JPS62134176A - 消耗電極型ア−ク溶接方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は短絡移行溶接に用いる溶接電源、ワイヤ送給装
置、溶接トーチの振動装置から成る溶接システムにおけ
る溶接方法および装置に関するものである。更に溶接ト
ーチの振動に関してはロホ′ットによるンフトウェア制
御を含むものである。

従来の技術 消耗電極型アーク溶接方法に於て、従来のシステムは第
４図に示すシステムで実施されていた。

第４図に於て、１は溶接電源、１ａ、１ｂは該電源１の
出力端子、３はチ、ノブ、４は溶接用のワイヤ、５は母
材、６はガスボンベ（回し、７ラツクス人ワイヤ採用時
はガスの必要はない）、了はワイヤ送給装置、８は前記
ワイヤをドラム状に巻いたワイヤリール、９はワイヤ送
給ローラ、１０は前記ローラ９を回転させる為のローラ
である。Ｌはチップ３と母材５間の距離を示す。’Ｉ’
ｗｏはワイヤ送給の速度を示す。通常の溶接では、採用
溶接電流の平均出力が変らない限り、前記Ｌ　＋ｖＷ　
Ｏはほぼ一定に保っていた。その理由はスパッターの発
生が少なく、ビード外観が美麗で安定な溶接が行なえる
為である。第５図は第４図に示したシステムで溶接を行
った時の短絡移行溶接の過程を示した図である。第６図
イは溶接移行過程、口は溶接電圧波形、ハは溶接電流波
形、二はチップ３と母材５間の距離りを示すチップ位置
、ホはワイヤ送給速度を示し、かつ、これらの図におい
て、横軸ｔは時間を示す。前記同図イに於て、１１は溶
滴、１２はスパッターを示す。又＆ｌ　　ｂ＋　　Ｃ＋
　　ｄ＋　　ｅ。

ｆは溶接過程を示す記号である。同図口のａ′。

ｂ’　＋　　Ｃ’１　ｄ’１ｅＺｆ’および同図ハノ２
Ｌ’、ｂ”。

ｃ　１．　ｄ　Ｉ　、　ｅ　Ｎ、　ｆ　Ｉは前記イのａ
、ｂ、ｃ、’　ｄ、ｅ。

ｆに対応する。ｂと４間は短絡区間、ｅと４間はアーク
区間を示す。同図−・で短絡が起れば、急速に溶接電流
の上昇が見られる。又ａ、　　ｅｊｒｃ於てスパッター
が非常に多い。又ａ、　　ｂに於ける溶滴１１は非常に
大きく成長している。

発明が解決しようとする問題点 短絡溶接に於るスパッターの多くは、第５図で判明する
様に（１）短絡が破れアークが再生し、又アーク再生時
の電流が高い程大滴のスパッターが発生する。（２）ア
ーク時の時間が長くなり、かつ長時間アーク電圧の高い
状態が続いた時には大溶滴となり、スパッター発生の原
因ともなる。従来、スパッタの抑制は、電源１内のりア
クドルを増大して実施されていたが、電源１の全平均溶
接電流域でスパッターを低減することは困難であった。

（３）ｄでワイヤと溶滴との間が１−クビレ」でいるに
も拘わらず大電流が流れ、スパッター発生の原因となっ
ている。尚、スパッターは溶接品質を低下させ、ロボッ
トによる自動化を損う原因ともなっている。尚、従来法
では、第５図に示す様に、チップ位置Ｌ、ワイヤ速度ｖ
ｗｏは一定であるが、溶接時の平均溶接電流値、即ちＩ
ｆ　（同図・・）の時間積分値を大に設定すればする程
、Ｌ、ｙ、ｏも犬に設定しなければならないことは当然
である。

問題点を解決するための手段 本発明は上記問題点を解決するために、溶接トーチをワ
イヤ突出長方向に、短絡移行周期にほぼ同期した周期で
振動させ、前記周期でワイヤ突出長を変化させるか、ま
たは溶接ワイヤの送給速度と溶接ワイヤの巻き戻し速度
の変化周期を前記短絡移行周期にほぼ同期させ、かつ短
絡移行区間。

