特許 5926589 プラズマミグ溶接方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5926589

(24)【登録日】2016年4月28日

(45)【発行日】2016年5月25日

(54)【発明の名称】プラズマミグ溶接方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 10/02 20060101AFI20160516BHJP

   B23K 10/00 20060101ALI20160516BHJP

   B23K 9/022 20060101ALN20160516BHJP

【ＦＩ】

   B23K10/02 B

   B23K10/00 502B

   !B23K9/022 Z

【請求項の数】2

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2012-64676(P2012-64676)

(22)【出願日】2012年3月22日

(65)【公開番号】特開2013-163219(P2013-163219A)

(43)【公開日】2013年8月22日

【審査請求日】2015年2月23日

(31)【優先権主張番号】特願2012-1890(P2012-1890)

(32)【優先日】2012年1月10日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000000262

【氏名又は名称】株式会社ダイヘン

(72)【発明者】

【氏名】小野 貢平

【審査官】 水野 治彦

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−２２９６４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５３−００９２５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 独国特許出願公開第１０２０１００３０８９４（ＤＥ，Ａ１）

【文献】 特開２００１−１７９４５８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｋ １０／０２

Ｂ２３Ｋ １０／００

Ｂ２３Ｋ ９／０２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

溶接トーチ内に配置されたプラズマ電極と母材との間にプラズマ溶接電圧を印加してプラズマ溶接電流を通電することによってプラズマアークを発生させると共に、前記プラズマ電極を中空形状とし、前記プラズマ電極内に配置された給電チップを介して給電される溶接ワイヤを前記中空形状内を通って送給し、前記給電チップと母材との間にミグ溶接電圧を印加してミグ溶接電流を通電することによってミグアークを発生させるプラズマミグ溶接方法において、
前記プラズマアークによる母材の予熱幅とビード幅との差を計測し、この差が予め定めた基準値未満のときは前記ミグアークはウィービングさせないで、前記プラズマアークのみをウィービングさせて溶接し、前記差が前記基準値以上のときは前記ミグアーク及び前記プラズマアークを共にウィービングさせないで溶接する、
ことを特徴とするプラズマミグ溶接方法。

【請求項2】

前記ウィービングは、前記給電チップ及び前記溶接ワイヤを揺動運動させないで前記プラズマ電極を揺動運動させることによって行われる、
ことを特徴とする請求項１記載のプラズマミグ溶接方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、１つの溶接トーチを用いてミグアークとプラズマアークとを同時に発生させて溶接を行うプラズマミグ溶接方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来から、プラズマ溶接方法とミグ溶接方法とを組み合わせたプラズマミグ溶接方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。このプラズマミグ溶接方法においては、溶接トーチ内に配置されたプラズマ電極と母材との間にプラズマ溶接電流を通電することによってプラズマアークを発生させる。同時に、プラズマ電極を中空形状とし、上記のプラズマ電極内に配置された給電チップを介して給電される溶接ワイヤを上記の中空形状内を通って送給し、溶接ワイヤと母材との間にミグ溶接電流を通電することによってミグアークを発生させる。したがって、ミグアークはプラズマアークに包まれた状態となっている。溶接ワイヤは、ミグアークを発生させる電極として機能すると共に、その先端が溶融することにより溶滴となって母材の接合を補助する。したがって、プラズマミグ溶接方法は、厚板の高効率溶接、薄板の高速溶接等に使用されることが多い。

【0003】

上記のミグ溶接電流は、スパッタの発生を抑制し、かつ、溶滴を安定して供給するために、一般的に直流のパルス波形が使用されることが多い。したがって、ミグ溶接方法は、一般的なミグパルス溶接方法である。ミグパルス溶接方法を含む消耗電極式アーク溶接方法では、溶接中のアーク長を適正値に維持することが重要であるために、アーク長制御が行われる。上記のプラズマ溶接電流には、直流又は直流パルス波形が使用される。これ以降の説明において、単にアーク長と記載したときはミグアークのアーク長を意味している。以下、上述したプラズマミグ溶接方法について説明する。

【0004】

図６は、従来技術におけるプラズマミグ溶接方法を示す波形図である。同図（Ａ）はミグ溶接電流Ｉwmを示し、同図（Ｂ）はミグ溶接電圧Ｖwmを示し、同図（Ｃ）はプラズマ溶接電流Ｉwpを示し、同図（Ｄ）はプラズマ溶接電圧Ｖwpを示す。以下、同図を参照して説明する。

