JP2000246436A - Device for cladding by welding using tig arc - Google Patents
Device for cladding by welding using tig arcInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明はＴＩＧアーク溶接装
置に係わり、ことに母材に対して異材を幅広に肉盛する
に好適な装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a TIG arc welding apparatus, and more particularly to an apparatus suitable for broadly depositing a different material on a base material.
【０００２】[0002]
【従来の技術】ＴＩＧアークを用いて肉盛溶接する場
合、従来はＴＩＧアークトーチとワイヤ添加トーチとを
一体に組み合わせ、あるいはワイヤトーチは固定したま
まのＴＩＧアークトーチを１０Ｈｚ以下の周波数でウイ
ービング（揺動）する装置を用いている。アークの移動
幅が１０ｍｍ未満のような比較的狭い場合は、本願と同
一出願人に係る特開平７−２７６０５０号公報に記載の
ように１０Ｈｚ程度でタングステン電極を揺動する装置
が知られていたり、あるいは５０Ｈｚなどの周波数でか
つ高速度でタングステン電極を揺動する装置も本願の出
願以前に提案されているが、それらは、そもそも装置の
構成上アークを１０ｍｍ以上振らせることは対象にして
いなかった。2. Description of the Related Art In the case of overlay welding using a TIG arc, conventionally, a TIG arc torch and a wire-added torch are integrally combined, or a TIG arc torch with a fixed wire torch is weaved at a frequency of 10 Hz or less. Moving). In the case where the movement width of the arc is relatively narrow, such as less than 10 mm, a device that swings a tungsten electrode at about 10 Hz as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-276050 according to the same applicant as the present application is known. Alternatively, a device for oscillating a tungsten electrode at a frequency such as 50 Hz and at a high speed has been proposed prior to the filing of the present application, but they are not intended to oscillate the arc by 10 mm or more in the first place due to the configuration of the device. Was.
【０００３】いずれにしても１０ｍｍを越える幅でアー
クを動かす場合には、従来はスライドベースあるいはロ
ボットに搭載してロボットのアームでＴＩＧトーチ全体
を動かすのが通常で、そのようにしてアークを動かす場
合には、大きな機構を動かすためにほとんどの場合が１
０Ｈｚ以下の低いウイービング周波数であった。例え
ば、特開昭５２−１１３３４６号公報の肉盛装置では毎
分１００往復、また特開昭６２−２１２０６５号公報の
肉盛装置では毎分１２０〜２７０回で往復移動させてお
り、いずれも母材溶融を図っている。In any case, when the arc is to be moved in a width exceeding 10 mm, conventionally, the entire TIG torch is usually mounted on a slide base or a robot and the arm of the robot is used to move the TIG torch. In most cases, 1
The weaving frequency was lower than 0 Hz. For example, the cladding apparatus disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 52-113346 reciprocates 100 times per minute, and the cladding apparatus disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-212065 reciprocates 120 to 270 times per minute. The material is being melted.
【０００４】一方、母材を溶融しないでＴＩＧアークを
用いて肉盛する例としては、自動車の板金部の継ぎ目を
外見的に平滑にするために、例えば銅―珪素系合金をろ
う材として用い、ＴＩＧで母材とろう材を加熱して充填
するＴＩＧろう付けが行われていることが知られてい
る。この場合、ＴＩＧアークは薄板上に発生するので４
０Ａから７０Ａなど低アーク電流が採用され、トーチは
揺動することなしに継ぎ目に沿って移動する。On the other hand, as an example of using a TIG arc without melting a base material, a copper-silicon alloy is used as a brazing material, for example, in order to externally smooth a joint of a sheet metal portion of an automobile. It has been known that TIG brazing in which a base material and a brazing material are heated and filled with TIG is performed. In this case, since the TIG arc occurs on the thin plate,
A low arc current, such as 0A to 70A, is employed and the torch moves along the seam without rocking.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】ＴＩＧアークを用いた
従来装置では、基本的にはＴＩＧアークが母材を溶融し
て溶込みを十分に形成するので、母材と異なる成分を肉
盛する場合には母材に依る希釈がしばしば問題になって
いた。ことに、銅あるいは銅合金を炭素鋼上に肉盛する
場合には、溶融した銅と溶融した鉄成分とはほとんど固
溶し合わないために、溶着金属は銅―鉄の混合組織とな
って遊離鉄が形成され、しばしば肉盛金属表面に現れて
きて耐摩耗性や耐食性を劣化させることになった。In a conventional apparatus using a TIG arc, the TIG arc basically melts the base material to form a sufficient penetration. In many cases, dilution with a base material was often a problem. In particular, when overlaying copper or copper alloy on carbon steel, molten copper and molten iron component hardly form a solid solution, so the deposited metal has a mixed structure of copper and iron. Free iron was formed and often appeared on the surface of the build-up metal, deteriorating wear resistance and corrosion resistance.
