JP2008055444A - ２電極アーク溶接方法 - Google Patents

Abstract

【課題】２電極アーク溶接において、スパッタによる両溶接ワイヤ１ａ、１ｂ間の異常短絡を判別して溶接不良を防止する。
【解決手段】ノズル５内を通って互いに絶縁された第１溶接ワイヤ１ａ及び第２溶接ワイヤ１ｂを送給し、２つのアークを発生させる２電極アーク溶接方法において、溶接開始前に、第１溶接ワイヤ１ａと母材２との間に電極間短絡判別電圧Ｖｎｌを印加し、第２溶接ワイヤ１ｂと母材２との間に電圧Ｖｏ２が検出されたときは第１溶接ワイヤ１ａと第２溶接ワイヤ１ｂとが短絡状態にあると判別して溶接開始を禁止し、第２溶接ワイヤ１ｂと母材２との間に電圧Ｖｏ２が検出されないときは第１溶接ワイヤ１ａと第２溶接ワイヤ１ｂとが短絡状態にないと判別して溶接開始を許可する２電極アーク溶接方法である。
【選択図】図１

Description

本発明は、スパッタ付着による２電極間の短絡異常を判別するための２電極アーク溶接方法に関するものである。

［従来技術１］
図３は、溶接トーチ先端部のノズル内を通って２つの溶接ワイヤを送給して２つのアークを発生させて溶接する２電極アーク溶接方法のための溶接装置の構成図である。以下、同図を参照して従来技術１（特許文献１参照）について説明する。

同図において、第１溶接ワイヤ１ａと第２溶接ワイヤ１ｂとは互いに絶縁されている。溶接トーチ先端部に取り付けられたノズル５は金属製のものが一般的であり、両溶接ワイヤ１ａ、１ｂ及び母材２とも絶縁されている。

第１溶接電源ＰＳ１は、第１給電チップ４ａを介して第１溶接ワイヤ１ａにアーク溶接用の電力を供給すると共に、第１送給モータＭ１の回転を制御するための第１送給制御信号Ｆc1を出力する。第１送給モータＭ１は、送給ロールを回転駆動して第１溶接ワイヤ１ａを送給する。第１溶接ワイヤ１ａは上述したように第１給電チップ４ａから電力を供給されて、母材２との間に第１アーク３ａが発生する。

第２溶接電源ＰＳ２は、第２給電チップ４ｂを介して第２溶接ワイヤ１ｂにアーク溶接用の電力を供給すると共に、第２送給モータＭ２の回転を制御するための第２送給制御信号Ｆc2を出力する。第２送給モータＭ２は、送給ロールを回転駆動して第２溶接ワイヤ１ｂを送給する。第２溶接ワイヤ１ｂは上述したように第２給電チップ４ｂから電力を供給されて、母材２との間に第２アーク３ｂが発生する。

ノズル５内側からシールドガスが噴出されると共に、第１溶接ワイヤ１ａ及び第２溶接ワイヤ１ｂが内側を通過する。同図においては、溶接方向に対して第１溶接ワイヤ１ａが先行し、第２溶接ワイヤ１ｂが後行するように配置されている。しかし、これ以外にも、第２溶接ワイヤ１ｂが先行し、第１溶接ワイヤ１ａが後行するように配置される場合もある。さらに、両溶接ワイヤ１ａ、１ｂが、溶接線に直交する方向に配置される場合もある。この２電極アーク溶接方法では、同時に２つのアーク３ａ、３ｂが発生するので、高溶着溶接及び２m/minを超える高速溶接を行うことができる。

［従来技術２］
一般的な単電極の消耗電極アーク溶接において、長時間溶接を行うと、ノズル内にスパッタが次第に付着し、シールドガスの噴出が偏りシールド不良が発生して溶接品質が悪くなる。このために、所定間隔ごとにノズル内のスパッタを除去するクリーニング作業を行う必要がある。特許文献２に記載する従来技術２は、ノズル内に許容量以上のスパッタが付着したことを判別する技術である。すなわち、正常状態では溶接ワイヤとノズルとは絶縁状態にあるが、ノズル内のスパッタ（導電性）によって溶接ワイヤとノズルとは短絡状態になる。そこで、溶接開始前に、溶接ワイヤとノズルとの電気的な導通をチェックし、導通状態であればスパッタ付着が許容量以上であると判別する。上記の導通チェックは、ノズルと母材とを一時的に接続し、溶接ワイヤと母材との間に電圧を印加したときに短絡電圧値となるか否かによって判別する。この従来技術２では、ノズルへのスパッタ付着が許容量以上になったときに、ノズルのクリーニング作業を行うことができるので、作業効率が向上する。

