JP7170373B2 - 複合溶接方法 - Google Patents

Description

本発明は、アーク溶接とレーザ溶接とを併用して溶接する複合溶接方法に関するものである。

アーク溶接とレーザ溶接とを併用して溶接する複合溶接方法が慣用されている（例えば、特許文献１参照）。

上記のアーク溶接方法としては、溶接ワイヤの送給を正送と逆送とに交互に切り換えて溶接する正逆送給アーク溶接方法（例えば、特許文献２参照）が使用される場合がある。

上記のレーザとしては、半導体レーザ、ＹＡＧレーザ、炭酸ガスレーザ等が使用される。

特開２００４－９０６１号公報 特開２０１８－１２７０号公報

正逆送給アーク溶接においては、短絡期間とアーク期間との周期の変動が抑制され、短絡期間中に確実に溶滴の移行が行われることによって、溶接品質が向上する。しかし、正逆送給アーク溶接とレーザ溶接とを併用する複合溶接方法においては、レーザによって溶接ワイヤが過熱され、ワイヤ溶融速度が変動する。この結果、アーク長が変動して、高品質の溶接ビードを形成することが困難であるという問題がある。

そこで、本発明では、正逆送給アーク溶接とレーザ溶接とを併用して溶接する場合において、アーク長の変動を抑制して高品質の溶接ビードを形成することができる複合溶接方法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、
溶接ワイヤの送給速度を正逆送給してアーク期間と短絡期間とを交互に繰り返すアーク溶接とレーザ溶接とを併用して溶接する複合溶接方法において、
前記アーク溶接及び前記レーザ溶接を併用して溶接する複合溶接モードと、前記アーク溶接のみで溶接する単独溶接モードとを備え、
前記複合溶接モードのときは、前記アークの長さと相関する値を検出し、前記相関する値に基づいて前記送給速度の正送ピーク値を可変制御し、
前記単独溶接モードのときは、前記正送ピーク値を所定値に制御する、
ことを特徴とする複合溶接方法である。

請求項２の発明は、前記相関する値は、前記アーク期間と前記短絡期間との繰り返し周期又は前記アーク期間の時間長さである、
ことを特徴とする請求項１に記載の複合溶接方法である。

請求項３の発明は、前記相関する値は、前記アーク溶接の溶接電圧の値である、
ことを特徴とする請求項１に記載の複合溶接方法である。

本発明によれば、正逆送給アーク溶接とレーザ溶接とを併用して溶接する場合において、アーク長の変動を抑制して高品質の溶接ビードを形成することができる。

本発明の実施の形態１に係る複合溶接方法を実施するための溶接装置の構成図である。 図１で上述した溶接電源ＰＳの詳細ブロック図である。 本発明の実施の形態１に係る複合溶接方法を示す図１及び図２の溶接装置における各信号のタイミングチャートである。 本発明の実施の形態２に係る複合溶接方法を実施するための溶接電源ＰＳのブロック図である。

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］
図１は、本発明の実施の形態１に係る複合溶接方法を実施するための溶接装置の構成図である。溶接装置は、正逆送給アーク溶接を行うためのアーク溶接装置と、レーザ溶接を行うためのレーザ溶接装置を備えている。以下、同図を参照して各構成物について説明する。

アーク溶接装置は、主に、溶接電源ＰＳ、送給機ＷＦ及び溶接トーチＷＴを備えている。

溶接電源ＰＳは、３相２００Ｖ等の交流商用電源（図示は省略）を入力として、インバータ制御等の出力制御を行い、アーク３を発生させるための溶接電圧Ｖｗ及び溶接電流Ｉｗを出力する。また、溶接電源ＰＳは、送給機ＷＦに送給制御信号Ｆｃを出力する。さらに、溶接電源ＰＳは、レーザ発振器ＬＳからのレーザ出力信号Ｌｓを入力として、レーザ出力信号Ｌｓに基づいて後述する溶接モードを「複合溶接モード」と「単独溶接モード」とに切り換える。溶接電源ＰＳの詳細なブロック図を、図２に示す。

送給機ＷＦは、溶接電源ＰＳからの送給制御信号Ｆｃを入力として、送給制御信号Ｆｃに従って溶接ワイヤ１を送給速度Ｆｗで正逆送給する。

溶接トーチＷＴは、装着された給電チップ（図示は省略）を介して溶接ワイヤ１に給電し、溶接ワイヤ１を母材２の被溶接部に送出する。溶接ワイヤ１と母材２との間にアーク３が発生する。給電チップと母材２との間に溶接電圧Ｖｗが印加し、溶接電流Ｉｗが通電する。

レーザ溶接装置は、主に、レーザ発振器ＬＳ、光ファイバーＬＦ及び加工ヘッドＬＨを備えている。

レーザ発振器ＬＳは、レーザ溶接を行うためのレーザ光４を出力する。また、レーザ発振器ＬＳは、レーザ光４が出力されているときはＨｉｇｈレベルとなり、出力されていないときはＬｏｗレベルとなるレーザ出力信号Ｌｓを溶接電源ＰＳに出力する。

光ファイバーＬＦは、レーザ光４を加工ヘッドＬＨに導く。

加工ヘッドＬＨは、内蔵された種々の光学系（図示は省略）によって集光し、レーザ光４をアーク溶接の被溶接部に照射する。同図では、アーク３よりも前方からレーザ光４を照射しているが、後方から照射する場合もある。

