JP2000271750A

JP2000271750A - アーク溶接装置

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Publication number: JP2000271750A
Application number: JP11077570A
Authority: JP
Inventors: Toshiya Shintani; 俊哉新谷; Yosuke Imai; 陽介今井; Iwao Kurokawa; 巌黒川; Toru Shiina; 徹椎名; Yoshitaka Aragaki; 淑隆新垣; Hiroshi Aoyama; 洋青山; Yorito Uematsu; 偉人植松; Kengo Kamiya; 賢吾神谷
Original assignee: Komatsu Ltd; Toyota Auto Body Co Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd; Toyota Auto Body Co Ltd
Priority date: 1999-03-23
Filing date: 1999-03-23
Publication date: 2000-10-03
Anticipated expiration: 2019-03-23
Also published as: JP3518401B2

Abstract

(57)【要約】【課題】溶接開始時にワークに形成される穴を、溶湯
によって確実に埋めることが可能なアーク溶接装置を提
供する。【解決手段】溶接開始時からワーク２２の穴開け終了
までの間、制御部５９は所定の溶接電流値データに基づ
き、溶接電流をトーチ２１とワーク２２の間に印加す
る。この期間、所定のプラズマガス流量データに基づき
ガス制御器３２を制御する。穴開け終了後は、比較的少
な目のプラズマガス流量データに基づき、ガス制御器３
２を制御してプラズマアーク４０のパワーを低下させる
と共に、直ちに溶接部分へのフィラー送給を開始すべく
フィラー送給装置２８を起動する。記憶部５５内の送給
速度値、速度切換えのタイミング、高速送給を継続する
時間等の各データに基づき、フィラー送給速度を送給開
始当初は通常の速度に制御し、送給開始から一定時間が
経過すると高速制御に切換えて所定時間フィラー２９の
送給を継続する。所定時間が経過すると、通常の送給速
度に切換え、以後は通常の送給速度で溶接終了までフィ
ラー２９の送給を継続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アーク溶接装置の
改良に関するものである。以下、プラズマアーク溶接装
置を例に挙げて説明する。

【０００２】

【従来の技術】プラズマアーク溶接、例えばプラズマア
ークスポット溶接は、重ね合せた金属ワークの片側から
溶接できることから、複雑な形状のワークや大きなワー
クに対応できるといった利点を有するため、種々の分野
で利用されている。従来より、プラズマアーク溶接装置
を用いて、亜鉛めっきによる表面処理を施した２枚以上
の鋼板をワークとするプラズマアークスポット溶接が行
われている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ワークに上
記溶接を施す方法には、例えば図１に示すような、上側
鋼板（上板）及び下側鋼板（下板）のうちの、上板のみ
に蒸気抜き用の穴を穿ち、フィラーによりその穴及び双
方の隙間を埋める方法がある。また、図２に示すよう
な、上板及び下板の双方に蒸気抜き用の穴を穿ち、フィ
ラーにより双方の穴及び隙間を埋める方法もある。

【０００４】しかし、上記いずれの方法においても、プ
ラズマアークのパワーを比較的大きくして行う上記穴の
穿設工程から、上板及び下板の溶接（本溶接）工程を経
て最終工程である仕上加工が終了するまでの間、プラズ
マトーチに供給される溶接電流の値は、図３（ａ）に示
すように一定に制御される。同様に、本溶接工程におけ
る上記アークへのフィラーの送給速度についても、図３
（ｂ）に示すように本溶接工程の開始から終了までの
間、一定に制御される。

【０００５】そのため、上板だけに穴を穿つ方法では、
トーチ１からのアーク２により上板３のみに穴４を穿っ
た後（図１（ａ））、本溶接工程でアーク２にフィラー
５を送給するが、フィラー５の溶ける位置は略一定にな
る（図１（ｂ）、（ｃ））。よって、穴４に落ちた溶湯
が偏って穴埋めができないという不具合が生じる虞があ
る（図１（ｄ））。一方、上板、下板の双方に穴を穿つ
方法では、トーチ６からのアーク７により上板８及び下
板９に夫々穴１０、１１を穿った後（図２（ａ））、上
記と同様に本溶接工程でアーク７にフィラー１２を送給
するが、やはり、フィラー１２の溶ける位置は略一定に
なる（図２（ｂ））。よって、溶湯が穴１０、１１に偏
って溜まったり（図２（ｃ））、或いは穴１０、１１の
中心から下方に落下したりして溶湯によって穴１０、１
１が埋まり難く（図２（ｄ））、最悪の場合、穴１０、
１１が埋まらずに穴開き（貫通）状態のままで溶接が終
了してしまう（図２（ｅ））という問題があった。

