JP2015120186A - アーク溶接方法および溶接装置 - Google Patents

Abstract

【課題】生産効率が向上した、アークにより母材とフィラーワイヤとを溶融させるアーク溶接方法および溶接装置を提供する。【解決手段】実施の形態１、２に係るアーク溶接方法は、電極（消耗電極ワイヤ３）で発生させたアークにより母材８とフィラーワイヤ４とを溶融させて溶接するアーク溶接方法である。このアーク溶接方法は、溶接開始時に、データベース３６に予め記録された複数のデータから、ユーザから入力される母材情報（たとえば、板厚、開先形状、脚長等）に基づいて、１つのデータをプロセッサ３０が読み出し、読み出された１つのデータに基づいて、フィラーワイヤ４の制御条件をプロセッサ３０が決定し、決定されたフィラーワイヤ４の制御条件を適用して溶接の開始をプロセッサ３０が実行させる。【選択図】図１

Description

この発明は、アーク溶接方法および溶接装置に関し、特に、電極で発生させたアークにより母材とフィラーワイヤとを溶融させるアーク溶接方法およびそのアーク溶接方法を実行する溶接装置に関する。

電極で発生させたアークにより母材と溶接ワイヤとを溶融させて溶接対象物を溶接するアーク溶接の開始および終了方法が特開２００９−１０６９８５号公報（特許文献１）および特開２００９−１５４１７３号公報（特許文献２）に開示されている。

特開２００９−１０６９８５号公報には、電極として消耗電極ワイヤを用い、消耗電極ワイヤの後方に２本目の溶接ワイヤであるフィラーワイヤを送給する２ワイヤ溶接の溶接開始方法が記載されている。

上記従来技術では、２ワイヤ溶接の溶接開始部において、溶接ビード開始端の溶接欠陥を防止するため、アーク点弧前にフィラーワイヤを正送給して母材と接触させ、その後、逆送給させてフィラーワイヤと母材間の距離を一定に保つ。これにより、アーク点弧後、フィラーワイヤが溶融プールに確実に送給され、座屈や折損、溶接ビード開始端部の極端な肉痩せが防止される。

特開２００９−１０６９８５号公報 特開２００９−１５４１７３号公報

フィラーワイヤを使用する溶接方法においては、適正な溶融池が形成された時点でフィラーワイヤを溶融池に挿入することが重要である。フィラーワイヤの供給が遅れると、母材の溶融が進行しすぎて溶融池が母材裏面に貫通する恐れがある。またフィラーワイヤの供給が早すぎると、アークから母材への入熱が不十分でフィラーワイヤが母材に当接しても溶けずに座屈してしまう恐れがある。これらはいずれも溶接品質を低下させる原因となる。

適正な溶融池を形成した時点でフィラーワイヤを挿入するには、母材の板厚、開先形状、溶接電流に対応させて、フィラーワイヤの送給のタイミングやフィラーワイヤの送給速度を変化させる必要がある。

しかし、従来、フィラーワイヤに関する制御は一定値にパラメータが固定された制御であり、母材や開先形状などが変更になると、適正な溶融池を形成した状態でフィラーワイヤを挿入するためには設定値を試行錯誤して調整する必要があるなどの困難を生じていた。

本発明の目的は、生産効率および溶接品質が向上した、電極で発生させたアークにより母材とフィラーワイヤとを溶融させるアーク溶接方法および溶接装置を提供することである。

この発明は、要約すると、電極で発生させたアークにより母材とフィラーワイヤとを溶融させて溶接するアーク溶接方法であって、溶接開始時に、データベースに予め記録された複数のデータから、ユーザから入力される母材情報に基づいて、１つのデータをプロセッサが読み出すステップと、読み出された１つのデータに基づいて、フィラーワイヤの制御条件をプロセッサが決定し、決定されたフィラーワイヤの制御条件を適用して溶接の開始をプロセッサが実行させるステップとを備える。

好ましくは、複数のデータの各々は、母材形状および溶接仕上がり状態を示す第１データと、フィラーワイヤの制御に関する第２データとを含む。読み出すステップは、母材情報と第１データを照合して１つのデータを選択する。フィラーワイヤの制御条件は、第２データに基づいて決定されるフィラーワイヤの送給開始タイミングに関する条件を含む。

好ましくは、アーク溶接方法は、溶接開始予定位置でアークの発生に失敗した場合に、アーク発生のリトライのために溶接トーチを溶接開始予定位置とは異なるリトライ位置に移動させるステップと、溶接開始予定位置でアークの発生に失敗した場合に、複数のデータから、リトライのための他の１つのデータをプロセッサが読み出すステップと、リトライ位置において発生したアークを溶接開始予定位置に移動させるステップと、発生したアークが溶接開始予定位置に移動した後に、フィラーワイヤの送給を開始するステップとをさらに備える。

好ましくは、電極は、消耗電極ワイヤであり、フィラーワイヤは、消耗電極ワイヤの溶接方向の後方に配置される。

この発明は、他の局面では、上記いずれかのアーク溶接方法を制御装置に実行させて溶接を行なう溶接装置である。

本発明によれば、溶接開始時に、調整動作を毎回行なわなくてもアーク開始時にフィラーワイヤが適正な状態の溶融池に挿入されるように制御を行なうことができる。この結果、溶接ビードの開始端に溶接欠陥が生じることを防止することができる。

