JPS60170577A - ア−ク熔接方法及び装置 - 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】 の合金ワイヤーと組み合わせるワイヤー供給速度を溶接
電流とは別個に独立させて制御する方式のアーク溶接方
法及びアーク溶接装置に関する。

製消耗電極ワイヤーは溶接電流をワイヤーのヤーの加熱
で消費される電力は、溶接電流の的突き出し量を増すか
、溶接電流を増大させるか、あるいは突き出し量及び溶
接電流の両方を増すことにより、ワイヤーの熱含量を増
加させる。

及びアークを介する金属の移動を測定し制御する主変数
として溶接電流を用いるのが好便である。しかしながら
、電流を強くすると。

更に多量の電力がアーク中に散逸することに１１ｕｔｉ
ｏｎ）は減少するけれども、増大した電流によりアーク
の侵入も大きくなる。

溶接電流を増大させ移動速度を低下させることにより、
グイリュージョンを減少させることができるけれども、
この種の制御方法には実施上の制約がある。単位長さ当
りの熱入力を増すと、装置に過度の歪みが生じるととも
に、変質部（ｈｅａｔ　ａｆｆｅｃｔｅｄｚｏｎｅ、以
下、ＨＡＺと略記する）に起因従来技術の熱ワイヤーΦ
ガス・タングステ電極は、ワイヤー突き出し部の所定長
さの部分に加熱電流を流すことにより加熱される。

ＧＭＡＷ法におけると同様に、ワイヤーの突き出し長も
しくは溶接電流またはこれらの両方を増すことにより、
ワイヤー゛の熱含量の大きさを調節する。従って、ＨＷ
ＧＴＡＷ法もＧＭＡＷ法と同様の問題点があることにな
る。本発明は、アーク及び溶融プールから違い個所でワ
イヤーを予熱し、それによって必要となる溶接電流を減
少させワイヤー突き出し長を一定の短い長さに保つこと
により、上記の解決困難な問題の解決を図らんとするも
のである。

本発明方法及び本発明装置によれば、合金製ワイヤーが
突き出し領域に入る前のワイヤーの予熱をより制御され
た状態で行なうことにより、先行技術のアーク溶接法に
より優れた発明性がもたらされる。電力供給源から爆接
ワイヤー電極を介し金属被加工片に溶接電流が供給され
るカス・金属アーク溶接法において、本発明は予熱工程
を付加することにより溶接電流以外の手段によりワイヤ
ーの熱含量を増加させるものといえる。このような方法
でワイヤーの熱含量を増加することにより、溶接グイリ
ュージョンを大幅に減少できる。ワイヤーを予熱する一
つの方法は、ワイヤーが突き出し領域に入る前にワイヤ
ー区分に電流を流す方法である。本発明における予熱電
源の電流制御を自動化することにより、本発明による溶
接装置をロボットで操作し易くなる。

タングステンの永久電極と被加工片との間でアークを飛
ばして溶融金属プールをつくり、この溶融金属プールの
内部に加熱された爆接ワイヤーを突き入れる方式のＨＷ
ＧＴＡＷ法おいても、本発明によるワイヤー突き出し長
を一定にしワイヤーを加熱するという技術思想を付加す
ることができる。この付加により、ワイヤー中を流れる
電流を一定値に定めた場合にワイヤーの温度を所望温度
にする本発明による溶接装置は、ワイヤーの熱含量を溶
接電流及びワイヤーの供給速度とは無関係に独立して制
御できるような爆接ワイヤー予熱手段を有する。このよ
うな手段を設けることにより、先行技術による溶接方法
を凌駕する優れた制御法が提供される。

本発明は、広い意味では、消耗電極を使用する金属被加
工片溶接のための溶接装置であって、第一電極接触部材
と被加工片との間に接続された溶接電力供給のための第
一電源と、前記第一電源とは別個独立に電力を供給する
電源であり、前記第一電極接触部材と第二電極接触部材
との間に接続された第二電源とから成り、前記第一電極
接触部材と前記第二電極接触部材とが一定距離の誘電ギ
ャップによって予熱区域内で隔てられており、前記第一
電極接触部材と前記第二電極接触部材とが前記消耗電極
と滑動自在に電気接触していると共に前記消耗電極上に
配設されており、前記第二電源が前記第−電極接触部材
及び前記第二電極接触部材の間にある予熱電流源を制御
し供給電流量を変化させる手段を有し、前記第−電極接
触部材及び前記第二電極接触部材は、これら両部材によ
って前記消耗電極のうちの前記予熱区域内にある部分の
全部分が実質的に物理的に支持される形状を持つことを
特徴とする溶接装置を提供するものである。

