JP2004174523A - アーク溶接の制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】消耗電極を使用して重ね隅肉溶接を行う際、溶接始端部での母材への充分な入熱と溶接終端部での母材への過度な入熱防止により、全領域で均質な溶接品質を実現するアーク溶接の制御方法を提供すること。
【解決手段】溶接開始により定常電流Ｉ０より大きな電流値の初期電流ＩＢが通電され同時に溶接トーチが移動を開始する。トーチが溶接位置Ｘ１に移動するまでは初期電流ＩＢが維持され母材１００への迅速な入熱が行われる。その後、溶接電流Ｉは一定の割合で減少し定常電流Ｉ０となる。溶接終了時には溶接位置Ｘ３から溶接電流Ｉが一定の割合で減少し溶接位置Ｘ４からは終端電流ＩＥが維持され母材１００への入熱が定常状態に比して不足する状態で推移する。溶接初期での母材１００の溶け込み不足の防止、及び溶接終期での母材１００の溶け落ちやクレータの防止ができ、重ね隅肉溶接の全領域で均質な溶接品質を確保することができる。
【選択図】 図１
【解決手段】溶接開始により定常電流Ｉ０より大きな電流値の初期電流ＩＢが通電され同時に溶接トーチが移動を開始する。トーチが溶接位置Ｘ１に移動するまでは初期電流ＩＢが維持され母材１００への迅速な入熱が行われる。その後、溶接電流Ｉは一定の割合で減少し定常電流Ｉ０となる。溶接終了時には溶接位置Ｘ３から溶接電流Ｉが一定の割合で減少し溶接位置Ｘ４からは終端電流ＩＥが維持され母材１００への入熱が定常状態に比して不足する状態で推移する。溶接初期での母材１００の溶け込み不足の防止、及び溶接終期での母材１００の溶け落ちやクレータの防止ができ、重ね隅肉溶接の全領域で均質な溶接品質を確保することができる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アーク溶接の制御方法に関するものであり、特に、消耗電極を使用して重ね隅肉溶接を行う際のアーク溶接の制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
特許文献１に開示されているクレータ処理方法では、アーク溶接におけるクレータの処理を目的としており、クレータ処理の開始時の溶接電圧は、定常時の溶接電圧レベルより始まり、所定のスロープ時間の間に、クレータ設定レベルまで減衰的に変化させている。
【０００３】
また、特許文献２に開示されているアーク溶接方法では、溶接開始時の溶接ビードの形状改善を目的としており、溶接開始時点においてアークの逆極性比率を高め、多量の入熱をワイヤ及び母材に供給することにより溶け込み不足を解消している。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１−１０７９６８号公報（第２頁、第１図）
【特許文献２】
特開平１−１９２４８２号公報（第２頁、第１図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記特許文献１においては、溶接電圧の制御により溶接終端部におけるクレータの発生を軽減することが可能ではあるものの、溶接始端部における溶接状態については何等考慮されていない。すなわち、図４（Ａ）に示すように、重ね隅肉溶接において、溶接開始時における母材１００への入熱が不充分であることによる母材１００の溶け込み不足２００が発生してしまうおそれがあり、重ね隅肉溶接における溶接始端部Ｂでの溶接が不十分となって溶接品質が悪化してしまうおそれがあり問題である。
【０００６】
また、前記特許文献２においては、アーク極性の比率により溶接始端部での母材への入熱を確保することが可能ではあるものの、溶接終端部における溶接状態については何等考慮されていない。すなわち、図４（Ｂ）に示すように、重ね隅肉溶接において、溶接終端部Ｅにおいて母材１００への入熱が過度に行われてしまい母材の溶け落ち２１０が発生してしまうおそれがある。更に、過度の入熱に伴いクレータ２２０が発生してしまうことも考えられる。重ね隅肉溶接における溶接終端部Ｅでの溶け落ち２１０やクレータ２２０の発生により溶接品質が悪化してしまうおそれがあり問題である。
【０００７】
本発明は前記従来技術の課題を解消するためになされたものであり、消耗電極を使用して重ね隅肉溶接を行う際のアーク溶接の制御方法について、溶接始端部での母材への充分な入熱を確保すると共に溶接終端部での母材への過度な入熱を防止して、溶接始端部から溶接終端部に至る重ね隅肉溶接の全領域に渡って均質な溶接品質を実現することができるアーク溶接の制御方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、請求項１または６に係るアーク溶接方法は、消耗電極により重ね隅肉溶接を行うアーク溶接の制御方法であって、重ね隅肉溶接における溶接経路上、消耗電極が溶接始端部から第１溶接点に至る第１経路を移動する際、溶接電流が定常電流に比して大きな電流値を有する初期電流から定常電流にまで減少し、または溶接交流電流におけるＥＮ比率が定常比率に比して小さな比率を有する初期比率から定常比率にまで増加する溶接初期工程と、消耗電極が第１溶接点から第２溶接点に至る第２経路を移動する際、溶接電流が定常電流を維持し、またはＥＮ比率が定常比率を維持する定常溶接工程と、消耗電極が前記第２溶接点から溶接終端部に至る第３経路を移動する際、溶接電流が定常電流から定常電流に比して小さい電流値を有する終期電流にまで減少し、またはＥＮ比率が定常比率から定常比率に比して大きな比率を有する終期比率にまで増加する溶接終期工程とを有することを特徴とする。
【０００９】
請求項１または６のアーク溶接の制御方法では、消耗電極による重ね隅肉溶接において、定常溶接工程により定常状態での溶接が行われる第２経路を挟んで、溶接初期側に第１経路が存在し、溶接終期側に第３経路が存在する。第２経路では消耗電極の移動と共に、溶接電流が初期電流から定常電流にまで減少し、または溶接交流電流のＥＮ比率が初期比率から定常比率にまで増加する。第３経路では消耗電極の移動と共に、溶接電流が定常電流から終期電流にまで減少し、または溶接交流電流のＥＮ比率が定常比率から終期比率にまで増加する。
【００１０】
これにより、重ね隅肉溶接の溶接開始時に母材への入熱が充分に行われ、溶接始端部近傍の溶接開始領域における母材の溶け込みを充分に行うことができる。溶接開始領域における母材の溶け込み不足を改善し溶接開始領域における溶接状態を向上させることができる。定常電流または定常比率のＥＮ比率での溶接が引き続き行われる第２経路との間で溶接状態の均質化を図ることができる。
【００１１】
また、請求項２または７に係るアーク溶接の制御方法は、請求項１または６に記載のアーク溶接の制御方法において、第１経路のうち、溶接始端部からの所定初期期間において、溶接電流は初期電流を維持し、またはＥＮ比率は初期比率を維持することを特徴とする。これにより、溶接始端部からの所定初期期間における母材への入熱が更に行われることとなり、溶接開始領域における母材の溶け込みを更に充分に行うことができる。
【００１２】
