JPH0839259A

JPH0839259A - ガスパルスプラズマ溶接方法

Info

Publication number: JPH0839259A
Application number: JP17842894A
Authority: JP
Inventors: Fumito Yoshino; 文人芳野; Noriaki Okubo; 典昭大久保
Original assignee: SHINKO PLANT KENSETSU KK; Kobe Steel Ltd
Current assignee: SHINKO PLANT KENSETSU KK; Kobe Steel Ltd
Priority date: 1994-07-29
Filing date: 1994-07-29
Publication date: 1996-02-13

Abstract

(57)【要約】【目的】プラズマ溶接の本来的な利点を生かし、キー
ホール形成及び深い溶け込みの溶接を溶融プールの溶け
落ち等の不都合を生じることなく安定して行うことがで
きるガスパルスプラズマ溶接方法を提供する。【構成】プラズマガス流のガス流量を周期的にパルス
状に変動させるガスプラズマ溶接方法である。前記プラ
ズマガス流はピークガス流量の期間とベースガス流量の
期間とが交互に連続するパルス状に変動し、ベースガス
流量の期間はピークガス流量の期間の０．３乃至１倍で
あり、ベースガス流量はピークガス流量の０．３乃至
０．７倍である。また、前記ピークガス流量期間と、前
記ベースガス流量期間との間に、前記ピークガス流量と
前記ベースガス流量との間の流量の１又は２以上の期間
を有する。更に、プラズマアーク柱により溶接進行方向
の後方に形成される溶融プールに溶加材ワイヤを供給す
ることにより、水平固定管を全姿勢溶接するのに適して
いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プラズマ溶接におい
て、ガス流量をパルス状に変動させることにより、プラ
ズマガスに強弱を付け、安定した溶接を可能にしたガス
パルスプラズマ溶接方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】プラズマ溶接は、溶接トーチノズルの中
心部からプラズマガス流を吐出し、溶接トーチのノズル
中心に設けられた非消耗電極と被溶接材との間に、プラ
ズマガス流の存在下でアーク電圧を印加してプラズマア
ーク柱を生起させ、更にプラズマガス流の周囲に同心状
にシールドガス流を流し、プラズマアーク注を外気から
保護する。そして、このプラズマアークの熱を利用し
て、被溶接材を溶融し、接合する。

【０００３】このプラズマ溶接方法としては、次の２通
りに大別した溶接法がある。（１）プラズマキーホール溶接法プラズマアーク柱により、被溶接材を貫通してキーホー
ルを形成し、被溶接材の板厚全域を溶接していき、基本
的には溶接盛りの１層のみで接合を終了することが可能
となる高能率溶接方法の一種である。（２）プラズマ非キーホール溶接法（ソフトプラズマ溶
接法）キーホールを形成しないで多層盛りする溶接方法であ
る。プラズマアークは高温・高熱であるので、被溶接材
を溶かす作用は非常に高効率である。このプラズマアー
クの特性を利用することで、被溶接材表面に巨大な溶融
プールを形成させ、その溶融プールに溶加材（溶加ワイ
ヤ）を供給することにより、多層盛り溶接を行う。

【０００４】従来のプラズマ溶接方法は、溶接電流に強
弱を付けてパルス状に溶接電流を変化させるプラズマ電
気パルス溶接が実用化されている。

【０００５】プラズマ溶接方法で溶接を行うとき、溶接
電流に強弱を付けた電気パルス溶接法だけでは、溶接可
能範囲領域（溶接速度域、溶接可能な溶着金属の深さ、
キーホール溶接可能な板厚、溶着金属量）が狭く、必ず
しもＴＩＧ溶接及びＭＩＧ溶接等より安定した溶接方法
とはいえない。

【０００６】特に、プラズマアーク溶接はＴＩＧ溶接及
びＭＩＧ溶接に比して溶け込み深さが大きくなる結果、
溶融プールが大きくなるため、電流の強弱（電気パルス
溶接方法）だけでは、その巨大な溶融プールを保持する
ことが難しい。

【０００７】図１はプラズマアークが生起された状態を
示す模式図である。ノズル１から被溶接材２に向けて生
起されたプラズマアーク３はコア４と、コア４の周囲の
プラズマフレア５とから構成される。即ち、プラズマア
ークが生起すると、中心部にコア４という高温のアーク
柱が形成される。このコア４は主として被溶接材２を貫
通したり、深溶け込み溶接を可能にする働きを持つプラ
ズマアークである。一方、このコア４の周囲には、同心
状に、傘を広げたように形成された比較的低い温度のプ
ラズマフレア５なるアークが生起されている。このプラ
ズマフレア５は、プラズマコア４のように、直接被溶接
材を貫通したり、深溶け込みを得る効果は少ない。この
ため、この傘上に形成したプラズマフレア５の照射範囲
全域の被溶接材表面で、溶融プールが形成される。

【０００８】図２に示すように、実験観察から、プラズ
マガス量が等しい場合に、プラズマフレア５は、溶接電
流が高い方が広がり、照射範囲が広くなり易い傾向にあ
ることが分かった。

【０００９】即ち、溶接電流を高くすれば、プラズマフ
レア５の照射範囲が広角になり易く、溶融プール６の幅
も広くなり、これに比例して溶融プール量も増加するこ
とになる。その結果、溶融プール６を保持することがで
きなくなってしまう場合が生じ、溶融プール６が溶け落
ちてしまうという難点がある。

【００１０】そこで、溶融プール量の増加を抑制しつ
つ、溶接電流値を高くし、深溶け込みの溶接を可能とす
る方法の一つとして、溶接電流に強弱（パルス）を付け
たプラズマ電気パルス溶接方法が一般的に広く利用され
てきた。

【００１１】この電気パルス溶接法は、図３に示すよう
な電流波形でプラズマを生起する。即ち、この電流波形
に示すように、高い溶接電流値のピーク電流と、低い溶
接電流値のベース電流とが、所定の時間サイクル（周波
数）で繰り返し現れる溶接電流で溶接する方法を電気パ
ルス溶接方法という。

【００１２】プラズマ電気パルス溶接方法においては、
ピーク電流時に、主にキーホール形成と深溶け込み溶接
を行い、ベース電流時には、主にピーク電流時で増大化
した溶融プールを冷却し、更に凝固作用を行う。このキ
ーホール形成及び深い溶け込みの工程と、溶融プールの
冷却及び凝固の工程とを交互に繰り返すことで、貫通力
（キーホール形成）及び深溶け込み力（キーホール非形
成）を維持しながら、溶融プール量の増加を抑制した溶
接が可能となる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この電
気パルス溶接方法では、ピーク電流時にプラズマアーク
の幅が必要以上に大きくなり、その分、溶け込みが深い
ビードを得にくいという欠点があった。その結果、例え
ば、全姿勢溶接を行う場合、特に上向き姿勢において、
溶融プールが垂れやすく、また深い溶け込みを得にくい
ので、裏波ビードの形成も困難であった。

