JP4772957B2 - Laser irradiation AC arc welding method - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アーク発生部にレーザを照射することによって高速溶接を行うレーザ照射アーク溶接方法の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】
YAGレーザ、炭酸ガスレーザ等を利用したレーザ溶接は、高エネルギー密度の熱源であるので、2[m/分]を超え8[m/分]程度までの高速溶接が可能である。しかし、このレーザ溶接では、重ね継手、突き合わせ継手等への溶接においてその継手部分に少しでもギャップがある場合には、レーザ照射部のビームスポットが小さいためにギャップのある継手部分の両端を溶融することができず溶接をすることができない。したがって、レーザ溶接においては、被溶接物の継手部分に全くギャップがない状態にする必要があるために、実用上の適用範囲は非常に限定されている。
【0003】
上述したレーザ溶接の上記の問題点を解決する1つの方法として、レーザ照射と直流アーク溶接とを併用する複合型のレーザ照射直流アーク溶接方法が提案されている。この溶接方法は、前述したレーザ照射によって形成される高エネルギー密度の熱源による高速溶接性を確保した上で、直流アークによって形成される広がりのある熱源によって継手部分を幅広く溶融すると共に溶接ワイヤをギャップ部分に充填することによって、ギャップのある継手部分に対しても良好な高速溶接を行うことができる。以下、このレーザ照射直流アーク溶接方法の一例を、従来技術1として説明する。なお、これ以降の説明では、溶接速度が2[m/分]以上の場合を高速溶接ということにする。
【0004】
[従来技術1]
図2は、従来技術1のレーザ照射直流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、同図を参照して説明する。
レーザ発振装置6は、YAGレーザ、炭酸ガスレーザ等の発振装置であり、レーザ用トーチ41を介して被溶接物2へレーザ31を照射する。直流アーク溶接電源装置71は、ワイヤ送給装置の送給ロール5の回転を制御して溶接ワイヤ1を溶接トーチ42を通して送給すると共に、溶接ワイヤ1と被溶接物2との間に直流アーク32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。
上記のレーザ31を照射する位置は、被溶接物2のアーク発生部又はその周辺部であればよく、溶接方向を基準としてアーク発生部の前方、後方、右横又は左横のいずれの位置でもよい。
【0005】
図3は、前述したレーザ発振装置6のブロック図である。以下、同図を参照して説明する。
出力開始回路STは、レーザ出力を開始するための出力開始信号Stを出力する。出力設定回路PSは、レーザの出力値[W]を設定する出力設定信号Psを出力する。レーザ出力制御回路ROCは、上記の出力開始信号Stが入力されているときは、上記の出力設定信号Psによって設定された出力値でレーザをレザトーチ41を介して被溶接物へ照射する。
【0006】
上述したように、従来技術1のレーザ照射直流アーク溶接方法はギャップのある継手部分への高速溶接を可能にするが、そのギャップ許容範囲は約0.3[mm]以下と非常に小さいために、この溶接方法の実用上の適用範囲は、かなり限定されている。そこで、以下に、一般的にギャップ許容範囲の大きな溶接方法である交流アーク溶接方法について、従来技術2として説明する。
【0007】
[従来技術2]
図4は、従来技術2の交流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。同図において、前述した図2と同一構成物には同一の符号を付しそれらの説明は省略する。以下、図2とは異なる交流アーク溶接電源装置72について、同図を参照して説明する。なお、ここでは、交流アーク溶接が交流パルスアーク溶接の場合を例示する。
【0008】
交流アーク溶接電源装置72は、溶接ワイヤ1の送給を制御すると共に、図5で後述するように、極性切換時に再点弧電圧を印加することによってアークを再点弧させて電極プラス極性と電極マイナス極性とを交互に繰り返す交流アーク33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。
【0009】
図5は、上述した交流アーク溶接電源装置72の出力波形を示す電流・電圧波形図である。同図(A)は溶接電流Iwの時間変化を示しており、同図(B)は溶接電圧Vwの時間変化を示す。以下、同図を参照して説明する。
【0010】
▲1▼ 時刻t1〜t2の期間(ピーク期間Tp)
この期間中は、溶接ワイヤが陽極となり被溶接物が陰極となる電極プラス極性(EP)で、同図(A)に示すように、予め定めたピーク期間Tpの間は溶滴移行をさせる予め定めたピーク電流Ipを通電する。また、同図(B)に示すように、この期間中の溶接電圧Vwは上記のピーク電流Ipの通電に対応したピーク電圧Vpとなる。
【0011】
▲2▼ 時刻t2〜t3の期間(電極マイナス期間Ten)
時刻t2において、電極プラス極性(EP)から電極マイナス極性(EN)へと切り換わると、同図(A)に示すように、予め定めた電極マイナス期間Tenの間は溶滴移行をさせない予め定めた電極マイナス電流Ienを通電する。また、同図(B)に示すように、この期間中の溶接電圧Vwは上記の電極マイナス電流Ienの通電に対応した電極マイナス電圧Venとなる。また、時刻t2の極性切換時において、電極プラス極性のアークが一旦消滅するために、電極マイナス極性でアークを再点弧させるには、同図(B)に示すように300[V]程度の再点弧電圧Vrsを溶接ワイヤ(−)と被溶接物(+)との間に短時間だけ印加する必要がある。
【0012】
▲3▼ 時刻t3〜t4の期間(ベース期間Tb)
時刻t3において、電極マイナス極性(EN)から電極プラス極性(EP)へと切り換わると、同図(A)に示すように、後述するベース期間Tbの間は溶滴移行をさせない予め定めたベース電流Ibを通電する。また、同図(B)に示すように、この期間中の溶接電圧Vwは上記のベース電流Ibの通電に対応したベース電圧Vbとなる。上記のベース期間Tbの終了時点(時刻t4)は、電極プラス極性期間中の溶接電圧Vw(ピーク電圧Vp及びベース電圧Vb)の平均値が、同図(B)に示す予め定めた電圧設定値Vsと等しくなるように制御されて自動的に定まる。
また、前述したように、時刻t3の極性切換時においても、電極マイナス極性のアークが一旦消滅するために電極プラス極性でアークを再点弧させるには、同図(B)に示すように300[V]程度の再点弧電圧Vrsを溶接ワイヤ(+)と被溶接物(−)との間に短時間だけ印加する必要がある。
【0013】
また、上述した交流アーク溶接方法では、電極プラス極性と電極マイナス極性との時間比率を制御することによって、被溶接物への入熱及びワイヤ溶融量を精密に制御することにができるので、ギャップ許容範囲が大きくなる。
【0014】
図6は、上述した交流アーク溶接電源装置72のブロック図である。以下、同図を参照して、各回路ブロックについて説明する。
商用電源ACは溶接電源装置の入力電源であり、通常は3相200/220[V]が多く使用される。出力制御回路INVは、上記の商用電源ACを整流する1次側整流回路と、整流されたリップルのある電圧を平滑する平滑回路と、平滑された直流電圧を高周波交流に変換するインバータ回路と、このインバータ回路を形成する複数組のパワートランジスタのドライブ回路と、後述する誤差増幅信号Eaを入力信号として上記のインバータ回路のPWM制御を行うPWM制御回路とから成る。
【0015】
高周波変圧器INTは、上記の高周波交流をアーク負荷に適した電圧値に降圧する。2次側整流器D2a〜D2dは、降圧された高周波交流を直流に整流する。極性切換ドライブ回路DRは、後述する電極マイナス期間信号Tenが入力されているとき(Highレベルのとき)は電極マイナス極性ドライブ信号Ndを出力(Highレベル)し、入力されていないとき(Lowレベルのとき)は電極プラス極性ドライブ信号Pdを出力(Highレベル)する。したがって、電極マイナス極性ドライブ信号Ndが出力されているときは電極プラス極性ドライブ信号Pdは出力されず、反対に電極マイナス極性ドライブ信号Ndが出力されていないときは電極プラス極性ドライブ信号Pdは出力されるという互いに論理反転した関係にある。電極プラス極性トランジスタPTRは、上記の電極プラス極性ドライブ信号Pdが出力されているときにオン状態になり、溶接電源装置の出力は電極プラス極性期間となる。他方、電極マイナス極性トランジスタNTRは、上記の電極マイナス極性ドライブ信号Ndが出力されているときにオン状態になり、溶接電源装置の出力は電極マイナス極性期間となる。
【0016】
リアクトルWLは、上記の電極プラス極性トランジスタPTR又は電極マイナス極性トランジスタNTRを通電するリップルのある出力を平滑して交流アーク33に供給する。前述した図5に示す電極プラス極性期間中のピーク電流Ip及びベース電流Ibは、D2a又はD2b→PTR→WL→溶接ワイヤ1→被溶接物2の経路で通電する。他方、電極マイナス極性期間中の電極マイナス電流Ienは、被溶接物2→溶接ワイヤ1→WL→NTR→D2c又はD2dの経路で通電する。
【0017】
再点弧電圧印加回路VRSは、後述する電極マイナス期間信号Tenを入力として、電極プラス極性から電極マイナス極性への切換時に対応する上記の電極マイナス期間信号Tenの立上り時及び電極マイナス極性から電極プラス極性への切換時に対応する上記の電極マイナス期間信号Tenの立下り時に、前述した再点弧電圧Vrsを出力する。
【0018】
ピーク期間タイマ回路TPは、後述する比較信号Cmが入力(Highレベル)されたことをトリガとして、予め定めた一定期間Highレベルとなるピーク期間信号Tpを出力する。電極マイナス期間タイマ回路TENは、上記のピーク期間信号Tpの出力終了(立下り)をトリガとして、予め定めた一定期間Highレベルとなる電極マイナス期間信号Tenを出力する。
【0019】
電圧検出回路VDは、溶接電圧Vwを検出して、電圧検出信号Vdを出力する。電圧設定回路VSは、電極プラス極性期間中の溶接電圧(前述した図5のピーク電圧Vp及びベース電圧Vb)の平均値の目標値となる電圧設定信号Vsを出力する。比較回路CMは、上記の電圧検出信号Vd、電圧設定信号Vs及び電極マイナス期間信号Tenを入力として、上記の電極マイナス期間信号Tenが入力されていない期間(電極プラス極性期間)中の上記の電圧検出信号Vdの平均値が、上記の電圧設定信号Vsと等しくなった時点(前述した図5の時刻t4)で短時間Highレベルとなる比較信号Cmを出力する。この比較回路CMは、上記のピーク期間信号Tpの出力開始時点からの電極プラス極性期間中の上記の電圧検出信号Vdの平均値と、上記の電圧設定信号Vsとが等しくなったときに前述したピーク期間タイマ回路TPが再び出力を開始するためのトリガ信号となる。
