JP7407092B2 - 複合溶接装置 - Google Patents
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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装置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装置が慣用されている（例えば、特許文献１参照）。
上記のアーク溶接として、交流パルスアーク溶接が使用される場合がある(例えば、特許文献２参照)。交流パルスアーク溶接では、溶接ワイヤを送給し、電極マイナス極性ピーク期間中は電極マイナス極性ピーク電流を通電し、続けて電極プラス極性ピーク期間中は電極プラス極性ピーク電流を通電し、続けて電極プラス極性ベース期間中は電極プラス極性ベース電流を通電し、続けて電極マイナス極性ベース期間中は電極マイナス極性ベース電流を通電し、これらの溶接電流の通電を１周期として繰り返して溶接が行われる。
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。
交流パルス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、交流パルスアーク溶接による低入熱及び高溶着溶接と、レーザ溶接による適切な溶け込みとを両立することができるために、薄板高速溶接でアンダーフィルを抑制し健全な継手を得ることが可能である。しかし、複合溶接方法では、レーザの照射位置と溶接ワイヤの先端位置との距離が２ｍｍ程度と近接しているために、母材の歪みや、ワイヤ突き出し長さの変動等の外乱によって、レーザの照射と溶接ワイヤの先端部分とに干渉が発生しやすい。干渉が発生すると、溶接ワイヤの溶融速度が大きくなりアーク長が長くなるために、アンダーフィルが発生して、溶接品質が悪くなるという問題がある。
そこで、本発明では、交流パルス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、レーザ照射と溶接ワイヤの先端部分との干渉が発生しても、アンダーフィルの発生を抑制して良好な溶接品質を得ることができる複合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、
溶接ワイヤを送給し、電極マイナス極性ピーク期間中は電極マイナス極性ピーク電流を通電し、続けて電極プラス極性ピーク期間中は電極プラス極性ピーク電流を通電し、続けて電極プラス極性ベース期間中は電極プラス極性ベース電流を通電し、続けて電極マイナス極性ベース期間中は電極マイナス極性ベース電流を通電し、これらの溶接電流の通電を１周期として繰り返して交流アーク溶接を行うアーク溶接装置と、
前記アーク溶接の溶接部にレーザを照射するレーザ溶接装置と、を備えた複合溶接装置において、
前記アーク溶接装置は、前記電極マイナス極性ベース期間中の電極マイナス極性ベース電圧が予め定めた基準電圧値以上になったことを判別すると、前記電極マイナス極性ピーク電流及び／又は前記電極マイナス極性ピーク期間を小さくする、
ことを特徴とする複合溶接装置である。
溶接ワイヤを送給し、電極マイナス極性ピーク期間中は電極マイナス極性ピーク電流を通電し、続けて電極プラス極性ピーク期間中は電極プラス極性ピーク電流を通電し、続けて電極プラス極性ベース期間中は電極プラス極性ベース電流を通電し、続けて電極マイナス極性ベース期間中は電極マイナス極性ベース電流を通電し、これらの溶接電流の通電を１周期として繰り返して交流アーク溶接を行うアーク溶接装置と、
前記アーク溶接の溶接部にレーザを照射するレーザ溶接装置と、を備えた複合溶接装置において、
前記アーク溶接装置は、前記電極マイナス極性ベース期間中の電極マイナス極性ベース電圧が予め定めた基準電圧値以上になったことを判別すると、前記電極マイナス極性ピーク電流及び／又は前記電極マイナス極性ピーク期間を小さくする、
ことを特徴とする複合溶接装置である。
請求項２の発明は、