【０００６】従って本発明の目的は、溶接開始時にワー
クに形成される穴を、溶湯によって確実に埋めることが
可能なアーク溶接装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に従うアーク溶接
装置は、ワークの溶接箇所に溶融したフィラーを供給す
るときに、溶融されたフィラーの供給される溶接部表面
上の位置を可変させる手段として、フィラーの供給速度
を制御する手段を備える。

【０００８】上記構成によれば、溶融したフィラーの供
給される位置が可変になっているため、溶融したフィラ
ーの供給される位置が固定されている従来の装置とは異
なり、溶接開始時にワークに形成される穴をフィラーの
溶湯によって確実に埋めることが可能になる。

【０００９】本発明に係る好適な実施形態では、フィラ
ーの供給速度を制御する手段は、供給速度をその供給開
始時及び供給終了時のそれよりも高速に制御する時間
を、フィラーの供給開始時から供給終了時までの間に１
回だけ設定する。

【００１０】上記実施形態に係る第１の変形例では、上
記制御手段は、フィラーの供給速度をその供給開始時及
び供給終了時のそれよりも高速に制御する時間を、フィ
ラーの供給開始時から供給終了時までの間に断続的に２
回以上設定する。

【００１１】フィラーの供給速度を高速に制御する時間
の長さは、予め決められている。或いは、フィラーの供
給速度を高速に制御する時間の長さ、または高速に制御
するときの速度を、溶接初期段階で検出されたワークの
状態に応じて可変にすることも可能である。

【００１２】フィラーの供給開始のタイミングは、溶接
初期段階で検出されたワークの状態に応じて可変にされ
る。なお、ワークは、重ねあわせた２枚以上の鋼板から
成っていて、溶接箇所に当る鋼板の全てに貫通穴が穿設
され、それらの貫通穴に溶融したフィラーが埋め込まれ
る。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面により詳細に説明する。

【００１４】図４は、プラズマアークスポット溶接装置
として実施された本発明の一実施形態の全体構成を示
す。プラズマアーク溶接には、プラズマアークスポット
溶接やプラズマアーク線溶接があり、これら各溶接を行
うための装置としてプラズマアークスポット溶接装置や
プラズマアーク線溶接装置があるが、本発明の一実施形
態では、プラズマアークスポット溶接装置を例にとり説
明することとした。

【００１５】本発明の一実施形態に係るプラズマアーク
スポット溶接装置（溶接装置）は、図４に示すように、
プラズマトーチ２１と、溶接電源２３と、ロボットコン
トローラ２４と、高周波ユニット２５と、フィラーノズ
ル２７と、フィラー送給装置２８と、ロボット３０とを
備える。

【００１６】プラズマトーチ２１は、ロボット３０のア
ーム先端に取り付けられている。ロボット３０が、ロボ
ットコントローラ２４によってその動きや姿勢が制御さ
れるようになっているため、上記プラズマトーチ２１に
よりワーク２２のあらゆる方向からの溶接が可能であ
る。溶接電源２３は、プラズマアーク溶接を行うのに必
要な電力、プラズマガス及びシールドガスをプラズマト
ーチ２１に供給し、かつプラズマガス流量、シールドガ
ス流量、溶接電流値、溶接時間等を含む溶接条件の制御
も行う。

【００１７】高周波ユニット２５は、パイロットアーク
発生時、絶縁破壊を起こすための高周波電力を発生す
る。フィラーノズル２７は、フィラー送給装置２８から
送り出されるワイヤ状のフィラー（充填材）を受けて、
これをプラズマトーチ２１の先方に供給するもので、プ
ラズマトーチ２１の先端近傍にワーク２２とプラズマト
ーチ２１間に発生するプラズマアーク中にフィラーを供
給するように取付けられている。フィラー送給装置２８
は、溶接電源２３からの指令に応答して、フィラーを送
り出したり、停止したり、フィラーの送給速度を可変に
したりするようになっている。

