JP2004148368A

JP2004148368A - 溶接装置及び溶接方法

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Publication number: JP2004148368A
Application number: JP2002317037A
Authority: JP
Inventors: Hikari Yamamoto; 光山本; Manabu Hirakawa; 学平川; Toshihiko Ishihara; 利彦石原
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2002-10-31
Filing date: 2002-10-31
Publication date: 2004-05-27

Abstract

【課題】フィラワイヤの溶融状態を一定に保ち、安定した作業を行うことができる溶接装置及び溶接方法を提供する。
【解決手段】母材１２と消耗電極ワイヤ５との間にアーク４０を発生させ母材及び消耗電極ワイヤを溶融させつつ、溶融池４１にフィラワイヤ６を送給する溶接装置において、フィラワイヤ６に給電するフィラ用電源１１と、消耗電極ワイヤの検出電流値を基に消耗電極ワイヤに流れる実電流値を演算するアーク電流演算部２０ａと、フィラワイヤ６の所望の溶融状態を確保するための消耗電極ワイヤ５の電流とフィラワイヤ６の電流との相関関係を予め格納すると共に、この相関関係の下、消耗電極ワイヤ５の実電流値に応じたフィラワイヤ６の電流を演算し、その演算結果に応じてフィラワイヤ６に印加する電流値を指令する信号をフィラ用電源１１に出力するフィラ電流制御部２０ｂとを備える。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、母材と消耗電極ワイヤとの間にアークを発生させ母材及び消耗電極ワイヤを溶融させつつ、溶融池にフィラワイヤを送給するダブルワイヤ方式の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】
従来から、母材との間にアークを発生させる消耗電極ワイヤと、この消耗電極ワイヤに対し溶接方向に後行するフィラワイヤとを併用したいわゆるダブルワイヤ方式のアーク溶接装置が提唱されている（例えば、特許文献１参照）。このダブルワイヤ方式のアーク溶接装置では、消耗電極ワイヤと母材との間にアークを発生させ、そのアーク熱により消耗電極ワイヤ及び母材を溶融させつつ、更にその溶融池に送給された後行のフィラワイヤを、通電による加熱に加えて溶融池の熱を利用して溶融させるようになっている。このように、溶融池の熱を利用してフィラワイヤを溶融させることにより、ダブルワイヤ方式の溶接装置においては、消耗電極ワイヤのみを用いたアーク溶接装置（以下、シングルワイヤ方式の溶接装置と記載する）に対し、さほど変わらない給電量でワイヤの溶融速度を高めることができ、高い作業能率を確保できるというメリットがある。
【０００３】
ここで、この種のダブルワイヤ方式の溶接装置においては、従来から、消耗電極ワイヤを介して母材に流れる溶接電流の一部をフィラワイヤに分流することで、消耗電極ワイヤ及びフィラワイヤに給電するための電源を共用することが行われてきた。しかしながら、電源を共用した場合、フィラワイヤに流れる電流は、例えば「電源→消耗電極ワイヤ→母材→フィラワイヤ→電源」という経路で流れるため、その経路中の各部の抵抗によって値が変動する。従って、共用の電源を用いた場合には、例えば溶接箇所等によってもフィラワイヤに流れる電流値が変化してしまい、その結果両ワイヤ間に生じる磁界の反発力に不規則な変化が生じるため、両ワイヤが振れてしまう（結果的に溶接箇所がぶれてしまう）等、品質面や作業能率面で不具合が生じる場合があった。
【０００４】
それに対し、先の特許文献１等に記載の溶接装置においては、消耗電極ワイヤに給電するメインの溶接電源とは別に、フィラワイヤに給電するフィラ用電源を別電源化し、このフィラ用電源によって、一定値又は定周期波形の電流をフィラワイヤに印加することで上記不具合を解決している。
