JP2024007942A - 送給速度可変速制御アーク溶接方法 - Google Patents

Abstract

【課題】送給速度可変速制御アーク溶接方法において、給電チップ・母材間距離が変動しても、溶接終了時の突出し長を適正長に迅速に自動調整すること。【解決手段】溶接電流平均値Ｉｗａが溶接電流設定値と等しくなるように溶接ワイヤの送給速度Ｆｗを可変速制御して溶接する送給速度可変速制御アーク溶接方法において、時刻ｔ３の溶接終了時点における可変速制御によって制御された溶接終了時送給速度Ｆｗを検出し、溶接終了時送給速度Ｆｗと基準送給速度との送給速度差分値から溶接終了時突出し長を算出し、溶接収容時突出し長と突出し長設定値との距離差分値を算出し、時刻ｔ４において、距離差分値が正の値であるときは後退送給を行い、距離差分値が負の値であるときは前進送給を行い、距離差分値によって移動距離を設定する。【選択図】 図２

Description

本発明は、溶接電流平均値が溶接電流設定値と等しくなるように溶接ワイヤの送給速度を可変速制御して溶接する送給速度可変速制御アーク溶接方法に関するものである。

溶接電流平均値が溶接電流設定値と等しくなるように溶接ワイヤの送給速度を可変速制御して溶接する送給速度可変速制御アーク溶接方法が慣用されている(特許文献１参照)。通常の消耗電極アーク溶接では、溶接中の送給速度は一定値である。これに対して、特許文献１の発明では、給電チップ・母材間距離が変化しても溶接電流平均値が一定になるように、送給速度が可変速制御される。母材の溶込み深さは溶接電流の平均値に略比例するので、溶接電流の平均値が一定になると溶込み深さが均一化される。通常のアーク溶接においては、給電チップ・母材間距離を一定に保持して溶接が行われる。しかし、深い開先の溶接、多層盛り溶接等の場合には、給電チップ・母材間距離を一定値に保持することが、溶接トーチと母材との干渉の問題等から困難な場合も生じる。このように給電チップ・母材間距離が変動する溶接において、特許文献１の発明では、送給速度を可変速制御して溶接電流平均値を一定に維持するので、重要な溶接品質の一つである溶込み深さの変動を抑制して、均一化することができる。

溶接を開始するときに、前回の溶接終了時の突出し長が長い場合、溶接開始作業がしにくいために、突出し長が適正長になるように切断する必要がある。また、溶接を開始するときに、前回の溶接終了時の突出し長が短い場合、溶接開始作業がしにくいために、突出し長が適正長になるように溶接ワイヤを前進送給してから溶接を開始する必要がある。上述した送給速度の可変速制御によって溶接を行う場合には、給電チップ・母材間距離が大きく変動するために、溶接終了時の突出し長も大きく変化することになる。このために、次の溶接開始を良好にするためには、突出し長を適正長に調整する作業が必須となる。

特許文献２の発明では、溶接が終了すると溶接ワイヤをワイヤ先端粒が給電チップの先端部に当たって移動できなくなるまで後退送給し、その後に所定距離だけ前進送給することによって突出し長を適正長さに調整している。しかし、この方法では、一旦後退送給してから前進送給するので、時間がかかり、生産効率が低下するという問題がある。

特開平７－５１８５４号公報 特開２０００－２０２６２９号公報

そこで、本発明では、送給速度可変速制御アーク溶接方法において、給電チップ・母材間距離が変動しても、溶接終了時の突出し長を適正長に迅速に自動調整することができるように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、
溶接電流平均値が溶接電流設定値と等しくなるように溶接ワイヤの送給速度を可変速制御して溶接する送給速度可変速制御アーク溶接方法において、
溶接終了時点における前記可変速制御によって制御された溶接終了時送給速度を検出し、
溶接終了後に前記溶接終了時送給速度に基づいて溶接ワイヤを所定長だけ後退送給又は前進送給する、
ことを特徴とする送給速度可変速制御アーク溶接方法である。

