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WO2025047670A1 - アーク溶接方法及びアーク溶接装置 - Google Patents

アーク溶接方法及びアーク溶接装置 Download PDF

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WO2025047670A1
WO2025047670A1 PCT/JP2024/030256 JP2024030256W WO2025047670A1 WO 2025047670 A1 WO2025047670 A1 WO 2025047670A1 JP 2024030256 W JP2024030256 W JP 2024030256W WO 2025047670 A1 WO2025047670 A1 WO 2025047670A1
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WO
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current
welding
arc
less
equal
Prior art date
Application number
PCT/JP2024/030256
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
将史 藤原
潤司 藤原
和輝 笠野
範幸 松岡
龍幸 中川
Original Assignee
パナソニックＩｐマネジメント株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by パナソニックＩｐマネジメント株式会社 filed Critical パナソニックＩｐマネジメント株式会社
Publication of WO2025047670A1 publication Critical patent/WO2025047670A1/ja

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Definitions

  • This disclosure relates to a consumable electrode arc welding method and arc welding device.
  • a welding current is generally supplied between the workpiece and the electrode to generate an arc, and welding is performed while supplying a shielding gas around the arc.
  • Argon for example, is used as the shielding gas.
  • the welding current is made up of a pulse wave in which a base current and a peak current are periodically repeated alternately.
  • This disclosure has been made in light of these points, and its purpose is to achieve deep penetration while suppressing welding defects, even when 100% argon is used as the shielding gas for arc welding.
  • the arc welding method disclosed herein is a consumable electrode type arc welding method in which a welding current is supplied between the workpiece and an electrode, which is a welding wire, to generate an arc and welding is performed while supplying a shielding gas around the arc, the arc length indicated by the relative position of the tip of the electrode to the surface of the workpiece is within ⁇ 2 mm, the shielding gas is composed of 100% argon, the welding current is composed of a pulse wave in which a base current and a peak current are periodically repeated in an alternating manner, the average current per cycle of the welding current is 250 A or more, the base current is 200 A or more, and the peak current is 600 A or less.
  • the arc welding device disclosed herein is a consumable electrode type arc welding device that supplies a welding current between the workpiece and an electrode, which is a welding wire, to generate an arc and performs welding while supplying a shielding gas around the arc, the arc length indicated by the relative position of the tip of the electrode to the surface of the workpiece is within ⁇ 2 mm, the shielding gas is composed of 100% argon, the welding current is composed of a pulse wave in which a base current and a peak current are periodically repeated in an alternating manner, the average current per cycle of the welding current is 250 A or more, the base current is 200 A or more, and the peak current is 600 A or less.
  • FIG. 1 shows an arc welding apparatus.
  • FIG. 2 shows the arc length.
  • FIG. 3 shows the penetration depth.
  • FIG. 4 shows the change in welding current over time.
  • FIG. 5 shows a first embodiment.
  • FIG. 6 shows a second embodiment.
  • FIG. 7 shows a third embodiment.
  • the arc welding method is performed by an arc welding device 1.
  • the arc welding method and the arc welding device 1 are of a consumable electrode type.
  • FIG. 1 shows the arc welding device 1.
  • the arc welding device 1 performs an arc welding method.
  • a welding current I is supplied between a workpiece W as an object to be welded and a welding wire 13 as an electrode to generate an arc A, and welding is performed while supplying a shielding gas S around the arc A.
  • the workpiece W is metal.
  • the electrode is the welding wire 13.
  • the arc welding device 1 performs MIG (Metal Inert Gas) welding.
  • the welding wire (electrode wire) 13 is a metal used as a filler material in arc welding.
  • the welding wire 13 is held by a torch (not shown). As the torch moves at a predetermined speed, the welding wire 13 also moves at the same speed in the welding direction along the predetermined welding section.
  • the arc welding device 1 includes a main transformer 2, a primary side rectifier 3, a switching unit 4, a DCL (reactor) 5, a secondary side rectifier 6, a welding current detector 7, a welding voltage detector 8, a control switch 9, an output controller 10, a wire feed speed controller 11, a welding tip 12, a welding wire 13, a nozzle 14, a wire feeder 16, and a welding condition setting unit 17.
  • the arc welding device 1 also includes a robot controller (not shown) that controls the operation of a robot (not shown) that holds a torch (not shown).
  • the primary side rectifier 3 rectifies the input voltage input from an input power source (three-phase AC power source) 15 external to the arc welding device 1.
  • the switching unit 4 controls the output of the primary side rectifier 3 to an output suitable for welding.
  • the main transformer 2 converts the output of the switching unit 4 to an output suitable for welding.
  • the secondary side rectifier 6 rectifies the output of the main transformer 2.
  • the DCL (reactor) 5 smoothes the output of the secondary side rectifier 6 to a current suitable for welding.
  • the welding current detector 7 detects the welding current I flowing through the welding wire 13.
  • the welding voltage detector 8 detects the welding voltage applied between the welding wire 13 and the workpiece W.
  • the control switching unit 9, output control unit 10, wire feed speed control unit 11, and welding condition setting unit 17 are composed of one or more CPUs (Central Processing Units) or one or more MCUs (Micro Control Units), and are also referred to as controllers.