【０００５】
【特許文献１】
特許第３１８５０７１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、ダブルワイヤ方式の溶接装置を用いて安定した溶接作業を行うためには、フィラワイヤの溶融状態を安定させることが１つの重要な点となる。このフィラワイヤの溶融性は、主にフィラワイヤの供給速度、フィラワイヤに流れる電流、更には消耗電極ワイヤに流れる電流、言い換えれば溶融池の持つ熱量等をパラメータとして変化する。
【０００７】
従って、例えば、消耗電極ワイヤに流れる電流が何等かの外乱により低下した場合、フィラワイヤは、溶融池の熱量の減少により溶け難い状態となり、その結果、軟化されないまま溶融池に供給され、溶融現象が不安定となる結果、フィラワイヤの溶け残り等といった不具合が発生してしまうことがある。逆に、消耗電極ワイヤに流れる電流が増大した場合、溶融池の熱量が増加し、フィラワイヤは溶け易い状態となるが、溶融池に供給される前に軟化し始めてしまい、やはり溶融状態の不安定化を招くことがある。
【０００８】
本発明は上記の事柄に鑑みてなされたものであり、その目的は、フィラワイヤの溶融状態を一定に保ち、安定した作業を行うことができる溶接装置及び溶接方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、母材と消耗電極ワイヤとの間にアークを発生させ母材及び消耗電極ワイヤを溶融させつつ、溶融池にフィラワイヤを送給する溶接装置において、前記消耗電極ワイヤを送給する消耗電極ワイヤ送給装置と、前記フィラワイヤを送給するフィラワイヤ送給装置と、前記消耗電極ワイヤ及び消耗電極ワイヤ送給装置に給電する主溶接電源と、前記フィラワイヤ及びフィラワイヤ送給装置に給電するフィラ用電源と、前記消耗電極ワイヤの検出電流値を基に、前記消耗電極ワイヤに流れる実電流値を演算するアーク電流演算手段と、前記フィラワイヤの所望の溶融状態を確保するための消耗電極ワイヤの電流と前記フィラワイヤの電流との相関関係を予め格納すると共に、この相関関係の下、前記消耗電極ワイヤの実電流値に応じた前記フィラワイヤの電流を演算し、その演算結果に応じて前記フィラワイヤに印加する電流値を指令する信号を前記フィラ用電源に出力するフィラ電流制御手段とを備える。
【００１０】
本発明においては、フィラ電流制御手段に、フィラワイヤの所望の溶融状態が確保できる消耗電極ワイヤ及びフィラワイヤの電流の相関関係を制御設定値として予め格納しておく。そして、消耗電極ワイヤの検出電流値を基にその実電流値を演算し、先の相関関係において、演算した実電流値に対応するフィラワイヤの電流値を演算し、この演算結果に応じた指令信号をフィラワイヤに通電するフィラ用電源に出力する。これにより、溶接中、何等かの要因により外乱が発生し消耗電極ワイヤの電流が変動したとしても、想定される溶融池の温度変化に応じてフィラワイヤの電流値が調整され、フィラワイヤの溶融状態を一定に保つことができ、安定した作業を行うことができる。
【００１１】
（２）上記目的を達成するために、また本発明は、母材と消耗電極ワイヤとの間にアークを発生させ母材及び消耗電極ワイヤを溶融させつつ、溶融池にフィラワイヤを送給する溶接装置において、前記消耗電極ワイヤを送給する消耗電極ワイヤ送給装置と、前記フィラワイヤを送給するフィラワイヤ送給装置と、前記消耗電極ワイヤ及び消耗電極ワイヤ送給装置に給電する主溶接電源と、前記フィラワイヤ及びフィラワイヤ送給装置に給電するフィラ用電源と、前記消耗電極ワイヤの検出電流値を基に、前記消耗電極ワイヤに流れる実電流値を演算するアーク電流演算手段と、前記フィラワイヤの所望の溶融状態を確保するための消耗電極ワイヤの電流及び前記フィラワイヤの送給速度と前記フィラワイヤの電流との相関関係を予め格納すると共に、この相関関係の下、前記消耗電極ワイヤの実電流値及び前記フィラワイヤの送給速度に応じた前記フィラワイヤの電流を演算し、その演算結果に応じて前記フィラワイヤに印加する電流値を指令する信号を前記フィラ用電源に出力するフィラ電流制御手段とを備える。
