JP5410121B2 - 2電極アーク溶接のアークスタート制御方法 - Google Patents
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Description
時刻t1において、同図(A)に示すように、溶接開始信号StがHighレベルになると、図4の消耗電極アーク溶接電源PSM及び非消耗電極アーク溶接電源PSPが起動される。このために、同図(B)及び(G1)に示すように、送給速度Fwは正の小さな値に変化し、溶接ワイヤ1aは非常に遅いスローダウン速度での前進送給が開始される。ここで、送給速度Fwが正の値であるときは、図4の送給モータWMは正回転して溶接ワイヤ1aは母材2に近づく方向へ前進送給される。他方、送給速度Fwが負の値であるときは、送給モータWMは逆回転して溶接ワイヤ1aは母材2から離れる方向へ後退送給される。同図(C)に示すように、溶接ワイヤ1aと母材2との間には無負荷電圧が印加され、同図(E)に示すように、プラズマ電極1bと母材2との間にも無負荷電圧が印加される。
時刻t2において、同図(G2)に示すように、溶接ワイヤ1aが母材2と接触すると、図4の送給モータWMを逆回転させる。これにより、同図(B)に示すように、送給速度Fwは負の値に変化し、溶接ワイヤ1aが母材2から離れる方向へ後退送給される。同時に、同図(C)に示すように、消耗電極アーク溶接電圧Vwaは数V程度の短絡電圧値になる。また、同図(D)に示すように、消耗電極アーク溶接電流Iwaは溶接ワイヤ1aをジュール熱でほとんど加熱しない程度の数十Aの小電流値となる。
時刻t3において、同図(G3)に示すように、溶接ワイヤ1aの後退送給によってワイヤ先端が母材2から離れると初期状態の消耗電極アーク3aが発生する。この初期状態の消耗電極アーク3aは、ワイヤの溶断ではなく後退送給によって発生し、かつ、アークを通電する電流値も小さいので、スパッタはほとんど発生しない。消耗電極アーク3aが発生すると、同図(C)に示すように、消耗電極アーク溶接電圧Vwaは、短絡電圧値から数十V程度のアーク電圧値に変化する。時刻t3〜t4の予め定めた後退送給アーク期間Tdの間、初期状態の消耗電極アーク3aを維持したままで後退送給を継続する。このために、消耗電極アーク3aのアーク長が次第に長くなる。
時刻t4において、上記の後退送給アーク期間Tdが経過すると、図4の送給モータWMを再び正回転に切り換える。これにより、同図(B)に示すように、送給速度Fwは正の値に変化し、溶接ワイヤ1aは後退送給から定常送給速度Fwcでの再前進送給に切り換わる。この結果、同図(D)に示すように、消耗電極アーク溶接電流Iwaは定常溶接電流値に変化し、同図(G4)に示すように、消耗電極アーク3aは初期状態から定常状態に移行する。時刻t4時点で消耗電極アーク3aはアーク長が長くなっている。それに加えて、時刻t4からの再前進送給によって消耗電極アーク溶接電流Iwaが大きな値になり消耗電極アーク3aも大きく広がった形状になるために、この消耗電極アーク3aの内部はプラズマ雰囲気空間となっている。プラズマ電極1bは、溶接ワイヤ1aと隣接しているので、このプラズマ雰囲気空間はプラズマ電極1b直下にも広く分布している。
時刻t5時点で、同図(E)に示すように、プラズマ電極1bと母材2との間に無負荷電圧が印加されており、かつ、プラズマ電極1bと母材2との間の空間がプラズマ雰囲気になっているために、同図(G5)に示すように、非消耗電極アーク(プラズマアーク)3bが誘発されて発生する。非消耗電極アーク3bが発生すると、同図(E)に示すように、非消耗電極アーク溶接電圧Vwbは無負荷電圧からアーク電圧値に低下し、同図(F)に示すように、非消耗電極アーク溶接電流Iwbは予め定めた定常電流値Ipcとなる。そして、この時刻t5の時点で、消耗電極アーク3a及び非消耗電極アーク3bが共に発生している状態になり、アークスタートが完了して溶接状態は定常状態に収束する。
前記消耗電極と母材との間に前記消耗電極アークを発生させ、前記消耗電極アークが発生した後は前記消耗電極を定常送給速度で送給するステップと、
