JPH0160355B2

JPH0160355B2 -

Info

Publication number: JPH0160355B2
Application number: JP55004920A
Authority: JP
Inventors: Yoshiki Shimoyama; Satoshi Sugimoto; Akira Nitsuta
Original assignee: Daihen Corp
Current assignee: Daihen Corp
Priority date: 1980-01-19
Filing date: 1980-01-19
Publication date: 1989-12-22
Also published as: JPS56102380A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は不活性ガスを主成分とするシールドガ
ス中で消耗性溶接ワイヤを溶融させて溶接する
MIGアーク溶接方法に関するものである。

消耗性シールドガスアーク溶接においては、溶
接終了個所にクレータが発生すると溶接割れの原
因となる。また、溶接終了時に消耗性溶接ワイヤ
（以下、ワイヤという）の先端がワイヤ径よりも
大きい球状になつたまま溶接が終了すると次回の
アークスタートが円滑に行われなくなる。したが
つて、従来、これら２つの問題点がそれぞれ個別
的に検討され種々の改良技術が提案されている。
ワイヤ先端の溶融球を除去する方法の一つとし
て、溶接終了時にワイヤ送給装置の機械的慣性モ
ーメントによるワイヤ送給速度の漸減すなわち溶
接電流の漸減に対応させて、その電流値に適した
溶接電圧に漸減もしくは段階状に低減させたり、
又は溶接終了時に溶接電源の無負荷電圧をアーク
電圧とほぼ等しくすることなどが提案されてい
る。このような方法は、炭酸ガスアーク溶接に対
しては効果がみとめられるが、不活性ガスを主成
分とするMIGアーク溶接には効果が期待できな
い。炭酸ガスアーク溶接においては、電流値が大
になるほど電磁反発力が大になつてワイヤ先端に
大粒の溶滴が生じて不規則なドロツプ移行をす
る。逆に溶接電流値が小さくなり、ワイヤ先端の
溶融金属の移行形態がドロツプ移行から短絡移行
になるとワイヤ先端と溶融池との距離も小にな
り、さらに電磁反発力も小さくなるために、ワイ
ヤ先端の溶融金属が大電流のときのように大粒に
成長する以前にワイヤ先端の溶融金属と溶融池と
が容易に短絡するようになる。この短絡が生じる
とワイヤ先端の溶融金属は、溶融池の表面張力に
よつて容易に溶融池に移行するのでワイヤ先端に
は溶融球が生じなくなる。このように、炭酸ガス
アーク溶接では、溶接電流が大になるほどワイヤ
先端の溶融金属が大粒になつて離脱が困難にな
り、逆に電流が小さくなつて短絡移行領域になる
とワイヤ先端の溶融金属の溶融池への移行が容易
になる。

したがつて、前述したような溶接終了時に溶接
電流を漸減させ、それにともなつて溶接電圧を漸
減させてアーク長を短かくしてドロツプ移行領域
から短絡移行領域に移させることが有効であり、
それによつて溶接終了時のワイヤ先端の溶融球の
発生を効果的に防止することができる。それに対
して、不活性ガスを主成分とするMIGアーク溶
接方法においては、溶接電流が大になるほどピン
チ力が大になるのでワイヤ先端の溶融金属が小粒
になつて極めて規則正しく溶融池にスプレー移行
をするが、逆に電流が小になるとワイヤ先端の溶
融速度およびピンチ力の低下によつてワイヤ先端
の溶融金属が大粒になつて離脱するようになる。
さらにMIGアーク溶接方法の短絡移行領域にお
いては、炭酸ガスアーク溶接の短絡移行領域にく
らべて、同じ溶接電流であつても、前者の電位傾
度が後者のそれよりも小さいために、前者はアー
クの集中性が劣り、また入熱が少なくワイヤ先端
および溶融池の冷却速度が大になつてステイツク
も生じやすくなり、MIGアーク溶接の短絡移行
領域では炭酸ガスアーク溶接のそれのように広範
囲で安定したアークを維持することが困難である
ので、溶接終了端における欠陥も生じやすい。