【００１２】
（３）上記（１）又は（２）において、好ましくは、前記アーク電流演算手段は、前記検出電流値が周期変化する場合、その変化の１周期の間の検出電流値の平均値を前記実電流値として演算する。
【００１３】
（４）上記目的を達成するために、また本発明は、母材と消耗電極ワイヤとの間にアークを発生させ母材及び消耗電極ワイヤを溶融させつつ、溶融池にフィラワイヤを送給する溶接方法において、前記消耗電極ワイヤの検出電流値を基に、前記消耗電極ワイヤに流れる実電流値を演算し、前記フィラワイヤの所望の溶融状態を確保するための消耗電極ワイヤの電流と前記フィラワイヤの電流との相関関係の下、演算した前記消耗電極ワイヤの実電流値に応じて前記フィラワイヤの電流を制御する。
【００１４】
（５）上記目的を達成するために、また本発明は、母材と消耗電極ワイヤとの間にアークを発生させ母材及び消耗電極ワイヤを溶融させつつ、溶融池にフィラワイヤを送給する溶接方法において、前記消耗電極ワイヤの検出電流値を基に前記消耗電極ワイヤに流れる実電流値を演算し、前記フィラワイヤの所望の溶融状態を確保するための消耗電極ワイヤの電流及び前記フィラワイヤの送給速度と前記フィラワイヤの電流との相関関係の下、演算した前記消耗電極ワイヤの実電流値及び前記フィラワイヤの送給速度に応じ、前記フィラワイヤの電流を制御する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の溶接装置の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明の溶接装置の一実施の形態の全体構成を表す概略図である。この図１において、１は３次元的に動作可能な多関節型のアーム１ａを有する溶接ロボット（マニピュレータ）、２はこの溶接ロボット１のアーム１ａ先端のハンド部１ｂに設けた溶接トーチ、３，４はこの溶接トーチ２に設けた消耗電極ワイヤ供給チューブ及びフィラワイヤ供給チューブである。５，６はこれらワイヤ供給チューブ３，４にそれぞれ挿通保持された消耗電極ワイヤ及びフィラワイヤ、７，８はそれぞれリール９，１０に巻回されたワイヤ５，６を順次送給し溶接トーチ２を介して溶接箇所に送り込むための消耗電極ワイヤ送給装置及びフィラワイヤ送給装置（送給モータ）である。なお、特に図示していないが、溶接トーチ２には、シールドガスを噴射するガスノズルが設けてある。
【００１６】
１１は消耗電極ワイヤ５に印加する電力を供給する主溶接電源で、この主溶接電源１１のプラス端子１１ａは消耗電極ワイヤ５（厳密には消耗電極ワイヤ供給チューブ３）に、マイナス端子１１ｂは溶接対象である母材１２に対し、それぞれ電線１３，１４を介して接続している。１５はフィラワイヤ６に印加する電力を供給するフィラ用電源で、このフィラ用電源１５のプラス端子１５ａは溶接対象である母材１２に、マイナス端子１５ｂはフィラワイヤ６（厳密にはフィラワイヤ供給チューブ４）に対し、それぞれ電線１６，１７を介して接続している。また、これら主溶接電源１１及びフィラ用電源１５の出力端子（図示せず）は、上記消耗電極ワイヤ送給装置７及びフィラワイヤ送給装置８に対し、ケーブル１８，１９を介して接続しており、両電源１１，１５からそれぞれ両ワイヤ送給装置７，８に供給される電圧（指令信号）の大きさにより両ワイヤ５，６の送給速度が調整される。
【００１７】
２０は制御装置（ロボット制御盤）、２１は消耗電極ワイヤ５に印加する電流・電圧値、消耗電極ワイヤ５の移動経路、溶接速度、フィラワイヤ６の送給開始時間等の溶接条件を設定し制御装置２０に入力するためのティーチングペンダントを兼ねた入力装置である。制御装置２０は、溶接ロボット１及び入力装置２１に対し、それぞれケーブル２２，２３を介して接続している。また、制御装置２０は、アーク電流演算部２０ａと、このアーク電流演算部２０ａの演算結果に応じて所定の指令信号を出力するフィラ電流制御部２０ｂとを備えている。これらアーク電流演算部２０ａ及びフィラ電流制御部２０ｂは、互いに情報伝達可能に接続され、なおかつ上記主溶接電源１１及びフィラ用電源１５に対し、それぞれケーブル２４，２５を介して接続している。
