JP5157006B2 - 溶接ワイヤの制御装置に適用される溶接方法 - Google Patents

Description

本発明は、溶接ワイヤの制御装置に関するものである。

（従来技術１）
図１は、溶接ワイヤの制御装置の構成を示している。

すなわち、溶接ワイヤの制御装置は、溶接トーチ１０と、溶接トーチ１０に溶接ワイヤ１１を送給する送給装置２０と、指示された電流に応じた送給速度で溶接ワイヤ１１を送給させる溶接電源装置３０と、溶接電源装置３０に溶接電流を指示するコントローラ４０とを備えて構成されている。溶接トーチ１０は、図示しない溶接ロボットのアーム先端に取り付けられている。溶接ワイヤ１１は、消耗電極であり、溶接電流の大きさ、送給速度の大きさに応じた速さで消耗する。

溶接作業を高能率で行うためには、単位時間当りのワイヤ溶着量を大きくすればよい。そのためには、コントローラ４０から溶接電源装置３０に大電流の溶接電流を指示して、高速の送給速度で溶接ワイヤ１１を送給させればよいことがわかっている。

しかし、溶接電源装置３０に指示される電流が一定レベルを超えると、アーク力が大きくなり過ぎ溶接ワイヤ１１の先端から滴下される溶滴の一部がスパッタとなってしまい狙いとする溶接線上に落ちないことがある。このため高電流時には、低電流時と同様な平坦で外観の良好なビード形状を得ることが困難となっていた。これは溶接ワイヤ１１の送給速度が大きくなることで過大なアーク力によって溶接ワイヤ１１が回転するという回転アーク現象（ローティティング移行現象）が発生するためであると考えられている。このため従来は、スパッタを抑制し、良好なビード形状を得るために、１本の溶接ワイヤ１１を送給する速度、つまり溶接電源装置３０に指示する溶接電流の大きさに制限を加えるようにしていた。溶接ワイヤ１１の径にもよるが、たとえば１本の溶接ワイヤ１１当りの電流値は、５００Ａが上限となっていた。

（従来技術２）
そこで、従来より、図２に示すように、送給装置２０から溶接トーチ１０に２本の溶接ワイヤ１１、１２が近接した位置関係で送給されるように構成し、１本の溶接ワイヤ１１当りの電流値を減らす試みがなされていた。これは、同じ送給速度、同じ溶接電流を得ようとするときに、溶接ワイヤを２本とすることで１本の溶接ワイヤ当りのアーク力が分散されて、上記回転アーク現象を抑制できると考えられるからである。よって、たとえ２本の溶接ワイヤ１１、１２の合計の電流値が従来の上限値を超えたとしても、１本の溶接ワイヤ１１当りの電流値が上限値を超えなければ、スパッタの発生を抑制しビードの外観を良好に保持しつつ、ワイヤ溶着量を従来よりも増やすことができると考えられる。

しかし、実際には、スパッタの発生を抑制しビードの外観を良好に保持することはできない。

すなわち、図３に示すように、２本の溶接ワイヤ１１、１２を等速で送給すると、各溶接ワイヤ１１、１２に溶接電流が流れることで、フレミングの左手の法則により溶接ワイヤ１１、１２同士が互いに引っ張り合う方向に電磁力が発生し（図３（ａ））、溶接ワイヤ１１、１２の先端で、溶滴が接触、結合して、大きな溶滴５０を形成する（図３（ｂ））。そして、この大きな溶滴５０が溶融池に落下して飛散することで、大きなスパッタ６０が発生し、ビードの外観品質が悪くなってしまう。

（従来技術３）
特許文献１では、３本の溶接ワイヤを送給するモータへ与える指令信号に位相差を設け、これに応じて３本の溶接ワイヤに通電される溶接電流に同様の位相差を設けて、３本の溶接ワイヤ間に作用する電磁力を平均的に小さくするようにしている。これにより各溶接ワイヤ間に作用する電磁力に起因したスパッタを減少させるようにしている。

（従来技術４）
特許文献２では、２本の溶接ワイヤの先行電極と後行電極のアーク発生点の間隔を１０〜４０ｍｍに設定し、２本の溶接ワイヤのワイヤ径を１．２〜４．０ｍｍの範囲に設定し、かつ先行電極のワイヤを後行電極のワイヤ径以下に設定し、先行電極角度を溶接線方向に対し０〜２５°の後退角に設定し、後行電極角度を溶接線方向に対し０〜２５°の前進角に設定し、先行電極の電流値と後行電極の電流値との比率を１．０〜１．３に設定して、溶接速度１ｍｍ／ｍｉｎ以上で脚長が４ｍｍ以上のすみ肉溶接を行うという発明が記載されている。この発明では、２本の溶接ワイヤの各先端間に位置する溶融池に、安定した湯溜まりを形成するための条件を実験により求め、そのような条件となるように、２本の溶接ワイヤ間の距離、傾き等の数値範囲を定めている。
特開昭６３-１４０７７３号公報 特開平２-２８０９６８号公報

