(57)【要約】【課題】少なくとも一方にめっき処理が施された２つの母材を、ろう材を用いて適切に溶接する。【解決手段】少なくとも一方がめっき層を有する２つの母材Ｋ１，Ｋ２を、ろう材Ｆでアーク溶接するアーク溶接方法であって、ろう材Ｆの送給を停止した状態で、溶接ラインＬに沿って溶接トーチ１０を移動させつつ電流値Ｉ１でアーク放電し、めっき層を除去するめっき層除去工程と、溶接トーチ１０の移動を停止した状態で、ろう材Ｆを送給しつつ電流値Ｉ１よりも小さい電流値Ｉ２でアーク放電し、めっき層が除去された位置にろう材Ｆを溶着させるろう材溶着工程と、を交互に実行する。【選択図】図１
2014200841.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一方がめっき層を有する２つの母材を、ろう材でアーク溶接するアーク溶接方法であって、
前記ろう材の送給を停止した状態で、溶接ラインに沿って溶接トーチを移動させつつ第１電流値でアーク放電し、前記めっき層を除去するめっき層除去工程と、
前記溶接トーチの移動を停止した状態で、前記ろう材を送給しつつ前記第１電流値よりも小さい第２電流値でアーク放電し、前記めっき層が除去された位置に前記ろう材を溶着させるろう材溶着工程と、を交互に実行する
ことを特徴とするアーク溶接方法。
【請求項２】
前記２つの母材のうち一方は、Ｚｎを含む前記めっき層でＦｅ系金属部材が被覆された第１母材であり、他方は、Ａｌ系金属部材である第２母材であり、
前記ろう材はＺｎＳｉ系ろう材である
ことを特徴とする請求項１に記載のアーク溶接方法。
【請求項３】
前記ろう材溶着工程において、前記ろう材であるフィラワイヤの先端が、アークよりも進行方向後側に位置し、かつ、溶融池に浸るように前記フィラワイヤを送給する
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のアーク溶接方法。
【請求項４】
少なくとも一方がめっき層を有する２つの母材を、ろう材でアーク溶接するアーク溶接装置であって、
前記２つの母材との間でアーク放電する溶接トーチと、
前記めっき層をアーク放電によって除去するための第１電流値と、前記ろう材を溶融させると共に前記第１電流値よりも小さい第２電流値と、のそれぞれに対応する電流を、前記溶接トーチに交互に流してアーク放電させるアーク放電手段と、
前記第１電流値でのアーク放電中、溶接ラインに沿って前記溶接トーチを移動させ、前記第２電流値でのアーク放電中、前記溶接トーチの移動を停止させる溶接トーチ移動手段と、
前記第１電流値でのアーク放電中、前記ろう材を送給せず、前記第２電流値でのアーク放電中、前記めっき層が除去された位置に溶着させるように前記ろう材を送給するろう材送給手段と、を備える
ことを特徴とするアーク溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ろう材を用いて２つの母材をアーク溶接するアーク溶接方法及びアーク溶接装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、母材と溶接トーチとの間でアーク放電を発生し、当該アーク放電による高熱でフィラワイヤ（ろう材）を溶融させ、母材とろう材とを分子レベルで融合一体化させるアーク溶接（いわゆるアークブレーズ溶接）が知られている。当該アーク溶接を行うことによって、溶融したろう材が接合箇所の狭い隙間に入り込むため、母材同士の接合箇所が複雑な形状であっても比較的容易に溶接できるという利点がある。
【０００３】
例えば、特許文献１には、非消耗電極にアーク電流をパルス状に供給して母材との間にアーク放電を発生させつつ、前記したパルスと同期させるようにフィラワイヤを間欠送りするパルスアーク溶接方法について記載されている。
なお、特許文献１に記載の発明では、アーク電流の値がピーク電流（＞ベース電流）のときにフィラワイヤを溶融させ、ベース電流のときにフィラワイヤを溶融させないようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１１０６０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
自動車等に用いられる部材には、表面保護や酸化防止を目的としてめっき処理が施されているものが多い。また、ろう材の沸点は、めっき層（例えば、Ｚｎ）の融点よりも低い場合がほとんどである。
そうすると、めっき層を有する母材を接合する際、特許文献１に記載の発明では以下のような問題が生じる。
【０００６】
