(57)【要約】【課題】溶接品質を安定させることが容易である溶接システム及び溶接方法を提供する。【解決手段】ワーク表面４に溶接材料を溶着させて肉盛溶接を行う溶接装置１０と、ワーク２を予熱し保温する予熱装置３０と、ワーク２の予熱後に肉盛溶接を開始するように、溶接装置１０及び予熱装置３０を動作させる制御装置１８と、溶接装置１０によってワーク表面４で溶融されている溶接材料６の温度である第１の温度Ｔａを計測する第１のセンサ４０と、ワーク２の温度である第２の温度Ｔｂを計測する第２のセンサ４２とを備える。制御装置１８は、第１及び第２の温度Ｔａ，Ｔｂに基づいて、溶接装置１０が肉盛溶接を行う間、第１及び第２の温度Ｔａ，Ｔｂがそれぞれ予め決められた第１及び第２の範囲内に収まるように、溶接装置１０と予熱装置３０とのいずれか一方又は両方の出力を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークの表面に溶接材料を溶着させて肉盛溶接を行う溶接装置と、
前記ワークを予熱し保温する予熱装置と、
前記ワークの予熱後に前記肉盛溶接を開始するように、前記溶接装置及び前記予熱装置を動作させる制御装置と、
前記溶接装置によって前記ワークの前記表面で溶融されている前記溶接材料の温度である第１の温度を計測する第１のセンサと、
前記ワークの温度である第２の温度を計測する第２のセンサと、
を備え、
前記制御装置は、前記溶接装置が前記肉盛溶接を行う間、前記第１のセンサが計測した前記第１の温度と前記第２のセンサが計測した前記第２の温度とに基づいて、
前記第１の温度が第１の範囲内に収まるとともに前記第２の温度が第２の範囲内に収まるように、
前記溶接装置と前記予熱装置とのいずれか一方又は両方の出力を制御することを特徴とする、溶接システム。
【請求項２】
ワークの表面に溶接材料を溶着させて肉盛溶接を行う溶接装置と、
前記ワークを予熱し保温する予熱装置と、
前記ワークの予熱後に前記肉盛溶接を開始するように、前記溶接装置及び前記予熱装置を動作させる制御装置と、
前記溶接装置によって前記ワークの前記表面で溶融されている前記溶接材料の温度である第１の温度を計測する第１のセンサと、前記ワークの温度である第２の温度を計測する第２のセンサとのうち、いずれか一方と、
を備え、
前記制御装置は、前記溶接装置が前記肉盛溶接を行う間、前記第１のセンサが計測した前記第１の温度、又は前記第２のセンサが計測した前記第２の温度に基づいて、
前記第１の温度が第１の範囲内に収まるように前記予熱装置の出力を制御し、又は、前記第２の温度が第２の範囲内に収まるように前記溶接装置の出力を制御することを特徴とする、溶接システム。
【請求項３】
前記制御装置は、
前記第１のセンサが計測した前記第１の温度が前記第１の範囲から外れたとき、又は、前記第２のセンサが計測した前記第２の温度が前記第２の範囲から外れたとき、
前記溶接装置と前記予熱装置とのいずれか一方又は両方の前記出力を変更することを特徴とする、請求項１又は２に記載の溶接システム。
【請求項４】
前記制御装置は、
前記第１のセンサが計測した前記第１の温度が前記第１の範囲から外れたとき、又は、前記第２のセンサが計測した前記第２の温度が前記第２の範囲から外れたとき、
前記溶接装置に前記肉盛溶接を中断させた後、前記溶接装置と前記予熱装置とのいずれか一方又は両方の前記出力を変更し、前記出力が変更された状態で前記溶接装置に前記肉盛溶接を再開させることを特徴とする、請求項１又は２に記載の溶接システム。
【請求項５】
前記溶接装置が前記肉盛溶接を行う間、前記溶接装置の溶接トーチと前記ワークとが予め設定された経路に沿って相対移動するように、前記溶接トーチと前記ワークとのいずれか一方又は両方を移動させる相対移動装置と、
前記ワークの位置を検出する第３のセンサと、
をさらに備え、
前記制御装置は、
前記第３のセンサによって検出された前記予熱後の前記ワークの位置に応じて、予め設定された前記経路を補正し、
前記溶接装置が前記肉盛溶接を行う間、前記溶接トーチと前記ワークとが、補正された前記経路に沿って相対移動するように、前記相対移動装置を動作させることを特徴とする、請求項１ないし４のいずれか一つに記載の溶接システム。
【請求項６】
前記溶接装置は、ガスと前記溶接材料の粉末とを供給する粉末送給装置を備えた粉体プラズマ溶接装置又はレーザ溶接装置であることを特徴とする、請求項１ないし５のいずれか一つに記載の溶接システム。
【請求項７】
前記制御装置は、
前記溶接装置と前記予熱装置とのいずれか一方又は両方の前記出力を手動で変更するための手動操作盤を含むことを特徴とする、請求項１ないし６のいずれか一つに記載の溶接システム。
【請求項８】
予熱装置を用いてワークを予熱した後、前記予熱装置を用いて前記ワークを保温しながら、溶接装置のトーチと前記ワークとを、予め設定された経路に沿って相対移動させて、前記ワークの表面に溶接材料を溶着させて肉盛溶接を行う第１のステップと、
前記第１のステップで前記肉盛溶接を行う間、前記ワークの前記表面で溶融している前記被溶着材料の温度である第１の温度と、前記ワークの前記表面の温度である第２の温度とを計測する第２のステップと、
前記第２のステップで計測した前記第１及び第２の温度に基づいて、
前記第１の温度が第１の範囲内に収まるとともに前記第２の温度が第２の範囲内に収まるように、
前記溶接装置と前記予熱装置とのいずれか一方又は両方の出力を制御する第３のステップと、
を備えたことを特徴とする、溶接方法。
【請求項９】
予熱装置を用いてワークを予熱した後、前記予熱装置を用いて前記ワークを保温しながら、溶接装置のトーチと前記ワークとを、予め設定された経路に沿って相対移動させて、前記ワークの表面に溶接材料を溶着させて肉盛溶接を行う第１のステップと、
前記第１のステップで前記肉盛溶接を行う間、前記ワークの前記表面で溶融している前記被溶着材料の温度である第１の温度、又は、前記ワークの前記表面の温度である第２の温度を計測する第２のステップと、
前記第２のステップで計測した前記第１又は第２の温度に基づいて、
前記第１の温度が第１の範囲内に収まるように前記予熱装置の出力を制御し、又は、
前記第２の温度が第２の範囲内に収まるように前記溶接装置の出力を制御する第３のステップと、
を備えたことを特徴とする、溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接システム及び溶接方法に関し、詳しくは、肉盛溶接に用いる溶接システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
肉盛溶接は、一般に、耐食・耐熱・耐摩耗などの表面改質を目的として、母材の表面に、母材と異なる成分系の材料を溶着させる溶接法であり、アーク溶接、プラズマ溶接、レーザ溶接、ガス溶接などの溶融溶接法が適用可能である。
【０００３】
例えば図３は、プラズマ溶接を行う粉体プラズマ溶接装置の概略図である。図３（Ａ）は溶接トーチ８とワーク９との関係を示す構成図、図３（Ｂ）は図３（Ａ)の線Ｚ−Ｚに沿って見た断面図である。図３に示すように、この装置は、溶接トーチ８とワーク９の表面との間に形成されているプラズマアーク中に、溶接トーチ８の複数の粉体供給穴８ａ，８ｂから溶接材料の粉末を供給して液滴を形成し、その液滴をワーク９の表面に溶着させる（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−１９３１２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
肉盛溶接によって表面改質を達成するためには、熱管理（予熱温度、層間温度・パス間温度及び後熱処理の管理）が必要である。例えば、金型の肉盛等では、所望の「母材強度」の素材を選び、「溶接部」及び「溶接部と母材の界面部」が母材と同等程度の強度となるようにする。強度の高い母材へ、耐熱性・耐摩耗性などが優れた強度の高い溶接材料を盛ることなるが、そのような溶接材料は、熱管理がないと、溶接中又は溶接後に割れてしまう。溶接部の強度を高めるためには、溶接部の内部欠陥（巣など）は無いことが望ましく、できるだけ少なくしなくてはならない。また、溶接品質の一つである、母材と溶接材の密着状態が良好でなくてはならない。さらに、母材の組織の品質も損なってはならない。金型では熱処理によって調質するが、溶接工程で過度に入熱昇温すると、硬度が落ちるなど変質してしまう。
