JP2022160788A - アーク溶接の溶接条件設定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】種々の溶接条件において、給電チップ・母材間距離が変化しても良好なアーク溶接を行うこと。
【解決手段】テスト溶接モード及び実施工溶接モードを有し、テスト溶接モードのときは、複数の給電チップ・母材間距離Ｌｒを設定してテスト溶接を行い、溶接作業者は各テスト溶接時に送給速度Ｆｒ及び溶接電圧Ｖｒを設定し、これら３個の設定値を一組の溶接条件セットとして記憶し、複数の溶接条件セットに基づいて、給電チップ・母材間距離Ｌｒの設定値を入力として送給速度回帰式及び溶接電圧回帰式を算出し、実施工溶接モードのときは、給電チップ・母材間距離Ｌｒを設定し、送給速度回帰式によって送給速度Ｆｒを設定し、溶接電圧回帰式によって溶接電圧Ｖｒを設定し、これらの設定値によって実施工溶接を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、溶接ワイヤを送給して行うアーク溶接の溶接条件設定方法に関するものである。

溶接ワイヤを送給して行うアーク溶接においては、ワーク形状、仮付け溶接部当の影響から給電チップ・母材間距離が溶接中に変化する場合がある。給電チップ・母材間距離が変化すると、ビード形状、溶け込み深さ等の溶接品質が変動することになる。これを防ぐためには、給電チップ・母材間距離が変化した場合には、送給速度(溶接電流)及び溶接電圧を再調整して、溶接状態が変化しないようにする必要がある。特に、３００Ａ以上の大電流を通電して行う埋もれアーク溶接では、給電チップ・母材間距離が変化すると、埋もれアーク状態が不安定になりやすいために、送給速度及び溶接電圧を迅速に再調整する必要がある(特許文献１参照)。

特許文献２では、給電チップ・母材間距離の変化をファジィ推論によって算出し、送給速度及び溶接電圧を適正値に自動修正する発明が開示されている。しかし、この発明を実施するためには、溶接ワイヤの種類、シールドガスの種類、溶接速度、溶接姿勢等の種々の溶接条件において、多数の給電チップ・母材間距離の設定値ごとに適正な送給速度及び溶接電圧を実験によって求めた上で、溶接装置に記憶しておく必要がある。これを行うためには、膨大な実験が必要になり、実施することは困難である。

特開２０１７－４２７７８号公報 特許第２５９１３５７号公報

そこで、本発明では、種々の溶接条件において、給電チップ・母材間距離が変化しても送給速度及び溶接電圧を適正値に自動修正することができるアーク溶接の溶接条件設定方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、請求項１の発明は、
溶接ワイヤを送給して行うアーク溶接の溶接条件設定方法において、
テスト溶接モード及び実施工溶接モードを有し、
前記テスト溶接モードのときは、
複数の給電チップ・母材間距離を設定してテスト溶接を行い、溶接作業者は前記各テスト溶接時に送給速度及び溶接電圧を設定し、前記各テスト溶接時の前記給電チップ・母材間距離、前記送給速度、前記溶接電圧の設定値を一組の溶接条件セットとして記憶し、
複数の前記溶接条件セットに基づいて、前記給電チップ・母材間距離の設定値を入力として前記送給速度の設定値を出力する送給速度回帰式を算出し、前記給電チップ・母材間距離の設定値を入力として前記溶接電圧の設定値を出力する溶接電圧回帰式を算出し、
前記実施工溶接モードのときは、
前記給電チップ・母材間距離を設定し、前記給電チップ・母材間距離の設定値を入力として前記送給速度回帰式によって前記送給速度を設定し、前記給電チップ・母材間距離の設定値を入力として前記溶接電圧回帰式によって前記溶接電圧を設定し、前記給電チップ・母材間距離、前記送給速度及び前記溶接電圧の設定値によって溶接を行う、
ことを特徴とするアーク溶接の溶接条件設定方法である。

請求項２の発明は、
前記アーク溶接が、埋もれアーク溶接である、
ことを特徴とする請求項１に記載のアーク溶接の溶接条件設定方法である。

請求項３の発明は、
前記実施工溶接モードのときに、前記給電チップ・母材間距離の設定値が溶接中に変化する、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のアーク溶接の溶接条件設定方法である。

