JP5808953B2 - アーク溶接システムおよびアーク溶接方法 - Google Patents
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Description
溶滴移行期間T1は、消耗電極15と母材Wとの間にアークa1を発生させつつ消耗電極15から母材Wへ溶滴151を移行させるための期間である。図4(a)、図5(a)に示す時刻ta(1)において、動作制御回路21は、ロボット移動速度VRを速度v1とするための動作制御信号Msを溶接ロボット1に送る。これにより、消耗電極15を保持する溶接トーチ14の、母材Wに対するロボット移動速度VRはv1となる。本参考例ではv1=0である。そのため、溶滴移行期間T1中、溶接トーチ14は、母材Wの面内方向において母材Wに対し停止している。同図(f)に示すように、時刻ta(1)において、動作制御回路21は溶滴移行開始信号Ssを、送給制御回路38と、出力回路31の電流切替回路313と、終了判断回路34の計測回路341と、に送る。送給制御回路38は溶滴移行開始信号Ssを受けると、送給速度Fwを速度fw1とするための送給速度制御信号Fcを送給機構161に送る。これにより、図5(e)に示すように、消耗電極15が、送給速度Fwを速度fw1で送給され始める。送給速度Fwは、溶接トーチ14から母材Wに向かう方向が正である。速度fw1は、たとえば、100〜300cm/minである。同図(h)に示すように、時刻ta(1)において、パルス生成指示信号PsがHighレベルに変化する。これにより、電流波形生成回路315は、単位パルス波形の溶接電流Iwを流すための電流設定信号Ir1を電流切替回路313に送る。また、同図(b)に示すように、電流切替回路313が溶滴移行開始信号Ssを受けると、電流切替回路313におけるスイッチSwはa側に接続する。そのため、時刻ta(1)から、同図(c)に示す単位パルス波形を有する溶接電流Iwが流れる。
冷却期間T2は、母材Wに形成された溶融池881を冷却するための期間である。時刻ta(n+1)にて電流切替回路313が終了指示信号Esを受けると、図4(b)、図5(b)に示すように、電流切替回路313におけるスイッチSwはb側に接続する。これにより、溶滴移行期間T1が終了し冷却期間T2が開始する。同図(c)に示すように、電流切替回路313におけるスイッチSwがb側に接続すると、時刻ta(n+1)から溶接電流Iwは絶対値の時間平均値が第2値ir2で流れる。本参考例では第2値ir2は直流である。第2値ir2は、第1値ir1より小さい。第2値ir2は、消耗電極15から母材Wに溶滴が移行しない程度の極めて小さい値であり、たとえば5〜20Aである。本参考例では冷却期間T2においてアークa1が発生している状態を継続している。そのため、次の溶滴移行期間T1を開始する際にアークa1を再発生させる必要がない。一方、図4(a)、図5(a)に示すように、時刻ta(n+1)において動作制御回路21は、終了指示信号Esを受けると、ロボット移動速度VRを速度v2とするための動作制御信号Msを溶接ロボット1に送る。これにより、消耗電極15を保持する溶接トーチ14は、母材Wの面内方向において、図6(b)、図7の溶接進行方向Drに沿って、母材Wに対し速度v2で移動し始める。速度v2は速度v1より大きい。速度v2は、たとえば、50〜150cm/minである。各冷却期間T2における溶接進行方向Drは互いに共通である。図4(e)に示すように、送給制御回路38は終了指示信号Esを受けると、送給速度Fwを速度fw2とするための送給速度制御信号Fcを送給機構161に送る。これにより、消耗電極15が、溶接トーチ14から母材Wに向かって速度fw2で送給され始める。速度fw2は、速度fw1より小さく、たとえば、70cm/minである。図6(c)に示すように、冷却期間T2にて、溶融池881は冷却されることにより固化し、平面視で円形状の溶接痕882が形成される(図7参照)。そして、溶接トーチ14が母材Wの所定の位置に到達すると、同図(d)に示すように再び溶滴移行期間T1を開始する。