【００１８】
アーク電流演算部２０ａは、例えば、消耗電極ワイヤ５の電流値及び電圧値をそれぞれ検出する図示しない電流計及び電圧計（又は主溶接電源１１）からの検出結果等を基に、消耗電極ワイヤ５に流れる実際の電流値及び電圧値を演算する。また、これに加え、例えば、フィラワイヤ６の電流値及び電圧値をそれぞれ検出する図示しない電流計及び電圧計（又はフィラ用電源１５）からの検出結果等を基に、フィラワイヤ６に流れる実際の電流値及び電圧値を演算するようにしても良い。更に、例えば、各送給速度のフィードバック制御用に、消耗電極ワイヤ送給装置７及びフィラワイヤ送給装置８の回転数をそれぞれ検出する回転数検出器（例えばエンコーダ等）による検出回転数を基に、消耗電極ワイヤ５及びフィラワイヤ６の送給速度をそれぞれ演算する構成としても構わない。
【００１９】
フィラ電流制御部２０ｂは、フィラワイヤ６の所望の溶融状態を確保するための消耗電極ワイヤ５の電流及びフィラワイヤ６の送給速度とフィラワイヤ６の電流との相関関係（後述）を基に、予め格納したプログラムに従って、アーク電流演算部２０ａの検出結果に応じたフィラワイヤ６の電流値を演算し、この演算結果に応じてフィラワイヤ６に印加する電流値を指令する信号をフィラ用電源１５にそれぞれ出力する。
【００２０】
図２は上記フィラ電流制御部２０ｂの概略構成を表すブロック図である。この図２において、３０はフィラワイヤ６に印加する電流の制御手順のプログラムや演算処理に必要な定数等を格納するリードオンリーメモリー（ＲＯＭ）、３１は時間計測を行うタイマ、３２はＲＯＭ３０に格納したプログラムに順じてフィラワイヤ６の印加電流値を指令する信号を演算する中央演算処理装置（ＣＰＵ）、３３はアーク電流演算部２０ａからの消耗電極ワイヤ５に流れる実際の電流値（演算値）を入力する入力部である。また、３４はＣＰＵ３２の演算結果や演算途中の数値を一時的に記憶するランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、３５はＣＰＵ３２で演算された指令信号をフィラ用電源１５に出力する出力部である。
【００２１】
ここで、一般的に、フィラワイヤ及び消耗電極ワイヤの送給速度が一定の場合、消耗電極ワイヤ及びフィラワイヤに流れるそれぞれの電流値によってフィラワイヤの溶融現象に変化が生じる。例えば、消耗電極ワイヤに流れる電流が減少すると、母材に形成された溶融池の持つ熱量が減少しフィラワイヤが溶け難い状態となる。この結果、フィラワイヤは軟化されないまま溶融池へ供給され、振動等を起こし溶融現象が不安定となると同時に、フィラワイヤの溶け残り等の溶接不良が発生し易くなる。逆に、消耗電極ワイヤに流れる電流が増大すると、溶融池の持つ熱量が増大し、フィラワイヤは溶け易くなるが、フィラワイヤは溶融池へ供給される前に軟化され溶け始め、やはり溶融現象が不安定となり易い。
【００２２】
一方、フィラワイヤの送給速度が増大すると、溶融池の熱量は変わらないが、単位時間当りに供給されるフィラワイヤの量が増大するため溶融池の温度を下げる作用が強くなり、消耗電極ワイヤに流れる電流が減少した場合と同じく、フィラワイヤは軟化されないまま溶融池へ供給され、振動等を起こし溶融現象が不安定となると同時に、フィラワイヤの溶け残り等の溶接不良が発生し易くなる。逆に、フィラワイヤの送給速度が減少すると、消耗電極ワイヤに流れる電流が増大した場合と同じく、フィラワイヤは溶融池へ供給される前に軟化され溶け始め、溶融現象が不安定となり易い。
【００２３】
そこで、本実施の形態は、その最も大きな特徴として、上記制御装置２０により、消耗電極ワイヤ５に流れる電流やフィラワイヤ６の送給速度に応じ、フィラワイヤ６に印加する電流を制御する構成としている。
【００２４】
