JPS59202173A - 短絡を伴なう溶接の電流制御方法 - 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】 技術分野 短絡を伴う溶接における溶滴の移行過程を第１図を用い
て説明する。

第１図において、 ｔａ）は短絡直前のアーク発生状態、 ＋ｂ）は溶滴か溶融池に接触した短絡初期状態、ｆｃ）
は溶滴と溶融池の接触が確実となり、溶滴が移行してい
る短絡中期状態、 ｔｄ）は溶滴が溶融池側に移行し溶接ワイヤと溶滴との
間にくびれが生じた短絡後期状態 （ｅ）は短絡が破れ溶接アークが再発生した瞬間（ｆ）
は溶接ワイヤが溶融し、溶滴が成長するアーク発生状態
、 を示し、ｆａ）〜（ｆ）の過程がくり返し行なわれる。

この過程において、スパッターは、短絡が破れアークが
再発生した瞬間（（ｅ）の状態）や溶滴が溶融池と接触
しようとする際（（ａ）の状態）に発生することが明ら
かになっており、特に大粒のスパッターは後者の場合に
発生することが多い。この大粒のスパッターは、溶滴又
は溶滴の一部が溶接アークの反発力によって吹き飛ばさ
れ、飛散するものなので、溶接ワイヤの溶着効率の低下
を招くばかりでなく、飛散したスパッターが溶接部以外
の被溶接物表面に融着して溶接後の作業としてスパッタ
ーの除去作業が必要となったり、シールドノズルに付着
し、シールドガスの流れを阻害して溶融金属中に大気中
の窒素が混入し、溶接部の機械的性能が劣化するなど種
々のトラブルの原因となっていた。

従来、スパッター発生量を減少させる対策としては、シ
ールドガスとして不活性ガス（たとえばＡｒ、Ｈｅなと
）と活性ガス（たとえばＣ０２など）の混合ガスを用い
ることにより、スパッター発生量を減少させることが可
能であるが、この場合はある一定値以上の高電流でアー
ク溶接をすることが必要で、溶滴が自由移行いわゆるス
プレー移行状態で用いなければ効果的にスパッターを抑
制し得ないのである。たとえば、直径が１．２　ｍｍの
実体溶接ワイヤを用いて溶接する場合、溶接電流を２８
０〜３００Ａ以上に設定しなければ溶滴がスプレー移行
とならないことが知られている。２８０〜３００Ａ以下
の溶接電流で溶接するとシールドガスとして不活性ガス
と活性ガスの混合ガスを用いているにもかかわらず、第
１図に示す様な溶滴の短絡移行状態が現出し、スパッタ
ーが発生するのである。更に被溶接物の形状などから受
ける制限のためにスパッターが最も発生し易い条件（た
とえば１．、２　ｍｍ径の実体溶接ワイヤでは略２００
〜２５ＯＡ）で溶接を行なっているのが一般的で、スパ
ッター発生に対する改善はほとんどなされていないのが
現状である。

ところで溶滴の移行現象を高速度カメラなどで撮影し、
スパッターの飛散状況を観察すると、大粒のスパッター
は第１図の（ａ）から（＋））の過程において多く発生
するのが見られた。即ち、溶滴が溶融池に接触しようと
する際に溶滴の下部から発生している溶接アークの反発
力のために溶接ワイヤの方向に溶滴が押し上げられ、ま
たは吹き飛ばされてスパッターとなっているのである。

従って、溶滴が成長し、溶融池と接触しようとする状態
においては、溶接アークの反発力が小さければ即ち、溶
接電流出力が小さければ溶滴の溶融池への移行はスムー
ズに行なわれ、大粒のスパッタ〜は、発生し難くなるの
である。

しかるに、従来の消耗電極式アーク溶接法において、ス
パッター発生量を減少せしめる効果的な手段が依然とし
て具体化されないのは以下の理由が最も大きい。従来の
消耗電極式アーク溶接法では、定電圧特性を有する直流
電源装置が用いられていたが、この定電圧特性電源装置
による短絡移行溶接時の電流出力波形は、第２図に示す
様になっている。即ち、溶滴が溶融池に接触して短絡し
た瞬間から溶接電流は、その電気回路の持つ時定数によ
って定まる増加率で増加し続ける。また、短絡が破れ、
溶接アークが再発生した後は時定数によって定まる減少
率で溶滴が短絡するまで減少する。

ここで問題となるのは、ジュール熱あるいはアーク熱に
よって溶融し、成長する際の溶滴の挙動である。溶滴が
十分に成長した時点で、溶接アークの反発力が大きいと
、溶滴あるいは溶滴の一部が吹き飛ばされて、大粒のス
パッターとなることは前述した通りである。即ち定電圧
特性電源の溶接電流出力は時定数によって定まる減少率
で減少中なのでアーク時間が長いほど電流値は小さくな
り、溶接アークの反発力も小さくなるが、逆に溶滴は大
きく成長するので、溶接ワイヤ先端から離脱し易くなっ
ており、わずかな溶接アークの反発力によっても吹き飛
ばされ易い状況になっていることが、高速度撮影フィル
ムなどにより観察されている。

