JP2005034870A - 重ね溶接のリトラクトアークスタート方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】溶接トーチ４を重ね継手２ｃの溶接線２ｄ上に設けた溶接開始位置Ｐｓに移動させ、溶接ワイヤ１を前進送給、後退送給及び再前進送給してアークスタートさせる重ね溶接のリトラクトアークスタート方法において、溶接ワイヤ１と上板２ａとが干渉してアークスタートに失敗することがある。
【解決手段】本発明は、前記溶接開始位置Ｐｓから重ね継手２ｃの下板２ｂ側方向へ所定距離Ｌｐだけ離れた位置を先行スタート位置Ｐｐとして設け、溶接トーチ４をまず前記先行スタート位置Ｐｐに移動させて前記リトラクトアークスタートによってアークを発生させ、続いてアークを発生させながら溶接トーチ４を前記溶接開始位置Ｐｓに移動させた後に前記溶接線２ｄに沿って移動させる重ね溶接のリトラクトアークスタート方法である。
【選択図】 図１
【解決手段】本発明は、前記溶接開始位置Ｐｓから重ね継手２ｃの下板２ｂ側方向へ所定距離Ｌｐだけ離れた位置を先行スタート位置Ｐｐとして設け、溶接トーチ４をまず前記先行スタート位置Ｐｐに移動させて前記リトラクトアークスタートによってアークを発生させ、続いてアークを発生させながら溶接トーチ４を前記溶接開始位置Ｐｓに移動させた後に前記溶接線２ｄに沿って移動させる重ね溶接のリトラクトアークスタート方法である。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶接ワイヤを前進送給、後退送給及び再前進送給させてアークスタートさせるリトラクトアークスタート方法に関し、特に、重ね溶接におけるリトラクトアークスタート方法の改善に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７は、リトラクトアークスタートを行う溶接装置の構成図である。以下、同図を参照して説明する。
【０００３】
溶接電源装置６は、外部に設けた溶接開始信号発生回路ＳＴからの溶接開始信号Ｓｔ受けて、アークを発生させるための溶接電圧Ｖｗ及び溶接電流Ｉｗを出力すると共に、溶接ワイヤ１の送給を制御するための送給制御信号Ｆｃをワイヤ送給モータＷＭへ出力する。溶接ワイヤ１は、ワイヤ送給モータＷＭと直結された送給ロール５の回転によって、溶接トーチ４内を通って送給されると共に、給電チップ４ａを介して給電されて、母材２との間にアーク３が発生する。ワイヤ送給モータＷＭが正回転すると溶接ワイヤ１は母材２へ前進送給され、逆回転すると溶接ワイヤ１は母材２から離れる方向に後退送給される。前進送給時の溶接ワイヤ１の送給速度Ｆｓは正の値として表記し、後退送給時の送給速度Ｆｓは負の値として表記することにする。溶接ワイヤ１と母材２との間が接触（短絡）状態又はアーク発生状態であるときは溶接電流Ｉｗが通電する。他方、溶接ワイヤ１と母材２とが離れていてアーク３も発生していない無負荷状態のときは溶接電圧Ｖｗは最大値の無負荷電圧となり、溶接電流Ｉｗは通電しない。また、溶接ワイヤ１の先端と母材２との距離がワイヤ先端・母材間距離Ｌｗ［ｍｍ］となる。したがって、アーク発生中のこのワイヤ先端・母材間距離Ｌｗはアーク長と略等しくなる。
【０００４】
上記において溶接ロボットを使用した場合には、溶接トーチ４は溶接ロボット本体の先端に取り付けられて移動する。この場合には、上記の溶接開始信号発生回路ＳＴはロボット制御装置に内臓されることが多い。
【０００５】
図８は、重ね継手においてリトラクトアークスタートを行うときの継手外観図である。同図（Ａ）は上面から見た外観図を示し、同図（Ｂ）は溶接方向から見た断面図である。同図（Ａ）に示すように、上板２ａと下板２ｂによって重ね継手部２ｃが形成される。そして、通常は、この重ね継手部２ｃに溶接開始位置Ｐｓ、溶接終了位置Ｐｅ及び溶接線２ｄを設定する。また、同図（Ｂ）に示すように、溶接ワイヤ１の溶接狙い位置は、通常、重ね継手部２ｃに設定される。
【０００６】
溶接手順は以下のようになる。同図（Ａ）に示すように、溶接トーチ４を溶接開始位置Ｐｓに移動して停止し、後述するリトラクトアークスタートによってアークを発生させる。その後に、アークを発生させながら溶接トーチ４を溶接線２ｄに沿って移動させ溶接する。溶接トーチ４が溶接終了位置Ｐｅに到達すると溶接は終了する。
【０００７】
図９は、リトラクトアークスタート方法を示すタイミングチャートである。同図（Ａ）は溶接トーチの移動速度Ｔｓの、同図（Ｂ）は溶接ワイヤの送給速度Ｆｓの、同図（Ｃ）は溶接電圧Ｖｗの、同図（Ｄ）は溶接電流Ｉｗの、同図（Ｅ）はワイヤ先端・母材間距離Ｌｗの時間変化を示す。以下、同図を参照して説明する。
【０００８】
▲１▼ 時刻ｔ１〜ｔ２の期間（前進送給期間）
同図（Ａ）に示すように、溶接トーチが移動して時刻ｔ１に図８で上述した溶接開始位置Ｐｓに到達すると、溶接トーチはその位置で停止するので移動速度Ｔｓは零となる。同時に、同図（Ｂ）に示すように、溶接ワイヤは初期送給速度Ｆｓｉで前進送給を開始し、同図（Ｃ）に示すように、溶接電源装置の溶接電圧Ｖｗの出力も開始する。時刻ｔ１〜ｔ２の期間中は前進送給が継続されるので、同図（Ｅ）に示すように、ワイヤ先端・母材間距離Ｌｗは次第に短くなる。この期間中、ワイヤ先端と母材との間は無負荷状態になるので、同図（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは無負荷電圧Ｖｎｌとなり、同図（Ｄ）に示すように、溶接電流Ｉｗは通電しない。
【０００９】
▲２▼ 時刻ｔ２〜ｔ３の期間（後退送給期間）
