JP2012139692A - アーク溶接方法およびアーク溶接システム - Google Patents

アーク溶接方法およびアーク溶接システム Download PDF

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忠杰 劉
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Abstract

【課題】溶接スタート時から溶接終了時まで良好な溶接を行うことができるアーク溶接方法を提供すること。
【解決手段】第1期間T1と第2期間T2とを交互に複数回繰り返す初期工程と、上記初期工程の後に、消耗電極と母材との間にアークを発生させつつ上記消耗電極から上記母材へ溶滴を移行させる定常工程と、を備え、上記初期工程は、各第1期間T1中に、上記母材に沿った溶接進行方向における、上記母材に対する上記消耗電極の速さである移動速さVvが第1速さv1である状態で、上記アークを発生させつつ上記消耗電極から上記母材へ溶滴を移行させる第1工程と、各第2期間T2中に、移動速さVvを第1速さv1より大きい第2速さv2として、上記消耗電極を上記母材に対して移動させる第2工程と、を含み、上記定常工程においては、移動速さVvを第1速さv1より大きい定常速さv4として、上記消耗電極を上記母材に対して移動させる。
【選択図】図3

Description

本発明は、アーク溶接方法およびアーク溶接システムに関する。

従来から消耗電極を用いたアーク溶接方法(パルスGMA溶接方法)が知られている。図7(a)は従来のアーク溶接方法によって溶接痕が形成された母材の平面図を示し、同図(b)は、従来のアーク溶接方法によって溶接痕が形成された母材の断面図を示す。従来のアーク溶接方法では、消耗電極と母材9Wとの間にアークを発生させつつ、消耗電極から母材9Wへと溶滴を移行させる。溶滴を移行させる際は、消耗電極を保持する溶接トーチを母材9Wに沿って溶接進行方向Drに移動させる。このようにして母材9Wに溶接痕991が形成され、溶接が行われる。当該溶接方法の溶接開始時においては、母材9Wがあまり温まっておらず母材9Wが溶けにくい。そのため、当該溶接方法の溶接開始時において、母材9Wに溶融池が形成されにくい、溶接痕991と母材9Wとの馴染みが悪い、母材9Wの溶け込みが浅い、といった問題がある。消耗電極を用いたアーク溶接方法は、たとえば、特許文献1に記載されている。

特開2005−262264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、溶接スタート時から溶接終了時まで良好な溶接を行うことができるアーク溶接方法を提供することをその主たる課題とする。

本発明の第1の側面によって提供されるアーク溶接方法は、第1期間と第2期間とを交互に複数回繰り返す初期工程と、上記初期工程の後に、消耗電極と母材との間にアークを発生させつつ上記消耗電極から上記母材へ溶滴を移行させる定常工程と、を備え、上記初期工程は、上記各第1期間中に、上記母材に沿った溶接進行方向における、上記母材に対する上記消耗電極の速さである移動速さが第1速さである状態で、上記アークを発生させつつ上記消耗電極から上記母材へ溶滴を移行させる第1工程と、上記各第2期間中に、上記移動速さを上記第1速さより大きい第2速さとして、上記消耗電極を上記母材に対して移動させる第2工程と、を含み、上記定常工程においては、上記移動速さを上記第1速さより大きい定常速さとして、上記消耗電極を上記母材に対して移動させる。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記第1工程においては、上記消耗電極から上記母材に流れる溶接電流を、絶対値の時間平均値を第1電流値として流し、上記第2工程においては、上記溶接電流を、絶対値の時間平均値を上記第1電流値より小さい第2電流値として流す。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記初期工程の後に、上記溶接電流を、絶対値の時間平均値を上記第1電流値より小さい第3電流値として流し、且つ、上記移動速さを上記第1速さより大きい第3速さで上記消耗電極を上記母材に対して移動させる中間工程を更に備え、上記中間工程は上記定常工程に直接移行する。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記中間工程においては、上記アークが発生している状態を継続させる。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記定常工程においては、上記溶接電流を、絶対値の時間平均値を上記第1電流値より大きい定常電流値として流す。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記各第2工程においては、上記アークが発生している状態を継続させる。

本発明の第2の側面によって提供されるアーク溶接システムは、消耗電極と母材との間に溶接電流を流す出力回路と、第1期間および第2期間を交互に複数回繰り返す初期期間と、上記初期期間の後であり且つ上記初期期間より長い定常期間と、を発生させる溶接モード制御回路と、上記母材に沿った溶接進行方向における上記母材に対する上記消耗電極の速さである移動速さを制御する動作制御回路と、第1速さの値を記憶する第1速さ記憶部と、第2速さの値を記憶する第2速さ記憶部と、を備え、上記出力回路は、上記各第1期間と上記定常期間とにおいて、上記溶接電流をパルス電流で流し、上記動作制御回路は、上記各第1期間において上記移動速さを上記第1速さに設定し、上記各第2期間において上記移動速さを上記第2速さに設定する。

このような構成によると、溶接スタート時から溶接終了時まで良好な溶接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。