[時刻tg1〜時刻tg2]
時刻tg1にアーク発生期間T0が開始する。図11(e)に示すように、時刻tg1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を値fw3(スローダウン送給速度)とするものを、溶接ロボット1の送給機構161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から送給される。なお、値fw3は、たとえば、100〜300cm/minである。時刻tg1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(c)に示すように、時刻tg1からある程度の期間(本参考例では時刻tg1〜時刻tg2)の間は消耗電極15と母材Wとの間に溶接電流Iwが流れない。一方、同図(d)に示すように、時刻tg1から時刻tg2において、消耗電極15と母材Wとの間には溶接電圧Vwとして、たとえば、80V程度の無負荷電圧V0が印加される。電流制御回路319は、電流設定信号Ir3を電流切替回路313に送る。時刻tg1〜時刻ta(1)の間、電流切替回路313のスイッチはb側に接続している。そのため、時刻tg1〜時刻ta(1)の間、電流誤差計算回路EIには、電流切替回路313から、電流設定信号Irとして電流設定信号Ir3が送られる。
消耗電極15が溶接トーチ14から送給され母材Wに接近してゆき、時刻tg2において、消耗電極15と母材Wとが接触する。すると、図11(d)に示すように、消耗電極15と母材Wとの間に印加される溶接電圧Vwが急激に減少する。また、同図(c)に示すように、消耗電極15から母材Wへの溶接電流Iwの通電が開始する。上述のように、電流誤差計算回路EIには、電流切替回路313から、電流設定信号Irとして電流設定信号Ir3が送られる。そのため、溶接電流Iwの値は第3値ir3になるように、急激に増加する。
図11(c)に示すように、時刻tg3において、溶接電流Iwの値が第3値ir3に至る。そして、時刻tg3からしばらくの間は、溶接電流Iwは第3値ir3で流れる。時刻tg3からわずかな期間(本参考例では時刻tg3〜時刻tg4)の間は、消耗電極15と母材Wとが接触した状態が継続される。消耗電極15と母材Wとが接触している間、消耗電極15のうち母材Wに近接する部分は、ジュール熱により溶融する。
時刻tg4において、消耗電極15のうち母材Wに近接する部分が溶融して、消耗電極15と母材Wとの間にアークa1が発生する。図11(d)に示すように、時刻tg4の近傍において、消耗電極15と母材Wとの間に印加される溶接電圧Vwが、急激に増加する。時刻tg4〜時刻ta(1)においては、溶接電流Iwを第3値ir3のまま流し続ける。消耗電極15と母材Wとの離間距離を適切な長さとするためである。
時刻ta(1)から溶滴移行期間T1が開始する。図10(f)、図11(f)に示すように、時刻ta(1)において、動作制御回路21は溶滴移行開始信号Ssを、送給制御回路38と、出力回路31の電流切替回路313と、終了判断回路34の計測回路341と、に送る。この後は、第1参考例の溶滴移行期間T1における工程と同様の工程が行われる。
