JP4768222B2 - 溶接方法及び溶接装置 - Google Patents

Description

本発明は、溶接トーチを溶接線とほぼ垂直方向にウィービングさせながら溶接線方向に進退させて溶接ビードを形成する突合せアーク溶接の溶接方法及び溶接装置に関するものである。

一般に、自動アーク溶接を行う際の溶接線追従には、溶接トーチを溶接線とほぼ垂直方向にウィービングさせ、アーク長及び突き出し長の変化に伴う電気的変化を基に、溶接トーチのウィービング中心位置を制御する方法が広く採られている。この方法では、ウィービング中心を境に左右両側で得られた溶接電流を比較し、その比較信号に基づいて左右両側での溶接電流の積分値が小さくなる方向に溶接トーチのウィービング中心を移動させることにより、溶接トーチを溶接線に追従させることができる（例えば、特許文献１等参照）。

特公昭５３−１１５０２号公報

近年、溶接トーチを溶接線とほぼ垂直方向にウィービングさせつつ、繰り返し溶接線方向に進退させながら溶接線に倣わせることによって、ルートギャップを有する突合せ継手を対象としても、裏当て材を用いることなく良好な裏ビードを形成する技術が開発された。

しかし、この技術においては、溶接トーチを溶接線方向に進退させつつ溶接ビードを形成するため、既に溶接ビードの初層が形成された部分に溶接金属を重畳させる際には、アークが、溶接トーチと母材の開先表面との間ではなく、溶接トーチと溶融池との間に発生する場合がある。そのため、この技術に特許文献１に記載されたような溶接線追従の制御を適用した場合、アークが溶接トーチと溶融池表面との間に発生している期間では、溶融池の状態によってウィービング中心を境界とした左右両側でのアーク長が変動し、的確な溶接線追従が行われない場合が生じる。

本発明は、上記の事柄に鑑みてなされたものであり、その目的は、溶接トーチを溶接線とほぼ垂直方向にウィービングさせながら溶接線方向に進退させて溶接ビードを形成する突合せ溶接にあって、的確に溶接トーチを溶接線に追従させることができる溶接方法及び溶接装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、第１の発明は、溶接トーチを溶接線と垂直方向にウィービングさせながら溶接線方向に進退させて溶接ビードを重畳させつつ形成していくスイッチバック溶接による突合せ継手の溶接方法において、前記溶接トーチと前記突合せ継手の開先表面との間で溶接アークが発生する初層溶接の期間、及び初層の溶接ビードに溶接ビードを重畳させる重ね溶接の期間からなるスイッチバック動作の１サイクルのうち、前記初層溶接の期間のみの溶接電流値及び溶接電圧値を前記溶接トーチのウィービング中心の位置制御の基礎とし、前記初層溶接中であって前記溶接トーチの溶接線方向への動作が前進から後退へ切り換わる直前のウィービング数周期分の、ウィービング中心を境界とする左右両側においてウィービング中心から等しい位相期間の溶接電流値及び溶接電圧値の積分値を比較し、左右の溶接電流値及び溶接電圧値の積分値の差を小さくする方向にウィービング中心を移動させることを特徴とする。

また、第２の発明は、溶接トーチを溶接線と垂直方向にウィービングさせながら溶接線方向に進退させて溶接ビードを重畳させつつ形成していくスイッチバック溶接による突合せ継手の溶接方法において、前記溶接トーチと前記突合せ継手の開先表面との間で溶接アークが発生する初層溶接の期間、及び初層の溶接ビードに溶接ビードを重畳させる重ね溶接の期間からなるスイッチバック動作の１サイクルのうち、前記初層溶接の期間のみの溶接電流値及び溶接電圧値を前記溶接トーチのウィービング中心の位置制御の基礎とし、前記溶接トーチが溶接線方向に前進しているときのウィービング１周期分の溶接電圧の平均値、及びその直前のウィービング１周期分の溶接電圧の平均値との差が設定のしきい値を超えた時刻をウィービング中心の位置制御の基礎とする溶接電流値及び溶接電圧値の取得開始時刻とし、この取得開始時刻から前記溶接トーチの動作が前進から後退へ切り換わるまでの期間分の、ウィービング中心を境界とする左右両側においてウィービング中心から等しい位相期間の溶接電流値及び溶接電圧値の積分値を比較し、左右の溶接電流値及び溶接電圧値の積分値の差を小さくする方向にウィービング中心を移動させることを特徴とする。

