(57)【要約】【課題】要求通りの溶滴移行形態や溶け込み部分の形状を得ることができるうえ、多くの時間をかけずにパルス溶接の条件を設定することが可能なパルスアーク溶接方法及びパルスアーク溶接装置を提供する。【解決手段】溶接電流にパルス電流を重畳させて溶接を行うパルスアーク溶接方法であって、少なくともパルス電流のピーク電流値及びピーク時間をパラメータとして複数回のパルスアーク溶接を行って、溶接毎に溶滴移行形態を取得すると共に溶け込み部分の寸法計測値を取得し、パルスアーク溶接を行う毎に得た溶け込み部分Ｂｐの多数の寸法計測値から特徴量を算出して溶け込み部分の形状評価を定量化する指標Ｐｆを作成し、指標Ｐｆにリンクさせた溶滴移行形態に基づいてパルス電流のパルス波形を調整する。【選択図】図１
2015016491.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接電流にパルス電流を重畳させて溶接を行うパルスアーク溶接方法であって、
少なくともパルス電流のピーク電流値及びピーク時間をパラメータとして複数回のパルスアーク溶接を行って、溶接毎に溶滴移行形態を取得すると共に溶け込み部分の寸法計測値を取得し、
前記パルスアーク溶接を行う毎に得た前記溶け込み部分の多数の寸法計測値から特徴量を算出して前記溶け込み部分の形状評価を定量化する指標を作成し、
前記指標にリンクさせた前記溶滴移行形態に基づいて前記パルス電流のパルス波形を調整する
ことを特徴とするパルスアーク溶接方法。
【請求項２】
溶接電流にパルス電流を重畳させて溶接を行うパルスアーク溶接装置であって、
溶接ワイヤが送給される溶接トーチと、
パルス電流及びワイヤ送給速度をコントロールする制御部を備え、
前記制御部は、少なくともパルス電流のピーク電流値及びピーク時間をパラメータとして複数回のパルスアーク溶接を行う毎に得た溶滴移行形態のデータと、前記複数回のパルスアーク溶接を行う毎に得た前記溶け込み部分の多数の寸法計測値から特徴量を算出して作成された前記溶け込み部分の形状評価を定量化する指標とを有し、
前記制御部は、要求される形状の溶け込み部分を得るべく、前記指標にリンクさせた前記溶滴移行形態に基づいて前記パルス電流のパルス波形を調整する
ことを特徴とするパルスアーク溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、消耗電極ワイヤによるＭＩＧ溶接やＭＡＧ溶接に多く用いられるパルスアーク溶接方法及びパルスアーク溶接装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、上記したようなパルスアーク溶接方法としては、例えば、特許文献１に記載された方法がある。
このパルスアーク溶接方法では、溶接電源にピーク電流及びベース電流を交互に流したパルス電流を使用することで、溶け込み部分の形状をいわゆるフィンガー形状ではなく鍋底形状にして、溶接部の品質の向上を図るようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０７−０８８６４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記したパルスアーク溶接方法では、パルス電流による電磁ピンチ力が溶接ワイヤの先端に懸垂する溶滴に一定の間隔で加えられると、この懸垂する溶滴の母材への移行が容易になるので、アークが安定する。
【０００５】
このように、上記した従来のパルスアーク溶接方法では、溶け込み部分の形状を鍋底形状にすることで、溶接部の品質の向上を図っているが、鍋底形状の溶け込み部分が得られるパルス条件の選定には多くの時間を費やしているのが現状である。
したがって、より一層の品質の向上を図るべく、溶滴移行形態や溶け込み部分の形状を制御し得るのに加えて、パルス溶接の条件設定に要する時間を短縮し得るパルスアーク溶接方法の出現が求められており、これを解決することが従来の課題となっている。
【０００６】
