(57)【要約】  本発明は、３本の溶接ワイヤー及び二つの可変極性溶接電源を用いて溶接工程を実施する可変極性三線ガス保護間接アーク溶接方法を提供する。該方法は、溶接前に、メインワイヤーを二つの可変極性溶接電源の一極に連接し、ほかの２本のサイドワイヤーを二つの可変極性溶接電源の他極にそれぞれ連接し、溶接用ワークピースは二つの前記可変極性溶接電源に連接しないように構成するステップと、溶接時に、二つの前記可変極性溶接電源を同時にオンし、二つの前記可変極性溶接電源は同期に作動しかつ前記メインワイヤーに連接された極性と常に同じであり、前記可変極性溶接電源極性の周期的な陽陰極の変換により、溶接ワイヤー周囲の磁界分布を周期的に制御させ、結合間接アークの周期的な振れを実現する溶接ステップと、を含む。本発明は、アークの偏向を制御することにより、溶接アークの熱源エネルギーの正確な分配を実現でき、薄板高速溶接における溶け落ち欠陥の発生及び厚板ナローギャップ溶接における側壁不溶着、側壁アークストライクの問題を効果的に解決した。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
３本の溶接ワイヤー及び二つの可変極性溶接電源を用いて溶接過程を実施する可変極性三線ガス保護間接アーク溶接方法であって、
溶接前に、メインワイヤーを二つの可変極性溶接電源の一極に連接し、ほかの２本のサイドワイヤーをそれぞれ二つの可変極性溶接電源の他極に連接し、溶接用ワークピースは二つの前記可変極性溶接電源に連接しないように構成するステップと、
溶接時に、二つの前記可変極性溶接電源を同時にオンし、二つの前記可変極性溶接電源は同期に作動しかつ前記メインワイヤーに連接された極性と常に同じであり、前記可変極性溶接電源極性の周期的な陽陰極の変換により、溶接ワイヤー周囲の磁界分布を周期的に制御させ、結合間接アークの周期的振れを実現する溶接ステップと、を含む、
ことを特徴とする可変極性三線ガス保護間接アーク溶接方法。
【請求項２】
２本のサイドワイヤーは、メインワイヤーに対して対称分布するようにそれぞれメインワイヤーの両側に配置され、２本の前記サイドワイヤーはそれぞれ前記メインワイヤーと２０°〜１２０°の夾角をなすように構成され、２本の前記サイドワイヤーは前記メインワイヤーの延長線とそれぞれ交差し、かつ二つの交点が同一水平線に位置する、
ことを特徴とする請求項１に記載の可変極性三線ガス保護間接アーク溶接方法。
【請求項３】
前記メインワイヤーが二つの前記可変極性溶接電源の陰極に接続すると、二つの間接アークは２本のサイドワイヤーに偏向して、結合アークが分散になり、アークのエネルギー密度が低下し、前記メインワイヤーが二つの前記可変極性溶接電源の陽極に接続すると、二つの間接アークがメインワイヤーに偏向して、アークが集中になって、結合アークのエネルギー密度が増大し、エネルギー密度を柔軟に調節可能できる該結合間接アークを用いて母材に対して加工を行い、二つの前記可変極性溶接電源の制御パラメータを変更することで、溶接ワイヤーと母材とへの熱入力を正確で柔軟に調節する過程を実現する、
ことを特徴とする請求項１に記載の可変極性三線ガス保護間接アーク溶接方法。
【請求項４】
二つの前記可変極性溶接電源の可変極性の周波数は１０Ｈｚ〜５００Ｈｚであり、かつ出力の電流方向が同じで、位相が同じであり、前記メインワイヤーの電流は常に二つの前記サイドワイヤーの電流の和である、
ことを特徴とする請求項１に記載の可変極性三線ガス保護間接アーク溶接方法。
【請求項５】
溶接の総電流が２４０Ａ〜６００Ａの範囲に維持され、前記メインワイヤーのワイヤー送給速度が３．５ｍ／ｍｉｎ〜１５ｍ／ｍｉｎに、溶接速度が０．１ｍ／ｍｉｎ〜４．０ｍ／ｍｉｎに制御される、
ことを特徴とする請求項４に記載の可変極性三線ガス保護間接アーク溶接方法。
【請求項６】
前記溶接方法による溶接過程において利用する保護ガスはＣＯ２、Ａｒのいずれか一つ又はＣＯ２とＡｒとの混合ガスであり、保護気流はいずれも０．１〜５０Ｌ／ｍｉｎである、
ことを特徴とする請求項４に記載の可変極性三線ガス保護間接アーク溶接方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の可変極性三線ガス保護間接アーク溶接方法を実施するための装置であって、
前記装置は３本の溶接ワイヤー及び二つの可変極性溶接電源より構成され、
その中、メインワイヤーは二つの前記可変極性溶接電源の一極に連接される一方、２本のサイドワイヤーはそれぞれ二つの前記可変極性溶接電源の他極に連接され、二つの前記サイドワイヤーは、前記メインワイヤーに対して対称分布するようにそれぞれ前記メインワイヤーの両側に配置され、二つの前記サイドワイヤーと前記メインワイヤーとの夾角は２０°〜１２０°に維持され、かつ二つの前記サイドワイヤーは前記メインワイヤーの延長線とそれぞれ交差し且つ二つの交点が同一水平線に位置し、