また、第３の発明は、溶接トーチを溶接線と垂直方向にウィービングさせながら溶接線方向に進退させて溶接ビードを重畳させつつ形成していくスイッチバック溶接による突合せ継手の溶接装置において、電極ワイヤを挿通した溶接トーチと、この溶接トーチを溶接線と垂直方向にウィービングさせながら溶接線方向に進退させる溶接ロボットと、この溶接ロボットを制御して前記溶接トーチのウィービング中心を移動させる制御装置とを備え、前記制御装置は、前記溶接トーチと前記突合せ継手の開先表面との間で溶接アークが発生する初層溶接の期間、及び初層の溶接ビードに溶接ビードを重畳させる重ね溶接の期間からなるスイッチバック動作の１サイクルのうち、前記初層溶接の期間のみの溶接電流値及び溶接電圧値を前記溶接トーチのウィービング中心の位置制御の基礎とし、前記初層溶接中であって前記溶接トーチの溶接線方向への動作が前進から後退へ切り換わる直前のウィービング数周期分の、ウィービング中心を境界とする左右両側においてウィービング中心から等しい位相期間の溶接電流値及び溶接電圧値の積分値を比較し、左右の溶接電流値及び溶接電圧値の積分値の差を小さくする方向に前記溶接トーチのウィービング中心を移動させるように前記溶接ロボットを制御することを特徴とする。

また、第４の発明は、溶接トーチを溶接線と垂直方向にウィービングさせながら溶接線方向に進退させて溶接ビードを重畳させつつ形成していくスイッチバック溶接による突合せ継手の溶接装置において、電極ワイヤを挿通した溶接トーチと、この溶接トーチを溶接線と垂直方向にウィービングさせながら溶接線方向に進退させる溶接ロボットと、この溶接ロボットを制御して前記溶接トーチのウィービング中心を移動させる制御装置とを備え、前記制御装置は、前記溶接トーチと前記突合せ継手の開先表面との間で溶接アークが発生する初層溶接の期間、及び初層の溶接ビードに溶接ビードを重畳させる重ね溶接の期間からなるスイッチバック動作の１サイクルのうち、前記初層溶接の期間のみの溶接電流値及び溶接電圧値を前記溶接トーチのウィービング中心の位置制御の基礎とし、前記溶接トーチが溶接線方向に前進しているときのウィービング１周期分の溶接電圧の平均値、及びその直前のウィービング１周期分の溶接電圧の平均値との差が設定のしきい値を超えた時刻をウィービング中心の位置制御の基礎とする溶接電流値及び溶接電圧値の取得開始時刻とし、この取得開始時刻から前記溶接トーチの動作が前進から後退へ切り換わるまでの期間分の、ウィービング中心を境界とする左右両側においてウィービング中心から等しい位相期間の溶接電流値及び溶接電圧値の積分値を比較し、左右の溶接電流値及び溶接電圧値の積分値の差を小さくする方向に前記溶接トーチのウィービング中心を移動させるように前記溶接ロボットを制御することを特徴とする。

本発明によれば、溶接線と垂直方向にウィービングしながら溶接線方向に繰り返し進退させつつ溶接ビードを形成する突合せアーク溶接を行う場合であっても、適正な溶接線追従が可能になる。

以下、本発明の溶接方法及び溶接装置の一実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明の溶接装置の一実施の形態の全体構成を表す概略図、図２は溶接トーチの動作図である。
これら図１及び図２において、１は多関節型のアーム１ａを有する溶接ロボット（マニピュレータ）、２は溶接ロボット１のアーム１ａ先端に設けた溶接トーチ、３は溶接トーチ２に挿通された電極ワイヤである。溶接ロボット１は、図２に示すように、溶接トーチ２を溶接線に対しほぼ垂直方向にウィービングさせながら（図２中の矢印２６参照）、溶接線方向に進退させることができる（図２中の矢印２５参照）。

