特開 2024-164846 ２重シールドティグ溶接方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024164846

(43)【公開日】2024-11-28

(54)【発明の名称】２重シールドティグ溶接方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 9/29 20060101AFI20241121BHJP

   B23K 9/167 20060101ALI20241121BHJP

   B23K 9/16 20060101ALI20241121BHJP

【ＦＩ】

B23K9/29 L

B23K9/167 A

B23K9/167 C

B23K9/16 L

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023080492

(22)【出願日】2023-05-16

(71)【出願人】

【識別番号】000000262

【氏名又は名称】株式会社ダイヘン

(72)【発明者】

【氏名】今井 雄太

(72)【発明者】

【氏名】中俣 利昭

【テーマコード（参考）】

4E001

【Ｆターム（参考）】

4E001AA03

4E001BB07

4E001DD01

4E001LB02

4E001LB06

4E001LH04

4E001LH06

4E001NA01

(57)【要約】

【課題】２重シールドティグ溶接方法において、パルス波形の溶接電流を通電して溶接する場合に、パルス波形の周波数が高くなっても溶接状態を安定に維持すること。
【解決手段】インナーガス７を噴出させるインナーノズル４及びアウターガス９を噴出させるアウターノズル５を備えた溶接トーチＷＴを使用し、パルス波形の溶接電流Ｉｗを通電して溶接する２重シールドティグ溶接方法において、溶接電流Ｉｗの平均値Ｉａｒに応じてインナーガス７の流量Ｆｉ及びアウターガス９の流量Ｆｏを設定し、パルス波形の周波数Ｐｆｒに応じて設定されたインナーガス７の流量Ｆｉを補正する。補正は、パルス波形の周波数Ｐｆｒが高くなるほどインナーガス７の流量Ｆｉが小さくなるように変化させる。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

インナーガスを噴出させるインナーノズル及びアウターガスを噴出させるアウターノズルを備えた溶接トーチを使用し、
パルス波形の溶接電流を通電して溶接する２重シールドティグ溶接方法において、
前記溶接電流の平均値に応じて前記インナーガス及び前記アウターガスの流量を設定し、
前記パルス波形の周波数に応じて前記設定された前記インナーガスの流量を補正する、
ことを特徴とする２重シールドティグ溶接方法。

【請求項2】

前記補正によって、前記パルス波形の前記周波数が高くなるほど前記インナーガスの流量が小さくなるように変化させる、
ことを特徴とする請求項１に記載の２重シールドティグ溶接方法。

【請求項3】

前記補正によって、前記パルス波形の振幅が５０Ａ以上であり、かつ、前記周波数が１０～５００Ｈｚの範囲で高くなるほど前記インナーガスの流量が小さくなるように変化させる、
ことを特徴とする請求項１に記載の２重シールドティグ溶接方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、２重シールドティグ溶接方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

インナーガスを噴出させるインナーノズル及びアウターガスを噴出させるアウターノズルを備えた溶接トーチを使用し、溶接電流を通電して溶接する２重シールドティグ溶接方法が慣用されている（例えば、特許文献１参照）。インナーガス及びアウターガスとしては、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガスが使用される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２０－１５０４８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

２重シールドティグ溶接方法において、パルス波形の溶接電流を通電して溶接を行う場合がある。パルス波形の周波数が高くなるほどアークの硬直性が強くなるので、ビード幅が狭くなり、深い溶け込みを得ることができる。しかし、２重シールドティグ溶接方法において、パルス波形の周波数を高くすると溶接状態が不安定になる場合が発生する。

【0005】

そこで、本発明では、パルス波形の溶接電流を通電して溶接する場合において、パルス波形の周波数が高くなっても溶接状態を安定に維持することができる２重シールドティグ溶接方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上述した課題を解決するために、請求項１の発明は、
インナーガスを噴出させるインナーノズル及びアウターガスを噴出させるアウターノズルを備えた溶接トーチを使用し、
パルス波形の溶接電流を通電して溶接する２重シールドティグ溶接方法において、
前記溶接電流の平均値に応じて前記インナーガス及び前記アウターガスの流量を設定し、
前記パルス波形の周波数に応じて前記設定された前記インナーガスの流量を補正する、
ことを特徴とする２重シールドティグ溶接方法である。

