JPH02205267A - 消耗電極式アーク溶接方法 - 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］ 本発明はサブマージドアーク溶接をはじめとする消耗電
極式アーク溶接において、開先を有する被溶接物の溶接
ビード形成の主要素である、溶込み及び余盛量の双方を
同時に制御せしめる方法に関するものである。

［従来の技術］ サブマージドアーク溶接などが適用される両面−層盛溶
接では、各層における溶込みの管理が重要である。これ
らの溶接は、一般に溶接条件一定で行われているが、時
折、バックパス側（最初に溶接を行なう側）では溶は落
ち、フィニツシユバス側（ａ後に溶接を行なう側）では
溶込み不足といった欠陥が発生する。また、余盛量の過
不足なども生ずるが、これらの欠陥は開先加工・組立時
に生ずる開先形状変動に起因する。

溶込み及び余盛は開先形状・溶接電流・溶接速度に支配
され、通常用いられる開先形状であるＶ溝形では開先角
度一定で開先深さが大となれば、開先断面積も大となる
。このような場合、多電極アーク溶接で溶込みを一定に
保つためには経験的に先行電極溶接電流を小とすること
が知られている。一方、所定の全盛量を保つには、総連
接電流を増し、消耗電極ワイヤ溶着量を増加させる必要
がある。このためには、第２電極以降で先行電極溶接電
流減少分を肩代りし、かつ、溶着速度増大のため、さら
に溶接電流の上乗せが必要となる。

しかしながら、これら後行電極溶接電流配分比が増加す
ると、溶込み量に影響を及ぼすとともに、アンダーカッ
トなどの溶接欠陥も発生し易くなる。また、溶接速度制
御で溶込み一定を維持しようとすると、溶接速度を速め
る必要があるが、この場合には余盛量が極端に減少して
しまう。このように、開先変動に対し、溶接条件による
溶込み、全盛制御は相反する関係にあり、双方を同時に
制御することは難しい課題である。

［発明が解決しようとする課題］ 近年、この問題点おを克服するため、特開昭６０〜９２
０８３号公報で示されるように、開先形状を検知し、そ
の結果に基すいて各電極溶接電流値を制御して、溶込み
、余盛形状を維持する方法が提案されている。しかしな
がら、この方法は３電極溶接以上で、先行電極で溶込み
を制御し５かつ、最終電極を２電極以上として溶接線と
ほぼ直交してパラレルに配置することを特徴としており
、２電極溶接以下では使用しにくい。

一方、この特開昭６０−９２０８３号公報には、先行電
極の溶接電流値を電流検出器で検知し、表ビード高さ設
定値と比較し、フィラーワイヤ送給速度を制御して一定
のビード高さを得る方法が示されている。この方法では
、片面溶接法で裏当て金側からアーク光量を検知して表
ビードな制御することにポイントがあり、本提案から両
面−層溶接での溶込み制御を行わしめることは困難であ
る。

本発明は上述した問題点を解決するため、開先を有する
サブマージドアーク溶接をはじめとするアーク溶接にお
いて、所定の溶込み、余盛量の双方を同時に制御せしめ
、欠陥発生のない健全な溶接ビードを得んとするもので
ある。

［課題を解決するための手段］ そのために、本発明は被溶接物の開先形状を連続的に検
知し、該検知情報に従って送給速度が制御された、直径
１．６１１１１１〜３．２０１１のフィラーワイヤを第
１電極而方より第１電極アークに向かって送給し、かつ
、該フィラーワイヤに第１電極アース電流の一部を流す
ことを特徴とする消耗電極式アーク溶接方法を提案する
ものである。

［作用］ 本発明は予測される開先変動範囲の最小値側を基準開先
形状とし、所定のビード形状を得る溶接条件で溶接を行
い、同時に第１電極前方の開先形状を測定し、その計測
信号に従って第１電極アークにフィラーワイヤを送給す
ることによって、第１電極での溶込みの制御と開先断面
積増による余盛量減少を抑制し、一定の溶込みと余盛量
を有する溶接ビートを提供するものである。