４は溶接トーチ２に電極ワイヤ３を導くチューブ、５はリール６に巻回された電極ワイヤ３を溶接トーチ２に順次送給するワイヤ送給装置である。なお、特に図示していないが、溶接トーチ２には、シールドガスを噴射するガスノズルが設けてある。７は電極ワイヤ３等に電力（電流、電圧）を供給する電源装置で、この電源装置７のプラス端子７ａは電極ワイヤ３（厳密にはチューブ４）に、マイナス端子７ｂは溶接対象である突合せ継手８に、それぞれ接続している。また、電源装置７の図示しない出力端子は、ワイヤ送給装置５に接続しており、電源装置７からワイヤ送給装置５に供給される指令信号（電力）の大きさにより、電極ワイヤ３の送給速度が調整される。

９はロボット制御盤で、このロボット制御盤９は、溶接ロボット１、電源装置７に対する指令信号を演算する制御装置１０と、この制御装置１０で演算された各指令信号を溶接ロボット１及び電源装置７にそれぞれ出力するロボットドライバ１１及び電源ドライバ１２とを内蔵している。１３は突合せ継手８間のルートギャップや目違いを検出し制御装置１０に出力するギャップセンサで、このギャップセンサ１３は、溶接ロボット１のアーム１ａの先端において、溶接トーチ２の近傍（図１に矢印で図示した溶接線方向前方側）に設けられている。このギャップセンサ１３としては、例えば公知のレーザセンサや超音波センサ等が用いられる。

図３は、上記制御装置１０の概略構成を表すブロック図である。
この図３において、１４は信号の入力部であるＡ／Ｄ変換器で、このＡ／Ｄ変換器１４を介して、ギャップセンサ１３からの検出信号や電源装置７による電極ワイヤ３に供給された電力（電流・電圧）の値が、制御装置１０に入力されディジタル信号化される。１５は所定の制御手順のプログラムや制御に必要な定数を格納するリードオンリーメモリー（ＲＯＭ）で、このＲＯＭ１５には、突合せ継手８のルートギャップに応じて、予め実験的（又は理論的）に求められた溶接条件（電極ワイヤ３の印加電力、送給速度、ウィービング条件、溶接速度）の組合せパターンをまとめた溶接条件テーブルが格納されている。

１６は時間計測を行うタイマ、１７はＲＯＭ１５に格納したプログラムや溶接条件テーブルから選定した溶接条件に順じ、溶接ロボット１や電源装置７に対する所定の指令信号を演算する中央演算処理装置（ＣＰＵ）である。１８はＣＰＵ１７の演算結果や演算途中の数値を一時的に記憶するランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、１９はＣＰＵ１７で演算された指令信号をアナログ信号に変換し、対応のドライバ（上記ロボットドライバ１１、電源ドライバ１２）に出力するＤ／Ａ変換器である。

このような構成により、溶接開始点及び終了点が入力されると、溶接開始の指示を機に、制御装置１０は、ギャップセンサ１３からの検出信号に基づき、溶接条件を逐次更新し、溶接ロボット１及び電源装置７を制御する。

溶接ロボット１は、ロボットドライバ１１を介して出力される制御装置１０からの指令信号を入力すると、その指令信号に応じたウィービング条件及び移動速度（溶接速度）で、図２に示すように溶接トーチ２を溶接線と垂直方向にウィービングさせつつ、溶接線方向に繰り返しスイッチバックさせる。このとき、溶接線方向への前進と後退とからなる溶接トーチ２のスイッチバック動作の１サイクルは、まず、開先に初層溶接を行う前進方向の経路ａと、その後、折り返し点ｄで折り返して２層目の溶接ビードを重畳させる後退方向の経路ｂと、さらに折り返し点ｅで折り返して３層目の溶接ビードを重畳させる前進方向の経路ｃとからなる。

一方、電源装置７は、電源ドライバ１２を介して出力される制御装置１０からの指令信号を入力すると、その指令値に応じた電圧・電流を電極ワイヤ３に印加する。電極ワイヤ３に印加される電流は、電源装置７のプラス端子７ａ→電極ワイヤ３→突合せ継手８→電源装置７のマイナス端子７ｂといった順に流れる。これにより、電極ワイヤ３の先端から突合せ継手８の溶接箇所までの間にアーク２０が発生し、そのアーク熱により電極ワイヤ３の先端部と突合せ継手８の溶接箇所とが溶融し、突合せ継手８に溶接ビード（溶融金属）が付着形成される。また、こうした電極ワイヤ３の消耗（溶融）に伴い、電源装置７は、制御装置１０からの指令信号に応じた大きさのワイヤ送給信号（電圧）をワイヤ送給装置５に出力し、ワイヤ送給装置５の駆動速度を制御することにより、電極ワイヤ３を順次溶接トーチ２に送給する。