したがつて、MIGアーク溶接方法、特にアル
ミの溶接においては、前述したような溶接電流の
減少に対応させて溶接電圧を減少させる方法で
は、ワイヤ先端に溶融球が残つたり、ステイツク
を生じたりして、炭酸ガスアーク溶接の場合ほ
ど、略一定した効果が得られない。そこで、この
ようなMIGアーク溶接には、溶接終了時にワイ
ヤと被溶接物間に溶接電圧よりも高い出力電圧を
パルス的に供給して、その際流れる大きい電流の
ピンチ効果で、消耗性電極先端溶融球を強制的に
離脱させて溶融池に移行させる方法も示されてい
る。しかし、このようなパルス的に発生させる電
圧の大きさとタイミングとの設定が、溶接機の出
力電圧の大小又は消耗性電極送給量の大小により
微妙に異なり、条件選定がむつかしく、また設定
が不完全な場合には、ステイツクを生じたり、溶
融球の径が大きくなつたりする欠点が残されてい
た。さらには、このようなパルス電圧を供給する
方法においては、溶接終了時に大きいピンチ力を
得るような溶接電流を通電するために、大きなア
ーク力が生じてクレータのくぼみを大きくしてし
まう欠点もあつた。

本発明は、不活性ガスを主成分とするMIGア
ーク溶接において、溶接終了時にワイヤ先端の溶
融金属のスプレー移行が可能であつて、かつクレ
ータのくぼみが大にならない程度の溶接電流を通
電してスプレー移行をさせることによつて、ワイ
ヤ先端に溶融球を発生させることなく、ワイヤ送
給を停止させてステイツクをも防止し、かつワイ
ヤがバーンバツク（燃えあがりによるチツプとの
溶着）を生じる前に溶接電流をしや断するMIG
アーク溶接方法を提案したものである。

