(57)【要約】溶接ワイヤあるいは母材の固有抵抗率に応じて、溶接スタート期間と溶接エンド期間では、定常溶接期間と異なる溶接電流と溶接速度により溶接を行ない、良好な溶接品質を得るアーク溶接の制御方法である。
2008047488.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接ワイヤと母材との間でアークを発生させて溶接を行うアーク溶接の制御方法であって、前記溶接ワイヤの材質あるいは母材の材質に応じて、定常溶接期間の前の溶接スタート期間と、前記定常溶接期間の後の溶接エンド期間では、前記定常溶接期間と異なる溶接電流および溶接速度により溶接を行うアーク溶接の制御方法。
【請求項２】
前記溶接ワイヤの材質あるいは母材の材質がアルミを主成分とする場合、前記溶接スタート期間では、溶接電流が前記定常溶接期間の溶接電流よりも高い溶接電流となるように制御し、溶接速度が前記定常溶接期間の溶接速度よりも低い溶接速度となるように制御する請求項１記載のアーク溶接制御方法。
【請求項３】
前記溶接スタート期間内において、前記定常溶接期間の溶接電流よりも高い溶接開始位置での溶接電流を、前記定常溶接期間の溶接電流に向って低減するように制御し、前記定常溶接期間の溶接速度よりも低い前記溶接開始位置での溶接速度を、前記定常溶接期間の溶接速度に向って増加するように制御する請求項２記載のアーク溶接制御方法。
【請求項４】
前記溶接スタート期間内において、前記定常溶接期間の溶接電流よりも高い溶接開始位置での溶接電流を一定に維持した後に前記定常溶接期間の溶接電流に向って低減するように制御し、前記定常溶接期間の溶接速度よりも低い前記溶接開始位置での溶接速度を一定に維持した後に前記定常溶接期間の溶接速度に向って増加するように制御する請求項２記載のアーク溶接制御方法。
【請求項５】
前記溶接ワイヤの材質あるいは母材の材質が鉄とステンレスの一方を主成分とする場合、前記溶接スタート期間では、溶接電流が前記定常溶接期間の溶接電流よりも低い溶接電流となるように制御し、溶接速度が前記定常溶接期間の溶接速度よりも低い溶接速度となるように制御する請求項１記載のアーク溶接制御方法。
【請求項６】
前記溶接スタート期間内において、前記定常溶接期間の溶接電流よりも低い溶接開始位置での溶接電流を、前記定常溶接期間の溶接電流に向って増加するように制御し、前記定常溶接期間の溶接速度よりも低い前記溶接開始位置での溶接速度を、前記定常溶接期間の溶接速度に向って増加するように制御する請求項５記載のアーク溶接制御方法。
【請求項７】
前記溶接スタート期間内において、前記定常溶接期間の溶接電流よりも低い溶接開始位置での溶接電流を一定に維持した後に前記定常溶接期間の溶接電流に向って増加するように制御し、前記定常溶接期間の溶接速度よりも低い前記溶接開始位置での溶接速度を一定に維持した後に前記定常溶接期間の溶接速度に向って増加するように制御する請求項５記載のアーク溶接制御方法。
【請求項８】
前記溶接スタート期間内において、前記溶接開始位置から前記溶接スタート期間内の所定の溶接位置まで、あるいは、前記溶接開始位置から前記溶接スタート期間内で所定の長さの溶接を行うまで、あるいは、溶接を開始してから前記溶接スタート期間内で所定の時間が経過するまで、溶接電流と溶接速度とを一定に維持するように制御する請求項４記載のアーク溶接制御方法。
【請求項９】
前記溶接スタート期間内において、前記溶接開始位置から前記溶接スタート期間内の所定の溶接位置まで、あるいは、前記溶接開始位置から前記溶接スタート期間内で所定の長さ溶接を行うまで、あるいは、溶接を開始してから前記溶接スタート期間内で所定の時間が経過するまで、溶接電流と溶接速度とを一定に維持するように制御する請求項７記載のアーク溶接制御方法。
【請求項１０】
前記溶接エンド期間では、溶接電流を前記定常溶接期間の溶接電流よりも低い溶接電流となるように制御し、溶接速度を前記定常溶接期間の溶接速度より低い溶接速度となるように制御する請求項２から９のいずれか１項に記載のアーク溶接制御方法。
【請求項１１】
前記溶接エンド期間において、溶接電流を前記定常溶接期間の溶接電流から前記溶接エンド期間の溶接終了位置での溶接電流に向って低減するように制御し、溶接速度を前記定常溶接期間の溶接速度から前記溶接エンド期間の前記溶接終了位置での溶接速度に向って低減するように制御する請求項１０記載のアーク溶接制御方法。
【請求項１２】
前記溶接エンド期間において、前記定常溶接期間の終了位置から前記溶接エンド期間内の所定の溶接位置にかけて、溶接電流を前記定常溶接期間の溶接電流から前記溶接エンド期間の前記溶接終了位置での溶接電流に向けて低減するように制御し、前記溶接エンド期間内の前記所定の溶接位置から前記溶接エンド期間の前記溶接終了位置までは前記溶接エンド期間の前記溶接終了位置での溶接電流を一定に維持するように制御し、
前記定常溶接期間の終了位置から前記溶接エンド期間内の所定の溶接位置にかけて、溶接速度を前記定常溶接期間の溶接速度から前記溶接エンド期間の前記溶接終了位置での溶接速度に向けて低減するように制御し、前記溶接エンド期間内の前記所定の溶接位置から前記溶接エンド期間の前記溶接終了位置までは前記溶接エンド期間の前記溶接終了位置での溶接速度を維持するように制御する請求項１０記載のアーク溶接制御方法。
【請求項１３】
前記溶接エンド期間において、前記溶接エンド期間の溶接終了位置に至るまでの前記溶接エンド期間内の所定の溶接長さを溶接する期間、あるいは、前記溶接エンド期間の溶接終了位置に至るまでの前記溶接エンド期間内の所定の時間の間は、溶接電流と溶接速度を一定に維持するように制御する請求項１０記載のアーク溶接制御方法。
【請求項１４】
溶接ワイヤと母材との間でアークを発生させて溶接を行うアーク溶接装置であって、前記溶接ワイヤの材質あるいは母材の材質を設定するための材質設定部と、
前記材質設定部が設定する材質に基づいて溶接スタート期間と前記溶接スタート期間の後の定常溶接期間と前記定常溶接期間の後の溶接エンド期間での溶接電流及び溶接速度を時系列的に制御する信号を出力する溶接条件制御部と、
溶接電流を制御するスイッチング素子と、
前記溶接条件制御部からの信号に基づいて前記スイッチング素子を制御する出力制御部と、
前記溶接ワイヤを送給するための溶接トーチを保持するマニピュレータと、
前記溶接条件制御部からの信号に基づいて前記マニピュレータの動作を制御することで溶接速度を制御するロボット制御部とを備え、
前記材質設定部が設定する溶接ワイヤの材質あるいは母材の材質に応じて、前記溶接スタート期間および前記溶接エンド期間では前記定常溶接期間とは異なる溶接電流および溶接速度により溶接を行うアーク溶接装置。
【請求項１５】
前記材質設定部が設定する溶接ワイヤの材質あるいは母材の材質がアルミを主成分とするものである場合には、前記溶接スタート期間では、前記定常溶接期間の溶接電流よりも高い溶接電流となるように溶接電流を制御し、前記定常溶接期間の溶接速度よりも低い溶接速度となるように溶接速度を制御する請求項１４記載のアーク溶接装置。
【請求項１６】
前記材質設定部が設定する溶接ワイヤの材質あるいは母材の材質が鉄とステンレスの一方を主成分とするものである場合には、前記溶接スタート期間では、前記定常溶接期間の溶接電流よりも低い溶接電流となるように溶接電流を制御し、前記定常溶接期間の溶接速度よりも低い溶接速度となるように溶接速度を制御する請求項１４記載のアーク溶接装置。
【請求項１７】
