JPH1119769A - アーク溶接方法およびアーク溶接装置 - Google Patents

アーク溶接方法およびアーク溶接装置

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JPH1119769A
JPH1119769A JP18778097A JP18778097A JPH1119769A JP H1119769 A JPH1119769 A JP H1119769A JP 18778097 A JP18778097 A JP 18778097A JP 18778097 A JP18778097 A JP 18778097A JP H1119769 A JPH1119769 A JP H1119769A
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welding
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オーザック ピーター
Yutetsu Kin
裕哲 金
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 アーク溶接方法において、アルゴンガスを用
いることなくスパッタの発生を抑制する。 【解決手段】 このアーク溶接方法では、溶接ワイヤー
とワークとの間に電圧を印加しながら溶接ワイヤーをワ
ークに接触させ、この際に溶融する溶接ワイヤーの端部
をワークに溶着させる。ここで、溶接ワイヤーとワーク
との接触中における溶接ワイヤーとワークとの間の電気
抵抗値を計測し、当該電気抵抗値の最小値を検出する。
そして、電気抵抗値の最小値を検出した後に、溶接ワイ
ヤーとワークとの間への電圧の印加を一時的に停止す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明が属する技術分野】本発明は、溶接方法および溶
接装置、特に、溶接ワイヤーを用いるアーク溶接方法お
よびアーク溶接装置に関する。
【0002】
【従来の技術とその課題】金属製のワークに対して溶接
を施すための方法として、アーク溶接方法が知られてい
る。この溶接方法では、例えば、溶接ワイヤー側からワ
ークに向けて炭酸ガスを噴出させながら溶接ワイヤーと
ワークとの間に電圧を印加する。そして、溶接ワイヤー
をワークに接触させ、この際に溶融する溶接ワイヤーの
先端部をワークに溶着させる。なお、先端部がワークに
溶着した後の溶接ワイヤーは、ワークから離れてワーク
上の次の溶接部と対向し、当該次の溶接部に対して溶接
を施す。
【0003】上述のアーク溶接方法においては、溶接ワ
イヤーに対して継続的に電圧を印加しているため、溶接
ワイヤーがワークから離れた瞬間にその先端部分が破裂
する場合がある。破裂した溶接ワイヤーの先端部は、溶
滴となってワーク上に飛び散り、ワーク上にスパッタを
発生させて溶接部付近の仕上がり感を損なうおそれがあ
る。
【0004】なお、上述のようなスパッタの発生は、通
常、溶接ワイヤー側からワークに向けて噴出させる炭酸
ガス中にアルゴンガスを混入しておくと有効に抑制でき
ることが知られているが、アルゴンガスは高価であり、
溶接コストを増大させる原因となる。
【0005】本発明の目的は、アーク溶接方法におい
て、アルゴンガスを用いることなくスパッタの発生を抑
制することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明に係るアーク溶接
方法は、溶接ワイヤーを用いてワークに対して溶接を施
すための法である。この溶接方法は、溶接ワイヤーとワ
ークとの間に電圧を印加しながら溶接ワイヤーをワーク
に接触させ、この際に溶融する溶接ワイヤーの端部をワ
ークに溶着させるための工程と、溶接ワイヤーとワーク
との接触中における溶接ワイヤーとワークとの間の電気
抵抗値を計測し、当該電気抵抗値の最小値を検出するた
めの工程と、電気抵抗値の最小値を検出した後に、溶接
ワイヤーとワークとの間への電圧の印加を一時的に停止
