JPS6260195B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はアルゴン，ヘリウムなどの不活性ガス
あるいは酸素，炭酸ガスなどを不活性ガスに混合
したガス中で消耗電極を用いるパルスアーク溶接
法に関するものである。

一般に、この種の溶接法では、第１図に示すよ
うに、溶接ワイヤが溶融して溶滴となり、母材へ
移行する現象が、ある電流値を境に、不連続的に
変化する。この電流値は臨界電流と呼ばれてお
り、臨界電流値以下では溶滴の大きさがワイヤ径
以上の大塊となつて不規則に移行する。一方臨界
電流以上になると溶滴が細径化し、比較的安定な
スプレー移行をするようになる。したがつて安定
な溶接を行うためには、臨界電流以上で溶接する
必要があるが、被溶接物が比較的薄い板の場合に
は入熱過多になり、満足な溶接物を得ることが不
可能である。このため、第２図に示すようにパル
ス電流をベース電流に重畳させる方法が行われて
いる。この方法では、ベース電流Ｉ_Bを臨界電流
以下にし、ピーク電流Ｉ_Pを臨界電流以上にする
ことによつて、溶滴の移行をスムーズにし、かつ
平均電流を低くして被溶接物への入熱量を少なく
して良好な溶接部を得ようとするものである。

しかしアークスタート時に、一定時間高電流を
流す方法、あるいはワイヤの送給速度を徐々に設
定値まで上げる方法などにより、スムーズなアー
クスタートを行うことが試みられているが、いず
れも十分満足する結果が得られていない。これは
溶接終了時のワイヤ先端の状態が、アークスター
ト特性に大きな影響を及ぼすことに起因してい
る。すなわち溶接終了時直前にワイヤ先端の溶滴
が離脱し、第３図ａのような形状で溶接が終了し
た場合には、次のアークスタートは非常にスムー
ズで、すばやく安定なアークに移るが、第３図ｂ
のような形状で終了した場合にはアークスタート
が困難で、高速度カメラで観察すると、そのほと
んどが、給電チツプと母材との中間から溶断して
からアークスタートしている。

従来のパルスアーク溶接法では、第３図ａのよ
うになるか同図ｂのようになるかはまつたくの偶
然で、したがつて常に安定したアークスタートが
行われないという欠点があつた。

本発明は上述の事柄に鑑みてなされたもので、
不活性ガスあるいは不活性ガス中に酸素，炭酸ガ
ス等を混合したシールドガス中で、消耗電極を用
いて溶接するパルスアーク溶接法において、溶接
終了時のワイヤ先端の形状を常に第３図ａのよう
な形状にし、アークスタートを常に安定して行う
ことができるパルスアーク溶接法を提供すること
を目的とする。

以下本発明の実施例を第４図〜第９図により説
明する。

第４図はパルス電流波形の模擬図であつて、Ｉ
_Pはピーク電流、Ｔ_Pはピーク電流時間、Ｉ_Bはベ
ース電流、Ｔ_Bはベース電流時間、Ｉ_nは平均電流
である。

この時、平均電流Ｉ_nは次式で表わすことがで
きる。

Ｉ_n＝Ｉ_Ｐ・Ｔ_Ｐ＋Ｉ_Ｂ・Ｔ_Ｂ／Ｔ_Ｐ＋Ｔ_Ｂ 以下パルス電流因子Ｉ_P，Ｔ_P，Ｉ_B，Ｔ_Bが溶滴
移行におよぼす影響について述べる。

第５図は、１パルスで確実に１個溶滴が移行す
るためのピーク電流Ｉ_Pとピーク電流時間Ｔ_Pとの
関係を、高速度シネカメラで撮影したアーク現象
の観察から求めたものである。溶滴の移行を支配
しているのはピーク電流とピーク電流時間であ
り、１回のパルスで溶滴を確実に１つ移行させる
にはピーク電流Ｉ_Pとピーク電流時間Ｔ_PをＩ_P ^K・
Ｔ_P＝Ｃなる関係になるよう設定することが必要
である。この時のＣはワイヤ径，ワイヤ材質によ
つて決まる定数である。またＫはワイヤ径，材質
によつてほとんど変化せず1.9〜2.5の値を取りう
る。図中Ａの領域はエネルギー的に不足してお
り、１パルスで確実に溶滴が移行せず、最悪の場
合には、溶滴径がワイヤ径の２〜４倍になつてし
まう領域、Ｂの領域は入力過多の条件で、１パル
スで数個溶滴が移行したり、溶接ワイヤ先端がア
メ状になつてむち打ち現象に似た様相を呈してア
ークが不安定になる領域である。Ｃの領域が１パ
ルスで確実に溶滴が１個移行する適正領域であ
る。第６図はこの関係に基づき、適正条件で溶接
を行つた時の溶接電流Ｉ、アーク電圧Ｖを示す。
溶滴が離脱し、移行すると瞬間的にアーク長が長
くなり、このためにアーク電圧が上昇するので、
溶滴が移行した時期が確認できる。第７図はアー
ク現象観察による溶滴の移行形態を示したもので
あるが、第６図の波形とよく一致している。また
溶滴が離脱した直後（コマ数11）のワイヤ先端は
溶融金属がほとんどなく比較的尖つた形状になつ
ているが、離脱直前（コマ数No.２）ではワイヤ先
端に成長した溶融金属が垂れ下がつており、この
状態で溶接を終了すると、前述の第３図ｂのよう
な形状となり、アークスタートが困難になる。