前記材質設定部が、溶接ワイヤの材質あるいは母材の材質が、アルミを主成分とする材質であるのか、または鉄とステンレスの一方を主成分とする材質であるのかを選択する請求項１４に記載のアーク溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、消耗電極である溶接ワイヤを送給しながらアーク溶接を行うアーク溶接制御方法およびアーク溶接装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  従来のアーク溶接では、アルミを溶接する場合、溶接のスタート期間では溶接電圧と溶接ワイヤ送給速度を定常溶接期間と同じにする。そして、溶接のエンド期間では、クレータの発生を抑制するために、溶接電圧を定常溶接期間のレベルからクレータ処理レベルまで減少させると共に、溶接ワイヤの送給速度を溶接電圧の減少に応じて減少させる。従来のアーク溶接については、例えば特許文献１が知られている。【０００３】  上記従来のアーク溶接では、図８Ａから図８Ｃに示すように、溶接始端部１０３では溶接電圧と溶接ワイヤ送給速度とが定常溶接期間ＴＮと同じであるので、アルミなどの固有抵抗率の低い母材１０１を溶接する場合、溶接始端部１０３の付近では熱不足により溶け込み不足が発生することがある。そして、ビード幅が狭く、ビード高さが高く、溶け込みが浅く、ビードのなじみがないビード外観になることがある。【０００４】  また、溶接終端部におけるクレータ１０２の発生を軽減することは、溶接電圧とワイヤ送給速度の制御により可能である。しかし、定常溶接期間ＴＮの溶接電圧Ｖ１とワイヤ送給速度ＷＳ１が、溶接終了点で溶接電圧Ｖ２とワイヤ送給速度ＷＳ２になるように調整するだけでは、クレータ１０２を安定に形成することができない場合がある。その理由としては、エンド期間ＴＥにおいて定常溶接期間ＴＮと同じ溶接速度で溶接ワイヤを溶接方向に移動させる場合、溶接ワイヤ送給速度をＷＳ１からＷＳ２に減速すると、溶接ワイヤの供給量が減少してビード幅が細くなりすぎるからである。従って、溶接始端部から終端部に至る全溶接長において溶接品質を確保できる溶接方法が望まれている。
【特許文献１】日本特許出願特開平１−１０７９６８号公報
【発明の開示】
【０００５】  本発明は、溶接ワイヤと母材との間でアークを発生させて溶接を行うアーク溶接の制御方法であって、溶接ワイヤの材質あるいは母材の材質に応じて、定常溶接期間の前の溶接スタート期間と、定常溶接期間の後の溶接エンド期間では、定常溶接期間と異なる溶接電流および溶接速度により溶接を行う。この溶接電流と溶接速度を適切に設定することにより、溶接始端部から溶接終端部に至る全溶接長において、溶接品質を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１Ａ】図１Ａは、実施の形態１の制御例１における溶接位置に関する溶接電流の変化を示す図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、実施の形態１の制御例１における溶接位置に関する溶接速度の変化を示す図である。
【図２Ａ】図２Ａは、実施の形態１の制御例２における溶接位置に関する溶接電流の変化を示す図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、実施の形態１の制御例２における溶接位置に関する溶接速度の変化を示す図である。
【図３Ａ】図３Ａは、実施の形態１の制御例３における溶接位置に関する溶接電流の変化を示す図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、実施の形態１の制御例３における溶接位置に関する溶接速度の変化を示す図である。
【図４Ａ】図４Ａは、実施の形態１の制御例４における溶接位置に関する溶接電流の変化を示す図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、実施の形態１の制御例４における溶接位置に関する溶接速度の変化を示す図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態１および実施の形態２におけるアーク溶接装置の概略構成を示す図である。
【図６Ａ】図６Ａは、実施の形態２の制御例における溶接位置に関する溶接電流の変化を示す図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、実施の形態２の制御例における溶接位置に関する溶接速度の変化を示す図である。
【図７Ａ】図７Ａは、実施の形態２の別の制御例における溶接位置に関する溶接電流の変化を示す図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、実施の形態２の別の制御例における溶接位置に関する溶接速度の変化を示す図である。
【図８Ａ】図８Ａは、従来例における溶接位置に関する溶接電圧の変化を示す図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、従来例における溶接位置に関する溶接ワイヤ送給速度の変化を示す図である。
【図８Ｃ】図８Ｃは、従来例における溶接位置に関する溶接状態を示す図である。
【符号の説明】
【０００７】３  スイッチング素子
７  出力制御部
８  溶接条件制御部
９  材質設定部
１０  ロボット制御部
１１  ワイヤ送給制御部
ｌ２  マニピュレータ
１３  ワイヤ送給装置
１４  溶接ワイヤ
１５  溶接トーチ
１６  溶接アーク
１７  母材
２０  溶接機
２１  ロボット
１０１  母材（被溶接物）
１０２  クレータ（溶接終端部）
１０３  溶接始端部
ＴＮ  定常溶接期間
ＴＳ  溶接スタート期間
ＴＥ  溶接エンド期間
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】  以下、本発明の実施の形態について、図１Ａから図７Ｂを用いて説明する。アルミなどの固有抵抗率が低い材質に有効なアーク溶接については実施の形態１で説明し、鉄やステンレスなどの固有抵抗率が高い材質に有効なアーク溶接については実施の形態２で説明する。【０００９】  （実施の形態１）
アルミなどの固有抵抗率が低い材質に有効なアーク溶接制御方法およびアーク溶接装置について、以下、図１Ａから図５を用いて説明する。【００１０】  図１Ａおよび図１Ｂはそれぞれ、溶接電流と溶接速度の溶接位置に対する変化を示す。【００１１】  図１Ａおよび図１Ｂにおいて、溶接開始位置ＰＳで溶接が開始される。溶接電流は、溶接開始位置ＰＳから溶接位置Ｐ１までの溶接スタート期間ＴＳでは、定常溶接期間ＴＮの溶接電流ＩＮよりも高い溶接電流になるように制御される。また、溶接速度（溶接ワイヤの溶接方向への移動速度）は、溶接スタート期間ＴＳでは、定常溶接期間ＴＮの溶接速度ＳＮよりも低い溶接速度になるように制御される。【００１２】  図１Ａおよび図１Ｂに示すように、溶接電流は溶接開始位置ＰＳでＩＮより高い値のＩＳに設定される。溶接電流は、溶接スタート期間ＴＳ内で、ＩＳからＩＮに一定の割り合いで徐々に低減するように制御される。また、溶接速度は溶接開始位置ＰＳでＳＮより低い値のＳＳに設定される。溶接速度は、溶接スタート期間ＴＳ内で、ＳＳからＳＮに一定の割り合いで徐々に増加するように制御される。溶接速度を、徐々に増加させることで、急激に増加させる場合に比べて溶接状態が安定し、ビード外観を良くすることができる。