本発明の第1実施形態にかかる溶接システムにおける溶接ロボットを示す図である。 本発明の第1実施形態にかかる溶接システムを示すブロック図である。 本発明の第1実施形態にかかるアーク溶接システムを用いたアーク溶接方法における各信号等のタイミングチャートである。 本発明の第1実施形態にかかるアーク溶接方法における第1期間の溶接電流の時間変化を詳細に示す図である。 本発明の第1実施形態にかかるアーク溶接システムを用いたアーク溶接方法におけるアーク等の状態をそれぞれ示している。 (a)は本発明の第1実施形態にかかるアーク溶接方法によって溶接痕が形成された母材の平面図を示す。(b)は、本発明の第1実施形態にかかるアーク溶接方法によって溶接痕が形成された母材の断面図を示す。 (a)は従来のアーク溶接方法によって溶接痕が形成された母材の平面図を示す。(b)は従来のアーク溶接方法によって溶接痕が形成された母材の断面図を示す。

以下、本発明の実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。

図1は、本実施形態にかかる溶接システムA1における溶接ロボット1を示す図である。図2は、本実施形態にかかる溶接システムA1を示すブロック図である。

本実施形態にかかるアーク溶接システムA1は、溶接ロボット1と、動作制御回路21と、溶接モード制御回路22と、ティーチペンダント23と、記憶部24〜27と、出力回路31と、記憶部35と、を備える。溶接ロボット1は、母材Wに対してたとえばアーク溶接を自動で行うものである。溶接ロボット1は、ベース部材11と、複数のアーム12と、複数のモータ13と、溶接トーチ14と、ワイヤ送給装置16と、コイルライナ19とを含む。

ベース部材11は、フロア等の適当な箇所に固定される。各アーム12は、ベース部材11に軸を介して連結されている。溶接トーチ14は、消耗電極15(溶接ワイヤ)を母材Wの近傍の所定の位置に導くものである。母材Wとしては、たとえば、鉄、アルミニウム、もしくは、アルミニウムの合金が挙げられる。溶接トーチ14には、シールドガスノズル(図示略)が設けられている。シールドガスノズルは、アルゴンなどのシールドガスを供給するためのものである。モータ13は、移動機構であり、動作制御回路21によって回転駆動される。この回転駆動により、各アーム12の移動が制御され、溶接トーチ14が上下前後左右に自在に移動できる。

モータ13には、エンコーダ(図示略)が設けられている。エンコーダの出力は、動作制御回路21に送られる。ワイヤ送給装置16は、溶接ロボット1における上部に設けられている。ワイヤ送給装置16は、溶接トーチ14に消耗電極15を送り出すためのものである。ワイヤ送給装置16は、送給機構161(モータ)と、ワイヤリール(図示略)と、ワイヤプッシュ装置(図示略)とを含む。送給機構161を駆動源として、上記ワイヤプッシュ装置が、上記ワイヤリールに巻かれた消耗電極15を溶接トーチ14へと送り出す。

コイルライナ19は、その一端がワイヤ送給装置16に、その他端が溶接トーチ14に、それぞれ接続されている。コイルライナ19は、チューブ状を呈し、その内部には消耗電極15が挿通されている。コイルライナ19は、ワイヤ送給装置16から送り出された消耗電極15を、溶接トーチ14に導くものである。送り出された消耗電極15は、溶接トーチ14から突出する。

記憶部24は第1速さv1の値を記憶する。記憶部25は第2速さv2の値を記憶する。記憶部26は第3速さv3の値を記憶する。記憶部27は第4速さv4の値を記憶する。記憶部35は、第2電流値iw2を記憶する。

溶接モード制御回路22は、初期期間Ts(図3参照)と、中間期間Tm(図3参照)と、定常期間Tc(図3参照)とを発生させる。これにより、溶接モード制御回路22は溶接モードを切り替える。初期期間Tsでは、溶接モード制御回路22は、第1期間T1および第2期間T2を交互に複数回繰り返す。溶接モード制御回路22は溶接モード信号Ssを送る。溶接モード制御回路22は、第1期間T1を発生させるために、溶接モード信号Ssとして第1期間モード信号M1を送る。同様に、溶接モード制御回路22は、第2期間T2を発生させるために、溶接モード信号Ssとして第2期間モード信号M2を送る。同様に、溶接モード制御回路22は、中間期間Tmを発生させるために、溶接モード信号Ssとして中間期間モード信号M3を送る。同様に、溶接モード制御回路22は、定常期間Tcを発生させるために、溶接モード信号Ssとして定常期間モード信号M4を送る。第1期間T1、第2期間T2、中間期間Tm、および定常期間Tcについては後に詳述する。

動作制御回路21は、図示しないマイクロコンピュータおよびメモリを有している。このメモリには、溶接ロボット1の各種の動作が設定された作業プログラムが記憶されている。また、動作制御回路21は移動速さVvを設定する。移動速さVvは、母材Wに沿った溶接進行方向Drにおける、母材Wに対する消耗電極15の速さである。すなわち、移動速さVvは、母材Wに沿った溶接進行方向Drにおける、母材Wに対する溶接トーチ14の速さともいえる。動作制御回路21は、上記作業プログラム、上記エンコーダからの座標情報、および移動速さVv等に基づき、溶接ロボット1に対して動作制御信号Msを送る。溶接ロボット1は動作制御信号Msを受け、各モータ13により回転駆動させられる。これにより、溶接トーチ14が、母材Wにおける所定の溶接開始位置に移動したり、母材Wの面内方向に沿って移動したりする。動作制御回路21は、記憶部24〜27に接続している。動作制御回路21は、溶接モード信号Ssを受ける。