本発明によれば、種々の溶接条件において、給電チップ・母材間距離が変化しても送給速度及び溶接電圧を適正値に自動修正することができるので、高品質の溶接が可能となる。

本発明の実施の形態に係るアーク溶接の溶接条件設定方法を実施するための溶接装置のブロック図である。

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アーク溶接の溶接条件設定方法を実施するための溶接装置のブロック図である。以下、同図を参照して各ブロックについて説明する。

溶接モード選択回路ＭＳは、テスト溶接モードと実施工溶接モードとを切り換える回路であり、テスト溶接モードを選択するとその値が１となり、実施工溶接モードを選択するとその値が２となる溶接モード信号Ｍｓを出力する。

給電チップ・母材間距離設定回路ＬＲは、溶接を行うときの給電チップ・母材間距離Ｌｗを示す給電チップ・母材間距離設定信号Ｌｒを出力する。給電チップ・母材間距離設定信号Ｌｒは、溶接作業者が手動で設定しても良い。また、ロボット制御装置ＲＣに記憶されている作業プログラムから給電チップ・母材間距離Ｌｗは算出することができるので、ロボット制御装置ＲＣからの信号によって給電チップ・母材間距離設定信号Ｌｒを自動設定するようにしても良い。

送給速度設定回路ＦＲは、上記の溶接モード信号Ｍｓ及び後述する送給速度回帰信号Ｆrrを入力として、溶接モード信号Ｍｓ＝１(テスト溶接モード)のときは、送給速度調整ツマミによって調整された送給速度設定信号Ｆｒを出力し、溶接モード信号Ｍｓ＝２(実施工溶接モード)のときは送給速度回帰信号Ｆrrの値を送給速度設定信号Ｆｒとして出力する。

溶接電圧設定回路ＶＲは、上記の溶接モード信号Ｍｓ及び後述する溶接電圧回帰信号Ｖrrを入力として、溶接モード信号Ｍｓ＝１(テスト溶接モード)のときは、溶接電圧調整ツマミによって調整された溶接電圧設定信号Ｖｒを出力し、溶接モード信号Ｍｓ＝２(実施工溶接モード)のときは、溶接電圧回帰信号Ｖrrの値を溶接電圧設定信号Ｖｒとして出力する。

回帰回路ＲＥは、上記の溶接モード信号Ｍｓ、上記の給電チップ・母材間距離設定信号Ｌｒ、上記の送給速度設定信号Ｆｒ及び上記の溶接電圧設定信号Ｖｒを入力として、
溶接モード信号Ｍｓ＝１（テスト溶接モード）のときは、複数の給電チップ・母材間距離設定信号Ｌｒを設定してテスト溶接を行い、溶接作業者は各テスト溶接時に溶接状態が安定になるように送給速度調整ツマミ及び溶接電圧調整ツマミを調整し、各テスト溶接時の給電チップ・母材間距離設定信号Ｌｒ、送給速度設定信号Ｆｒ及び溶接電圧設定信号Ｖｒの３つの値を一組の溶接条件セットとして記憶し、複数の溶接条件セットに基づいて、給電チップ・母材間距離設定信号Ｌｒを入力として送給速度回帰信号Ｆrrを出力する送給速度回帰式を算出し、給電チップ・母材間距離設定信号Ｌｒを入力として溶接電圧回帰信号Ｖrrを出力する溶接電圧回帰式を算出し、
溶接モード信号Ｍｓ＝２（実施工溶接モード）のときは、給電チップ・母材間距離設定信号Ｌｒを入力として上記の送給速度回帰式によって送給速度回帰信号Ｆrrを算出して出力し、給電チップ・母材間距離設定信号Ｌｒを入力として上記の溶接電圧回帰式によって溶接電圧回帰信号Ｖrrを算出して出力する。この回路の詳細については、後述する。

溶接電源ＰＳは、上記の溶接電圧設定信号Ｖｒ及び上記の送給速度設定信号Ｆｒを入力として、３相２００Ｖ等の商用交流電源（図示は省略）を入力としてインバータ制御等の出力制御を行い、溶接電圧Ｖｗ及び溶接電流Ｉｗを出力し、送給機ＷＭに送給制御信号Ｆｃを出力する。溶接電源ＰＳは定電圧制御されているので、溶接電圧Ｖｗは、溶接電圧設定信号Ｖｒの値に制御される。溶接電源ＰＳは、溶接ワイヤ１の送給速度Ｆｗが上記の送給速度設定信号Ｆｒによって定まる値となるように、送給制御信号Ｆｃを出力する。