上記従来技術３では、各溶接ワイヤ間に作用する電磁力を減らすようにしているが、各溶接ワイヤに通電される溶接電流の絶対値を大きくすればするほど、各溶接ワイヤ間に作用する電磁力が大きくなる点は、従来と同じであり、ある程度溶接電流を大きくすれば、従来技術２と同じく、各溶接ワイヤ先端の溶滴が接触、結合して、大きな溶滴を形成し、この大きな溶滴が溶融池に落下して飛散することで、大きなスパッタが発生することに変わりはない。

上記従来技術４では、２本の溶接ワイヤの各先端間の溶融池に安定した湯溜まりを形成するための条件を実験により求め、そのような条件となるように、２本の溶接ワイヤ間の距離、傾き等の数値範囲を定めているが、その数値範囲は極めて狭い。このため溶接システムを構築する際に設計の自由度が制限されるとともに、溶接対象も極めて制限されたもになってしまう。これにより、広範な溶接対象に対応できなかったり、汎用性の高い溶接システムを構築することはできなかったりする。

本発明はこうした実情に鑑みてなされたものであり、溶接電流が大きくなり、それによって溶接ワイヤ間に作用する電磁力が大きくなり、それによって従来技術２と同じく、各溶接ワイヤ先端の溶滴が接触、結合して、大きな溶滴を形成したとしても、スパッタを生じせしめないようにすることを解決課題とするものである（従来技術３の問題点）。また、２本の溶接ワイヤ間の距離、傾き等の数値範囲に制約を設けないようにして溶接システムを構築する際の設計の自由度を確保するとともに、広範な溶接対象に対応できるようにして、汎用性の高い溶接システムを構築することを解決課題とするものである（従来技術４の問題点）。

第１発明は、
溶接トーチと、溶接トーチに溶接ワイヤを送給する送給装置と、指示された溶接電流に応じた送給速度で溶接ワイヤを送給させる溶接電源装置と、溶接電源装置に電流を指示するコントローラとを備えた溶接ワイヤの制御装置において、
送給装置から溶接トーチに少なくとも２本の溶接ワイヤが送給されるように構成し、
コントローラは、これら少なくとも２本の溶接ワイヤの送給速度間に、当該少なくとも２本の溶接ワイヤにより形成される溶滴を高速側の溶接ワイヤで生成する溶滴で発生する溶滴中で内向きに作用する力により切断できる程度の速度差が設けられるように、溶接電流指示を溶接電源装置に与えること
を特徴とする。

第２発明は、第１発明において、
送給装置から溶接トーチに３本の溶接ワイヤが送給されるように構成し、
これら３本の溶接ワイヤの送給速度をそれぞれ高速、中速、低速に設定すること
を特徴とする。

第３発明は、第１発明において、
送給装置から溶接トーチに３本の溶接ワイヤが送給されるように構成し、
これら３本の溶接ワイヤのうちいずれか１本の溶接ワイヤの送給速度を高速とし、他の２本の溶接ワイヤの送給速度を同一または略同一の低い速度に設定すること
を特徴とする。

第４発明は、第１発明において、
送給装置から溶接トーチに４本以上の溶接ワイヤが送給されるように構成し、
これら４本以上の溶接ワイヤのうちいずれか１本の溶接ワイヤのみの送給速度を他の溶接ワイヤの送給速度よりも高速に設定すること
を特徴とする。

第５発明は、第１発明において、
送給装置から溶接トーチに５本の溶接ワイヤが送給されるように構成し、
これら５本の溶接ワイヤのうちいずれか１本の溶接ワイヤを溶接トーチの中心に配置するとともに他の溶接ワイヤを溶接トーチの中心から外れた位置に配置して、
溶接トーチの中心に配置された溶接ワイヤの送給速度を高速とし、他の溶接ワイヤの送給速度を低い速度に設定すること
を特徴とする。

第６発明は、第１発明において、
コントローラには、単位時間、単位面積当りの溶着量に応じて、各溶接ワイヤの送給速度と指示溶接電流との対応関係を示すデータテーブルが記憶されており、
コントローラは、データテーブルから、単位時間、単位面積当りの溶着量に応じた指示溶接電流、送給速度を読み出して、読み出された値に対応する溶接電流の指示を溶接電源装置に与えること
を特徴とする
第１発明の溶接ワイヤの制御装置は、図４に示すように、溶接トーチ１０と、溶接トーチ１０に溶接ワイヤ１１、１２を送給する送給装置２０と、指示された溶接電流に応じた送給速度で溶接ワイヤ１１、１２を送給させる溶接電源装置３０と、溶接電源装置３０に溶接電流を指示するコントローラ４０とを備えて構成されている。なお、溶接トーチ１０は、図示しない溶接ロボットのアーム先端に取り付けられている。

そして、送給装置２０から溶接トーチ１０に少なくとも２本の溶接ワイヤ１１、１２が送給されるように構成されている。

コントローラ４０は、これら少なくとも２本の溶接ワイヤ１１、１２の送給速度Ｖ１、Ｖ２間に、当該少なくとも２本の溶接ワイヤ１１、１２により形成される溶滴５１を高速側の溶接ワイヤ１２で生成される溶滴で発生する溶滴中で内向きに作用する力により切断できる程度の速度差ΔＶが設けられるように、溶接電流Ｉ１、Ｉ２の指示を溶接電源装置３０に与える。以下、「溶滴中で内向きに作用する力」のことを電磁ピンチ力というものとする。