【0005】

同図（Ａ）に示すように、ピーク期間Ｔｐ中のピーク電流Ｉｐ及びベース期間Ｔｂ中のベース電流Ｉｂから成るミグ溶接電流Ｉwmが通電する。このピーク期間Ｔｐとベース期間Ｔｂとを合わせてパルス周期Ｔｆになる。そして、このミグ溶接電流Ｉwmの通電に対応して、同図（Ｂ）に示すように、ピーク期間Ｔｐ中はピーク電圧Ｖｐが溶接ワイヤと母材との間に印加し、ベース期間Ｔｂ中はベース電圧Ｖｂが印加する。

【0006】

ミグパルス溶接では、良好な溶接品質を得るためにアーク長を適正値に維持するアーク長制御が行われる。通常、このアーク長制御は、ミグ溶接電圧Ｖwmがアーク長と略比例関係にあることを利用して、ミグ溶接電圧Ｖwmの平均値が予め定めた電圧設定値と等しくなるようにパルス周期が制御される。ミグ溶接電圧Ｖwmの平均値は、ミグ溶接電圧Ｖwmをローパスフィルタに通すことによって生成される。このアーク長制御の方式は、周波数変調方式と呼ばれる。この場合、ピーク期間Ｔｐ、ピーク電流Ｉｐ及びベース電流Ｉｂは所定値に設定され、パルスパラメータとなる。ピーク電流Ｉｐは臨界値以上に設定され、ピーク期間Ｔｐと組み合わせてユニットパルス条件と呼ばれる。このユニットパルス条件は、１パルス周期１溶滴移行になるように設定される。ベース電流Ｉｂは、臨界値未満の数十Ａ程度の小電流値に設定される。ユニットパルス条件及びベース電流Ｉｂは、溶接ワイヤの材質、直径、送給速度等に応じて適正値に設定される。

【0007】

他方、同図（Ｃ）に示すように、プラズマ溶接電流Ｉwpは、定電流制御されており、予め定めた一定値の直流波形となる。また、同図（Ｄ）に示すように、プラズマ溶接電圧Ｖwpがプラズマ電極と母材との間に印加する。したがって、プラズマアークは、一定値のプラズマ溶接電流Ｉwpの通電によって発生している。

【0008】

また、特許文献２の発明では、プラズマミグ溶接方法において、ミグアークの発生位置及び発生角度のうち少なくとも一方をプラズマアークの発生範囲内で変化させることにより、アークの強度分布を変化させるものである。特許文献２には、このようにミグアークの発生位置又は発生角度をプラズマアークの発生範囲内でずらすことにより、アルミニウム、鋼等の熱伝導の良い材料から成る狭開先に対して、開先を大きくしたり、アーク長を必要以上に長くすることなく、高品質に溶接施工することができる、と記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特開２００８−２２９６４１号公報

【特許文献2】特開平２−１４７１６９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

上述したプラズマミグ溶接方法では、プラズマアークによる溶接ワイヤへの予熱効果によりワイヤ溶融効率が高まるので、高溶着な溶接が可能となる。しかし、プラズマアークによる母材の予熱幅（プラズマアークが母材と接触する部分の溶接線と直交する方向への幅）に対して溶着金属量が多い溶接条件の場合、ビード止端部のなじみが悪くなり疲労強度の低下につながるという問題があった。この問題を解決するために、溶接トーチを溶接進行方向に対して直交する方向（左右方向）にウィービングする方法が行われる。このようにすると、ウィービングによって、母材の予熱範囲が広がるために、ビード止端部のなじみが改善される。しかし、この方法では、ミグアークもウィービングされるために、ビード表面に粗い波目ができビード外観が悪くなるという新たな問題が発生していた。

【0011】

そこで、本発明では、プラズマアークによる母材の予熱範囲に対して溶着金属量が多い溶接条件において、ビード止端部のなじみを良好にし、かつ、ビード外観も良好にすることができるプラズマミグ溶接方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0012】

上述した課題を解決するために、請求項１の発明は、
溶接トーチ内に配置されたプラズマ電極と母材との間にプラズマ溶接電圧を印加してプラズマ溶接電流を通電することによってプラズマアークを発生させると共に、前記プラズマ電極を中空形状とし、前記プラズマ電極内に配置された給電チップを介して給電される溶接ワイヤを前記中空形状内を通って送給し、前記給電チップと母材との間にミグ溶接電圧を印加してミグ溶接電流を通電することによってミグアークを発生させるプラズマミグ溶接方法において、
前記プラズマアークによる母材の予熱幅とビード幅との差を計測し、この差が予め定めた基準値未満のときは前記ミグアークはウィービングさせないで、前記プラズマアークのみをウィービングさせて溶接し、前記差が前記基準値以上のときは前記ミグアーク及び前記プラズマアークを共にウィービングさせないで溶接する、
ことを特徴とするプラズマミグ溶接方法である。