  • CPUs Central Processing Units
  • MCUs Micro Control Units
  • the control switching unit 9 outputs a signal for short circuit welding control or pulse welding control to the output control unit 10 based on the determination by the welding voltage detection unit 8 of whether the state is a short circuit or an arc state.
  • the wire feed unit 16 feeds the welding wire 13 toward the workpiece W.
  • the wire feed speed control unit 11 controls the feed speed of the welding wire 13.
  • the welding condition setting unit 17 sets the welding conditions.
  • the output control unit 10 outputs a control signal to the switching unit 4 to control the welding output.
  • the output control unit 10 controls the welding current I so that it becomes the average current IA.
  • the output control unit 10 sets the welding current I to the average current IA.
  • the average current IA is also called the set current.
  • the average current IA is the moving average value of the welding current I over a specified period. Specifically, the average current IA is the average value per period T of the pulsed welding current I described below.
  • the arc welding device 1 supplies a welding current I to a welding wire 13 via a welding tip 12.
  • the arc welding device 1 supplies the welding current I between the workpiece W and the welding wire 13 to generate an arc A.
  • the nozzle 14 surrounds the welding tip 12.
  • Shielding gas S supplied from a shielding gas supply unit flows between the nozzle 14 and the welding tip 12 and is sprayed toward the workpiece W. This supplies shielding gas S to the area around the arc A.
  • the shielding gas S is composed of 100% argon.
  • the arc welding device 1 (arc welding method) supplies a welding current I between the workpiece W and the welding wire 13 to generate an arc A, and performs welding while supplying a shielding gas S around the arc A.
  • (Arc length) 2 shows the arc length L.
  • the arc length L is the distance between both ends of the arc between the tip 13a of the welding wire 13 and the surface Wa of the workpiece W when performing arc welding.
  • the arc length L is indicated by the relative position of the tip 13a of the welding wire 13 with respect to the surface Wa of the workpiece W.
  • the inner side of the workpiece W with respect to the surface Wa of the workpiece W (the lower side in FIG. 2, the side opposite the welding tip 12) is set as negative, and the opposite side of the inner side of the workpiece W with respect to the surface Wa of the workpiece W (the upper side in FIG. 2, the side of the welding tip 12) is set as positive.
  • the tip 13a of the welding wire 13 penetrates (is buried) inside the workpiece W, performing buried arc welding.
  • the arc length L is positive, welding is performed with the tip 13a of the welding wire 13 and the workpiece W spaced apart.
  • the heat of the arc A melts the workpiece W and the welding wire 13, forming a molten pool Wb.
  • the electrode, which is the welding wire 13, is fed toward the workpiece W.
  • the arc length L is within ⁇ 2 mm relative to the surface Wa of the workpiece W.
  • the welding wire 13 moves at a speed V along the direction in which the surface Wa of the workpiece W extends.
  • (Penetration depth) 3 shows a cross section of the weld bead in the width direction, and indicates the penetration depth (amount of penetration) U.
  • the penetration depth U is indicated by the distance between the apex (lower end) Wc1 of the molten part Wc, which is the part of the workpiece W that has been melted by welding, and the surface Wa of the workpiece W.
  • a weld bead Wd is formed on the surface Wa of the workpiece W so as to rise up.
  • (Welding current) 4 is a graph showing the change in welding current I over time.
  • the horizontal axis is time t [s].
  • the vertical axis is welding current I [A].
  • the welding current I is composed of a pulse wave in which base current IB and peak current IP are periodically repeated alternately.
  • the value of peak current IP is greater than the value of base current IB.
  • base current IB is the valley and peak current IP is the peak.
  • the base current IB may have a predetermined fluctuation range IBa.
  • the peak current IP may have a predetermined fluctuation range IPa.
  • the average current IA is the average value per period T of the pulsed welding current I.
  • the average current IA can be kept constant by adjusting the difference in level between the base current IB and the peak current IP and the frequency f. Specifically, in order to keep the average current IA constant, the peak current IP can be reduced when the base current IB increases, and the peak current IP can be increased when the base current IB decreases. In some cases, it may be necessary to adjust the frequency f in order to keep the average current IA constant.
  • the arc length L is within ⁇ 2 mm relative to the surface Wa of the workpiece W.
  • shielding gas S is composed of 100% argon. Shielding gas S does not contain any elements other than argon (e.g., helium, oxygen, carbon dioxide, etc.).
  • the average current IA is 250A or more.
  • the base current IB is 200A or more.
  • the peak current IP is 600A or less.
  • the base current IB is 200 A or more (preferably 220 A or more) and 300 A or less
  • the peak current IP is 300 A or more and 500 A or less.
  • the base current IB is 200 A or more and 400 A or less
  • the peak current IP is 400 A or more and 600 A or less.
  • the base current IB is 400 A or more and 500 A or less
  • the peak current IP is 500 A or more and 600 A or less.
  • smut refers to fine metal oxides that are generated when part of a droplet evaporates from the tip of the welding wire 13 due to arc heat, moves out of the shielded area shielded by the shielding gas S, and then oxidizes and solidifies.
  • Buckling is a phenomenon in which, when the effect of the shielding gas is insufficient, such as when the shielding gas moves out of the shielded area, air (outside air) is drawn in from the periphery of the molten pool, causing a thick, wrinkled oxide film to form on the surface of the weld bead, resulting in the formation of a defective bead that resembles elephant skin.