第一に、めっき層の除去を行わずに、フィラワイヤを溶融させる程度の温度にピーク電流を設定すると、めっき層の上にビード（溶接痕の盛り上がり）が形成される。この場合、母材とビードとの接合界面にめっき層が残存するため、接合強度が弱くなるという問題がある。
第二に、めっき層を溶融飛散（蒸散）させる程度の温度にピーク電流を設定すると、ろう材（その沸点がめっき層の融点よりも低い。）が蒸発してしまい、適切に溶接できないという問題がある。
【０００７】
そこで、本発明は、少なくとも一方にめっき処理が施された２つの母材を、ろう材を用いて適切に溶接するアーク溶接方法及びアーク溶接装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するために、本発明に係るアーク溶接方法は、少なくとも一方がめっき層を有する２つの母材を、ろう材でアーク溶接するアーク溶接方法であって、前記ろう材の送給を停止した状態で、溶接ラインに沿って溶接トーチを移動させつつ第１電流値でアーク放電し、前記めっき層を除去するめっき層除去工程と、前記溶接トーチの移動を停止した状態で、前記ろう材を送給しつつ前記第１電流値よりも小さい第２電流値でアーク放電し、前記めっき層が除去された位置に前記ろう材を溶着させるろう材溶着工程と、を交互に実行することを特徴とする。
【０００９】
このような構成によれば、めっき層除去工程において、ろう材の送給を停止した状態で溶接トーチを移動させつつ第１電流値でアーク放電し、めっき層を除去する。その結果、それまでめっき層で覆われていた金属等を露出させることができる。また、第１電流値でのアーク放電中、ろう材の送給を停止させることによって、アーク放電の熱でろう材が蒸発することを防止できる。
なお、前記した「溶接ライン」とは、２つの母材を溶接する際、ろう材をレイヤ（連続したビード）として延在させるべき直線又は曲線である。
【００１０】
また、ろう材溶着工程において、溶接トーチの移動を停止した状態で、ろう材を送給しつつ第２電流値でアーク放電し、めっき層が除去された位置にろう材を溶着させる。したがって、ろう材と２つの母材との間にめっき層が介在しない状態で溶接し、接合強度を高めることができる。
【００１１】
また、本発明に係るアーク溶接方法において、前記２つの母材のうち一方は、Ｚｎを含む前記めっき層でＦｅ系金属部材が被覆された第１母材であり、他方は、Ａｌ系金属部材である第２母材であり、前記ろう材はＺｎＳｉ系ろう材であることが好ましい。
【００１２】
このような構成によれば、Ｚｎを含むめっき層でＦｅ系金属部材が被覆された第１母材と、Ａｌ系金属部材である第２母材と、をＺｎＳｉ系のろう材でアーク溶接することによって、ろう材と各母材との間が以下に示す３層構造となる。
すなわち、Ｆｅ系金属部材に隣接しＦｅを主成分とする第１層と、Ａｌ系金属部材に隣接しＺｎを主成分とする第２層と、第１・第２層間に介在しＳｉを主成分とする第３層と、を含む３層構造となる。
【００１３】
このように、第１・第２層間にＳｉを主成分とする第３層を介在させることによって、ＡｌがＦｅ系金属部材（第１母材）側に拡散することを防止できる。その結果、接合界面付近にＦｅ−Ａｌ系の金属間化合物層が形成されることを防止し、接合強度を高めることができる。
【００１４】
また、本発明に係るアーク溶接方法において、前記ろう材溶着工程で、前記ろう材であるフィラワイヤの先端が、アークよりも進行方向後側に位置し、かつ、溶融池に浸るように前記フィラワイヤを送給することが好ましい。
【００１５】
このような構成によれば、ろう材であるフィラワイヤをアーク内で直接的に加熱せず、その先端を溶融池に浸すことによって間接的に加熱する。つまり、アーク内にフィラワイヤの先端を入れないため、フィラワイヤがアークの熱で蒸発又は溶滴移行することを防止できる。
また、フィラワイヤの先端をアークよりも進行方向後側に位置させることで、溶融池の広がりの中でまだ冷えていない高温の部分に先端を浸し、フィラワイヤを溶融させることができる。
【００１６】
また、本発明に係るアーク溶接装置は、少なくとも一方がめっき層を有する２つの母材を、ろう材でアーク溶接するアーク溶接装置であって、前記２つの母材との間でアーク放電する溶接トーチと、前記めっき層をアーク放電によって除去するための第１電流値と、前記ろう材を溶融させると共に前記第１電流値よりも小さい第２電流値と、のそれぞれに対応する電流を、前記溶接トーチに交互に流してアーク放電させるアーク放電手段と、前記第１電流値でのアーク放電中、溶接ラインに沿って前記溶接トーチを移動させ、前記第２電流値でのアーク放電中、前記溶接トーチの移動を停止させる溶接トーチ移動手段と、前記第１電流値でのアーク放電中、前記ろう材を送給せず、前記第２電流値でのアーク放電中、前記めっき層が除去された位置に溶着させるように前記ろう材を送給するろう材送給手段と、を備えることを特徴とする。
