WO2005102580A1 - 消耗電極アーク溶接方法 - Google Patents

Abstract

　溶接終了部でのクレータ溶接を行う際にトーチ全体を溶接プールから離す方向に動作させる手段を有することで、溶接プールとすべてのワイヤの接触を回避することを可能にしている。また、クレータ溶接を行っていた溶接ワイヤだけでなく他のすべてのワイヤに対しても、溶着を確認し、万一溶着していたワイヤがあれば、そのワイヤに再度溶接電流を流して、溶着を解除することを可能にしている。

Description

明 細 書

消耗電極アーク溶接方法

技術分野

[0001] 本発明は、ひとつのトーチ内に複数のワイヤを送給する消耗多電極アーク溶接方 法に関し、特に溶接終了部の溶接制御方法に関するものである。

背景技術

[0002] トーチ内でワイヤを送給して溶接する消耗電極アーク溶接方法として、従来より 1ト ーチ内で 1本のワイヤを送給した消耗単電極アーク溶接方法が用いられている。また 、近年 1トーチ内で複数のワイヤを送給して溶接を行なう消耗多電極アーク溶接方法 も用いられている。そして、特にこの近年、消耗多電極アーク溶接方法が自動製缶ェ 程へ適用され、高溶着溶接による生産効率向上手段の 1つとして用いられている。こ こで高溶着溶接とは溶着金属を高効率で生成することで行なう溶接を意味する。

[0003] また、これら消耗電極アーク溶接方法においては、溶接終了部にクレータと呼ばれ る溶接ビードの凹みが生じることが一般に知られており、このクレータを埋めるための 溶接を行なうことが必要とされる。クレータを埋めるために、 1トーチ内で 1本のワイヤ を送給する消耗単電極アーク溶接方法では、溶接終了位置で所定の条件のアーク を出しながら所定時間停止することでこのクレータを埋めるように溶接する。一方、複 数のワイヤを送給する消耗多電極アーク溶接では高溶着溶接を行なうため、消耗単 電極アーク溶接の場合よりもクレータが大きくなる傾向がある。このため、単に溶接終 了位置に所定時間停止して溶接することだけでは、クレータを十分に埋める溶接を 行なうことができな力つた。

[0004] そこで従来から、例えば消耗多電極アーク溶接方法の一つであるタンデム溶接方 法にぉ 、て、このクレータを埋めるための溶接終了部での溶接動作が提案されて!ヽ る。例えば、特開 2002— 361413号公報では、溶接終了位置まで到達した時に、溶 接進行方向に対して先行する消耗電極のアーク発生を終了した後、溶接進行方向 に対して後行していた消耗電極のアーク発生を保ったまま、溶接進行方向の動作を 続けて溶接する方法が示されている。また、特開 2002— 361414号公報では、溶接 終了位置まで到達した時に、溶接進行方向に対して後行する消耗電極のアーク発 生を終了した後、溶接進行方向に対して先行していた消耗電極のアーク発生を保つ たまま、溶接進行方向と反対方向に後退して溶接する方法が示されている。

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0005] し力しながら上記した従来の消耗多電極アーク溶接方法においては、 1本の消耗多 電極だけでクレータを埋めるための溶接を行って 、る間に、他の溶接して ヽな 、消 耗電極のワイヤが溶接プールと接触し、溶接終了時には溶着してしまう可能性があ つた。このような状態が発生すると、例えば溶接ロボット等の自動溶接機では、以降の 動作を継続ができなくなると 、う課題を有して ヽた。

[0006] 本発明は、消耗多電極アーク溶接方法での溶接終了時にすべての溶接ワイヤのヮ ィャ溶着状態発生を防止する溶接方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0007] 上記課題を解決するために、本発明は、 1つのトーチ内で複数のワイヤの送給およ び通電を行な ヽ、前記トーチを溶接進行方向に移動させながら溶接ビードを形成し て溶接する消耗電極アーク溶接方法であって、溶接終了位置にぉ 、て前記複数の ワイヤのうちで特定する 1本のワイヤを除いてすベてのワイヤの送給および通電を停 止する第 1のステップと、前記トーチを前記溶接終了位置から溶接進行方向とは逆方 向でかつ溶接ビードから離れる方向の位置に所定量移動する第 2のステップとを有 する。