溶接時に、二つの前記可変極性溶接電源が同期作動しかつ前記メインワイヤーに連接された極性と常に同じであり、可変極性の周波数が１０Ｈｚ〜５００Ｈｚであり、出力の電流方向が同じで、位相が同じである、ことを特徴とする可変極性三線ガス保護間接アーク溶接方法を実施するための装置。
【請求項８】
可変極性三線ガス保護間接アークによる薄板高速溶接方法であって、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法を含み、高速溶接の実施過程において、溶接ワイヤーがある鉛直面に平行な方向を溶接方向とし、３本の前記溶接ワイヤーを充填金属として、間接アークのアーク柱の熱量及び溶滴移行による熱量を利用して充填金属と溶接用ワークピースとの溶接を実現する、
ことを特徴とする可変極性三線ガス保護間接アークによる薄板高速溶接方法。
【請求項９】
可変極性三線ガス保護間接アークによる厚板ナローギャップ溶接方法であって、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法を含み、溶接の実施過程において、溶接ワイヤーがある鉛直面に平行な方向を溶接方向とし、開先なし且つバットシーム隙間が１０ｍｍ未満の条件下でナローギャップ多層多パス溶接を実現する、
ことを特徴とする可変極性三線ガス保護間接アークによる厚板ナローギャップ溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は材料加工の分野に属し、可変極性間接アーク溶接方法に関し、具体的には可変極性三線ガス保護間接アーク溶接方法、装置及びその使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
現代工業の発展に伴い、建築、船舶製造、橋梁、機械、圧力容器、軌道、配管などの分野において、大型部材の応用はますます広くなっている。これらの大型部材の製造において厚板の応用は大きな割合を占めている（非特許文献１〜３）。厚板の溶接効率を向上させることは非常に重要になっている。
【０００３】
厚板ナローギャップ溶接技術は、溶接面積を３０％以上減少させることができ、充填材料を大幅に節減し、溶接効率を顕著に向上した。しかしながら、伝統的なガスメタルアーク溶接では、溶接ガンが電源の一極に連接され、ワークピースが電源の他極に連接され、導電パスが板材とワークピースとの間に設けられる。ナローギャップ溶接において、ガスメタルアーク溶接の溶接ワイヤーが板材の側壁とアークストライクを生じやすいため、溶接シームの根部が融合しないという欠陥が発生し、これにより板材のバットシーム隙間の減少が制限される。
【０００４】
伝統的な溶接方法と異なり、間接アーク溶接のワークピースが電源に連接せず、アークは電極の間だけで発生する。そのため、ナローギャップ溶接における側壁のアークストライクの発生を有効に避けることができる。現在、間接アークに対する研究は主に二線間接アーク溶接（非特許文献４〜５）に集中されており、二線間接アークは明らかな熱入力不足の欠点がある。
【０００５】
二線間接アークの熱入不足という問題点に対して、特許文献１（出願番号：２０１５１０１４５０４１．４）は、三線ガス保護間接アーク溶接方法を開示した。図１は三線間接アーク溶接の原理を説明する図であり、図１に示すように、メインワイヤーが二つの直流電源の陰極に連接され、二つのサイドワイヤーがそれぞれ二つの直流電源の陽極に連接され、第３本の溶接ワイヤーの導入により、間接アーク周囲の磁界の分布を改善して、間接アーク溶接パラメータの可変範囲を拡大し、間接アークの熱入力不足という欠陥を改善した。しかしながら、該方法には依然として不備があり、即ち、該構造において、二つのサイドワイヤーがメインワイヤーに対して中心対称しているため、メインワイヤーとサイドワイヤーとの間の磁界がメインワイヤーに対して中心対称となり、二つの間接アークが互いに独立し且つ尾部における偏向が発生し、これにより、アークの溶接シームの中心位置に対する加熱作用が弱くなって、溶接シーム中心の凸起が発生しやすく層間の融合不良欠陥が発生しやすい。
【０００６】
三線間接アークの形態発散の問題点に対して、特許文献２（出願番号：２０１８１１０７５３２６．５）は新型三線ガス保護間接アーク溶接方法、装置及びその使用を開示した。図２は新型三線間接アーク溶接の原理を説明する図であり、図２に示すように、メインワイヤーが二つの直流電源の陽極に連接され、サイドワイヤーがそれぞれ二つの直流電源の陰極に連接され、このような電源の連接方式で溶接ワイヤー周囲の磁界及び電界の分布を調整して、二つの間接アークを複合させることで、アーク形態を集中させ、三線間接アーク溶接の溶融深さをさらに向上させる。しかしながら、該方法にも不備があるものの、アーク形態が集中しているため、間接アークによる溶接シーム側壁への加熱が少なく、溶接シーム側壁の融合不良欠陥が発生しやすい。
【０００７】
