JPH1158017A - Ｔｉｇ溶接方法および装置 - Google Patents
Ｔｉｇ溶接方法および装置Info
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-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
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- B23K9/00—Arc welding or cutting
- B23K9/16—Arc welding or cutting making use of shielding gas
- B23K9/167—Arc welding or cutting making use of shielding gas and of a non-consumable electrode
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- Butt Welding And Welding Of Specific Article (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】立向き溶接あるいは上向き溶接のように溶融池
に作用する力のバランスが崩れ易い場合においても、溶
着能率を大幅に向上させることができ、特に大型プラン
ト建設等に対する全姿勢溶接用として能率向上が図れ、
実用面から大きい利点が得られるＴＩＧ溶接溶接方法お
よび装置を提供する。 【解決手段】タングステン電極１７の周囲に内外側二重
のガスシールドを形成しつつ、アーク発生部位に溶加材
として複数本のワイヤ５，６を連続的に送給して溶接を
行う二重ガスシールド・複数ワイヤ供給方式のＴＩＧ溶
接方法において、ワイヤ５，６のうち一本以上を溶着促
進用ホットワイヤ５として加熱状態で供給する一方、ワ
イヤの他の一本以上を溶融池冷却用コールドワイヤ６と
して非加熱状態で供給する。
に作用する力のバランスが崩れ易い場合においても、溶
着能率を大幅に向上させることができ、特に大型プラン
ト建設等に対する全姿勢溶接用として能率向上が図れ、
実用面から大きい利点が得られるＴＩＧ溶接溶接方法お
よび装置を提供する。 【解決手段】タングステン電極１７の周囲に内外側二重
のガスシールドを形成しつつ、アーク発生部位に溶加材
として複数本のワイヤ５，６を連続的に送給して溶接を
行う二重ガスシールド・複数ワイヤ供給方式のＴＩＧ溶
接方法において、ワイヤ５，６のうち一本以上を溶着促
進用ホットワイヤ５として加熱状態で供給する一方、ワ
イヤの他の一本以上を溶融池冷却用コールドワイヤ６と
して非加熱状態で供給する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば発電プラン
ト等の大型構造物の溶接に好適なＴＩＧ溶接方法および
装置に係り、特に立向き溶接および上向き溶接を含む全
姿勢溶接を安定かつ高能率で行えるＴＩＧ溶接方法およ
び装置に関する。
ト等の大型構造物の溶接に好適なＴＩＧ溶接方法および
装置に係り、特に立向き溶接および上向き溶接を含む全
姿勢溶接を安定かつ高能率で行えるＴＩＧ溶接方法およ
び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＴＩＧ溶接方法はよく知られているよう
に、電極周囲に噴出されるシールドガスによって溶接部
を周囲の空気から遮断して酸化および窒化等の防止が図
れることから、高品質が要求される各種溶接用として広
く適用されている。但し、このＴＩＧ溶接は、非溶性の
タングステン電極を使用するため、溶融性電極を使用す
るＭＩＧ溶接等の他の溶接方法に比べて溶接能率が低
い。また、溶加材として添加されるワイヤの溶込み深さ
の限界を超えて、ワイヤ送給速度を過度に高くすると、
完全溶融に至らないワイヤが溶融池の底部（被溶接物ま
たは先行溶接ビード等の固体部分）に当接し、溶接が不
安定となる場合もある。
に、電極周囲に噴出されるシールドガスによって溶接部
を周囲の空気から遮断して酸化および窒化等の防止が図
れることから、高品質が要求される各種溶接用として広
く適用されている。但し、このＴＩＧ溶接は、非溶性の
タングステン電極を使用するため、溶融性電極を使用す
るＭＩＧ溶接等の他の溶接方法に比べて溶接能率が低
い。また、溶加材として添加されるワイヤの溶込み深さ
の限界を超えて、ワイヤ送給速度を過度に高くすると、
完全溶融に至らないワイヤが溶融池の底部（被溶接物ま
たは先行溶接ビード等の固体部分）に当接し、溶接が不
安定となる場合もある。
【０００３】従来、これらの点を克服するために種々の
研究がなされており、例えばタングステン電極の周囲に
内外側二重のガスシールドを形成して熱的ピンチ効果を
高め、それによりアークを緊縮状態として溶込み深さを
大きくする、二重ガスシールド方式が開発されている。
この方式のＴＩＧ溶接では、さらにガス供給量制御によ
る溶込み深さの一定化（例：特開平６−７１４４６
号）、あるいはガス供給密度の向上による高能率化
（例：特開平７−２２７６７３号）等の提案もなされて
いる。
研究がなされており、例えばタングステン電極の周囲に
内外側二重のガスシールドを形成して熱的ピンチ効果を
高め、それによりアークを緊縮状態として溶込み深さを
大きくする、二重ガスシールド方式が開発されている。
この方式のＴＩＧ溶接では、さらにガス供給量制御によ
る溶込み深さの一定化（例：特開平６−７１４４６
号）、あるいはガス供給密度の向上による高能率化
（例：特開平７−２２７６７３号）等の提案もなされて
いる。
【０００４】一方、添加するワイヤ供給面からも種々の
