特開 2023-162631 プラズマアークハイブリッド溶接装置

(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】P2023162631

(43)【公開日】2023-11-09

(54)【発明の名称】プラズマアークハイブリッド溶接装置

(51)【国際特許分類】

   B23K 9/16 20060101AFI20231101BHJP

   B23K 9/173 20060101ALI20231101BHJP

   B23K 10/02 20060101ALI20231101BHJP

   B23K 9/095 20060101ALI20231101BHJP

   B23K 9/073 20060101ALI20231101BHJP

【ＦＩ】

B23K9/16 K

B23K9/173 A

B23K10/02 A

B23K9/095 501F

B23K9/073 545

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022073101

(22)【出願日】2022-04-27

(71)【出願人】

【識別番号】000000262

【氏名又は名称】株式会社ダイヘン

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】藤原 雅之

【テーマコード（参考）】

4E001

4E082

【Ｆターム（参考）】

4E001AA03

4E001BB08

4E001BB11

4E001DD02

4E001DD04

4E001DF04

4E082AA04

4E082AA09

4E082AB01

4E082EF27

(57)【要約】

【課題】溶接領域の接合幅の広さを拡大することができるプラズマ溶接とアーク溶接とを併用するプラズマアークハイブリッド溶接装置を提供する。
【解決手段】プラズマ溶接と消耗電極式アーク溶接とを併用するプラズマアークハイブリッド溶接装置１は、消耗電極式アーク溶接に用いる第１溶接トーチ３０と、第１溶接トーチから溶接の進行方向に離隔して設けられ、プラズマ溶接に用いる第２溶接トーチ２０と、プラズマ溶接において、第２溶接トーチ２０を溶接の進行方向に対して交差する方向にウィービング動作させるウィービング装置１０とを備える。プラズマアークハイブリッド溶接装置１は、溶接対象となる母材においてウィービング装置によりウィービング動作される第２溶接トーチ２０を用いたプラズマ溶接により溶接された溶接領域を、第１溶接トーチ３０を用いた消耗電極式アーク溶接によりさらに溶接するように溶接を進行させる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

プラズマ溶接と消耗電極式アーク溶接とを併用するプラズマアークハイブリッド溶接装置であって、
前記消耗電極式アーク溶接に用いる第１溶接トーチと、
前記第１溶接トーチから溶接の進行方向に離隔して設けられ、前記プラズマ溶接に用いる第２溶接トーチと、
前記プラズマ溶接において、前記第２溶接トーチを前記溶接の進行方向に対して交差する方向にウィービング動作させるウィービング装置とを備え、
溶接対象となる母材において前記ウィービング装置によりウィービング動作される前記第２溶接トーチを用いた前記プラズマ溶接により溶接された溶接領域を、前記第１溶接トーチを用いた前記消耗電極式アーク溶接によりさらに溶接するように溶接を進行させる、プラズマアークハイブリッド溶接装置。

【請求項2】

前記ウィービング装置による前記ウィービング動作の幅は、前記溶接領域における接合幅に対して少なくとも０．５倍である、請求項１に記載のプラズマアークハイブリッド溶接装置。

【請求項3】

前記消耗電極式アーク溶接による前記溶接領域の幅方向における入熱量の分布のプロファイルは、前記溶接領域の幅方向において中央部から両端部に向かって入熱量が減少するプロファイルであり、
前記プロファイルに応じて、前記溶接領域の幅方向において中央部から両端部に向かって入熱量が増加する分布となるように、前記プラズマ溶接における溶接電流を制御する制御装置をさらに備えた、請求項１または請求項２に記載のプラズマアークハイブリッド溶接装置。

【請求項4】

前記消耗電極式アーク溶接においては、短絡移行溶接を行なう、請求項１または請求項２に記載のプラズマアークハイブリッド溶接装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、プラズマ溶接とアーク溶接とを併用するプラズマアークハイブリッド溶接装置に関する。