アーク移行区間中の溶接電流もしくは溶接電圧を増減す
ることを特徴とするものである。

作用 上記手段により、フラグ（絶縁物）が付着した溶滴が母
材に強い力で衝突することがなく、スパッターが減少す
る。また、アークが再生する時にワイヤの送給量が少な
くなり、溶融した溶滴がスパッターとなる量も少なくな
る。

さらに、短絡時、アーク再生時の溶接電流を低減するこ
とにより、ワイヤ先端の溶滴の爆発が抑制される。又、
アーク再生時は電流を犬に、後半は電流を小にすること
により、アーク中で溶滴が犬きく生成することが抑制さ
れる。即ち次のステップである短絡時の溶滴の爆発が抑
制される。

実施例 本発明の実施例を第１図〜第３図に示す。第１図は本発
明方法の短絡移行溶接の過程を示す例であり、同図イは
溶接移行過程の模式図で、Ｌはチップ３と母材５間の距
離、ｇはアーク発生過程（短絡に近い行程）、ｈは短絡
瞬時、ｌは母材（溶融部を含む）と溶滴１１が十分短絡
した時の図、ｊはワイヤ先端部と溶滴１１の間に「クビ
レ部１３」が発生した時の図、ｋはアーク再生の瞬時、
ｍ、ｎ、ｇはアーク中の移行過程、以上まとめればり、
ｉ＋　ｊは短絡区間、またに、１．ｍ。

ｎ、ｇはアーク区間を示す。同図口は溶接電圧波形で、
ｇ’＋ｈ’＋　ｉ’＋　ｊ’＋　ｋ’＋　１’、ｍ’、
ｎ’＋　ｇ／は前記第１図イのｇ、１１＋　　１．］　
＋　ｋ＋　１９ｍ＋　ｎと対応する点、Ｖ□１．ｖ□２
はアーク中の瞬時電圧である。図中に於て実線は電圧波
形、破線Ｕ　−Ｕ　’は短絡アークを弁別する弁別電圧
、ｔ＋　＋　ｔ２＋　ｔ５＋１５、１．、１９は同図ハ
における時間と同じ時間を示す。同図ハは溶接電流波形
（実線で示す）を示す。ｇ”＋　ｈ″＋　ｉ’＋　ｊ’
＋　ｋ″’　＋　１’　１　ｍ’　Ｉ　ｎ’　　は前記
ｇ、　ｈ、　ｉ、　ｊ、　ｋ、　ｌ、　ｍ、　ｎに対応
した波形上の点。

１８ｉ・　Ｉ８２・　工Ｓは短絡時の電流・　エムＩ＋
　　エム２゜エム３はアーク時の電流、ｔｌ　　〜ｔｌ
ｏは時間、時間ｔｓ＋はｔ２Ｔｔ５間を示し、その時の
電流は１１３１また時間ｔａ２ば１２．１４間を示し、
その時の電流は工ｓ２、また１４．１５間の電流は１３
３であることを示す。ｔ５１＋　　ｔｓ２は短絡開始よ
りの時間を示す。時間ｔａ１はｔｓ、ｔ６間を示し、時
間ｔａ２ばｔｓ・　ｔｌ間を示し、その時の電流はＩＡ
ｌであり、時間ｔａ３は１５．１８間を示し、その時の
電流はｔｓ５である。即ちｔａ＋＋　　ｔａｚ＋　　ｔ
、３はアーク開始よりの時間を示す。Ｃ，Ｆは同図二に
示すｒ’Ｊ　ミ／　ｌ−Ｊ　（光センサー採用）よりの
信号を示す。尚、同図口のＡ、　　ＢはＵ　−Ｕ　’で
弁別した時の短絡信号とアーク信号の変化点を示す。尚
、同図ハに於て、電流波形を実線のかわりに、破線の様
に制御してもよい区間をエム３で示し、その時間はｔｌ
・　ｔ２およびｔ９・　ｔ＋ｏ区間である。尚・溶接電
圧をｙ、　　で、溶接電流を工、で示す。次に同図二に
於て、ｇ’　ｙ　ｈ’　＋　１’　＋　ｋ’　＋　ｌ″
Ｈｍ’は前記ｇ＋　　ｈ＋　　ｉ＋　　ｋ＋　　ｌ＋　
　ｍに対応したチップ位置上の点を示す。尚、チップ位
置をＬで示す。又、一点鎖線はチップ３と母材５の間隔
がＬｏである点を示す。又、実線はＬ　＝＝　Ｌ　Ｏ＋
　ｃｔ　Ｓｌｎωｔ　＝　Ｌ　Ｄ＋α５ｉｎ２πｆ、ｔ
である軌跡を示す。αは第３図に示すカム６２の偏芯量
、ｆは、カム５２０周期、即ち〔（短絡区間）＋（アー
ク区間））＝Ｔｏ　の逆数、つまり周期を示す。（ｆ−
Ｔｏ）。Ｃ，Ｄ、　　Ｅ。

