KR101991607B1 - 수평 필렛 용접 방법, 수평 필렛 용접 시스템 및 프로그램 - Google Patents

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Abstract

수평 필렛 용접에 있어, 비드 외관 불량 및 용접 결함의 발생을 억제한다. 용접 시스템은 스탠딩 플레이트와 보텀 플레이트를 맞댄 맞댐부를 용접선으로 해서, 전극을, 용접선을 중심으로 위빙시켜, 용접선을 따라 용접을 행한다. 이 용접 시스템에 있어, 스탠딩 플레이트측의 위빙단에서의 아크 전압이 용접선 중심 위치의 아크 전압 이하이고, 보텀 플레이트측의 위빙단에서의 아크 전압이 용접선 중심 위치의 아크 전압 이상으로 되고, 또한, 스탠딩 플레이트측의 위빙단에서의 아크 전압이 보텀 플레이트측의 위빙단에서의 아크 전압보다 낮아지도록 제어한다.

Description

수평 필렛 용접 방법, 수평 필렛 용접 시스템 및 프로그램
본 발명은 수평 필렛 용접 방법, 수평 필렛 용접 시스템 및 프로그램에 관한 것이다.
소모 전극식의 아크 용접 방법을 이용해서, 중 또는 후판(이하, 중후판)의 수평 필렛 용접을 행하려면, 다리 길이가 크고(이하, 큰 다리 길이라 한다), 넓은 폭의 비드를 확보하는 것이 요구된다. 큰 다리 길이나 넓은 폭의 비드를 확보하기 위해서는, 용접 전류의 증가 혹은 용접 속도를 저하하는 등을 해서, 단위 용접 길이 당의 용착량을 증가시킬 필요가 있다. 그러나, 용접 전류를 일정하게 하고, 용접 속도를 저하시킴으로써 용착량을 증가시키는 경우는, 생산 효율이 나쁘고, 또한 적정한 용융이 얻어지지 않는 경우가 있다. 한편, 용접 속도를 일정하게 하고, 용접 전류를 높여서 용착량을 증가시키는 경우는, 용융지(溶融池)의 온도가 높아져 점성이 저하되는 경우가 있다. 이 경우에는, 증가한 용착량과 용융지의 점성 저하로 인해, 스탠딩 플레이트(standing plate) 측의 용융지가 중력의 영향으로 보텀 플레이트(bottom plate) 측으로 늘어지기 때문에, 스탠딩 플레이트측과 보텀 플레이트측의 다리 길이가 목표로 하는 것과 상이한 비드 외관 불량이나, 모재에 비드의 단부가 용착되지 않고 단순히 겹치는 상태로 되는 오버랩 등의 용접 결함이 발생하는 경우가 있었다. 또한, 일반적으로 필렛 용접은 겹치기 이음, T자 이음, 모퉁이 이음 등에 있어서 거의 직교하는 2개의 면을 용접하는 삼각형 형상 용접을 나타내고, 수평 필렛 용접은 하향 수평 자세에서 행해지는 필렛 용접이다.
또, 생산 효율을 올리기 위해, 일반적으로는 높은 용접 속도에 의한 용접이 행해지지만, 용접 속도를 높임에 따라, 단위 용접 길이 당의 용착량을 유지하기 위해서, 용접 전류를 증가시킬 필요가 있다. 그러나, 용접 전류를 증가시킬수록, 용융지에 걸리는 아크력이 커지고, 아크 바로 아래의 용융지가 후방으로 밀려 나오는 상태로 되어, 스탠딩 플레이트 측에서 아크에 의해 파인 홈에 용융 금속이 공급되지 않고 홈으로 되어 남는 언더컷이 발생하거나, 응고 후의 비드 형상이 볼록 형상의 외관 불량으로 되는 경우가 있었다.
이와 같이, 필렛 용접에 있어서의 큰 다리 길이 및 고속 용접에서는, 비드 외관 불량이 발생하거나 언더컷이나 오버랩의 용접 결함이 발생하는 문제가 있었다.
이러한 문제를 해결하기 위해서, 일반적으로는, 아크 전압을 높게 설정하고, 아크 길이를 확대함으로써 아크력을 저감시켜, 비드 외관의 개선을 도모하는 방법이 이용된다. 또, 예를 들면, 특허문헌 1에는, 위빙(weaving)의 양단에서, 언더컷이 발생하지 않는 전류치까지 용접 전류를 낮추고, 위빙 중앙부를 고전류로 함으로써 용접 속도를 고속으로 하거나, 혹은 위빙의 양단에서 용접 전류를 올림으로써 그루브 벽의 용융을 개선하는 기술이 개시되어 있다.
여기서, 위빙은 용접 토치의 선단을, 모재의 용접선을 중심으로 요동시키는 동작을 나타낸다. 도 12는 수평 필렛 용접에 있어서의 종래의 위빙 동작의 일례를 설명하기 위한 도면이다. 도 12에 나타내는 예에서는, 보텀 플레이트를 수평으로 배치함과 아울러, 그 위 표면에 스탠딩 플레이트의 단면을 접하게 배치하고, 스탠딩 플레이트와 보텀 플레이트를 맞대는 맞댐부(도 12의 예에서는, 맞댐부의 접합 각도 a=90도)에 대해서 필렛 용접이 행해진다. 도시한 바와 같이, 종래의 위빙 동작에서는, 용접 토치(101)의 선단에 마련된 전극이 용접 진행 방향에 대해서 거의 직각으로 교대로 이동하도록 전진시켜서, 용접이 행해지는 것으로 된다. 이와 같이, 종래의 위빙 동작에 있어서, 용접 토치(101)는 스탠딩 플레이트측의 위빙단 및 보텀 플레이트측의 위빙단으로 이동하는 동작을 반복하고, 항상 용접 진행 방향의 전방을 향해서 요동한다.
일본 공개 특허 공보 제2002-321055호
비드 외관의 개선을 도모하기 위해서 아크 전압을 높게 설정한 경우, 용융 불량이나 실드성 열화로 인한 용접 결함이 발생한다. 또, 위빙의 양단에서 용접 전류를 조정해도, 중후판의 수평 필렛 용접을 상정한 큰 다리 길이 및 고속의 용접을 행하는 경우에는, 용착량을 증가시킬 필요가 있고, 스탠딩 플레이트측의 용융 금속이 중력의 영향으로 보텀 플레이트 측으로 늘어짐으로써 발생되는 보텀 플레이트측의 오버랩이나 스탠딩 플레이트측의 언더컷 등의 용접 결함이 억제되는 것은 아니다.
본 발명은 수평 필렛 용접에 있어서, 비드 외관 불량 및 용접 결함의 발생을 억제하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적 하에서, 본 발명은 스탠딩 플레이트와 보텀 플레이트를 맞댄 맞댐부를 용접선으로 해서, 전극을, 용접선을 중심으로 위빙시켜, 용접선을 따라 용접을 행하는 수평 필렛 용접 방법으로서, 스탠딩 플레이트측의 위빙단에서의 아크 전압이 용접선 중심 위치의 아크 전압 이하이고, 보텀 플레이트측의 위빙단에서의 아크 전압이 용접선 중심 위치의 아크 전압 이상으로 되고, 또한, 스탠딩 플레이트측의 위빙단에서의 아크 전압이 보텀 플레이트측의 위빙단에서의 아크 전압보다 낮아지도록 제어하는 것을 특징으로 하는 수평 필렛 용접 방법을 제공한다.
여기서, 스탠딩 플레이트측의 위빙단에서의 아크 전압은 용접선 중심 위치의 아크 전압에 대해서 85% 이상 100% 이하의 범위 내의 값으로 하고, 보텀 플레이트측의 위빙단에서의 아크 전압은 용접선 중심 위치의 아크 전압에 대해서 100% 이상 125% 이하의 범위 내의 값으로 하는 것이어도 좋다.
또, 전극이 스탠딩 플레이트측 및 보텀 플레이트측을 이동할 때의 아크 전압은 위빙의 동작에 동기해서, 직선, 계단식 및 곡선의 3개 중 어느 하나로 변화하거나 또는 3개 중 2 이상을 조합해서 변화하는 것이어도 좋다.
또한, 위빙에 있어서, 전극의 위치와 스탠딩 플레이트측의 위빙단의 거리가 스탠딩 플레이트측의 위빙단과 용접선 중심 위치의 거리의 1/4의 범위 내인 경우에, 스탠딩 플레이트측의 위빙단에서의 전압으로서 미리 정해진 범위 내의 값으로 되도록 아크 전압을 제어하고, 전극의 위치와 보텀 플레이트측의 위빙단의 거리가 보텀 플레이트측의 위빙단과 용접선 중심 위치의 거리의 1/4의 범위 내인 경우에, 보텀 플레이트측의 위빙단에서의 전압으로서 미리 정해진 범위 내의 값으로 되도록 아크 전압을 제어하는 것이어도 좋다.
