JP6221076B2 - アーク溶接制御方法およびアーク溶接装置 - Google Patents

アーク溶接制御方法およびアーク溶接装置 Download PDF

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Description

本発明は、消耗電極である溶接ワイヤを連続的に送給しながら溶接を行うアーク溶接において、溶接終了時のアーク溶接制御方法およびアーク溶接装置に関する。
消耗電極式アーク溶接では、溶接出力電圧の供給と溶接ワイヤの送給を停止することにより溶接を終了させる。
図１０は、従来の溶接制御方法の一例を示す図である。図１０は、アーク溶接機の制御の一例として、特に消耗電極式パルスアーク溶接について説明する図である。図１０において、ＴＳは起動信号である。Ｓは溶接用ワイヤ送給速度であり、Ｓ１は定常溶接時の溶接用ワイヤ送給速度、Ｓ２は所定の溶接用ワイヤ送給速度である。Ｔ１は第１の溶接終了制御時間、Ｔ２は第２の溶接終了制御時間、Ｔ３はピーク電流出力禁止時間、Ｔ４は溶接出力電圧供給停止時間、Ｔ５は所定の時間である。Ｖａは溶接出力電圧であり、Ｖａ１は定常溶接時の溶接出力電圧、Ｖａ２は所定の溶接出力電圧である。Ｉは溶接出力電流である。図１０は、上から順に起動信号ＴＳ、溶接用ワイヤ送給速度Ｓ、溶接出力電圧Ｖａおよび溶接出力電流Ｉの時間波形を示している。
溶接の終了に際し、起動信号ＴＳがオフされると、溶接用ワイヤ送給速度Ｓが減衰する。溶接用ワイヤ送給速度Ｓは、例えば、非接触光学式速度検出器によって検出することができる。また、溶接用ワイヤ送給速度Ｓは、溶接用ワイヤ送給用モータの回転数を検出し、その関数として設定することができる。溶接用ワイヤ送給用モータの回転数は、エンコーダ、接触式回転計および非接触光学式速度検出器のうちの少なくともいずれかを用いて検出することができる。また、溶接用ワイヤ送給用モータの回転数は、溶接用ワイヤ送給用モータの逆起電圧を検出し、その関数として設定することができる。溶接出力電圧Ｖａは、溶接用ワイヤ送給速度Ｓの関数として設定される。この関数は、溶接用ワイヤ送給速度Ｓの減衰に伴って単調減少するような関数を用いる。
また、設定される溶接出力電圧Ｖａは、溶接用ワイヤ送給速度Ｓが、定常溶接中に最も安定する溶接出力電圧を供給してもよい。このように、溶接終了時に、溶接用ワイヤ送給速度Ｓに応じた溶接出力電圧Ｖａを供給することができる。したがって、溶接用ワイヤ送給用モータの回転数のバラツキ等によって溶接用ワイヤ送給速度Ｓの減衰率にバラツキが生じたとしても、適正な溶接終了状態を保つことができる（以上、特許文献１参照）。
以上のように、従来の溶接終了時のアーク溶接制御方法は、溶接終了時のワイヤ先端の溶滴を安定して適正な大きさに制御することができ、溶接終了時のスパッタを減少させ、溶接終了時の溶接品質を向上することができる。また、次回の溶接開始時のアークスタート性を向上させ、溶接ワイヤと被溶接物（母材ともいう）とのスティックやチップ融着を防ぐ。これにより、溶接作業性を向上することができる。
特開２００７−２７５９９５号公報
上述の従来のアーク溶接制御方法は、溶接終了時のワイヤ先端の溶滴を適正な大きさに制御することができ、次の溶接開始時のアークスタート性を向上させることもできる。しかしながら、パルス溶接で溶接を終了すると、被溶接物への入熱が高いことから、溶接終了部（以下、「クレータ部」とする。）の大きさが大きく、大きな凹みが残ることが問題となる。そして、この大きな凹みに対する手直し作業である後処理が実施されず、凹みが残った状態で製品として流出する場合がある。そうすると、応力集中によりクラックが入るなど、製品価値を著しく損なう場合もある。
そこで、クレータ部の大きさを小さくし、また、大きな凹みをなくすため、溶接電圧を低くして被溶接物への入熱を下げる方向で調整する方法がある。しかしながら、溶接電圧を低くし過ぎた場合には、パルス溶接でも短絡が発生するようになり、溶接電圧を低くするほど短絡が発生し易くなる。これにより、スパッタの発生量が増加するといった異なる問題が発生する。
従って、パルス溶接では、溶接の終了に関し、低スパッタであることと、クレータ部の大きさが小さいことと、クレータ部に凹みがない状態となることの全てを実現することは、非常に難しいことである。
