(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワイヤの臨界電流値よりも大きいＥＰ（棒プラス）極性の第１の電流ＩP1を供給する期間ＴP1とワイヤの臨界電流値よりも小さいＥＮ（棒マイナス）極性の第１の電流ＩB1を供給する期間ＴB1を交互に繰り返す第１の繰返し期間Ｔ１と、ワイヤの臨界電流値よりも大きいＥＰ極性の第２の電流ＩP2を供給する期間ＴP2と前記第１の電流ＩB1よりも小さいＥＮ極性の第２の電流ＩB2を供給する期間ＴB2を交互に繰り返す第２の繰返し期間Ｔ２を設け、前記第１の繰返し期間Ｔ１と第２の繰返し期間Ｔ２を交互に繰り返しながら溶接することを特徴とする消耗電極式の交流ガスシールドアーク溶接方法。
【請求項２】
前記ＥＰ極性の第１の電流ＩP1を前記ＥＰ極性の第２の電流ＩP2よりも大きくかつ前記期間ＴP1を前記期間ＴP2よりも短くすることを特徴とする請求項１に記載の消耗電極式の交流ガスシールドアーク溶接方法。
【請求項３】
前記第１の繰返し期間Ｔ１と第２の繰返し期間Ｔ２の比率を変化させることを特徴とする請求項１ないし請求項２いずれかに記載の消耗電極式の交流ガスシールドアーク溶接方法。
【請求項４】
直流電源と、入力側が直流電源に接続され出力側がワイヤおよび母材に接続される交流変換装置と、この交流変換装置を駆動し、当該交流変換装置からの出力によって母材側にワイヤの電極成分を溶接する消耗電極式の交流ガスシールドアーク溶接装置において、
前記ワイヤの臨界電流値よりも大きいＥＰ（棒プラス）極性の第１の電流ＩP1を供給する期間ＴP1と前記ワイヤの臨界電流値よりも小さいＥＮ（棒マイナス）極性の第１の電流ＩB1を供給する期間ＴB1を交互に繰り返す第１の繰返し期間Ｔ１を設定する第１の期間設定手段と、
前記ワイヤの臨界電流値よりも大きいＥＰ極性の第２の電流ＩP2を供給する期間ＴP2と前記第１の電流ＩB1よりも小さいＥＮ極性の第２の電流ＩB2を供給する期間ＴB2を交互に繰り返す第２の繰返し期間Ｔ２を設定する第２の期間設定手段と、
前記第１の期間設定手段により設定される前記第１の繰返し期間Ｔ１と、前記第２の期間設定手段により設定される第２の繰返し期間Ｔ２を交互に切り換えて繰り返させる切換手段と、
を備え、
前記切換手段によって切り換えられる前記第１の繰返し期間Ｔ１と第２の繰返し期間Ｔ２を交互に繰り返しながら溶接することを特徴とする消耗電極式の交流ガスシールドアーク溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、消耗電極を用いる交流ガスシールドアーク溶接方法およびその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
特開昭５６−１６５５６４号公報（以下、第１の技術という。）には、溶接電流を直流にしてプラス側を電極（以下、ワイヤという）に、またマイナス側を母材に接続し、パルス電流値、パルス電流期間およびベース電流値を所定の値に保ち、ベース電流期間をワイヤ送給量に略反比例して変化させることにより、ワイヤ先端に形成される溶滴をパルス電流に同期して溶融池へ移行させるガスシールドアーク溶接方法が開示されている。この技術の場合、母材への入熱が大きいから、溶込みが深く、余盛の少ない溶接ビードが得られる。そこで、比較的板厚が厚いワークに適用すると良好な溶接結果が得られる。
【０００３】
また、特開平１−１８６２７９号公報（以下、第２の技術という。）には、溶接電流を交流にすると共に、ワイヤ送給速度に対応した交流出力の周波数を定め、ワイヤの材質や直径などに応じた通電期間および電流値を持つ逆極性電流を通電して溶接するガスシールドアーク溶接方法および装置が開示されている。この技術の場合、母材への入熱は比較的小さいから溶込みは比較的浅いが、ワイヤの溶融量が多いため溶着量を大きくすることができる。そこで、薄板やルートギャップが大きい継手に適用すると良好な溶接結果が得られる。
