JP2000246443A

JP2000246443A - 多角形の形材の高速溶接方法

Info

Publication number: JP2000246443A
Application number: JP5062699A
Authority: JP
Inventors: Motoji Hotta; 元司堀田; Harumichi Hino; 治道樋野
Original assignee: Nippon Light Metal Co Ltd
Current assignee: Nippon Light Metal Co Ltd
Priority date: 1999-02-26
Filing date: 1999-02-26
Publication date: 2000-09-12

Abstract

(57)【要約】【課題】マニピュレータを用いて多角形の第１形材を
第２形材同士に溶接接合する際に、高速でトーチを移動
させながら溶接接合できるようにする。【解決手段】第１形材１と第２形材２を溶接接合す
る。第１形材１の角部１ｂにアールを形成しておき、マ
ニピュレータに把持された溶接トーチ３を第１形材１の
周方向に沿って高速で移動させながら溶接を行う。溶接
トーチ３は、第１形材１の角部１ｂにおいて、ここに設
定された仮想円弧に沿って移動し、順次変えながら溶接
を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は多角形の形材の高速
溶接方法に関する。なお、本発明にいう「多角形」と
は、三角形、四角形、あるいはそれ以上の辺を有する角
形材をいうものである。

【０００２】

【従来の技術】溶接部品および部材として、多角形の形
材は多く用いられている。これらの部品等の溶接、特に
自動車の部品等の溶接は、６軸溶接ロボットなどのマニ
ピュレータにより行われることが多くなっている。ここ
で、従来における多角形の形材の溶接方法について、ア
ルミニウム合金製の四角形の形材をＴ型隅肉溶接する場
合を例にとって簡単に説明する。図１１（ａ）に示すよ
うに、断面四角形の第１被溶接材３１の端面部を、第２
被溶接材３２の平面部に向かい合わせ、この部分を溶接
してＴ型となるように隅肉溶接する。このＴ型隅肉溶接
は、図１１（ｂ）に示すように、第１被溶接材３１の各
辺部３１ａ，３１ａ…ごとに図示しない溶接トーチを矢
印で示す方向に移動させ、合計４回の溶接によって行わ
れ、図１１（ｃ）に示すようなビードＹを形成してい
た。あるいは、図１１（ｄ）に示すように、１点から溶
接を開始し、角部３１ｂ，３１ｂ…においては溶接トー
チの速度を減じて溶接を続け、最終的に溶接開始点まで
溶接トーチを移動させることによって溶接が行われ、図
１１（ｅ）に示すようなビードＹを形成していた。

【０００３】しかし、いずれの溶接方法においても、角
部における溶接部には、凸凹状、オーバーラップ、アン
ダーカット、角部の孔あきなどの欠陥が多発していた。
このような欠陥が生じる原因は、前者においては、辺の
溶接終了と次の辺の溶接開始のラップ部で生じる余盛り
過大から、凸凹状やオーバーラップとなることにある。
また、後者の場合は、角部における溶接トーチの移動速
度は遅くなり、また溶接トーチの振動により凸凹状、オ
ーバーラップ、アンダーカット、角部の穴あき等の欠陥
を発生していた。

【０００４】さらに、従来においては、低速、第１被接
合材の直線部分の溶接を行う場合でさえ、約１ｍ／ｍｉ
ｎ以下の低速度で溶接トーチを移動させながら溶接を行
っていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】その一方、本出願人が
特願平７−２７３６１号に開示したような溶接トーチを
高速、具体的には２ｍ／ｍｉｎ以上の速度で移動させな
がら溶融接合を行うこともできる。溶接トーチを低速で
移動させながら溶接を行う場合には、被溶接材料に加え
られる単位長さ当たりの入熱量が多くなるため、被溶接
材料の変形や内装材の劣化などの問題が生じる。この
点、溶接トーチを高速で移動させることにより、アーク
の不安定化や溶け込み不足等の欠陥が発生することな
く、形状が整った幅の狭いビードを安定して形成するこ
とができる。しかも、溶接トーチを高速移動させること
が可能であるため、大きな治具を必要とせず、生産性の
向上を図ることもできる。したがって、自動車のフレー
ムなどに用いられる角形の形材を組み立てた状態で溶接
トーチを高速で移動させながら溶融接合を行うことがで
きるので、治具レス化が図られるとともに、生産性も向
上する。

【０００６】しかし、従来のマニピュレータでは、被接
合材の角部を溶接する際に、高速で溶接トーチを移動さ
せると、振動などが生じてしまい、溶接不良などを起こ
すことが多かった。この問題に対して、被接合材の辺部
においては溶接トーチを高速で移動させ、角部で低速に
落とすことが考えられるが、この場合には溶接トーチの
移動速度を大きく減速する必要があるため、溶接部がタ
レたり、被溶接材に穴を空けたりすることとなってしま
った。

【０００７】また、溶接トーチを大きく減速したり加速
したりすると、その分大きな慣性力が働き、この慣性力
に伴う振動が生じてしまう。この振動により、さらに溶
接不良が生じ易くなってしまった。

【０００８】他方、この種のマニピュレータにおける角
部を溶接する際の溶接速度は、角速度で規定されている
ことから、角部において溶接トーチを移動させても実際
の溶接速度は低下していた。そこで、実速度に近づける
ために角速度を高めたが、溶接トーチの振動により溶接
ワイヤと被接合材との位置関係を適切に保つことができ
ず、結局は溶接不良を起こしてしまうことになった。溶
接不良が発生することにより、強度の低下や外観の劣化
などの問題が生じる。したがって、実際には、角形の形
材をマニピュレータを用いて溶接する際に、溶接トーチ
を高速で移動させながらの溶融接合はできなかった。

【０００９】そこで、本発明の課題は、マニピュレータ
を用いて角形の形材同士を溶融接合する際に、高速で溶
接トーチを移動させながら溶融接合を行い、接合部の強
度の向上および外観の良化を図ることにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決した本発
明に係る多角形の形材の高速溶接方法は、断面中空また
は中実の多角形の形材からなる第１の被溶接材と、第２
の被溶接材とを消耗電極式溶接により接合するに際し、
前記第１の被溶接材の断面における各辺間の各角部にお
いて、これらの角部を形成する互いに隣接した２辺に第
１の内接点および第２の内接点で内接する仮想円弧を設
定し、マニピュレータに保持された溶接トーチを前記第
１の被溶接材の外周に沿って高速で移動させながら、前
記溶接トーチから延出する溶接ワイヤ突き出し部の先端
が前記第１の被溶接材の外周における各辺および前記仮
想円弧上に沿って移動するように、第１の内接点から前
記仮想円弧を通って第２の内接点に至るまでの間に前記
溶接トーチの方向を順次変えることを特徴とするもので
ある。

【００１１】また、請求項２に係る発明は、請求項１に
おいて、前記第１の被溶接材の外周における辺部に沿っ
て移動する前記溶接トーチが前記第１の内接点に至った
ときに、前記溶接ワイヤ突き出し部の先端の前進角およ
び狙い角を変え始め、前記第２の内接点に至ったとき
に、前記第１の被溶接材における次の辺部における前進
角および狙い角となっているように、前記溶接トーチの
向きを順次変えることを特徴とするものである。