図２は、図１で上述した溶接電源ＰＳの詳細ブロック図である。以下、同図を参照して各ブロックについて説明する。

電源主回路ＰＭは、３相２００Ｖ等の商用電源（図示は省略）を入力として、後述する誤差増幅信号Ｅａに従ってインバータ制御等による出力制御を行い、出力電圧Ｅを出力する。この電源主回路ＰＭは、図示は省略するが、商用電源を整流する１次整流器、整流された直流を平滑する平滑コンデンサ、平滑された直流を高周波交流に変換する上記の誤差増幅信号Ｅａによって駆動されるインバータ回路、高周波交流を溶接に適した電圧値に降圧する高周波変圧器、降圧された高周波交流を直流に整流する２次整流器を備えている。

リアクトルＷＬは、上記の出力電圧Ｅを平滑する。このリアクトルＷＬのインダクタンス値は、例えば１００μＨである。

溶接電源ＰＳの外部に設置された送給機ＷＦは、上述したように溶接電源ＰＳからの送給制御信号Ｆｃを入力として、正送と逆送とを交互に繰り返して溶接ワイヤ１を送給速度Ｆｗで送給する。送給機ＷＦには、過渡応答性の速いモータが使用される。溶接ワイヤ１の送給速度Ｆｗの変化率及び送給方向の反転を速くするために、送給機ＷＦは溶接トーチＷＴの先端の近くに設置される場合がある。また、送給機ＷＦを２個使用して、プッシュプル方式の送給系とする場合もある。

溶接ワイヤ１は、上記の送給機ＷＦに内蔵された送給ロール５の回転によって溶接トーチＷＴ内を送給されて、母材２との間にアーク３が発生する。溶接トーチＷＴ内の給電チップ（図示は省略）と母材２との間には溶接電圧Ｖｗが印加し、溶接電流Ｉｗが通電する。溶接トーチＷＴの先端からはシールドガスが噴出して、アーク３を大気から遮蔽する。

出力電圧設定回路ＥＲは、上記の溶接電圧Ｖｗを設定するための予め定めた出力電圧設定信号Ｅｒを出力する。出力電圧検出回路ＥＤは、上記の出力電圧Ｅを検出し平滑して、出力電圧検出信号Ｅｄを出力する。

電圧誤差増幅回路ＥＶは、上記の出力電圧設定信号Ｅｒ及び上記の出力電圧検出信号Ｅｄを入力として、出力電圧設定信号Ｅｒ（＋）と出力電圧検出信号Ｅｄ（－）との誤差を増幅して、電圧誤差増幅信号Ｅｖを出力する。

電流検出回路ＩＤは、上記の溶接電流Ｉｗを検出して、電流検出信号Ｉｄを出力する。電圧検出回路ＶＤは、上記の溶接電圧Ｖｗを検出して、電圧検出信号Ｖｄを出力する。短絡判別回路ＳＤは、上記の電圧検出信号Ｖｄを入力として、この値が予め定めた短絡判別値（１０Ｖ程度）未満のときは短絡期間にあると判別してＨｉｇｈレベルになり、以上のときはアーク期間にあると判別してＬｏｗレベルになる短絡判別信号Ｓｄを出力する。

正送加速期間設定回路ＴＳＵＲは、予め定めた正送加速期間設定信号Ｔsurを出力する。

正送減速期間設定回路ＴＳＤＲは、予め定めた正送減速期間設定信号Ｔsdrを出力する。

逆送加速期間設定回路ＴＲＵＲは、予め定めた逆送加速期間設定信号Ｔrurを出力する。

逆送減速期間設定回路ＴＲＤＲは、予め定めた逆送減速期間設定信号Ｔrdrを出力する。

逆送ピーク値設定回路ＷＲＲは、予め定めた逆送ピーク値設定信号Ｗrrを出力する。

送給速度設定回路ＦＲは、上記の正送加速期間設定信号Ｔsur、上記の正送減速期間設定信号Ｔsdr、上記の逆送加速期間設定信号Ｔrur、上記の逆送減速期間設定信号Ｔrdr、後述する正送ピーク値設定信号Ｗsr、上記の逆送ピーク値設定信号Ｗrr及び上記の短絡判別信号Ｓｄを入力として、以下の処理によって生成された送給速度パターンを送給速度設定信号Ｆｒとして出力する。この送給速度設定信号Ｆｒが０以上のときは正送期間となり、０未満のときは逆送期間となる。
１）正送加速期間設定信号Ｔsurによって定まる正送加速期間Ｔsu中は０から正送ピーク値設定信号Ｗsrによって定まる正の値の正送ピーク値Ｗspまで直線状に加速する送給速度設定信号Ｆｒを出力する。
２）続いて、正送ピーク期間Ｔsp中は、上記の正送ピーク値Ｗspを維持する送給速度設定信号Ｆｒを出力する。
３）短絡判別信号ＳｄがＬｏｗレベル(アーク期間)からＨｉｇｈレベル(短絡期間)に変化すると、正送減速期間設定信号Ｔsdrによって定まる正送減速期間Ｔsdに移行し、上記の正送ピーク値Ｗspから０まで直線状に減速する送給速度設定信号Ｆｒを出力する。
４）続いて、逆送加速期間設定信号Ｔrurによって定まる逆送加速期間Ｔru中は０から逆送ピーク値設定信号Ｗrrによって定まる負の値の逆送ピーク値Ｗrpまで直線状に加速する送給速度設定信号Ｆｒを出力する。
５）続いて、逆送ピーク期間Ｔrp中は、上記の逆送ピーク値Ｗrpを維持する送給速度設定信号Ｆｒを出力する。
６）短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベル(短絡期間)からＬｏｗレベル(アーク期間)に変化すると、逆送減速期間設定信号Ｔrdrによって定まる逆送減速期間Ｔrdに移行し、上記の逆送ピーク値Ｗrpから０まで直線状に減速する送給速度設定信号Ｆｒを出力する。
７）上記の１）～６）を繰り返すことによって正負の台形波状に変化する送給パターンの送給速度設定信号Ｆｒが生成される。