時刻ｔ２において、同図（Ｅ）に示すように、ワイヤ先端・母材間距離Ｌｗが零となりワイヤ先端が母材に接触すると、同図（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは数Ｖ程度の短絡電圧値に変化する。ワイヤ先端と母材との接触（短絡）したことを、溶接電圧Ｖｗが予め定めた基準電圧値Ｖｔｈ以下になったことによって判別すると、同図（Ｂ）に示すように、溶接ワイヤは後退送給を開始するので送給速度Ｆｓは負の値の後退送給速度Ｆｓｒとなる。同時に、同図（Ｄ）に示すように、小電流値の初期電流Ｉｓが通電する。時刻ｔ２から後退送給に転じるが、ワイヤ送給モータ等が反転するのに時間がかかるために、時刻ｔ１〜ｔ２の期間中はワイヤ先端と母材とは接触したままである。
【００１０】
▲３▼ 時刻ｔ３〜ｔ４の期間（後退送給期間のつづき）
時刻ｔ３において、同図（Ｅ）に示すように、上記の後退送給によってワイヤ先端が母材から離れると初期アークが発生し、同図（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは上記の基準電圧値Ｖｔｈを超えるアーク電圧値となる。他方、同図（Ｄ）に示すように、溶接電流Ｉｗは上記の初期電流Ｉｓの通電が維持される。初期アークの発生を溶接電圧Ｖｗが基準電圧値Ｖｔｈを超えたことによって判別し、その時点ｔ３から予め定めた遅延時間Ｔｄが経過するまでの間は、同図（Ｂ）に示すように、後退送給を継続する。この遅延時間Ｔｄを設ける理由は、初期アーク発生直後に即時に後退送給から再前進送給に転じると、ワイヤ先端が母材に再接触してアークスタートに失敗することがあり、これを防止するためである。
【００１１】
▲４▼ 時刻ｔ４以降の期間（再前進送給期間）
時刻ｔ４において、上記の遅延時間Ｔｄが経過すると、同図（Ｂ）に示すように、溶接ワイヤは定常送給速度Ｆｓｃで再前進送給される。同時に、同図（Ｄ）に示すように、溶接電流Ｉｗは定常送給速度Ｆｓｃに応じた定常溶接電流Ｉｃが通電し、定常アークへと移行する。また、同図（Ａ）に示すように、溶接トーチは移動を開始し、アークを発生させながら溶接線に沿って溶接を行う。
【００１２】
上述した時刻ｔ１〜ｔ４の期間中のリトラクトアークスタートによって、確実にアークを発生させることができる（例えば、特許文献１参照）。
【００１３】
また、アーク発生部にレーザを照射しながら溶接を行うレーザ照射アーク溶接（例えば、特許文献２参照）では、２ｍ／ｍｉｎを超える高速溶接が可能であることが大きな特徴の１つである。このときに、良好な高速溶接を行うためには、確実なアークスタート性が欠かせない。このために、レーザ照射アーク溶接に上述したリトラクトアークスタートを採用することによって、確実なアークスタート性を確保して良好な高速溶接を行うことができる。
【００１４】
【特許文献１】
特開２００２−１７８１４５号公報
【特許文献２】
特開２００２−２４８５７１号公報
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、リトラクトアークスタート方法は、ワイヤ先端を一旦母材に接触させて初期電流を通電し、その後に後退送給（リトラクト）に転じることによってワイヤ先端を引き上げて初期アークを確実に発生させる方法である。しかしながら、重ね継手においては、図１０（Ａ）に示すように、ワイヤ先端が上板２ａのエッジと干渉して接触したために不要な初期電流が通電され、次の瞬間にワイヤ先端が上板２ａのエッジ５からはじかれて離れると一瞬だけ初期アークが発生してアーク切れに至ることになる。また、図１０（Ｂ）に示すように、上板２ａと下板２ｂとの間にギャップ２ｅが存在することは多い。この場合に、母材の加工精度のバラツキ、溶接トーチの移動軌跡のバラツキ等によって溶接狙い位置が上板２ａ側にずれると、ワイヤ先端が上板２ａと接触してもギャップ２ｅの存在によって初期電流の通電が不完全となりアークスタートに失敗することになる。
【００１６】
そこで、本発明では、上述した溶接ワイヤと上板との干渉及び溶接狙い位置の上板側へのバラツキに起因するアークスタート失敗を防止することができる重ね溶接のリトラクトアークスタート方法を提供する。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、請求項１の発明は、溶接トーチを重ね継手の溶接線上に設けた溶接開始位置に移動させ、前記溶接トーチから溶接ワイヤを母材へ前進送給し、この前進送給によって前記溶接ワイヤが母材に接触したことを判別すると前記溶接ワイヤを母材から後退送給すると共に小電流値の初期電流を通電し、この後退送給によって前記溶接ワイヤが母材から離れて初期アークが発生した後に前記溶接ワイヤを再前進送給すると共に定常の溶接電流を通電して前記初期アーク発生状態から定常のアーク発生状態へと移行させるリトラクトアークスタートを行い、続いてアークを発生させながら前記溶接トーチを前記溶接線に沿って移動させる重ね溶接のリトラクトアークスタート方法において、
前記溶接開始位置から重ね継手の下板側方向へ前記溶接ワイヤが重ね継手の上板と干渉しない所定距離だけ離れた位置を先行スタート位置として設け、前記溶接トーチをまず前記先行スタート位置に移動させて前記リトラクトアークスタートによってアークを発生させ、続いてアークを発生させながら前記溶接トーチを前記溶接開始位置に移動させた後に前記溶接線に沿って移動させることを特徴とする重ね溶接のリトラクトアークスタート方法である。
【００１８】
また、請求項２の発明は、先行スタート位置から溶接開始位置への溶接トーチの移動速度を、前記溶接開始位置以降の移動速度とは異なる値に設定する請求項１記載の重ね溶接のリトラクトアークスタート方法である。
【００１９】