【００１８】図５は、上述した溶接電源２３の構成、及
びこの溶接電源２３に関連する要素を共に示したブロッ
ク図である。

【００１９】溶接電源２３は、図５に示すように、プラ
ズマ電源３１と、ガス制御器３２と、隙間判定装置３３
と、溶接コントローラ３４とを備える。

【００２０】プラズマ電源３１は、溶接コントローラ３
４により、溶接中、供給電流（プラズマアーク４０の電
流）が目標値に一致するよう定電流制御が行われる。即
ち、プラズマ電源３１は、溶接コントローラ３４の制御
下で、プラズマアーク４０の発生及び維持に必要な制御
された電力（電圧及び電流）をプラズマトーチ２１に供
給する。ガス制御器３２は、溶接コントローラ３４の制
御下で、制御された圧力のプラズマガス及びシールドガ
スをプラズマトーチ２１に供給する。隙間判定装置３３
は、溶接中のプラズマ電源３１の発生電圧（つまり、プ
ラズマトーチ２１とワーク２２間の電圧、即ち、プラズ
マアーク４０での電圧降下）をモニタし、ワーク２２の
上板４１、下板４２（上板４１、下板４２はいずれも鋼
板）間の隙間４３の大きさを決定する。

【００２１】溶接コントローラ３４は、上述した溶接電
源２３を構成する各部（プラズマ電源３１、ガス制御器
３２、及び隙間判定装置３３）と共に、プラズマトーチ
２１のガス入口に取付けられるガス流量切換器２６や、
フィラー送給装置２８をも、その制御下に置く。

【００２２】ここで、ガス流量切換器２６は、溶接電源
２３からの指令に応答してプラズマガス及びシールドガ
スの流量を大／小に切換えるよう構成されている。即
ち、ガス流量切換器２６内には、切換え自在な開閉弁が
設けられており、この開閉弁を切換えることによってプ
ラズマガス及びシールドガスの流量はそれぞれ、大小２
段階に切換えられる。また、ガス流量切換え器２６がプ
ラズマトーチ２１のガス入口に取付けられる理由は、ガ
ス流量切換え器２６の切換え動作とプラズマトーチ２１
からの噴出ガスの実際の流量変化との間に実質的な時間
遅れがないようにするためである。

【００２３】なお、溶接コントローラ３４の制御動作に
は、ガス制御器３２を駆動及び停止させること、ガス流
量切換え器２６に流量切換えの指示を与えること、フィ
ラー送給装置２８を駆動及び停止させること、装置２８
によるフィラーの送給速度を可変にすること、プラズマ
電源３１を駆動及び停止させることが含まれる。また、
プラズマ電源３１に電流目標値を与えること、プラズマ
電源３１の供給電圧をモニタして隙間判定装置３３から
隙間４３の大きさに応じたフィラー供給量や溶接時間の
ような溶接条件を取得すること、プラズマ電源３１の供
給電圧をモニタして溶接工程の変更タイミングを決定す
ること等も含まれる。

【００２４】図６は、本発明の一実施形態に係る溶接コ
ントローラ３４の構成を示すブロック図である。

【００２５】溶接コントローラ３４は、図６に示すよう
に、仕上加工終了判定部５１と、タイマ５３と、記憶部
５５と、穴開け終了判定部５７と、制御部５９と、溶接
終了判定部６１と、インタフェース部６３とを備える。

【００２６】記憶部５５は、タイマ５３の駆動時間デー
タや、ワーク２２（上板４１若しくは上板４１と下板４
２の双方）の穴開けに要する時間（穴開け時間）データ
や、フィラー送給による上板４１と下板４２の溶接（本
溶接）に要する時間（溶接時間）データ等を記憶する。
記憶部５５は、上記各データに加えて、通常速度でフィ
ラー送給をするときの速度値及び比較的高速でフィラー
送給をするときの速度値、フィラー送給速度を通常の速
度から高速度に切り換える場合の送給開始時を基準とし
たタイミング、高速でのフィラー送給を継続する時間等
の各データをも記憶する。これらの各データは、所謂条
件出しによるものである。ここで、フィラーの送給速度
と送給量とは比例関係にあるので、両者は対応付けられ
て記憶部５５に記憶されているものとする。記憶部５５
は、また、ワーク２２の穴開け時にプラズマトーチ２１
とワーク２２の間に印加される溶接電流値（溶接電流
は、通常、パルス波形になっている）データや、溶接電
流と共にプラズマアーク４０の構成要素としてワーク２
２の溶接箇所に供給されるプラズマガスの流量データ等
をも記憶する。記憶部５５は、更に、仕上加工時に溶接
電流と共にワーク２２の溶接箇所に供給されるプラズマ
ガスの流量データ等をも記憶する。

