JPWO2017169409A1

JPWO2017169409A1 - 溶接装置および溶接方法

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Publication number: JPWO2017169409A1
Application number: JP2018508804A
Authority: JP
Inventors: 保宇安; 国敏森田; 政弘岡本; 春希田中
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2016-03-29
Filing date: 2017-02-27
Publication date: 2019-02-14
Anticipated expiration: 2037-02-27
Also published as: WO2017169409A1; JP6765037B2; CN108778597B; CN108778597A

Abstract

溶接装置（１）は、ＴＩＧ溶接に用いられる電極（１７）を有する溶接トーチ（１５）と、溶接制御部（１０）と、高周波電圧印加部（１１）と、電流検出部（１２）と、計測部（１３）と、判定部（１４）と、を有する。溶接制御部（１０）は、制御信号を発信する。高周波電圧印加部（１１）は、制御信号を受信し、電極（１７）と母材（１６）との間に高周波電圧を印加する。電流検出部（１２）は、電極（１７）と母材（１６）との間のアーク電流を検出する。計測部（１３）は、高周波電圧が印加されてから、アーク電流が検出されるまでにかかる遅延時間を計測する。判定部（１４）は、計測部（１３）から遅延時間のデータを受信し、遅延時間が所定時間以上かどうかを判定する。

Description

本開示は、溶接装置および溶接方法に関する。特に、ＴＩＧ（ＴｕｎｇｓｔｅｎＩｎｅｒｔＧａｓ）溶接装置およびＴＩＧ溶接方法に関し、ＴＩＧ溶接トーチに取り付けられた電極の交換に関する。

まず、従来のＴＩＧ溶接装置及びＴＩＧ溶接方法について説明する。図４は、従来の溶接トーチ９１０と研磨装置９２０の側面図である。研磨装置９２０により、溶接トーチ９１０の電極の先端が研磨される。

図４に示すように、従来の溶接トーチ９１０は、シリンダ９１１と、電極９１２と、溶接ワイヤを供給するためコンジット９１３およびワイヤガイド９１４と、を有する。また、従来の研磨装置９２０は、複数の研磨棒９２１と回転ボディ９２２とを有する。そして、溶接トーチ９１０の電極９１２が消耗されると、複数の研磨棒９２１を回転させて電極９１２の先端を研磨する。従来の溶接トーチ９１０では、一定の溶接回数や溶接時間が経過した後、電極９１２を交換している（例えば、特許文献１参照）。

特開平５−２８５６５４号公報

本開示の溶接装置は、溶接トーチと、溶接制御部と、高周波電圧印加部と、電流検出部と、計測部と、判定部と、を有する。

溶接トーチは、ＴＩＧ溶接に用いられる電極を有する。

溶接制御部は、制御信号を発信する。

高周波電圧印加部は、制御信号を受信し、電極と母材との間に高周波電圧を印加する。

電流検出部は、電極と母材との間のアーク電流を検出する。計測部は、高周波電圧が印加されてから、アーク電流が検出されるまでにかかる遅延時間を計測する。

判定部は、計測部から遅延時間のデータを受信し、遅延時間が所定時間以上かどうかを判定する。

本開示の溶接方法は、
母材と電極との間に高周波電圧を印加する第１の工程と、
母材と電極との間に流れるアーク電流を検出する第２の工程と、
第１の工程から第２の工程までの遅延時間を測定する第３の工程と、
遅延時間が所定時間以上かどうかを判定する第４の工程と、
を有する。

図１は、実施の形態に係る溶接装置の概略図である。図２は、実施の形態に係る溶接装置のアークスタートの回数と、高周波電圧の印加からアーク移行までにかかる時間と、の関係を示すグラフである。図３は、実施の形態に係るアーク溶接装置と、ロボットの概略図である。図４は、従来の溶接トーチと研磨装置の側面図である。

従来、一定の溶接回数や溶接時間が経過した後、電極９１２を交換していた。しかし、ＴＩＧ溶接に用いられる電極の消耗は、溶接回数や溶接時間以外にも、母材の材質や溶接条件（溶接電流や溶接電圧）などによって大きく左右される。そのため、従来の電極消耗の判断方法では、電極の交換が早すぎて電極交換のために余計な費用と時間がかかったり、電極の交換が遅すぎて溶接品質（溶接の仕上がり）が低下する場合がある。本開示は、溶接の電極の消耗を正確に判断することで、電極を最適な時期に研磨または交換できる。そのため、電極交換のための余計な費用と時間がかからず、かつ、溶接品質が高い溶接装置及び溶接方法を提供できる。