【００１２】さらに、請求項３に係る発明は、請求項１
または請求項２において、前記仮想円弧を設定する際の
基準となる基準仮想円弧の曲率半径Ｒ_Sが下記の（１）
式によって規定されていることを特徴とするものであ
る。Ｒ_S＝６０００・Ｖ_S／２π・Ｖ_Rmax・・・（１）Ｒ_S：基準仮想円弧の曲率半径（ｍｍ）Ｖ_S：溶接速度（１辺における溶接トーチの移動速度）
（ｍ／ｍｉｎ）Ｖ_Rmax：溶接トーチの許容角速度（度／ｓｅｃ）

【００１３】溶接トーチを高速で移動させながら多角形
の形材の角部を溶接する場合、角部で急激な溶接トーチ
方向の変化となり溶接トーチの許容角速度を超えてしま
うため、溶接精度が低下する。また、角部先端の溶接時
においては、溶接トーチの方向変化に要する時間の間、
基準点は停止していることとなり、投入される熱量は多
大となる。そして、得られた溶接部はオーバーラップ、
アンダーカット等の欠陥を含んだ凸凹形状となり、品質
も低下する。そこで、本発明によれば溶接トーチの許容
角速度に基づいて、あらかじめ前記第１の被溶接材の角
部に所定の基準仮想円弧を設定することで円滑の溶接を
行うことができる。

【００１４】なお、本発明にいう「許容角速度」とは、
溶接トーチにより接合材の角部を溶融接合する際に、精
度よく溶融接合を行うことができる範囲の角速度をい
う。この許容角速度は、使用されるマニピュレータの性
能により適宜決定されるものである。

【００１５】さらに、請求項４に係る発明は、請求項１
から請求項３のうちのいずれかにおいて、前記第１の被
溶接材における角部の内側に前記仮想円弧が設定される
ときに、前記仮想円弧の中心から前記角部の先端までの
距離ａ₁が下記の（２）式を満たすことを特徴とするも
のである。ａ₁＝Ｒ／ｓｉｎ０．５α＜Ｌ＋Ｒ・・・（２）ａ₁：仮想円弧の中心から角部の先端までの距離（ｍ
ｍ） α：角部のなす角度（度）Ｌ：溶接ワイヤの突き出し長さ（トーチ先端から基準点
までの距離）（ｍｍ）Ｒ：仮想円弧の曲率半径（ｍｍ）

【００１６】マニピュレータを用いた自動溶接において
は教示に必要な基準点が設けられている。この基準点
は、溶接トーチのノズルから延出している溶接ワイヤの
先端部であり、マニピュレータの制御部において溶接ワ
イヤの突き出し長さで設定し、その制御部に記憶されて
いる。教示されマニピュレータに保持された溶接トーチ
は、この基準点を維持しつつ多角形の形材の辺を高速移
動しながら溶接を行う。そして、仮想円弧上の開始点か
ら終了点の間を許容角速度Ｖ_Rmaxで移動する。このと
き、通常、実際には隣接する各辺の交点には角部が形成
されており仮想円弧と一致していないので、溶接ワイヤ
の長さは角部で短くなり、その先端でもっとも短くな
る。そして、終了点で仮想円弧の開始点の長さに戻り、
次の辺に移行する。したがって、仮想円弧の中心から角
部の先端までの距離ａ₁が、溶接ワイヤの突き出し長さ
Ｌに仮想円弧の曲率半径Ｒを加えたものより長いと、溶
接トーチが角部に干渉して損傷などを起こして、溶接で
きなくなってしまう。そこで、（２）式を満たすように
仮想円弧の中心から角部の先端までの距離ａ₁を設定す
ることにより、溶接トーチが角部に干渉することを回避
でき、もって溶接を円滑に行うことができる。

【００１７】また、請求項５に係る発明は、請求項１、
請求項２、または請求項４のうちのいずれかにおいて、
前記仮想円弧の曲率半径が前記基準仮想円弧の曲率半径
よりも小さい場合、前記溶接トーチが前記第１の内接点
から前記仮想円弧を通って第２の内接点に至るまでの間
における溶接電流Ａ₁および溶接電圧Ｖ₁の積の値を基準
仮想円弧を溶接する際の基準溶接電流Ａおよび基準溶接
電圧Ｖの積の値より小さくして、前記第１の被溶接材の
外周における溶け込みに必要な入熱量を均一とすること
を特徴とする。さらに、請求項６に係る発明は、請求項
５に示す前記溶接電流Ａ₁および溶接電圧Ｖ₁の値が、下
記の（３）式で与えられることを特徴とするものであ
る。（Ａ・Ｖ）ⁿ／Ｒ_S・Ｖ_Rmax＝（Ａ₁・Ｖ₁）ⁿ／Ｒ₁・Ｖ_Rmax・・・（３）Ａ：基準溶接電流（Ａ）Ｖ：基準溶接電圧（Ｖ）Ｒ_S：基準仮想円弧の曲率半径（ｍｍ）Ａ₁：仮想円弧部の電流（Ａ）Ｖ₁：仮想円弧部の電圧（Ｖ）Ｒ₁：仮想円弧の曲率半径（ｍｍ）Ｖ_Rmax：溶接トーチの許容角速度（度／ｓｅｃ）ｎ：溶け込み量補正係数

【００１８】仮想円弧の中心から角部の先端までの距離
ａ₁が溶接ワイヤの突き出し長さＬに基準仮想円弧の曲
率半径Ｒ_Sを加えた長さよりも長い場合、（２）式を満
たすことはできない。この場合、溶接ワイヤの突き出し
長さＬを長くして対応できるものの、溶接ワイヤの突き
出し長さＬを長くしすぎると、高速で移動する溶接トー
チのシールド性を損なう。このため、溶接ワイヤの突き
出し長さＬには限界がある。そこで、実際の溶接を行う
際には、基準仮想円弧の曲率半径Ｒ_Sを小さくすること
で角部における速度を調節することが望ましい。しか
し、この場合には、溶接に用いられる実際の仮想円弧の
曲率半径Ｒ₁は、（１）式で得られた基準仮想円弧の曲
率半径Ｒ_Sより小さくなり、同じ溶接トーチの許容角速
度Ｖ_Rmaxでは、単位時間あたりに進む距離は小さくなる
ので、基準溶接電流Ａおよび基準溶接電圧Ｖで溶接を行
うと、角部の溶け込みに必要な入熱量が過大になってし
まう。そこで、小さくしたＡ₁，Ｖ₁とすることにより、
溶け込みに必要な入熱量を同一とする必要がある。ま
た、請求項６で示される（３）式は請求項５における溶
接電流・溶接電圧の減じ量の最適な値を提供するもので
ある。ここで、溶接電流および溶接電圧の積で示される
エネルギー密度が大きくなると、アークが集中してさら
にエネルギー密度が増加する。その結果、溶け込み深さ
は深くなり、ビード幅は狭くなる。そこで、辺部と角部
との溶け込み深さを均一にするための補正を行うべく、
溶け込み量補正係数としてn乗という値を規定したもの
である。なお、ここで用いたｎの値は被溶接材や溶接ワ
イヤの材質、および溶接ワイヤの径に対し経験的に求め
られる値である。後述の実施例で示した被溶接材をアル
ミニウム合金、溶接ワイヤがＪＩＳ A ５３５６ＷＹ
φ１．２ｍｍの場合、ｎ＝１．３５となる。

