JP2023112413A - Arc-welding method and arc-welding device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、溶接溶接電極とワークとの間にアークを発生させて該ワークの母材を溶融させて溶接を行うアーク溶接方法及びアーク溶接装置に関する。 The present invention relates to an arc welding method and an arc welding apparatus for welding by generating an arc between a welding electrode and a work to melt the base material of the work.
アーク溶接装置例えばＴＩＧ（Tungsten Inert Gas）溶接装置においては、タングステン電極と、ワークとの間に電圧を印加して、電極とワークとの間で発生するアーク放電によってワークの母材を溶融させ、溶接を行うように構成されている（例えば特許文献１参照）。ここで、複数の部品が隣接するようなワークを対象とするような場合には、最初にアークを飛ばしたい所定位置の真上に位置して、溶接電極をセットした状態からアークスタートをかけることが行われる。 In an arc welding device such as a TIG (Tungsten Inert Gas) welding device, a voltage is applied between a tungsten electrode and a work, and arc discharge generated between the electrode and the work melts the base material of the work, It is configured to perform welding (see Patent Document 1, for example). Here, when the target is a work in which multiple parts are adjacent to each other, first position the arc directly above the predetermined position where you want to blow the arc, set the welding electrode, and start the arc. is done.
ところが、上記のアークスタートの方法では、狙った部分に隣接する部位例えば部品のエッジ部にアークが飛んでしまうケースがしばしば生ずる。このように、狙った部分でアークスタートができない場合には、溶融部形状が崩れるなど、溶接品質が低下してしまう問題がある。これに対して、予め溶接電極をワークの所定位置にタッチした状態からアークスタートさせるタッチスタートという手法があるが、特にハイサイクルの工程においては、溶接電極が冷却する前に次のワークにタッチすることになり、溶接電極が変形してしまう問題がある。 However, in the arc start method described above, there are often cases where the arc flies to a portion adjacent to the target portion, such as the edge portion of the part. In this way, if the arc cannot be started at the target portion, there is a problem that the welding quality is deteriorated, such as the shape of the welded portion being deformed. On the other hand, there is a technique called touch start, in which the arc is started from a state in which the welding electrode touches a predetermined position on the workpiece in advance. As a result, there is a problem that the welding electrode is deformed.
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、複数の部品が隣接するようなワークを対象とするような場合でも、アークスタート性を良好とすることができ、ひいては、高品質な溶接を行うことが可能なアーク溶接方法及びアーク溶接装置を提供するにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and its object is to improve the arc startability even when a plurality of parts are adjacent to each other. It is an object of the present invention to provide an arc welding method and an arc welding apparatus capable of performing a smooth welding.
上記目的を達成するために、本発明のアーク溶接方法は、溶接電極（２）とワーク（Ｗ、Ｗ′）との間にアーク（Ａ）を発生させて該ワークの母材を溶融させて溶接を行う方法において、前記ワークのうち、最初にアークを飛ばしたい所定位置を加熱装置（７）により加熱し、当該所定位置の母材の電子を活性化させた状態で、アークスタートさせるように構成されている。 In order to achieve the above object, the arc welding method of the present invention generates an arc (A) between a welding electrode (2) and a work (W, W') to melt the base material of the work. In the welding method, a predetermined position of the workpiece where the arc is first desired is heated by a heating device (7), and the arc is started in a state in which the electrons of the base material at the predetermined position are activated. It is configured.
本発明者は、ＴＩＧ溶接等のアーク溶接において、アークスタート時において、アークは、ワークのうち母材の電子が活性化している部位に飛びやすくなることに着目した。即ち、ワークに電子の活性化領域がない場合には、主にワークのエッジ部にアークが飛ぶが、ワークに活性化領域が存在する場合には、アークは、活性化領域に飛びやすくなる。このとき、ワークにおいて、電子の活性化部位を得るためには、母材を加熱して一部を溶融させることが、容易且つ確実な方法となる。 The present inventor has noticed that in arc welding such as TIG welding, at the start of the arc, the arc tends to fly to a portion of the work in which the electrons of the base material are activated. That is, if the workpiece does not have an electron activated region, the arc mainly flies to the edge of the workpiece, but if the workpiece has an activated region, the arc tends to fly to the activated region. At this time, in order to obtain electron activation sites in the workpiece, heating the base material to partially melt it is an easy and reliable method.