【0020】
ピーク電流設定回路IPは、溶滴移行をさせる予め定めたピーク電流設定信号Ipを出力する。電極マイナス電流設定回路IENは、溶滴移行をさせない予め定めた電極マイナス電流設定信号Ienを出力する。ベース電流設定回路IBは、溶滴移行をさせない予め定めたベース電流設定信号Ibを出力する。ピーク期間切換回路SPは、前述したピーク期間信号Tpが入力されているとき(Highレベルのとき)はa側に切り換えられて上記のピーク電流設定信号Ipを電流制御設定信号Iscとして出力し、入力されていないとき(Lowレベルのとき)はb側に切り換えられて後述する切換設定信号Seを電流制御設定信号Iscとして出力する。電極マイナス期間切換回路SEは、前述した電極マイナス期間信号Tenが入力されているとき(Highレベルのとき)はa側に切り換えられて上記の電極マイナス電流設定信号Ienを切換設定信号Seとして出力し、入力されていないとき(Lowレベルのとき)はb側に切り換えられて上記のベース電流設定信号Ibを切換設定信号Seとして出力する。
上記のピーク期間切換回路SP及び電極マイナス期間切換回路SEは、ピーク期間信号Tpが入力されているときはピーク電流設定信号Ipを、電極マイナス期間信号Tenが入力されているときは電極マイナス電流設定信号Ienを、上記両期間信号Tp及びTenがいずれも入力されていないときはベース電流設定信号Ibを、それぞれ電流制御設定信号Iscとして出力する。
【0021】
電流検出回路IDは、交流の溶接電流Iwを検出してその値を絶対値に変換した電流検出信号Idを出力する。誤差増幅回路EAは、上記の電流検出信号Idと電流制御設定信号Iscとの誤差を増幅して、誤差増幅信号Eaを出力する。この誤差増幅信号Eaによって、前述したように出力制御回路INVは溶接電流Iwの通電値を制御する。したがって、Isc=Ipのときはピーク電流Ipが通電し、Isc=Ienのときは電極マイナス電流Ienが通電し、Isc=Ibのときはベース電流Ibが通電する。
【0022】
図7は、上述した交流アーク溶接電源装置72における各信号のタイミングチャートである。同図(A)は溶接電流Iwの時間変化を示しており、同図(B)は溶接電圧Vwの時間変化を示しており、同図(C)はピーク期間信号Tpの時間変化を示しており、同図(D)は電極マイナス期間信号Tenの時間変化を示しており、同図(E)は比較信号Cmの時間変化を示す。同図(A)及び同図(B)は、前述した図5と同一である。以下、同図を参照して説明する。
【0023】
▲1▼ 時刻t1〜t2の期間(ピーク期間Tp)
この期間中は、同図(D)に示す電極マイナス期間信号Tenが出力されていない(Lowレベル)ので、前述した極性切換ドライブ回路DRの電極プラス極性ドライブ信号Pdが出力されて電極プラス極性トランジスタPTRがオン状態になり、出力は電極プラス極性期間になる。また、同図(C)に示すように、ピーク期間信号Tpが出力(Highレベル)されているので、同図(A)に示すようにピーク電流Ipが通電すると共に、同図(B)に示すように溶接電圧Vwはピーク電圧Vpとなる。
【0024】
▲2▼ 時刻t2〜t3の期間(電極マイナス期間Ten)
この期間中は、同図(D)に示す電極マイナス期間信号Tenが出力されている(Highレベル)ので、前述した極性切換ドライブ回路DRの電極マイナス極性ドライブ信号Ndが出力されて電極マイナス極性トランジスタNTRがオン状態になり、出力は電極マイナス極性期間になる。同時に、電極マイナス期間信号Tenが出力されているので、同図(A)に示すように電極マイナス電流Ienが通電すると共に、同図(B)に示すように溶接電圧Vwは電極マイナス電圧Venとなる。
また、前述したように、同図(D)に示す電極マイナス期間信号Tenが立上る時刻t2及び立下る時刻t3において、同図(B)に示すように再点弧電圧Vrsが印加される。
【0025】
▲3▼ 時刻t3〜t4の期間(ベース期間Tb)
この期間中は、同図(D)に示す電極マイナス期間信号Tenが出力されていない(Lowレベル)ので、上記▲1▼項の期間と同様に電極プラス極性になる。また、この期間中は、同図(C)に示すピーク期間信号Tp及び同図(D)に示す電極マイナス期間信号Tenがいずれも出力されていない(Lowレベル)ので、同図(A)に示すようにベース電流Ibが通電すると共に、同図(B)に示すように溶接電圧Vwはベース電圧Vbになる。
前述したように、時刻t4において、電極プラス極性期間中の溶接電圧検出信号Vdの平均値と電圧設定信号Vsの値とが等しくなるので、同図(E)に示すように比較信号Cmが短時間Highレベルとなり、これをトリガとして同図(C)に示すピーク期間信号Tpが出力を開始して、再び上記▲1▼項の動作となる。
【0026】
【発明が解決しようとする課題】
前述したように、従来技術1のレーザ照射直流アーク溶接方法では、レーザ照射による高密度エネルギーの入熱並びに直流アークの広がりのある熱源による継手部分の幅広い溶融及びギャップ部分への溶接ワイヤの充填によって、約0.3[mm]以下の非常に小さなギャップのある継手部分への高速溶接は可能である。しかしながら、上記のように非常に小さなギャップ許容範囲では、実用上の適用は相当に限定されるために、高速溶接時のギャップ許容範囲の拡大が課題であった。
【0027】
他方、前述したように、従来技術2の交流アーク溶接方法では、被溶接物への入熱及びワイヤ溶融量を精密に制御するこができるので、大きなギャップ許容範囲を有している。しかしながら、交流アークの広がりのある熱源のみでは、被溶接物への入熱量に限界があるために、溶接速度が約2[m/分]以下の場合しか溶接を行うことができない。
【0028】
さらに、従来技術2の溶接方法では、前述したように、極性切換時にアークを再点弧させるために約300[V]の高い再点弧電圧を印加する。しかしながら、この高い再点弧電圧の印加によって、被溶接物上のアークの再点弧位置が、ワイヤ先端部から短距離の位置(溶接狙い位置)ではなくそこから離れた位置になる場合がある。このような場合には、極性切換時に一旦はアークが再点弧するが、再点弧電圧の印加が終了するとその長いアーク長を維持することができずにアーク切れを発生する(以下、この現象を再点弧後のアーク切れという)。このアーク切れが発生する原因は、再点弧を確実にするためには約300[V]と高い再点弧電圧を印加する必要があるが、一方、このような高い再点弧電圧の印加によって、上述したように再点弧位置が離れた位置に形成されることが多くなり、その結果アーク切れが発生する。溶接中にアーク切れが発生すると、ビード外観の不良、溶込み不良等の溶接欠陥となる。
【0029】
そこで、本発明では、大きなギャップのある継手部分に対して2[m/分]以上の良好な高速溶接を行うことができると共に、アークの再点弧が円滑に行われ、かつ、再点弧後のアーク切れも発生しないレーザ照射交流アーク溶接方法を提供する。
【0030】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明は、消耗電極を被溶接物へ送給すると共に、電極プラス極性と電極マイナス極性とを交互に繰り返す交流アークを消耗電極・被溶接物間に発生させて溶接する交流アーク溶接方法において、
前記被溶接物のアーク発生部又はその周辺部に、交流アークの極性切換時の直前から予め定めた照射時間の間は予め定めた高出力で、それ以外の期間は予め定めた低出力でレーザを照射することによって前記被溶接物及びそれに近接する前記溶接ワイヤの先端部の温度を上昇させて、前記交流アークの極性切換時のアークの再点弧を再点弧電圧を印加しないで円滑に行わせるレーザ照射交流アーク溶接方法である。
【0034】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態の一例は、図1(図8と同一の図)に示すように、
消耗電極1を被溶接物2へ送給すると共に、電極プラス極性と電極マイナス極性とを交互に繰り返す交流アーク33を消耗電極・被溶接物間に発生させて溶接する交流アーク溶接方法において、
上記被溶接物2のアーク発生部又はその周辺部にレーザ31を照射することによって上記被溶接物2及びそれに近接する上記溶接ワイヤ1の先端部の温度を上昇させて、再点弧電圧Vrsを印加しないで又は低電圧値の再点弧電圧LVrsを印加して、上記交流アーク33の極性切換時のアークの再点弧を円滑に行わせるレーザ照射交流アーク溶接方法である。
【0035】
【実施例】
[実施例1]
実施例1の発明は、電極プラス極性と電極マイナス極性とを交互に繰り返す消耗電極交流アーク溶接方法において、被溶接物のアーク発生部又はその周辺部にレーザを照射することによって、被溶接物及びそれに近接する溶接ワイヤの先端部の温度を上昇させて、交流アークの極性切換時に再点弧電圧を印加しないでアークの再点弧を円滑に行わせるレーザ照射再点弧電圧無印加交流アーク溶接方法である。以下、図8〜10を参照して、実施例1の発明について説明する。
【0036】
図8は、実施例1のレーザ照射再点弧電圧無印加交流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。同図において、前述した図2又は図4と同一構成物には同一の符号を付しそれらの説明は省略する。以下、図2又は図4とは異なる再点弧電圧無印加交流アーク溶接電源装置73について、同図を参照して説明する。なお、図4のときと同様に、交流アーク溶接が交流パルスアーク溶接の場合を例示する。
【0037】
再点弧電圧無印加交流アーク溶接電源装置73は、溶接ワイヤ1の送給を制御すると共に、図10で後述するように、極性切換時に再点弧電圧Vrsを印加しないでレーザ31の照射によって、アークを円滑に再点弧させて、かつ、再点弧後のアーク切れも発生させない電極プラス極性と電極マイナス極性とを交互に繰り返す交流アーク33を発生させる溶接電流Iw及び溶接電圧Vwを出力する。
【0038】
図9は、図8で前述した再点弧電圧無印加交流アーク溶接電源装置73のブロック図である。同図においては、前述したように極性切換時に再点弧電圧を印加しないために図6で前述した再点弧電圧印加回路VRSが不要であり、それ以外の回路ブロックは図6と同一であるので、それらの説明は省略する。
【0039】
図10は、上述した実施例1の溶接電流・電圧波形と交流アーク発生状態との関係図である。同図(A)は溶接電流Iwの時間変化を示しており、同図(B)は溶接電圧Vwの時間変化を示しており、同図(C1)〜(C3)はレーザ照射部及び交流アーク発生部の状態の時間変化を示す。以下、同図を参照して説明する。
【0040】
▲1▼ 時刻t2の極性切換時
時刻t2の電極プラス極性(EP)から電極マイナス極性(EN)への極性切換時において、同図(B)に示すように再点弧電圧Vrsを印加しないで電極マイナス極性のアークが再点弧する。このときのアーク発生状態を同図(C1)に示す。以下、同図(C1)を参照して説明する。
