WO2023223798A1 - ガスメタルアーク溶接の制御方法、溶接条件の設定方法、溶接制御装置、溶接電源、溶接システム、プログラム、ガスメタルアーク溶接方法及び付加製造方法 - Google Patents
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- B23K9/16—Arc welding or cutting making use of shielding gas
- B23K9/173—Arc welding or cutting making use of shielding gas and of a consumable electrode
Definitions
- the present invention provides a control method for gas metal arc welding, a method for setting welding conditions, and a method for setting welding conditions in an arc welding control system that periodically repeats a forward feeding period TP and a reverse feeding period TN of the welding wire as one cycle.
- the present invention relates to a control device, a welding power source, a welding system, a program, a gas metal arc welding method, and an additive manufacturing method.
- the welding method used for welding this thin plate is CO 2 welding or MAG (Metal Active Gas) welding, which generally uses 80% Ar-20% CO 2 gas. There are also pros and cons.
- CO 2 welding has excellent high-speed welding properties and high efficiency. Furthermore, since stable penetration can be ensured and pore defects are less likely to occur, it has the advantage that it can also be applied to welding galvanized steel sheets. On the other hand, the smaller the plate thickness, the more spatter will occur, and the higher the welding speed, the higher the welding current, which will result in deeper penetration due to the influence of excessive arc force. There is a disadvantage that burn-through may occur.
- MAG welding has the advantage of suppressing burn-through when the plate thickness is small because there is less spatter and penetration is small, but on the other hand, it has the disadvantage of being inferior in high-speed welding performance. This is because in MAG welding, when the welding speed is increased and the welding current is increased, the droplet transfer form enters the spray transfer region, and the arc spreads beyond the molten pool width, making it impossible to ensure sufficient penetration. Furthermore, there is a risk that pore defects will occur frequently when welding galvanized steel sheets.
- MAG welding is a welding method that uses pulsed current (hereinafter also referred to as "pulsed MAG welding"), and although it has improvements over MAG welding such as less spatter and deeper penetration, CO 2. Sufficient penetration cannot be secured as in 2 welding, and high-speed welding performance is inferior.
- the disadvantage of easily generating pore defects in galvanized steel sheets is the same as that of MAG welding.
- CO 2 welding and MAG welding each have their advantages and disadvantages, but in recent years there have been methods to compensate for the shortcomings of these welding methods by applying feed rate control to these welding methods.
- Patent Document 1 discloses that the welding wire, which is a consumable electrode, is alternately fed in forward feeding in the direction of the welding object and in reverse feeding in the opposite direction of the normal feeding.
- the welding wire is periodically fed with a predetermined period and amplitude, and a first heat input period consisting of a first heat input amount and a second heat input period consisting of a second heat input amount are periodically performed. It is disclosed that it is repeated.
- the first heat input period and the second heat input period each consist of a short circuit period and an arc period, and when a short circuit is detected in the short circuit period of the second heat input period, the second heat input period is By extinguishing the arc by reducing the welding current after the short circuit is opened during the second heat input period compared to the welding current during the arc period of the first heat input period, a stable arc can be maintained while reducing the heat input. It is disclosed that burn-through in thin plate welding can be suppressed and gap tolerance can be improved.
- Patent Document 1 does not consider the bead appearance. Regarding the bead appearance, it can be said that the wider the bead and the flatter the shape, the better the welding quality.However, as the welding speed increases, the bead shape tends to become convex.Especially, in CO2 welding, the bead shape tends to become convex. It tends to become convex.
- Patent Document 1 since the technology described in Patent Document 1 requires low heat input, penetration is small and pore defects are likely to occur in galvanized steel sheets. As mentioned above, welding of thin plates is applied in the field of manufacturing mass-produced products, and optimization of the production system is required, so a welding method that can be universally applied regardless of the type of base material is desired.
- the present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and its purpose is to obtain an excellent bead shape and optimal penetration performance depending on the situation, regardless of the welding speed, in welding thin plates.
- the present invention provides a gas metal arc welding control method, a welding condition setting method, a welding control device, a welding power source, a welding system, a program, a gas metal arc welding method, and an additive manufacturing method.
- the above object of the present invention is achieved by the following configuration [1] related to the control method for gas metal arc welding.
- [1] In gas metal arc welding when a thin plate is the material to be welded using a shielding gas containing 30% or more of CO2 , At least the welding wire is fed so that the tip of the welding wire is fed toward the base metal with periodic switching between the normal feeding period TP and the reverse feeding period TN .
- a control method for gas metal arc welding in which feeding and welding current are controlled by switching the welding current to at least a current non-suppression period T IP or a current suppression period T IB based on a tip position or a feeding speed signal, the method comprising: If there is one or more cycles including an arc period and a short circuit period within a predetermined time, a short circuit time ratio determining step of determining a ratio of the short circuit period to the predetermined time; The welding conditions are set so that the short circuit period ratio determined in the short circuit time ratio determining step is at least below a predetermined threshold or a calculated threshold, or a predetermined target value or a calculated target value.
- a method for controlling gas metal arc welding comprising the step of determining welding conditions to be set or corrected.
- the above object of the present invention is achieved by the following configuration [2] related to the method for setting welding conditions.
- [2] In gas metal arc welding when a thin plate is the material to be welded using a shielding gas containing 30% or more of CO2 , At least the welding wire is fed so that the tip of the welding wire is fed toward the base metal with periodic switching between the normal feeding period TP and the reverse feeding period TN .
- a method for setting welding conditions for controlling feeding and welding current by switching the welding current to at least a current non-suppression period T IP or a current suppression period T IB based on a tip position or a feeding speed signal comprising: If there is one or more cycles including an arc period and a short circuit period within a predetermined time, determining a ratio of the short circuit period to the predetermined time; The welding conditions are set so that the determined ratio of the short circuit period is at least below a predetermined threshold value or a calculated threshold value, or a predetermined target value or a calculated target value. How to set welding conditions.
- the above object of the present invention is achieved by the following configuration [3] related to the welding control device.
- [3] In gas metal arc welding when a thin plate is the material to be welded using a shielding gas containing 30% or more of CO2 , At least the welding wire is fed so that the tip of the welding wire is fed toward the base metal with periodic switching between the normal feeding period TP and the reverse feeding period TN .
- a welding control device for controlling feeding and welding current by switching the welding current to at least a current non-suppression period T IP or a current suppression period T IB based on a tip position or a feeding speed signal, If there is one or more cycles including an arc period and a short circuit period within a predetermined time, Short circuit time ratio determining means for determining a ratio of the short circuit period to the predetermined time; The welding conditions are set so that the short circuit period ratio determined by the short circuit time ratio determination means is at least below a predetermined threshold value or a calculated threshold value, or a predetermined target value or a calculated target value.
- a welding control device comprising: welding condition determining means for setting or correcting welding conditions.
- the above object of the present invention is achieved by the following configuration [6] related to the program.
- [6] In gas metal arc welding when a thin plate is the material to be welded using a shielding gas containing 30% or more of CO2 , At least the welding wire is fed so that the tip of the welding wire is fed toward the base metal with periodic switching between the normal feeding period TP and the reverse feeding period TN .
- a welding system comprising at least a welding control device for controlling feeding and welding current by switching the welding current to at least a current non-suppression period T IP or a current suppression period T IB based on a tip position or a feeding speed signal.
- the welding control device includes: If there is one or more cycles including an arc period and a short circuit period within a predetermined time, a short circuit time ratio determining step of determining a ratio of the short circuit period to the predetermined time; The welding conditions are set so that the short circuit period ratio determined in the short circuit time ratio determining step is at least below a predetermined threshold or a calculated threshold, or a predetermined target value or a calculated target value.
- a program for executing a function including a step of determining welding conditions to be set or corrected.
- the above object of the present invention is achieved by the following configuration [7] related to the gas metal arc welding method.
- [7] In gas metal arc welding when a thin plate is the material to be welded using a shielding gas containing 30% or more of CO2 , At least the welding wire is fed so that the tip of the welding wire is fed toward the base metal with periodic switching between the normal feeding period TP and the reverse feeding period TN .
- Welding using a gas metal arc welding control method in which feeding and welding current are controlled by switching the welding current to at least a current non-suppression period T IP or a current suppression period T IB based on a tip position or a feeding speed signal.
- a method If there is one or more cycles including an arc period and a short circuit period within a predetermined time, The gas metal is characterized in that welding conditions are set or corrected so that the ratio of the short circuit period to the predetermined time is equal to or less than the value of the following formula (1) related to the feed speed setting value FW. Arc welding method. 0.007 ⁇ FW+0.249...Formula (1)
- the above object of the present invention is achieved by the following configuration [8] related to the additive manufacturing method.
- [8] In an additive manufacturing method applying gas metal arc welding when a thin plate is the material to be welded using a shielding gas containing 30% or more of CO2 , At least the welding wire is fed so that the tip of the welding wire is fed toward the base metal with periodic switching between the normal feeding period TP and the reverse feeding period TN .
- Addition using a gas metal arc welding control method that controls feeding and welding current by switching the welding current to at least a current non-suppression period T IP or a current suppression period T IB based on the tip position or feeding speed signal.
- a manufacturing method If there is one or more cycles including an arc period and a short circuit period within a predetermined time, Additive manufacturing characterized in that welding conditions are set or corrected so that the ratio of the short circuit period to the predetermined time is equal to or less than the value of the following formula (1) related to the feed speed setting value FW. Method. 0.007 ⁇ FW+0.249...Formula (1)
- FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration example of a welding system according to this embodiment.
- FIG. 2 is a block diagram showing a schematic configuration of a power supply control section in the welding power source.
- FIG. 3 is a waveform diagram illustrating changes in wire feeding speed over time.
- FIG. 4 is a waveform diagram illustrating changes over time in the position of the tip of the welding wire.
- FIG. 5 is a flowchart illustrating an example of basic control of welding current in this embodiment.
- FIG. 6 is a diagram showing an example of controlling the current setting signal Ir that specifies the current value of the welding current.
- FIG. 7 is a diagram showing the relationship between short circuit time ratio and bead appearance (h/w).
- FIG. 8 is a diagram showing the relationship between short circuit time ratio and penetration performance (d/w).
- FIG. 9 is a graph showing the relationship between short circuit time ratio and bead appearance (h/w), which is the test result at an average feeding speed of 7 m/min and a welding speed of 100 cm/min.
- FIG. 10 is a graph showing the relationship between short circuit time ratio and penetration performance (d/w), which was tested at an average feeding speed of 7 m/min and a welding speed of 100 cm/min.
- FIG. 11 is a flowchart illustrating processing operations of the robot control device and the welding power source.
- FIG. 12 is a diagram showing the relationship between the wire feeding speed, the wire tip position, and the welding current setting value to explain the setting of the terminal position of the welding current setting value I P1 and the terminal position of the welding current setting value I P2 .
- FIG. 13 is a diagram showing the relationship among the wire feeding speed, the wire tip position, and the welding current setting value to explain the setting of the end position of the current suppression period TIB .
- GMAW gas metal arc welding
- the additive manufacturing technology utilizing GMAW is specifically useful in metal additive manufacturing technology (WAAM: Wire and Arc Additive Manufacturing).
- WAAM Wire and Arc Additive Manufacturing
- additive manufacturing is sometimes used in a broader sense as a term for additive manufacturing or rapid prototyping, the term additive manufacturing is used in the present invention.
- welding can be translated into “welding,” “additive manufacturing,” “additive manufacturing,” or the like.
- welding conditions when treated as welding, it is referred to as “welding conditions,” but when the invention is used as additive manufacturing, it is referred to as “welding conditions,” and when treated as welding, it is referred to as “welding system,” but as additive manufacturing.
- welding when treated as welding, it is referred to as “welding conditions,” but when the invention is used as additive manufacturing, it is referred to as “welding system,” but as additive manufacturing.
- welding system when treated as welding, it is referred to as “welding system,” but as additive manufacturing.
- additive manufacturing system when
- FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration example of a welding system according to this embodiment.
- the welding system 50 includes a welding robot 110, a welding control device 120, a feeding device (not shown) that feeds the welding wire 100, a welding power source 140, and a controller 150.
- the welding power source 140 is connected to the welding robot 110 via a positive power cable (not shown) so as to be able to energize the welding wire 100, which is a consumable electrode. , also referred to as "base material") 200.
- This connection is for welding with reverse polarity, and when welding with positive polarity, the welding power source 140 may have the polarity reversed.
- the welding power source 140 and a feeding device (not shown) for feeding the welding wire 100 are connected by signal lines, and the feeding speed of the welding wire can be controlled.
- the welding robot 110 is equipped with a welding torch 111 as an end effector.
- Welding torch 111 has an energizing mechanism that energizes welding wire 100, that is, a welding tip.
- the welding wire 100 generates an arc from its tip when energized from the welding tip, and uses the heat to weld the workpiece 200 to be welded.
- the welding tip is generally also referred to as a contact tip.
- the welding torch 111 is equipped with a shield gas nozzle that serves as a mechanism for ejecting shield gas.
- the shielding gas may have a gas composition that takes the form of globular transition, and specifically, it may contain at least one of carbon dioxide gas, nitrogen gas, hydrogen gas, and oxygen gas, which have a high potential gradient. Preferably, one gas is included.
- a mixed gas with argon gas hereinafter also referred to as "Ar gas”
- Ar gas it is more preferable to use a system in which at least 30% by volume of carbon dioxide gas is mixed, and 90% by volume of carbon dioxide gas is used. A system in which the above is mixed is more preferable, and it is even more preferable to use carbon dioxide alone.
- the shielding gas is supplied from a shielding gas supply device (not shown).
- the welding wire 100 used in this embodiment is not particularly limited; for example, either a solid wire that does not contain flux or a flux-cored wire that contains flux may be used. Further, the material of the welding wire 100 does not matter; for example, the material may be mild steel, stainless steel, aluminum, or titanium, and the wire surface may be plated with Cu or the like. Furthermore, the diameter of welding wire 100 is also not particularly limited. In the case of this embodiment, preferably the upper limit of the diameter is 1.6 mm and the lower limit is 0.8 mm.
- the specific configuration of the workpiece 200 is not particularly limited, and the welding conditions such as the joint shape, welding posture, and groove shape are also not particularly limited.
- the welding control device 120 mainly controls the operation of the welding robot 110.
- the welding control device 120 holds teaching data that defines the operation pattern, welding start position, welding end position, welding conditions, weaving operation, etc. of the welding robot 110 in advance, and instructs the welding robot 110 to operate the welding robot. 110. Further, welding control device 120 provides welding conditions such as welding current, welding voltage, and feed speed during welding work to welding power source 140 according to the teaching data.
- the welding system 50 of this embodiment has a welding control device 120 independent from the welding power source 140; however, the welding control device 120 is included in the welding power source 140. Good too.
- the controller 150 is connected to the welding control device 120 and creates or displays a program for operating the welding robot 110, inputs teaching data, etc., and provides it to the welding control device 120.
- the controller 150 also has a function of manually operating the welding robot 110. Note that the connection between the controller 150 and the welding control device 120 does not particularly matter whether it is wired or wireless.
- the welding power source 140 generates an arc between the welding wire 100 and the workpiece 200 by supplying power to the welding wire 100 and the workpiece 200 according to a command from the welding control device 120. Further, the welding power source 140 outputs a signal for controlling the speed at which the welding wire 100 is fed to a feeding device (not shown) according to a command from the welding control device 120.
- FIG. 2 is a block diagram showing a schematic configuration of a power supply control section in welding power source 140.
- the control system portion of the welding power source 140 is executed, for example, through execution of a program by the welding control device 120 or a computer (not shown).
- the control system portion of the welding power source 140 includes a current setting section 36.
- the current setting unit 36 has a function of setting various current values that define the welding current flowing through the welding wire 100, and a current suppression period setting unit 36A that starts a period in which the current value of the welding current is suppressed.
- the welding wire 100 has a function of setting the start time and end time, and a function of obtaining information on the tip position of the welding wire 100 by the wire tip position converter 36B.
- condition settings for the current non-suppression period TIP which will be described later, such as current setting points during the rising period TU and falling period TD , are performed by setting various current values that define the welding current in the current setting section 36. Included in the functions to be set.
- the welding current shows a pulse waveform that alternately repeats the welding current in the current non-suppression period T IP and the current suppression period T IB based on the wire tip position.
- the current setting unit 36 sets a set current value Ip (hereinafter also referred to as "peak current Ip") for the current non-suppression period TIP and a set current value Ib (hereinafter referred to as "base current Ib") for the current restraint period TIB . ) is set.
- the welding current is basically controlled using two values: a peak current Ip and a base current Ib.
- the time t1 when the period in which the current value is suppressed starts represents the time when the base current Ib starts, that is, the base current start time.
- the time t2 when the period in which the current value is suppressed ends represents the time when the base current Ib ends, that is, the base current end time.
- the time at which the current non-suppression period TIP starts may be expressed as a peak current start time
- the time at which the current non-suppression period TIP ends may be expressed as a peak current end time.
- the main power circuit of the welding power source 140 includes a three-phase AC power source (hereinafter also referred to as "AC power source") 1, a primary rectifier 2, a smoothing capacitor 3, a switching element 4, a transformer 5, and a secondary It is composed of a side rectifier 6 and a reactor 7.
- AC power source three-phase AC power source
- AC power input from an AC power source 1 is full-wave rectified by a primary rectifier 2, smoothed by a smoothing capacitor 3, and converted to DC power.
- the DC power is converted to high-frequency AC power by inverter control by the switching element 4, and then converted to secondary power via the transformer 5.
- the AC output of the transformer 5 is full-wave rectified by a secondary rectifier 6 and further smoothed by a reactor 7.
- the output current of the reactor 7 is given to the welding tip 8 as an output from the main power circuit, and is applied to the welding wire 100 as a consumable electrode.
- Welding wire 100 is fed by feeding motor 24 and feeding device 130, and generates arc 9 between it and base material 200.
- the feeding motor 24 operates during a normal feeding period T P in which the tip of the welding wire 100 is moved toward the base material 200 and in a direction opposite to the direction in which the tip of the welding wire 100 is positioned toward the base material 200.
- the welding wire 100 is fed so that the reverse feeding period TN in which the welding wire 100 moves is periodically switched when the normal feeding period TP and the reverse feeding period TN are one period.
- the term "tip of the welding wire” as used herein generally refers to the tip of the wire when the presence of droplets hanging from the tip of the wire is ignored. That is, it is assumed that the wire melted by the arc immediately transferred to the base material. As explained below, the position is determined by the speed difference between the wire feed speed and the wire melting speed.
- the feeding of the welding wire 100 by the feeding motor 24 is controlled by a control signal Fc from the feeding drive unit 23. Note that the average value of the feeding rate is approximately the same as the melting rate. In the case of this embodiment, the feeding of the welding wire 100 by the feeding motor 24 is also controlled by the welding power source 140.
- a voltage setting signal Vr which is a target value of the voltage to be applied between the welding tip 8 and the base material 200, is given to the current setting unit 36 from the voltage setting unit 34.
- the voltage setting signal Vr here is also given to the voltage comparison section 35 and compared with the voltage detection signal Vo detected by the voltage detection section 32. Note that the voltage detection signal Vo is an actual measurement value.
- Voltage comparator 35 amplifies the difference between voltage setting signal Vr and voltage detection signal Vo, and outputs it to current setting section 36 as voltage error amplification signal Va.
- the current setting unit 36 controls the welding current so that the length of the arc 9 (hereinafter also referred to as "arc length") is constant. That is, the current setting section 36 executes constant voltage control through control of the welding current.
- the current setting unit 36 determines the value of the peak current Ip, the value of the base current Ib, the period for applying the peak current Ip, or the value of the peak current Ip, the base current, based on the voltage setting signal Vr and the voltage error amplification signal Va.
- the magnitude of the value of Ib is reset, and a current setting signal Ir corresponding to the reset period or magnitude of the value is output to the current error amplification section 37.
- the current error amplification section 37 amplifies the difference between the current setting signal Ir given as a target value and the current detection signal Io detected by the current detection section 31, and outputs it to the inverter drive section 30 as a current error amplification signal Ed. .
- the inverter drive section 30 corrects the drive signal Ec of the switching element 4 using the current error amplification signal Ed.
- a detachment detection signal Drl which is a signal for detecting detachment of a droplet from the tip of the welding wire 100, is also input to the current setting unit 36.
- the detachment detection signal Drl is output from the detachment detection section 33.
- Detachment detection section 33 monitors changes in voltage detection signal Vo output by voltage detection section 32, and detects detachment of the droplet from welding wire 100 based on the change. Note that the detachment detection section 33 is an example of a detection means.
- the detachment detection unit 33 here detects detachment of the droplet, for example, by comparing a value obtained by differentiating or second-order differentiating the voltage detection signal Vo with a detection threshold value.
- the detection threshold value is stored in advance in a storage unit (not shown). Note that the detachment detection unit 33 may generate the detachment detection signal Drl based on a change in the resistance value calculated from the voltage detection signal Vo and the current detection signal Io, which are actually measured values.
- the current setting unit 36 is also given an average feeding speed Favg of the welding wire 100 to be fed.
- the average feeding speed Favg is output by the average feeding speed setting section 20 based on teaching data stored in a storage section (not shown). That is, the average feeding speed Favg may be rephrased as a setting value (command value) of the feeding speed.
- the current setting unit 36 determines the values of the peak current Ip, the base current Ib, the time t1 when the base current Ib starts, and the time t2 when the base current Ib ends, based on the given average feeding speed Favg.
- the average feeding speed Favg is input to the current setting section 36, but the signal input to the current setting section 36 is set to a value related to the average feeding speed Favg. may be used in place of the average feeding speed Favg.
- a database not shown
- the average current value is set as the set value. , may be used in place of the average feeding speed Favg.
- the average feeding speed Favg is also given to the amplitude feeding speed setting section 21 and the feeding speed command setting section 22.
- the amplitude feeding speed setting unit 21 here determines the values of the amplitude Wf and the period Tf based on the input average feeding speed Favg.
- Amplitude feeding refers to a normal feeding period in which the feeding speed is higher than the average feeding speed Favg, and a reverse feeding period in which the feeding speed is smaller than the average feeding speed Favg, which alternate. Refers to the feeding method.
