JP2004314164A

JP2004314164A - 溶接装置及び溶接方法

Info

Publication number: JP2004314164A
Application number: JP2003115380A
Authority: JP
Inventors: Kenji Oshima; 健司大嶋; Satoshi Yamane; 敏山根; Toshihiko Ishihara; 利彦石原; Hikari Yamamoto; 光山本
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2003-04-21
Filing date: 2003-04-21
Publication date: 2004-11-11

Abstract

【課題】ルートギャップによらず、安定した突合せ継手の初層溶接を行うことができ、高い品質の裏ビードを得る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】突合せ継手８の初層溶接に用いる消耗電極式アーク溶接装置において、消耗電極ワイヤ３に電力を供給する溶接電源装置７と、この溶接電源装置７の電源特性を、上記突合せ継手８のルートギャップ量に応じて定電圧特性又はパルス特性のいずれかから選択し設定する制御装置１０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、片側突合せ溶接の初層溶接に用いる消耗電極式アーク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】
片側突合せ溶接の初層溶接を行う場合、ルートギャップ部分に裏当て材を当て、この状態で開先部分に溶融金属を流し込んでいくことが一般的に行われるが、裏当て材を用いた場合、裏当て材を取り付けるための工数が増加し、また鋼裏当て材を用いた場合には、継手の強度が低下する恐れがある。更に、箱型構造物においては、溶接後の裏当て材の除去が困難な場合が多い。そこで溶接線とほぼ直交方向に消耗電極ワイヤをウィービングさせることで、突合せ継手を構成する対向した２つの母材間に溶融金属をブリッジさせ、裏当て材を用いずに突合せ継手を溶接しなおかつ良好な裏ビードを形成する技術が既に提唱されている（例えば非特許文献１等参照）。
【０００３】
【非特許文献１】
山本光、外５名、“バッキングレスＶ開先継手におけるルートギャップ変動に対する裏ビードのフィードフォワード制御”、溶接学会論文集、平成１４年１１月、第２０巻、第４号、ｐ４９９−５０５
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記の溶接法を用いる場合、消耗電極ワイヤからの溶滴の離脱を規則的に行うために、溶接電源装置の電源特性にはパルス特性が用いられる。上記の溶接法では、突合せ継手のルートギャップに応じ、溶接電流のパルス期間（ピーク電流期間）が操作されている。例えば、ルートギャップが小さい場合、裏ビードを形成するためにはパルス期間を長めに設定し、平均電流値を上げる必要がある。
【０００５】
しかしながら、ルートギャップが小さくパルス期間を長く設定せざるを得ず、結果的にパルス期間がパルス周期に近づくと、ピーク電流値からベース電流値への立下がりの不均一によって、立下り中にパルス周期に到達し、ベース電流値に移行しきる前に再びピーク電流値に戻ってしまう場合がある。このように、ベース電流期間が消失してしまうと、上記した溶接電流の立下りの不均一によるパルス周期毎の平均電流値が変動し、安定した裏ビードが形成できない場合がある。
【０００６】
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、ルートギャップによらず、安定した突合せ継手の初層溶接を行うことができ、高い品質の裏ビードを得る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。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、第１の発明は、突合せ継手の初層溶接に用いる消耗電極式アーク溶接装置において、消耗電極ワイヤに電力を供給する溶接電源装置と、この溶接電源装置の電源特性を、前記突合せ継手のルートギャップ量に応じて定電圧特性又はパルス特性のいずれかから選択し設定する制御装置とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
