JPS59202177A - Ｔｉｇ溶接におけるア−ク制御方法 - 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】 この発明は一ξルスアーク浴接法を利用したＴＩＧ癲従
にお（・て、アークを）ξルスに同期して振動させるこ
とにより、溶接２勿率の改善を（２）るようにしたパル
スアーク浴接方法のプ良に関する。

絵＃：鑞流をパルス皿制御するノぞルスアーク浴接法を
用（・て行なうＴＩＧ俗接法は、今日、各種・Ｕの全姿
勢浴接の分野に広（採用されている。このパルスアーク
浴接法は〕Ｒルスの周波数により低周波パルスＴｒａ＃
ｇｇ法、中間周波パルスアーク浴接法、高周波ノｅルス
ＴＩＧ浴接法に分類される。

低周波パルスＴＩＧ溶接法は通常数Ｈｚ以下の低い周波
数の直流パルスｉｎｔ制御を行いながらｌｌｉ！８７接
トーチを移動させるものであり、その浴接部は俗融凝固
現象をくりかえし浴接ビードが形成される。従って全姿
勢溶接に関する適応性は極めて良好であり、ｌ＠接装置
も間嚇且現場通用性も優れている。然し溶接能率の水準
は元々低く、重要な立向上進＃接では溶着金楓生成速度
は毎分８／（浴接入熱７５００ＪｏｕｌｅＡ）を越えな
い。溶接能率が低いということは必然的に浴接／ｅス回
故を多（せねばならず、溶接ケーブルやホース類の巻き
戻しに要する溶接中断時間も多くなり作業能率は大幅に
低（なる。

高周波〕ξルスＴＩＧ浴接法は、周波数２０００〜２５
０００１（ｚの強力な爾周彼）ｅルスアークを応用する
もので、浴接トーチの機械的なウィービング動作に同期
せしめて篩周波電流の出力水準を変化させることによっ
て管の全姿勢溶接を行うものである。

この′ａ接接法よれば中挟（硬直化した溶接アークによ
って比較的狭い開先でも光分な溶は込みが得られこれま
でよりも多量の浴融金属が保持できるが、溶接電源と溶
接トーチの間隔が数メートルを越えると浴接ケーブルの
もつインダクタンスにまり高周数成分が急速に減衰する
ため１通常一般の浴接１′ｒ条環境ではその特徴とする
浴接効果は殆んど得られない。このことは全姿勢溶接の
能率面にも＃響し、車少な立向上進浴接の浴着金楓生成
速度も毎分１５）（浴接入熱］　５０００　Ｊｏｕｌｅ
　Ａ）という水準に止まっている。

全姿勢溶接に於て溶接能率に大きく影響するものとして
溶融池保持能かある。

一般に、浴着効率を旨め溶接能率の向上を図るにはその
分だけ多くの溶融池な保付しなければならないか、全姿
勢浴接では溶融池にがかる庫力の向きが変化する為おの
ずと保持できる浴融池数は低レベルＶｃ割限される。こ
こで全姿勢浴接のなかで最も困難とされる立向浴接にお
ける溶融池の状態を考察してみると第１図に示した＠Ｖ
ｃ溶融池１は軍刀のために下方へ流れ４ちょっとするが
主として溶融池】の表［用張力によりかろうじて溶融面
内に保持されている。然し、表向張力により支えられる
浴醒池叶には限りがあり、これを超えた長寸の溶融池を
保持するには何らかの新たな力を溶融池に加えなければ
ならない。また立向上進浴接ではたとえ溶融池か支えら
れていてもその接触角θかある限度を越えると、いわゆ
るコールドラップを起し融合不良の原因となる。立向下
進溶接で７群に浴接曲率か低いのはこの事に起因してい
る。

