GTO15およ
びワイヤ加熱制御装置16を組合わせて用い、ホットワイ
ヤ・スイッチングTIG溶接装置を構成している。図中、1
7はセンサ、18はワイヤ加熱電力検出器、19はベース電
流用電源、20はダイオードである。ワイヤ加熱電力は、
ホール素子を用いたセンサ17の出力信号とワイヤ電圧を
入力とするワイヤ加熱電力検出器18により検出される。
アーク維持のためのベース電流Iabをベース電流用電源1
9にて設定し、それに重畳する形でアークのピーク電流I
apを電源4にて設定する。なお、ダイオード20は電源19
とワイヤ通電回路とを隔離するための逆流防止ダイオー
ドである。この装置の動作を第2図に示す。ピーク期間
Tp中はGTO14、GTO15がoffしており、タングステン電極
2と母材3間にアーク電流Iapが流れるが、ベース期間T
bに入ると先ずGTO14がonし、電源4の出力電流はすべて
添加ワイヤ6に流れる。Tw時間後にGTO15をonして電源
4の出力電流を短絡し、ワイヤ電流を0にする。ベース
期間Tbが終了すると、GTO14、GTO15ともoffし元の状態
にもどる。ベース期間中のアーク5への電流はダイオー
ド20の逆流防止作用によりベース電流用電源19からのみ
供給される。第1図の装置では定電流型の電源4を使用
しており、ワイヤ電流のピーク値はピーク期間中に電源
4からアークに供給される電流とほぼ同じ値となるの
で、ワイヤ電流の通電期間を制御してワイヤ加熱電力を
制御するようにしている。すなわち、ワイヤ加熱制御装
置16を用い、ワイヤ加熱電力検出器18の出力信号を参照
しながら、ワイヤ送給量に見合った電力となるワイヤ通
電時間Twを定めて、GTO14およびGTO15を制御するように
している。
第1図の装置を用い、第1表に示す溶接条件でローパル
スTIG溶接を行なったときの電流波形を第3図に示す。
すなわち、第1図の回路で溶接電源4からローパルス電
流を出力させ、後は第2図で説明したようにGTO14およ
びGTO15によってアークとワイヤに電源4の出力電流を
スイッチングし、この際、ワイヤ加熱電力検出器18を用
いてワイヤ加熱電力を検出し、ワイヤ送給速度に対応し
たワイヤ加熱電力となるようワイヤ通電時間Twを定めて
制御する。従ってワイヤ送給速度を一定にしている場合
にには、LOW期間におけるワイヤ電流のピーク値Iwlは低
いので、ワイヤ通電時間はHIGH期間におけるそれよりも
長くなっている。このように機能するので、本発明にお
いては、ローパルスTIG溶接でワイヤ送給速度を一定に
しても、ワイヤを連続的に加熱溶融できるという大きな
効果が得られる。アークのピークの電流の期間が全通電
期間の60%にすると、LOW期間におけるアークの平均電
流が120A程度あれば、第1表の実施例に見られるよう
に、LOW期間中においても20g/minのワイヤ溶融速度を溶
易に得ることができ、実用上十分な溶融能力を発揮する
ことができる。
本発明において、ホットワイヤ・スイッチングTIGのス
イッチング周波数を低くし過ぎると、その周期がローパ
ルスの効果によって進行する溶融金属の周期的凝固が現
われるので、そのような重畳効果をなくした実麗なビー
ドを容易に形成するためには、ホットワイヤ・スイッチ
ングTIGのスイッチング周波数を10Hz以上に選ぶ必要が
ある。また、ローパルスの周期を5Hz以上にすると、溶
融金属の熱慣性のために凝固のサイクルが不明確になっ
て連続凝固の状態と変わりがなくなり、ローパルスとし
ての意義をなさなくなるので、第3図に示したようなス
イッチング電流波形は約4Hz以下のローパルスに適用し
たときに本来の効果を発揮する。
本発明において、溶接能率をより高めるために、LOW期
間中にも比較的高速の一定速度でワイヤを送給しようと
すると、ビード形状が悪くなる場合があるが、そのとき
にはLOW期間中にはワイヤ送給速度を遅くする、いわゆ
るパルス送りを併用して解決することもできる。このよ
うな場合にも第1図の装置を用いることにより、ワイヤ
の送給速度の変化に応じてワイヤ加熱電力も変化させる
こができ、作業性のよい溶接を容易に行なうことができ
る。
(発明の効果) 本発明によれば、ホットワイヤ・スイッチング法を用い
たローパルスTIG法においても、LOW期間でのアーク電流
を比較的高めに設定できるので、全姿勢溶接などで生じ
やすい溶融金属の垂れ落ちが容易に防止でき、かつロー
パルス・アーク溶接としてワイヤ溶融速度を高くとって
も溶接欠陥の生じるおそれがなく、また磁気吹きの問題
もない、作業性のよい高能率TIG溶接を実現することが
できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の一実施例を示す溶接装置の構成を示
す図、第2図は、その動作原理を説明するためのアーク
およびワイヤ電流波形を示す図、第3図は、本発明によ
る溶接時の電流波形を示す図、第4図は、従来法のホッ
トワイヤTIG溶接装置の構成図、第5図はホットワイヤ
・スイッチングTIG溶接法の原理の説明図、および第6
図は、従来法のホットワイヤ・スイッチングTIG溶接装
置の構成図である。 1……溶接トーチ、2……タングステン電極、3……母
材、4……アーク電源、5……アーク、6……添加ワイ
ヤ、7……ワイヤ送給装置、8……コンジット、9……
コンクタトチップ、10……ワイヤ加熱電源、14……GT
O、15……GTO、16……ワイヤ加熱制御装置、17……セン
サ、18……ワイヤ加熱電力検出器、19……ベース電流用
電源、20……ダイオード。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】アークとワイヤの通電電流を10Hz以上で連
    続的にスイッチングさせるホットワイヤ・スイッチング
    TIG溶接方法において、平均アーク電流を4Hz以下で周期
    的に変化させることを特徴とするホットワイヤTIG溶接
    方法。
  2. 【請求項2】アークとワイヤの通電電流を10Hz以上で連
    続的にスイッチングさせるホットワイヤ・スイッチング
    TIG溶接装置において、平均アーク電流を4Hz以下で周期
    的に変化させ、ワイヤ加熱電力を検出し、ワイヤ送給速
    度に見合ったワイヤ加熱電力となるようワイヤ加熱電源
    を制御する装置を備えたことを特徴とするホットワイヤ
    TIG溶接装置。
  3. 【請求項3】特許請求の範囲第2項において、ワイヤ送
    給速度を前記平均アーク電流の周期に同期させて変化さ
    せるようにしたことを特徴とするホットワイヤTIG溶接
    装置。
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