上記の三線間接アーク溶接における欠陥及びその発生原因に基づき、上記課題を解決するための、新型の三線ガス保護間接アーク溶接方法の提供が必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】中国特許出願公開第１０４７７２５５２号明細書
【特許文献２】中国特許出願公開第１０９０７９２８７号明細書
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Ｏｈａｔａ  Ｍ．，Ｔｏｙｏｄａ  Ｍ．．Ｄａｍａｇｅ  ｃｏｎｃｅｐｔ  ｆｏｒ  ｅｖａｌｕａｔｉｎｇ  ｄｕｃｔｉｌｅ  ｃｒａｃｋｉｎｇ  ｏｆ  ｓｔｅｅｌ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ  ｓｕｂｊｅｃｔｅｄ  ｔｏ  ｌａｒｇｅ−ｓｃａｌｅ  ｃｙｃｌｉｃ  ｓｔｒａｉｎｉｎｇ［Ｊ］．Ｓｃｉｅｎｃｅ  ＆  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ｏｆ  Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，２０１６，５（５）：２４１−２４９．
【非特許文献２】Ｆａｎ  Ｚ，Ｗａｎｇ  Ｚ，Ｔａｎｇ  Ｊ．Ａｎａｌｙｓｉｓ  ｏｎ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｆｉｅｌｄ  ａｎｄ  ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｕｐｏｎ  ｈｅａｌｉｎｇ  ｏｆ  ｌａｒｇｅ−ｓｐａｎ  ｓｔｅｅｌ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｔａｄｉｕｍ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｂｕｉｌｄｉｎｇ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，２００７，２８（２）：３２−４０．
【非特許文献３】Ｊｉａ  ＧＥ，Ｗａｎｇ  Ｓ，Ｌｉａｎｇ  Ｈ，ｅｔ  ａｌ．Ｄｅｓｉｇｎ  ａｎｄ  ｒｅｓｅａｒｃｈ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｌａｒｇｅ−ｓｐａｎ  ｓｔｅｅｌ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ  ｏｆ  ｔｈｅｂａｄｍｉｎｔｏｎ  ｇｙｍｎａｓｉｕｍ  ｆｏｒ  ２００８  Ｏｌｙｍｐｉｃ  Ｇａｍｅｓ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｂｕｉｌｄｉｎｇ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，２００７，２８（６）：１０−１７．
【非特許文献４】曹梅青、鄒増大、王春茂  等．溶接電流の二線間接アーク溶接のアーク特性に対する影響［Ｊ］．溶接学術誌，２００５，２６（１２）：４７−５０．
【非特許文献５】張順善、鄒勇、鄒増大磁界の二線間接アーク溶接溶滴移行に対する影響［Ｊ］．溶接学術誌，２０１１，３２（６）：６９−７２．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記先行技術に記載の三線間接アーク溶接方法の問題点に鑑みてなされたものであり、可変極性三線ガス保護間接アーク溶接方法、装置及びその使用を提供する。本発明は主に、二つの可変極性溶接電源を用いて、溶接ワイヤー周囲の磁界分布の周期的な制御を実現し、更に間接アークの加熱位置の制御を実現する。メインワイヤーが陽極の場合、アーク形態が集中して、溶接シーム層間の良好な溶接が保証でき、メインワイヤーが陰極の場合、アークが両側に偏向して、溶接シーム側壁の良好な溶接が保証できる。本発明の可変極性三線ガス保護間接アーク溶接は、ナローギャップ溶接における側壁不溶着と溶接シーム層間不溶着の問題を解決した。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の技術的手段は以下の通りである。
【００１２】
本発明の一態様は、３本の溶接ワイヤー及び二つの可変極性溶接電源を用いて溶接過程を実施する可変極性三線ガス保護間接アーク溶接方法であって、
溶接前に、メインワイヤーを二つの可変極性溶接電源の一極に連接し、ほかの２本のサイドワイヤーをそれぞれ二つの可変極性溶接電源の他極に連接し、溶接用ワークピースは二つの前記可変極性溶接電源に連接ないように構成するステップと、
溶接時に、二つの前記可変極性溶接電源を同時にオンし、二つの前記可変極性溶接電源は同期に作動し且つ前記メインワイヤーが連接された極性と常に同じであり、前記可変極性溶接電源極性の周期的な陽陰極の変換により、溶接ワイヤー周囲の磁界分布を周期的に制御させ、結合間接アークの周期的な振れを実現する溶接ステップと、を含む。
【００１３】
