JP2002361421A - ワイヤ送給装置、交流ｔｉｇ溶接装置及び交流ｔｉｇ溶接方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 背切り継ぎ手のように十分な溶け込み深さが
得難い継ぎ手においても、十分な溶け込み深さと十分な
幅と美観を有するウロコビードを得られる自動交流ＴＩ
Ｇ溶接装置と溶接方法を提供する。 【解決手段】 ２本のフィラーワイヤを同時に送給可能
なワイヤ送給装置４と、逆極性電流期間と正極性電流期
間の比率の変更が可能な交流ＴＩＧ溶接電源３と、溶接
トーチ５をその先端に取り付けたロボット２と、前記ロ
ボット２と交流ＴＩＧ溶接電源３とワイヤ送給装置４の
制御を行うロボットコントローラー１から構成される交
流ＴＩＧ溶接装置を用いる交流ＴＩＧ溶接方法におい
て、２本のフィラーワイヤの送給と、逆極性電流期間と
正極性電流期間の前記比率を、前記ロボット２による溶
接トーチ５の動作に同期して変更するものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、非消耗電極不活性
ガスアーク溶接（以後ＴＩＧ溶接という）を用いたアル
ミニウムまたはアルミニウム合金（以後アルミニウム等
という）の自動溶接装置、及び、溶接方法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】アルミニウム等のＴＩＧ溶接において
は、良好な溶着部を得るために表面の酸化皮膜を破壊す
る（クリーニング）する手段として、電極側を正電位と
する逆極性の成分を含む交流アーク溶接電源が用いられ
る。ＴＩＧ溶接の交流アーク溶接では、逆極性（電極側
が正電位）の場合にはアークが広がり溶け込みが浅くな
り、正極性（電極側が負電位）の場合にはアークが絞ら
れ溶け込みが深くなるという現象が知られている。

【０００３】ところで、人手作業によるアルミニウム等
のＴＩＧ溶接では、ウロコを１枚１枚重ねたようなビー
ド（以後ウロコビードという）が形成されるが、自動２
輪車の業界では、このウロコビードが需要者に好まれる
ため、産業用ロボットでＴＩＧ溶接を行う場合でも、意
識的にウロコビードを形成することが求められている。

【０００４】ウロコビードを美しく形成するためには、
一枚一枚のウロコを十分に冷却する必要があるが、十分
に冷却すると溶け込みが不足する場合がある。

【０００５】図６は、背切りと呼ばれる突き合わせ溶接
継ぎ手（以後背切り継ぎ手という）を示す断面図であ
る、背切り継ぎ手は母材Ａの端部を階段状に折り曲げ
て、母材Ｂの端部と重ねた継ぎ手である。このような背
切り継ぎ手においては、母材Ａと母材Ｂの垂直的な面が
溶融し、母材Ａの水平面、つまり底部の溶け込みを得る
のが非常に困難な場合がある。

【０００６】この底部の溶け込みを確保するために、母
材Ａと母材Ｂの垂直的な面の距離を長くする、つまり背
切りの隙間を十分にとることを行っている。

【０００７】本発明者は、背切り継ぎ手で、美しいウロ
コビードと深い溶け込みを得るために、電極を溶接対象
のワーク（母材）に対して上下方向にウィービングさ
せ、このウィービングに同期して、フィラーワイヤの送
給速度および溶接電流を変化させる交流ＴＩＧ溶接装置
及び方法を採用した。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところが、この交流Ｔ
ＩＧ溶接方法では次のような問題があった。

【０００９】溶接対象のワークが鋳物のように溶けにく
い材質の場合は、正極性電流の期間の比率を大きくして
溶け込み深さを確保するようにすると、アーク幅が狭く
なることにより、ウロコビード幅が狭くなるという問題
があった。またクリーニング量が少なくなり、ビードに
光沢が無くなるという問題もあった。

【００１０】逆に、ウロコビード幅を広げてビードの光
沢を得るために、正極性電流の期間の比率を小さくする
と、今度は溶け込み深さが得られないと言う問題があっ
た。また、溶け込み深さを得るために、背切りの隙間を
十分にとると、溶け込みを得ることが容易になる。しか
し、この隙間を埋める十分な量のフィラーを送給するこ
とが容易ではない。本発明者による実験では、隙間を埋
めるための十分な量のフィラーを得るために、高速でフ
ィラーワイヤを送給したところ、高速送給のフィラーワ
イヤの影響で、溶融部での撹拌が激しくなり、光沢のあ
るビードを得ることができなかった。また、隙間を埋め
るための十分な量のフィラーを得るために、フィラーワ
イヤの径を４ｍｍ以上に大きくしたところ、フィラーワ
イヤの送給抵抗が大きくなり安定したフィラーワイヤ送
給速度を得られず、光沢のあるビードを得ることができ
なかった。また、フィラーワイヤの送給抵抗を小さくす
るために、ローラガイドの取り付けを検討したが、ロー
ラガイドが溶接対象のワーク（母材）もしくは押さえ冶
具に干渉し、このローラガイドを適用することができな
かった。