【0013】

請求項２の発明は、前記ウィービングは、前記給電チップ及び前記溶接ワイヤを揺動運動させないで前記プラズマ電極を揺動運動させることによって行われる、
ことを特徴とする請求項１記載のプラズマミグ溶接方法である。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、ミグアークはウィービングさせないで溶接線上を移動させ、プラズマアークは左右方向にウィービングさせながら溶接を行う。このために、プラズマアークによる母材の予熱幅が広くなるので、ビード止端部のなじみがよくなり疲労強度が向上する。このときに、ミグアークはウィービングさせないで溶接線上を移動するので、ビード表面に粗い波目ができビード外観が悪くなるという現象も生じない。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の実施の形態１に係るプラズマミグ溶接方法を実施するための溶接装置の構成図である。

【図2】図１を構成するミグ溶接電源ＰＳＭのブロック図である。

【図3】図１を構成するプラズマ溶接電源ＰＳＰのブロック図である。

【図4】本発明の実施の形態１に係るプラズマミグ溶接方法を示す波形図である。

【図5】実施の形態２に係るプラズマ溶接電源ＰＳＰのブロック図である。

【図6】従来技術におけるプラズマミグ溶接方法を示す波形図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。

【0018】

［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１に係るプラズマミグ溶接方法を実施するための溶接装置の構成図である。以下、同図を参照して、各構成物について説明する。

【0019】

本溶接装置は、破線で囲まれた溶接トーチＷＴ、ミグ溶接電源ＰＳＭ及びプラズマ溶接電源ＰＳＰを備えている。溶接トーチＷＴは、シールドガスノズル５２内に、プラズマノズル５１、プラズマ電極１ｂ及び給電チップ４が同心軸上に配置された構造となっている。シールドガスノズル５２とプラズマノズル５１との隙間からは、たとえばアルゴンガス、アルゴンガスと炭酸ガスとの混合ガス等のシールドガス６３が供給される。プラズマノズル５１とプラズマ電極１ｂとの間には、たとえばアルゴンガス、アルゴンガスと炭酸ガスとの混合ガス等のプラズマガス６２が供給される。プラズマ電極１ｂと給電チップ４との間には、たとえばアルゴンガス、アルゴンガスと炭酸ガスとの混合ガス等のセンターガス６１が供給される。

【0020】

プラズマ電極１ｂは、中空形状に形成されている。給電チップ４は、このプラズマ電極１ｂの中空形状内に絶縁されて配置されている。そして、この給電チップ４に設けられた貫通孔からは、溶接ワイヤ１ａが送給される。給電チップ４は、溶接ワイヤ１ａに対して導通している。しかし、溶接ワイヤ１ａは、プラズマ電極１ｂとは絶縁されている。溶接ワイヤ１ａは、送給モータＷＭを駆動源とする送給ロール７の回転によって送給される。プラズマ電極１ｂは、たとえば銅又は銅合金からなり、図外の経路を通る冷却水によって間接的に水冷されている。プラズマノズル５１は、たとえば銅又は銅合金からなり、冷却水を通す流路が形成されていることにより、直接冷却されている。溶接トーチＷＴは、通常ロボット（図示は省略）によって保持された状態で、母材２に対して移動させられる。溶接ワイヤ１ａの先端と母材２との間には、ミグアーク３ａが発生する。プラズマ電極１ｂと母材２との間には、プラズマガス６２によって熱的に拘束されたプラズマアーク３ｂが発生する。したがって、ミグアーク３ａは、プラズマアーク３ｂに包まれた状態になっている。このために、プラズマアーク３ｂは、ミグアーク３ａの形状が広がるのを拘束する作用がある。

【0021】

同図に示すように、溶接ワイヤ１ａの突出し部の一部はプラズマアーク３ｂに包まれているために、熱を受けて温度が上昇する。このことが、上述したプラズマアーク３ｂによる溶接ワイヤ１ａへの予熱効果となる。

【0022】

ウィービング駆動機構８は、溶接トーチＷＴ内の上部に設けられており、後述するウィービング制御信号Ｗｓを入力として、プラズマ電極１ｂ、プラズマノズル５１及びシールドガスノズル５２を溶接方向の左右方向にウィービングさせるためのモータを含む機構である。この機構としては、従来から、モータの回転運動を滑子クランク機構により直線運動に変換する機構、モータの回転運動をクランクと揺動梃により揺動運動に変換する機構等が用いられている。この結果、プラズマアーク３ｂ、プラズマガス６２及びシールドガス６３がウィービングされる。他方、給電チップ４及び溶接ワイヤ１ａはウィービングされない。このために、ミグアーク３ａ及びセンターガス６１はウィービングされない。例えば、シールドガスノズル５２の内径が１９mm、プラズマノズル５１の内径が１２mm、プラズマ電極１ｂの内径が９mmの場合、ウィービングの周波数を５Ｈｚに、振幅を±２mmに設定する。

