JPS6316861A - 消耗電極式自動アーク溶接方法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、多層盛溶接における次パス溶接のアークスタ
ートが確実に行なえる消耗電極式アーク溶接方法に関す
るものである。

（従来の技術） 近年、溶接ロボットヲ用いたアーク溶接により、溶接工
程の省力化に大きな効果をあげているが、これらの溶接
は薄板を１パスで溶接する部分であつた。しかし厚板に
は２パス以上の多層盛溶接が必要で、このような溶接に
は、溶接ロボットの適用は非常に困難であった。

その最大の理由は、次パスの溶接のアークスタートが困
難なためである。消耗電極式アーク溶接のビード表面に
は、第３図に示すように、スラグ１０が付着し、このス
ラグ１０は電気抵抗が太きい。

このため、溶接全スタートさせるとき、消耗電極（以後
ワイヤ）を溶接ビードに接触させても、ワイヤ７と鋼板
４０間に電流が流れず、アークが発生しない。したがっ
て１次パスを溶接するには、ビード表面のスラグ１０ヲ
人間が除去しなければならないため、溶接ロボットヲ用
いても、省力化に大きな効果をあげることができなかっ
た。

消耗電極式アーク溶接の多層盛溶接のアークスタートを
改善するため、従来より第３図に示すように、高周波ア
ークスタータ１３が用いられてきた特開昭５６−１３９
２８５号公報参照）。この方法は、ワイヤ７と鋼板４０
間に高周波アークスタータ１３ヲ取り付け、ワイヤ７と
溶接ビード９の間に高周波、高電圧による放電を発生さ
せ、アークスタートさせる方法である。

また別の方法として、アークを切ることなく、連続的に
多層盛溶接を行い、アークスタートの問題点を避ける方
法も行なわれてきた。この方法は多層盛溶接を往復溶接
する場合に行なわれ、各パスの溶接ビードの終端部で、
アークを切らずに次パスの溶接を開始する方法である。

（発明が解決しようとする問題点） 高周波アークスタータを用いる方法は、第３図の溶接金
属９の表面のスラグ１０が薄い場合には、良好にアーク
スタートできるが、多層盛溶接の上層部ではスラグが厚
くなり、高周波スタータによる放声が困難となり、アー
クスタートに失敗することがたびたびあり、溶接を中断
しなければならなかった。

また、高周波アークスタータは高周波電流を用いている
ため、これがノイズとなり、今日、多く用いられている
マイクロコンピュータを利用したロボットや、自動溶接
機の誤動作の原因となりやス＜、高周波アークスタータ
を用いたアークスタート方法には問題が多かった。

また、アークを切ることなく、連続的に多層盛溶接する
方法は、１パス毎の溶接部の冷却時間が少々いため、パ
スを重ねるごとに、溶接部付近の温度が上昇する。この
ため、溶接金属のしん性が悪化するなど、良好な溶接が
できないため、パス数が多い溶性では、アークを切らず
に連続して溶接する方法を用いることは問題であった。

本発明は従来技術と全く異なる方法で、上記の問題を解
決し、多層盛溶接における良好なアークスタートと、良
好な品質の溶接金属を得る消耗電極式アーク溶接方法を
提供することを目的としている。

（問題点を解決するだめの手段作用） 本発明の要旨は、往復溶接を行う多層盛溶接方法におい
て、最終層の最終パス以外の各パスの溶接終了時、溶接
電源遮断後、５秒以内に消耗電極を送給し、溶接金属に
電気的に接触させ、消耗電極の送給全停止させるととも
に、溶接開始時の消耗電極の突き出し長さが、１０〜５
０關の範囲になるよう溶接トーチ高さを調整することを
特徴とする消耗電極式アーク溶接方法である。

以下、本発明を具体的に説明する。

本発明における往復溶接とは、前パスの溶接終了点を、
次バスの溶接開始点とする溶接方法で、■パスごとに、
溶接方向を反転する溶接方法である。

まず、本発明の知見を得るために、次のような予備実験
を行った。

第１図は予備実験に用いた溶接装置で、高さ方向に溶接
トーチ３を移動するためのモータ６を搭載し、鋼板４の
開先に平行に移動できる走行台車５、ワイヤ送給機２お
よび溶接電源１のそれぞれの動作は、制御器１１にて制
御することができる。

また、ワイヤ７が溶接ビードに電気的に接触したかどう
かを、ワイヤ７と鋼板４０間の電気抵抗の変化を利用し
て検知するワイヤ接触検知器１２は、制御器１１へその
信号を伝え、ワイヤ送給機２を停止できる装置である。

制御器１１は、プログラムにより１〜５パス目まで、第
１表に示す溶接条件にて溶接した後、５パス目の溶接終
了時溶接電源１を遮断し、ワイヤ送給器２を停止させた
後、６パス目の溶接開始時の突き出し長が５．１０，２
０，４０．５０および５Ｑｉｍとなるように、溶接トー
チ３の高さをモータ６により移動させ、溶接電源を遮断
してから１，３゜５．７および９秒後に、ワイヤ７を送
給し、ワイヤ先端を５パス目の溶接ビードのクレータ部
に挿入させる。

