特開 2024-99106 回転アーク溶接方法

(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】P2024099106

(43)【公開日】2024-07-25

(54)【発明の名称】回転アーク溶接方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 9/022 20060101AFI20240718BHJP

   B23K 9/12 20060101ALI20240718BHJP

【ＦＩ】

B23K9/022 Z

B23K9/12 305

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023002806

(22)【出願日】2023-01-12

(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）】

4E081

【Ｆターム（参考）】

4E081AA13

4E081BB15

4E081CA07

4E081DA53

4E081DA66

(57)【要約】

【課題】正逆送給アーク溶接と回転アーク溶接とを組み合わせて溶接する場合において、溶接状態を安定化すること。
【解決手段】アーク期間中は溶接ワイヤ１を正送し、短絡期間中は溶接ワイヤ１を逆送する正逆送給を行い、アーク３を円弧状に回転させながら溶接する回転アーク溶接方法において、回転の周波数Ｒｆｒに応じて正逆送給の周波数Ｆｆｒを設定する。回転の周波数Ｒｆｒが大きくなるほど正逆送給の周波数Ｆｆｒが大きくなるように設定する。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

アーク期間中は溶接ワイヤを正送し短絡期間中は前記溶接ワイヤを逆送する正逆送給を行い、
アークを円弧状に回転させながら溶接する回転アーク溶接方法において、
前記回転の周波数に応じて前記正逆送給の周波数を設定する、
ことを特徴とする回転アーク溶接方法。

【請求項2】

前記回転の周波数が大きくなるほど前記正逆送給の周波数が大きくなるように設定する、
ことを特徴とする請求項１に記載の回転アーク溶接方法。

【請求項3】

溶接速度に応じて前記回転の周波数を設定する、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の回転アーク溶接方法。

【請求項4】

前記溶接速度が速くなるほど前記回転の周波数が大きくなるように設定する、
ことを特徴とする請求項３に記載の回転アーク溶接方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、アーク期間中は溶接ワイヤを正送し短絡期間中は溶接ワイヤを逆送する正逆送給を行い、アークを円弧状に回転させて溶接する回転アーク溶接方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

一般的な消耗電極式アーク溶接では、消耗電極である溶接ワイヤを一定速度で送給し、溶接ワイヤと母材との間にアークを発生させて溶接が行なわれる。消耗電極式アーク溶接では、溶接ワイヤと母材とが短絡期間とアーク期間とを交互に繰り返す溶接状態になることが多い。

【0003】

溶接品質をさらに向上させるために、溶接ワイヤをアーク期間中は正送し短絡期間中は逆送する正逆送給アーク溶接が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この正逆送給アーク溶接では、一定の送給速度の従来技術に比べて、短絡とアークとの繰り返しの周期を安定化することができるので、スパッタ発生量の削減、ビード外観の改善等の溶接品質の向上を図ることができる。

【0004】

また、給電チップを回転運動させることによって溶接ワイヤ及びアークを円弧状に回転させて溶接する回転アーク溶接方法が知られている（特許文献２参照）。回転アーク溶接方法は、溶接トーチを左右にウィービングさせて溶接する場合に比べて、アークを常に一定の速度で円弧状に移動させることができ、かつ、その移動速度も高速にすることができる。回転アーク溶接方法では、ビード幅を広げることができるので、高速溶接及びギャップを有するワークの溶接に対して溶接性能を向上させることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１８－１２７０号公報

【特許文献2】特公平４－８１４８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

正逆送給アーク溶接と回転アーク溶接とを組み合わせて溶接を行うと、２m/minを超える高速溶接が可能となる。しかし、この場合において、正逆送給の周期及び回転の速度が適正値でないと、溶接状態は不安定になる。

【0007】

そこで、本発明では、正逆送給アーク溶接と回転アーク溶接とを組み合わせて溶接する場合において、溶接状態を安定化することができる回転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】

【0008】

上述した課題を解決するために、請求項１の発明は、
アーク期間中は溶接ワイヤを正送し短絡期間中は前記溶接ワイヤを逆送する正逆送給を行い、
アークを円弧状に回転させながら溶接する回転アーク溶接方法において、
前記回転の周波数に応じて前記正逆送給の周波数を設定する、
ことを特徴とする回転アーク溶接方法である。

