特許 7028538 ２電極アーク溶接方法

(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】

(24)【登録日】2022-02-21

(45)【発行日】2022-03-02

(54)【発明の名称】２電極アーク溶接方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 9/00 20060101AFI20220222BHJP

   B23K 9/16 20060101ALI20220222BHJP

   B23K 9/08 20060101ALI20220222BHJP

【ＦＩ】

B23K9/00 109

B23K9/16 K

B23K9/08 D

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2018161051

(22)【出願日】2018-08-30

(65)【公開番号】P2020032444

(43)【公開日】2020-03-05

【審査請求日】2021-04-07

(73)【特許権者】

【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】劉 忠杰

【審査官】柏原 郁昭

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２００５／０１９９５９３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１８－１２２３１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－０５０９８２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｋ ９／００

Ｂ２３Ｋ ９／１６

Ｂ２３Ｋ ９／０８

ｂ２３Ｋ １０／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

１つのシールドガスノズル内に非消耗電極及び消耗電極を設け、前記非消耗電極と母材との間に非消耗電極アークを発生させると共に、前記消耗電極と前記母材との間に消耗電極アークを発生させ、
前記非消耗電極アークによって形成される磁界と前記消耗電極アークによって形成される磁界との干渉を抑制する磁界を形成するように前記非消耗電極と前記消耗電極との間に磁気コイルを配置して溶接する２電極アーク溶接方法において、
前記磁気コイルに通電する電流値を、前記非消耗電極アークを通電する電流値及び／又は前記消耗電極アークを通電する電流値に応じて自動的に変化させる、
ことを特徴とする２電極アーク溶接方法。

【請求項2】

前記磁気コイルに通電する電流値を、前記非消耗電極アークを通電する電流値と前記消耗電極アークを通電する電流値との合算値に応じて自動的に変化させる、
ことを特徴とする請求項１に記載の２電極アーク溶接方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、非消耗電極アーク及び消耗電極アークを使用する２電極アーク溶接方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

溶接トーチの先端に取り付けられたシールドガスノズル内に非消耗電極及び消耗電極を設け、非消耗電極と母材との間に非消耗電極アークを発生させると共に、消耗電極と母材との間に消耗電極アークを発生させて溶接する２電極アーク溶接方法が慣用されている。非消耗電極アークとしては、ティグ溶接、プラズマアーク溶接等が使用される。消耗電極アークとしては、マグ溶接、ミグ溶接、炭酸ガスアーク溶接等が使用される。

【0003】

２電極アーク溶接においては、互いの電極が近接しているために、アークを通電する電流によって形成される磁界が影響してアークの干渉が発生し、溶接状態が悪くなるという問題がある。この問題に対処するために、特許文献１の発明では、両電極の間に磁気シールドを設けて、アークの干渉を抑制している。磁気シールドとしては、非消耗電極アークによって形成される磁界と消耗電極アークによって形成される磁界との干渉を抑制する磁界を形成するように非消耗電極と消耗電極との間に磁気コイルを配置する方法が知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特許第４７２６０３８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

従来技術において、磁気コイルが形成する磁界が弱すぎるとアークの干渉を抑制することができない。逆に、磁気コイルが形成する磁界が強すぎると、その影響によって溶接状態が悪くなる。したがって、従来技術では、非消耗電極アークが形成する磁界の強さ及び消耗電極アークが形成する磁界の強さに応じて、磁気コイルが形成する磁界の強さを調整する必要があった。この調整作業は、溶接を何度も繰り返しながら行う必要があり、作業効率を低下させていた。

【0006】

そこで、本発明では、アークの干渉を抑制するための磁気シールドとしての磁気コイルが形成する磁界の強さを自動的に適正化することができる２電極アーク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】

【0007】

上述した課題を解決するために、請求項１の発明は、
１つのシールドガスノズル内に非消耗電極及び消耗電極を設け、前記非消耗電極と母材との間に非消耗電極アークを発生させると共に、前記消耗電極と前記母材との間に消耗電極アークを発生させ、
前記非消耗電極アークによって形成される磁界と前記消耗電極アークによって形成される磁界との干渉を抑制する磁界を形成するように前記非消耗電極と前記消耗電極との間に磁気コイルを配置して溶接する２電極アーク溶接方法において、
前記磁気コイルに通電する電流値を、前記非消耗電極アークを通電する電流値及び／又は前記消耗電極アークを通電する電流値に応じて自動的に変化させる、
ことを特徴とする２電極アーク溶接方法である。

【0008】

請求項２の発明は、前記磁気コイルに通電する電流値を、前記非消耗電極アークを通電する電流値と前記消耗電極アークを通電する電流値との合算値に応じて自動的に変化させる、
ことを特徴とする請求項１に記載の２電極アーク溶接方法である。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、アークの干渉を抑制するための磁気シールドとしての磁気コイルが形成する磁界の強さを自動的に適正化することができるので調整の手間が不要となり、作業効率が向上する。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の実施の形態１に係る２電極アーク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。

