説明

プラズマミグ溶接方法

【課題】アークを安定させて、溶着金属の低温靱性の特性が良好である溶接ビードを得ることができるプラズマミグ溶接方法を提供する。
【解決手段】本発明のプラズマミグ溶接方法は、非消耗のプラズマ電極と被溶接物との間にプラズマアークを発生させ、プラズマ電極を中空形状とし、絶縁した溶接ワイヤを中空形状内を通って送給し、溶接ワイヤと被溶接物との間にミグアークを発生させ、プラズマ電極内にセンターガスを供給する。プラズマ電極を取り囲むプラズマノズル内にプラズマガスを供給し、プラズマノズルを取り囲むシールドノズル内にシールドガスを供給し、センターガス及びプラズマガス及びシールドガスとして不活性ガスを使用する。
この結果、ミグアークを安定させることができ、良好な溶接ビードを得ることができる。また、溶着金属の低温靱性の特性が良好である溶接継手が得られる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、良好な溶接ビードを得ることができるプラズマミグ溶接方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
鉄系の高合金鋼のうち、例えばステンレス鋼の溶接を行う場合には、アークを安定化させるために、シールドガスとしてアルゴンガスに2%程度の酸素を混合したガスを使用したミグ溶接方法が使用されている。
【0003】
しかし、例えば低温物質である液化天然ガスを貯蔵するLNGタンク等は、低温靭性が要求される。このような部材に対して、シールドガスとしてアルゴンガスに2%程度の酸素を混合したガスを使用したミグ溶接方法を行うと、アーク中を移行する加熱された溶滴に酸素が侵入して、溶着金属中の溶存酸素量が増加し、低温靱性が低下する不具合がある。
【0004】
そこで、溶滴に酸素が侵入することを防止するために、シールドガスとして純アルゴンガスを使用したミグ溶接方法が、一般的に使用されている。(例えば、特許文献1参照。)。
【特許文献1】特開昭63−168283号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかし、ミグ溶接方法でシールドガスとして純アルゴンガスを使用してステンレス鋼の溶接を行うと、溶接ワイヤ側を陽極、被溶接物側を陰極としてアーク放電によって溶接を行うときに、アークが広がりすぎる傾向がある。また、クリーニング作用があるために、アークが酸化物を求めて被溶接物上を走り回り、アークの集中性が悪く、アークが不安定になる。
【0006】
その結果、図3(A)に示すように、溶接ビード1が蛇行して溶接不良が発生することになる。また、同図(B)に示すように、アークの広がりが原因と考えられるアンダカット3発生したりする。さらに、溶け込み形状は、フィンガー状の溶け込み最深部1aが形成されるが、溶接ビード1の断面の中央に最深部1aが形成されず、良好な溶接ビード1が形成されないという不具合が発生していた。図3(A)は、従来のミグ溶接方法によって溶接を行った結果の溶接ビードの外観図であり、同図(B)は、その断面図である。
【0007】
本発明は、アークを安定させて、溶着金属の低温靱性の特性が良好である溶接ビードを得ることができるプラズマミグ溶接方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0008】
第1の発明は、
非消耗のプラズマ電極と被溶接物との間にプラズマアークを発生させ、
前記プラズマ電極を中空形状とし、絶縁された溶接ワイヤを前記中空形状内を通って送給し、前記溶接ワイヤと前記被溶接物との間にミグアークを発生させ、
前記プラズマ電極内にセンターガスを供給し、
前記プラズマ電極を取り囲むプラズマノズル内にプラズマガスを供給し、
前記プラズマノズルを取り囲むシールドノズル内にシールドガスを供給して溶接するプラズマミグ溶接方法において、
前記センターガス及び前記プラズマガス及び前記シールドガスとして不活性ガスを使用することを特徴とするプラズマミグ溶接方法である。
【0009】
第2の発明は、
第1の発明に記載のシールドガスとして不活性ガスを使用する代わりに、活性ガス又は活性ガスと不活性ガスとの混合ガスを使用することを特徴とするプラズマミグ溶接方法である。
【0010】
第3の発明は、
第1の発明に記載のプラズマガス及びシールドガスとして不活性ガスを使用する代わりに、活性ガス又は活性ガスと不活性ガスとの混合ガスを使用することを特徴とするプラズマミグ溶接方法である。
【発明の効果】
【0011】