前記アーク溶接装置は、前記電極マイナス極性ピーク電流及び／又は前記電極マイナス極性ピーク期間を小さくしたときは、前記電極プラス極性ピーク電流及び／又は前記電極プラス極性ピーク期間を大きくする、
ことを特徴とする請求項１に記載の複合溶接装置である。
前記アーク溶接装置は、前記電極マイナス極性ピーク電流及び／又は前記電極マイナス極性ピーク期間を小さくしたときは、前記電極プラス極性ピーク電流及び／又は前記電極プラス極性ピーク期間を大きくする、
ことを特徴とする請求項１に記載の複合溶接装置である。
請求項３の発明は、
前記アーク溶接装置は、前記電極マイナス極性ピーク電流及び／又は前記電極マイナス極性ピーク期間を小さくしたときは、前記溶接電流の絶対値の平均値が一定となるように、前記電極プラス極性ピーク電流及び／又は前記電極プラス極性ピーク期間を大きくする、
ことを特徴とする請求項１に記載の複合溶接装置である。
前記アーク溶接装置は、前記電極マイナス極性ピーク電流及び／又は前記電極マイナス極性ピーク期間を小さくしたときは、前記溶接電流の絶対値の平均値が一定となるように、前記電極プラス極性ピーク電流及び／又は前記電極プラス極性ピーク期間を大きくする、
ことを特徴とする請求項１に記載の複合溶接装置である。
本発明に係る複合溶接装置によれば、交流パルス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、レーザ照射と溶接ワイヤの先端部分との干渉が発生しても、アンダーフィルの発生を抑制して良好な溶接品質を得ることができる。
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。
図１は、本発明の実施の形態に係る複合溶接装置の構成図である。複合溶接装置は、交流パルス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交流の溶接電圧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。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で定速送給する。
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が印加され、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Ｌｗを出力する。
光ファイバーＬＦは、レーザ光Ｌｗ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Ｌｗをアーク溶接の溶接部に照射する。同図では、アーク３よりも前方からレーザ光Ｌｗ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。
インバータ回路ＩＮＶは、３相２００Ｖ等の交流商用電源（図示は省略）を入力として、整流及び平滑した直流電圧を、後述する電流誤差増幅信号Ｅｉによるパルス幅変調制御によりインバータ制御を行い、高周波交流を出力する。インバータトランスＩＮＴは、高周波交流電圧をアーク溶接に適した電圧値に降圧する。２次整流器Ｄ２ａ～Ｄ２ｄは、降圧された高周波交流を直流に整流する。
電極プラス極性トランジスタＰＴＲは後述する電極プラス極性駆動信号Ｐｄによってオン状態になり、このときは溶接電源の出力は電極プラス極性ＥＰになる。電極マイナス極性トランジスタＮＴＲは後述する電極マイナス極性駆動信号Ｎｄによってオン状態になり、このときは溶接電源の出力は電極マイナス極性ＥＮになる。
リアクトルＷＬは、リップルのある出力を平滑するとともに、電極の極性切り替え時に溶接電流Ｉｗの流れる向きをただちに切り替える役割をする。
溶接ワイヤ１は、送給機ＷＦに結合された送給ロール４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。溶接ワイヤ１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。