（実施の形態１）
図１は、実施の形態に係る溶接装置１（アーク溶接装置）の概略図である。図２は、実施の形態に係る溶接装置１のアークスタートの回数と、高周波電圧の印加からアーク移行までにかかる時間と、の関係を示すグラフである。図１および図２を用いて、本開示の実施の形態に係る溶接装置１におけるＴＩＧ溶接に用いられる電極１７を交換する時期を自動的に検出する方法について説明する。

図１に示すように、溶接装置１は、溶接制御部１０と、高周波電圧印加部１１と、電流検出部１２と、計測部１３と、判定部１４と、を有する。

溶接制御部１０は、制御信号（溶接出力命令）を、信号線Ｓ３１を介して、高周波電圧印加部１１に送信し、高周波電圧印加部１１を制御する。また、溶接制御部１０は、高周波タイミング信号を、信号線Ｓ３４を介して、計測部１３に送信する。さらに、溶接制御部１０は、電流検出部１２で検出された溶接電流を示す信号と、判定部１４から出力した判定信号と、を受信する。ここで、高周波タイミング信号とは、高周波出力のタイミングを示す信号である。言い替えれば、高周波タイミング信号とは、制御信号の発信を示す信号である。

高周波電圧印加部１１は、溶接制御部１０から、信号線Ｓ３１を介して、制御信号を受信する。そして、高周波電圧印加部１１は、制御信号に基づいて、溶接トーチに高周波電圧を印加する。

電流検出部１２は、溶接電流（アーク電流）を示す信号を検出する。そして、電流検出部１２は、その検出した信号を、信号線Ｓ３２を介して溶接制御部１０に送信する。また、電流タイミング信号（検出したアーク電流が流れ始めるタイミングを示す信号）を、信号線Ｓ３３を介して、計測部１３に送信する。

計測部１３は、溶接制御部１０から高周波タイミング信号（高周波出力のタイミングを示す信号）と、電流検出部１２から電流タイミング信号（アーク電流が流れ始めるタイミングを示す信号）と、を受信する。そして、計測部１３は、高周波タイミング信号を受信してから電流タイミング信号を受信するまでにかかる遅延時間を計測する。また、計測した遅延時間のデータを信号線Ｓ３５を介して、判定部１４に送信する。本実施の形態では、アーク電流が検出されたタイミングを、アーク電流が流れ始めるタイミングとしている。

判定部１４は、計測部１３からの遅延時間のデータを受信する。そして、判定部１４は、遅延時間が所定時間以上であるかどうかを判定する。ここで、判定部１４は、判定した結果を信号線Ｓ３６を介して溶接制御部１０に送信してもよい。そして、遅延時間が所定時間以上の場合、判定部１４から受け取った判定結果に基づいて、溶接制御部１０は、制御信号を高周波電圧印加部１１に送信するのを停止してもよい。

以上のような構成により、溶接装置１の溶接制御部１０は、制御信号（溶接出力命令）を高周波電圧印加部１１に送信し、並びに、高周波出力の高周波タイミング信号を計測部１３に送信する。また、高周波電圧印加部１１によって、ＴＩＧ溶接に用いられる電極１７を有するトーチ１５と、母材１６との間に高周波電圧が印加される。この高周波電圧により空気の絶縁破壊が発生し、トーチ１５と、母材１６と、の間に電流が流れ始めてアーク放電に移行する。アーク放電に移行すると、電流検出部１２は、アーク電流を検出し、電流タイミング信号（アーク電流が流れ始めるタイミング信号）を計測部１３に送信する。計測部１３は、高周波電圧が印加されてからアーク電流が検出されるまでの遅延時間を測定し、判定部１４に送信する。判定部１４は、遅延時間が所定時間以上であるかどうかを判定し、遅延時間が所定時間以上であれば、アラーム信号を出力し、溶接制御部１０に送信する。溶接制御部１０は、アラーム信号を受信したら、アラーム（警報）を出力させる。ここで、判定部１４は、警報を発するための信号を警報装置に送信してもよい。また、警報装置は、溶接装置１に含まれていてもよく、含まれていなくてもよい。あるいは、遅延時間が所定時間以上の場合、判定部１４は、点灯や点滅などのための信号を点灯装置に送信してもよい。ここで、点灯装置は、溶接装置１に含まれていてもよく、含まれていなくてもよい。また、計測部１３と判定部１４は一体に構成されていてもよい。さらに、判定部１４あるいは、溶接制御部１０が、警報装置あるいは点灯装置と一体に構成されていてもよい。以上の構成により、作業者は電極１７の消耗を知ることができる。