本発明は、低スパッタであり、クレータ部の大きさが小さく、凹みがないクレータ部を形成することができるアーク溶接制御方法およびアーク溶接装置を提供する。そして、本発明のアーク溶接制御方法は、定常溶接時はワイヤ送給速度を所定の一定速度とし、定常溶接時よりも低い溶接電流で溶接を行い溶接のクレータを埋める処理のクレータ処理を指示した時点からは、ワイヤ送給速度を、所定の一定速度から正送と逆送とを繰り返す送給に切り替え、
または、前記所定の一定速度から時間の経過と共に減速し、クレータ処理を指示した後の所定の時間が経過した時点からは、ワイヤ送給速度を、正送と逆送とを繰り返す送給に切り替え、
さらに、溶接の終了を指示した時点からは、前記ワイヤ送給速度を、正送と逆送とを複数回繰り返しながら減衰する、あるいは、
前記溶接の終了を指示した時点からは、前記ワイヤ送給速度を、前記所定の一定速度から時間の経過と共に減速するように制御し、前記溶接の終了を指示した後の所定の時間が経過した時点からは、正送と逆送とを繰り返す送給に切り替え、正送と逆送とを複数回繰り返しながら減衰する。
この方法により、低スパッタであり、クレータ部の大きさが小さく、凹みがないクレータ部を形成することができる。これにより、大きな凹みの手直し作業である後処理をなくすあるいは低減する。また、大きな凹みが残った状態の製品を流出させることを抑制できる。
また、本発明のアーク溶接装置は、消耗電極である溶接ワイヤと被溶接物との間でアークの発生と短絡とを繰り返して溶接を行うアーク溶接装置である。そして、本発明のアーク溶接装置は、溶接出力を制御するスイッチング部と、スイッチング部を制御する駆動部と、溶接電流を検出する溶接電流検出部と、溶接電圧を検出する溶接電圧検出部とを備えている。さらに、短絡／アーク検出部と、短絡制御部と、アーク制御部と、ワイヤ送給速度制御部と、溶接条件設定部と、溶接終了指示部と、クレータ処理指示部と、を備えている。ここで、短絡／アーク検出部は、溶接電圧検出部の出力および溶接電流検出部の出力のうちの少なくともいずれかに基づいて、溶接状態が短絡状態であるのかアーク状態であるのかを検出する。短絡制御部は、短絡／アーク検出部から短絡状態であることを示す信号を受けて短絡時の溶接出力制御信号を駆動部に出力する。アーク制御部は、短絡／アーク検出部からアーク状態であることを示す信号を受けてアーク時の溶接出力制御信号を駆動部に出力する。ワイヤ送給速度制御部は、短絡／アーク検出部の出力に基づいてワイヤ送給速度を制御する。溶接条件設定部は、設定電流と設定電圧を含む溶接条件を設定する。溶接終了指示部は、溶接の終了を指示する。クレータ処理指示部は、溶接のクレータ処理を指示する。そして、ワイヤ送給速度制御部は、定常溶接時はワイヤ送給速度が所定の一定速度となるように制御し、溶接の終了を指示した時点からは、ワイヤ送給速度を、所定の一定速度から正送と逆送とを繰り返す送給に切り替え、前記ワイヤ送給速度を、正送と逆送とを複数回繰り返しながら減衰する。または、クレータ処理を指示した時点からは、前記ワイヤ送給速度を、前記所定の一定速度から正送と逆送とを繰り返す送給に切り替え、さらに、溶接の終了を指示した時点からは、前記ワイヤ送給速度を、正送と逆送とを複数回繰り返しながら減衰する。
あるいは、ワイヤ送給速度制御部は、溶接の終了を指示した時点からは、ワイヤ送給速度を、所定の一定速度から時間の経過と共に減速するように制御し、溶接の終了を指示した後の所定の時間が経過した時点からは、正送と逆送とを繰り返す送給に切り替え、正送と逆送とを複数回繰り返しながら減衰する。
以上のように、本発明によれば、低スパッタであり、クレータ部の大きさが小さく、凹みがないクレータ部を形成することができる。これにより、大きな凹みの手直し作業である後処理をなくすあるいは低減する。また、大きな凹みが残った状態の製品を流出させることを抑制できる。
従って、本発明により、生産現場において、クレータ部の溶接不具合の発生を抑制でき、生産効率と溶接品質を向上することができる。
本発明の実施の形態１におけるアーク溶接装置の概略構成を示す図 本発明の実施の形態１におけるアーク溶接装置の概略構成を示す図 本発明の実施の形態１における溶接終了時の溶接電流、溶接電圧およびワイヤ送給速度の時間波形を示す図 本発明の実施の形態１における溶接終了時の溶接電流、溶接電圧およびワイヤ送給速度の時間波形を示す図 本発明の実施の形態１における溶接終了時の溶接電流、溶接電圧およびワイヤ送給速度の時間波形を示す図 本発明の実施の形態１における溶接終了時の溶接電流、溶接電圧およびワイヤ送給速度の時間波形を示す図 本発明の実施の形態１におけるクレータ処理時と溶接終了時の溶接電流、溶接電圧およびワイヤ送給速度の時間波形を示す図 本発明の実施の形態１における溶接終了時の溶接電流、溶接電圧およびワイヤ送給速度の時間波形を示す図 本発明の実施の形態１における溶接終了時の溶接電流、溶接電圧およびワイヤ送給速度の時間波形を示す図 従来の溶接制御方法の一例を示す図
