JP2010069494A

JP2010069494A - ２ワイヤ溶接方法

Info

Publication number: JP2010069494A
Application number: JP2008237555A
Authority: JP
Inventors: Hideo Shiozaki; 秀男塩崎; Toshiro Uesono; 敏郎上園
Original assignee: Daihen Corp
Current assignee: Daihen Corp
Priority date: 2008-09-17
Filing date: 2008-09-17
Publication date: 2010-04-02
Anticipated expiration: 2028-09-17
Also published as: CN101676057A; JP5199802B2

Abstract

【課題】溶接対象物の板厚が異なっても、適切な溶接を行うことが可能な２ワイヤ溶接方法を提供すること。
【解決手段】本発明の２ワイヤ溶接方法は、消耗電極ワイヤとしてのワイヤＷＡと溶接母材Ｐとの間に電圧を印加することによりワイヤＷＡからアーク３を発生させながら溶接方向に進行させるとともに、溶接方向後方からフィラーワイヤとしてのワイヤＷＢを供給する２ワイヤ溶接方法であって、ワイヤＷＢの断面積および送給速度ＢＶｆの積が、アーク３のアーク電流Ｉｗに比例するように、送給速度ＢＶｆおよびアーク電流Ｉｗを設定する。これにより、スパッタが少なく溶接ビードＷＰの外観がよい適切な溶接を行うことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、消耗電極ワイヤとフィラーワイヤとを用いた２ワイヤ溶接方法に関する。

消耗電極ワイヤとフィラーワイヤとを用いた２ワイヤ溶接は、溶接速度を向上させ、かつ溶接ビードの美観を良好とするための一手法として知られている（たとえば、特許文献１）。図４は、従来の２ワイヤ溶接の一例を示している。同図に示された２ワイヤ溶接には、コンタクトチップ９１Ａ，９１Ｂを備える溶接トーチが用いられる。コンタクトチップ９１Ａを通して、ワイヤＷＡが供給される。また、ワイヤＷＡに対して溶接方向後方から、コンタクトチップ９１Ｂを通してフィラーワイヤＷＢが供給される。

コンタクトチップ９１Ａは、溶接電源（図示略）に接続されている。この溶接電源は、コンタクトチップ９１Ａと溶接母材Ｐとの間に電圧を印加する。これにより、ワイヤＷＡから溶接母材Ｐに向かうアーク９２が発生する。ワイヤＷＡは、アーク９２の強さに応じた速度で、供給装置（図示略）から送給される。一方、フィラーワイヤＷＢは、アーク９２によって生じた溶融池Ｍｐに向けて送給装置（図示略）によって送給される。フィラーワイヤＷＢは、溶融池Ｍｐの熱によって溶解される。この結果、溶融したワイヤＷＡ、フィラーワイヤＷＢ、および溶接母材Ｐが合金状態で凝固することにより、溶接ビードＷｐが形成される。

たとえば比較的厚板の溶接を行うには、アーク電流を大きく設定する。大きなアーク電流を流すには、ワイヤＷＡの径は太い方が好ましい。一方、比較的薄板の溶接を行うには、アーク電流を小さく設定する。小さなアーク電流を流すには、ワイヤＷＡの径は細い方が好ましい。アーク電流の大きさとワイヤＷＡの径があまりにアンバランスであると、アーク電流が不足したり、あるいは過度にスパッタが発生したりするという問題が生じる。このため、溶接対象物である溶接母材Ｐの板厚などによって、ワイヤＷＡの径をその都度変更するといった方策が必要であった。

特開２００６−１７５４５８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、溶接対象物の板厚が異なっても、適切な溶接を行うことが可能な２ワイヤ溶接方法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２ワイヤ溶接方法は、消耗電極ワイヤと溶接対象物との間に電圧を印加することにより上記消耗電極ワイヤからアークを発生させながら溶接方向に進行させるとともに、上記消耗電極ワイヤに対して溶接方向後方からフィラーワイヤを供給する２ワイヤ溶接方法であって、上記フィラーワイヤの断面積および送給速度の積が、上記アークのアーク電流に比例するように、上記フィラーワイヤの送給速度および上記アーク電流を設定することを特徴としている。

このような構成によれば、上記フィラーワイヤが比較的小径あるいは比較的大径であっても、上記アーク電流に応じて上記送給速度を設定することにより、スパッタが少なく溶接ビードの外観がよい適切な溶接を行うことができる。

