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溶接の基礎講座
ものづくりにおける接合方法の1つに、「溶接」があります。
本連載では「溶接」について、金属が接合するメカニズムから溶接の種類、また溶接の仕方まで、現場で使える知識をご紹介していきます。
第2章 溶接方法と溶接材

2-5 TIGパルス溶接について

TIG溶接は、溶接部の冶金的な特性や溶け込み特性の両面で高品質の溶接結果が得られやすく、近年、各種材料の溶接に広く利用されています。ただ、この溶接の作業では、溶接トーチの操作と溶接棒の添加操作を同時に両手で行う必要があり、作業自体はやや難しい作業となります。

1)溶接条件の設定

TIG溶接の溶接条件設定は、溶接しようとする材料がスムーズに溶融できる電流条件に設定することが基本です(電圧条件は、作業者が設定した適正なアークの長さで決まり、溶接条件として設定することはありません)。 したがって、電流を小さく設定したとしても母材が溶けにくくなる分をゆっくりと遅く、逆に電流が大きい場合は速い母材の溶融に合わせた速い速度で溶接することで対応できます。

なお、一定の溶け込みが必要となる第1層目の溶接などでは、溶接中の溶け込みの判定が難しいことから、あらかじめ目標の溶け込みの得られる溶融池の大きさを設定しこれを目安に溶接します。

2)パルス溶接による溶接

TIG溶接機の持つ機能の中に、パルス電流制御の機能があります。この機能は、溶接中の電流条件を大きいパルス電流と小さいベース電流に設定し、パルス電流とベース電流を1秒間に数回から何千、何万回の周波数で変化させるものです。以下に、この機能の利用方法について示します。

(1)パルス機能の設定

パルス機能の利用に当たっては、(1)パルス有りを選択、(2)低周波(0.5〜25Hz程度)あるいは中、高周波からいずれかを選択、(3)使用するパルス周波数、例えば2Hzなら低周波の2Hzにダイアルで設定、(4)デュティー比率(1パルス中のパルス電流時間とベース電流時間の比)を50%程度に設定(この設定で必要なパルス効果の得られない場合は、 パルス電流とベース電流の差を変化させることで調整を図ります、それでも目的の効果が得られないようであればこのデュティー比率を変化させて調整すると良いでしょう)。

(2)0.5〜2Hz程度のパルス溶接

この周波数の溶接では、設定したそれぞれの電流条件で明瞭に上下する電流変化を示します(例えば30−150Aに設定すれば30−150Aになります)。すなわち、大きいパルス電流の時に母材を溶融し、続く小さいベース電流の時にプールの溶融金属を冷やします。 したがって、その溶接結果は図5-1のような明瞭なジュズ玉状ビードとなります(こうした溶接は溶け落ちやすい薄板の溶接や裏波溶接、溶けやすい材料側に溶融が偏る板厚差のある継手や異種材組み合わせの溶接、熱伝導性の良いアルミニウムや銅、これらの合金材の溶接などに有効な溶接となります)。

図5-1 1Hzのパルス溶接の溶接結果

図5-1 1Hzのパルス溶接の溶接結果

(3)2〜7Hz程度のパルス溶接

この周波数の溶接では電流の変化時間が短く、設定したそれぞれの電流に戻りきれない電流変化を示します(例えば、20-150Aの電流設定でも実際には40-130Aの変化になり、周波数が多くなるに従い変化の少ない平均電流85Aに近づきます)。 したがって、パルス電流制御による母材溶融の制御効果が少なくなり、その溶接結果は図5-2の様なパルスの周波数に対応した波形が明瞭に見られるだけのビード状態となります(したがって、この周波数の溶接は、溶け込みの制御よりもビードを一定状態に保ち外観品質の良い溶接を行いたい場合などに利用します)。

図5-2 4Hzのパルス溶接の溶接結果

図5-2 4Hzのパルス溶接の溶接結果

(4)7Hz以上のパルス溶接

この周波数の溶接では電流の変化時間が短く、ほとんど一定電流溶接に近い電流変化となります。 したがって、パルス電流制御による母材溶融の制御効果は少なく、その溶接結果は図5-3のような一定電流溶接とほとんど変わらないビード状態となります (したがって、この周波数の溶接は、アークのふらつきを押さえビード幅を一定状態に保ちたい場合やブローホール欠陥の発生を抑える目的に使用します)。

図5-3 10Hzのパルス溶接の溶接結果

図5-3 10Hzのパルス溶接の溶接結果

(5)500 Hz以上のパルス溶接

この周波数の溶接では(高周波パルス溶接と呼びます)、アークが細く絞られ指向性が増し、アークの安定性が高められます。そうしたことから、この溶接は、数Aといった小電流の溶接や毎分数mの高速溶接に使用します。

執筆: 溶接道場 安田 克彦

『溶接の基礎講座』の目次

第1章 溶接の基礎

第2章 溶接方法と溶接材料

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