JP2006247695A - Tandem torch welding method and torch polarity switching apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、溶接ロボットによるワークの溶接において、溶接ロボットに2本以上のトーチを装着するタンデムトーチの溶接方法に関するもので、近接した2本のトーチのアーク干渉を回避する技術に関するものである。 The present invention relates to a welding method for a tandem torch in which two or more torches are mounted on a welding robot in welding a workpiece by a welding robot, and to a technique for avoiding arc interference between two adjacent torches.
溶接ロボットに2本以上のトーチを装着してそれらを同時に動作させて行うタンデムトーチによる溶接は、公知である。タンデムトーチによる溶接は、溶接速度を速くできるので、溶接線の長い大型のワークの溶接を短時間で行うことができるという長所がある。しかしタンデムトーチは、狭い箇所や曲がりくねった箇所の溶接ができない。 Welding by a tandem torch that is performed by attaching two or more torches to a welding robot and simultaneously operating them is known. Since welding with a tandem torch can increase the welding speed, there is an advantage that welding of a large workpiece having a long welding line can be performed in a short time. However, tandem torches cannot weld narrow or winding areas.
この問題を解決するため、溶接途中でタンデムトーチの一方を後退させて狭い箇所や曲がりくねった箇所を溶接する技術が、この出願の出願人に係る下記特許文献1で提案されている。
In order to solve this problem, a technique of welding one of the tandem torches in the middle of welding to weld a narrow part or a winding part is proposed in the following
この文献で提案された技術は、複数の溶接トーチ又は溶接トーチと溶断トーチとの複数のトーチを備えた溶接ヘッドにおいて、トーチの一方を他方に対して進退自在に設ける。複数本の溶接トーチを設けた溶接ヘッドで、細部や狭い箇所の溶接を行うときは、1本の溶接トーチを前進させた状態で溶接を行う。広い部分の溶接を高速で行うときは、複数本の溶接トーチを等しい位置にして、すべての溶接トーチを動作させて溶接を行う、というものである。 In the technique proposed in this document, in a welding head having a plurality of welding torches or a plurality of torches including a welding torch and a fusing torch, one of the torches is provided so as to be movable forward and backward. When welding a detail or a narrow part with a welding head provided with a plurality of welding torches, the welding is performed with one welding torch advanced. When welding a wide part at a high speed, welding is performed by setting a plurality of welding torches at the same position and operating all the welding torches.
図3を参照して、上記文献記載の溶接方法の一例を説明する。図の例では、溶接開始位置(a)と終了位置(f)とに、トーチと干渉する高さHの段差4aと、狭い箇所Kとがある。溶接開始位置(a)では、図で矢印Mで示す移動方向の前側となる前側トーチ2aを後退させ、溶接ヘッド1を図の時計回りに傾斜させて、移動方向の後側となる後側トーチ2bの先端をワーク4の段差部4aに接近させて溶接を開始する。
An example of the welding method described in the above document will be described with reference to FIG. In the example of the figure, there is a
そして、前側トーチ2aと段差4aとの干渉がなくなる距離まで溶接ヘッドが移動したら((b)の位置)、前側トーチ2aを進出させ、溶接ヘッドの傾斜を戻し、前側トーチのアークを開始し、両方のトーチ2a、2bで溶接を行う状態とする。そして、前側トーチ2aのアークを開始してから前側トーチ2aと後側トーチ2bの先端の間隔Wだけ溶接ヘッド1が移動したタイミングで、溶接ヘッド1の移動速度を上げ、平坦な区間Lの溶接を高速で行う。
Then, when the welding head moves to a distance where the interference between the
そして、溶接線の終端の狭隘部Kに近づいたら、溶接ヘッド1を減速して、その減速動作が終了した後、前記間隔Wだけ移動したタイミングで後側トーチ2bのアークを停止し、後側トーチ2bを後退させ、溶接ヘッド1を図の反時計方向に傾斜させる。この状態で溶接終端(f)まで移動する。
Then, when approaching the narrowed portion K at the end of the weld line, the
このようにして第1層の溶接が終了したら、図3の(f)の位置から第2層の溶接が開始される。すなわち、先行トーチ2aのアークを停止することなく、溶接ヘッド1の逆方向移動を開始し、前記と同様な順序で先行トーチ2aと後行トーチ2bの進退を行いながら(a)地点までの溶接を行う。以上の動作を所定回数繰り返して所望層の溶接を行う。
When the first layer welding is thus completed, the second layer welding is started from the position shown in FIG. That is, the
タンデムトーチ溶接では、2本のトーチの先端を接近させて1プールを形成する場合と、先端の間隔を開けて2プールを形成する場合とがある。この1プールを形成する溶接と2プールを形成する溶接との両者に対応できるように、タンデムトーチのワークの溶接線に沿う方向の溶接トーチの間隔を変更可能にする技術を本願出願人は特願2003−315600で提案している。 In tandem torch welding, there are a case where one pool is formed by bringing the tips of two torches close to each other, and a case where two pools are formed with a gap between the tips. The present applicant specializes in a technique that can change the interval of the welding torch in the direction along the welding line of the work of the tandem torch so that both of the welding forming the 1 pool and the welding forming the 2 pool can be handled. This is proposed in Japanese Patent Application No. 2003-315600.
