JPS6261777A - 配管用プラズマ溶接方法 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明はプラズマ溶接方法に係り、特に、キーホール溶
接法による均一な裏波ビード形状が要求される溶接部、
例えば、配管の周継手などを溶接する場合に好適なプラ
ズマ溶接方法に関する。

〔発明の背景〕

通常、配管同志を溶接にて接合する場合には、Ｔ　Ｉ　
Ｇ　　（Ｔｕｎｇｓｔｅｎ　−Ｉ　ｎｅｒｔ　−Ｇａｓ
　ａｒｃ　ｗｅｌｄｉｎｇ）　　、あるいはＭ　Ｉ　Ｇ
　（Ｍｅｔａｌ　−Ｉ　ｎｅｒｔ　−Ｇａｓ　ａｒｃｗ
ｅｌｄｉｎｇ）　　溶接を用いるのが一般的である。

このＴ　Ｉ　Ｇ　、　Ｍ　Ｉ　Ｇ溶接を用いて配管同志
を接合しようとしても、配管同志を突合せた場合には。

芯ずれ、あるいはギャップ等が生じるのが常であり、こ
の配管の開先合せ状態が溶接状態を大きく左右する。

上述したＴＩＧ、ＭＩＧ溶接では、配管の開先合せ状態
が正常になる様に芯ずれ、及びギャップの限界を厳しく
抑制し、場合によっては開先合せをやり直すか、或いは
熟練工の能力による手動溶接作業を行なっている。一方
、自動溶接で施工する場合には、第７図（ａ）、または
（ｂ）に示す方法により行っている。第７図（ａ）に示
すものは、板厚ｔｚａの配管１と２を、開先角度β２ａ
をもって溶接しようとする例であり、この場合には、管
内径側を厚さｔα、長さＣの範囲で旋削し、これにより
配管工、２の寸法不揃いを無くして開先合せ作業を少し
でも簡便にし、開先合せ状態を管理している。また、第
７図（ｂ）に示すものは、板厚ｔ２．．の配管１と２を
、開先角度βハをもって溶接しようとする例であり、配
管１と２の突合せ部にインサートリング３を設け、これ
を利用して第７図（ａ）と同様に開先合せ状態を良好に
保つようにしたものである。

一方、ＴＩＧ溶接等に比ベアークのエネルギ密度が高く
、アーク長が大きいので高入熱が能率的なアーク溶接を
行うことができるという特徴を有しているプラズマ溶接
がある。このプラズマ溶接は、高温のプラズマジェット
で母材を貫通させ、キーホールを形成しながらアーク溶
接する方法である。

ところが、上記したキーホールをしながらアーク溶接す
るプラズマ溶接は、溶接条件の安定域が一般（７）Ｔ　
Ｉ　Ｇ溶ｍ、　Ｍ　Ｉ　Ｇ溶接に比べるとせまい。

従って、プラズマ溶接法を利用したくても、溶接条件の
安定域がせまいため信頼性に欠けるという問題があり、
これを解消しようとすると溶接工程が増加してしまうと
いう欠点があった。

尚、プラズマ溶接法に関しては、特開昭５９−１９１５
６８号公報、及び特開昭６０−２７４７３号公報等に開
示がある。

〔発明の目的〕

本発明は上述の点に鑑み成されたもので、その目的とす
るところは、開先合せ状態に応じたプラズマ溶接が可能
となり、しかも、その溶接条件の安定域を広くして信頼
性を向上させ、かつ、溶接工程が増加することのないよ
うにしたプラズマ溶接方法を提供するにある。

〔発明の慨要〕

本発明は被溶接材を突合せ、これをプラズマ溶接により
接合する際に、前記被溶接材の開先合せ状態に応じてプ
ラズマ溶接時の溶接電流値、溶接速度、及びプラズマガ
ス量のうちの少くとも２つを調整して行うことにより、
所期の目的を達成するようになしたものである。即ち、
プラズマ溶接は、溶接条件の安定域が一般のＴＩＧ、Ｍ
ＩＧ溶接に比べせまいことは上述したが、その原因は、
■入熱でエネルギ集中度が高い溶接法であること。

プラズマガス流を利用する溶接法であること等が考えら
れるが、溶接継手部の状態、つまり、開先合せの状態が
大きく左右することに着目し、この状態を溶接条件に取
込み、上記目的を達成するようになしたものである。

