JPS6010572B2 - 溶接用シ−ルドガスへの混入空気の監視法 - Google Patents
溶接用シ−ルドガスへの混入空気の監視法Info
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- JPS6010572B2 JPS6010572B2 JP11884179A JP11884179A JPS6010572B2 JP S6010572 B2 JPS6010572 B2 JP S6010572B2 JP 11884179 A JP11884179 A JP 11884179A JP 11884179 A JP11884179 A JP 11884179A JP S6010572 B2 JPS6010572 B2 JP S6010572B2
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- gas
- shielding gas
- spectrum
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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
- B23K9/00—Arc welding or cutting
- B23K9/16—Arc welding or cutting making use of shielding gas
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
- Arc Welding In General (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
各種アーク溶接において、溶接雰囲気への空気の混入は
溶接欠陥発生の大きな原因となっている。
溶接欠陥発生の大きな原因となっている。
これは、空気の主成分のひとつである０２が、溶接部金
属元素と反応して酸化物を作ったり固溶したりして溶接
金属の機械的性質を著しく劣化させること、あるいは反
応生成物であるＣＯガスや空気中のＮ２ガスが凝固後も
気泡として残りブローホールを作るとかによるものであ
る。
属元素と反応して酸化物を作ったり固溶したりして溶接
金属の機械的性質を著しく劣化させること、あるいは反
応生成物であるＣＯガスや空気中のＮ２ガスが凝固後も
気泡として残りブローホールを作るとかによるものであ
る。
このため、溶接箇所を空気と遮断するために「各種の工
夫がなされているが、そのひとつにガスシールド溶接法
と称されるものがある。
夫がなされているが、そのひとつにガスシールド溶接法
と称されるものがある。
これは、不活性気体であるヘリウム、アルゴンやこれに
類似のＣＱをシールドガスとして使用し、溶接箇所への
空気の混入を防止するものである。ガスシールド溶接の
方法を更に細分化すると、溶接電極の種類やシールドガ
スの種類により（ｉ）ＴＩＧ溶接、（ｉｉ）ＭＩＧ溶接
、側ＭＡＣ溶接に分類される。
類似のＣＱをシールドガスとして使用し、溶接箇所への
空気の混入を防止するものである。ガスシールド溶接の
方法を更に細分化すると、溶接電極の種類やシールドガ
スの種類により（ｉ）ＴＩＧ溶接、（ｉｉ）ＭＩＧ溶接
、側ＭＡＣ溶接に分類される。
これらガスシールド溶接における空気の混入の防止は、
シールドガスの流れに関する改良に重点が置かれ、例え
ば、溶接箇所周辺にノズルを複数個分割配置するとか、
ノズルの形状を工夫するとかを中心になされてきた。
シールドガスの流れに関する改良に重点が置かれ、例え
ば、溶接箇所周辺にノズルを複数個分割配置するとか、
ノズルの形状を工夫するとかを中心になされてきた。
しかしながら、実際には、イ溶接箇所付近の幾何構造が
複雑な場合や、ロスパツターのノズルへの付着による閉
塞や、ハ周辺空気の擾乱によるシールドガスのフローパ
ターンの変化等により完全な空気遮断は不可能な場合が
あり、時として致命的溶接不良状態が出現する。
複雑な場合や、ロスパツターのノズルへの付着による閉
塞や、ハ周辺空気の擾乱によるシールドガスのフローパ
ターンの変化等により完全な空気遮断は不可能な場合が
あり、時として致命的溶接不良状態が出現する。
これらの原因を考えた場合、溶接不良を回避するために
は、ノズルの改良等のシールド法の改良と併せて、混入
