电弧焊接装置、电弧焊接方法以及电弧焊接用磁控制装置

摘要

本发明提供电弧焊接装置、电弧焊接方法以及电弧焊接用磁控制装置，不受焊接姿势、极间距离等施工条件的影响，抑制电弧干涉与磁吹，由此能够以高效率实现高质量的焊接。电弧焊接装置具有由非消耗电极或者消耗电极的一方或者双方构成的两个以上的多个电极。电弧焊接装置具备：一对磁线圈(65、67)，它们设置在多个电极中的至少配置为最靠近工件(19)的接地连接部的电极(41)的两腋侧；线圈励磁部(61)，其对一对磁线圈(65、67)进行励磁而产生磁通；以及控制部，其根据电极(41)与一对磁线圈(65、67)的相对位置、以及来自电极(41)与磁线圈(65、67)的磁通而使电弧周围的外部磁发生变化。

说明书

技术领域

本发明涉及电弧焊接装置、电弧焊接方法以及电弧焊接用磁控制装置。

背景技术

关于使用了消耗电极的焊接(Gas Metal Arc Welding：GMAW)或者使用了非消耗电极的焊接(Tungsten Inert Gas：TIG)等电弧焊接，已知有通过使用多个电极来实现效率提高的技术。但是，基于多个电极的焊接当电极彼此的电极间距离短时会引起电弧干涉。另一方面，当电极间距离长时容易产生磁吹。因此，在基于多个电极的焊接中，存在因由电弧不稳定引起的熔化不良、焊缝外观不良等而导致焊接质量变得不稳定的问题。另外，这些电弧不稳定也受到焊接姿势的影响，例如在立向、横向焊接中存在加剧焊缝的下垂的问题。

为了解决这样的缺点，例如已知有专利文献1、2的技术。在专利文献1的基于双电极的非消耗电极的电弧焊接方法中，将相对的两根非消耗电极作为阴极，从两根非消耗电极交替地产生电弧而形成一个熔池(以下，记载为单熔池)，一边向该熔池进给添加材料一边进行焊接。在专利文献1中记载了在该电弧焊接方法中，利用两根非消耗电极形成单熔池，两电极的电弧也不相互干涉，因此，熔池在宽广范围内稳定。另外，记载了能够与两电极间的间隔相应地调整焊缝宽度与熔池的宽度，因此，能够消除在层叠焊接时容易产生的熔合不良。

另外，在专利文献2的多电极焊接方法中，在横向的多电极焊接中，相对于形成坡口的壁中的、形成于母材的横向的坡口，在该坡口的宽度方向上配置焊炬主体的多个电极。也就是说，专利文献2的方法为在母材与多个电极之间产生电弧来进行焊接的多电极焊接方法，当形成坡口的壁中的一方的壁位于比另一方的壁靠下侧的位置时，对多个电极的姿势进行控制以使得电弧朝向下侧的壁偏转。由此，在专利文献2中记载了促进坡口的下侧的熔融，避免下侧变得熔化不足，防止产生焊瘤部，并且也抑制上侧的熔融金属下垂。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平5-131273号公报

专利文献2；日本特开2002-1537号公报

发明内容

发明要解决的课题

但是，专利文献1假定单熔池的焊接。将焊接电流作为脉冲电流相互地产生电弧的方法仅能够获得防止在电极间距离短的情况下引起的电弧干涉的效果。即，出于使输入热量分散的目的，如图12所示，在增长电极501与电极503的极间距离而形成双熔池的情况下，无法免受磁吹的影响。在利用相同方向电流(例如150A)的情况下，在电极501与电极503产生相同方向的磁力线B1、B2。尤其是，在受到工件505的接地线507的接地连接部的限制而将接地连接部仅设置在一处(图中的位置P)的情况下，在电极503与接地线507之间流动的合计电流大于在电极501与电极503之间流动的合计电流(I1＜I2)。因此，在靠近与接地线507连接的接地连接部的位置P的电极503产生比其他的部位大的磁场，磁吹(Mb1＜Mb2)变得显著。另外，在专利文献1中对于横向、立向等焊接姿势未作任何记载。

在专利文献2中，在多个电极中抑制在横向的焊接姿势下容易产生的焊瘤、咬边，但假定为电极间距离短的单熔池，对于双熔池未作任何考虑。另外，对于电弧干涉、磁吹的课题也未作特别考虑。并且，即便假设组合专利文献1与专利文献2，也无法解决在双熔池以上的焊接中成为课题的磁吹。

本发明是鉴于上述状况而完成的，其目的在于提供不受焊接姿势、电极间距离等施工条件的影响、通过抑制电弧干涉与磁吹而能够高效地实现高质量的焊接的电弧焊接装置、电弧焊接方法以及电弧焊接用磁控制装置。

用于解决课题的方案

本发明的一方案能够提供一种电弧焊接装置，由非消耗电极或者消耗电极的一方或者双方构成的两个以上的多个电极沿着焊接方向配置，对所述多个电极与工件之间施加焊接电流而产生电弧，其中，

所述电弧焊接装置具备：一对磁线圈，它们设置在所述多个电极中的至少配置为最靠近所述工件的接地连接部的电极的、夹着该电极的两腋侧；线圈励磁部，其对一对所述磁线圈进行励磁而产生磁通；以及控制部，其根据所述电极与一对所述磁线圈的相对位置、以及来自所述电极与一对所述磁线圈的磁通而使所述电弧周围的外部磁场变化。