【0023】

ミグ溶接電源ＰＳＭは、給電チップ４を介して溶接ワイヤ１ａと母材２との間に、ミグ溶接電圧Ｖwmを印加することにより、ミグ溶接電流Ｉwmを通電するための電源である。ミグ溶接電源ＰＳＭからは、送給モータＷＭに対して送給制御信号Ｆｃが送られ、溶接ワイヤ１ａの送給速度が制御される。ミグ溶接電源ＰＳＭからミグ溶接電圧Ｖwmが印加されるときは、溶接ワイヤ１ａが＋側とされる。ミグ溶接電源ＰＳＭは、定電圧特性の電源であり、ミグ溶接電圧Ｖwmが予め定めた電圧設定信号Ｖｒ（図示は省略）の値と等しくなるように制御される。また、ミグ溶接電流Ｉwmは、溶接ワイヤ１ａの送給速度によってその値が定まる。

【0024】

プラズマ溶接電源ＰＳＰは、プラズマ電極１ｂと母材２との間にプラズマ溶接電圧Ｖwpを印加することによりプラズマ溶接電流Ｉwpを通電するための電源である。プラズマ溶接電源ＰＳＰからは、ウィービング駆動機構８に対してウィービング制御信号Ｗｓが送られ、プラズマアーク３ｂのウィービング周波数及び振幅が制御される。プラズマ溶接電源ＰＳＰからプラズマ溶接電圧Ｖwpが印加されるときは、プラズマ電極１ｂが＋側とされる。プラズマ溶接電源ＰＳＰは、定電流特性の電源であり、プラズマ溶接電流Ｉwpが所定値になるように制御される。

【0025】

図２は、上述した図１を構成するミグ溶接電源ＰＳＭのブロック図である。以下、同図を参照して各ブロックについて説明する。

【0026】

電源主回路ＰＭは、３相２００Ｖ等の商用電源（図示は省略）を入力として、後述する電流誤差増幅信号Ｅｉに従ってインバータ制御等の出力制御を行い、ミグ溶接電圧Ｖwm及びミグ溶接電流Ｉwmを出力する。この電源主回路ＰＭは、図示は省略するが、商用電源を整流する１次整流回路と、整流された直流を平滑するコンデンサと、平滑された直流を高周波交流に変換するインバータ回路と、高周波交流をアーク溶接に適した電圧値に降圧するインバータトランスと、降圧された高周波交流を整流する２次整流回路と、整流された直流を平滑するリアクトルと、上記の電流誤差増幅信号Ｅｉに従ってＰＷＭ変調制御を行いその結果に基づいてインバータ回路を駆動する駆動回路と、を備えている。溶接ワイヤ１ａは、送給モータＷＭに結合された送給ロール７によって給電チップ４内を通って送給され、母材２との間にミグアーク３ａが発生する。溶接トーチの構造は図１のとおりであり、ここでは簡略化して図示している。

【0027】

電圧検出回路ＶＤは、ミグ溶接電圧Ｖwmを検出して、電圧検出信号Ｖｄを出力する。電圧平均値算出回路ＶＡＶは、この電圧検出信号Ｖｄの平均値を算出して、電圧平均値信号Ｖavを出力する。

【0028】

送給速度設定回路ＦＲは、予め定めた送給速度設定信号Ｆｒを出力する。送給制御回路ＦＣは、この送給速度設定信号Ｆｒを入力として、送給速度設定信号Ｆｒの値によって定まる送給速度Ｆｗで溶接ワイヤ１ａを送給するための送給制御信号Ｆｃを送給モータＷＭに出力する。

【0029】

電圧設定回路ＶＲは、予め定めた電圧設定信号Ｖｒを出力する。電圧誤差増幅回路ＥＶは、この電圧設定信号Ｖｒと上記の電圧平均値信号Ｖavとの誤差を増幅して、電圧誤差増幅信号Ｅｖを出力する。電圧／周波数変換回路ＶＦは、この電圧誤差増幅信号Ｅｖの値に応じた周波数を有するパルス周期信号Ｔｆを出力する。このパルス周期信号Ｔｆは、パルス周期ごとに短時間だけＨｉｇｈレベルになるトリガ信号である。

