JP2024062160A - 溶接方法および溶接装置 - Google Patents

Abstract

【課題】溶接の初期位置において溶着量が不足しないようにすることができる溶接方法および溶接装置を提供する。【解決手段】溶接トーチをウィービングさせながら溶接をする溶接方法であって、溶接トーチをウィービングさせながら初期位置から溶接方向に移動させる第１動作をさせるステップＳ３と、溶接トーチが第１動作により初期位置から溶接方向において予め定められた位置まで移動した後に、溶接動作中の前記溶接トーチを一旦初期位置まで戻す第２動作をさせるステップＳ４と、第２動作により一旦初期位置まで戻った溶接トーチを、ウィービングさせながら溶接方向に移動させることにより溶接を継続させる第３動作をさせるステップＳ５とを備える。【選択図】図３

Description

本開示は、溶接方法および溶接装置に関する。

従来において、溶接トーチをウィービングさせて溶接をする溶接方法および溶接装置としては、溶接の開始位置から終了位置まで間の途中において、ウィービングの動作を変化させるものがあった（特許文献１）。このような従来の溶接方法および溶接装置では、溶接をするロボットが開始位置から終了位置に到達するまでは第１の振幅でウィービングの動作をさせ、そのロボットが指定点から終了位置に到達するまでは第２の振幅でウィービングの動作をさせる制御が行なわれる。

特開２００７－２７５９６９号公報

しかし、特許文献１に記載された従来の溶接方法および溶接装置では、アークの発生開始のような溶接動作の開始と同時にウィービングの動作が開始されるので、溶接の開始位置である初期位置において溶着量が不足するという問題があった。

本開示は、溶接の初期位置において溶着量が不足しないようにすることができる溶接方法および溶接装置を提供することを目的とする。

本開示のある局面に係る溶接方法は、溶接トーチをウィービングさせながら溶接をする溶接方法であって、溶接トーチをウィービングさせながら初期位置から溶接方向に移動させる第１動作をさせるステップと、溶接トーチが第１動作により初期位置から溶接方向において予め定められた位置まで移動した後に、溶接動作中の前記溶接トーチを一旦初期位置まで戻す第２動作をさせるステップと、第２動作により一旦初期位置まで戻った溶接トーチを、ウィービングさせながら溶接方向に移動させることにより溶接を継続させる第３動作をさせるステップとを備える。

本開示の他の局面に係る溶接装置は、溶接トーチをウィービングさせながら溶接をする溶接装置であって、溶接トーチをウィービングさせる駆動装置と、駆動装置を制御する制御装置とを備える。制御装置は、溶接トーチをウィービングさせながら初期位置から溶接方向に移動させる第１動作をさせる第１制御と、溶接トーチが第１動作により初期位置から溶接方向において予め定められた位置まで移動した後に、溶接動作中の溶接トーチを一旦初期位置まで戻す第２動作をさせる第２制御と、第２動作により一旦初期位置まで戻った溶接トーチを、ウィービングさせながら溶接方向に移動させることにより溶接を継続させる第３動作をさせる第３制御とを行なう。

本開示の溶接方法および溶接装置によれば、溶接の初期位置において溶着量が不足しないようにすることができる。

実施の形態１の溶接方法および溶接装置を実施するための溶接装置の構成図である。 実施の形態１の溶接方法および溶接装置で行なわれるウィービングの制御を説明する図である。 実施の形態１の制御装置により実行される溶接トーチのウィービングの動作制御に関する制御処理の一例を示すフローチャートである。

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。以下では、複数の実施の形態について説明するが、各実施の形態で説明された構成を適宜組み合わせることは出願当初から予定されている。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り返さない。

［実施の形態１］
図１は、実施の形態１の溶接方法および溶接装置を実施するための溶接装置１の構成図である。

溶接装置１は、ロボット２、溶接トーチ３、溶接電源装置４、制御装置５、および、コントローラ６を含む。

ロボット２は、多関節ロボットであり、溶接作業のために溶接トーチ３を自動的に移動させるものである。ロボット２は、フロア等にベース部材が固定され、ベース部材に複数のアームが、順に軸を介して連結されている。ロボット２において、最先端のアームには、溶接トーチ３が取り付けられている。溶接トーチ３の先端からは、ワイヤ送給装置（図示省略）によって送り出された溶接ワイヤの先端が消耗電極として突出する。

