(57)【要約】【課題】溶接ロボットに２本以上のトーチを装着するタンデムトーチのアーク干渉を回避する技術に関し、アーク干渉による溶接不良の発生を防止すると共に、タンデムトーチを往復移動させる多層溶接や、タンデムトーチの１本を退避させて行うシングルトーチ溶接や、更にはトーチ間隔を変化させて１プールの溶接と２プールの溶接とを切替えるなどの種々の溶接形態に最も適した溶接が行われるようにする。【解決手段】直流溶接電源を用いるタンデムトーチ溶接方法において、直流溶接電源を２個用い、進行方向前側のトーチにワークに対してプラス側の電極が接続されると共に進行方向後側のトーチにワークに対してマイナス側の電極が接続されるように、トーチの進行方向が反転したときに並列配置された２個のトーチに与える電極の極性を反転させる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流溶接電源を用いるタンデムトーチ溶接方法において、直流溶接電源を２個用い、進行方向前側のトーチにワークに対してプラス側の電極が接続されると共に進行方向後側のトーチにワークに対してマイナス側の電極が接続されるように、トーチの進行方向が反転したときに並列配置された２個のトーチに与える電極の極性を反転させることを特徴とする、タンデムトーチ溶接方法。
【請求項２】
溶接トーチの一方を他方に対して後退させる進退装置を設けたタンデムトーチを用いるタンデムトーチ溶接方法において、進行方向前側のトーチを後退させたときに、進行方向後側のトーチにワークに対してプラス側の電極が接続されるように、進行方向後側のトーチに与える電極の極性を反転させてシングルトーチ溶接を行うことを特徴とする、請求項１記載のタンデムトーチ溶接方法。
【請求項３】
２個の直流溶接電源と、切替装置とを備え、当該切替装置は、前記の各溶接電源に接続される＋端子と−端子を対とする２対の入力端子と、第１と第２との２個のトーチ接続端子と、ワーク接続端子とを備え、当該切替装置は、タンデムトーチの進行方向が反転したときに、一方の対の＋端子を第１トーチ接続端子に接続し他方の対の−端子を第２のトーチ接続端子に接続し残りの−端子と＋端子とをワーク接続端子に接続する第１接続モードと、一方の対の−端子を第１トーチ接続端子に接続し他方の対の＋端子を第２のトーチ接続端子に接続し残りの＋端子と−端子とをワーク接続端子に接続する第２接続モードとを切替える、タンデムトーチ溶接のトーチ極性切替装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、溶接ロボットによるワークの溶接において、溶接ロボットに２本以上のトーチを装着するタンデムトーチの溶接方法に関するもので、近接した２本のトーチのアーク干渉を回避する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
溶接ロボットに２本以上のトーチを装着してそれらを同時に動作させて行うタンデムトーチによる溶接は、公知である。タンデムトーチによる溶接は、溶接速度を速くできるので、溶接線の長い大型のワークの溶接を短時間で行うことができるという長所がある。しかしタンデムトーチは、狭い箇所や曲がりくねった箇所の溶接ができない。
【０００３】
この問題を解決するため、溶接途中でタンデムトーチの一方を後退させて狭い箇所や曲がりくねった箇所を溶接する技術が、この出願の出願人に係る下記特許文献１で提案されている。
【０００４】
この文献で提案された技術は、複数の溶接トーチ又は溶接トーチと溶断トーチとの複数のトーチを備えた溶接ヘッドにおいて、トーチの一方を他方に対して進退自在に設ける。複数本の溶接トーチを設けた溶接ヘッドで、細部や狭い箇所の溶接を行うときは、１本の溶接トーチを前進させた状態で溶接を行う。広い部分の溶接を高速で行うときは、複数本の溶接トーチを等しい位置にして、すべての溶接トーチを動作させて溶接を行う、というものである。
【０００５】
図３を参照して、上記文献記載の溶接方法の一例を説明する。図の例では、溶接開始位置（ａ）と終了位置（ｆ）とに、トーチと干渉する高さＨの段差４ａと、狭い箇所Ｋとがある。溶接開始位置（ａ）では、図で矢印Ｍで示す移動方向の前側となる前側トーチ２ａを後退させ、溶接ヘッド１を図の時計回りに傾斜させて、移動方向の後側となる後側トーチ２ｂの先端をワーク４の段差部４ａに接近させて溶接を開始する。
【０００６】
