特開 2022-91175 複合溶接方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022091175

(43)【公開日】2022-06-21

(54)【発明の名称】複合溶接方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/348 20140101AFI20220614BHJP

   B23K 9/16 20060101ALI20220614BHJP

【ＦＩ】

B23K26/348

B23K9/16 K

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020203824

(22)【出願日】2020-12-09

(71)【出願人】

【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】高田 賢人

【テーマコード（参考）】

4E001

4E168

【Ｆターム（参考）】

4E001AA03

4E001BB08

4E168AD07

4E168BA42

4E168CB04

4E168DA23

4E168DA24

4E168DA26

4E168EA15

4E168EA17

4E168GA03

(57)【要約】      （修正有）

【課題】アーク溶接とレーザ溶接とを併用して行う複合溶接方法において、溶接終了時の溶接ワイヤの先端粒のサイズのばらつきに影響されることなく、溶接開始を円滑に行う方法を提供する。
【解決手段】溶接トーチＷＴから溶接ワイヤ１を送給して行うアーク溶接と、加工ヘッドＬＨからレーザ４を照射して行うレーザ溶接と、を併用して溶接する複合溶接方法において、溶接終了後に、溶接ワイヤ１の先端部にレーザ４を照射して溶接ワイヤ１の先端部を溶融又は切断する。溶接ワイヤ１の先端部へのレーザ４の照射は、溶接トーチＷＴ及び加工ヘッドＬＨを予め定めた退避位置まで移動させた後に行う。溶接ワイヤ１の先端部へのレーザ４の照射は、溶接ワイヤ１を所定距離だけ送給した後に行う。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

溶接トーチから溶接ワイヤを送給して行うアーク溶接と、加工ヘッドからレーザを照射して行うレーザ溶接と、を併用して溶接する複合溶接方法において、
溶接終了後に、前記溶接ワイヤの先端部に前記レーザを照射して前記溶接ワイヤの先端部を溶融又は切断する、
ことを特徴とする複合溶接方法。

【請求項2】

前記溶接ワイヤの先端部への前記レーザの照射は、前記溶接トーチ及び前記加工ヘッドを予め定めた退避位置まで移動させた後に行う、
ことを特徴とする請求項１に記載の複合溶接方法。

【請求項3】

前記溶接ワイヤの先端部への前記レーザの照射は、前記溶接ワイヤを所定距離だけ送給した後に行う、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の複合溶接方法。

【請求項4】

前記溶接ワイヤの先端部への前記レーザの照射は、前記レーザをスキャンさせて行う、
ことを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の複合溶接方法。

【請求項5】

前記溶接ワイヤの先端部への前記レーザの照射は、出力電力を溶接中よりも小にして行う、
ことを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の複合溶接方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、アーク溶接とレーザ溶接とを併用して溶接する複合溶接方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

アーク溶接とレーザ溶接とを併用して溶接する複合溶接方法が慣用されている（例えば、特許文献１参照）。

【0003】

上記のアーク溶接方法としては、溶接ワイヤを送給して行うアーク溶接方法が使用される場合がある。

【0004】

上記のレーザとしては、半導体レーザ、ＹＡＧレーザ、炭酸ガスレーザ等が使用される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００４－９０６１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

溶接の終了時には、溶接ワイヤの先端と溶融池との離反距離及び溶接ワイヤの先端粒のサイズが適正値になるようにするアンチスティック制御が行われる。特に、溶接ワイヤの先端粒のサイズは、次の溶接開始を円滑に行うために大きな影響を及ぼす。先端粒が適正サイズよりも大きい場合には、溶接開始時に大粒のスパッタが発生して溶接品質が悪くなる。他方、先端粒が適正サイズよりも小さい場合には、先端粒に絶縁物であるスラグが付着してアークの点弧に失敗し、溶接不良となることが多い。しかし、先端粒の形成状態にはばらつきがあり、常に適正サイズに制御することは難しい。

