JPS639911B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、二つの部品を接合する方法に係り、
更に詳細には二つの部品をアーク溶接によつて接
合する方法に係る。

多くの従来の交流（AC）或いは直流（DC）ア
ーク溶接方法に於ては、先ず二つの溶接部品の選
ばれた面の間に接触線が形成される。その後、溶
接電極が前記溶接部品の接触線に沿つた位置に溶
接部品と相対して配置され、溶接電極と溶接部品
との間にアークギヤツプが形成される。通常、ア
ークギヤツプを横切る電子流れに適した雰囲気を
形成すべくアークギヤツプには不活性ガスが供給
される。その後アークギヤツプ間に電圧が与えら
れ、溶接部品へパワーの流れを供給する電子流れ
がギヤツプ間に生じる。溶接部品の接触線の上を
電極が一回通過するように、電極と溶接部品との
相対位置が変化させられ、一方電極下の溶接部品
の材料を溶かすのに十分なパワーが溶接部品に供
給される。電極が通過した後、溶接部品の溶かさ
れた材料の凝固により溶接部品はその接触線に沿
つて溶接されることとなる。

上述の如き従来のアーク溶接方法に於ては
時々、特に比較的薄い部品を溶接する場合に、溶
接部品の過熱を防ぐ目的で溶接部品上でのパワー
密度のレベルを正確に制御することが必要とされ
る。何故ならばかかる過熱の結果として溶接点が
低品質となることがあるからである。溶接部品が
過熱された場合、例えば溶接点が破壊され易くな
つたり、通常の運転条件下で使用される時でも溶
接点が長持ちしなくなることがある。また、溶接
点が流体密でなくなることもある。従つて溶接部
品上でのパワー密度のレベルを正確に制御する目
的で、アーク溶接電源の複雑な電流プログラムが
用いられる。この電流プログラムは、比較的複雑
で高価格で操作の難しい電子機器をアーク溶接電
源の一部分として使用することにより達成され
る。電源の多用性を最大にする目的で、異る種類
の材料を溶接する時や異る寸法、例えば異る厚
さ、を有する溶接部品を溶接する時に溶接部品上
でのパワー密度のレベルが変化され得るべく、電
流プログラムとそれに対応する電子機器は調節が
可能でなければならない。

従つて本発明の目的は、比較的単純で有効な且
比較的信頼性が高く安価なアーク溶接の方法を提
供することである。

本発明の方法によれば、二つの比較的薄い部品
がアーク溶接電源の電流プログラムを有しないア
ーク溶接により接合される。

本発明の上記目的と他の目的は、以下の二点を
含むアーク溶接方法により達成された。その二点
とは、溶接部品の二面間に接触境界線を形成すべ
く二つの溶接部品をまとめて支持すること、及び
溶接部品間の接触境界線に沿つた位置に於て電極
の先端と溶接部品との間にアークギヤツプを形成
すべくアーク溶接電極を溶接部品に相対して配置
することである。アークギヤツプへ不活性ガスを
供給することにより、電子流れに適する雰囲気が
アークギヤツプに形成される。その後、アークギ
ヤツプ間に電圧が与えられ溶接部品へパワーの流
れを供給する電子流れをギヤツプ間に生ぜしめ
る。一方、このパワーを接触境界線に沿つて溶接
部品に供給するために電極と溶接部品との相対位
置が変化させられる。溶接部品上で溶接部品を溶
かすのに十分高く且溶接部品の過熱が可能である
ような予め決められたパワー密度レベルより低い
パワー密度レベルとなるように、電極と溶接部品
の相対運動の速度は調節される。アークギヤツプ
へのパワー流れの強さ及び電極と溶接部品との相
対運動の速度は制御され、また電極は接触境界線
上を複数回繰返して移動される。このことによ
り、溶接部品へ加えられるパワー流れの累積、即
ち加えられるエネルギの総計、が溶接部品を接触
境界線に沿つて溶接するのに十分な大きさとな
る。この方法を使用することによつてアーク溶接
電源の複雑な電流プログラムを使用する必要性な
しに特に高品質の溶接点が形成される。電流プロ
グラムは必要ない。何故ならば、溶接部品上のパ
ワー密度レベルが電極と溶接部品との相対運動の
速度を調節することにより制御されるからであ
る。また、溶接部品上を電極が通過する回数とア
ークギヤツプへ供給されるパワーの大きさと電極
と溶接部品との相対運動の速度とを調節すること
によつて溶接部品へ加えるパワー流れの望ましい
累積量が得られるからである。