そして、前側トーチ２ａと段差４ａとの干渉がなくなる距離まで溶接ヘッドが移動したら（（ｂ）の位置）、前側トーチ２ａを進出させ、溶接ヘッドの傾斜を戻し、前側トーチのアークを開始し、両方のトーチ２ａ、２ｂで溶接を行う状態とする。そして、前側トーチ２ａのアークを開始してから前側トーチ２ａと後側トーチ２ｂの先端の間隔Ｗだけ溶接ヘッド１が移動したタイミングで、溶接ヘッド１の移動速度を上げ、平坦な区間Ｌの溶接を高速で行う。
【０００７】
そして、溶接線の終端の狭隘部Ｋに近づいたら、溶接ヘッド１を減速して、その減速動作が終了した後、前記間隔Ｗだけ移動したタイミングで後側トーチ２ｂのアークを停止し、後側トーチ２ｂを後退させ、溶接ヘッド１を図の反時計方向に傾斜させる。この状態で溶接終端（ｆ）まで移動する。
【０００８】
このようにして第１層の溶接が終了したら、図３の（ｆ）の位置から第２層の溶接が開始される。すなわち、先行トーチ２ａのアークを停止することなく、溶接ヘッド１の逆方向移動を開始し、前記と同様な順序で先行トーチ２ａと後行トーチ２ｂの進退を行いながら（ａ）地点までの溶接を行う。以上の動作を所定回数繰り返して所望層の溶接を行う。
【０００９】
タンデムトーチ溶接では、２本のトーチの先端を接近させて１プールを形成する場合と、先端の間隔を開けて２プールを形成する場合とがある。この１プールを形成する溶接と２プールを形成する溶接との両者に対応できるように、タンデムトーチのワークの溶接線に沿う方向の溶接トーチの間隔を変更可能にする技術を本願出願人は特願２００３−３１５６００で提案している。
【００１０】
図３で説明した上記方法は、トーチ先端を近接させて１プールを形成する溶接であるが、トーチ先端を接近させた２本の溶接トーチに同極の直流電源を接続して溶接を行うと、磁気吹きと呼ばれる磁気作用で、２つの溶接アークが接近する方向に偏倚してアークの干渉が起こる。アーク干渉が起こると、アンダーカット、溶け込み不足、ビート幅不整、ビート割れ、ブローホールなどの溶接不良を生ずる危険がある。
【００１１】
磁気吹きによるアーク干渉を避けるには、トーチの一方を交流電源で駆動するのが有効であること、２本のアークの極性を逆にすれば、磁気吹きによりアークが離れる方向に偏倚することが報告されている。
【特許文献１】特開２００４−３１４１０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
この発明は、直流電源を用いるタンデムトーチ溶接において、上記アーク干渉による溶接不良の発生を防止すると共に、ワークの溶接線に沿ってタンデムトーチを往復移動させる多層溶接や、タンデムトーチの１本を退避させて行うシングルトーチ溶接や、更にはトーチ間隔を変化させて１プールの溶接と２プールの溶接とを切替えるなどの種々の形態のタンデムトーチ溶接において、それぞれの形態に最も適した極性で溶接が行われるようにすることを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決した本願請求項１の発明に係るタンデムトーチ溶接方法は、直流溶接電源を用いるタンデムトーチ溶接方法において、直流溶接電源を２個用い、進行方向前側のトーチにワークに対してプラス側の電極が接続されると共に進行方向後側のトーチにワークに対してマイナス側の電極が接続されるように、トーチの進行方向が反転したときに並列配置された２個のトーチに与える電極の極性を反転させることを特徴とするものである。
【００１４】
また本願請求項２の発明に係るタンデムトーチ溶接方法は、溶接トーチの一方を他方に対して後退させる進退装置を設けたタンデムトーチを用いるタンデムトーチ溶接方法において、進行方向前側のトーチを後退させたとき、当該前側トーチの後退後、後側トーチのシングル溶接状態でタンデムトーチのときの極間距離Ｗだけ移動し、その後進行方向後側のトーチにワークに対してプラス側の電極が接続されるように進行方向後側のトーチに与える電極の極性を反転させて、シングルトーチ溶接に移行することを特徴とする、請求項１記載のタンデムトーチ溶接方法である。
【００１５】
上記のこの発明の溶接方法は、溶接電源とワーク及びトーチとの間に極性切替装置を設けて溶接ロボットを制御するロボットコントローラや、タンデムトーチを制御するタンデムインタフェイスの信号により、溶接電源とワーク及びトーチとの接続を切替えることによって実現される。
【００１６】
