JP2005305485A - 消耗電極アーク溶接方法 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の消耗多電極アーク溶接方法は、1本の消耗多電極だけでクレータを埋めるための溶接を行っている間に、他の溶接していない消耗電極のワイヤが溶接プールと接触し、溶接終了時には溶着してしまう可能性がある。溶接ロボット等の自動溶接機では、このような状態が発生すると以降の動作を継続ができなくなるという課題を有していた。
【解決手段】溶接終了部でのクレータ溶接を行う際にトーチ全体を溶接プールから離す方向に動作させる手段を有することで、溶接プールとすべてのワイヤの接触を回避することを可能にしている。また、クレータ溶接を行っていた溶接ワイヤだけでなく他のすべてのワイヤに対しても、溶着を確認し、万一溶着していたワイヤがあれば、そのワイヤに再度溶接電流を流して、溶着を解除することを可能にしている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、１トーチ内に複数のワイヤを送給する消耗多電極アーク溶接方法に関し、特に溶接終了部の溶接制御方法に関するものである。

トーチ内でワイヤを送給して溶接する消耗電極アーク溶接方法としては、従来より１トーチ内で1本のワイヤを送給した消耗単電極アーク溶接方法があるが、近年１トーチ内で複数のワイヤを送給して溶接を行う消耗多電極アーク溶接方法が用いられている。そして、特にこの近年消耗多電極アーク溶接方法が自動製缶工程へ適用され、高溶着溶接による生産効率向上手段の1つとして用いられている。

また、これら消耗電極アーク溶接方法においては、溶接終了部にクレータと呼ばれる溶接ビードの凹みが生じることが一般に知られており、このクレータを埋めるための溶接を行なうことが必要とされる。この方法として、１トーチ内で1本のワイヤを送給する消耗単電極アーク溶接方法では、溶接終了位置で所定の条件のアークを出しながら所定時間停止することでこのクレータを埋めるように溶接する。しかし、複数のワイヤを送給する消耗多電極アーク溶接では、大溶着での溶接を行うため、消耗単電極アーク溶接の場合よりも、クレータが大きくなる傾向がある。このため、単に溶接終了位置に所定時間停止して溶接することだけでは、十分なクレータを埋める溶接を行なうことができなかった。

そこで従来から、例えば消耗多電極アーク溶接方法の一つであるタンデム溶接方法において、このクレータを埋めるための溶接終了部での溶接動作が提案されている。例えば特許文献１では、溶接終了位置まで到達した時に、溶接進行方向に対して先行する消耗電極のアーク発生を終了した後、溶接進行方向に対して後行していた消耗電極のアーク発生を保ったまま、溶接進行方向の動作を続けて溶接する方法が示されている。また特許文献２では、溶接終了位置まで到達した時に、溶接進行方向に対して後行する消耗電極のアーク発生を終了した後、溶接進行方向に対して先行していた消耗電極のアーク発生を保ったまま、溶接進行方向と反対方向に後退して溶接する方法が示されている。
特開２００２−３６１４１３号公報（図１） 特開２００２−３６１４１４号公報（図１）

しかしながら上記した従来の消耗多電極アーク溶接方法においては、1本の消耗多電極だけでクレータを埋めるための溶接を行っている間に、他の溶接していない消耗電極のワイヤが溶接プールと接触し、溶接終了時には溶着してしまう可能性があった。このような状態が発生すると、例えば溶接ロボット等の自動溶接機では、以降の動作を継続ができなくなるという課題を有していた。

本発明は、消耗多電極アーク溶接方法での溶接終了時にすべての溶接ワイヤのワイヤ溶着状態発生を防止する溶接方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、１つのトーチ内で複数のワイヤの送給および通電を行ない、前記トーチを溶接進行方向に移動させながら溶接ビードを形成して溶接する消
耗電極アーク溶接方法であって、溶接終了位置において前記複数のワイヤのうちで特定する１本のワイヤを除いてすべてのワイヤの送給および通電を停止する第１のステップと、前記トーチを前記溶接終了位置から溶接進行方向とは逆方向でかつ溶接ビードから離れる方向の位置に所定量移動する第２のステップとを有する。