- a period in which the feeding speed is smaller than the average feeding speed Favg refers to a period when the feeding speed is less than the average feeding speed Favg, and when the feeding speed is negative, that is, the wire tip moves in the direction opposite to the position where the base material 200 is located. including speed.
- the amplitude Wf gives the range of change with respect to the average feeding speed Favg
- the period Tf gives the time of the amplitude change which is a repetition unit.
- the amplitude feed rate setting unit 21 generates and outputs an amplitude feed rate Ff according to the values of the determined amplitude Wf and period Tf or frequency f.
- the feed speed command setting unit 22 outputs a feed speed command signal Fw based on the amplitude feed speed Ff and the average feed speed Favg.
- the feeding speed command setting unit 22 detects in which phase of the amplitude feeding the separation has occurred based on the separation detection signal Drl given from the separation detection unit 33.
- the feed speed command signal Fw expressed by equation (A) is limited to a case where separation of a droplet from the tip of the welding wire 100 is detected within the expected period. If detachment of the droplet is not detected within the assumed period, the feed speed command setting unit 22 may switch the feed speed command signal Fw to feed control using a constant speed. For example, the feeding speed command setting unit 22 switches the feeding speed command signal Fw to feeding based on the average feeding speed Favg. Switching from the feeding based on the average feeding speed Favg to the feeding control expressed by equation (A) is determined according to the timing at which detachment of the droplet is detected.
- the feed speed command signal Fw is output to the phase shift detection section 26, the feed error amplification section 28, and the current setting section 36.
- the feed error amplification unit 28 amplifies the difference between the feed speed command signal Fw, which is the target speed, and the feed speed detection signal Fo, which is the actual measurement of the feed speed of the welding wire 100 by the feed motor 24, and calculates the error.
- the speed error amplified signal Fd that has been corrected is output to the feed drive unit 23.
- the feed drive unit 23 generates a control signal Fc based on the speed error amplification signal Fd, and supplies it to the feed motor 24.
- the feed speed converter 25 here converts the amount of rotation of the feed motor 24 and the like into a feed speed detection signal Fo of the welding wire 100.
- the phase shift detection unit 26 in this embodiment compares the feed speed command signal Fw and the feed speed detection signal Fo, which is a measured value, and outputs a phase shift time T ⁇ d.
- the phase shift detection unit 26 measures the feeding operation of the feeding motor 24 when parameters that define amplitude feeding, such as period Tf, amplitude Wf, average feeding speed Favg, etc. are varied, and detects the phase shift.
- the time T ⁇ d may also be determined.
- the phase shift time T ⁇ d is given to the wire tip position conversion unit 36B of the current setting unit 36.
- the wire tip position conversion unit 36B calculates the tip position of the welding wire 100 with the base metal 200 as a reference plane based on the feeding speed command signal Fw and the phase shift time T ⁇ d, and converts information on the calculated tip position into It is given to the current suppression period setting section 36A.
- the current suppression period setting unit 36A determines a period during which the welding current is suppressed based on the information on the tip position of the welding wire 100 or based on the information on the tip position of the welding wire 100 and the feed speed command signal Fw. That is, the period for controlling the current setting signal Ir to the base current Ib is set.
- the current setting section 36 here is an example of a control means that changes the welding current according to the position of the tip of the welding wire 100.
- Control of the welding current is realized by the current setting section 36 that constitutes the welding power source 140.
- the current setting unit 36 in this embodiment realizes control through execution of a program.
- the current setting unit 36 in this embodiment controls switching of the current value of the welding current based on the information on the tip position of the welding wire 100 and the feeding speed command signal Fw of the welding wire 100. Therefore, prior to explaining the control of the welding current, the time change of the feed speed command signal Fw and the time change of the tip position of the welding wire 100 will be explained.
- FIG. 3 is a waveform diagram illustrating temporal changes in the feed speed command signal Fw.
- the horizontal axis is time (phase), and the vertical axis is wire feeding speed.
- the unit of the vertical axis is meters per minute or revolutions.
- a speed larger than the average feeding speed Favg is expressed as "normal feeding”
- a speed smaller than the average feeding speed Favg is expressed as "reverse feeding”.
- the feed speed command signal Fw changes in a sinusoidal shape defined by the period Tf and the amplitude Wf, but is not particularly limited to the sinusoidal shape.
- a period in which the feeding speed is higher than the average feeding speed Favg is referred to as a normal feeding period TP
- a period in which the feeding speed is lower than the average feeding speed Favg is referred to as a reverse feeding period TN. That's what it means.
- the first half of each feeding period will be referred to as the "first half” and the second half will be referred to as the "second half.”
- the average feeding speed Favg can be regarded as the wire melting speed Fm.
- FIG. 4 is a waveform diagram illustrating changes over time in the tip position of the welding wire 100 (hereinafter also referred to as "wire tip position").
- the horizontal axis represents time (phase), and the vertical axis represents the distance (height) from the surface of the base material 200 upward in the normal direction.
- the position (height) when the welding wire 100 is fed at the maximum feeding speed is taken as the reference distance, and a distance larger than the reference distance is a positive value, and a distance smaller than the reference distance is a negative value. It is expressed as a value.
- the points corresponding to the positions where the tip position of the welding wire 100 is closest to the base metal surface are represented by T0 and T4, and the tip position of the welding wire 100 is the closest to the base metal surface.
- the time point corresponding to the farthest position from the surface (hereinafter also referred to as the "top end") is represented by T2.
- the vertex here is an example of the top end.
- the feeding period T P is a period in which the tip position of the welding wire 100 moves away from the base metal surface over time, specifically, a period in which the tip position of the welding wire 100 moves from the lowermost end to the uppermost end. This is the “reverse feeding period T N ”.
- time points corresponding to the reference distance are assumed to be T1 and T3.
- T1 is an intermediate point in time when the tip of the welding wire 100 moves from the lowest end where it is closest to the base metal surface to the top end where it is furthest away.
- T3 is an intermediate point from the top end to the bottom end.
- the width of change from the reference distance to the top end or the width of change from the reference distance to the bottom end is "amplitude Wf", and the width of change from the top end to the bottom end is "wave height Wh”. .
- the feeding speed of the welding wire 100 when the tip of the welding wire 100 is located at the uppermost end or the lowermost end is determined by the predetermined average feeding speed Favg. value.
- FIG. 5 is a flowchart illustrating an example of basic control of welding current in this embodiment.
- the control shown in FIG. 5 is executed in the current setting section 36 described in FIG. 2.
- the symbol S in the figure indicates a step.
- the control shown in FIG. 5 corresponds to one cycle of change in the tip position of welding wire 100. Therefore, in FIG. 5, the state where time T is time point T0 is defined as step 1.
- the current setting unit 36 in this embodiment calculates the tip position of the welding wire 100 in order to control the current setting signal Ir.
- the average feeding speed Favg is equivalent to the wire melting speed Fm. Therefore, the tip position of the welding wire 100 can be determined by integrating the difference between the feed speed command signal Fw and the wire melting speed Fm ( ⁇ Favg).
- the current setting section 36 sets the tip position of the welding wire 100 based on the following equation.
- Wire tip position ⁇ (Fw-Favg) ⁇ dt...Formula (B) Note that the change in the tip position calculated by equation (B) corresponds to FIG. 4.
- the base current start time t1 is a phase delayed from the time T0 when the tip of the welding wire 100 is located at the lowest end, that is, the time when the normal feeding period TP switches to the reverse feeding period TN . express.
- the maximum value of the base current start time t1 is expressed as t1'.
- step 2 when the tip position of the welding wire 100 reaches the lowest end, that is, at time T0, the current setting unit 36 determines whether the time T at which measurement is started from time T0 is equal to or greater than the base current start time t1. Determine whether While the determination result in step 2 is negative (False), as shown in step 3, the current setting section 36 continues to output the peak current Ip as the current setting signal Ir. This period corresponds to the current non-suppression period TIP in FIG.
- step 4 when the determination result in step 2 becomes affirmative (True), as shown in step 4, the current setting section 36 starts outputting the base current Ib as the current setting signal Ir.
- the feeding of the welding wire 100 has already been switched to the reverse feeding period TN , and the tip of the welding wire 100 is directed away from the base metal surface. is starting to move to.
- droplet detachment in the present invention refers to either droplet transfer due to a short circuit or free falling droplet transfer without short circuit (short-circuit-free).
- the arc reaction force can be lowered more than during the period when the peak current Ip is supplied.
- the force that lifts the droplet becomes even weaker, and the droplet becomes more likely to take a suspended shape.
- TIB current suppression period
- the current setting unit 36 that has switched the current setting signal Ir to the base current Ib determines whether the time T is equal to or longer than the base current end time t2.
- the maximum value of the base current end time t2 is indicated by t2'.
- the current setting section 36 outputs the base current Ib as the current setting signal Ir.
- the base current Ib supply period that is, the current suppression period TIB
- the peak current Ip supply period that is, the current non-current It is necessary to switch to suppression period T IP . Therefore, it is desirable that the supply of base current Ib ends between time points T1 and T2.
- step 6 the current setting section 36 starts outputting the peak current Ip as the current setting signal Ir. Subsequently, as shown in step 7, the current setting unit 36 determines whether the time T at which measurement started from time T0 has reached time T4. While the determination result in step 7 is negative (False), as shown in step 6, the current setting section 36 outputs the peak current Ip as the current setting signal Ir. On the other hand, if the determination result in step 7 is affirmative (True), the current setting unit 36 returns to step 1. Through the above control, the current setting signal Ir has a pulse waveform that periodically repeats the peak current Ip and the base current Ib.
- the above explanation is the basic control of the welding current by the welding power source 140 based on the information on the tip position of the welding wire 100 or the feed speed command signal Fw.
- the present inventors found that the above-mentioned problem could be solved by setting or correcting the values of various items of welding conditions based on the short circuit time ratio. , we have completed the present invention.
- the short circuit time ratio is an average value of a predetermined time and a ratio of the total time of short circuits occurring within the predetermined time. In this embodiment, calculation is performed when there is one or more cycles including an arc period and a short circuit period within a predetermined time. On the other hand, if no short circuit period is included within the predetermined time, the short circuit time ratio is considered to be zero.
- the predetermined time may be any fixed time or may be based on a cycle or frequency, but from the viewpoint of ease of calculation, it is preferable to determine the time based on the frequency or the number of cycles.
- the short circuit time ratio refers to this average value.
- a short circuit is determined based on a detected value of arc voltage, and when the detected value of arc voltage is 12V or less, it is determined as a short circuit.
- the short circuit period is the period from when the welding wire and base metal come into contact and the arc is extinguished until the welding wire and base metal separate and an arc is generated. This is a period in which the arc continues to occur, that is, a period other than the short circuit period.
- FIGS. 7 and 8 show test results in an example (see Tables 1-1 to 1-4) in which the average feeding speed Favg was 7 m/min and the welding speed was 50 cm/min, which will be described later.
- the bead appearance (hereinafter also referred to as "bead flatness”) is defined as "h/w", which is the ratio of bead height h to bead width w, with emphasis on bead flatness. is used as an index to evaluate bead appearance. In other words, it is determined that as h/w increases, the bead becomes convex and the appearance of the bead worsens, and as h/w decreases, the bead becomes flat and the appearance improves. .
- d/w which is the ratio of penetration depth d to bead width w
- d/w the ratio of penetration depth d to bead width w
- this basic control method selects the optimal short circuit time ratio and sets the welding conditions to achieve that short circuit time ratio, or controls the short circuit time ratio and corrects the welding conditions. By doing so, it becomes possible to adjust the penetration depth to an appropriate value depending on the situation within a range where the bead appearance is good. For example, when using a galvanized steel sheet, in order to increase the penetration depth in order to increase the porosity resistance, it is sufficient to set or correct welding conditions that reduce the short circuit time ratio, or to use a thinner sheet. When welding, in order to reduce the penetration depth, welding conditions that increase the short circuit time ratio may be set or corrected.
- the influence of the short circuit time ratio tends to vary depending on the average feed speed Favg or the welding speed, it is preferable to check the influence of the short circuit time ratio at least for each average feed speed Favg.
- the average feeding speed Favg becomes lower, the thermal energy for melting becomes smaller, and therefore the penetration performance becomes lower.
- the penetration depth may change after a certain short circuit time ratio.
- Wild information here means a group of information related to various conditions including welding conditions.
- examples include environmental conditions that include information on items such as temperature and humidity, and welding phenomenon quantities that include geometric quantities such as spatter and fume amounts.
- gap, plate thickness, welding material, shielding gas type, base material, welding length, welding current, arc voltage, welding speed, shielding gas flow rate, various weaving conditions (e.g. weaving width, weaving cycle, weaving end stop time) etc. are listed as examples of items constituting "welding conditions”.
- welding information item refers to various condition items.
- the shielding gas is 100% CO 2 gas
- the welding speed is 50 cm/min on the normal speed side or 100 cm/min on the high speed side
- the average feeding speed Favg is , the threshold value of the short circuit time ratio is determined.
- the short circuit time ratio may be set to be less than or equal to the value of formula (1) below.
- a welding speed of less than 80 cm/min is defined as normal speed
- a welding speed of 80 cm/min or more is defined as high speed.
- the following formula (1) is a preferred threshold value calculation formula at least in the case of welding conditions related to the amount of welding (hereinafter also referred to as "welding mode") in which the welding wire is mild steel and the shielding gas is 100% CO 2 gas. Become. However, for example, in a welding mode in which the welding wire is stainless steel and the shielding gas is a mixed gas of 80% Ar gas + 20% CO 2 gas, a different calculation formula is used. 0.007 ⁇ Fw+0.249...Formula (1)
- a threshold value or target value of the short circuit time ratio may be determined depending on the application and situation. For example, when Favg is 7 m/min and the welding speed is 100 cm/min under the above conditions, when handling galvanized steel sheets, the short circuit time ratio is 0.200 or less, and when handling thinner sheets, the short circuit time For example, the ratio is determined to be in a range of 0.200 or more and 0.300 or less, and welding conditions are set or corrected based on the threshold value or target value of these short circuit time ratios.
- the setting method is shown below.
- tests are performed in advance under various welding conditions for each welding mode, the short circuit time ratio is calculated, and the threshold value or target value of the short circuit time ratio is determined (short circuit time ratio determination step).
- (b) Determine welding conditions so that the short circuit time ratio is equal to or less than the determined threshold value or reaches the target value.
- welding conditions are determined based on a database created for each welding mode so that the short circuit time ratio is equal to or less than the determined threshold value or reaches a target value.
- select the welding mode at least welding wire, shielding gas
- enter at least one welding information item and then other Welding conditions are automatically initialized.
- the welding current, arc voltage, etc. are automatically extracted and set.
- the database is preferably created by providing at least items of welding conditions such as frequency, amplitude, welding current setting value, arc voltage setting value, etc. for the feeding speed.
- FIG. 11 is a flowchart illustrating processing operations of robot control device 120 and welding power source 140.
- the operator operates the teaching pendant 150 included in the robot control device 120 to input the teaching program to be applied and various setting values to the robot control device 120, or utilizes the above-mentioned database. , some setting items are set automatically.
- the teaching program here is defined as a taught program in which the movement of the welding robot 110, welding start, welding end instructions, etc. are taught in advance.
- the robot control device 120 receives a teaching program and various setting value instructions in S1101.
- the robot control device 120 moves the welding robot 110 to a predetermined welding start position and instructs the welding power source 140 to start welding (arc on). Incidentally, before welding starts, sensing may be performed to correct the setting values of the teaching program.
- Welding power source 140 receives a command to start welding from robot control device 120 in S1103. Thereafter, the welding power source 140 controls a built-in power supply circuit (not shown) to supply electric power to start welding. As a result, a voltage is applied between the welding wire 100 (see FIG. 1) and the workpiece 200 (see FIG. 1), and an arc is generated at the welding start position.
- the robot control device 120 transmits a control signal to the welding power source 140 or the welding robot 110 to execute welding control.
- Welding control includes, for example, welding condition control, weaving operation control, weld line tracing control, and the like.
- welding condition control while automatically moving the welding torch 111 in the welding direction, a signal is sent to the welding robot 110, welding power source 140 or It is sent to peripheral equipment such as a feeder and executes welding control.
- the welding power source 140 controls the welding current and feed as described using FIG. 2. Further, it is preferable that the welding power source 140 has a calculation unit (not shown in FIG. 2) that calculates the short circuit time ratio. For example, a short circuit counter section (not shown in FIG. 2) that takes the voltage detection signal Vo from the voltage detection section 32 in FIG. 2, detects a short circuit based on the voltage detection signal Vo, and calculates the result of the short circuit counter section. , and calculate the short circuit time ratio.
- a short circuit counter section (not shown in FIG. 2) that takes the voltage detection signal Vo from the voltage detection section 32 in FIG. 2, detects a short circuit based on the voltage detection signal Vo, and calculates the result of the short circuit counter section. , and calculate the short circuit time ratio.
- the short circuit counter section determines that a short circuit occurs when the voltage detection signal Vo is less than a threshold of 12V, and in S1106, the short circuit time is measured and input to the calculation section.
- the calculation unit may calculate the short circuit time (short circuit time/fixed time) occurring in a predetermined constant time as the short circuit time ratio.
- the short-circuit counter section and calculation section mentioned here do not need to be provided in the welding power source, and may be provided in the robot control device 120, for example, or in a control section other than the robot control device 120 and the welding power source 140, such as a PC.
- the short circuit time ratio may be calculated in the PC.
- the welding power source 140 determines the calculated short circuit time ratio in S1107. Note that the determination section that performs the determination does not need to be provided in the welding power source 140; for example, it may be provided in the robot control device 120, or it may be provided in a control section other than the robot control device 120 and the welding power source 140.
- the threshold value or target value used for determination may be a fixed value set in advance, or may be a value calculated from welding information.
- the correction amount of the welding conditions may be calculated based on the calculated short circuit time ratio and the threshold or target value. Specifically, it is preferable to calculate the correction amount of the welding conditions from the difference between the calculated short circuit time ratio and the threshold value or target value.
- the items of the welding conditions for calculating the correction amount are the frequency when the forward feeding period and the backward feeding period of the welding wire are one cycle, the amplitude during forward feeding and reverse feeding of the welding wire, and the current non-current.
- Welding current setting value during the suppression period, arc voltage setting value during the current non-suppression period, welding current setting value during the current suppression period, arc voltage setting value during the current suppression period, wire position information at which the current non-suppression period ends, and the current suppression Examples include information on the wire position at which the period ends, the ratio between the forward period and the reverse period, and it is more preferable to correct at least one of these items.
- the robot control device 120 ends welding (arc off) based on the program.
- Welding power source 140 receives a command to end welding (arc off) from robot control device 120 in S1109.
- the value of the frequency f, the peak current Ip, that is, the setting current for the current non-suppression period T IP , the base current Ib, that is, the setting current for the current suppression period T IB , and the current non-suppression period T IP (" ), the current suppression period T IB (which may also be referred to as the "base current period"), the forward feeding period T P , and the reverse feeding period T N are each referred to below as follows.
- the set current for the current non-suppression period TIP or the set current for the current suppression period TIB is not necessarily a constant current value, and the set value may be changed within each period. Therefore, as an index indicating the thermal energy of the entire current non-suppression period T IP or the entire current suppression period T IB , it is expressed by the average current of the current non-suppression period T IP or the current suppression period T IB , and the current non-suppression period T IP
- the average current during the current suppression period TIB is designated as I P-AVG
- the average current during the current suppression period TIB is designated as I B-AVG .
- Frequency f 50-150Hz
- the frequency f is preferably in the range of 50 to 150 Hz as a condition for forming an optimal droplet size while maintaining penetration performance. Note that the frequency is more preferably 60 to 130 Hz, and even more preferably 70 to 120 Hz.
- the wave height Wh which is the width of change in the tip position of the welding wire 100 between the uppermost end and the lowermost end, is in the range of 14 to 35% of the tip-to-base metal distance.
- the range of wave height Wh to be set is from 3.5 mm to 8.75 mm.
- the wave height Wh is within the range of 14 to 35% of the tip-to-base material distance, penetration performance can be ensured.
- the "reference distance" serving as the reference position for the wave height Wh and amplitude Wf may be set arbitrarily.
- the flatness of the bead contributes to the above-mentioned frequency and wave height Wh.
- the ratio of ⁇ frequency f/wave height Wh> is preferably in the range of 10.0 to 25.0.
- the average welding current I AVG of the entire current non-suppression period T IP and the current suppression period T IB is preferably in the range of 150 to 300 A, and the average of the entire current non-suppression period T IP and the current suppression period T IB is preferably in the range of 150 to 300 A.
- the arc voltage V AVG is preferably 20 to 40V. Further, arc stability was judged from the balance between average welding current I AVG and average arc voltage V AVG .
- V AVG / I AVG which is the ratio of average arc voltage V AVG to average welding current I AVG , and it is more preferable and good if V AVG / I AVG is within the range of 0.080 to 0.170. It is possible to obtain excellent arc stability.
- the quality of this arc stability affects bead flatness and welding workability. Furthermore, as described above, the flatness of the bead also affects the frequency f and the wave height Wh.
- various welding conditions are set so that the relationship between the value of (arc voltage)/(welding current), which indicates arc stability, and the frequency f and amplitude Wf satisfies the following formula (2). It has been found that better bead flatness can be obtained by correcting or correcting. (Arc voltage)/(Welding current) ⁇ 0.0237 ⁇ (Frequency/Amplitude)-0.376...Formula (2)
- the current non-suppression period TIP occupies 2/3 or more of the normal feed period TP )
- the current non-suppression period TIP needs to occupy two-thirds or more of the period during which the tip of the welding wire 100 moves from the uppermost end to the lowermost end.
- the period during which the wire tip position moves from the uppermost end to the lowermost end refers to the normal feeding period TP as described above.
- the current non-suppression period T IP is a rising period T U immediately after the current suppression period T IB in which the current changes from the base current to a predetermined current value, and the current non-suppression period T U changes from the predetermined current value to the base current. It is preferable to control the current by dividing it into a falling section TD immediately before the current suppression period TIB , and a current control section TC other than the rising section TU and the falling section TD .
- this rising section T U is determined as a ratio to the current non-suppression period T IP , that is, "(rising section T U /current non-suppression period T IP ) x 100%. ” is preferably 20% or less.