以下、本発明の一実施の形態について、図面を参照しながら説明する。以下の図面においては、同じ構成要素については同じ符号を付しているので説明を省略する場合がある。
（実施の形態１）
図１、図２は、本発明の実施の形態１のアーク溶接装置の概略構成を示す図である。図１を用いて本実施の形態１のアーク溶接装置の概略構成について説明する。
図１に示すように、本実施の形態１のアーク溶接装置は、１次整流部２と、スイッチング部３と、トランス４と、２次整流部５およびＤＣＬ６と、駆動部７と、溶接電圧検出部８と、溶接電流検出部９と、短絡／アーク検出部１０と、短絡制御部１１と、アーク制御部１２と、ワイヤ送給速度制御部１３と、を備えている。ここで、１次整流部２は、入力電源１から入力した電力を整流する。スイッチング部３は、１次整流部２の出力を交流に変換する。トランス４は、スイッチング部３の出力を変圧する。２次整流部５およびＤＣＬ６は、トランス４の出力を整流する。駆動部７は、スイッチング部３を制御する。溶接電圧検出部８は、溶接電圧を検出する。溶接電流検出部９は、溶接電流を検出する。短絡／アーク検出部１０は、溶接電圧検出部８の出力および溶接電流検出部９の出力の少なくともいずれかに基づいて溶接状態が短絡状態であるのかアーク状態であるのかを検出する。短絡制御部１１は、短絡状態である場合の溶接出力の制御を行う。アーク制御部１２は、アーク状態である場合の溶接出力の制御を行う。ワイヤ送給速度制御部１３は、設定電流に応じたワイヤ送給速度を制御する。
また、ワイヤ保存部２０に収納されている消耗電極である溶接用のワイヤ２１は、ワイヤ送給モータ２２により送給される。ワイヤ２１は、溶接用トーチ２６に設けられているチップ２３を介して電力が供給される。そして、ワイヤ２１と被溶接物２５との間で溶接アーク２４が発生して溶接が行われる。なお、溶接用トーチ２６は、例えば、産業用ロボットを構成するマニピュレータ１９に取り付けられて移動される。
本実施の形態１のアーク溶接装置は、溶接電源装置１４などに配置された一般的な構成に加え、産業用ロボットを構成するマニピュレータ１９と、マニピュレータ１９の制御等を行うロボット制御装置１８を備えている。ロボット制御装置１８内にある溶接条件設定部１７からの設定電流に応じたワイヤ送給速度が、ワイヤ送給速度制御部１３からワイヤ送給モータ２２に対して速度信号として送り出される。また、ワイヤ送給速度制御部１３から出力されるワイヤ送給速度が、短絡制御部１１またはアーク制御部１２に速度信号として送られることで、短絡状態またはアーク状態における溶接出力制御が行われる。なお、溶接条件設定部１７は、設定電流や設定電圧などの溶接に関する条件を設定するためのものである。
短絡制御部１１では、短絡／アーク検出部１０からの短絡判定信号を受けて短絡電流を出力し、ワイヤ２１の先端を溶融させて短絡開放を促す制御が行われる。また、アーク制御部１２では、アーク長を稼ぎながらワイヤ２１の先端に溶滴を形成するために、短絡開放直後は高い電流を出力し、その後短絡し易いように電流制御や電圧制御によって低い電流へと推移する制御が行われる。
また、ロボット制御装置１８内に設けられた溶接終了指示部１５、または、クレータ処理指示部１６から、溶接の終了を指示する信号あるいはクレータ処理を指示する信号が送り出される。これにより、ワイヤ２１の送給が停止するまでは溶接出力を行う溶接終了制御、あるいは、クレータを埋める処理であるクレータ処理制御が行われる。
本実施の形態１のアーク溶接装置は、上述の構成により、溶接終了期間またはクレータ処理期間において、定常溶接時の一定速度であるワイヤ送給速度から、正送と逆送とを繰り返すワイヤ送給速度へと切り替えるものである。
なお、図１に示すアーク溶接装置を構成する各構成部は、各々単独に構成してもよいし、複数の構成部を複合して構成するようにしてもよい。
