JPS63313674A - 消耗電極式ア−ク溶接方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は消耗電極式アーク溶接に適用される消耗電極式
アーク溶接方法に関する。

〔従来の技術〕

従来例を第７図に示すように、これまでの消耗電極式ガ
スシールドアーク溶接に用いる溶接トーチは、シールド
ノズル０５内に溶接電流を導く良導体のガイド０８から
接手０２で接続された一つの給電チップ０１より図示し
ないワイヤ送給装置でもって消耗電極（以下、ワイヤと
呼ぶ）０１１に通電されて被溶接物を溶接するものであ
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

前述のとおり高速溶接において正常など一ドを形成する
ためには、低速溶接に比較して多くの溶金量と多くの入
熱を要するが、１電極によるアーク溶接では溶金量、お
よび入熱が不足するために高速溶接ができないことの対
処策として、１溶接トーチを複数個用いる方法があるが
。

空間的に互いの溶接トーチが干渉し合って任意の電極配
置が得にくいこと、および溶接トーチのセツティングが
繁雑であることの問題点がある。更に、一つのアークに
一つのシールドノズルが対応し、アーク数すなわち、電
極数だけシールドノズルが必要であり、このシールドガ
スが不経済である。

〔問題点を解決するだめの手段〕

本発明は上記問題点を解決するために、複数の電極が互
いに電気的に絶縁されて一つのシールドノズル内に至近
距離でもって配置され、該電極にピーク電流または電圧
の位相をそれぞれずらすようにパルス電流または電圧を
流す制御器を設けた。すなわち、一つのシールドノズル
内に相互に電気的に絶縁した複数の電極を設け。

各電極に加えるパルス状電圧またはパルス状電流の位相
を各電極ごとにピーク期間に略相当する大きさずつずら
せて溶接することを特徴とする消耗電極式アーク溶接方
法を提供するものである。

〔作用〕

本発明の消耗電極式アーク溶接方法は上記のような溶接
方法となるので、電極を複数にすることにより溶金量を
増加すると共に、各電極を近距離に配置することによυ
入熱の増加が図れ。

次いでスパッタ発生量を減少させるために、各電極を電
気的に独立させ、各電極のパルス溶接条件を変化させて
、各電極を流れる溶接電流によるアーク間の電磁力を減
少させることを可能とする溶接方法である。

〔実施例〕

以下１本発明を図面に示す実施例に基づいて具体的に説
明する。第１図は本発明の一実施例に係る消耗電極式ア
ーク溶接方法に適用される溶接トーチ部を示す（、）図
は縦断面図、同（ｂ）図は（ａ）図Ｂ−Ｂ矢視の横断面
図、同（ｃ）図は（、）図Ｃ−Ｃ矢視の横断面図。第２
図は本実施例に係る第１図の分解構成を示しく、）図は
ワイヤ送給用銅パイプの配置の縦断面図、同（ｂ）図は
（ａ）図Ａ−Ａ矢視の横断面図。第３図は本実施例に係
る第１図の分解構成を示しくａ）図は冷却水用銅パイプ
とシールドガス用鋼パイプの配置の縦断面図、同（ｂ）
図は（ａ）図Ａ−Ａ矢視の横断面図。第４図は本実施例
に係る消耗電極式アーク溶接装置による溶接状況の斜視
図。第５図は本実施例に係るパルス電圧波形の説明図。

第６図は本実施例に係るパルス電流波形の説明図である
。以下にその説明をする。

第１図から第４図において使用される記号を説明すると
、１は給電チップ、２は接手で９図示していないワイヤ
を案内する銅パイプ８とロウ付されており、給電チップ
１と螺合する。更に１図示していないターミナルによっ
て銅パイプ８は溶接電源に接続されているキャブタイヤ
ケーブルと電気的に接続されているため、銅パイプ８は
図示していないワイヤに給電する給電チップ１への電導
路でもある。

３．４は絶縁物であり、複数の銅パイプ８を適当な間隔
で電気的に絶縁した状態に保持する。

絶縁物３，４と銅パイプ８のシールおよび金具６と絶縁
物３，４との固定は接着剤を用いている。

５はシールドノズルで金具６と螺合している。

更に、シールドノズル５と金具６は０（オー）リング７
によってシールされている。

９は冷却水を導く銅パイプであり、冷却水によって銅パ
イプ８．金具６．シールドノズル５およびシールドガス
を導く銅パイプ１０は冷却されている。シールドガスは
銅パイプ１０によって。

シールドノズル５の内部に導かれる。

また、第４図における１１はワイヤ、１２はワイヤ送給
モーター、１３はローラ、１４はワイヤリール、１５は
シールドガス、１６は溶接アーク、１７は被溶接材、１
８はトーチを固定する金具、１９は溶接電源、２０は溶
接電圧または溶接電流の設定器で、これによって十電極
である＋１．＋２および＋３の出力を制御する。

