JP7053119B2 - 消耗電極式アーク溶接方法、及び消耗電極式アーク溶接装置 - Google Patents

Description

本発明は、出力電力Ｍｒを出力する電力出力部と、単位時間当たりの電極供給量Ｗｍを供給する電極供給部を有し、前記出力電力Ｍｒが前記電極供給量Ｗｍを含む相関関数ｆ（Ｗｍ）により決定される消耗電極式アーク溶接方法、及び消耗電極式アーク溶接装置に関するものである。

消耗電極式アーク溶接を行う上で、溶接電流、溶接電圧、送給速度等の溶接条件を決定する作業は、溶接作業者、溶接技術者の勘や経験に基づいて行われるため、難しい作業の一つである。溶接条件を決定する作業を容易にするための方法として、特許文献１に示す方法が知られている。特許文献１では、溶接作業を実施する前に溶接対象に関する情報とアーク溶接法に関する情報とから、アーク熱量を計算し、アーク熱量から溶接電流、溶接電圧、送給速度等の溶接条件を決定する方法である。

また、消耗電極式アーク溶接の一つに、特許文献２に示すような複数の消耗電極を用いる溶接方法がある。特許文献２の溶接方法は、消耗電極に溶接電流を導通させ、消耗電極と母材との間にアークを発生させて母材に溶融池を形成し、その溶融池にフィラワイヤと呼ばれる非導通の消耗電極を挿入して溶融させる方法である。特許文献２の溶接方法を、以下ではコールドタンデム溶接法と称する。

コールドタンデム溶接法は、発生したアーク熱量が母材入熱と、アーク放電している消耗電極の溶融と、非導通の消耗電極の溶融とに分散する。そのため、一般的な単電極の消耗電極式アーク溶接に比べて、相対的に溶着量を増加し、母材入熱が減少する。そのため、高速溶接や薄板の溶接に用いられる。

再公表ＷＯ２０１２－０３５７１８号公報 特開２０１５－１２０１８６号公報

消耗電極式アーク溶接を行う上で、溶接作業を一度行った後に溶接結果を鑑みて溶接条件を変更することは、必須作業である。従来では、溶接作業者、溶接技術者の勘や経験に基づいて、溶接電流、溶接電圧を調整する難しい作業であり、特許文献１に示す方法でも同様である。そのため、変更する変数を減らし、容易に調整する方法が求められる。

また、コールドタンデム溶接法において、溶接条件を決定する作業は一般的な単電極の消耗電極式アーク溶接に比べてさらに難しい。それは、溶接条件にフィラワイヤの送給速度が加わって、調整する変数が増えるためである。さらに、コールドタンデム溶接法は、発生したアーク熱量が母材入熱と、アーク放電している消耗電極の溶融と、非導通の消耗電極の溶融とに分散するため、母材入熱はアーク熱量とフィラワイヤの送給速度との影響を受けて変化する。したがって、溶接条件の選択の幅が増えて、溶接条件が定まらない。

特許文献１において、アーク熱量は母材の板厚との相関関数であるとされており、母材の板厚に対して溶け落ちしないアーク熱量が設定されるとある。すなわち、母材入熱に応じてアーク熱量が設定されるとある。しかし、コールドタンデム溶接法では母材入熱とアーク熱量との相関関係が小さいため、アーク熱量だけでは溶接電流、溶接電圧、送給速度等の溶接条件を決定することが難しい。

特許文献２において、フィラワイヤの送給速度を決定する方法が提案されている。しかし、一度溶接した後に溶接条件を調整するとき、溶接条件を調整するための指針がなく、従来と同様に溶接作業者、溶接技術者の勘や経験に基づいて行われる。よって、特許文献２をもってしても、溶接条件の決定は難しい作業である。

上述したこれらの問題は、コールドタンデム溶接法に限らず多電極の消耗電極式アーク溶接方法において顕在する問題であり、溶接条件を統合的に決定する方法が求められる。

そこで、本発明では、溶接条件の決定を容易にする消耗電極式アーク溶接方法及び消耗電極式アーク溶接装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、請求項１の発明は、出力電力Ｍｒを出力する電力出力部と、単位時間当たりの電極供給量Ｗｍを供給する電極供給部を有し、前記出力電力Ｍｒと前記電極供給量Ｗｍとがバランスする状態であって、前記出力電力Ｍｒが前記電極供給量Ｗｍを含む相関関数ｆ（Ｗｍ）により決定される消耗電極式アーク溶接方法において、前記出力電力Ｍｒと前記電極供給量Ｗｍとのバランスする状態が入熱調整係数Ｉｍを用いてＭｒ＝Ｉｍ・ｆ（Ｗｍ）によって示されるとともに、溶接部への入熱量を調整する入熱調整係数Ｉｍに基づいて、Ｍｒ＝Ｉｍ・ｆ（Ｗｍ）を保ちつつ入熱調整係数Ｉｍの変化に応じて、単位時間当たりの電極供給量Ｗｍ、又は出力電力Ｍｒのいずれかを決定することを特徴とする消耗電極式アーク溶接方法である。

