JPH0555231B2

JPH0555231B2 -

Info

Publication number: JPH0555231B2
Application number: JP21022689A
Authority: JP
Inventors: Edowaado Raason Nirusu; Buraian Retaanoo Deibitsudo; Uiriamu Chaan Rorensu
Original assignee: Union Carbide Chemicals and Plastics Technology LLC; Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Chemicals and Plastics Technology LLC; Union Carbide Corp
Priority date: 1989-08-16
Filing date: 1989-08-16
Publication date: 1993-08-16
Also published as: JPH0377783A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、消耗性ワイヤ電極を使用するスプレ
ー様式ガスメタルアーク溶接に関するものであ
り、特には金属を軸線方向スプレー様式で安定し
て付着することの出来る溶着範囲を拡大すること
の出来るガスメタルアーク溶接方法の改善に関す
る。

発明の背景一般に、「GMAW」或いは「MIG」と呼ばれ
るガスメタルアーク溶接は、アークを周囲雰囲気
から「ガス（不活性気体）」により遮蔽するアー
ク溶接プロセスである。「メタル（金属）」は、ア
ークを通して消耗性ワイヤ電極から移行される。
消耗性ワイヤ電極は与えられたワイヤ寸法に対し
て所定の溶着速度に相当する予備選択された速度
でアーク中に連続的に送入される。金属移行の様
式は、溶接電流、溶接電圧、ワイヤ寸法、ワイヤ
速度、電極延長距離並びに保護ガス遮蔽体組成の
ような作動パラメータに依存する。金属移行の既
知様式には、短絡、グロビユラー移行、軸線方向
スプレー移行、パルススプレー移行及び回転式ア
ーク軸線方向スプレー移行がある。当業者は、こ
れら用語及びその技術内容に精通しているはずで
ある。短絡、グロビユラー及びパルススプレー様
式での金属移行は、金属が一般に約101b／hr（4.5
Kg／hr）未満の低溶着速度で溶着される低溶着速
度プロセスである。他方、回転式アーク軸線方向
スプレー様式の金属移行は、非常に高い溶着速度
でのプロセスであり、0.035インチ（0.89mm）以
上の電極ワイヤ寸法直径を使用して約171b／hr
（7.65Kg／hr）より低い溶着速度では不安定であ
る。この最小金属溶着速度以下では、回転アーク
は乱調となりそして／或いは接続出来なくなる。
軸線スプレー様式の金属移行は、短絡、グロビユ
ラー及びパルススプレー様式の金属移行により与
えられる低溶着速度を超え且つ回転式アーク軸線
方向スプレー様式の金属移行において得られる非
常に高い溶着速度より低い速度で金属を溶着する
のに使用されている。

従来技術ガスメタルアーク溶接の分野での最近の顕著な
進展は、米国特許第4645903号に記載される方法
であり、これは0.035〜0.052インチ（0.9〜1.3mm）
範囲内のワイヤ直径寸法を使用して251b／hr
（11.25Kg／hr）の速度に至るまでの軸線方向スプ
レー様式での金属移行において安定した溶着を可
能ならしめる。この特許の出現前までは、軸線方
向スプレー様式での金属移行は前述したワイヤ寸
法を使用した場合５〜121b／hr（2.3〜5.4Kg／hr）
の金属溶着速度に制限された。この最大溶着速度
を超えると、溶接作業は乱調となりそして安定性
を低下し、最終的に回転アークが安定した回転ア
ークに対して必要とされる最小溶着速度にまでワ
イヤ送入速度を高めることにより確立されねばな
らなくなる。

非回転式アーク軸線方向スプレー様式での金属
移行の採用は一般に、信頼性、安定性、高品質及
び少なくとも比較的高い溶着速度を必要とする全
姿勢GMAW溶接にとつて好ましい金属移行様式
の選択であると考えられる。軸線方向スプレー様
式の金属移行においては、微細な溶融金属滴が移
動しているワイヤの端がくびれて（ピンチ）切り
離されそしてアーク柱を通して溶接プール（溶融
池）に移行される。ピンチ効果はワイヤの溶融先
端部への電磁力によりもたらされる。GMAW溶
接に対する作業溶着範囲を増大するためにこれま
では回転スプレーアークが発生せしめられてい
た。回転アーク様式の金属移行において、アーク
は、電磁力により長手軸線を中心として螺旋模様
を成して物理的に回転せしめられる。アークが回
転するにつれ、制御された金属滴流れが電極先端
から溶接プールへと比較的広い範囲にわたつて移
行される。