さらに、２本のサイドワイヤーは、メインワイヤーに対して対称分布するようにそれぞれメインワイヤーの両側に配置され、２本の前記サイドワイヤーはそれぞれ前記メインワイヤーと２０°〜１２０°の夾角になすように構成され、２本の前記サイドワイヤーはそれぞれ前記メインワイヤーの延長線と交差しかつ二つの交点が同一水平線に位置し、２本の前記サイドワイヤーは前記メインワイヤーに対して鏡面対称である。
【００１４】
さらに、前記メインワイヤーが二つの前記可変極性溶接電源の陰極に接続されると、二つの間接アークが２本のサイドワイヤーに偏向して、結合アークが分散になり、アークのエネルギー密度が低下し、前記メインワイヤーが二つの前記可変極性溶接電源の陽極に連接されると、二つの間接アークがメインワイヤーに偏向して、アークが集中になり、結合アークのエネルギー密度が増大し、エネルギー密度を柔軟に調節できる該結合間接アークを用いて母材に対して加工を行い、二つの前記可変極性溶接電源の制御パラメータを変更することで、溶接ワイヤーと母材とへの熱入力に対して精確で柔軟な制御過程を実現する。なお、前記制御パラメータは、電源の周波数、デューティサイクル、電流及び電圧などのパラメータを含むが、それに限られない。
【００１５】
さらに、二つの前記可変極性溶接電源変極性の周波数は１０Ｈｚ〜５００Ｈｚであり、かつ出力の電流方向は同じで、位相は同じであり、前記メインワイヤーの電流は常に二つの前記サイドワイヤーの電流の和である。
【００１６】
さらに、溶接の総電流は２４０Ａ〜６００Ａの範囲に維持され、前記メインワイヤーのワイヤー送給速度は３．５ｍ／ｍｉｎ〜１５ｍ／ｍｉｎに、溶接速度は０．１ｍ／ｍｉｎ〜４．０ｍ／ｍｉｎに制御される。
【００１７】
さらに、前記溶接方法による溶接過程で利用する保護ガスはＣＯ２、Ａｒのいずれか一つまたはＣＯ２とＡｒとの混合ガスであってもよく、保護気流はいずれも０．１〜５０Ｌ／ｍｉｎである。
【００１８】
本発明は、更に、前記可変極性三線ガス保護間接アーク溶接方法を実施するための装置を提供する。該装置は３本の溶接ワイヤー及び二つの可変極性溶接電源より構成され、
その中、メインワイヤーは二つの前記可変極性溶接電源の一極に連接される一方、２本のサイドワイヤーはそれぞれ二つの前記可変極性溶接電源の他極に連接され、二つの前記サイドワイヤーはそれぞれ前記メインワイヤーの両側に配置され、かつ前記メインワイヤーに対して対称分布となり、２本の前記サイドワイヤーと前記メインワイヤーとの夾角は２０°〜１２０°に維持し、２本の前記サイドワイヤーは前記メインワイヤーの延長線とそれぞれ交差し、二つの交点が同一水平線に位置する。
溶接時に、二つの前記可変極性溶接電源が同期に作動しかつ前記メインワイヤーに連接されている極性が常に同じであり、可変極性の周波数は１０Ｈｚ〜５００Ｈｚであり、出力の電流方向は同じで、位相は同じであり、メインワイヤーの電流は常に二つのサイドワイヤーの電流の和となる。
【００１９】
本発明は、更に、可変極性三線ガス保護間接アークによる薄板高速溶接方法を提供する。該方法により、及び高速溶接の実施過程において、溶接ワイヤーがある鉛直面に平行な方向を溶接方向とし、３本の前記溶接ワイヤーを充填金属として、間接アークのアーク柱の熱量及び溶滴移行による熱量により充填金属と溶接用ワークピースの溶接を実現する。
【００２０】
本発明は、更に、可変極性三線ガス保護間接アークによる厚板ナローギャップ溶接方法を提供する。該方法により、及び溶接の実施過程において、溶接ワイヤーがある鉛直面に平行な方向を溶接方向として、開先なし且つバットシーム隙間が１０ｍｍ未満の条件下でのナローギャップ多層多パス溶接を実現する。
【発明の効果】
【００２１】
本発明は従来技術と比べて、以下の利点がある。
１）本発明により提供される三線ガス保護間接アークのワークピースは電源に連接せず、アークはただ溶接ワイヤーの端部だけに間接アークを形成し、これによりナローギャップ溶接において側壁アークストライク現象が発生しない。
２）本発明は二つの可変極性溶接電源を使用することで、間接アーク間の磁界分布の周期的な制御を実現し、アーク振れ及び溶接ワイヤーの配置の特徴により、電源極性の変換過程でアーク形態集中とアーク形態分散との周期的な変換を実現し、これによりアークの加熱位置と母材への熱入力とを正確に制御することができる。
【００２２】
よって、本発明の技術的手段によれば、アーク形態の制御可能な調整が実現できる。メインワイヤーが陰極の場合、アークが両側に偏向して、板材側壁を十分に加熱することができ、側壁不溶着の問題を改善できる一方、メインワイヤーは陽極の場合、アークが集中して、溶接シーム層間の凸起と層間の不溶着とを抑えることができる。本発明はアークの偏向を制御することにより、溶接アークの熱源エネルギーの正確な分配が実現でき、薄板高速溶接における溶け落ちの欠陥の発生と厚板ナローギャップ溶接における側壁不溶着、側壁アークストライクの問題を効果的に解決できる。
【００２３】
