JP2004090052A - Process for pulsed arc welding by manual operation - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はパルスアーク手溶接方法の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】
図10は代表的な手溶接作業を示す図であり、溶接士100が、防護面101で顔面を保護しつつ、溶接トーチ(単に「トーチ」とも言う)102により、溶接母材103の溶接を実施している状態を示す。なお、溶接トーチ102にはトリガー形状のスイッチ104を備え、このスイッチ104を右手の人差し指で絞ることで「スイッチオン」にしてアーク105を発生させ、スイッチ104を戻すことで「スイッチオフ」にしてアーク105を消火させることができる。この様な操作をスイッチのオン/オフ操作という。
【0003】
図11はビードの説明図であり、(a)は一対の母材106、107を突合せ、この突合せ部を溶着金属108で接続した状態を示す。
(b)は(a)のb部拡大図であり、溶着金属108は拡大するとビード109、109、109が集合したものであると言える。
【0004】
以下の説明のために(b)において、隣り合うビード109、109の中心間距離Pを「ピッチ」と定義し、母材106.107の端面からの距離Lnにおけるビード109の幅Wを「ビード幅」と定義する。距離Lnのnは1、2、3・・・mの如く多数の計測点を示す。
【0005】
図12は従来のマニュアル操作による手溶接作業のタイムチャートであり、(a)はスイッチのオンオフ状態、(b)は溶接電流の状態、(c)はトーチの移動か停止かを示す。
溶接士は(c)の停止期間中の点p1で、(a)に示すとおりにスイッチをオンにする。これにより(b)に示すとおり電流はベース電流からピーク電流に切り替わり、アークが発生する。
【0006】
(a)にて点t2でスイッチをオフに切替えたとすれば、(b)にて期間t12の間アークが発生し、この結果、(d)に示すビード111が生じる。
溶接士は(c)の点p2でトーチの移動を開始し、点p3でトーチの移動を止める。同時に(a)に示すとおりにスイッチをオンに切替え、(b)に示すとおりに次のピーク電流通電を開始する。この通電は期間t34だけ続けたとする。
【0007】
この結果、(d)に示すビード112が生じる。期間t34が先の期間t12より大きければ、ビード112はビード111より大径若しくは広幅になることを示す。
以上に説明したとおりに、溶接士がスイッチのオンオフ操作を実施するマニュアル操作の場合は、ピーク電流の通電時間が不揃いになりやすく、そのためにビード幅が不揃いになりやすい。この傾向を実験によって次のように確認した。
【0008】
実験条件:
溶接士:Y氏、M氏、ma氏、F氏の4名
溶接母材の材質:SUS304
溶接母材の厚さ:1.0mm
溶接母材の寸法:50mm×200mm
ピーク電流:35A
ピーク電流通電期間:溶接士が任意に決定
ベース電流通電期間:溶接士が任意に決定
【0009】
ビード長さ150mmに対し、5mm毎に30点の計測点を定めた。図11(b)に示すLnが計測点に相当し、そこにおけるピッチP及びビード幅Wを計測した。
【0010】
図13は従来のマニュアル操作によるピッチのばらつきを表示するグラフであり、横軸にY氏、M氏、ma氏、F氏を示し、縦軸にピッチPを示す。
溶接士Yは、平均値が0.75mmで、ばらつきの幅は約0.3mmであった。
溶接士Mは、平均値が0.71mmで、ばらつきの幅は約0.5mmであった。
溶接士maは、平均値が0.49mmで、ばらつきの幅は約0.8mmであった。
溶接士Fは、平均値が1.0mmで、ばらつきの幅は約0.5mmであった。
ピッチは熟練度により、ばらつきの度合いに差が出ることが分かったので、熟練度を上げることでばらつきを狭めることができる。
【0011】
図14は従来のマニュアル操作によるビード幅のばらつきを表示するグラフであり、横軸にY氏、M氏、ma氏、F氏を示し、縦軸にビード幅Wを示す。
溶接士Yは、平均値が2.7mmで、ばらつきの幅は約0.5mmであった。
溶接士Mは、平均値が2.9mmで、ばらつきの幅は約0.6mmであった。
溶接士maは、平均値が2.4mmで、ばらつきの幅は約0.8mmであった。
溶接士Fは、平均値が2.9mmで、ばらつきの幅は約0.6mmであった。
4氏共にばらつきが大きいと言える。
熟練度の高い溶接士Yであってもビード幅のばらつきは大きいため、マニュアル操作ではビード幅は不揃いにないやすいことが確認できた。
【0012】
ビード幅の不揃いに対しては、上述したとおりにピーク電流の通電時間を均等にすることでビード幅を均等にできる。そこで、自動パルス溶接法が考えられる。そこで、次に自動パルス溶接法を検証する。
【0013】
図15は従来の自動パルス溶接法の説明図である。
(a)はスイッチ操作を示し、溶接士が点t5でスイッチをオンに切替えたとする。そして、溶接作業中はスイッチのオンのままとする。
(b)は溶接電流の挙動を示し、スイッチのオンに伴って、ベース電流からピーク電流に切り替わり、自動的に期間tp6だけピーク電流を流し続ける。この結果、(d)に示すビード113ができる。
【0014】
(b)において、期間tp6が経過したら、自動的にベース電流に切替え、ベース電流を期間tp7だけ維持する。この期間tp7が経過したら、自動的にピーク電流に切り替わる。この様に規則的にピーク電流とベース電流をパルス的に切替えるため「自動パルス溶接法」と呼称した。
【0015】
(c)は溶接士が実施するトーチの横移動の状態を示し、アーク消火中に、mv1やmv2の如く、トーチを次の打点へ移動したとする。この結果、(d)に示すとおりに次のビード114とその次のビード115を発生させることができる。
【0016】
(b)に示すとおりにピーク電流の通電期間はtp6一律であるため、(d)に示すビード113〜115の大きさはほぼ同一になる。しかし、(c)に示す移動期間mv1とmv2とは、溶接士の行為に依存するために同一にならぬ可能性が高い。この結果、(d)に示すとおりにピッチが不揃いになり勝ちである。この点を実験によって次のように確認した。
特に、移動期間mv2の様に移動未了のうちにベース電流からピーク電流へ切り替わると、ピッチが小さくなるという不具合が発生する。
【0017】
実験条件:
溶接士:Y氏、M氏、ma氏、F氏の4名
