WO2013129151A1 - プラズマ－ｍｉｇ溶接方法および溶接トーチ - Google Patents

プラズマ－ｍｉｇ溶接方法および溶接トーチ Download PDF

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祐輔 村松
克也 松本
純 北川
啓志 瀬戸田
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    • B23K9/295—Supporting devices adapted for making use of shielding means the shielding means being a gas using consumable wire electrodes
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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/26—Plasma torches
    • H05H1/32—Plasma torches using an arc
    • H05H1/34—Details, e.g. electrodes, nozzles

Definitions

  • the present invention relates to a technique for assisting consumable electrode welding by plasma, and more particularly, to a plasma-MIG welding method and a welding torch.
  • the conventional typical MIG torch includes an MIG chip 101, a welding wire 102 inserted into the chip, and a shield nozzle 103. Then, for example, via a MIG tip 101 for feeding the MIG welding power supply (not shown) which is a DC power supply, to supply power to generate arc (MIG arc) 104 to the welding wire 102 as a consumable electrode. At this time, a shield gas 105 such as argon is supplied between the MIG chip 101 and the shield nozzle 103. As shown in FIG.
  • the central axis of the MIG chip 101 and the shield nozzle 103 coincide (coaxial), and the tip side faces the surface of the workpiece W. That, MIG chip 101 faces the lower tip side, the welding wire 102 as a welding material melts, falling on the surface of the workpiece W beneath droplet 106 is approximately the tip, the molten pool 107 on the surface of the workpiece W is Generated.
  • a plasma-MIG welding method is known (see, for example, Patent Document 1).
  • a conventional typical plasma-MIG torch includes an MIG chip 201 for supplying power to a welding wire 210 as a consumable electrode, a plasma electrode 202, a plasma nozzle 203, a shield nozzle 204, Is provided.
  • the plasma electrode 202 which is a hollow electrode is formed of a water-cooled conductive member, and is disposed outside the MIG chip 201.
  • the plasma nozzle 203 is disposed outside the plasma electrode 202, and the shield nozzle 204 is disposed outside the plasma nozzle 203.
  • the MIG tip 201 and the welding wire 210, the plasma electrode 202, the plasma nozzle 203, and the shield nozzle 204 have the same center axis (coaxial), and the tip side faces the surface of the workpiece W. Yes. That is, the tip end of the MIG chip 201, the plasma electrode 202, the plasma nozzle 203, and the shield nozzle 204 faces downward, and the welding wire 210 that is the welding material melts on the surface of the workpiece W just below the molten metal when melted. Fall.
  • Droplet transfer models are distinguished according to the magnitude of the welding current, for example, spray transfer in a large current region of about 300 A or more, short circuit transfer in a small current region of about 150 A or less, and intermediate current region in the middle. The globule transition is known.
  • the difference in the magnitude of the welding current is associated with, for example, a difference in workpiece material and a thickness that are assumed to be welded.
  • the workpiece material is the same and the thickness is different.
  • workpieces used for ships, nuclear power, bridges, buildings, etc. are assumed to have a thickness of about 20 to 30 mm, for example. These are called thick plate region workpieces.
  • a workpiece having a thickness of about 2 mm or a stack of about 4 mm is assumed as a work used for a vehicle body such as an automobile. These are called thin plate region workpieces.
  • an object of the present invention is to provide a plasma-MIG welding method and a welding torch that can solve the above-described problems and can reduce the spatter amount without depending on the control of the MIG welding power source.
  • a plasma-MIG welding method includes a plasma torch portion including a plasma nozzle and a plasma electrode, and an MIG torch including an MIG tip and a welding wire in a different direction and a predetermined distance.
  • a welding method using a plasma-MIG welding apparatus arranged at a distance from each other, wherein a plasma arc is locally overlapped with the tip of the welding wire and heated to promote melting of the welding wire In this state, MIG welding is performed without causing a short circuit between the tip of the welding wire, which is a consumable electrode, and the workpiece.
  • the melting of the welding wire for inserting the MIG tip is accelerated by the plasma in the MIG torch droplet of the welding wire is produced by melting is aerial spraying, there is no thing occur short circuit. For this reason, even if a low MIG welding current is actually supplied so that the droplet transfer model is a short-circuit transfer, the tip of the welding wire is large so that the droplet transfer model is a drop transfer. The effect is as if the MIG welding current was supplied. Therefore, the amount of spatter can be reduced without depending on the control of the MIG welding power source.
  • the plasma -MIG welding method according to the present invention it is preferred to heat the part at a tip end portion of the tip protruding portion where the welding wire protruding from the nozzle shield gas supplied to the MIG torch .
  • the protruding portion from which the welding wire protrudes is not heated as a whole, so the size of the droplet generated by melting the welding wire can be changed to the desired size by appropriately changing the heating portion. Can be. Therefore, the transition of the droplets can be stabilized by managing the length of the heated portion of the protruding portion of the welding wire.
  • the tip portion of the protruding portion of the welding wire that is 3 to 10 times the diameter of the welding wire.
  • the welding wire it is preferable to heat the welding wire so as to generate a droplet having a diameter of 1 to 2 times the diameter of the welding wire by promoting the melting of the welding wire.
  • the size of the droplet is reduced from about 1/3 to 1/2 compared to the case of the globule transfer, so the transfer of the droplet is stabilized and the amount of spatter can be effectively reduced.
  • the amount of spatter can be reduced without depending on the control of the MIG welding power source.
  • FIG. 4A and 4B are schematic views of a wire tip when the plasma-MIG welding method according to the present invention is used, where FIG. 5A is a state of the wire tip at the start of MIG welding, and FIG. 5B is a wire tip at the start of heating by plasma.
  • C shows the state of the wire tip after stabilization of the plasma arc, and
  • d shows the state where the molten metal is separated from the wire tip.
  • It is a schematic diagram of a welding torch, (a) is a plasma torch part and MIG torch housed in the welding torch, (b) is an arrangement for specifying the relative position of the plasma torch part and the nozzle direction with respect to the MIG torch. An example of parameter design is shown.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a welding system for performing a plasma-MIG welding method according to the present invention.
  • An explanatory view of a procedure of the penetration welding process according to the comparative example (a) shows the digging step, (b) the extinguishing of digging completion and plasma arc, (c) is filling step, (d) a through The time change of the MIG welding current and plasma welding current at the time of welding is shown.
  • a diagram of a procedure when the plasma -MIG welding method according to the present invention is applied to penetration welding (a) shows the digging step, (b) is filling step, (c) the MIG welding during penetration welding The time change of electric current and plasma welding current is shown.
  • a positive electrode of a MIG welding power source (not shown) is connected to the MIG torch 9 shown in FIG. 1A, and a negative electrode of the power source is connected to a workpiece W as a base material.
  • a welding wire hereinafter simply referred to as a wire 10
  • a MIG arc 12 is generated between the workpiece W and the workpiece W.
  • Electrons carry charges 13 between the electrodes (wires 10). Generally, sputtering occurs when a charged wire contacts (short-circuits) a molten pool.
  • the welding torch 2 shown in FIG. 2 (a) combines the function of housing the plasma torch unit 8 and the MIG torch 9 and the function of a shield nozzle for the shield gas supplied to the MIG torch 9. .
  • the plasma torch part 8 and the MIG torch 9 are separated from each other by a predetermined distance in different directions, and the central axis of the plasma torch part 8 and the central axis of the MIG torch 9 are acute angles (for example, At 15 °).
  • the plasma torch unit 8 is directed downward to the left in FIG. 2A, and the direction of the MIG torch 9 and the direction of delivery of the inserted wire 10 are directed downward to the right in FIG.
  • the relative distance of the plasma torch part 8 with respect to the MIG torch 9 in the direction of the axis L 1 is R 2
  • the relative distance of the plasma torch part 8 with respect to the MIG torch 9 in the direction perpendicular to the axis L 1 is R 1. It is.