【００１９】また、反対に基準仮想円弧の曲率半径Ｒ_S
により、溶接に用いられる実際の仮想円弧の曲率半径が
大きいＲ₁の場合には、溶接トーチの許容角速度Ｖ_Rmax
以内であるため、角速度を低減して溶接速度を同一にで
きる。したがって、溶接電流、電圧を変更する必要はな
い。

【００２０】また、請求項７に係る発明は、請求項１か
ら請求項６いずれか１つにおいて、前記第１の被溶接材
の各角部を高速で溶接する場合、仮想円弧の開始点から
終了点までの間において、溶接電圧または電流を変化さ
せてアーク長を維持することを特徴とするものである。
溶接トーチと多角形の形材の間に発生するアークは、ア
ーク長さを一定に保ちながら多角形の形材の辺上を移動
していく。そして、仮想円弧の開始点から許容角速度Ｖ
_Rmaxで移動していくにしたがい、アーク長はショートに
なっていく。アークが移動していくのは、多角形の形材
の辺上に沿ってであり、溶接ワイヤの突き出し長さ先端
の基準点となる仮想円弧上ではない。したがって、溶接
ワイヤは多角形の形材の辺上に押し込まれるようにな
り、その結果、アークはショートになっていく。そし
て、多角形の角部の先端を境にして、今度は仮想円弧の
終了点までロングになっていく。このような現象は溶接
欠陥を招きやすい。したがって、アークを安定させるた
めに、電圧を仮想円弧の開始点から高くする。そして、
多角形の形材の角部の先端から元の電圧に戻すことで、
安定したアークを得ることができる。また、電圧を変化
させることなく、電流を変化させることによってアーク
を安定させることもできる。

【００２１】そして、請求項８に係る発明は、請求項１
から請求項４のいずれかに１つにおいて、前記第１の被
溶接材における角部に、前記仮想円弧に一致する角部コ
ーナーアールが付与されていることを特徴とするもので
ある。

【００２２】請求項９に係る発明は、請求項１から請求
項８のいずれか１つにおいて、前記溶接トーチの移動速
度が２〜７ｍ／ｍｉｎの範囲内にあることを特徴とする
ものである。多角形の形材の断面における各辺間におい
て、この角部に形成する互いに隣接した２辺に２つの内
接点で内接する仮想円弧を設けることにより、マニピュ
レータに保持された溶接トーチを高速移動させることが
可能となる。そして、仮想円弧の大きさを選定すること
で、溶接速度を２〜７ｍ／ｍｉｎを実現することができ
る。

【００２３】請求項１０に係る発明は、請求項１から請
求項９のいずれか１つにおいて、前記第１の被溶接材は
前記第２の被溶接材の平面部に当接して溶接されること
を特徴とするものである。また、請求項１１に係る発明
は、請求項１から請求項９のいずれか１つにおいて、前
記第２の被溶接材における溶接部位は、前記第１の被溶
接材における溶接部位と同一形状であり、前記第１の被
溶接材における溶接部位と、前記第２の被溶接材におけ
る溶接部位とが突き合わされて溶接されていることを特
徴とするものである。さらに、請求項１２に係る発明
は、請求項１から請求項９のいずれか１つにおいて、前
記第２の被溶接材における溶接部位は、前記第１の被溶
接材における溶接部位が嵌入可能な形状であることを特
徴とするものである。これらのように第１の被溶接部材
における溶接部位と、第２の被溶接部材における溶接部
位とは、前記のような種々の形態とすることができる。

【００２４】請求項１３に係る発明は、請求項１から請
求項１２のいずれか１つにおいて、前記第１の被溶接材
および前記第２の被溶接材はアルミニウム合金であり、
前記第１の被溶接材は、押出形材であることを特徴とす
るものである。

【００２５】請求項１４に係る発明は、請求項１から請
求項１３のいずれかにおいて、前記溶接トーチを移動さ
せながら溶接を開始するとともに、溶接開始時における
溶接ワイヤ初速度を、前記溶接トーチの移動速度の１．
２〜２．５倍の範囲で大きくし、溶接開始点から本溶接
部へ移行する移行領域において入熱量を漸増し、本溶接
部からラップ終了部へ移行するラップ領域において入熱
量を漸減してラップ溶接を終了することを特徴とするも
のである。

【００２６】このように溶接トーチを移動させながら溶
接を開始することにより、溶接トーチを静止させた状態
から溶接を開始する場合と比較して、溶接開始部分を美
麗に仕上げることができる。

【００２７】なお、本発明にいう「溶接ワイヤ初速度」
とは、溶接開始時に溶接トーチから被接合材および接合
材の接合部に向けて送給される溶接ワイヤが、接合部に
接触する際の速度をいう。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面を参照しながら具体的に説明する。本発明に係る多角
形の形材の溶接方法について、消耗電極式溶接法である
ＭＩＧ溶接によってアルミニウム合金のＴ型隅肉溶接を
行う場合を例にとって説明する。第１の被接合材となる
アルミニウム合金製の角形の押出形材（以下、「第１形
材」という）１を、第２の被接合材となるアルミニウム
合金製の四角形の押出形材（以下、「第２形材」とい
う）２に溶融接合するにあたり、まず、図１（ａ）に示
すように、第１形材１の端面接合部と、第２形材２の側
面接合部を向き合わせて当接させる。なお、図２（ａ）
に示すように、第１形材１の角部１ｂは、断面曲線形状
に形成されている。換言すれば、角部１ｂに小さなアー
ルが付与されている。また、他の角部についても同様に
小さなアールが付与されている。次に、図１（ｂ）に示
すように、溶接トーチ３を第１形材１の周囲に沿って移
動させて溶接を行う。このとき、溶接トーチ３は、図示
しない６軸ロボットなどのマニピュレータに把持されて
おり、このマニピュレータによって移動させられる。溶
接を開始する際には、図８に示すように、溶接トーチ３
ａから延出する溶接ワイヤ（以下「ワイヤ」という）４
が送給されて第１形材１に接触しアークを発生させる。
このアークの発生により溶接が開始しアークが発生した
後は、電源が設定した電流および電圧値に制御され、ワ
イヤ４もあらかじめ設定された本溶接の送給速度とさ
れ、定常的な本溶接の条件下で溶接が進行してビードが
形成される。

【００２９】また、溶接トーチ３は、第１形材１の周囲
を高速、本実施形態では辺部でおよそ２ｍ／ｍｉｎ、角
部で角速度３００度／ｓｅｃの速度で移動している。溶
接トーチ３が、第１形材１を１周したら、図１（ｃ）に
示すように、第１形材１と第２形材２が溶接されてビー
ドＹが形成される。

【００３０】また、この溶融接合の工程においては、溶
接トーチ３が第１形材１の辺部から角部を経て次の辺部
へ移行する際に立体的な移動をする。ここでいう立体的
な移動について図２を用いて説明する。