[0008] また本発明は、第 2のステップで移動したトーチの位置から、溶接進行方向に溶接 ビードと略平行に前記トーチを移動する第 3のステップを有する。

[0009] また本発明は、 1つのトーチ内で特定する 1本のワイヤは、前記トーチを溶接進行 方向に移動させる際に、前記トーチ内で最も先行して移動する位置にあるワイヤであ る。

[0010] また本発明は、 1つのトーチ内で特定した 1本のワイヤによりそれまでの溶接条件と は異なる溶接終了時用溶接条件で溶接を行なう。

また本発明は、第 2のステップおよび第 3のステップでは、溶接終了時用溶接条件 により、溶接終了部に発生する凹みを埋めるクレータ処理を行なう。

[0011] また本発明は、第 3のステップで移動したトーチの位置において、ワイヤの送給およ び通電を停止する第 4のステップと、すべてのワイヤにっ 、て溶接ビードとの溶着の 有無を確認する第 5のステップと、前記第 5のステップで溶着が発生するワイヤを検 知した場合、少なくともそのワイヤに対して通電を再開する第 6のステップとを有する 発明の効果

[0012] 以上のように、本発明の消耗多電極アーク溶接終了部の溶接制御方法では、溶接 プールとすべてのワイヤの接触を回避することを可能にしており、溶接プールにワイ ャが溶着することを防止できる。また溶接プールに 、ずれかのワイヤが溶着したとし てもその溶着を解除することにより、溶着発生に起因して装置全体が動作停止状態 に陥ることを回避できる。

図面の簡単な説明

[0013] [図 1]本発明の実施の形態 1における溶接終了位置に至る前の段階を示す図

[図 2]本発明の実施の形態 1における溶接終了位置に到達したところを示す図

[図 3]本発明の実施の形態 1における溶接終了部の溶接制御方法の第 1段階を示す 図

[図 4]本発明の実施の形態 1における溶接終了部の溶接制御方法の第 2段階を示す 図

[図 5]本発明の実施の形態 1における溶接終了部の溶接終了制御の制御処理フロー を示す図

[図 6]本発明の実施の形態 1における溶接終了部の溶接終了制御の制御処理フロー を示す図

符号の説明

[0014] 1 トーチ

w 溶接進行方向

2、 3 ワイヤ

6 溶接ビード L、 Tz 移動所定量

201 特定する 1本のワイヤを除いてすベてのワイヤの送給および通電を停止するス テツプ

204 トーチを溶接進行方向とは逆方向で溶接ビードから離す方向に、溶接進行方 向に対して斜め方向の位置に所定量移動するステップ

207 溶接進行方向に溶接ビードと略平行にトーチを移動するステップ

202、 205 溶接条件とは異なる溶接終了時用溶接条件を設定するステップ

301 特定する 1本のワイヤを除いてすベてのワイヤの送給および通電を停止するス テツプ

304 トーチを溶接進行方向とは逆方向で溶接ビードから離す方向に、溶接進行方 向に対して斜め方向の位置に所定量移動するステップ

307 溶接進行方向に溶接ビードと略平行にトーチを移動するステップ

302、 305 溶接条件とは異なる溶接終了時用溶接条件を設定するステップ

310 ワイヤの送給および通電を停止するステップ

312 すべてのワイヤにつ 、て溶接ビードとの溶着の有無を確認するステップ 313 ワイヤに通電を再開するステップ

発明を実施するための最良の形態

[0015] 以下、本発明を実施するための最良の形態について、 1トーチ内で複数のワイヤを 送給して溶接する消耗多電極アーク溶接終了方法の中で、もっとも実用例の多いも のとして 2本のワイヤを溶接線上に並ぶ方向で使用して溶接するタンデム溶接の終 了方法を例に図 1から図 6を用いて説明する。