本発明においては、例えば、ルートギャップが小さく、パルス期間をパルス周期に近い値に設定しなければばらないような場合、溶接電源特性として定電圧特性を採用する。これにより、溶接電源の立下りの不均一による平均電流値の変動もなく、溶接電流を安定させ、良好な裏ビードを有する高品質な溶接が可能となる。また、ルートギャップが大きく、パルス期間（ピーク電流期間）を短く設定し、ベース電流期間が確保されるような場合は、通常通り、溶接電源特性をパルス特性として良好な裏ビードを得ることができる。このように、ルートギャップによらず、安定した突合せ継手の初層溶接を行うことができ、高い品質の裏ビードを得ることができる。
【０００９】
また、第２の発明は、突合せ継手の初層溶接に用いる消耗電極式アーク溶接装置において、消耗電極ワイヤに電力を供給する溶接電源装置と、前記突合せ継手のルートギャップ量が設定のしきい値より小さい場合には、前記溶接電源装置の電源特性を定電圧特性に設定し、前記ルートギャップ量が前記しきい値より大きい場合には、前記電源特性をパルス特性に設定する制御装置とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
また、第３の発明は、突合せ継手の初層溶接に用いる消耗電極式アーク溶接装置において、消耗電極ワイヤに電力を供給する溶接電源装置と、溶接中に前記突合せ継手のルートギャップ量が設定のしきい値を下回った場合、前記溶接電源装置の電源特性をパルス特性から定電圧特性に切換え、前記ルートギャップ量が前記しきい値を超えた場合、前記電源特性を定電圧特性からパルス特性に切換える制御装置とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
また、第４の発明は、突合せ継手の初層溶接に用いる消耗電極式アーク溶接装置において、消耗電極ワイヤを挿通した溶接トーチと、この溶接トーチをウィービングさせながら溶接線に沿って移動させるマニピュレータと、前記溶接トーチに前記消耗電極ワイヤを送給するワイヤ送給装置と、前記突合せ継手のルートギャップ量に応じ、前記溶接電源装置の電源特性を定電圧特性又はパルス特性のいずれかから選択し設定する手順、前記突合せ継手のルートギャップを基に溶接条件を設定する手順、及び、これら設定条件に従って前記溶接電源装置、前記マニピュレータ及び前記ワイヤ送給装置を制御する手順を実行可能な制御装置とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
また、第５の発明は、突合せ継手の初層溶接に用いる消耗電極式アーク溶接装置において、消耗電極ワイヤを挿通した溶接トーチと、この溶接トーチをウィービングさせながら溶接線に沿って移動させるマニピュレータと、前記溶接トーチに前記消耗電極ワイヤを送給するワイヤ送給装置と、前記突合せ継手のルートギャップを検出するギャップセンサと、このギャップセンサからの検出信号に応じ、前記溶接電源装置の電源特性を定電圧特性又はパルス特性のいずれかから選択し設定する手順、前記検出信号を基に溶接条件を設定する手順、及び、これら設定条件に従って前記溶接電源装置、前記マニピュレータ及び前記ワイヤ送給装置を制御する手順を実行可能な制御装置とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
また、第６の発明は、上記第１乃至第５の発明において、前記制御装置は、前記消耗電極ワイヤを溶接線方向に繰り返し進退させつつ、前記溶接線に沿って移動させるスイッチバック動作を併せて実行可能なプログラムを格納していることを特徴とする。
【００１４】
また、第７の発明は、突合せ継手の初層溶接に用いる消耗電極式アーク溶接方法において、消耗電極ワイヤを、溶接線に対しほぼ直交方向にウィービングさせつつ、前記溶接線に沿って移動させていくとともに、前記突合せ継手のルートギャップ量に応じ、溶接電源装置の電源特性を、定電圧特性又はパルス特性のいずれかから選択し設定することを特徴とする。
【００１５】
