JP4643161B2 - 定電流特性による消耗電極ガスシールドアーク溶接方法 - Google Patents
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Description
図7は、アルミニウムMIG溶接における溶接ワイヤの溶融特性L1と溶接電源の外部特性CP1との関係を示す図である。同図の横軸はアークに通電する溶接電流Iwを示し、縦軸は溶接ワイヤと母材との間の溶接電圧Vwを示す。溶融特性L1は、溶接ワイヤの送給速度を予め定めた一定値に設定し、溶接電圧Vwを変化させたときの溶接電流Iw及びアーク長Laの変化を測定したものである。Q1点においてアーク長La=2mm程度となり、これよりも下の溶融特性L1上の各点では溶滴移行形態が短絡移行形態になる。Q2点においてアーク長La=6mm程度となり、これよりも上の溶融特性L1上の各点では溶滴移行形態がスプレー移行形態になる。Q1〜Q2点の間の各点では溶滴移行形態はメソスプレー移行形態になる。このメソスプレー移行形態では、1ms以下の微小時間の短絡が発生しつつ溶滴はスプレー移行する。スパッタ、ビード外観、ブローホール等の溶接品質を考慮して実用上使用するアーク長Laの範囲は2〜5mm程度である。したがって実用上使用するアーク長Laの範囲では、溶滴移行形態はメソスプレー移行形態となる。
上述した問題を解決するための従来技術2について以下説明する。図9は、図8で上述した溶融特性L1、L2について縦軸を溶接電圧Vwからアーク長Laに変更して描いた溶融特性L3である。同図の溶融特性L3は、酸化皮膜のクリーニング状態が変化しても変化しない。これは、溶接電流Iwによって溶融速度が決まり溶融速度によってアーク長が決まる原理は酸化皮膜のクリーニング状態が変化しても変化しないためである。上述した図8においては、溶接電圧Vwによってアーク長を制御しているために、酸化皮膜のクリーニング状態が変化してアーク形状が変化すると同一アーク長に対する溶接電圧Vwの値が変化して上述した問題が発生する。これに対して、同図では溶接電流Iwによってアーク長Laを制御するので、酸化皮膜のクリーニング状態の変動の影響は受けない。
母材・溶接ワイヤ間の溶接電圧を検出し、この溶接電圧検出値を移動平均して溶接電圧移動平均値を算出し、前記溶接電圧検出値が前記溶接電圧移動平均値と略等しくなるように前記定電流特性による前記溶接電流値を変化させることを特徴とする定電流特性による消耗電極ガスシールドアーク溶接方法である。
本発明の実施の形態1は、溶接電圧を検出し、この溶接電圧検出値を移動平均して溶接電圧移動平均値を算出し、上記の溶接電圧検出値が上記の溶接電圧移動平均値と略等しくなるように定電流特性による溶接電流値を変化させる定電流特性による消耗電極ガスシールドアーク溶接方法である。
本発明の実施の形態2は、実施の形態1における消耗電極ガスシールドアーク溶接として消耗電極パルスアーク溶接を使用する場合である。図3は、パルスアーク溶接の電流・電圧波形を示す。同図(A)は溶接電流瞬時値iwの時間変化を示し、同図(B)は溶接電圧瞬時値vwの時間変化を示す。時刻t1〜t2のピーク期間Tp中は、同図(A)に示すように、溶滴を移行させるために大電流値のピーク電流Ipを通電し、同図(B)に示すように、溶接ワイヤと母材との間にピーク電圧Vpが印加する。時刻t2〜t3のベース期間Tb中は、同図(A)に示すように、溶接ワイヤを溶融させないために小電流値のベース電流Ibを通電し、同図(B)に示すように、溶接ワイヤと母材との間にベース電圧Vbが印加する。ピーク期間Tp及びベース期間Tbからパルス周期Tfが形成される。パルスアーク溶接においては、パルス周期Tfごとに1溶滴が母材に移行するいわゆる1パルス1溶滴移行となる。したがって、アーク長Laは1パルス周期Tfごとに変化する。このために、上述した実施の形態1における溶接電流Iw及び溶接電圧Vwとして、実施の形態2ではパルス周期Tfごとの溶接電流平均値Iwa及びパルス周期Tfごとの溶接電圧平均値Vwaを使用する必要がある。すなわち、実施の形態2では上記のパルス周期溶接電流平均値Iwaが一定値になるように定電流特性が形成される。また、溶接電圧移動平均値Vraは上記のパルス周期溶接電圧平均値Vwaを移動平均して算出する。したがって、電圧誤差増幅値ΔV=G・(Vra−Vwa)となる。同図(A)において、ピーク期間Tp、ピーク電流Ip、ベース期間Tb及びベース電流Ibを設定すると、パルス周期溶接電流平均値Iwaが所定値に定まる.したがって、パルス周期溶接電流平均値Iwaを変化させるためには、ピーク期間Tp、ピーク電流Ip、ベース期間Tb又はベース電流Ibの少なくとも1つ以上を変化させれば良い。上記以外は実施の形態1と同様である。