另外，本发明的一方案能够提供一种电弧焊接方法，由非消耗电极或者消耗电极的一方或者双方构成的两个以上的多个电极沿着焊接方向配置，对所述多个电极与工件之间施加焊接电流而产生电弧，其中，对设置在所述多个电极中的至少配置为最靠近所述工件的接地连接部的电极的、夹着该电极的两腋侧的一对磁线圈进行励磁而产生磁通，根据所述电极与一对所述磁线圈的相对位置、以及来自所述磁线圈的磁通而使所述电弧周围的外部磁场变化。

另外，本发明的一方案能够提供一种电弧焊接用磁控制装置，其控制由非消耗电极或者消耗电极构成的电极所产生的电弧的指向性，其中，所述电弧焊接用磁控制装置具备：磁线圈，其在U字型铁心的各前端部分别具有卷绕导线而成的一对绕线部；线圈移动机构，其将所述磁线圈配置为在一对所述绕线部之间夹着所述电极，并且将所述磁线圈支承为能够沿着焊接方向移动；线圈励磁部，其对所述磁线圈进行励磁而产生磁通；以及控制部，其根据所述电极与一对所述绕线部的相对位置、以及来自所述电极与一对所述磁线圈的磁通而使所述电弧周围的外部磁场变化。

发明效果

根据本发明的电弧焊接装置以及电弧焊接方法，能够不受焊接姿势、极间距离等施工条件的影响，抑制电弧干涉、磁吹，以高效率实现高质量的焊接。

另外，根据本发明的电弧焊接用磁控制装置，能够不受焊接姿势、极间距离等施工条件的影响，产生能够抑制电弧干涉与磁吹的外部磁场。

附图说明

图1是第一结构例的电弧焊接装置的外观图。

图2是图1所示的电弧焊接装置的主要部分立体图。

图3是图2所示的电弧焊接装置的局部放大图。

图4是第一线圈单元、第二线圈单元以及第一焊炬、第二焊炬的示意性的俯视图。

图5是示出焊炬的电极与线圈单元的位置关系的示意性的说明图。

图6是电弧焊接系统的控制框图。

图7是示出在对电弧作用朝向焊接方向上游侧的电磁力的情况下的电极与磁线圈的位置以及电流方向的动作说明图。

图8是示出在对电弧作用朝向焊接方向下游侧的电磁力的情况下的电极与磁线圈的位置以及电流方向的动作说明图。

图9是示出在对电弧作用朝向与焊接方向正交的一侧方的电磁力的情况下的电极与磁线圈的位置以及电流方向的动作说明图。

图10是示出在对电弧作用朝向与焊接方向正交的另一侧方的电磁力的情况下的电极与磁线圈的位置以及电流方向的动作说明图。

图11是第二结构例的电弧焊接装置的主要部分构成图。

图12是示出以往的基于双熔池的电弧焊接方法中的磁吹的产生原因的说明图。

附图标记说明：

19 工件

25 焊丝进给头

27 气体吸引部

39 第一焊炬

41 电极

43 第二焊炬

47、48双轴滑块

57 第一线圈单元

59 第二线圈单元

61 线圈励磁部

65 磁线圈

67 磁线圈

68 绕线部

69 铁心

71、72线圈移动机构

73 控制部

100、300电弧焊接装置

200电弧焊接系统

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。需要说明的是，本发明并不限定于以下说明的实施方式。

本发明的电弧焊接装置只要是进行电弧焊接的结构，焊接方式便无特别限定。例如，也能够适用于TIG焊接等气体保护非消耗电极式电弧焊接法、MIG焊接、二氧化碳气体电弧焊接等气体保护消耗电极式电弧焊接法。

此处，作为电弧焊接装置，以进行通过立向焊接一边朝向上侧移动一边进行焊接的TIG焊接的装置为例进行说明，但并不限定于此，能够应用于任意的焊接姿势，也可以应用于朝向横向、下方向的焊接。

[第一结构例]

图1是第一结构例的电弧焊接装置的外观图。需要说明的是，在本说明书中，Z轴的方向为焊接方向，Y轴的方向为焊接面的法线方向，X轴的方向为与焊接方向以及焊接面法线正交的方向，各方向由图1的箭头的方向表示。

电弧焊接装置100为后述的电弧焊接系统200(参照图6)的主要的装置。工件13具有坡口部15，在工件13的近前侧配置有轨道11、以及能够沿着轨道11移动的滑架17。在滑架17搭载有电弧焊接装置100，进行坡口部15的焊接加工。本结构的电弧焊接装置100形成为能够沿着轨道11从铅垂方向下方朝向上方进行立向焊接的结构。除此之外，在该电弧焊接装置100上连接有后述的各种电源、气体供给部、冷却水供给部等。

图2是图1所示的电弧焊接装置100的主要部分立体图。需要说明的是，图2将图1所示的电弧焊接装置100在以轨道11成为下方的方式水平配置的状态下示出。

电弧焊接装置100的滑架17具有与轨道11平行地安装的基座21、以及基座移动用的马达29。在基座21上从焊接方向上游侧(图2的左侧)起设置有第一线圈单元57、第一焊炬单元35、第二焊炬单元37、第二线圈单元59。第一焊炬单元35与第二焊炬单元37分别具备能够在基座21上移动的未图示的滑动部。另外，在基座21上设有供给填充焊丝的绕线盘23以及焊丝进给头25、气体吸引部27、马达29、操作部31等，该基板21构成为能够通过马达29的驱动而沿着轨道11移动。