【0007】

請求項２の発明は、
前記補正によって、前記パルス波形の前記周波数が高くなるほど前記インナーガスの流量が小さくなるように変化させる、
ことを特徴とする請求項１に記載の２重シールドティグ溶接方法である。

【0008】

請求項３の発明は、
前記補正によって、前記パルス波形の振幅が５０Ａ以上であり、かつ、前記周波数が１０～５００Ｈｚの範囲で高くなるほど前記インナーガスの流量が小さくなるように変化させる、
ことを特徴とする請求項１に記載の２重シールドティグ溶接方法である。

【発明の効果】

【0009】

本発明に係る２重シールドティグ溶接方法によれば、パルス波形の溶接電流を通電して溶接する場合において、パルス波形の周波数が高くなっても溶接状態を安定に維持することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の実施の形態に係る２重シールドティグ溶接方法を実施するための溶接装置のブロック図である。

【図2】本発明の実施の形態に係る２重シールドティグ溶接方法を示す図１の溶接装置における各信号のタイミングチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。

【0012】

図１は、本発明の実施の形態に係る２重シールドティグ溶接方法を実施するための溶接装置のブロック図である。以下、同図を参照して各ブロックについて説明する。

【0013】

溶接トーチＷＴは、主に電極１、それを取り囲むインナーノズル４及びそれを取り囲むアウターノズル５を備えている。電極１には、タングステン電極等が使用される。例えば、インナーノズル４の内径は５mm、であり、アウターノズル５の内径は１３mmである。

【0014】

起動スイッチＯＮは、オン状態になるとＨｉｇｈレベルとなり、オフ状態になるとＬｏｗレベルになる起動信号Ｏｎを出力する。この起動スイッチＯＮは、溶接トーチＷＴに設けられたトーチスイッチである。また、ロボット制御装置から起動信号Ｏｎが出力される場合もある。

【0015】

溶接電流平均値設定回路ＩＡＲは、予め定めた溶接電流平均値設定信号Ｉarを出力する。パルス周波数設定回路ＰＦＲは、予め定めたパルス周波数設定信号Ｐfrを出力する。パルス振幅設定回路ＰＡＲは、予め定めたパルス振幅設定信号Ｐarを出力する。

【0016】

電流設定回路ＩＲは、上記の溶接電流平均値設定信号Ｉar、上記のパルス周波数設定信号Ｐfr及び上記のパルス振幅設定信号Ｐarを入力として、溶接電流平均値設定信号Ｉarを中央値としてパルス周波数設定信号Ｐfrによって設定される周波数及びパルス振幅設定信号Ｐarによって設定される振幅のパルス波形の電流設定信号Ｉｒを出力する。

【0017】

インナーガス流量設定回路ＦＩＲは、上記の溶接電流平均値設定信号Ｉar及び上記のパルス周波数設定信号Ｐfrを入力として、溶接電流平均値設定信号Ｉar［Ａ］及びパルス周波数設定信号Ｐfr［Ｈｚ］を予め定めたインナーガス流量設定関数に入力して算出された値をインナーガス流量設定信号Ｆir［l/min］として出力する。インナーガス設定関数の例を以下に示す。
Ｆir＝（Ｉar－７５）／５０＋３．５－０．０１５×Ｐfr （１）式
但し、７５≦Ｉｒ≦１５０の範囲であり、Ｉｒ＜７５の場合はＩｒ＝７５と同一値であり、Ｉｒ＞１５０の場合はＩｒ＝１５０と同一値である。また、１０≦Ｐfr≦１００の範囲であり、Ｐfr＜１０の場合はＰfr＝１０と同一値であり、Ｐfr＞１００の場合はＰfr＝１００と同一値である。

