(57)【要約】【課題】ワイヤが必要以上に軟化するのを抑制して安定したＧＭＡアークを発生させる。【解決手段】本発明のプラズマＧＭＡ溶接方法は、ワイヤＷと溶接母材Ｐとの間にパルス波形のＧＭＡ溶接電流Ｉｗｐを流すことによりＧＭＡアーク３１を発生させるとともに、溶接トーチ２と溶接母材Ｐとの間にプラズマ溶接電流を流すことによりプラズマアーク３２を発生させる方法であって、ＧＭＡ溶接電流Ｉｗｍのパルスピーク電流値Ｉｍｐおよびパルスベース電流値Ｉｍｂを、プラズマ溶接電流Ｉｗｐを変化させるときにパルスピーク電流値Ｉｍｐおよびパルスベース電流値Ｉｍｂが変化する変化区間を有し、かつプラズマ溶接電流Ｉｗｐがある値に設定されるときのパルスピーク電流値Ｉｍｐおよびパルスベース電流値Ｉｍｂが、当該プラズマ溶接電流Ｉｗｐより小さい値が設定されるときのパルスピーク電流値Ｉｍｐおよびパルスベース電流値Ｉｍｂ以下であるように設定する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接トーチを通して溶接母材に向けて送給されるワイヤと上記溶接母材との間にパルス波形のＧＭＡ溶接電流を流すことによりＧＭＡアークを発生させるとともに、
上記ワイヤを囲むように供給されるガスを介して上記溶接トーチと上記溶接母材との間にプラズマ溶接電流を流すことによりプラズマアークを発生させる、プラズマＧＭＡ溶接方法であって、
上記ＧＭＡ溶接電流のハイ状態であるときのピーク電流値、およびロー状態であるときのベース電流値を、上記プラズマ溶接電流の平均電流値を変化させるときに上記ピーク電流値および上記ベース電流値が変化する変化区間を有し、かつ上記平均電流値がある値に設定されるときの上記ピーク電流値および上記ベース電流値が、上記平均電流値より小さい値が設定されるときの上記ピーク電流値および上記ベース電流値以下であるように設定することを特徴とする、プラズマＧＭＡ溶接方法。
【請求項２】
上記ピーク電流値およびベース電流値の少なくともいずれかを、上記プラズマ溶接電流の平均電流値の変化に伴って段階的に変化させる、請求項１に記載のプラズマＧＭＡ溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマアークとＧＭＡアークとを同時に発生させるプラズマＧＭＡ溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、プラズマ溶接方法とＧＭＡ溶接方法とを組み合わせたプラズマＧＭＡ溶接方法が提案されている（たとえば特許文献１参照）。このプラズマＧＭＡ溶接方法においては、溶接トーチを通して送給されるワイヤと溶接母材との間にＧＭＡ溶接電流を流すことによりＧＭＡアークを発生させる。これと同時に、ワイヤを囲むようにＡｒなどのガスを供給し、このガスを介して溶接トーチと溶接母材との間にプラズマ溶接電流を流すことによりプラズマアークを発生させる。ワイヤは、ＧＭＡアークを発生させる電極として機能するとともに、その先端が溶融することにより溶滴となって溶接母材の接合を補助する。
【０００３】
上記ＧＭＡ溶接電流は、上記溶滴を安定して供給することを目的として、一般的に直流のパルス波形とされている。図７（ａ）に示すように、ＧＭＡ溶接電流Ｉｗｍは、ピーク電流値Ｉｍｐとベース電流値Ｉｍｂとが交互に出力されるものである。ＧＭＡ溶接電流Ｉｗｍの平均電流値Ｉｍａは、ピーク電流値Ｉｍｐが出力される期間Ｔｐとベース電流値Ｉｍｂが出力される期間Ｔｂとの割合によって、その大きさが決定される。平均電流値Ｉｍａを大きくするには、期間Ｔｐの時間率を高める一方、平均電流値Ｉｍａを小さくするには、期間Ｔｂの時間率を高める。一方、図７（ｂ）に示すように、プラズマ溶接電流Ｉｗｐは、ＧＭＡ溶接電流Ｉｗｍに対して位相が反転された直流のパルス波形とされている。
【０００４】
プラズマＧＭＡ溶接方法では、たとえばＧＭＡ溶接電流Ｉｗｍのピーク電流値Ｉｍｐが出力される際、ワイヤの先端が溶融して溶滴となる部分が生成され、ベース電流値Ｉｍｂに移行した際、溶接母材に溶滴として放たれる。
【０００５】
