特開 2025-14652 ２重シールドティグ溶接方法

(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】P2025014652

(43)【公開日】2025-01-30

(54)【発明の名称】２重シールドティグ溶接方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 9/167 20060101AFI20250123BHJP

   B23K 9/29 20060101ALI20250123BHJP

【ＦＩ】

B23K9/167 A

B23K9/29 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023117386

(22)【出願日】2023-07-19

(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】今井 雄太

(72)【発明者】

【氏名】中俣 利昭

【テーマコード（参考）】

4E001

【Ｆターム（参考）】

4E001AA03

4E001BB07

4E001DD02

4E001DD03

4E001DE01

4E001LB02

4E001LH04

4E001LH06

(57)【要約】

【課題】２重シールドティグ溶接方法において、母材がアルミニウム又はその合金であるときに、母材の温度が上昇しても溶接状態を安定に維持すること。
【解決手段】インナーガスを噴出させるインナーノズル及びアウターガスを噴出させるアウターノズルを備えた溶接トーチを使用し、溶接線上をアークを発生させながら溶接する２重シールドティグ溶接方法において、溶接線を複数の区間に分割し、インナーガスの流量Ｆｉを、時刻ｔ３～ｔ４の第１区間、時刻ｔ４～ｔ５の第２区間及び時刻ｔ５～ｔ６の第３区間ごとに設定する。
【選択図】 図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

インナーガスを噴出させるインナーノズル及びアウターガスを噴出させるアウターノズルを備えた溶接トーチを使用し、
溶接線上をアークを発生させながら溶接する２重シールドティグ溶接方法において、
前記溶接線を複数の区間に分割し、
前記インナーガスの流量を前記区間ごとに設定する、
ことを特徴とする２重シールドティグ溶接方法。

【請求項2】

前記インナーガスの流量を前記区間が円弧部であるときは直線部であるときとは異なる値に設定する、
ことを特徴とする請求項１に記載の２重シールドティグ溶接方法。

【請求項3】

溶接ロボットを使用して溶接し、
前記区間ごとの前記インナーガスの流量を前記溶接ロボットの教示データとして保存する、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の２重シールドティグ溶接方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、２重シールドティグ溶接方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

インナーガスを噴出させるインナーノズル及びアウターガスを噴出させるアウターノズルを備えた溶接トーチを使用し、溶接線上をアークを発生させながら溶接する２重シールドティグ溶接方法が慣用されている（例えば、特許文献１参照）。インナーガス及びアウターガスとしては、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガスが使用される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２０－１５０４８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

溶接線には直線部、円弧部等の複数の区間が含まれる場合がある。インナーガスの噴出状態が変化するとアークの硬直性が変化してビード形状及び溶け込み形状が変動する。溶接線の区間が直線部であるときと円弧部であるときとではインナーガスの噴出状態が変化するために、ビード形状及び溶け込み形状が変化するという問題が発生する。溶接線が複数の直線部から形成されている場合でも、溶接線の周辺の状態からインナーガスの噴出状態が変化すると上記と同様の問題が発生する。

【0005】

そこで、本発明では、溶接線の一部の区間でインナーガスの噴出状態が変化しても、ビード形状及び溶け込み形状を良好に維持することができる２重シールドティ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】

【0006】

上述した課題を解決するために、請求項１の発明は、
インナーガスを噴出させるインナーノズル及びアウターガスを噴出させるアウターノズルを備えた溶接トーチを使用し、
溶接線上をアークを発生させながら溶接する２重シールドティグ溶接方法において、
前記溶接線を複数の区間に分割し、
前記インナーガスの流量を前記区間ごとに設定する、
ことを特徴とする２重シールドティグ溶接方法である。

【0007】

請求項２の発明は、
前記インナーガスの流量を前記区間が円弧部であるときは直線部であるときとは異なる値に設定する、
ことを特徴とする請求項１に記載の２重シールドティグ溶接方法である。

【0008】

請求項３の発明は、
溶接ロボットを使用して溶接し、
前記区間ごとの前記インナーガスの流量を前記溶接ロボットの教示データとして保存する、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の２重シールドティグ溶接方法である。

【発明の効果】

【0009】

本発明に係る２重シールドティグ溶接方法によれば、溶接線の一部の区間でインナーガスの噴出状態が変化しても、ビード形状及び溶け込み形状を良好に維持することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の実施の形態に係る２重シールドティグ溶接方法を実施するための溶接装置のブロック図である。