本発明についてより詳細な理解を得るために、添付の図
面を参照しつつ、好ましい実施例を説明する以下の記載
を読了されたい。

まず第１図に示す先行技術によるＧＴＡＷ毛 装置を参照し９＝４一本発明を明確にしたい。直流溶接
電力供給源１０が被加工１２と電極接触チップ１４の中
間に接続されている。爆接ワイヤー１６は消耗電極とな
り、電極接触チップ１４と電気的に接触関係に保たれて
いて既知の供給手段によって被加工片に向かつ溶接部を
Ｐｌで示す。溶接部２０の下部に変質部２２があること
が見てとれる。

第１図の装置を用いて実施するＧＴＡＷ法では、消耗電
極１６を通り突き出し長Ｓｌを流過する電流が、溶接電
流の二乗と電極の抵抗の積に等しい電極を分散させるこ
とにより加熱電極１６として働く。溶接電流を増すかも
しくは突き出し長を増すかまたはこれらの質の低下、過
度の侵入及び過度の電極のふらつきがもたらされる。

一第２図に本発明の一実施例に参よるＧＭＡＷ装置を示
す。予熱電力供給源２４が、二つの電極接触チップ１４
及び２６の中間に接続されていて、誘電材料２８によっ
て隔離されている。電極接触チップ１４．２６と誘電材
料２８とによって電極の予熱部分は実質的に囲み込まれ
おり、この予熱部分は一定長を持つ。好ましい誘電キャ
・ンプの寸法は、電極直径が１．１ｍｍ程度の場合、約
１２．５ｍｍである。また、電極の予熱部分は、接触チ
ップ！４，１６及び誘電スリーブ２８によって、予熱部
分被加工片に向かって供給すると、電流は電極の両接触
チップの中間部分を通って流れて、電極が突き屯し領域
Ｓ２に達する前に電極を予熱する。供給速度とは別個に
予熱量を容易に調節できることは、当業者には自明のこ
とであると考える。電極を通って流れる溶接電流によっ
て突き出し領域で更に加熱が行なわれる。しかしながら
、所定の電極温度にする−に必要な溶接電流は少なくな
る。更に、突き出し長を減少できるので、突き出し部分
の剛性を上げ電極の位置制御をしやくする。先行技術の
方法に改良された予熱工程を設けることにより、本発明
のＧＭＡＷ法では上述の如き利益が得られる。

ＧＭＡＷ法中で上述の如き改良された予熱工程を採用す
ることにより、金属学的な欠陥する。直径の大きなワイ
ヤーを使用した場合、先行技術のＧＭＡＷ法で必要とな
る電流量の増加と比較して、必要な電流量増分は少植−
速度及びワイヤーの剛性を高めることができる。

ワイヤーの一部分を予熱することにより、湿分や延伸剤
化合物のようなワイヤー表面に付着している揮発性不純
物が焼き取られる。

この現象によりガス遮蔽コーンが除去され、アークの安
定性を損なう潜在性が減少し水素等の好ましくない成分
は溶融プールに溶解する。

本明細書に記載の方法による予熱は、噴入金属移動モー
ドによる移動が促進され、飛散が減少する。

第３図に先行技術のＨＷＧＴＡＷ法の装置を示しである
が、直流溶接電力供給源３０は接触チップ３４及び被加
工片１２を介して消耗されない電極３２に接続されてい
る。電極プール３８ができる。加熱電力供給源４゜が、
消耗電極接触チップ４２と被加工片１２の中間に接続さ
れている。消耗電極１６を電極接触チップ４２と接触さ
せつつ溶融プール３８に供給すると、電流が突き出し部
Ｓ３を通って加熱消耗電極１６に流れる。ＧＭＡＷ法に
おけると同様、消耗電極の熱含量の制御は、電極電流も
しくは電極突き出し長またはこれらの両方を制御するこ
とによって行なう。従来技術のＨＷＧＴＡＷ法は、突き
出し領域内に存在する消耗電極の剛性と、加熱電流値が
溶接電流値の約４０％に達したときに起こる加熱電流の
電磁アーク偏向とによって制約を受ける。

