特開 2023-180287 送給制御アーク溶接方法

(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】P2023180287

(43)【公開日】2023-12-21

(54)【発明の名称】送給制御アーク溶接方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 9/095 20060101AFI20231214BHJP

   B23K 9/12 20060101ALI20231214BHJP

【ＦＩ】

B23K9/095 515Z

B23K9/12 305

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022093436

(22)【出願日】2022-06-09

(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

(72)【発明者】

【氏名】中俣 利昭

(57)【要約】

【課題】グロビュール移行又はスプレー移行での消耗電極アーク溶接において、アーク長を短く設定しても、長期短絡の発生を抑制して良好な溶接品質を得ること。
【解決手段】溶接ワイヤを送給し、グロビュール移行又はスプレー移行で溶滴移行させて溶接する送給制御アーク溶接方法において、溶接電圧Ｖｗを周期的に変動させて溶滴移行を行わせ、溶接電圧Ｖｗの変動に同期して正逆送給Ｆｗを行う。
【選択図】 図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

溶接ワイヤを送給し、グロビュール移行又はスプレー移行で溶滴移行させて溶接する送給制御アーク溶接方法において、
前記溶滴移行に同期して前記溶接ワイヤの正逆送給を行う、
ことを特徴とする送給制御アーク溶接方法。

【請求項2】

前記同期は、前記溶滴移行の周期を検出し、前記正逆送給の周期を前記溶滴移行の周期の検出した値に設定することによって行う、
ことを特徴とする請求項１に記載の送給制御アーク溶接方法。

【請求項3】

溶接電圧を周期的に変動させて前記溶滴移行を行わせ、
前記同期は、前記溶接電圧の変動に基づいて前記正逆送給を行うことによって行う、
ことを特徴とする請求項１に記載の送給制御アーク溶接方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、溶接ワイヤを送給し、グロビュール移行又はスプレー移行で溶滴移行させて溶接する送給制御アーク溶接方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

消耗電極アーク溶接において、溶接電流値が１５０～２００Ａ以上の中・大電流域では、溶滴移行はグロビュール移行又はスプレー移行となる。グロビュール移行又はスプレー移行の消耗電極アーク溶接では、溶滴は母材に短絡することなく移行することになる。しかし、溶滴移行時に全く短絡が発生しないような長いアーク長で溶接を行うと、アンダーカット、シールド不良等が発生し溶接不良となることが多い。このために、グロビュール移行又はスプレー移行での消耗電極アーク溶接においては、溶接不良を回避するために、溶滴移行に伴って微小短絡が発生する短いアーク長に設定するのが一般的である。この溶滴移行に伴う短絡が、1ms以下の微小短絡であるときは溶接品質にはさほど悪影響はない。しかし、１msを超える長期短絡が多数回発生するようになると溶接品質が悪くなる。

【0003】

特許文献１の発明では、グロビュール移行又はスプレー移行での消耗電極アーク溶接において、溶接電圧を１００Ｈｚ以上６００Ｈｚ以下の周波数で周期的に変動させている。このようにすると、溶接電圧の変動に同期して溶滴移行が行われるようになり、長期短絡の発生を抑制することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００７－２２９７７５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

溶接速度が１m/min以上となる高速溶接、突き出し長さが２０mm以上となる狭開先溶接等では、溶接品質を良好にするために、アーク長を一段と短く設定する必要がある。、このような場合において、溶接電圧を変動させる従来技術を適用しても、長期短絡の発生を十分に抑制することができないという問題がある。

【0006】

そこで、本発明では、グロビュール移行又はスプレー移行での消耗電極アーク溶接において、アーク長を短く設定しても、長期短絡の発生を抑制して良好な溶接品質を得ることができる送給制御アーク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】

【0007】

上述した課題を解決するために、請求項１の発明は、
溶接ワイヤを送給し、グロビュール移行又はスプレー移行で溶滴移行させて溶接する送給制御アーク溶接方法において、
前記溶滴移行に同期して前記溶接ワイヤの正逆送給を行う、
ことを特徴とする送給制御アーク溶接方法である。

【0008】

請求項２の発明は、
前記同期は、前記溶滴移行の周期を検出し、前記正逆送給の周期を前記溶滴移行の周期の検出した値に設定することによって行う、
ことを特徴とする請求項１に記載の送給制御アーク溶接方法である。