【０００６】また、炭素鋼側の溶接熱影響で粗粒化した
部分のオーステナイト結晶粒界に銅が浸入してきて（浸
銅現象）炭素鋼の延性を低下させることも問題として残
されていた。Another problem remains that copper enters the austenite crystal grain boundaries in the part coarsened by the influence of welding heat on the carbon steel side (copper immersion phenomenon), thereby lowering the ductility of the carbon steel.
【０００７】また、銅合金を炭素鋼上に肉盛溶接する場
合、一層目の溶接は、熱伝導率の低い材質を母材として
いるため比較的容易に溶着できるが、２層目、３層目と
なるに従い熱伝導率の高い肉盛金属成分の上に肉盛する
ことになるため溶接作業が困難になる。従って、必要と
する肉盛厚さが３ｍｍを越える場合には、通常は多層盛
りになるが、６ｍｍ程度までの肉盛厚さであれば、でき
ることなら一層肉盛で済ませたい。In addition, when overlaying a copper alloy on carbon steel, the first layer can be relatively easily welded because the base material is a material having low thermal conductivity. The welding work becomes difficult because the metal is built up on the metal component having a high thermal conductivity as it becomes visible. Therefore, when the required build-up thickness exceeds 3 mm, it usually becomes a multi-layer build-up, but if the build-up thickness is up to about 6 mm, it is desirable to complete the build-up as much as possible.
【０００８】しかし、肉盛ビード幅が狭い場合にはビー
ドトウ部のぬれ角が大きくなるので、隣接ビードを置く
ときにビード重ね部で融合不良部を形成するので一層で
６ｍｍのような厚い肉盛溶接条件は採用できない問題が
あった。However, if the bead width is narrow, the wetting angle of the bead toe becomes large, and a defective fusion portion is formed by overlapping the beads when placing adjacent beads. There was a problem that welding conditions could not be adopted.
【０００９】また、亜鉛を含んだ銅合金を肉盛する場合
には、亜鉛は蒸気圧が低いために蒸発しやすく、ＴＩＧ
アークを用いた肉盛は多量の亜鉛あるいは酸化亜鉛のヒ
ュームを発生するために作業が困難で、また肉盛金属中
に亜鉛が沸騰したために発生した気孔が残留するなどが
あり、このため通常はあまり温度が高くならないガス炎
を用いて肉盛するのが通常であった。しかし、ガス炎を
用いた肉盛は、作業時間が非常に掛かる問題があった。When a copper alloy containing zinc is built up, zinc is easily evaporated because of its low vapor pressure.
Hardfacing using an arc is difficult to work because it generates a large amount of fumes of zinc or zinc oxide, and pores generated by the boiling of zinc in the cladding metal remain. It was usual to build up with a gas flame that did not get too hot. However, overlaying using a gas flame has a problem that the working time is extremely long.
【００１０】本発明の第１の目的は、 銅合金を炭素鋼
上に肉盛する場合など肉盛金属の融点が母材溶融温度よ
り低い金属を肉盛する場合に、高能率に肉盛するために
大電流のＴＩＧアークを用いながらも母材側を溶融しな
いように図り、また母材の肉盛境界部母材側の結晶粒を
なるべく粗大化しないように図りながら肉盛溶接する装
置を提供することにある。A first object of the present invention is to provide a high-efficiency cladding for a metal whose melting point is lower than the melting point of the base metal, such as when a copper alloy is clad on carbon steel. For this reason, a device for overlay welding while trying not to melt the base material side while using a large current TIG arc, and also trying to minimize the crystal grains on the base material side of the build-up boundary portion of the base material as much as possible. To provide.
【００１１】また、ＴＩＧアークを用いて幅広い肉盛ビ
ードを形成することにより、一層でより厚肉の肉盛がで
きるようにすることにある。Another object of the present invention is to form a thicker build-up by forming a wide build-up bead using a TIG arc.
【００１２】本発明の第２の目的は、なるべく添加ワイ
ヤや溶融池を形成している溶融金属から直接アークが発
生しないように図り、亜鉛ヒュームなどヒューム発生を
低減する装置を提供することにある。A second object of the present invention is to provide an apparatus for reducing the generation of fumes such as zinc fumes by minimizing the occurrence of arcs directly from the additive wire or the molten metal forming the molten pool. .
【００１３】[0013]
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明は主として次のような構成を採用する。In order to solve the above problems, the present invention mainly employs the following configuration.
【００１４】ＴＩＧトーチとワイヤトーチとを用いて前
記ワイヤトーチからの添加ワイヤを母材に肉盛溶接する
肉盛溶接装置であって、前記ＴＩＧトーチはアーク電流
３００Ａ以上のＴＩＧアークを発生し、前記ＴＩＧトー
チのタングステン電極は、振幅１０ｍｍ以上で且つ周波
数１０Ｈｚ以上で前記電極の先端を揺動移動し、前記母
材より低い融点の前記添加ワイヤを添加して肉盛溶接す
るＴＩＧアークを用いた肉盛溶接装置。An overlay welding apparatus for overlay welding an additional wire from the wire torch to a base material using a TIG torch and a wire torch, wherein the TIG torch generates a TIG arc having an arc current of 300 A or more. The tungsten electrode of the torch is oscillated at the tip of the electrode at an amplitude of 10 mm or more and at a frequency of 10 Hz or more, and the addition wire having a melting point lower than that of the base material is added and the overlay welding using a TIG arc is performed. Welding equipment.
