JPS58138569A - ホットワイヤスイッチングｔｉｇ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】 この発明はＴＩＧアーク溶接法にかかわり、特にアーク
および添加心線への通電電流を制御することによりアー
クの広がりを調整し、ＴＩＧ溶接の高速化を図るホット
ワイヤＴＩＧ溶接方法に関するものである〇 消耗電極を用いたガスシールドアーク溶接では、アーク
安定性をはじめとする溶接作業性確保の点から、多少酸
化性のシールドガスを用いたり、消耗心線電極成分に制
約を受けたりしている。しかし、通常の作業条件でも、
たとえば６０〜８０　ｇ／ｍｉｎ。

などの高溶着速度を得ている。

一方、ＴＩＧアーク溶接法は不活性ガス中で添加心線を
溶融するだけなので添加金属成分はほとんど制約を受け
ず、任意の、また高純度の溶着金属を形成できるという
利点がある。しかし、通常、溶着金属の形成は高々２０
ｇ／ｍｉｎ、であり、開先内に溶着金属を充填するタイ
プの溶接継手に対しては非常に能率が悪い。

そこで添加心線にも通電して抵抗発熱を生ぜしめ、溶着
速度を高めようという、いわゆるホットワイヤ法が提案
（ＵＳＰ　３１２２６２９）され、それによって３０〜
１００　ｇ／ｍｉｎ、など高溶着速度が得られることが
知られている。しかしホットワイヤ通電電流による磁界
によってＴＩＧアークが磁気吹きを生じ、特公昭５６−
１９８２のようにその磁気吹きを積極的に利用しようと
する考え方もあるが、多くの場合作業性悪化のために実
用困難となっている。

そこで、アークと添加心線への通電電流を交互に切替え
、即ちアーク電流のＯＮ、ＯＦＦに同期して添加心線通
電電流をＯＦＦ、ＯＮさせ、アークの磁気吹きを実質的
になくすという方法が提案（ＵＳＰ　３６２７９７４）
された。この方法によれば、アークの磁気吹きが全くな
く、かつ１００　ｇ／ｍｉｎ。

の高溶着速度も得ることができるようになった。

しかし、この場合ＴＩＧアークの溶融能力の点で問題が
生じた。即ち高溶着速度に見合う高溶接速度とするため
には、大電流ＴＩＧアークとせざるを得ず、そうすると
アークの吹き付は力が大きくなり、母材のえぐりすぎに
もとづくアンダカットの発生傾向が増し、アンダカット
防止の観点から例えば４５０　ｍｍ／ｍｉｎ、以下など
溶接速度に限界を生じたのである。　　　・ この発明の目的は、上記した従来技術の欠点をなくシ、
ＴＩＧアークによる母材溶融能力を低めることなくアー
ク力を弱め、ホットワイヤ法の高溶着速度を保ちつつ高
溶接速度を達成できる溶接方法を提供することにある。

要するにこの発明は、アーク電流は高、低電流レベルに
切替わる直流パルス電流とし、ホットワイヤへの通電電
流もアーク電流に関連して低、高電流レベルに切替わる
パルス電流とし、両パルス電流の高電流レベルにある期
間が一部重複するように通電電流位相をずらすことによ
って、アークを溶接線方向にオッシレイトさせ、みかけ
のアーク幅を広げアーク吹き付は力を弱め、結果として
アンダカットの形成傾向を低下させ、高溶接速度を達成
するようにしたものである。なお、実施する場合のアー
ク電流の切替えは好ましくは３Ｈ２以上であることが望
まれる。

以下図面を用いてこの発明の一実施例につき説明する。

第１図はこの発明の一実施例を示すホットワイヤスイッ
チングＴＩＧ溶接装置の概要を示す説明図である。（不
活性ガスを供給する装置は省略し、図示しない。） アーク用電源１のマイナス側出力はアーク電流制御用ト
ランジスタ２を経由してＷ電極（非消耗電極）３に接続
され、母材４との間でＴＩＧアーク５を形成する。一方
、ワイヤ用電源６のプラス側出力はワイヤ電流制御用ト
ランジスタ７を経由してコンタクトチップ８に接続され
、母材４と接触している添加ワイヤ９を抵抗加熱する。

