特許 6817092 アーク溶接装置及びアーク溶接方法並びにアーク溶接用磁気制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6817092

(24)【登録日】2020年12月28日

(45)【発行日】2021年1月20日

(54)【発明の名称】アーク溶接装置及びアーク溶接方法並びにアーク溶接用磁気制御装置

(51)【国際特許分類】

   B23K 9/08 20060101AFI20210107BHJP

   B23K 9/00 20060101ALI20210107BHJP

   B23K 9/167 20060101ALI20210107BHJP

   B23K 9/32 20060101ALI20210107BHJP

【ＦＩ】

   B23K9/08 D

   B23K9/00 109

   B23K9/167 E

   B23K9/32 E

   B23K9/32 J

【請求項の数】14

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2017-14341(P2017-14341)

(22)【出願日】2017年1月30日

(65)【公開番号】特開2018-122310(P2018-122310A)

(43)【公開日】2018年8月9日

【審査請求日】2019年9月30日

(73)【特許権者】

【識別番号】000001199

【氏名又は名称】株式会社神戸製鋼所

(74)【代理人】

【識別番号】110002000

【氏名又は名称】特許業務法人栄光特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】田中 伸明

(72)【発明者】

【氏名】高梨 不二雄

【審査官】 正木 裕也

(56)【参考文献】

【文献】 実開昭５２−１５６７２７（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特表２０１２−５１４２９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−３０９５２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１４００３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５８−０７４２７８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｋ ９／０８

Ｂ２３Ｋ ９／００

Ｂ２３Ｋ ９／１６７

Ｂ２３Ｋ ９／３２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

非消耗電極又は消耗電極の一方又は両方からなる２本以上の複数電極が溶接方向に沿って配置され、前記複数電極とワークとの間に溶接電流を印加してアークを発生させるアーク溶接装置であって、
前記複数電極の少なくとも前記ワークの接地接続部に最も近くに配置された電極の、当該電極を挟んだ両脇側に設けた一対の磁気コイルと、
前記一対の磁気コイルを励磁して磁束を発生させるコイル励磁部と、
前記電極と前記一対の磁気コイルとの相対位置、及び前記電極の電流の向きに対する前記一対の前記磁気コイルの電流の向きを変化させて前記アークの方向を制御する制御部と、
を備え、
前記一対の磁気コイルの軸線は、前記ワークの溶接面に対して平行又は傾斜しており、
前記制御部は、前記一対の磁気コイルの極性を、同極性にする設定と、互いに異なる極性にする設定とを有する、
アーク溶接装置。

【請求項2】

前記制御部は、
前記電極が前記一対の磁気コイルの前記溶接方向下流側に配置される場合に、前記一対の磁気コイルの極性を前記溶接方向に関して互いに異なる極性にする設定と、
前記電極が前記一対の磁気コイルの前記溶接方向上流側に配置される場合に、前記一対の磁気コイルの極性を前記溶接方向に関して互いに異なる極性にする設定と、
前記電極が前記一対の磁気コイルの前記溶接方向の中央に配置される場合に、前記一対の磁気コイルの極性を前記溶接方向の上流側が共にＳ極となるようにする設定と、
前記電極が前記一対の磁気コイルの前記溶接方向の中央に配置される場合に、前記一対の磁気コイルの極性を前記溶接方向の上流側が共にＮ極となるようにする設定と、
を有し、
いずれか１つの前記設定を選択して前記アークの方向を制御する、
請求項１に記載のアーク溶接装置。

【請求項3】

前記電極は、前記溶接方向に関して、前記磁気コイルの巻線部全長の中点を中心に、前記巻線部全長の１．５倍以内の範囲に配置される請求項１又は請求項２に記載のアーク溶接装置。

【請求項4】

前記コイル励磁部が前記電極に発生させる磁束密度は１０〜９０ｍＴであり、
前記接地接続部に流れる合計電流と前記磁束密度との比率は１．５〜６０．０である請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のアーク溶接装置。

【請求項5】

前記複数電極の電極同士の間に、周囲ガスを吸引するガス吸引部が設けられた請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載のアーク溶接装置。

【請求項6】

前記複数電極の電極同士の間に、前記電極毎の周囲空間を遮蔽する遮蔽部材が設けられた請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載のアーク溶接装置。

【請求項7】

前記制御部は、前記磁気コイルを前記溶接方向に沿って移動させる請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載のアーク溶接装置。

【請求項8】

前記複数電極は、２電極からなる非消耗電極からなり、２電極間の極間距離が５０〜４００ｍｍである請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載のアーク溶接装置。

【請求項9】

前記非消耗電極に少なくとも１本以上のフィラーワイヤを送給するワイヤ送給ヘッドと、
前記フィラーワイヤに独立して電流を印加するワイヤ電源と、
前記フィラーワイヤに印加する電流と極性の少なくとも一方を変化させるワイヤ電流調整部と、
を備える請求項８に記載のアーク溶接装置。

【請求項10】

前記制御部は、磁気吹き抑制データテーブルが格納された内部メモリを備え、
前記磁気吹き抑制データテーブルは、前記溶接電流に応じた磁気吹き変位量を是正するための前記一対の磁気コイルの駆動電流の情報を含む、
請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載のアーク溶接装置。

【請求項11】

前記磁気コイルの巻線部における導線の巻数が８００〜１６００回であり、
一対の前記巻線部同士の間の距離が８０〜２００ｍｍである請求項１〜請求項１０のいずれか１項に記載のアーク溶接装置。

【請求項12】

非消耗電極又は消耗電極の一方又は両方からなる２本以上の複数電極が溶接方向に沿って配置され、前記複数電極とワークとの間に溶接電流を印加してアークを発生させるアーク溶接方法であって、
前記複数電極の少なくとも前記ワークの接地接続部に最も近くに配置された電極の、当該電極を挟んだ両脇側に設けた一対の磁気コイルを励磁して磁束を発生させ、前記電極と前記一対の磁気コイルとの相対位置、及び前記電極の電流の向きに対する前記一対の前記磁気コイルの電流の向きを変化させる工程を有し、
前記一対の磁気コイルの軸線は、前記ワークの溶接面に対して平行又は傾斜されており、
前記工程では、前記一対の磁気コイルの極性を、同極性にする設定と、互いに異なる極性にする設定と、が選択可能にされた中から、いずれかの設定を選択する、
アーク溶接方法。

【請求項13】

前記工程は、
前記電極が前記一対の磁気コイルの前記溶接方向下流側に配置される場合に、前記一対の磁気コイルの極性を前記溶接方向に関して互いに異なる極性にする設定と、
前記電極が前記一対の磁気コイルの前記溶接方向上流側に配置される場合に、前記一対の磁気コイルの極性を前記溶接方向に関して互いに異なる極性にする設定と、
前記電極が前記一対の磁気コイルの前記溶接方向の中央に配置される場合に、前記一対の磁気コイルの極性を前記溶接方向の上流側が共にＳ極となるようにする設定と、
前記電極が前記一対の磁気コイルの前記溶接方向の中央に配置される場合に、前記一対の磁気コイルの極性を前記溶接方向の上流側が共にＮ極となるようにする設定と、
が設定可能にされた中からいずれか１つを設定して前記アークの方向を制御する、
請求項１２に記載のアーク溶接方法。