[0016] (実施の形態 1)

図 1から図 4において、 wは本溶接の溶接進行方向、 1はトーチ、 2は本溶接の溶接 進行方向 wに対して先行する消耗電極ワイヤ（以降先行ワイヤと呼ぶ）、 3は本溶接 の溶接進行方向 wに対して後行する消耗電極ワイヤ（以降後行ワイヤと呼ぶ）、 4は 先行ワイヤ力 発生しているアーク、 5は後行ワイヤ力 発生しているアーク、 6は形 成された溶接ビード、 7は溶融プール、 8は溶接母材である。また溶接中各ワイヤ 2お よび 3は図示して 、な 、送給装置によって連続供給される。さらに図示して 、な！/ヽ溶 接機が各々のワイヤに別個に接続されており、各溶接機は各ワイヤ 2および 3への通 電および各ワイヤ 2および 3を送給する送給装置を制御することで溶接を行なう。

[0017] まず図 1は、溶接終了位置に至る前の段階を示す図であり、 2本のワイヤ 2および 3 力 アーク 4および 5を発生させて本溶接を行って 、る状態を示して 、る。そしてァー ク 4および 5の直下には溶けた金属の溶融プール 7が存在しており、溶接が w方向に 進行するに伴 、溶融プール 7は固まり溶接ビード 6を形成する。

[0018] 次に図 2は、溶接終了位置に到達したところを示す図であり、本実施の形態の特徴 である、溶接終了部にぉ 、て実施する溶接制御を行なう直前の状態を示して 、る。 なお後述するように、この、溶接終了部を起点として実施する溶接制御が本実施の 形態の特徴とするところである。そしてこの段階では、そこまでの溶接ビード 6に比し て溶融プール 7の溶融金属量は十分ではなぐそのまま溶接を終了すると結果的に 形成される溶接ビード端部には、図に示すようにクレータ 7aが生じる。そこでこれを埋 めるための溶接を行なう必要がある。

[0019] この方法としては、 2本のワイヤでクレータ 7aを埋める溶接を行なうことが考えられる 力 これを行なうと過大な溶着となる可能性がある。このため、図 2に示すように後行 ワイヤ 3の送給を停止し、先行ワイヤ 2のみを残し、アーク 5の発生を停止する。すな わち、先行ワイヤ 2のアーク 4を残して、後行ワイヤ 3のアーク 5の発生を停止している

[0020] さらに図 3は、本実施の形態における溶接終了部の溶接制御方法の第 1段階を示 す図である。図 3において、 laは溶接終了位置におけるトーチ位置（代表の 1点で示 す）、 lbは溶接終了位置まで進んだトーチ laが次に進めるトーチ位置 (代表に 1点で 示す)を示し、トーチ位置 la、 lbは水平方向 L、垂直方向 Tzの距離だけ離れている 。そして、トーチ 1は、トーチ位置 laまで進んだら、あら力じめ設定した水平方向の距 離 L、および溶接ワイヤ 2を溶融プール 7から垂直に離す方向に距離 Tz離れたトーチ 位置 lbまで溶接進行方向 wと逆の方向かつ上向きの移動、すなわち矢印 aで示す斜 め上方向に移動しながら溶接を行なう。

[0021] このように、溶接ワイヤ 2および 3を溶融プール 7から離す方向に、矢印 _aで示す溶 接進行方向 wに対して斜め方向への移動動作によって、 2本のワイヤ 2と 3が溶融プ ール 7に接触するのを防ぐことができる。なお、この矢印 aの方向への移動動作の動 作速度および溶接条件は、それまでの溶接時とは異なる条件で制御され、あらかじ め設定されたものを使用する。