実施の形態に共通する溶接装置のブロック図である。 トーチ移動機構の一例である溶接ロボットに溶接トーチおよびワイヤ送給装置が装着された具体的な形状を説明するための図である。 フィラーワイヤの先端部の母材からの距離Ｄを説明するための図である。 実施の形態１のアーク溶接方法の動作を説明するための波形図である。 図４の時刻ｔ５において、アークが発生した直後の溶接トーチとワイヤの状態を模式的に示した図である。 図４の時刻ｔ６において、フィラーワイヤが送給開始された時点の溶接トーチとワイヤの状態を模式的に示した図である。 図４の時刻ｔ７において、溶融池の形成が完了した状態の溶接トーチとワイヤの状態を模式的に示した図である。 実施の形態１において実行される溶接スタート時の溶接条件の読み込み動作を説明するためのフローチャートである。 ステップＳ２で選択され、ステップＳ３で使用されるデータベースを説明するための図である。 溶接開始時におけるアーク発生のリトライ動作を説明するための図である。 実施の形態２の溶接開始方法により形成された溶接ビードを説明するための図である。 実施の形態のアーク溶接開始方法における制御を説明するためのフローチャートである。 図１２のステップＳ１１およびステップＳ１６でアクセスされるデータベースに格納されているデータの一例を示した図である。 図１２のステップＳ１４の通常設定の詳細を説明するフローチャートである。 図１２のステップＳ２２のリトライ設定の詳細を説明するフローチャートである。 実施の形態２によるアーク溶接開始方法を説明するための図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

図１は、実施の形態に共通する溶接装置のブロック図である。なお、図１は、溶接装置が２ワイヤ溶接を行なう例を示すが、これには限定されない。たとえば、電極が消耗電極ワイヤでない溶接装置（たとえば、ＴＩＧ溶接装置）などにも本発明は適用することができる。

図１を参照して、溶接装置１００は、溶接トーチ１４と、ワイヤ送給装置２５，２６と、電源装置２２と、トーチ移動機構（ロボット）２１と、制御装置２７とを含む。溶接装置１００は、消耗電極ワイヤ３と、フィラーワイヤ４とを用いた２ワイヤ溶接を行なう。

溶接トーチ１４は、トーチ移動機構２１に装着されている。トーチ移動機構２１は、一般的にはロボットアームなどが使用されるが、他の機構であっても良い。溶接トーチ１４は、コンタクトチップ１，２を有している。コンタクトチップ１には、消耗電極ワイヤ３が挿通可能な貫通孔が設けられている。コンタクトチップ２には、フィラーワイヤ４が挿通可能な貫通孔が設けられている。

２ワイヤ溶接においては、消耗電極ワイヤ３が図１中の矢印で示す溶接方向の前方に位置し、フィラーワイヤ４が溶接方向の後方に位置した状態で、溶接トーチ１４がトーチ移動機構２１よって溶接方向に移動される。

電源装置２２は、溶接用電源２３と、検出用電源２４とを含む。溶接用電源２３は、消耗電極ワイヤ３にアークを発生させるための電源であり、設定された溶接電圧および溶接電流に基づいてコンタクトチップ１に溶接電流および溶接電圧を供給する。溶接電圧および溶接電流の設定は、制御装置２７によって行なわれる。また、溶接電圧および溶接電流の設定値は、溶接中に随時変更され得る。コンタクトチップ１は、消耗電極ワイヤ３と導通している。したがって、消耗電極ワイヤ３には、コンタクトチップ１を経由して溶接用電源２３から溶接電圧および溶接電流が供給される。図示しないが、溶接用電源２３は、溶接電流が流れるとオンになるウェルディングカレントリレー（ＷＣＲ）を含む。制御装置２７は、ＷＣＲのＯＮ・ＯＦＦ状態を監視することができる。

検出用電源２４は、フィラーワイヤ４が母材８に接触したことを検出するための電源である。コンタクトチップ２は、フィラーワイヤ４と導通している。したがって、フィラーワイヤ４には、コンタクトチップ２を経由して検出用電源２４から検出電圧および検出電流が供給される。

制御装置２７は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）３０と、データ入力部３２と、表示部３４と、データベース３６とを含む。データベース３６には、予め実験的に求められた各種の溶接法の溶接条件を示すデータが記録されている。ＣＰＵ３０は、選択メニューなどを表示部３４に表示させ、ユーザにデータ入力部３２から必要な母材情報を入力させる。ＣＰＵ３０は、ユーザがデータ入力部３２に入力した母材情報に基づいて、データベース３６に予め記録された複数のデータのうちから１つのデータを読み出す。

ＣＰＵ３０は、データベース３６から読み出した情報に基づいて、ワイヤ送給装置２５，２６と電源装置２２とトーチ移動機構２１とを制御する。なお、制御装置２７は、電源装置２２とトーチ移動機構２１に分割配置されても良く、複数のコンピュータが相互通信して実現されるものであっても良い。

図２は、トーチ移動機構の一例である溶接ロボットに溶接トーチおよびワイヤ送給装置が装着された具体的な形状を説明するための図である。

図２を参照して、トーチ移動機構２１（以下、ロボット２１と称する）のアームの先端に溶接トーチ１４が装着される。また、ワイヤ送給装置２５，２６は、アーム上腕部の関節付近に装着される。

ワイヤ送給装置２５は、消耗電極ワイヤ３を送給する。ワイヤ送給装置２６は、フィラーワイヤ４を送給する。ワイヤ送給装置２５，２６は、各々が、モータなどの駆動源を有しており、消耗電極ワイヤ３とフィラーワイヤ４とを個別に送給することが可能である。