請求項２の発明は、請求項１の前記電極供給部において、前記出力電力Ｍｒが導通する消耗電極の電極供給量である導通電極供給量を供給する導通電極供給部と、前記出力電力Ｍｒが導通しない消耗電極の電極供給量である非導通電極供給量を供給する非導通電極供給部とを有し、前記電極供給量Ｗｍは、前記導通電極供給量と、前記非導通電極供給量との総和であることを特徴とする請求項１に記載の消耗電極式アーク溶接方法である。

請求項３の発明は、前記出力電力Ｍｒを変更せずに、前記単位時間当たりの電極供給量Ｗｍを決定することを特徴とする請求項１、又は２に記載の消耗電極式アーク溶接方法である。

請求項４の発明は、溶接回数ｎ回目のときの出力電力Ｍｒ（ｎ）と、単位時間当たりの電極供給量Ｗｍ（ｎ）と、入熱調整係数Ｉｍ（ｎ）とが、Ｍｒ（ｎ）＝Ｉｍ（ｎ）・ｆ（Ｗｍ（ｎ））の関係を有し、Ｍｒ（ｎ）、Ｗｍ（ｎ）、及び前記入熱調整係数Ｉｍ（ｎ）によって溶接した後の溶接結果Ｒｓ（ｎ）に基づいて、溶接回数ｎ＋１回目のＩｍ（ｎ＋１）を決定し、溶接回数ｎ＋１回目のＭｒ（ｎ＋１）が、Ｍｒ（ｎ＋１）＝Ｍｒ（ｎ）となるように前記入熱調整係数Ｗｍ（ｎ＋１）を決定することを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の消耗電極式アーク溶接方法である。

請求項５の発明は、請求項１から４の何れかに記載の消耗電極式アーク溶接方法を実施する消耗電極式アーク溶接装置である。

本発明によれば、容易に溶接条件を決定することができる。

本発明の実施の形態１に係る消耗電極式アーク溶接装置のブロック図である。 本発明の実施の形態１における出力電力Ｍｒと電極供給量Ｗｍの関係のグラフである。 本発明の実施の形態２に係る消耗電極式アーク溶接装置のブロック図である。 本発明の実施の形態２における出力電力Ｍｒと電極供給量Ｗｍの関係のグラフである。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。

［実施の形態１］
実施の形態１の発明は、出力電力Ｍｒを出力する電力出力部と、単位時間当たりの電極供給量Ｗｍを供給する電極供給部を有し、前記出力電力Ｍｒが前記電極供給量Ｗｍを含む相関関数ｆ（Ｗｍ）により決定される消耗電極式アーク溶接方法において、溶接部への入熱量を調整する入熱調整係数Ｉｍに基づいて、単位時間当たりの電極供給量Ｗｍを決定する消耗電極式アーク溶接方法である。

図１は実施の形態１に係る消耗電極式アーク溶接装置のブロック図である。以下、同図を参照して、各ブロックについて説明する。

制御部ＣＮＴは、溶接部に供給する前記出力電力Ｍｒと前記電極供給量Ｗｍとを制御する機能を有し、後述する上位装置ＭＭ、後述する入熱決定回路ＰＣ、後述する電流電圧変換回路ＣＭＲ、後述する電極供給量変換回路ＣＷＭ、後述する出力電力教示回路ＭＲＴ、後述する電極供給制御部ＦＣ、及び後述する入熱調整係数設定回路ＩＭＳから構成される。

上位装置ＭＭは、溶接環境信号Ｍｍｓを出力する。溶接環境信号Ｍｍｓには、溶接法、消耗電極の材質、消耗電極の断面積、シールドガスの組成、溶接開始信号、溶接終了信号などの、後述する電力出力部ＰＳ、後述する電流電圧変換回路ＣＭＲ、後述する電極供給量変換回路ＣＷＭ、及び後述する入熱決定回路ＰＣの動作を設定する上で必要な信号が含まれる。