また、請求項３または８に係るアーク溶接の制御方法は、請求項１または２、または請求項６または７に記載のアーク溶接の制御方法において、第３経路のうち、溶接終端部に至る所定終期期間において、溶接電流は終期電流を維持し、またはＥＮ比率は終期比率を維持することを特徴とする。これにより、溶接終端部に至る所定終期期間における母材への入熱を徐々に減少させることができる。母材の溶け落ちを防止することができると共に、溶接終端部でのクレータの発生を防止することができる。定常電流または定常比率のＥＮ比率での溶接が行われる第２経路との間で溶接状態の均質化を図ることができる。
【００１３】
また、請求項４または９に係るアーク溶接の制御方法は、請求項１乃至３の少なくとも何れか１項、または請求項６乃至８の少なくとも何れか１項に記載のアーク溶接の制御方法において、溶接初期工程に先立つ初期停止期間において、消耗電極を溶接始端部に維持しながら、溶接電流として初期電流を通電し、またはＥＮ比率を初期比率として溶接交流電流を通電する初期停止通電工程を有することを特徴とする。
【００１４】
請求項４または９のアーク溶接の制御方法では、初期停止通電工程により、溶接初期工程に先立つ初期停止期間において、溶接始端部に対して、初期電流の溶接電流を通電し、または初期比率のＥＮ比率を有する溶接交流電流を通電する。
【００１５】
これにより、重ね隅肉溶接の溶接始端部での母材への入熱が充分に行われ、溶接始端部近傍の溶接開始領域における母材の溶け込みを充分に行うことができる。溶接開始領域における母材の溶け込み不足を改善し溶接開始領域における溶接状態を向上させることができる。定常電流または定常比率のＥＮ比率での溶接が引き続き行われる第２経路との間で溶接状態の均質化を図ることができる。
【００１６】
また、請求項５または１０に係るアーク溶接の制御方法は、請求項１乃至４の少なくとも何れか１項、または請求項６乃至９の少なくとも何れか１項に記載のアーク溶接の制御方法において、溶接終期工程に引き続く終期停止期間において、消耗電極を溶接終端部に維持しながら、溶接電流として終期電流を通電し、またはＥＮ比率を終期比率として溶接交流電流を通電する終期停止通電工程を有することを特徴とする。
【００１７】
請求項５または１０のアーク溶接の制御方法では、終期停止通電工程により、溶接終期工程に引き続く終期停止期間において、溶接終端部に対して、終期電流の溶接電流を通電し、または終期比率のＥＮ比率を有する溶接交流電流を通電する。
【００１８】
これにより、重ね隅肉溶接の溶接終端部での母材への入熱を制御して入熱量を徐々に減少させることができる。溶接終端部近傍での母材の溶け込み状態を徐々に解消して溶け込みの深さを徐々に減少させていくことができ、クレータの発生を有効に防止することができる。また、定常電流または定常比率のＥＮ比率での溶接が行われる第２経路との間で溶接状態の均質化を図ることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のアーク溶接の制御方法について具体化した実施形態を図１乃至図３に基づき図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００２０】
図１は、第１実施形態のアーク溶接の制御方法を示す図である。溶接電流Ｉの制御によるアーク溶接の制御方法に関する実施形態である。図１中、上段は、重ね隅肉溶接における母材溶接位置Ｘに対する溶接電流Ｉの関係を示す溶接電流波形である。下段は、重ね隅肉溶接が行なわれた際の母材１００と溶接ビード１との状態を表わす模式図である。
【００２１】
溶接始端位置ＸＢにおいて溶接が開始されると、溶接電流Ｉとして、定常電流Ｉ０に比して大きな電流値を有する初期電流ＩＢが通電される。通電と同時に溶接トーチ１６（図３にて、後述）が母材１００の溶接方向に移動を開始する。溶接初期においては、母材１００は冷えており母材１００の溶け込み温度にまで迅速に加熱する必要がある。このため、溶接トーチ１６が溶接開始位置ＸＢから溶接位置Ｘ１に移動するまでの間は、溶接電流Ｉとして初期電流ＩＢが通電され母材１００への迅速な入熱が行われる。この間に母材１００への入熱が進行し母材１００の溶融が始まる。
【００２２】
母材１００への入熱が充分に行われると共に、溶接電流Ｉを一定の割合で減少させて定常電流Ｉ０にまで低減する領域が、溶接トーチ１６の溶接位置Ｘ１からＸ２に移動する期間である。初期電流ＩＢが通電される溶接開始位置ＸＢから溶接位置Ｘ１までの間に行われる入熱量に加えて、溶接位置Ｘ１からＸ２での期間では、溶接電流Ｉを徐々に減少させて母材１００への入熱を行ないながら母材１００の溶け込み量を調整する。ここで、溶接始端位置ＸＢから溶接位置Ｘ２までの経路が第１経路であり、第１経路のうち溶接始端位置ＸＢから溶接位置Ｘ１までの経路が所定初期期間に該当する。
【００２３】
これにより、溶接初期段階における母材１００への入熱を迅速かつ充分に行うことができ、溶接開始位置ＸＢおよびその近傍における母材１００の溶け込み不足を防止することができる。
【００２４】
母材１００への入熱が充分に行われ母材１００の溶け込み状態が安定した段階で溶接状態が定常状態に移行する。定常状態では、溶接トーチ１６は溶接電流Ｉとして定常電流Ｉ０を通電しながら、母材１００上を溶接位置Ｘ２からＸ３まで移動して安定した溶け込み量の重ね隅肉溶接が継続される。ここで、溶接位置Ｘ２から溶接位置Ｘ３までの経路が第２経路である。
【００２５】
溶接終端位置ＸＥに近づく溶接位置Ｘ３から、溶接電流Ｉは定常電流Ｉ０から一定の割合で更に減少していく。この減少は溶接位置Ｘ４まで継続され、溶接位置Ｘ４において溶接電流Ｉとして終端電流ＩＥが通電されることとなる。この後は溶接終端位置ＸＥに至るまで、終端電流ＩＥに維持された状態で溶接トーチ１６が移動する。溶接電流Ｉが定常電流Ｉ０に比して小さな電流値である終端電流ＩＥに減少していき（溶接位置Ｘ３からＸ４まで）その後は終端電流ＩＥで維持される（溶接位置Ｘ４からＸＥまで）ことから、母材１００への入熱は定常状態に比して不足する状態で推移することとなる。ここで、溶接位置Ｘ３から溶接終端位置ＸＥまでの経路が第３経路であり、第３経路のうち溶接位置Ｘ４から溶接終端位置ＸＥまでの経路が所定終期期間に該当する。
【００２６】
これにより、母材温度が徐々に低下することに応じて母材１００の溶け込み深さも徐々に浅くなっていく。更には、溶接終端位置ＸＥにおいて必要最小限の入熱量で溶接を終了させることができるので、溶接終端位置ＸＥにおける母材１００の過度な溶け込みによる母材１００の凹みも防止することができる。溶接終端位置ＸＥの近傍における溶け落ちや溶接終端位置ＸＥでのクレータの発生を防止することができる。
【００２７】
溶接開始段階から溶接の定常状態への移行、および定常状態から溶接終了段階への移行において溶接電流Ｉを連続的に変化させるので、各段階の境界領域において溶接状態の不連続な変化による溶接品質の不連続を防止することができる。重ね隅肉溶接の全溶接領域において均質な溶接品質を確保することができる。
【００２８】
