JPS5947632B2 - 全姿勢ｔｉｇ溶接方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は鋼板特に厚肉鋼板をいかなる姿勢に於ても大溶
着速度で良好に溶接し得るＴＩＧ溶接方法に関する。

水力発電所に於ける水圧鉄管或はタンク等の溶接部は極
めて高品質が要求される。

従つて溶接能率では消耗電極式のＭＩＧ溶接法に及ばな
いのが一般的ではあるが、溶接部の品質や全姿勢溶接へ
の適応性の点で他の溶接法が容易に追従できない優れた
面をもつていることから非消耗電極式のＴＩＧ溶接法が
水圧鉄管等の溶接に採用されている。一般的なパルスＴ
ＩＧ溶接法はアーク発生電流パルス周波数が数Ｈ２）電
流値平均２００Ａ程度であつて溶接能率を決定するフィ
ラーワイヤーの溶着速度は１０ｆｌ／７７ＺＺ７Ｚ、！
Ｉ■ＭＩＧ溶接法の溶着速度３５ｇ／７７ＺＺ７ｌに遠
く及ばない。この為厚肉大径管の溶接に於ては第９図に
見る如＜溶接バス回数を多くせざるを得ずいわゆる各層
振Ｄ分けのマルチパス溶接となＤ最終的な溶接能率が極
めて悪く、又全姿勢溶接では溶接姿勢の変化に対応して
溶接ビードの溶込み形状並にビードの外観形状が相当複
雑に変動するのが通例であり、溶接のバス回数の増加に
つれて累積する溶接ビードの形状を整えることが大きな
問題となＤ）更に現場継手などで避けられない開先誤差
の影響が加わることになるので積層の制御は一層困難な
問題となわひいては完全な自動溶接の遂行が妨げられる
ことになる。従つて一般的なパルスＴＩＧ溶接法はＭＩ
Ｇ溶接法と同様厚肉大径管の全姿勢溶接に適用するには
不適当である。近年ＴＩＧ溶接法でも経済的に厚肉鋼板
の溶接をなし得る様溶接能率を向上せしめる試みがなさ
れており、適当な補助電源を用いてフィラーワイヤーに
通電加熱するホットワイヤーＴＩＧ溶接法はその一例で
ある。該方法では溶接電流及びフィラーワイヤー加熱電
流を適宜増大させることによつて、溶着速度を容易に増
やすことができるため通常めＴＩＧ溶接に比べ溶接能率
を格段に高めることがでぎゐ。しかし該方法は大溶着確
、量故に横向、上向溶接姿勢では溶融金属が流下又は落
下し良好な溶接をすることができずその応用範囲は極め
て限られている。

又他の例としてパルス周波数を１５０ＫＨｚ程度とした
高周波型パルスＴＩＧ溶接法がある。該方法は溶着速度
３０ｇ／ＭｍとＭＩＧ溶接方法に略匹敵し、又高周波に
より溶接アーク中に発生する超音波的な高周波振動現象
が生じ溶融金属を母材に保持する効果があり全姿勢溶接
が可能でその溶接能率は著しく向上した。しかし該方法
を実施する為には高周波パルス発生用電源、高周波パル
スによるノイズで誤動作しない様な自動制御装置を製作
しなければならない等装置が複雑化し旦つ高価となわ現
場適用性に欠け又経済性に於ても疑問が残る。本発明は
上記欠点を解消し、しかもＭＩＧ溶接法、高周波型ＴＩ
Ｇ溶接法を十分上回を溶着速度（溶接能率）、ＴＩＧ溶
接法本来の安定した溶接品質とを併せて達成することを
目的とするものであつて、独自に選んだ適当な周波数と
振巾をもつた強パルス電流を用い発生させた脈動的電磁
圧力効果を有するアークと該アークによつて形成された
高温の溶融金属に対し極めて効果的な電磁攪拌作用をも
たらす交番磁界発生機構とを組合せることが基本構成で
ある。

