JP5410220B2 - アーク溶接方法およびアーク溶接システム - Google Patents

Description

本発明は、アーク溶接方法およびアーク溶接システムに関する。

図６は、従来の溶接システムの一例を示す図である。同図における溶接システム９１は、いわゆるステッチパルス溶接法を用いて溶接を行う。ステッチパルス溶接法とは、溶接時の入熱と冷却をコントロールすることにより、母材に与える熱影響を抑えやすい溶接法である。このステッチパルス溶接法を用いると、従来の薄板溶接に比べ、溶接外観を向上させ、溶接歪み量を低減させることができるとされている（たとえば特許文献１参照）。

マニピュレータ９Ｍは、ワーク９Ｗに対してアーク溶接を自動で行うものであり、上アーム９３、下アーム９４及び手首部９５と、これらを回転駆動するための複数のサーボモータ（図示せず）とによって構成されている。

アーク溶接トーチ９Ｔは、マニピュレータ９Ｍの手首部９５の先端部分に取り付けられており、ワイヤリール９６に巻回された直径１ｍｍ程度の溶接ワイヤ９７をワーク９Ｗの教示された溶接位置に導くためのものである。溶接電源９ＷＰは、アーク溶接トーチ９Ｔとワーク９Ｗとの間に溶接電圧を供給する。ワーク９Ｗに溶接を行う際は、溶接ワイヤ９７をアーク溶接トーチ９Ｔの先端から所望の突き出し長だけ突き出した状態で行われる。

コンジットケーブル９２は、内部に溶接ワイヤ９７を案内するためのコイルライナ（図示せず）を備えており、アーク溶接トーチ９Ｔに接続されている。さらにコンジットケーブル９２は、溶接電源９ＷＰからの電力及びガスボンベ９８からのシールドガスをもアーク溶接トーチ９Ｔに供給する。

操作手段としてのティーチペンダント９ＴＰは、いわゆる可搬式操作盤であって、マニピュレータ９Ｍの動作、ステッチパルス溶接を行わせるために必要な条件等を設定するためのものである。

ロボット制御装置９ＲＣは、マニピュレータ９Ｍに溶接動作の制御を実行させるためのものであり、内部に主制御部、動作制御部およびサーボドライバ（いずれも図示せず）等を備えている。そして、作業者がティーチペンダント９ＴＰによって教示した作業プログラムに基づき、サーボドライバからマニピュレータ９Ｍの各サーボモータに動作制御信号を出力し、マニピュレータ９Ｍの複数の軸をそれぞれ回転させる。ロボット制御装置９ＲＣは、マニピュレータ９Ｍのサーボモータに備えられたエンコーダ（図示せず）からの出力によって現在位置を認識しているのでアーク溶接トーチ９Ｔの先端位置を制御することができる。そして溶接部においては、以下に説明する溶接、移動、冷却を繰り返しながらステッチパルス溶接を行う。

図７は、ステッチパルス溶接を行っているときの状態を説明するための図である。溶接ワイヤ９７はアーク溶接トーチ９Ｔの先端から突出している。シールドガスＧは、溶接開始時から溶接終了時まで常に一定の流量でアーク溶接トーチ９Ｔから吹き出される。以下、ステッチパルス溶接時の各状態について説明する。

同図（ａ）は、アーク発生時の様子を示している。設定された溶接電流および溶接電圧に基づいて、溶接ワイヤ９７の先端とワーク９Ｗとの間にアークａが発生し、溶接ワイヤ９７が溶融してワーク９Ｗに溶融池Ｙが形成される。アークａが発生してから、教示された溶接時間が経過した後に、アークａを停止する。

同図（ｂ）は、アーク停止後の様子を示している。アーク停止後は、設定された冷却時間が経過するまで溶接後の状態を維持させる。すなわち、マニピュレータ９Ｍおよびアーク溶接トーチ９Ｔは溶接時の状態と同様に停止した状態で、アーク溶接トーチ９ＴからシールドガスＧが吹き出されるだけとなるので、溶融池ＹがシールドガスＧによって実質的に冷却されて凝固する。

同図（ｃ）は、アーク溶接トーチ９Ｔを次の溶接位置に移動させる様子を示している。冷却時間の経過後は、アーク溶接トーチ９Ｔを溶接進行方向に予め設定された移動ピッチＭｐだけ離間した位置であるアーク再開始点に移動させる。このときの移動速度は、設定された移動速度である。移動ピッチＭｐは、同図（ｃ）で示すように溶融池Ｙが凝固した後の溶接痕Ｙ’の外周側に溶接ワイヤ９７を位置づけるように調整された距離である。

同図（ｄ）は、アーク再開始点においてアークａを再発生する様子を示している。溶接痕Ｙ’の前端部に新たに溶融池Ｙが形成されて溶接が行われるようになる。このように、ステッチパルス溶接システム９１では、アークを発生させて溶接を行っている状態と、冷却、移動を行っている状態とが交互に繰り返されることになる。そして、溶接痕であるウロコが重ね合わさるように溶接ビードが形成される。

図８は、溶接施工後に形成される溶接ビードを説明するための図である。同図に示すように、最初のアーク開始点Ｐ１において溶接痕Ｓｃが形成され、溶接進行方向Ｄｒに向けて移動ピッチＭｐだけ離間した再アーク開始点Ｐ２においても同様の溶接痕Ｓｃが形成される。再アーク開始点Ｐ３以降においてもさらなる溶接痕Ｓｃが順次形成されていく。このように、溶接痕Ｓｃであるウロコが重なり合うように形成された結果、ウロコ状の溶接ビードＢが形成されるのである。

上述した方法では、図７（ｂ）、図７（ｃ）等に示したように、アークａを停止させ、その後アークａを再発生させる工程を繰り返している。アークａを再発生するには時間を要する。そのため、上述した方法では、溶接時間が長くなるといった問題が生じていた。そこで、図９に示すように、アークａを停止させずアークａの再発生を不要にする溶接法が提案されている（たとえば特許文献２参照）。

