生産現場で一貫性のないビードプロファイルのトラブルシューティングを行ったり、前四半期に不合格率が 12% 急上昇した理由を店舗マネージャーに説明したりなど、自動溶接に時間を費やしたことがある人なら、自動アーク電圧追跡装置 (AAVT) に関する噂を聞いたことがあるでしょう。これらのシステムのサプライヤーとして、私は多くの質問を受けます。これにより実際に溶接ビードの形状が変化しますか?すでに半自動セットアップがある場合、投資する価値はありますか?簡単に言うと、答えは「はい」です。AAVT は溶接継手を単に「追従」するだけではありません。入熱、移動速度、ワイヤ送給速度をリアルタイムでアクティブに操作し、これらの調整はより均一で信頼性の高い溶接ビードに直接変換されます。これを詳しく説明するために、AAVT がどのように機能するか、AAVT が主要なビーズ特性にどのような影響を与えるか、そしてなぜ AAVT が少量のバッチ部品から大量生産まであらゆるものにとって重要なのかを見ていきましょう。
まず、溶接ビードの形状とは何か、そしてそれがなぜ重要なのかを理解するのに役立ちます。適切に形成されたビードには、幅、溶け込み、補強 (上部の溶接金属のわずかに盛り上がった層) という 3 つの主要な要素があります。圧力容器の継ぎ目、農業機器の部品、重機のフレームなどの部品の場合、これらの寸法は表面上のものではなく、構造の完全性、耐食性、応力下での溶接の耐久性を決定します。貫通力が少なすぎると、接合部が弱く多孔質になり、荷重がかかると亀裂が入ってしまいます。補強が多すぎると、材料が無駄になり、応力集中が生じ、溶接後の研削作業が余分に必要になります。
自動溶接チームは何年もの間、手動のシーム追跡に依存していました。つまり、固定されたパスに従うように機械をプログラムし、母材の変化、接合部のギャップ、またはワイヤーの焼け落ちによって問題が発生しないことを祈っていました。ジョイントギャップが広がると、トーチがワークピースからさらに遠ざかり、アーク電圧がスパイクし、システムがワイヤを過剰に供給するか（ゴツゴツした広すぎるビードを作成する）、またはギャップを残す（溶け込みが浅すぎる）ことになります。接合部がしっかりしていると、アークが近づきすぎて電圧が低下し、過度の補強により焼き抜けやビードの幅が狭くなりすぎます。ここで、AAVT が状況を変えます。
自動アーク電圧追跡装置は、溶接アークの電圧を 1 秒あたり 100 ～ 1,000 回測定することによって機能します。アーク電圧は溶接トーチとワークピース間の距離 (スティックアウトとして知られる) に正比例するため、接合ギャップが広がると電圧が急上昇し、AAVT はその距離を一定に保つためにトーチの高さを即座に調整します。ギャップが狭くなると、過度の熱を避けるためにトーチがわずかに下がります。この一定のリアルタイム調整により、溶接ビードが直接形成されます。
ビードの特性に対する具体的な影響を詳しく見てみましょう。それがオペレーターとエンジニアが最も気にしていることだからです。まず、浸透の一貫性です。 AAVT を使用しない場合、圧力タンクの製造ではよくあることですが、垂直シリンダーを溶接している場合、接合ギャップの 1 mm の変化でも溶け込みが 0.5 mm 変動する可能性があります。あるセクションは完全に浸透し、次のセクションは部分的にのみ浸透し、部品の拒否につながる可能性があります。 AAVT はこの問題を解消します。スティックアウトを安定に保つことでアーク長を一定に維持し、入熱がジョイント全体で均一になります。私は最近、垂直シリンダーの継ぎ目を手動で溶接していた工場と仕事をしましたが、そのビードの溶け込みは 3 メートルの継ぎ目全体で 1.2 mm も変化しました。 AAVT を追加し、立型シリンダー溶接機と統合した後、溶け込み変動は 0.2 mm 未満に低下しました。この 1 つの変更により、最初の 1 か月間で溶接不合格率が 18% 減少しました。
次にビード幅と補強です。これら 2 つは移動速度とワイヤ送給速度に密接に関係しており、AAVT が協調制御システムと組み合わせれば、どちらも間接的に調整できます。トーチが一定の距離にある場合、アークは毎回同じ領域をカバーするため、金属を均一に蒸着するようにワイヤ送り速度を調整できます。一箇所に金属が多すぎると、補強が不均一になります。少なすぎると、アンダーカット (ビードの端に沿った溝) が発生します。 AAVT では、多くの場合、補強のばらつきが 1.5 mm から 0.3 mm に減少します。これは、溶接後の仕上げを行う工場にとって大きなメリットです。研削が減れば、人件費が削減され、納期が短縮されます。油圧シリンダー メーカーの水平シリンダーの継ぎ目を溶接する別の顧客もいました。 AAVT の前に、彼らは余分な補強材を研削するために部品ごとに 2 時間を費やしました。導入後は、その時間が 1 部品あたり 20 分に短縮され、チームは他のタスクに専念できるようになりました。