本発明は、上記したような従来の課題を解決するためになされたもので、より一層の品質の向上を図るべく、要求通りの溶滴移行形態や溶け込み部分の形状を得ることができるうえ、多くの時間をかけずにパルス溶接の条件を設定することが可能なパルスアーク溶接方法及びパルスアーク溶接装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記したように、パルスアーク溶接方法では、パルス電流による電磁ピンチ力が溶接ワイヤの先端に懸垂する溶滴に一定の間隔で加えられると、この懸垂する溶滴の母材への移行が容易になるので、アークが安定する。
【０００８】
そこで、本発明者らは、パルス電流のピーク電流時に溶融して先端に懸垂する溶滴に対して働く電磁ピンチ力の仕事量に着目した。
まず、ピーク電流時の電磁ピンチ力Ｐｅｍは次式で表される。
Ｐｅｍ＝μ0Ｉｐ2／４π2Ｒ2  但し、Ｉｐはピーク電流値、μ0は真空の透磁率、Ｒは溶滴の径である。
【０００９】
また、ピーク時間中の溶接ワイヤの溶融量Ｍｐは次式で表される。
Ｍｐ＝π・（ｄ／２）2・Ｖｆ／６０・Ｔｐ  但し、Ｔｐはピーク時間、ｄは溶接ワイヤの径、Ｖｆは溶接ワイヤの送給速度である。
【００１０】
そして、電磁ピンチ力の仕事量Ｗｐは次式で表される。
Ｗｐ＝Ｐｅｍ×Ｍｐ＝μ0Ｉｐ2／４π2Ｒ2 ×π・（ｄ／２）2・Ｖｆ／６０・Ｔｐ
＝ＡＩｐ2ｄ2ＶｆＴｐ  （Ｎ・ｍ）  ここで、Ａ＝μ0／９６０πＲ2であり、溶接材料に依存する係数である。
【００１１】
ここで、軟鋼用溶接材料（溶接ワイヤ）にＳＥ−Ａ５０（ＪＩＳ  Ｚ３３１２  ＹＧＷ１６）を用いてパルス電流を１６０Ａ，２００Ａ，２４０Ａと変化させた場合、及び、溶接材料（溶接ワイヤ）をＳＥ−Ａ５０（ＪＩＳ  Ｚ３３１２  ＹＧＷ１６），ＭＧ−Ｓ５０（ＪＩＳ  Ｚ３３１２  Ｇ４９ＡＰ３Ｍ１６）と変化させた場合のそれぞれについて、溶滴移行形態（パルス波形の１パルス当たりに溶接ワイヤ先端から離脱する溶滴数）と、上記で得た電磁ピンチ力の仕事量Ｗｐとの関係を調べたところ、図４（ａ），（ｂ）のグラフに示すように、いずれのパルス電流であっても、また、いずれの溶接材料であっても、仕事量Ｗｐが増えれば１パルス当たりに溶接ワイヤ先端から離脱する溶滴数（ｎドロップ）も増すことが判る。
【００１２】
すなわち、仕事量Ｗｐを表す式のピーク電流値Ｉｐ，ピーク時間Ｔｐ，溶接ワイヤの径ｄ及び溶接ワイヤの送給速度Ｖｆのうちの少なくとも１つをパラメータとして変化させれば、電磁ピンチ力の仕事量Ｗｐも変化することになる。
【００１３】
本発明者らは、仕事量Ｗｐを表す式のピーク電流値Ｉｐ，ピーク時間Ｔｐ，溶接ワイヤの径ｄ及び溶接ワイヤの送給速度Ｖｆのうちの少なくともパルス電流のピーク電流値Ｉｐ及びピーク時間Ｔｐをパラメータとして複数回のパルスアーク溶接を行って、溶接毎に溶滴移行形態を取得するのと同時に、このパルスアーク溶接を行う毎に得る溶け込み部分の多数の寸法計測値から特徴量を算出して溶け込み部分の形状評価を定量化する指標を作成することとした。
【００１４】
この場合、溶け込み部分の形状評価を定量化する指標（溶け込み形状評価パラメータ）Ｐｆは、例えば、図２及び図３に示すように、溶け込み部分に近い形状の二点鎖線で示す四角形を描いてその縦横比Ｄを算出すると共に、溶け込み部分をＮ分割して各区間の一点鎖線で示す上辺及び下辺の幅比ＷＡ，ＷＢ，…，ＷＮをそれぞれ算出することで次式のように作成される。
Ｐｆ＝ａＷＡ＋ｂＷＢ＋…＋ｎＷＮ＋Ｄ
【００１５】
そして、図５に示すように、このようにして得られる指標Ｐｆに上記した溶滴移行形態（１パルス当たりのドロップ数ｎ）をリンクさせて、この指標Ｐｆにリンクさせた溶滴移行形態に基づいて少なくともパルス電流のパルス波形を調整すれば、所望の溶け込み部分の形状が得られることを見出し、本発明をするに至った。
【００１６】