同図(C1)に示すように、溶接ワイヤ1は陰極(−)となり陰極点が形成され、被溶接物2は陽極となり陽極点が形成される。陰極点は電子を放出するためのエネルギーが必要であるために容易には形成されないという性質を有する。そのために、従来技術2では高電圧の再点弧電圧Vrsを印加することによって陰極点の形成を行っている。一方、本発明では、アーク発生部又はその周辺部にレーザ31を照射することによって、被溶接物2及びそれに近接する溶接ワイヤ1の先端部の温度を上昇させる。ワイヤ先端部が高温になると電子が放出されやすい状態になるので、再点弧電圧Vrsを印加しないでも陰極点はワイヤ先端部に容易に形成される。
【0041】
他方、陽極点は電子を受け入れる側であるので容易に形成されるという性質を有する。そのために、溶接ワイヤ1の送給方向においてワイヤ先端部と被溶接物2との距離が最短となる溶接狙い位置に陽極点が形成される。上述したように、陰極点及び陽極点が形成されて、電極マイナス極性の交流アーク33が、再点弧電圧Vrsを印加しないで円滑に再点弧する。
【0042】
▲2▼ 時刻t2〜t3の期間(電極マイナス期間Ten)
この期間中は、同図(A)に示すように電極マイナス電球Ienが通電すると共に、同図(B)に示すように溶接電圧Vwは電極マイナス電圧Venとなる。時刻t3の電極マイナス極性(EN)から電極プラス極性(EP)への極性切換時において、同図(B)に示すように再点弧電圧Vrsを印加しないで電極プラス極性のアークが再点弧する。このときのアーク発生状態を同図(C2)に示す。以下、同図(C2)を参照して説明する。
同図(C2)に示すように、溶接ワイヤ1は陽極(+)となり陽極点が形成され、被溶接物2は陰極(−)となり陰極点が形成される。前述したように、陰極点の形成は容易ではないという性質を有するために、従来技術2では高電圧の再点弧電圧Vrsを印加することによって陰極点の形成を行っている。一方、本発明では、アーク発生部又はその周辺部にレーザ31を照射することによって被溶接物2及びそれに近接する溶接ワイヤ1の先端部の温度を上昇させる。被溶接物2が高温になると電子が放出されやすい状態になるので、再点弧電圧Vrsを印加しないでも被溶接物2のレーザ照射に陰極点が円滑に形成される。
【0043】
他方、前述したように、陽極点の形成は容易であるという性質を有するために、溶接ワイヤ1の先端部に陽極点が形成される。上述したように、陰極点及び陽極点が形成されて、電極プラス極性の交流アーク33が、再点弧電圧Vrsを印加しないで円滑に再点弧する。
【0044】
▲3▼ 時刻t3〜t4の期間(ベース期間Tb)
この期間中は、同図(A)に示すようにベース電流Ibが通電すると共に、同図(B)に示すように溶接電圧Vwはベース電圧Vbとなる。また、この期間中には、通常は溶滴移行しない。
【0045】
▲4▼ 時刻t4〜t5〜t6の期間(ピーク期間Tp)
時刻t4〜t6の期間中は、同図(A)に示すようにピーク電流Ipが通電すると共に、同図(B)に示すように溶接電圧Vwはピーク電圧Vpとなる。時刻t5において、同図(C3)に示すように、大きな値のピーク電流Ipの通電によってワイヤ先端部の溶融が進行して溶滴が移行すると共に、アーク長が最短になるように陰極点の形成位置がレーザ照射部から溶接狙い位置へと移動する場合もある。逆に、被溶接物の表面状態、レーザの出力値、ピーク電流値Ip等の設定によっては、この期間中に陰極点が移動しない場合もある。どちらの場合でも溶接品質への影響はない。
【0046】
上述した実施例1の溶接方法では、レーザ照射によって高速溶接が可能となり、かつ、交流アークによって大きなギャップ許容範囲を有し、かつ、レーザ照射によって再点弧電圧を印加しないで円滑にアークの再点弧を行うことができると共に再点弧後のアーク切れも発生しない。したがって、大きなギャップのある継手部分に対して良好な高速溶接を行うことができる。
【0047】
[実施例2]
実施例2の発明は、電極プラス極性と電極マイナス極性とを交互に繰り返す消耗電極交流アーク溶接方法において、被溶接物のアーク発生部又はその周辺部にレーザを照射することによって、被溶接物及びそれに近接する溶接ワイヤ1の先端部の温度を上昇させると共に、交流アークの極性切換時に従来技術2のときの半分以下の値である50[V]以上150[V]以下の低再点弧電圧LVrlを印加して、アークの再点弧を円滑に行わせるレーザ照射低再点弧電圧印加交流アーク溶接方法である。以下、実施例2の発明について説明する。
【0048】
実施例2のレーザ照射低再点弧電圧印加交流アーク溶接方法を実施するための溶接装置の構成は、前述した図8において再点弧電圧無印加交流アーク溶接電源装置73を図11で後述する低再点弧電圧印加交流アーク溶接電源装置に置換した構成となる。
図11は、上記の低再点弧電圧印加交流アーク溶接電源装置のブロック図である。同図の回路構成は、前述した図6の再点弧電圧印加回路VRSを低再点弧電圧印加回路LVRに置換した構成であり、それ以外の回路ブロックは同一である。この低再点弧電圧印加回路LVRは、電極マイナス期間信号Tenを入力として、電極プラス極性から電極マイナス極性への切換時に対応する上記の電極マイナス期間信号Tenの立上り時及び電極マイナス極性から電極プラス極性への切換時に対応する上記の電極マイナス期間信号Tenの立下り時に、前述した50[V]以上150[V]以下の低再点弧電圧LVrsを印加する。
【0049】
上述した実施例2の溶接方法では、低再点弧電圧LVrsを印加することによって、レーザ照射位置がアーク発生部から離れていても、上記の低再点弧電圧LVrs及びレーザ照射による温度上昇の両作用の相乗効果によって、アークの再点弧が円滑に行われ、かつ、印加される再点弧電圧値が従来技術2のときの半分以下と低いので、再点弧後のアーク切れも発生しない。ここで、上記の低再点弧電圧LVrsの下限値が50[V]である理由は、溶接電圧Vwの無負荷電圧値が50〜80[V]程度であるためにそれよりも低い再点弧電圧を印加しても上記の効果がないためである。他方、上記の低再点弧電圧LVrsの上限値が150[V]である理由は、これ以上高い再点弧電圧を印加すると、前述したように再点弧後のアーク切れが発生するためである。
【0050】
[実施例3]
実施例3の発明は、上述した実施例1及び実施例2におけるレーザの照射を、交流アークの極性切換時の直前から予め定めた照射時間Taの間だけ行うことによって、アークの再点弧を円滑に行わせる出力同期レーザ照交流アーク溶接方法である。すなわち、実施例1及び実施例2の発明においてはレーザを連続して照射しているが、実施例3の発明では上記の照射時間Taの間だけ断続してレーザを照射する。以下、実施例3の発明について説明する。
【0051】
図12は、実施例3の出力同期レーザ照射交流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。同図の構成は、前述した図8において再点弧電圧無印加交流アーク溶接電源装置73を図12で後述する出力同期交流アーク溶接電源装置74に置換し、かつ、レーザ発振装置6を図13で後述する出力同期レーザ発振装置61に置換して、上記の出力同期交流アーク溶接電源装置74から上記の出力同期レーザ発振装置61へ交流アークの極性切換とレーザ照射とを同期させるための照射時間信号Taを出力する構成である。以下、両装置について説明する。
【0052】
図13は、上記の出力同期交流アーク溶接電源装置74のブロック図である。同図において、前述した図9と同一の回路ブロックには同一符号を付しそれらの説明は省略する。以下、図9とは異なる回路ブロックである点線で囲んだ電極プラス照射開始タイマ回路TPA、電極マイナス照射開始タイマ回路TEA及び照射時間タイマ回路TAについて説明する。
【0053】
電極プラス照射開始タイマ回路TPAは、ピーク期間信号Tpの出力終了(HighレベルからLowレベルへの変化)をトリガとして、予め定めた一定期間Highレベルとなる電極プラス照射開始信号Tpaを出力する。この電極プラス照射開始信号Tpaの出力の終了時点が、電極プラス極性から電極マイナス極性への極性切換時点から先行時間Tpbだけ前の時点になるように、上記の電極プラス照射開始信号Tpaの時間長さを設定する。
電極マイナス照射開始タイマ回路TEAは、電極マイナス期間信号Tenの出力終了(HighレベルからLowレベルへの変化)をトリガとして、予め定めた一定期間Highレベルとなる電極マイナス照射開始信号Teaを出力する。この電極マイナス照射開始信号Teaの出力の終了時点が、電極マイナス極性から電極プラス極性への極性切換時点から先行時間Tbだけ前の時点になるように、上記の電極マイナス照射開始信号Teaの時間長さを設定する。
照射時間タイマ回路TAは、上記の電極プラス照射開始信号Tpa及び電極マイナス照射開始信号Teaの両信号の出力終了をトリガとして、予め定めた一定期間Highレベルとなる照射時間信号Taを出力する。この信号Taは、出力同期レーザ発振装置61へと入力される。
【0054】
図14は、図12で前述した出力同期レーザ発振装置61のブロック図である。同図の回路ブロックは、前述した図3の回路ブロックとは出力同期開始回路STAのみが異なるので、以下に説明する。
出力同期開始回路STAは、前述した出力同期交流アーク溶接電源装置74からの照射時間信号Taが出力(Highレベル)されている間だけ、出力開始信号Stを出力する。その結果、上記の照射時間信号Taと同期してレーザが照射される。
【0055】
図15は、上述した出力同期交流アーク溶接電源装置74及び出力同期レーザ発振装置61における各信号のタイミングチャートである。同図(A)は溶接電流Iwの時間変化を示しており、同図(B)は溶接電圧Vwの時間変化を示しており、同図(C)はピーク期間信号Tpの時間変化を示しており、同図(D)は電極マイナス期間信号Tenの時間変化を示しており、同図(E)は電極プラス照射開始信号Tpaの時間変化を示しており、同図(F)は電極マイナス照射開始信号Teaの時間変化を示しており、同図(G)は照射時間信号Taの時間変化を示しており、同図(H)は出力同期レーザ発振装置61の出力開始信号Stの時間変化を示す。同図(A)〜(D)は前述した図7と同一であるので、それらの説明は省略する。以下、同図(E)〜(H)について説明する。
【0056】
▲1▼ 時刻t1において、同図(C)に示すように、ピーク期間信号Tpが出力されたことをトリガとして、同図(E)に示すように、電極プラス照射開始信号Tpaが、時刻t11までの電極プラス照射開始時間Tpaの間出力(Highレベル)される。図13の説明の項で前述したように、上記の電極プラス照射開始時間Tpaは、時刻t2の極性切換時の直前からレーザを照射するために予め定めた先行時間Tb及びピーク期間Tpによって、Tp−Tbとなるように設定される。
【0057】
▲2▼ 時刻t2において、同図(D)に示すように、電極マイナス期間信号Tenが出力されたことをトリガとして、同図(F)に示すように、電極マイナス照射開始信号Teaが、時刻t22までの電極マイナス照射開始時間Teaの間出力(Highレベル)される。図13の説明の項で前述したように、上記の電極マイナス照射開始時間Teaは、時刻t3の極性切換時の直前からレーザを照射するために予め定めた先行時間Tb及び電極マイナス期間Tenによって、Ten−Tbとなるように設定される。