工夫がなされ、例えば複数本のワイヤ送給を同時に行っ
て高電力のもとで多量の溶込みを行わせる方法、あるい
は別案として、添加ワイヤを通電により加熱して溶込み
易くし、これにより溶込み量を多くする方法等も考えら
れている。但し、これら従来のワイヤ供給面の工夫にお
いては、ワイヤの溶込み量を多くする面からの着眼に基
づくだけであり、また各方法が個別的に採用されている
に過ぎない。
工夫がなされ、例えば複数本のワイヤ送給を同時に行っ
て高電力のもとで多量の溶込みを行わせる方法、あるい
は別案として、添加ワイヤを通電により加熱して溶込み
易くし、これにより溶込み量を多くする方法等も考えら
れている。但し、これら従来のワイヤ供給面の工夫にお
いては、ワイヤの溶込み量を多くする面からの着眼に基
づくだけであり、また各方法が個別的に採用されている
に過ぎない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、発電プラン
トの建屋建設、あるいはそれに伴う配管接続等のよう
に、被接続物が大型および肉厚の大きいものである場
合、ＴＩＧ溶接の適用に際しては可能な限り安定性（溶
接欠陥のないこと）、溶接速度、溶着速度（ワイヤ供給
速度）等の向上が望まれる。しかし、このような発電プ
ラント等の現場溶接作業には、通常の下向き溶接の他、
溶接軌跡が上下方向に沿う立向き溶接、あるいは上向き
溶接等を含む全姿勢溶接が必要となる。このような立向
き溶接や上向き溶接の場合には、ＴＩＧ溶接における溶
融池の表面が横向きあるいは下向きとなるため、上述し
た従来技術のような単に添加ワイヤの溶込み量を多くす
るだけでは、溶融池に作用する力のバランスが崩れ、溶
け落ちが生じる等の問題が生じ、従来の技術をそのまま
適用することは困難である。その結果、このような場合
に一般的に行われているＴＩＧ溶接方法では、鉄鋼材料
に対して溶着速度が高々毎分十数グラム程度しか得られ
なかった。すなわち、従来のＴＩＧ溶接方法では、高品
質の溶接部が得られるものの、溶着能率が低いため、大
構造物や厚板構造物に対しては実用上適用限界があっ
た。
トの建屋建設、あるいはそれに伴う配管接続等のよう
に、被接続物が大型および肉厚の大きいものである場
合、ＴＩＧ溶接の適用に際しては可能な限り安定性（溶
接欠陥のないこと）、溶接速度、溶着速度（ワイヤ供給
速度）等の向上が望まれる。しかし、このような発電プ
ラント等の現場溶接作業には、通常の下向き溶接の他、
溶接軌跡が上下方向に沿う立向き溶接、あるいは上向き
溶接等を含む全姿勢溶接が必要となる。このような立向
き溶接や上向き溶接の場合には、ＴＩＧ溶接における溶
融池の表面が横向きあるいは下向きとなるため、上述し
た従来技術のような単に添加ワイヤの溶込み量を多くす
るだけでは、溶融池に作用する力のバランスが崩れ、溶
け落ちが生じる等の問題が生じ、従来の技術をそのまま
適用することは困難である。その結果、このような場合
に一般的に行われているＴＩＧ溶接方法では、鉄鋼材料
に対して溶着速度が高々毎分十数グラム程度しか得られ
なかった。すなわち、従来のＴＩＧ溶接方法では、高品
質の溶接部が得られるものの、溶着能率が低いため、大
構造物や厚板構造物に対しては実用上適用限界があっ
た。
【０００６】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、立向き溶接あるいは上向き溶接のように溶融池
に作用する力のバランスが崩れ易い場合においても、安
定性を保持しつつ溶着能率を大幅に向上させることがで
き、特に大型プラント建設等に対する全姿勢溶接用とし
て能率向上が図れ、実用面から大きい利点が得られるＴ
ＩＧ溶接溶接方法および装置を提供することを目的とす
る。
もので、立向き溶接あるいは上向き溶接のように溶融池
に作用する力のバランスが崩れ易い場合においても、安
定性を保持しつつ溶着能率を大幅に向上させることがで
き、特に大型プラント建設等に対する全姿勢溶接用とし
て能率向上が図れ、実用面から大きい利点が得られるＴ
ＩＧ溶接溶接方法および装置を提供することを目的とす
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】発明者の検討によれば、
従来行われている複数ワイヤの同時送給、あるいはワイ
ヤ加熱等の工夫では、それぞれ溶融池の拡大にのみ着目
された結果、立向き溶接や上向き溶接のような溶融池の
重量バランスが不安定となる溶接時に溶け落ち等の発生
を招いていたのであって、もし溶融池を急速に冷却して
表面張力を高めることができれば大きい溶融池が形成さ
れても溶け落ち等を防止できる可能性がある。しかも、
溶融池の急速冷却は、使用するワイヤ自体を従来と逆に
潜熱を利用して実現することも可能である。さらに、二
重シールドＴＩＧ溶接の利点である溶着能力の向上と組
み合わせることも可能である。
従来行われている複数ワイヤの同時送給、あるいはワイ
ヤ加熱等の工夫では、それぞれ溶融池の拡大にのみ着目
された結果、立向き溶接や上向き溶接のような溶融池の
重量バランスが不安定となる溶接時に溶け落ち等の発生
を招いていたのであって、もし溶融池を急速に冷却して
表面張力を高めることができれば大きい溶融池が形成さ
れても溶け落ち等を防止できる可能性がある。しかも、
溶融池の急速冷却は、使用するワイヤ自体を従来と逆に
潜熱を利用して実現することも可能である。さらに、二
重シールドＴＩＧ溶接の利点である溶着能力の向上と組
み合わせることも可能である。
【０００８】本発明に係るＴＩＧ溶接方法は、以上の着
想に基づいてなされたものであり、タングステン電極の
周囲に内外側二重のガスシールドを形成しつつ、アーク
発生部位に溶加材として複数本のワイヤを連続的に送給