  • the average current IA is set to approximately 300 A. Specifically, in the first embodiment, the average current IA is set to a constant value of 300 A.
  • the welding speed (the speed at which the welding wire 13 moves in the direction in which the surface Wa of the workpiece W extends (welding direction), see Figure 2)
  • V was set to 40 cm/min.
  • the plate thickness of the workpiece W was set to 10 mm.
  • the material of the workpiece W and the material of the welding wire 13 as the electrode consisted of aluminum or an alloy mainly composed of aluminum.
  • the torch advance angle (when the plate thickness was 8 mm or more and less than 12 mm) was set to 15°.
  • the horizontal axis which is one axis of the Cartesian coordinate system, represents the base current IB [A].
  • the vertical axis which is the other axis of the Cartesian coordinate system, represents the peak current IP [A].
  • the base current IB and peak current IP (welding current I) belong to the region between the first line L1 and the second line L2, which represent the relationship between the base current IB and the peak current IP.
  • the first line L1 and the second line L2 are linear lines.
  • one of the base current IB and the peak current IP is a function of the other.
  • the base current IB is a function of the peak current IP
  • the peak current IP is a function of the base current IB.
  • the conditions under which good results were obtained in the first embodiment are as follows, as shown in FIG. 5.
  • the base current IB is 220 A or more and 300 A or less.
  • the peak current IP is 300 A or more and 500 A or less.
  • the average current IA is set to approximately 400 A. Specifically, in the second embodiment, the average current IA is set to a constant value of 400 A.
  • the welding speed V was 40 cm/min.
  • the thickness of the workpiece W was 15 mm.
  • the material of the workpiece W and the material of the welding wire 13 as the electrode consisted of aluminum or an alloy mainly composed of aluminum.
  • the torch advance angle (when the plate thickness was 12 mm or more and less than 18 mm) was 15°.
  • the other conditions were the same as those in the first example.
  • the conditions under which good results were obtained in the second embodiment are as follows, as shown in FIG. 6.
  • the base current IB is 200 A or more and 400 A or less.
  • the peak current IP is 400 A or more and 600 A or less.
  • the average current IA is set to approximately 500 A. Specifically, in the third embodiment, the average current IA is set to a constant value of 500 A.
  • the welding speed V was 40 cm/min.
  • the thickness of the workpiece W was 20 mm.
  • the material of the workpiece W and the material of the welding wire 13 as the electrode consisted of aluminum or an alloy mainly composed of aluminum.
  • the torch advance angle (when the plate thickness was 18 mm or more and less than 25 mm) was 15°.
  • the other conditions were the same as those in the first and second examples.
  • the conditions under which good results were obtained in the third embodiment are as follows, as shown in FIG. 7.
  • the base current IB is 400 A or more and 500 A or less.
  • the peak current IP is 500 A or more and 600 A or less.
  • the arc A can be tightened and the concentration of the arc A can be increased, which is advantageous in further increasing the penetration depth U.
  • the shielding effect of the shielding gas S deteriorates, and outside air is drawn into the arc A, resulting in welding defects such as puckering.
  • the arc length L is short, the frequency of short circuits increases, and when the short circuit is released, the high current causes the arc to re-ignite, causing the molten pool to vibrate, resulting in welding defects such as smut.
  • the average current IA is kept constant at a predetermined value
  • the base current IB and peak current IP are kept within a predetermined range
  • the base current IB and peak current IP are placed in the region between the first line L1 and the second line L2 (which represent the relationship between the base current IB and the peak current IP).
  • This disclosure is extremely useful and has high industrial applicability because it can be applied to arc welding methods and arc welding equipment.
