(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つの溶接トーチから互いに電気的に絶縁された３本のワイヤを溶接線上に直列に配置し、
前記３本のワイヤのコンタクトチップの先端からワイヤが突き出している長さであるワイヤの突出し長さが１５［ｍｍ］において、先行ワイヤの先端と中間ワイヤの先端との距離である先行中間ワイヤ先端間距離を８［ｍｍ］乃至１４［ｍｍ］とし、前記中間ワイヤの先端と後行ワイヤの先端との距離である中間後行ワイヤ先端間距離を８［ｍｍ］乃至１４［ｍｍ］とし、
前記先行ワイヤの鉛直線に対する後退角を６［度］乃至１２［度］とし、前記中間ワイヤの鉛直線に対する後退角を４［度］乃至８［度］とし、前記後行ワイヤの鉛直線に対する前進角を５［度］乃至１２［度］とし、
前記後行ワイヤのアーク力によって前記先行ワイヤと前記後行ワイヤとの間に発生する湯だまり瘤を、前記中間ワイヤのアーク力によって抑制する３電極アーク溶接制御方法。
【請求項２】
１つの溶接トーチから互いに電気的に絶縁された３本のワイヤを送給し、
先行ワイヤを溶接線上に配置し、
前記先行ワイヤの後方で後行右ワイヤと後行左ワイヤとを結ぶ線を溶接線と直角になる位置に配置し、
前記３本のワイヤのコンタクトチップの先端からワイヤが突き出している長さであるワイヤの突出し長さが１５［ｍｍ］において、前記先行ワイヤの先端から前記後行右ワイヤの先端及び前記後行左ワイヤの先端を結ぶ線と溶接線との交点までの先行後行左右ワイヤ垂直距離を８［ｍｍ］乃至１６［ｍｍ］とし、前記後行右ワイヤの先端と前記後行左ワイヤの先端との後行左右ワイヤ先端間距離を６［ｍｍ］乃至１０［ｍｍ］とし、
前記先行ワイヤの鉛直線に対する後退角を６［度］乃至１２［度］とし、前記後行右ワイヤの鉛直線に対する前進角を６［度］乃至１０［度］とし、前記後行左ワイヤの鉛直線に対する前進角を６［度］乃至１０［度］とし、前記後行右ワイヤと前記後行左ワイヤとが交差する角度である後行左右ワイヤ交差角度を１［度］乃至１０［度］とした３電極アーク溶接制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、１つの溶接トーチから互いに電気的に絶縁した３本の溶接ワイヤと被溶接物との間に３つのアークを発生させて溶接する３電極アーク溶接制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、厚板の多層溶接において、溶接作業の効率化を図るために２本の溶接トーチを用いて溶接が行なわれている。しかし、この溶接方法で２本のトーチを近づけることによって一つの溶融池を形成して高溶着量を得るようにするには、先行ワイヤによって形成される溶融金属が凝固する前に先行ワイヤによる溶融金属と後行ワイヤによる溶融金属とが解け合う必要がある。したがって、それぞれのトーチのワイヤ先端をかなり近づける必要がある。この場合、それぞれのトーチのノズルが接触するために、ワイヤ先端を一つの溶融池を形成することができる距離まで近づけることが困難である。また、それぞれのトーチのノズル間に隙間ができるために、シールドガスが溶融池を適切に覆うことができず溶接ビードが不良になる場合がある。
【０００３】
そこで、１つの溶接トーチに設けた電気的に絶縁した２つのコンタクトチップを通して２本の溶接ワイヤを送給して、それらの溶接ワイヤと被溶接物との間に２つのパルスアークを発生させて溶接を行う２電極アーク溶接制御方法が行われている。この溶接制御方法は、２本の溶接ワイヤが同時に溶融して高溶着量を得ることができるので、薄板の溶接では４［ｍ／分］を超える高速溶接を行うことができ、また、厚板の多層溶接では層数を減らして溶接を行うことができ、溶接作業の高効率化を図ることができる。かつ、この溶接制御方法はパルスアーク溶接制御方法であるので、スパッタの発生が少なく、美しいビード外観を得ることができる。この溶接制御方法は、鉄鋼、ステンレス鋼、アルミニウム合金等の種々の金属に対して使用することができる。しかし、従来の２電極アーク溶接制御方法は、後述する解決すべき課題がある。以下、従来の２電極アーク溶接制御方法について説明する。
