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日本建築学会大会学術講演梗概集（北陸） 2010年 9 月

完全溶込溶接におけるワイヤ突出し長さの調査
正会員

ノズル

突出し長さ

コンタクトチップ

母材

アーク

図1

ワイヤ突 出し長さ の定義
表1

実験パラメータ

ワイヤ径(φ)1.21.4

写真 1

ワイヤ突出し長さ(mm)203040203040

本実験で使用した自動溶接機

45454040

Ext:40mm

アーク長

溶接ワイヤ

Ext:30mm35

Ext:20mm3025

ア ーク電 圧V(Ｖ)

1 ．はじめにコンタクトチップからアークまでの距離を「ワイヤ突出し長さ」若しくは「ワイヤエクステンション」( 図1 参照) と称し、一般的には 2 5 m m 程度が理想とされている。ワイヤ突き出し長さが、長い場合、ガスシールド性が悪くなり、大気中の不純物( 窒素・酸素等) が溶着金属部の内部に欠陥として残留する事が危惧される。加えて、窒素の影響により靭性( 0 ℃シャルピー吸収エネルギ) が低下さ れる事 が報告さ れてい る 1 ) 。本研究では、ワイヤ突出し長さについての推定調査結果を報告する。
2 ．調査方法
溶接中のワイヤ突出し長さの測定は、アークが発生して い る 為 、困難 で あ る 。
①ワイヤの突出し長さを替え、溶接電流とアーク電圧の関係を調査する。
②実施工における溶接条件記録を用いて、①の関係よりワイヤ突出し長さを推定する。
3 ．ワイヤ突き出し長さと電流・電圧の関係
表１に実験パラメータを示す。ワイヤ径は 2 種類( 1 . 2 φ、1 . 4 φ) 、ワイヤ突出し長さは 3 種類( 2 0 m m 、30m m、40 mm )とした。
実験は、表 1 に示す様にワイヤ突出し長さを実験変数として、ビードオンプレート溶接を行い、溶接電流とアーク電圧の関係を調査した。写真 1 に本実験で使用した自動溶接機を示す。図 2 に測定箇所の模式図を示す。図 3 に実験より得られた、ワイヤ突出し長さと電流・電圧の関係を示す。本試験結果に使用しているアーク電圧は、チップ上 - 母材間の電圧である。溶接電流は、クランプメータにより測定した値である。溶接機の特性が定電圧特性であり、ワイヤ突き出し長さが長 く な る と 電流 が 下 が る 傾 向が 確 認 出 来 る。

溶接電源

忠男 * 2哲也 * 4

アーク電圧

ノズル高さ

突出し長さ

ア ーク電圧V(Ｖ)

完全溶込溶接溶接電流○ 服部 和徳 * 1 同 中込
同 加賀美安男 * 3 同 藤田Ext:40mm
Ext:30mm35

Ext:20mm3025

ワイヤ供給装置20ノズル
クランプメータ

図2IEx t

溶接トーチ

V

20150

200

250

300

350

400

450

150200250300

350400450

ク ランプメータ測定電流I(Ａ)ク ランプメータ測定電流I(Ａ)( a ) ワイヤ径 1 . 2 φ( b ) ワイヤ径 1 . 4 φ

図3ワイ ヤ突 き出し 長さ と電流・電圧の 関係

測定箇所の模式図

Investigation of Electrode Extension in Full Penetrated Welding.