  • Arc welding device 13 Welding wire (electrode) 13a Tip A Arc S Shielding gas W Work (item to be welded) Wa Surface L Arc length U Penetration depth I Welding current IA Average current IB Base current IP Peak current T Period L1 First line L2 Second line

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  • Arc Welding In General (AREA)

Abstract

消耗電極式のアーク溶接方法は、ワークＷと溶接ワイヤ１３との間に溶接電流Ｉを供給してアークＡを発生させるとともにアークＡの周囲にシールドガスＳを供給しながら溶接を行う。ワークＷの表面Ｗａに対する溶接ワイヤ１３の先端１３ａの相対位置で示されるアーク長Ｌは、±２ｍｍ以内である。シールドガスＳは、アルゴン１００％で構成される。溶接電流Ｉは、ベース電流ＩＢとピーク電流ＩＰとが周期的に交互に繰り返されるパルス波で構成される。溶接電流Ｉにおける１周期Ｔあたりの平均電流ＩＡは、２５０Ａ以上である。ベース電流ＩＢは、２００Ａ以上である。ピーク電流ＩＰは、６００Ａ以下である。

Description

アーク溶接方法及びアーク溶接装置
　本開示は、消耗電極式のアーク溶接方法及びアーク溶接装置に関する。
　アーク溶接では、一般に、被溶接物と電極との間に溶接電流を供給してアークを発生させるとともに、アークの周囲にシールドガスを供給しながら、溶接を行う。シールドガスとして、例えばアルゴンが用いられる。溶接電流は、ベース電流とピーク電流とが周期的に交互に繰り返されるパルス波で構成されている。
　アーク溶接において被溶接物に対して深い溶込みを得たい場合、溶接電流における１周期あたりの平均電流（設定電流）を単純に大きくすることが考えられる。しかしながら、平均電流を単に大きくしただけの場合、スマットやパッカリングなどの溶接不良が生じてしまう。
　ここで、特許文献１に係るアーク溶接方法では、シールドガスとしてアルゴンとヘリウムとの混合物を用いる。
特開２００３－０１９５６４号公報
　特許文献１に係るアーク溶接方法では、シールドガスにおいてアルゴンに対してヘリウムを混合するとによって、スマットやパッカリングなどの溶接不良を抑制しつつ、アークの集中性を増大させて深い溶込みを得ている。
　しかしながら、近年、ヘリウムの価格が高騰しているなどの理由で、ヘリウムの入手が困難となっており、特許文献１に示すようなアルゴンとヘリウムとの混合物からなるシールドガスを製造することが難しくなっている。
　また、シールドガスにおいてアルゴンに１％程度の酸素を混合する方法もあるが、この方法では、ビード表面が黒く酸化してしまったり、スマットが付着してしまったりするので、ビード外観を損なってしまう。
　本開示は斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、アーク溶接に関して、シールドガスとしてアルゴン１００％を用いた場合であっても、溶接不良を抑制しつつ、深い溶込みを得ることにある。
　本開示に係るアーク溶接方法は、被溶接物と溶接ワイヤである電極との間に溶接電流を供給してアークを発生させるとともに前記アークの周囲にシールドガスを供給しながら溶接を行う消耗電極式のアーク溶接方法であって、前記被溶接物の表面に対する前記電極の先端の相対位置で示されるアーク長は、±２ｍｍ以内であり、前記シールドガスは、アルゴン１００％で構成されており、前記溶接電流は、ベース電流とピーク電流とが周期的に交互に繰り返されるパルス波で構成されており、前記溶接電流における１周期あたりの平均電流は、２５０Ａ以上であり、前記ベース電流は、２００Ａ以上であり、前記ピーク電流は、６００Ａ以下である。
　本開示に係るアーク溶接装置は、被溶接物と溶接ワイヤである電極との間に溶接電流を供給してアークを発生させるとともに前記アークの周囲にシールドガスを供給しながら溶接を行う消耗電極式のアーク溶接装置であって、前記被溶接物の表面に対する前記電極の先端の相対位置で示されるアーク長は、±２ｍｍ以内であり、前記シールドガスは、アルゴン１００％で構成されており、前記溶接電流は、ベース電流とピーク電流とが周期的に交互に繰り返されるパルス波で構成されており、前記溶接電流における１周期あたりの平均電流は、２５０Ａ以上であり、前記ベース電流は、２００Ａ以上であり、前記ピーク電流は、６００Ａ以下である。
　本開示によれば、アーク溶接に関して、シールドガスとしてアルゴン１００％を用いた場合であっても、溶接不良を抑制しつつ、深い溶込みを得ることができる。
図１は、アーク溶接装置を示す。 図２は、アーク長を示す。 図３は、溶込み深さを示す。 図４は、溶接電流の時間変化を示す。 図５は、第１実施例を示す。 図６は、第２実施例を示す。 図７は、第３実施例を示す。