本発明の他の目的と利点は、以下に添付の図を
参照しつつ記述する詳細な説明によつて明らかと
なろう。

図に於て、本発明の原理により第一の溶接部品
２と第二の溶接部品３とを接合するアーク溶接装
置１０が図示されている。アーク溶接装置１０は
回転可能な溶接部品ホルダ１２と、溶接電極１５
を支持しているスタンド１４と、電源１６と、ホ
ルダ１２を溶接電極１５に対して相対的に回転さ
せるモータ装置１７とを含んでいる。溶接電極１
５の材質はタングステン或いは他の適当な電極材
料である。アーク溶接装置１０は特に薄いアルミ
ニウムのような材料で作られた部品２と３とを溶
接することに適している。もし従来の溶接技術に
よつてかかる部品２と３とが溶接される場合、通
常アーク溶接電源の複雑な電流プログラムが必要
とされるであろう。また装置１０は必要であれば
他の多くの種類の部品２と３との溶接に使用され
ることが可能である。

溶接部品２及び３は他の多くの形状を有するこ
とも可能であり、ホルダ１２によつて他の多くの
方法で共に支持され溶接部品２及び３の二面間に
接触線４が形成されることも可能である。例えば
図に示されているように、溶接部品２及び３は比
較的薄い殻の円管部材であり、第一の溶接部品２
は円筒状の底部７を有しその内径が第二の溶接部
品３の円筒状の頂部５の外径よりやや大きく、よ
つて第一の溶接部品２は第二の溶接部品３の上に
擦り合うように嵌合されている。加えて、溶接部
品２及び３を望ましい方式で共に支持することを
助けるために、第二の溶接部品３は第一の溶接部
品２の底部７の底縁を支持すべく設計されたスカ
ート部６を有している。

稼動状態に於て、溶接部品２と３との面間の接
触線４が電極１５の先端部１９と一直線上に近接
して配置されるべく、溶接部品２及び３はホルダ
１２によつて支持されている。更に、溶接部品２
及び３は電極１５が溶接部品２及び３の接触線４
に相対して位置するように支持され、電極１５の
先端部１９と溶接部品２及び３の接触線４との間
にアークギヤツプ８が形成される。不活性ガスが
不活性ガス供給源（図示されていない）からスタ
ンド１４の電極部分内の流路１１を通してアーク
ギヤツプ８へ供給される。アークギヤツプ８の不
活性ガスは、電極１５の先端部１９と溶接部品２
及び３との間の電子流れに適した雰囲気を与え
る。

溶接部品ホルダ１２はモータ装置１７により回
転され、溶接部品２及び３が電極１５に相対的に
回転する。電極１５が溶接部品２及び３の接触線
４の上を連続的に通過するように溶接部品２及び
３位置は電極１５の先端部１９に対して相対的に
移動させられる。溶接部品２及び３が回転させら
れると同時に、電源１６はアークギヤツプ８を横
切る電子流れを発生させるのに十分な電圧をアー
クギヤツプ間に供給し、溶接部品２及び３にパワ
ー流れが供給される。電気導線２１と２２とはそ
れぞれ電源１６を電極１５と溶接部品２及び３と
に電気的に結合する。