電流検出回路ＩＤは、上記の溶接電流Ｉｗの絶対値を検出して、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の絶対値を検出して、電圧検出信号Ｖｄを出力する。
電圧平滑回路ＶＡＶは、上記の電圧検出信号Ｖｄを入力として、この信号をローパスフィルタに通すことによって溶接電圧平滑信号Ｖavを出力する。
電圧設定回路ＶＲは、予め定めた電圧設定信号Ｖｒを出力する。
電圧誤差増幅回路ＥＶは、上記の溶接電圧平滑信号Ｖavと上記の電圧設定信号Ｖｒとの誤差を増幅して、電圧誤差増幅信号Ｅｖを出力する。
電圧フィードバック制御回路ＶＦは、上記の電圧誤差増幅信号Ｅｖを電圧／周波数変換して、１周期ごとに短時間Ｈｉｇｈレベルとなる周期信号Ｔｆを出力する。この回路によって、溶接電圧平滑信号Ｖavの値が電圧設定信号Ｖｒの値と等しくなるように周期信号Ｔｆの周期が変調制御される。溶接電圧平滑信号Ｖavの値は平均アーク長と比例関係にあるので、この回路によってアーク長制御を行っている。１周期は電極マイナス極性ピーク期間、電極プラス極性ピーク期間、電極プラス極性ベース期間及び電極マイナス極性ベース期間から形成されており、電極マイナス極性ベース期間以外は所定値である。したがって、上記の周期変調制御は、電極マイナス極性ベース期間の時間長さを変化させていることになる。
電極マイナス極性ピーク期間設定回路ＴＰＮＲは、後述する異常電圧判別信号Ａｄを入力として、異常電圧判別信号ＡｄがＬｏｗレベル（正常）のときは予め定めた初期値となり、異常電圧判別信号ＡｄがＨｉｇｈレベル（異常）のときは予め定めた減少値となる電極マイナス極性ピーク期間設定信号Ｔpnrを出力する。
電極プラス極性ピーク期間設定回路ＴＰＲは、後述する異常電圧判別信号Ａｄを入力として、異常電圧判別信号ＡｄがＬｏｗレベル（正常）のときは予め定めた初期値となり、異常電圧判別信号ＡｄがＨｉｇｈレベル（異常）のときは予め定めた増加値となる電極プラス極性ピーク期間設定信号Ｔprを出力する。
電極プラス極性ベース期間設定回路ＴＢＲは、予め定めた電極プラス極性ベース期間設定信号Ｔbrを出力する。
電極マイナス極性ピーク電流設定回路ＩＰＮＲは、後述する異常電圧判別信号Ａｄを入力として、異常電圧判別信号ＡｄがＬｏｗレベル（正常）のときは予め定めた初期値となり、異常電圧判別信号ＡｄがＨｉｇｈレベル（異常）のときは予め定めた減少値となる電極マイナス極性ピーク電流設定信号Ｉpnrを出力する。
電極プラス極性ピーク電流設定回路ＩＰＲは、後述する異常電圧判別信号Ａｄを入力として、異常電圧判別信号ＡｄがＬｏｗレベル（正常）のときは予め定めた初期値となり、異常電圧判別信号ＡｄがＨｉｇｈレベル（異常）のときは予め定めた増加値となる電極プラス極性ピーク電流設定信号Ｉprを出力する。
電極プラス極性ベース電流設定回路ＩＢＲは、予め定めた電極プラス極性ベース電流設定信号Ｉbrを出力する。
電極マイナス極性ベース電流設定回路ＩＢＮＲは、予め定めた電極マイナス極性ベース電流設定信号Ｉbnrを出力する。
タイマ回路ＴＭは、上記の周期信号Ｔｆ、上記の電極マイナス極性ピーク期間設定信号Ｔpnr、上記の電極プラス極性ピーク期間設定信号Ｔpr及び上記の電極プラス極性ベース期間設定信号Ｔbrを入力として、周期信号Ｔｆが短時間Ｈｉｇｈレベルになると、電極マイナス極性ピーク期間設定信号Ｔpnrによって定まる期間中はその値が１となり、続いて電極プラス極性ピーク期間設定信号Ｔprによって定まる期間中はその値が２となり、続いて電極プラス極性ベース期間設定信号Ｔbrによって定まる期間中はその値が３となり、続いて周期信号Ｔｆが短時間Ｈｉｇｈレベルになるまでの期間中はその値が４となり、これらの処理を繰り返してタイマ信号Ｔｍを出力する。
切換回路ＳＷは、上記のタイマ信号Ｔｍ、上記の電極マイナス極性ピーク電流設定信号Ｉpnr、上記の電極プラス極性ピーク電流設定信号Ｉpr、上記の電極プラス極性ベース電流設定信号Ｉbr及び上記の電極マイナス極性ベース電流設定信号Ｉbnrを入力として、タイマ信号Ｔｍ＝１のとき電極マイナス極性ピーク電流設定信号Ｉpnrを電流設定信号Ｉｒとして出力し、タイマ信号Ｔｍ＝２のとき電極プラス極性ピーク電流設定信号Ｉprを電流設定信号Ｉｒとして出力し、タイマ信号Ｔｍ＝３のとき電極プラス極性ベース電流設定信号Ｉbrを電流設定信号Ｉｒとして出力し、タイマ信号Ｔｍ＝４のとき電極マイナス極性ベース電流設定信号Ｉbnrを電流設定信号Ｉｒとして出力する。
