JPS6268680A - 消耗電極式ア−ク溶接におけるア−ク点弧方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は消耗電極式アーク溶接におけるアーク点弧方法
に関する。

〔従来の技術〕

従来、ガスシールドメタルアーク溶接（ＭＩＧアーク溶
接、　ＭＡＧアーク溶接、Ｃ０２アーク溶接）、ノンガ
スシールドアーク溶接、サブマージアーク溶接、といっ
た消耗電極式アーク溶接におけるアーク点弧方法として
、一般にスクラッチ点弧法と呼ばれる方法が用いられて
きた。

尚、ここでいう消耗電極とは、ソリッドワイヤ。

フラックスコアドワイヤの両方を含むこととする。

第２図に、従来のガスシールドメタルアーク溶接法を実
施する１つの装置構成例を示す。これにおいては、直流
定電圧特性を有する溶接用電源１の陽極側に、溶接トー
チ２０内の電極チップ２を通して溶接ワイヤ３を接続し
、陰極側には、溶接される母材４を接続することによっ
て溶接用電気回路９を形成する。溶接起動スイッチを入
れると。

シールドキャップ５を通してシールドガスが流れ（以下
の説明ではシールドガスについての記述を省略する）、
溶接用電源１をＯＮにし、無負荷電圧が印加された状態
で溶接ワイヤ送給制御装置７により送給ローラ８を駆動
して、溶接ワイヤ３を送給する。溶接ワイヤ３の先端が
母材４に接触した瞬間に、溶接用電源１から電極チップ
２を通じて短絡電流が流れ、溶接ワイヤ３の母材４との
接触部近傍が溶断してアークが点弧する。

このスクラッチ点弧法によれば、溶接ワイヤ３の形状お
よび表面状態、母材４の表面状態、或いは、溶接用電源
１の過渡特性等、がアーク点弧の成否に大きく関与する
。これについて詳細な説明を加えると、先の溶接終了時
にクレータ処理をして溶接ワイヤ３の先端が球状になっ
ていたり、溶接ワイヤ３の先端が高温状態で大気にさら
されて酸化皮膜で覆われたり、更には溶接される母材４
の表面が酸化皮膜で覆われていることが実際に生じる。

このとき、溶接ワイヤ３と母材４との接触抵抗は、上記
の要因の影響を受は大きく変動する。

アーク点弧時にはこの接触抵抗と溶接用電源１の過渡特
性で決定される短絡電流が流れ、溶接ワイヤ３の母材４
との接触部近傍が加熱され、溶断してアークが点弧する
のだから、接触抵抗が大きく変動することは、溶接ワイ
ヤ３の母材４との接触部近傍の発熱状態を大きく左右し
、これに伴い。

アーク点弧を不確実なものとする。

〔発明が解決しようとする問題点１ 以上に説明したように、スクラッチ点弧法ではアーク点
弧に失敗しやすいという欠点がある。

一方、たとえアーク点弧に成功したとしても、溶接ワイ
ヤ３の母材４との接触部近傍が短絡電流により、溶断す
るときに大粒のスパッタが発生し、母材４に付着するた
め、これを除去するためしこ余分な工程を必要とし、溶
接コストアップにつながっていた。

これを改善するために、特開昭５６−１３９２８５号公
報で溶接用ワイヤ３と母材４とを接触させることなく、
高周波電圧を溶接用ワイヤ３と母材へとの間に印加する
・ことによって絶縁破壊を生じさせ。

非接触式でアークを安定に点弧させ、アーク点弧後溶接
ワイヤ３を送給する方法が提案されている。

しかしながら、アーク点弧に高周波電圧を用いると、高
周波に起因して電磁的なノイズが発生し、溶接自動機器
に組み込まれたマイクロコンピュータをはじめとする各
種周辺電子機器を誤動作成いは破損することがあるので
、高周波ノイズに対してノイズフィルターを用いるなど
特別の対策を施こす必要があった。

