JP2008207213A

JP2008207213A - 溶接装置

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Publication number: JP2008207213A
Application number: JP2007046455A
Authority: JP
Inventors: Toshio Oonawa; 登史男大縄
Original assignee: Daihen Corp
Current assignee: Daihen Corp
Priority date: 2007-02-27
Filing date: 2007-02-27
Publication date: 2008-09-11

Abstract

【課題】安定したＭＩＧ溶接およびＴＩＧ溶接を施すことが可能な溶接装置を提供すること。
【解決手段】ＭＩＧ電流ＡＩｗは、溶接対象材に対してワイヤが常に陽極側となる状態で流され、かつＭＩＧベース電流値ＡＩｗｂとＭＩＧピーク電流値ＡＩｗｐとを交互にとる波形とされており、ＴＩＧ電流ＢＩｗは、溶接対象材に対してＴＩＧ電極が常に陰極側となる状態で流され、かつＴＩＧベース電流値ＢＩｗｂとＴＩＧピーク電流値ＢＩｗｐとを交互にとる波形とされており、ＭＩＧ電流ＡＩｗがＭＩＧピーク電流値ＡＩｗｐをとる期間ｔａと、ＴＩＧ電流値ＢＩｗがＴＩＧピーク電流値ＢＩｗｐをとる期間ｔｂとは、互いにシフトされている。このような構成により、ＭＩＧアークおよびＴＩＧアークが途切れることが無く、また互いに及ぼしあう力を弱めることが可能であり、安定した溶接を行うことができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、溶接対象材の溶接対象箇所に対してＭＩＧ溶接とＴＩＧ溶接とを施すことが可能な溶接装置に関する。

ＴＩＧ溶接とＭＩＧ溶接とを施すことが可能な溶接装置は、溶接速度の向上や溶け込み深さをより深くすることなどに有利である。図４は、従来の溶接装置の一例を示している。同図に示された溶接装置Ｘは、ＭＩＧ電極９１、ＴＩＧ電極９２、ＭＩＧ電源ＭＰ、およびＴＩＧ電源ＴＰを備えている。ＭＩＧ電極９１は、消耗型電極としてのワイヤＷを支持しつつ、ワイヤＷと導通している。ＴＩＧ電極９２は、その先端がたとえばタングステンからなる非消耗型電極である。ＭＩＧ電源ＭＰおよびＴＩＧ電源ＴＰは、たとえば商用三相交流電源の二相に接続されている。ＭＩＧ電源ＭＰは、ＭＩＧ電極９１を介してワイヤＷと溶接対象材Ｐとの間にＭＩＧアークを発生させるための交流のＭＩＧ電圧を印加する。ＴＩＧ電源ＴＰは、ＴＩＧ電極９２と溶接対象材Ｐとの間にＴＩＧアークを発生させるための交流のＴＩＧ電圧を印加する。溶接装置Ｘによれば、溶接対象材Ｐの同一箇所に対して、ＭＩＧ溶接とＴＩＧ溶接とを施すことが可能である。

しかしながら、上記ＭＩＧ電圧および上記ＴＩＧ電圧は交流であるため、それぞれが周期的に０となる。上記ＭＩＧ電圧および上記ＴＩＧ電圧が０である瞬間は、上記ＭＩＧアークおよび上記ＴＩＧアークが途切れてしまう。このようなアークは不安定であるため、ＭＩＧ溶接およびＴＩＧ溶接によって形成されたビードが乱れるおそれがある。また、ＭＩＩＧ電極９１とＴＩＧ電極９２との相対的な電位差が周期的に変動する。これにより、上記ＭＩＧアークと上記ＴＩＧアークとの間に引力と斥力とが交互に作用することとなる。この結果、溶接対象材Ｐに対してこれらのアークの位置が不安定となるという不具合があった。

特開昭５７−２２８７７号公報

本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、安定したＭＩＧ溶接およびＴＩＧ溶接を施すことが可能な溶接装置を提供することをその課題とする。