- the way the welding current value rises in the rising period TU is a steep change as shown in FIG. 12, in other words, the ratio of the rising period TU to the current non-suppression period TIP is extremely close to 0%. It may be.
- the falling interval T It is preferable that the value of "IP ) x 100%" is 20% or less.
- the way the welding current value falls in the falling section TD is a steep change as shown in FIG . It may be close to . Note that the rising section TU and the falling section TD may each change linearly, curvedly, or stepwise, or may be a combination thereof.
- the two welding current setting values are a first welding current setting value I P1 and a second welding current setting value I P2 .
- the timing at which the first welding current setting value I P1 is provided is to set the end position of the range of the first welding current setting value I P1 to a range of 20 degrees or less. It is preferable to set .
- the end position of the range of the first welding current setting value I P1 in a range of 20 degrees or less, it is possible to suppress the swinging of the droplets that have begun to form, and it is possible to maintain more stable detachment. .
- the timing at which the second welding current setting value I P2 is provided is to set the end position of the range of the second welding current setting value I P2 to 135 to 220 degrees. It is preferable to set it within a range.
- the current suppression period TIB includes the timing when the most inertial force is applied, so it is possible to stabilize droplet detachment. Preferable from this point of view.
- the welding current set by the first welding current setting value I P1 is preferably in the range of 250 to 600 A, and the welding current set by the second welding current setting value I P2 is preferably in the range of 300 to 650 A. .
- the first welding current setting value I P1 and the second welding current setting value I P2 are set within the above ranges.
- the first welding current setting value I P1 and the second welding current setting described above can be achieved.
- the value I P2 it becomes possible to further enhance the effect obtained.
- the welding current set by the second welding current setting value I P2 is always a larger value than the welding current set by the first welding current setting value I P1 .
- the average current I P-AVG of the current non-suppression period T IP is in the range of 300 to 650 A, and the average current I B-AVG of the current suppression period T IB is in the range of 80 to 150 A. This is preferable from the viewpoint of adjusting the droplet size.
- the current non-suppression period T IP is in the range of 3.0 to 12.0 ms, and the current suppression period T IB is in the range of 2.0 to 9.0 ms for adjusting the droplet size. Preferable from this point of view.
- the flatness of the bead was determined by the ratio "h/w" of the bead height h to the bead width w.
- h/w is 0.35 or less
- A best
- B excellent
- C good
- D pass
- E return
- Penetration performance was judged by the ratio "d/w" of penetration depth d and bead width w. In addition, when d/w is 0.35 or more, A (excellent), when it is less than 0.35 and 0.30 or more, it is B (good), and when it is less than 0.30 and 0.28 or more, it is C (pass). A case of less than 0.28 was rated D (fail).
- Tables 1-1 to 4-4 The test results are shown in Tables 1-1 to 4-4, along with welding conditions other than the common test conditions.
- Tables 1-1 to 1-4 are the test results at a feeding speed of 7 m/min
- Tables 2-1 to 2-4 are the test results at a feeding speed of 8 m/min.
- Tables 3-1 to 3-4 show the test results at a feeding speed of 9 m/min
- Tables 4-1 to 4-4 show the test results at a feeding speed of 10 m/min.
- Tables 1-1 to 1-4 which are test results at a feeding speed of 7 m/min, will be explained.
- Test No. 5 No. 28, No. 29, No. 30, No. 46, No. In No. 47, the short circuit time ratio exceeds the threshold value 1 determined from formula (1), so d/w becomes smaller than 0.28, that is, the penetration depth becomes shallow and is rated D.
- the overall evaluation was E, which is a failure.
- the short circuit time ratio and arc voltage/welding current values both satisfied threshold 1 and threshold 2 obtained from equation (2), so the d/w evaluation was based on the short circuit time
- the groups whose ratios were close to the threshold value 1 were evaluated as C, B, and A, respectively, and the h/w evaluations tended to be A, B, C, and D evaluations from the groups with large arc voltage/welding current, respectively.
- test No. 10, No. 11, No. 16-19, No. 22, No. 23, No. 32, No. 33, No. 38 ⁇ No. 41 and no. No. 43 received an A rating in both the d/w evaluation and the h/w evaluation, and as a result, the overall evaluation also became the highest A rating.
- Tables 2-1 to 2-4 which are test results at a feeding speed of 8 m/min, will be explained.
- Test No. 75 has a h/w evaluation of D because the arc voltage/welding current value is less than threshold 2, but the d/w evaluation is A, so the overall evaluation is D, which is the lowest passing grade. It became.
- the values of short-circuit time ratio and arc voltage/welding current satisfy threshold 1 and threshold 2, so the d/w evaluation starts from the group whose short-circuit time ratio is close to threshold 1.
- the h/w evaluations were A, B, and D from the group with the highest arc voltage/welding current, respectively.
- test No. 56 ⁇ No. 59, No. 64 ⁇ No. 71, No. 73 ⁇ No. 74, No. 79 ⁇ No. 81, No. 83 ⁇ No. 88, No. 90 and no. 92 received an A rating in both the d/w evaluation and the h/w evaluation, and as a result, the overall evaluation also became the highest A rating.
- Tables 3-1 to 3-4 which are test results at a feeding speed of 9 m/min, will be explained.
- Test No. In No. 122 the short circuit time ratio was equal to or greater than the threshold value 1, so the d/w evaluation was D, and therefore the overall evaluation was E, which is a failure. Also, test no. 120, No. 124, No. For 128, the arc voltage/welding current was below threshold 2, so the h/w evaluation was D, but the d/w evaluation was A, so the overall evaluation was D, which is the passing line. .
- the values of short circuit time ratio and arc voltage/welding current satisfy threshold 1 and threshold 2, so the d/w evaluation is from the group whose short circuit time ratio is close to threshold 1 to C , B, and A ratings were obtained, and the h/w evaluations were A, B, and C ratings, respectively, starting from the group with the higher arc voltage/welding current.
- test No. 101, No. 102, No. 105, No. 106, No. 110 ⁇ No. 113, No. 125, No. 130, No. 133, No. 136 ⁇ No. 140 received an A rating in both the d/w evaluation and the h/w evaluation, and as a result, the overall evaluation also became the highest A rating.
- Tables 4-1 to 4-4 which are test results at a feeding speed of 10 m/min, will be explained.
- the values of short circuit time ratio and arc voltage/welding current satisfy threshold 1 and threshold 2, so the d/w evaluation is from the group whose short circuit time ratio is close to threshold 1 to A, respectively.
- B was evaluated, and h/w evaluation was B and C, respectively, from the group with higher arc voltage/welding current.
- test No. 149, No. 150, No. 153, No. 158, No. 162 and no. 190 received an A rating in both the d/w evaluation and the h/w evaluation, and as a result, the overall evaluation also became the highest A rating.
- a control method for gas metal arc welding in which feeding and welding current are controlled by switching the welding current to at least a current non-suppression period T IP or a current suppression period T IB based on a tip position or a feeding speed signal, the method comprising: If there is one or more cycles including an arc period and a short circuit period within a predetermined time, a short circuit time ratio determining step of determining a ratio of the short circuit period to the predetermined time; The welding conditions are set so that the short circuit period ratio determined in the short circuit time ratio determining step is at least below a predetermined threshold or a calculated threshold, or a predetermined target value or a calculated target value.
- a method for controlling gas metal arc welding comprising the step of determining welding conditions to be set or corrected.
- the welding information item is selected from at least one of welding wire type, gas composition, welding wire diameter, plate thickness, feed speed setting value FW, and welding speed.
- the threshold value or target value of the short circuit period ratio can be determined from at least one of the welding wire type, gas composition, welding wire diameter, plate thickness, feed speed setting value FW, and welding speed. can.
- the threshold value of the short circuit period ratio can be determined based on equation (1) related to the feeding speed setting value Fw.
- the welding condition determination step As the items of the welding conditions, at least the frequency f of the one cycle, the amplitude Wf during forward or reverse feeding of the welding wire, welding current, and arc voltage are set, When performing high-speed welding with a welding speed of 80 cm/min or more, The welding conditions are set or corrected so that the set values or detected values of the frequency f, the amplitude Wf, the welding current, and the arc voltage satisfy the following formula (2), (1) ) to (3), the method for controlling gas metal arc welding according to any one of (3). (Arc voltage)/(Welding current) ⁇ 0.0237 ⁇ (Frequency/Amplitude)-0.376...Formula (2)
- the set value or detected value of the frequency f is in the range of 50 to 150
- the set value or detected value of the amplitude Wf is in the range of 3.0 to 8.75
- the set value or detected value of the frequency is in the range of 50 to 150
- the set value or detected value of the amplitude is in the range of 3.0 to 8.75
- the frequency/amplitude is in the range of 10 to 150.
- the welding conditions to be set or corrected include: having at least two welding current set values I P1 and I P2 in the current non-suppression period T IP ;
- T IP current non-suppression period
- Setting or correcting the end position of the range of the welding current setting value I P1 within a range of 20 degrees or less Control of gas metal arc welding according to any one of (1) to (6), characterized in that the end position of the range of the welding current setting value I P2 is set or corrected in the range of 135 to 220 degrees.
- the end position of the range of the first welding current setting value I P1 in a range of 20 degrees or less, it is possible to suppress the swinging of the droplets that have begun to form, and to achieve a more stable Secession becomes sustainable.
- the end position of the range of the second welding current setting value I P2 in the range of 135 to 220 degrees, the arc pressure can be effectively applied to the molten pool, and a stable penetration depth can be achieved. Obtainable.
- the welding conditions to be set or corrected include: The end of the range of the welding current setting value IP2 is the end of the current non-suppression period TIP , When the end position of the range of the welding current setting value I P2 is set to Xdeg, The control method for gas metal arc welding according to (7), characterized in that the terminal position of the current suppression period TIB is set or corrected in a range of (X+100) to (X+220) degrees.