【００１７】
このような構成によれば、アーク放電手段によって溶接トーチから第１電流値でアーク放電させることで、めっき層を除去することができる。また、第１電流値でアーク放電される間、溶接トーチ移動手段によって溶接ラインに沿うように溶接トーチを移動させると共に、ろう材送給手段によってろう材の送給を停止させる。
したがって、それまでめっき層で覆われていた金属等を露出させることができると共に、アーク放電の熱でろう材が蒸発することを防止できる。
【００１８】
また、アーク放電手段によって第２電流値でアーク放電を行う間、溶接トーチ移動手段によって溶接トーチの移動を停止させると共に、ろう材送給手段によって、めっき層が蒸発した位置に溶着させるようにろう材を送給する。
したがって、ろう材と２つの母材との間にめっき層が介在しない状態で溶接することができ、接合強度を高めることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明により、少なくとも一方にめっき処理が施された２つの母材を、ろう材を用いて適切に溶接するアーク溶接方法及びアーク溶接装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係るアーク溶接装置の構成図である。
【図２】アーク溶接を行う際の手順を示す説明図（図１の接合構造体を左側から視た図）であり、（ａ）はめっき層除去工程の説明図であり、（ｂ）はろう材溶着工程の説明図である。
【図３】本実施形態に係るアーク溶接装置の処理に関するタイムチャートであり、（ａ）は溶接電流のタイムチャートであり、（ｂ）は溶接トーチの移動速度のタイムチャートであり、（ｃ）はフィラワイヤ送給速度のタイムチャートである。
【図４】本実施形態に係るアーク溶接装置（実線）と、比較例に係るアーク溶接装置（一点鎖線）と、について、母材とろう材との接合界面付近の温度変化を示すグラフである。
【図５】（ａ）は本実施形態に係るアーク溶接装置を用いた場合の接合界面の断面拡大写真であり、（ｂ）は比較例に係るアーク溶接装置を用いた場合の接合界面の断面拡大写真である。
【図６】比較例に係るアーク溶接装置の処理に関するタイムチャートであり、（ａ）は溶接電流のタイムチャートであり、（ｂ）は溶接トーチの移動速度のタイムチャートであり、（ｃ）はフィラワイヤ送給速度のタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明を実施するための実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
なお、以下の説明において「母材」とは、アーク溶接によって互いに接合される部材を意味している。また、「ろう材」とは、溶接において使用される接合媒体を意味している。
【００２２】
≪実施形態≫
図１は、本発明の一実施形態に係るアーク溶接装置の構成図である。図１に示すように前後・左右・上下を定義する。また、図１に示す実線は電力線を表し、破線矢印は信号線を表している。
アーク溶接装置１００は、２つの母材Ｋ１，Ｋ２と溶接トーチ１０との間に生じるアーク放電の熱によってフィラワイヤＦ（つまり、ろう材）を溶着させることで各母材Ｋ１，Ｋ２を溶接する装置である。
以下では、アーク溶接装置１００についての説明に先立って、２つの母材Ｋ１，Ｋ２と、ろう材であるフィラワイヤＦと、フィラワイヤＦの送給をガイドするフィラワイヤガイドＧと、について順次説明する。
【００２３】
図１に示す第１母材Ｋ１は、Ｆｅ系金属部材がＺｎでめっき処理された板状部材（鋼板）であり、前側から視て鉤状（Ｌ字状）を呈している。第２母材Ｋ２は、Ａｌ系金属部材であり、前側から視て鉤状を呈している。ちなみに、第１母材Ｋ１のめっき層Ｋ１１（Ｚｎめっき層：図２参照）の融点は、約１２００℃である。
【００２４】
図１に示すように、第１母材Ｋ１の折曲部と、第２母材Ｋ２の折曲部と、を左右方向で対向させ、平面視で矩形状に延在する部分に段差ができるように（第１母材Ｋ１の高さが、第２母材Ｋ２の高さよりも低くなるように）突き合わせる。そして、２つの母材Ｋ１，Ｋ２の各折曲部で形成される開先を溶接ラインＬとし、当該溶接ラインＬに沿ってアーク溶接することで各母材Ｋ１，Ｋ２を接合する。
なお、前記した「溶接ラインＬ」とは、２つの母材Ｋ１，Ｋ２を接合する際、ろう材をレイヤ（連続したビード）として延在させるべき直線又は曲線である。また、２つの母材Ｋ１，Ｋ２は、所定の固定部材（図示せず）又はロボット（図示せず）によって位置決めされている。