しかし、非回転式アーク軸線方向スプレー移行
様式により与えられた溶接溶け込みは回転式アー
ク様式により与えられるよりはるかに深くそして
制御容易である。

発明が解決しようとする課題斯くして、軸線方向スプレー様式において金属
溶着のための金属付着範囲を拡大することの出来
る改善されたスプレー様式ガスメタルアーク溶接
方法を開発することが要望されている。

本発明の課題は、金属を軸線方向スプレー様式
で安定して溶着することを可能とする溶着速度を
著しく増大することを可能ならしめる改善された
スプレー様式ガスメタルアーク溶接方法を提供す
ることである。

課題を解決するための手段本発明者等は、遮蔽ガス（シールドガス）混合
物組成と特定の操作パラメータ条件との組合せが
上記課題の解決に重要な鍵の一つを握つているこ
とを究明するに至つた。

この知見に基づいて、本発明は、0.023〜0.052
インチ（0.58〜1.3mm）の範囲内の直径を有する
消耗性ワイヤ電極を使用して軸線方向スプレー様
式ガスメタルアーク溶接のための方法であつて、 (a) 前記消耗性ワイヤ電極と工作物との間にアー
クを形成する段階と、 (b) 前記ワイヤ電極と工作物との間に24〜51Vの
範囲内の実質上一定のアーク電圧を保持する段
階と、 (c) 前記消耗性ワイヤ電極を溶接トーチ接触管を
通して前記アーク中に送給し、その場合該溶接
トーチ接触管を0.5〜1.5インチ（12.7〜38.1mm）
の電極延長を可能ならしめる距離工作物から離
間して維持しそして該溶接トーチ接触管を該接
触管の先端を越えて伸延するトーチカツプを有
する溶接トーチ中に少なくとも5/32インチ
（3.97mm）引つ込めるものとする段階と、 (d) 金属を前記ワイヤ電極から工作物へと
551b／hr（25Kg／hr）までの速度で安定に移行
する段階と、 (e) 前記アークを (A) ３〜８容積％の二酸化炭素、 (B) 30〜40容積％のアルゴン、及び (C) 残部ヘリウムから成るガス混合物で遮蔽する段階とを包含する軸線方向スプレー様式ガスメタルアー
ク溶接方法を提供する。

実施例の説明本発明を図面を参照して詳しく説明する。

第１図を参照すると、消耗性ワイヤ電極１が、
リール１２から送りロール１４によつて繰り出さ
れ、ガス遮蔽アーク溶接トーチ２における接触管
１６を通して引出される。消耗性ワイア電極は、
0.023〜0.052インチ（0.58〜1.32mm）の範囲内の
直径を有しそして特定の溶接用途に適正な任意の
適当な金属組成物から構成することが出来る。適
当な金属の例として、米国溶接協会仕様A5.18に
掲出されるER70S−３、−６、−７ガスメタルア
ーク溶接ワイヤのような任意のワイヤを挙げるこ
とが出来る。

任意の適当なガス遮蔽トーチが本発明の方法を
実施するために使用され得る。そうしたトーチの
適当な一例は、エルテツクコーポレーシヨンから
市販されるST−16トーチである。トーチは手動
操作或いは自動化操作いずれでも良い。第１図に
例示される具体例において、トーチ２は自動化ト
ーチである。送りロール１４がワイヤ送給ユニツ
ト１８に収蔵される駆動モータ３により駆動され
る。モータ３は所望の溶着速度を実現するに必要
な速度でワイヤを送給することが出来る。一つの
市販送給ユニツトは、エルテツクコーポレーシヨ
ンにより製造されている「ハイデポジシヨン」フ
イーダであり、これはワイヤを2000インチ／分
（5080cm）までもの速度で送給することが出来る。

回転しているワイヤパツケージの慣性の取り扱
いを補助するために、溶接作業の終了に際してワ
イヤが接触管に溶着するのを防止するために適応
性バーンバツク回路を備えた滑走式制動装置を使
用することが好ましい。