또, 본 발명은 스탠딩 플레이트와 보텀 플레이트를 맞댄 맞댐부를 용접선으로 해서, 전극을, 용접선을 중심으로 위빙시켜, 용접선을 따라 용접을 행하는 수평 필렛 용접 방법으로서, 스탠딩 플레이트측의 위빙단에서의 아크 전압을, 언더컷을 억제하는 전압으로 제어하고, 보텀 플레이트측의 위빙단에서의 아크 전압을, 오버랩을 억제하는 전압으로 제어하는 것을 특징으로 하는 수평 필렛 용접 방법도 제공한다.
또한, 본 발명은 스탠딩 플레이트와 보텀 플레이트를 맞댄 맞댐부를 용접선으로 해서, 전극을, 용접선을 중심으로 위빙시켜, 용접선을 따라 용접을 행하는 수평 필렛 용접 장치와, 스탠딩 플레이트측의 위빙단에서의 아크 전압이 용접선 중심 위치의 아크 전압 이하이고, 보텀 플레이트측의 위빙단에서의 아크 전압이 용접선 중심 위치의 아크 전압 이상으로 되고, 또한, 스탠딩 플레이트측의 위빙단에서의 아크 전압이 보텀 플레이트측의 위빙단에서의 아크 전압보다 낮아지도록, 수평 필렛 용접 장치를 제어하는 제어 장치를 구비하는 수평 필렛 용접 시스템도 제공한다.
그리고, 본 발명은 스탠딩 플레이트와 보텀 플레이트를 맞댄 맞댐부를 용접선으로 해서, 전극을, 용접선을 중심으로 위빙시켜, 용접선을 따라 용접을 행하는 수평 필렛 용접 시스템으로서, 용접 조건을 정한 티칭 데이터에 근거해서, 전극을 위빙시키는 위치를 지령하는 위빙 위치 지령 수단과, 위빙 위치 지령 수단의 지령에 의해 이동한 전극의 위치 정보를 생성하는 위치 정보 생성 수단과, 위치 정보 생성 수단에 의해 생성된 위치 정보를 토대로 전극의 위빙 동작에 동기한 전압 제어를 행하고, 스탠딩 플레이트측의 위빙단에서의 아크 전압이 용접선 중심 위치의 아크 전압 이하이고, 보텀 플레이트측의 위빙단에서의 아크 전압이 용접선 중심 위치의 아크 전압 이상으로 되고, 또한, 스탠딩 플레이트측의 위빙단에서의 아크 전압이 보텀 플레이트측의 위빙단에서의 아크 전압보다 낮아지도록 제어하는 아크 전압 제어 수단을 구비하는 수평 필렛 용접 시스템도 제공한다.
여기서, 위치 정보 생성 수단은 전극의 위치 정보로서, 위빙 위치 지령 수단의 지령과, 지령을 행하고 나서 실제로 전극이 지령 위치에 도착할 때까지의 시간을 토대로, 전극이 실제로 존재하는 위치를 나타내는 정보를 생성하는 것이어도 좋다.
또, 본 발명은 스탠딩 플레이트와 보텀 플레이트를 맞댄 맞댐부를 용접선으로 해서, 전극을, 용접선을 중심으로 위빙시켜, 용접선을 따라 용접을 행하는 수평 필렛 용접 시스템에 이용되는 프로그램으로서, 스탠딩 플레이트측의 위빙단에서의 아크 전압이 용접선 중심 위치의 아크 전압 이하이고, 보텀 플레이트측의 위빙단에서의 아크 전압이 용접선 중심 위치의 아크 전압 이상으로 되고, 또한, 스탠딩 플레이트측의 위빙단에서의 아크 전압이 보텀 플레이트측의 위빙단에서의 아크 전압보다 낮아지도록 제어하는 기능을 수평 필렛 용접 시스템으로 실현시키기 위한 프로그램도 제공한다.
본 발명에 따르면, 수평 필렛 용접에 있어, 비드 외관 불량 및 용접 결함의 발생을 억제할 수 있다.
도 1은 본 실시 형태에 따른 용접 시스템의 개략 구성의 일례를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 실시 형태에 따른 수평 필렛 용접에 대해 용접 진행 방향으로부터 본 개략도이다.
도 3은 본 실시 형태에 따른 로봇 콘트롤러의 기능 구성예를 나타내는 블럭도이다.
도 4는 위빙에 있어서의 전극의 진폭의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 5a는 위빙의 궤적에 맞추어 제어되는 아크 전압의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 5b는 위빙의 궤적에 맞추어 제어되는 아크 전압의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 5c는 위빙의 궤적에 맞추어 제어되는 아크 전압의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 위빙의 궤적에 맞추어 아크 전압이 직선이고 계단식으로 변화하도록 제어하는 경우의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 7a는 위빙단 부근의 아크 전압에 따라서 분류되는 파형 패턴의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 7b는 위빙단 부근의 아크 전압에 따라서 분류되는 파형 패턴의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 7c는 위빙단 부근의 아크 전압에 따라서 분류되는 파형 패턴의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 로봇 콘트롤러가 아크 전압을 제어하는 순서의 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 9는 실시예 및 비교예에 있어서의 시험 결과를 나타내는 도면이다.
도 10은 프랭크 각도를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 로봇 콘트롤러의 하드웨어 구성예를 나타내는 도면이다.
도 12는 수평 필렛 용접에 있어서의 종래의 위빙 동작의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부 도면을 참조해서, 본 발명의 실시 형태에 대해 상세하게 설명한다.
<시스템 구성>
우선, 본 실시 형태에 따른 용접 시스템(1)에 대해 설명한다. 도 1은 본 실시 형태에 따른 용접 시스템(1)의 개략 구성의 일례를 나타내는 도면이다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 용접 시스템(1)은 용접 로봇(10)과, 로봇 콘트롤러(20)와, 용접 전원(30)과, 송급 장치(40)를 구비하고 있다. 용접 전원(30)은 플러스의 파워 케이블(1)을 통해서 전극 측에 접속되고, 마이너스의 파워 케이블(2)을 통해서 워크(W)와 접속되어 있다. 또, 도면 내의 파워 케이블(3)은 용접 전원(30)과 용접 와이어의 송급 장치(40)를 접속하고, 용접 와이어의 송급 속도를 제어한다. 그리고, 용접 시스템(1)은 스탠딩 플레이트와 보텀 플레이트를 T자로 맞댄 맞댐부 주변의 임의의 위치를 용접선으로 해서, 용접선을 따라 수평 필렛 용접을 행한다. 또한, 맞댐부 주변이란, 예를 들면, 맞댐부로부터 보텀 플레이트 측으로 30mm, 스탠딩 플레이트측으로 30mm의 범위로 한다. 본 실시 형태에서는, 수평 필렛 용접 장치의 일례로서 용접 로봇(10)이 이용된다. 또, 제어 장치의 일례로서, 로봇 콘트롤러(20)가 이용된다.
용접 로봇(10)은 전극으로부터 아크를 방출하고, 그 열로 용접의 대상인 워크(W)(모재, 즉, 스탠딩 플레이트 및 보텀 플레이트)를 용접한다. 여기서, 용접 로봇(10)은 전극을 보유하는 용접 토치(11)를 가지고 있다. 그리고, 용접 로봇(10)은 용접선을 중심으로 해서 용접 토치(11)의 선단에 마련된 전극을 위빙시켜, 용접선을 따라(용접 진행 방향에 따라) 용접을 행한다.
용접 토치(11)의 선단에서는, 전극인 용접 재료(이후 용접 와이어라 한다)를, 컨택트 팁으로 불리는 원통형의 도체의 선단으로부터 일정한 돌출 길이를 유지한다. 또한, 본 실시 형태에서 적용한 용접 방법은, 컨택트 팁과 용접 와이어가 접촉하고, 아크 전압을 인가해서 통전함으로써, 워크(W)와 용접 와이어 선단 사이에 아크가 발생하고, 용접 와이어를 용융시켜 행하는 소모 전극식으로 된다. 또, 용접시에 있어서의 전극의 돌출 길이는 상한을 40mm, 하한을 15mm로 하는 것이 바람직하다. 돌출 길이가 40mm를 상회하면, 용접선 상의 용융이 충분히 얻어지지 않거나 실드성 열화로 인해 용접 결함이 발생할 가능성이 높아진다. 또, 돌출 길이가 15mm를 하회하면, 용접 전류가 커져, 위빙단에서 용접 결함이 발생하기 쉬워진다.
또한, 용접 토치(11)는 실드 가스 노즐(실드 가스를 분출하는 기구)을 구비한다. 실드 가스로서는, 예를 들면, 100% CO2, 100% Ar, Ar에 CO2를 혼합시킨 것 등을 이용하면 좋다. 특히, 100% CO2를 이용한 경우에는 용융 효과가 크고 바람직하다. 또, 실드 가스 불량을 방지하는 관점에서, 가스 유량의 상한은 40ℓ/min, 하한은 15ℓ/min인 것이 바람직하다.