図５に示すように、２本の溶接ワイヤ１１、１２の送給速度Ｖ１、Ｖ２間に速度差ΔＶが設けられて、一方の溶接ワイヤ１１が高速で他方の溶接ワイヤ１２が低速になっていると、両者を等速で送給する場合と同様に、各溶接ワイヤ１１、１２に溶接電流が流れることで、フレミングの左手の法則により溶接ワイヤ１１、１２同士が互いに引っ張り合う方向に電磁力が発生するものの（図５（ａ））、低速側の溶接ワイヤ１２の先端は、高速側の溶接ワイヤ１１の先端に引っ張られて溶滴が吸収され、細長い形状の溶滴５１が形成される。細長い形状の溶滴５１は、両溶接ワイヤ１１、１２が等速で送給されているときの溶滴５０（図３（ｂ））と比較して径が小さく、電磁ピンチ力Ｆによって容易に切断することが可能である。しかも、高速側の溶接ワイヤ１１の先端部では、溶融池から輻射された輻射熱によって高温となっており、溶融したワイヤの粘性が低くなっている（図５（ｂ））。このため高速側の溶接ワイヤ１１の先端部で溶滴５１は電磁ピンチ力Ｆによって容易に小さな溶滴に切断されて離脱され、溶融池に滴下される。このように本発明によれば、従来のようにスパッタ６０（図３（ｃ））が発生することなく、極めて安定して溶滴が狙いとする溶接線上に落ちる（図５（ｃ））。

本発明によれば、少なくとも２本の溶接ワイヤ１１、１２の送給速度Ｖ１、Ｖ２間に、当該少なくとも２本の溶接ワイヤ１１、１２により形成される溶滴５１を高速側の溶接ワイヤ１２で発生する電磁ピンチ力Ｆにより切断できる程度の速度差ΔＶを設けるようにしたため、たとえ溶接電流が大きくなり、それによって複数の溶接ワイヤ間に作用する電磁力が大きくなり、その電磁力によって各溶接ワイヤ先端の溶滴が接触、結合して、大きな溶滴が形成されたとしても、その溶滴５１の形状は細長い形状となる。このため溶滴５１を小さな溶滴に安定して離脱させスパッタを発生させることなく溶融池に滴下させることができるようになる。これにより、従来技術３の問題点が解決される。

また、本発明によれば、少なくとも２本の溶接ワイヤ１１、１２の送給速度Ｖ１、Ｖ２間に速度差ΔＶを設けるだけでよく、従来技術４のごとく、２本の溶接ワイヤ間の距離、傾き等の数値範囲に制約を設ける必要はない。このため溶接システムを構築する際の設計の自由度が確保されるとともに、広範な溶接対象に対応できるようになり、汎用性の高い溶接システムを構築することができる。これにより従来技術４の問題点が解決される。

第２発明では、図６（ａ）に示すように、送給装置２０から溶接トーチ１０に３本の溶接ワイヤ１１、１２、１３が送給されるように構成されている。そして、これら３本の溶接ワイヤ１１、１２、１３の送給速度がそれぞれ高速、中速、低速に設定される。

第３発明では、図６（ｂ）、（ｃ）に示すように、送給装置２０から溶接トーチ１０に３本の溶接ワイヤ１１、１２、１３が送給されるように構成されている。そして、これら３本の溶接ワイヤ１１、１２、１３のうちいずれか１本の溶接ワイヤ１１の送給速度が高速とされ、他の２本の溶接ワイヤ１２、１３の送給速度が低速あるいは中速といった同一または略同一の低い速度に設定される。第２発明、第３発明によれば、１本の高速側の溶接ワイヤ１１の先端に他の溶接ワイヤ１２、１３の先端が引っ張られて溶滴が吸収される。

第４発明では、図７（ａ）に示すように、送給装置２０から溶接トーチ１０に４本以上の溶接ワイヤ１１、１２、１３，１４が送給されるように構成されている。そして、これら４本以上の溶接ワイヤ１１、１２、１３，１４のうちいずれか１本の溶接ワイヤ１１のみの送給速度が他の溶接ワイヤ１２、１３、１４の送給速度よりも高速に設定される。たとえば、溶接ワイヤ１１のみを高速で送給し、他の溶接ワイヤ１２、１３、１４を低速もしくは中速で送給すると、１本の高速側の溶接ワイヤ１１の先端に他の溶接ワイヤ１２、１３、１４の先端が引っ張られて溶滴が吸収される。