【請求項14】

非消耗電極又は消耗電極からなる電極に発生するアークの指向性を制御するアーク溶接用磁気制御装置であって、
Ｕ字型鉄心の各先端部に、それぞれ導線を巻回した一対の巻線部を有する磁気コイルと、
前記磁気コイルを、一対の前記巻線部の間に前記電極を挟んで配置するとともに、溶接方向に沿って移動可能に支持するコイル移動機構と、
前記磁気コイルを励磁して磁束を発生させるコイル励磁部と
前記電極と一対の前記巻線部との相対位置、及び前記電極と前記一対の磁気コイルからの磁束に応じて、前記アーク周囲の外部磁場を変化させる制御部と、
を備え、
前記一対の磁気コイルの軸線は、ワークの溶接面に対して平行又は傾斜しており、
前記制御部は、前記一対の磁気コイルの極性を、同極性にする設定と、互いに異なる極性にする設定とを有する、
アーク溶接用磁気制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、アーク溶接装置及びアーク溶接方法並びにアーク溶接用磁気制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

消耗電極を用いた溶接（Gas Metal Arc Welding：GMAW）又は非消耗電極を用いた溶接（Tungsten Inert Gas：TIG）等のアーク溶接に関して、複数の電極を用いることで能率向上を図る技術が知られている。しかし、複数電極による溶接は、電極同士の電極間距離が短いとアーク干渉が起こる。一方、電極間距離が長くなると磁気吹きが発生しやすくなる。このため、複数電極による溶接では、アーク不安定による溶込み不良やビード外観不良等によって溶接品質が不安定になる問題があった。また、これらのアーク不安定は、溶接姿勢についても影響を受け、例えば、立向きや横向き溶接ではビードの垂れさがりを助長させてしまう問題があった。

【0003】

このような短所を解決するため、例えば、特許文献１，２の技術が知られている。特許文献１の２電極の非消耗電極によるアーク溶接方法では、相対する２本の非消耗電極を陰極として、２本の非消耗電極から交互にアークを発生させて１つの溶融池（以降、１プールと記載）を形成し、この溶融池に添加材を送給しながら溶接を行っている。特許文献１には、このアーム溶接方法は、２本の非消耗電極によって１プールを形成しても、両電極のアークが互いに干渉しないので、溶融池が幅広で安定すると記載される。また、両電極間の間隔に応じてビード幅と溶融池の広がりが調整できることから、積層溶接の際に生じやすい融合不良が解消されると記載される。

【0004】

また、特許文献２の多電極溶接方法では、横向きの多電極溶接において、開先を形成する壁のうち、母材に形成された横向きの開先に対して、その開先の幅方向にトーチ本体の複数の電極を配置する。つまり、特許文献２の方法は、母材と複数の電極との間にアークを発生させて溶接を行う多電極溶接方法であり、開先を形成する壁のうち、一方の壁が他方の壁より下側に位置しているとき、下側の壁に向かってアークが偏向するように複数の電極の姿勢を制御する。これにより、開先の下側の溶融を促進させ、下側が溶込み不足となるのを回避して、オーバーラップ部が発生するのを防止するとともに、上側の溶融金属が垂れるのも抑制する、と特許文献２に記載される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開平５−１３１２７３号公報

【特許文献2】特開２００２−１５３７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、特許文献１は、１プールの溶接を想定したものである。溶接電流をパルス電流としてアークを相互に発生させる方法は、電極間距離が短い場合に起こるアーク干渉にしか効果が得られない。すなわち、入熱を分散させる目的で、図１２に示すように、電極５０１と電極５０３の極間距離を長くして２プールにする場合、磁気吹きの影響を受けることは免れない。同方向電流（例えば１５０Ａ）の場合、電極５０１と電極５０３には、同方向の磁力線Ｂ１，Ｂ２が生じる。特に、ワーク５０５の接地線５０７の接地接続部の制約により、接地接続部を１箇所（図中の位置Ｐ）にしか設置できない場合には、電極５０３と接地線５０７との間に流れる合計電流が、電極５０１と電極５０３との間より大きくなる（Ｉ１＜Ｉ２）。そのため、接地線５０７との接地接続部の位置Ｐに近い電極５０３に、他の部位よりも大きな磁場が発生し、磁気吹き（Ｍｂ１＜Ｍｂ２）が顕著となる。また、引用文献１には、横向きや立向き等の溶接姿勢に関して何ら記載されていない。

【0007】

特許文献２は、複数電極において、横向きの溶接姿勢で発生しがちなオーバーラップやアンダーカットを抑制するものであるが、電極間距離が短く１プールを想定したものであって、２プールに関して何ら考慮していない。また、アーク干渉や磁気吹きの課題についても特に考慮していない。更に、特許文献１と特許文献２とを仮に組み合わせたとしても、２プール以上の溶接において課題となる磁気吹きに関しては解決し得ない。

【0008】

本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、その目的は、溶接姿勢や電極間距離等の施工条件に影響されず、アーク干渉と磁気吹きを抑制することで、高品質の溶接を高能率で実現できるアーク溶接装置及びアーク溶接方法並びにアーク溶接用磁気制御装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の一態様は、非消耗電極又は消耗電極の一方又は両方からなる２本以上の複数電極が溶接方向に沿って配置され、前記複数電極とワークとの間に溶接電流を印加してアークを発生させるアーク溶接装置であって、
前記複数電極の少なくとも前記ワークの接地接続部に最も近くに配置された電極の、当該電極を挟んだ両脇側に設けた一対の磁気コイルと、
前記一対の磁気コイルを励磁して磁束を発生させるコイル励磁部と、
前記電極と前記一対の磁気コイルとの相対位置、及び前記電極の電流の向きに対する前記一対の前記磁気コイルの電流の向きを変化させて前記アークの方向を制御する制御部と、
を備え、
前記一対の磁気コイルの軸線は、前記ワークの溶接面に対して平行又は傾斜しており、
前記制御部は、前記一対の磁気コイルの極性を、同極性にする設定と、互いに異なる極性にする設定とを有する、
アーク溶接装置とすることができる。

【0010】

また、本発明の一態様は、非消耗電極又は消耗電極の一方又は両方からなる２本以上の複数電極が溶接方向に沿って配置され、前記複数電極とワークとの間に溶接電流を印加してアークを発生させるアーク溶接方法であって、
前記複数電極の少なくとも前記ワークの接地接続部に最も近くに配置された電極の、当該電極を挟んだ両脇側に設けた一対の磁気コイルを励磁して磁束を発生させ、前記電極と前記一対の磁気コイルとの相対位置、及び前記電極の電流の向きに対する前記一対の前記磁気コイルの電流の向きを変化させる工程を有し、
前記一対の磁気コイルの軸線は、前記ワークの溶接面に対して平行又は傾斜されており、
前記工程では、前記一対の磁気コイルの極性を、同極性にする設定と、互いに異なる極性にする設定と、が選択可能にされた中から、いずれかの設定を選択する、
アーク溶接方法とすることができる。

【0011】

また、本発明の一態様は、非消耗電極又は消耗電極からなる電極に発生するアークの指向性を制御するアーク溶接用磁気制御装置であって、
Ｕ字型鉄心の各先端部に、それぞれ導線を巻回した一対の巻線部を有する磁気コイルと、
前記磁気コイルを、一対の前記巻線部の間に前記電極を挟んで配置するとともに、溶接方向に沿って移動可能に支持するコイル移動機構と、
前記磁気コイルを励磁して磁束を発生させるコイル励磁部と
前記電極と一対の前記巻線部との相対位置、及び前記電極と前記一対の磁気コイルからの磁束に応じて、前記アーク周囲の外部磁場を変化させる制御部と、
を備え、
前記一対の磁気コイルの軸線は、ワークの溶接面に対して平行又は傾斜しており、
前記制御部は、前記一対の磁気コイルの極性を、同極性にする設定と、互いに異なる極性にする設定とを有する、
アーク溶接用磁気制御装置。