図９（ｂ）、図９（ｃ）によく表れているように、図７（ｂ）、図７（ｃ）に示した場合と異なり、溶融池Ｙを冷却する際にもアークａを停止させておらず、アークａが発生している状態を保っている。これにより、溶接時間の短縮化が図られている。

しかしながら、図９（ｂ）、図９（ｃ）に示すように、溶融池Ｙを冷却する際には、溶滴移行を防止すべく溶接電流を極めて小さくする必要がある。溶接電流が小さくなれば、溶融池Ｙを冷却している際にアーク切れが発生するおそれがある。アーク切れが発生した場合には、通常、アーク切れが発生すると即座にアークａを再発生させる。このアークａの再発生の際にスパッタが発生し、ウロコ状のビードの外観の悪化を招くおそれがある。

特開平６−５５２６８号公報 特開平１１−２６７８３９号公報

本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、よりきれいなウロコ状のビードを形成可能なアーク溶接方法、およびアーク溶接装置を提供することをその課題とする。

本発明の第１の側面によって提供されるアーク溶接方法は、消耗電極と母材との間に溶接電流を、絶対値の平均値が第１の値であるように流すことにより、アークを発生させつつ溶滴移行させる第１工程と、上記溶接電流を、絶対値の平均値が上記第１の値より小さい第２の値であるように流し、上記アークが発生している状態を継続させる第２工程と、を備え、上記第１工程と上記第２工程とを繰り返すアーク溶接方法であって、上記第２工程において上記アークが消滅した場合、当該第２工程の次の上記第１工程が開始されるまで上記アークが消滅した状態を維持する工程を更に備えることを特徴としている。

このような構成によれば、次の上記第１工程の開始時までに上記アークを再発生させることが、必要ない。そのため、次の上記第１工程の開始時までに上記アークを再発生させた場合に生じうるビード外観の悪化を回避できる。これにより、よりきれいなウロコ状のビードを形成することができる。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記溶接電流の通電が停止したことを検知することにより、上記アークが消滅したことを検知する工程を更に備える。上記消耗電極と上記母材とが離間した状態で上記アークが消滅した場合、上記溶接電流の通電が停止する。そのため、本構成は、上記アークが消滅したことを検出するのに適する。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記アークが消滅した状態を維持する工程においては、上記母材の面内方向のうちの溶接進行方向に向かって、上記消耗電極を上記母材に対し常に相対移動させる。このような構成において、上記アークが消滅した状態を維持する工程において、上記消耗電極を上記溶接進行方向と逆方向に向かって移動させたり、もしくは、停止させたりしていない。そのため、上記消耗電極を、次の上記第１工程を開始する位置へより早く移動させることができる。これにより、上記アーク溶接に要する時間を短縮することができる。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記消耗電極を、所定の送給速度で上記母材に向かって送給し、上記アークが消滅した状態を維持する工程において、上記送給速度を低下させる工程を更に備える。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記アークが消滅した状態を維持する工程において、上記消耗電極と上記母材と間に上記溶接電流を流す電流制御手段の出力を低下させる。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記アークが消滅した状態を維持する工程に引き続く上記第１工程を、上記消耗電極を上記母材に接触させた後に上記消耗電極を上記母材から引き離すリトラクトスタート方法を用いることにより開始する。このような構成によれば、次の上記第１工程の開始時におけるスパッタの発生を抑制することが可能となる。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記第２工程において上記アークが消滅した場合、上記第２の値を上記アークが消滅した時以前の値より大きい値に変化させる工程を更に備える。このような構成によれば、上記変化させる工程がなされた後には、上記第２工程において上記アークが消滅しにくくなる。これにより、上記アークを再発生させる必要性が減少する。そのため、スパッタの発生をさらに抑制することができる。その結果、上記母材に形成されるビードの外観をよりきれいにすることができる。

本発明の第２の側面によって提供されるアーク溶接システムは、消耗電極と母材との間に溶接電流を流すことにより、アークを発生させ溶接を行うアーク溶接システムであって、上記溶接電流の絶対値の平均値を第１の値に設定している第１の期間と、上記溶接電流の絶対値の平均値を第１の値より小さい第２の値に設定している第２の期間と、を繰り返し発生させる電流制御手段と、上記アークが消滅したことを検知する検知手段と、を備え、上記第２の期間において上記アークが消滅したと上記検知手段が判断した場合、当該第２の期間の次の上記第１の期間が開始されるまで上記アークが消滅した状態を維持することを特徴としている。

このようなアーク溶接システムは、本発明の第１の側面によって提供されるアーク溶接方法を使用するのに適する。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記検知手段は、上記溶接電流の通電が停止したことを検知することにより、上記アークが消滅したことを検知する。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記アークが消滅した状態を維持する期間においては、上記母材の面内方向のうちの溶接進行方向に向かって、上記消耗電極を上記母材に対し常に相対移動させる消耗電極移動手段を更に備える。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記消耗電極を所定の送給速度で上記母材に向かって送給する送給制御手段を更に備え、上記送給制御手段は、上記アークが消滅した状態を維持する期間において、上記送給速度を低下させる。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記電流制御手段は、上記アークが消滅した状態を維持する期間において、上記消耗電極と上記母材と間に上記溶接電流を流すための出力を低下させる。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記アークが消滅した状態を維持することに引き続く上記第１の期間を、上記消耗電極を上記母材に接触させた後に上記消耗電極を上記母材から引き離すリトラクトスタート方法を用いることにより開始する。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記検知手段は、上記第１の期間において上記アークが消滅した場合に、上記アークが消滅した時から第１の遅延時間経過後に上記アークが消滅したと判断し、且つ、上記第２の期間において上記アークが消滅した場合に、上記アークが消滅した時から、上記第１の遅延時間より短い第２の遅延時間経過後に上記アークが消滅したと判断する。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記電流制御手段は、上記第２の期間において上記アークが消滅したと上記検知手段が判断した場合、上記第２の値を上記アークが消滅した時以前の値より大きい値に変化させる。