図3で説明した上記方法は、トーチ先端を近接させて1プールを形成する溶接であるが、トーチ先端を接近させた2本の溶接トーチに同極の直流電源を接続して溶接を行うと、磁気吹きと呼ばれる磁気作用で、2つの溶接アークが接近する方向に偏倚してアークの干渉が起こる。アーク干渉が起こると、アンダーカット、溶け込み不足、ビート幅不整、ビート割れ、ブローホールなどの溶接不良を生ずる危険がある。 The above-described method described with reference to FIG. 3 is welding in which one torch tip is formed close to the torch tip, but when welding is performed by connecting a DC power source of the same polarity to two welding torches with the torch tip close to each other. The magnetic action called magnetic blowing causes the two welding arcs to deviate in the direction in which they approach, causing arc interference. If arc interference occurs, there is a risk of undercutting, insufficient penetration, beat width irregularity, beat cracking, blow holes, and other welding defects.
磁気吹きによるアーク干渉を避けるには、トーチの一方を交流電源で駆動するのが有効であること、2本のアークの極性を逆にすれば、磁気吹きによりアークが離れる方向に偏倚することが報告されている。
この発明は、直流電源を用いるタンデムトーチ溶接において、上記アーク干渉による溶接不良の発生を防止すると共に、ワークの溶接線に沿ってタンデムトーチを往復移動させる多層溶接や、タンデムトーチの1本を退避させて行うシングルトーチ溶接や、更にはトーチ間隔を変化させて1プールの溶接と2プールの溶接とを切替えるなどの種々の形態のタンデムトーチ溶接において、それぞれの形態に最も適した極性で溶接が行われるようにすることを課題としている。 In this invention, in tandem torch welding using a DC power source, the occurrence of defective welding due to arc interference is prevented, and multilayer welding in which the tandem torch is reciprocated along the workpiece welding line, or one of the tandem torches is retracted. In various types of tandem torch welding, such as single torch welding performed in addition, and switching between 1 pool welding and 2 pool welding by changing the torch interval, welding is performed with the polarity most suitable for each type. The challenge is to make it happen.
上記課題を解決した本願請求項1の発明に係るタンデムトーチ溶接方法は、直流溶接電源を用いるタンデムトーチ溶接方法において、直流溶接電源を2個用い、進行方向前側のトーチにワークに対してプラス側の電極が接続されると共に進行方向後側のトーチにワークに対してマイナス側の電極が接続されるように、トーチの進行方向が反転したときに並列配置された2個のトーチに与える電極の極性を反転させることを特徴とするものである。 The tandem torch welding method according to the first aspect of the present invention that solves the above-described problem is a tandem torch welding method using a DC welding power source, wherein two DC welding power sources are used, and the torch on the front side in the traveling direction has a plus side relative to the workpiece. Of the electrode to be applied to the two torches arranged in parallel when the traveling direction of the torch is reversed so that the negative electrode with respect to the workpiece is connected to the torch on the rear side in the traveling direction. The polarity is reversed.