また、請求項３の発明は、先行スタート位置を、溶接開始位置から斜め後方又は斜め前方の重ね継手の下板側方向へ溶接ワイヤが重ね継手の上板と干渉しない所定距離だけ離れた位置に設定する請求項１又は請求項２記載の重ね溶接のリトラクトアークスタート方法である。
【００２０】
また、請求項４の発明は、リトラクトアークスタートによってアークが発生した以後は、このアーク発生部にレーザを照射しながら溶接を行う請求項１記載の重ね溶接のリトラクトアークスタート方法である。
【００２１】
また、請求項５の発明は、溶接トーチが先行スタート位置から溶接開始位置へと移動する期間中のレーザの出力値を、この期間中の溶接トーチの移動速度に応じて設定する請求項４記載の重ね溶接のリトラクトアークスタート方法である。
【００２２】
また、請求項６の発明は、溶接トーチが溶接開始位置に到達した以後は、アーク発生部にレーザを照射しながら溶接を行う請求項１記載の重ね溶接のリトラクトアークスタート方法である。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２４】
［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態に係る重ね溶接のリトラクトアークスタート方法を示す重ね継手の外観図である。同図（Ａ）は上面から見た外観図であり、同図（Ｂ）は溶接方向から見た断面図である。本発明では、溶接開始位置Ｐｓから下板２ｂ側に所定距離Ｌｐだけ離れた位置を先行スタート位置Ｐｐとして設定する。この所定距離Ｌｐは、上述した溶接ワイヤと上板２ａが干渉しない距離であり、かつ、溶接狙い位置のバラツキによっても溶接狙い位置が下板２ｂ側ととなる距離である。数値例としては、２〜１０ｍｍ程度である。
【００２５】
同図において、溶接トーチ４はまず先行スタート位置Ｐｐに移動して停止する。そして、この位置で上述したリトラクトアークスタートを行いアークを発生させる。このとき、同図（Ｂ）に示すように、ワイヤ先端は下板２ｂと確実に接触するので、リトラクトアークスタートによって確実にアークを発生させることができる。続いて，同図（Ａ）に示すように、アークを発生させながら溶接トーチ４は溶接開始位置Ｐｓに移動した後に，溶接線２ｄに沿って移動する。
【００２６】
図２は、本発明の実施の形態に係る重ね溶接のリトラクトアークスタート方法を示すタイミングチャートである。同図（Ａ）は溶接トーチの移動速度Ｔｓの、同図（Ｂ）は溶接ワイヤの送給速度Ｆｓの、同図（Ｃ）は溶接電圧Ｖｗの、同図（Ｄ）は溶接電流Ｉｗの、同図（Ｅ）はワイヤ先端・母材間距離Ｌｗの時間変化を示す。以下，同図を参照して説明する。
【００２７】
溶接トーチが移動して時刻ｔ１において先行スタート位置Ｐｐに到達すると、溶接トーチは停止するので移動速度Ｔｓは零となる。これ以降の時刻ｔ１〜ｔ４の期間中のリトラクトアークスタート動作については、上述した図９のときと同一であるので説明は省略する。続いて、時刻ｔ４において、リトラクトアークスタートによって定常アークが発生すると、同図（Ａ）に示すように、溶接トーチは先行移動速度Ｔｓｐで移動して、時刻ｔ５に溶接開始位置Ｐｓに到達する。その後に、溶接トーチは定常移動速度Ｔｓｃで溶接線に沿って移動し溶接が進行する。
【００２８】
上記において、先行移動速度Ｔｓｐと定常移動速度Ｔｓｃとを同一値に設定することもできる。また、定常移動速度Ｔｓｃが速い場合には、溶接開始位置Ｐｓの溶接ビードが細くなる場合がある。この場合には、先行移動速度Ｔｓｐを遅くして、溶接ビードが細くなるのを防止することができる。また、定常移動速度Ｔｓｃが遅い場合には、溶接開始位置Ｐｓの溶接ビードが太くなる場合がある。この場合には、先行移動速度Ｔｓｐを速くして、溶接ビードが太くなるのを防止することができる。したがって、先行移動速度Ｔｓｐは、溶接品質を良好にするために定常移動速度Ｔｓｃとは異なる値に設定することもできる。
【００２９】
また、先行スタート位置Ｐｐは、図１（Ａ）で上述したように、溶接線２ｄ方向に対して溶接開始位置Ｐｓと同じ位置である場合だけでなく、以下のように設定される場合もある。すなわち、図３（Ａ）に示すように、先行スタート位置Ｐｐを、溶接開始位置Ｐｓから斜め後方に下板２ｂ側に離れた位置に設定しても良い。同様に、図３（Ｂ）に示すように、先行スタート位置Ｐｐを、溶接開始位置Ｐｓから斜め前方に下板２ｂ側に離れた位置に設定しても良い。このような種々の位置は、アークスタート部の溶接品質が良好になるように設定される。例えば、溶接開始位置Ｐｓの溶接ビードが細くなるのを防止したい場合には、図３（Ｂ）の位置に設定すれば良く、逆に太くなるのを防止したい場合には、図３（Ａ）の位置に設定すれば良い。
【００３０】
［実施の形態２］
本発明の実施の形態２は、上述した実施の形態１において、アーク溶接法としてレーザ照射アーク溶接法を使用するものである。上述したように、レーザ照射アーク溶接は高速溶接に使用されることが多いので、高速溶接時でもアークスタート性が良好なことが強く求められる。したがって、アークスタート性を良好にすることができるリトラクトアークスタートが採用される。以下、図面を参照して説明する。
【００３１】
図４は、レーザ照射アーク溶接のための溶接装置の構成図である。同図において、上述した図７と同一の構成物には同一符号を付してそれらの説明は省略する。以下、図７とは異なる構成物について同図を参照して説明する。
【００３２】
レーザ発振装置７は、溶接開始信号Ｓｔが入力されると、ＹＡＧレーザ、半導体レーザ等によるレーザ９を出力値Ｐｗ［Ｗ］で出力する。レーザトーチ８は、アーク発生部にレーザ９を照射する。このレーザトーチ８と溶接トーチ４とによって加工ヘッドを構成し、両トーチは同時に移動する。すなわち、溶接トーチ４が移動すると、同時にレーザトーチ８も移動する。