出力電力教示回路ＭＲＴは、出力電力教示信号Ｍｒｔを出力する。入熱調整係数設定回路ＩＭＳは、入熱調整設定信号Ｉｍｓを出力する。入熱決定回路ＰＣは、前記出力電力教示信号Ｍｒｔ、前記入熱調整設定信号Ｉｍｓ、及び前記溶接環境信号Ｍｍｓを入力とし、出力電力設定信号Ｍｒｓ、及び電極供給量設定信号Ｗｍｓを出力する。入熱決定回路ＰＣでは、前記溶接環境信号Ｍｍｓによって指定される相関関数ｆを用いて、後述の通り、前記入熱調整設定信号Ｉｍｓ、及び前記出力電力教示信号Ｍｒｔから出力電力設定信号Ｍｒｓ、及び電極供給量設定信号Ｗｍｓを決定する。

電極供給量変換回路ＣＷＭは、前記溶接環境信号Ｍｍｓ、及び前記電極供給量設定信号Ｗｍｓを入力とし、電極供給速度設定信号Ｆｓを出力する。電極供給速度設定信号Ｆｓは、前記溶接環境信号Ｍｍｓに含まれる導通消耗電極の断面積の情報を元に、前記電極供給量設定信号Ｗｍｓから算出される。

電極供給制御部ＦＣは、前記電極供給速度設定信号Ｆｓを入力とし、電極供給速度制御信号Ｆｃを出力する。電極供給装置ＦＤは、前記電極供給速度制御信号Ｆｃを入力とし、導通消耗電極１を後述する溶接トーチ４に向けて、前記電極供給速度制御信号Ｆｃにて決定される送給速度Ｆｗで送り込む。導通消耗電極１は、一般的には断面が円形のワイヤであるが、断面が楕円や多角形のワイヤでも構わない。

電流電圧変換回路ＣＭＲは、前記出力電力設定信号Ｍｒｓ、前記電極供給速度制御信号Ｆｓ、及び前記溶接環境信号Ｍｍｓを入力とし、溶接電流設定信号Ｉｓｅｔ、及び溶接電圧設定信号Ｖｓｅｔを出力する。溶接電流設定信号Ｉｓｅｔは、前記溶接環境信号Ｍｍｓに含まれる溶接法、シールドガスの組成、及び導通消耗電極の断面積の情報を元に、前記電極供給速度設定信号Ｆｓから算出する。溶接電圧設定信号Ｖｓｅｔは、前記出力電力設定信号Ｍｒｓと溶接電流設定信号Ｉｓｅｔとから算出する。

電力出力部ＰＳは、前記溶接電圧設定信号Ｖｓｅｔ、前記溶接電流設定信号Ｉｓｅｔ、及び前記溶接環境信号Ｍｍｓを入力とし、後述する溶接トーチ４及び母材２に対して、溶接電流Ｉｗ及び溶接電圧Ｖｗを出力する。電力出力部ＰＳの内部には、図示しないが変圧回路、インバータ回路、極性切替回路、直流リアクトル等の前記溶接環境信号Ｍｍｓに含まれる溶接法を実現するのに必要な回路で構成される。溶接電流Ｉｗ及び溶接電圧Ｖｗの挙動は、前記溶接環境信号Ｍｍｓに含まれる溶接法、シールドガスの組成、導通消耗電極の断面積等の情報、前記溶接電圧設定信号Ｖｓｅｔ、及び前記溶接電流設定信号Ｉｓｅｔにより規定される。

溶接トーチ４に向かって送り出された導通消耗電極１は、溶接トーチ４の中にある給電チップを挿通して、前記溶接電圧Ｖｗが印加される。これにより、導通消耗電極１と母材２の間にアーク３が発生し、溶接電流Ｉｗが通電される。発生したアーク熱によって、母材２と導通消耗電極１とが溶融し、溶融池２ａが形成される。

図２に、前記入熱決定回路ＰＣにて用いられる前記出力電力Ｍｒと前記電極供給量Ｗｍの関係のグラフを示す。図２の縦軸は出力電力Ｍｒ［Ｊ/ｓ］を示し、横軸は前記電極供給量Ｗｍ［ｍｍ^3/ｓ］を示す。前記出力電力Ｍｒは、前記電極供給量Ｗｍ、前記入熱調整係数Ｉｍ、及び前記相関関数ｆを用いて、Ｍｒ＝Ｉｍ・ｆ（Ｗｍ）で示される。図２を用いて、前記入熱決定回路ＰＣにおける、前記電極供給量設定信号Ｗｍｓと前記出力電力設定信号Ｍｒｓの決定の流れを示す。