【図2】本発明の実施の形態に係る２重シールドティグ溶接方法を示す図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】

【0011】

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。

【0012】

図１は、本発明の実施の形態に係る２重シールドティグ溶接方法を実施するための溶接装置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。

【0013】

溶接トーチＷＴは、主に電極１、それを取り囲むインナーノズル４及びそれを取り囲むアウターノズル５を備えている。電極１には、タングステン電極等が使用される。

【0014】

溶接ロボット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Ｒｃに従って溶接トーチＷＴの先端を溶接線に沿って移動させる。

【0015】

ロボット制御装置ＲＣは、記憶されている教示データに従って上記の溶接ロボットＲＭを移動させるための動作制御信号Ｒｃを出力すると共に、教示データに従って溶接開始信号Ｏｎ及び本溶接インナーガス流量設定信号Ｆicrを出力する。例えば、教示データに含まれる溶接線の経路データが、溶接開始位置Ｐｓ、第１経路位置Ｐ１、第２経路位置Ｐ２及び溶接終了位置Ｐｅから形成されているとする。この場合は溶接線が３つの区間に分割されており、Ｐｓ－Ｐ１が第１区間となり、Ｐ１－Ｐ２が第２区間となり、Ｐ２－Ｐｅが第３区間となる。溶接開始信号Ｏｎは、溶接ロボットＲＭが異動して溶接開始位置Ｐｓに到達した時点でＨｉｇｈレベルとなり、溶接終了位置に到達した時点でＬｏｗレベルとなる。さらに、教示データの一つとしてインナーガス流量値が区間ごとに記憶されている。そして、溶接ロボットＲＭが各区間を移動しているときにその区間に対応して記憶されているインナーガス流量値を本溶接インナーガス流量設定信号Ｆicrとして出力する。したがって、本溶接インナーガス流量設定信号Ｆicrの値は、第１区間Ｐｓ－ｐ１中は予め記憶された第１本溶接インナーガス流量値となり、第２区間Ｐ１－ｐ２中は予め記憶された第２本溶接インナーガス流量値となり、第３区間Ｐ２－ｐｅ中は予め記憶された第３本溶接インナーガス流量値となる。

【0016】

プリフロー期間回路ＴＰは、上記の溶接開始信号Ｏｎを入力として、溶接開始信号ＯｎがＨｉｇｈレベルに変化した時点から予め定めたプリフロー時間が経過するまではＨｉｇｈレベルとなるプリフロー期間信号Ｔｐを出力する。

【0017】

インナーガス噴出開始回路ＴＩは、上記のプリフロー期間信号Ｔｐを入力として、プリフロー期間信号ＴｐがＨｉｇｈレベルに変化した時点から予め定めた遅延時間Ｔｄが経過した時点で短時間Ｈｉｇｈレベルとなるインナーガス噴出開始信号Ｔｉを出力する。遅延時間Ｔｄはプリフロー期間Ｔｐよりも短い時間である。

【0018】

アーク発生判別回路ＡＤは、溶接電流Ｉｗの通電路に設けられており、溶接電流Ｉｗが通電しているときはＨｉｇｈレベルとなるアーク発生判別信号ａｄを出力する。溶接電流ｉｗが通電しているときはアークが発生している状態のときである。

【0019】

インナーガス流量設定回路ＦＩＲは、上記のプリフロー期間信号Ｔｐ及び上記の本溶接インナーガス流量設定信号Ｆicrを入力として、プリフロー期間信号ＴｐがＨｉｇｈレベルのときは予め定めたプリフローインナーガス流量値となり、プリフロー期間信号ＴｐがＬｏｗレベルのときは本溶接インナーガス流量設定信号Ｆicrの値となるインナーガス流量設定信号Ｆirを出力する。ここで、プリフローインナーガス流量値は本溶接インナーガス流量設定信号Ｆicrの値よりも小さな値に設定されることが望ましい。

【0020】

インナーガス流量調整器ＣＩは、公知のマスフローコントローラであり、上記の溶接開始信号Ｏｎ、上記のインナーガス噴出開始信号Ｔｉ及び上記のインナーガス流量設定信号Ｆirを入力として、インナーガス噴出開始信号Ｔｏが短時間Ｈｉｇｈレベルに変化した時点から溶接開始信号ＯｎがＬｏｗレベルに変化して予め定めたアフターフロー時間が経過するまでの期間中は、インナーガスボンベ６からのインナーガス７の流量Ｆｉをインナーガス流量設定信号Ｆirによって定まる値に調整して噴出する。

