JPH09225639A - アルミニウム合金製管の自動溶接方法及び自動溶接装置 - Google Patents

アルミニウム合金製管の自動溶接方法及び自動溶接装置

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JPH09225639A
JPH09225639A JP6169296A JP6169296A JPH09225639A JP H09225639 A JPH09225639 A JP H09225639A JP 6169296 A JP6169296 A JP 6169296A JP 6169296 A JP6169296 A JP 6169296A JP H09225639 A JPH09225639 A JP H09225639A
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周一郎 加藤
Shinji Sukeshiro
信二 助代
Akinobu Miyazaki
明延 宮崎
Naoki Takinami
直樹 滝波
Takeshi Kuroda
剛 黒田
Tomoo Araki
智勇 荒木
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Nippon Aluminium Co Ltd
Chubu Electric Power Co Inc
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 アルミニウム合金製管同士を溶接トーチを一
方向に一周させて溶接する場合の下進溶接を行なう際に
おいて、特に空気を巻込んだり溶け落ちたりするのを、
確実に防止できる、自動溶接方法を提供することであ
る。 【解決手段】 内管の全周を複数に分割し、各分割区域
毎に、交流と直流とを周期的に切換えながらTIG溶接
を行なう交流直流TIG溶接法を実施し、その実施を、
少なくともないしに示す4因子を制御しながら行な
い、交流の印加時間と直流の印加時間との比率、交
流印加時における|EN|/|EP|、交流及び直流の各
電流値、交流と直流の切換周波数、においては、下
進溶接での直流の電流値を交流より大きく設定したこと
を特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本願発明は、水平に固定され
たアルミニウム合金製管同士を、溶接トーチを一方向に
一周させることによって、自動で溶接(例えば、突合わ
せ溶接、隅肉溶接)する方法及び装置に関するものであ
る。
【0002】
【従来技術及びその課題】水平固定管の自動溶接におい
ては、図8に示すように、溶接トーチを一方向に360
°回転させて(即ち、一周させて)溶接するのが、通常
であるが、アルミニウム合金製の管を自動溶接する場合
においては、図8のR部分(時計方向で2〜5時の間に
相当する部分)に示す下進溶接が困難であるために、図
9の矢印Bに示すように、溶接トーチを下から両側に振
り分けて上進溶接を行なう方法が、一般的に行なわれて
いる。即ち、アルミニウム合金の下進溶接では、管の下
部において、アークによって形成された溶融地から開先
に沿ってアルミニウム合金が先行して流れ、気孔を過剰
に含んだり、溶け落ちたりするという問題があった。一
方、上進溶接によれば、気孔の発生や溶け落ちは防止で
きるが、上向き姿勢でアークスタートを行なうために、
その部分に気孔の過剰発生や融合不良といった欠陥が発
生しやすく、管の下部の品質の信頼性が得にくく、ま
た、溶接装置のセッティングに手間がかかるという問題
があった。
【0003】本願発明は、アルミニウム合金製管同士を
溶接トーチを一方向に一周させて溶接する場合の下進溶
接を行なう際において、特に気孔の過剰発生や溶け落ち
を確実に防止できる、自動溶接方法及び自動溶接装置を
提供することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本願発明の内、請求項1記載のアルミニウム合金製
管の自動溶接方法は、アルミニウム合金製管同士を、溶
接トーチを一方向に一周させることによって自動で溶接
する方法であって、アルミニウム合金製管の全周を複数
に分割し、各分割区域毎に、交流と直流とを周期的に切
換えながらTIG溶接を行なう交流直流TIG溶接法を
実施し、その溶接法の実施を、少なくともないしに
示す4因子を制御しながら行ない、 交流の印加時間と直流の印加時間との比率、 交流印加時における|EN|/|EP|、 交流及び直流の各電流値、 交流と直流の切換周波数、 においては、下進溶接での直流の電流値を交流より大