【００１４】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、プラズマ溶接の本質的な利点を生かし、溶
融プールの溶け落ち等の不都合を生じることなく、キー
ホール形成及び深い溶け込みの溶接を安定して行うこと
ができるガスパルスプラズマ溶接方法を提供することを
目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明に係るガスパルス
プラズマ溶接方法は、プラズマ流の流量を周期的にパル
ス状に変動させるガスプラズマ溶接方法であって、前記
プラズマ流はピークガス流量の期間とベースガス流量の
期間とが交互に連続するパルス状に変動し、ベースガス
流量の期間はピークガス流量の期間の０．３乃至１倍で
あり、ベースガス流量はピークガス流量の０．３乃至
０．７倍であることを特徴とする。

【００１６】なお、ベースガス流量とは最小限のガス流
量であり、ピークガス流量とはそれ以外のガス流量であ
る。従って、ガス流量を１回ではなく、複数回に亘って
変更する場合には、ピークガス流量期間とはその全ての
期間をいい、ピークガス流量とはその全てのガス流量を
いう。

【００１７】

【作用】図５は電流を一定にし、プラズマガス流量が異
なる場合の溶融プールの大きさと、溶け込み深さとを示
す模式図である。この図５に示すように、プラズマガス
流量が増加しても、プラズマフレアの大きさの変化が少
ない。このため、プラズマガス量を増加させることによ
り、溶融プール幅を増加させずに溶け込み量のみ深くす
ることができる。

【００１８】そこで、本発明においては、プラズマガス
流量をパルス状に変化させる。図６は、溶接電流値を一
定にしてプラズマガス流の流量をパルス状に変化させた
場合の溶融プールとプラズマアークの排出状態を示した
図である。

【００１９】図６に示すように、プラズマガス流が強い
時（ピークガス流量時）は、被溶接板を板厚方向に貫通
させる工程であり、プラズマガス流が弱い時（ベースガ
ス流量）は、溶融プールを安定させる工程である。この
プラズマガス流の強い期間（ピークガス流期間）と、プ
ラズマガス流が弱い期間（ベースガス流期間）とを、所
定の期間毎に繰り返えすことによって、プラズマガス流
一定の場合より、強いキーホールを形成することができ
るようになる。

【００２０】図７は電気パルス溶接方法と、本発明のプ
ラズマガス流強弱脈動による溶接方法とを併用した場合
の溶融プールとプラズマアークの排出状態を示す模式図
である。

【００２１】この図７に示すように、プラズマガス流量
が多い期間と溶接電流が高い期間とを同期させ、プラズ
マガス流量が少ない期間と溶接電流が低い期間とを同期
させるか、又はプラズマガス流量が多い期間と溶接電流
が低い期間とを同期させ、プラズマガス流量が少ない期
間と溶接電流が高い期間とを同期させることによって、
図７に示す場合よりも一層、溶接自体を安定させ、貫通
力を増加させることができる。

【００２２】このようにして、本発明においては、従来
のプラズマアーク溶接方法で存在していた矛盾点を解消
し、プラズマガス流量のパルス状変動により溶接を安定
化することができ、深い溶け込みと貫通力の増大を得る
ことができる。

【００２３】これにより、ピーク電流時とベース電流時
に夫々対応した適切なプラズマガス流量を設定でき、必
要以上の溶融プールの増大化を抑制し、同時にプラズマ
ガスの効率的な排出を得ることができる。その結果、従
来の電気パルス溶接では到底達成不可能であった溶接領
域（厚肉領域・溶着金属の増大・全姿勢）における溶接
を容易に達成でき、その他の溶接方法（ＴＩＧ・ＭＩＧ
等）と同等の溶接分野で、より高能率な溶接が可能とな
る。

【００２４】

【実施例】以下、本発明の実施例について添付の図面を
参照して具体的に説明する。図４は本実施例のガスパル
ス溶接方法の実施に使用できる溶接装置を示す図であ
る。プラズマガスボンベ１０は、配管１１ａを介して、
配管１４、１５が並列に接続されたガスパルス発生配管
系に連結されており、配管１４、１５は配管１１ｂに合
流してプラズマトーチ１に接続されている。配管１４は
ベースガス流経路であり、ベースガス流量調整弁１６が
設けられている。一方、配管１５はピークガス流経路で
あり、ピークガス流量調整弁１８とパルス発生用電磁弁
１７とが直列に設けられている。この電磁弁１７の開閉
は制御器１３に設定されたガスパルスのパルス周期に基
づいてオンオフ駆動される。配管１１ｂには流量計２０
（例えば、高速応答質量式）が設けられている。この高
速応答質量式流量計２０は、ガス流量の値を正確に高速
で計測する装置である。

【００２５】溶接電源１２は溶接トーチ１に対する溶接
電圧の供給を行うが、この溶接電源１２の内部で発生す
る溶接電流のパルス状の変化をパルス信号として制御器
１３に出力し、制御器１３はこのパルス信号に基づい
て、電磁弁１７の開閉タイミングを同期させる。

【００２６】次に、ガスパルスの設定要領について説明
する。べースガス流量の設定方法は、パルス発生用電磁
弁１７を閉状態にし、図４の配管１５にガスが流れない
ようにした後、ベースガス流量調整弁１６の開度を調整
して、ベースガス流量を設定する。そして、ピークガス
流量の設定に際しては、パルス発生用電磁弁１７を開状
態にして、配管１４、１５の双方にガスを流れるように
した後、ピークガス流量調整弁１８の開度を調整してピ
ークガス流量を設定する。

【００２７】このようにして、ピークガスとベースガス
の各流量を設定した後、パルス発生用電磁弁の全開時間
（ピークガス流量時間Ｐ₁）と、全閉時間（ベースガス
流量時間Ｐ₂）とを、下記に示す（ａ）又は（ｂ）のい
ずれかの方法で設定する。この設定時間で電磁弁１７が
弁開閉を繰り返さすことにより、ピークガス流量とベー
スガス流量が交互に流れることになり、プラズマガス流
に強弱（ガスパルス）を発生することができる。

【００２８】（ａ）図８は、図３に示したように溶接電
源１２の内部にて設定することが可能なピーク電流時間
Ｔ₁と、ベース電流時間Ｔ₂に、パルス発生用電磁弁１７
の開閉タイミング及び開閉時間を同期する方法である。

