JPH08229682A

JPH08229682A - 溶接ワイヤ送給装置及び溶接方法

Info

Publication number: JPH08229682A
Application number: JP3662295A
Authority: JP
Inventors: Katsu Kodama; 児玉　　克; Takayuki Kono; 隆之河野
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1995-02-24
Filing date: 1995-02-24
Publication date: 1996-09-10
Anticipated expiration: 2017-01-21
Also published as: JP3249331B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】スパッタの発生を抑制できる溶接ワイヤ送給
装置及び当該装置を使用した溶接方法。【構成】溶接トーチ３内部のトーチ基部１９先端に可
動部材２１を介してワイヤ供給ノズル１６を同軸上に連
結し、溶接ワイヤ５をワイヤ供給ノズルの軸心部を通し
て、溶接トーチの先端チップ４から溶接部へ供給するよ
うにするとともに、ワイヤ供給ノズルの両側に鉄心１７
を固着し、鉄心の周囲に配設した電磁コイル１８へのパ
ルス状電圧印加により、鉄心に働く引力により、ワイヤ
供給ノズルをトーチ基部先端まわりに揺動させるように
した。ワイヤ供給ノズルの揺動で溶接トーチ内部を通過
する溶接ワイヤの通路長さが変動し、チップから溶接部
への供給速度を変動できる。溶接ワイヤの供給速度の変
動により溶接ワイヤ先端の溶滴は、小粒時に母材へ移行
し、スパッタの発生を少くできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ボイラー、船舶、橋
梁、鉄骨等の溶接に適用されるアーク溶接において、母
材に溶着する溶接ワイヤを溶接部に送給するための、溶
接ワイヤ送給装置、およびその溶接ワイヤ送給装置を使
用した溶接方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ガスシールドアーク溶接等により
溶接を行う場合、図５に示すような溶接装置が使用され
ている。図において、０１は溶接を行う母材、０２は溶
接電源、０３は溶接トーチ、０４は溶接トーチのチッ
プ、０５は溶接ワイヤ、０６は溶接アーク、０７はワイ
ヤ送給ローラ、０８はワイヤ送給ローラ用駆動モータ、
０９は巻きワイヤスプロール、０１１は溶接トーチ固定
用穴、０１２は溶接トーチ固定用穴０１１を介して溶接
トーチ０３を固定している、図示していない簡易台車の
固定アーム、あるいは溶接ロボットのアーム、０１４は
溶接ワイヤ０５を溶接トーチ０３に供給するためのコン
ジットケーブルである。

【０００３】このような溶接装置によって溶接を行う場
合、まず、溶接電源０２に適切な電流を供給すると、溶
接ワイヤ０５の先端には溶接アーク０６が発生し、溶接
ワイヤ０５の先端は溶融して、図６に示すように、溶滴
０１０が形成される。この際、溶接ワイヤ０５は、溶滴
０１０が母材０１側に移行する量だけ、駆動モータ０８
を駆動源とする、ワイヤ送給ローラ０７を回転させて送
給することで、溶接アーク０６を安定して、母材０１と
溶接ワイヤ０５の先端の間で発生させる事ができる。

【０００４】このように、従来行われている溶接では、
チップ０４から溶接部への溶接ワイヤ０５の送給速度
は、溶接中、常に一定速度になるようにしている。例え
ば、溶接ワイヤ０５として、直径１．２mmのソリッドワ
イヤを使用し、溶接電圧を２００から３００アンペア、
シールドガスに炭酸ガスを用い２５ｌ／分供給した場合
には、溶接ワイヤ０５の送給速度は、３０から４０ｍ／
分の間の一定送給としている。

【０００５】一方、溶接ワイヤ０５の先端に形成される
溶滴０１０が母材０１側へ移行する状況を観察すると、
図６に示す様な状況となっている。つまり、図６（ａ）
で溶滴が形成されはじめ、図６（ｂ）、図６（ｃ）と、
時間の経過とともに、溶滴０１０は成長していく。