従って、上記方法によれば、ワークのうち、最初にアークを飛ばしたい所定位置を加熱装置により加熱し、当該所定位置の母材の電子を活性化させた状態で、アークスタートさせるので、最初にアークを飛ばしたい所定位置に確実にアークを飛ばすことができる。この結果、複数の部品が隣接するようなワークを対象とするような場合でも、アークスタート性を良好とすることができ、ひいては、高品質な溶接を行うことが可能となる。 Therefore, according to the above method, the predetermined position of the workpiece where the arc is first desired is heated by the heating device, and the arc is started in a state in which the electrons of the base material at the predetermined position are activated. An arc can be reliably shot to a predetermined position where the arc is to be shot. As a result, even when a work having a plurality of parts adjacent to each other is targeted, arc startability can be improved, and high-quality welding can be performed.
以下、アーク溶接装置としてＴＩＧ溶接装置に適用した一実施形態について、図１～図４を参照しながら説明する。また、本実施形態では、ワークＷとして、例えば車両用発電機の銅製のコイルの接続部の溶接を行う場合を具体例として説明する。この場合、図２等に示すように、コイル端部には、図で左右に並んで複数本の銅線が隣接して配置されている。本実施形態では、それら銅線のうち、図で左側に位置する銅線の上端部とその右隣の銅線の先端部とを溶接により接続し、左から３番目の銅線の上端部とその右隣の銅線（図示せず）の先端部とを溶接により接続するといった作業が行われる。 An embodiment applied to a TIG welding apparatus as an arc welding apparatus will be described below with reference to FIGS. 1 to 4. FIG. Further, in the present embodiment, as a specific example, a case of welding a connecting portion of a copper coil of a vehicle generator, for example, as the workpiece W will be described. In this case, as shown in FIG. 2 and the like, a plurality of copper wires are arranged side by side on the left and right sides of the coil end portion. In this embodiment, the upper end of the copper wire located on the left side in the figure and the tip of the copper wire adjacent to it on the right are connected by welding, and the upper end of the third copper wire from the left is connected. An operation of connecting the tip of the copper wire (not shown) on the right side by welding is performed.
図１は、本実施形態に係るアーク溶接装置としてのＴＩＧ溶接装置１の構成を概略的に示している。このＴＩＧ溶接装置１は、例えばタングステンからなる溶接電極２を有するトーチ３、ワークＷに電気的に接続されるアース電極４、前記溶接電極２とアース電極４との間に電圧を印加しアークＡを発生させる溶接電源装置５を備えている。図示はしないが、前記ワークＷは、ワーク支持部においてその下端側が固定的に支持された状態で、アーク溶接の作業が行われる。また、ワーク支持部に対するワークＷの搬入、搬出を行うための搬送機構も設けられる。
FIG. 1 schematically shows the configuration of a TIG welding device 1 as an arc welding device according to this embodiment. This TIG welding apparatus 1 includes a torch 3 having a