本発明によって提供される溶接装置は、送給されるワイヤを保持し、かつこのワイヤに導通するＭＩＧ電極と、ＴＩＧ電極と、上記ＭＩＧ電極を介して上記ワイヤと上記溶接対象材との間に、振幅および周期を有するＭＩＧ電流を流すためのＭＩＧ電源と、上記ＴＩＧ電極と溶接対象材との間に、振幅および周期を有するＴＩＧ電流を流すためのＴＩＧ電源と、を備える溶接装置であって、上記ＭＩＧ電流は、上記溶接対象材に対して上記ワイヤが常に陽極側となる状態で流され、かつ絶対値が０より大であるＭＩＧベース電流値とこのＭＩＧベース電流値よりも絶対値が大であるＭＩＧピーク電流値とを交互にとる波形とされており、上記ＴＩＧ電流は、上記溶接対象材に対して上記ＴＩＧ電極が常に陰極側となる状態で流され、かつ絶対値が０より大であるＴＩＧベース電流値とこのＴＩＧベース電流値よりも絶対値が大であるＴＩＧピーク電流値とを交互にとる波形とされており、上記ＭＩＧ電流が上記ＭＩＧピーク電流値をとるときと、上記ＴＩＧ電流が上記ＴＩＧピーク電流値をとるときとは、互いにシフトされていることを特徴としている。

このような構成によれば、上記ＭＩＧ電流および上記ＴＩＧ電流は、それぞれが流れる方向が一定であるとともに、その値は常に０より大きい。このため、ＴＩＧアークおよびＭＩＧアークが途切れることがない。したがって、ＭＩＧ溶接およびＴＩＧ溶接を安定して行うことができる。

特に、ＭＩＧ溶接においては、ＭＩＧアークが途切れてしまうと、その後にＭＩＧアークを再度形成することが困難である。また、ワイヤの先端から延びるＭＩＧアークの長さが不安定となる。このため、ＭＩＧアークの再形成を繰り返す溶接態様は、安定した溶接に不向きである。これに対し、本発明によれば、溶接作業中においてＭＩＧアークが途切れることがなく、再形成が繰り返されることもない。したがって、溶接の安定化に適している。

また、上記ＭＩＧ電流が上記ＭＩＧピーク電流値となるときと、上記ＴＩＧ電流が上記ＴＩＧピーク電流値となるときとは、互いにシフトされている。これにより、ＴＩＧアークの強さが最大となるときと、ＭＩＧアークの強さが最大となるときとはタイミングが異なる。そうすると、ＴＩＧアークとＭＩＧアークとが互いに及ぼしあう斥力を弱めることが可能である。したがって、ＭＩＧ溶接とＴＩＧ溶接とを安定して施すことが可能であり、溶接ビードが乱れることを防止することができる。

さらに、上記ＴＩＧ電極を常に陰極側として使用することにより、上記ＴＩＧ電極の先端が溶解することを防止できる。これにより、溶融したＴＩＧ電極の一部が溶接ビードに巻き込まれるといった不具合を回避できる。

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。

以下、本発明の好ましい実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。

図１および図２は、本発明に係る溶接装置の一例を示している。本実施形態の溶接装置Ａは、ＭＩＧ電極１、ＴＩＧ電極２、シールドノズル３、ＭＩＧ電源ＡＰＳ、ＴＩＧ電源ＢＰＳ、をおよびワイヤ送給装置ＡＷＦを備えており、溶接対象材Ｐに対してＭＩＧ溶接とＴＩＧ溶接とを同時に施すことが可能に構成されている。なお、図１においては、ＭＩＧ電源ＡＰＳ、ＴＩＧ電源ＢＰＳ、およびワイヤ供給装置ＡＷＦを省略している。

ＭＩＧ電極１は、ワイヤＷを支持するとともに、ワイヤＷとＭＩＧ電源ＡＰＳとを導通させるためのものである。ＭＩＧ電極１は、ＣｕまたはＣｕ合金などからなる。ＭＩＧ電極１には、ワイヤＷを挿通可能としつつ、十分に導通させることが可能なサイズとされた貫通孔が形成されている。ワイヤＷを消耗型電極として使用することにより、ワイヤＷと溶接対象材Ｐとの間にＭＩＧ溶接を行うためのＭＩＧアークを生成可能である。

ＴＩＧ電極２は、溶接対象材Ｐに対してＴＩＧアークを発生させることによりＴＩＧ溶接を行うためのものである。ＴＩＧ電極２の先端には、非消耗型電極であるタングステン電極２１が設けられている。

シールドノズル３は、たとえばＡｒなどのシールドガスＧの噴出方向を規定するためのものである。シールドノズル３は、ＭＩＧ電極１およびＴＩＧ電極２を囲う略円筒形状とされている。

