最適な溶接速度を見つける方法
適切な溶接速度を見つけるには、まず該当する溶接手順を確認し、既知の時間内に熱源が移動する距離を測定し、得られた溶接部をその要件と照らし合わせて確認します。有効な速度は、特定の材料、接合部、およびプロセスごとに定められた範囲です。速度計算だけでは、溶融、溶け込み、または合否を判断することはできません。
関節に沿った前方移動量を測定します。
移動速度とは、トーチ、電極、またはレーザービームが単位時間あたりに継ぎ目に沿って進む距離のことです。一般的な単位は、インチ/分（IPM）、ミリメートル/分（mm/min）、ミリメートル/秒（mm/s）です。
ワイヤ送給速度は、溶接ガンまたは溶融池に流入するワイヤの量を測定します。溶着速度は、単位時間あたりに溶着される溶加材の質量を測定します。これらは別々の量です。ワイヤ送給速度の表示が250 IPMであっても、トーチが250 IPMで移動する必要があるという意味ではありません。
手動チェックを行う場合は、溶接前に代表的な断面に2つの点をマークします。2点間の溶接線の距離を測定し、熱源が最初の点から2番目の点まで移動する時間を計測します。溶接作業者が溶融池に集中できるよう、観察者または適切な記録方法を使用してください。
曲線状の縫い目の場合は、接合部に沿った距離を測定します。織りの場合は、左右のトーチの経路を加算するのではなく、縫い目に沿った前進距離を測定します。
移動速度 = 距離 ÷ 時間。6インチの継ぎ目を 24 秒でカバーすると、6 × 60 ÷ 24 = 15 IPMとなり、これは381 mm/分または6.35 mm/秒に相当します。
両方の測定で同じ開始点と終了点を使用してください。溶接区間外での取り付け、清掃、位置調整は含めないでください。熱源がオンのまま一時停止する時間は溶接区間に含まれますが、その場合、平均値には局所的な滞留時間が隠されてしまいます。一時停止時間は別途記録してください。
定速溶接の確認では、始動と停止を除いた区間の時間を計測してください。溶接全体のエネルギーを評価する場合は、開始時と終了時の挙動を対応するエネルギー記録に含めてください。
測定された溶接速度を計算する
移動溶接プロセスでは、長さと時間を使用してください。アークエネルギーの比較が必要な場合にのみ、電気データを追加してください。結果は入力されたセグメントを説明するものであり、許容速度範囲を設定するものではありません。
長さと時間を入力し、「計算」を選択してください。
— IPM · — mm/s
η = —における推定熱入力: — kJ/mm。
測定された溶接速度を、該当する手順および実際の検査結果と比較してください。このツールは、溶け込み深さを予測したり、溶接を認定したり、合否判定を下したりするものではありません。
ペースを落とすと、何が変わるのか？
一定の出力では、移動速度を遅くすると単位長さあたりのエネルギーが増加します。また、一定の溶着速度では、単位長さあたりの溶着材量も増加します。これらの2つの変化は、溶着速度を遅くしても必ずしも溶着性が向上するとは限らないのに、ビードが大きくなることがある理由を説明するのに役立ちます。
アークエネルギーは、効率補正前の単位長さあたりの電気エネルギーです。推定熱入力には係数ηが適用されます。一部の規格では、補正前の値を「熱入力」と呼んでいるため、作業で求められる表記法に従って記録してください。TWIでは、この区別とそのプロセス係数について説明しています。
TWIは、MIG/MAG溶接、フラックス入りワイヤ溶接、被覆アーク溶接の場合、η = 0.8、TIG溶接の場合、η = 0.6と規定している。これらは計算上の慣例であり、係数を選択しても実際の溶接結果は変わらない。
v (mm/min) = 60 × L (mm) ÷ t (s)
Arc energy (kJ/mm) = 60 × V × I ÷ [1000 × v (mm/min)]
From a monitor: arc energy (kJ/mm) = recorded electrical energy (kJ) ÷ L (mm)