また、第８の発明は、突合せ継手の初層溶接に用いる消耗電極式アーク溶接方法において、消耗電極ワイヤを、溶接線に対しほぼ直交方向にウィービングさせつつ、前記溶接線に沿って移動させていくとともに、前記突合せ継手のルートギャップ量が設定のしきい値より小さい場合には溶接電源装置の電源特性を定電圧特性に設定し、前記ルートギャップ量が前記しきい値より大きい場合には前記電源特性をパルス特性に設定することを特徴とする。
【００１６】
また、第９の発明は、突合せ継手の初層溶接に用いる消耗電極式アーク溶接方法において、消耗電極ワイヤを、溶接線に対しほぼ直交方向にウィービングさせつつ、前記溶接線に沿って移動させていくとともに、溶接中に前記突合せ継手のルートギャップ量が設定のしきい値を下回った場合、溶接電源装置の電源特性をパルス特性から定電圧特性に切換え、前記ルートギャップ量が前記しきい値を超えた場合、前記電源特性を定電圧特性からパルス特性に切換えることを特徴とする。
【００１７】
また、第１０の発明は、上記第７乃至第９の発明において、前記消耗電極ワイヤを、溶接線方向に繰り返し進退させつつ、前記溶接線に沿って移動させるスイッチバック動作を併せて行うことを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の溶接装置及び溶接方法の一実施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は多関節型のアーム１ａを有するマニピュレータ（溶接ロボット）、２はそのアーム１ａ先端に設けた溶接トーチで、マニピュレータ１は、溶接線に対しほぼ直交する方向にウィービングさせつつ溶接トーチ２を溶接線に沿って移動させる。３は溶接トーチ２に挿通された消耗電極ワイヤ、４は溶接トーチ２に消耗電極ワイヤ３を導くチューブ、５はリール６に巻回された消耗電極ワイヤ３を溶接トーチ２に順次送給するワイヤ送給装置である。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。
【００１９】
７は消耗電極ワイヤ３に電力（電流・電圧）を供給する溶接電源装置で、この溶接電源装置７のプラス端子７ａは消耗電極ワイヤ３（厳密にはチューブ４）に、マイナス端子７ｂは溶接対象である突合せ継手８に、それぞれ接続している。また、溶接電源装置７の図示しない出力端子は、ワイヤ送給装置５に接続しており、溶接電源装置７からワイヤ送給装置５に供給される指令信号（電力）の大きさを基に、消耗電極ワイヤ３の送給速度が調整される。
【００２０】
９はロボット制御盤で、このロボット制御盤９は、マニピュレータ１、溶接電源装置７に対する指令信号を演算する制御装置１０と、この制御装置１０で演算された各指令信号をマニピュレータ１及び溶接電源装置７にそれぞれ出力するロボットドライバ１１及び電源ドライバ１２とを内蔵している。１３は突合せ継手８のルートギャップを検出し制御装置１０に出力するギャップセンサで、このギャップセンサ１３は、マニピュレータ１のアーム１ａの先端において、溶接トーチ２の近傍（図１に矢印で図示した溶接線方向前方側）に設けてある。このギャップセンサ１３としては、例えば公知のレーザセンサや超音波センサ等を用いれば足りる。
【００２１】
このような構成により、図１の溶接装置は、制御装置１０に溶接開始点及び終了点が入力されると、溶接開始の指示を機に、制御装置１０によって、ギャップセンサ１３からの検出信号に基づき、溶接電源装置７の電源特性を含む溶接条件を逐次設定し、マニピュレータ１及び溶接電源装置７を制御する（制御装置１０による制御フローについては後述する）ようになっている。
【００２２】
マニピュレータ１は、ロボットドライバ１１を介して出力される制御装置１０からの指令信号を入力すると、その指令信号に応じたウィービング幅及び移動速度（溶接速度）で、溶接トーチ２をウィービングさせつつ、溶接線に沿って図中矢印方向に移動させるよう、アーム１ａを動作させる。一方、これと同時に溶接電源装置７は、制御装置１０から出力される電源特性（後述）の指令信号を、電源ドライバ１２を介して入力すると、その指令値に応じた電圧・電流を消耗電極ワイヤ３に印加する。消耗電極ワイヤ３に印加される電流は、溶接電源装置７のプラス端子７ａ→消耗電極ワイヤ３→突合せ継手８→溶接電源装置７のマイナス端子７ｂといった順に流れる。これにより、消耗電極ワイヤ３の先端から突合せ継手８の溶接箇所までの間にアーク２０が発生し、そのアーク熱により消耗電極ワイヤ３の先端部と突合せ継手８の溶接箇所とが溶融し、突合せ継手８に溶融金属が付着形成される。また、こうした消耗電極ワイヤ３の消耗（溶融）に伴い、溶接電源装置７は、制御装置１０からの指令信号に応じた大きさのワイヤ送給信号（電圧）をワイヤ送給装置５に出力し、ワイヤ送給装置５の駆動速度を制御することにより、消耗電極ワイヤ３を順次溶接トーチ２に送給する。