さらに、高周波点弧法においては高周波電圧印加時に、
計測機器を破損してしまうため、これを容易に接続でき
ないという欠点があった。

これらの要因により、消耗電極式アーク溶接法では、高
周波電圧を用いた非接触式アーク点弧法；よ、一般に普
及していない。

その他にも、様々な改善が検討されているが、決定的な
手法はまだ確立されていない。

本発明は、非接触式で安定にアークを点弧させることを
可能にし、かつ、アーク点弧に起因して、周辺電子機器
、制御機器等を誤動作、破損させることのない消耗電極
式アーク溶接法におけるアーク点弧方法の提供を目的と
する。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の要旨は、消耗電極と母材周辺に生成された電場
内に、陰極に向けてプラズマを注入し、非接触式でアー
クを点弧することを特徴とする消耗電極式アーク溶接に
おけるアーク点弧方法にある。

以下本発明について、図面を参照しつつ詳細に説明する
。

〔作用〕

まず第１ａ図にガスシールドメタルアーク溶接法を対象
にした場合の、本発明を一態様で実施する溶接装置の構
成を示す。第１ａ図において、１は直流定電圧特性を在
する溶接用電源であり、その陽極側に溶接トーチ２０内
の電極チップ２を通して溶接ワイヤ３を接続し、陰極側
には溶接される母材４を接続して、１，２，３．４から
なる溶接用電気回路９を形成する。

さらに、溶接トーチ２０の近傍にプラズマノズル１３と
タングステン電極１２を配置し、プラズマ装置１０の陰
極側にタングステン電極１２を、陽極側にプラズマノズ
ル１３をそれぞれ接続し。

１０．１２．１３からなるプラズマジェット発生回路１
９を形成する。

溶接用電源１をＯＮにすることによって、溶接ツイヤ３
と母材４との間には溶接ワイヤ３から母材４に向けて電
場が形成される。この状態でプラズマガスをプラズマノ
ズル１３内に供給しく以後の説明ではプラズマガスにつ
いての記述を省略する）、プラズマ装置１０をＯＮにし
、プラズマジェット発生回路１９を用いてプラズマを発
生させ、母材４に向けてプラズマを注入する。

このとき電場内に注入されたプラズマ中の正イオンは電
場で加速さ九、母材４に衝突し、衝突部の温度を上昇さ
せて陰極点を形成する。ひとたび陰極点が形成されれば
、溶接用電ｇ１の電圧で容易にアークが点弧する。

アークが点弧したらアーク点弧検出器６により、アーク
点弧を検出し、溶接ワイヤ送給制御装置７で、アーク点
弧検出器６からの信号と同期させて、送給ローラ８を回
転させて溶接ワイヤを供給する。

第１ｂ図に、本発明をもう１つの態様で実施する装置構
成を示す。通常ガスシールドメタルアーク溶接では溶接
ワイヤ３をプラスにするが、この実施態様は溶接ワイヤ
３をマイナスにする場合への適用可能性を示している。

第１ｂ図において、■は直流定電圧特性を有する溶接用
電源であり、その陰極側に溶接トーチ２０内の電極チッ
プ２を通して溶接ワイヤ３を接続し、陽極側には、溶接
される母材４を接続し、１、．２，３．４からなる溶接
用電気回路９を形成する。さらに、溶接ワイヤ３の近傍
にプラズマノズル１３とタングステン電極１２を配置し
、プラズマ装置１０の陰極側にタングステン電極１２を
、Ｍｋ極側にプラズマノズル１３をそれぞ九接続し。

１０．１２．１３からなるプラズマジェット発生回路１
９を形成する。さらに、プラズマノズル１３と母材４と
を接続する。

溶接電源１をＯＮすることによって溶接ワイヤ３とプラ
ズマノズル１３との間には、プラズマノズル１３から溶
接ワイヤ３に向けて電場が形成される。この状態でプラ
ズマ装置１０をＯＮにし、プラズマジェット発生回路１
９を用いてプラズマを発生させ、溶接ワイヤ３に向けて
プラズマを注入する。このとき電場内に注入されたプラ
ズマ中の正イオンは電場で加速され、溶接ワイヤ３に衝
突し、衝突部の温度を上昇させて陰極点を形成する。ひ
とたび陰極点が形成されれば、溶接用電源１の電圧で容
易にアークが点弧する。このときアークは最初、溶接ワ
イヤ３からプラズマノズル１３に向けて点弧するが、直
ちに溶接ワイヤ３から母材４へと移行する。