ここで、本発明の溶接方法の一実施の形態における溶接線追従制御の概念について説明する。
図４は溶接線前方から見たアーク発生時の溶接点近傍の様子を表す図、図５はアーク発生時の電流、電圧の変化を表すグラフである。
一般に、溶接線倣いにアーク電力データを用いる場合、各ウィービング周期において、ウィービング中心Ｃを境界とした左右両側の電流、電圧の積分値が等しくなるように、ウィービング中心Ｃが開先幅方向に制御される。溶接トーチを一方向に移動させる（すなわち前進のみの）溶接の場合には、溶融池２１は左右のアーク２０ａ，２０ｂの後方に存在するため、アーク２０ａ，２０ｂは、図４（ａ）に示すように、母材８ａ，８ｂの開先表面と電極ワイヤ３との間に発生する。なお、ここでは、便宜上、ウィービング左端Ｌに位置するときの電極ワイヤ３に符号３ａを、ウィービング右端Ｒに位置するときの電極ワイヤ３に符号３ｂを付す。よって、計測される溶接電流、溶接電圧値は、ウィービング左端Ｌにおいては電極ワイヤ３ａと母材８ａの開先表面との間、ウィービング右端Ｒにおいては、電極ワイヤ３ｂと母材８ｂの開先表面との間の値となり、ウィービング中心Ｃが両母材８ａ，８ｂ間のギャップ中心に一致している場合、その電流値、電圧値はそれぞれ、概ね図５（ａ）、図５（ｂ）に示すような波形となる。

一方、図４（ｂ）に示すように、ウィービング中心Ｃが母材８ａ，８ｂのギャップ中心より右側にずれている場合、ウィービング左端Ｌにおける電極ワイヤ３ａと母材８ａの開先表面との間の距離（アーク長）が、ウィービング右端Ｒにおける電極ワイヤ３ｂと母材８ｂの開先表面との間の距離（アーク長）よりも長くなるため、その電流値、電圧値はそれぞれ、概ね図５（ｃ）、図５（ｄ）に示すような波形となる。

ウィービング中心Ｃの制御は、図５（ａ）乃至図５（ｄ）に示すように、ウィービング中心Ｃを境界として両側の電流、電圧を、ウィービング中心Ｃに対して同位相のところにある期間Δｔ（ウィービング中心通過からｔｓ経過後のΔｔの期間）積分し、ウィービング左右における積分値の差が小さくなる方向にウィービング中心Ｃを移動することにより行われる。例えば、図４（ｂ）のように、ウィービング中心Ｃがギャップ中心から右側に外れると、図５（ｃ）、図５（ｄ）に示すように、電流の積分値はウィービング中心Ｃの右側で大きく、電圧の積分値はウィービング中心Ｃの左側で大きくなる。よって、ウィービング中心Ｃは、この左右両側の積分値の差を小さくする方向（この場合は左側）に制御される。それにより、図４（ｂ）のように、ウィービング中心Ｃは、ギャップ中心と一致していない場合、両母材８ａ，８ｂの開先表面から等距離にあるギャップ中心位置へと制御される。

