JP2003103369A - 交流パルス溶接方法 - Google Patents

交流パルス溶接方法

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JP2003103369A JP2001293040A JP2001293040A JP2003103369A JP 2003103369 A JP2003103369 A JP 2003103369A JP 2001293040 A JP2001293040 A JP 2001293040A JP 2001293040 A JP2001293040 A JP 2001293040A JP 2003103369 A JP2003103369 A JP 2003103369A
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Kogun Do
紅軍 仝
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Daihen Corp
株式会社ダイヘン
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ギャップを有する溶接継手のギャップ長が
溶接作業中に変化するような薄板等の溶接において、ギ
ャップ長が大きく変化しても良好な溶接が行える交流パ
ルス溶接方法を提供すること。 【解決手段】 ギャップ長に対応したEN比率の調整に
よって得られる溶接電流値と溶接電流設定器に予め設定
された溶接電流値とを比較して、差があるときは溶接ワ
イヤの送給速度を調整することによって電源出力制御回
路から出力される溶接電流値を溶接電流設定器に予め設
定された溶接電流値と同じ値に調整して、常に一定の電
流値で溶接を行う交流パルス溶接方法。

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、ギャップを有する
突合わせ溶接継手、重ね溶接継手等の溶接継手(以下、
溶接継手という)のギャップ長に応じて交流パルス電流
の正極性電流によるエネルギー供給量と逆極性電流によ
るエネルギー供給量との比である極性比率ENを自動制
御する交流パルス溶接方法に関するものである。 【0002】 【従来の技術】一般的に、ギャップを有する溶接継手を
溶接するとき、特に薄板の溶接では継手の精度が低く、
溶接中の熱による変形も大きい。そのために、ギャップ
の大きさ(以下、ギャップ長という)は溶接作業中に変
化する。交流パルス溶接はギャップ裕度の広い溶接方法
であり、薄板溶接には適切な方法である。図2は従来の
交流パルス溶接において、ギャップを有する溶接継手の
溶接方法を説明するブロック図である。以下、従来の交
流パルス溶接方法について図2を参照して説明する。 【0003】図2において、溶接部位検出器1は図示を
省略したギャップを有する溶接継手の溶接部位からギャ
ップ長と溶接位置とを検出する。検出されたギャップ長
と溶接位置とはそれぞれギャップ長記憶回路2と溶接位
置記憶回路3に入力される。ギャップ長を入力したギャ
ップ長記憶回路2は、EN比率調整器4と溶接速度調整
器5とにギャップ長の検出値を出力する。ここでEN比
率とは、正極性電流によるエネルギー供給量と逆極性電
流によるエネルギー供給量との比である。溶接速度調整
器5はギャップ長記憶回路2からギャップ長の検出値を
入力して、ギャップ長の検出値に対応した予め設定され
た溶接速度を溶接トーチ駆動装置6に出力する。溶接ト
ーチ駆動装置6は溶接速度調整器5からの溶接速度の設
定値と溶接位置記憶回路3からの溶接位置とを入力して
溶接トーチ7が溶接位置を所定の速度で軌道するように
駆動させる。EN比率調整器4はギャップ長記憶回路2
からギャップ長の値を入力して、ギャップ長の値に適し
たEN比率を電源出力制御回路8に出力する。電源出力