上述した理由により、本発明は、ナローギャップ溶接と薄板高速溶接との分野で広く普及することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
本発明の実施例または従来技術における技術的手段をより一層明らかに説明するため、以下、実施例または従来技術を説明するための図面について、簡単に説明する。以下の説明においての図面は本発明の一部の実施例であり、当業者にとって、創造的な労働を行うことなく、これらの図面に基づいて、他の図面が得られることは明らかである。
【００２５】
【図１】従来技術における、メインワイヤーが陰極に連接された場合の三線間接アーク溶接の原理を示す模式図である。
【図２】従来技術における、メインワイヤーが陽極に連接された場合の三線間接アーク溶接の原理を示す模式図である。
【図３】本発明に係る可変極性三線間接アーク溶接の原理をを示す模式図である。
【図４】本発明に係る三線間接アーク溶接の溶接ワイヤーの分布方式を示す模式図であって、その中、（Ｉ）は溶接方向に垂直な方向から見た模式図であり、（ＩＩ）は溶接方向に平行な方向から見た模式図である。
【図５】二つの可変極性溶接電源の電流出力の波形を示す図であって、その中、（ａ）は可変極性溶接電源１の電流の波形であり、（ｂ）は可変極性溶接電源２の電流の波形である。
【図６】本発明に係る可変極性三線間接アーク溶接のアーク形態を示す図であって、その中、（ａ）はメインワイヤーが陽極の場合のアーク形態であり、（ｂ）はメインワイヤーが陰極の場合のアークの形態である。
【図７】本発明における可変極性三線間接アーク溶接による薄板高速溶接に係る実施例の模式図である。
【図８】本発明における可変極性三線ガス保護間接アーク溶接によるに基づく厚板ナローギャップ溶接の実施例の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
コンフリクトがない場合、本発明における実施例及び実施例の特徴を互いに組み合わせることが可能である。以下、図面を参考しながら実施例と関連して本発明について詳しく説明する。
【００２７】
本発明に係る実施例の目的、技術的手段及び利点がより一層明らかになるように、以下、本発明の実施例における図面と関連して、本発明の実施例における技術的手段を明らかで完全に説明する。なお、説明になった実施例は全部の実施例ではなく、本発明に係る一部の実施例だけであることは明らかである。以下、少なくとも一つの例示的な実施例に対する説明は実際的には説明的なものであり、本発明及びその応用または使用についていかなる制限をするものではない。本発明の実施例に基づいて、当業者により創造的な労働を行わず、得られたすべての他の実施例はいずれも本発明の請求の範囲に属するべきである。
【００２８】
ここで使用されている用語はただ具体的な実施形態を説明するためのものであり、本発明による例示的な実施形態の制限になることを意図しない。コンテキストによりはっきり指摘されていない限り、ここで使用されている単数形は複数形も含むとのことを理解すべきである。なお、本明細書において用語である「含み」又は／及び「備え」を使用すると、それは特徴、ステップ、操作、部品、構成部品及び／又はそれらの組合せがあることを意味するということを理解すべきである。
【００２９】
別途に具体的に説明されていない限り、これらの実施例に記載の部品とステップとの相対的な配置、数字の表現式及び数値により本発明の範囲が限定されるものではない。同時に、説明の便宜上、図面に示す各部分の寸法は、実際の割合によって描いたわけではないことは明らかである。当業者にとって、既知の技術、方法及び設備については詳しく説明しないこともあるが、適当な状況では、前記技術、方法及び設備は許可された明細書の一部に含まれるとみなすべきである。ここで示し、及び説明になった例におけるいかなる具体的な値は、ただ例示的なものであると解釈すべきであり、制限になるものではない。したがって、例示的な実施例の他の例において異なる値が用いられてもよい。類似した符号とアルファベットとは後述した図面において類似したものを示すため、一旦、あるものが一つの図面で定義されると、他の図面においてさらに説明する必要はない。
【００３０】
本発明の記載において、「前、後、上、下、左、右」、「横向き、縦向き、垂直、水平」及び「トップ、底」等が示す方位または位置関係は、通常、図面に示す方位または位置関係に基づいたものであり、それは本発明に対して便宜で簡単に説明を行うためであり、相反の説明がない場合、それらの方位用語は、当該装置または素子が必ず規定の方位または規定の方位での構造と操作とを有するとのことを指示及び暗示するのではなく、したがって、本発明の請求の範囲を制限するものと理解されるべきではない。方位用語である「内」、「外」は各部品本身の輪郭の内と外とを指す。
【００３１】