電源２０が、ワイヤ送給ユニツト１８及びトー
チ２両方に電源を供給する。電源２０は、電源制
御されてそして一定電位形式のものである。

作業において、アーク４が、消耗性電極１と工
作物５との間に電源２０を付勢しそして電極を工
作物との直接接触状態に送給することにより確立
される。電極と工作物との間のアーク電圧は、溶
接作業中実質上一定に維持される。ここで、「実
質上一定」とは、アーク電圧が溶接プロセス中設
定電圧から５％以下でしか変化しないことを意味
する。アーク電圧設定点とは安定なアークが実現
される点である。例えば、0.023インチ（0.6mm）
直径にワイヤに対しては、安定なワークは24〜
30Vのアーク電圧を使用して実現されそして
0.035〜0.052インチ（0.89〜1.32mm）直径ワイヤ
に対しては、安定なアークは35〜51Vのアーク電
圧を使用して実現される。消耗性アーク電極は、
溶接トーチ接触管１６を通してアーク中に送入さ
れそして金属は電極から工作物に移行される。

電極１は、接触管１６を通して電極１と工作物
５の間に形成されるアーク４中に送入される。接
触管１６は、電極１に電力を供給するために電源
２０にトーチを介して接続される。工作物５は電
源と共通して接地状態に接続される。好ましく
は、トーチ２は、電極延長距離即ちトーチ〜工作
物間距離Ｘを保証するために工作物５から成る距
離上方に離間して保持される。0.023インチ（0.6
mm）直径の電極に対しては、好ましい電極延長距
離は3/8〜3/4インチ（9.5〜19mm）の範囲であり、
最も好ましくは約5/8インチ（15.9mm）であり、
そして0.035〜0.052インチ（0.9〜1.3mm）直結の
ワイヤに対しては、好ましい電極延長距離は3/4
〜１−1/2インチ（19〜38mm）の範囲であり、最
も好ましくは約１インチ（25.4mm）である。

アークは、 (A) ３〜８容積％の二酸化炭素、 (B) 30〜40容積％のアルゴン、及び (C) 残部ヘリウムから実質成るガス混合物により周囲雰囲気から遮
蔽される。

第１図に戻ると、本発明に有用な遮蔽用ガス即
ちシールドガス混合物は、ボンベ２４，２５及び
２６から成分ガスを受け取るガス混合器２２内で
調製される。例えば、ボンベ２４はアルゴンを収
蔵し、ボンベ２５は二酸化炭素を収蔵しそしてボ
ンベ２６はヘリウムを収蔵する。貯蔵タンクのよ
うな任意の他の適当なガス貯蔵用容器もまた本発
明と関連して使用しうる。ガス混合器２２は、本
発明に有用なガス混合物を確立するために各ガス
源から適宜のガスを調量するように設定されうる
任意の従来型式のガス混合器であり得る。

本発明に有用なシールドガス混合物は、導管手
段６を通つてトーチ２に流れそして接触管１６と
トーチカツプ２８との間のスペース２７を通つて
流れて、周囲雰囲気からアーク４を遮蔽するため
の保護遮蔽を形成する。トーチカツプ２８は好ま
しくは、接触管がトーチカツプ内部に距離ｙに引
つ込んでいるように、接触管１６の前端１７を越
えて突出する。好ましくは、距離ｙは少なくとも
５／３２インチ（3.9mm）である。

これまで、安定性をもつて高い溶着速度を実現
するには、回転スプレーアーク様式での作業を必
要とした。第２，３及び４図は、0.023インチ
（0.6mm）、0.35インチ（0.9mm）並びに0.045インチ
（1.1mm）直径のワイヤそれぞれに対する安定した
溶着範囲のグラフでの表示である。第２，３及び
４図において、曲線Ａは、従来型式のガスメタル
アーク溶接に対する安定領域を表わし、曲線Ｃは
回転式スプレーアーク様式におけるガスメタルア
ーク溶接に対する安定領域を表わし、そして曲線
Ｄは軸線方向スプレーアーク様式における本発明
のガスメタルアーク溶接に対する安定領域を表わ
す。第３及び４図において、追加曲線Ｂは、軸線
方向スプレーアーク様式における米国特許第
4645903号に開示された改善ガスメタルアーク溶
接プロセスに対する安定領域を表わす。本発明を
例示しそして第２〜４図に報告されたデータを生
ぜししめるのに使用されたシールドガス組成は。
61容積％ヘリウム、35容積％アルゴン及び４容積
％二酸化炭素から構成された。溶着速度の測定
は、例示の直径に対して安定した軸線方向スプレ
ーが得られた広い範囲のワイヤ送り速度にわたつ
て為された。