空気量をモータリングして、‘ィー空気混入に対するガ
スシールド条件を制御する、‘ｏ｝空気混入時に溶接を
停止する等の対策を実証すれば溶接不良を完全に回避し
うる。
は、ノズルの改良等のシールド法の改良と併せて、混入
空気量をモータリングして、‘ィー空気混入に対するガ
スシールド条件を制御する、‘ｏ｝空気混入時に溶接を
停止する等の対策を実証すれば溶接不良を完全に回避し
うる。
混入空気量を計測する方法として第１に想起されるのは
「溶接箇所雰囲気ガスの直接サンプリングであるが「
これを実施することは、‘ａー溶接部温度は１０，００
０Ｋ以上にも達すると考えられており、この温度に耐え
るサンプリングプローブは現存しない、｛ｂにのためサ
ンプリング点は溶接部から離す必要があるが「そうすれ
ばサンプリング点が溶接部雰囲気を代表し得るか疑問で
ある。
「溶接箇所雰囲気ガスの直接サンプリングであるが「
これを実施することは、‘ａー溶接部温度は１０，００
０Ｋ以上にも達すると考えられており、この温度に耐え
るサンプリングプローブは現存しない、｛ｂにのためサ
ンプリング点は溶接部から離す必要があるが「そうすれ
ばサンプリング点が溶接部雰囲気を代表し得るか疑問で
ある。
‘ｃ｝仮りにサンプリングプローブを挿入できたとして
も、これの挿入により溶接状態が不良となる可能性があ
る等の問題があり、溶接不良を完全に回避し得るかどう
か疑問である。本発明は、シールド溶接法の改良に関す
るものであり、溶接等のシールドガスへの混入空気量を
簡便かつ迅速にモニタリングする方法を提供するもので
ある。
も、これの挿入により溶接状態が不良となる可能性があ
る等の問題があり、溶接不良を完全に回避し得るかどう
か疑問である。本発明は、シールド溶接法の改良に関す
るものであり、溶接等のシールドガスへの混入空気量を
簡便かつ迅速にモニタリングする方法を提供するもので
ある。
発明者らは、各種シールド溶接時のアーク光の分光実験
を実施する過程で、ア−ク光のスペクトル要素がシール
ドガスや混入空気の主成分であるＮ２，０２に帰属され
るものを含んでおり、これらのスペクトルがシールドガ
スおよび混入空気中Ｎ２，０２との間に定量的関係のあ
ることを見出した。
を実施する過程で、ア−ク光のスペクトル要素がシール
ドガスや混入空気の主成分であるＮ２，０２に帰属され
るものを含んでおり、これらのスペクトルがシールドガ
スおよび混入空気中Ｎ２，０２との間に定量的関係のあ
ることを見出した。
以下にこれらのスペクトルからの情報に基ずく混入空気
量のモニタリングの方法の原理を説明する。
量のモニタリングの方法の原理を説明する。
第１図は本発明の原理の説明の図であり、この図に従っ
てまず説明する。
てまず説明する。
１は溶接電極であり、２は被溶接物である。
溶接電極１と被熔接物２の間に発生した溶接アーク３は
金属の蒸発温度以上の高温に上昇する。溶接箇所２の周
囲はシールドガスノズル４より放出されるシールドガス
日８またはＡｒまたはＣ０２により周囲の空気混入の防
止がなされている。しかし前述のように何らかの事由に
より溶接箇所に空気が混入する。この混入空気の流線を
参照番号６で示す。溶薮アーク３は、赤外から可視「紫
外におよぶ強力な光を放出しており、この光東を？の１
点隙賞線で示す。
金属の蒸発温度以上の高温に上昇する。溶接箇所２の周
囲はシールドガスノズル４より放出されるシールドガス
日８またはＡｒまたはＣ０２により周囲の空気混入の防
止がなされている。しかし前述のように何らかの事由に
より溶接箇所に空気が混入する。この混入空気の流線を
参照番号６で示す。溶薮アーク３は、赤外から可視「紫
外におよぶ強力な光を放出しており、この光東を？の１
点隙賞線で示す。
光東７の一部を、集光系８により集光する。
集光系８としては、反射鏡、凹面鏡、凸レンズ等を組み
合せてて構成される。集光された光東７は、分光素子（
分光器）９に導かれる。
合せてて構成される。集光された光東７は、分光素子（
分光器）９に導かれる。
分光素子９としては、回折格子、プリズム、フィルター
等が使われるが、これらのうちいずれを選ぶかは、シー
ルドガスおよび混入空気に基ずくスペクトルの波長、線
幅等によって考慮０される。集光系８で集められた光は
分光素子９において「各波長別のスペクトルに分割され
るが、本発明の溶接アーク光のスペクトルは可視部近傍
に限って述べると下記のスペクトルへの帰属が可能であ