すなわち、本実施の形態１のアーク溶接装置は、消耗電極である溶接用のワイヤ２１と被溶接物２５との間でアークの発生と短絡とを繰り返して溶接を行うアーク溶接装置である。そして、本実施の形態１のアーク溶接装置は、溶接出力を制御するスイッチング部３と、スイッチング部３を制御する駆動部７と、溶接電流を検出する溶接電流検出部９と、溶接電圧を検出する溶接電圧検出部８とを備えている。さらに、短絡／アーク検出部１０と、短絡制御部１１と、アーク制御部１２と、ワイヤ送給速度制御部１３と、溶接条件設定部１７と、溶接終了指示部１５と、クレータ処理指示部１６と、を備えている。ここで、短絡／アーク検出部１０は、溶接電圧検出部８の出力および溶接電流検出部９の出力のうちの少なくともいずれかに基づいて、溶接状態が短絡状態であるのかアーク状態であるのかを検出する。
短絡制御部１１は、短絡／アーク検出部１０から短絡状態であることを示す信号を受けて短絡時の溶接出力制御信号を駆動部７に出力する。アーク制御部１２は、短絡／アーク検出部１０からアーク状態であることを示す信号を受けてアーク時の溶接出力制御信号を駆動部７に出力する。ワイヤ送給速度制御部１３は、短絡／アーク検出部１０の出力に基づいてワイヤ送給速度を制御する。溶接条件設定部１７は、設定電流と設定電圧を含む溶接条件を設定する。溶接終了指示部１５は、溶接の終了を指示する。クレータ処理指示部１６は、溶接のクレータ処理を指示する。
そして、ワイヤ送給速度制御部１３は、定常溶接時はワイヤ送給速度が所定の一定速度となるように制御し、溶接の終了を指示した時点からは、または、クレータ処理を指示した時点からは、ワイヤ送給速度を、所定の一定速度から正送と逆送とを繰り返す送給に切り替える。あるいは、ワイヤ送給速度制御部１３は、溶接の終了を指示した時点からは、ワイヤ送給速度を、所定の一定速度から時間の経過と共に減速するように制御し、溶接の終了を指示した後の所定の時間が経過した時点からは、正送と逆送とを繰り返す送給に切り替える。
この構成により、低スパッタであり、クレータ部の大きさが小さく、凹みがないクレータ部を形成することができる。これにより、大きな凹みの手直し作業である後処理をなくすあるいは低減する。また、大きな凹みが残った状態の製品を流出させることを抑制できる。
また、本実施の形態１のアーク溶接装置は、マニピュレータ１９とマニピュレータ１９の動作を制御するロボット制御装置１８とを含む産業用ロボットと、溶接電源装置１４と、をさらに備えている。そして、産業用ロボットは、溶接条件設定部１７と、溶接終了指示部１５と、クレータ処理指示部１６と、を含んでいる。また、溶接電源装置１４は、スイッチング部３と、駆動部７と、溶接電流検出部９と、溶接電圧検出部８と、短絡／アーク検出部１０と、短絡制御部１１と、アーク制御部１２と、ワイヤ送給速度制御部１３を含んだ構成としてもよい。
この構成により、アーク溶接装置は、産業用ロボットと溶接電源装置１４とにコンパクトにまとめられ、低スパッタであり、クレータ部の大きさが小さく、凹みがないクレータ部を形成することができる。
また、図２に示すように溶接電源装置１４を、ロボット制御装置１１８内に設けた構成としてもよい。この構成により、アーク溶接装置は、さらにコンパクトにまとめることができる。
次に、溶接終了期間において、定常溶接時の一定速度であるワイヤ送給速度から、正送と逆送とを繰り返すワイヤ送給速度へと切り替える制御方法のいくつかの例について以下に説明する。
図３から図６は、それぞれ本発明の実施の形態１における溶接終了時の溶接電流、溶接電圧およびワイヤ送給速度の時間波形を示す図である。まず、図３を用いて、溶接終了を指示する信号を受けて、定常溶接時の一定速度であるワイヤ送給速度から、正送と逆送とを繰り返すワイヤ送給速度へと切り替える場合について説明する。
図３は、ワイヤ送給速度Ｗｆ、溶接電圧Ｖｗ、溶接電流Ａｗの時間波形を示している。溶接終了を指示する時点である時点Ｐ１までの定常溶接期間ｔ１では、一定速度のワイヤ送給速度Ｗｆ１に基づいたパルス溶接波形が出力されている。そして、溶接終了を指示した時点Ｐ１から溶接出力をオフする時点Ｐ２までの溶接終了期間ｔｅでは、設定電流に応じたワイヤ送給速度の平均送給速度Ｗｆｅになるように、正送と逆送とを繰り返すワイヤ送給速度Ｗｆｗと、平均送給速度Ｗｆｅに基づいた短絡溶接波形を出力している。