【0009】

請求項２の発明は、
前記回転の周波数が大きくなるほど前記正逆送給の周波数が大きくなるように設定する、
ことを特徴とする請求項１に記載の回転アーク溶接方法である。

【0010】

請求項３の発明は、
溶接速度に応じて前記回転の周波数を設定する、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の回転アーク溶接方法である。

【0011】

請求項４の発明は、
前記溶接速度が速くなるほど前記回転の周波数が大きくなるように設定する、
ことを特徴とする請求項３に記載の回転アーク溶接方法である。

【発明の効果】

【0012】

本発明に係る回転アーク溶接方法によれば、正逆送給アーク溶接と回転アーク溶接とを組み合わせて溶接する場合において、溶接状態を安定化することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の実施の形態に係る回転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に係る回転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。

【発明を実施するための形態】

【0014】

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。

【0015】

図１は、本発明の実施の形態に係る回転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。

【0016】

破線で囲まれた溶接トーチＷＴは、主にノズル５、給電チップ４、溶接ワイヤ１及び回転機構８を備えている。

【0017】

ノズル５の内側には、ガスボンベＧＢ及びガス配管から炭酸ガス、炭酸ガスとアルゴンガスとの混合ガス、アルゴンガス等のシールドガス６が供給される。ガス配管にはシールドガス６の流量を調整するためのガス流量調整器ＧＦが設けられている。

【0018】

給電チップ４は、中心軸から偏心した位置にあり、回転機構８によって中心軸周りに円弧状に回転する。円弧の直径は、２～１０mm程度である。

【0019】

回転機構８は、特許文献２等に開示されたモータを含む公知の機
構であり、後述する回転周波数設定信号Ｒfrを入力として、この値に設定された回転周波数ＲＦで給電チップ４を回転させる。

【0020】

溶接ワイヤ１は、給電チップ４の貫通孔から給電及び送給される。溶接ワイヤ１は、送給機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。溶接ワイヤ１と母材２との間には、アーク３が発生している。アーク３を包むようにシールドガス６が流れる。

【0021】

溶接電源ＰＳは、給電チップ４を介して溶接ワイヤ１と母材２との間に、溶接電圧Ｖｗを印加し、溶接電流Ｉｗを通電する。さらに、溶接電源ＰＳは、後述する正逆送給周波数設定信号Ｆfrを入力として、アーク期間中は正送ピーク値で正送させ、短絡期間中は逆送ピーク値で逆送させる正逆送給制御によって溶接ワイヤ１を送給速度Ｆｗで送給するための送給制御信号Ｆｃを送給機ＷＭに出力する。正送ピーク値及び逆送ピーク値は、正逆送給周波数が正逆送給周波数設定信号Ｆfrの値と等しくなるように設定される。

【0022】

溶接速度設定回路ＷＳＲは、予め定めた溶接速度設定信号Ｗsrを出力する。図示しない溶接ロボットを使用する場合には、図示しないロボット制御装置から溶接速度設定信号Ｗsrが出力される。

【0023】

回転周波数設定回路ＲＦＲは、上記の溶接速度設定信号Ｗsrを入力として、予め定めた回転周波数設定関数によって算出された回転周波数設定信号Ｒfrを出力する。

【0024】

正逆送給周波数設定回路ＦＦＲは、上記の回転周波数設定信号Ｒfrを入力として、予め定めた正逆送給周波数設定関数によって算出された正逆送給周波数設定信号Ｆfrを出力する。

【0025】

図２は、本発明の実施の形態に係る回転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）は溶接ワイヤの先端位置と溶接線との離反距離Ｌｗ［mm］の時間変化を示し、同図（Ｂ）は送給速度Ｆｗ［m/min］の時間変化を示し、同図（Ｃ）は溶接電圧Ｖｗ［Ｖ］の時間変化を示し、同図（Ｄ）は溶接電流Ｉｗ［Ａ］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】

溶接ワイヤの先端位置はアーク発生部の中心位置であり、溶接線を中心として、その周りを円弧状に回転運動している。したがって、同図（Ａ）に示すように、溶接ワイヤの先端位置と溶接線との離反距離Ｌｗは、時刻ｔ１に０mmとなり、その後は正弦波状に正の方向に大きくなった後に小さくなり、時刻ｔ２に再び０mmとなり、その後は正弦波状に負の方向に大きくなった後に小さくなり、時刻ｔ３に０mmにもどる。時刻ｔ１～ｔ３を１周期として、図１の回転周波数設定信号Ｒfrによって設定される回転周波数で繰り返すことになる。同時に、図示しない円弧の中心位置は、図１の溶接速度設定信号Ｗsrによって設定される溶接速度で溶接線上を移動する。離反距離Ｌｗの正の値は溶接線から右方向への離反距離を示し、負の値は左方向への離反距離を示している。