送給制御回路ＦＣは、上記の送給速度設定信号Ｆｒを入力として、送給速度設定信号Ｆｒの値に相当する送給速度Ｆｗで溶接ワイヤ１を送給するための送給制御信号Ｆｃを上記の送給機ＷＦに出力する。

減流抵抗器Ｒは、上記のリアクトルＷＬと溶接トーチＷＴとの間に挿入される。この減流抵抗器Ｒの値は、短絡負荷（０．０１～０．０３Ω程度）の５０倍以上大きな値（０．５～３Ω程度）に設定される。この減流抵抗器Ｒが通電路に挿入されると、リアクトルＷＬ及び外部ケーブルのリアクトルに蓄積されたエネルギーが急放電される。

トランジスタＴＲは、上記の減流抵抗器Ｒと並列に接続されて、後述する駆動信号Ｄｒに従ってオン又はオフ制御される。

くびれ検出回路ＮＤは、上記の短絡判別信号Ｓｄ、上記の電圧検出信号Ｖｄ及び上記の電流検出信号Ｉｄを入力として、短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベル（短絡期間）であるときの電圧検出信号Ｖｄの電圧上昇値が基準値に達した時点でくびれの形成状態が基準状態になったと判別してＨｉｇｈレベルとなり、短絡判別信号ＳｄがＬｏｗレベル（アーク期間）に変化した時点でＬｏｗレベルになるくびれ検出信号Ｎｄを出力する。また、短絡期間中の電圧検出信号Ｖｄの微分値がそれに対応した基準値に達した時点でくびれ検出信号ＮｄをＨｉｇｈレベルに変化させるようにしても良い。さらに、電圧検出信号Ｖｄの値を電流検出信号Ｉｄの値で除算して溶滴の抵抗値を算出し、この抵抗値の微分値がそれに対応する基準値に達した時点でくびれ検出信号ＮｄをＨｉｇｈレベルに変化させるようにしても良い。

低レベル電流設定回路ＩＬＲは、予め定めた低レベル電流設定信号Ｉlrを出力する。電流比較回路ＣＭは、この低レベル電流設定信号Ｉlr及び上記の電流検出信号Ｉｄを入力として、Ｉｄ＜ＩlrのときはＨｉｇｈレベルになり、Ｉｄ≧ＩlrのときはＬｏｗレベルになる電流比較信号Ｃｍを出力する。

駆動回路ＤＲは、上記の電流比較信号Ｃｍ及び上記のくびれ検出信号Ｎｄを入力として、くびれ検出信号ＮｄがＨｉｇｈレベルに変化するとＬｏｗレベルに変化し、その後に電流比較信号ＣｍがＨｉｇｈレベルに変化するとＨｉｇｈレベルに変化する駆動信号Ｄｒを上記のトランジスタＴＲのベース端子に出力する。したがって、この駆動信号Ｄｒはくびれが検出されるとＬｏｗレベルになり、トランジスタＴＲがオフ状態になり通電路に減流抵抗器Ｒが挿入されるので、短絡負荷を通電する溶接電流Ｉｗは急減する。そして、急減した溶接電流Ｉｗの値が低レベル電流設定信号Ｉlrの値まで減少すると、駆動信号ＤｒはＨｉｇｈレベルになり、トランジスタＴＲがオン状態になるので、減流抵抗器Ｒは短絡されて通常の状態に戻る。

電流制御設定回路ＩＣＲは、上記の短絡判別信号Ｓｄ、上記の低レベル電流設定信号Ｉlr及び上記のくびれ検出信号Ｎｄを入力として、以下の処理を行い、電流制御設定信号Ｉcrを出力する。
１）短絡判別信号ＳｄがＬｏｗレベル(アーク期間)のときは、低レベル電流設定信号Ｉlrとなる電流制御設定信号Ｉcrを出力する。
２）短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベル(短絡期間)に変化すると、予め定めた初期期間中は予め定めた初期電流設定値となり、その後は予め定めた短絡時傾斜で予め定めた短絡時ピーク設定値まで上昇してその値を維持する電流制御設定信号Ｉcrを出力する。
３）その後に、くびれ検出信号ＮｄがＨｉｇｈレベルに変化すると、低レベル電流設定信号Ｉlrの値となる電流制御設定信号Ｉcrを出力する。