また本発明は、第２のステップで移動したトーチの位置から、溶接進行方向に溶接ビードと略平行に前記トーチを移動する第３のステップを有する。

また本発明は、１つのトーチ内で特定する１本のワイヤは、前記トーチを溶接進行方向に移動させる際に、前記トーチ内で最も先行して移動する位置にあるワイヤである。

また本発明は、１つのトーチ内で特定した１本のワイヤによりそれまでの溶接条件とは異なる溶接終了時用溶接条件で溶接を行なう。

また本発明は、第２のステップおよび第３のステップでは、溶接終了時用溶接条件により、溶接終了部に発生する凹みを埋めるクレータ処理を行う。

また本発明は、第３のステップで移動したトーチの位置において、ワイヤの送給および通電を停止する第４のステップと、すべてのワイヤについて溶接ビードとの溶着の有無を確認する第５のステップと、前記第５のステップで溶着が発生するワイヤを検知した場合、少なくともそのワイヤに対して通電を再開する第６のステップとを有する。

以上のように、本発明の消耗多電極アーク溶接終了部の溶接制御方法では、溶接プールとすべてのワイヤの接触を回避することを可能にしており、溶接プールにワイヤが溶着することを防止できる。また溶接プールにいずれかのワイヤが溶着したとしてもその溶着を解除することにより、溶着発生に起因して装置全体が動作停止状態に陥ることを回避できる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、１トーチ内で複数のワイヤを送給して溶接する消耗多電極アーク溶接終了方法の中で、もっとも実用例の多いものとして２本のワイヤを溶接線上に並ぶ方向で使用して溶接するタンデム溶接の終了方法を例に図１から図６を用いて説明する。

（実施の形態１）
図１から図４において、ｗは本溶接の溶接進行方向、１はトーチ、２は本溶接の溶接進行方向ｗに対して先行する消耗電極ワイヤ（以降先行ワイヤと呼ぶ）、３は本溶接の溶接進行方向ｗに対して後行する消耗電極ワイヤ（以降後行ワイヤと呼ぶ）、４は先行ワイヤから発生しているアーク、５は後行ワイヤから発生しているアーク、６は形成された溶接ビード、７は溶融プール、８は溶接母材である。また溶接中各ワイヤ２および３は図示していない送給装置によって連続供給される。さらに図示していない溶接機が各々のワイヤに別個に接続されており、各溶接機は各ワイヤ２および３への通電および各ワイヤ２および３を送給する送給装置を制御することで溶接を行う。

まず図１は、溶接終了位置に至る前の段階を示す図であり、２本のワイヤ２および３からアーク４および５を発生させて本溶接を行っている状態を示している。そしてアーク４および５の直下には溶けた金属の溶融プール７が存在しており、溶接がｗ方向に進行するに伴い溶融プール７は固まり溶接ビード６を形成する。

次に図２は、溶接終了位置に到達したところを示す図であり、本実施の形態の特徴である、溶接終了部において実施する溶接制御を行う直前の状態を示している。なお後述するように、この、溶接終了部を起点として実施する溶接制御が本実施の形態の特徴とするところである。そしてこの段階では、そこまでの溶接ビード６に比して溶融プール７の溶融金属量は十分ではなく、そのまま溶接を終了すると結果的に形成される溶接ビード端部には、図に示すようにクレータ７ａが生じる。そこでこれを埋めるための溶接を行う必要がある。

この方法としては、２本のワイヤでクレータ７ａを埋める溶接を行うことが容易に考えられるが、これを行なうと過大な溶着となる可能性がある。このため、図２に示すように後行ワイヤ３の送給を停止し、先行ワイヤ２のみを残し、アーク５の発生を停止する。すなわち、先行ワイヤ２のアーク４を残して、後行ワイヤ３のアーク５の発生を停止している。

さらに図３は、本実施の形態における溶接終了部の溶接制御方法の第１段階を示す図である。図３において、１ａは溶接終了位置におけるトーチ位置（代表の１点で示す）、１ｂは溶接終了位置まで進んだトーチ１ａが次に進めるトーチ位置（代表に１点で示す）を示し、トーチ位置１ａ、１ｂは水平方向Ｌ、垂直方向Ｔｚの距離だけ離れている。そして、トーチ１は、トーチ位置１ａまで進んだら、あらかじめ設定した水平方向の距離Ｌ、および溶接ワイヤ２を溶融プール７から垂直に離す方向に距離Ｔｚ離れたトーチ位置１ｂまで溶接進行方向ｗと逆の方向かつ上向きの移動、すなわち矢印aで示す斜め上方向に移動しながら溶接を行なう。