【0058】
▲3▼ 同図(G)に示すように、照射時間信号Taは、上記の電極プラス照射開始信号Tpa又は電極マイナス照射開始信号Teaの立下りをトリガとして、予め定めた照射時間Taの間出力(Highレベル)される。したがって、極性切換時の前後の時刻t11〜t21及び時刻t22〜t31の両期間、照射時間信号Taが出力される。そして、同図(G)に示すように、出力開始信号Stも上記の両期間に出力(Highレベル)されて、これらの期間レーザが照射される。
【0059】
上述した実施例3の溶接方法では、極性換時の前後の照射時間にレーザを照射することによってアークの再点弧を円滑に行わせることができ、かつ、再点弧後のアーク切れも発生しない。
【0060】
[実施例4]
実施例4の発明は、上述した実施例1及び実施例2において、交流アークの極性切換時の直前から予め定めた照射時間Taの間は予め定めた高出力でレーザを照射し、それ以外の期間は予め定めた低出力でレーザを照射することによって、アークの再点弧を円滑に行わせる高低出力同期レーザ照交流アーク溶接方法である。すなわち、実施例1及び実施例2の発明においてはレーザを連続して照射しており、実施例3の発明では上記の照射時間Taの間だけ断続してレーザを照射しているが、実施例4の発明では、上述したように照射時間Taの間は高出力でレーザを照射し、それ以外の期間は低出力でレーザを照射する。以下、実施例4の発明について説明する。
【0061】
実施例4の高低出力同期レーザ照射交流アーク溶接方法を実施するための溶接装置は。前述した図12において出力同期レーザ発振装置61のみを図16で後述する高低出力同期レーザ発振装置62に置換した構成である。したがって、それ以外の構成物である出力同期交流アーク溶接電源装置74等は同一であるので、説明は省略する。以下、図12とは異なる上記の高低出力同期レーザ発振装置62について説明する。
【0062】
図16は、上記の高低出力同期レーザ発振装置62のブロック図である。同図において、前述した図3と同一の回路ブロックには同一符号を付しそれらの説明は省略する。以下、図3とは異なる高出力設定回路HPS、低出力設定回路LPS及び出力設定切換回路SPSについて説明する。
【0063】
高出力設定回路HPSは、レーザの高出力値[W]を設定する高出力設定信号HPsを出力する。低出力設定回路LPSは、レーザの低出力値[W]を設定する低出力設定信号LPsを出力する。出力設定切換回路SPSは、前述した出力同期交流アーク溶接電源装置74からの照射時間信号Taが入力されているとき(Highレベルのとき)はa側に切り換わり上記の高出力設定信号HPsを出力設定信号Psとして出力し、照射時間信号Taが入力されていないとき(Lowレベルのとき)はb側に切り換わり上記の低出力設定信号LPsを出力設定信号Psとして出力する。
【0064】
図17は、上述した実施例4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)は溶接電流Iwの時間変化を示しており、同図(B)は溶接電圧Vwの時間変化を示しており、同図(C)はピーク期間信号Tpの時間変化を示しており、同図(D)は電極マイナス期間信号Tenの時間変化を示しており、同図(E)は電極プラス照射開始信号Tpaの時間変化を示しており、同図(F)は電極マイナス照射開始信号Teaの時間変化を示しており、同図(G)は照射時間信号Taの時間変化を示しており、同図(H)は出力同期レーザ発振装置62の出力設定信号Psの時間変化を示す。同図(A)〜(H)は前述した図15と同一であるので、それらの説明は省略する。以下、同図(H)について説明する。
【0065】
同図(H)に示すように、出力設定信号Psは、同図(G)に示す照射時間信号TaがHighレベルの期間は高出力設定信号HPsの値となり、Lowレベルの期間は低出力設定信号LPsの値となる。したがって、交流アークの極性切換時の前後の照射時間Ta中は高出力でレーザを照射し、それ以外の期間中は低出力でレーザを照射する。
【0066】
上述した実施例4の溶接方法では、極性切換時の前後の照射時間に高出力でレーザを照射することによってアークの再点弧を円滑に行わせることができ、かつ、再点弧後のアーク切れも発生しない。
【0067】
図13で前述した実施例3及び実施例4の出力同期交流アーク溶接電源装置74では、低再点弧電圧印加回路LVRがない場合を例示したが、この低再点弧電圧印加回路LVRがある場合も同様である。
【0068】
[効果]
図18は、本発明の効果を示すギャップ許容範囲比較図である。同図は、下記の溶接条件下において、横軸に示す溶接速度[m/分]に対して良好な溶接を行うことができる縦軸に示す最大ギャップ長[mm]を従来技術1、従来技術2及び本発明の各溶接方法で比較した図である。同図は、被溶接物に板厚1[mm]のアルミニウム・マグネシウム合金(JIS A5052)を使用し、溶接ワイヤには直径1.2[mm]のアルミニウム・マグネシウム合金ワイヤ(JIS A5356)を使用して、重ねすみ肉溶接を行った場合である。
【0069】
同図に示すように、従来技術1のレーザ照射直流アーク溶接方法においては、溶接速度が2[m/分]で溶接可能な最大ギャップ長はわずか0.3[mm]であり、溶接速度が3[m/分]を超えるとさらに小さなギャップ長しか許容されない。また、従来技術2の交流アーク溶接方法においては、溶接速度が2[m/分]以下では溶接可能な最大ギャップ長が約1.5[mm]と大きいが、それ以上の溶接速度では入熱不足によって溶接することができない。
これに対して、本発明のレーザ照射交流アーク溶接方法においては、溶接速度が2[m/分]で溶接可能な最大ギャップ長は1.5[mm]と大きく、かつ、溶接速度が5[m/分]でも溶接可能な最大ギャップ長は1.0[mm]と大きい。そのために、本発明の溶接方法では、2[m/分]を超える高速溶接時においても大きなギャップ許容範囲を有しているので、実施施工における適用範囲を大きく拡大することができる。
【0070】
【発明の効果】
本発明のレーザ照射交流アーク溶接方法では、交流アークの発生部へのレーザ照射による高密度エネルギーの入熱によって2[m/分]を超える高速溶接が可能となり、かつ、レーザ照射による照射部周辺の温度上昇によって交流アークの極性切換時のアークの再点弧が円滑になると共に再点弧後のアーク切れも発生しないで、かつ、交流アーク溶接による溶接ワイヤのギャップ部分への充填によって高速溶接時のギャップ許容範囲が大きくなるので、継手部に大きなギャップのある被溶接物に対しても2[m/分]を超え5[m/分]程度までの良好な高速溶接を行うことができる。
実施例3及び実施例4の発明は、上記の効果に加えて、レーザ照射を断続して又は高低出力を切り換えて照射することによってレーザ照射による被溶接物への入熱量を精密に制御することができるので、溶接結果の品質向上及びその適用範囲の拡大を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態を例示す溶接装置の構成図
【図2】従来技術1のレーザ照射直流アーク溶接方法の溶接装置構成図
【図3】従来技術1のレーザ発振装置のブロック図
【図4】従来技術2の交流アーク溶接方法の溶接装置構成図
【図5】従来技術2の出力波形を示す電流・電圧波形図
【図6】従来技術2の交流アーク溶接電源装置72のブロック図
【図7】従来技術2における各信号のタイミングチャート
【図8】実施例1の溶接装置構成図
【図9】実施例1の再点弧電圧無印加交流アーク溶接電源装置73のブロック図
【図10】実施例1の溶接電流・電圧波形と交流アーク発生状態との関係図
【図11】実施例2の低再点弧電圧印加交流アーク溶接電源装置のブロック図
【図12】実施例3の出力同期レーザ照射交流アーク溶接方法の溶接装置構成図
【図13】実施例3の出力同期交流アーク溶接電源装置74のブロック図
【図14】実施例3の出力同期レーザ発振装置61のブロック図
【図15】実施例3における各信号のタイミングチャート
【図16】実施例4の高低出力同期レーザ発振装置62のブロック図
【図17】実施例4における各信号のタイミングチャート
【図18】本発明の効果を示すギャップ許容範囲比較図
【符号の説明】
1 溶接ワイヤ
2 被溶接物
31 直流アーク
33 交流アーク
41 レーザ用トーチ
42 溶接トーチ
5 送給ロ―ル
6 レーザ発振装置
61 出力同期レーザ発振装置
62 高低出力同期レーザ発振装置
71 直流アーク溶接電源装置
72 交流アーク溶接電源装置
73 再点弧電圧無印加交流アーク溶接電源装置
74 出力同期交流アーク溶接電源装置
AC 商用溶接電源装置
CM 比較回路
Cm 比較信号
D2a〜D2d 2次清流器
DR 極性切換ドライブ回路
EA 誤差増幅回路
Ea 誤差増幅信号
EN 電極マイナス極性
EP 電極プラス極性
HPS 高出力設定回路
HPs 高出力設定信号
IB ベース電流設定回路
Ib ベース電流(設定信号)
ID 電流検出回路
Id 電流検出信号
IEN 電極マイナス電流設定回路
Ien 電極マイナス電流(設定信号)
INT 高周波変圧器
INV 出力制御回路
IP ピーク電流設定回路
Ip ピーク電流(設定信号)
Isc 電流制御設定信号
Iw 溶接電流
LPS 低出力設定回路
LPs 低出力設定信号
LVR 低再点弧電圧印加回路
LVrs 低再点弧電圧
Nd 電極マイナス極性ドライブ信号
NTR 電極マイナス極性トランジスタ
Pd 電極プラス極性ドライブ信号
PS 出力設定回路
Ps 出力設定信号
PTR 電極プラス極性トランジスタ
ROC レーザ出力制御回路
SE 電極マイナス期間切換回路
Se 切換設定信号
SP ピーク期間切換回路
SPS 出力設定切換回路
ST 出力開始回路
St 出力開始信号
STA 出力同期開始回路
t 時刻
TA 照射時間タイマ回路
Ta 照射時間(信号)
Tb ベース期間(信号)
TEA 電極マイナス照射開始タイマ回路
Tea 電極マイナス照射開始(時間/信号)
TEN 電極マイナス期間タイマ回路
Ten 電極マイナス期間(信号)
TP ピーク期間タイマ回路
Tp ピーク期間(信号)
TPA 電極プラス照射開始タイマ回路
Tpa 電極プラス照射開始(時間/信号)
Vb ベース電圧
VD 電圧検出回路
Vd 電圧検出信号
Vep 電極マイナス電圧
Vp ピーク電圧
VRS 再点弧電圧印加回路
Vrs 再点弧電圧
VS 電圧設定回路
Vs 電圧設定信号
Vw 溶接電圧
WL 溶接リアクトル
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an improvement in a laser irradiation arc welding method for performing high-speed welding by irradiating a laser to an arc generating portion.