溶接電流と溶接速度を変化させる割り合いは、母材の状態や溶接条件等により各々適切に定められる。【００１３】  溶接スタート期間ＴＳにおいて、上記のように溶接電流や溶接速度を制御することで、アルミを主成分とする母材に急峻に熱を入れることができ、母材が加熱され、母材の溶融が進行し、十分な溶け込みを得ることができる。そして、溶接位置が定常溶接期間ＴＮが始まるＰ１に到達する時には、母材への入熱は十分にされており、溶け込みが安定している状態で、溶接電流はＩＮになり溶接速度はＳＮになる。【００１４】  アルミを主成分とする母材を溶接する場合、アルミは、固有抵抗率が低く、熱伝導性が良く熱が逃げやすいので、従来の制御方法では、溶接始端部付近はビード幅が狭く、ビード高さが高く、溶け込みが浅く、ビードのなじみがないビード形成が行われる。しかし、本実施の形態のアーク溶接制御方法によれば、溶接開始部で母材に急峻に熱を入れることができ、ビード幅が広く、ビード高さが低く、溶け込みが深く、ビードのなじみが出るようなビード形成を確保することができる。【００１５】  なお、上記の溶接電流と溶接速度の制御に、溶接電圧の制御を加えることで更に良好なビード外観を得ることが可能である。具体的には、溶接電流に対応したアーク長を維持するように溶接電圧を制御することで良好なビード外観を得る。溶接電圧の制御を行うことでビード形成状態や溶接状態に対して入熱調整の裕度が広がるので、溶接品質を向上させることができる。【００１６】  次に、図２Ａおよび図２Ｂを用いて、溶接スタート期間の、図１Ａおよび図１Ｂとは異なる溶接電流と溶接速度の制御の例を説明する。図２Ａおよび図２Ｂはそれぞれ、溶接電流と溶接速度の溶接位置に対する変化を示す。【００１７】  図２Ａおよび図２Ｂに示すように、溶接スタート期間ＴＳを、溶接開始位置ＰＳから溶接位置Ｐ２までの期間ＴＳ１と、溶接位置Ｐ２から溶接位置Ｐ３までの期��ＴＳ２とに分ける。溶接電流は、期間ＴＳ１では定常溶接期間ＴＮの溶接電流ＩＮより高い溶接電流ＩＳを一定に維持するように制御され、期間ＴＳ２ではＩＳからＩＮに一定の割り合いで徐々に減少するように制御される。また、溶接速度は、期間ＴＳ１では定常溶接期間ＴＮの溶接速度ＳＮより低い溶接速度ＳＳを一定に維持するように制御され、期間ＴＳ２では、ＳＳからＳＮに一定の割り合いで徐々に増加するように制御される。【００１８】  上記のように制御することで、図１Ａおよび図１Ｂに示される場合よりも更に急峻に母材に熱を入れることができるので、母材が加熱され、母材の溶融が進行され、十分な溶け込みを得ることができる。その結果、溶接始端部に良好な外観のビードを得る。【００１９】  そして、溶接位置が定常溶接期間ＴＮが始まるＰ３に到達する時には、母材への入熱は十分にされており、溶け込みが安定している状態で、溶接電流はＩＮになり溶接速度はＳＮになる。【００２０】  溶接電流と溶接速度の制御に加えて、溶接電圧を制御することは、図１Ａおよび図１Ｂに示される場合と同様に可能である。【００２１】  次に、図３Ａおよび図３Ｂを用いて、溶接電流と溶接速度の制御の例について説明する。図３Ａおよび図３Ｂはそれぞれ、溶接電流と溶接速度の溶接位置に対する変化を示す。溶接開始位置ＰＳからＰ１１までの制御は、図１Ａおよび図１Ｂに示すものと同様なので説明は省略する。【００２２】  図３Ａおよび図３Ｂに示すように、溶接位置Ｐ１１から溶接終了点ＰＥまでの溶接エンド期間ＴＥで、溶接電流は、定常溶接期間ＴＮの溶接電流ＩＮよりも低い溶接電流ＩＥになるように、一定の割合で徐々に減少するように制御される。また、溶接速度は、溶接エンド期間ＴＥで、定常溶接期間ＴＮの溶接速度ＳＮよりも低い溶接速度ＳＥになるように、一定の割合で徐々に減少するように制御される。【００２３】  上記制御を行うことにより、母材への入熱を徐々に低減させ、定常溶接期間ＴＮと同等のビード幅を維持しながら溶け込みを浅くし、クレータ中央部の掘れ込みを抑制することができる。【００２４】  溶接電流と溶接速度の制御に加えて、溶接電圧を制御することは、図１Ａおよび図１Ｂに示される場合と同様に可能である。【００２５】  次に、図４Ａおよび図４Ｂを用いて、溶接開始位置ＰＳから溶接終了位置ＰＥまでの溶接電流と溶接速度の制御の例について説明する。図４Ａおよび図４Ｂはそれぞれ、溶接電流と溶接速度の溶接位置に対する変化を示す。溶接開始位置ＰＳから溶接位置Ｐ１１までの制御は図２Ａおよび図２Ｂに示すものと同様なので説明は省略する。【００２６】  図４Ａおよび図４Ｂに示すように、溶接位置Ｐ１１から溶接終了位置ＰＥまでの溶接エンド期間ＴＥを、溶接位置Ｐ１１から溶接位置Ｐ１２までの期間ＴＥ１と、溶接位置Ｐ１２から溶接終了位置ＰＥまでの期間ＴＥ２とに分ける。溶接電流は、期間ＴＥ１では、定常溶接期間ＴＮの溶接電流ＩＮから、ＩＮより低い溶接電流ＩＥに一定の割合で徐々に減少するように制御され、期間ＴＥ２では、溶接電流ＩＥを一定に維持するように制御される。【００２７】  また、溶接速度は、期間ＴＥ１では、定常溶接期間ＴＮの溶接速度ＳＮから、ＳＮより低い溶接速度ＳＥに一定の割合で徐々に減少するように制御され、期間ＴＥ２では、溶接速度ＳＥを一定に維持するように制御される。【００２８】  上記制御を行うことにより、母材への入熱を十分に低減させて溶接を終了することができるので、定常溶接期間ＴＮと同等のビード幅を維持しながら溶け込みを浅くし、更にクレータ中央部の掘れ込みを抑制することができる。【００２９】  溶接電流と溶接速度の制御に加えて、溶接電圧を制御することは、図１Ａおよび図１Ｂに示される場合と同様に可能である。【００３０】  図５は、本発明の実施の形態１および実施の形態２で使用されるアーク溶接装置の構成を示す。アーク溶接装置は主に溶接機２０とロボット２１とで構成される。【００３１】  溶接機２０において、入力電源１からの電力は１次整流部２で整流され、スイッチング素子３により交流に変換され、トランス４により降圧され、２次整流部５およびインダクタ（ＤＣＬ）６により整流され、溶接ワイヤ１４と母材１７との間に印加される。また、溶接機２０は、スイッチング素子３を制御するための出力制御部７と、出力制御部７に制御信号を出力する溶接条件制御部８と、溶接ワイヤ１４の材質あるいは母材１７の材質を設定するための材質設定部９と、ワイヤ送給装置１３を制御するためのワイヤ送給制御部１１とを備えている。溶接ワイヤとしては、母材１７と同じ材質の溶接ワイヤが使用される。【００３２】  ロボット２１は、主にマニピュレータ１２とロボット制御部１０とから構成される。マニピュレータ１２には、ワイヤ送給装置１３および溶接トーチ１５が設けられている。【００３３】  材質設定部９は母材１７の材質を設定し、設定した材質に対応する信号を溶接条件制御部８に出力する。溶接条件制御部８は、この信号に基づいて予め材質毎に設定されている溶接スタート期間ＴＳにおける溶接電流を制御する信号と、定常溶接期間ＴＮにおける溶接電流を制御する信号と、溶接エンド期間ＴＥにおける溶接電流を制御する信号を出力制御部７に出力する。出力制御部７は、溶接条件制御部８からの信号に基づいてスイッチング素子３を制御することで、溶接電流を制御する。【００３４】  また、溶接条件制御部８は、材質設定部９からの信号に基づいて予め材質毎に設定されている溶接スタート期間ＴＳにおける溶接速度を制御する信号と、定常溶接期間ＴＮにおける溶接速度を制御する信号と、溶接エンド期間ＴＥにおける溶接速度を制御する信号をロボット制御部１０に出力する。