請求項２の発明は、
前記溶接終了時送給速度と基準送給速度との送給速度差分値から溶接終了時突出し長を算出し、
前記溶接収容時突出し長と突出し長設定値との距離差分値を算出し、
前記距離差分値が正の値であるときは前記後退送給を行い、前記距離差分値が負の値であるときは前記前進送給を行い、前記距離差分値によって前記所定長を設定する、
ことを特徴とする請求項１に記載の送給速度可変速制御アーク溶接方法である。

請求項３の発明は、
給電チップ・母材間距離が基準距離であるときの前記溶接電流平均値と前記送給速度との関係を示す電流送給速度変換関数を予め定め、
前記基準送給速度は前記溶接電流設定値を前記電流送給速度変換関数に入力して算出される、
ことを特徴とする請求項２に記載の送給速度可変速制御アーク溶接方法である。

本発明によれば、送給速度可変速制御アーク溶接方法において、給電チップ・母材間距離が変動しても、溶接終了時の突出し長を適正長に迅速に自動調整することができる。

本発明の実施の形態に係る送給速度可変速制御アーク溶接方法を実施するための溶接装置の構成図である。 溶接中に給電チップ・母材間距離が長くなるように変動した場合の、本発明の実施の形態に係る送給速度可変速制御アーク溶接方法を示す図１の溶接装置における各信号のタイミングチャートである。 溶接中に給電チップ・母材間距離が短くなるように変動した場合の、本発明の実施の形態に係る送給速度可変速制御アーク溶接方法を示す図１の溶接装置における各信

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送給速度可変速制御アーク溶接方法を実施するための溶接装置の構成図である。以下、同図を参照して各構成物について説明する。

溶接電源ＰＳは、３相２００Ｖ等の交流商用電源（図示は省略）を入力として、後述する起動信号ＯｎがＨｉｇｈレベルのときはインバータ制御等の出力制御を行い、アーク３を発生させるための溶接電圧Ｖｗ及び溶接電流Ｉｗを出力する。溶接電源ＰＳは、消耗電極式アーク溶接を行うために、定電圧特性の電源である。

溶接電流設定回路ＩＲは、上記の溶接電流Ｉｗの平均値Ｉwaを設定するための予め定めた溶接電流設定信号Ｉｒを出力する。

溶接電流平均値検出回路ＩＤは、上記の溶接電流Ｉｗの平均値Ｉwaを検出して、溶接電流平均値検出信号Ｉｄを出力する。

電流誤差増幅回路ＥＩは、上記の溶接電流設定信号Ｉｒ及び上記の溶接電流平均値検出信号Ｉｄを入力として、両値の誤差を増幅して、電流誤差増幅信号Ｅｉを出力する。

基準距離設定回路ＬＲは、給電チップ・母材間距離の基準距離を設定するための基準距離設定信号Ｌｒを出力する。基準距離設定信号Ｌｒは、例えば２０mmに設定される。

基準送給速度設定回路ＦＲは、上記の溶接電流設定信号Ｉｒを入力として、予め定めた電流送給速度変換関数によって算出された基準送給速度設定信号Ｆｒを出力する。電流送給速度変換関数は、給電チップ・母材間距離が上記の基準距離設定信号Ｌｒの値であるときに、溶接電流の平均値が溶接電流設定信号Ｉｒの値となる送給速度Ｆｗを算出する関数であり、予め実験によって定義されている。

送給速度修正回路ＦＣＲは、上記の基準送給速度設定信号Ｆｒ及び上記の電流誤差増幅信号Ｅｉを入力として、Ｆcr＝Ｆｒ＋∫Ｅｉ・ｄｔの演算を行い、送給速度修正信号Ｆcrを出力する。この回路によって、溶接電流平均値検出信号Ｉｄの値が溶接電流設定信号Ｉｒの値と等しくなるように可変速制御が行われて送給速度修正信号Ｆcrが出力される。

