JPS63502412A - 溶極を用いる電孤スポット溶接方法 - 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】 溶極を用いる電弧スポット溶接方法 技術分野 本発明は、溶極を用いるアーク溶接に関し、更に詳しくは溶極を用いる電弧スポ ット溶接（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　ａｒｃ　５ｐｏｔ　ｗｅｌｄｉｎｇ）方法に 関する。

発明の背景 ロシアにおいて、書籍“溶接に関する研究及び溶接の生産経験（Ｓｔｕｄｉｅｓ 　ｏｎ、　ａｎｄ　Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　Ｅｘｐｅｒｉｅｎｅｅ　ｏｆ　Ｗｅ ｌｄｉｎｇ）″ニー・エム・スレザレフ（ＹＵ、　Ｍ、　５ｌｅｓａｒｅｖ＞、 ′建設並びに道路建造機械工学における溶接プラグ溶接（１’ｌｅｌｄ−Ｐｌｕ ｇ　Ｍｅｌｄ−ｉｎｇ　ｉｎ　ｔｈｅ　Ｃｏｎ５ｔｒｕｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｒ ｏａｄ　ＢｕｉｌｄｉｎｇＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）″、 マシギツ　パブリジング　ハウス（ＭａｓｈｇｉｚＰｕｂｌｉｓｈｉｎｇ　Ｈｏ ｕｓｅ）　、１９５５年、　７５−７６頁に記載されている装置によっておこな われる潜弧スポット溶接（ｓｕｂｍｅｒｇｅｄ　ａｒｃ　ｓｐｏｔｗｅｌｄｉｎ ｇ）方法は技術上周知である。この方法は溶極の端面と製品表面との間に溶接ア ーク（ｗｅｌｄｉｎｇ　ａｒｃ）を発生する導電装置（ｃｕｒｒｅｎｔ　ｃａｒ ｒｙｉｎｇ　ｄｅｖｉｃｅ）に対して溶極をしっかりと固定させることを包含す る。この溶極は、そのように形成されているので、溶融スペース（ｆｕｓｉｏｎ 　５ｐａｃｅ）内には送られない。

即ちそれは、むしろ、該電極が、溶接アーク（ｗｅｌｄｉｒ＋ｇ　ａｒｅ）の破 壊長さに等しい１迄、消耗されるように、溶接アークを引き伸ばすことによって のみ溶融される。溶接アークが発生される瞬間、溶極の端面は製品の表面から離 れるように移動され、そして溶接電流が減少する。

上記方法は、実際に実施するのに非常に簡単であるが、溶接スポット（ｔｗｅｌ ｄ　５ｐｏｔ）における熱放出（ｈｅａｔ　ｒｅｌｅａｓｅ）の集中が低いこと 、溶融サイクルの時間がより長１）こと、溶接材料及び電気エネルギーの比消費 量（ｓｐｅｃｉｆｉｅ　ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ）が増加せしめられること、過 剰な溶接スポットの余盛（ｒｅｉｎｆｏｒｅｅ−ｍｅｎｔ）を盛り上げるために 電気エネルギーの大部分が消費されることのたりに、上記方法は、むしろ役に立 たない、溶接アークの溶融能力（ｆｕｓｉｏｎ　ｃａｐａｃｉｔｙ）は非常に低 く、また得られる溶接スポットの質はよくない、それであるから、この方法は致 命的でない薄壁構造を溶接する場合にのみ適するにすぎない。

溶接プラグを用いて溶接する方法が技術上知られている（ＳＵ。

＾、第１０８２３３号）、この方法においては、被覆（ｃｏａｔｉｎｇ）を有し ており、しかも溶極導電装置（ｃｕｒｒｅｎｔ　ｅａｒｒｙｉＢ　ｄｅｖｉｃｅ ）（電極ホルダ）に対してしっかりと固定されている電極によって溶接が行われ 、電極は、溶融スペースに徐々に送られる間実質上一定値の溶接電流によって溶 融される。

上記の方法と比べて、この方法は、溶融速度に等しい速度で溶融スペース内に溶 極を送るために、広い適用分野を有しており、また上部の複数の穴を電極金属に より溶融°閉鎖されている上部の複数の穴により行われる厚い複数の継手の溶接 を可能とする。

同時に低い電極送り速度、電極被覆の存在及びこの溶接技術による電極において 可能とされる低い電流密度が、溶接スポットへの熱の授与（ｈｅａｔ　ｉｎｖｅ ｓｔｍｅｎｔ）の集中をきわめて低くし、溶接アークの溶融能力を低くし、溶接 サイクルの期間を長くし、溶接材料及び電気エネルギーの消費を増加させ、溶接 される継手の質を悪くする。