尚、図１に示す第１実施形態では、溶接始端位置ＸＢから溶接位置Ｘ１に至る期間において溶接電流Ｉを初期電流ＩＢに維持し、更に溶接位置Ｘ４から溶接終端位置ＸＥに至る期間において溶接電流Ｉを終期電流ＩＥに維持する場合を例にとり説明したが、これらの溶接電流Ｉの維持期間は必ずしも必要な期間ではない。溶接開始時については、初期電流ＩＢに維持した状態での溶接トーチ１６の移動を省略して溶接始端位置ＸＢから直ちに溶接電流Ｉを定常電流Ｉ０に向けて減少させる構成とすることも可能である。母材１００の熱容量や熱伝導率、または初期電流ＩＢの電流値等の条件に応じて、初期電流ＩＢの維持期間が省略されても母材１００への入熱が充分に行われ母材１００の溶け込みが充分に行われる場合に適用することができる。
【００２９】
また、溶接終了時については、終期電流ＩＥに維持した状態での溶接トーチ１６の移動を省略して溶接位置Ｘ３から溶接終端位置ＸＥに至る期間で溶接電流Ｉを終期電流ＩＥに向けて減少させる構成とすることも可能である。母材１００の熱容量や熱伝導率、または初期電流ＩＢの電流値等の条件に応じて、終期電流ＩＥの維持期間が省略されて母材１００への入熱が増えてしまうにも関わらず母材１００の温度が低下し、溶け落ちやクレータの発生を充分に抑制することができる場合に適用することができる。
【００３０】
更に、第１実施形態における、溶接始端位置ＸＢから溶接位置Ｘ１までの初期電流ＩＢの通電や、溶接位置Ｘ４から溶接終端位置ＸＥまでの終期電流ＩＥの通電に加えて、またはこれらの通電に代えて、溶接開始による溶接トーチ１６の移動開始前に初期電流ＩＢを通電する時間を設け、または溶接終了による溶接トーチ１６の移動停止後に引き続き終期電流ＩＥを通電する時間を設けることも可能である。母材１００の熱容量や熱伝導率、または初期電流ＩＢや終期電流ＩＥの電流値等の条件に応じてこの期間を適宜に設けることにより、溶接開始時の母材１００の溶け込み不足を解消し、または溶接終了時の母材１００の溶け落ちやクレータの発生を防止することができる。ここで、溶接開始による溶接トーチ１６の移動開始前に初期電流ＩＢを通電する時間が初期停止期間であり、溶接終了による溶接トーチ１６の移動停止後に引き続き終期電流ＩＥを通電する時間が終期停止期間である。
【００３１】
また、第１実施形態を適用することができる母材１００の材料としては、アルミニウム、鉄、マグネシウム等が考えられる。
【００３２】
図２は、第２実施形態のアーク溶接の制御方法を示す図である。溶接交流電流におけるＥＮ比率Ｒの制御によるアーク溶接の制御方法に関する実施形態である。図２中、上段は、重ね隅肉溶接における母材溶接位置Ｘに対するＥＮ比率Ｒの関係を示すＥＮ比率波形である。下段は、重ね隅肉溶接が行なわれた際の母材１００と溶接ビード１との状態を表わす模式図である。
【００３３】
ここで、ＥＮ比率とは、母材１００の材料としてアルミニウムを想定する場合には、溶接交流電流の通電極性のうち、母材１００に対して溶接トーチ１６側が負電極になる時間割合である。アーク溶接における母材１００の溶け込みは、通電極性により異なった特性を示すことが一般的である。消耗電極を有する溶接トーチ１６を使用してアルミニウム材料の母材１００を溶接する場合、アルミニウム材料については溶接トーチ１６側が正電極となる通電条件において、より溶け込み量が大きくなることが知られている。すなわち、ＥＮ比率Ｒが低い場合に母材１００の溶け込みが盛んに行われることとなる。図２の第２実施形態は、母材１００の材料をアルミニウムとした場合のＥＮ比率波形を示している。
【００３４】
溶接始端位置ＸＢにおいて、定常比率Ｒ０に比して低いＥＮ比率である初期比率ＲＢにより溶接が開始される。すなわち、アルミニウム材料を例とする母材１００への入熱が盛んに行われて多量の溶け込み量が確保される、溶接交流電流における正極性の通電極性の割合が大きな初期比率ＲＢで通電が開始される。通電と同時に溶接トーチ１６が母材１００の溶接方向に移動を開始し、あわせて一定の割合でＥＮ比率Ｒが増大していく。溶接初期において初期比率ＲＢでの通電を行うことにより、冷えている母材１００の温度を溶け込み可能な温度にまで迅速に加熱する必要があるためである。ＥＮ比率Ｒが定常比率Ｒ０に比して低い比率で推移する、溶接開始位置ＸＢから溶接位置Ｘ５までの間は、母材１００への迅速な入熱が進行して母材１００の溶け込みが始まる。この間、ＥＮ比率Ｒは、初期比率ＲＢから定常比率Ｒ０にまで一定の割合で増加していき、母材１００への入熱を行ないながら母材１００の溶け込み量を調整する。ここで、溶接始端位置ＸＢから溶接位置Ｘ５までの経路が第１経路である。
【００３５】
これにより、溶接初期段階における母材１００への入熱を迅速かつ充分に行うことができ、溶接開始位置ＸＢおよびその近傍における母材１００の溶け込み不足を防止することができる。
【００３６】
母材１００への入熱が充分に行われ、母材１００の溶け込み状態が安定した段階で溶接状態は定常状態に移行する。定常状態では、溶接トーチ１６は溶接交流電流をＥＮ比率Ｒとして定常比率Ｒ０で通電しながら、母材１００上を溶接位置Ｘ５からＸ６まで移動して安定した溶け込み量の重ね隅肉溶接が継続される。ここで、溶接位置Ｘ５から溶接位置Ｘ６までの経路が第２経路である。
【００３７】
溶接位置Ｘ６から溶接終端位置ＸＥに至るまでは、溶接交流電流のＥＮ比率Ｒは定常比率Ｒ０から一定の割合で更に増加していく。溶接終端位置ＸＥではＥＮ比率Ｒとして終端比率ＲＥとなる。ＥＮ比率Ｒが定常比率Ｒ０に比して大きな比率である終端比率ＲＥに増加するから、母材１００への入熱は定常状態に比して不足する状態で推移することとなる。
【００３８】
これにより、母材１００温度が徐々に低下することに応じて母材１００の溶け込み深さも徐々に浅くなっていく。更には、溶接終端位置ＸＥにおいて必要最小限の入熱量で溶接を終了させることができるので、溶接終端位置ＸＥにおける母材１００の過度な溶け込みによる母材１００の凹みも防止することができる。溶接終端位置ＸＥの近傍における溶け落ちや溶接終端位置ＸＥでのクレータの発生を防止することができる。
【００３９】
溶接開始段階から溶接の定常状態への移行、および定常状態から溶接終了段階への移行において、溶接交流電流のＥＮ比率Ｒを連続的に変化させるので、各段階の境界領域において溶接状態の不連続な変化による溶接品質の不連続を防止することができる。重ね隅肉溶接の全溶接領域において均質な溶接品質を確保することができる。
【００４０】
尚、図２に示す第２実施形態では、溶接始端位置ＸＢから溶接位置Ｘ５に至る期間においてＥＮ比率Ｒを初期比率ＲＢから定常比率Ｒ０にまで一定の割合で増加させ、更に溶接位置Ｘ６から溶接終端位置ＸＥに至る期間においてＥＮ比率Ｒを定常比率Ｒ０から終端比率ＲＥにまで一定の割合で増加させる場合を例にとり説明したが、これらの期間に加えて、溶接始端位置ＸＢから溶接位置Ｘ５に至るまでの所定位置までの期間においてＥＮ比率Ｒを初期比率ＲＢに維持し、更に溶接位置Ｘ６から所定位置進んだ位置から溶接終端位置ＸＥに至るまでの期間においてＥＮ比率Ｒを終期比率ＲＥに維持する構成とすることもできる。ここで、溶接始端位置ＸＢからＥＮ比率Ｒを初期比率ＲＢに維持する期間が所定初期期間であり、溶接終端位置ＸＢに至るＥＮ比率Ｒを終期比率ＲＥに維持する期間が所定終期期間である。
【００４１】