로봇 콘트롤러(20)는 용접 로봇(10)의 동작을 제어한다. 여기서, 로봇 콘트롤러(20)는 미리 용접 로봇(10)의 동작 패턴, 용접 개시 위치, 용접 종료 위치, 용접 조건 등을 정한 티칭 데이터를 보유하고, 용접 로봇(10)에 대해서 이들을 지시해서 용접 로봇(10)의 동작을 제어한다. 또, 로봇 콘트롤러(20)는 용접 작업중, 티칭 데이터에 따라, 용접 전원(30)에 전원을 제어하는 지령을 행한다.
용접 전원(30)은 로봇 콘트롤러(20)로부터의 지령에 의해, 전극 및 워크(W)에 전력을 공급함으로써, 전극과 워크(W) 사이에 아크를 발생시킨다. 또, 용접 전원(30)은 로봇 콘트롤러(20)로부터의 지령에 의해, 송급 장치(40)에 전력을 공급한다. 또한, 용접 작업시의 전류는 직류 또는 교류이어도 좋고, 그 파형은 특별히 상관없지만, 구형파나 삼각파 등의 펄스이어도 좋다.
송급 장치(40)는 용접 작업의 진행에 맞추어 용접 토치(11)에 용접 와이어를 송급한다. 송급 장치(40)에 의해 송급되는 용접 와이어는 특히 한정되지 않고, 워크(W)의 성질이나 용접 형태 등에 따라 선택되고, 예를 들면, 솔리드 와이어나 용융제 함유 와이어 전극이 사용된다. 또, 용접 와이어의 재질도 상관없고, 예를 들면, 연강이어도 좋고, 스테인리스나 알루미늄, 티탄 등의 재질이어도 좋다. 또한, 용접 와이어의 직경도 특별히 상관없지만, 본 실시 형태에 있어 바람직하게는, 상한은 1.6mm, 하한은 1.0mm이다.
도 2는 본 실시 형태에 따른 수평 필렛 용접에 대해 용접 진행 방향으로부터 본 개략도이다. 도시한 바와 같이, 보텀 플레이트를 수평으로 배치함과 아울러, 그 위 표면에 스탠딩 플레이트의 단면을 맞추어 배치하고, 스탠딩 플레이트와 보텀 플레이트를 맞댄 맞댐부(도 2의 예에서는, 맞댐부의 접합 각도 a=90도)에 대해서 필렛 용접이 행해진다. 여기서, 용접은 지면에 수직인 방향으로 진행하는 것으로 한다. 또, 용접 토치(11)는 예를 들면, 도 12에 나타내는 종래의 위빙과 같이, 화살표로 나타내는 방향, 즉, 보텀 플레이트로 향하는 방향과 스탠딩 플레이트로 향하는 방향으로 교대로 위빙한다. 또한, 보텀 플레이트와 전극이 이루는 각도(이하, 토치 경사 각도 θ라 한다)가 예를 들면 45도로 되도록, 용접 토치(11)를 기울어서 용접이 행해진다. 또, 용접선 중심 위치는 보텀 플레이트측의 위빙단과 스탠딩 플레이트측의 위빙단 사이의 용접선 상의 위치를 나타내고 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 전극이 도 12에 나타내는 종래의 위빙과 같이 동작하는 것으로서 설명하지만, 전극의 위빙 동작으로서는 이러한 구성에 한정되는 것은 아니다. 전극의 동작으로서는, 수평 필렛 용접에서 스탠딩 플레이트측과 보텀 플레이트 측으로 교대로 이동하는 위빙이 행해지면 좋다. 예를 들면, 전극이 용접 진행 방향의 전방을 향해서 보텀 플레이트측의 위빙단까지 이동하고, 보텀 플레이트측의 위빙단에 도착하면, 용접 진행 방향에 대해서 후방을 향해 스탠딩 플레이트측의 위빙단까지 이동하는 위빙 동작이어도 좋다.
<로봇 콘트롤러의 기능 구성>
다음으로, 로봇 콘트롤러(20)의 기능 구성에 대해 설명한다. 도 3은 본 실시 형태에 따른 로봇 콘트롤러(20)의 기능 구성예를 나타내는 블럭도이다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 로봇 콘트롤러(20)는 미리 작성된 티칭 데이터를 저장하는 티칭 데이터 저장부(21)와, 티칭 데이터를 해석하는 티칭 데이터 해석 처리부(22)와, 용접 로봇(10)의 각 축을 제어하는 서보 드라이버에 지령을 행하기 위한 서보 지령 정보를 생성하는 로봇 궤적 계획 처리부(23)와, 전극의 위치에 맞추어 아크 전압을 설정하기 위한 지령 정보를 생성해서 용접 전원(30)에 출력하는 용접 전원 인터페이스 처리부(이하, 용접 전원 I/F 처리부로 표기한다)(24)를 구비한다.
또, 용접 전원 I/F 처리부(24)는 위빙 위치 정보 지연 보정부(24a)와, 전압 지령 생성 처리부(24b)를 갖는다.
티칭 데이터 저장부(21)는 용접 로봇(10)의 동작 패턴 등을 정한 티칭 데이터를 저장한다. 티칭 데이터는 작업자에 의해 미리 작성된다.
티칭 데이터 해석 처리부(22)는 예를 들면 용접 개시의 조작이 행해진 것을 계기로 해서, 티칭 데이터 저장부(21)로부터 티칭 데이터를 호출하여, 티칭 데이터를 해석한다. 이 티칭 데이터의 해석에 의해, 티칭 궤적 정보 및 전압 지령 정보가 생성된다. 티칭 궤적 정보는 용접 작업에 있어서의 용접 로봇(10)의 궤적을 정한 정보이다. 또, 전압 지령 정보는 용접 작업에 있어서의 아크 전압에 관한 지령을 행하기 위한 정보이며, 아크 ON/OFF의 지령이나 아크 전압의 제어 지령 등이 포함된다. 그리고, 티칭 데이터 해석 처리부(22)는 생성한 티칭 궤적 정보를 로봇 궤적 계획 처리부(23)에 출력한다. 또, 티칭 데이터 해석 처리부(22)는 생성한 전압 지령 정보를 용접 전원 I/F 처리부(24)의 전압 지령 생성 처리부(24b)에 출력한다.
로봇 궤적 계획 처리부(23)는 티칭 데이터 해석 처리부(22)로부터 입력된 티칭 궤적 정보를 토대로, 용접 로봇(10)의 목표 위치를 계산하고, 용접 로봇(10)의 각 축을 제어하기 위한 서보 지령 정보를 생성한다. 그리고, 로봇 궤적 계획 처리부(23)는 생성한 서보 지령 정보를 용접 로봇(10)에 출력한다. 서보 지령 정보에 의해, 용접 로봇(10)이 티칭 데이터에 근거하는 동작을 행한다.
또, 서보 지령 정보에는, 전극을 위빙시키는 위치를 지령하기 위한 위빙 위치 지령 정보가 포함되어 있고, 로봇 궤적 계획 처리부(23)는 위빙 위치 지령 정보를 용접 전원 I/F 처리부(24)의 위빙 위치 정보 지연 보정부(24a)에 출력한다. 본 실시 형태에서는, 위빙 위치 지령 수단의 일례로서 로봇 궤적 계획 처리부(23)가 이용된다.
또한, 로봇 궤적 계획 처리부(23)는 서보 지령 정보를 용접 로봇(10)에 출력하고 나서 실제로 용접 로봇(10)이 지령된 위치에 도착할 때까지의 시간(이하, 위빙 지연 시간이라 한다)을 계산한다. 이 위빙 지연 시간의 계산 방법은 상관없지만, 예를 들면, 서보 드라이버의 제어 게인으로부터 계산된다. 그리고, 로봇 궤적 계획 처리부(23)는 계산한 위빙 지연 시간을 용접 전원 I/F 처리부(24)의 위빙 위치 정보 지연 보정부(24a)에 출력한다.
용접 전원 I/F 처리부(24)는 전극의 위치에 맞추어 아크 전압을 설정하기 위한 지령 정보를 생성하고, 생성한 지령 정보를 용접 전원(30)에 출력한다.
여기서, 용접 전원 I/F 처리부(24)의 위빙 위치 정보 지연 보정부(24a)는 로봇 궤적 계획 처리부(23)로부터 위빙 위치 지령 정보 및 위빙 지연 시간의 정보를 취득한다. 그리고, 위빙 위치 정보 지연 보정부(24a)는 위빙 지연 시간을 고려해서 위빙에 의한 전극의 위치를 보정하고, 전극이 실제로 존재하고 있는 위치를 나타내는 정보(이하, 실제 위빙 위치 정보라 한다)를 생성한다. 위빙 위치 정보 지연 보정부(24a)는 생성한 실제 위빙 위치 정보를 전압 지령 생성 처리부(24b)에 출력한다. 본 실시 형태에서는, 위치 정보 생성 수단의 일례로서, 위빙 위치 정보 지연 보정부(24a)가 이용된다.
