JP5577210B2 - 2電極アーク溶接方法および2電極アーク溶接システム - Google Patents
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Description
<時刻t1〜時刻t2>
本実施形態においては、ミグアークa1を発生させるためには、通常のリトラクトスタートを行う。まず、時刻t1において、たとえば、ティーチペンダント23からの溶接開始信号Stが動作制御回路21に送られ、その後、電力発生回路MCaと、ミグ電流制御回路IRaと、電力発生回路MCbと、プラズマ電流制御回路IRbとに送られる(一部図示略)。図5(a)に示すように、時刻t1においては、電源特性切替回路Swにおけるスイッチはb側に接続している。そのため、時刻t1において、ミグ出力回路31は定電流特性となる。同図(b)に示すように、時刻t1において、送給制御回路38は、送給速度制御信号Fcとして送給速度Fwを正の値である値fw1(スローダウン送給速度)とするものを、溶接ロボット1のワイヤ送給装置16に送る。これにより、送給速度Fwを値fw1として消耗電極15が溶接トーチ14から前進送給される。なお、値fw1は、たとえば、100〜300cm/minである。また、同図(d)に示すように、ミグ電流制御回路IRaは、溶接開始信号Stを受けると、ミグ電流設定信号Iraとしてミグ電流Iwaをミグスタート値ir1で流すものを、電流誤差計算回路EIaに送る。時刻t1においては、消耗電極15と母材Wとが離間しているため、同図(e)に示すように、時刻t1からある程度の期間(本実施形態では時刻t1〜時刻t2)のあいだは消耗電極15と母材Wとの間にミグ電流Iwaが流れない。そして、同図(c)に示すように、時刻t1から時刻t2のあいだは、消耗電極15と母材Wとの間にはミグ電圧Vwaとして、たとえば、80V程度の無負荷電圧が印加される。
図6(s−2)に示すように、時刻t2において、消耗電極15が送給され母材Wに接触する。これにより、図5(e)に示すように、時刻t2において、消耗電極15と母材Wとの間に、ミグ電流Iwaがミグスタート値ir1で流れ始める。ミグスタート値ir1は、30〜70A程度の小さい値である。そのため、消耗電極15から母材Wへのミグ電流Iwaの通電が開始しても、消耗電極15がジュール熱によってほとんど加熱されない。また、同図(c)に示すように、時刻t2においてミグ電圧Vwaがほぼ0となる。同図(b)に示すように、時刻t2において、送給制御回路38は、送給速度制御信号Fcとして送給速度Fwを負の値である値fw2とするものを、溶接ロボット1のワイヤ送給装置16に送る。これにより、消耗電極15が後退送給される。
図6(s−3)に示すように、時刻t3において、消耗電極15が、後退送給されることにより母材Wから離間する。すると、消耗電極15と母材Wとの間にミグアークa1が発生する。時刻t3におけるミグアークa1の発生は、消耗電極15の溶断ではなく消耗電極15を引き上げることにより発生する。また、上述のように、時刻t3におけるミグ電流Iwaの値はミグスタート値ir1であるため、比較的小さい。そのため、時刻t3においてスパッタは非常に発生しにくい。時刻t3においてミグアークa1が発生したのちも、非消耗電極142と母材Wとの間にプラズマアークa2が発生する時(時刻t4)まで、消耗電極15が後退送給され続ける。