【０００６】
しかしながら、熱管理について再現性の高い手法が確立されていないのが現状であり、溶接品質を安定させることは容易でない。
【０００７】
例えば、粉体プラズマ溶接装置を用いて肉盛溶接を行う場合、安定した溶接品質を得るには、電流値（溶接装置の出力）・電流プロファイル・粉末送り出し量・溶接トーチの軌道や移動速度などの溶接条件を設定し溶接を開始した後、作業員が溶接状態を観察し、観察した溶接状態から溶接条件の適否を判断し、適宜、溶接条件を微調整する必要がある。溶接状態の適否は、溶湯（母材上で溶融している溶接材料）の大きさ・形状、溶湯と母材の境界線の乱れ、溶湯の沸き立ち状態、溶湯が凝固したビードに発生するブローホールの数や大きさなどで判断するが、作業員の経験に依存する部分が多く、定量的な判断基準は確立されていない。
【０００８】
本発明は、かかる実情に鑑み、溶接品質を安定させることが容易である溶接システム及び溶接方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するために、以下のように構成した溶接システムを提供する。
【００１０】
溶接システムは、（ａ）ワークの表面に溶接材料を溶着させて肉盛溶接を行う溶接装置と、（ｂ）前記ワークを予熱し保温する予熱装置と、（ｃ）前記ワークの予熱後に前記肉盛溶接を開始するように、前記溶接装置及び前記予熱装置を動作させる制御装置と、（ｄ）前記溶接装置によって前記ワークの前記表面で溶融されている前記溶接材料の温度である第１の温度を計測する第１のセンサと、（ｅ）前記ワークの温度である第２の温度を計測する第２のセンサと、を備える。前記制御装置は、前記溶接装置が前記肉盛溶接を行う間、前記第１のセンサが計測した前記第１の温度と前記第２のセンサが計測した前記第２の温度とに基づいて、前記第１の温度が第１の範囲内に収まるとともに前記第２の温度が第２の範囲内に収まるように、前記溶接装置と前記予熱装置とのいずれか一方又は両方の出力を制御する。
【００１１】
上記構成において、制御装置は、第１の温度（溶湯の温度）及び第２の温度（ワークの温度、すなわち母材の温度）の計測値に基づいて、第１及び第２の温度が、良好な溶接状態になる範囲内に収まるように、溶接装置及び／又は予熱装置の出力を制御する。これによって、溶接中に、溶接条件が適切に制御され、良好な溶接状態が維持される。
【００１２】
上記構成によれば、溶接品質に影響を与える要因を第１及び第２の温度に集約し、定量的な基準に基づいて溶接状態を制御することができ、熱管理の再現性が高い。したがって、溶接品質を安定させることが容易である。
【００１３】
溶接装置及び／又は予熱装置の出力は、第１の温度が第１の範囲から外れてから変更してもよいし、第１の温度が第１の範囲内のときから変更してもよい。同様に、溶接装置及び／又は予熱装置の出力は、第２の温度が第２の範囲から外れてから変更してもよいし、第２の温度が第２の範囲内のときから変更してもよい。
【００１４】
また、本発明は、上記課題を解決するために、以下のように構成した溶接システムを提供する。
【００１５】
溶接システムは、（ａ）ワークの表面に溶接材料を溶着させて肉盛溶接を行う溶接装置と、（ｂ）前記ワークを予熱し保温する予熱装置と、（ｃ）前記ワークの予熱後に前記肉盛溶接を開始するように、前記溶接装置及び前記予熱装置を動作させる制御装置と、（ｄ）前記溶接装置によって前記ワークの前記表面で溶融されている前記溶接材料の温度である第１の温度を計測する第１のセンサと、前記ワークの温度である第２の温度を計測する第２のセンサとのうち、いずれか一方と、を備える。前記制御装置は、前記溶接装置が前記肉盛溶接を行う間、前記第１のセンサが計測した前記第１の温度、又は前記第２のセンサが計測した前記第２の温度に基づいて、前記第１の温度が第１の範囲内に収まるように前記予熱装置の出力を制御し、又は、前記第２の温度が第２の範囲内に収まるように前記溶接装置の出力を制御する。
【００１６】
上記構成によれば、溶接品質に影響を与える要因を第１又は第２の温度に集約し、定量的な基準に基づいて溶接状態を制御することができ、熱管理の再現性が高い。したがって、溶接品質を安定させることが容易である。
【００１７】
好ましくは、前記制御装置は、前記第１のセンサが計測した前記第１の温度が前記第１の範囲から外れたとき、又は、前記第２のセンサが計測した前記第２の温度が前記第２の範囲から外れたとき、前記溶接装置と前記予熱装置とのいずれか一方又は両方の前記出力を変更する。
【００１８】
この場合、溶接を継続しながら溶接条件を変更することによって、溶接品質を安定させることができる。
【００１９】
好ましくは、前記制御装置は、前記第１のセンサが計測した前記第１の温度が前記第１の範囲から外れたとき、又は、前記第２のセンサが計測した前記第２の温度が前記第２の範囲から外れたとき、前記溶接装置に前記肉盛溶接を中断させた後、前記溶接装置と前記予熱装置とのいずれか一方又は両方の前記出力を変更し、前記出力が変更された状態で前記溶接装置に前記肉盛溶接を再開させる。
【００２０】
この場合、溶接を中断することによって溶接品質の劣化を未然に回避でき、溶接条件の設定を変更した後に溶接を再開することによって、溶接品質を安定させることができる。
【００２１】
好ましくは、溶接システムは、（ｅ）前記溶接装置が前記肉盛溶接を行う間、前記溶接装置の溶接トーチと前記ワークとが予め設定された経路に沿って相対移動するように、前記溶接トーチと前記ワークとのいずれか一方又は両方を移動させる相対移動装置と、（ｆ）前記ワークの位置を検出する第３のセンサと、をさらに備える。前記制御装置は、前記第３のセンサによって検出された前記予熱後の前記ワークの位置に応じて、予め設定された前記経路を補正し、前記溶接装置が前記肉盛溶接を行う間、前記溶接トーチと前記ワークとが、補正された前記経路に沿って相対移動するように、前記相対移動装置を動作させる。
【００２２】
この場合、予熱後のワークの位置に応じて、適切な経路で溶接することができるので、ワークの位置決め誤差や予熱に伴うワークの熱変形などに影響されない。そのため、溶接品質が一層安定する。
【００２３】
好ましくは、前記溶接装置は、ガスと前記溶接材料の粉末とを供給する粉末送給装置を備えた粉体プラズマ溶接装置又はレーザ溶接装置である。
【００２４】
粉体プラズマ溶接装置やレーザ溶接装置を用いて１層又は２層以上の肉盛溶接する場合、溶接品質を確保するためには十分な熱管理（予熱温度、層間温度・パス間温度及び後熱処理の管理）が必要であるため、特に顕著な効果が得られる。また、溶接中のスパッタの飛び散りが少なく、温度計測が容易である。
【００２５】
好ましくは、前記制御装置は、前記溶接装置と前記予熱装置とのいずれか一方又は両方の前記出力を手動で変更するための手動操作盤を含む。
【００２６】
この場合、溶接条件が制御装置によって変更される前に、手動で溶接条件を変更することができる。そのため、作業員が溶接状態を監視し、適切な溶接状態となるように、より迅速に溶接条件を変更するができ、溶接品質をより安定させることが可能になる。
【００２７】
また、本発明は、上記課題を解決するために、以下のように構成した溶接方法を提供する。
【００２８】
溶接方法は、第１ないし第３のステップを備える。前記第１のステップにおいて、予熱装置を用いてワークを予熱した後、前記予熱装置を用いて前記ワークを保温しながら、溶接装置のトーチと前記ワークとを、予め設定された経路に沿って相対移動させて、前記ワークの表面に溶接材料を溶着させて肉盛溶接を行う。前記第２のステップにおいて、前記第１のステップで前記肉盛溶接を行う間、前記ワークの前記表面で溶融している前記被溶着材料の温度である第１の温度と、前記ワークの前記表面の温度である第２の温度とを計測する。前記第３のステップにおいて、前記第２のステップで計測した前記第１及び第２の温度に基づいて、前記第１の温度が第１の範囲内に収まるとともに前記第２の温度が第２の範囲内に収まるように、前記溶接装置と前記予熱装置とのいずれか一方又は両方の出力を制御する。