するための工程と、を含んでいる。
【0007】ここで、溶接ワイヤーとワークとの間の電
気抵抗値は、例えば、溶接ワイヤーとワークとの間の電
圧値と電流値とを求め、この電圧値および電流値に基づ
いて計測している。
【0008】また、本発明に係るアーク溶接装置は、溶
接ワイヤーを用いてワークに対して溶接を施すためのも
のである。このアーク溶接装置は、溶接ワイヤーとワー
クとの間に電圧を印加するための手段と、溶接ワイヤー
をワークに接触するよう移動させるための手段と、溶接
ワイヤーとワークとの接触中における溶接ワイヤーとワ
ークとの間の電気抵抗値を計測し、当該電気抵抗値の最
小値を検出するための手段と、電気抵抗値の最小値を検
出した後に、溶接ワイヤーとワークとの間への電圧の印
加を一時的に停止するための手段と、を備えている。
【0009】
【作用】本発明のアーク溶接方法では、ワークに溶着す
る溶接ワイヤーの端部により、ワークに対して所要の溶
接が施される。このような溶接過程において、溶接ワイ
ヤーとワークとの間の電気抵抗値の最小値を検出した後
に溶接ワイヤーとワークとの間への電圧の印加を一時的
に停止すると、溶接ワイヤーは先端部での破裂を起こし
にくくなる。このため、ワーク上には溶接ワイヤーの溶
滴の飛散が起こりにくくなり、スパッタの発生が効果的
に抑制される。
【0010】また、本発明のアーク溶接装置は、溶接ワ
イヤーを移動させてワークに接触させると溶接ワイヤー
とワークとの間に印加されている電圧により溶接ワイヤ
ーが溶融し、これによりワークに対して溶接を施すこと
ができる。このような溶接ワイヤーとワークとの接触中
において、電気抵抗値の最小値を検出した後に溶接ワイ
ヤーとワークとの間への電圧の印加を一時的に停止する
と、溶接ワイヤーは先端部での破裂を起こしにくくな
る。このため、ワーク上には溶接ワイヤーの溶滴の飛散
が起こりにくくなり、スパッタの発生が効果的に抑制さ
れる。
【0011】
【発明の実施の形態】図1を参照して、本発明の実施の
一形態に係るガスメタルアーク溶接方法を実施するため
の溶接装置を説明する。図において、ガスメタルアーク
溶接装置1は、キャリヤー2、トーチ3、ワイヤーフィ
ーダー4、電源装置5、炭酸ガスボンベ6および制御装
置7を主に備えている。
【0012】キャリヤー2は、溶接を施す対象となるワ
ークWを載置するためのものであり、図示しない移動装
置により、図の左方向に一定速度で移動し得るように構
成されている。
【0013】トーチ3は、キャリヤー2の上方に配置さ
れており、ワークWに対して溶接を施すための金属製の
溶接ワイヤー8を保持している。トーチ3に保持された
溶接ワイヤー8は、図の下方に延びており、キャリヤー
2上のワークWと対向している。なお、溶接ワイヤー8
は、一般に市販されている溶接用のワイヤーである。
【0014】このようなトーチ3は、モーター9を備え
ている。このモーター9は、トーチ3を上下方向に移動
させるためのものであり、正転したときにトーチ3を下
方に移動させ、逆転したときにトーチ3を上方に移動さ
せるように設定されている。
【0015】また、トーチ3は、ワークW方向に延びる
溶接ワイヤー8の出口付近に図示しないガス噴出口を有
している。このガス噴出口は、溶接ワイヤー8の周りを
覆い包むようにかつワークW方向に吹き付けるようにガ
ス(炭酸ガス)を噴出できるように設定されている。
【0016】ワイヤーフィーダー4は、トーチ3に向け
て溶接ワイヤー8を供給するためのものであり、一定の
速度で溶接ワイヤー8を送り出すことができるように設
定されている。
【0017】電源装置5は、キャリヤー4上に載置され
たワークWとトーチ3に保持された溶接ワイヤー8との
間に電圧を印加するためのものであり、正極がトーチ3
を介して溶接ワイヤー8に接続されており、負極がワー
クWに接続されている。なお、この電源装置5は、例え
ば電子制御によりON/OFFが可能なものが用いられ
る。
【0018】炭酸ガスボンベ6は、トーチ3に接続され
ており、トーチ3のガス噴出口から噴出する炭酸ガスを