第２図は第１図に示したような構成の装置を用いて溶接
するときのアーク電流およびワイヤ通電電流波形を例示
した説明図である。アーク電流は大電流アークとなるピ
ーク電流Ｉｐ（期間ａ＋ｂ）と低電流となるベース電流
Ｉｓ（期間Ｃ）となるようにアーク電流制御用トランジ
スタ２により高速で切替えられて形成され、一方それと
関連してワイヤ電流制御用トランジスタ７によりワイヤ
電流は電流ＩＷの通電動量ｂ＋ｃと非通電期間ａとなる
ように切替えて形成される。

第３図懐第２図の各期間ａ、ｂ、ｃにおけるアーク状態
の説明図である。なお図中の矢印は溶接進行方向を示す
。アークは非常に軟らかい導電体であるため、アークの
近くに他の電流、たとえばホットワイヤ通電電流が存在
すると、その電流による磁界とアーク電流との相互作用
でアークは力を受け、いわゆる磁気吹きを生じる。磁気
吹き傾向の強さは、概ねアーク電流とワイヤ電流の積に
比例して増大する。ホットワイヤＴＩＧ溶接では、ホッ
トワイヤは通常の場合、溶接進行方向に関してアークの
後方に配置される。ここで第１図のようにアークはＷ電
極側マイナス、ホットワイヤは送給側がプラスとなるよ
うに接続されている場合には、アークは溶接進行方向側
に傾くように磁気吹きを生じることになる。ここで、ア
ーク電流とワイヤ電流を第２図に示すようなパルス化さ
れた形で通電すると、期間ａにおいてはワイヤ電流が存
在しないので第３図（ａ）に示すように強いアークがＷ
電極の直下に存在し、期間すにおいてはワイヤ電流が存
在するために第３図（ｂ）に示すように強いアークが溶
接進行方向側に吹かれて偏向し、期間Ｃにおいてはワイ
ヤ電流が存在するも、アーク電流が非常に低いために磁
気吹きも弱く、第３図（Ｃ）に示すように単にアークを
持続するためだけの弱いアークがＷ電極のは！直下に生
じる。このような各通電位相におけるアークの挙動が連
続して行なわれることから、実際にはパルス周期に対応
した高速のアークオツシレイト（アヤクの往復運動）が
行なわれる。すなわち、アークが高速でオッシレイトす
るためにアーク吹き付は力が高速で前後し、局所的にえ
ぐる力がうすめられるのである。もしも従来法の如く強
いアークが電極直下に固定的に生じる場合には、それに
より強いアーク吹き付は力によって掘り下げが生じ、溶
接速度を増加するとアンダカットを生じるのである。

なお第２図のｂ′のようにしてもアークはやはり前方に
吹かれる。アークはワイヤ電流と同極性のとき、ワイヤ
側（ホットワイヤＴＩＧでは溶接後方側）へ、異極性の
とき、アーク前方側へと吹かれる。

すなわち、ワイヤー−電流の極性をかえないと前方、後
方に振りかえることはできない。溶接作業性からいえば
アｉりは前方に傾いた方がやりやすい０ 次にこの発明による実施例の溶接条件を第１表に示す。

アークのピーク電流とワイヤ電流とが重複して通電して
いる期間は全通電期間中の３０％で、切替周波数１００
Ｈｚとしていることから、強いアークが溶接進行方向側
に概略３０ｍ５．強いアークがＷ電極直下に概略４０ｍ
５．弱いアークがＷ電極直下に概略４０ｍ５という形で
の滞在を繰り返すという高速のアークオツシレイトをし
ていることになる゛。肉眼では高速オツシレイトのため
に、早番こアークが溶接進行方向側に幅広げられたよう
に見え、広い熱源の分布とアーク力が弱められることか
ら、ＴＩＧ大電流アークで高溶接速度とすると発生しが
ちであったアンダカットの形成もなく、ホットワイヤ法
による高溶着金属量と相まって、ＴＩＧ溶接で高溶接速
度の高能率の溶接ができるようになった。なお、アーク
のオツシレイト周波数が低くなるとアークの吹き付は力
が強まるので、高溶接速度を達成するという観点からは
下限は３Ｈ２近くでありた。

第１表は溶融量５８　ｇ　／ｍｉｎ、であったが、ｔｏ
ｏｇ／ｍｉｎ、のような更に大溶融量化を図ろうとする
と、たとえばワイヤ電流は通電期間７０％でピーク電流
２９０Ａとしなければならない。一方１００　ｇ／ｍｉ
ｎ。