このように、溶接ワイヤ２および３を溶融プール７から離す方向に、矢印aで示す溶接進行方向ｗに対して斜め方向への移動動作によって、２本のワイヤ２と３が溶融プール７に接触するのを防ぐことができる。なお、この矢印ａの方向への移動動作の動作速度および溶接条件は、それまでの溶接時とは異なる条件で制御され、あらかじめ設定されたものを使用する。

さらに、図４は、本実施の形態における溶接終了部の溶接制御方法の第２段階を示す図であり、図４で示すように、トーチ位置１ｂからトーチ位置１ｃ（代表の１点で示す）へ、矢印ｂで示す溶接進行方向ｗと略平行に水平方向へ移動しながらさらにクレータ７ａを埋める溶接を行う。

このように、矢印ｂの方向へ移動する動作も、図３の矢印ａの方向へ移動する動作に引き続き、溶接ワイヤ２および３を溶融プールから離す垂直距離Ｔｚを保って動作するので、２本のワイヤ２または３が溶融プール７に接触するのを防ぐことができる。なお、これら距離ＬおよびＴｚの数値は溶接条件により決定するもので、溶接終了位置での形状を見栄えよく整え、かつワイヤが溶接プール７と溶着しないようにできる数値を選択する。また、このときの動作速度および溶接条件は、あらかじめ設定されたもので制御される。

そして最後の溶接終了位置、すなわちトーチ位置１ｃに到着した後、ワイヤ３への通電を終了する。この際、従来の1本ワイヤでの溶接の終了時と同様に、所定時間停止して溶接を行ったのち通電を終了してもよい。

なお、本実施の形態では、一例としてトーチ１の溶接進行方向ｗが水平方向へ移動する例で示したが、勿論これに限定されるものではなく、被溶接対象の形状や設置状況に合わせ、トーチ１の溶接進行方向ｗはいずれの方向であってもよい。また、それに関連して、トーチ１が溶融プール７から離れる方向も鉛直上方方向に限定されるものではなく、溶融プール７から離れる方向であればどの方向であってもよい。

次に図５を用いて溶接終了制御の制御処理フローについて説明する。図５は、溶接終了制御の制御処理フローを示す図である。

まず図中ステップ２０１では、クレータ溶接を行うための所定のワイヤを残して他のワイヤに対する通電を停止する。これは、図２に示す先行ワイヤ２のアーク発生は続けたまま、後行ワイヤ３の通電を終了してアーク発生を終わる部分に対応している。

次にステップ２０２では、通電を続けるワイヤ（すなわち先行ワイヤ２）に印加している溶接条件を、図３の矢印aの方向へ移動動作で行う溶接の溶接条件に切り替える。なお条件を切り替える必要がない場合には、このステップ２０２は何もせずにスキップする場合もある。

次にステップ２０３では、切り替えた条件が安定するのを待つ意味で所定の時間停止する。なおこのステップ２０３においても使用する溶接機に応じて必要なければ、スキップすることも可能である。

次にステップ２０４では、図３の矢印ａの方向へ向かう移動動作を行なう。さらにステップ２０５では、通電を続けるワイヤに印加している溶接条件を図４の矢印ｂの方向へ移動する動作で行う溶接の溶接条件に切り替える。なおこの場合も条件を切り替える必要がない場合には、このステップ２０５は何もせずにスキップする場合もある。

次にステップ２０６では、切り替えた条件が安定するのを待つ意味で所定の時間停止する。このステップ２０６も同様に、使用する溶接機に応じて必要なければ、スキップすることも可能である。

次にステップ２０７では、図４の矢印ｂの方向へ移動する動作を行なう。さらにステップ２０８では、通電を続けるワイヤに印加している溶接条件を最終の停止して行う溶接の溶接条件に切り替える。この場合も条件を切り替える必要がない場合には、このステップ２０８は何もせずにスキップする場合もある。

次にステップ２０９では、所定の時間停止する。このステップ２０９も使用する溶接機に応じて必要なければ、スキップすることも可能である。

そして最後にステップ２１０では、すべてのワイヤへの通電とワイヤ送給を停止して、アーク発生を停止する。

以上が本実施の形態における消耗多電極アーク溶接終了部の溶接制御方法に相当する実施例の説明である。

以上のように、本実施の形態によれば、クレータ埋め溶接を行っている間、ワイヤ２と３が、溶融プール７から離れる方向に移動することにより、ワイヤの融着を回避することができる。