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。

本発明の第１実施形態にかかる溶接システムの一例の構成を示す図である。 図１に示した溶接システムの内部構成を示す図である。 第１実施形態にかかる溶接システムの各信号等のタイミングチャートを示す図である。 溶滴移行期間における溶接電流の変化を示す図である。 第２実施形態にかかる溶接システムの各信号等のタイミングチャートを示す図である。 従来の溶接システムの一例の構成を示す図である。 ステッチパルス溶接を行っているときの状態を説明する図である。 溶接施工後に形成される溶接ビードを説明するための図である。 ステッチパルス溶接を行っているときの状態を説明するための図である。

以下、本発明の実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。

図１は、本発明の第１実施形態にかかる溶接システムの一例の構成を示す図である。

図１に示された溶接システムＡは、溶接ロボット１、ロボット制御装置２、および溶接電源装置３を備えている。溶接ロボット１は、溶接母材Ｗに対してたとえばアーク溶接を自動で行うものである。溶接ロボット１は、ベース部材１１、複数のアーム１２、複数のモータ１３、溶接トーチ１４、ワイヤ送給装置１６、およびコイルライナ１９を備えている。

ベース部材１１は、フロア等の適当な箇所に固定される。各アーム１２は、ベース部材１１に軸を介して連結されている。

溶接トーチ１４は、溶接ロボット１の最も先端側に設けられた手首部１２ａの先端部に設けられている。溶接トーチ１４は、消耗電極としてのたとえば直径１ｍｍ程度の溶接ワイヤ１５を、溶接母材Ｗ近傍の所定の位置に導くものである。溶接トーチ１４には、Ａｒなどのシールドガスを供給するためのシールドガスノズル（図示略）が備えられている。モータ１３は、アーム１２の両端または一端に設けられている（一部図示略）。モータ１３は、ロボット制御装置２により回転駆動する。この回転駆動により、複数のアーム１２の移動が制御され、溶接トーチ１４が上下前後左右に自在に移動できるようになっている。

モータ１３には、図示しないエンコーダが設けられている。このエンコーダの出力は、ロボット制御装置２に与えられる。この出力値により、ロボット制御装置２では、溶接トーチ１４の現在位置を認識するようになっている。

ワイヤ送給装置１６は、溶接ロボット１における上部に設けられている。ワイヤ送給装置１６は、溶接トーチ１４に対して、溶接ワイヤ１５を送り出すためのものである。ワイヤ送給装置１６は、送給モータ１６１、ワイヤリール（図示略）、およびワイヤプッシュ手段（図示略）、を備えている。送給モータ１６１を駆動源として、上記ワイヤプッシュ手段が、上記ワイヤリールに巻かれた溶接ワイヤ１５を溶接トーチ１４へと送り出す。

コイルライナ１９は、その一端がワイヤ送給装置１６に、その他端が溶接トーチ１４に、それぞれ接続されている。コイルライナ１９は、チューブ状に形成されており、その内部には、溶接ワイヤ１５が挿通されている。コイルライナ１９は、ワイヤ送給装置１６から送り出された溶接ワイヤ１５を、溶接トーチ１４に導くものである。送り出された溶接ワイヤ１５は、溶接トーチ１４から外部に突出して消耗電極として機能する。

図２は、図１に示した溶接システムＡの内部構成を示す図である。

図１、図２に示したロボット制御装置２は、溶接ロボット１の動作を制御するためのものである。図２に示すように、ロボット制御装置２は、動作制御回路２１とインターフェイス回路２２とによって構成されている。

動作制御回路２１は、図示しないマイクロコンピュータおよびメモリを有している。このメモリには、溶接ロボット１の各種の動作が設定された作業プログラムが記憶されている。また動作制御回路２１は、後述のロボット移動速度ＶＲを設定する。動作制御回路２１は、上記作業プログラム、上記エンコーダからの座標情報、およびロボット移動速度ＶＲ等に基づいて、溶接ロボット１に対して動作制御信号Ｍｃを与える。この動作制御信号Ｍｃにより、各モータ１３は回転駆動し、溶接トーチ１４を溶接母材Ｗの所定の溶接開始位置に移動させたり、溶接母材Ｗの面内方向に沿って移動させたりする。

動作制御回路２１には、図示しない操作設定装置が接続されている。この操作設定装置は、ユーザによって各種動作を設定するためのものである。

インターフェイス回路２２は、溶接電源装置３と各種信号をやり取りするためのものである。インターフェイス回路２２には、動作制御回路２１から、電流設定信号Ｉｓ、出力開始信号Ｏｎ、および送給速度設定信号Ｗｓが送られる。インターフェイス回路２２からは、動作制御回路２１に、アーク消滅信号Ｓａが送られる。

溶接電源装置３は、溶接ワイヤ１５と溶接母材Ｗとの間に、溶接電圧Ｖｗを印加し、溶接電流Ｉｗを流すための装置であるとともに、溶接ワイヤ１５の送給を行うための装置である。図２に示すように、溶接電源装置３は、出力制御回路３１、電流検出回路３２、アーク消滅検出回路３３、送給制御回路３４、インターフェイス回路３５、および電圧検出回路３６を備えている。

インターフェイス回路３５は、ロボット制御装置２と各種信号をやり取りするためのものである。具体的には、インターフェイス回路３５には、インターフェイス回路２２から、電流設定信号Ｉｓ、出力開始信号Ｏｎ、および送給速度設定信号Ｗｓが送られる。また、インターフェイス回路３５からは、インターフェイス回路２２に、アーク消滅信号Ｓａが送られる。

出力制御回路３１は、複数のトランジスタ素子からなるインバータ制御回路を有する。出力制御回路３１は外部から入力される商用電源（たとえば３相２００Ｖ）をインバータ制御回路によって高速応答で精密な溶接電流波形制御を行う。

出力制御回路３１の出力は、一端が溶接トーチ１４に接続され、他端が溶接母材Ｗに接続されている。出力制御回路３１は、溶接トーチ１４の先端に設けられたコンタクトチップを介して、溶接ワイヤ１５と溶接母材Ｗとの間に溶接電圧Ｖｗを印加し、溶接電流Ｉｗを流す。これにより、溶接ワイヤ１５の先端と溶接母材Ｗとの間にアークａが発生する。このアークａによりもたらされる熱で溶接ワイヤ１５が溶融する。そして、溶接母材Ｗに対して溶接が施されるようになっている。