【０００４】
図２は、従来の２電極アーク溶接制御方法を示す図である。同図において、溶接トーチ４から、互いに電気的に絶縁された先行ワイヤ１Ａ及び後行ワイヤ１Ｂが送給されて、これらのワイヤと被溶接物２との間に先行ワイヤ用溶接電源６Ａ及び後行ワイヤ用溶接電源６Ｂから電力が供給されアーク３Ａ及びアーク３Ｂが発生する。先行ワイヤ１Ａから発生しているアーク３Ａによって形成される溶融池５の溶融金属がアーク力によって後方へ流れていこうとするが、後行ワイヤ１Ｂから発生しているアーク３Ｂのアーク力がこの後方へ流れようとする溶融金属を先行ワイヤ１Ａから発生するアーク３Ａの直下へ押し戻して、各進行位置における溶融金属量を均一にして、溶接ビード７が凸凹形状のいわゆるハンピングビードに成ることを防止する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
溶接速度を向上させるためには、ワイヤの送給速度と溶接電流値とを増加させて、ワイヤの溶融量を増加させなければならない。しかし、例えば、ワイヤの直径が１．２［ｍｍ］の軟鋼溶接ワイヤの場合、１パルス１溶滴移行を行う適切なパルス条件は、一般的にパルスピーク電流値は４５０［Ａ］、パルスピーク時間は２．０［ｍｓ］であって、パルスピーク電流値は４５０［Ａ］よりも明かに小さいときは、溶融エネルギ及びピンチ力が不足するために、数個のパルスで１個の溶滴が溶接ワイヤ先端から離脱するｎパルス１溶滴移行又は短絡移行になる。また、パルスピーク電流値が４５０［Ａ］よりも明かに大きいときは、溶融エネルギ及びピンチ力が過大となるために、１個のパルスによって数個の溶滴が溶接ワイヤ先端から離脱する１パルスｎ溶滴移行となる。これらの場合、スパッタの発生が増加し、アーク状態も不安定になる。
【０００６】
図３は、パルスピーク電流値が４５０［Ａ］で平均溶接電流値が４００［Ａ］のパルス電流波形を示す図である。以下、図３を参照して平均溶接電流値が大になると、アーク長の調整が困難となる理由を説明する。パルスピーク電流値が４５０［Ａ］のパルス電流を溶接ワイヤに通電する場合、平均溶接電流値が４００［Ａ］を超えると、図３に示すように、ベース電流通電期間がかなり短くなる。同図はパルスピーク電流値Ｉｐが４５０［Ａ］、ベース電流値Ｉｂが５０［Ａ］、ピーク電流通電期間Ｔｐが２．１［ｍｓ］、ベース電流通電期間Ｔｂが０．３［ｍｓ］のパルス電流波形を示す図である。同図において、平均溶接電流値は４００［Ａ］であるが、ベース電流通電期間Ｔｂが非常に短いために、平均溶接電流値を調整することが困難であり、アーク長の調整が困難である。したがって、平均溶接電流値は４００［Ａ］程度が上限になる。
【０００７】
そこで、本出願の発明者は、溶接学会全国大会講演概要第６６集（２０００）の２４０頁に記載しているように、後行ワイヤの平均通電電流値は、先行ワイヤ１Ａの平均通電電流値の約４０［％］が適正値であることを提案した。以下、その理由を説明する。
図４は、従来の２電極アーク溶接制御方法における後行ワイヤ１Ｂの平均通電電流値［Ａ］（横軸）と最大溶接速度［ｍ／ｍｉｎ］（縦軸）との関係を示す図である。同図は、被溶接物が軟鋼で、直径が１．２［ｍｍ］の軟鋼ワイヤを使用してアルゴンが８０［％］と炭酸ガスが２０［％］とのシールドガスで、先行ワイヤ１Ａの平均通電電流値が３００［Ａ］、３５０［Ａ］及び４００［Ａ］に変化させて溶接したときの後行ワイヤ１Ｂの平均通電電流値［Ａ］（横軸）と最大溶接速度［ｍ／ｍｉｎ］（縦軸）との関係を示している。
上記の３種の平均通電電流値のうち、例えば、先行ワイヤ１Ａの平均通電電流値が４００［Ａ］であって、後行ワイヤ１Ｂの平均通電電流値が１００［Ａ］のときは、後行ワイヤ１Ｂのアーク３Ｂによって形成される溶接金属の量が不足するために、溶接ビードが全体に亘り細くなり、アンダカット又はハンピングビードが発生してしまう。従って、最大溶接速度は２．３［ｍ／ｍｉｎ］に制限される。
【０００８】
また、後行ワイヤ１Ｂの平均通電電流値を２００［Ａ］に増加させると、後行ワイヤ１Ｂの平均通電電流値が過大になるために、後行ワイヤ１Ｂのアーク３Ｂによる溶融池の掘り下げが大きくなり、溶融金属の流れが乱れて両アーク間に大きな湯溜まりが形成され、この不安定な湯溜まりが溶接ビード形状を悪化させる。従って、最大溶接速度は３．３［ｍ／ｍｉｎ］に制限される。