【００１５】また、前記ＴＩＧアークを用いた肉盛溶接
装置において、前記母材の表面をほとんど溶融しない程
度の、アーク電流を流すか又は前記タングステン電極の
移動速度とするＴＩＧアークを用いた肉盛溶接装置。[0015] In the overlay welding apparatus using the TIG arc, an arc current is applied to the base material so as to hardly melt the surface of the base material or the TIG arc is used as a moving speed of the tungsten electrode. Welding equipment.
【００１６】また、前記ＴＩＧアークを用いた肉盛溶接
装置において、前記電極の前記母材表面に対する揺動位
相と同期して前記アーク電流の大きさを制御して、前記
母材表面を略均一に加熱するＴＩＧアークを用いた肉盛
溶接装置。In the overlay welding apparatus using the TIG arc, the magnitude of the arc current is controlled in synchronization with a swing phase of the electrode with respect to the surface of the base material so that the surface of the base material is substantially uniform. Welding equipment using a TIG arc that heats to a high temperature.
【００１７】また、前記ＴＩＧアークを用いた肉盛溶接
装置において、前記アーク電流の大きさを一定に保ち、
前記電極の揺動位相に対応して電極揺動速度を制御し
て、前記母材表面を略均一に加熱するＴＩＧアークを用
いた肉盛溶接装置。Further, in the overlay welding apparatus using the TIG arc, the magnitude of the arc current is kept constant,
An overlay welding apparatus using a TIG arc that controls an electrode swing speed in accordance with the electrode swing phase to heat the base material surface substantially uniformly.
【００１８】[0018]
【発明の実施の形態】本発明の実施形態に係るＴＩＧア
ーク溶接装置について、図１と図２を用いて以下説明す
る。図１は本実施形態の肉盛溶接装置を用いて肉盛溶接
中の溶接ヘッド１を概略的に示した説明図である。図２
は溶接進行方向から図１の溶接ヘッド１を見たときのＴ
ＩＧアークトーチ２とワイヤトーチ３と溶接電源との接
続状態を概略的に示した説明図である。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A TIG arc welding apparatus according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. FIG. 1 is an explanatory view schematically showing a welding head 1 during overlay welding using the overlay welding apparatus of the present embodiment. FIG.
Is T when the welding head 1 of FIG. 1 is viewed from the welding direction.
It is explanatory drawing which showed roughly the connection state of IG arc torch 2, wire torch 3, and welding power supply.
【００１９】ここにおいて、１は溶接ヘッド、２はＴＩ
Ｇトーチ、３はワイヤトーチ、４はタングステン電極、
５は電極アクチュエータ、６は絶縁材、７は銅チップ、
８は支持台、９は筐体、１０はワイヤ、１１はコンタク
トチューブ、１２はセラミックガイド、１３は母材、１
４は溶融池、１５はワイヤ電源、１６はアーク電源、１
７はアーク、１８は軸芯軸、１９はシールドノズル、２
０は肉盛ビード、をそれぞれ表す。Here, 1 is a welding head, 2 is a TI
G torch, 3 for wire torch, 4 for tungsten electrode,
5 is an electrode actuator, 6 is an insulating material, 7 is a copper chip,
8 is a support, 9 is a housing, 10 is a wire, 11 is a contact tube, 12 is a ceramic guide, 13 is a base material, 1
4 is a molten pool, 15 is a wire power supply, 16 is an arc power supply, 1
7 is an arc, 18 is a shaft axis, 19 is a shield nozzle, 2
0 represents an overlay bead.
【００２０】図１に示す溶接ヘッド１の内部には、ＴＩ
Ｇトーチ２を振り子状に揺動する機構が組み込まれてい
る。即ち、先端にタングステン電極４を取り付けたト−
チ２を電磁アクチュエータ５に絶縁部材６を介して機構
的に直結し、ＴＩＧトーチ１は両側から図示していない
バネで拘束しておいて、電磁アクチュエータ５に交流電
流を流して揺動させ、その駆動力とバネとの作用で１０
Ｈｚ以上の周波数で自励発振的に揺動するように構成し
ているので、常に共振あるいは共振に近い状態で揺動し
ている。Inside the welding head 1 shown in FIG.
A mechanism for swinging the G torch 2 like a pendulum is incorporated. That is, a toe having a tungsten electrode 4 attached to the tip end.
The TIG torch 1 is mechanically directly connected to the electromagnetic actuator 5 via an insulating member 6, and the TIG torch 1 is restrained from both sides by springs (not shown). By the action of the driving force and the spring, 10
Since it is configured to oscillate by self-excited oscillation at a frequency of not less than Hz, it always oscillates at resonance or near resonance.