見落とされがちなもう 1 つの利点は、焼き付きや気孔などの欠陥を軽減できることです。焼き付きは、金属の薄い部分に過度の熱が加えられると発生します。通常は、接合部の隙間が狭いためにトーチが近づきすぎる場合です。 AAVT の高さ調整は、電圧が下がりすぎた場合にトーチを引き離すことでこれを防ぎ、熱入力をジョイントが必要とする正確な量に制限します。一方、多孔性はワイヤの焼き切れが不均一であることが原因で発生する可能性があります。突き出しが変化すると、ワイヤの溶解速度が異なるため、不均一な堆積が発生し、ガスが閉じ込められます。 AAVT によって制御されたスティックアウトにより、ワイヤが均一に溶けることが保証され、一部の炭素鋼溶接用途において気孔率が最大 25% 削減されます。
これは、AAVT が万能のソリューションであることを意味するものではありません。重要なのは、適切な AAVT を特定の溶接設定と組み合わせることにあります。厳密なビード制御が必要な小さく複雑な部品には、高精度 AAVT と組み合わせた 5 軸コンパクト ウェルダーが最適です。この組み合わせにより、システムは高さだけでなくトーチの角度や移動経路も調整できるため、医療機器のコンポーネントや航空宇宙用ファスナーなどの部品に最適です。鉱山機械の摩耗部品のメンテナンスなど、大量のハードフェーシング用途では、AAVT を備えた自動ピック ハードフェーシング ラインにより、数百のピックにわたっても一貫したビード形状が保証されます。新しい顧客と仕事をするとき、私はいつも、彼らのビーズ関連の最大の問題点は何か、つまり浸透力に一貫性がないのかどうかを尋ねることから始めます。研磨が多すぎるのでしょうか？厳格な構造溶接規定を満たす必要がありますか?このようにしてセットアップを調整します。
また、AAVT を導入する際にビードのパフォーマンスを制限する可能性がある、ショップが犯すよくある間違いもいくつかあります。 1 つ目は、システムを特定のワイヤとガスの組み合わせに合わせて校正していないことです。たとえば、0.8 mm ER70S-6 ワイヤを使用した MIG 溶接は、1.2 mm ワイヤを使用したフラックス入り溶接とは異なるアーク電圧とスティックアウトの関係を持ちます。キャリブレーションがオフの場合、AAVT は高さを積極的に調整しすぎるか、調整が不十分となり、ビードの変動につながります。もう 1 つの間違いは、コンタクト チップやノズルなどの溶接トーチの摩耗部品のメンテナンスを怠ることです。部品が摩耗すると、AAVT が動作している場合でも、ワイヤの供給が不安定になり、アーク電圧の測定値が狂う可能性があります。当社は常に、定期的なスケジュールで溶接トーチの摩耗部品を交換し、そのメンテナンスを生産のダウンタイムに組み込むことをお勧めします。これは、AAVT を最高のパフォーマンスで動作し続けるための小さなステップです。
私は、適切に調整された AAVT がどのようにして溶接部品の「拒否ゾーン」を均一で規格に準拠したビードに変えることができるのかを直接見てきました。昨年、風力タービンのタワーセクションを製造している顧客は、ルートパスビードの浸透が一貫していないことに苦労しており、その結果、部品の 22% が X 線検査で不合格となりました。彼らは既存の水平シリンダー溶接機セットアップを備えた AAVT システムに切り替え、2 週間以内に X 線通過率が 98% に跳ね上がりました。溶接ビードは 12 メートルの継ぎ目全体で均一になり、規定で要求される貫通と補強が正確に行われました。これは、たとえ大量生産であっても、AAVT への投資に価値があるような効果です。
現在一貫性のない溶接ビードの形状に対処している場合、または手戻りを減らして溶接の品質を向上させたいと考えている場合、自動アーク電圧トラッカーは検討する価値のあるツールです。私たちのチームは、小規模な作業工場から大手自動車メーカーに至るまで、あらゆる規模のショップと協力して、特定のニーズに合ったカスタム ソリューションを設計しています。圧力容器、農業機器、またはカスタム金属部品を溶接する場合でも、必要なビード形状を得るために適切な機器の組み合わせを見つけるお手伝いをします。
AAVT が溶接ビードの形状をどのように改善できるかについて詳しく知りたい場合、または特定の用途について相談したい場合は、お気軽にお問い合わせください。
参考文献:
- Welding Journal、「自動溶接のためのアーク電圧制御: ビード形状への影響」、Vol. 98、第 5 号、2019 年。
- 米国溶接協会 (AWS) D1.1 構造溶接規定、2020 年版、セクション 3: 溶接プロセス管理。
- G. Lucas、「自動溶接におけるリアルタイム シーム トラッキングとビード品質」、International Journal of Advanced Manufacturing Technology、Vol. 112、第 7 号、2021 年、2145 ～ 2157 ページ。
- R. Patel、「溶接欠陥の低減と生産性の向上におけるスティックアウト制御の役割」、Welding in the World、Vol. 65、No.10、2021、1899-1908ページ。