電流誤差増幅回路ＥＩは、上記の電流設定信号Ｉｒと上記の電流検出信号Ｉｄとの誤差を増幅して、電流誤差増幅信号Ｅｉを出力する。
駆動回路ＤＶは、上記のタイマ信号Ｔｍを入力として、タイマ信号Ｔｍ＝１又は４のとき電極マイナス極性駆動信号Ｎｄを出力し、タイマ信号Ｔｍ＝２又は３のとき電極プラス極性駆動信号Ｐｄを出力する。これによって、電極マイナス極性ベース期間及び電極マイナス極性ピーク期間は電極マイナス極性ＥＮとなり、電極プラス極性ピーク期間及び電極プラス極性ベース期間は電極プラス極性ＥＰとなる。
送給速度設定回路ＦＲは、予め定めた送給速度設定信号Ｆｒを出力する。送給制御回路ＦＣは、この送給速度設定信号Ｆｒを入力として、その値に対応した送給速度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。
異常電圧判別回路ＡＤは、上記の電圧検出信号Ｖｄ及び上記のタイマ信号Ｔｍを入力として、タイマ信号Ｔｍ＝４（電極マイナス極性ベース期間）のときの電圧検出信号Ｖｄの値が予め定めた基準電圧値以上になると、所定周期の間Ｈｉｇｈレベルとなる異常電圧判別信号Ａｄを出力する。
図３は、図２の溶接電源ＰＳにおける各信号のタイミングチャートである。同図(Ａ)は溶接電流Ｉｗの時間変化を示し、同図(Ｂ)は溶接電圧Ｖｗの時間変化を示し、同図（Ｃ）は異常電圧判別信号Ａｄ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。
同図において、時刻ｔ１～ｔ２の期間が電極マイナス極性ピーク期間Ｔpnとなり、時刻ｔ２～ｔ３の期間が電極プラス極性ピーク期間Ｔｐとなり、時刻ｔ３～ｔ４の期間が電極プラス極性ベース期間Ｔｂとなり、時刻ｔ４～ｔ５の期間が電極マイナス極性ベース期間Ｔbnとなる。さらに、時刻ｔ５～ｔ６の期間が電極マイナス極性ピーク期間Ｔpnとなり、時刻ｔ６～ｔ７の期間が電極プラス極性ピーク期間Ｔｐとなり、時刻ｔ７～ｔ８の期間が電極プラス極性ベース期間Ｔｂとなり、時刻ｔ８～ｔ９の期間が電極マイナス極性ベース期間Ｔbnとなる。
時刻ｔ１～ｔ２の電極マイナス極性ピーク期間Ｔpnは、立ち上り期間と、ピーク期間と、立ち下り期間とから形成される。同図(Ａ)に示すように、電極マイナス極性ピーク電流Ｉpnは、立ち上り期間中は、電極マイナス極性ベース電流Ｉbnからピーク値まで直線状に増加する。ピーク期間中は、ピーク値を維持する。立ち下り期間中は、ピーク値から予め定めた極性切換電流値(５０Ａ程度)まで直線状に減少する。時刻ｔ３において、電極マイナス極性ピーク電流Ｉpnが極性切換電流値の状態で、電極マイナス極性ＥＮから電極プラス極性ＥＰへと極性が切り換えられる。同図(Ｂ)に示すように、溶接電圧Ｖｗは電流波形と相似したパルス波形となる。極性切換時には、アーク切れを防止するために、数百Ｖの高電圧が溶接電圧Ｖｗに短時間だけ重畳される。同図（Ｃ）に示すように、異常電圧判別信号Ａｄは、時刻ｔ４１まではＬｏｗレベルである。したがって、上記の電極マイナス極性ピーク期間Ｔpnは、図２の電極マイナス極性ピーク期間設定信号Ｔpnrの初期値に設定される。また、上記の電極マイナス極性ピーク電流Ｉpnは、図２の電極マイナス極性ピーク電流設定信号Ｉpnrの初期値に設定される。
時刻ｔ２～ｔ３の電極プラス極性ピーク期間Ｔｐは、立ち上り期間と、ピーク期間と、立ち下り期間とから形成される。同図(Ａ)に示すように、電極プラス極性ピーク電流Ｉｐは、立ち上り期間中は、上記の極性切換電流値から予め定めたピーク値まで直線状に増加する。ピーク期間中は、ピーク値を維持する。立ち下り期間中は、ピーク値から電極プラス極性ベース電流Ｉｂまで直線状に減少する。同図(Ｂ)に示すように、溶接電圧Ｖｗは電流波形と相似したパルス波形となる。同図（Ｃ）に示すように、異常電圧判別信号Ａｄは、時刻ｔ４１まではＬｏｗレベルである。したがって、上記の電極プラス極性ピーク期間Ｔｐは、図２の電極プラス極性ピーク期間設定信号Ｔprの初期値に設定される。また、上記の電極プラス極性ピーク電流Ｉｐは、図２の電極プラス極性ピーク電流設定信号Ｉprの初期値に設定される。