次に、図２を用いて、本実施の形態に係る電極１７（溶接電極）を交換する時期を自動的に検出する方法について説明する。

図２は、実施の形態に係る溶接装置１のアークスタートの回数（横軸）と、高周波電圧が印加されてからアーク移行までにかかる時間（縦軸）と、の関係を示すグラフである。

図２に示すように、アークスタートの回数が増えることによって、高周波電圧が印加されてからアーク移行までにかかる遅延時間が長くなる傾向がある。これは、電極１７が消耗されるからである。図２において、アークスタート回数がｎ１（例えば１回目）の場合、遅延時間はｔ１であり、例えば５０ｍｓである。また、アークスタート回数がｎｎ（例えばｎ回目）の場合、遅延時間はｔ２となり、例えば１００ｍｓとなる。遅延時間が長くなっているということは、つまり、高周波を出力してもアークスタートしにくくなっているということであり、電極１７が消耗されていると判断される。すなわち、電極１７の消耗は、高周波タイミング信号を受信してから電流タイミング信号を受信するまでにかかる遅延時間の長さにより判断できる。実際には、例えば、遅延時間ｔ２を、遅延時間ｔ１より大きいある一定値（例えば１００ｍｓ）に設定しておく。そして、アークスタートの回数が増えることによって、アークスタートがｎ回目で遅延時間がｔ２を超えた場合、電極１７が消耗されて交換する時期であると判断できる。

以上の構成により、本実施形態の溶接方法は、電極の消耗度合を自動的に検出し、ダクトタイムの短縮と、溶接品質の向上と、を両立して最適な電極を交換するタイミングを検出できる。

（実施の形態２）
図３は、実施の形態に係る溶接装置１（アーク溶接装置）と、ロボット２の概略図である。本開示の実施形態に係る溶接装置１と、ロボット２と、を接続し、ロボットを用いて溶接を行う場合、電極交換タイミングを自動的に検出する方法について、図２および図３を用いて説明する。

溶接装置１は、実施の形態１と同じ構成を有し、さらにロボット２を有する。ロボット２は、ロボット制御部２０と、マニピュレータ部２１と、を有する。

溶接装置１の溶接制御部１０は、実施の形態１と同じ機能を果たす。それに加え、溶接制御部１０は、信号線Ｓ３７を介して、判定部１４から受信したアラーム信号をロボット２のロボット制御部２０に送信する。また、溶接装置１の高周波電圧印加部１１と、電流検出部１２と、計測部１３と、判定部１４とは、実施の形態１と同じ機能を果たす。

ロボット制御部２０は、信号線Ｓ３７を介して、溶接制御部１０から出力したアラーム信号を受信する。また、ロボット制御部２０は、信号線Ｓ３８を介して、マニピュレータ部２１に制御信号を送信し、マニピュレータ部２１の動作を制御する。また、マニピュレータ部２１は、接続機構部Ｍ４１を介して、トーチ１５を装着し、トーチ１５を移動させる。

以上のような構成により、溶接装置１は、実施の形態１と同じ機能を果たす。それに加え、溶接装置１の溶接制御部１０は、判定部１４から出力したアラーム信号を受信し、そのアラーム信号をロボット２のロボット制御部２０に送信する。ロボット制御部２０は、アラーム信号を受信したら、アラーム（警報）を出力させる。

また、実施の形態１と同様に、判定部１４は、警報を発するための信号を警報装置に送信してもよい。あるいは、遅延時間が所定時間以上の場合、警報としての、点灯や点滅などのための信号を点灯装置に送信してもよい。したがって、判定部１４は、直接的または間接的に警報を発するための信号を出力する。

ここで、警報装置および／あるいは点灯装置は、溶接装置１に含まれていてもよく、含まれていなくてもよい。また、計測部１３と判定部１４は一体に構成されていてもよい。さらに、判定部１４あるいは、溶接制御部１０が、警報装置あるいは点灯装置と一体に構成されていてもよい。以上の構成により、作業者は電極１７の消耗を知ることができる。

本実施の形態に係る電極交換のタイミングを自動的に検出する方法は、実施の形態１と同様である。

本開示の溶接装置および溶接方法は、ＴＩＧ溶接に用いられる電極の消耗を正確に判断することで、電極を最適な時期に研磨または交換できる。そのため、電極交換のための余計な費用と時間がかからず、かつ、溶接品質を高くでき、産業上有用である。

１溶接装置
２ロボット
１０溶接制御部
１１高周波電圧印加部
１２電流検出部
１３計測部
１４判定部
１５トーチ
１６母材
１７電極
２０ロボット制御部
２１マニピュレータ部
９１０溶接トーチ
９１１シリンダ
９１２電極
９１３コンジット
９１４ワイヤガイド
９２０研磨装置
９２１研磨棒
９２２回転ボディ
Ｓ３１〜Ｓ３８信号線
Ｍ４１接続機構部