従って、本願の請求項３の発明に係るタンデムトーチ溶接のトーチ極性切替装置は、２個の直流溶接電源と、切替装置とを備え、当該切替装置は、前記の各溶接電源に接続される＋端子と−端子を対とする２対の入力端子と、第１と第２との２個のトーチ接続端子と、ワーク接続端子とを備え、当該切替装置は、タンデムトーチの進行方向が反転したときに、一方の対の＋端子を第１トーチ接続端子に接続し他方の対の−端子を第２のトーチ接続端子に接続し残りの−端子と＋端子とをワーク接続端子に接続する第１接続モードと、一方の対の−端子を第１トーチ接続端子に接続し他方の対の＋端子を第２のトーチ接続端子に接続し残りの＋端子と−端子とをワーク接続端子に接続する第２接続モードとを切替えるというものである。
【００１７】
この発明の方法では、タンデムトーチの移動方向が切替えられたとき、新たな移動方向における前方トーチの極性がワークに対して＋極となり、後方のトーチがワークに対して−極となるように極性切替が行われる。すなわち、本願請求項１の方法によれば、タンデムトーチがどの方向に移動しても、その移動方向前方のトーチがワークに対して＋極、後方のトーチがワークに対して−極となった状態で溶接が行われ、トーチ先端を近接させた状態でタンデムトーチ溶接を行うときに、トーチ先端が逆極性となり、アーク干渉を回避できる。
【００１８】
請求項２の発明は、ワークに対して進行方向前方のトーチを＋極、後方のトーチを−極としてタンデムトーチ溶接を行っているときに、シングルトーチ溶接に切替えるために、進行方向前方のトーチを退避させたときは、残った後方のトーチの極性を−極から＋極に切替えて溶接を行うというものである。この切替を行うことによってシングルトーチ溶接時の適正な極性を確保できる。なお、タンデムトーチ溶接からその進行方向後方のトーチを退避させてシングルトーチ溶接に切替えるときは、残ったシングルトーチの極性が元々＋極であるので、極性切替を行う必要はない。
【００１９】
２プールを形成する溶接のように、２本のトーチの間隔を広くしてタンデムトーチ溶接を行うときは、アーク干渉が発生するおそれがないので、両方のトーチを共に＋極にしてタンデムトーチ溶接を行う。進行方向後方のトーチを正極性にしてタンデムトーチ溶接を行っているときに、進行方向前方のトーチを後退させたときは、切替装置を両トーチが共に＋極となる状態に切替え、かつ進行方向前方のトーチへの電源回路を遮断してやればよい。
【発明の効果】
【００２０】
この発明によれば、トーチ先端を近接させて行うタンデムトーチ溶接時にアーク干渉の発生を防止することができるという効果がある。更にこの発明によれば、タンデムトーチの１本を後退させてシングルトーチに切替えたときに、常に適正な極性のシングルトーチ溶接を行うことができ、またトーチ先端の間隔を広くしてタンデムトーチ溶接を行うときにも、トーチ極性を共に＋極とした適正な溶接が行われるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面を参照してこの発明の実施形態を説明する。図１は、この発明の方法による溶接を行うための溶接装置全体を示すブロック図で、３は溶接ロボット、４はワーク、５はワーク４を支持して必要時に姿勢変換するポジショナー、６は溶接ロボット３とポジショナー５の動きを制御するロボットコントローラ、７ａ及び７ｂは直流溶接電源、８はこの発明の極性切替装置、２ａ及び２ｂはロボット３のアーム９の先端に取り付けられた２本のトーチ、１０は２本のトーチ２ａ、２ｂの進退やトーチ間隔を制御するタンデムインタフェイス、１１ａ及び１１ｂはタンデムインタフェイス１０からの指令により、トーチの一方を後退させたときに、当該トーチへの電源を遮断する開閉器である。なお、１２ａ及び１２ｂはサーチユニットであるが、本願の発明とは直接関係がなく、極性切替装置８から開閉器１１ａ、１１ｂへ接続されるケーブルはサーチユニット１２ａ、１２ｂ内で直結されていると考えて良い。
【００２２】
極性切替装置８は、溶接電源７ａ、７ｂの各々について、その＋極と−極を接続するための端子１４ａ、１４ｂ及び１５ａ、１５ｂの二対の入力端と、ポジショナー５を介してワーク４に接続される２個一組のワーク接続端子１６及び２本のトーチ２ａ、２ｂのそれぞれに接続される２個のトーチ接続端子１７ａ、１７ｂを備えている。
【００２３】