以下、本発明のMIGアーク溶接方法について
図面を参照して説明する。

第１図Ａ乃至Ｄは本発明のMIGアーク溶接方
法の実施例を示し、縦軸を溶接電流Ｉ、横軸を時
間の経過ｔとする。同図Ｄにおいてt₀は溶接作業
の終了前に溶接電流Iaをクレータフイラ電流Ifに
変化させる時刻であり、同図Ａ乃至Ｄにおいてt₁
は溶接終了に際し溶接ワイヤ送給装置への電力の
供給を遮断する時刻であり、この時刻の前後にお
いて溶接装置の出力設定値が一定に維持されてお
れば、溶接電流Idは、ワイヤ送給速度の漸減と対
応して２点鎖線で示すごとく漸減する。t₂は、溶
接終了に際し溶接装置の出力設定値をスプレー移
行が可能でかつクレータのくぼみを大にしないよ
うな溶接終了処理電流値Ieに設定する時刻であ
り、t₃はそのように設定した溶接終了処理電流値
Ieを遮断する時刻である。１点鎖線で示されたIc
は、溶接ワイヤの材質および直径シールドガスの
成分とによつて定まるスプレー移行臨界溶接電流
値（以下、臨界電流値という）であつて、例えば
溶接ワイヤの材質が純アルミでその直径が1.2、
1.6および2.4mmのときそれぞれ100、130および
185Aであり、アルミ合金で直径が1.2、1.6および
2.4mmのときそれぞれ130、170および240Aであ
り、ステンレス鋼で直径1.2および1.6mmのときそ
れぞれ180Aおよび220Aであり、ニツケル合金で
1.6mmでは240Aであり、軟鋼で1.6mmでは260Aで
ある。同図Ａにおいては、時刻t₁までの溶接終了
前の溶接電流Iaは、スプレー移行が可能な前述し
た臨界電流値Icよりも充分に大きな電流が通電さ
れており、時刻t₁において溶接終了のためにワイ
ヤ送給装置への電力の供給を遮断している。この
時刻t₁以後においてはワイヤ送給装置は機械的慣
性により速度を漸減し、それに対応して溶接電流
値I′dが漸減して臨界電流値Icに近ずく。時刻t₂に
おいて、溶接装置の出力設定器を調整することに
よつて、本来調整がなければ２点鎖線で示された
電流Idのごとく漸減して臨界電流値Ic以下になる
はずの溶接電流Idを、臨界電流値Ic以上の電流値
Ieに維持する。そうすることによつて、ワイヤ先
端から溶滴がスプレー状で移行を続けるので、ワ
イヤ先端に溶融球が発生することがない。ワイヤ
送給が略停止してステイツクを生じなくなり、か
つバーンバツクが生じる以前の時刻t₃において、
溶接装置の出力を遮断して溶接を終了する。上記
の溶接終了処理電流値Ieは、臨界電流値Icをこえ
るがそのIcに近い値であるために、スプレー移行
が行われてワイヤ先端には溶融球が生じることな
く、かつ上記の溶接中の電流値Iaよりも小さいの
で、クレータを小さくする効果をも有している。
同図Ｂにおいては、時刻t₁までの溶接終了前の溶
接電流Iaは、臨界電流値Icよりも小さい値である
ので、ワイヤ先端からの溶滴は溶融池に短絡移行
をする。時刻t₁において、ワイヤ送給装置への電
力の供給を遮断するとともに溶接装置の出力設定
器を調整して、臨界電流値Ic以上の電流値Ieに増
加させる。以後は、同図Ａの場合と同様である。
このように同図Ｂの場合には、溶接電流Iaが短絡
移行領域の電流であるために、大きなクレータは
発生していないので、溶接中の電流値Iaからすぐ
に溶接終了処理電流値Ieに変化させてもよく、し
たがつてワイヤ送給装置に電力の供給を遮断する
時刻t₁と溶接終了処理電流値Ieを設定する時刻t₂
とが同時になる。同図Ｃにおいては、時刻t₁まで
の溶接終了前の溶接電流値Iaは、臨界電流値Icよ
りも少し大きい値であるのでワイヤ先端からの溶
滴はスプレー移行が行われている。時刻t₁におい
てワイヤ送給装置への電力の供給を遮断するとと
もに溶接装置の出力設定器を調整することによつ
て、もしその調整が行われなければワイヤ送給速
度の漸減とともに漸減するはずの溶接電流Idを、
臨界電流値Ic以上の電流値Ieに維持する。以後、
同図Ｂの場合と同様である。同図Ｄにおいては、
時刻t₀までの溶接電流値Iaは、臨界電流値Icより
も充分に大きな値であるので、ワイヤ先端からの
溶滴はスプレー移行が行われているが、電流値が
大であるので大きなクレータを生じている。した
がつて、時刻t₀において溶接電流値をIaから臨界
電流値Icよりも小さいクレータフイラ電流Ifに変
化させている。時刻t₂において溶接装置の出力設
定器を調整して再び臨界電流値Icをこえる溶接終
了処理電流値Ieに増加させている。この場合は、
クレータフイラ電流Ifが臨界電流値Icよりも充分
に小さくワイヤ送給速度も小さくて機械的慣性も
小さくなつているので、時刻t₂において溶接電流
値をIfからIeに増加させた後の時刻t₁において、
ワイヤ送給装置への電力の供給を遮断している。
上述した同図Ａにおいては、溶接電流値Iaが臨界
電流値Ieにくらべてかなり大であるので、大きな
クレータが発生しており、かつ溶接電流の減少は
ワイヤ送給装置による漸減を利用していて積極的
なクレータ処理が行われていないので、溶接終了
処理電流値Ieを臨界電流値Icをこえるが、できる
だけ小さな値として、かつこの電流の継続時間
（t₃−t₂）を長くし、例えば50msecとすることに
よつてクレータが小さくなるようにしている。他
方、同図Ｂに示すように短絡移行形溶接の場合又
は同図Ｄに示すように積極的にクレータ処理を行
つてクレータが小さくなつているときは、溶接終
了処理電流値Ieは臨界電流値Icよりも充分に大と
してワイヤ先端の溶融球の発生の防止をより効果
的に行わせることができる。ただし、この場合
は、溶接終了処理電流値Ieを増加させるために溶
接装置の出力電圧が高くなつており、しかもワイ
ヤ送給速度もすでに低下しているので、バーンバ
ツクを防止するために、溶接終了処理電流値Ieの
継続時間（t₃−t₂）を短くし、例えば10msecとす
る。この継続時間が10msec未満でワイヤ先端の
溶融球を除去させようとすれば、最終の溶接電流
値Ieが過大となつて、クレータのくぼみを大きく
してしまう。第２図Ａ乃至Ｃは第１図Ｄに示す本
発明のMIGアーク溶接方法を実施した場合のそ
れぞれワイヤ送給装置の電動機の逆起電力Em、
溶接電圧Ｖおよび溶接電流Ｉの時間的経過を示す
図である。その溶接条件は、シールドガスとして
アルゴン、溶接ワイヤとして材質がアルミ合金
（JISZ3232 A5183WY）その直径が1.6mmで、ク
レータフイラ電流Ifが120A、クレータフイラ電
圧が21V、溶接終了処理電流値Ieが270A、最終
の溶接電圧が23Vであり、最終の溶接電流Ieの継
続時間（t₃−t₂）が50msecである。前述したよう
に直径1.6mmのアルミ合金ワイヤの臨界電流値が
170Aであるので、クレータフイラ電流値Ifが
120Aであつて臨界電流値以下であるために同図
Ｂの時刻t₀からt₂までの間の波形が示すごとく短
絡移行領域にあつて短絡をくり返しているが、溶
接終了処理電流値Ieは270Aであつて臨界電流値
よりも大であるので時刻t₂とt₃との間の波形が示
すごとく短絡現象が見られなくなつているが、こ
れはスプレー移行が行われたことを示している。