さらに、後行ワイヤ１Ｂの平均通電電流値を２５０［Ａ］まで増加させると、後行ワイヤ１Ｂのアーク力がさらに過大になり、アンダカット又はハンピングビードが発生する傾向が増加する。従って、正常な溶接ビードを形成させことができる最大溶接速度は２．２［ｍ／ｍｉｎ］に低下してしまう。
【０００９】
これに対して、後行ワイヤ１Ｂの平均通電電流値が約１５０［Ａ］のときは、後行ワイヤ１Ｂのアーク力が先行ワイヤ１Ａのアーク力によって後方に流れる溶融金属の流れを緩和し、溶接ビードの表面高さを均一にするように作用するので、４．０［ｍ／ｍｉｎ］の高速溶接の場合においても、溶接ビード形状が良好である。
【００１０】
また同図において、先行ワイヤ１Ａの平均通電電流値が３５０［Ａ］のときは、後行ワイヤ１Ｂの平均通電電流値が約１３０［Ａ］のときに、最大溶接速度は４．２［ｍ／ｍｉｎ］となり溶接ビード形状も良好である。また、先行ワイヤ１Ａの平均通電電流値が３００［Ａ］のときは、後行ワイヤ１Ｂの平均通電電流値が約１２０［Ａ］のときに、最大溶接速度は３．２［ｍ／ｍｉｎ］となり溶接ビード形状が良好である。
このように、本出願人が提案した技術では、後行ワイヤ１Ｂの平均通電電流値と先行ワイヤ１Ａの平均通電電流値との比がそれぞれ、１５０／４００＝０．３８、１３０／３５０＝０．３７、１２０／３００＝０．４０となるので、後行ワイヤ１Ｂの平均通電電流値が、先行ワイヤ１Ａの平均通電電流値の約４０［％］のときに、正常な溶接ビードを最も高速度で形成することが可能であった。
【００１１】
しかし、溶接電流値を増加させるために先行ワイヤ１Ａの平均通電電流値を１パルス１溶滴移行を行うことができる４００［Ａ］にした場合、後行ワイヤ１Ｂの平均通電電流値は４００［Ａ］の４０［％］である１６０［Ａ］までしか増加させることができないために、先行ワイヤ１Ａと後行ワイヤ１Ｂとの平均通電電流値の合計は、５６０［Ａ］までしか増加させることができない。したがって、溶接速度を増加させるために、１本のトーチから２本のワイヤを送給する２電極アーク溶接制御方法を実施しても、最大溶接速度は４０［％］しか増加できない。溶接速度を４０［％］を超えて増加させると、溶融金属の量が不足してアンダカットが発生する。
【００１２】
また、溶融金属の量を増加させるために後行ワイヤ１Ｂの通電電流値を先行ワイヤ１Ａの通電電流値よりも４０［％］を超えて増加させると、アーク圧力は通電電流の２乗に比例するために、先行ワイヤ１Ａのアーク力によって溶接進行方向の逆方向に流れる溶融金属の流れを後行ワイヤ１Ｂのアーク力によって先行ワイヤ１Ａの方に押し戻す力が増加するために、図５に示すように、先行ワイヤ１Ａと後行ワイヤ１Ｂとの間に湯溜り瘤９が発生し、溶融金属が凝固後、ハンピングビードが発生する。
【００１３】
また、隅肉溶接において、脚長を広げるためには、溶融金属量を多くする必要があるが、上記と同じ理由によって平均溶接電流値を増加させることに制限があるために溶融金属量を増加させることに限度がある。
さらに、２電極アーク溶接制御方法では、図２に示すように、先行ワイヤ１Ａ及び後行ワイヤ１Ｂを溶接方向に直列に配置すると、後行ワイヤ１Ｂから発生しているアーク３Ｂのアーク力が溶融金属を押し戻すために、先行ワイヤ１Ａ及び後行ワイヤ１Ｂのアークが溶接方向に直列に発生して、ビード幅を広げるのが困難である。
【００１４】
また、溶接速度を増加させるために、又は溶接ビード幅を広げるために、先行ワイヤ１Ａ及び後行ワイヤ１Ｂの通電電流値を増加させた場合、その通電電流値が高すぎと溶滴がスプレー移行して溶滴が過熱されるためにヒュームの発生量が増加して、溶接工の健康に悪影響を及ぼす。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、１つの溶接トーチから互いに電気的に絶縁された３本のワイヤを溶接線上に直列に配置し、