前記非消耗電極と母材との間に前記非消耗電極アークを発生させ、前記非消耗電極アークが発生した後は予め定めた予熱期間の間、前記非消耗電極アークに定常電流値よりも大きな値の予熱電流を通電すると共に、前記消耗電極の送給速度を前記予熱電流の値に応じて前記定常送給速度よりも速い予熱送給速度に切り換えるステップと、
前記予熱期間が終了すると、前記消耗電極の送給速度を前記予熱送給速度から前記定常送給速度に切り換えて前記消耗電極アークを定常溶接状態に移行させると共に、前記非消耗電極アークを通電する電流値を前記予熱電流の値から前記定常電流値に切り換えて前記非消耗電極アークを定常溶接状態に移行させるステップと、
を有することを特徴とする2電極アーク溶接のアークスタート制御方法である。
ことを特徴とする第1の発明記載の2電極アーク溶接のアークスタート制御方法である。
図1は、本発明の実施の形態1に係る2電極アーク溶接のアークスタート制御方法を実施するための溶接装置の構成図である。同図は、上述した図4と対応しており、同一物には同一符号を付してそれらの説明は省略する。同図は、図4に、電流検出回路IDを追加したものである。さらに、同図に示す消耗電極アーク溶接電源PSM及び非消耗電極アーク溶接電源PSPのシーケンス制御は図2で後述するが、このシーケンス制御が図5とは異なっている。
時刻t5時点で、同図(E)に示すように、プラズマ電極1bと母材2との間に無負荷電圧が印加されており、かつ、プラズマ電極1bと母材2との間の空間がプラズマ雰囲気になっているために、同図(G5)に示すように、非消耗電極アーク(プラズマアーク)3bが誘発されて発生する。非消耗電極アーク3bが発生すると、同図(F)に示すように、非消耗電極アーク溶接電流Iwbは、0Aから定常電流値Ipcよりも大きな値に予め定めた予熱電流値Ihとなる。また、同図(E)に示すように、非消耗電極アーク溶接電圧Vwbは、無負荷電圧からアーク電圧値に低下する。そして、この時刻t5の時点で、消耗電極アーク3a及び非消耗電極アーク3bが共に発生している状態になる。予め定めた予熱期間Thの間、同図(F)に示すように、予熱電流Ihの通電が継続する。ここで、図1に示すように、消耗電極アーク溶接電源PSMは、電流検出信号Idの値によって予熱電流Ihの通電を判別することができる。そして、同図(B)に示すように、送給速度Fwは、予熱電流値Ihに応じた予熱送給速度Fhになる。予熱電流値Ihは定常電流値Ipcよりも大きな値であるので、予熱送給速度Fhも定常送給速度Fwcよりも早い速度になる。送給速度Fwを予熱電流値Ihに応じて早くする理由は、以下の通りである。すなわち、大きな値の予熱電流Ihの通電によって溶接ワイヤ1aも加熱されるために、消耗電極アークのアーク長が燃え上がった状態になり、大粒のスパッタが発生する不安定な溶接状態になる。このような状態になるのを防止するために、送給速度Fwを早くすることによって、溶接ワイヤ1aの燃え上がりが生じないようにしている。したがって、送給速度Fwは、予熱電流Ihが通電しても消耗電極アーク3aのアーク長を適正値のままで維持することができるように設定される。同図(C)に示すように、消耗電極アーク溶接電圧Vwaはアーク長が適正値に維持されているために、略定常値のままである。また、同図(D)に示すように、消耗電極アーク溶接電流Iwaは、送給速度Fwが早くなっても予熱電流Ihからも加熱されるために、定常値に近い値となる。この予熱期間Th中の予熱電流Ihの通電によって、母材2に対して充分な入熱を供給することができる。
時刻t6において上記の予熱期間Thが終了すると、予め定めたダウンスロープ期間Tdwに入る。このダウンスロープ期間Tdw中は、同図(F)に示すように、非消耗電極アーク溶接電流Iwbは、予熱電流値Ihから傾斜を有して定常電流値Ipcまで低下する。同様に、同図(E)に示すように、非消耗電極アーク溶接電圧Vwbも傾斜を有して定常電圧値まで低下する。また、同図(B)に示すように、送給速度Fwは、予熱送給速度Fhから傾斜を有して定常送給速度Fwcまで低下する。このダウンスロープ期間Tdwを設けている理由は、予熱期間Thから円滑に定常溶接状態に移行させるためである。
