JPS6333177A - 消耗電極式直流溶接方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、消耗電極と溶接母材との間で溶融金属の溶滴
移行を行わせる消耗電極式直流溶接に関する。

〔従来の技術〕

従来の、消耗電極と溶接母材との間で溶接金属の溶滴移
行を行わせるアーク溶接では、消耗電極と母材を定電圧
特性の直流溶接電源に接続し、消耗電極を一定速度で送
給して、消耗電極から母材に第４図に示すように溶滴移
行を行なう。第４図において、１が消耗電極、１４は消
耗電極の先端に形成される溶滴、３が溶接母材、２はア
ークである。

第４図の（ａ）は、消耗電極１の先端よりアークが発生
した状態を、第４図の（ｂ）は消耗電極１の先端がアー
クによって溶融して溶滴１４が成長する状態を、第４図
の（ｃ）は溶滴１４が溶接母材３と溶融した短絡状態を
、第４図の（ｄ）は溶滴１４が溶接母材３側へ移行して
溶滴１４がくびれた短絡時状態を、第４図の（ｅ）は短
絡が破れてアーク２が発生した状態を、また、第４図の
（ｆ）はくびれた溶滴１４がちぎれてスパッタ１５が発
生した状態を示す。溶接中は、第４図の（ａ）〜（ｆ）
の過程が繰り返される。

溶滴が消耗電極先端で大きく成長して溶接母材と短絡し
た瞬間にスパッタが発生し、また、溶滴が電磁的ピンチ
力によって消耗電極先端からスパッタとなってとびちる
ことが報告されている。特に、消耗電極１よりの溶滴が
溶接母材３と短絡した瞬間には、第５図に示すように、
溶接電圧は極めて低い値となり逆に溶接電流がサージ波
形のごとく最大となる。この時のエネルギーにより消耗
電極ｌ先端の溶滴を吹きとばされてスパッタとなる。

この様に、従来の直流溶接電源の消耗電極送給方法では
、スパッタの発生が多く溶着効率の低下や付着したスパ
ッタの除去作業を必要とするなど、溶接作業の能率低下
と共に、とびちったスパッタが溶接トーチのシールドノ
ズルに付着してシールドガスの流れを阻害し、溶接部の
欠陥を引き起こすなどの問題を生じていた。

これらの問題点を改良するために、溶滴が溶接母材に短
絡する前後に直流溶接電源の出力電圧を低下せしめて、
スパッタ発生量を減少せしめる方法、あるいは、溶接電
流出力を制御することによってスパッタ発生量を減少せ
しめる方法、が提案された。たとえば、特開昭６０−１
３０４６９号公報、特開昭６０−１４５２７７号公報、
特開昭６０−１４５２７８号公報、特開昭６０−１３３
９７７号公報等に提案されている。

その他、直流溶接電源の純直流出力に低周波パルス（１
０〜３００Ｈ２）を加えて、該設定周波数の範囲におい
てスプレー移行とグロビューラ移行（短絡移行）を繰り
返し、平均溶接出力電圧値は短絡移行時と同等にするこ
とにより、スパッタ発生を少なくし溶接作業性を改善す
る提案も利用されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、短絡前後に直流溶接電圧を低下させたり
、所要値に制御する方法は、電気回路上複雑となり、ま
た短絡時間が１回当り３〜１０（ｍｓｅｃ）となるため
に、直流溶接電源の出力応答を早くする必要があり、た
とえばトランジスタによるインバータ電源とそれに見合
った制御回路が必要となるためますます煩雑化する方向
にあった。

また、前記の低周波パルスを加える方法については、溶
接材料および溶接条件が異なると、そのっど、設定周波
数を調整しなければならず、満足すべき結果が得られな
いものであった。