【０００６】図６から理解されるように、上述のように
ガスシールドに炭酸ガスを使用した溶接においては、溶
滴０１０が形成されはじめ、成長していく段階では、溶
接アーク０６は、母材０１表面と溶滴０１０の下面に発
生するため、溶滴０１０はアーク力によって上方へ押し
上げられ、なかなか母材０１側へ移行することができ
ず、溶滴０１０の重量がアーク力に打ち勝つようになる
まで、すなわち図６（ｃ）の様な状態になるまで成長す
る。また、母材０１へ移行する際には、図６（ｄ）に示
すように、大粒の溶滴０１０が飛行するような状態で移
行する。このような、溶滴０１０の移行では、大粒の溶
滴０１０が母材０１側に形成されている溶融池０１３に
取り込まれれば溶融金属となり溶接に寄与するが、溶融
池０１３以外の箇所へ落ちるとスパッタとなり、溶接に
は寄与しないものとなる。

【０００７】このように、特に、シールドガスに炭酸ガ
スを用いた、従来のガスシールドアーク溶接では、次の
ような不具合がある。（１）溶接ワイヤ０５の先端から母材０１へ移行する溶
滴０１０が大粒となるため、溶滴０１０が溶融池０１３
以外の箇所に移行して、大粒のスパッタとなる場合があ
る。（２）発生するスパッタが大きくなるため、母材０１に
付着したスパッタの除去作業に時間を必要とするばかり
でなく、溶接ワイヤ０５から溶接個所への溶着効率も低
下し、溶接ワイヤ０５の消耗が大きくなるとともに、溶
接効率も低下することになる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来の溶
接、特に炭酸ガスを用いたガスシールドアーク溶接、に
おける上述の不具合を解消するため、溶接ワイヤの先端
に形成される溶滴が、大粒に生長しない小粒の溶滴の状
態で母材に移行させ、スパッタの発生を抑制し、または
極力押さえることのできる溶接ワイヤ送給装置、および
その溶接ワイヤ送給装置を使用した溶接方法を提供する
ことを課題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】このため、本発明の溶接
ワイヤ送給装置は次の手段とした。・外部から溶接トーチの内部へ導入され、溶接トーチの
内部に固定されたトーチ基部先端から溶接トーチの先端
のチップを通って、母材等の溶接部へ供給される溶接ワ
イヤを、軸心部に導通させるようにしたワイヤ供給ノズ
ルを、スプリング等からなる可動部材を介装させてトー
チ基部の先端に、トーチ基部と同軸状に取付けた。・周辺部に発生する磁場により引力が発生し、この引力
によりワイヤ供給ノズルをトーチ基部先端まわりに作動
させる１対の鉄心を、ワイヤ供給ノズルの両側部に対向
させて固着した。・パルス状の直流電圧が交互に印加され、１対の鉄心の
周囲に、交互に磁場を発生させる１対の電磁コイルを、
１対の鉄心のそれぞれの周囲に配設した。

【００１０】また、本発明の溶接方法は、次の手段を採
用した。上述した１対の電磁コイルに、交互にパルス状
の直流電圧を印加して、電磁コイルの内部に配設した鉄
心の周囲に交互に磁場を作り、鉄心に交互に吸引力を発
生させ、その吸引力で鉄心を、トーチ基部先端からチッ
プへ供給される溶接ワイヤの通路と直交する方向に揺動
させることにより、鉄心を両側部に固着し、軸心部に溶
接ワイヤの通路を設けたワイヤ供給ノズルを、可動部材
を介装してワイヤ供給ノズルを同軸状に取付けたトーチ
基部先端まわりに揺動させるようにした。

【００１１】このワイヤ供給ノズルの揺動により、外部
から溶接トーチの内部に導入され、トーチ基部から、ト
ーチ基部と可動部材を介して同軸状に連結されたワイヤ
供給ノズルを経由して、溶接トーチのチップから溶接個
所へ一定速度で供給される溶接ワイヤの溶接トーチ内の
通路長さが変動し、チップから溶接個所へ送り出される
溶接ワイヤの供給速度を変動させた溶接が行われる。

【００１２】

【作用】本発明の溶接ワイヤ供給装置、および溶接方法
は、上述の手段により、１対の電磁コイルに交互に、パ
ルス状の直流電圧を印加させて磁場を発生させることに
より、各々の電磁コイルでかこまれた１対の鉄心に交互
に引力を作用させて、鉄心を両側に固着したワイヤ供給
ノズルを、上記直流電圧の印加のタイミングに合わせ
て、トーチ基部に同軸状にワイヤ供給ノズルを連結した
可動部を中心に揺動する。これにより、外部からトーチ
基部に導入され、トーチ内を通り、チップから溶接個所
へ一定の送給速度で供給されている、溶接ワイヤのトー
チ内の送給通路長さを変動させて、チップから溶接個所
へ供給される溶接ワイヤの送給速度を、一定速度から適
切な周期で、瞬間だけ高速送給することで、溶接ワイヤ
先端に形成される溶滴を母材側に短絡移行させて溶接を
行うことができる。