前記３本のワイヤのコンタクトチップの先端からワイヤが突き出している長さであるワイヤの突出し長さが１５［ｍｍ］において、先行ワイヤの先端と中間ワイヤの先端との距離である先行中間ワイヤ先端間距離を８［ｍｍ］乃至１４［ｍｍ］とし、前記中間ワイヤの先端と後行ワイヤの先端との距離である中間後行ワイヤ先端間距離を８［ｍｍ］乃至１４［ｍｍ］とし、
前記先行ワイヤの鉛直線に対する後退角を６［度］乃至１２［度］とし、前記中間ワイヤの鉛直線に対する後退角を４［度］乃至８［度］とし、前記後行ワイヤの鉛直線に対する前進角を５［度］乃至１２［度］とし、
前記後行ワイヤのアーク力によって前記先行ワイヤと前記後行ワイヤとの間に発生する湯だまり瘤を、前記中間ワイヤのアーク力によって抑制する３電極アーク溶接制御方法である。
【００１６】
請求項２の発明は、１つの溶接トーチから互いに電気的に絶縁された３本のワイヤを送給し、
先行ワイヤを溶接線上に配置し、
前記先行ワイヤの後方で後行右ワイヤと後行左ワイヤとを結ぶ線を溶接線と直角になる位置に配置し、
前記３本のワイヤのコンタクトチップの先端からワイヤが突き出している長さであるワイヤの突出し長さが１５［ｍｍ］において、前記先行ワイヤの先端から前記後行右ワイヤの先端及び前記後行左ワイヤの先端を結ぶ線と溶接線との交点までの先行後行左右ワイヤ垂直距離を８［ｍｍ］乃至１６［ｍｍ］とし、前記後行右ワイヤの先端と前記後行左ワイヤの先端との後行左右ワイヤ先端間距離を６［ｍｍ］乃至１０［ｍｍ］とし、
前記先行ワイヤの鉛直線に対する後退角を６［度］乃至１２［度］とし、前記後行右ワイヤの鉛直線に対する前進角を６［度］乃至１０［度］とし、前記後行左ワイヤの鉛直線に対する前進角を６［度］乃至１０［度］とし、前記後行右ワイヤと前記後行左ワイヤとが交差する角度である後行左右ワイヤ交差角度を１［度］乃至１０［度］とした３電極アーク溶接制御方法である。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図１は、本出願に係る発明の特徴を最もよく表す図である。後述する図６と同じなので、説明は図６で後述する。
発明の実施の形態は、出願時の請求項４項に記載の３電極アーク溶接制御方法であって、１つの溶接トーチ４から互いに電気的に絶縁された３本のワイヤを送給して溶接を行う３電極アーク溶接制御方法において、３本のワイヤを溶接線上に直列に配置し、３本のワイヤのコンタクトチップの先端からワイヤが突き出している長さであるワイヤの突出し長さが１５［ｍｍ］において、先行ワイヤ１Ａの先端と中間ワイヤ１Ｃの先端との距離である先行中間ワイヤ先端間距離ＬACを８［ｍｍ］乃至１４［ｍｍ］とし、中間ワイヤ１Ｃの先端と後行ワイヤ１Ｂの先端との距離である中間後行ワイヤ先端間距離ＬCBを８［ｍｍ］乃至１４［ｍｍ］とし、先行ワイヤ１Ａの鉛直線８Ａに対する後退角θＡを６［度］乃至１２［度］とし、中間ワイヤ１Ｃの鉛直線８Ｃに対する後退角θＣを４［度］乃至８［度］とし、後行ワイヤ１Ｂの鉛直線８Ｂに対する前進角θＢを５［度］乃至１２［度］とし、先行ワイヤ１Ａの平均通電電流値ＩＡと中間ワイヤ１Ｃの平均通電電流値ＩＣと後行ワイヤ１Ｂの平均通電電流値ＩＢとがそれぞれ８０［Ａ］乃至４００［Ａ］である３電極アーク溶接制御方法である。
【００２４】
【実施例】
［実施例１］
図６は、本発明の３電極アーク溶接制御方法を示す図である。同図において、溶接トーチ４から、互いに電気的に絶縁された先行ワイヤ１Ａと中間ワイヤ１Ｃと後行ワイヤ１Ｂとが溶接方向に直列の配置で送給されている。これらのワイヤと被溶接物２との間に先行ワイヤ用溶接電源６Ａと中間ワイヤ用溶接電源６Ｃと後行ワイヤ用溶接電源６Ｂとから電力がそれぞれ供給され、アーク３Ａとアーク３Ｃとアーク３Ｂとがそれぞれ発生する。
先行ワイヤ１Ａから発生しているアーク３Ａによって形成される溶融池５の溶融金属がアーク力によって後方へ流れていこうとするが、後行ワイヤ１Ｂから発生しているアーク３Ｂのアーク力がこの後方へ流れようとする溶融金属を先行ワイヤ１Ａから発生するアーク３Ａの直下へ押し戻す。そして、後行ワイヤ１Ｂのアーク力によって先行ワイヤ１Ａと後行ワイヤ１Ｂとの間に発生する湯だまり瘤を中間ワイヤ１Ｃのアーク力によって抑制して各進行位置における溶融金属量を均一にして、ハンピングビードになることを防止する。