図5は、本発明の効果を説明するためにアーク長変動時の過渡応答性を測定する方法を示す図である。溶接ワイヤに直径1.2mmのアルミニウム合金材を使用し、平均溶接電流100A、平均溶接電圧18V、溶接速度80cm/minでパルスMIG溶接を行った場合である。時刻t1においてアーク長を2mmに設定し、時刻t2において母材の段差により給電チップ・母材間距離が長くなりアーク長は6mmに長くなる。この状態から外部特性による自己制御作用によってアーク長が復元されて時刻t3において2mmに戻る。この時刻t2〜t3までの時間をアーク長復元時間として測定する。測定は比較のために従来技術2と本発明の両者について行った。その結果を図6に示す。同図から明らかなように、従来技術2ではアーク長復元時間は70ms程度であった。これに対して本発明では、アーク長復元時間は大幅に短縮されて20ms程度であった。このために、外乱によるアーク長の変動を迅速に復元させることができ変動幅も小さくすることができるので、溶接品質が向上する。
2 母材
3 アーク
4 溶接トーチ
5 送給ロール
AD 加算回路
CC1〜2 定電流特性
CP1〜2 定電圧特性
EI 電流誤差増幅回路
Ei 電流誤差増幅信号
EV 電圧誤差増幅回路
Ib ベース電流
IBS ベース電流設定回路
Ibs ベース電流設定信号
ID 溶接電流検出回路
Id 溶接電圧検出信号
Ip ピーク電流
IPS ピーク電流設定回路
Ips ピーク電流設定信号
IS 電流設定回路
Is 電流設定信号
Isc 電流制御設定信号
Iw 溶接電流
iw 溶接電流瞬時値
Iwa パルス周期溶接電流平均値(信号)
L1〜3 溶融特性
La アーク長
MC 電源主回路
P1〜6 動作点
SB 減算回路
SW 切換回路
Tb ベース期間
TBS ベース期間設定回路
Tbs ベース期間設定信号
Tbsc ベース期間制御設定信号
Tf パルス周期
TM タイマ回路
Tm タイマ信号
Tp ピーク期間
TPS ピーク期間設定回路
Tps ピーク期間設定信号
Vb ベース電圧
VD 溶接電圧検出回路
Vd 溶接電圧検出信号
Vp ピーク電圧
VRA 溶接電圧移動平均値算出回路
Vra 溶接電圧移動平均値(信号)
Vw 溶接電圧
vw 溶接電圧瞬時値
VWA パルス周期溶接電圧平均値算出回路
Vwa パルス周期溶接電圧平均値(信号)
ΔV 電圧誤差増幅(値/信号)
Claims (2)
- 溶接ワイヤを予め定めた速度で送給すると共に、溶接電源の定電流特性によって予め定めた溶接電流をアークに通電して溶接する定電流特性による消耗電極ガスシールドアーク溶接方法において、
母材・溶接ワイヤ間の溶接電圧を検出し、この溶接電圧検出値を移動平均して溶接電圧移動平均値を算出し、前記溶接電圧検出値が前記溶接電圧移動平均値と略等しくなるように前記定電流特性による前記溶接電流値を変化させることを特徴とする定電流特性による消耗電極ガスシールドアーク溶接方法。 - 前記消耗電極ガスシールドアーク溶接がピーク期間中のピーク電流の通電及びベース期間中のベース電流の通電をパルス周期として繰り返す消耗電極パルスアーク溶接であり、前記溶接電流値が前記パルス周期ごとの溶接電流平均値であり、前記溶接電圧値が前記パルス周期ごとの溶接電圧平均値であり、前記ピーク期間又は前記ピーク電流又は前記ベース期間又は前記ベース電流の少なくとも1つ以上を変化させて前記パルス周期ごとの溶接電流平均値を変化させることを特徴とする請求項1記載の定電流特性による消耗電極ガスシールドアーク溶接方法。
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