２１はワイヤ送給モータ１２の速度制御器で複数個ある
モータ（本実施例では８個）の速度を独立に制御する。

第４固気溶接電源の＋１から出ているＡおよび＋２から
でているＢは銅パイプ８へ図示していないキャブタイヤ
ケーブルによって接続されている。

第５図のＶは溶接電圧、ｔは時間を示し＋　”ｐＩＶＢ
　ハ各々パルス電圧のピークおよびペース、更に＊　　
Ｔ９　＊　ＴＢはピーク時間およびベース時間を示す。

ｔは１つのパルスの立下シと次のパルスの立上りまでの
時間を示す。

第５図は第４図に示す溶接電源１９の電流−電圧特性に
定電圧特性を用いる場合を示したが。

定電流特性の場合はＶの替わりに工になる。

本実施例では電極が３個の場合を示したが。

２以上いずれの複数であってもかまわない。この時は電
極数をｎとすれば、　　ＴＢ≧ｎＸＴｐの関係を常に満
足するものとする。

次いで使用方法について述べると。

（１）　　ワイヤは銅パイプ８の内部を通過し、給電チ
ップ１へ導かれる。

（２）複数の銅パイプ８は各々電気的に絶縁されている
ため、溶接電源１９から独立に（＋１．　＋２゜＋３）
電気エネルギが供給される。

（３）上記（１）、　（２）によってアークが発生する
とき。

溶接アーク１６および溶融池を大気から保護するために
、銅パイプ１０によってシールドガス１５をシールドノ
ズル５内へ導き、その後外部へ放出する。

（４）　　この結果、複数の独立した溶接アーク１６゜
およびそれによる溶融池を一つのシールドノズル５で保
護することができる。

（５）複数のアーク（実施例では３個）が一つのシール
ドノズル５内で発生するために、シールドノズル５は水
によって冷却される。更に。

ワイヤ及び溶接電流の通路である銅パイプ８も水冷され
ている。

（６）シかし、複数のアークを同時に発生させると、ア
ークは電流が流れている導体と見なされるから、アーク
相互間の距離に反比例し。

かつアークを流れている電流の相乗積に比例する電磁力
がアーク作用する。この時、アーク中を流れる電流が共
に同一方向の時は、アークは各電極を頂点とする多角形
の中心方向へ偏向させられる。２電極の場合は２極を結
）ぶ線分の中心方向へ偏向させられることは公知文献（
電磁就学ｌ、岩披講座、第１７回配本。

昭４５−７−１０　）から既知である。

（７）　　この結果、ワイヤ１１の先端から被溶接材１
７へ向う移行溶滴はその移行方向を偏向させられ、溶融
池へ達せずしてスパッタとなる。更に、複数の溶接アー
ク１６によって形成された溶融池も、溶接アーク１６が
不規則に変動するため不安定になシ、これが原因で溶融
池からスパッタが発生する。

（８）　　このようなアーク現象および溶融池の挙動に
基づくスパッタ発生を減少するために、第５図に示すよ
うな溶接電圧（または溶接電流）を用いる。

（９）通常、細径ワイヤによる消耗電極式ガスシールド
アーク溶接では、溶接電源を定電圧特性とし、ワイヤを
定速で送給する方法が一般的であり２本実施例でもこの
方法を用いたので、溶接電源１９の制御量として（８）
項に述べたように溶接電圧を示した。

ＱＯＬかしながら、溶接電源１９から見たアーク負荷は
純抵抗とみなせるため、溶接電圧と溶接電流は大きさに
おいて線形な関係にあシ。

時間的には同相であるので、溶接電圧と溶接電流は相似
である。

αη　第５図は溶接電圧（Ｖ）すなわち溶接電流（Ｉ）
をパルス状に変化させ、各電極の溶接電流の位相を故意
にずらせたものである。

（２）（６）項で述べたように、接近したアークには電
磁力が働くので２次に、前項αηの方法でアークに働く
力が小さくなることを示す。第６図において、二つの電
流＋ｌ、　１２は大きさが等しく位相のみが異なってい
てお互いにパルスピークが重らないようにしておく。