ティーチペンダント23は、動作制御回路21に接続されている。ティーチペンダント23は、各種動作をアーク溶接システムA1のユーザが設定するためのものである。本実施形態では、ティーチペンダント23から、第1速さv1、第2速さv2、第3速さv3、および第2電流値iw2の各値が入力され、各記憶部に記憶される。

出力回路31は、電力発生回路MCと、電源特性切替回路SWと、電圧検出回路VDと、電圧誤差計算回路EVと、電圧制御回路VRと、電流検出回路IDと、電流誤差計算回路EIと、電流制御回路IRと、送給制御回路FCと、を含む。出力回路31は、消耗電極15と母材Wとの間に指示された値で溶接電圧Vwを印加し、もしくは、消耗電極15から母材Wに指示された値で溶接電流Iwを流すためのものである。

電力発生回路MCは、たとえば3相200V等の商用電源を入力として、後述の誤差信号Eaに従ってインバータ制御、サイリスタ位相制御等の出力制御を行い、溶接電圧Vwおよび溶接電流Iwを出力する。

電圧検出回路VDは、消耗電極15と母材Wとの間に印加される溶接電圧Vwの値を検出するためのものである。電圧検出回路VDは、溶接電圧Vwの絶対値の平均値に対応する電圧検出信号Vdを送る。

電圧制御回路VRは、消耗電極15と母材Wと間に印加する溶接電圧Vwの値を設定するためのものである。電圧制御回路VRは、図示しない記憶部に記憶された設定電圧値に基づき、溶接電圧Vwの値を指示するための電圧設定信号Vrを送る。

電圧誤差計算回路EVは、実際に印加されている溶接電圧Vwの値と、設定された溶接電圧の値との差ΔVwを計算するためのものである。具体的には、電圧誤差計算回路EVは、電圧検出信号Vdと、電圧設定信号Vrとを受け、差ΔVwに対応する電圧誤差信号Evを送る。なお、電圧誤差計算回路EVは、電圧誤差信号Evとして、差ΔVwを増幅した値に対応するものを送ってもよい。

電流検出回路IDは、消耗電極15と母材Wとの間に流れる溶接電流Iwの値を検出するためのものである。電流検出回路IDは、溶接電流Iwの絶対値に対応する電流検出信号Idを送る。

電流制御回路IRは、消耗電極15と母材Wとの間に流れる溶接電流Iwの値を設定するためのものである。電流制御回路IRは溶接モード信号Ssを受ける。電流制御回路IRは記憶部35に接続している。電流制御回路IRは、第2電流値iw2で溶接電流Iwを流すための電流設定信号Irを生成する。そして電流制御回路IRは、生成した電流設定信号Irを送る。

電流誤差計算回路EIは、実際に流れている溶接電流Iwの値と、設定された溶接電流の値との差ΔIwを計算するためのものである。具体的には、電流誤差計算回路EIは、電流検出信号Idと、電流設定信号Irとを受け、差ΔIwに対応する電流誤差信号Eiを送る。なお、電流誤差計算回路EIは、電流誤差信号Eiとして、差ΔIwを増幅した値に対応するものを送ってもよい。

電源特性切替回路SWは、出力回路31の電源特性(定電圧特性もしくは定電流特性)を切り替えるものである。出力回路31の電源特性が定電圧特性である場合には、出力回路31は溶接電圧Vwの値が設定された値となるように、出力回路31において出力が制御される。一方、出力回路31の電源特性が定電流特性である場合には、溶接電流Iwの値が設定された値となるように、出力回路31において出力が制御される。より具体的には、電源特性切替回路SWは、溶接モード信号Ssと、電圧誤差信号Evと、電流誤差信号Eiとを受ける。電源特性切替回路SWの受ける溶接モード信号Ssが第1期間モード信号M1もしくは定常期間モードM4である場合には、電源特性切替回路SWにおけるスイッチは、図2のa側に接続される。この場合、出力回路31の電源特性は定電圧特性であり、電源特性切替回路SWは、電圧誤差信号Evを誤差信号Eaとして電力発生回路MCに送る。このとき、電力発生回路MCは、溶接電圧Vwの値が設定された値となる(すなわち上述の差ΔVwがゼロとなる)ような制御を行う。一方、電源特性切替回路SWの受ける溶接モード信号Ssが第2期間モード信号M2もしくは中間期間モードM3である場合には、電源特性切替回路SWにおけるスイッチは、図2のb側に接続される。この場合、出力回路31の電源特性は定電流特性であり、電源特性切替回路SWは、電流誤差信号Eiを誤差信号Eaとして電力発生回路MCに送る。このとき、電力発生回路MCは、溶接電流Iwの値が設定された値となる(すなわち上述の差ΔIwがゼロとなる)ような制御を行う。