HATTORI Kazunori, NAKAGOMI Tadao,
KAGAMI Yasuo, FUJITA Testuya―1127―

ア ーク 電圧V(Ｖ)ア ーク電圧V(Ｖ)ア ーク電圧V(Ｖ)4 ．ワイヤ突出し長さの実態調査
表2
溶接施工条件の一覧
鉄骨加工
溶接調査溶接 調査
実施工で実施されているワイヤ突出し長さについて
溶接方法 溶接向き
工場
ワイヤ径
技能者数 パス数調査をする為、鉄骨加工工場より、溶接条件記録を収1.2φ
ロボット
下向き
130集し た 。溶接 条 件 記 録の 抽 出 は 無作 為 に 抽 出 した 。
Ａ社
下向き
8121
1.4φ
半自動溶接
表 2 に溶接施工条件一覧を示す。データは 2 社より横向き
230
提供頂いた。溶接ワイヤ径は 2 種類( 1 . 2 φ、1 . 4 φ)
1.2φ
ロボット
下向き94
Ｂ社
下向き5106
溶接方法 2 種類( 半自動溶接、ロボット溶接) 、溶接向
1.4φ
半自動溶接
横向き
3178
き 2 種類( 下向き 、横向き) に分類 し検 討を おこ なっ
45た。
1.2φ ロボット
A社
調査サンプル数は、総パス数：6 5 9 パスである。そB社
40の内訳は、Ａ社(1 .2 φ：13 0 パス、1. 4 φ：1 51 パス)、Ext:30mm
Ext:40mm
Ｂ社( 1 . 2 φ：9 4 パス、1 . 4 φ：2 8 4 パス) である。ロ
Ext:20mm
ボット溶接の一部に Y G W 2 1 を使用しているデータがあ35
るが、それを除いた溶接ワイヤの種類は、1 . 2 φ、1 . 4φ共に J IS Z 3 31 2 : YG W 18 である。また、溶接ワイヤ
30径が 1 . 2 φについては、溶接ロボットを使用した溶接であり、溶接ワイヤ径が 1 . 4 φについては、半自動溶25接機による溶接である。また、半自動溶接機による溶接において、溶接向きの内訳は、Ａ社（下向き：1 2 120パス、横向き：3 0 パス）、Ｂ社( 下向き：1 0 6 パス、横150 200 250 300 350 400 450
向き：1 7 8 パス) である。本調査に使用した溶接技能者
溶 接電流I(Ａ)
数は、Ａ社（下向き：8 名、横向き：2 名）、Ｂ社( 下向図 4 ワイヤ突出し長さの推定図( 溶接ロボット)45
き：5 名、横向き：3 名) である。調査した対象板厚は、 45
1.4φ 横 向き
1.4φ 下向き
Ext:40mm
Ext:40mm
板厚 t = 12 m m 〜 5 0 m m である。
4040
Ext:30mm
Ext:30mm
図 4 にワイヤ突き出し長さの推定図( 溶接ロボット)3535
Ext:20mm
Ext:20mmを示す。図 4 は、鉄骨加工工場より提供して頂いた溶接条件記録から溶接ロボットにより施工された電流及3030Ａ社
Ａ社
び電圧のデータのみを図 3 にプロットしたものであＢ社
Ｂ社
2525る。図 4 より、溶接ロボットにより施工されたワイヤ
20突出し長さは、概ね 2 0 〜 3 5 ｍｍ程度だと考えられる。 20150 200 250300350400450150200250 300
350400450
溶 接電流I(Ａ)
溶接ロボットでの施工において、ワイヤ突出し長さ
溶 接 電流 I(Ａ)の目標設定値は 2 5 〜 3 0 m m 程度である。本研究で推定( a ) 下向き( b ) 横向き
図5
ワイヤ突出し長さの推定図(半自動溶接)
したワイヤ突出し長さと、目標設定値はほぼ等しいという結果になった。従って、図 3 に示した電圧ー電流2 ) 半自動アーク溶接機による、ワイヤ突出し長さは、関係を用いる事で、実施工での電流値および電圧値が4 0 m m 程度であった。
既知ならば、概ねワイヤ突き出し長さの推定は可能で本研究で使用したデータのサンプル数は非常に少なあると考えられる。
い為 、今後 よ り デ ータ を 蓄 積 す る必 要 が あ る 。また 、
図 5 にワイヤ突出し長さの推定図( 半自動溶接) を示
本研究で使用した溶接条件記録書のデータは、溶接機す。図 5 より、半自動溶接機を用いて施工されたワイ
表示値によるデータや、計測器によるデータが混在しヤ突出し長さは、溶接向きに関わらず 4 0 ｍｍ程度でている。
ある事が分かる。また、工場による差も見られずどち 【謝辞】
本研究は、社団法人日本鋼構造協会：鉄骨溶接部の内質検査
らもワイヤ突出し長さは概ね 4 0 m m m 程度である。
ガイドライン作成小委員会委員会の研究活動の一環として行わ5 ．まとめれたものである。実験の実施およびデータ整理において、株式会社神戸製鋼所の鈴木励一氏には多大なる御協力を頂いた。
ま溶接電流・アーク電圧より、実施工でのワイヤ突出た、鉄骨加工工場より、貴重な溶接条件のデータを頂戴した。
ここに記して感謝致します。
し長 さ を 推 定 した 。得ら れ た 結 果 を以 下 に 示 す 。
１) 溶接ロ ボット を使用 した際 の溶接 ワイ ヤ突出 し長 【参考文献】
1)社団法人溶接学会：建築鉄骨における実用的な入熱・パス間さは 2 5 m m 程度であった。
温度の管理手法,2002.11*1(財)ベターリビングつくば建築試験研究センター 博士(工学)*2信州大学 工学部 建築学科 教授 工博*3(株)日建設計*4(株)日本設計 博士(工学)*1 Tsukuba Building Test Laboratory of Center for Better Living, Dr. Eng.
*2 Prof. Department of Architecture, Faculty of Eng. Shinshu Univ., Dr.Eng.
*3 Nikken Sekkei*4 Nihonsekkei Inc, Dr.Eng.

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