図３は、フィラーワイヤの先端部の母材からの距離Ｄを説明するための図である。図３を参照して、フィラーワイヤ４が送給されると母材と接触する点を点Ｐとすると、点Ｐとフィラーワイヤ４の先端との間の距離を距離Ｄとする。溶接開始時に距離Ｄが短すぎると、送給開始タイミングが早すぎることになり、溶融池が形成されていない母材８にフィラーワイヤ４が衝突してしまう。これは、フィラーワイヤ４の座屈や折損を生じるおそれがある。一方、溶接開始時に距離Ｄが長すぎると、フィラーワイヤ４の送給開始タイミングが遅すぎることになり、溶融池が形成されたにもかかわらずフィラーワイヤ４が供給されない箇所ができてしまう。この箇所に形成された溶接ビードは極端に肉痩せすることとなり、溶接割れなどの溶接欠陥の原因となってしまう。したがって、距離Ｄは、溶接開始時には、適切な値に設定される。

距離Ｄとフィラーワイヤの送給速度と送給開始タイミングとによって、適正に形成された溶融池にフィラーワイヤが挿入されるか否かが決まる。母材の板厚、開先形状、溶接電流などを変更する場合には、距離Ｄとフィラーワイヤの送給速度と送給開始タイミングとを調整する必要がある。

たとえば、距離Ｄおよびフィラーワイヤの送給速度を一定にしたときは、送給開始タイミングを調整して母材の板厚、開先形状、溶接電流などの変更に対応することができる。

次に、溶接装置１００（図１）の溶接開始時の動作についてより詳細に説明する。
再び図１を参照して、溶接装置１００は、消耗電極ワイヤ３に加えてフィラーワイヤ４を使用することによって２ワイヤ溶接を行なう。具体的に、消耗電極ワイヤ３の先端と母材８の表面との間にアークを発生させ、そのアーク熱によって形成され始めた溶融池にフィラーワイヤ４を送給することによって、溶融池を溶接に適した大きさ（厚みや幅）に成長させる。これにより溶接が適切に行なわれる。

溶接開始時に消耗電極ワイヤ３の先端と母材８の表面との間にアークを発生させるための処理（以後、「アーク発生処理」という）は、溶接用電源２３から消耗電極ワイヤ３に溶接電圧および溶接電流を供給することによって行なう。具体的に、消耗電極ワイヤ３に溶接電圧が印加された状態で、消耗電極ワイヤ３が送給され、母材８に接触後両者の間にアークが発生する。

アークが発生すると、アーク熱によって母材８の温度が上昇して融解し、溶融池が形成され始める。形成され始めた溶融池にフィラーワイヤ４が送給され、また、溶接方向に沿って溶接が進められる。ここで、アーク発生処理を実行してから溶融池が形成されるまでには、一定の時間が掛かる。そのため、溶接開始予定位置において、アーク発生処理を実行してからフィラーワイヤ４の送給を開始するまでの間には、適切な遅延時間（以後、「第１フィラーワイヤ送給開始遅延時間」という）が設定される。

［実施の形態１］
図４は、実施の形態１のアーク溶接方法の動作を説明するための波形図である。図４には、上からＷＣＲ信号、フィラーワイヤ４と母材８の間の検出電圧Ｖｔ１、フィラーワイヤ４の送給速度Ｆｗ１が示されている。

図１、図４を参照して、時刻ｔ０〜ｔ１においては、ＷＣＲ信号がＯＦＦ状態において、検出電圧Ｖｔ１がフィラーワイヤ４に印加された状態で、フィラーワイヤ４の送給がワイヤ送給装置２６によって行なわれる。この間は、送給速度Ｆｗ１＞０となっている。

時刻ｔ１において、フィラーワイヤ４が母材８に接触すると、検出電流が流れ、検出電圧Ｖｔ１の低下が検出される。これにより制御装置２７は、ワイヤ送給装置２６に送給を停止させ、時刻ｔ２からはリトラクト（逆方向の送給）を行なわせる。この間は、送給速度Ｆｗ１＜０となっている。逆送給が行なわれた結果、フィラーワイヤ４の先端が時刻ｔ３で母材８から離れたことによって、再び検出電圧Ｖｔ１が上昇する。

そして、時刻ｔ２〜ｔ４の間、フィラーワイヤ４の逆送給が実行され、この逆送給の速度と時間で定まる距離が図３に示した距離Ｄとなる。

図５は、図４の時刻ｔ５において、アークが発生した直後の溶接トーチとワイヤの状態を模式的に示した図である。図４、図５を参照して、時刻ｔ５では、消耗電極ワイヤ３の送給および溶接電圧の印加された後、アークが発生し溶接電流が流れると、ＷＣＲ信号がオン状態に変化する。

図６は、図４の時刻ｔ６において、フィラーワイヤが送給開始された時点の溶接トーチとワイヤの状態を模式的に示した図である。図４、図６を参照して、時刻ｔ６では、アーク発生後母材に入熱されたことにより、図５に示したよりもアーク長が長く、溶融池の大きさが大きくなっている。しかし、まだ溶融池の成長は不十分である。

図７は、図４の時刻ｔ７において、溶融池の形成が完了した状態の溶接トーチとワイヤの状態を模式的に示した図である。図４、図７を参照して、時刻ｔ７では、溶融池は適正な大きさに成長しており、ちょうどそのタイミングでフィラーワイヤの先端は距離Ｄだけ送給され溶融池に挿入されている。

時刻ｔ５から第１フィラーワイヤ送給開始遅延時間ＴＤ後の時刻ｔ６において、フィラーワイヤ４の送給が開始され、時刻ｔ７において、溶融池にフィラーワイヤ４が接触することによって検出電圧Ｖｔが低下する。なお、時刻ｔ７では、母材は適正な溶融池の形成が完了した状態となっている。以降は、このアーク状態が維持されたまま溶接が実行される。