【００２５】
発明者の実験によれば、図６に示した３本のワイヤを溶接線方向に直列に配置したときの適切なワイヤの傾斜角度とワイヤ先端間の距離と平均通電電流値とは次のとおりである。
３本のワイヤのコンタクトチップの先端からワイヤが突き出している長さであるワイヤの突出し長さが１５［ｍｍ］において、先行ワイヤ１Ａの先端と中間ワイヤ１Ｃの先端との距離である先行中間ワイヤ先端間距離ＬACが８［ｍｍ］乃至１４［ｍｍ］、中間ワイヤ１Ｃの先端と後行ワイヤ１Ｂの先端との距離である中間後行ワイヤ先端間距離ＬCBが８［ｍｍ］乃至１４［ｍｍ］である。
先行ワイヤ１Ａの鉛直線８Ａに対する後退角θＡが６［度］乃至１２［度］、中間ワイヤ１Ｃの鉛直線８Ｃに対する後退角θＣが４［度］乃至８［度］、後行ワイヤ１Ｂの鉛直線８Ｂに対する前進角θＢが５［度］乃至１２［度］である。
先行ワイヤ１Ａの平均通電電流値ＩＡと中間ワイヤ１Ｃの平均通電電流値ＩＣと後行ワイヤ１Ｂの平均通電電流値ＩＢとがそれぞれ８０［Ａ］乃至４００［Ａ］である。
【００２６】
上記の溶接条件の設定において、先行中間ワイヤ先端間距離ＬACを１４［ｍｍ］を超える距離にすると、先行ワイヤ１Ａと中間ワイヤ１Ｃとの間に湯溜まり瘤が発生する場合がある。したがって、先行中間ワイヤ先端間距離ＬACを８［ｍｍ］乃至１４［ｍｍ］とし、さらに、先行ワイヤ１Ａ及び中間ワイヤ１Ｃの鉛直線８Ａ及び８Ｃに対する角度θＡ及びθＣを後退角とすることによって、先行ワイヤ１Ａと中間ワイヤ１Ｃとの間に湯溜まり瘤が発生することを防止する。
また、中間後行ワイヤ先端間距離ＬCBを１４［ｍｍ］を超える距離、又は中間ワイヤ１Ｃの後退角θＣを８［度］を超える角度、又は後行ワイヤ１Ｂの前進角θＢを１２［度］を超える角度とすると、中間ワイヤ１Ｃと後行ワイヤ１Ｂとの間に湯溜まり瘤が発生する場合がある。したがって、中間後行ワイヤ先端間距離ＬCBを８［ｍｍ］乃至１４［ｍｍ］、中間ワイヤ１Ｃの後退角θＣを４［度］乃至８［度］、後行ワイヤ１Ｂの前進角θＢを５［度］乃至１２［度］とすることによって、中間ワイヤ１Ｃと後行ワイヤ１Ｂとの間に湯溜まり瘤が発生することを防止する。
また、先行ワイヤ１Ａの平均通電電流値ＩＡと中間ワイヤ１Ｃの平均通電電流値ＩＣと後行ワイヤ１Ｂの平均通電電流値ＩＢとは、前述したように、４００［Ａ］程度が上限になるので、８０［Ａ］乃至４００［Ａ］としている。
【００２７】
従来の２電極アーク溶接制御方法のときよりも、溶接速度を増加させるために後行ワイヤ１Ｂの通電電流値を増加させても、上記の溶接条件で３電極アーク溶接を実施して、後行ワイヤ１Ｂのアーク力によって先行ワイヤ１Ａと後行ワイヤ１Ｂとの間に発生する湯だまり瘤を、中間ワイヤ１Ｃのアーク力によって抑制することができるので、各進行位置における溶融金属量を均一にすることができる。
したがって、後述する図８、図９及び図１２に示すように、後行ワイヤ１Ｂの平均通電電流値を増加させることができ、さらに中間ワイヤ１Ｃの平均通電電流を加えた３本のワイヤの総平均通電電流値を増加させることができ、ワイヤの溶融量を増加させることができ、溶接速度を向上させることができる。
また、３電極アーク溶接制御方法は、２電極アーク溶接制御方法と比較して同じ総平均通電電流値の場合、各ワイヤの平均通電電流値が小さいので、溶接ヒュームの発生量を少なくすることができる。
【００２８】
［第２の実施例］
被溶接物が厚板で脚長の長い溶接ビードが要求される溶接においては、図７に示すように、３本のワイヤの配置を３角形を形成する配置にすることによって、溶融金属の分布を制御することができ、１回当りの溶接パスで得ることができる脚長を長くすることができる。
図７は、本発明の三角式３電極アーク溶接制御方法を示す図である。同図において、溶接トーチ４から、互いに電気的に絶縁された先行ワイヤ１Ａと後行右ワイヤ１BRと後行左ワイヤ１BLとが溶接方向に三角形を形成する配置で送給されている。これらのワイヤと被溶接物２との間に先行ワイヤ用溶接電源６Ａと後行右ワイヤ用溶接電源６BRと後行左ワイヤ用溶接電源６BLとから電力がそれぞれ供給され、アークがそれぞれ発生する。
【００２９】