図２において、前記出力電力教示信号Ｍｒｔによって第１出力電力Ｍｒ１が、前記入熱調整設定信号Ｉｍｓによって第１入熱調整係数Ｉｍ１が定められたとき、Ｍｒ１＝Ｉｍ１・ｆ（Ｗｍ１）という関係から、第１電極供給量Ｗｍ１が得られる。このとき、前記入熱調整設定信号Ｉｍｓの内容が変更され、入熱調整係数Ｉｍが第１入熱調整係数Ｉｍ１から第２入熱調整係数Ｉｍ２に変更されるとする。ただし、第１入熱調整係数Ｉｍ１＞第２入熱調整係数Ｉｍ２である。

前記第２入熱調整係数Ｉｍ２、及び前記第１出力電力Ｍｒ１により、第２電極供給量Ｗｍ２はＭｒ１＝Ｉｍ２・ｆ（Ｗｍ２）から求められ、第２電極供給量Ｗｍ２に相当する前記電極供給量設定信号Ｗｍｓが出力される。したがって、第２電極供給量Ｗｍ２＞第１電極供給量Ｗｍ１となり、前記設定電流Ｉｓｅｔは増加し、前記出力電力設定信号Ｍｒｓは変更しないため前記設定電圧Ｖｓｅｔが下がる。

上述の挙動において、前記出力電力Ｍｒ、前記電極供給量Ｗｍ、前記入熱調整係数Ｉｍのいずれかが変化すれば、Ｍｒ＝Ｉｍ・ｆ（Ｗｍ）を保つように他の変数も変化する。例えば、前記出力電力教示信号Ｍｒｔの内容が変更されて、前記出力電力Ｍｒを増減すれば、前記電極供給量Ｗｍが増減し、前記溶接電流Ｉｓｅｔが増減する。

Ｍｒ＝Ｉｍ・ｆ（Ｗｍ）が指し示すことは、溶接部に供給される消耗電極の量（すなわち前記電極供給量Ｗｍ）と、溶接部に供給されるエネルギー（すなわち前記出力電力Ｍｒ）とがバランスする状態（すなわち相関関数ｆを有すること）において、前記入熱調整係数Ｉｍによって、入熱のバランスを調整することである。したがって、前記溶融池２ａに対して、前記出力電力Ｍｒに示すエネルギーを供給し、前記電極供給量Ｗｍに示す消耗電極を供給することを担保すれば、多電極の溶接装置でも同様に制御できる。すなわち、前記電力出力部ＰＳ、前記電極供給制御部ＦＣ、前記電極供給装置ＦＤ、前記溶接トーチ４、及び前記導通消耗電極１は複数あってもよい。また、複数の前記導通消耗電極１において、各々の断面形状や断面積が異なってもよい。

次に、上述した本発明の実施の形態１に係る消耗電極式アーク溶接装置の作用効果について説明する。上述において、溶接電流、溶接電圧を個々に調整せずとも、入熱調整係数Ｉｍの調整によって溶接電流、溶接電圧を調整できることを示した。また、多電極の溶接装置であっても、入熱調整係数Ｉｍの調整によって条件調整できることを示した。これにより、溶接作業者及び溶接技術者は、溶接結果を見つつ入熱調整係数Ｉｍのみを調整することで、単電極の溶接装置と多電極の溶接装置とのいずれであっても容易に溶接条件が決定できる。

また、上述した本発明の実施の形態１を応用して、前記電極供給量Ｗｍを固定して、前記出力電力Ｍｒを変化させることもできる。例えば、図２より、前記第２入熱調整係数Ｉｍ２、及び前記第１電極供給量Ｗｍ１により、第２出力電力Ｍｒ２＝Ｉｍ２・ｆ（Ｗｍ１）が得られ、第２出力電力Ｍｒ２に相当する前記出力電力設定信号Ｍｒｓが出力される。したがって、第１出力電力Ｍｒ１＞第２出力電力Ｍｒ２となり、前記電極供給量Ｗｍを変更しないことから前記設定電流Ｉｓｅｔは変更されず、前記設定電圧Ｖｓｅｔが下がる。ただし、溶接施工管理においては前記出力電力Ｍｒを用いて管理することが多いことから、前記出力電力Ｍｒを固定して前記電極供給量Ｗｍを調整する方が望ましい。

［実施の形態２］
実施の形態２の発明は、コールドタンデム溶接法に代表される溶接電流が導通する導通消耗電極と、溶接電流が導通しない非導通消耗電極を用いた溶接装置において、溶接結果Ｒｓによって前記入熱調整係数Ｉｍを調整することで溶接条件を決定するアーク溶接装置である。