きく設定したことを特徴としている。
【0005】請求項2記載のアルミニウム合金製管の自
動溶接装置は、アルミニウム合金製管同士を、溶接トー
チを一方向に一周させることによって自動で溶接する装
置であって、アルミニウム合金製管の外周に設けたリン
グ状レールに沿って移動する溶接トーチを備えた溶接ヘ
ッドと、交流と直流とを周期的に切換えながらTIG溶
接を行なうための交流直流TIG溶接用電源と、これら
を制御する制御装置とを備え、制御装置は、複数に分割
されたアルミニウム合金製管の全周の各分割区域毎に、
少なくともないしに示す4因子を制御するものであ
り、 交流の印加時間と直流の印加時間との比率、 交流印加時における|EN|/|EP|、 交流及び直流の各電流値、 交流と直流の切換周波数、 においては、下進溶接での直流の電流値が交流より大
きく設定されていることを特徴としている。
【0006】請求項3記載のアルミニウム合金製管の自
動溶接装置は、請求項2記載の構成に加え、リング状レ
ールとアルミニウム合金製管との間の複数箇所には、耐
熱性物質からなる層と弾性物質からなる層とからなる二
層構造のスペーサが、耐熱性物質からなる層をアルミニ
ウム合金製管側にして嵌挿されている。
【0007】本願発明においては、において、直流の
印加時間の比率を大きくすると、溶け込みの大きい溶接
部が得られる。において、|EP|>|EN|であると、
EPに基づくクリーニング作用は大きくなるが、ENに
基づく溶け込みが小さくなる。において、直流の電流
値が交流より大きいと、下進溶接の場合でも溶け込み形
状が改善されて溶融金属(アルミニウム合金)が開先に
沿って溶融地より先流れすることが殆んど防止される。
において、切換周波数は、溶接ビードの外観形状に影
響する。従って、これら4因子を適宜制御することによ
り、所望の溶接部が得られることとなる。
【0008】
【発明の実施の形態】図1は本願発明の自動溶接装置の
全体構成図である。この自動溶接装置は、アルミニウム
合金製の、外管1と内管2とを、隅肉溶接して接合する
ものである。内管2の外周には、リング状レール5が設
けられており、溶接トーチ34を備えた溶接ヘッド3が
レール5上を移動するようになっている。溶接ヘッド3
の作動は、システム4により制御されるようになってい
る。システム4は、コントロールボックス41、リモー
トコントローラ42、溶接電源43、冷却水循環ポンプ
44、シールドガスボンベ45、システム用電源46、
及び監視記録装置47を備えている。溶接電源43は、
交流と直流とを周期的に切換えながらTIG溶接を行な
うための交流直流TIG溶接用のものである。シールド
ガスとしてはアルゴンガスを用いている。ポンプ44は
水道水の蛇口44aに直結している。
【0009】溶接ヘッド3は、図1のII−II断面図であ
る図2に示すように、台車31、溶接線送給装置32、
溶接線倣い装置33、溶接トーチ34、及びウィービン
グ装置35を備えている。32aは溶接線(溶加材)で
ある。溶接線倣い装置33は、溶接トーチ34を案内す
るものである。
【0010】レール5は、ホルダーアーム61を介して
クランプ金具6により内管2上に固定されている。レー
ル5と内管2との間の複数箇所には、略均等な間隔でス
ペーサ7が嵌挿されている。スペーサ7は、例えばベー
クライト等の耐熱性物質からなる層71と例えばシリコ
ンゴム等の弾性物質からなる層72とからなる二層構造
のものであり、層71を内管2側にして設けられてい
る。
【0011】コントロールボックス41は、内管2(又
は外管1)の全周を複数に分割し、各分割区域毎に、交
流と直流とを周期的に切換えながらTIG溶接を行なう
交流直流TIG溶接法を実施するよう、システム4を制
御するものであり、少なくともないしに示す4因子
を制御している。 交流の印加時間と直流の印加時間との比率、 交流印加時における|EN|/|EP|、 交流及び直流の各電流値、 交流と直流の切換周波数。 なお、においては、直流を交流より大きく設定してい
る。ENはElectrodeNegativeの略、EPはElectrode P
ositiveの略である。
【0012】次に、上記構成の装置を用いた具体的な実
施例を、比較例と対比して説明する。 [実施例]図3は溶接箇所の拡大断面図である。両管
1、2は、直径500mm、肉厚10mmのものであ
り、共に、A6063TE−T1材であるアルミニウム
合金製のものである。