図３及び図４は、本実施の形態における制御装置２０による制御概念を説明するための図である。まずこれら図３及び図４には、フィラワイヤ６の電流を複数想定し、それぞれ異なるフィラワイヤ６の電流値の下、フィラワイヤ６の所望の溶融状態を確保することができる範囲Ａ１〜Ａ３（以下、適正範囲Ａ１〜Ａ３と記載する）を、フィラワイヤ６の送給速度と消耗電極ワイヤ５の電流値との相関関係で表してある。但し、各適正範囲Ａ１〜Ａ３において、想定されるフィラワイヤ６の設定電流値は、適正範囲Ａ２の場合が最も大きく（そのフィラワイヤ電流値をＩｂ２とする）、適正範囲Ａ１のフィラワイヤ電流値（Ｉｂ１）、適正範囲Ａ３のフィラワイヤ電流値（Ｉｂ３）の順に小さくなる（Ｉｂ２＞Ｉｂ１＞Ｉｂ３）。即ち、その他の溶接条件をほぼ一定とすると、フィラワイヤ６の電流値がＩｂ１，Ｉｂ２，Ｉｂ３であるそれぞれの場合において、消耗電極ワイヤ５の電流値及びフィラワイヤ６の送給速度を成分とする条件がそれぞれ適正範囲Ａ１，Ａ２，Ａ３内の値であれば、フィラワイヤ６を所望の溶融状態に維持することができる。従って、フィラワイヤ６の電流値がそれぞれＩｂ１，Ｉｂ２，Ｉｂ３である場合において、適正範囲内の条件を確保する上で、消耗電極ワイヤ５の電流に対するフィラワイヤ６の送給速度としては各適正範囲Ａ１，Ａ２，Ａ３の中心線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３上の値が最適であると言える。
【００２５】
このとき、溶接作業中には、何等かの外乱により消耗電極ワイヤ５の電流値が変動することがある。例えば、図３において、フィラワイヤ６の電流をＩｂ１とし、適正範囲Ａ１内において、消耗電極ワイヤ５に流れる電流及びフィラワイヤ６の送給速度の想定値がその中心線Ｌ１上の点Ｃ１（Ｉａ１，Ｖｆ）である場合に、何等かの要因によって消耗電極ワイヤ５の電流値がＩａ２（＜Ｉａ１）に低下すると、適正範囲Ａ１を逸脱し溶接品質が低下してしまう。この場合、フィラワイヤ６の送給速度Ｖｆを維持することを優先する場合には、図３に示すように、点Ｃ２（Ｉａ２，Ｖｆ）をその中心線Ｌ２上に有する新たな適正範囲Ａ２を選定し、それに対応するフィラワイヤ６の電流値Ｉｂ２に変更する（この場合増大させる）必要がある。逆に、消耗電極ワイヤ５に流れる電流が増加して適正範囲Ａ１を逸脱した場合には、新たな適正範囲（図示せず）を設定し、フィラワイヤ６に供給する電流を減少させる。
【００２６】
また、フィラ用電源の定格容量あるいは要求される溶接品質との兼ね合いから、フィラワイヤ６に印加する電流に制限値が設けられる場合がある。図３において選定された上記のフィラワイヤ電流値Ｉｂ２がこの制限値を超える場合、更に他の適正範囲を選定する必要がある。この場合、図４に示すように、フィラワイヤ６の送給速度をＶｆ１からＶｆ２に下げ、点Ｃ３（Ｉａ２，Ｖｆ２）をその中心線Ｌ３上に有する新たな適正範囲Ａ３を選定し、それに対応するフィラワイヤ６の電流値Ｉｂ３に変更する（この場合低下させる）必要がある。
【００２７】
以上の概念に基づき、本実施の形態においては、例えばフィラワイヤ６に印加する電流値（例えば上記Ｉｂ１〜Ｉｂ３等）を複数想定し、それら各電流値の場合に所望のフィラワイヤ６の溶融状態を確保できる消耗電極ワイヤ５の電流値及びフィラワイヤ６の送給速度の相関関係で表される適正範囲（例えば上記Ａ１〜Ａ３等）を予めＲＯＭ３０に格納しておく。更に、ＲＯＭ３０には、各々の適正範囲と共に、それぞれの中心線（例えば上記Ｌ１〜Ｌ３等）の関数が制御設定値として格納されている。但し、繁雑防止のため本例では適正範囲を３つしか図示していないが、より高精度な制御を可能とするためには更に多数の適正範囲を予め格納しておく。
【００２８】
フィラ電流制御部２０ｂは、溶接中、アーク電流演算部２０ａによって演算された消耗電極ワイヤ５の実電流値を入力部３３より入力し、これを基にＣＰＵ３２においてフィラワイヤ６の電流値を演算するようになっている。この演算は、変動後の消耗電極ワイヤ５の電流値と、フィラワイヤ６の設定の送給速度とに応じ、それらの値を中心線上に有する（又は範囲内に含む）適正範囲を、上記ＲＯＭ３０内の格納情報を基に選定することにより行われ、選定された適正範囲に想定されたフィラワイヤ６の電流値がその演算値となる。このとき、変動後のフィラワイヤ６の想定値は、図３で説明したように一定値でも良いし、その制限値を考慮に入れたプログラムにより変更された値であっても良い。なお、フィラワイヤ６の電流を固定して制御プログラムを実行する場合には、フィラワイヤ６の電流値が、ＲＯＭ３０の格納情報に従い、単に消耗電極ワイヤ５の電流値を基に制御される構成も考えられる。