【００３１】図２（ａ）は第１形材１と第２形材２の接
合部の正面図であり、図２（ｂ）はその平面図であり図
２（ｃ）は側面図である。図２に示すように、第１形材
１の辺部１ａを溶接している間は、正面視にて前進角θ
₁が付与されるとともに、側面視して狙い角θ₂が付与さ
れている。それから、溶接トーチ３が移動し角部１ｂを
経て次の辺部１ｃに到達すると、前進角θ₁は維持され
ているが、狙い角θ₂は０°で移動する。また、辺部１
ｄではトーチ３は辺部１ａと同様の前進角θ₁および狙
い角θ₂が付与される。また、辺部１ｅではトーチ３は
辺部１ｃと同様の前進角θ₁が付与され、狙い角θ₂は０
°となる。

【００３２】本発明に係る多角形の形材の高速溶接方法
においては、第１形材１の辺部１ａを高速で移動してき
た溶接トーチ３からでた溶接ワイヤ突き出し長さ先端
が、第１形材１の角部１ｂに到達する前に仮想円弧の軌
跡上を移動し始める。従来のマニピュレータを用いて同
様の溶接を行うと、溶接トーチの振動を伴うため、接合
材の角部を溶接する際の最適な許容角速度は、５０度／
ｓｅｃ以下であった。そのため、第１形材１の辺部１ａ
を高速で移動させると、角部１ｂの手前で大きく減速し
なければならず、その結果振動を生じて溶接不良を招く
ことがあった。これに対して、本実施形態においては、
溶接トーチ３を保持するマニピュレータとして、安川電
機製「ＭＯＴＯＭＡＮ」を用いている。この「ＭＯＴＯ
ＭＡＮ」は、振動防止機能を有しているとともに、第１
形材１の角部１ｂを上記のように溶接する場合でも、許
容角速度が３００度／ｓｅｃあるいはそれ以上の高速で
精度よく動作するため良好な溶融接合を行うことができ
る。したがって、第１形材１の辺部１ａから角部１ｂに
移行する際にも、大きな減速を強いられることはなく、
大きな減速に伴う溶接不良を招くことがない。しかも、
上記の立体的な移動を行う際には、上記従来のマニピュ
レータでは、振動がさらに激しくなるものであるが、
「ＭＯＴＯＭＡＮ」では、このような立体的な移動を行
う際にも、効果的に振動を抑制することができる。

【００３３】また、図３に示すように、第１形材１にお
ける角部１ｂに、辺部１ａ，１ｃに内接する仮想円弧Ｖ
Ｃを設定する。辺部１ａを溶接していた溶接トーチ３の
移動位置が第１形材１の辺部１ａから角部１ｂに移行す
るときに、ワイヤ４の進行方向先端部分が、第１形材１
の角部１ｂに到達するよりも手前の仮想円弧ＶＣの開始
点ＶＣａの位置から溶接トーチ３の向きを変え始める。
その後、角部１ｂを溶接しながら角部１ｂに沿って溶接
トーチ３の向きを順次変えながら溶接を行い、ワイヤ４
の進行方向先端部分が、第１形材１の次の辺部１ｃの仮
想円弧の終了点ＶＣｂの位置で、溶接トーチ３の向きが
変わり終えている（すなわち、辺部１aに適した前進角
θ₁および狙い角θ₂から辺部１ｃに適した前進角θ₁お
よび狙い角θ₂にトーチの向きがかわる）ように溶接ト
ーチ３を移動させている。このように溶接トーチ３を移
動させることにより、常にワイヤ４が第１形材１に対し
て一定の距離および角度を維持していることになるの
で、的確に溶融接合を行うことができる。

【００３４】ここで設定される仮想円弧ＶＣとしては、
基準仮想円弧とするのが好適であり、その基準仮想円弧
の曲率半径Ｒ_Sは、溶接トーチの許容角速度Ｖ_Rmaxで仮
想円弧上を溶接ワイヤが移動する場合、溶接速度Ｖ_Sで
移動することが適切となるので、下記の（１）式により
決定することができる。Ｒ_S＝６０００・Ｖ_S／２π・Ｖ_Rmax・・・（１）Ｒ_S：基準仮想円弧の曲率半径（ｍｍ）Ｖ_S：溶接速度（１辺における溶接トーチの移動速度）
（ｍ／ｍｉｎ）Ｖ_Rmax：溶接トーチの許容角速度（度／ｓｅｃ）

【００３５】このように、仮想円弧ＶＣを、上記（１）
式で示される曲率半径を有する基準仮想円弧として用い
る場合、図３に示すように、この基準仮想円弧と同じと
した仮想円弧ＶＣを第１形材１における角部１ｂのコー
ナーアールとして付与することにより、ワイヤ４が第１
形材１の周囲に適切な距離をおいて確実に位置すること
ができる。他方、第１形材にコーナアールを付与するこ
となく、設定された仮想円弧に沿って溶接トーチを移動
させる態様とすることもできる。

【００３６】上記（１）式によって第１形材１の角部１
ｂにおける仮想円弧ＶＣの曲率半径Ｒ_Sを決めることに
より、溶接トーチ３を、角部１ｂにおいてほとんど減速
することなくスムーズに辺部１ａから角部１ｂに移行す
ることができるため、複雑となる条件変更等を生じな
い。

【００３７】なお、溶接トーチ３の許容角速度Ｖ
_Rmaxは、上記のようにマニピュレータの性能等により制
限される。また、溶接トーチの移動が第１形材１の辺部
１ａから角部１ｂに移行する際の減速が大きすぎると、
急激な条件（溶接電流・電圧）等の変更を必要とするた
め設定プログラムが複雑となり、溶接作業が困難となる
ことがある。溶接トーチ３の溶接速度Ｖ_Sの上限は、溶
接トーチ３の許容角速度Ｖ_Rma _xによって適宜決定され
る。

【００３８】ところで、第１形材１の角部１ｂにコーナ
ーアールを付与しない場合についての溶接方法について
説明する。図４は第１形材１の角部１ｂを溶接トーチで
溶接する場合の仮想円弧と溶接トーチの摸式図である。
教示されマニピュレータに保持された溶接トーチが、基
準点を維持しつつ多角形の形材の辺を高速移動しながら
溶接を行うのは、上記の実施形態と同様である。

【００３９】ここで、溶接トーチは図４に示す仮想円弧
ＶＣの開始点ＶＣａから終了点ＶＣｂにおいて、トーチ
の向き及び方向を順次変化させながら許容角速度Ｖ_Rmax
で移動する。しかし、第１形材１の角部１ｂには、仮想
円弧ＶＣよりも外側に突出する頂部（角部の先端）Ｔが
存在するため、溶接ワイヤの突き出し長さＬに対して、
辺部１ａを溶接している際のワイヤの突き出し長さＬｓ
（＝Ｌ）に対して、仮想円弧ＶＣの開始点ＶＣａから頂
部Ｔ間で徐々に短くなる。その後、ワイヤの突き出し長
さは、頂部Ｔでもっとも短い長さＬｍ（＜Ｌ）になる。
そして、頂部Ｔから仮想円弧ＶＣの終了点ＶＣｂ間で徐
々に長くなり、終了点ＶＣｂ点で長さＬｓに戻り、次の
辺部１ｃに移行する。