- the current suppression period TIB includes the timing at which the inertial force acts the most, it is possible to stabilize droplet detachment.
- the set current of the welding current set value I P1 is 300 to 600 A, the set voltage of the welding current set value I P1 is 20 to 45 V,
- the effect obtained by providing the first welding current setting value I P1 and the second welding current setting value I P2 can be further enhanced.
- the feeding and welding current control is characterized in that the current non-suppression period TIP occupies 2/3 or more of the normal feeding period TP , (1) The method for controlling gas metal arc welding according to any one of (9) to (9).
- the items of the welding conditions are: The frequency f when the forward feeding period T P and the reverse feeding period T N of the welding wire are one cycle, An amplitude Wf when the welding wire is fed forward or backward, Welding current setting value for the current non-suppression period T IP ; Arc voltage setting value for the current non-suppression period T IP ; a welding current setting value for the current suppression period TIB ; an arc voltage setting value for the current suppression period TIB ; Wire position information (Deg5) at which the current non-suppression period TIP ends; wire position information (DegTa1) at which the current suppression period ends; and the ratio (PFR) of the normal feeding period TP and the reverse feeding period TN .
- At least a step of detecting arc voltage during welding In the short circuit time ratio determining step, based on the detected value of the arc voltage, calculate a period during which the voltage is equal to or less than a predetermined voltage value as the short circuit period, and determine a short circuit time ratio based on the calculated short circuit period, In the welding condition determining step, the welding conditions are corrected so that the short circuit time ratio is at least below a predetermined threshold value or a calculated threshold value, or a predetermined target value or a calculated target value.
- the short circuit period can be calculated based on the detected value of the arc voltage, and the short circuit time ratio can be determined based on the calculated short circuit period.
- a method for setting welding conditions for controlling feeding and welding current by switching the welding current to at least a current non-suppression period T IP or a current suppression period T IB based on a tip position or a feeding speed signal comprising: If there is one or more cycles including an arc period and a short circuit period within a predetermined time, determining a ratio of the short circuit period to the predetermined time; The welding conditions are set so that the determined ratio of the short circuit period is at least below a predetermined threshold value or a calculated threshold value, or a predetermined target value or a calculated target value. How to set welding conditions.
- a welding control device for controlling feeding and welding current by switching the welding current to at least a current non-suppression period T IP or a current suppression period T IB based on a tip position or a feeding speed signal, If there is one or more cycles including an arc period and a short circuit period within a predetermined time, Short circuit time ratio determining means for determining a ratio of the short circuit period to the predetermined time; The welding conditions are set so that the short circuit period ratio determined by the short circuit time ratio determination means is at least below a predetermined threshold value or a calculated threshold value, or a predetermined target value or a calculated target value.
- a welding control device comprising: welding condition determining means for setting or correcting welding conditions.
- a welding power source comprising the welding control device according to (15).
- a welding system comprising the welding power source according to (16).
- a welding system comprising at least a welding control device for controlling feeding and welding current by switching the welding current to at least a current non-suppression period T IP or a current suppression period T IB based on a tip position or a feeding speed signal.
- the welding control device includes: If there is one or more cycles including an arc period and a short circuit period within a predetermined time, a short circuit time ratio determining step of determining a ratio of the short circuit period to the predetermined time; The welding conditions are set so that the short circuit period ratio determined in the short circuit time ratio determining step is at least below a predetermined threshold or a calculated threshold, or a predetermined target value or a calculated target value.
- a program for executing a function including a step of determining welding conditions to be set or corrected.
- a method If there is one or more cycles including an arc period and a short circuit period within a predetermined time, The gas metal is characterized in that welding conditions are set or corrected so that the ratio of the short circuit period to the predetermined time is equal to or less than the value of the following formula (1) related to the feed speed setting value FW. Arc welding method. 0.007 ⁇ FW+0.249...Formula (1)
- a manufacturing method If there is one or more cycles including an arc period and a short circuit period within a predetermined time, Additive manufacturing characterized in that welding conditions are set or corrected so that the ratio of the short circuit period to the predetermined time is equal to or less than the value of the following formula (1) related to the feed speed setting value FW. Method. 0.007 ⁇ FW+0.249...Formula (1)
- Welding system 100 Welding wire 120 Welding control device (robot control device) 140 Welding power source d Penetration depth f Frequency h Bead height I Average welding current I P1 welding current setting value I P2 welding current setting value T C current control section Tf Period T IB current suppression period T IP current non-suppression period T N Reverse feeding period TP Positive feeding period w Bead width Wf Amplitude
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Abstract
薄板の溶接において、溶接速度を問わず、優れたビード形状、かつ状況に応じた最適な溶込み性能が得られるガスメタルアーク溶接の制御方法を提供する。CO2を30%以上含むシールドガスを用い、薄板を被溶接材とするガスメタルアーク溶接において、溶接電流を、少なくとも電流非抑制期間TIP又は電流抑制期間TIBに切り替えて送給及び溶接電流制御を行うガスメタルアーク溶接の制御方法は、予め定めた時間内において、アーク期間と短絡期間を含む周期が1つ以上ある場合に、予め定めた時間に対する短絡期間の比率を決定する、短絡時間比率決定ステップと、短絡時間比率決定ステップで決定した短絡期間の比率が、少なくとも予め定めた閾値以下もしくは算出された閾値以下、又は、予め定めた目標値もしくは算出された目標値となるように、溶接条件を設定又は補正する溶接条件決定ステップと、を有する。
Description
本発明は、溶接ワイヤの正送給期間TPと逆送給期間TNを1周期として、周期的に繰り返すアーク溶接制御方式における、ガスメタルアーク溶接の制御方法、溶接条件の設定方法、溶接制御装置、溶接電源、溶接システム、プログラム、ガスメタルアーク溶接方法及び付加製造方法に関する。
薄板の溶接は、自動車部品等の多量生産品の製造分野で適用され、溶接時間の短縮、省人化等を目的とした生産システムの最適化の観点から溶接ロボットや自動溶接装置を用いて溶接を行うことが主流になっている。この薄板の溶接で用いられる溶接法は、CO2溶接の方法や、一般的に80%Ar-20%CO2ガスを用いたMAG(Metal Active Gas)溶接の方法が用いられるが、いずれの方法も一長一短がある。
例えば、CO2溶接は高速溶接性に優れ高能率である。さらに、安定した溶込みが確保でき、かつ気孔欠陥が発生し難いため、亜鉛メッキ鋼板の溶接にも適用できるという長所がある。その一方で、スパッタが多く発生することや、溶接速度を上げる程、溶接電流を上げる必要があり、その結果、過剰なアーク力の影響で溶込みがより深くなるため、板厚が小さい程、溶落ちが発生する虞があるという短所がある。
また、MAG溶接は、スパッタが少なく、かつ溶込みが小さくなるため、板厚が小さい場合には溶落ちを抑制できるという長所があるが、その一方で、高速溶接性に劣るという短所がある。MAG溶接は、溶接速度を上げた場合に、溶接電流を上げると、溶滴移行形態はスプレー移行領域に入るため、溶融池幅以上にアークが広がり、十分な溶込みが確保できないためである。また、亜鉛メッキ鋼板の溶接では気孔欠陥が多発する虞がある。なお、MAG溶接はパルス電流で行う溶接法(以降、「パルスMAG溶接」とも称する。)があり、MAG溶接に比べ、よりスパッタを少なくでき、溶込みも深くなるという改善点があるものの、CO2溶接のような十分な溶込みが確保できず、高速溶接性に劣る。また、亜鉛メッキ鋼板で気孔欠陥が発生し易いという短所はMAG溶接と同様である。
このように、CO2溶接とMAG溶接は、それぞれ得手及び不得手があるが、近年、これらの溶接方法に対し送給速度制御を適用し、これらの溶接方法の欠点を補う方法もある。
例えば、特許文献1に記載の技術では、パルスMAG溶接について、溶落ちやひずみが発生し易い点と、高速溶接した場合にアンダーカットが発生し易い点を課題としている。この課題を解決するために、特許文献1には、消耗電極である溶接ワイヤの送給を溶接対象物の方向に行う正送と、正送とは逆方向に行う逆送とに交互に、所定の周期と振幅で周期的に溶接ワイヤの送給を行い、第1の入熱量からなる第1の入熱期間と、第2の入熱量からなる第2の入熱期間とを周期的に繰り返すことが開示されている。すなわち、特許文献1には、第1の入熱期間及び第2の入熱期間は、それぞれ短絡期間とアーク期間とからなり、第2の入熱期間の短絡期間において短絡開放を検出すると、第2の入熱期間の短絡開放後の溶接電流を第1の入熱期間のアーク期間の溶接電流よりも低減することによりアークを消滅させることで、安定したアークを維持しつつ低入熱化を図り、薄板溶接の溶け落ちの抑制及びギャップ裕度の向上ができることが開示されている。
しかしながら、特許文献1に記載の技術は、ビード外観については考慮されていない。ビード外観はビードの幅が広く、フラットな形状になるほど溶接品質上、良好といえるが、溶接速度が高速になるほど、ビード形状は凸状となる傾向があり、特に、CO2溶接はビード形状が凸状になりやすい。
また、特許文献1に記載の技術は低入熱であるため、溶込みが小さく、亜鉛メッキ鋼板で気孔欠陥が発生し易くなる。薄板の溶接は、上述のとおり、多量生産品の製造分野で適用され、生産システムの最適化が求められるため、母材の種類を問わず、汎用的に適用できる溶接法が望まれる。
したがって、溶接速度が高速になったとしても、優れたビード外観と、状況に応じた最適な溶込み性能を実現できる技術が求められている。
本発明は前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、薄板の溶接において、溶接速度を問わず、優れたビード形状、かつ状況に応じた最適な溶込み性能を得ることができる、ガスメタルアーク溶接の制御方法、溶接条件の設定方法、溶接制御装置、溶接電源、溶接システム、プログラム、ガスメタルアーク溶接方法及び付加製造方法を提供することにある。
本発明の上記目的は、ガスメタルアーク溶接の制御方法に係る下記[1]の構成により達成される。
[1] CO2を30%以上含むシールドガスを用い、薄板を被溶接材とする場合のガスメタルアーク溶接において、
溶接ワイヤの先端が、正送給期間TPと逆送給期間TNを1周期としてこれらの周期的な切り替えを伴いながら、母材に向けて送給されるように、少なくとも前記溶接ワイヤの先端位置又は送給速度信号に基づいて、溶接電流を、少なくとも電流非抑制期間TIP又は電流抑制期間TIBに切り替えて送給及び溶接電流制御を行うガスメタルアーク溶接の制御方法であって、
予め定めた時間内において、アーク期間と短絡期間を含む周期が1つ以上ある場合に、
前記予め定めた時間に対する前記短絡期間の比率を決定する、短絡時間比率決定ステップと、
前記短絡時間比率決定ステップで決定した前記短絡期間の比率が、少なくとも予め定めた閾値以下もしくは算出された閾値以下、又は、予め定めた目標値もしくは算出された目標値となるように、溶接条件を設定又は補正する溶接条件決定ステップと、を有することを特徴とする、ガスメタルアーク溶接の制御方法。
[1] CO2を30%以上含むシールドガスを用い、薄板を被溶接材とする場合のガスメタルアーク溶接において、
溶接ワイヤの先端が、正送給期間TPと逆送給期間TNを1周期としてこれらの周期的な切り替えを伴いながら、母材に向けて送給されるように、少なくとも前記溶接ワイヤの先端位置又は送給速度信号に基づいて、溶接電流を、少なくとも電流非抑制期間TIP又は電流抑制期間TIBに切り替えて送給及び溶接電流制御を行うガスメタルアーク溶接の制御方法であって、
予め定めた時間内において、アーク期間と短絡期間を含む周期が1つ以上ある場合に、
前記予め定めた時間に対する前記短絡期間の比率を決定する、短絡時間比率決定ステップと、
前記短絡時間比率決定ステップで決定した前記短絡期間の比率が、少なくとも予め定めた閾値以下もしくは算出された閾値以下、又は、予め定めた目標値もしくは算出された目標値となるように、溶接条件を設定又は補正する溶接条件決定ステップと、を有することを特徴とする、ガスメタルアーク溶接の制御方法。
また、本発明の上記目的は、溶接条件の設定方法に係る下記[2]の構成により達成される。
[2] CO2を30%以上含むシールドガスを用い、薄板を被溶接材とする場合のガスメタルアーク溶接において、
溶接ワイヤの先端が、正送給期間TPと逆送給期間TNを1周期としてこれらの周期的な切り替えを伴いながら、母材に向けて送給されるように、少なくとも前記溶接ワイヤの先端位置又は送給速度信号に基づいて、溶接電流を、少なくとも電流非抑制期間TIP又は電流抑制期間TIBに切り替えて送給及び溶接電流制御を行うための溶接条件の設定方法であって、
予め定めた時間内において、アーク期間と短絡期間を含む周期が1つ以上ある場合に、
前記予め定めた時間に対する前記短絡期間の比率を決定し、
前記決定した前記短絡期間の比率が、少なくとも予め定めた閾値以下もしくは算出された閾値以下、又は、予め定めた目標値もしくは算出された目標値となるように、溶接条件を設定することを特徴とする、溶接条件の設定方法。
[2] CO2を30%以上含むシールドガスを用い、薄板を被溶接材とする場合のガスメタルアーク溶接において、
溶接ワイヤの先端が、正送給期間TPと逆送給期間TNを1周期としてこれらの周期的な切り替えを伴いながら、母材に向けて送給されるように、少なくとも前記溶接ワイヤの先端位置又は送給速度信号に基づいて、溶接電流を、少なくとも電流非抑制期間TIP又は電流抑制期間TIBに切り替えて送給及び溶接電流制御を行うための溶接条件の設定方法であって、
予め定めた時間内において、アーク期間と短絡期間を含む周期が1つ以上ある場合に、
前記予め定めた時間に対する前記短絡期間の比率を決定し、
前記決定した前記短絡期間の比率が、少なくとも予め定めた閾値以下もしくは算出された閾値以下、又は、予め定めた目標値もしくは算出された目標値となるように、溶接条件を設定することを特徴とする、溶接条件の設定方法。
また、本発明の上記目的は、溶接制御装置に係る下記[3]の構成により達成される。
[3] CO2を30%以上含むシールドガスを用い、薄板を被溶接材とする場合のガスメタルアーク溶接において、
溶接ワイヤの先端が、正送給期間TPと逆送給期間TNを1周期としてこれらの周期的な切り替えを伴いながら、母材に向けて送給されるように、少なくとも前記溶接ワイヤの先端位置又は送給速度信号に基づいて、溶接電流を、少なくとも電流非抑制期間TIP又は電流抑制期間TIBに切り替えて送給及び溶接電流制御を行うための溶接制御装置であって、
予め定めた時間内において、アーク期間と短絡期間を含む周期が1つ以上ある場合に、
前記予め定めた時間に対する前記短絡期間の比率を決定する、短絡時間比率決定手段と、
前記短絡時間比率決定手段で決定した前記短絡期間の比率が、少なくとも予め定めた閾値以下もしくは算出された閾値以下、又は、予め定めた目標値もしくは算出された目標値となるように、溶接条件を設定又は補正する溶接条件決定手段と、を有することを特徴とする、溶接制御装置。
[3] CO2を30%以上含むシールドガスを用い、薄板を被溶接材とする場合のガスメタルアーク溶接において、
溶接ワイヤの先端が、正送給期間TPと逆送給期間TNを1周期としてこれらの周期的な切り替えを伴いながら、母材に向けて送給されるように、少なくとも前記溶接ワイヤの先端位置又は送給速度信号に基づいて、溶接電流を、少なくとも電流非抑制期間TIP又は電流抑制期間TIBに切り替えて送給及び溶接電流制御を行うための溶接制御装置であって、
予め定めた時間内において、アーク期間と短絡期間を含む周期が1つ以上ある場合に、
前記予め定めた時間に対する前記短絡期間の比率を決定する、短絡時間比率決定手段と、
前記短絡時間比率決定手段で決定した前記短絡期間の比率が、少なくとも予め定めた閾値以下もしくは算出された閾値以下、又は、予め定めた目標値もしくは算出された目標値となるように、溶接条件を設定又は補正する溶接条件決定手段と、を有することを特徴とする、溶接制御装置。
また、本発明の上記目的は、溶接電源に係る下記[4]の構成により達成される。
[4] [3]に記載の溶接制御装置を備える溶接電源。
[4] [3]に記載の溶接制御装置を備える溶接電源。
また、本発明の上記目的は、溶接システムに係る下記[5]の構成により達成される。