しかしながら、従来のプラズマＧＭＡ溶接方法では、プラズマ溶接電流によってプラズマアークを発生させるため、図８に示すように、このプラズマアーク９０の影響によって、ワイヤＷが必要以上に軟化しやすくなり、ワイヤＷの先端に生成される溶滴となる部分９１が不当に大きくなることがある。そのため、大きくなった溶滴が溶接母材に放たれると、アーク長が増減し、安定したＧＭＡアークを発生させることが困難になる。これにより、スパッタが生じたり溶接ビードが良好に生成できなかったりするといった問題点があった。
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１０５０３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、ワイヤが必要以上に軟化するのを抑制して安定したＧＭＡアークを発生させることのできるプラズマＧＭＡ溶接方法を提供することをその課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によって提供されるプラズマＧＭＡ溶接方法は、溶接トーチを通して溶接母材に向けて送給されるワイヤと上記溶接母材との間にパルス波形のＧＭＡ溶接電流を流すことによりＧＭＡアークを発生させるとともに、上記ワイヤを囲むように供給されるガスを介して上記溶接トーチと上記溶接母材との間にプラズマ溶接電流を流すことによりプラズマアークを発生させる、プラズマＧＭＡ溶接方法であって、上記ＧＭＡ溶接電流のハイ状態であるときのピーク電流値、およびロー状態であるときのベース電流値を、上記プラズマ溶接電流の平均電流値を変化させるときに上記ピーク電流値および上記ベース電流値が変化する変化区間を有し、かつ上記平均電流値がある値に設定されるときの上記ピーク電流値および上記ベース電流値が、上記平均電流値より小さい値が設定されるときの上記ピーク電流値および上記ベース電流値以下であるように設定することを特徴としている。
【０００９】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記ピーク電流値およびベース電流値の少なくともいずれかを、上記プラズマ溶接電流の平均電流値の変化に伴って段階的に変化させる。
【００１０】
このようなプラズマＧＭＡ溶接方法によれば、ＧＭＡ溶接電流のピーク電流値およびベース電流値は、プラズマ溶接電流の平均電流値に応じて設定される。たとえば、ピーク電流値とベース電流値とは、図３に示すように、プラズマ溶接電流の平均電流値が大きいほど小さくなるようにそれぞれ設定される。そのため、プラズマ溶接電流とＧＭＡ溶接電流とによるワイヤに与えられる熱量が、プラズマ溶接電流の平均電流値が増減しても不当に大きくならない。したがって、ワイヤが必要以上に軟化されることが抑制されるので、適度な大きさの溶滴を溶接母材に放つことができ、安定したＧＭＡアークを発生させることができる。
【００１１】
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の好ましい実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。
【００１３】
図１は、本発明にかかるプラズマＧＭＡ溶接方法が適用される溶接装置を示す構成図である。この溶接装置Ａは、溶接母材Ｐに対してプラズマＧＭＡ溶接を施すための装置である。溶接装置Ａは、ＧＭＡアーク溶接電源ＰＳＭ、プラズマアーク溶接電源ＰＳＰ、設定装置ＳＥ、ワイヤ送給機構１、および溶接トーチ２などを備えている。
【００１４】
溶接トーチ２は、溶接母材Ｐに対してＧＭＡアーク３１およびプラズマアーク３２を発生させるためのものである。溶接トーチ２は、シールドガスノズル２１と、プラズマノズル２２と、非消耗電極としてのプラズマ電極２３と、コンタクトチップ２４とを備え、それらが同心軸上に配置された構成とされている。溶接トーチ２は、図示しない多関節ロボットなどによって保持された状態で溶接母材Ｐに沿って所定の速度で移動される。
【００１５】