すなわち、上記した目的を達成するために成された本発明の請求項１に係る発明は、溶接電流にパルス電流を重畳させて溶接を行うパルスアーク溶接方法であって、少なくともパルス電流のピーク電流値及びピーク時間をパラメータとして複数回のパルスアーク溶接を行って、溶接毎に溶滴移行形態を取得すると共に溶け込み部分の寸法計測値を取得し、前記パルスアーク溶接を行う毎に得た前記溶け込み部分の多数の寸法計測値から特徴量を算出して前記溶け込み部分の形状評価を定量化する指標を作成し、前記指標にリンクさせた前記溶滴移行形態に基づいて前記パルス電流のパルス波形を調整する構成としたことを特徴としており、この構成のパルスアーク溶接方法を前述の課題を解決するための手段としている。
【００１７】
一方、本発明の請求項２に係る発明は、溶接電流にパルス電流を重畳させて溶接を行うパルスアーク溶接装置であって、溶接ワイヤが送給される溶接トーチと、パルス電流及びワイヤ送給速度をコントロールする制御部を備え、前記制御部は、少なくともパルス電流のピーク電流値及びピーク時間をパラメータとして複数回のパルスアーク溶接を行う毎に得た溶滴移行形態のデータと、前記複数回のパルスアーク溶接を行う毎に得た前記溶け込み部分の多数の寸法計測値から特徴量を算出して作成された前記溶け込み部分の形状評価を定量化する指標とを有し、前記制御部は、要求される形状の溶け込み部分を得るべく、前記指標にリンクさせた前記溶滴移行形態に基づいて前記パルス電流のパルス波形を調整する構成としている。
【００１８】
本発明に係るパルスアーク溶接方法及びパルスアーク溶接装置は、消耗電極ワイヤによるＭＩＧ溶接やＭＡＧ溶接に採用することができるが、これらの溶接に限定されない。
【００１９】
本発明に係るパルスアーク溶接方法及びパルスアーク溶接装置では、パルスアーク溶接を行うのに先立って、溶け込み部分の形状評価を定量化する指標にリンクさせた溶滴移行形態を所望する形態になるように、例えば、１パルス１ドロップ又は１パルス２ドロップになるようにパルス波形を調整することで、溶接ワイヤからの溶滴の離脱が円滑に成されることとなり、その結果、スパッタの低減化が図られることとなる。
【００２０】
また、本発明に係るパルスアーク溶接方法及びパルスアーク溶接装置では、所望する溶け込み部分の形状を得る場合には、溶け込み部分の形状評価を定量化する指標に基づいて１パルスｎドロップになるようにパルス波形を調整することで、鍋底形状やフィンガー形状の溶け込み部分が得られることとなる。
【００２１】
そして、本発明に係るパルスアーク溶接方法及びパルスアーク溶接装置では、パルスアーク溶接に先立って行う作業が、溶け込み部分の形状評価を定量化する指標に基づくパルス波形の調整だけなので、パルス溶接の条件設定に費やす時間の短縮も図られることとなる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係るパルスアーク溶接方法によれば、パルス溶接の条件設定に必要な時間の短縮を実現したうえで、要求通りの溶滴移行形態や溶け込み部分の形状を得ることが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態に係るパルスアーク溶接装置の概略構成説明図である。
【図２】図１のパルスアーク溶接装置によりパルス電流のパルス波形を調整してパルスアーク溶接を行った際の鍋底形状の溶け込み部分を示す断面説明図（ａ）及び溶け込み部分の形状を評価する指標を図２（ａ）に重ねて示す断面説明図（ｂ）である。
【図３】図１のパルスアーク溶接装置によりパルス電流のパルス波形を調整してパルスアーク溶接を行った際のフィンガー形状の溶け込み部分を示す断面説明図（ａ）及び溶け込み部分の形状を評価する指標を図３（ａ）に重ねて示す断面説明図（ｂ）である。
【図４】パルス電流のピーク電流時に溶融する溶滴とこの溶滴を切断する際に電磁ピンチ力が行う仕事量との関係を示すパルス電流を変化させた際のグラフ（ａ）及び溶接材料を変化させた際のグラフ（ｂ）である。
【図５】図２（ｂ），図３（ｂ）における溶け込み部分の形状を評価する指標と図４におけるパルス波形の１パルス当たりの溶滴のドロップ数との関係を示すグラフである。
【図６】図１のパルスアーク溶接装置によりパルス電流のパルス波形を調整してパルスアーク溶接を行う際の溶接前設定要領を示す流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１〜図６は、本発明の一実施形態に係るパルスアーク溶接装置を示している。