【0009】

請求項３の発明は、
溶接電圧を周期的に変動させて前記溶滴移行を行わせ、
前記同期は、前記溶接電圧の変動に基づいて前記正逆送給を行うことによって行う、
ことを特徴とする請求項１に記載の送給制御アーク溶接方法である。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、グロビュール移行又はスプレー移行での消耗電極アーク溶接において、アーク長を短く設定しても、長期短絡の発生を抑制して良好な溶接品質を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の実施の形態１に係る送給制御アーク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１に係る送給制御アーク溶接方法を示す図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。

【図3】本発明の実施の形態２に係る送給制御アーク溶接方法を実施するための溶接装置の構成図である。

【図4】本発明の実施の形態２に係る送給制御アーク溶接方法を示す図３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】

【0012】

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。

【0013】

［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１に係る送給制御アーク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。

【0014】

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、後述する溶接電圧設定信号Ｖｒに基づい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。溶接電源ＰＳは、消耗電極アーク溶接を行うために、溶接電圧Ｖｗが溶接電圧設定信号Ｖｒと等しくなるように定電圧制御される。

【0015】

溶接電圧設定回路ＶＲは、予め定めた溶接電圧設定信号Ｖｒを出力する。

【0016】

溶接電圧検出回路ＶＤは、上記の溶接電圧Ｖｗを検出して、溶接電圧検出信号Ｖｄを出力する。

【0017】

溶滴移行周期検出回路ＴＭＤは、上記の溶接電圧検出信号Ｖｄを入力として、溶接電圧検出信号Ｖｄが急減することによって溶滴移行を判別し、この判別に基づいて単位時間当たりの溶滴移行の周期を検出して、溶滴移行周期検出信号Ｔmdを出力する。単位時間は、例えば１秒である。

【0018】

正逆送給周期設定回路ＴＦＲは、上記の溶滴移行周期検出信号Ｔmdを入力として、この値を正逆送給周期設定信号Ｔfrとして出力する。

【0019】

逆送比率設定回路ＤＲは、正逆送給の周期に占める逆送期間の比率を設定するための逆送比率設定信号Ｄｒを出力する。逆送比率設定信号Ｄｒは、例えば１０％に設定される。

【0020】

送給速度設定回路ＦＲは、上記の正逆送給周期設定信号Ｔfr及び上記の逆送比率設定信号Ｄｒを入力として、両入力信号から正送期間と逆送期間とを算出し、正送期間中は予め定めた正の値の正送送給速度となり、逆送期間中は予め定めた負の値の逆送送給速度となる、送給速度設定信号Ｆｒを出力する。正送期間＝Ｔfr×（（１００－Ｄｒ）／１００）であり、逆送期間＝Ｔfr×（Ｄｒ／１００）である。例えば、Ｔfr＝１０ms、Ｄｒ＝１０％のときは、正送期間＝９msとなり、逆送期間＝１msとなる。

【0021】

送給機ＷＦは、上記の送給速度設定信号Ｆｒを入力として、この値に相当する送給速度Ｆｗで溶接ワイヤ１を正逆送給する。

【0022】

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。

【0023】

ロボットＲＭは、上記の溶接トーチＷＴを搭載しており、後述する動作制御信号Ｍｃに従って移動する。

【0024】

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、上記のロボットＲＭを溶接線にそって移動させるための動作制御信号Ｍｃを出力する。

【0025】

図２は、本発明の実施の形態１に係る送給制御アーク溶接方法を示す図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）は溶接電圧設定信号Ｖｒの時間変化を示し、同図（Ｂ）は溶接電圧Ｖｗの時間変化を示し、同図（Ｃ）は送給速度Ｆｗ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。

【0026】

同図は、中・大電流域において、溶滴移行がグロビュール移行又はスプレー移行となる場合である。同図（Ａ）に示すように、溶接電圧設定信号Ｖｒは溶接電源ＰＳの定電圧制御の目標値を設定する信号であり、一定値の波形となっている。同図は、高速溶接、狭開先溶接等の場合であり、アーク長が通常よりも短くなるように、溶接電圧設定信号Ｖｒを設定している。同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは、時刻ｔ１、時刻ｔ２及び時刻ｔ３において、短時間の間電圧値が急減している。これは、グロビュール移行又はスプレー移行によって溶滴が移行するときに、ワイヤ先端部が溶融して柔らかくなり、伸びた状態になり、瞬時的にアーク長が非常に短くなるためである。したがって、溶接電圧Ｖｗの急減によって溶滴移行を判別することができる。図１の溶滴移行周期検出回路ＴＭＤは、溶接電圧Ｖｗが急減することによって溶滴移行を判別し、この判別に基づいて単位時間当たりの溶滴移行の周期を検出している。溶滴移行の周期は、溶接ワイヤの材質、溶接電流値等の溶接条件によって変化するが、５～２０ms程度となる。