溶接終了時送給速度検出回路ＦＥＤは、上記の送給速度修正信号Ｆcr及び後述する起動信号Ｏｎを入力として、起動信号ＯｎがＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルに変化して溶接が終了した時点における送給速度修正信号Ｆcrの値を溶接終了時送給速度検出信号Ｆedとして出力する。

送給速度差分値回路ＥＦは、上記の溶接終了時送給速度検出信号Ｆed及び上記の基準送給速度設定信号Ｆｒを入力として、Ｅｆ＝Ｆed－Ｆｒの演算を行い、送給速度差分値信号Ｅｆを出力する。

溶接終了時突出し長算出回路ＬＥＤは、上記の基準距離設定信号Ｌｒ及び上記の送給速度差分値信号Ｅｆを入力として、Ｌed＝Ｌｒ＋Ｋ・Ｅｆ－Ａを演算して、溶接終了時突出し長算出信号Ｌedを出力する。Ｋは送給速度差分値信号Ｅｆの値を突出し長に変換するための正の定数であり、例えばＫ＝２である。Ａは溶接終了時の溶接ワイヤの燃え上がり距離を示す正の定数であり、例えばＡ＝５mmである。

突出し長設定回路ＬＥＲは、溶接開始時の突出し長の適正長を設定するための予め定めた突出し長設定信号Ｌerを出力する。突出し長設定信号Ｌerは例えば１５mmに設定される。

距離差分値回路ＥＬは、上記の溶接終了時突出し長算出信号Ｌed及び上記の突出し長設定信号Ｌerを入力として、Ｅｌ＝Ｌed－Ｌerの演算を行い、距離差分値信号Ｅｌを出力する。

送給機ＷＦは、後述する起動信号Ｏｎ、上記の送給速度修正信号Ｆcr、上記の距離差分値信号Ｅｌを入力として、以下の処理を行い、溶接ワイヤ１を送給する。
１）起動信号ＯｎがＨｉｇｈレベルのときは、送給速度修正信号Ｆcrの値に相当する送給速度Ｆｗで溶接ワイヤ１を前進送給する。
２）起動信号ＯｎがＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルに変化して溶接が終了すると溶接ワイヤの送給を停止する。その後、遅延期間（１００ms程度）が経過すると、距離差分値信号Ｅｌが正の値であるときは、その絶対値だけ溶接ワイヤを後退送給する。
３）起動信号ＯｎがＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルに変化して溶接が終了すると溶接ワイヤの送給を停止する。その後、遅延期間（１００ms程度）が経過すると、距離差分値信号Ｅｌが負の値であるときは、その絶対値だけ溶接ワイヤを前進送給する。

溶接トーチＷＴは、装着された給電チップ（図示は省略）を介して溶接ワイヤ１に給電し、溶接ワイヤ１を母材２の被溶接部に送出する。溶接ワイヤ１と母材２との間にアーク３が発生する。給電チップと母材２との間に溶接電圧Ｖｗが印加し、溶接電流Ｉｗが通電する。給電チップの先端と母材２との距離が給電チップ・母材間距離Ｌｗ（mm）となる。

ノズル４は、溶接トーチＷＴの先端部に取り付けられており、その内側をシールドガス５が流出されて、アーク３を大気から遮蔽する。シールドガス５は、炭酸ガス、炭酸ガスとアルゴンガスとの混合ガス等である。

ロボットＲＭは、上記の溶接トーチＷＴを搭載しており、後述する動作制御信号Ｍｃに従って移動する。

ロボット制御装置ＲＣは、予め定めた作業プログラムに従って上記のロボットＲＭを溶接線にそって移動させるための動作制御信号Ｍｃを出力し、溶接を開始するための起動信号Ｏｎを出力する。