【００２９】
上記方法によれば、溶接品質に影響を与える要因を第１及び第２の温度に集約し、定量的な基準に基づいて溶接状態を制御することができ、熱管理の再現性が高い。したがって、溶接品質を安定させることが容易である。
【００３０】
また、本発明は、上記課題を解決するために、以下のように構成した溶接方法を提供する。
【００３１】
溶接方法は、第１ないし第３のステップを備える。前記第１のステップにおいて、予熱装置を用いてワークを予熱した後、前記予熱装置を用いて前記ワークを保温しながら、溶接装置のトーチと前記ワークとを、予め設定された経路に沿って相対移動させて、前記ワークの表面に溶接材料を溶着させて肉盛溶接を行う。前記第２のステップにおいて、前記第１のステップで前記肉盛溶接を行う間、前記ワークの前記表面で溶融している前記被溶着材料の温度である第１の温度、又は、前記ワークの前記表面の温度である第２の温度を計測する。前記第３のステップにおいて、前記第２のステップで計測した前記第１又は第２の温度に基づいて、前記第１の温度が第１の範囲内に収まるように前記予熱装置の出力を制御し、又は、前記第２の温度が第２の範囲内に収まるように前記溶接装置の出力を制御する。
【００３２】
上記方法によれば、溶接品質に影響を与える要因を第１又は第２の温度に集約し、定量的な基準に基づいて溶接状態を制御することができ、熱管理の再現性が高い。したがって、溶接品質を安定させることが容易である。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、溶接品質を安定させることが容易である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】図１は溶接システムの構成図である。（実施例１）
【図２】図２は溶接システムの動作のフローチャートである。（実施例１）
【図３】図３は粉体プラズマ溶接装置の概略図である。（従来例１）
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００３６】
＜実施例１＞  実施例１の溶接システム５０について、図１及び図２を参照しながら説明する。
【００３７】
図１は、溶接システム５０の構成を概念的に示した構成図である。図１に示すように、溶接システム５０は、大略、ワーク２の表面４に溶接材料を溶着させて肉盛溶接を行う溶接装置１０と、ワーク２を加熱し保温する予熱装置３０と、溶接装置１０の溶接トーチ１１を把持しながら移動させる把持ロボット２０と、溶湯６の温度（ワーク２の表面４で溶融している溶接材料の温度、以下「第１の温度Ｔａ」ともいう。）を検出する第１のセンサ４０と、ワーク２の温度（以下「第２の温度Ｔｂ」ともいう。）を検出する第２のセンサ４２と、ワーク２の位置を検出する第３のセンサ４４と備えている。なお、第３のセンサ４４を備えない構成とすることも可能である。また、第１及び第２のセンサ４０，４２のいずれか一方を備え、他方は備えない構成とすることも可能である。
【００３８】
溶接装置１０は、例えば、溶接材料として粉体を用いる粉体プラズマ溶接装置である。この場合、溶接装置１０は、溶接トーチ１１にガスと溶接材料の粉末とを供給する粉末送給装置１２と、溶接トーチ１１に冷却水を供給し回収する冷却水循環装置１４と、電圧を印加して溶接トーチ１１内部の電極とワーク２の表面４との間にプラズマアークを発生させるためのプラズマ溶接電源１６と、制御装置１８とを備えている。
【００３９】
なお、溶接装置１０は、粉体プラズマ溶接装置に限らず、適宜な溶融溶接法によってワークの表面に溶接材料を溶着させて肉盛溶接を行う溶接装置であればよく、例えば、通常のアーク溶接装置や、レーザ溶接装置や、レーザとアークを組み合わせたハイブリッド溶接装置などでもよい。ガスと溶接材料の粉末とを供給する粉末送給装置を備えた粉体プラズマ溶接装置やレーザ溶接装置等は、溶接中のスパッタが少なく、温度計測が容易である。
【００４０】
予熱装置３０は、溶接前にワーク２を予熱し、溶接中にワーク２を保温し、溶接後にワーク２の後熱処理を行うために用いることができる。予熱装置３０は、例えば、ワーク２が載置される載置面３４を有する本体３２と、制御器３６とを備える。本体３２には、不図示の加熱器と温度検出器が内蔵されている。制御器３６は、予め設定された保持温度まで載置面３４が加熱された後、載置面３４の温度が保持温度に維持されるように、本体３２内の加熱器を制御する。制御器３６には、制御装置１８から制御信号が入力され、予熱装置３０の予熱・保温や後熱処理の開始や終了、保持温度の設定や変更などが、制御装置１８によって制御される。
【００４１】
なお、予熱装置３０は、ワークの温度を計測する温度センサ（第２のセンサ４２と兼用しても、第２のセンサ４２とは別でもよい）を用いて、ワークの所定部分の温度が所定温度になるように、ワークを加熱し保温するように構成してもよい。この場合、温度むらが生じやすい大型のワークなどの温度管理が容易になる。  
【００４２】
予熱装置３０の代わりに、熱線照射、電磁誘導加熱、アーク放電、ガスバーナなどの適宜な方法で、ワークを加熱し保温する予熱装置を用いてもよい。また、予熱装置は、ワークを支持する装置（例えば、載置されたワークを移動させる移動テーブルや、ワークを把持しワークの位置や向きを変えるワーク把持装置など）に組み込んでも、ワークを支持する装置とは別に設けても構わない。
【００４３】
把持ロボット２０は、予め決められた経路でワーク２の表面４にビードを形成するように、ワーク２の表面４に沿って溶接トーチ１１を移動させる。溶接トーチ１１の軌道は、例えば３Ｄシミュレーションで予め検討し設定しておく。
【００４４】
把持ロボット２０は、相対移動装置（すなわち、溶接装置１０が肉盛溶接を行う間、溶接装置１０の溶接トーチ１１とワーク２とが予め設定された経路に沿って相対移動するように、溶接トーチ１１とワーク２といずれか一方又は両方を移動させる相対移動装置）である。相対移動装置は、例えば、ワークが載置され、固定された溶接トーチに対してワークを移動させる移動テーブルでもよいし、ワークを把持しワークの位置や向きを変えるワーク把持装置と、溶接トーチの位置や向きを変える把持ロボットとを組み合わせてもよい。
【００４５】
温度を計測する第１及び第２のセンサ４０，４２は、熱電対や光ファイバー温度計等も使用可能であるが、赤外線放射温度計やサーモカメラなどの非接触タイプが好ましい。第１及び第２のセンサ４０，４２は適宜に配置すればよく、例えば、把持ロボット２０に取り付けてもよいし、把持ロボット２０と協調動作する別のロボットに取り付けてもよい。第１及び第２のセンサ４０，４２は別々である必要はなく、例えば１台のサーモカメラで、溶湯６とワーク２との両方の温度を計測しても構わない。この場合、第１及び第２のセンサ４０，４２を、静止箇所に固定することができる。
【００４６】
第１のセンサ４０は、例えば、溶接トーチ１１付近から斜めの角度で溶湯６の温度を計測する。
【００４７】
第２のセンサ４２は、ワーク２の表面４のうち溶接トーチ１１の進行方向の肉盛溶接される予定の領域又はその近傍の温度を計測することが好ましいが、ワーク２の温度を計測する位置は、適宜に選択すればよい。例えば、肉盛溶接される予定の領域から離れた部分の温度を計測するように構成することも可能である。また、ワーク２の内部の温度を計測するように構成することも可能である。
【００４８】
第２のセンサ４２は、例えば、ワーク２の表面４のうち、溶湯６の進行方向、すなわち溶湯６が凝固したビードを形成する方向に対して斜め後方の、凝固直後のビードから所定距離離れた位置の温度を計測する。この場合、溶接直後の溶接層との界面近傍の母材の温度を精度よく推定し管理することができるので、溶接層の密着強度や界面近傍の母材の変質を安定させることが容易である。
【００４９】
１つ又は２つ以上の第２のセンサ４２によって、ワーク２の複数箇所の温度を計測するように構成すると、ワーク２の温度分布に対応した適切な制御が可能になる。
【００５０】