潜弧溶接技術が使用されるアークスポット溶接装置（ａｒｃｓｐｏｔ　ｗｅｌｃ ｌｉｒ＋ｇ　ｄｅｖｉｃｅ）によっておこなわれる溶極を用イル型皿スポット溶 接方法は、技術上知られている（参照：溶接に関する研究及び溶接の生産経験（ Ｓｔｕｄｉｅｓ　ｏｎ、　ａｎｄ　ＰｒｏｄｕｃｔｉｏｎＥｘｐｅｒｉｅｎｃｅ 　ｏｆ　Ｗｅｌｄｉｎｇ）　、ニー・エム・スレザレフ（ＹＵ、　Ｍ。

５ｌｅｓａｒｅｖ）、“建設並びに道路建造機械工学における溶接プラグ溶接（ １４ｅｌｄ−ＰｌｕｇＷｅｌｄｉｎｇ　ｉｎ　ｔｈｅ　Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉ ｏｎ　ａｎｄ　ＲｏａｄＢｕｉｌｃｌｉｎｇ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｅｎｇｉ ｎｅｅｒｉｎｇ）”、マシギツ　パブリジング　ハウス（Ｍａｓｈｇｉｚ　Ｐｕ ｂｌｉｓｈｉｎｇＨｏｕｓｅ）　１９５５年、　７８−７９頁）。

溶極は導電装置に対して固定され、溶極は溶融される部分の表面の上に位置せし められ、溶接アークは溶極の端面と前記部分の表面との間に発生させられる。溶 極は、溶接電流とアーク長さを実際変えないで、該溶極と共に導電装置を徐々に 下げることによって溶融される。該溶極の端面は、全溶接期間中、溶接される部 分から実質上溶接アークの長さに等しく離れて、溶接される部分の表面の上にと どまり、そして、溶接アークは引き伸ばされて溶接が完了する瞬間に、溶極の端 面は、一層大きな距離をおいて部品の表面から遠ざけられる。該電極の溶融金属 は、複数の大寸法のしずく状に溶接スポットに移される。その余盛と小さな溶融 加工領域（ｗｏｒｋｉＢ　ａｒｅａ　ｏｆ　ｆｕｓｉｏｎ）を有する。

溶極の溶融スペースへの動力式送り（ｐｏｗｅｒ−ａｓｓｉｓｔｅｄ　ｆｅｅｄ ）とフラックスによる溶接アークの保護とのために、この方法は、上記の方法と 比べて、幾分さらに高い溶接スポットにおける熱の集中と溶接アークの溶融能力 を特徴とする。

しかしながら、この方法では、溶極は、その溶融速度に等しい速度でゆっくりと 溶融スペースの方へ送られ、溶接過程は、溶融される部分の表面の上に伸ばされ た（より長い）溶接アークの発生をともなって起こる。この結果、溶接スポット への熱の授与の集中は低くなり、溶接サイクルの期間はより長くなり、溶接材料 及び電力の消費は増し、エネルギーの大部分は溶接スポットの過剰の余盛を得る ために無益に消費される。即ち溶接スポットは余盛なしに作ることはできず、ま た溶接される継手の品質は悪くなる。

発明の要約 本発明は、溶融スペース（ｆｕｓｉｏｎ　５ｐａｃｅ）への溶極の送りの条件と 溶接スポット（ｗｅｌｄ　５ｐｏｔ）の形成の条件が、溶接サイクル時間を縮め ることを可能とし、余盛のない溶接スポットを得ると共に、溶接材料と電気エネ ルギーの低い消費を得ることを可能とする溶極を用いる電型スポット溶接方法を 提供するという問題に基づくものである。

上記の問題は、導電装置（ｃｕｒｒｅｎｔ　ｅａｒｒｙｉｎｌＩｄｅｖｉｃｅ） に対して溶極を固定し、溶融されるべき部分の表面の上に前記溶極を位置させて 、溶極端面（ｅｎｄ　ｆａｃｅ）と溶極されるべき部分の表面との間に溶接アー ク（ｗｅｌｄ　ａｒｅ）を発生させ、溶極を溶融スペースの方へ送って、溶接ス ポットを形成するように、溶接を行う溶極を用いる電型スポット溶接方法におい て、本発明にしたがって、溶極の溶融速度を越える速度で、導電装置を溶融され る部分の表面に迅速に接近させることによって、溶極が溶融スペースに送られる ことによって解決される。