Ｆ、は前記カム運動の偏極点を示す。即ち、第３図から
判明するような「リミット」（光センサ−ｐｈ１・ｐｈ
２等）から発生される信号点を示す。

尚、Ｃ−４間はトーチを母材に近づける区間、Ｅ。

０間はトーチと母材を遠ざける区間を示す。同図ホはワ
イヤ送給速度がＶＷＱで一定であることを示す。

又同図へは前記とは異なる一実施例であり、ワイヤ速度
がワイヤ送り部（Ｃ，Ｄ、Ｅ間）、ワイヤストップ部（
ワイヤを送らない区間、Ｘ、Ｃ）より構成されているこ
とを示す。尚、同図へを使用する時は、チップ位置は時
間ｔに拘わらず一定である。そうして、イ９９ロ、ハへ
の図面の組合せより構成される。次に第１図イ９口、ハ
、二、ホの組合せから成る一実施例を以下の第２図、第
３図で詳しく述べる。第２図は、第１図二の軌跡を得る
為の具体機構の一例を示す。第２図に於て、Ｍはモータ
、ｐｈｌ、ｐｈ２はリミット（光センサ−）、５０はモ
ータ軸、５１は光を通し、又遮光する円板、５２はカム
、５３はカム上から突出した軸、モータ軸５０と軸５３
の距離はαである。５４はリンク、５５はリンク５４に
回転自在に連結された軸、尚モータ軸５０とカム５２、
モータ軸５゜と円板５１、カム６２と軸５３はそれぞれ
固定されている。又、軸５３とリンク５４は回転自在に
連結されている。５６はスライダー、６７はスライダー
・ホルダーであり、スライダー５６はスライダー・ホル
ダー５７の内側をＺ＋　、Ｚ２方向に移動する。６８は
トーチ・ホルダーであり、スライダー５６に固定されて
いる。又、トーチ・ホルダー５８とノズルもしくはトー
チは固定されている。又、６ｏはモータ軸５ｏの回転方
向、ｅｌ（ｄ軸５３の移動方向（回転方向）を示す。又
、５９はベース板、６２は光センサーの光が出る方向を
示す。本構成より、モータＭが回転すれば、カムとリン
ク機構により、トーチ（もしくはチップ３）はＺ＋、Ｚ
２方向にＬ　＝α５ｉｎ２πｆ、ｔで動作する。

ｆはモータ回転数を変化させることにより制御可能であ
る。尚、第１図のリミット信号Ｃ，Ｄ、　　Ｅ。

Ｆは、第２図のりミソｌ−ｐｈｌ、　ｐｈ２　　の他に
ベース板上６９に更に２ケ適宜配置することにより得ら
れる。尚、必要なら更に多くの光リミットを設置しても
かまわない。次に、第３図（第１図イ。