更に詳述すると独自に選んだ周波数即ち数十Ｈｚ〜数百
Ｈｚの周波数範囲の強力なパルス電流を応用したＴＩＧ
溶接を採用することによつて過大な溶接入熱を用いるこ
となく一段と急速旦つ効果的に溶融金属の加熱昇温を行
なうことができ、比較的低い水準の溶接入熱のもとでも
溶融金属の流動性を著し〈高めることが可能となク低入
熱水準では期待することが出来なかつた電磁攪拌現象を
極めて容易に生ぜしめ．る条件を作り出し得るのである
。又、前記数＋Ｈｚ〜数百Ｈｚのパルス電流により発生
せしめたアークには脈動的な電磁圧力が生じ、該圧力は
溶融金属の表面を偏平に母材（厚肉鋼板）に押付ける効
果を有する。従つて該周波のパルス電流によりＴＩＧ．
溶接を行なえば大量の溶融金属を生ぜしめても前記圧力
が溶融金属の流下、落下を防止するので全姿勢における
溶接が可能であり、溶接姿勢並に厚肉鋼板の傾斜に拘ら
ずビードの表面を母板面に沿つて平坦に形成し得る。本
発明のもう一つの構成 −である磁界発生機構は溶接ア
ークで生じた磁界に対しフイラーワイヤ一に通電発生せ
しめた磁界を作用させるものである。フイラーワイヤ一
に通電する電流は直流であつても５０Ｈｚ程度の交流で
あつてもよい。溶接電極に通電する溶接電流とフイラー
ワイヤ一に通電する電流の周波数をそれぞれ適当に選ん
でやることによつて、前述した高温溶融金属に強力な電
磁的攪拌現象を生ぜしめることができる。又フイラーワ
イヤ一に通電するのはフイラーワイヤ一を加熱すること
を兼ねるのであつてフイラーワイヤ一の加熱は溶接能率
を一段と向上させるものである。以上述べた如く溶接電
流パルス周波数を選定し、フイラーワイヤ一に通電しフ
イラーワイヤ一を加熱した相乗効果によつて第１表に示
す如く本発明のＴＩＧ溶接法は溶接能率を飛躍的に向上
せしめるものである。

ここで本発明に於ける周波限定の意義について考察して
みる。

前述した高周波型パルスＴＩＧ溶接法でフイラーワイヤ
一を加熱した場合高周波型パルスＴＩＧ溶接法では本発
明同様アーク中に電磁圧力が発生し、溶融金属を母材に
押付ける効果をもつておわ高周波アークである為溶融金
属温度も高い。

従つてフイラーワイヤ一を加熱供給してやれば電磁的攪
拌現象並に第１表で示す溶接能率を更に向上するのでは
ないかという疑問を生ずる。しかし溶接電流のパルス周
波数がフイラーワイヤー加熱電流の周波数に比べ極めて
高い為両者の電流により生ずる磁界が互に干渉し合い高
周波型パルスＴＩＧ溶接法自体が有するアークの電磁圧
力、電磁的攪拌現象を減することになク、本発明が達成
した如き溶接能率を得ることはできない。又、本発明が
限定する数十〜百Ｈｚのパルス溶接電流は５０Ｈｚ）６
０Ｈｚの商用電源より極めて容易に合成し供給し得るが
、周波数が１０００Ｈｚ付近以上のパルス溶接電流を供
給する場合特殊な電源装置を用意しなければならず、脈
動的電磁圧力及び電磁的攪拌作用も本発明が限定した周
波数のパルス溶接電流の域を越えるものではない。従つ
て前記限定した周波数は前記した発明の目的を達するに
必要な十分な脈動的電磁圧力及び電磁的攪拌作用を有し
つつ極めて経済的利的を有するものである。以下図面を
参照しつつ本発明の実施例を説明する。本実施例は溶接
姿勢が溶接の進行に伴い変化する場命のもので、鉛直あ
るいは水平管を対象とする場合に比ベー段と複雑な傾斜
管に応用したものである。

第１図〜第３図は本発明を実施するＴＩＧ溶接機の概略
を示す。

１は厚肉大径鋼管であり、該鋼管１の継目２付近に該継
目と平行に走行用トラツクレール３を設け、走行用トラ
ツクレール３に走行台車４を配設する。

走行台車４にはフイラーワイヤー７をコイル状に貯える
ワイヤーリール５、アーク電圧制御装置６、フイラーワ
イヤー７を伸直し溶接部へ送り込むワイヤーガイド８、
溶接トーチ部９が設け ，られている。第４図は４５ ける溶接姿勢を示すものであり、管の内面側から片面溶
接する場合の部分模型図であつて溶接トーチ部９は溶接
線１０に沿つて移動しながら全姿勢 １の溶接を行う。