【0027】

図１の正逆送給周期設定回路ＴＦＲによって、正逆送給の周期が、上記の溶滴移行の周期と同じ値に設定される。さらに、図１の送給速度設定回路ＦＲによって、正逆送給周期の設定値及び逆送比率の設定値から、正送期間及び逆送期間が算出され、正送期間中は予め定めた正送送給速度となり、逆送期間中は予め定めた逆送送給速度となるように送給速度Ｆｗが設定される。この結果、同図（Ｃ）に示すように、送給速度Ｆｗは、時刻ｔ１、時刻ｔ２及び時刻ｔ３の短い逆送期間中は負の値の予め定めた逆送送給速度となり、溶接ワイヤは母材から後退する方向に逆送される。それ以外の正送期間中は予め定めた正送送給速度となり、溶接ワイヤは前進方向に正送される。このように、溶滴移行のタイミングと正逆送給のタイミングとが同期するのは、正逆送給の周期を溶滴移行の周期と同じ値に設定しているためである。そして、溶滴移行時に溶接ワイヤが短時間逆送されるので、溶接ワイヤと母材との長期短絡の発生を抑制することができる。例えば、正送期間は９msであり、逆送期間は１msであり、正送送給速度は１０m/minであり、逆送送給速度は－１５m/minである。

【0028】

以下、実施の形態１に係る送給制御アーク溶接方法の作用効果について説明する。
本実施の形態１によれば、溶接ワイヤを送給し、グロビュール移行又はスプレー移行で溶滴移行させて溶接する送給制御アーク溶接方法において、溶滴移行に同期して溶接ワイヤの正逆送給を行う。同期は、溶滴移行の周期を検出し、正逆送給の周期を溶滴移行の周期の検出した値に設定することによって行う。このようにすると、溶滴移行時に溶接ワイヤを短時間逆送するので、溶接ワイヤと母材との長期短絡の発生を抑制することができる。この結果、本実施の形態１では、グロビュール移行又はスプレー移行での消耗電極アーク溶接において、アーク長を短く設定しても、長期短絡の発生を抑制して良好な溶接品質を得ることができる。

【0029】

［実施の形態２］
実施の形態２では、溶接電圧を周期的に変動させる点が実施の形態１とは異なっている。

【0030】

図３は、本発明の実施の形態２に係る送給制御アーク溶接方法を実施するための溶接装置の構成図である。同図において、図１と同一の構成物については説明を繰り返さない。同図は、図１の溶滴移行周期検出回路ＴＭＤを削除し、図１に電圧変動周期設定回路ＴＶＲを追加し、図１の溶接電圧設定回路ＶＲを第２溶接電圧設定回路ＶＲ２に置換し、図１の正逆送給周期設定回路ＴＦＲを第２正逆送給周期設定回路ＴＦＲ２に置換したものである。以下、同図を参照して、これらの異なる構成物について説明する。

【0031】

電圧変動周期設定回路ＴＶＲは、予め定めた電圧変動周期設定信号Ｔvrを出力する。電圧変動周期設定信号Ｔvrは、溶接ワイヤの材質、溶接電流値等の溶接条件に応じて５～２０ms程度の範囲で設定される。

【0032】

第２溶接電圧設定回路ＶＲ２は、上記の電圧変動周期設定信号Ｔvrを入力として、電圧変動周期設定信号Ｔvrの値及び予め定めた電圧振幅で周期的に変動する溶接電圧設定信号Ｖｒを出力する。電圧振幅は３～６Ｖ程度に設定される。