【００１１】フィラーワイヤを送給する方法として、送
給用モータを２個用いて送給する方法は従来からある。
しかし、２本のフィラーワイヤの送給と、ロボットの上
下ウィービングと極性電流期間の比率の変更は、同期す
る必要があり、送給用モータを２個用いた場合は、２本
のフィラーワイヤの送給速度を完全に同時にすることは
困難であった。

【００１２】そこで、本発明は、アルミ背切り継ぎ手の
ように十分な溶け込み深さが得難い継ぎ手においても、
十分な溶け込み深さと十分な幅と美観を有するウロコビ
ードを得られる自動交流ＴＩＧ溶接装置と溶接方法を提
供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記の問題を解決するた
めに、本発明は、一個のワイヤ送給用モータで２本のフ
ィラーワイヤを同期して同時に送給可能なワイヤ送給装
置と、逆極性電流期間と正極性電流期間の比率の変更が
可能な交流ＴＩＧ溶接電源と、溶接トーチをその先端に
取り付けた溶接進行方向に対し上下にウィービング可能
なロボットとを有する交流ＴＩＧ溶接装置を用いる。

【００１４】この交流ＴＩＧ溶接装置を用いて、溶接ト
ーチを溶接対象である背切りのワークの溶接線の進行方
向に対して上下方向のウィービング動作を行い、前記溶
接トーチが前記ワークに接近した位置にあり、かつ、フ
ィラーワイヤの送給が停止している時に正極性電流期間
の比率が高く、前記溶接トーチが前記ワークから遠ざか
った位置にある時は逆極性電流期間の比率が高く、か
つ、前記溶接トーチが前記溶接線に接近した位置にある
時、前記ワイヤ送給装置を用いて、前記溶接トーチの動
作と正極性電流期間の比率変更に同期して２本のフィラ
ーワイヤを同時に送給するものである。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図に
示す実施例に従って説明する。図１は本発明の実施に使
用する溶接装置の構成図であり、図２は図１に示す溶接
装置の制御ブロック図である。図において１はロボット
コントローラーであり、２はロボットであり、３は交流
ＴＩＧ溶接電源であり、４はワイヤ送給装置であり、５
はロボット２の先端に取り付けられた溶接トーチであ
る。

【００１６】ワイヤ送給装置４の構成図を図３に示す。
減速機が付加されたワイヤ送給用モータ６の軸端に１個
目の送給ローラ７と２個目の送給ローラ８が取り付けら
れている。ワイヤ送給用モータ６の軸瑞が回転すること
により、送給ローラ７と送給ローラ８は完全に同期しな
がら回転し、２本のフィラーワイヤを同時に送給する。

【００１７】ロボットコントローラー１はロボット２に
電力と制御信号を送り、ロボット２を所定の動作プログ
ラムにしたがって動作させるともに、交流ＴＩＧ溶接装
置３に溶接電流のＯＮ／ＯＦＦと溶接電流の大小を制御
する溶接電流指令と溶接電流の正極性の期間と逆極性の
期間の比率つまり電源ＥＮ（＝electrode negative）比
率を変更する電源ＥＮ比率指令を交流ＴＩＧ溶接電源３
に送って交流ＴＩＧ溶接電源３を制御する。またロボッ
トコントローラー１はワイヤ送給装置４にワイヤ送給速
度指令を送って、溶接トーチ５に送給するフィラーワイ
ヤの送給速度の緩急を制御する。交流ＴＩＧ溶接電源３
はロボットコントローラー１から前記溶接電流指令と前
記電源ＥＮ比率指令に応じて溶接トーチ５に溶接電流を
送る。

【００１８】ここで、電源ＥＮ比率について説明する。
図４は電源ＥＮ比率の大小を説明する電流波形を示す図
であり、上が電源ＥＮ比率大の時の電流波形であり、中
央が電源ＥＮ比率小の時の電流波形であり、下が電源Ｅ
Ｎ比率中の時の電流波形である。図においてＥＮは溶接
トーチ５の電極が負電位の状態つまり正極性の状態であ
り、ＥＰ（＝electrode positive）は溶接トーチ５の電
極が正電位の状態つまり逆極性の状態を示している。

【００１９】交流溶接電源の電流は一定周期で正極性と
逆極性が切り替り、正極性の期間と逆極性の期間の合計
は前記周期に一致するので一定である。電源ＥＮ比率大
の状態では正極性の電流が流れる期間が長く、電源ＥＮ
比率小の状態では逆極性の電流が流れる期間が長い。

【００２０】図５は、本発明の第１の実施例を示す交流
ＴＩＧ溶接方法を説明するタイムチャートであり、上か
ら溶接トーチ５の電極の位置、溶接電流の大小、フィラ
ーワイヤの送給速度および電源ＥＮ比率の変化を時間軸
を揃えて示している。フィラーワイヤは２本同時に送給
されるため、送給速度は、１本のフィラーワイヤの送給
速度を表示している。