アークが点弧したらアーク点弧検出器６によりアーク点
弧を検出し、溶接ワイヤ送給制御装置７で、アーク点弧
検出器６からの信号と同期させて、送給ローラ８を回転
させて溶接ワイヤ３を供給する。

同様の方法により、ノンガスシールドアーク溶接及びサ
ブマージアーク溶接においても非接触式でアークを安定
に点弧させることが可能である。

本発明によると、消耗電極式アーク溶接において非接触
式でアークを点弧させることが可能であり、溶接ワイヤ
先端の状態（形状、酸化皮膜の有無等）或いは、溶接さ
れる母材の状態（酸化皮膜の有無等）がアーク点弧に与
える影響は少ない。

しかも非接触式でアークを点弧させるために、スクラッ
チ点弧法で問題となっている短絡電流による大粒のスパ
ッタ発生もない。

しかも、溶接用電気回路８に高周波電源等の電磁的ノイ
ズ源となる電源を用いることなくアークを点弧できるた
め、アーク電圧等の電気信号を計測する機器を直接接続
できる。しかも、電磁的ノイズによる制御装置の誤動作
、破損の恐れはない。

また本発明によれば、プラズマジェット回路１９の能力
として最大１０Ａ程度の低電流プラズマジェットを発生
させ、０．１秒程度の短時間注入するだけでアークの点
弧には十分である。しかもプラズマジェットを発生させ
るために必要な使用ガスは、プラズマガスのみでシール
ドガスが不要なため、プラズマノズル１３の超小型化が
可能である。

さらにタングステン電極１２とプラズマノズル１３との
放電ギャップおよび各々の形状、材質を放電しやすい状
態に任意設定できる。

又、アーク点弧用プラズマジェットは低電流で短時間の
使用しか必要とされないため、タングステン電極１２お
よびプラズマノズル１３の損耗は著しく軽微である。

以上本発明の概略について説明した。

次に第１ａ図および第１ｂ図中で用いたプラズマ装置１
０およびプラズマジェット回路１９の点張力法について
、第３図および第４図を用いて説明する。

第３図は、タッチ点弧方法を用いたアーク点弧用プラズ
マジェット回路を示す概略図である。

１１は直流垂下特性を有するプラズマ電源で、その陰極
側にタングステン電極１２を、陽極側にプラズマノズル
１３をそれぞれ接続し、プラズマ電源１１．タングステ
ン電極１２、プラズマノズル１３からなるプラズマジェ
ット回路１９を形成する。

プラズマ電源１１をＯＮにし、無負荷電圧を印加したま
まの状態でタングテン電極１２を手動。

電動、バイメタル、バネじかけ等の手段を用いてプラズ
マノズル１３に接触・短絡させ短絡過渡電流を流した後
に、タングステン電極１２をプラズマノズル１３から引
き離し、プラズマジェットを点弧させようとするもので
ある。

第４図は高周波点弧方法を用いたアーク点弧用プラズマ
ジェット回路を示す概略図である。１１は直流垂下特性
を有するプラズマ電源で、その陰極側に高周波電源１４
を介してタングステン電極１２を接続し、陽極側にプラ
ズマノズル１３を接続している。尚１５は高周波バイパ
スコンデンサである。プラズマ電源１１、タングステン
電極１２、プラズマノズル１３、高周波電源１４、高周
波バイパスコンデンサ１５でプラズマジェット回路１９
を形成している。

この回路は、高周波電源１４によりタングステン電極１
２とプラズマノズル１３との間に高周波電圧を印加し火
花放電を生じさせて絶縁破壊を起こした後に、プラズマ
電源１１で電流を供給してアーク点弧を行うものである
。