【００２９】
ＣＰＵ３２はまた、演算したフィラワイヤ６の電流値を指令する信号を出力部３５を介してフィラ用電源１５に出力し、フィラ用電源１５はその指令に応じた電流をフィラワイヤ６に印加する。これにより、本実施の形態においては、消耗電極ワイヤ５の電流が変動しても、フィラワイヤ６の電流値が、常に各適正範囲の中心線上の値（又は各適正範囲内の値）に制御されるようになっている。
【００３０】
次に、以上の本実施の形態の溶接装置の動作を説明する。
上記構成の溶接装置により溶接作業を行う際には、まず溶接開始前に、入力装置２１によって、消耗電極ワイヤ５に印加する電流値・電圧値、溶接トーチ２の移動経路、溶接トーチ２の移動速度（溶接速度）、フィラワイヤ６の送給開始時間等の各種溶接条件を設定する。なお、消耗電極ワイヤの送給速度は、通常、消耗電極ワイヤに印加する電流に応じてプリセットされた値を用いる。また、フィラワイヤ６の電流値、送給速度は、先に入力された他の溶接条件に応じて制御装置２０により選定されるようにしても良いし、入力装置２１により個別に入力するようにしても良い。
【００３１】
以上の条件設定を行った上で溶接を開始すると、制御装置２０から主溶接電源１１にアークスタート信号が出力され、主溶接電源１１は、設定された電圧・電流を消耗電極ワイヤ５に印加する。これにより、消耗電極ワイヤ５と母材１２の溶接箇所との間にアーク４０が発生し、そのアーク熱により消耗電極ワイヤ５の先端部と母材１２の溶接箇所とが溶融して溶融池４１が形成される。このとき、消耗電極ワイヤ５は、先端から消耗（溶融）していくので、制御装置２０は、消耗電極ワイヤの設定送給速度を主溶接電源１１に出力し、それに応じた大きさのワイヤ送給信号（電圧）を主溶接電源１１から出力させることにより、消耗電極ワイヤ送給装置７の駆動速度を制御し、消耗電極ワイヤ５を順次溶接箇所に送給する。
なお、消耗電極ワイヤ５に印加される電流は、「主溶接電源プラス端子１１ａ→電線１３→消耗電極ワイヤ５→母材１２→電線１４→主溶接電源マイナス端子１１ｂ」の順に流れる。
【００３２】
またこれと同時に、溶接ロボット１のアーム１ａは、入力された設定の移動経路を設定の移動速度で移動するよう、制御装置２０からの指令信号（ロボット動作制御信号）に応じて駆動制御される。このとき、溶接ロボット１のアーム１ａは、溶接方向（図１中矢印Ａ参照）において、常にフィラワイヤ６に対して消耗電極ワイヤ５が先行する向きに溶接トーチ２を保持するよう、姿勢制御される。
【００３３】
一方、制御装置２０は、上記アークスタート信号出力と同時に、内蔵のタイマ３１（図２参照）によって、設定のフィラワイヤ送給開始時間（例えば２〜５秒後）が経過した後、フィラーＯＮ（送給開始）、フィラワイヤ６の電流の制御値、フィラワイヤ６の設定送給速度をフィラ用電源１５に出力する。
【００３４】
フィラ用電源１５は、制御装置２０からの出力を入力すると、それら指令信号に応じ、設定された大きさの電流をフィラワイヤ６に印加すると共に、フィラ送給信号（電圧）をフィラワイヤ送給装置８に出力する。これにより、上記溶融池４１にフィラワイヤ６が設定の送給速度で送給（挿入）され、フィラ用電源１５からの印加電流（又は電圧）による加熱と溶融池４１の熱とにより、フィラワイヤ６が溶融される。
なお、フィラワイヤ６に印加される電流は、消耗電極ワイヤ５とは逆の方向、即ち「フィラ用電源プラス端子１５ａ→電線１６→母材１２→フィラワイヤ６→電線１７→フィラ用電源マイナス端子１５ｂ」の順に流れる。また、フィラワイヤ６に印加する電流は、フィラワイヤ６からアークが発生しない範囲に制限される。
【００３５】
以上のように、制御装置２０によって、各種設定条件に従って各機器が連動して作動制御され、溶接トーチ２が所定の経路で移動した後には、溶融した母材１２、消耗電極ワイヤ５、フィラワイヤ６によって溶接ビード４２が形成される。
【００３６】
