JPS6233024B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は交流電源により非消耗電極アーク溶接
を行うときのクレータ処理の方法に関するもので
ある。

アルミニユーム、マグネシユームおよびこれら
の合金の非消耗電極アーク溶接（以下簡単のため
TIG溶接という）は表面の強固な酸化被膜を逆極
性溶接電流によるクリーニング作用により除去し
ながら溶接を行う必要から交流電源を用いて行う
ことが一般的である。

本発明はこのような交流TIG溶接において溶接
終了に際して交流溶接電源のうち正極性電流の占
める割合あるいは正極性電流の占める割合ととも
に全溶接電流値を連続的あるいは段階的に減少さ
せることによつて正極性および逆極性電流におけ
る溶け込み形状の差や溶接アークの状態を巧みに
利用して溶接終端部に生ずるクレータを良好に処
理する方法を提案したものである。

一般に溶接終了時においては溶接中のアーク力
によつて掘り下げられたクレータ部を埋めるため
のいわゆるクレータ処理が必要であるが、従来は
単に電流または電流と電圧とを小さな値に切替え
ることによつてアーク力を低下させ、溶接時の強
力なアークによつて掘り下げられていた溶融金属
を表面張力および重力によりクレータ内にもどし
てこれを埋めるようにしていた。しかしこのよう
に電流または電流と電圧とを単に低下させるとき
にはアーク力はたしかに小となりある程度のクレ
ータ処理は可能であるがアークを安定に維持する
にはタングステン電極の温度を熱電子放出が十分
に行なわれる一定値以上に保つことが必要であり
このためにあまり低い電流とすることはできず比
較的大きな電流値（例えば溶接時の70％程度）と
することが必要であり、したがつてこの比較的大
きな電流に相当するクレータはなお残存すること
になり完全なクレータ処理には至らなかつた。と
ころで溶接電流の正・逆各極性における溶け込み
形状は第１図に示すように大巾な差がある。即ち
正極性電流100％（直流）にて溶接を行うと同図
ａに示すように溶融巾が比較的狭くかつ溶け込み
が深い形状となり、一方逆極性電流100％（直
流）で溶接するときは同図ｃに示すように溶融巾
が広く深け込み深さは極端に浅くなる。正・逆両
方の極性を含む交流電流にて溶接をするときはそ
の比率によつて同図ｂに示すように両者の中間的
な形状となる。第２図は本発明者等が実験により
確めた結果を示すものであり、全溶接電流を一定
としたときに正極性電流の占める比率βを変化さ
せて溶融巾Ｗ_Bおよび溶け込み深さＰの変化を測
定したものである。同図から明らかなように正極
性電流の占める比率βの変化に対して溶け込み深
さＰは大巾に変化することが判る。

本発明は、このような極性の差により生ずる現
象を利用して溶接終了に際し正極性電流の占める
比率βを次第にあるいは段階的に小として溶け込
み形状を第１図ａまたはｂの状態からｃの状態に
至らしめることによつてクレータ処理を良好に行
なわんとするものである。このようにすることに
よつて正極性電流の占める比率が比較的大であつ
た主溶接電流通電中は過度に集中していたアーク
力を、広い範囲に分散させるとともに溶け込みを
浅くしてクレータを埋めることが可能となる。ま
たこのようにすることによつてクレータ処理時に
不足する溶融金属を補うための溶加材（フイラー
ワイヤ）を加えるときにも被溶接物を深く掘り込
むことなく溶加材のみを有効に溶融させてクレー
タ部を充填することができる。さらに正極性電流
の比率を低下せしめることに加えて一般のクレー
タ処理方法でも行なわれているように全溶接電流
の値をも同時に低下させればより完全なクレータ
処理が可能となる。特にこのようにするときには
正極性電流を十分に小としても逆極性電流さえあ
る程度の値を保持すればタングステン電極の温度
は必要な値以上に保持できるのでアークが安定に
維持でき、したがつて溶け込み深さが最小となる
ように正極性電流を零にまで低下させることがで
き完全なクレータ処理が可能となる。

第３図は本発明の溶接方法を実施するときの溶
接電流の変化の例を示す波形図である。同図にお
いてａは逆極性電流は一定とし正極性電流の波高
値を段階的に変化させて正極性電流の占める比率
を段階的に減少させたときの例を示し、また同図
ｂは逆極性電流は一定とし正極性電流の波高値を
連続的に変化させて正極性電流の占める比率を連
続的に減少させたときの例を示す。同図ｃは全溶
接電流値および正極性電流の占める比率をともに
段階的に変化させたものである。同図ｄは逆極性
電流の変化は段階的とし、影響の大きな正極性電
流の変化を連続的としたものである。また同図ｅ
は正極性電流と逆極性電流との波高値は等しくし
その導通期間を変化させたものである。