【0007】

そこで、本発明では、溶接終了時の溶接ワイヤの先端粒のサイズのばらつきに影響されることなく、溶接開始を円滑に行うことができる複合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】

【0008】

上述した課題を解決するために、請求項１の発明は、
溶接トーチから溶接ワイヤを送給して行うアーク溶接と、加工ヘッドからレーザを照射して行うレーザ溶接と、を併用して溶接する複合溶接方法において、
溶接終了後に、前記溶接ワイヤの先端部に前記レーザを照射して前記溶接ワイヤの先端部を溶融又は切断する、
ことを特徴とする複合溶接方法である。

【0009】

請求項２の発明は、
前記溶接ワイヤの先端部への前記レーザの照射は、前記溶接トーチ及び前記加工ヘッドを予め定めた退避位置まで移動させた後に行う、
ことを特徴とする請求項１に記載の複合溶接方法である。

【0010】

請求項３の発明は、
前記溶接ワイヤの先端部への前記レーザの照射は、前記溶接ワイヤを所定距離だけ送給した後に行う、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の複合溶接方法である。

【0011】

請求項４の発明は、
前記溶接ワイヤの先端部への前記レーザの照射は、前記レーザをスキャンさせて行う、
ことを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の複合溶接方法である。

【0012】

請求項５の発明は、
前記溶接ワイヤの先端部への前記レーザの照射は、出力電力を溶接中よりも小にして行う、
ことを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の複合溶接方法である。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、アーク溶接とレーザ溶接とを併用して行う複合溶接方法において、溶接終了時の溶接ワイヤの先端粒のサイズのばらつきに影響されることなく、溶接開始を円滑に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の実施の形態に係る複合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】本発明の実施の形態に係る複合溶接方法を示す図１の溶接装置における各信号のタイミングチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0015】

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。

【0016】

図１は、本発明の実施の形態に係る複合溶接方法を実施するための溶接装置の構成図である。溶接装置は、アーク溶接を行うためのアーク溶接装置と、レーザ溶接を行うためのレーザ溶接装置と、ロボットＲＭと、ロボット制御装置ＲＣと、を備えている。以下、同図を参照して各構成物について説明する。

【0017】

アーク溶接装置は、主に、溶接電源ＰＳ、送給機ＷＦ及び溶接トーチＷＴを備えている。

【0018】

溶接電源ＰＳは、３相２００Ｖ等の交流商用電源（図示は省略）を入力として、後述するアーク溶接開始信号Ｓｐによってインバータ制御等の出力制御を行い、アーク３を発生させるための溶接電圧Ｖｗ及び溶接電流Ｉｗを出力する。

【0019】

送給機ＷＦは、後述する送給開始信号Ｓｆによって溶接ワイヤ１を送給速度Ｆｗで送給する。

【0020】

溶接トーチＷＴは、装着された給電チップ（図示は省略）を介して溶接ワイヤ１に給電し、溶接ワイヤ１を母材２の被溶接部に送出する。溶接ワイヤ１と母材２との間にアーク３が発生する。給電チップと母材２との間に溶接電圧Ｖｗが印加し、溶接電流Ｉｗが通電する。

【0021】

レーザ溶接装置は、主に、レーザ発振器ＬＳ、光ファイバーＬＦ及び加工ヘッドＬＨを備えている。

【0022】

レーザ発振器ＬＳは、後述するレーザ出力開始信号Ｓｌによってレーザ溶接を行うためのレーザ光４を出力する。

【0023】

光ファイバーＬＦは、レーザ光４を加工ヘッドＬＨに導く。

【0024】

加工ヘッドＬＨは、内蔵された種々の光学系（図示は省略）によって集光し、ガルバノスキャナヘッド（図示は省略）によってレーザ光４をスキャン（走査）させ、アーク溶接の被溶接部に照射する。同図では、アーク３よりも前方からレーザ光４を照射しているが、後方から照射する場合もある。アーク溶接の狙い位置とレーザの照射位置との距離は２～４mm程度である。