【００２９】この方法においては、正位相の場合、ピー
ク電流値Ｔ₁（高い電流域）にはピークガス流量Ｑ₁を、
またベース電流値Ｔ₂（低い電流域）にはベースガス流
量Ｑ₂、を同期させる。逆位相においては、ピーク電流
値Ｔ₁（高い電流域）にはベースガス流量Ｑ₂を、またベ
ース電流値Ｔ₂（低い電流域）にはピークガス流量Ｑ₁を
同期させる。このように、各電流値毎に各ガス流量を設
定する。

【００３０】（ｂ）図９は、制御器１３の内部に持つタ
イマー設定時間通りに、パルス発生用電磁弁１７の開閉
タイミング及び開閉時間を決定する方法である。

【００３１】この溶接で行うと、溶接電流と同期してい
ないため、単独でピークガス流量時間Ｔ₃とベースガス
流量時間Ｔ₄とを設定できる。従って、溶接電流一定に
てプラズマガス流のみパルス制御する場合などは、この
方法で行う。

【００３２】次に、実際に本実施例方法にてガスパルス
プラズマアーク溶接を行い、その特性を比較例と比較し
た結果について説明する。

【００３３】下記表１は、「溶接電流一定及びプラズマ
ガス一定」、「溶接電流パルス化及びプラズマガス一
定」並びに「溶接電流一定及びプラズマガスパルス化」
の３方法について、プラズマ溶接を行い、溶接可能板厚
と最大可能ガス流量の関係を示す。なお、溶接トーチ及
び溶接電源は同一仕様であるが、プラズマガス流量に対
し、最適と考えられる溶接電流値と溶接速度の組み合わ
せで実施しているので、必ずしも同条件ではない。

【００３４】

【表１】

【００３５】但し、○は溶接可能の場合、△は溶接不可
の場合、×は溶接部切断の場合である。また、プラズマ
ガス流パルス化の場合は、プラズマガス流量はピークガ
ス流量の値であり、ベースガス流量はその都度最適値に
設定した。

【００３６】表１より溶接可能領域を最も広範囲に有し
ているのは、「溶接電流一定及びプラズマガスパルス
化」の組み合わせによる溶接方法であり、最も狭いのは
「溶接電流一定及びプラズマガス一定」の組み合わせに
よる溶接方法である。

【００３７】表１の結果より、プラズマガス流量を最も
多く流すことができ、その結果厚い板厚溶接が可能とな
る溶接法は、プラズマガスパルス溶接方法といえる。

【００３８】下記表２は、ピークガス流量期間とベース
ガス流量期間との各時間の比を変更してその溶接特性を
比較したものである。この表４より、ピークガス流量時
間を１とすると、ベースガス流時間比が１．０以下の場
合に溶け込み効果があり、ベースガス流時間比が０．３
以上の場合に溶融プールの冷却効果がある。従って、溶
け込み効果及び溶融プールの冷却効果の双方を得るため
に、ベースガス流時間比は０．３乃至１．０に設定す
る。

【００３９】

【表２】

【００４０】下記表３は、ピークガス流量値とベースガ
ス流量値との比を変更してその溶接特性を比較したもの
である。この表３から、ピークガス流量を１とすると、
ベースガス流量比が０．３乃至０．７の場合に溶け込み
効果があり、ベースガス流量比が０．７以下の場合に溶
融プールの冷却効果がある。従って、ベースガス流量比
は０．３乃至０．７に設定する。

【００４１】

【表３】

【００４２】下記表４は、板厚が１２ｍｍの水平固定管
（被溶接材）に、円周に沿ってＩ型開先形状の溶接線を
設け、その円周状溶接線に沿ってプラズマトーチを時計
周りに旋回させながら、プラズマキーホール溶接（貫通
深さ１２ｍｍ）を実施したときの溶接特性を評価した結
果を示す。この溶接特性は、特に裏面ビード形状に着目
し、その評価を各姿勢毎に（時間毎）に表したものであ
る。

【００４３】

【表４】

【００４４】但し、姿勢については、固定管の上端部を
時計の１２時に見立て、下端部を時計の６時に見立てて
その溶接位置を時計表示で示すものである。

【００４５】溶接施工方法の組み合わせは、表４の左列
から順に「溶接電流一定及びプラズマガス流量一定」、
「溶接電流パルス化及びプラズマガス流量一定」、「溶
接電流一定及びプラズマガス流量パルス化」並びに「溶
接電流パルス化及びプラズマガスパルス化」の４条件に
ついて実施した。なお、評価基準として以下の通りであ
る。「良好」→図１０に示すように、溶接部の裏面に形
成された裏波が母材より凸形状か、又は面一になってい
るビード形状が得られた場合である。また、表面には有
害なアンダーカットが生じていない。「裏面凹み」→図
１１に示すように、溶接部の裏面に形成された裏波が母
材より凹形状になっているビード形状が得られた場合で
ある。一般的に溶接ビードとしては、不適切と評価され
る。「溶け落ち」→図１２に示すように、プラズマ溶接
時に形成されるはずの溶融プールが、重力の影響を受け
てしまい、母材から流れ落ちてしまう現象である。この
評価試験において、上向き姿勢時にしばしば溶け落ち現
象が見られた。

【００４６】この表４から明らかなように、「溶接電流
一定及びプラズマガス流量一定」の場合、溶接姿勢のう
ち、良好な溶接が得られたのは、１２時〜１時の範囲の
みである。これは溶接電流とガス流量のどちらも一定に
した溶接方法では、ほぼ下向き溶接姿勢しか成り立たな
く、姿勢変化に追従できるフレキシビリティがほとんど
ないといえる。

【００４７】「溶接電流パルス化及びプラズマ流量一
定」の場合、良好な溶接が得られたのは、１０時〜５時
の範囲である。これは上向き姿勢（５時半〜６時）及び
上向き上進姿勢（６時〜９時の範囲）以外では、概ね良
好な溶接ビードが得られるが、上向き姿勢及び上向き上
進姿勢（６時〜９時の範囲）の姿勢範囲では、重力の影
響より溶融プールに急激な溶け落ちが起こり、溶接ビー
ドとして成り立たなくなることを示している。

【００４８】「溶接電流一定及びプラズマガス流量パル
ス化」と「溶接電流パルス化及びプラズマガスパルス
化」の場合は、一部を除きほぼ全周に亘って良好な溶接
ビードが得られ、僅かに上向き姿勢及び上向き上進姿勢
（６時〜９時の範囲）の場合に、溶接ビードの内面凹み
が現れる。

【００４９】以上の結果より、固定管全姿勢溶接のよう
に、刻々と変化する姿勢に追従できるようなフレキシビ
リティのあるプラズマキーホール溶接としては、プラズ
マガス流に強弱を付ける方法が最も優れていることがわ
かる。溶接電流のパルス化（電気パルス溶接法）のみで
も、ある程度の姿勢変化には追従できるものの、姿勢に
よっては、全く溶接が成り立たない場所も存在する。ま
た、プラズマガス流に強弱を付ける方法（ガスパルス
化）と同期させることで、「溶接電流一定及びプラズマ
ガス流量パルス化」に比して、より一層溶接適正範囲の
拡大を得ることができる。