以下５本発明を添付図面を参照して説明する。

第１図は本発明を３電極サブマージドアーク溶接に適ル
した一実施態様を示す模式側面図で、溶接部は理解を容
易にするため、断面図を併用している。同図において、
１は開先を有する被溶接物、２はアーク、３〜５は溶接
電源、６〜８は消耗電極ワイヤ（以下、電極ワイヤと略
称する）、９〜１１は送給モータ、】２はフィラーワイ
ヤ、　１３はフィラーワイヤ送給モータである。

まず、開先位置検知装置１４、及び開先形状検知装置１
５で開先位置・開先形状情報を演算・制御器１６に採取
する。つぎに該開先形状情報から開先断面積を求め、基
準開先断面積と比較し、前者の方が多い場合には、その
差分だけの開先断面積に相当するフィラーワイヤ送給速
度を演算し、その出力信号をフィラーワイヤ送給モータ
１３に与える。

一方、フィラーワイヤ１２はＡ、８間がアースケーブル
で接続されている。このフィラーワイヤ１２が゛第１電
極アーク２に送給されると、これまで被溶接物１と第１
電極ワイヤ６との間に点弧していたアーク２は、フィラ
ーワイヤ１２にも点弧してアークが開先底面からみると
やや上方に移行するようになって溶込みの制御が行われ
る。

第２〜４図はこれらの現象をＸ線透視法によフて観察し
た結果を模式図で示したものである。第２図は開先深さ
が基準値でフィラーワイヤ送給がない場合で、開先底面
とワイヤのアーク発生点までの距ｒ！ｌｉＱは短かいの
に対し、開先がやや深くなってフィラーワイヤ１２が低
速で送給されてくると、第３図に示すように、第１電極
ワイヤ６の前方でフィラーワイヤにもアークが点弧する
ようになり、Ｑがやや大きくなる。さらに開先が深くな
ると第４図に示すように５高速で送給されたフィラーワ
イヤ１２は第１電極ワイヤ６の下に潜りこむようになっ
て、Ｑを大きくして溶込みＰを制御するように作用する
。

第５，６図はこれらの傍証として、開先形状が溶接進行
とともに大きくなる場合のフィラーワイヤ送給速度変化
と、このときのフィラーワイヤに流れるアース電流の経
時変化を示したものである。第５図でフィラーワイヤ送
給速度が順次増大するとともに、第６図に示すフィラー
ワイヤに流れるアース電流も増加している。すなわち、
フィラーワイヤ送給が高速になるにつれ、第１電極アー
クがフィラーワイヤに多く作用していることを意味し、
その分、被溶接物溶融に作用する分が減少し、開先増大
による過大溶造みを防止していることを示している。そ
して、開先増大による余盛量不足をこのフィラーワイヤ
の溶着速度増大で補償することが可能となる。

本発明でフィラーワイヤにアースケーブルを付帯せしめ
ると定めたのは、フィラーワイヤにアースケーブルが接
続されていない場合には、第７図に示すように高速でフ
ィラーワイヤを送給させたとき、送給不安定を生ずるこ
とがあるためである。これは、絶縁状態でフィラーワイ
ヤが送給された場合には、フィラーワイヤとゝ第１電極
ワイヤ間で直接アーク発生せず、被溶接物と第１ｆｉ極
ワイヤ間で点弧しているアーク熱によってのみ、フィラ
ーワイヤが溶融するため、高速送給時には瞬間的にフィ
ラーワイヤが第１電極ワイヤに突き当たる現象が発生し
ているものと考えられる。この現象が発生すると溶接電
圧が大きく変動するため、スラグ巻込みなどの溶接欠陥
が発生し易く、好ましくない。

また、別の電源から独立して溶接電流をフィラーワイヤ
に与える方法でも、この現象発生を回避できるが、この
場合には第１電極にさらに熱を加えることになり、フィ
ラーワイヤが添加されても、溶込みが増す方向に働くた
め好ましくない。