して溶接を行う二重ガスシールド・複数ワイヤ供給方式
のＴＩＧ溶接方法において、前記ワイヤのうち一本以上
を溶着促進用ホットワイヤとして加熱状態で供給する一
方、前記ワイヤの他の一本以上を溶融池冷却用コールド
ワイヤとして非加熱状態で供給することを特徴とするも
のである。
想に基づいてなされたものであり、タングステン電極の
周囲に内外側二重のガスシールドを形成しつつ、アーク
発生部位に溶加材として複数本のワイヤを連続的に送給
して溶接を行う二重ガスシールド・複数ワイヤ供給方式
のＴＩＧ溶接方法において、前記ワイヤのうち一本以上
を溶着促進用ホットワイヤとして加熱状態で供給する一
方、前記ワイヤの他の一本以上を溶融池冷却用コールド
ワイヤとして非加熱状態で供給することを特徴とするも
のである。
【０００９】このような本発明の方法によれば、添加す
る複数本のワイヤを加熱により高温としたものと、非加
熱の低温状態のものとに分け、それらを適宜供給するこ
とで、二重ガスシールド方式による熱的ピンチ効果の機
能および加熱により溶融速度が増したワイヤの供給によ
って大きくなろうとする溶融池を、非加熱のワイヤの挿
入によって冷却することができ、これにより溶着速度を
高めても溶融池の寸法を加熱ワイヤ単独の場合に比べて
小さくすることができる。そして、溶融池の寸法を制御
することで、立向き姿勢や上向き姿勢の溶接において
も、溶着速度を上げたまま小さい溶融池を保持すること
ができ、よって溶け落ちなどの発生しない安定した溶接
を行うことが可能となり、高溶着速度、高安定性が実現
できる。
る複数本のワイヤを加熱により高温としたものと、非加
熱の低温状態のものとに分け、それらを適宜供給するこ
とで、二重ガスシールド方式による熱的ピンチ効果の機
能および加熱により溶融速度が増したワイヤの供給によ
って大きくなろうとする溶融池を、非加熱のワイヤの挿
入によって冷却することができ、これにより溶着速度を
高めても溶融池の寸法を加熱ワイヤ単独の場合に比べて
小さくすることができる。そして、溶融池の寸法を制御
することで、立向き姿勢や上向き姿勢の溶接において
も、溶着速度を上げたまま小さい溶融池を保持すること
ができ、よって溶け落ちなどの発生しない安定した溶接
を行うことが可能となり、高溶着速度、高安定性が実現
できる。
【００１０】なお、本発明のＴＩＧ溶接方法において望
ましくは、ホットワイヤとしてソリッドワイヤを適用
し、コールドワイヤとして撚り線ワイヤを適用すること
である。これは、撚り線ワイヤは、多数の細線の集合で
あるため全表面積がソリッドワイヤに比べて大きく、そ
れだけ溶融効率も大となって溶融池の冷却効果を促進す
るためである。また、撚り線ワイヤは送給時に直進性に
優れており、より安定したワイヤ挿入が可能となる。な
お、ホットワイヤをソリッドワイヤとするのは、加熱手
段として例えば通電加熱を利用する場合に撚り線に比し
て電流密度を高めることができるためである。
ましくは、ホットワイヤとしてソリッドワイヤを適用
し、コールドワイヤとして撚り線ワイヤを適用すること
である。これは、撚り線ワイヤは、多数の細線の集合で
あるため全表面積がソリッドワイヤに比べて大きく、そ
れだけ溶融効率も大となって溶融池の冷却効果を促進す
るためである。また、撚り線ワイヤは送給時に直進性に
優れており、より安定したワイヤ挿入が可能となる。な
お、ホットワイヤをソリッドワイヤとするのは、加熱手
段として例えば通電加熱を利用する場合に撚り線に比し
て電流密度を高めることができるためである。
【００１１】また、本発明のＴＩＧ溶接方法において
は、全溶込みＵ形開先溶接を行う場合、被溶接物のルー
ト平行部の長さＬとルートフェイス厚ｈとの比（Ｌ／
ｈ）を２．４以上５．３以下に設定するとともに、前記
ルートフェイス平行部の長さＬを６以上８mm以下に設定
し、かつ開先角度θを２°以上８°以下に設定すること
が望ましい。ルート平行部とはＵ形開先を形成する１対
の被溶接物の突合せ部分をいい、この長さＬが大きいと
開先の幅が広くなり、初層溶接時の肉盛量を多く必要と
し、溶接パス数が多くなる。逆にＬが小さいと開先の幅
が狭くなり、十分な溶融池が形成できずに開先裏面側が
凹状となったりして溶接不安定となる。また、ルートフ
ェイス厚ｈが大き過ぎると溶融不十分となって裏面側が
垂れ状態となり、逆にｈが小さ過ぎると溶け落ちる。本
発明で想定する望ましい初層溶接の入熱範囲である２，
２５０〜２，７００J/cmに対応させた場合、Ｌ／ｈを
２．４以上５．３以下に設定するとともに、Ｌを６以上
８mm以下に設定すると、前記の不具合が発生せず、安定
な初層溶接が行える。また、Ｕ形開先は少ないパス数で
溶接を効率的に行う目的で形成するものであり、開先角
度θがが大きいと上層のパス数が増え、小さいと各パス
毎に隅部に溶接欠陥が生じ易い。上記の溶接入熱範囲で
はθが２〜８°であることが望ましい。
は、全溶込みＵ形開先溶接を行う場合、被溶接物のルー
ト平行部の長さＬとルートフェイス厚ｈとの比（Ｌ／
ｈ）を２．４以上５．３以下に設定するとともに、前記
ルートフェイス平行部の長さＬを６以上８mm以下に設定
し、かつ開先角度θを２°以上８°以下に設定すること
が望ましい。ルート平行部とはＵ形開先を形成する１対
の被溶接物の突合せ部分をいい、この長さＬが大きいと
開先の幅が広くなり、初層溶接時の肉盛量を多く必要と
し、溶接パス数が多くなる。逆にＬが小さいと開先の幅
が狭くなり、十分な溶融池が形成できずに開先裏面側が
凹状となったりして溶接不安定となる。また、ルートフ
ェイス厚ｈが大き過ぎると溶融不十分となって裏面側が
垂れ状態となり、逆にｈが小さ過ぎると溶け落ちる。本
発明で想定する望ましい初層溶接の入熱範囲である２，
２５０〜２，７００J/cmに対応させた場合、Ｌ／ｈを