説明の便宜上、相対空間的な用語、例えば「……の上に」、「……上方に」、「……上面に」、「上の……」等を用いて、図面に示すような一つの部品または特徴がほかの部品または特徴との空間的な位置関係を説明してもよい。なお、相対空間的な用語とは、部品の図面における方位以外の、使用中または操作中の異なる方位を含むことを理解すべきである。例えば、図面に示す部品が倒置されると、「ほかの部品または構造の上方に」または「ほかの部品または構造の上に」の部品であると記載した後で、「ほかの部品または構造の下方に」または「ほかの部品または構造の下に」と定位される。したがって、例示的な用語である「……上方に」には「……上方に」と「……下方に」との二者の方位が含まれる。該部品はそのほかの方式（回転９０度またはほかの方位に位置）で定位してもよく、ここで使用されている相対空間的な説明について相応の解釈を行う。
【００３２】
なお、「第１」、「第２」などの用語を用いて部品を限定するのは、ただ対応する部品に対して便利に区別するためであり、別途の説明がなければ、上記の用語は特別な意味があるわけではなく、したがって、本発明の請求の範囲を制限するものと理解されるべきではない。
【００３３】
図３に示すように、本発明は可変極性三線ガス保護間接アーク溶接の方法を提供し、前記方法は３本の溶接ワイヤー及び二つの可変極性溶接電源を用いて溶接過程を実施する。具体的には以下のステップを含む。
【００３４】
溶接前：まず３本の前記溶接ワイヤーの中の１本を二つの前記可変極性溶接電源（すなわち、可変極性溶接電源１と可変極性溶接電源２との一極）に連接し、他の２本の溶接ワイヤーをそれぞれ可変極性溶接電源１と可変極性溶接電源２の他極に連接し、溶接用ワークピースは二つの前記可変極性溶接電源に連接しない。
【００３５】
次に、上述した二つの可変極性溶接電源の陽極に連接されている溶接ワイヤーを中間に配置し、該溶接ワイヤーをメインワイヤー３と呼ぶ。一方、他の２本の溶接ワイヤーを前記メインワイヤー３の両側にそれぞれ配置し、その２本の溶接ワイヤーをサイドワイヤーと呼び、すなわち第１サイドワイヤー４と第２サイドワイヤー５とである。
【００３６】
空間範囲内で、第１サイドワイヤー４とメインワイヤー３との間及び第２サイドワイヤー５とメインワイヤー３との間は、２０°〜１２０°の夾角をなすように構成され、二つの前記サイドワイヤーは前記メインワイヤー３の延長線とそれぞれ交差し、かつ二つの交点が同一水平線上に位置する。図４に示すように、前記サイドワイヤーと前記メインワイヤー３との溶接方向に垂直な平面内の正投影は以下の条件を満たす。すなわち、前記第１サイドワイヤー４と前記メインワイヤー３との間及び第２サイドワイヤー５と前記メインワイヤー３との間の夾角は２０°〜１２０°であり、二つの前記サイドワイヤーは、溶接方向に平行な方向に沿って前記メインワイヤー３に対して、鏡面対称である。
【００３７】
溶接時：二つの前記可変極性溶接電源１、２を同時にオンする。二つの可変極性溶接電源から出力の電流の波形は図５に示すように、二つの可変極性溶接電源から出力の電流方向は同じであり、且つ電流量が同じで、可変極性の周波数が同じである。図６（ａ）に示すように、メインワイヤー３が陽極の場合、アーク形態が集中して、溶接シームの中心を十分に加熱することができる。図６（ｂ）に示すように、メインワイヤー３が陰極の場合、アークが両側に偏向して、溶接シームの側壁を十分に加熱することができる。予め設けられた溶接プロセスに従い、二つの可変極性溶接電源の可変極性の周波数、デューティサイクル、溶接電流及び溶接電圧等を調節することにより、アークエネルギーの制御を実現し、さらに母材６の溶接を実現する。
【００３８】
溶接の総電流は２４０Ａ〜６００Ａの範囲に維持され、可変極性の周波数は５０Ｈｚ〜５００Ｈｚであり、前記メインワイヤー３のワイヤー送給速度は３．５ｍ／ｍｉｎ〜１５ｍ／ｍｉｎに、溶接速度は０．１ｍ／ｍｉｎ〜４．０ｍ／ｍｉｎに制御される。メインワイヤーはサイドワイヤーとの夾角範囲が２０°〜１２０°である。前記溶接方法により溶接を行う過程において、利用する保護ガスはＣＯ２、Ａｒのいずれか一つ、またはＣＯ２とＡｒとの混合ガスであり、保護気流はいずれも０．１〜５０Ｌ／ｍｉｎである。
【００３９】
図７に示すように、本発明は、さらに、可変極性三線ガス保護間接アークに基づく薄板高速溶接方法を提供する。該方法を採用し、且つ該方法により高速溶接を実施する過程で、溶接ワイヤーのある鉛直面に平行な方向を溶接方向とし、３本の前記溶接ワイヤーを充填金属として、間接アークのアーク柱の熱量と溶滴移行による熱量とにより、充填金属と溶接用ワークピースとの溶接を実現する。
【００４０】
図８に示すように、本発明は、さらに、可変極性三線ガス保護間接アークに基づく厚板ナローギャップ溶接方法を提供する。該方法を採用し、且つ該方法により溶接を実施する過程で、溶接ワイヤーのある鉛直面に平行な方向を溶接方向として、開先なしかつバットシーム隙間が１０ｍｍ未満の条件下で２０ｍｍ以上の多層多パス溶接を実現する。
【００４１】
本発明の具体的な動作原理は以下の通りである。
【００４２】