前記トーチ３は、溶接電極２とワークＷとの間にアークＡを発生させてワークＷを溶融させると共に、アルゴン等の不活性ガスをシールドガスとして噴射する機能を備える。本実施形態では、前記トーチ３は、例えば周知のロボット装置６のアームに取付けられており、ロボット装置６によりワークＷに対し自在に移動されながら、アーク溶接の作業が行われるようになっている。このとき、図２等にも示すように、溶接作業は、トーチ３の溶接電極２を、ワークＷのうち最初にアークＡを飛ばしたい所定位置Ｐの真上に近接配置した状態で開始、即ちアークスタートされる。図３は、アークスタート時において初期アークＡが発生する様子を示し、図４は、その後に安定した溶接アークＡで溶接作業が進行する様子を示している。
The torch 3 has a function of generating an arc A between the
そして、本実施形態では、ＴＩＧ溶接装置１には、加熱装置としてのレーザ照射装置７が設けられる。周知のように、レーザ照射装置７は、例えばＣＯ２レーザからなるレーザ発振器８、加工ヘッド９、前記レーザ発振器８から出力されたレーザ光を加工ヘッド９に導く光ファイバ等の光学系１０を備えている。これにて、図２に示すように、レーザ照射装置７は、加工ヘッド９から前記ワークＷの所定位置Ｐに対し局所的にレーザ光Ｌを照射し、加熱を行うように構成されている。
In this embodiment, the TIG welding device 1 is provided with a laser irradiation device 7 as a heating device. As is well known, the laser irradiation device 7 includes a
尚、詳しく図示はしないが、このレーザ照射装置７については、ワークＷの所定位置Ｐに対しレーザ光Ｌを照射できるように位置調整可能に設けても良く、或いは、移動機構により加工ヘッド９を自在に移動できる構成としても良い。また、本実施形態では、前記ワークＷの溶接位置を撮影して位置合せやモニタを行うための、ＣＣＤカメラやその画像データを処理する画像処理装置などからなる視覚装置１１を設けることができる。
Although not shown in detail, the laser irradiation device 7 may be provided so that the laser beam L can be applied to a predetermined position P on the work W, or the processing head 9 may be moved by a moving mechanism. It may be configured to be freely movable. Further, in this embodiment, a
さて、このＴＩＧ溶接装置１には、装置全体を制御してワークＷに対する溶接作業を自動で実行させるための制御装置１２が設けられている。この制御装置１２は、コンピュータを主体として構成され、予め設定された動作プログラムに従って、視覚装置１１の検出等に基づいて、前記溶接電源装置５やロボット装置６、レーザ照射装置７を夫々制御し、溶接作業を自動で実行するように構成されている。これにて、本実施形態に係るアーク溶接方法が実行される。
Now, this TIG welding apparatus 1 is provided with a
このとき、次の作用説明でも述べるように、本実施形態では、前記ワークＷのうち、最初にアークＡを飛ばしたい所定位置Ｐをレーザ照射装置７により加熱し、当該所定位置Ｐの母材の電子の活性化が行われた状態、即ち、一部表面の銅が加熱により溶融した状態で、アークスタートがなされるように構成されている。また本実施形態では、レーザ照射装置７による所定位置Ｐに対する加熱は、アークスタート時にのみ行われ、安定した溶接アークＡで溶接作業が行われているときには、レーザ照射装置７は停止される。 At this time, as will be described in the following explanation of the action, in the present embodiment, the laser irradiation device 7 heats a predetermined position P of the workpiece W where the arc A is desired to be shot first, and the base material at the predetermined position P is heated. The arc is started in a state in which electrons are activated, that is, in a state in which a portion of the copper on the surface is melted by heating. In this embodiment, the laser irradiation device 7 heats the predetermined position P only when the arc is started, and the laser irradiation device 7 is stopped when the welding operation is performed with the stable welding arc A.