【背景技術】

【0002】

プラズマ溶接とアーク溶接とを併用する従来の溶接方法としては、プラズマ電極を中空形状とし、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中空形状内を通って送給し、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がある（特許文献１）。このようなプラズマミグ溶接方法では、ビード止端部のなじみを良好にするためのなどの目的で、プラズマ電極がウィービングさせられる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１３－１６３２１９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、特許文献１に記載された溶接方法を実現する溶接装置においては、プラズマ電極と、給電チップとが同軸的に配置されており、プラズマ電極のウィービング動作が制限されるので、溶接領域の接合幅が狭くなるという問題があった。

【0005】

本開示は、溶接領域の接合幅の広さを拡大することができるプラズマ溶接とアーク溶接とを併用するプラズマアークハイブリッド溶接装置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】

【0006】

本開示は、プラズマ溶接と消耗電極式アーク溶接とを併用するプラズマアークハイブリッド溶接装置に関する。プラズマアークハイブリッド溶接装置は、消耗電極式アーク溶接に用いる第１溶接トーチと、第１溶接トーチから溶接の進行方向に離隔して設けられ、プラズマ溶接に用いる第２溶接トーチと、プラズマ溶接において、第２溶接トーチを溶接の進行方向に対して交差する方向にウィービング動作させるウィービング装置とを備える。プラズマアークハイブリッド溶接装置は、溶接対象となる母材においてウィービング装置によりウィービング動作される第２溶接トーチを用いたプラズマ溶接により溶接された溶接領域を、第１溶接トーチを用いた消耗電極式アーク溶接によりさらに溶接するように溶接を進行させる。

【発明の効果】

【0007】

本開示のプラズマアークハイブリッド溶接装置によれば、溶接領域の接合幅の広さを拡大することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施の形態１のプラズマアークハイブリッド溶接方法を実施するためのプラズマアークハイブリッド溶接装置１の構成図である。

【図2】実施の形態１のプラズマアークハイブリッド溶接装置１における第２溶接トーチ２０のウィービング動作の状態を示す母材４の平面図である。

【図3】実施の形態１のプラズマアークハイブリッド溶接装置１による溶接の接合幅方向の入熱量の分布を示す図である。

【図4】消耗電極式アーク溶接による入熱量の分布のプロファイルに応じた第２溶接トーチ２０の出力制御の処理手順を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。以下では、複数の実施の形態について説明するが、各実施の形態で説明された構成を適宜組み合わせることは出願当初から予定されている。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

【0010】

［実施の形態１］
図１は、実施の形態１のプラズマアークハイブリッド溶接方法を実施するためのプラズマアークハイブリッド溶接装置１の構成図である。

【0011】

プラズマアークハイブリッド溶接装置１は、溶接トーチユニットＷＴと、電源ユニットＰＳとを備える。電源ユニットＰＳは、プラズマ溶接電源装置１１と、アーク溶接電源装置１２とを含む。溶接トーチユニットＷＴは、第１溶接トーチ３０、第２溶接トーチ２０、ウィービング装置１０、および、図示しないガスノズルを含む。

【0012】

第１溶接トーチ３０は、消耗電極式アーク溶接に用いられる溶接トーチであり、給電チップ３と溶接ワイヤ７とを含む。消耗電極式アーク溶接には、例えばミグ溶接またはマグ溶接などの各種の消耗電極式のアーク溶接が含まれる。第２溶接トーチ２０は、プラズマ溶接に用いられる溶接トーチであり、プラズマ電極２を含む。第２溶接トーチ２０は、第１溶接トーチ３０から溶接の進行方向に離隔して設けられる。溶接の進行方向は、図中において矢印で示されている。ウィービング装置１０は、ウィービング機構８およびウィービング駆動装置９を含む。

【0013】

溶接トーチユニットＷＴにおいて、ガスノズルからは、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が供給される。第１溶接トーチ３０において、給電チップ３に設けられた貫通孔からは、溶接ワイヤ７が送給される。給電チップ３は、溶接ワイヤ７に対して導通している。しかし、溶接ワイヤ７は、プラズマ電極２とは絶縁されている。溶接ワイヤ７は、図示しないが、送給モータを駆動源とする送給ロールの回転によって送給される。