図中２は母材、３はトーチ、４はアークである。

削記しＴこ・ぞルスＴＩＧ浴接法に於て前者はもともと
浴接能率か低いうえにアークによる溶融池保持能か低い
ことから全姿勢浴接とした場合その浴接ＮＵ率が更に低
くなり１ｍの浴接法例えはＭＩＧ浴接法等に比べ大ぎ（
劣るという欠点かある。後者は浴着金属生成速度及び溶
融池保持能も前者に比べ潰れているが前記した如く現場
１用性が悪いのが欠点である。

（３〕 現在ＴＩＧパルスＩ＠接法に於て低周波パルス溶接法と
高周波パルス浴接法との中間に位瞳するいわば中間周波
、ｏルス溶接法は殆んど実施されていない。中間周波数
のパルス溶接電流によるＴＩＧ浴接のアーク圧力か高い
ことは一般に知られているが、アーク圧力が高い為に溶
融池のアーク１１下が窪み溶融金属がアーク周囲に盛り
上るという現象が生じビード形成上極めて不都合である
からである。

そこで、この中間周波パルスＴＩＧ溶接法の欠点を改善
し、しかも前記低周波パルスＴＩＧ溶接法、高周ざパル
スＴＩＧ溶接法の問題点を全て解決する技術が本出頼人
の出願に係る％願昭５５−３４３９６（％開昭５６−１
３１０７１）において提案されている。

これは、溶接電流として電極に数十〜数百Ｈｚの中間周
波の直流ノ臂ルス電流を供給し、該直流Ａルス゛亀流と
同期位相制御したパルス電流をフィラーワイヤに供給し
て、アークを浴＃線の前後方向に振動させることにより
、アーク圧力が一点に集中することなく溶融池面に分散
するようＫして、中間周波パルス浴接法におけるアーク
圧力が高いこと（４） と相俟ってＩｎｌ池保付能力を飛躍的に増大させて、溶
接効率を向上させるようにしたものである。

この発明は上記のアーク浴接方法を改良したもので、フ
ィラーワイヤに供給するパルス電流のノぐルス輻を市Ｉ
Ｉ（ａＩＩすることにより、アーク圧力の分散状態を任
童に、ａｌｌ側１して、浴″＃粂件、姿勢等に応じて岐
適のアーク、溶融池を得るようにした／ｅルスアーク浴
朕方法を提供しようとするものである。

以下、この発明の実施例を酢付図面を参照して説明する
。

第２図は本発明の原理機構を示すものであり、３はトー
チ、８はタングステン軍惟、２は母材、５はフィラーワ
イヤ、６はトーチの進行方向Ａに関しトーチ３の横方［
１（Ｒ付けたワイヤーホルダである。

溶接用１Ｍ＃Ｌノソルス電′ｍ、７を前記タングステン
電惨８及び母材２に接続すると共にフィラーワイヤ用パ
ルス電源９をフィラーワイヤ５及び母材２に接続する。

又前記＋Ｍ流パルス電源７とパルス電源９とは目ａ省の
発生パルスと後者の発生パルスとを所定の位相でもって
同期発生せしめる位相割＃器１（）を介し接続する。

前記直流・ぞルス電源７により周波数数十〜数百Ｈｚに
、ｅルス割御を行った直流′直流（溶接電流）を溶接ト
ーチ３のタングステン電極８に通電して溶接アークを発
生せしめ、浴融溶接の開始と同時に、位相制御器】０に
よりノソルス市源９を制御し該ノぞルス市１源９から発
するパルス電流（ワイヤ宵、流）を溶接′直流のＡルス
彼形と同期位相制御しフィラーワイヤ５に通′市し、該
フィラーワイヤ５の先端を溶接トーチ３の進行方向Ａの
後方から浴接アーク柱の高温プラズマ気流中を通電せし
めてこれを特、速させながら溶融池１に挿入し浴接を進
行させる。