〔発明の実施例〕

以下、図面の実施例に基づいて本発明の詳細な説明する
。

第３図（ａ）に示す如く、配管１と２が溶接されるワー
クであり、この配管１と２の軸方向から見た第３図（ｂ
）において、外周側に時計の文字板の如く、九枠を付け
て示した数字が溶接している姿勢位置である。

第４図に実際に配管１と２をプラズマキーホール溶接し
ている状態を示す。該図において、溶接トーチ４は、電
極４ａ、チップ４ｂ、及びカバー４０から構成され、こ
の溶接トーチ４に対し、溶接電流として○極が電極４８
に、パイロット電流として■極がチップ４ｂに、そして
、メイン電流として■極が配管し、または２に接続され
、図示しない溶接電源装置から給電される。溶接トーチ
４の内部には、プラズマガス通路が設けられて、プラズ
マガス６が流れる。また、シールドガス７がカバー４０
の内側から流れ溶接個所を包む。

これらのガスは、図示しないガスボンベから供給される
。そして、溶接トーチ４は、配管１と２の突合せ部をプ
ラズマキーホール溶接ビード５を形成しながら移動（第
４図では紙面に直角の方向）し、配管１と２を接合する
。

第１図にプラズマ溶接中の制御状態を示す、該図の如く
、溶接トーチ４が配管１、及び２の周囲を周回装置８に
より、溶接姿勢を変えながら周回する。ここで、制御装
置９により、溶接トーチ４の位置姿勢に応じた指令値が
出される。その指令値により、コントローラ１ｏの溶接
電流制御器１０ａ、パルス時間制御器１０ｂ、溶接速度
制御器１０ｃ、及びプラズマガス流量制御器１０ｄが動
作し、供給電源１１．及びガスボンベ１２から供給され
る電気エネルギやガス量を溶接トーチ４へ供給し、第４
図を用いて説明したようにプラズマ溶接を行う。

第２図（ａ）に溶接トーチ４の姿勢位置による制御シー
ケンスを示す。該図は、溶接トーチ４の姿勢位置、即ち
第３図（ｂ）に示した時計方向に移動した場合の各位”
　（Ｃ’Ｔ’）　、Ｏ−−■。

Ｑ）におけるパイロットアーク（ＰＡ）　、溶接電流（
ＭＣ）、溶接速度（Ｖ）、及びプラズマガス（ＰＧ）の
制御状態である。まず、溶接トーチ４の姿勢位置が４，
５時に設定された後、溶接開始指令「Ｓ」が与えられる
とプラズマガスｒＰＧＪが流れ、時間ｒＴＩＪの後パイ
ロットアークｒＰＡＪが点灯する。プラズマキーホール
溶接は、溶接電流ｒＭｃ」により配管１と２を溶融する
エネルギを供給し、プラズマガスｒｐａ、＋によりエネ
ルギを絞り込むと共に、配管工と２の板厚をキーホール
状に打抜くことにより成立する。

従って、溶接電流ｒＭＣＪとプラズマガスｒＰＧＪによ
り主に制御され、パルス時間と速度は副に制御される。

尚、プラズマガスｒＰＧＪは、プリフロ一時間ｒＴ１＋
ＴｘＪの後、キーホールに必要なガス量に制御される。

プラズマガスｒＰＧＪが安定状態に移行する時間「Ｔ３
」の後に、溶接電流ｒＭＣＪはアップスロープ時間「Ｔ
４」でキーホールスタート電流ｒＭｃｓＪまで立上げら
れ、キーホール時間ｒＴｓＪの間保持され、キーホール
確認後は各姿勢位置の電流値に制御される。溶接電流ｒ
ＭｃＪは、第２図（ｂ）に示す如く、時間ｒＴＰＪとｒ
ＴＢＪの間隔で、ピーク電流ｒＭｃＰＪ　とベース電流
ｒＭｃＢＪのパルス状に制御されることにより、キーホ
ール溶接の品質を高めている。

一方、溶接トーチは、キーホール時間ｒＴ３Ｊの後、溶
接電流ｒＭｃＪ　、及びプラズマガス流量ｒＰＧＪと共
に、各姿勢位置ごとの適正速度ｒＶＪで配管１と２を周
回運転する。キーホール溶接を施行した溶接トーチが、
周回後最初に設置した姿勢位置、即ち、４，５時に戻っ
てきたのち、ラップ時間「Ｔ６」の後、クレータ処理時
間「Ｔ７」の間溶接トーチの周回を止めクレータ処理を
行い。