本発明は、二つの可変極性溶接電源を用い、及び可変極性周波数、デューティサイクル、溶接電流及び溶接電圧を調節することにより、間接アーク溶接におけるアーク形態の集中とアーク形態の発散との制御を実現して、三線間接アークの加熱位置と熱入力とを正確に制御できるようにした。メインワイヤーが陽極の場合、メインワイヤー３と２本のサイドワイヤーとの間でそれぞれ形成された間接アークは、同時にメインワイヤーに偏向して、二つの間接アークが直接に結合されて一つの電流密度の大きい単アークとなり、これによりアーク形態が集中し、溶接シームの層間の溶合を保証できる。メインワイヤーが陰極の場合、メインワイヤー３と２本のサイドワイヤーとの間でそれぞれ形成された間接アークは同時に二つのサイドワイヤーに偏向し、これによりアーク形態が発散し、溶接シームの側壁の溶合を保証できる。また、溶接電流を一定に維持させる条件下で、可変極性の周波数を調節することにより、アーク形態の集中と発散との制御が可能となり、溶接シームの側壁と層間とのエネルギーの適正な分配を達成する。本発明は可変極性三線間接アーク形態の制御可能を利用して、薄板高速溶接及び厚板ナローギャップ溶接等の効率的な溶接の要求を満たすことができる。
【００４３】
（実施例１）
可変極性三線ガス保護間接アーク薄板高速溶接
図７に示すように、図４に示す溶接ワイヤーの分布方式を利用し、その中、メインワイヤー３と水平方向との夾角は５０°で、第１サイドワイヤー４及び第２サイドワイヤー５がメインワイヤー３との間で形成された夾角はそれぞれ３０°で、二つのサイドワイヤーは、メインワイヤーに対して鏡面対称となるようにそれぞれメインワイヤー３の両側に配置され、二つのサイドワイヤーはそれぞれメインワイヤー３に接触し、両方の接点が同一水平線上に位置する。その中、３本の鋼溶接ワイヤーの型番はＥＲ５０−６であり、メインワイヤー３の直径は１．６ｍｍであり、二つのサイドワイヤーの直径はいずれも１．２ｍｍであり、電源は二つの交流電源を用い、対応する保護ガスは８０％：２０％の割合のＣＯ２とＡｒとの混合ガスである。板材の型番はＱ２３５であり、板材の寸法は３００ｍｍ×１５０ｍｍ×２ｍｍであり、板材のバットシーム隙間は１ｍｍであり、溶接ガンの高さは６ｍｍであり、溶接の総電流は３２０Ａであり、可変極性周波数は２００Ｈｚであり、溶接速度は２８００ｍｍ／ｍｉｎである。このように、表面が平滑で均一な、溶接シームの裏面の溶合が良好で、欠陥のない溶接シームが得られた。
【００４４】
（実施例２）
可変極性ガス保護三線間接アーク厚板ナローギャップ溶接
図８に示すように、図４に示す溶接ワイヤーの分布方式を利用し、その中、メインワイヤー３と水平方向との夾角は５０°であり、メインワイヤー３とサイドワイヤーとの夾角は３０°であり、メインワイヤーの直径が１．６ｍｍで、２本のサイドワイヤー直径が１．２ｍｍの溶接ワイヤーを用い、電源は二つの交流電源を用い、対応する保護ガスは８０％：２０％の割合のＣＯ２とＡｒとの混合ガスである。溶接ワイヤーの型番はＥＲ５０−６であり、溶接母材はＱ２３５低炭素鋼であり、板材の寸法は３００ｍｍ×１５０ｍｍ×２０ｍｍであり、開先を開口せず、母材バットシーム隙間は８ｍｍであり、裏面はセラミックスペーサ７を用い、溶接の総電流は３２０Ａであり、可変極性周波数は１５０Ｈｚであり、溶接速度は５５０ｍｍ／ｍｉｎである。このように、多層多パスの成形の良い溶接シームが得られた。
【００４５】
以上の各実施例はただ本発明の技術的手段について説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。上述した各実施例を参照して本発明について詳しく説明したが、上述した各実施例に記載の技術的手段に対しての修正、及び一部又は全部の技術的特徴に対しての均等物置換は可能であり、それら修正や置換は、対応する技術手段の本質が本発明の実施例における技術的手段の範囲から逸脱しないことは、当業者に理解されよう。
【００４６】
（付記）
（付記１）
３本の溶接ワイヤー及び二つの可変極性溶接電源を用いて溶接過程を実施する可変極性三線ガス保護間接アーク溶接方法であって、
溶接前に、メインワイヤーを二つの可変極性溶接電源の一極に連接し、ほかの２本のサイドワイヤーをそれぞれ二つの可変極性溶接電源の他極に連接し、溶接用ワークピースは二つの前記可変極性溶接電源に連接しないように構成するステップと、
溶接時に、二つの前記可変極性溶接電源を同時にオンし、二つの前記可変極性溶接電源は同期に作動しかつ前記メインワイヤーに連接された極性と常に同じであり、前記可変極性溶接電源極性の周期的な陽陰極の変換により、溶接ワイヤー周囲の磁界分布を周期的に制御させ、結合間接アークの周期的振れを実現する溶接ステップと、を含む、
ことを特徴とする可変極性三線ガス保護間接アーク溶接方法。
【００４７】
（付記２）