Estimated heat input = η × arc energy
V × I の式は、選択した測定方法がアーク挙動に対して有効であることを前提としています。ヤード・ポンド法の単位系では、同じ式で IPM を使用して kJ/in を求めます。
ゆっくりとしたパスは予想以上にエネルギーを高める可能性がある
この計算例では、同じ6インチ（152.4 mm）のセグメントを一定の22 V、200 Aで溶接します。溶接時間を24秒から30秒に延長すると、速度は20%低下し、総アークエネルギーは25%増加します。これらは仮定の入力値であり、材料や接合部に対する推奨設定ではありません。
画面が小さい場合は、表を横方向にスクロールしてください。
| セグメント時間 | 移動速度 | 総アークエネルギー | 推定熱入力、η = 0.8 |
|---|---|---|---|
| 24秒 | 15 IPM / 381 mm/分 | 0.693 kJ/mm 17.60 kJ/インチ | 0.554 kJ/mm |
| 30秒 | 12 IPM / 304.8 mm/分 | 0.866 kJ/mm 22.00 kJ/インチ | 0.693 kJ/mm |
パルスアーク溶接には特別な注意が必要です。瞬時電圧×電流の平均値は、一般的に平均電圧×平均電流とは異なります。波形表示機能を備えた計測器は、測定区間の電気エネルギーを積分できます。その後、計算機の記録エネルギーモードで、その合計値を測定区間の長さで割ります。適用される規格に適した機器と方法を使用してください。TWIの測定ガイダンスでは、電源端子電圧がアーク電圧と異なる理由についても説明しています。
仕事内容に合った開始料金を選択してください。
生産においては、まず該当する溶接手順仕様書（WPS）とその許容変数から始めます。工程開発段階では、設備および消耗品のデータから初期設定を行うことができます。チャートは、結果として得られる溶接の合否を判定するものではありません。
プロセスと充填剤の配送を一致させる
従来の定電圧MIG/MAG溶接では、ワイヤ送給速度は電流と密接に関係しています。溶接ビード不良の原因を速度とみなす前に、両方を確認してください。TIG溶接では、前進動作と溶加材の供給を連動させます。被覆アーク溶接（スティック溶接）とフラックス入りワイヤアーク溶接（FCAW）でも、スラグと溶融池の制御が必要です。
MIG溶接におけるワイヤ送給速度と電圧に関するガイドでは、電気的な設定と溶接速度を別々に説明しています。
材質、接合部、位置を一致させる
平らなビードで実証された速度は、開先継手や垂直すみ肉継手の速度を定義するものではありません。グレード、板厚、表面状態、継手準備、ギャップ、裏当て、位置、および必要な溶接サイズを一致させてください。作業者または機械が意図した技術を維持できるよう、アクセスと治具を確認してください。
受入要件を特定する
試験前に、必要な寸法、溶融または浸透、許容される欠陥、および検査方法について合意してください。必要に応じて、手順認定記録（PQR）に、認定試験の結果を記録します。通常の開発用試験片は、自動的にPQRになるわけではありません。AWSの標準手順ガイダンスでは、許容される変数と裏付けとなる証拠がなぜ一緒に扱われるべきなのかを説明しています。
制御された実験を通して速度を調整する
機器の操作説明書とプロジェクトの溶接制御手順に従ってください。速度調整が可能な場合は、再現性のある条件下で測定結果を比較してください。試験計画と試験範囲は、接合部に適合している必要があります。
代表的な基準値を作成する
製造材料、接合部、ギャップ、位置、溶加材、シールド材を適切に使用してください。開始温度と治具は一定に保ってください。実際の速度と電気値またはレーザー設定、基準溶接部の寸法、および検査結果を記録してください。
許可された変数を変更する
該当する手順または承認済みの開発計画の範囲内で、速度変更を選択してください。その他の制御可能な設定は一定に保ち、実際に何が起こったかを記録してください。電力、ワイヤ送給速度、または技術も変更された場合は、それを新たな複合条件として扱い、その結果を速度のみに起因するものと断定しないでください。
