JPS5944949B2 - 積層鉄板の自動溶接方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は小形電動機、変圧器あるいは放電灯用安定器等
に用いられる珪素鋼板等の積層鉄板を自動溶接する方法
に関するものである。

小形電動機、変圧器などの小形電磁誘導機器に用いられ
る鉄心は、珪素鋼板を所要枚数積層して端部を積層方向
に溶融溶接して製作される。

この溶接に際しては、一般の消耗電極によるアーク溶接
法も用いられるが小形の鉄心の場合には一般に非消耗電
極によるＴＩＧ溶接法が用いられる。第１図はこのとき
の様子を示したもので、同図において１は被溶接物の積
層鉄板であり、上下に配置された銅ブロック２、２’に
より挾持されている。３は溶接トーチ、４はすでに溶接
された溶接ビード、５は溶接電源であり、珪素鋼板のＴ
ＩＧ溶接の場合、通常溶接電源として直流垂下特性のも
のが用いられる。

積層鉄板１の両面には絶縁層が施されており、このため
溶接電流は銅ブロック２から溶接ビード４を経て溶接ト
ーチ３に流れる。このように電流経路が直角に曲るため
アーク６は溶接トーチ３および溶接ビード４に流れる電
流によつて発生する磁束により図示のように上方に押し
上げられる。溶接トーチが１個のときはこの力は一定で
あり、しかも安定しているのでこの押し上げ力を考慮し
た溶接条件を選択することにより十分に安定した溶接を
行なうことができる。しかし通常は一つの被溶接物には
数本の溶接部があり、これらを一本づつ溶接していたの
では生産性が悪くコスト高となるので、一般には必要な
ビード数に相当する数のトーチを設置して同時に溶接を
進行させる方法が行なわれている。ところが電磁誘導機
器に用いられる積層鉄板は前述のようにその両面に絶縁
性の皮膜を有するため複数の溶接トーチを用いて同時に
アーク溶接を行うとその電流経路が複雑に変化し、アー
クが相互に干渉し合つて不安定となりビードの不揃いや
溶け込み不良などの溶接欠陥が発生する。第２図はこの
ときの様子を説明したもので、同図において３ａは第１
の溶接トーチ、３ｂは第２の溶接トーチである。伺これ
らのトーチは複数の溶接トーチのうちの隣り合うものを
抽出して示したもので他のトーチは省略してある。各溶
接トーチは先ず銅ブロック２との間にアークを発生し、
このアークを積層鉄板１に移行させて図の上方に向つて
同速度で進行する。４ａ及び４ｂはそれぞれ溶接トーチ
３ａ及び３ｂにより溶接された溶接ビードであり、５ａ
及び５ｂはそれぞれ溶接トーチ３ａ及び３ｂに給電する
ための溶接電源である。