【0013】溶接条件 (1) 両管1、2を水平に固定し、交流直流TIG溶接法
を用いて1層で隅肉溶接ビードを形成するようにした。
【0014】(2) 内管2(又は外管1)の全周を24分
割し、図4に示す範囲X(分割位置1〜12の範囲)に
ついては矢印Cに示す下進溶接を行ない、範囲Y(分割
位置13〜24の範囲)については矢印Dに示す上進溶
接を行なった。
【0015】(3) 具体的条件は次の通りである。なお、
図5は交流直流TIG溶接法の溶接電流波形の模式図で
ある。図5において、TDCは直流印加期間、TACは交流
印加期間であり、1サイクル=TDC+TACである。ま
た、本実施例では、直流電流値を交流電流値より30A
ほど大きく設定している。
【0016】(i) 全周に共通の条件 ・1サイクルにおける直流と交流の比率:各50% ・交流における|EN|/|EP|:75% ・10サイクル=1Hz ・アルゴンガス流量:20リットル/分 ・ウィービング:有 ・溶接線の種類、径:A5356WY、1.2mmφ
【0017】(ii) 範囲Xにおける条件 ・直流電流値(A):310〜360 ・交流電流値(A):直流電流値−30 ・溶接速度:50〜60mm/分 ・溶接線送給速度:200〜250cm/分
【0018】(iii) 範囲Yにおける条件 ・直流電流値(A):290〜340 ・交流電流値(A):直流電流値−30 ・溶接速度:60〜70mm/分 ・溶接線送給速度:200〜250cm/分 なお、範囲X、Yにおいては、各分割区域毎に、電流
値、溶接速度、溶接線送給速度を制御しているため、こ
れらについては幅のある値となっている。
【0019】[比較例]実施例に比して、電流値が異な
るだけであり、その他は同じである。即ち、比較例で
は、交流電流値を直流電流値より30Aほど大きく設定
している。具体的には、次の通りである。実施例と異な
る点のみ示す。
【0020】溶接条件 (ii) 範囲Xにおける条件 ・直流電流値(A):交流電流値−30 ・交流電流値(A):320〜370
【0021】(iii) 範囲Yにおける条件 ・直流電流値(A):交流電流値−30 ・交流電流値(A):300〜350
【0022】[結果] ・溶接ビードは、実施例及び比較例の、範囲X及びYに
おいて、良好なものが得られた。
【0023】・図6は実施例の範囲Xの溶接部のX線断
面写真、図7は比較例の範囲Xの溶接部のX線断面写真
である。実施例の範囲Xにおいては、図6に示すよう
に、気孔は殆んど発生していないが、比較例の範囲Xに
おいては、図7に示すように、著しい数の気孔が発生し
ている。一方、実施例及び比較例の範囲Yにおいては、
いずれも気孔は殆んど発生していなかった。このことか
ら、下進溶接においては直流電流値を交流電流値より大
きく設定することが、気孔のない良好な溶接部を得る上
において必要な条件であることがわかる。
【0024】なお、上記構成の装置においては、レール
5と内管2との間にスペーサ7を設けているので、溶接
時の熱によって内管2が膨張しても、スペーサ7が緩衝
材として機能するために、レール5が変形したり破壊さ
れたりすることはない。
【0025】また、上記構成の装置では、印加する電流
及び電圧が所定の上限値を越えた場合に溶接作動を停止
させる非常停止装置(図示せず)を設けている。このた
め、故障時の過大電流や過大電圧によって溶融池が陥没
して貫通孔が発生するのが、防止される。
【0026】また、上記溶接方法においては、溶接トー
チ34により一周溶接した後に、溶接トーチ34の先端
が溶接ビードの始点に会合した時から、溶接線32aの
送給を停止し、上記始点から数十mmの距離の間、溶接
トーチ34を移動させながら溶接電流を小さくしていく
ようにしている。このため、溶接ビードの終点における
クレータ処理が良好に行なわれる。
【0027】また、上記溶接方法においては、一周溶接
の終了段階において、溶接線倣い装置33の倣い接触子
33aが溶接ビードの始点に会合する直前に溶接線倣い
装置33をオフとし、溶接トーチ34の先端が溶接ビー
ドの始点に会合する直前に溶接線倣い装置33をオンと
すると同時に溶接トーチ34の先端を溶接ビードの高さ
に応じて引上げるようにしている。このため、溶接ビー
ドの始点に、良好に重ねて溶接が施される。
【0028】
【発明の効果】以上のように、本願発明によれば、次の
ような効果を奏する。 (1)請求項1記載の自動溶接方法によれば、気孔が殆
んど存在しない溶接部を得ることができる。また、所望
の、溶け込み深さ、溶接ビードの外観形状等を有する溶