전압 지령 생성 처리부(24b)는 티칭 데이터 해석 처리부(22)로부터 전압 지령 정보를 취득하고, 또한, 위빙 위치 정보 지연 보정부(24a)로부터 실제 위빙 위치 정보를 취득한다. 그리고, 전압 지령 생성 처리부(24b)는 취득한 전압 지령 정보 및 실제 위빙 위치 정보를 토대로, 전극의 위빙 동작에 동기시켜 아크 전압을 설정하기 위한 지령 정보를 생성하고, 생성한 지령 정보를 용접 전원(30)에 출력한다. 아크 전압의 지령 정보에 의해, 용접 전원(30)은 위빙에서의 전극의 위치에 맞추어 아크 전압을 공급한다. 본 실시 형태에서는, 아크 전압 제어 수단의 일례로서 전압 지령 생성 처리부(24b)가 이용된다.
<아크 전압>
다음으로, 본 실시 형태에 있어서의 아크 전압에 대해 상세하게 설명한다. 상술한 바와 같이, 본 실시 형태에 있어서, 아크 전압은 위빙에서의 전극의 위치에 맞추어 제어되지만, 아크 전압의 증감은 아크력에 영향을 주기 때문에, 용융 깊이나 비드 형상에 영향을 준다. 필렛 용접의 경우, 용접선 상에서는 용융을 확보할 수 있는 아크 전압으로 하고, 위빙의 양단에서는 언더컷이나 오버랩을 방지할 수 있는 아크 전압으로 하는 것이 바람직하다. 스탠딩 플레이트측의 위빙단에서는, 아크력에 의해 용융지가 후방으로 밀려나오고, 또한 용융지가 중력의 영향으로 보텀 플레이트 측으로 늘어지기 때문에, 언더컷이 발생하기 쉽다. 한편, 보텀 플레이트측의 위빙단에서는, 스탠딩 플레이트측의 용융지가 늘어져서 모재에 융합하지 않고 겹침으로써, 오버랩이 발생하기 쉽다.
여기서, 아크 형상은 일반적으로 범종 형상으로 되고, 전극 선단으로부터 모재 측으로 넓어지도록 발생한다. 그 때문에, 아크 전압을 높게 할수록, 즉 아크 길이를 길게 할수록, 모재 측에 있어서의 아크는 더 넓어진다.
따라서, 스탠딩 플레이트측에서는 아크 전압을 높게 하면, 넓어진 아크에 의해 모재를 깎아 버려, 언더컷이 발생하기 쉬워진다. 따라서, 스탠딩 플레이트측의 아크 전압은 낮게 설정할 필요가 있다. 또, 보텀 플레이트측에서는 아크 전압을 높게 설정함으로써, 보텀 플레이트측의 용융 금속을 보다 확대할 수 있어, 오버랩이 억제된다.
그래서, 본 실시 형태에서는, 전극이 스탠딩 플레이트측의 위빙단을 이동할 때의 아크 전압(이하, 스탠딩 플레이트측 전압이라 한다)이, 전극이 용접선 중심 위치를 이동할 때의 아크 전압(이하, 용접선 중심 전압이라 한다) 이하의 값을 나타내고, 전극이 보텀 플레이트측의 위빙단을 이동할 때의 아크 전압(이하, 보텀 플레이트측 전압이라 한다)이 용접선 중심 전압 이상의 값을 나타내도록 제어하고, 또한, 스탠딩 플레이트측 전압이 보텀 플레이트측 전압보다 낮아지도록(즉, 보텀 플레이트측 전압이 스탠딩 플레이트측 전압보다 높아지도록) 제어한다. 부언하면, 스탠딩 플레이트측 전압은 언더컷을 억제하는 전압으로 설정되고, 보텀 플레이트측 전압은 오버랩을 억제하는 전압으로 설정된다.
이와 같이, 본 실시 형태에서는, 스탠딩 플레이트측과 보텀 플레이트측의 아크 전압에 고저차를 마련함으로써, 언더컷이나 오버랩의 용접 결함이 보다 억제되어, 비드 외관이 양호하게 된다.
또, 아크 전압에 대해서는, 전극의 위빙 동작에 동기해서, 직선, 계단식 또는 곡선으로 변화하도록 제어하는 것이 바람직하다. 도 4는 위빙에 있어서의 전극의 진폭의 일례를 설명하기 위한 도면이다. 또, 도 5a~도 5c는 위빙의 궤적에 맞추어 제어되는 아크 전압의 일례를 설명하기 위한 도면이다. 도 4에 나타내는 예에서는, 1주기 분의 위빙 동작에 대해 나타내고 있고, 전극은 스탠딩 플레이트측의 위빙단 및 보텀 플레이트측의 위빙단으로 이동한다.
그리고, 도 5a에 나타내는 예에서는, 도 4에 나타내는 위빙의 궤적에 맞추어, 아크 전압이 직선으로 변화하고 있다. 여기서, VH는 높은 쪽의 전압, VL는 낮은 쪽의 전압이며, VLower는 보텀 플레이트측 전압을 나타내고, VUpper는 스탠딩 플레이트측 전압을 나타낸다. 그리고, 전극이 용접선에 대해서 스탠딩 플레이트측에 있는 경우에는, 아크 전압은 용접선 중심 전압(VO)보다 낮게 설정되어 있다. 한편, 전극이 용접선에 대해서 보텀 플레이트 측에 있는 경우에는, 아크 전압은 용접선 중심 전압(VO)보다 높게 설정되어 있다.
또, 도 5b에 나타내는 예에서는, 도 4에 나타내는 위빙의 궤적에 맞추어, 아크 전압이 계단식으로 변화하고 있다. 그리고, 전극이 용접선에 대해서 스탠딩 플레이트측에 있는 경우에는, 아크 전압은 VO보다 낮게 설정되고, 전극이 용접선에 대해서 보텀 플레이트 측에 있는 경우에는, 아크 전압은 VO보다 높게 설정되어 있다. 또한, 도 5c에 나타내는 예에서는, 도 4에 나타내는 위빙의 궤적에 맞추어, 아크 전압이 곡선으로 변화하고 있다. 그리고, 전극이 용접선에 대해서 스탠딩 플레이트측에 있는 경우에는, 아크 전압은 VO보다 낮게 설정되고, 전극이 용접선에 대해서 보텀 플레이트 측에 있는 경우에는, 아크 전압은 VO보다 높게 설정되어 있다.
이와 같이, 위빙의 궤적에 맞추어, 직선, 계단식 또는 곡선으로 아크 전압을 제어함으로써, 용접선 상의 용융을 확보하면서, 양호한 비드 외관이 확보된다.
또한, 아크 전압에 대해, 직선, 계단식 및 곡선의 3개 중 2 이상(예를 들면, 직선 및 계단식, 직선 및 곡선)을 조합해서 변화하도록 제어해도 좋다. 도 6은 위빙의 궤적에 맞추어 아크 전압이 직선 및 계단식으로 변화하도록 제어하는 경우의 일례를 설명하기 위한 도면이다. 도 6에 나타내는 예에서는, 우선, 전극이 용접선 중심 위치로부터 스탠딩 플레이트측의 위빙단으로 이동할 때, 아크 전압은 직선으로 변화하지만, 도중에 계단식으로 변화한다. 또, 전극이 스탠딩 플레이트측의 위빙단에 도착한 후, 용접선 중심 위치로부터 보텀 플레이트측의 위빙단으로 이동할 때, 아크 전압은 직선으로 변화하지만, 도중에 계단식으로 변화한다.
또, 상술한 바와 같이, 스탠딩 플레이트측 전압이 보텀 플레이트측 전압보다 낮아지는 것이 바람직하지만, 스탠딩 플레이트측 전압은 용접선 중심 위치의 아크 전압값(용접선 상의 아크 전압값)에 대해서, 85% 이상 100% 이하의 범위로 하고, 보텀 플레이트측 전압은 용접선 중심 위치의 아크 전압값에 대해서, 100% 이상 125% 이하의 범위로 설정하는 것이 보다 바람직하다.
스탠딩 플레이트측 전압이 용접선 중심 전압의 값에 대해서 85%를 하회하면, 스탠딩 플레이트측의 위빙단에서 스패터(spatter)가 발생할 우려가 있다. 또, 스탠딩 플레이트측 전압이 용접선 중심 전압의 값에 대해서 100%를 상회하면, 언더컷의 방지 효과가 나타나기 어렵다.
한편, 보텀 플레이트측 전압이 용접선 중심 전압의 값에 대해서 100%를 하회하면, 오버랩의 방지 효과가 나타나기 어렵다. 또, 보텀 플레이트측 전압이 용접선 중심 전압의 값에 대해서 125%를 상회하면, 아크 길이가 과대하게 되어, 용융 부족이나 아크 끊김이 발생할 가능성이 있다.