【００３３】
図５は、本発明の実施の形態２に係る重ね溶接のリトラクトアークスタート方法を示すタイミングチャートである。同図（Ａ）〜（Ｅ）の各信号の動作は、上述した図２と同一であり、同図（Ｆ）に示すレーザ出力値Ｐｗの時間変化を追加したものである。以下、同図を参照して説明する。
【００３４】
先行スタート位置Ｐｐにおいてリトラクトアークスタートを行い、時刻ｔ４に定常アークが発生すると、同図（Ｆ）に示すように、初期レーザ出力値Ｐｗｐでのレーザ照射が開始される。時刻ｔ５において、溶接トーチが溶接開始位置Ｐｓに移動すると、レーザ出力値Ｐｗを定常レーザ出力値Ｐｗｃに切り換えてレーザの照射を続行する。レーザ照射をリトラクトアークスタートが完了した時点から開始するのは、リトラクトアークスタートによってアークスタートは確実に行うことができるのでレーザ照射のアシストは必要ないからである。また、上記の初期レーザ出力値Ｐｗｐは、同図（Ａ）に示す先行移動速度Ｔｓｐに応じた値に設定する。したがって、先行移動速度Ｔｓｐが定常移動速度Ｔｓｃと等しいいときには、初期レーザ出力値Ｐｗｐを定常レーザ出力値Ｐｗｃと等しく設定しても良い。
【００３５】
また、図６（Ｆ）に示すように、レーザの照射を時刻ｔ５の溶接開始位置Ｐｓから開始しても良い。このようにする理由は、以下のとおりである。本来、アーク発生部にレーザを照射するのは、高速溶接時の入熱をレーザ照射によって補充することで、適正な溶け込み深さ及び良好なビードを形成するためである。このために、溶接線上にビードを形成する溶接開始位置Ｐｓ以降からレーザ照射を開始し、良好なビード形成をアシストする。図６（Ａ）〜（Ｅ）の各信号の動作は、上述した図２と同一である。
【００３６】
【発明の効果】
請求項１記載の重ね溶接のリトラクトアークスタート方法によれば、溶接開始位置から下板側に離れた位置に先行スタート位置を設け、この先行スタート位置で確実にリトラクトアークスタートを行った後に溶接開始位置に移動して溶接を行うので、溶接ワイヤと上板との干渉又はリトラクトアークスタートの位置が上板側にずれることがなく、常に良好なアークスタート性を得ることができる。
【００３７】
請求項２記載の重ね溶接のリトラクトアークスタート方法によれば、先行スタート位置から溶接開始位置への溶接トーチの移動速度（先行移動速度）を、溶接開始位置以降の移動速度（定常移動速度）と異なる値に設定することによって、溶接開始位置での溶接ビード幅を適正化することができる。
【００３８】
請求項３記載の重ね溶接のリトラクトアークスタート方法によれば、先行スタート位置を溶接開始位置から斜め後方又は斜め前方の下板側に離れた位置に設定することによって、溶接開始位置での溶接ビード幅を適正化することができる。
【００３９】
請求項４〜６記載の重ね溶接のリトラクトアークスタート方法によれば、アーク溶接にレーザ照射アーク溶接を使用することによって、特に良好なアークスタート性が要求されるレーザ照射アーク溶接において確実なアークスタート性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る重ね溶接のリトラクトアークスタート方法を示す継手外観図である。
【図２】図１において重ね溶接のリトラクトアークスタート方法を行ったときのタイミングチャートである。
【図３】本発明の別の実施の形態に係る重ね溶接のリトラクトアークスタート方法を示す継手外観図である。
【図４】本発明の実施の形態２に係るレーザ照射アーク溶接装置の構成図である。
【図５】本発明の実施の形態２に係る重ね溶接のリトラクトアークスタート方法を行ったときのタイミングチャートである。
【図６】本発明の実施の形態２に係る重ね溶接のリトラクトアークスタート方法を行ったときの図５とは別のタイミングチャートである。
【図７】従来技術のリトラクトアークスタート方法を実施するための溶接装置の構成図である。
【図８】従来技術における重ね溶接のリトラクトアークスタート方法を示す継手外観図である。
【図９】図８において重ね溶接のリトラクトアークスタート方法を行ったときのタイミングチャートである。
【図１０】課題を説明するための図８に対応する継手外観図である。
【符号の説明】
１ 溶接ワイヤ
２ 母材
２ａ 上板
２ｂ 下板
２ｃ 重ね継手部
２ｄ 溶接線
２ｅ ギャップ
３ アーク
４ 溶接トーチ
４ａ 給電チップ
５ 送給ロール
６ 溶接電源装置
７ レーザ発振装置
８ レーザトーチ
９ レーザ
Ｆｃ 送給制御信号
Ｆｓ 送給速度
Ｆｓｃ 定常送給速度
Ｆｓｉ 初期送給速度
Ｆｓｒ 後退送給速度
Ｉｃ 定常溶接電流
Ｉｓ 初期電流
Ｉｗ 溶接電流
Ｌｐ 所定距離
Ｌｗ ワイヤ先端・母材間距離
Ｐｅ 溶接終了位置
Ｐｐ 先行スタート位置
Ｐｓ 溶接開始位置
Ｐｗ レーザ出力値
Ｐｗｃ 定常レーザ出力値
Ｐｗｐ 初期レーザ出力値
ＳＴ 溶接開始信号発生回路
Ｓｔ 溶接開始信号
Ｔｄ 遅延時間
Ｔｓ 移動速度
Ｔｓｃ 定常移動速度
Ｔｓｐ 先行移動速度
Ｖｎｌ 無負荷電圧
Ｖｔｈ 基準電圧値
Ｖｗ 溶接電圧
ＷＭ ワイヤ送給モータ
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶接ワイヤを前進送給、後退送給及び再前進送給させてアークスタートさせるリトラクトアークスタート方法に関し、特に、重ね溶接におけるリトラクトアークスタート方法の改善に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７は、リトラクトアークスタートを行う溶接装置の構成図である。以下、同図を参照して説明する。
【０００３】