[0022] さらに、図 4は、本実施の形態における溶接終了部の溶接制御方法の第 2段階を 示す図であり、図 4で示すように、トーチ位置 lbからトーチ位置 lc (代表の 1点で示す )へ、矢印 bで示す溶接進行方向 wと略平行に水平方向へ移動しながらさらにクレー タ 7aを埋める溶接を行う。

[0023] このように、矢印 bの方向へ移動する動作も、図 3の矢印 aの方向へ移動する動作に 引き続き、溶接ワイヤ 2および 3を溶融プール力も離す垂直距離 Tzを保って動作する ので、 2本のワイヤ 2または 3が溶融プール 7に接触するのを防ぐことができる。なお、 これら距離 Lおよび Τζの数値は溶接条件により決定するもので、溶接終了位置での 形状を見栄えよく整え、かつワイヤが溶接プール 7と溶着しな ヽようにできる数値を選 択する。また、このときの動作速度および溶接条件は、あらかじめ設定されたもので 制御される。

[0024] そして最後の溶接終了位置、すなわちトーチ位置 lcに到着した後、ワイヤ 3への通 電を終了する。この際、従来の 1本ワイヤでの溶接の終了時と同様に、所定時間停止 して溶接を行ったのち通電を終了してもよい。

[0025] なお、本実施の形態では、一例としてトーチ 1の溶接進行方向 wが水平方向へ移 動する例で示したが、勿論これに限定されるものではなぐ被溶接対象の形状ゃ設 置状況に合わせ、トーチ 1の溶接進行方向 wはいずれの方向であってもよい。また、 それに関連して、トーチ 1が溶融プール 7から離れる方向も鉛直上方方向に限定され るものではなぐ溶融プール 7から離れる方向であればどの方向であってもよい。

[0026] 次に図 5を用いて溶接終了制御の制御処理フローについて説明する。図 5は、溶 接終了制御の制御処理フローを示す図である。

[0027] まず図中ステップ 201では、クレータ溶接を行うための所定のワイヤを残して他のヮ ィャに対する通電を停止する。これは、図 2に示す先行ワイヤ 2のアーク発生は続け たまま、後行ワイヤ 3の通電を終了してアーク発生を終わる部分に対応して 、る。

[0028] 次にステップ 202では、通電を続けるワイヤ（すなわち先行ワイヤ 2)に印加して 、る 溶接条件を、図 3の矢印 aの方向へ移動動作で行う溶接の溶接条件に切り替える。な お条件を切り替える必要がない場合には、このステップ 202は何もせずにスキップす る場合ちある。

[0029] 次にステップ 203では、切り替えた条件が安定するのを待つ意味で所定の時間停 止する。なおこのステップ 203においても使用する溶接機に応じて必要なければ、ス キップすることも可會である。

[0030] 次にステップ 204では、図 3の矢印 aの方向へ向力う移動動作を行なう。さらにステ ップ 205では、通電を続けるワイヤに印加している溶接条件を図 4の矢印 bの方向へ 移動する動作で行う溶接の溶接条件に切り替える。なおこの場合も条件を切り替える 必要がない場合には、このステップ 205は何もせずにスキップする場合もある。

[0031] 次にステップ 206では、切り替えた条件が安定するのを待つ意味で所定の時間停 止する。このステップ 206も同様に、使用する溶接機に応じて必要なければ、スキッ プすることも可能である。

[0032] 次にステップ 207では、図 4の矢印 bの方向へ移動する動作を行なう。さらにステツ プ 208では、通電を続けるワイヤに印加して 、る溶接条件を最終の停止して行う溶接 の溶接条件に切り替える。この場合も条件を切り替える必要がない場合には、このス テツプ 208は何もせずにスキップする場合もある。