図３は実施の形態２に係る消耗電極式アーク溶接装置のブロック図である。以下、同図を参照して、各ブロックについて説明する。同図において、図１と同一のブロック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１の前記制御部ＣＮＴに溶接条件記録回路ＲＥＧ、溶接結果判定回路ＲＳＪ、及び非導通電極供給制御部ＦＣ２を追加するとともに、図１の電極供給部ＦＤを導通電極供給部ＦＤ１と非導通電極供給部ＦＤ２とに拡張し、図１に電圧検出回路ＶＤ、電流検出回路ＩＤ、非導通消耗電極１２、及びフィラガイド５を追加し、前記電極供給量変換回路ＣＷＭを第２電極供給量変換回路ＣＷＭ２に、前記入熱調整係数設定回路ＩＭＳを第２入熱調整係数設定回路ＩＭＳ２に、前記電極供給制御部ＦＣは導通電極供給制御部ＦＣ１に、及び導通消耗電極１を導通消耗電極１１に置換したものである。

電圧検出回路ＶＤは、溶接電圧Ｖｗを検出して電圧検出信号Ｖｄを出力する。電流検出回路ＩＤは、溶接電流Ｉｗを検出して電流検出信号Ｉｄを出力する。

溶接結果判定回路ＲＳＪは、前記電圧検出信号Ｖｄ及び前記電流検出信号Ｉｄを入力として、溶接結果設定信号Ｒｓｓを出力する。溶接結果判定回路ＲＳＪでは、前記電圧検出信号Ｖｄ及び前記電流検出信号Ｉｄより溶接開始及び溶接終了を検出し、溶接中の前記電圧検出信号Ｖｄ及び前記電流検出信号Ｉｄを解析して前記溶接結果Ｒｓを生成し、溶接結果設定信号Ｒｓｓとして出力する。

前記溶接結果判定回路ＲＳＪでは少なくとも、一つの溶接作業の溶接結果Ｒｓを生成して、前記溶接結果設定信号Ｒｓｓを出力する機能を有すればよい。したがって、溶接結果Ｒｓの生成方法や、溶接結果Ｒｓのフォーマットなどは、その都度適切なものが選択される。溶接結果Ｒｓの生成方法は、溶接中の前記電圧検出信号Ｖｄ及び前記電流検出信号Ｉｄの平均値、分散、標準偏差等の統計解析や、複数の条件判定を組み合わせたルールベースの生成方法や、強化学習やニューラスネットワークなどの学習モデルを用いた生成方法でもよい。溶接結果Ｒｓは、定性値でも定量値でもよい。例えば、「入熱過多」、「入熱不足」、「磁気吹き」などの溶接欠陥の名称で示される定性値、溶接品質を百分率で表現した定量値である。さらに、前記電圧検出信号Ｖｄ及び前記電流検出信号Ｉｄに加えて、溶接中のアークや溶融池の状況を撮像した画像を入力してもよいし、溶接後のビード外観や溶接部の溶け込み形状の画像を入力してもよい。

溶接条件記録回路ＲＥＧは、前記出力電力設定信号Ｍｒｓ、前記電極供給量設定信号Ｗｍｓ、前記入熱調整設定信号Ｉｍｓ、及び前記溶接結果設定信号Ｒｓｓを入力とし、溶接結果出力信号Ｒｅｇを出力する。溶接結果出力信号Ｒｅｇは、出力電力Ｍｒと、電極供給量Ｗｍと、入熱調整係数Ｉｍと、出力電力Ｍｒ、電極供給量Ｗｍ、及び入熱調整係数Ｉｍを用いて溶接した結果である溶接結果Ｒｓとから構成され、溶接条件記録回路ＲＥＧに含まれる記憶装置に記録される。

前記溶接結果出力信号Ｒｅｇにおいて、溶接回数ｎ回目の溶接結果出力信号Ｒｅｇ（ｎ）は、溶接回数ｎ回目の出力電力Ｍｒ（ｎ）と、溶接回数ｎ回目の電極供給量Ｗｍ（ｎ）と、溶接回数ｎ回目の入熱調整係数Ｉｍ（ｎ）と、出力電力Ｍｒ（ｎ）、電極供給量Ｗｍ（ｎ）、及び入熱調整係数Ｉｍ（ｎ）を用いて溶接した結果である溶接結果Ｒｓ（ｎ）とから構成される。溶接結果出力信号Ｒｅｇ（ｎ）は、溶接結果Ｒｓ（ｎ）の入力をトリガにして、前記溶接条件記録回路ＲＥＧの内部の記録装置に記憶されるとともに外部へ出力される。