時刻ｔ３～ｔ４の電極プラス極性ベース期間Ｔｂ中は、予め定めた電極プラス極性ベース電流Ｉｂが通電する。同図(Ｂ)に示すように、溶接電圧Ｖｗはアーク電圧値となる。上記の電極プラス極性ベース期間Ｔｂは、図２の電極プラス極性ベース期間設定信号Ｔbrの値に設定される。また、上記の電極プラス極性ベース電流Ｉｂは、図２の電極プラス極性ベース電流設定信号Ｉbrの値に設定される。
時刻ｔ４において、電極プラス極性ＥＰから電極マイナス極性ＥＮへと切り換えられる。この切換時にもアーク切れを防止するために短時間だけ高電圧が印加される。時刻ｔ４～ｔ５の電極マイナス極性ベース期間Ｔbn中は、予め定めた電極マイナス極性ベース電流Ｉbnが通電する。同図(Ｂ)に示すように、溶接電圧Ｖｗはアーク電圧値となる。上記の電極マイナス極性ベース電流Ｉbnは、図２の電極マイナス極性ベース電流設定信号Ｉbnrの値に設定される。
時刻ｔ１～ｔ５を１周期として繰り返して溶接が行われる。溶接電圧Ｖｗの絶対値の平均値(図２の溶接電圧平滑信号Ｖav)はアーク長に比例する。したがって、溶接電圧Ｖｗの絶対値の平均値を検出し、この検出値が予め定めた電圧設定値（図２の電圧設定信号Ｖｒ）と等しくなるように周期（図２の周期信号Ｔｆ）を変調する電圧フィードバック制御を行うことによって、アーク長を適正値に維持することができる。１周期を形成する各機関の中で電極マイナス極性ベース期間Ｔｂ以外は所定値である。したがって、上記の電圧フィードバック制御（周期変調制御）は、電極マイナス極性ベース期間Ｔｂの時間長さを変化させていることになる。
上述したように、複合溶接方法では、レーザの照射位置と溶接ワイヤの先端位置との距離が２ｍｍ程度と近接しているために、母材の歪みや、ワイヤ突き出し長さの変動等の外乱によって、レーザの照射と溶接ワイヤの先端部分とに干渉が発生しやすい。干渉が発生すると、溶接ワイヤはレーザ照射からの加熱によって溶融速度が大きくなる。特に、電極マイナス極性ENの期間は、電極プラス極性ＥＰの期間よりもレーザ照射からの加熱によって溶融速度が大きくなり、溶接ワイヤ先端の溶滴が過剰に成長してアーク長が長くなりやすい。したがって、時刻ｔ１～ｔ５の周期中にレーザ照射と溶接ワイヤとの干渉が発生すると、電極マイナス極性ベース期間Ｔbn中の時刻ｔ４１において、アーク長が長くなり、同図（Ｂ）に示すように、電極マイナス極性ベース電圧が上昇して、予め定めた基準電圧値を超過することになる。これに応動して、時刻ｔ４１において、同図（Ｃ）に示すように、異常電圧判別信号ＡｄがＨｉｇｈレベルに変化する。異常電圧判別信号Ａｄは、所定周期（例えば、１～３周期）の間Ｈｉｇｈレベルを維持する。また、異常電圧判別信号Ａｄは、電極マイナス極性ベース電圧が基準電圧値未満となった周期においてＬｏｗレベルに戻るようにしても良い。
時刻ｔ５～ｔ６の電極マイナス極性ピーク期間Ｔpnにおいて、異常電圧判別信号ＡｄがＨｉｇｈレベルである。このために、電極マイナス極性ピーク期間Ｔpnは、図２の電極マイナス極性ピーク期間設定信号Ｔpnrの減少値に設定される。また、電極マイナス極性ピーク電流Ｉpnは、図２の電極マイナス極性ピーク電流設定信号Ｉpnrの減少値に設定される。このように、電極マイナス極性ピーク期間Ｔpn及び電極マイナス極性ピーク電流Ｉpnを小さくすることによって、溶接ワイヤへの入熱を減少させて、溶融が促進されてアーク長がさらに長くなることを抑制することができる。この結果、アンダーフィルの発生を抑制して、健全な溶接ビードを形成することができる。同図（Ｂ）に示すように、この期間中の溶接電圧Ｖｗの値は、アーク長が長くなっているので、時刻ｔ１～ｔ２のときよりも大きくなっている。電極プラス極性ピーク期間Ｔpnの減少値及び電極マイナス極性ピーク電流Ｉpnの減少値は、アーク長が過大に長くなることを抑制することができる値に設定される。