また、所定初期期間や所定終期期間に加えて、または図２のアーク溶接の制御方法に加えて、溶接開始による溶接トーチ１６の移動開始前に初期比率ＲＢにより溶接交流電流を通電する時間を設け、または溶接終了による溶接トーチ１６の移動停止後に引き続き終期比率ＲＥにより溶接交流電流を通電する時間を設けることも可能である。
【００４２】
これらの変形は、母材１００の材料、またその熱容量や熱伝導率、または溶接交流電流の初期比率ＲＢや終期比率ＲＥ等の条件に応じて、適宜に調整することにより、溶接開始時の母材１００の溶け込み不足を解消し、または溶接終了時の母材１００の溶け落ちやクレータの発生を防止することができる。
【００４３】
尚、通電極性による母材１００の溶け込み特性は、金属材料により異なる場合があることは言うまでもない。本発明は、アルミニウムの他、鉄、マグネシウム等のほかの金属材料における重ね隅肉溶接についても同様に適用することができるが、金属材料の種類に応じて通電する溶接交流電流の通電極性を適宜に調整することが必要である。
【００４４】
図３には、本発明のアーク溶接の制御方法を実現するアーク溶接装置の実施例を示すシステム図である。母材１００の溶接を行う溶接トーチ１６を保持するロボット部１４は、溶接トーチ１６を先端に保持するアーム部１５と、溶接トーチ１６における消耗電極である溶接ワイヤＷを供給支持するワイヤ支持・送り部１７とを備えている。溶接ワイヤＷは、ワイヤ収納部１１に収納されておりワイヤ支持・送り部１７を経て溶接トーチ１６に溶接ワイヤＷが送給される。
【００４５】
アーク電源装置１２は、アーク溶接時の通電装置である。通電線Ｌ１、Ｌ２は、各々、溶接トーチ１６、および母材１００に接続されており、溶接トーチ１６に保持されている溶接ワイヤＷと母材１００との間でアーク放電をさせることにより、溶接ワイヤＷおよび母材１００を溶融して母材１００の重ね隅肉溶接を行う。
【００４６】
アーク制御装置１３からは、制御信号線Ｃ１、Ｃ２が、各々、アーク電源装置１２とロボット部１４とに接続されており、アーク電源装置１２およびロボット部１４を制御する。アーク制御装置１３は、重ね隅肉溶接におけるコントローラ機能も具備している。
【００４７】
図３のアーク溶接装置においては、アーク制御装置１３内のデータ記憶領域等に、母材１００の材料や形状、大きさ等、または溶接長さや溶接時の母材の溶け込み量等の溶接仕様ごとに様々なデータが格納されている。
【００４８】
例えば、第１実施形態（図１）の場合では、初期電流ＩＢ、終期電流ＩＥ、定常電流Ｉ０、または定常電流に対する初期電流や終期電流の比（ＩＢ／Ｉ０）、（ＩＥ／Ｉ０）、溶接トーチ１６の移動開始前や移動終了後の停止時間、初期電流ＩＢや終期電流ＩＥに維持された状態での溶接トーチ１６の移動距離（Ｘ１−ＸＢ）、（ＸＥ−Ｘ４）、溶接電流Ｉの減少割合、または減少させる際の溶接トーチ１６の移動距離（Ｘ２−Ｘ１）、（Ｘ４−Ｘ３）等のデータが、そのままの形であるいは他のデータからの演算により算出される状態で記憶領域に格納される。
【００４９】
また、第２実施形態（図２）の場合では、ＥＮ比率Ｒにおける、初期比率ＲＢ、終期比率ＲＥ、定常比率Ｒ０、または定常比率に対する初期比率や終期比率の比（ＲＢ／Ｒ０）、（ＲＥ／Ｒ０）、溶接トーチ１６の移動開始前や移動終了後の停止時間、初期比率ＲＢや終期比率ＲＥに維持された状態での溶接トーチ１６の移動距離、ＥＮ比率の増加割合、または増加させる際の溶接トーチ１６の移動距離（Ｘ５−ＸＢ）、（ＸＥ−Ｘ６）等のデータが、そのままの形であるいは他のデータからの演算により算出される状態で記憶領域に格納されている。
【００５０】
溶接が行われるに先立ちアーク制御装置１３に入力される溶接仕様に応じて、上記のような格納データに基づき、アーク溶接条件が選択され、あるいは算出されて第１または第２実施形態に示すような制御方法で重ね隅肉溶接が実行される。ここで、溶接仕様には、溶接開始時や溶接終了時における、溶接電流ＩやＥＮ比率Ｒの通電仕様の選択も含まれる。すなわち、溶接開始前または溶接終了後の溶接トーチ１６の停止状態における通電制御や、溶接始端位置ＸＢからの、または溶接終端位置ＸＥまでの所定期間における通電制御等を含むのものある。
【００５１】
尚、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることは言うまでもない。
例えば、本実施形態では、溶接電流ＩやＥＮ比率Ｒを初期値、定常値、終期値の３段階で変化する場合を例にして説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、必要に応じて４段階以上に多段階制御することにより更に細かく溶接状態を制御することが可能である。
【００５２】
また、段階制御については、溶接開始時と終了時との各々について同様な可変制御を示したが、溶接状態に応じて何れか一方をより詳細に段階制御する構成とすることもできる。
【００５３】
また、本実施形態においては、溶接電流ＩやＥＮ比率Ｒについて、一定の割合で連続的に変化する制御を例にして説明したが、ステップ状に変化する等の制御を適宜に組み合わせて構成することも可能である。
【００５４】
【発明の効果】
本発明によれば、消耗電極を使用して重ね隅肉溶接を行う際のアーク溶接の制御方法について、溶接始端部での母材への充分な入熱を確保すると共に溶接終端部での母材への過度な入熱を防止して、溶接始端部から溶接終端部に至る重ね隅肉溶接の全領域に渡って均質な溶接品質を実現することができるアーク溶接の制御方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態のアーク溶接の制御方法を示す図である。
【図２】本発明の第２実施形態のアーク溶接の制御方法を示す図である。
【図３】アーク溶接装置を示すシステム構成図である。
【図４】従来技術による重ね隅肉溶接を示す模式図である。
【符号の説明】
１ 溶接ビード
１１ ワイヤ収納部
１２ アーク電源装置
１３ アーク制御装置
１４ ロボット部
１５ アーム部
１６ 溶接トーチ
１７ ワイヤ支持・送り部
１００ 母材
Ｉ 溶接電流
Ｉ０ 定常電流
ＩＢ 初期電流
ＩＥ 終期電流
Ｒ 溶接交流電流のＥＮ比率
Ｒ０ 定常比率
ＲＢ 初期比率
ＲＥ 終期比率
Ｃ１、Ｃ２ 制御信号線
Ｌ１、Ｌ２ 通電線
Ｗ 溶接ワイヤ
【発明の属する技術分野】
本発明は、アーク溶接の制御方法に関するものであり、特に、消耗電極を使用して重ね隅肉溶接を行う際のアーク溶接の制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
特許文献１に開示されているクレータ処理方法では、アーク溶接におけるクレータの処理を目的としており、クレータ処理の開始時の溶接電圧は、定常時の溶接電圧レベルより始まり、所定のスロープ時間の間に、クレータ設定レベルまで減衰的に変化させている。
【０００３】
また、特許文献２に開示されているアーク溶接方法では、溶接開始時の溶接ビードの形状改善を目的としており、溶接開始時点においてアークの逆極性比率を高め、多量の入熱をワイヤ及び母材に供給することにより溶け込み不足を解消している。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１−１０７９６８号公報（第２頁、第１図）