送給機ＷＭは、送給モータを備えており、上記の送給制御信号Ｆｃを入力として、溶接ワイヤ１を溶接トーチ４内を通して母材２に送給する。

溶接トーチ４は、溶接ワイヤ１を母材２に導くと共に、給電チップ（図示は省略）を介して溶接ワイヤ１に給電する。

母材２には、開先が設けられている。溶接ワイヤ１と母材２との間には、埋もれアーク状態のアーク３が発生する。埋もれアーク状態とは、溶接ワイヤ１の先端がアーク力によって凹部となっている溶融領域の内部に入り込んだ状態である。したがって、アーク３も凹部の内部で発生している。安定した埋もれアーク状態を維持するためには、上記の送給速度設定信号Ｆｒによって設定される溶接電流Ｉｗが少なくとも３００Ａ以上の大電流値であり、上記の溶接電圧設定信号Ｖｒによって設定される溶接電圧Ｖｗが埋もれアーク状態となる適正値に設定される必要がある。埋もれアーク状態で溶接すると、スパッタ発生の少ない、深い溶け込みの溶融部を形成することができる。

上記の溶接電圧設定信号Ｖｒの値を中心値として上下に振動させても良い。このようにすると、アーク長が振動することになり、埋もれアーク状態がより安定化する。振動周波数は、１０～１０００Hzの範囲である。電圧振幅は、溶接電流の振幅が５０Ａ以上になるように設定される。

ロボット本体ＲＭは、溶接トーチ４を把持しており、ロボット制御装置ＲＣからの動作制御信号Ｒｃに従って動作制御される。

ロボット制御装置ＲＣは、予め教示された作業プログラムに基づいてロボット本体ＲＭを動作させるための動作制御信号Ｒｃを出力する。

以下、図１の溶接装置を使用した実施の形態に係るアーク溶接の溶接条件設定方法について説明する。

［テスト溶接モード時の動作］
(１)溶接作業者は、溶接モード選択回路ＭＳを操作してテスト溶接モードを選択する。
(２)被溶接材のワークを設置する。
(３)給電チップ・母材間距離設定信号Ｌｒ(1)を例えば２５mmに設定してテスト溶接を行い、溶接作業者は溶接状態が安定になるように送給速度調整ツマミ及び溶接電圧調整ツマミを調整し、回帰回路ＲＥは給電チップ・母材間距離設定信号Ｌｒ(1)、送給速度設定信号Ｆｒ(1)及び溶接電圧設定信号Ｖｒ(1)の３つの値を一組の溶接条件セットとして記憶する。
(４)上記の(３)とは異なる複数の給電チップ・母材間距離設定信号Ｌｒ(n)を例えば１５mm、３５mmに設定してテスト溶接を行い、溶接作業者は溶接状態が安定になるように送給速度調整ツマミ及び溶接電圧調整ツマミを調整し、回帰回路ＲＥは給電チップ・母材間距離設定信号Ｌｒ(n)、送給速度設定信号Ｆｒ(n)及び溶接電圧設定信号Ｖｒ(n)の３つの値を一組の溶接条件セットとして記憶する。
(５)上記の(３)及び(４)で記憶したｎ個の溶接条件セット
（Ｌｒ(１)，Ｆｒ(1)，Ｖｒ(1)）…（Ｌｒ(n)，Ｆｒ(n)，Ｖｒ(n)）に基づいて、
（Ｌｒ(１)，Ｆｒ(1))…（Ｌｒ(n)，Ｆｒ(n)）のデータから給電チップ・母材間距離設定信号Ｌｒを入力として送給速度回帰信号Ｆrrを出力する送給速度回帰式を算出し、
（Ｌｒ(１)，Ｖｒ(1))…（Ｌｒ(n)，Ｖｒ(n)）のデータから給電チップ・母材間距離設定信号Ｌｒを入力として溶接電圧回帰信号Ｖrrを出力する溶接電圧回帰式を算出する。
ｎは３～５程度の整数である。回帰式は、最小二乗法による直線回帰によって算出する。また、２次以上の曲線回帰によって算出しても良い。

［実施工溶接モード時の動作］
(６)溶接作業者は、溶接モード選択回路ＭＳを操作して実施工溶接モードを選択する。
(７)被溶接材のワークを設置する。
(８)給電チップ・母材間距離設定信号Ｌｒを設定する。この設定は、溶接作業者が手動で行っても良い。また、ロボット制御装置ＲＣからの信号によって自動設定するようにしても良い。
(９)給電チップ・母材間距離設定信号Ｌｒを入力として上記の送給速度回帰式によって送給速度回帰信号Ｆrrを算出し、給電チップ・母材間距離設定信号Ｌｒを入力として上記の溶接電圧回帰式によって溶接電圧回帰信号Ｖrrを算出する。
(１０)上記の(８)及び(９)で設定された給電チップ・母材間距離設定信号Ｌｒ、送給速度設定信号Ｆｒ及び溶接電圧設定信号Ｖｒに基づいて実施工溶接を行う。