溶接電源装置６は、外部に設けた溶接開始信号発生回路ＳＴからの溶接開始信号Ｓｔ受けて、アークを発生させるための溶接電圧Ｖｗ及び溶接電流Ｉｗを出力すると共に、溶接ワイヤ１の送給を制御するための送給制御信号Ｆｃをワイヤ送給モータＷＭへ出力する。溶接ワイヤ１は、ワイヤ送給モータＷＭと直結された送給ロール５の回転によって、溶接トーチ４内を通って送給されると共に、給電チップ４ａを介して給電されて、母材２との間にアーク３が発生する。ワイヤ送給モータＷＭが正回転すると溶接ワイヤ１は母材２へ前進送給され、逆回転すると溶接ワイヤ１は母材２から離れる方向に後退送給される。前進送給時の溶接ワイヤ１の送給速度Ｆｓは正の値として表記し、後退送給時の送給速度Ｆｓは負の値として表記することにする。溶接ワイヤ１と母材２との間が接触（短絡）状態又はアーク発生状態であるときは溶接電流Ｉｗが通電する。他方、溶接ワイヤ１と母材２とが離れていてアーク３も発生していない無負荷状態のときは溶接電圧Ｖｗは最大値の無負荷電圧となり、溶接電流Ｉｗは通電しない。また、溶接ワイヤ１の先端と母材２との距離がワイヤ先端・母材間距離Ｌｗ［ｍｍ］となる。したがって、アーク発生中のこのワイヤ先端・母材間距離Ｌｗはアーク長と略等しくなる。
【０００４】
上記において溶接ロボットを使用した場合には、溶接トーチ４は溶接ロボット本体の先端に取り付けられて移動する。この場合には、上記の溶接開始信号発生回路ＳＴはロボット制御装置に内臓されることが多い。
【０００５】
図８は、重ね継手においてリトラクトアークスタートを行うときの継手外観図である。同図（Ａ）は上面から見た外観図を示し、同図（Ｂ）は溶接方向から見た断面図である。同図（Ａ）に示すように、上板２ａと下板２ｂによって重ね継手部２ｃが形成される。そして、通常は、この重ね継手部２ｃに溶接開始位置Ｐｓ、溶接終了位置Ｐｅ及び溶接線２ｄを設定する。また、同図（Ｂ）に示すように、溶接ワイヤ１の溶接狙い位置は、通常、重ね継手部２ｃに設定される。
【０００６】
溶接手順は以下のようになる。同図（Ａ）に示すように、溶接トーチ４を溶接開始位置Ｐｓに移動して停止し、後述するリトラクトアークスタートによってアークを発生させる。その後に、アークを発生させながら溶接トーチ４を溶接線２ｄに沿って移動させ溶接する。溶接トーチ４が溶接終了位置Ｐｅに到達すると溶接は終了する。
【０００７】
図９は、リトラクトアークスタート方法を示すタイミングチャートである。同図（Ａ）は溶接トーチの移動速度Ｔｓの、同図（Ｂ）は溶接ワイヤの送給速度Ｆｓの、同図（Ｃ）は溶接電圧Ｖｗの、同図（Ｄ）は溶接電流Ｉｗの、同図（Ｅ）はワイヤ先端・母材間距離Ｌｗの時間変化を示す。以下、同図を参照して説明する。
【０００８】
▲１▼ 時刻ｔ１〜ｔ２の期間（前進送給期間）
同図（Ａ）に示すように、溶接トーチが移動して時刻ｔ１に図８で上述した溶接開始位置Ｐｓに到達すると、溶接トーチはその位置で停止するので移動速度Ｔｓは零となる。同時に、同図（Ｂ）に示すように、溶接ワイヤは初期送給速度Ｆｓｉで前進送給を開始し、同図（Ｃ）に示すように、溶接電源装置の溶接電圧Ｖｗの出力も開始する。時刻ｔ１〜ｔ２の期間中は前進送給が継続されるので、同図（Ｅ）に示すように、ワイヤ先端・母材間距離Ｌｗは次第に短くなる。この期間中、ワイヤ先端と母材との間は無負荷状態になるので、同図（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは無負荷電圧Ｖｎｌとなり、同図（Ｄ）に示すように、溶接電流Ｉｗは通電しない。
【０００９】
▲２▼ 時刻ｔ２〜ｔ３の期間（後退送給期間）
時刻ｔ２において、同図（Ｅ）に示すように、ワイヤ先端・母材間距離Ｌｗが零となりワイヤ先端が母材に接触すると、同図（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは数Ｖ程度の短絡電圧値に変化する。ワイヤ先端と母材との接触（短絡）したことを、溶接電圧Ｖｗが予め定めた基準電圧値Ｖｔｈ以下になったことによって判別すると、同図（Ｂ）に示すように、溶接ワイヤは後退送給を開始するので送給速度Ｆｓは負の値の後退送給速度Ｆｓｒとなる。同時に、同図（Ｄ）に示すように、小電流値の初期電流Ｉｓが通電する。時刻ｔ２から後退送給に転じるが、ワイヤ送給モータ等が反転するのに時間がかかるために、時刻ｔ１〜ｔ２の期間中はワイヤ先端と母材とは接触したままである。
【００１０】
▲３▼ 時刻ｔ３〜ｔ４の期間（後退送給期間のつづき）
時刻ｔ３において、同図（Ｅ）に示すように、上記の後退送給によってワイヤ先端が母材から離れると初期アークが発生し、同図（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは上記の基準電圧値Ｖｔｈを超えるアーク電圧値となる。他方、同図（Ｄ）に示すように、溶接電流Ｉｗは上記の初期電流Ｉｓの通電が維持される。初期アークの発生を溶接電圧Ｖｗが基準電圧値Ｖｔｈを超えたことによって判別し、その時点ｔ３から予め定めた遅延時間Ｔｄが経過するまでの間は、同図（Ｂ）に示すように、後退送給を継続する。この遅延時間Ｔｄを設ける理由は、初期アーク発生直後に即時に後退送給から再前進送給に転じると、ワイヤ先端が母材に再接触してアークスタートに失敗することがあり、これを防止するためである。
【００１１】
▲４▼ 時刻ｔ４以降の期間（再前進送給期間）
時刻ｔ４において、上記の遅延時間Ｔｄが経過すると、同図（Ｂ）に示すように、溶接ワイヤは定常送給速度Ｆｓｃで再前進送給される。同時に、同図（Ｄ）に示すように、溶接電流Ｉｗは定常送給速度Ｆｓｃに応じた定常溶接電流Ｉｃが通電し、定常アークへと移行する。また、同図（Ａ）に示すように、溶接トーチは移動を開始し、アークを発生させながら溶接線に沿って溶接を行う。
【００１２】