【発明の効果】

【0012】

本発明のアーク溶接装置及びアーク溶接方法によれば、溶接姿勢や極間距離等の施工条件に影響されず、アーク干渉や磁気吹きを抑制でき、高品質な溶接を高能率で実現できる。

【0013】

また、本発明のアーク溶接用磁気制御装置によれば、溶接姿勢や極間距離等の施工条件に影響されず、アーク干渉と磁気吹きを抑制可能な外部磁場を発生できる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】第１構成例のアーク溶接装置の外観図である。

【図2】図１に示すアーク溶接装置の要部斜視図である。

【図3】図２に示すアーク溶接装置の一部拡大図である。

【図4】第１コイルユニット、第２コイルユニット、及び第１溶接トーチ、第２溶接トーチの模式的な上視図である。

【図5】溶接トーチの電極とコイルユニットとの位置関係を示す模式的な説明図である。

【図6】アーク溶接システムの制御ブロック図である。

【図7】アークを溶接方向上流側に向かわせる電磁力を作用させる場合の電極と磁気コイルの位置及び電流方向を表す動作説明図である。

【図8】アークを溶接方向下流側に向かわせる電磁力を作用させる場合の電極と磁気コイルの位置及び電流方向を表す動作説明図である。

【図9】アークを溶接方向に直交する一方の側方に向かわせる電磁力を作用させる場合の電極と磁気コイルの位置及び電流方向を表す動作説明図である。

【図10】アークを溶接方向に直交する他方の側方に向かわせる電磁力を作用させる場合の電極と磁気コイルの位置及び電流方向を表す動作説明図である。

【図11】第２構成例のアーク溶接装置の要部構成図である。

【図12】従来の２プールによるアーク溶接方法における磁気吹きの発生要因を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。
本発明のアーク溶接装置は、アーク溶接を行う構成であれば、特に溶接方式は限定されない。例えば、ＴＩＧ溶接等のガスシールド非消耗電極式アーク溶接法や、ＭＩＧ溶接、炭酸ガスアーク溶接等のガスシールド消耗電極式アーク溶接法にも好適に用いることができる。

【0016】

ここでは、アーク溶接装置として、立向溶接にて上側に向かって移動しながら溶接を行うＴＩＧ溶接を行う装置を例に説明するが、これに限らず、任意の溶接姿勢にも適用でき、横方向や下方向へ向かう溶接にも適用可能である。

【0017】

［第１構成例］
図１は第１構成例のアーク溶接装置の外観図である。なお、本明細書において、Ｚ軸の方向は溶接方向、Ｙ軸の方向は溶接面の法線方向、Ｘ軸の方向は溶接方向と溶接面法線に直交する方向であり、各方向は図１の矢印の方向で示される。

【0018】

アーク溶接装置１００は、後述するアーク溶接システム２００（図６参照）の主要な装置となる。ワーク１３は、開先部１５を有し、ワーク１３の手前側にはレール１１と、レール１１に沿って移動可能なキャリッジ１７が配置される。キャリッジ１７には、アーク溶接装置１００が搭載され、開先部１５の溶接加工がなされる。本構成のアーク溶接装置１００は、レール１１に沿って鉛直方向下方から上方に向けて立向溶接が可能な構成となっている。このアーク溶接装置１００には、その他、後述する各種の電源、ガス供給部、冷却水供給部等が接続される。

【0019】

図２は図１に示すアーク溶接装置１００の要部斜視図である。なお、図２は図１に示すアーク溶接装置１００を、レール１１が下方となるように水平配置した状態で示している。
アーク溶接装置１００のキャリッジ１７は、レール１１と平行に取り付けられたベース２１と、ベース移動用のモータ２９とを有する。ベース２１には、溶接方向上流側（図２の左側）から、第１コイルユニット５７、第１トーチユニット３５、第２トーチユニット３７、第２コイルユニット５９が設けられる。第１トーチユニット３５と第２トーチユニット３７とは、ベース２１上で移動可能とする不図示のスライド部をそれぞれ備える。また、ベース２１は、フィラーワイヤを供給するワイヤリール２３及びワイヤ送給ヘッド２５、ガス吸引部２７、モータ２９、操作部３１、等が設けられ、モータ２９の駆動によりレール１１に沿って移動可能に構成される。

【0020】

図３は図２に示すアーク溶接装置の一部拡大図である。
第１トーチユニット３５は、２軸スライダ４７と、２軸スライダ４７に取り付けられた第１溶接トーチ３９とを有する。第１溶接トーチ３９には図示しないアーク溶接用の電極が内蔵される。第２トーチユニット３７も同様に、２軸スライダ４８と、２軸スライダ４８に取り付けられた第２溶接トーチ４３とを有する。第２溶接トーチ４３にも図示しないアーク溶接用の電極が内蔵される。

【0021】

第１溶接トーチ３９、第２溶接トーチ４３は、２軸スライダ４７，４８によって、それぞれ独立に移動可能になっている。２軸スライダ４７，４８は、ワーク１９の開先の幅方向であるＸ軸方向に第１溶接トーチ３９、第２溶接トーチ４３をスライド、すなわち、オシレートする横スライド部５１と、ワーク１９の厚さ方向であるＹ軸方向に溶接トーチをスライドさせる縦スライド部５３とをそれぞれ有する。

【0022】

横スライド部５１及び縦スライド部５３は、図示しないモータの動力を伝達する動力伝達機構等を有し、各溶接トーチの電極をそれぞれＸ軸方向、Ｙ軸方向に自動でスライドさせる。また、溶接途中に各溶接トーチをウィービング動作させることも可能である。

【0023】

第１コイルユニット５７は、第１溶接トーチ３９をＸ軸方向に挟むように、一対の磁気コイル６５，６７を備える。磁気コイル６５，６７は、コアとなる鉄心６９と、導線が巻回された巻線部６８とを備え、アークを偏向させる外部磁場を発生させる。鉄心６９の形状は特に問わないが、例えば、馬蹄型（Ｕ字型）であってもよい。その場合、Ｕ字型の一対の先端部にそれぞれ巻線部６８を設ければよい。

【0024】

第２コイルユニット５９は、第１コイルユニット５７と同じ構成であり、第２溶接トーチ４３をＸ軸方向に挟むように、一対の磁気コイル６５，６７を備える。磁気コイル６５，６７は、コアとなる馬蹄形（Ｕ字型）の鉄心６９と、導線が巻回された巻線部６８とを備える。

【0025】

第１コイルユニット５７、第２コイルユニット５９は、Ｙ軸方向と平行に配置された溶接トーチ３９，４３からトーチ間の外側に傾斜して配置される。したがって、各磁気コイル６５，６７は、溶接トーチ３９，４３の両脇に鉄心６９の先端が斜め方向から挿入された状態で配置される。

【0026】

第１コイルユニット５７は、コイル移動機構７１によって支持される。コイル移動機構７１は、ベース２１に一端部が固定され、第１コイルユニット５７を支持する。コイル移動機構７１は、Ｚ軸方向、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向へのスライダを備え、第１コイルユニット５７を溶接トーチ３９との相対位置を変更可能に支持する。