また本願請求項2の発明に係るタンデムトーチ溶接方法は、溶接トーチの一方を他方に対して後退させる進退装置を設けたタンデムトーチを用いるタンデムトーチ溶接方法において、進行方向前側のトーチを後退させたとき、当該前側トーチの後退後、後側トーチのシングル溶接状態でタンデムトーチのときの極間距離Wだけ移動し、その後進行方向後側のトーチにワークに対してプラス側の電極が接続されるように進行方向後側のトーチに与える電極の極性を反転させて、シングルトーチ溶接に移行することを特徴とする、請求項1記載のタンデムトーチ溶接方法である。
The tandem torch welding method according to claim 2 of the present application is the tandem torch welding method using a tandem torch provided with an advancing / retreating device for retreating one of the welding torches with respect to the other. When the front torch moves backward, the rear torch moves in the single welding state by the distance W between the tandem torches, and then the positive electrode with respect to the workpiece is connected to the rear torch in the traveling direction. The tandem torch welding method according to
上記のこの発明の溶接方法は、溶接電源とワーク及びトーチとの間に極性切替装置を設けて溶接ロボットを制御するロボットコントローラや、タンデムトーチを制御するタンデムインタフェイスの信号により、溶接電源とワーク及びトーチとの接続を切替えることによって実現される。 The above-described welding method of the present invention provides a welding power source and a workpiece by means of a robot controller for controlling the welding robot by providing a polarity switching device between the welding power source, the workpiece and the torch, and a signal of a tandem interface for controlling the tandem torch. And switching the connection with the torch.
従って、本願の請求項3の発明に係るタンデムトーチ溶接のトーチ極性切替装置は、2個の直流溶接電源と、切替装置とを備え、当該切替装置は、前記の各溶接電源に接続される+端子と−端子を対とする2対の入力端子と、第1と第2との2個のトーチ接続端子と、ワーク接続端子とを備え、当該切替装置は、タンデムトーチの進行方向が反転したときに、一方の対の+端子を第1トーチ接続端子に接続し他方の対の−端子を第2のトーチ接続端子に接続し残りの−端子と+端子とをワーク接続端子に接続する第1接続モードと、一方の対の−端子を第1トーチ接続端子に接続し他方の対の+端子を第2のトーチ接続端子に接続し残りの+端子と−端子とをワーク接続端子に接続する第2接続モードとを切替えるというものである。
Accordingly, the torch polarity switching device for tandem torch welding according to the invention of
この発明の方法では、タンデムトーチの移動方向が切替えられたとき、新たな移動方向における前方トーチの極性がワークに対して+極となり、後方のトーチがワークに対して−極となるように極性切替が行われる。すなわち、本願請求項1の方法によれば、タンデムトーチがどの方向に移動しても、その移動方向前方のトーチがワークに対して+極、後方のトーチがワークに対して−極となった状態で溶接が行われ、トーチ先端を近接させた状態でタンデムトーチ溶接を行うときに、トーチ先端が逆極性となり、アーク干渉を回避できる。
In the method of the present invention, when the movement direction of the tandem torch is switched, the polarity of the front torch in the new movement direction becomes a positive pole with respect to the workpiece, and the polarity of the rear torch becomes a negative pole with respect to the workpiece. Switching is performed. That is, according to the method of
請求項2の発明は、ワークに対して進行方向前方のトーチを+極、後方のトーチを−極としてタンデムトーチ溶接を行っているときに、シングルトーチ溶接に切替えるために、進行方向前方のトーチを退避させたときは、残った後方のトーチの極性を−極から+極に切替えて溶接を行うというものである。この切替を行うことによってシングルトーチ溶接時の適正な極性を確保できる。なお、タンデムトーチ溶接からその進行方向後方のトーチを退避させてシングルトーチ溶接に切替えるときは、残ったシングルトーチの極性が元々+極であるので、極性切替を行う必要はない。 In the invention of claim 2, the forward torch in the traveling direction is used to switch to single torch welding when performing tandem torch welding with the torch forward in the traveling direction as the + pole and the rear torch as the -pole with respect to the workpiece. When retreating, the polarity of the remaining rear torch is switched from the negative pole to the positive pole for welding. By performing this switching, it is possible to ensure an appropriate polarity during single torch welding. When the tandem torch welding is retracted from the torch at the rear in the traveling direction to switch to the single torch welding, the polarity of the remaining single torch is originally a + pole, so that it is not necessary to switch the polarity.