  • direction X direction of the axis L 1 if the direction perpendicular to the axis L 1 and the Y direction, the shift amount in the X and Y directions (R 1, R 2), a plasma torch for MIG torch 9
  • the relative position of the part 8 can be determined. If the plasma torch part 8 is arranged with respect to the MIG torch 9 so that the plasma 20 from the plasma torch part 8 can move so as not to heat the tip of the wire 10 and short-circuit the droplet, these parameters can be obtained.
  • the value is not particularly limited.
  • the diameter of the droplet that generates melting of a powered wire 10 by promoting the plasma heats is 1 to 2 times the wire diameter It is preferable because the amount of sputtering is reduced.
  • the droplet size may be in the range of 1 to 2 mm. In the case of globule transfer, when the wire diameter is 1 mm, the size of the droplet becomes 3 to 4 mm or more, and the amount of spatter increases.
  • the robot controller 4 and the welding control device 7 for example, CPU (Central Processing Unit), ROM (Read Only Memory), RAM (Random Access Memory), HDD (Hard Disk Drive), provided with input and output interface and the like Yes.
  • CPU Central Processing Unit
  • ROM Read Only Memory
  • RAM Random Access Memory
  • HDD Hard Disk Drive
  • the welding torch 2 includes a plasma torch portion 8 and an MIG torch 9.
  • Plasma torch 8 is a torch used to assist the MIG welding by filling step P2. Moreover, the plasma torch part 8 is used in order to form the through-hole which penetrates the some workpiece
  • the plasma torch unit 8 is provided with a plasma electrode and a plasma nozzle for performing plasma arc welding, and is supplied with an operating gas such as argon and a shielding gas.
  • the plasma torch unit 8 generates a pilot arc between a tungsten electrode as a plasma electrode and a water-cooled constraining nozzle (plasma nozzle), converts the working gas into plasma by the heat of the pilot arc, and ejects the workpiece W.
  • a plasma arc is generated between the two.
  • the shielding gas such as commonly used MAG gas (Ar + CO 2 mixed gas) is supplied.
  • the MIG power supply 52 supplies power to the MIG torch 9 in the hole filling process P2 (during MIG welding).
  • the anode of the MIG power source 52 is electrically connected to the wire 10 (consumable electrode) via the MIG chip of the MIG torch 9, and the negative electrode of the MIG power source 52 is electrically connected to the workpiece W.
  • the output characteristic of the MIG power supply 52 is a constant voltage characteristic, whereby the arc length after arc stabilization is maintained at a constant value.
  • the gas supply device 53 supplies a welding shield gas to the welding torch 2 from a gas cylinder (not shown). Further, the gas supply device 53 supplies a working gas for forming plasma to the welding torch 2 from a gas cylinder (not shown). The gas supply device 53 adjusts the flow rate of the working gas and the shield gas flowing at a predetermined pressure by a command signal from the welding control device 7 using an on-off valve (not shown). In order to prevent the plasma arc from becoming unstable, in the hole filling step P2 (during MIG welding), the amount of plasma gas is preferably set to 3 L / min or less, for example.
  • the wire supply device 6 is connected to the MIG power source 52. In the hole filling process P2 (during MIG welding), the wire supply device 6 sends a wire sent from a wire container (not shown) through a delivery path to the MIG torch 9.
  • the welding control device 7 drives the welding power source 5 in the hole filling step P2, thereby filling the through holes with MIG welding. That is, the welding control device 7 drives the MIG power source 52, the gas supply device 53, and the MIG torch 9. At this time, the welding control device 7 continues to drive the plasma power source 51 and the plasma torch unit 8 used for drilling in the drilling process P1. As a result, the welding control device 7 irradiates the tip of the wire 10 delivered from the MIG torch 9 with the plasma arc from the plasma torch portion 8 to promote melting of the tip of the wire 10.
  • Comparative example of through welding method> As shown in FIG. 4A, the welding system of the comparative example digs a hole in the workpiece W by plasma arc welding with the plasma torch portion 8 in the welding torch 2 as shown in FIG. Then, as shown in FIG. 4B, when the through hole of a desired size is formed and the digging is completed, the plasma arc is extinguished. Then, as shown in FIG. 4C, hole filling is performed by MIG welding. An example of the time change of the MIG welding current and the plasma welding current at this time is shown in FIG.
  • the horizontal axis indicates time, and the vertical axis indicates welding current.
  • the solid line indicates the plasma welding current
  • the broken line indicates the MIG welding current.
  • the welding system of the comparative example starts the digging process P1 at time t 1 with a predetermined current value I 1 (for example, 100 A) of the plasma welding current.
  • I 1 for example, 100 A
  • Welding system of the comparative example when completing the digging process P1 to time t 2, the extinguishing plasma arc and the plasma welding current to 0A.
  • the hole filling process P 2 is started at a predetermined current value I 2 (for example, 150 A) of the MIG welding current.
  • I 2 for example, 150 A
  • the welding system 1 digs a hole in the workpiece W by plasma arc welding with a plasma torch part 8 in the welding torch 2 as shown in FIG. Then, when the through-hole of a desired size is formed and the digging is completed, the hole is filled as shown in FIG. 5B without extinguishing the plasma arc. At that time, as shown in FIGS. 1B, 1C, and 1D, the tip 11 of the wire 10 is selectively heated and melted by the plasma 20. An example of the time change of the MIG welding current and the plasma welding current at this time is shown in FIG.
  • the horizontal axis, vertical axis, solid line, and broken line of the graph in FIG. 5C are the same as those in FIG. 4D, respectively.
  • the predetermined current value I 1 in FIG. 5C is different from the predetermined current value I 1 in FIG. 4D, and the times t 4 , t 5 , and t 6 in FIG. Is different from the times t 1 , t 2 , and t 3 .
  • the welding system 1 starts the digging process P1 at time t 4 with a predetermined current value I 1 (for example, 100 A) of the plasma welding current. Welding system 1 is also completed digging process P1 at time t 5, keep maintain the plasma welding current to a predetermined current value I 1. Further, at time t 5 , the hole filling process P2 is started at a predetermined current value I 1 (for example, 100 A) of the MIG welding current. The welding system 1 completes the filling process P2 at time t 6, respectively extinguishing the plasma arc and MIG arc to the plasma welding current and MIG welding current 0A.
  • I 1 for example, 100 A
  • the predetermined current value I 1 If is the same as the predetermined current value I 1 (e.g., 100A) shown in FIG. 4 (d) in FIG. 5 (c), the period from time t 4 ⁇ t 5 shown in FIG. 5 (c) (For example, 2 seconds) and a period between times t 5 and t 6 (for example, 0.6 seconds), a period between times t 1 and t 2 (for example, 2 seconds) and times t 2 to t 3 in FIG. The period (for example, 0.6 seconds) coincides with each other.
  • plasma assistance is added to the MIG welding in the hole filling process P2, so that the MIG welding current can be reduced as compared with the comparative example, and the spatter reduction effect is achieved.
  • the plasma-MIG welding method of the present invention is not limited to the above-described embodiments.
  • the plasma MIG method is applied to the penetration welding method, it is not essential that the workpiece has a hole. That is, the plasma -MIG welding method of the present invention is not limited to the application to the penetration welding, even if we have a simple, reducing the sputtering by assisting in plasma when the MIG welding Can do.
  • the MIG welding power source may be a DC power source or a pulse power source. Further, the plasma-MIG welding method of the present invention may be applied to MAG welding.
  • MIG welding current (also simply referred to as MIG current) was a constant value (150A).
  • the diameter of the wire was 1 mm.
  • plasma current indicates plasma welding current.
  • protruding length T represents the length T shown in FIG.
  • MIG arc state is unstable corresponds to an excessive arc length.
  • the droplet size indicates an average value of the sizes of a plurality of droplets observed with a high-speed camera.
  • MIG sputtering indicates a value obtained by calculating an average value of the amount of sputtering generated at one hit point when sputtering occurs. This was calculated by collecting the spatter scattered and determining the total weight and dividing by the total number of welding points.