【0027】

第２コイルユニット５９は、コイル移動機構７１と同様の構成のコイル移動機構７２によって、溶接トーチ４３との相対位置を変更可能に支持される。

【0028】

なお、コイル移動機構７１，７２は、第１コイルユニット５７、第２コイルユニット５９を、モータ駆動により移動させる構成であってもよく、手動により移動させる構成であってもよい。更に、コイル移動機構７１，７２は、第１コイルユニット５７、第２コイルユニット５９を、所望の位置に固定するだけの機構であってもよい。

【0029】

また、第１溶接トーチ３９と第２溶接トーチ４３との間には、ガス吸引部２７が配置される。ガス吸引部２７は、第１溶接トーチ３９と第２溶接トーチ４３の中間位置に配置され、第２溶接トーチ４３から発生するスパッタやヒュームを含む周囲ガスや、余剰なシールドガスを吸引する。吸引量は、０．１〜２．０（ｍ³/分）の範囲で行うことが好ましい。

【0030】

なお、ガス吸引部２７の代わりに、溶接トーチ毎に周囲空間を遮蔽する板材等の遮蔽部材を、溶接トーチ同士の間に設けてもよい。更に、ガス吸引部２７と遮蔽部材とを共に設けてもよい。

【0031】

上記した２軸スライダ４７，４８は、ワーク１９の形状に応じて第１溶接トーチ３９と第２溶接トーチ４３による溶接位置や、溶接トーチ間隔を変更する。また、コイル移動機構７１，７２は、溶接トーチ３９，４３の移動に追従させ、且つ溶接トーチ３９，４３と各磁気コイル６５，６７との相対位置を変更する。

【0032】

図４は第１コイルユニット５７、第２コイルユニット５９、及び第１溶接トーチ３９、第２溶接トーチ４３の模式的な上視図である。
第１コイルユニット５７と第２コイルユニット５９は、馬蹄型（Ｕ字型）の鉄心６９の開放端側を向き合わせ、巻線部６８の軸線方向がＺ軸方向と平行にして配置される。第１溶接トーチ３９が有する電極４１と、第２溶接トーチ４３が有する電極４１との電極間距離Ｗｔは、５０ｍｍ〜４００ｍｍであることが好ましい。電極間距離Ｗｔが５０ｍｍ以上であることでワークへの入熱量を抑制でき、４００ｍｍ以下であることで、ビード外観をより良好にできる。

【0033】

図５は溶接トーチの電極とコイルユニットとの位置関係を示す模式的な説明図である。なお、図示例では第１コイルユニット５７と第１溶接トーチ３９のみ示しているが、第２コイルユニット５９と第２溶接トーチ４３についても同様である。図５は、磁気コイル６５，６７のコイル軸線Ｌｘに垂直な方向から見た平面図であり、図中の第１溶接トーチ３９の電極４１は、電極先端位置を示している。

【0034】

磁気コイル６５，６７は、電極４１を中心として各コイル軸線Ｌｘが平行に配置される。る。電極４１は、溶接方向であるＺ軸方向に関して磁気コイル６５，６７と相対移動可能に配置される。この相対移動可動な距離Ｌｓは、磁気コイル６５，６７の巻線部６８における軸線方向全長Ｌｃの中点Ｏｃを中心として、巻線部６８の軸線方向全長Ｌｃの１．５倍以内が好ましい。

【0035】

つまり、電極４１と磁気コイル６５，６７とは、前述の２軸スライダ４７，４８の横スライド部５１、及びコイル移動機構７１，７３によって、双方の相対位置が距離Ｌｓの間で変更可能となっている。

【0036】

磁気コイル６５，６７は、巻線部６８における導線の巻数が１６００回であり、それぞれの磁気コイル６５，６７のコイル軸線Ｌｘ同士の軸間距離Ｗｃが、８０ｍｍ〜２００ｍｍの範囲であるものを使用できる。導線の巻き数が８００回以上であることで磁界の不足が生じず、１６００回以下であることで磁気コイル外径の肥大化が生じない。また一対の巻線部同士の間の距離が８０ｍｍ以上であることで磁気コイルと電極の干渉を抑制でき、２００ｍｍ以下であることで磁界の不足が生じにくくなる。なお、上記した軸間距離Ｗｃは、構成部品の形状に応じて適宜に増減される。また、アーク点に与える所望の磁束密度に応じて上記した導線の巻き数も適宜に増減される。

【0037】

これら電極４１と磁気コイル６５，６７との相対位置は、後述するように、電極４１から発生するアークを偏向させる調整パラメータとなる。

【0038】

図６はアーク溶接システム２００の制御ブロック図である。
アーク溶接システム２００は、キャリッジ１７に搭載されるアーク溶接装置１００とは別途に設けられた制御部７３を有する。

【0039】

制御部７３は、アーク溶接装置１００を構成する各部の動作を制御する。例えば、制御部７３は、モータ２９によるキャリッジ１７の移動、２軸スライダ４７，４８による第１溶接トーチ３９、第２溶接トーチ４３のスライド、コイル移動機構７１，７２による第１コイルユニット５７、第２コイルユニット５９のスライド、ワイヤ送給ヘッド２５によるフィラーワイヤの供給、等の動作を制御する。

【0040】

また、制御部７３には、第１コイルユニット５７、第２コイルユニット５９の磁気コイル６５，６７（図３参照）へ電力を供給するコイル励磁部６１が接続される。制御部７３は、コイル励磁部６１から入力されるコイル励磁用の電力を、第１コイルユニット５７、第２コイルユニット５９にそれぞれ出力する。また、制御部７３は、磁気コイル６５，６７へ供給する電力量を制御し、電流の向きを反転させる機能を有する。このように、制御部７３は、励磁極性を反転させたり、コイル移動機構７１，７２によりコイル位置を変更させたりすることで、第１溶接トーチ３９と第２溶接トーチ４３のアーク周囲における外部磁場を変化させる機能を有する。また、励磁極性の反転や、コイル位置の移動は、制御部７３が行ってもよいが、制御部７３とは別体に設けたコントローラ等により行ってもよい。

【0041】

制御部７３は、キャリッジ１７に搭載された中継部３３を介して操作部３１に接続される。操作部３１は、溶接条件やコイルユニットの制御条件等を設定する、不図示の操作ボタンや表示部等を有する。各操作ボタンにより、ユーザからの溶接作業において定められた溶接条件の設定を変更する操作や、溶接作業を開始する操作等を受け付ける。また、操作部３１は、外部メモリとのコネクタを有し、コネクタに接続された外部メモリに、溶接作業中に制御部７３から転送された溶接条件を記憶させる。外部メモリは、操作部３１に対して装脱着可能に設けられる記憶媒体であり、例えば、汎用的、大容量、小型の観点からフラッシュメモリが用いられるが、これに限らない。

【0042】

操作部３１の表示部は、液晶モニタ等により構成され、溶接条件の内容やエラー情報等を表示する。ここで、エラー情報とは溶接作業前や溶接作業中に発生したエラーに関する情報である。エラー情報には、例えば、アーク切れ、アークストップ、電極短絡、サーボ異常、電源異常等のエラーに関する情報が含まれる。