溶接ワイヤと溶接電源装置４とが電気的に接続されている。溶接対象材となる母材７と溶接電源装置４とが電気的に接続されている。溶接電源装置４は、溶接ワイヤと母材７との間に、アーク溶接電圧を印加することにより、アーク溶接電流を通電する。

ロボット２は、ベース部材および各アームに設けられた各サーボモータ（図示省略）が、制御装置５からの駆動信号に応じて、複数のアームを回転駆動することにより、溶接トーチ３を動作させる。各サーボモータは、サーボモータの駆動装置２１により駆動される。駆動装置２１は、制御装置５からの駆動信号を受けて、各サーボモータを駆動する。

制御装置５は、ロボット２および溶接電源装置４を制御する。制御装置５は、予め教示されて記憶した位置情報に基づいて、ロボット２に制御信号を出力し、駆動装置２１によって、ロボット２の各サーボモータを回転駆動させることにより、溶接トーチ３を溶接方向に移動させる制御を行なう。そして、制御装置５は、予め定められたウィービング動作の設定に応じて、溶接の進行方向（溶接方向）に対して交差する方向に溶接トーチ３を揺動させるウィービング動作をさせる。

制御装置５は、さらに、アークを通電する溶接電流の制御、溶接ワイヤと母材７との間に印加される溶接電圧の制御、および、溶接トーチ３における溶接ワイヤの送り速度の制御等も行なう。

制御装置５は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）５１、メモリ５２（ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、および、フラッシュメモリ等の不揮発性メモリ等を含む各種記憶装置）、および、各種信号を入出力するための入出力バッファ（図示省略）等を含むコンピュータにより構成される。

ＣＰＵ４１は、ＲＯＭに格納されているソフトウェアプログラムをＲＡＭ等に展開して実行する。ＲＯＭには、ロボット２を制御するための各種プログラム、および、溶接電源装置４を制御するための各種プログラムに加え、溶接電源装置４の制御およびロボット２の制御に用いられる各種のデータが記憶されている。ＣＰＵ４１は、メインルーチンプログラムを実行するとともに、メインルーチンプログラムにおいて各種の制御をするためのサブルーチンプログラムを呼び出して実行することにより、前述のような各種の制御を行なう。

ロボット２を制御するための各種プログラムには、後述するような、溶接トーチ３をウィービングさせながら溶接方向へ移動させる制御をするプログラムが含まれる。また、溶接電源装置４を制御するための各種プログラムには、溶接電流および溶接電圧を制御するプログラム、および、溶接ワイヤの送り速度を制御するプログラムが含まれる。

コントローラ６は、各種の入力操作が可能な操作部を備えた装置であり、制御装置５と接続されている。コントローラ６では、例えば、溶接トーチ３の溶接方向への移動動作の設定、および、溶接トーチ３のウィービング動作の設定等の各種の制御をするための設定データを入力することが可能である。

図２は、実施の形態１の溶接方法および溶接装置で行なわれるウィービングの制御を説明する図である。図２においては、母材７として第１母材７１と第２母材７２とを溶接する場合における溶接トーチ３のウィービングの動作が示されている。

図２を参照して、溶接トーチ３のウィービングは、図中の曲線矢印で示されるように、溶接動作の初期位置８１から開始され、円形を描くような回転動作をする動作パターンで溶接トーチ３が動作することにより行なわれる。つまり、溶接トーチ３のウィービングは、ウィービングの軌跡７３が円形状となるような動作である。このようなウィービングは、溶接トーチ３が溶接方向Ａに進行しながら行なわれる。

溶接トーチ３がウィービングの動作をしながら溶接方向Ａに進行することにより、第１母材７１と第２母材７２との接合部の近傍に略一定幅の溶接ビード７４が形成され、第１母材７１と第２母材７２とが溶接される。