Ｉｐはパルスピーク電流、　ＩＢはペース電流。

Ｉａは平均電流９丁ｐはパルスピーク時間、ＴＢはペー
ス時間、ＴはＴｐ　＋　ＴＢの和である。

次に、　　Ｔｐ、／Ｔ　＝　ｋ（０＜ｋ＜１　）とする
とＩａは第（１）式のように表わせる。

Ｉａ　＝　（Ｉｐ　Ｔｐ＋　Ｉｎ　ＴＢ　）／　（Ｔｐ
＋Ｔｎ、）＝　ｋＩｐ−１（１−ｋ　）　！Ｂ　　　　
　　　、１（１）酸第（１）式から ＩＢ　＝　（Ｉａ−ｋＩｐ　）／（１−ｋ）□オ（２）
酸二つのアークに働らく電磁力は二つのアーク間の距離
が同じであれば、お互いの電流の積に比例（前掲の公知
文献）するので、ここではパルス電流を用いた場合と用
いない場合に同じ平均電流下でアークに働くカと考えら
れ；ｂ、　　ＩＢ２とＩｐ・ＩＢとの大きさを比較する
。

ＩＢ２−Ｉｐ　ＩＢ　＝　ＩＢ２−Ｉｐ・（Ｉａ−ｋＩ
ｐ）／（１−ｋ）（第（２）式のＩｎを代入） ＝　（Ｉａ−Ｉｐ）　（Ｉａ−に／（１−ｋ）・Ｉｐ）
−↑（３）式パルス溶接においては必らずＩａ−Ｉｐ（
Ｏであるので、オ（３）式において、　　Ｉａ−に／（
１−ｋ）−Ｉｐ＜ｏ。

すなわち、　　Ｉａ／Ｉｐ＜ｋ／（１−ｋ）になるよう
にｌ　ＩａｔＩｐ、ＩＢ、ｋを選択すれば、常にＩＢ２
〉Ｉｐ・ＩＢととなって、パルス溶接の方が同じ平均電
流でもアーク相互に働らく電磁力を小さくすることがで
きる。

０３　　本発明は上記（２）項で示した算式でも分かる
ように、第５図におけるτ（τ１．　ｔ２．τ３）をｆ
≧０とすることによって効果が大きくなる。しかし、τ
を大きくすることは溶接速度の方から限界がある。

αΦ　本発明による効果は、アークおよびその近傍の高
速度写真による観測でも確められた。

〔発明の効果〕 以上、具体的に説明したように２本発明において、一つ
のシールドノズル内に、複数の給電チップを設け、接近
させてアークを発生させるために、従来の一つのシール
ドノズル内に一つしか給電チップを設けない電極トーチ
による複数アーク溶接方法に比較して、溶接トーチのセ
ット操作、およびアーク点のねらいが容易になると共に
シールドガスの節約になる。また、アーク相互の干渉に
基づくスパッタを減少させるために、各電極に流れる電
流をパルス化し、かつ位相差を設けることによって安定
なアーク状態を得ると共に、高速溶接に適したアーク入
熱分布を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る消耗電極式アーク溶接
方法に適用される溶接トーチ部を示す（ａ）図は縦断面
図、同（ｂ）図はＢ−Ｂ矢視の横断面図、同（ｃ）図は
Ｃ−Ｃ矢視の横断面図、第２図は本実施例に係る第１図
の分解構成を示しく、）図はワイヤ送給用銅パイプの配
置の縦断面図、同（ｂ）図はＡ−Ａ矢視の横断面図。第
３図は本実施例に係る第１図の分解構成を示しく、）図
は冷却水用銅パイプとシールドガス用銅パイプの配置の
縦断面図、同（ｂ）図はＡ−Ａ矢視の横断面図。第４図
は本実施例に係る消耗電極式アーク溶接装置による溶接
状況の斜視図。第５図は本実施例に係るパルス電圧波形
の説明図。第６図は本実施例に係るパルス電流波形の説
明図。第７図は従来の消耗電極式アーク溶接に適用され
る溶接トーチ部の縦断面図である。 １・・・給電チップ、２・・・接手、３，４・・・絶縁
物。 ５・・・シールドノズル、６・・・金具、７・・・０リ
ング。 ８・・・ワイヤ送給用銅パイプ、９・・・冷却水用銅パ
イプ、１０・・・シールドガス用銅パイプ、１１・・・
ワイヤ、１２・・・ワイヤ送給モータ、１３・・・ロー
ラ。 １４・・・ワイヤリール、１５・・・シールドガス、１
６・・・溶接アーク、１７・・・被溶接材、１８・・・
固定金具。 １９・・・溶接電源、　　２０・・・設定器、２１・・
・ワイヤ送給速度制御器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 消耗電極を用いるアーク溶接において、一つのシールド
   ノズル内に相互に電気的に絶縁した複数の電極を設け、
   各電極に加えるパルス状電圧またはパルス状電流の位相
   を各電極ごとにピーク期間に略相当する大きさずつずら
   せて溶接することを特徴とする消耗電極式アーク溶接方
   法。