図２は、溶接中に給電チップ・母材間距離が長くなるように変動した場合の、本発明の実施の形態に係る送給速度可変速制御アーク溶接方法を示す図１の溶接装置における各信号のタイミングチャートである。同図（Ａ）は起動信号Ｏｎの時間変化を示し、同図（Ｂ）は給電チップ・母材間距離Ｌｗの時間変化を示し、同図（Ｃ）は送給速度Ｆｗの時間変化を示し、同図（Ｄ）は溶接電流平均値Ｉwaの時間変化を示す。以下、同図を参照して各信号の動作について説明する。

時刻ｔ１において、同図（Ａ）に示すように、起動信号ＯｎがＨｉｇｈレベルに変化すると、溶接が開始される。これに応動して、溶接電源が起動されて、同図（Ｄ）に示すように、溶接電流が通電を開始する。同時に、同図（Ｃ）に示すように、送給速度Ｆｗは図１の基準送給速度設定信号Ｆｒの値で溶接ワイヤの前進送給を開始する。ここで、基準送給速度は１０m/minの場合とする。同図（Ｂ）に示すように、給電チップ・母材間距離Ｌｗは、図１の基準距離設定信号Ｌｒの値となり、２０mmとなっている。

溶接中の時刻ｔ２において、同図（Ｂ）に示すように、給電チップ・母材間距離Ｌｗが２５mmへと長くなる。これに応動して、送給速度可変速制御が動作し、同図（Ｃ）に示すように、送給速度Ｆｗは、１２m/minへと加速される。この結果、同図（Ｄ）に示すように、溶接電流平均値Ｉwaは図１の溶接電流設定信号Ｉｒの値のままで一定値となる。

時刻ｔ３において、同図（Ａ）に示すように、起動信号ＯｎがＬｏｗレベルに変化すると、溶接が終了する。これに応動して、同図（Ｃ）に示すように、送給速度Ｆｗは０となり、送給を停止する。このときに、図１の溶接終了時送給速度検出回路ＦＥＤによって、溶接終了直前の送給速度Ｆｗの値が溶接終了時送給速度検出信号Ｆedとして検出される。同様に、同図（Ｄ）に示すように、溶接電流平均値Ｉwaも０となる。同図（Ｂ）に示すように、給電チップ・母材間距離Ｌｗは２５mmのままである。

時刻ｔ３から遅延期間（１００ms程度）が経過した時刻ｔ４において、以下のようにして図１の距離差分値信号Ｅｌが算出される。
１）図１の送給速度差分値回路ＥＦによって、溶接終了時送給速度検出信号Ｆedから基準送給速度設定信号Ｆｒを減算して、送給速度差分値信号Ｅｆが出力される。ここで、Ｆed＝１２m/min、Ｆｒ＝１０m/minであるので、Ｅｆ＝１２－１０＝２となる。
２）溶接終了時突出し長算出回路ＬＥＤは、上記の基準距離設定信号Ｌｒ及び上記の送給速度差分値信号Ｅｆを入力として、Ｌed＝Ｌｒ＋Ｋ・Ｅｆ－Ａを演算して、溶接終了時突出し長算出信号Ｌedを出力する。Ｋは送給速度差分値信号Ｅｆの値を突出し長に変換するための正の定数であり、例えばＫ＝２である。Ａは溶接終了時の溶接ワイヤの燃え上がり距離を示す正の定数であり、例えばＡ＝５mmである。ここで、Ｌｒ＝２０mm、Ｅｆ＝２m/min、Ｋ＝２、Ａ＝５mmであるので、Ｌed＝２０＋２・２－５＝１９mmとなる。
３）図１の距離差分値回路ＥＬによって、溶接終了時突出し長算出信号Ｌedの値から目標値である突出し長設定信号Ｌerの値を減算して、距離差分値信号Ｅｌが算出される。ここで、Ｌer＝１５mmとすると、Ｌed＝１９mmであるので、Ｅｌ＝１９－１５＝４mmとなる。