第２，３及び４図のグラフからわかるように、
本発明のガスメタルアーク溶接プロセスは、
0.023インチ（0.6mm）直径電極に対して約151b／
hr（6.75Kg／hr）に至るまでの軸線方向スプレー
様式における安定した溶着速度を可能ならしめ、
また0.035インチ（0.9mm）及び0.045インチ（1.1
mm）直径の電極に対しても軸線方向スプレー様式
において著しく増大せる溶着速度を可能ならし
め、これは他のガスメタルアーク溶接方法におけ
るよりも、回転スプレーアーク様式におけるより
さえも高い。

発明の効果本発明のプロセスの使用及びガス混合物の使用
により、ここに改善された態様でのスプレー様式
ガスメタルアーク溶接が実施可能となつた。特
に、他の既知のガスメタルアーク溶接方法を使用
してこれまで可能であつたよりも高い安定した溶
着速度において好ましい軸線方向スプレーアーク
様式でのガスメタルアーク溶接の実施が可能とな
つた。

以上、本発明の具体例について説明したが、本
発明の範囲内で多くの変更を為しうることを銘記
されたい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明方法を実施するのに有用な溶
接設備の全体図を示す。第２図は、0.023インチ
（0.6mm）直径ワイヤを使用する軸線方向スプレー
様式での本発明プロセスの溶着速度性能並びに他
の既知方法の溶着速度性能を比較するグラフであ
る。第３図は、0.035インチ（0.9mm）直径ワイヤ
を使用する軸線方向スプレー様式での本発明プロ
セスの溶着速度性能並びに他の既知方法の溶着速
度性能を比較するグラフである。第４図は、
0.045インチ（1.1mm）直径ワイヤを使用する軸線
方向スプレー様式での本発明プロセスの溶着速度
性能並びに他の既知方法の溶着速度性能を比較す
るグラフである。１：ワイヤ、２：アーク溶接トーチ、３：駆動
モータ、４：アーク、５：工作物、６：導管手
段、１２：リール、１４：送りロール、１６：接
触管、１８：ワイヤ送給ユニツト、２０：電源、
２２：ガス混合器、２４〜２６：ボンベ、２７：
スペース、２８：トーチカツプ。

Claims

【特許請求の範囲】１ 0.023〜0.052インチ（0.58〜1.3mm）の範囲内
の直径を有する消耗性ワイヤ電極を使用して軸線
方向スプレー様式ガスメタルアーク溶接のための
方法であつて、 (a) 前記消耗性ワイヤ電極と工作物との間にアー
クを形成する段階と、 (b) 前記ワイヤ電極と工作物との間に24〜51Vの
範囲内の実質上一定のアーク電圧を維持する段
階と、 (c) 前記消耗性ワイヤ電極を溶接トーチ接触管を
通して前記アーク中に送給し、その場合該溶接
トーチ接触管を0.5〜1.5インチ（12.7〜38.1mm）
の電極延長を可能ならしめる距離工作物から離
間して維持しそして該溶接トーチ接触管を該接
触管の先端を越えて伸延するトーチカツプを有
する溶接トーチ中に少なくとも5/32インチ
（3.97mm）引つ込めるものとする段階と、 (d) 金属を前記ワイヤ電極から工作物へと
551b／hr（25Kg／hr）までの速度で安定に移行
する段階と、 (e) 前記アークを (A) ３〜８容積％の二酸化炭素、 (B) 30〜40容積％のアルゴン、及び (C) 残部ヘリウムから成るガス混合物で遮蔽する段階とを包含する軸線方向スプレー様式ガスメタルアー
ク溶接方法。