表面だけでなく、その先も調べる
まず、必要な溶接寸法と表面状態を確認してください。次に、指定された断面検査、非破壊検査、機械的検査、または機能検査を実施してください。この接合部にとって重要な不具合を検出できる方法を選択してください。すべての検査がすべての形状に適しているわけではありません。
再現性を確認し、限界値を文書化する。
代表的な部品を用いて、関連する開始、停止、および取り付けのばらつきを含め、候補となる部品のセットアップを繰り返してください。担当の溶接担当者または品質管理担当者に、生産限界と必要な記録を定めてもらってください。魅力的な試験片1つだけでは、作業範囲全体を確立することはできません。
試験手順と試験目的に基づいて、試験限界を設定してください。一定のパーセント変化や3つの試験片を用いるだけでは、溶接手順の妥当性は証明されません。必要な試験と合格基準は、適用される仕様と開発目標によって異なります。結果が要求される限界値を超えた場合は、試験範囲を拡大する前に調査を行ってください。
ビーズの外観を使用して次のチェックを選択します
溶接ビードは調査すべき箇所を示唆するものの、その形状だけでは溶接速度が唯一の原因であると断定することはできません。以下のアーク溶接の手がかりは、ミラー社のMIG溶接パラメータガイドおよびスティック溶接のガイダンスと一致しています。
画面を小さくしてすべてのチェック項目を確認するには、横方向にスクロールしてください。
| 観測結果 | 速度との関係の可能性 | 調整する前に確認してください |
|---|---|---|
| ビーズが細かったり、丸みを帯びていたり、縁の接合が不十分。 | 移動速度が速すぎるため、プールの水が継ぎ目を十分に濡らすことができない可能性があります。 | 測定した速度、電流、電圧を手順書と比較してください。電圧が低いと、ビードが凸状になったり、つま先部分の接合が弱くなったりすることもあります。 |
| アンダーフィルまたはアンダーカット | 高速移動では、単位長さあたりの堆積金属量が少なすぎたり、溶融した端部が埋められなかったりする可能性がある。 | 必要な溶接サイズ、溶加材の供給量、電圧、電極角度、および接合部の適合性を確認してください。アンダーフィルとは、溶接量が不足している状態を指し、アンダーカットとは、溶接端に溝が生じている状態を指します。 |
| 幅広のビード、過剰な盛り上がりまたは重なり | ゆっくりとした移動は、堆積物の溜まり場を拡大させ、単位長さあたりの堆積量を増加させる可能性がある。 | 溶加材の供給量とアークの位置を確認してください。被覆アーク溶接では、溶融池が大きいと、アークが接合部の先端面を溶融させるのではなく、溶着金属を加熱してしまうことがあります。 |
| 薄い素材の焼き抜け | 同じ場所に長時間滞在すると、その地域の過熱につながる可能性がある。 | 過電流や過電力、接合部の隙間や裏打ち、および動作範囲を確認してください。別の速度と比較する前に、取り付け不良を修正してください。 |
| 表面が滑らか。融合または貫通チェックに不合格。 | 表面が均一に見えても、測定された速度は依然として不適切である可能性がある。 | 接合部へのアクセス、熱源の配置、および手順全体を確認してください。指定された内部検査またはセクションを使用して、実際の問題を特定してください。 |
溶融不良の原因を調査するには、アークが接合面に到達しているか、またアークの位置とパラメータによって接合面が溶融しているかを確認します。単に保持時間を増やすだけで接合部が溶融してしまう可能性があります。TWIの溶融ガイドでは、準備、パラメータ、操作をまとめて扱います。また、幾何学的欠陥ガイドでは、アンダーカットと不完全な充填を区別します。
関節全体に沿って速度を制御します。
手動溶接：局所的な変化を確認する
溶接中の溶接ビードの移動は、手の位置、視界、アクセス状況によって変化する可能性があります。手の位置変更や障害物の近くでビードが変化する場合は、その周辺で短い区間の溶接時間を計測してください。溶接ビード全体の平均は正常に見えても、ある部分で溶接時間が長すぎる場合があります。スティック溶接の場合、ミラー氏は溶融池を常に視界に捉え、その先端付近でアークを制御することを推奨しています。