【0030】

ピーク期間設定回路ＴＰＲは、予め定めたピーク期間設定信号Ｔprを出力する。ピーク期間タイマ回路ＴＰは、上記のパルス周期信号ＴｆがＨｉｇｈレベルになると上記のピーク期間設定信号Ｔprの値によって定まる期間だけＨｉｇｈレベルになるピーク期間信号Ｔｐを出力する。このピーク期間信号ＴｐがＨｉｇｈレベルのときがピーク期間となり、Ｌｏｗレベルのときがベース期間となる。

【0031】

ベース電流設定回路ＩＢＲは、予め定めたベース電流設定信号Ｉbrを出力する。ピーク電流設定回路ＩＰＲは、予め定めたピーク電流設定信号Ｉprを出力する。電流設定制御回路ＩＲＣは、上記のピーク期間信号ＴｐがＬｏｗレベルのときは上記のベース電流設定信号Ｉbrを電流設定制御信号Ｉrcとして出力し、Ｈｉｇｈレベルのときは上記のピーク電流設定信号Ｉprを電流設定制御信号Ｉrcとして出力する。

【0032】

電流検出回路ＩＤは、ミグ溶接電流Ｉwmを検出して、電流検出信号Ｉｄを出力する。電流誤差増幅回路ＥＩは、上記の電流設定制御信号Ｉrcと上記の電流検出信号Ｉｄとの誤差を増幅して、電流誤差増幅信号Ｅｉを出力する。この電流誤差増幅信号Ｅｉに従って溶接電源の出力制御が行われることによってミグ溶接電流Ｉwmが通電する。上述したミグ溶接電源ＰＳＭは、ミグ溶接電圧Ｖwmの平均値が電圧設定信号Ｖｒの値と等しくなるようにパルス周期が変化して出力制御されるので、定電圧特性の電源となる。

【0033】

同図は、ミグ溶接電流Ｉwmがパルス波形の場合であるが、直流波形とするときには、上記の電圧誤差増幅信号Ｅｖを上記の電流誤差増幅信号Ｅｉの代わりに直接電源主回路ＰＭに入力するようにすれば良い。このようにすると、ミグアーク３ａは、直流のミグ溶接となる。

【0034】

図３は、上述した図１を構成するプラズマ溶接電源ＰＳＰのブロック図である。以下、同図を参照して各ブロックについて説明する。

【0035】

電源主回路ＰＭは、３相２００Ｖ等の商用電源（図示は省略）を入力として、後述する電流誤差増幅信号Ｅｉに従ってインバータ制御等の出力制御を行いプラズマ溶接電流Ｉwpを出力する。このプラズマ溶接電流Ｉwpは、プラズマ電極１ｂ、プラズマアーク３ｂ、母材２を通って通電する。溶接トーチの構造は上述した図１のとおりであるが、ここでは簡略化して図示している。

【0036】

プラズマ溶接電流設定回路ＩＷＰＲは、予め定めたプラズマ溶接電流設定信号Ｉwprを出力する。電流検出回路ＩＤは、上記のプラズマ溶接電流Ｉwpを検出して、電流検出信号Ｉｄを出力する。電流誤差増幅回路ＥＩは、上記のプラズマ溶接電流設定信号Ｉwprと上記の電流検出信号Ｉｄとの誤差を増幅して電流誤差増幅信号Ｅｉを出力する。この電流誤差増幅信号Ｅｉに従って溶接電源の出力制御が行われることによって直流のプラズマ溶接電流Ｉwpが通電する。上述したプラズマ溶接電源ＰＳＰは、プラズマ溶接電流Ｉwpがプラズマ溶接電流設定信号Ｉwprの値と等しくなるように出力制御されるので、定電流特性の電源となる。

【0037】

ウィービング周波数設定回路ＦＰＲは、予め定めたウィービング周波数設定信号Ｆprを出力する。ウィービング振幅設定回路ＤＰＲは、予め定めたウィービング振幅設定信号Ｄprを出力する。ウィービング制御回路ＷＳは、上記のウィービング周波数設定信号Ｆprによって定まる周波数及び上記のウィービング振幅設定信号Ｄprによって定まる振幅で正弦波状に変化するウィービング制御信号Ｗｓを図１の溶接トーチＷＴ内に設けられたウィービング駆動機構８に出力する。このウィービング制御信号Ｗｓについては、図４で詳述する。

