JPS5916680A - 消耗電極式ア−ク溶接装置 - 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】 この発明は消耗電極式アーク溶接装置、特に消耗電極を
溶融し母材に落下・移行させて溶接を行なうものに関す
る。

従来、この種の消耗電極式アーク溶接装置どしては、つ
ぎのようなものがあった。即ち、被溶接材（以下「母材
」という）を陰極に、消耗電極を陽極にするような極性
で電流を供給し、消耗電極を溶融し母材に落下・移行さ
せて溶接を行なうものがあった。このような装置におい
て、その消耗電極からの溶滴り移行状態は、供給される
溶接電流の大小およびその波形によって異なり、直流電
流の場合、消耗電極、シールドガスの種類によって決ま
る臨界電流値以上では、溶滴は細かいスプレー状となり
、スパッタの発生が少く、安定な溶滴移行形態となる。

また、電流波形がパルス状の場合には、そのピーク値が
臨界電流値以上で、しかもｌパルス当如に消耗電極に注
入されるエネルギーが適正値に設定されていれば、溶接
電流の平均値が臨界電流値以下であっても、大電流パル
スのピンチ力が溶滴に働き、スプレー移行が発生するよ
うになる。

従来の消耗電極式アーク溶接装置においては、以上のよ
うに、溶接電流が決まれば消耗電極の溶は方も定まって
しまうため、溶接電流と消耗電極の溶着量とはほぼ１対
ｌに対応しておシ、電流の波形をパルス状にしたり電極
突き出し長さを変化させても、その対応関係はわずかじ
か変化させることができない。従って、従来は特に大電
流域において母材の溶は方（溶は込み、溶融幅など）に
比べて溶着量が少く、アンダーカットなどの溶接欠陥の
発生とともに溶接速度の低下を招き、このため溶接作業
の能率を上げることが困難であった。

この発明は前述した従来の課題に鑑みてなされたもので
、その目的は、同一溶接電流に対して溶融金属の溶着量
を大幅に調整できる機能をもち、これによシ溶接作業の
能率向上をはかることのできる消耗電極式アーク溶接装
置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、この発明は、消耗電極と
母材との間にアークを発生させて溶接を行なう消耗電極
式アーク溶接装置において、溶接電流波形をパルス化し
て上記消耗電極からの溶滴移行形態をスプレー状とし、
かつ上記母材の溶融部に接触するように上記アーク中に
別途フィラーワイヤを通電加熱させながら送給する手段
と、さらにそのワイヤ加熱用の電流の電流値を上記溶接
電流値の十以下に設定する手段とを有することを特徴と
する。

以下、この発明の好適な実施例を図面に基づいて説明す
る。

第１図はこの発明による消耗電極式アーク溶接装置の構
成の一実施例を示す。同図に示す装置は、まず、消耗電
極ｌＯを送給するための第１の駆動ローラ１２、この駆
動ローラ１２を回転させるための第１のモータ１４、消
耗電極ｌＯに電流を通電させるためのチップ１６、アー
ク２ｏの１ｂｌ）にシールドガス２２を供給するノズル
１８、およびアーク２０を維持させる電流を供給するだ
めの電源２４を有する。また、フィラーワイヤ２６を送
給するだめの第２の駆動ローラ２８、この駆動ローラ２
８を回転させるための第２のモータ３０、フィラーワイ
ヤ２６に電流（以下これを「ワイヤ加熱電流Ｊという）
を通電させるための給電装置３２を有している。さらに
、溶接電流を調整するためのトランジスタなどの第１の
スイッチング素子３４、ワイヤ加熱電流を調整するため
のトランジスタなどの第２のスイッチング素子３６、リ
アクトル３８．４０、ダイオード４２．４４、溶接電流
およびワイヤ加熱電流のパルス周波数を設定するための
周波数設定器４６、溶接電流のパルス幅を設定するため
のパルス幅設定器４８、ワイヤ加熱電流のパルス幅を設
定するだめの第１のパルス幅設定器５０、溶接電流を検
出する第１の検出器５２、ワイヤ加熱電流を検出する第
２の検出器５４、第１の検出器５２で検出した溶接電流
と所定の設定値工、とを比較するための第１の比較器５
６、およびワイヤ加熱電流と所定の設定値工、とを比較
するための第２の比較器５８などを有している。ここで
、溶接電流は上記チップ１６と母材６０との間に供給さ
れ、またワイヤ加熱電流は給電装置３２を介してフィラ
ーワイヤ２６と母材６０との間に供給される。また、第
１図において斜線部分６２はビードを示す。