【特許文献２】
特開平１−１９２４８２号公報（第２頁、第１図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記特許文献１においては、溶接電圧の制御により溶接終端部におけるクレータの発生を軽減することが可能ではあるものの、溶接始端部における溶接状態については何等考慮されていない。すなわち、図４（Ａ）に示すように、重ね隅肉溶接において、溶接開始時における母材１００への入熱が不充分であることによる母材１００の溶け込み不足２００が発生してしまうおそれがあり、重ね隅肉溶接における溶接始端部Ｂでの溶接が不十分となって溶接品質が悪化してしまうおそれがあり問題である。
【０００６】
また、前記特許文献２においては、アーク極性の比率により溶接始端部での母材への入熱を確保することが可能ではあるものの、溶接終端部における溶接状態については何等考慮されていない。すなわち、図４（Ｂ）に示すように、重ね隅肉溶接において、溶接終端部Ｅにおいて母材１００への入熱が過度に行われてしまい母材の溶け落ち２１０が発生してしまうおそれがある。更に、過度の入熱に伴いクレータ２２０が発生してしまうことも考えられる。重ね隅肉溶接における溶接終端部Ｅでの溶け落ち２１０やクレータ２２０の発生により溶接品質が悪化してしまうおそれがあり問題である。
【０００７】
本発明は前記従来技術の課題を解消するためになされたものであり、消耗電極を使用して重ね隅肉溶接を行う際のアーク溶接の制御方法について、溶接始端部での母材への充分な入熱を確保すると共に溶接終端部での母材への過度な入熱を防止して、溶接始端部から溶接終端部に至る重ね隅肉溶接の全領域に渡って均質な溶接品質を実現することができるアーク溶接の制御方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、請求項１または６に係るアーク溶接方法は、消耗電極により重ね隅肉溶接を行うアーク溶接の制御方法であって、重ね隅肉溶接における溶接経路上、消耗電極が溶接始端部から第１溶接点に至る第１経路を移動する際、溶接電流が定常電流に比して大きな電流値を有する初期電流から定常電流にまで減少し、または溶接交流電流におけるＥＮ比率が定常比率に比して小さな比率を有する初期比率から定常比率にまで増加する溶接初期工程と、消耗電極が第１溶接点から第２溶接点に至る第２経路を移動する際、溶接電流が定常電流を維持し、またはＥＮ比率が定常比率を維持する定常溶接工程と、消耗電極が前記第２溶接点から溶接終端部に至る第３経路を移動する際、溶接電流が定常電流から定常電流に比して小さい電流値を有する終期電流にまで減少し、またはＥＮ比率が定常比率から定常比率に比して大きな比率を有する終期比率にまで増加する溶接終期工程とを有することを特徴とする。
【０００９】
請求項１または６のアーク溶接の制御方法では、消耗電極による重ね隅肉溶接において、定常溶接工程により定常状態での溶接が行われる第２経路を挟んで、溶接初期側に第１経路が存在し、溶接終期側に第３経路が存在する。第２経路では消耗電極の移動と共に、溶接電流が初期電流から定常電流にまで減少し、または溶接交流電流のＥＮ比率が初期比率から定常比率にまで増加する。第３経路では消耗電極の移動と共に、溶接電流が定常電流から終期電流にまで減少し、または溶接交流電流のＥＮ比率が定常比率から終期比率にまで増加する。
【００１０】
これにより、重ね隅肉溶接の溶接開始時に母材への入熱が充分に行われ、溶接始端部近傍の溶接開始領域における母材の溶け込みを充分に行うことができる。溶接開始領域における母材の溶け込み不足を改善し溶接開始領域における溶接状態を向上させることができる。定常電流または定常比率のＥＮ比率での溶接が引き続き行われる第２経路との間で溶接状態の均質化を図ることができる。
【００１１】
また、請求項２または７に係るアーク溶接の制御方法は、請求項１または６に記載のアーク溶接の制御方法において、第１経路のうち、溶接始端部からの所定初期期間において、溶接電流は初期電流を維持し、またはＥＮ比率は初期比率を維持することを特徴とする。これにより、溶接始端部からの所定初期期間における母材への入熱が更に行われることとなり、溶接開始領域における母材の溶け込みを更に充分に行うことができる。
【００１２】
また、請求項３または８に係るアーク溶接の制御方法は、請求項１または２、または請求項６または７に記載のアーク溶接の制御方法において、第３経路のうち、溶接終端部に至る所定終期期間において、溶接電流は終期電流を維持し、またはＥＮ比率は終期比率を維持することを特徴とする。これにより、溶接終端部に至る所定終期期間における母材への入熱を徐々に減少させることができる。母材の溶け落ちを防止することができると共に、溶接終端部でのクレータの発生を防止することができる。定常電流または定常比率のＥＮ比率での溶接が行われる第２経路との間で溶接状態の均質化を図ることができる。
【００１３】
また、請求項４または９に係るアーク溶接の制御方法は、請求項１乃至３の少なくとも何れか１項、または請求項６乃至８の少なくとも何れか１項に記載のアーク溶接の制御方法において、溶接初期工程に先立つ初期停止期間において、消耗電極を溶接始端部に維持しながら、溶接電流として初期電流を通電し、またはＥＮ比率を初期比率として溶接交流電流を通電する初期停止通電工程を有することを特徴とする。
【００１４】
請求項４または９のアーク溶接の制御方法では、初期停止通電工程により、溶接初期工程に先立つ初期停止期間において、溶接始端部に対して、初期電流の溶接電流を通電し、または初期比率のＥＮ比率を有する溶接交流電流を通電する。
【００１５】
これにより、重ね隅肉溶接の溶接始端部での母材への入熱が充分に行われ、溶接始端部近傍の溶接開始領域における母材の溶け込みを充分に行うことができる。溶接開始領域における母材の溶け込み不足を改善し溶接開始領域における溶接状態を向上させることができる。定常電流または定常比率のＥＮ比率での溶接が引き続き行われる第２経路との間で溶接状態の均質化を図ることができる。
【００１６】
また、請求項５または１０に係るアーク溶接の制御方法は、請求項１乃至４の少なくとも何れか１項、または請求項６乃至９の少なくとも何れか１項に記載のアーク溶接の制御方法において、溶接終期工程に引き続く終期停止期間において、消耗電極を溶接終端部に維持しながら、溶接電流として終期電流を通電し、またはＥＮ比率を終期比率として溶接交流電流を通電する終期停止通電工程を有することを特徴とする。
【００１７】
請求項５または１０のアーク溶接の制御方法では、終期停止通電工程により、溶接終期工程に引き続く終期停止期間において、溶接終端部に対して、終期電流の溶接電流を通電し、または終期比率のＥＮ比率を有する溶接交流電流を通電する。
【００１８】
これにより、重ね隅肉溶接の溶接終端部での母材への入熱を制御して入熱量を徐々に減少させることができる。溶接終端部近傍での母材の溶け込み状態を徐々に解消して溶け込みの深さを徐々に減少させていくことができ、クレータの発生を有効に防止することができる。また、定常電流または定常比率のＥＮ比率での溶接が行われる第２経路との間で溶接状態の均質化を図ることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のアーク溶接の制御方法について具体化した実施形態を図１乃至図３に基づき図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００２０】