溶接母材の材質:SUS304
溶接母材の厚さ:1.0mm
溶接母材の寸法:50mm×200mm
ピーク電流:35A
ピーク電流時間:272ma
ベース電流時間:452ma
【0018】
ビード長さ150mmに対し、5mm毎に30点の計測点を定めた。図11(b)に示すLnが計測点に相当し、そこにおけるピッチP及びビード幅Wを計測した。
【0019】
図16は従来の自動パルス溶接法によるピッチのばらつきを表示するグラフであり、横軸にY氏、M氏、ma氏、F氏を示し、縦軸にピッチPを示す。
溶接士Yは、平均値が0.59mmで、ばらつきの幅は約0.4mmであった。
溶接士Mは、平均値が0.51mmで、ばらつきの幅は約0.5mmであった。
溶接士maは、平均値が0.78mmで、ばらつきの幅は約0.9mmであった。
溶接士Fは、平均値が0.71mmで、ばらつきの幅は約0.9mmであった。
4氏ともにピッチにおけるばらつきの度合いは大きかった。
【0020】
図17は従来の自動パルス溶接法によるビード幅のばらつきを表示するグラフであり、横軸にY氏、M氏、ma氏、F氏を示し、縦軸にビード幅Wを示す。
溶接士Yは、平均値が2.5mmで、ばらつきの幅は約0.2mmであった。
溶接士Mは、平均値が2.7mmで、ばらつきの幅は約0.2mmであった。
溶接士maは、平均値が2.5mmで、ばらつきの幅は約0.4mmであった。
溶接士Fは、平均値が2.5mmで、ばらつきの幅は約0.2mmであった。
4氏ともにばらつきは小さいと言える。
図16、17から明らかな如く、自動パルス溶接法ではビード幅は揃うが、ピッチは不揃いになりやすいことが確認できた。
【0021】
【発明が解決しようとする課題】
図12で説明したマニュアル操作による手溶接作業ではビード幅が不揃いになりやすく、図15で説明した自動パルス溶接法ではピッチが不揃いになりやすく、何れも溶接品質の点で問題が残る。
そこで、本発明の目的は、ビード幅とピッチの両方を揃えることのできる溶接方法を提供することにある。
【0022】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項1は、ベース電流とピーク電流とを交互に繰り返すパルスアーク手溶接方法において、スイッチオンによりピーク電流の通電を開始し、このピーク電流の通電を一定時間継続し、一定時間経過したらスイッチのオン/オフ操作に関係なくピーク電流をベース電流に切替え、次のスイッチオンによりピーク電流の通電を開始する如くにベース電流とピーク電流とを切替えることを特徴とする。
【0023】
パルス溶接の場合に、ピーク電流通電期間を一定にすると、ビードの大きさが揃いやすい。アーク消火中にトーチを次の打点位置まで移動させるが、この移動に要する時間には個人差などのばらつきが不可避的に発生するので、ベース電流通電期間を自動化せずに溶接士の意志に委ねることにした。これにより、ピッチを揃えることができる。
従って、請求項1によればビード幅とピッチの両方を揃えることのできる溶接方法を提供することができる。
【0024】
請求項2は、ベース電流とピーク電流とを交互に繰り返すパルスアーク手溶接方法において、スイッチオンによりピーク電流の通電を開始し、このピーク電流の通電を一定時間継続し、一定時間経過したらスイッチのオン/オフ操作に関係なくピーク電流をベース電流に切替え、このベース電流の通電を所定時間継続し、この所定時間が継続したという条件とスイッチがオンに切り替わった条件の両方が満たされたときに次のピーク電流の通電を開始する如くにベース電流とピーク電流とを切替えることを特徴とする。
【0025】
パルス溶接の場合に、ピーク電流通電期間を一定にすると、ビードの大きさが揃いやすい。アーク消火中にトーチを次の打点位置まで移動させるが、この移動に要する時間には個人差などのばらつきが不可避的に発生するので、ベース電流通電期間を自動化せずに溶接士の意志に委ねることにした。これにより、ピッチを揃えることができる。
【0026】
ただし、溶接士の意志で決定するベース電流通電期間を短くし過ぎると、ビード幅が不揃いになる可能性がある。そこで、ベース電流の通電を所定時間継続し、この所定時間が継続したという条件を加えた。
従って、請求項2によればビード幅とピッチの両方をより一層揃えることのできる溶接方法を提供することができる。
【0027】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。
図1は本発明に係るパルスアーク手溶接方法のタイムチャートであり、(a)はスイッチ操作、(b)は溶接電流の状態、(c)は溶接士によるトーチの移動/停止動作を示す。
【0028】
(a)において点t11でスイッチをオンに切替えると、(b)において溶接電流がベース電流からピーク電流に切り替わる。そして、自動的に期間tpだけピーク電流を流し続け、その後に自動的にベース電流に切替える。これらの切替えは(a)に示すスイッチのオフ操作に無関係に行う。
【0029】
(b)においてベース電流通電期間tb1の間に(c)に示すトーチの移動を溶接士は実施する。トーチの移動が完了したら、溶接士は(a)に示す点t12でスイッチをオンする。すると、(b)において溶接電流がベース電流からピーク電流に切り替わる。そして、自動的に期間tpだけピーク電流を流し続け、その後に自動的にベース電流に切替える。
【0030】
すなわち、本発明方法では、(a)に示す点t11、t12、t13で、(b)に示すベース電流からピーク電流への切替えが実施でき、且つ自動的に期間tpだけピーク電流を維持し、期間が経過と共にベース電流へ戻す。
ピーク電流通電期間が一定(tp)であるため、ビードの大きさ(幅や径)が揃う。
【0031】
また、(b)に示す期間tb1、tb2、tb3が互いに異なるが、このことは、溶接士がトーチの移動時間を自由に選択できることを意味する。
であれば、トーチの移動中にピーク電流に切り替わることはない。溶接士がピーク電流への切替えを決めるからである。
【0032】
一方、ベース電流通電期間が一定であるときには、熟練度が高い溶接士にあってはトーチの移動が完了してからピーク電流切替えまでに間が空くことが考えられる。そうすると、作業性が低下する。
この点、本発明では溶接士の意志でベース電流をピーク電流に切替えるために、ピッチを容易に揃えることができる。これらの確認実験については後述する。
【0033】
図2は本発明に係るパルスアーク手溶接方法のフロー図である。ST××はステップ番号を示す。