【0014】

第２溶接トーチ２０において、プラズマ電極２は、たとえば銅または銅合金で形成されている。プラズマ電極２は、冷却水によって直接的または間接的に冷却されていることが好ましい。

【0015】

溶接トーチユニットＷＴは、ロボット等によって保持された状態で、母材４に対して図中の矢印で示すような溶接方向に移動する。第２溶接トーチ２０において、プラズマ電極２と母材４との間には、プラズマアーク５が発生する。第１溶接トーチ３０において、溶接ワイヤ７の先端と母材４との間には、消耗電極式アーク６が発生する。以下の説明においては、プラズマ溶接において発生させるアークをプラズマアークと呼び、消耗電極式アーク溶接において発生させる消耗電極式アークを単にアークと呼ぶことにより、名称を区別して記載する。

【0016】

プラズマ溶接電源装置１１は、プラズマ電極２と母材４との間にプラズマ溶接電圧を印加することによりプラズマ溶接電流を通電するための電源である。アーク溶接電源装置１２は、給電チップ３を介して溶接ワイヤ７と溶接対象となる母材４との間に、アーク溶接電圧を印加することにより、アーク溶接電流を通電するための電源である。

【0017】

プラズマ溶接電源装置１１は、マイクロコンピュータを含み、当該マイクロコンピュータにより、前述のプラズマ溶接電流を制御する機能、および、ウィービング装置１０を制御することにより第２溶接トーチ２０をウィービング動作させる機能も有する。このように、プラズマ溶接電源装置１１は、制御装置としての機能も有する。

【0018】

アーク溶接電源装置１２は、マイクロコンピュータを含み、当該マイクロコンピュータにより、前述のアーク溶接電流を制御する機能、および、第１溶接トーチ３０における溶接ワイヤ７の送り速度を制御する機能も有する。このように、アーク溶接電源装置１２は、制御装置としての機能も有する。

【0019】

ウィービング機構８は、第２溶接トーチ２０をウィービング動作させる機構である。ウィービング機構８は、ウィービング駆動装置９により駆動され、第２溶接トーチ２０をウィービング動作させる。ウィービング駆動装置９は、ステッピングモータよりなる駆動源、および、駆動源の駆動回路を含む。プラズマ溶接電源装置１１は、ウィービング駆動装置９の駆動回路に制御信号を送る。ウィービング機構８は、ウィービング駆動装置９におけるステッピング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が用いられる。なお、ウィービング機構８は、ラックアンドピニオン機構など、テッピングモータの回転運動を直線運動に変換する機構であれば、その他の構成を用いてもよい。また、ウィービング駆動装置９は、駆動源として、ステッピングモータ以外のモータを用いてもよい。

【0020】

第２溶接トーチ２０は、溶接の進行方向に対して交差する方向にウィービング動作をさせられる。ウィービング駆動装置９では、プラズマ溶接電源装置１１から供給される制御信号によりステッピングモータが制御される。ウィービング機構８では、ウィービング駆動装置９におけるステッピングモータの回転運動が滑り子クランク機構により直線運動に変換されることにより、第２溶接トーチ２０を溶接方向に交差する方向にウィービングさせる。このようなウィービング機構８とウィービング駆動装置９とによりウィービング装置１０が構成される。

【0021】

プラズマアークハイブリッド溶接装置１では、溶接をする場合に、矢印で示されるような溶接の進行方向に溶接トーチユニットＷＴが移動させられる。このように溶接が行なわれる場合は、溶接対象となる母材４においてウィービング装置１０によりウィービング動作される第２溶接トーチ２０を用いたプラズマ溶接により溶接された溶接領域を、第１溶接トーチ３０を用いた消耗電極式アーク溶接によりさらに溶接するように溶接が進行させられる。

【0022】

言い換えると、プラズマアークハイブリッド溶接装置１により溶接が行なわれる場合は、母材４における溶接領域に対して、先にウィービング装置１０によりウィービング動作される第２溶接トーチ２０を用いたプラズマアークによる溶接が行なわれ、その後に第１溶接トーチ３０を用いた消耗電極式アーク溶接による溶接が続いて行なわれる。