第２入熱調整係数設定回路ＩＭＳ２は、前記溶接結果出力信号Ｒｅｇを入力として、前記入熱調整設定信号Ｉｍｓを出力する。第２入熱調整係数設定回路ＩＭＳ２では、前記溶接結果出力信号Ｒｅｇ（ｎ）に含まれる前記出力電力Ｍｒ（ｎ）、前記電極供給量Ｗｍ（ｎ）、前記入熱調整係数Ｉｍ（ｎ）と、前記溶接結果Ｒｓ（ｎ）とを元に、溶接回数ｎ＋１回目の入熱調整係数Ｉｍ（ｎ＋１）を決定し、入熱調整設定信号Ｉｍｓを出力する。入熱調整係数Ｉｍ（ｎ＋１）の決定方法は、複数の条件判定を組み合わせたルールベースの決定方法や、強化学習やニューラスネットワークなどの学習モデルを用いた決定方法でもよい。

第２電極供給量変換回路ＣＷＭ２は、前記溶接環境信号Ｍｍｓ、及び前記電極供給量設定信号Ｗｍｓを入力とし、導通電極供給速度設定信号Ｆｓ１、及び非導通電極供給速度設定信号Ｆｓ２を出力する。第２電極供給量変換回路ＣＷＭ２において、前記溶接環境信号Ｍｍｓに含まれる各々の消耗電極の断面積の情報を元に、導通電極供給量と非導通電極供給量の総和が前記電極供給量設定信号Ｗｍｓになるように、導通電極供給速度設定信号Ｆｓ１、及び非導通電極供給速度設定信号Ｆｓ２を算出する。導通電極供給量と非導通電極供給量の比率は、固定しても可変してもよい。

導通電極供給制御部ＦＣ１は、前記導通電極供給速度設定信号Ｆｓ１を入力とし、導通電極供給速度制御信号Ｆｃ１を出力する。導通電極供給部ＦＤ１は、前記導通電極供給速度制御信号Ｆｃ１を入力とし、導通消耗電極１１を溶接トーチ４に向けて、前記導通電極供給速度制御信号Ｆｃ１にて決定される送給速度Ｆｗ１で送り込む。導通消耗電極１１は、一般的には断面が円形のワイヤであるが、断面が楕円や多角形のワイヤでも構わない。

非導通電極供給制御部ＦＣ２は、前記非導通電極供給速度設定信号Ｆｓ２を入力とし、非導通電極供給速度制御信号Ｆｃ２を出力する。非導通電極供給部ＦＤ２は、前記非導通電極供給速度制御信号Ｆｃ２を入力とし、非導通消耗電極１２をフィラガイド５に向けて、前記非導通電極供給速度制御信号Ｆｃ２にて決定される送給速度Ｆｗ２で送り込む。

非導通消耗電極１２は、溶接電流が導通しない消耗電極を示す。すなわち、前記電力出力部ＰＳから前記溶融池２ａへ供給されるエネルギーの経路ではない消耗電極である。非導通消耗電極１２は、前記溶融池２ａに対する供給量が制御できる形態であれば、どのような形態であって構わない。すなわち、非導通消耗電極１２は一般的には断面が円形のワイヤであるが、断面が楕円や多角形のワイヤ、又は粉体でもよい。また、複数の断面形状や断面積が異なる非導通消耗電極を用いてもよい。

フィラガイド５は、前記非導通消耗電極１２を前記溶融池２ａに供給するためのガイドであり、前記溶融池２ａに近い部分が金属または耐熱素材である円筒形の部品である。フィラガイドは、前記非導通消耗電極１２に通電しなければ、溶接トーチ４と同様のものを用いてもよい。

図４に、実施の形態２における前記出力電力Ｍｒと前記電極供給量Ｗｍの関係のグラフを示す。実施の形態２おける前記出力電力Ｍｒ、前記電極供給量Ｗｍは、実施の形態１に示す方法と同様の方法で決定される。ただし図４では、前記第１出力電力Ｍｒ１が前記出力電力Ｍｒ（ｎ）、前記第１電極供給量Ｗｍ１が前記電極供給量Ｗｍ（ｎ）、前記第１入熱調整係数Ｉｍ１が前記入熱調整係数Ｉｍ（ｎ）に各々相当し、前記第２電極供給量Ｗｍ２が前記電極供給量Ｗｍ（ｎ＋１）、前記第２入熱調整係数Ｉｍ２が前記入熱調整係数Ｉｍ（ｎ＋１）に各々相当する。