制御回路8は溶接電圧設定器9に予め設定された溶接電
圧値と前述したEN比率調整器4からのEN比率とを入
力して、安定した溶接継手が実現できるように溶接位置
のギャップ長に対応するEN比率、溶接電流等の溶接条
件を制御して溶接を行う。送給速度設定器10は、予め
設定された溶接ワイヤの送給速度を送給駆動回路に出力
する。送給駆動回路11は、送給速度設定器10から入
力した送給速度で溶接ワイヤが送給するように送給モー
タ12を制御する。 【0004】以上のように、従来の交流パルス溶接で
は、ギャップを有する溶接継手のギャップ長が溶接中に
発生する熱変形によって変化した場合、継ぎ手の精度が
低い場合等に、予め設定された一定の送給速度で溶接ワ
イヤを送給し、溶接部位検出器1によって検出されたギ
ャップ長に対する適正なEN比率と溶接速度で溶接を行
う。 【0005】前述した溶接部位検出器1は、例えば溶接
トーチに取付けられた非接触式センサであり、非接触式
センサは溶接継手の溶接方向とほぼ直交する方向に光り
ビームを走査する光源と、溶接継手から反射する光を受
けてセンシング信号を出力する光検出部とからなる。ま
た、光検出部の光学的センサには、フォトトランジス
タ、フォトダイオード等のポイントセンサ、リニア半導
体位置検出器(PSD)等のラインセンサ、CCD、I
TV、MOSトランジスタ等を2次元配列したエリアセ
ンサを用いることができる。また前述した溶接トーチ駆
動装置6は、例えば溶接トーチ7を保持する溶接ロボッ
トであり、図示を省略した制御装置によって教示及び再
生されて溶接トーチを駆動させる。 【0006】 【発明が解決しようとする課題】ギャップを有する継手
溶接を行うときは、溶接継手のギャップ長が大きいほど
ギャップを溶接するのに必要な単位ビード長さ当たりの
溶融金属の量が多くなる。単位ビード長さ当たりの溶融
金属の量を多くするには、ワイヤ送給速度を大きくする
方法、溶接速度を遅くする方法等がある。従来技術で
は、ワイヤの送給速度が一定であり、溶接速度を遅くす
ることで単位ビード長さ当たりの溶融金属の量を多くす
る。被溶接物に対する入熱は溶接電流及び溶接電圧に比
例し、溶接速度に反比例する。溶接速度が遅ければ、被
溶接物に対する入熱が大きくなるので、溶融部が溶け落
ちする問題がある。この問題を解決するために、溶接速
度を遅くするとともにEN比率を大きくして入熱の増加
を抑制する。アルミ合金で形成された溶接ワイヤの表面
は酸化皮膜に覆われている。この酸化皮膜からは電子が
放出しやすく、陰極点が酸化皮膜の上に形成しやすい。
交流パルス溶接のEN極性(溶接ワイヤがマイナス)で
は陰極点が被溶接物の酸化皮膜上に形成されるが、溶滴
表面の酸化皮膜が消滅すると、陰極点はさらに溶接ワイ
ヤに沿って這い上がる。このようにEN極性において、
アークは溶接ワイヤ先端の溶滴に対して均一に加熱し、
溶滴の上方の未溶融ワイヤに対しても直接加熱する。そ
の結果、アーク熱がワイヤの溶融により有効利用され、
溶滴の局所加熱が少なくなり、溶滴の平均温度も低くな
る。一方、EP極性(溶接ワイヤプラス)では陽極点が
被溶接物に最も近い溶滴の下半分に形成され、溶滴の下
半球が局所加熱され、溶滴の平均温度が高くなり、アー
ク熱が溶接ワイヤの溶融に有効利用できない。 【0007】以上の理由によって、同じ溶接電流では、
EN比率が高いほどアークの熱が溶接ワイヤの溶融に有
効に利用される。言い換えると、ワイヤ送給速度が一定
であれば、EN比率が高いほどワイヤ溶融係数(単位溶
接電流当たりのワイヤ溶融速度)が高くなるので、溶接
電流値を低くすることができる。溶接電流値が低ければ
入熱は小さくなる。 【0008】交流パルス溶接では、溶接速度及び溶接ワ
イヤ送給速度が一定で単位ビード長さ当たりの溶融金属
の量が同じあっても、EN比率を調整することによって
ビード断面形状を制御することができる。EN比率が高
ければ、ビード断面形状がビードの高さが高い凸ビード