【0043】

また、アーク溶接システム２００は、第１溶接トーチ３９と第２溶接トーチ４３の各電極に溶接電圧を印加し、アークを発生させるＴＩＧ溶接電源７５Ａ，７５Ｂ、ワイヤ送給ヘッド２５を介してそれぞれの電極のフィラーワイヤに電力を供給するＭＣ電源７７Ａ，７７Ｂ、各溶接トーチに冷却水を循環させる冷却水循環駆動部７９、各溶接トーチにシールドガスを供給するシールドガス供給駆動部９１を備える。これらもそれぞれ制御部７３に接続されて駆動制御される。

【0044】

ＴＩＧ溶接電源７５Ａ，７５Ｂは、第１溶接トーチ３９と第２溶接トーチ４３の各電極とワークとの間に溶接電圧を印加する。また、ＭＣ電源７７Ａ，７７Ｂは、フィラーワイヤを通じて周知のアーク調整用電圧を供給する。ＴＩＧ溶接電源７５Ａ，７５Ｂ、ＭＣ電源７７Ａ，７７Ｂの各接地線Ｅは、ワークの接地接続部を介してワークに接続される。

【0045】

シールドガス供給駆動部９１は、圧力制御器９３の設けられたＡｒガスボンベ９５に、ガスホース９７を通じて接続され、Ａｒガスボンベ９５から送給されるアルゴンガスを、ガスホース９９を通じて、第１溶接トーチ３９と第２溶接トーチ４３に供給する。

【0046】

冷却水循環駆動部７９は、第１溶接トーチ３９及び第２溶接トーチ４３に冷却水を循環させる。冷却水循環駆動部７９は、これら溶接トーチから戻された冷却水を熱交換により所定温度まで冷却した後、再びそれぞれの溶接トーチに供給して冷却を行う。

【0047】

アーク溶接システム２００は、全ての制御を一つの制御部７３で実施してもよいが、用途ごとに、それぞれ別体の制御部を設けてもよい。例えば、ＴＩＧ溶接電源７５Ａ，７５Ｂから電極とワークとの間に供給される電力や、ＭＣ電源７７Ａ，７７Ｂからフィラーワイヤに供給される電力を制御する制御部、コイル励磁部６１からコイルユニットに供給される電力を制御する制御部等を、制御部７３とは別に設けてもよい。

【0048】

また、制御部７３は、溶接作業中、溶接条件を制御部７３の内部メモリに記憶し、内部メモリに記憶した溶接条件を、操作部３１のコネクタに接続された外部メモリへ転送する。

【0049】

次に、上記構成のアーク溶接装置１００の作用を説明する。
以下、図７〜図１０を用いて、磁気コイルにより外部磁場を生成し、アーク干渉や磁気吹きを抑制する様子を説明する。
図７はアークを溶接方向上流側に向かわせる電磁力を作用させる場合の電極と磁気コイルの位置及び電流方向を表す動作説明図である。なお、第１コイルユニット５７と第２コイルユニット５９、及び第１溶接トーチと第２溶接トーチ４３とはそれぞれ同一の構成であるため、双方において同じ作用が得られる。

【0050】

電極４１と磁気コイル６５，６７との相対位置と、磁気コイル６５，６７に印加する電流、電流方向によって、磁束密度及び磁力線が変化する。例えば、直流電流、電極マイナス極性（ＤＣＥＮ）の条件の場合、電極４１を磁気コイル６５，６７の溶接方向ＷＤの下流側に配置し、磁気コイル６５に溶接方向ＷＤの上流側がＮ極となるように電流を流し（図中矢印Ｄ１方向）、磁気コイル６７に溶接方向ＷＤの下流側がＮ極となるように電流を流す（図中矢印Ｄ２方向）。すると、磁気コイル６５による磁力線ＬＭＦ１と、磁気コイル６７による磁力線ＬＭＦ２と、電極４１による磁力線ＬＭＦ３との方向が、電極４１の溶接方向ＷＤの下流側で同じ向きに揃い、磁束密度が高くなる。一方、電極４１周囲の他の部位では、磁気コイル６５，６７及び電極４１からの磁力線の方向が一致せず、磁束密度が相対的に低くなる。その結果、溶接時に電極４１から発生するアークには、主に磁束密度の高い部位の合成磁力線ＬＭＦが作用して、溶接方向ＷＤの上流側に向かう電磁力ＥＭＦが作用する。

【0051】

アークに作用する電磁力ＥＭＦの方向は、電極４１、磁気コイル６５，６７の電流の向きと、電極４１と磁気コイル６５，６７との相対位置とによって変化する。したがって、本構成のアーク溶接装置では、電極４１と磁気コイル６５，６７の電流の向きと、電極４１と磁気コイル６５，６７との相対位置とを、制御部７３（図６参照）が制御することで、アークを溶接方向ＷＤに対して溶接方向上流側に偏向させることが可能となる。

【0052】

図８はアークを溶接方向下流側に向かわせる電磁力を作用させる場合の電極と磁気コイルの位置及び電流方向を表す動作説明図である。
図７に示す場合の印加電流と同じ条件で図８のように電極４１を磁気コイル６５，６７の溶接方向ＷＤの上流側に配置した場合、磁気コイル６５からの磁力線ＬＭＦ１と、磁気コイル６７からの磁力線ＬＭＦ２と、電極４１からの磁力線ＬＭＦ３との方向が、電極４１の溶接方向の上流側で同じ向きに揃い、磁束密度が高くなる。一方、電極４１周囲の田の部位では、磁気コイル６５，６７及び電極４１からの磁力線の向きが一致せず、磁束密度が相対的に低くなる。その結果、溶接時に電極４１から発生するアークには、主に磁束密度の高い部位の合成磁力線ＬＭＦが作用して、溶接方向ＷＤの下流側に向かう電磁力ＥＭＦが作用する。

【0053】

図７と図８に示すように、電極４１と磁気コイル６５，６７との相対位置を、溶接方向ＷＤに沿って変化させることで、電極４１から発生するアークに作用する電磁力の向きを溶接方向ＷＤの上流側又は下流側のいずれの向きに調整できる。また、電磁力の強さは、磁気コイル６５，６７への印加電流を増減することで調整できる。

【0054】

図９はアークを溶接方向に直交する一方の側方（図中右側）に向かわせる電磁力を作用させる場合の電極と磁気コイルの位置及び電流方向を表す動作説明図である。
図７，図８の場合と同様に、直流電流、電極マイナス極性（ＤＣＥＮ）の条件で、電極４１を磁気コイル６５，６７の溶接方向ＷＤの中央に配置し、磁気コイル６５，６７に溶接方向ＷＤの上流側がＮ極となるようにそれぞれ電流を流す（図中矢印Ｄ１、Ｄ２方向）。すると、磁気コイル６７による磁力線ＬＭＦ２と、電極４１による磁力線ＬＭＦ３との方向が、電極４１の溶接方向ＷＤに直交する一方の側方（図中左側）で同じ向きに揃い、磁束密度が高くなる。一方、電極４１周囲の他の部位では、磁気コイル６５，６７及び電極４１からの磁力線の方向が一致せず、磁束密度が相対的に低くなる。その結果、溶接時に電極４１から発生するアークには、主に磁束密度の高い部位の合成磁力線ＬＭＦが作用して、溶接方向ＷＤに直交する他方の側方（図中右側）に向かう電磁力ＥＭＦが作用する。

