JP7407398B2 - アーク溶接の制御方法 - Google Patents
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Description
[アーク溶接装置の構成]
図1は、本実施形態に係るアーク溶接装置の概略構成を示す図である。アーク溶接装置16は、消耗電極である溶接ワイヤ18と溶接対象物である母材17との間で、アーク状態と短絡状態とを繰り返して溶接を行う。なお、母材17は、図示しないトーチに保持されており、トーチが所定の速度で移動することで、溶接ワイヤ18の先端も同様に、同じ速度で所定の溶接区間に沿って移動する。また、本実施形態において、溶接ワイヤ18の材質を硬質アルミ(A5356)、ワイヤ径を1.2mmとし、母材17の材質をアルミニウムとしている。ただし、母材17はアルミニウムを主体とする合金であってもよい。また、母材17に吹き付けられるシールドガスは、Ar(アルゴン)ガスを80%以上の比率で含んでいる。
図2は、本実施形態に係るパルス溶接時の溶接電流の設定波形と溶滴移行状態との時間関係を示し、図3は、パルス溶接時の溶接電流及び溶接電圧の出力波形を示す。なお、図示しないが、パルス溶接期間Tpにおいて、溶接ワイヤ18の送給速度Wp(以下、ワイヤ送給速度Wpという。図10参照)は一定になるように保たれている。
以上説明したように、本実施形態に係るアーク溶接の制御方法は、溶接ワイヤ18を母材17に向けて一定のワイヤ送給速度Wpで送給するとともに、溶接ワイヤ18にピーク電流とベース電流とを交互に流すことで、母材17と溶接ワイヤ18との間でアークを発生させるパルス溶接期間Tpを含むアーク溶接の制御方法である。
図10は、本実施形態に係るアーク溶接時の各種出力波形を示す。図10を用いて、図1に示すアーク溶接装置16の動作について説明する。なお、本実施形態では、アーク溶接時に、短絡溶接とパルス溶接とを順に行い、その後に溶接電流を0にする冷却期間を設けるようにアーク溶接装置16を動作させる。なお、溶接ワイヤ18を保持するトーチ(図示せず)は、溶接が行われる所定の区間を一定の速度で移動するように制御される。つまり、一般のステッチ溶接のように、トーチが停止している時間に溶接を行い、溶接を停止してから次の教示点にトーチを移動させるのではなく、所定の区間で溶接速度が一定に保たれるようにトーチが連続的に移動する。なお、母材17の溶接箇所全体にわたって、溶接速度が一定でなくてもよい。例えば、母材17の板厚が変化する部分等では、溶接速度を変化させるようにしてもよい。
なお、図示しないが、図10に示すパルス溶接期間Tpと冷却期間Tnとの間に、第2短絡溶接期間Tseを設けるようにしてもよい。第2短絡溶接期間Tseでは、平均送給速度Wsは徐々に低下させるようにする。短絡溶接は、パルス溶接に比べてアーク長が短く、溶接終了時の溶接ワイヤ先端と母材までの距離WDを短くすることができ、冷却期間Tnの変動を小さくすることができ、パルス溶接期間の周期Pcを一定にして均一な溶接ビードを形成できる。
2 主変圧器(トランス)
3 一次側整流部
4 スイッチング部
5 DCL(リアクトル)
6 二次側整流部
7 溶接電流検出部
8 溶接電圧検出部
9 制御切替部
10 出力制御部
11 短絡溶接制御部
12 パルス溶接制御部
13 ワイヤ送給速度制御部
14 ワイヤ送給速度検出部
15 演算部
16 アーク溶接装置
17 母材
18 溶接ワイヤ
19 アーク
20 溶接チップ
21 ワイヤ送給部
22 溶接条件設定部
23 短絡溶接設定部
24 パルス溶接設定部
25 冷却期間設定部
Claims (16)
- 溶接ワイヤを母材に向けて一定の送給速度で送給するとともに、前記溶接ワイヤにピーク電流とベース電流とを交互に流すことで、前記母材と前記溶接ワイヤとの間でアークを発生させるパルス溶接期間を含む、アーク溶接制御方法であって、
前記パルス溶接期間は、
基本単位期間が1回または複数回繰り返され、
前記基本単位期間は、
第1ピーク電流を前記溶接ワイヤに流す第1ピーク期間と、
前記第1ピーク期間の後に前記第1ピーク電流よりも小さいベース電流を前記溶接ワイヤに流す第1ベース期間と、
前記第1ピーク期間と前記第1ベース期間とを交互に(n-1)回(nは2以上の整数)繰り返した後に、第2ピーク電流を前記溶接ワイヤに流す、1回の第2ピーク期間と、
前記第2ピーク期間の後に前記ベース電流を前記溶接ワイヤに流す第2ベース期間と、を含み、
溶滴が、前記第1ピーク期間及び前記第1ベース期間において前記溶接ワイヤから前記母材に向かって移行しないように、
前記第2ピーク電流を前記第1ピーク電流よりも大きい値とし、