発明者の実験によれば、図７に示した３本のワイヤの配置を３角形を形成する配置にしたときの適切なワイヤの傾斜角度とワイヤ先端間の距離と平均通電電流値とは次のとおりである。
３本のワイヤのコンタクトチップの先端からワイヤが突き出している長さであるワイヤの突出し長さが１５［ｍｍ］において、先行ワイヤ１Ａの先端から後行右ワイヤ１BRの先端及び後行左ワイヤ１BLの先端を結ぶ線と溶接線との交点までの先行後行左右ワイヤ垂直距離Ｌ１が８［ｍｍ］乃至１６［ｍｍ］、後行右ワイヤ１BRの先端と後行左ワイヤ１BLの先端との距離である後行左右ワイヤ先端間距離ＬRLが６［ｍｍ］乃至１０［ｍｍ］である。
また、先行ワイヤ１Ａの鉛直線８Ａに対する後退角θＡが６［度］乃至１２［度］、後行右ワイヤ１BRの鉛直線８BRに対する前進角θBRが６［度］乃至１０［度］、後行左ワイヤ１BLの鉛直線８BLに対する前進角θBLが６［度］乃至１０［度］であり、後行右ワイヤ１BRと後行左ワイヤ１BLとが交わる角度である後行左右ワイヤ交差角度θRLが１［度］乃至１０［度］である。
また、先行ワイヤ１Ａの平均通電電流値ＩＡと後行右ワイヤ１BRの平均通電電流値ＩBRと後行左ワイヤ１BLの平均通電電流値ＩBLとがそれぞれ８０［Ａ］乃至４００［Ａ］である。
【００３０】
上記の溶接条件の設定において、先行後行左右ワイヤ垂直距離Ｌ１を１６［ｍｍ］を超える距離、又は先行ワイヤ１Ａの後退角θＡを１２［度］を超える角度、又は後行右ワイヤ１BRの前進角θBRを１０［度］を超える角度、又は後行左ワイヤ１BLの前進角θBLを１０［度］を超える角度とすると、先行ワイヤ１Ａと後行右ワイヤ１BR又は後行左ワイヤ１BLとの間に湯溜まり瘤が発生する場合がある。したがって、先行後行左右ワイヤ垂直距離Ｌ１を８［ｍｍ］乃至１６［ｍｍ］、先行ワイヤ１Ａの後退角θＡを６［度］乃至１２［度］、後行右ワイヤ１BRの前進角θBRを６［度］乃至１０［度］、後行左ワイヤ１BLの前進角θBLを６［度］乃至１０［度］とすることによって、先行ワイヤ１Ａと後行右ワイヤ１BR又は後行左ワイヤ１BLとの間に湯溜まり瘤が発生することを防止する。
また、後行左右ワイヤ先端間距離ＬRLを１０［ｍｍ］を超える距離、又は後行左右ワイヤ交差角度θRLを１０［度］を超える角度とすると、後行右ワイヤ１BRと後行左ワイヤ１BLとの間に湯溜まり瘤が発生する場合がある。したがって、後行左右ワイヤ先端間距離ＬRLを６［ｍｍ］乃至１０［ｍｍ］、後行左右ワイヤ交差角度θRLを１［度］乃至１０［度］とすることによって、後行右ワイヤ１BRと後行左ワイヤ１BLとの間に湯溜まり瘤が発生することを防止する。
また、先行ワイヤ１Ａの平均通電電流値ＩＡと後行右ワイヤ１BRの平均通電電流値ＩBRと後行左ワイヤ１BLの平均通電電流値ＩBLとは、前述したように、４００［Ａ］程度が上限になるので、８０［Ａ］乃至４００［Ａ］としている。
【００３１】
上記の溶接条件で三角式３電極アーク溶接を実施することによって、後述する図８、図１０乃至図１２に示すように、３本のワイヤの総平均通電電流値を増加させることができるので、ワイヤの溶融量を増加させることができ、溶接速度を向上させることができる。
また、三角式３電極アーク溶接は、従来の２電極アーク溶接制御方法と比較して同じ総平均通電電流値の場合、各ワイヤの平均通電電流値が小さいので、溶接ヒュームの発生量を少なくすることができる。
さらに、被溶接物２が厚板で脚長が長い溶接ビードが要求される溶接においては、３本のワイヤの配置を３角形を形成する配置にすることによって、溶融金属の分布を制御することができ、１回当りの溶接パスで得ることができる脚長を長くすることができる。
【００３２】
図８は、従来の２電極アーク溶接制御方法と本発明の直列式及び三角式３電極アーク溶接制御方法との実用的な最大総平均溶接電流［Ａ］を示す図である。本発明と従来技術との溶接条件は、被溶接物２の材質が軟鋼で、直径が１．２［ｍｍ］の軟鋼ワイヤを使用して、アルゴンが８０［％］と炭酸ガスが２０［％］とのシールドガスを使用している。同図において、従来の最大総平均溶接電流は５６０［Ａ］であるのに対して、本発明の最大総平均溶接電流は１２００［Ａ］近い電流値であって、本発明は最大総平均溶接電流値を従来技術の約２倍にすることができる。