[0002]
[Prior art]
Laser welding using a YAG laser, a carbon dioxide laser, or the like is a heat source with a high energy density, so that high-speed welding can be performed over 2 [m / min] to about 8 [m / min]. However, in this laser welding, when there is any gap in the joint part in welding to a lap joint, a butt joint, etc., both ends of the joint part with a gap are melted because the beam spot of the laser irradiation part is small. I can't weld. Therefore, in laser welding, since it is necessary to make a state where there is no gap in the joint portion of the workpiece, the practical application range is very limited.
[0003]
As one method for solving the above-described problems of laser welding, a combined laser irradiation DC arc welding method using both laser irradiation and DC arc welding has been proposed. This welding method secures high-speed weldability by the above-mentioned high energy density heat source formed by laser irradiation, melts the joint part widely by a wide heat source formed by a DC arc, and gaps the welding wire. By filling the portion, good high-speed welding can be performed even on a joint portion having a gap. Hereinafter, an example of this laser irradiation DC arc welding method will be described as Prior Art 1. In the following description, the case where the welding speed is 2 [m / min] or higher is referred to as high-speed welding.
[0004]
[Prior art 1]
FIG. 2 is a configuration diagram of a welding apparatus for carrying out the laser irradiation DC arc welding method of Prior Art 1. Hereinafter, a description will be given with reference to FIG.
The laser oscillation device 6 is an oscillation device such as a YAG laser or a carbon dioxide gas laser, and irradiates the work piece 2 with a laser 31 via a laser torch 41. The DC arc welding power supply device 71 controls the rotation of the feeding roll 5 of the wire feeding device to feed the welding wire 1 through the welding torch 42 and also a DC arc between the welding wire 1 and the workpiece 2. The welding voltage Vw and the welding current Iw for generating 32 are output.
The position where the laser 31 is irradiated may be the arc generating part of the work piece 2 or its peripheral part, and any position on the front, rear, right side or left side of the arc generating part with reference to the welding direction. Good.
[0005]
FIG. 3 is a block diagram of the laser oscillation device 6 described above. Hereinafter, a description will be given with reference to FIG.
The output start circuit ST outputs an output start signal St for starting laser output. The output setting circuit PS outputs an output setting signal Ps for setting the laser output value [W]. When the output start signal St is input, the laser output control circuit ROC irradiates the workpiece with a laser beam via the laser torch 41 with the output value set by the output setting signal Ps.
[0006]
As described above, the laser irradiation DC arc welding method of the prior art 1 enables high-speed welding to a joint portion having a gap, but the gap allowable range is as small as about 0.3 [mm] or less. The practical application range of this welding method is quite limited. Therefore, an AC arc welding method, which is a welding method that generally has a large gap tolerance, will be described as Prior Art 2.
[0007]
[Prior Art 2]
FIG. 4 is a configuration diagram of a welding apparatus for carrying out the AC arc welding method of Prior Art 2. In the figure, the same components as those in FIG. 2 described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. Hereinafter, an AC arc welding power supply 72 different from FIG. 2 will be described with reference to FIG. Here, the case where AC arc welding is AC pulse arc welding is illustrated.
[0008]
The AC arc welding power supply 72 controls the feeding of the welding wire 1 and re-ignites the arc by applying a re-ignition voltage at the time of polarity switching, as described later with reference to FIG. A welding voltage Vw and a welding current Iw for generating an AC arc 33 that alternately repeats the negative polarity of the electrode are output.
[0009]
FIG. 5 is a current / voltage waveform diagram showing the output waveform of the AC arc welding power supply 72 described above. FIG. 4A shows the time change of the welding current Iw, and FIG. 4B shows the time change of the welding voltage Vw. Hereinafter, a description will be given with reference to FIG.
[0010]
(1) Period from time t1 to t2 (peak period Tp)
During this period, the welding wire serves as an anode and the electrode has a positive polarity (EP) where the work piece serves as a cathode, and as shown in FIG. A predetermined peak current Ip is applied. Further, as shown in FIG. 5B, the welding voltage Vw during this period is the peak voltage Vp corresponding to the energization of the peak current Ip.
[0011]
(2) Period from time t2 to t3 (electrode minus period Ten)
When the electrode positive polarity (EP) is switched to the electrode negative polarity (EN) at the time t2, as shown in FIG. 5A, a predetermined amount that does not cause droplet transfer during a predetermined electrode negative period Ten is predetermined. The negative electrode current Ien is applied. Further, as shown in FIG. 5B, the welding voltage Vw during this period becomes the electrode minus voltage Ven corresponding to the energization of the electrode minus current Ien. In addition, when the polarity is switched at the time t2, the arc of the electrode positive polarity once disappears. Therefore, in order to re-ignite the arc with the electrode minus polarity, as shown in FIG. It is necessary to apply the re-ignition voltage Vrs between the welding wire (−) and the workpiece (+) for only a short time.
[0012]
(3) Period from time t3 to t4 (base period Tb)
When switching from negative electrode polarity (EN) to positive electrode polarity (EP) at time t3, as shown in FIG. 5A, a predetermined base that does not cause droplet transfer during a base period Tb described later The current Ib is energized. In addition, as shown in FIG. 5B, the welding voltage Vw during this period is the base voltage Vb corresponding to the energization of the base current Ib. At the end point (time t4) of the base period Tb, the average value of the welding voltage Vw (peak voltage Vp and base voltage Vb) during the electrode positive polarity period is a predetermined voltage setting value shown in FIG. It is automatically determined by being controlled to be equal to Vs.
Further, as described above, even when the polarity is switched at the time t3, the arc having the negative polarity of the electrode is once extinguished, so that the arc can be re-ignited with the positive polarity of the electrode as shown in FIG. It is necessary to apply a re-ignition voltage Vrs of about [V] between the welding wire (+) and the work piece (−) for only a short time.
[0013]
In the above-mentioned AC arc welding method, the heat input to the work piece and the amount of wire melt can be precisely controlled by controlling the time ratio between the electrode positive polarity and the electrode negative polarity. The tolerance is increased.
[0014]
FIG. 6 is a block diagram of the AC arc welding power supply 72 described above. Hereinafter, each circuit block will be described with reference to FIG.
The commercial power source AC is an input power source for the welding power source, and usually three-phase 200/220 [V] is often used. The output control circuit INV includes a primary side rectifier circuit that rectifies the commercial power supply AC, a smoothing circuit that smoothes the rectified rippled voltage, an inverter circuit that converts the smoothed DC voltage into high-frequency AC, The inverter circuit includes a plurality of sets of power transistor drive circuits and a PWM control circuit that performs PWM control of the inverter circuit using an error amplification signal Ea described later as an input signal.
[0015]
The high frequency transformer INT steps down the high frequency alternating current to a voltage value suitable for an arc load. The secondary side rectifiers D2a to D2d rectify the stepped-down high-frequency alternating current into direct current. The polarity switching drive circuit DR outputs the electrode minus polarity drive signal Nd (High level) when an electrode minus period signal Ten described later is input (High level), and does not input (Low level). ) Outputs the electrode positive polarity drive signal Pd (High level). Accordingly, when the electrode negative polarity drive signal Nd is output, the electrode positive polarity drive signal Pd is not output. Conversely, when the electrode negative polarity drive signal Nd is not output, the electrode positive polarity drive signal Pd is output. They are in a logically inverted relationship. The electrode positive polarity transistor PTR is turned on when the electrode positive polarity drive signal Pd is output, and the output of the welding power source device is in the electrode positive polarity period. On the other hand, the electrode negative polarity transistor NTR is turned on when the electrode negative polarity drive signal Nd is output, and the output of the welding power source device is in the electrode negative polarity period.
[0016]
The reactor WL smoothes the rippled output for energizing the electrode positive polarity transistor PTR or the electrode negative polarity transistor NTR and supplies the smoothed output to the AC arc 33. The above-described peak current Ip and base current Ib during the electrode positive polarity period shown in FIG. 5 are energized through the route of D2a or D2b → PTR → WL → welding wire 1 → workpiece 2. On the other hand, the electrode minus current Ien during the electrode minus polarity period is energized through a path of the workpiece 2 → welding wire 1 → WL → NTR → D2c or D2d.
[0017]
The re-ignition voltage application circuit VRS receives an electrode minus period signal Ten, which will be described later, as an input, and at the rise of the electrode minus period signal Ten corresponding to the switching from the electrode plus polarity to the electrode minus polarity and from the electrode minus polarity to the electrode plus. When the electrode minus period signal Ten corresponding to the switching to the polarity falls, the re-ignition voltage Vrs is output.
[0018]
The peak period timer circuit TP outputs a peak period signal Tp that is at a high level for a predetermined period, triggered by the input of a comparison signal Cm (to be described later) (High level). The electrode minus period timer circuit TEN outputs an electrode minus period signal Ten that is at a high level for a predetermined period, triggered by the end (falling) of the peak period signal Tp.
[0019]
The voltage detection circuit VD detects the welding voltage Vw and outputs a voltage detection signal Vd. The voltage setting circuit VS outputs a voltage setting signal Vs that is a target value of the average value of the welding voltages (the peak voltage Vp and the base voltage Vb in FIG. 5 described above) during the electrode positive polarity period. The comparison circuit CM receives the voltage detection signal Vd, the voltage setting signal Vs, and the electrode minus period signal Ten as an input, and the voltage during the period when the electrode minus period signal Ten is not input (electrode plus polarity period). When the average value of the detection signal Vd becomes equal to the voltage setting signal Vs (time t4 in FIG. 5 described above), the comparison signal Cm that is at a high level for a short time is output. The comparison circuit CM described above when the average value of the voltage detection signal Vd during the electrode positive polarity period from the output start time of the peak period signal Tp becomes equal to the voltage setting signal Vs. It becomes a trigger signal for the peak period timer circuit TP to start outputting again.
[0020]
The peak current setting circuit IP outputs a predetermined peak current setting signal Ip that causes droplet transfer. The electrode minus current setting circuit IEN outputs a predetermined electrode minus current setting signal Ien that does not cause droplet transfer. The base current setting circuit IB outputs a predetermined base current setting signal Ib that does not cause droplet transfer. The peak period switching circuit SP is switched to the a side when the above-described peak period signal Tp is input (at the high level), and outputs the peak current setting signal Ip as the current control setting signal Isc. When it is not (Low level), it is switched to the b side and a switching setting signal Se described later is output as a current control setting signal Isc. The electrode minus period switching circuit SE is switched to the a side when the above-described electrode minus period signal Ten is input (at the high level), and outputs the electrode minus current setting signal Ien as the switching setting signal Se. When the signal is not input (at the low level), it is switched to the b side and the base current setting signal Ib is output as the switching setting signal Se.