口、ハ、二、ホの組合せの制御回路実施例）を述る。第
３図はＰ、Ｗ、Ｍ制御によるインバータ溶接機に於る実
施例である。Ｐ、ＷｏＭはトランジスターθ１θ２．θ
３．θ４を制御するパルス巾が、犬、小になって、溶接
量カエユ、より出力を調整する方法であり、インバータ
の駆動周波数は一定である制御方法である。Ｄ、は三相
ブリッジ、Ｄ２はダイオード、Ｃ，、Ｃ２はコンデンサ
ー、θ、〜θ４はトランジスター１．ＴＲはトランス、
ＬＴｌはリアクトル、ＫＭｌ、１Ｍ２，１Ｍ３，１Ｍ４
はトランジスタを駆動すべき入力信号部（ベースとエミ
ッターの端子）　Ｄｒ・１は前記トランジスタを駆動す
るドライバー、Ｐ、Ｗ、ＭはＰ、Ｗ、Ｍコントローラ、
Ｂｔ、１は第３図の制御電源、以上は従来から実施され
ていたインバータの制御回路図である。Ａｓ１．Ａｓ２
はアナログ・スイッチ、ＡｍＰ、１は溶接出力電圧制御
用誤差増巾器のアンプ、ＡｍＰ、２は溶接出方電流制御
用の誤差増巾器のアンプ、ｖＸｌは溶接電圧検出器、工
Ｘ１は溶接電流検出！、’／　Ｘ　１　ｒ　Ｉ　Ｘ　１
（７）　７　イードバック信号はそれぞれＡｍＰ・１．
ＡｍＰ２のフィード・バック端子に印加されている。又
Ｄ’／Ａ・１゜Ｄ／Ａ、２．Ｄ／ム、３はデジタルをア
ナログに変換するデジタル・アナログ変換器、ＣＰＵは
マイクロ・コンピコ、−夕による中央制御装置、即ち、
ムｍＰ・１．　ＡｍＰ、２の基準電圧、大小電流信号は
Ｄ／Ａ、１．Ｄ／Ａ、２を介して適宜ＡｍＰ、１．　Ａ
ｍＰ、２に印加される。又、基準電圧、基準電流の適正
値は、Ｍ、で示されたメモリーに保管されている。

又ｐｐｉ・１．　ｐｐｉ、　２はＩ１０素子（Ｃ，Ｐ、
Ｕへの入出力制御素子）であり、ｐｐｉ、１は出力の制
御、ｐｐｉ−２は入力の制御を行う。Ａｓ３．Ａｓ４は
ｐｐｉ、　１のスイッチ切替信号をＡＳｌ、Ａｓ２の、
駆動可能信号に変換する電圧変換器、即ち溶接機出力ｒ
、・　より端子を「一定電圧制御」（即ちａ、Ｖ制御と
呼ぶ）を行う時はＡＳｌのスイッチを閉じる信号をｐｐ
ｉ・１より送り、又「一定電流制御」（即ちＣ−Ｃ制御
と呼ぶ）を行う時はＡｓ２を閉じる信号をｐｐｉ・１よ
り送る（尚、その時はＡＳｌのスイッチは開状態）。次
に、ＶＸＸ、　１は「短絡アーク弁別器」であり、第１
図の口で前述したようにＵ・Ｕ′電圧で短絡か、アーク
かを弁別する。そのオン−オフ信号をｐｐｉ、２に印加
する。又、Ｍはモータ、ｐｈｌ、ｐｈ２は前述のリミッ
ト、ＪＩＧは第２図で示した装置、２１．２２は１・−
チ移動方向、Ｄｒ、２ば、ＪＩＨの前述周波数（回転数
）を制御するモータ・ドライバー、ｐｐｉ、２は前述リ
ミット信号（Ｃ，Ｄ、　　Ｅ、　　Ｆ）をｃｐｔｙに取
込む為の入力制御用Ｉ１０装置である。第２図、第３図
の実施例を採用することにより、第１図のイ、Ｏ，／％
、　　二。