溶接部品２及び３上のパワー密度レベルは、電
子流れを受ける溶接部品２及び３の表面に与えら
れる単位面積当りのパワーの量である。電源１６
からのパワー出力を一定とした場合、溶接部品２
及び３上でのパワー密度レベルは電子流れを受け
る表面の面積と電極１５と溶接部品２及び３との
相対運動の速度とによつて決定される。このパワ
ー密度レベルは溶接部品２及び３の電極１５に対
する回転速度を低下させることにより増大する。
逆に、このパワー密度レベルは溶接部品２及び３
の電極１５に対する回転速度を上昇させることに
より減少する。

本発明によれば、溶接部品２及び３をその接触
線に沿つて溶かすのに十分な選ばれたパワー密度
レベルを溶接部品２及び３上へ供給するために、
電源１６によつて或る知られたパワー流れが供給
され、図には示されていない適当な公知の速度制
御手段を備えたモータ装置１７によつて溶接部品
２及び３の回転速度が制御される。しかしながら
溶接部品２及び３の過熱が起り得るパワー密度レ
ベルが事前に決定されそのレベル以下のパワー密
度レベルを選択することによつて溶接部品２及び
３過熱の問題は解決される。この事前に決定され
るパワー密度レベルは個々の溶接部品２及び３物
性、例えば厚さや材料の種類に依存し、試行錯誤
或いは個々の溶接部品２及び３の熱伝導の性質や
他のかような性質に基いた計算によつて決定が可
能である。

比較的薄殻の溶接部品２及び３の過熱を防ぐた
めに、通常、電極１５が溶接部品２及び３の間の
接触線上を一回通過しただけでは溶接部品２及び
３の間に高品質（強く耐久性があり流体密）の溶
接点を形成するには不十分で或る程度の比較的低
いパワー密度レベルを選択する必要がある。その
代わりに、溶接部品２及び３をその接触線４に沿
つて完全に適切に溶接するのに十分なレベルに溶
接部品２及び３へのパワーの流れの累積量が達す
るように、電極１５は接触線４上を繰返し通過す
ることが必要である。この溶接部品２及び３への
パワー流れの累積量は溶接工程中に溶接部品２及
び３へ与えられるエネルギの総量である。

物理学的観点からいえば、接触線４上を溶接電
極１５が通過するとき溶接部品２及び３が幾らか
溶解し、電極１５が通過した後溶接部品２及び３
の溶かされた部分は引き続いて凝固する。しかし
ながら過熱を防ぐために通常、パワー流れの大き
さと溶接部品２及び３の回転速度とを調節するこ
とによりパワー密度レベルを制御して、一回の通
過の間に起こる材料の溶解と凝固の量が溶接部品
２及び３の間に良質の溶接点を形成するには不十
分であるようにすることが必要である。接触線４
上を電極１５を複数回通過させることによつて、
十分な溶解と凝固が得られ溶接部品２及び３の間
に良質の溶接点が形成される。実際、比較的低い
パワー密度レベルに於ては個々の溶接部分は徐々
に結合されてゆく。このことは部品が部品間の接
触線の上の電極の一回の通過によつて溶接される
従来のアーク溶接方法と比較されるべきである。
実際比較的高いパワー密度レベルに於ては個々の
溶接部分は瞬間的に結合させられる。これらの従
来の方法に於て、溶接部品上のパワー密度レベル
は電源の電流プログラムにより事前に決められた
性格の電流を供給することによつて制御されてい
る。この電流プログラムは通常かなり複雑であ
る。何故ならば溶接部品へのパワー流れは溶接部
品の過熱なしに電極のただ一回の通過の間に溶接
部品を溶接するのに十分な大きさでなければなら
ないからである。またもし高品質の溶接点が望ま
れる場合、電流プログラムは材料の厚さや他の因
子の変化を考慮しなければならない。加えて、電
流プログラムは溶接部品へ望ましいパワー流れの
累積量を供給しなければならない。