例えば、予熱である程度均一に加熱されたワーク２は、予熱装置３０によって保温された状態で溶接される。一般的には、予熱装置３０の出力（発熱量）は、予熱時より保温時の方が小さい。溶接部位の付近の母材は、溶接で発生する熱が直ぐに伝わるため、温度が上昇しやすい。一方、溶接部位から遠い箇所の母材は、相対的に温度が上昇しにくく、場合によっては、予熱装置３０で保温されているのに温度が下がる。そのままでは、溶接されるときの温度は、母材の部位による差が大きくなり、品質ムラの原因となる。また、溶接された部位の母材温度は溶接後に降下するが、温度の降下が想定より大きい箇所では、溶接後の割れなどが発生する可能性有ある。
【００５１】
溶接部位の付近の母材温度のみで制御すると、その数値から想定できる以上に、実際には、溶接部位から遠い箇所の母材温度が下がった場合には、適切な制御ができない。そこで、温度センサ２で複数箇所の母材温度を計測し、平均化又はそれぞれにウェイトを適切に持たせた制御を行うなどすれば、ワーク２の温度分布に対応した適切な制御が可能になる。
【００５２】
ワーク２の位置を検出する第３のセンサ４４は、例えばタッチプローブセンサであり、溶接開始直前のワーク２の位置を検出するために用いる。制御装置１８は、把持ロボット２０により移動するように予め設定された溶接トーチ１１の軌道を、第３のセンサ４４で検出したワーク２の位置に応じて補正し、実際のワークの位置に応じた適切な軌道を溶接トーチ１１が移動するように制御する。すなわち、溶接トーチ１１とワーク２とが相対移動するように予め設定された経路が補正され、補正された経路に沿って溶接トーチ１１とワーク２とが相対移動する。これによって、ワークの位置決めがずれていたり、予熱でワークが熱変形したりしても、適切な経路で溶接することができ、溶接品質が安定する。
【００５３】
制御装置１８は、溶接装置１０の粉末送給装置１２、冷却水循環装置１４、及びプラズマ溶接電源１６を制御し、さらに、把持ロボット２０と予熱装置３０とを制御する。
【００５４】
制御装置１８は、制御信号を出力したり第１ないし第３のセンサ４０，４２，４４からの検出信号が入力されたりするインターフェースと、動作状況等を表示する表示灯や表示パネルなどの表示機器と、起動・溶接開始などの操作や溶接条件の入力等に用いる操作スイッチ・操作ボタン・データ読取装置などの入力機器と、メモリ等の記憶装置と、ＣＰＵ等の演算処理装置とを含み、予め決められたプログラムに従って制御を実行するように構成されている。
【００５５】
制御装置１８は、溶接装置１０と予熱装置３０とのうちいずれか一方又は両方の出力を手動で変更するため手動操作盤１９を含むことが好ましい。この場合、手動操作盤１９は、図示したように、制御装置１８の本体１８ａとは別体であり、制御装置１８の本体１８ａに接続されてもよいし、制御装置１８の本体１８ａ内に組み込まれてもよい。手動操作盤１９は、溶接条件を手動操作で微調整できるように構成されている。手動操作盤１９を用いると、溶接条件が自動的に変更され前に、溶接条件を変更することができる。そのため、作業員が溶接状態を監視し、適切な溶接状態となるように、より迅速に溶接条件を変更するができ、溶接品質をより安定させることが可能になる。
【００５６】
さらに、第１及び第２のセンサ４０，４２で計測した第１及び第２の温度Ｔａ，Ｔｂのいずれか一方又は両方が表示される温度表示装置を備えることが好ましい。この場合、定量的なデータ（計測された第１及び第２の温度Ｔａ，Ｔｂ）に基づいて、溶接条件をより適切に変更することでき、溶接品質をより一層安定させることが可能になる。
【００５７】
次に、溶接システム５０の動作について、図２を参照しながら説明する。図２は、溶接システム５０の基本的な動作のフローチャートである。
【００５８】
まず、ワーク２に応じた溶接条件（溶接装置１０の出力を決める電流値・電流プロファイル・粉末送り出し量等や、溶接トーチ１１の軌道・動作条件・移動速度、予熱装置３０の保持温度等）が設定される。
【００５９】
次いで、制御装置１８の入力機器を用いて作業員が所定の起動操作を行うと、制御装置１８は、予熱装置３０に加熱・保温モードの動作を開始させ、第２のセンサ４２がワーク２の温度（第２の温度Ｔｂ）の計測を開始する（Ｓ１０）。予熱装置３０の載置面３４の温度は、予め決められた保持温度に達するまで上昇する一方、保持温度に達したら保持温度を維持するように自動制御される。予熱装置３０の載置面３４の温度上昇に伴ってワーク２の温度が上昇し、ワーク２の温度は、予熱装置３０の載置面３４の温度以下になる。
【００６０】
次いで、第２のセンサ４２が計測したワーク２の温度（第２の温度Ｔｂ）が、予め設定された溶接開始基準温度Ｔ０に達すると（Ｓ１２でＹ）、溶接段取りが完了する。
【００６１】
次いで、制御装置１８の入力機器を用いて作業員が所定の溶接開始操作をするのを待ち（Ｓ１４でＮ）、溶接開始操作がされると（Ｓ１４でＹ）、溶接工程を開始する。システム上は、ステップＳ１４をなくし、溶接段取り完了後に溶接工程を自動スタートにすることも可能であるが、安全性の観点から手動スタートにすることが好ましい。
【００６２】
溶接工程では、まず、第３のセンサ４４がワーク２の位置を検出し、制御装置１８は、第３のセンサ４４が計測したワーク２の位置に応じて、予め設定された溶接トーチ１１の軌道を補正する（Ｓ１６）。これによって、予熱後のワーク位置に応じて、適切な経路で溶接することができるので、ワークの位置決め誤差や予熱に伴うワークの熱変形などに影響されない。そのため、溶接品質が一層安定する。なお、ワークの位置決め誤差やワークの熱変形などが溶接品質に影響しない場合や、影響しても問題にならない場合などには、ステップ１６をなくしてもよい。
【００６３】
次いで、制御装置１８は、溶接装置１０と把持ロボット２０を動作させて溶接を開始する（Ｓ１８）。すなわち、溶接装置１０の溶接トーチ１１からワーク２の表面４に、溶融している溶接材料が供給される。把持ロボット２０は、補正された軌道に沿って、溶接トーチ１１を移動させる。
【００６４】
溶接中に、第１のセンサ４０は溶湯６の温度（第１の温度Ｔａ）を計測し、第２のセンサはワーク２の温度（第２の温度Ｔｂ）を計測する。制御装置１８は、第１及び第２のセンサ４０，４２が計測した第１及び第２の温度Ｔａ，Ｔｂに基づいて、第１及び第２の温度Ｔａ，Ｔｂがそれぞれ予め決められた第１及び第２の範囲内に収まるように、溶接装置１０と予熱装置３０との少なくとも一方の出力を制御する。
【００６５】
具体的には、第１の温度Ｔａが第１の基準温度Ｔ１に達するまで（Ｓ２０でＹ）、出力を変更せず、ステップＳ２４に進む。第１の温度Ｔａが第１の基準温度Ｔ１を超えると（Ｓ２０でＮ）、制御装置１８が予熱装置３０の出力を制御する。すなわち、制御装置１８は、予熱装置３０に設定されている保温温度を所定値分だけ小さくする制御信号を予熱装置３０の制御器３６に送り、予熱装置３０の出力（加熱器の発熱量）を低下させる（Ｓ２２）。この場合、溶接を継続しながら溶接条件を微調整することによって、溶接品質のばらつきを抑制することができる。
【００６６】
次いで、ステップＳ２４では、第２の温度Ｔｂが第２の基準温度Ｔ２に達するまで（Ｓ２４でＮ）、出力を変更せず、ステップＳ２６に進む。第２の温度Ｔｂが第２の基準温度Ｔ２を超えると（Ｓ２４でＮ）、制御装置１８は、溶接装置１０と把持ロボット２０の動作を一時的に停止させ、溶接を中断する（Ｓ３０）。次いで、制御装置１８は、予熱装置３０に設定されている保温温度を所定値分だけ小さくする制御信号を予熱装置３０の制御器３６に送り、予熱装置３０の出力（加熱器の発熱量）を低下させる（Ｓ３２）。
【００６７】
次いで、溶接条件を変更する（Ｓ３４）。具板的には、溶接開始基準温度Ｔ０を、所定値分Δ０だけ小さい値（Ｔ０−Δ０）に変更するとともに、第２の基準温度Ｔ２を、所定値分Δ２だけ小さい値（Ｔ２−Δ２）に変更する。
【００６８】
次いで、第２の温度Ｔｂが変更後の溶接開始基準温度Ｔ０まで低下するのを待つ（Ｓ３６でＮ）。第２の温度Ｔｂが変更後の溶接開始基準温度Ｔ０まで低下したら（Ｓ３６でＹ）、制御装置１８は、溶接装置１０と把持ロボット２０の動作の一時的な停止を解除し、動作を再開させ（Ｓ３８）、ステップ２０に戻る。