【００２７】タイマ５３は、電流検出器６５が溶接電流
の最初の立上がりを検出したとき、即ち、溶接開始時に
起動し、予め設定された時間（即ち、少なくとも溶接開
始から溶接部分の仕上加工が終了するまでの時間）、計
時動作を継続する。タイマ５３は、計時動作を行ってい
る間、所定の時間間隔でパルス信号を出力する。タイマ
５３から出力されるパルス信号は、インタフェース部６
３を通して仕上加工終了判定部５１、穴開け終了判定部
５７及び溶接終了判定部６１に夫々与えられる。

【００２８】穴開け終了判定部５７は、タイマ５３と同
様、溶接開始時に起動しタイマ５３からのパルス信号の
カウントを開始する。そして、そのカウント値が記憶部
５５内の穴開け時間データに一致したとき、ワーク２２
（上板４１若しくは上板４１と下板４２の双方）の穴開
け終了と判定してその旨を制御部５９、及び溶接終了判
定部６１に通知すると共に駆動を停止する。

【００２９】溶接終了判定部６１は、穴開け終了判定部
５７からの上記通知を受けて起動してタイマ５３からの
パルス信号をカウントし、そのカウント値が記憶部５５
内の溶接時間データに一致したとき、上板４１と下板４
２の溶接が終了したと判定してその旨を制御部５９に通
知すると共に駆動を停止する。

【００３０】仕上加工終了判定部５１は、溶接終了判定
部６１からの上記通知を受けて起動してタイマ５３から
のパルス信号をカウントし、そのカウント値が記憶部５
５内の仕上加工時間データに一致したとき、仕上加工が
終了したと判定してその旨を制御部５９に通知すると共
に駆動を停止する。

【００３１】制御部５９は、インタフェース部６３を通
してプラズマ電源３１、ガス制御器３２、ガス流量切換
え器２６、及びフィラー送給装置２８をその制御下に置
く。溶接開始時からワーク２２の穴開け終了までの間、
制御部５９は所定の溶接電流値データに基づき、プラズ
マ電源３１を制御することにより、溶接電流をプラズマ
トーチ２１とワーク２２の間に印加する。また、上記期
間、制御部５９は上記プラズマガス流量データに基づ
き、ガス制御器３２を制御する。なお、制御部５９によ
る穴開け終了の認識は、穴開け終了判定部５７からの通
知に基づくものである。

【００３２】穴開け終了判定部５７よりワーク２２の穴
開け終了の通知を受けると、制御部５９は、上記溶接電
流値データに基づき、プラズマ電源３１の制御を継続す
る。これと共に、比較的多目のプラズマガス流量データ
に代えて比較的少な目のプラズマガス流量データに基づ
き、ガス制御器３２を制御してプラズマアーク４０のパ
ワーを低下させる。そして、直ちに溶接部分へのフィラ
ー送給を開始すべくフィラー送給装置２８を起動する。

【００３３】このフィラー送給動作において、制御部５
９は記憶部５５内の送給速度値、速度切換えのタイミン
グ、高速送給を継続する時間等の各データに基づき、フ
ィラー送給速度を送給開始当初は通常の速度にすべくフ
ィラー送給装置２８を制御する。次に、送給開始から一
定の時間が経過すると上記送給速度を通常の速度から高
速度に切換えて所定時間フィラー２９の高速送給を継続
すべくフィラー送給装置２８を制御する。そして、上記
所定時間が経過すると、高速度から再び通常の送給速度
に切換え、以後は溶接終了判定部６１より上板４１と下
板４２の溶接終了の通知を受けるまでの間、フィラー２
９の送給を継続すべくフィラー送給装置２８を制御す
る。