第５発明では、図７（ｂ）に示すように、送給装置２０から溶接トーチ１０に５本の溶接ワイヤ１１、１２、１３，１４，１５が送給されるように構成されている。そして、これら５本の溶接ワイヤ１１、１２、１３，１４，１５のうちいずれか１本の溶接ワイヤ１１が溶接トーチ１０の中心に配置されるとともに他の溶接ワイヤ１２、１３、１４、１５が溶接トーチ１０の中心から外れた位置に配置される。そして、溶接トーチ１０の中心に配置された溶接ワイヤ１１の送給速度が高速とされ、他の溶接ワイヤ１２、１３、１４、１５の送給速度が低い速度に設定される。たとえば、溶接ワイヤ１１のみを高速で送給し、他の溶接ワイヤ１２、１３、１４、１５を低速もしくは中速で送給すると、１本の高速側の溶接ワイヤ１１の先端に他の溶接ワイヤ１２、１３、１４、１５の先端が引っ張られて溶滴が吸収される。

さて、母材８０の板厚ｔに応じて母材８０の熱容量が変化する。また溶接電流が大きくなるに伴いアーク力が大きくなり母材８０に及ぼす熱負荷が大きくなる。

必要溶着量は、母材８０の板厚ｔと溶接速度Ｖにより決定される。板厚ｔが小さいほど、母材８０の熱容量が小さいため、指示溶接電流Ｉを小さく設定する必要がある。

このため第６発明では、図８に示すように、母材８０でアンダーカットなどの溶接欠陥を生じさせないために必要な、各溶接ワイヤ１１、１２の送給速度Ｖ１、Ｖ２と指示溶接電流Ｉ（Ｉ１＋Ｉ２）との対応関係が単位時間、単位面積当りの溶着量に応じてコントローラ４０のデータテーブルに記憶されておかれる。コントローラ４０は、データテーブルから、単位時間、単位面積当りの溶着量に応じた指示溶接電流Ｉ、送給速度Ｖ１、Ｖ２を読み出して、読み出された値に対応する溶接電流Ｉ１、Ｉ２の指示を溶接電源装置３０に与える。これにより母材８０でアンダーカットなどの溶接欠陥を生じさせないようにすることができる。

以下、図面を参照して本発明に係る溶接ワイヤの制御装置の実施の形態について説明する。

図４は、溶接ワイヤの制御装置の構成を示している。

すなわち、溶接ワイヤの制御装置は、溶接トーチ１０と、溶接トーチ１０に溶接ワイヤ１１、１２を送給する送給装置２０と、指示された溶接電流に応じた送給速度で溶接ワイヤ１１、１２を送給させる溶接電源装置３０と、溶接電源装置３０に溶接電流を指示するコントローラ４０とを備えて構成されている。

送給装置２０は、溶接トーチ１０に２本の溶接ワイヤ１１、１２を送給するように構成されている。送給装置２０は、各溶接ワイヤ１１，１２毎に設けられた送給装置２１、２２からなる。

溶接トーチ１０は、図示しない溶接ロボットのアーム先端に取り付けられている。溶接ワイヤ１１、１２は、溶接トーチ１０において接近して配置されている。

溶接ワイヤ１１、１２はそれぞれ、消耗電極であり、溶接電流Ｉ１、Ｉ２の大きさ、送給速度Ｖ１、Ｖ２の大きさに応じた速さで消耗する。

送給装置２１、２２は、速度指令に応じてワイヤ送りモータが駆動されることで、速度指令に応じた送り速度Ｖ１、Ｖ２で溶接ワイヤ１１、１２を繰り出し、溶接トーチ１０の図示しない電極チップに送給する。電極チップと母材８０は、溶接電極を構成する。溶接電極間には溶接電圧が印加される。これにより母材８０と溶接ワイヤ１１先端との間および母材８０と溶接ワイヤ１２先端との間でそれぞれ溶接電流Ｉ１、Ｉ２が通電され、アーク放電が発生する。アーク放電により発生する熱によって母材８０の接合部が加熱、溶融されるとともに溶加材としての溶接ワイヤ１１、１２が加熱、溶融され、溶接ワイヤ１１、１２が溶接金属となって母材８０の接合部が接合される。

溶接電源装置３０は、指示された溶接電流Ｉ１、Ｉ２が溶接ワイヤ１１、１２の先端と母材８０との間に通電されるように、溶接電極間に溶接電圧を印加する。溶接電源装置３０は、ワイヤ送給装置２１、２２のワイヤ送りモータに、送り速度指令に応じた電流を給電して溶接ワイヤ１１、１２を、速度指令に応じた送り速度Ｖ１、Ｖ２で溶接トーチ１０に送給させる。

コントローラ４０は、２本の溶接ワイヤ１１、１２の送給速度Ｖ１、Ｖ２間に、これら２本の溶接ワイヤ１１、１２により形成される溶滴を高速側の溶接ワイヤで発生する電磁ピンチ力により切断できる程度の速度差ΔＶが設けられるように、溶接電流Ｉ１、Ｉ２の指示を溶接電源装置３０に与える。溶接ワイヤ１１を高速側の溶接ワイヤとし、溶接ワイヤ１２を低速側の溶接ワイヤとする
さて、母材８０の板厚ｔに応じて母材８０の熱容量が変化する。また溶接電流Ｉ１、Ｉ２の合計値Ｉが大きくなるに伴いアーク力が大きくなり母材８０に及ぼす熱負荷が大きくなる。