その場合、ワイヤ接触検知器１２の信号により、ワイヤ
送給金停止させるようにし、さらに５パスロの溶接終了
時、溶接電源１を遮断してから、１０分後に溶接電源１
を通電し、ワイヤ送給機を起動するように、プログラム
にしである。

この装置を用い、第４図に示す開先形状のＪＩＳＧ３１
０１相等の構造用鋼板に溶接した時、゛６パス目がアー
クスタートシ、溶接開始できたものを良好、溶接開始で
きなかったものを不良と評価した。なお、突き出し長は
、第３図に示すチップ８の先端と、溶接ビード９のクレ
ータ部表面間の距離ｌを突き出し長とした。

つぎに実験結果を第２表に示す。

第２表より、溶接終了時溶接電源を遮断し、ワイヤ送給
金停止した後、放置時間が５秒以内にワイヤを溶接ビー
ドのクレータ部に挿入し、さらに溶接開始時、突き出し
長が１０〜５Ｑｍｍの範囲内のものについては、良好に
アークが発生し、溶接開始することができた。

しかし、溶接終了時、溶接電源を遮断しワイヤ送給金停
止した後、７秒以上放置し、ワイヤをクレータ部に挿入
したものは、クレータが冷却しすぎてスラグが凝固して
しまうため、ワイヤをクレータに接触しても、溶接金属
表面の凝固した高抵抗のスラグにより、ワイヤは直接溶
接金属に接触できない。このため溶接開始時、溶接電源
を通電し、ワイヤ送給を開始しても、アークが発生せず
溶接開始できなかった。

また、溶接終了時、溶接電源を遮断しワイヤ送給金停止
した後、放置時間が５秒以内であっても、突き出し長が
１９ｍｍ未満では、溶接開始時、溶接電源を通電しワイ
ヤ送給金開始した時、溶接トーチのチップとワイヤが溶
着し、ワイヤ送給できないため、溶接開始することがで
きない。

さらに、溶接終了時、溶接電源を遮断しワイヤ送給金停
止した後、放置時間が５秒以内であっても、溶接開始時
の突き出し長が５０朋を超えるものについては、溶接電
源を通電しワイヤ送給金開始した時に、ワイヤが溶接ト
ーチのチップ先端から溶は落ちてしまい、ワイヤはさら
に送給されるが、ワイヤ先端は凝固したスラグで覆われ
たクレータに接触するため、アークは発生せず溶接開始
できなかった。

第　　１　　表 第　　２　　表 以上の予備実験の結果から、本発明方法が示す溶接方法
、即ち前パスでの溶接電源遮断後５秒以内に、ワイヤを
溶接金属に接触できるよう挿入し、消耗電極の突き出し
長を１０〜５０朋の範囲に調整することにより、多層盛
溶接でも良好なアークスタートができることがわかった
。

なお、ワイヤ接触検出器は、たとえば、第１図に示すよ
うに、スイッチ１４電源１５および電流検出器１６を、
溶接電源１の出力端子の両端に接続ｊ−、ワイヤ接触検
出時、制御器の信号により、スイッチ１４を接触させ、
ワイヤ７と鋼板４の間に適当な電圧をあたえる。ワイヤ
７、が鋼板４に電気的に接触していない時は、電源１５
よりスイッチ１４から溶接電源１を経由して、電流検出
器１６ヲ通る検出電流■が流れる。

一方ワイヤ７が鋼板４に電気的に接触したときは、溶接
電源全経由する検出電流■の他に、電源１５よりスイッ
チ１４からワイヤ７および鋼板４を経由して、電流検出
器１６ヲ通る検出電流■′が流れる。

したがって、ワイヤ７が鋼板４に電気的に接触したとき
、電流検出器での検出電流はＩ　＋　Ｉ’となり、接触
しないときの検出電流■に比べ太きい。

よって、制御器では検出電流の値が、ある設定値■ｏよ
り小さい場合には、ワイヤ７が鋼板４に電気的に接触し
ていないものと判断し、ワイヤ送給機２′（ｆ−起動し
、検出電流の値が設定値■。より大きい場合には、ワイ
ヤ７が鋼板４に電気的に接触しているものと判断し、ワ
イヤ送給機２を停止させることができる。

また、６パス目の突き出し長を、所定の長さに設定する
方法の一例を以下に示す。

■パス目の突き出し長ｌ、とし、■から５パス目までの
ビード高さの積算値ｉｈとし、６パス目の突き出し長ｋ
１６とすれば、溶接トーチ３の移動距離Ｚは Ｚ＝１６＋ｈ−６゜ でもとめることができる。