ホの制御が可能である。尚、ワイヤ送給用モータは第３
図のＤ／Ａ、３．およびワイヤ送給モータ。

コントローラｊ’−Ｗ、Ｍ、ＣＪによりワイヤ送給モー
タＭｏを制御する。モータＭｏの回転数はメモリ内容に
よりＣ，Ｐ、Ｕで制御される。以上に示すように、ＩＪ
　ミツト信号、溶接電圧信号、溶接電流信号により第１
図に示すように以下の事が実施される。

（１）リミット信号Ｃにより、溶接電流をエム２からＩ
Ｊ３に減少させる。エム３はＺＳ＋と同一でもかまわな
い。又、信号Ｃかものタイマ一時限後エム２からエム３
に変えてもよい。この理由は溶滴１１の短絡に向けて、
爆発を抑える為である（電流を小にすることにより、爆
発によるスパッター小）。（２）短絡信号人によりｒｓ
＋とする。理由は前記（１）と同様。

尚この時、チップ位置りは最小か、Ｌが増大傾向である
ことが望ましい。理由は、ワイヤ短絡のシコックを弱め
、スパッタを少なくする為である。

（３）次に電流をＩＳ２と大電流にする。理由は、短絡
を十分大に面積で確実とする為である。この時、Ｌは増
大傾向とする。（４）次にＩ８５とする。即ち「クビレ
」が発生した時、もしくは発生する前に電流を工ｓ５と
し、再アーク時の大電流による爆発で発生するスパッタ
ーを抑制する。この時りは増大傾向であること。（５）
次に、再アーク後工ムイと大電流にし、ワイヤを十分溶
かす。更にエム２とし、大溶滴となるのを防ぐ為、電流
を落す。尚、ｔｓ＋・ｔ３２　＋　　ｔＺＬｌ　＋　　
ｔ＆２＋　　ｔａ５はＣＰＵにカウントさせることによ
り実施する。又、本実施例とは別の実施例、即ち、第１
図のイ２２ロ、ハへおよび、チップ位置ＬＯは一定の制
御も第３図により実施可能である。面し、Ｍはストップ
状態である。又、更に別の実施例として、ワイヤをニス
の様にサイン・カーブで送給〔即ち、ワイヤを送る区間
、およびワイヤを引きもどす区間（リトラクト）より構
成〕する方法によっても前記、第３図で実施可能であ、
る。坦し、チップ位置はＬｏで一定である。即ちワイヤ
送給スピードをｖｗ　　とすればｖ、＝ｖｗｏ＋αｓｉ
ｎ　２π、ｆ、ｔで送給する。更に別の実施例として、
ロボットに第１図トーチを取付け、ロボットの手首運動
を第１図二の様に運動させてもよい。

この時は第２図装置の必要はない。又、この時第３図の
Ｃ，Ｐ、ＵをロボットのＣＰＵと共用してもかまわない
。又、ロボットの位置ループ、ゲインを上昇させてトー
チ振動を起させてもかまわない。

旦し、この振動は、信号Ａ、　　Ｂ、　　Ｃ，Ｄ、　　
Ｅ、　　Ｆと第１図の様に同期すること。尚第１図に於
て、電流制御をｌ−Ｃ，Ｃ制御」ですべて行ってもよく
、又、ｔ６〜ｔ７区間を「ｃ、ｖ制御」で他区間を１’
−Ｃ，Ｃ制御」で行ってもよい。

発明の効果 以上のように本発明によれば以下の効果がある。

（１）　　ワイヤ送給制御、又はトーチ制御がある為、
又はワイヤの断続送り制御（ワイヤを送る区間とストッ
プする区間より成る。）により、前述の様にスパッター
が減少する。

