特開 2024-37474 炭酸ガスパルスアーク溶接装置

(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】P2024037474

(43)【公開日】2024-03-19

(54)【発明の名称】炭酸ガスパルスアーク溶接装置

(51)【国際特許分類】

   B23K 9/173 20060101AFI20240312BHJP

   B23K 9/09 20060101ALI20240312BHJP

   B23K 9/29 20060101ALI20240312BHJP

【ＦＩ】

B23K9/173 C

B23K9/09

B23K9/29 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 2022142367

(22)【出願日】2022-09-07

(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】藤原 雅之

(72)【発明者】

【氏名】中俣 利昭

【テーマコード（参考）】

4E001

4E082

【Ｆターム（参考）】

4E001AA03

4E001BB09

4E001DD04

4E001DE04

4E001EA04

4E001LB02

4E001LH06

4E082AA03

4E082AB10

4E082BA04

(57)【要約】

【課題】１パルス周期１溶滴移行状態を実現することができる 炭酸ガスパルスアーク溶接装置を提供すること。
【解決手段】ピーク電流及びベース電流から形成される溶接電流を出力する溶接電源ＰＳと、溶接ワイヤ１を送給する送給機ＷＭと、ガス６１、６２を流出するガス供給源ＧＢ１、ＧＢ２と、溶接電源ＰＳからの出力、溶接ワイヤ１及びガス６１、６２をアーク３に供給する溶接トーチＷＴと、を備えた炭酸ガスパルスアーク溶接装置において、溶接トーチＷＴは内側ノズル５１及び外側ノズル５２の２重ノズルを備えており、ガス供給源ＧＢ１、ＧＢ２から１００体積％の炭酸ガスを内側 ノズル５１及び外側ノズル５２内に流し、炭素鋼用の直径１．２ｍｍの溶接ワイヤ１を使用し、内側ノズル５１の内径を２～４ｍｍの範囲とし、内側ノズル５１を流れるガスの流量を３～６ｌ／ｍｉｎの範囲とする。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ピーク電流及びベース電流から形成される溶接電流を出力する溶接電源と、
溶接ワイヤを送給する送給機と、
ガスを流出するガス供給源と、
前記溶接電源からの出力、前記送給機から送給される前記溶接ワイヤ及び前記ガス供給源から流出するガスをアークに供給する溶接トーチと、
を備えた炭酸ガスパルスアーク溶接装置において、
前記溶接トーチは内側ノズル及び外側ノズルの２重ノズルを備えており、
前記ガス供給源から１００体積％の炭酸ガスを前記内側ノズル及び前記外側ノズル内に流し、
炭素鋼用の直径１．２ｍｍの前記溶接ワイヤを使用し、
前記内側ノズルの内径を２～４ｍｍの範囲とし、
前記内側ノズルを流れる前記ガスの流量を３～６ｌ／ｍｉｎの範囲とする、
ことを特徴とする炭酸ガスパルスアーク溶接装置。

【請求項2】

前記溶接電源は、前記ピーク電流を振動波形に制御する、
ことを特徴とする請求項１に記載の炭酸ガスパルスアーク溶接装置。

【請求項3】

前記内側ノズル内を流れる前記ガスの流量を調整する内側ガス流量調整器を備え、
前記内側ガス流量調整器は前記ガスの流量を前記ベース電流の通電期間中は前記ピーク電流の通電期間中よりも小となるように調整する、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の炭酸ガスパルスアーク溶接装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、炭酸ガスパルスアーク溶接装置に関する。

【背景技術】

【0002】

溶接ワイヤを送給して行うパルスアーク溶接においては、アルゴンガスを主成分とするシールドガスが使用される。以下の説明において、ガスの％は全て体積％を示している。母材の材質が炭素鋼である場合には、アルゴンガス８０％＋炭酸ガス２０％の混合ガスが使用される。母材の材質がステンレス鋼である場合には、アルゴンガス９８％＋酸素２％の混合ガスが使用される。母材の材質がアルミニウムである場合には、アルゴンガス１００％のガスが使用される。このように、アルゴンガスを主成分とするシールドガスを使用する理由は、ピーク電流及びベース電流の通電から形成される１パルス周期ごとに一つの溶滴がスプレー移行する状態（１パルス周期１溶滴移行状態）を実現するためである。１パルス周期１溶滴移行状態になると、スパッタ発生の少ない安定した溶接状態となり、高品質の溶接が可能となる。