第５図はトーチ部を示す詳細図である。

トーチ１１は図示しない主電源装置と接続しており、該
主電源装置はトーチ１１に含まれるタングステン電極１
２に５０〜５００Ｈｚ１２００Ａ〜６００Ａのパルス状
のアーク発生電流を供給する。パルスアーク１３の発生
により鋼管１内壁に金属溶融池１４ができ、該溶融池１
４にフイラーワイヤー７が供給される。フイラーワイヤ
ー７は該ワイヤー７を加熱する図示しない補助電源と接
続している。尚補助電源はフイラーワイヤー７を加熱し
得るものであれば商用１００〜２２０ＶＡＣ電源でも直
流電源でもよい。主電源装置によりパルス状アークを発
生させ補助電源で加熱したフイラーワイヤー７を供給し
つつ、トーチ１１を第６図の如く溶接部の幅方向に揺動
させ旦つ継目方向に走行させて第７図で示す軌跡１５の
如き運棒をさせれば第８図で示す各層が平行でパス回数
の少なくてすむ溶接部を形成することができる。

第１表は各溶接法の比較を示し、区分３のミデイアムパ
ルス型ＴＩＧ溶接法が本発明に係るものである。

第２表（−１．４５゜傾斜した大径厚肉鋼管周継手を本
発明によって溶接施工した溶接諸条件と溶接記録を示す
。

鋼の板厚３５ｍｍ１管径４２００ｍｍ１溶接開先３０゜
Ｖ型溶接電流パルス周波数５０Ｈｚである。

又積層区分の遥１〜▲７は第８図ビード部に記入した数
字と対応している。以上述べた如〈本発明によれば下記
の優れた効果を発揮する。

ＩＴＩＧ溶接法に於ける溶接能率が第１表に見る如く飛
躍的に向上する。

１１溶接開先部の全幅を各層１パスで積層できると同時
に各層ビードが一様に厚肉化でき溶接パス数が大巾に減
少するので大径厚肉管周継手の溶接を極めて高品質旦つ
短時間でなし得る。

ｉ丁 溶接電流パルス周波数が数十〜数百Ｈｚと比較的
低く高周波型ＴＩＧ溶接法に於ける制御装置の如く特別
なノイズ対策をする必要がなく前記周波数のパルス溶接
電流を商用電源より容易に合成し得るので本発明を実施
する装置を安価に製作することができ、現場作業が可能
である。

尚上述の実施中フイラーワイヤ一に通電しない場合でも
数＋Ｈｚ〜数百Ｈｚの溶接電流パルス周波数で溶接すれ
ば溶着速度４０ｆ１／分が得られるとが確認されており
、又本発明の施工例で溶接開先を３０゜ｖ型としたが更
に溶接能率を向上させる為２０゜ｖ型開先としても略安
定した溶接施工をし得ることを確認している。

更に本発明を鋼板以外のアルミ板、ステンレス鋼等に適
用し得ることは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明を実施するＴＩＧ溶接機を示し
、第１図は正面図、第２図は側面図、第３図は斜視図、
第４図は傾斜大径鋼管に於ける溶接姿勢の説明図、第５
図はＴＩＧ溶接法のトーチ部を示す詳細図、第６図は開
先に対するトーチの運棒に関する説明図、第Ｔ図はトー
チの軌跡を示す図、第８図は本発明により溶接した溶接
部の断面図、第９図は従来のＴＩＧ溶接法による溶接部
の断面図である。 １は鉄管、７はフイラーワイヤ一、９はトーチ部、１１
はトーチ、１２は電極、１３はアーク、１４は金属溶融
池を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ＴＩＧ溶接法に於て、溶接電流として電極に数十〜
   数百Ｈｚのパルス電流を供給し前記周波数のパルス状に
   アークを発生させると共に、フィラーメタルに０〜数十
   Ｈｚの電流を通電し加熱したフィラーメタルを金属溶融
   池に供給することを特徴とする全姿勢ＴＩＧ溶接方法。