冷却期間T2は、母材Wに形成された溶融池881を冷却するための期間である。図11(c)、図11(d)に示すように、時刻ta(n+1)にて電源回路311が終了指示信号Esを受けると、電源回路311は停止し、溶接電圧Vwおよび溶接電流Iwを0にする(溶接電流Iwを第2値ir2=0Aで流す)。このようにして、溶滴移行期間T1が終了し冷却期間T2が開始される。同図(e)に示すように、送給制御回路38は終了指示信号Esを受けると、送給速度Fwを0とするための送給速度制御信号Fcを送給機構161に送る。これにより、消耗電極15の送給が停止する。図10(a)、図11(a)に示すように、時刻ta(n+1)において動作制御回路21は、終了指示信号Esを受けると、ロボット移動速度VRを速度v2とするための動作制御信号Msを溶接ロボット1に送る。これにより、消耗電極15を保持する溶接トーチ14は、母材Wの面内方向において、溶接進行方向Dr(図6、図7参照)に沿って、母材Wに対し速度v2で移動し始める。冷却期間T2にて、溶融池881は冷却されることにより固化し、平面視で円形状の溶接痕882(図6、図7参照)が形成される。冷却期間T2を終えると、上述のアーク発生期間T0を開始しアークa1を再び発生させる。
第1モード期間Tm1は、終了指示回路346が第1モードM1となっている期間である。まず、アーク溶接システムA21のユーザが、ティーチペンダント23における操作部232を操作することにより、本溶接開始指示信号Ss1が、操作部232から動作制御回路21および切替制御回路22に送られる。動作制御回路21は本溶接開始指示信号Ss1を受けると、微小なアーク発生期間(図15では図示略)を経た後に、溶滴移行開始信号Ssを出力回路31やパルス数計算回路32や終了判断回路34に送るなどして、溶滴移行期間T1が開始する。
第1モード期間Tm1中に、パルス数計算回路32は、設定時間Trに基づき標準パルス数Naを計算する。設定時間Trに基づき標準パルス数Naを求めるには、長さが設定時間Trである溶滴移行期間T1におけるピーク期間Tpの回数を用いるとよい。この場合の、パルス数計算回路32による標準パルス数Naを計算する方法の一例は、具体的には次のとおりである。
Na=(Na(1)+Na(2)+・・・+Na(m))/m
パルス数計算回路32は、このようにして求めた標準パルス数Naを設定数記憶部35に送る。そして、設定数記憶部35は、標準パルス数Naを設定数Nbとして記憶する。
Na=m×Tr/(Ttp(1)+Ttp(2)+・・・+Ttp(m))
パルス数計算回路32は、このようにして求めた標準パルス数Naを設定数記憶部35に送る。そして、設定数記憶部35は、標準パルス数Naを設定数Nbとして記憶する。
本実施形態では、パルス数計算回路32によって標準パルス数Naが求められたと、切替制御回路22が判断したときに、切替制御回路22は、終了指示回路346に第1モード指示信号Sm1を送っている状態から、終了指示回路346に第2モード指示信号Sm2を送っている状態に切り替える。これにより、終了指示回路346が、第1モードM1から第2モードM2に切り替わる。パルス数計算回路32によって標準パルス数Naが求められたと、切替制御回路22が判断するのは、たとえば、切替制御回路22が本溶接開始指示信号Ss1を受けた時から所定の回数(3、4回程度)の溶滴移行期間T1が経過した場合である。もしくは、パルス数計算回路32によって標準パルス数Naが求められたと、切替制御回路22が判断するのは、たとえば、切替制御回路22が本溶接開始指示信号Ss1を受けた時から所定の時間が経過した場合である。
第2モード期間Tm2は、終了指示回路346が第2モードM2となっている期間である。第2モード期間Tm2中、パルス生成指示信号Psは終了判断回路34における計測回路341に送られる。計測回路341は、溶滴移行開始信号Ssを受けた時刻以降にパルス生成指示信号Psを受けた回数を計測する。これにより、計測回路341は、各溶滴移行期間T1におけるピーク期間Tpの回数Nsを計測する。そして、パルス数比較回路342’は、回数Nsが設定数Nb(すなわち標準パルス数Na)に達すると、設定数到達信号Sr2を終了指示回路346に送る。