時刻ｔ６～ｔ７の電極プラス極性ピーク期間Ｔｐにおいて、異常電圧判別信号ＡｄがＨｉｇｈレベルである。このために、電極プラス極性ピーク期間Ｔｐは、図２の電極プラス極性ピーク期間設定信号Ｔprの増加値に設定される。また、電極プラス極性ピーク電流Ｉｐは、図２の電極プラス極性ピーク電流設定信号Ｉprの増加値に設定される。このように、電極プラス極性ピーク期間Ｔｐ及び電極プラス極性ピーク電流Ｉｐを大きくすることによって、時刻ｔ５～ｔ６の期間中の溶接電流Ｉｗの減少を補償して、溶接電流Ｉｗの絶対値の平均値が小さくなることを抑制することができる。この結果、溶接ビードの外観及び溶け込み深さの均一性を維持することができる。
ここで、時刻ｔ５～ｔ６の電極マイナス極性ピーク期間Ｔpn中の溶接電流Ｉｗの電流積分値が、時刻ｔ１～ｔ２の期間に比べて減少した値を減少積分値とする。また、時刻ｔ６～ｔ７の電極プラス極性ピーク期間Ｔｐ中の溶接電流Ｉｗの電流積分値が、時刻ｔ２～ｔ３の期間に比べて増加した値を増加積分値とする。そして、減少積分値と増加積分値とが等しくなるように、電極プラス極性ピーク期間Ｔｐの増加値及び電極プラス極性ピーク電流Ｉｐの増加値が設定されることが好ましい。このようにすると、溶接電流Ｉｗの絶対値の平均値を一定にすることができるので、溶接ビードの外観及び溶け込み深さの均一性をさらに良好にすることができる。
時刻ｔ７～ｔ８の電極プラス極性ベース期間Ｔｂ中は、時刻ｔ３～ｔ４と同様である。但し、干渉によってアーク長が長くなっているので、同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは時刻ｔ３～ｔ４の期間よりも大きくなっている。
時刻ｔ８～ｔ９の電極マイナス極性ベース期間Ｔbn中は、時刻ｔ４～ｔ５と同様である。干渉によってアーク長が長くなっているので、同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは基準電圧値を超過した状態となっている。
異常電圧判別信号ＡｄがＨｉｇｈレベルのときに、電極マイナス極性ピーク期間Ｔpn又は電極マイナス極性ピーク電流Ｉpnの一方だけを小さくしても良い。同様に、異常電圧判別信号ＡｄがＨｉｇｈレベルのときに、電極プラス極性ピーク期間Ｔｐ又は電極プラス極性ピーク電流Ｉｐの一方だけを大きくしても良い。このようにしても、上記と同様の効果を奏する。
以下に各パラメータの数値例を記載する。
Ｔpn（初期値） 立上り期間及び立下り期間＝０．５ms、ピーク期間＝１．５ms
Ｉpn（初期値）＝３５０Ａ
Ｔｐ（初期値 立上り期間及び立下り期間＝０．５ms、ピーク期間＝１．５ms
Ｉｐ（初期値）＝４５０Ａ
Ｉｂ＝５０Ａ、Ｉbn＝５０Ａ
Ｔpn（減少値） 立上り期間及び立下り期間＝０．５ms、ピーク期間＝１．０ms
Ｉpn（減少値）＝３００Ａ
Ｔｐ（増加値） 立上り期間及び立下り期間＝０．５ms、ピーク期間＝１．７５ms
Ｉｐ（増加値）＝５０５Ａ
基準電圧値＝６０Ｖ
Ｔpn（初期値） 立上り期間及び立下り期間＝０．５ms、ピーク期間＝１．５ms
Ｉpn（初期値）＝３５０Ａ
Ｔｐ（初期値 立上り期間及び立下り期間＝０．５ms、ピーク期間＝１．５ms
Ｉｐ（初期値）＝４５０Ａ
Ｉｂ＝５０Ａ、Ｉbn＝５０Ａ
Ｔpn（減少値） 立上り期間及び立下り期間＝０．５ms、ピーク期間＝１．０ms
Ｉpn（減少値）＝３００Ａ
Ｔｐ（増加値） 立上り期間及び立下り期間＝０．５ms、ピーク期間＝１．７５ms
Ｉｐ（増加値）＝５０５Ａ
基準電圧値＝６０Ｖ
上述した実施の形態によれば、アーク溶接装置及びレーザ溶接装置を備えた複合溶接装置において、アーク溶接装置は、電極マイナス極性ベース期間中の電極マイナス極性ベース電圧が予め定めた基準電圧値以上になったことを判別すると、電極マイナス極性ピーク電流及び／又は電極マイナス極性ピーク期間を小さくする。これにより、電極マイナス極性ピーク期間中の溶接ワイヤへの入熱を減少させることができる。このために、溶融が促進されてアーク長がさらに長くなることを抑制することができるので、アンダーフィルの発生を抑制して、健全な溶接ビードを形成することができる。この結果、本実施の形態では、交流パルス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、レーザ照射と溶接ワイヤの先端部分との干渉が発生しても、アンダーフィルの発生を抑制して良好な溶接品質を得ることができる