上述した時刻ｔ１〜ｔ４の期間中のリトラクトアークスタートによって、確実にアークを発生させることができる（例えば、特許文献１参照）。
【００１３】
また、アーク発生部にレーザを照射しながら溶接を行うレーザ照射アーク溶接（例えば、特許文献２参照）では、２ｍ／ｍｉｎを超える高速溶接が可能であることが大きな特徴の１つである。このときに、良好な高速溶接を行うためには、確実なアークスタート性が欠かせない。このために、レーザ照射アーク溶接に上述したリトラクトアークスタートを採用することによって、確実なアークスタート性を確保して良好な高速溶接を行うことができる。
【００１４】
【特許文献１】
特開２００２−１７８１４５号公報
【特許文献２】
特開２００２−２４８５７１号公報
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、リトラクトアークスタート方法は、ワイヤ先端を一旦母材に接触させて初期電流を通電し、その後に後退送給（リトラクト）に転じることによってワイヤ先端を引き上げて初期アークを確実に発生させる方法である。しかしながら、重ね継手においては、図１０（Ａ）に示すように、ワイヤ先端が上板２ａのエッジと干渉して接触したために不要な初期電流が通電され、次の瞬間にワイヤ先端が上板２ａのエッジ５からはじかれて離れると一瞬だけ初期アークが発生してアーク切れに至ることになる。また、図１０（Ｂ）に示すように、上板２ａと下板２ｂとの間にギャップ２ｅが存在することは多い。この場合に、母材の加工精度のバラツキ、溶接トーチの移動軌跡のバラツキ等によって溶接狙い位置が上板２ａ側にずれると、ワイヤ先端が上板２ａと接触してもギャップ２ｅの存在によって初期電流の通電が不完全となりアークスタートに失敗することになる。
【００１６】
そこで、本発明では、上述した溶接ワイヤと上板との干渉及び溶接狙い位置の上板側へのバラツキに起因するアークスタート失敗を防止することができる重ね溶接のリトラクトアークスタート方法を提供する。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、請求項１の発明は、溶接トーチを重ね継手の溶接線上に設けた溶接開始位置に移動させ、前記溶接トーチから溶接ワイヤを母材へ前進送給し、この前進送給によって前記溶接ワイヤが母材に接触したことを判別すると前記溶接ワイヤを母材から後退送給すると共に小電流値の初期電流を通電し、この後退送給によって前記溶接ワイヤが母材から離れて初期アークが発生した後に前記溶接ワイヤを再前進送給すると共に定常の溶接電流を通電して前記初期アーク発生状態から定常のアーク発生状態へと移行させるリトラクトアークスタートを行い、続いてアークを発生させながら前記溶接トーチを前記溶接線に沿って移動させる重ね溶接のリトラクトアークスタート方法において、
前記溶接開始位置から重ね継手の下板側方向へ前記溶接ワイヤが重ね継手の上板と干渉しない所定距離だけ離れた位置を先行スタート位置として設け、前記溶接トーチをまず前記先行スタート位置に移動させて前記リトラクトアークスタートによってアークを発生させ、続いてアークを発生させながら前記溶接トーチを前記溶接開始位置に移動させた後に前記溶接線に沿って移動させることを特徴とする重ね溶接のリトラクトアークスタート方法である。
【００１８】
また、請求項２の発明は、先行スタート位置から溶接開始位置への溶接トーチの移動速度を、前記溶接開始位置以降の移動速度とは異なる値に設定する請求項１記載の重ね溶接のリトラクトアークスタート方法である。
【００１９】
また、請求項３の発明は、先行スタート位置を、溶接開始位置から斜め後方又は斜め前方の重ね継手の下板側方向へ溶接ワイヤが重ね継手の上板と干渉しない所定距離だけ離れた位置に設定する請求項１又は請求項２記載の重ね溶接のリトラクトアークスタート方法である。
【００２０】
また、請求項４の発明は、リトラクトアークスタートによってアークが発生した以後は、このアーク発生部にレーザを照射しながら溶接を行う請求項１記載の重ね溶接のリトラクトアークスタート方法である。
【００２１】
また、請求項５の発明は、溶接トーチが先行スタート位置から溶接開始位置へと移動する期間中のレーザの出力値を、この期間中の溶接トーチの移動速度に応じて設定する請求項４記載の重ね溶接のリトラクトアークスタート方法である。
【００２２】
また、請求項６の発明は、溶接トーチが溶接開始位置に到達した以後は、アーク発生部にレーザを照射しながら溶接を行う請求項１記載の重ね溶接のリトラクトアークスタート方法である。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２４】
［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態に係る重ね溶接のリトラクトアークスタート方法を示す重ね継手の外観図である。同図（Ａ）は上面から見た外観図であり、同図（Ｂ）は溶接方向から見た断面図である。本発明では、溶接開始位置Ｐｓから下板２ｂ側に所定距離Ｌｐだけ離れた位置を先行スタート位置Ｐｐとして設定する。この所定距離Ｌｐは、上述した溶接ワイヤと上板２ａが干渉しない距離であり、かつ、溶接狙い位置のバラツキによっても溶接狙い位置が下板２ｂ側ととなる距離である。数値例としては、２〜１０ｍｍ程度である。
【００２５】
同図において、溶接トーチ４はまず先行スタート位置Ｐｐに移動して停止する。そして、この位置で上述したリトラクトアークスタートを行いアークを発生させる。このとき、同図（Ｂ）に示すように、ワイヤ先端は下板２ｂと確実に接触するので、リトラクトアークスタートによって確実にアークを発生させることができる。続いて，同図（Ａ）に示すように、アークを発生させながら溶接トーチ４は溶接開始位置Ｐｓに移動した後に，溶接線２ｄに沿って移動する。