　以下、本開示の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本開示、その適用物あるいはその用途を制限することを意図するものでは全くない。
　（アーク溶接装置）
　アーク溶接方法について、説明する。アーク溶接方法は、アーク溶接装置１によって行われる。アーク溶接方法及びアーク溶接装置１は、消耗電極式である。図１は、アーク溶接装置１を示す。
　アーク溶接装置１は、アーク溶接方法を行う。アーク溶接方法では、被溶接物としてのワークＷと電極としての溶接ワイヤ１３との間に溶接電流Ｉを供給してアークＡを発生させるとともに、アークＡの周囲にシールドガスＳを供給しながら、溶接を行う。ワークＷは、金属である。電極は、溶接ワイヤ１３である。本例では、アーク溶接装置１は、ＭＩＧ（Ｍｅｔａｌ Ｉｎｅｒｔ Ｇ ａｓ）溶接を行う。
　ワークＷと溶接ワイヤ１３との間では、アークＡを発生させる。溶接ワイヤ（電極ワイヤ）１３は、アーク溶接に用いられる溶加材としての金属である。溶接ワイヤ１３は、トーチ（図示せず）に保持されている。トーチが所定の速度で移動することによって、溶接ワイヤ１３も同様に、同じ速度で所定の溶接区間に沿って、溶接線を溶接方向に移動する。
　アーク溶接装置１は、主変圧器２と、一次側整流部３と、スイッチング部４と、ＤＣＬ（リアクトル）５と、二次側整流部６と、溶接電流検出部７と、溶接電圧検出部８と、制御切替部９と、出力制御部１０と、ワイヤ送給速度制御部１１と、溶接チップ１２と、溶接ワイヤ１３と、ノズル１４と、ワイヤ送給部１６と、溶接条件設定部１７と、を備える。また、アーク溶接装置１は、トーチ（図示せず）を保持するロボット（図示せず）の動作を制御するロボット制御部（図示せず）を、備える。
　一次側整流部３は、アーク溶接装置１の外部にある入力電源（三相交流電源）１５から入力され入力電圧を、整流する。スイッチング部４は、一次側整流部３の出力を、溶接に適した出力に制御する。主変圧器２は、スイッチング部４の出力を、溶接に適した出力に変換する。
　二次側整流部６は、主変圧器２の出力を整流する。ＤＣＬ（リアクトル）５は、二次側整流部６の出力を、溶接に適した電流に平滑する。溶接電流検出部７は、溶接ワイヤ１３に流れる溶接電流Ｉを、検出する。溶接電圧検出部８は、溶接ワイヤ１３とワークＷとの間に与えられる溶接電圧を、検出する。
　制御切替部９と出力制御部１０とワイヤ送給速度制御部１１と溶接条件設定部１７とは、１又は複数のＣＰＵ（Central Processing Unit）、あるいは、１又は複数のＭＣＵ（M icro Control Unit）で構成されており、コントローラとも称される。
　制御切替部９は、溶接電圧検出部８による短絡状態又はアーク状態かの判定により短絡溶接制御又はパルス溶接制御への信号を出力制御部１０に出力する。
　ワイヤ送給部１６は、溶接ワイヤ１３をワークＷに向かって送給する。ワイヤ送給速度制御部１１は、溶接ワイヤ１３の送給速度を制御する。溶接条件設定部１７は、溶接条件を設定する。
　出力制御部１０は、スイッチング部４に制御信号を出力して、溶接出力を制御する。出力制御部１０は、平均電流ＩＡとなるように、溶接電流Ｉを制御する。出力制御部１０は、溶接電流Ｉを、平均電流ＩＡに設定する。平均電流ＩＡは、設定電流とも呼ばれる。平均電流ＩＡは、溶接電流Ｉの所定期間における移動平均値である。具体的には、平均電流ＩＡは、後述するパルス状の溶接電流Ｉにおける１周期Ｔあたり平均値である。
　アーク溶接装置１は、溶接電流Iを、溶接チップ１２を介して溶接ワイヤ１３に供給する。アーク溶接装置１は、ワークＷと溶接ワイヤ１３との間に、溶接電流Ｉを供給して、アークＡを発生させる。
　ノズル１４は、溶接チップ１２の周囲を囲んでいる。シールドガス供給部（図示せず）から供給されたシールドガスＳは、ノズル１４と溶接チップ１２との間を流れて、ワークＷに向かって吹き付けられる。これにより、アークＡの周囲にシールドガスＳが供給される。詳細は後述するが、シールドガスＳは、アルゴン１００％で構成されている。
　このように、アーク溶接装置１（アーク溶接方法）は、ワークＷと溶接ワイヤ１３との間に溶接電流Ｉを供給してアークＡを発生させるとともに、アークＡの周囲にシールドガスＳを供給しながら、溶接を行う。
　（アーク長）
　図２は、アーク長Ｌを示す。アーク長Ｌは、アーク溶接を行う際の溶接ワイヤ１３の先端１３ａとワークＷの表面Ｗａとの間であるアークの両端間の距離である。本例では、アーク長Ｌは、ワークＷの表面Ｗａに対する溶接ワイヤ１３の先端１３ａの相対位置で、示される。ワークＷの表面Ｗａに対してワークＷの内部側（図２における下側、溶接チップ１２とは反対側）を負、ワークＷの表面Ｗａに対してワークＷの内部側とは反対側（図２における上側、溶接チップ１２側）を正、とした。
　アーク長Ｌが負のとき（太い二点鎖線参照）、溶接ワイヤ１３の先端１３ａがワークＷの内部に潜り込む（埋もれる）、埋もれアーク溶接が行われる。アーク長Ｌが正のとき、溶接ワイヤ１３の先端１３ａとワークＷとが離間した状態で、溶接が行われる。
　アークＡの熱によって、ワークＷや溶接ワイヤ１３が溶融して、溶融池Ｗｂが形成される。溶接ワイヤ１３である電極は、ワークＷに向かって送給される。