ロボット制御部１０は、溶接条件制御部８からの信号に基づいてマニピュレータ１２を制御することで、母材１７の溶接方向に対する溶接速度、すなわち、溶接ワイヤ１４の溶接方向に対する移動速度を制御する。【００３５】  また、溶接条件制御部８は、溶接電流と一元関係にある溶接ワイヤ１４の送給速度を制御する信号をワイヤ送給制御部１１に出力し、ワイヤ送給制御部１１は溶接条件制御部８からの信号に基づいてワイヤ送給装置１３を制御することで溶接ワイヤ１４の送給速度を制御する。【００３６】  例えば、材質設定部９において、溶接ワイヤ１４の材質あるいは母材１７の材質がアルミを主成分とする材質であることが設定されると、図１Ａおよび図１Ｂ、図２Ａおよび図２Ｂ、図３Ａおよび図３Ｂ、あるいは図４Ａおよび図４Ｂに示される溶接電流および溶接速度の制御が実行される。【００３７】  なお、図５で示すアーク溶接装置を構成する各構成部は、各々単独に構成してもよいし、複数の構成部を複合して構成してもよい。また、図５で示すアーク溶接装置において、材質設定部９は、アルミを主成分とする材質であるのか、あるいは鉄、ステンレスであるのかを選択可能な構成としてもよい。【００３８】  以上のように、本実施の形態のアーク溶接制御方法およびアーク溶接制御装置によれば、例えば、重ねすみ肉や水平すみ肉溶接を行う際に、溶接ワイヤ１４の材質あるいは母材１７の材質の固有抵抗率に応じて、溶接スタート期間ＴＳおよび／または溶接エンド期間ＴＥにおいて、定常溶接期間ＴＮの溶接電流ＩＮや溶接速度ＳＮとは異なる溶接電流や溶接速度でアーク溶接を行う。これにより、溶接始端部から溶接終端部に至る全溶接長において均質な溶接品質を実現することができる。【００３９】  なお、図２Ａ、図２Ｂおよび図４Ａ、図４Ｂおいて、溶接スタート期間の期間ＴＳ１では溶接電流および溶接速度を一定に制御する例を示したが、期間ＴＳ１に替えて、溶接開始位置から所定の長さ溶接を行うまで、あるいは、溶接を開始してから所定の時間が経過するまで、溶接電流や溶接速度を一定に維持するように制御してもよい。【００４０】  また、図４Ａおよび図４Ｂにおいて、溶接エンド期間の期間ＴＥ２では溶接電流および溶接速度を一定に制御する例を示したが、期間ＴＥ２に替えて、溶接終了位置ＰＥに至るまでの所定の溶接長さを溶接する期間、あるいは、溶接終了位置ＰＥに至るまでの所定の時間の間は、溶接電流や溶接速度を一定に維持するように制御してもよい。【００４１】  本実施の形態において、溶接電流や溶接速度を一定の割り合いで変化するように制御する、すなわち、直線状に溶接電流や溶接速度を変化させる例を示したが、直線状に限らず、曲線状や変曲点をもった直線状あるいは変曲点をもった曲線状に変化するように制御してもよい。【００４２】  （実施の形態２）
鉄やステンレスなどの固有抵抗率が高い材質に有効なアーク溶接について、以下、図６Ａから図７Ｂを用いて説明する。本実施の形態において、実施の形態１と同様の箇所には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。【００４３】  図６Ａおよび図６Ｂはそれぞれ、溶接電流と溶接速度の溶接位置に対する変化を示す。図６Ａおよび図６Ｂにおいて、溶接開始位置ＰＳで溶接が開始される。溶接電流は、溶接開始位置ＰＳから溶接位置Ｐ４までの溶接スタート期間ＴＳでは、定常溶接期間ＴＮの溶接電流ＩＮよりも低い溶接電流になるように制御される。また、溶接速度は、溶接スタート期間ＴＳでは、定常溶接期間ＴＮの溶接速度ＳＮよりも低い溶接速度になるように制御される。【００４４】  図６Ａおよび図６Ｂに示すように、溶接電流は、溶接開始位置ＰＳでＩＮより低い値のＩＳ２に設定される。溶接電流は、溶接スタート期間ＴＳ内で、ＩＳ２からＩＮに一定の割り合いで徐々に増加するように制御される。また、溶接速度は、溶接開始位置ＰＳでＳＮより低い値のＳＳに設定される。溶接速度は、溶接スタート期間ＴＳ内で、ＳＳからＳＮに一定の割り合いで徐々に増加するように制御される。溶接速度を、徐々に増加させることで、急激に増加させる場合に比べて溶接状態が安定し、ビード外観を良くすることができる。【００４５】  溶接スタート期間ＴＳにおいて、上記のように溶接電流や溶接速度を制御することで、鉄やステンレスを主成分とする母材に徐々に入熱することができ、母材がゆっくり加熱され、適正な溶け込みを得ることができる。そして、溶接位置が溶接位置Ｐ４に到達する時には、母材への入熱は適度にされており、溶け込みが安定している状態で、溶接電流はＩＮになり溶接速度ＳＮになる。かくして、溶接開始時に母材へ適切に入熱することができ、ビード幅の均質性を安定に確保できる。【００４６】  溶融金属は入熱の高いところに引かれやすい性質があるので、従来の制御方法では、溶接開始位置ＰＳにおいて母材へ熱が入り過ぎて定常溶接期間ＴＮの溶融金属が溶接開始位置ＰＳの方向に引かれて溶接始端部付近のビード幅が広く、定常溶接期間ＴＮの開始部分のビードが細くなり、すなわち、くびれたビード形成状態になることがある。しかし、本実施の形態のアーク溶接制御方法によれば、溶接開始部で母材へ適切に入熱することができ、定常溶接期間ＴＮの溶融金属が溶接開始位置ＰＳの方向へ引かれ難く、従って、ビード幅の均質性を安定して確保することができる。【００４７】  溶接電流と溶接速度の制御に加えて、溶接電圧を制御することは、実施の形態１と同様に可能である。【００４８】  次に、図７Ａおよび図７Ｂに示す溶接電流や溶接速度の制御の例について説明する。図７Ａおよび図７Ｂはそれぞれ、溶接電流と溶接速度の溶接位置に対する変化を示す。【００４９】  図７Ａおよび図７Ｂに示すように、溶接スタート期間ＴＳを、溶接開始位置ＰＳから溶接位置Ｐ５までの期間ＴＳ３と、溶接位置Ｐ５から溶接位置Ｐ６までの期間ＴＳ４とに分ける。溶接電流は、期間ＴＳ３では定常溶接期間ＴＮの溶接電流ＩＮより低い溶接電流ＩＳ２を一定に維持するように制御され、期間ＴＳ４ではＩＳ２からＩＮに一定の割り合いで徐々に増加するように制���される。また、溶接速度は、期間ＴＳ３では定常溶接期間ＴＮの溶接電流ＩＮより低い溶接速度ＳＳを一定に維持するように制御され、期間ＴＳ４ではＳＳからＳＮに一定の割り合いで徐々に増加するように制御される。このように制御することで、徐々に入熱することができ、母材がゆっくり加熱され、図６Ａおよび図６Ｂに示す場合よりも更に適正な溶け込みを得ることができる。そして、溶接位置Ｐ６に到達する時には、母材への入熱は適正にされており、溶け込みが安定している状態で、溶接電流はＩＮになり溶接速度はＳＮになる。かくして、溶接開始時に母材へ適切に入熱することができ、ビード幅の均質性を安定に確保できる。溶接電流と溶接速度の制御に加えて、溶接電圧を制御することは、実施の形態１と同様に可能である。【００５０】  また、溶接エンド期間での溶接電流および溶接速度の制御については、実施の形態１と同様に行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】  本発明のアーク溶接制御方法およびアーク溶接装置は、均質な溶接品質を実現できるので産業上有用である。
【図１Ａ】
2008047488.tif 000003
【図１Ｂ】
2008047488.tif 000004
【図２Ａ】
2008047488.tif 000005
【図２Ｂ】
2008047488.tif 000006
【図３Ａ】
2008047488.tif 000007
【図３Ｂ】
2008047488.tif 000008
【図４Ａ】
2008047488.tif 000009
【図４Ｂ】