ST01:予め、ピーク電流通電期間tp(図1(b)参照)を制御部に記憶させる。
ST02:溶接士が、溶接トーチに付属のスイッチをオンにする。
ST03:スイッチオンに伴って、ピーク電流の通電が始まる。
ST04:制御部ではスイッチオンと同時に、タイマをリセットする。リセットによりカウントを開始する。
【0034】
ST05:制御部でタイマカウント時間Tmが予め設定してあるピーク電流通電期間tpに達したか否かを判別する。Tm≧tpになったらST06に進む。
ST06:制御部により自動的にピーク電流をベース電流に切替え、アークを消火させる。
ST07:溶接機のメインスイッチを操作するなどして作業を終えることができるが、それ以外の場合は作業を継続するためにST08に進む。
ST08:溶接士は、トーチを次の打点位置まで横移動する。そして、ST02に戻る。これで、図1のタイムチャートを再現させることができる。
【0035】
すなわち、本発明の第1の溶接方法は、ベース電流とピーク電流とを交互に繰り返すパルスアーク手溶接方法において、スイッチオンによりピーク電流の通電を開始し、このピーク電流の通電を一定時間継続し、一定時間経過したら前記スイッチのオン/オフ操作に関係なくピーク電流をベース電流に切替え、次のスイッチオンによりピーク電流の通電を開始する如くにベース電流とピーク電流とを切替えることを特徴とする。
【0036】
以上の溶接方法を、実験により検証したので、その内容及び結果を次に説明する。
実験条件:
溶接士:Y氏、M氏、ma氏、F氏の4名
溶接母材の材質:SUS304
溶接母材の厚さ:1.0mm
溶接母材の寸法:50mm×200mm
ピーク電流:35A
ピーク電流通電期間:272ma(図1(b)のtpに相当)
ベース電流通電期間:溶接士が任意に決定
【0037】
なお、ビード長さ150mmに対し、5mm毎に30点の計測点を定めた。図11(b)に示すLnが計測点に相当し、そこにおけるピッチP及びビード幅Wを計測した。
【0038】
図3は本発明の溶接方法によるピッチのばらつきを表示するグラフであり、横軸にY氏、M氏、ma氏、F氏を示し、縦軸にピッチPを示す。
なお、図13を比較例1、図16を比較例2として、本発明グラフに併記した。
【0039】
本発明方法では、溶接士Yは、平均値が0.60mmで、ばらつきの幅は約0.2mmであった。
溶接士Mは、平均値が0.65mmで、ばらつきの幅は約0.2mmであった。
溶接士maは、平均値が0.56mmで、ばらつきの幅は約0.6mmであった。
溶接士Fは、平均値が0.71mmで、ばらつきの幅は約0.5mmであった。
【0040】
図4は図3の標準偏差グラフである。
すなわち、図3での比較例1を統計的に処理し、標準偏差σを求め、それを図4に黒丸で示した。同様に、図3での比較例2を統計的に処理し、標準偏差σを求め、それを図4に×で示した。さらに、図3での本発明を統計的に処理し、標準偏差σを求め、それを図4に白丸で示した。
4氏共に、本発明によるσは、比較例1、2のσより小さく、本発明によれば従来より、ピッチを揃えることができることが確認できた。
【0041】
図5は本発明の溶接方法によるビード幅のばらつきを表示するグラフであり、横軸にY氏、M氏、ma氏、F氏を示し、縦軸にビード幅Wを示す。
なお、図14を比較例1、図17を比較例2として、本発明グラフに併記した。
溶接士Yは、平均値が2.5mmで、ばらつきの幅は約0.2mmであった。
溶接士Mは、平均値が2.5mmで、ばらつきの幅は約0.6mmであった。
溶接士maは、平均値が2.7mmで、ばらつきの幅は約0.6mmであった。
溶接士Fは、平均値が2.7mmで、ばらつきの幅は約0.5mmであった。
【0042】
図6は図5の標準偏差グラフである。なお、横軸右端に示した「改良、0.032」は後述の図8の説明の際に説明する。
すなわち、図5での比較例1を統計的に処理し、標準偏差σを求め、それを図6に黒丸で示した。同様に、図5での比較例2を統計的に処理し、標準偏差σを求め、それを図6に×で示した。さらに、図5での本発明を統計的に処理し、標準偏差σを求め、それを図6に白丸で示した。
【0043】
本発明によるσは、比較例1のσよりは4氏ともに小さくなった。しかし、本発明によるσは、比較例2のσよりはやや大きくなった。
これでも、本発明によるビード幅のσは、従来並みと見なすことはでき、ピッチの点で従来より改善できたことから、総合的には本発明の溶接方法は評価できる。
【0044】
しかし、本発明者らは発明の目的からビード幅についても従来(比較例2)より、改善するべく更なる研究を進めた。その過程で、図1(b)に示すベース電流通電期間tb1、tb2、tb3の長短が溶接品質に影響を及ぼすことを見出した。そこで、ベース電流通電期間tb1、tb2、tb3と溶接品質の関係を調べることにした。
【0045】
実験条件:
溶接士:Y氏
溶接母材の材質:SUS304
溶接母材の厚さ:1.0mm
溶接母材の寸法:50mm×200mm
ピーク電流:35A
ピーク電流通電期間:272ma(図1(b)のtpに相当)
ベース電流通電期間:113、226、339、452又は565ma
すなわち、確認実験のために、自動パルス溶接法での溶接を実施した。
【0046】
図7はベース電流通電期間とビード幅偏差との関係を調べたグラフであり、横軸はベース電流通電期間、縦軸はビード幅偏差σを示す。
グラフによれば、ビード幅の偏差σは、ベース電流通電期間が113maで最大であり、452maで最小であり、傾向的にはベース電流通電期間が大きいほどσが小さくなることが確認できた。
【0047】
図8はベース電流通電期間とピッチ偏差との関係を調べたグラフであり、横軸はベース電流通電期間、縦軸はピッチ偏差σを示す。
グラフによれば、ピッチの偏差σは、ベース電流通電期間が113maで最大であり、339maで最小であり、傾向的にはベース電流通電期間が大きいほどσが小さくなることが確認できた。
【0048】
図7、図8からベース電流通電期間は450ma以上であれば、ビード幅並びにピッチの改善が見込める。
なお、図7でベース電流通電期間が452maのときのビード幅のσは0.032である。この0.032を図6に「改良 0.032」と図示した。
【0049】
図6から、0.032は、Y氏の実績の何れ(特に比較例2)よりも小さい。従って、ベース電流通電期間は、溶接士の意志で自由に選べるときであっても、450maを下回らぬように対策を講じることが有効となる。この対策を加えた本発明の好ましい溶接方法のフローを次に示す。