時刻ｔ５〜ｔ７は、アークがスタートしてから溶融池の形成が完了するまでの時間、すなわち溶融池形成時間Ｔ１である。溶融池形成時間Ｔ１と送給開始遅延時間ＴＤとの差（Ｔ１−ＴＤ）は、フィラーワイヤが空走する時間を示す。この値とフィラーワイヤ送給速度Ｆｗ１と図３の距離Ｄとの間には、次式（１）に示す関係が成立する。
（Ｔ１−ＴＤ）×Ｆｗ１＝Ｄ …（１）
なお、溶接装置の制御パラメータとしては、送給開始遅延時間ＴＤのほうが直接的に使用しやすいため、次式（２）で送給開始遅延時間ＴＤを算出してもよい。
ＴＤ＝Ｔ１−Ｄ／Ｆｗ１ …（２）
図８は、実施の形態１において実行される溶接スタート時の溶接条件の読み込み動作を説明するためのフローチャートである。

図１、図８を参照して、まずステップＳ１において、ＣＰＵ３０は、表示部３４にメニューなどを表示し、溶接法、ワイヤ材質、ワイヤ径、ガス種類などの情報の入力をデータ入力部３２から入力するようにユーザに促し、入力を受け付ける。

この時に入力されるデータは、たとえば、溶接法（短絡溶接、パルス溶接など）、母材材質（軟鋼、ステンレス鋼など）、ワイヤ材質（＝母材材質）、ワイヤ径、ガス（ＭＡＧ８０％Ａｒ，２０％ＣＯ２など）等の情報を含む。

続いて、ステップＳ２においてＣＰＵ３０は、ステップＳ１で入力されたデータに基づいて、データベース３６の中に格納されている複数のデータベースの中から使用するデータベースを選択する。

ステップＳ３において、ＣＰＵ３０は、表示部３４にメニューなどを表示し、母材データ（板厚、開先形状など）および溶接仕上がり形状（たとえば脚長など）の情報の入力をユーザに促し、入力を受け付ける。

図９は、ステップＳ２で選択され、ステップＳ３で使用されるデータベースを説明するための図である。図９には、データベースの一例が示されているが、溶接法などが変わると適宜入力データや溶接条件の数や内容も変更される。図９を参照して、データ番号１には、入力データとして、板厚ＴＨ（１）、開先形状Ｇ（１）、脚長Ｌ（１）に対応する溶接条件（電流Ｉ（１），電圧Ｖ（１），溶接速度Ｆ（１））と溶融池形成時間Ｔ１（１）とが予め記録されている。データ番号２には、入力データとして、板厚ＴＨ（２）、開先形状Ｇ（２）、脚長Ｌ（２）に対応する溶接条件（電流Ｉ（２），電圧Ｖ（２），溶接速度Ｆ（２））と溶融池形成時間Ｔ１（２）とが予め記録されている。

ＣＰＵ３０は、図８のステップＳ４において、図９に示したデータベースの入力データ部分とステップＳ３でユーザから入力されたデータとを照合し、データベースから対応する溶接条件（電流Ｉ，電圧Ｖ，溶接速度Ｆ）を取得し、ステップＳ５において溶融池形成時間Ｔ１を取得する。

そして、ステップＳ６において、送給開始遅延時間ＴＤを算出する。送給開始遅延時間ＴＤの算出は、たとえば先に説明した式（２）を使用して行なうことができる。なお、実施の形態１では、図９に示したように溶融池形成時間Ｔ１をデータベースに格納していたが、溶融池形成時間Ｔ１に代えて送給速度Ｆｗ１や送給開始遅延時間ＴＤをデータベースに格納しておいて、読み出して使用するようにしてもよい。

続いて、ステップＳ７においてアークの発生処理が行なわれ、ステップＳ８において、ＣＰＵ３０は、決定されたフィラーワイヤ４の制御条件を適用して溶接の開始を実行させる。

以上説明したように、実施の形態１によれば、フィラーワイヤを使用する溶接方法において、母材材質や被溶接対象物の形状が変更されたときにフィラーワイヤに関する制御パラメータを試行錯誤して決める必要がなくなり、作業効率が向上するとともに溶接品質も安定させることができる。

［実施の形態２］
アーク発生処理は、通常、溶接を開始しようとする位置（溶接開始予定位置）において行なわれる。しかし、このアーク発生処理を行なうときに、たとえば、母材の表面にスラグなどの非金属物質が存在すると、アークが発生しないことがある。実施の形態２は、このような場合にアーク発生をリトライする際のアークスタート制御に関する。

再び図１を参照して、溶接開始予定位置でアークが発生しない場合、溶接装置１００は、溶接開始予定位置とは異なる位置（以後、「アーク発生処理リトライ位置」という）でアーク発生処理を実行する。アーク発生処理リトライ位置は、たとえば、溶接開始予定位置から溶接方向に進んだ位置、すなわち溶接線（溶接ライン）上のいずれかの位置とすることができる。もちろん、アーク発生処理リトライ位置は、溶接線上とは異なる位置であってもよい。また、アーク発生処理リトライ位置においてもアークが発生しないことがあるが、その場合、溶接装置１００は、さらに別のアーク発生処理リトライ位置においてアーク発生処理を実行することができる。すなわち、溶接装置１００は、アークの発生を試行しながら消耗電極ワイヤ３の先端を溶接開始予定位置から移動させ、いずれかのアーク発生処理リトライ位置でアークを発生させる。

アーク発生処理リトライ位置でアークが発生すると、溶接装置１００は、発生したアークを維持しつつ溶接開始予定位置に移動させる。アークを維持しつつ移動させるには、消耗電極ワイヤ３と母材８との間の距離を適切に保ちながら消耗電極ワイヤ３を移動させる。消耗電極ワイヤ３は、溶接トーチ１４によって、フィラーワイヤ４とともに移動する。