【０００４】
また、特開平５−１３８３５５号公報（以下、第３の技術という。）には、上記第１と第２の技術を組合せ、直流溶接および交流溶接を交互に繰り返すと共にその時間比率を制御して溶接するガスシールドアーク溶接方法および装置が開示されている。この技術の場合、任意の溶け込みや余盛形状が得られ、また、直流および交流の周期に応じた規則的なビード波が得られる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、第１の技術を薄板やルートギャップが大きい継手に適用すると、母材が溶融し過ぎてしまい、溶融金属の溶落ちや過大なアンダーカットなどの溶接欠陥が発生しやすい。また、第２の技術では第１の技術の短所を補うことができるが、明瞭なビード波を得ることができない。また、第３の技術では、規則的なビード波を得ることはできるが、直流期間と交流期間によって溶け込み深さが変化し、溶け込み深さが均一にならない。
【０００６】
本発明の目的は、上記従来技術における課題を解決し、薄板やルートギャップが大きい継手を溶接することができ、明瞭なビード波が得られ、しかも溶け込み深さを均一にすることができる消耗電極式の交流ガスシールドアーク溶接方法および装置を提供するにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、請求項１の発明は、ワイヤの臨界電流値よりも大きいＥＰ（棒プラス）極性の第１の電流ＩP1を供給する期間ＴP1とワイヤの臨界電流値よりも小さいＥＮ（棒マイナス）極性の第１の電流ＩB1を供給する期間ＴB1を交互に繰り返す第１の繰返し期間Ｔ１と、ワイヤの臨界電流値よりも大きいＥＰ極性の第２の電流ＩP2を供給する期間ＴP2と前記第１の電流ＩB1よりも小さいＥＮ極性の第２の電流ＩB2を供給する期間ＴB2を交互に繰り返す第２の繰返し期間Ｔ２を設け、前記第１の繰返し期間Ｔ１と第２の繰返し期間Ｔ２を交互に繰り返しながら溶接することを特徴とする。
【０００８】
また、請求項２の発明は、請求項１において、前記ＥＰ極性の第１の電流ＩP1を前記ＥＰ極性の第２の電流ＩP2よりも大きくかつ前記期間ＴP1を前記期間ＴP2よりも短くすることを特徴とする。
【０００９】
また、請求項３の発明は、請求項１ないし請求項２いずれかにおいて、前記繰返し期間Ｔ１と第２の繰返し期間Ｔ２の比率を変化させることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項４の発明は、直流電源と、入力側が直流電源に接続され出力側がワイヤおよび母材に接続される交流変換装置と、この交流変換装置を駆動し、当該交流変換装置からの出力によって母材側にワイヤの電極成分を溶接する消耗電極式の交流ガスシールドアーク溶接装置において、前記ワイヤの臨界電流値よりも大きいＥＰ（棒プラス）極性の第１の電流ＩP1を供給する期間ＴP1と前記ワイヤの臨界電流値よりも小さいＥＮ（棒マイナス）極性の第１の電流ＩB1を供給する期間ＴB1を交互に繰り返す第１の繰返し期間Ｔ１を設定する第１の期間設定手段と、前記ワイヤの臨界電流値よりも大きいＥＰ極性の第２の電流ＩP2を供給する期間ＴP2と前記第１の電流ＩB1よりも小さいＥＮ極性の第２の電流ＩB2を供給する期間ＴB2を交互に繰り返す第２の繰返し期間Ｔ２を設定する第２の期間設定手段と、前記第１の期間設定手段により設定される前記第１の繰返し期間Ｔ１と、前記第２の期間設定手段により設定される第２の繰返し期間Ｔ２を交互に切り換えて繰り返させる切換手段とを備え、前記切換手段によって切り換えられる前記第１の繰返し期間Ｔ１と第２の繰返し期間Ｔ２を交互に繰り返しながら溶接することを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。