電極突出し長さの迅速な減少と共に、溶極の端面は、溶融される部分の厚さの少 なくとも１パーセントの深さで、溶融される部分の表面のレベルより下の溶融ス ペース内に沈められ、溶接は、溶接アークが発生される瞬間から開始され、該溶 極金属の溶接スポットへの移動がはじまる瞬間に完了せしめられることが好まし い。

本発明は、溶接期間及び溶接材料の消費を１０倍以上に減少させることを可能に すると共に、溶接生産力を向上させることを可能にする。エネルギーの消費は数 倍低くなり、溶接された継手の品質は大巾に向上せしめられ、溶接変形は著しく 減少せしめられ、製品の外側の外観は大いに向上せしめられる。

図面の簡単な説明 次に、本発明を添付の図面に示された特定の実施の態様に関して説明する。

図面において、第１図は、本発明にしたがった溶接の最初の段階における溶極導 電装置（ｃｏｎｓｕｍａｂｌｅ　ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ　ｃｕｒｒｅｎｔｃａｒｒ ｙｉｎｇ　ｄｅｖｉｃｅ）と溶接される製品の相対位置を示す。

第２図は、本発明にしたがった溶融スペースへの溶極の送りの開始を含む溶接の 段階を示す。

第３図は、本発明にしたがった溶融スペースへの溶極の送りの終りを含む溶接の 段階を示す。

第４図は、本発明にしたがった溶接アークの消勢（ｄ−ｅｅｎｅｒ−Ｈｉｚａｔ ｉｏｎ）及び余盛なしの溶接スポットの形成を含む溶接段階を示す。

第５図は、本発明にしたがった溶接の継続及び溶接スポットにおける余盛の形成 開始を含む段階を示す。

第６図は、本発明にしたがった溶接箇所（ｗｅｌｄ　ｐｏｉｎｔ）における余盛 の形成過程の中間段階を示す。

第７図は、本発明にしたがった溶接スポットの形成の過程の最終の段階を示す。

発明を実施するための最良の形態 本発明に係る溶極を用いる電型スポット電極法は次のように行われる。

溶接機に挿入される溶極１（第１図）は、導電装置２に対して固定されており、 この溶極１は、該溶極１の予め設定された突出し長さく　ｅｘｔｅｎｓ　ｉｏｎ 　）値ＩＩ　を有する。この１１の値は、溶極１の径と所望の溶接条件により選 択される１次いで、溶極１の端面３が、製品７の部分６と溶接されるべき部分で ある溶融されるべき部分５の表面４の上に位置せしめられる０次いで、周囲空気 に対する予め決められた溶接ゾーンの保護が、フラックスによるかまたは保護雰 囲気（ｐｒｏｔｅｃｔｉｎｇｅｔｍｏｓｐｈｅｒｅ）を用いるかいずれかによっ て設けられ、溶接アーク８が溶ｉ１の端面３と溶融される部分５の表面４との間 に発生される。この溶接アーク８は発信器によるか、その他の適当なすべての既 知の手段によって発生される０次いで導電装置２は、（第２図示の）矢印の方向 に迅速に部分５の表面４に接近せしめられ、その結果溶接アーク８の長さが瞬時 に短くせしめられる。この結果、溶接電流が極めて急速に増大し、高電流密度が 得られ、溶［ｉｌの金属がその端面３から盛んに蒸発し始める。

溶極１のこのような送り速度は、電極１の端面３が、溶融される部分５の表面４ より下に沈められるように、いかなる場合においても溶極１の溶融速度よりも速 くなければならない、この設備は、製品７の部分５．６の金属への熱放出（ｈｅ ａｔ　ｒｅ−Ｉｅａｓｅ）の極めて高度の集中をもたらす、溶極１の端面３が溶 融スペース９内に沈められる深さは、全溶接アーク８が部分５の表面４より下に 位置せしめられる深さでなければならない。

それは、それら条件下でのみ存在するので溶接される部分５及び６への熱放出の 最大に可能な集中を達成させることができ、アーク８の溶融能力（ｆｕｓｉｏｎ 　ｃａｐａｃｉｔｙ）を向上させ、且つ溶接品質を改良することができる。従っ て、これらの高い作業特性を保証するために、溶融される部分５の表面４より下 の溶融スペース９内へ、部分５の厚さの少なくとも１パーセントの深さに、溶［ １の端面３を沈めることが必要である。特定の加工工程の目的によって、端面３ を溶融スペース９内に沈めることが、溶融される部分５の厚さもしくはそれ以上 の深さで行えることは注目されるべきである。

溶接アーク８によっておきかえられる製品７の溶解金属１０が圧縮された溶接ア ーク８　（ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ　ｗｅｌｄｉｎｇ　ａｒｃ）の道を開くので、 製品７の金属への熱の放出の超高度の集中を保証する。

