JPS6331305B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は２電極TIG溶接方法に係り、特に溶接
電流を２電極に交互に切換えて流すことによりア
ークの磁気干渉を防止し、かつアーク熱によつて
形成される溶融プールが一体となるように２電極
間距離及び角度を規定した２電極TIG溶接方法に
関する。

第１図は従来の２電極溶接方法を示すものであ
り、この図において１は先行トーチ、２は先行電
極、３は後行トーチ、４は後行電極、５はフイラ
ーワイヤ送給ノズル、６はフイラーワイヤ、７
ａ，７ｂはアーク、８ａ，８ｂは溶融プール、９
は被溶接材であり、矢印は溶接方向を示す。第１
図に示す従来の２電極溶接方向においては、フイ
ラーワイヤ６を先行電極２の溶接方向前方からフ
イラーワイヤ送給ノズル５経由で先行電極２のア
ーク７ａおよび溶融プール８ａ中に送給していた
が、この方法は２電極溶接の特長である先行電極
の予熱作用および後行電極のビード形成作用を十
分に利用することができないという欠点があつ
た。また溶接速度の高速化を図るには一般に被溶
接材と電極先端間の距離（以下アーク長という）
を短かくする必要があるが、この方法ではアーク
長をワイヤ径以下に短かくするとワイヤに電極が
接触して溶接不能となるので、アーク長を短かく
することが困難で溶接速度の高速化が得られない
という欠点もあつた。

第１図に示した従来の２電極溶接方法の欠点を
解消するため、第２図に示すような２電極溶接方
法が溶接学会講演概要集、第20巻、第160〜161頁
に開示されており、この方法によれば、曲りぐせ
を付与されたフイラーワイヤ６が先行トーチ１と
後行トーチ３の間に位置するフイラーワイヤ送給
ノズル５径由で後行電極４のアーク７ｂおよび溶
融プール８ｂ中に送給される。第２図に示したこ
の方法は第１図の方法に比べ溶着量は増加する
が、従来の２電極溶接は電源に直流電源を利用し
ているため電極間距離が短かいとアークの磁気干
渉を生じ、干渉により吹き上げられたアークによ
つてフイラーワイヤが溶融され、ワイヤの溶融が
非常に不安定となるので、電極間隔はアークの干
渉を殆んど受けない15mm以上の距離に保つ必要が
あり、溶融プールを一体化することができなかつ
た。

また電極間距離が長くなると先行電極の効果を
十分に生かすことができないばかりではなく、ワ
イヤの曲りぐせを利用しているためワイヤの溶融
先端部が一定せず、電極に溶融金属が付着し汚れ
をを生ずる等の欠点があつた。

本発明の目的は、このような事情に基づいてな
されたものであり、溶融プールを一体化し、アー
クの磁気干渉を防止するとともに、良好な溶接ビ
ートを形成することのできる２電極TIG溶接方法
を提供するにある。

このような目的を達成するため、本発明は、先
行電極と後行電極を構成する２電極に電流を流
し、各電極に発生するアーク熱によつて形成され
る溶融プールが一体となるようにした２電極TIG
溶接において、前記２電極間距離が電極の先端部
で12mm以下、かつその電極間角度が15〜40度で配
置させるとともに、前記各電極間に位置する溶融
プール中にフイラーワイヤを送給し、前記各電極
に溶接電流をその各電流の配分を等しくして交互
に流すようにして溶接することを特徴とするもの
である。