つぎに、フィラーワイヤ径を１．６ｍｍ〜３．２ｍｍと
限定した理由は以下のとおりである。第１電極前方から
送給するフィラーワイヤはその前方に開先検知装置を付
帯させる関係上、かなり小さな曲率で送給されねばなら
ないが、：１．２ｍｍを超える大径ワイヤでは、剛性が
強く送給負荷が大となり、安定送給か難しい。また、一
定のアーク径に対し、フィラーワイヤ径の比が大きくな
るとフィラーワイヤに点弧する割り合いが大きくなり、
被溶接物溶融分が減りすぎて、かえって溶込みが浅くな
って制御が難しくなる。一方、フィラーワイヤ径が１．
６ｎｖ＋未満の細径ワイヤでは、ワイヤ曲がりぐせを一
定に維持することが難しく、常に第１電極ワイヤ直下に
フィラーワイヤを送給することが困難となる。さらに、
アーク径に対し、フィラーワイヤ径の比が小さすぎると
、被溶接物溶融分が減らず溶込み制御が難しくなる。

上記に述べた本発明法を用いて溶接を行い、第１図中の
開先位置検知装置１４で溶接終端を検知した時点で開先
形状検知器及び、第１電極ワイヤが溶接終端に到達する
までの時間を求め、その瞬間に達した時点でフィラーワ
イヤ送給を止め、溶接を終了せしめることにより、常に
一定した溶込み、余盛量を維持することができる。

［実施例］ ３電極サブマージドアーク溶接において、ＪＩＳＧ３１
０６に相当するＳＭ、　５０Ｂ材、板厚１２゜７Ｉ！ｌ
ｆｆ＋の鋼板を用い、該鋼板に開先角度はすべて９０°
で、開先深さの異なる２種類の開先を設け、第１表に示
す溶接条件で本発明法によるフィラーワイヤ送給制御を
行い、従来の制御を行わないものと比較した。

第２表はフィラーワイヤ送給制御条件を示す。そして、
溶接後、溶接ビードを切断し、第８図に示すように溶込
みＰ、ビード幅Ｗ、余盛面積ｓｙ、母材側溶融断面積ｓ
ｂを計測した。

その結果を第９．１０図に示す。第９図は開先断面積変
化量に対する溶込みＰ、ビード幅Ｗの関係を示したもの
である。同図中に示すフィラーワイヤ送給制御しない場
合は、○印で示す溶込みＰが開先断面積の増大とともに
、Δ印で示すビード幅Ｗは減少している。一方、同図中
・、ム印で示す本発明法では、はぼ溶込みＰ、ビード幅
Ｗとも−定に維持されている。

また、第１θ図は開先断面積変化量に対する余盛面ＭＳ
ｙ、母材側溶融断面Ｍｓｂの関係を示したものである。

同図中の比較例のＯ印で示す余盛面積ｓｙは、開先断面
積の増大とともに現象し、Δ印で示す母材側溶融断面積
ｓｂは増加している。一方、同図中・、ム印で示す本発
明法ではほぼ全盛面積ｓｙ、母材側溶融断面積ｓｂとも
、はぼ一定値が得られている。

第　　１　　表 次に本発明を仮付けＣＯ□溶接に適用した例を示す。第
Ｈ図に示すごとき、フィニツシユパス側に開先角度９０
′、開先深さａ−１、ａ−２が５．０〜６．５ｍ＋ｎ。

ルートフェイスｂが２．５〜４　ａｍ、バックパス側に
開先角度９０°、開先深さＣが３．７１のＸ形の突き合
わせ開先を設けた板厚１２．７１１１０１のＳＭ　５０
Ｂ鋼板を用いて、フィニツシユパス側に第３表に示す溶
接条件、第４表に示すフィラーワイヤ送給速度で溶接を
行い、第１＋図に示す溶込みＰ、全盛面積ＳＹ、及び残
開先面積Ｓｘを計測した。なお、第４表において、試験
Ｎｏ９〜１１はフィラーワイヤを添加しない比較例であ
る。