【００２１】以前に提案されているＴＩＧ溶接装置で
は、タングステン電極の揺動振幅は５ｍｍ以下でなるべ
く高い周波数で揺動させるためにバネ定数３０Ｎ／ｍｍ
以上の強いバネで拘束していたが、本発明の実施形態で
は揺動振幅を大きくするために、バネ定数２０Ｎ／ｍｍ
以下の小さい弱いバネを用いた。ここで、ＴＩＧトーチ
２は図示していない２本の冷却水用のホースと接続して
おり、トーチ先端のタングステン電極を保持している銅
チップ７は水冷されている。In the TIG welding apparatus proposed previously, the swing amplitude of the tungsten electrode is 5 mm or less, and the spring constant is 30 N / mm in order to swing at a frequency as high as possible.
In the embodiment of the present invention, in order to increase the swing amplitude, the spring constant is set to 20 N / mm.
The following small weak springs were used. Here, the TIG torch 2 is connected to two cooling water hoses (not shown), and the copper tip 7 holding the tungsten electrode at the tip of the torch is water-cooled.
【００２２】電磁アクチュエータ５は支持台８によって
溶接ヘッド１の筐体９に固定されている。一方、添加ワ
イヤ１０は図示されていないワイヤ送給装置から図示さ
れていないコンジットを経由してコンタクトチューブ１
１、セラミックガイド１２を通り、母材１３上の溶融池
１４へと送給される。The electromagnetic actuator 5 is fixed to a housing 9 of the welding head 1 by a support 8. On the other hand, the addition wire 10 is supplied from a wire feeder (not shown) to the contact tube 1 via a conduit (not shown).
1. It is fed to the molten pool 14 on the base material 13 through the ceramic guide 12.
【００２３】図２に示すように、ワイヤトーチ３は３
ａ，３ｂ，３ｃの３本あり、それぞれ別々に３台のワイ
ヤ加熱電源１５ａ，１５ｂ，１５ｃの＋端子側に接続さ
れている。そして各ワイヤ電源１５ａ，１５ｂ，１５ｃ
のー端子側は、母材１３に接続されている。またＴＩＧ
トーチ２は、アーク電源１６のー端子側に接続、アーク
電源１６の＋側端子は母材１３に接続されている。この
ようにしてタングステン電極４と母材１３間にアーク１
７が形成される。As shown in FIG. 2, the wire torch 3
a, 3b, and 3c, each of which is separately connected to the + terminal side of three wire heating power supplies 15a, 15b, and 15c. And each wire power supply 15a, 15b, 15c
Is connected to the base material 13. Also TIG
The torch 2 is connected to the negative terminal side of the arc power supply 16, and the positive terminal of the arc power supply 16 is connected to the base material 13. In this manner, the arc 1 is placed between the tungsten electrode 4 and the base material 13.
7 is formed.
【００２４】タングステン電極４の先端は、電磁アクチ
ュエータ５の軸芯軸１８を支点として図２の矢印のよう
に振り子状に正弦波的に揺動する。軸芯軸１８からタン
グステン電極４先端までは約２００ｍｍあり、ＴＩＧト
ーチ２が±７．１度振れるとき先端の全揺動幅は５０ｍ
ｍとなる。なお、筐体９には図示されていないガスホー
スが接続されており、ＴＩＧトーチ２及びワイヤトーチ
３を囲む形に取り付けられたシールドノズル１９からシ
ールドガスが流出するように構成されている。このよう
にしてアーク１７発生部にワイヤ１０を供給し、母材１
３上に肉盛ビード２０を形成する。The tip of the tungsten electrode 4 swings sinusoidally in a pendulum shape as shown by an arrow in FIG. 2 with the axis 18 of the electromagnetic actuator 5 as a fulcrum. The distance from the shaft 18 to the tip of the tungsten electrode 4 is about 200 mm. When the TIG torch 2 swings ± 7.1 degrees, the total swing width of the tip is 50 m.
m. A gas hose (not shown) is connected to the housing 9 so that the shield gas flows out of a shield nozzle 19 attached to surround the TIG torch 2 and the wire torch 3. In this way, the wire 10 is supplied to the arc 17 generating portion, and the base material 1
A build-up bead 20 is formed on 3.
【００２５】表１に、図１および図２の装置を用いて、
軟鋼板上に純銅および丹銅（２０％Ｚｎ―８０％Ｃｕ）
を肉盛溶接したときの適正溶接条件を示す。In Table 1, using the apparatus of FIGS. 1 and 2,
Pure copper and copper (20% Zn-80% Cu) on mild steel plate
Shows the proper welding conditions when overlay welding was performed.
【００２６】[0026]
【表１】 [Table 1]
【００２７】ホットワイヤ法でワイヤを融点近くまで加
熱して添加しているので、アークがワイヤを溶融するの
に使われる熱量は比較的少なく、アーク熱のほとんどが
母材加熱に生かされる。従って、高能率に肉盛溶接する
にはなるべく母材を大入熱で加熱する方が良く、それに
はアーク電流をできるだけ高くすると良い。Since the wire is heated and added to near the melting point by the hot wire method, the amount of heat used to melt the wire by the arc is relatively small, and most of the arc heat is used for heating the base material. Therefore, it is better to heat the base metal with a large heat input as much as possible in order to achieve high-efficiency overlay welding, and it is better to increase the arc current as much as possible.