图3是图2所示的电弧焊接装置的局部放大图。

第一焊炬单元35具有双轴滑块47、以及安装于双轴滑块47的第一焊炬39。在第一焊炬39内置有未图示的电弧焊接用的电极。第二焊炬单元37也同样具有双轴滑块48、以及安装于双轴滑块48的第二焊炬43。在第二焊炬43也内置有未图示的电弧焊接用的电极。

第一焊炬39以及第二焊炬43能够通过双轴滑块47、48而分别独立地移动。双轴滑块47、48分别具有能够沿着工件19的坡口的宽度方向即X轴方向使第一焊炬39、第二焊炬43滑动、即振荡的横向滑动部51、以及沿着工件19的厚度方向即Y轴方向使焊炬滑动的纵向滑动部53。

横向滑动部51以及纵向滑动部53具有传递未图示的马达的动力的动力传递机构等，使各焊炬的电极分别沿着X轴方向、Y轴方向自动地滑动。另外，也可以在焊接中途使各焊炬进行摆动动作。

第一线圈单元57以在X轴方向上夹着第一焊炬39的方式具备一对磁线圈65、67。磁线圈65、67具备作为磁芯的铁心69、以及卷绕有导线的绕线部68，产生使电弧偏转的外部磁场。铁心69的形状并无特别限定，例如可以为马蹄型(U字型)。在该情况下，只要在U字型的一对前端部分别设置绕线部68即可。

第二线圈单元59为与第一线圈单元57相同的结构，以在X轴方向上夹着第二焊炬43的方式具备一对磁线圈65、67。磁线圈65、67具备作为磁芯的马蹄形(U字型)的铁心69、以及卷绕有导线的绕线部68。

第一线圈单元57、第二线圈单元59配置为从与Y轴方向平行配置的焊炬39、43朝焊炬间的外侧倾斜。因而，各磁线圈65、67以在焊炬39、43的两侧从斜方向插入铁心69的前端的状态配置。

第一线圈单元57由线圈移动机构71支承。线圈移动机构71的一端部被固定于基座21，支承第一线圈单元57。线圈移动机构71具备朝Z轴方向、X轴方向、Y轴方向的滑块，将第一线圈单元57支承为能够变更与焊炬39的相对位置。

第二线圈单元59由与线圈移动机构71相同的结构的线圈移动机构72支承为能够变更与焊炬43的相对位置。

需要说明的是，线圈移动机构71、72可以是通过马达驱动使第一线圈单元57、第二线圈单元59移动的结构，也可以是通过手动使第一线圈单元57、第二线圈单元59移动的结构。并且，线圈移动机构71、72也可以仅是将第一线圈单元57、第二线圈单元59固定于所希望的位置的机构。

另外，在第一焊炬39与第二焊炬43之间配置有气体吸引部27。气体吸引部27配置于第一焊炬39与第二焊炬43的中间位置，吸引从第二焊炬43产生的包含溅射物、烟雾的周围气体、剩余的保护气体。优选在吸引量为0.1～2.0(m³/分)的范围内进行吸引。

需要说明的是，也可以代替气体吸引部27，针对每个焊炬在焊炬彼此之间设置遮挡周围空间的板材等遮挡构件。并且，也可以一并设置气体吸引部27与遮挡构件。

上述的双轴滑块47、48与工件19的形状相应地变更第一焊炬39与第二焊炬43的焊接位置、焊炬间隔。另外，线圈移动机构71、72追随焊炬39、43的移动，并且变更焊炬39、43与各磁线圈65、67的相对位置。

图4是第一线圈单元57、第二线圈单元59、以及第一焊炬39、第二焊炬43的示意性的俯视图。

第一线圈单元57与第二线圈单元59配置为使马蹄型(U字型)的铁心69的开放端侧面对面，且使绕线部68的轴线方向与Z轴方向平行。优选第一焊炬39所具有的电极41与第二焊炬43所具有的电极41的电极间距离Wt为50mm～400mm。通过使电极间距离Wt为50mm以上，能够抑制向工件的输入热量，通过使电极间距离Wt为400mm以下，能够使焊缝外观更加良好。

图5是示出焊炬的电极与线圈单元的位置关系的示意性的说明图。需要说明的是，在图示例中仅示出第一线圈单元57与第一焊炬39，但对于第二线圈单元59与第二焊炬43也是相同的。图5是从与磁线圈65、67的线圈轴线Lx垂直的方向观察的俯视图，图中的第一焊炬39的电极41表示电极前端位置。

磁线圈65、67以电极41为中心将各线圈轴线Lx平行地配置。电极41配置成在焊接方向即Z轴方向上能够与磁线圈65、67相对移动。优选该相对移动的可动距离Ls以磁线圈65、67的绕线部68的轴线方向全长Lc的中点Oc作为中心而处于绕线部68的轴线方向全长Lc的1.5倍以内。

也就是说，电极41与磁线圈65、67能够通过所述的双轴滑块47、48的横向滑动部51以及线圈移动机构71、73在距离Ls间变更双方的相对位置。

磁线圈65、67能够使用绕线部68中的导线的匝数为1600圈、各个磁线圈65、67的线圈轴线Lx彼此的轴间距离Wc处于80mm～200mm的范围的磁线圈。通过使导线的匝数为800圈以上，不会产生磁场的不足，通过使导线的匝数为1600圈以下，不会产生磁线圈外径的粗大化。另外，通过使一对绕线部彼此之间的距离为80mm以上，能够抑制磁线圈与电极的干涉，通过使一对绕线部彼此之间的距离为200mm以下，难以产生磁场的不足。需要说明的是，上述的轴间距离Wc能够与构成部件的形状相应地适当增减。另外，也能够与对电弧点赋予的所希望的磁通密度相应地适当增减上述的导线的匝数。

