JPS61186172A

JPS61186172A - ホットワイヤｔｉｇ溶接方法および溶接装置

Info

Publication number: JPS61186172A
Application number: JP2443585A
Authority: JP
Inventors: Toshiharu Akega; 明賀　俊治; Katsuyoshi Hori; 勝義堀; Toshiaki Takuwa; 田桑　俊明; Hiroshi Watanabe; 浩渡辺
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 1985-02-13
Filing date: 1985-02-13
Publication date: 1986-08-19
Anticipated expiration: 2009-11-24
Also published as: JPH0694074B2

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】（産業上の利用分野）本発明はホットワイヤＴｒＧ瑯寓≠溶接方法、特に、添
加ワイヤを通電加熱して溶着金属を形成し、アークとワ
イヤの通電電流を連続滴にスイッチングさせるホットワ
イヤ・スイッチングＴＩＧ溶接方法に関するものである
。

（従来の技術）従来、ホットワイヤＴＩＧ溶接装置としては第４図に示
すものが知られている。図において、ＴＩＧ溶接トーチ
１の中のタングステン電極２と母材３には直流溶接用の
アーク電源４が接続され、アルゴン・シールドガス中で
タングステン電極２を負極としてアーク５が形成される
。溶接用の添加ワイヤ６は、ワイヤ送給装置７からコン
ジット８およびそれと連結されたコンタクトチップ９を
通って、アーク発生部に導かれて母材３と接触される。

その際、コンタクトチップ９と母材３間にワイヤ加熱電
源１０が接続され、直流または交流電流が添加ワイヤ６
に流されてジュール発熱させ、それにより添加ワイヤ６
の溶融速度を高めている。

ところが、このような通常のホットワイヤＴＩＧ溶接で
は、特にワイヤ通電電流を大きくすると、アークとワイ
ヤ電流との間に磁気干渉を生じ、いわゆる磁気吹きによ
るアークの乱れを起こして溶接が困難になることが知ら
れている。

その対策として、アークとワイヤへの通電電流を、第５
図に示すように交互に切替え、すなわち、アークのピー
ク電流Ｉａｐの通電期間Ｔｐ中にはワイヤ電流１ｗは流
さず、アーク電流を非常に低くしたベース電流１ａｂの
通電期間Ｔｂ中のみワイヤ電流１　ｗ　ｐを通電するこ
とにより、磁気吹きを実質的になくそうとするホットワ
イヤ・スイッチングＴＩＧ溶接法が実用されている。第
６図は、従来用いられてきたドロッパ方式のホットワイ
ヤ・スイッチングＴＩＧ溶接用電源の使用例を示すもの
で、この場合の電源系統は、大容量のトランジスタを可
変抵抗の形で電流制御に用いたアーク用電源１１および
ワイヤ加熱用電源１２と、それらトランジスタのスイッ
チングの同期と通電電流値を制御する制御器１３とから
構成されている。

なお、溶接装置の構成は第５図と同じである。ワイヤ電
力はベース期間Ｔｂにおけるワイヤ電流の振幅Ｉｗｐを
調整して制御している。この溶接法では、アークのベー
ス電流期間中にのみワイヤに通電するので、アークのピ
ーク電流期間中には磁気吹きがなく、アークのベース期
間中にワイヤ電流のピーク値が高くなって磁気吹きが生
じても、そのときのアーク電流は十分に低く、母材の熔
融にはほとんど寄与しないので、実質的には何等影響を
与えないという特長がある。従って、上述のホットワイ
ヤ・スイッチングＴＩＧ溶接では、ワイヤ電流のピーク
値は、溶接作業性にほとんど影響を及ぼさないので、十
分に高い値を使用することができる。

ところで、固定管の全姿勢溶接をするような場合等、特
に管の表面層ビードを溶接するときには、溶融金属が重
力のために垂れ易くなり、溶接が困難になることがある
。このような場合には、アーク電流を大きくして母材の
溶融を進行させ、次いでアーク電流を下げて融池の溶融
金属の凝固を進展させることを繰返す、いわゆるローパ
ルスＴＩＧ溶接法がしばしば採用される。ホントワイヤ
・スイッチングＴＩＧ溶接を行ないながら、かつローパ
ルスＴＩＧ法を併用したい場合には、第５図に示すアー
クのピーク電流期間とベース電流期間の繰返し周期をそ
れぞれ十分長（取り、そのベース期間にワイヤに通電加
熱することが行われる。

（発明が解決しようとする問題点）ところが、ホットワイヤ・スイッチングＴＩＧ溶接法で
は、ワイヤの一点がエクステンションＥＸ（第４図）間
を通過する時間内に４回以上の通電加熱サイクルを受け
るときには、ワイヤの溶融は実質的に連続加熱されたの
と同様な状態になることを利用して、ワイヤをパルス加
熱しながら定速で連続送給しているのであるが、上述の
方法のままでローパルスのホットワイヤ・スイッチング
ＴＩＧ溶接を実行すると、アークのピーク電流期間中に
は通電加熱されないままの冷たいワイヤが溶融金属の中
にどんどん送り込まれることになり、そのようなときに
は未溶融のワイヤが溶接金属の中に残り、溶接欠陥を生
じやすいので、結局はワイヤ送給速度をあまり速くする
ことができないという問題があった。その対策としては
、特開昭５６−１１９６６９号で提案されているように
、アーク電流パルス、ワイヤ加熱電流パルスおよびワイ
ヤ送給パルスを同期させることが考えられる。