第３図は電極間角度が15度、25度、40度で、溶
接速度が30cm／minの場合において、溶融プール
が一体になる電極間距離を全溶接電流（先行電流
と後行電流の和）との関係で示したグラフであ
る。同図中、は溶融プールが一体となる領域、
は溶融プールが分離する領域、曲線ａは電極間
角度が15度、同ｂは同25度、及び同ｃは同40度の
各場合における領域ととの境界線を示す。
尚、曲線ｄは電極間角度が10度の場合を示す。次
に第４図は、電極間距離８mm、12mm、13mmで、溶
接速度30cm／minの場合において、溶融プールが
一体となる電極間角度を全溶接電流との関係で示
したグラフである。尚、第４図は第３図と座標の
横軸の変数を入れ替えた関係にあり、グラフ全体
の意味するところは、両図ともに全溶接電流と電
極間距離と電極間角度との相互の関連性を示して
いる点で同じものである。第４図で曲線ｅ，ｆ，
ｇは各々電極間距離が８mm、12mm、13mmの場合に
おける、溶融プールが一体となる領域と溶融プ
ールが分離する領域の境界線である。すなわ
ち、各境界線より上の領域が溶融プールが一体と
なる領域である。

これら第３図及び第４図から、電極間距離が大
きくなるにつれて全溶接電流が必然的に大きくな
つている。しかし、２電極TIG溶接において、電
極間距離を大きくすることは実質的に１電極溶接
に近ずくことになり、これを全溶接電流の増加に
よつて補填する方法は、溶融プールの溶融効率が
低下することになる。この溶融効率は低い溶接電
流で溶融プールが一体となる方が高いものである
からである。この溶接効率の点から全溶接電流は
200A以下とするのが望ましい。そこで、第４図
に基づいて電極間距離を12mm以下とする。

また、第４図より電極間距離が12mmであつても
電極間角度が15度以下及び40度以上の範囲では溶
接電流が200Aを越え、溶接効率が低下する。そ
こで、電極間角度は15〜40度とする。この電極間
角度を前記範囲に規定する他の理由も挙げられ
る。先ず、40度以上になると、２電極のうちの後
行電極のアークによるアーク力が溶融プールを後
方より前方に向つて浮上させる量が体くなり、該
プールが不安定化して不揃いの溶接ビードが形成
されやすくなる。従つて良好な溶接ビードが得ら
れないので、電極間角度は40度以下とする。ま
た、電極間角度が15度以下では、先行電極と後行
電極の両アークのアーク力が孤別化して分散して
しまうため、特に高速溶接の際に、溶融プールが
後方に引きずられ、アーク値下の溶融量が相対的
に少なくなりハンピングビードが生じやすくなる
問題がある。そこで15度以上とする。

第５図は本発明の方法を実施するに好適な装置
のブロツク図である。この図において溶接電源１
０の陰極がトランジスタ１１により構成されるス
イツチング装置１２を通して先行電極２および後
行電極４に接続され、溶接電源１０の陽極が被溶
接材９に接続されている。先行電極２、後行電極
４と被溶接材９の間にアーク７ａ，７ｂを発生さ
せ、溶融プール１３が形成される。スイツチング
制御装置１４によつて制御されたスイツチング装
置１２によつて溶接電流を先行電極２、後行電極
４に交互に切換えて流すことによりアークの磁気
干渉が防止された。なお切換周波数は250Hzであ
つた。フイラーワイヤ６は先行電極２と後行電極
４の間に位置するフイラーワイヤ送給ノズル５を
通して一体の溶融プール１３中に送給される。フ
イラーワイヤ送給装置１５はフイラーワイヤ送給
制御装置１６によつて制御された。

第６図は、上記実施例で使用した溶接トーチの
部分断面図であり、この溶接トーチは先行トーチ
１、後行トーチ３、フイラーワイヤ送給ノズル５
およびシールドノズル１８から主として構成され
ている。先行トーチ１には先行電極２がコレツト
１９およびコレツト押え２０によつて取り付けら
れている。後行トーチ３も先行トーチ１と同様な
構造をしており、後行電極４が取り付けられてい
る。先行電極２と後行電極４の電極間角度は30度
である。また先行電極２と後行電極４の電極先端
部の電極間距離は10mmに設定された。フイラーワ
イヤ６は、上記２本の電極の中間より、ノズル止
め２１によつて固定されたフイラーワイヤ送給ノ
ズル５を通して送給される。すなわち、各電極
２，４とフイラーワイヤ送給ノズル５のなす角度
は15度である。先行トーチ１および後行トーチ３
は水冷され、各トーチおよびノズル間は絶縁され
ている。各トーチはシールドガスにより電極をシ
ールドするように構成されている。シールドガス
はシールドガス１８を通つて溶接部に送られ、溶
接部をシールドする。電極は3.2φの２％トリウム
入りタングステン電極を使用した。