【0027】

同図では、時刻ｔ１～ｔ２の半周期中に、２回の短絡期間とアーク期間とが繰り返されている。同図（Ｂ）に示すように、送給速度Ｆｗは、短絡期間中は負の値の逆送ピーク値となり、アーク期間中は正の値の正送ピーク値となっている。送給速度Ｆｗの正逆送給周波数が図１の正逆送給周波数設定信号Ｆfrの値と等しくなるように逆送ピーク値及び正送ピーク値が設定される。 同図（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは短絡期間中は数Ｖの短絡電圧値となり、アーク期間中は数十Ｖのアーク電圧値となる。同図（Ｄ）に示すように、溶接電流Ｉｗは、短絡期間中は、５０Ａ程度の小電流値の一定期間を経て、その後は傾斜を有して増加し、４００Ａ程度のピーク値に達するとその値を維持し、溶滴のくびれを検出すると４０Ａ程度の小電流値へと急減し、アークが発生するまでその状態を維持する。また、同図（Ｄ）に示すように、溶接電流Ｉｗは、アーク期間中は、３００Ａ程度の大電流値の第１アーク期間、次第に減少する第２アーク期間、５０Ａ程度の小電流値の第３アーク期間へと経時的に切り換えられて通電する。時刻ｔ２～ｔ３の半周期中も、同様に２周期の短絡期間とアーク期間とが繰り返している。実際には、回転運動の半周期中に約５周期の短絡期間とアーク期間とが含まれることになる。

【0028】

以下に回転周波数及び正逆送給周波数の設定方法について説明する。
１）図１の溶接速度設定回路ＷＳＲによって溶接速度設定信号Ｗsrが出力される。

【0029】

２）図１の回転周波数設定回路ＲＦＲにおいて、溶接速度設定信号Ｗsr［m/min］が予め定めた回転周波数設定関数に入力されて回転周波数設定信号Ｒfr［Ｈｚ］が出力される。関数の例を以下にしめす。
Ｒfr＝Ｗsr×１０
したがって、溶接速度に応じて回転の周波数を設定している。また、溶接速度が速くなるほど、回転の周波数が大きくなるように設定している。このようにすることによって、溶接速度に応じて回転の周波数が適正化されるので、溶接状態を安定化することができる。

【0030】

３）正逆送給設定回路ＦＦＲにおいて、回転周波数設定信号Ｒfr［Ｈｚ］が予め定めた正逆送給周波数設定関数に入力されて正逆送給周波数設定信号Ｆfr［Ｈｚ］が出力される。関数の例を以下にしめす。
Ｆfr＝Ｒfr×１０＋２０
したがって、回転の周波数に応じて正逆送給の周波数を設定している。また、回転の周波数が大きくなるほど、正逆送給の周波数が大きくなるように設定している。このようにすることによって、回転の周波数に応じて正逆送給の周波数が適正化されるので、溶接状態を安定化することができる。

【0031】

上記の数値例を以下に示す。
Ｗsr＝０．５m/min Ｒfr＝５Ｈｚ Ｆfr＝７０Ｈｚ
Ｗsr＝１m/min Ｒfr＝１０Ｈｚ Ｆfr＝１２０Ｈｚ
Ｗsr＝２m/min Ｒfr＝２０Ｈｚ Ｆfr＝２２０Ｈｚ
Ｗsr＝３m/min Ｒfr＝３０Ｈｚ Ｆfr＝３２０Ｈｚ

【符号の説明】

【0032】

１ 溶接ワイヤ
２ 母材
３ アーク
４ 給電チップ
５ ノズル
６ シールドガス
７ 送給ロール
８ 回転機構
Ｆｃ 送給制御信号
ＦＦＲ 正逆送給周波数設定回路
Ｆfr 正逆送給周波数設定信号
ＧＢ ガスボンベ
ＧＦ ガス流量調整器
Ｉｗ 溶接電流
ＰＳ 溶接電源
ＲＦＲ 回転周波数設定回路
Ｒfr 回転周波数設定信号
Ｖｗ 溶接電圧
ＷＭ 送給機
ＷＳＲ 溶接速度設定回路
Ｗsr 溶接速度設定信号
ＷＴ 溶接トーチ

【図1】

【図2】