例えば、アークのベース期間にはワイヤ通電するととも
にワイヤ送給速度を増し、アークのピーク期間にはワイ
ヤ通電せず、ワイヤ送給速度を遅くするなどである。し
かし、全姿勢溶接における溶融金属の垂れ防止として行
われるローパルスＴＩＧ溶接のアーク電流は、例えばＨ
ＩＧＨ期間の電流１７ＯＡ、ＬＯＷ期間の電流１２０八
などが好適条件として採用されるが、このＬＯＷ期間の
電流値はホットワイヤ・スイッチングＴＩＧ溶接におけ
るベース電流としては比較的高めであり、この期間にワ
イヤ電流を流すとアークの磁気吹きが相当に生じて溶接
作業が難しくなるという問題があった。磁気吹きを少な
くするという観点からはＬＯＷ期間のピーク電流は５０
Ａ以下とすることが望まれるのであるが、そのようにす
ると凝固サイクルの富周整が難しくなり、良好なローパ
ルス溶接結果を得るのが難しかった。

発明の目的は、上述の従来技術に見られる欠点をなくし
、ローパルスＴＩＧ溶接が作業性良く、容易に実施でき
るホットワイヤ・スイッチングＴＩＧ溶接方法を提供す
ることにある。

（問題点を解決するための手段）要するに本発明は、アークとワイヤの通電電流を１０Ｈ
ｚ以上で連続的にスイッチングさせるホットワイヤ・ス
イッチングＴ　Ｉ　Ｇｆ４接方法において、平均アーク
電流を４Ｈ２以下で周期的に変化させ、かつワイヤ加熱
電力を検出し、ワイヤ送給速度に見合ったワイヤ加熱電
力となるようワイヤ加熱電源を制御することを特徴とす
る。

第１図は、本発明のホットワイヤ・スイッチングＴＩＧ
／８接装置の一実施例を示す説明図である。

通常のＴＩＧアーク発生に用いられている定電流特性の
溶接電源４と、大電流スイッチング素子としてゲート・
ターンオフ・サイリスク（ｇａｔｅｔｕｒｎ　　ｏｆｆ
　　ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ）ＧＴＯｌ４、ＧＴＯ１５およ
びワイヤ加熱制御装置１６を組合わせて用い、ホットワ
イヤ・スイッチングＴＩＧ溶接装置を構成している。図
中、１７はセンサ、１８はワイヤ加熱電力検出器、１９
はベース電流用電源、２０はダイオードである。ワイヤ
加熱電力は、ホール素子を用いたセンサ１７の出力信号
とワイヤ電圧を入力とするワイヤ加熱電力検出器１８に
より検出される。アーク維持のためのベース電流１ａｂ
をベース電流用電源１９にて設定し、それに重畳する形
でアークのピーク電流Ｉａｐを電源４にて設定する。な
お、ダイオード２０は電源１９とワイヤ通電回路とを隔
離するための逆流防止ダイオードである。この装置の動
作を第２図に示す。ピーク期間Ｔｐ中はＧＴＯｌ４、Ｇ
ＴＯｌ５がｏｆｆしており、タングステン電極２と母材
３間にアーク電流Ｉａｐが流れるが、ベース期間Ｔｂに
入ると先ずＧＴＯｌ４がｏｎｌ、、電源４の出力電流は
すべて添加ワイヤ６に流れる。

Ｔｗ時間後にＧＴＯｌ　５をｏｎして電源４の出力電流
を短絡し、ワイヤ電流を０にする。ベース期間Ｔｂが終
了すると、ＧＴＯｌ４、ＧＴＯ１５ともｏｆ　ｆＬ、元
の状態にもどる。ベース期間中のア一り５への電流はダ
イオード２０の逆流防止作用によりベース電流用電源１
９からのみ供給される。

第１図の装置では定電流型の電源４を使用しており、ワ
イヤ電流のピーク値はピーク期間中に電源４からアーク
に供給される電流とほぼ同じ値となるので、ワイヤ電流
の通電期間を制御してワイヤ加熱電力を制御するように
している。すなわち、ワイヤ加熱制御装置１６を用い、
ワイヤ加熱電力検出器１日の出力信号を参照しながら、
ワイヤ送給量に見合った電力となるワイヤ通電時間Ｔｗ
を定めて、ＧＴＯｌ４およびＧＴＯ１５を制御するよう
にしている。