【0003】

アルゴンガスは高価であるために、価格の安い炭酸ガス１００％のシールドガスを使用してパルスアーク溶接（炭酸ガスパルスアーク溶接）を行う試みが従来から行われて来た。しかし、炭酸ガスパルスアーク溶接は、１パルス周期１溶滴移行状態とはならず、大粒のスパッタが発生する状態となる。炭酸ガスパルスアーク溶接では、ピーク電流の通電時にアークの陽極点は溶滴の最下部に集中して形成される。これは、熱伝導率の大きいガスがシールドガスとして使用される場合、熱伝導によるエネルギー損失を最小限にするようにアークの表面積が小さくなり、アークが緊縮するためである。この結果、溶滴には反力が生じ、溶滴は簡単には離脱しない状態になる。この状態で、溶滴を強引に離脱させるためには、ピーク電流の通電期間を通常値よりも３～５倍程度長くして、溶滴を大きく成長させて、重力によって離脱するようにする必要がある。しかし、このようにすると、溶滴は溶接ワイヤの直径の数倍程度の大きな塊になって離脱することになり、大粒のスパッタが発生することになる。さらに、この大きな溶滴は、ピーク電流の通電とは同期することなくランダムに移行することになり、溶接状態が不安定状態になり、溶接品質も悪くなる。

【0004】

特許文献１の発明では、炭酸ガスパルスアーク溶接において、ピーク電流を振動させることによって溶接ワイヤの先端に溶滴を形成し、 ベース電流の通電期間中はこの形成された溶滴を短絡移行によって溶融池へと移行させている。しかし、この溶接方法を使用しても、１パルス周期１溶滴移行状態を確実に実現することはできず、実際の溶接に適用されているとは言えない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１１－８８２０９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

そこで、本発明では、溶接ワイヤを送給し、炭酸ガス１００％のシールドガスを使用したパルスアーク溶接において、１パルス１溶滴移行状態を実現して高品質の溶接を可能とする炭酸ガスパルスアーク溶接装置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】

【0007】

上述した課題を解決するために、請求項１の発明は、
ピーク電流及びベース電流から形成される溶接電流を出力する溶接電源と、
溶接ワイヤを送給する送給機と、
ガスを流出するガス供給源と、
前記溶接電源からの出力、前記送給機から送給される前記溶接ワイヤ及び前記ガス供給源から流出するガスをアークに供給する溶接トーチと、
を備えた炭酸ガスパルスアーク溶接装置において、
前記溶接トーチは内側ノズル及び外側ノズルの２重ノズルを備えており、
前記ガス供給源から１００体積％の炭酸ガスを前記内側ノズル及び前記外側ノズル内に流し、
炭素鋼用の直径１．２ｍｍの前記溶接ワイヤを使用し、
前記内側ノズルの内径を２～４ｍｍの範囲とし、
前記内側ノズルを流れる前記ガスの流量を３～６ｌ／ｍｉｎの範囲とする、
ことを特徴とする炭酸ガスパルスアーク溶接装置である。

【0008】

請求項２の発明は、
前記溶接電源は、前記ピーク電流を振動波形に制御する、
ことを特徴とする請求項１に記載の炭酸ガスパルスアーク溶接装置である。

【0009】

請求項３の発明は、
前記内側ノズル内を流れる前記ガスの流量を調整する内側ガス流量調整器を備え、
前記内側ガス流量調整器は前記ガスの流量を前記ベース電流の通電期間中は前記ピーク電流の通電期間中よりも小となるように調整する、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の炭酸ガスパルスアーク溶接装置である。

【発明の効果】

【0010】

本発明に係る炭酸ガスパルスアーク溶接装置によれば、溶接ワイヤを送給し、炭酸ガス１００％のシールドガスを使用したパルスアーク溶接において、１パルス１溶滴移行状態を実現して高品質の溶接を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の実施の形態に係る炭酸ガスパルスアーク溶接装置の構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

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。

【0013】

図１は、本発明の実施の形態に係る炭酸ガスパルスアーク溶接装置の構成図である。以下、同図を参照して各構成物について説明する。

【0014】

破線で囲まれた溶接トーチＷＴは、内側ノズル５１、外側ノズル５２、給電チップ４及び溶接ワイヤ１が同心軸上に配置された構造となっている。

【0015】

内側ノズル内５１には、ガスボンベ（ガス供給源）ＧＢ１及びガス配管から炭酸ガス１００％の内側ガス６１が供給される。ガス配管には内側ガス流量調整器ＧＦ１が設けられており、後述する内側ガス流量設定信号Ｇfrを入力として内側ガス６１の流量が制御される。

