JPS58135774A - ホツトワイヤ式ア−ク溶接装置 - 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】 この発明は、フィラーワイヤ内部にも電流を供給して予
熱しなからＴ工Ｇ′溶接を行うホットワイヤ式アーク溶
接装置に関し、　１ｆｉＫフイラーワイヤの加熱機構に
関するものである。

従来のホットワイヤ式アーク溶接装置の構成は第１図に
示す過多である。図において、（１）はトーチ、（粉は
タングステン電極、（３）はアーク電流供給用の電淵、
（４１はフィラーワイヤ（以下。

単［ｒワイヤという）、（５）はワイヤを送給するため
の駆動用ローラ、（６）はワイヤ加熱用の電源。

（７）はアーク、（８）は溶接ビード、（９）は母材、
　００はワイヤ（４）Ｋ接触し電流を供給するための給
電装置、ａｔは駆動用ローラ（５）を回転させるための
モータであり０図中矢印は溶接進行方向を示す。

従来のホットワイヤ式アーク溶接装置の動作は次の通電
である。電＃（３）を用いて電流を供給し、タングステ
ン電極（２）と母材（９）との間にアーク（７）を維持
させる。またモータα℃を用いて駆動用　ローラ（５）
を回転させ、ワイヤ（４）を母材（９）の方向へ送給し
、同時に電揮俤）を用いてワイヤ（４）と母材（９）と
の短絡と同時にワイヤ（４）内部にも電流を流すと、ワ
イヤ（４）は予熱され、母材（９）へ到達した時点では
ｔｌぼ溶融し、予めアーク１７１　Ｋよって加熱された
母材（９）の上にビードとなって堆積していく。

従来の装置は以上のように構成されており。

ワイヤの送給量とワイヤ加熱用の電流Ｃ以下。

単に「ワイヤ電流」という）とは、全く独立に調整せね
ｄならず０作業者の手振れ等によってワイヤ（ｄを含ん
だトーチ０）全体が母材（制から離れた場合、ワイヤ（
４）が母材（９）上の溶融池から離れてしまう。従って
電＃　（６１の無負荷電圧が低い場合にはワイヤ電流が
切れてワイヤが冷えてしまうためワイヤ（４）から母材
（９）への溶滴移行が不連続となり、ビード（８）の形
成も不連続となってしまう、また電ＩＩ　１ｇ）の無負
荷電圧が高い場合には、ワイヤ（４）と母材（９）との
間にアークが発生してスパッタが生じやすくなる。これ
とは逆Ｋ。

作業者の手振れ尋によってトーチ全体が母材へ近づいた
場合、ワイヤ（４）は溶融状態にならずに母材（９）Ｋ
突込み、溶融池が乱されたシする。このように従来の装
置は、ワイヤの送給量とワイヤ電流とが全く独立に調整
されており、ワイヤから母材への溶滴移行を円：滑に行
わせるには。

作業者の熟練が必要であった。

この発明は上記のような従来の装置の欠点を１去するた
め罠なされたもので０作業者の手振れ等があった場合で
もワイヤが母材から陰れたりあるいはワイヤが母材へ突
込んだすせず、ワイヤが溶融状態で円滑に母材へ接触移
行していくように自動的に制御できるようにした装置を
提供することを目的としている。

この発明の一実施例によるホットワイヤ式アーク溶接装
置の構成をｔＩＸ２図に示す。図において、　０３はア
ーク負荷およびワイヤ（４１Ｋ　％流を供給するための
電源、ｅｌｍ、Ｑ−はそれぞれワイヤ電流および溶接電
流を制御するためのトランジスタ艦のスイッチング素子
、（＋５１．Ｑ−はりアクドル。

面、ａｍはそれぞれトランジスタａ３およびａ−がＯＦ
Ｆ状態になった直後Ｋ　１７ア１クトルα９．−に蓄え
られたエネルギーを放出するためのダイオード、■は溶
接電流検出器、＠は給電装置ａ・と母材（９）との間の
ワイヤ加熱部分の電位差を検出する電圧検出器、　ａ’
ｌｌはワイヤ電流検出器、ａは溶接電流設定器、Ｉ２３
は溶接を流検出器器で検出された溶接電流■と溶接電流
設定器＠で設定された溶接電流の設定値工８とを比較す
る比較器ム。