２．４以上５．３以下に設定するとともに、Ｌを６以上
８mm以下に設定すると、前記の不具合が発生せず、安定
な初層溶接が行える。また、Ｕ形開先は少ないパス数で
溶接を効率的に行う目的で形成するものであり、開先角
度θがが大きいと上層のパス数が増え、小さいと各パス
毎に隅部に溶接欠陥が生じ易い。上記の溶接入熱範囲で
はθが２〜８°であることが望ましい。
【００１２】さらに、本発明では上記の各方法を、立向
き溶接または上向き溶接に適用する場合に、溶融池の適
正保持、溶け落ち防止等による溶接安定性かつ高溶着速
度による効果が、より有効に発揮される。
き溶接または上向き溶接に適用する場合に、溶融池の適
正保持、溶け落ち防止等による溶接安定性かつ高溶着速
度による効果が、より有効に発揮される。
【００１３】また、本発明に係るＴＩＧ溶接装置は、溶
接電流供給部と、シールドガス供給部と、前記溶接電流
供給部に接続されたタングステン電極および前記シール
ドガス供給部に接続され前記タングステン電極の周囲に
配置された内外側二重のガス噴出口を有する溶接トーチ
と、溶加材としての複数本のワイヤと、これらのワイヤ
をアーク発生部位に同時に送給するワイヤ送給装置とを
備えた二重ガスシールド・複数ワイヤ供給方式のＴＩＧ
溶接において、前記複数のワイヤのうち少なくとも１本
を除く他のものに接続され、通電によりその接続したワ
イヤを加熱する通電加熱装置を設けたことを特徴とす
る。このような装置を使用することにより、前記の方法
がより効果的に実施できる。
接電流供給部と、シールドガス供給部と、前記溶接電流
供給部に接続されたタングステン電極および前記シール
ドガス供給部に接続され前記タングステン電極の周囲に
配置された内外側二重のガス噴出口を有する溶接トーチ
と、溶加材としての複数本のワイヤと、これらのワイヤ
をアーク発生部位に同時に送給するワイヤ送給装置とを
備えた二重ガスシールド・複数ワイヤ供給方式のＴＩＧ
溶接において、前記複数のワイヤのうち少なくとも１本
を除く他のものに接続され、通電によりその接続したワ
イヤを加熱する通電加熱装置を設けたことを特徴とす
る。このような装置を使用することにより、前記の方法
がより効果的に実施できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態につい
て図面を参照して説明する。
て図面を参照して説明する。
【００１５】図１はＴＩＧ溶接装置の要部構成を示す図
であり、図２は同装置の全体構成を示す図である。
であり、図２は同装置の全体構成を示す図である。
【００１６】図２に示すように、本実施形態のＴＩＧ溶
接装置は、被溶接物１の溶接ルートに沿って設けられた
レール２と、このレール２に図示しない車輪を介して搭
載された走行台車３とを有する。この走行台車３に、二
重ガスシールド構造のＴＩＧ溶接用の溶接トーチ４が設
けられるとともに、走行台車３の走行方向ａに沿う溶接
トーチ４の前後位置（図２の左右位置）に、溶加材とし
て添加するワイヤ５，６を送給する１対のワイヤ送給装
置７，８が設けられている。この溶接トーチ４の進行方
向前側位置に設けられたワイヤ送給装置５によって送給
される一方のワイヤ７が、通電加熱装置９によって加熱
されるようになっている。通電加熱装置９は、ワイヤ加
熱電源１０および接続部材１１によって構成されてい
る。また、溶接電流供給部としての溶接電源１２、シー
ルドガス供給部としての１対のガスボンベ１３，１４が
備えられている。そして、走行台車３の走行、溶接トー
チ４の操作、ワイヤ５，６の送給ならびに溶接電源１２
およびワイヤ加熱電源１０の制御等は、溶接制御装置１
５によって行われ、また二重シールドを行うためのガス
は各ガスボンベ１３，１４から供給されるようになって
いる。これら制御通信、電源およびガスなどの供給は、
ホースおよび配線を含むケーブル１６によって行われ
る。
接装置は、被溶接物１の溶接ルートに沿って設けられた
レール２と、このレール２に図示しない車輪を介して搭
載された走行台車３とを有する。この走行台車３に、二
重ガスシールド構造のＴＩＧ溶接用の溶接トーチ４が設
けられるとともに、走行台車３の走行方向ａに沿う溶接
トーチ４の前後位置（図２の左右位置）に、溶加材とし
て添加するワイヤ５，６を送給する１対のワイヤ送給装
置７，８が設けられている。この溶接トーチ４の進行方
向前側位置に設けられたワイヤ送給装置５によって送給
される一方のワイヤ７が、通電加熱装置９によって加熱
されるようになっている。通電加熱装置９は、ワイヤ加
熱電源１０および接続部材１１によって構成されてい
る。また、溶接電流供給部としての溶接電源１２、シー
ルドガス供給部としての１対のガスボンベ１３，１４が
備えられている。そして、走行台車３の走行、溶接トー
チ４の操作、ワイヤ５，６の送給ならびに溶接電源１２
およびワイヤ加熱電源１０の制御等は、溶接制御装置１
５によって行われ、また二重シールドを行うためのガス
は各ガスボンベ１３，１４から供給されるようになって
いる。これら制御通信、電源およびガスなどの供給は、
ホースおよび配線を含むケーブル１６によって行われ
る。
【００１７】溶接トーチ４は図１に示すように、タング
ステン電極１７と、その周囲に同軸的に配置された内側
シールドカップ１８および外側シールドカップ１９とを
有し、これにより二重のガス噴出口２０，２１を有する
二重ガスシールド構成とされている。そして、タングス
テン電極１７を中心として、内側シールドカップ１８内
に例えばアルゴンガス、ヘリウムガスもしくは水素ガ
ス、またはこれらの混ガスからなるセンターガス２２を
供給し、また内側シールドカップ１８と外側シールドカ
ップ１９との間にはアルゴンガスなどのアウターシール