図5(b)に示すように、時刻t4において、送給制御回路38は、送給速度制御信号Fcとして送給速度Fwを正の値である値fw3とするものを、溶接ロボット1のワイヤ送給装置16に送る。これにより、送給速度Fwを値fw3として消耗電極15が溶接トーチ14から前進送給される。なお、値fw3は、たとえば、50〜150cm/minである。同図(d)に示すように、ミグ電流制御回路IRaは、検知信号Sdを受けると、ミグ電流設定信号Iraとしてミグ電流Iwaをミグ予熱値ir2で流すものを、電流誤差計算回路EIaに送る。これにより、同図(e)に示すように、時刻t4において、ミグ電流Iwaがミグ予熱値ir2で流れ始める。すなわち、時刻t4において、ミグ出力回路31が、ミグ電流Iwaをミグ予熱値ir2で流す予熱期間を開始する。ミグ予熱値ir2は、たとえば、15〜30Aである。好ましくは、ミグ予熱値ir2は、ミグスタート値ir1より小さい。このように、時刻t4〜時刻t5において、ミグアークa1が発生している状態が継続する。一方、時刻t4〜時刻t5においては、プラズマアークa2が発生している状態も継続する。時刻t4〜時刻t5においては、プラズマアークa2によって、母材Wのうち溶接開始部分が加熱される。これにより、母材Wの溶接開始部分に十分な入熱が行われる。そのため、溶接ビードの溶け込み深さを、溶接開始部分から定常溶接部分に至るまで均一にすることができる。
図5(a)に示すように、時刻t5において、電源特性切替回路SWが溶滴移行開始指示信号Ssを受けると、電源特性切替回路SWのスイッチがb側に接続している状態から、a側に接続している状態に変化する。そのため、時刻t5において、ミグ出力回路31の電源特性は、定電圧特性に変化する。また、同図(b)に示すように、時刻t5において、送給制御回路38は、送給速度制御信号Fcとして送給速度Fwを正の値である値fw4とするものを、溶接ロボット1のワイヤ送給装置16に送る。これにより、送給速度Fwを値fw4として消耗電極15が溶接トーチ14から前進送給される。そして、同図(e)に示すように、ミグ電流Iwaの値が、ミグ予熱値ir2から比較的大きなミグ定常値ir3に上昇する。すなわち、ミグ出力回路31が、消耗電極15から母材Wへと溶滴移を移行させる溶滴移行期間を開始する。ミグ定常値ir3は、ミグスタート値ir1やミグ予熱値ir2よりも大きく、たとえば、70〜250Aである。一方、時刻t5以降も、非消耗電極142と母材Wとの間には、プラズマアークa2が発生した状態が継続する。時刻t5以降のプラズマ電流Iwbの値は、プラズマ定常値ir5である。さらに、動作制御回路21は、溶滴移行開始指示信号Ssを受けると、動作制御信号Msとして、消耗電極15および非消耗電極142を保持する溶接トーチ14を母材Wに対し相対移動させるための信号を、溶接ロボット1に送る。これにより、溶接ロボット1は、溶接トーチ14を、母材Wに沿って母材Wに対し移動させ始める。このようにして、時刻t5において、消耗電極15から母材Wへの溶滴を移行させる溶滴移行期間が開始され、2電極アーク溶接が行われる。溶滴移行期間においては、ミグアークa1は、プラズマアークa2に包まれた状態となる。これにより、プラズマアークa2は、ミグアークa1が広がるのを拘束する作用がある。
1 溶接ロボット
11 ベース部材
12 アーム
13 モータ
14 溶接トーチ
141 コンタクトチップ
142 非消耗電極
143 プラズマノズル
144 シールドガスノズル
15 消耗電極
16 ワイヤ送給装置
161 送給機構
19 コイルライナ
2 ロボット制御装置
21 動作制御回路
23 ティーチペンダント
3 ミグ電源装置
31 ミグ出力回路
32 溶滴移行開始指示回路
321 時間計測回路
322 設定時間記憶回路
323 比較回路
323’ 第1比較回路
324 電圧検出回路
325 設定電圧値記憶回路
326 比較回路
326’ 第2比較回路
329 論理和回路
34 ミグスタート値記憶回路
35 ミグ予熱値記憶回路
38 送給制御回路
4 プラズマ電源装置
