交流パルスミグ溶接における微小スパッタ及びアーク切れ問題の対策

摘要

近年，自動車や鉄道車両などの輸送機器の軽量化ニーズに伴って，構造用材料のアルミニウム合金化や鉄鋼材料構造物の薄板·薄肉化がますます進展している．これらの溶接構造物は，母材が薄くて変形しやすいため，継ぎ手にギャップが存在することが多い．ワイヤ電極プラス極性の直流パルスミグなどの溶接法では，継ぎ手ギャップを埋めるに必要な溶着金属量を確保しようとすると入熱が大きくなり溶け落ちが発生してしまう．従って，ギャップ裕度の確保と溶け落ちの防止の両立は困難である．交流パルスミグ溶接法は，ワイヤ電極プラス極性の直流パルスミグ溶接法に比べて母材への入熱が少なく，同一溶接電流ではワイヤ溶融量が大きいため，薄板溶接の難点となる溶け落ち，ギャップ裕度および変形に対して有効な消耗電極アーク溶接プロセスとして注目されている．例えば，アルミニウム合金製自動車ボディやオートバイフレーム，ステンレス鋼製排気系部品や鉄道車両のルーフなどの溶接構造物へ適用し始めている．しかし，交流パルスミグ溶接では短絡のないスプレー移行のアークであるにもかかわらず微小なスパッタが発生しやすく，いったんこれが母材表面に付着すると容易に除去できず実用上問題となることがある．さらに，交流パルスミグ溶接では溶接電流の極性がパルス一周期ごとに2回切り換わるため，アーク切れが発生しやすく溶接品質の安定性に悪影響を与える．ところで，交流パルスミグ溶接のアーク現象に関しては，1パルス1溶滴移行条件，溶滴移行に対する極性比率及びワイヤ材質の影響等が報告されている．しかし，交流パルスミグ溶接の微小スパッタ発生のアーク現象に関して詳細に報告された例はほとんどない．また，極性切り換え時の再点弧重畳電圧とシールドガスの混合比率との関係が報告されているが，十分な再点弧重畳電圧を印加してもアーク切れが発生する場合があり，その原因は不明のままである．そこで，本研究では，アルミニウム合金及びステンレス鋼の交流パルスミグ溶接において実用上問題となっている微小スパッタの発生についてそのメカニズムを調査し，抑制方法を検討した．さらに，アーク切れの発生についてもその原因を調べて防止策を考案した．