出力制御回路３１には、インターフェイス回路３５，２２を介して、動作制御回路２１からの電流設定信号Ｉｓ、および出力開始信号Ｏｎが送られる。

電流検出回路３２は、溶接ワイヤ１５に流れる溶接電流Ｉｗを検出するためのものである。電流検出回路３２は、溶接電流Ｉｗに対応する電流検出信号Ｉｄを出力する。

アーク消滅検出回路３３は、アークａが消滅したことを検出する回路である。アーク消滅検出回路３３には、電流検出信号Ｉｄが入力される。アーク消滅検出回路３３は、入力された電流検出信号Ｉｄによって溶接電流Ｉｗが０であると判断した場合には、アークａが消滅したと判断する。このとき、アーク消滅検出回路３３は、アーク消滅信号Ｓａを出力制御回路３１に出力する。また、アーク消滅検出回路３３は、インターフェイス回路３５，２２を介して、アーク消滅信号Ｓａを動作制御回路２１にも出力する。

アーク消滅検出回路３３は、溶接電流Ｉｗが０であるとする電流検出信号Ｉｄを受けると即座にアークａが消滅したと判断するのではない。アーク消滅検出回路３３は、溶接電流Ｉｗが０であるとする電流検出信号Ｉｄを入力した時から、所定の遅延時間が経過した後にも溶接電流Ｉｗが０であるとする電流検出信号Ｉｄを受けている場合に、アークａが消滅したと判断する。なおこの遅延時間を用いた判断機能を、電流検出回路３２にもたせてもよい。

電圧検出回路３６は、出力制御回路３１の出力端の電圧である溶接電圧Ｖｗを検出するためのものである。電圧検出回路３６は、溶接電圧Ｖｗに対応する電圧検出信号Ｖｄを出力制御回路３１に出力する。

送給制御回路３４は、溶接ワイヤ１５の送給を行うための送給制御信号Ｆｃを送給モータ１６１に出力するものである。送給制御信号Ｆｃは、溶接ワイヤ１５の送給速度Ｆｗを示す信号である。また、送給制御回路３４には、インターフェイス回路３５，２２を介して、動作制御回路２１からの出力開始信号Ｏｎ、および送給速度設定信号Ｗｓが送られる。

次に、本実施形態にかかるアーク溶接方法の一例について、図３をさらに用いて説明する。

同図（ａ）はロボット移動速度ＶＲの変化状態を示し、（ｂ）は電流設定信号Ｉｓの変化状態を示し、（ｃ）は溶接電流Ｉｗの変化状態を示し、（ｄ）は送給速度Ｆｗの変化状態を示す。ロボット移動速度ＶＲは、溶接母材Ｗの面内方向のうちの所定の溶接進行方向（図８に示した従来技術の溶接進行方向Ｄｒに対応する）に沿った溶接トーチ１４の移動速度である。

まず、外部からの溶接開始信号Ｓｔ（図２参照）が入力されることにより、一般的には、過渡的な溶接開始処理が行われる。溶接開始処理においては、動作制御回路２１は、出力開始信号Ｏｎを出力制御回路３１および送給制御回路３４に出力する。出力制御回路３１は、溶接ワイヤ１５と溶接母材Ｗとの間に溶接電圧Ｖｗを印加する。これにより、アークａが点弧される。そして、図３に示すように、溶滴移行期間Ｔ１とアーク継続期間Ｔ２とを繰り返すことにより溶接を行う。溶滴移行期間Ｔ１においては、溶接電流Ｉｗ１を流すことにより溶滴移行を行い、溶融池を形成する。一方、アーク継続期間Ｔ２においては、溶接電流Ｉｗ２を流すことにより、溶滴移行をほとんどさせることなく、且つ、アークａを維持しつつ溶接トーチ１４を移動させる。以下具体的に説明する。

（１）溶滴移行期間Ｔ１（時刻ｔ１〜ｔ２）
溶滴移行期間Ｔ１では、従来技術の説明において図７（ａ）、図９（ａ）で示した、溶融池Ｙを形成する処理を行う。溶滴移行期間Ｔ１においては、図３（ａ）に示すように、ロボット移動速度ＶＲを０に設定する。そのため溶接トーチ１４は溶接母材Ｗに対して停止している。同図（ｃ）に示すように、溶接電流Ｉｗとして、絶対値の平均値が電流値ｉｗ１である交流のパルスの溶接電流Ｉｗ１が流れている。溶滴移行期間Ｔ１においては、定電圧制御がなされている。定電圧制御では、溶接電流Ｉｗは、溶接ワイヤ１５の材質、直径、溶接ワイヤ１５の突出長さ、電極極性等の溶接条件が決定されれば、同図（ｄ）に示す溶接ワイヤ１５の送給速度Ｆｗにより定まる。すなわち、溶接電流Ｉｗ１は、送給速度Ｆｗを設定する送給速度設定信号Ｗｓにより決定される。溶滴移行期間Ｔ１において溶接ワイヤ１５は、ｆｗ１の送給速度Ｆｗで送給されている。ｆｗ１は、たとえば６５０〜１０００ｃｍ／ｍｉｎである。また、溶滴移行期間Ｔ１は、たとえば０．４〜０．５ｓｅｃである。

図４は、溶接電流Ｉｗ１の時間変化を詳細に示す図である。図３においては、理解の便宜上、溶接電流Ｉｗ１を簡略化して示しているが、実際には、溶接電流Ｉｗ１は図４に示すような交流パルス電流である。図４における電流値ｉｗ１は、図３における電流値ｉｗ１に一致する。図４における時間のスケールは、図３における時間のスケールに比べ極めて小さい。図４において、溶接電流Ｉｗを示す縦軸は、溶接ワイヤ１５が陽極となったときに流れる電流をプラスとしている。