  • Example 1 ⁇ Experiment 1>
  • the MIG welding current was set to 150 A
  • the plasma welding current was changed to 0, 100, 125, 150, 175, and 200 A
  • the sputtering amount was measured without changing other conditions.
  • Samples No. 1 to No. 6 at this time are referred to as Comparative Example 1, Comparative Example 2, Example 1, Example 2, Example 3, and Comparative Example 3 in this order.
  • Comparative Example 1 since there is no heating of the wire by the plasma, transition mode of a droplet from the wire, a short circuit transfer mode. Therefore, spatter occurred before and after the short circuit.
  • Comparative Example 2 since the wire is not heated by plasma and the wire is not sufficiently melted, the transfer mode of the droplet from the wire is the short-circuit transfer mode. Therefore, spatter occurred before and after the short circuit.

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Description

プラズマ－ＭＩＧ溶接方法および溶接トーチ
　本発明は、プラズマにより消耗電極式溶接をアシストする技術に係り、特に、プラズマ－ＭＩＧ溶接方法および溶接トーチに関する。
　従来、ＭＩＧ溶接方法（metal inert gas welding）が知られている。従来の典型的なＭＩＧトーチは、図６に示すように、ＭＩＧチップ１０１と、このチップ内に挿通される溶接ワイヤ１０２と、シールドノズル１０３と、を備える。そして、例えば直流電源である図示しないＭＩＧ用溶接電源から給電用のＭＩＧチップ１０１を介して、消耗電極である溶接ワイヤ１０２に電力を供給してアーク（ＭＩＧアーク）１０４を発生させる。このとき、ＭＩＧチップ１０１とシールドノズル１０３との間には、アルゴン等のシールドガス１０５が供給される。図６に示すように、ＭＩＧチップ１０１と、シールドノズル１０３とは中心軸が一致し（同軸）、先端側がワークＷの表面に対向している。つまり、ＭＩＧチップ１０１は先端側が下を向き、溶接材料となる溶接ワイヤ１０２は溶融すると、先端から溶滴１０６がほぼ真下のワークＷの表面に落下し、ワークＷの表面には溶融池１０７が生成される。
　また、従来、プラズマ－ＭＩＧ溶接方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。従来の典型的なプラズマ－ＭＩＧトーチは、図７に示すように、消耗電極である溶接ワイヤ２１０に給電するためのＭＩＧチップ２０１と、プラズマ電極２０２と、プラズマノズル２０３と、シールドノズル２０４と、を備える。ここで、中空電極であるプラズマ電極２０２は、水冷された導電性部材で構成され、ＭＩＧチップ２０１の外側に配設されている。プラズマノズル２０３はプラズマ電極２０２の外側に配設され、シールドノズル２０４はプラズマノズル２０３の外側に配設されている。ＭＩＧチップ２０１と、プラズマ電極２０２との間には、ＡｒやＡｒ＋ＣＯ2の混合ガスといったセンターガス２０５が供給され、プラズマ電極２０２とプラズマノズル２０３との間には、プラズマガス（動作ガス）２０６が供給され、プラズマノズル２０３とシールドノズル２０４との間には、ＡｒやＡｒ＋ＣＯ2の混合ガスといったシールドガス２０７が供給される。そして、例えば直流電源である図示しないＭＩＧ用溶接電源からＭＩＧチップ２０１を介して溶接ワイヤ２１０に電力を供給してＭＩＧアーク２０８を発生させる。また、図示しないプラズマ用溶接電源からプラズマ電極２０２に電力を供給して、プラズマアーク２０９を発生させる。
　図７に示すように、ＭＩＧチップ２０１および溶接ワイヤ２１０と、プラズマ電極２０２と、プラズマノズル２０３と、シールドノズル２０４とは中心軸が一致し（同軸）、先端側がワークＷの表面に対向している。つまり、ＭＩＧチップ２０１と、プラズマ電極２０２と、プラズマノズル２０３と、シールドノズル２０４とは先端側が下を向き、溶接材料となる溶接ワイヤ２１０は、溶融すると溶滴がほぼ真下のワークＷの表面に落下する。また、ＭＩＧチップ２０１とプラズマ電極２０２とが同軸であるため、図７に示すように、ＭＩＧチップ２０１を介して供給される溶接ワイヤ２１０およびＭＩＧアーク２０８を包みこむようにプラズマアーク２０９が生じている。また、同軸であるため、アーク反発が起こらないように、図示しないＭＩＧ用溶接電源の正極がＭＩＧチップ２０１に接続されると共に、図示しないプラズマ用溶接電源の正極がプラズマ電極２０２に接続される必要がある。なお、このとき各電源の負極はワークＷに接続される。
特開２０１１－１２１０５７号公報
　一般的に、ＭＩＧでは、溶融したワイヤの周囲へのスパッタが発生する。このときのスパッタ量は、溶滴の移行モデルの種類によって異なっている。溶滴の移行モデルは、例えば溶接電流の大きさに応じて区別され、約３００Ａ以上の大電流域でのスプレー移行、約１５０Ａ以下の小電流域での短絡移行、その中間の中電流域でのグロビュール移行等が知られている。
　溶接電流の大きさの違いは、例えば溶接対象として想定しているワークの材質の違いや厚さの違いに対応付けられる。ここで、例えば、ワークの材質が同じで、厚さが違う場合を想定する。例えば、船舶、原子力、橋梁、建築物等に用いるワークとしては、例えば板厚がおよそ２０～３０ｍｍのものが想定されている。これらを厚板領域のワークと呼ぶ。また、例えば、自動車等の車体に用いるワークとしては、例えば板厚がおよそ２ｍｍのもの、あるいは数枚重ねて４ｍｍ程度のものが想定されている。これらを薄板領域のワークと呼ぶ。
　薄板領域のワークのＭＩＧ溶接に際しては、およそ２００Ａ以下の電流域が想定されている。この電流域での溶滴の移行モデルは、一般に短絡移行である。溶滴の移行モデルが短絡移行であるときに、ＭＩＧ溶接電源の通電波形コントロールによって、例えば短絡する前後のタイミングを溶接電圧により検知して溶接電流を調整する制御を行うことでスパッタ量を低減する工夫等が提案され、行われてきた。しかしながら、ＭＩＧ溶接電源のコントロールによるスパッタ量の低減効果には、限界がある。
　そこで、本発明では、前記した問題を解決し、ＭＩＧ溶接電源のコントロールに依存することなくスパッタ量を低減させることができるプラズマ－ＭＩＧ溶接方法および溶接トーチを提供することを課題とする。
　前記課題を解決するために、本願発明者らは、プラズマ－ＭＩＧ溶接において溶滴の移行モデルとスパッタ量との関係について種々検討を行った。その結果、ＭＩＧトーチとプラズマトーチ部とを離間させて別軸とした溶接トーチを用いて、ＭＩＧトーチにおいて給電された溶接ワイヤの溶融をプラズマでアシストして、溶接ワイヤをプラズマで加熱することにより、短絡移行させることなく溶接ワイヤの先端から溶滴を落下させることで、スパッタを低減できることを見出した。