電流誤差増幅回路ＥＩは、上記の電流制御設定信号Ｉcr及び上記の電流検出信号Ｉｄを入力として、電流制御設定信号Ｉcr（＋）と電流検出信号Ｉｄ（－）との誤差を増幅して、電流誤差増幅信号Ｅｉを出力する。

電流降下時間設定回路ＴＤＲは、予め定めた電流降下時間設定信号Ｔdrを出力する。

小電流期間回路ＳＴＤは、上記の短絡判別信号Ｓｄ及び上記の電流降下時間設定信号Ｔdrを入力として、短絡判別信号ＳｄがＬｏｗレベル(アーク期間)に変化した時点から電流降下時間設定信号Ｔdrによって定まる時間が経過した時点でＨｉｇｈレベルになり、その後に短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベル(短絡期間)になるとＬｏｗレベルになる小電流期間信号Ｓtdを出力する。

電源特性切換回路ＳＷは、上記の電流誤差増幅信号Ｅｉ、上記の電圧誤差増幅信号Ｅｖ、上記の短絡判別信号Ｓｄ及び上記の小電流期間信号Ｓtdを入力として、以下の処理を行い、誤差増幅信号Ｅａを出力する。
１）短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベル(短絡期間)に変化した時点から、短絡判別信号ＳｄがＬｏｗレベル(アーク期間)に変化して予め定めた遅延期間が経過した時点までの期間中は、電流誤差増幅信号Ｅｉを誤差増幅信号Ｅａとして出力する。
２）その後の大電流アーク期間中は、電圧誤差増幅信号Ｅｖを誤差増幅信号Ｅａとして出力する。
３）その後のアーク期間中に小電流期間信号ＳtdがＨｉｇｈレベルとなる小電流アーク期間中は、電流誤差増幅信号Ｅｉを誤差増幅信号Ｅａとして出力する。
この回路によって、溶接電源の特性は、短絡期間、遅延期間及び小電流アーク期間中は定電流特性となり、それ以外の大電流アーク期間中は定電圧特性となる。

周期設定回路ＴＦＲは、予め定めた周期設定信号Ｔfrを出力する。アーク期間設定回路ＴＡＲは、予め定めたアーク期間設定信号Ｔarを出力する。

周期検出回路ＴＦＤは、上記の短絡判別信号Ｓｄを入力として、アーク期間（Ｌｏｗレベル）と短絡期間（Ｈｉｇｈレベル）との繰り返し周期の移動平均値を算出して、周期検出信号Ｔfdとして出力する。アーク期間検出回路ＴＡＤは、上記の短絡判別信号Ｓｄを入力として、アーク期間（Ｌｏｗレベル）の時間長さのの移動平均値を算出して、アーク期間検出信号Ｔadとして出力する。平均電圧検出回路ＶＡＤは、上記の電圧検出信号Ｖｄを入力として、電圧検出信号Ｖｄの移動平均値を算出して、平均電圧検出信号Ｖadとして出力する。

アーク長誤差増幅回路ＥＬは、上記の周期設定信号Ｔfr、上記のアーク期間設定信号Ｔar、上記の出力電圧設定信号Ｅｒ、上記の周期検出信号Ｔfd、上記のアーク期間検出信号Ｔad、上記の平均電圧検出信号Ｖadを入力として、以下の１）～３）の処理のいずれか１つを選択して、アーク長誤差増幅信号Ｅｌを出力する。ここで、周期設定信号Ｔfr、アーク期間設定信号Ｔar又は出力電圧設定信号Ｅｒが目標値となる。そして、周期検出信号Ｔfd、アーク期間検出信号Ｔad又は平均電圧検出信号Ｖadがアーク長相関値となる。
１）周期設定信号Ｔfr（－）と周期検出信号Ｔfd（＋）との誤差を増幅してアーク長誤差増幅信号Ｅｌを出力する。例えば、Ｔfr＝１０msである。
２）アーク期間設定信号Ｔar（－）とアーク期間検出信号Ｔad（＋）との誤差を増幅してアーク長誤差増幅信号Ｅｌを出力する。例えば、Ｔar＝７msである。
３）出力電圧設定信号Ｅｒ（－）と平均電圧検出信号Ｖad（＋）との誤差を増幅してアーク長誤差増幅信号Ｅｌを出力する。

溶接モード設定回路ＭＳは、上記のレーザ発振器ＬＳからのレーザ出力信号Ｌｓを入力として、レーザ出力信号ＬｓがＨｉｇｈレベルのときはＨｉｇｈレベル（複合溶接モード）となり、ＬｏｗレベルのときはＬｏｗレベル（単独溶接モード）となる、溶接モード設定信号Ｍｓを出力する。この回路により、レーザが照射されているときは自動的に複合溶接モードとなり、レーザが照射されていないときは自動的に単独溶接モードになる。レーザの照射に連動して自動的に溶接モードを切り換えているが、手動によって切り換えるようにしても良い。