ドガス２３を供給し、各ガス２２，２３をそれぞれガス
噴出口２０，２１から噴出させることにより、集束した
ＴＩＧアーク２４を形成させるようになっている。この
アーク２４部位に、溶接トーチ４の前方からワイヤ送給
装置７によって挿入されるワイヤ５はソリッドワイヤで
あり、このワイヤはワイヤ加熱装置９によって加熱され
てホットワイヤとなる。また、溶接トーチ４の後方から
ワイヤ送給装置８によって挿入される別のワイヤ６は撚
り線ワイヤであり、非加熱状態のコールドワイヤとされ
る。そして、溶接時には図２に示した走行台車３ととも
に走行方向ａに沿って溶接トーチ４が送られ、被溶接部
材１に対する溶接が行われ、図１に示すように溶接ビー
ド２５が形成される。
ステン電極１７と、その周囲に同軸的に配置された内側
シールドカップ１８および外側シールドカップ１９とを
有し、これにより二重のガス噴出口２０，２１を有する
二重ガスシールド構成とされている。そして、タングス
テン電極１７を中心として、内側シールドカップ１８内
に例えばアルゴンガス、ヘリウムガスもしくは水素ガ
ス、またはこれらの混ガスからなるセンターガス２２を
供給し、また内側シールドカップ１８と外側シールドカ
ップ１９との間にはアルゴンガスなどのアウターシール
ドガス２３を供給し、各ガス２２，２３をそれぞれガス
噴出口２０，２１から噴出させることにより、集束した
ＴＩＧアーク２４を形成させるようになっている。この
アーク２４部位に、溶接トーチ４の前方からワイヤ送給
装置７によって挿入されるワイヤ５はソリッドワイヤで
あり、このワイヤはワイヤ加熱装置９によって加熱され
てホットワイヤとなる。また、溶接トーチ４の後方から
ワイヤ送給装置８によって挿入される別のワイヤ６は撚
り線ワイヤであり、非加熱状態のコールドワイヤとされ
る。そして、溶接時には図２に示した走行台車３ととも
に走行方向ａに沿って溶接トーチ４が送られ、被溶接部
材１に対する溶接が行われ、図１に示すように溶接ビー
ド２５が形成される。
【００１８】
【外１】
【００１９】試験では、各種炭素鋼および各種ステンレ
ス鋼についてのＴＩＧ溶接を試みたが、ここでは被溶接
材１としてＳＵＳ３１６（板厚４０mm）を適用し、かつ
これと同一材質のワイヤ（直径０．９〜１．２mm）５，
６を使用して、全溶込みＵ形開先の突合わせ溶接によ
り、下向き溶接と、立向きおよび上向き溶接とを行った
場合について説明する。
ス鋼についてのＴＩＧ溶接を試みたが、ここでは被溶接
材１としてＳＵＳ３１６（板厚４０mm）を適用し、かつ
これと同一材質のワイヤ（直径０．９〜１．２mm）５，
６を使用して、全溶込みＵ形開先の突合わせ溶接によ
り、下向き溶接と、立向きおよび上向き溶接とを行った
場合について説明する。
【００２０】この場合の開先は、図３に示すように、ル
ート平行部２６の長さＬを６mm以上８mm以下とし、ルー
トフェイス厚さｈを１．５mm以上２．５mm以下とし、こ
れによりＬ／ｈを２．４以上５．３以下に設定した。ま
た、開先角度θを２°以上８°以下に設定した。なお、
ルート平行部２６の開先内側半径Ｒは１mm以上３mm以下
とした。
ート平行部２６の長さＬを６mm以上８mm以下とし、ルー
トフェイス厚さｈを１．５mm以上２．５mm以下とし、こ
れによりＬ／ｈを２．４以上５．３以下に設定した。ま
た、開先角度θを２°以上８°以下に設定した。なお、
ルート平行部２６の開先内側半径Ｒは１mm以上３mm以下
とした。
【００２１】そして、図４に示すように、溶接トーチ４
のタングステン電極１７を開先の底部付近まで挿入し、
各シールドカップ１８，１９のガス噴出口２０，２１を
開先開口部に配置して溶接を行った。溶接途中の観察に
よると、タングステン電極１７を中心に、内シールドカ
ップ１８内で、アルゴン、ヘリウム、水素、またはこれ
ら混合ガスなどのセンターガス２２を流すことで、集束
したＴＩＧアーク２４が形成され、この集束したアーク
２４により高入熱が得られた。入熱量は、２，２５０〜
２，７００J/cmであった。
のタングステン電極１７を開先の底部付近まで挿入し、
各シールドカップ１８，１９のガス噴出口２０，２１を
開先開口部に配置して溶接を行った。溶接途中の観察に
よると、タングステン電極１７を中心に、内シールドカ
ップ１８内で、アルゴン、ヘリウム、水素、またはこれ
ら混合ガスなどのセンターガス２２を流すことで、集束
したＴＩＧアーク２４が形成され、この集束したアーク
２４により高入熱が得られた。入熱量は、２，２５０〜
２，７００J/cmであった。
【００２２】
【外２】
【００２３】この結果、下向き溶接の場合には、溶接電
流（平均電流）が３９０〜４００Ａのもとで、溶接速度
が１５０〜３５０mm、溶着速度が約６０ｇ／分という高
溶着能率が得られた。
流（平均電流）が３９０〜４００Ａのもとで、溶接速度
が１５０〜３５０mm、溶着速度が約６０ｇ／分という高
溶着能率が得られた。
【００２４】また、立向きおよび上向き溶接の場合に
は、溶接電流（平均電流）が２６０〜３００Ａのもと
で、溶接速度が６０〜１６０mm、溶着速度が約４０ｇ／
分という高溶着能率が得られた。
は、溶接電流（平均電流）が２６０〜３００Ａのもと
で、溶接速度が６０〜１６０mm、溶着速度が約４０ｇ／
分という高溶着能率が得られた。
【００２５】比較のために、ワイヤ１本のみを使用した
従来のＴＩＧ溶接方法で同様の試験を行った結果では、
それぞれ溶着速度が１０〜１５ｇ／分程度の低い溶着速
度しか得られず、溶着能率が低いことが認められた。す
なわち、本実施形態では、従来方法の２倍以上の溶着速
度が得られ、溶着能率が従来に比して著しく向上できる
ことが確認された。
従来のＴＩＧ溶接方法で同様の試験を行った結果では、
それぞれ溶着速度が１０〜１５ｇ／分程度の低い溶着速