【００２５】
フィラワイヤＦは、ワイヤ状に形成されたＺｎＳｉ系のろう材であり、後記する制御装置６０からの指令に応じてフィラワイヤ送給装置４０により送給される。ＺｎＳｉ系のフィラワイヤＦ（ろう材）の融点は約４２０℃であり、沸点は約９０７℃である。つまり、フィラワイヤＦの融点及び沸点は、第１母材Ｋ１のめっき層Ｋ１１（Ｚｎめっき層：図２参照）の融点（１２００℃）よりも低い。
【００２６】
フィラワイヤガイドＧは、フィラワイヤＦを軸線とする筒状部材であり、フィラワイヤ送給装置４０により送給されるフィラワイヤＦ（ろう材）をガイドするものである。
フィラワイヤガイドＧは、その軸線が鉛直方向から所定角度だけ後側に傾くように多軸多関節ロボット（図示せず）によって保持されている。本実施形態では、フィラワイヤＦがアークよりも進行方向後側に位置するように、溶接トーチ１０とフィラワイヤガイドＧとの相対位置が固定されているものとする（図２（ａ）、図２（ｂ）参照）。フィラワイヤガイドＧと各母材Ｋ１，Ｋ２との距離や軸線の角度は、予め設定されている。
【００２７】
＜アーク溶接装置の構成＞
図１に示すように、アーク溶接装置１００は、溶接トーチ１０と、ガス供給装置２０と、ロボット駆動装置３０と、フィラワイヤ送給装置４０と、電源装置５０と、制御装置６０と、を備えている。
【００２８】
（溶接トーチ）
溶接トーチ１０は、タングステン等からなる非消耗電極１１に溶接電流を導くことによってアーク放電すると共に、溶接箇所を外気から遮蔽するためのシールドガスを供給するものである。溶接トーチ１０は、棒状の非消耗電極１１と、この非消耗電極を軸線とするように延びる筒状のノズル１２と、ノズル１２内において非消耗電極１１を保持するコレットボディ（図示せず）と、を有している。
溶接トーチ１０は、その軸線が鉛直方向から所定角度だけ前側に傾くように多軸多関節ロボット（図示せず）に保持されている。なお、溶接トーチ１０と母材との距離（高さ）や軸線の角度は、予め設定されている。
本実施形態では、制御装置６０が多軸多関節ロボットの動作を制御することによって、溶接ラインＬに沿って溶接トーチ１０を移動・停止させると共に、溶接トーチ１０を後方から追うようにフィラワイヤガイドＧも移動させる。
【００２９】
（ガス供給装置）
ガス供給装置２０は、アルゴンガスやヘリウムガス等の不活性ガスを、シールドガスとしてノズル１２から噴射させるものである。これによって、溶融したろう材等が外気に含まれる酸素や窒素と反応することを防止できる。
【００３０】
（ロボット駆動装置）
ロボット駆動装置３０は、制御装置６０からの指令に応じて多軸多関節ロボットを駆動させるアクチュエータ等であり、溶接トーチ１０及びフィラワイヤガイドＧを溶接ラインＬに沿って移動させる機能を有している。
【００３１】
（フィラワイヤ送給装置）
フィラワイヤ送給装置４０は、制御装置６０からの指令に応じてフィラ収容器（図示せず）からワイヤ状のフィラ（ろう材）を引き出し、フィラワイヤガイドＧを介して送給する装置である。
詳細については後記するが、フィラワイヤ送給装置４０は、フィラワイヤＦの先端が溶融池Ｐ（図２（ｂ）参照）に浸るように、ろう材送給制御手段６３によって制御される。前記した「溶融池Ｐ」とは、前記した溶接ラインＬ上に溜まった溶融状態のろう材を意味している。溶融池Ｐが凝固することでビードが形成され、溶接ラインＬに沿って複数のビードが鱗状に連なることでレイヤが形成される。
【００３２】
（電源装置）
電源装置５０は、アーク溶接に必要な電力を供給する装置であり、駆動電源５１と、ＴＩＧ（Tungsten Insert Gas）電源５２と、電流検出器５３と、電圧検出器５４と、を有している。
駆動電源５１は、商用３相交流電力をトランス（図示せず）によって直流電力に変換し、制御装置６０からの指令に応じて、ガス供給装置２０、ロボット駆動装置３０、及びフィラワイヤ送給装置４０に電力供給する電源である。駆動電源５１の陽極は、ガス供給装置２０、ロボット駆動装置３０、及びフィラワイヤ送給装置４０と電気的に接続され、駆動電源５１の負極は接地されている。
【００３３】
ＴＩＧ電源５２は、商用３相交流電力をトランス（図示せず）によって直流電力に変換し、制御装置６０からの指令に応じてアーク放電を起こすための電源である。ＴＩＧ電源５２の陽極は２つの母材Ｋ１，Ｋ２と電気的に接続され、ＴＩＧ電源５２の負極は溶接トーチ１０の非消耗電極１１と電気的に接続されている。
【００３４】
電流検出器５３は、溶接トーチ１０の非消耗電極１１と２つの母材Ｋ１，Ｋ２との間で起こるアーク放電の電流値等を検出するものである。電流検出器５３は、検出した電流値を制御装置６０に出力する。