【００４０】このとき、仮想円弧ＶＣの中心ＶＣｒから
頂部Ｔまでの距離ａ₁が、溶接ワイヤの突き出し長さＬ
に仮想円弧の曲率半径Ｒを加えた長さよりも長いと、溶
接トーチが角部に干渉して損傷などを起こして溶接がで
きなくなってしまう。そこで、（２）式を満たすように
仮想円弧の中心から角部の先端までの距離ａ₁を設定す
る。ａ₁＝Ｒ／ｓｉｎ０．５α＜Ｌ＋Ｒ・・・（２）ａ₁：仮想円弧の中心から角部の先端までの距離（ｍ
ｍ） α：角部のなす角度（度）Ｌ：溶接ワイヤの突き出し長さ（トーチ先端から基準点
までの距離）（ｍｍ）Ｒ：仮想円弧の曲率半径（ｍｍ）

【００４１】このように、仮想円弧ＶＣの中心から頂部
Ｔまでの距離ａ₁を溶接ワイヤの突き出し長さＬに仮想
円弧の曲率半径Ｒを加えた長さよりも短く設定すること
により、溶接トーチが角部に干渉することを回避でき、
もって溶接を円滑に行うことができる。なお、ここでい
う溶接ワイヤの突き出し長さＬは、トーチ先端から基準
点までの距離をいうものである。

【００４２】他方、第１形材１の角部１ｂにコーナーア
ールを付与しない場合において、仮想円弧を基準仮想円
弧とすると上記（２）式を満たさない場合には、図５に
示すように、仮想円弧ＶＣを基準仮想円弧ＶＣＢよりも
小さくする必要がある。このとき、溶接トーチ３からの
溶け込みに必要な入熱量を変えることなく第１形材１の
角部１ｂの溶接を行うと、角部１ｂの溶け込みに必要な
入熱量が辺部１ａ，１ｃの溶け込みに必要な入熱量より
も多くなってしまう。そのため、第１形材１に対して均
一な溶け込みに必要な入熱量を維持することができな
い。そこで、前記溶接トーチが前記第１の内接点から前
記仮想円弧を通って第２の内接点に至るまでの間におけ
る溶接電流Ａ₁および溶接電圧Ｖ₁の値の積を基準仮想円
弧を溶接する際の基準溶接電流Ａおよび基準溶接電圧Ｖ
の積の値より小さくして、辺部における溶け込みに必要
な入熱量を均一とする。また、この場合仮想円弧を曲率
半径Ｒ₁の仮想円弧として、下記の（３）式を満たすよ
うに、溶接電流および溶接電圧を調節すれば、より適正
な溶け込み深さの均一化を図ることができる。（Ａ・Ｖ）ⁿ／Ｒ_S・Ｖ_Rmax＝（Ａ₁・Ｖ₁）ⁿ／Ｒ₁・Ｖ_Rmax・・・（３）Ａ：基準溶接電流（Ａ）Ｖ：基準溶接電圧（Ｖ）Ｒ_S：基準仮想円弧の曲率半径（ｍｍ）Ａ₁：仮想円弧部の電流（Ａ）Ｖ₁：仮想円弧部の電圧（Ｖ）Ｒ₁：仮想円弧の曲率半径（ｍｍ）Ｖ_Rmax：溶接トーチの許容角速度（度／ｓｅｃ）ｎ：溶け込み量補正係数

【００４３】すなわち、基準仮想円弧ＶＣＢに対する溶
け込みに必要な入熱量を基準として、仮想円弧ＶＣ溶け
込みに必要なに対する入熱量を決定し、角部１ｂにおい
て溶接するのである。このようにして角部１ｂに対する
溶け込みに必要な入熱量を調節することにより、辺部１
ａ、１ｃ、１ｄ、１ｅに対する溶け込みに必要な入熱量
との均一性を担保することができる。なお、溶け込みに
必要な入熱量の調節は、溶接電流および溶接電圧のいず
れか一方によって行うことができ、あるいはその両方で
行うこともできる。上記式に於ける溶け込み量補正係数
nの値は被溶接材や溶接ワイヤの材質、および溶接ワイ
ヤの径に対し経験的に求められる値ある。本実施の形態
のように被溶接材をアルミニウム合金とした場合、溶接
ワイヤにＪＩＳ A ５３５６ＷＹφ１．２ｍｍを用いた
場合ｎ＝１．３５となる。

【００４４】このときの実際のアーク長さについて説明
すると、図６に示すように、溶接トーチ３は、第１形材
１の辺部１ａ上を溶接する際、アーク長さｌを一定の長
さｌ ₁に保ちながら移動する。そして、溶接トーチ３
は、仮想円弧ＶＣの開始点ＶＣａに到達した時点で、仮
想円弧ＶＣに沿って許容角速度Ｖ_Rmaxで移動し始める。
仮想円弧ＶＣに沿って溶接トーチ３が移動する際、アー
クは第１形材１の角部１ｂに沿って移動するので、溶接
ワイヤ４は第１形材１の辺上に差し込まれるようにな
り、アーク長さｌは徐々にショートになっていく。そし
て、角部１ｂの頂部Ｔ点を境にして、今度は仮想円弧の
終了点ＶＣｂまでロングになっていく。このときのアー
ク長さｌ、溶接電圧Ｖおよび溶接電流Ａの関係を図７
（ａ）に示すが、このような溶接を行うと溶接欠陥を招
きやすくなる。そこで、図７（ｂ）に示すようにアーク
を安定させるために、電圧を仮想円弧の開始点ＶＣａか
ら高くする。そして、第１形材の角部１ｂの頂部Ｔ点か
ら元の電圧に戻すことで、安定したアークを得ることが
できる。このときの具体的な数値としては図７（ａ）に
おいて、溶接速度Ｖｓ２．５ｍ／ｍｉｎ、仮想曲率半径
８ｍｍ、辺部の溶接では溶接電圧が２０Ｖ、溶接電流が
１７０Ａとした場合、アーク長さｌ₁が５ｍｍとなり、
このまま角部１ｂの溶接を進めると頂部Ｔにおけるアー
ク長さｌ₂が２ｍｍとなる。これを調整した図７（ｂ）
に示す溶接電圧Ｖ₂は、およそ２０．５Ｖとなり、アー
ク長は５ｍｍのまま頂部Ｔにおいても変化はなかった。
その他の数値は図７（ａ）に示したものと同じである。
さらに、第１形材１の角部１ｂが鋭角の場合には、図７
（ｃ）に示すような電圧変化とすることも可能である。
このとき、仮想円弧の曲率半径は１３ｍｍであり、溶接
電圧Ｖ₃はおよそ１９．５Ｖである。その他の数値は、
図７（ａ）（ｂ）に示したものと同じである。このよう
に、溶接電圧を角部において変化させることにより、角
部におけるアーク長に変化を生じず良好な溶接結果が得
られた。なお、ここでは定電圧制御による場合を説明し
たが、定電流制御によって電流値を変化させても、同様
の結果を得ることができる。

【００４５】また、第１形材１の角部１ｂをなす内角を
仮想円弧とすることにより、マニピュレータに保持され
た溶接トーチを高速移動させることが可能となり、この
ときの溶接速度は２ｍ／ｍｉｎ以上であった。しかも、
その溶接速度は仮想円弧に加工されたコーナーアールを
有した場合には、さらに溶接速度を高めることが可能で
あった。その最大角度は溶接速度７ｍ／ｍｉｎまで可能
であることがわかった。