2008047488.tif 000010
【図５】
2008047488.tif 000011
【図６Ａ】
2008047488.tif 000012
【図６Ｂ】
2008047488.tif 000013
【図７Ａ】
2008047488.tif 000014
【図７Ｂ】
2008047488.tif 000015
【図８Ａ】
2008047488.tif 000016
【図８Ｂ】
2008047488.tif 000017
【図８Ｃ】
2008047488.tif 000018
【手続補正書】
【提出日】平成19年8月27日(2007.8.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接ワイヤと母材との間でアークを発生させて溶接を行うアーク溶接の制御方法であって、前記溶接ワイヤの材質あるいは母材の材質に応じて、定常溶接期間の前の溶接スタート期間と、前記定常溶接期間の後の溶接エンド期間では、前記定常溶接期間と異なる溶接電流および溶接速度により溶接を行うアーク溶接の制御方法。
【請求項２】
前記溶接ワイヤの材質あるいは母材の材質がアルミを主成分とする場合、前記溶接スタート期間では、溶接電流が前記定常溶接期間の溶接電流よりも高い溶接電流となるように制御し、溶接速度が前記定常溶接期間の溶接速度よりも低い溶接速度となるように制御する請求項１記載のアーク溶接制御方法。
【請求項３】
前記溶接スタート期間内において、前記定常溶接期間の溶接電流よりも高い溶接開始位置での溶接電流を、前記定常溶接期間の溶接電流に向って低減するように制御し、前記定常溶接期間の溶接速度よりも低い前記溶接開始位置での溶接速度を、前記定常溶接期間の溶接速度に向って増加するように制御する請求項２記載のアーク溶接制御方法。
【請求項４】
前記溶接スタート期間内において、前記定常溶接期間の溶接電流よりも高い溶接開始位置での溶接電流を一定に維持した後に前記定常溶接期間の溶接電流に向って低減するように制御し、前記定常溶接期間の溶接速度よりも低い前記溶接開始位置での溶接速度を一定に維持した後に前記定常溶接期間の溶接速度に向って増加するように制御する請求項２記載のアーク溶接制御方法。
【請求項５】
前記溶接ワイヤの材質あるいは母材の材質が鉄とステンレスの一方を主成分とする場合、前記溶接スタート期間では、溶接電流が前記定常溶接期間の溶接電流よりも低い溶接電流となるように制御し、溶接速度が前記定常溶接期間の溶接速度よりも低い溶接速度となるように制御する請求項１記載のアーク溶接制御方法。
【請求項６】
前記溶接スタート期間内において、前記定常溶接期間の溶接電流よりも低い溶接開始位置での溶接電流を、前記定常溶接期間の溶接電流に向って増加するように制御し、前記定常溶接期間の溶接速度よりも低い前記溶接開始位置での溶接速度を、前記定常溶接期間の溶接速度に向って増加するように制御する請求項５記載のアーク溶接制御方法。
【請求項７】
前記溶接スタート期間内において、前記定常溶接期間の溶接電流よりも低い溶接開始位置での溶接電流を一定に維持した後に前記定常溶接期間の溶接電流に向って増加するように制御し、前記定常溶接期間の溶接速度よりも低い前記溶接開始位置での溶接速度を一定に維持した後に前記定常溶接期間の溶接速度に向って増加するように制御する請求項５記載のアーク溶接制御方法。
【請求項８】
前記溶接スタート期間内において、前記溶接開始位置から前記溶接スタート期間内の所定の溶接位置まで、あるいは、前記溶接開始位置から前記溶接スタート期間内で所定の長さの溶接を行うまで、あるいは、溶接を開始してから前記溶接スタート期間内で所定の時間が経過するまで、溶接電流と溶接速度とを一定に維持するように制御する請求項４記載のアーク溶接制御方法。
【請求項９】
前記溶接スタート期間内において、前記溶接開始位置から前記溶接スタート期間内の所定の溶接位置まで、あるいは、前記溶接開始位置から前記溶接スタート期間内で所定の長さ溶接を行うまで、あるいは、溶接を開始してから前記溶接スタート期間内で所定の時間が経過するまで、溶接電流と溶接速度とを一定に維持するように制御する請求項７記載のアーク溶接制御方法。
【請求項１０】
前記溶接エンド期間では、溶接電流を前記定常溶接期間の溶接電流よりも低い溶接電流となるように制御し、溶接速度を前記定常溶接期間の溶接速度より低い溶接速度となるように制御する請求項２から９のいずれか１項に記載のアーク溶接制御方法。
【請求項１１】
前記溶接エンド期間において、溶接電流を前記定常溶接期間の溶接電流から前記溶接エンド期間の溶接終了位置での溶接電流に向って低減するように制御し、溶接速度を前記定常溶接期間の溶接速度から前記溶接エンド期間の前記溶接終了位置での溶接速度に向って低減するように制御する請求項１０記載のアーク溶接制御方法。
【請求項１２】
前記溶接エンド期間において、前記定常溶接期間の終了位置から前記溶接エンド期間内の所定の溶接位置にかけて、溶接電流を前記定常溶接期間の溶接電流から前記溶接エンド期間の前記溶接終了位置での溶接電流に向けて低減するように制御し、前記溶接エンド期間内の前記所定の溶接位置から前記溶接エンド期間の前記溶接終了位置までは前記溶接エンド期間の前記溶接終了位置での溶接電流を一定に維持するように制御し、
前記定常溶接期間の終了位置から前記溶接エンド期間内の所定の溶接位置にかけて、溶接速度を前記定常溶接期間の溶接速度から前記溶接エンド期間の前記溶接終了位置での溶接速度に向けて低減するように制御し、前記溶接エンド期間内の前記所定の溶接位置から前記溶接エンド期間の前記溶接終了位置までは前記溶接エンド期間の前記溶接終了位置での溶接速度を維持するように制御する請求項１０記載のアーク溶接制御方法。
【請求項１３】
前記溶接エンド期間において、前記溶接エンド期間の溶接終了位置に至るまでの前記溶接エンド期間内の所定の溶接長さを溶接する期間、あるいは、前記溶接エンド期間の溶接終了位置に至るまでの前記溶接エンド期間内の所定の時間の間は、溶接電流と溶接速度を一定に維持するように制御する請求項１０記載のアーク溶接制御方法。
【請求項１４】
溶接ワイヤと母材との間でアークを発生させて溶接を行うアーク溶接装置であって、前記溶接ワイヤの材質あるいは母材の材質を設定するための材質設定部と、
前記材質設定部が設定する材質に基づいて溶接スタート期間と前記溶接スタート期間の後の定常溶接期間と前記定常溶接期間の後の溶接エンド期間での溶接電流及び溶接速度を時系列的に制御する信号を出力する溶接条件制御部と、
溶接電流を制御するスイッチング素子と、
前記溶接条件制御部からの信号に基づいて前記スイッチング素子を制御する出力制御部と、
前記溶接ワイヤを送給するための溶接トーチを保持するマニピュレータと、
前記溶接条件制御部からの信号に基づいて前記マニピュレータの動作を制御することで溶接速度を制御するロボット制御部とを備え、
前記材質設定部が設定する溶接ワイヤの材質あるいは母材の材質に応じて、前記溶接スタート期間および前記溶接エンド期間では前記定常溶接期間とは異なる溶接電流および溶接速度により溶接を行うアーク溶接装置。
【請求項１５】
前記材質設定部が設定する溶接ワイヤの材質あるいは母材の材質がアルミを主成分とするものである場合には、前記溶接スタート期間では、前記定常溶接期間の溶接電流よりも高い溶接電流となるように溶接電流を制御し、前記定常溶接期間の溶接速度よりも低い溶接速度となるように溶接速度を制御する請求項１４記載のアーク溶接装置。
【請求項１６】