【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】

［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１に係る２電極アーク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。同図では、非消耗電極アーク溶接がプラズマアーク溶接であり、消耗電極アーク溶接がマグ溶接である場合である。また、同図において、プラズマアークを発生させるためのパイロットアーク回路については、記載を簡潔にするために省略している。以下、同図を参照して各ブロックについて説明する。

【0013】

破線で囲まれた溶接トーチＷＴは、非消耗電極１ａと、それを取り囲むプラズマガスノズル４と消耗電極である溶接ワイヤ１ｂに給電する給電チップ１０と、プラズマガスノズル４及び給電チップ１０の両方を取り囲むシールドガスノズル５と、を備えている。非消耗電極１ａには、タングステン電極等が使用される。

【0014】

プラズマガスノズル４内をプラズマガス７が流れる。また、シールドガスノズル５内をシールドガス９が流れる。プラズマガス７にはアルゴンガスが使用されることが多い。シールドガス９にはアルゴンガス８０体積％＋炭酸ガス２０体積％の混合ガスが使用されることが多い。

【0015】

非消耗電極アークであるプラズマアーク３ａは非消耗電極１ａと母材２との間に発生する。消耗電極アーク３ｂは溶接ワイヤ１ｂと母材２との間に発生する。プラズマアーク３ａは、非消耗電極１ａが負極となり、母材２が正極となって発生する。消耗電極アーク３ｂは、溶接ワイヤ１ｂが正極となり、母材２が負極となって発生する。母材２は、鋼材等である。

【0016】

プラズマガス電磁弁ＧＰは、溶接中は開状態となり、プラズマガスボンベ６からのプラズマガス７が流れる。

【0017】

プラズマガス流量調整器ＦＰは、プラズマガス７の流量を所定値に調整する。

【0018】

シールドガス流量調整器ＦＳは、シールドガスボンベ８からのシールドガス９の流量を所定値に調整する。

【0019】

シールドガス電磁弁ＧＳは、溶接中は開状態となり、シールドガスボンベ８からのシールドガス９が流れる。

【0020】

プラズマアーク電流設定回路ＩＡＲは、予め定めたプラズマアーク電流設定信号Ｉarを出力する。消耗電極アーク電流設定回路ＩＢＲは、予め定めた消耗電極アーク電流設定信号Ｉbrを出力する。

【0021】

プラズマアーク用電源ＰＳＡは、上記のプラズマアーク電流設定信号Ｉarを入力として、プラズマアーク電流設定信号Ｉarによって設定されたプラズマアーク電流Ｉａを通電してプラズマアーク３ａを発生させる。プラズマアーク用電源ＰＳＡは、定電流特性又は垂下特性を有する電源である。

【0022】

消耗電極アーク用電源ＰＳＢは、上記の消耗電極アーク電流設定信号Ｉbrを入力として、消耗電極アーク電流Ｉｂを通電して消耗電極アーク３ｂを発生させる。さらに、消耗電極アーク用電源ＰＳＢは、消耗電極アーク電流Ｉｂの値が消耗電極アーク電流設定信号Ｉbrの値と等しくなるように溶接ワイヤ１ｂを送給するための送給制御信号Ｆｃを送給機ＷＭに出力する。消耗電極アーク用電源ＰＳＢは、定電圧特性を有する電源である。

【0023】

送給機ＷＭは、上記の送給制御信号Ｆｃを入力として、送給制御信号Ｆｃによって定まる送給速度で溶接ワイヤ１ｂを送給する。

【0024】

同図において、溶接トーチＷＴは、非消耗電極１ａを前方とし、溶接ワイヤ１ｂを後方として移動して溶接が行われる。溶接トーチＷＴは、溶接進行方向に対して側面から見た図である。以下の説明においては、溶接進行方向をＸ軸とし、手前から奥の方向をＹ軸とする。磁気コイル１１は、非消耗電極１ａと溶接ワイヤ１ｂ（給電チップ９）との間に設けられる。磁気コイル１１は、コイルの中心軸がＹ軸方向になるように配置される。磁気コイル１１のコイルの巻き方向は、Ｙ軸方向に右回りである。

【0025】

磁気コイル用電源ＰＳＣは、定電流特性の電源であり、上記のプラズマアーク電流設定信号Ｉar及び上記の消耗電極アーク電流設定信号Ｉbrを入力として、以下の処理（１）～（３）から１つの処理が選択されて、磁気コイル１１に直流のコイル電流Ｉｃを通電する。コイル電流Ｉｃは、磁気コイル１１の奥側端子（＋）から手前側端子（－）へと通電する。