这些电极41与磁线圈65、67的相对位置如后所述成为使从电极41产生的电弧偏转的调整参数。

图6是电弧焊接系统200的控制框图。

电弧焊接系统200具有与搭载于滑架17的电弧焊接装置100分开设置的控制部73。

控制部73对构成电弧焊接装置100的各部分的动作进行控制。例如，控制部73对基于马达29的滑架17的移动、基于双轴滑块47、48的第一焊炬39、第二焊炬43的滑动、基于线圈移动机构71、72的第一线圈单元57、第二线圈单元59的滑动、基于焊丝进给头25的填充焊丝的供给等动作进行控制。

另外，在控制部73连接有向第一线圈单元57、第二线圈单元59的磁线圈65、67(参照图3)供给电力的线圈励磁部61。控制部73将从线圈励磁部61输入的线圈励磁用的电力分别输出至第一线圈单元57、第二线圈单元59。另外，控制部73具有对向磁线圈65、67供给的电量进行控制、并使电流的朝向反转的功能。这样，控制部73具有通过使励磁极性反转或者利用线圈移动机构71、72变更线圈位置而使第一焊炬39与第二焊炬43的电弧周围的外部磁场变化的功能。另外，励磁极性的反转、线圈位置的移动可以由控制部73进行，但也可以通过与控制部73分体设置的控制器等进行。

控制部73经由搭载于滑架17的中继部33与操作部31连接。操作部31具有设定焊接条件、线圈单元的控制条件等的未图示的操作按钮、显示部等。通过各操作按钮，接受来自用户的变更焊接作业中确定的焊接条件的设定的操作、开始焊接作业的操作等。另外，操作部31具有与外部存储器连接的连接器，在与连接器连接的外部存储器存储有在焊接作业中从控制部73传送来的焊接条件。外部存储器是设置成能够相对于操作部31装卸的存储介质，例如从通用、大容量、小型的观点出发而使用闪存器，但并不限定于此。

操作部31的显示部由液晶监视器等构成，显示焊接条件的内容、错误信息等。此处，错误信息是与焊接作业前、焊接作业中产生的错误相关的信息。在错误信息中例如包含与电弧中断、电弧停止、电极短路、伺服异常、电源异常等错误相关的信息。

另外，电弧焊接系统200具备：对第一焊炬39与第二焊炬43的各电极施加焊接电压而产生电弧的TIG焊接电源75A、75B；经由焊丝进给头25向各个电极的填充焊丝供给电力的MC电源77A、77B；使冷却水在各焊炬循环的冷却水循环驱动部79；以及向各焊炬供给保护气体的保护气体供给驱动部91。这些也分别与控制部73连接而被驱动控制。

TIG焊接电源75A、75B对第一焊炬39和第二焊炬43的各电极与工件之间施加焊接电压。另外，MC电源77A、77B通过填充焊丝供给公知的电弧调整用电压。TIG焊接电源75A、75B、MC电源77A、77B的各接地线E经由工件的接地连接部与工件连接。

保护气体供给驱动部91通过气体软管97与设置有压力控制器93的Ar气瓶95连接，将从Ar气瓶95进给的氩气通过气体软管99供给至第一焊炬39与第二焊炬43。

冷却水循环驱动部79使冷却水在第一焊炬39以及第二焊炬43循环。冷却水循环驱动部79将从这些焊炬返回的冷却水通过热交换冷却至规定温度后，再次朝各个焊炬供给来进行冷却。

电弧焊接系统200中，也可以由一个控制部73实施全部的控制，但也可以按用途分别设置分体的控制部。例如，也可以将对从TIG焊接电源75A、75B朝电极与工件之间供给的电力、从MC电源77A、77B朝填充焊丝供给的电力进行控制的控制部、对从线圈励磁部61朝线圈单元供给的电力进行控制的控制部等与控制部73分开设置。

另外，控制部73在焊接作业中将焊接条件存储于控制部73的内部存储器，将存储于内部存储器的焊接条件向与操作部31的连接器连接的外部存储器传送。

接着，对上述结构的电弧焊接装置100的作用进行说明。

以下，使用图7～图10对利用磁线圈生成外部磁场、抑制电弧干涉或磁吹的样子进行说明。

图7是示出作用使电弧朝向焊接方向上游侧的电磁力的情况下的电极与磁线圈的位置以及电流方向的动作说明图。需要说明的是，第一线圈单元57与第二线圈单元59、以及第一焊炬与第二焊炬43分别为相同的结构，因此双方获得相同的作用。

根据电极41与磁线圈65、67的相对位置、对磁线圈65、67施加的电流、电流方向，磁通密度以及磁力线发生变化。例如在直流电流、电极负极性(DCEN)的条件的情况下，将电极41配置于磁线圈65、67的焊接方向WD的下游侧，在磁线圈65流通电流使得焊接方向WD的上游侧成为N极(图中箭头D1方向)，在磁线圈67流通电流使得焊接方向WD的下游侧成为N极(图中箭头D2方向)。于是，磁线圈65所产生的磁力线LMF1、磁线圈67所产生的磁力线LMF2以及电极41所产生的磁力线LMF3的方向在电极41的焊接方向WD的下游侧沿相同的朝向一致，磁通密度变高。另一方面，在电极41周围的其他的部位，来自磁线圈65、67以及电极41的磁力线的朝向不一致，磁通密度相对地变低。其结果是，对焊接时从电极41产生的电弧主要作用磁通密度高的部位的合成磁力线LMF，朝向焊接方向WD的上游侧的电磁力EMF发挥作用。