The peak period switching circuit SP and the electrode minus period switching circuit SE are configured to set the peak current setting signal Ip when the peak period signal Tp is input, and set the electrode minus current when the electrode minus period signal Ten is input. When neither the period signal Tp nor Ten is input, the base current setting signal Ib is output as the current control setting signal Isc.
[0021]
The current detection circuit ID detects an AC welding current Iw and outputs a current detection signal Id obtained by converting the value into an absolute value. The error amplification circuit EA amplifies an error between the current detection signal Id and the current control setting signal Isc, and outputs an error amplification signal Ea. By this error amplification signal Ea, the output control circuit INV controls the energization value of the welding current Iw as described above. Therefore, the peak current Ip is energized when Isc = Ip, the electrode minus current Ien is energized when Isc = Ien, and the base current Ib is energized when Isc = Ib.
[0022]
FIG. 7 is a timing chart of each signal in the AC arc welding power supply 72 described above. FIG. 4A shows the time change of the welding current Iw, FIG. 3B shows the time change of the welding voltage Vw, and FIG. 4C shows the time change of the peak period signal Tp. (D) shows the time change of the electrode minus period signal Ten, and (E) shows the time change of the comparison signal Cm. FIGS. 5A and 5B are the same as FIG. 5 described above. Hereinafter, a description will be given with reference to FIG.
[0023]
(1) Period from time t1 to t2 (peak period Tp)
During this period, since the electrode minus period signal Ten shown in FIG. 4D is not output (Low level), the electrode plus polarity drive signal Pd of the polarity switching drive circuit DR described above is outputted and the electrode plus polarity transistor is output. The PTR is turned on and the output is in the electrode positive polarity period. Further, as shown in FIG. 6C, the peak period signal Tp is output (High level), so that the peak current Ip is energized as shown in FIG. As shown, the welding voltage Vw becomes the peak voltage Vp.
[0024]
(2) Period from time t2 to t3 (electrode minus period Ten)
During this period, since the electrode minus period signal Ten shown in FIG. 4D is output (High level), the electrode minus polarity drive signal Nd of the polarity switching drive circuit DR described above is outputted and the electrode minus polarity transistor is output. The NTR is turned on and the output is in the electrode negative polarity period. At the same time, since the electrode minus period signal Ten is output, the electrode minus current Ien is energized as shown in FIG. 5A, and the welding voltage Vw is equal to the electrode minus voltage Ven as shown in FIG. Become.
Further, as described above, at the time t2 when the electrode minus period signal Ten shown in FIG. 4D rises and at the time t3 when it falls, the re-ignition voltage Vrs is applied as shown in FIG.
[0025]
(3) Period from time t3 to t4 (base period Tb)
During this period, since the electrode minus period signal Ten shown in FIG. 4D is not output (Low level), the electrode has a positive polarity as in the period (1). During this period, neither the peak period signal Tp shown in FIG. 5C nor the electrode minus period signal Ten shown in FIG. 4D is output (Low level). As shown, the base current Ib is energized, and the welding voltage Vw becomes the base voltage Vb as shown in FIG.
As described above, since the average value of the welding voltage detection signal Vd and the value of the voltage setting signal Vs during the electrode positive polarity period become equal at time t4, the comparison signal Cm is short as shown in FIG. The time period becomes the high level, and when this is triggered, the peak period signal Tp shown in FIG. 4C starts to be output, and the operation of the above item (1) is performed again.
[0026]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in the laser irradiation DC arc welding method of the prior art 1, high-density energy heat input by laser irradiation, wide melting of the joint portion by a heat source with a DC arc spread, and filling of the welding wire in the gap portion are performed. High-speed welding to a joint portion having a very small gap of about 0.3 [mm] or less is possible. However, since the practical application is considerably limited with a very small gap tolerance as described above, it has been a problem to increase the gap tolerance during high-speed welding.
[0027]
On the other hand, as described above, the AC arc welding method of the prior art 2 has a large gap tolerance range because the heat input to the work piece and the wire melting amount can be precisely controlled. However, only with a heat source having an AC arc spread, there is a limit to the amount of heat input to the workpiece, so that welding can be performed only when the welding speed is about 2 [m / min] or less.
[0028]
Furthermore, in the welding method of the prior art 2, as described above, a high re-ignition voltage of about 300 [V] is applied to re-ignite the arc when switching the polarity. However, by applying this high re-ignition voltage, the re-ignition position of the arc on the workpiece may not be a short distance (target welding position) from the wire tip but a position away from it. . In such a case, the arc is re-ignited once at the time of polarity switching, but when the re-ignition voltage is applied, the long arc length cannot be maintained and an arc break occurs (hereinafter referred to as this). This phenomenon is called arc break after re-ignition). The cause of this arc break is that it is necessary to apply a high re-ignition voltage of about 300 [V] in order to ensure re-ignition, while application of such a high re-ignition voltage. Therefore, as described above, the re-ignition position is often formed at a distant position, and as a result, an arc break occurs. If an arc break occurs during welding, a weld defect such as a poor bead appearance or poor penetration occurs.
[0029]
Therefore, in the present invention, it is possible to perform good high-speed welding of 2 [m / min] or more on the joint portion having a large gap, and the arc is re-ignited smoothly, and the re-ignition is performed. Provided is a laser-irradiated AC arc welding method that does not cause subsequent arc breakage.
[0030]
[Means for Solving the Problems]
  According to the first aspect of the present invention, an AC arc welding is performed in which a consumable electrode is fed to a workpiece and an AC arc that alternately repeats the positive electrode polarity and the negative electrode polarity is generated between the consumable electrode and the workpiece. In the method
  A laser with a predetermined high output during a predetermined irradiation time from immediately before switching the polarity of the AC arc to the arc generating part of the workpiece or its peripheral part, and with a predetermined low output during other periods. To increase the temperature of the workpiece and the tip of the welding wire adjacent to the workpiece and smoothly re-ignite the arc when switching the polarity of the AC arc without applying a re-ignition voltage. This is a laser irradiation AC arc welding method to be performed.
[0034]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An example of an embodiment of the present invention is shown in FIG. 1 (the same diagram as FIG. 8),
In the AC arc welding method of feeding the consumable electrode 1 to the work piece 2 and welding by generating an AC arc 33 between the consumable electrode and the work piece and alternately repeating the electrode positive polarity and the electrode negative polarity,
By irradiating the arc generating portion of the workpiece 2 or its peripheral portion with a laser 31, the temperature of the workpiece 2 and the tip of the welding wire 1 adjacent thereto is raised, and the re-ignition voltage Vrs is set. This is a laser irradiation AC arc welding method in which re-ignition of the arc at the time of switching the polarity of the AC arc 33 is performed smoothly by applying a re-ignition voltage LVrs of a low voltage value without application.
[0035]
【Example】
[Example 1]
  The invention of Example 1 isIn the consumable electrode alternating current arc welding method in which the electrode positive polarity and the electrode negative polarity are alternately repeated, by irradiating a laser to the arc generation part of the work piece or its peripheral part, the work piece and the welding wire adjacent thereto are irradiated. TipIncrease the temperature,A laser irradiation re-ignition voltage non-applied AC arc welding method that smoothly performs re-ignition without applying a re-ignition voltage when switching the polarity of the AC arc. Hereinafter, the invention of Example 1 will be described with reference to FIGS.
[0036]
FIG. 8 is a configuration diagram of a welding apparatus for carrying out the laser irradiation re-ignition voltage non-applied AC arc welding method of the first embodiment. In the figure, the same components as those shown in FIG. 2 or FIG. Hereinafter, a re-ignition voltage non-applied AC arc welding power supply device 73 different from FIG. 2 or FIG. 4 will be described with reference to FIG. In addition, the case where alternating current arc welding is alternating current pulse arc welding is illustrated similarly to the time of FIG.
[0037]
The re-ignition voltage non-applied AC arc welding power supply device 73 controls the feeding of the welding wire 1 and, as will be described later with reference to FIG. 10, does not apply the re-ignition voltage Vrs at the time of polarity switching. The welding current Iw and the welding voltage Vw are generated to generate the AC arc 33 that causes the arc to be smoothly re-ignited and that alternately repeats the electrode positive polarity and the electrode negative polarity without causing arc break after re-ignition. To do.
[0038]
FIG. 9 is a block diagram of the re-ignition voltage non-applied AC arc welding power supply device 73 described above with reference to FIG. In the figure, as described above, the re-ignition voltage application circuit VRS described above with reference to FIG. 6 is not required because no re-ignition voltage is applied during polarity switching, and the other circuit blocks are the same as those in FIG. Therefore, the description thereof is omitted.
[0039]
FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the welding current / voltage waveform and the AC arc generation state in Example 1 described above. FIG. 4A shows the change over time of the welding current Iw, FIG. 4B shows the change over time of the welding voltage Vw, and FIGS. 4C1 to 3C3 show the laser irradiation part and the AC arc. The time change of the state of a generation | occurrence | production part is shown. Hereinafter, a description will be given with reference to FIG.
[0040]
(1) When switching polarity at time t2.
When the polarity is switched from the positive electrode polarity (EP) to the negative electrode polarity (EN) at time t2, the negative electrode arc is re-ignited without applying the re-ignition voltage Vrs as shown in FIG. To do. The arc generation state at this time is shown in FIG. Hereinafter, a description will be given with reference to FIG.
As shown in the figure (C1), the welding wire 1 becomes a cathode (-) and a cathode spot is formed, and the workpiece 2 becomes an anode and an anode spot is formed. The cathode spot has the property that it is not easily formed because it requires energy to emit electrons. For this purpose, in the prior art 2, the cathode spot is formed by applying a high re-ignition voltage Vrs. On the other hand, in this invention, the temperature of the front-end | tip part of the to-be-welded object 2 and the welding wire 1 adjacent to it is raised by irradiating the arc generation part or its peripheral part with the laser 31. Since electrons are likely to be emitted when the temperature of the wire tip becomes high, the cathode spot is easily formed at the wire tip without applying the re-ignition voltage Vrs.
[0041]
On the other hand, since the anode point is on the side for accepting electrons, it has the property of being easily formed. Therefore, an anode point is formed at a welding target position where the distance between the wire tip and the workpiece 2 is the shortest in the feeding direction of the welding wire 1. As described above, the cathode spot and the anode spot are formed, and the negative electrode AC arc 33 is smoothly re-ignited without applying the re-ignition voltage Vrs.