【００２３】
図２は、溶接電源装置７が、制御装置１０から電源ドライバ１２を介して指令信号を入力した際に出力する電流波形の一例を表す図である。まず、この図２において、消耗電極ワイヤ３に流れる電流値が、ピーク電流（この例では３００Ａ）のときには、消耗電極ワイヤ３から溶滴が安定して離脱し、ベース電流（この例では１００Ａ）のときには溶滴の離脱が抑制される。そのため、突合せ継手８にルートギャップがある場合、そのギャップ中心付近で溶滴が離脱すると、溶滴が突合せ継手８に付着せず落下してしまう恐れがあるので、消耗電極ワイヤ３に対し、ウィービング１／２周期に対応するパルス周期のパルス電流を供給し、突合せ継手８を構成する両母材に近付いたときに溶滴が離脱して、溶滴がルートエッジに付着するようにする。このときには、溶接電源装置７に対しては、制御装置１０からパルス特性の指令信号が出力され、これを受けて溶接電源装置７は、消耗電極ワイヤ３にパルス電流を供給する。
【００２４】
ここで、突合せ継手８のルートギャップが比較的広い場合、ウィービング幅をルートギャップに合わせて広くすることで、アーク熱及び離脱した溶滴がルートエッジ付近に到達し易くなる。これにより、ルートエッジが十分に溶融されるので、図２（ａ）に示すように、比較的平均電流値を抑えることができ、パルス期間（ピーク電流期間）ｔ_ｐをそれだけ短く設定できる。この場合、ルートギャップに対して設定されるパルス電流波形は、パルス周期Ｔがパルス期間（ピーク電流期間）ｔ_ｐに対し十分大きくなるため、十分なベース電流期間が得られ、安定した裏ビードを得ることができる。
【００２５】
しかしながら、ルートギャップが狭くなると、アーク熱及び溶滴がルートエッジ付近に到達し難くなるので、ルートエッジを十分に溶融させ良好な裏ビードを形成するには、ウィービング幅を狭めるとともに、平均電流値を高める、すなわちパルス期間ｔ_ｐを大きくする必要がある。ところが、図２（ｂ）に示すように、パルス期間ｔ_ｐがパルス周期Ｔに近づくと、溶接電源装置７から出力される溶接電流は、立下りの不均一によってベース電流（この例では１００Ａ）に移行しきる前にピーク電流（この例では３００Ａ）に戻ってしまうことがあり、結果的にベース期間が消失してしまう場合がある。ベース期間がなくなると、立下りの不均一に起因するパルス周期毎の平均電流値の変動が裏ビードの形成状態に与える影響が顕著化し、裏ビードの形成状態が不安定になる恐れがある。
【００２６】
そこで、本発明においては、ルートギャップがある値よりも小さく、パルス期間ｔ_ｐをパルス期間Ｔに近い値に設定せざるを得ず、結果的にベース期間が消失する可能性がある場合、上記電源ドライバ１２を通して制御装置１０から出力される溶接電源装置７への制御信号を、図２（ｃ）のようにパルス特性から定電圧特性に切換える。このときの電流値は、ピーク電流よりは小さくベース電流よりは大きい値である。この定電圧特性への切換え時は、十分な値を確保した状態で平均電流値が安定しており、更に突き合せ継手８のルートギャップが小さく、かつウィービング幅も小さいので、ルートエッジ付近にアーク熱と溶滴とを十分に与えることができ、安定な裏ビードを形成することができる。
【００２７】
図３は、上記制御装置１０の概略構成を表すブロック図である。この図３において、１４は信号の入力部であるＡ／Ｄ変換器１４で、このＡ／Ｄ変換器１４を介して、ギャップセンサ１３からの検出信号や溶接電源装置７によって消耗電極ワイヤ３に供給された電力（電流・電圧）の値が、制御装置１０に入力されディジタル信号化される。１５は所定の制御手順のプログラムや制御に必要な定数を格納するリードオンリーメモリー（ＲＯＭ）で、このＲＯＭ１５には、溶接電源装置７の電源特性を切換え判断ための、突合せ継手８のルートギャップのしきい値（設定値）が格納されている。また、突合せ継手８のルートギャップ毎に、予め実験的（又は理論的）に求められた溶接条件（消耗電極ワイヤ３の印加電力、送給速度、ウィービング幅、溶接速度、及び電源特性）の組合せパターンをまとめた溶接条件テーブルが格納されている。