時刻t7において、上記のダウンスロープ期間Tdwが終了すると、定常溶接状態になる。すなわち、同図(F)に示すように、非消耗電極アーク溶接電流Iwbは定常電流値Ipcになり、同図(B)に示すように、送給速度Fwは定常送給速度Fwcになる。これにより、アークスタートは完了する。
本発明の実施の形態2は、実施の形態1に対して消耗電極アークを発生させる方法が異なっている。すなわち、実施の形態1では、図2の時刻t2〜t4の期間のように、消耗電極アークは溶接ワイヤを後退移動させることによって発生する。これに対して、実施の形態2では、消耗電極アーク溶接における通常のアークスタート方法と同様に、溶接ワイヤを前進送給だけを行いアークを発生させる。以下、実施の形態2に係る2電極アーク溶接のアークスタート制御方法について説明する。
時刻t1において、同図(A)に示すように、溶接開始信号StがHighレベルになると、図1の消耗電極アーク溶接電源PSM及び非消耗電極アーク溶接電源PSPが起動される。このために、同図(B)及び(G1)に示すように、送給速度Fwは正の小さな値に変化し、溶接ワイヤ1aは非常に遅いスローダウン速度での前進送給が開始される。同図(C)に示すように、溶接ワイヤ1aと母材2との間には無負荷電圧が印加され、同図(E)に示すように、プラズマ電極1bと母材2との間にも無負荷電圧が印加される。
時刻t2において、同図(G2)に示すように、溶接ワイヤ1aが母材2と接触すると、その直後に消耗電極アーク3aが発生する。消耗電極アーク3aが発生すると、同図(B)に示すように、送給速度Fwはスローダウン速度よりも速い予め定めた定常送給速度Fwcに変化する。同時に、同図(D)に示すように、消耗電極アーク溶接電流Iwaは0Aから定常溶接電流値に変化する。また、同図(C)に示すように、消耗電極アーク溶接電圧Vwaは、その値を時刻t2からの時間経過に伴ってスロープ状に上昇させる。これにより、同図(G3)に示すように、消耗電極アーク3aのアーク長は次第に長くなっていく。消耗電極アーク3aのアーク長が長くなるのに伴い、アーク形状は大きく広がった形状になり、この消耗電極アーク3aの内部はプラズマ雰囲気空間となっている。プラズマ電極1bは、溶接ワイヤ1aと隣接しているので、このプラズマ雰囲気空間はプラズマ電極1b直下にも広く分布している。この時点では、未だ非消耗電極アーク3bは発生していない。
時刻t3時点で、同図(E)に示すように、プラズマ電極1bと母材2との間に無負荷電圧が印加されており、かつ、プラズマ電極1bと母材2との間の空間がプラズマ雰囲気になっているために、同図(G4)に示すように、非消耗電極アーク(プラズマアーク)3bが誘発されて発生する。非消耗電極アーク3bが発生すると、同図(F)に示すように、非消耗電極アーク溶接電流Iwbは、0Aから予熱電流値Ihとなる。この予熱電流値Ihは、定常電流値Ipcよりも大きな値に予め設定されている。また、同図(E)に示すように、非消耗電極アーク溶接電圧Vwbは、無負荷電圧からアーク電圧値に低下する。そして、この時刻t3の時点で、消耗電極アーク3a及び非消耗電極アーク3bが共に発生している状態になる。予め定めた予熱期間Thの間、同図(F)に示すように、予熱電流Ihの通電が継続する。ここで、図1に示すように、消耗電極アーク溶接電源PSMは、電流検出信号Idの値によって予熱電流Ihの通電を判別することができる。そして、同図(B)に示すように、送給速度Fwは、予熱電流値Ihに応じた予熱送給速度Fhになる。予熱電流値Ihは定常電流値Ipcよりも大きな値であるので、予熱送給速度Fhも定常送給速度Fwcよりも早い速度になる。送給速度Fwを予熱電流値Ihに応じて早くする理由は、以下の通りである。すなわち、大きな値の予熱電流Ihの通電によって溶接ワイヤ1aも加熱されるために、消耗電極アークのアーク長が燃え上がった状態になり、大粒のスパッタが発生する不安定な溶接状態になる。