ここでいま溶接アークが鉄板１ａとの間に生じ、溶接ピ
ード４ａ，４ｂも鉄板１ａに達しているときを考える。

このような状態では溶接電流がそれぞれ溶接ビード４ａ
及び４ｂ内を流れるため溶接トーチ３ａおよび３ｂから
の各電流がバランスして鉄板１に流れる電流が見掛け上
零に近くしかも変動することがないのでアークは安定し
ている。溶接トーチ３ａおよび３ｂのアークにより積層
鉄板１のＡおよびＢには溶融プールが形成されており、
これが次第に成長してゆきつぎの上方の鉄板に接触した
ときにアークも上方の鉄板に移行し溶接が継続される。
この場合溶接トーチ３ａ及び３ｂの溶接条件が全く同一
に設定されていたとしても溶接トーチ３ａ及び３ｂによ
つて形成される溶融プールがつぎの上方の鉄板に同時に
達することは殆んどなく、普通は何らかの時間差が生ず
る。いま一例として、溶接トーチ３ｂによる溶融プール
の方が早く上方の板に接触して鉄板１ｂ（７）Ｃ点にプ
ールが達し、アークも移行したときを考える。このとき
溶融プールにより鉄板１ａの端Ｂと鉄板１ｂの端Ｃとが
短絡される。その結果溶接トーチ３ａのアークは、その
溶融プールがまだ鉄板１ｂの端Ｄに達していないにもか
かわらずＤ部にも放電しうることになる。このとき溶接
電源５ａから流れる電流の一部は銅プロツク２と溶接ピ
ード４ピとを経て鉄板１ａｆ）Ａ端からトーチ３ａに流
れ、残りはＡ点から空面に絶縁層を有する鉄板１ａの中
を通り、Ｂ点、溶接トーチ３ｂによる溶融プール、Ｃ点
及び鉄板１ｂの中を通りＤ点を経て溶接トーチ３ｂに分
流する。その結果溶接トーチ３ｂ側の溶融プールにはこ
の溶接トーチ３ｂの溶接電流と溶接トーチ３ａの溶接電
流の上述した分流分とが流れることになり、溶接トーチ
３ｂのアークはこのトーチ自身の溶接電流により受ける
電磁力と溶接トーチ３ａからの分流分により発生する電
．磁力とを同時に受けることになり、大きく押し上げら
れることになる。しかも上記溶接トーチ３ａから分流す
る電流は溶接トーチ３ａの溶融プールがＤ点に達した瞬
間に略零となるため溶接ト一３ｂのアークは急激な変化
を受けて非常に不安定・になる。全く同様に溶接トーチ
３ａにおいても上記の現象が起ることがあり、相互に相
手のアークにより悪影響を受けるもので”ある。このよ
うな現象は、積層鉄板の各境界毎に起り、各境界におい
て後行するアークの移行による急激な電流経路の変化が
生じる毎に先行するアークに作用する電磁力が急変する
ことになるので溶接が極めて不安定となり、溶接結果に
影響を及ぼすことになる。上記の現象は、溶接電極の位
置や先端形状を厳密に一致させて溶接電流を高めにし、
溶融プールを大きくするなどによりある程度は減少させ
ることができるが、被溶接物が薄板を打抜き加工したも
のであるため、これらを多数枚積層すると板厚の不揃い
、打抜き加工時のかえり、板の歪などのため積層高さが
部分的に相違することは避けられず、各トーチをいかに
厳密に設定しても全溶接行程中常にアーク発生点を同時
に同一板に移行させることは不可能であり、前述のよう
な不安定現象はさけられない。本発明は、溶接トーチの
位置を積層鉄板の積層方向に一定量以上離すことにより
、或溶接トーチのアークが移行するときに他のトーチの
アークが急激な電磁力の変化を受けないようにしてアー
クを安定化させるようにした積層鉄板の自動溶接方法を
提案したものである。

第３図は、本発明の溶接方法を説明したもので、本発明
においては溶接トーチ３ｂを溶接トーチぐより一定量だ
け上方の積層鉄板の端Ｅに対向するように設置し、この
状態を保持したまま溶接トーチ３ａ及び３ｂを略同速度
で上方に移動させながらアーク溶接を行う。