【００２８】
１６は時間計測を行うタイマ、１７はＲＯＭ１５に格納したプログラムや溶接条件テーブルから選定した溶接条件に順じ、マニピュレータ１や溶接電源装置７に対する所定の指令信号を演算する中央演算処理装置（ＣＰＵ）である。１８はＣＰＵ１７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）、１９はＣＰＵ１７で演算された指令信号をアナログ信号に変換し、対応のドライバ（上記ロボットドライバ１１、電源ドライバ１２）に出力するＤ／Ａ変換器である。
【００２９】
図４は、制御装置１０に格納したプログラムによる制御手順を表すフローチャートで、上記構成の制御装置１０は、この図４のフローに基づき、マニピュレータ１、ワイヤ送給装置５、溶接電源装置７を制御する。図４において、まずステップ１００にて、ロボット制御盤９に設けた（或いは別途設けた）図示しない設定部より、操作者により設定された溶接開始点及び終了点を制御装置１０に入力する。入力された溶接開始点・終了点は、Ａ／Ｄ変換器１４を介してディジタル信号化され、ＲＡＭ１８に格納される。
【００３０】
ステップ１０１に移り、ギャップセンサ１３からの突合せ継手８のルートギャップの検出信号をＡ／Ｄ変換器１４を介して入力し、ディジタル信号化してＲＡＭ１８に格納し、ステップ１０２に手順を移行する。
【００３１】
ステップ１０２では、ギャップセンサ１３からの検出信号を基に演算した突合せ継手８のルートギャップに応じ、溶接電源装置７の電源特性を、突合せ継手８のルートギャップ量に応じて定電圧特性又はパルス特性のいずれかから選択し設定する。具体的には、演算したルートギャップ量をＲＯＭ１５に格納したしきい値と比較し、しきい値よりも大きければ溶接電源装置７の電源特性をパルス特性に、しきい値よりも小さければ定電圧特性に設定し、その設定をＲＡＭ１８に格納する。
【００３２】
続くステップ１０３では、ＣＰＵ１７によって、ステップ１０１で入力されたルートギャップ及びステップ１０２で設定された電源特性に対し、適切な溶接条件（消耗電極ワイヤ３の印加電力、送給速度、ウィービング条件、溶接速度）が、ＲＯＭ１５に格納した溶接条件テーブルの中から１つ選定（設定）され、この溶接条件の設定がＲＡＭ１８に格納される。
【００３３】
上記のように、溶接条件及び溶接電源装置７の電源特性が設定されたら、ＣＰＵ１７は、その設定条件で溶接を実行するための指令信号を演算し、ロボットドライバ１１及び電源ドライバ１２を介しマニピュレータ１及び溶接電源装置７に出力する。マニピュレータ１には、溶接トーチ２の移動速度（溶接速度）及びウィービング幅が指令され、溶接電源装置７には、消耗電極ワイヤ３の送給速度及び電源特性（パルス特性又は定電圧特性）に応じた溶接電力（電流・電圧）が指令される。
【００３４】
続いて、ステップ１０４では、溶接中に溶接電源装置７から消耗電極ワイヤ３に印加された電流・電圧の測定値を入力し、Ａ／Ｄ変換器１４を介してディジタル信号化してＲＡＭ１８に格納し、ステップ１０５に移る。ステップ１０５では、タイマ１６による現在時刻がウィービング周期に達したかどうかを判定し、判定が満たされない場合、ステップ１０４に戻って、更に電流・電圧の測定値を入力する。現在時刻がウィービング周期に達し、ステップ１０５の判定が満たされた場合、ステップ１０６に手順を移行する。
【００３５】
ステップ１０６では、ウィービング１周期の電圧値を積分しＲＡＭ１８に格納すると共に、この値を、ＲＡＭ１８に格納してある直前の１周期分の電圧積分値と比較し、電源制御データの補正量を演算してＲＡＭ１８に格納する。具体的には、アーク長が一定となるよう、前周期よりも電圧の積分値が大きければ、その差分に応じてワイヤ送給速度を上げる（逆に小さければその差分に応じてワイヤ送給速度を下げる）ために、ワイヤ送給装置５に対する指令値が変化するよう、溶接電源装置７への指令信号の補正量を演算・格納する。