送給制御回路FCは、溶接トーチ14から消耗電極15を送り出す速度(送給速度Fw)を制御するためのものである。送給制御回路FCは、溶接モード信号Ssを受ける。送給制御回路FCは、送給速度Fwを指示するための送給速度制御信号Fcを送給機構161に送る。

各記憶部24〜27,35は、動作制御回路21を備えるロボット制御装置の構成であってもよいし、出力回路31を備える溶接電源装置の構成であってもよい。

次に、図3をさらに用いて、アーク溶接システムA1を用いたアーク溶接方法について説明する。図3は、アーク溶接システムA1を用いたアーク溶接方法における各信号等のタイミングチャートである。同図(a)は移動速さVvの変化状態を示し、(b)は溶接電流Iwの絶対値の時間平均値の変化状態を示し、(c)は電源特性切替回路SWのスイッチの変化状態を示し、(d)は送給速度Fwの変化状態を示し、(e)は第1期間モード信号M1の変化状態を示し、(f)は第2期間モード信号M2の変化状態を示し、(g)は中間期間モード信号M3の変化状態を示し、(h)は定常期間モード信号M4の変化状態を示す。同図(c)におけるHighレベルである状態は電源特性切替回路SWのスイッチがa側に接続している状態を示し、Lowレベルである状態は電源特性切替回路SWのスイッチがb側に接続している状態を示す。同図(e)〜(h)におけるHighレベルである状態は、各信号が溶接モード信号Ssとして出力されている状態を示す。図5の(s−1)〜(s−5)は、図3の(s−1)〜(s−5)におけるアーク等の状態をそれぞれ示している。

[初期期間Ts(時刻t1〜時刻t2)]
まず、外部からの溶接開始信号が入力されることにより、一般的には、過渡的な溶接開始処理が行われる。溶接開始処理において、出力回路31は、消耗電極15と母材Wとの間に溶接電圧Vwを印加する。これにより、時刻t1において、消耗電極15と母材Wとの間にアークa1が点弧される。初期期間Tsでは、第1期間T1と第2期間T2とが交互に複数回繰り返される。初期期間Tsは、たとえば、1.0〜5.0sである。第1期間T1は、たとえば、0.35sである。第2期間T2は、たとえば、0.24sである。

(1)第1期間T1
図3(e)に示すように、各第1期間T1中、溶接モード制御回路22は、溶接モード信号Ssとして第1期間モード信号M1を、動作制御回路21と、電源特性切替回路SWと、電流制御回路IRと、送給制御回路FCとに送る。同図(a)に示すように、動作制御回路21は、溶接モード信号Ssとして第1期間モード信号M1を受けると、移動速さVvを第1速さv1とするための動作制御信号Msを溶接ロボット1に送る。これにより、移動速さVvが第1速さv1である状態となる。本実施形態において、第1速さv1は0である。そのため、第1期間T1において動作制御回路21は、母材Wに沿った溶接進行方向Drにおいて、消耗電極15(溶接トーチ14)を母材Wに対し移動させずに停止させている。

同図(c)に示すように、電源特性切替回路SWは、溶接モード信号Ssとして第1期間モード信号M1を受けると、電源特性切替回路SWにおけるスイッチをa側に接続する。これにより、出力回路31の電源特性が定電圧特性に設定される。送給制御回路FCは、溶接モード信号Ssとして第1期間モード信号M1を受けると、送給速度Fwを速度fw1とするための送給速度制御信号Fcを送給機構161に送る。これにより、同図(d)に示すように、消耗電極15が、送給速度Fwを速度fw1として送給され始める。送給速度Fwは、溶接トーチ14から母材Wに向かう方向が正である。速度fw1は、たとえば、100〜1000cm/minである。そして、同図(b)に示すように、各第1期間T1においては、溶接電流Iwが絶対値の平均値を第1電流値iw1として流れる。各第1期間においては、定電圧制御がなされている。定電圧制御では、溶接電流Iwの第1電流値iw1は、消耗電極15の材質、直径、消耗電極15の突出長さ、電極極性等の溶接条件が決定されれば、同図(d)に示す送給速度Fwにより定まる。

図4は、第1期間T1における溶接電流Iwの時間変化を詳細に示す図である。図3においては、理解の便宜上、溶接電流Iwの絶対値の時間平均値を示しているが、実際には、本実施形態の溶接電流Iwは図4に示すような交流パルス電流である。図4における第1電流値iw1は、図3における第1電流値iw1に一致する。図4における時間のスケールは、図3における時間のスケールに比べ極めて小さい。図4において、溶接電流Iwを示す縦軸は、消耗電極15が陽極となったときに流れる電流をプラスとしている。

本図から理解されるように、溶接電流Iwは、周期Teにおいて電極プラス極性電流Iepと電極マイナス極性電流Ienとを1回ずつとる。周期Teは、たとえば8.0〜15.0msec程度である。電極プラス極性電流Iepは、消耗電極15が陽極、母材Wが陰極となった状態で流れる電流である。電極プラス極性電流Iepは、プラス極性ピーク電流Ippと、プラス極性ベース電流Ipbとを含む。プラス極性ピーク電流Ippは、電極プラス極性期間Tppの間、流れる。電極プラス極性期間Tppは、たとえば0.8〜2.0msecである。プラス極性ピーク電流Ippの絶対値Ieppは、たとえば300〜350Aである。一方、プラス極性ベース電流Ipbは、電極プラス極性期間Tpbの間、流れる。電極プラス極性期間Tpbは、たとえば3〜10msecである。プラス極性ベース電流Ipbの絶対値Iepbは、たとえば30〜100Aである。