必要溶着量は、母材８０の板厚ｔと溶接速度Ｖにより決定される。板厚ｔが小さいほど、母材８０の熱容量が小さいため、指示溶接電流Ｉを小さく設定する必要がある。

このため本実施例では、図８に示すように、母材８０でアンダーカットなどの溶接欠陥を生じさせないために必要な、各溶接ワイヤ１１、１２の送給速度Ｖ１、Ｖ２と指示溶接電流Ｉ（Ｉ１＋Ｉ２）との対応関係が単位時間、単位面積当りの溶着量、つまり板厚ｔと溶接速度Ｖに応じてコントローラ４０のデータテーブルに記憶されておかれる。

本実施例では、溶接速度Ｖを５０（ｃｍ／ｍｉｎ）と一定として、板厚ｔに対応して各溶接ワイヤ１１、１２の送給速度Ｖ１、Ｖ２と指示溶接電流Ｉ（Ｉ１＋Ｉ２）との対応関係を定めている。

図８のデータテーブルは、溶接ワイヤ１１、１２の径が１．２ｍｍの場合のデータを例示している。母材８０の板厚ｔの各値９、１２、１６、１９（ｍｍ）に対応して、溶接電流Ｉ１、Ｉ２の合計電流Ｉの数値４００、５００、６００、７００（Ａ）、高速側の溶接ワイヤ１１の送給速度Ｖ１の各値１０、１２、１７、２８（ｍ／ｍｉｎ）、溶接ワイヤ１１の送給速度Ｖ１の各値７、９、１２、１２（ｍ／ｍｉｎ）が定められている。

コントローラ４０は、データテーブルから、母材８０の板厚ｔに応じた指示溶接電流Ｉ、送給速度Ｖ１、Ｖ２を読み出して、読み出された値に対応する溶接電流Ｉ１、Ｉ２の指示を溶接電源装置３０に与える。

高速側の溶接ワイヤ１１に通電される溶接電流Ｉ１は、高速側の溶接ワイヤ１１の送給速度Ｖ１に応じた値であり、次式より求められる。

Ｉ１＝Ｉ・（Ｖ１／Ｖ１＋Ｖ２）
低速側の溶接ワイヤ１２に通電される溶接電流Ｉ２は、低速側の溶接ワイヤ１２の送給速度Ｖ２に応じた値であり、次式より求められる。

Ｉ２＝Ｉ・（Ｖ２／Ｖ１＋Ｖ２）
これにより母材８０でアンダーカットなどの溶接欠陥を生じさせないようにすることができる。

つぎに、図５を参照して、本実施例の溶接現象を説明する。

本実施例では、２本の溶接ワイヤ１１、１２の送給速度Ｖ１、Ｖ２間に速度差ΔＶが設けられて、一方の溶接ワイヤ１１が高速で他方の溶接ワイヤ１２が低速になっている。

このとき図３で説明したように、両溶接ワイヤ１１、１２を等速で送給する場合と同様に、各溶接ワイヤ１１、１２に溶接電流が流れることで、フレミングの左手の法則により溶接ワイヤ１１、１２同士が互いに引っ張り合う方向に電磁力が発生している（図５（ａ））。
ただし、溶接ワイヤ１１、１２間に速度差ΔＶがあるため、低速側の溶接ワイヤ１２の先端は、高速側の溶接ワイヤ１１の先端に引っ張られて溶滴が吸収され、細長い形状の溶滴５１が形成される。細長い形状の溶滴５１は、両溶接ワイヤ１１、１２が等速で送給されているときの溶滴５０（図３（ｂ））と比較して径が小さく、電磁ピンチ力Ｆによって容易に切断することが可能である。電磁ピンチ力Ｆは、高速側の溶接ワイヤ１１で生成される溶滴中で発生して、溶滴中で内向きに作用する。しかも、高速側の溶接ワイヤ１１の先端部では、溶融池から輻射された輻射熱によって高温となっており、溶融したワイヤの粘性が低くなっている（図５（ｂ））。

このため高速側の溶接ワイヤ１１の先端部で溶滴５１は電磁ピンチ力Ｆによって容易に小さな溶滴に切断されて離脱され、溶融池に滴下される。このように本実施例によれば、従来のようにスパッタ６０（図３（ｃ））が発生することなく、極めて安定して溶滴が狙いとする溶接線上に落ちることになる（図５（ｃ））。なお、図５（ｃ）は、小さな溶滴が連続的に溶融池に滴下される様子を高速度カメラで捉えた様子を示している。

以上のように本実施例によれば、２本の溶接ワイヤ１１、１２の送給速度Ｖ１、Ｖ２間に、これら２本の溶接ワイヤ１１、１２により形成される溶滴５１を高速側の溶接ワイヤ１２で発生する電磁ピンチ力Ｆにより切断できる程度の速度差ΔＶを設けるようにしたため、たとえ溶接電流が大きくなり、それによって複数の溶接ワイヤ間に作用する電磁力が大きくなり、その電磁力によって各溶接ワイヤ先端の溶滴が接触、結合して、大きな溶滴が形成されたとしても、その溶滴５１の形状は細長い形状となる。このため溶滴５１を小さな溶滴に安定して離脱させスパッタを発生させることなく溶融池に滴下させることができるようになる。これにより、従来技術３の問題点が解決される。