図１は、第１実施形態のアーク溶接の制御方法を示す図である。溶接電流Ｉの制御によるアーク溶接の制御方法に関する実施形態である。図１中、上段は、重ね隅肉溶接における母材溶接位置Ｘに対する溶接電流Ｉの関係を示す溶接電流波形である。下段は、重ね隅肉溶接が行なわれた際の母材１００と溶接ビード１との状態を表わす模式図である。
【００２１】
溶接始端位置ＸＢにおいて溶接が開始されると、溶接電流Ｉとして、定常電流Ｉ０に比して大きな電流値を有する初期電流ＩＢが通電される。通電と同時に溶接トーチ１６（図３にて、後述）が母材１００の溶接方向に移動を開始する。溶接初期においては、母材１００は冷えており母材１００の溶け込み温度にまで迅速に加熱する必要がある。このため、溶接トーチ１６が溶接開始位置ＸＢから溶接位置Ｘ１に移動するまでの間は、溶接電流Ｉとして初期電流ＩＢが通電され母材１００への迅速な入熱が行われる。この間に母材１００への入熱が進行し母材１００の溶融が始まる。
【００２２】
母材１００への入熱が充分に行われると共に、溶接電流Ｉを一定の割合で減少させて定常電流Ｉ０にまで低減する領域が、溶接トーチ１６の溶接位置Ｘ１からＸ２に移動する期間である。初期電流ＩＢが通電される溶接開始位置ＸＢから溶接位置Ｘ１までの間に行われる入熱量に加えて、溶接位置Ｘ１からＸ２での期間では、溶接電流Ｉを徐々に減少させて母材１００への入熱を行ないながら母材１００の溶け込み量を調整する。ここで、溶接始端位置ＸＢから溶接位置Ｘ２までの経路が第１経路であり、第１経路のうち溶接始端位置ＸＢから溶接位置Ｘ１までの経路が所定初期期間に該当する。
【００２３】
これにより、溶接初期段階における母材１００への入熱を迅速かつ充分に行うことができ、溶接開始位置ＸＢおよびその近傍における母材１００の溶け込み不足を防止することができる。
【００２４】
母材１００への入熱が充分に行われ母材１００の溶け込み状態が安定した段階で溶接状態が定常状態に移行する。定常状態では、溶接トーチ１６は溶接電流Ｉとして定常電流Ｉ０を通電しながら、母材１００上を溶接位置Ｘ２からＸ３まで移動して安定した溶け込み量の重ね隅肉溶接が継続される。ここで、溶接位置Ｘ２から溶接位置Ｘ３までの経路が第２経路である。
【００２５】
溶接終端位置ＸＥに近づく溶接位置Ｘ３から、溶接電流Ｉは定常電流Ｉ０から一定の割合で更に減少していく。この減少は溶接位置Ｘ４まで継続され、溶接位置Ｘ４において溶接電流Ｉとして終端電流ＩＥが通電されることとなる。この後は溶接終端位置ＸＥに至るまで、終端電流ＩＥに維持された状態で溶接トーチ１６が移動する。溶接電流Ｉが定常電流Ｉ０に比して小さな電流値である終端電流ＩＥに減少していき（溶接位置Ｘ３からＸ４まで）その後は終端電流ＩＥで維持される（溶接位置Ｘ４からＸＥまで）ことから、母材１００への入熱は定常状態に比して不足する状態で推移することとなる。ここで、溶接位置Ｘ３から溶接終端位置ＸＥまでの経路が第３経路であり、第３経路のうち溶接位置Ｘ４から溶接終端位置ＸＥまでの経路が所定終期期間に該当する。
【００２６】
これにより、母材温度が徐々に低下することに応じて母材１００の溶け込み深さも徐々に浅くなっていく。更には、溶接終端位置ＸＥにおいて必要最小限の入熱量で溶接を終了させることができるので、溶接終端位置ＸＥにおける母材１００の過度な溶け込みによる母材１００の凹みも防止することができる。溶接終端位置ＸＥの近傍における溶け落ちや溶接終端位置ＸＥでのクレータの発生を防止することができる。
【００２７】
溶接開始段階から溶接の定常状態への移行、および定常状態から溶接終了段階への移行において溶接電流Ｉを連続的に変化させるので、各段階の境界領域において溶接状態の不連続な変化による溶接品質の不連続を防止することができる。重ね隅肉溶接の全溶接領域において均質な溶接品質を確保することができる。
【００２８】
尚、図１に示す第１実施形態では、溶接始端位置ＸＢから溶接位置Ｘ１に至る期間において溶接電流Ｉを初期電流ＩＢに維持し、更に溶接位置Ｘ４から溶接終端位置ＸＥに至る期間において溶接電流Ｉを終期電流ＩＥに維持する場合を例にとり説明したが、これらの溶接電流Ｉの維持期間は必ずしも必要な期間ではない。溶接開始時については、初期電流ＩＢに維持した状態での溶接トーチ１６の移動を省略して溶接始端位置ＸＢから直ちに溶接電流Ｉを定常電流Ｉ０に向けて減少させる構成とすることも可能である。母材１００の熱容量や熱伝導率、または初期電流ＩＢの電流値等の条件に応じて、初期電流ＩＢの維持期間が省略されても母材１００への入熱が充分に行われ母材１００の溶け込みが充分に行われる場合に適用することができる。
【００２９】
また、溶接終了時については、終期電流ＩＥに維持した状態での溶接トーチ１６の移動を省略して溶接位置Ｘ３から溶接終端位置ＸＥに至る期間で溶接電流Ｉを終期電流ＩＥに向けて減少させる構成とすることも可能である。母材１００の熱容量や熱伝導率、または初期電流ＩＢの電流値等の条件に応じて、終期電流ＩＥの維持期間が省略されて母材１００への入熱が増えてしまうにも関わらず母材１００の温度が低下し、溶け落ちやクレータの発生を充分に抑制することができる場合に適用することができる。
【００３０】
更に、第１実施形態における、溶接始端位置ＸＢから溶接位置Ｘ１までの初期電流ＩＢの通電や、溶接位置Ｘ４から溶接終端位置ＸＥまでの終期電流ＩＥの通電に加えて、またはこれらの通電に代えて、溶接開始による溶接トーチ１６の移動開始前に初期電流ＩＢを通電する時間を設け、または溶接終了による溶接トーチ１６の移動停止後に引き続き終期電流ＩＥを通電する時間を設けることも可能である。母材１００の熱容量や熱伝導率、または初期電流ＩＢや終期電流ＩＥの電流値等の条件に応じてこの期間を適宜に設けることにより、溶接開始時の母材１００の溶け込み不足を解消し、または溶接終了時の母材１００の溶け落ちやクレータの発生を防止することができる。ここで、溶接開始による溶接トーチ１６の移動開始前に初期電流ＩＢを通電する時間が初期停止期間であり、溶接終了による溶接トーチ１６の移動停止後に引き続き終期電流ＩＥを通電する時間が終期停止期間である。
【００３１】
また、第１実施形態を適用することができる母材１００の材料としては、アルミニウム、鉄、マグネシウム等が考えられる。
【００３２】
図２は、第２実施形態のアーク溶接の制御方法を示す図である。溶接交流電流におけるＥＮ比率Ｒの制御によるアーク溶接の制御方法に関する実施形態である。図２中、上段は、重ね隅肉溶接における母材溶接位置Ｘに対するＥＮ比率Ｒの関係を示すＥＮ比率波形である。下段は、重ね隅肉溶接が行なわれた際の母材１００と溶接ビード１との状態を表わす模式図である。
【００３３】