高周波電圧を使用することにより発生する電磁ノイズが
、精密電子機器を誤動作、破損させることがＴＩＧ溶接
等の非消耗電極式アーク溶接の分野で問題視されている
。この場合には、プラズマジェット回路１９をシールド
１６でおおい、ノイズフィルター１７を介して外部電源
と接続することにより、電磁ノイズを容易に且つ完全に
抑えることができるので問題とはならない。

第４図ではプラズマジェット回路１９の点弧に高周波電
源１４により発生する高周波電圧を用いたが、同程度の
電圧を供給できる電源であればプラズマジェット回路１
９に組み込むことが可能である。実際にコンデンサ電源
によるコンデンサ放電電圧或いは通電遮断時に発生する
サージ電圧を利用しても同様にプラズマジェットを点弧
することが可能である。

以下に本発明による実施例を述べる。

〔実施例１〕 第５ａ図および第５ｂ図に逆極性ガスシールドメタルア
ーク溶接におけるアーク点弧に本法を適用した実施例を
示す。尚、第５ａ図は装置の全体を、第５ｂ図はプラズ
マジェット発生回路を示す。

プラズマジェット側： プラズマ電源１１の無負荷電圧１００Ｖ。

プラズマジェット電流　　　　１０Ａ。

プラズマガス流量　　　３　Ｑ　／ｍ１ｎ−Ａｒ。

Ｄ＝１．０ｍｍ、　　Ｑヒ＝Ｌ、Ｏｍ＋＋＋、　　１２
ｐ＝１．２ｍｍ、　　ｄｓ＝１．Ｏｍｍ−溶接用電気回
路側： 溶接用電源Ｉは４７Ｖ定電圧特性を有する。

シールドガス流量　　２０Ｑ／ｍ１ｎ−Ａｒ＋ワイヤ送
給速度　　　Ｌｏｗ／ｍｉｎ。

ｄｎ＋＝１２ｍｍ（ソリッドワイヤ） Ｑａ＝２ｍ＋＋＋、　　ｆｌｂ＝５ｍｍ、　　１２ｃ＝
５ｍｍ、　　θ＝４５ｄｅｇ＋の条件で０．１秒プラズ
マを注入して連続１００回繰返しアーク点弧を試みたが
、いずれの場合にも極めて安定にアーク点弧を実施でき
た。また、アーク点弧時に大粒のスパッタは発生しなか
った。

〔実施例２〕 第６図に、正極性ガスシールドメタルアーク溶接におけ
るアーク点弧に本法を適用した実施例を示す。尚、プラ
ズマジェット発生回路は第５ｂ図と同じものを用いた。

溶接用電気回路側： 溶接用電源１は４７Ｖ定電圧特性を有する。

シールドガス流量　　２０Ｑ／ｍｉｎ、　ＣＯ２ワイヤ
送給速度　　　Ｉｏｍ／ｍｉｎ ｄｍ＝１．２ｍｍ　　（ソリッドワイヤ）１２ａ＝２ｍ
ｍ、　　ｕｂ＝５ｍｍ＋、　　Ｑｃ＝５ｒｒｔｒＩＪの
条件で０．１秒プラズマを注入して連続１００回繰返し
アーク点弧を試みたが、いずれの場合にも極めて安定に
アーク点弧を実施できた。

また、アーク点弧時に大粒のスパッタは発生しなかった
。

〔実施例３〕 第７図に、逆極性ノンガスシールドアーク溶接における
アーク点弧に水沫を適用した実施例を示す。尚プラズマ
ジェット発生回路は第５ｂ図と同じものを用いた。

溶接用電気回路側： 溶接用電源１は４７Ｖ定電圧特性を有する。

ワイヤ送給速度１０ｍ／ｌｌ１ｉｎ。

ｄｍ＝１．６ｍｍ（フラツクスコアドワイヤ）。

Ｑａ＝２ｍｍ、　　（ｌｂ＝５＋ｎ＋ｎ、　　Ｑｃ＝５
ｍｍ、　　θ＝　４５ｄｅｇ、の条件で０．１秒プラズ
マを注入して連続１００回繰返しアーク点弧を試みたが
、いずれの場合にも極めて安定にアーク点弧を実施でき
た。また、アーク点弧時に大粒のスパッタは発生しなか
った。