供給するためのものである。
【0019】制御装置7は、ガスメタルアーク溶接装置
1の動作を制御するためのものである。この制御装置7
は、図2に示すように、制御を司るためのCPU10、
各種のデータを記憶するためのRAM11、制御プログ
ラムが記録されたROM12および入出力ポート13を
備えている。入出力ポート13の入力側には、電圧用A
/D変換器14および電流用A/D変換器15の他、オ
ペレーターが所定の情報や処理命令等を入力するための
キーボード等のその他の入力装置が接続されている。ま
た、入出力ポート13の出力側には、電源装置5、モー
ター9およびワイヤーフィーダー4やキャリヤー2など
のその他の装置が接続されている。
【0020】電圧用A/D変換器14は、溶接ワイヤー
8とワークWとが導通したときの電圧値を測定するため
の電圧測定回路16(図1)に接続されている。この電
圧測定回路16は、一端が電源装置5とトーチ3とを接
続する電源回路17に接続されており、また、他端がワ
ークWと電源装置5とを接続する電源回路18に接続さ
れている。したがって、電圧測定回路16は、結果的に
両電源回路17,18からなる一連の電源回路に対して
並列に接続されている。
【0021】一方、電流用A/D変換器15は、溶接ワ
イヤー8とワークWとが導通したときの電流値を測定す
るための電流測定回路19(図1)に接続されている。
この電流測定回路19は、電源回路18に設けられたシ
ャント抵抗20から分岐して設けられており、結果的に
電源回路18に対して直列に接続されている。
【0022】次に、上述のガスメタルアーク溶接装置1
を用いた溶接方法について説明する。ここでは、図3〜
図6に示す制御フローチャートを参照して、上述のガス
メタルアーク溶接装置1による溶接動作を説明する。オ
ペレーターがガスメタルアーク溶接装置1の電源をON
にすると、先ずステップS1において、キャリヤー2を
初期位置に設定したり、電源装置5を作動させるなどの
初期設定が行われる。この際、炭酸ガスボンベ6からト
ーチ3への炭酸ガスの供給も開始される。
【0023】次に、ステップS2において、プログラム
は、オペレーターが所定値を入力するのを待つ。ここ
で、所定値とは、溶接ワイヤー8の断面積Sや材料定数
Cなどである。因に、材料定数Cは、溶接ワイヤー8を
構成する金属材料に固有の定数である。オペレーターが
必要な所定値を入力すると、プログラムはステップS2
からステップS3に移行し、入力された各種の所定値を
RAM11に記録する。
【0024】ステップS3の後、プログラムは、ステッ
プS4において、オペレーターが溶接ワイヤー8とワー
クW上の被溶接部との間の最適距離D(図1参照)を入
力するのを待つ。なお、最適距離Dは、溶接ワイヤー8
やワークWの種類などにより異なり、オペレーターが適
宜設定することができる。オペレーターが最適距離Dを
入力すると、ステップS5において当該最適距離DがR
AM11に記録される。
【0025】次に、ステップS6において、プログラム
は、オペレーターが溶接開始命令を入力するのを待つ。
オペレーターが溶接開始命令を入力すると、プログラム
はステップS7に移行し、そこでモーター9を正転させ
る。これにより、溶接ワイヤー8を保持したトーチ3が
図1の下方に向けて、即ち、ワークW方向に向けて移動
する。トーチ3の移動により溶接ワイヤー8の先端部が
ワークW上の被溶接部に接触すると、溶接ワイヤー8と
ワークWとが導通し、モーター9が停止する(ステップ
S8)。
【0026】このように溶接ワイヤー8とワークWとが
接触して導通すると、電源装置5からの電流が溶接ワイ
ヤー8からワークWに流れ、ワークW上の被溶接部に溶
接が施される。
【0027】図7を参照して、このような溶接時の状況
をより詳細に説明する。先ず、図7の(a)に示すよう
に、溶接ワイヤー8がワークWの被溶接部W1に接触す
ると、電源装置5により溶接ワイヤー8とワークWとの
間に電圧が印加され、溶接ワイヤー8の先端部が温めら
れる。この結果、図7の(b)に示すように溶接ワイヤ