次に、上記構成のＴＩＧ溶接装置１により実行される本実施形態に係る溶接方法について、図２～図４も参照して説明する。本実施形態のＴＩＧ溶接装置１において、ワークＷに対する溶接作業つまり溶接の工程は、次のようにして行われる。即ち、ワークＷがワーク支持部に搬入されて固定的にセットされると、図１、図２に示すように、ロボット装置６によりトーチ３が移動され、溶接電極２がワークＷのうち最初にアークＡを飛ばしたい所定位置Ｐの真上に近接配置される。
Next, the welding method according to the present embodiment executed by the TIG welding apparatus 1 configured as described above will be described with reference to FIGS. 2 to 4 as well. In the TIG welding apparatus 1 of this embodiment, the welding operation, that is, the welding process for the workpiece W is performed as follows. That is, when the work W is carried into the work supporting portion and fixedly set, the torch 3 is moved by the
これと共に、図１に示すように、アース電極４は、ワークＷの下部にセットされる。また、図２にも示すように、レーザ照射装置７の加工ヘッド９が、ワークＷの所定位置Ｐに対し、斜め上方からレーザ光Ｌを照射できる位置に配置される。作業が開始されると、まず、図２に示すように、レーザ照射装置７が駆動され、加工ヘッド９から、ワークＷのうち最初にアークＡを飛ばしたい所定位置Ｐ、つまり左側の銅線の上端面の中心に向けてレーザ光Ｌが照射される。これにより、ワークＷの所定位置Ｐの母材が加熱されて一部が溶融され、電子の活性化が行われる。 Along with this, the ground electrode 4 is set under the work W as shown in FIG. Further, as shown in FIG. 2, the processing head 9 of the laser irradiation device 7 is arranged at a position where a predetermined position P of the work W can be irradiated with the laser beam L from obliquely above. When the work is started, first, as shown in FIG. 2, the laser irradiation device 7 is driven, and from the processing head 9, the predetermined position P where the arc A is first to be shot in the work W, that is, the copper wire on the left side. A laser beam L is irradiated toward the center of the upper end face. As a result, the base material at the predetermined position P of the workpiece W is heated and partially melted, thereby activating the electrons.
そして、レーザ光Ｌの照射により、ワークＷの一部が溶融すると、レーザ光Ｌの照射が停止され、トーチ３からシールドガスが供給されると共に、溶接電源装置５により、溶接電極２とアース電極４との間に所定の電圧が印加される。これにより、図３に示すように、溶接電極２とワークＷの所定位置Ｐとの間に、初期アークＡが発生され、アークスタートがなされる。この後、図４に示すように、アークＡが迷走することなく、安定した溶接アークＡによりワークＷが溶融されていくようになり、トーチ３が移動されながら溶接作業が進められる。
Then, when a part of the workpiece W is melted by the irradiation of the laser beam L, the irradiation of the laser beam L is stopped, the shielding gas is supplied from the torch 3, and the welding power supply 5 operates the
ここで、ＴＩＧ溶接等のアーク溶接におけるアークスタート時においては、初期アークＡは、ワークＷのうち母材の電子が活性化している部位に飛びやすくなることが知られている。即ち、ワークＷに電子の活性化領域がない場合には、主にワークＷのエッジ部にアークＡが飛ぶが、ワークＷに活性化領域が存在する場合には、アークＡは、活性化領域に飛びやすくなる。本実施形態のように、ワークＷの所定位置Ｐの母材を加熱して一部を溶融させることにより、電子の活性化部位を容易に得ることができ、溶融している所定位置Ｐに確実に初期アークＡを飛ばすことができる。 Here, it is known that at the time of arc start in arc welding such as TIG welding, the initial arc A tends to fly to a portion of the work W where the electrons of the base material are activated. That is, if the work W does not have an electron activated region, the arc A will mainly fly to the edge of the work W. It becomes easier to fly to As in the present embodiment, by heating the base material at the predetermined position P of the workpiece W to partially melt it, the electron activation site can be easily obtained, and the melted predetermined position P can be reliably retained. , the initial arc A can be skipped.
このような本実施形態のＴＩＧ溶接装置１及び溶接方法によれば、次の効果を得ることができる。即ち、本実施形態では、ワークＷのうち、最初にアークＡを飛ばしたい所定位置Ｐに、レーザ照射装置７によりレーザ光Ｌを照射して加熱し、当該所定位置Ｐの母材の電子を活性化させた状態で、アークスタートさせるようにした。これにより、狙った部分に隣接する部位のエッジ部にアークが飛んでしまうといったことを防止し、最初にアークＡを飛ばしたい所定位置に確実にアークＡを飛ばすことができる。 According to the TIG welding apparatus 1 and welding method of this embodiment, the following effects can be obtained. That is, in the present embodiment, a predetermined position P in the workpiece W where the arc A is to be emitted first is irradiated with the laser beam L from the laser irradiation device 7 to heat it, and the electrons in the base material at the predetermined position P are activated. Arc start in the state of being activated. As a result, it is possible to prevent the arc from flying to the edge portion of the portion adjacent to the target portion, and to reliably fly the arc A to the predetermined position where the arc A is desired to fly first.