또한, 로봇 콘트롤러(20)가 위빙단 위치 및 위빙단의 근방에서 아크 전압의 증감 제어를 행하면, 아크 전압의 증감 변화에 기인하는 아크 길이 변동이 발생하고, 위빙단 위치에 있어 아크 불안정에 의한 스패터 발생이나 용접 결함의 발생, 또는 용융 금속의 결합이 나빠질(예를 들면, 후술하는 프랭크 각도가 나빠질) 가능성이 있다.
그 때문에, 위빙단 위치 및 위빙단의 근방에서의 아크 전압의 증감이 커지지 않게 제어하는 것이 보다 바람직하다. 부언하면, 위빙 중의 전극의 위치와 스탠딩 플레이트측의 위빙단의 거리가 스탠딩 플레이트측의 위빙단과 용접선 중심 위치의 거리의 1/4의 범위 내인 경우에는, 스탠딩 플레이트측의 위빙단에서의 전압으로서 미리 정해진 범위 내의 값이 되도록, 아크 전압을 제어하는 것이 보다 바람직하다. 또, 위빙 중의 전극의 위치와 보텀 플레이트측의 위빙단의 거리가 보텀 플레이트측의 위빙단과 용접선 중심 위치의 거리의 1/4의 범위 내인 경우에는, 보텀 플레이트측의 위빙단에서의 전압으로서 미리 정해진 범위 내의 값이 되도록, 아크 전압을 제어하는 것이 보다 바람직하다.
구체적으로는, 스탠딩 플레이트측의 위빙단에서의 전압으로서 미리 정해진 범위 내의 값이란, 용접선 중심 전압의 값에 대해서 85% 이상 100% 이하의 범위 내이며, 예를 들면, 용접선 중심 전압의 값에 대해서 90% 이상 95% 이하의 범위 내의 값 등으로 정해진다. 또, 예를 들면, 용접선 중심 전압의 값에 대해서 92%의 값 등의 고정값으로서 정해도 좋다.
마찬가지로, 보텀 플레이트측의 위빙단에서의 전압으로서 미리 정해진 범위 내의 값이란, 용접선 중심 전압의 값에 대해서 100% 이상 125% 이하의 범위 내이며, 예를 들면, 용접선 중심 전압의 값에 대해서 115% 이상 120% 이하의 범위 내의 값 등으로 정해진다. 또, 예를 들면, 용접선 중심 전압의 값에 대해서 118%의 값 등의 고정값으로서 정해도 좋다.
도 7a~도 7c는 위빙단 부근의 아크 전압에 따라서 분류되는 파형 패턴의 일례를 설명하기 위한 도면이다. 도 7a~도 7c에 나타내는 예에서는, 아크 전압이 계단식으로 변화하는 경우에 대해 설명하지만, 아크 전압이 예를 들면, 직선, 곡선으로 변화하는 경우도 이와 같이 분류되는 것으로 한다.
도 7a~도 7c에 나타내는 예에서는, 아크 전압은 위빙의 궤적에 맞추어 계단식으로 변화하지만, 위빙단 부근에서는 미리 정해진 범위 내의 값으로 되도록 제어되고 있다. 스탠딩 플레이트측의 위빙단 부근에서는, 아크 전압이 고정의 VUpper가 되도록 제어되고(즉, 스탠딩 플레이트측의 위빙단에서의 전압으로서 미리 정해진 범위 내의 값을 VUpper로서 제어한다), 보텀 플레이트측의 위빙단 부근에서는, 아크 전압이 고정의 VLower로 되도록 제어되는(즉, 보텀 플레이트측의 위빙단에서의 전압으로서 미리 정해진 범위 내의 값을 VLower로서 제어한다) 것으로 한다.
여기서, 스탠딩 플레이트측의 위빙단과 용접선 중심 위치의 거리를 d(보텀 플레이트측의 위빙단과 용접선 중심 위치의 거리도 d)로 하면, 도 7a에 나타내는 예에서는, 전극의 위치와 보텀 플레이트측의 위빙단의 거리가 d/2의 범위 내인 경우에, 아크 전압이 VLower로 되도록 제어된다. 또, 전극의 위치와 스탠딩 플레이트측의 위빙단의 거리가 d/2의 범위 내인 경우에, 아크 전압이 VUpper로 되도록 제어된다. 또, 도 7b에 나타내는 예에서는, 전극의 위치와 보텀 플레이트측의 위빙단의 거리가 d/4의 범위 내인 경우에, 아크 전압이 VLower로 되도록 제어된다. 또, 전극의 위치와 스탠딩 플레이트측의 위빙단의 거리가 d/4의 범위 내인 경우에, 아크 전압이 VUpper로 되도록 제어된다.
즉, 전극의 위치가 각 위빙단으로부터 d/4의 범위에 있는 경우에, 아크 전압이 미리 정해진 범위 내의 값으로 제어되고, 위빙단 위치 및 위빙단의 근방에서의 아크 전압의 제어로서, 스패터 발생이나 용접 결함의 발생, 용융 금속의 결합의 악화 등을 억제하기 위한 보다 바람직한 제어가 행해지고 있다고 말할 수 있다.
한편, 도 7c에 나타내는 예에서는, 전극의 위치와 보텀 플레이트측의 위빙단의 거리가 d/8의 범위 내인 경우에는, 아크 전압이 VLower로 되도록 제어되지만, 전극의 위치와 보텀 플레이트측의 위빙단의 거리가 d/8을 초과하면, 아크 전압이 VLower보다 작아지도록 제어된다. 또, 전극의 위치와 스탠딩 플레이트측의 위빙단의 거리가 d/8의 범위 내인 경우에는, 아크 전압이 VUpper로 되도록 제어되지만, 전극의 위치와 보텀 플레이트측의 위빙단의 거리가 d/8을 초과하면, 아크 전압이 VUpper보다 커지도록 제어된다.
그 때문에, 도 7c에 나타내는 경우는, 도 7a 및 도 7b에 나타내는 경우와는 다르게, 위빙단 위치 및 위빙단의 근방에서의 아크 전압의 제어로서 보다 바람직한 제어가 행해지고 있다고는 말할 수 없다.
<아크 전압의 제어 순서>
다음으로, 로봇 콘트롤러(20)가 아크 전압을 제어하는 순서에 대해 설명한다. 도 8은 로봇 콘트롤러(20)가 아크 전압을 제어하는 순서의 일례를 나타내는 흐름도이다.
우선, 작업자에 의해 용접 개시의 조작이 행해지면, 티칭 데이터 해석 처리부(22)는 티칭 데이터 저장부(21)로부터 티칭 데이터를 호출하여, 티칭 데이터를 해석해서 티칭 궤적 정보 및 전압 지령 정보를 생성한다(스텝 101). 생성된 티칭 궤적 정보는 로봇 궤적 계획 처리부(23)에 출력되고, 전압 지령 정보는 전압 전원 I/F 처리부(24)의 전압 지령 생성 처리부(24b)에 출력된다.
다음으로, 로봇 궤적 계획 처리부(23)는 티칭 데이터 해석 처리부(22)로부터 입력된 티칭 궤적 정보를 토대로, 용접 로봇(10)의 목표 위치를 계산하고, 서보 지령 정보를 생성한다(스텝 102). 그리고, 로봇 궤적 계획 처리부(23)는 생성한 서보 지령 정보를 용접 로봇(10)에 출력하고, 또한, 위빙 위치 지령 정보를 전압 전원 I/F 처리부(24)의 위빙 위치 정보 지연 보정부(24a)에 출력한다.
또한, 로봇 궤적 계획 처리부(23)는 위빙 지연 시간을 계산하고(스텝 103), 계산한 위빙 지연 시간의 정보를 전압 전원 I/F 처리부(24)의 위빙 위치 정보 지연 보정부(24a)에 출력한다.
다음으로, 위빙 위치 정보 지연 보정부(24a)는 로봇 궤적 계획 처리부(23)로부터 위빙 위치 지령 정보 및 위빙 지연 시간의 정보를 취득하고, 위빙 지연 시간을 고려해서 위빙에 의한 전극의 위치를 보정하고, 실제 위빙 위치 정보를 생성한다(스텝 104). 생성된 실제 위빙 위치 정보는 전압 전원 I/F 처리부(24)의 전압 지령 생성 처리부(24b)에 출력된다.
다음으로, 전압 지령 생성 처리부(24b)는 티칭 데이터 해석 처리부(22)로부터 전압 지령 정보를 취득하고, 또한, 위빙 위치 정보 지연 보정부(24a)로부터 실제 위빙 위치 정보를 취득하고, 전극의 위빙 동작에 동기시켜 아크 전압을 설정하기 위한 지령 정보를 생성한다(스텝 105). 생성된 지령 정보는 용접 전원(30)에 출력된다. 이 지령 정보를 토대로, 용접 전원(30)은 위빙에서의 전극의 위치에 맞추어 아크 전압을 공급한다. 그리고, 본 처리 플로우는 종료한다.