前記材質設定部が設定する溶接ワイヤの材質あるいは母材の材質が鉄とステンレスの一方を主成分とするものである場合には、前記溶接スタート期間では、前記定常溶接期間の溶接電流よりも低い溶接電流となるように溶接電流を制御し、前記定常溶接期間の溶接速度よりも低い溶接速度となるように溶接速度を制御する請求項１４記載のアーク溶接装置。
【請求項１７】
前記材質設定部が、溶接ワイヤの材質あるいは母材の材質が、アルミを主成分とする材質であるのか、または鉄とステンレスの一方を主成分とする材質であるのかを選択する請求項１４に記載のアーク溶接装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、消耗電極である溶接ワイヤを送給しながらアーク溶接を行うアーク溶接制御方法およびアーク溶接装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のアーク溶接では、アルミを溶接する場合、溶接のスタート期間では溶接電圧と溶接ワイヤ送給速度を定常溶接期間と同じにする。そして、溶接のエンド期間では、クレータの発生を抑制するために、溶接電圧を定常溶接期間のレベルからクレータ処理レベルまで減少させると共に、溶接ワイヤの送給速度を溶接電圧の減少に応じて減少させる。従来のアーク溶接については、例えば特許文献１が知られている。
【０００３】
上記従来のアーク溶接では、図８Ａから図８Ｃに示すように、溶接始端部１０３では溶接電圧と溶接ワイヤ送給速度とが定常溶接期間ＴＮと同じであるので、アルミなどの固有抵抗率の低い母材１０１を溶接する場合、溶接始端部１０３の付近では熱不足により溶け込み不足が発生することがある。そして、ビード幅が狭く、ビード高さが高く、溶け込みが浅く、ビードのなじみがないビード外観になることがある。
【０００４】
また、溶接終端部におけるクレータ１０２の発生を軽減することは、溶接電圧とワイヤ送給速度の制御により可能である。しかし、定常溶接期間ＴＮの溶接電圧Ｖ１とワイヤ送給速度ＷＳ１が、溶接終了点で溶接電圧Ｖ２とワイヤ送給速度ＷＳ２になるように調整するだけでは、クレータ１０２を安定に形成することができない場合がある。その理由としては、エンド期間ＴＥにおいて定常溶接期間ＴＮと同じ溶接速度で溶接ワイヤを溶接方向に移動させる場合、溶接ワイヤ送給速度をＷＳ１からＷＳ２に減速すると、溶接ワイヤの供給量が減少してビード幅が細くなりすぎるからである。従って、溶接始端部から終端部に至る全溶接長において溶接品質を確保できる溶接方法が望まれている。
【特許文献１】日本特許出願特開平１−１０７９６８号公報
【発明の開示】
【０００５】
本発明は、溶接ワイヤと母材との間でアークを発生させて溶接を行うアーク溶接の制御方法であって、溶接ワイヤの材質あるいは母材の材質に応じて、定常溶接期間の前の溶接スタート期間と、定常溶接期間の後の溶接エンド期間では、定常溶接期間と異なる溶接電流および溶接速度により溶接を行う。この溶接電流と溶接速度を適切に設定することにより、溶接始端部から溶接終端部に至る全溶接長において、溶接品質を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明の実施の形態について、図１Ａから図７Ｂを用いて説明する。アルミなどの固有抵抗率が低い材質に有効なアーク溶接については実施の形態１で説明し、鉄やステンレスなどの固有抵抗率が高い材質に有効なアーク溶接については実施の形態２で説明する。
【０００７】
（実施の形態１）
アルミなどの固有抵抗率が低い材質に有効なアーク溶接制御方法およびアーク溶接装置について、以下、図１Ａから図５を用いて説明する。
【０００８】
図１Ａおよび図１Ｂはそれぞれ、溶接電流と溶接速度の溶接位置に対する変化を示す。
【０００９】
図１Ａおよび図１Ｂにおいて、溶接開始位置ＰＳで溶接が開始される。溶接電流は、溶接開始位置ＰＳから溶接位置Ｐ１までの溶接スタート期間ＴＳでは、定常溶接期間ＴＮの溶接電流ＩＮよりも高い溶接電流になるように制御される。また、溶接速度（溶接ワイヤの溶接方向への移動速度）は、溶接スタート期間ＴＳでは、定常溶接期間ＴＮの溶接速度ＳＮよりも低い溶接速度になるように制御される。
【００１０】
図１Ａおよび図１Ｂに示すように、溶接電流は溶接開始位置ＰＳでＩＮより高い値のＩＳに設定される。溶接電流は、溶接スタート期間ＴＳ内で、ＩＳからＩＮに一定の割り合いで徐々に低減するように制御される。また、溶接速度は溶接開始位置ＰＳでＳＮより低い値のＳＳに設定される。溶接速度は、溶接スタート期間ＴＳ内で、ＳＳからＳＮに一定の割り合いで徐々に増加するように制御される。溶接速度を、徐々に増加させることで、急激に増加させる場合に比べて溶接状態が安定し、ビード外観を良くすることができる。溶接電流と溶接速度を変化させる割り合いは、母材の状態や溶接条件等により各々適切に定められる。
【００１１】
溶接スタート期間ＴＳにおいて、上記のように溶接電流や溶接速度を制御することで、アルミを主成分とする母材に急峻に熱を入れることができ、母材が加熱され、母材の溶融が進行し、十分な溶け込みを得ることができる。そして、溶接位置が定常溶接期間ＴＮが始まるＰ１に到達する時には、母材への入熱は十分にされており、溶け込みが安定している状態で、溶接電流はＩＮになり溶接速度はＳＮになる。
【００１２】
アルミを主成分とする母材を溶接する場合、アルミは、固有抵抗率が低く、熱伝導性が良く熱が逃げやすいので、従来の制御方法では、溶接始端部付近はビード幅が狭く、ビード高さが高く、溶け込みが浅く、ビードのなじみがないビード形成が行われる。しかし、本実施の形態のアーク溶接制御方法によれば、溶接開始部で母材に急峻に熱を入れることができ、ビード幅が広く、ビード高さが低く、溶け込みが深く、ビードのなじみが出るようなビード形成を確保することができる。
【００１３】
なお、上記の溶接電流と溶接速度の制御に、溶接電圧の制御を加えることで更に良好なビード外観を得ることが可能である。具体的には、溶接電流に対応したアーク長を維持するように溶接電圧を制御することで良好なビード外観を得る。溶接電圧の制御を行うことでビード形成状態や溶接状態に対して入熱調整の裕度が広がるので、溶接品質を向上させることができる。
【００１４】
次に、図２Ａおよび図２Ｂを用いて、溶接スタート期間の、図１Ａおよび図１Ｂとは異なる溶接電流と溶接速度の制御の例を説明する。図２Ａおよび図２Ｂはそれぞれ、溶接電流と溶接速度の溶接位置に対する変化を示す。
【００１５】
図２Ａおよび図２Ｂに示すように、溶接スタート期間ＴＳを、溶接開始位置ＰＳから溶接位置Ｐ２までの期間ＴＳ１と、溶接位置Ｐ２から溶接位置Ｐ３までの期間ＴＳ２とに分ける。溶接電流は、期間ＴＳ１では定常溶接期間ＴＮの溶接電流ＩＮより高い溶接電流ＩＳを一定に維持するように制御され、期間ＴＳ２ではＩＳからＩＮに一定の割り合いで徐々に減少するように制御される。また、溶接速度は、期間ＴＳ１では定常溶接期間ＴＮの溶接速度ＳＮより低い溶接速度ＳＳを一定に維持するように制御され、期間ＴＳ２では、ＳＳからＳＮに一定の割り合いで徐々に増加するように制御される。
【００１６】
上記のように制御することで、図１Ａおよび図１Ｂに示される場合よりも更に急峻に母材に熱を入れることができるので、母材が加熱され、母材の溶融が進行され、十分な溶け込みを得ることができる。その結果、溶接始端部に良好な外観のビードを得る。
【００１７】
そして、溶接位置が定常溶接期間ＴＮが始まるＰ３に到達する時には、母材への入熱は十分にされており、溶け込みが安定している状態で、溶接電流はＩＮになり溶接速度はＳＮになる。