斯る状態に放てアークの動きを検討してみる。

タングステン電極８を流れる＠ｗ：電流重席　とフィラ
ーワイヤ５ケ流れるワイヤ電流Ｉｂが同じ向きのときに
は、＃イヤ電流Ｉｂによりフィラーワイヤ５０周辺に第
３図１ｂ＋に示す如く磁力線φｂが発生し、アークを流
との相互作用によりアークをフィラーワイヤ５　ｆｕｌ
ｌに吸引し、アークはフィラーワイヤ５１１ｍ１１　Ｋ
偏向する。−万第３図１ｂ＋の如く浴接ｔｌｔｉＩａと
ワイヤ′市流Ｉｂが逆の向きのときには、アークはフィ
ラーワイヤ５とは逆の方向に偏向する。即ちワイヤ市、
流Ｉｂを時間とともにその極性か変化する様連璽せしめ
れば、アークはワイヤ電ｊｔ　Ｉ　ｂのパルス周波数に
応じた周期でタ／ゲステン軍＠８のｉｊ１後に１辰動す
る。

しかし、このままでは浴＃重席ノルスとワイヤ′屯浦ノ
ソルスの強弱、すなわち位相が一定しないので、アーク
は不規則に激しく乱され、溶接が困難となる。

そこで、位相面制御器】０を用いて、上記の２つの・ぞ
ルス′市流の位相を一定に制御し、アークの撮動を整然
と規則的に行なわせている。

第４１￥１、第５図はこの発明によるワイヤ′市流ｒｂ
の一世１を示したものである。第４図は重接電流Ｉ醋工
同位相同期させた場合、第５図は逆位相同期させた場合
である。この実施例では、ワイヤ電ｆＩｂの周波数を溶
接ｍ流Ｉａの周波数と等しくし、振幅を＋、−同レベル
に固定している。

（７） 第４１図の同位相同期の場合は、ワイヤ電流Ｉｂが溶接
電流Ｉａと同じ方向のとき（第３図（ａ））は溶接電流
■ａが大きいので、フィラーワイヤ５の方向に偏向され
る角度は大きくなり、ワイヤ電流Ｉｂが溶接ｍ流Ｉａと
逆向きのとき（第３図（ｂ））は浴接電流Ｉａが小さい
ので、フィラーワイヤ５と逆方向に偏向される角度は小
さくなる。また。

第５図の逆位相同期の場合は、ワイヤ電流ｒｂが浴接′
Ｉｔ流Ｉａ　と同じ方向のとき（第３図（ａ））は溶接
電流Ｉａが小さいので、フィラーワイヤ５の方向に偏向
される角度は小さくなり、ワイヤ′屯流ｒｂが溶接電流
１ｍと逆向きのとき（第３図（ｂ））は溶接ｍ流Ｉａが
大きいので、フィラーワイヤ５と逆方向に偏向される角
度は大きくなる。

なお、フィラーワイヤ５の配置が第３図と逆（電極８の
左１ｆｔ１１　）であると、アーク４に対する磁界の向
きが逆方向になるのでアーク４０偏向方向は第３図と逆
向きになる。

第４図の同位相同期の場合において、Ａで示す部分では
、ワイヤ電流Ｉｂは正極性部分のノソルス（８） 幅か広（、逆極性部分の）ｅルス幅は狭いので、第３図
１ｂ＋のアーク４をフィラーワイヤ５０方向へ偏向させ
ている時間が長くなり、第３図１ｂ＋のアーク４をフィ
ラーワイヤ５と逆方向に偏向させている時間が短くなる
。また、Ｂで示す部分では、正極性部分のＡ？ルス幅と
逆極性部分の／ｅルス幅が等しく、アーク４をフィラー
ワイヤ５０方向へ偏向させている時間と、フィラーワイ
ヤ５と逆方向へ偏向させている時間が等しくなる。また
、Ｃで示す部分では、正極性部分のパルス幅が狭く、逆
極性部分のパルス幅が広いので、アーク４をフィラーワ
イヤ５０方向へ偏向させている時間が短（、フィラーワ
イヤ５と逆方向へ偏向させている時間が長（なる。