（財）は比較器ム（ハ）の出力に応じ、スイッチング素
子ａ−へＯＮまたはＯＦＦの指令信号を発する指令回路
Ａ、＠け工Ｏとワイヤ送給量ｆｖＷｏとの関数関係を規
定する関数発生器Ａ、＠は関数発生器ム一で設定された
Ｖｗｏとワイヤ電流工、。との関数関係を規定する関数
発生器Ｂ、ａはワイヤ電流検出器、（財）で検出された
ワイヤ電流工、と設定されたワイヤ電流値工　とを比較
する比較器Ｏ Ｂ、＠は比較器３面の出力に応じ、スイッチング素子ａ
ＳへＯＮまたは０ＰＩＦの指令信号を発する指令回路Ｂ
、＠は給電装置ａＯと母材（９）との間のワイヤ加熱部
分に生じる電位差と’Ｉｗ　ｏとの関数関係を設定する
ための関数発生器Ｃ，圓は関数発生器ＣｃＩｓで設定さ
れた電位差ｖＯと検出器Ｂ（至）で検出された電圧Ｖと
を比較する比較器Ｃ０ａｌｌは比較器Ｃｗの出力に応じ
、ワイヤ送給速度の微調整を行うための調整装置で、こ
の調整装置０１１の出力と関数発生器Ａ＠の出力とけ、
モータ（Ｉｌｌ　Ｋ入力されている。

次に、この発明の原理について説明する。

アーク熱による母材（（２）への入熱量とワイヤの溶融
によるビード（８）の余盛量との間には以下に示すよう
な適正関係がある。すなわち、母材の板厚、溶接電流を
一定にした場合、溶接速度。

ワイヤ送給速ＷＬＫ応じてビードの形状は変化するが、
その形状が適正となるための溶接速度。

ワイヤ送給速度の適正範囲が存在する。たとえば、母材
を板厚器２ｍの軟鋼とし、ワイヤ径１２１１ＩＩ了−り
電流を３０ａム、アーク長１２ｍ１ｃしたとき、ワイヤ
（４）がほぼ溶融した状態で丁度母材（９）と接触する
ようにワイヤの送給速度とワイヤ電流を調整して溶接速
度と（ワイヤ送給速度）／（溶接速度）との推々の組合
せに対してビードの形状を実験的に求めると、第３図（
ＩＬＩ〜（ｄｉＯように領域分けができる。

なお、（ワイヤ送給速度）／（溶接速度）は。

と−ドの余盛部分の横断面の面１１に相当する。

第３図中に実線で囲んだ三角形の領域（＆）Ｆｉ。

母材（９）への人かも適正で、安定なビードを形成する
ことができるｇＡ斌、同図（ｂｌは、ワイヤ送給量が多
過ぎ、ビードが凸形となって母材（９）とビード俤）と
のなじみが悪い領域、同図（Ｃ）はワイヤ送給速度が少
なく、溶接速度が速すぎ、アンダーカットやハンピング
ビードが現われる領域。

同図（ｄ）は溶接速度が遅すぎ、母材が溶は落ちてしま
う領域である。このように、母材（９）の板厚。

溶接電流が決まれに、安定なビードが形成できる溶接速
度とワイヤ送給速度の関係が定まってしまう、一方、溶
接速度は実際の溶接施工上可能な限）任意の値に設定さ
れるべきものであることを考え、母材（餠の板厚、溶接
電流を決めたときのワイヤ送給速度の適正範囲に注目し
てみる。

第３図において、ワイヤ送給速度が一定の点は９図中の
破線で示される曲線上にのる。溶接施工上、高速溶接域
（第３図の右部分）および溶着量大の領域＜ａＳ図の左
上部分）を用いることが多いので、板厚Ｌ２ｍ、溶接電
流３００ムの場合は、ワイヤ送給速度はｌｒｎ／分〜４
５ｍ／分に設定すれけよいことになる。