【００２６】
図２は、本発明の実施の形態に係る重ね溶接のリトラクトアークスタート方法を示すタイミングチャートである。同図（Ａ）は溶接トーチの移動速度Ｔｓの、同図（Ｂ）は溶接ワイヤの送給速度Ｆｓの、同図（Ｃ）は溶接電圧Ｖｗの、同図（Ｄ）は溶接電流Ｉｗの、同図（Ｅ）はワイヤ先端・母材間距離Ｌｗの時間変化を示す。以下，同図を参照して説明する。
【００２７】
溶接トーチが移動して時刻ｔ１において先行スタート位置Ｐｐに到達すると、溶接トーチは停止するので移動速度Ｔｓは零となる。これ以降の時刻ｔ１〜ｔ４の期間中のリトラクトアークスタート動作については、上述した図９のときと同一であるので説明は省略する。続いて、時刻ｔ４において、リトラクトアークスタートによって定常アークが発生すると、同図（Ａ）に示すように、溶接トーチは先行移動速度Ｔｓｐで移動して、時刻ｔ５に溶接開始位置Ｐｓに到達する。その後に、溶接トーチは定常移動速度Ｔｓｃで溶接線に沿って移動し溶接が進行する。
【００２８】
上記において、先行移動速度Ｔｓｐと定常移動速度Ｔｓｃとを同一値に設定することもできる。また、定常移動速度Ｔｓｃが速い場合には、溶接開始位置Ｐｓの溶接ビードが細くなる場合がある。この場合には、先行移動速度Ｔｓｐを遅くして、溶接ビードが細くなるのを防止することができる。また、定常移動速度Ｔｓｃが遅い場合には、溶接開始位置Ｐｓの溶接ビードが太くなる場合がある。この場合には、先行移動速度Ｔｓｐを速くして、溶接ビードが太くなるのを防止することができる。したがって、先行移動速度Ｔｓｐは、溶接品質を良好にするために定常移動速度Ｔｓｃとは異なる値に設定することもできる。
【００２９】
また、先行スタート位置Ｐｐは、図１（Ａ）で上述したように、溶接線２ｄ方向に対して溶接開始位置Ｐｓと同じ位置である場合だけでなく、以下のように設定される場合もある。すなわち、図３（Ａ）に示すように、先行スタート位置Ｐｐを、溶接開始位置Ｐｓから斜め後方に下板２ｂ側に離れた位置に設定しても良い。同様に、図３（Ｂ）に示すように、先行スタート位置Ｐｐを、溶接開始位置Ｐｓから斜め前方に下板２ｂ側に離れた位置に設定しても良い。このような種々の位置は、アークスタート部の溶接品質が良好になるように設定される。例えば、溶接開始位置Ｐｓの溶接ビードが細くなるのを防止したい場合には、図３（Ｂ）の位置に設定すれば良く、逆に太くなるのを防止したい場合には、図３（Ａ）の位置に設定すれば良い。
【００３０】
［実施の形態２］
本発明の実施の形態２は、上述した実施の形態１において、アーク溶接法としてレーザ照射アーク溶接法を使用するものである。上述したように、レーザ照射アーク溶接は高速溶接に使用されることが多いので、高速溶接時でもアークスタート性が良好なことが強く求められる。したがって、アークスタート性を良好にすることができるリトラクトアークスタートが採用される。以下、図面を参照して説明する。
【００３１】
図４は、レーザ照射アーク溶接のための溶接装置の構成図である。同図において、上述した図７と同一の構成物には同一符号を付してそれらの説明は省略する。以下、図７とは異なる構成物について同図を参照して説明する。
【００３２】
レーザ発振装置７は、溶接開始信号Ｓｔが入力されると、ＹＡＧレーザ、半導体レーザ等によるレーザ９を出力値Ｐｗ［Ｗ］で出力する。レーザトーチ８は、アーク発生部にレーザ９を照射する。このレーザトーチ８と溶接トーチ４とによって加工ヘッドを構成し、両トーチは同時に移動する。すなわち、溶接トーチ４が移動すると、同時にレーザトーチ８も移動する。
【００３３】
図５は、本発明の実施の形態２に係る重ね溶接のリトラクトアークスタート方法を示すタイミングチャートである。同図（Ａ）〜（Ｅ）の各信号の動作は、上述した図２と同一であり、同図（Ｆ）に示すレーザ出力値Ｐｗの時間変化を追加したものである。以下、同図を参照して説明する。
【００３４】
先行スタート位置Ｐｐにおいてリトラクトアークスタートを行い、時刻ｔ４に定常アークが発生すると、同図（Ｆ）に示すように、初期レーザ出力値Ｐｗｐでのレーザ照射が開始される。時刻ｔ５において、溶接トーチが溶接開始位置Ｐｓに移動すると、レーザ出力値Ｐｗを定常レーザ出力値Ｐｗｃに切り換えてレーザの照射を続行する。レーザ照射をリトラクトアークスタートが完了した時点から開始するのは、リトラクトアークスタートによってアークスタートは確実に行うことができるのでレーザ照射のアシストは必要ないからである。また、上記の初期レーザ出力値Ｐｗｐは、同図（Ａ）に示す先行移動速度Ｔｓｐに応じた値に設定する。したがって、先行移動速度Ｔｓｐが定常移動速度Ｔｓｃと等しいいときには、初期レーザ出力値Ｐｗｐを定常レーザ出力値Ｐｗｃと等しく設定しても良い。
【００３５】
また、図６（Ｆ）に示すように、レーザの照射を時刻ｔ５の溶接開始位置Ｐｓから開始しても良い。このようにする理由は、以下のとおりである。本来、アーク発生部にレーザを照射するのは、高速溶接時の入熱をレーザ照射によって補充することで、適正な溶け込み深さ及び良好なビードを形成するためである。このために、溶接線上にビードを形成する溶接開始位置Ｐｓ以降からレーザ照射を開始し、良好なビード形成をアシストする。図６（Ａ）〜（Ｅ）の各信号の動作は、上述した図２と同一である。
【００３６】
【発明の効果】
請求項１記載の重ね溶接のリトラクトアークスタート方法によれば、溶接開始位置から下板側に離れた位置に先行スタート位置を設け、この先行スタート位置で確実にリトラクトアークスタートを行った後に溶接開始位置に移動して溶接を行うので、溶接ワイヤと上板との干渉又はリトラクトアークスタートの位置が上板側にずれることがなく、常に良好なアークスタート性を得ることができる。