本発明の原理によるアーク溶接実施例に於て、
もし溶接部品２及び３のパワー流れの累積量が従
来の一回通過の溶接方法によるアーク溶接に於て
良質の溶接点を形成するのに必要なパワー流れの
累積量とほぼ等しく設定された場合、良質の溶接
点が形成されることが観察されたことを記す必要
がある。そこでほとんどの状況下に於て、溶接部
品２及び３の回転速度と溶接部品２及び３の回転
回数とを調節することが望ましい。これによつ
て、電極１５を溶接部品２及び３の間の接触線４
の上をただ一回通過させて溶接部品２及び３を溶
接するのに必要なパワー流れの累積量とほぼ等し
いパワー流れの累積量が得られる。勿論パワー流
れの累積量は溶接されるべき個々の溶接部品２及
び３の特性と形状とに依存するであろう。

本発明が特に比較的薄殻を有するアルミニウム
の溶接部品の交流（AC）電源を用いたアーク溶
接に適していることを更に記す必要がある。例え
ば、溶接部品２及び３はそれぞれ約60mmの円周と
1.6mmの殻を有するアルミニウム円管である場合
を考える。もしアルミニウム円管が毎分75回転で
約18秒間回転させられると従来のパワー流れのレ
ベル（125A（アンペア）、RMS（自乗平均平方
根））により良質の溶接点が形成される。この回
転速度は従来の交流アーク溶接方法に於ける部品
速度の約1.5倍である。

アーク溶接装置１０が、単に溶接部品２及び３
の電極１５に対する相対的な回転速度を調節する
ことによつて異る性質の材料や異る厚さを有する
材料に対しても適用が可能であることを、更に記
す必要がある。また、溶接部品２及び３に於て望
ましいパワー密度レベルを供給することを助ける
ために、部品の速度と共に電源１６の出力パワー
も調節されよう。このように、アーク溶接装置１
０は異る種類の材料にも、異る質量や厚さや形状
を有する様々な型の部品にも適用が可能である。

本発明によるアーク溶接方法が交流（AC）ま
たは直流（DC）の電源１６と共に使用され得る
ことを、更に加えて記す必要がある。また或る状
況下に於ては特に良質の溶接点を形成するため
に、装置１０を材料の高速回転で運転することに
加えて比較的単純な電流プログラムを付加えるこ
とが望ましい。

以上に於ては本発明を特定の実施例について詳
細に説明したが、本発明はこれらの実施例に限定
されるものではなく、本発明の範囲内にて種々の
実施例が可能であることは当業者にとつて明らか
であろう。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の原理に基き二つの部品を溶接する
アーク溶接装置の一例を示す。 ２…第一の溶接部品、３…第二の溶接部品、４
…接触線、５…円筒状の頂部、６…スカート部、
７…円筒状の底部、８…アークギヤツプ、１０…
アーク溶接装置、１１…流路、１２…ホルダ、１
４…スタンド、１５…溶接電極、１６…電源、１
７…モータ装置、１９…先端部、２１…導線、２
２…導線。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 二つの部品をアーク溶接により接合する方法
   にして、 前記二つの部品を両者の間に一つの接触経路を
   形成するように保持することと、 アーク溶接電極をその先端と前記接触経路に沿
   う前記二つの部品上の各点との間にアークギヤツ
   プを形成するように位置決めすることと、 前記電極の先端が前記接触経路上を繰返し移動
   するように前記二つの部品と前記電極との相対位
   置を変えることと、 前記アークギヤツプを横切つて或る所定のパワ
   ー密度の電子流れを生成すべく前記アークギヤツ
   プに電圧を与えることと、 前記電極と前記二つの部品の間の相対的運動の
   速度の大きさと前記アークギヤツプを横切る電子
   流れのパワー密度の大きさとを前記電子流れが前
   記接触線上を複数回繰返して通過したとき初めて
   前記二つの部品が前記接触線に沿つて互いに或る
   予め定められた最終溶接接合状態に達するように
   調節することと、 を含むことを特徴とする方法。