【００１３】これにより、従来の溶接で不具合となって
いたスパッタの発生の少い溶接が可能になり、溶接ワイ
ヤの消耗を少くして、溶接効率を上げることができ、経
済的なメリットが得られると共に、スパッタ除去作業が
軽減され、作業効率を上げることができる。

【００１４】また、飛散するスパッタによる母材側のダ
メージが少なくなり、塗装、下地処理の手直しを少くで
き、溶接以外の溶接作業に伴う作業能率を向上すること
ができる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の溶接ワイヤ送給装置の一実施
例、およびこの装置を使用した溶接方法の実施態様につ
いて説明する。図１は、本発明の溶接ワイヤ送給装置の
１実施例としての、パルスワイヤ送給装置を示す構成
図、図２は、図１に示す実施例の作用を示す図、図３
は、図１に示す実施例を具えた、ガスシールドアーク溶
接装置の構成図、図４は、図１に示す実施例によるガス
シールドアーク溶接の作用を示す図である。

【００１６】図１において、３は溶接トーチ、４は溶接
トーチのチップ、５は溶接ワイヤ、１１は溶接トーチ固
定用穴で、図５に示した溶接装置において説明したもの
と同じものである。また、１３は溶接トーチ３内にシー
ルドガスを供給するための供給ノズル、１４は溶接ワイ
ヤ５を溶接トーチ３に供給するためのコンジットケーブ
ル、１５はシールドガスを供給ノズル１３から溶接トー
チ３内に吹き出すための穴、１６はワイヤ供給ノズル、
１７Ａ、１７Ｂはワイヤ供給ノズル１６の両側に設置し
た磁性体の鉄心、１８Ａ、１８Ｂは鉄心１７Ａ、１７Ｂ
を挟むようにして包囲して、設置した電磁コイル、１９
はトーチ基部、２０は溶接トーチのチップ４を固定する
ための治具、２１は供給ノズル１６をトーチ基部１９に
同軸状につなぐ可動部材として適用したスプリング、２
２Ａ、２２Ｂは電磁コイル１８Ａ、１８Ｂに直流電圧を
印加するための直流電圧発生器、２３は直流電圧発生器
２２Ａ、２２Ｂに接続し、直流電圧発生器２２Ａ、２２
Ｂからの電圧発生時期を調整するための電圧発生調整機
である。

【００１７】また、図２において、図２（Ｄ）に示す、
波形パターンＡ及びＢは、図１に示す直流電圧発生器２
２Ａ、２２Ｂのそれぞれから電磁コイル１８Ａ、１８Ｂ
の各々に印加される電圧である。

【００１８】さらに、図３において、１は溶接を行う母
材、２は溶接電源、６は溶接アーク、７はワイヤ送給ロ
ーラ、８はワイヤ送給ローラ用駆動モータ、９は溶接ワ
イヤ５巻き用ワイヤスプロール、１２は溶接ロボットの
アームで、図５に示した溶接装置において説明したもの
と同じものである。

【００１９】また、図４において、１０はチップ４から
送り出される溶接ワイヤ５の先端に形成される溶滴、波
形パターンｖは、溶接ワイヤ５送給速度を示し、波形パ
ターンＡ、Ｂは、図２（Ｄ）に示す電圧波形パターン
Ａ、Ｂと同一のものである。

【００２０】次に、このように構成された実施例の作用
について説明する。図１、図３に示す、直流電圧発生器
２２Ａ、２２Ｂから、図２に示す波形パターンＡ、Ｂの
周期で、電磁コイル１８Ａ、１８Ｂのそれぞれに直流電
圧を印加する。本実施例の場合、電磁コイル１８Ａ、１
８Ｂの定格電圧は２４Ｖであるので、０Ｖと２４Ｖを図
に示すパルスパターンで印加した。なお、波形パターン
Ａ、Ｂそれぞれの周期は電圧発生調整機２３で調整する
ことができる。