41 プラズマ出力回路
44 プラズマ予熱値記憶回路
45 プラズマ定常値記憶回路
47 検知回路
Ea 誤差信号
EIa 電流誤差計算回路
Eia 電流誤差信号
EIb 電流誤差計算回路
Eib 電流誤差信号
EVa 電圧誤差計算回路
Eva 電圧誤差信号
Fc 送給速度制御信号
Fw 送給速度
IDa ミグ電流検出回路
Ida ミグ電流検出信号
IDb プラズマ電流検出回路
Idb プラズマ電流検出信号
ir1 ミグスタート値
ir2 ミグ予熱値
ir3 ミグ定常値
ir4 プラズマ予熱値
ir5 プラズマ定常値
IRa ミグ電流制御回路
Ira ミグ電流設定信号
IRb プラズマ電流制御回路
Irb プラズマ電流設定信号
Iwa ミグ電流
Iwb プラズマ電流
MCa 電力発生回路
MCb 電力発生回路
Ms 動作制御信号
Sd 検知信号
Ss 溶滴移行開始指示信号
St 溶接開始信号
SW 電源特性切替回路
T1 時間
T2 設定時間
VDa 電圧検出回路
Vda ミグ電圧検出信号
Vr ロボット移動速度
VRa ミグ電圧制御回路
Vra ミグ電圧設定信号
Vwa ミグ電圧
Vwb プラズマ電圧
Claims (12)
- 母材と消耗電極との間にミグアークを発生させる工程と、
上記ミグアークをパイロットアークとして、上記母材と上記消耗電極を囲む非消耗電極との間にプラズマアークを発生させる工程と、
上記プラズマアークを発生させた後に、上記消耗電極と上記母材との間に流れるミグ電流をミグ予熱値で流しつつ、上記ミグアークおよび上記プラズマアークのいずれもが発生している状態を継続させる工程と、
上記ミグアークを消弧することなく上記ミグ電流の値を上記ミグ予熱値から上昇させ、上記消耗電極から上記母材への溶滴移行を開始する工程と、を備える、2電極アーク溶接方法。 - 上記プラズマアークが発生した時刻から経過した時間を計測する工程を更に備え、
上記溶滴移行を開始する工程は、上記経過した時間が設定時間を超えたときに行う、請求項1に記載のアーク溶接方法。 - 上記消耗電極と上記母材との間のミグ電圧の値を検出する工程を更に備え、
上記溶滴移行を開始する工程は、上記プラズマアークが発生したのちに上記ミグ電圧の値が設定電圧値より小さくなったときに行う、請求項1に記載のアーク溶接方法。 - 母材と消耗電極との間にミグアークを発生させる工程と、
上記ミグアークをパイロットアークとして、上記母材と上記消耗電極を囲む非消耗電極との間にプラズマアークを発生させる工程と、
上記プラズマアークを発生させた後に、上記消耗電極と上記母材との間に流れるミグ電流をミグ予熱値で流しつつ、上記ミグアークおよび上記プラズマアークのいずれもが発生している状態を継続させる工程と、
上記ミグ電流の値を上記ミグ予熱値から上昇させ、上記消耗電極から上記母材への溶滴移行を開始する工程と、を備え、
上記プラズマアークが発生した時刻から経過した時間を計測する工程と、
上記消耗電極と上記母材との間のミグ電圧の値を検出する工程とを更に備え、
上記溶滴移行を開始する工程は、上記経過した時間が設定時間を超えた時、および、上記ミグ電圧の値が設定電圧値より小さくなった時の、いずれか早くが到来したときに行う、2電極アーク溶接方法。 - 上記溶滴移行を開始する工程の後に、上記非消耗電極から上記母材へ流れるプラズマ電流をプラズマ定常値で流しつつ、上記消耗電極から上記母材へと溶滴を移行させる工程を更に備え、
上記発生している状態を継続させる工程においては、上記プラズマ電流を上記プラズマ定常値より大きいプラズマ予熱値で流す、請求項1ないし4のいずれかに記載の2電極アーク溶接方法。 - 上記発生している状態を継続させる工程の後に、上記母材に沿って上記母材に対し上記消耗電極を相対移動させ始め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2電極アーク溶接方法。