本図から理解されるように、溶接電流Ｉｗ１は、周期Ｔｅにおいて電極プラス極性電流Ｉｅｐと電極マイナス極性電流Ｉｅｎとを１回ずつとる。周期Ｔｅは、たとえば２０ｍｓｅｃ程度である。電極プラス極性電流Ｉｅｐは、溶接ワイヤ１５が陽極、溶接母材Ｗが陰極となった状態で流れる電流である。電極プラス極性電流Ｉｅｐは、プラス極性ピーク電流Ｉｐｐと、プラス極性ベース電流Ｉｐｂとを含む。プラス極性ピーク電流Ｉｐｐは、電極プラス極性期間Ｔｐｐの間、流れる。電極プラス極性期間Ｔｐｐは、たとえば２ｍｓｅｃである。プラス極性ピーク電流Ｉｐｐの絶対値Ｉｅｐｐは、たとえば３００〜３５０Ａである。一方、プラス極性ベース電流Ｉｐｂは、電極プラス極性期間Ｔｐｂの間、流れる。電極プラス極性期間Ｔｐｂは、たとえば１４ｍｓｅｃである。プラス極性ベース電流Ｉｐｂの絶対値Ｉｅｐｂは、たとえば５０〜１００Ａである。

電極マイナス極性電流Ｉｅｎは、溶接ワイヤ１５が陰極、溶接母材Ｗが陽極となった状態で流れる電流である。電極マイナス極性電流Ｉｅｎは、電極マイナス極性期間Ｔｅｎの間、流れる。電極マイナス極性期間Ｔｅｎは、たとえば３．０〜４．０ｍｓｅｃである。電極マイナス極性電流Ｉｅｎの絶対値Ｉｅｎｐは、たとえば５０〜１００Ａである。

プラス極性ピーク電流Ｉｐｐ、プラス極性ベース電流Ｉｐｂ、電極マイナス極性電流Ｉｅｎ、電極プラス極性期間Ｔｐｐ、および電極マイナス極性期間Ｔｅｎは、所定値に設定される。電極プラス極性期間Ｔｐｂは、溶接電圧の平均値が予め定められた溶接電圧設定値と等しくなるようにフィードバック制御される。この制御によってアークａの長さが適正値に制御される。プラス極性ピーク電流Ｉｐｐ、プラス極性ベース電流Ｉｐｂ、および電極マイナス極性電流Ｉｅｎの絶対値について時間平均した値が、電流値ｉｗ１に一致する。電流値ｉｗ１は、たとえば９０Ａである。

（２）アーク継続期間Ｔ２（時刻ｔ２〜ｔ３）
図３に示すアーク継続期間Ｔ２では、従来技術の説明において図９（ｂ），（ｃ）で示した、溶融池Ｙを冷却する処理を、アークａを継続させつつ行う。アーク継続期間Ｔ２は、たとえば０．２〜０．３ｓｅｃである。

（ｉ）アーク継続期間Ｔ２の開始〜アークａ消滅までの期間（時刻ｔ２〜ｔｖ１）
図３（ａ）に示すように、アーク継続期間Ｔ２の開始時である時刻ｔ２において、ロボット移動速度ＶＲをＶ２に設定する。これにより溶接トーチ１４は、所定の溶接進行方向に沿って移動を開始する。Ｖ２は、たとえば１００ｃｍ／ｍｉｎである。アーク継続期間Ｔ２においては、溶滴移行期間Ｔ１と異なり、定電流制御がなされている。同図（ｂ）に示すように、電流設定信号Ｉｓは、電流値ｉｓ１である定電流（すなわち、絶対値の平均値は電流値ｉｓ１である）が溶接電流Ｉｗとして流れるよう、設定されている。そのため同図（ｃ）に示すように、溶接電流Ｉｗとして、電流値ｉｓ１で一定の溶接電流Ｉｗ２が流れている。電流値ｉｓ１は、たとえば１５〜２０Ａ程度である。電流値ｉｓ１は、溶滴移行が行われにくい程度の小さい値である。また、溶接電流Ｉｗ２は、溶接ワイヤ１５が陽極、溶接母材Ｗが陰極となった状態で流れる、いわゆる電極プラス極性電流である。同図（ｄ）に示すように、溶接ワイヤ１５は、ｆｗ２の送給速度Ｆｗで送給されている。ｆｗ２は、ｆｗ１より小さく、たとえば７０ｃｍ／ｍｉｎである。

（ｉｉ）アークａの消滅〜次の溶滴移行期間Ｔ１の開始時までの期間（時刻ｔｖ１〜ｔ３）
時刻ｔｖ１において、意図しない原因により、アークａが消滅する。すると、同図（ｃ）に示すように、溶接電流Ｉｗが０になる。図２の電流検出回路３２は、溶接電流Ｉｗが０であるとする電流検出信号Ｉｄを、アーク消滅検出回路３３に出力する。アーク消滅検出回路３３は、入力されている電流検出信号Ｉｄから、溶接電流Ｉｗが０であると判断する。そして、アーク消滅検出回路３３は、アークａが消滅したと判断する。そして、アーク消滅検出回路３３は、アーク消滅信号Ｓａを、出力制御回路３１および動作制御回路２１に出力する。

上述のように、アーク消滅検出回路３３は、溶接電流Ｉｗが０であるとする電流検出信号Ｉｄを受けると即座にアークａが消滅したと判断するのではない。アーク消滅検出回路３３は、溶接電流Ｉｗが０であるとする電流検出信号Ｉｄを入力した時から、所定の遅延時間が経過した後にも溶接電流Ｉｗが０であるとする電流検出信号Ｉｄを受けている場合に、アークａが消滅したと判断する。アーク継続期間Ｔ２における遅延時間ｄｔ２は、溶滴移行期間Ｔ１における遅延時間ｄｔ１より短いことが好ましい。遅延時間ｄｔ２をたとえば２０〜５０ｍｓとし、遅延時間ｄｔ１をたとえば１００ｍｓとするとよい。