次いで溶ｆ！ｌの溶融スペース９内の送りが停止される（第３図）、溶極１の端 面からの溶極の金属の蒸発が続くにつれて、溶接アーク８の長さが、幾分より長 くなり、且つ溶解金属１０に溶接アー２８によって及ぼされる圧力が減少する。

溶接されている製品７の部分５及び６の溶解金属よりなるおきかえられる溶解金 属１０は、表面張力と重力によって制御され、最初の位置へ戻り始める０次いで 溶接アー２８の消勢される。かくして溶接工程が完了し、余盛（増大部）のない 溶接スポット１１（第４図）が製品７の部分５の表面４から突出することなく得 られる。

余盛のない溶接スポット１１が得られたのちに、溶極ｌの突出し長さくｅｘｔｅ ｎｓｉｏｎ）は幾分短くなり、ｐ２に等しくなる。これは、一部分圧縮された溶 接アー２８における増加された電流密度により溶極１の端面３から金属が蒸発す ることに起因する。

溶［！１の金属の溶融及び滴下移動がはじまったのちも溶接過程が継続されると （第５図、第６図及び第７図）、溶接スポット１１が増大部１２の形の余盛をと もなって得られる。この場合、溶極１の突出し長さは一層小さく、１３＜第７図 ）に等しい９次いで溶接アー２８の電気が切られ、溶接が停止される。

°それ故、工程の目的によって、溶接スポット１１は増大部１２の形の余盛をと もなって（第７図）、或はともなうことなしに（第４図）得ることができる。

本発明に係るスポット溶接方法は２５０＾／ｘｗ２以上の溶Ｉｉｌ内の電流密度 で行われる（第１図）、溶極１は、溶極１の単一ワイヤ、複合ワイヤ、或はよっ たワイヤ状で連続ワイヤ及び粉末ワイヤ（ｒｏｗｄｅｒ　ｗｉｒｅ）の形状であ ることができる。

さて本発明に係る方法をそれを実際に実施する特定の実施例によって説明する。

実施例１ ２ないし４■の厚さの重ね継手が電型サブマージスポット溶接（ｅｌｅｃｔｒｉ ｃａｌ　ａｒｃ　ｓｕｂ＋＊ｅｒｇｅｄ　５ｐｏｔ　ｗｅｌｄｉｎｇ）によって 溶接された。ｆ材の材料は熱間圧延された低炭素非研削鋼（ｈｏｔ−ｒｏｌｌｅ ｄ　ｌｏｗ−ｃａｒｂｏｎ　ｎｏｎ−ｇｒｏｕｎｄ　５ｔｅｅｌ）であり、ワイ ヤ（溶極１）の材料は低炭素鋼であった。

継手は０．３■の隙間で組合わせられた。

溶接条件： 溶極直径（ｚｗ　）　３．０ 溶極突出し長さく　ｍｙ　）　３０ 溶接電流（Ａ　）　２８００ 溶接時間（秒＞　０．０５ 溶極１の金属が溶接スポット１１へ移り始める前に溶接アークの消勢した。その 結果、外径が１２．Ｏｚｚであり、且つ一方のシートから他方のシートへ結合さ れる移り変わり地帯（コアゾ−ン（ｃｏｒｅ　ｚｏｎｅ）の直径が９．Ｏｚｚで ある溶接スポット１１が得られた。溶接後、溶極１の突出し長さは溶極１に対し て２１肩だけ減じられた。

得られた溶接プラグ（ｗｅｌｄ　ｐｌｕｇ）は増大部の形状の余盛を有せず、ま たどのような内外の欠陥（ｆｌａｗ）も有しないものであった。

実施例２ 実施例１においてのべられたのと同様な重ね継手が潜弧スポット溶接（ｓｕｂｍ ｅｒｇｅｄ　５ｐｏｔ　ｗｅｌｄｉｎｇ）によって溶接された。但し、溶接プラ グ１１（第７図）は、増大部１２の形状の余盛をともなって生成された。

溶接条件： 溶極直径（ｘ、）　３．０ 溶極突出し長さく溶接前）３０ 溶接後の溶極突出し長さく　１Ｍ　＞　２５溶接電流（Ａ　＞　２８００ 溶接時間（秒）０．１ 溶接アー７８は、溶極金属の溶接浴への移動が始まったのち且つ溶接スポット１ １の上に増大部状の形状の余盛１２を生成したのちに消勢された。

