消耗電極式アーク溶接におけるコンタクトチップの摩耗現象

摘要

消耗電極式アーク溶接においてティグ溶接のように安定した溶接品質を得るためには，アークおよび溶接条件の安定化，溶滴移行の規則性およびスパッタレスなどが重要となる．そのためこれまで筆者らはアーク溶接システムを構成する各要素に次のように種々の改良を加えた．（1）パルスマグ溶接用電源のインバータ化により電磁ピンチ力を強化するとともに，ピンチ力を受ける溶滴が変形し易いワイヤ組成を見出して，溶滴体積が半減となる細粒化を行い，短アーク長を要する高速溶接において短絡ひいてはスパッタが生じないよう空間的な余裕を拡大した．（2）溶接ワイヤに一定の曲率を与える溶接トーチを開発して，ワイヤ先端の前後左右上下の振れを抑制するとともに，コンタクトチップから溶接ワイヤへの給電位置を安定化した．（3）パルス印加から溶滴離脱までの遅延時間の安定性評価により，各種溶接ワイヤの中から溶滴移行周期性の高い溶接ワイヤを見出した．（4）アーク起動時のスパッタを皆無とするべく，極低い起動電流を用いるワイヤリトラクトスタート法を採用してその有効性を確認した．以上の結果ティグ溶接のように，アーク起動から停止までスバッタが皆無でワイヤ先端位置および電流電圧も安定な，パルスマグ溶接システムを実現した．またこのシステムにおけるアーク安定性の評価として溶接電流を周波数解析し，溶融池の固有振動をティグ溶接と同等程度のS/N比で検出できることを確認した．しかしこの状態を維持するためには，経時変化であるコンタクトチップの摩耗を低減し，溶接ワイヤ先端の振れおよび給電点の上下移動を抑制する必要がある．