【００４６】さらに、本発明は、消耗電極式の溶融溶接
方法、具体的にはＭＩＧ、ＣＯ₂、ＭＡＧ、などで用い
られる。また、被溶接材としては、アルミニウム、アル
ミニウム合金のほか、鉄、ステンレス、銅、およびそれ
らの合金などを用いることもできる。

【００４７】他方、本実施形態においては、図８（ａ）
に示すように、第１形材１における横辺部１ｄの途中位
置において、溶接トーチ３ａを移動させながら溶接を開
始する。この溶接開始時における溶接ワイヤ初速度を溶
接トーチ３の移動速度の２倍としている。本発明は、溶
接ワイヤ初速度を溶接トーチの移動速度よりも速くして
溶接を開始する点で、本出願人が先の特願平８−２９９
３６７号で開示したものと同じである。

【００４８】その作用について説明すると、図８（ａ）
に示すように、第１形材１の横辺部１ｄに沿って移動し
てきて、溶接開始位置に到達した溶接トーチ３ａから
は、ワイヤ４が大きく延出されて第１形材１の辺部１ｄ
に接触する。ワイヤ４と第１形材１との接触によりアー
クが発生して溶融接合が開始する。

【００４９】ここで、溶接速度が比較的遅い従来の溶接
法の場合、たとえば１ｍ／ｍｉｎ程度の溶接速度の場合
は、溶接開始点近くの当初から連続したビードが形成さ
れるが、本発明の対象とするような高速の溶接を行う
と、溶接開始点近くのビードに溶滴が飛散して不連続な
ビードとなる。この不連続なビードが発生する原因は、
ワイヤの先端と接合材間の距離（アーク長）がワイヤの
短絡直後長くなることが原因である。このアーク長が長
くなりすぎる現象はごく短時間であって、従来の溶接法
における低速の溶接速度では問題にならなかった。とこ
ろが、本発明の対象とする高速溶接法においては、アー
ク長が長すぎる間に溶接が進行してしまい、不連続なビ
ードを形成してしまうものであった。そこで、本発明で
は、この時間を見込んで溶接ワイヤ初速度を溶接速度に
応じて大きくすることにより、不連続なビードの形成を
抑止するものである。

【００５０】この間の溶接条件については厳密には解明
できないものの、種々の実験の結果、溶接ワイヤ初速度
が溶接トーチの移動速度の１．２〜２．５倍であればア
ーク長を短くでき、溶滴の飛散を確実に防止することが
できることがわかった。なお、溶接ワイヤ初速度が溶接
トーチの移動速度の１．２倍未満では、溶滴の球滴移行
による溶滴の飛散を生じて不連続なビード形成を完全に
防止できない。逆に、２．５倍を超えると、ワイヤが溶
接部に接して突き当って座屈するなどの不具合が生じ
る。

【００５１】また、本発明では、図８（ａ）に示すよう
に、溶接開始点Ｓから本溶接部へ移行する移行領域にお
いて、溶接トーチ３ｂによって行われる入熱を漸増し、
本溶接部においては溶接トーチ３ｃから一定の入熱量で
溶接を行う。このように入熱量を制御することにより、
移行領域におけるビードＹ１の溶接高さを本溶接部のビ
ードＹ２よりも低く抑えておく。その後、図８（ｂ）に
示すように、第１形材１の周りを１周して戻ってきた溶
接トーチ３ｄは、ラップ領域手前まで続く本溶接部の
間、一定の入熱量で溶接を行う。そして、本溶接部から
ラップ終了部へ移行するラップ領域において溶接トーチ
３ｅからの入熱を漸減して、溶接終了点Ｅまでラップ溶
接を行う。このラップ領域は、図８（ａ）に示す溶接開
始時における移行領域に一致するものである。移行領域
において形成されたビードＹ１の上にラップさせてビー
ドＹ３を形成し、本溶接部のビードＹ２と高さを合わせ
るように入熱量を漸減制御するものである。このように
溶接トーチ３からの入熱量を制御することによってビー
ドＹを段差のない美麗な外観とすることができる。

【００５２】なお、溶接開始時における移行領域での入
熱条件は、本発明の対象とする高速の溶接速度に対する
本溶接部の入熱量の６０％未満であれば、十分な溶け込
みが得られない場合があるので、６０％以上とするのが
望ましい。本溶接部の入熱量の６０％以上であれば、十
分な溶け込みを得ることができる。一方、ラップ領域に
おける入熱量は、本溶接部の１００％〜０％の範囲で適
宜選ぶことができる。

【００５３】また、溶接開始時から本溶接部までの所要
時間は、０．１〜１秒の範囲とするのが望ましい。０．
１秒未満では、アークが安定せず、１秒を超えるとラッ
プ領域（移行領域）が必要以上に長くなるからである。

【００５４】なお、上記実施形態では、溶接トーチ３の
移動速度を２ｍ／ｍｉｎとしたが、許容角速度との関係
では３ｍ／ｍｉｎ程度の高速とすることも可能である。
また、上記実施形態ではＴ型隅肉溶接を例にとって説明
したが、図９（ａ）に示したような突き合わせ溶接に用
いることもできる。この溶接は、同じ断面形状の第１形
材（被溶接材）１１の一端面と第２形材（被溶接材）１
２の一端面を突き合わせて、その突き合わせ部にビード
Ｙを形成して溶融接合するものである。さらには、図９
（ｂ）に示した重ね隅肉溶接にも用いることができる。
この溶接は、第１形材（被溶接材）１３の一端面を第２
形材（被溶接材）１４の一端面に嵌入し、この嵌入部に
ビードＹを形成して溶融接合するものである。本発明
は、これらの突き合わせ溶接や重ね隅肉溶接に対しても
好適に適用することができる。

【００５５】これらのＴ型隅肉溶接、突き合わせ溶接、
および重ね隅肉溶接は、たとえば自動車用フレームの各
所において用いられる。すなわち、図１０に示すよう
に、自動車ＭのセンターピラーＰ部分においては、第１
の被溶接材となる縦フレーム２１と第２の被溶接材とな
る上フレーム２２とがＴ型隅肉溶接によって溶接され
る。一方、第１の被溶接材となる縦フレーム２１と第２
の被溶接材となる下フレーム２３とも、Ｔ型隅肉溶接に
よって溶接されるが、これはその径が異なる場合の例を
示すものである。また、自動車Ｍの後部Ｑにおいては、
第１の被溶接材となる後端フレーム２４と第２の被溶接
材となる接続フレーム２５とが突き合わせ溶接によって
溶接されている。これら後フレーム２４と接続フレーム
２５とは、断面が同形である。また、自動車Ｍの前部Ｆ
では、第１の被溶接材となる湾曲フレーム２６に、第２
の被溶接材となる鋳造品であるジョイント部品２７に嵌
合して重ね隅肉溶接がなされている。この例のように、
第２形材は押出形材ではなく鋳物や鍛造品であってもよ
い。なお、ジョイント部品２７には、湾曲フレーム２６
のほか、第２湾曲フレーム２８、第３湾曲フレーム２９
および第４湾曲フレーム３０が嵌合しており、それぞれ
重ね隅肉溶接がなされている。