つぎに、本発明の溶接方法を実施する装置につ
いて説明する。

第３図Ａ乃至Ｃはそれぞれ本発明の溶接方法を
実施する装置の第１の実施例の構成図、シーケン
ス回路図およびシーケンスの説明図である。各図
において１は溶接装置用の３相交流電源、２はワ
イヤ、３は被溶接物、Ｔ１は溶接電源用変圧器、
４は出力制御回路であつて例えばサイリスタ
SCRによつて構成される回路、Ｍはワイヤ送給
装置、Ｍ１はワイヤ送給装置用制御回路、５ａは
第１の基準信号回路であつて溶接終了時よりも以
前の溶接装置の出力すなわち溶接電圧Va又溶接
電流Iaを設定する回路である。５ｂは第２の基準
信号回路であつてこの回路の出力信号Vrbと第１
の基準信号回路の出力信号Vraとの和の信号又は
差の信号によつて溶接終了時の溶接装置の出力す
なわち最終溶接電圧Ve又は溶接終了処理電流値
Ieを設定する。７は帰還回路であつて溶接電圧又
は溶接電流に相当する信号Vfを後述する比較回
路６にフイードバツクする。６は比較回路であつ
て第１の基準信号Vraとフイードバツク信号Vf
との差、又は第１の基準信号Vraと第２の基準信
号Vrbとの合成された信号Vra±Vrbとフイード
バツク信号Vfとの差の信号を増幅回路AMPを通
して出力制御回路４に供給する。８はシーケンス
回路でありTSはトーチスイツチ、TSaはトーチ
スイツチTSを溶接開始のために最初に押すと閉
路して溶接装置の出力を検出して自己保持され、
トーチスイツチTSを溶接終了のために再度押す
ことによつて開路する接点である。CR１は接点
TSaによつて励磁されるリレーのコイル、CR１
ａおよびCR１ｂはリレーコイルCR１の励磁によ
つてそれぞれ開閉する常開接点および常閉接点で
ある。CR２は接点TSaによつて励磁されるリレ
ーのコイル、CR２ａおよびCR２ｂは整流器DR
１、抵抗器Ｒ１およびコンデンサＣ１によつて遅
延復帰するリレーCR２の常開接点である。つぎ
に動作について説明する。溶接を開始するために
トーチスイツチTSを押すと、リレーの接点TSa
が閉路し、第３図Ｃに示すようにリレーCR１お
よびCR２が励磁されて接点CR１ａが閉路しワイ
ヤ送給装置Ｍに電力が供給されワイヤ送給が開始
され、他方、接点CR２ａが閉路し信号Vraが比
較回路６に供給され、その出力信号Vra−Vfが
増幅回路AMPを通じて出力制御回路４に供給さ
れて溶接電圧をVaの略一定値に、又は溶接電流
をIaの略一定値に維持して溶接が継続する。溶接
終了に際して時刻t₁においてトーチスイツチTS
を再度押すと接点TSaしたがつて接点CR１ａが
開路し、接点CR１ｂが閉路するので、ワイヤ送
給装置Ｍへの電力の供給が遮断されて第３図Ｃの
Ｍに示されるごとくワイヤ送給速度が漸減する。
しかし、接点CR２ａおよびCR２ｂが遅延するま
では比較回路６には第１の基準信号Vra、第２の
基準信号Vrbおよびフイードバツク信号Vfが供
給され、信号の極性がVra＋Vrb＋Vfのときは同
図ＣのＶ又はＩに示すごとく溶接装置の出力電圧
又は出力電流は増加し、Vra−Vrb−Vfのときは
同図点線に示すごとく溶接装置の出力は減少す
る。遅延時間の経過後の時刻t₃において接点CR
２ａおよびCR２ｂが開路して溶接装置出力は遮
断される。上述した遅延時間内における溶接装置
の出力電流は、臨界電流値Icをこえる値になるよ
うに第２の基準回路の出力信号Vrbが設定され
る。上記構成において溶接中は第１の基準信号
Vraを比較回路６に供給し、溶接終了時にその信
号Vraを遮断して第２の基準信号Vrbを供給する
ようにしてもよい。このときは、第２の基準信号
Vrbは予め定めた一定値に固定してもよい。ま
た、第１の基準信号回路５ａの調整と第２の基準
信号回路５ｂの調整とを機械的又は電気的に連動
させて、例えば溶接中の出力電流値が大になるよ
うに第１の基準信号Vraが大に設定されたときに
は、第２の基準信号Vrbは小に設定されて溶接終
了時の基準信号の和の信号Vra＋Vrbが、臨界電
流値Icをこえかつクレータのくぼみを大にしない
程度の溶接終了処理電流値Ieが通電されるように
してもよい。また上記の構成にクレータフイラ制
御回路を設けてもよい。