本発明のプラズマミグ溶接方法は、ミグアークがプラズマアークに内包されて発生しているので、ミグアークが広がることがなく絞られて、集中性を高めることができる。また、ミグアークがふらつくことがなく安定させることができ、良好な溶接ビードを得ることができる。さらに、センターガスとして、不活性ガスを使用しているので、ミグアーク中を移行する溶滴へ酸素が侵入することを防ぐことができ、溶着金属の低温靱性の特性が良好である溶接継手を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0012】
発明の実施の形態を実施例に基づき図面を参照して説明する。図1は、本発明のプラズマミグ溶接方法の構成図である。以下、同図を参照して説明する。プラズマ溶接電源PSPは、プラズマ電極8と被溶接物16との間にプラズマアーク電流Iwp及びプラズマアーク電圧Vwpを出力する。プラズマ電極8はプラズマノズル9に取り囲まれており、このプラズマノズル9内をプラズマガス12が高速に流れ、被溶接物16との間にプラズマアーク14が発生する。プラズマノズル9はプラズマアーク14と後述するミグアーク15とを熱的に拘束するためのものであり、直接あるいは間接水冷された導電性の部材である。
【0013】
プラズマノズル9はさらにシールドノズル10に取り囲まれており、このシールドノズル10内をシールドガス13が流れる。プラズマ電極8には、水冷銅電極、タングステン電極等が使用され、内部が中空構造になっている。同図では、プラズマアーク14は電極プラス極性で発生している。プラズマアーク14が電極マイナス極性でも良い。
【0014】
ミグ溶接電源PSMは、ワイヤ送給モータWMの回転を制御するワイヤ送給制御信号Fcを出力すると共に、給電チップ7と被溶接物16との間にミグアーク電流Iwm及びミグアーク電圧Vwmを出力する。給電チップ7は溶接ワイヤ17を挿通するための挿通孔が形成されていて、プラズマ電極8内に同軸に設けられている。また、プラズマ電極8内にセンターガス11が流れている。
【0015】
溶接ワイヤ17は、ワイヤ送給モータWMに結合された送給ロール18によって送給される。溶接ワイヤ17は、上記の給電チップ7の挿通孔内で、内接触して給電されて送給され、被溶接物16との間にミグアーク15が発生する。このミグアーク15はプラズマアーク14に内包されて発生する。従って、溶接ワイヤ17はプラズマアーク14及びミグアーク15によって加熱されて溶滴移行する。ミグアーク15は電極プラス極性で発生している。溶接ワイヤ17の送給速度がFw[m/分]となる。
【0016】
センターガス11とプラズマガス12とが狭いプラズマノズル9を通過することによって圧力が高められ、プラズマアーク14とミグアーク15との熱的拘束を強め、集中性が高められる。
【0017】
[実施の形態1]
図1に示した本発明のプラズマミグ溶接方法の構成において、センターガス11、プラズマガス12及びシールドガス13として、不活性ガスである純アルゴンガス又は純ヘリウムガス又はこれらの混合ガスを使用して溶接を行った。
【0018】
この結果、ミグアーク15がプラズマアーク14に内包されて発生しているので、ミグアーク15が広がることがなく絞られて、集中性を高めることができる。また、ミグアーク15がふらつくことがなく安定させることができ、図2(A)に示すように、良好な溶接ビード19を得ることができる。また、同図(B)に示すように、溶接ビード19の中央部に、溶け込みの最深部19aが形成される良好な溶接ビード19を得ることができる。図2(A)は、本発明の実施の形態1プラズマミグ溶接方法によって溶接を行った結果の溶接ビードの外観図であり、同図(B)は、その断面図である。
【0019】
さらに、センターガス11として、不活性ガスを使用しているので、ミグアーク15中を移行する加熱された溶滴へ酸素が侵入することを防ぐことができる。この結果、溶着金属中の溶存酸素量を低減することができ、溶着金属の低温靱性の特性が良好である溶接継手を得ることができる。
【0020】
[実施の形態2]
図1に示した本発明のプラズマミグ溶接方法の構成において、センターガス11及びプラズマガス12として不活性ガスを使用し、シールドガス13として活性ガスである炭酸ガス又は酸素、又はこれらの活性ガスと不活性ガスとの混合ガスを使用しても良い。この場合も、ミグアーク15がプラズマアーク14に内包されて発生しているので、ミグアーク15が広がることがなく絞られて、集中性を高めることができ、また、ミグアーク15がふらつくことがなく安定させることができ、良好な溶接ビード19を得ることができる。
【0021】