【００１８】
溶接電流と溶接速度の制御に加えて、溶接電圧を制御することは、図１Ａおよび図１Ｂに示される場合と同様に可能である。
【００１９】
次に、図３Ａおよび図３Ｂを用いて、溶接電流と溶接速度の制御の例について説明する。図３Ａおよび図３Ｂはそれぞれ、溶接電流と溶接速度の溶接位置に対する変化を示す。溶接開始位置ＰＳからＰ１１までの制御は、図１Ａおよび図１Ｂに示すものと同様なので説明は省略する。
【００２０】
図３Ａおよび図３Ｂに示すように、溶接位置Ｐ１１から溶接終了点ＰＥまでの溶接エンド期間ＴＥで、溶接電流は、定常溶接期間ＴＮの溶接電流ＩＮよりも低い溶接電流ＩＥになるように、一定の割合で徐々に減少するように制御される。また、溶接速度は、溶接エンド期間ＴＥで、定常溶接期間ＴＮの溶接速度ＳＮよりも低い溶接速度ＳＥになるように、一定の割合で徐々に減少するように制御される。
【００２１】
上記制御を行うことにより、母材への入熱を徐々に低減させ、定常溶接期間ＴＮと同等のビード幅を維持しながら溶け込みを浅くし、クレータ中央部の掘れ込みを抑制することができる。
【００２２】
溶接電流と溶接速度の制御に加えて、溶接電圧を制御することは、図１Ａおよび図１Ｂに示される場合と同様に可能である。
【００２３】
次に、図４Ａおよび図４Ｂを用いて、溶接開始位置ＰＳから溶接終了位置ＰＥまでの溶接電流と溶接速度の制御の例について説明する。図４Ａおよび図４Ｂはそれぞれ、溶接電流と溶接速度の溶接位置に対する変化を示す。溶接開始位置ＰＳから溶接位置Ｐ１１までの制御は図２Ａおよび図２Ｂに示すものと同様なので説明は省略する。
【００２４】
図４Ａおよび図４Ｂに示すように、溶接位置Ｐ１１から溶接終了位置ＰＥまでの溶接エンド期間ＴＥを、溶接位置Ｐ１１から溶接位置Ｐ１２までの期間ＴＥ１と、溶接位置Ｐ１２から溶接終了位置ＰＥまでの期間ＴＥ２とに分ける。溶接電流は、期間ＴＥ１では、定常溶接期間ＴＮの溶接電流ＩＮから、ＩＮより低い溶接電流ＩＥに一定の割合で徐々に減少するように制御され、期間ＴＥ２では、溶接電流ＩＥを一定に維持するように制御される。
【００２５】
また、溶接速度は、期間ＴＥ１では、定常溶接期間ＴＮの溶接速度ＳＮから、ＳＮより低い溶接速度ＳＥに一定の割合で徐々に減少するように制御され、期間ＴＥ２では、溶接速度ＳＥを一定に維持するように制御される。
【００２６】
上記制御を行うことにより、母材への入熱を十分に低減させて溶接を終了することができるので、定常溶接期間ＴＮと同等のビード幅を維持しながら溶け込みを浅くし、更にクレータ中央部の掘れ込みを抑制することができる。
【００２７】
溶接電流と溶接速度の制御に加えて、溶接電圧を制御することは、図１Ａおよび図１Ｂに示される場合と同様に可能である。
【００２８】
図５は、本発明の実施の形態１および実施の形態２で使用されるアーク溶接装置の構成を示す。アーク溶接装置は主に溶接機２０とロボット２１とで構成される。
【００２９】
溶接機２０において、入力電源１からの電力は１次整流部２で整流され、スイッチング素子３により交流に変換され、トランス４により降圧され、２次整流部５およびインダクタ（ＤＣＬ）６により整流され、溶接ワイヤ１４と母材１７との間に印加される。また、溶接機２０は、スイッチング素子３を制御するための出力制御部７と、出力制御部７に制御信号を出力する溶接条件制御部８と、溶接ワイヤ１４の材質あるいは母材１７の材質を設定するための材質設定部９と、ワイヤ送給装置１３を制御するためのワイヤ送給制御部１１とを備えている。溶接ワイヤとしては、母材１７と同じ材質の溶接ワイヤが使用される。
【００３０】
ロボット２１は、主にマニピュレータ１２とロボット制御部１０とから構成される。マニピュレータ１２には、ワイヤ送給装置１３および溶接トーチ１５が設けられている。
【００３１】
材質設定部９は母材１７の材質を設定し、設定した材質に対応する信号を溶接条件制御部８に出力する。溶接条件制御部８は、この信号に基づいて予め材質毎に設定されている溶接スタート期間ＴＳにおける溶接電流を制御する信号と、定常溶接期間ＴＮにおける溶接電流を制御する信号と、溶接エンド期間ＴＥにおける溶接電流を制御する信号を出力制御部７に出力する。出力制御部７は、溶接条件制御部８からの信号に基づいてスイッチング素子３を制御することで、溶接電流を制御する。
【００３２】
また、溶接条件制御部８は、材質設定部９からの信号に基づいて予め材質毎に設定されている溶接スタート期間ＴＳにおける溶接速度を制御する信号と、定常溶接期間ＴＮにおける溶接速度を制御する信号と、溶接エンド期間ＴＥにおける溶接速度を制御する信号をロボット制御部１０に出力する。ロボット制御部１０は、溶接条件制御部８からの信号に基づいてマニピュレータ１２を制御することで、母材１７の溶接方向に対する溶接速度、すなわち、溶接ワイヤ１４の溶接方向に対する移動速度を制御する。
【００３３】
また、溶接条件制御部８は、溶接電流と一元関係にある溶接ワイヤ１４の送給速度を制御する信号をワイヤ送給制御部１１に出力し、ワイヤ送給制御部１１は溶接条件制御部８からの信号に基づいてワイヤ送給装置１３を制御することで溶接ワイヤ１４の送給速度を制御する。
【００３４】
例えば、材質設定部９において、溶接ワイヤ１４の材質あるいは母材１７の材質がアルミを主成分とする材質であることが設定されると、図１Ａおよび図１Ｂ、図２Ａおよび図２Ｂ、図３Ａおよび図３Ｂ、あるいは図４Ａおよび図４Ｂに示される溶接電流および溶接速度の制御が実行される。
【００３５】
なお、図５で示すアーク溶接装置を構成する各構成部は、各々単独に構成してもよいし、複数の構成部を複合して構成してもよい。また、図５で示すアーク溶接装置において、材質設定部９は、アルミを主成分とする材質であるのか、あるいは鉄、ステンレスであるのかを選択可能な構成としてもよい。
【００３６】
以上のように、本実施の形態のアーク溶接制御方法およびアーク溶接制御装置によれば、例えば、重ねすみ肉や水平すみ肉溶接を行う際に、溶接ワイヤ１４の材質あるいは母材１７の材質の固有抵抗率に応じて、溶接スタート期間ＴＳおよび／または溶接エンド期間ＴＥにおいて、定常溶接期間ＴＮの溶接電流ＩＮや溶接速度ＳＮとは異なる溶接電流や溶接速度でアーク溶接を行う。これにより、溶接始端部から溶接終端部に至る全溶接長において均質な溶接品質を実現することができる。
【００３７】
なお、図２Ａ、図２Ｂおよび図４Ａ、図４Ｂおいて、溶接スタート期間の期間ＴＳ１では溶接電流および溶接速度を一定に制御する例を示したが、期間ＴＳ１に替えて、溶接開始位置から所定の長さ溶接を行うまで、あるいは、溶接を開始してから所定の時間が経過するまで、溶接電流や溶接速度を一定に維持するように制御してもよい。
【００３８】
また、図４Ａおよび図４Ｂにおいて、溶接エンド期間の期間ＴＥ２では溶接電流および溶接速度を一定に制御する例を示したが、期間ＴＥ２に替えて、溶接終了位置ＰＥに至るまでの所定の溶接長さを溶接する期間、あるいは、溶接終了位置ＰＥに至るまでの所定の時間の間は、溶接電流や溶接速度を一定に維持するように制御してもよい。
【００３９】
本実施の形態において、溶接電流や溶接速度を一定の割り合いで変化するように制御する、すなわち、直線状に溶接電流や溶接速度を変化させる例を示したが、直線状に限らず、曲線状や変曲点をもった直線状あるいは変曲点をもった曲線状に変化するように制御してもよい。
【００４０】
（実施の形態２）