【００２１】この直流電圧の印加により、電磁コイル１
８Ａ、１８Ｂには、電磁力が働き、鉄心１７Ａ、１７Ｂ
には、電磁力が発生している電磁コイル側に引力が働く
ようになる。この引力の作用により、図２（Ａ）に示す
ように、トーチ基部１９と同軸状に取付けられているワ
イヤ供給ノズル１６は、スプリング２１を介装して連結
しているトーチ基部１９先端を中心に、電磁力が働いて
いる電磁コイル１８Ａ、又は１８Ｂ側に揺動される。図
２に示す波形パターンＡ、Ｂにより、図に示すように、
トーチ４先端から送り出される溶接ワイヤ５は一瞬のう
ちに飛び出るような現象を示す。

【００２２】つまり、波形パターンＡが印加される電磁
コイル１８Ａに２４Ｖが印加された場合には、図２
（Ａ）のように、ワイヤ供給ノズル１６は電磁コイル１
８Ａの側に揺動された状態となる。このとき、溶接ワイ
ヤ５はワイヤ供給ノズル１６と溶接チップ固定治具２０
の間で屈曲したような形になり、トーチ基部１９先端と
チップ４の出口との間の溶接トーチ３内に形成される、
溶接ワイヤ５の通路長さが長くなる。

【００２３】この状態から、電磁コイル１８Ａの直流電
圧が０Ｖとなり、これと同時に、今度は電磁コイル１８
Ｂに直流電圧２４Ｖが印加されると、図２（Ｂ）のよう
に、鉄心１７Ｂの方に引力が発生して、ワイヤ供給ノズ
ル１６は電磁コイル１８Ｂの方へ揺動される。この際、
図２（Ａ）に示す状態になっていた溶接ワイヤ５は、ワ
イヤ供給ノズル１６がトーチ基部１９と同軸状になり、
固定治具２０との間で真っ直ぐなる図２（Ｃ）に状態が
瞬間的に形成され、図２（Ａ）の状態で屈曲していた分
だけ、チップ４から、図２（Ｃ）に示すように、飛び出
る様に送給速度は一瞬だけ高速送給となる。さらに、図
２（Ｂ）の状態となると、今度は溶接ワイヤ５がチップ
４から引き込むようになる。

【００２４】よって、このような作用を、周期的に繰り
替えることによって、溶接ワイヤ５は周期でパルス状に
高速送給することが可能となる。本実施例のパルスワイ
ヤ送給装置を消耗電極式ガスシールドアーク溶接に適用
すると、スパッタ発生の少ない溶接法が可能となる。

【００２５】図４により、本実施例のパルスワイヤ送給
装置を消耗電極式ガスシールドアーク溶接に適用したこ
とで、スパッタ発生が少なくなる溶接ができることを説
明する。なお、図４に示す波形パターンＡ、Ｂは、図２
（Ｄ）に示すものと同じであり、溶接ワイヤ５の下端に
形成される溶滴１０の移行状況と対比して示している。
また、波形パターンｖは溶接ワイヤ５の送給速度を示し
ており、これも溶滴１０の移行状況と対比して示してい
る。

【００２６】前述したように、電磁コイル１８Ａ、１８
Ｂへの波形パターンＡ、Ｂの印加電圧が変化する際に、
溶接ワイヤ５送給速度は一瞬だけ高速送給される。図４
の模式図で説明すると、図４（ａ）は溶滴が大きく成長
した状態である。従来の溶接における図６（ｃ）に示す
状態に相当する。この状態において、溶接ワイヤ５を高
速送給すると、溶滴は、図４（ｂ）に示すように、機械
的に母材側へ短絡移行することになる。その後、溶接ワ
イヤ５送給速度は一定となり、再び、図４（ｄ）に示す
ように、溶滴１０が成長して大きくなり、溶接ワイヤ５
をパルス送給すると、図４（ｂ）と同じく溶滴１０は、
図４（ｅ）に示すように、機械的に母材側へ短絡移行す
ることになる。

【００２７】例えば、溶接ワイヤ５径が直径１．２mmの
ソリッドワイヤを適用して溶接電圧を２００から３００
アンペア、シールドガスに炭酸ガスを用い２５ｌ／分供
給した場合には、溶接ワイヤ５の送給速度は３０から４
０ｍ／分の間で一定送給して、パルスワイヤ送給周期を
５０から６０Hzで行うようにした。この作用を繰り返す
ように、パルスワイヤ送給を周期的にする溶接を行うこ
とにより、スパッタの発生しない溶接法が可能となる。