- 非消耗電極と母材との間にプラズマ電流を流すプラズマ出力回路と、
上記非消耗電極と上記母材との間のプラズマアークの発生を検知すると検知信号を送る検知回路と、
ミグ予熱値を記憶するミグ予熱値記憶回路と、
上記検知信号を受け、上記検知信号を受けた後に溶滴移行開始指示信号を送る溶滴移行開始指示回路と、
上記検知信号を受けると、消耗電極と上記母材との間に流れるミグ電流を上記ミグ予熱値で流す予熱期間を開始し、且つ、上記溶滴移行開始指示信号を受けると、上記消耗電極から上記母材へ溶滴を移行させる溶滴移行期間を開始するミグ出力回路と、を備え、
上記ミグ出力回路は、上記ミグアークを消弧することなく上記ミグ電流の値を上記ミグ予熱値から上昇させ、上記溶滴移行期間を開始する、2電極アーク溶接システム。 - 上記溶滴移行開始指示回路は、上記検知信号を受けた時刻から経過した時間を計測する時間計測回路と、設定時間を記憶する設定時間記憶回路と、上記経過した時間が上記設定時間を超えたときに上記溶滴移行開始指示信号を送る比較回路とを含む、請求項7に記載の2電極アーク溶接システム。
- 上記溶滴移行開始指示回路は、上記消耗電極と上記母材との間に印加されるミグ電圧を検出する電圧検出回路と、設定電圧を記憶する設定電圧記憶回路と、上記検知信号を受けたのちに上記ミグ電圧が上記設定電圧を下回ったときに上記溶滴移行開始指示信号を送る比較回路とを含む、請求項7に記載の2電極アーク溶接システム。
- 非消耗電極と母材との間にプラズマ電流を流すプラズマ出力回路と、
上記非消耗電極と上記母材との間のプラズマアークの発生を検知すると検知信号を送る検知回路と、
ミグ予熱値を記憶するミグ予熱値記憶回路と、
上記検知信号を受け、上記検知信号を受けた後に溶滴移行開始指示信号を送る溶滴移行開始指示回路と、
上記検知信号を受けると、消耗電極と上記母材との間に流れるミグ電流を上記ミグ予熱値で流す予熱期間を開始し、且つ、上記溶滴移行開始指示信号を受けると、上記消耗電極から上記母材へ溶滴を移行させる溶滴移行期間を開始するミグ出力回路と、を備え、
上記溶滴移行開始指示回路は、上記検知信号を受けた時刻から経過した時間を計測する時間計測回路と、設定時間を記憶する設定時間記憶回路と、上記経過した時間が上記設定時間を超えたときに時間経過信号を送る第1比較回路と、上記消耗電極と上記母材との間に印加されるミグ電圧を検出する電圧検出回路と、設定電圧を記憶する設定電圧記憶回路と、上記検知信号を受けたのちに上記ミグ電圧が上記設定電圧を下回ったときに電圧低下信号を送る第2比較回路と、上記時間経過信号または上記電圧低下信号を受けると、上記溶滴移行開始指示信号を送る論理和回路とを含む、2電極アーク溶接システム。 - プラズマ予熱値を記憶するプラズマ予熱値記憶回路と、
プラズマ定常値を記憶するプラズマ定常値記憶回路とを更に備え、
上記プラズマ出力回路は、上記溶滴移行開始指示信号を受けると、上記プラズマ電流を上記プラズマ定常値で流し、上記溶滴移行開始指示信号を受ける前は、上記プラズマ電流を上記プラズマ予熱値で流す、請求項7ないし10のいずれかに記載の2電極アーク溶接システム。 - 上記消耗電極を保持する溶接トーチを含む溶接ロボットと、
上記溶接ロボットに動作制御信号を送る動作制御回路とを更に備え、
上記動作制御回路は、上記溶滴移行開始指示信号を受けると、上記動作制御信号として上記母材に沿って上記母材に対して上記消耗電極を相対移動させる信号を送る、請求項7ないし11のいずれかに記載の2電極アーク溶接システム。
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