電圧検出器５４は、溶接トーチ１０の非消耗電極１１と２つの母材との間で起こるアーク放電の電圧値を検出するものである。電圧検出器５４は、検出した電圧値を制御装置６０に出力する。
【００３５】
（制御装置）
制御装置６０は、ガス供給装置２０、ロボット駆動装置３０、及びフィラワイヤ送給装置４０の駆動を制御するものである。制御装置６０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、各種インタフェース等の電子回路を備えて構成され、その内部に記憶したプログラムに従って動作することで各種機能を発揮する。
制御装置６０は、アーク放電制御手段６１と、溶接トーチ移動制御手段６２と、ろう材送給制御手段６３と、を有している。
【００３６】
アーク放電制御手段６１は、電流値Ｉ１（第１電流値）と、この電流値Ｉ１よりも小さい電流値Ｉ２（第２電流値）と、のそれぞれに対応する電流を交互に流すように、ＴＩＧ電源５２からの溶接電流を制御する（図３（ａ）参照）。
なお、溶接トーチ１０と２つの母材Ｋ１，Ｋ２との間でアーク放電させる「アーク放電手段」は、電源装置５０と、アーク放電制御手段６１と、を含んで構成される。
【００３７】
前記した電流値Ｉ１は、めっき層Ｋ１１（図２（ａ）、図２（ｂ）参照）をアーク放電の直接的な熱によって溶融飛散（蒸散）させて除去することが可能な電流値である。つまり、電流値Ｉ１は、アーク放電の熱によってめっき層Ｋ１１（Ｚｎ）の温度が、その融点（約１２００℃）よりも高くなるように設定されている。
前記した電流値Ｉ２（＜Ｉ１）は、ろう材であるフィラワイヤＦを溶融させることが可能な電流値である。例えば、電流値Ｉ２は、アーク放電の間接的な熱によってろう材（ＺｎＳｉ）の温度が、その融点（約４２０℃）よりも高く、かつ、沸点（約９０７℃）よりも低くなるように設定されている。なお、電流値Ｉ２をゼロに設定してもよい。
【００３８】
前記した電流値Ｉ１，Ｉ２の値は事前の実験等に基づいて予め設定され、制御装置６０が有する記憶手段（図示せず）に格納されている。
【００３９】
溶接トーチ移動制御手段６２は、前記した電流値Ｉ１でのアーク放電中、溶接ラインＬ（図１参照）に沿って溶接トーチ１０を移動させ、電流値Ｉ２（＜Ｉ１）でのアーク放電中、溶接トーチ１０の移動を停止させるようにロボット駆動装置３０を制御する（図３（ｂ）参照）。また、溶接トーチ移動制御手段６２は、溶接トーチ１０との相対位置を維持するようにフィラワイヤガイドＧも移動させる。
なお、溶接トーチ１０を移動・停止させる「溶接トーチ移動手段」は、ロボット駆動装置３０と、電源装置５０と、溶接トーチ移動制御手段６２と、を含んで構成される。
【００４０】
ろう材送給制御手段６３は、前記した電流値Ｉ１でのアーク放電中、ろう材（フィラワイヤＦ）を送給せず、電流値Ｉ２でのアーク放電中、めっき層Ｋ１１（Ｚｎ）が蒸発した位置にろう材が溶着するようにフィラワイヤ送給装置４０を制御する（図３（ｃ）参照）。
これによって、電流値Ｉ１で行われるアーク放電の熱でろう材が蒸発することを防止し、第１母材Ｋ１を被覆していためっき層Ｋ１１が蒸発した箇所にろう材が溶着される。
なお、ろう材を送給する「ろう材送給手段」は、フィラワイヤ送給装置４０と、電源装置５０と、ろう材送給制御手段６３と、を含んで構成される。
【００４１】
＜アーク溶接の処理手順＞
図２は、アーク溶接を行う際の手順を示す説明図である。なお、図２（ａ）、図２（ｂ）は、図１に示す接合ラインＬよりも若干左寄りに位置すると共に前後・上下方向に広がる平面で接合構造体Ｓを切断し、その断面を左側から視た図である。なお、鉤状を呈する第１母材Ｋ１のうち折曲部及び上下方向に延びる平板部については図示を省略した。
制御装置６０は、予め設定されたプログラムに従ってめっき層除去工程と、ろう材溶着工程と、を交互に実行する。
【００４２】
（めっき層除去工程）
図２（ａ）は、めっき層除去工程の説明図である。前記したように、第１母材Ｋ１は、Ｆｅ系金属部材がＺｎでめっき処理された板状部材であり、第２母材Ｋ２はＡｌ系金属部材である。なお、図２（ａ）、図２（ｂ）では、第１母材Ｋ１が有するめっき層Ｋ１１も図示した（図１では省略）。
【００４３】
めっき層除去工程において制御装置６０は、ろう材の送給を停止した状態で、溶接ラインＬに沿って溶接トーチ１０を移動させつつ電流値Ｉ１でアーク放電し、めっき層Ｋ１１を溶融飛散（除去）させる。