【００２８】しかし、３００Ａを越すような高電流のＴ
ＩＧアークはアークの集中性が高まり、母材を強力に溶
融するので、肉盛金属中に母材成分が溶け込むことにな
る。しかしタングステン電極を高速度で母材上を移動さ
せるとアークが母材を局部的に溶融することができなく
なる。その様な状態は揺動幅１０ｍｍ以上で、揺動周期
１０Ｈｚ以上で揺動するときに達成できることがわかっ
た。However, a high current T exceeding 300 A
The IG arc increases the concentration of the arc and strongly melts the base metal, so that the base metal component dissolves in the overlay metal. However, when the tungsten electrode is moved over the base material at a high speed, the arc cannot locally melt the base material. It has been found that such a state can be achieved when the rocking width is 10 mm or more and the rocking frequency is 10 Hz or more.
【００２９】アーク電流を３００Ａ以下にすると、母材
加熱能力が弱まり、あまり能率良く作業を行うことがで
きない。When the arc current is set to 300 A or less, the base material heating ability is weakened, and the work cannot be performed very efficiently.
【００３０】肉盛厚さは、主としてワイヤ送給速度を制
御することによって調整できる。溶接速度は母材材質と
肉盛幅によって、適正な母材加熱を行う速度に選定す
る。The overlay thickness can be adjusted mainly by controlling the wire feeding speed. The welding speed is selected to be an appropriate speed for heating the base material according to the base material and the build-up width.
【００３１】ワイヤの挿入は、溶接進行方向の前方、後
方どちら側からでもよいが、丹銅や黄銅など、亜鉛を多
量に含むワイヤを肉盛するときには後方側からワイヤ挿
入する方が好ましく、そして図２のようにワイヤ１０側
を＋となるように接続する。すなわち、アーク１７がワ
イヤ電流による磁気吹きによって、ワイヤから離れるよ
うに吹かれ、そしてワイヤ１０をアーク１７後方の溶融
池に入れているのでアーク１７が溶融池１４の前方側に
吹かれて、母材１３から直接発生するようにする。これ
により蒸発による亜鉛の減量が少なくなる。The wire may be inserted from the front side or the rear side in the welding progress direction. However, when overlaying a wire containing a large amount of zinc, such as brass or brass, it is preferable to insert the wire from the rear side. As shown in FIG. 2, the wire 10 is connected so as to be positive. That is, the arc 17 is blown away from the wire by magnetic blowing by the wire current, and since the wire 10 is inserted into the molten pool behind the arc 17, the arc 17 is blown forward of the molten pool 14 and It is generated directly from the material 13. This reduces the zinc loss due to evaporation.
【００３２】本発明の実施形態によると、ワイヤ加熱電
源の＋側にワイヤ側への通電端子を接続し母材側をワイ
ヤ加熱電源のー側に接続して添加ワイヤに直流電流を流
して加熱するホットワイヤ方法を採用し、かつワイヤを
溶接進行方向後方側から溶融池に向けて挿入することに
よって、タングステン電極をアーク電源のー（マイナ
ス）側に接続して形成したＴＩＧアークがワイヤ側に接
近しないようにしているのである。According to the embodiment of the present invention, the positive terminal of the wire heating power supply is connected to the power supply terminal to the wire side, the base material side is connected to the negative side of the wire heating power supply, and a direct current is supplied to the additional wire to heat the wire. The TIG arc formed by connecting the tungsten electrode to the minus (-) side of the arc power source by adopting the hot wire method of They try not to approach.
【００３３】本実施形態の溶接ヘッド１は、ＴＩＧトー
チ２が共振状態で揺動しているので、タングステン電極
４先端は図３に見られるように、正弦波状に動いてお
り、最大振幅近くにアークが滞在する時間が揺動中央部
付近で滞在する時間に比べて比較的長い。In the welding head 1 of the present embodiment, the tip of the tungsten electrode 4 moves in a sine wave shape as shown in FIG. The time that the arc stays is relatively longer than the time that it stays near the center of the swing.
【００３４】換言すると、例えば、ＴＩＧトーチ２が、
図２で中央位置からスタートして右方向に移動しその右
端（π／２時点）で引き返して左方向に移動してその左
端（３π／２時点）に達した後に方向変換して原位置の
中央位置（２π時点）に戻る経過をみると、その右端と
左端またはその近傍位置では、中央位置に比べて、母材
にアークがさらされる時間が長くなる（中央位置では最
初と最後にアークにさらされるが、その時間間隔が長く
なり、その時間間隔の間にアークにさらされる母材の箇
所はずれることとなる）。In other words, for example, the TIG torch 2
In FIG. 2, starting from the center position, moving rightward, turning back at the right end (time point π / 2), moving leftward, reaching the left end (time point 3π / 2), and changing the direction to return to the original position. Looking at the process of returning to the center position (time point 2π), the time at which the arc is exposed to the base material is longer at the right end and the left end or in the vicinity thereof than at the center position. Exposed, but the time interval is lengthened, and the portion of the base metal exposed to the arc during that time interval will shift).