[0033] 次にステップ 209では、所定の時間停止する。このステップ 209も使用する溶接機 に応じて必要なければ、スキップすることも可能である。

[0034] そして最後にステップ 210では、すべてのワイヤへの通電とワイヤ送給を停止して、 アーク発生を停止する。

[0035] 以上が本実施の形態における消耗多電極アーク溶接終了部の溶接制御方法に相 当する実施例の説明である。

[0036] 以上のように、本実施の形態によれば、クレータ埋め溶接を行っている間、ワイヤ 2 と 3が、溶融プール 7から離れる方向に移動することにより、ワイヤの融着を回避する ことができる。

[0037] なお、本実施の形態では、 1トーチ内で 2本のワイヤを送給して溶接する消耗多電 極アーク溶接のうちのタンデム溶接の例について説明した力 2本のワイヤに限定せ ず、 3本以上であっても 1本のワイヤを除いて残りのワイヤに対してワイヤへの通電と ワイヤ送給を停止することで同様の効果が得られる。

[0038] (実施の形態 2)

続いて本発明の実施の形態 2における消耗多電極アーク溶接終了部の溶接制御 方法について図 6を用いて説明する。なお本実施の形態は、実施の形態 1で図 1から 図 4で示した消耗多電極アーク溶接終了部の一連の動作において、図 5を用いて説 明した溶接制御方法とは別の溶接制御方法の実施例を示すものである。

[0039] 図 6は、本実施の形態における溶接終了制御の制御処理フローを示す図である。

[0040] ここで、図 6においてステップ 301からステップ 309までは図 5におけるステップ 201 力も 209に対応しており、制御処理の動作は全く同一である。したがって本実施の形 態においては、ステップ 301からステップ 309までは重複を避けるために説明を簡略 化し、主にステップ 310以降について説明する。

[0041] ステップ 310の直前の処理として、ステップ 307で、図 4の矢印 bの方向へ移動する 動作を行ない、さらにステップ 308では、通電を続けるワイヤに印加している溶接条 件を最終の停止して行なう溶接の溶接条件に切り替えた後、必要に応じてステップ 3 09で、所定の時間停止する。

[0042] 続いてステップ 310以降においては、ワイヤ溶着解除の処理を行なう。

[0043] まずステップ 310においては、すべてのワイヤへの通電とワイヤ送給を停止して、ァ ーク発生を停止する。

[0044] 次にステップ 311では、アークの発生とワイヤ送給が完全に止まり、ワイヤや溶接ビ ードの状態が安定するのを待っため所定時間停止状態を設ける。なお、このステップ 311は必要がなければ、スキップすることも可能である。

[0045] 次にステップ 312では、全ワイヤの溶着の有無を確認する。この確認を行なう方法と しては、溶着しているとワイヤと母材間は通電状態となることを利用し、ワイヤに電圧 をかけ母材との通電状態を確認することで確認を行なう。あるいは他にワイヤの溶着 を検知できる方法があれば、それを利用することも可能である。たとえば使用する溶 接機にワイヤ溶着を検出する機能を有していれば、その機能を利用して溶接機の状 態信号を読み込むことでワイヤ溶着状態を検知する。 [0046] なおここで、溶着の有無の確認を全ワイヤで行なう、としたのは、先行するワイヤだ けでなぐ後行のワイヤも含めて確認するようにするためであり、また本実施の形態に おける実施例では 1トーチ内で 2本のワイヤを送給して溶接する消耗多電極アーク溶 接についての例を示した力 送給するワイヤが 3本以上であっても全てのワイヤ溶着 状態を確認するようにするためである。

[0047] そしてステップ 312で、溶着がなければ、溶接終了制御を完了する。また、いずれ かのワイヤが溶着状態にあることを検知した場合、ステップ 313に進む。