ここで、ＥＮ比率とは、母材１００の材料としてアルミニウムを想定する場合には、溶接交流電流の通電極性のうち、母材１００に対して溶接トーチ１６側が負電極になる時間割合である。アーク溶接における母材１００の溶け込みは、通電極性により異なった特性を示すことが一般的である。消耗電極を有する溶接トーチ１６を使用してアルミニウム材料の母材１００を溶接する場合、アルミニウム材料については溶接トーチ１６側が正電極となる通電条件において、より溶け込み量が大きくなることが知られている。すなわち、ＥＮ比率Ｒが低い場合に母材１００の溶け込みが盛んに行われることとなる。図２の第２実施形態は、母材１００の材料をアルミニウムとした場合のＥＮ比率波形を示している。
【００３４】
溶接始端位置ＸＢにおいて、定常比率Ｒ０に比して低いＥＮ比率である初期比率ＲＢにより溶接が開始される。すなわち、アルミニウム材料を例とする母材１００への入熱が盛んに行われて多量の溶け込み量が確保される、溶接交流電流における正極性の通電極性の割合が大きな初期比率ＲＢで通電が開始される。通電と同時に溶接トーチ１６が母材１００の溶接方向に移動を開始し、あわせて一定の割合でＥＮ比率Ｒが増大していく。溶接初期において初期比率ＲＢでの通電を行うことにより、冷えている母材１００の温度を溶け込み可能な温度にまで迅速に加熱する必要があるためである。ＥＮ比率Ｒが定常比率Ｒ０に比して低い比率で推移する、溶接開始位置ＸＢから溶接位置Ｘ５までの間は、母材１００への迅速な入熱が進行して母材１００の溶け込みが始まる。この間、ＥＮ比率Ｒは、初期比率ＲＢから定常比率Ｒ０にまで一定の割合で増加していき、母材１００への入熱を行ないながら母材１００の溶け込み量を調整する。ここで、溶接始端位置ＸＢから溶接位置Ｘ５までの経路が第１経路である。
【００３５】
これにより、溶接初期段階における母材１００への入熱を迅速かつ充分に行うことができ、溶接開始位置ＸＢおよびその近傍における母材１００の溶け込み不足を防止することができる。
【００３６】
母材１００への入熱が充分に行われ、母材１００の溶け込み状態が安定した段階で溶接状態は定常状態に移行する。定常状態では、溶接トーチ１６は溶接交流電流をＥＮ比率Ｒとして定常比率Ｒ０で通電しながら、母材１００上を溶接位置Ｘ５からＸ６まで移動して安定した溶け込み量の重ね隅肉溶接が継続される。ここで、溶接位置Ｘ５から溶接位置Ｘ６までの経路が第２経路である。
【００３７】
溶接位置Ｘ６から溶接終端位置ＸＥに至るまでは、溶接交流電流のＥＮ比率Ｒは定常比率Ｒ０から一定の割合で更に増加していく。溶接終端位置ＸＥではＥＮ比率Ｒとして終端比率ＲＥとなる。ＥＮ比率Ｒが定常比率Ｒ０に比して大きな比率である終端比率ＲＥに増加するから、母材１００への入熱は定常状態に比して不足する状態で推移することとなる。
【００３８】
これにより、母材１００温度が徐々に低下することに応じて母材１００の溶け込み深さも徐々に浅くなっていく。更には、溶接終端位置ＸＥにおいて必要最小限の入熱量で溶接を終了させることができるので、溶接終端位置ＸＥにおける母材１００の過度な溶け込みによる母材１００の凹みも防止することができる。溶接終端位置ＸＥの近傍における溶け落ちや溶接終端位置ＸＥでのクレータの発生を防止することができる。
【００３９】
溶接開始段階から溶接の定常状態への移行、および定常状態から溶接終了段階への移行において、溶接交流電流のＥＮ比率Ｒを連続的に変化させるので、各段階の境界領域において溶接状態の不連続な変化による溶接品質の不連続を防止することができる。重ね隅肉溶接の全溶接領域において均質な溶接品質を確保することができる。
【００４０】
尚、図２に示す第２実施形態では、溶接始端位置ＸＢから溶接位置Ｘ５に至る期間においてＥＮ比率Ｒを初期比率ＲＢから定常比率Ｒ０にまで一定の割合で増加させ、更に溶接位置Ｘ６から溶接終端位置ＸＥに至る期間においてＥＮ比率Ｒを定常比率Ｒ０から終端比率ＲＥにまで一定の割合で増加させる場合を例にとり説明したが、これらの期間に加えて、溶接始端位置ＸＢから溶接位置Ｘ５に至るまでの所定位置までの期間においてＥＮ比率Ｒを初期比率ＲＢに維持し、更に溶接位置Ｘ６から所定位置進んだ位置から溶接終端位置ＸＥに至るまでの期間においてＥＮ比率Ｒを終期比率ＲＥに維持する構成とすることもできる。ここで、溶接始端位置ＸＢからＥＮ比率Ｒを初期比率ＲＢに維持する期間が所定初期期間であり、溶接終端位置ＸＢに至るＥＮ比率Ｒを終期比率ＲＥに維持する期間が所定終期期間である。
【００４１】
また、所定初期期間や所定終期期間に加えて、または図２のアーク溶接の制御方法に加えて、溶接開始による溶接トーチ１６の移動開始前に初期比率ＲＢにより溶接交流電流を通電する時間を設け、または溶接終了による溶接トーチ１６の移動停止後に引き続き終期比率ＲＥにより溶接交流電流を通電する時間を設けることも可能である。
【００４２】
これらの変形は、母材１００の材料、またその熱容量や熱伝導率、または溶接交流電流の初期比率ＲＢや終期比率ＲＥ等の条件に応じて、適宜に調整することにより、溶接開始時の母材１００の溶け込み不足を解消し、または溶接終了時の母材１００の溶け落ちやクレータの発生を防止することができる。
【００４３】
尚、通電極性による母材１００の溶け込み特性は、金属材料により異なる場合があることは言うまでもない。本発明は、アルミニウムの他、鉄、マグネシウム等のほかの金属材料における重ね隅肉溶接についても同様に適用することができるが、金属材料の種類に応じて通電する溶接交流電流の通電極性を適宜に調整することが必要である。
【００４４】
図３には、本発明のアーク溶接の制御方法を実現するアーク溶接装置の実施例を示すシステム図である。母材１００の溶接を行う溶接トーチ１６を保持するロボット部１４は、溶接トーチ１６を先端に保持するアーム部１５と、溶接トーチ１６における消耗電極である溶接ワイヤＷを供給支持するワイヤ支持・送り部１７とを備えている。溶接ワイヤＷは、ワイヤ収納部１１に収納されておりワイヤ支持・送り部１７を経て溶接トーチ１６に溶接ワイヤＷが送給される。
【００４５】
アーク電源装置１２は、アーク溶接時の通電装置である。通電線Ｌ１、Ｌ２は、各々、溶接トーチ１６、および母材１００に接続されており、溶接トーチ１６に保持されている溶接ワイヤＷと母材１００との間でアーク放電をさせることにより、溶接ワイヤＷおよび母材１００を溶融して母材１００の重ね隅肉溶接を行う。
【００４６】
アーク制御装置１３からは、制御信号線Ｃ１、Ｃ２が、各々、アーク電源装置１２とロボット部１４とに接続されており、アーク電源装置１２およびロボット部１４を制御する。アーク制御装置１３は、重ね隅肉溶接におけるコントローラ機能も具備している。
【００４７】
図３のアーク溶接装置においては、アーク制御装置１３内のデータ記憶領域等に、母材１００の材料や形状、大きさ等、または溶接長さや溶接時の母材の溶け込み量等の溶接仕様ごとに様々なデータが格納されている。
【００４８】
例えば、第１実施形態（図１）の場合では、初期電流ＩＢ、終期電流ＩＥ、定常電流Ｉ０、または定常電流に対する初期電流や終期電流の比（ＩＢ／Ｉ０）、（ＩＥ／Ｉ０）、溶接トーチ１６の移動開始前や移動終了後の停止時間、初期電流ＩＢや終期電流ＩＥに維持された状態での溶接トーチ１６の移動距離（Ｘ１−ＸＢ）、（ＸＥ−Ｘ４）、溶接電流Ｉの減少割合、または減少させる際の溶接トーチ１６の移動距離（Ｘ２−Ｘ１）、（Ｘ４−Ｘ３）等のデータが、そのままの形であるいは他のデータからの演算により算出される状態で記憶領域に格納される。