さらに、前記第2ベース期間は、前記第1ベース期間よりも長くなるようにし、
前記パルス溶接期間としての前記基本単位期間の各サイクルにおいて、
前記第2ピーク期間または前記第2ベース期間中に前記溶接ワイヤから前記母材に向けて前記溶滴を、1回移行させることを特徴とするアーク溶接制御方法。 - 請求項1に記載のアーク溶接制御方法において、
前記第2ピーク期間で溶接電流が前記第2ピーク電流に到達した時点から前記第2ベース期間の間に前記溶滴を離脱させることを特徴とするアーク溶接制御方法。 - 請求項1または2に記載のアーク溶接制御方法において、
溶接電流の設定平均値である設定電流または前記溶接ワイヤの送給速度が増加するにつれて、前記第1ピーク期間と前記第1ベース期間とを交互に繰り返す回数を少なくすることを特徴とするアーク溶接制御方法。 - 請求項1ないし3のいずれか1項に記載のアーク溶接制御方法において、
前記第1ピーク期間と前記第1ベース期間とを交互に繰り返すことで、前記溶接ワイヤの先端に所定の大きさの前記溶滴を成長させることを特徴とするアーク溶接制御方法。 - 請求項1ないし4のいずれか1項に記載のアーク溶接制御方法において、
前記ベース電流は、前記溶接ワイヤと前記母材との間に発生するアークのアーク長が所定の値に維持される電流であることを特徴とするアーク溶接制御方法。 - 請求項5に記載のアーク溶接制御方法において、
前記第2ベース期間は前記第1ベース期間よりも長く、前記第2ベース期間中は、前記溶接ワイヤを溶融させないように、かつ前記アーク長が前記所定の値になるように前記ベース電流を前記溶接ワイヤに流すことを特徴とするアーク溶接制御方法。 - 請求項1ないし6のいずれか1項に記載のアーク溶接制御方法において、
溶接電流の設定平均値である設定電流または前記溶接ワイヤの送給速度が増加するにつれて、前記第1ピーク電流と前記第2ピーク電流との差及び前記第1ピーク電流に対する前記第2ピーク電流の比を小さくすることを特徴とするアーク溶接制御方法。 - 請求項1ないし7のいずれか1項に記載のアーク溶接制御方法において、
溶接電流の設定平均値である設定電流が50A以上、110A以下の場合、前記第1ピーク電流に対する前記第2ピーク電流の比は190%以上、260%以下であることを特徴とするアーク溶接制御方法。 - 請求項1ないし8のいずれか1項に記載のアーク溶接制御方法において、
溶接電流の設定平均値である設定電流または前記溶接ワイヤの送給速度が増加するにつれて、前記第1ピーク期間と前記第2ピーク期間との差を小さくすることを特徴とするアーク溶接制御方法。 - 請求項1ないし9のいずれか1項に記載のアーク溶接制御方法において、
前記第1ピーク期間及び前記第1ベース期間中に前記母材にアークが照射されることで、前記母材の表面に前記溶接ワイヤまたは前記母材を構成する金属の酸化物が付着するのを抑制することを特徴とするアーク溶接制御方法。 - 請求項1ないし10のいずれか1項に記載のアーク溶接制御方法において、
前記パルス溶接期間の後に、前記母材に対して前記溶接ワイヤの正送と逆送とを交互に繰り返すことで、前記母材と前記溶接ワイヤとの間でアークが発生した状態と前記母材と前記溶接ワイヤとが短絡した状態とが交互に繰り返される第1短絡溶接期間を設けることを特徴とするアーク溶接制御方法。 - 請求項11に記載のアーク溶接制御方法において、
前記パルス溶接期間と前記第1短絡溶接期間との間に、前記母材に対する入熱量を0にする冷却期間を設けることを特徴とするアーク溶接制御方法。 - 請求項12に記載のアーク溶接制御方法において、
前記パルス溶接期間と前記冷却期間との間に、前記母材に対して前記溶接ワイヤの正送と逆送とを交互に繰り返すことで、前記母材と前記溶接ワイヤとの間でアークが発生した状態と前記母材と前記溶接ワイヤとが短絡した状態とが交互に繰り返される第2短絡溶接期間をさらに設けることを特徴とするアーク溶接制御方法。 - 請求項1ないし13のいずれか1項に記載のアーク溶接制御方法において、
前記母材は、アルミニウムまたはアルミニウムを主体とする合金であることを特徴とするアーク溶接制御方法。 - 請求項1ないし14のいずれか1項に記載のアーク溶接制御方法において、
前記母材に吹き付けられるシールドガスは、アルゴンガスを80%以上の比率で含んでいることを特徴とするアーク溶接制御方法。 - 請求項1ないし14のいずれか1項に記載のアーク溶接制御方法において、
前記母材に吹き付けられるシールドガスは、ヘリウムガスであることを特徴とするアーク溶接制御方法。
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