<실시예>
다음으로, 본 발명의 실시예에 대해, 본 발명의 범위로부터 벗어나는 비교예와 대비해서 설명한다. 또한, 이 실시예 및 비교예는 상술한 수치 한정 등의 근거를 주는 것이기도 하다.
우선, 실시예 및 비교예에 있어서 용접을 행할 때의 용접 조건에 대해 설명한다. 다만, 여기서 설명하는 용접 조건은 일례이며, 본 실시 형태에서는, 이하의 용접 조건으로 한정되는 것은 아니다.
목표의 다리 길이는 6mm로 하고, 용접 전류는 400암페어(전류의 단위：A), 전극의 용접 전류에 대응하는 평균의 아크 전압은 약 30볼트(전압의 단위：V) 이상 35V 이하의 범위에서 설정되었다. 여기서, 아크 전압은 전극의 위빙의 궤적에 맞추어 계단식으로 변화시켰다. 또, 용접 토치(11)가 동작할 때의 속도인 용접 속도는 50cm/min, 위빙의 주파수는 2.5Hz로 설정되었다. 또한, 위빙폭(보텀 플레이트측의 위빙단으로부터 스탠딩 플레이트측의 위빙단까지의 거리)은 3mm로 설정되었다.
또, 용접 와이어로서는 연강의 솔리드 와이어이고, 직경이 1.2mm인 것이 이용되었다. 스탠딩 플레이트 및 보텀 플레이트로서는, 플레이트 두께가 12mm인 일반 구조용 압연 강재(SS400)가 이용되었다. 실드 가스로서는 Ar-20%CO2가 이용되었다.
다음으로, 실시예 및 비교예에 있어서의 시험 결과에 대해 설명한다. 도 9는 실시예 및 비교예에 있어서의 시험 결과를 나타내는 도면이다. 도 9에 나타내는 예에서는, 실시예로서 No.1~12가 나타나 있고, 비교예로서 No.13~15가 나타나 있다.
또, 도 9에서는, 용접 조건 중 위빙 동작시의 아크 전압에 대해 나타내고 있고, 아크 전압으로서 「아크 전압의 파형 패턴」, 「평균 전압」, 「아크 전압 VO」, 「아크 전압 VLower」, 「아크 전압 VUpper」의 각각의 항목에 대해 설정된 것을 나타내고 있다.
「아크 전압의 파형 패턴」은 위빙 동작시의 아크 전압의 파형 패턴을 나타낸다. 여기서, 도 7a에 나타내는 파형을 패턴 A, 도 7b에 나타내는 파형을 패턴 B, 도 7c에 나타내는 파형을 패턴 C로 한다. 「평균 전압」은 용접중의 아크 전압의 평균치를 나타낸다.
「아크 전압 VO」는 용접선 중심 위치에 있어서의 아크 전압값(즉, 용접선 중심 전압의 값)을 나타낸다. 「아크 전압 VLower」는 보텀 플레이트측의 위빙단에 있어서의 아크 전압값(즉, 보텀 플레이트측 전압의 값)을 나타낸다. 또, 아크 전압 VO에 대한 비율(아크 전압 VLower/아크 전압 VO)을 %로 나타내고 있다. 「아크 전압 VUpper」는 스탠딩 플레이트측의 위빙단에 있어서의 아크 전압값(즉, 스탠딩 플레이트측 전압의 값)을 나타낸다. 또, 아크 전압 VO에 대한 비율(아크 전압 VUpper/아크 전압 VO)을 %로 나타내고 있다. 그리고, 실시예 및 비교예에서는, 이러한 아크 전압에 대해, 상술한 바와 같이 약 30V 이상 35V 이하의 범위에서 변화시켜 시험을 실시했다.
또, 평가 결과로서는, 용접 후의 상태에 대해, 「프랭크 각도」, 「스패터 부착에 의한 외관 불량」, 「용접 결함」의 3항목으로 평가된 결과에 대해 나타내고 있다.
「프랭크 각도」는 용접지 단부(모재의 면과 용접 비드의 표면이 만나는 부분)의 형상을 평가하는 지표의 하나인 프랭크 각도를 기초로 평가한 결과를 나타낸다. 도 10은 프랭크 각도를 설명하기 위한 도면이다. 도시한 바와 같이, 프랭크 각도는 용접지 단부로부터의 비드가 상승하는 각도를 말한다. 본 실시예에서는 보텀 플레이트측의 프랭크 각도를 측정해서 평가했다. 일반적으로 프랭크 각도가 클수록 매끄롭고 양호한 비드 형상으로 된다. 그 때문에, 프랭크 각도가 90도를 하회하는 경우는 오버랩, 프랭크 각도가 150도를 넘는 경우에는 목 두께(용융 금속의 단면의 두께)의 부족으로 되기 때문에, 「×」로 평가하고, 프랭크 각도가 90도 이상 150도 이하인 경우는 「○」로 평가했다. 또한, 프랭크 각도가 110도 이상 135도 이하의 경우는, 보다 양호한 고정단 형상인 것으로서 「◎」으로 평가했다.
「스패터 부착에 의한 외관 불량」은 용접 길이 50mm, 용접선으로부터 보텀 플레이트측 25mm, 스탠딩 플레이트측 25mm의 범위에 대해, 부착하고 있는 스패터가 1.0mm 이하인 경우는 「◎」, 1.0mm를 상회하는 스패터가 1개 이상 5개 이하의 부착인 경우는 「○」, 또한, 1.0mm를 상회하는 스패터가 5개를 넘는 경우는 스패터 부착에 의한 외관 불량이 현저한 것으로서 「×」로 했다.
「용접 결함」은 시험 실시자가 용접 종료후의 비드를 눈으로 확인함과 아울러, 매크로 단면을 관찰한 결과를 나타낸다. 비드 외관의 확인이나 매크로 단면 관찰에 의해, 언더컷, 오버랩 등의 용접 결함이 발생하고 있는 경우는 「×」로 평가하고, 용접 결함이 발생하고 있지 않고 정상적인 경우는 「○」로 평가했다.
그리고, 실시예인 No.1~12에서는, 아크 전압의 용접 조건으로서, 파형은 패턴 A~C 중 어느 하나이고, 아크 전압 VUpper는 아크 전압 VO 이하, 아크 전압 VLower는 아크 전압 VO 이상, 아크 전압 VUpper<아크 전압 VLower이다. 그 결과, 양호한 프랭크 각도이며, 스패터의 부착도 소량으로 외관이 좋고, 또한 용접 결함이 없는 양호한 비드 형상으로 되었다. 즉, No.1~12의 평가 결과에서는, 「프랭크 각도」, 「스패터 부착에 의한 외관 불량」, 「용접 결함」의 항목에 대해, 모두 「○」 또는 「◎」로 되어, 양호한 결과를 나타내고 있다.
특히, No.1~4에서는, 아크 전압 VLower/아크 전압 VO가 100% 이상 125% 이하의 범위에 있고, 아크 전압 VUpper/아크 전압 VO가 85% 이상 100% 이하의 범위에 있다. 또한, 아크 전압의 파형이 패턴 A이다. 그 결과, 프랭크 각도가 보다 적정한 범위로 되어 「◎」로 평가되고, 스패터의 부착량도 적어 「◎」로 평가되어 있어, 보다 양호한 결과를 나타냈다.
또, No.5에서도, 아크 전압 VLower/아크 전압 VO가 100% 이상 125% 이하의 범위에 있고, 아크 전압 VUpper/아크 전압 VO가 85% 이상 100% 이하의 범위에 있다. 또, 아크 전압의 파형은 패턴 B이다. 이 경우도, 프랭크 각도가 보다 적정한 범위로 되어 「◎」로 평가되고, 스패터의 부착량도 적어 「◎」로 평가되어 있어, 보다 양호한 결과를 나타냈다.
No.6~9에서는, 아크 전압 VLower/아크 전압 VO가 100% 이상 125% 이하의 범위에 있고, 아크 전압 VUpper/아크 전압 VO가 85% 이상 100% 이하의 범위에 있다. 부언하면, No.6에서는, 아크 전압 VLower/아크 전압 VO의 값이 보다 바람직한 범위의 상한치(125%)이며, No.7에서는, 아크 전압 VLower/아크 전압 VO의 값이 보다 바람직한 범위의 하한치(100%)이다. 또, No.8에서는, 아크 전압 VUpper/아크 전압 VO의 값이 보다 바람직한 범위의 하한치(85%)이며, No.9에서는, 아크 전압 VUpper/아크 전압 VO의 값이 보다 바람직한 범위의 상한치(100%)이다. 한편, No.6~9에 있어서의 아크 전압의 파형은 패턴 A 및 패턴 B의 어느 쪽도 아니고, 패턴 C이다. 그 결과, 프랭크 각도는 보다 적정한 범위로 되어 「◎」로 평가되었지만, 외관 불량의 평가 결과는 「○」로 되었다.