[5] [4]に記載の溶接電源を備える溶接システム。
[5] [4]に記載の溶接電源を備える溶接システム。
また、本発明の上記目的は、プログラムに係る下記[6]の構成により達成される。
[6] CO2を30%以上含むシールドガスを用い、薄板を被溶接材とする場合のガスメタルアーク溶接において、
溶接ワイヤの先端が、正送給期間TPと逆送給期間TNを1周期としてこれらの周期的な切り替えを伴いながら、母材に向けて送給されるように、少なくとも前記溶接ワイヤの先端位置又は送給速度信号に基づいて、溶接電流を、少なくとも電流非抑制期間TIP又は電流抑制期間TIBに切り替えて送給及び溶接電流制御を行うための溶接制御装置を少なくとも備える溶接システムのコンピュータに対し、
前記溶接制御装置が、
予め定めた時間内において、アーク期間と短絡期間を含む周期が1つ以上ある場合に、
前記予め定めた時間に対する前記短絡期間の比率を決定する、短絡時間比率決定ステップと、
前記短絡時間比率決定ステップで決定した前記短絡期間の比率が、少なくとも予め定めた閾値以下もしくは算出された閾値以下、又は、予め定めた目標値もしくは算出された目標値となるように、溶接条件を設定又は補正する溶接条件決定ステップと、を有する機能を実行させることを特徴とする、プログラム。
[6] CO2を30%以上含むシールドガスを用い、薄板を被溶接材とする場合のガスメタルアーク溶接において、
溶接ワイヤの先端が、正送給期間TPと逆送給期間TNを1周期としてこれらの周期的な切り替えを伴いながら、母材に向けて送給されるように、少なくとも前記溶接ワイヤの先端位置又は送給速度信号に基づいて、溶接電流を、少なくとも電流非抑制期間TIP又は電流抑制期間TIBに切り替えて送給及び溶接電流制御を行うための溶接制御装置を少なくとも備える溶接システムのコンピュータに対し、
前記溶接制御装置が、
予め定めた時間内において、アーク期間と短絡期間を含む周期が1つ以上ある場合に、
前記予め定めた時間に対する前記短絡期間の比率を決定する、短絡時間比率決定ステップと、
前記短絡時間比率決定ステップで決定した前記短絡期間の比率が、少なくとも予め定めた閾値以下もしくは算出された閾値以下、又は、予め定めた目標値もしくは算出された目標値となるように、溶接条件を設定又は補正する溶接条件決定ステップと、を有する機能を実行させることを特徴とする、プログラム。
また、本発明の上記目的は、ガスメタルアーク溶接方法に係る下記[7]の構成により達成される。
[7] CO2を30%以上含むシールドガスを用い、薄板を被溶接材とする場合のガスメタルアーク溶接において、
溶接ワイヤの先端が、正送給期間TPと逆送給期間TNを1周期としてこれらの周期的な切り替えを伴いながら、母材に向けて送給されるように、少なくとも前記溶接ワイヤの先端位置又は送給速度信号に基づいて、溶接電流を、少なくとも電流非抑制期間TIP又は電流抑制期間TIBに切り替えて送給及び溶接電流制御を行うガスメタルアーク溶接の制御方法を用いた溶接方法であって、
予め定めた時間内において、アーク期間と短絡期間を含む周期が1つ以上ある場合に、
前記予め定めた時間に対する前記短絡期間の比率が、送給速度設定値FWに係る下記の式(1)の値以下となるように、溶接条件を設定又は補正することを特徴とする、ガスメタルアーク溶接方法。
0.007×FW+0.249 ・・・式(1)
[7] CO2を30%以上含むシールドガスを用い、薄板を被溶接材とする場合のガスメタルアーク溶接において、
溶接ワイヤの先端が、正送給期間TPと逆送給期間TNを1周期としてこれらの周期的な切り替えを伴いながら、母材に向けて送給されるように、少なくとも前記溶接ワイヤの先端位置又は送給速度信号に基づいて、溶接電流を、少なくとも電流非抑制期間TIP又は電流抑制期間TIBに切り替えて送給及び溶接電流制御を行うガスメタルアーク溶接の制御方法を用いた溶接方法であって、
予め定めた時間内において、アーク期間と短絡期間を含む周期が1つ以上ある場合に、
前記予め定めた時間に対する前記短絡期間の比率が、送給速度設定値FWに係る下記の式(1)の値以下となるように、溶接条件を設定又は補正することを特徴とする、ガスメタルアーク溶接方法。
0.007×FW+0.249 ・・・式(1)
また、本発明の上記目的は、付加製造方法に係る下記[8]の構成により達成される。
[8] CO2を30%以上含むシールドガスを用い、薄板を被溶接材とする場合のガスメタルアーク溶接を応用した付加製造方法において、
溶接ワイヤの先端が、正送給期間TPと逆送給期間TNを1周期としてこれらの周期的な切り替えを伴いながら、母材に向けて送給されるように、少なくとも前記溶接ワイヤの先端位置又は送給速度信号に基づいて、溶接電流を、少なくとも電流非抑制期間TIP又は電流抑制期間TIBに切り替えて送給及び溶接電流制御を行うガスメタルアーク溶接の制御方法を用いた付加製造方法であって、
予め定めた時間内において、アーク期間と短絡期間を含む周期が1つ以上ある場合に、
前記予め定めた時間に対する前記短絡期間の比率が、送給速度設定値FWに係る下記の式(1)の値以下となるように、溶接条件を設定又は補正することを特徴とする、付加製造方法。
0.007×FW+0.249 ・・・式(1)
[8] CO2を30%以上含むシールドガスを用い、薄板を被溶接材とする場合のガスメタルアーク溶接を応用した付加製造方法において、
溶接ワイヤの先端が、正送給期間TPと逆送給期間TNを1周期としてこれらの周期的な切り替えを伴いながら、母材に向けて送給されるように、少なくとも前記溶接ワイヤの先端位置又は送給速度信号に基づいて、溶接電流を、少なくとも電流非抑制期間TIP又は電流抑制期間TIBに切り替えて送給及び溶接電流制御を行うガスメタルアーク溶接の制御方法を用いた付加製造方法であって、
予め定めた時間内において、アーク期間と短絡期間を含む周期が1つ以上ある場合に、
前記予め定めた時間に対する前記短絡期間の比率が、送給速度設定値FWに係る下記の式(1)の値以下となるように、溶接条件を設定又は補正することを特徴とする、付加製造方法。
0.007×FW+0.249 ・・・式(1)
本発明によれば、薄板の溶接において、高速溶接の条件であっても、ビード形状が良好となり、かつ状況に応じた最適な溶込みも確保できるため、溶接品質の向上と、生産システムの最適化に寄与することができる。
以下、本発明に係るガスメタルアーク溶接の制御方法、溶接条件の設定方法、溶接制御装置、溶接電源、溶接システム、プログラム、ガスメタルアーク溶接方法及び付加製造方法の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
なお、本実施形態は溶接ロボットを用いた場合の一例であり、本発明に係る溶接制御方法は本実施形態の構成に限定されるものではない。例えば、台車を用いた自動溶接装置に本発明の溶接制御方法を適用してもよいし、可搬型の小型溶接ロボットに本発明の溶接制御方法を適用してもよい。
なお、本実施形態は溶接ロボットを用いた場合の一例であり、本発明に係る溶接制御方法は本実施形態の構成に限定されるものではない。例えば、台車を用いた自動溶接装置に本発明の溶接制御方法を適用してもよいし、可搬型の小型溶接ロボットに本発明の溶接制御方法を適用してもよい。
さらに本実施形態においては、本発明に係る溶接制御方法を適用したガスメタルアーク溶接(以降、「GMAW」とも称する。)方法について説明するが、本発明に係る溶接制御方法は、ガスメタルアーク溶接を応用した付加製造方法についても同様に適用可能である。
ここで、GMAWを活用した付加製造技術について、具体的には、金属積層造型技術(WAAM:Wire and Arc Additive Manufacturing)において有用である。なお、付加製造という用語は、広義では積層造形又はラピットプロトタイピングの用語で用いられることがあるが、本発明においては、統一して付加製造の用語を用いる。本発明に係る手法を付加製造技術に活用する場合は、「溶接」を「溶着」、「付加製造」又は「積層造形」等に言い換えられる。例えば、溶接として扱う場合は「溶接条件」となるが、付加製造として本願発明を活用する場合は、「溶着条件」と言い換えたり、溶接として扱う場合は「溶接システム」となるが、付加製造として本発明を活用する場合は、「付加製造システム」と言い換えたりすることができる。
<溶接システムの概要>
図1は、本実施形態に係る溶接システムの構成例を示す概略図である。溶接システム50は、溶接ロボット110と、溶接制御装置120と、溶接ワイヤ100を送給する不図示の送給装置と、溶接電源140と、コントローラ150を備えている。
図1は、本実施形態に係る溶接システムの構成例を示す概略図である。溶接システム50は、溶接ロボット110と、溶接制御装置120と、溶接ワイヤ100を送給する不図示の送給装置と、溶接電源140と、コントローラ150を備えている。
溶接電源140は、不図示のプラスのパワーケーブルを介して、消耗式電極である溶接ワイヤ100に通電できるように溶接ロボット110に接続され、不図示のマイナスのパワーケーブルを介して、ワーク(以降、「母材」とも称する。)200と接続されている。この接続は、逆極性で溶接を行う場合であり、正極性で溶接を行う場合、溶接電源140は、極性を逆にすればよい。
また、溶接電源140と溶接ワイヤ100を送給するための不図示の送給装置のそれぞれが信号線によって接続され、溶接ワイヤの送り速度を制御することができる。
溶接ロボット110は、エンドエフェクタとして、溶接トーチ111を備えている。溶接トーチ111は、溶接ワイヤ100に通電させる通電機構、すなわち溶接チップを有している。溶接ワイヤ100は、溶接チップからの通電により先端からアークを発生し、その熱で溶接の対象であるワーク200を溶接する。なお、溶接チップは一般的に、コンタクトチップとも称されることがある。
さらに、溶接トーチ111は、シールドガスを噴出する機構となるシールドガスノズルを備える。シールドガスは、本実施形態で用いる制御の特性上、グロビュール移行の形態を取るガス組成にすればよく、具体的には、電位傾度の高い炭酸ガス、窒素ガス、水素ガス、酸素ガスのうち少なくとも一つのガスが含まれることが好ましい。また、汎用性の観点から、アルゴンガス(以降、「Arガス」とも称する。)との混合ガスの場合は、少なくとも炭酸ガスが30体積%以上混合した系がより好ましく、炭酸ガスが90体積%以上混合した系がさらに好ましく、炭酸ガス単体で用いることがさらにより好ましい。なお、シールドガスは、不図示のシールドガス供給装置から供給される。
本実施形態で使用する溶接ワイヤ100は、特に問わず、例えば、フラックスを含まないソリッドワイヤと、フラックスを含むフラックス入りワイヤのどちらを用いてもよい。また、溶接ワイヤ100の材質も問わず、例えば、材質は、軟鋼でもよいし、ステンレス、アルミニウム、チタンでもよく、ワイヤ表面にCu等のめっきがあってもよい。さらに、溶接ワイヤ100の径も特に問わない。本実施形態の場合、好ましくは、径の上限を1.6mm、下限を0.8mmとする。
また、本実施形態においてワーク200の具体的構成は特に問わず、継手形状、溶接姿勢や開先形状などの溶接条件も特に問わない。
溶接制御装置120は、主に溶接ロボット110の動作を制御する。溶接制御装置120は、あらかじめ溶接ロボット110の動作パターン、溶接開始位置、溶接終了位置、溶接条件、ウィービング動作等を定めた教示データを保持し、溶接ロボット110に対してこれらを指示して溶接ロボット110の動作を制御する。また、溶接制御装置120は、教示データに従い、溶接作業中の溶接電流、溶接電圧、送給速度等の溶接条件を溶接電源140に与える。
なお、図1に示すように、本実施形態の溶接システム50は、溶接制御装置120が溶接電源140から独立した構成としているが、溶接電源140の中に溶接制御装置120を備える構成であってもよい。
コントローラ150は、溶接制御装置120に接続され、溶接ロボット110を動作させるためのプログラム作成又は表示、教示データの入力等を行い、溶接制御装置120へ与える。また、コントローラ150は、溶接ロボット110のマニュアル操作を行う機能も有する。なお、コントローラ150と溶接制御装置120の接続は、有線又は無線の種類を特に問わない。
溶接電源140は、溶接制御装置120からの指令により、溶接ワイヤ100及びワーク200に電力を供給することで、溶接ワイヤ100とワーク200との間にアークを発生させる。また、溶接電源140は、溶接制御装置120からの指令により、不図示の送給装置に、溶接ワイヤ100を送給する速度を制御するための信号を出力する。
<溶接電源の機能構成>
次に、図2を参照して、本実施形態に係る溶接電源140の機能構成について詳細に説明する。図2は、溶接電源140における電源制御部の概略構成を示すブロック図である。
次に、図2を参照して、本実施形態に係る溶接電源140の機能構成について詳細に説明する。図2は、溶接電源140における電源制御部の概略構成を示すブロック図である。
溶接電源140の制御系部分は、例えば、溶接制御装置120又は不図示のコンピュータによるプログラムの実行を通じて実行される。
溶接電源140の制御系部分には、電流設定部36が含まれる。本実施形態における電流設定部36は、溶接ワイヤ100に流れる溶接電流を規定する各種の電流値を設定する機能の他、電流抑制期間設定部36Aにより溶接電流の電流値が抑制される期間が開始される時間と終了する時間を設定する機能と、ワイヤ先端位置変換部36Bにより溶接ワイヤ100の先端位置の情報を求める機能を有する。
なお、後述する電流非抑制期間TIPの各種条件設定、例えば、立ち上がり区間TUや立ち下がり区間TD中の電流設定点などは、電流設定部36において溶接電流を規定する各種の電流値を設定する機能の中に含まれる。
溶接電源140の制御系部分には、電流設定部36が含まれる。本実施形態における電流設定部36は、溶接ワイヤ100に流れる溶接電流を規定する各種の電流値を設定する機能の他、電流抑制期間設定部36Aにより溶接電流の電流値が抑制される期間が開始される時間と終了する時間を設定する機能と、ワイヤ先端位置変換部36Bにより溶接ワイヤ100の先端位置の情報を求める機能を有する。
なお、後述する電流非抑制期間TIPの各種条件設定、例えば、立ち上がり区間TUや立ち下がり区間TD中の電流設定点などは、電流設定部36において溶接電流を規定する各種の電流値を設定する機能の中に含まれる。
本実施形態の場合、溶接電流は、ワイヤ先端位置に基づいて、電流非抑制期間TIPと電流抑制期間TIBの溶接電流を交互に繰り返すパルス波形を示す。また、電流設定部36は電流非抑制期間TIPの設定電流値Ip(以降、「ピーク電流Ip」とも称する。)と、電流抑制期間TIBの設定電流値Ib(以降、「ベース電流Ib」とも称する。)を設定する。また、本実施形態の場合、溶接電流は基本的にピーク電流Ipとベース電流Ibの2値で制御される。このため、電流値が抑制される期間が開始される時間t1は、ベース電流Ibが開始する時間、すなわちベース電流開始時間を表す。また、電流値が抑制される期間が終了する時間t2は、ベース電流Ibが終了する時間、すなわちベース電流終了時間を表す。なお、電流非抑制期間TIPが開始される時間は、ピーク電流開始時間と表し、電流非抑制期間TIPが終了する時間は、ピーク電流終了時間と表してもよい。
溶接電源140の電源主回路は、三相交流電源(以降、「交流電源」とも称する。)1と、1次側整流器2と、平滑コンデンサ3と、スイッチング素子4と、トランス5と、2次側整流器6と、リアクトル7とで構成される。
交流電源1から入力された交流電力は、1次側整流器2により全波整流され、さらに平滑コンデンサ3により平滑されて直流電力に変換される。次に、直流電力は、スイッチング素子4によるインバータ制御により高周波の交流電力に変換された後、トランス5を介して2次側電力に変換される。トランス5の交流出力は、2次側整流器6によって全波整流され、さらにリアクトル7により平滑される。リアクトル7の出力電流は、電源主回路からの出力として溶接チップ8に与えられ、消耗電極としての溶接ワイヤ100に通電される。
溶接ワイヤ100は、送給モータ24及び送給装置130によって送給され、母材200との間にアーク9を発生させる。本実施形態の場合、送給モータ24は、溶接ワイヤ100の先端を母材200に向かって移動する正送給期間TPと、溶接ワイヤ100の先端が母材200の位置する方向と逆方向に移動する逆送給期間TNとが、正送給期間TPと逆送給期間TNを1周期としたときに、周期的に切り替わるように、溶接ワイヤ100を送給する。なお、ここでいう「溶接ワイヤの先端」は、通常、ワイヤ先端に垂下する溶滴の存在を無視した場合のワイヤ先端を指すものとする。すなわち、アークによって溶融されたワイヤは、即時母材へ移行したとみなしたものとする。後述のとおり、その位置は、ワイヤ送給速度とワイヤの溶融速度の速度差によって決定される。
送給モータ24による溶接ワイヤ100の送給は、送給駆動部23からの制御信号Fcによって制御される。なお、送給速度の平均値は、溶融速度とほぼ同じである。本実施形態の場合、送給モータ24による溶接ワイヤ100の送給も溶接電源140により制御される。
電流設定部36には、溶接チップ8と母材200との間に加える電圧の目標値である電圧設定信号Vrが電圧設定部34から与えられる。ここでの電圧設定信号Vrは、電圧比較部35にも与えられ、電圧検出部32によって検出された電圧検出信号Voと比較される。なお、電圧検出信号Voは実測値である。電圧比較部35は、電圧設定信号Vrと電圧検出信号Voとの差分を増幅し、電圧誤差増幅信号Vaとして電流設定部36に出力する。電流設定部36は、アーク9の長さ(以降、「アーク長」とも称する。)が一定になるように溶接電流を制御する。すなわち、電流設定部36は、溶接電流の制御を通じて定電圧制御を実行する。
電流設定部36は、電圧設定信号Vrと電圧誤差増幅信号Vaとに基づいて、ピーク電流Ipの値、ベース電流Ibの値、ピーク電流Ipを与える期間、又は、ピーク電流Ipの値、ベース電流Ibの値の大きさを再設定し、再設定された期間又は値の大きさに応じた電流設定信号Irを電流誤差増幅部37に出力する。
電流誤差増幅部37は、目標値として与えられた電流設定信号Irと電流検出部31で検出された電流検出信号Ioとの差分を増幅し、電流誤差増幅信号Edとしてインバータ駆動部30に出力する。インバータ駆動部30は、電流誤差増幅信号Edによってスイッチング素子4の駆動信号Ecを補正する。
電流設定部36には、溶接ワイヤ100の先端からの溶滴の離脱を検知する信号となる離脱検出信号Drlも入力される。離脱検出信号Drlは、離脱検出部33から出力される。離脱検出部33は、電圧検出部32が出力する電圧検出信号Voの変化を監視し、その変化から溶接ワイヤ100からの溶滴の離脱を検知する。なお、離脱検出部33は検出手段の一例である。
ここでの離脱検出部33は、例えば電圧検出信号Voを微分又は二階微分した値を検出用の閾値と比較することにより、溶滴の離脱を検出する。検出用の閾値は、不図示の記憶部にあらかじめ記憶されている。なお、離脱検出部33は、実測値である電圧検出信号Voと電流検出信号Ioとから算出される抵抗値の変化に基づいて、離脱検出信号Drlを生成してもよい。
電流設定部36には、送給される溶接ワイヤ100の平均送給速度Favgも与えられる。平均送給速度Favgは、平均送給速度設定部20が不図示の記憶部に記憶されているティーチングデータに基づいて出力される。すなわち、平均送給速度Favgは送給速度の設定値(指令値)と言い換えてもよい。
電流設定部36は、与えられた平均送給速度Favgに基づいて、ピーク電流Ip、ベース電流Ib、ベース電流Ibが開始する時間t1、ベース電流Ibが終了する時間t2の値を決定する。
電流設定部36は、与えられた平均送給速度Favgに基づいて、ピーク電流Ip、ベース電流Ib、ベース電流Ibが開始する時間t1、ベース電流Ibが終了する時間t2の値を決定する。
本実施形態では、図2のとおり、平均送給速度Favgを電流設定部36に入力しているが、電流設定部36に入力される信号は、平均送給速度Favgに関連する値を設定値として、平均送給速度Favgに置き換えて用いてもよい。例えば、不図示の記憶部に平均送給速度Favgと、その平均送給速度Favgに対して最適な溶接が可能となる平均電流値のデータベースが記憶されている場合、平均電流値を設定値として、平均送給速度Favgに置き換えて用いてもよい。
平均送給速度Favgは、振幅送給速度設定部21と送給速度指令設定部22にも与えられる。ここでの振幅送給速度設定部21は、入力された平均送給速度Favgに基づいて、振幅Wfと周期Tfの値を決定する。振幅送給とは、平均送給速度Favgよりも送給速度が大きい期間である正送給期間と平均送給速度Favgに対して送給速度が小さい期間である逆送給期間が交互に現れる送給方式をいう。なお、平均送給速度Favgに対して送給速度が小さい期間とは、平均送給速度Favg未満を指し、マイナスの送給速度、すなわち、ワイヤ先端が母材200のある位置と逆方面へ移動する速度を含む。振幅Wfは平均送給速度Favgに対する変化幅を与え、周期Tfは繰り返し単位である振幅変化の時間を与える。振幅送給速度設定部21は、決定された振幅Wfと周期Tf又は周波数fの値に応じた振幅送給速度Ffを生成して出力する。
送給速度指令設定部22は、振幅送給速度Ffと平均送給速度Favgとに基づいて、送給速度指令信号Fwを出力する。本実施形態の場合、送給速度指令信号Fwは、次式で表される。
Fw=Ff+Favg ・・・式(A)
Fw=Ff+Favg ・・・式(A)
また、送給速度指令設定部22は、離脱検出部33から与えられる離脱検出信号Drlにより、振幅送給のどの位相で離脱が発生したかを検知する。ただし、式(A)で表される送給速度指令信号Fwは、溶接ワイヤ100の先端からの溶滴の離脱が想定する期間内に検知されている場合に限られる。想定する期間内に溶滴の離脱が検出されなかった場合、送給速度指令設定部22は、送給速度指令信号Fwを一定速度による送給制御に切り替えてもよい。例えば、送給速度指令設定部22は、送給速度指令信号Fwを平均送給速度Favgによる送給に切り替える。平均送給速度Favgによる送給から、式(A)で表される送給制御への切り替えは、溶滴の離脱が検知されるタイミングに応じて定まる。
送給速度指令信号Fwは、位相ずれ検出部26と、送給誤差増幅部28と、電流設定部36に出力される。
送給誤差増幅部28は、目標速度である送給速度指令信号Fwと、送給モータ24による溶接ワイヤ100の送給速度を実測した送給速度検出信号Foとの差分を増幅し、誤差分を補正した速度誤差増幅信号Fdを送給駆動部23に出力する。
送給誤差増幅部28は、目標速度である送給速度指令信号Fwと、送給モータ24による溶接ワイヤ100の送給速度を実測した送給速度検出信号Foとの差分を増幅し、誤差分を補正した速度誤差増幅信号Fdを送給駆動部23に出力する。
送給駆動部23は、速度誤差増幅信号Fdに基づいて制御信号Fcを生成し、送給モータ24に与える。ここでの送給速度変換部25は、送給モータ24の回転量などを溶接ワイヤ100の送給速度検出信号Foに変換する。
本実施形態における位相ずれ検出部26は、送給速度指令信号Fwと、測定値である送給速度検出信号Foとを比較し、位相ずれ時間Tθdを出力する。なお、位相ずれ検出部26は、振幅送給を規定するパラメータ、例えば、周期Tf、振幅Wf、平均送給速度Favg等を可変した場合における送給モータ24の送給動作を測定して位相ずれ時間Tθdを求めてもよい。
位相ずれ時間Tθdは、電流設定部36のワイヤ先端位置変換部36Bに与えられる。ワイヤ先端位置変換部36Bは、送給速度指令信号Fwと位相ずれ時間Tθdとに基づいて、母材200を基準面とした溶接ワイヤ100の先端位置を算出し、算出された先端位置の情報を電流抑制期間設定部36Aに与える。ここで、電流抑制期間設定部36Aは、溶接ワイヤ100の先端位置の情報に基づいて、又は、溶接ワイヤ100の先端位置の情報と送給速度指令信号Fwとに基づいて溶接電流を抑制する期間、すなわち、電流設定信号Irをベース電流Ibに制御する期間を設定する。
ここでの電流設定部36は、溶接ワイヤ100の先端位置に応じて溶接電流を変化させる制御手段の一例である。
ここでの電流設定部36は、溶接ワイヤ100の先端位置に応じて溶接電流を変化させる制御手段の一例である。
<溶接ワイヤの先端位置の情報又は送給速度指令信号Fwに基づいた溶接電流の基本制御>
以下、溶接ワイヤ100の先端位置の情報又は送給速度指令信号Fwに基づいた、溶接電源140による溶接電流の制御例について説明する。
溶接電流の制御は、溶接電源140を構成する電流設定部36によって実現される。前述したように、本実施形態における電流設定部36は、プログラムの実行を通じて制御を実現する。
以下、溶接ワイヤ100の先端位置の情報又は送給速度指令信号Fwに基づいた、溶接電源140による溶接電流の制御例について説明する。
溶接電流の制御は、溶接電源140を構成する電流設定部36によって実現される。前述したように、本実施形態における電流設定部36は、プログラムの実行を通じて制御を実現する。
本実施形態における電流設定部36は、溶接ワイヤ100の先端位置の情報と、溶接ワイヤ100の送給速度指令信号Fwとに基づいて、溶接電流の電流値の切り替えを制御する。このため、溶接電流の制御の説明に先立って、送給速度指令信号Fwの時間変化と溶接ワイヤ100の先端位置の時間変化について説明する。
図3は、送給速度指令信号Fwの時間変化を説明する波形図である。横軸は時間(位相)であり、縦軸はワイヤ送給速度である。縦軸の単位はメートル毎分又は回転数である。図3では、平均送給速度Favgよりも大きい速度を「正送給」と表し、平均送給速度Favgよりも小さい速度を「逆送給」と表している。本実施形態の場合、送給速度指令信号Fwは、周期Tfと振幅Wfで規定される正弦波形状で変化するが、正弦波形状で特に限定されるものではない。また、以下では、送給速度が平均送給速度Favgよりも大きい期間を正送給期間TPといい、反対に送給速度が平均送給速度Favgよりも小さい期間を逆送給期間TNという。また、説明の都合上、各送給期間の前半を「前期」、後半を「後期」という。