【0050】
図9は図2を改良した本発明に係るパルスアーク手溶接方法のフロー図である。ST××はステップ番号を示す。
ST11:予め、ベース電流通電期間の最小値tminを制御部に記憶させる。
ST12:同じく、ピーク電流通電期間tp(図1(b)参照)を制御部に記憶させる。
【0051】
ST13:溶接士が、溶接トーチに付属のスイッチをオンにする。
ST14:スイッチオンに伴って、ピーク電流の通電が始まる。
ST15:制御部ではスイッチオンと同時に、第1タイマをリセットする。リセットによりカウントを開始する。
【0052】
ST16:制御部でタイマカウント時間Tm1が予め設定してあるピーク電流通電期間tpに達したか否かを判別する。Tm1≧tpになったらST17に進む。
ST17:制御部により自動的にピーク電流をベース電流に切替え、アークを消火させる。
ST18:溶接士は、トーチを次の打点位置までの横移動を開始する。
ST19:ST17の切替えと同時に第2タイマをリセットし、リセットによりカウントを開始する。
【0053】
ST20:制御部でタイマカウント時間Tm2が予め設定してあるベース電流通電期間の最小値tminに達したか否かを判別する。Tm2≧tminになったらST21に進む。
ST21:溶接機のメインスイッチを操作するなどして作業を終えることができるが、それ以外の場合は作業を継続するためにST13に戻る。
【0054】
ST20の存在により、仮に溶接士がスイッチをオン操作しても、消火後tmin(例えば450ma)が経過していなければ、ピーク電流に切り替わらない。 ベース電流通電期間が所定値(例えば450ms)以上であればビード幅をより揃えることができるため、以上のフローを実施することにより好ましいビード幅並びにピッチが得られる。
【0055】
以上をまとめると本発明の第2の溶接方法は、ベース電流とピーク電流とを交互に繰り返すパルスアーク手溶接方法において、スイッチオンによりピーク電流の通電を開始し、このピーク電流の通電を一定時間継続し、一定時間経過したら前記スイッチのオン/オフ操作に関係なくピーク電流をベース電流に切替え、このベース電流の通電を所定時間継続し、この所定時間が継続したという条件とスイッチがオンに切り替わった条件の両方が満たされたときに次のピーク電流の通電を開始する如くにベース電流とピーク電流とを切替えることを特徴とする。
【0056】
尚、本発明は、TIG溶接、MIG溶接、被覆アーク溶接、炭酸ガスアーク溶接、炭素アーク溶接に代表される各種のアーク溶接に適用できる。
【0057】
【発明の効果】
本発明は上記構成により次の効果を発揮する。
請求項1は、ベース電流とピーク電流とを交互に繰り返すパルスアーク手溶接方法において、スイッチオンによりピーク電流の通電を開始し、このピーク電流の通電を一定時間継続し、一定時間経過したらスイッチのオン/オフ操作に関係なくピーク電流をベース電流に切替え、次のスイッチオンによりピーク電流の通電を開始する如くにベース電流とピーク電流とを切替えることを特徴とする。
【0058】
パルス溶接の場合に、ピーク電流通電期間を一定にすると、ビードの大きさが揃いやすい。アーク消火中にトーチを次の打点位置まで移動させるが、この移動に要する時間には個人差などのばらつきが不可避的に発生するので、ベース電流通電期間を自動化せずに溶接士の意志に委ねることにした。これにより、ピッチを揃えることができる。
従って、請求項1によればビード幅とピッチの両方を揃えることのできる溶接方法を提供することができる。
【0059】
請求項2は、ベース電流とピーク電流とを交互に繰り返すパルスアーク手溶接方法において、スイッチオンによりピーク電流の通電を開始し、このピーク電流の通電を一定時間継続し、一定時間経過したらスイッチのオン/オフ操作に関係なくピーク電流をベース電流に切替え、このベース電流の通電を所定時間継続し、この所定時間が継続したという条件とスイッチがオンに切り替わった条件の両方が満たされたときに次のピーク電流の通電を開始する如くにベース電流とピーク電流とを切替えることを特徴とする。
【0060】
パルス溶接の場合に、ピーク電流通電期間を一定にすると、ビードの大きさが揃いやすい。アーク消火中にトーチを次の打点位置まで移動させるが、この移動に要する時間には個人差などのばらつきが不可避的に発生するので、ベース電流通電期間を自動化せずに溶接士の意志に委ねることにした。これにより、ピッチを揃えることができる。
【0061】
ただし、溶接士の意志で決定するベース電流通電期間を短くし過ぎると、ビード幅が不揃いになる可能性がある。そこで、ベース電流の通電を所定時間継続し、この所定時間が継続したという条件を加えた。
従って、請求項2によればビード幅とピッチの両方をより一層揃えることのできる溶接方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るパルスアーク手溶接方法のタイムチャート
【図2】本発明に係るパルスアーク手溶接方法のフロー図
【図3】本発明の溶接方法によるピッチのばらつきを表示するグラフ
【図4】図3の標準偏差グラフ
【図5】本発明の溶接方法によるビード幅のばらつきを表示するグラフ
【図6】図5の標準偏差グラフ
【図7】ベース電流通電期間とビード幅偏差との関係を調べたグラフ
【図8】ベース電流通電期間とピッチ偏差との関係を調べたグラフ
【図9】図2を改良した本発明に係るパルスアーク手溶接方法のフロー図
【図10】代表的な手溶接作業を示す図
【図11】ビードの説明図
【図12】従来のマニュアル操作による手溶接作業のタイムチャート
【図13】従来のマニュアル操作によるピッチのばらつきを表示するグラフ
【図14】従来のマニュアル操作によるビード幅のばらつきを表示するグラフ
【図15】従来の自動パルス溶接法の説明図
【図16】従来の自動パルス溶接法によるピッチのばらつきを表示するグラフ
【図17】従来の自動パルス溶接法によるビード幅のばらつきを表示するグラフ
【符号の説明】
100…溶接士、101…防護面、102…溶接トーチ又はトーチ、104…スイッチ、105…アーク、109、111〜115…ビード、tp…一定時間、所定時間…tmin。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an improved pulse arc manual welding method.