となり、ギャップを容易に埋めることができる。EN比
率が高いほど溶滴の平均温度が低くなり、溶融池の温度
も低くなる。溶融池の温度が低ければ、溶融金属の表面
張力が大きくなり、溶接ビードはビード幅が狭くビード
高さが高い凸ビードとなる。したがって、単位ビード長
さ当たりの溶融金属の量を変えなくても、ギャップ長の
増加につれてEN比率を高く調整することによって、ビ
ードの高さが高い凸ビードとなり、大きなギャップを埋
めることができる。 【0009】しかし、上記のようにEN比率を調整する
ことによってギャップ長を埋めるには限界があり、ギャ
ップ長が1mm以上になると、EN比率を調整するだけ
では、ギャップを埋めることができない。そこで、従来
技術では、溶接速度を遅くして単位ビード長さ当たりの
溶融金属の量を増加させなければならなかった。 【0010】以上のように従来技術では、ギャップ長が
1mm以下の場合は、EN比率を高く調整することによ
って、ギャップ長を埋めることができる。しかし、EN
比率が高くなるにつれて溶接電流値が小さくなり、溶け
込み深さが小さくなる問題がある。また、ギャップ長が
1mm以上の場合は、上記のように、EN比率の調整の
みではギャップを埋めることができないために、溶接速
度を落としてギャップを埋めるが、被溶接物に対する入
熱が大きくなり溶け落ちが発生して溶接欠陥となる。ま
た、ギャップ長が大きいほど溶接速度が遅くなるので、
生産性が低下するという問題もある。 【0011】そこで本発明は、ギャップを有する溶接継
手のギャップ長が溶接作業中に変化するような薄板等の
溶接において、ギャップ長が大きく変化しても良好な溶
接が行える交流パルス溶接方法を提供する。 【0012】 【課題を解決するための手段】本発明の交流パルス溶接
方法は、溶接ワイヤとギャップを有する溶接継手の溶接
位置との間にアークを発生させ、検出した各溶接位置の
ギャップ長を入力して正極性電流によるエネルギー供給
量と逆極性電流によるエネルギー供給量との比であるE
N比率を調整し、上記EN比率を調整することによって
得られる溶接電流値Iaが予め定められた電流値よりも
変動した場合は、溶接ワイヤの送給速度を増減させて溶
接する交流パルス溶接方法に適応される。 【0013】出願時の請求項1の発明は、後述する図3
に示すように、溶接ワイヤとギャップを有する溶接継手
との間に交流パルス電力を供給して予め定められた溶接
速度で溶接トーチ7を移動させて溶接する交流パルス溶
接方法において、検出した各溶接位置のギャップ長を入
力して正極性電流によるエネルギー供給量と逆極性電流
によるエネルギー供給量との比であるEN比率を調整
し、上記EN比率の調整によって得られる溶接電流値I
aが予め定められた電流値Isよりも小さい場合は溶接
ワイヤの送給速度を増加させて溶接電流値Iaを増加さ
せ、逆にEN比率の調整によって得られる溶接電流値I
aが予め定められた電流値Isよりも大きい場合は溶接
ワイヤの送給速度を減少させて溶接電流値Iaを減少さ
せ、EN比率を調整することによって得られる溶接電流
値Iaと予め定められた溶接電流値Isとが同じ値とな
るように溶接ワイヤの送給速度を調整する交流パルス溶
接方法である。 【0014】出願時の請求項2の発明は、後述する図3
に示すように、溶接ワイヤとギャップを有する溶接継手
との間に交流パルス電力を供給して予め定められた溶接
速度で溶接トーチ7を移動させて溶接する交流パルス溶
接方法において、溶接位置と溶接位置のギャップ長とを
検出する溶接部位検出器1と、上記溶接位置と予め定め
られた溶接速度設定値とを入力して溶接トーチ7を駆動
する溶接トーチ駆動装置6と、上記検出されたギャップ
長を入力して正極性電流によるエネルギー供給量と逆極
性電流によるエネルギー供給量との比であるEN比率を
出力するEN比率調整器4と、上記EN比率によって得