【0055】

図１０はアークを溶接方向に直交する他方の側方（図中左側）に向かわせる電磁力を作用させる場合の電極と磁気コイルの位置及び電流方向を表す動作説明図である。
図１０の場合は、図９の場合と磁気コイル６５，６７の極性を逆にしている点以外は、図９の場合の条件と同じである。この場合、磁気コイル６５による磁力線ＬＭＦ１と、電極４１による磁力線ＬＭＦ３との方向が、電極４１の溶接方向ＷＤに直交する他方の側方（図中右側）で同じ向きに揃い、磁束密度が高くなる。一方、電極４１周囲の他の部位では、磁気コイル６５，６７及び電極４１からの磁力線の方向が一致せず、磁束密度が相対的に低くなる。その結果、溶接時に電極４１から発生するアークには、主に磁束密度の高い部位の合成磁力線ＬＭＦが作用して、溶接方向ＷＤに直交する一方の側方（図中左側）に向かう電磁力ＥＭＦが作用する。

【0056】

図９、図１０に示すように、電極４１を磁気コイル６５，６７の溶接方向ＷＤの中央に配置し、磁気コイル６５，６７の極性を溶接方向ＷＤに関して同極性にしつつ、電流の向きを変化させることで、電極４１から発生するアークに作用する電磁力の向きを溶接方向ＷＤに直交する一方の側又は他方の側のいずれの向きに調整できる。また、電磁力の強さは、磁気コイル６５，６７への印加電流を増減することで調整できる。

【0057】

このように、アーク溶接装置１００は、溶接方向ＷＤに対して、上流方向、下流方向、及び溶接方向に直交する２方向の合計４方向にアークの偏向方向を制御できるため、例えば、磁気吹きが生じた場合、磁気吹きの方向に対し、逆方向に電磁力を発生させることによって、磁気吹きによる影響をキャンセルできる。

【0058】

ここで、アークにかかる力は、電極位置の磁束密度によって変化し、１０ｍＴを下回るとアークに作用する力が不足し、９０ｍＴを上回るとアークに作用する力が過剰となる。よって、溶接品質を最も安定化しうる範囲として、１０〜９０ｍＴであることが好ましい。また、磁気吹き防止の場合、最も大きくなる磁気吹きの強さは、複数の電極に流れる電流の合計に依存する。よって、最も接地接続部に近い電極（本構成例では第２溶接トーチ４３の電極）において、合計電流と磁束密度の比率（合計電流／磁束密度）の範囲が１．５〜６０．０であることがより好ましい。合計電流と磁束密度の比率を６０．０以下とすることで磁界の不足を生じさせず、１．５以上とすることで磁気コイル外径の肥大化を抑制できる。

【0059】

次に、上記構成のアーク溶接装置１００を用いたアーク溶接方法を説明する。
アーク溶接装置１００は、例えばＬＮＧタンクの側板を溶接する等の用途に適用可能である。つまり、上下方向に沿って延在するワークの開先４９（図３参照）に対して、その延在方向に第１溶接トーチ３９、第２溶接トーチ４３を配置し、ワーク１９と第１溶接トーチ３９の電極及び第２溶接トーチ４３の電極との間にアークを発生させて溶接を行う。側板には、開先４９に沿ってレール１１が取り付けられ、アーク溶接装置１００は、このレール１１をキャリッジ１７が自走する。

【0060】

本構成例において、アーク溶接装置１００は、ＴＩＧ溶接により一対の非消耗電極（電極４１）が、溶接方向に対する上流側と下流側とに一つずつ配置される。これら電極は、図６に示す制御部７３による２軸スライダ４７，４８の位置決め動作により、ＸＹＺ軸方向の所定の溶接位置に配置される。アーク溶接装置１００は、複数電極の内、少なくとも、ワーク１９の接地接続部に最も近い側の電極の両脇に配置される磁気コイル６５，６７により外部磁場を発生させる。

【0061】

アーク溶接装置１００は、第１溶接トーチ３９、第２溶接トーチ４３のそれぞれに生じるアークを、制御部７３により制御される外部磁場によって偏向し、磁気吹きを抑制する。磁気吹きの抑制動作は、予め記憶した磁気吹き抑制データテーブル等の諸データに基づき制御される。磁気吹き抑制データテーブルには、例えば溶接電流に応じた第１溶接トーチ３９、第２溶接トーチ４３に発生する磁気吹き量（変位量）、この磁気吹き変位量を是正するためのそれぞれのコイルユニットの駆動電流等の情報が含まれる。磁気吹き抑制データテーブルは、例えば制御部７３の内部メモリに格納される。アーク溶接装置１００は、制御部７３からこれらコイルユニットの駆動電流を、他の溶接条件と共に操作部３１の外部メモリに記憶させて溶接を行う。これにより、本アーク溶接方法では、第１溶接トーチ３９、第２溶接トーチ４３のそれぞれにおける溶接電流に対応し、アーク発生位置を制御部７３により溶接方向に対して上流側及び下流側、並びに溶接方向に直交する２方向との合計４方向に方向制御し、磁気吹きを抑制した状態で溶接を行うことが可能となる。

【0062】

上記した本構成のアーク溶接装置１００によれば、ワーク１９の接地接続部に最も近接した電極の両脇に、一対の磁気コイル６５，６７が配置される。電極を挟むこれら磁気コイル６５，６７は、磁気コイル６５，６７の軸線がワーク１９の溶接方向に沿う姿勢で配置される。ワーク１９の溶接方向に沿う姿勢とは、ワーク１９に対する磁気コイル６５，６７の軸線が、垂直以外でワーク１９の溶接面に対して平行又は傾斜する姿勢をいう。

【0063】

また、第１溶接トーチ３９と第２溶接トーチ４３の各電極４１は、電極プラス又は電極マイナスとなって、電極周囲に磁場を生じさせる。一方、電極４１を挟む磁気コイル６５，６７にも電流が流れることにより磁場を生じさせる。アークは、これら電極周囲の磁場、及び磁気コイル６５，６７の磁場により偏向する。このアークを偏向する力（電磁力）は、磁力線が揃ったところの合成磁場で強くなる。その電磁力の方向は、電極４１、磁気コイル６５，６７の電流の向きと、電極４１と磁気コイル６５，６７との相対位置によって変化する。そのため、アーク溶接装置では、電極、コイルユニットの電流の向きと相対位置と、を制御部７３により制御して、アークを、溶接方向を含む合計４方向に方向制御することが可能となる。これにより、アーク干渉と磁気吹きを抑制できる。

【0064】

また、アーク溶接装置１００は、電極４１の位置が、一対の磁気コイル６５，６７の間において、磁気コイルの先端から、巻線部全長の１．５倍を超える距離で離れることがない。これにより、アークを偏向するのに必要な電磁力を低電力で確保できる。

【0065】

また、アーク溶接装置１００は、例えば２電極で接地線が１本のみの構成で、各電極に１５０Ａの電流が流れる場合、合計電流は３００Ａとなる。合計電流が大きいほど磁気吹きが大きくなるため、磁気吹きを抑制するためには、より大きい磁束密度が必要となる。そこで、合計電流と磁束密度の比率の範囲を、上記したように１．５〜６０．０とする。

【0066】

また、アーク溶接装置１００は、ガス吸引部２７（又は遮蔽部材）により、溶接方向上流側の溶接トーチの電極（先行極）におけるアークの不安定が抑制される。すなわち、立向き上方向への溶接において、溶接方向下流側の溶接トーチの電極（後行極）におけるシールドガスが開先４９に沿って上昇し、周辺空気を巻き込むことで、先行極のシールドガスを乱すことにより発生する先行極のアーク不安定を抑制できる。なお、このガス吸引部２７（又は遮蔽物）は、特に立向き溶接でアーク安定化の効果が顕著となる。