【0038】

同図は、プラズマ溶接電流Ｉwpが直流波形である場合であるが、パルス波形とするときは、上記のプラズマ溶接電流設定信号Ｉwprをパルス波形に設定すれば良い。

【0039】

図４は、本発明の実施の形態１に係るプラズマミグ溶接方法を示す波形図である。同図（Ａ）はミグ溶接電流Ｉwm（Ａ）を示し、同図（Ｂ）はミグ溶接電圧Ｖwm（Ｖ）を示し、同図（Ｃ）はプラズマ溶接電流Ｉwp（Ａ）を示し、同図（Ｄ）はプラズマ溶接電圧Ｖwp（Ｖ）を示し、同図（Ｅ）はウィービング制御信号Ｗｓを示し、同図（Ｆ）はミグアークの左右変位量Ｌｍ（mm）を示し、同図（Ｇ）はプラズマアークの左右変位量Ｌｐ（mm）を示す。同図は、上述した図５１のときよりも横軸に示す時間スケールを５０倍程度縮めて表示している。そのために、同図（Ａ）及び同図（Ｂ）のパルス波形は、図５１と同一であるが、時間軸が縮められているので、密集したパルス波形となっている。これらの周波数は、１００〜３００Ｈｚ程度である。同図（Ｅ）に示すウィービング制御信号Ｗｓに従って、プラズマアークのウィービングが溶接線に対して直交する方向（左右方向）に行われている。同図（Ｆ）に示すミグアークの左右変位量Ｌｍは、溶接線に対する左右方向への変位量を示しており、ミグアークはウィービングされないので常にＬｍ＝０である。同様に、同図（Ｇ）に示すプラズマアークの左右変位量Ｌｐは、溶接線に対する左右方向への変位量を示している。ミグアークの左右変位量Ｌｍとは、図１の給電チップ４及び溶接ワイヤ１ａの左右変位量である。プラズマアークの変位量Ｌｐとは、図１のプラズマ電極１ｂの中心線の左右変位量である。以下、同図を参照して説明する。

【0040】

同図（Ａ）に示すミグ溶接電流Ｉwm及び同図（Ｂ）に示すミグ溶接電圧Ｖwmについては、時間軸が縮められて表示されている以外は、上述した図５１と同様であるので、説明は省略する。また、同図（Ｃ）に示すプラズマ溶接電流Ｉwp及び同図（Ｄ）に示すプラズマ溶接電圧Ｖwpについては、図５１と同様であるので、説明は省略する。

【0041】

同図（Ｆ）に示すミグアークの左右変位量Ｌｍは、上述したように、ウィービングされないので常に０mmである。同図（Ｅ）に示すように、ウィービング制御信号Ｗｓは予め定めた周波数及び振幅で正弦波状に変化する信号である。同図（Ｇ）に示すように、プラズマアークの左右変位量Ｌｐは、このウィービング制御信号Ｗｓと同期して正弦波状に変化し、周波数がウィービング周波数ｆｐ（Ｈｚ）となり、振幅がウィービング振幅Ｄｐ（mm）となっている。これらウィービング周波数ｆｐ及びウィービング振幅Ｄｐは、ウィービング制御信号Ｗｓによって設定される。ウィービング周波数ｆｐは１〜２０Ｈｚ程度に設定され、ウィービング振幅Ｄｐは±１〜±３mm程度に設定される。両値は、継手形状、溶接ワイヤの送給速度、溶接速度、母材の材質等に応じて適正値に設定される。このようにすると、プラズマ電極１ｂの左右移動範囲は内径＋２×Ｄｐへと広くなり、プラズマアークの予熱幅も２×Ｄｐ広くなる。同図では、ウィービング制御信号Ｗｓ及びプラズマアークの左右変位量Ｌｐは正弦波状に変化する場合であるが、三角波状に変化するようにしても良い。また、左端及び右端で短時間停止するようにウィービングしても良い。

【0042】

溶接条件の一例を以下に示す。プラズマ電極１ｂの内径を９mmとし、溶接ワイヤに直径１．２mmのアルミニウムワイヤを使用し、送給速度を９m/minとし、ミグ溶接電流Ｉwm＝１７０Ａ、ミグ溶接電圧Ｖwm＝１９Ｖ、プラズマ溶接電流Ｉwp＝１００Ａ、溶接速度１m/minの条件において、ウィービング周波数ｆｐ＝５Ｈｚ及びウィービング振幅Ｄｐ＝±２mmに設定する。このようにすると、プラズマ電極１ｂの左右移動範囲は、９mmから１３mmへと広くなる。この結果、プラズマアークによる予熱幅も、ウィービングによって４mm広くなる。