自動化：溶接中の動作を確認する
ロボットやモーションステージの場合、溶接に影響を与える開始、コーナー、停止箇所など、実際の移動軌跡を確認してください。要求された速度だけでは、すべての点でその速度が維持されたとは限りません。局所的な欠陥を診断する際は、定常経路と加速、停止、およびランアウトを区別してください。例えば、Universal Robots社は、一部の複合動作の前に減速を記録しています。動作挙動は、コントローラと軌道によって異なります。
移動速度と生産速度を混同しないでください。溶接時間は、溶接長さを定常移動速度で割った値で推定できます。積載、クランプ、接近動作、検査、清掃、および荷降ろしは、全サイクル時間に含まれます。溶接部分を短縮しても、これらの他の作業がなくなるわけではありません。
レーザー溶接：前進速度とビームの動きが異なる
レーザー出力が一定の場合、公称線エネルギー（J/mm）は、光出力（W）を前進速度（mm/s）で割った値に等しくなります。壁コンセントの消費電力や平均出力の代わりにパルスピーク出力を用いるのではなく、該当する照射地点における公称出力を使用してください。この値は吸収熱量や貫通深度を測定するものではありません。
フォーカス、スポットサイズ、あらゆる揺れパターンと周波数、ジョイントギャップ、シールド、ワイヤ送給速度を前進速度とともに記録します。スキャナのスポットの動きは、溶接シームに沿った進行とは異なります。出力と速度の比率が同じでも、ビーム分布や溶接モードが変わると、異なる溶接結果が得られることがあります。IPGのウォブルヘッドの説明では、調整可能なビームの動きによってエネルギーがより広い範囲に分散される様子が示されています。
レーザー固有の比較については、標準的なレーザー溶接速度ガイドとレーザー線エネルギー計算ツールを参照してください。想定される効率は、測定された動作と出力とは切り離して考えてください。
他の人が再現できるようなスピード記録を保存しましょう
パラメータ記録を、関連する部品、溶接部、および検査証拠に添付してください。選択したレートが機能した理由と、再確認が必要な時期を説明するのに十分な背景情報を含めてください。
- 部品と手順
- 部品／溶接部の識別；WPSおよび改訂版または開発計画の参照；材料の等級と厚さ；継手の準備、ギャップ、裏当て、位置および治具。
- 計測された動き
- 継ぎ目の長さ、タイミングの開始/終了点、経過秒数、計算された単位、実際の速度範囲、および開始、停止、滞留、または局所的な速度トレース。
- プロセス条件
- 機械およびモード、測定された電流/電圧または光出力、充填材および遮蔽材、トーチの形状またはレーザーの焦点/揺れ、関連する予熱、パス間温度およびパス順序。
- エネルギーと受容
- 計算方法または計測方法、粗値／補正値の慣例、および効率に関する仮定。寸法結果および試験条件に関連付けられた指定された試験報告書。
接合部周辺のレーザー溶接試験を計画してください。
Oceanplayer Laser社と代表的な試作事例について話し合ってください。機器を比較したり、生産速度の見積もりを依頼したりする前に、必要な溶接結果とサイクルタイムの目標を明確にしてください。
技術情報源
- TWI：アークエネルギーと熱入力エネルギーに関する慣例、プロセス要因、およびアーク溶接とパワービーム溶接を比較する際の限界。
- TWI：アーク溶接パラメータの測定電流・電圧測定、記録パラメータ、波形計測機能を備えた計測機器。
- ミラー：MIG溶接のパラメータとビード評価電圧、ワイヤ送給速度、移動速度が、どのようにして類似した症状を引き起こすのか。
- ミラー：スティック溶接技術プール制御、アーク位置、および移動速度が過剰または不十分な場合の影響。
- AWS：標準溶接手順仕様書制限された手順変数およびそれらを裏付ける資格記録。
- TWI：溶接部の幾何学的欠陥アンダーカット、充填不良、およびそれらの考えられる原因。