【００３３】
図９は、従来の２電極アーク溶接制御方法と本発明の直列式３電極アーク溶接制御方法との実用的な最大溶接速度［ｍ／ｍｉｎ］を示す図である。本発明と従来技術との溶接条件は、被溶接物２の材質が軟鋼で、直径が１．２［ｍｍ］の軟鋼ワイヤを使用して、アルゴンが８０［％］と炭酸ガスが２０［％］とのシールドガスを使用し、従来技術の先行ワイヤ１Ａの平均通電電流値ＩＡが４００［Ａ］、後行ワイヤ１Ｂの平均通電電流値ＩＢが１６０［Ａ］、本発明の先行ワイヤ１Ａの平均通電電流値が４００［Ａ］、中間ワイヤ１Ｃ及び後行ワイヤ１Ｂの平均通電電流値が３６０［Ａ］で、上板の厚さが２．３［ｍｍ］で下板の厚さが３．２［ｍｍ］の重ね隅肉溶接である。同図において、従来技術の実用最大溶接速度は４［ｍ／ｍｉｎ］であるのに対して、本発明の実用最大溶接速度は１０［ｍ／ｍｉｎ］近くであって、本発明は最大溶接速度を従来技術の２倍以上にすることができる。
【００３４】
図１０は、従来の２電極アーク溶接制御方法と本発明の三角式３電極アーク溶接制御方法との最大総ワイヤ溶融速度［ｍ／ｍｉｎ］を示す図である。本発明と従来技術との溶接条件は、被溶接物２の材質が軟鋼で、直径が１．２［ｍｍ］の軟鋼ワイヤを使用して、アルゴンが８０［％］と炭酸ガスが２０［％］とのシールドガスを使用し、従来技術の先行ワイヤ１Ａの平均通電電流値ＩＡが４００［Ａ］、後行ワイヤ１Ｂの平均通電電流値ＩＢが１６０［Ａ］、本発明の先行ワイヤ１Ａと後行右ワイヤ１BRと後行左ワイヤ１BLの平均通電電流値が４００［Ａ］である。同図において、従来技術の最大総ワイヤ溶融速度は２８［ｍ／ｍｉｎ］であるのに対して、本発明の最大総ワイヤ溶融速度は６０［ｍ／ｍｉｎ］であって、本発明は最大総ワイヤ溶融速度を従来技術の約２倍にすることができる。
【００３５】
図１１は、従来の２電極アーク溶接制御方法と本発明の三角式３電極アーク溶接制御方法との最大脚長［ｍｍ］を示す図である。本発明と従来技術との溶接条件は、被溶接物２の材質が軟鋼で、直径が１．２［ｍｍ］の軟鋼ワイヤを使用して、アルゴンが８０［％］と炭酸ガスが２０［％］とのシールドガスを使用し、従来技術の先行ワイヤ１Ａの平均通電電流値ＩＡが４００［Ａ］、後行ワイヤ１Ｂの平均通電電流値ＩＢが１６０［Ａ］、本発明の先行ワイヤ１Ａの平均通電電流値が４００［Ａ］、中間ワイヤ１Ｃ及び後行ワイヤ１Ｂの平均通電電流値が３８０［Ａ］で、厚さが１２［ｍｍ］の水平Ｔ隅肉溶接である。同図において、従来技術の最大脚長は８［ｍｍ］であるのに対して、本発明の最大脚長は１６［ｍｍ］であって、本発明は最高脚長を従来技術の２倍にすることができる。
【００３６】
図１２は、従来の２電極アーク溶接制御方法と本発明の直列式及び三角式３電極アーク溶接制御方法との溶接ヒュームの発生量［ｍｇ／ｓｅｃ］を示す図である。本発明と従来技術との溶接条件は、被溶接物２の材質が軟鋼で、直径が１．２［ｍｍ］の軟鋼ワイヤを使用して、アルゴンが８０［％］と炭酸ガスが２０［％］とのシールドガスを使用し、従来の２電極アーク溶接制御方法と本発明の直列式及び三角式３電極アーク溶接制御方法ともワイヤの総平均通電電流値が５６０［Ａ］である。同図において、従来技術の溶接ヒュームの発生量は１１［ｍｇ／ｓｅｃ］であるのに対して、本発明の溶接ヒュームの発生量は４［ｍｇ／ｓｅｃ］以下であって、本発明は溶接ヒュームの発生量を従来技術の１／３に減少することができる。
【００３７】
本発明の実施例として図８乃至図１２に被溶接物２の材質が軟鋼である場合を示したが、本発明は被溶接物２の材質が軟鋼である場合に適用されるだけでなく、被溶接物２の材質がアルミ又はステンレス等にも適用される。
【００３８】
【発明の効果】
本発明の実施例１である直列式３電極アーク溶接制御方法は、１本の溶接トーチから３本のワイヤを溶接方向に対して直列に配置するように送給して溶接を行うことによって、従来の２電極アーク溶接制御方法と比較して、後行ワイヤ１Ｂのアーク力によって先行ワイヤ１Ａと後行ワイヤ１Ｂとの間に形成される湯だまり瘤を中間ワイヤ１Ｃのアーク力によって抑制することができるので、各進行位置における溶融金属量を均一にすることができる。