以上のように説明した本実施の形態においては、前述したように、図３及び図４で説明した適正範囲Ａｎ及びその中心線Ｌｎ（但し、ｎ＝１，２・・・とする）で表されるような、フィラワイヤ６の所望の溶融状態が確保できる消耗電極ワイヤの電流とフィラワイヤの送給速度及び電流の間の相関関係が制御設定値として予めフィラ電流制御部２０ｂのＲＯＭ３０に格納されている。そしてフィラ電流制御部２０ｂは、先の相関関係の下、アーク電流演算部２０ａにおいて演算された消耗電極ワイヤ５の実電流値及びフィラワイヤ送給速度の想定値を基に所望の溶融状態を維持できるフィラワイヤ６の電流値を演算して、この演算結果に応じた指令信号をフィラ用電源１５に出力する。これにより、フィラ用電源１５によってフィラワイヤ６に印加される電流が上記相関関係を満たす値に制御される。従って、溶接中、何等かの要因により外乱が発生し消耗電極ワイヤ５の電流が変動したとしても、フィラワイヤ６の溶融性を一定に維持し安定した溶接作業を行うことができる。
【００３７】
このとき、例えば、母材１２の開先精度が悪い場合等、溶接トーチ２を溶接方向にほぼ直角に往来させるいわゆるウィービング溶接を行う場合には、消耗電極ワイヤ５に流れる電流が周期変化する場合があるが、この場合には、アーク電流演算部２０ａは、その変化の１周期の間の検出電流値の平均値を、消耗電極ワイヤ５の実電流値として演算すれば、上記同様にフィラワイヤ６の電流値を制御することができる。この場合も同様の効果を得ることができる。
【００３８】
また、本実施の形態においては、消耗電極ワイヤ５とフィラワイヤ６に互いに逆向きの電流を印加することによって、消耗電極ワイヤ５とフィラワイヤ６に発生する磁束が互いに反発するので、消耗電極ワイヤ５から発生するアーク４０に、フィラワイヤ６から遠ざかる方向に力が作用する。従って、消粍電極ワイヤ５にフィラワイヤ６を近接配置しても、フィラワイヤ６がアーク４０によって吹き飛ばされることを防止し、フィラワイヤ６を溶融池４１に確実に安定供給することができる。これにより、例えば、炭素鋼、合金鋼、アルミニウム等を溶接対象としても、高速かつ高能率な作業が可能となる。また、フィラワイヤ６を溶融池４１に挿入することにより、溶融池４１の温度を低く抑え、溶接ビード４２に乱れが生じるいわゆるパッカリング現象の発生や、黒紛付着（酸化物付着）、凝固割れ等といった不具合も抑制される。
【００３９】
なお、以上のように、本実施の形態では消耗電極ワイヤ５とフィラワイヤ６とに印加する電流を互いに逆方向としたが、フィラワイヤの溶融性を一定に保ち安定した溶接作業が行えるという本発明の本質的効果を得る限りにおいては、必ずしも両ワイヤ５，６の電流を逆向きにしなくても良い。また、本実施の形態においては、溶接トーチ２の移動及びその速度制御をも自動で行ういわゆる全自動式の溶接装置を例示したが、これにも限られず、溶接ロボット１を省略し、印加する電流・電圧、及び両ワイヤ５，６の送給のみを自動で行ういわゆる半自動式の溶接装置に対しても、本発明は適用可能である。これらの場合も上記同様の効果を得ることができる。
【００４０】
また、図１において、両ワイヤ送給装置７，８をリール側に設けたいわゆるプッシュ方式のワイヤ送給装置を設けた例を説明したが、トーチ側に設けるいわゆるプル方式のワイヤ送給装置であっても、又はこれらを組合せた方式のワイヤ送給装置であっても構わない。また、溶接ロボットとして、多関節型のアームを有するタイプのものを例示したが、これにも限られず、例えば、異なる方向に延設された複数のレールに沿って２次元的或いは３次元的な移動動作が可能なアームを有する溶接ロボットを用いても良い。これらの場合も上記同様の効果を得ることができる。
【００４１】
【発明の効果】
本発明によれば、フィラワイヤの所望の溶融状態が確保できる消耗電極ワイヤ及びフィラワイヤの電流の相関関係の下、フィラワイヤの電流値を、演算した消耗電極ワイヤの実電流値に対応する値に制御する。これにより、溶接中、何等かの要因により外乱が発生し消耗電極ワイヤの電流が変動したとしても、フィラワイヤの溶融状態を一定に保つことができるので、安定した作業を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の溶接装置の一実施の形態の全体構成を表す概略図である。