本発明の好ましい実施の形態においては、溶接方向に沿って並んだ第１および第２ワイヤを用い、上記第１ワイヤを上記消耗電極ワイヤとし、上記第２ワイヤを上記フィラーワイヤとして、上記第１ワイヤが先行するように溶接する第１方向溶接モードと、上記第２ワイヤを上記消耗電極ワイヤとし、上記第１ワイヤを上記フィラーワイヤとして、上記第２ワイヤが先行するように溶接する第２方向溶接モードと、を有する。このような構成によれば、溶接トーチや上記第１および第２ワイヤを取り替えることなく、双方向の溶接を実現できる。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記第１ワイヤと上記第２ワイヤとは、互いの径が異なる。このような構成によれば、上記第１ワイヤと上記第２ワイヤとを取り替えることなく、比較的薄い上記溶接対象物の溶接と比較的厚い上記溶接対象物の溶接とを行うことができる。

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２ワイヤ溶接方法に用いられる溶接システムの一例を示している。本実施形態の溶接システムＡは、溶接トーチ１Ａ，１Ｂ、ワイヤ送給装置ＡＷＦ，ＢＷＦ、溶接電源ＰＳ、ロボットＲＢ、ロボットコントローラＲＣを備えている。溶接システムＡは、ワイヤＷＡ，ＷＢを用いた２ワイヤ溶接を行う。

溶接トーチ１Ａ，１Ｂは、たとえば略円筒形状のノズルであり、一般的にロボットＲＢに装着されている。トーチ１Ａは、ワイヤＷＡが挿通可能な貫通孔を有している。トーチ１Ｂは、ワイヤＷＢが挿通可能な貫通孔を有している。ワイヤＷＡ，ＷＢは、互いに平行に配置されており、これらが並んだ方向が溶接方向となる。溶接トーチ１Ａ，１Ｂは、この溶接方向に沿ってロボットＲＢによって移動される。

ワイヤ送給装置ＡＷＦ，ＢＷＦは、それぞれワイヤＷＡ，ＷＢを送給するためのものであり、たとえばモータ（図示略）などの駆動源を有している。ワイヤ送給装置ＡＷＦ，ＢＷＦは、溶接電源ＰＳからの指令により、溶接条件にあった送給速度でワイヤＷＡおよびワイヤＷＢを送給する。ワイヤ送給装置ＡＷＦと溶接トーチ１Ａとの間には通電用端子２Ａが設けられている。通電用端子２Ａは、ワイヤＷＡを挿通させつつ、ワイヤＷＡに導通している。同様に、ワイヤ送給装置ＢＷＦと溶接トーチ１Ｂとの間には通電用端子２Ｂが設けられている。

ロボットコントローラＲＣは、ロボットＲＢの動作を制御する機能と、溶接電源ＰＳに対してアーク電流設定信号Ｉｓ、アーク電圧設定信号Ｖｓ、および溶接方向設定信号Ｄｓを出力する機能とを有する。ロボットコントローラＲＣには、ティーチペンダントＴＰが設けられている。ティーチペンダントＴＰは、溶接作業者がティーチング作業によってロボットＲＢの動作をプログラミング入力するとともに、溶接条件を入力する。これらの入力された動作や溶接条件から、ロボットコントローラＲＣは、あらかじめ搭載されたプログラムによりアーク電流設定信号Ｉｓ、アーク電圧設定信号Ｖｓ、および溶接方向設定信号Ｄｓを生成する。

ワイヤＷＡを溶接方向において先行させるようにティーチペンダントＴＰからロボットＲＣの動作および溶接条件が入力されると、その区間においては、ワイヤＷＡを消耗電極ワイヤとして、ワイヤＷＢをフィラーワイヤとして用いるように溶接方向設定信号Ｄｓが設定される。反対に、ワイヤＷＢを溶接方向において先行させるようにティーチペンダントＴＰからロボットＲＣの動作および溶接条件が入力されると、その区間においては、ワイヤＷＢを消耗電極ワイヤとして、ワイヤＷＡをフィラーワイヤとして用いるように溶接方向設定信号Ｄｓが設定される。

溶接電源ＰＳは、ワイヤＷＡまたはワイヤＷＢと溶接母材Ｐとの間にアーク３を発生させるための電源であり、溶接電源回路ＡＰＳ，ＢＰＳを備えている。溶接電源回路ＡＰＳは、通電用端子２Ａに接続されており、ワイヤＷＡからアーク３を発生させるための電圧を印加することにより電流Ｉｗを流す。溶接電源回路ＢＰＳは、通電用端子２Ｂに接続されており、図２に示すようにワイヤＷＢからアーク３を発生させるための電圧を印加することにより電流Ｉｗを流す。また、溶接電源ＰＳからワイヤ送給装置ＡＷＦ，ＢＷＦには、送給速度設定信号ＡＷｆ，ＢＷｆが送られる。