例えば、図３（ａ）の時刻ｔ０〜ｔ１においてアーク放電制御手段６１（図１参照）は、電流値Ｉ１でアーク放電するようにＴＩＧ電源５２からの溶接電流を制御する。アーク放電中の電流値・電圧値は、それぞれ電流検出器５３・電圧検出器５４（図１参照）によって検出され、制御装置６０に入力される。
アーク放電の熱によって第１母材Ｋ１のめっき層Ｋ１１が溶融飛散すると、当該箇所のＦｅ系金属部材Ｋ１２が露出する。
【００４４】
図３（ｂ）に示すように、時刻ｔ０〜ｔ１において溶接トーチ移動制御手段６２（図１参照）は、溶接ラインＬに沿って所定速度Ｖで溶接トーチ１０を移動させる。前記した所定速度Ｖは、第１母材Ｋ１のめっき層Ｋ１１を除去し、かつ、後記するろう材溶着工程で所定の大きさのビードが形成されるように予め設定されている。
【００４５】
ちなみに、フィラワイヤガイドＧは、多軸多関節ロボットによって、溶接トーチ１０との相対位置を保持しつつ後方から溶接トーチ１０を追うように所定速度Ｖで移動する。この進行方向前向きの移動によって、フィラワイヤＦの先端は、直前に形成されたビードの表面から離れ、その前側に位置した状態になる（図２（ａ）参照）。
なお、ビードの表面からフィラワイヤＦの先端を離す際、フィラワイヤ送給装置４０によって、送給時とは逆向きにフィラワイヤＦを所定距離だけ引いてもよい。
【００４６】
図３（ｃ）に示すように、時刻ｔ０〜ｔ１においてろう材送給制御手段６３（図１参照）は、ろう材であるフィラワイヤＦの送給を停止させる。これによって、フィラワイヤＦの先端がアークに入らないようにし、電流値Ｉ１のアーク放電による熱でフィラワイヤＦが蒸発することを防止できる。
【００４７】
（ろう材溶着工程）
図２（ｂ）は、ろう材溶着工程の説明図である。ろう材溶着工程において制御装置６０は、溶接トーチ１０の移動を停止した状態で、ろう材を送給しつつ電流値Ｉ２（＜Ｉ１）でアーク放電し、溶接ラインＬ上のめっき層Ｋ１１が除去された位置にろう材を溶着させる。
【００４８】
例えば、図３（ａ）の時刻ｔ１〜ｔ２においてアーク放電制御手段６１（図１参照）は、電流値Ｉ２でアーク放電するようにＴＩＧ電源５２からの溶接電流を制御する。前記したように、電流値Ｉ２は、ろう材（つまり、ＺｎＳｉ）を溶融させる値として設定されている。
【００４９】
図３（ｂ）に示すように、時刻ｔ１〜ｔ２において溶接トーチ移動制御手段６２（図１参照）は、溶接トーチ１０の移動を停止させる。これによって溶接トーチ１０は、直前のめっき層除去工程において第１母材Ｋ１のめっき層Ｋ１１を除去した位置にとどまる。
【００５０】
図３（ｃ）に示すように、時刻ｔ１〜ｔ２においてろう材送給制御手段６３（図１参照）は、ろう材であるフィラワイヤＦを所定速度Ｗで送給する。なお、所定速度Ｗは、ろう材溶着工程の実行中、フィラワイヤＦの先端が溶融池Ｐに浸るように、単位時間当たりのフィラワイヤＦの溶融量に応じて予め設定されている。つまり、送給速度が速すぎてフィラワイヤＦの先端が母材に衝突したり、送給速度が遅すぎてフィラワイヤＦの先端が溶融池Ｐから離れないように所定速度Ｗが設定されている。
【００５１】
送給されたフィラワイヤＦの先端は、直前に形成されたビードの表面付近において溶融する。このとき、アークは、フィラワイヤＦの先端よりも前側に位置している（つまり、フィラワイヤＦはアークに入らない：図２（ｂ）参照）。フィラワイヤＦの先端は、直前に実行された電流値Ｉ１でのアーク放電による余熱と、前側に位置するアーク放電の放射熱と、によって溶融する。
【００５２】
送給されたフィラワイヤＦが溶融することで溶融池Ｐができる。当該溶融池Ｐは、各母材Ｋ１，Ｋ２上で濡れ広がり、電流値Ｉ２のアークに達する。フィラワイヤＦは所定速度Ｗで連続的に送給されるため、アーク放電の熱により溶融池Ｐを介して間接的に加熱され、フィラワイヤＦの溶融が持続する。
このようにアークにフィラワイヤＦを入れずに、溶融池Ｐを介して間接的に加熱することで、フィラワイヤＦ（ろう材）の蒸発や溶滴移行を確実に防止できる。
【００５３】
図３に示すように、制御装置６０は、めっき層除去工程とろう材溶着工程とを交互に実行する。これによって、溶接ラインＬ上に鱗状のビードが形成され、第１母材Ｋ１と第２母材Ｋ２とが溶接される。
【００５４】
＜接合界面について＞
Ｚｎを含むめっき層Ｋ１１でＦｅ系金属部材Ｋ１２（母材本体）が被覆された第１母材Ｋ１と、Ａｌ系金属部材である第２母材Ｋ２と、をＺｎＳｉ系のろう材でアーク溶接することで、ろう材と各母材Ｋ１，Ｋ２との間が、以下のような３層構造となる。
すなわち、ろう材と各母材Ｋ１，Ｋ２との間が、Ｆｅ系金属部材Ｋ１２に隣接しＦｅを主成分とする第１層と、Ａｌ系金属部材に隣接しＺｎを主成分とする第２層と、前記した第１・第２反応層間に介在しＳｉを主成分とする極薄の第３層（例えば、Ｆｅ３Ａｌ２Ｓｉ３）と、を含む３層構造となる。