一方、５パス目までの送給したワイヤ長およびワイヤ径
から求められる溶着金属の体積と、溶接長から溶着金属
の断面積が算出でき、開先形状は第４図に示す形状であ
るため、ビード高さｈは台形の高さとしてもとめること
ができる。

このような方法で、Ｚの値を算出し、モータ６を用い溶
接トーチ３を移動することにより、６パス目の所定の突
き出し長を設定することができる。

つぎに本発明方法を、従来方法の高周波アークスタータ
を用いる方法およびアークを切らずに連続的に多層盛溶
接を行う方法と比較し、さらに詳細に説明する。

（実施例） 実施例に用いる本発明方法の溶接装置は、第１図に示す
もので、予備実験に用いた溶接装置と同じもので、制御
器１１のプログラムのみ１〜２バス目および３〜７パス
目の突き出し長を、３０および２５ｍｍとなるよう、ま
た、前層の溶接終了時、溶接電源を遮断してから、ワイ
ヤを溶接ビードのプールに接触させるため、ワイヤ送給
機２を起動するまでの放置時間を、３秒となるよう変更
した。

従来の高周波アークスタータを用いた溶接装置は、第２
図に示すように、本発明方法に用いた第１図のワイヤ接
触検知器１２のみを取り除き、高周波アークスタータ１
３を接続したもので、制御器１１のプログラムにより、
１〜２バス目および３〜７パス目の突き出し長を、３０
および２５朋となるよう、また、溶接開始時高周波アー
クスタータ１３を、溶接電源１およびワイヤ送給機２と
同時に起動し、高周波アークスタータによるアークスタ
ートができるようにした。

また、従来方法のアークを切らずに連続的に多層盛溶接
する方法に用いた溶接装置は、第２図に示す高周波アー
クスタータを用いる方法の溶接装置をそのまま用い、制
御器１１プログラムのみを変更し、各層の溶接終了時、
溶接ビードの終端部でアークを切らず、そのまま次層の
溶接を開始するようにした。

これらの溶接装置を用い、第４図に示す開先形状のＪＩ
Ｓ　　Ｇ３１０１相等の構造用鋼板金、第１表に示す溶
接条件にて（ただし、従来方法のアークを切らずに、連
続的に多層盛溶接する方法では、パス間温度は無視した
）往復溶接した。

各パスでの溶接開始時、無人でアークスタートできたも
のを良好とし、無人でのアークスタートに失敗し、人間
がスタート部のスラグを除去した後、アークスタートし
たものを不良と評価し、また、７パス溶接後の溶着金属
を、ＪＩＳ　　ｚ３１１２溶着金属の衝撃試験方法に従
って、吸収エネルギを測定し、船級協会溶接材料規格Ｎ
Ｋ　　ＫＳＷＩのじん性を満足したものを良好、満足し
なかったものを不良と評価し、さらに、アークスタート
評価およびじん性評価が良好なものは総合評価を良好と
し、アークスタートまたはじん性の評価が不良なものは
総合評価を不良と評価し、これらの結果を第３表に示す
。

第３表より、本発明方法は％２から７ノ々スまで良好な
アークスタートができ、溶接金属のじん性も良好である
ため、総合評価も良好であった。しかし従来方法の高周
波アークスタータを用いる方法は、４バス目以後はクレ
ータ部のスラグが厚いため、良好なアークスタートがで
きず不良であった。また、アークを切らず連続して多層
盛溶接する方法は、パスを重ねるごとに溶接部の温度が
上昇し、溶接金属のしん性が低下し不良であった。

（発明の効果） 以上のように本発明のアーク溶接方法は、多層盛溶接の
自動化における最大の問題点であるアークスタート方法
を改善することができるため、今後、溶接工程の省力化
に太いに貢献できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例の本発明方法に用いた溶接装置のブロッ
ク図、第２図は実施例の従来方法に用いた溶接装置のブ
ロック図、第３図は高周波スタータを取り付けた一般的
な溶接装置の模式図、第４図は基礎実験および実施例に
用いた鋼板および開先の寸法形状を示す説明図である。 １：溶接電源　　　　２：ワイヤ送給機３：溶接トーチ
　　　　４：鋼板 ５：走行台車　　　　　６：モータ ７：ワイヤ　　　　　　８：チップ ９：溶接金属　　　　１０ニスラグ １１：制御器　　　　　　１２：ワイヤ接触検出器１３
：高周波アークスタータ　１４：スイッチ１５：電源　
　　　　　１６：電流検出器ｌ：突き出し長

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 往復溶接を行う多層盛溶接方法において、最終パス以外
   の各パスの溶接終了時、溶接電源遮断後５秒以内に消耗
   電極を送給し、溶接金属に電気的に接触させ、消耗電極
   の送給を停止させるとともに、溶接開始時の消耗電極の
   突き出し長が、１０〜５０ｍｍの範囲になるよう溶接ト
   ーチ高さを調整することを特徴とする消耗電極式アーク
   溶接方法。