正送ピーク値設定回路ＷＳＲは、上記の溶接モード設定信号Ｍｓ及び上記のアーク長誤差増幅信号Ｅｌを入力として、
溶接モード設定信号ＭｓがＨｉｇｈレベル（複合溶接モード）のときは、予め定めた正送ピーク初期値をアーク長誤差増幅信号Ｅｌに基づいてフィードバック制御（可変制御）して正送ピーク値設定信号Ｗsrを出力し、
溶接モード設定信号ＭｓがＬｏｗレベル（単独溶接モード）のときは、上記の正送ピーク初期値をそのまま正送ピーク値設定信号Ｗsrとして出力する。この回路によって、複合溶接モードのときは、アーク長相関値が目標値と一致するように、正送ピーク値設定信号Ｗsrが可変制御される。単独溶接モードのときは、正送ピーク値設定信号Ｗsrは所定値（正送ピーク初期値）のままとなる。

図３は、本発明の実施の形態１に係る複合溶接方法を示す図１及び図２の溶接装置における各信号のタイミングチャートである。同図（Ａ）は送給速度Ｆｗの時間変化を示し、同図（Ｂ）は溶接電流Ｉｗの時間変化を示し、同図（Ｃ）は溶接電圧Ｖｗの時間変化を示し、同図(Ｄ)は短絡判別信号Ｓｄの時間変化を示し、同図(Ｅ)は小電流期間信号Ｓtdの時間変化を示し、同図（Ｆ）はレーザ出力信号Ｌｓの時間変化を示す。以下、同図を参照して各信号の動作について説明する。

同図（Ｆ）に示すように、レーザ出力信号Ｌｓは同図においては全期間Ｈｉｇｈレベルのままである。したがって、図１のレーザ発振器ＬＳからはレーザ光が出力されており、被溶接部にレーザが照射されている。レーザ出力信号ＬｓがＨｉｇｈレベルであるので、ず２の溶接モード設定回路ＭＳからはＨｉｇｈレベル（複合溶接モード）の溶接モード設定信号Ｍｓが出力されている。

同図（Ａ）に示す送給速度Ｆｗは、図２の送給速度設定回路ＦＲから出力される送給速度設定信号Ｆｒの値に制御される。送給速度Ｆｗは、図２の正送加速期間設定信号Ｔsurによって定まる正送加速期間Ｔsu、短絡が発生するまで継続する正送ピーク期間Ｔsp、図２の正送減速期間設定信号Ｔsdrによって定まる正送減速期間Ｔsd、図２の逆送加速期間設定信号Ｔrurによって定まる逆送加速期間Ｔru、アークが発生するまで継続する逆送ピーク期間Ｔrp及び図２の逆送減速期間設定信号Ｔrdrによって定まる逆送減速期間Ｔrdから形成される。さらに、正送ピーク値Ｗspは図２の正送ピーク値設定信号Ｗsrによって定まり、逆送ピーク値Ｗrpは図２の逆送ピーク値設定信号Ｗrrによって定まる。この結果、送給速度設定信号Ｆｒは、正負の略台形波波状に変化する送給パターンとなる。

［時刻ｔ１～ｔ４の短絡期間の動作］
正送ピーク期間Ｔsp中の時刻ｔ１において短絡が発生すると、同図(Ｃ)に示すように、溶接電圧Ｖｗは数Ｖの短絡電圧値に急減するので、同図(Ｄ)に示すように、短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベル(短絡期間)に変化する。これに応動して、時刻ｔ１～ｔ２の予め定めた正送減速期間Ｔsdに移行し、同図(Ａ)に示すように、送給速度Ｆｗは上記の正送ピーク値Ｗspから０まで減速する。例えば、正送減速期間Ｔsd＝１msに設定される。

同図（Ａ）に示すように、送給速度Ｆｗは時刻ｔ２～ｔ３の予め定めた逆送加速期間Ｔruに入り、０から上記の逆送ピーク値Ｗrpまで加速する。この期間中は短絡期間が継続している。例えば、逆送加速期間Ｔru＝１msに設定される。

時刻ｔ３において逆送加速期間Ｔruが終了すると、同図（Ａ）に示すように、送給速度Ｆｗは逆送ピーク期間Ｔrpに入り、上記の逆送ピーク値Ｗrpになる。逆送ピーク期間Ｔrpは、時刻ｔ４にアークが発生するまで継続する。したがって、時刻ｔ１～ｔ４の期間が短絡期間となる。逆送ピーク期間Ｔrpは所定値ではないが、４ms程度となる。例えば、逆送ピーク値Ｗrp＝－５０m/minに設定される。

同図(Ｂ)に示すように、時刻ｔ１～ｔ４の短絡期間中の溶接電流Ｉｗは、予め定めた初期期間中は予め定めた初期電流値となる。その後、溶接電流Ｉｗは、予め定めた短絡時傾斜で上昇し、予め定めた短絡時ピーク値に達するとその値を維持する。

同図（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは、溶接電流Ｉｗが短絡時ピーク値となるあたりから上昇する。これは、溶接ワイヤ１の逆送及び溶接電流Ｉｗによるピンチ力の作用により、溶接ワイヤ１の先端の溶滴にくびれが次第に形成されるためである。