【００３６】
ステップ１０７では、消耗電極ワイヤ３に印加された電流・電圧の測定値を、ウィービング中心から左側、右側それぞれにおいて積分し、それら積分値の偏差を補正するよう（つまり、アーク長がウィービング左右で同等になるよう）、現在のウィービング中心位置から適正なウィービング中心位置までの補正量（距離）を演算し、ＲＡＭ１８に格納する。
【００３７】
次のステップ１０８では、ＣＰＵ１７は、タイマ１６による計測時刻が、所定の周期（ウィービング周期の１／ｍ倍，ｍ：整数）に達すると、ステップ１０６，１０７にて演算された補正量を基に、マニピュレータ１及び溶接電源装置７に対する指令信号を補正し、Ｄ／Ａ変換器１９を介してアナログ信号化して、それぞれに対応するロボットドライバ１１及び電源ドライバ１２を介して出力する。
【００３８】
続いてステップ１０９に移行し、タイマ１６による現在時刻が、ギャップセンサ１３による所定のギャップ検出周期（ウィービング周期のｎ倍，ｎ：整数）に達したかどうかを判定し、判定が満たされない場合、ステップ１０２〜１０８の手順を再度実行する。現在時刻がギャップ検出周期に達し、ステップ１０９の判定が満たされた場合、ステップ１１０に移る。
【００３９】
ステップ１１０では、現在位置が、ステップ１００で入力された溶接終了点に到達したかどうかを判定し、判定が満たされない場合、ステップ１０１に戻って、上記のステップ１０１〜１０９の手順を繰り返す。つまり、溶接終了点に達するまでは、ギャップ検出周期毎に、ギャップセンサ１３からのルートギャップの検出信号を基に、溶接条件（消耗電極ワイヤ３の印加電力、送給速度、ウィービング条件、溶接速度）を更新し、マニピュレータ１及び溶接電源装置７の制御を繰り返す。また、これとともに、ギャップ検出周期毎に、検出されたルートギャップをＲＯＭ１５の格納値と比較し、溶接中にルートギャップ量が設定のしきい値を下回った場合、溶接電源装置７の電源特性をパルス特性から定電圧特性に切換え、逆に、ルートギャップ量がしきい値を超えた場合、電源特性を定電圧特性からパルス特性に切換える。そして、最終的に、溶接終了点に到達し、ステップ１１０の判定が満たされると、マニピュレータ１及び溶接電源装置７に対する指令信号をＯＦＦにして図４の制御手順を終了する。
【００４０】
以上説明したように、本実施の形態によれば、片側突合せ溶接の初層溶接を行う場合、ルートギャップ量に応じ、溶接電源装置７の電源特性がパルス特性又は定電圧特性のうちから選択され、ルートギャップ量がしきい値より大きな場合には溶接電源装置７の電源特性がパルス特性に、ルートギャップ量がしきい値以下の場合には溶接電源装置７の電源特性が定電圧特性に切換わる。したがって、ルートギャップ量によらず、平均電流値の不均一による影響を低減し、突合せ継手に裏当て材を使用せずにアーク溶接をする場合であっても、安定した突合せ継手８の初層溶接を行うことができ、良好な裏ビードを有する高品質な溶接を行うことができる。
【００４１】
なお、以上においては、単にウィービング動作を伴う消耗電極式アーク溶接に本発明を適用した場合を説明したが、図５に示したように、ウィービング動作（図５中矢印２６参照）に加え、いわゆるスイッチバック動作（図５中矢印２５参照）を組合せて動作させる場合にも、本発明は適用可能である。ここで言うスイッチバックとは、矢印２５で示したように、溶接線に沿って、前進→後退→前進という動作を繰り返しながら、溶接トーチ２を移動させ溶接ビードを重畳させていく動作である。
【００４２】
このスイッチバック動作は、例えば、ＲＯＭ１５（図３参照）に溶接線方向に前進・後退を繰り返しながら溶接トーチ２を移動させるよう、マニピュレータ１を動作制御するためのプログラムを格納しておけば実現可能である。そして、スイッチバック動作を組合せた溶接を行う場合の制御手順は、先の図４と概ね同様であるが、ステップ１０２，１０３では、溶接線方向に対する「前進→後退→前進」の動作を１サイクルとし、この１サイクル毎に溶接電源の電源特性を含む溶接条件が設定される。また、この場合、ステップ１０９におけるギャップ検出周期を、前述した１サイクルの動作に要する時間に設定することが望ましい。
【００４３】