動作制御回路２１はアーク消滅信号Ｓａを受けると、送給速度設定信号Ｗｓを送給速度Ｆｗを０とするものに変化させる。これにより、同図（ｄ）に示すように送給速度Ｆｗが０となり、溶接ワイヤ１５の送給が停止する。一方、出力制御回路３１は、アーク消滅信号Ｓａを受けると、出力をオフ状態に変化させる。溶接ワイヤ１５の送給を停止させたり、出力制御回路３１の出力をオフ状態に変化させる当該工程は、アークａが消滅した状態を維持するために行われる。アークａが消滅した状態を維持するには必ずしも、溶接ワイヤ１５の送給を完全に停止させ、且つ、出力制御回路３１の出力をオフ状態に変化させる必要はない。アークａが消滅した状態を維持できる程度に、溶接ワイヤ１５の送給を継続し、且つ、出力制御回路３１の出力をオン状態のまま維持してもよい。同図（ａ）に示すように、時刻ｔｖ１〜時刻ｔ３においても、ロボット移動速度ＶＲは、Ｖ２のまま維持されている。そのため、時刻ｔｖ１〜時刻ｔ３においても、溶接トーチ１４は、停止することなく、所定の溶接進行方向に沿って移動をしている。

（ｉｉｉ）次の溶滴移行期間Ｔ１（時刻ｔ３〜ｔ４）
同図（ａ）に示すように、時刻ｔ３において、ロボット移動速度ＶＲを０に設定し、溶接トーチ１４の移動を停止させる。また、同図（ｄ）に示すように、送給速度Ｆｗをｆｗ１より小さいｆｗ３として、溶接ワイヤ１５の送給を開始する。そして、出力制御回路３１の出力をオン状態とすることにより、アークａを再発生させる。アークａを再発生させるためには、様々なアークスタート方法を用いることができる。このようなアークスタート方法として、たとえば、溶接ワイヤ１５を溶接母材Ｗに接触させた後に溶接ワイヤ１５を溶接母材Ｗから引き離すリトラクトスタート方法を用いることもできる。アークａを再発生させる際のアークスタート条件を、アークａが消滅した時刻ｔｖ１前に行っていたアーク溶接においてアークａを発生させた際のアークスタート条件と異ならせてもよい。このようなアークスタート条件としては、スタート電流の大きさやスタート電流を流す時間が挙げられる。そしてアークａが発生した後に、同図（ｄ）に示すように、送給速度Ｆｗをｆｗ１に変化させる。そして、アーク溶接が再び行われる。

次に、本実施形態の作用について説明する。

本実施形態によれば、アークａが消滅することなく溶滴移行期間Ｔ１とアーク継続期間Ｔ２とを順調に繰り返している場合には、きれいなウロコ状のビードを形成することができる。さらに本実施形態によれば、偶発的にアーク継続期間Ｔ２の時刻ｔｖ１においてアークａが消滅した場合であっても、時刻ｔｖ１から溶滴移行期間Ｔ１を再開する時刻ｔ３までにアークａを再発生させることが、必要ない。そのため、時刻ｔｖ１から時刻ｔ３までにアークａを再発生させた場合に生じうるビード外観の悪化を回避できる。これにより、よりきれいなウロコ状のビードを形成することができる。

本実施形態によれば、図３（ａ）に示すように、溶滴移行期間Ｔ１においては、溶接トーチ１４を溶接母材Ｗに対して停止させ、アーク継続期間Ｔ２においてのみ、溶接トーチ１４を溶接母材Ｗに対して移動させている。これは、よりきれいな外観のビードを形成するのに好適である。

また、時刻ｔｖ１〜時刻ｔ３においても、溶接トーチ１４は、停止することなく、所定の溶接進行方向に沿って移動をしている。そのため、上記溶接トーチ１４を、溶滴移行期間Ｔ１を開始する位置へより早く移動させることができる。これにより、溶接に要する時間を短縮することができる。

同図（ｃ）に示したように、時刻ｔｖ１において溶接ワイヤ１５と溶接母材Ｗとが離間した状態でアークａが消滅し、溶接電流Ｉｗが０となり、溶接電流Ｉｗが０となったことを電流検出回路３２が検出している。このような構成は、アークａが消滅したことを検出するのに適する。

また、アーク継続期間Ｔ２における遅延時間ｄｔ２を、溶滴移行期間Ｔ１における遅延時間ｄｔ１より短く設定した場合には、より早く、溶接ワイヤ１５の送給を停止させたり、出力制御回路３１の出力をオフ状態に変化させることができる。そのため、アーク継続期間Ｔ２における遅延時間ｄｔ２を、溶滴移行期間Ｔ１における遅延時間ｄｔ１より短く設定することにより、溶接ワイヤ１５が溶接母材Ｗへ接近することをより早く停止できる。これにより、より確実にアークａが消滅している状態を維持することができる。

時刻ｔｖ１においてアークａが消滅すると、溶接ワイヤ１５の送給を完全に停止している。また、時刻ｔｖ１においてアークａが消滅すると、出力制御回路３１の出力をオフ状態に変化させている。そのため、アークａが消滅した後に溶接ワイヤ１５が溶接母材Ｗに接近しにくくなる。すなわち本実施形態にかかる構成は、アークａが消滅している状態を維持するのに好適である。

本実施形態では、アーク継続期間Ｔ２にアークａを再発生させず、溶滴移行期間Ｔ１の開始時にアークａを再発生させている。そのためアークａを再発生させるためには、様々なアークスタート方法を用いることができる。これにより、アークａを再発生させるためのアークスタート方法として、たとえばリトラクトスタート方法などの、よりスパッタが発生しにくい方法を用いることができる。

図４に示したように、溶接電流Ｉｗ１は、交流のパルス電流である。そのため、溶滴移行期間Ｔ１における溶接母材Ｗへの入熱を抑制できる。これは、溶接母材Ｗがたとえばアルミニウムからなる薄板である場合に好適である。

また、溶接電流Ｉｗ２は、いわゆる電極プラス極性の電流である。溶接電流Ｉｗ２が、溶接ワイヤ１５が陰極となり溶接母材Ｗが陽極となった状態で流れる電極マイナス極性電流であったならば、溶接ワイヤ１５の溶融量が多く、溶滴が溶接母材Ｗに落ちやすい、といった不都合が生じやすい。だが、本実施形態では、溶接電流Ｉｗ２は、電極マイナス極性電流でなく電極プラス極性電流であるので、このような不都合が生じにくい。