られる溶接電流値Iaを検出する溶接電流検出器14と
を備え、上記EN比率の調整によって得られる溶接電流
値Iaと溶接電流設定器13に予め定められた溶接電流
値Isとを比較して、EN比率の調整によって得られる
溶接電流値Iaの方が溶接電流値Isよりも小さい場合
は溶接ワイヤを送給する送給速度調整器101の送給速
度を増加させて、電源出力制御回路8の溶接電流値Ia
を増加させ、逆にEN比率調整によって得られる溶接電
流値Iaの方が溶接電流値Isよりも大きい場合は溶接
ワイヤを送給する送給速度調整器101の送給速度を減
少させて、電源出力制御回路8の溶接電流値Iaを減少
させ、EN比率の調整によって得られる溶接電流値Ia
と溶接電流設定器13に予め定められた溶接電流値Is
とが同じ値となるように溶接ワイヤの送給速度を調整す
る交流パルス溶接方法である。 【0015】 【発明の実施の形態】図1は、当該出願に係る発明の特
徴を最もよく表す図である。図1は、後述する図3と同
じなので、説明は図3で後述する。図3は、本発明の実
施例を示す交流パルス溶接方法を説明するブロック図で
ある。以下、図3を参照して本発明の交流パルス溶接方
法を説明する。 【0016】図3において、溶接部位検出器1は図示を
省略したギャップを有する溶接継手の溶接部位からギャ
ップ長及び溶接位置を検出する。溶接トーチ駆動装置6
は検出された溶接位置を記憶する溶接位置記憶回路3か
ら溶接位置を入力するとともに、溶接速度設定器51に
予め設定された溶接速度を入力して、溶接トーチ7を溶
接位置に沿って予め定められた溶接速度で駆動させる。
EN比率調整器4は、ギャップ長記憶回路2からギャッ
プ長を入力し、電源出力制御回路8にギャップ長に対応
したEN比率を出力する。このEN比率に対応する溶接
電流値Iaは溶接電流検出器14によって検出される。
溶接電流比較器15はこの溶接電流検出器14によって
検出された溶接電流値Iaと溶接電流設定器13に予め
設定された溶接電流値Isとを比較して差があるとき
は、溶接ワイヤの送給速度を調整する送給速度調整器1
01に電流値の差を入力する。この電流値の差を入力し
た送給速度調整器101は、溶接電流値Iaの方が溶接
電流値Isよりも小さい場合は、溶接ワイヤを送給する
送給モータ12の送給速度を増加させるように送給駆動
回路11を制御する。逆に溶接電流値Iaの方が溶接電
流値Isよりも大きい場合は、溶接ワイヤを送給する送
給モータ12の送給速度を減少させるように送給駆動回
路11を制御する。 【0017】以上のように、本発明の交流パルス溶接方
法は、溶接電流比較器15においてギャップ長に対応し
たEN比率の調整によって得られる溶接電流値Iaと溶
接電流設定器13に予め設定された溶接電流値Isとを
比較して、差があるときは溶接ワイヤの送給速度を調整
することによって電源出力制御回路8から出力される溶
接電流値Iaを溶接電流設定器13に予め設定された溶
接電流値Isと同じ値に調整して、常に一定の電流値で
溶接が行われる。 【0018】なお、前述した溶接電流設定器13の設定
値Isは、被溶接物の板厚に対して最適な値に予め設定
される。溶接電圧調整器91は、この溶接電流設定器1
3からの信号によって、最適な溶接電圧設定値を算出し
て、電源出力制御回路8に電圧指令値を出力する。 【0019】 【発明の効果】本発明の交流パルス溶接方法は、ギャッ
プを有する溶接継手を溶接するときに、ギャップの大き
さが溶接作業中に随時変化する薄板の溶接において、溶
接速度設定器51によって溶接トーチ7の駆動を常に一
定の速度で駆動し、EN比率の調整によって得られる溶
接電流値Iaと溶接電流設定器13に予め定められた溶
接電流値Isとが同じ値となるように溶接ワイヤの送給
速度を調整する交流パルス溶接方法である。しがって、
一定の溶接速度で溶接電流値Iaを一定に制御して溶接
を行うため、生産性が低下することなく、溶け込み深さ