[0002]
[Prior art]
FIG. 10 is a diagram showing a typical manual welding operation, in which a
[0003]
FIG. 11 is an explanatory view of a bead. FIG. 11A shows a state in which a pair of
(B) is an enlarged view of a portion b of (a). It can be said that when the
[0004]
For the following description, in (b), the distance P between the centers of the
[0005]
FIG. 12 is a time chart of a conventional manual welding operation by manual operation, in which (a) shows an on / off state of a switch, (b) shows a state of a welding current, and (c) shows whether the torch moves or stops.
The welder turns on the switch as shown in (a) at the point p1 during the stop period of (c). As a result, the current switches from the base current to the peak current as shown in FIG.
[0006]
If the switch is turned off at the point t2 in (a), an arc is generated for the period t12 in (b), and as a result, a
The welder starts moving the torch at the point p2 in (c), and stops moving the torch at the point p3. At the same time, the switch is turned on as shown in (a) and the next peak current energization is started as shown in (b). It is assumed that this energization is continued for a period t34.
[0007]
As a result, a
As described above, in the case of the manual operation in which the welder performs the on / off operation of the switch, the conduction time of the peak current is likely to be uneven, and the bead width is likely to be uneven. This tendency was confirmed experimentally as follows.
[0008]
Experimental conditions:
Welders: Y, M, ma, F
Material of welding base material: SUS304
Thickness of welding base metal: 1.0mm
Dimensions of welding base metal: 50 mm x 200 mm
Peak current: 35A
Peak current conduction period: Arbitrarily determined by the welder
Base current conduction period: Arbitrarily determined by the welder
[0009]
With respect to a bead length of 150 mm, 30 measurement points were determined every 5 mm. Ln shown in FIG. 11B corresponds to a measurement point, and the pitch P and the bead width W thereat were measured.
[0010]
FIG. 13 is a graph showing a variation in pitch due to a conventional manual operation. The horizontal axis indicates Mr. Y, M, Ma, and F, and the vertical axis indicates pitch P.
For welder Y, the average value was 0.75 mm, and the range of variation was about 0.3 mm.
The average value of the welder M was 0.71 mm, and the width of the variation was about 0.5 mm.
The welder ma had an average value of 0.49 mm and a variation width of about 0.8 mm.
The average value of the welder F was 1.0 mm, and the width of variation was about 0.5 mm.
Since it has been found that the pitch varies depending on the skill level, the variation can be narrowed by increasing the skill level.
[0011]
FIG. 14 is a graph showing the variation of the bead width due to the conventional manual operation, in which the horizontal axis indicates Mr. Y, M, Ma and F, and the vertical axis indicates the bead width W.
The average value of the welder Y was 2.7 mm, and the range of variation was about 0.5 mm.
For welder M, the average value was 2.9 mm, and the range of variation was about 0.6 mm.
The welder ma had an average value of 2.4 mm and a variation width of about 0.8 mm.
For welder F, the average value was 2.9 mm, and the range of variation was about 0.6 mm.
It can be said that there is great variation in all four.
Even if the welder Y has a high degree of skill, the bead width varies greatly, and it has been confirmed that the bead width is not likely to be uneven by manual operation.
[0012]
With respect to uneven bead widths, the bead widths can be made uniform by making the energizing time of the peak current uniform as described above. Then, an automatic pulse welding method can be considered. Therefore, the automatic pulse welding method will be verified next.
[0013]
FIG. 15 is an explanatory view of a conventional automatic pulse welding method.
(A) shows a switch operation, and it is assumed that the welder has turned on the switch at point t5. The switch remains on during the welding operation.
(B) shows the behavior of the welding current. When the switch is turned on, the current is switched from the base current to the peak current, and the peak current is automatically kept flowing for the period tp6. As a result, a
[0014]
In (b), when the period tp6 has elapsed, the current is automatically switched to the base current, and the base current is maintained for the period tp7. After this period tp7 has elapsed, the current is automatically switched to the peak current. In this way, the peak current and the base current are regularly switched in a pulsed manner, and thus, the method is called “automatic pulse welding method”.
[0015]
(C) shows the state of the lateral movement of the torch carried out by the welder, and it is assumed that the torch is moved to the next hit point, such as mv1 or mv2, during arc extinguishing. As a result, the
[0016]
As shown in (b), the conduction period of the peak current is uniform at tp6, so that the sizes of the
In particular, when switching from the base current to the peak current before the movement is completed as in the movement period mv2, a problem that the pitch becomes small occurs.