【0018】

インナーガス流量調整器ＣＩは、慣用されているマスフローコントローラであり、上記の起動信号Ｏｎ及び上記のインナーガス流量設定信号Ｆirを入力として、起動信号ＯｎがＨｉｇｈレベルになると、インナーガスボンベ６からのインナーガス７の流量Ｆｉをインナーガス流量設定信号Ｆirによって定まる値に調整して噴出する。

【0019】

アウターガス流量設定回路ＦＯＲは、上記の溶接電流平均値設定信号Ｉarを入力として、溶接電流平均値設定信号Ｉar［Ａ］を予め定めたアウターガス流量設定関数に入力して算出された値をアウターガス流量設定信号Ｆor［l/min］として出力する。アウターガス設定関数の例を以下に示す。
Ｆor＝（Ｉｒ－７５）／５０＋５．５ （２）式
但し、７５≦Ｉｒ≦１５０の範囲であり、Ｉｒ＜７５の場合はＩｒ＝７５と同一値であり、Ｉｒ＞１５０の場合はＩｒ＝１５０と同一値である。

【0020】

アウターガス流量調整器ＣＯは、慣用されているマスフローコントローラであり、上記の起動信号Ｏｎ及び上記のアウターガス流量設定信号Ｆorを入力として、起動信号ＯｎがＨｉｇｈレベルになると、アウターガスボンベ８からのアウターガス９の流量Ｆｏをアウターガス流量設定信号Ｆorによって定まる値に調整して噴出する。

【0021】

インナーノズル４の内側の通路をインナーガス７が流れる。また、インナーノズル４の外側とアウターノズル５の内側の通路をアウターガス９が流れる。インナーガス７及びアウターガス９にはアルゴン、ヘリウム等の不活性ガスが使用される。アーク３は、電極１が負極となり、母材２が正極となって発生する。

【0022】

溶接電源ＰＳは、上記の起動信号Ｏｎ及び上記の電流設定信号Ｉｒを入力として、 起動信号ＯｎがＨｉｇｈレベルになると、電極１と母材２との間に高周波高電圧を印加し、アーク３が発生すると電流設定信号Ｉｒによって設定されたパルス波形の溶接電流Ｉｗの出力を開始し、起動信号ＯｎがＬｏｗレベルになると溶接電流Ｉｗの出力を停止する。

【0023】

図２は、本発明の実施の形態に係る２重シールドティグ溶接方法を示す図１の溶接装置における各信号のタイミングチャートである。同図（Ａ）はパルス周波数設定信号Ｐfr［Ｈｚ］の時間変化を示し、同図（Ｂ）は溶接電流Ｉｗ［Ａ］の時間変化を示し、同図（Ｃ）はインナーガス流量Ｆｉ［l/min］の時間変化を示し、同図（Ｄ）はアウターガス流量Ｆｏ［l/min］の時間変化を示す。以下、同図を参照して溶接中の動作について説明する。

【0024】

同図（Ａ）に示すように、パルス周波数信号Ｐfrは、時刻ｔ１以前は第１周波数であり、時刻ｔ１以後はそれよりも高い第２周波数に変化している。同図（Ｂ）に示すように、溶接電流Ｉｗは、図１の電流設定信号Ｉｒによって設定され、図１の溶接電流平均値設定信号Ｉarを中央値として同図（Ａ）に示すパルス周波数設定信号Ｐfrによって設定される周波数及び図１のパルス振幅設定信号Ｐarによって設定される振幅のパルス波形となる。したがって、溶接電流Ｉｗは時刻ｔ１以後の第２周波数が時刻ｔ１以前の第１周波数よりも高いパルス波形となっている。