ー8の先端部が溶解して被溶接部W1上に広がり、当該
被溶接部W1に溶着し始める。この状態が進行すると、
図7の(c)に示すように溶接ワイヤー8がネッキング
し、やがて図7の(d)に示すように溶接ワイヤー8が
途切れてワークWから離れる。これにより、被溶接部W
1には、溶着した溶接ワイヤー8の先端部による溶接が
施されることになる。なお、ワークWから離れた溶接ワ
イヤー8の先端部は、図7の(e)に示すように、キャ
リヤー2が図の左方向に徐々に移動しているためにワー
クW上の次の被溶接部W2上に配置される。
【0028】上述のような溶接過程において、プログラ
ムは、溶接ワイヤー8とワークWとの接触当初から、溶
接ワイヤー8とワークWとの間の電圧値と電流値との測
定を開始する(ステップS9)。ここで、電圧値は、電
圧測定回路16における電圧値を電圧用A/D変換器1
4でデジタル信号化することに測定され、また、電流値
は、電流測定回路19を流れる電流値を電流用A/D変
換器15でデジタル信号化することにより測定される。
【0029】次に、ステップS10において、測定され
た電圧値と電流値とに基づいて、溶接ワイヤー8とワー
クWとの間の抵抗値Rを計算する。そして、ステップS
11において計算した抵抗値Rを記録し、さらにステッ
プS12において抵抗値Rを時間で微分する。次のステ
ップS13では、抵抗値Rの微分値が0またはそれ以上
になったか否かを判断する。ステップS13において、
“No”と判断した場合、プログラムはステップS9に
戻り、ステップS13において“Yes”と判断するま
でステップS9からステップS13を繰り返す。
【0030】ここで、上述の抵抗値Rの変化の様子を説
明する。図8に示すように、抵抗値Rは、溶接ワイヤー
8とワークWとの接触当初(即ち、図7の(a)の時
点)から徐々に小さくなり、溶接ワイヤー8の先端部が
溶融してワークWとの接触面積が最も広くなった時点
(即ち、図7の(b)の時点)で最も小さくなる。そし
て、溶接ワイヤー8がネッキングし始めると(例えば、
図7の(c)の時点)、抵抗値Rは徐々に大きくなり始
め、溶接ワイヤー8の先端部がワークWから離れる直前
が最大値Rmaxになる。したがって、ステップS13
において“Yes”と判断されるのは、抵抗値Rが減少
から増加に転じる時点、すなわち抵抗値Rの最小値Rm
inの時点になる。この最小値Rminは、ステップS
11においてRAM11に記録される。
【0031】次のステップS14では、ステップS13
で“Yes”と判断した時点の時間(t)を制御装置7
の内部タイマーで0に設定する。すなわち、t=0に設
定されるのは、抵抗値Rが最小値Rminになった時点
になる。次に、ステップS15において、t=0に設定
してからの経過時間がt1に達したか否かを判断する。
ここで、経過時間t1は、例えば、抵抗値Rが最小値R
minと最大値Rmaxとの差の1/3程度最小値Rm
inから増加するのに要する時間を想定した時間であり
(図8参照)、通常は最小値Rminの時点から0.5
ms程度である。なお、最大値Rmaxは、最小値Rm
inから溶接ワイヤー8の溶融部がワークWへ移行する
瞬間、すなわち、抵抗値Rが無限大となる直前の抵抗値
である。
【0032】ステップS15において、“Yes”と判
断した場合は、次のステップS16において電源装置5
をOFFにする。これにより、溶接ワイヤー8とワーク
Wとの間に電圧が印加されるのが停止され、溶接ワイヤ
ー8がワークWから離れたとき(即ち、図7の(d)の
とき)に溶接ワイヤー8の先端部が破裂するのが防止さ
れる。この結果、ワークW上には、溶接ワイヤーの溶滴
が飛散しにくくなるので、スパッタの生成が起こりにく
くなる。なお、上述のように電源装置5をOFFにした
場合であっても、溶接ワイヤー8の先端部は、余熱によ
り溶融状態にあり、ワークWから自然に離れることがで
きる。
【0033】次に、ステップS17において、時間tが
さらにα経過したか否か、すなわち、時間tがt1+α
になったか否かを判断する。ここで、αは、通常、0.