第４図Ａ乃至Ｃは、それぞれ本発明の溶接方法
を実施する装置の第２の実施例の構成図、シーケ
ンス回路図およびシーケンスの説明図である。各
図において符号１乃至４，６，Ｔ１，Ｍ，Ｍ１，
AMP，TS，TSa，CR１およびCR１ａは第１図
Ａ乃至Ｃに示す符号と同じである。５は溶接装置
の出力電流Iaを定めるための基準信号回路であ
り、７ａは溶接中の出力電流Iaを定めるための第
１の帰還回路であり、７ｂは溶接終了時の溶接終
了処理電流値Ieを定めるための第２の帰還回路で
ある。CR１およびCR１ｄはリレーのコイルCR
１によつて開閉する常開接点である。TDRは遅
延帰作タイマのコイルであつて常閉接点CR１ｂ
の閉路によつて励磁され、TDRbはタイマTDR
の常閉接点でである。CR３は、常閉接点CR１ｂ
およびTDRbの閉路によつて励磁されるコイルで
あり、CR３ａおよびCR３ｃはその常開接点であ
る。つぎに動作について説明する。溶接を開始す
るためにトーチスイツチTsを押すと接点TSaが
閉路し第４図Ｃに示されるようにリレーCR１が
励磁されて接点CR１ａが閉路し、ワイヤ送給装
置Ｍに電力が供給されワイヤ送給が開始され、他
方、接点CR１ｃの閉路によつてフイードバツク
信号Vfが第１の帰還回路７ａを通じてその出力
信号Vf₁が比較回路６に供給され、その出力信号
Vr−Vf₁が増幅回路AMPを通じて出力制御回路
４に供給されて溶接電圧をVaの略一定値に、又
は溶接電流をIaの略一定値に維持して溶接が継続
される。この溶接中においては接点CR１ｂが開
路しているのでタイマTDRおよびリレーのコイ
ルCR３は電圧が供給されず、接点CR３ａは開路
している。溶接終了に際して時刻t₁においてトー
チスイツチTSを再度押すと接点TSaしたがつて
接点CR１ａ，CR１ｃおよびCR１ｄが開路して
接点CR１ｂが閉路してタイマTDRおよびリレー
のコイルCR３に電圧が供給され接点CR３ａおよ
びCR３ｃが閉路する。この接点CR３ａの閉路に
よつてフイードバツク信号Vfが第２の帰還回路
７ｂを通じてその出力信号Vf₂が比較回路６に供
給され、その出力信号Vr−Vf₂が増幅回路AMP
を通じて出力制御回路４に供給される。フイード
バツク信号がVf₁＞Vf₂のときは第４図Ｃに示す
ごとく溶接装置の出力電圧又は出力電流は増加
し、Vf₁＜Vf₂のときは同図点線に示すごとく溶
接装置の出力は減少する。遅延時間の経過後の時
刻t₃において接点TDRbが開路することによつて
接点CR３ｃが開路して溶接装置の出力は遮断さ
れる。上述した遅延時間内における溶接装置の出
力電流は、臨界電流値Icをこえる値になるように
第２の帰還回路７ｂの出力信号Vf₂が設定され
る。上記の第４図ＡおよびＢに示す実施例におい
て、基準信号回路５の調整と第２の帰還回路７ｂ
の調整とを機械的又は電気的に連動させて、例え
ば溶接中の出力電流値が大になるように基準信号
Vrが大に設定されたときは第２の帰還信号Vf₂を
大に設定されて溶接終了時の比較回路６の出力信
号Vr−Vf₂が、臨界電流値Icをこえかつクレータ
のくぼみを大にしない程度の溶接終了処理電流値
Ieが通電されるようにしてもよい。また上記の構
成に、第２の基準信号回路とその制御回路とを追
加してクレータフイラ制御回路を設けてもよい。
上記第１および第２の実施例のほかに、増幅回路
AMPの増幅度、出力制御回路のサイリスタSCR
の点弧回路の定数等を制御することによつて、溶
接終了処理電流値Ieを臨界電流値Icをこえかつク
レータのくぼみを大にしない程度の溶接電流を通
電させることができる。