（２）溶接電流制御により、スパッターは減少する。

（３）以上よシ、ロボット、治具を用いた溶接の能率が
向上する。これはスパッター取り、およびノズル２への
スパッターのつまりかない為である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の消耗電極型アーク溶接方法の実施例を
示すタイムチャート、第２図は同溶接方法を実施するた
めの溶接装置の要部正面図、第３図は同回路図、第４図
は従来の溶接装置の要部回路図、第５図は従来の消耗電
極型アーク溶接方法を示すタイムチャートである。 Ｍ・・・・・・モータ、５０・・・・・・モータ軸、５
１・・・・・・円板、５２・・・・・・カム、５４・・
・・・・リンク、６６・・・・・・スライダー、５７・
・・・・・スライダー・ホルダー、５８・・・・・・ト
ーチ・ホルダー。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第４
図 第　５　図 α

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. （１）溶接トーチをワイヤ突出長方向に、短絡移行周期
   にほぼ同期した周期で振動させ、前記周期でワイヤ突出
   長を変化させるか、または溶接ワイヤの送給速度と溶接
   ワイヤの巻き戻し速度の変化周期を前記短絡移行周期に
   ほぼ同期させ、かつ短絡移行区間、アーク移行区間中の
   溶接電流もしくは溶接電圧を増減することを特徴とする
   消耗電極型アーク溶接方法。
2. （２）溶接ワイヤの巻き戻し速度がほぼ零である特許請
   求の範囲第１項記載の消耗電極型アーク溶接方法。
3. （３）短絡移行区間の溶接電流を、短絡弁別信号発生時
   から定時間後に増大し、さらに一定時間後に減少させる
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の消耗電極
   型アーク溶接方法。
4. （４）アーク移行区間の溶接電流は、アーク弁別信号発
   生時から一定時間後に上昇させ、さらに一定時間後に減
   少させ、さらに一定時間後に徐々に、もしくは直ちに減
   少させることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   消耗電極型アーク溶接方法。
5. （５）アーク移行区間の最後での溶接電流を短絡移行区
   間の最初の溶接電流にほぼ一致させることを特徴とする
   特許請求の範囲第４項記載の消耗電極型アーク溶接方法
   。
6. （６）アーク弁別信号発生時から一定時間後における溶
   接電流と、さらに一定時間後の溶接電流をほぼ一致させ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第４項記載の消耗電
   極型アーク溶接方法。
7. （７）アーク移行区間の溶接電圧はアーク弁別信号発生
   時より一定時間までを一定電圧に制御することを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の消耗電極型アーク溶接
   方法。
8. （８）ワイヤ突出長が所定値より短かくなると、溶接電
   流をアーク移行区間の最後での溶接電流に減少すること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の消耗電極型ア
   ーク溶接方法。
9. （９）ワイヤ送給速度が所定速度より高速となると、溶
   接電流をアーク移行区間の最後での溶接電流に減少する
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項または第４項記
   載の消耗電極型アーク溶接方法。
10. （１０）溶接ロボットに溶接トーチを搭載し、前記溶接
    ロボットの位置ループゲインを上昇させ、短絡移行周期
    に同期した周期で前記溶接トーチに振動を起させるか、
    またはロボット制御装置のソフトウェアー制御により前
    記短絡移行に同期した周期で溶接トーチをワイヤ突出長
    方向に振動させることを特徴とする消耗電極型アーク溶
    接方法。
11. （１１）短絡移行周期に同期した周波数で回転するモー
    タと、モータ軸に固定されたカムと、前記モータ軸に、
    一部光を通す透孔を設置した円板を固定し、前記カムの
    先端とリンクの一端を回転自在に固定し、前記リンクの
    他端にスライダーの一端を回転自在に固定し、前記スラ
    イダーの中央部にスライダー・ホルダーを設置し、前記
    スライダーを前記スライダー・ホルダー内で直線移動可
    能な状態に設置し、前記スライダーの他端に溶接トーチ
    をトーチ・ホルダーを介して固定し、かつモータ固定部
    にベース板を前記円板と平行に設置し、前記円板の透孔
    に光が通過したり遮断する位置に光リミットを設置した
    ことを特徴とする消耗電極型アーク溶接装置。