同図ａおよびｂのように変化させる方法は比較
的溶接電流が小さいときに適しており、このとき
逆極性電流Ｉ_RPはタングステン電極の温度を保持
し得る程度の最小の値としておけば正極性電流Ｉ
_SPによつてほぼ溶け込み形状が決定されるので溶
接条件の設定に便利である。同図ｃおよびｄは比
較的大電流を用いる溶接時に適しており大電流に
より生じた大きなクレータ処理を完全に行うこと
ができるものである。特に同図ｄは溶接終了時に
は逆極性電流Ｉ_RPの減少に先んじて正極性電流Ｉ
_SPが減少するように変化させたので溶接アークを
より安定にできるものである。また同図ｅにおい
ては波高値を変化させるかわりに正逆両期間の比
率をかえるようにしたので各期間において細かい
制御ができるとともにアーク力の脈動が少なくな
りアークが安定しまた溶着金属表面の波打ちが防
止できる。

第４図は本発明の溶接方法を実施するための装
置の例であり第３図ａに相当する変化の得られる
ものである。同図において１は交流電源、２は溶
接開始時に閉じ溶接終了にて開く開閉器、３は溶
接用変圧器、４はタングステン電極、５は被溶接
物である。６，７は正極性および逆極性電流を制
御するための電流制御素子たとえば多数並列接続
されたパワートランジスタである。８は出力電流
検出器であり、９および１０は正極性電流および
逆極性電流検出信号を判別するためのダイオー
ド、１１および１２は増巾器、１３および１４は
比較器である。可変抵抗器１５および電源１６は
逆極性電流を設定するための出力電流設定器であ
り可変抵抗器１８，１９および電源１７は正極性
電流を設定するための別の出力電流設定器であ
る。またリレー接点２０ａ，２０ｂは正極性電流
設定信号を切替えるための接点であり常開接点２
０ａは溶接終了前の一定時刻において閉じ、常閉
接点２０ｂは常開接点２０ａと逆の動作を行うも
のである。可変抵抗器１９の設定を可変抵抗器１
５および１８の設定よりも低い値にし、また可変
抵抗器１８の設定と可変抵抗器１５の設定とは溶
接時に要求される溶け込み形状によつて適宜選定
する。溶接開始に際し開閉器２を閉じると可変イ
ンピーダンス素子６は可変抵抗器１８にて設定さ
れた正規の値に対応して導通し所定の正極性電流
が流れる。電流制限素子７は可変抵抗器１５で設
定された値で導通し所定の逆極性電流が流れる。
溶接の終了時には開閉器２の開路に先立ち接点２
０ｂが開き２０ａが閉じるので正極性電流は可変
抵抗器１９にて設定された小さな値となりクレー
タ処理を行う。接点２０ａ，２０ｂの切替つた後
所定時間の後に開閉器２を開くことにより溶接を
終了する。第４図において図中に点線にて示した
ように正極性電流設定用の可変抵抗器１８，１９
の出力端子部にコンデンサーｃを挿入して電源１
７を直流電源とすればリレー接点２０ａ，２０ｂ
の切替時にも比較器１３の基準入力が段階状に変
化せずこのコンデンサーの充放電時定数に沿つた
下降速度で連続的な変化を行なわせることができ
る。

なお第４図においては正，逆両極性の出力電流
をともに調整するように電流制限素子を２組設け
たが、一方の導通量は固定とし、他方のみを調整
するようにしてもよく、また出力電流検出器８，
９，１０、増巾器１１，１２比較器１３，１４を
省略してフイードバツク制御のない構造としても
本発明の目的を達することができる。この場合は
溶接変圧器３を定電流特性または垂下特性とすれ
ばよく、例えば可動鉄心を用いた公知の被覆アー
ク溶接用の交流アーク溶接機を用いるとよい。ま
た第４図の通りのフイードバツク制御を行うとき
においても溶接変圧器３をタツプ切替式の可変出
力変圧器とすれば出力調整の粗調整をタツプ切替
により行うことができるので電流制限素子の消費
電力が軽減されるので容量を小さくできる。