ここで、平均送給速度Favgは、ワイヤ溶融速度Fmとみなすことができる。
ここで、平均送給速度Favgは、ワイヤ溶融速度Fmとみなすことができる。
図4は、溶接ワイヤ100の先端位置(以降、「ワイヤ先端位置」とも称する。)の時間変化を説明する波形図である。横軸は時間(位相)であり、縦軸は母材200の表面から法線方向上方への距離(高さ)を表している。
ただし、図4では、溶接ワイヤ100が最大の送給速度で送給される場合における位置(高さ)を基準距離とし、基準距離よりも大きい距離を正値、基準距離よりも小さい距離を負値で表している。
ただし、図4では、溶接ワイヤ100が最大の送給速度で送給される場合における位置(高さ)を基準距離とし、基準距離よりも大きい距離を正値、基準距離よりも小さい距離を負値で表している。
図4では、溶接ワイヤ100の先端位置が母材表面に最も近づいた位置(以降、「最下端」とも称する。)に対応する時点をT0、T4で表し、溶接ワイヤ100の先端位置が母材表面から最も遠ざかった位置(以降、「最上端」とも称する。)に対応する時点をT2で表している。ここでの頂点は、最上端の一例である。
図4に示すように、溶接ワイヤ100の先端位置が時間の経過とともに母材表面に近づく期間、具体的には、溶接ワイヤ100の先端位置が、最上端から最下端へ移動する期間が「正送給期間TP」であり、溶接ワイヤ100の先端位置が時間の経過とともに母材表面から遠ざかる期間、具体的には、溶接ワイヤ100の先端位置が、最下端から最上端へ移動する期間が「逆送給期間TN」である。
また、基準距離に対応する時点をT1、T3とする。T1は、溶接ワイヤ100の先端位置が母材表面に最も近づいた位置となる最下端から、最も遠ざかる位置となる最上端に向かう中間の時点である。一方、T3は、最上端から最下端に向かう中間の時点である。図4に示すように、基準距離から最上端までの変化幅、又は基準距離から最下端までの変化幅が「振幅Wf」であり、最上端から最下端の変化幅を「波高Wh」とする。
なお、図3及び図4を合わせて参照すると分かるように、溶接ワイヤ100の先端が最上端又は最下端に位置するときの溶接ワイヤ100の送給速度を、あらかじめ定めた平均送給速度Favgの値としている。これにより、ワイヤ送給速度が周期的に変化していてもワイヤの溶融速度とワイヤの送給速度がバランスし、アーク長が概一定となり安定した溶接を継続することができる。
図5は、本実施形態における溶接電流の基本制御の例を説明するフローチャートである。図5に示す制御は、図2で説明した電流設定部36において実行される。なお、図中の記号Sはステップを示している。図5に示す制御は、溶接ワイヤ100の先端位置における1周期の変化に対応する。このため、図5においては、時間Tが時点T0の状態を、ステップ1とする。本実施形態における電流設定部36は、電流設定信号Irの制御のために、溶接ワイヤ100の先端位置を算出する。平均送給速度Favgは、ワイヤ溶融速度Fmと同等である。したがって、送給速度指令信号Fwとワイヤ溶融速度Fm(≒Favg)の差分を積分すれば、溶接ワイヤ100の先端位置を求めることができる。そこで、電流設定部36は、次式に基づいて、溶接ワイヤ100の先端位置を設定する。
ワイヤ先端位置=∫(Fw-Favg)・dt ・・・式(B)
なお、式(B)で計算される先端位置の変化は、図4に対応する。
ワイヤ先端位置=∫(Fw-Favg)・dt ・・・式(B)
なお、式(B)で計算される先端位置の変化は、図4に対応する。
ただし、溶接ワイヤ100の送給に、図2で説明した送給モータ24を用いる場合、指令と実際の送給速度、すなわち送給速度検出信号Foとの間に位相ずれが生じる場合がある。そこで、電流設定部36は、位相ずれ検出部26から与えられる位相ずれ時間Tθdにより、平均送給速度Favg及び送給速度指令信号Fwから計算される溶接ワイヤ100の先端位置に応じて計算されるベース電流開始時間t1を補正する。具体的には、次式に示すように、ベース電流開始時間t1の値を再設定する。
t1=t1+Tθd ・・・式(C)
t1=t1+Tθd ・・・式(C)
図6に示すようにベース電流開始時間t1は、溶接ワイヤ100の先端が最下端に位置する時点T0、すなわち、正送給期間TPから逆送給期間TNに切り替わる時点から遅れた位相を表現する。なお、図6には、ベース電流開始時間t1の最大値をt1’で表している。
ここで、図5の説明に戻る。ステップ2に示すように、溶接ワイヤ100の先端位置が最下端、すなわち、時点T0になると、電流設定部36は、時点T0から計測を開始した時間Tがベース電流開始時間t1以上であるか否かを判定する。ステップ2の判定結果が否定(False)の間、ステップ3に示すように、電流設定部36は、電流設定信号Irとしてピーク電流Ipの出力を継続する。この期間は、図6における電流非抑制期間TIPに対応する。
続いて図5に示すように、ステップ2の判定結果が肯定(True)になると、ステップ4に示すように、電流設定部36は、電流設定信号Irとしてベース電流Ibの出力を開始する。前述したように、ベース電流Ibへの切り替えが開始した時点では、溶接ワイヤ100の送給は、既に逆送給期間TNに切り替わっており、溶接ワイヤ100の先端は、母材表面から遠ざかる方向への移動を始めている。
溶接ワイヤ100の先端が最下端に位置する時点T0近傍における溶滴は、溶融池近傍に位置しているのでアーク長が短くなる。また、時点T0以降は、逆送給期間TNに切り替わる。すなわち、溶接ワイヤ100の先端は、引き上げられるように移動する。成長した溶滴全体には、正送給方向、すなわち母材200に近づく方向への慣性力が作用しているのに対し、溶接ワイヤ100は逆方向、すなわち母材200から遠ざかる方向に移動するため、溶滴はより懸垂形状へと変化し、更に離脱が促進される。なお、本発明でいう溶滴の離脱は、特別な説明がない限り、短絡による溶滴の移行又は、短絡が伴わない自由落下の溶滴の移行(短絡フリー)のどちらも指すこととする。
しかも、離脱が予測される期間で溶接電流の電流値をベース電流Ibに切り替えておくことで、ピーク電流Ipが供給される期間よりも、アーク反力を低下させることができる。この結果、溶滴を持ち上げる力が更に弱くなり、溶滴は、一段と懸垂形状になりやすい状況になる。このように、溶接電流を抑制している期間である電流抑制期間TIB中に、溶滴を溶接ワイヤ100の先端から離脱させることで、短絡が生じても、スパッタの低減が期待できる。
再び図5の説明に戻る。ステップ5に示すように、電流設定信号Irをベース電流Ibに切り替えた電流設定部36は、時間Tがベース電流終了時間t2以上であるか否かを判定する。図6では、ベース電流終了時間t2の最大値をt2’で示している。ステップ5の判定結果が否定(False)の間、ステップ4に示すように、電流設定部36は、電流設定信号Irとしてベース電流Ibを出力する。ベース電流Ibの供給が開始された後、溶接ワイヤ100の先端は、溶滴の離脱を伴いながら頂点、すなわち、先端が母材200から最も遠ざかった位置まで引き上げられるように移動する。
溶滴の離脱後は、溶接ワイヤ100を溶融させて溶滴を形成するために、ベース電流Ibの供給期間、すなわち電流抑制期間TIBを終了し、ピーク電流Ipを供給する期間、すなわち電流非抑制期間TIPに切り替える必要がある。したがって、ベース電流Ibの供給は、時点T1~T2の間に終了することが望ましい。
ステップ5の判定結果が肯定(True)になると、ステップ6に示すように、電流設定部36は、電流設定信号Irとしてピーク電流Ipの出力を開始する。続いて、ステップ7に示すように、電流設定部36は、時点T0から計測を開始した時間Tが、時点T4になったか否かを判定する。ステップ7の判定結果が否定(False)の間、ステップ6に示すように、電流設定部36は、電流設定信号Irとしてピーク電流Ipを出力する。一方、ステップ7の判定結果が肯定(True)になると、電流設定部36は、ステップ1に戻る。以上の制御により、電流設定信号Irは、ピーク電流Ipとベース電流Ibを周期的に繰り返すパルス波形となる。
上記説明が、溶接ワイヤ100の先端位置の情報又は送給速度指令信号Fwに基づいた、溶接電源140による溶接電流の基本制御となる。本発明者らは、この基本制御を適用し、鋭意研究を重ねた結果、短絡時間比率に基づいて、溶接条件の各種項目の値を設定又は補正することで、上述の課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
ここで、短絡時間比率とは、予め定めた時間と、予め定めた時間内に生じた短絡の合計時間の割合を出した平均値となる。本実施形態では、予め定めた時間内において、アーク期間と短絡期間が含まれる周期が1つ以上ある場合に算出する。一方で、予め定めた時間内に、短絡期間が含まれなければ、短絡時間比率はゼロとみなす。なお、予め定めた時間は、任意の固定時間でも良いし、周期や周波数に基づいても良いが、算出が容易になるという観点から、周波数または周期の数に基づいて時間を決定すると良い。以降、特別な説明がない限り、短絡時間比率とは、この平均値を指す。本実施形態では、70Hzで218周期分となる約3.1秒間に生じた総短絡時間の割合で算出している。また、本実施形態において短絡は、アーク電圧の検出値で判定し、アーク電圧の検出値が12V以下となる場合において、短絡として判定している。
なお、短絡期間とは、溶接ワイヤと母材が接触してアークが消えてから、溶接ワイヤと母材が離れてアークが発生するまでの期間であり、アーク期間は、溶接ワイヤと母材が離れ、アークが発生し続けている期間、すなわち短絡期間以外の期間である。
なお、短絡期間とは、溶接ワイヤと母材が接触してアークが消えてから、溶接ワイヤと母材が離れてアークが発生するまでの期間であり、アーク期間は、溶接ワイヤと母材が離れ、アークが発生し続けている期間、すなわち短絡期間以外の期間である。
本基本制御を用いた、短絡時間比率とビード外観及び溶込み性能の関係は、図7及び図8に示すように、短絡比率が大きくなるほどビード外観は悪くなる傾向にあり、溶込み性能は低くなる傾向にある。なお、図7及び図8は、後述する、平均送給速度Favgが7m/min、溶接速度が50cm/minの実施例(表1-1~1-4参照)における試験結果を示している。
なお、本実施形態において、ビード外観(以降、「ビードのフラット性」とも称する。)は、ビードのフラット性に重点を置き、ビード高さhとビード幅wの比となる「h/w」を採用し、ビード外観を評価する指数として用いている。すなわち、h/wが大きくなるほど、ビードが凸形状になることから、ビード外観は悪くなると判断し、h/wが小さくなるほど、ビードがフラットな形状になることから、ビード外観は良くなると判断する。
一方、溶込み性能は、溶込み深さdとビード幅wの比となる「d/w」を採用し、溶込み性能を評価する指数として用いている。すなわち、d/wが大きくなるほど、幅に対し溶込みが大きくなることから、溶込み性能は高くなると判断し、d/wが小さくなるほど、幅に対し溶込みが小さくなることから、溶込み性能は低くなると判断する。
上述の関係性を見出したことにより、本基本制御法では、最適な短絡時間比率を選択し、その短絡時間比率になる溶接条件を設定すること、又は短絡時間比率を制御し、溶接条件を補正することによって、ビード外観が良好な範囲で、状況に応じた適切な溶込み深さに調整することが可能となる。例えば、亜鉛メッキ鋼板を用いる場合は、耐気孔性を上げることを目的として、溶込み深さを大きくするために、短絡時間比率が小さくなる溶接条件を設定又は補正すればよいし、より薄い板を溶接するときは、溶込み深さを小さくするために、短絡時間比率が大きくなる溶接条件を設定又は補正すればよい。
この短絡時間比率に基づいて、溶接条件の設定又は補正が可能となるのは、CO2ガスを用いても良好な溶接作業性を得ることができる本基本制御に起因する。従来の溶接方法、例えばMAG溶接では、短絡が生じなくとも、十分な溶込みが得られないため、短絡時間比率に基づいて、本発明のごとく溶込み深さを調整することができない。また、従来の送給制御技術は低入熱、短絡中心の技術であるため、十分な溶込みが得られない。さらに、短絡時間比率が小さい領域は、本基本制御のように、良好な溶接作業性を得ることができないため、適用範囲外となる。これらの理由から、従来の送給制御技術も、短絡時間比率に基づいて、溶込み深さを調整することができない。
また、短絡時間比率の影響は、平均送給速度Favg又は溶接速度等によって、傾向が異なるため、少なくとも、平均送給速度Favgごとに、短絡時間比率の影響を確認することが好ましい。平均送給速度Favgは低くなるほど、溶融させるための熱エネルギーが小さくなるため、溶込み性能が低くなる。特に溶接速度が高速になるほど、その傾向が顕著になり、ある短絡時間比率を境に溶込み深さが変化する場合がある。
本実施形態では、平均送給速度Favgが7m/min、溶接速度が100cm/minのとき、短絡時間比率0.300近傍以降で、極端に溶込みが小さくなる傾向に変わる(図10参照)。また、後述する平均送給速度Favg=7m/min、溶接速度100cm/minの実施例(表1-1~表1-4参照)における試験結果である図9及び図10を参照して、短絡時間比率が大きくなるとビード外観と溶込み性能の両立が成り立たない短絡時間比率の領域があるため、適用する短絡時間比率には閾値を設け、その閾値以下になるように、溶接条件を設定又は補正するとよい。また、その閾値以下の範囲内で目標値を設け、その目標値となるように、溶接条件を設定又は補正するとよい。
なお、短絡時間比率の閾値は、溶接情報によって変わる。前述には、平均送給速度Favg又は溶接速度等の溶接条件の項目によって、短絡時間比率の影響が変わると説明したが、平均送給速度Favg又は溶接速度に係る溶着量は、用いる溶接ワイヤ、シールドガス種、母材等の溶接条件の項目に依存するためである。よって、短絡時間比率の閾値又は目標値は、溶接情報の項目として、溶接ワイヤ(以降、「溶接材料」とも称する。)、ガス組成、溶接ワイヤ線径、母材の板厚、送給速度設定値(=平均送給速度Favg)及び溶接速度のうち少なくとも一つから選択されることが好ましい。
ここでいう「溶接情報」とは、溶接条件を含む各種条件に係る情報群を意味する。また、溶接条件以外では、例えば、気温や湿気といった項目の情報が含まれる環境条件や、スパッタやヒューム量といった項目の幾何学量が含まれる溶接現象量が挙げられる。なお、ギャップ、板厚、溶接材料、シールドガス種、母材、溶接長、溶接電流、アーク電圧、溶接速度、シールドガス流量、各種ウィービング条件(例えば、ウィービング幅、ウィービング周期、ウィービング端停止時間)等が、「溶接条件」を構成する項目の例として挙げられる。ここで、溶接情報の項目と説明する場合は、各種条件の項目を指す。
以上のことから、本基本制御において適用する短絡時間比率の範囲を定める必要があり、その境界は、溶接情報に関連するため、溶接情報に基づいて、境界となる短絡時間比率を求めることがより好ましい。本実施形態では、溶接ワイヤを軟鋼、シールドガスを100%CO2ガス、溶接速度を通常速度側の50cm/minもしくは高速度側の100cm/minとした場合に、平均送給速度Favgに基づいて、短絡時間比率の閾値を決定している。具体的には下記式(1)の値以下の短絡時間比率とすればよい。なお、本実施形態においては、溶接速度80cm/min未満を通常速度、溶接速度80cm/min以上を高速度と定義する。
下記式(1)は、少なくとも、溶接ワイヤを軟鋼、シールドガスを100%CO2ガスとする溶着量に係る溶接条件(以降、「溶接モード」とも称する。)の場合に好ましい閾値の算出式となる。しかしながら、例えば、溶接ワイヤをステンレス、シールドガスを80%Arガス+20%CO2ガスの混合ガスとした場合の溶接モードでは別の算出式となる。
0.007×Fw+0.249 ・・・式(1)
0.007×Fw+0.249 ・・・式(1)
また、用途、状況に応じて、短絡時間比率の閾値又は目標値を定めてもよい。例えば、上記条件のFavgが7m/min、溶接速度が100cm/minの場合に、亜鉛メッキ鋼板を取り扱う場合は、短絡時間比率が0.200以下、また、より薄い板を扱う場合は、短絡時間比率が0.200以上0.300以下の範囲に決定し、これらの短絡時間比率の閾値又は目標値に基づいて、溶接条件を設定又は補正するといったことが挙げられる。
<設定方法例>
次に、本実施形態の設定方法例について説明する。なお、本設定方法はあくまで一例であり、限定されるものではない。
次に、本実施形態の設定方法例について説明する。なお、本設定方法はあくまで一例であり、限定されるものではない。
設定方法の一例を下記に示す。
(a) 本実施形態においては、予め、溶接モードごとに、各種溶接条件で試験を行い、短絡時間比率を算出し、短絡時間比率の閾値又は目標値を決定する(短絡時間比率決定ステップ)。
(b) 決定した短絡時間比率の閾値以下、又は目標値となるように、溶接条件を決定する。又は、決定した短絡時間比率の閾値以下、又は目標値となるように、溶接モードごとに作成したデータベースに基づいて溶接条件を決定する。
(c) データべースを適用する場合は、溶接モード(少なくとも、溶接ワイヤ、シールドガス)の選択を行い、少なくとも一つの溶接情報の項目を入力すると、データべースに基づいて、その他の溶接条件が自動に初期設定される。例えば、送給速度や溶接速度を作業者が入力し設定すると、自動で溶接電流やアーク電圧等が抽出されて設定される。なお、データベースは、送給速度に対して、少なくとも、周波数、振幅、溶接電流設定値、アーク電圧設定値等の溶接条件の項目を設けて作成することが好ましい。
(a) 本実施形態においては、予め、溶接モードごとに、各種溶接条件で試験を行い、短絡時間比率を算出し、短絡時間比率の閾値又は目標値を決定する(短絡時間比率決定ステップ)。
(b) 決定した短絡時間比率の閾値以下、又は目標値となるように、溶接条件を決定する。又は、決定した短絡時間比率の閾値以下、又は目標値となるように、溶接モードごとに作成したデータベースに基づいて溶接条件を決定する。
(c) データべースを適用する場合は、溶接モード(少なくとも、溶接ワイヤ、シールドガス)の選択を行い、少なくとも一つの溶接情報の項目を入力すると、データべースに基づいて、その他の溶接条件が自動に初期設定される。例えば、送給速度や溶接速度を作業者が入力し設定すると、自動で溶接電流やアーク電圧等が抽出されて設定される。なお、データベースは、送給速度に対して、少なくとも、周波数、振幅、溶接電流設定値、アーク電圧設定値等の溶接条件の項目を設けて作成することが好ましい。
<制御方法例>
次に、短絡時間比率に基づく、制御方法について、図11に基づいて説明する。図11は、ロボット制御装置120及び溶接電源140の処理動作を説明するフローチャートである。オペレータは、アーク溶接を開始する場合、ロボット制御装置120が備える教示ペンダント150を操作して、ロボット制御装置120に対して、適用する教示プログラム、各種設定値を入力、又は上述のデータベースを活用し、一部の設定項目を自動設定する。ここでの教示プログラムは、溶接ロボット110の動き及び溶接開始、溶接終了指示等を予め教示した教示済みのプログラムとして規定する。
次に、短絡時間比率に基づく、制御方法について、図11に基づいて説明する。図11は、ロボット制御装置120及び溶接電源140の処理動作を説明するフローチャートである。オペレータは、アーク溶接を開始する場合、ロボット制御装置120が備える教示ペンダント150を操作して、ロボット制御装置120に対して、適用する教示プログラム、各種設定値を入力、又は上述のデータベースを活用し、一部の設定項目を自動設定する。ここでの教示プログラムは、溶接ロボット110の動き及び溶接開始、溶接終了指示等を予め教示した教示済みのプログラムとして規定する。
ロボット制御装置120は、S1101にて、教示プログラム、各種設定値指示を受け付ける。
ロボット制御装置120は、S1102にて、教示プログラム開始後、所定の溶接開始位置に溶接ロボット110を動かし、溶接電源140に対して、溶接開始(アークオン)を指令する。なお、溶接開始前に、センシングを行い、教示プログラムの設定値を補正してもよい。
溶接電源140は、S1103にて、ロボット制御装置120からの溶接開始の指令を受信する。その後、溶接電源140は、内蔵されている不図示の電源回路を制御して電力を供することで、溶接を開始させる。これにより、溶接ワイヤ100(図1参照)とワーク200(図1参照)との間に電圧が印加され、溶接開始位置にアークが発生する。
ロボット制御装置120は、S1104にて、溶接電源140又は溶接ロボット110に制御信号を送信し、溶接制御を実行する。溶接制御は、例えば、溶接条件の制御、ウィービング動作の制御、及び溶接線倣い制御等を含む。溶接条件制御では、自動的に溶接方向に溶接トーチ111を移動させながら、溶接速度、送給速度、溶接電流又はアーク電圧の少なくとも一つを制御するための信号を溶接ロボット110、溶接電源140又は送給機等の周辺機器に送信し、溶接制御を実行する。
溶接電源140は、S1105にて、図2を用いて説明したとおり、溶接電流と送給の制御を行う。また、溶接電源140は短絡時間比率を算出する算出部(図2では不図示)を有することが好ましい。例えば、図2の電圧検出部32から電圧検出信号Voをとり、電圧検出信号Voに基づいて、短絡を検出する短絡カウンタ部(図2では不図示)を設け、短絡カウンタ部の結果を算出部に入力し、短絡時間比率を算出すればよい。
なお、短絡カウンタ部は、例えば、電圧検出信号Voが12Vの閾値を下回った場合を短絡と判定し、S1106にて、短絡時間を測定して算出部に入力する。算出部は予め定めた一定時間で発生した短絡時間(短絡時間/一定時間)を短絡時間比率として算出すればよい。なお、ここでいう短絡カウンタ部と算出部は、溶接電源に設ける必要はなく、例えば、ロボット制御装置120に設けてもよいし、ロボット制御装置120、溶接電源140以外の制御部、例えばPCを準備し、PC内で短絡時間比率を算出してもよい。
溶接電源140は、S1107にて、算出した短絡時間比率を判定する。なお、判定を行う判定部は、溶接電源140に設ける必要はなく、例えば、ロボット制御装置120に設けてもよいし、ロボット制御装置120、溶接電源140以外の制御部に設けてもよい。判定に用いる閾値又は目標値は、予め固定値を設定してもよいし、溶接情報から算出した値でもよい。
本実施形態では、閾値以下又は目標値に無い場合は、算出した短絡時間比率と閾値又は目標値に基づいて、溶接条件の補正量を算出すればよい。具体的には、算出した短絡時間比率と閾値又は目標値の差分から溶接条件の補正量を算出することが好ましい。なお、本実施形態において、補正量をだす溶接条件の項目は、溶接ワイヤの正送期間と逆送期間を1周期としたときの周波数、溶接ワイヤの正送、逆送時の振幅、電流非抑制期間の溶接電流設定値、電流非抑制期間のアーク電圧設定値、電流抑制期間の溶接電流設定値、電流抑制期間のアーク電圧設定値、電流非抑制期間を終了するワイヤ位置情報、前記電流抑制期間を終了するワイヤ位置情報、正送期間と逆送期間の比率等が挙げられ、少なくとも、これらのうち一つの項目に対し、補正を行うことがより好ましい。
ロボット制御装置120は、S1108にて、プログラムに基づいて、溶接を終了(アークオフ)させる。
溶接電源140は、S1109にて、ロボット制御装置120から溶接終了(アークオフ)の指令を受信する。
プログラム終了の場合は、S1110にて、ロボット制御装置120及び溶接電源140は停止する。プログラム終了でない場合は、さらに、S1101~S1110を繰り返す。
さらに、本実施形態においては、周波数fの値、ピーク電流Ip、すなわち電流非抑制期間TIPの設定電流、ベース電流Ib、すなわち電流抑制期間TIBの設定電流、電流非抑制期間TIP(「ピーク電流期間」と称してもよい。)、電流抑制期間TIB(「ベース電流期間」と称してもよい。)、正送給期間TP、逆送給期間TNのそれぞれを、以下で詳細に説明する条件で、短絡時間比率を決定することによって、ビード外観や溶接作業性がより良好となり、かつ溶込み量をより得やすくなる。
なお、電流非抑制期間TIPの設定電流、又は電流抑制期間TIBの設定電流は、一定の電流値とは限らず、各期間内において設定値を変更してもよい。そのため、電流非抑制期間TIP全体又は電流抑制期間TIB全体の熱エネルギーを示す指標として、電流非抑制期間TIP又は電流抑制期間TIBの平均電流で表すこととし、電流非抑制期間TIPの平均電流をIP-AVGと示し、電流抑制期間TIBの平均電流をIB-AVGと示す。
以下、各制御要素について詳細に説明する。
(周波数f:50~150Hz)
正送給期間TPと逆送給期間TNを合わせた期間を1つの周期とし、その周波数fを固定し、溶接ワイヤ先端に形成される溶滴を安定的に離脱又は滴下させることで、短絡時間比率の調整又は制御を行うことが好ましい。この周波数を可変とすると、一つの溶接長に対し、位置によって、ビード外観や溶込み深さにバラツキが生じる可能性がある。この周波数fは、溶込み性能を維持しつつ最適な溶滴サイズを形成する条件として、50~150Hzの範囲とすることが好ましい。なお、より好ましくは60~130Hzであり、さらにより好ましくは70~120Hzである。
正送給期間TPと逆送給期間TNを合わせた期間を1つの周期とし、その周波数fを固定し、溶接ワイヤ先端に形成される溶滴を安定的に離脱又は滴下させることで、短絡時間比率の調整又は制御を行うことが好ましい。この周波数を可変とすると、一つの溶接長に対し、位置によって、ビード外観や溶込み深さにバラツキが生じる可能性がある。この周波数fは、溶込み性能を維持しつつ最適な溶滴サイズを形成する条件として、50~150Hzの範囲とすることが好ましい。なお、より好ましくは60~130Hzであり、さらにより好ましくは70~120Hzである。
(波高Wh:チップ-母材間距離に対して14~35%)