さらに、本実施の形態によれば、アーク溶接装置は、電極マイナス極性ピーク電流及び／又は電極マイナス極性ピーク期間を小さくしたときは、電極プラス極性ピーク電流及び／又は電極プラス極性ピーク期間を大きくすることが好ましい。これにより、溶接電流の絶対値の平均値が小さくなることを抑制することができる。この結果、溶接ビードの外観及び溶け込み深さの均一性を維持することができる。
さらに、本実施の形態によれば、アーク溶接装置は、電極マイナス極性ピーク電流及び／又は電極マイナス極性ピーク期間を小さくしたときは、溶接電流の絶対値の平均値が一定となるように、電極プラス極性ピーク電流及び／又は電極プラス極性ピーク期間を大きくすることが好ましい。このようにすると、溶接電流の絶対値の平均値を一定にすることができるので、溶接ビードの外観及び溶け込み深さの均一性をさらに良好にすることができる。
１ 溶接ワイヤ
２ 母材
３ アーク
４ 送給ロール
ＡＤ 異常電圧判別回路
Ａｄ 異常電圧判別信号
ＤＶ 駆動回路
ＥＩ 電流誤差増幅回路
Ｅｉ 電流誤差増幅信号
ＥＮ 電極マイナス極性
ＥＰ 電極プラス極性
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
Ｉｂ 電極プラス極性ベース電流
Ｉbn 電極マイナス極性ベース電流
ＩＢＮＲ 電極マイナス極性ベース電流設定回路
Ｉbnr 電極マイナス極性ベース電流設定信号
ＩＢＲ 電極プラス極性ベース電流設定回路
Ｉbr 電極プラス極性ベース電流設定信号
ＩＤ 電流検出回路
Ｉｄ 電流検出信号
ＩＮＴ インバータトランス
ＩＮＶ インバータ回路
Ｉｐ 電極プラス極性ピーク電流
Ｉpn 電極マイナス極性ピーク電流
ＩＰＮＲ 電極マイナス極性ピーク電流設定回路
Ｉpnr 電極マイナス極性ピーク電流設定信号
ＩＰＲ 電極プラス極性ピーク電流設定回路
Ｉpr 電極プラス極性ピーク電流設定信号
Ｉｒ 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
Ｌｗ レーザ光
Ｎｄ 電極マイナス極性駆動信号
ＮＴＲ 電極マイナス極性トランジスタ
Ｐｄ 電極プラス極性駆動信号
ＰＴＲ 電極プラス極性トランジスタ
ＳＷ 切換回路
Ｔｂ 電極プラス極性ベース期間
Ｔbn 電極マイナス極性ベース期間
ＴＢＲ 電極プラス極性ベース期間設定回路
Ｔbr 電極プラス極性ベース期間設定信号
Ｔｆ 周期信号
ＴＭ タイマ回路
Ｔｍ タイマ信号
Ｔｐ 電極プラス極性ピーク期間
Ｔpn 電極マイナス極性ピーク期間
ＴＰＮＲ 電極マイナス極性ピーク期間設定回路
Ｔpnr 電極マイナス極性ピーク期間設定信号
ＴＰＲ 電極プラス極性ピーク期間設定回路
Ｔpr 電極プラス極性ピーク期間設定信号
ＶＡＶ 電圧平滑回路
Ｖav 溶接電圧平滑信号
ＶＤ 電圧検出回路
Ｖｄ 電圧検出信号
ＶＦ 電圧フィードバック制御回路
ＶＲ 電圧設定回路
Ｖｒ 電圧設定信号
Ｖｗ 溶接電圧
ＷＦ 送給機
ＷＬ リアクトル
ＷＴ 溶接トーチ
２ 母材
３ アーク
４ 送給ロール
ＡＤ 異常電圧判別回路
Ａｄ 異常電圧判別信号
ＤＶ 駆動回路
ＥＩ 電流誤差増幅回路
Ｅｉ 電流誤差増幅信号
ＥＮ 電極マイナス極性
ＥＰ 電極プラス極性
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
Ｉｂ 電極プラス極性ベース電流
Ｉbn 電極マイナス極性ベース電流
ＩＢＮＲ 電極マイナス極性ベース電流設定回路
Ｉbnr 電極マイナス極性ベース電流設定信号
ＩＢＲ 電極プラス極性ベース電流設定回路
Ｉbr 電極プラス極性ベース電流設定信号
ＩＤ 電流検出回路
Ｉｄ 電流検出信号
ＩＮＴ インバータトランス
ＩＮＶ インバータ回路
Ｉｐ 電極プラス極性ピーク電流
Ｉpn 電極マイナス極性ピーク電流
ＩＰＮＲ 電極マイナス極性ピーク電流設定回路