对电弧作用的电磁力EMF的方向根据电极41、磁线圈65、67的电流的朝向、以及电极41与磁线圈65、67的相对位置而变化。因而，在本结构的电弧焊接装置中，通过控制部73(参照图6)对电极41与磁线圈65、67的电流的朝向、以及电极41与磁线圈65、67的相对位置进行控制，能够使电弧相对于焊接方向WD朝焊接方向上游侧偏转。

图8是示出对电弧作用朝向焊接方向下游侧的电磁力的情况下的电极与磁线圈的位置以及电流方向的动作说明图。

在与图7所示的情况下的施加电流相同的条件下，如图8所示，在将电极41配置于磁线圈65、67的焊接方向WD的上游侧的情况下，来自磁线圈65的磁力线LMF1、来自磁线圈67的磁力线LMF2以及来自电极41的磁力线LMF3的方向在电极41的焊接方向的上游侧沿相同的朝向一致，磁通密度变高。另一方面，在电极41周围的其他的部位，来自磁线圈65、67以及电极41的磁力线的朝向不一致，磁通密度相对地降低。其结果是，对焊接时从电极41产生的电弧主要作用磁通密度高的部位的合成磁力线LMF，朝向焊接方向WD的下游侧的电磁力EMF发挥作用。

如图7以及图8所示，使电极41与磁线圈65、67的相对位置沿着焊接方向WD变化，由此，能够将对从电极41产生的电弧作用的电磁力的朝向调整为焊接方向WD的上游侧或者下游侧的任一朝向。另外，能够通过增减朝磁线圈65、67施加的施加电流而调整电磁力的强度。

图9是示出对电弧作用朝向与焊接方向正交的一侧方(图中右侧)的电磁力的情况下的电极与磁线圈的位置以及电流方向的动作说明图。

与图7、图8的情况相同，在直流电流、电极负极性(DCEN)的条件下，将电极41配置于磁线圈65、67的焊接方向WD的中央，在磁线圈65、67分别流通电流使得焊接方向WD的上游侧成为N极(图中箭头D1、D2方向)。于是，磁线圈67所产生的磁力线LMF2与电极41所产生的磁力线LMF3的方向在与电极41的焊接方向WD正交的一侧方(图中左侧)沿相同的朝向一致，磁通密度变高。另一方面，在电极41周围的其他的部位，来自磁线圈65、67以及电极41的磁力线的方向不一致，磁通密度相对地降低。其结果是，对焊接时从电极41产生的电弧主要作用磁通密度高的部位的合成磁力线LMF，朝向与焊接方向WD正交的另一侧方(图中右侧)的电磁力EMF发挥作用。

图10是示出对电弧作用朝向与焊接方向正交的另一侧方(图中左侧)的电磁力的情况下的电极与磁线圈的位置以及电流方向的动作说明图。

在图10的情况下，除了与图9的情况相比使磁线圈65、67的极性相反这一点之外，均与图9的情况下的条件相同。在该情况下，磁线圈65所产生的磁力线LMF1与电极41所产生的磁力线LMF3的方向在与电极41的焊接方向WD正交的另一侧方(图中右侧)沿相同的朝向一致，磁通密度变高。另一方面，在电极41周围的其他的部位，来自磁线圈65、67以及电极41的磁力线的方向不一致，磁通密度相对地降低。其结果是，对焊接时从电极41产生的电弧主要作用磁通密度高的部位的合成磁力线LMF，朝向与焊接方向WD正交的一侧方(图中左侧)的电磁力EMF发挥作用。

如图9、图10所示，将电极41配置于磁线圈65、67的焊接方向WD的中央，使磁线圈65、67的极性在焊接方向WD上为相同极性，并且使电流的朝向变化，由此能够将对从电极41产生的电弧作用的电磁力的朝向调整为与焊接方向WD正交的一侧或者另一侧中的任一朝向。另外，能够通过增减朝磁线圈65、67施加的施加电流来调整电磁力的强度。

这样，电弧焊接装置100能够相对于焊接方向WD在上游方向、下游方向、以及与焊接方向正交的两个方向的合计4个方向上控制电弧的偏转方向，例如在产生了磁吹的情况下，相对于磁吹的方向朝相反方向产生电磁力，由此能够消除磁吹所带来的影响。

此处，施加于电弧的力根据电极位置的磁通密度而变化，当低于10mT时作用于电弧的力不足，当高于90mT时作用于电弧的力过剩。因此，作为能够使焊接质量最稳定化的范围，优选为10～90mT。另外，在防止磁吹的情况下，最大的磁吹的强度取决于在多个电极流动的电流的合计。因此，更优选在最接近接地连接部的电极(在本结构例中为第二焊炬43的电极)中，合计电流与磁通密度的比例(合计电流/磁通密度)的范围为1.5～60.0。通过将合计电流与磁通密度的比例设为60.0以下，不会产生磁场的不足，通过将合计电流与磁通密度的比例设为1.5以上，能够抑制磁线圈外径的粗大化。

接着，对使用了上述结构的电弧焊接装置100的电弧焊接方法进行说明。

电弧焊接装置100例如能够应用于焊接LNG罐的侧板等用途。也就是说，相对于沿着上下方向延伸的工件的坡口49(参照图3)，在其延伸方向上配置第一焊炬39、第二焊炬43，在工件19与第一焊炬39的电极以及第二焊炬43的电极之间产生电弧来进行焊接。在侧板沿着坡口49安装有轨道11，电弧焊接装置100的滑架17在该轨道11上自行。