本発明は、上記の問題点に鑑み、比較的に簡単な電気回
路を用いて溶滴を微粒にして溶滴移行をスムーズに行な
い、スパッタ発生量を最少域にとどめることを目的とす
る。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明では、消耗電極と母材の間にアークを発生させて
消耗電極より母材に溶滴移行を行わせる消耗電極式直流
溶接において、　０．５Ｋ）＋２−１０００ＫＩＩＺの
高周波電流を消耗電極に通電してその表皮効果によって
消耗電極を外側表面より溶融させてその先端をペンシル
状にする。

〔作用〕

これによれば、消耗電極先端をペンシル形状にするので
、溶滴が微粒状態となって水が流れるように安定して流
れ落ち、溶接母材に移行する。その結果、スパッタの発
生は極めて少なく１発生してもスパッタの粒度が小さい
ので熱容量が低く囲りの溶接母材、溶接トーチのノズル
、チップ等に溶着しないため、溶接作業性およびガスシ
ールド性も解決される。短絡前後に直流溶接電圧を低下
させたり所要値に制御するなどの、微視的タイミングで
電圧制御をする必要がないので、電源回路構成が簡単に
なる。

以下本発明の詳細な説明する。

第１図は、本発明を実施する消耗電極式直流溶接電源装
置の構成の一例を示したものである。直流溶接電源制御
装置１６は、電流磁気増幅用のトランス１１よりの交流
出力を、整流器１２によって直流（脈流）に変換し、リ
アクトル１８にて平滑化し、出力制御用半導体素子１３
を通して、給電チップ４に給電するものである。出力制
御用半導体素子１３は、高周波発振制御器１９．によっ
て０．５ＫＨ２−１０００ＫＨ２（７）周波数で導通制
御されて第２図に示すような波形の電圧を出力する。

ワイヤ送給装置１７は、消耗電極ｌをワイヤリールｌＯ
より引き出してワイヤ送給モータ９に直結されているワ
イヤフィードローラ８で母材３に送給するものである。

消耗電極１には、給電チップ４によって、高周波電圧（
第２図）が給電されて、この高周波電圧により消耗電極
１−母材３間にアーク２が発生し、このアーク２によっ
て消耗電極が溶融して溶接母材３に溶融金属として溶接
される。

次に上記の高周波電圧印加による作用について説明する
。第３図は、消耗電極１と溶接母材３との間にて溶接金
属の溶滴１４が移行する一例を示したものである。給電
チップ４には、第２図のような高周波電圧が給電されて
おり、これが消耗電極１に加わってアーク２を発生し、
消耗電極１−母材３間に高周波溶接電流６が流れる。高
周波溶接電流６は０．５〜１０００（Ｋ）１２）のため
、表皮効果により消耗電極１の表面に集中的に流れて、
アーク２の近くにおいては外側表面が溶融されやすくな
り、結果として消耗電極１の先端はペンシル形状になる
。このペンシル形状により溶滴１４は小さな粒となって
溶接母材３に安定して移行する。５はガスノズルであり
、７はシールドガスの流跡を示す。

本発明では、上述のように高周波電圧を消耗電極に給電
することによって消耗電極に高周波溶接電流を外側表面
上に集中して流し、消耗電極を表面より溶解して先端を
ペンシル状とするので、溶滴が微粒状態となり水が流れ
るように安定して消耗電極より流れ落ち、溶接母材に移
行する。結果としてスパッタの発生は極めて少なく、発
生してもスパッタの粒度が小さいので熱容量が低く周り
の溶接母材、溶接トーチのノズル、チップ等に溶着しな
いため、溶接作業性およびガスシールド性も解決された
。

なお、高周波出力電圧の波形は第２図のような矩形パル
スのみならず、サイン波、ノコギリ波など、その他の波
形であってもよい。また、消耗電極先端をペンシル状に
するに十分な高周波電流成分を含む限り、定常直流分（
例えば第２図のＥ８対応の電流）を含んでもよい。