この定電圧特性電源装置で大粒のスパッター発生量を減
少せしめようとすれば、溶接電源装置の電気回路内のイ
ンダクタンスし及び／又は、電気抵抗にの値を適当に調
整し、減少率を大即ち溶接アーク電流が急速に低下して
アークの反発力を小さくする様に時定数を設定すること
である。減少率を大きくするには電気回路内のインダク
タンスＬを小さくする事が１つの方法であるが、アーク
発生時間が長い場合は、溶滴と溶融池が短絡する以前に
電流出力が小さくなり過ぎ、アーク切れなどの溶接不安
定状態が現われる。特に平均溶接電流が低い場合には不
安定となり易いことが知られている。又短絡終了時の電
流が過大なものとなりこの際のスパッタが増大するため
適当なインダクタンスＬを選択していた。

またこのインダクタンスＬまたは抵抗にの値は実際に溶
接する際の状況たとえば、電源装置とアーク発生点まで
のパワーケーブルの長さや設置状況によっても大きく変
化するので、アーク溶接に適した値として固定すること
は困難である。従って定電圧特性電源装置では本質的に
スパッター発生に対する効果的な手段は取り得ないので
ある。

発明の目的 この発明は従来の溶接法における上述の欠点を除くため
になされたものであって、溶接電流の簡単な制御によっ
てスパッタの発生を有効に阻止できる溶接方法を提供す
ることを目的とする。

発明の要点 この発明はガスシールドアーク溶接において、アーク発
生中の電流をアーク発生後所定時間内は大きな電流とし
、所定時間後は上記大きな電流よりも小さい電流で、か
つ定電流特性で溶接ワイヤに供給することにより、スパ
ッタの発生量を減少させるものである。

上述した様に短絡を伴う消耗電極式アーク溶接法におい
ては大粒のスパッターは溶滴が溶融池と接触し、短絡す
る前に溶接アークの反発力によって吹き飛ばされる場合
や、また更には一度短絡したものの小さな接触面積の短
絡部に大電流が流れ、溶滴と溶融池を引き離す方向に電
磁ピンチ力が働くので、溶滴が移行しないうちにアーク
が再発生しそのアークによる反発力のために溶滴が吹き
飛ばされる場合もある。本発明はこの様なスパッターの
発生量を減少せしめようとするものである。

実施例 この発明においては、消耗電極ワイヤを用いた溶接ワイ
ヤを母材に向かって速度制御しながらシールドガス中で
送給し、溶接ワイヤと母材との間で、第１図に示すよう
に短絡とアーク発生とを交互にくり返す溶接において、
溶接ワイヤに電流を供給する溶接電源として定電圧特性
と定電流特性とをもつものを用いる。そして、第３図に
ｃｐで示すようにアーク発生時から一定時間は比較的大
きい電流を、定電圧特性で溶接ワイヤに供給する。

そしてアーク発生中において一定時間後、電流に段差り
を与えてＣＣで示すように低い電流■３を定電流特性で
溶接ワイヤに供給する。第１図の（ｂ）〜＋ｅ）に至る
間の電流制御は従来方式と同じである。

また第４図に示すようにアーク発生時の電流が低い場合
には電流の段差を設けないで、一定時間後、低い電流１
ａを定電流特性で溶接ワイヤに供給してもよい。

上記の場合において、短絡から所定期間までの間も定電
流特性としてもよい。

いずれの場合でも、アーク発生直後は高電流を出力する
この時、溶滴は短絡移行した直後なので大きく成長して
おらず溶接ワイヤ先端と溶融池との間に強いアークが発
生しても、スパッターが発生することは少い。しかし短
絡時に溶滴の移行が完全には行なわれず、溶滴の一部が
溶接ワイヤの先端に残っている場合もあるので、アーク
発生の瞬間は、低電流とし、その後に高いアーク電流を
供給してもよい。

これによってアーク再生時のスパッタも減少できる。ア
ーク発生から定電流特性の低い溶接電流を出力するまで
の時間はアーク発生直後の電流値などによって適宜に設
定することができる。いずれの場合も定電流特性とする
ことによりアーク切れを阻止できる。

実験結果 溶接条件（Ａ）はアーク発生後、定電圧特性を用いて一
定の減少率で溶接電流が減少する場合溶接条件（Ｂ）は
アーク発生後、一定時間後に低電流、定電流特性にした
場合で溶接条件（Ａ）と（Ｂ）とのスパッター発生量を
比較した。他の条件は下記の通りである。

平均溶接電流　　１５０Ａ 電圧　　　２１Ｖ 溶接ワイヤ送給速度　３．５　ｍ／ｍ　ｉ　ｎ溶接ワイ
ヤＪ　、Ｓ　ＹＣＷ−２（１，２ｍｍφ）母材　　　５
Ｍ４１　（１２ｍｍｔ） ビードオンプレート溶接 なおアーク発生後のピーク電流を３３ＯＡ、アーク発生
から低電流に切り換えるまでの時間を４ｍ５ｅｃ、低電
流を１０ＯＡとした。

そして１０分間溶接して後シールドノズルに付着したス
パッタ量を測定したところ表１に示す結果を得た。

（単位１７１０分）

【図面の簡単な説明】

第１図は短絡移行溶接の移行過程を示す図、第２図は短
絡移行溶接の溶接電流の一例を示すグラフ、第３図ない
し第５図はこの発明の種々の実施例における電流の変化
を示すグラフである。 特許出願人　株式会社　神戸製鋼所 代理人弁理士青山　葆外２名

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）溶接ワイヤと母材との間で短絡とアーク発生とを
   交互に（り返す短絡を伴なう溶接においてアーク発生中
   の電流をアーク発生後所定時間内は大きい溶接電流を供
   給し、上記所定時間後、上記大きい溶接電流より小さい
   電流を定電流特性で溶接ワイヤに供給することを特徴と
   する短絡を伴なう溶接の電流制御方法。