[0017]
Experimental conditions:
Welders: Y, M, ma, F
Material of welding base material: SUS304
Thickness of welding base metal: 1.0mm
Dimensions of welding base metal: 50 mm x 200 mm
Peak current: 35A
Peak current time: 272 ma
Base current time: 452 ma
[0018]
With respect to a bead length of 150 mm, 30 measurement points were determined every 5 mm. Ln shown in FIG. 11B corresponds to a measurement point, and the pitch P and the bead width W thereat were measured.
[0019]
FIG. 16 is a graph showing a variation in pitch by a conventional automatic pulse welding method, in which the horizontal axis indicates Mr. Y, M, Ma and F, and the vertical axis indicates pitch P.
For welder Y, the average value was 0.59 mm, and the range of variation was about 0.4 mm.
The average value of the welder M was 0.51 mm, and the variation range was about 0.5 mm.
The welder ma had an average value of 0.78 mm and a variation width of about 0.9 mm.
For welder F, the average value was 0.71 mm, and the range of variation was about 0.9 mm.
All four had large variations in pitch.
[0020]
FIG. 17 is a graph showing the variation of the bead width by the conventional automatic pulse welding method. The horizontal axis indicates Mr. Y, M, Ma, and F, and the vertical axis indicates the bead width W.
For welder Y, the average value was 2.5 mm, and the range of variation was about 0.2 mm.
For welder M, the average value was 2.7 mm, and the range of variation was about 0.2 mm.
The welder ma had an average value of 2.5 mm and a variation width of about 0.4 mm.
For welder F, the average value was 2.5 mm, and the range of variation was about 0.2 mm.
It can be said that the variation is small for all four.
As is clear from FIGS. 16 and 17, it was confirmed that the bead width was uniform in the automatic pulse welding method, but the pitch was likely to be irregular.
[0021]
[Problems to be solved by the invention]
In the manual welding operation by the manual operation described in FIG. 12, the bead width tends to be uneven, and in the automatic pulse welding method described in FIG. 15, the pitch tends to be uneven, and in any case, there remains a problem in terms of welding quality.
Therefore, an object of the present invention is to provide a welding method that can make both the bead width and the pitch uniform.
[0022]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a first aspect of the present invention provides a pulse arc manual welding method in which a base current and a peak current are alternately repeated. After a certain period of time, the peak current is switched to the base current irrespective of the on / off operation of the switch, and the base current and the peak current are switched so that the energization of the peak current is started by the next switch-on.
[0023]
In the case of pulse welding, if the peak current conduction period is constant, the sizes of the beads are likely to be uniform. While the arc is extinguished, the torch is moved to the next striking position, but the time required for this movement will inevitably fluctuate, such as individual differences, so leave the base current energizing period to the will of the welder without automating it. It was to be. Thereby, the pitch can be made uniform.
Therefore, according to the first aspect, it is possible to provide a welding method capable of making both the bead width and the pitch uniform.
[0024]
A second aspect of the present invention relates to a pulse arc manual welding method in which a base current and a peak current are alternately repeated, and the energization of the peak current is started by turning on the switch, and the energization of the peak current is continued for a certain time. The peak current is switched to the base current irrespective of the ON / OFF operation, the energization of the base current is continued for a predetermined time, and when both the condition that the predetermined time has continued and the condition that the switch is turned on are satisfied. It is characterized in that the base current and the peak current are switched so as to start energization of the next peak current.
[0025]
In the case of pulse welding, if the peak current conduction period is constant, the sizes of the beads are likely to be uniform. While the arc is extinguished, the torch is moved to the next striking position, but the time required for this movement will inevitably fluctuate, such as individual differences, so leave the base current energizing period to the will of the welder without automating it. It was to be. Thereby, the pitch can be made uniform.
[0026]
However, if the base current energizing period determined by the welder's will is too short, the bead width may be uneven. Therefore, a condition is added that the base current is continuously supplied for a predetermined time and the predetermined time is continued.
Therefore, according to the second aspect, it is possible to provide a welding method capable of further uniformizing both the bead width and the pitch.
[0027]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a time chart of the pulse arc manual welding method according to the present invention, in which (a) shows a switch operation, (b) shows a welding current state, and (c) shows a torch moving / stopping operation by a welder.
[0028]
When the switch is turned on at a point t11 in (a), the welding current switches from the base current to the peak current in (b). Then, the peak current is automatically kept flowing for the period tp, and then automatically switched to the base current. These switching operations are performed irrespective of the switch-off operation shown in FIG.
[0029]
In (b), the welder performs the movement of the torch shown in (c) during the base current conduction period tb1. When the movement of the torch is completed, the welder turns on the switch at the point t12 shown in FIG. Then, in (b), the welding current switches from the base current to the peak current. Then, the peak current is automatically kept flowing for the period tp, and then automatically switched to the base current.
[0030]
That is, in the method of the present invention, the switching from the base current to the peak current shown in (b) can be performed at points t11, t12, and t13 shown in (a), and the peak current is automatically maintained for the period tp, The period returns to the base current over time.
Since the peak current conduction period is constant (tp), the sizes (width and diameter) of the beads are uniform.
[0031]
Also, the periods tb1, tb2, and tb3 shown in (b) are different from each other, which means that the welder can freely select the moving time of the torch.
Then, the current does not switch to the peak current during the movement of the torch. This is because the welder decides to switch to the peak current.
[0032]
On the other hand, when the base current energization period is constant, it is conceivable that a welder with a high level of skill will have an interval between the completion of the movement of the torch and the switching of the peak current. Then, workability deteriorates.
In this respect, in the present invention, the pitch can be easily adjusted because the base current is switched to the peak current at the will of the welder. These confirmation experiments will be described later.
[0033]
FIG. 2 is a flowchart of the pulse arc manual welding method according to the present invention. STxx indicates a step number.
ST01: The controller stores in advance the peak current conduction period tp (see FIG. 1B).
ST02: The welder turns on a switch attached to the welding torch.
ST03: The energization of the peak current starts with the switch-on.
ST04: The control section resets the timer at the same time when the switch is turned on. Start counting by reset.