【００６９】
このように、溶接を中断することによって溶接品質の悪化を未然に回避でき、溶接条件の設定を変更した後に溶接を再開することによって、溶接品質を安定させることができる。
【００７０】
次いで、ステップＳ２６では、予め決められた範囲の溶接が終了するまで（Ｓ２６でＮ）、ステップＳ２０に戻り、溶接を継続する。なお、図２に図示されていないが、ステップＳ２２で低下させた予熱装置３０の出力は、再びステップＳ２２に進んでも、所定時間が経過するまでは変更しない。
【００７１】
予め決められた範囲の溶接が完了したら（Ｓ２６でＹ）、制御装置１８は、溶接装置１０と把持ロボット２０を停止させて溶接を終了し（Ｓ４０）、予熱装置３０の予熱・加熱モードの動作を停止させる（Ｓ４２）。
【００７２】
次いで、制御装置１８は、予熱装置３０に後熱処理モードの動作を開始させる（Ｓ４４)。後熱モードにおいて、予熱装置３０の載置面３４の温度は、予め決められたプロファイルに従って自動制御され、予熱装置の載置面３４に載置された溶接完了後のワークは、後熱処理される。
【００７３】
予熱装置３０は後熱処理を終えると停止し、溶接システム５０は動作を終了する（Ｓ４６）。
【００７４】
なお、上述した制御や、後述する変形例１〜８の制御を適宜に取捨選択し、組み合わせて、溶接システム５０の溶接装置１０及び／又は予熱装置３０の出力を制御することができる。
【００７５】
以上に説明したように、制御装置１８は、第１の温度Ｔａ（溶湯６の温度）及び第２の温度Ｔｂ（ワーク２の温度、すなわち母材の温度）の計測値に基づいて、第１及び第２の温度Ｔａ，Ｔｂが、それぞれ良好な溶接状態になる第１及び第２の範囲内に収まるように、溶接装置１０及び／又は予熱装置３０の出力を制御する。これによって、溶接中に、溶接条件が適切に制御され、良好な溶接状態が維持される。
【００７６】
溶接システム５０は、溶接品質に影響を与える要因を第１及び第２の温度に集約し、定量的な基準に基づいて溶接状態を制御することができ、熱管理の再現性が高い。したがって、溶接品質を安定させることが容易である。
【００７７】
通常のアーク溶接では、母材の溶け込みが溶接金属の硬さの低下を招くため、２層以上の肉盛溶接が必要になる。これに対し、粉体プラズマ溶接は、母材の溶け込みが少なく、１層のみの肉盛溶接も可能である。粉体プラズマアーク溶接装置は、耐摩耗性、耐ヒートクラック性、耐剥離性に優れた鍛造用の金型など、通常のアーク溶接では製作が困難な製品を製作することができ、例えば、ＳＫＤ６１の母材に、溶接難易度が高いステライトを肉盛可能である。しかしながら、より厳しい熱管理が必要となるため、溶接装置１０が粉体プラズマアーク溶接装置の場合、本発明の効果が特に顕著である。ガスと溶接材料の粉末とを供給する粉末送給装置を備えたレーザ溶接装置の場合も、同様に、本発明の効果が特に顕著である。
【００７８】
次に、溶接中に、溶接装置及び予熱装置のいずれか一方又は両方の出力を変更する制御について、変形例１〜７を説明する。
【００７９】
＜変形例１＞  第１の温度（溶湯の温度）の計測値が第１の基準温度を超えたとき、制御装置が溶接装置の出力を制御する。例えば、制御装置は、溶接装置の電流値を、所定値分だけ小さい電流値に変更する。
【００８０】
通常動作時には電流値の減少に連動して粉末送り出し量（溶接トーチに供給する粉末量）が減少するように溶接装置が制御される場合、例えば事前に選択した次のような手法により、単位長さあたりの盛り量（溶着量）の変動を抑制するように制御することが好ましい。ひとつの手法は、第１の温度（溶湯の温度）の計測値が第１の基準温度を超えたとき、溶接装置の電流値を小さくするともに、粉末送り出し量を、溶接装置で制御する電流値と関連づけて割り込み制御し、通常動作時に比べ粉末送り出し量を増やし、粉末送り出し量の変動を抑制する。もうひとつの手法は、第１の温度（溶湯の温度）の計測値が第１の基準温度を超えたとき、溶接装置の電流値を小さくするともに、溶接装置で制御する電流値と関連づけて、予め決められた時間（例えば所定秒数）が経過した後に、溶接トーチとワークの相対移動速度を小さくするように把持ロボットを制御する。このような手法により、ビードの均一性を維持し、溶接品質を安定させることができる。
【００８１】
＜変形例２＞  第１の温度（溶湯の温度）の計測値の計測値が、予め定められた第３の基準温度を下回ったとき、制御装置が溶接装置の出力を制御する。例えば、制御装置は、溶接装置の電流値を、所定値分だけ大きい電流値に変更する。
【００８２】
通常動作時には電流値の増加に連動して粉末送り出し量（溶接トーチに供給する粉末量）が増加するように溶接装置が制御される場合、例えば事前に選択した次のような手法により、単位長さあたりの盛り量（溶着量）の変動を抑制するように制御することが好ましい。ひとつの手法は、第１の温度（溶湯の温度）の計測値の計測値が、予め定められた第３の基準温度を下回ったとき、溶接装置の電流値を大きくするとともに、粉末送り出し量を、溶接装置で制御する電流値と関連づけて割り込み制御し、通常動作時に比べ粉末送り出し量を減らし、粉末送り出し量の変動を抑制する。もうひとつ手法は、第１の温度（溶湯の温度）の計測値の計測値が、予め定められた第３の基準温度を下回ったとき、溶接装置の電流値を大きくするとともに、溶接装置で制御する電流値と関連づけて、予め決められた時間（例えば所定秒数）が経過した後に、溶接トーチとワークの相対移動速度を大きくするように把持ロボットを制御する。このような手法により、ビードの均一性を維持し、溶接品質を安定させることができる。
【００８３】
＜変形例３＞  第２の温度（母材の温度）の計測値が、第２の基準温度を超えたとき、制御装置が溶接装置の出力を制御する。例えば、制御装置は、溶接装置に設定されている電流値を、所定値分だけ小さい電流値に変更する。
【００８４】
通常動作時には電流値の減少に連動して粉末送り出し量（溶接トーチに供給する粉末量）が減少するように溶接装置が制御される場合、例えば事前に選択した次のような手法により、単位長さあたりの盛り量（溶着量）の変動を抑制するように制御することが好ましい。ひとつの手法は、第２の温度（母材の温度）の計測値が、第２の基準温度を超えたとき、溶接装置の電流値を小さくするとともに、粉末送り出し量を、溶接装置で制御する電流値と関連づけて割り込み制御し、通常動作時に比べ粉末送り出し量を増やし、粉末送り出し量の変動を抑制する。もうひとつの手法は、第２の温度（母材の温度）の計測値が、第２の基準温度を超えたとき、溶接装置で制御する電流値と関連づけて、予め決められた時間（例えば所定秒数）が経過した後に、溶接トーチとワークの相対移動速度を小さくするように把持ロボットを制御する。このような手法により、ビードの均一性を維持し、溶接品質を安定させることができる。
【００８５】
例えば、小径のピン盛り等のように、溶接速度が非常に早く、短時間であるため、作業員が溶接条件を微調整しても間に合わない場合に、母材温度を溶接中に計測し、計測値が所望の母材温度プロファイル（良い品質が得られるときの母材温度プロファイル）に一致するように、溶接装置の出力などの溶接条件をリアルタイムに変える制御を行う。これによって、溶接品質を安定させることができる。
【００８６】
＜変形例４＞  第２の温度（母材の温度）の計測値が、予め定められた第４の基準温度を下回ったとき、制御装置が予熱装置の出力を制御する。例えば、制御装置は、予熱装置に設定されている保温温度を、所定値分だけ大きい温度に変更する。
【００８７】
＜変形例５＞  第１及び第２の温度（溶湯と母材の温度）の計測値に基づいて、制御装置が、溶接装置及び予熱装置の両方の出力を変更してもよい。
【００８８】
＜変形例６＞  溶接装置及び／又は予熱装置の出力は、第１の温度（溶湯の温度）が第１の範囲内（第３の基準温度以上、かつ、第１の基準温度以下）のときから変更してもよい。例えば、第１の範囲内の第１の目標温度を設定し、第１の温度が第１の範囲内であっても第１の目標温度から外れているときは、溶接装置及び／又は予熱装置の出力を変更する。同様に、溶接装置及び／又は予熱装置の出力は、第２の温度（母材の温度）が第２の範囲（第４の基準温度以上、かつ、第２の基準温度以下）内のときから変更してもよい。