【0025】

ロボットＲＭは、上記の溶接トーチＷＴ及び上記の加工ヘッドＬＨを搭載しており、後述する動作制御信号Ｍｃに従って移動速度Ｒｍで移動する。

【0026】

ロボット制御装置ＲＣは、予め定めた作業プログラムに従って、上記の動作制御信号Ｍｃ、上記のアーク溶接開始信号Ｓｐ、上記の送給開始信号Ｓｆ及び上記のレーザ出力開始信号Ｓｌを出力する。

【0027】

図２は、本発明の実施の形態に係る複合溶接方法を示す図１の溶接装置における各信号のタイミングチャートである。同図（Ａ）はロボットの移動速度Ｒｍの時間変化を示し、同図（Ｂ）はアーク溶接開始信号Ｓｐの時間変化を示し、同図（Ｃ）は送給開始信号Ｓｆの時間変化を示し、同図(Ｄ)はレーザ出力開始信号Ｓｌの時間変化を示す。以下、同図を参照して各信号の動作について説明する。

【0028】

時刻ｔ１において、ロボットＲＭは予め定めた溶接開始位置に到達して停止している。ロボットＲＭには、溶接トーチＷＴ及び加工ヘッドＬＨが搭載されている。

【0029】

時刻ｔ１において、同図（Ｂ）に示すように、アーク溶接開始信号ＳｐがＨｉｇｈレベルになり、溶接電源ＰＳは溶接電流Ｉｗ及び溶接電圧Ｖｗの出力を開始する。同時に、同図（Ｃ）に示すように、送給開始信号ＳｆがＨｉｇｈレベルになり、送給機ＷＦは溶接ワイヤ１の送給を開始する。同時に、同図（Ｄ）に示すように、レーザ出力開始信号ＳｌがＨｉｇｈレベルになり、加工ヘッドＬＨはレーザの照射を開始する。そして、同図（Ａ）に示すように、ロボットＲＭは移動速度Ｒｍでの移動を開始する。溶接中は、アーク３の前方又は後方からレーザが照射される。

【0030】

時刻ｔ２において、ロボットＲＭは予め定めた溶接終了位置に到達する。時刻ｔ２において、同図（Ｂ）に示すように、アーク溶接開始信号ＳｐがＬｏｗレベルになり、溶接電源ＰＳは溶接電流Ｉｗ及び溶接電圧Ｖｗの出力を停止する。同時に、同図（Ｃ）に示すように、送給開始信号ＳｆがＬｏｗレベルになり、送給機ＷＦは溶接ワイヤ１の送給を停止する。同時に、同図（Ｄ）に示すように、レーザ出力開始信号ＳｌがＬｏｗレベルになり、加工ヘッドＬＨはレーザの照射を停止する。そして、同図（Ａ）に示すように、ロボットＲＭは一旦停止するので、移動速度Ｒｍは０となる。時刻ｔ２において、溶接は終了する。時刻ｔ２の直前（０．２秒程度）において、上述したアンチスティック制御が行われて、溶接ワイヤ１と溶融池との離反距離及び溶接ワイヤ１の先端粒のサイズが適正値になるように制御される。しかし、アンチスティック制御を行っても、溶接ワイヤ１の先端粒のサイズはある程度ばらつくことになる。

【0031】

時刻ｔ３において、ロボットＲＭは予め定めた退避位置への移動を開始する。 時刻ｔ３において、同図（Ｂ）に示すように、アーク溶接開始信号ＳｐはＬｏｗレベルのままであり、溶接電源ＰＳは溶接電流Ｉｗ及び溶接電圧Ｖｗの出力を停止したままである。同時に、同図（Ｃ）に示すように、送給開始信号ＳｆはＬｏｗレベルのままであり、送給機ＷＦは溶接ワイヤ１の送給を停止したままである。同時に、同図（Ｄ）に示すように、レーザ出力開始信号ＳｌはＬｏｗレベルのままであり、加工ヘッドＬＨはレーザの照射を停止したままである。そして、同図（Ａ）に示すように、ロボットＲＭは移動速度Ｒｍで移動する。