この移動の間、溶接装置１００は、フィラーワイヤ４の送給は行なわない。消耗電極ワイヤと母材との間にアークが発生していても、フィラーワイヤの送給を行なわなければ、アーク熱によって溶融池が形成されはじめたとしてもその成長が抑制される。これにより、アークが発生した位置と溶接開始予定位置との間に、不所望な溶接ビードが形成されるのを防ぐことができる。

アークが溶接開始予定位置まで移動した後は、フィラーワイヤ４の送給を開始し、溶接方向に沿って溶接が進められる。ここで、アークが溶接開始予定位置に到達してから溶融池が形成されるまでには、一定の時間が掛かる。そのため、アーク発生処理リトライ位置において発生したアークが、溶接開始予定位置に到達してからフィラーワイヤ４の送給を開始するまでの間にも遅延時間（以後、「第２フィラーワイヤ送給開始遅延時間」という）を設けることが好ましい。

溶接品質を向上させるためには、フィラーワイヤ４の送給は、送給開始時は比較的小さい速度で行なわれ、その後徐々に速度を上げ、最終的に一定の速度にすることがより好ましい。この変化は、溶接速度、溶接電流および溶接電圧についても同様である。そのため、フィラーワイヤ４の送給速度、溶接速度、溶接電流および溶接電圧が一定（以後、「溶接定常状態」という場合もある）になるタイミングが揃うように、それぞれの変化が適切に制御される。

アーク発生処理リトライ位置においてアークが発生した場合、そのアークが溶接開始予定位置に移動するまでの間に、アーク熱によって母材が加熱される。つまり、アークが溶接開始予定位置に到達したときには、すでに母材の温度がある程度上昇しており、比較的短時間で母材が融解して溶融池が形成され始める。ここで、アーク熱により長期間母材を加熱すると溶融池が大きくなりすぎて好ましくない。そのため、第２フィラーワイヤ送給開始遅延時間は、実施の形態１で説明した、第１フィラーワイヤ送給開始遅延時間（リトライしなかった時の送給開始遅延時間）よりも短く設定される。これにより、適切な大きさの溶融池が形成される。

さらに、アーク発生処理のリトライ位置においてアークが発生した場合は、アークが溶接開始予定位置に到達してから溶接定常状態に至るまでの時間が比較的短いため、溶接速度、溶接電流および溶接電圧も、比較的短時間で大きく変化するように制御する。

図１０は、溶接開始時におけるアーク発生のリトライ動作を説明するための図である。図１０には、溶接対象の一例として、２枚の金属板をＬ字型に組み合わせてなる母材８Ａが示されている。

図１および図１０を参照して、溶接開始予定位置においてアークが発生しない場合、消耗電極ワイヤ３はアーク発生処理リトライ位置に移動する（図１０の「移動１」）。アーク発生処理リトライ位置でアーク発生処理を実行し、アークが発生すると、発生したアークは、消耗電極ワイヤ３の移動に伴い溶接開始予定位置に移動する（図１０の「移動２」）。アークが溶接開始予定位置に移動した後、フィラーワイヤ４の送給が開始され、消耗電極ワイヤ３は溶接方向に移動する（図１０の「移動３」）。

消耗電極ワイヤ３の溶接方向への移動によりアークが移動するため、溶接方向には溶融池が連続的に形成され始める。それに合わせてフィラーワイヤ４が送給されることで、溶接方向に、適切な大きさの溶融池が連続的に形成される。形成された溶融池は、アークが遠ざかるまたはアークが消滅すると、温度が低下して凝固し、溶接ビードになる。

図１１は、実施の形態２の溶接開始方法により形成された溶接ビードを説明するための図である。図１１は、母材とその表面に形成された溶接ビードを断面で見た図である。図１１に示すように、溶接開始予定位置から溶接方向に向かって、均一な厚みの溶接ビードが形成される。このため、実施の形態２の溶接開始方法によれば、溶接箇所によって溶接ビードの形状が異なるといったことがなく、適切な溶接が行なわれることになる。

図１２は、実施の形態のアーク溶接開始方法における制御を説明するためのフローチャートである。このフローチャートの処理は、図１および図２の制御装置２７で実行される。

図１および図１２を参照して、はじめに、ステップＳ１１においてＣＰＵ３０は、アークの発生の通常のスタート設定をデータベース３６から読み出す。データベースの一例については、後に図１３を用いて説明する。

そして、溶接開始予定位置においてアーク発生処理が実行される（ステップＳ１２）。
溶接開始予定位置においてアークが発生した場合（ステップＳ１３でＹＥＳ）、通常設定でフィラーワイヤ４の送給が開始され、溶接方向に溶接が行なわれる（ステップＳ１４）。通常設定については、後に図１４を参照して説明する。ステップＳ１４の溶接が開始されると、フローチャートの処理は終了する（ステップＳ２３）。

溶接開始予定位置においてアークが発生しなかった場合（ステップＳ１３でＮＯ）、アーク発生処理が中止される（ステップＳ１５）。アーク発生処理の中止は、たとえば、消耗電極ワイヤ３への溶接電流および溶接電圧の供給を停止することによって行なわれる。

ステップＳ１５においてアーク発生処理が中止された後、ステップＳ１６において、ＣＰＵ３０は、リトライ設定をデータベース３６から読み出す。なお、ステップＳ１６の処理は、ステップＳ１１の処理を実行した時に同時に行っておいてもよい。この場合には、ＣＰＵ３０は、通常スタート設定とリトライ設定の２種類の設定をアークスタートの成否にかかわらず最初に読み出し、必要が生じたときのみリトライ設定を使用することになる。

アーク発生処理が中止された後、消耗電極ワイヤ３はアーク発生処理リトライ位置に移動される（ステップＳ１７）。アーク発生処理リトライ位置は溶接開始予定位置以外の任意の位置でよいが、すでにアークの発生を試みて失敗した位置は除かれる。