シールドガスノズル２１は、たとえばＣｕからなる筒状部材である。プラズマノズル２２は、たとえばＣｕまたはＣｕ合金からなり、冷却水を通すチャネル２２ａが形成されていることにより直接的に水冷されている。プラズマ電極２３は、たとえばＣｕまたはＣｕ合金からなり、図略の経路を通る冷却水によって間接的に水冷されている。コンタクトチップ２４には貫通孔が形成され、この貫通孔には消耗電極としてのワイヤＷが供給される。コンタクトチップ２４は、ワイヤＷと導通している。
【００１６】
この溶接トーチ２では、シールドガスノズル２１とプラズマノズル２２との隙間から溶接母材Ｐに対して、たとえばＡｒなどのシールドガスＧｓが供給される。シールドガスＧｓは、ＧＭＡアーク３１およびプラズマアーク３２を大気から遮蔽するものである。また、プラズマノズル２２とプラズマ電極２３との隙間からは、たとえばＡｒなどのプラズマガスＧｐが供給される。プラズマガスＧｐは、プラズマアーク３２を絞るためのものである。
さらに、プラズマ電極２３とコンタクトチップ２４との隙間からは、たとえばＡｒなどのセンターガスＧｃが供給される。センターガスＧｃは、プラズマ状態となることによりプラズマアーク３２を発生させるためのものである。
【００１７】
溶接トーチ２のコンタクトチップ２４には、ＧＭＡアーク溶接電源ＰＳＭが接続されている。後述するように、ＧＭＡアーク溶接電源ＰＳＭからＧＭＡ溶接電流Ｉｗｍが供給されると、ワイヤＷから溶接母材Ｐに対してＧＭＡアーク３１が発生される。
【００１８】
溶接トーチ２のプラズマ電極２３には、プラズマアーク溶接電源ＰＳＰが接続されている。後述するように、プラズマアーク溶接電源ＰＳＰからプラズマ溶接電流Ｉｗｐが供給されると、プラズマ電極２３から溶接母材Ｐに対してプラズマアーク３２が発生される。
【００１９】
ＧＭＡアーク溶接電源ＰＳＭは、溶接母材ＰをＧＭＡ溶接するための電力を発生させるものである。ＧＭＡアーク溶接電源ＰＳＭは、溶接トーチ２のコンタクトチップ２４を介してワイヤＷと溶接母材Ｐとの間に、ＧＭＡアーク溶接電圧Ｖｗｍを印加することにより、溶接トーチ２にＧＭＡ溶接電流Ｉｗｍを供給する。ＧＭＡアーク溶接電源ＰＳＭは、正極（符号「＋」参照）と負極（符号「−」参照）の２つの電極が設けられており、正極が溶接トーチ２のコンタクトチップ２４に導通しており、負極が溶接母材Ｐに導通している。
【００２０】
なお、ＧＭＡアーク溶接電源ＰＳＭから出力されるＧＭＡ溶接電流Ｉｗｍは、図２（ａ）に示すように、パルスピーク電流値Ｉｍｐとパルスベース電流値Ｉｍｂとが交互に出力されるパルス状の電流である。本実施形態では、後述するように、このＧＭＡ溶接電流Ｉｗｍのパルスピーク電流値Ｉｍｐとパルスベース電流値Ｉｍｂとは、設定装置ＳＥからの設定信号Ｉｓに基づいて設定される。
【００２１】
プラズマアーク溶接電源ＰＳＰは、溶接母材Ｐをプラズマ溶接するための電力を発生させるものである。プラズマアーク溶接電源ＰＳＰは、プラズマ電極２３と溶接母材Ｐとの間に、プラズマアーク溶接電圧Ｖｗｐを印加することにより、プラズマ電極２３にプラズマ溶接電流Ｉｗｐを供給する。プラズマアーク溶接電源ＰＳＰは、正極（符号「＋」参照）と負極（符号「−」参照）の２つの電極が設けられており、正極がプラズマ電極２３に導通しており、負極が溶接母材Ｐに導通している。
【００２２】
プラズマ溶接電流Ｉｗｐは、図２（ｂ）に示すように、ほぼ一定の直流の電流である。プラズマアーク溶接電源ＰＳＰでは、溶接前に予めプラズマ溶接電流Ｉｗｐの値Ｉｒが設定される（以下、このプラズマ溶接電流の値を「プラズマ溶接電流設定値」という。）。プラズマ溶接電流設定値Ｉｒは、たとえば溶接母材Ｐの種類や溶接速度などに応じて設定されるものであり、設定装置ＳＥに伝達される。なお、プラズマ溶接電流Ｉｗｐは、図７（ｂ）に示したように、パルス状の電流であってもよい。
【００２３】
設定装置ＳＥは、プラズマアーク溶接電源ＰＳＰから伝達されるプラズマ溶接電流設定値Ｉｒに基づいて、ＧＭＡアーク溶接電源ＰＳＭが溶接トーチ２に供給するＧＭＡ溶接電流Ｉｗｍの値を設定するための値（後述する領域番号に相当）を判別することにより決定し、決定した値を設定信号ＩｓとしてＧＭＡアーク溶接電源ＰＳＭに伝達するものである。