図１は本発明の実施の形態に係る消耗電極式の交流ガスシールドアーク溶接装置の接続図、図２は電流波形図である。図で、１は直流電源であり、商用交流を直流に変換する整流回路と、整流された電流を交流に変換する入力側インバータ回路と、変換された交流を降圧する変圧器と、変換された交流を再び直流に変換する整流回路等から構成されており、入力された３相の商用交流を直流に変換する。なお、直流電源１は２電源で構成され、出力端子１ａは出力端子１ｂに対してプラス側、出力端子１ｂは出力端子１ｃに対してプラス側になるように構成されている。２は出力側インバータ回路で、２個のトランジスタ２ａ，２ｂで構成され、直流電源１の出力を略矩形の交流に変換する。ここで、トランジスタ２ａのコレクタは上記出力端子１ａに、エミッタはトランジスタ２ｂのコレクタに、ベースは後述する駆動回路１７にそれぞれ接続されている。また、トランジスタ２ｂのエミッタは上記出力端子１ｃに、ベースは後述する駆動回路１７にそれぞれ接続されている。３はワイヤで、トランジスタ２ａのエミッタとトランジスタ２ｂのコレクタとの接続点４に接続されている。なお、５はワイヤ送給ローラである。６は母材で、上記出力端子１ｂに接続されている。
【００１２】
７１は電流ＩP1の値を設定するためのＩP1設定器、８１は電流ＩB1の値を設定するためのＩB1設定器で、それぞれ第１の切換スイッチ９１および第３の切替スイッチ２０を介して直流電源１に接続されている。１０１は電流ＩP1を供給する期間ＴP1を設定するためのＴP1設定器、１１１は電流ＩB1を供給する期間ＴB1を設定するためのＴB1設定器で、それぞれ第１の時間信号発生器１２１に接続されている。第１の時間信号発生器１２１は切換スイッチ９１と極性判定器１６に接続されている。
【００１３】
７２は電流ＩP2の値を設定するためのＩP2設定器、８２は電流ＩB2の値を設定するためのＩB2設定器で、それぞれ第２の切換スイッチ９２および第３の切替スイッチ２０を介して直流電源１に接続されている。１０２は電流ＩP2を供給する期間ＴP2を設定するためのＴP2設定器、１１２は電流ＩB2を供給する期間ＴB2を設定するためのＴB2設定器で、それぞれ第２の時間信号発生器１２２に接続されている。第２の時間信号発生器１２２は切換スイッチ９２と極性判定器１６に接続されている。
【００１４】
１３は第１の期間Ｔ１の値を設定するためのＴ１設定器、１４は第２の期間Ｔ２を設定するためのＴ２設定器で、それぞれ期間信号発生器１５を介して第３のスイッチ２０に接続されている。極性判定器１６は第１および第２の時間信号発生器１２１、１２２からの信号に基づいて出力側インバータ回路２の駆動回路１７に所定の信号を出力する。
【００１５】
次に、本実施の形態の動作を説明する。
始めに回路の動作について説明する。溶接作業に先立ち、ワイヤの材質および直径、シールドガスの組成、アーク長およびワイヤ送給速度等に応じて以下の設定をする。すなわち、ＩP1設定器７１、ＩP2設定器７２によりワイヤ３の臨界電流値よりも大きい電流ＩP1、ＩP2の値をそれぞれ設定する。また、ＩB1設定器８１、ＩB2設定器８２によりワイヤ３の臨界電流値よりも小さい電流ＩB1、ＩB2（ただし、ＩB1＞ＩB2）の値をそれぞれ設定する。また、ＴP1設定器１０１、ＴP2設定器１０２、ＴB1設定器１１１、ＴB2設定器１１２により電流ＩP1、電流ＩP2、電流ＩB1、電流ＩB2を供給する期間ＴP1、期間ＴP2、期間ＴB1、期間ＴB2の値をそれぞれ設定する。なお、期間ＴP1および期間ＴP2はワイヤ３の先端に形成された溶滴が離脱できる程度の短い時間で良い。さらに、Ｔ１設定器１３およびＴ２設定器１４により期間Ｔ１と期間Ｔ２の値を設定する。なお、期間Ｔ１および期間Ｔ２については後述する。