第４図は１．２ｕφの軟鋼ワイヤを用い、板厚１．２鰭
、１．６簡、１２ｕについて種々の溶接電流に対する適
正なワイヤ送給速度域を実験で求めた結果をまとめたも
のである。第４図からもわかるようにワイヤ径とアーク
電流が決まれば板厚１．２ｎ〜λ２削程度においては、
ワイヤ送給速度の適正範囲は板厚［ｊりま）関係なく、
−漬鎖線ム、Ｂの間にはさまれた領域となる。

関数発生器ム（ハ）は以上のような溶接電流とワイヤ送
給速度との適正な関数関係を規定するものである。

次にワイヤ送給速度とワイヤ電流との関係について述べ
る。

ワイヤ送給速度をＶｗｏと設定した場合、ワイヤ（４）
が丁度溶融状態となって母材（９１に到達しビードが形
成されるためには、ワイヤの加熱距離が一定であればワ
イヤ電流はある電流値工、。に定まる。たとえはワイヤ
の加熱距離が７０閣、ワイヤ径が１２ｍのときのＶｗｏ
と工、。との関係を実験で求めると第５図のようになる
。関数発生器Ｂ＠はこのようなマ１゜と工、。との関数
関係を規定するものである。

次にワイヤ送給速度と、給電装置ｎと母材（９）間の電
位差との関係について述べる。ワイヤ（４）Ｋ電流が流
れると給電装置−と母材（９）との間のワイヤ加熱部分
に電位差Ｖが生じる。作業者の手振れ輯により、トーチ
（りが母材（９）から遠ざかり、ワイヤ先端の溶融部が
ビード（８）から浮き上がシかけてその溶融部が細くな
り、その部分での電気抵抗が大きくなる結果として電位
差Ｖが上がるような時には、ワイヤ電流を固定した場合
には、ワイヤ送給速度を少し上昇させて電位差Ｖを下げ
るようにしなけれはならず、逆圧トーチ（１）が母材（
９）へ近づいた場合には、ワイヤの未溶融部分がビード
内に突込む傾向となり、電位差Ｖが下がり気味となるが
、この場合はワイヤ送給速度を少し下けて結果として電
位差Ｖの質動を抑えねｄならない。電位差Ｖの目標値ｖ
Ｏはワイヤ電流、すなわち、ワイヤ送給速度の上昇と共
に上がり、−例は第６図に示す通りである。第６図のデ
ータはワ°イヤ径１．２■、ワイヤ加熱距離？（ＩｘＩ
の場合のデータである。関数発生器ａｇＢはこのような
ＶｗｏとｖＷｏとの関数関係を規定するものである。

次に１ｌＥ２図に示した一実施例につき、その動作を説
明する。この発明は電＃ａりによってアー、り（７）を
点弧し、モータ（ＩｎＫてワイヤ（４）を母材（９１の
方向に送給してワイヤ（４）が母材（９）と接触した後
の定常的な溶接状態に関するものであり、動作の説明も
その状態について行う。

母材（９）の板厚および溶接速度に応じた溶接電流工０
を選択して溶接電流設定器−にてその値を設定する。関
数発生器ム（至）では、工０に応じたワイヤ送給速度Ｖ
ｗ　ｏを設定し、その出力は、一部はモータＱｎＫ送ら
れるが、一部は関数発生器Ｂ（至）と関数発生器Ｃ＠に
送られる。関数発生器Ｂ（ハ）は関数発生器Ａ（５）に
おいて設定される”Ｉｗｏ。

値に応じてワイヤ電流工、。を設定し、その値は比較器
−において、ワイヤ電流検出器（社）で検出されるワイ
ヤ電流　工、と比較される。指令回路Ｂ（至）は比較器
Ｂａの出力に応じ工、≦工、、ならＯＭ、工、〉工、。

ならＯＦＦの指令をスイッチング素子ＯＫ送る。このよ
うにして、ワイヤ（２）Ｋはワイヤ送給速度Ｖ、、　Ｋ
応じた適正なワイヤ電流工、。が流れることＫなる。ま
た関数発生器Ｃ−は関数発生器ムｒＢにおいて設定され
る。ｖｌ。