つぎに、この発明による装置の原理について説明する。

＋１１　　まず、パルス電流による清適の細粒化につい
て説明する。

消耗電極からの溶滴の移行形態を、小電流から大電流ま
で、消耗電極の径と同程度の直径をもつ溶滴が１パルス
当り１個ずつ規則的に移行して行くようにするには、パ
ルス周波数を消耗電極の送給速度に比例させ、１個のパ
ルスに対してはそのピーク値を臨界電流値以上に設定し
、かつ１個のパルスあたシにワイヤに注入されるエネル
ギーが適正範囲内に入るように調整されなければならな
い。消耗電極が軟鋼用ワイヤであって、シールドガスが
ムｒ／ＣＯ，＝１／２のときの消耗電極の送給速度と溶
接電流のパルス周波数との標準的な関係を示したのが第
２図であシ、臨界電流値および１個のパルスあたシに注
入されるエネルギーの適正範囲を実験的に求めたものが
以下に示す表１である。

また、適正エネルギー範囲に対応したワイヤ径１．２１
１１１φの場合の平均的なパルス幅の値は３ｍａである
。溶滴のスプレー化のためには、溶接電流は以上のよう
なパルス条件を満たす形状に設定しなければならない。

表　　　１ ワイヤは軟鋼、シールドガスはＡｒ／Ｃ！Ｏ，（／２）
（２）　　次に、抵抗発熱を利用したフィラーワイヤの
加熱について説明する。

フィラーワイヤ２６をアーク２０内へ送シ込む場合、フ
ィラーワイヤ２６が母材６ｏへ突込みもまた離れたシも
せず、丁度溶融状態となって母材６０と接触短絡するよ
うに、フィラーワイヤ２６内に電流を供給する。ワイヤ
径が１．２絽φ、ワイヤの加熱距離が７ｏｎのときの、
このワイヤ加熱電流とフィラーワイヤの送給速度との対
応関係は第３図に示すとおシである。

（３）　　アークに働く電磁力の影醤について説明する
。

アーク２０の近傍のフィラーワイヤ２６内に電流が流れ
ると、そのワイヤ加熱電流によってアーク２０に力が働
く。この力はアーク２ｏを意図しない方向に偏向させる
ことがあるとともに、溶接電流が小さくなってアークの
指向性が弱まると、アークがふかれてアーク切れが生じ
、このため一般には施工上好ましくないとされている。

通常、溶接電流を工とすれば、土工以上の電流がアーク
の近傍に流れると、上記のようなアークと電流間の相互
作用が大きくなる。また、溶接電流をパルス状にしたと
き、パルスの休止期間には、アーク維持のためのベース
電流を約５０Ａ程度流すが、この程度の電流のアークで
はその指向性が弱く、電流とアークとの相互作用が起と
シやすい。従って、パルスの休止期間ではワイヤ加熱電
流を流さないようにするのが好ましい。

以上、＋１１　（２１（３１０３つの条件を満足させる
ことが必要であり、このために、溶接電流工、ワイヤ加
熱電流工Ｗの波形は、第４図に示すように設定する。

即ち、工は上記（１）で示した適正パルスエネルギーを
もつパルス波形とし、工Ｗの値は常に工の値の十以下即
ち工Ｗのピーク値工ＷＰも工のピーク値ＩＰ以下になる
ように設定するとともに、溶接電流のパルス休止期間で
は必ずワイヤ加熱電流は零となるようにする。第４図に
は工Ｗのパルス周波数と工のパルス周波数とは等しく描
いているが、工Ｗのパルス発生個数は、工のパルス発生
個数から適宜間引いたものであってもよい。

次に、この装置の動作について説明する。

第１図において、まず、第１のモータ１４によって第１
の駆動ローラ１２を回転させ、消耗電極ｌＯを母材６０
の方向へ送給し、同時に電源２４からリアクトル３８、
スイッチング素子３４、チップ１６を通して消耗電極ｌ
Ｏに電流を供給し、消耗電極１０と母材６０との間にア
ーク２０を発生させる。これとともに、第２のモータ３
０によって第２の駆動ローラ２Ｂを回転させ、フィラー
ワイヤ２６を常に母材６０と接触させるように供給し、
同時にリアクトル４０．スイッチング素子３６を通して
フィラーワイヤ２６に電流″を流し、ジュール熱によっ
て加熱してやれば、アーク熱によって溶融した消耗電極
ｌＯおよびジュール熱によって溶融したフィラーワイヤ
２６がともにビード６２を形成しながら母材６０が溶接
される。なお、フィラーワイヤ２６はアーク２ｏの前方
あるいは後方のどちらに入れてもよい。

周波数設定器４６は、アーク２０を適当なパルスアーク
とするため、消耗電極ｌＯの送給速度に対応して、溶接
電流のパルス周波数を第２図で示した特性となるように
スイッチング素子３４．３６のオン・オフ回数を設定す
る。ここで、スイッチング素子３６０オン・オフを行な
うのは、ワイヤ加熱電流本溶接電流の一部となっている
からである。第１のパルス幅設定器４８は溶接電流のパ
ルス幅を設定するためにスイッチング素子３４をオン・
オフし、また第２のパルス幅設定器５ｏはワイヤ加熱電
流のパルス幅を設定するためにスイッチング素子３６を
オン・オンする。第２の検出器５４はワイヤ加熱電流を
検出し、その出力は第２の比較器５８において設定値工
、と比較され、ワイヤ加熱電流のピーク値工野が工、と
等しくなるようにスイッチング素子３６がオン・オフさ
れる。また、第１の検出器５２は溶接電流を検出し、そ
の出力は第１の比較器５６において設定値工、と比較さ
れ、溶接電流のピーク値ＩＰが工、と等しくなるように
スイッチング素子３４がオン・オフされる。