なお、正送と逆送とを繰り返すワイヤ送給速度Ｗｆｗとしては、予め定められた設定電流に応じた所定の周期と所定の速度振幅により周期的に正送と逆送を行うワイヤ送給速度がある。それと共に、周期的ではなく、短絡判定時には逆送を行いアーク判定時には正送を行う、溶接現象に応じた正送と逆送とを行うワイヤ送給速度とがある。これらのワイヤ送給速度のうちのどちらの制御方法を用いても良い。また、周期的なワイヤ送給速度の波形は、矩形波、台形波および正弦波等、どのような波形でもよい。なお、設定電流は、指令平均ワイヤ送給速度と対応関係がある。従って、所定の周期および所定の速度振幅の少なくともいずれかは、予め設定された指令平均ワイヤ送給速度に応じて変化するともいえる。
正送と逆送とを繰り返すワイヤ送給速度Ｗｆｗの上述のどちらの制御方法においても、設定電流に応じたワイヤ送給速度の平均送給速度Ｗｆｅに関係した各パラメータを、ワイヤ送給速度制御部１３に格納している。なお、ワイヤ送給速度制御部１３は、データベースとして、設定電流に応じたワイヤ送給速度と各パラメータとを対応付けた組を複数有するテーブルあるいは関係式を備えている。
図３は、溶接終了を指示する時点Ｐ１までの定常溶接時の一定速度であるワイヤ送給速度Ｗｆ１から、正送と逆送を繰り返すワイヤ送給速度Ｗｆｗへと切り替わる時点Ｐ１において、溶接状態が短絡判定であった場合の例を示している。正送と逆送との繰り返し波形が、正送の減速から逆送に向かって開始されるワイヤ送給速度Ｗｆｗを示している。
図４は、溶接終了を指示する時点Ｐ１までの定常溶接時の一定速度であるワイヤ送給速度Ｗｆ１から、正送と逆送を繰り返すワイヤ送給速度Ｗｆｗへと切り替わる時点Ｐ１において、溶接状態がアーク判定であった場合の例を示している。正送と逆送との繰り返し波形が、正送の加速から開始されるワイヤ送給速度Ｗｆｗを示している。
なお、溶接状態が短絡判定の時にワイヤ２１を正送させてしまうと、短絡開放が難しくなる。また、溶接状態がアーク判定の時にワイヤ２１を逆送させてしまうと、アーク長が長くなって短絡を発生させることができなくなり、溶接アーク２４の安定性がなくなる。従って、溶接終了を指示する時点Ｐ１の溶接状態によって、正送と逆送とを繰り返すワイヤ送給速度Ｗｆｗを、正送の加速から開始するのか正送の減速から開始するのかを使い分けることが必要である。
図５は、定常溶接時の一定速度であるワイヤ送給速度Ｗｆ１から正送と逆送とを繰り返すワイヤ送給速度Ｗｆｗへと切り替わる時点が、溶接終了を指示した時点Ｐ１の後のある時点Ｐ３とした場合の例を示している。なお、溶接終了を指示する時点Ｐ１から溶接終了を指示した後のある時点Ｐ３までの間は、定常溶接時の一定速度であるワイヤ送給速度Ｗｆ１から時間の経過と共に減速するワイヤ送給速度Ｗｆ２となるように制御する。そして、時点Ｐ３から溶接出力をオフする時点である時点Ｐ２までは、正送と逆送とを繰り返すワイヤ送給速度Ｗｆｗとなるように制御する。
ここで、溶接終了を指示した後のある時点Ｐ３とは、溶接終了を指示した時点Ｐ１から溶接終了を指示した後のある溶接終了期間ｔ２が経過した時点、あるいは、溶接終了を指示した時点Ｐ１のワイヤ送給速度から時間と共に減速したワイヤ送給速度が所定のワイヤ送給速度のしきい値Ｗｆｓを下回った時点である。
図５に示すような制御方法を行う場合としては、高電流域（例えば、３００Ａ以上）の設定電流が設定された場合であり、例えば定常溶接時のワイヤ送給速度Ｗｆ１が１０ｍ／ｍｉｎ以上の速いワイヤ送給速度の場合に使用することが多い。速いワイヤ送給速度の場合、正送と逆送とを繰り返すワイヤ送給速度にすると、ワイヤ送給装置への影響や溶接状態が安定し難いといった場合がある。そのため、速いワイヤ送給速度の場合に、例えば溶接法やワイヤ径などによっては、図５に示すような制御方法を使用することが良い場合もある。
なお、データベースとして、設定電流に応じたワイヤ送給速度と溶接終了を指示した後のある溶接終了期間ｔ２や所定のワイヤ送給速度のしきい値Ｗｆｓを対応付けた組を複数有するテーブルあるいは関係式を、ワイヤ送給速度制御部１３に備えている。
図６は、溶接終了を指示する時点Ｐ１までの定常溶接時の溶接法が、短絡溶接の場合を示している。パルス溶接の場合と同様に、時点Ｐ１で短絡判定の場合は、正送の減速から開始する正送と逆送とを繰り返すワイヤ送給速度Ｗｆｗを示している。ここで、時点Ｐ１は、上述のように溶接終了を指示する時点Ｐ１までの定常溶接時の一定速度であるワイヤ送給速度Ｗｆ１から、正送と逆送とを繰り返すワイヤ送給速度Ｗｆｗへ切り替わる時点である。なお、図示していないが、切り替わる時点の溶接状態がアーク判定の場合は、正送の加速から開始することも可能である。