　アーク長Ｌは、ワークＷの表面Ｗａに対して±２ｍｍ以内である。
　なお、溶接ワイヤ１３は、ワークＷの表面Ｗａの延びる方向に沿うように、移動速度Ｖで移動している。
　（溶込み深さ）
　図３は、溶接ビードの幅方向の断面を示し、溶込み深さ（溶込み量）Ｕを示す。溶込み深さＵは、ワークＷにおける溶接によって溶けた部分である溶融部Ｗｃの頂点（下端）Ｗｃ１と、ワークＷの表面Ｗａと、の距離で示される。ワークＷの表面Ｗａには、溶接ビードＷｄが、盛り上がるように、形成されている。
　（溶接電流）
　図４は、溶接電流Ｉの時間変化をグラフで示す。横軸は時刻ｔ［ｓ］である。縦軸は溶接電流Ｉ［Ａ］である。溶接電流Ｉは、ベース電流ＩＢとピーク電流ＩＰとが周期的に交互に繰り返されるパルス波で、構成されている。ピーク電流ＩＰの値は、ベース電流ＩＢの値よりも、大きい。溶接電流Ｉにおいて、ベース電流ＩＢは谷であり、ピーク電流ＩＰは山である。
　ベース電流ＩＢは、所定の変動幅ＩＢａを持ってもよい。ピーク電流ＩＰは、所定の変動幅ＩＰａを持ってもよい。
　上述したように、平均電流ＩＡは、パルス状の溶接電流Ｉにおける１周期Ｔあたり平均値である。周期Ｔ[ｓ]は、周波数ｆ[Ｈｚ]の逆数である（Ｔ＝１／ｆ）。
　ベース電流ＩＢとピーク電流ＩＰとの高低差及び周波数ｆを調整することによって、平均電流ＩＡを一定に保つことができる。具体的には、平均電流ＩＡを一定に保つためには、ベース電流ＩＢが増大したときにピーク電流ＩＰを低減する一方、ベース電流ＩＢが低減したときにピーク電流ＩＰを増大すればよい。平均電流ＩＡを一定に保つためには、場合によっては、周波数ｆを調整する必要がある。
　（溶接条件）
　溶接条件について、説明する。
　上述したように、アーク長Ｌは、ワークＷの表面Ｗａに対して±２ｍｍ以内である。
　上述したように、シールドガスＳは、アルゴン１００％で構成されている。シールドガスＳは、アルゴン以外の元素（例えば、ヘリウム、酸素、二酸化炭素など）を、含まない。
　平均電流ＩＡは、２５０Ａ以上である。ベース電流ＩＢは、２００Ａ以上である。ピーク電流ＩＰは、６００Ａ以下である。
　平均電流ＩＡが３００Ａ近傍のとき（好適には平均電流ＩＡが３００Ａで一定であるとき）、ベース電流ＩＢは２００Ａ以上（好ましくは２２０Ａ以上）３００Ａ以下であり、ピーク電流ＩＰは３００Ａ以上５００Ａ以下である、ことが好ましい。
　平均電流ＩＡが４００Ａ近傍のとき（好適には平均電流ＩＡが４００Ａで一定であるとき）、ベース電流ＩＢは２００Ａ以上４００Ａ以下であり、ピーク電流ＩＰは４００Ａ以上６００Ａ以下である、ことが好ましい。
　平均電流ＩＡが５００Ａ近傍のとき（好適には平均電流ＩＡが５００Ａで一定であるとき）、ベース電流ＩＢは４００Ａ以上５００Ａ以下であり、ピーク電流ＩＰは５００Ａ以上６００Ａ以下である、ことが好ましい。
　ここで、スマットとは、溶接ワイヤ１３の先端から溶滴の一部がアーク熱により蒸発し、シールドガスＳによってシールドされるシールド領域から外れてシールド領域の外へ飛散し、酸化、凝固することにより生成される微細な金属酸化物である。また、バッカリングとは、シールド領域から外れるなど、シールドガスの効果が不十分な場合に、溶融池の周辺部から大気（外気）を巻き込み、溶接ビードの表面にしわ状の厚い酸化膜が生じて、象の肌に似た不良ビードが形成される現象である。
　（第１実施例）
　第１実施例について説明する。表１及び図５は、第１実施例を示す。
　第１実施例では、平均電流ＩＡを３００Ａ近傍とした。具体的には、第１実施例では、平均電流ＩＡを３００Ａで一定であるとした。
　第１実施例では、溶接速度（溶接ワイヤ１３がワークＷの表面Ｗａの延びる方向（溶接方向）に移動する速度、図２参照）Ｖを、４０ｃｍ／ｍｉｎとした。ワークＷの板厚を１０ｍｍとした。ワークＷの材質及び電極としての溶接ワイヤ１３の材質は、アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする合金から成る。トーチ前進角（板厚８ｍｍ以上１ ２ｍｍ未満の場合）を１５°とした。
　アーク長ＬがワークＷの表面Ｗａに対して±２ｍｍ以内の場合を合格、アーク長Ｌが＋２ｍｍよりも大きい又は－２ｍｍよりも小さい場合を、不合格とした。溶込み深さＵが板厚の５０％以上（第１実施例では１０ｍｍ×０．５＝５ｍｍ以上）の場合を合格とし、それ以外の場合を不合格とした。ビートＷｄの外観を目視で検査することによって、外観を評価した。外観検査において、スマットやパッカリングなどの溶接不良が視認されない場合を合格、これらの溶接不良が視認される場合を不合格とした。
　表１及び図５に示すように、第１実施例では、条件番号ＡからＣにおいて、良好な結果が得られた。
　図５に示すように、直交座標系の一方の軸である横軸に、ベース電流ＩＢ［Ａ］をとる。直交座標系の他方の軸である縦軸に、ピーク電流ＩＰ［Ａ］をとる。良好な結果が得られたときのベース電流ＩＢ及びピーク電流ＩＰ（溶接電流Ｉ）は、ベース電流ＩＢとピーク電流ＩＰとの関係を表す、第１直線Ｌ１と第２直線Ｌ２とに挟まれた領域に、属する。