時刻ｔ４において、上述したように、距離差分値信号Ｅｌ＝４mmと正の値であるので、同図（Ｃ）に示すように、送給速度Ｆｗは負の値となり、後退送給を開始する。時刻ｔ５において、距離差分値信号Ｅｌ＝４mmだけ後退送給されると、送給を停止する。この期間中は、溶接電源は起動されないので、溶接電圧及び溶接電流は出力されない。

したがって、本実施の形態では、溶接中に給電チップ・母材間距離Ｌｗが変動しても、溶接が終了した後に、突出し長は適正長の１５mmへと迅速に自動調整される。この結果、次の溶接開始作業が円滑になり、溶接品質も良好になる。

図３は、溶接中に給電チップ・母材間距離が短くなるように変動した場合の、本発明の実施の形態に係る送給速度可変速制御アーク溶接方法を示す図１の溶接装置における各信号のタイミングチャートである。同図（Ａ）は起動信号Ｏｎの時間変化を示し、同図（Ｂ）は給電チップ・母材間距離Ｌｗの時間変化を示し、同図（Ｃ）は送給速度Ｆｗの時間変化を示し、同図（Ｄ）は溶接電流平均値Ｉwaの時間変化を示す。以下、同図を参照して各信号の動作について説明する。

時刻ｔ１において、同図（Ａ）に示すように、起動信号ＯｎがＨｉｇｈレベルに変化すると、溶接が開始される。これに応動して、溶接電源が起動されて、同図（Ｄ）に示すように、溶接電流が通電を開始する。同時に、同図（Ｃ）に示すように、送給速度Ｆｗは図１の基準送給速度設定信号Ｆｒの値で溶接ワイヤの前進送給を開始する。ここで、基準送給速度は１０m/minの場合とする。同図（Ｂ）に示すように、給電チップ・母材間距離Ｌｗは、図１の基準距離設定信号Ｌｒの値となり、２０mmとなっている。

溶接中の時刻ｔ２において、同図（Ｂ）に示すように、給電チップ・母材間距離Ｌｗが１５mmへと短くなる。これに応動して、送給速度可変速制御が動作し、同図（Ｃ）に示すように、送給速度Ｆｗは、８m/minへと減速される。この結果、同図（Ｄ）に示すように、溶接電流平均値Ｉwaは図１の溶接電流設定信号Ｉｒの値のままで一定値となる。

時刻ｔ３において、同図（Ａ）に示すように、起動信号ＯｎがＬｏｗレベルに変化すると、溶接が終了する。これに応動して、同図（Ｃ）に示すように、送給速度Ｆｗは０となり、送給を停止する。このときに、図１の溶接終了時送給速度検出回路ＦＥＤによって、溶接終了直前の送給速度Ｆｗの値が溶接終了時送給速度検出信号Ｆedとして検出される。同様に、同図（Ｄ）に示すように、溶接電流平均値Ｉwaも０となる。同図（Ｂ）に示すように、給電チップ・母材間距離Ｌｗは１５mmのままである。

時刻ｔ３から遅延期間（１００ms程度）が経過した時刻ｔ４において、以下のようにして図１の距離差分値信号Ｅｌが算出される。
１）図１の送給速度差分値回路ＥＦによって、溶接終了時送給速度検出信号Ｆedから基準送給速度設定信号Ｆｒを減算して、送給速度差分値信号Ｅｆが出力される。ここで、Ｆed＝８m/min、Ｆｒ＝１０m/minであるので、Ｅｆ＝８－１０＝－２となる。
２）溶接終了時突出し長算出回路ＬＥＤは、上記の基準距離設定信号Ｌｒ及び上記の送給速度差分値信号Ｅｆを入力として、Ｌed＝Ｌｒ＋Ｋ・Ｅｆ－Ａを演算して、溶接終了時突出し長算出信号Ｌedを出力する。Ｋは送給速度差分値信号Ｅｆの値を突出し長に変換するための正の定数であり、例えばＫ＝２である。Ａは溶接終了時の溶接ワイヤの燃え上がり距離を示す正の定数であり、例えばＡ＝５mmである。ここで、Ｌｒ＝２０mm、Ｅｆ＝－２m/min、Ｋ＝２、Ａ＝５mmであるので、Ｌed＝２０－２・２－５＝１１mmとなる。
３）図１の距離差分値回路ＥＬによって、溶接終了時突出し長算出信号Ｌedの値から目標値である突出し長設定信号Ｌerの値を減算して、距離差分値信号Ｅｌが算出される。ここで、Ｌer＝１５mmとすると、Ｌed＝１１mmであるので、Ｅｌ＝１１－１５＝－４mmとなる。