【0021】

アウターガス流量設定回路ＦＯＲは、上記のプリフロー期間信号Ｔｐを入力として、プリフロー期間信号ＴｐがＨｉｇｈレベルのときは予め定めたプリフローアウターガス流量値となり、Ｌｏｗレベルのときは予め定めた本溶接アウターガス流量値となるアウターガス流量設定信号Ｆorを出力する。ここで、プリフローアウターガス流量値は本溶接アウターガス流量値よりも大きな値に設定されることが望ましい。

【0022】

アウターガス流量調整器ＣＯは、公知のマスフローコントローラであり、上記の溶接開始信号Ｏｎ、上記のプリフロー期間信号Ｔｐ及び上記のアウターガス流量設定信号Ｆorを入力として、溶接開始信号ＯｎがＨｉｇｈレベルに変化した時点から溶接開始信号ＯｎがＬｏｗレベルに変化するまでの期間中は、アウターガスボンベ８からのアウターガス９の流量Ｆｏをアウターガス流量設定信号Ｆorによって定まる値に調整して噴出する。

【0023】

インナーノズル４の内側の通路をインナーガス７が流れる。また、インナーノズル４の外側とアウターノズル５の内側の通路をアウターガス９が流れる。インナーガス７及びアウターガス９にはアルゴン、ヘリウム等の不活性ガスが使用される。アーク３は、電極１が負極となり、母材２が正極となって発生する。

【0024】

溶接電源ＰＳは、上記の溶接開始信号Ｏｎ及び上記のプリフロー期間信号Ｔｐを入力として、溶接開始信号ＯｎがＨｉｇｈレベルとなり、かつ、プリフロー期間信号ＴｐがＬｏｗレベルになると、電極１と母材２との間に高周波高電圧を印加し、アーク３が発生すると溶接電流Ｉｗの出力を開始し、溶接開始信号ＯｎがＬｏｗレベルになると溶接電流Ｉｗの出力を停止する。

【0025】

図２は、本発明の実施の形態に係る２重シールドティグ溶接方法を示す図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）は溶接開始信号Ｏｎの時間変化を示し、同図(Ｂ)はプリフロー期間信号Ｔｐの時間変化を示し、同図(Ｃ)はインナーガス噴出開始信号Ｔｉの時間変化を示し、同図(Ｄ)はアウターガス流量Ｆｏ（ｌ／分）の時間変化を示し、同図(Ｅ)はインナーガス流量Ｆｉ（ｌ／分）の時間変化を示し、同図（Ｆ）は溶接電流Ｉｗの時間変化を示し、同図（Ｇ）はアーク発生判別信号Ａｄの時間変化を示す。以下、同図を参照して、溶接開始時、本溶接時及び溶接終了時の動作について説明する。

【0026】

同図においては、溶接線は溶接開始位置Ｐｓ、第１経路位置Ｐ１、第２経路位置Ｐ２及び溶接終了位置Ｐｅの教示データから形成されている。したがって、溶接線は、第１区間Ｐｓ－Ｐ１、第２区間Ｐ１－Ｐ２及び第３区間Ｐ２-Ｐｅの３つの区間に分割されている。第１区間Ｐｓ－Ｐ１は直線部であり、第２区間Ｐ１－Ｐ２は円弧部であり、第３区間Ｐ２－Ｐｅは直線部である場合である。

【0027】

時刻ｔ１において、図１の溶接ロボットＲＭに搭載された図１の溶接トーチＷＴの先端位置が移動して溶接開始位置Ｐｓに到達すると、停止し、同図（Ａ）に示すように、溶接開始信号ＯｎがＨｉｇｈレベルに変化する。これに応動して、同図（Ｂ）に示すように、プリフロー期間信号ＴｐがＨｉｇｈレベルとなる。同時に、図１のアウターガス流量調整器ＣＯによってアウターガスの噴出が開始される。同図（Ｄ）に示すように、アウターガス流量Ｆｏは図１のアウターガス流量設定信号Ｆorによって定まる予め定めたプリフローアウターガス流量値となる。

【0028】

時刻ｔ１から予め定めた遅延時間Ｔｄが経過した時刻ｔ２において、同図（Ｃ）に示すように、インナーガス噴出開始信号Ｔｉが短時間Ｈｉｇｈレベルとなる。これに応動して、図１のインナーガス流量調整器ＣＩによってインナーガスの噴出が開始される。同図（Ｅ）に示すように、インナーガス流量Ｆｉは図１のインナーガス流量設定信号Ｆirによって定まる予め定めたプリフローインナーガス流量値となる。