　本例では、第１直線Ｌ１及び第２直線Ｌ２は、一次直線である。第１直線Ｌ１及び第２直線Ｌ２では、ベース電流ＩＢ及びピーク電流ＩＰにおける一方が他方の関数になっている。第１直線Ｌ１及び第２直線Ｌ２では、ベース電流ＩＢはピーク電流ＩＰの関数であり、ピーク電流ＩＰはベース電流ＩＢの関数である。
　第１実施例において良好な結果が得られたときの条件は、図５に示すように、以下の通りである。ベース電流ＩＢは、２２０Ａ以上３００Ａ以下である。ピーク電流ＩＰは、３ ００Ａ以上５００Ａ以下である。第１直線Ｌ１は、ＩＰ＝－０．７５×ＩＢ＋５２５である。第２直線Ｌ２は、ＩＰ＝－２．５×ＩＢ＋１０５０である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　（第２実施例）
　第２実施例について説明する。表２及び図６は、第２実施例を示す。
　第２実施例では、平均電流ＩＡを、４００Ａ近傍とした。具体的には、第２実施例では、平均電流ＩＡを、４００Ａで一定であるとした。
　第２実施例では、溶接速度Ｖを、４０ｃｍ／ｍｉｎとした。ワークＷの板厚を１５ｍｍとした。ワークＷの材質及び電極としての溶接ワイヤ１３の材質は、アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする合金から成る。トーチ前進角（板厚１２ｍｍ以上１８ｍ ｍ未満の場合）を１５°とした。溶込み深さＵが板厚の５０％以上（第２実施例では、１ ５ｍｍ×０．５＝７．５ｍｍ以上）の場合を合格とした。その他の条件は、第１実施例と同様である。
　表２及び図６に示すように、第１実施例では、条件番号ＡからＧにおいて、良好な結果が得られた。
　第２実施例において良好な結果が得られたときの条件は、図６に示すように、以下の通りである。ベース電流ＩＢは、２００Ａ以上４００Ａ以下である。ピーク電流ＩＰは、４ ００Ａ以上６００Ａ以下である。第１直線Ｌ１は、ＩＰ＝－ＩＢ＋８００である。第２直線Ｌ２は、ＩＰ＝－２×ＩＢ＋１２００である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　（第３実施例）
　第３実施例について説明する。表３及び図７は、第３実施例を示す。
　第３実施例では、平均電流ＩＡを、５００Ａ近傍とした。具体的には、第３実施例では、平均電流ＩＡを、５００Ａで一定であるとした。
　第３実施例では、溶接速度Ｖを、４０ｃｍ／ｍｉｎとした。ワークＷの板厚を２０ｍｍとした。ワークＷの材質及び電極としての溶接ワイヤ１３の材質は、アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする合金から成る。トーチ前進角（板厚１８ｍｍ以上２５ｍ ｍ未満の場合）を１５°とした。溶込み深さＵが板厚の５０％以上（第３実施例では、２ ０ｍｍ×０．５＝１０ｍｍ以上）の場合を合格とした。その他の条件は、第１実施例及び第２実施例と同様である。
　表３及び図７に示すように、第３実施例では、条件番号ＡからＤにおいて、良好な結果が得られた。
　第３実施例において良好な結果が得られたときの条件は、図７に示すように、以下の通りである。ベース電流ＩＢは、４００Ａ以上５００Ａ以下である。ピーク電流ＩＰは、５ ００Ａ以上６００Ａ以下である。第１直線Ｌ１は、ＩＰ＝－ＩＢ＋１０００である。第２直線Ｌ２は、ＩＰ＝－５×ＩＢ＋３０００である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　（作用効果）
　平均電流ＩＡを２５０Ａ以上の高電流領域にするとともに、ベース電流ＩＢを２００Ａ以上にして且つピーク電流ＩＰを６００Ａ以下にすることによって、溶接不良を抑制しつつ、溶込み深さ（溶込み量）Ｕを増大させることができる。
　シールドガスＳとしてアルゴン１００％を用いることによって、アークＡを緊縮させて、アークＡの集中性を増大させることができるので、溶込み深さＵをさらに増大させる上で有利になる。
　アーク長Ｌが長いと、シールドガスＳによるシールド性が悪化してしまうので、外気がアークＡに巻き込まれて、パッカリングなどの溶接不良が生じてしまう。逆に、アーク長 Ｌが短いと、短絡の発生頻度が増大して、短絡の解放時における高電流によるアーク再点弧によって、溶融池が振動して、スマットなどの溶接不良が生じてしまう。
　アーク長ＬをワークＷの表面Ｗａに対して、±２ｍｍ以内にすることによって、シールドガスＳによるシールド性の悪化に伴う外気のアークＡへの巻き込みを抑制したり、溶融池の振動を抑制したりすることができるので、結果として、パッカリングやスマットなどの溶接不良を抑制する上で有利になる。
　以上、アーク溶接に関して、シールドガスＳとしてアルゴン１００％を用いた場合であっても、溶接不良を抑制しつつ、深い溶込みを得ることができる。
　シールドガスＳとしてヘリウムを用いないので、コスト面で有利である。
　本実施形態では、平均電流ＩＡを所定の値で一定にし、ベース電流ＩＢ及びピーク電流 ＩＰを所定の範囲に収め、さらにベース電流ＩＢ及びピーク電流ＩＰ（溶接電流Ｉ）を（ベース電流ＩＢとピーク電流ＩＰとの関係を表す）第１直線Ｌ１と第２直線Ｌ２とに挟まれた領域に属させる。これにより、より好適に、溶接不良の抑制と深い溶込みとを両立できる。