　前記課題を解決するために、本発明に係るプラズマ－ＭＩＧ溶接方法は、プラズマノズルおよびプラズマ電極を含むプラズマトーチ部と、ＭＩＧチップおよび溶接ワイヤを含むＭＩＧトーチとが、互いに異なる向きで所定距離だけ離間して配置されてなるプラズマ－ＭＩＧ溶接装置を用いた溶接方法であって、前記溶接ワイヤの先端部分に対して局所的にプラズマアークをオーバーラップさせて加熱し、前記溶接ワイヤの溶融を促進させた状態で、消耗電極である前記溶接ワイヤの先端と被溶接物との間で短絡させることなくＭＩＧ溶接を行うことを特徴とする。
　このようにすることで、ＭＩＧトーチにおいてＭＩＧチップを挿通する溶接ワイヤの溶融がプラズマにより促進されて、溶接ワイヤが溶融して発生する溶滴が空中散布され、短絡が生じることなない。このため、溶滴の移行モデルが短絡移行となるような低いＭＩＧ溶接電流が実際には供給されたとしても、溶接ワイヤの先端部分に関しては、溶滴の移行モデルがドロップ移行となるような大きさのＭＩＧ溶接電流があたかも供給されたかのような効果を奏する。そのため、ＭＩＧ溶接電源のコントロールに依存することなく、スパッタ量を低減させることができる。
　また、本発明に係るプラズマ－ＭＩＧ溶接方法は、前記ＭＩＧトーチに供給されるシールドガスのノズルの先端から前記溶接ワイヤが突き出た突き出し部分のうちの一部である先端部分を加熱することが好ましい。
　このようにすることで、溶接ワイヤが突き出た突き出し部分を全体的に加熱することはないので、加熱する部分を適宜変更することで、溶接ワイヤが溶融して発生する溶滴のサイズを所望サイズにすることができる。したがって、溶接ワイヤの突き出し部分のうちの加熱する部分の長さを管理することで、溶滴の移行を安定させることができる。
　また、本発明に係るプラズマ－ＭＩＧ溶接方法は、前記溶接ワイヤの前記突き出し部分において、当該溶接ワイヤの径の３～１０倍の長さの先端部分を加熱することが好ましい。
　このようにすることで、溶接ワイヤが溶融して発生する溶滴のサイズが小さくなるので、溶滴の移行が安定する。したがって、スパッタ量を効果的に低減できる。
　また、本発明に係るプラズマ－ＭＩＧ溶接方法は、前記溶接ワイヤの溶融を促進させることで、当該溶接ワイヤの径の１～２倍の径の溶滴を発生させるように加熱することが好ましい。このようにすることで、溶滴のサイズが、グロビュール移行の場合に比べておよそ１／３から１／２に小さくなるので、溶滴の移行が安定して、スパッタ量を効果的に低減できる。
　また、本発明に係る溶接トーチは、前記いずれかのプラズマ－ＭＩＧ溶接方法で使用されるプラズマ－ＭＩＧ溶接装置の溶接トーチであって、プラズマノズルおよびプラズマ電極を含むプラズマトーチ部と、ＭＩＧチップおよび溶接ワイヤを含むＭＩＧトーチとが互いに異なる向きで所定距離だけ離間して配置され、前記プラズマトーチ部と前記ＭＩＧトーチとが、前記溶接ワイヤの先端部分に対して局所的にプラズマアークをオーバーラップさせることのできる位置に配設され、前記プラズマトーチ部の中心軸線と、前記ＭＩＧトーチの中心軸線とが鋭角で交差していることを特徴とする。
　かかる構成によれば、溶接トーチは、溶接ワイヤの先端部分に対して局所的にプラズマアークをオーバーラップさせて加熱できるので、溶接ワイヤの溶融を促進させた状態で、溶接ワイヤの先端と被溶接物との間で短絡させることなくＭＩＧ溶接を行うことができる。
　本発明によれば、ＭＩＧ溶接電源のコントロールに依存することなくスパッタ量を低減させることができる。
本発明に係るプラズマ－ＭＩＧ溶接方法を用いたときのワイヤ先端の模式図であって、（ａ）はＭＩＧ溶接の開始時のワイヤ先端の状態、（ｂ）はプラズマによる加熱開始時のワイヤ先端の状態、（ｃ）はプラズマアーク安定化後のワイヤ先端の状態、（ｄ）はワイヤ先端から溶融金属が分離した状態を示している。 溶接トーチの模式図であって、（ａ）は溶接トーチに収納されたプラズマトーチ部とＭＩＧトーチ、（ｂ）はＭＩＧトーチに対するプラズマトーチ部の相対位置およびノズルの向きを特定するための配置のパラメータの設計例を示している。 本発明に係るプラズマ－ＭＩＧ溶接方法を実施するための溶接システムの構成を示す模式図である。 比較例に係る貫通溶接方法の手順の説明図であって、（ａ）は穴掘り工程、（ｂ）は穴掘り完了およびプラズマアークの消弧、（ｃ）は穴埋め工程、（ｄ）は貫通溶接時のＭＩＧ溶接電流およびプラズマ溶接電流の時間変化を示している。 本発明に係るプラズマ－ＭＩＧ溶接方法を貫通溶接に適用したときの手順の説明図であって、（ａ）は穴掘り工程、（ｂ）は穴埋め工程、（ｃ）は貫通溶接時のＭＩＧ溶接電流およびプラズマ溶接電流の時間変化を示している。 従来技術のＭＩＧトーチの構成の模式図である。 従来技術のプラズマＭＩＧトーチの構成の模式図である。
　図面を参照して本発明を実施するための形態（実施形態という）について詳細に説明する。
［１．プラズマ－ＭＩＧ溶接方法の概要］
　ここでは、本発明の実施形態に係るプラズマ－ＭＩＧ溶接方法の概要について図１（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）を参照して説明する。
　図１（ａ）に示すＭＩＧトーチ９には、図示しないＭＩＧ用溶接電源の正極が接続されると共に、電源の負極が母材であるワークＷに接続されている。ＭＩＧ溶接を開始すると、ＭＩＧトーチ９から送出される溶接ワイヤ（以下、単にワイヤ１０と表記する）は、給電により先端１１が発熱し、ワークＷとの間にＭＩＧアーク１２が発生し、ワークＷと電極（ワイヤ１０）間では電子が電荷１３を運ぶ。一般に、電荷を持ったワイヤが溶融池に接触（短絡）する時にスパッタが発生する。
　本実施形態に係るプラズマ－ＭＩＧ溶接方法では、図１（ｂ）に示すように、ＭＩＧトーチ９において給電されたワイヤ１０の溶融を、図示しないプラズマトーチ部からのプラズマ２０でアシストしてワイヤ１０を加熱する。これにより、ワイヤ１０の先端１１の溶融が促進される。
　本実施形態に係るプラズマ－ＭＩＧ溶接方法では、図１（ｃ）に示すように、ワイヤ１０とワークＷとの間にプラズマ２０が入ることにより、ＭＩＧアーク１２はプラズマアーク２１に包まれ、ＭＩＧアーク１２が安定する。
　本実施形態に係るプラズマ－ＭＩＧ溶接方法では、図１（ｄ）に示すように、ワイヤ１０とワークＷとの間において、空中で溶滴１４が分離され（空中散布）、ワークＷに溶け込む。このとき、ワイヤ先端１１から溶滴１４が空中で分離されるので、溶滴１４に電荷を持たせることはない。従来の短絡移行では、電荷を持ったワイヤが溶融池に接触（短絡）するためにスパッタが発生するが、本実施形態に係るプラズマ－ＭＩＧ溶接方法によれば、プラズマによるワイヤ先端溶融アシスト効果があるので、一般的な短絡移行となるようなＭＩＧ溶接電流が供給されたとしても、溶滴１４の移行モードは、実際には短絡移行とはならず、ドロップ移行となる。よって、スパッタを低減することができる。さらに、電荷を持たない溶滴１４は、ぬれ性が良く、溶融池に良く馴染むことができる。
　本実施形態に係るプラズマ－ＭＩＧ溶接方法は、ＭＩＧトーチ９と共にプラズマアークを発生させるトーチを備えるプラズマ－ＭＩＧ溶接装置により実現することができる。このプラズマ－ＭＩＧ溶接装置の備える溶接トーチ２の模式図を図２（ａ），（ｂ）に示す。
　図２（ａ）に示す溶接トーチ２は、プラズマトーチ部８と、ＭＩＧトーチ９とを収納する機能と、ＭＩＧトーチ９に供給されるシールドガスのためのシールドノズルとしての機能とを兼ねている。この溶接トーチ２には、プラズマトーチ部８と、ＭＩＧトーチ９とが、互いに異なる向きで所定距離だけ離間して、プラズマトーチ部８の中心軸線と、ＭＩＧトーチ９の中心軸線とが鋭角（例えば１５°）で交差するように配置されている。プラズマトーチ部８は図２（ａ）において左下向きであり、ＭＩＧトーチ９の向きおよび挿通されたワイヤ１０の送出方向は図２（ａ）において右下向きである。