【0033】

第２正逆送給周期設定回路ＴＦＲ２は、上記の電圧変動周期設定信号Ｔvrを入力として、この値を正逆送給周期設定信号Ｔfrとして出力する。

【0034】

図４は、本発明の実施の形態２に係る送給制御アーク溶接方法を示す図３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）は溶接電圧設定信号Ｖｒの時間変化を示し、同図（Ｂ）は溶接電圧Ｖｗの時間変化を示し、同図（Ｃ）は送給速度Ｆｗの時間変化を示す。同図において、図２と同一の事項についての説明は繰り返さない。以下、同図を参照して、図２とは異なる点について説明する。

【0035】

同図（Ａ）に示すように、溶接電圧設定信号Ｖｒは、時刻ｔ１～ｔ２の期間中は高電圧設定値となり、時刻ｔ２～ｔ３の期間中は低電圧設定値となっている。時刻ｔ１～ｔ３が電圧変動周期となり、図３の電圧変動周期設定信号Ｔvrによって設定される。上記の高電圧設定値と低電圧設定値との差分値が電圧振幅となる。同図は、高速溶接、狭開先溶接等の場合であり、アーク長が通常よりも短くなるように、溶接電圧設定信号Ｖｒの平均値を設定している。

【0036】

同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは、時刻ｔ１～ｔ２の期間中は高電圧値となり、時刻ｔ２～ｔ３の期間中は低電圧値となる。さらに、溶接電圧Ｖｗは、高電圧値から低電圧値へと変化する時刻ｔ２の近傍において、短時間の間電圧値が急減している。これは、グロビュール移行又はスプレー移行によって溶滴が移行するときに、ワイヤ先端部が溶融して柔らかくなり、伸びた状態になり、瞬時にアーク長が非常に短くなるためである。このように、溶接電圧を周期的に変動させると、溶滴移行が電圧変動に同期して発生するようになる。

【0037】

図３の第２正逆送給周期設定回路ＴＦＲ２によって、正逆送給の周期が、上記の電圧変動の周期と同じ値に設定される。さらに、図３の送給速度設定回路ＦＲによって、正逆送給周期の設定値及び逆送比率の設定値から、正送期間及び逆送期間が算出され、正送期間中は予め定めた正送送給速度となり、逆送期間中は予め定めた逆送送給速度となるように送給速度Ｆｗが設定される。この結果、同図（Ｃ）に示すように、送給速度Ｆｗは、時刻ｔ２から短い逆送期間中は負の値の予め定めた逆送送給速度となり、溶接ワイヤは母材から後退する方向に逆送される。それ以外の正送期間中は予め定めた正送送給速度となり、溶接ワイヤは前進方向に正送される。このように、溶滴移行のタイミングと正逆送給のタイミングとが同期するのは、正逆送給の周期を電圧変動の周期と同じ値に設定しているためである。そして、溶滴移行時に溶接ワイヤが短時間逆送されるので、溶接ワイヤと母材との長期短絡の発生を抑制することができる
実施の形態２に係る送給制御アーク溶接方法によれば、溶接電圧を周期的に変動させて溶滴移行を行わせ、同期は、溶接電圧の変動に基づいて正逆送給を行うことによって行う。溶接電圧を周期的に変動させることによって溶滴移行の周期のばらつきを少なくすることができる。このために、溶滴移行のタイミングと溶接ワイヤを逆送するタイミングをより確実に一致させることができる。この結果、長期短絡の発生をより確実に抑制して、良好な溶接品質を得ることができる。

【符号の説明】

【0038】

１ 溶接ワイヤ
２ 母材
３ アーク
ＤＲ 逆送比率設定回路
Ｄｒ 逆送比率設定信号
ＦＲ 送給速度設定回路
Ｆｒ 送給速度設定信号
Ｆｗ 送給速度
Ｉｗ 溶接電流
ＰＳ 溶接電源
ＲＣ ロボット制御装置
ＲＭ ロボット
ＴＦＲ 正逆送給周期設定回路
Ｔfr 正逆送給周期設定信号
ＴＦＲ２ 第２正逆送給周期設定回路
ＴＭＤ 溶滴移行周期検出回路
Ｔmd 溶滴移行周期検出信号
ＴＶＲ 電圧変動周期設定回路
Ｔvr 電圧変動周期設定信号
ＶＤ 溶接電圧検出回路
Ｖｄ 溶接電圧検出信号
ＶＲ 溶接電圧設定回路
Ｖｒ 溶接電圧設定信号
ＶＲ２ 第２溶接電圧設定回路
Ｖｗ 溶接電圧
ＷＦ 送給機
ＷＴ 溶接トーチ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】