なお、図５（ａ）に示す「Ｆｅ層」が前記した第１層に相当し、「Ｚｎ層」が第２層に相当し、「Ｓｉ層」が第３層に相当する。
【００５５】
このように、第１・第２層間にＳｉを主成分とする第３層が介在することによって、Ｆｅ系金属部材Ｋ１２と、Ａｌ系金属部材である第２母材Ｋ２と、が互いに拡散反応することを防止できる。したがって、接合界面に、硬く脆いＦｅ−Ａｌ系の金属間化合物層（例えば、Ｆｅ２Ａｌ５）が形成されることを防止し、接合強度（引張強度、ピール強度）を高めることができる。
【００５６】
≪効果≫
本実施形態に係るアーク溶接装置１００によれば、めっき層除去工程において、ろう材の送給を停止した状態で、溶接ラインＬに沿って溶接トーチ１０を移動させつつ電流値Ｉ１でアーク放電し、めっき層Ｋ１１を除去する。
このように、第１母材Ｋ１のめっき層Ｋ１１をアーク放電の熱で除去することで、それまでめっき層Ｋ１１で覆われていたＦｅ系金属部材Ｋ１２を露出させることができる。また、電流値Ｉ１でのアーク放電中、ろう材の送給を停止させることによって、アーク放電の熱でろう材が蒸発することを防止できる。
【００５７】
また、ろう材溶着工程において、溶接トーチ１０の移動を停止した状態で、ろう材を送給しつつ電流値Ｉ１よりも小さい電流値Ｉ２でアーク放電し、めっき層Ｋ１１が除去された位置にろう材を溶着させる。したがって、ろう材と２つの母材Ｋ１，Ｋ２との間にめっき層Ｋ１１が介在しない状態で溶接することができる。これによって、従来技術と比較して接合強度（引張強度、ピール強度）を大幅に高めることができる。
【００５８】
また、ろう材であるフィラワイヤＦをアーク放電によって直接的に加熱せず、その先端を溶融池Ｐに浸すことによって間接的に加熱する。つまり、アーク内にフィラワイヤＦの先端を入れないため、フィラワイヤＦが蒸発又は溶滴移行することを防止できる。したがって、接合界面の状態や溶融池Ｐの大きさを安定させつつ、スムーズに溶接を行うことができる。
【００５９】
＜比較例との対比＞
図６は、比較例に係るアーク溶接装置の処理に関するタイムチャートである。比較例では、所定の電流値Ｉ３と電流値Ｉ４（＜Ｉ３）とを交互に切り替えてパルス状の溶接電流を流した（図６（ａ）参照）。比較例は、溶接電流の変化に関わらず溶接トーチ１０を一定速度Ｖで移動させると共に（図６（ｂ）参照）、フィラワイヤＦを一定速度Ｗで送給する点が、本発明の前記実施形態（図３（ｂ）、（ｃ）参照）と異なる。
【００６０】
図４は、本実施形態に係るアーク溶接装置（実線）と、比較例に係るアーク溶接装置（一点鎖線）と、母材とろう材との接合界面付近の温度変化を示すグラフである。なお、図４に示すデータは、溶接ラインＬ上の所定の検出箇所Ｈ（図１参照）における接合界面の温度を検出し、その時間的変化をプロットすることで得たものである。また、温度Ｔ１は、第１母材Ｋ１のめっき層Ｋ１１が溶融飛散する際の温度（つまり、Ｚｎの融点：１２００℃）である。
時刻ｔ１０〜ｔ１２において検出箇所Ｈに向けて前進させることで溶接トーチ１０を接近させ、時刻ｔ１２付近で溶接箇所にろう材を溶着させ、時刻ｔ１２以後においてさらに前進させることで検出箇所Ｈから溶接トーチ１０を遠ざけた。
【００６１】
時刻ｔ１１、ｔ１２、ｔ１３において本実施形態と比較例の両方で界面温度が上昇しているのは、検出箇所Ｈ（図１参照）の後側、真上、及び前側において電流値Ｉ１（比較例では、電流値Ｉ３）で順次アーク放電したためである。
比較例では、溶接中において常時送給されるフィラワイヤＦを蒸発させないために、電流値Ｉ３を低めに設定せざるを得ず（Ｉ３＜Ｉ１）、電流値Ｉ３では界面温度がめっき層Ｋ１１の融点Ｔ１（約１２００℃）に達しない（時刻ｔ１２参照）。その結果、Ｆｅ系金属部材Ｋ１２（図２参照）側にＡｌが拡散し、図５（ｂ）に示すように、接合界面にＦｅ−Ａｌ系の脆い金属間化合物層が形成され、接合界面が弱くなってしまう。
【００６２】
これに対して本実施形態では、フィラワイヤＦを送給しない間において、めっき層Ｋ１１を溶融飛散させる電流値Ｉ１でアーク放電する。そうすると、図４の時刻ｔ１２において界面温度がめっき層Ｋ１１の融点を超え、内部のＦｅ系金属部材Ｋ１２（図２参照）が露出する。さらに、電流値Ｉ２でアーク放電してろう材を溶融させることで、当該ろう材がＦｅ系金属部材Ｋ１２（及び第２母材Ｋ２）の上に直接的に溶着する。
【００６３】
したがって、図５（ａ）に示すように、第１層（Ｆｅ層）と第２層（Ｚｎ層）との間に極薄の第３層（Ｓｉ層）が形成される。したがって、Ｆｅ系金属部材（第１母材Ｋ１）側にＡｌが拡散することを防止できる。その結果、接合界面にＦｅ−Ａｌ系の金属間化合物層が形成されることを防止し（図５（ｂ）参照）、比較例に対して接合界面の強度を大幅に高くすることができる。