上述した実施の形態によれば、実施工する溶接条件において数回のテスト溶接を行うだけで、給電チップ・母材間距離に対応する送給速度回帰式及び溶接電圧回帰式を自動的に算出することができる。そして、実施工溶接においては、給電チップ・母材間距離を設定するだけで、算出された回帰式に基づいて送給速度及び溶接電圧を適正値に自動設定することができる。このために、本実施の形態では、種々の溶接条件において、給電チップ・母材間距離が変化しても、手間がかかることなく送給速度及び溶接電圧を適正値に自動修正することができるので、常に高品質の溶接が可能となる。

さらに、本実施の形態によれば、アーク溶接が、埋もれアーク溶接である。埋もれアーク溶接は、給電チップ・母材間距離が少し変化しただけでも溶接状態が不安定になりやすい。このために、埋もれアーク溶接に本実施の形態を適用すれば、給電チップ・母材間距離が変化しても、迅速に送給速度及び溶接電圧が適正化されるので、安定した埋もれアーク状態を維持することができる。

さらに、本実施の形態によれば、実施工溶接モードのときに、給電チップ・母材間距離の設定値が溶接中に変化する。ワーク形状、仮付け溶接部当の影響から給電チップ・母材間距離が溶接中に変化する場合がある。このような場合でも、本実施の形態では、給電チップ・母材間距離の変化に対応して送給速度及び溶接電圧が適正化されるので、ビード外観、溶け込み深さ等の溶接品質を良好に保つことができる。

1 溶接ワイヤ
2 母材
3 アーク
4 溶接トーチ
Ｆｃ 送給制御信号
ＦＲ 送給速度設定回路
Ｆｒ 送給速度設定信号
Ｆrr 送給速度回帰信号
ＦＷ 送給速度
Ｉｗ 溶接電流
ＬＲ 給電チップ・母材間距離設定回路
Ｌｒ 給電チップ・母材間距離設定信号
Ｌｗ 給電チップ・母材間距離
ＭＳ 溶接モード選択回路
Ｍｓ 溶接モード信号
ＰＳ 溶接電源
ＲＣ ロボット制御装置
Ｒｃ 動作制御信号
ＲＥ 回帰回路
ＲＭ ロボット本体
ＶＲ 溶接電圧設定回路
Ｖｒ 溶接電圧設定信号
Ｖrr 溶接電圧回帰信号
Ｖｗ 溶接電圧
ＷＭ 送給機

Claims (3)

1. 溶接ワイヤを送給して行うアーク溶接の溶接条件設定方法において、
   テスト溶接モード及び実施工溶接モードを有し、
   前記テスト溶接モードのときは、
   複数の給電チップ・母材間距離を設定してテスト溶接を行い、溶接作業者は前記各テスト溶接時に送給速度及び溶接電圧を設定し、前記各テスト溶接時の前記給電チップ・母材間距離、前記送給速度、前記溶接電圧の設定値を一組の溶接条件セットとして記憶し、
   複数の前記溶接条件セットに基づいて、前記給電チップ・母材間距離の設定値を入力として前記送給速度の設定値を出力する送給速度回帰式を算出し、前記給電チップ・母材間距離の設定値を入力として前記溶接電圧の設定値を出力する溶接電圧回帰式を算出し、
   前記実施工溶接モードのときは、
   前記給電チップ・母材間距離を設定し、前記給電チップ・母材間距離の設定値を入力として前記送給速度回帰式によって前記送給速度を設定し、前記給電チップ・母材間距離の設定値を入力として前記溶接電圧回帰式によって前記溶接電圧を設定し、前記給電チップ・母材間距離、前記送給速度及び前記溶接電圧の設定値によって溶接を行う、
   ことを特徴とするアーク溶接の溶接条件設定方法。
2. 前記アーク溶接が、埋もれアーク溶接である、
   ことを特徴とする請求項１に記載のアーク溶接の溶接条件設定方法。
3. 前記実施工溶接モードのときに、前記給電チップ・母材間距離の設定値が溶接中に変化する、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のアーク溶接の溶接条件設定方法。

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