まず、アーク溶接システムA22のユーザが、ティーチペンダント23における操作部232を操作することにより、予備溶接開始指示信号Ss2が、操作部232から動作制御回路21および切替制御回路22に送られる。動作制御回路21は予備溶接開始指示信号Ss2を受けると、微小なアーク発生期間(図17では図示略)を経た後に、溶滴移行開始信号Ssを動作制御回路21が出力回路31やパルス数計算回路32や終了判断回路34等に送るなどして、溶滴移行期間T1が開始する。
本実施形態においても、第1モード期間Tm1中に、アーク溶接システムA21に関して説明したのと同様に、パルス数計算回路32は標準パルス数Naを計算する。標準パルス数Naの求め方は、上述のとおりであるから説明を省略する。本実施形態では、求められた標準パルス数Naは、表示部231に表示される。
次に、第1モード期間Tm1で用いた母材Wとは別の母材Wを新たに用意する。新たに用意する母材Wは、たとえば、第1モード期間Tm1で用いた母材Wと同じ材料よりなり、且つ、同じ厚さである。
次に、アーク溶接システムA22のユーザが、ティーチペンダント23における操作部232を操作することにより、本溶接開始指示信号Ss1が、操作部232から動作制御回路21および切替制御回路22に送られる。動作制御回路21は本溶接開始指示信号Ss1を受けると、微小なアーク発生期間(図17では図示略)を経た後に、溶滴移行開始信号Ssを動作制御回路21が出力回路31やパルス数計算回路32や終了判断回路34等に送るなどして、溶滴移行期間T1が開始する。
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
15 消耗電極
151 溶滴
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
22 切替制御回路
23 ティーチペンダント
231 表示部
232 操作部
3 溶接電源装置
31 出力回路
311 電源回路
312 電流検出回路
313 電流切替回路
314 電流制御回路
315 電流波形生成回路
316 信号生成回路
317 電圧検出回路
318 電圧制御回路
319 電流制御回路
32 パルス数計算回路
33 電流値記憶部
34 終了判断回路
341 計測回路
342 比較回路
342’ パルス数比較回路
344 時間比較回路
346 終了指示回路
35 設定数記憶部
36 設定時間記憶部
37 電流値記憶部
38 送給制御回路
881 溶融池
882 溶接痕
Dr 溶接進行方向
EI 電流誤差計算回路
Ei 電流誤差信号
EV 電圧誤差計算回路
Ev 電圧誤差信号
Es 終了指示信号
Fc 送給速度制御信号
Fw 送給速度
IB ベース電流記憶部
ib ベース電流値
IBR 電流制御回路
ibr 電流設定信号
Id 電流検出信号
IP ピーク電流記憶部
ip ピーク電流値
IPR 電流制御回路
ipr 電流設定信号
Ir,Ir1,Ir2,Ir3 電流設定信号
ir1 第1値
ir2 第2値
Iw 溶接電流
M1 第1モード
M2 第2モード
Ms 動作制御信号
Na 標準パルス数
Nb 設定数
Ns 回数
Ps パルス生成指示信号
Sm1 第1モード指示信号
Sm2 第2モード指示信号
Sr1 設定時間到達信号
Sr2 設定数到達信号
Ss 溶滴移行開始信号
Ss1 本溶接開始指示信号
Ss2 予備溶接開始指示信号
SW 切替回路
T0 アーク発生期間
T1 溶滴移行期間
T2 冷却期間
Tm1 第1モード期間
Tm2 第2モード期間
TB ベース期間記憶部
TD 減少期間記憶部
Td 減少期間
TM タイマ回路
TP ピーク期間記憶部
Tp ピーク期間
Tr 設定時間
tss 期間信号
Ts 期間
TU 増加期間記憶部
Tu 増加期間
Vd 電圧検出信号
VR ロボット移動速度
Vr 電圧設定信号
Vw 溶接電圧