さらに、活性ガスの気体分子がプラズマ内で解離し、吸熱反応が生じるのために、ミグアーク15が強い冷却作用を受けて収縮する。その結果、ミグアーク15のふらつきを抑え、集中性を高め、安定したアークを得ることができる。
【0022】
この場合、シールドガス13として活性ガスを使用しているが、センターガス11とプラズマガス12に不活性ガスを使用しているので、ミグアーク15中を移行する加熱された溶滴へ酸素が侵入することを防ぐことができる。この結果、溶着金属中の溶存酸素量を低減することができ、溶着金属の低温靱性の特性が良好である溶接継手を得ることができる。
【0023】
[実施の形態3]
図1に示した本発明のプラズマミグ溶接方法の構成において、センターガス11として不活性ガスを使用し、プラズマガス12及びシールドガス13として活性ガス、又は活性ガスと不活性ガスとの混合ガスを使用しても良い。この場合も、ミグアーク15がプラズマアーク14に内包されて発生しているので、ミグアーク15が広がることがなく絞られて、集中性を高めることができ、また、ミグアーク15がふらつくことがなく安定させることができ、良好な溶接ビード19を得ることができる。
【0024】
さらに、活性ガスの気体分子がプラズマ内で解離し、吸熱反応が生じるのために、プラズマアーク14及びミグアーク15が強い冷却作用を受けて収縮する。その結果、これらのアークのふらつきを抑え、集中性を高め、安定したアークを得ることができる。
【0025】
この場合も、プラズマガス12及びシールドガス13として活性ガスを使用しているが、センターガス11に不活性ガスを使用しているので、ミグアーク15中を移行する加熱された溶滴へ酸素が侵入することを防ぐことができる。この結果、溶着金属中の溶存酸素量を低減することができ、溶着金属の低温靱性の特性が良好である溶接継手を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0026】
【図1】本発明のプラズマミグ溶接方法の構成図である。
【図2】本発明のプラズマミグ溶接方法によって溶接を行った結果の溶接ビードを示す図である。
【図3】従来のミグ溶接方法によって溶接を行った結果の溶接ビードを示す図である。
【符号の説明】
【0027】
1 溶接ビード(従来技術)
1a 溶接ビードの最深部(従来技術)
3 アンダカット
7 給電チップ
8 プラズマ電極
9 プラズマノズル
10 シールドノズル
11 センターガス
12 プラズマガス
13 シールドガス
14 プラズマアーク
15 ミグアーク
16 被溶接物
17 溶接ワイヤ
18 送給ロール
19 溶接ビード(実施の形態1)
19a 溶接ビードの最深部(実施の形態1)
Fc ワイヤ送給制御信号
Iwm ミグアーク電流
Iwp プラズマアーク電流
PSM ミグ溶接電源
PSP プラズマ溶接電源
Vwm ミグアーク電圧
Vwp プラズマアーク電圧
WM ワイヤ送給モータ

【特許請求の範囲】
【請求項1】
非消耗のプラズマ電極と被溶接物との間にプラズマアークを発生させ、
前記プラズマ電極を中空形状とし、絶縁された溶接ワイヤを前記中空形状内を通って送給し、前記溶接ワイヤと前記被溶接物との間にミグアークを発生させ、
前記プラズマ電極内にセンターガスを供給し、
前記プラズマ電極を取り囲むプラズマノズル内にプラズマガスを供給し、
前記プラズマノズルを取り囲むシールドノズル内にシールドガスを供給して溶接するプラズマミグ溶接方法において、
前記センターガス及び前記プラズマガス及び前記シールドガスとして不活性ガスを使用することを特徴とするプラズマミグ溶接方法。
【請求項2】
請求項1記載のシールドガスとして不活性ガスを使用する代わりに、活性ガス又は活性ガスと不活性ガスとの混合ガスを使用することを特徴とするプラズマミグ溶接方法。
【請求項3】
請求項1記載のプラズマガス及びシールドガスとして不活性ガスを使用する代わりに、活性ガス又は活性ガスと不活性ガスとの混合ガスを使用することを特徴とするプラズマミグ溶接方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【公開番号】特開2008−229641(P2008−229641A)
【公開日】平成20年10月2日(2008.10.2)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−69767(P2007−69767)
【出願日】平成19年3月19日(2007.3.19)
【出願人】(000000262)株式会社ダイヘン (990)
【Fターム(参考)】