[0048] さらにステップ 313では、ワイヤの溶着状態を解除することを目的として、少なくとも 溶着状態にあることを検知した溶接ワイヤに対して再度通電する。その際の、溶接条 件および通電する時間は、あら力じめ所定の方法で設定されている。さらにこの後、 ステップ 314に進み、ステップ 310から 313までの一連の処理を行なった回数をカウ ントし、あら力じめ設定した所定回数に達したかどうかのチェックを行なう。そして所定 回数に達してもワイヤの溶着状態を解除できな 、場合はエラーを発生させ、すべて の動作を停止させる。また、所定回数に達していない場合は、ステップ 310に戻り、 再度ステップ 310以降におけるワイヤ溶着解除の処理を行なう。

[0049] 以上のように、本実施の形態によれば、ステップ 313によって、溶着状態にあるワイ ャに再通電することによって、ワイヤ溶着状態を解除することができ、装置全体の稼 動を停止しなければならない事態の発生を防止することができる。

本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲 を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明ら かである。

本出願は、 2004年 4月 20日出願の日本特許出願 (特願 2004-123953)に基づくもの であり、その内容はここに参照として取り込まれる。

産業上の利用可能性

[0050] 本発明の消耗多電極アーク溶接方法は、 1トーチ内に複数のワイヤを送給する消 耗多電極アーク溶接方法において、溶接終了時のワイヤ溶着の発生防止と発生した 場合の回避方法を提供することができ、溶接ロボットシステムをはじめ自動溶接装置 等の制御方法として産業上有用である。

Claims

請求の範囲

[1] 1つのトーチ内で複数のワイヤの送給および通電を行ない、前記トーチを溶接 進行方向に移動させながら溶接ビードを形成して溶接する消耗電極アーク溶接方法 であって、

溶接終了位置において前記複数のワイヤのうちで特定する 1本のワイヤを除 いてすベてのワイヤの送給および通電を停止する第 1のステップと、

前記トーチを前記溶接終了位置力 溶接進行方向とは逆方向でかつ溶接ビ ードから離れる方向の位置に所定量移動する第 2のステップとを有する消耗電 極アーク溶接方法。

[2] 第 2のステップで移動したトーチの位置から、溶接進行方向に溶接ビードと略 平行に前記トーチを移動する第 3のステップを有する請求項 1記載の消耗電極ァー ク溶接方法。

[3] 1つのトーチ内で特定する 1本のワイヤは、前記トーチを溶接進行方向に移動 させる際に、前記トーチ内で最も先行して移動する位置にあるワイヤである請求項 1 または 2記載の消耗電極アーク溶接方法。

[4] 第 2のステップおよび第 3のステップでは、 1つのトーチ内で特定した 1本のワイ ャによりそれまでの溶接条件とは異なる溶接終了時用溶接条件で溶接を行なう請求 項 1から 3のいずれかに記載の消耗電極アーク溶接方法。

[5] 第 2のステップおよび第 3のステップでは、溶接終了時用溶接条件により、溶 接終了部に発生する凹みを埋めるクレータ処理を行う請求項 4記載の消耗電極ァー ク溶接終了方法。

[6] 第 3のステップで移動したトーチの位置において、ワイヤの送給および通電を 停止する第 4のステップと、すべてのワイヤにつ 、て溶接ビードとの溶着の有無を確 認する第 5のステップと、前記第 5のステップで溶着が発生するワイヤを検知した場合 、少なくともそのワイヤに対して通電を再開する第 6のステップとを有する請求項 2か ら 5の 、ずれかに記載の消耗電極アーク溶接方法。 1つのトーチ内で 1つまたは複数のワイヤの送給および通電を行ない、前記ト ーチを溶接進行方向に移動させながら溶接ビードを形成して溶接する消耗電極ァー ク溶接方法であって、

溶接終了位置にぉ 、て、ワイヤの送給および通電を停止するステップと、 すべてのワイヤについて溶接ビードとの溶着の有無を確認するステップと、 溶着が発生するワイヤを検知した場合、少なくともそのワイヤに対して通電を再開す るステップとを有する消耗電極アーク溶接方法。