度しか得られず、溶着能率が低いことが認められた。す
なわち、本実施形態では、従来方法の２倍以上の溶着速
度が得られ、溶着能率が従来に比して著しく向上できる
ことが確認された。
【００２６】図６は、本実施形態における実証試験とし
て、ホットワイヤ５およびコールドワイヤ６をそれぞれ
単独で使用した場合の溶接速度と溶着速度との関係を示
す特性図である。なお、溶接姿勢は立向きとした。
て、ホットワイヤ５およびコールドワイヤ６をそれぞれ
単独で使用した場合の溶接速度と溶着速度との関係を示
す特性図である。なお、溶接姿勢は立向きとした。
【００２７】この図６に黒丸（●）で示したように、ホ
ットワイヤ５のみを使用したＴＩＧ溶接の場合には、溶
接欠陥のない安定した品質の溶接が、溶接速度６０mm／
分、溶着速度４０mm／分以上の領域に表れた。このこと
から、ホットワイヤ５を使用した場合には安定領域が高
溶接速度、高溶着速度の領域に存在することが分かる。
また、同図に白丸（○）で示したように、コールドワイ
ヤ６のみを使用したＴＩＧ溶接の場合には、品質の安定
した溶接が、溶接速度４０〜８０mm／分、溶着速度２５
〜３０mm／分程度の領域に表れた。このことから、コー
ルドワイヤ６のみを使用した場合には安定領域が高溶接
速度、低溶着速度の領域に存在することが分かる。さら
に、同図に三角で示したように、コールドワイヤ６のみ
を使用して溶着速度を２５〜４０mm／分まで高めた試験
を行った結果では、溶接に欠陥のある品質不安定なもの
となった。
ットワイヤ５のみを使用したＴＩＧ溶接の場合には、溶
接欠陥のない安定した品質の溶接が、溶接速度６０mm／
分、溶着速度４０mm／分以上の領域に表れた。このこと
から、ホットワイヤ５を使用した場合には安定領域が高
溶接速度、高溶着速度の領域に存在することが分かる。
また、同図に白丸（○）で示したように、コールドワイ
ヤ６のみを使用したＴＩＧ溶接の場合には、品質の安定
した溶接が、溶接速度４０〜８０mm／分、溶着速度２５
〜３０mm／分程度の領域に表れた。このことから、コー
ルドワイヤ６のみを使用した場合には安定領域が高溶接
速度、低溶着速度の領域に存在することが分かる。さら
に、同図に三角で示したように、コールドワイヤ６のみ
を使用して溶着速度を２５〜４０mm／分まで高めた試験
を行った結果では、溶接に欠陥のある品質不安定なもの
となった。
【００２８】以上の結果により、本実施形態によれば、
本発明による下記の作用効果が実証されたものというこ
とができる。
本発明による下記の作用効果が実証されたものというこ
とができる。
【００２９】すなわち、二重シールドＴＩＧ溶接では、
センターガス２２の流速を高くすることで熱的ピンチ効
果によりアーク２４が緊縮し、したがって、高いエネル
ギ密度の溶接入熱が得られ、結果的に溶け込み深さはア
ーク電流を同一とした場合の従来のＴＩＧ溶接の溶け込
みの深さよりも大きいものとなる。従来のＴＩＧ溶接で
はワイヤ送給速度を高くしていくと、溶け込み深さに限
界があるために完全溶融していないワイヤが溶融池底部
（固体部）に当たってしまい、溶接は不安定となってし
まう。これに対し、二重シールドＴＩＧ溶接では溶け込
みが深くなることで、ワイヤ送給を高くしても安定した
溶接を行うことができる。
センターガス２２の流速を高くすることで熱的ピンチ効
果によりアーク２４が緊縮し、したがって、高いエネル
ギ密度の溶接入熱が得られ、結果的に溶け込み深さはア
ーク電流を同一とした場合の従来のＴＩＧ溶接の溶け込
みの深さよりも大きいものとなる。従来のＴＩＧ溶接で
はワイヤ送給速度を高くしていくと、溶け込み深さに限
界があるために完全溶融していないワイヤが溶融池底部
（固体部）に当たってしまい、溶接は不安定となってし
まう。これに対し、二重シールドＴＩＧ溶接では溶け込
みが深くなることで、ワイヤ送給を高くしても安定した
溶接を行うことができる。
【００３０】しかしながら、二重シールドによって溶け
込みが深くなった場合においても、ワイヤ送給速度には
限界がある。これに対してワイヤを通電加熱してホット
ワイヤ５としたことで、そのワイヤ５自体の溶融速度を
上げることができ、よってさらにワイヤ送給速度を上げ
ることができる（図４）。
込みが深くなった場合においても、ワイヤ送給速度には
限界がある。これに対してワイヤを通電加熱してホット
ワイヤ５としたことで、そのワイヤ５自体の溶融速度を
上げることができ、よってさらにワイヤ送給速度を上げ
ることができる（図４）。
【００３１】ここで、二重シールドＴＩＧ溶接でワイヤ
通電加熱によって溶着速度を向上させる際には溶接姿勢
が問題となる。すなわち、下向き姿勢であれば、溶着速
度を向上させ溶融池２７を大きくしても安定な溶接が可
能であるが、立向き姿勢や上向き姿勢では、溶融池２７
に左右する力のバランスが崩れ、適正な溶接は不可能と
なる。これに対し、本発明によればホットワイヤ５とと
もにコールドワイヤ６を供給するため、ホットワイヤ５
に対する通電加熱で大きくなろうとする溶融池２７をコ
ールドワイヤ６を挿入することで冷却することができ、
したがって、溶着速度を高めても、溶融池２７の寸法を
ホットワイヤ５の単独挿入時に比べて小さくすることが
できる。
通電加熱によって溶着速度を向上させる際には溶接姿勢
が問題となる。すなわち、下向き姿勢であれば、溶着速
度を向上させ溶融池２７を大きくしても安定な溶接が可
能であるが、立向き姿勢や上向き姿勢では、溶融池２７
に左右する力のバランスが崩れ、適正な溶接は不可能と
なる。これに対し、本発明によればホットワイヤ５とと
もにコールドワイヤ６を供給するため、ホットワイヤ５
に対する通電加熱で大きくなろうとする溶融池２７をコ
ールドワイヤ６を挿入することで冷却することができ、