このような状態において今溶接トーチ３ａによる溶融プ
ールが鉄板１ａｆ）Ａ点にあつて溶接トーチ３ａのアー
クがＡ点からＤ点に移行した（Ｄ点は鉄板１ａと１ｂが
ビード４ｂで短絡されているからアークが移行し得る）
場合を考える。この場合溶接トーチ３ａの溶接電流は第
２図にて説明したのと同様に鉄板１ａｆ）Ａ点から鉄板
１ａ，．Ｂ点、ビード４ｂ．Ｃ点、鉄板１ｂの経路を通
ることになり、ビード４ｂｆ）Ｂ−Ｃ間は溶接トーチ３
ｂの溶接電流以外にトーチ３ａの溶接電流も流れて発生
する磁界も急増するがこのＢ−Ｃの位置は溶接トーチ３
ｂが溶接アークを発生しているＥ点からは十分離れてい
るのでトーチ３ｂのアーク柱に作用する電磁力は殆んど
変化しない。したがつてトーチ３ｂはトーチ３ａのアー
ク発生点の移行による影響を殆んど受けず安定している
。一方溶接トーチ３ａは対向する鉄板の一端がビード４
ｂによつてすでに短絡されており、またトーチ３ｂのア
ークが上方の鉄板に移行しても点Ｄより上方に開放され
ていてトーチ３ｂの溶接電流の経路が変ることはないの
で、トーチ３ａのアーク柱に作用する電磁力も変化せず
、このアークも安定している。溶接トーチ３ａと３ｂと
の溶接線方向の距離は、鉄板１の積層方向の厚さのバラ
ツキや溶融プールの大きさ、或いはアークスポツトの大
きさなどよりもできるだけ大きい方が望ましいが、一方
この距離に相当する分だけ溶接時間が長くなるので一般
のＴＩＧ溶接では数重ないし１０ｍｍ程度とするのが適
当である。また前述のアーク不安定の発生原因およびこ
れを解決する本発明の主旨から明らかなように、これら
のアークの不安定は近くにアークが発生していない短絡
部（第３図の場合はＣ−Ｂ間の溶接ビード）があればよ
いから、３個以上の溶接トーチを用いて同時に溶接を行
なうときはそのうちの１個のトーチのみを先行させ、残
りはそれぞれが隣接する溶接トーチのうち少なくとも一
方よりも相互に干渉しない距離だけ積層方向に遅れた位
置に配置すればよいことがわかる。

第４図は８本のトーチを用いて電動機の固定子を溶接す
る場合を示したもので、同図Ａは平面図、同図Ｂは各溶
接トーチの積層方向の位置関係を示す展開図である。同
図においてトーチイは他の７本より先行し、トーチイよ
り距離ｌずつ遅れてトーチ唄ハ、二、ホと配置し、トー
チホより距離ｌずつ進んだ位置にトーチへ、ト、チを配
置してある。したがつて第４図Ｂに示すようにトーチロ
とチ、ハと卜および二とへは同一位置にあることになる
が、各トーチの近傍には隣のトーチによつて溶接された
ビードにより短絡された部分があるので隣接するいずれ
の２本のトーチの組合せの場合にも第３図の関係が成立
し、アークが相互に干渉することはない。しかも第４図
Ｂのような配置にすることによりトーチが配置される距
離を短くでき一律に一定距離ずつ遅らせる場合にくらべ
て全溶接時間を短くすることができる。周溶接トーチの
間隔ｄが十分にあり、鉄板の固有抵抗が大きく内部を流
れる電流が小さい場合には、第４図Ｃに示したように各
トーチを交互に前後させるようにしてもよい。

以上のように、本発明によれば、溶接トーチを積層方向
に一定距離ずつ離すようにしたので溶接アークを安定さ
せてビード形状、溶け込みなどを良好にすることができ
、また多数の電極を同時に使用して溶接できるので、溶
接作業能率を向上させてしかも良好な溶接結果を得るこ
とができる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は一本の溶接トーチで積層鉄板を溶接する場合を
示す説明図、第２図は複数の溶接トーチを用いる場合を
示ず説明図、第３図は本発明の自動溶接方法を示す説明
図、第４図Ａ及びＢはそれぞれ溶接トーチの配置例を示
す平面図及び展開図、第４図Ｃは溶接トーチの他の配置
例を示す展開図である。 １，１ａ，１ｂ・・・積層鉄板、３，３ａ，３ｂ・・・
溶接トーチ、４，４ａ，４ｂ・・・溶接ビード、５，５
ａ，５ｂ・・・溶接電源、６・・・アーク。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 複数の溶接トーチを用いて積層鉄板の端部をアーク
   溶接により固定する方法において、前記各溶接トーチを
   隣接する他の溶接トーチから前記積層鉄板の積層方向に
   一定距離だけ離れた位置に配置して溶接を行うことを特
   徴とする積層鉄板の自動溶接方法。 ２ 前記複数の溶接トーチのうちの１個の溶接トーチを
   最も先行する位置に配置し、他の各溶接トーチは隣接す
   る溶接トーチのうちの少なくとも一方の溶接トーチより
   も一定距離積層方向に遅れた位置に配置することを特徴
   とする特許請求の範囲第１項に記載の積層鉄板の自動溶
   接方法。