【００２４】
ワイヤ送給機構１は、ワイヤＷを溶接トーチ２に送給するための機構であり、図示しないワイヤリール、ワイヤＷを溶接トーチ２に対して送り出す一対の送給ローラ１１、および送給ローラ１１を回転させるモータ１２などによって構成されている。モータ１２は、ＧＭＡアーク溶接電源ＰＳＭから伝達される送給制御信号Ｆｃによって回転駆動される。なお、図１の符号３３は溶融池を示し、符号３４は溶接金属を示す。
【００２５】
次に、本実施形態のプラズマＧＭＡ溶接方法について説明する。
【００２６】
本実施形態におけるプラズマＧＭＡ溶接方法では、プラズマＧＭＡ溶接が行われる前に、プラズマアーク溶接電源ＰＳＰにおいてたとえば溶接母材Ｐの種類や溶接速度などに応じてプラズマ溶接電流設定値Ｉｒが設定される。設定されたプラズマ溶接電流設定値Ｉｒは、プラズマアーク溶接電源ＰＳＰから設定装置ＳＥに伝達される。なお、プラズマ溶接電流Ｉｗｐがパルス状の波形を有する場合、プラズマ溶接電流設定値Ｉｒは、平均電流値とされる。
【００２７】
設定装置ＳＥでは、プラズマ溶接電流設定値Ｉｒに応じた領域番号が判別されて決定される。より具体的には、設定装置ＳＥには、図示しないメモリが備えられており、このメモリには、プラズマ溶接電流ＩｗｐとＧＭＡ溶接電流Ｉｗｍとの関係（図３参照）がテーブル化されて記憶されている。図３に示すように、プラズマ溶接電流Ｉｗｐは、各値がその大きさに応じて３つの領域「Ｉ」、「ＩＩ」、「ＩＩＩ」に区分されている。設定装置ＳＥでは、プラズマ溶接電流設定値Ｉｒの大きさに基づいて、３つの領域「Ｉ」、「ＩＩ」、「ＩＩＩ」のうちのいずれかの領域が判別される。たとえば、プラズマ溶接電流設定値ＩｒがＩｒ＜ａ１の場合には、領域「Ｉ」と判別され、ａ１≦Ｉｒ＜ａ２（ａ１＜ａ２）の場合には、領域「ＩＩ」と判別され、ａ２≦Ｉｒの場合には、領域「ＩＩＩ」と判別される。
【００２８】
設定装置ＳＥにおいて判別された領域番号は、設定信号ＩｓとしてＧＭＡアーク溶接電源ＰＳＭに伝達される。ＧＭＡアーク溶接電源ＰＳＭでは、領域番号に応じてＧＭＡ溶接電流Ｉｗｍのパルスピーク電流値Ｉｍｐとパルスベース電流値Ｉｍｂとが設定される。
【００２９】
より具体的には、図３に示すように、設定信号Ｉｓとしての領域番号が「Ｉ」の場合、パルスピーク電流値ＩｍｐはＩｐ１に設定され、パルスベース電流値ＩｍｂはＩｂ１に設定される。領域番号が「ＩＩ」の場合、パルスピーク電流値ＩｍｐはＩｐ２（Ｉｐ２＜Ｉｐ１）に設定され、パルスベース電流値ＩｍｂはＩｂ２（Ｉｂ２＜Ｉｂ１）に設定される。さらに、領域番号が「ＩＩＩ」の場合、パルスピーク電流値ＩｍｐはＩｐ３（Ｉｐ３＜Ｉｐ２）に設定され、パルスベース電流値ＩｍｂはＩｂ３（Ｉｂ３＜Ｉｂ２）に設定される。
【００３０】
図３に示すグラフによれば、プラズマ溶接電流Ｉｗｐを変化させるときにパルスピーク電流値Ｉｍｐおよびパルスベース電流値Ｉｍｂが変化する変化区間を有している。また、プラズマ溶接電流Ｉｗｐがある値に設定されるときのパルスピーク電流値Ｉｍｐおよびパルスベース電流値Ｉｍｂが、当該プラズマ溶接電流Ｉｗｐの値より小さい値が設定されるときのパルスピーク電流値Ｉｍｐおよびパルスベース電流値Ｉｍｂ以下であるように、パルスピーク電流値Ｉｍｐおよびパルスベース電流値Ｉｍｂがそれぞれ設定されるようになっている。
【００３１】
ＧＭＡアーク溶接電源ＰＳＭでは、設定されたパルスピーク電流値Ｉｍｐとパルスベース電流値Ｉｍｂとを有するＧＭＡ溶接電流Ｉｗｍをコンタクトチップ２４に対して供給し、これによりＧＭＡアーク３１が発生される。
【００３２】
なお、図４に示すように、ＧＭＡ溶接電流Ｉｗｍのパルスピーク電流値Ｉｍｐとパルスベース電流値Ｉｍｂとは、ワイヤＷの送給速度（ｍ／分）には依存しない。すなわち、ワイヤＷの送給速度が増減しても、プラズマ溶接電流設定値Ｉｒに基づいて設定されたパルスピーク電流値Ｉｍｐとパルスベース電流値Ｉｍｂとは、ほぼ一定の値とされる。
【００３３】
一方、プラズマアーク溶接電源ＰＳＰは、設定されたプラズマ溶接電流設定値Ｉｒに基づくプラズマ溶接電流Ｉｗｐをプラズマ電極２３に供給し、これによりプラズマアーク３２が発生される。