2プールを形成する溶接のように、2本のトーチの間隔を広くしてタンデムトーチ溶接を行うときは、アーク干渉が発生するおそれがないので、両方のトーチを共に+極にしてタンデムトーチ溶接を行う。進行方向後方のトーチを正極性にしてタンデムトーチ溶接を行っているときに、進行方向前方のトーチを後退させたときは、切替装置を両トーチが共に+極となる状態に切替え、かつ進行方向前方のトーチへの電源回路を遮断してやればよい。 When performing tandem torch welding with a wide interval between two torches, such as welding that forms two pools, there is no risk of arc interference. I do. When tandem torch welding is performed with the torch at the rear in the traveling direction being positive, when the torch at the front in the traveling direction is retracted, the switching device is switched to a state in which both torches are both positive and the traveling direction. What is necessary is just to cut off the power supply circuit to the front torch.
この発明によれば、トーチ先端を近接させて行うタンデムトーチ溶接時にアーク干渉の発生を防止することができるという効果がある。更にこの発明によれば、タンデムトーチの1本を後退させてシングルトーチに切替えたときに、常に適正な極性のシングルトーチ溶接を行うことができ、またトーチ先端の間隔を広くしてタンデムトーチ溶接を行うときにも、トーチ極性を共に+極とした適正な溶接が行われるという効果がある。 According to the present invention, there is an effect that it is possible to prevent occurrence of arc interference during tandem torch welding performed by bringing the torch tips close to each other. Furthermore, according to the present invention, when one of the tandem torches is retracted and switched to the single torch, single torch welding with an appropriate polarity can always be performed, and the tandem torch welding is performed by widening the interval between the torch tips. Even when performing the above, there is an effect that proper welding is performed with both the torch polarities being positive.
以下、図面を参照してこの発明の実施形態を説明する。図1は、この発明の方法による溶接を行うための溶接装置全体を示すブロック図で、3は溶接ロボット、4はワーク、5はワーク4を支持して必要時に姿勢変換するポジショナー、6は溶接ロボット3とポジショナー5の動きを制御するロボットコントローラ、7a及び7bは直流溶接電源、8はこの発明の極性切替装置、2a及び2bはロボット3のアーム9の先端に取り付けられた2本のトーチ、10は2本のトーチ2a、2bの進退やトーチ間隔を制御するタンデムインタフェイス、11a及び11bはタンデムインタフェイス10からの指令により、トーチの一方を後退させたときに、当該トーチへの電源を遮断する開閉器である。なお、12a及び12bはサーチユニットであるが、本願の発明とは直接関係がなく、極性切替装置8から開閉器11a、11bへ接続されるケーブルはサーチユニット12a、12b内で直結されていると考えて良い。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing an entire welding apparatus for performing welding according to the method of the present invention, wherein 3 is a welding robot, 4 is a work, 5 is a positioner that supports the
極性切替装置8は、溶接電源7a、7bの各々について、その+極と−極を接続するための端子14a、14b及び15a、15bの二対の入力端と、ポジショナー5を介してワーク4に接続される2個一組のワーク接続端子16及び2本のトーチ2a、2bのそれぞれに接続される2個のトーチ接続端子17a、17bを備えている。
For each of the