特開２００１−２８７０３１号公報 特開平５−２２０５７０号公報

上述した従来技術１の２電極アーク溶接方法においても、溶接を繰り返すにつれてノズル５先端部に次第にスパッタが付着して溶接品質が悪くなってくる。特に、２電極アーク溶接方法は同時に２つのアーク３ａ、３ｂを発生させて溶接するので、通常の単電極消耗電極アーク溶接に比べてスパッタ発生量も多くなる。

上述した図３に示すように、２電極アーク溶接方法においては、ノズル５内から２つの溶接ワイヤ１ａ、１ｂが送給されるために、両溶接ワイヤ１ａ、１ｂ（両給電チップ４ａ、４ｂも含めて）の間隔が狭い。このために、両溶接ワイヤ１ａ、１ｂがスパッタによって短絡状態になるおそれがある。この状態が発生すると、両溶接ワイヤ１ａ、１ｂは絶縁状態から導通状態になる。本発明が対象とする２電極アーク溶接方法では、両溶接ワイヤ１ａ、１ｂが絶縁されていることが前提となって、両溶接ワイヤ１ａ、１ｂそれぞれを独立して電流・電圧波形制御して高性能化を実現している。このために、スパッタ付着によって両溶接ワイヤ１ａ、１ｂが短絡すると同電位となるので、独立した制御が不能となり溶接状態が不安定になる。したがって、２電極アーク溶接方法では、両溶接ワイヤ１ａ、１ｂ間の短絡を自動判別してノズル５等のクリーニングを行う必要がある。しかし、従来技術２のスパッタ付着判別方法では、両溶接ワイヤ１ａ、１ｂ間の短絡を自動判別することができない。

そこで、本発明では、溶接開始前に、スパッタによる両溶接ワイヤ間の短絡状態を自動判別する機能を有する２電極アーク溶接方法を提供する。

上述した課題を解決するために、第１の発明は、溶接トーチ先端部のノズル内を通って互いに絶縁された第１溶接ワイヤ及び第２溶接ワイヤを送給し、２つのアークを発生させて溶接する２電極アーク溶接方法において、
溶接開始前に、前記第１溶接ワイヤと母材との間に電極間短絡判別電圧を印加し、
前記第２溶接ワイヤと母材との間に前記電極間短絡判別電圧に基づく電圧が検出されたときは前記第１溶接ワイヤと前記第２溶接ワイヤとが短絡状態にあると判別して溶接開始を禁止し、
前記第２溶接ワイヤと母材との間に前記電極間短絡判別電圧に基づく電圧が検出されないときは前記第１溶接ワイヤと前記第２溶接ワイヤとが短絡状態にないと判別して溶接開始を許可する、ことを特徴とする２電極アーク溶接方法である。

第２の発明は、前記電極間短絡判別電圧が、前記第１溶接ワイヤに電力を供給する溶接電源からの無負荷電圧である、第１の発明記載の２電極アーク溶接方法である。

本発明によれば、溶接開始前に、スパッタによる両溶接ワイヤ間の短絡状態異常を自動的に判別して溶接開始を禁止することができる。溶接開始が禁止されたときに、ノズル等に付着したスパッタのクリーニングを行うことができる。このために、両溶接ワイヤが短絡状態異常となって溶接状態が不安定になり溶接品質が悪くなることを抑制することができる。さらに、両溶接ワイヤの短絡状態を判別してノズル等のクリーニング作業を行うので、効率よく作業ができ、生産性を高めることができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る２電極アーク溶接装置の構成図である。同図において上述した図３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。同図には、電極間短絡判別回路ＳＤが追加されている。この電極間短絡判別回路ＳＤは、第２溶接電源ＰＳ２の出力端子電圧Ｖo2を検出して、その値が所定値未満のときは溶接開始禁止信号となり、その値が所定値以上のときは溶接開始許可信号となる溶接開始禁止／許可信号Ｓｄを両溶接電源ＰＳ１、ＰＳ２に出力する。出力端子電圧Ｖo2は、第２溶接ワイヤ１ｂと母材２との間の電圧と等しい。溶接電源内には出力電圧を検出する回路があることが多いので、上記の電極間短絡判別回路ＳＤを第２溶接電源ＰＳ２に内蔵してもよい。

図２は、両溶接ワイヤ１ａ、１ｂのスパッタによる短絡を自動判別する手順を示すフローチャートである。同図に示す自動判別は溶接開始前に行い、その判別結果が溶接開始禁止のときはノズル等のクリーニングを実施し、その判別結果が溶接開始許可のときは溶接を開始する。同図のフローチャートのように、図１で上述した両溶接電源ＰＳ１、ＰＳ２はシーケンス制御される。以下、同図を参照して説明する。