また、第５図の逆位相同期の場合は、Ａ、Ｂ。

Ｃ１７）各部分ｖｃオいてアーク４をフィラーワイヤ５
０方向へ偏向させている時間とフィラーワイヤ５と逆方
向へ偏向させている時間の比は、第４図のＡ、Ｂ、Ｃの
場合とそれぞれ同じであるが、逆位相同期であるためフ
ィラーワイヤ５と逆方向へのアーク４の偏向の角度が太
き（なる。したがって、第２図のように電極進行方向に
対し電極８の後方よりフィラーワイヤ５を挿入した場合
には、浴接進行方向前号の母材２の予熱が十分に行なわ
れるようになる。

本発明を実際に鋼管の全姿勢溶接に適用する場合には、
フィラーワイヤ５を溶接方向後方から挿入した場合は例
えば立向上進の場合には第４図のＣの部分を用い、立向
上進の場合には第５図のＣで示す部分を用いると良好な
溶接状態が得られる。

特に立向上進の場合に第５図のＣで示す部分を用いると
、アークは溶接進行方向に太き（かつ長い時間偏向され
５るので、溶融池下部の母材面がアークにより十分予熱
されて高温になるので、溶融池の接触角θ（第１図）が
小さくなり、コールドラップの発生、融合不良の発生を
防ぐことができる。

またフィラーワイヤ５を浴接方向の前号から挿入した場
合は例えば立向上進の場合は第４図のＡの部分を用い立
向上進では第５図Ａの部分を用いると前述した如く良好
な結果が得られる。

また、その１１０様々な溶接条件や姿勢に応じてワイヤ
電流Ｉｂの正極性部分と萌極性部分のＡルス幅の比を設
定して最適なアークおよび溶融池の制御をするようにす
る。

なお、上記実施例では溶接電流１ａとワイヤ電流Ｉｂの
周波数を等しくして同期させるようにしたが、必ずしも
これに限る心安はな（、例えば第６図に示すようにワイ
ヤを流Ｉｂの周波数を溶接’Ｉｔ流Ｉａの２または複数
倍の周波数にして同期させるようにしてもよい。ｆ、た
、上記実施例ではワイヤ′市流Ｉｂの振幅を士、−同し
ペルに固定したが、溶接条件、姿勢に応じてｄイアス制
御ｉ４１するよう圧してもよい。

以上説明しＴこようにこの発明によれは、フィラーワイ
ヤに）ぞルス亀流を供給してアークを振動させるように
した中間周波／ｅルスＴＩＧ浴接法において、フィラー
ワイヤに供給するノぞルス屯流のノぞ１１７幅を制御す
るようにしたので、浴接条件や姿勢に応じた最適なアー
ク、溶融池な優ることかでき、融合不良などの発生を防
止することができる。

（１１）

【図面の簡単な説明】

第１図は立向溶接における溶融池の状轢を示す説明図、
第２図はこの発明の原理機構図、第３図はアークの振動
原理を示す説明図、第４図はワイヤ電流Ｉｂを溶接電流
Ｉａに同位相同期させた場合のこの発明の一実施例を示
す波形図、第５図はワイヤ電流１ｂを溶接電流Ｉａに逆
位相同期させた場合のこの発明の一実施例を示す波形図
、第６図はこの発明の他の一実施例を示′″ｆ波形図で
ある。 １・・・溶融プール、２・・・母材、３・・・トーチ、
４・・・アーク、５・・・フィラーワイヤ、６・・・ワ
イヤーホルダ、７・・・浴接用＠流ノｅルス電源、８・
・・タングステン電極、９・・・フィラーワイヤ用パル
ス電源、１０・・・位相制御器。 （１′、り

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 浴接電流として電極に数十〜数百りの＠流ノソルス電流
   を供給し、該直流パルス電流と同期位相制御したノぐル
   ス′省流をフィラーワイヤに供給すると共にフィラーワ
   イヤ供給用ノぞルス電流のノぞルス幅を制御することを
   ％徴とするＴＩＧ溶接におけｈ一方法。