【００５０】このように、表４から、プラズマガス流に
強弱の脈動を付ける方法（ガスパルスプラズマアーク溶
接方法）が、従来のガス量一定のプラズマ溶接に比して
十分に優れていることが認められる。しかし、このよう
に、プラズマガス流に強弱脈動を付ける方法にしても、
まだ、上向き上進姿勢（６時〜９時の範囲）が困難であ
るという欠点が解決されていない。

【００５１】そこで、この部分については、以下のよう
にして改善する。図１３は、上向き上進姿勢（６時〜９
時の範囲）の溶接において、プラズマアーク柱と、溶融
プールと、その溶融プールに係る重力の影響する方向
（図中矢印）を示したものである。

【００５２】図１４は、上向き下進姿勢（３時〜６時の
範囲）の溶接において、プラズマアーク柱と、溶融プー
ルと、その溶融プールに係る重力の影響する方向（図中
矢印）を示したものである。

【００５３】この図１３と図１４は、溶接進行方向が逆
であるだけであり、溶接姿勢は同じである。しかし、図
１３の溶接姿勢では溶接ができないのに対し、図１４の
溶接姿勢では溶接が可能である点に着目すると、以下の
ようなことが推察される。

【００５４】プラズマ溶接は、他の溶接方法（ＴＩＧ、
ＭＩＧ）と比較すると、アークを発生している溶接トー
チと形成される溶融プールの位置関係が大きく異なって
いる。プラズマ溶接の場合、プラズマアーク柱から見
て、必ず進行方向とは逆方向に溶融プールが形成され
る。他の溶接方法（ＴＩＧ、ＭＩＧ）では、アーク柱直
下に溶融プールが位置する。

【００５５】このプラズマアーク柱と溶融プールとの位
置関係に、姿勢の違いを加味すると、上進進行（図１
３）と下進進行（図１４）では、プラズマアーク柱に対
する溶融プールの位置と重力の及ぼす影響が全く逆とな
り、溶接可能な下進進行の場合は、重力が影響する方向
の先方にプラズマアーク柱が存在し、そのアーク柱が支
えとなって溶融プールを維持することができる。一方、
上進進行では、重力が影響する方向の先方に溶融プール
を支えるものが存在しないため、重力の影響のまま、溶
融プールが溶け落ちてしまう。

【００５６】また、溶融プールを保持する力の一つに表
面張力があるが、他の溶接方法（ＴＩＧ、ＭＩＧ）より
も大きな溶融プールを、表面張力のみで保持することは
困難である。

【００５７】以上より、溶融プールを全周に亘って保持
可能にするために、図１５に示すように、溶加材ワイヤ
を溶接進行方向とは逆の方向から溶接進行方向に向かっ
て直接溶融プール中に供給する。これにより、溶融プー
ルの粘性の調整、溶融プールの凝固現象のコントロー
ル、並びにギャップ及び目違いに対する許容範囲拡大等
の効果が得られ、より実用に供し易くなる。

【００５８】下記表５は溶加材ワイヤを溶融プールに供
給したときの溶接特性を示す。表５は、溶加材ワイヤを
供給すること以外は、表４と同じ条件下で溶接したもの
である。プラズマキーホール溶接（貫通深さ１２ｍｍ）
を実施したとき、特にその裏面ビード形状に着目し、そ
の評価を各姿勢毎（時間毎）に表したものである。評価
基準は表４の場合と同様である。

【００５９】この表５から明らかなように、図１５に示
すように、溶加材ワイヤを供給するだけで、４種類の溶
接方法のいずれの条件においても溶け落ち現象が見られ
なくなり、特に「溶接電流一定及びプラズマガス流量パ
ルス化」と「溶接電流パルス化及びプラズマガスパルス
化」の場合、全姿勢に亘り安定した裏波ビードを得るこ
とができた。

【００６０】この表５の結果からみてプラズマキーホー
ル溶接時において、プラズマガス流の強弱脈動（ガスパ
ルスプラズマ溶接法）と溶加材の後方供給（フィラー溶
接法）の併用で水平固定管を全姿勢溶接することが可能
になる。

【００６１】また、アーク長を一定に保つように自動的
にコントロールできる機能を付加することで全姿勢で更
に安定した裏波ビードを得ることができる。

【００６２】

【表５】

【００６３】図１６は本発明の第２の実施例を示す模式
図である。図１６において、図４と同一物には同一符号
を付してその詳細な説明は省略する。図１６は、図４に
対し、第３の配管２１を配管１４、１５に並列に設け、
この配管２１に、第２のピークガス流量調整弁２２と、
第２のパルス発生用電磁弁２３とを直列に設けた点が異
なる。電磁弁２３の開閉タイミングは制御器１３により
設定され、流量調整弁２２の開度も制御器１３により設
定される。

【００６４】このように構成された装置により、トーチ
１にプラズマガスを供給すると、そのガス流量のパルス
状変化は、図１７に示すようになる。即ち、ガス流量Ｑ
２はベースガス流量であり、電磁弁１７、２３はいずれ
も閉であるときに、配管１４に設けた調整弁１６の開度
に応じて決まるガス流量である。ガス流量Ｑ₁は第１の
ピークガス流量であり、電磁弁２３が閉、電磁弁１７が
開のときに、流量調整弁１８の開度と流量調整弁１６の
開度とに基づいて決まるガス流量である。ガス流量Ｑ₃
は電磁弁１７、２３が開のときに、流量調整弁１６、１
７、２２の開度の基づいて決まるガス流量である。パル
ス期間Ｔ₁は電磁弁１７のみが開の期間、パルス期間Ｔ₅
は電磁弁２３が開の期間である。また、パルス期間Ｔ₂
は電磁弁１７、２３がいずれも閉の期間、更に期間Ｄ₁
は電磁弁１７が開になった後、電磁弁２３が開になるま
での遅れ時間である。

【００６５】このように、図１６に示す装置により、図
１７に示す３段階のパルス状にガス流量を変化させるこ
とができる。これにより、図１８乃至２０に示すよう
に、ベースガス流量の外に、２つのピークガス流量を有
する種々のパルス状のガス量の変化を与えることができ
る。

【００６６】図１８は期間Ｄ₁が０、パルス期間Ｔ₁＞Ｔ
₂の場合、図１９は期間Ｄ₁が０＜Ｄ₁≦Ｔ₁−Ｔ₂で、パ
ルス期間Ｔ₁＞Ｔ₂の場合である。また、図２０は期間Ｄ
₁がＤ₁＝Ｔ₁−Ｔ₂、パルス期間Ｔ₁＞Ｔ₂の場合である。