No.10에서는, 아크 전압 VLower/아크 전압 VO의 값은 128%이며, 100% 이상 125% 이하의 보다 바람직한 범위로부터 벗어나 있다. 또, No.11에서는, 아크 전압 VUpper/아크 전압 VO의 값은 80%이며, 85% 이상 100% 이하의 보다 바람직한 범위로부터 벗어나 있다. 또한, No.12에서는, 아크 전압 VLower/아크 전압 VO의 값은 127%이며, 100% 이상 125% 이하의 보다 바람직한 범위로부터 벗어나 있고, 또 아크 전압 VUpper/아크 전압 VO의 값은 82%이며, 85% 이상 100% 이하의 보다 바람직한 범위로부터 벗어나 있다. 또한, No.10~12에 있어서의 아크 전압의 파형은 패턴 A 및 패턴 B의 어느 쪽도 아니고, 패턴 C이다. 그 결과, 프랭크 각도의 평가 결과가 「○」로 되고, 외관 불량의 평가 결과도 「○」로 되었다.
또, 비교예에 대해, No.13에서는, 아크 전압을 변화시키는 제어가 행해지지 않고 거의 일정한 값을 나타내고, 아크 전압 VLower, 아크 전압 VUpper, 아크 전압 VO가 동일 값이다. 즉, 아크 전압 VUpper는 아크 전압 VO 이하, 아크 전압 VLower는 아크 전압 VO 이상으로 할 수 있지만, 아크 전압 VUpper<아크 전압 VLower의 조건을 충족하지 않았다. 그 결과, 「프랭크 각도」, 「스패터 부착에 의한 외관 불량」이 「×」로 되고, 추가로 보텀 플레이트측에서 오버랩이 발생했다.
No.14에서는, 아크 전압 VUpper/아크 전압 VO의 값은 100%이며, 아크 전압 VUpper는 아크 전압 VO 이하이다. 한편, 아크 전압 VLower/아크 전압 VO의 값은 88%이며, 아크 전압 VLower가 아크 전압 VO 이상 및 아크 전압 VUpper<아크 전압 VLower의 조건을 충족하지 않았다. 그 결과, 「프랭크 각도」, 「스패터 부착에 의한 외관 불량」이 「×」로 되고, 추가로 보텀 플레이트측에서 오버랩이 발생했다.
No.15에서는, 아크 전압 VLower/아크 전압 VO의 값은 94%, 아크 전압 VUpper/아크 전압 VO의 값은 112%이다. 즉, 아크 전압 VLower가 아크 전압 VO 이상, 아크 전압 VUpper가 아크 전압 VO 이하 및 아크 전압 VUpper<아크 전압 VLower의 조건을 충족하지 않았다. 그 결과, 「스패터 부착에 의한 외관 불량」이 「×」로 되고, 추가로 상부 플레이트측에서 언더컷이 발생했다.
이와 같이, 용접 조건으로서 아크 전압 VLower를 아크 전압 VO 이상, 아크 전압 VUpper를 아크 전압 VO 이하 및 아크 전압 VUpper<아크 전압 VLower로 함으로써, 프랭크 각도가 양호하게 되고, 또한 스패터 부착에 의한 외관 불량이 억제되고, 추가로 오버랩이나 언더컷의 용접 결함이 억제되는 것이 확인되었다. 또한, 아크 전압 VLower 및 아크 전압 VUpper의 값을 조정하거나 파형 패턴을 패턴 A 또는 패턴 B로 설정함으로써, 프랭크 각도가 보다 양호한 결과로 되는 것, 스패터 부착이 억제되어 비드 외관이 보다 양호한 결과로 되는 것이 확인되었다.
<로봇 콘트롤러의 하드웨어 구성>
마지막으로, 로봇 콘트롤러(20)의 하드웨어 구성에 대해 설명한다. 도 11은 로봇 콘트롤러(20)의 하드웨어 구성예를 나타내는 도면이다.
도 11에 나타내는 바와 같이, 로봇 콘트롤러(20)는 연산 수단인 CPU(201)와, 기억 영역인 휘발성 메모리(202), 비휘발성 메모리(203)를 구비한다. 여기서, CPU(201)는 OS(Operating System)나 어플리케이션 소프트웨어 등의 각종 프로그램을 실행하고, 로봇 콘트롤러(20)의 각 기능을 실현한다. 또, 휘발성 메모리(202)는 각종 프로그램이나 그 실행에 이용하는 데이터 등을 기억하는 기억 영역이며, 비휘발성 메모리(203)는 각종 프로그램에 대한 입력 데이터나 각종 프로그램으로부터의 출력 데이터 등을 기억하는 기억 영역이다.
또, 로봇 콘트롤러(20)는 외부와의 통신을 행하기 위한 통신 인터페이스(이하, 통신 I/F로 표기)(204)와, 기억 매체에 대해서 데이터의 읽고 쓰기를 행하기 위한 드라이버(205)를 구비한다.
그리고, 예를 들면, CPU(201)가 OS나 어플리케이션 소프트웨어 등의 각종 프로그램을 실행함으로써, 로봇 콘트롤러(20)의 기능이 실현되고, 상술한 아크 전압의 제어 등이 행해진다.
다만, 도 11은 하드웨어의 구성예에 지나지 않고, 로봇 콘트롤러(20)는 도시의 구성으로 한정되지 않는다. 또한, 본 발명의 실시 형태를 실현하는 프로그램은 자기 디스크나 광디스크, 반도체 메모리, 그 외의 기록 매체에 저장해서 배포하거나, 네트워크를 통해서 전달됨으로써, 제공할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 용접 시스템(1)은 스탠딩 플레이트측의 위빙단에서의 아크 전압 VUpper가 용접선 중심 위치의 아크 전압 VO 이하이고, 보텀 플레이트측의 위빙단에서의 아크 전압 VLower가 용접선 중심 위치의 아크 전압 VO 이상으로 되고, 또한, 아크 전압 VUpper가 아크 전압 VLower보다 낮아지도록 아크 전압을 제어한다. 이러한 구성에 의해, 예를 들면, 스탠딩 플레이트측과 보텀 플레이트측의 아크 전압에 고저차를 마련하지 않는 구성과 비교해서, 비드 외관 불량이 억제됨과 아울러, 스탠딩 플레이트측에서의 언더컷이나 보텀 플레이트측에서의 오버랩의 용접 결함의 발생이 억제된다.
또한, 본 발명을 실시 형태를 이용해서 설명했지만, 본 발명의 기술적 범위는 상기 실시 형태에는 한정되지 않는다. 본 발명의 정신 및 범위로부터 일탈하지 않고 여러 변경 또는 대체의 형태를 채용하는 것이 가능한 것은 당업자에게 자명하다.
본 출원은 2015년 4월 30일 출원의 일본 특허 출원 제2015-093672호에 근거하는 것이고, 그 내용은 여기에 참조로서 포함된다.
1 : 용접 시스템 10 : 용접 로봇
11 : 용접 토치 20 : 로봇 콘트롤러
21 : 티칭 데이터 저장부 22 : 티칭 데이터 해석 처리부
23 : 로봇 궤적 계획 처리부 24 : 용접 전원 I/F 처리부
24a : 위빙 위치 정보 지연 보정부 24b : 전압 지령 생성 처리부
30 : 용접 전원 40 : 송급 장치
VLower : 보텀 플레이트측 전압 VUpper : 스탠딩 플레이트측 전압
VO : 용접선 중심 전압

Claims (10)

  1. 스탠딩 플레이트(standing plate)와 보텀 플레이트(bottom plate)를 맞댄 맞댐부를 용접선으로 해서, 전극을, 상기 용접선을 중심으로 위빙시켜, 상기 용접선을 따라 용접을 행하는 수평 필렛(fillet) 용접 방법으로서,
    상기 스탠딩 플레이트측의 위빙(weaving)단에서의 아크 전압이 용접선 중심 위치의 아크 전압 이하이고, 상기 보텀 플레이트측의 위빙단에서의 아크 전압이 상기 용접선 중심 위치의 아크 전압 이상으로 되고, 또한, 상기 스탠딩 플레이트측의 위빙단에서의 아크 전압이 상기 보텀 플레이트측의 위빙단에서의 아크 전압보다 낮아지도록 제어하고,
    상기 위빙에 있어서, 상기 전극의 위치와 상기 스탠딩 플레이트측의 위빙단의 거리가 상기 스탠딩 플레이트측의 위빙단과 상기 용접선 중심 위치의 거리의 1/4의 범위 내인 경우에, 스탠딩 플레이트측의 위빙단에서의 전압으로서 미리 정해진 범위 내의 값으로 되도록 아크 전압을 제어하고, 상기 전극의 위치와 상기 보텀 플레이트측의 위빙단의 거리가 상기 보텀 플레이트측의 위빙단과 상기 용접선 중심 위치의 거리의 1/4의 범위 내인 경우에, 보텀 플레이트측의 위빙단에서의 전압으로서 미리 정해진 범위 내의 값으로 되도록 아크 전압을 제어하는
    것을 특징으로 하는 수평 필렛 용접 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 스탠딩 플레이트측의 위빙단에서의 아크 전압은 상기 용접선 중심 위치의 아크 전압에 대해서 85% 이상 100% 이하의 범위 내의 값으로 하고,
    상기 보텀 플레이트측의 위빙단에서의 아크 전압은 상기 용접선 중심 위치의 아크 전압에 대해서 100% 이상 125% 이하의 범위 내의 값으로 하는
    것을 특징으로 하는 수평 필렛 용접 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극이 상기 스탠딩 플레이트측 및 상기 보텀 플레이트측을 이동할 때의 아크 전압은 상기 위빙의 동작에 동기해서, 직선, 계단식 및 곡선의 3개 중 어느 하나로 변화하거나, 또는 3개 중 2 이상을 조합해서 변화하는 것을 특징으로 하는 수평 필렛 용접 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 전극이 상기 스탠딩 플레이트측 및 상기 보텀 플레이트측을 이동할 때의 아크 전압은 상기 위빙의 동작에 동기해서, 직선, 계단식 및 곡선의 3개 중 어느 하나로 변화하거나, 또는 3개 중 2 이상을 조합해서 변화하는 것을 특징으로 하는 수평 필렛 용접 방법.