【図２】本発明の溶接装置の一実施の形態に備えられたフィラ電流制御部の概略構成を表すブロック図である。
【図３】本発明の溶接装置の一実施の形態に備えられた制御装置による制御概念を説明するための図である。
【図４】本発明の溶接装置の一実施の形態に備えられた制御装置による制御概念を説明するための図である。
【符号の説明】
５消耗電極ワイヤ
６フィラワイヤ
７消耗電極ワイヤ送給装置
８フィラワイヤ送給装置
１１主溶接電源
１２母材
１５フィラ用電源
２０ａアーク電流演算部（アーク電流演算手段）
２０ｂフィラ電流制御部（フィラ電流制御手段）
４０アーク
４１溶融池
Ａ１〜３適正範囲（相関関係）
Ｌ１〜３中心線（相関関係）

Claims

母材と消耗電極ワイヤとの間にアークを発生させ母材及び消耗電極ワイヤを溶融させつつ、溶融池にフィラワイヤを送給する溶接装置において、
前記消耗電極ワイヤを送給する消耗電極ワイヤ送給装置と、
前記フィラワイヤを送給するフィラワイヤ送給装置と、
前記消耗電極ワイヤ及び消耗電極ワイヤ送給装置に給電する主溶接電源と、
前記フィラワイヤ及びフィラワイヤ送給装置に給電するフィラ用電源と、
前記消耗電極ワイヤの検出電流値を基に、前記消耗電極ワイヤに流れる実電流値を演算するアーク電流演算手段と、
前記フィラワイヤの所望の溶融状態を確保するための消耗電極ワイヤの電流と前記フィラワイヤの電流との相関関係を予め格納すると共に、この相関関係の下、前記消耗電極ワイヤの実電流値に応じた前記フィラワイヤの電流を演算し、その演算結果に応じて前記フィラワイヤに印加する電流値を指令する信号を前記フィラ用電源に出力するフィラ電流制御手段と
を備えたことを特徴とする溶接装置。
母材と消耗電極ワイヤとの間にアークを発生させ母材及び消耗電極ワイヤを溶融させつつ、溶融池にフィラワイヤを送給する溶接装置において、
前記消耗電極ワイヤを送給する消耗電極ワイヤ送給装置と、
前記フィラワイヤを送給するフィラワイヤ送給装置と、
前記消耗電極ワイヤ及び消耗電極ワイヤ送給装置に給電する主溶接電源と、
前記フィラワイヤ及びフィラワイヤ送給装置に給電するフィラ用電源と、
前記消耗電極ワイヤの検出電流値を基に、前記消耗電極ワイヤに流れる実電流値を演算するアーク電流演算手段と、
前記フィラワイヤの所望の溶融状態を確保するための消耗電極ワイヤの電流及び前記フィラワイヤの送給速度と前記フィラワイヤの電流との相関関係を予め格納すると共に、この相関関係の下、前記消耗電極ワイヤの実電流値及び前記フィラワイヤの送給速度に応じた前記フィラワイヤの電流を演算し、その演算結果に応じて前記フィラワイヤに印加する電流値を指令する信号を前記フィラ用電源に出力するフィラ電流制御手段と
を備えたことを特徴とする溶接装置。
請求項１又は２記載の溶接装置において、前記アーク電流演算手段は、前記検出電流値が周期変化する場合、その変化の１周期の間の検出電流値の平均値を前記実電流値として演算することを特徴とする溶接装置。
母材と消耗電極ワイヤとの間にアークを発生させ母材及び消耗電極ワイヤを溶融させつつ、溶融池にフィラワイヤを送給する溶接方法において、
前記消耗電極ワイヤの検出電流値を基に、前記消耗電極ワイヤに流れる実電流値を演算し、
前記フィラワイヤの所望の溶融状態を確保するための消耗電極ワイヤの電流と前記フィラワイヤの電流との相関関係の下、演算した前記消耗電極ワイヤの実電流値に応じて前記フィラワイヤの電流を制御することを特徴とする溶接方法。
母材と消耗電極ワイヤとの間にアークを発生させ母材及び消耗電極ワイヤを溶融させつつ、溶融池にフィラワイヤを送給する溶接方法において、
前記消耗電極ワイヤの検出電流値を基に前記消耗電極ワイヤに流れる実電流値を演算し、
前記フィラワイヤの所望の溶融状態を確保するための消耗電極ワイヤの電流及び前記フィラワイヤの送給速度と前記フィラワイヤの電流との相関関係の下、演算した前記消耗電極ワイヤの実電流値及び前記フィラワイヤの送給速度に応じ、前記フィラワイヤの電流を制御することを特徴とする溶接方法。