図２に示すように、ＭＩＧ電源ＡＰＳは、ＭＩＧ溶接を行うためのＭＩＧ電流ＡＩｗをＭＩＧ電極１と溶接対象材Ｐとの間に流すための電源である。ＭＩＧ電源ＡＰＳは、出力制御回路ＡＩＮＶ、電圧検出回路ＶＤ、電流検出回路ＡＩＤ、切替回路ＡＳＷ、電流誤差増幅回路ＡＥＩ、ピーク電流設定回路ＡＩＰ、ベース電流設定回路ＡＩＢ、変調回路ＭＣ、および送給制御回路ＡＷＣを備えている。

出力制御回路ＡＩＮＶは、たとえば入力された商用電源（図示略）をＭＩＧ溶接に適した出力に制御された電力として供給するためのものであり、たとえばインバータ制御回路が用いられる。

電圧検出回路ＶＤは、ＭＩＧ電極１と溶接対象材Ｐとの間の電圧であるＭＩＧ電圧ＡＶｗを検出し、このＭＩＧ電圧ＡＶｗを平均化した電圧検出信号Ｖｄを出力する。ＭＩＧ電源ＡＰＳ外には、電圧設定回路ＶＳが設けられている。電圧設定回路ＶＳからは、電圧設定信号Ｖｓが出力される。

電圧検出信号Ｖｄと電圧設定信号Ｖｓとは、変調回路ＭＣに入力される。変調回路ＭＣは、電圧誤差増幅回路ＥＶ、Ｖ／Ｆ変換回路ＶＦ、ピーク電流通電時間設定回路ＴＰ、およびモノマルチバイブレータＭＭを備えている。電圧誤差増幅回路ＥＶは、目標値信号としての電圧設定信号Ｖｓとフィードバック信号としての電圧検出信号Ｖｄとの誤差を増幅し、電圧誤差増幅信号Ｅｖを出力する。Ｖ／Ｆ変換回路ＶＦは、電圧誤差増幅信号Ｅｖを入力信号とするＶ／Ｆ変換を行い、Ｖ／Ｆ変換信号Ｖｆを出力する。ピーク電流通電時間設定回路ＴＰは、あらかじめ定められたピーク電流通電時間設定信号Ｔｐを出力する。モノマルチバイブレータＭＭは、パルス周期信号ＡＴｆを出力する。パルス周期信号ＡＴｆは、Ｖ／Ｆ変換信号ＶｆがＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルへと変わることをトリガとして、ピーク電流通電時間設定信号Ｔｐによって指定された時間だけＨｉｇｈレベルとなるように、モノマルチバイブレータＭＭによって生成される。

ピーク電流設定回路ＡＩＰは、あらかじめ定められたピーク電流設定信号ＡＩｐを出力する。ベース電流設定回路ＡＩＢは、あらかじめ定められたベース電流設定信号ＡＩｂを出力する。切替回路ＡＳＷは、パルス周期信号ＡＴｆがＨｉｇｈレベルのときには、ａ側に接続されて、ピーク電流設定信号ＡＩｐを電流制御設定信号ＡＩｓｃとして出力し、パルス周期信号ＡＴｆがＬｏｗレベルのときには、ｂ側に接続されて、ベース電流設定信号ＡＩｂを電流制御設定信号ＡＩｓｃとして出力する。

電流検出回路ＡＩＤは、ＭＩＧ電流ＡＩｗを検出して、電流検出信号ＡＩｄを出力する。電流誤差増幅回路ＡＥＩは、フィードバック信号である電流検出信号ＡＩｄと、目標値信号である電流制御設定信号ＡＩｓｃとの誤差を増幅して、電流誤差増幅信号ＡＥｉを出力する。この電流誤差増幅信号ＡＥｉにしたがって出力制御回路ＡＩＮＶによりＭＩＧ電圧ＡＶｗが制御される。

送給制御回路ＡＷＣには、ＭＩＧ電源ＡＰＳ外に設けられた送給速度設定回路ＡＷＳから送給速度設定信号ＡＷｓが入力される。送給制御回路ＡＷＣは、送給速度設定信号ＡＷｓに基づいて送給制御信号ＡＷｃを出力する。送給装置ＡＷＦは、送給制御信号ＡＷｃに応じた送給速度でワイヤＷを送給する。