【００３４】図７は、上述したプラズマ電源３１及びフ
ィラー送給装置２８の動作状態を示すタイミングチャー
トである。

【００３５】図７（ａ）、（ｂ）において、時刻ｔ1で
溶接が開始されると、プラズマ電源３１及びガス制御器
３２の制御部５９による制御が開始される。

【００３６】即ち、図７（ａ）に示すように、穴開けを
開始する時刻ｔ1から仕上加工が終了する時刻ｔ6までの
間、一定値のプラズマ電流がプラズマ電源３１からプラ
ズマトーチ２１とワーク２２の間に印加され続ける。こ
れと共に、時刻ｔ1からワーク２２の穴開けが終了する
時刻ｔ2までの間、ガス制御器３２を制御することによ
り穴開け終了後よりも多い流量のプラズマガスがワーク
２２の溶接箇所に供給される。これにより、時刻ｔ1か
ら時刻ｔ2までの間、比較的大きなパワーのプラズマア
ーク４０がワーク２２の溶接箇所に供給されることにな
る。

【００３７】次に、時刻ｔ2でワーク２２の穴開け終了
を確認すると、図７（ｂ）に示すように、通常の送給速
度でフィラー２９をプラズマアーク４０に送給すべく、
フィラー送給装置２８の制御を開始する。そして、時刻
ｔ2から所定時間後の時刻ｔ3に達すると、フィラー送給
装置２８の制御を、通常の速度によるフィラー送給から
高速でのフィラー送給に切換え、時刻ｔ3から所定時間
経過後の時刻ｔ4までの間、上記制御を継続する。一
方、プラズマガス流量については、ガス制御器３２を制
御することにより、時刻ｔ2に達した時点で比較的多め
の流量値から通常の流量値に切換えて、時刻ｔ6に達す
るまで上記制御を継続する。これにより、上記プラズマ
アーク４０のパワーは、通常の大きさになる。

【００３８】次に、時刻ｔ4に達すると、フィラー送給
装置２８の制御を、高速でのフィラー送給から通常の速
度によるフィラー送給に切換え、本溶接が終了する時刻
ｔ5までの間、上記制御を継続する。そして、時刻ｔ5に
達すると、フィラー送給装置２８を制御してフィラー２
９の送給を停止させる。更に、時刻ｔ6に達すると、プ
ラズマ電源３１及びガス制御器３２の駆動を停止させ、
一連の溶接作業を終了させる。なお、上記フィラー２９
の送給開始については、必ずしもワーク２２の穴開け終
了直後である必要はなく、穴開け終了の時点より多少前
後していても差支えない。

【００３９】上述した実施形態では、フィラー２９の送
給速度を時刻ｔ3でステップ状に高速へ、時刻ｔ4でステ
ップ状に通常の速度へ切換えているが、それぞれスロー
プ状に変化させて、通常の速度から高速へ、高速から通
常の速度へ滑らかにフィラー２９の速度が切換るように
しても良い。

【００４０】また、上述した実施形態では、フィラー２
９の送給速度の比較的高速な制御を開始するタイミング
や、フィラー２９の送給速度を比較的高速に制御する時
間の長さ（時刻ｔ3〜ｔ4）、または、高速に制御すると
きの速度は、予め決められているものとした。しかし、
ワーク２２の溶接状態を周知の各種センサを用いて検出
し、その検出結果に応じて上記タイミングや、時間の長
さを可変調整するようにしても良い。

【００４１】上記ワーク２２の溶接状態を検出する場合
の一例として、溶接初期にワーク２２に穴を穿設すると
きのプラズマアーク電圧の変化から、重ね合わされた２
枚のワーク２２の隙間を検出し（例えば特願平０９―０
２３０３８の隙間検出方法）、その隙間量に応じてフィ
ラー２９の送給を変えることができる。ワーク２２に穿
設される穴は隙間量が大きい程穴径が大きくなる傾向が
あるため、検出された隙間量に応じてフィラー２９の送
給速度の比較的高速な制御を開始するタイミングや、フ
ィラー２９の送給底度を比較的高速に制御する時間の長
さを変えて、溶接部に落下する溶融したフィラーの位置
と時間を調節して、穴を埋めやすくすることもできる。
更に、ワーク２２の隙間量に応じてフィラー２９の送給
開始のタイミングを変えることもできる。隙間量が大き
いときはフィラー送給開始のタイミングを早くして、大
きな径の穴に対して早くから穴埋めを開始して、穴を埋
めやすくすることもできる。