25ms程度の時間である。ステップS17において
“Yes”と判断した場合、プログラムはステップS1
8に移行し、再び電源装置5をONにする。これによ
り、再び溶接ワイヤー8とワークWとの間に電圧が印加
され、溶接が可能な状態に設定される。
【0034】次のステップS19において、プログラム
は、下記の数式(1)に従って、溶接ワイヤー8とワー
クWとの最適距離Dを達成するために必要な補正値Lを
計算する。なお、数式(1)において、Rminはステ
ップS11で記録された抵抗値Rの上述の最小値であ
り、また、CおよびSは、ステップS3で記録された、
それぞれ溶接ワイヤー8の材料定数および断面積であ
る。
【0035】
【数1】
【0036】ステップS20では、ステップS5におい
て記録された最適距離D値からステップS19で得られ
た補正値Lを引き、差Xを算出する。そして、次のステ
ップS21において、差Xが0であるか否かを判断す
る。ステップS21において“Yes”と判断した場合
は、図7の(e)において溶接ワイヤー8の先端部とワ
ークWの次の被溶接部W2との距離dが最適距離Dにな
っているため、プログラムはステップS7に戻り、被溶
接部W2に対してステップS7以下の溶接動作を繰り返
す。
【0037】一方、ステップS21において“No”と
判断した場合、プログラムはステップS22に移行し、
そこで差Xが0よりも大きいか否かを判断する。ステッ
プS22において“Yes”と判断した場合、プログラ
ムはステップS23に移行し、モーター9を逆転させ
る。これにより、トーチ3が図1の上方に移動する。次
のステップS24では、トーチ3が差X相当分だけ移動
したか否かを判断する。なお、この移動量は、モーター
9の作動量に置き換えて判断することができる。
【0038】トーチ3の移動量が差X相当分になると、
プログラムはステップS24からステップS25に移行
し、モーター9を停止する。この結果、溶接ワイヤー8
の先端部とワークWの次の被溶接部W2との間の距離d
(図7の(e)参照)は最適距離Dになる。ステップS
25の終了後、プログラムはステップS7に戻り、被溶
接部W2に対してステップS7以下の溶接動作を繰り返
す。
【0039】ステップS22において“No”と判断し
た場合、プログラムはステップS26に移行し、モータ
ー9を正転させる。これにより、トーチ3が図1の下方
に移動する。次のステップS27では、トーチ3が差X
の絶対値相当分だけ移動したか否かを判断する。なお、
この移動量は、上述の通りモーター9の作動量に置き換
えて判断することができる。
【0040】トーチ3の移動量が差Xの絶対値相当分に
なると、プログラムはステップS27からステップS2
8に移行し、モーター9を停止する。この結果、溶接ワ
イヤー8の先端部とワークWの次の被溶接部W2との間
の距離d(図7の(e)参照)は最適距離Dになる。ス
テップS28の終了後、プログラムはステップS7に戻
り、被溶接部W2に対してステップS7以下の溶接動作
を繰り返す。
【0041】上述のように、本実施の形態では、ステッ
プS16において一時的に電源装置5をOFFにしてい
るため、溶接ワイヤー8の先端部がワークWから離れた
ときに破裂を起こしにくく、結果的にワークWにはスパ
ッタが発生しにくい。従って、この実施の形態では、従
来のアーク溶接方法の場合のようにスパッタを抑制する
ための高価なアルゴンガスをワークWに向けて吹き付け
る炭酸ガスに混入する必要がなく、仕上がり感が良好な
溶接を安価に実現することができる。
【0042】また、この実施の形態では、溶接ワイヤー
8とワークWとの接触中の電気抵抗値Rの最小値Rmi
nに基づいて補正値Lを算出し、これに従って溶接ワイ
ヤー8とワークW上の被溶接部との最適距離Dが達成さ
れるようにトーチ3を移動させている。ここで、電気抵
抗値Rは、溶接ワイヤー8とワークWとの接触中におけ
る電圧値や電流値に比べて安定した状態で得られるの
で、その最小値Rminを正確に得ることができる。こ
のため、トーチ3は、最適距離Dが達成されるように、
溶接ワイヤー8を正確に移動させることができる。従っ
て、上述のガスメタルアーク溶接装置1によれば、ワー
クWの被溶接部の形状(例えば起伏等)に沿って最適距
離Dを確保しながら溶接ワイヤー8を自動的に移動させ
ることができ、ワークWに対して仕上がりの良好な溶接
を施すことができる。
【0043】なお、この実施の形態では、ステップS1
5で判断する経過時間t1を上述のように設定したが、
本発明はこれに限定されない。この経過時間t1は、溶
接ワイヤー8がワークWから離れる直前(すなわち、溶
接ワイヤー8のネッキングが十分に生じた時点)であれ