以上述べた結果から、常に溶滴が離脱した直後
に溶接を終了することによつて、次のアークスタ
ートが安定して行うことができる。

本発明法の目的達成のための一実施例を第８図
に示す。第８図において、１は整流器、２はトラ
ンジスタ、３はコントローラ、４は信号設定器、
５は電流検出器、６はアーク電圧検出器、７は出
力停止のタイミング回路、８は溶接ワイヤ、９は
被溶接物、１０はワイヤ送給モータ、１１はシー
ケンス回路である。第８図のように構成した回路
において、通常はトランジスタ２によつて出力さ
れた波形を、電流検出器５および電圧検出器６に
よりフイードバツクし、所定の値になるように差
動増幅し出力制御している。一方電圧検出器で得
られた信号を例えば微分回路等のフイルターを通
して急激な電圧変化した場合のタイミングをタイ
ミング回路７に出力する。またタイミング回路７
には、シーケンス回路１１からの溶接終了時のタ
イミング信号、およびコントローラ３からパルス
電流を出力するタイミング信号も入力されてい
る。今、シーケンス回路１１から溶接終了のタイ
ミング信号がタイミング回路７に出力されると、
コントローラ３からのパルス電流のタイミングと
同期しない電圧検出器６からの信号が入力される
と、トランジスタ２への信号をすべて停止し、ト
ランジスタ２をOFF状態にし、アークを切る。
第９図は、この動作のタイミングを示したもので
ある。電圧検出器６からの信号は急激な電圧変
化分のみ出力されるので、パルス電流の立上が
り、および立下がりと、溶滴の離脱に伴う電圧変
化分が出力されている。コントローラ３からはパ
ルス電圧が出力された時に信号が出力されてい
る。したがつて電圧検出器６とコントローラ３か
らの信号はパルスが出力された時は一致してい
る。

ここでシーケンス回路１１から溶接停止の信号
が出力されると、溶接停止のタイミング回路７
は、コントローラ３からのパルスタイミング信号
と同期しない信号が、電圧検出器６から入力され
た時すなわち溶滴がワイヤ先端から離脱した時
に、コントローラ３へ出力停止信号を出力し、ト
ランジスタ２をOFFにし、溶接を終了させ
る。したがつて溶接が終了した時には常に、ワイ
ヤ先端は溶融金属がなく、尖つた形状になり、次
のアークスタートが非常に良好に行うことができ
るためスタート時のスパツタを低減し、かつスタ
ート時から溶接部を高品質に保つことが可能であ
る。

以上説明したように、本発明によれば溶接が終
了した時に常にワイヤ先端を尖つた形状にしてお
くので、次のアークスタートが非常に良好にな
り、この結果スタートのスパツタがなくなり、ス
タート時から高品質の溶接部が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はガスシールドアーク溶接法の基本説明
図、第２図は従来のパルスアーク溶接法の説明
図、第３〜４図は説明用線図、第５〜７図は本発
明の基本概念図、第８図は本発明法の一実施例、
第９図は第８図の動作説明図である。 １……整流器、２……トランジスタ、３……コ
ントローラ、４……信号設定器、６……アーク電
圧検出器、７……出力停止タイミング回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ パルス波形におけるピーク電流値Ｉ_Pとピー
   ク電流時間Ｔ_Pとをほぼ一定にし、パルス周波数
   を変化させて平均出力を調整し、かつ消耗電極を
   用いるパルスアーク溶接法において、溶接終了信
   号と溶滴の移行に伴うアーク電圧の変化検出信号
   とによつてアークを停止させることを特徴とする
   アーク溶接法。