図２に示すように、溶接トーチ３のウィービングは、図中の曲線矢印で示されるように、溶接トーチ３の先端が、第１母材７１上および第２母材７２上にわたり、円形を描くような動作をする動作パターンを繰返すことにより行なわれる。このようなウィービングは、溶接トーチ３が溶接の初期位置（開始位置）８１から溶接方向Ａに進行しながら行なわれる。具体的に、溶接トーチ３の溶接位置は、溶接方向Ａへの進行方向で考えると、溶接方向への前進と、溶接方向の逆方向への後退とを繰り返しながら、溶接方向Ａへ進行していくパターンとなる。図２では、溶接トーチ３におけるウィービングの進行速度と溶接方向Ａへの進行速度との関係で、各ウィービングの軌跡７３の円形が、前回のウィービングの円形と重なるように、溶接トーチ３が溶接方向Ａに進行しながらウィービングする例が示されている。図２に示すように、溶接トーチ３におけるウィービングは、ウィービングによる描く円形の大きさ（例えば径方向の大きさ）が、同じ大きさとなるように行なわれる。

このように、円形を描くような回転動作をする動作パターンで溶接トーチ３が動作するウィービングにおいて、特徴的の一つは、１回転目のウィービングにおいて、溶接トーチ３を、予め定められた前進位置８２から一旦初期位置８１まで戻す制御が行なわれることである。

溶接トーチ３のウィービングの動作は、次のような３つの動作をする制御に分けて考えることができる。制御装置５では、次のような制御が行なわれる。まず、溶接トーチ３をウィービングさせながら初期位置８１から溶接方向Ａに移動させる第１動作をさせる第１制御が実行される。その後、溶接トーチ３が第１動作により初期位置８１から溶接方向Ａにおいて予め定められた前進位置８２まで移動した後に、溶接動作中の溶接トーチ３を一旦初期位置８１まで戻す第２動作をさせる第２制御が実行される。そして、第２動作により一旦初期位置８１まで戻った溶接トーチ３を、ウィービングさせながら溶接方向に移動させることにより溶接の終了位置まで溶接を継続させる第３動作をさせる第３制御が実行される。このような第１制御～第３制御が実行されている場合における溶接電流は、一定の電流値にされている。

制御装置５では、このような第１制御～第３制御を一連の制御として実行するためにロボット２を駆動するプログラムを実行することにより、ロボット２に制御信号を送る。ロボット２では、制御装置５から送られてきた制御信号に応じて、駆動装置２１が複数のアームを動作させ、図２に示すようなウィービングをしながら溶接が進行するように、溶接トーチ３を動作させる制御をする。また、制御装置５では、このような第１制御～第３制御を実行する場合の電流値を一定にするための溶接ワイヤの送り速度の制御信号を溶接電源装置４に送る。

次に、制御装置５のＣＰＵ５１により実行される溶接トーチ３のウィービングの動作制御に関する制御処理の一例を説明する。図３は、実施の形態１の制御装置５により実行される溶接トーチ３のウィービングの動作制御に関する制御処理の一例を示すフローチャートである。図３の制御処理は、サブルーチンプログラムであり、周期的にメインルーチンプログラムから呼び出されて実行される。

ステップＳ１では、現在の状態が１回転目のウィービングであるか否かが判断される。ステップＳ１で１回転目のウィービングであると判断された場合は、ステップＳ２により、溶接トーチ３が溶接方向において予め定められた前進位置８２に到達済であるかかが判断される。溶接トーチ３が前進位置８２に到達済であるか否かは、ロボット２を駆動する制御プログラムの進行状態に基づいて確認することが可能である。

ステップＳ２で予め定められた前進位置８２に到達済ではないと判断された場合は、ステップＳ３により、溶接トーチ３が円形を描くウィービングをしながら溶接方向Ａに進行することにより溶接をする第１動作を実行させ、メインルーチンプログラムにリターンする。

一方、ステップＳ２で予め定められた前進位置８２に到達済であると判断された場合は、ステップＳ４により、溶接トーチ３がウィービングをしながら初期位置８１に戻ることにより初期位置８１の溶接をする第２動作を実行させ、メインルーチンプログラムにリターンする。

前述のステップＳ１で１回転目のウィービングではないと判断された場合は、ステップＳ５により、溶接トーチ３が円形を描くウィービングをしながら溶接方向に進行することにより終了位置まで溶接を継続する第３動作を実行させ、メインルーチンプログラムにリターンする。