鉄やステンレスなどの固有抵抗率が高い材質に有効なアーク溶接について、以下、図６Ａから図７Ｂを用いて説明する。本実施の形態において、実施の形態１と同様の箇所には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００４１】
図６Ａおよび図６Ｂはそれぞれ、溶接電流と溶接速度の溶接位置に対する変化を示す。図６Ａおよび図６Ｂにおいて、溶接開始位置ＰＳで溶接が開始される。溶接電流は、溶接開始位置ＰＳから溶接位置Ｐ４までの溶接スタート期間ＴＳでは、定常溶接期間ＴＮの溶接電流ＩＮよりも低い溶接電流になるように制御される。また、溶接速度は、溶接スタート期間ＴＳでは、定常溶接期間ＴＮの溶接速度ＳＮよりも低い溶接速度になるように制御される。
【００４２】
図６Ａおよび図６Ｂに示すように、溶接電流は、溶接開始位置ＰＳでＩＮより低い値のＩＳ２に設定される。溶接電流は、溶接スタート期間ＴＳ内で、ＩＳ２からＩＮに一定の割り合いで徐々に増加するように制御される。また、溶接速度は、溶接開始位置ＰＳでＳＮより低い値のＳＳに設定される。溶接速度は、溶接スタート期間ＴＳ内で、ＳＳからＳＮに一定の割り合いで徐々に増加するように制御される。溶接速度を、徐々に増加させることで、急激に増加させる場合に比べて溶接状態が安定し、ビード外観を良くすることができる。
【００４３】
溶接スタート期間ＴＳにおいて、上記のように溶接電流や溶接速度を制御することで、鉄やステンレスを主成分とする母材に徐々に入熱することができ、母材がゆっくり加熱され、適正な溶け込みを得ることができる。そして、溶接位置が溶接位置Ｐ４に到達する時には、母材への入熱は適度にされており、溶け込みが安定している状態で、溶接電流はＩＮになり溶接速度ＳＮになる。かくして、溶接開始時に母材へ適切に入熱することができ、ビード幅の均質性を安定に確保できる。
【００４４】
溶融金属は入熱の高いところに引かれやすい性質があるので、従来の制御方法では、溶接開始位置ＰＳにおいて母材へ熱が入り過ぎて定常溶接期間ＴＮの溶融金属が溶接開始位置ＰＳの方向に引かれて溶接始端部付近のビード幅が広く、定常溶接期間ＴＮの開始部分のビードが細くなり、すなわち、くびれたビード形成状態になることがある。しかし、本実施の形態のアーク溶接制御方法によれば、溶接開始部で母材へ適切に入熱することができ、定常溶接期間ＴＮの溶融金属が溶接開始位置ＰＳの方向へ引かれ難く、従って、ビード幅の均質性を安定して確保することができる。
【００４５】
溶接電流と溶接速度の制御に加えて、溶接電圧を制御することは、実施の形態１と同様に可能である。
【００４６】
次に、図７Ａおよび図７Ｂに示す溶接電流や溶接速度の制御の例について説明する。図７Ａおよび図７Ｂはそれぞれ、溶接電流と溶接速度の溶接位置に対する変化を示す。
【００４７】
図７Ａおよび図７Ｂに示すように、溶接スタート期間ＴＳを、溶接開始位置ＰＳから溶接位置Ｐ５までの期間ＴＳ３と、溶接位置Ｐ５から溶接位置Ｐ６までの期間ＴＳ４とに分ける。溶接電流は、期間ＴＳ３では定常溶接期間ＴＮの溶接電流ＩＮより低い溶接電流ＩＳ２を一定に維持するように制御され、期間ＴＳ４ではＩＳ２からＩＮに一定の割り合いで徐々に増加するように制御される。また、溶接速度は、期間ＴＳ３では定常溶接期間ＴＮの溶接電流ＩＮより低い溶接速度ＳＳを一定に維持するように制御され、期間ＴＳ４ではＳＳからＳＮに一定の割り合いで徐々に増加するように制御される。このように制御することで、徐々に入熱することができ、母材がゆっくり加熱され、図６Ａおよび図６Ｂに示す場合よりも更に適正な溶け込みを得ることができる。そして、溶接位置Ｐ６に到達する時には、母材への入熱は適正にされており、溶け込みが安定している状態で、溶接電流はＩＮになり溶接速度はＳＮになる。かくして、溶接開始時に母材へ適切に入熱することができ、ビード幅の均質性を安定に確保できる。溶接電流と溶接速度の制御に加えて、溶接電圧を制御することは、実施の形態１と同様に可能である。
【００４８】
また、溶接エンド期間での溶接電流および溶接速度の制御については、実施の形態１と同様に行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明のアーク溶接制御方法およびアーク溶接装置は、均質な溶接品質を実現できるので産業上有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１Ａ】実施の形態１の制御例１における溶接位置に関する溶接電流の変化を示す図
【図１Ｂ】実施の形態１の制御例１における溶接位置に関する溶接速度の変化を示す図
【図２Ａ】実施の形態１の制御例２における溶接位置に関する溶接電流の変化を示す図
【図２Ｂ】実施の形態１の制御例２における溶接位置に関する溶接速度の変化を示す図
【図３Ａ】実施の形態１の制御例３における溶接位置に関する溶接電流の変化を示す図
【図３Ｂ】実施の形態１の制御例３における溶接位置に関する溶接速度の変化を示す図
【図４Ａ】実施の形態１の制御例４における溶接位置に関する溶接電流の変化を示す図
【図４Ｂ】実施の形態１の制御例４における溶接位置に関する溶接速度の変化を示す図
【図５】本発明の実施の形態１および実施の形態２におけるアーク溶接装置の概略構成を示す図
【図６Ａ】実施の形態２の制御例における溶接位置に関する溶接電流の変化を示す図
【図６Ｂ】実施の形態２の制御例における溶接位置に関する溶接速度の変化を示す図
【図７Ａ】実施の形態２の別の制御例における溶接位置に関する溶接電流の変化を示す図
【図７Ｂ】実施の形態２の別の制御例における溶接位置に関する溶接速度の変化を示す図
【図８Ａ】従来例における溶接位置に関する溶接電圧の変化を示す図
【図８Ｂ】従来例における溶接位置に関する溶接ワイヤ送給速度の変化を示す図
【図８Ｃ】従来例における溶接位置に関する溶接状態を示す図
【符号の説明】
【００５１】
３    スイッチング素子
７    出力制御部
８    溶接条件制御部
９    材質設定部
１０    ロボット制御部
１１    ワイヤ送給制御部
１２    マニピュレータ
１３    ワイヤ送給装置
１４    溶接ワイヤ
１５    溶接トーチ
１６    溶接アーク
１７    母材
２０    溶接機
２１    ロボット
１０１    母材（被溶接物）
１０２    クレータ（溶接終端部）
１０３    溶接始端部
ＴＮ    定常溶接期間
ＴＳ    溶接スタート期間
ＴＥ    溶接エンド期間
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
2008047488.tif 000020
【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
2008047488.tif 000025
【図４Ｂ】
2008047488.tif 000026
【図５】
2008047488.tif 000027
【図６Ａ】
2008047488.tif 000028
【図６Ｂ】
2008047488.tif 000029
【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
2008047488.tif 000031
【図８Ａ】
2008047488.tif 000032
【図８Ｂ】
2008047488.tif 000033
【図８Ｃ】
2008047488.tif 000034
【国際調査報告】
2008047488.tif 000035
2008047488.tif 000036