【0032】

時刻ｔ４において、ロボットＲＭは退避位置に到達して停止するので、同図（Ａ）に示すように、移動速度Ｒｍは０となる。 時刻ｔ４において、同図（Ｂ）に示すように、アーク溶接開始信号ＳｐはＬｏｗレベルのままであり、溶接電源ＰＳは溶接電流Ｉｗ及び溶接電圧Ｖｗの出力を停止したままである。同図（Ｃ）に示すように、送給開始信号Ｓｆは、時刻ｔ４～ｔ５の予め定めた期間中はＨｉｇｈレベルになり、送給機ＷＦは溶接ワイヤ１を所定距離だけ送給する。同図（Ｄ）に示すように、レーザ出力開始信号Ｓｌは、時刻ｔ５～ｔ６の期間中はＨｉｇｈレベルになり、加工ヘッドＬＨは溶接ワイヤ１の先端部にレーザを照射し、溶接ワイヤ１の先端部を溶融又は切断する。時刻ｔ６以降は、次の溶接を開始するために、上述した時刻ｔ１の動作に移行する。

【0033】

上述した実施の形態によれば、 溶接終了後に、溶接ワイヤの先端部にレーザを照射して溶接ワイヤの先端部を溶融又は切断する。これにより、溶接ワイヤの先端部を、スラグの付着していない状態で、先端粒のない状態又はそのサイズが小さい状態にすることができる。このために、本実施の形態では、次の溶接開始を円滑に行うことができる。レーザの照射時間は、０．５～２秒程度である。

【0034】

さらに、本実施の形態によれば、溶接ワイヤの先端部へのレーザの照射は、溶接トーチ及び加工ヘッドを予め定めた退避位置まで移動させた後に行うことが好ましい。このようにすると、ワーク、治具、周辺機器等にレーザが不用意に照射されて損傷することを防止することができる。

【0035】

さらに、本実施の形態によれば、溶接ワイヤの先端部へのレーザの照射は、溶接ワイヤを所定距離だけ送給した後に行うことが好ましい。このようにすると、溶接ワイヤの先端部にレーザを的確に照射することができるので、溶接ワイヤの先端部を確実に溶融又は切断することができる。所定距離は、２～５mm程度である。

【0036】

さらに、本実施の形態によれば、溶接ワイヤの先端部へのレーザの照射は、レーザをスキャンさせて行うことが好ましい。加工ヘッドは、ガルバノスキャナヘッドを備えており、レーザ光をスキャン（走査）することができる。レーザを溶接ワイヤの軸方向と直交する方向にスキャンさせて照射すると、先端部へのレーザの照射が的確になり、先端部の溶融又は切断を確実に行うことができる。

【0037】

さらに、本実施の形態によれば、溶接ワイヤの先端部へのレーザの照射は、出力電力を溶接中よりも小にして行うことが好ましい。レーザの出力電力を、溶接中よりも小である先端部が溶融又は切断できる程度の値にすることによって、ワーク、治具、周辺機器等への不用意な損傷を防止することができる。レーザの出力電力は、例えば０．５～５ｋＷ程度である。

【符号の説明】

【0038】

1 溶接ワイヤ
2 母材
3 アーク
4 レーザ光
Ｆｗ 送給速度
Ｉｗ 溶接電流
ＬＦ 光ファイバー
ＬＨ 加工ヘッド
ＬＳ レーザ発振器
ＰＳ 溶接電源
ＲＣ ロボット制御装置
ＲＭ ロボット
Ｒｍ ロボットの移動速度
Ｓｆ 送給開始信号
Ｓｌ レーザ出力開始信号
Ｓｐ アーク溶接開始信号
Ｖｗ 溶接電圧
ＷＦ 送給機
ＷＴ 溶接トーチ

【図1】

【図2】