の溶着量に見合って適切なビード形状となるような溶接
速度たとえば６００　ｍｍ／ｍｉｎ、にするためには、
母材を溶融するアークの能力も高める必要を生じ、ピー
ク電流は通電期間７０％で９０ＯＡ、ベース電流２０Ａ
程度のアーク電流にしないといけない０しかしこのよう
にすると、アークのピーク電流とワイヤ電流が重複する
期間嶋おけるアークの磁気吹きは激しすぎ、アークを吹
き消してしまい、安定した溶接作業を行なうことができ
ない。

その対策としては第４図に例示するように、アーク電流
のピーク電流通電期間中のワイヤ通電電流を適当な磁気
偏向量が得られる程度にまで低くし、一方、アーク電流
のベース電流通電期間中のワイヤ通電電流値をさらに高
めるとよい。第２表はこのような考え方で、１００　ｇ
／ｍｉｎ、　ｆ）高溶着量で高速溶接を達成した時の溶
接条件を示したものであ・る０ １；開先幅６〜８ｍｍのｉ型狭開先継手へ拳法を適用し
たものであるが、このようにアークのピーク電流を高め
ると、開先幅方向へのアークの広がりも増し、開先側壁
の溶融もより的確に行なわれるなどの利点も生じた。

なお、アークおよびワイヤ電流中のパルス成分は通常は
同期した同一周波数としているが、これを３Ｈ″２以下
の範囲内で変化させると、いわゆるうなりにより、アー
クは高速オノシレイトしながら前方に滞在する期間とＷ
電極直下に滞在する期間がその周波数差による周波数で
変化し、見かけ上アークをウィービングさせたと同じ状
態が再現され、ビード形状改−に応用することも出来る
。

これまで述べてきたことから明らかなように、この発明
により初めてホットワイヤＴＩＧ溶接法で得られる高溶
着量に見合った高溶接速度が達成せられ、ホットワイヤ
ＴＩＧ法の真価が発揮できるようになり、大きな工業的
利益をもたらすという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

１１図はこの発明の実施にかかるホットワイヤスイッチ
ングＴＩＧ溶接装置の構造の概要を示す説明図、第２図
はこの発明を実施したときの時間に対するアーク電流と
ワイヤ電流の波形とこれら二つの電流の相対位相関係を
示す図面、第３図は第２図の各期間ａ、ｂ、ｃにおける
ア〒り状態の説明図、第４図はこの発明の他の実施例を
示すアーク電流及びワイヤ電流波形の相対関係を示す説
明図である。 １・・・アーク用電源 ２・・・アーク電流制御用トランジスタ３・・・Ｗ電極
　　　　　４・・・母材５・・・アーク　　　　　　６
・・・ワイヤ用電源７・・・ワイヤ電流制御用トランジ
スタ８・・・コンタクトチェーブ　　９・・・添加ワイ
ヤ代理人　弁理士　岡　１）梧　部

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、母材の溶融は主として非消耗電極アークで行ない、
   溶着金属の形成は溶加心線への直接通電加熱により主と
   して行なうホットワイヤＴＩＧアーク溶接において、ア
   ーク電流は高、低電流レベルに切替わるパルス電流とし
   、溶加心線への通電電流もアーク電流に関連して低、高
   電流レベルに切替わるパルス電流とし、両パルス電流の
   高電流レベルにある期間を位相的に調整することでアー
   クを高速にオッシレイトさせ、開先線方向の見掛は上の
   アーク幅を調整することを特徴とするホットワイヤスイ
   ッチング溶接方法０ ２、母材の溶融は主として非消耗電極アークで行ない、
   溶着金属の形成は溶加心線への直接通電加熱により主と
   して行なうホットワイヤＴＩＧアーク溶接方法において
   、アーク電流は高、低電流レベルに切替わるパルス電流
   とし、溶加心線への通電電流はアーク電流に対してその
   パルス周期を±３Ｈ２以内に調整することによってアー
   クを見かけ上溶接開先線方向にライビングさせることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載のホットワイヤス
   イッチング溶接方法。 ３、アークによる発熱量、ワイヤの溶融量およびアーク
   の偏向量は、高アーク電流レベル時におけるアーク電流
   値とその期間、また低アーク電流レベルにおけるアーク
   電流値とその期間、および溶加心線への通電電流の高電
   流レベルにおける電流とその期間、また低電流レベルに
   おける電流値とその期間とを相互に組み合せることによ
   って調整することを特徴とする特許請求の範囲第１項ま
   たは第２項記載のホットワイヤスイッチング溶接方法。