前述のアークに対する電磁力の影響を考慮し、工、〈ミ
ニ、となるように設定することはもちろんでオシ、以上
のようにして溶接電流およびワイヤ加熱電流は、第４図
に示すようなノくルス電流波形となるように制御される
。

なお、リアクトル３８．４０とダイオード４２．４４社
、スイッチング素子３４．３６のオフ直後に電流を環流
させてアークを維持させるだめのものである。

以上のように、この発明による消耗電極式アーク溶接装
置でれ、フィラーワイヤを通電加熱させながら溶融池へ
送シ込むようにしているため、母材の同一溶融割合に対
して溶着量を大幅に増加させることができ、とれによシ
溶接作業の能率が著しく向上する。これとともに、アー
クがスプレーアークとなるため、スパッタの発生を抑え
ることができ、これによシ溶接性能が向上する。さらに
、ワイヤ加熱電流を溶接電流の十以下に抑えており、ま
た必要に応じ溶接電流のパルス体止期間でワイヤ加熱電
流を零にするように構成すれば、これによシアークが電
磁力を受けてふかれるという悪影響も回避することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図はとの発明の一実施例による消耗電極式アーク溶
接装置の構成を示す図、第２図は消耗電極の送給速度と
パルス周波数との関係を示す図、第３図はフィラーワイ
ヤの送給速度とワイヤ加熱電流との関係を示す図、第４
図は溶接電流、ワイヤ加熱電流のそれぞれの電流波形を
示す図である。 図中、同一または相当する部分には同一符号を付し、１
０は消耗電極、１２は第１の駆動ローラ、１４は第１の
モータ、１６はチップ、２０はアーク、２４は電源、２
６はフィラーワイヤ、２８は第２の駆動ローラ、３０は
第２のモータ、３２は給電装置、３４．３６はスイッチ
ング素子、３８．４０はリアクトル、４２．４４はダイ
オード、４６は周波数設定器、４８は第１のパルス幅設
定器、５０＃−ｉ第２のパルス幅設定器、５２は第１の
検出器、５４は第２の検出器、５６は第１の比較器、５
８は第２の比較器、６０は被溶接材（母材）、６２はビ
ードである。 代理人　　弁理士　　葛　野　信　− （ほか１名） 第１図 ６ 第２図 ヲぎ耗電極のＪ紹達崖（ｍ７勿） 第３図 ワイセカロ熱雷流、（Ａ） 第４図 特許庁長官殿 １、事件の表示　　　　特願昭　５７−１２３９０５号
発明の名称　消耗電極式アーク溶接装置補正をする者 事件との関係　　　特許出願人 住　所　　　　　東京都千代田区丸の内二丁目２番３号
名　称（６０１）　　　三菱電機株式会社代表者片山仁
八部 代理人 住　所　　　　　東京都千代田区丸の内二丁目２番３号
５、補１１の対象 明細ｎ１の特許請求の範囲、発明の詳細な説明の欄。 −２、 特許請求の範囲 （１）消耗電極ど母材との間に）７−りを発生さゼて溶
接を行なう消耗電極式アーク溶接装置において、溶接電
流波形をパルス化して上記消耗電極からの溶滴移行形態
をスフ１ノー状とし、かつ上記母材の溶融部に接触する
ように上記アーク中に別途フイラーワイＶを通電加熱さ
せながら送給する手段と、ざらにそのワイＡ７加熱用の
電流の電流値を上記溶接電流値の１／２以下に設定する
手段とを右り−ることを特徴とする消耗電極式アーク溶
接装置。 （２、特許請求の範囲（１）の装置において、上記溶接
電流のパルス体１に期間では、上記ワイヤ加熱電流が零
となるようにしたことを特徴とする消耗電極式アーク溶
接装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｆｉ＋　　消耗電極と母材との間にアークを発生させて
   溶接を行なう消耗電極式アーク溶接装置において、溶接
   電流波形をパルス化して上記消耗電極からの溶滴移行形
   態をスプレー状とし、カミつ上記母材の溶融部に接触す
   るように上記アーク中に別途フィラーワイヤを通電加熱
   させながら送給する手段と、さらにそのワイヤ加熱用の
   電流の電流値を上記溶接電流値の十以下に設定する手段
   とを有することを特徴とする消耗電極式アーク溶接装置
   。 （２、特許請求の範囲＋１１の装置において、上記溶接
   電流のパルス休止期間では、上記ワイヤ過熱電流が零と
   なるようにしたことを特徴とする消耗電極式アーク溶接
   装置。