溶接方向設定信号Ｄｓは、ワイヤＷＡ，ＷＢのいずれを消耗電極ワイヤとして用い、いずれをフィラーワイヤとして用いるかを択一的に選択するための信号である。溶接電源ＰＳは、溶接方向設定信号Ｄｓにしたがって溶接電源回路ＡＰＳ，ＢＰＳを択一的に動作させる。図１は、ワイヤＷＡを消耗電極ワイヤとして用いることを指示する溶接方向設定信号Ｄｓが送られた場合であり、溶接電源回路ＡＰＳがＯＮ状態に、溶接電源回路ＢＰＳがＯＦＦ状態に設定されている。このモードを第１方向溶接モードと呼ぶ。一方、図２は、ワイヤＷＢを消耗電極ワイヤとして用いることを指示する溶接方向設定信号Ｄｓが送られた場合であり、溶接電源回路ＢＰＳがＯＮ状態に、溶接電源回路ＡＰＳがＯＦＦ状態に設定されている。このモードを第２方向溶接モードと呼ぶ。

図３は、アーク電流Ｉｗとフィラーワイヤの単位時間当たりの溶着量Ｍｗとの関係を示している。このグラフにおいては、フィラーワイヤとしてその径が０．９，１．０，１．２，１．６ｍｍの４種類のものが用いられている。溶着量Ｍｗは、アーク電流Ｉｗを数種類の大きさに設定し、それぞれの大きさに応じて適切な溶接が行われるようにフィラーワイヤの送給速度を設定した場合に溶着した量を示す。適切な溶接とは、溶接中に過大なスパッタが飛散することがなく、溶接ビードＷＰの外観が整う溶接を指す。このグラフから、アーク電流Ｉｗと溶着量Ｍｗとは、フィラーワイヤの径によらず良好な比例関係となっていることが分かる。溶着量Ｍｗは、フィラーワイヤの断面積と送給速度の積である。

溶接電源ＰＳにおいては、上述した比例関係を用いて、図１に示すようにワイヤＷＢがフィラーワイヤとして用いられる場合、送給速度ＢＶｆとワイヤＷＢの断面積との積が、アーク電流Ｉｗと比例関係となるように送給速度ＢＶｆが設定される。同様に、図２に示すようにワイヤＷＡがフィラーワイヤとして用いられる場合、送給速度ＡＶｆとワイヤＷＡの断面積との積が、アーク電流Ｉｗと比例関係となるように送給速度ＡＶｆが設定される。

溶接システムＡを用いた溶接方法の実施例を以下に示す。

［実施例１］
ワイヤＷＡ，ＷＢの径をそれぞれ、１．２ｍｍとし、アーク電流Ｉｗを１５０〜３００Ａに設定した。この場合、厚さ２．０〜６．０ｍｍの鉄製の溶接母材Ｐを溶接速度５０〜１５０ｃｍ／ｍｉｎで溶接できた。この実施例においては、図１に示す第１方向溶接モードと図２に示す第２方向溶接モードとにおいては溶接方向が異なるのみであり、その他の溶接条件はほぼ同一である。

［実施例２］
ワイヤＷＡの径を０．９ｍｍ、ワイヤＷＢの径を１．６ｍｍとした。ワイヤＷＡを消耗電極ワイヤとして用いる第１方向溶接モードにおいては、アーク電流Ｉｗを５０〜１００Ａの比較的小電流に設定した。この場合、厚さ０．８〜１．５ｍｍの鉄製の溶接母材Ｐを溶接速度５０〜１５０ｃｍ／ｍｉｎで溶接できた。一方、ワイヤＷＢを消耗電極ワイヤとして用いる第２方向溶接モードにおいては、アーク電流Ｉｗを２００〜５００Ａの比較的大電流に設定した。この場合、厚さ３．０〜１０ｍｍの鉄製の溶接母材Ｐを溶接速度５０〜１５０ｃｍ／ｍｉｎで溶接できた。

次に、本実施形態の２ワイヤ溶接方法の作用について説明する。

本実施形態によれば、フィラーワイヤとして用いられるワイヤＷＡ，ＷＢが比較的小径あるいは比較的大径であっても、アーク電流Ｉｗに応じて送給速度ＡＷｆまたはＢＷｆを設定することにより、スパッタが少なく溶接ビードＷＰの外観がよい適切な溶接を行うことができる。