  5. 삭제
  6. 스탠딩 플레이트와 보텀 플레이트를 맞댄 맞댐부를 용접선으로 해서, 전극을, 상기 용접선을 중심으로 위빙시켜, 상기 용접선을 따라 용접을 행하는 수평 필렛 용접 방법으로서,
    상기 스탠딩 플레이트측의 위빙단에서의 아크 전압을, 언더컷을 억제하는 전압으로 제어하고,
    상기 보텀 플레이트측의 위빙단에서의 아크 전압을, 오버랩을 억제하는 전압으로 제어하며,
    상기 위빙에 있어서, 상기 전극의 위치와 상기 스탠딩 플레이트측의 위빙단의 거리가 상기 스탠딩 플레이트측의 위빙단과 용접선 중심 위치의 거리의 1/4의 범위 내인 경우에, 스탠딩 플레이트측의 위빙단에서의 전압으로서 미리 정해진 범위 내의 값으로 되도록 아크 전압을 제어하고, 상기 전극의 위치와 상기 보텀 플레이트측의 위빙단의 거리가 상기 보텀 플레이트측의 위빙단과 상기 용접선 중심 위치의 거리의 1/4의 범위 내인 경우에, 보텀 플레이트측의 위빙단에서의 전압으로서 미리 정해진 범위 내의 값으로 되도록 아크 전압을 제어하는
    것을 특징으로 하는 수평 필렛 용접 방법.
  7. 스탠딩 플레이트와 보텀 플레이트를 맞댄 맞댐부를 용접선으로 해서, 전극을, 상기 용접선을 중심으로 위빙시켜, 상기 용접선을 따라 용접을 행하는 수평 필렛 용접 장치와,
    상기 스탠딩 플레이트측의 위빙단에서의 아크 전압이 용접선 중심 위치의 아크 전압 이하이고, 상기 보텀 플레이트측의 위빙단에서의 아크 전압이 상기 용접선 중심 위치의 아크 전압 이상으로 되고, 또한, 상기 스탠딩 플레이트측의 위빙단에서의 아크 전압이 상기 보텀 플레이트측의 위빙단에서의 아크 전압보다 낮아지도록, 상기 수평 필렛 용접 장치를 제어하는 제어 장치를 구비하되,
    상기 제어 장치는, 상기 위빙에 있어서, 상기 전극의 위치와 상기 스탠딩 플레이트측의 위빙단의 거리가 상기 스탠딩 플레이트측의 위빙단과 상기 용접선 중심 위치의 거리의 1/4의 범위 내인 경우에, 스탠딩 플레이트측의 위빙단에서의 전압으로서 미리 정해진 범위 내의 값으로 되도록 아크 전압을 제어하고, 상기 전극의 위치와 상기 보텀 플레이트측의 위빙단의 거리가 상기 보텀 플레이트측의 위빙단과 상기 용접선 중심 위치의 거리의 1/4의 범위 내인 경우에, 보텀 플레이트측의 위빙단에서의 전압으로서 미리 정해진 범위 내의 값으로 되도록 아크 전압을 제어하는
    것을 특징으로 하는 수평 필렛 용접 시스템.
  8. 스탠딩 플레이트와 보텀 플레이트를 맞댄 맞댐부를 용접선으로 해서, 전극을, 상기 용접선을 중심으로 위빙시켜, 상기 용접선을 따라 용접을 행하는 수평 필렛 용접 시스템으로서,
    용접 조건을 정한 티칭 데이터에 근거해서, 상기 전극을 위빙시키는 위치를 지령하는 위빙 위치 지령 수단과,
    상기 위빙 위치 지령 수단의 지령에 의해 이동한 전극의 위치 정보를 생성하는 위치 정보 생성 수단과,
    상기 위치 정보 생성 수단에 의해 생성된 상기 위치 정보를 토대로 상기 전극의 위빙 동작에 동기한 전압 제어를 행하고, 상기 스탠딩 플레이트측의 위빙단에서의 아크 전압이 용접선 중심 위치의 아크 전압 이하이고, 상기 보텀 플레이트측의 위빙단에서의 아크 전압이 상기 용접선 중심 위치의 아크 전압 이상으로 되고, 또한, 상기 스탠딩 플레이트측의 위빙단에서의 아크 전압이 상기 보텀 플레이트측의 위빙단에서의 아크 전압보다 낮아지도록 제어하는 아크 전압 제어 수단을 구비하되,
    상기 아크 전압 제어 수단은, 상기 위빙에 있어서, 상기 전극의 위치와 상기 스탠딩 플레이트측의 위빙단의 거리가 상기 스탠딩 플레이트측의 위빙단과 상기 용접선 중심 위치의 거리의 1/4의 범위 내인 경우에, 스탠딩 플레이트측의 위빙단에서의 전압으로서 미리 정해진 범위 내의 값으로 되도록 아크 전압을 제어하고, 상기 전극의 위치와 상기 보텀 플레이트측의 위빙단의 거리가 상기 보텀 플레이트측의 위빙단과 상기 용접선 중심 위치의 거리의 1/4의 범위 내인 경우에, 보텀 플레이트측의 위빙단에서의 전압으로서 미리 정해진 범위 내의 값으로 되도록 아크 전압을 제어하는
    것을 특징으로 하는 수평 필렛 용접 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 위치 정보 생성 수단은, 상기 전극의 위치 정보로서, 상기 위빙 위치 지령 수단의 지령과, 상기 지령을 행하고 나서 실제로 상기 전극이 지령 위치에 도착할 때까지의 시간을 토대로, 상기 전극이 실제로 존재하는 위치를 나타내는 정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 수평 필렛 용접 시스템.
  10. 스탠딩 플레이트와 보텀 플레이트를 맞댄 맞댐부를 용접선으로 해서, 전극을, 상기 용접선을 중심으로 위빙시켜, 상기 용접선을 따라 용접을 행하는 수평 필렛 용접 시스템에 이용되는 기록 매체에 기록된 프로그램으로서,
    상기 스탠딩 플레이트측의 위빙단에서의 아크 전압이 용접선 중심 위치의 아크 전압 이하이고, 상기 보텀 플레이트측의 위빙단에서의 아크 전압이 상기 용접선 중심 위치의 아크 전압 이상으로 되고, 또한, 상기 스탠딩 플레이트측의 위빙단에서의 아크 전압이 상기 보텀 플레이트측의 위빙단에서의 아크 전압보다 낮아지도록 제어하고, 상기 위빙에 있어서, 상기 전극의 위치와 상기 스탠딩 플레이트측의 위빙단의 거리가 상기 스탠딩 플레이트측의 위빙단과 상기 용접선 중심 위치의 거리의 1/4의 범위 내인 경우에, 스탠딩 플레이트측의 위빙단에서의 전압으로서 미리 정해진 범위 내의 값으로 되도록 아크 전압을 제어하고, 상기 전극의 위치와 상기 보텀 플레이트측의 위빙단의 거리가 상기 보텀 플레이트측의 위빙단과 상기 용접선 중심 위치의 거리의 1/4의 범위 내인 경우에, 보텀 플레이트측의 위빙단에서의 전압으로서 미리 정해진 범위 내의 값으로 되도록 아크 전압을 제어하는 기능을 상기 수평 필렛 용접 시스템으로 실현시키기 위한 기록 매체에 기록된 프로그램.
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