ステップＳ１７においてアーク発生リトライ位置に移動した後、アーク発生処理が実行される（ステップＳ１８）。

アーク発生リトライ位置においてアークが発生した場合（ステップＳ１９でＹＥＳ）、ステップＳ２０に処理が進められる。一方、アーク発生リトライ位置においてアークが発生しなかった場合（ステップＳ１９でＮＯ）、溶接処理は終了する（ステップＳ２３）。

ステップＳ２０では、アーク発生リトライ位置において発生したアークが維持されつつ溶接開始予定位置に移動する。このとき、フィラーワイヤ４の送給は行なわれない。このときの移動速度は、溶接が行なわれる速度とは異なる速度であってもよい。生産性などの観点から、移動速度は、アークが維持されなくなるのを回避できる（すなわちアーク切れを起こさない）程度に速い速度であることが好ましい。これにより、フィラーワイヤ４の送給による溶接が行なわれることなく、アークが溶接開始予定位置に到達する（ステップＳ２１）。

アークが溶接開始予定位置に到達すると、リトライ設定で、フィラーワイヤ４の送給が開始され、溶接方向に溶接が行なわれる（ステップＳ２２）。リトライ設定については、後に図１５を参照して説明する。ステップＳ２２の溶接が開始されると、フローチャートの処理は終了する（ステップＳ２３）。

図１３は、図１２のステップＳ１１およびステップＳ１６でアクセスされるデータベースに格納されているデータの一例を示した図である。図１３を参照して、データ番号１，２・・・は、通常設定のデータであり、データ番号１Ｒ，２Ｒ・・・はリトライ設定のデータである。各々のデータ番号には、板厚ＴＨ、開先形状Ｇ、脚長Ｌとこれらに対応する実験的に求められた溶接条件１（電流Ｉ，電圧Ｖ，溶接速度Ｆ）と溶接条件２（送給開始遅延時間ＴＤ、溶接電流増加率β１、溶接電圧増加率β２、溶接速度増加率β３）とが予め記録されている。

データ番号１には、入力データとして、板厚ＴＨ（１）、開先形状Ｇ（１）、脚長Ｌ（１）に対応する溶接条件１（電流Ｉ（１），電圧Ｖ（１），溶接速度Ｆ（１））と溶接条件２（送給開始遅延時間ＴＤ（１）、溶接電流増加率β１（１）、溶接電圧増加率β２（１）、溶接速度増加率β３（１））とが記録されている。データ番号２には、入力データとして、板厚ＴＨ（２）、開先形状Ｇ（２）、脚長Ｌ（２）に対応する溶接条件１（電流Ｉ（２），電圧Ｖ（２），溶接速度Ｆ（２））と溶接条件２（送給開始遅延時間ＴＤ（２）、溶接電流増加率β１（２）、溶接電圧増加率β２（２）、溶接速度増加率β３（２））とが記録されている。

データ番号１Ｒには、入力データとして、板厚ＴＨ（１）、開先形状Ｇ（１）、脚長Ｌ（１）に対応する溶接条件１（電流Ｉ（１），電圧Ｖ（１），溶接速度Ｆ（１））と溶接条件２（送給開始遅延時間ＴＤＲ（１）、溶接電流増加率β１Ｒ（１）、溶接電圧増加率β２Ｒ（１）、溶接速度増加率β３Ｒ（１））とが記録されている。データ番号２Ｒには、入力データとして、板厚ＴＨ（２）、開先形状Ｇ（２）、脚長Ｌ（２）に対応する溶接条件１（電流Ｉ（２），電圧Ｖ（２），溶接速度Ｆ（２））と溶接条件２（送給開始遅延時間ＴＤＲ（２）、溶接電流増加率β１Ｒ（２）、溶接電圧増加率β２Ｒ（２）、溶接速度増加率β３Ｒ（２））とが記録されている。

なお、実施の形態１のように溶融池形成時間Ｔ１を記録しておいてこれに基づいて対応する送給開始遅延時間ＴＤを算出するようにしてもよい。

図１４、図１５を使用して、図１２のステップＳ１４およびステップＳ２２の詳細を対比しつつ説明する。

図１４は、図１２のステップＳ１４の通常設定の詳細を説明するフローチャートである。図１および図１４を参照して、通常設定では、アーク発生処理を試みてから通常設定での遅延時間経過後にフィラーワイヤ４の送給を開始する（ステップＳ２０１）。アーク発生処理を試みるとは、たとえば、消耗電極ワイヤ３に溶接電圧を印加し、溶接電圧が印加された状態で消耗電極ワイヤ３が送給され、母材８に接触させて、両者の間にアークが発生するといった動作を示す。通常設定での遅延時間は、第１のフィラーワイヤ送給開始遅延時間に相当する。

ステップＳ２０１においてフィラーワイヤの送給が開始されると、そこから溶接定常状態に至るまでの間、溶接電流は増加率β１で、溶接電圧は増加率β２で、溶接速度は増加率β３で変化するように制御される（ステップＳ２０２）。

フィラーワイヤ４の送給速度、溶接速度、溶接電流、または溶接電圧が一定、つまり溶接定常状態になると、フローチャートの処理は終了する（ステップＳ２０３）。

図１５は、図１２のステップＳ２２のリトライ設定の詳細を説明するフローチャートである。図１および図１５を参照して、リトライ設定では、アークが溶接開始予定位置に到達してからリトライ設定での遅延時間経過後にフィラーワイヤ４の送給を開始する（ステップＳ３０１）。リトライ設定での遅延時間は、上述の第２のフィラーワイヤ送給開始遅延時間ＴＤＲに相当する。つまり、ステップＳ３０１におけるリトライ設定での遅延時間は、図１４のステップＳ２０１における通常設定での遅延時間よりも短い。