また、本実施例によれば、２本の溶接ワイヤ１１、１２の送給速度Ｖ１、Ｖ２間に速度差ΔＶを設けるだけでよく、従来技術４のごとく、２本の溶接ワイヤ間の距離、傾き等の数値範囲に制約を設ける必要はない。このため溶接システムを構築する際の設計の自由度が確保されるとともに、広範な溶接対象に対応できるようになり、汎用性の高い溶接システムを構築することができる。これにより従来技術４の問題点が解決される。

図９、図１０、図１１、図１２は、本実施例の効果を数値として明らかにするために行った実験結果を説明する図である。

図９は、実験に使用した溶接ワイヤの用途、品名、規格、成分を表にして示す。溶接ワイヤは、用途「炭素鋼用」、品名「Ｚ０２６」、規格「ＪＩＳ ＹＧＷ１１」、溶着金属中の化学成分Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｉ（重量％）「０．１１、０．５５、１．３１、−、−、−」のものを使用した。溶接ワイヤは、直径１．２ｍｍで、ＫＩＳＷＥＬ社製である。

図１０は、実験に使用した母材８１を示す。

母材８１は、ＳＳ材（ＳＳ４００）を用いた。母材８１の厚さは、２２ｍｍで、縦、横の長さがそれぞれ３００ｍｍ、２００ｍｍのものを用いた。

溶接条件は、つぎのとおりである。すなわち、Ａｒ、ＣＯ２の体積比率Ａｒ：ＣＯ２が８：２となる混合ガスをシールドガスとして用いた。また溶接電流Ｉ、つまり２本の溶接電流Ｉ１、Ｉ２の合計値は、７００Ａとした。溶接ワイヤ１１、１２は、前述の図９に示すものを用いた。

上記溶接条件で溶接を行い、母材８１の中心に、縦方向に沿って１００ｍｍの長さのビードを形成した。そして、そのときに母材８１上に付着されたスパッタの数をカウントした。ただし、スパッタは、皮手、鋼尺で擦って取れないものを数えた。

図２、図３で前述した従来技術、つまり２本の溶接ワイヤ１１、１２を等速で送給した場合を比較例とした。

図１１は、実験結果を表にて示す。図１１は、母材８１上でカウントされたスパッタの数を、本実施例（「速度差有」）と比較例（「等速」）とで対比したものである。スパッタの径の大きさ範囲「０．５〜１．０ｍｍ」、「１．０〜２．０ｍｍ」、「２．０ｍｍ〜」毎にカウントした数値を示している。実験は、本実施例では３回行った。これを表ではテストナンバー（１）、（２）、（３）と示している。実験は、比較例では３回行った。これを表では、テストナンバー（４）、（５）、（６）と示している。

図１２は、実験結果を棒グラフにて示す。図１２の横軸は、本実施例（「速度差有」）のテストナンバー（１）、（２）、（３）、比較例（「等速」）のテストナンバー（４）、（５）、（６）であり、図１２の縦軸は、各テストナンバーごとのスパッタのカウント値、つまり母材８１に付着されたスパッタ数である。棒グラフ中の白抜き部分は、径が「０．５〜１．０ｍｍ」の範囲のスパッタの数であり、同棒グラフ中の斜線部分は、径が「１．０〜２．０ｍｍ」の範囲のスパッタの数であり、同棒グラフ中の黒部分は、径が「２．０ｍｍ〜」の範囲のスパッタの数である。

図１１、図１２をみて明らかなように、本実施例によれば、従来技術と比較して母材に付着されるスパッタの数が圧倒的に小さくなっているのがわかる。このため本実施例によれば、スパッタの発生を抑制できビードの外観を良好に保持することができ溶接品を極めて高品質なものとすることができる。

上述した実施例では、溶接トーチ１０に２本の溶接ワイヤ１１、１２を配置して、これら２本の溶接ワイヤ１１、１２の送給速度Ｖ１、Ｖ２間に速度差ΔＶを設けた場合を想定した。しかし、本発明は、溶接トーチ１０に３本以上の溶接ワイヤ１１、１２を配置した場合にも同様に適用することができる。溶接トーチ１０に３本以上の溶接ワイヤ１１、１２…を配置した場合には、それら３本以上の溶接ワイヤ１１、１２…のうち少なくとも２本の溶接ワイヤの送給速度間に速度差ΔＶを設ければよい。以下、各実施例について説明する。

図６（ａ）、（ｂ）は、溶接トーチ１０に３本の溶接ワイヤ１１、１２、１３を配置した装置構成を例示している。図６（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、図５（ｃ）に対応する図で、溶接ワイヤ１１、１２、１３の先端で大きな溶滴ではあるが細長い形状の溶滴５１が形成されており、高速側の溶接ワイヤ１１の先端部で溶滴５１が小さな溶滴に切断されて離脱され、溶融池に滴下される様子を示している。

図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の装置では、送給装置２０は、溶接トーチ１０に３本の溶接ワイヤ１１、１２、１３を送給するように構成される。溶接ワイヤ１１、１２、１３は、溶接トーチ１０において接近して配置されている。