【００６７】図４に示す２系統のガス供給配管を有する
装置により、ガス流量に、図８、９に示す２段階のパル
ス状波形の変動を設けた場合、実際上、図２１に示すよ
うなプラズマガス流量の変化は正確なパルス波形ではな
く、立ち上がり及び立ち下がりが鈍いものとなりやす
い。これは、プラズマガスが圧縮性流体であるため、パ
ルス発生用電磁弁の開閉動作に応答性良く追従できない
こと、配管経路に流量及び圧力により断面積が変化する
テフロンホース等の樹脂ホースを使用している場合、急
激な流量増加に対し、断面積が先に膨らみ、正確なガス
流量を瞬時に供給できないこと、トーチ先端と、ガス供
給源とが離れた位置関係にある場合、ケーブル内プラズ
マホースの圧損が増加し、それに伴い、プラズマガスの
供給に遅れを生じること等が原因として考えられる。

【００６８】これに対し、電流パルスは高速応答が十分
に可能であるので、瞬時にピーク電流とベース電流とが
切り替わることができる。このため、ガス流量は溶接電
流の変化に対し、遅れを生じることになる。この遅れ
は、板厚が厚い被溶接材を溶接する場合等に悪影響があ
る。

【００６９】プラズマ溶接の場合には、ピーク電流期
間、又はピーク電流期間とピークガス流量期間とが同期
した期間において、プラズマアーク柱は被溶接材の板厚
方向の全域を貫通し、キーホールを形成しながら溶接す
る。この場合に、図２２に示すように、プラズマガス流
量のパルス波形に遅れがあると、溶接電流及びプラズマ
ガスがピーク期間に入った時点で、被溶接材に形成され
るべきキーホールが瞬時に形成されず、また溶融プール
も瞬時に成長せず、時間的に遅れてしまう。このため、
溶接電流及びプラズマガスのピーク期間の開始時に、プ
ラズマアークが乱れたり、溶融プールが乱れたりする場
合がある。また、採りうる溶接条件が狭くなったり、プ
ラズマアークの乱れから極端な場合には溶融プールを破
壊したりすることも考えられる。

【００７０】これに対し、図１６に示す装置により、図
１７乃至２０に示すように、パルス波形が３段階で変化
するように設定すると、図２３に示すように、２段階で
変化させる場合よりも、より一層プログラム上の設定値
に近いものとなる。即ち、図２３に示すように、今まで
ガス流量を２段階でパルス変化させた場合には、ガスパ
ルスの立ち上がりの遅れが０．３秒程生じているのに対
し、図２４に示すように、３段階で変化させた場合で
は、ガスパルスの立ち上がりの遅れは０．１秒であっ
た。

【００７１】図２５はガス流量を２段階で変化させた場
合、図２６及び２７はガス流量を３段階に変化させた場
合であって、図２６はパルスの立ち下がり時にも２段階
で変化させたとき、図２７は立ち下がり時の途中でピー
クガス流量期間を設けなかったときのプラズマガス流量
の実際の変化及びキーホイール深さを示すグラフ図であ
る。これらの図に示すように、３段階でガス流量を変化
させることにより、実際のプラズマガス流量の変化はよ
り設定値に近いものとなる。

【００７２】このことから、キーホール深さが最深部に
到達する時間と、溶融プールが最も大きく成長するまで
の時間に対し、プラズマガス流の最大流速も併せて遅ら
すことができ、プラズマガス及び溶融プールの乱れを抑
制することができる。

【００７３】このように、プラズマガス流量を３段階に
変化させるガスパルスプラズマアーク溶接方法の具体的
な用途としては、板厚が厚い被溶接材（例えば、板厚が
１２ｍｍ以上）のキーホール溶接と、意図的にキーホー
ルを形成しない深い溶け込みの溶接（非キーホール溶
接）等がある。この強めのプラズマガス流時及びガス流
排出が悪い条件時等に、この３段階パルス変化の態様で
ガスパルス溶接を行うと、そのプラズマガス流の乱れを
抑制することができる。板厚が薄い場合等は、このよう
なプラズマガス流の乱れが問題となることは少ない。

【００７４】特に、図２０に示す態様でガス流量をパル
ス状に変化させると、ピークガスの上昇過程は２段階上
昇、降下は最大流量Ｑ₃からベースガス流量Ｑ₂へ一気に
低下するため、２段階パルスの場合に比して、ピークガ
ス流量とベースガス流量との比を極端に大きくすること
ができる。これにより、電流パルス及び２段階ガスパル
スでは困難であった非連続キーホール溶接、即ち、ピー
ク時のみキーホールを形成し、ベース時はキーホールを
消失するというような非キーホール溶接を容易に実行す
ることができる。

【００７５】この非連続キーホール溶接により、ピーク
時とベース時の差が大きいことから、図１９の態様より
もパルス効果が顕著となり、全入熱量を低く抑制しつ
つ、板厚が厚い被溶接材（１６ｍｍ以上）のキーホール
溶接及びキーホールを形成しない深い溶け込みの溶接
（非キーホール溶接）等の限界条件に近い溶接条件で溶
接することができる。

【００７６】次に、実際に図１８乃至２０に示すガスパ
ルス態様で溶接実験を行った結果について説明する。下
記表６は図１８乃至２０に示す３種のガスパルス態様で
キーホール溶接を行った場合の板厚と溶接結果との関係
を示すものである。

【００７７】

【表６】

【００７８】板厚が１６ｍｍ以下の場合には、図１８に
示すガスパルス態様の場合に溶接品質が良好であり、板
厚が６ｍｍ以上の場合には、図１９、２０に示すガスパ
ルス態様が良好であった。板厚が６乃至１６ｍｍの場合
には、いずれのガスパルス態様の場合でも良好である
が、表６から、キーホール形成にそれほどエネルギを必
要としない中肉厚以下の場合には、図１８のように、最
大ピークガス流量を一気に上昇させ、２段階で降下させ
る場合の方が、溶融プール形状及びキーホール形成に影
響を及ぼさないといえる。一方、キーホール形成に大き
なエネルギと長時間を必要とする厚肉の場合には、最大
ピークガス流量までを２段階上昇とした図１９、２０に
示すガスパルス態様の方が、キーホール形成の初期段階
で発生するプラズマガスガスの乱れが少なくなり、裏面
に排出されていたスパッタ及びドロースの量が極めて少
なくなり、全体をとおして安定した溶接が可能であっ
た。