【0067】

また、アーク溶接装置１００は、コイル移動機構７１，７２の駆動により、第１コイルユニット５７と第２コイルユニット５９との溶接トーチの電極に対する相対位置を任意に変更できる。この相対位置の変更により、アークに作用する電磁力の方向を溶接方向に関して反転させることができる。また、一対の磁気コイル６５，６７は、離間方向（Ｘ軸方向）に移動可能となることにより離間方向中央に容易に電極を位置決めできる。

【0068】

また、アーク溶接装置１００は、第１溶接トーチ３９と第２溶接トーチ４３の電極間距離が５０〜４００ｍｍの範囲に設定される。これにより、電極間の距離が５０ｍｍ以上であることにより入熱を抑制でき、また、４００ｍｍ以下であることによりビード外観が良好となる。

【0069】

また、アーク溶接装置１００は、ＭＣ電源７７Ａ，７７Ｂによりフィラーワイヤへ印加する電流や極性を変化させることによって、フィラーワイヤによる磁場をアークに作用させることができる。このため、第１コイルユニット５７、第２コイルユニット５９による外部磁場の形成に併用することによって、アークの方向制御を補助できる。

【0070】

［第２構成例］
次に、第２構成例のアーク溶接装置を説明する。
図１１は第２構成例のアーク溶接装置の要部構成図である。
本構成例のアーク溶接装置３００は、電極１０７を有する溶接トーチ１０９と、２軸スライダ１１１と、磁気コイル６５、磁気コイル６７と、カメラ１１５とを有する。また、磁気コイル６５，６７は、前述同様のコイル励磁部６１に接続され、制御部７３からの指令によって駆動される。

【0071】

制御部７３は、２軸スライダ１１１、カメラ１１５の他に、図示はしないが、前述と同様のコイル移動機構７１，７２（図３参照）等に接続され、各部を統括制御する。

【0072】

カメラ１１５は、アークを撮像できるように、例えば溶接トーチの近傍に取り付けられる。カメラ１１５は、撮像された画像データを出力情報として出力する。制御部７３は、カメラ１１５から出力された出力情報を内部メモリ等に設けられた画像メモリに保存する。そして、保存された出力情報の画像データを、内部メモリに格納されたプログラムにより処理し、アークの姿勢、例えばアーク中心位置を求める。制御部７３は、求めたアークの姿勢から磁気吹きの偏向量を演算して、この磁気吹きの偏向量に応じてコイル励磁部６１を駆動する。

【0073】

これにより、アーク溶接装置３００は、アークに発生する磁気吹きに応じて、磁気コイル６５，６７に印加される電流、電流方向と、コイル移動機構とを制御し、磁気吹きによるアークの偏向を正常状態に戻すことができる。その結果、磁気吹きを逐次抑制しながら溶接を実施できる。

【0074】

したがって、上記した各構成例のアーク溶接装置１００，３００によれば、溶接姿勢や極間距離等の施工条件に影響されず、アーク干渉と磁気吹きを抑制して、高品質な溶接を高能率で実現できる。

【実施例】

【0075】

次に、上記構成１，２によりアーク溶接を実施した実施例を説明する。なお、ここで説明する溶接条件は一例であり、本発明は以下の溶接条件に限定されるものではない。

【0076】

アーク溶接条件は以下の範囲がより好ましい。
溶接電流：８０〜３００Ａ
アーク電圧：５〜１５Ｖ
溶接速度：５〜３０ｃｍ/ｍｉｎ
電極間距離：５０〜４００ｍｍ

【0077】

上記溶接条件でアーク溶接を実施したところ、構成例１，２共に、アーク干渉や磁気吹きの発生が抑制され、高品質な溶接が行えることが確認できた。

【0078】

このように、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、実施形態の各構成を相互に組み合わせることや、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が変更、応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。

【0079】

例えば、上記した一対の溶接トーチは、それぞれにコイルユニットを配置しているが、ワークの接地接続部に最も近くに配置された溶接トーチ側にのみコイルユニットを配置した構成であってもよい。

【0080】

また、上記した一対の溶接トーチは、いずれも非消耗電極であるが、消耗電極であってもよく、いずれか一方が非消耗電極、いずれか他方が消耗電極とした構成であってもよい。

【0081】

また、上記したアーク溶接装置は、アークを発生させる溶接トーチ側と磁場を発生させるコイルユニット側とを分離した構成としてもよい。その場合、コイルユニット、コイル移動機構、コイル励磁部、制御部とを備えたアーク溶接用磁気制御装置を、任意のアーク溶接装置に付加することで、汎用的に使用可能な装置構成にできる。

【0082】

以上の通り、本明細書には次の事項が開示されている。
（１） 非消耗電極又は消耗電極の一方又は両方からなる２本以上の複数電極が溶接方向に沿って配置され、前記複数電極とワークとの間に溶接電流を印加してアークを発生させるアーク溶接装置であって、
前記複数電極の少なくとも前記ワークの接地接続部に最も近くに配置された電極の、当該電極を挟んだ両脇側に設けた一対の磁気コイルと、
一対の前記磁気コイルを励磁して磁束を発生させるコイル励磁部と、
前記電極と一対の前記磁気コイルとの相対位置、及び前記電極と一対の前記磁気コイルからの磁束に応じて、前記アーク周囲の外部磁場を変化させる制御部と、
を備えるアーク溶接装置。
このアーク溶接装置によれば、ワークの接地線に最も近接した電極の両側に、磁気コイルが配置される。電極を挟むこの磁気コイルは、鉄心の軸線がワークの溶接方向に沿う姿勢で配置される。電極は、電極プラス又は電極マイナスとなって、電極自体に磁場を生じる。一方、この電極を挟む磁気コイルにも電流が流れることにより磁場が生じる。アークは、これら電極自体の磁場、及びそれぞれの磁気コイルの磁場により偏向する。このアークを偏向する電磁力は、各部からの磁力線の向きが揃ったところで強くなる。電磁力の方向は、電極、磁気コイルの電流の向きと、電極と磁気コイルの相対位置と、によって変わる。したがって、アーク溶接装置では、磁気吹きによるアークの偏向を、電極、磁気コイルの電流の向きと、電極と磁気コイルの相対位置と、を制御することによって、アークの磁気吹きによる影響をキャンセルできる。

【0083】

（２） 前記電極は、前記溶接方向に関して、前記磁気コイルの巻線部全長の中点を中心に、前記巻線部全長の１．５倍以内の範囲に配置される（１）のアーク溶接装置。
このアーク溶接装置によれば、電極の位置が、一対の磁気コイルの間において、アークを偏向するのに必要な電磁力を低電力で確保できる。

【0084】

（３） 前記コイル励磁部が前記電極に発生させる磁束密度は１０〜９０ｍＴであり、
前記接地接続部に流れる合計電流と前記磁束密度との比率は１．５〜６０．０である（１）又は（２）のアーク溶接装置。
このアーク溶接装置によれば、例えば２電極で接地線が１本であって、各電極に１５０Ａ流れる場合、合計電流は３００Ａとなる。磁気吹きは、合成される合計電流が大きいほど強く生じるため、磁気吹きを抑制するためには大きい磁束密度が必要となる。そこで、合計電流と磁束密度の比率を６０．０以下とすることで磁界の不足を生じさせず、１．５以上とすることで磁気コイル外径の肥大化を抑制できる。