ステップＳ３０１においてフィラーワイヤの送給が開始されると、そこから溶接定常状態に至るまでの間、溶接電流は増加率β１Ｒで、溶接電圧は増加率β２Ｒで、溶接速度は増加率β３Ｒで変化するよう制御される（ステップＳ３０２）。ステップＳ３０２における溶接電流、溶接電圧および溶接速度は、図１４のステップＳ２０２における溶接電流、溶接電圧および溶接速度よりも、短時間で大きく変化する。そのため、ステップＳ３０２における溶接電流、溶接電圧および溶接速度の増加率は、図１４のステップＳ２０２における溶接電流、溶接電圧および溶接速度の増加率よりも、大きい。

フィラーワイヤ４の送給速度、溶接速度、溶接電流、または溶接電圧が一定、つまり溶接定常状態になると、フローチャートの処理は終了する（ステップＳ３０３）。

図１６は、実施の形態２によるアーク溶接開始方法を説明するための図である。
まず、溶接開始予定位置において失敗せずアークが発生した場合の各要素の経時変化を、図１６の実線で説明する。

図１および図１６を参照して、溶接開始時には、まず、時刻ｔ１０において、トーチスイッチがＯＮになる。トーチスイッチは、溶接装置１００に溶接を開始させるためのスイッチである。トーチスイッチは、たとえば、制御装置２７に設けられおよび／または制御される。なお、溶接が手動で行なわれる場合、トーチスイッチは、溶接トーチ１４に設けられ、作業者によって制御される。

時刻ｔ１０においてトーチスイッチがオンになると、溶接電圧Ｖが消耗電極ワイヤ３に印加される。また、消耗電極ワイヤ３の送給が開始される。ただし、このときの消耗電極ワイヤ３の送給速度は比較的低い速度（スローダウン速度）である。

時刻ｔ２０において、ＷＣＲ（ウェルディングカレントリレー）がオン（ＯＮ）になる。すなわち、溶接電流Ｉが流れ始め、アークが発生する。これに伴い、溶接電圧は低下する。また、溶接速度が与えられ、進行方向に溶接が進み始める。

溶接開始予定位置でアークが発生すると、時刻ｔ４０において溶接定常状態になるよう、溶接電流Ｉ、溶接電圧Ｖ、溶接速度Ｆ、フィラーワイヤ送給速度Ｆｗ１、消耗電極ワイヤ送給速度Ｆｗ０が変化する（ｔ２０からｔ４０の間の実線）。特に、溶接電流Ｉは、傾き（スロープ）が増加率β１を示すように変化する。溶接電圧Ｖは、傾きが増加率β２を示すように変化する。溶接速度Ｆは、傾きが増加率β３を示すように変化する。

また、フィラーワイヤ送給速度Ｆｗ１は、時刻ｔ２８において０から増加する。つまり、時刻ｔ２８においてフィラーワイヤの送給が開始される。時刻ｔ１０から時刻ｔ２８に至るまでの時間が、第１フィラーワイヤ送給開始遅延時間ＴＤに相当する。

時刻ｔ４０以降、溶接電流Ｉ、溶接電圧Ｖ、溶接速度Ｆ、フィラーワイヤ送給速度Ｆｗ１、消耗電極ワイヤ送給速度Ｆｗ０がいずれも一定の状態（溶接定常状態）で、溶接方向に溶接が進められる。

一方、溶接開始予定位置ではなくアーク発生処理リトライ位置においてアークが発生した場合の各要素の経時変化を、図１６の一点鎖線で説明する。

図１および図１６を参照して、アーク発生処理リトライ位置において発生したアークが、溶接開始予定位置に到達した時刻は、時刻ｔ２０に対応する。この場合、時刻ｔ３０において溶接定常状態になるよう、溶接電流Ｉ、溶接電圧Ｖ、溶接速度Ｆ、フィラーワイヤ送給速度Ｆｗ１、消耗電極ワイヤ送給速度Ｆｗ０が変化する（ｔ２０からｔ３０の間の一点鎖線）。つまり、アーク発生処理リトライ位置でアークが発生した場合、溶接開始予定位置でアークが発生した場合に溶接定常状態になる時刻ｔ４０よりも前の時刻である時刻ｔ３０で、溶接定常状態に至る。特に、溶接電流Ｉは、傾きが増加率β１Ｒを示すように変化する。溶接電圧Ｖは、傾きが増加率β２Ｒを示すように変化する。溶接速度Ｆは、傾き増加率β３を示すように変化する。

また、フィラーワイヤ送給速度Ｆｗ１は、時刻ｔ２５において０から増加する。つまり、時刻ｔ２５においてフィラーワイヤの送給が開始される。すなわち、時刻ｔ２０から時刻ｔ２５に至る時間が、上述の第２フィラーワイヤ送給開始遅延時間ＴＤＲに相当する。

時刻ｔ３０以降、溶接電流Ｉ、溶接電圧Ｖ、溶接速度Ｆ、フィラーワイヤ送給速度Ｆｗ１、消耗電極ワイヤ送給速度Ｆｗ０がいずれも一定の状態（溶接定常状態）で、溶接方向に溶接が進められる。

図１６に示すように、溶接開始予定位置でアークが発生した場合（図１６の実線）と、溶接開始予定位置とは異なる位置であるアーク発生処理リトライ位置でアークが発生した場合（図１６の一点鎖線）では、フィラーワイヤの送給を開始するタイミング、溶接電流Ｉ、溶接電圧Ｖ、溶接速度Ｆなどの各要素が相違する。