この結果、複数の部品が隣接するようなワークＷを対象とするような場合でも、アークスタート性を良好とすることができ、ひいては、高品質な溶接を行うことが可能となるという優れた効果を奏する。また、タッチスタートのように予め溶接電極２をワークＷの所定位置にタッチした状態からアークスタートさせる手法とは異なり、溶接電極２をワークＷに接触させる必要はないので、特にハイサイクルの工程においても、溶接電極２が変形するようなことなく、溶接作業を繰り返し実行することができる。
As a result, even when a workpiece W in which a plurality of parts are adjacent to each other is targeted, the arc startability can be improved, and as a result, it is possible to perform high-quality welding. play. Further, unlike the touch start method, in which the
特に本実施形態では、ワークＷの所定位置Ｐを活性化させるための加熱装置としてレーザ照射装置７を採用するようにした。これにより、レーザ光Ｌの照射により、ワークＷの所定位置Ｐに対し、非接触で正確かつ局所的な加熱が可能となり、効果的となる。斜め方向からのレーザ照射により、溶接用のトーチ３等の邪魔になることなく、加熱を行うことができることは勿論である。また本実施形態では、レーザ照射装置７によるワークＷの所定位置Ｐに対する加熱は、アークスタート時に行われ、その後は、レーザ光Ｌの照射は停止されるので、アークスタート性を良好にしながらも、無駄なエネルギー消費も抑えることができる。 Especially in this embodiment, the laser irradiation device 7 is adopted as a heating device for activating the predetermined position P of the work W. As shown in FIG. As a result, by irradiating the laser light L, the predetermined position P of the workpiece W can be heated accurately and locally without contact, which is effective. It goes without saying that the laser irradiation from the oblique direction enables heating without interfering with the welding torch 3 or the like. Further, in this embodiment, the heating of the predetermined position P of the workpiece W by the laser irradiation device 7 is performed at the time of arc start, and the irradiation of the laser beam L is stopped thereafter. Wasteful energy consumption can also be suppressed.
図５は、他の実施形態を示すものであり、上記実施形態と異なる点は、ワークＷ′の形状にある。即ち、本実施形態では、ワークＷ′として、やはりコイルの銅線の接続部の溶接を行うものであるが、溶接する銅線の上端部を、予め先細りとなるテーパ形状に構成するようにしている。これにより、隣り合う銅線の上端部同士を溶接するに際し、溶融した金属接続部が大きな玉状となることを抑制し、仕上がり状態を良好とすることができる。この場合、ワークＷとしての隣り合うコイルの銅線同士間のギャップが小さくなると、使用時の絶縁破壊が起こりやすくなるが、本実施形態により、隣り合うコイル間のギャップを確保することができる。 FIG. 5 shows another embodiment, which differs from the above embodiment in the shape of the workpiece W'. That is, in the present embodiment, as the work W', welding is also performed on the connecting portion of the copper wire of the coil. there is As a result, when the upper end portions of the adjacent copper wires are welded together, the molten metal connecting portion is prevented from forming a large bead shape, and the finished state can be improved. In this case, if the gap between the copper wires of the adjacent coils as the work W becomes small, dielectric breakdown is likely to occur during use. However, according to this embodiment, the gap between the adjacent coils can be secured.
尚、上記各実施形態では、加熱装置としてレーザ照射装置７を採用するようにしたが、加熱装置としては、レーザを用いる以外にも、ヒータによる加熱、ガスバーナーによる加熱、赤外線などの光加熱、高周波誘導加熱なども採用することも可能である。また、上記各実施形態では、ワークとして、コイルの銅線の接続部を溶接する場合を例としたが、様々なワークを対象とした溶接作業に適用することができる。さらには、アーク溶接として、ＴＩＧ溶接に限らず、ＭＡＧ（Metal Active Gas）溶接等にも適用することが可能である。 In each of the above-described embodiments, the laser irradiation device 7 is used as the heating device. It is also possible to employ high-frequency induction heating. Further, in each of the above-described embodiments, an example of welding a copper wire connecting portion of a coil as a work is described, but the present invention can be applied to welding work for various works. Furthermore, arc welding is not limited to TIG welding, and can be applied to MAG (Metal Active Gas) welding and the like.