【0023】

図２は、実施の形態１のプラズマアークハイブリッド溶接装置１における第２溶接トーチ２０のウィービング動作の状態を示す母材４の平面図である。

【0024】

図２を参照して、第２溶接トーチ２０のウィービング動作の動作イメージが、動作パターン２１により示されている。動作パターン２１では、ウィービング動作の進行方向が矢印で示される。プラズマアークハイブリッド溶接装置１が母材４を接合する溶接をする場合の接合領域である溶接領域２２において、第２溶接トーチ２０のウィービング動作の幅Ｗ１は、溶接領域２２における接合幅Ｗ２に対して０．５倍（１／２×Ｗ２）以上となるように設定される。

【0025】

ウィービング装置１０では、プラズマアークハイブリッド溶接装置１で溶接が行なわれる場合に、ウィービング装置１０において、ウィービング駆動装置９がウィービング機構８を駆動することにより、前述のように設定された幅Ｗ１で第２溶接トーチ２０がウィービング動作をさせられる。第２溶接トーチ２０のウィービング動作は、一定周期で実行される。第２溶接トーチ２０のウィービング動作の周期は、プラズマ溶接電源装置１１により制御される。

【0026】

図３は、実施の形態１のプラズマアークハイブリッド溶接装置１による溶接の接合幅方向の入熱量の分布を示す図である。図３（ａ）は、第２溶接トーチ２０からのプラズマアークによるプラズマ溶接の入熱量の分布を示す。図３（ｂ）は、第１溶接トーチ３０からのアークによる消耗電極式アーク溶接の入熱量の分布を示す。図３（ｃ）は、第２溶接トーチ２０からのプラズマアークによる入熱量と第１溶接トーチ３０からのアークによる入熱量との和の分布を示す。すなわち、図３（ｃ）は、第２溶接トーチ２０からのプラズマアークによるプラズマ溶接と、第１溶接トーチ３０からのアークによる消耗電極式アーク溶接とのトータルの入熱量の分布を示している。各図において、縦軸は、入熱量Ｑを示し、Ｙ軸方向は、溶接の接合幅方向を示す。入熱量Ｑは、幅方向の各点において、溶接開始から終了までのトータルの入熱量（Ｊ）である。

【0027】

第２溶接トーチ２０からのプラズマアークによる入熱量の分布は、図３（ａ）に示されるように、幅方向の中央Ｃにおける入熱量が少なく、両端部へ向かうにつれて入熱量が多くなるプロファイルである。

【0028】

第１溶接トーチ３０からのアークによる入熱量の分布は、図３（ｂ）に示されるように、幅方向の中央Ｃにおける入熱量が多く、両端部へ向かうにつれて入熱量が少なくなるプロファイルとなる。したがって、第２溶接トーチ２０からのプラズマアークによる入熱量と第１溶接トーチ３０からのアークによる入熱量との和の熱分布は、図３（ｃ）に示されるように、幅方向において略均一となっている。

【0029】

プラズマアークハイブリッド溶接装置１では、図３（ｂ）のような第１溶接トーチ３０からのアークによる入熱量のプロファイルを考慮して、図３（ａ）のような第２溶接トーチ２０からのプラズマアークによる入熱量と図３（ｂ）のような第１溶接トーチ３０からのアークによる入熱量との和の熱分布のプロファイルが図３（ｃ）のように幅方向において略均一となるように、第２溶接トーチ２０からのプラズマアークのウィービングパターンが決定し、その入熱量のプロファイルが決定される。そして、その第２溶接トーチ２０からのプラズマアークによる入熱量のプロファイルに基づいて、第２溶接トーチ２０からのプラズマアークの出力制御がプラズマ溶接電源装置１１により行なわれる。