また、本実施形態にかかる方法を、溶接母材Ｗを水平方向に対して傾けた状態で、用いてもよい。このようにすると、溶滴が溶接母材Ｗに落ちにくい。その結果、よりきれいなビードを形成することができる。

図５は、本発明の第２実施形態を示している。なお、同図において、上記実施形態と同一または類似の要素には、上記実施形態と同一の符号を付している。本実施形態は、アークａが消滅した後の時刻ｔ４において、電流設定信号Ｉｓを電流値ｉｓ１から電流値ｉｓ２に上昇させている点において、第１実施形態と異なる。

電流設定信号Ｉｓを上昇させるこの工程は、時刻ｔｖ１においてアーク消滅信号Ｓａを入力した図２の動作制御回路２１が、時刻ｔ４において電流設定信号Ｉｓを電流値ｉｓ１から電流値ｉｓ２に上昇させることにより行う。動作制御回路２１は、電流値ｉｓ１から電流値ｉｓ２に上昇した電流設定信号Ｉｓを出力制御回路３１に出力する。出力制御回路３１は、電流値ｉｓ２に上昇した電流設定信号Ｉｓを入力すると、同図（ｃ）に示すように、溶接電流Ｉｗ２を電流値ｉｓ２で流す。

なお、電流値ｉｓ２は、電流値ｉｓ１よりもたとえば１〜１０Ａ程度大きい。なお、時刻ｔ４以降に再度アークａが消滅した場合には、電流設定信号Ｉｓをさらに上昇させてもよい。

本実施形態によると、時刻ｔ４以降のアーク継続期間Ｔ２において、溶接電流Ｉｗ２は電流値ｉｓ２で流れることとなる。そのため、時刻ｔ４以降のアーク継続期間Ｔ２においてアークａが消滅しにくくなる。これにより、時刻ｔ４以降、アークａを再発生させる必要性が減少する。そのため、溶接母材Ｗにおけるスパッタの発生を抑制することができる。その結果、本実施形態によれば、溶接母材Ｗに形成されるウロコ状のビードの外観をさらにきれいにすることができる。

また、本実施形態も第１実施形態と同様の利点を有する。

本実施形態においては、時刻ｔｖ１における１度だけのアークａの消滅をもって電流設定信号Ｉｓを上昇させた例を示したが、複数回アークａが消滅した場合にのみ、電流設定信号Ｉｓを上昇させてもよい。複数回アークａが消滅した場合にのみ電流設定信号Ｉｓを上昇させることで、溶接電流Ｉｗ２が過度に大きくなることを抑制できる。これによりアーク継続期間Ｔ２において溶接ワイヤ１５や溶接母材Ｗが溶融してしまうことを抑制できる。

電流設定信号Ｉｓを上昇させるのは、アークａが消滅したことに基づいていればよく、必ずしも時刻ｔ４に電流設定信号Ｉｓを上昇させる必要はない。たとえば、アーク継続期間Ｔ２の途中に電流設定信号Ｉｓを上昇させてもよい。もしくは、時刻ｔ６に電流設定信号Ｉｓを上昇させてもよい。

本発明の範囲は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明の具体的構成は、種々に設計変更自在である。上記実施形態では、溶接電流が０となったことにより、アークが消滅したことを検知したが、たとえばアークが発生している部分を撮影した画像もしくは映像の変化を解析することにより、アークの消滅を検知してもよい。もしくは、アーク継続期間Ｔ２において溶接電圧Ｖｗが通常とりうる値より大きな閾値電圧（たとえば無負荷電圧より若干小さい値）を設定し、溶接電圧Ｖｗがこの閾値電圧を超えた場合にアークが消滅したと判断することにより、アークの消滅を検知してもよい。

また、よりきれいなビードの外観を形成するためには、溶滴移行期間Ｔ１においてロボット移動速度ＶＲを０とするのが好ましいが、本発明はこれに限られない。たとえば、溶滴移行期間Ｔ１におけるロボット移動速度ＶＲを、アーク継続期間Ｔ２におけるロボット移動速度ＶＲ（Ｖ２）よりも小さく、且つ、０より大きい値に設定してもよい。そして、ロボット移動速度ＶＲに応じて、溶滴移行期間Ｔ１とアーク継続期間Ｔ２を適宜調整してもよい。

上記では、溶接電流Ｉｗ１が交流のパルス電流である例を示したが、本発明はこれに限られず、溶接電流Ｉｗ１が直流の定電流等であってもよい。もちろん、溶接電流Ｉｗ２についても同様のことがいえる。

Ａ 溶接システム
１ 溶接ロボット
１１ ベース部材
１２ アーム
１２ａ 手首部
１３ モータ
１４ 溶接トーチ
１５ 溶接ワイヤ（消耗電極）
１６ ワイヤ送給装置
１６１ 送給モータ
２ ロボット制御装置
２１ 動作制御回路（消耗電極移動手段）
２２ インターフェイス回路
３ 溶接電源装置
３１ 出力制御回路（電流制御手段）
３２ 電流検出回路
３３ アーク消滅検出回路（検知手段）
３４ 送給制御回路
３５ インターフェイス回路
３６ 電圧検出回路
Ｗ 溶接母材（母材）
Ｓｔ 溶接開始信号
Ｏｎ 出力開始信号
Ｓａ アーク消滅信号
Ｗｓ 送給速度設定信号
Ｍｃ 動作制御信号
Ｆｃ 送給制御信号
ＶＲ ロボット移動速度
Ｉｗ，Ｉｗ１，Ｉｗ２ 溶接電流
ｉｗ１ 電流値（第１の値）
Ｖｗ 溶接電圧
Ｔ１ 溶滴移行期間（第１の期間）
Ｔ２ アーク継続期間（第２の期間）
Ｉｅｐ 電極プラス極性電流
Ｉｅｎ 電極マイナス極性電流
Ｉｐｐ プラス極性ピーク電流
Ｉｐｂ プラス極性ベース電流
Ｔｅ 周期
Ｔｐｐ，Ｔｐｂ 電極プラス極性期間
Ｔｅｎ 電極マイナス極性期間
Ｉｓ 電流設定信号
ｉｓ１，ｉｓ２ 電流値（第２の値）
ｄｔ１ （第１の）遅延時間
ｄｔ２ （第２の）遅延時間
Ｆｗ 送給速度