【００７９】図２３、２４は２段階ガスパルス溶接と、
３段階ガスパルス溶接とにおいて、実際に得られたプラ
ズマガス流量を比較した結果を示す。２段階ガスパルス
の場合には、ピークガス流量設定値（４．０リットル／分）
に到達するのに、電磁弁が開になった後、０．３秒経過
しているため、このピークガス流量設定値が必要な溶接
条件の場合には、ピークガス流量期間を０．３秒以上に
設定する必要があり、パルス周期を短くすることができ
ない。また、ピークガス流量を例えば５．５リットル／分と
多くしてピークの立ち上がりを速くすると、ピークガス
流量期間の後半でガス流量が過剰となり、プラズマアー
ク及び溶融プール等に余分な力を与えてしまうため、溶
接自体がかなり不安定になってしまう。

【００８０】これに対し、３段階ガスパルス溶接の場合
には、第２ピークガス流量を５．５リットル／分とし、第１
ピークガス流量を溶接品質上目標とする４．０リットル／分
とすることにより、立ち上がり時間は０．１秒の遅延時
間で済む。これは２段階ガスパルス法に比して約１／３
の時間短縮になり、極めて応答性が優れたガスパルスが
得られる。

【００８１】次に、図１９及び図２０に示すガスパルス
態様で溶接した結果について、２段階ガスパルスの場合
と比較して説明する。図２５は２段階ガスパルス溶接法
でのプラズマガスのパルス化を示し、図２６が図１９に
示す３系統ガスパルス溶接法でのプラズマガスのパルス
化について示す。

【００８２】この溶接条件は、被溶接材の板厚が１９ｍ
ｍと厚いため、ピークガス流量の設定値は７．０リットル／
分と多いものになっている。図１９の２段階ガスパルス
溶接法で溶接した場合は、ピークガス流設定値（＝７．
０リットル／分）までの到達時間が０．４秒である。しか
し、下段のキーホール深さと時間の関係の図を見ると、
電磁弁が開になってからキーホール形成までが０．５秒
であり、ピークガス流量設定値への到達時間より遅い。
この遅れのため、０．６秒間という長時間ピークガス流
量期間を設定していても、現実にキーホールを形成して
いる期間は僅か０．１秒であり、設定値の１／６しか期
待できない。また、中段の実際のガス流量の図を見て
も、電磁弁が閉になってからベースガス流量設定値であ
る３．０リットル／分まで下がりきるのに、約０．４秒程度
かかってしまい、殆どベース保持時間が存在しない。そ
の結果、下段のキーホール深さと時間の関係の図から、
ベース時間では、キーホール深さ＝７ｍｍまで戻る予定
のところ、実際にはキーホール深さ＝９ｍｍまでしか戻
りきっていない。これを繰り返していくと、キーホール
深さ及び溶融プールが過剰に成長してしまい、最後には
溶接部を破壊してしまうことになる。

【００８３】一方、図２６に示す３段階ガスパルス溶接
法で行った場合、ピークガス流量＝８．５リットル／分到達
までの中間に、キーホール形成の遅延時間を緩和するた
めのピークガス流量（５．０リットル／分）を設けているの
で、キーホール形成状態に合わせたピークガス流量が選
択できる。

【００８４】キーホール形成している時間についても、
３段階ガスパルス溶接法ではキーホール形成時間＝０．
３秒の設定に対し、実際は０．２秒位で形成したため、
設定値の２／３程度は期待できる。更に、ピークガス流
量からベースガス流量に降下するときも、２段階で降下
させるため、保持時間ができ、ベース期間中に元のキー
ホール深さまで戻すことが可能となり、ベース期間にお
いてキーホール深さ及び溶融プールの成長を抑制するこ
とができた。従って、この図２２に示すガスパルス制御
は厚肉の板厚に効果がある制御方法であるといえる。

【００８５】図２０の制御方法は、図１９の場合の特殊
な一例として、図１９の制御方法よりピークガス流量期
間とベースガス流量期間における溶接態様の差を大きく
したい場合に効果がある。この図２０のガスパルス態様
では、図２７に示すように、最大ピークガス流量に到達
する時間を前述の図１９の制御方法より長く設定するこ
とができる。この効果により、キーホール径と溶融プー
ルの量を、図１９の制御方法より大きくすることが可能
で、キーホール形成時間もより一層長くできる。

【００８６】そして、この状態で第１及び第２のパルス
制御用電磁弁を同時に閉にするため、溶融プールが一気
にキーホール部へ流れ込み、完全に塞いでしまう。そし
て、再度この完全に塞がった被溶接材の表面を時間をか
けてキーホール形成を行い、溶融プールを成長させると
いったサイクルを繰り返す。これにより、連続キーホー
ル溶接ではなく、被連続的なキーホール溶接でも溶接す
ることができることが可能となる。従って、溶接速度は
速くはないが、安定したキーホール溶接が可能になると
共に、キーホールを形成させずに溶接する多層盛り溶接
などの深溶け込み溶接にも活用することができる。

【００８７】次に、フィラーワイヤを供給するガスパル
スプラズマアーク溶接法の実施例について説明する。本
実施例は、プラズマアークによって形成される溶融プー
ルに、溶加材ワイヤを２カ所以上から供給するものであ
り、溶融プールの冷却凝固の調整、溶接金属量と溶接速
度の増大、各溶接姿勢（下向き、立ち向き及び上向き）
の悪影響の改善並びに溶接金属性能の調整等に有効な溶
接方法である。

【００８８】プラズマ溶接等の非消耗電極式溶接法で高
品質と高能率とを両立させようとすると、入熱量をあげ
る必要があり、このため、溶融プールを大きくし、溶接
エリアを広くする必要がある。しかし、溶融プールを大
きくすると、非消耗電極式溶接法では、新たに以下に示
す問題点が生じる。（１）図２８に示すように、プラズマ溶接法において、
溶融プールに影響を及ぼす主たる力として、溶融プール
にかかる重力（ＦＧ）と溶融プールにかかる表面張力
（ＦＲ）とが存在し、この２つの力の関係により、溶融
プールは以下の通りとなる。（ＦＧ）≦（ＦＲ）の場合、溶融プールの維持可能。（ＦＧ）＞（ＦＲ）の場合、溶融プールの維持不可能。