【0029】

時刻ｔ３においてプリフロー期間信号ＴｐがＬｏｗレベルに変化すると、図１の溶接電源ＰＳは図１の電極１と母材２との間に高周波高電圧を印加して図１のアーク３を発生させ、同図（Ｆ）に示すように、溶接電流Ｉｗの通電が開始する。時刻ｔ３において、溶接電流Ｉｗの通電によってアークの発生を判別すると、同図（Ｇ）に示すように、アーク発生判別信号ＡｄがＨｉｇｈレベルに変化する。同時に、同図（Ｄ）に示すように、アウターガス流量Ｆｏは図１のアウターガス流量設定信号Ｆorによって定まる予め定めた本溶接アウターガス流量値となる。同様に、同図（Ｅ）に示すように、インナーガス流量Ｆｉは図１の本溶接インナーガス流量設定信号Ｆicrによって設定される値となる。そして、時刻ｔ３から図１の溶接ロボットＲＭに搭載された図１の溶接トーチＷＴの先端位置が溶接線に沿って移動を開始して溶接が開始される。

【0030】

上述したように、プリフロー期間中は、アウターガスを噴出させた後にインナーガスを噴出させている。このようにすると、アウターガスの噴出によって周囲をシールドされた状態でインナーガスの噴出が開始されるので、インナーガスが周囲の空気を巻き込むことがなくなり、定常状態に早期に収束させることができる。このために、本実施の形態では、アウターガス及びインナーガスの噴出を同時に開始する従来技術に比べて、プリフロー時間を５０％程度に短くすることができる。したがって、本実施の形態では、溶接開始時のプリフロー時間を短く設定しても十分なシールド性を確保することができるので、作業効率を高めることができ、高価な不活性ガスの消費量を減らすことができる。例えば、従来技術ではプリフロー期間を６秒程度に設定する必要があったが、本実施の形態では３秒程度に設定することができる。

【0031】

さらに、時刻ｔ１～ｔ２のアウターガスのみを噴出させる時間が時刻ｔ２～ｔ３のインナーガスを噴出させる時間よりも長くなるように設定されることが望ましい。このようにすると、インナーガスが空気を巻き込むことをより確実に抑制することができるので、さらにプリフロー時間を短く設定することができる。

【0032】

さらに、インナーガス流量Ｆｉを、プリフロー期間中はプリフロー期間終了後の本溶接期間中よりも小さくすることが望ましい。このようにすると、インナーガスの噴出状態をより早期に定常状態にすることができるので、さらにプリフロー時間を短く設定することができる。

【0033】

さらに、アウターガス流量Ｆｏを、プリフロー期間中はプリフロー期間終了後の本溶接期間中よりも大きくすることが望ましい。このようにすると、インナーガスの噴出状態をより早期に定常状態にすることができるので、さらにプリフロー時間を短く設定することができる。

【0034】

同図（Ｅ）に示すように、インナーガス流量Ｆｉは、時刻ｔ３～ｔ４の第１区間Ｐｓ－Ｐ１中は図１の本溶接インナーガス流量設定信号Ｆicrによって設定される第１本溶接インナーガス流量値となり、時刻ｔ４～ｔ５の第２区間Ｐ１－Ｐ２中は第２本溶接インナーガス流量値となり、時刻ｔ５～ｔ６の第３区間Ｐ２－Ｐｅ中は第３本溶接インナーガス流量値となる。ここで、第１区間Ｐｓ－Ｐ１及び第３区間Ｐ２－Ｐｅは直線部であり、第２区間Ｐ１－Ｐ２は円弧部である。円弧部は図１の溶接トーチＷＴの溶接姿勢が刻々と変化するために、インナーガスの噴出状態が直線部とは異なる状態となる。このために、円弧部の第２本溶接インナーガス流量値を第１及び第３本溶接インナーガス流量値とは異なる値にすることによって、ビード形状及び溶け込み形状を良好に維持することができる。ここでは、第２本溶接インナーガス流量値を他の区間よりも大きな値に設定している。