このような要領で、スイッチバック動作を行うウィービング溶接に本発明を適用した場合、溶接線方向に入熱を分散させ、溶融金属の溶け落ちを防止すると共に、ルートギャップ量に応じて電源特性を制御することにより、更に良好な裏ビードを形成することができ、溶接品質をより向上させることができる。
【００４４】
また、以上において、ルートギャップの検出データが、ギャップセンサ１３により、オンラインで制御装置１０に入力される例を説明してきたが、これに限られず、オフラインで予め測定しておき、それを事前に入力する構成としても良い。この場合、例えば、突合せ継手のルートギャップを事前に測定した結果、溶接線に沿って各箇所のルートギャップが既知である場合、ギャップセンサ１３の検出信号に基づいて溶接条件や電源特性をオンラインで設定しなくとも、その事前測定結果を入力しておき、その入力に応じて溶接条件や電源特性が制御されるようにすれば良い。また、開先加工精度及び突合せ精度が十分に高い場合には、溶接開始点及び終了点のルートギャップを測定し事前に入力しておけば、ルートギャップはほぼ線形的に変化することから、ＣＰＵ１７により、その線形変化を入力値から演算し、更にルートギャップのしきい値に対する大小関係が変化する溶接開始点からの距離（又は溶接開始後の経過時間）を演算して電源特性を切換える構成としても良い。これらの場合も、同様の効果を得ることができる。
【００４５】
なお、図４のステップ１０６におけるワイヤ送給速度の補正は、突合せ継手８に目違い（段差）があった場合でも、次のステップ１０７のウィービング中心制御と併せて、消耗電極ワイヤ３の先端位置を、ルートエッジ付近に溶接金属を付着させるのに適当な位置に補正する役割を果たしているが、目違いのない場合には、省略しても構わない。また、母材同士の突合せ精度が高く、ウィービング中心が、溶接線全長に亘って母材間中心と一致するような場合には、ウィービング中心位置の補正は必ずしも必要なく、このような場合には、ステップ１０７を省略することもでき、これに伴ってステップ１０５，１０８も省略可能である。この場合も同様の効果を得る。
【００４６】
また、以上においては、消耗電極ワイヤ３をウィービングさせる消耗電極式アーク溶接に適用した場合を例に説明したが、ルートギャップによっては、ウィービング幅を０（ゼロ）としても（ウィービングさせなくても）良い。図４の制御フローでは、ウィービング周期の整数倍をギャップ検出周期に設定したが、この場合には、ギャップ検出周期を別途設定しておく。この場合も同様の効果を得ることができる。
【００４７】
また、消耗電極ワイヤ３のみでアーク溶接する場合を例に挙げたが、例えば、消耗電極ワイヤ３に加えてフィラワイヤを設けたいわゆるダブルワイヤ方式の溶接装置にも、本発明は適用可能である。また、図１において、ワイヤ送給装置５をリール６側に設けたいわゆるプッシュ方式のものとして説明したが、溶接トーチ２側に設けるいわゆるプル方式のものとしても、これらを組合せたものとしても構わない。これらの場合も上記同様の効果を得ることができる。
【００４８】
【発明の効果】
本発明によれば、裏当て材を使用しない片側突合せ溶接を行う場合であっても、突合せ継手のルートギャップ量に応じた電源特性を設定し安定した溶接電流を得ることができるので、ルートギャップ量に関わらず、安定した突合せ継手の初層溶接を行うことができ、良好な裏ビードを有する高品質な溶接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形態に備えられた溶接電源装置が、制御装置から指令信号を入力した際に出力する電流波形の一例を表す図である。
【図３】本発明の溶接装置の一実施形態に備えられた制御装置の概略構成を表すブロック図である。
【図４】本発明の溶接装置の一実施形態に備えられた制御装置による制御手順を表すフローチャートである。
【図５】消耗電極ワイヤをウィービングとスイッチバックとを組合せて動作させた場合の動作を、概念的に説明するための説明図である。
【符号の説明】
１マニピュレータ
２溶接トーチ
３消耗電極ワイヤ
５ワイヤ送給装置
７溶接電源装置
８突合せ継手
１０制御装置
１３ギャップセンサ

Claims

突合せ継手の初層溶接に用いる消耗電極式アーク溶接装置において、
消耗電極ワイヤに電力を供給する溶接電源装置と、