【００３４】
次に、本実施形態のプラズマＧＭＡ溶接方法の作用について説明する。
【００３５】
本実施形態では、プラズマ溶接電流設定値Ｉｒに応じて、ＧＭＡ溶接電流Ｉｗｍのパルスピーク電流値Ｉｍｐとパルスベース電流値Ｉｍｂとが設定される。パルスピーク電流値Ｉｍｐおよびパルスベース電流値Ｉｍｂは、プラズマ溶接電流設定値Ｉｒが小さい場合には、比較的大きな値にそれぞれ設定される一方、プラズマ溶接電流設定値Ｉｒが大きい場合には、比較的小さな値にそれぞれ設定される。
【００３６】
すなわち、プラズマ溶接電流ＩｗｐとＧＭＡ溶接電流ＩｗｍとによってワイヤＷに与えられる熱量は、プラズマ溶接電流Ｉｗｐが増減したとしても不当に大きくなることはない。そのため、図５に示すように、プラズマ溶接電流Ｉｗｐによるプラズマアーク３２が発生しても、ワイヤＷが必要以上に軟化されることが抑制され、ワイヤＷの先端には、適度な大きさの溶滴となる部分３５が生成され、ワイヤＷの先端から不当に大きな溶滴が放たれることが抑制される。したがって、安定したアーク長を有するＧＭＡアーク３１を発生させることができ、スパッタなどの発生を抑制することができる。
【００３７】
なお、上記実施形態では、パルスピーク電流値Ｉｍｐおよびパルスベース電流値Ｉｍｂを段階的に設定するようにしたが、これに限らず、たとえば図６に示すように、パルスピーク電流値Ｉｍｐおよびパルスベース電流値Ｉｍｂは、プラズマ溶接電流Ｉｗｐに応じて連続的に変化するように定められていてもよい。しかしながら、上記実施形態のようにパルスピーク電流値Ｉｍｐおよびパルスベース電流値Ｉｍｂを段階的に設定した方が、連続的に変化する場合に比べ、パルスピーク電流値Ｉｍｐおよびパルスベース電流値Ｉｍｂの設定が容易となるので、制御が簡素化できる。
【００３８】
また、図３に示したプラズマ溶接電流Ｉｗｐ領域数は、上記実施形態に限るものではなく、２つまたは４つ以上とされてもよい。
【００３９】
本発明に係るプラズマＧＭＡ溶接方法は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係るプラズマＧＭＡ溶接方法の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明にかかるプラズマＧＭＡ溶接方法が適用される溶接装置を示す構成図である。
【図２】本発明のプラズマＧＭＡ溶接方法で用いられるＧＭＡ溶接電流とプラズマ溶接電流とを示す図である。
【図３】ＧＭＡ溶接電流とプラズマ溶接電流との関係を示す図である。
【図４】ＧＭＡ溶接電流とワイヤ送給速度との関係を示す図である。
【図５】溶接時におけるワイヤとプラズマアークの状態を示す図である。
【図６】変形例のＧＭＡ溶接電流とプラズマ溶接電流との関係を示す図である。
【図７】従来のプラズマＧＭＡ溶接方法で用いられるＧＭＡ溶接電流とプラズマ溶接電流とを示す図である。
【図８】従来の、溶接時におけるワイヤとプラズマアークの状態を示す図である。
【符号の説明】
【００４１】
Ａ      溶接装置
Ｇｃ    センターガス
Ｇｓ    シールドガス
Ｇｐ    プラズマガス
Ｉｗｍ  ＧＭＡアーク溶接電流
Ｉｗｐ  プラズマアーク溶接電流
Ｐ      溶接母材
ＰＳＭ  ＧＭＡアーク溶接電源
ＰＳＰ  プラズマアーク溶接電源
ＳＥ    設定装置
Ｗ      ワイヤ
１      ワイヤ送給機構
１１    送給ローラ
１２    モータ
２      溶接トーチ
２１    シールドガスノズル
２２    プラズマノズル
２２ａ  チャネル
２３    プラズマ電極（非消耗電極）
２４    コンタクトチップ
３１    ＧＭＡアーク
３２    プラズマアーク
３３    溶融池
３４    溶接金属
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2010155251.tif 000009
【図１】
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