【0025】

同図（Ｃ）に示すように、インナーガス流量Ｆｉは、図１の溶接電流平均値設定信号Ｉar及び同図（Ａ）に示すパルス周波数設定信号Ｐfrの値を上述した（１）式に代入して算出される。同図（Ｄ）に示すように、アウターガス流量Ｆｏは、図１の溶接電流平均値設定信号Ｉarの値を上述した（２）式に代入して算出される。例えば、溶接電流平均値設定信号Ｉar＝１５０Ａ、パルス周波数設定信号Ｐfrの第１周波数＝１０Ｈｚ及び第２周波数＝１００Ｈｚである場合には、インナーガス流量Ｆｉ及びアウターガス流量Ｆｏは、以下のように算出される。
１）時刻ｔ１以前
Ｆｉ＝（１５０－７５）／５０＋３．５－０．０１５×１０＝４．８５
Ｆｏ＝（１５０－７５）／５０＋５．５＝７
２）時刻ｔ１以後
Ｆｉ＝（１５０－７５）／５０＋３．５－０．０１５×１００＝３．５
Ｆｏは時刻ｔ１以前と同一値
この結果、同図（Ｃ）に示すように、インナーガス流量Ｆｉは、時刻ｔ１以前は４．８５l/minとなり、時刻ｔ１以後は３．５l/minへと小さくなる。また、同図（Ｄ）に示すように、アウターガス流量Ｆｏは、時刻ｔ１以前及び以後ともに７l/minとなる。

【0026】

以下、本実施の形態の作用効果について説明する。
本実施の形態によれば、溶接電流の平均値に応じてインナーガス及びアウターガスの流量を設定し、溶接電流のパルス波形の周波数に応じて設定されたインナーガスの流量を補正する。補正は、パルス波形の周波数が高くなるほどインナーガスの流量が小さくなるように変化させる。溶接電流のパルス周波数が高くなるほどアークの硬直性は強くなる。また、インナーガスの流量が大きくなるほどアークの硬直性は強くなる。このために、パルス周波数を高くなるように変化させた場合において、インナーガスの流量を変化させずに同一値のままにすると、アークの形状が絞られすぎて溶接状態が不安定になる場合が発生する。これに対して、本実施の形態では、パルス周波数が高くなるほどインナーガスの流量が小さくなるので、アークの形状が絞られすぎることを抑制することができる。この結果、本実施の形態では、パルス波形の溶接電流を通電して溶接する場合において、パルス波形の周波数が高くなっても溶接状態を安定に維持することができる。

【0027】

さらに好ましくは、本実施の形態によれば、補正によって、溶接電流のパルス波形の振幅が５０Ａ以上であり、かつ、周波数が１０～５００Ｈｚの範囲で高くなるほどインナーガスの流量が小さくなるように変化させる。アークの硬直性が変化するのは、溶接電流のパルス波形の振幅が５０Ａ以上であり、かつ、周波数が１０～５００Ｈｚの範囲で変化する場合である。したがって、振幅が５０Ａ未満であり、周波数が１０Ｈｚ未満の場合は、アークの硬直性はほとんど変化しないので、インナーガスの流量を連動させて変化させる必要がない。この結果、本実施の形態では、振幅が５０Ａ以上であり、かつ、周波数が１０～５００Ｈｚの範囲で変化するときに、インナーガスの流量を連動させて変化させることによって、溶接状態を安定化させる作用効果が顕著となる。周波数を５００Ｈｚを超えて設定しても、通電路のインダクタンスの影響により波形がなまってしまうために、アークの硬直性がこれ以上に強くなることはない。

【符号の説明】

【0028】

１ 電極
２ 母材
３ アーク
４ インナーノズル
５ アウターノズル
６ インナーガスボンベ
７ インナーガス
８ アウターガスボンベ
９ アウターガス
ＣＩ インナーガス流量調整器
ＣＯ アウターガス流量調整器
Ｆｉ インナーガス流量
ＦＩＲ インナーガス流量設定回路
Ｆir インナーガス流量設定信号
Ｆｏ アウターガス流量
ＦＯＲ アウターガス流量設定回路
Ｆor アウターガス流量設定信号
ＩＡＲ 溶接電流平均値設定回路
Ｉar 溶接電流平均値設定信号
ＩＲ 電流設定回路
Ｉｒ 電流設定信号
Ｉｗ 溶接電流
ＯＮ 起動スイッチ
Ｏｎ 起動信号
ＰＡＲ パルス振幅設定回路
Ｐar パルス振幅設定信号
ＰＦＲ パルス周波数設定回路
Ｐfr パルス周波数設定信号
ＰＳ 溶接電源
ＷＴ 溶接トーチ

【図1】

【図2】