２本のサイドワイヤーは、メインワイヤーに対して対称分布するようにそれぞれメインワイヤーの両側に配置され、２本の前記サイドワイヤーはそれぞれ前記メインワイヤーと２０°〜１２０°の夾角をなすように構成され、２本の前記サイドワイヤーは前記メインワイヤーの延長線とそれぞれ交差し、かつ二つの交点が同一水平線に位置する、
ことを特徴とする付記１に記載の可変極性三線ガス保護間接アーク溶接方法。
【００４８】
（付記３）
前記メインワイヤーが二つの前記可変極性溶接電源の陰極に接続すると、二つの間接アークは２本のサイドワイヤーに偏向して、結合アークが分散になり、アークのエネルギー密度が低下し、前記メインワイヤーが二つの前記可変極性溶接電源の陽極に接続すると、二つの間接アークがメインワイヤーに偏向して、アークが集中になって、結合アークのエネルギー密度が増大し、エネルギー密度を柔軟に調節可能できる該結合間接アークを用いて母材に対して加工を行い、二つの前記可変極性溶接電源の制御パラメータを変更することで、溶接ワイヤーと母材とへの熱入力を正確で柔軟に調節する過程を実現する、
ことを特徴とする付記１に記載の可変極性三線ガス保護間接アーク溶接方法。
【００４９】
（付記４）
二つの前記可変極性溶接電源の可変極性の周波数は１０Ｈｚ〜５００Ｈｚであり、かつ出力の電流方向が同じで、位相が同じであり、前記メインワイヤーの電流は常に二つの前記サイドワイヤーの電流の和である、
ことを特徴とする付記１に記載の可変極性三線ガス保護間接アーク溶接方法。
【００５０】
（付記５）
溶接の総電流が２４０Ａ〜６００Ａの範囲に維持され、前記メインワイヤーのワイヤー送給速度が３．５ｍ／ｍｉｎ〜１５ｍ／ｍｉｎに、溶接速度が０．１ｍ／ｍｉｎ〜４．０ｍ／ｍｉｎに制御される、
ことを特徴とする付記４に記載の可変極性三線ガス保護間接アーク溶接方法。
【００５１】
（付記６）
前記溶接方法による溶接過程において利用する保護ガスはＣＯ２、Ａｒのいずれか一つ又はＣＯ２とＡｒとの混合ガスであり、保護気流はいずれも０．１〜５０Ｌ／ｍｉｎである、
ことを特徴とする付記４に記載の可変極性三線ガス保護間接アーク溶接方法。
【００５２】
（付記７）
付記１〜６のいずれか１つに記載の可変極性三線ガス保護間接アーク溶接方法を実施するための装置であって、
前記装置は３本の溶接ワイヤー及び二つの可変極性溶接電源より構成され、
その中、メインワイヤーは二つの前記可変極性溶接電源の一極に連接される一方、２本のサイドワイヤーはそれぞれ二つの前記可変極性溶接電源の他極に連接され、二つの前記サイドワイヤーは、前記メインワイヤーに対して対称分布するようにそれぞれ前記メインワイヤーの両側に配置され、二つの前記サイドワイヤーと前記メインワイヤーとの夾角は２０°〜１２０°に維持され、かつ二つの前記サイドワイヤーは前記メインワイヤーの延長線とそれぞれ交差し且つ二つの交点が同一水平線に位置し、
溶接時に、二つの前記可変極性溶接電源が同期作動しかつ前記メインワイヤーに連接された極性と常に同じであり、可変極性の周波数が１０Ｈｚ〜５００Ｈｚであり、出力の電流方向が同じで、位相が同じである、ことを特徴とする可変極性三線ガス保護間接アーク溶接方法を実施するための装置。
【００５３】
（付記８）
可変極性三線ガス保護間接アークによる薄板高速溶接方法であって、付記１〜６のいずれか１つに記載の方法を含み、高速溶接の実施過程において、溶接ワイヤーがある鉛直面に平行な方向を溶接方向とし、３本の前記溶接ワイヤーを充填金属として、間接アークのアーク柱の熱量及び溶滴移行による熱量を利用して充填金属と溶接用ワークピースとの溶接を実現する、
ことを特徴とする可変極性三線ガス保護間接アークによる薄板高速溶接方法。
【００５４】
（付記９）
可変極性三線ガス保護間接アークによる厚板ナローギャップ溶接方法であって、付記１〜６のいずれか１つに記載の方法を含み、溶接の実施過程において、溶接ワイヤーがある鉛直面に平行な方向を溶接方向とし、開先なし且つバットシーム隙間が１０ｍｍ未満の条件下でナローギャップ多層多パス溶接を実現する、
ことを特徴とする可変極性三線ガス保護間接アークによる厚板ナローギャップ溶接方法。
【符号の説明】
【００５５】
１  第１可変極性溶接電源
２  第２可変極性溶接電源
３  メインワイヤー
４  第１サイドワイヤー
５  第２サイドワイヤー
６  溶接予備母材
７  セラミックスペーサ
【図１】
2022502255.tif 000003
【図２】
2022502255.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2022502255.tif 000007
【図６】
2022502255.tif 000008
【図７】
2022502255.tif 000009
【図８】
2022502255.tif 000010
【国際調査報告】
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2022502255.tif 000013
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