【００３５】そのために図３の破線のようにアーク電流
４５０Ａ一定にすると、図４の肉盛ビード断面に見られ
るように、ビード２１両端での母材溶け込みが深くな
る。しかし、肉盛では母材の溶け込みが均一になること
が望ましい。殊に銅合金を炭素鋼上に肉盛する場合に
は、母材溶け込みなく肉盛できることが好ましい。For this reason, when the arc current is fixed at 450 A as shown by the broken line in FIG. 3, the penetration of the base material at both ends of the bead 21 becomes deep as seen in the cross-section of the overlay bead in FIG. However, it is desirable that the base material be uniformly mixed in the overlay. In particular, when a copper alloy is clad on carbon steel, it is preferable that the cladding be able to be clad without melting into the base material.
【００３６】そこで図３の実線で示すように、揺動位相
と同期して、すなわち最大振幅位置近くではアーク電流
を３５０Ａに下げ、揺動中心近くではアーク電流を５０
０Ａに高めるようにすると、図５のように母材溶け込み
なくかつ肉盛境界はきちんと母材１３と融合したビード
２２を形成できた。Therefore, as shown by the solid line in FIG. 3, the arc current is reduced to 350 A in synchronization with the oscillation phase, that is, near the maximum amplitude position, and is reduced by 50 A near the oscillation center.
When the temperature was increased to 0A, a bead 22 which did not melt into the base material and had the cladding boundary properly fused with the base material 13 could be formed as shown in FIG.
【００３７】図３では、タングステン電極の正弦波的な
動きに合わせてアーク電流を制御したが、アーク電流を
一定にして、かつ母材表面加熱状態が一定になるように
ＴＩＧトーチの動きを制御することによっても、良好な
母材加熱を達成することができる。この場合、電磁アク
チュエータとしては、サーボモータを用いて、揺動端部
でのタングステン電極の移動速度を速くし、揺動中心部
での移動速度を遅くするように制御することが必要とな
る。In FIG. 3, the arc current is controlled in accordance with the sinusoidal movement of the tungsten electrode. However, the movement of the TIG torch is controlled so that the arc current is constant and the surface heating state of the base material is constant. By doing so, good base material heating can be achieved. In this case, it is necessary to use a servomotor as the electromagnetic actuator to control the moving speed of the tungsten electrode at the oscillating end portion to be high and the moving speed at the oscillating center portion to be low.
【００３８】本実施形態では、広幅のビードを形成する
ために、揺動幅５０ｍｍとし、３本のワイヤトーチを用
いたが、肉盛する金属の流動性がよければ１本でも良
く、また能率を上げるために更にワイヤトーチの本数を
増やしても良い。In this embodiment, in order to form a wide bead, a swing width of 50 mm and three wire torches are used. However, if the flowability of the metal to be built up is good, one wire may be used. To increase the number, the number of wire torches may be further increased.
【００３９】また、添加ワイヤはＺｎなど低蒸発温度の
金属を含むワイヤ材質であって（表１参照）、前記添加
ワイヤを通電加熱して前記ワイヤの溶融速度を高めるよ
うにしても良い。Further, the additive wire may be a wire material containing a metal having a low evaporation temperature such as Zn (see Table 1), and the additive wire may be heated by energizing to increase the melting rate of the wire.
【００４０】以上説明したように、本発明の実施形態
は、次のような構成例と機能乃至作用を奏するものを含
むものである。タングステン電極先端を振幅１０ｍｍ以
上で、かつ周波数１０Ｈｚ以上で揺動しながらＴＩＧア
ークを発生できるようにし、アーク電流３００Ａ以上の
ＴＩＧアークを発生させながらワイヤを添加して幅広に
肉盛溶接するように構成する。そして、母材表面を溶融
しない程度のアーク電流及び移動速度とし、母材より低
い融点のワイヤを添加しながら肉盛することにより、よ
り良好に溶接する。As described above, the embodiments of the present invention include those having the following configuration examples and functions or functions. In order to generate a TIG arc while oscillating the tungsten electrode tip with an amplitude of 10 mm or more and a frequency of 10 Hz or more, add a wire while generating a TIG arc of an arc current of 300 A or more, and weld overlaid broadly. Constitute. An arc current and a moving speed are set so as not to melt the surface of the base material, and the welding is performed more favorably by overlaying while adding a wire having a lower melting point than the base material.
【００４１】これらの場合には揺動するアーク下の母材
表面をなるべく均一に加熱するように、電極揺動位相と
同期してアーク電流を制御、あるいはアーク電流を一定
に保って電極揺動位相に対応して電極揺動速度を制御す
ることが好ましい。In these cases, the arc current is controlled in synchronism with the electrode oscillating phase, or the electrode oscillates while keeping the arc current constant, so as to heat the base material surface under the oscillating arc as uniformly as possible. It is preferable to control the electrode swing speed in accordance with the phase.