【００８９】溶融プールが大きくなるに比例して、溶融
プールにかかる重力（ＦＧ）が増加し、溶融プールにか
かる表面張力（ＦＲ）より大きくなると、溶融プールの
維持が不可能となる。（２）図２９に示すように、プラズマ溶接の場合、プラ
ズマアークの照射直下の領域のみ、溶融プールの深さが
極めて深いが、このプラズマアークの照射直下領域を離
れると、溶融プール自体が浅くなる。この浅い溶融プー
ルに溶加材ワイヤを供給しても、効率的にこれを溶かす
ことができず、溶加材ワイヤの供給速度を速くすると、
溶融せずに母材に突き当たることになり、溶加材ワイヤ
の供給速度には制約がある。（３）図３０に示すように、溶接速度が低速の場合に
は、溶融プールは、プラズマガス流の周囲のシールドガ
ス流に囲まれた領域内に収まるが、溶接速度を高速にす
ると、溶融プールが溶接方向の後方に大きく延び、その
全長が長くなり、シールドガスによる保護領域から外
れ、この部分で溶接表面が酸化してしまうという難点が
ある。

【００９０】そこで、溶融プール１カ所に対し、溶加材
ワイヤを２本以上同時に又は交互に供給する。これによ
り、高電流時に形成する大きな溶融プール量に対応した
量の溶加材ワイヤの供給が可能となる。このため、高速
溶接速度域での溶接が可能となり、ＭＩＧ溶接及びサブ
マージド溶接等の消耗電極式溶接方法の場合と同等以上
の溶接速度が可能となる。

【００９１】図３１はこの溶加材ワイヤを２本同時に供
給する装置の構成を示す模式図である。被溶接材２８に
対し溶接トーチ３０からプラズマアークを生起させて溶
接を行い、溶接ビード２９を形成する。そして、１個の
非消耗電極式溶接トーチ３０に対し、２本以上（図示例
は２本）の溶加材ワイヤ３１をガイドチップ３２によ
り、同方向から決められた位置に正確に供給するように
なっている。遠隔操作ボックス３６を含むワイヤ制御器
３５から２本の溶加材ワイヤ３１が繰り出され、各溶加
材ワイヤ３１について設けられたワイヤ送給装置３４に
より溶加材ワイヤ３１はガイドチップ３２に供給され、
この溶加材ワイヤ３１はガイドチップ３２に案内されて
溶融プールに供給される。

【００９２】また、オシレーション装置３３はガイドチ
ップ３２を溶接方向（図中、矢印にて示す）に直交する
方向に振幅させる。ワイヤ制御器３５は溶接電源３７か
らの信号により溶加材ワイヤ３１の送給を制御すると共
に、オシレーション装置３３によるガイドチップ３２の
オシレーションも制御する。溶接電源３７は溶接トーチ
３０の非消耗電極と被溶接材２８との間に溶接電圧を印
加する。

【００９３】基本動作としては、図３３に示すように溶
接トーチと被溶接材（母材）表面にシールドガスの存在
下でプラズマアークを生起し、そのアークのもつ熱量を
利用して被溶接材（母材）表面を溶融プールを形成しな
がら溶接していき、形成された溶融プールに対し、後方
からガイドチップ３２を介して、所定の供給量にて２本
の溶加材ワイヤ３１を溶融プールに供給しつつ、溶接金
属を形成していく。溶加材ワイヤ３１の供給量及び供給
タイミングは、溶接条件に合わせて逐次変化させる。

【００９４】次に、具体的な作用について説明する。非
消耗電極式溶接方法（ＴＩＧ溶接、プラズマ溶接）で、
単純に高能率溶接を得ようとすると、当然溶加材（ワイ
ヤ）を、短い時間内により多く溶かすことが必要であ
り、必然的に溶接電流値が高く、溶接速度は速くなる。
このような条件下では、溶加材ワイヤを２本以上供給す
ることにより、下記の点で有効となる。

【００９５】図３３は供給ワイヤが１本の場合と２本の
場合とでその溶融プールの冷却の影響を比較して示す図
である。図３３に示すように、被溶接材２８間に溶接ト
ーチ１から供給されるシールドガス４２により外気から
保護されたプラズマ４１によりキーホール４０が形成さ
れ、溶接トーチ１の進行方向の後方に溶融プール４３が
形成される。図３３（ａ）は溶加材ワイヤ３１を１本の
み供給した場合、（ｂ）は２本供給した場合である。図
中、溶加材ワイヤ３１の供給により溶融プール４３が影
響を受ける範囲、即ち、冷却領域４４をハッチングにて
示すが、溶加材ワイヤ３１が１本の場合には、冷却領域
４４は小さく、その影響を受けない領域が広い。しか
し、溶加材ワイヤ３１が２本の場合には、その冷却の影
響を受ける範囲が広く、被溶接材２８の表面の溶融プー
ルの全域に及ぶ。これにより、溶加材ワイヤ３１を２本
供給することにより、電流上昇に伴う溶融プール４３の
増大を効率的に抑制できる。

【００９６】図３４は（ａ）が溶加材ワイヤ３１の供給
速度を高速にしてそれによる溶融プール４３の冷却効果
増大を図ったもの、（ｂ）は溶加材ワイヤ３１の径を太
くして冷却効果増大を図ったもの、（ｃ）は溶加材ワイ
ヤ３１を２本供給して冷却効果増大を図ったものを示
す。

【００９７】この図３４には、溶加材ワイヤ３１の供給
量を２本以上とする方が、溶加材ワイヤ３１の供給速度
を高速にしたり、１本の溶加材ワイヤ３１の線径を太く
することより、効果的に溶加材を多量に供給できること
が示されている。特に、図３４に示すような非キーホー
ル肉盛溶接等では、溶融プールは表面積は広いが、溶け
込み深さは表面積に比して極めて浅い。このため、溶加
材ワイヤを１本のみ供給すると、プール深さが浅いため
溶加材が完全に溶ける前に、溶融プールの底部に到達し
てしまい、母材に突き当たってしまう。このため、溶加
材の供給量を増やすことができない。また、線径を太く
しても、溶ける時間が余分に必要になるため、同様に母
材に突き当たってしまうため、溶加材供給量の増大効果
は殆ど期待できない。

【００９８】一方、２本以上溶加材（ワイヤ）を供給す
ると、１本当たりの供給速度を速くしなくても本数で供
給量を確保できるのに加え、広く浅く形成している溶融
プールのもつ熱量を有効に溶加材の溶融に当てることが
できるようになる。

【００９９】また、同じ溶融プール４３でも溶融プール
の前方と後方では形状及び溶け込み深さが微妙に違う
が、複数本の溶加材ワイヤを供給する場合は、各位置に
合わせて溶かす溶加材の供給量を変更できるようにな
り、溶融プールに無理なく溶加材の供給量を増やすこと
が可能となる。