【００８９】
＜変形例７＞  第１及び第２の温度（溶湯と母材の温度）のいずれか一方又は両方の温度の計測値が変化する速度又は加速度に基づいて、制御装置が、溶接装置及び予熱装置のいずれか一方又は両方の出力を変更してもよい。
【００９０】
例えば、小径のピン盛り等のように、溶接速度が非常に早く、短時間である場合に、母材温度変化の加速度に基づいて、先の溶接条件を予め予測変更する制御を行う。
【００９１】
＜変形例８＞  第１の温度（溶湯の温度）を計測する第１のセンサと、第２の温度（母材の温度）を計測する第２のセンサとのいずれか一方のみを備える。溶接装置が肉盛溶接を行う間、制御装置は、第１の温度が第１の範囲内に収まるように予熱装置の出力を制御し、又は、第２の温度が第２の範囲内に収まるように溶接装置の出力を制御する。
【００９２】
＜まとめ＞  以上に説明した溶接システムは、溶接品質に影響を与える要因を第１及び第２の温度に集約し、定量的な基準に基づいて溶接状態を制御することができ、熱管理の再現性が高い。したがって、溶接品質を安定させることが容易である。
【００９３】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変更を加えて実施することが可能である。
【００９４】
例えば、実施例１では、溶接システムの制御装置として溶接装置の制御装置を用いる構成を例示したが、溶接システムの制御装置は、適宜に構成すればよい。例えば、溶接システムの制御装置として、相対移動装置（把持ロボット）の制御装置を用いる構成でも、溶接装置及び相対移動装置（把持ロボット）とは別の独立した制御装置を用いる構成でも構わない。
【００９５】
相対移動装置は、全自動でも、半自動でも、手動でも構わない。
【００９６】
本発明の溶接システムにＩｏＴ技術を適用して、遠隔メンテナンスができるようにしたり、システム稼働状況や加熱器の制御状況、安全性などを遠隔でモニタできるようにしたりすることも可能である。
【符号の説明】
【００９７】
２  ワーク
４  表面
６  溶湯（溶融されている溶接材料）
１０  溶接装置
１１  溶接トーチ
１２  粉末送給装置
１４  冷却水循環装置
１６  プラズマ溶接電源
１８  制御装置
１９  手動操作盤
２０  把持ロボット（相対移動装置）
３０  予熱装置
３４  載置面
４０  第１のセンサ
４２  第２のセンサ
４４  第３のセンサ
５０  溶接システム
Ｔａ  第１の温度
Ｔｂ  第２の温度
【図１】
2019000854.tif 000003
【図２】
2019000854.tif 000004
【図３】
2019000854.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成29年9月27日(2017.9.27)
【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】
ワークの表面に溶接材料を溶着させて肉盛溶接を行う溶接装置と、
前記ワークを予熱し保温する予熱装置と、
前記ワークの予熱後に前記肉盛溶接を開始するように、前記溶接装置及び前記予熱装置を動作させる制御装置と、
前記溶接装置によって前記ワークの前記表面で溶融されている前記溶接材料の温度である第１の温度を計測する第１のセンサと、
を備え、
前記制御装置は、前記溶接装置が前記肉盛溶接を行う間、前記第１のセンサが計測した前記第１の温度に基づいて、
前記第１の温度が第１の範囲内に収まるように、前記予熱装置の出力を制御することを特徴とする、溶接システム。
【請求項２】
ワークの表面に溶接材料を溶着させて肉盛溶接を行う溶接装置と、
前記ワークを予熱し保温する予熱装置と、
前記ワークの予熱後に前記肉盛溶接を開始するように、前記溶接装置及び前記予熱装置を動作させる制御装置と、
前記ワークの温度である第２の温度を計測する第２のセンサと、
を備え、
前記制御装置は、前記溶接装置が前記肉盛溶接を行う間、前記第２のセンサが計測した前記第２の温度に基づいて、
前記第２の温度が第２の範囲内に収まるように前記溶接装置の出力を制御することを特徴とする、溶接システム。
【請求項３】
前記溶接装置によって前記ワークの前記表面で溶融されている前記溶接材料の温度である第１の温度を計測する第１のセンサを、
さらに備え、
前記制御装置は、
前記第１のセンサが計測した前記第１の温度が前記第１の範囲から外れたとき、前記予熱装置の前記出力を変更することを特徴とする、請求項２に記載の溶接システム。    
【請求項４】
前記制御装置は、
前記第２のセンサが計測した前記第２の温度が前記第２の範囲から外れたとき、
前記溶接装置に前記肉盛溶接を中断させた後、前記予熱装置の前記出力を変更し、前記出力が変更された状態で前記溶接装置に前記肉盛溶接を再開させることを特徴とする、請求項２又は３に記載の溶接システム。
【請求項５】
前記溶接装置が前記肉盛溶接を行う間、前記溶接装置の溶接トーチと前記ワークとが予め設定された経路に沿って相対移動するように、前記溶接トーチと前記ワークとのいずれか一方又は両方を移動させる相対移動装置と、
前記ワークの位置を検出する第３のセンサと、
をさらに備え、
前記制御装置は、
前記第３のセンサによって検出された前記予熱後の前記ワークの位置に応じて、予め設定された前記経路を補正し、
前記溶接装置が前記肉盛溶接を行う間、前記溶接トーチと前記ワークとが、補正された前記経路に沿って相対移動するように、前記相対移動装置を動作させることを特徴とする、請求項１ないし４のいずれか一つに記載の溶接システム。
【請求項６】
前記溶接装置は、ガスと前記溶接材料の粉末とを供給する粉末送給装置を備えた粉体プラズマ溶接装置又はレーザ溶接装置であることを特徴とする、請求項１ないし５のいずれか一つに記載の溶接システム。
【請求項７】
前記制御装置は、
前記溶接装置と前記予熱装置とのいずれか一方又は両方の前記出力を、前記溶接装置が自動で前記肉盛溶接を行っているときに手動で変更するための手動操作盤を含むことを特徴とする、請求項１ないし６のいずれか一つに記載の溶接システム。
【請求項８】
予熱装置を用いてワークを予熱した後、前記予熱装置を用いて前記ワークを保温しながら、溶接装置のトーチと前記ワークとを、予め設定された経路に沿って相対移動させて、前記ワークの表面に溶接材料を溶着させて肉盛溶接を行う第１のステップと、
前記第１のステップで前記肉盛溶接を行う間、前記ワークの前記表面で溶融している前記溶接材料の温度である第１の温度を計測する第２のステップと、
前記第２のステップで計測した前記第１の温度に基づいて、前記第１の温度が第１の範囲内に収まるように前記予熱装置の出力を制御する第３のステップと、
を備えたことを特徴とする、溶接方法。
【請求項９】
予熱装置を用いてワークを予熱した後、前記予熱装置を用いて前記ワークを保温しながら、溶接装置のトーチと前記ワークとを、予め設定された経路に沿って相対移動させて、前記ワークの表面に溶接材料を溶着させて肉盛溶接を行う第１のステップと、
前記第１のステップで前記肉盛溶接を行う間、前記ワークの前記表面の温度である第２の温度を計測する第２のステップと、
前記第２のステップで計測した前記第２の温度に基づいて、前記第２の温度が第２の範囲内に収まるように前記溶接装置の出力を制御する第３のステップと、
を備えたことを特徴とする、溶接方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
溶接システムは、（ａ）ワークの表面に溶接材料を溶着させて肉盛溶接を行う溶接装置と、（ｂ）前記ワークを予熱し保温する予熱装置と、（ｃ）前記ワークの予熱後に前記肉盛溶接を開始するように、前記溶接装置及び前記予熱装置を動作させる制御装置と、（ｄ）前記溶接装置によって前記ワークの前記表面で溶融されている前記溶接材料の温度である第１の温度を計測する第１のセンサと、を備える。前記制御装置は、前記溶接装置が前記肉盛溶接を行う間、前記第１のセンサが計測した前記第１の温度に基づいて、前記第１の温度が第１の範囲内に収まるように、前記予熱装置の出力を制御する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