W 母材
Claims (15)
- 消耗電極にパルス電流を流す溶滴移行期間と、上記溶滴移行期間の後に母材に形成された溶融池を冷却する冷却期間と、をそれぞれ複数回繰り返す出力回路を備え、
上記パルス電流の波形は、ピーク値で電流を流すピーク期間と上記ピーク値よりも小さいベース値で電流を流すベース期間とを含む単位パルス波形を繰り返す形状である、アーク溶接システムであって、
設定時間を記憶する設定時間記憶部と、
設定数を記憶する設定数記憶部と、
上記設定時間に基づき、上記設定時間当たりの上記ピーク期間の回数である標準パルス数を計算するパルス数計算回路と、
上記溶滴移行期間における上記ピーク期間の回数が上記設定数に達すると、終了指示信号を送る終了判断回路と、を備え、
上記出力回路は、上記終了指示信号を受けたときに上記溶滴移行期間を終了するとともに、
上記終了判断回路は、
上記溶滴移行期間の長さが上記設定時間に達すると、設定時間到達信号を送る時間比較回路と、
上記溶滴移行期間における上記ピーク期間の回数が上記設定数に達すると、設定数到達信号を送るパルス数比較回路と、
終了指示切替回路と、を含み、
上記終了指示切替回路は、第1モードの場合には上記設定時間到達信号を受けたときに上記終了指示信号を送り、第2モードの場合には上記設定数到達信号を受けたときに上記終了指示信号を送る、アーク溶接システム。 - 上記パルス数計算回路は、上記標準パルス数を上記設定数記憶部に送り、上記設定数記憶部は、上記パルス数計算回路によって求められた上記標準パルス数を上記設定数として記憶する、請求項1に記載のアーク溶接システム。
- 第1モード指示信号および第2モード指示信号を送る切替制御回路を更に備え、
上記終了指示切替回路は、上記第1モード指示信号を受けると上記第1モードとなり、上記第2モード指示信号を受けると上記第2モードとなる、請求項1または2に記載のアーク溶接システム。 - 上記切替制御回路は、操作部からの本溶接開始指示信号を受けたときに、上記第1モード指示信号を送り、上記パルス数計算回路によって上記標準パルス数が求められたと判断したときに、上記第2モード指示信号を送る、請求項3に記載のアーク溶接システム。
- 上記切替制御回路は、操作部からの予備溶接開始指示信号を受けたときに、上記第1モード指示信号を送り、上記操作部からの本溶接開始指示信号を受けたときに、上記第2モード指示信号を送る、請求項3に記載のアーク溶接システム。
- 上記切替制御回路は、
予備溶接不実施モードの場合には、操作部からの本溶接開始指示信号を受けたときに、上記第1モード指示信号を送り、上記パルス数計算回路による上記標準パルス数が求められたと判断したときに、上記第2モード指示信号を送り、
予備溶接実施モードの場合には、上記操作部からの予備溶接開始指示信号を受けたときに、上記第1モード指示信号を送り、上記操作部からの本溶接開始指示信号を受けたときに、上記第2モード指示信号を送る、請求項3に記載のアーク溶接システム。 - 上記出力回路は、パルス生成指示信号を繰り返し生成する信号生成回路と、上記パルス生成指示信号を受けるごとに、上記単位パルス波形を生成する電流波形生成回路と、を含む、請求項1ないし6のいずれかに記載のアーク溶接システム。
- 上記出力回路は、上記消耗電極と上記母材との間の平均電圧を検出する電圧検出回路と、電圧値を記憶する電圧値記憶部と、を含み、
上記信号生成回路は、上記電圧検出回路に検出された平均電圧と上記電圧値記憶部に記憶された電圧値との差を、周波数に変換する、請求項7に記載のアーク溶接システム。 - 上記パルス数計算回路によって求められた上記標準パルス数を表示する表示部を更に備える、請求項1ないし8のいずれかに記載のアーク溶接システム。
- 消耗電極にパルス電流を流す溶滴移行期間と、上記溶滴移行期間の後に母材に形成された溶融池を冷却する冷却期間と、をそれぞれ複数回繰り返す出力回路を備え、