したがって、溶着速度を高めても、溶融池２７の寸法を
ホットワイヤ５の単独挿入時に比べて小さくすることが
できる。
【００３２】本実施形態によれば、以上の理論が実証さ
れ、二重ガスシールド方式のＴＩＧ溶接のもとで、ホッ
トワイヤ５およびコールドワイヤ６を添加する方法によ
り、立向き姿勢や上向き姿勢においても、溶着速度を上
げたまま小さい溶融池２７を保持でき、これにより溶け
落ちなどの発生しない安定した溶接を高溶着能率のもと
で行うことができるものである。
れ、二重ガスシールド方式のＴＩＧ溶接のもとで、ホッ
トワイヤ５およびコールドワイヤ６を添加する方法によ
り、立向き姿勢や上向き姿勢においても、溶着速度を上
げたまま小さい溶融池２７を保持でき、これにより溶け
落ちなどの発生しない安定した溶接を高溶着能率のもと
で行うことができるものである。
【００３３】また、コールドワイヤ６を撚り線ワイヤと
することにより、表面積がソリッドワイヤに比べて大き
くなるため溶融効率も大となり、また撚り線ワイヤは送
給時に直進性が優れており、より安定したワイヤ挿入が
可能となる。よって安定化が増し、かつ高い溶着能率が
得られる溶接が実現できる。
することにより、表面積がソリッドワイヤに比べて大き
くなるため溶融効率も大となり、また撚り線ワイヤは送
給時に直進性が優れており、より安定したワイヤ挿入が
可能となる。よって安定化が増し、かつ高い溶着能率が
得られる溶接が実現できる。
【００３４】さらに、全溶込みＵ形開先溶接において、
ルート平行部２６の長さＬとルートフェイス厚ｈとの比
Ｌ／ｈを２．４以上５．３以下、ルート平行部２の長さ
を６mm以上８mm以下、そして開先角度を２°以上８°以
下としたことにより、２，２５０〜２，７００J/cmの入
熱量のもとで安定した溶け込みとビード形状とを得るこ
とができる。
ルート平行部２６の長さＬとルートフェイス厚ｈとの比
Ｌ／ｈを２．４以上５．３以下、ルート平行部２の長さ
を６mm以上８mm以下、そして開先角度を２°以上８°以
下としたことにより、２，２５０〜２，７００J/cmの入
熱量のもとで安定した溶け込みとビード形状とを得るこ
とができる。
【００３５】なお、以上の実施形態ではホットワイヤお
よびコールドワイヤを各１本使用した場合について説明
したが、これらは１本以上の複数本として適宜実施する
ことができるものである。
よびコールドワイヤを各１本使用した場合について説明
したが、これらは１本以上の複数本として適宜実施する
ことができるものである。
【００３６】
【発明の効果】以上で説明したように、本発明のＴＩＧ
溶接方法および装置によれば、立向き溶接あるいは上向
き溶接のように溶融池に作用する力のバランスが崩れ易
い場合においても、溶着能率を大幅に向上させることが
でき、特に大型プラント建設等に対する全姿勢溶接用と
して能率向上が図れ、実用面から大きい利点が得られる
という優れた効果が奏される。
溶接方法および装置によれば、立向き溶接あるいは上向
き溶接のように溶融池に作用する力のバランスが崩れ易
い場合においても、溶着能率を大幅に向上させることが
でき、特に大型プラント建設等に対する全姿勢溶接用と
して能率向上が図れ、実用面から大きい利点が得られる
という優れた効果が奏される。
【図１】本発明に係るＴＩＧ溶接方法および装置の一実
施形態を説明するための要部構成図。
施形態を説明するための要部構成図。
【図２】前記実施形態における装置全体を示す構成図。
【図３】前記実施形態における溶接開先形状を示す図。
【図４】前記実施形態における溶接状態を示す図。
【図５】前記実施形態における溶接パスの状態を示す
図。
図。
【図６】前記実施形態における試験結果として溶接速度
と溶着速度との関係を示す図。
と溶着速度との関係を示す図。
１ 被溶接物 ２ レール ３ 走行台車 ４ 溶接トーチ ５ ホットワイヤ ６ コールドワイヤ ７，８ ワイヤ送給装置 ９ 通電加熱装置 １０ ワイヤ加熱電源 １１ 接続部材 １２ 溶接電源 １３，１４ ガスボンベ １５ 溶接制御装置 １６ ケーブル １７ タングステン電極 １８ 内側シールドカップ １９ 外側シールドカップ ２０，２１ ガス噴出口 ２２ センターガス ２３ アウターシールドガス ２４ ＴＩＧアーク ２５ 溶接ビード ２６ ルート平行部 ２７ 溶融池
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｂ２３Ｋ 9/16 Ｂ２３Ｋ 9/16 Ｍ 9/29 9/29 Ｄ 33/00 33/00 Ｚ
Claims (5)
- 【請求項１】 タングステン電極の周囲に内外側二重の
ガスシールドを形成しつつ、アーク発生部位に溶加材と
して複数本のワイヤを連続的に送給して溶接を行う二重
ガスシールド・複数ワイヤ供給方式のＴＩＧ溶接方法に
おいて、前記ワイヤのうち一本以上を溶着促進用ホット
ワイヤとして加熱状態で供給する一方、前記ワイヤの他
の一本以上を溶融池冷却用コールドワイヤとして非加熱
状態で供給することを特徴とするＴＩＧ溶接方法。 - 【請求項２】 請求項１記載のＴＩＧ溶接方法におい
て、ホットワイヤとしてソリッドワイヤを適用し、コー
ルドワイヤとして撚り線ワイヤを適用することを特徴と
するＴＩＧ溶接方法。 - 【請求項３】 請求項１または２記載のＴＩＧ溶接方法
において、全溶込みＵ形開先溶接を行う場合、被溶接物
のルート平行部の長さＬとルートフェイス厚ｈとの比
（Ｌ／ｈ）を２．４以上５．３以下に設定するととも
に、前記ルートフェイス平行部の長さＬを６以上８mm以
下に設定し、かつ開先角度θを２°以上８°以下に設定
することを特徴とするＴＩＧ溶接方法。 - 【請求項４】 請求項１から３までのいずれかに記載の
方法を、立向き溶接または上向き溶接に適用することを