【００２１】溶接トーチ５はロボット２の動作によっ
て、一定周期で上下にウィービング動作する。ここで、
上下とは溶接対象のワークに対して上下の意味であり、
上とは溶接トーチ５が前記ワークに対して離間した位置
であり、下とは前記ワークに接近した位置のことであ
る。また、溶接トーチ５は前記ウィービング動作の上端
と下端に達すると、所定の時間の間、動作を止めて一定
の高さ（つまり、ワークと距離）を保っている。

【００２２】溶接電流は溶接トーチ５が下、つまり前記
ワークに接近した位置にある時は大きく、上に来た時は
小さくなるように制御される。溶融金属を周期的に冷却
してウロコビードを作るためである。

【００２３】フィラーワイヤ送給速度は溶接トーチ５が
下、つまり前記ワークに接近した位置にある時は送給さ
れ、上に来た時は停止するようにに制御される。

【００２４】電源ＥＮ比率は溶接トーチ５が下、つまり
前記ワークに接近した位置にある時は大きく、上に来た
時は小さくなるように制御される。

【００２５】溶接電流大、フィラーワイヤ送給速度大お
よび電源ＥＮ比率大となるタイミングはそれぞれ異な
る。溶接電流が大になる時間は最も長く、溶接トーチ５
が上から下に向かう途中で小から大になり、下から上に
たどり付いた時点で小にもどる。フィラーワイヤ送給速
度大および電源ＥＮ比率大の時間はほぼ同じである。電
源ＥＮ比率大となる期間は溶接トーチ５が下にある期間
と一致する。フィラーワイヤ送給速度大となるタイミン
グは電源ＥＮ比率大となるタイミングに対して所定時間
遅れる。

【００２６】これは、フィラーワイヤの送給を開始する
タイミングが早いと、フィラーワイヤが背切り継ぎ手の
底に当たり、フィラワイヤがアークを浴びる状態にな
り、ワークに直接アークが届かず、溶け込みが浅くなる
ためである。

【００２７】このため、前記所定時間の間は溶接トーチ
５が下にあって、フィラーワイヤ送給が停止して、かつ
電源ＥＮ比率が大となってワークを溶かしているわけで
ある。

【００２８】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、ア
ルミニウム等のＴＩＧ溶接において、背切り継ぎ手のよ
うに溶け込みを得るのが困難な継ぎ手に対しても、十分
な溶け込みを確保しながら、美しいウロコビードを得る
ことが可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施に使用する溶接装置の構成図であ
る。

【図２】図１に示す溶接装置の制御ブロック図である。

【図３】２本のフィラーワイヤを同時に送給可能なワイ
ヤ送給装置の図である。

【図４】電源ＥＮ比率の大小を説明する電流波形を示す
図である。

【図５】本発明の第１の実施例を示す交流ＴＩＧ溶接方
法を説明するタイムチャートである。

【図６】背切り継ぎ手を示す断面である。

【符号の説明】

１：ロボットコントローラー ２：ロボット ３：交流
ＴＩＧ溶接電源 ４：ワイヤ送給装置 ５：溶接トーチ ６：ワイヤ送給
用モータ ７：送給ローラ ８：送給ローラ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小岩 伸 静岡県浜松市葵東１丁目13番１号 本田技 研工業株式会社浜松製作所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一個のワイヤ送給用モータに、２個の送
   給ローラを取り付け、前記一個のワイヤ送給用モータの
   駆動により、前記２個の送給ローラより送給される２本
   のフィラーワイヤが同期して同時に送給されることを特
   徴とするワイヤ送給装置。
2. 【請求項２】 逆極性電流期間と正極性電流期間の比率
   の変更が可能な交流ＴＩＧ溶接電源と、溶接トーチをそ
   の先端に取り付けた溶接進行方向に対し上下にウィービ
   ング可能なロボットと、請求項１に記載のワイヤ送給装
   置と、前記ロボットと交流ＴＩＧ溶接電源とワイヤ送給
   装置の各制御を行うロボットコントローラーから構成さ
   れる交流ＴＩＧ溶接装置。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の交流ＴＩＧ溶接装置を
   用いた溶接方法において、前記溶接トーチの動作が溶接
   対象のワークに対して上下方向のウィービング動作であ
   り、前記溶接トーチが前記ワークに接近した位置にあ
   り、かつ、フィラーワイヤの送給が停止している時に正
   極性電流期間の比率が高く、前記溶接トーチが前記ワー
   クから遠ざかった位置にある時は逆極性電流期間の比率
   が高く、かつ、前記ワイヤ送給装置を用いて２本のフィ
   ラーワイヤを同期して同時に送給することを特徴とする
   交流ＴＩＧ溶接方法。