ダウンスロープ時間「Ｔ８」により７ａ接電流を切る。

プラズマガス流量ｒＰＧＪは溶接電流ｒＭｃＪと同時に
停止する。ダウンスロープ時間「Ｔ６」の後、数秒後に
パイロットアークｒＰＡＪ　を切り、溶接終了「Ｆ」と
なる。尚、第２図（ａ）の横軸は時間制御中を「ＴＣ」
、姿勢制御中をｒＰＣＪと表示している。

ところで、プラズマ溶接を施工する際に、配管同志の開
先合せ状態が、その溶接を大きく左右することは上述し
た通りで、配管１と２が第３図（ａ）に示す様な開先合
せの状態が最良の開先合せ状態であるが、実際に、この
様に開先を合せることは非常に運しいことである。一般
には第５図（ａ）の如く、配管ｌと２の中心が「ｅノの
ようにずれた芯ずれの状態、第５図（ｂ）の如く、配管
１と２の突合せ端部が傾斜してギャップｒｇＪがある状
態、あるいは、第５図（ｃ）の如く、第５図（ａ）の芯
ずれと第５図（ｂ）のギャップの両者が組合さった開先
合せ状態が生じるのが普通である。しかも、この芯ずれ
「ｅ」、及びギャップｒｇＪの方向は、第３図（ｂ）の
０時の方向とは限らず、全姿勢について検討する必要が
ある。

特にプラズマキーホール溶接は、芯ずれｒｅＪ、及びギ
ャップ「に」によって溶接品質が影響を受けやすいため
、これらの条件を溶接条件に加味することが必要である
ということになる。従って、この開先合せの状態、つま
り、芯ずれｒｅＪとギャップ「ｇ」、及び姿勢位置につ
いて溶接シーケンスを補正することによって、良好な溶
接継手を得ることが可能となる。即ち、第２図（ａ）に
おいて、良好な開先合せ状態（第３図（ａ）の状態）に
おける溶接の条件設定値を実線で示すシーケンスとする
と、例えば芯ずれｒｅＪが第３図（ｂ）の６時と１２時
の方向にある場合には、溶接電流ｒＭＣＪ　、及びプラ
ズマガス流量ｒＰＧＪを第２図（ａ）の破線の如く補正
する（例えば、芯ずれｒｅＪがあり、見かけの板厚が増
す場合、キーホール力を高めるため溶接電流ｒＭＣＪ　
、及びプラズマガス流量ｒＰＧＪを、理想開先合せ状態
である実線で示す値より増加させる。）、一方、ギャッ
プｒｇＪが第３図（ｂ）の１２時の位置にある場合には
、プラズマガス流量ｒＰＧＪ　を第２図（ａ）の二点鎖
線の如く補正する（例えば、ギャップｒｇ」がある場合
、キーホールは形成されやすくなるので、プラズマガス
流量ｒＰＧＪを、理想開先合せ状態である実線で示す値
より減少させる。）、更に、溶接速度ｒＶＪについて検
討してみると、芯ずれｒｅＪがある場合には溶接速度「
ｖ」は補正することなく対応可能であったが、ギャップ
ｒｇＪがある場合には、第２図（ａ）に二点鎖線で示す
如く、溶接速度「■」はギャップｒｇＪのある姿勢位置
のみ大きくする（図示の場合は、０時の位置にギャップ
ｒｇＪがある場合である。）。

尚、芯ずれｒｅＪとギャップｒｇＪが重合した場合でも
、上述と同様にして相当分の補正をすることにより、良
好な溶接継手を得ることができる。

このような本実施例のプラズマ溶接方法とすることによ
り、溶接継手の開先合せ状態を溶接条件に加味したプラ
ズマキーホール溶接を実施可能となるので、配管の溶接
における開先合せ状態の管理を粗くすることができ溶接
工数を低減する効果がある。また、溶接全工程を比較し
てもキーホール溶接可能板厚部分については、開先加工
が省略できること、及び溶融量を減少させることが可能
となるなど、合理化に著しく効果がある６尚、上述した
実施例は、溶接トーチの姿勢位置が４，５時に設定され
た後、溶接開先指令が与えられる例を示したが、溶接ト
ーチの姿勢位置は４．５時以外でもプラズマキーホール
溶接が可能であることは勿論であり、この場合には第２
図（ａ）の横軸、即ち時間軸をずらして考えることによ
り読み替えられる。上述の実施例で溶接開始点をなぜ４
，５時に選定したかを第６図を用いて説明する。キーホ
ール溶接を行うに当り、ビードの溶は落ちを発生させる
力の方向、即ち重力の方向Ｆｂとベース電流ＩＢ時のキ
ーホール力Ｆに。