溶接は被溶接材にSUS３０４、フイラーワイ
ヤに共金ワイヤ３０８（ワイヤ径1.2mm）を使用
した。またシールドガスにArガスを使用し、各
電極に流す気流配分は１：１とした。第７図は全
溶接電流と溶着速度の関係を示すグラフであり、
図中Ｃは本発明の方法を実施した場合の結果を示
し、Ｄは第２図記載の従来方法を実施した場合の
結果を示す。この図より明らかなように本発明の
方法は第２図記載の従来方法に比べ２倍以上の溶
着速度が得られる。またフイラーワイヤの溶融も
非常に安定しており、良好な溶接を行なうことが
できた。

第８図はハンピングビードを生じない限界溶接
速度と全溶接電流の関係を示すグラフであり、図
中Ｅは本発明の方法を実施した場合の結果を示
し、Ｆは第２図記載の従来方法を実施した場合の
結果を示す。本発明の方法はフイラーワイヤに関
係なくアーク長を短かくすることができるので、
フイラーワイヤ送給溶接においても限界溶接速度
を著るしく向上させることができ、第２図記載の
従来方法に比べ2.5倍以上の限界溶接速度が得ら
れることが明らかとなつた。またワイヤの溶融が
安定なため、非常にきれいな溶接ビードが得られ
た。さらにフイラーワイヤの接触等による電極の
汚れも従来方法に比べ非常に少なかつた。

以上述べたように本発明によれば、フイラーワ
イヤに影響されることなくアーク長を短かくする
ことができるとともに、電極の汚れも少なく、ワ
イヤの溶融も安定しているため、２電極溶接の効
果がフイラーワイヤ送給溶接においても十分得ら
れ、溶着速度および溶接速度の高速化が達成され
た。また電極先端を被溶接材の表面以下に突込み
溶接するうもれアーク溶接も行なうことができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は先行電極にフイラーワイヤを送給する
従来方法の説明図、第２図は後行電極にフイラー
ワイヤを送給する従来方法の説明図、第３図は溶
融プールが一体となる電極間距離と全溶接電流の
関係を示すグラフ、第４図は溶融プールが一体と
なる電極間角度と全溶接電流の関係を示すグラ
フ、第５図は本発明の方法を実施するに好適な装
置のブロツク図、第６図は本発明の方法を実施す
るに際して使用される溶接トーチの部分断面図、
第７図は全溶接電流と溶着速度の関係を示すグラ
フ、第８図は全溶接電流と限界溶接速度の関係を
示すグラフである。 １…先行トーチ、２…先行電極、３…後行トー
チ、４…後行電極、５…フイラーワイヤ送給ノズ
ル、６…フイラーワイヤ、７ａ，７ｂ…アーク、
８ａ，８ｂ…溶融プール、９…被溶接材、１０…
溶接電源、１１…トランジスタ、１２…スイツチ
ング装置、１３…溶融プール、１４…スイツチン
グ制御装置、１５…フイラーワイヤ送給装置、１
６…フイラーワイヤ送給制御装置、１７…トーチ
ボデイ、１８…シールドノズル、１９…コレツ
ト、２０…コレツト押え、２１…ノズル止め。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 先行電極と後行電極を構成する２電極に電流
   を流し、各電極に発生するアーク熱によつて形成
   される溶融プールが一体となるようにした２電極
   TIG溶接において、前記２電極は、その電極間距
   離が電極の先端部で12mm以下、かつその電極間角
   度が15〜40度で配置させるとともに、前記各電極
   間に位置する溶融プール中にフイラーワイヤを送
   給し、前記各電極に溶接電流をその各電流の配分
   を等しくして交互に流すようにして溶接すること
   を特徴とする２電極TIG溶接方法。