前記溶接結果判定回路ＲＳＪ、前記第２入熱調整係数設定回路ＩＭＳ２、及び前記第２電極供給量変換回路ＣＷＭ２が次の動作をするとして、実施の形態２の動作例を以下に示す。ただし、前記溶接結果判定回路ＲＳＪにて、前記電圧検出信号Ｖｄ及び前記電流検出信号Ｉｄを解析して短絡回数を算出して、算出した短絡回数を溶接結果Ｒｓとする。前記第２入熱調整係数設定回路ＩＭＳ２にて、短絡回数が閾値以下かつ０以上になるように、短絡回数が閾値を超えた場合は入熱調整係数Ｉｍを上げ、短絡回数が０になると下げるというルールベースの決定方法を用いる。前記第２電極供給量変換回路ＣＷＭ２にて、前記導通電極供給速度設定信号Ｆｓ１を一定とし、前記電極供給量設定信号Ｗｍｓの変更に従って非導通電極供給速度設定信号Ｆｓ２を変更するとする。

溶接回数ｎ回目の溶接作業実施後から溶接回数ｎ＋１回目の溶接条件の決定までの流れを以下に示す。
１）前記溶接結果判定回路ＲＳＪにて、前記結果Ｒｓ（ｎ）が生成される。
２）前記溶接条件記録回路ＲＥＧにて、前記出力電力Ｍｒ（ｎ）、前記電極供給量Ｗｍ（ｎ）、前記入熱調整係数Ｉｍ（ｎ）、及び前記結果Ｒｓ（ｎ）を記録し、前記溶接結果出力信号Ｒｅｇ（ｎ）を出力する。
３）前記第２入熱調整係数設定回路ＩＭＳ２にて、前記結果Ｒｓ（ｎ）に示される短絡回数に従って前記入熱調整係数Ｉｍ（ｎ）を増減させ、前記入熱調整係数Ｉｍ（ｎ＋１）を決定する。
４）前記入熱決定回路ＰＣにて、前記入熱調整係数Ｉｍ（ｎ＋１）を元に、前記出力電力Ｍｒ（ｎ＋１）及び前記電極供給量Ｗｍ（ｎ＋１）を決定する。ただし、前記出力電力Ｍｒ（ｎ＋１）＝Ｍｒ（ｎ）である。
５）第２電極供給量変換回路ＣＷＭ２にて、前記電極供給量Ｗｍ（ｎ＋１）に従って非導通電極供給速度設定信号Ｆｓ２のみを変更する。ただし、前記導通電極供給速度設定信号Ｆｓ１と、出力電力設定信号Ｍｒｓとは変更されないため、前記電流電圧変換回路ＣＭＲにおける前記設定電流Ｉｓｅｔ及び前記設定電圧Ｖｓｅｔは変更されない。

コールドタンデム溶接法におけるフィラワイヤは、本実施の形態の非導通消耗電極に相当する。したがって、上述の溶接条件の決定までの流れに従うと、前記入熱調整係数Ｉｍに従って、フィラワイヤの送給速度たる前記送給速度Ｆｗ２が決定される。

次に、上述した本発明の実施の形態２に係る消耗電極式アーク溶接装置及び溶接方法の作用効果について説明する。実施の形態２に基づくと、コールドタンデム溶接法に代表される導通消耗電極と非導通消耗電極とを用いる溶接装置においても、前記入熱調整係数Ｉｍを調整することにより、非導通電極供給量を調整することができる。前記溶接結果判定回路ＲＳＪ、前記溶接条件記録回路ＲＥＧ、及び前記第２入熱調整係数設定回路ＩＭＳ２を溶接作業者及び溶接技術者に置き換えて考えると、溶接作業者及び溶接技術者が、前記入熱調整係数Ｉｍを官能的又は理論的に調整するだけで、溶接条件の決定を容易に行うことができる。望ましくは、溶接作業者及び溶接技術者が介在しなくとも、前記溶接結果判定回路ＲＳＪ、前記溶接条件記録回路ＲＥＧ、及び前記第２入熱調整係数設定回路ＩＭＳ２により、自動で溶接条件を算出することである。