その後に溶接電圧Ｖｗの電圧上昇値が基準値に達すると、くびれの形成状態が基準状態になったと判別して、図２のくびれ検出信号ＮｄはＨｉｇｈレベルに変化する。

くびれ検出信号ＮｄがＨｉｇｈレベルになったことに応動して、図２の駆動信号ＤｒはＬｏｗレベルになるので、図２のトランジスタＴＲはオフ状態となり図２の減流抵抗器Ｒが通電路に挿入される。同時に、図２の電流制御設定信号Ｉcrが低レベル電流設定信号Ｉlrの値に小さくなる。このために、同図（Ｂ）に示すように、溶接電流Ｉｗは短絡時ピーク値から低レベル電流値へと急減する。そして、溶接電流Ｉｗが低レベル電流値まで減少すると、駆動信号ＤｒはＨｉｇｈレベルに戻るので、トランジスタＴＲはオン状態となり減流抵抗器Ｒは短絡される。同図（Ｂ）に示すように、溶接電流Ｉｗは、電流制御設定信号Ｉcrが低レベル電流設定信号Ｉlrのままであるので、アーク再発生から予め定めた遅延期間が経過するまでは低レベル電流値を維持する。したがって、トランジスタＴＲは、くびれ検出信号ＮｄがＨｉｇｈレベルに変化した時点から溶接電流Ｉｗが低レベル電流値に減少するまでの期間のみオフ状態となる。同図（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは、溶接電流Ｉｗが小さくなるので一旦減少した後に急上昇する。上述した各パラメータは、例えば以下の値に設定される。初期電流＝４０Ａ、初期期間＝０．５ms、短絡時傾斜＝１８０A/ms、短絡時ピーク値＝４００Ａ、低レベル電流値＝５０Ａ、遅延期間＝０．５ms。

［時刻ｔ４～ｔ７のアーク期間の動作］
時刻ｔ４において、溶接ワイヤの逆送及び溶接電流Ｉｗの通電によるピンチ力によってくびれが進行してアークが発生すると、同図(Ｃ)に示すように、溶接電圧Ｖｗは数十Ｖのアーク電圧値に急増するので、同図(Ｄ)に示すように、短絡判別信号ＳｄがＬｏｗレベル(アーク期間)に変化する。これに応動して、時刻ｔ４～ｔ５の予め定めた逆送減速期間Ｔrdに移行し、同図(Ａ)に示すように、送給速度Ｆｗは上記の逆送ピーク値Ｗrpから０まで減速する。

時刻ｔ５において逆送減速期間Ｔrdが終了すると、時刻ｔ５～ｔ６の予め定めた正送加速期間Ｔsuに移行する。この正送加速期間Ｔsu中は、同図（Ａ）に示すように、送給速度Ｆｗは０から上記の正送ピーク値Ｗspまで加速する。この期間中はアーク期間が継続している。例えば、正送加速期間Ｔsu＝１msに設定される。

時刻ｔ６において正送加速期間Ｔsuが終了すると、同図（Ａ）に示すように、送給速度Ｆｗは正送ピーク期間Ｔspに入り、上記の正送ピーク値Ｗspになる。この期間中もアーク期間が継続している。正送ピーク期間Ｔspは、時刻ｔ７に短絡が発生するまで継続する。したがって、時刻ｔ４～ｔ７の期間がアーク期間となる。そして、短絡が発生すると、時刻ｔ１の動作に戻る。正送ピーク期間Ｔspは所定値ではないが、４ms程度となる。正送ピーク値Ｗspについては、後述する。

時刻ｔ４においてアークが発生すると、同図(Ｃ)に示すように、溶接電圧Ｖｗは数十Ｖのアーク電圧値に急増する。他方、同図(Ｂ)に示すように、溶接電流Ｉｗは、時刻ｔ４～ｔ４１の遅延期間の間は低レベル電流値を継続する。その後、時刻ｔ４１から溶接電流Ｉｗは急速に増加してピーク値となり、その後は徐々に減少する大電流値となる。この時刻ｔ４１～ｔ６１の大電流アーク期間中は、図２の電圧誤差増幅信号Ｅｖによって溶接電源のフィードバック制御が行われるので、定電圧特性となる。したがって、大電流アーク期間中の溶接電流Ｉｗの値はアーク負荷によって変化する。

時刻ｔ４にアークが発生してから図２の電流降下時間設定信号Ｔdrによって定まる電流降下時間が経過する時刻ｔ６１において、同図(Ｅ)に示すように、小電流期間信号ＳtdがＨｉｇｈレベルに変化する。これに応動して、溶接電源は定電圧特性から定電流特性に切り換えられる。このために、同図(Ｂ)に示すように、溶接電流Ｉｗは低レベル電流値に低下し、短絡が発生する時刻ｔ７までその値を維持する。同様に、同図(Ｃ)に示すように、溶接電圧Ｖｗも低下する。小電流期間信号Ｓtdは、時刻ｔ７に短絡が発生するとＬｏｗレベルに戻る。

同図は溶接モードが複合溶接モードの場合であるので、正送ピーク値Ｗspは、以下のように可変制御される。図２のアーク長誤差増幅回路ＥＬによって、以下の１）～３）のいずれか一つのアーク長誤差増幅信号Ｅｌが出力される。
１）周期設定信号Ｔfr（－）と周期検出信号Ｔfd（＋）との誤差を増幅してアーク長誤差増幅信号Ｅｌを出力する。例えば、Ｔfr＝１０msである。
２）アーク期間設定信号Ｔar（－）とアーク期間検出信号Ｔad（＋）との誤差を増幅してアーク長誤差増幅信号Ｅｌを出力する。例えば、Ｔar＝７msである。
３）出力電圧設定信号Ｅｒ（－）と平均電圧検出信号Ｖad（＋）との誤差を増幅してアーク長誤差増幅信号Ｅｌを出力する。