【００３７】
請求項２記載の重ね溶接のリトラクトアークスタート方法によれば、先行スタート位置から溶接開始位置への溶接トーチの移動速度（先行移動速度）を、溶接開始位置以降の移動速度（定常移動速度）と異なる値に設定することによって、溶接開始位置での溶接ビード幅を適正化することができる。
【００３８】
請求項３記載の重ね溶接のリトラクトアークスタート方法によれば、先行スタート位置を溶接開始位置から斜め後方又は斜め前方の下板側に離れた位置に設定することによって、溶接開始位置での溶接ビード幅を適正化することができる。
【００３９】
請求項４〜６記載の重ね溶接のリトラクトアークスタート方法によれば、アーク溶接にレーザ照射アーク溶接を使用することによって、特に良好なアークスタート性が要求されるレーザ照射アーク溶接において確実なアークスタート性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る重ね溶接のリトラクトアークスタート方法を示す継手外観図である。
【図２】図１において重ね溶接のリトラクトアークスタート方法を行ったときのタイミングチャートである。
【図３】本発明の別の実施の形態に係る重ね溶接のリトラクトアークスタート方法を示す継手外観図である。
【図４】本発明の実施の形態２に係るレーザ照射アーク溶接装置の構成図である。
【図５】本発明の実施の形態２に係る重ね溶接のリトラクトアークスタート方法を行ったときのタイミングチャートである。
【図６】本発明の実施の形態２に係る重ね溶接のリトラクトアークスタート方法を行ったときの図５とは別のタイミングチャートである。
【図７】従来技術のリトラクトアークスタート方法を実施するための溶接装置の構成図である。
【図８】従来技術における重ね溶接のリトラクトアークスタート方法を示す継手外観図である。
【図９】図８において重ね溶接のリトラクトアークスタート方法を行ったときのタイミングチャートである。
【図１０】課題を説明するための図８に対応する継手外観図である。
【符号の説明】
１ 溶接ワイヤ
２ 母材
２ａ 上板
２ｂ 下板
２ｃ 重ね継手部
２ｄ 溶接線
２ｅ ギャップ
３ アーク
４ 溶接トーチ
４ａ 給電チップ
５ 送給ロール
６ 溶接電源装置
７ レーザ発振装置
８ レーザトーチ
９ レーザ
Ｆｃ 送給制御信号
Ｆｓ 送給速度
Ｆｓｃ 定常送給速度
Ｆｓｉ 初期送給速度
Ｆｓｒ 後退送給速度
Ｉｃ 定常溶接電流
Ｉｓ 初期電流
Ｉｗ 溶接電流
Ｌｐ 所定距離
Ｌｗ ワイヤ先端・母材間距離
Ｐｅ 溶接終了位置
Ｐｐ 先行スタート位置
Ｐｓ 溶接開始位置
Ｐｗ レーザ出力値
Ｐｗｃ 定常レーザ出力値
Ｐｗｐ 初期レーザ出力値
ＳＴ 溶接開始信号発生回路
Ｓｔ 溶接開始信号
Ｔｄ 遅延時間
Ｔｓ 移動速度
Ｔｓｃ 定常移動速度
Ｔｓｐ 先行移動速度
Ｖｎｌ 無負荷電圧
Ｖｔｈ 基準電圧値
Ｖｗ 溶接電圧
ＷＭ ワイヤ送給モータ
Claims (6)
- 溶接トーチを重ね継手の溶接線上に設けた溶接開始位置に移動させ、前記溶接トーチから溶接ワイヤを母材へ前進送給し、この前進送給によって前記溶接ワイヤが母材に接触したことを判別すると前記溶接ワイヤを母材から後退送給すると共に小電流値の初期電流を通電し、この後退送給によって前記溶接ワイヤが母材から離れて初期アークが発生した後に前記溶接ワイヤを再前進送給すると共に定常の溶接電流を通電して前記初期アーク発生状態から定常のアーク発生状態へと移行させるリトラクトアークスタートを行い、続いてアークを発生させながら前記溶接トーチを前記溶接線に沿って移動させる重ね溶接のリトラクトアークスタート方法において、
前記溶接開始位置から重ね継手の下板側方向へ前記溶接ワイヤが重ね継手の上板と干渉しない所定距離だけ離れた位置を先行スタート位置として設け、前記溶接トーチをまず前記先行スタート位置に移動させて前記リトラクトアークスタートによってアークを発生させ、続いてアークを発生させながら前記溶接トーチを前記溶接開始位置に移動させた後に前記溶接線に沿って移動させることを特徴とする重ね溶接のリトラクトアークスタート方法。 - 先行スタート位置から溶接開始位置への溶接トーチの移動速度を、前記溶接開始位置以降の移動速度とは異なる値に設定する請求項１記載の重ね溶接のリトラクトアークスタート方法。
- 先行スタート位置を、溶接開始位置から斜め後方又は斜め前方の重ね継手の下板側方向へ溶接ワイヤが重ね継手の上板と干渉しない所定距離だけ離れた位置に設定する請求項１又は請求項２記載の重ね溶接のリトラクトアークスタート方法。
- リトラクトアークスタートによってアークが発生した以後は、このアーク発生部にレーザを照射しながら溶接を行う請求項１記載の重ね溶接のリトラクトアークスタート方法。
- 溶接トーチが先行スタート位置から溶接開始位置へと移動する期間中のレーザの出力値を、この期間中の溶接トーチの移動速度に応じて設定する請求項４記載の重ね溶接のリトラクトアークスタート方法。
- 溶接トーチが溶接開始位置に到達した以後は、アーク発生部にレーザを照射しながら溶接を行う請求項１記載の重ね溶接のリトラクトアークスタート方法。
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Cited By (2)
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-
2003
- 2003-07-25 JP JP2003201585A patent/JP2005034870A/ja active Pending
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