ばよく、例えば抵抗値や抵抗値の変化量を基準にして設
定することもできる。
【0044】
【発明の効果】本発明のアーク溶接方法は、溶接ワイヤ
ーとワークとの間の電気抵抗値の最小値を検出した後に
溶接ワイヤーとワークとの間への電圧の印加を一時的に
停止しているため、アルゴンガスを用いることなくスパ
ッタの発生を効果的に抑制することができる。
【0045】また、本発明のアーク溶接装置は、溶接ワ
イヤーとワークとの間の電気抵抗値の最小値を検出した
後に溶接ワイヤーとワークとの間への電圧の印加を一時
的に停止するための手段を有しているため、アルゴンガ
スを用いることなくスパッタの発生を効果的に抑制する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の一形態に係るガスメタルアーク
溶接装置の概略図。
【図2】前記ガスメタルアーク溶接装置に採用された制
御装置の概略構成を示す図。
【図3】前記ガスメタルアーク溶接装置の制御フローチ
ャート。
【図4】前記ガスメタルアーク溶接装置の制御フローチ
ャート。
【図5】前記ガスメタルアーク溶接装置の制御フローチ
ャート。
【図6】前記ガスメタルアーク溶接装置の制御フローチ
ャート。
【図7】前記ガスメタルアーク溶接装置による溶接過程
を示す図。
【図8】前記溶接過程における溶接ワイヤーとワークと
の間の電気抵抗値の変化を示す図。
【符号の説明】
1 ガスメタルアーク溶接装置 3 トーチ 5 電源装置 7 制御装置 8 溶接ワイヤー W ワーク

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】溶接ワイヤーを用いてワークに対して溶接
    を施すためのアーク溶接方法であって、 前記溶接ワイヤーと前記ワークとの間に電圧を印加しな
    がら前記溶接ワイヤーを前記ワークに接触させ、この際
    に溶融する前記溶接ワイヤーの端部を前記ワークに溶着
    させるための工程と、 前記溶接ワイヤーと前記ワークとの接触中における前記
    溶接ワイヤーと前記ワークとの間の電気抵抗値を計測
    し、前記電気抵抗値の最小値を検出するための工程と、 前記電気抵抗値の前記最小値を検出した後に、前記溶接
    ワイヤーと前記ワークとの間への電圧の印加を一時的に
    停止するための工程と、を含むアーク溶接方法。
  2. 【請求項2】前記溶接ワイヤーと前記ワークとの間の電
    圧値と電流値とを求め、前記電圧値および前記電流値に
    基づいて前記電気抵抗値を計測する、請求項1に記載の
    アーク溶接方法。
  3. 【請求項3】溶接ワイヤーを用いてワークに対して溶接
    を施すためのアーク溶接装置であって、 前記溶接ワイヤーと前記ワークとの間に電圧を印加する
    ための手段と、 前記溶接ワイヤーを前記ワークに接触するよう移動させ
    るための手段と、 前記溶接ワイヤーと前記ワークとの接触中における前記
    溶接ワイヤーと前記ワークとの間の電気抵抗値を計測
    し、前記電気抵抗値の最小値を検出するための手段と、 前記電気抵抗値の前記最小値を検出した後に、前記溶接
    ワイヤーと前記ワークとの間への電圧の印加を一時的に
    停止するための手段と、 を備えたアーク溶接装置。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1224995A4 (en) * 1998-12-24 2006-12-13 Matsuo Kojun ARC PROCESS
JP2007326152A (ja) * 2007-08-09 2007-12-20 Matsushita Electric Ind Co Ltd アーク溶接制御方法及びアーク溶接機
RU2634560C2 (ru) * 2015-11-16 2017-10-31 Общество с ограниченной ответственностью "Средневолжский Сертификационно-Диагностический Центр "Дельта" Способ определения сопротивления вылета сварочного электрода
WO2021039042A1 (ja) * 2019-08-29 2021-03-04 日本製鉄株式会社 溶接部材およびその製造方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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