る。
等が使われるが、これらのうちいずれを選ぶかは、シー
ルドガスおよび混入空気に基ずくスペクトルの波長、線
幅等によって考慮０される。集光系８で集められた光は
分光素子９において「各波長別のスペクトルに分割され
るが、本発明の溶接アーク光のスペクトルは可視部近傍
に限って述べると下記のスペクトルへの帰属が可能であ
る。
｛ｉ’ シールドガスの発光スペクトル
■ 溶接電極金属蒸気の発光スペクトル
‘３ｌ 被溶接物金属の発光スペクトル
｛４’混入空気のＮ２，Ｑの発光スペクトル■ に１１
〜■項の反転吸収線■ 溶接箇所からの黒体放射 以上の｛１｝〜■項の中〜本発明に直接有効なスペクト
ルは、○｝ シールドガスの発光スペクトル ■ 混入空気中のＮ２，０２の発光スペクトル‘３｝‘
１｝，‘２１の反転吸収線である。
〜■項の反転吸収線■ 溶接箇所からの黒体放射 以上の｛１｝〜■項の中〜本発明に直接有効なスペクト
ルは、○｝ シールドガスの発光スペクトル ■ 混入空気中のＮ２，０２の発光スペクトル‘３｝‘
１｝，‘２１の反転吸収線である。
これらのスペクトルは、線スペクトル、帯スペクトルと
して可視部にかなり広範囲に広がって分布する。
して可視部にかなり広範囲に広がって分布する。
シールドガスのモニタとしてのスペクトルを考える，と
、原理的にはシールドガス、混入空気に関して生ずる多
数のスペクトルのいずれのスペクトルを利用してもかま
わないが、実用的には〜■ 発光強度が混入空気または
シールドガス濃度に応じて敏感に変化するスペクトル■
測定するスペクトルの近傍に妨害線（溶接電極１、被
溶接物２の金属蒸気からのもの）の存在しないこと等の
特徴を持つスペクトルを使用するのが望ましい。
、原理的にはシールドガス、混入空気に関して生ずる多
数のスペクトルのいずれのスペクトルを利用してもかま
わないが、実用的には〜■ 発光強度が混入空気または
シールドガス濃度に応じて敏感に変化するスペクトル■
測定するスペクトルの近傍に妨害線（溶接電極１、被
溶接物２の金属蒸気からのもの）の存在しないこと等の
特徴を持つスペクトルを使用するのが望ましい。
なお当然のことではあるがも
■ 混入空気の増加に伴なうＮ２，０２に帰属される発
光スペクトル強度の増加。
光スペクトル強度の増加。
■ シールドガスの減少に伴なうシールドガスに帰属さ
れる発光スペクトル強度の減少。
れる発光スペクトル強度の減少。
■ ■，■項の反転吸収線のスペクトル強度変化。
のいずれを計測してもかまわない。さて、分光素子（分
光器）９で、各波長ごとに分光されたスペクトルは、光
検出素子１０において、光量から電気信号に変換される
。
光器）９で、各波長ごとに分光されたスペクトルは、光
検出素子１０において、光量から電気信号に変換される
。
光検出素子ＩＱとしては、光蜜子増倍管、光蟹管、光検
出半導体等が使用される。
出半導体等が使用される。
光検出素子１０で「光量一驚気信号変換された信号は、
増幅器量１‘こおいて増幅された後、表示計１２にて出
力される。
増幅器量１‘こおいて増幅された後、表示計１２にて出
力される。
第２図はシールドガスとしてアルゴンを使用し、溶接電
極としてタングステン電極を使用した場合の混入空気量
の計測を行なった一実施態様を示す図である。
極としてタングステン電極を使用した場合の混入空気量
の計測を行なった一実施態様を示す図である。
以下第２図に従って説明する。なお第２図の参照番号が
第１図と同じものは、第１図の同一箇所または作用に対
応している。参照番号１はタングステン電極であり、２
は被溶接物である。（この場合の被溶接物２の材質はＳ
ＵＳ３０４である。）タングステン電極１と被溶接物２
の間には溶接アーク３が発生している。
第１図と同じものは、第１図の同一箇所または作用に対
応している。参照番号１はタングステン電極であり、２
は被溶接物である。（この場合の被溶接物２の材質はＳ
ＵＳ３０４である。）タングステン電極１と被溶接物２
の間には溶接アーク３が発生している。
溶接部の周囲はノズル４から放出されるアルゴンガス５
でシールドされている。
でシールドされている。
シールド条件の擾乱に伴なし、混入する空気の流線を６
で示す。
で示す。
溶接アーク３において発生する発光光東７は、赤外〜紫
外の領域の光を含んでおり、本実施例では「光東７の一
部を集光レンズ８で集光して分光器９に導いた。