第４図に本発明の一実施例によるＧＴＡＷ装置（ガス・
タングステン・アーク溶接装置）を示す。接触チップ４
２．４６と誘電材料４８とによて、消、耗電極の一部分
が囲み込まれていると同時に、両接触チップの中間部分
にある電極の予熱部分のほぼ全長が機械的に支持されて
いる。予熱電力供給源４４は、誘電材料４８によ゛叫隔
離されている電極接触チップ４２と４６とに接続されて
いる。消耗電極１６が電極接触チップ４２及び４６と接
触すると、これらの接触チップの中間に位置する電極部
分に電流が流れて、電極は突き出足にした場合における
ワイヤー突き出し量をる。ワイヤー突き出し量が減少し
かつワイヤーの剛性が増すということは、ワイヤー位置
の調節、ワイヤーのふらつき並びにワイヤーの直線性等
の条件による工程への影響が少なくなることを意味する
。

所望するワイヤー加熱電流を供給する予熱電力供給源４
４としては、交流または直流のどちらを用いてもよい。

予熱電流の流れる位置は溶融プール３８及び爆接アーク
３６から遠い位置であるから、予熱電流による磁気が電
磁アーク偏向に影響を及ぼすことはない。

本発明による予熱工程の採用により、たとえとができる
という付加的な利益も得られる。

予熱しない場合には、交流加熱電流を必要な強さに上げ
たときに、電磁作用によるアークの偏向が起こる。

本発明について更に説明するために、固体ワイヤーを用
いたＧＭＡＷ法に予熱工程を付加した場合の計算結果を
示す。直径０．１１４ｃｍ（０，０４５インチ）の炭素
鋼溶接合金を使用し、ソチ）とし、溶接電流を２３５ア
ンペアとし、アークとワイヤー間の電圧降下を２６ボル
トとする。第１図に示す先行技術の装置においては、ワ
イヤー突き出し部に伝わる電力は、ワイヤーを熔解する
に必要な電力の８４．７８ｚとなる。これはワイヤーの
平均温度に換算すると３４７°Ｃに相当する。

予熱工程を付加することにより、ワイヤー予熱に使用し
た電力が熔解電力の８０％になるよう設定することがで
き、ワイヤー突き出し長を１．２７ｃｍ（０，５インチ
）に減少でき、これによってワイヤーの剛性を高−める
ことができる。供給される熔解電力を８０％を予熱ワイ
ヤー部分に供給してワイヤー温度を３４７°Ｃにするた
めには、予熱電力供給源から予熱ワイヤー部分に４ボル
ト、２７８アンペアの電流を送る必要がある。

予熱しない場合においてアーク及び加熱物中に逃散する
全電力は６１１０ワツトであ番組 る。熔解電力の８０％を予熱電力供給源から供給すると
、アーク中に逃散する電力は４９保持するためには、２
３５アンペアの溶接電流が必要であるが、ワイヤー熔解
電力の８０％を予熱電力供給源から供給すれば、同一の
ンペアに過ぎない。

この方式では過熱を防ぐために消耗電極接触部を冷却し
なければならない。しかしながら、加熱されたワイヤー
と接触チップとの接触面積は小さく、ワイヤー供給速度
のほうが冷却速度よりも大きく、ワイヤーと接触チップ
間の熱抵抗が高いから、上記の冷却によってワイヤーの
熱含量に悪影響が及ぼされることはない。

本発明の長所を例示するために、消耗電極として直径１
．５ｔ＝ｍ−のインコネル（Ｉｎｃｏｎｅｌ）８０ワイ
ヤーを使用し、被加工片に向かって６２７５ｍｍ／分の
供給速度で供給し、ワイヤー突き出し長を４０ｍｍとし
たＧＭＡＷ法を実施した。第１図に示す従来法による溶
接性に従い溶接電流を直流３００アンペアにし、ワイヤ
ーとアーク間の電圧を３５ボルトにした場合、平均ダイ
リューション３３％、鉄含有量１５％のテ溶接部が得ら
れた。

上記の工程を第２図に示す本発明により修正して、予熱
電力供給源から１６２アンペアの交流電流を流して、ワ
イヤーを予熱した。

次いで、２１０アンペアの直流電流を溶接電流としてワ
イヤーとアークの電圧を２９ポルＩ・にすると、平均ダ
イリューションが４．５％で鉄含有量が２％の溶接部が
得られ、鉄含有量のうち１％は充填ワイヤーに由来する
ものであった。