【0016】

外側ノズル５２内（内側ノズル５１の外側と外側ノズル５２の内側との間）には、ガスボンベ（ガス供給源）ＧＢ２及びガス配管から炭酸ガス１００％の外側ガス６２が供給される。ガス配管には外側ガス流量調整器ＧＦ２が設けられており、溶接作業者がツマミを手動で調整することによって外側ガス６２の流量が調整される。

【0017】

給電チップ４の貫通孔からは、溶接ワイヤ１が送給される。溶接ワイヤ１は、送給機ＷＭを駆動源とする送給ロール７の回転によって送給される。溶接ワイヤ１と母材２との間には、アーク３が発生している。アーク３を包むように内側ガス６１が流れ、さらにその外側を外側ガス６２が流れる。

【0018】

溶接電源ＰＳは、給電チップ４を介して溶接ワイヤ１と母材２との間に、溶接電圧Ｖｗを印加し、溶接電流Ｉｗを通電する。溶接電源ＰＳからは、送給機ＷＭに対して送給制御信号Ｆｃが送られ、溶接ワイヤ１の送給速度が制御される。溶接電流Ｉｗは、ピーク期間Ｔｐ中のピーク電流Ｉｐ及びベース期間Ｔｂ中のベース電流Ｉｂの通電を１パルス周期とするパルス波形となる。ピーク電流Ｉｐは、５００Ａ程度であり、ピーク期間Ｔｐは３ｍｓ程度であり、ベース電流Ｉｂは５０Ａ程度であり、ベース期間Ｔｂは４ｍｓ程度である。溶接電圧Ｖｗは、アーク長に比例した電圧値のパルス波形となる。溶接電源ＰＳからは、内側ガス流量設定信号Ｇfrが内側ガス流用調整期ＧＦ１に出力される。内側ガス流量設定信号Ｇfrは、流量設定値がベース期間中はピーク期間中よりも小となる信号である。

【0019】

ここで、本実施の形態では、以下の１）～３）の条件に設定する。
１）溶接ワイヤ１は、炭素鋼用の直径１．２ｍｍのワイヤである。
２）内側ノズル５１の内径は２～４ｍｍの範囲である。
３）内側ガス６１の流量は３～６ｌ／ｍｉｎの範囲である。内側ノズルの内径、流量を適切な範囲とすることでアーク３の周囲に発生するプラズマ気流の流速が大きくなり、溶滴移行の駆動力となる。この結果、上述した溶滴への反力が作用する中でも、ピーク電流によって形成された溶滴がベース期間中に移行する１パルス周期１溶滴移行の状態を実現することができる。

【0020】

さらに、ピーク電流を振動波形にすると、溶滴の形成がより円滑になり、１パルス周期１溶滴移行状態がより安定化する。振動波形は、矩形波、サイン波、三角波等である。振動波形の振幅は５０～１５０Ａの範囲であり、振動周期は０．５～１．５ｍｓの範囲である。

【0021】

さらに、内側ガス６１の流量を、ベース電流の通電期間中はピーク電流の通電期間中よりも小とする。ピーク電流の通電期間中の内側ガス６１の流量を大とすることによって、上述した反力を弱くして溶滴の形成及び離脱を円滑にすることができる。そして、ベース電流の通電期間中の内側ガス６１の流量を小とすることによって、５０Ａ程度の小電流値のベース電流によるアークが不安定になることを抑制することができる。

【符号の説明】

【0022】

１ 溶接ワイヤ
２ 母材
３ アーク
４ 給電チップ
５１ 内側ノズル
５２ 外側ノズル
６１ 内側ガス
６２ 外側ガス
７ 送給ロール
Ｆｃ 送給制御信号
ＧＢ１ ガスボンベ（ガス供給源）
ＧＢ２ ガスボンベ（ガス供給源）
ＧＦ１ 内側ガス流量調整器
ＧＦ２ 外側ガス流量調整器
Ｇfr 内側ガス流量設定信号
Ｉｂ ベース電流
Ｉｐ ピーク電流
Ｉｗ 溶接電流
ＰＳ 溶接電源
Ｔｂ ベース期間
Ｔｐ ピーク期間
Ｖｗ 溶接電圧
ＷＭ 送給機
ＷＴ 溶接トーチ

【図1】