　プラズマトーチ部８は、プラズマアーク溶接に用いられる一般的なプラズマトーチで構成されており、例えば、プラズマノズルおよびプラズマ電極を含む。ＭＩＧトーチ９は、ＭＩＧ溶接に用いられる一般的なＭＩＧトーチで構成されており、例えば、ＭＩＧチップおよびワイヤ１０を含む。図２（ａ）では、ＭＩＧトーチ９を、チップとチップ内部のワイヤ１０にて簡略化して示した。
　例えば、ＭＩＧトーチ９に対するプラズマトーチ部８の相対位置およびノズルの向きを特定するための配置のパラメータの設計例を図２（ｂ）に示す。ここでは、例えば、プラズマトーチ部８のプラズマ電極の先端の中心を座標原点として、紙面上に鉛直面としてのＸＹ平面（Ｚ＝０）をとり、紙面に垂直な奥行き方向にＺ軸をとった座標空間を想定している。ただし、説明を簡単にするために、図２（ｂ）の溶接トーチ２では、例えば、ＸＹ平面（Ｚ＝０）内の相対位置について説明する。なお、図２（ｂ）では、図２（ａ）に示す溶接トーチ２を右回り（時計回り）に所定角度回転させて破線で示す。
　図２（ｂ）では、一例として、プラズマトーチ部８のノズルの軸線Ｌ１によって、プラズマトーチ部８の方向を特定する。ＭＩＧトーチ９のＭＩＧチップにおけるワイヤ１０の送出ガイドの軸線Ｌ2によって、ＭＩＧトーチ９の方向を特定する。軸線Ｌ１と軸線Ｌ2とは図２（ｂ）において角度θで交差している。プラズマトーチ部８のプラズマ電極の先端の位置Ｐ１によって、プラズマトーチ部８の位置を特定する。ＭＩＧトーチ９のＭＩＧチップ先端の位置Ｐ2によって、ＭＩＧトーチ９の位置を特定する。軸線Ｌ１において、プラズマトーチ部８の本体から位置Ｐ１への向きが、プラズマトーチ部８のノズルの向きを示す。軸線Ｌ2において、ＭＩＧトーチ９の本体から位置Ｐ2への向きが、ＭＩＧトーチ９のノズルの向きを示す。プラズマトーチ部８のノズルの向きは、ＭＩＧトーチ９のノズルの向きから角度θだけ傾いている。
　この場合、軸線Ｌ1の方向において、ＭＩＧトーチ９に対するプラズマトーチ部８の相対距離はＲ2であり、軸線Ｌ1に直交する方向において、ＭＩＧトーチ９に対するプラズマトーチ部８の相対距離はＲ1である。したがって、例えば、軸線Ｌ1の方向をＸ方向、軸線Ｌ1に直交する方向をＹ方向とすれば、Ｘ方向およびＹ方向のシフト量（Ｒ1，Ｒ2）により、ＭＩＧトーチ９に対するプラズマトーチ部８の相対位置を決定することができる。プラズマトーチ部８からのプラズマ２０がワイヤ１０の先端部分を加熱して溶滴を短絡させないように移行できるように、ＭＩＧトーチ９に対してプラズマトーチ部８が配置されれば、これらのパラメータの値は特に限定されるものではない。
　ＭＩＧトーチ９に供給されるシールドガスのノズルの先端からワイヤ１０が突き出た突き出し部分の長さを図２（ｂ）に示すようにＴで表す。また、このうち突き出し部分の一部である先端部分の長さを図２（ｂ）に示すようにＤで表す。長さＤの先端部分を狙ってプラズマ２０がワイヤ１０を加熱する。溶滴を短絡させないように移行させるときに、ワイヤ１０の突き出し部分の一部である先端部分の長さＤは、ワイヤの径の３～１０倍の長さであることが好ましい。このようにすることで、ワイヤ１０が溶融して発生する溶滴のサイズが小さくなるので、溶滴の移行が安定する。例えばワイヤ直径が１ｍｍの場合、Ｄ＝３～１０ｍｍの範囲とすればよい。
　また、溶滴を短絡させないように移行させるときに、給電されたワイヤ１０の溶融をプラズマにより促進させることで発生する溶滴の直径が、ワイヤの直径の１～２倍となるように加熱すると、スパッタ量が少なくなるので好適である。例えばワイヤ直径が１ｍｍの場合、溶滴のサイズが１～２ｍｍの範囲とすればよい。なお、グロビュール移行の場合、ワイヤ直径が１ｍｍのとき、溶滴のサイズが３～４ｍｍ又はこれ以上の大きさとなって、スパッタ量が多くなる。
［２．溶接システムの構成］
　ここでは、本発明に係るプラズマ－ＭＩＧ溶接方法を実施するための溶接システムの構成について図３を参照して説明する。溶接システム１は、重ね合わせた複数のワークＷを貫通溶接するためのロボットアーク溶接システムである。貫通溶接方法は、貫通孔を形成するための段階（以下、穴掘り工程Ｐ１と称する）と、穴掘り工程Ｐ１の後であって貫通孔にワイヤを充填する段階（以下、穴埋め工程Ｐ２と称する）とを有する。本発明に係るプラズマ－ＭＩＧ溶接方法を、穴埋め工程Ｐ２にて、実施することとする。
　貫通溶接方法は、ワークに穴を掘り、貫通させて孔を形成し、即座に埋めることが前提なので、埋め始めると、孔がすぐに穴に変わる。よって、以下では次のように孔と穴とを区別した。貫通後、埋める前の状態を貫通孔と呼ぶ。貫通前にワークを掘っているときの状態や、貫通後に貫通孔を埋めているときの状態を穴と呼ぶ。貫通溶接によってワークに形成される貫通孔は、通常、孔の上端の口の径、下端の口の径、および両端の途中の径が異なっている。そこで、孔の上口の径を上孔径、孔の下口の径を下孔径と呼ぶ。
　溶接システム１は、図３に示すように、主として、溶接トーチ２と、ロボット３と、ロボット制御装置４と、溶接電源５と、ワイヤ供給装置６と、溶接制御装置７と、を備えている。また、図示を省略するが、溶接システム１は、動作ガスボンベ、シールドガスボンベ、ガス流量調整器、遠隔制御器などを備えている。図３では、一例として３枚の板状のワークＷを重ね合わせた場合のワーク断面を図示した。また、ここでは、ワーク間に隙間はないものとして説明する。
　なお、ロボット制御装置４および溶接制御装置７は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、入出力インタフェース等を備えている。
　溶接トーチ２は、プラズマトーチ部８と、ＭＩＧトーチ９とを備える。
　プラズマトーチ部８は、穴埋め工程Ｐ２にてＭＩＧ溶接をアシストするために用いられるトーチである。また、プラズマトーチ部８は、穴掘り工程Ｐ１にて複数のワークＷを貫通する貫通孔を形成するために用いられる。プラズマトーチ部８には、プラズマアーク溶接を行うためのプラズマ電極やプラズマノズルが形成されており、アルゴン等の動作ガス及びシールドガスが供給される。プラズマトーチ部８は、プラズマ電極としてのタングステン電極と、水冷された拘束ノズル（プラズマノズル）との間にパイロットアークを発生させ、このパイロットアークの熱により動作ガスをプラズマ化して噴出させ、ワークＷとの間にプラズマアークを発生させる。シールドガスとしては、一般的に用いられるＭＡＧガス（Ａｒ＋ＣＯ2混合ガス）などが供給される。
　ＭＩＧトーチ９は、ＭＩＧ溶接を行うためのトーチである。ＭＩＧトーチ９は、消耗電極としてのワイヤ１０への給電のためにＭＩＧトーチ９内に収納されているチップ（ＭＩＧチップ）と、このチップの中心に挿通されたワイヤ１０とを備える。このＭＩＧトーチ９は、穴埋め工程Ｐ２にて使用され、貫通孔を埋めて重ね合わされた複数のワークＷを融合する。ＭＩＧトーチ９には、チップの中心に消耗電極としてのワイヤ１０がワイヤ供給装置６から送り込まれ、ワイヤ１０の周囲にはシールドガス（Ａｒ＋ＣＯ2）が供給される。
　ロボット３は、例えば、多軸多関節型の溶接ロボットであり、先端側のアーム３ａには溶接トーチ２が取り付けられている。ロボット３は、モータで各関節を動かすことにより溶接トーチ２を移動させることができる。
　ロボット制御装置４は、ロボット３に接続されており、溶接経路等の入力コマンドまたは予め記憶されたコマンドに基づいてロボット３の動作や姿勢を制御するものである。