及び溶融金属の表面張力Ｆ、どのベクトル和が相殺する
範囲に近い点が４，５時であり、溶接開始点を４．５時
に選定することにより、良好なプラズマ溶接を行うこと
ができる。

〔発明の効果〕

以上説明した本発明のプラズマ溶接方法によれば、被溶
接材を突合せ、これをプラズマ溶接により接合する際に
、前記被溶接材の開先合せ状態に応じてプラズマ溶接時
の溶接電流値、溶接速度、及びプラズマガス量のうちの
少くとも２つを調整して行うものであるから、開先合せ
状態に応じたプラズマ溶接が可能となり、しかも、その
溶接条件を溶接に取込んで行うため安定域が広くなり信
頼性が向上し、かつ、溶接工程が増加することがなく、
此種プラズマ溶接に採用する場合には非常に有効である
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例におけるプラズマ溶接中の制
御状態を示すブロック図、第２図（、）は本発明のプラ
ズマ溶接方法によって配管を溶接するシーケンス動作を
示す図、第２図（ｂ）は第２図（ａ）における溶接電流
がパルス状に制御される状態を示す図、第３図（ａ）は
プラズマ溶接を施行する溶接継手の開先合せの理想状態
を示す図、第３図（ｂ）は第３図（ａ）を軸方向から見
　。 た図、第４図はプラズマ溶接中の配管と溶接トーチの関
係を示す図、第５図はプラズマ溶接を施行する開先合せ
の状態を示し、（ａ）は芯ずれの状態、（ｂ）は傾斜し
てギャップのある状態、（Ｑ）は芯ずれし、かつ、傾斜
している状態をそれぞれ示す図、第６図は４，５時に位
置における溶融ビードに働く力の関係を示す図、第７図
はＴＩＧ。 ＭＩＧ溶接で施行する従来の溶接継手の開先合せの状態
を示し、（ａ）は内側寸法を合せるため旋削した例を示
す図、（ｂ）はインサートリングを使用した例を示す図
である。 １．２・・・配管、４・・・溶接トーチ、４ａ・・・電
極、４ｂ・・・チップ、４ｃ・・・カバー、５・・・溶
融ビード、６・・・プラズマガス、７・・・シールドガ
ス、８・・・周回装置、９・・・制御装置、１０・・・
コントローラ、１０ａ・・・溶接電流制御器、１０ｂ・
・・パルス時間制御器、１０ｃ・・・溶接速度制御器、
１０ｄ・・・プラズマガス流量制御器、１１・・・供給
電源、１２・・・ガスボンベ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被溶接材を突合せ、これをプラズマ溶接により接合
   する際に、前記被溶接材の開先合せ状態に応じてプラズ
   マ溶接時の溶接電流値、溶接速度、及びプラズマガス量
   のうちの少くとも２つを調整して行うことを特徴とする
   プラズマ溶接方法。 ２、被溶接材の開先合せの理想状態時における溶接電流
   値、溶接速度、及びプラズマガス量を予め設定しておき
   、これを基準に前記被溶接材の開先合せ状態に応じてプ
   ラズマ溶接時の溶接電流値、溶接速度、及びプラズマガ
   ス量のうちの少くとも２つを増減させ調整することを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載のプラズマ溶接方法
   。 ３、前記被溶接材の開先合せ状態は被溶接材同志の芯ず
   れ、被溶接材間のギャップ、及びこれら両者が同時に発
   生したものとし、この状態における各数値と溶接トーチ
   の姿勢位置を制御装置に入力し、該制御装置の指令によ
   り前記溶接電流値、溶接速度、及びプラズマガス量のう
   ちの少くとも２つを調整することを特徴とする特許請求
   の範囲第１項、又は第２項記載のプラズマ溶接方法。 ４、前記溶接トーチは周回装置により溶接姿勢を変えな
   がら前記被溶接材の周囲を周回し、該溶接トーチの位置
   姿勢に応じた指令値が前記制御装置により出され、その
   指令値により溶接電流制御器、溶接速度制御器、及びプ
   ラズマガス量制御器が動作して前記溶接電流値、溶接速
   度、及びプラズマガス量のうちの少くとも２つを調整す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第３項記載のプラズ
   マ溶接方法。