なお、高周波の周波数は、パワーケーブルの長さにより
調整を要するものであり、例えば周波数を高くするとパ
ワーケーブルのインピーダンス（特にリアクタンス分）
が大きくなるため出力が小さくなる方向となる。よって
できるだけパワーケーブルは短くして使用する必要があ
る。

〔実施例〕

従来方法の短絡とアークを繰り返す溶滴短絡移行時の溶
接電圧波形と溶接電流波形の変動状態は、−例として下
向突合せ姿勢、ＣＯ２ガスシールド、ワイヤ径１．２（
＋ｗｍ）、および溶接条件３０（Ｖ）、　２００（Ａ）
に設定した場合、第５図に示す波形の変動幅は１０〜３
２（Ｖ）、１００−２５０（Ａ）となり、極メテ不安定
なアーク状態であることが判る。

本発明によれば、上記と同じ条件において高周波の周波
数１０（ＫＨ２）　、ピーク電圧５０（Ｖ）と設定した
場合、第６図に示す波形状態となり、極めて安定したア
ーク状態となり溶接トーチのノズル、チップに溶着する
スパッタの量が、従来と比較して１７３〜１／２程度に
低減した。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明においては、高周波電圧を消
耗電極に給電しその表皮効果により消耗電極をペンシル
形状とするので、溶滴移行が水を流したごとくになり、
結果としてスパッタが減少し、シールド性が安定化して
溶接欠陥がなくなり、溶接作業性の向上した。特に、最
近の溶接業は自動溶接、コンピュータ制御によるロボッ
ト溶接、自動溶接システム化と進んでいる中で、溶接ア
ーク不安定より発生するノイズ等が、自動制御電子装置
に誤動作をもたらして溶接全線が溶接欠陥となるなどの
原因を少なくすることになり、自動溶接の安定化および
溶接継手の品質向上と均一化を計ることが可能となる。

以上の様に本発明は極めて工業的に価値の高い消耗電極
式直流溶接方法を提供するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の消耗電極式直流溶接電源制御方法を行
なう制御装置の構成−例を示すブロック図、第２図は第
１図に示す消耗電極１に印加される高周波電圧を示す波
形図、第３図は第１図に示す溶接装置で消耗電極１と溶
接母材３との間にて溶滴が移行する態様を示す断面図で
ある。 第４図の（ａ）〜（ｆ）は、従来の、消耗電極が溶接母
材に溶滴移行する過程を示す側面図、第５図は従来の直
流溶接電源を用いたときの溶接電圧波形と溶接電流波形
を示す波形図である。 第６図は本発明の一実施例での高周波溶接電圧波形と高
周波溶接電流波形を示す波形図である。 １：消耗電極　　　　　　２：アーク ３：溶接母材　　　　　　４：給電チップ５：ガスノズ
ル　　　　　６：高周波溶接電流７：シールドガスの流
跡 ８：ワイヤフィードローラ ９：ワイヤ送給モータ １０：ワイヤリール　　　　ｌｌニドランス１２：整流
器 １３：出力制御用半導体素子 １４：溶ン霞　　　　　　　　１５ニスバッタ１６：直
流溶接電源制御装置 １７：ワイヤ送給袋［１８：リアクトル１９：高周波発
振制御 １覗咽憎くえ区悩采 摺３７ 児４■ （ａ）　　　　　（ｂ）　　　　　（Ｃ）黒５図 第６冒

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）消耗電極と母材の間にアークを発生させて消耗電
   極より母材に溶滴移行を行わせる消耗電極式直流溶接に
   おいて、０．５ＫＨＺ〜１０００ＫＨＺの高周波電流を
   消耗電極に通電してその表皮効果によって消耗電極を外
   側表面より溶融させてその先端をペンシル状にすること
   を特徴とする、消耗電極式直流溶接方法。
2. （２）消耗電極と溶接用直流電源の間に半導体素子を介
   挿し、この半導体素子を高周波導通付勢する前記特許請
   求の範囲第（１）項記載の、消耗電極式直流溶接方法。