第１図の装置を用い、第１表に示す溶接条件でローパル
スＴＩＧ溶接を行なったときの電流波形を第３図に示す
。

以下余白第　　１　　表すなわち、第１図の回路で溶接電源４からローパルス電
流を出力させ、後は第２図で説明したようにＧＴＯ１４
およびＧＴＯ１５によってアークとワイヤに電源４の出
力電流をスイッチングし、この際、ワイヤ加熱電力検出
器１８を用いてワイヤ加熱電力を検出し、ワイヤ送給速
度に対応したワイヤ加熱電力となるようワイヤ通電時間
Ｔｗを定めて制御する。従ってワイヤ送給速度を一定に
している場合には、ＬＯＷ期間におけるワイヤ電流のピ
ーク値１ｗｌ１は低いので、ワイヤ通電時間はＨＩＧＨ
期間におけるそれよりも長くなっている。このように機
能するので、本発明においては、ローパルスＴＩＧ溶接
でワイヤ送給速度を一定にしても、ワイヤを連続的に加
熱溶融できるという大きな効果が得られる。アークのピ
ークの電流の期間が全通電期間の６０％にすると、ＬＯ
Ｗ期間におけるアークの平均電流が１２０Ａ程度あれば
、第１表の実施例に見られるように、ＬＯＷ期間中にお
いても２０　ｇ　／　ｍ　ｉ　ｎのワイヤ溶融速度を容
易に得ることができ、実用上十分な溶融能力を発揮する
ことができる。

本発明において、ホットワイヤ・スイッチングＴＩＧの
スイッチング周波数を低くし過ぎると、その周期がロー
パルスの効果によって進行する溶融金属の周期的凝固が
現われるので、そのような重畳効果をな（した美麗なビ
ードを容易に形成するためには、ホントワイヤ・スイッ
チングＴＩＧのスイッチング周波数を１０Ｈｚ以上に選
ぶ必要がある。また、ローパルスの周期を５Ｈｚ以上に
すると、溶融金属の熱慣性のために凝固のサイクルが不
明確になって連続凝固の状態と変わりがなくなり、ロー
パルスとしての意義をなさなくなるので、第３図に示し
たようなスイッチング電流波形は約４Ｈｚ以下のローパ
ルスに通用したときに本来の効果を発揮する。

本発明において、溶接能率をより高めるために、ＬＯＷ
期間中にも比較的高速の一定速度でワイヤを送給しよう
とすると、ビード形状が悪くなる場合があるが、そのと
きにはＬＯＷ期間中にはワイヤ送給速度を遅くする、い
わゆるパルス送りを併用して解決することもできる。こ
のような場合にも第１図の装置を用いることにより、ワ
イヤの送給速度の変化に応じてワイヤ加熱電力も変化さ
せるこができ、作業性のよい溶接を容易に行なうことが
できる。

（発明の効果）本発明によれば、ホットワイヤ・スイッチング法を用い
たローパルスＴＩＧ法においても、Ｌ。

Ｗ期間でのアーク電流を比較的高めに設定できるので、
全姿勢溶接などで生じやすい溶融金属の垂れ落ちが容易
に防止でき、かつローパルス・アーク溶接としてワイヤ
溶融速度を高くとっても溶接欠陥の生じるおそれがなく
、また磁気吹きの問題もない、作業性のよい高能率ＴＩ
Ｇ熔接溶接現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を示す溶接装置の構成を示
す図、第２図は、その動作原理を説明するためのアーク
およびワイヤ電流波形を示す図、第３図は、本発明によ
る溶接時の電流波形を示す図、第４図は、従来法のホッ
トワイヤＴＩＧ溶接装置の構成図、第５図はホットワイ
ヤ・スイッチングＴＩＧ溶接法の原理の説明図、および
第６図は、従来法のホントワイヤ・スイッチングＴＩＧ
溶接装置の構成図である。 ■・・・溶接トーチ、２・・・タングステン電極、３・
・・母材、４・・・アーク電源、５・・・アーク、６・
・・添加ワイート、７・・・ワイヤ送給装置、８・・・
コンジット、９・・・コンクタトチソプ、ｌＯ・・・ワ
イヤ加熱電源、１４・・・ＧＴｏ、１５・・・ＧＴｏ、
１６・・・ワイ″ヤ加熱制御装置、１７・・・センサ、
１８・・・ワイヤ加熱電力検出器、１９・・・ベース電
流用電源、２０・・・ダイオード。代理人　弁理士　川　北　武　長第１図１　浴接トーチ　　　　　　　９　コンタクトチップ８
、コンジット　　　　　　２０．ダイオード時間時間

Claims

【特許請求の範囲】

（１）アークとワイヤの通電電流を１０Ｈｚ以上で連続
的にスイッチングさせるホットワイヤ・スイッチングＴ
ＩＧ溶接方法において、平均アーク電流を４Ｈｚ以下で
周期的に変化させ、かつワイヤ加熱電力を検出し、ワイ
ヤ送給速度に見合ったワイヤ加熱電力となるようワイヤ
加熱電源を制御することを特徴とするホットワイヤＴＩ
Ｇ溶接方法。
（２）特許請求の範囲第１項において、ワイヤ送給速度
を前記平均アーク電流の周期に同期させて変化させるよ
うにしたことを特徴とするホットワイヤＴＩＧ溶接装置
。