一方、図２に示すように、溶接線方向に進退を繰り返す場合には、後退時（経路ｂ移動時）、及び前進時の一部（経路ｃ移動時）において、既に溶接が行われた部分（溶融池上）を通過するため、図４（ｃ）に示すように、アーク２０ａ，２０ｂは、それぞれ電極ワイヤ３ａ，３ｂと溶融池２１との間で発生する可能性がある。この場合、計測される溶接電流、溶接電圧値は、ウィービング左端Ｌにおいては電極ワイヤ３ａと溶融池２１との間、ウィービング右端Ｒにおいては電極ワイヤ３ｂと溶融池２１との間の値となる。よって、何らかの要因により、溶融池２１表面の高さが幅方向に不均一となった場合、ウィービング中心Ｃの位置とは無関係にアーク２０ａ，２０ｂの長さが変化する場合がある。例えば、図４（ｄ）に示すように、溶融池２１が幅方向に右上がりに形成されていると、母材８ａ，８ｂ間のギャップ中心とウィービング中心Ｃが一致していても、計測される溶接電流、溶接電圧値はそれぞれ、概ね図５（ｃ）、図５（ｄ）に示すような波形となる。よって、図４（ｄ）の場合、ウィービング中心Ｃを境界として両側の電流、電圧をウィービング中心に対して同位相の期間Δｔ（ウィービング中心Ｃ通過してｔｓ経過後のΔｔの期間）積分し、ウィービング左右の積分値の差が小さくなる方向にウィービング中心Ｃが制御されると、ギャップ中心と一致しているウィービング中心Ｃをわざわざずらす制御を行うことになる。

そこで、本発明のように、溶接線方向に進退を繰り返すスイッチバック溶接では、図４（ａ）のように、アーク２０ａ，２０ｂが電極ワイヤ３ａ，３ｂと母材８ａ，８ｂの開先表面との間に発生する期間、すなわち経路ａ移動時のウィービング周期の溶接電流値、溶接電圧値のみを、ウィービング中心Ｃの制御に利用することにより、ウィービング中心Ｃのギャップ中心への制御が可能となる。アーク２０ａ，２０ｂが電極ワイヤ３ａ，３ｂと母材８ａ，８ｂの開先表面との間に発生する期間として、本発明でウィービング中心Ｃの制御用に電流値、電圧値を計測する期間は、例えば、溶接トーチ２が前進から後退へと切り換わる直前の（折り返し点ｄ到達前の）ウィービング数周期分（以下、この期間を「第一の期間」と記載する）、若しくは、前進時に溶融池上から発生していたアーク２０が開先表面から発生する直後から（前のスイッチバックの１サイクルとの境界点、すなわち１サイクルの開始点）から、前進から後退に切り換わるまで（折り返し点ｄに到達するまで）の期間（以下、この期間を「第二の期間」と記載する）等である。

溶接電流値、溶接電圧値の取得開始時刻は、上記第一の期間については、予め設定された溶接条件から溶接トーチ２が折り返し点ｄを通過する時刻を求めておき、その時刻からウィービングのａ周期（ａ＝整数、設定値）分前の時刻とし、上記第二の期間については、アークの発生点が溶融池上から開先表面に移行する瞬間にアーク電圧が上昇することから、前進時におけるウィービング１周期分の電圧の平均値を算出し、その値と前周期の平均電圧値との差が設定のしきい値以上になった時刻とする。これにより、アークが開先表面から発生する時の溶接電流値、溶接電圧値の取得が可能となり、正確な溶接線追従を可能にし、品質の高い溶接ビードを得ることができる。

図６は、前述の制御装置１０に格納したプログラムによる制御手順のフローチャートで、上記構成の制御装置１０は、この図６のフローに基づき、溶接ロボット１、ワイヤ送給装置５、電源装置７を制御する。
制御装置１０は、まずステップ１００にて、ロボット制御盤９に設けた（或いは別途設けた）図示しない設定部より、操作者により設定された溶接開始点及び終了点を入力する。入力された溶接開始点・終了点は、Ａ／Ｄ変換器１４を介してディジタル信号化され、ＲＡＭ１８に格納される。

ステップ１０１に移り、ギャップセンサ１３からの突合せ継手８のルートギャップや目違い量の検出信号をＡ／Ｄ変換器１４を介して入力し、ディジタル信号化してＲＡＭ１８に格納し、ステップ１０２に手順を移行する。

ステップ１０２では、ＣＰＵ１７によって、ステップ１０１で入力された検出信号を基に、適切な溶接条件（電極ワイヤ３の印加電力、送給速度、溶接速度）がＲＯＭ１５に格納した溶接条件テーブルの中から１つ選定（設定）され、ＲＡＭ１８に格納される（ｎ＝１とする）。そして、ＣＰＵ１７は、設定された溶接条件で溶接を実行するための指令信号を演算し、それぞれロボットドライバ１１、電源ドライバ１２を介して溶接ロボット１、電源装置７に出力する。溶接ロボット１には、溶接トーチ２の移動速度（溶接速度）及びウィービング条件が指令され、電源装置７には、電極ワイヤ３の送給速度及び供給電力（電流・電圧）が指令される。