【0043】

上述した実施の形態１によれば、ミグアークはウィービングさせないで溶接線上を移動させ、プラズマアークは左右方向にウィービングさせながら溶接を行う。このために、プラズマアークによる母材の予熱幅が広くなるので、ビード止端部のなじみがよくなり疲労強度が向上する。このときに、ミグアークはウィービングさせないで溶接線上を移動するので、ビード表面に粗い波目ができビード外観が悪くなるという現象も生じない。また、プラズマアークによる予熱範囲を広くするためにプラズマ電極１ｂの内径を大きくすることが考えられる。しかし、このようにすると、プラズマアークへの拘束力が弱くなり、プラズマアークの特質である高い集中性が失われることになる。さらには、この高い集中性を有するプラズマアークに包まれることによって安定したミグアークが発生しているので、プラズマアークへの拘束力が弱くなるとミグアークの安定性も低下することになる。これに対して、本実施の形態では、プラズマ電極１ｂの内径を大きくすることなく、プラズマアークによる予熱幅を広くすることができる。

【0044】

［実施の形態２］
上述したように、従来技術では、プラズマアークによる母材の予熱幅に対して溶着金属量が多い溶接条件の場合、ビード止端部のなじみが悪くなるという問題がある。プラズマアークによる母材の予熱幅に対して溶着金属量が多い溶接条件の場合には、プラズマアークによる母材の予熱幅とビード幅との差が小さいときである。換言すれば、このプラズマアークによる母材の予熱幅とビード幅との差が大きいときは、ビード止端部のなじみは良好である。

【0045】

そこで、実施の形態２に係るプラズマミグ溶接方法は、以下のステップにて行われる。
ステップ１：実施工の前に、プラズマアーク及びミグアークを共にウィービングさせないでテスト溶接を行い、プラズマアークによる母材の予熱幅及びビード幅を計測し、両値の差を計測する。

【0046】

ステップ２：実施工では、計測した差を溶接装置（図５のプラズマ溶接電源ＰＳＰ）に入力する。プラズマ溶接電源ＰＳＰは、この差が予め定めた基準値未満のときはＨｉｇｈレベルになり、以上のときはＬｏｗレベルになるモード切換信号Ｍｓを出力する。

【0047】

ステップ３：プラズマ溶接電源ＰＳＰは、このモード切換信号ＭｓがＨｉｇｈレベルのときは、ウィービングの周波数及び振幅が適正値（０以外の値）に設定されたウィービング制御信号Ｗｓをウィービング駆動機構８に出力することによって、ミグアークはウィービングさせないで、プラズマアークのみをウィービングさせて溶接を行う。

【0048】

ステップ４：他方、プラズマ溶接電源ＰＳＰは、上記のモード切換信号ＭｓがＬｏｗレベルのときは、ウィービングの周波数及び振幅が０に設定されたウィービング制御信号Ｗｓをウィービング駆動機構８に出力することによって、ミグアーク及びプラズマアークを共にウィービングさせないで溶接を行う。

【0049】

上記の基準値は、２〜５mm程度に設定される。この基準値は、上記の差がこの基準値以上であれば、ビード止端部のなじみが良好となる値として設定される。

【0050】

実施の形態２に係るプラズマミグ溶接方法を実施するための溶接装置の構成は、上述した図１と同一である。但し、溶接装置を構成するプラズマ溶接電源ＰＳＰのブロック図は、図５で説明するようになる。

【0051】

図５は、実施の形態２に係るプラズマ溶接電源ＰＳＰのブロック図である。同図において、上述した図３と同一のブロックには同一符号を付して、それらの説明は省略する。同図は、差入力回路ＤＷ及びモード切換回路ＭＳを新たに追加し、図３のウィービング制御回路ＷＳを第２ウィービング制御回路ＷＳ２に置換したものである。以下、同図を参照してこれらのブロックについて説明する。

【0052】

差入力回路ＤＷは、テスト溶接で計測したプラズマアークによる母材の予熱幅とビード幅との差を数値データとして入力すると、差信号Ｄｗとして出力する。この差信号Ｄｗは、例えば２（mm）という数値データとなる。この回路は、上述したステップ１の処理の一部を行っている。

【0053】

モード切換回路ＭＳは、上記の差信号Ｄｗを入力として、差信号Ｄｗの値が予め定めた基準値未満のときはＨｉｇｈレベルになり、以上のときはＬｏｗレベルになるモード切換信号Ｍｓを出力する。この回路は、上述したステップ２の処理を行っている。

【0054】

第２ウィービング制御回路ＷＳ２は、上記のモード切換信号Ｍｓ、ウィービング周波数設定信号Ｆpr及びウィービング振幅設定信号Ｄprを入力として、モード切換信号Ｍｓ＝Ｈｉｇｈレベルのときは、ウィービング周波数設定信号Ｆprによって定まる周波数及びウィービング振幅設定信号Ｄprによって定まる振幅で正弦波状に変化するウィービング制御信号Ｗｓを図１の溶接トーチＷＴ内に設けられたウィービング駆動機構８に出力し、モード切換信号Ｍｓ＝Ｌｏｗレベルのときは０のままのウィービング制御信号Ｗｓをウィービング駆動機構８に出力する。この回路は、上述したステップ３及び４の処理を行っている。