溶接の結果、溶接されるシート間のコア直径が１０ｘｘに等しく、１３ｚｚの外 側直径を有し、１．２ないし１．５ｘｘの余盛高さを有する溶接プラグ（溶接ス ポット１１）が得られた。

実施例３ 厚さ１．２ないし０，３ｕの重ね継手が炭酸ガス内でのスポット溶接によって溶 接された。ｆ３．材の材料は研削されてない熱間圧延された低炭素鋼であり、ワ イヤ（溶極１）の材料は低合金鋼（ｌｏｗ−ａｌ　ｌｏｙ　５ｔｅｅｌ　）であ った。

溶接条件： 溶極直径（ｘｚ）　２．０ 溶ｆｉｌ内の電流密度（＾／ｚｘ２）　４００溶接時間（秒）　Ｏ，ＯＳ 溶接の結果、外径が７．０１であり、一方のシートから他方のシートへ結合され る移り変わり地帯（コアゾーン）の直径は５．５ｉｚである溶接プラグが生成さ れた。

溶接プラグは余盛（増大部）を有せずまた、どのような内外の欠陥も有しないも のであった。

得られた溶接されたスポット継手の機械的な特性はそれに課されるすべての要件 に応するものであった。

本発明に係る方法は、連続的な個々のスポット溶接に対して有利に使用すること ができるのみならず、一つ或は数個の平行に連結された電源を用いて同時に平行 して多数のスポット溶接するものにも有利に使用することができる。溶接される 部分５が二つ或はそれ以上の層よりなる製品７も同様に溶接することができる。

本発明の方法はかと継手やＴ継手などのその他のタイプの継手にも使用すること ができる。

本発明にしたがって、溶極１の溶融速度を越える速度で部分５の表面に導電製ｗ ２を迅速に接近させることによって溶極１（第２図）を溶融スペース９内に送っ ておこなわれる電型スポット溶接方法は、溶融される部分５の表面の下の溶融ス ペース９内に溶極１を沈ませる過程が行われていることを確実にする。

したがって、溶接スポット１１（第４．５．６及び７図）における熱放出の集中 で材料の増加を保証する条件が与えられ、その結果、溶接サイクルは、１０倍以 上短くなり、溶接材料の消費が減少せしめられ、電気エネルギーの消費が数倍低 くなり、溶接変形が実質上減少せしめられ、また溶接される継手の品質及び製品 の外側の様子も良好となる。前記方法は、余盛のない溶接スポット１１を生成す ることを可能ならしめ、それ故、前記方法は、より高価で且つ巨大な装置を使用 することを要し、また溶接前の製品の準備に厳格な必要条件を課すことを要する 抵抗スポット溶接に取ってかわって、多数の応用に使用することができる。

加えて、溶接スポット１１における溶解金属の容積がきわめて小さいために、本 発明に係る方法は、空間内のいかなる場所においても広範囲にわたって金属を溶 接するのに有効に使用することができる。

産業上の利用可能性 本発明は、種々の保護雰囲気及び空間内の位置においてスポット及び溶接プラグ 溶接された継手を使用する製品及び構造物の製造に使用することができる。

閑際調査報告

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. １．導電装置（ｃｕｒｒｅｎｔ　ｃａｒｒｙｉｎｇ　ｄｅｖｉｃｅ）（２）に対 して溶極（１）を固定し、前記溶極（１）を溶融されるべき部分（５）の表面（ ４）の上に位置させて、前記溶極（１）の端面（ｅｎｄ　ｆａｃｅ）と溶融され る前記部分（５）の表面（４）との間に溶接アーク（８）を発生させ、前記溶極 （１）を溶融スペース（ｆｕｓｉｏｎ　ｓｐａｃｅ）（９）内に送って、溶接ス ポット（１１）を形成すると共に溶接を行う溶極を用いる電弧スポット溶接方法 において、前記溶極（１）が、該溶極（１）の溶融速度を越える速度で、前記導 電装置（２）を、溶融される前記部分（５）の表面（４）に、迅速に接近させる ことによって、前記溶融スペース（９）内に送られることを特徴とする溶極を用 いる電弧スポット溶接方法。
2. ２．前記溶極（１）の突出し長さの迅速な減少により、その端面（３）が、溶融 される前記部分（５）の厚さの少なくとも１パーセントに等しい深さで、溶融さ れる前記部分（５）の表面（４）のレベルより下の溶融スペース（９）内に沈め られ、その溶接が、溶接アーク（８）が発生した瞬間から始まって、前記溶極（ １）の金属の溶接スポット（１１）への移動が始まる瞬間迄行われることを特徴 とする請求の範囲第１項に記載の溶極を用いる電弧スポット溶接方法。