また、図５の場合と同様に、溶接終了を指示した後に溶接終了期間ｔ２が経過した時点またはワイヤ送給速度が所定のワイヤ送給速度のしきい値Ｗｆｓを下回った時点から、正送と逆送とを繰り返すワイヤ送給速度Ｗｆｗへと切り替わるようにすることも可能である。
すなわち、本実施の形態１のアーク溶接制御方法は、消耗電極である溶接用のワイヤ２１と被溶接物２５との間でアークを発生させて溶接を行うアーク溶接制御方法である。そして、本実施の形態１のアーク溶接制御方法は、定常溶接時はワイヤ送給速度を所定の一定速度とし、溶接の終了を指示した時点からは、ワイヤ送給速度を、所定の一定速度から正送と逆送とを繰り返す送給に切り替える。または、本実施の形態１のアーク溶接制御方法は、所定の一定速度から時間の経過と共に減速し、溶接の終了を指示した後の所定の時間が経過した時点からは、ワイヤ送給速度を、正送と逆送とを繰り返す送給に切り替える方法としている。
この方法により、低スパッタであり、クレータ部の大きさが小さく、凹みがないクレータ部を形成することができる。これにより、大きな凹みの手直し作業である後処理をなくすあるいは低減する。また、大きな凹みが残った状態の製品を流出させることを抑制できる。
また、ワイヤ送給速度を正送と逆送とを繰り返す送給に切り替える時点において、溶接状態が短絡状態である場合には、前記正送と逆送とを繰り返す送給を逆送から開始する。または、正送と逆送とを繰り返す送給を正送の減速から開始し、前記溶接状態がアーク状態である場合には、正送と逆送とを繰り返す送給を正送の加速から開始する方法としてもよい。この方法により、低スパッタであり、クレータ部の大きさが小さく、凹みがないクレータ部を形成することができる。
また、ワイヤ送給速度の正送と逆送とを繰り返す送給を、周期的に行う方法としてもよい。この方法により、低スパッタであり、クレータ部の大きさが小さく、凹みがないクレータ部を形成することができる。
また、所定の周期と所定の振幅による周期的なワイヤ送給速度の正送と逆送とを繰り返す送給において、所定の周期および所定の振幅の少なくともいずれかは、予め設定された指令平均ワイヤ送給速度に応じて変化する方法としてもよい。この方法により、低スパッタであり、クレータ部の大きさが小さく、凹みがないクレータ部を形成することができる。
また、ワイヤ送給速度の正送と逆送とを繰り返す送給は、周期的ではなく、溶接状態が短絡状態であることを検出すると逆送の送給を行い、溶接状態がアーク状態であることを検出すると正送の送給を行う方法としてもよい。この方法により、低スパッタであり、クレータ部の大きさが小さく、凹みがないクレータ部を形成することができる。
また、定常溶接時は、パルス溶接を行う方法としてもよい。この方法により、低スパッタであり、クレータ部の大きさが小さく、凹みがないクレータ部を形成することができる。
また、定常溶接時は、短絡溶接を行う方法としてもよい。この方法により、低スパッタであり、クレータ部の大きさが小さく、凹みがないクレータ部を形成することができる。
図７は、本発明の実施の形態１におけるクレータ処理時と溶接終了時の溶接電流、溶接電圧およびワイヤ送給速度の時間波形を示す図である。図８、図９は、本発明の実施の形態１における溶接終了時の溶接電流、溶接電圧およびワイヤ送給速度の時間波形を示す図である。
図７は、定常溶接時の一定速度であるワイヤ送給速度Ｗｆ１から、正送と逆送を繰り返すワイヤ送給速度Ｗｆｗへと切り替わる時点が、クレータ処理を指示した時点Ｐ４とした場合の例である。
そして、時点Ｐ４から溶接終了を指示する時点Ｐ１までがクレータ処理として設定したクレータ処理期間ｔｃである。クレータ処理期間ｔｃは、クレータ処理で設定された設定電流に応じたワイヤ送給制御の平均送給速度Ｗｆｃに基づいて、正送と逆送を繰り返すワイヤ送給速度Ｗｆｗを行うものである。クレータ処理期間ｔｃが経過した時点であり溶接終了を指示する時点Ｐ１からは、上述の説明と同様に、図７に示すように設定電流に応じたワイヤ送給速度の平均送給速度Ｗｆｅに基づいて、正送と逆送とを繰り返すワイヤ送給速度Ｗｆｗを行うものである。
また、溶接終了の指示の場合と同様に、クレータ処理の指示の場合も、定常溶接時の一定速度であるワイヤ送給速度Ｗｆ１から、正送と逆送とを繰り返すワイヤ送給速度Ｗｆｗへと切り替わる時の溶接状態が、短絡判定の場合には正送の減速から開始する正送と逆送を繰り返すワイヤ送給速度Ｗｆｗである。また、アーク判定の場合には正送の加速から開始する正送と逆送とを繰り返すワイヤ送給速度Ｗｆｗとすることも可能である。