上記構成において、制御装置は、第１の温度（溶湯の温度）の計測値に基づいて、第１の温度が、良好な溶接状態になる範囲内に収まるように、予熱装置の出力を制御する。これによって、溶接中に、溶接条件が適切に制御され、良好な溶接状態が維持される。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
上記構成によれば、溶接品質に影響を与える要因を第１の温度に集約し、定量的な基準に基づいて溶接状態を制御することができ、熱管理の再現性が高い。したがって、溶接品質を安定させることが容易である。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
予熱装置の出力は、第１の温度が第１の範囲から外れてから変更してもよいし、第１の温度が第１の範囲内のときから変更してもよい。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
溶接システムは、（ａ）ワークの表面に溶接材料を溶着させて肉盛溶接を行う溶接装置と、（ｂ）前記ワークを予熱し保温する予熱装置と、（ｃ）前記ワークの予熱後に前記肉盛溶接を開始するように、前記溶接装置及び前記予熱装置を動作させる制御装置と、（ｄ）前記ワークの温度である第２の温度を計測する第２のセンサと、を備える。前記制御装置は、前記溶接装置が前記肉盛溶接を行う間、前記第２のセンサが計測した前記第２の温度に基づいて、前記第２の温度が第２の範囲内に収まるように前記溶接装置の出力を制御する。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
上記構成によれば、溶接品質に影響を与える要因を第２の温度に集約し、定量的な基準に基づいて溶接状態を制御することができ、熱管理の再現性が高い。したがって、溶接品質を安定させることが容易である。溶接装置の出力は、第２の温度が第２の範囲から外れてから変更してもよいし、第２の温度が第２の範囲内のときから変更してもよい。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
好ましくは、前記溶接装置によって前記ワークの前記表面で溶融されている前記溶接材料の温度である第１の温度を計測する第１のセンサを、さらに備える。前記制御装置は、前記第１のセンサが計測した前記第１の温度が前記第１の範囲から外れたとき、前記予熱装置の前記出力を変更する。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
この場合、溶接を継続しながら溶接条件を変更することによって、溶接品質を安定させることができる。予熱装置の出力は、第１の温度が第１の範囲から外れてから変更してもよいし、第１の温度が第１の範囲内のときから変更してもよい。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
好ましくは、前記制御装置は、前記第２のセンサが計測した前記第２の温度が前記第２の範囲から外れたとき、前記溶接装置に前記肉盛溶接を中断させた後、前記予熱装置の前記出力を変更し、前記出力が変更された状態で前記溶接装置に前記肉盛溶接を再開させる。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
好ましくは、前記制御装置は、前記溶接装置と前記予熱装置とのいずれか一方又は両方の前記出力を、前記溶接装置が前記肉盛溶接を行っているときに手動で変更するための手動操作盤を含む。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
溶接方法は、第１ないし第３のステップを備える。前記第１のステップにおいて、予熱装置を用いてワークを予熱した後、前記予熱装置を用いて前記ワークを保温しながら、溶接装置のトーチと前記ワークとを、予め設定された経路に沿って相対移動させて、前記ワークの表面に溶接材料を溶着させて肉盛溶接を行う。前記第２のステップにおいて、前記第１のステップで前記肉盛溶接を行う間、前記ワークの前記表面で溶融している前記溶接材料の温度である第１の温度を計測する。前記第３のステップにおいて、前記第２のステップで計測した前記第１の温度に基づいて、前記第１の温度が第１の範囲内に収まるように、前記予熱装置の出力を制御する。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
上記方法によれば、溶接品質に影響を与える要因を第１の温度に集約し、定量的な基準に基づいて溶接状態を制御することができ、熱管理の再現性が高い。したがって、溶接品質を安定させることが容易である。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
溶接方法は、第１ないし第３のステップを備える。前記第１のステップにおいて、予熱装置を用いてワークを予熱した後、前記予熱装置を用いて前記ワークを保温しながら、溶接装置のトーチと前記ワークとを、予め設定された経路に沿って相対移動させて、前記ワークの表面に溶接材料を溶着させて肉盛溶接を行う。前記第２のステップにおいて、前記第１のステップで前記肉盛溶接を行う間、前記ワークの前記表面の温度である第２の温度を計測する。前記第３のステップにおいて、前記第２のステップで計測した前記第２の温度に基づいて、前記第２の温度が第２の範囲内に収まるように前記溶接装置の出力を制御する。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
上記方法によれば、溶接品質に影響を与える要因を第２の温度に集約し、定量的な基準に基づいて溶接状態を制御することができ、熱管理の再現性が高い。したがって、溶接品質を安定させることが容易である。
【手続補正書】
【提出日】平成29年12月25日(2017.12.25)
【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】
ワークの表面に溶接材料を溶着させて肉盛溶接を行う溶接装置と、
直接接触による伝熱、熱線照射、アーク放電、ガスバーナのうち少なくとも一つによって前記ワークを予熱し保温する予熱装置と、
前記ワークの予熱後に前記肉盛溶接を開始するように、前記溶接装置及び前記予熱装置を動作させる制御装置と、
前記溶接装置によって前記ワークの前記表面で溶融されている前記溶接材料の温度である第１の温度を計測する第１のセンサと、
を備え、
前記制御装置は、前記溶接装置が前記肉盛溶接を行う間、前記第１のセンサが計測した前記第１の温度に基づいて、
前記第１の温度が第１の範囲内に収まるように、前記予熱装置の出力を制御することを特徴とする、溶接システム。
【請求項２】
ワークの表面に溶接材料を溶着させて肉盛溶接を行う溶接装置と、
直接接触による伝熱、熱線照射、アーク放電、ガスバーナのうち少なくとも一つによって前記ワークを予熱し保温する予熱装置と、
前記ワークの予熱後に前記肉盛溶接を開始するように、前記溶接装置及び前記予熱装置を動作させる制御装置と、
前記溶接装置によって前記ワークの前記表面で溶融されている前記溶接材料の温度である第１の温度を計測する第１のセンサと、
前記ワークの温度である第２の温度を計測する第２のセンサと、
を備え、
前記制御装置は、前記溶接装置が前記肉盛溶接を行う間、前記第２のセンサが計測した前記第２の温度に基づいて、前記第２の温度が第２の範囲内に収まるように前記溶接装置の出力を制御するとともに、前記第１のセンサが計測した前記第１の温度が前記第１の範囲から外れたとき、前記予熱装置の前記出力を変更することを特徴とする溶接システム。
【請求項３】
前記制御装置は、
前記第２のセンサが計測した前記第２の温度が前記第２の範囲から外れたとき、
前記溶接装置に前記肉盛溶接を中断させた後、前記予熱装置の前記出力を変更し、前記出力が変更された状態で前記溶接装置に前記肉盛溶接を再開させることを特徴とする、請求項２に記載の溶接システム。