【0026】

処理（１） プラズマアーク電流設定信号Ｉarの値に比例したコイル電流Ｉｃを通電する。
アーク干渉が発生すると、プラズマアーク３ａよりも消耗電極アーク３ｂが大きく影響を受けて不安定になりやすい。消耗電極アーク３ｂへの影響は、プラズマアーク３ａが形成する磁界が強いほど大きくなる。したがって、プラズマアーク電流設定信号Ｉarの値に比例してコイル電流Ｉｃの値を大きくすることによって、磁気シールド効果を大きくし、消耗電極アーク３ｂが不安定になることを抑制することができる。

【0027】

処理（２） 消耗電極アーク電流設定信号Ｉbrの値に反比例したコイル電流Ｉｃを通電する。
アーク干渉が発生すると、プラズマアーク３ａよりも消耗電極アーク３ｂが大きく影響を受けて不安定になりやすい。しかし、消耗電極アーク電流Ｉｂが大きくなると、アークの硬直性が強くなり、アーク干渉の影響を受けにくくなる。したがって、消耗電極アーク電流設定信号Ｉbrの値に反比例してコイル電流Ｉｃの値を小さくすることによって、磁気シールド効果を適正化することができる。

【0028】

処理（３） プラズマアーク電流設定信号Ｉarと消耗電極アーク電流設定信号Ｉbrとの合算値に比例したコイル電流Ｉｃを通電する。
一般的に、合算値が大きくなるほど、アーク干渉は大きくなる。したがって、合算値に比例してコイル電流Ｉｃの値を大きくすることによって、磁気シールド効果を適正化して、プラズマアーク３ａ及び消耗電極アーク３ｂが不安定になることを抑制することができる。

【0029】

以下、本実施の形態の作用効果について説明する。従来技術においては、非消耗電極アークによって形成される磁界と消耗電極アークによって形成される磁界との干渉を抑制する磁界を形成するように、非消耗電極と消耗電極との間に磁気コイルを配置している。これにより、従来技術では、磁気コイルが形成する磁界が磁気シールドとして作用して、アークの干渉を抑制することができる。しかし、従来技術においては、磁気コイルが形成する磁界が弱すぎるとアークの干渉を抑制することができない。逆に、磁気コイルが形成する磁界が強すぎると、その影響によって両アークによる溶接状態が悪くなる。したがって、従来技術では、非消耗電極アークが形成する磁界の強さ及び消耗電極アークが形成する磁界の強さに応じて、磁気コイルが形成する磁界の強さを調整する必要があった。この調整作業は、溶接を何度も繰り返しながら行う必要があり、作業効率を低下させていた。

【0030】

これに対して、本実施の形態によれば、磁気コイルに通電する電流値を、非消耗電極アークを通電する電流値及び／又は消耗電極アークを通電する電流値に応じて、自動的に変化させる。これにより、非消耗電極アークが形成する磁界の強さ及び／又は消耗電極アークが形成する磁界の強さに応じて、磁気コイルが形成する磁界の強さが自動的に適正化されるので、作業効率が向上する。この結果、アークの干渉による溶接状態の悪化を抑制して、常に良好な溶接品質を得ることができる。

【0031】

上記においては、非消耗電極アーク溶接がプラズマアーク溶接の場合であるが、ティグ溶接の場合も同様である。また、上記においては、消耗電極アーク溶接がマグ溶接の場合あるが、ミグ溶接又は炭酸ガスアーク溶接の場合も同様である。

【符号の説明】

【0032】

１ａ 非消耗電極
１ｂ 消耗電極（溶接ワイヤ）
２ 母材
３ａ 非消耗電極アーク（プラズマアーク）
３ｂ 消耗電極アーク
４ プラズマガスノズル
５ シールドガスノズル
６ プラズマガスボンベ
７ プラズマガス
８ シールドガスボンベ
９ シールドガス
１０ 給電チップ
１１ 磁気コイル
Ｆｃ 送給制御信号
ＦＰ プラズマガス流量調整器
ＦＳ シールドガス流量調整器
ＧＰ プラズマガス電磁弁
ＧＳ シールドガス電磁弁
Ｉａ プラズマアーク電流
ＩＡＲ プラズマアーク電流設定回路
Ｉar プラズマアーク電流設定信号
Ｉｂ 消耗電極アーク電流
ＩＢＲ 消耗電極アーク電流設定回路
Ｉbr 消耗電極アーク電流設定信号
Ｉｃ コイル電流
ＰＳＡ プラズマアーク用電源
ＰＳＢ 消耗電極アーク用電源
ＰＳＣ 磁気コイル用電源
ＷＭ 送給機
ＷＴ 溶接トーチ

【図1】