図２の正送ピーク値設定回路ＷＳＲによって、予め定めた正送ピーク初期値をアーク長誤差増幅信号Ｅｌに基づいてフィードバック制御（可変制御）する。

アーク長の変動を直接検出することは困難である。そこで、アーク長を周期検出信号Ｔfd、アーク期間検出信号Ｔad又は平均電圧検出信号Ｖadによってアーク長相関値として間接的に検出している。そして、アーク長相関値が目標値と一致するように正送ピーク値Ｗspをフィードバック制御している。これにより、アーク長が適正値になるように、正送ピーク値Ｗspが可変制御される。

他方、溶接モードが単独溶接モードのときは、図２の正送ピーク値設定回路ＷＳＲによって正送ピーク値は所定値（正送ピーク初期値）のままとなる。単独溶接モードのときは、正逆送給アーク溶接のみで溶接が行われている。この場合に、正送ピーク値Ｗspをアーク長相関値によって可変制御すると、所定値にしたときに比べてアーク長が不安定になる。したがって、単独溶接モードのときは、正送ピーク値の可変制御は停止している。

上述した実施の形態１によれば、アーク溶接及びレーザ溶接を併用して溶接する複合溶接モードと、アーク溶接のみで溶接する単独溶接モードとを備え、複合溶接モードのときは、アークの長さと相関する値を検出し、相関する値に基づいて送給速度の正送ピーク値を可変制御し、単独溶接モードのときは、正送ピーク値を所定値に制御する。相関する値は、アーク期間と短絡期間との繰り返し周期、アーク期間の時間長さ又はアーク溶接の溶接電圧の値である。これにより、複合溶接モードのときは、正送ピーク値を可変制御することによってアーク長の変動を抑制している。また、単独溶接モードのときは、正送ピーク値を可変制御しないで所定値とすることで、アーク長が不安定になることを防止している。この結果、高品質の溶接ビードを形成することができる。

［実施の形態２］
実施の形態２の発明は、実施の形態１の可変制御の対象である正送ピーク値（正送ピーク値設定信号Ｗsr）に替えてアーク溶接の溶接電圧の設定値（出力電圧設定信号Ｅｒ）を使用するものである。

図４は、本発明の実施の形態２に係る複合溶接方法を実施するための溶接電源ＰＳのブロック図である。同図は、上述した図２と対応しており、同一ブロックには同一符号を付して、それらの説明は繰り返さない。同図は、図２の正送ピーク値設定回路ＷＳＲを第２正送ピーク値設定回路ＷＳＲ２に置換し、図２の出力電圧設定回路ＥＲを第２出力電圧設定回路ＥＲ２に置換したものである。図１に示す溶接装置については、実施の形態２においても同一である。以下、同図を参照して、これらのブロックについて説明する。

第２正送ピーク値設定回路ＷＳＲ２は、予め定めた正送ピーク値設定信号Ｗsrを出力する。

第２出力電圧設定回路ＥＲ２は、上記の溶接モード設定信号Ｍｓ及び上記のアーク長誤差増幅信号Ｅｌを入力として、
溶接モード設定信号ＭｓがＨｉｇｈレベル（複合溶接モード）のときは、予め定めた出力電圧初期設定値をアーク長誤差増幅信号Ｅｌに基づいてフィードバック制御（可変制御）して出力電圧設定信号Ｅｒを出力し、
溶接モード設定信号ＭｓがＬｏｗレベル（単独溶接モード）のときは、上記の出力電圧初期設定値をそのまま出力電圧設定信号Ｅｒとして出力する。この回路によって、複合溶接モードのときは、アーク長相関値が目標値と一致するように、出力電圧設定信号Ｅｒが可変制御される。単独溶接モードのときは、出力電圧設定信号Ｅｒは所定値（出力電圧初期設定値）のままとなる。

図４における各信号のタイミングチャートは、上述した図３と同一であるので省略する。但し、以下の点は異なっている。

実施の形態２においては、正送ピーク値設定信号Ｗsrは所定値となり、アーク長誤差増幅信号Ｅｌ（アーク長相関値）による可変制御は行われない。それに代えて出力電圧設定信号Ｅｒは、以下のように可変制御される。図４の第２出力電圧設定回路ＥＲ２によって、予め定めた出力電圧初期設定値をアーク長誤差増幅信号Ｅｌに基づいてフィードバック制御（可変制御）する。

アーク長の変動を直接検出することは困難である。そこで、アーク長を周期検出信号Ｔfd、アーク期間検出信号Ｔad又は平均電圧検出信号Ｖadによってアーク長相関値として間接的に検出している。そして、アーク長相関値が目標値と一致するように出力電圧設定信号Ｅｒ（溶接電圧Ｖｗの設定値）をフィードバック制御している。これにより、アーク長が適正値になるように、出力電圧設定信号Ｅｒが可変制御される。