[0034]
ST05: The control section determines whether or not the timer count time Tm has reached a preset peak current conduction period tp. When Tm ≧ tp, the process proceeds to ST06.
ST06: The controller automatically switches the peak current to the base current to extinguish the arc.
ST07: The work can be completed by operating the main switch of the welding machine or the like, but otherwise, the process proceeds to ST08 to continue the work.
ST08: The welder laterally moves the torch to the next hitting position. Then, the process returns to ST02. Thus, the time chart of FIG. 1 can be reproduced.
[0035]
That is, in the first welding method of the present invention, in a pulse arc manual welding method in which a base current and a peak current are alternately repeated, energization of a peak current is started by switching on, and energization of the peak current is continued for a predetermined time. After a certain period of time, the peak current is switched to the base current irrespective of the on / off operation of the switch, and the base current and the peak current are switched so that the supply of the peak current is started by the next switch-on. .
[0036]
The above welding method has been verified by experiments, and the contents and results will be described below.
Experimental conditions:
Welders: Y, M, ma, F
Material of welding base material: SUS304
Thickness of welding base metal: 1.0mm
Dimensions of welding base metal: 50 mm x 200 mm
Peak current: 35A
Peak current conduction period: 272 ma (corresponding to tp in FIG. 1B)
Base current conduction period: Arbitrarily determined by the welder
[0037]
In addition, 30 measurement points were determined every 5 mm for a bead length of 150 mm. Ln shown in FIG. 11B corresponds to a measurement point, and the pitch P and the bead width W thereat were measured.
[0038]
FIG. 3 is a graph showing the variation in pitch by the welding method of the present invention. The horizontal axis indicates Mr. Y, M, Ma, and F, and the vertical axis indicates pitch P.
FIG. 13 shows Comparative Example 1 and FIG. 16 shows Comparative Example 2, which are also shown in the graph of the present invention.
[0039]
In the method of the present invention, the average value of the welder Y was 0.60 mm, and the width of the variation was about 0.2 mm.
The average value of the welder M was 0.65 mm, and the width of the variation was about 0.2 mm.
The welder ma had an average value of 0.56 mm and a variation width of about 0.6 mm.
For welder F, the average value was 0.71 mm, and the range of variation was about 0.5 mm.
[0040]
FIG. 4 is a standard deviation graph of FIG.
That is, the comparative example 1 in FIG. 3 was statistically processed to obtain a standard deviation σ, which is indicated by a black circle in FIG. Similarly, the comparative example 2 in FIG. 3 is statistically processed to obtain a standard deviation σ, which is indicated by a cross in FIG. Further, the present invention in FIG. 3 is statistically processed to obtain a standard deviation σ, which is indicated by a white circle in FIG.
In both cases, σ according to the present invention was smaller than σ in Comparative Examples 1 and 2, and it was confirmed that according to the present invention, the pitch could be made uniform than before.
[0041]
FIG. 5 is a graph showing the variation of the bead width by the welding method of the present invention. The abscissa indicates Y, M, ma, and F, and the ordinate indicates the bead width W.
FIG. 14 shows Comparative Example 1 and FIG. 17 shows Comparative Example 2, which are also shown in the graph of the present invention.
For welder Y, the average value was 2.5 mm, and the range of variation was about 0.2 mm.
The average value of the welder M was 2.5 mm, and the variation range was about 0.6 mm.
The welder ma had an average value of 2.7 mm and a variation width of about 0.6 mm.
For welder F, the average value was 2.7 mm, and the range of variation was about 0.5 mm.
[0042]
FIG. 6 is a standard deviation graph of FIG. “Improvement, 0.032” shown on the right end of the horizontal axis will be described later in the description of FIG.
That is, the comparative example 1 in FIG. 5 was statistically processed to obtain a standard deviation σ, which is indicated by a black circle in FIG. Similarly, the comparative example 2 in FIG. 5 was statistically processed to obtain a standard deviation σ, which is indicated by a cross in FIG. Further, the present invention in FIG. 5 is statistically processed to obtain a standard deviation σ, which is indicated by a white circle in FIG.
[0043]
The value of σ according to the present invention was smaller than that of Comparative Example 1 in all four cases. However, σ according to the present invention was slightly larger than σ in Comparative Example 2.
Even in this case, the bead width σ according to the present invention can be regarded as the same as the conventional one, and the bead width σ can be improved compared with the conventional one in terms of the pitch. Therefore, the welding method of the present invention can be evaluated comprehensively.
[0044]
However, the present inventors have conducted further research to improve the bead width from the prior art (Comparative Example 2) for the purpose of the invention. In the process, it was found that the length of the base current conduction periods tb1, tb2, and tb3 shown in FIG. Therefore, the relationship between the base current conduction periods tb1, tb2, and tb3 and the welding quality was determined.
[0045]
Experimental conditions:
Welder: Mr. Y
Material of welding base material: SUS304
Thickness of welding base metal: 1.0mm
Dimensions of welding base metal: 50 mm x 200 mm
Peak current: 35A
Peak current conduction period: 272 ma (corresponding to tp in FIG. 1B)
Base current conduction period: 113, 226, 339, 452 or 565 ma
That is, welding was performed by an automatic pulse welding method for a confirmation experiment.
[0046]
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the base current conduction period and the bead width deviation. The horizontal axis represents the base current conduction period and the vertical axis represents the bead width deviation σ.
According to the graph, it can be confirmed that the deviation σ of the bead width is maximum when the base current conduction period is 113 ma and minimum when the base current conduction period is 452 ma.
[0047]
FIG. 8 is a graph showing the relationship between the base current conduction period and the pitch deviation. The horizontal axis represents the base current conduction period and the vertical axis represents the pitch deviation σ.
According to the graph, the pitch deviation σ is maximum when the base current conduction period is 113 ma, and is minimum when the base current conduction period is 339 ma. It can be confirmed that σ tends to decrease as the base current conduction period increases.
[0048]
7 and 8, it can be expected that the bead width and the pitch can be improved if the base current conduction period is 450 mA or more.
In FIG. 7, the bead width .sigma. When the base current conduction period is 452 ma is 0.032. This 0.032 is shown as "improved 0.032" in FIG.