以上のように本発明のMIGアーク溶接方法に
よれば、不活性ガスを主成分とするシールドガス
の特性を利用して溶接終了時にワイヤ先端の溶融
金属をスプレー移行させ、かつクレータのくぼみ
を大にしない程度の溶接電流を通電してワイヤ先
端に溶融球を発生させることなく、ワイヤ送給を
停止させることができ、また溶接終了時にスプレ
ー移行をさせているためにアーク長が大であるの
でステイツクが生じない。また、従来のように溶
接終了時にパルス電流を供給していないので、溶
接終了処理電流値の大きさおよびその継続時間を
適正値に設定することが容易であるために、クレ
ータのくぼみを小さくしかつバーンバツクを防止
することができ種々の問題を同時に解決すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ乃至Ｄは本発明のMIG溶接方法の実
施例を示す図、第２図Ａ乃至Ｃは第１図Ｄに示す
本発明の溶接方法を実施した場合のワイヤ送給装
置の電動機の逆起電力、溶接電圧および溶接電流
の時間的経過を示す図、第３図Ａ乃至Ｃはそれぞ
れ本発明の溶接方法を実施する装置の第１の実施
例の構成図、シーケンス回路図およびシーケンス
の説明図、第４図Ａ乃至Ｃはそれぞれ第２の実施
例の構成図、シーケンス回路図およびシーケンス
の説明図である。２…消耗性溶接電極、３…被溶接物、Ｍ…ワイ
ヤ送給装置、Ic…スプレー移行臨界溶接電流。

Claims

【特許請求の範囲】

１不活性ガスを主成分とするシールドガス中
で、消耗性溶接ワイヤと被溶接物との間でアーク
を発生させて、前記ワイヤ先端から溶滴を移行さ
せて溶接するMIGアーク溶接方法において、溶
接終了に際し、前記ワイヤ送給装置への電力の供
給が遮断される前の時点から遮断後であつて溶接
電流Idが漸減する途中の時点までのいずれかの間
に、前記ワイヤ先端から離脱する溶滴のスプレー
移行が可能であつて、かつクレータのくぼみを大
きくしない予め設定した溶接終了処理電流Ieを通
電して、前記ワイヤ送給装置が略停止した時点で
前記溶接終了処理電流を遮断するMIGアーク溶
接方法。