【請求項４】
前記溶接装置が前記肉盛溶接を行う間、前記溶接装置の溶接トーチと前記ワークとが予め設定された経路に沿って相対移動するように、前記溶接トーチと前記ワークとのいずれか一方又は両方を移動させる相対移動装置と、
前記ワークの位置を検出する第３のセンサと、
をさらに備え、
前記制御装置は、
前記第３のセンサによって検出された前記予熱後の前記ワークの位置に応じて、予め設定された前記経路を補正し、
前記溶接装置が前記肉盛溶接を行う間、前記溶接トーチと前記ワークとが、補正された前記経路に沿って相対移動するように、前記相対移動装置を動作させることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれか一つに記載の溶接システム。
【請求項５】
前記溶接装置は、ガスと前記溶接材料の粉末とを供給する粉末送給装置を備えた粉体プラズマ溶接装置又はレーザ溶接装置であることを特徴とする、請求項１ないし４のいずれか一つに記載の溶接システム。
【請求項６】
前記制御装置は、
前記溶接装置と前記予熱装置とのいずれか一方又は両方の前記出力を、前記溶接装置が自動で前記肉盛溶接を行っているときに手動で変更するための手動操作盤を含むことを特徴とする、請求項１ないし５のいずれか一つに記載の溶接システム。
【請求項７】
直接接触による伝熱、熱線照射、アーク放電、ガスバーナのうち少なくとも一つによってワークを予熱し保温する予熱装置を用いて前記ワークを予熱した後、前記予熱装置を用いて前記ワークを保温しながら、溶接装置のトーチと前記ワークとを、予め設定された経路に沿って相対移動させて、前記ワークの表面に溶接材料を溶着させて肉盛溶接を行う第１のステップと、
前記第１のステップで前記肉盛溶接を行う間、前記ワークの前記表面で溶融している前記溶接材料の温度である第１の温度を計測する第２のステップと、
前記第２のステップで計測した前記第１の温度に基づいて、前記第１の温度が第１の範囲内に収まるように前記予熱装置の出力を制御する第３のステップと、
を備えたことを特徴とする、溶接方法。
【請求項８】
直接接触による伝熱、熱線照射、アーク放電、ガスバーナのうち少なくとも一つによってワークを予熱し保温する予熱装置を用いて前記ワークを予熱した後、前記予熱装置を用いて前記ワークを保温しながら、溶接装置のトーチと前記ワークとを、予め設定された経路に沿って相対移動させて、前記ワークの表面に溶接材料を溶着させて肉盛溶接を行う第１のステップと、
前記第１のステップで前記肉盛溶接を行う間、前記ワークの前記表面で溶融している前記溶接材料の温度である第１の温度を計測する第２のステップと、
前記第２のステップで計測した前記第１の温度に基づいて、前記第１の温度が第１の範囲内に収まるように前記予熱装置の出力を制御する第３のステップと、
前記第１のステップで前記肉盛溶接を行う間、前記ワークの前記表面の温度である第２の温度を計測する第４のステップと、
前記第４のステップで計測した前記第２の温度に基づいて、前記第２の温度が第２の範囲内に収まるように前記溶接装置の出力を制御する第５のステップと、
を備えたことを特徴とする、溶接方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
溶接システムは、（ａ）ワークの表面に溶接材料を溶着させて肉盛溶接を行う溶接装置と、（ｂ）直接接触による伝熱、熱線照射、アーク放電、ガスバーナのうち少なくとも一つによって前記ワークを予熱し保温する予熱装置と、（ｃ）前記ワークの予熱後に前記肉盛溶接を開始するように、前記溶接装置及び前記予熱装置を動作させる制御装置と、（ｄ）前記溶接装置によって前記ワークの前記表面で溶融されている前記溶接材料の温度である第１の温度を計測する第１のセンサと、を備える。前記制御装置は、前記溶接装置が前記肉盛溶接を行う間、前記第１のセンサが計測した前記第１の温度に基づいて、前記第１の温度が第１の範囲内に収まるように、前記予熱装置の出力を制御する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
溶接システムは、（ａ）ワークの表面に溶接材料を溶着させて肉盛溶接を行う溶接装置と、（ｂ）直接接触による伝熱、熱線照射、アーク放電、ガスバーナのうち少なくとも一つによって前記ワークを予熱し保温する予熱装置と、（ｃ）前記ワークの予熱後に前記肉盛溶接を開始するように、前記溶接装置及び前記予熱装置を動作させる制御装置と、（ｄ）前記ワークの温度である第２の温度を計測する第２のセンサと、を備える。前記制御装置は、前記溶接装置が前記肉盛溶接を行う間、前記第２のセンサが計測した前記第２の温度に基づいて、前記第２の温度が第２の範囲内に収まるように前記溶接装置の出力を制御する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
前記溶接装置によって前記ワークの前記表面で溶融されている前記溶接材料の温度である第１の温度を計測する第１のセンサを、さらに備える。前記制御装置は、前記第１のセンサが計測した前記第１の温度が前記第１の範囲から外れたとき、前記予熱装置の前記出力を変更する。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
溶接方法は、第１ないし第３のステップを備える。前記第１のステップにおいて、直接接触による伝熱、熱線照射、アーク放電、ガスバーナのうち少なくとも一つによってワークを予熱し保温する予熱装置を用いてワークを予熱した後、前記予熱装置を用いて前記ワークを保温しながら、溶接装置のトーチと前記ワークとを、予め設定された経路に沿って相対移動させて、前記ワークの表面に溶接材料を溶着させて肉盛溶接を行う。前記第２のステップにおいて、前記第１のステップで前記肉盛溶接を行う間、前記ワークの前記表面で溶融している前記溶接材料の温度である第１の温度を計測する。前記第３のステップにおいて、前記第２のステップで計測した前記第１の温度に基づいて、前記第１の温度が第１の範囲内に収まるように、前記予熱装置の出力を制御する。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
溶接方法は、第１ないし第５のステップを備える。前記第１のステップにおいて、直接接触による伝熱、熱線照射、アーク放電、ガスバーナのうち少なくとも一つによってワークを予熱し保温する予熱装置を用いて前記ワークを予熱した後、前記予熱装置を用いて前記ワークを保温しながら、溶接装置のトーチと前記ワークとを、予め設定された経路に沿って相対移動させて、前記ワークの表面に溶接材料を溶着させて肉盛溶接を行う。前記第２のステップにおいて、前記第１のステップで前記肉盛溶接を行う間、前記ワークの前記表面で溶融している前記溶接材料の温度である第１の温度を計測する。前記第３のステップにおいて、前記第２のステップで計測した前記第１の温度に基づいて、前記第１の温度が第１の範囲内に収まるように前記予熱装置の出力を制御する。前記第４のステップにおいて、前記第１のステップで前記肉盛溶接を行う間、前記ワークの前記表面の温度である第２の温度を計測する。前記第５のステップにおいて、前記第４のステップで計測した前記第２の温度に基づいて、前記第２の温度が第２の範囲内に収まるように前記溶接装置の出力を制御する。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
上記方法によれば、溶接品質に影響を与える要因を第１及び第２の温度に集約し、定量的な基準に基づいて溶接状態を制御することができ、熱管理の再現性が高い。したがって、溶接品質を安定させることが容易である。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４２】
予熱装置３０の代わりに、熱線照射、アーク放電、ガスバーナなどの適宜な方法で、ワークを加熱し保温する予熱装置を用いてもよい。また、予熱装置は、ワークを支持する装置（例えば、載置されたワークを移動させる移動テーブルや、ワークを把持しワークの位置や向きを変えるワーク把持装置など）に組み込んでも、ワークを支持する装置とは別に設けても構わない。