Claims (13)

1. 消耗電極と母材との間に溶接電流を、絶対値の平均値が第１の値であるように流すことにより、アークを発生させつつ溶滴移行させる第１工程と、
   上記溶接電流を、絶対値の平均値が上記第１の値より小さい第２の値であるように流し、上記アークが発生している状態を継続させる第２工程と、を備え、
   上記第１工程と上記第２工程とを繰り返すアーク溶接方法であって、
   上記第２工程において上記アークが消滅した場合、当該第２工程の次の上記第１工程が開始されるまで上記アークが消滅した状態を維持する工程を更に備え、
   上記消耗電極を、所定の送給速度で上記母材に向かって送給し、
   上記アークが消滅した状態を維持する工程において、上記送給速度を低下させる工程を備えることを特徴とする、アーク溶接方法。
2. 消耗電極と母材との間に溶接電流を、絶対値の平均値が第１の値であるように流すことにより、アークを発生させつつ溶滴移行させる第１工程と、
   上記溶接電流を、絶対値の平均値が上記第１の値より小さい第２の値であるように流し、上記アークが発生している状態を継続させる第２工程と、を備え、
   上記第１工程と上記第２工程とを繰り返すアーク溶接方法であって、
   上記第２工程において上記アークが消滅した場合、当該第２工程の次の上記第１工程が開始されるまで上記アークが消滅した状態を維持する工程を更に備え、
   上記アークが消滅した状態を維持する工程において、上記消耗電極と上記母材との間に上記溶接電流を流す電流制御手段の出力を低下させることを特徴とする、アーク溶接方法。
3. 上記溶接電流の通電が停止したことを検知することにより、上記アークが消滅したことを検知する工程を更に備える、請求項１または２に記載のアーク溶接方法。
4. 上記アークが消滅した状態を維持する工程においては、上記母材の面内方向のうちの溶接進行方向に向かって、上記消耗電極を上記母材に対し常に相対移動させる、請求項１ないし３のいずれかに記載のアーク溶接方法。
5. 上記アークが消滅した状態を維持する工程に引き続く上記第１工程を、上記消耗電極を上記母材に接触させた後に上記消耗電極を上記母材から引き離すリトラクトスタート方法を用いることにより開始する、請求項１ないし４のいずれかに記載のアーク溶接方法。
6. 上記第２工程において上記アークが消滅した場合、上記第２の値を上記アークが消滅した時以前の値より大きい値に変化させる工程を更に備える、請求項１ないし５のいずれかに記載のアーク溶接方法。
7. 消耗電極と母材との間に溶接電流を流すことにより、アークを発生させ溶接を行うアーク溶接システムであって、
   上記溶接電流の絶対値の平均値を第１の値に設定している第１の期間と、上記溶接電流の絶対値の平均値を第１の値より小さい第２の値に設定している第２の期間と、を繰り返し発生させる電流制御手段と、
   上記アークが消滅したことを検知する検知手段と、を備え、
   上記第２の期間において上記アークが消滅したと上記検知手段が判断した場合、当該第２の期間の次の上記第１の期間が開始されるまで上記アークが消滅した状態を維持し、
   上記消耗電極を所定の送給速度で上記母材に向かって送給する送給制御手段を備え、
   上記送給制御手段は、上記アークが消滅した状態を維持する期間において、上記送給速度を低下させることを特徴とする、アーク溶接システム。
8. 消耗電極と母材との間に溶接電流を流すことにより、アークを発生させ溶接を行うアーク溶接システムであって、
   上記溶接電流の絶対値の平均値を第１の値に設定している第１の期間と、上記溶接電流の絶対値の平均値を第１の値より小さい第２の値に設定している第２の期間と、を繰り返し発生させる電流制御手段と、
   上記アークが消滅したことを検知する検知手段と、を備え、
   上記第２の期間において上記アークが消滅したと上記検知手段が判断した場合、当該第２の期間の次の上記第１の期間が開始されるまで上記アークが消滅した状態を維持し、
   上記電流制御手段は、上記アークが消滅した状態を維持する期間において、上記消耗電極と上記母材との間に上記溶接電流を流すための出力を低下させることを特徴とする、アーク溶接システム。
9. 上記検知手段は、上記溶接電流の通電が停止したことを検知することにより、上記アークが消滅したことを検知する、請求項７または８に記載のアーク溶接システム。
10. 上記アークが消滅した状態を維持する期間においては、上記母材の面内方向のうちの溶接進行方向に向かって、上記消耗電極を上記母材に対し常に相対移動させる消耗電極移動手段を更に備える、請求項７ないし９のいずれかに記載のアーク溶接システム。
11. 上記アークが消滅した状態を維持することに引き続く上記第１の期間を、上記消耗電極を上記母材に接触させた後に上記消耗電極を上記母材から引き離すリトラクトスタート方法を用いることにより開始する、請求項７ないし１０のいずれかに記載のアーク溶接システム。
12. 上記検知手段は、上記第１の期間において上記アークが消滅した場合に、上記アークが消滅した時から第１の遅延時間経過後に上記アークが消滅したと判断し、且つ、上記第２の期間において上記アークが消滅した場合に、上記アークが消滅した時から、上記第１の遅延時間より短い第２の遅延時間経過後に上記アークが消滅したと判断する、請求項７ないし１１のいずれかに記載のアーク溶接システム。
13. 上記電流制御手段は、上記第２の期間において上記アークが消滅したと上記検知手段が判断した場合、上記第２の値を上記アークが消滅した時以前の値より大きい値に変化させる、請求項７ないし１２のいずれかに記載のアーク溶接システム。

Images