【００６４】
≪変形例≫
以上、本発明に係るアーク溶接装置１００について詳細に説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
例えば、前記実施形態では、電流値Ｉ２でアーク溶接する時間帯（例えば、時刻ｔ１〜ｔ２：図３参照）と、ろう材を送給する時間帯と、を一致させる場合について説明したが、これに限らない。すなわち、アーク電流を電流値Ｉ１から電流値Ｉ２に切り替えた後、所定時間経過後にろう材の送給を開始してもよい。また、ろう材の送給を終了してから所定時間経過後にアーク電流を電流値Ｉ２から電流値Ｉ１に切り替えてもよい。これによって、電流値Ｉ１でのアーク放電によってろう材が蒸発することを確実に防止できる。
【００６５】
また、前記実施形態では、第１母材Ｋ１のみにＺｎでめっき処理が施されている場合について説明したが、これに限らない。すなわち、第１母材Ｋ１及び第２母材Ｋ２の両方にＺｎ（又はＺｎ以外の金属）でめっき処理が施されている場合にも同様の方法でアーク溶接できる。
また、前記実施形態では、第１母材Ｋ１（Ｆｅ系金属Ｋ１２）と第２母材Ｋ２（Ａｌ系金属）とが異種金属である場合について説明したが、これに限らない。すなわち、２つの母材が同種金属であってもよい。
なお、電流値Ｉ１、電流値Ｉ２、各電流値でのアーク放電時間等は、めっき金属や母材の種類、用途等に応じて適宜設定できる。
【００６６】
また、前記実施形態では、めっき層除去工程において電流値Ｉ１でアーク放電し、第１母材Ｋ１のめっき層Ｋ１１を溶融飛散させる場合について説明したが、これに限らない。すなわち、Ｚｎ等のめっきを蒸発させるように（つまり、めっき層Ｋ１１を構成する金属の沸点よりも高くなるように）、電流値Ｉ１を設定してもよい。この場合でも、アーク放電によってめっき層Ｋ１１が除去される。
【００６７】
また、前記実施形態では、ろう材溶着工程において、フィラワイヤＦの先端が溶融池Ｐに浸るように送給する場合について説明したが、これに限らない。すなわち、ろう材を溶融させるための電流値Ｉ２を低めに設定し、アーク内においてフィラワイヤＦを溶融させてもよい。
【００６８】
また、前記実施形態では、制御装置６０が多軸多関節ロボット等を制御することによって自動でアーク溶接する場合について説明したが、これに限らない。例えば、アーク溶接を行う機器を図２、図３で説明したタイミングで人間が操作してもよい。
また、前記実施形態では、溶接ラインＬが直線状である場合について説明したが、これに限らない。例えば、２つの母材の接合箇所に対して溶接トーチ１０を左右に揺動させつつ（つまり、ウィ―ビングして）、溶接してもよい。この場合、溶接ラインＬは折線状になる。
【００６９】
また、前記実施形態では、Ｆｅ系金属部材がＺｎでめっき処理された第１母材Ｋ１と、Ａｌ系金属部材である第２母材Ｋ２と、をＺｎＳｉ系のろう材でアーク溶接する場合について説明したが、これに限らない。
例えば、第１母材としてＡｌＳｉでめっき処理されたＳＰ鋼板（裸鋼板）を用いてもよい。また、第２母材としてマグネシウム合金を用いてもよい。また、ろう材として、ＺｎＳｉにＴｉ、Ｍｎ、及びＳｎのうち任意の組み合わせを混合したものを用いてもよい。なお、前記した電流値Ｉ１，Ｉ２については、第１母材、第２母材、めっき層、及びろう材の構成物質に応じて適宜設定することが好ましい。
【符号の説明】
【００７０】
１００  アーク溶接装置
１０  溶接トーチ
１１  非消耗電極
１２  ノズル
２０  ガス供給装置
３０  ロボット駆動装置（溶接トーチ移動手段）
４０  フィラワイヤ送給装置（ろう材送給手段）
５０  電源装置（アーク放電手段、溶接トーチ移動手段、ろう材送給手段）
６０  制御装置
６１  アーク放電制御手段（アーク放電手段）
６２  溶接トーチ移動制御手段（溶接トーチ移動手段）
６３  ろう材送給制御手段（ろう材送給手段）
Ｆ  フィラワイヤ（ろう材）
Ｇ  フィラワイヤガイド
Ｋ１  第１母材（母材）
Ｋ１１  めっき層
Ｋ２  第２母材（母材）
Ｌ  溶接ライン
Ｓ  接合構造体
Ｐ  溶融池
【図１】
2014200841.tif 000003
【図２】
2014200841.tif 000004
【図３】
2014200841.tif 000005
【図４】
2014200841.tif 000006
【図６】
2014200841.tif 000007
【図５】
2014200841.tif 000008