特徴とするＴＩＧ溶接方法。 - 【請求項５】 溶接電流供給部と、シールドガス供給部
と、前記溶接電流供給部に接続されたタングステン電極
および前記シールドガス供給部に接続され前記タングス
テン電極の周囲に配置された内外側二重のガス噴出口を
有する溶接トーチと、溶加材としての複数本のワイヤ
と、これらのワイヤをアーク発生部位に同時に送給する
ワイヤ送給装置とを備えた二重ガスシールド・複数ワイ
ヤ供給方式のＴＩＧ溶接において、前記複数のワイヤの
うち少なくとも１本を除く他のものに接続され、通電に
よりその接続したワイヤを加熱する通電加熱装置を設け
たことを特徴とするＴＩＧ溶接装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14488298A JP3934251B2 (ja) | 1997-06-10 | 1998-05-26 | Ｔｉｇ溶接方法および装置 |
| US09/093,717 US6040545A (en) | 1997-06-10 | 1998-06-09 | TIG welding method and welding apparatus |
| IT98RM000371A IT1299502B1 (it) | 1997-06-10 | 1998-06-10 | Metodo di saldatura ed apparecchiatura di saldatura tig |
| FR9807294A FR2764220B1 (fr) | 1997-06-10 | 1998-06-10 | Procede et appareil de soudage sous gaz protecteur isolant et a electrode de tungstene |
| CA002240219A CA2240219C (en) | 1997-06-10 | 1998-06-10 | Tig welding method and welding apparatus |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15271697 | 1997-06-10 | ||
| JP9-152716 | 1997-06-10 | ||
| JP14488298A JP3934251B2 (ja) | 1997-06-10 | 1998-05-26 | Ｔｉｇ溶接方法および装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1158017A true JPH1158017A (ja) | 1999-03-02 |
| JP3934251B2 JP3934251B2 (ja) | 2007-06-20 |
Family
ID=26476165
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14488298A Expired - Fee Related JP3934251B2 (ja) | 1997-06-10 | 1998-05-26 | Ｔｉｇ溶接方法および装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6040545A (ja) |
| JP (1) | JP3934251B2 (ja) |
| CA (1) | CA2240219C (ja) |
| FR (1) | FR2764220B1 (ja) |
| IT (1) | IT1299502B1 (ja) |
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| JP2008284588A (ja) * | 2007-05-17 | 2008-11-27 | Hitachi-Ge Nuclear Energy Ltd | レーザとアークの複合溶接装置及び方法 |
| JP2010125490A (ja) * | 2008-11-28 | 2010-06-10 | Hitachi-Ge Nuclear Energy Ltd | Ｉ型継手の溶接方法及びそのｉ型溶接継手並びにそれを用いた溶接構造物 |
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| CN102151957A (zh) * | 2011-03-28 | 2011-08-17 | 兰州理工大学 | 气体熔池耦合活性焊接方法 |
| CN102909458A (zh) * | 2012-10-29 | 2013-02-06 | 海门市威菱焊材制造有限公司 | 单电弧双丝摆动堆焊工艺 |
| CN103203529A (zh) * | 2013-03-28 | 2013-07-17 | 北京工业大学 | 非熔化极电弧与双丝熔化极电弧交叉耦合的焊接方法 |
| JP2021042453A (ja) * | 2019-09-13 | 2021-03-18 | 株式会社東芝 | コーティング方法及びコーティング構造 |
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| US6884959B2 (en) * | 2001-09-07 | 2005-04-26 | Electric Power Research Institute, Inc. | Controlled composition welding method |
| CN1849769B (zh) * | 2003-09-15 | 2010-06-16 | 英特尔公司 | 利用高吞吐量空间频率分组码的多天线系统和方法 |
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