外の領域の光を含んでおり、本実施例では「光東７の一
部を集光レンズ８で集光して分光器９に導いた。
分光器９はッェルニー・タｍナ型ダブルモノクロメータ
であり、分光波長範囲２００〜８０ｍｍ、ブレーズ波長
４５仇ｍ「 分解能±０．０１ｎｍの仕様となつている
。
であり、分光波長範囲２００〜８０ｍｍ、ブレーズ波長
４５仇ｍ「 分解能±０．０１ｎｍの仕様となつている
。
本実施例では、６００〜８０瓜ｍの間を分光し、Ａｒ→
Ａｒ＋十ｅ−十ｈひで表わされる。
Ａｒ＋十ｅ−十ｈひで表わされる。
イオン化反応に伴う発光強度から雰囲気ガス中のアルゴ
ン濃度を推定した。分光器９において分光されたスペク
トルは直流電源車３により最高】ＫＶに印加された光電
子増倍管１０により、光一パルス電流に変換された後、
前層増幅器１４で信号は増幅されてフオトン計数器１１
で計数された後自記式記録計翼２で収録される。
ン濃度を推定した。分光器９において分光されたスペク
トルは直流電源車３により最高】ＫＶに印加された光電
子増倍管１０により、光一パルス電流に変換された後、
前層増幅器１４で信号は増幅されてフオトン計数器１１
で計数された後自記式記録計翼２で収録される。
本実施例では、シールド条件を、シールドノズル４より
放出されるＡ，ガス流量を変化させて、■ 完全シール
ド条件。
放出されるＡ，ガス流量を変化させて、■ 完全シール
ド条件。
■ 落髪欠陥が発生する程度に空気が混入するシールド
条件。
条件。
■ ■と■の中間の条件。
に設定した。
■〜■の条件における混入空気量を、Ａｒ，Ｎ２，０２
濃度として表記するためには高温（〜１０，００ぴＫ）
条件下での上誌３成分の正確な濃度決定が必要だが、３
項において述べたように高温アーク雰囲気かれの直接サ
ンプリングは不可能なために溶接停止時にシールドガス
流量を変化させてその時の混入空気量を直接サンプリン
グして０２濃度を計測して決定した。
濃度として表記するためには高温（〜１０，００ぴＫ）
条件下での上誌３成分の正確な濃度決定が必要だが、３
項において述べたように高温アーク雰囲気かれの直接サ
ンプリングは不可能なために溶接停止時にシールドガス
流量を変化させてその時の混入空気量を直接サンプリン
グして０２濃度を計測して決定した。
シールド雰囲気のＡｒ濃度とａ重量％、０２濃度をｂ容
量％、Ｎ２濃度をｃ容量％とすると、３成分のうちの１
成分濃度を求めれば他の２成分の濃度は一義的に定まる
。
量％、Ｎ２濃度をｃ容量％とすると、３成分のうちの１
成分濃度を求めれば他の２成分の濃度は一義的に定まる
。
この関係を示したのが下記ｉ）、ｉｉ）式である。
ｃ＝少 ……ｉ）
ａ＝そ（幻鉱 ……ｉｉ）上述のシ
ールドガス条件での■〜■の条件での室温での溶接停止
時の雰囲気ガスの３成分濃度を、０２濃度から計測した
データを第１表に記す。
ールドガス条件での■〜■の条件での室温での溶接停止
時の雰囲気ガスの３成分濃度を、０２濃度から計測した
データを第１表に記す。
第１表
この３条件下で、波長領域６００〜８０瓜ｍで分光計測
した結果を第３図に示す。
した結果を第３図に示す。
第３図において縦軸は発光強度であり、単位は計数／ｎ
ｍ／秒を使用してある。
ｍ／秒を使用してある。
横軸は分光波長を示しており単位はｎｍ表記である。ス
ペクトルについている■〜■の付番は第１表のシールド
条件に対応している。第３図から、シールド条件の悪化
に伴い、６６仇血〜８０仇皿の領域のＡｒの発光帯の発
光強度が減少しているのが判る。
ペクトルについている■〜■の付番は第１表のシールド
条件に対応している。第３図から、シールド条件の悪化
に伴い、６６仇血〜８０仇皿の領域のＡｒの発光帯の発
光強度が減少しているのが判る。
なおシールドガスモニタリングに使用可能なスペクトル
は、本実施例で使用した６００〜８０仇ｍの〜の発光帯
以外にもト例えば「５００〜６０仇ｍに存在するＮ２の
発光帯４００〜６０仇ｍに存在するＡｒの発光帯、２０
０〜４０仇皿の０２発光帯等〜 スペクトルがシールド
ガス雰囲気成分に帰属されるものであればいずれでも原
理的にはかまわない。
は、本実施例で使用した６００〜８０仇ｍの〜の発光帯
以外にもト例えば「５００〜６０仇ｍに存在するＮ２の
発光帯４００〜６０仇ｍに存在するＡｒの発光帯、２０
０〜４０仇皿の０２発光帯等〜 スペクトルがシールド
ガス雰囲気成分に帰属されるものであればいずれでも原
理的にはかまわない。