の値に応じてワイヤ加熱部分の電位差の適正設定値ｖＯ
を設定する。比較器Ｃ１３Ｉは電圧検出器−で検出され
るワイヤ加熱部分の電位差Ｖと。

関数発生器０＠で設定された電位差ｖＯとを比較する。

調整装置−は比較器Ｃｗの出力に応じ。

Ｖ≦ＶＱ　　ならワイヤ送給速度を減少させ、Ｖ＞ｖＯ
ならワイヤ送給速度を増加させるための信号をモータα
Ｊに送る。比較器ム（至）は溶接電流検出器（至）で検
出された溶接電流Ｉと溶接電流設定Ｓ−で設定された工
０とを比較し、指令回路ム＠はこの比較器ムロの出力に
応じ工≦工０ならＯＮ、■＞ＩＯならＯＦＦの指令をス
イッチング素子ａ４に送る。このようにして溶接電流は
、スイッチング素子０およびａ−を通る２系統に分かれ
てアーク（１）部で合流す′るが、その和は１１に一定
値Ｉｏ　ＫなるようＫＩ制御される。

以上の動作により、ｆｓ接接中作業者の手振れ等によ抄
ワイヤの加熱距離が変化しても、必ず自動的にワイヤ送
給速度がｉ＆１ｌｌＩ＆Ｉ＃されるので。

ビード形成が安定かつ円滑に行われる。

この発明はＴｌＧ溶接機のフィラーワイヤと母材間に通
電する手段、このワイヤ電流を検出して常に予め定めた
設定値を維持するようＫＩＩＩ制御する手段、および上
記フィラーワイヤの通電部分における電圧降下を検出し
、この検出値が予め定めた設定値を維持するように上記
フィラー９イヤの送給速度を調節する手段を備えたこと
を特徴とするもので、ワイヤと母材間の電圧がはｔ丁接
触短絡した状態の値に自動的に保持されるため９作業者
の手振れなどに影譬されず。

ワイヤに常に円滑に予熱を受け＃１は溶融状態と冷　、 なって母材と接触短絡しながらビードが安定に形成され
ていくという大きな効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のホットワイヤ式アーク溶接装置の構成を
示す図、第２図はこの発明の一実施例によるホットワイ
ヤ式アーク溶接装置の構成を示す図、第３図は溶接速度
とワイヤ送給速度との組合せによるビード形状の変化を
示す図。 第４図はｌ１ｌＩ接電流工０とワイヤ送給速度ｖｗｅと
の関係を示す図、第５図はワイヤ電流工、。とワイヤ送
給速度マ、。との関係を示す図、第６図はワイヤ送給速
度マ１゜とワイヤ・母材間の電圧Ｖａ　　との関係を示
す図である。 図において、（１）はトーチ、（２）はタングステン電
極、イ４）はフィラーワイヤ、（５）は駆動用ローラ。 （７）　Ｆｉアーク、（８）はビード、（９１は母材、
鱒は給電装置、ａｎＦｉモータ、ａりは電源、０．ａ場
はスイッチング素子、ｏ＋ｅは溶接電流検出器、＠は電
圧検出器、卸はワイヤ電流検出器、（２）は溶接電流設
定器、（至）は比較器ム、（至）は指令回路Ａ、＠は関
数発生器ム、（至）は関数発生器Ｂ、罰は比較器Ｂ。 −は指令回路Ｂ、＠は関数発生器０．　Ｏｌは比較器ａ
、ａは調整装置である。 なお１図中、同一符号はそれぞれ同一または相当部分を
示す。 代理人　葛　野　信　− 第５図 ワイヤ電二丸ル、［Ａ１ 第６図 ワイヤ１旭給汰友′７／ψ。［ン咎１ 特許庁長官殿 １．事件の表示　　　　特願昭８７−１７００ＩＩ号２
、発明の名称　　　　ホットワイヤ式アーク溶接装置３
、補正をする者 ４　補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄 ＠、　　補正の内容 は】　明細書をつぎのとおり訂正する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ＴＩＧ＃１ｉＩ機のフィラーワイヤと母材間に通電する
   手段、このワイヤ電流を検出して常に予め定めた設定値
   を維持するように制御する手段。 および上記フィラーワイヤの通電部分における電圧降下
   を検出し、この検出値が予め定めた設定値を維持するよ
   うに上記フィラーワイヤの送給速度を調節する手段を備
   えたホットワイヤ式アーク溶接装置。