その結果を第１２．１３図に示す。これらの図中では本
発明な・印、比較例をＯ印で表示し、Ｘ印は比較例で溶
は落ちが発生した条件でプロットは従来の経験から推定
した値で表示している。第１２図は開先深さａ−１，ａ
−２に対する溶込みＰの変化を示した図で、同図中の一
点鎖線は鋼板厚さからバックパス側の開先深さＣを差し
引いた値であり、仮付けＣＯ，溶接の溶込みが該−点鎖
線より大なる場合には溶は落ちが発生ずる。同図におい
て、比較例ではａ−２が６ｍｍ以上で溶は落ちが発生し
ているのに対し、本発明法ではａ−２が６．６ｍｍでも
ほぼ、一定の溶込みが維持されている。

又、第１３図は開先深さａ−１、ａ−２に対する全盛面
積ｓｙ、及びへ開先面積Ｓｘの変化を示した図で、本発
明法では比較例に比べ全盛面積増大により、残開先面積
は、開先深さａ−２が増加してもさほど増大していない
。これは後工程の本溶接の開先変動を小さくさせるため
、本溶接をより安定して行わしめることも可能となる。

［発明の効果］ 上記に述べた技術により、両面−層サブマージドアーク
溶接のごとき溶込み深さ管理が重要なアーク溶接法にお
いて、大規模な設備変更を必要とせず、パーソナルコン
ピュータと開先形状検知器、及び、フィラーワイヤ送給
装置を付加せしめることにより、従来、困難であった溶
込み、余盛双方を同時に制御することが容易に可能とな
った。したがって、無人溶接を行なう際においても、溶
込み不良や余盛過不足といった溶接不良品製造の恐れが
なくなり、後工程の検査の省略など省人化も可能となり
、産業上の価値は極めて高い。

【図面の簡単な説明】

７ｇ１表は本発明を３電極サブマージドアーク溶接に通
用した一実施態様を示す模式側面図、第２〜４図はフィ
ラーワイヤの溶融現象をｘｉｓ透視法によって観察した
結果を示す模式図、第５図は溶接進行とともにフィラー
ワイヤ送給速度を順次増大させたときのフィラーワイヤ
送給速度変化な示す図、第６図はフィラーワイヤに流れ
るアーク電流の変化を示した図、第７図は比較例として
フィラーワイヤを高速で送給したときのフィラーワイヤ
送給速度変化を示す波形図、第８図は溶接ビード横断面
の形状を示す正面図、第９図は開先断面積変化量に対す
る溶込み、ビード幅の関係を示した図、第１Ｏ図は開先
断面積変化量に対する余盛面積、母材側溶融断面積の関
係を示す図、第１１図は開先断面形状、及び溶接ビード
形状を示す正面図、７ｊＳ１２図は開先深さに対する溶
込みの変化を示した図、第１３図は開先深さに対する余
盛面積、及び残開先面積の変化を示した図である。 １・・・開先を有する被溶接物、２・・・アーク、３〜
５・・・溶接電源、６〜８・・・消耗電極ワイヤ、９〜
１１・・・送給モータ、１２・・・フィラーワイヤ、１
３−・・フィラーワイヤ送給モータ、１４・・・開先位
置検知装置、１５・・・開先形状検知装置、＋　６−・
・演算・制御器、１７・・・溶接金属、Ａ・・・フィラ
ーワイヤ送給側アース接点、Ｂ・・・アークケーブル接
点、Ｅ・・・被溶接物終端、Ｑ・・・第１電極ワイヤ先
端と開先底面までの距離、Ｐ・・・溶込み、Ｗ・・・ビ
ード幅、ｓｙ・・・余盛面積、ｓｂ・・・母材側溶融断
面積、Ｓ　ｘ−残開先面積、ａ−１，ａ−２・・・フィ
ニツシユパス側開先深さ、ｂ・・・ルートフェイス、Ｃ
・・・バックパス側開先深さ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、被溶接物の開先形状を連続的に検知し、該検知情報
   に従って送給速度が制御された、直径１．６ｍｍ〜３．
   ２ｍｍのフィラーワイヤを第１電極前方より第１電極ア
   ークに向かって送給し、かつ、該フィラーワイヤに第１
   電極アース電流の一部を流すことを特徴とする消耗電極
   式アーク溶接方法。