第１図は本発明の原理を説明するブロック図、第２図は
本発明の好適な１実施例のブロック図、第３図は波長領
域６００〜８０仇血で分光計測した結果を示すグラフで
ある。 亀……溶接電極、２……被溶接物ないし被熔接個所「
３……溶接アーク、亀……シールドガスノズル、馬……
シールドガスの流線、６……混入空気の流線、７……光
東、翁・…Ｗ集光系「 ９・・・・・・分光素子、亀０
…・・・光検出素子「 耳蔓……増幅器、溝２……表示
計、亀３……直流電源「 １４……別燈増幅器。 潔書図 第之図 弊３図
本発明の好適な１実施例のブロック図、第３図は波長領
域６００〜８０仇血で分光計測した結果を示すグラフで
ある。 亀……溶接電極、２……被溶接物ないし被熔接個所「
３……溶接アーク、亀……シールドガスノズル、馬……
シールドガスの流線、６……混入空気の流線、７……光
東、翁・…Ｗ集光系「 ９・・・・・・分光素子、亀０
…・・・光検出素子「 耳蔓……増幅器、溝２……表示
計、亀３……直流電源「 １４……別燈増幅器。 潔書図 第之図 弊３図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 溶接用シールドガスへの空気の混入を監視する方法
において、溶接アークの発光のうちシールドガスまたは
混入空気成分に関連する発光スペクトルまたは吸収スペ
クトルを分光し、その発光または吸収の強度から混入空
気量を計測することを特徴とする。 溶接用シールドガスへの混入空気の監視法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11884179A JPS6010572B2 (ja) | 1979-09-18 | 1979-09-18 | 溶接用シ−ルドガスへの混入空気の監視法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11884179A JPS6010572B2 (ja) | 1979-09-18 | 1979-09-18 | 溶接用シ−ルドガスへの混入空気の監視法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5643536A JPS5643536A (en) | 1981-04-22 |
| JPS6010572B2 true JPS6010572B2 (ja) | 1985-03-18 |
Family
ID=14746470
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11884179A Expired JPS6010572B2 (ja) | 1979-09-18 | 1979-09-18 | 溶接用シ−ルドガスへの混入空気の監視法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6010572B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19808275C2 (de) * | 1997-09-30 | 2003-07-24 | Fraunhofer Ges Forschung | Verfahren und Vorrichtung zur Detektion von Porosität erzeugenden Gasen in Schweißverbindungen |
| US20070246512A1 (en) * | 2006-04-20 | 2007-10-25 | Shahabudin Kazi | Use of tunable diode lasers for controlling a brazing processes |
| JP2008264818A (ja) * | 2007-04-19 | 2008-11-06 | Taiyo Nippon Sanso Corp | 非消耗電極式溶接方法およびその装置 |
-
1979
- 1979-09-18 JP JP11884179A patent/JPS6010572B2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5643536A (en) | 1981-04-22 |
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