在本结构例中，电弧焊接装置100通过TIG焊接将一对非消耗电极(电极41)在相对于焊接方向的上游侧与下游侧分别各配置一个。这些电极通过图6所示的基于控制部73的双轴滑块47、48的定位动作而配置于XYZ轴方向的规定的焊接位置。电弧焊接装置100利用配置于多个电极中的至少最接近工件19的接地连接部的一侧的电极的两侧的磁线圈65、67产生外部磁场。

电弧焊接装置100利用由控制部73控制的外部磁场使在第一焊炬39、第二焊炬43分别产生的电弧偏转，抑制磁吹。基于预先存储的磁吹抑制数据表等各数据来控制磁吹的抑制动作。在磁吹抑制数据表中例如包含与焊接电流相应的在第一焊炬39、第二焊炬43产生的磁吹量(位移量)、用于矫正该磁吹位移量的各个线圈单元的驱动电流等信息。磁吹抑制数据表例如保存于控制部73的内部存储器。电弧焊接装置100从控制部73将这些线圈单元的驱动电流与其他的焊接条件一并存储于操作部31的外部存储器来进行焊接。由此，在本电弧焊接方法中，与第一焊炬39、第二焊炬43各自的焊接电流对应，利用控制部73将电弧产生位置相对于焊接方向朝上游侧以及下游侧、以及与焊接方向正交的两个方向的合计四个方向进行方向控制，能够在抑制了磁吹的状态下进行焊接。

根据上述的本结构的电弧焊接装置100，在最接近工件19的接地连接部的电极的两侧配置一对磁线圈65、67。夹着电极的这些磁线圈65、67以磁线圈65、67的轴线沿着工件19的焊接方向的姿势配置。沿着工件19的焊接方向的姿势是指相对于工件19的磁线圈65、67的轴线除垂直以外相对于工件19的焊接面平行或者倾斜的姿势。

另外，第一焊炬39与第二焊炬43的各电极41成为电极正或者电极负，在电极周围产生磁场。另一方面，在夹着电极41的磁线圈65、67也流通电流，由此产生磁场。利用这些电极周围的磁场以及磁线圈65、67的磁场使电弧偏转。使该电弧偏转的力(电磁力)在磁力线一致的合成磁场中变强。该电磁力的方向根据电极41、磁线圈65、67的电流的朝向、电极41与磁线圈65、67的相对位置而变化。因此，在电弧焊接装置中，利用控制部73对电极、线圈单元的电流的朝向与相对位置进行控制，能够将电弧朝包括焊接方向的合计4个方向进行方向控制。由此，能够抑制电弧干涉与磁吹。

另外，在电弧焊接装置100中，电极41的位置在一对磁线圈65、67之间，不会从磁线圈的前端分离超过绕线部全长的1.5倍的距离。由此，能够以低电力确保使电弧偏转所需的电磁力。

另外，电弧焊接装置100例如是双电极且接地线仅为一根的结构，当在各电极流动150A的电流的情况下，合计电流为300A。合计电流越大则磁吹变得越大，因此，为了抑制磁吹而需要更大的磁通密度。因此，将合计电流与磁通密度的比例的范围如上述那样设为1.5～60.0。

另外，电弧焊接装置100利用气体吸引部27(或者遮挡构件)抑制焊接方向上游侧的焊炬的电极(先行极)的电弧的不稳定。即，在朝立向上方向的焊接中，焊接方向下游侧的焊炬的电极(后行极)处的保护气体沿着坡口49上升，卷入周边空气，由此能够抑制因扰乱先行极的保护气体而产生的先行极的电弧不稳定。需要说明的是，该气体吸引部27(或者遮挡物)尤其是在立向焊接中电弧稳定化的效果变得显著。

另外，电弧焊接装置100通过线圈移动机构71、72的驱动能够任意地变更第一线圈单元57与第二线圈单元59相对于焊炬的电极的相对位置。通过该相对位置的变更，能够使作用于电弧的电磁力的方向关于焊接方向反转。另外，一对磁线圈65、67能够沿着分离方向(X轴方向)移动，由此能够在分离方向中央容易地定位电极。

另外，电弧焊接装置100将第一焊炬39与第二焊炬43的电极间距离设定为50～400mm的范围。由此，通过使电极间的距离为50mm以上，能够抑制输入热量，另外，通过使电极间的距离为400mm以下，能够使焊缝外观变得良好。

另外，电弧焊接装置100通过利用MC电源77A、77B使朝填充焊丝施加的电流、极性变化，能够使填充焊丝所产生的磁场作用于电弧。因此，通过与基于第一线圈单元57、第二线圈单元59的外部磁场的形成并用，能够辅助电弧的方向控制。

[第二结构例]

接着，对第二结构例的电弧焊接装置进行说明。

图11是第二结构例的电弧焊接装置的主要部分构成图。

本结构例的电弧焊接装置300包括具有电极107的焊炬109、双轴滑块111、磁线圈65、磁线圈67以及摄像机115。另外，磁线圈65、67连接于与所述相同的线圈励磁部61，根据来自控制部73的指令而被驱动。