また、３本のワイヤの総平均通電電流値を増加させることができるので、ワイヤの溶融量を増加させることができ、溶接速度を向上させることができる。
また、２電極アーク溶接制御方法と比較して同じ総通電電流値の場合、各ワイヤの平均通電電流値が小さいので、溶接ヒュームの発生量を少なくすることができる。
【００３９】
実施例２においては、３本のワイヤの配置を３角形を形成する配置にすることによって、上記の直列式３電極アーク溶接制御方法の効果に加えて、溶融金属の分布を制御することができるので、被溶接物が厚板で脚長が長い溶接ビードが要求される溶接においては、１回当りの溶接パスで得ることができる脚長を長くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本出願に係る発明の特徴を最もよく表す図である。
【図２】従来の２電極アーク溶接制御方法を示す図である。
【図３】パルスピーク電流値が４５０［Ａ］で平均溶接電流値が４００［Ａ］のパルス電流波形を示す図である。
【図４】従来の２電極アーク溶接制御方法における後行ワイヤ１Ｂの平均通電電流値［Ａ］（横軸）と最大溶接速度［ｍ／ｍｉｎ］（縦軸）との関係を示す図である。
【図５】従来の２電極アーク溶接制御方法における先行ワイヤ１Ａと後行ワイヤ１Ｂとの間に湯溜り瘤９が発生する状態を説明する図である。
【図６】本発明の直列式３電極アーク溶接制御方法を示す図である。
【図７】本発明の三角式３電極アーク溶接制御方法を示す図である。
【図８】従来の２電極アーク溶接制御方法と本発明の直列式及び三角式３電極アーク溶接制御方法との実用的な最大総平均溶接電流［Ａ］を示す図である。
【図９】従来の２電極アーク溶接制御方法と本発明の直列式３電極アーク溶接制御方法との実用的な最大溶接速度［ｍ／ｍｉｎ］を示す図である。
【図１０】従来の２電極アーク溶接制御方法と本発明の三角式３電極アーク溶接制御方法との最大総ワイヤ溶融速度［ｍ／ｍｉｎ］を示す図である。
【図１１】従来の２電極アーク溶接制御方法と本発明の三角式３電極アーク溶接制御方法との最大脚長［ｍｍ］を示す図である。
【図１２】従来の２電極アーク溶接制御方法と本発明の直列式及び三角式３電極アーク溶接制御方法との溶接ヒュームの発生量［ｍｇ／ｓｅｃ］を示す図である。
【符号の説明】
１Ａ  先行ワイヤ
１Ｂ  後行ワイヤ
１Ｃ  中間ワイヤ
２  被溶接物
３Ａ  先行ワイヤ１Ａのアーク
３Ｂ  後行ワイヤ１Ｂのアーク
３Ｃ  中間ワイヤ１Ｃのアーク
４  溶接トーチ
５  溶融池
６Ａ  先行ワイヤ用溶接電源
６Ｂ  後行ワイヤ用溶接電源
６Ｃ  中間ワイヤ用溶接電源
７  溶接ビード
８Ａ  先行ワイヤの鉛直線
８Ｂ  後行ワイヤの鉛直線
８BR  後行右ワイヤの鉛直線
８BL  後行左ワイヤの鉛直線
８Ｃ  中間ワイヤの鉛直線
９  湯溜り瘤
ＩＡ  先行ワイヤ１Ａの平均通電電流値
ＩＢ  後行ワイヤ１Ｂの平均通電電流値
ＩBR  後行右ワイヤ１BRの平均通電電流値
ＩBL  後行左ワイヤ１BLの平均通電電流値
ＩＣ  中間ワイヤ１Ｃの平均通電電流値
Ｌ１  先行ワイヤ１Ａの先端から後行右ワイヤ１BRの先端及び後行左ワイヤ１BLの先端を結ぶ線と溶接線との交点までの先行後行左右ワイヤ垂直距離
ＬRL  後行右ワイヤ１BRの先端と後行左ワイヤ１BLの先端との後行左右ワイヤ先端間距離
ＬAC  先行中間ワイヤ先端間距離
ＬCB  中間後行ワイヤ先端間距離
θＡ  先行ワイヤ１Ａの鉛直線８Ａに対する後退角
θＢ  後行ワイヤ１Ｂの鉛直線８Ｂに対する前進角
θBR  後行右ワイヤ１BRの鉛直線８BRに対する前進角
θBL  後行左ワイヤ１BLの鉛直線８BLに対する前進角
θＣ  中間ワイヤ１Ｃの鉛直線８Ｃに対する後退角
θRL  後行右ワイヤ１BRと後行左ワイヤ１BLとが交差する角度である後行左右ワイヤ交差角度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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