１，１１ 導通消耗電極
１２ 非導通消耗電極
２ 母材
２ａ 溶融池
３ アーク
４ 溶接トーチ
５ フィラガイド
ＣＮＴ 制御部
ＣＭＲ 電流電圧変換回路
ＣＷＭ 電極供給量変換回路
ＣＷＭ２ 第２電極供給量変換回路
ＦＣ 電極供給制御部
Ｆｃ 電極供給速度制御信号
ＦＣ１ 導通電極供給制御部
Ｆｃ１ 導通電極供給速度制御信号
ＦＣ２ 非導通電極供給制御部
Ｆｃ２ 非導通電極供給速度制御信号
ＦＤ 電極供給部
ＦＤ１ 導通電極供給部
ＦＤ２ 非導通電極供給部
Ｆｓ 電極供給速度設定信号
Ｆｓ１ 導通電極供給速度設定信号
Ｆｓ２ 非導通電極供給速度設定信号
Ｆｗ、Ｆｗ１、Ｆｗ２ 送給速度
ＩＤ 電流検出回路
Ｉｄ 電流検出信号
Ｉｍ 入熱調整係数
ＩＭＳ 入熱調整係数設定回路
Ｉｍｓ 入熱調整設定信号
ＩＭＳ２ 第２入熱調整係数設定回路
Ｉｓｅｔ 設定電流
Ｉｗ 溶接電流
ＭＭ 上位装置
Ｍｍｓ 溶接環境信号
Ｍｒ 出力電力
Ｍｒｓ 出力電力設定信号
ＭＲＴ 出力電力教示回路
Ｍｒｔ 出力電力教示信号
ＰＣ 入熱決定回路
ＰＳ 電力出力部
ＲＥＧ 溶接条件記録回路
Ｒｅｇ 溶接結果出力信号
Ｒｓ 溶接結果
ＲＳＪ 溶接結果判定回路
Ｒｓｓ 溶接結果設定信号
ＶＤ 電圧検出回路
Ｖｄ 電圧検出信号
Ｖｓｅｔ 設定電圧
Ｖｗ 溶接電圧
Ｗｍ 電極供給量
Ｗｍｓ 電極供給量設定信号

Claims (5)

1. 出力電力Ｍｒを出力する電力出力部と、単位時間当たりの電極供給量Ｗｍを供給する電極供給部を有し、前記出力電力Ｍｒと前記電極供給量Ｗｍとがバランスする状態であって、前記出力電力Ｍｒが前記電極供給量Ｗｍを含む相関関数ｆ（Ｗｍ）により決定される消耗電極式アーク溶接方法において、
   前記出力電力Ｍｒと前記電極供給量Ｗｍとのバランスする状態が入熱調整係数Ｉｍを用いてＭｒ＝Ｉｍ・ｆ（Ｗｍ）によって示されるとともに、溶接部への入熱量を調整する入熱調整係数Ｉｍに基づいて、Ｍｒ＝Ｉｍ・ｆ（Ｗｍ）を保ちつつ入熱調整係数Ｉｍの変化に応じて、単位時間当たりの電極供給量Ｗｍ、又は出力電力Ｍｒのいずれかを決定する
   ことを特徴とする消耗電極式アーク溶接方法。
2. 請求項１の前記電極供給部において、前記出力電力Ｍｒが導通する消耗電極の電極供給量である導通電極供給量を供給する導通電極供給部と、前記出力電力Ｍｒが導通しない消耗電極の電極供給量である非導通電極供給量を供給する非導通電極供給部とを有し、
   前記電極供給量Ｗｍは、前記導通電極供給量と、前記非導通電極供給量との総和である
   ことを特徴とする請求項１に記載の消耗電極式アーク溶接方法。
3. 前記出力電力Ｍｒを変更せずに、前記単位時間当たりの電極供給量Ｗｍを決定する
   ことを特徴とする請求項１、又は２に記載の消耗電極式アーク溶接方法。
4. 溶接回数ｎ回目のときの出力電力Ｍｒ（ｎ）と、単位時間当たりの電極供給量Ｗｍ（ｎ）と、入熱調整係数Ｉｍ（ｎ）とが、Ｍｒ（ｎ）＝Ｉｍ（ｎ）・ｆ（Ｗｍ（ｎ））の関係を有し、
   Ｍｒ（ｎ）、Ｗｍ（ｎ）、及び前記入熱調整係数Ｉｍ（ｎ）によって溶接した後の溶接結果Ｒｓ（ｎ）に基づいて、溶接回数ｎ＋１回目のＩｍ（ｎ＋１）を決定し、
   溶接回数ｎ＋１回目のＭｒ（ｎ＋１）が、Ｍｒ（ｎ＋１）＝Ｍｒ（ｎ）となるように前記入熱調整係数Ｗｍ（ｎ＋１）を決定する
   ことを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の消耗電極式アーク溶接方法。
5. 請求項１から４の何れかに記載の消耗電極式アーク溶接方法を実施する消耗電極式アーク溶接装置。

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