Ｉpnr 電極マイナス極性ピーク電流設定信号
ＩＰＲ 電極プラス極性ピーク電流設定回路
Ｉpr 電極プラス極性ピーク電流設定信号
Ｉｒ 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
Ｌｗ レーザ光
Ｎｄ 電極マイナス極性駆動信号
ＮＴＲ 電極マイナス極性トランジスタ
Ｐｄ 電極プラス極性駆動信号
ＰＴＲ 電極プラス極性トランジスタ
ＳＷ 切換回路
Ｔｂ 電極プラス極性ベース期間
Ｔbn 電極マイナス極性ベース期間
ＴＢＲ 電極プラス極性ベース期間設定回路
Ｔbr 電極プラス極性ベース期間設定信号
Ｔｆ 周期信号
ＴＭ タイマ回路
Ｔｍ タイマ信号
Ｔｐ 電極プラス極性ピーク期間
Ｔpn 電極マイナス極性ピーク期間
ＴＰＮＲ 電極マイナス極性ピーク期間設定回路
Ｔpnr 電極マイナス極性ピーク期間設定信号
ＴＰＲ 電極プラス極性ピーク期間設定回路
Ｔpr 電極プラス極性ピーク期間設定信号
ＶＡＶ 電圧平滑回路
Ｖav 溶接電圧平滑信号
ＶＤ 電圧検出回路
Ｖｄ 電圧検出信号
ＶＦ 電圧フィードバック制御回路
ＶＲ 電圧設定回路
Ｖｒ 電圧設定信号
Ｖｗ 溶接電圧
ＷＦ 送給機
ＷＬ リアクトル
ＷＴ 溶接トーチ
Claims (3)
- 溶接ワイヤを送給し、電極マイナス極性ピーク期間中は電極マイナス極性ピーク電流を通電し、続けて電極プラス極性ピーク期間中は電極プラス極性ピーク電流を通電し、続けて電極プラス極性ベース期間中は電極プラス極性ベース電流を通電し、続けて電極マイナス極性ベース期間中は電極マイナス極性ベース電流を通電し、これらの溶接電流の通電を１周期として繰り返して交流アーク溶接を行うアーク溶接装置と、
前記アーク溶接の溶接部にレーザを照射するレーザ溶接装置と、を備えた複合溶接装置において、
前記アーク溶接装置は、前記電極マイナス極性ベース期間中の電極マイナス極性ベース電圧が予め定めた基準電圧値以上になったことを判別すると、前記電極マイナス極性ピーク電流及び／又は前記電極マイナス極性ピーク期間を小さくする、
ことを特徴とする複合溶接装置。 - 前記アーク溶接装置は、前記電極マイナス極性ピーク電流及び／又は前記電極マイナス極性ピーク期間を小さくしたときは、前記電極プラス極性ピーク電流及び／又は前記電極プラス極性ピーク期間を大きくする、
ことを特徴とする請求項１に記載の複合溶接装置。 - 前記アーク溶接装置は、前記電極マイナス極性ピーク電流及び／又は前記電極マイナス極性ピーク期間を小さくしたときは、前記溶接電流の絶対値の平均値が一定となるように、前記電極プラス極性ピーク電流及び／又は前記電極プラス極性ピーク期間を大きくする、
ことを特徴とする請求項１に記載の複合溶接装置。
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| JP2020164313A JP7407092B2 (ja) | 2020-09-30 | 2020-09-30 | 複合溶接装置 |
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| JP2020164313A JP7407092B2 (ja) | 2020-09-30 | 2020-09-30 | 複合溶接装置 |
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Citations (5)
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| JP2007105754A (ja) | 2005-10-13 | 2007-04-26 | Daihen Corp | レーザ照射アーク溶接方法 |
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2020
- 2020-09-30 JP JP2020164313A patent/JP7407092B2/ja active Active
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