以上に説明した制御処理が繰り返し実行されることにより、図２に示したようなウィービングが溶接の初期位置８１から終了位置まで行なわれる。このようなウィービングが行なわれる場合には、１回転目のウィービングにおいて、第１動作により溶接方向に進行した溶接トーチ３が、予め定められた前進位置８２から初期位置８１に第２動作により戻ってきた後、第３動作により、終了位置まで溶接が継続される。初期位置８１から溶接方向に進行した溶接トーチ３が一旦初期位置８１に戻ることにより、溶接動作の開始時に溶接の初期位置において溶着量が不足した場合であっても、戻ってきた溶接トーチ３により溶着量が補われるので、溶接の初期位置８１において溶着量が不足しないようにすることができる。

また、溶接の初期位置８１において溶着量が不足しないようにするためには、溶接トーチ３を初期位置８１から溶接方向へ移動を開始させるタイミングに遅延時間を設定したり、溶接トーチ３を初期位置から溶接方向へ移動を開始させるが当初の期間における溶接電流値（初期溶接電流値）を、その後のウィービング動作時の溶接電流値よりも大きくすることが考えらえる。しかし、実施の形態１のようなウィービングをさせれば、溶接トーチ３の移動開始時における複雑な初期条件の調整をすることなく、溶接の初期位置において溶着量が不足しないようにすることができる。

また、図２および図３に示されるウィービングは、ウィービングの軌跡７３が円形状となる動作であるので、溶接トーチ３を一旦初期位置８１に戻す動作を容易化することができる。

また、図２および図３に示されるウィービングは、一定の溶接電流で実行されるので、溶接電流を変化させる必要がないため、溶接電流の制御を容易化することができる。

実施の形態１によるウィービングでは、下記のような条件で溶接をした結果、溶接の初期位置８１において溶着量が不足しないようにすることできた。

〈第１例〉溶接ワイヤの正送と逆送とをさせることで短絡とアークとを発生させる溶接方法を使用し、厚さ２ｍｍの硬質アルミニウムにおいてＴ隅肉溶接を行なった。その場合の溶接条件としては、ねらい角度が４５度、前進角度が１０度、溶接電流の設定値が１５０Ａ、溶接電圧の設定値が１１．０Ｖ、溶接速度が８０ｃｍ／ｍｉｎ、円形のウィービング動作の半径が２．５ｍｍ、ウィービング動作の周波数が４．０Ｈｚであった。

〈第２例〉溶接ワイヤの正送と逆送とをさせることで短絡とアークとを発生させる溶接方法を使用し、厚さ２ｍｍの硬質アルミニウムにおいて重ね隅肉溶接例を行なった。その場合の溶接条件としては、ねらい角度が３０度、前進角度が１０度、溶接電流の設定値が１５０Ａ、溶接電圧の設定値が１１．０Ｖ、溶接速度が８０ｃｍ／ｍｉｎ、円形のウィービング動作の半径が２．０ｍｍｍ、ウィービング動作の周波数が３．５Ｈｚであった。

［実施の形態２］
次に、実施の形態２の溶接方法および溶接装置について説明する。実施の形態２としては、ウィービングの軌跡が円形状以外の形状である場合において、予め定められた前進位置まで移動した溶接トーチ３を一旦初期位置に戻す例を説明する。

実施の形態２の溶接方法および溶接装置としては、例えば、ウィービングの軌跡が波形状である場合に、予め定められた前進位置まで移動した溶接トーチ３を一旦初期位置に戻す制御を実行してもよい。例えば、溶接の初期位置から溶接方向に向かって、波形の１周期または１／２周期の位置を予め定められた前進位置とすればよい。制御装置５は、１回目のウィービングでその前進位置まで溶接トーチ３を動作させる第１動作の制御を実行し、溶接トーチ３が当該前進位置に到達すると、溶接トーチ３を、波形の軌跡を描いて初期位置まで戻す第２動作の制御を実行し、その後、溶接トーチ３により波形の軌跡を描きながら溶接の終了位置まで溶接を継続させる第３動作の制御を実行すればよい。