【００１６】
図示しない起動ボタンが押されると、図示しないシールドガスが供給され、ワイヤ３が送給される。なお、図２には示していないが、アークスタート時の過渡状態、すなわちワイヤ３が母材６に接触してアークが発生してから所定の時間が経過するまでは、電流ＩP1と同じ大きさの電流が供給され、通常溶接状態になると期間Ｔ１が開始する。
【００１７】
期間Ｔ１の場合、切換スイッチ２０は期間信号発生器１５から第１の期間Ｔ１であることを示す信号を受け、切換スイッチ９１を直流電源１に接続する。時間信号発生器１２１はＴP1設定器１０１、ＴB1設定器１１１により設定された期間ＴP1、期間ＴB1の値に基づいて切換スイッチ９１を切換える。この結果、直流電源１は、ＩP1設定器７１およびＩB1設定器８１により設定された電流ＩP1および電流ＩB1を出力端子１ａ，１ｂ，１ｃに出力する。一方、極性判定器１６は第１の時間信号発生器１２１からの信号が期間ＴP1の時はトランジスタ２ａをオン、トランジスタ２ｂをオフ、また期間ＴB1ではトランジスタ２ａをオフ、トランジスタ２ｂをオンとする信号を駆動回路１７に出力する。この結果、期間ＴP1ではＥＰ極性に、期間ＴB1ではＥＮ極性になる。
【００１８】
期間Ｔ１が終了すると、期間Ｔ２が開始する。期間Ｔ２の場合、切換スイッチ２０は期間信号発生器１５から第２の期間Ｔ２であることを示す信号を受け、切換スイッチ９２を直流電源１に接続する。時間信号発生器１２２はＴP2設定器１０２、ＴB2設定器１１２により設定された期間ＴP2、期間ＴB2の値に基づいて切換スイッチ９２を切換える。この結果、直流電源１は、ＩP2設定器７２およびＩB2設定器８２により設定された電流ＩP2および電流ＩB2を出力端子１ａ，１ｂ，１ｃに出力する。一方、極性判定器１６は第２の時間信号発生器１２２からの信号が期間ＴP2の時はトランジスタ２ａをオン、トランジスタ２ｂをオフ、また期間ＴB2ではトランジスタ２ａをオフ、トランジスタ２ｂをオンとする信号を駆動回路１７に出力する。この結果、期間ＴP2ではＥＰ極性に、期間ＴB2ではＥＮ極性となる。
【００１９】
次に溶接現象について説明する。
（１）期間Ｔ１では、先ずＥＰ極性の電流ＩP1によりワイヤ３が溶融し、電流ＩP1による電磁ピンチ力によりワイヤ３の先端に形成された溶滴はワイヤ３から離脱して母材６に移行する。そして、次のＥＮ極性の電流ＩB1によりアークが維持されると共に、ワイヤ３は少し溶融される。
（２）期間Ｔ２では、期間Ｔ１の場合と同様に、先ずＥＰ極性の電流ＩP2によりワイヤ３が溶融し、電流ＩP2による電磁ピンチ力によりワイヤ３の先端に形成された溶滴はワイヤ３から離脱して母材６に移行する。そして、次のＥＮ極性の電流ＩB2では、ワイヤ３は少し溶融される。
（３）期間Ｔ１と期間Ｔ２の溶接現象はほぼ同じであるが、ワイヤ３の溶融量はＥＮ極性の電流ＩB1と電流ＩB2の値によって大きく左右され、ＩB1＞ＩB2であるから、期間Ｔ１のアーク長は期間Ｔ２のアーク長よりも長くなる。この結果、アーク長は期間Ｔ１と期間Ｔ２に同期して変動し、明瞭なビード波が形成される。一方、溶け込みは電流ＩP1および電流ＩP2の値によって決まり、アーク長の変動があっても、その影響は小さい。
（４）なお、ＩB1＞ＩB2とするだけでなく、ＩP1＞ＩP2、ＴP1＜ＴP2にすると、溶け込みの変化を制御しながらより明瞭なビード波を形成することができる。
【００２０】
以下に具体的な溶接例を示す。
【００２１】
（ａ）アルミニウム（Ａ５０５２）の溶接例
母材の板厚：６ｍｍ、        ワイヤ材質：Ａ５０５２
ワイヤ径：１．２φ、        ワイヤ送給速度：８ｍ／ｍｉｎ