極性切替装置８は、電磁動作する２個の２連切替スイッチＳa、Ｓbを備えており、図２（ａ）に示すように、２個の切替スイッチＳa、Ｓbが共に図で右側に倒れた標準接続モードでは、２個の＋側の入力端子１４ａ、１４ｂが共に２個のトーチ接続端子１７ａ、１７ｂに接続され、２個の−側の入力端子１５ａ、１５ｂが共にワーク接続端子１６に接続された状態となるので、２本のトーチ２ａ、２ｂは、ワーク４に対して共に＋極となる。一方、図２（ｂ）に示すように、図で左側の切替スイッチＳbが左側に切替えられると、溶接電源７ｂの＋極に接続されている入力端子１４ｂがワーク端子１６に接続され、当該溶接電源の−極に接続されている端子１５ｂが図で左側のトーチ端子１７ｂに接続されるので、２本の溶接トーチの一方２ａが逆極性、他方２ｂが正極性となる。また、図２（ｃ）に示すように、図で左側の切替スイッチＳbが右に倒れている状態で、右側の切替スイッチＳaが左側に倒れると、溶接電源１７ａの＋極がワーク端子１６に接続され、当該溶接電源の−極がトーチ端子１７ａに接続される状態となるので、２個の溶接トーチ２ａ、２ｂの極性は、図２（ｂ）の場合の逆になる。
【００２４】
切替スイッチＳa、Ｓbの切替は、タンデムインタフェイス１０の指令によって行われる。すなわち、２本のトーチ２ａ、２ｂの間隔を広くして溶接を行うときや、２本の溶接トーチ２ａ、２ｂの内の１本を後退させてシングルトーチ溶接を行うときは、両方のトーチ２ａ、２ｂをそれぞれの溶接電源７ａ、７ｂの＋極に接続する図２（ａ）の状態に切替えられ、２本の溶接トーチ２ａ、２ｂの先端相互を近接させて、タンデムトーチ溶接を行うときは、ロボットコントローラ６からの溶接トーチの移動方向により、図２の（ｂ）又は（ｃ）に切替られる。
【００２５】
先に説明した図３のトーチ動作を例にして、極性切替装置８の切替動作を説明する。溶接線の左端から溶接を開始する図３の（ａ）の状態では、極性切替装置８が図２（ａ）の状態に切替えられており、後退している溶接トーチ２ａの電源が開閉器１１ａによって遮断されている。従って、この状態では溶接トーチ２ｂが＋極となった状態で溶接が行われる。その後溶接トーチが移動してタンデムトーチとなった図３の（ｃ）の状態では、トーチ２ａが進行方向前方のトーチとなるので、極性切替装置８は、図２（ｂ）のように切替えられて、進行方向前側トーチ２ａが＋極となり、後側トーチ２ｂが−極となる。そして、右側の溶接終端に近づいて、溶接トーチ２ｂが後退すると、この後退動作と同時に開閉器１１ｂにより溶接トーチ２ｂの電源が遮断される。従って、この状態では、残った１本のトーチ２ａが＋極となって溶接が行われる。
【００２６】
溶接トーチが図３の右端に来た状態から溶接ヘッド１の進行方向が反転して、２層目の溶接が開始される。この２層目の溶接の最初は、１層目の溶接の終了時と同じ状態、すなわち進出している１本トーチ２ａが＋極となって溶接が行われ、図３の（ｄ）の位置でタンデムトーチに切替えられたときに、極性切替装置８が図２（ｃ）の状態に切替えられて、進行方向前側となる溶接トーチ２ｂが＋極、後側となる溶接トーチ２ａが−極となって溶接が行われる。そして、溶接線の左端に近づいて図３の（ｃ）の位置で溶接トーチ２ａが後退すると、開閉器１１ａが遮断されて、残ったトーチ２ｂが＋極となった状態で溶接線の左端までの溶接が行われる。３層以上の溶接は、３層は１層と同じ動作で、また４層は２層と同じ動作で行われることとなる。
【００２７】
以上のようにこの発明の方法では、トーチ先端を近接させた状態でのタンデムトーチ溶接を行うときは、その移動方向前側のトーチがワークに対して＋側となり、後側のトーチがワークに対して−極側となった状態で溶接が行われ、いずれか１本のトーチを後退させたときは、残ったトーチが＋側となった状態でシングルトーチ溶接が行われる。更に２プールを形成する溶接のように、トーチ間隔Ｗを広げた状態でのタンデムトーチ溶接を行うときは、両トーチ共に＋極にして溶接を行うのである。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】この発明の方法で、溶接を行う装置の例を示すブロック図
【図２】図１の極性切替装置の切替状態を示す図
【図３】１本のトーチの後退動作を伴うタンデムトーチ溶接の例を示す説明図
【符号の説明】
【００２９】
2a,2b  トーチ、
３  溶接ロボット
５  ポジショナー
６  ロボットコントローラ
7a,7b  直流溶接電源
８  極性切替装置
９  ロボットのアーム
10  タンデムインタフェイス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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