ステップＳＴ１において、両溶接ワイヤ１ａ、１ｂの送給を停止したままで、第１溶接電源ＰＳ１から無負荷電圧Ｖnlを出力する。この無負荷電圧Ｖnlは、５０〜１００Ｖ程度であり、第１溶接ワイヤ１ａと母材２との間に印加される。両溶接ワイヤ１ａ、１ｂが正常状態で絶縁されていれば、第２溶接ワイヤ１ｂ・母材２間の電圧値Ｖo2は略０Ｖとなる。他方、両溶接ワイヤ１ａ、１ｂがスパッタによって短絡状態にあるときは、第２溶接ワイヤ１ｂ・母材２間の電圧値Ｖo2は略無負荷電圧値Ｖnlとなる。したがって、Ｖo2が所定値未満かを比較して短絡有無を判別することができる。ここで、所定値は、例えば無負荷電圧値Ｖnlの１／２に設定する。

ステップＳＴ２において、第２溶接ワイヤ１ｂ・母材２間の電圧値Ｖo2を検出して、その値が上記の所定値未満かを判別し、以上（ＮＯ＝短絡）ならばステップＳＴ３に進み、未満（ＹＥＳ＝正常）ならばステップＳＴ４に進む。

ステップＳＴ３において、両溶接ワイヤ１ａ、１ｂ間が短絡状態にあるので、溶接開始禁止信号を両溶接電源ＰＳ１、ＰＳ２に出力して溶接開始を禁止する。

ステップＳＴ４において、両溶接ワイヤ１ａ、１ｂ間が正常状態（絶縁状態）にあるので、溶接開始許可信号を両溶接電源ＰＳ１、ＰＳ２に出力して溶接開始を許可する。

同図では、電極間短絡判別電圧を第１溶接電源ＰＳ１の無負荷電圧を利用したが、別電源を追加して印加してもよい。上述した実施の形態によれば、溶接開始前に、スパッタによる両溶接ワイヤ間の短絡状態を自動的に判別して溶接開始を禁止することができる。溶接開始が禁止されたときには、ノズル等に付着したスパッタのクリーニングを行うことができる。このために、両溶接ワイヤが短絡して同電位となり、溶接状態が不安定になって溶接品質が悪くなることを抑制することができる。さらに、両溶接ワイヤの短絡状態を判別してからノズル等のクリーニング作業を行うので、効率よく作業ができ、生産性を高めることができる。

本発明の実施の形態に係る２電極アーク溶接装置の構成図である。 本発明の実施の形態に係る両溶接ワイヤ間の短絡状態の判別方法を示すフローチャートである。 従来技術に係る２電極アーク溶接装置の構成図である。

符号の説明

１ａ 第１溶接ワイヤ
１ｂ 第２溶接ワイヤ
２ 母材
３ａ 第１アーク
３ｂ 第２アーク
４ａ 第１給電チップ
４ｂ 第２給電チップ
５ ノズル
Ｆc1 第１送給制御信号
Ｆc2 第２送給制御信号
Ｍ１ 第１送給モータ
Ｍ２ 第２送給モータ
ＰＳ１ 第１溶接電源
ＰＳ２ 第２溶接電源
ＳＤ 電極間短絡判別回路
Ｓｄ 溶接開始禁止／許可信号
Ｖnl 無負荷電圧
Ｖo2 第２溶接電源の出力端子電圧

Claims (2)

1. 溶接トーチ先端部のノズル内を通って互いに絶縁された第１溶接ワイヤ及び第２溶接ワイヤを送給し、２つのアークを発生させて溶接する２電極アーク溶接方法において、
   溶接開始前に、前記第１溶接ワイヤと母材との間に電極間短絡判別電圧を印加し、
   前記第２溶接ワイヤと母材との間に前記電極間短絡判別電圧に基づく電圧が検出されたときは前記第１溶接ワイヤと前記第２溶接ワイヤとが短絡状態にあると判別して溶接開始を禁止し、
   前記第２溶接ワイヤと母材との間に前記電極間短絡判別電圧に基づく電圧が検出されないときは前記第１溶接ワイヤと前記第２溶接ワイヤとが短絡状態にないと判別して溶接開始を許可する、ことを特徴とする２電極アーク溶接方法。
2. 前記電極間短絡判別電圧が、前記第１溶接ワイヤに電力を供給する溶接電源からの無負荷電圧である、請求項１記載の２電極アーク溶接方法。
   
   

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