【００２８】

【発明の効果】本発明の溶接ワイヤ送給装置、及び溶接
方法によれば、特許請求の範囲に示す構成により、次の
効果が得られる。（１）消耗電極を用いたガスシールドアーク溶接で、従
来から問題となっていたスパッタの発生を少くした溶接
が可能となった。これにより、溶接ワイヤの消耗が減り
経済的にメリットがあると共に、溶接効率を向上でき
る。（２）また、母材等に付着したスパッタ除去作業が軽減
されることで作業効率も向上する。さらに、溶接を行う
母材側に塗装などの下地処理を施している場合には、飛
散するスパッタによりダメージを受けることの多い母材
側のダメージが少なくなり、塗装、下地処理の手直しが
少なくてすみ、溶接作業に付随する作業の低減が図れ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の溶接ワイヤ送給装置の１実施例として
のパルスワイヤ送給装置を示す断面図、

【図２】図１に示す実施例の作用を示す図で、図２
（Ａ）は電磁コイルの一方の側へワイヤ供給ノズルが移
動した断面図、図２（Ｂ）は電磁コイルの他方の側へワ
イヤ供給ノズルが移動した断面図、図２（Ｃ）は電磁コ
イルに電圧が印加されないとき、若しくは図２（Ａ）か
ら図２（Ｂ）への移行途中を示す断面図、図２（Ｄ）は
電磁コイルに印加されるパルス波形を示す図、

【図３】図１に示す実施例を用いたガスシールドアーク
溶接装置の部分側面図、

【図４】図１に示す実施例を用いたガスシールドアーク
溶接の作用、および各作用時の溶接ワイヤの送給速度お
よびパルス波形を示す図、

【図５】従来のガスシールドアーク溶接装置の部分側面
図、

【図６】図５に使用した溶接トーチによる溶滴の、母材
への移行状況を示す図である。

【符号の説明】

１母材２溶接電源３溶接トーチ４チップ５溶接ワイヤ６溶接アーク７ワイヤ送給ローラ８ワイヤ送給ローラ用駆動モータ９ワイヤスプロール１０溶滴１１溶接トーチ固定用穴１２溶接ロボットのアーム１３供給ノズル１４コンジットケーブル１５穴１６ワイヤ供給ノズル１７Ａ、１７Ｂ鉄心１８Ａ、１８Ｂ電磁コイル１９トーチ基部２０固定治具２１可動部としてのスプリング２２Ａ、２２Ｂ直流電圧発生器２３電圧発生調整機

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】溶接トーチの内部に固定されたトーチ基
部先端に可動部材を介装して同軸状に取付けられ、外部
から前記トーチ基部先端へ導入され、前記溶接トーチの
先端に設けたチップから溶接部へ供給される、溶接ワイ
ヤの通路が軸心部に設けられたワイヤ供給ノズルと、前
記ワイヤ供給ノズルの両側にそれぞれ固着され、周囲に
発生する磁場により前記ワイヤ供給ノズルを前記トーチ
基部先端まわりに作動させる１対の鉄心と、前記鉄心の
それぞれを包囲して設けられ、直流電圧が交互に印加さ
れ、包囲した前記鉄心のそれぞれの周囲に磁場を交互に
発生させる１対の電磁コイルを具えたことを特徴とする
溶接ワイヤ送給装置。
【請求項２】外部から、溶接トーチの内部に固定され
た溶接機のトーチ基部先端へ導入され、前記溶接トーチ
の先端に設けたチップから溶接部へ一定速度で供給され
る、溶接ワイヤの通路を軸心部に設けたワイヤ供給ノズ
ルを、前記トーチ基部先端に可動部材を介装して取付
け、前記ワイヤ供給ノズルの両側に固着した１対の鉄心
の周囲に、前記鉄心のそれぞれを包囲して配設された１
対の電磁コイルで、交互に磁場を発生させ、前記鉄心
に、交互に引力を生じさせ、前記ワイヤ供給ノズルを前
記トーチ基部先端まわりに揺動させ、前記トーチ基部先
端とチップの間の前記溶接ワイヤの通路長さを変動さ
せ、前記チップから溶接部へ送り出される前記溶接ワイ
ヤの速度を変動させて溶接するようにしたことを特徴と
する溶接方法。