控制部73除了与双轴滑块111、摄像机115连接之外，虽未图示，但与上述同样的与线圈移动机构71、72(参照图3)等连接，一并控制各部分。

摄像机115例如安装于焊炬的附近，以便能够拍摄电弧。摄像机115将拍摄到的图像数据作为输出信息进行输出。控制部73将从摄像机115输出的输出信息保存于在内部存储器等设置的图像存储器。此外，将所保存的输出信息的图像数据按照保存于内部存储器的程序进行处理，求出电弧的姿势、例如电弧中心位置。控制部73根据所求出的电弧的姿势运算磁吹的偏转量，与该磁吹的偏转量相应地驱动线圈励磁部61。

由此，电弧焊接装置300与在电弧产生的磁吹相应地对施加于磁线圈65、67的电流、电流方向以及线圈移动机构进行控制，能够使由磁吹引起的电弧的偏转恢复到正常状态。其结果是，能够一边依次抑制磁吹一边实施焊接。

因而，根据上述的各结构例的电弧焊接装置100、300，能够不受焊接姿势、极间距离等施工条件的影响，抑制电弧干涉与磁吹，以高效实现高质量的焊接。

【实施例】

接着，对利用上述结构1、2实施电弧焊接的实施例进行说明。需要说明的是，此处说明的焊接条件是一例，本发明并不限定于以下的焊接条件。

电弧焊接条件更优选为以下的范围。

焊接电流：80～300A

电弧电压：5～15V

焊接速度：5～30cm/min

电极间距离：50～400mm

当在上述焊接条件下实施电弧焊接时，能够确认结构例1、2均可以抑制电弧干涉、磁吹的产生并进行高质量的焊接。

这样，本发明并不限定于上述的实施方式，将实施方式的各结构相互组合、本领域技术人员基于说明书的记载以及公知的技术进行变更、应用也处于本发明的预料之中，包含于谋求保护的范围。

例如，在上述的一对焊炬分别配置有线圈单元，但也可以构成为仅在配置为最靠近工件的接地连接部的焊炬侧配置线圈单元。

另外，上述的一对焊炬均是非消耗电极，但可以是消耗电极，也可以构成为任一方为非消耗电极、另一方为消耗电极。

另外，上述的电弧焊接装置也可以构成为将产生电弧的焊炬侧与产生磁场的线圈单元侧分离。在该情况下，通过将具备线圈单元、线圈移动机构、线圈励磁部以及控制部的电弧焊接用磁控制装置附加于任意的电弧焊接装置，形成为能够通用的装置结构。

如上所述，在本说明书中公开了如下的事项。

(1)一种电弧焊接装置，由非消耗电极或者消耗电极的一方或者双方构成的两个以上的多个电极沿着焊接方向配置，对所述多个电极与工件之间施加焊接电流而产生电弧，其中，

所述电弧焊接装置具备：

一对磁线圈，它们至少设置在所述多个电极中的配置为最靠近所述工件的接地连接部的电极的、夹着该电极的两腋侧；

线圈励磁部，其对一对所述磁线圈进行励磁而产生磁通；以及

控制部，其根据所述电极与一对所述磁线圈的相对位置、以及来自所述电极与一对所述磁线圈的磁通而使所述电弧周围的外部磁场变化。

根据该电弧焊接装置，在最靠近工件的接地线的电极的两侧配置磁线圈。夹着电极的该磁线圈以使铁心的轴线沿着工件的焊接方向的姿势配置。电极成为电极正或者电极负，在电极本身产生磁场。另一方面，在夹着该电极的磁线圈也流动电流而产生磁场。利用这些电极自身的磁场、以及各个磁线圈的磁场使电弧偏转。使该电弧偏转的电磁力在来自各部分的磁力线的朝向一致时变强。电磁力的方向根据电极、磁线圈的电流的朝向、电极与磁线圈的相对位置而改变。因而，在电弧焊接装置中，对于因磁吹而引起的电弧的偏转，通过对电极、磁线圈的电流的朝向、电极与磁线圈的相对位置进行控制，能够消除电弧的基于磁吹的影响。

(2)在(1)的电弧焊接装置的基础上，所述电极在所述焊接方向上以所述磁线圈的绕线部全长的中点为中心配置在所述绕线部全长的1.5倍以内的范围内。

根据该电弧焊接装置，电极的位置处于一对磁线圈之间，能够以低电力确保使电弧偏转所需的电磁力。

(3)在(1)或者(2)的电弧焊接装置的基础上，所述线圈励磁部使所述电极产生的磁通密度为10mT～90mT，在所述接地连接部流动的合计电流与所述磁通密度的比例为1.5～60.0。

根据该电弧焊接装置，例如在双电极且接地线为一根、在各电极流动150A的电流的情况下，合计电流成为300A。合成的合计电流越大则产生的磁吹越强，因此，为了抑制磁吹而需要大的磁通密度。因此，通过将合计电流与磁通密度的比例设为60.0以下，不会产生磁场的不足，通过将合计电流与磁通密度的比例设为1.5以上，能够抑制磁线圈外径的粗大化。

(4)在(1)～(3)中的任一个电弧焊接装置的基础上，在所述多个电极的电极彼此之间设置有吸引周围气体的气体吸引部。

根据该电弧焊接装置，能够抑制多个电极中的先行极的电弧的不稳定。例如，在朝立向上方向的焊接中，后行极的保护气体沿着坡口上升，该上升气体成为卷入周边空气的气体而覆盖先行极的周围，其结果是，能够抑制先行极的电弧变得不稳定。