【0085】

（４） 前記複数電極の電極同士の間に、周囲ガスを吸引するガス吸引部が設けられた（１）〜（３）のいずれか一つのアーク溶接装置。
このアーク溶接装置によれば、複数電極のうち先行極のアークの不安定が抑制される。例えば、立向き上方向への溶接において、後行極のシールドガスが開先に沿って上昇し、この上昇ガスが周辺空気を巻き込んだガスとなって先行極の周囲を覆い、その結果、先行極のアークが不安定になることを抑制できる。

【0086】

（５） 前記複数電極の電極同士の間に、前記電極毎の周囲空間を遮蔽する遮蔽部材が設けられた（１）〜（４）のいずれか一つのアーク溶接装置。
このアーク溶接装置によれば、複数電極のうち先行極のアークの不安定が抑制される。例えば、立向き上方向への溶接において、後行極のシールドガスが開先に沿って上昇し、先行極のシールドガスを乱すことにより発生する先行極のアーク不安定を抑制できる。

【0087】

（６） 前記制御部は、前記磁気コイルを前記溶接方向に沿って移動させる（１）〜（５）のいずれか一つのアーク溶接装置。
このアーク溶接装置によれば、それぞれの磁気コイルが、コイル移動機構により移動自在となる。磁気コイルは、溶接方向に移動されることにより、アークに作用する電磁力の方向を反転できる。

【0088】

（７） 制御部は、前記磁気コイルの励磁極性を反転させる（１）〜（６）のいずれか一つのアーク溶接装置。
このアーク溶接装置によれば、磁気コイルに供給する電流の向きを反転させることで、アーク周囲における外部磁場の磁力線の向きが反転し、発生する電磁力の方向を簡単に反転できる。

【0089】

（８） 前記複数電極は、２電極からなる非消耗電極からなり、２電極間の極間距離が５０〜４００ｍｍである（１）〜（７）のいずれか一つのアーク溶接装置。
このアーク溶接装置によれば、２電極間の極間距離が５０ｍｍ以上であることでアーク干渉や入熱の集中がなくなり、４００ｍｍ以下であることでビード外観が良好となる。

【0090】

（９） 前記非消耗電極に少なくとも１本以上のフィラーワイヤを送給するワイヤ送給ヘッドと、前記フィラーワイヤに独立して電流を印加するワイヤ電源と、前記フィラーワイヤに印加する電流と極性の少なくとも一方を変化させるワイヤ電流調整部と、を備える（８）のアーク溶接装置。
このアーク溶接装置によれば、ワイヤ電流調整部によりフィラーワイヤの電流や極性を変化させることによって、電極からの磁場をアークへ干渉させることができる。このため、磁気コイルによる外部磁場の形成に併用することで、アークの方向制御を補助できる。

【0091】

（１０） 非消耗電極又は消耗電極の一方又は両方からなる２本以上の複数電極が溶接方向に沿って配置され、前記複数電極とワークとの間に溶接電流を印加してアークを発生させるアーク溶接方法であって、前記複数電極の少なくとも前記ワークの接地接続部に最も近くに配置された電極の、当該電極を挟んだ両脇側に設けられた一対の磁気コイルを励磁して磁束を発生させ、前記電極と一対の前記磁気コイルとの相対位置、及び前記磁気コイルからの磁束に応じて、前記アーク周囲の外部磁場を変化させるアーク溶接方法。
このアーク溶接方法によれば、ワークの接地接続部に最も近い電極の両脇側に、磁気コイルを配置する。電極を挟むこの磁気コイルは、鉄心の軸線がワークに沿う姿勢で配置される。電極は、電極プラス又は電極マイナスとなって、電極自体に磁場を生じる。一方、この電極を挟む磁気コイルにも電流が流れることにより磁場が生じる。アークは、これら電極自体の磁場、及びそれぞれの磁気コイルの磁場により偏向する。このアークを偏向する電磁力は、磁力線が揃ったところで強くなる。つまり、電磁力の方向は、電極、磁気コイルの電流の向きと、電極と磁気コイルの相対位置と、によって変わる。したがって、本アーク溶接方法においては、電極、磁気コイルの電流の向きと、電極と磁気コイルの相対位置と、を制御することによって、アークを方向制御することが可能となる。これにより、アーク干渉や磁気吹きを抑制できる。

【0092】

（１１） 非消耗電極又は消耗電極からなる電極に発生するアークの指向性を制御するアーク溶接用磁気制御装置であって、Ｕ字型鉄心の各先端部に、それぞれ導線を巻回した一対の巻線部を有する磁気コイルと、前記磁気コイルを、一対の前記巻線部の間に前記電極を挟んで配置するとともに、溶接方向に沿って移動可能に支持するコイル移動機構と、前記磁気コイルを励磁して磁束を発生させるコイル励磁部と前記電極と一対の前記巻線部との相対位置、及び前記電極と一対の前記磁気コイルからの磁束に応じて、前記アーク周囲の外部磁場を変化させる制御部と、を備えるアーク溶接用磁気制御装置。
このアーク溶接用磁気制御装置によれば、非消耗電極又は消耗電極を挟むように、一対の磁気コイルが設けられる。それぞれの磁気コイルは、鉄心に導線がコイル状に巻回される。鉄心は、２本の独立した棒形、或いは馬蹄型（Ｕ字型）であってもよい。磁気コイルは、鉄心の軸線がワークに沿う姿勢で配置される。磁気コイルは、電流が流れることにより磁場が生じる。一方、この磁気コイルに挟まれる電極も、電極プラス又は電極マイナスとなって、電極自体に磁場を生じる。アークは、これら電極自体の磁場、及びそれぞれの磁気コイルの磁場により偏向する。このアークを偏向する電磁力は、磁力線が揃ったところで強くなる。電磁力の方向は、電極、磁気コイルの電流の向きと、電極と磁気コイルの相対位置と、によって変わる。したがって、アーク溶接用磁気制御装置では、電極、磁気コイルの電流の向きと、電極と磁気コイルの相対位置と、を制御することによって、アークを前後左右に方向制御することが可能となる。

【0093】

（１２） 前記巻線部の前記導線の巻数が８００〜１６００回であり、一対の前記巻線部同士の間の距離が８０〜２００ｍｍである（１１）のアーク溶接用磁気制御装置。
このアーク溶接用磁気制御装置によれば、同一鉄心、同一導線径、及び同一電圧において、導線の巻き数が８００回以上であることで磁界の不足が生じず、１６００回以下であることで磁気コイル外径の肥大化が生じない。また一対の巻線部同士の間の距離が８０ｍｍ以上であることで磁気コイルと電極の干渉を抑制でき、２００ｍｍ以下であることで磁界の不足が生じにくくなる。これにより、アークを効率よく方向制御することが可能となる。

【符号の説明】

【0094】

１９ ワーク
２５ ワイヤ送給ヘッド
２７ ガス吸引部
３９ 第１溶接トーチ
４１ 電極
４３ 第２溶接トーチ
４７，４８ ２軸スライダ
５７ 第１コイルユニット
５９ 第２コイルユニット
６１ コイル励磁部
６５ 磁気コイル
６７ 磁気コイル
６８ 巻線部
６９ 鉄心
７１，７２ コイル移動機構
７３ 制御部
１００，３００ アーク溶接装置
２００ アーク溶接システム

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】