続いて、ステップ１０３では、ウィービング溶接中、電源装置７から電極ワイヤ３に印加された電流・電圧の測定値を入力し、Ａ／Ｄ変換器１４を介してディジタル信号化してＲＡＭ１８に格納し、ステップ１０４に移る。

ステップ１０４では、タイマ１６による計測時刻（現在時刻）がウィービング周期（１周期分）に達したかどうかを判定し、判定が満たされない場合、ステップ１０３に戻って、継続して電流・電圧の測定値を入力する。現在時刻がウィービング周期に達し、ステップ１０４の判定が満たされた場合、ステップ１０５に手順を移行する。

ステップ１０５では、ＲＡＭ１８に格納されたウィービング中心の補正出力トリガ信号のＯＮ／ＯＦＦを判定し、ＯＮの場合、ステップ１０８に移り、ＯＦＦの場合はステップ１０６に移る。

ステップ１０６では、まずウィービング１周期の平均電圧値Ｖave（ｍ）とその前のウィービング１周期の平均電圧値Ｖave（ｍ−１）との差ΔＶが、あるしきい値Ｖ_０以上かどうかが判定される。またそれと同時に、現在時刻をｔ、溶接開始後、溶接トーチ２の動作が前進（経路ａ移動時）から後退（経路ｂ移動時）へと切り換わる回数がｎとなる時刻をｔｃ（ｎ）、ウィービング周期をＴ、ａを定数として、現在時刻が、前進から後退へと切り換わる時刻（折り返し点ｄ到達時刻）よりａ周期分前の時刻（ｔｃ（ｎ）−ａＴ）に到達したかどうかが判定される。これらのうち、いずれかの判定が満たされた場合、ステップ１０７に移ってＲＡＭ１８に補正出力トリガ信号のＯＮを格納し、ステップ１０８へと移る。いずれの判定も満たされない場合は、ステップ１０３に手順を戻す。
なお、このステップ１０６の判定は、上記のように、二つの判定基準のいずれかが満たされる場合（ＯＲ条件）でなくても、両方が満たされる場合（ＡＮＤ条件）としても良い。また、２つの判定基準を用いずとも、いずれか一方の判定基準のみを使用しても良い。

ステップ１０８では、現在時刻ｔが前進から後退へと切り換わる時刻ｔｃ（ｎ）に到達したかを判定する。ステップ１０８の判定が満たされた場合、手順をステップ１０９に移し、ＣＰＵ１７によって、ＲＡＭ１８に格納された所定期間（前述した第一の期間、又は第二の期間）中における指定期間Δｔ（図５参照）の電流値、電圧値を、ウィービング中心を境に左右両側について積分する。そして、この左右両側の積分値の値を比較して、両者の差が小さくなるようにウィービング中心を移動させる補正値をＲＡＭ１８に格納し、格納された補正値をＤ／Ａ変換器１９を介してアナログ信号化して、ロボットドライバ１１を介して溶接ロボット１に出力する。これにより、電極ワイヤ３のウィービング中心位置が、母材８ａ，８ｂのギャップ中心位置にほぼ一致した適正な位置に補正される。

一方、現在時刻がｎ回目の前進から後退への切り換え時刻（ｔｃ（ｎ））を経過しており、ステップ１０８での判定が満たされない場合、手順をステップ１１０に移し、ＲＡＭ１８に補正出力トリガ信号のＯＦＦを格納して、ステップ１０９における判定基準となる時刻をｔｃ（ｎ）からｔｃ（ｎ＋１）へと変更し、ステップ１０３に戻り、以降の手順を繰り返す。

先のステップ１０９にてウィービング中心を補正したら、ステップ１１１に移り、溶接トーチ２が溶接終了点に到達したかどうかを判定する。判定が満たされない場合、ステップ１０１に戻って、ルートギャップ、目違いの入力からの手順を行い、ステップ１０２で新たな溶接条件が設定され、ステップ１０３以降の手順を繰り返す。一方、溶接終了点に到達し、ステップ１１１の判定が満たされた場合には、溶接ロボット１及び電源装置７に対する指令信号をＯＦＦにして図６の制御手順を終了する。