接部を得ることができる。
【0029】(2)請求項2記載の自動溶接装置によれ
ば、上記自動溶接方法を実施できる。
【0030】(3)請求項3記載の自動溶接装置によれ
ば、溶接作業時にアルミニウム合金製管が熱膨張して
も、リング状レールが変形したり破壊されたりするのを
防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本願発明の自動溶接装置の全体構成図であ
る。
【図2】 図1のII−II断面図である。
【図3】 溶接箇所の拡大断面図である。
【図4】 内管の断面模式図を用いた、溶接方法の説明
図である。
【図5】 交流直流TIG溶接法の溶接電流波形の模式
図である。
【図6】 金属組織を示す図面に代わる写真であって、
実施例の範囲Xの溶接部のX線断面写真である。
【図7】 金属組織を示す図面に代わる写真であって、
比較例の範囲Xの溶接部のX線断面写真である。
【図8】 水平固定管の一般的な自動溶接方法の一例を
示す模式図である。
【図9】 水平固定管の一般的な自動溶接方法の別の例
を示す模式図である。
【符号の説明】
1 外管 2 内管 3 溶接ヘッド 34 溶接トーチ 4 システム 41 コントロールボックス 43 交流直流TIG溶接用電源 5 リング状レール 7 スペーサ 71 (耐熱性物質からなる)層 72 (弾性物質からなる)層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加藤 周一郎 大阪府大阪市淀川区三国本町3丁目9番39 号 株式会社日本アルミ内 (72)発明者 助代 信二 大阪府大阪市淀川区三国本町3丁目9番39 号 株式会社日本アルミ内 (72)発明者 宮崎 明延 愛知県名古屋市東区東新町1番地 中部電 力株式会社内 (72)発明者 滝波 直樹 愛知県名古屋市東区東新町1番地 中部電 力株式会社内 (72)発明者 黒田 剛 大阪府大阪市此花区島屋一丁目1番3号 住友電気工業株式会社大阪製作所内 (72)発明者 荒木 智勇 大阪府大阪市此花区島屋一丁目1番3号 住友電気工業株式会社大阪製作所内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アルミニウム合金製管同士を、溶接トー
    チを一方向に一周させることによって自動で溶接する方
    法であって、 アルミニウム合金製管の全周を複数に分割し、各分割区
    域毎に、交流と直流とを周期的に切換えながらTIG溶
    接を行なう交流直流TIG溶接法を実施し、 その溶接法の実施を、少なくともないしに示す4因
    子を制御しながら行ない、 交流の印加時間と直流の印加時間との比率、 交流印加時における|EN|/|EP|、 交流及び直流の各電流値、 交流と直流の切換周波数、 においては、下進溶接での直流の電流値を交流より大
    きく設定したことを特徴とするアルミニウム合金製管の
    自動溶接方法。
  2. 【請求項2】 アルミニウム合金製管同士を、溶接トー
    チを一方向に一周させることによって自動で溶接する装
    置であって、 アルミニウム合金製管の外周に設けたリング状レールに
    沿って移動する溶接トーチを備えた溶接ヘッドと、交流
    と直流とを周期的に切換えながらTIG溶接を行なうた
    めの交流直流TIG溶接用電源と、これらを制御する制
    御装置とを備え、 制御装置は、複数に分割されたアルミニウム合金製管の
    全周の各分割区域毎に、少なくともないしに示す4
    因子を制御するものであり、 交流の印加時間と直流の印加時間との比率、 交流印加時における|EN|/|EP|、 交流及び直流の各電流値、 交流と直流の切換周波数、 においては、下進溶接での直流の電流値が交流より大
    きく設定されていることを特徴とするアルミニウム合金
    製管の自動溶接装置。
  3. 【請求項3】 リング状レールとアルミニウム合金製管
    との間の複数箇所には、耐熱性物質からなる層と弾性物
    質からなる層とからなる二層構造のスペーサが、耐熱性
    物質からなる層をアルミニウム合金製管側にして嵌挿さ
    れている請求項2記載のアルミニウム合金製管の自動溶
    接装置。
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Cited By (5)

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