【００４２】さらに、添加ワイヤを通電加熱してワイヤ
を溶融点近くまで加熱することによりワイヤ溶融速度を
高めるようにする方が好ましい。Further, it is preferable to increase the wire melting rate by heating the wire to a temperature near the melting point by electrically heating the added wire.
【００４３】[0043]
【発明の効果】本発明によれば、母材を幅広くかつ効率
よく加熱できるＴＩＧアークを熱源として使用でき、ま
たワイヤを通電加熱してワイヤ溶融をより効果的に行っ
ているので、肉盛作業が著しく能率良く、かつ経済的に
行えるようになった。ことに亜鉛を多量に含む黄銅系の
合金は、従来はガス溶接しなければならなかったが、本
発明によればＴＩＧアーク肉盛できるようになったの
で、作業能率が著しく改善できる。According to the present invention, a TIG arc capable of widely and efficiently heating a base material can be used as a heat source, and the wire is electrically heated to melt the wire more effectively. Has become remarkably efficient and economical. In particular, a brass alloy containing a large amount of zinc had to be gas-welded in the past, but according to the present invention, the TIG arc can be built up, so that the working efficiency can be remarkably improved.
【００４４】また、本発明によれば、例えば母材の炭素
鋼をほとんど溶融することなしに銅あるいは銅合金など
を肉盛溶接できる。すなわち、母材による肉盛金属の希
釈は、溶融している肉盛金属が母材と冶金反応を起こす
ことによる溶解程度で、非常に少ない。また炭素鋼上に
銅あるいは銅合金を肉盛する場合には、本発明によれば
炭素鋼側の溶接熱影響での粗粒化がほとんど進展せず、
またそのオーステナイト結晶粒界に銅が浸入することも
ほとんど発生せず、発生した場合でも銅の浸入深さが極
めて浅く、母材炭素鋼の延性を実用的に問題になるほど
低下させることもない。Further, according to the present invention, for example, copper or a copper alloy can be overlay-welded without almost melting the base material carbon steel. In other words, the dilution of the build-up metal by the base material is very small, which is a degree of dissolution due to the metallurgical reaction of the molten build-up metal with the base material. In addition, when overlaying copper or a copper alloy on carbon steel, according to the present invention, coarsening hardly progresses under the influence of welding heat on the carbon steel side,
Further, copper does not substantially enter the austenite crystal grain boundary, and even if it does, the copper penetration depth is extremely shallow, and the ductility of the base carbon steel is not reduced to a practically problematic level.
【００４５】また、ビード幅５５ｍｍ、厚さ６ｍｍなど
が１層で肉盛できるので、軸受け部などあまり幅が広く
なく厚さもあまり厚くない肉盛部は１パスで、即ち欠陥
が入りやすい隣接ビードとの重ねなしに完了できる。Since a bead width of 55 mm and a thickness of 6 mm can be built up in one layer, a build-up portion that is not too wide and not too thick, such as a bearing portion, is formed in one pass, that is, an adjacent bead in which defects easily enter. Can be completed without overlapping.
【００４６】このように本発明は、ことに銅合金を炭素
鋼上に肉盛する場合など、母材より低融点の肉盛溶接に
適用するとき、工業上多大の効果を発揮する。As described above, the present invention has a great industrial effect when applied to overlay welding having a melting point lower than that of the base metal, such as when overlaying a copper alloy on carbon steel.
【図１】本発明の実施形態に係るＴＩＧアークを用いた
肉盛溶接装置を示す図である。FIG. 1 is a view showing a build-up welding apparatus using a TIG arc according to an embodiment of the present invention.
【図２】図１の肉盛溶接装置を溶接進行方向から見た図
である。FIG. 2 is a view of the overlay welding apparatus of FIG. 1 as viewed from a welding progress direction.
【図３】本実施形態のアーク電流制御を説明する図であ
る。FIG. 3 is a diagram illustrating arc current control according to the present embodiment.
【図４】良好でない肉盛ビードの断面図の例である。FIG. 4 is an example of a cross-sectional view of a poor build-up bead.
【図５】適正な肉盛ビードの断面図の例である。FIG. 5 is an example of a cross-sectional view of a proper build-up bead.