このような手順を実行することにより、前述した第一の期間又は第二の期間中に、溶接トーチ２のウィービング中心Ｃが、母材８ａ，８ｂのギャップ中心位置にほぼ一致するように制御される。

なお、図６の制御手順では、結果として、前述した第一の期間又は第二の期間中、ウィービング周期毎にウィービング中心位置を制御するようになっているが、これに限られず、例えば、ウィービング周期毎にウィービング中心を制御するのではなく、第一の期間又は第二の期間中の電圧値、電流値の積分値を累積し、ウィービング中心を境にして左右両側における電圧値、電流値の積分値の累積を比較してその差が小さくなる方向にウィービング中心位置を移動させるようにしても良い。この場合、ウィービング中心位置を実際に補正するのは、例えば、折り返し点ｄ通過時や、スイッチバック動作の１サイクル開始時（経路ｃから経路ａへの切換わり時）等、スイッチバック動作の１サイクル中の適宜のタイミングで行うようにすれば良い。

以上のように、本実施の形態によれば、溶接線追従に利用する溶接電流値、溶接電圧値の取得期間を、アークが母材８ａ，８ｂの開先表面から発生する期間に限定することにより、電極ワイヤ３先端と母材８ａ，８ｂの開先表面との間の溶接電流値、溶接電圧値を得ることができる。これにより、溶接線と垂直方向にウィービングしながら溶接線方向に繰り返し進退させつつ溶接ビードを形成する突合せアーク溶接方法を行う場合であっても、溶接トーチを適正な溶接線に追従させることができる。

なお、以上においては、母材８ａ，８ｂ間のルートギャップの検出データが、ギャップ検出センサ１３により、オンラインで制御装置１０に入力される例を説明してきたが、これに限られず、オフラインで予め測定しておき、それを事前に入力する構成としても良い。また、電極ワイヤ３のみでアーク溶接する場合を例に挙げたが、例えば、電極ワイヤ３に加えてフィラワイヤを設けたいわゆるダブルワイヤ方式の溶接装置にも、本発明は適用可能である。また、図１において、ワイヤ送給装置５をリール６側に設けたいわゆるプッシュ方式のものとして説明したが、溶接トーチ２側に設けるいわゆるプル方式のものとしても、これらを組合せたものとしても構わない。これらの場合も上記同様の効果を得ることができる。

本発明の溶接装置の一実施の形態の全体構成を表す概略図である。 本発明の溶接装置に備えられた溶接トーチの動作図である。 本発明の溶接装置の一実施の形態に備えられた制御装置の概略構成を表すブロック図である。 溶接線前方から見たアーク発生時の溶接点近傍の様子を表す図である。 アーク発生時の電流、電圧の変化を表すグラフである。 本発明の溶接装置の一実施の形態に備えられた制御装置による制御手順を表すフローチャートである。

符号の説明

１ 溶接ロボット
２ 溶接トーチ
３ 電極ワイヤ
１０ 制御装置
Ｃ ウィービング中心

Claims (4)