以上のような構成により、溶接装置１の溶接制御部１０は、制御信号（溶接出力命令）を高周波電圧印加部１１に送信し、並びに、高周波出力の高周波タイミング信号を計測部１３に送信する。また、高周波電圧印加部１１によって、ＴＩＧ溶接に用いられる電極１７を有するトーチ１５と、母材１６との間に高周波電圧が印加される。この高周波電圧により空気の絶縁破壊が発生し、トーチ１５と、母材１６と、の間に電流が流れ始めてアーク放電に移行する。アーク放電に移行すると、電流検出部１２は、アーク電流を検出し、電流タイミング信号（アーク電流が流れ始めるタイミングを示す信号）を計測部１３に送信する。計測部１３は、高周波電圧が印加されてからアーク電流が検出されるまでの遅延時間を測定し、判定部１４に送信する。判定部１４は、遅延時間が所定時間以上であるかどうかを判定し、遅延時間が所定時間以上であれば、アラーム信号を出力し、溶接制御部１０に送信する。溶接制御部１０は、アラーム信号を受信したら、アラーム（警報）を出力させる。ここで、判定部１４は、警報を発するための信号を警報装置に送信してもよい。また、警報装置は、溶接装置１に含まれていてもよく、含まれていなくてもよい。あるいは、遅延時間が所定時間以上の場合、判定部１４は、点灯や点滅などのための信号を点灯装置に送信してもよい。ここで、点灯装置は、溶接装置１に含まれていてもよく、含まれていなくてもよい。また、計測部１３と判定部１４は一体に構成されていてもよい。さらに、判定部１４あるいは、溶接制御部１０が、警報装置あるいは点灯装置と一体に構成されていてもよい。以上の構成により、作業者は電極１７の消耗を知ることができる。

以上の構成により、本実施形態の溶接方法は、電極の消耗度合を自動的に検出し、タクトタイムの短縮と、溶接品質の向上と、を両立して最適な電極を交換するタイミングを検出できる。

Claims

ＴＩＧ溶接に用いられる電極を有する溶接トーチと、
制御信号を発信する溶接制御部と、
前記制御信号を受信し、前記電極と母材との間に高周波電圧を印加する高周波電圧印加部と、
前記電極と前記母材との間のアーク電流を検出する電流検出部と、
前記高周波電圧が印加されてから、前記アーク電流が検出されるまでにかかる遅延時間を計測する計測部と、
前記計測部から前記遅延時間のデータを受信し、前記遅延時間が所定時間以上かどうかを判定する判定部と、
を備えた、
溶接装置。
前記計測部は、
前記溶接制御部から、前記制御信号の発信を示す高周波タイミング信号を受信した時点を、前記高周波電圧が印加された時点とし、
前記電流検出部から、前記アーク電流の検出を示す電流タイミング信号を受信した時点を、前記アーク電流が検出された時点とし、
前記高周波タイミング信号を受信してから、前記電流タイミング信号を受信するまでにかかる時間を前記遅延時間とする
請求項１記載の溶接装置。
前記判定部は、前記遅延時間が所定時間以上の場合、警報を発するための信号を警報装置に送信する
請求項１記載の溶接装置。
前記判定部は、前記遅延時間が所定時間以上の場合、点灯させるための信号を点灯装置に送信する
請求項１記載の溶接装置。
前記判定部は、前記遅延時間が所定時間以上かどうかを判定した判定結果を、前記溶接制御部に送信する
請求項１記載の溶接装置。
前記溶接制御部は、前記判定部から受け取った前記判定結果に基づいて、前記制御信号を前記高周波電圧印加部に送信するのを停止する
請求項５記載の溶接装置。
前記計測部と前記判定部は一体に構成されている
請求項１記載の溶接装置。
母材と電極との間に高周波電圧を印加する第１の工程と、
前記母材と前記電極との間に流れるアーク電流を検出する第２の工程と、
前記第１の工程から前記第２の工程までの遅延時間を測定する第３の工程と、
前記遅延時間が所定時間以上かどうかを判定する第４の工程と、
を備えた
溶接方法。
前記遅延時間は、前記高周波電圧が印加された時点から前記アーク電流が検出された時点までである
請求項８記載の溶接方法。
前記遅延時間が前記所定時間以上の場合、警報を発する第５の工程を、
さらに備える
請求項８記載の溶接方法。
前記遅延時間が前記所定時間以上の場合、点灯する第５の工程を、
さらに備える
請求項８記載の溶接方法。