【００５６】

【実施例】以下、本発明の実施例を具体的に説明する。
本発明の実施例として、図２に示す溶接を行った場合に
ついて説明する。本実施例においては、後に述べる比較
例とともに第１の被溶接材および第２の被溶接材とし
て、アルミニウム合金ＪＩＳＡ６０６１、１辺５０
ｍｍ、肉厚１．５ｍｍの押出形材をＴ６処理したものを
用いた。また、実験にあたり、溶接機として「パルスＭ
ＩＧ」、溶接ワイヤとして「５３５６ＷＹ−φ１．２ｍ
ｍ」、送給装置として「プッシュ・プル送給（最大送給
速度２０ｍ／ｍｉｎ）」をそれぞれ使用した。

【００５７】本発明に係る実施例および比較例の条件を
表１に示す。なお、比較例１は、各辺部毎に角部に達す
るように４回溶接を繰り返し４辺を各辺のビードが連続
するように１周溶接した場合である。比較例２は本発明
と同様の手順で角部をとおして１周連続して溶接を試み
たが本発明の如き仮想円弧を想定せずに溶接した例であ
る。比較例３は第１の被溶接材の肉厚を２．０ｍｍ、第
２の被溶接材の肉厚を４．０ｍｍ、として比較例２と同
様に溶接を行った例である。なお、本実施例、比較例と
もマニピュレータとして安川電機製「ＭＯＴＯＭＡＮ−
ＳＫ１６」を利用して実験した。以上の実施例１〜実施
例７および比較例１〜比較例３の結果を表２に示す。

【００５８】

【表１】

【００５９】

【表２】

【００６０】表１および表２から判るように、仮想円弧
を設定して溶接を行なった各実施例は何れも各辺及び角
部の変形は小さく、溶接部分の外観に不良はなく、各辺
部と角部の溶け込み深さにばらつきがあるものもあった
が穴あき、溶接不良となるものでなく、溶接結果は全て
良であった。表１および表２から判るように、仮想円弧
を基準仮想円弧よりも小さく設定した実施例１、実施例
７においては、前者は溶接ビードの外観は良であるとと
もに、変形が小さかったが、辺部と角部間で溶け込み深
さに若干ばらつきがあった。しかし、十分な溶け込み深
さを得ることができた。後者は角部において溶け込みが
深く外観は可のレベルであった。仮想円弧を基準仮想円
弧と一致させた実施例２〜実施例６においては、実施例
２は辺部と角部間で溶け込み深さに若干ばらつきがあ
り、角部のビード余盛りに若干の凸凹が認められたが溶
接ビード外観は可であった。また、充分な溶け込み深さ
も得ることができた。他の実施例は辺部と角部間で溶け
込み深さに僅かのばらつきがある他は溶接ビード外観、
変形も小さい等安定した溶接結果が得られた。

【００６１】また、仮想円弧を基準仮想円弧に一致させ
るとともに、第１の被溶接材に基準仮想円弧と同一のコ
ーナアールを付した実施例５および実施例６において
は、外観は良好であるとともに、ビード余盛りも溶け込
み深さが安定しかつ十分な深さを得ることができた。こ
れらの例でも、変形量は少なく、特に実施例６では、変
形量はほとんど無かった。

【００６２】また、実施例１、実施例７とも、仮想円弧
を基準仮想円弧よりも小さく設定したものであるが、辺
部および角部で入熱量を変えることなく溶接を行った実
施例７においては、外観は実施例１と較べ劣っていると
ともに、角部のビード余盛りにアンダーカットが認めら
れた。しかし溶け込み深さは十分であり変形量は少なか
った。実施例１は上記（３）式により辺部と角部の入熱
量のバランスをとったものであり角部の余盛り形状が実
施例７に較べかなり改善されていた。

【００６３】他方、比較例１においては、各辺毎に溶接
開始点と終了点とが生じ角部に融合不良個所が生じ、外
観が不良となる結果となった。しかも、変形量も多くな
るという不具合が発生した。また、連続しない溶接とな
り溶接時間もかかった。また、仮想円弧を想定しない比
較例２では角部でトーチが前進方向を変えると共に前進
角、狙い角を変更するまでの間アークが一点のみに集中
するためこの間（一応角部の溶接速度を０．１ｍ/minと
仮定して）溶接電圧・電流を下げて試みたがアークが維
持されず溶接自体が継続できなかった。比較例３は比較
例２の結果を考慮して被溶接材の肉厚を増やした例であ
るが、各角部において溶け込みが深くなりすぎ各角部で
割れを有した溶接部となった。

【００６４】また、表には示さなかったが、従来のマニ
ピュレータを用いた場合、仮想円弧を５７ｍｍ、トーチ
角速度を５０度／ｓｅｃに設定する必要がある。する
と、ワイヤの突き出し長さを３０ｍｍとする必要があ
る。その結果、溶接ワイヤの追従性やシールド性が悪く
なり適正な溶接ができないため角部において穴あき、ビ
ードのダレ等が生じて溶接不良となった。

【００６５】なお、上記実施形態においては、第１の被
溶接材として中空の形材を用いたが、第１の被溶接材と
しては、中実の形材を用いることもできる。

【００６６】

【発明の効果】以上の説明のとおり、本発明によれば、
マニピュレータを用いて多角形の形材を溶融接合する際
に、高速で溶接トーチを移動させながら溶融接合を行う
ことができ、そのときに接合部の強度の向上および外観
の良化を実現することが可能となる。

【００６７】また、溶接トーチとともに接合材の辺部を
移動する溶接ワイヤの進行方向先端部分が、接合材の次
の辺部に到達するよりも手前の位置で溶接トーチの向き
が変わり終えているように溶接トーチを移動させること
により、確実に溶接ワイヤと接合材とを溶着することが
できる。

【００６８】さらには、接合材における辺部の速度等を
考慮して、上記（１）式によって基準仮想円弧を求め、
接合材の角部の仮想円弧を決定することにより、溶接速
度の著しい低下を伴うことなく、溶融接合を行うことが
できるようになる。

【００６９】そして、溶接トーチを移動させながら溶接
を開始することにより、溶接トーチを静止させた状態か
ら溶接を開始する場合と比較して、溶接開始部分を美麗
に仕上げることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る多角形の形材の溶接方法の工程を
示す工程図である。