電極マイナス極性電流Ienは、消耗電極15が陰極、母材Wが陽極となった状態で流れる電流である。電極マイナス極性電流Ienは、電極マイナス極性期間Tenの間、流れる。電極マイナス極性期間Tenは、たとえば2.0〜5.0msecである。電極マイナス極性電流Ienの絶対値Ienpは、たとえば50〜100Aである。

プラス極性ピーク電流Ipp、プラス極性ベース電流Ipb、電極マイナス極性電流Ien、電極プラス極性期間Tpp、および電極マイナス極性期間Tenは、所定値に設定される。電極プラス極性期間Tpbは、溶接電圧Vwの平均値が予め定められた溶接電圧設定値と等しくなるようにフィードバック制御される。この制御によってアークa1の長さが適正値に制御される。プラス極性ピーク電流Ipp、プラス極性ベース電流Ipb、および電極マイナス極性電流Ienの絶対値について時間平均した値が、電流値iw1に一致する。電流値iw1は、たとえば250Aである。

以上のように、第1期間T1においては溶接電流Iwとしてパルス電流が流れる。そして1パルスごとに、1つの溶滴が消耗電極15から母材Wへと移行する。このようにアークa1を発生させつつ消耗電極15から母材Wへと溶滴を移行させる。そのため、図5(s−1)に示すように、第1期間T1において溶融池881が形成される。第1期間T1においては、消耗電極15から母材Wへ溶滴が移行する程度の比較的大きな電流値iw1で溶接電流Iwが流れているため、母材Wへの入熱量は比較的多くなる。

なお、本実施形態では、第1期間T1中に流れる溶接電流Iwが交流のパルス電流である例を示したが、第1期間T1中に流れる溶接電流Iwは、直流のパルス電流であってもよい。第1期間T1中に流れる溶接電流Iwが直流のパルス電流である場合には、電極マイナス極性期間Tenが0となる。

(2)第2期間T2
図3(f)に示すように、各第2期間T2中、溶接モード制御回路22は、溶接モード信号Ssとして第2期間モード信号M2を、動作制御回路21と、電源特性切替回路SWと、電流制御回路IRと、送給制御回路FCとに送る。同図(a)に示すように、動作制御回路21は、溶接モード信号Ssとして第2期間モード信号M2を受けると、移動速さVvを第2速さv2にするための動作制御信号Msを溶接ロボット1に送る。これにより、移動速さVvを第2速さv2として、消耗電極15(溶接トーチ14)が母材に対して、溶接進行方向Drに移動する(図5(s−2)参照)。第2速さv2は第1速さv1より大きい。第2速さv2は、たとえば80cm/minである。

図3(c)に示すように、電源特性切替回路SWは、溶接モード信号Ssとして第2期間モード信号M2を受けると、電源特性切替回路SWにおけるスイッチをb側に接続する。これにより、出力回路31の電源特性が定電流特性に設定される。電流制御回路IRは、溶接モード信号Ssとして第2期間モード信号M2を受けると、溶接電流Iwを第2電流値iw2で流すための電流設定信号Irを電源特性切替回路SWに送る。これにより、同図(b)に示すように、各第2期間T2中は、溶接電流Iwが絶対値の時間平均値を第2電流値iw2として流れる。各第2期間T2において流れる溶接電流Iwは、図3(b)に示すとおりの波形の電流である。すなわち、各第2期間T2において流れる溶接電流Iwは、直流且つ一定の電流である。第2電流値iw2は、消耗電極15から母材Wへ溶滴移行しない程度の小さい値である。そのため、各第2期間T2における母材Wへの入熱量は少ない。本実施形態では、各第2期間T2においては、第2電流値iw2は0より大きい。すなわち、図5(s−2)に示すように、第2期間T2においては、アークa1が発生している状態を継続させる。そのため第2期間T2から第1期間T1に移行する時にアークa1を再発生させる必要がなく、アークa1を再発生させる手間を省くことができる。第2電流値iw2は、たとえば15Aである。

送給制御回路FCは、溶接モード信号Ssとして第2期間モード信号M2を受けると、送給速度Fwを速度fw2とするための送給速度制御信号Fcを送給機構161に送る。これにより、図3(d)に示すように、消耗電極15が、送給速度Fwを速度fw2として送給され始める。速度fw2は、たとえば、50〜150cm/minである。

第2期間T2において、当該第2期間T2以前の第1期間T1においてアークa1から受けた熱が、母材Wにおいて拡散する。この熱は当該第2期間T2中に拡散することにより、母材Wのうち、当該第2期間T2の次の第1期間T1において溶接を行う位置にも伝わる。

図5(s−3)に示すように、第2期間T2の後に再び第1期間T1における工程を行う。以上のように、初期期間Ts(時刻t1〜時刻t2)中は、第1期間T1と第2期間T2とを交互に複数回繰り返す。初期期間Tsでは、溶接痕882のうち図6のBsで示した部分が形成される。