【0035】

時刻ｔ６において図１の溶接ロボットＲＭに搭載された図１の溶接トーチＷＴの先端位置が溶接終了位置Ｐｅに到達すると、再び停止し、同図（Ａ）に示すように、溶接開始信号ＯｎはＬｏｗレベルに変化する。これに応動して、同図（Ｆ）に示すように、溶接電流Ｉｗの通電が停止してアークが消弧する。これに応動して、同図（Ｇ）に示すように、アーク発生判別信号ＡｄはＬｏｗレベルに変化する。同時に、同図（Ｄ）に示すように、アウターガス流量Ｆｏは０となり、アウターガスの噴出が停止する。

【0036】

時刻ｔ６から予め定めたアフターフロー時間が経過した時刻ｔ７において、同図（Ｅ）に示すように、インナーガス流量Ｆｉは０となり、インナーガスの噴出が停止する。アフターフロー時間は、７秒程度に設定される。

【0037】

従来技術では、アフターフロー期間中はアウターガス及びインナーガスの両方を噴出させている。これに対して、本実施の形態では、インナーガスのみを噴出させるようにしている。アフターフローの作用は、電極及び溶融池を冷却するまで空気からシールドすることである。この作用のためにはインナーガスのみを噴出させれば充分である。このようにすると、高価な不活性ガスの消費量を減らすことができる。

【0038】

上記の各パラメータの数値例を以下に示す。
溶接トーチＷＴ：インナ―ノズル内径５mm、アウターノズル内径１３mmの二重シールドノズルを備えた溶接トーチ
電極１：タングステン電極
アウターガス及びインナーガス：１００%アルゴンガス
アウターガス流量Ｆｏ：プリフロー期間１２l/min、本溶接期間１０l/min
インナーガス流量Ｆｉ：プリフロー期間４l/min、本溶接期間の第１及び第３区間５l/min、第２区間６l/min
プリフロー時間：３秒（アウターガスが噴出を開始してから２秒後にインナーガスの噴出が開始し、その１秒後にアークが発生する。）

【0039】

以下、本実施の形態の作用効果について説明する。
本実施の形態によれば、溶接線を複数の区間に分割し、インナーガスの流量を区間ごとに設定する。区間が直線部であるか円弧部であるかによって、さらには板厚、溶接姿勢、電極先端・母材間距離等の種々な溶接条件によってインナーガスの噴出状態が変化する。インナーガスの噴出状態が変化すると、ビード形状及び溶け込み形状が変化する。本実施の形態では、インナーガスの噴出状態に応じて各区間の流量を適正化することができるので、ビード形状及び溶け込み形状を良好に維持することができる

【0040】

さらに好ましくは、本実施の形態によれば、インナーガスの流量を区間が円弧部であるときは直線部であるときとは異なる値に設定する。区間が円弧部であるときは直線部であるときに比べて溶接姿勢が刻々と変化するために、インナーガスの噴出状態が直線部とは異なる状態となる。このために、円弧部の区間のインナーガス流量を直線部とは異なる適正な値に設定することによって、溶接品質を良好に維持することができる。

【0041】

さらに好ましくは、本実施の形態によれば、溶接ロボットを使用して溶接し、区間ごとのインナーガスの流量を溶接ロボットの教示データとして保存する。このようにすると、溶接ロボットが溶接線上を移動して各区間に入ると自動的にインナーガス流量が適正値に設定されるので、溶接作業を効率化して、溶接品質を良好に維持することができる。

【符号の説明】

【0042】

１ 電極
２ 母材
３ アーク
４ インナーノズル
５ アウターノズル
６ インナーガスボンベ
７ インナーガス
８ アウターガスボンベ
９ アウターガス
ＡＤ アーク発生判別回路
Ａｄ アーク発生判別信号
ＣＩ インナーガス流量調整器
ＣＯ アウターガス流量調整器
Ｆｉ インナーガス流量
Ｆicr 本溶接インナーガス流量設定信号
ＦＩＲ インナーガス流量設定回路
Ｆir インナーガス流量設定信号
Ｆｏ アウターガス流量
ＦＯＲ アウターガス流量設定回路
Ｆor アウターガス流量設定信号
Ｉｗ 溶接電流
Ｏｎ 溶接開始信号
ＰＳ 溶接電源
ＲＣ ロボット制御装置
Ｒｃ 動作制御信号
ＲＭ 溶接ロボット
ＴＩ インナーガス噴出開始回路
Ｔｉ インナーガス噴出開始信号
ＴＰ プリフロー期間回路
Ｔｐ プリフロー期間信号
ＷＴ 溶接トーチ

【図1】

【図2】