【００４２】上記構成によれば、フィラー２９のプラズ
マアーク４０への送給速度が可変になっているために、
フィラー２９の溶融位置も一定箇所に固定されていな
い。そのため、フィラー２９の溶融位置が固定されてい
る従来の装置とは異なり、溶接開始時にワーク２２に形
成される蒸気抜き用の穴をフィラー２９の溶湯によって
確実に埋めることが可能になる。

【００４３】図８は、上述した構成のプラズマアークス
ポット溶接装置を、ワークの上板と下板の双方に蒸気抜
き用の穴を穿ちフィラーにより双方の穴を埋める方法に
適用したときの溶接工程を示す説明図である。

【００４４】図８に示すように、まず、穴開け工程にお
いてプラズマトーチ２１からのアーク４０により上板４
１及び下板４２に夫々穴７１、７２を穿った後（図８
（ａ））、本溶接工程においてアーク４０に対するフィ
ラー２９の送給を開始する（図８（ｂ））（図７の時刻
ｔ2に相当する）。フィラー２９の送給開始時において
は、送給速度が通常の速度に制御されているため、上記
時点では、フィラー２９の溶ける位置は、図８（ｂ）に
示すように、穴７１、７２の右側になる。次に、送給開
始時から所定時間が経過して図７の時刻ｔ3に相当する
時刻に達すると、送給速度が高速に切り換えられるた
め、フィラー２９の溶ける位置は、図８（ｃ）に示すよ
うに、穴７１、７２の左側に移動する。図８（ｃ）で示
した状態が所定時間継続した後の時点（図７の時刻ｔ4
に相当する）で、送給速度が通常の速度に切り換えられ
るため、フィラー２９の溶ける位置は、図８（ｄ）に示
すように、再び穴７１、７２の右側になる（図８（ｂ）
に示した位置と同じ位置）。

【００４５】この時点においては、図８（ｄ）に示すよ
うに、フィラー２９の溶湯が穴７２に偏った状態で溜ま
ることがなく、従って穴７２はフィラー２９の溶湯によ
り完全に埋められており、隙間４３についても相当量埋
められている。以後、本溶接が終了するまでの間（つま
り、図７の時刻ｔ5に達するまでの間）は、フィラー２
９の溶ける位置が図８（ｄ）で示した位置に固定され、
本溶接が終了した時点（図７の時刻ｔ5に相当する）
で、フィラー２９の送給を停止する（図８（ｅ））。

【００４６】上述した工程を経ることにより、図８
（ｅ）に示すように、穴７１、７２及び隙間４３を完全
に埋めることができ、従来のように穴７１、７２が埋ま
らずに穴開き（貫通）状態のままで溶接が終了してしま
うというような不具合は生じない。

【００４７】図９は、上述した構成のプラズマアークス
ポット溶接装置を、ワークの上板のみに穴を穿ちフィラ
ーによりその穴を埋める方法に適用したときの溶接工程
を示す説明図である。

【００４８】図９に示す溶接工程は、下板４２に穴７２
を穿設しない点で図８に示した溶接工程と相違するだけ
で、他は図８に示した溶接工程と同様である。

【００４９】即ち、穴開け工程においてプラズマトーチ
２１からのアーク４０により上板４１に穴７１を穿った
後（図９（ａ））、本溶接工程においてアーク４０に対
するフィラー２９の送給を開始する（図９（ｂ））。フ
ィラー２９の送給開始時においては、フィラー２９の溶
ける位置は、図９（ｂ）に示すように、穴７１の右側に
なる。送給開始時から所定時間が経過すると、送給速度
が高速に切り換えられるため、フィラー２９の溶ける位
置は、図９（ｃ）に示すように、穴７１の左側に移動す
る。この状態が所定時間継続することで、フィラー２９
の溶湯により、隙間４３が略均等な状態で埋め尽くされ
ると共に穴７１も略均等な状態で埋められることにな
る。次に、送給速度が通常の速度に切り換えられ、フィ
ラー２９の溶ける位置が再び穴７１の右側に移動する。