ＴＩＧ電源ＢＰＳは、ＴＩＧ溶接を行うためのＴＩＧ電流ＢＩｗをＴＩＧ電極２と溶接対象材Ｐとの間に流すための電源である。ＴＩＧ電源ＢＰＳは、出力制御回路ＢＩＮＶ、電流検出回路ＢＩＤ、切替回路ＢＳＷ、電流誤差増幅回路ＢＥＩ、ピーク電流設定回路ＢＩＰ、およびベース電流設定回路ＢＩＢを備えている。

ＴＩＧ電源ＢＰＳには、ＭＩＧ電源ＡＰＳからパルス周期信号ＡＴｆが入力される。切替回路ＢＳＷには、ピーク電流設定回路ＢＩＰとベース電流設定回路ＢＩＢとが接続されている。切替回路ＢＳＷは、パルス周期信号ＡＴｆがＨｉｇｈレベルのときには、ａ側に接続されて、ベース電流設定回路ＢＩＢからのベース電流設定信号ＢＩｂを電流制御設定信号ＢＩｓｃとして出力し、パルス周期信号ＡＴｆがＬｏｗレベルのときには、ｂ側に接続されて、ピーク電流設定回路ＢＩＰからのベース電流設定信号ＢＩｐを電流制御設定信号ＢＩｓｃとして出力する。

電流検出回路ＢＩＤは、ＭＩＧ溶接電流ＢＩｗを検出して、電流検出信号ＢＩｄを出力する。電流誤差増幅回路ＢＥＩは、フィードバック信号である電流検出信号ＢＩｄと、目標値信号である電流制御設定信号ＢＩｓｃとの誤差を増幅して、電流誤差増幅信号ＢＥｉを出力する。この電流誤差増幅ＢＥｉにしたがって出力制御回路ＢＩＮＶによりＴＩＧ溶接電圧ＢＶｗが制御される。

図３は、溶接装置Ａによる溶接を行う際の、ＭＩＧ電流ＡＩｗとＴＩＧ電流ＢＩｗを示している。本図において、縦軸は電流Ｉｗの大きさを表し、横軸は時間ｔを表している。電流の符号については、ＭＩＧ電極１またはＴＩＧ電極２から溶接対象材Ｐへと向かう方向に流れる電流を＋とし、その逆の方向に流れる電流を−としている。ＭＩＧ電流ＡＩｗは、常に＋の値をとっており、常にＭＩＧ電極１からワイヤＷを介して溶接対象材Ｐへと流れている。一方、ＴＩＧ電流ＢＩｗは、常に−の値をとっており、常に溶接対象材ＰからＴＩＧ電極２へと流れている。

ＭＩＧ電流ＡＩｗおよびＴＩＧ電流ＢＩｗは、ともにパルス波形とされている。具体的には、ＭＩＧ電流ＡＩｗは、ＭＩＧベース電流値ＡＩｗｂとＭＩＧピーク電流値ＡＩｗｐとを交互にとる。ＭＩＧベース電流値ＡＩｗｂは、絶対値が０より大とされている。ＭＩＧピーク電流値ＡＩｗｐは、絶対値がＭＩＧベース電流値ＡＩｗｂよりも大とされている。ＴＩＧ電流ＢＩｗは、ＴＩＧベース電流値ＢＩｗｂとＴＩＧピーク電流値ＢＩｗｐとを交互にとる。ＴＩＧベース電流値ＢＩｗｂは、絶対値が０より大とされている。ＴＩＧピーク電流値ＢＩｗｐは、絶対値がＴＩＧベース電流値ＢＩｗｂよりも大とされている。

期間ｔａは、ＭＩＧ電流ＡＩｗがＭＩＧピーク電流値ＡＩｗｐをとる期間であり、期間ｔｂは、ＴＩＧ電流ＢＩｗがＴＩＧピーク電流値ＢＩｗｐをとる期間である。時間ｔ軸において、期間ｔａと期間ｔｂとは、互いにシフトされており一致することはない。

本実施形態においては、ＭＩＧベース電流値ＡＩｗｂが５０Ａ程度、ＭＩＧピーク電流値ＡＩｗｐが３５０Ａ程度とされており、ＴＩＧベース電流値ＢＩｗｂが５０Ａ程度、ＴＩＧピーク電流値ＢＩｗｐが２００Ａ程度とされている。また、ＭＩＧ電流ＡＩｗおよびＴＩＧ電流ＢＩｗの周波数は、１２０Ｈｚ以上とされており、その周期が８．３ｍｓ以下とされている。