なお、実施の形態１にも実施の形態２の増加率β１〜β３を適用して溶接開始の制御を行なってもよい。

実施の形態２の溶接方法および溶接装置によれば、アークが発生した位置が溶接開始予定位置でなかった場合であっても、アークが発生した位置と溶接開始予定位置との間に、不所望な溶接ビードが形成されるのを防ぐことができる。

また、フィラーワイヤ送給開始遅延時間や溶接電流、溶接電圧、溶接速度の各増加率をリトライ設定において適宜変更することによって、適切な大きさの溶融池を形成できる。

最後に、実施の形態１，２について再び図１等を参照して総括する。実施の形態１、２に係るアーク溶接方法は、電極（消耗電極ワイヤ３）で発生させたアークにより母材８とフィラーワイヤ４とを溶融させて溶接するアーク溶接方法である。このアーク溶接方法は、溶接開始時に、データベース３６に予め記録された複数のデータ（図９、図１３のＮｏ．１，Ｎｏ．２・・・のデータ）から、ユーザから入力される母材情報（たとえば、板厚、開先形状、脚長等）に基づいて、１つのデータをプロセッサ３０が読み出すステップ（図８のＳ５；図１２のＳ１１)と、読み出された１つのデータに基づいて、フィラーワイヤ４の制御条件をプロセッサ３０が決定し、決定されたフィラーワイヤ４の制御条件を適用して溶接の開始をプロセッサ３０が実行させるステップ（図８のＳ６〜Ｓ８；図１２のＳ１４）とを備える。

ユーザが母材情報を入力することにより、プロセッサがフィラーワイヤの制御条件を決定するので、ユーザの調整作業などが大幅に軽減される。

好ましくは、予め記録された複数のデータの各々は、図９に示すように、母材形状および溶接仕上がり状態を示す第１データ（入力データ）と、フィラーワイヤの制御に関する第２データ（溶融池形成時間）とを含む。読み出すステップは、母材情報と第１データを照合して１つのデータを選択する。フィラーワイヤの制御条件は、第２データに基づいて決定されるフィラーワイヤの送給開始タイミングに関する条件（送給開始遅延時間ＴＤ）を含む。

好ましくは、実施の形態２に係るアーク溶接方法は、図１２に示すように、溶接開始予定位置でアークの発生に失敗した場合に、アーク発生のリトライのために溶接トーチを溶接開始予定位置とは異なるリトライ位置に移動させるステップ（Ｓ１７）と、溶接開始予定位置でアークの発生に失敗した場合に、データベースに予め記録された複数のデータから、リトライのための他の１つのデータをプロセッサが読み出すステップ（Ｓ１６）と、リトライ位置において発生したアークを溶接開始予定位置に移動させるステップ（Ｓ１７）と、発生したアークが溶接開始予定位置に移動した後に、フィラーワイヤの送給を開始するステップ（Ｓ２２）とをさらに備える。

好ましくは、図１に示すように、電極は、消耗電極ワイヤであり、フィラーワイヤ４は、消耗電極ワイヤ３の溶接方向の後方に配置される。

ユーザが母材情報を入力することにより、アーク発生に失敗しリトライを行なう場合でも、プロセッサがアーク発生リトライ時のフィラーワイヤの制御条件を決定するので、ユーザの調整作業などが大幅に軽減される。

図１に示した溶接装置１００は、上記いずれかのアーク溶接方法を制御装置に実行させて溶接を行なう溶接装置である。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１，２ コンタクトチップ、３ 消耗電極ワイヤ、４ フィラーワイヤ、８，８Ａ 母材、１４ 溶接トーチ、２１ トーチ移動機構（ロボット）、２２ 電源装置、２３ 溶接用電源、２４ 検出用電源、２５，２６ ワイヤ送給装置、２７ 制御装置、３０ ＣＰＵ、３２ データ入力部、３４ 表示部、３６ データベース、１００ 溶接装置。

Claims (5)

1. 電極で発生させたアークにより母材とフィラーワイヤとを溶融させて溶接するアーク溶接方法であって、
   溶接開始時に、データベースに予め記録された複数のデータから、ユーザから入力される母材情報に基づいて、１つのデータをプロセッサが読み出すステップと、
   読み出された前記１つのデータに基づいて、前記フィラーワイヤの制御条件をプロセッサが決定し、決定された前記フィラーワイヤの制御条件を適用して溶接の開始をプロセッサが実行させるステップとを備える、アーク溶接方法。
2. 前記複数のデータの各々は、母材形状および溶接仕上がり状態を示す第１データと、前記フィラーワイヤの制御に関する第２データとを含み、
   前記読み出すステップは、前記母材情報と前記第１データを照合して前記１つのデータを選択し、
   前記フィラーワイヤの制御条件は、前記第２データに基づいて決定される前記フィラーワイヤの送給開始タイミングに関する条件を含む、請求項１に記載のアーク溶接方法。
3. 溶接開始予定位置でアークの発生に失敗した場合に、アーク発生のリトライのために溶接トーチを前記溶接開始予定位置とは異なるリトライ位置に移動させるステップと、
   溶接開始予定位置でアークの発生に失敗した場合に、前記複数のデータのうちからリトライのための他の１つのデータをプロセッサが読み出すステップと、
   前記リトライ位置において発生したアークを前記溶接開始予定位置に移動させるステップと、
   前記発生したアークが前記溶接開始予定位置に移動した後に、前記フィラーワイヤの送給を開始するステップとをさらに備える、請求項１または２に記載のアーク溶接方法。
4. 前記電極は、消耗電極ワイヤであり、
   前記フィラーワイヤは、前記消耗電極ワイヤの溶接方向の後方に配置される、請求項１〜３のいずれか１項に記載のアーク溶接方法。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のアーク溶接方法を制御装置に実行させて溶接を行なう溶接装置。

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