時刻t2において、初期期間Tsは、第1期間T1を経過した時に終了し次に述べる中間期間Tmに移行する。すなわち、時刻t2において、第1期間T1と中間期間Tmとは連続しており、中間期間Tmには第1期間T1から直接移行する。

[中間期間Tm(時刻t2〜時刻t3)]
図3(g)に示すように、中間期間Tm中、溶接モード制御回路22は、溶接モード信号Ssとして中間期間モード信号M3を、動作制御回路21と、電源特性切替回路SWと、電流制御回路IRと、送給制御回路FCとに送る。同図(a)に示すように、動作制御回路21は、溶接モード信号Ssとして中間期間モード信号M3を受けると、移動速さVvを第3速さv3にするための動作制御信号Msを溶接ロボット1に送る。これにより、移動速さVvを第3速さv3として、消耗電極15(溶接トーチ14)が母材に対して、溶接進行方向Drに移動する(図5(s−4)参照)。第3速さv3は第1速さv1より大きい。第3速さv3は、たとえば60cm/minである。第3速さv3は第2速さv2と同一でもよいが、本実施形態においては、第2速さv2より小さい。

図3(c)に示すように、電源特性切替回路SWは、溶接モード信号Ssとして中間期間モード信号M3を受けると、電源特性切替回路SWにおけるスイッチをb側に接続する。これにより、出力回路31の電源特性が定電流特性に設定される。電流制御回路IRは、溶接モード信号Ssとして中間期間モード信号M3を受けると、溶接電流Iwを第3電流値iw3で流すための電流設定信号Irを電源特性切替回路SWに送る。これにより、同図(b)に示すように、中間期間Tm中は、溶接電流Iwが絶対値の時間平均値を第3電流値iw3として流れる。中間期間Tmにおいて流れる溶接電流Iwは、図3(b)に示すとおりの波形の電流である。すなわち、中間期間Tmにおいて流れる溶接電流Iwは、直流且つ一定の電流である。第3電流値iw3は、消耗電極15から母材Wへ溶滴移行しない程度の小さい値である。本実施形態では、中間期間Tmにおいては、第3電流値iw3は0より大きい。すなわち、図5(s−4)に示すように、中間期間Tmにおいては、アークa1が発生している状態を継続させる。第3電流値iw3は、たとえば15Aである。図3(b)では、第3電流値iw3は第2電流値iw2とほぼ同一の値として示しているが、第3電流値iw3は、第2電流値iw2より小さくても大きくても良い。

送給制御回路FCは、溶接モード信号Ssとして中間期間モード信号M3を受けると、送給速度Fwを速度fw3とするための送給速度制御信号Fcを送給機構161に送る。これにより、同図(d)に示すように、消耗電極15が、送給速度Fwを速度fw3として送給され始める。速度fw3は、たとえば、50〜100cm/minである。中間期間Tmは、たとえば、0.2sである。

[定常期間Tc(時刻t3〜)]
時刻t3において、定常期間Tcが開始する。定常期間Tcと中間期間Tmとは連続している。すなわち、中間期間Tmは定常期間Tcに直接移行する。図3(h)に示すように、定常期間Tc中、溶接モード制御回路22は、溶接モード信号Ssとして定常期間モード信号M4を、動作制御回路21と、電源特性切替回路SWと、電流制御回路IRと、送給制御回路FCとに送る。同図(a)に示すように、動作制御回路21は、溶接モード信号Ssとして定常期間モード信号M4を受けると、移動速さVvを定常速さv4とするための動作制御信号Msを溶接ロボット1に送る。これにより、移動速さVvを定常速さv4として、消耗電極15(溶接トーチ14)が母材に対して、溶接進行方向Drに移動する(図5(s−5)参照)。定常速さv4は第1速さv1より大きい。定常速さv4は、たとえば60cm/minである。定常速さv4は第2速さv2と同一でもよいが、本実施形態においては、第2速さv2より小さい。定常速さv4は第3速さv3と同一である。

同図(c)に示すように、電源特性切替回路SWは、溶接モード信号Ssとして定常期間モード信号M4を受けると、電源特性切替回路SWにおけるスイッチをa側に接続する。これにより、出力回路31の電源特性が定電圧特性に設定される。送給制御回路FCは、溶接モード信号Ssとして定常期間モード信号M4を受けると、送給速度Fwを速度fw4とするための送給速度制御信号Fcを送給機構161に送る。これにより、同図(d)に示すように、消耗電極15が、送給速度Fwを速度fw4として送給され始める。速度fw4は、たとえば、100〜1000cm/minである。同図(b)に示すように、定常期間Tcにおいては、溶接電流Iwが絶対値の平均値を定常電流値iw4として流れている。本実施形態では定常電流値iw4は第1電流値iw1より大きい。本実施形態と異なり、定常電流値iw4が第1電流値iw1と同一であってもよいし、第1電流値iw1より小さくてもよい。定常期間Tcは、溶接終了までの期間であり、初期期間Tsより長い期間である。