なお、本実施の形態では、１トーチ内で２本のワイヤを送給して溶接する消耗多電極アーク溶接のうちのタンデム溶接の例について説明したが、２本のワイヤに限定せず、３本以上であっても１本のワイヤを除いて残りのワイヤに対してワイヤへの通電とワイヤ送給を停止することで同様の効果が得られる。

（実施の形態２）
続いて本発明の実施の形態２における消耗多電極アーク溶接終了部の溶接制御方法について図６を用いて説明する。なお本実施の形態は、実施の形態１で図１から図４で示した消耗多電極アーク溶接終了部の一連の動作において、図５を用いて説明した溶接制御方法とは別の溶接制御方法の実施例を示すものである。

図６は、本実施の形態における溶接終了制御の制御処理フローを示す図である。

ここで、図６においてステップ３０１からステップ３０９までは図５におけるステップ２０１から２０９に対応しており、制御処理の動作は全く同一である。したがって本実施の形態においては、ステップ３０１からステップ３０９までは重複を避けるために説明を簡略化し、主にステップ３１０以降について説明する。

ステップ３１０の直前の処理として、ステップ３０７で、図４の矢印ｂの方向へ移動する動作を行ない、さらにステップ３０８では、通電を続けるワイヤに印加している溶接条件を最終の停止して行う溶接の溶接条件に切り替えた後、必要に応じてステップ３０９で、所定の時間停止する。

続いてステップ３１０以降においては、ワイヤ溶着解除の処理を行なう。

まずステップ３１０においては、すべてのワイヤへの通電とワイヤ送給を停止して、アーク発生を停止する。

次にステップ３１１では、アークの発生とワイヤ送給が完全に止まり、ワイヤや溶接ビードの状態が安定するのを待つため所定時間停止状態を設ける。なお、このステップ３１１は必要がなければ、スキップすることも可能である。

次にステップ３１２では、全ワイヤの溶着の有無を確認する。この確認を行なう方法としては、溶着しているとワイヤと母材間は通電状態となることを利用し、ワイヤに電圧をかけ母材との通電状態を確認することで確認を行なう。あるいは他にワイヤの溶着を検知できる方法があれば、それを利用することも可能である。たとえば使用する溶接機にワイヤ溶着を検出する機能を有していれば、その機能を利用して溶接機の状態信号を読み込むことでワイヤ溶着状態を検知する。

なおここで、溶着の有無の確認を全ワイヤで行なう、としたのは、先行するワイヤだけでなく、後行のワイヤも含めて確認するようにするためであり、また本実施の形態における実施例では１トーチ内で２本のワイヤを送給して溶接する消耗多電極アーク溶接についての例を示したが、送給するワイヤが３本以上であっても全てのワイヤ溶着状態を確認するようにするためである。

そしてステップ３１２で、溶着がなければ、溶接終了制御を完了する。また、いずれかのワイヤが溶着状態にあることを検知した場合、ステップ３１３に進む。

さらにステップ３１３では、ワイヤの溶着状態を解除することを目的として、少なくとも溶着状態にあることを検知した溶接ワイヤに対して再度通電する。その際の、溶接条件および通電する時間は、あらかじめ所定の方法で設定されている。さらにこの後、ステップ３１４に進み、ステップ３１０から３１３までの一連の処理を行なった回数をカウントし、あらかじめ設定した所定回数に達したかどうかのチェックを行なう。そして所定回数に達してもワイヤの溶着状態を解除できない場合はエラーを発生させ、すべての動作を停止させる。また、所定回数に達していない場合は、ステップ３１０に戻り、再度ステップ３１０以降におけるワイヤ溶着解除の処理を行なう。

以上のように、本実施の形態によれば、ステップ３１３によって、溶着状態にあるワイヤに再通電することによって、ワイヤ溶着状態を解除することができ、装置全体の稼動を停止しなければならない事態の発生を防止することができる。

本発明の消耗多電極アーク溶接方法は、１トーチ内に複数のワイヤを送給する消耗多電極アーク溶接方法において、溶接終了時のワイヤ溶着の発生防止と発生した場合の回避方法を提供することができ、溶接ロボットシステムをはじめ自動溶接装置等の制御方法として産業上有用である。