極性切替装置8は、電磁動作する2個の2連切替スイッチSa、Sbを備えており、図2(a)に示すように、2個の切替スイッチSa、Sbが共に図で右側に倒れた標準接続モードでは、2個の+側の入力端子14a、14bが共に2個のトーチ接続端子17a、17bに接続され、2個の−側の入力端子15a、15bが共にワーク接続端子16に接続された状態となるので、2本のトーチ2a、2bは、ワーク4に対して共に+極となる。一方、図2(b)に示すように、図で左側の切替スイッチSbが左側に切替えられると、溶接電源7bの+極に接続されている入力端子14bがワーク端子16に接続され、当該溶接電源の−極に接続されている端子15bが図で左側のトーチ端子17bに接続されるので、2本の溶接トーチの一方2aが逆極性、他方2bが正極性となる。また、図2(c)に示すように、図で左側の切替スイッチSbが右に倒れている状態で、右側の切替スイッチSaが左側に倒れると、溶接電源17aの+極がワーク端子16に接続され、当該溶接電源の−極がトーチ端子17aに接続される状態となるので、2個の溶接トーチ2a、2bの極性は、図2(b)の場合の逆になる。
The
切替スイッチSa、Sbの切替は、タンデムインタフェイス10の指令によって行われる。すなわち、2本のトーチ2a、2bの間隔を広くして溶接を行うときや、2本の溶接トーチ2a、2bの内の1本を後退させてシングルトーチ溶接を行うときは、両方のトーチ2a、2bをそれぞれの溶接電源7a、7bの+極に接続する図2(a)の状態に切替えられ、2本の溶接トーチ2a、2bの先端相互を近接させて、タンデムトーチ溶接を行うときは、ロボットコントローラ6からの溶接トーチの移動方向により、図2の(b)又は(c)に切替られる。
The changeover switches Sa and Sb are switched by a command from the
先に説明した図3のトーチ動作を例にして、極性切替装置8の切替動作を説明する。溶接線の左端から溶接を開始する図3の(a)の状態では、極性切替装置8が図2(a)の状態に切替えられており、後退している溶接トーチ2aの電源が開閉器11aによって遮断されている。従って、この状態では溶接トーチ2bが+極となった状態で溶接が行われる。その後溶接トーチが移動してタンデムトーチとなった図3の(c)の状態では、トーチ2aが進行方向前方のトーチとなるので、極性切替装置8は、図2(b)のように切替えられて、進行方向前側トーチ2aが+極となり、後側トーチ2bが−極となる。そして、右側の溶接終端に近づいて、溶接トーチ2bが後退すると、この後退動作と同時に開閉器11bにより溶接トーチ2bの電源が遮断される。従って、この状態では、残った1本のトーチ2aが+極となって溶接が行われる。
The switching operation of the
溶接トーチが図3の右端に来た状態から溶接ヘッド1の進行方向が反転して、2層目の溶接が開始される。この2層目の溶接の最初は、1層目の溶接の終了時と同じ状態、すなわち進出している1本トーチ2aが+極となって溶接が行われ、図3の(d)の位置でタンデムトーチに切替えられたときに、極性切替装置8が図2(c)の状態に切替えられて、進行方向前側となる溶接トーチ2bが+極、後側となる溶接トーチ2aが−極となって溶接が行われる。そして、溶接線の左端に近づいて図3の(c)の位置で溶接トーチ2aが後退すると、開閉器11aが遮断されて、残ったトーチ2bが+極となった状態で溶接線の左端までの溶接が行われる。3層以上の溶接は、3層は1層と同じ動作で、また4層は2層と同じ動作で行われることとなる。
The traveling direction of the
以上のようにこの発明の方法では、トーチ先端を近接させた状態でのタンデムトーチ溶接を行うときは、その移動方向前側のトーチがワークに対して+側となり、後側のトーチがワークに対して−極側となった状態で溶接が行われ、いずれか1本のトーチを後退させたときは、残ったトーチが+側となった状態でシングルトーチ溶接が行われる。更に2プールを形成する溶接のように、トーチ間隔Wを広げた状態でのタンデムトーチ溶接を行うときは、両トーチ共に+極にして溶接を行うのである。 As described above, according to the method of the present invention, when tandem torch welding is performed with the torch tip approaching, the torch on the front side in the moving direction is the + side with respect to the workpiece, and the rear torch is on the workpiece. When welding is performed in the state of being on the negative pole side and any one torch is retracted, single torch welding is performed in a state where the remaining torch is on the positive side. Further, when performing tandem torch welding with a wide torch interval W, such as welding forming two pools, both torches are welded with a positive pole.
2a,2b トーチ、
3 溶接ロボット
5 ポジショナー
6 ロボットコントローラ
7a,7b 直流溶接電源
8 極性切替装置
9 ロボットのアーム
10 タンデムインタフェイス
2a, 2b torch,
3
7a, 7b DC
10 Tandem interface
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