【００４９】
また、第２実施形態（図２）の場合では、ＥＮ比率Ｒにおける、初期比率ＲＢ、終期比率ＲＥ、定常比率Ｒ０、または定常比率に対する初期比率や終期比率の比（ＲＢ／Ｒ０）、（ＲＥ／Ｒ０）、溶接トーチ１６の移動開始前や移動終了後の停止時間、初期比率ＲＢや終期比率ＲＥに維持された状態での溶接トーチ１６の移動距離、ＥＮ比率の増加割合、または増加させる際の溶接トーチ１６の移動距離（Ｘ５−ＸＢ）、（ＸＥ−Ｘ６）等のデータが、そのままの形であるいは他のデータからの演算により算出される状態で記憶領域に格納されている。
【００５０】
溶接が行われるに先立ちアーク制御装置１３に入力される溶接仕様に応じて、上記のような格納データに基づき、アーク溶接条件が選択され、あるいは算出されて第１または第２実施形態に示すような制御方法で重ね隅肉溶接が実行される。ここで、溶接仕様には、溶接開始時や溶接終了時における、溶接電流ＩやＥＮ比率Ｒの通電仕様の選択も含まれる。すなわち、溶接開始前または溶接終了後の溶接トーチ１６の停止状態における通電制御や、溶接始端位置ＸＢからの、または溶接終端位置ＸＥまでの所定期間における通電制御等を含むのものある。
【００５１】
尚、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることは言うまでもない。
例えば、本実施形態では、溶接電流ＩやＥＮ比率Ｒを初期値、定常値、終期値の３段階で変化する場合を例にして説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、必要に応じて４段階以上に多段階制御することにより更に細かく溶接状態を制御することが可能である。
【００５２】
また、段階制御については、溶接開始時と終了時との各々について同様な可変制御を示したが、溶接状態に応じて何れか一方をより詳細に段階制御する構成とすることもできる。
【００５３】
また、本実施形態においては、溶接電流ＩやＥＮ比率Ｒについて、一定の割合で連続的に変化する制御を例にして説明したが、ステップ状に変化する等の制御を適宜に組み合わせて構成することも可能である。
【００５４】
【発明の効果】
本発明によれば、消耗電極を使用して重ね隅肉溶接を行う際のアーク溶接の制御方法について、溶接始端部での母材への充分な入熱を確保すると共に溶接終端部での母材への過度な入熱を防止して、溶接始端部から溶接終端部に至る重ね隅肉溶接の全領域に渡って均質な溶接品質を実現することができるアーク溶接の制御方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態のアーク溶接の制御方法を示す図である。
【図２】本発明の第２実施形態のアーク溶接の制御方法を示す図である。
【図３】アーク溶接装置を示すシステム構成図である。
【図４】従来技術による重ね隅肉溶接を示す模式図である。
【符号の説明】
１ 溶接ビード
１１ ワイヤ収納部
１２ アーク電源装置
１３ アーク制御装置
１４ ロボット部
１５ アーム部
１６ 溶接トーチ
１７ ワイヤ支持・送り部
１００ 母材
Ｉ 溶接電流
Ｉ０ 定常電流
ＩＢ 初期電流
ＩＥ 終期電流
Ｒ 溶接交流電流のＥＮ比率
Ｒ０ 定常比率
ＲＢ 初期比率
ＲＥ 終期比率
Ｃ１、Ｃ２ 制御信号線
Ｌ１、Ｌ２ 通電線
Ｗ 溶接ワイヤ
Claims (10)
- 消耗電極により重ね隅肉溶接を行うアーク溶接の制御方法において、
前記重ね隅肉溶接における溶接経路上、
前記消耗電極が溶接始端部から第１溶接点に至る第１経路を移動する際、溶接電流が、定常電流に比して大きな電流値を有する初期電流から、前記定常電流にまで減少する溶接初期工程と、
前記消耗電極が前記第１溶接点から第２溶接点に至る第２経路を移動する際、前記溶接電流が前記定常電流を維持する定常溶接工程と、
前記消耗電極が前記第２溶接点から溶接終端部に至る第３経路を移動する際、前記溶接電流が、前記定常電流から前記定常電流に比して小さい電流値を有する終期電流にまで減少する溶接終期工程とを有することを特徴とするアーク溶接の制御方法。 - 前記第１経路のうち、前記溶接始端部からの所定初期期間において、前記溶接電流は前記初期電流を維持することを特徴とする請求項１に記載のアーク溶接の制御方法。
- 前記第３経路のうち、前記溶接終端部に至る所定終期期間において、前記溶接電流は前記終期電流を維持することを特徴とする請求項１または２に記載のアーク溶接の制御方法。
- 前記溶接初期工程に先立つ初期停止期間において、前記消耗電極を前記溶接始端部に維持しながら、前記溶接電流として前記初期電流を通電する初期停止通電工程を有することを特徴とする請求項１乃至３の少なくとも何れか１項に記載のアーク溶接の制御方法。
- 前記溶接終期工程に引き続く終期停止期間において、前記消耗電極を前記溶接終端部に維持しながら、前記溶接電流として前記終期電流を通電する終期停止通電工程を有することを特徴とする請求項１乃至４の少なくとも何れか１項に記載のアーク溶接の制御方法。
- 消耗電極により重ね隅肉溶接を行うアーク溶接の制御方法において、
前記重ね隅肉溶接における溶接経路上、
前記消耗電極が溶接始端部から第１溶接点に至る第１経路を移動する際、溶接交流電流におけるＥＮ比率が、定常比率に比して小さな比率を有する初期比率から、前記定常比率にまで増加する溶接初期工程と、
前記消耗電極が前記第１溶接点から第２溶接点に至る第２経路を移動する際、前記ＥＮ比率が前記定常比率を維持する定常溶接工程と、
前記消耗電極が前記第２溶接点から溶接終端部に至る第３経路を移動する際、前記ＥＮ比率が、前記定常比率から前記定常比率に比して大きな比率を有する終期比率にまで増加する溶接終期工程とを有することを特徴とするアーク溶接の制御方法。 - 前記第１経路のうち、前記溶接始端部からの所定初期期間において、前記ＥＮ比率は前記初期比率を維持することを特徴とする請求項６に記載のアーク溶接の制御方法。
- 前記第３経路のうち、前記溶接終端部に至る所定終期期間において、前記ＥＮ比率は前記終期比率を維持することを特徴とする請求項６または７に記載のアーク溶接の制御方法。
- 前記溶接初期工程に先立つ初期停止期間において、前記消耗電極を前記溶接始端部に維持しながら、前記ＥＮ比率を前記初期比率として前記溶接交流電流を通電する初期停止通電工程を有することを特徴とする請求項６乃至８の少なくとも何れか１項に記載のアーク溶接の制御方法。
- 前記溶接終期工程に引き続く終期停止期間において、前記消耗電極を前記溶接終端部に維持しながら、前記ＥＮ比率を前記終期比率として前記溶接交流電流を通電する終期停止通電工程を有することを特徴とする請求項６乃至９の少なくとも何れか１項に記載のアーク溶接の制御方法。
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2002
- 2002-11-25 JP JP2002341228A patent/JP2004174523A/ja active Pending
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