他方、溶接モードが単独溶接モードのときは、図４の第２出力電圧設定回路ＥＲ２によって出力電圧設定信号Ｅｒは所定値（出力電圧初期設定値）のままとなる。単独溶接モードのときは、正逆送給アーク溶接のみで溶接が行われている。この場合に、出力電圧設定信号Ｅｒをアーク長相関値によって可変制御すると、所定値にしたときに比べてアーク長が不安定になる。したがって、単独溶接モードのときは、出力電圧設定信号Ｅｒの可変制御は停止している。

上述した実施の形態２によれば、アーク長相関値に基づく可変制御の対象を正送ピーク値に替えてアーク溶接の溶接電圧の設定値（出力電圧設定信号Ｅｒ）を使用する。これにより、実施の形態１と同様の効果を奏する。

1 溶接ワイヤ
2 母材
3 アーク
4 レーザ光
5 送給ロール
ＣＭ 電流比較回路
Ｃｍ 電流比較信号
ＤＲ 駆動回路
Ｄｒ 駆動信号
Ｅ 出力電圧
Ｅａ 誤差増幅信号
ＥＤ 出力電圧検出回路
Ｅｄ 出力電圧検出信号
ＥＩ 電流誤差増幅回路
Ｅｉ 電流誤差増幅信号
ＥＬ アーク長誤差増幅回路
Ｅｌ アーク長誤差増幅信号
ＥＲ 出力電圧設定回路
Ｅｒ 出力電圧設定信号
ＥＲ２ 第２出力電圧設定回路
ＥＶ 電圧誤差増幅回路
Ｅｖ 電圧誤差増幅信号
ＦＣ 送給制御回路
Ｆｃ 送給制御信号
ＦＲ 送給速度設定回路
Ｆｒ 送給速度設定信号
Ｆｗ 送給速度
ＩＣＲ 電流制御設定回路
Ｉcr 電流制御設定信号
ＩＤ 電流検出回路
Ｉｄ 電流検出信号
ＩＬＲ 低レベル電流設定回路
Ｉlr 低レベル電流設定信号
Ｉｗ 溶接電流
ＬＦ 光ファイバー
ＬＨ 加工ヘッド
ＬＳ レーザ発振器
Ｌｓ レーザ出力信号
ＭＳ 溶接モード設定回路
Ｍｓ 溶接モード設定信号
ＮＤ くびれ検出回路
Ｎｄ くびれ検出信号
ＰＭ 電源主回路
ＰＳ 溶接電源
Ｒ 減流抵抗器
ＳＤ 短絡判別回路
Ｓｄ 短絡判別信号
ＳＴＤ 小電流期間回路
Ｓtd 小電流期間信号
ＳＷ 電源特性切換回路
ＴＡＤ アーク期間検出回路
Ｔad アーク期間検出信号
ＴＡＲ アーク期間設定回路
Ｔar アーク期間設定信号
ＴＤＲ 電流降下時間設定回路
Ｔdr 電流降下時間設定信号
ＴＦＤ 周期検出回路
Ｔfd 周期検出信号
ＴＦＲ 周期設定回路
Ｔfr 周期設定信号
ＴＲ トランジスタ
Ｔrd 逆送減速期間
ＴＲＤＲ 逆送減速期間設定回路
Ｔrdr 逆送減速期間設定信号
Ｔrp 逆送ピーク期間
Ｔru 逆送加速期間
ＴＲＵＲ 逆送加速期間設定回路
Ｔrur 逆送加速期間設定信号
Ｔsd 正送減速期間
ＴＳＤＲ 正送減速期間設定回路
Ｔsdr 正送減速期間設定信号
Ｔsp 正送ピーク期間
Ｔsu 正送加速期間
ＴＳＵＲ 正送加速期間設定回路
Ｔsur 正送加速期間設定信号
ＶＡＤ 平均溶接電圧検出回路
Ｖad 平均溶接電圧検出信号
ＶＤ 電圧検出回路
Ｖｄ 電圧検出信号
Ｖｗ 溶接電圧
ＷＦ 送給機
ＷＬ リアクトル
Ｗrp 逆送ピーク値
ＷＲＲ 逆送ピーク値設定回路
Ｗrr 逆送ピーク値設定信号
Ｗsp 正送ピーク値
ＷＳＲ 正送ピーク値設定回路
Ｗsr 正送ピーク値設定信号
ＷＳＲ２ 第２正送ピーク値設定回路
ＷＴ 溶接トーチ

Claims (3)

1. 溶接ワイヤの送給速度を正逆送給してアーク期間と短絡期間とを交互に繰り返すアーク溶接とレーザ溶接とを併用して溶接する複合溶接方法において、
   前記アーク溶接及び前記レーザ溶接を併用して溶接する複合溶接モードと、前記アーク溶接のみで溶接する単独溶接モードとを備え、
   前記複合溶接モードのときは、前記アークの長さと相関する値を検出し、前記相関する値に基づいて前記送給速度の正送ピーク値を可変制御し、
   前記単独溶接モードのときは、前記正送ピーク値を所定値に制御する、
   ことを特徴とする複合溶接方法。
2. 前記相関する値は、前記アーク期間と前記短絡期間との繰り返し周期又は前記アーク期間の時間長さである、
   ことを特徴とする請求項１に記載の複合溶接方法。
3. 前記相関する値は、前記アーク溶接の溶接電圧の値である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の複合溶接方法。

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