第５図は第３図ｅに示した電流変化を得るため
の装置の実施例であり第４図と同様の機能を有す
るものには同一の符号を付してある。２１ａ，２
１ｂはサイリスタであり、それぞれリアクトル巻
線２３ａ，２３ｂと直列接続された後に相互に逆
並列接続されて一対の電流制限素子を構成してい
る。またリアクトル巻線２３ａ，２３ｂは共通の
鉄心に巻きつけられておりその極性は図示のよう
にそれぞれ直列接続されたサイリスタ２１ａ，２
１ｂの導通により同方向の磁束を発生する極性と
されている。またリアクトル２３ａ，２３ｂは十
分大きなインダクタンスを有するものとする。こ
のように構成しておくとリアクトルの作用により
電極４と被溶接物５との間には略矩形波状の交流
出力電流が得られる。即ちサイリスタ２２ａの導
通により流れる正極性電流はリアクトル２３ａの
大きなインダクタンスのために溶接変圧器３の出
力電圧や正弦波状に変化をして電極４と被溶接物
５との間に現われる溶接電圧より高くなる期間に
おいてもほぼ一定の値となりこの間にリアクトル
２３ａにエネルギーが蓄積される。つぎに溶接変
圧器３の出力電圧が低下して溶接電圧より低くな
る期間にこの蓄積されたエネルギーを放出して電
流の低下を妨げほぼ一定の電流を保つ。次にサイ
リスタ２１ｂが導通すると、このサイリスタ２１
ｂの導通によりリアクトル２３ｂに発生する磁束
は先にサイリスタ２１ａが導通していたときに発
生していた磁束と同じ方向であるのでこのときの
リアクトル２３ｂのインピーダンスはリアクトル
２３ａのインピーダンスにほぼ等しく出力電流は
極性が反転するのみでそれまでとほぼ等しい値の
電流が流れる。このようにしてサイリスタ２１
ａ，２１ｂの導通位相に応じて極性が瞬時に反転
する矩形波状の出力電流が得られるものである。
第５図においてサイリスタ２１ａ，２１ｂはそれ
ぞれ位相制御回路２２ａ，２２ｂにより導通位相
が制御される。可変抵抗器２６，２７、電源２８
は出力電流の波高値設定用の出力電流設定器であ
り、溶接終了前の所定時刻に切替わるリレー接点
２９，３０によつて可変抵抗器２６または２７の
いずれかの出力電圧が選択される。３１は正極性
電流の占める比率を決定する可変抵抗器であり２
つの摺動子３２ａおよび３２ｂを有しリレー接点
３３，３４によりいずれかが選択される。このリ
レー接点３３，３４は溶接終了前の所定時刻に切
替わるものであるがこれは先のリレー接点２９，
３０の動作時刻と同じであつてもよいし、必要に
応じて相互に時間的なずれを設けてもよい。

第５図において溶接電流検出器８の出力は可変
抵抗器２６または２７の出力と比較器２４にて比
較され差出力が可変抵抗器３１にて設定された割
合にてサイリスタ２１ａ，２１ｂの位相制御回路
２２ａ，２２ｂに分割して供給されて出力電流が
設定値に等しくなるように制御される。そして溶
接開始後および溶接終了前の一定期間はリレー接
点３０，３４が閉じているので溶接電流は可変抵
抗２６によつて定められた大きさの電流から可変
抵抗器２７にて定められた大きさの電流に切替え
られることになり、また正極性電流の占める比率
は可変抵抗器３１の摺動子３２ａによつて定めら
れた値から摺動子３２ｂによつて定められた値と
なる。このとき可変抵抗器２７の設定を可変抵抗
器２６よりも低い値とし、かつ、摺動子３２ｂに
よる出力が摺動子３２ａによる出力よりも低い値
となるように定めておくと第３図ｅに示すような
溶接電流の変化が得られる。

なお第５図において可変抵抗器３１の摺動子は
１個とし溶接終了に際して摺動子を電動機などに
より正極性電流が減少する方向に移動させるよう
にすれば連続的な変化を得ることができる。また
第５図においても出力電流検出器８および比較器
２４を省いてフイードバツク制御を省略すること
が可能であり、また溶接変圧器３にタツプを設け
て出力電流の波高値の調整をあわせて行うことも
可能である。

以上のように本発明の溶接方法によるときは溶
接終了時において逆極性電流の減少は少なくし、
正極性電流を積極的に少とすることによりタング
ステン電極の温度を十分に高く保つたままクレー
タ処理を行うことができるのでクレータ処理時の
電流、正極性電流を十分に小さな値にすることが
できるので完全なクレータ処理が可能となり、ま
たこのような小電流時におけるアークを安定に維
持することができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は極性による溶け込み形状の変化を示す
図、第２図は正極性電流の占める比率βに対する
溶融巾Ｗ_Bおよび溶け込み深さＰの関係を示すグ
ラフ、第３図は本発明の溶接方法において使用す
る溶接電流の変化の例を示す図、第４図および第
５図は本発明の溶接方法を実施するための装置の
例を示す接続図である。 １…電源、３…溶接変圧器、４…電極、５…被
溶接物、６，７…電流制限素子、８…出力電流検
出器、１３，１４，２４…比較器、１５…逆極性
電流設定用可変抵抗器、１８，１９…正極性電流
設定用可変抵抗器、２６，２７…溶接電流設定用
可変抵抗器、２０ａ，２０ｂ，２９，３０，３
３，３４…切替用リレー接点、３１…正極性電流
比設定用可変抵抗器、Ｉ_W…全溶接電流、β…正
極性電流の占める比率、Ｉ_SP…正極性電流、Ｉ_RP
…逆極性電流。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 交流電源を用いる非消耗電極アーク溶接方法
   において、溶接終了に際し溶接終了前の所定の時
   刻から全溶接電流のうち非消耗電極が陰極となる
   正極性電流の占める割合または正極性電流の占め
   る割合とともに溶接電流の値を時間の経過に伴い
   連続的あるいは段階的に減少せしめて所定の期間
   の後に溶接電流を遮断する非消耗電極交流アーク
   溶接におけるクレータ処理方法。