この溶接電源装置の電源特性を、前記突合せ継手のルートギャップ量に応じて定電圧特性又はパルス特性のいずれかから選択し設定する制御装置と
を備えたことを特徴とする溶接装置。
突合せ継手の初層溶接に用いる消耗電極式アーク溶接装置において、
消耗電極ワイヤに電力を供給する溶接電源装置と、
前記突合せ継手のルートギャップ量が設定のしきい値より小さい場合には、前記溶接電源装置の電源特性を定電圧特性に設定し、前記ルートギャップ量が前記しきい値より大きい場合には、前記電源特性をパルス特性に設定する制御装置とを備えたことを特徴とする溶接装置。
突合せ継手の初層溶接に用いる消耗電極式アーク溶接装置において、
消耗電極ワイヤに電力を供給する溶接電源装置と、
溶接中に前記突合せ継手のルートギャップ量が設定のしきい値を下回った場合、前記溶接電源装置の電源特性をパルス特性から定電圧特性に切換え、前記ルートギャップ量が前記しきい値を超えた場合、前記電源特性を定電圧特性からパルス特性に切換える制御装置と
を備えたことを特徴とする溶接装置。
突合せ継手の初層溶接に用いる消耗電極式アーク溶接装置において、
消耗電極ワイヤを挿通した溶接トーチと、
この溶接トーチをウィービングさせながら溶接線に沿って移動させるマニピュレータと、
前記溶接トーチに前記消耗電極ワイヤを送給するワイヤ送給装置と、
前記突合せ継手のルートギャップ量に応じ、前記溶接電源装置の電源特性を定電圧特性又はパルス特性のいずれかから選択し設定する手順、前記突合せ継手のルートギャップを基に溶接条件を設定する手順、及び、これら設定条件に従って前記溶接電源装置、前記マニピュレータ及び前記ワイヤ送給装置を制御する手順を実行可能な制御装置と
を備えたことを特徴とする溶接装置。
突合せ継手の初層溶接に用いる消耗電極式アーク溶接装置において、
消耗電極ワイヤを挿通した溶接トーチと、
この溶接トーチをウィービングさせながら溶接線に沿って移動させるマニピュレータと、
前記溶接トーチに前記消耗電極ワイヤを送給するワイヤ送給装置と、
前記突合せ継手のルートギャップを検出するギャップセンサと、
このギャップセンサからの検出信号に応じ、前記溶接電源装置の電源特性を定電圧特性又はパルス特性のいずれかから選択し設定する手順、前記検出信号を基に溶接条件を設定する手順、及び、これら設定条件に従って前記溶接電源装置、前記マニピュレータ及び前記ワイヤ送給装置を制御する手順を実行可能な制御装置と
を備えたことを特徴とする溶接装置。
前記制御装置は、前記消耗電極ワイヤを溶接線方向に繰り返し進退させつつ、前記溶接線に沿って移動させるスイッチバック動作を併せて実行可能なプログラムを格納していることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の溶接装置。
突合せ継手の初層溶接に用いる消耗電極式アーク溶接方法において、
消耗電極ワイヤを、溶接線に対しほぼ直交方向にウィービングさせつつ、前記溶接線に沿って移動させていくとともに、
前記突合せ継手のルートギャップ量に応じ、溶接電源装置の電源特性を、定電圧特性又はパルス特性のいずれかから選択し設定する
ことを特徴とする溶接方法。
突合せ継手の初層溶接に用いる消耗電極式アーク溶接方法において、
消耗電極ワイヤを、溶接線に対しほぼ直交方向にウィービングさせつつ、前記溶接線に沿って移動させていくとともに、
前記突合せ継手のルートギャップ量が設定のしきい値より小さい場合には溶接電源装置の電源特性を定電圧特性に設定し、前記ルートギャップ量が前記しきい値より大きい場合には前記電源特性をパルス特性に設定する
ことを特徴とする溶接方法。
突合せ継手の初層溶接に用いる消耗電極式アーク溶接方法において、
消耗電極ワイヤを、溶接線に対しほぼ直交方向にウィービングさせつつ、前記溶接線に沿って移動させていくとともに、
溶接中に前記突合せ継手のルートギャップ量が設定のしきい値を下回った場合、溶接電源装置の電源特性をパルス特性から定電圧特性に切換え、前記ルートギャップ量が前記しきい値を超えた場合、前記電源特性を定電圧特性からパルス特性に切換える
ことを特徴とする溶接方法。
前記消耗電極ワイヤを、溶接線方向に繰り返し進退させつつ、前記溶接線に沿って移動させるスイッチバック動作を併せて行うことを特徴とする請求項７乃至９のいずれかに記載の溶接方法。