以上に示した実施例１．実施例２および実施例３を通じ
て、高周波発生時における外部電源の電圧変動はほとん
ど認められず、さらにこのとき使用していた計測機器或
いは制御装置はマイクロコンピュータ内蔵型のものであ
ったが、高周波ノイズによる誤動作は発生しなかった。

〔発明の効果〕

以上詳述したように１本発明によれば母材と溶接ワイヤ
を接触させること無く、アークを点弧させることができ
るため、従来のような母材と溶接ワイヤを接触させるこ
とによりアークを点弧させる方法と比較して簡易であり
、アーク点弧の安定性に優れている。しかも、非接触式
でアークを点弧させるために、溶接用電気回路に高周波
電源等のノイズの発生原因となる手段を用いる必要がな
いので、マイクロコンピュータ等の電子機器を用いた制
御装置、計測装置を誤動作、破損する恐れもない。さら
に短絡電流が流れないために点弧時に発生する大粒のス
パッタを防止できるのでスパッタ除去のための工程を除
くことができ、作業効率が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１ａ図および第１ｂ図は、それぞれ本発明を一態様で
実施する装置の構成を示すブロック図である。 第２図は、従来例を示す概略図である。 第３図および第４図は本発明を実施するにおいて用イる
アーク点弧用プラズマジェット発生回路の構成を示すブ
ロック図である。 第５ａ図、第５ｂ図２第６図および第７図は、それぞれ
本発明を一態様で実施する装置の具体的配置を示すブロ
ック図である。 Ｉ：溶接用電源　　　　　２：電極チップ３：ｆ４接ワ
イヤ　　　　　４：母材 ５：シールドキャップ ６：アーク点弧検出器 ７：溶接ワイヤ送給制御装置 ８：送給ローラ　　　　　９：溶接用電気回路１０：プ
ラズマ装置　　　１１：プラズマ電源１２：タングステ
ン電極　１３：プラズマノズル１４：高周波電源 １５：高周波バイパスコンデンサ １６：シールド　　　　　１７：ノイズフイルタ１９：
プラズマジェット発生回路 ２０：溶接トーチ 手　１　ｈ　図 ＠：凧 児４羽 、１゜ ！ Ｌ　　　−」 弔　Ｉ：ｌａ　図 一５ｂ阿 １０）１，６ ＼　　１゛ 弓　　６　　目 罵　７　凹 手続補正書（自発） 昭和６０年１２月１２日 １、事件の表示　昭和６０年特許願第２・０７９７６号
２、発明の名称 消耗電極式アーク溶接におけるアーク点弧方法３、補正
をする者 事件との関係　　　特許出願人 住所　　　　東京都千代田区大手町二丁目６番３号名称
　　　　（６６５）新日本製鐵株式會社代表者　武　１
）　豊 ４、代理人　　〒１０３　　電話　０３−８６４−６０
５２住　所　　東京都中央区東日本橋２丁目２７番６号
昭和ビル４階 （２）明細書第１４頁第１６行の［溶接用型′ｇ１は゛
４７ｖ定電圧特性を有する。」を［溶接用電源１は無負
荷電圧４７Ｖ垂下度０．００７Ｖ／Ａの特性を有する。 」に訂正する。 （３）明細書第１５頁第１２行の「溶接用電源１は４７
Ｖ定電圧特性を有する。Ｊを「溶接用電源１は無負荷電
圧４７Ｖ垂下度０．００７Ｖ／Ａの特性を有する。」に
訂正する。 以上

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 消耗電極と母材周辺に生成した電場内に、陰極に向けて
   プラズマを注入することによって、非接触式でアークを
   点弧させることを特徴とする消耗電極式アーク溶接にお
   けるアーク点弧方法。