上記パルス電流の波形は、ピーク値で電流を流すピーク期間と上記ピーク値よりも小さいベース値で電流を流すベース期間とを含む単位パルス波形を繰り返す形状である、アーク溶接システムであって、
設定時間を記憶する設定時間記憶部と、
設定数を記憶する設定数記憶部と、
上記設定時間に基づき、上記設定時間当たりの上記ピーク期間の回数である標準パルス数を計算するパルス数計算回路と、
上記溶滴移行期間における上記ピーク期間の回数が上記設定数に達すると、終了指示信号を送る終了判断回路と、を備え、
上記出力回路は、上記終了指示信号を受けたときに上記溶滴移行期間を終了するとともに、
上記出力回路は、パルス生成指示信号を繰り返し生成する信号生成回路と、上記パルス生成指示信号を受けるごとに、上記単位パルス波形を生成する電流波形生成回路と、を含む、アーク溶接システム。 - 上記出力回路は、上記消耗電極と上記母材との間の平均電圧を検出する電圧検出回路と、電圧値を記憶する電圧値記憶部と、を含み、
上記信号生成回路は、上記電圧検出回路に検出された平均電圧と上記電圧値記憶部に記憶された電圧値との差を、周波数に変換する、請求項10に記載のアーク溶接システム。 - 上記パルス数計算回路によって求められた上記標準パルス数を表示する表示部を更に備える、請求項10または11に記載のアーク溶接システム。
- 消耗電極から溶滴を移行させる溶滴移行期間と、上記溶滴移行期間の後に、母材に形成された溶融池を冷却する冷却期間と、をそれぞれ複数回繰り返すアーク溶接方法であって、
上記各溶滴移行期間中に、ピーク値で電流を流すピーク期間と上記ピーク値よりも小さいベース値で電流を流すベース期間とを含む単位パルス波形の電流を、上記消耗電極に繰り返し流す工程と、
上記各冷却期間中に、溶接進行方向に、上記消耗電極を移動させる工程と、
設定時間に基づき、上記設定時間当たりの上記ピーク期間の回数である標準パルス数を計算する工程と、
上記溶滴移行期間における上記ピーク期間の回数が設定数に達すると、当該溶滴移行期間を終了するパルス数制御工程と、
上記溶滴移行期間の長さが設定時間に達すると、当該溶滴移行期間を終了する時間制御工程を更に備えており、
上記時間制御工程は、操作部からの本溶接開始指示信号を切替制御回路が受けたときに、行われ、上記パルス数制御工程は、上記時間制御工程の後に行い、且つ、上記標準パルス数が求められたと上記切替制御回路が判断したときに、行われる、アーク溶接方法。 - 消耗電極から溶滴を移行させる溶滴移行期間と、上記溶滴移行期間の後に、母材に形成された溶融池を冷却する冷却期間と、をそれぞれ複数回繰り返すアーク溶接方法であって、
上記各溶滴移行期間中に、ピーク値で電流を流すピーク期間と上記ピーク値よりも小さいベース値で電流を流すベース期間とを含む単位パルス波形の電流を、上記消耗電極に繰り返し流す工程と、
上記各冷却期間中に、溶接進行方向に、上記消耗電極を移動させる工程と、
設定時間に基づき、上記設定時間当たりの上記ピーク期間の回数である標準パルス数を計算する工程と、
上記溶滴移行期間における上記ピーク期間の回数が設定数に達すると、当該溶滴移行期間を終了するパルス数制御工程と、
上記溶滴移行期間の長さが設定時間に達すると、当該溶滴移行期間を終了する時間制御工程を更に備えており、
上記時間制御工程は、操作部からの予備溶接開始指示信号を切替制御回路が受けたときに、行われ、上記パルス数制御工程は、上記操作部からの本溶接開始指示信号を上記切替制御回路が受けたときに、行われる、アーク溶接方法。 - 上記パルス数制御工程においては、上記設定数として、上記計算する工程において求められた上記標準パルス数を用いる、請求項13または14に記載のアーク溶接方法。
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