このようにダイリューションがかなり低下するので、本
発明によって得られる溶接部は良好な接合特性（ｔｉｅ
−４ｎ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ）を有する。加えて、溶
接電流を低くでき、爆接　を小さくすることができるの
で、本発明を利用する溶接装置は汎用性が高い。」二連
の実施例においては消耗電極に電（Ｔ 流を流して予熱を行なったかれども、他の予熱手段も本
発明の技術的思想の範囲内に含まれることは明らかであ
ろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は、先行技術のＧＭＡＷ法装置を示す図である。 第２図は、本発明の一実施例を組み入れたＧＭＡＷ法装
置を示す図である。 第３図は、先行技術のＧＴＡ溶接溶接ス・タングステン
・アーク爆接）装置を示す図である。 第４図は、本発明の一実施例によるＧＴＡ溶接溶接を示
す図である。 １６・・・・消耗電極 １８・・・・アーク ２０・・・・溶接部 ２２・・・・変質部 ２４・・・・予熱電力供給源 ２８・・・・誘電材料製のスリーブ Ｐ１、Ｐ２・・・・侵入深度（溶接部）Ｓｌ、Ｓ２・・
・・突き出し長

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、消耗電極を使用する金属被加工片溶接のための溶接
   装置であって、第一電極接触部材と被加工片との間に接
   続された溶接電力供給のための第一電源と、前記第一電
   源とは別個独立に電力を供給する電源であり、前記第一
   電極接触部材と第二電極接触部材との間に接続された第
   二電源とから成り、前記第一電極接触部材と前記第二電
   極接触部材とが一定距離の誘電ギャップによって予熱区
   域内で隔てられており、前記第一電極接触部材と前記第
   二電極接触部材とが前記消耗電極と滑動自在に電気接触
   していると共に前記消耗電極上に配設されており、前記
   第二電源が前記第−電極接触部材及び前記第二電極接触
   部材の間にある予熱電流源を制御し供給電流量を変化さ
   せる手段を有し、前記第−電極接触部材及び前記第二電
   極接触部材は、これら両部材によって前記消耗電極のう
   ちの前記予熱区域内にある部分の全部分が実質的に物理
   的に支持される形状を持つことを特徴とする溶接装置。 ２、前記誘電ギャップが誘電材料製の短いさや管によて
   形成され、前記消耗電極は前記の短いさや管にねじ込ま
   れて使用されることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   に記載の装置。 ３、前記第−電極接触部材及び前記第二電極接触部材が
   、誘電材料製の前記の短いさや管と軸上忠接する導電性
   さや管から成ることを特徴とする特許請求の範囲第２項
   に記載の装置。 ４、消耗電極を使用して金属被加工片を爆接するアーク
   溶接方法であって、第−接触部材及び第二接触部材を前
   記消耗電極と電気的に接触させ、前記第−接触部材及び
   第二接触部材を一定間隔離しかつ誘電ギャップによって
   隔てておく工程と、前記被加工片と前記第一電極接触部
   材間に溶接電源を接続する工程で、前記第一電極接触部
   材と前記第一電極接触部材の中間に抵抗発熱予熱電源で
   ある第二の独立電源を接続する工程と、前記独立電源か
   ら流れる予熱電流の強さを制御変動させて前記消耗電極
   の既知長部分を予熱する工程と、前記第−電極接触部材
   及び前記第二電極接触部材を適宜な形状に成形すること
   により、前記消耗電極の少なくとも前記既知長部分を物
   理的に保持して消耗電極の挫屈を防止する構成とする工
   程とから成ることを特徴とするアーク溶接方法。 ５゜前記消耗電極の前記既知長部分を物理的に支持する
   前記工程が、前記第一電極接触部材と前記第二電極接触
   部材の間に禁固な誘電スリーブを配設することにより、
   予熱された前記消耗電極を緊固な誘電スリーブ及び第二
   電極接触部材と組み合わせた前記第一電極接触部材で支
   持する工程であることを特徴とする特許請求の範囲第４
   項に記載のアーク溶接方法。 ６、前記の予熱電流強さを変動させる工程を自動化した
   ことを特徴とする特許請求の範囲第４項または第５項に
   記載のアーク溶接方法。