【0055】

実施の形態２に係るプラズマミグ溶接方法を示す波形図については、以下のとおりである。モード切換信号ＭｓがＨｉｇｈレベル（差信号Ｄｗの値が基準値未満）のときの波形図は、上述した図４と同一である。他方、モード切換信号ＭｓがＬｏｗレベル（差信号Ｄｗの値が基準値以上）のときの波形図は、図４（Ｇ）が異なっている。すなわち、プラズマアークはウィービングされないので、図４（Ｇ）に示すプラズマアークの左右変位量Ｌｐが常に０となる点が異なっている。

【0056】

上述した実施の形態２によれば、プラズマアークによる母材の予熱幅とビード幅との差を計測し、この差が予め定めた基準値未満のときは、実施の形態１と同様に、ミグアークはウィービングさせないで、プラズマアークのみをウィービングさせて溶接を行う。このために、実施の形態１と同様に、プラズマアークによる母材の予熱範囲に対して溶着金属量が多い溶接条件において、ビード止端部のなじみを良好にし、かつ、ビード外観も良好にすることができる。他方、計測された差が基準値以上のときは、ミグアーク及びプラズマアークを共にウィービングさせないで溶接を行う。このケースは、予熱幅がビード幅に対して余裕のある場合であり、この場合にはビード止端部のなじみは良好である。したがって、プラズマアークをウィービングする必要はない。このように、ウィービングが不要のときにウィービングを停止することで、ウィービング駆動機構８のメンテナンス間隔を伸ばすことができ、生産効率を高めることができる。

【符号の説明】

【0057】

１ａ 溶接ワイヤ
１ｂ プラズマ電極
２ 母材
３ａ ミグアーク
３ｂ プラズマアーク
４ 給電チップ
５１ プラズマノズル
５２ シールドガスノズル
６１ センターガス
６２ プラズマガス
６３ シールドガス
７ 送給ロール
８ ウィービング駆動機構
Ｄｐ ウィービング振幅
ＤＰＲ ウィービング振幅設定回路
Ｄpr ウィービング振幅設定信号
ＤＷ 差入力回路
Ｄｗ 差信号
ＥＩ 電流誤差増幅回路
Ｅｉ 電流誤差増幅信号
ＥＶ 電圧誤差増幅回路
Ｅｖ 電圧誤差増幅信号
ＦＣ 送給制御回路
Ｆｃ 送給制御信号
ｆｐ ウィービング周波数
ＦＰＲ ウィービング周波数設定回路
Ｆpr ウィービング周波数設定信号
ＦＲ 送給速度設定回路
Ｆｒ 送給速度設定信号
Ｆｗ 送給速度
Ｉｂ ベース電流
ＩＢＲ ベース電流設定回路
Ｉbr ベース電流設定信号
ＩＤ 電流検出回路
Ｉｄ 電流検出信号
Ｉｐ ピーク電流
ＩＰＲ ピーク電流設定回路
Ｉpr ピーク電流設定信号
ＩＲＣ 電流設定制御回路
Ｉrc 電流設定制御信号
Ｉwm ミグ溶接電流
Ｉwp プラズマ溶接電流
ＩＷＰＲ プラズマ溶接電流設定回路
Ｉwpr プラズマ溶接電流設定信号
Ｌｍ ミグアークの左右変位量
Ｌｐ プラズマアークの左右変位量
ＭＳ モード切換回路
Ｍｓ モード切換信号
ＰＭ 電源主回路
ＰＳＭ ミグ溶接電源
ＰＳＰ プラズマ溶接電源
Ｔｂ ベース期間
Ｔｆ パルス周期（信号）
ＴＰ ピーク期間タイマ回路
Ｔｐ ピーク期間（信号）
ＴＰＲ ピーク期間設定回路
Ｔpr ピーク期間設定信号
ＶＡＶ 電圧平均値算出回路
Ｖav 電圧平均値信号
Ｖｂ ベース電圧
ＶＤ 電圧検出回路
Ｖｄ 電圧検出信号
ＶＦ 電圧／周波数変換回路
Ｖｐ ピーク電圧
ＶＲ 電圧設定回路
Ｖｒ 電圧設定信号
Ｖwm ミグ溶接電圧
Ｖwp プラズマ溶接電圧
ＷＭ 送給モータ
ＷＳ ウィービング制御回路
Ｗｓ ウィービング制御信号
ＷＳ２ 第２ウィービング制御回路
ＷＴ 溶接トーチ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】