１ 溶接ヘッド ２ ＴＩＧトーチ ３ ワイヤトーチ ４ タングステン電極 ５ 電極アクチュエータ ６ 絶縁材 ７ 銅チップ ８ 支持台 ９ 筐体 １０ ワイヤ １１ コンタクトチューブ １２ セラミックガイド １３ 母材 １４ 溶融池 １５ ワイヤ電源 １６ アーク電源 １７ アーク １８ 軸芯軸 １９ シールドノズル ２０ 肉盛ビード DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Welding head 2 TIG torch 3 Wire torch 4 Tungsten electrode 5 Electrode actuator 6 Insulation material 7 Copper chip 8 Support stand 9 Housing 10 Wire 11 Contact tube 12 Ceramic guide 13 Base material 14 Melt pool 15 Wire power supply 16 Arc power supply 17 Arc 18 axis Core shaft 19 Shield nozzle 20 Overlay bead
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 永島 利治 広島県呉市宝町５番３号 バブ日立工業株 式会社内 Ｆターム(参考） 4E001 AA03 BB07 CA01 DA07 DC01 DC02 DF04 EA01 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing from the front page (72) Inventor Toshiharu Nagashima 5-3 Takaracho, Kure-shi, Hiroshima Fab term in Bab Hitachi Industrial Co., Ltd. (reference) 4E001 AA03 BB07 CA01 DA07 DC01 DC02 DF04 EA01
Claims (7)
前記ワイヤトーチからの添加ワイヤを母材に肉盛溶接す
る肉盛溶接装置であって、 前記ＴＩＧトーチはアーク電流３００Ａ以上のＴＩＧア
ークを発生し、 前記ＴＩＧトーチのタングステン電極は、振幅１０ｍｍ
以上で且つ周波数１０Ｈｚ以上で前記電極の先端を揺動
し、 前記添加ワイヤを添加して肉盛溶接することを特徴とす
るＴＩＧアークを用いた肉盛溶接装置。1. An overlay welding apparatus for overlay welding an additional wire from the wire torch to a base material using a TIG torch and a wire torch, wherein the TIG torch generates a TIG arc having an arc current of 300 A or more, The tungsten electrode of the TIG torch has an amplitude of 10 mm
A build-up welding apparatus using a TIG arc, characterized in that the tip of the electrode is swung at a frequency of 10 Hz or higher, and the addition wire is added and the build-up welding is performed.
肉盛溶接装置において、 前記母材の表面をほとんど溶融しない程度の、アーク電
流を流すか又は揺動時の前記タングステン電極の移動速
度とすることを特徴とするＴＩＧアークを用いた肉盛溶
接装置。2. The overlay welding apparatus using a TIG arc according to claim 1, wherein the moving speed of the tungsten electrode when an arc current is applied or swings so that the surface of the base material is hardly melted. A build-up welding apparatus using a TIG arc.
用いた肉盛溶接装置において、 前記電極の前記母材表面に対する揺動位相と同期して前
記アーク電流の大きさを制御して、前記母材表面を略均
一に加熱することを特徴とするＴＩＧアークを用いた肉
盛溶接装置。3. The overlay welding apparatus using a TIG arc according to claim 1 or 2, wherein the magnitude of the arc current is controlled in synchronization with a swing phase of the electrode with respect to the surface of the base material, A build-up welding apparatus using a TIG arc, wherein the base material surface is heated substantially uniformly.
用いた肉盛溶接装置において、 前記アーク電流の大きさを一定に保ち、前記電極の揺動
位相に対応して電極揺動速度を制御して、前記母材表面
を略均一に加熱することを特徴とするＴＩＧアークを用
いた肉盛溶接装置。4. The overlay welding apparatus using a TIG arc according to claim 1, wherein the magnitude of the arc current is kept constant, and the electrode swing speed is adjusted in accordance with the swing phase of the electrode. A build-up welding apparatus using a TIG arc, wherein the surface of the base material is controlled to be heated substantially uniformly.
に記載のＴＩＧアークを用いた肉盛溶接装置において、 前記添加ワイヤを通電加熱して、前記添加ワイヤの溶融
速度を高めることを特徴とするＴＩＧアークを用いた肉
盛溶接装置。5. The overlay welding apparatus using a TIG arc according to claim 1, wherein the additional wire is heated by energizing to increase a melting rate of the additional wire. Overlay welding equipment using TIG arc.
肉盛溶接装置において、 前記添加ワイヤを通電加熱する際に、前記添加ワイヤを
直流電源の＋側に接続し前記母材を−側に接続し、前記
ＴＩＧアークが前記添加ワイヤに接近しないようにする
ことを特徴とするＴＩＧアークを用いた肉盛溶接装置。6. The overlay welding apparatus using a TIG arc according to claim 5, wherein, when the additional wire is electrically heated, the additional wire is connected to a + side of a DC power supply and the base material is connected to a − side. And the TIG arc is prevented from approaching the additive wire.
ークを用いた肉盛溶接装置において、 前記添加ワイヤは低蒸発温度の金属を含む材質であるこ
とを特徴とするＴＩＧアークを用いた肉盛溶接装置。7. The overlay welding apparatus using a TIG arc according to claim 3, 4 or 5, wherein the additive wire is made of a material containing a metal having a low evaporation temperature. Overlay welding equipment.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11055623A JP2000246436A (en) | 1999-03-03 | 1999-03-03 | Device for cladding by welding using tig arc |
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| JP11055623A JP2000246436A (en) | 1999-03-03 | 1999-03-03 | Device for cladding by welding using tig arc |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000246436A true JP2000246436A (en) | 2000-09-12 |
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ID=13003920
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP11055623A Pending JP2000246436A (en) | 1999-03-03 | 1999-03-03 | Device for cladding by welding using tig arc |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000246436A (en) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| RU2781510C1 (en) * | 2022-01-12 | 2022-10-12 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тверской государственный технический университет" (ТвГТУ) | Method for additive manufacturing of metal products |
-
1999
- 1999-03-03 JP JP11055623A patent/JP2000246436A/en active Pending
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