【図２】（ａ）は第１形材と第２形材の接合部の正面
図、（ｂ）はその平面図、（ｃ）はその側面図である。

【図３】第１形材における角部の拡大正面図である。

【図４】第１形材の角部を溶接トーチで溶接する場合の
仮想円弧と溶接トーチの摸式図である。

【図５】基準仮想円弧より小さい仮想円弧を設定した場
合における第１形材の角部を溶接トーチで溶接する場合
の仮想円弧と溶接トーチの摸式図である。

【図６】第１形材の角部を溶接トーチで溶接する場合の
アーク長さを説明するための摸式図である。

【図７】第１形材の角部を溶接トーチで溶接する場合の
アーク長さ、溶接電圧、および溶接電流の関係を示すグ
ラフである。

【図８】ラップ溶接の説明図である。

【図９】（ａ）は突き合わせ溶接の状態を示す斜視図、
（ｂ）は重ね隅肉溶接の状態を示す斜視図である。

【図１０】Ｔ型隅肉溶接、突き合わせ溶接、および重ね
隅肉溶接を行う自動車用フレームの説明図である。

【図１１】従来のＴ型隅肉溶接の工程図である。

【符号の説明】１第１形材（第１の被接合材）２第２形材（第２の被溶接材）３（３ａ〜３ｅ）溶接トーチ４溶接ワイヤＹ（Ｙ１〜Ｙ３）ビード

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｂ２３Ｋ 9/127 ５０２Ｂ２３Ｋ 9/127 ５０２Ｃ 9/28 9/28 Ｃ // Ｂ２３Ｋ 101:04 Ｆターム(参考） 4E001 AA03 BB08 CB01 CC04 EA03 PA03 QA01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】断面中空または中実の多角形の形材から
なる第１の被溶接材と、第２の被溶接材とを消耗電極式
溶接により接合するに際し、前記第１の被溶接材の断面における各辺間の各角部にお
いて、これらの角部を形成する互いに隣接した２辺に第
１の内接点および第２の内接点で内接する仮想円弧を設
定し、マニピュレータに保持された溶接トーチを前記第１の被
溶接材の外周に沿って高速で移動させながら、前記溶接
トーチから延出する溶接ワイヤ突き出し部の先端が前記
第１の被溶接材の外周における各辺および前記仮想円弧
上に沿って移動するように、第１の内接点から前記仮想
円弧を通って第２の内接点に至るまでの間に前記溶接ト
ーチの方向を順次変えることを特徴とする多角形の形材
の高速溶接方法。
【請求項２】前記第１の被溶接材の外周における辺部
に沿って移動する前記溶接トーチが前記第１の内接点に
至ったときに、前記溶接ワイヤ突き出し部の先端の前進
角および狙い角を変え始め、前記第２の内接点に至った
ときに、前記第１の被溶接材における次の辺部における
前進角および狙い角となっているように、前記溶接トー
チの向きを順次変えることを特徴とする請求項１に記載
の多角形の形材の高速溶接方法。
【請求項３】前記仮想円弧を設定する際の基準となる
基準仮想円弧の曲率半径Ｒ_Sが下記の（１）式によって
規定されていることを特徴とする請求項１または請求項
２に記載の多角形の形材の高速溶接方法。Ｒ_S＝６０００・Ｖ_S／２π・Ｖ_Rmax・・・（１）Ｒ_S：基準仮想円弧の曲率半径（ｍｍ）Ｖ_S：溶接速度（１辺における溶接トーチの移動速度）
（ｍ／ｍｉｎ）Ｖ_Rmax：溶接トーチの許容角速度（度／ｓｅｃ）
【請求項４】前記第１の被溶接材における角部の内側
に前記仮想円弧が設定されるときに、前記仮想円弧の中
心から前記角部の先端までの距離ａ₁が下記の（２）式
を満たすことを特徴とする請求項１から請求項３のうち
のいずれか１つに記載の多角形の形材の高速溶接方法。ａ₁＝Ｒ／ｓｉｎ０．５α＜Ｌ＋Ｒ・・・（２）ａ₁：仮想円弧の中心から角部の先端までの距離（ｍ
ｍ） α：角部のなす角度（度）Ｌ：溶接ワイヤの突き出し長さ（トーチの先端から基準
点までの距離）（ｍｍ）Ｒ：仮想円弧の曲率半径（ｍｍ）
【請求項５】前記仮想円弧の曲率半径が前記基準仮想
円弧の曲率半径よりも小さい場合、前記溶接トーチが前
記第１の内接点から前記仮想円弧を通って第２の内接点
に至るまでの間における溶接電流Ａ₁および溶接電圧Ｖ₁
の積の値を基準仮想円弧を溶接する際の基準溶接電流Ａ
および基準溶接電圧Ｖの積の値より小さくして、前記第
１の被溶接材の外周における溶け込みに必要な入熱量を
均一とすることを特徴とする請求項１、請求項２または
請求項４に記載の多角形の形材の高速溶接方法。
【請求項６】前記溶接電流Ａ₁および溶接電圧Ｖ₁の値
が、下記の（３）式で与えられることを特徴とする請求
項５に記載の多角形の形材の高速溶接方法。（Ａ・Ｖ）ⁿ／Ｒ_S・Ｖ_Rmax＝（Ａ₁・Ｖ₁）ⁿ／Ｒ₁・Ｖ_Rmax・・・（３）Ａ：基準溶接電流（Ａ）Ｖ：基準溶接電圧（Ｖ）Ｒ_S：基準仮想円弧の曲率半径（ｍｍ）Ａ₁：仮想円弧部の電流（Ａ）Ｖ₁：仮想円弧部の電圧（Ｖ）Ｒ₁：仮想円弧の曲率半径（ｍｍ）Ｖ_Rmax：溶接トーチの許容角速度（度／ｓｅｃ）ｎ：溶け込み量補正係数
【請求項７】前記第１の被溶接材の各角部を高速で溶
接する場合、仮想円弧の開始点から終了点までの間にお
いて、溶接電圧または電流を変化させてアーク長を維持
することを特徴とする請求項１から請求項６のうちのい
ずれか１つに記載の多角形の形材の高速溶接方法。
【請求項８】前記第１の被溶接材における角部に、前
記仮想円弧に一致する角部コーナーアールが付与されて
いることを特徴とする請求項１から請求項４のうちのい
ずれか１つに記載の多角形の形材の高速溶接方法。
【請求項９】前記溶接トーチの移動速度が２〜７ｍ／
ｍｉｎの範囲内にあることを特徴とする請求項１から請
求項８のうちのいずれか１つに記載の多角形の形材の高
速溶接方法。
【請求項１０】前記第１の被溶接材は前記第２の被溶
接材の平面部に当接して溶接されることを特徴とする請
求項１から請求項９のうちのいずれか１つに記載の多角
形の形材の高速溶接方法。
【請求項１１】前記第２の被溶接材における溶接部位
は、前記第１の被溶接材における溶接部位と同一形状で
あり、前記第１の被溶接材における溶接部位と、前記第
２の被溶接材における溶接部位とが突き合わされて溶接
されていることを特徴とする請求項１から請求項９のう
ちのいずれか１つに記載の多角形の形材の高速溶接方
法。
【請求項１２】前記第２の被溶接材における溶接部位
は、前記第１の被溶接材における溶接部位が嵌入可能な
形状であることを特徴とする請求項１から請求項９のう
ちのいずれか１つに記載の多角形の形材の高速溶接方
法。
【請求項１３】前記第１の被溶接材および前記第２の
被溶接材はアルミニウム合金であり、前記第１の被溶接
材は、押出形材であることを特徴とする請求項１から請
求項１２のうちのいずれか１つに記載の多角形の形材の
高速溶接方法。
【請求項１４】前記溶接トーチを移動させながら溶接
を開始するとともに、溶接開始時における溶接ワイヤ初
速度を、前記溶接トーチの移動速度の１．２〜２．５倍
の範囲で大きくし、溶接開始点から本溶接部へ移行する移行領域において入
熱量を漸増し、本溶接部からラップ終了部へ移行するラ
ップ領域において入熱量を漸減してラップ溶接を終了す
ることを特徴とする請求項１から請求項１３に記載の多
角形の形材の高速溶接方法。