　（その他の実施形態）
　以上、本開示を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、勿論、種々の改変、置換又は組合せが可能である。
　本開示は、アーク溶接方法及びアーク溶接装置に適用できるので、極めて有用であり、産業上の利用可能性が高い。
　　１　　　アーク溶接装置
　　１３　　溶接ワイヤ（電極）
　　１３ａ　先端
　　Ａ　　　アーク
　　Ｓ　　　シールドガス
　　Ｗ　　　ワーク（被溶接物）
　　Ｗａ　　表面
　　Ｌ　　　アーク長
　　Ｕ　　　溶込み深さ
　　Ｉ　　　溶接電流
　　ＩＡ　　平均電流
　　ＩＢ　　ベース電流
　　ＩＰ　　ピーク電流
　　Ｔ　　　周期
　　Ｌ１　　第１直線
　　Ｌ２　　第２直線

Claims (13)

  1. 　被溶接物と溶接ワイヤである電極との間に溶接電流を供給してアークを発生させるとともに前記アークの周囲にシールドガスを供給しながら溶接を行う消耗電極式のアーク溶接方法であって、
    　前記被溶接物の表面に対する前記電極の先端の相対位置で示されるアーク長は、±２ｍ ｍ以内であり、
    　前記シールドガスは、アルゴン１００％で構成されており、
    　前記溶接電流は、ベース電流とピーク電流とが周期的に交互に繰り返されるパルス波で構成されており、
    　前記溶接電流における１周期あたりの平均電流は、２５０Ａ以上であり、前記ベース電流は、２００Ａ以上であり、
    　前記ピーク電流は、６００Ａ以下である、アーク溶接方法。
  2. 　前記ベース電流は、２００Ａ以上３００Ａ以下であり、
    　前記ピーク電流は、３００Ａ以上５００Ａ以下である、請求項１に記載のアーク溶接方法。
  3. 　前記ベース電流は、２００Ａ以上４００Ａ以下であり、
    　前記ピーク電流は、４００Ａ以上６００Ａ以下である、請求項１に記載のアーク溶接方法。
  4. 　前記ベース電流は、４００Ａ以上５００Ａ以下であり、
    　前記ピーク電流は、５００Ａ以上６００Ａ以下である、請求項１に記載のアーク溶接方法。
  5. 　直交座標系の一方の軸に前記ベース電流としてＩＢをとり且つ前記直交座標系の他方の軸に前記ピーク電流としてＩＰをとるとき、
    　前記ベース電流としてのＩＢ及び前記ピーク電流としてのＩＰは、前記ベース電流としてのＩＢと前記ピーク電流としてのＩＰとの関係を表す第１直線と第２直線とに挟まれた領域に属する、請求項１に記載のアーク溶接方法。
  6. 　前記平均電流は、一定である、請求項１に記載のアーク溶接方法。
  7. 　前記ベース電流は、２２０Ａ以上３００Ａ以下であり、前記ピーク電流は、３００Ａ以上５００Ａ以下であり、
    　前記第１直線は、ＩＰ＝－０．７５×ＩＢ＋５２５であり、
    　前記第２直線は、ＩＰ＝－２．５×ＩＢ＋１０５０である、請求項５に記載のアーク溶接方法。
  8. 　前記平均電流は、３００Ａである、請求項２又は７に記載のアーク溶接方法。
  9. 　前記ベース電流は、２００Ａ以上４００Ａ以下であり、
    　前記ピーク電流は、４００Ａ以上６００Ａ以下であり、
    　前記第１直線は、ＩＰ＝－ＩＢ＋８００であり、
    　前記第２直線は、ＩＰ＝－２×ＩＢ＋１２００である、請求項５に記載のアーク溶接方法。
  10. 　前記平均電流は、４００Ａである、請求項３又は９に記載のアーク溶接方法。
  11. 　前記ベース電流は、４００Ａ以上５００Ａ以下であり、
    　前記ピーク電流は、５００Ａ以上６００Ａ以下であり、
    　前記第１直線は、ＩＰ＝－ＩＢ＋１０００であり、
    　前記第２直線は、ＩＰ＝－５×ＩＢ＋３０００である、請求項５に記載のアーク溶接方法。
  12. 　前記平均電流は、５００Ａである、請求項４又は１１に記載のアーク溶接方法。
  13. 　被溶接物と溶接ワイヤである電極との間に溶接電流を供給してアークを発生させるとともに前記アークの周囲にシールドガスを供給しながら溶接を行う消耗電極式のアーク溶接装置であって、
    　前記被溶接物の表面に対する前記電極の先端の相対位置で示されるアーク長は、±２ｍ ｍ以内であり、
    　前記シールドガスは、アルゴン１００％で構成されており、
    　前記溶接電流は、ベース電流とピーク電流とが周期的に交互に繰り返されるパルス波で構成されており、
    　前記溶接電流における１周期あたりの平均電流は、２５０Ａ以上であり、前記ベース電流は、２００Ａ以上であり、
    　前記ピーク電流は、６００Ａ以下である、アーク溶接装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2003181679A (ja) * 2001-12-13 2003-07-02 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 溶接方法、被覆物の除去方法、被覆物除去装置
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