図６（ａ）の装置では、３本の溶接ワイヤ１１、１２、１３の送給速度はそれぞれ、高速、中速、低速に設定される。

図６（ｂ）の装置では、３本の溶接ワイヤ１１、１２、１３のうち１本の溶接ワイヤ１１の送給速度が高速とされ、他の２本の溶接ワイヤ１２、１３の送給速度が中速に設定される。これら２本の溶接ワイヤ１２、１３の速度（中速）は、同一または略同一の値に設定される。

図６（ｃ）の装置では、図６（ｂ）の場合よりも、高速側の溶接ワイヤ１１と他の溶接ワイヤ１２、１３との間に大きな速度差ΔＶが設けられる。

図６（ｃ）の装置では、３本の溶接ワイヤ１１、１２、１３のうち１本の溶接ワイヤ１１の送給速度が高速とされ、他の２本の溶接ワイヤ１２、１３の送給速度が低速に設定される。これら２本の溶接ワイヤ１２、１３の速度（低速）は、同一または略同一の値に設定される。

図６に示す各実施例によれば、図５を用いて説明した実施例と同様に、１本の高速側の溶接ワイヤ１１の先端に他の溶接ワイヤ１２、１３の先端が引っ張られて溶滴が吸収される。このため、同様に、溶接ワイヤ１１、１２、１３の先端で大きな溶滴ではあるが細長い形状の溶滴５１が形成され、高速側の溶接ワイヤ１１の先端部で溶滴５１が小さな溶滴に容易に切断されて離脱され、溶融池に滴下されることになる。

図７（ａ）は、溶接トーチ１０に４本の溶接ワイヤ１１、１２、１３、１４を配置した装置構成を例示している。図７（ａ）は、図５（ｃ）に対応する図で、溶接ワイヤ１１、１２、１３、１４の先端で大きな溶滴ではあるが細長い形状の溶滴５１が形成されており、高速側の溶接ワイヤ１１の先端部で溶滴５１が小さな溶滴に切断されて離脱され、溶融池に滴下される様子を示している。

図７（ａ）の装置では、送給装置２０は、溶接トーチ１０に４本の溶接ワイヤ１１、１２、１３、１４を送給するように構成される。溶接ワイヤ１１、１２、１３、１４は、溶接トーチ１０において接近して配置されている。

図７（ａ）の装置では、４本の溶接ワイヤ１１、１２、１３、１４のうち１本の溶接ワイヤ１１のみの送給速度が他の溶接ワイヤ１２、１３、１４の送給速度よりも高速に設定される。たとえば、溶接ワイヤ１１のみが高速で送給され、他の溶接ワイヤ１２、１３、１４が低速もしくは中速で送給される。

図７（ａ）に示す実施例によれば、図５を用いて説明した実施例と同様に、１本の高速側の溶接ワイヤ１１の先端に他の溶接ワイヤ１２、１３、１４の先端が引っ張られて溶滴が吸収される。このため、同様に、溶接ワイヤ１１、１２、１３、１４の先端で大きな溶滴ではあるが細長い形状の溶滴５１が形成され、高速側の溶接ワイヤ１１の先端部で溶滴５１が小さな溶滴に容易に切断されて離脱され、溶融池に滴下されることになる。

図７（ｂ）は、溶接トーチ１０に５本の溶接ワイヤ１１、１２、１３、１４、１５を配置した装置構成を例示している。図７（ｂ）は、図５（ｃ）に対応する図で、溶接ワイヤ１１、１２、１３、１４、１５の先端で大きな溶滴ではあるが細長い形状の溶滴５１が形成されており、高速側の溶接ワイヤ１１の先端部で溶滴５１が小さな溶滴に切断されて離脱され、溶融池に滴下される様子を示している。

図７（ｂ）の装置では、送給装置２０は、溶接トーチ１０に５本の溶接ワイヤ１１、１２、１３、１４、１５を送給するように構成される。溶接ワイヤ１１、１２、１３、１４１５は、溶接トーチ１０において接近して配置されている。ただし、これら５本の溶接ワイヤ１１、１２、１３，１４，１５のうち１本の溶接ワイヤ１１が溶接トーチ１０の中心に配置されるとともに他の溶接ワイヤ１２、１３、１４、１５が溶接トーチ１０の中心から外れた位置に配置される。

そして、溶接トーチ１０の中心の１本の溶接ワイヤ１１のみの送給速度が他の溶接ワイヤ１２、１３、１４、１５の送給速度よりも高速に設定される。たとえば、溶接ワイヤ１１のみが高速で送給され、他の溶接ワイヤ１２、１３、１４、１５が低速もしくは中速で送給される。

図７（ｂ）に示す実施例によれば、図５を用いて説明した実施例と同様に、１本の高速側の溶接ワイヤ１１の先端に他の溶接ワイヤ１２、１３、１４、１５の先端が引っ張られて溶滴が吸収される。このため、同様に、溶接ワイヤ１１、１２、１３、１４、１５の先端で大きな溶滴ではあるが細長い形状の溶滴５１が形成され、高速側の溶接ワイヤ１１の先端部で溶滴５１が小さな溶滴に容易に切断されて離脱され、溶融池に滴下されることになる。