このような実施の形態２の場合にも、実施の形態１で得られる効果と同様の効果を得ることができる。

［変形例］
次に実施の形態についての各種の変形例を説明する。

（１） 実施の形態１では、ウィービングの軌跡７３が円形状である場合を説明したが、その円形状には、真円形状、楕円形状、および、略円形状が含まれる。このように、実施の形態１のウィービングの軌跡７３の形状は、少なくとも略円形状であってもよい。その場合の略円形状には、円弧を複数組合せて形成されるような形状が含まれてもよい。

（２） 実施の形態１では、ウィービングの軌跡７３が１回転目以降のウィービングで同一の大きさ（径方向の大きさ）の円形状である場合を説明した。しかし、これに限らず、初期位置に戻る１回転のウィービングの大きさ（径方向の大きさ）が、２回転目以降のウィービングの大きさ（径方向の大きさ）よりも小さくなるように、別途設定できるようにしてもよい。そのようにすれば、より早期に初期位置の溶着量を補うことができる。

（３） 実施の形態１および実施の形態２では、予め定められた前進位置から初期位置に戻る場合に、それまでに実行していた基本的なウィービング動作と同様の動作で戻る例を説明した。しかし、これに限らず、例えば、予め定められた前進位置から初期位置に戻る場合のウィービング動作は、それまでに実行していた基本的なウィービング動作と異なる動作で実行してもよい。例えば、実施の形態１の場合には、初期位置に戻る場合のウィービングの円形の大きさを、それまでに実行していた基本的なウィービングの円形の大きさと異なるようにしてもよい。また、実施の形態２の場合には、初期位置に戻る場合のウィービングの波形の周波数を、それまでに実行していた基本的なウィービングの波形の周波数と異なるようにしてもよい。

（４） 実施の形態１では、ウィービングの軌跡７３の円形が、前回のウィービングの円形と重なるようにする場合を示した。しかし、これに限らず、ウィービングの軌跡の円形は、前回のウィービングの円形と重なるようにしてもよい。

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、上記した実施の形態の説明ではなくて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。

３ 溶接トーチ、８１ 初期位置、８２ 前進位置、５ 制御装置、２１ 駆動装置、１ 溶接装置。

Claims (5)

1. 溶接トーチをウィービングさせながら溶接をする溶接方法であって、
   前記溶接トーチをウィービングさせながら初期位置から溶接方向に移動させる第１動作をさせるステップと、
   前記溶接トーチが前記第１動作により前記初期位置から前記溶接方向において予め定められた位置まで移動した後に、溶接動作中の前記溶接トーチを一旦前記初期位置まで戻す第２動作をさせるステップと、
   前記第２動作により一旦前記初期位置まで戻った前記溶接トーチを、ウィービングさせながら前記溶接方向に移動させることにより溶接を継続させる第３動作をさせるステップとを備える、溶接方法。
2. 前記溶接トーチのウィービングは、ウィービングの軌跡が円形状となる動作である、請求項１に記載の溶接方法。
3. 前記第１動作による溶接、前記第２動作による溶接、および、前記第３動作による溶接は、一定の溶接電流により実行される、請求項１または請求項２に記載の溶接方法。
4. 溶接トーチをウィービングさせながら溶接をする溶接装置であって、
   前記溶接トーチをウィービングさせる駆動装置と、
   前記駆動装置を制御する制御装置とを備え、
   前記制御装置は、
   前記溶接トーチをウィービングさせながら初期位置から溶接方向に移動させる第１動作をさせる第１制御と、
   前記溶接トーチが前記第１動作により前記初期位置から前記溶接方向において予め定められた位置まで移動した後に、溶接動作中の前記溶接トーチを一旦前記初期位置まで戻す第２動作をさせる第２制御と、
   前記第２動作により一旦前記初期位置まで戻った前記溶接トーチを、ウィービングさせながら前記溶接方向に移動させることにより溶接を継続させる第３動作をさせる第３制御とを行なう、溶接装置。
5. 前記溶接トーチのウィービングは、ウィービングの軌跡が円形状となる動作である、請求項４に記載の溶接装置。
   

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