【００５０】このようにして本溶接が終了すると、図９
（ｄ）に示すように、フィラー２９の溶湯が隙間４３に
偏った状態で溜まることがなく、従って隙間４３はフィ
ラー２９の溶湯により完全に埋められ、穴７１について
も略完全に埋められた状態になる。上述した工程を経る
ことにより、穴７１及び隙間４３を完全に埋めることが
でき、従来のように穴７１が埋まらずに穴開き（貫通）
状態のままで溶接が終了してしまうというような不具合
は生じない。

【００５１】図１０は、本発明の一実施形態の第１変形
例に係るプラズマアークスポット溶接装置各部の動作状
態を示すタイミングチャートである。

【００５２】本変形例では、フィラー２９の送給速度を
通常の送給速度よりも高速に制御する時間を、フィラー
の供給開始時から供給終了時までの間において断続的に
２つ設定した点を主な特徴とする。

【００５３】即ち、図１０（ｂ）に示すように、時刻ｔ
3〜ｔ3′の間、及び時刻ｔ3″〜ｔ4の間については、通
常の送給速度よりも高速の送給速度でフィラー２９を送
給し、時刻ｔ3′〜ｔ3″間については、通常の送給速度
でフィラー２９を送給することとした。換言すれば、時
刻ｔ3でフィラー２９の溶ける位置が、図８（ｃ）（又
は、図９（ｃ））で示す穴７１の右側から左側に移動
し、時刻ｔ3′になると穴７１の左側から再び穴７１の
右側に移動する。そして、時刻ｔ3″になると、フィラ
ー２９の溶ける位置は、再び穴７１の左側に移動し、更
にｔ4になると、再び穴７１の右側に移動する。なお、
溶接電流の値については、図７（ａ）で示したのと同
様、一定に制御される。

【００５４】上記のように、フィラー２９の溶ける位置
を頻繁に変えることによっても、図７で示した実施形態
におけると同様の効果を奏し得る。

【００５５】なお、本変形例では、フィラー２９を比較
的高速で送給するための制御を開始するタイミングや、
フィラー２９を比較的高速で送給する時間の長さ（時刻
ｔ3〜ｔ3′及び時刻ｔ3″〜ｔ4）、または、高速に制御
するときの速度は、予め決められているものとした。し
かし、ワーク２２の溶接状態を、周知の各種センサを用
いて検出し、その検出結果に応じて上記タイミングや、
時間の長さを可変調整するようにしても良い。

【００５６】図１１は、本発明の一実施形態の第２変形
例に係るプラズマアークスポット溶接装置各部の動作状
態を示すタイミングチャートである。

【００５７】本変形例は、図１１（ａ）に示すように、
フィラー２９の送給速度制御を、通常の送給速度制御か
ら比較的高速での送給速度制御に切換える時刻ｔ3の近
傍から、溶接電流値を徐々に低下させる制御（所謂スロ
ープダウン式制御）を開始し、溶接が終了する時刻ｔ6
までの間、上記制御を継続する点を主な特徴とする。な
お、フィラー２９の送給速度の制御については、図７に
示した本発明の一実施形態と同様である。溶接電流値の
スロープダウン制御を開始するタイミングは、予め決め
られているものとした。しかし、ワーク２２の溶接状態
を、周知の各種センサを用いて検出し、その検出結果に
応じて上記タイミングを可変調整するようにしても良
い。

【００５８】本変形例においても、上述した実施形態や
上記変形例におけると同様の効果を奏し得る。

【００５９】上述した内容は、あくまで本発明に係る実
施形態と、その変形例に関するものであって本発明が上
記内容のみに限定されることを意味するものでないのは
勿論である。

【００６０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
溶接開始時にワークに形成される穴を、溶湯によって確
実に埋めることが可能なアーク溶接装置を提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のプラズマアークスポット溶接装置を、ワ
ークの上板のみに穴を穿ちフィラーによりそれを埋める
溶接方法に適用したときの溶接工程を示す説明図。

【図２】従来のプラズマアークスポット溶接装置を、ワ
ークの上板と下板の双方に穴を穿ちフィラーによりそれ
らを埋める溶接方法に適用したときの溶接工程を示す説
明図。