このような状態になるのを防止するために、送給速度Fwを早くすることによって、溶接ワイヤ1aの燃え上がりが生じないようにしている。したがって、送給速度Fwは、予熱電流Ihが通電している状態で消耗電極アーク3aのアーク長が適正値になるように設定される。このように、消耗電極アーク3aのアーク長は、時刻t3時点の長い状態から速やかに適正値へと短くなるために、同図(C)に示すように、消耗電極アーク溶接電圧Vwaは、時刻t3時点の大きな値から速やかに略定常値に低下する。また、同図(D)に示すように、消耗電極アーク溶接電流Iwaは、送給速度Fwが早くなっても予熱電流Ihからも加熱されるために、定常値に近い値となる。この予熱期間Th中の予熱電流Ihの通電によって、母材2に対して充分な入熱を供給することができる。
時刻t4において上記の予熱期間Thが終了すると、予め定めたダウンスロープ期間Tdwに入る。このダウンスロープ期間Tdw中は、同図(F)に示すように、非消耗電極アーク溶接電流Iwbは、予熱電流値Ihから傾斜を有して定常電流値Ipcまで低下する。同様に、同図(E)に示すように、非消耗電極アーク溶接電圧Vwbも傾斜を有して定常電圧値まで低下する。また、同図(B)に示すように、送給速度Fwは、予熱送給速度Fhから傾斜を有して定常送給速度Fwcまで低下する。このダウンスロープ期間Tdwを設けている理由は、予熱期間Thから円滑に定常溶接状態に移行させるためである。
時刻t5において、上記のダウンスロープ期間Tdwが終了すると、定常溶接状態になる。すなわち、同図(F)に示すように、非消耗電極アーク溶接電流Iwbは定常電流値Ipcになり、同図(B)に示すように、送給速度Fwは定常送給速度Fwcになる。これにより、アークスタートは完了する。
1b 非消耗電極(プラズマ電極)
2 母材
3a 消耗電極アーク(ミグアーク)
3b 非消耗電極アーク(プラズマアーク)
4 給電チップ
7 送給ロール
51 プラズマノズル
52 シールドガスノズル
61 センターガス
62 プラズマガス
63 シールドガス
Fc 送給制御信号
Fh 予熱送給速度
Fw 送給速度
Fwc 定常送給速度
ID 電流検出回路
Id 電流検出信号
Ih 予熱電流
Ipc 定常電流値
Iwa 消耗電極アーク溶接電流
Iwb 非消耗電極アーク溶接電流
PSM 消耗電極アーク溶接電源
PSP 非消耗電極アーク溶接電源
ST 溶接開始回路
St 溶接開始信号
Td 後退送給アーク期間
Tdw ダウンスロープ期間
Th 予熱期間
Vwa 消耗電極アーク溶接電圧
Vwb 非消耗電極アーク溶接電圧
WM 送給モータ
WT 溶接トーチ
Claims (2)
- シールドガスノズル内に配置された消耗電極および非消耗電極を備えた溶接トーチを用い、消耗電極アークおよび非消耗電極アークを発生させることにより溶接する2電極アーク溶接のアークスタート制御方法において、
前記消耗電極と母材との間に前記消耗電極アークを発生させ、前記消耗電極アークが発生した後は前記消耗電極を定常送給速度で送給するステップと、
前記非消耗電極と母材との間に前記非消耗電極アークを発生させ、前記非消耗電極アークが発生した後は予め定めた予熱期間の間、前記非消耗電極アークに定常電流値よりも大きな値の予熱電流を通電すると共に、前記消耗電極の送給速度を前記予熱電流の値に応じて前記定常送給速度よりも速い予熱送給速度に切り換えるステップと、
前記予熱期間が終了すると、前記消耗電極の送給速度を前記予熱送給速度から前記定常送給速度に切り換えて前記消耗電極アークを定常溶接状態に移行させると共に、前記非消耗電極アークを通電する電流値を前記予熱電流の値から前記定常電流値に切り換えて前記非消耗電極アークを定常溶接状態に移行させるステップと、
を有することを特徴とする2電極アーク溶接のアークスタート制御方法。 - 前記予熱送給速度から前記定常送給速度への切換時及び前記予熱電流の値から前記定常電流値への切換時に傾斜を設けた、
ことを特徴とする請求項1記載の2電極アーク溶接のアークスタート制御方法。
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