　溶接電源５は、アーク溶接のための電力を溶接トーチ２に供給するものである。ここでは、溶接電源５は、図３に示すように、主として、プラズマ電源５１と、ＭＩＧ電源５２と、ガス供給装置５３とを備える。なお、図示を省略するが、溶接電源５は、電圧・電流検出器やＭＩＧ溶接に必要な制御回路などを備えている。
　プラズマ電源５１は、穴掘り工程Ｐ１および穴埋め工程Ｐ２にてプラズマトーチ部８に電力を供給する。このプラズマ電源５１の負極は、プラズマトーチ部８のタングステン電極に電気的に接続され、プラズマ電源５１の陽極は、ワークＷに電気的に接続される。プラズマ電源５１の出力特性は、一般的に定電流特性であり、これによりアーク安定後のアーク電流を一定値に保持する。この定電流制御により、測定されたアーク電圧からアーク長を推定することができる。
　ＭＩＧ電源５２は、穴埋め工程Ｐ２（ＭＩＧ溶接中）にてＭＩＧトーチ９に電力を供給する。このＭＩＧ電源５２の陽極は、ＭＩＧトーチ９のＭＩＧチップを介してワイヤ１０（消耗電極）に電気的に接続され、ＭＩＧ電源５２の負極は、ワークＷに電気的に接続される。ＭＩＧ電源５２の出力特性は、定電圧特性であり、これにより、アーク安定後のアーク長を一定値に保持する。
　ガス供給装置５３は、図示しないガスボンベから溶接トーチ２に溶接用のシールドガスを供給する。また、ガス供給装置５３は、図示しないガスボンベから、プラズマを形成するための動作ガスを溶接トーチ２に供給する。ガス供給装置５３は、溶接制御装置７からの指令信号により、所定圧力で流入する動作ガスやシールドガスの流量を図示しない開閉弁により調節する。プラズマアークが不安定にならないように、穴埋め工程Ｐ２（ＭＩＧ溶接中）では、プラズマガスのガス量を例えば３Ｌ／ｍｉｎ以下とすることが好ましい。
　ワイヤ供給装置６は、ＭＩＧ電源５２と接続されている。ワイヤ供給装置６は、穴埋め工程Ｐ２（ＭＩＧ溶接中）において、図示しないワイヤ収納器から送出路を介して送出されるワイヤを、ＭＩＧトーチ９に送り出す。
　溶接制御装置７は、穴掘り工程Ｐ１における処理と穴埋め工程Ｐ２の処理とを実行することで溶接電源５を制御する。
　溶接制御装置７は、穴掘り工程Ｐ１にて溶接電源５を駆動することで、プラズマアーク溶接により、重ね合わされた複数のワークＷを貫通する貫通孔を形成する。すなわち、溶接制御装置７は、プラズマ電源５１、ガス供給装置５３およびプラズマトーチ部８を駆動する。
　溶接制御装置７は、穴埋め工程Ｐ２にて溶接電源５を駆動することで、ＭＩＧ溶接により、貫通孔にワイヤを充填する。すなわち、溶接制御装置７は、ＭＩＧ電源５２、ガス供給装置５３およびＭＩＧトーチ９を駆動する。このとき、溶接制御装置７は、穴掘り工程Ｐ１にて穴掘りのために用いていたプラズマ電源５１およびプラズマトーチ部８をそのまま駆動し続ける。これにより、溶接制御装置７は、ＭＩＧトーチ９から送出されるワイヤ１０の先端に、プラズマトーチ部８からのプラズマアークを照射して、ワイヤ１０の先端の溶融を促進する。
[３．プラズマＭＩＧ方法を貫通溶接に適用したときの効果の具体例]
　ここでは、本発明のプラズマＭＩＧ方法と比較するために、溶接システム１の前記した穴掘り工程Ｐ１における処理と穴埋め工程Ｐ２の処理とは異なる手順で貫通溶接を行う溶接システムを比較例として想定する。この比較例の溶接システムにおける貫通溶接方法の手順について図４（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）を参照して説明する。なお、図３に示した溶接システム１と同様の構成には同じ符号を付して説明を適宜省略する。
＜３－１．貫通溶接方法の比較例＞
　比較例の溶接システムは、穴掘り工程Ｐ１において、図４（ａ）に示すように、溶接トーチ２内のプラズマトーチ部８によって、プラズマアーク溶接により、ワークＷに穴を掘る。そして、図４（ｂ）に示すように所望サイズの貫通孔が形成されて穴掘りが完了すると、プラズマアークを消弧する。そして、図４（ｃ）に示すように、ＭＩＧ溶接により穴埋めを行う。このときのＭＩＧ溶接電流およびプラズマ溶接電流の時間変化の一例を図４（ｄ）に示す。
　図４（ｄ）のグラフの横軸は時間を示し、縦軸は溶接電流を示す。また、グラフにおいて実線はプラズマ溶接電流、破線はＭＩＧ溶接電流を示す。比較例の溶接システムは、時刻ｔ1に、プラズマ溶接電流の所定電流値Ｉ1（例えば１００Ａ）にて、穴掘り工程Ｐ１を開始する。比較例の溶接システムは、時刻ｔ2に穴掘り工程Ｐ１を完了すると、プラズマ溶接電流を０Ａにしてプラズマアークを消弧する。一方、この時刻ｔ2に、ＭＩＧ溶接電流の所定電流値Ｉ2（例えば１５０Ａ）にて、穴埋め工程Ｐ２を開始する。そして、比較例の溶接システムは、時刻ｔ3に穴埋め工程Ｐ２を完了すると、ＭＩＧ溶接電流を０ＡにしてＭＩＧアークを消弧する。
＜３－２．貫通溶接方法の実施例＞
　次に、本発明のプラズマＭＩＧ方法を実現する溶接システム１における貫通溶接方法の手順について図５（ａ），（ｂ），（ｃ）を参照して説明する。
　溶接システム１は、穴掘り工程Ｐ１において、図５（ａ）に示すように、溶接トーチ２内のプラズマトーチ部８によって、プラズマアーク溶接により、ワークＷに穴を掘る。そして、所望サイズの貫通孔が形成されて穴掘りが完了すると、プラズマアークを消弧することなく、図５（ｂ）に示すように、穴埋めを行う。その際に、図１（ｂ），（ｃ），（ｄ）に示すように、プラズマ２０によってワイヤ１０の先端１１を選択的に温めて溶融する。このときのＭＩＧ溶接電流およびプラズマ溶接電流の時間変化の一例を図５（ｃ）に示す。
　図５（ｃ）のグラフの横軸、縦軸、グラフの実線および破線はそれぞれ図４（ｄ）のグラフと同じものを示している。なお、図５（ｃ）の所定電流値Ｉ1は図４（ｄ）の所定電流値Ｉ1とは異なり、図５（ｃ）の時刻ｔ4，ｔ5，ｔ6は図４（ｄ）の時刻ｔ1，ｔ2，ｔ3とは異なる。
　溶接システム１は、時刻ｔ4に、プラズマ溶接電流の所定電流値Ｉ1（例えば１００Ａ）にて、穴掘り工程Ｐ１を開始する。溶接システム１は、時刻ｔ5に穴掘り工程Ｐ１を完了しても、プラズマ溶接電流を所定電流値Ｉ1に維持しておく。さらに、この時刻ｔ5に、ＭＩＧ溶接電流の所定電流値Ｉ1（例えば１００Ａ）にて、穴埋め工程Ｐ２を開始する。そして、溶接システム１は、時刻ｔ6に穴埋め工程Ｐ２を完了すると、プラズマ溶接電流およびＭＩＧ溶接電流を０ＡにしてプラズマアークおよびＭＩＧアークをそれぞれ消弧する。
　なお、図５（ｃ）の所定電流値Ｉ1は図４（ｄ）の所定電流値Ｉ1と同じものである場合（例えば１００Ａ）、図５（ｃ）の時刻ｔ4～ｔ5の期間（例えば２秒）および時刻ｔ5～ｔ6の期間（例えば０．６秒）と、図４（ｄ）の時刻ｔ1～ｔ2の期間（例えば２秒）および時刻ｔ2～ｔ3の期間（例えば０．６秒）とは、それぞれ一致する。
　貫通溶接方法を行う実施例の溶接システム１によれば、穴埋め工程Ｐ２においてＭＩＧ溶接にプラズマのアシストが付加されるので、ＭＩＧ溶接電流を比較例よりも低減でき、スパッタ低減効果を奏する。
　以上説明したように、本発明の実施形態に係るプラズマ－ＭＩＧ溶接方法は、ＭＩＧトーチ９のワイヤ１０の溶融がプラズマにより促進されて、ワイヤ１０が溶融して発生する溶滴を短絡させることなく空中散布する。このため、溶滴の移行モデルが通常ならば短絡移行となるような低いＭＩＧ溶接電流が実際には供給されたとしても、溶滴の移行モデルをドロップ移行とすることができる。そのため、ＭＩＧ溶接電源のコントロールに依存することなく、スパッタ量を低減させることができる。
　以上、本発明のプラズマ－ＭＩＧ溶接方法の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、前記した実施形態に限定されるものではない。例えば、プラズマＭＩＧ方法を貫通溶接方法に適用するものとしたが、ワークに孔が開いていることは必須ではない。つまり、本発明のプラズマ－ＭＩＧ溶接方法は、貫通溶接への適用に限らずに、単純に盛っていく場合であっても、ＭＩＧ溶接をするときにプラズマでアシストすることでスパッタを低減させることができる。