が安定した溶接を行うことができる。また、ギャップ長
に対応したEN比率でビード形状を調整し、EN比率に
対応したワイヤ送給速度調整でギャップ長を埋めるに必
要な単位ビード長さあたりの溶融金属量を保証できるた
め、ギャップ長の変化に対応した良好な溶接が行える。

【図面の簡単な説明】 【図1】当該出願に係る発明の特徴を最もよく表す図で
ある。 【図2】従来の交流パルス溶接方法を説明するブロック
図である。 【図3】本発明の実施例を示す交流パルス溶接方法を説
明するブロック図である。 【符号の説明】 1 溶接部位検出器 2 ギャップ長記憶回路 3 溶接位置記憶回路 4 EN比率調整器 5 溶接速度調整器 51 溶接速度設定器 6 溶接トーチ駆動装置 7 溶接トーチ 8 電源出力制御回路 9 溶接電圧設定器 91 溶接電圧調整器 10 送給速度設定器 101 送給速度調整器 11 送給駆動回路 12 送給モータ 13 溶接電流設定器 14 溶接電流検出器 15 溶接電流比較器

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 【請求項1】 溶接ワイヤとギャップを有する溶接継手
    との間に交流パルス電力を供給して予め定められた溶接
    速度で溶接トーチを移動させて溶接する交流パルス溶接
    方法において、検出した各溶接位置のギャップ長を入力
    して正極性電流によるエネルギー供給量と逆極性電流に
    よるエネルギー供給量との比であるEN比率を調整し、
    前記EN比率の調整によって得られる溶接電流値が予め
    定められた電流値よりも小さい場合は溶接ワイヤの送給
    速度を増加させて溶接電流値を増加させ、逆にEN比率
    の調整によって得られる溶接電流値が予め定められた電
    流値よりも大きい場合は溶接ワイヤの送給速度を減少さ
    せて溶接電流値を減少させることによって、EN比率の
    調整によって得られる溶接電流値と予め定められた溶接
    電流値とが同じ値となるように溶接ワイヤの送給速度を
    調整する交流パルス溶接方法。 【請求項2】 溶接ワイヤとギャップを有する溶接継手
    との間に交流パルス電力を供給して予め定められた溶接
    速度で溶接トーチを移動させて溶接する交流パルス溶接
    方法において、溶接位置と溶接位置のギャップ長とを検
    出する溶接部位検出器と、前記溶接位置と予め定められ
    た溶接速度設定値とを入力して溶接トーチを駆動する溶
    接トーチ駆動装置と、前記検出されたギャップ長を入力
    して正極性電流によるエネルギー供給量と逆極性電流に
    よるエネルギー供給量との比であるEN比率を出力する
    EN比率調整器と前記EN比率によって得られる溶接電
    流値を検出する溶接電流検出器とを備え、前記EN比率
    の調整によって得られる溶接電流値と溶接電流設定器に
    予め定められた溶接電流値とを比較して、EN比率の調
    整によって得られる溶接電流値の方が溶接電流設定器に
    予め定められた溶接電流値よりも小さい場合は溶接ワイ
    ヤを送給する送給速度調整器の送給速度を増加させて、
    電源出力制御回路の溶接電流値を増加させ、逆にEN比
    率の調整によって得られる溶接電流値の方が溶接電流設
    定器に予め定められた溶接電流値よりも大きい場合は溶
    接ワイヤを送給する送給速度調整器の送給速度を減少さ
    せて、電源出力制御回路の溶接電流値を減少させ、EN
    比率の調整によって得られる溶接電流値と溶接電流設定
    器に予め定められた溶接電流値とが同じ値となるように
    溶接ワイヤの送給速度を調整する交流パルス溶接方法で
    ある。
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