(5)在(1)～(4)中的任一个电弧焊接装置的基础上，在所述多个电极的电极彼此之间设置有遮挡每个所述电极的周围空间的遮挡构件。

根据该电弧焊接装置，能够抑制多个电极中的先行极的电弧的不稳定。例如，在朝立向上方向的焊接中，后行极的保护气体沿着坡口上升，能够抑制因扰乱先行极的保护气体而产生的先行极的电弧不稳定。

(6)在(1)～(5)中的任一个电弧焊接装置的基础上，所述控制部使所述磁线圈沿着所述焊接方向移动。

根据该电弧焊接装置，各个磁线圈借助线圈移动机构而移动自如。磁线圈沿着焊接方向移动，由此能够使作用于电弧的电磁力的方向反转。

(7)在(1)～(6)中的任一个电弧焊接装置的基础上，控制部使所述磁线圈的励磁极性反转。

根据该电弧焊接装置，通过使向磁线圈供给的电流的朝向反转，使电弧周围的外部磁场的磁力线的朝向反转，能够简单地反转所产生的电磁力的方向。

(8)在(1)～(7)中的任一个电弧焊接装置的基础上，所述多个电极由包含两个电极的非消耗电极构成，两个电极间的极间距离为50mm～400mm。

根据该电弧焊接装置，通过使两个电极间的极间距离为50mm以上，消除电弧干涉、输入热量的集中，通过使两个电极间的极间距离为400mm以下，焊缝外观变得良好。

(9)在(8)的电弧焊接装置的基础上，所述电弧焊接装置具备：焊丝进给头，其朝所述非消耗电极进给至少一根以上的填充焊丝；焊丝电源，其对所述填充焊丝独立地施加电流；以及焊丝电流调整部，其使对所述填充焊丝施加的电流与极性中的至少一方变化。

根据该电弧焊接装置，通过利用焊丝电流调整部使填充焊丝的电流、极性变化，能够使来自电极的磁场对电弧进行干涉。因此，通过与基于磁线圈的外部磁场的形成并用而能够辅助电弧的方向控制。

(10)一种电弧焊接方法，由非消耗电极或者消耗电极的一方或者双方构成的两个以上的多个电极沿着焊接方向配置，对所述多个电极与工件之间施加焊接电流而产生电弧，其中，对至少设置在所述多个电极中的配置为最靠近所述工件的接地连接部的电极的、夹着该电极的两腋侧的一对磁线圈进行励磁而产生磁通，根据所述电极与一对所述磁线圈的相对位置、以及来自所述磁线圈的磁通而使所述电弧周围的外部磁场变化。

根据该电弧焊接方法，在最靠近工件的接地连接部的电极的两腋侧配置磁线圈。夹着电极的该磁线圈以使铁心的轴线沿着工件的方向的姿势配置。电极成为电极正或者电极负，在电极本身产生磁场。另一方面，在夹着该电极的磁线圈也流动电流而产生磁场。利用这些电极本身的磁场、以及各个磁线圈的磁场使电弧偏转。使该电弧偏转的电磁力在来自各部分的磁力线的朝向一致时变强。也就是说，电磁力的方向根据电极、磁线圈的电流的朝向、电极与磁线圈的相对位置而改变。因而，本电弧焊接方法中，通过对电极、磁线圈的电流的朝向、电极与磁线圈的相对位置进行控制，能够对电弧进行方向控制。由此，能够抑制电弧干涉、磁吹。

(11)一种电弧焊接用磁控制装置，其控制由非消耗电极或者消耗电极构成的电极所产生的电弧的指向性，其中，所述电弧焊接用磁控制装置具备：磁线圈，其在U字型铁心的各前端部分别具有卷绕导线而成的一对绕线部；线圈移动机构，其将所述磁线圈配置为在一对所述绕线部之间夹着所述电极，并且将所述磁线圈支承为能够沿着焊接方向移动；线圈励磁部，其对所述磁线圈进行励磁而产生磁通；以及控制部，其根据所述电极与一对所述绕线部的相对位置、以及来自所述电极与一对所述磁线圈的磁通而使所述电弧周围的外部磁场变化。

根据该电弧焊接用磁控制装置，以夹着非消耗电极或者消耗电极的方式设置一对磁线圈。各个磁线圈在铁心呈线圈状卷绕有导线。铁心也可以是两个独立的棒形或者马蹄型(U字型)。磁线圈以铁心的轴线沿着工件的姿势配置。磁线圈通过流动电流而产生磁场。另一方面，由该磁线圈夹着的电极也成为电极正或者电极负，在电极自身产生磁场。利用这些电极本身的磁场以及各个磁线圈的磁场使电弧偏转。使该电弧偏转的电磁力在磁力线一致时变强。电磁力的方向根据电极、磁线圈的电流的朝向、电极与磁线圈的相对位置而改变。因而，在电弧焊接用磁控制装置中，通过对电极、磁线圈的电流的朝向、电极与磁线圈的相对位置进行控制，能够将电弧朝前后左右进行方向控制。

(12)在(11)的电弧焊接用磁控制装置的基础上，所述绕线部的所述导线的匝数为800圈～1600圈，一对所述绕线部彼此之间的距离为80mm～200mm。

根据该电弧焊接用磁控制装置，在相同铁心、相同导线直径以及相同电压下，通过使导线的匝数为800圈以上，不会产生磁场的不足，通过使导线的匝数为1600圈以下，不会产生磁线圈外径的粗大化。另外，通过使一对绕线部彼此之间的距离为80mm以上，能够抑制磁线圈与电极的干涉，通过使一对绕线部彼此之间的距离为200mm以下，难以产生磁场的不足。由此，能够有效地对电弧进行方向控制。