定常期間Tcにおいては、第1期間T1と同様に、溶接電流Iwとしてパルス電流が流れる。そして1パルスごとに、1つの溶滴が消耗電極15から母材Wへと移行する。このようにアークa1を発生させつつ消耗電極15から母材Wへと溶滴を移行させる。そして、図5(s−5)に示すように、定常期間Tcにおいて溶接痕882が形成される。図6では、溶接痕882のうち定常期間Tcに形成される部分をBcとして示している。

次に、本実施形態の作用効果について説明する。

本実施形態においては、初期期間Tsにおいて、第1期間T1と第2期間T2とを交互に複数回繰り返す。各第1期間T1中に、母材Wに沿った溶接進行方向Drにおける母材Wに対する消耗電極15の速さである移動速さVvが第1速さv1である状態で、アークa1を発生させつつ消耗電極15から母材Wへ溶滴を移行させる。各第2期間T2中に、移動速さVvを第1速さv1より大きい第2速さv2として、消耗電極15を母材Wに対して移動させる。このような構成によると、初期期間Tsにて第1期間T1と第2期間T2とが交互に複数回繰り返されるため、溶滴を移行させるための各第1期間T1は比較的短いものとなる。各第1期間T1が短いと、移動速さVvは、比較的小さい第1速さv1となった時刻(第1期間T1の開始時刻)から、即座に、比較的大きい第2速さv2に変化する。よって、第1期間T1中に母材Wの同じ位置に長い間溶滴が移行され続けることがないため、溶接痕882が過度に盛り上がりにくい。そのため、第1期間T1における溶接電流Iwの電流値を大きくすることができる。また、第1期間T1における移動速さVvは比較的小さい第1速さv1である。第1期間T1にて溶接電流Iwの電流値を大きくすることができ、且つ、第1期間T1における移動速さVvが比較的小さい第1速さv1である本実施形態にかかる方法によると、各第1期間T1ごとに、母材Wにおけるある領域に集中して熱を与えることができる。これにより、各第1期間T1中ごとに、母材Wにおけるある領域の温度を大きく上昇させることができる。

母材Wの温度を大きく上昇させることができると、たとえば、母材Wの溶け込みを深くすることができ、形成される溶接痕882と母材Wとの馴染みを良好にすることができ、もしくは、溶融池881を形成しやすくすることができる。このように母材Wにおけるある領域の温度を大きく上昇させることができる本実施形態にかかる方法は、溶接スタート時から溶接終了時まで、溶接痕882の幅や、母材Wの溶け込み深さや、もしくは余盛を揃えるのに適する。したがって、本実施形態にかかる方法は、溶接スタート時から溶接終了時まで良好な溶接を行うことができる。

母材Wが熱伝導率の高い材料(たとえば、アルミニウムまたはアルミニウムの合金)よりなる場合、母材Wにおいて熱が拡散しやすく、母材Wのうち熱が与えられた部位の温度が上昇しにくい。各第1期間T1ごとに母材Wにおけるある領域に集中して熱を与えることができる本実施形態にかかる方法は、母材Wが熱伝導率の高い材料よりなる場合であっても、好適に母材Wのある領域の温度を上昇させることができる。

本実施形態においては、各第1期間T1中は、溶接電流Iwを絶対値の時間平均値を第1電流値iw1として流す。各第2期間T2中は、溶接電流Iwを絶対値の時間平均値を第1電流値iw1より小さい第2電流値iw2として流す。このような構成によると、第2期間T2における消耗電極15から母材Wへの溶滴移行を、抑制することができる。第2期間T2における溶滴移行の抑制は、溶接痕882が過度に盛り上がること(余盛が高くなること)を抑制するのに適する。

本実施形態においては、中間期間Tm中に、溶接電流Iwを絶対値の時間平均値を第1電流値iw1より小さい第3電流値iw3として流し、且つ、移動速さVvを第1速さv1より大きい第3速さv3として消耗電極15を母材Wに対して移動させる。中間期間Tmは定常期間Tcに直接移行する。このような構成によると、中間期間Tm中は、あまり溶滴を移行させることなく、消耗電極15を母材に対し移動させることができる。そのため、初期期間Tsにおける最後の第1期間T1に形成された溶接痕882に対し更に、多くの溶滴を滴下させずに、定常期間Tcを開始することができる。したがって、定常期間Tcの開始時に形成される溶接痕882が部分的に盛り上がることを抑制することができ、きれいな溶接痕882を形成することができる。

本実施形態においては、中間期間Tm中は、アークa1が発生している状態を継続させる。このような構成によれば、中間期間Tmにおいてアークa1を消滅させないため、中間期間Tmから定常期間Tcに移行する時にアークa1を再発生させる必要がない。そのため、定常期間Tcを開始する時にアークa1を再発生させるために移動速さVvを0にする必要がない。これは、溶接時間の短縮に好適である。

本実施形態においては、定常期間Tc中に、溶接電流Iwを、絶対値の時間平均値を第1電流値iw1より大きい定常電流値iw4として流す。このような構成は、定常期間Tcにおけるアーク圧力を向上させるのに適する。アーク圧力を向上させることができると、深い溶け込みを形成することができる。