【図３】従来のプラズマアークスポット溶接装置各部の
動作状態を示すタイミングチャート。

【図４】プラズマアークスポット溶接装置として実施さ
れた本発明の一実施形態の全体構成を示す斜視図。

【図５】図４の溶接電源の構成、及び溶接電源に関連す
る要素を共に示したブロック図。

【図６】図４の溶接コントローラの構成を示すブロック
図。

【図７】一実施形態のプラズマアークスポット溶接装置
各部の動作状態を示すタイミングチャート。

【図８】一実施形態のプラズマアークスポット溶接装置
を、ワークの上板と下板の双方に穴を穿ちフィラーによ
り双方の穴を埋める方法に適用したときの溶接工程を示
す説明図。

【図９】一実施形態のプラズマアークスポット溶接装置
を、ワークの上板のみに穴を穿ちフィラーによりその穴
を埋める方法に適用したときの溶接工程を示す説明図。

【図１０】一実施形態の第１変形例のプラズマアークス
ポット溶接装置各部の動作状態を示すタイミングチャー
ト。

【図１１】一実施形態の第２変形例のプラズマアークス
ポット溶接装置各部の動作状態を示すタイミングチャー
ト。

【符号の説明】

２１プラズマトーチ２２ワーク２３溶接電源２４ロボットコントローラ２５高周波ユニット２７フィラーノズル２８フィラー送給装置２９フィラー３０ロボット３１プラズマ電源３２ガス制御器３３隙間判定装置３４溶接コントローラ４０プラズマアーク４１上板４２下板４３隙間４４電気配線５１仕上加工終了判定部５３タイマ５５記憶部５７穴開け終了判定部５９制御部６１溶接終了判定部６３インタフェース部６５電流検出器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者今井陽介神奈川県平塚市万田1200 株式会社小松製作所研究所内 (72)発明者黒川巌神奈川県平塚市万田1200 株式会社小松製作所研究所内 (72)発明者椎名徹神奈川県平塚市万田1200 株式会社小松製作所研究所内 (72)発明者新垣淑隆神奈川県平塚市万田1200 株式会社小松製作所研究所内 (72)発明者青山洋神奈川県平塚市万田1200 株式会社小松製作所研究所内 (72)発明者植松偉人愛知県刈谷市一里山町金山100番地トヨタ車体株式会社内 (72)発明者神谷賢吾愛知県刈谷市一里山町金山100番地トヨタ車体株式会社内Ｆターム(参考） 4E001 AA03 BB11 DC01 EA03 QA01 QA03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ワークの溶接箇所に溶融したフィラーを
供給するときに、溶融されたフィラーの供給される溶接
部表面上の位置を可変させる手段として、前記フィラー
の供給速度を制御する手段を備えることを特徴とするア
ーク溶接装置。
【請求項２】請求項１記載のアーク溶接装置におい
て、前記フィラーの供給速度を制御する手段が、前記供給速
度をその供給開始時及び供給終了時のそれよりも高速に
制御する時間を、フィラーの供給開始時から供給終了時
までの間に１回だけ設定することを特徴とするアーク溶
接装置。
【請求項３】請求項１記載のアーク溶接装置におい
て、前記フィラーの供給速度を制御する手段が、前記フィラ
ーの供給速度をその供給開始時及び供給終了時のそれよ
りも高速に制御する時間を、フィラーの供給開始時から
供給終了時までの間に断続的に２回以上設定することを
特徴とするアーク溶接装置。
【請求項４】請求項２又は請求項３記載のアーク溶接
装置において、前記フィラーの供給速度を高速に制御する時間の長さ
が、予め決められていることを特徴とするアーク溶接装
置。
【請求項５】請求項２又は請求項３記載のアーク溶接
装置において、前記フィラーの供給速度を高速に制御する時間の長さ、
または高速に制御するときの速度が、溶接初期段階で検
出されたワークの状態に応じて可変にされることを特徴
とするアーク溶接装置。
【請求項６】請求項２又は請求項３記載のアーク溶接
装置において、前記フィラーの供給開始のタイミングを、溶接初期段階
で検出されたワークの状態に応じて可変にされることを
特徴とするアーク溶接装置。
【請求項７】請求項２又は請求項３記載のアーク溶接
装置において、前記ワークが、重ねあわせた２枚以上の鋼板から成って
いて、溶接箇所に当る鋼板の全てに貫通穴が穿設され、
それらの貫通穴に溶融したフィラーが埋め込まれること
を特徴とするアーク溶接装置。