シールドガス：アルゴン
ＩP1＝ＩP2＝３００Ａ、ＩB1＝５０Ａ、ＩB2＝３５Ａ
ＴP1＝ＴP2＝ＴB1＝ＴB2＝２ｍｓ、Ｔ１＝Ｔ２＝２００ｍｓ
（ｂ）鉄鋼（ＳＰＣＣ）の溶接例
母材の板厚：３．２ｍｍ、    ワイヤ材質：メタルコアードワイヤ
ワイヤ径：１．２φ、        ワイヤ送給速度：５ｍ／ｍｉｎ
シールドガス：マグガス（Ａｒ＋２０％ＣＯ2）
ＩP1＝４００Ａ、ＩB1＝７０Ａ、ＩP2＝３５０Ａ、ＩB2＝５０Ａ
ＴP1＝１．５ｍｓ、ＴP2＝２ｍｓ、ＴB1＝１７ｍｓ、ＴB2＝２０ｍｓ
Ｔ１＝１８５ｍｓ、Ｔ２＝２２０ｍｓ
そして、上記いずれの場合にも、良好な溶接結果を得ることができた。
【００２２】
なお、上記溶接例では、期間Ｔ１および期間Ｔ２をそれぞれ期間ＴP1または期間ＴP2と期間ＴB1または期間ＴB2の和の倍数とするとともにそれぞれを同期させて制御したが、期間Ｔ１および期間Ｔ２は期間ＴP1と期間ＴB1または期間ＴP2と期間ＴB2の和の倍数でなくてもよい。すなわち期間Ｔ１および期間Ｔ２を期間ＴP1と期間ＴB1あるいは期間ＴP2と期間ＴB2の関数としてではなく、独立に定めてもよい。
【００２３】
また、溶接開始時において、通常溶接状態になった時、期間Ｔ１から開始するするようにしたが期間Ｔ２から開始するするようにしても良いことを確認した。
【００２４】
また、上記では、直流電源１を２電源で構成したが、直流電源１を１電源とし、出力側インバータ回路をフルブッリジ構成として２個のトランジスタを交互に動作させるようにすると、上記したように期間Ｔ１および期間Ｔ２を期間ＴP1または期間ＴP2および期間ＴB1または期間ＴB2と独立に定めてもよいから、既存の直流電源を用いて本発明の溶接方法を実施することができる。
【００２５】
さらに、上記では、出力電流を所定の値に制御する定電流特性の直流電源としたが、定電電圧特性の直流電源を用い、電流ＩP1、電流ＩP2、電流ＩB1、電流ＩB2に略等しい電流が得られるように、出力電圧をそれぞれ設定するようにしてもよい。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ワイヤの臨界電流値よりも大きいＥＰ極性の第１の電流ＩP1を供給する期間ＴP1とワイヤの臨界電流値よりも小さいＥＮ極性の第１の電流ＩB1を供給する期間ＴB1を交互に繰り返す第１の繰返し期間Ｔ１と、ワイヤの臨界電流値よりも大きいＥＰ極性の第２の電流ＩP2を供給する期間ＴP2と第１の電流ＩB1よりも小さいＥＮ極性の第２の電流ＩB2を供給する期間ＴB2を交互に繰り返す第２の繰返し期間Ｔ２を設け、第１の繰返し期間Ｔ１と第２の繰返し期間Ｔ２を交互に繰り返しながら溶接するから、溶込み深さが均一になる。また、得られるビード波の外観はティグ溶接によって形成されるビード波の外観に近く、表面が滑らかで極めて美麗であるにもかかわらず波目が明瞭なものとなる。したがって、溶接ビードが構造物の表面に露出する場合も、美観を損なうことがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る消耗電極式の交流ガスシールドアーク溶接装置の接続図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る電流波形図である。
【符号の説明】
ＩP1  ＥＰ極性の第１の電流
ＩP2  ＥＰ極性の第２の電流
ＩB1  ＥＮ極性の第１の電流
ＩB2  ＥＮ極性の第２の電流
Ｔ１  第１の繰返し期間
Ｔ２  第２の繰返し期間
ＴP1  電流ＩP1の期間
ＴP2  電流ＩP2の期間
ＴB1  電流ＩB1の期間
ＴB2  電流ＩB2の期間
【図１】
0003856355.tif 000002
【図２】
0003856355.tif 000003