図4に示すように、最上端及び最下端間における溶接ワイヤ100の先端位置の変化幅である波高Whは、チップ-母材間距離に対して14~35%の範囲とする。例えば、チップ-母材間距離が25mmである場合は、3.5mm~8.75mmが設定すべき波高Whの範囲となる。上記の波高Whがチップ-母材間距離に対して14~35%の範囲内であると、溶込み性能を確保することができる。なお、波高Whや振幅Wfの基準位置となる「基準距離」は、任意で設定すればよい。
ビードのフラット性は、上述の周波数と波高Whに寄与する。本実施形態において、とくに溶接速度が高速になる場合は、これらの影響が顕著になり、周波数は低め、波高Whは大きめのバランスとすることが好ましい。具体的には、<周波数f/波高Wh>の比が、10.0~25.0の範囲であることが好ましい。
また、本実施形態において、電流非抑制期間TIP及び電流抑制期間TIB全体の平均溶接電流IAVGは150~300Aの範囲が好ましく、電流非抑制期間TIP及び電流抑制期間TIB全体の平均アーク電圧VAVGは20~40Vが好ましい。また、アーク安定性は、平均溶接電流IAVGと平均アーク電圧VAVGのバランスから判断した。すなわち、平均アーク電圧VAVGと平均溶接電流IAVGの比となるVAVG/IAVGで判断し、VAVG/IAVGが0.080~0.170の範囲内であると、より好ましく、良好なアーク安定性を得ることができる。
このアーク安定性の良否は、ビードのフラット性や溶接作業性に影響する。また、ビードのフラット性は上述のとおり、周波数f及び波高Whにも影響する。本実施形態では、アーク安定性を示す、(アーク電圧)/(溶接電流)の値と、周波数f及び振幅Wfとの関係が、下記式(2)を満足するように、各種溶接条件を設定又は補正することで、より良好なビードのフラット性が得られることが判明した。
(アーク電圧)/(溶接電流)≧0.0237×(周波数/振幅)-0.376 ・・・式(2)
(アーク電圧)/(溶接電流)≧0.0237×(周波数/振幅)-0.376 ・・・式(2)
(正送給期間TPの2/3以上の期間を電流非抑制期間TIPが占めること)
溶接ワイヤ100の先端が最上端から最下端へ移動する期間の2/3以上の期間を、電流非抑制期間TIPが占める必要がある。ここで、ワイヤ先端位置が最上端から最下端へ移動する期間は、上述のとおり正送給期間TPを指す。
溶接ワイヤ100の先端が最上端から最下端へ移動する期間の2/3以上の期間を、電流非抑制期間TIPが占める必要がある。ここで、ワイヤ先端位置が最上端から最下端へ移動する期間は、上述のとおり正送給期間TPを指す。
従来の短絡移行方式のワイヤ送給制御では、正送給期間TP中の電流非抑制期間TIPの割合を1/2未満に制御することによって、低スパッタ溶接を可能としているが、その結果、アーク圧力が溶融池に作用しないため、溶込みが小さくなる。
また、図12に示すように、電流非抑制期間TIPは、ベース電流からあらかじめ定めた電流値まで変化する電流抑制期間TIB直後の立ち上がり区間TU、あらかじめ定めた電流値からベース電流まで変化する電流抑制期間TIB直前の立ち下がり区間TD、及び立ち上がり区間TU及び立ち下がり区間TD以外の電流制御区間TCに分けて電流制御することが好ましい。
この立ち上がり区間TUは、溶滴サイズの調整又は溶滴離脱の促進を目的として、電流非抑制期間TIPに対する割合、すなわち、「(立ち上がり区間TU/電流非抑制期間TIP)×100%」の値が20%以下であることが好ましい。なお、立ち上がり区間TUにおける溶接電流値の立ち上がり方は、図12に示すような急峻な変化、言い換えれば、電流非抑制期間TIPに対する立ち上がり区間TUの割合が、限りなく0%に近いものであってもよい。
また、立ち下がり区間TDは、逆送給が行われる前の溶滴サイズの調整を目的として、電流非抑制期間TIPに対する割合、すなわち、「(立ち下がり区間TD/電流非抑制期間TIP)×100%」の値が20%以下であることが好ましい。なお、立ち下がり区間TDにおける溶接電流値の立ち下がり方は、図12に示すような急峻な変化、言い換えれば、電流非抑制期間TIPに対する立ち下がり区間TDの割合が、限りなく0%に近いものであってもよい。
なお、立ち上がり区間TUや立ち下がり区間TDは、それぞれ直線状、曲線状又はステップ状のいずれで変化してもよく、またこれらの組み合わせでもよい。
なお、立ち上がり区間TUや立ち下がり区間TDは、それぞれ直線状、曲線状又はステップ状のいずれで変化してもよく、またこれらの組み合わせでもよい。
続いて、図12に示すように、電流制御区間TCにおいて少なくとも2つの溶接電流設定値を設けることが好ましい。ここで、2つの溶接電流設定値を、第1の溶接電流設定値IP1及び第2の溶接電流設定値IP2とする。
そして、溶接ワイヤ100の最上端位置を基準として0degとする場合、第1の溶接電流設定値IP1を設けるタイミングとして、第1の溶接電流設定値IP1の範囲の終端位置を20deg以下の範囲で設定することが好ましい。第1の溶接電流設定値IP1の範囲の終端位置を20deg以下の範囲で設定することで、形成し始めた溶滴の揺動を抑制することができ、より安定した離脱が維持可能となる。
また、溶接ワイヤ100の最上端位置を基準として0degとする場合、第2の溶接電流設定値IP2を設けるタイミングとして、第2の溶接電流設定値IP2の範囲の終端位置を135~220degの範囲で設定することが好ましい。第2の溶接電流設定値IP2の範囲の終端位置を135~220degの範囲で設定することで、アーク圧力を効果的に溶融池に作用させることができ、短絡時間比率が大きくなっても、安定した溶込み深さを得ることが可能となる。
さらに、図13に示すように、溶接電流設定値IP2の範囲の終端を電流制御区間TCの終端とし、溶接電流設定値IP2の範囲の終端位置をXdegとする場合において、電流抑制期間TIBの終端位置を(X+100)~(X+220)degの範囲で設定することが好ましい。電流抑制期間TIBの終端位置を(X+100)~(X+220)degの範囲で設定することで、電流抑制期間TIB内に最も慣性力が働くタイミングが含まれるため、溶滴離脱の安定化の観点から好ましい。
第1の溶接電流設定値IP1で設定する溶接電流は、250~600Aの範囲が好ましく、第2の溶接電流設定値IP2で設定する溶接電流は、300~650Aの範囲とすることが好ましい。第1の溶接電流設定値IP1及び第2の溶接電流設定値IP2の設定電流をそれぞれ上記範囲に設定することで、上述した第1の溶接電流設定値IP1及び第2の溶接電流設定値IP2を設けることにより得られる効果をより高めることが可能となる。
なお、第2の溶接電流設定値IP2で設定する溶接電流は、第1の溶接電流設定値IP1で設定する溶接電流よりも常に大きな値となる。
なお、第2の溶接電流設定値IP2で設定する溶接電流は、第1の溶接電流設定値IP1で設定する溶接電流よりも常に大きな値となる。
電流制御区間TC、詳細には、第1の溶接電流設定値IP1と第2の溶接電流設定値IP2の期間において、溶接電源140の外部特性を設けることが好ましい。より具体的には、溶接電源140の外部特性を0.05V~20V/100Aの範囲内で設定することによって、溶接中に突出し長さが変化した場合等においても溶接電流が変化することによって、アーク長が略一定となるように制御される。
電流非抑制期間TIPの平均電流IP-AVGは、300~650Aの範囲であること、また、電流抑制期間TIBの平均電流IB-AVGは80~150Aの範囲であることが、溶滴サイズの調整の観点から好ましい。また、電流非抑制期間TIPは3.0~12.0msの範囲であること、また、電流抑制期間TIBは2.0~9.0msの範囲であることが、溶滴サイズの調整の観点から好ましい。
以下、実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。本発明は、これらの実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に適合し得る範囲で変更を加えて実施することが可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
<共通の溶接条件>
共通の溶接条件は、以下のとおりとした。
溶接ワイヤ:軟鋼ソリッドワイヤ
シールドガス:100%CO2
母材:SS400(一般構造用圧延鋼材 JIS G 3101:2004)
溶接手法:ビードオンプレート
溶接ワイヤの溶接速度:50cm/min(通常速度)又は100cm/min(高速度)
送給速度設定値(=平均送給速度Favg):7~10m/min(7,8,9,10m/min)
共通の溶接条件は、以下のとおりとした。
溶接ワイヤ:軟鋼ソリッドワイヤ
シールドガス:100%CO2
母材:SS400(一般構造用圧延鋼材 JIS G 3101:2004)
溶接手法:ビードオンプレート
溶接ワイヤの溶接速度:50cm/min(通常速度)又は100cm/min(高速度)
送給速度設定値(=平均送給速度Favg):7~10m/min(7,8,9,10m/min)
<評価方法>
ビードのフラット性と溶込み性能を以下のように評価し、総合評価を行った。
ビードのフラット性と溶込み性能を以下のように評価し、総合評価を行った。
ビードのフラット性は、上述のとおり、ビード高さhとビード幅wの比「h/w」で判断した。なお、h/wが0.35以下の場合をA(最優)、0.35超0.40以下の場合をB(優)、0.40超0.50以下の場合をC(良)、0.50超0.60以下の場合をD(合格)、0.60以上の場合をE(不合格)とした。
溶込み性能は、溶込み深さdとビード幅wの比「d/w」で判断した。なお、d/wが0.35以上の場合をA(優)、0.35未満0.30以上の場合をB(良)、0.30未満0.28以上の場合をC(合格)、0.28未満の場合をD(不合格)とした。
続いて、ビードのフラット性と溶込み性能の総合評価は以下のとおりとした。
総合評価A(最優):h/w及びd/wが両方Aの場合
総合評価B(優):h/w及びd/wがAとBの組み合わせの場合
総合評価C(良):h/wがB~C、d/wがB~Cの組み合わせの場合、又はAとCの組み合わせの場合
総合D評価(合格):h/wがDの場合
総合評価E(不合格):h/wがE又はd/wがDの場合
総合評価A(最優):h/w及びd/wが両方Aの場合
総合評価B(優):h/w及びd/wがAとBの組み合わせの場合
総合評価C(良):h/wがB~C、d/wがB~Cの組み合わせの場合、又はAとCの組み合わせの場合
総合D評価(合格):h/wがDの場合
総合評価E(不合格):h/wがE又はd/wがDの場合
共通の試験条件以外の溶接条件とともに、試験結果を表1-1~表4-4にそれぞれ示す。なお、表1-1~表1-4は送給速度:7m/minでの試験結果であり、表2-1~表2-4は送給速度:8m/minでの試験結果であり、表3-1~表3-4は送給速度:9m/minでの試験結果であり、表4-1~表4-4は送給速度:10m/minでの試験結果を示している。
まず、送給速度:7m/minでの試験結果である表1-1~表1-4について説明する。
表1-1~表1-4に示すように、試験No.5、No.28、No.29、No.30、No.46、No.47は、いずれも短絡時間比率が、式(1)から求められる閾値1を超えるため、d/wが0.28未満と小さくなり、すなわち、溶込み深さが浅くなってD評価であり、その結果、総合評価は不合格のE評価であった。
表1-1~表1-4に示すように、試験No.5、No.28、No.29、No.30、No.46、No.47は、いずれも短絡時間比率が、式(1)から求められる閾値1を超えるため、d/wが0.28未満と小さくなり、すなわち、溶込み深さが浅くなってD評価であり、その結果、総合評価は不合格のE評価であった。
それ以外の試験は、いずれも短絡時間比率及びアーク電圧/溶接電流の値が、閾値1及び式(2)から求められる閾値2をいずれも満足しているため、d/w評価は、短絡時間比率が閾値1に近いグループからそれぞれC、B、A評価となり、h/w評価は、傾向として、アーク電圧/溶接電流が大きいグループからそれぞれA、B、C、D評価となった。
そのうち、特に試験No.10、No.11、No.16~19、No.22、No.23、No.32、No.33、No.38~No.41及びNo.43は、d/w評価及びh/w評価がいずれもA評価であり、その結果、総合評価も最高のA評価となった。
また、総合評価A、E以外の試験は、上記した基準に基づいてそれぞれ総合評価B、Cとなった。
次に、送給速度が8m/minでの試験結果である表2-1~表2-4について説明する。
表2-1~表2-4に示すように、試験No.75は、アーク電圧/溶接電流の値が閾値2以下であるため、h/w評価がD評価であるが、d/w評価がA評価であるので、総合評価は、合格最低ラインのD評価となった。
それ以外の試験は、いずれも短絡時間比率及びアーク電圧/溶接電流の値が、閾値1及び閾値2を満足しているため、d/w評価は、短絡時間比率が閾値1に近いグループからそれぞれB、A評価となり、h/w評価は、アーク電圧/溶接電流が大きいグループからそれぞれA、B、D評価となった。
そのうち、特に試験No.56~No.59、No.64~No.71、No.73~No.74、No.79~No.81、No.83~No.88、No.90及びNo.92は、d/w評価及びh/w評価がいずれもA評価であり、その結果、総合評価も最高のA評価となった。
また、総合評価A、D以外の試験は、上記した基準に基づいてそれぞれ総合評価B、Cとなった。
続いて、送給速度が9m/minでの試験結果である表3-1~表3-4について説明する。
表3-1~表3-4に示すように、試験No.122は、短絡時間比率が閾値1以上であるためd/w評価がD評価であり、したがって、総合評価が不合格のE評価となった。また、試験No.120、No.124、No.128は、アーク電圧/溶接電流が閾値2以下であるため、h/w評価がD評価であったが、d/w評価がA評価であるので、総合評価は合格ラインのD評価となった。
それ以外の試験は、いずれも短絡時間比率及びアーク電圧/溶接電流の値が閾値1及び閾値2を満足しているため、d/w評価は、短絡時間比率が閾値1に近いグループからそれぞれC、B、A評価となり、h/w評価は、傾向としてアーク電圧/溶接電流が大きいグループからそれぞれA、B、C評価となった。
そのうち、特に試験No.101、No.102、No.105、No.106、No.110~No.113、No.125、No.130、No.133、No.136~No.140は、d/w評価及びh/w評価がいずれもA評価であり、その結果、総合評価も最高のA評価となった。
次に、送給速度が10m/minでの試験結果である表4-1~表4-4について説明する。
表4-1~表4-4に示すように、試験No.168、No.191及びNo.192は、短絡時間比率が閾値1を超えるためd/w評価がD評価となり、その結果、総合評価も不合格のE評価となった。また、試験No.172は、アーク電圧/溶接電流の値が閾値2以下であるため、h/w評価がD評価であったが、d/w評価がA評価であるので、総合評価は合格ラインのD評価となった。
それ以外の試験は、いずれも短絡時間比率及びアーク電圧/溶接電流の値が閾値1及び閾値2を満足しているため、d/w評価は、短絡時間比率が閾値1に近いグループからそれぞれA、B評価となり、h/w評価は、アーク電圧/溶接電流が大きいグループからそれぞれB、C評価となった。
そのうち、特に試験No.149、No.150、No.153、No.158、No.162及びNo.190は、d/w評価及びh/w評価がいずれもA評価であり、その結果、総合評価も最高のA評価となった。
なお、本発明は、前述した実施形態及び各実施例に限定されるものではなく、適宜、変形、改良等が可能である。
以上のとおり、本明細書には次の事項が開示されている。
(1) CO2を30%以上含むシールドガスを用い、薄板を被溶接材とする場合のガスメタルアーク溶接において、
溶接ワイヤの先端が、正送給期間TPと逆送給期間TNを1周期としてこれらの周期的な切り替えを伴いながら、母材に向けて送給されるように、少なくとも前記溶接ワイヤの先端位置又は送給速度信号に基づいて、溶接電流を、少なくとも電流非抑制期間TIP又は電流抑制期間TIBに切り替えて送給及び溶接電流制御を行うガスメタルアーク溶接の制御方法であって、
予め定めた時間内において、アーク期間と短絡期間を含む周期が1つ以上ある場合に、
前記予め定めた時間に対する前記短絡期間の比率を決定する、短絡時間比率決定ステップと、
前記短絡時間比率決定ステップで決定した前記短絡期間の比率が、少なくとも予め定めた閾値以下もしくは算出された閾値以下、又は、予め定めた目標値もしくは算出された目標値となるように、溶接条件を設定又は補正する溶接条件決定ステップと、を有することを特徴とする、ガスメタルアーク溶接の制御方法。
溶接ワイヤの先端が、正送給期間TPと逆送給期間TNを1周期としてこれらの周期的な切り替えを伴いながら、母材に向けて送給されるように、少なくとも前記溶接ワイヤの先端位置又は送給速度信号に基づいて、溶接電流を、少なくとも電流非抑制期間TIP又は電流抑制期間TIBに切り替えて送給及び溶接電流制御を行うガスメタルアーク溶接の制御方法であって、
予め定めた時間内において、アーク期間と短絡期間を含む周期が1つ以上ある場合に、
前記予め定めた時間に対する前記短絡期間の比率を決定する、短絡時間比率決定ステップと、
前記短絡時間比率決定ステップで決定した前記短絡期間の比率が、少なくとも予め定めた閾値以下もしくは算出された閾値以下、又は、予め定めた目標値もしくは算出された目標値となるように、溶接条件を設定又は補正する溶接条件決定ステップと、を有することを特徴とする、ガスメタルアーク溶接の制御方法。
この構成によれば、薄板の溶接において、溶接速度を問わず、優れたビード形状、かつ状況に応じた最適な溶込み性能を得ることができる。
(2) 前記閾値又は前記目標値を、予め定めた溶接情報の項目に基づいて決定するステップを有し、
前記溶接情報の項目は、溶接ワイヤ種、ガス組成、溶接ワイヤ線径、板厚、送給速度設定値FW及び溶接速度のうち少なくとも一つから選択されることを特徴とする、(1)に記載のガスメタルアーク溶接の制御方法。
前記溶接情報の項目は、溶接ワイヤ種、ガス組成、溶接ワイヤ線径、板厚、送給速度設定値FW及び溶接速度のうち少なくとも一つから選択されることを特徴とする、(1)に記載のガスメタルアーク溶接の制御方法。
この構成によれば、短絡期間比率の閾値又は目標値を、溶接ワイヤ種、ガス組成、溶接ワイヤ線径、板厚、送給速度設定値FW及び溶接速度のうち少なくとも一つから決定することができる。
(3) 前記閾値を決定する場合に、前記閾値は、少なくとも前記送給速度設定値FWに係る下記式(1)に基づいて算出されることを特徴とする、(2)に記載のガスメタルアーク溶接の制御方法。
0.007×FW+0.249 ・・・式(1)
0.007×FW+0.249 ・・・式(1)
この構成によれば、短絡期間比率の閾値を、送給速度設定値Fwに係る式(1)に基づいて、求めることができる。
(4) 前記溶接条件決定ステップにおいて、
前記溶接条件の項目として、少なくとも、前記1周期の周波数f、前記溶接ワイヤの正送又は逆送時の振幅Wf、溶接電流及びアーク電圧が設定され、
溶接速度が80cm/min以上の高速溶接とする場合に、
前記周波数f、前記振幅Wf、前記溶接電流及び前記アーク電圧の設定値又は検出値が、下記式(2)を満足するように、前記溶接条件を設定又は補正することを特徴とする、(1)~(3)のいずれか1つに記載のガスメタルアーク溶接の制御方法。
(アーク電圧)/(溶接電流)≧0.0237×(周波数/振幅)-0.376 ・・・式(2)
前記溶接条件の項目として、少なくとも、前記1周期の周波数f、前記溶接ワイヤの正送又は逆送時の振幅Wf、溶接電流及びアーク電圧が設定され、
溶接速度が80cm/min以上の高速溶接とする場合に、
前記周波数f、前記振幅Wf、前記溶接電流及び前記アーク電圧の設定値又は検出値が、下記式(2)を満足するように、前記溶接条件を設定又は補正することを特徴とする、(1)~(3)のいずれか1つに記載のガスメタルアーク溶接の制御方法。
(アーク電圧)/(溶接電流)≧0.0237×(周波数/振幅)-0.376 ・・・式(2)
この構成によれば、溶接速度が80cm/min以上の高速溶接の場合、アーク電圧/溶接電流の値が、0.0237×(周波数/振幅)-0.376の値以上となるように、各種溶接条件を設定又は補正することで、(アーク電圧)/(溶接電流)を決定して、優れたビード形状を得ることができる。
(5) 前記周波数fの設定値又は検出値が50~150の範囲であり、
前記振幅Wfの設定値又は検出値が3.0~8.75の範囲であり、かつ、
前記周波数f/前記振幅Wfが10~25を満足するように、前記溶接条件を設定又は補正することを特徴とすることを特徴とする、(4)に記載のガスメタルアーク溶接の制御方法。
前記振幅Wfの設定値又は検出値が3.0~8.75の範囲であり、かつ、
前記周波数f/前記振幅Wfが10~25を満足するように、前記溶接条件を設定又は補正することを特徴とすることを特徴とする、(4)に記載のガスメタルアーク溶接の制御方法。
この構成によれば、周波数の設定値又は検出値が50~150の範囲であり、振幅の設定値又は検出値が3.0~8.75の範囲であり、かつ、周波数/振幅が10~25を満足するように設定又は補正することで、より良好なビードのフラット性が得られる。
(6) 前記溶接電流又は前記アーク電圧の設定値又は検出値は、それぞれ平均値が用いられ、かつ、(アーク電圧)/(溶接電流)が0.05V~20V/100Aを満足するように、前記溶接条件を設定又は補正することを特徴とすることを特徴とする、(4)又は(5)に記載のガスメタルアーク溶接の制御方法。
この構成によれば、(アーク電圧)/(溶接電流)が0.05V~20V/100Aを満足するように設定又は補正することで、より良好なビードのフラット性が得られる。
(7) 前記溶接条件決定ステップにおいて、
設定又は補正する前記溶接条件として、
前記電流非抑制期間TIPに、少なくとも2つの溶接電流設定値IP1、IP2を有し、
前記正送給期間TPにおいて、設定送給速度になる前記溶接ワイヤの位置を基準として0degとする場合において、
前記溶接電流設定値IP1の範囲の終端位置を20deg以下の範囲で設定又は補正し、
前記溶接電流設定値IP2の範囲の終端位置を135~220degの範囲で設定又は補正することを特徴とする、(1)~(6)のいずれか1つに記載のガスメタルアーク溶接の制御方法。
設定又は補正する前記溶接条件として、
前記電流非抑制期間TIPに、少なくとも2つの溶接電流設定値IP1、IP2を有し、
前記正送給期間TPにおいて、設定送給速度になる前記溶接ワイヤの位置を基準として0degとする場合において、
前記溶接電流設定値IP1の範囲の終端位置を20deg以下の範囲で設定又は補正し、
前記溶接電流設定値IP2の範囲の終端位置を135~220degの範囲で設定又は補正することを特徴とする、(1)~(6)のいずれか1つに記載のガスメタルアーク溶接の制御方法。
この構成によれば、第1の溶接電流設定値IP1の範囲の終端位置を20deg以下の範囲で設定することで、形成し始めた溶滴の揺動を抑制することができ、より安定した離脱が維持可能となる。また、第2の溶接電流設定値IP2の範囲の終端位置を135~220degの範囲で設定することで、アーク圧力を効果的に溶融池に作用させることができ、安定した溶込み深さを得ることができる。
(8) 設定又は補正する前記溶接条件として、
前記溶接電流設定値IP2の範囲の終端を前記電流非抑制期間TIPの終端とし、
前記溶接電流設定値IP2の範囲の終端位置をXdegとする場合において、
前記電流抑制期間TIBの終端位置を(X+100)~(X+220)degの範囲で設定又は補正することを特徴とする、(7)に記載のガスメタルアーク溶接の制御方法。
前記溶接電流設定値IP2の範囲の終端を前記電流非抑制期間TIPの終端とし、
前記溶接電流設定値IP2の範囲の終端位置をXdegとする場合において、
前記電流抑制期間TIBの終端位置を(X+100)~(X+220)degの範囲で設定又は補正することを特徴とする、(7)に記載のガスメタルアーク溶接の制御方法。
この構成によれば、電流抑制期間TIB内に最も慣性力が働くタイミングが含まれるため、溶滴離脱の安定化を実現できる。
(9) 前記溶接電流設定値IP1の設定電流を300~600A、前記溶接電流設定値IP1の設定電圧を20~45Vとし、
前記溶接電流設定値IP2の設定電流を350~650A、前記溶接電流設定値IP2の設定電圧を20~50Vとすることを特徴とする、(7)又は(8)に記載のガスメタルアーク溶接の制御方法。
前記溶接電流設定値IP2の設定電流を350~650A、前記溶接電流設定値IP2の設定電圧を20~50Vとすることを特徴とする、(7)又は(8)に記載のガスメタルアーク溶接の制御方法。
この構成によれば、第1の溶接電流設定値IP1及び第2の溶接電流設定値IP2を設けることによって得られる効果をより高めることができる。
(10) 前記送給及び溶接電流制御は、前記正送給期間TPの2/3以上の期間を、前記電流非抑制期間TIPが占めるように制御することを特徴とする、(1)~(9)のいずれか1つに記載のガスメタルアーク溶接の制御方法。
この構成によれば、ワイヤの先端の正送給と逆送給を周期的に繰り返すアーク溶接方式における薄板の溶接において、安定した溶込み深さとスパッタの低減を両立させることができる。
(11) 溶接ワイヤ種、ガス組成、溶接ワイヤ線径、板厚、送給速度設定値及び溶接速度のうち少なくとも一つから選択される溶接情報の項目ごとに、
前記短絡期間の比率と前記溶接条件の項目を関連付けて構成されたデータベースを備え、
前記溶接条件決定ステップにおいて、予め入力された前記溶接情報の項目と前記データベースに基づいて、前記溶接条件を決定し、前記溶接条件を設定又は補正することを特徴とする、(1)~(10)のいずれか1つに記載のガスメタルアーク溶接の制御方法。
前記短絡期間の比率と前記溶接条件の項目を関連付けて構成されたデータベースを備え、