[0042]
(2) Period from time t2 to t3 (electrode minus period Ten)
During this period, the electrode minus bulb Ien is energized as shown in FIG. 5A, and the welding voltage Vw becomes the electrode minus voltage Ven as shown in FIG. When the polarity is switched from the negative electrode polarity (EN) to the positive electrode polarity (EP) at time t3, the positive electrode arc is re-ignited without applying the re-ignition voltage Vrs as shown in FIG. To do. The arc generation state at this time is shown in FIG. Hereinafter, a description will be given with reference to FIG.
As shown in FIG. 2C2, the welding wire 1 becomes an anode (+) and an anode spot is formed, and the workpiece 2 becomes a cathode (−) and a cathode spot is formed. As described above, since the formation of the cathode spot is not easy, the prior art 2 forms the cathode spot by applying a high re-ignition voltage Vrs. On the other hand, in this invention, the temperature of the front-end | tip part of the to-be-welded object 2 and the welding wire 1 adjacent to it is irradiated by irradiating the arc generation part or its peripheral part with the laser 31. Since the electron is easily emitted when the workpiece 2 becomes high temperature, the cathode spot is smoothly formed in the laser irradiation of the workpiece 2 without applying the re-ignition voltage Vrs.
[0043]
On the other hand, as described above, the anode spot is formed at the tip of the welding wire 1 because the anode spot is easily formed. As described above, the cathode spot and the anode spot are formed, and the electrode positive polarity AC arc 33 is smoothly re-ignited without applying the re-ignition voltage Vrs.
[0044]
(3) Period from time t3 to t4 (base period Tb)
During this period, the base current Ib is energized as shown in FIG. 5A, and the welding voltage Vw becomes the base voltage Vb as shown in FIG. Further, during this period, the droplet does not normally transfer.
[0045]
(4) Period from time t4 to t5 to t6 (peak period Tp)
During the period from time t4 to t6, the peak current Ip is energized as shown in FIG. 9A, and the welding voltage Vw is the peak voltage Vp as shown in FIG. At time t5, as shown in FIG. 3C3, the tip of the wire is melted by the application of a large peak current Ip and the droplet moves, and the cathode spot is set so that the arc length is minimized. The formation position may move from the laser irradiation part to the welding target position. Conversely, the cathode spot may not move during this period depending on the setting of the surface condition of the work piece, laser output value, peak current value Ip, and the like. In either case, there is no effect on the welding quality.
[0046]
In the welding method of Example 1 described above, high-speed welding is possible by laser irradiation, a large gap is allowed by an AC arc, and the arc can be smoothly re-applied without applying a re-ignition voltage by laser irradiation. It can be ignited and arc break after re-ignition does not occur. Therefore, good high-speed welding can be performed on a joint portion having a large gap.
[0047]
[Example 2]
  The invention of Example 2 isIn the consumable electrode AC arc welding method in which the electrode positive polarity and the electrode negative polarity are alternately repeated, the welding object 1 and the welding wire 1 adjacent thereto are irradiated by irradiating a laser to the arc generating part or the peripheral part thereof. And a low re-ignition voltage LVrl of 50 [V] or more and 150 [V] or less, which is less than half that of the prior art 2, is applied at the time of switching the polarity of the AC arc, This is a laser irradiation low re-ignition voltage application AC arc welding method for smoothly performing arc re-ignition. The invention of Example 2 will be described below.
[0048]
The construction of the welding apparatus for carrying out the laser irradiation low re-ignition voltage application AC arc welding method of Example 2 will be described later with reference to FIG. It becomes the structure replaced with the low re-ignition voltage application AC arc welding power supply device.
FIG. 11 is a block diagram of the low re-ignition voltage application AC arc welding power source apparatus. The circuit configuration in FIG. 6 is a configuration in which the re-ignition voltage application circuit VRS in FIG. 6 described above is replaced with a low re-ignition voltage application circuit LVR, and other circuit blocks are the same. The low re-ignition voltage application circuit LVR receives the electrode negative period signal Ten as an input, and at the rising of the electrode negative period signal Ten corresponding to the switching from the electrode positive polarity to the electrode negative polarity and from the electrode negative polarity to the electrode positive. When the electrode minus period signal Ten corresponding to the switching to the polarity falls, the low re-ignition voltage LVrs of 50 [V] or more and 150 [V] or less is applied.
[0049]
In the welding method of the second embodiment described above, by applying the low re-ignition voltage LVrs, the temperature increase due to the low re-ignition voltage LVrs and the laser irradiation can be achieved even when the laser irradiation position is away from the arc generating portion. Due to the synergistic effect of both actions, the re-ignition of the arc is carried out smoothly and the applied re-ignition voltage value is less than half that of the prior art 2, so that arc break after re-ignition also occurs. do not do. Here, the reason why the lower limit value of the low re-ignition voltage LVrs is 50 [V] is that the no-load voltage value of the welding voltage Vw is about 50 to 80 [V], and the lower re-pointing voltage is lower than that. This is because the above effect is not obtained even when an arc voltage is applied. On the other hand, the reason why the upper limit value of the low re-ignition voltage LVrs is 150 [V] is that when a re-ignition voltage higher than this is applied, arc break after re-ignition occurs as described above. is there.
[0050]
[Example 3]
  The invention of Example 3 isThe output synchronization for smoothly performing the re-ignition of the arc by performing the laser irradiation in the first and second embodiments described above for a predetermined irradiation time Ta immediately before switching the polarity of the AC arc. This is a laser-irradiated AC arc welding method. That is, in the inventions of the first and second embodiments, the laser is continuously irradiated, but in the invention of the third embodiment, the laser is irradiated intermittently for the irradiation time Ta described above. The invention of Example 3 will be described below.
[0051]
FIG. 12 is a configuration diagram of a welding apparatus for carrying out the output synchronous laser irradiation AC arc welding method of the third embodiment. In the configuration shown in FIG. 8, the re-ignition voltage non-applied AC arc welding power source 73 in FIG. 8 is replaced with an output synchronous AC arc welding power source 74 described later in FIG. 12, and the laser oscillation device 6 is replaced with FIG. The irradiation time for synchronizing the polarity switching of the AC arc and the laser irradiation from the output synchronous AC arc welding power source 74 to the output synchronous laser oscillation device 61 instead of the output synchronous laser oscillation device 61 described later in FIG. In this configuration, the signal Ta is output. Hereinafter, both apparatuses will be described.
[0052]
FIG. 13 is a block diagram of the output synchronous AC arc welding power supply 74 described above. In the figure, the same circuit blocks as those in FIG. 9 described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. Hereinafter, the electrode plus irradiation start timer circuit TPA, the electrode minus irradiation start timer circuit TEA, and the irradiation time timer circuit TA surrounded by dotted lines, which are circuit blocks different from those in FIG. 9, will be described.
[0053]
The electrode plus irradiation start timer circuit TPA outputs an electrode plus irradiation start signal Tpa that is at a high level for a predetermined period, triggered by the end of output of the peak period signal Tp (change from high level to low level). The time length of the above-described electrode plus irradiation start signal Tpa so that the end point of the output of the electrode plus irradiation start signal Tpa is a point of time preceding the polarity switching point from the electrode plus polarity to the electrode minus polarity by the preceding time Tpb. Set the size.
The electrode minus irradiation start timer circuit TEA outputs an electrode minus irradiation start signal Tea that is at a high level for a predetermined period, triggered by the end of output of the electrode minus period signal Ten (change from high level to low level). The time length of the above-described electrode minus irradiation start signal Tea is such that the end point of the output of the electrode minus irradiation start signal Tea is a time point preceding the polarity switching point from the electrode minus polarity to the electrode plus polarity by the preceding time Tb. Set the size.
The irradiation time timer circuit TA outputs an irradiation time signal Ta that is at a high level for a predetermined period, triggered by the output end of both the electrode plus irradiation start signal Tpa and the electrode minus irradiation start signal Tea. This signal Ta is input to the output synchronous laser oscillation device 61.
[0054]
FIG. 14 is a block diagram of the output synchronous laser oscillation device 61 described above with reference to FIG. The circuit block shown in the figure is different from the circuit block shown in FIG. 3 only in the output synchronization start circuit STA, and will be described below.
The output synchronization start circuit STA outputs the output start signal St only while the irradiation time signal Ta from the above-described output synchronous AC arc welding power supply 74 is being output (High level). As a result, the laser is irradiated in synchronization with the irradiation time signal Ta.
[0055]
FIG. 15 is a timing chart of each signal in the output synchronous AC arc welding power supply 74 and the output synchronous laser oscillation device 61 described above. FIG. 4A shows the time change of the welding current Iw, FIG. 3B shows the time change of the welding voltage Vw, and FIG. 4C shows the time change of the peak period signal Tp. (D) shows the time change of the electrode minus period signal Ten, (E) shows the time change of the electrode plus irradiation start signal Tpa, and (F) shows the electrode minus irradiation. FIG. 4G shows the time change of the irradiation time signal Ta, and FIG. 4H shows the time change of the output start signal St of the output synchronous laser oscillation device 61. FIG. Show. Since FIGS. 7A to 7D are the same as FIG. 7 described above, description thereof is omitted. Hereinafter, FIGS. 5E to 5H will be described.
[0056]
(1) At time t1, as shown in FIG. 6C, triggered by the output of the peak period signal Tp, the electrode plus irradiation start signal Tpa is generated at time t11 as shown in FIG. Until the electrode plus irradiation start time Tpa is reached (High level). As described above in the description of FIG. 13, the above-described electrode plus irradiation start time Tpa is equal to Tp according to the preceding time Tb and the peak period Tp that are set in advance to irradiate the laser immediately before the polarity switching at time t2. -Tb is set.
[0057]
(2) At time t2, as shown in FIG. 4D, triggered by the output of the electrode minus period signal Ten, the electrode minus irradiation start signal Tea becomes time as shown in FIG. It is output (High level) during the electrode minus irradiation start time Tea up to t22. As described above in the description section of FIG. 13, the above-described electrode minus irradiation start time Tea is determined by the preceding time Tb and the electrode minus period Ten that are set in advance to irradiate the laser immediately before the polarity switching at time t3. It is set to be Ten-Tb.
[0058]
(3) As shown in FIG. 5G, the irradiation time signal Ta is output for a predetermined irradiation time Ta triggered by the fall of the electrode plus irradiation start signal Tpa or the electrode minus irradiation start signal Te. (High level). Therefore, the irradiation time signal Ta is output during both periods t11 to t21 and t22 to t31 before and after the polarity switching. Then, as shown in FIG. 5G, the output start signal St is also output (High level) in both the above periods, and the laser is irradiated during these periods.
[0059]
In the welding method of Example 3 described above, the arc can be smoothly re-ignited by irradiating the laser during the irradiation time before and after the polarity change, and the arc break after the re-ignition also occurs. do not do.