【0030】

第２溶接トーチ２０からのプラズマアークの出力制御は、プラズマ溶接電源装置１１により、例えば次のように行なわれる。プラズマ溶接電源装置１１においては、第２溶接トーチ２０のウィービング動作の動作パターンから、第２溶接トーチ２０の現在のウィービング動作位置を確認し、確認したウィービング動作位置に応じて、前述のように決定されたプラズマアークによる入熱量のプロファイルに対応する入熱量となるように、プラズマアークの出力を制御する。

【0031】

溶接領域への入熱量および各溶接プロセスの熱分布によって溶接領域の機械的特性が決まることから、前述のように第２溶接トーチ２０からのプラズマアークによる入熱量と第１溶接トーチ３０からのアークによる入熱量との和を調整することにより、溶接領域において所望の機械的特性を得ることができる。そして、第２溶接トーチ２０からのプラズマアークによる入熱量と第１溶接トーチ３０からのアークによる入熱量との和を幅方向において均一化することにより、生成される金属間化合物が一部に集中することのない、品質の高い溶接ビードを形成することができる。

【0032】

なお、特に異材接合の溶接（たとえば、アルミニウム合金板と溶融亜鉛メッキ鋼板との溶接等）においては、金属間化合物の生成量およびその分布を制御する上で、溶融金属の量およびその分布を制御する必要がある。実施の形態１では、第２溶接トーチ２０からのプラズマアークによる入熱量のプロファイルを調整することにより、主に母材の溶融を調整することができ、溶接のビード幅と、溶融池の深さ（溶込深さ）およびその分布とを調整することができる。また、第１溶接トーチ３０の出力をアーク溶接電源装置１２によって調整することにより、主に溶接ワイヤ７の溶融を調整することができ、溶融金属の量を調整することができる。

【0033】

次に、プラズマ溶接電源装置１１により実行される第２溶接トーチ２０の出力制御に関する制御処理の一例を説明する。図４は、消耗電極式アーク溶接による入熱量の分布のプロファイルに応じた第２溶接トーチ２０の出力制御の処理手順を示すフローチャートである。

【0034】

プラズマ溶接電源装置１１では、消耗電極式アーク溶接による入熱量の分布のプロファイルに応じた第２溶接トーチ２０の出力制御をする場合に、マイクロコンピュータが以下のような処理を実行する。

【0035】

ステップＳ１では、現在の状態が溶接動作の開始後の状態であるか否かを確認する。ステップＳ１で溶接動作の開始後の状態ではない場合、すなわち、溶接動作の開始前の状態であると判定された場合は、ステップＳ２において、図３（ｂ）のような消耗電極式アーク溶接の入熱量の熱分布のプロファイルのデータを取得する。ステップＳ１で取得するプロファイルのデータは、プラズマ溶接電源装置１１が備えるメモリに予め記憶されている。

【0036】

ステップＳ３では、図３（ｂ）のような消耗電極式アーク溶接の入熱量の熱分布のプロファイルから、第２溶接トーチ２０からのプラズマアークによる入熱量と第１溶接トーチ３０からのアークによる入熱量との和を幅方向において均一化できる図３（ａ）のようなプラズマ溶接の入熱量の熱分布のプロファイルを決定する。ステップＳ３では、決定されたプロファイルのデータが、プラズマ溶接電源装置１１が備えるメモリに記憶される。

【0037】

プラズマ溶接電源装置１１のマイクロコンピュータにおいては、プラズマ溶接電源装置１１が通電するプラズマ溶接電流とプラズマアークによる入熱量との関係を示す溶接電流と入熱量との関係データがメモリに記憶されている。

【0038】

ステップＳ４では、ステップＳ３で決定されたプラズマ溶接の入熱量の熱分布のプロファイルのデータと、メモリに記憶されている溶接電流と入熱量との関係を示すデータとに基づいて、ステップＳ３で決定されたプラズマ溶接の入熱量の熱分布のプロファイルを実現することが可能となるウィービング動作位置と溶接電流値との相関関係を示す溶接電流テーブルのデータを作成する。ステップＳ４では、作成された溶接電流テーブルのデータが、プラズマ溶接電源装置１１が備えるメモリに記憶される。