　本発明のプラズマ－ＭＩＧ溶接方法は、ＭＩＧ溶接電源のコントロールに依存せずにスパッタを低減させることができるので、ＭＩＧ溶接電源は、直流電源でもパルス電源でもよい。また、本発明のプラズマ－ＭＩＧ溶接方法をＭＡＧ溶接に適用してもよい。
　本発明に係るプラズマ－ＭＩＧ溶接方法の効果として、ＭＩＧ溶接ワイヤをプラズマで加熱することで溶滴を短絡移行させることなく空中散布してドロップ移行できることを確かめるために、プラズマトーチ部８と、ＭＩＧトーチ９とを互いに異なる向きで所定距離だけ離間して配置して以下の実験１および実験２を行った。
　各実験に共通の条件は以下の通りである。ＭＩＧ溶接電流（単にＭＩＧ電流ともいう）は、一定値（１５０Ａ）とした。ワイヤの径は１ｍｍとした。
＜実験１＞
　ＭＩＧ溶接電流を一定値として、プラズマ溶接電流を増減させて、他の条件を変化させることなくスパッタ量を測定した。このときの測定条件および測定結果の一覧を表１に示す。なお、詳細については後記する。
＜実験２＞
　ＭＩＧ溶接電流を一定値として、ワイヤ１０の突き出し長さＴ（図２（ｂ）参照）を増減させて、他の条件を変化させることなくスパッタ量を測定した。このときの測定条件および測定結果の一覧を表１に示す。なお、詳細については後記する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１において、プラズマ電流は、プラズマ溶接電流を示す。また、突き出し長さＴは、図２（ｂ）に示す長さＴを表す。
　表１において、短絡回数とは、溶滴移行モードにおける短絡移行を行った回数を示し、ドロップ回数とはドロップ移行を行った回数を示す。この溶滴移行を行った回数は、高速度カメラで観測してカウントした。ここで、ドロップ移行とは、溶融したワイヤがワークに接触したり短絡したりすることなく、ワークから離間している上部位置から、溶滴がワークに向かって飛来してワークに着地する、溶融ワイヤの移行形態のことをいう。
　溶滴がワークに向かって飛来してワークに着地するときの落ち方は、例えば、ポンポン落ちる、ポタポタ落ちる、ポッタポッタ落ちる、ポッチャンポッチャンと落ちる、といった落ち方を含む。なお、このときの落ち方は、グロビュール移行のような、だまを作ってネッキング力で引きちぎるときのボタッツ、ボタッツという落ち方とは異なる。
　表１において、ＭＩＧアーク状態が不安定であるとは、アーク長が過大であることに相当する。溶滴サイズは、高速度カメラで観測して複数の溶滴のサイズの平均値を算出したものを示す。ＭＩＧスパッタは、スパッタが発生したときに１打点で発生したスパッタ量の平均値を算出したものを示す。これは、飛び散ったスパッタを回収して総重量を求め、溶接打点総数で除算することで算出した。
　実験１の結果を、表１においてサンプルNo.1～サンプルNo.6に示し、実験２の結果を、表１においてサンプルNo.7～サンプルNo.11に示す。なお、サンプルNo.4とサンプルNo.9とは同じもの（実施例２）を表している。
＜実験１＞
　実験１において、ＭＩＧ溶接電流を１５０Ａとして、プラズマ溶接電流を０，１００，１２５，１５０，１７５，２００Ａのように変化させて、他の条件を変化させることなくスパッタ量を測定した。このときのサンプルNo.1～サンプルNo.6を、この順番に、比較例１，比較例２，実施例１，実施例２，実施例３，比較例３とする。
　比較例１では、プラズマによるワイヤの加熱がないため、ワイヤからの溶滴の移行モードは、短絡移行モードとなる。したがって、短絡前後でスパッタが発生した。
　比較例２では、プラズマによるワイヤの加熱が少なく、ワイヤの溶融が不充分なため、ワイヤからの溶滴の移行モードは、短絡移行モードとなる。したがって、短絡前後でスパッタが発生した。
　実施例１～３では、プラズマによるワイヤの加熱によってワイヤが溶融し、溶滴の移行モードは、ドロップ移行モードとなる。したがって、スパッタが低減された。
　比較例３では、プラズマによるワイヤの過入熱により、ワイヤは上側にせりあがって溶融した。これにより溶滴が過剰に成長し、実施例１～３と比較して溶滴のサイズが拡大した。そして、アーク長過大によりアークが不安定化した。
（実験１のまとめ）
　実験１において、ＭＩＧ溶接電流を１５０Ａ、突出し長さを２０ｍｍとした測定条件の場合、プラズマ溶接電流を１２５～１７５Ａとしたときに、溶滴を短絡移行させることなく空中散布してドロップ移行でき、スパッタ量を低減できることを確かめることができた。特に、プラズマ溶接電流を１５０Ａとしたときに、１打点当たりのスパッタ量を最も低減することができた。
＜実験２＞
　実験２において、ＭＩＧ溶接電流を１５０Ａとして、突出し長さを１５，１８，２０，２２，２５ｍｍのように変化させて、他の条件を変化させることなくスパッタ量を測定した。このときのサンプルNo.7～サンプルNo.11を、この順番に、比較例４，実施例４，実施例２，実施例５，比較例５とする。
　比較例４では、プラズマによるワイヤの加熱が少なく、ワイヤの溶融が不充分なため、ワイヤからの溶滴の移行モードは、短絡移行モードとなる。したがって、短絡前後でスパッタが発生した。
　実施例４，２，５では、プラズマによるワイヤの加熱によってワイヤが溶融し、溶滴の移行モードは、ドロップ移行モードとなる。したがって、スパッタが低減された。
　比較例５では、プラズマによるワイヤの過入熱により、ワイヤは上側にせりあがって溶融した。これにより溶滴が過剰に成長し、実施例４，２，５と比較して溶滴のサイズが拡大した。そして、アーク長過大によりアークが不安定化した。
（実験２のまとめ）
　実験２において、ＭＩＧ溶接電流を１５０Ａ、プラズマ溶接電流を１５０Ａとした測定条件の場合、突出し長さを１８～２２ｍｍとしたときに、溶滴を短絡移行させることなく空中散布してドロップ移行でき、スパッタ量を低減できることを確かめることができた。特に、突出し長さを２０ｍｍとしたときに、１打点当たりのスパッタ量を最も低減することができた。
　１　　　溶接システム
　２　　　溶接トーチ
　３　　　ロボット
　３ａ　　アーム
　４　　　ロボット制御装置
　５　　　溶接電源
　６　　　ワイヤ供給装置
　７　　　溶接制御装置
　８　　　プラズマトーチ部
　９　　　ＭＩＧトーチ
　１０　　ワイヤ
　１１　　ワイヤ先端部
　１２　　ＭＩＧアーク
　１３　　電荷
　１４　　溶滴
　２０　　プラズマ
　２１　　プラズマアーク
　５１　　プラズマ電源
　５２　　ＭＩＧ電源
　５３　　ガス供給装置
　Ｗ　　　ワーク
 

Claims (7)

  1. 　プラズマノズルおよびプラズマ電極を含むプラズマトーチ部と、ＭＩＧチップおよび溶接ワイヤを含むＭＩＧトーチとが、互いに異なる向きで所定距離だけ離間して配置されてなるプラズマ－ＭＩＧ溶接装置を用いた溶接方法であって、
    　前記溶接ワイヤの先端部分に対して局所的にプラズマアークをオーバーラップさせて加熱し、前記溶接ワイヤの溶融を促進させた状態で、消耗電極である前記溶接ワイヤの先端と被溶接物との間で短絡させることなくＭＩＧ溶接を行うことを特徴とするプラズマ－ＭＩＧ溶接方法。
  2. 　前記ＭＩＧトーチに供給されるシールドガスのノズルの先端から前記溶接ワイヤが突き出た突き出し部分のうちの一部である先端部分を加熱することを特徴とする請求項１に記載のプラズマ－ＭＩＧ溶接方法。
  3. 　前記溶接ワイヤの前記突き出し部分において、当該溶接ワイヤの径の３～１０倍の長さの先端部分を加熱することを特徴とする請求項２に記載のプラズマ－ＭＩＧ溶接方法。