【０１００】図３５溶接トーチ１の進行方向に離隔した
２位置を狙って２本の溶加材ワイヤ３１ａ、３１ｂを供
給した場合の溶接態様を示す図であり、溶接速度が速い
場合の効果を示す。即ち、溶接トーチ１の進行方向の後
方に形成される溶融プール４３は、溶接速度が速くなる
につれて、被溶接材表面側にてその全長が長くなる。こ
れにより、図３０で説明したように、溶融プールのテー
ル部がシールドガス保護領域から外れたりする。このよ
うな溶融プールに対し、図３５に示すように、溶接方向
の前方に溶加材のメインワイヤ３１ａを供給し、その後
方に冷却ワイヤ３１ｂを供給する。このように、２本の
溶加材ワイヤ３１ａ，３１ｂを溶接方向に離れた位置に
供給することにより、溶接速度が速くても、溶融プール
４２の全長が長くなることを抑制することができ、安定
した溶接が可能になる。

【０１０１】主として、溶接方向前方の溶加材ワイヤ３
１ａが所定の溶加材供給量を得るためのメインワイヤで
あり、所定の間隔をおいて、後方に位置するワイヤが溶
融プールの尾部（最後部）を冷却する冷却ワイヤ３１ｂ
となる。このような位置関係であれば、高速のため長く
なりがちな溶融プールの尾部（最後部）を、速く冷却す
ることで凝固が促進され、必然的に溶融プールの全長を
短くすることができる。

【０１０２】このように、通常の１本のワイヤ供給では
不可能であった溶融プールの各位置の冷却速度の選択
が、２本目のワイヤに明確な役割をもたせることで、積
極的且つ細かな溶融プールの制御が容易に可能となる。
また、ウィービングとの併用でも２本以上のワイヤの供
給の場合は、１本の供給に比して効果的である。

【０１０３】また、非キーホール溶接・ソフトプラズマ
溶接の場合、予め、溶加材ワイヤを加熱し、所謂ホット
ワイヤとすることにより、溶接時のワイヤ供給量を大幅
に増大することができ、溶接能率を改善することができ
る。

【０１０４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、プラズマガス流量をパルス的に変化させ、そのピー
クガス流期間と、ベースガス流期間とで、その時間及び
ガス流量を適切な比に設定したから、溶融プールを安定
化することができ、深い溶け込みを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】プラズマアークを構成するコアとフレアとを示
す図である。

【図２】低電流で溶接した場合（ａ）と高電流で溶接し
た場合（ｂ）とで、そのフレア及び溶融プールの広がり
を比較して示す図である。

【図３】電流波形を示す図である。

【図４】本発明の実施例にて使用する装置を示す図であ
る。

【図５】ガス流量が少ない場合（ａ）と多い場合（ｂ）
とで、そのフレア及び溶融プールの大きさを比較する図
である。

【図６】ピークガス流量の場合（ａ）とベースガス流量
の場合（ｂ）とで、そのキーホール形成の状態を示す図
である。

【図７】ピークガス流量及びピーク電流の場合（ａ）と
ベースガス流量及びベース電流の場合（ｂ）とで、その
キーホール形成の状態を示す図である。

【図８】電流及びガス流量波形を示す図である。

【図９】電流及びガス流量波形を示す図である。

【図１０】溶接ビードの形状を示す図である。

【図１１】溶接ビードの形状を示す図である。

【図１２】溶融プールの形状を示す図である。

【図１３】上向き上進溶接の場合の溶融プールの落下を
示す模式図である。

【図１４】上向き下進溶接の場合の溶融プールの状態を
示す模式図である。

【図１５】溶加材ワイヤを供給する実施例を示す模式図
である。

【図１６】本発明の他の実施例方法にて使用する装置を
示す図である。

【図１７】この実施例のガス流量波形を示す図である。

【図１８】同じくそのガス流量波形の種々の態様を示す
図である。

【図１９】同じくそのガス流量波形の種々の態様を示す
図である。

【図２０】同じくそのガス流量波形の種々の態様を示す
図である。

【図２１】２段階でガス流量を変化させた場合の電流波
形とガス流量波形を比較して示す図である。

【図２２】同じくそのキーホール深さ及び溶融プール量
の変化を示す図である。

【図２３】２段階ガスパルス溶接法を示すガス流量の設
定値及び検出値の変化を示す図である。

【図２４】３段階ガスパルス溶接法を示すガス流量の設
定値及び検出値の変化を示す図である。

【図２５】２段階ガスパルス溶接法の場合のプラズマガ
ス流量及びキーホール深さを示す図である。

【図２６】３段階ガスパルス溶接法の場合のプラズマガ
ス流量及びキーホール深さを示す図である。

【図２７】３段階ガスパルス溶接法の場合のプラズマガ
ス流量及びキーホール深さを示す図である。

【図２８】溶融プール深さを示す図である。

【図２９】溶融プールの形状を示す断面図である。

【図３０】溶融プールの形状を示す平面図である。

【図３１】本発明の他の実施例を示す斜視図である。

【図３２】本実施例において、溶加材ワイヤ供給の場合
の溶融プールを示す断面図である。

【図３３】同じくその溶加材ワイヤが１本の場合と２本
の場合との溶融プール冷却状態を比較して示す図であ
る。

【図３４】同じく種々の溶加材ワイヤ及びその供給態様
について、その溶融プールの冷却状態を比較して示す図
である。

【図３５】同じく２本の溶加材ワイヤを溶接方向に離隔
した位置に供給した場合の冷却状態を示す図である。

【符号の説明】

１：溶接チップ２：被溶接材３：プラズマアーク４：コア５：フレア１６、１８、２２：ガス流量調整弁１７、２３：パルス発生用電磁弁３１，３１ａ、３１ｂ：溶加材ワイヤ４１：プラズマアーク４２：シールドガス４３：溶融プール４４：冷却領域

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】プラズマガス流のガス流量を周期的にパ
ルス状に変動させるガスプラズマ溶接方法であって、前
記プラズマガス流はピークガス流量の期間とベースガス
流量の期間とが交互に連続するパルス状に変動し、ベー
スガス流量の期間はピークガス流量の期間の０．３乃至
１倍であり、ベースガス流量はピークガス流量の０．３
乃至０．７倍であることを特徴とするガスパルスプラズ
マ溶接方法。
【請求項２】前記プラズマガス流量は、前記ピークガ
ス流量期間と、前記ベースガス流量期間との間に、前記
ピークガス流量と前記ベースガス流量との間の流量の１
又は２以上の期間を有して変動することを特徴とする請
求項１に記載のガスパルスプラズマ溶接方法。
【請求項３】溶接電流値とプラズマガス流量とを組み
合わせて同期させることにより、水平固定管を全姿勢溶
接することを特徴とする請求項１又は２に記載のガスパ
ルスプラズマ溶接方法。
【請求項４】プラズマアーク柱により溶接進行方向の
後方に形成される溶融プールに溶加材ワイヤを供給する
ことにより、水平固定管を全姿勢溶接することを特徴と
する請求項１乃至３のいずれか１項に記載のガスパルス
プラズマ溶接方法。