前記溶接条件決定ステップにおいて、予め入力された前記溶接情報の項目と前記データベースに基づいて、前記溶接条件を決定し、前記溶接条件を設定又は補正することを特徴とする、(1)~(10)のいずれか1つに記載のガスメタルアーク溶接の制御方法。
この構成によれば、予め入力された溶接情報の項目とデータベースに基づいて、溶接条件を決定し、設定又は補正することで、適正な短絡時間比率の閾値を決めることができ、薄板の溶接において安定した溶込み深さとスパッタの低減を両立させることができる。
(12) 前記溶接条件の項目は、
前記溶接ワイヤの正送給期間TPと逆送給期間TNを1周期としたときの周波数f、
前記溶接ワイヤの正送又は逆送時の振幅Wf、
前記電流非抑制期間TIPの溶接電流設定値、
前記電流非抑制期間TIPのアーク電圧設定値、
前記電流抑制期間TIBの溶接電流設定値、
前記電流抑制期間TIBのアーク電圧設定値、
前記電流非抑制期間TIPを終了するワイヤ位置情報(Deg5)、
前記電流抑制期間を終了するワイヤ位置情報(DegTa1)、
及び、前記正送給期間TPと前記逆送給期間TNの比率(PFR)
のうち少なくとも一つを含むことを特徴とする、(11)に記載のガスメタルアーク溶接の制御方法。
前記溶接ワイヤの正送給期間TPと逆送給期間TNを1周期としたときの周波数f、
前記溶接ワイヤの正送又は逆送時の振幅Wf、
前記電流非抑制期間TIPの溶接電流設定値、
前記電流非抑制期間TIPのアーク電圧設定値、
前記電流抑制期間TIBの溶接電流設定値、
前記電流抑制期間TIBのアーク電圧設定値、
前記電流非抑制期間TIPを終了するワイヤ位置情報(Deg5)、
前記電流抑制期間を終了するワイヤ位置情報(DegTa1)、
及び、前記正送給期間TPと前記逆送給期間TNの比率(PFR)
のうち少なくとも一つを含むことを特徴とする、(11)に記載のガスメタルアーク溶接の制御方法。
この構成によれば、溶接条件に合わせて適正な短絡時間比率の閾値を決めることができ、薄板の溶接において安定した溶込み深さとスパッタの低減を両立させることができる。
(13) 少なくとも溶接中のアーク電圧を検出するステップを有し、
前記短絡時間比率決定ステップにおいて、前記アーク電圧の検出値に基づき、予め定めた電圧値以下となる期間を前記短絡期間として算出し、算出した前記短絡期間に基づいて、短絡時間比率を決定し、
前記溶接条件決定ステップにおいて、前記短絡時間の比率が、少なくとも予め定めた閾値以下もしくは算出された閾値以下、又は、予め定めた目標値もしくは算出された目標値となるように、前記溶接条件を補正することを特徴とする、(11)又は(12)に記載のガスメタルアーク溶接の制御方法。
前記短絡時間比率決定ステップにおいて、前記アーク電圧の検出値に基づき、予め定めた電圧値以下となる期間を前記短絡期間として算出し、算出した前記短絡期間に基づいて、短絡時間比率を決定し、
前記溶接条件決定ステップにおいて、前記短絡時間の比率が、少なくとも予め定めた閾値以下もしくは算出された閾値以下、又は、予め定めた目標値もしくは算出された目標値となるように、前記溶接条件を補正することを特徴とする、(11)又は(12)に記載のガスメタルアーク溶接の制御方法。
この構成によれば、アーク電圧の検出値に基いて短絡期間として算出し、算出した短絡期間に基づいて短絡時間比率を決定することができる。
(14) CO2を30%以上含むシールドガスを用い、薄板を被溶接材とする場合のガスメタルアーク溶接において、
溶接ワイヤの先端が、正送給期間TPと逆送給期間TNを1周期としてこれらの周期的な切り替えを伴いながら、母材に向けて送給されるように、少なくとも前記溶接ワイヤの先端位置又は送給速度信号に基づいて、溶接電流を、少なくとも電流非抑制期間TIP又は電流抑制期間TIBに切り替えて送給及び溶接電流制御を行うための溶接条件の設定方法であって、
予め定めた時間内において、アーク期間と短絡期間を含む周期が1つ以上ある場合に、
前記予め定めた時間に対する前記短絡期間の比率を決定し、
前記決定した前記短絡期間の比率が、少なくとも予め定めた閾値以下もしくは算出された閾値以下、又は、予め定めた目標値もしくは算出された目標値となるように、溶接条件を設定することを特徴とする、溶接条件の設定方法。
溶接ワイヤの先端が、正送給期間TPと逆送給期間TNを1周期としてこれらの周期的な切り替えを伴いながら、母材に向けて送給されるように、少なくとも前記溶接ワイヤの先端位置又は送給速度信号に基づいて、溶接電流を、少なくとも電流非抑制期間TIP又は電流抑制期間TIBに切り替えて送給及び溶接電流制御を行うための溶接条件の設定方法であって、
予め定めた時間内において、アーク期間と短絡期間を含む周期が1つ以上ある場合に、
前記予め定めた時間に対する前記短絡期間の比率を決定し、
前記決定した前記短絡期間の比率が、少なくとも予め定めた閾値以下もしくは算出された閾値以下、又は、予め定めた目標値もしくは算出された目標値となるように、溶接条件を設定することを特徴とする、溶接条件の設定方法。
この構成によれば、薄板の溶接において、溶接速度を問わず、優れたビード形状、かつ状況に応じた最適な溶込み性能を得ることができる。
(15) CO2を30%以上含むシールドガスを用い、薄板を被溶接材とする場合のガスメタルアーク溶接において、
溶接ワイヤの先端が、正送給期間TPと逆送給期間TNを1周期としてこれらの周期的な切り替えを伴いながら、母材に向けて送給されるように、少なくとも前記溶接ワイヤの先端位置又は送給速度信号に基づいて、溶接電流を、少なくとも電流非抑制期間TIP又は電流抑制期間TIBに切り替えて送給及び溶接電流制御を行うための溶接制御装置であって、
予め定めた時間内において、アーク期間と短絡期間を含む周期が1つ以上ある場合に、
前記予め定めた時間に対する前記短絡期間の比率を決定する、短絡時間比率決定手段と、
前記短絡時間比率決定手段で決定した前記短絡期間の比率が、少なくとも予め定めた閾値以下もしくは算出された閾値以下、又は、予め定めた目標値もしくは算出された目標値となるように、溶接条件を設定又は補正する溶接条件決定手段と、を有することを特徴とする、溶接制御装置。
溶接ワイヤの先端が、正送給期間TPと逆送給期間TNを1周期としてこれらの周期的な切り替えを伴いながら、母材に向けて送給されるように、少なくとも前記溶接ワイヤの先端位置又は送給速度信号に基づいて、溶接電流を、少なくとも電流非抑制期間TIP又は電流抑制期間TIBに切り替えて送給及び溶接電流制御を行うための溶接制御装置であって、
予め定めた時間内において、アーク期間と短絡期間を含む周期が1つ以上ある場合に、
前記予め定めた時間に対する前記短絡期間の比率を決定する、短絡時間比率決定手段と、
前記短絡時間比率決定手段で決定した前記短絡期間の比率が、少なくとも予め定めた閾値以下もしくは算出された閾値以下、又は、予め定めた目標値もしくは算出された目標値となるように、溶接条件を設定又は補正する溶接条件決定手段と、を有することを特徴とする、溶接制御装置。
この構成によれば、薄板の溶接において、溶接速度を問わず、優れたビード形状、かつ状況に応じた最適な溶込み性能を得ることができる。
(16) (15)に記載の溶接制御装置を備える溶接電源。
この構成によれば、薄板の溶接において、溶接速度を問わず、優れたビード形状、かつ状況に応じた最適な溶込み性能を得ることができる。
(17) (16)に記載の溶接電源を備える溶接システム。
この構成によれば、薄板の溶接において、溶接速度を問わず、優れたビード形状、かつ状況に応じた最適な溶込み性能を得ることができる。
(18) CO2を30%以上含むシールドガスを用い、薄板を被溶接材とする場合のガスメタルアーク溶接において、
溶接ワイヤの先端が、正送給期間TPと逆送給期間TNを1周期としてこれらの周期的な切り替えを伴いながら、母材に向けて送給されるように、少なくとも前記溶接ワイヤの先端位置又は送給速度信号に基づいて、溶接電流を、少なくとも電流非抑制期間TIP又は電流抑制期間TIBに切り替えて送給及び溶接電流制御を行うための溶接制御装置を少なくとも備える溶接システムのコンピュータに対し、
前記溶接制御装置が、
予め定めた時間内において、アーク期間と短絡期間を含む周期が1つ以上ある場合に、
前記予め定めた時間に対する前記短絡期間の比率を決定する、短絡時間比率決定ステップと、
前記短絡時間比率決定ステップで決定した前記短絡期間の比率が、少なくとも予め定めた閾値以下もしくは算出された閾値以下、又は、予め定めた目標値もしくは算出された目標値となるように、溶接条件を設定又は補正する溶接条件決定ステップと、を有する機能を実行させることを特徴とする、プログラム。
溶接ワイヤの先端が、正送給期間TPと逆送給期間TNを1周期としてこれらの周期的な切り替えを伴いながら、母材に向けて送給されるように、少なくとも前記溶接ワイヤの先端位置又は送給速度信号に基づいて、溶接電流を、少なくとも電流非抑制期間TIP又は電流抑制期間TIBに切り替えて送給及び溶接電流制御を行うための溶接制御装置を少なくとも備える溶接システムのコンピュータに対し、
前記溶接制御装置が、
予め定めた時間内において、アーク期間と短絡期間を含む周期が1つ以上ある場合に、
前記予め定めた時間に対する前記短絡期間の比率を決定する、短絡時間比率決定ステップと、
前記短絡時間比率決定ステップで決定した前記短絡期間の比率が、少なくとも予め定めた閾値以下もしくは算出された閾値以下、又は、予め定めた目標値もしくは算出された目標値となるように、溶接条件を設定又は補正する溶接条件決定ステップと、を有する機能を実行させることを特徴とする、プログラム。
この構成によれば、薄板の溶接において、溶接速度を問わず、優れたビード形状、かつ状況に応じた最適な溶込み性能を得ることができる。
(19) CO2を30%以上含むシールドガスを用い、薄板を被溶接材とする場合のガスメタルアーク溶接において、
溶接ワイヤの先端が、正送給期間TPと逆送給期間TNを1周期としてこれらの周期的な切り替えを伴いながら、母材に向けて送給されるように、少なくとも前記溶接ワイヤの先端位置又は送給速度信号に基づいて、溶接電流を、少なくとも電流非抑制期間TIP又は電流抑制期間TIBに切り替えて送給及び溶接電流制御を行うガスメタルアーク溶接の制御方法を用いた溶接方法であって、
予め定めた時間内において、アーク期間と短絡期間を含む周期が1つ以上ある場合に、
前記予め定めた時間に対する前記短絡期間の比率が、送給速度設定値FWに係る下記の式(1)の値以下となるように、溶接条件を設定又は補正することを特徴とする、ガスメタルアーク溶接方法。
0.007×FW+0.249 ・・・式(1)
溶接ワイヤの先端が、正送給期間TPと逆送給期間TNを1周期としてこれらの周期的な切り替えを伴いながら、母材に向けて送給されるように、少なくとも前記溶接ワイヤの先端位置又は送給速度信号に基づいて、溶接電流を、少なくとも電流非抑制期間TIP又は電流抑制期間TIBに切り替えて送給及び溶接電流制御を行うガスメタルアーク溶接の制御方法を用いた溶接方法であって、
予め定めた時間内において、アーク期間と短絡期間を含む周期が1つ以上ある場合に、
前記予め定めた時間に対する前記短絡期間の比率が、送給速度設定値FWに係る下記の式(1)の値以下となるように、溶接条件を設定又は補正することを特徴とする、ガスメタルアーク溶接方法。
0.007×FW+0.249 ・・・式(1)
この構成によれば、薄板の溶接において、溶接速度を問わず、優れたビード形状、かつ状況に応じた最適な溶込み性能を得ることができる。
(20) CO2を30%以上含むシールドガスを用い、薄板を被溶接材とする場合のガスメタルアーク溶接を応用した付加製造方法において、
溶接ワイヤの先端が、正送給期間TPと逆送給期間TNを1周期としてこれらの周期的な切り替えを伴いながら、母材に向けて送給されるように、少なくとも前記溶接ワイヤの先端位置又は送給速度信号に基づいて、溶接電流を、少なくとも電流非抑制期間TIP又は電流抑制期間TIBに切り替えて送給及び溶接電流制御を行うガスメタルアーク溶接の制御方法を用いた付加製造方法であって、
予め定めた時間内において、アーク期間と短絡期間を含む周期が1つ以上ある場合に、
前記予め定めた時間に対する前記短絡期間の比率が、送給速度設定値FWに係る下記の式(1)の値以下となるように、溶接条件を設定又は補正することを特徴とする、付加製造方法。
0.007×FW+0.249 ・・・式(1)
溶接ワイヤの先端が、正送給期間TPと逆送給期間TNを1周期としてこれらの周期的な切り替えを伴いながら、母材に向けて送給されるように、少なくとも前記溶接ワイヤの先端位置又は送給速度信号に基づいて、溶接電流を、少なくとも電流非抑制期間TIP又は電流抑制期間TIBに切り替えて送給及び溶接電流制御を行うガスメタルアーク溶接の制御方法を用いた付加製造方法であって、
予め定めた時間内において、アーク期間と短絡期間を含む周期が1つ以上ある場合に、
前記予め定めた時間に対する前記短絡期間の比率が、送給速度設定値FWに係る下記の式(1)の値以下となるように、溶接条件を設定又は補正することを特徴とする、付加製造方法。
0.007×FW+0.249 ・・・式(1)
この構成によれば、ワイヤの先端の正送給と逆送給を周期的に繰り返すアーク溶接方式のガスメタルアーク溶接を応用した付加製造方法において、溶接速度を問わず、優れたビード形状、かつ状況に応じた最適な溶込み性能を得ることができる。
以上、各種の実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上記実施の形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。
なお、本出願は、2022年5月16日出願の日本特許出願(特願2022-080526)に基づくものであり、その内容は本出願の中に参照として援用される。
50 溶接システム
100 溶接ワイヤ
120 溶接制御装置(ロボット制御装置)
140 溶接電源
d 溶込み深さ
f 周波数
h ビード高さ
I 平均溶接電流
IP1 溶接電流設定値
IP2 溶接電流設定値
TC 電流制御区間
Tf 周期
TIB 電流抑制期間
TIP 電流非抑制期間
TN 逆送給期間
TP 正送給期間
w ビード幅
Wf 振幅
100 溶接ワイヤ
120 溶接制御装置(ロボット制御装置)
140 溶接電源
d 溶込み深さ
f 周波数
h ビード高さ
I 平均溶接電流
IP1 溶接電流設定値
IP2 溶接電流設定値
TC 電流制御区間
Tf 周期
TIB 電流抑制期間
TIP 電流非抑制期間
TN 逆送給期間
TP 正送給期間
w ビード幅
Wf 振幅
Claims (21)
- CO2を30%以上含むシールドガスを用い、薄板を被溶接材とする場合のガスメタルアーク溶接において、
溶接ワイヤの先端が、正送給期間TPと逆送給期間TNを1周期としてこれらの周期的な切り替えを伴いながら、母材に向けて送給されるように、少なくとも前記溶接ワイヤの先端位置又は送給速度信号に基づいて、溶接電流を、少なくとも電流非抑制期間TIP又は電流抑制期間TIBに切り替えて送給及び溶接電流制御を行うガスメタルアーク溶接の制御方法であって、
予め定めた時間内において、アーク期間と短絡期間を含む周期が1つ以上ある場合に、
前記予め定めた時間に対する前記短絡期間の比率を決定する、短絡時間比率決定ステップと、
前記短絡時間比率決定ステップで決定した前記短絡期間の比率が、少なくとも予め定めた閾値以下もしくは算出された閾値以下、又は、予め定めた目標値もしくは算出された目標値となるように、溶接条件を設定又は補正する溶接条件決定ステップと、を有することを特徴とする、ガスメタルアーク溶接の制御方法。 - 前記閾値又は前記目標値を、予め定めた溶接情報の項目に基づいて決定するステップを有し、
前記溶接情報の項目は、溶接ワイヤ種、ガス組成、溶接ワイヤ線径、板厚、送給速度設定値FW及び溶接速度のうち少なくとも一つから選択されることを特徴とする、請求項1に記載のガスメタルアーク溶接の制御方法。 - 前記閾値を決定する場合に、前記閾値は、少なくとも前記送給速度設定値FWに係る下記式(1)に基づいて算出されることを特徴とする、請求項2に記載のガスメタルアーク溶接の制御方法。
0.007×FW+0.249 ・・・式(1) - 前記溶接条件決定ステップにおいて、
前記溶接条件の項目として、少なくとも、前記1周期の周波数f、前記溶接ワイヤの正送又は逆送時の振幅Wf、溶接電流及びアーク電圧が設定され、
溶接速度が80cm/min以上の高速溶接とする場合に、
前記周波数f、前記振幅Wf、前記溶接電流及び前記アーク電圧の設定値又は検出値が、下記式(2)を満足するように、前記溶接条件を設定又は補正することを特徴とする、請求項1~3のいずれか1項に記載のガスメタルアーク溶接の制御方法。
(アーク電圧)/(溶接電流)≧0.0237×(周波数/振幅)-0.376 ・・・式(2) - 前記周波数fの設定値又は検出値が50~150の範囲であり、
前記振幅Wfの設定値又は検出値が3.0~8.75の範囲であり、かつ、
前記周波数f/前記振幅Wfが10~25を満足するように、前記溶接条件を設定又は補正することを特徴とすることを特徴とする、請求項4に記載のガスメタルアーク溶接の制御方法。 - 前記溶接電流又は前記アーク電圧の設定値又は検出値は、それぞれ平均値が用いられ、かつ、(アーク電圧)/(溶接電流)が0.05V~20V/100Aを満足するように、前記溶接条件を設定又は補正することを特徴とすることを特徴とする、請求項4に記載のガスメタルアーク溶接の制御方法。
- 前記溶接条件決定ステップにおいて、
設定又は補正する前記溶接条件として、
前記電流非抑制期間TIPに、少なくとも2つの溶接電流設定値IP1、IP2を有し、
前記正送給期間TPにおいて、設定送給速度になる前記溶接ワイヤの位置を基準として0degとする場合において、
前記溶接電流設定値IP1の範囲の終端位置を20deg以下の範囲で設定又は補正し、
前記溶接電流設定値IP2の範囲の終端位置を135~220degの範囲で設定又は補正することを特徴とする、請求項1~3のいずれか1項に記載のガスメタルアーク溶接の制御方法。 - 設定又は補正する前記溶接条件として、
前記溶接電流設定値IP2の範囲の終端を前記電流非抑制期間TIPの終端とし、
前記溶接電流設定値IP2の範囲の終端位置をXdegとする場合において、
前記電流抑制期間TIBの終端位置を(X+100)~(X+220)degの範囲で設定又は補正することを特徴とする、請求項7に記載のガスメタルアーク溶接の制御方法。 - 前記溶接電流設定値IP1の設定電流を300~600A、前記溶接電流設定値IP1の設定電圧を20~45Vとし、
前記溶接電流設定値IP2の設定電流を350~650A、前記溶接電流設定値IP2の設定電圧を20~50Vとすることを特徴とする、請求項7に記載のガスメタルアーク溶接の制御方法。 - 前記送給及び溶接電流制御は、前記正送給期間TPの2/3以上の期間を、前記電流非抑制期間TIPが占めるように制御することを特徴とする、請求項1~3のいずれか1項に記載のガスメタルアーク溶接の制御方法。
- 溶接ワイヤ種、ガス組成、溶接ワイヤ線径、板厚、送給速度設定値及び溶接速度のうち少なくとも一つから選択される溶接情報の項目ごとに、
前記短絡期間の比率と前記溶接条件の項目を関連付けて構成されたデータベースを備え、
前記溶接条件決定ステップにおいて、予め入力された前記溶接情報の項目と前記データベースに基づいて、前記溶接条件を決定し、前記溶接条件を設定又は補正することを特徴とする、請求項1~3のいずれか1項に記載のガスメタルアーク溶接の制御方法。 - 前記溶接条件の項目は、
前記溶接ワイヤの正送給期間TPと逆送給期間TNを1周期としたときの周波数f、
前記溶接ワイヤの正送又は逆送時の振幅Wf、
前記電流非抑制期間TIPの溶接電流設定値、
前記電流非抑制期間TIPのアーク電圧設定値、
前記電流抑制期間TIBの溶接電流設定値、
前記電流抑制期間TIBのアーク電圧設定値、
前記電流非抑制期間TIPを終了するワイヤ位置情報(Deg5)、
前記電流抑制期間を終了するワイヤ位置情報(DegTa1)、
及び、前記正送給期間TPと前記逆送給期間TNの比率(PFR)
のうち少なくとも一つを含むことを特徴とする、請求項11に記載のガスメタルアーク溶接の制御方法。 - 少なくとも溶接中のアーク電圧を検出するステップを有し、
前記短絡時間比率決定ステップにおいて、前記アーク電圧の検出値に基づき、予め定めた電圧値以下となる期間を前記短絡期間として算出し、算出した前記短絡期間に基づいて、短絡時間比率を決定し、
前記溶接条件決定ステップにおいて、前記短絡時間の比率が、少なくとも予め定めた閾値以下もしくは算出された閾値以下、又は、予め定めた目標値もしくは算出された目標値となるように、前記溶接条件を補正することを特徴とする、請求項11に記載のガスメタルアーク溶接の制御方法。 - 少なくとも溶接中のアーク電圧を検出するステップを有し、
前記短絡時間比率決定ステップにおいて、前記アーク電圧の検出値に基づき、予め定めた電圧値以下となる期間を前記短絡期間として算出し、算出した前記短絡期間に基づいて、短絡時間比率を決定し、
前記溶接条件決定ステップにおいて、前記短絡時間の比率が、少なくとも予め定めた閾値以下もしくは算出された閾値以下、又は、予め定めた目標値もしくは算出された目標値となるように、前記溶接条件を補正することを特徴とする、請求項12に記載のガスメタルアーク溶接の制御方法。 - CO2を30%以上含むシールドガスを用い、薄板を被溶接材とする場合のガスメタルアーク溶接において、
溶接ワイヤの先端が、正送給期間TPと逆送給期間TNを1周期としてこれらの周期的な切り替えを伴いながら、母材に向けて送給されるように、少なくとも前記溶接ワイヤの先端位置又は送給速度信号に基づいて、溶接電流を、少なくとも電流非抑制期間TIP又は電流抑制期間TIBに切り替えて送給及び溶接電流制御を行うための溶接条件の設定方法であって、
予め定めた時間内において、アーク期間と短絡期間を含む周期が1つ以上ある場合に、
前記予め定めた時間に対する前記短絡期間の比率を決定し、
前記決定した前記短絡期間の比率が、少なくとも予め定めた閾値以下もしくは算出された閾値以下、又は、予め定めた目標値もしくは算出された目標値となるように、溶接条件を設定することを特徴とする、溶接条件の設定方法。 - CO2を30%以上含むシールドガスを用い、薄板を被溶接材とする場合のガスメタルアーク溶接において、
溶接ワイヤの先端が、正送給期間TPと逆送給期間TNを1周期としてこれらの周期的な切り替えを伴いながら、母材に向けて送給されるように、少なくとも前記溶接ワイヤの先端位置又は送給速度信号に基づいて、溶接電流を、少なくとも電流非抑制期間TIP又は電流抑制期間TIBに切り替えて送給及び溶接電流制御を行うための溶接制御装置であって、
予め定めた時間内において、アーク期間と短絡期間を含む周期が1つ以上ある場合に、
前記予め定めた時間に対する前記短絡期間の比率を決定する、短絡時間比率決定手段と、
前記短絡時間比率決定手段で決定した前記短絡期間の比率が、少なくとも予め定めた閾値以下もしくは算出された閾値以下、又は、予め定めた目標値もしくは算出された目標値となるように、溶接条件を設定又は補正する溶接条件決定手段と、を有することを特徴とする、溶接制御装置。 - 請求項16に記載の溶接制御装置を備える溶接電源。
- 請求項17に記載の溶接電源を備える溶接システム。
- CO2を30%以上含むシールドガスを用い、薄板を被溶接材とする場合のガスメタルアーク溶接において、
溶接ワイヤの先端が、正送給期間TPと逆送給期間TNを1周期としてこれらの周期的な切り替えを伴いながら、母材に向けて送給されるように、少なくとも前記溶接ワイヤの先端位置又は送給速度信号に基づいて、溶接電流を、少なくとも電流非抑制期間TIP又は電流抑制期間TIBに切り替えて送給及び溶接電流制御を行うための溶接制御装置を少なくとも備える溶接システムのコンピュータに対し、
前記溶接制御装置が、
予め定めた時間内において、アーク期間と短絡期間を含む周期が1つ以上ある場合に、
前記予め定めた時間に対する前記短絡期間の比率を決定する、短絡時間比率決定ステップと、
前記短絡時間比率決定ステップで決定した前記短絡期間の比率が、少なくとも予め定めた閾値以下もしくは算出された閾値以下、又は、予め定めた目標値もしくは算出された目標値となるように、溶接条件を設定又は補正する溶接条件決定ステップと、を有する機能を実行させることを特徴とする、プログラム。 - CO2を30%以上含むシールドガスを用い、薄板を被溶接材とする場合のガスメタルアーク溶接において、
溶接ワイヤの先端が、正送給期間TPと逆送給期間TNを1周期としてこれらの周期的な切り替えを伴いながら、母材に向けて送給されるように、少なくとも前記溶接ワイヤの先端位置又は送給速度信号に基づいて、溶接電流を、少なくとも電流非抑制期間TIP又は電流抑制期間TIBに切り替えて送給及び溶接電流制御を行うガスメタルアーク溶接の制御方法を用いた溶接方法であって、
予め定めた時間内において、アーク期間と短絡期間を含む周期が1つ以上ある場合に、
前記予め定めた時間に対する前記短絡期間の比率が、送給速度設定値FWに係る下記の式(1)の値以下となるように、溶接条件を設定又は補正することを特徴とする、ガスメタルアーク溶接方法。
0.007×FW+0.249 ・・・式(1) - CO2を30%以上含むシールドガスを用い、薄板を被溶接材とする場合のガスメタルアーク溶接を応用した付加製造方法において、
溶接ワイヤの先端が、正送給期間TPと逆送給期間TNを1周期としてこれらの周期的な切り替えを伴いながら、母材に向けて送給されるように、少なくとも前記溶接ワイヤの先端位置又は送給速度信号に基づいて、溶接電流を、少なくとも電流非抑制期間TIP又は電流抑制期間TIBに切り替えて送給及び溶接電流制御を行うガスメタルアーク溶接の制御方法を用いた付加製造方法であって、
予め定めた時間内において、アーク期間と短絡期間を含む周期が1つ以上ある場合に、
前記予め定めた時間に対する前記短絡期間の比率が、送給速度設定値FWに係る下記の式(1)の値以下となるように、溶接条件を設定又は補正することを特徴とする、付加製造方法。
0.007×FW+0.249 ・・・式(1)
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