[0049]
6, 0.032 is smaller than any of Mr. Y's results (especially Comparative Example 2). Therefore, it is effective to take measures so that the base current conduction period does not fall below 450 ma, even when the welder can freely select the period. The flow of the preferred welding method of the present invention to which this measure is added is shown below.
[0050]
FIG. 9 is a flowchart of a pulse arc manual welding method according to the present invention, which is an improvement of FIG. STxx indicates a step number.
ST11: The control unit stores in advance the minimum value tmin of the base current conduction period.
ST12: Similarly, the control section stores the peak current conduction period tp (see FIG. 1B).
[0051]
ST13: The welder turns on the switch attached to the welding torch.
ST14: The energization of the peak current starts with the switch-on.
ST15: The control section resets the first timer at the same time when the switch is turned on. Start counting by reset.
[0052]
ST16: The control section determines whether or not the timer count time Tm1 has reached a preset peak current conduction period tp. When Tm1 ≧ tp, the process proceeds to ST17.
ST17: The controller automatically switches the peak current to the base current to extinguish the arc.
ST18: The welder starts the lateral movement of the torch to the next hit point position.
ST19: The second timer is reset simultaneously with the switching of ST17, and the counting is started by the reset.
[0053]
ST20: The control section determines whether or not the timer count time Tm2 has reached a preset minimum value tmin of the base current supply period. When Tm2 ≧ tmin, the process proceeds to ST21.
ST21: The operation can be completed by operating the main switch of the welding machine, but otherwise return to ST13 to continue the operation.
[0054]
Due to the presence of ST20, even if the welder turns on the switch, the current is not switched to the peak current unless tmin (for example, 450 ma) has elapsed after the fire is extinguished. If the base current conduction period is equal to or longer than a predetermined value (for example, 450 ms), the bead width can be made more uniform. Therefore, by performing the above flow, a preferable bead width and pitch can be obtained.
[0055]
To summarize the above, the second welding method of the present invention is a pulse arc manual welding method in which a base current and a peak current are alternately repeated. The peak current is switched to the base current irrespective of the on / off operation of the switch after a lapse of a predetermined time, and the energization of the base current is continued for a predetermined time, and the condition that the predetermined time has continued and the switch is turned on. When both of the above conditions are satisfied, the base current and the peak current are switched so that the energization of the next peak current is started.
[0056]
The present invention can be applied to various arc weldings represented by TIG welding, MIG welding, covered arc welding, carbon dioxide arc welding, and carbon arc welding.
[0057]
【The invention's effect】
The present invention has the following effects by the above configuration.
A first aspect of the present invention relates to a pulse arc manual welding method in which a base current and a peak current are alternately repeated, and the energization of the peak current is started by turning on the switch, and the energization of the peak current is continued for a predetermined time. It is characterized in that the peak current is switched to the base current irrespective of the on / off operation, and the base current and the peak current are switched so that the application of the peak current is started by the next switch-on.
[0058]
In the case of pulse welding, if the peak current conduction period is constant, the sizes of the beads are likely to be uniform. While the arc is extinguished, the torch is moved to the next striking position, but the time required for this movement will inevitably fluctuate, such as individual differences, so leave the base current energizing period to the will of the welder without automating it. It was to be. Thereby, the pitch can be made uniform.
Therefore, according to the first aspect, it is possible to provide a welding method capable of making both the bead width and the pitch uniform.
[0059]
A second aspect of the present invention relates to a pulse arc manual welding method in which a base current and a peak current are alternately repeated, and the energization of the peak current is started by turning on the switch, and the energization of the peak current is continued for a certain time. The peak current is switched to the base current irrespective of the ON / OFF operation, the energization of the base current is continued for a predetermined time, and when both the condition that the predetermined time has continued and the condition that the switch is turned on are satisfied. It is characterized in that the base current and the peak current are switched so as to start energization of the next peak current.
[0060]
In the case of pulse welding, if the peak current conduction period is constant, the sizes of the beads are likely to be uniform. While the arc is extinguished, the torch is moved to the next striking position, but the time required for this movement will inevitably fluctuate, such as individual differences, so leave the base current energizing period to the will of the welder without automating it. It was to be. Thereby, the pitch can be made uniform.
[0061]
However, if the base current energizing period determined by the welder's will is too short, the bead width may be uneven. Therefore, a condition is added that the base current is continuously supplied for a predetermined time and the predetermined time is continued.
Therefore, according to the second aspect, it is possible to provide a welding method capable of further uniformizing both the bead width and the pitch.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a time chart of a pulse arc manual welding method according to the present invention.
FIG. 2 is a flowchart of a pulse arc manual welding method according to the present invention.
FIG. 3 is a graph showing a variation in pitch by the welding method of the present invention.
FIG. 4 is a standard deviation graph of FIG. 3;
FIG. 5 is a graph showing variation in bead width by the welding method of the present invention.
FIG. 6 is a standard deviation graph of FIG. 5;
FIG. 7 is a graph showing a relationship between a base current conduction period and a bead width deviation;
FIG. 8 is a graph showing a relationship between a base current conduction period and a pitch deviation.
FIG. 9 is a flowchart of a pulse arc manual welding method according to the present invention, which is an improvement of FIG. 2;
FIG. 10 shows a typical manual welding operation.
FIG. 11 is an explanatory view of a bead.
FIG. 12 is a time chart of a conventional manual welding operation by manual operation.
FIG. 13 is a graph showing pitch variation due to a conventional manual operation.
FIG. 14 is a graph showing a variation in bead width due to a conventional manual operation.
FIG. 15 is an explanatory view of a conventional automatic pulse welding method.
FIG. 16 is a graph showing a variation in pitch by a conventional automatic pulse welding method.
FIG. 17 is a graph showing a variation in bead width by a conventional automatic pulse welding method.
[Explanation of symbols]
100: welder, 101: protective surface, 102: welding torch or torch, 104: switch, 105: arc, 109, 111 to 115: bead, tp: fixed time, predetermined time: tmin.
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