本発明の実施の形態１における溶接終了位置に至る前の段階を示す図 本発明の実施の形態１における溶接終了位置に到達したところを示す図 本発明の実施の形態１における溶接終了部の溶接制御方法の第１段階を示す図 本発明の実施の形態１における溶接終了部の溶接制御方法の第２段階を示す図 本発明の実施の形態１における溶接終了部の溶接終了制御の制御処理フローを示す図 本発明の実施の形態１における溶接終了部の溶接終了制御の制御処理フローを示す図

符号の説明

１ トーチ
ｗ 溶接進行方向
２、３ ワイヤ
６ 溶接ビード
Ｌ、Ｔｚ 移動所定量
２０１ 特定する１本のワイヤを除いてすべてのワイヤの送給および通電を停止するステップ
２０４ トーチを溶接進行方向とは逆方向で溶接ビードから離す方向に、溶接進行方向に対して斜め方向の位置に所定量移動するステップ
２０７ 溶接進行方向に溶接ビードと略平行にトーチを移動するステップ
２０２、２０５
溶接条件とは異なる溶接終了時用溶接条件を設定するステップ３０１ 特定する１本のワイヤを除いてすべてのワイヤの送給および通電を停止するステップ
３０４ トーチを溶接進行方向とは逆方向で溶接ビードから離す方向に、溶接進行方向に対して斜め方向の位置に所定量移動するステップ
３０７ 溶接進行方向に溶接ビードと略平行にトーチを移動するステップ
３０２、３０５
溶接条件とは異なる溶接終了時用溶接条件を設定するステップ
３１０ ワイヤの送給および通電を停止するステップ
３１２ すべてのワイヤについて溶接ビードとの溶着の有無を確認するステップ
３１３ ワイヤに通電を再開するステップ

Claims (7)

1. １つのトーチ内で複数のワイヤの送給および通電を行ない、前記トーチを溶接進行方向に移動させながら溶接ビードを形成して溶接する消耗電極アーク溶接方法であって、溶接終了位置において前記複数のワイヤのうちで特定する１本のワイヤを除いてすべてのワイヤの送給および通電を停止する第１のステップと、前記トーチを前記溶接終了位置から溶接進行方向とは逆方向でかつ溶接ビードから離れる方向の位置に所定量移動する第２のステップとを有する消耗電極アーク溶接方法。
2. 第２のステップで移動したトーチの位置から、溶接進行方向に溶接ビードと略平行に前記トーチを移動する第３のステップを有する請求項１記載の消耗電極アーク溶接方法。
3. １つのトーチ内で特定する１本のワイヤは、前記トーチを溶接進行方向に移動させる際に、前記トーチ内で最も先行して移動する位置にあるワイヤである請求項１または２記載の消耗電極アーク溶接方法。
4. 第２のステップおよび第３のステップでは、１つのトーチ内で特定した１本のワイヤによりそれまでの溶接条件とは異なる溶接終了時用溶接条件で溶接を行なう請求項１から３のいずれかに記載の消耗電極アーク溶接方法。
5. 第２のステップおよび第３のステップでは、溶接終了時用溶接条件により、溶接終了部に発生する凹みを埋めるクレータ処理を行う請求項４記載の消耗電極アーク溶接終了方法。
6. 第３のステップで移動したトーチの位置において、ワイヤの送給および通電を停止する第４のステップと、すべてのワイヤについて溶接ビードとの溶着の有無を確認する第５のステップと、前記第５のステップで溶着が発生するワイヤを検知した場合、少なくともそのワイヤに対して通電を再開する第６のステップとを有する請求項２から５のいずれかに記載の消耗電極アーク溶接方法。
7. １つのトーチ内で１つまたは複数のワイヤの送給および通電を行ない、前記トーチを溶接進行方向に移動させながら溶接ビードを形成して溶接する消耗電極アーク溶接方法であって、溶接終了位置において、ワイヤの送給および通電を停止するステップと、すべてのワイヤについて溶接ビードとの溶着の有無を確認するステップと、溶着が発生するワイヤを検知した場合、少なくともそのワイヤに対して通電を再開するステップとを有する消耗電極アーク溶接方法。

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