  4. 　前記溶接ワイヤの溶融を促進させることで、当該溶接ワイヤの径の１～２倍の径の溶滴を発生させるように加熱することを特徴とする請求項１に記載のプラズマ－ＭＩＧ溶接方法。
  5. 　前記溶接ワイヤの溶融を促進させることで、当該溶接ワイヤの径の１～２倍の径の溶滴を発生させるように加熱することを特徴とする請求項２に記載のプラズマ－ＭＩＧ溶接方法。
  6. 　前記溶接ワイヤの溶融を促進させることで、当該溶接ワイヤの径の１～２倍の径の溶滴を発生させるように加熱することを特徴とする請求項３に記載のプラズマ－ＭＩＧ溶接方法。
  7. 　請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のプラズマ－ＭＩＧ溶接方法で使用されるプラズマ－ＭＩＧ溶接装置の溶接トーチであって、
    　プラズマノズルおよびプラズマ電極を含むプラズマトーチ部と、ＭＩＧチップおよび溶接ワイヤを含むＭＩＧトーチとが互いに異なる向きで所定距離だけ離間して配置され、
    　前記プラズマトーチ部と前記ＭＩＧトーチとは、
    　前記溶接ワイヤの先端部分に対して局所的にプラズマアークをオーバーラップさせることのできる位置に配設され、前記プラズマトーチ部の中心軸線と、前記ＭＩＧトーチの中心軸線とが鋭角で交差していることを特徴とする溶接トーチ。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103817449A (zh) * 2014-01-03 2014-05-28 成都天启万峰机电设备有限公司 一种等离子弧和熔化极电弧复合焊接方法及焊接装置
JP2015186809A (ja) * 2014-02-05 2015-10-29 株式会社ダイヘン 工業製品の製造方法、スポット溶接システム
JP2023083302A (ja) * 2017-11-02 2023-06-15 エーエスエムエル ネザーランズ ビー．ブイ． 極端紫外線光源のチャンバ内の光学系の表面の洗浄

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9862050B2 (en) 2012-04-03 2018-01-09 Lincoln Global, Inc. Auto steering in a weld joint
US10086465B2 (en) 2013-03-15 2018-10-02 Lincoln Global, Inc. Tandem hot-wire systems
US10035211B2 (en) * 2013-03-15 2018-07-31 Lincoln Global, Inc. Tandem hot-wire systems
US10464168B2 (en) 2014-01-24 2019-11-05 Lincoln Global, Inc. Method and system for additive manufacturing using high energy source and hot-wire
GB2532195B (en) * 2014-11-04 2016-12-28 Fourth State Medicine Ltd Plasma generation
US10766094B2 (en) * 2015-01-28 2020-09-08 Honda Motor Co., Ltd. Arc welding device and method
CN107249804B (zh) * 2015-02-23 2019-12-17 本田技研工业株式会社 穿透焊接方法
CN104741806B (zh) * 2015-04-01 2019-03-29 西南交通大学 熔化极等离子电弧复合焊接系统及其焊接控制方法
CN106624402A (zh) * 2017-02-07 2017-05-10 王长春 一种双热源复合焊炬及焊接方法
US11027362B2 (en) 2017-12-19 2021-06-08 Lincoln Global, Inc. Systems and methods providing location feedback for additive manufacturing
CN114101949A (zh) * 2021-12-28 2022-03-01 南京航空航天大学 一种焊接设备及焊接方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS50129446A (ja) * 1974-03-25 1975-10-13
JPS51116143A (en) * 1975-03-19 1976-10-13 Philips Nv Plasmaaarc welder
JP2011177741A (ja) * 2010-02-27 2011-09-15 Nippon Steel & Sumikin Welding Co Ltd プラズマ溶接方法，プラズマトーチ組体およびプラズマ溶接装置

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4233489A (en) * 1974-03-25 1980-11-11 U.S. Philips Corporation Method of and device for plasma MIG-welding
JPS50129449A (ja) * 1974-03-30 1975-10-13
USRE33330E (en) * 1983-08-11 1990-09-11 Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho Output control of short circuit welding power source
AUPS274002A0 (en) * 2002-06-03 2002-06-20 University Of Wollongong, The Control method and system for metal arc welding
JP5459703B2 (ja) * 2010-01-14 2014-04-02 株式会社ダイヘン プラズマミグ溶接方法
CN102151944A (zh) * 2011-01-25 2011-08-17 哈尔滨工业大学 采用激光等离子体引燃tig电弧的方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS50129446A (ja) * 1974-03-25 1975-10-13
JPS51116143A (en) * 1975-03-19 1976-10-13 Philips Nv Plasmaaarc welder
JP2011177741A (ja) * 2010-02-27 2011-09-15 Nippon Steel & Sumikin Welding Co Ltd プラズマ溶接方法，プラズマトーチ組体およびプラズマ溶接装置

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103817449A (zh) * 2014-01-03 2014-05-28 成都天启万峰机电设备有限公司 一种等离子弧和熔化极电弧复合焊接方法及焊接装置
JP2015186809A (ja) * 2014-02-05 2015-10-29 株式会社ダイヘン 工業製品の製造方法、スポット溶接システム
JP2023083302A (ja) * 2017-11-02 2023-06-15 エーエスエムエル ネザーランズ ビー．ブイ． 極端紫外線光源のチャンバ内の光学系の表面の洗浄

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