【0039】

その後、現在の状態が、前述のステップＳ１で溶接動作の開始後の状態、すなわち、溶接動作の実行中の状態であると判定された場合は、ステップＳ５において、プラズマ溶接における第２溶接トーチ２０の現在のウィービング動作位置のデータを取得する。ステップＳ５では、プラズマアークハイブリッド溶接装置１の溶接動作の実行時において、プラズマ溶接電源装置１１からウィービング駆動装置９に送るステッピングモータの制御信号（パルス信号数）をモニタリングすることに基づいて、ステッピングモータの現在の回転角度を認識し、現在の回転角度に対応する現在のウィービング動作位置のデータを取得する。なお、第２溶接トーチ２０の現在のウィービング動作位置は、イメージセンサなどの第２溶接トーチ２０の位置を検出可能なセンサを設け、そのようなセンサにより現在のウィービング動作位置を検出することにより取得してもよい。

【0040】

ステップＳ６では、ステップＳ４で作成された溶接電流テーブルのデータから、ステップＳ５で取得した現在のウィービング動作位置のデータに対応する溶接電流を決定する。これにより、現在のウィービング動作位置に対応して、Ｓ３で決定されたプラズマ溶接の入熱量の熱分布のプロファイルを実現する溶接電流が決定される。

【0041】

ステップＳ７では、プラズマ溶接の溶接電流値を、ステップＳ６で決定された溶接電流値に制御する。これにより、第２溶接トーチ２０からのプラズマアークによる入熱量が図３（ａ）のような熱分布のプロファイルとなるように、プラズマ溶接電源装置１１によりプラズマ溶接が制御される。

【0042】

なお、前述したステップＳ２～ステップＳ４の処理は、プラズマアークハイブリッド溶接装置１の電源投入後において溶接動作の開始前に実行される例を示した。しかし、前述したステップＳ２～ステップＳ４の処理は、プラズマ溶接電源装置１１のマイクロコンピュータとは別のコンピュータにより事前に実行してもよい。その場合には、ステップＳ３で決定されるプラズマ溶接の入熱量の熱分布のプロファイルのデータ、および、ステップＳ４で作成される溶接電流テーブルのデータをプラズマ溶接電源装置１１のメモリとは異なる記憶媒体に記憶しておき、その記憶媒体からプラズマ溶接電源装置１１のメモリにデータを転送することにより、プラズマ溶接電源装置１１のメモリがこれらのデータを記憶するようにしてもよい。

【0043】

前述したステップＳ１～ステップＳ７の処理が実行されることにより、第２溶接トーチ２０からのプラズマアークによる入熱量が図３（ａ）のような熱分布のプロファイルとなるように、プラズマ溶接電源装置１１によりプラズマ溶接を制御することができる。

【0044】

以上説明した実施の形態１のプラズマアークハイブリッド溶接装置１によれば、図１に示すように、プラズマ溶接に用いる第２溶接トーチ２０が、消耗電極式アーク溶接に用いる第１溶接トーチ３０から溶接の進行方向に離隔して設けられる。そして、溶接対象となる母材４においてウィービング装置１０によりウィービング動作される第２溶接トーチ２０を用いたプラズマ溶接で溶接された溶接領域２２を、第１溶接トーチ３０を用いた消耗電極式アーク溶接でさらに溶接するように溶接を進行させることにより、ウィービング動作が制限されなくなるので、プラズマ溶接の溶接領域の接合幅の広さを拡大することができる。

【0045】

また、図２に示すように、第２溶接トーチ２０のウィービング動作の幅Ｗ１は、溶接領域２２における接合幅Ｗ２に対して０．５倍（Ｗ２×１／２）以上となるように設定される。これにより、第２溶接トーチ２０のウィービング動作の幅Ｗ１を適切な幅にして、溶接領域２２の溶着強度を高めることができる。