図１は、１本の溶接ワイヤを制御する装置の構成を示した図である。 図２は、２本の溶接ワイヤを等速で送給する制御装置の構成を示した図である。 図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、２本の溶接ワイヤを等速で送給した場合の溶接現象を説明する図である。 図４は、２本の溶接ワイヤを制御する装置の構成を示した図である。 図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、２本の溶接ワイヤの送給速度間に速度差を設けて送給した場合の溶接現象を説明する図である。 図６（ａ）、（ｂ）は、溶接トーチに３本の溶接ワイヤを配置した装置構成を例示して溶接現象を説明する図である。 図７（ａ）は、溶接トーチに４本の溶接ワイヤを配置した装置構成を例示して溶接現象を説明する図で、図７（ｂ）は、溶接トーチに５本の溶接ワイヤを配置した装置構成を例示して溶接現象を説明する図である。 図８は、コントローラに記憶されるデータテーブルの内容を例示した図である。 図９は、本実施例の効果を数値として明らかにするために行った実験結果を説明する図で、実験に使用した溶接ワイヤの用途、品名、規格、成分を表にして示した図である。 図１０は、本実施例の効果を数値として明らかにするために行った実験結果を説明する図で、実験に使用した母材を示した図である。 図１１は、本実施例の効果を数値として明らかにするために行った実験結果を説明する図で、実験結果を表にて示した図である。 図１２は、本実施例の効果を数値として明らかにするために行った実験結果を説明する図で、実験結果を棒グラフにて示した図である。

符号の説明

１０ 溶接トーチ、１１、１２、１３、１４、１５ 溶接ワイヤ、２０、２１、２２ 送給装置、３０ 溶接電源装置、４０ コントローラ

Claims (6)

1. 指示された溶接電流に応じた送給速度で溶接トーチに少なくとも２本の溶接ワイヤを近接させた位置関係で送給する溶接ワイヤの制御装置に適用される溶接方法であって、
   前記２本の溶接ワイヤの送給速度間に速度差を設けて当該２本の溶接ワイヤに溶接電流を通電させ、当該速度差及び溶接電流の大きさによって、上方に位置する低速側の溶接ワイヤの先端の溶滴が、下方に位置する高速側の溶接ワイヤ先端の溶滴によって引っ張られる方向に電磁力を発生させるステップと、
   前記電磁力によって、上方に位置する低速側の溶接ワイヤの先端の溶滴を、下方に位置する高速側の溶接ワイヤ先端の溶滴によって吸収して結合させ、下方に位置する高速側の溶接ワイヤ先端で、前記２本の溶接ワイヤが等速で送給されているときに形成される溶滴と比較して小さい径であって電磁ピンチ力によって切断可能な径の溶滴を形成するステップと、
   下方に位置する高速側の溶接ワイヤ先端で生成される溶滴中で発生し当該溶滴中で内向きに作用する電磁ピンチ力によって下方に位置する高速側の溶接ワイヤの先端の溶滴を切断して、溶融池に滴下させてスパッタを抑制するステップと
   を含む溶接ワイヤの制御装置に適用される溶接方法。
2. 前記溶接トーチに３本の溶接ワイヤが送給されるように構成し、
   これら３本の溶接ワイヤの送給速度をそれぞれ高速、中速、低速に設定すること
   を特徴とする請求項１記載の溶接ワイヤの制御装置に適用される溶接方法。
3. 前記溶接トーチに３本の溶接ワイヤが送給されるように構成し、
   これら３本の溶接ワイヤのうちいずれか１本の溶接ワイヤの送給速度を高速とし、他の２本の溶接ワイヤの送給速度を同一または略同一の低い速度に設定すること
   を特徴とする請求項１記載の溶接ワイヤの制御装置に適用される溶接方法。
4. 溶接トーチに４本以上の溶接ワイヤが送給されるように構成し、
   これら４本以上の溶接ワイヤのうちいずれか１本の溶接ワイヤのみの送給速度を他の溶接ワイヤの送給速度よりも高速に設定すること
   を特徴とする請求項１記載の溶接ワイヤの制御装置に適用される溶接方法。
5. 溶接トーチに５本の溶接ワイヤが送給されるように構成し、
   これら５本の溶接ワイヤのうちいずれか１本の溶接ワイヤを溶接トーチの中心に配置するとともに他の溶接ワイヤを溶接トーチの中心から外れた位置に配置して、
   溶接トーチの中心に配置された溶接ワイヤの送給速度を高速とし、他の溶接ワイヤの送給速度を低い速度に設定すること
   を特徴とする請求項１記載の溶接ワイヤの制御装置に適用される溶接方法。
6. コントローラには、単位時間、単位面積当りの溶着量に応じて、各溶接ワイヤの送給速度と指示溶接電流との対応関係を示すデータテーブルが記憶されており、
   コントローラは、データテーブルから、単位時間、単位面積当りの溶着量に応じた指示溶接電流、送給速度を読み出して、読み出された値に対応する溶接電流の指示を与えること
   を特徴とする請求項１記載の溶接ワイヤの制御装置に適用される溶接方法。

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