その他、上記実施形態で説明したＴＩＧ溶接装置の全体構成についても、一例を示したに過ぎず、例えばロボット装置によるトーチの移動に代えてワーク側を移動させるように構成するなど、様々な変更が可能である。本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。 In addition, the overall configuration of the TIG welding apparatus described in the above embodiment is merely an example, and various modifications can be made such as, for example, moving the work side instead of moving the torch by the robot device. It is possible. Although the present disclosure has been described with reference to examples, it is understood that the present disclosure is not limited to such examples or structures. The present disclosure also includes various modifications and modifications within the equivalent range. In addition, various combinations and configurations, as well as other combinations and configurations, including single elements, more, or less, are within the scope and spirit of this disclosure.
本開示に記載の制御部及びその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリを構成することにより提供された専用コンピュータにより実現されても良い。或いは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ以上の専用ハードウェア論理回路によりプロセッサを構成することにより提供された専用コンピュータにより実現されても良い。若しくは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリと一つ以上のハードウェア論理回路により構成されたプロセッサとの組み合わせにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより実現されても良い。又、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていても良い。 The controller and techniques described in this disclosure may be implemented by a dedicated computer provided by configuring a processor and memory programmed to perform one or more functions embodied by the computer program. can be Alternatively, the controller and techniques described in this disclosure may be implemented by a dedicated computer provided by configuring the processor with one or more dedicated hardware logic circuits. Alternatively, the controller and techniques described in this disclosure can be implemented by a combination of a processor and memory programmed to perform one or more functions and a processor configured with one or more hardware logic circuits. It may also be implemented by one or more dedicated computers configured. The computer program may also be stored as computer-executable instructions on a computer-readable non-transitional tangible storage medium.
図面中、１はＴＩＧ溶接装置（アーク溶接装置）、２は溶接電極、３はトーチ、４はアース電極）、５は溶接電源装置、６はロボット装置、７はレーザ照射装置（加熱装置）、１２は制御装置、Ａはアーク、Ｗ、Ｗ′はワーク、Ｌはレーザ光を示す。 In the drawings, 1 is a TIG welding device (arc welding device), 2 is a welding electrode, 3 is a torch, and 4 is a ground electrode), 5 is a welding power supply device, 6 is a robot device, 7 is a laser irradiation device (heating device), 12 is a controller, A is an arc, W and W' are workpieces, and L is a laser beam.
Claims (7)
前記ワークのうち、最初にアークを飛ばしたい所定位置を加熱装置（７）により加熱し、当該所定位置の母材の電子を活性化させた状態で、アークスタートさせるアーク溶接方法。 In an arc welding method in which an arc (A) is generated between a welding electrode (2) and a work (W, W') to melt the base material of the work for welding,
An arc welding method in which a predetermined position of the workpiece where the arc is first desired is heated by a heating device (7), and the arc is started in a state in which the electrons of the base material at the predetermined position are activated.
前記ワークの所定位置を加熱する加熱装置（７）を備え、
前記ワークの最初にアークを飛ばしたい所定位置を前記加熱装置により加熱し、当該所定位置の母材の電子を活性化させた状態で、アークスタートさせるアーク溶接装置。 By applying a voltage between the welding electrode (2) and the work (W, W'), an arc (A) is generated between the welding electrode and the work to melt the base material of the work. An arc welding device (1) for welding,
A heating device (7) for heating a predetermined position of the work,
An arc welding apparatus that heats a predetermined position of the workpiece where the arc is to be first shot by the heating device and activates the electrons in the base material at the predetermined position to start the arc.
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