時刻ｔ４において、上述したように、距離差分値信号Ｅｌ＝－４mmと負の値であるので、同図（Ｃ）に示すように、送給速度Ｆｗは正の値となり、全身送給を開始する。時刻ｔ５において、距離差分値信号Ｅｌ＝－４mmの絶対値だけ前進送給されると、送給を停止する。この期間中は、溶接電源は起動されないので、溶接電圧及び溶接電流は出力されない。

したがって、本実施の形態では、溶接中に給電チップ・母材間距離Ｌｗが変動しても、溶接が終了した後に、突出し長は適正長の１５mmへと迅速に自動調整される。この結果、次の溶接開始作業が円滑になり、溶接品質も良好になる。

1 溶接ワイヤ
2 母材
3 アーク
４ ノズル
５ シールドガス
ＥＦ 送給速度差分値回路
Ｅｆ 送給速度差分値信号
ＥＬ 距離差分値回路
Ｅｌ 距離差分値信号
ＦＣＲ 送給速度修正回路
Ｆcr 送給速度修正信号
ＦＥＤ 溶接終了時送給速度検出回路
Ｆed 溶接終了時送給速度検出信号
ＦＲ 基準送給速度設定回路
Ｆｒ 基準送給速度設定信号
Ｆｗ 送給速度
ＩＤ 溶接電流平均値検出回路
Ｉｄ 溶接電流平均値検出信号
ＩＲ 溶接電流設定回路
Ｉｒ 溶接電流設定信号
Ｉｗ 溶接電流
Ｉwa 溶接電流平均値
ＬＥＤ 溶接終了時突出し長算出回路
Ｌed 溶接終了時突出し長算出信号
ＬＥＲ 突出し長設定回路
Ｌer 突出し長設定信号
ＬＲ 基準距離設定回路
Ｌｒ 基準距離設定信号
Ｌｗ 給電チップ・母材間距離
Ｏｎ 起動信号
ＰＳ 溶接電源
ＲＣ ロボット制御装置
ＲＭ ロボット
Ｖｗ 溶接電圧
ＷＦ 送給機
ＷＴ 溶接トーチ

Claims (3)

1. 溶接電流平均値が溶接電流設定値と等しくなるように溶接ワイヤの送給速度を可変速制御して溶接する送給速度可変速制御アーク溶接方法において、
   溶接終了時点における前記可変速制御によって制御された溶接終了時送給速度を検出し、
   溶接終了後に前記溶接終了時送給速度に基づいて溶接ワイヤを所定長だけ後退送給又は前進送給する、
   ことを特徴とする送給速度可変速制御アーク溶接方法。
2. 前記溶接終了時送給速度と基準送給速度との送給速度差分値から溶接終了時突出し長を算出し、
   前記溶接収容時突出し長と突出し長設定値との距離差分値を算出し、
   前記距離差分値が正の値であるときは前記後退送給を行い、前記距離差分値が負の値であるときは前記前進送給を行い、前記距離差分値によって前記所定長を設定する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の送給速度可変速制御アーク溶接方法。
3. 給電チップ・母材間距離が基準距離であるときの前記溶接電流平均値と前記送給速度との関係を示す電流送給速度変換関数を予め定め、
   前記基準送給速度は前記溶接電流設定値を前記電流送給速度変換関数に入力して算出される、
   ことを特徴とする請求項２に記載の送給速度可変速制御アーク溶接方法。

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