また、図示していないが、図５の場合と同様に、クレータ処理を指示した後のある時点またはワイヤ送給速度が所定のワイヤ送給速度のしきい値を下回った時点から正送と逆送とを繰り返すワイヤ送給速度Ｗｆｗへと切り替わる制御方法も可能である。
なお、溶接終了を指示した時点Ｐ１において、定常溶接時の一定速度であるワイヤ送給速度から正送と逆送とを繰り返すワイヤ送給速度へと切り替えるよりも、クレータ処理を指示した時点から切り替える方が、低入熱である短絡溶接の溶接時間を長くできる。これにより、クレータ部の大きさを小さくし、凹みをなくしやすい。
本実施の形態１では、溶接終了時を指示した時点Ｐ１またはクレータ処理を指示した時点Ｐ４から、ワイヤ送給速度を、定常溶接時の一定速度であるワイヤ送給速度Ｗｆ１から、正送と逆送とを繰り返すワイヤ送給速度Ｗｆｗへと切り替える制御について説明した。しかし、一般的な一定速度のワイヤ送給速度においても、パルス溶接から短絡溶接に切り替えることで、クレータ部の大きさを小さくし、凹みをなくすことはできる。しかしながら、スパッタ発生量が増加することは避けられない。その理由は、単に短絡溶接を行うだけでは、短絡開放を円滑に行うことができず、短絡周期を安定させることができない場合があるからである。
一方、本実施の形態１では、短絡期間は逆送し、アーク期間は正送するワイヤ送給速度を用いることにより、短絡期間は逆送することにより機械的に短絡開放を行うことができる。これにより、短絡開放を円滑に行うことができ、短絡周期を安定させることができる。また、短絡を開放させるための短絡電流を小さくできるので、ワイヤ先端に余分な溶融金属を形成しなくて良い。従って、スパッタが発生する要因を少なくすることができ、スパッタの発生量を低減することができる。
すなわち、本実施の形態１のアーク溶接制御方法は、消耗電極である溶接用のワイヤ２１と被溶接物２５との間にアークを発生させて溶接を行うアーク溶接制御方法である。そして、本実施の形態１のアーク溶接制御方法は、定常溶接時はワイヤ送給速度を所定の一定速度とする。本実施の形態１のアーク溶接制御方法は、定常溶接時よりも低い溶接電流で溶接を行うクレータ処理を指示した時点からは、ワイヤ送給速度を、所定の一定速度から正送と逆送とを繰り返す送給に切り替える。または、本実施の形態１のアーク溶接制御方法は、クレータ処理を指示した後の所定の時間が経過した時点からは、ワイヤ送給速度を、正送と逆送とを繰り返す送給に切り替える方法としている。
この方法により、低スパッタであり、クレータ部の大きさが小さく、凹みがないクレータ部を形成することができる。これにより、大きな凹みの手直し作業である後処理をなくすあるいは低減する。また、大きな凹みが残った状態の製品を流出させることを抑制できる。
なお、本実施の形態１は、軟鋼ＭＡＧ溶接やステンレスＭＩＧ溶接、アルミＭＩＧ溶接など、全ての溶接法においても適用可能である。
なお、本実施の形態１において、図１から図７を用いて、正送と逆送とを繰り返すワイヤ送給制御として、所定の周期と所定の振幅で周期的に送給する例を示した。しかし、これに限らず、正送と逆送とを繰り返すワイヤ送給制御として、周期的ではなく、図８に示すように、溶接状態が短絡状態になれば逆送を行い、溶接状態がアーク状態となれば正送を行うというように、溶接状態に応じて正送と逆送を行い、これを繰り返すようにしても良い。
また、本実施の形態１において、図１から図７を用いて、周期的に正送と逆送とを繰り返すワイヤ送給制御として、正送と逆送とを繰り返すワイヤ送給を開始する時点で、溶接状態が短絡状態であれば、正送の減速から周期的な送給を開始する例を示した。しかし、これに限らず、正送と逆送とを繰り返すワイヤ送給を開始する時点で、正送の減速から開始するのではなく、図９に示すように、逆送方向から周期的な送給を開始するようにしてもよい。
以上のように、本発明によれば、低スパッタであり、クレータ部の大きさが小さく、凹みがないクレータ部を形成することができる。これにより、大きな凹みの手直し作業である後処理をなくすあるいは低減し、また、大きな凹みが残った状態の製品を流出させることを抑制することができる。
従って、生産現場において、クレータ部の溶接不具合の発生を抑制でき、生産効率と溶接品質を向上することができる。
本発明によれば、生産現場において溶接不具合の発生を抑止でき、生産効率と溶接品質を向上させることができるので、消耗電極である溶接ワイヤを連続的に送給しながら溶接を行うアーク溶接制御方法およびアーク溶接装置として産業上有用である。