[0060]
[Example 4]
  The invention of Example 4 isIn the first and second embodiments described above, the laser is irradiated at a predetermined high output for a predetermined irradiation time Ta immediately before the switching of the polarity of the AC arc, and the predetermined low power is output during the other periods. This is a high and low power synchronous laser-assisted AC arc welding method in which a re-ignition of an arc is smoothly performed by irradiating a laser with an output. That is, in the invention of Example 1 and Example 2, the laser is continuously irradiated, and in the invention of Example 3, the laser is intermittently irradiated only during the irradiation time Ta described above. In the invention of 4, the laser is irradiated with a high output during the irradiation time Ta as described above, and the laser is irradiated with a low output during the other periods. The invention of Example 4 will be described below.
[0061]
A welding apparatus for carrying out the high-low power synchronous laser irradiation AC arc welding method of the fourth embodiment. In FIG. 12, only the output synchronous laser oscillation device 61 is replaced with a high and low output synchronous laser oscillation device 62 described later with reference to FIG. Accordingly, the other components, such as the output synchronous AC arc welding power source 74, are the same and will not be described. Hereinafter, the high-low output synchronous laser oscillation device 62 different from that shown in FIG. 12 will be described.
[0062]
FIG. 16 is a block diagram of the high-low power synchronous laser oscillation device 62 described above. In the figure, the same circuit blocks as those in FIG. 3 described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. Hereinafter, the high output setting circuit HPS, the low output setting circuit LPS, and the output setting switching circuit SPS different from those in FIG. 3 will be described.
[0063]
The high output setting circuit HPS outputs a high output setting signal HPs for setting a high output value [W] of the laser. The low output setting circuit LPS outputs a low output setting signal LPs for setting a low output value [W] of the laser. The output setting switching circuit SPS switches to the a side and outputs the high output setting signal HPs when the irradiation time signal Ta from the above-described output synchronous AC arc welding power supply 74 is inputted (when at the high level). When the irradiation time signal Ta is not input (at the low level), it is output as the setting signal Ps and switched to the b side, and the low output setting signal LPs is output as the output setting signal Ps.
[0064]
FIG. 17 is a timing chart of each signal in the welding apparatus of Example 4 described above. FIG. 4A shows the time change of the welding current Iw, FIG. 3B shows the time change of the welding voltage Vw, and FIG. 4C shows the time change of the peak period signal Tp. (D) shows the time change of the electrode minus period signal Ten, (E) shows the time change of the electrode plus irradiation start signal Tpa, and (F) shows the electrode minus irradiation. FIG. 4G shows the time change of the irradiation time signal Ta, and FIG. 4H shows the time change of the output setting signal Ps of the output synchronous laser oscillation device 62. FIG. Show. Since FIGS. 11A to 11H are the same as FIG. 15 described above, description thereof will be omitted. Hereinafter, FIG. 5H will be described.
[0065]
As shown in FIG. 6H, the output setting signal Ps is the value of the high output setting signal HPs when the irradiation time signal Ta shown in FIG. This is the value of the signal LPs. Therefore, the laser is irradiated at a high output during the irradiation time Ta before and after the polarity switching of the AC arc, and the laser is irradiated at a low output during the other periods.
[0066]
In the welding method of Example 4 described above, the arc can be re-ignited smoothly by irradiating the laser with high power during the irradiation time before and after the polarity switching, and the arc after the re-ignition is performed. No cutting occurs.
[0067]
In the output synchronous AC arc welding power supply device 74 of the third and fourth embodiments described above with reference to FIG. 13, the case where there is no low re-ignition voltage application circuit LVR is illustrated, but there is this low re-ignition voltage application circuit LVR. The same applies to the case.
[0068]
[effect]
FIG. 18 is a gap tolerance comparison diagram showing the effect of the present invention. This figure shows the maximum gap length [mm] shown on the vertical axis for the welding speed [m / min] shown on the horizontal axis under the welding conditions shown below. It is the figure compared by 2 and each welding method of this invention. The figure uses an aluminum / magnesium alloy (JIS A5052) with a thickness of 1 [mm] for the work piece and an aluminum / magnesium alloy wire (JIS A5356) with a diameter of 1.2 [mm] for the welding wire. This is a case where overlapped fillet welding is performed.
[0069]
As shown in the figure, in the laser irradiation DC arc welding method of the prior art 1, the maximum gap length that can be welded at a welding speed of 2 [m / min] is only 0.3 [mm], and the welding speed is If it exceeds 3 [m / min], only a smaller gap length is allowed. Further, in the AC arc welding method of the prior art 2, when the welding speed is 2 [m / min] or less, the maximum gap length that can be welded is as large as about 1.5 [mm]. Cannot weld due to lack.
In contrast, in the laser irradiation AC arc welding method of the present invention, the maximum gap length that can be welded at a welding speed of 2 [m / min] is as large as 1.5 [mm], and the welding speed is 5 [ m / min], the maximum gap length that can be welded is as large as 1.0 [mm]. For this reason, the welding method of the present invention has a large gap allowable range even during high-speed welding exceeding 2 [m / min], so that the application range in the actual construction can be greatly expanded.
[0070]
【The invention's effect】
In the laser irradiation AC arc welding method of the present invention, high-speed welding exceeding 2 [m / min] is possible by heat input of high-density energy by laser irradiation to the generating part of the AC arc, and around the irradiation part by laser irradiation. When the polarity of the AC arc is switched, the re-ignition of the arc is smoothed by the temperature rise of the arc, and no arc break occurs after re-ignition, and high-speed welding is achieved by filling the gap portion of the welding wire by AC arc welding. Since the gap tolerance range at the time becomes large, it is possible to perform good high-speed welding exceeding 2 [m / min] to about 5 [m / min] even for a workpiece having a large gap in the joint portion. .
In addition to the above effects, the inventions of the third and fourth embodiments precisely control the amount of heat input to the workpiece by laser irradiation by irradiating laser irradiation intermittently or switching between high and low outputs. Therefore, it is possible to improve the quality of the welding result and expand the application range.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a welding apparatus illustrating an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram of a welding apparatus of a laser irradiation DC arc welding method according to prior art 1;
FIG. 3 is a block diagram of a laser oscillation device of prior art 1;
FIG. 4 is a configuration diagram of a welding apparatus of the AC arc welding method of Prior Art 2.
FIG. 5 is a current / voltage waveform diagram showing an output waveform of prior art 2;
6 is a block diagram of an AC arc welding power supply device 72 of prior art 2. FIG.
FIG. 7 is a timing chart of each signal in Prior Art 2.
FIG. 8 is a configuration diagram of a welding apparatus according to the first embodiment.
FIG. 9 is a block diagram of an AC arc welding power supply device 73 with no re-ignition voltage applied according to the first embodiment.
FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the welding current / voltage waveform and the AC arc generation state in Example 1;
11 is a block diagram of a low re-ignition voltage application AC arc welding power source apparatus according to Embodiment 2. FIG.
FIG. 12 is a configuration diagram of a welding apparatus of the output synchronous laser irradiation AC arc welding method according to the third embodiment.
FIG. 13 is a block diagram of an output synchronous AC arc welding power source 74 according to a third embodiment.
FIG. 14 is a block diagram of an output-synchronized laser oscillation device 61 according to a third embodiment.
FIG. 15 is a timing chart of signals in Example 3.
FIG. 16 is a block diagram of a high / low output synchronous laser oscillation device 62 according to a fourth embodiment;
FIG. 17 is a timing chart of signals in Example 4.
FIG. 18 is a gap tolerance comparison diagram showing the effect of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Welding wire
2 Workpiece
31 DC arc
33 AC Arc
41 Torch for laser
42 Welding torch
5 Feeding roll
6 Laser oscillator
61 Output synchronous laser oscillator
62 High and low output synchronous laser oscillator
71 DC arc welding power supply
72 AC Arc Welding Power Supply
73 AC Arc Welding Power Supply without Re-ignition Voltage
74 Output Synchronous AC Arc Welding Power Supply
AC commercial welding power supply
CM comparison circuit
Cm comparison signal
D2a to D2d secondary clarifier
DR polarity switching drive circuit
EA error amplification circuit
Ea Error amplification signal
EN Electrode negative polarity
EP electrode positive polarity
HPS high output setting circuit
HPs High output setting signal
IB Base current setting circuit
Ib Base current (setting signal)
ID current detection circuit
Id Current detection signal
IEN electrode negative current setting circuit
Ien electrode negative current (setting signal)
INT high frequency transformer
INV output control circuit
IP peak current setting circuit
Ip peak current (setting signal)
Isc Current control setting signal
Iw welding current
LPS low output setting circuit
LPs Low output setting signal
LVR low re-ignition voltage application circuit
LVrs Low re-ignition voltage
Nd electrode minus polarity drive signal
NTR electrode negative polarity transistor
Pd electrode positive polarity drive signal
PS output setting circuit
Ps output setting signal
PTR electrode plus polarity transistor
ROC laser output control circuit
SE electrode minus period switching circuit
Se switching setting signal
SP peak period switching circuit
SPS output setting switching circuit
ST output start circuit
St output start signal
STA output synchronization start circuit
t time
TA irradiation time timer circuit
Ta irradiation time (signal)
Tb Base period (signal)
TEA electrode minus irradiation start timer circuit
Tea electrode minus irradiation start (time / signal)
TEN electrode minus period timer circuit
Ten electrode minus period (signal)
TP peak period timer circuit
Tp Peak period (signal)
TPA electrode plus irradiation start timer circuit
Tpa electrode plus irradiation start (time / signal)
Vb Base voltage
VD voltage detection circuit
Vd Voltage detection signal
Vep electrode negative voltage
Vp peak voltage
VRS re-ignition voltage application circuit
Vrs Re-ignition voltage
VS voltage setting circuit
Vs Voltage setting signal
Vw welding voltage
WL Welding reactor

Claims (1)

消耗電極を被溶接物へ送給すると共に、電極プラス極性と電極マイナス極性とを交互に繰り返す交流アークを消耗電極・被溶接物間に発生させて溶接する交流アーク溶接方法において、
前記被溶接物のアーク発生部又はその周辺部に、交流アークの極性切換時の直前から予め定めた照射時間の間は予め定めた高出力で、それ以外の期間は予め定めた低出力でレーザを照射することによって前記被溶接物及びそれに近接する前記溶接ワイヤの先端部の温度を上昇させて、前記交流アークの極性切換時のアークの再点弧を再点弧電圧を印加しないで円滑に行わせるレーザ照射交流アーク溶接方法。
In the AC arc welding method in which the consumable electrode is fed to the work piece, and an AC arc that alternately repeats the positive electrode polarity and the negative electrode polarity is generated between the consumable electrode and the work piece.
A laser with a predetermined high output during a predetermined irradiation time from immediately before switching the polarity of the AC arc to the arc generating part of the workpiece or its peripheral part, and with a predetermined low output during other periods. To increase the temperature of the workpiece and the tip of the welding wire adjacent to the workpiece and smoothly re-ignite the arc when switching the polarity of the AC arc without applying a re-ignition voltage. Laser irradiation AC arc welding method to be performed.
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