次に、溶接装置Ａの作用について説明する。

本実施形態によれば、ＭＩＧ電流ＡＩｗおよびＴＩＧ電流ＢＩｗは、それぞれが流れる方向が一定であるとともに、その値は０より大きい。このため、ＴＩＧアークおよびＭＩＧアークが途切れることがない。したがって、ＭＩＧ溶接およびＴＩＧ溶接を安定して行うことができる。

特に、ＭＩＧ溶接においては、ＭＩＧアークが途切れてしまうと、その後にＭＩＧアークを再度形成することが困難である。また、ワイヤＷの先端から延びるＭＩＧアークの長さが不安定となる。このため、ＭＩＧアークの再形成を繰り返す溶接態様は、安定した溶接に不向きである。これに対し、本実施形態においては、溶接作業中においてＭＩＧアークが途切れることがなく、再形成が繰り返されることもない。したがって、溶接の安定化に適している。

また、期間ｔａと期間ｔｂとが互いにシフトされている。これにより、ＭＩＧアークの強さが最大となるときと、ＴＩＧアークの強さが最大となるときとはタイミングが異なる。そうすると、ＭＩＧアークとＴＩＧアークとが互いに及ぼしあう斥力を弱めることが可能である。したがって、ＭＩＧ溶接とＴＩＧ溶接とを安定して施すことが可能であり、溶接ビードが乱れることを防止することができる。

さらに、ＴＩＧ電極２を常に陰極側として使用することにより、ＴＩＧ電極２の先端にあるタングステン電極２１が溶解することを防止できる。これにより、溶融したタングステンが溶接ビードに巻き込まれるといった不具合を回避できる。

本発明に係る溶接装置は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る溶接装置の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。

本発明に係る溶接装置においては、ＭＩＧ電流およびＴＩＧ電流を上述したパルス波形の電流としてそれぞれ制御可能であればよい。上記実施形態のＭＩＧ電源ＡＰＳおよびＴＩＧ電源ＢＰＳは、このようなＭＩＧ電流およびＴＩＧ電流を生成可能な構成の一例であり、本発明に用いられる電流制御手段はこれに限定されない。

本発明に係る溶接装置の一例を示す要部断面図である。本発明に係る溶接装置の一例を示すシステム構成図である。本発明に係る溶接装置を用いた溶接におけるＭＩＧ電流およびＴＩＧ電流を示すグラフである。従来の溶接装置の一例を示すシステム構成図である。

符号の説明

Ａ溶接装置
ＡＰＳＭＩＧ電源
ＡＩｗＭＩＧ電流
ＡＩｗｂベース電流値
ＡＩｗｐピーク電流値
ＢＰＳＴＩＧ電源
ＢＩｗＴＩＧ電流
ＢＩｗｂベース電流値
ＢＩｗｐピーク電流値
Ｗワイヤ
Ｇシールドガス
１ＴＩＧ電極
２ＭＩＧ電極
３シールドノズル
２１タングステン電極

Claims

送給されるワイヤを保持し、かつこのワイヤに導通するＭＩＧ電極と、
ＴＩＧ電極と、
上記ＭＩＧ電極を介して上記ワイヤと上記溶接対象材との間に、振幅および周期を有するＭＩＧ電流を流すためのＭＩＧ電源と、
上記ＴＩＧ電極と溶接対象材との間に、振幅および周期を有するＴＩＧ電流を流すためのＴＩＧ電源と、
を備える溶接装置であって、
上記ＭＩＧ電流は、上記溶接対象材に対して上記ワイヤが常に陽極側となる状態で流され、かつ絶対値が０より大であるＭＩＧベース電流値とこのＭＩＧベース電流値よりも絶対値が大であるＭＩＧピーク電流値とを交互にとる波形とされており、
上記ＴＩＧ電流は、上記溶接対象材に対して上記ＴＩＧ電極が常に陰極側となる状態で流され、かつ絶対値が０より大であるＴＩＧベース電流値とこのＴＩＧベース電流値よりも絶対値が大であるＴＩＧピーク電流値とを交互にとる波形とされており、
上記ＭＩＧ電流が上記ＭＩＧピーク電流値をとるときと、上記ＴＩＧ電流が上記ＴＩＧピーク電流値をとるときとは、互いにシフトされていることを特徴とする、溶接装置。