１ 入力電源
２ １次整流部
３ スイッチング部
４ トランス
５ ２次整流部
６ ＤＣＬ
７ 駆動部
８ 溶接電圧検出部
９ 溶接電流検出部
１０ 短絡／アーク検出部
１１ 短絡制御部
１２ アーク制御部
１３ ワイヤ送給速度制御部
１４ 溶接電源装置
１５ 溶接終了指示部
１６ クレータ処理指示部
１７ 溶接条件設定部
１８，１１８ ロボット制御装置
１９ マニピュレータ
２０ ワイヤ保存部
２１ ワイヤ
２２ ワイヤ送給モータ
２３ チップ
２４ 溶接アーク
２５ 被溶接物
２６ 溶接用トーチ

Claims (4)

  1. 消耗電極である溶接ワイヤと被溶接物との間にアークを発生させて溶接を行うアーク溶接制御方法であって、
    定常溶接時はワイヤ送給速度を所定の一定速度とし、前記定常溶接時よりも低い溶接電流で溶接を行い溶接のクレータを埋める処理のクレータ処理を指示した時点からは、前記ワイヤ送給速度を、前記所定の一定速度から正送と逆送とを繰り返す送給に切り替え、
    さらに、溶接の終了を指示した時点からは、前記ワイヤ送給速度を、正送と逆送とを複数回繰り返しながら減衰する、あるいは、
    前記溶接の終了を指示した時点からは、前記ワイヤ送給速度を、前記所定の一定速度から時間の経過と共に減速するように制御し、前記溶接の終了を指示した後の所定の時間が経過した時点からは、正送と逆送とを繰り返す送給に切り替え、正送と逆送とを複数回繰り返しながら減衰するアーク溶接制御方法。
  2. 消耗電極である溶接ワイヤと被溶接物との間でアークの発生と短絡とを繰り返して溶接を行うアーク溶接装置であって、
    溶接出力を制御するスイッチング部と、
    前記スイッチング部を制御する駆動部と、
    溶接電流を検出する溶接電流検出部と、
    溶接電圧を検出する溶接電圧検出部と、
    前記溶接電圧検出部の出力および前記溶接電流検出部の出力のうちの少なくともいずれかに基づいて、溶接状態が短絡状態であるのかアーク状態であるのかを検出する短絡／アーク検出部と、
    前記短絡／アーク検出部から短絡状態であることを示す信号を受けて短絡時の溶接出力制御信号を前記駆動部に出力する短絡制御部と、
    前記短絡／アーク検出部からアーク状態であることを示す信号を受けてアーク時の溶接出力制御信号を前記駆動部に出力するアーク制御部と、
    前記短絡／アーク検出部の出力に基づいてワイヤ送給速度を制御するワイヤ送給速度制御部と、
    設定電流と設定電圧を含む溶接条件を設定するための溶接条件設定部と、
    溶接の終了を指示するための溶接終了指示部と、
    溶接のクレータ処理を指示するためのクレータ処理指示部と、を備え、
    前記ワイヤ送給速度制御部は、定常溶接時は前記ワイヤ送給速度が所定の一定速度となるように制御し、
    溶接の終了を指示した時点からは、前記ワイヤ送給速度を、前記所定の一定速度から正送と逆送とを繰り返す送給に切り替え、前記ワイヤ送給速度を、正送と逆送とを複数回繰り返しながら減衰する、
    または、クレータ処理を指示した時点からは、前記ワイヤ送給速度を、前記所定の一定速度から正送と逆送とを繰り返す送給に切り替え、さらに、溶接の終了を指示した時点からは、前記ワイヤ送給速度を、正送と逆送とを複数回繰り返しながら減衰する、
    あるいは、
    前記溶接の終了を指示した時点からは、前記ワイヤ送給速度を、前記所定の一定速度から時間の経過と共に減速するように制御し、前記溶接の終了を指示した後の所定の時間が経過した時点からは、正送と逆送とを繰り返す送給に切り替え、正送と逆送とを複数回繰り返しながら減衰するアーク溶接装置。
  3. マニピュレータと前記マニピュレータの動作を制御するロボット制御装置とを含む産業用ロボットと、
    溶接電源装置と、をさらに備え、
    前記産業用ロボットは、前記溶接条件設定部と、前記溶接終了指示部と、前記クレータ処理指示部と、を含み、
    前記溶接電源装置は、前記スイッチング部と、前記駆動部と、前記溶接電流検出部と、前記溶接電圧検出部と、前記短絡／アーク検出部と、前記短絡制御部と、前記アーク制御部と、前記ワイヤ送給速度制御部を含んだ請求項２記載のアーク溶接装置。
  4. 前記溶接電源装置を、前記ロボット制御装置内に設けた請求項３記載のアーク溶接装置。
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