また、たとえば実施例１の場合、同一の溶接母材Ｐを溶接する場合に、第１方向溶接モードと第２方向溶接モードとを適宜切り替えることにより、溶接方向を極端に変更することができる。これにより、大きく屈曲した溶接線に沿って溶接するときに、ロボットＲＢのアームの回転量を抑制することが可能であり、ロボットＲＢの動作を合理化することができる。

さらに、実施例２の場合、溶接トーチ１Ａ，１ＢやワイヤＷＡ，ＷＢを取り替えることなく、第１方向溶接モードと第２方向溶接モードとを適宜切り替えることにより、厚さが顕著に異なる溶接母材Ｐを溶接することができる。これにより、たとえば１つの構造物の製造において、異なる厚さの鋼板を溶接するときに、製造時間の短縮化を図ることができる。比較的細い溶接ビードＷＰを形成する溶接を行うときには、アーク電流Ｉｗの大きさを比較的小とする。このばあい、消耗電極ワイヤとして比較的小径であるワイヤＷＡを選択することにより、小電流のアークを安定して生じさせることが可能であり、スムーズに溶接を行うことができる。一方、消耗電極ワイヤが比較的大径であるときにアーク電流Ｉｗの大きさを比較的大とすれば、溶融池Ｍｐからのスパッタ飛散を効果的に抑制することができる。

本発明に係る２ワイヤ溶接方法は、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２ワイヤ溶接方法の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。

ワイヤＷＡ，ＷＢは、上述した実施例の太さに限定されず、溶接母材Ｐの材質、厚さや溶接速度などに応じて適宜設定すればよい。本発明の２ワイヤ溶接方法に用いる溶接電源ＰＳは、溶接電源回路ＡＰＳ，ＢＰＳを個別に備えるものに限定されず、１つの溶接電源回路をスイッチングによりワイヤＷＡ，ＷＢの通電に兼用する構成であってもよい。溶接電流Ｉｗの大きさに基づいて送給速度ＡＷｆ，ＢＷｆを設定する処理は、溶接電源ＰＳによって行うことに限定されず、それ以外の制御装置、たとえばロボットコントローラＲＣによって行ってもよい。

本発明に係る溶接方法の第１方向溶接モードを示すシステム概略図である。本発明に係る溶接方法の第２方向溶接モードを示すシステム概略図である。アーク電流とフィラーワイヤ溶着量との関係を示すグラフである。従来の溶接方法の一例を示すシステム概略図である。

符号の説明

Ａ溶接システム
ＡＰＳ，ＢＰＳ溶接電源回路
ＡＶｆ，ＢＶｆ送給速度
ＡＷＦ，ＢＷＦワイヤ送給装置
ＡＷｆ，ＢＷｆ送給速度設定信号
Ｄｓ溶接方向設定信号
Ｉｓアーク電流設定信号
Ｉｗアーク電流
Ｍｐ溶融池
Ｐ溶接母材（溶接対象物）
ＰＳ溶接電源
ＲＢロボット
ＲＣロボットコントローラ
ＴＰティーチペンダント
Ｖｓアーク電圧設定信号
ＷＡ（第１）ワイヤ
ＷＢ（第２）ワイヤ
Ｗｐ溶接ビード
１Ａ，１Ｂ溶接トーチ
２Ａ，２Ｂ通電用端子
３アーク

Claims

消耗電極ワイヤと溶接対象物との間に電圧を印加することにより上記消耗電極ワイヤからアークを発生させながら溶接方向に進行させるとともに、
上記消耗電極ワイヤに対して溶接方向後方からフィラーワイヤを供給する２ワイヤ溶接方法であって、
上記フィラーワイヤの断面積および送給速度の積が、上記アークのアーク電流に比例するように、上記フィラーワイヤの送給速度および上記アーク電流を設定することを特徴とする、２ワイヤ溶接方法。
溶接方向に沿って並んだ第１および第２ワイヤを用い、
上記第１ワイヤを上記消耗電極ワイヤとし、上記第２ワイヤを上記フィラーワイヤとして、上記第１ワイヤが先行するように溶接する第１方向溶接モードと、
上記第２ワイヤを上記消耗電極ワイヤとし、上記第１ワイヤを上記フィラーワイヤとして、上記第２ワイヤが先行するように溶接する第２方向溶接モードと、を有する、請求項１に記載の２ワイヤ溶接方法。
上記第１ワイヤと上記第２ワイヤとは、互いの径が異なる、請求項２に記載の２ワイヤ溶接方法。