1. 溶接トーチを溶接線と垂直方向にウィービングさせながら溶接線方向に進退させて溶接ビードを重畳させつつ形成していくスイッチバック溶接による突合せ継手の溶接方法において、
   前記溶接トーチと前記突合せ継手の開先表面との間で溶接アークが発生する初層溶接の期間、及び初層の溶接ビードに溶接ビードを重畳させる重ね溶接の期間からなるスイッチバック動作の１サイクルのうち、前記初層溶接の期間のみの溶接電流値及び溶接電圧値を前記溶接トーチのウィービング中心の位置制御の基礎とし、
   前記初層溶接中であって前記溶接トーチの溶接線方向への動作が前進から後退へ切り換わる直前のウィービング数周期分の、ウィービング中心を境界とする左右両側においてウィービング中心から等しい位相期間の溶接電流値及び溶接電圧値の積分値を比較し、左右の溶接電流値及び溶接電圧値の積分値の差を小さくする方向にウィービング中心を移動させることを特徴とする溶接方法。
2. 溶接トーチを溶接線と垂直方向にウィービングさせながら溶接線方向に進退させて溶接ビードを重畳させつつ形成していくスイッチバック溶接による突合せ継手の溶接方法において、
   前記溶接トーチと前記突合せ継手の開先表面との間で溶接アークが発生する初層溶接の期間、及び初層の溶接ビードに溶接ビードを重畳させる重ね溶接の期間からなるスイッチバック動作の１サイクルのうち、前記初層溶接の期間のみの溶接電流値及び溶接電圧値を前記溶接トーチのウィービング中心の位置制御の基礎とし、
   前記溶接トーチが溶接線方向に前進しているときのウィービング１周期分の溶接電圧の平均値、及びその直前のウィービング１周期分の溶接電圧の平均値との差が設定のしきい値を超えた時刻をウィービング中心の位置制御の基礎とする溶接電流値及び溶接電圧値の取得開始時刻とし、この取得開始時刻から前記溶接トーチの動作が前進から後退へ切り換わるまでの期間分の、ウィービング中心を境界とする左右両側においてウィービング中心から等しい位相期間の溶接電流値及び溶接電圧値の積分値を比較し、左右の溶接電流値及び溶接電圧値の積分値の差を小さくする方向にウィービング中心を移動させることを特徴とする溶接方法。
3. 溶接トーチを溶接線と垂直方向にウィービングさせながら溶接線方向に進退させて溶接ビードを重畳させつつ形成していくスイッチバック溶接による突合せ継手の溶接装置において、
   電極ワイヤを挿通した溶接トーチと、
   この溶接トーチを溶接線と垂直方向にウィービングさせながら溶接線方向に進退させる溶接ロボットと、
   この溶接ロボットを制御して前記溶接トーチのウィービング中心を移動させる制御装置とを備え、
   前記制御装置は、
   前記溶接トーチと前記突合せ継手の開先表面との間で溶接アークが発生する初層溶接の期間、及び初層の溶接ビードに溶接ビードを重畳させる重ね溶接の期間からなるスイッチバック動作の１サイクルのうち、前記初層溶接の期間のみの溶接電流値及び溶接電圧値を前記溶接トーチのウィービング中心の位置制御の基礎とし、
   前記初層溶接中であって前記溶接トーチの溶接線方向への動作が前進から後退へ切り換わる直前のウィービング数周期分の、ウィービング中心を境界とする左右両側においてウィービング中心から等しい位相期間の溶接電流値及び溶接電圧値の積分値を比較し、左右の溶接電流値及び溶接電圧値の積分値の差を小さくする方向に前記溶接トーチのウィービング中心を移動させるように前記溶接ロボットを制御する
   ことを特徴とする溶接装置。
4. 溶接トーチを溶接線と垂直方向にウィービングさせながら溶接線方向に進退させて溶接ビードを重畳させつつ形成していくスイッチバック溶接による突合せ継手の溶接装置において、
   電極ワイヤを挿通した溶接トーチと、
   この溶接トーチを溶接線と垂直方向にウィービングさせながら溶接線方向に進退させる溶接ロボットと、
   この溶接ロボットを制御して前記溶接トーチのウィービング中心を移動させる制御装置とを備え、
   前記制御装置は、
   前記溶接トーチと前記突合せ継手の開先表面との間で溶接アークが発生する初層溶接の期間、及び初層の溶接ビードに溶接ビードを重畳させる重ね溶接の期間からなるスイッチバック動作の１サイクルのうち、前記初層溶接の期間のみの溶接電流値及び溶接電圧値を前記溶接トーチのウィービング中心の位置制御の基礎とし、
   前記溶接トーチが溶接線方向に前進しているときのウィービング１周期分の溶接電圧の平均値、及びその直前のウィービング１周期分の溶接電圧の平均値との差が設定のしきい値を超えた時刻をウィービング中心の位置制御の基礎とする溶接電流値及び溶接電圧値の取得開始時刻とし、この取得開始時刻から前記溶接トーチの動作が前進から後退へ切り換わるまでの期間分の、ウィービング中心を境界とする左右両側においてウィービング中心から等しい位相期間の溶接電流値及び溶接電圧値の積分値を比較し、左右の溶接電流値及び溶接電圧値の積分値の差を小さくする方向に前記溶接トーチのウィービング中心を移動させるように前記溶接ロボットを制御する
   ことを特徴とする溶接装置。

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