【0046】

また、図３（ａ）に示すように、消耗電極式アーク溶接による溶接領域２２の幅方向における入熱量の分布のプロファイルは、溶接領域２２の幅方向において中央部から両端部に向かって入熱量が減少するプロファイルである。そのようなプロファイルに応じて、図４のステップＳ５～ステップＳ７では、溶接領域２２の幅方向において中央部から両端部に向かって入熱量が増加する分布となるように、プラズマ溶接における溶接電流を制御するので、第２溶接トーチ２０からのプラズマアークによる入熱量と第１溶接トーチ３０からのアークによる入熱量との和を幅方向において均一化することが可能となるため、生成される金属間化合物が一部に集中することのない、品質の高い溶接ビードを形成することができる。

【0047】

［実施の形態２］
実施の形態２では、実施の形態１に示したプラズマアークハイブリッド溶接装置１の消耗電極式アーク溶接において、短絡移行溶接を行なう例を説明する。実施の形態１では、短絡移行溶接をしない例が示されている。短絡移行溶接は、溶接ワイヤ７が溶接中アークなどの熱によって溶融金属がたまった溶融池に接触するたびに、溶融金属が母材へ移行するアーク溶接である。短絡移行溶接は、例えば溶接電流値の設定を標準的な溶接電流値よりも低くしてアーク長を短くすることにより行なうことができる。

【0048】

実施の形態２における短絡移行溶接は、実施の形態１に示した図１～図４と同様の構成により、実現することができる。このように、実施の形態１に示した構成のプラズマアークハイブリッド溶接装置１の消耗電極式アーク溶接において、アーク溶接電源装置１２により溶接電流を制御して短絡移行溶接を行えば、次のような技術的効果を得ることができる。

【0049】

プラズマアークハイブリッド溶接装置１におけるプラズマ溶接は、ウィービング動作が行なわれるので、ウィービング動作中にプラズマ溶接および消耗電極式アーク溶接において極間距離が変化する。極間距離が変化すると、プラズマ溶接および消耗電極式アーク溶接において、働く電磁力が変化することにより、発生するアークが不安定になりやすいという問題が生じる。

【0050】

実施の形態２では、消耗電極式アーク溶接においてアーク長が短い短絡移行溶接を行なうことにより、消耗電極式アーク溶接におけるアークを安定化することができる。

【0051】

実施の形態２による消耗電極式アーク溶接において短絡移行溶接を行なう構成では、次のような溶接結果が得られた。

【0052】

厚さ１．６ｍｍの亜鉛めっき鋼板と厚さ２．０ｍｍのアルミとの重ね隅肉継手において、先行溶接として実行するプラズマ溶接の条件を、ウィービング幅５．０ｍｍ、ウィービング周波数１０Ｈｚ、溶接電流１００Ａとし、後行溶接として短絡移行溶接を実行する消耗電極式アーク溶接の条件を、溶接電流１００Ａ、溶接速度１．０ｍ／分とした溶接を行なった。その溶接結果としては、溶接の進行方向の接合幅を５．０ｍｍ確保しつつ、母材の溶融が表面のみに抑えられ、金属間化合物の生成が抑制された。これにより、割れのない接合をすることが可能であった。一方、プラズマ溶接においてウィービングを行なわずに溶接を行った場合には、溶融幅が狭くなり、オーバーラップを生じるとともに、母材が溶融し、母材に割れが発生した。

【0053】

以上説明したように、実施の形態１，２のプラズマアークハイブリッド溶接装置１によれば、プラズマ溶接に用いられる第２溶接トーチ２０と、消耗電極式アークプラズマ溶接に用いられる第１溶接トーチ３０とが溶接の進行方法に離隔して設けられ、溶接ウィービング動作を行なうプラズマ溶接が先行溶接として実行され、消耗電極式アーク溶接が後行溶接として実行されることより、ウィービング動作が制限されなくなるので、プラズマ溶接の溶接領域の接合幅の広さを拡大することができる。

【0054】

なお、実施の形態１，２では、消耗電極式アーク溶接において、第１溶接トーチ３０についてウィービング動作をさせない例を示した。しかし、これに限らず、第１溶接トーチ３０についは、ウィービング動作をさせてもよい。

【0055】

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0056】

１ プラズマアークハイブリッド溶接装置、３０ 第１溶接トーチ、２０ 第２溶接トーチ、１０ ウィービング装置。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】