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

上述の実施形態のように第2期間T2中アークa1が発生している状態を継続させることが好ましいが、第2期間T2にアークa1を消滅させてもよい。同様に、上述の実施形態のように中間期間Tm中アークa1が発生している状態を継続させることが好ましいが、中間期間Tmにアークa1を消滅させてもよい。上述の実施形態のように中間期間Tmを行うことが好ましいが、中間期間Tmを行わずに第1期間T1から直接定常期間Tcに移行してもよい。上述の実施形態では第1速さv1が0である例を示したが、たとえば、第1速さv1が0より大きくてもよい。

A1 アーク溶接システム
1 溶接ロボット
11 ベース部材
12 アーム
13 モータ
14 溶接トーチ
15 消耗電極
151 溶滴
16 ワイヤ送給装置
161 送給機構
19 コイルライナ
21 動作制御回路
22 溶接モード制御回路
23 ティーチペンダント
24〜27 記憶部
31 出力回路
35 記憶部
Ea 誤差信号
EI 電流誤差計算回路
Ei 電流誤差信号
EV 電圧誤差計算回路
Ev 電圧誤差信号
FC 送給制御回路
Fc 送給速度制御信号
Fw 送給速度
ID 電流検出回路
Id 電流検出信号
Iep 電極プラス極性電流
Iepp 絶対値
Iepb 絶対値
Ienp 絶対値
Ien 電極マイナス極性電流
Ipb プラス極性ベース電流
Ipp プラス極性ピーク電流
IR 電流制御回路
Ir 電流設定信号
Iw 溶接電流
iw1 第1電流値
iw2 第2電流値
iw3 第3電流値
iw4 定常電流値
MC 電力発生回路
Ms 動作制御信号
M1 第1期間モード信号
M2 第2期間モード信号
M3 中間期間モード信号
M4 定常期間モード信号
SW 電源特性切替回路
Ts 初期期間
T1 第1期間
T2 第2期間
Tm 中間期間
Tc 定常期間
Te 周期
Tpp 電極プラス極性期間
Tpb 電極プラス極性期間
Ten 電極マイナス極性期間
VD 電圧検出回路
Vd 電圧検出信号
VR 電圧制御回路
Vr 電圧設定信号
Vv 移動速さ
Vw 溶接電圧
v1 第1速さ
v2 第2速さ
v3 第3速さ
v4 定常速さ
W 母材

Claims (7)

  1. 第1期間と第2期間とを交互に複数回繰り返す初期工程と、
    上記初期工程の後に、消耗電極と母材との間にアークを発生させつつ上記消耗電極から上記母材へ溶滴を移行させる定常工程と、を備え、
    上記初期工程は、
    上記各第1期間中に、上記母材に沿った溶接進行方向における、上記母材に対する上記消耗電極の速さである移動速さが第1速さである状態で、上記アークを発生させつつ上記消耗電極から上記母材へ溶滴を移行させる第1工程と、
    上記各第2期間中に、上記移動速さを上記第1速さより大きい第2速さとして、上記消耗電極を上記母材に対して移動させる第2工程と、を含み、
    上記定常工程においては、上記移動速さを上記第1速さより大きい定常速さとして、上記消耗電極を上記母材に対して移動させる、アーク溶接方法。
  2. 上記第1工程においては、上記消耗電極から上記母材に流れる溶接電流を、絶対値の時間平均値を第1電流値として流し、上記第2工程においては、上記溶接電流を、絶対値の時間平均値を上記第1電流値より小さい第2電流値として流す、請求項1に記載のアーク溶接方法。
  3. 上記初期工程の後に、上記溶接電流を、絶対値の時間平均値を上記第1電流値より小さい第3電流値として流し、且つ、上記移動速さを上記第1速さより大きい第3速さで上記消耗電極を上記母材に対して移動させる中間工程を更に備え、
    上記中間工程は上記定常工程に直接移行する、請求項2に記載のアーク溶接方法。
  4. 上記中間工程においては、上記アークが発生している状態を継続させる、請求項3に記載のアーク溶接方法。
  5. 上記定常工程においては、上記溶接電流を、絶対値の時間平均値を上記第1電流値より大きい定常電流値として流す、請求項2ないし4のいずれかに記載のアーク溶接方法。
  6. 上記各第2工程においては、上記アークが発生している状態を継続させる、請求項1ないし5のいずれかに記載のアーク溶接方法。
  7. 消耗電極と母材との間に溶接電流を流す出力回路と、
    第1期間および第2期間を交互に複数回繰り返す初期期間と、上記初期期間の後であり且つ上記初期期間より長い定常期間と、を発生させる溶接モード制御回路と、
    上記母材に沿った溶接進行方向における上記母材に対する上記消耗電極の速さである移動速さを制御する動作制御回路と、
    第1速さの値を記憶する第1速さ記憶部と、
    第2速さの値を記憶する第2速さ記憶部と、を備え、
    上記出力回路は、上記各第1期間と上記定常期間とにおいて、上記溶接電流をパルス電流で流し、
    上記動作制御回路は、上記各第1期間において上記移動速さを上記第1速さに設定し、上記各第2期間において上記移動速さを上記第2速さに設定する、アーク溶接システム。
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