【００２５】
図１に示すように、このパルスアーク溶接装置１は、溶接電流にパルス電流を重畳させて溶接を行う溶接装置１であって、電極チップ２を有する溶接トーチ３と、送りローラ４にコイルされた溶接ワイヤ５を引き出して溶接トーチ３に送給する送給部６と、溶接トーチ３にシールドガスＧを供給するボンベ７と、溶接トーチ３の電極チップ２に溶接電源を供給すると共に送給部６によるワイヤ送給及びボンベ７によるガス供給をコントロールする制御部８を備えている。なお、図１における符号９は、制御部８及び母材Ｘ間に配置されるアース線、符号Ａｒはアークである。
【００２６】
この溶接電源にピーク電流及びベース電流を交互に流したパルス電流を使用するパルスアーク溶接装置１において、パルス電流による電磁ピンチ力が溶接ワイヤ５の先端に懸垂する溶滴５ａに一定の間隔で加えられると、溶滴５ａのサイズを制御でき、且つ、落下する溶滴５ｂに続く溶滴５ａの母材Ｘへの移行が容易になるので、溶け込み部分Ｂｐの形状をいわゆるフィンガー形状ではなく鍋底形状にして、溶接部Ｂの品質の向上を図るようにしている。
【００２７】
この場合、制御部８は、少なくともパルス電流のピーク電流値及びピーク時間をパラメータとして複数回のパルスアーク溶接を行う毎に図示しない高速度カメラで観察した溶滴移行形態のデータと、複数回のパルスアーク溶接を行う毎に得た溶け込み部分Ｂｐの多数の寸法計測値から特徴量を算出して作成された溶け込み部分Ｂｐの形状評価を定量化する指標とを有しており、この制御部８では、要求される溶滴移行が行われたり、要求される形状の溶け込み部分Ｂｐが得られたりするように、指標にリンクさせた溶滴移行形態に基づいてパルス電流のパルス波形を調整するようになっている。
【００２８】
この場合、溶け込み部分Ｂｐの形状評価を定量化する指標（溶け込み形状評価パラメータ）Ｐｆは、例えば、図２（ｂ）及び図３（ｂ）に示すように、溶け込み部分Ｂｐに近い形状の二点鎖線で示す四角形を描いてその縦横比Ｄを算出すると共に、溶け込み部分をＮ分割して各区間の一点鎖線で示す上辺及び下辺の幅比ＷＡ，ＷＢ，…，ＷＮをそれぞれ算出することで次式のように作成されている。
Ｐｆ＝ａＷＡ＋ｂＷＢ＋…＋ｎＷＮ＋Ｄ
【００２９】
そして、図４（ａ），（ｂ）のグラフに示すように、溶滴５ａを切断する際に電磁ピンチ力が行う仕事量Ｗｐが増えれば１パルス当たりに溶接ワイヤ５の先端から離脱する溶滴５ａ，５ｂの数（ｎドロップ）も増すことから、図５に示すように、上記指標Ｐｆにリンクさせた上記溶滴移行形態（１パルス当たりのドロップ数ｎ）に基づいて少なくともパルス電流のパルス波形を調整することで、所望の溶け込み部分Ｂｐの形状を得るようにしている。
【００３０】
この実施形態に係るパルスアーク溶接方法及びパルスアーク溶接装置１では、図６に示すように、パルスアーク溶接を行うのに先立ってステップＳ１で溶接前設定を行う場合、制御部８において、ステップＳ２，Ｓ３，Ｓ８を経て、溶け込み部分Ｂｐの形状評価を定量化する指標Ｐｆにリンクさせた溶滴移行形態を所望する形態、例えば、１パルス１ドロップ又は１パルス２ドロップになるようパルス波形を調整（演算）して出力することで、溶接ワイヤ５からの溶滴５ａ，５ｂの離脱が円滑に成されることとなり、その結果、スパッタの低減化が図られることとなる。
【００３１】
また、この実施形態に係るパルスアーク溶接方法及びパルスアーク溶接装置１において、所望する溶け込み部分Ｂｐの形状を得る場合には、制御部８において、ステップＳ４〜Ｓ８を経て、溶け込み部分Ｂｐの形状評価を定量化する指標Ｐｆに基づいて１パルスｎドロップになるようパルス波形を調整（演算）して出力することで、図２（ａ）及び図３（ａ）に示すように、鍋底形状やフィンガー形状の溶け込み部分が得られることとなる。
【００３２】
そして、この実施形態に係るパルスアーク溶接方法及びパルスアーク溶接装置１において、パルスアーク溶接に先立って行う作業が、溶け込み部分Ｂｐの形状評価を定量化する指標Ｐｆに基づくパルス波形の調整（演算）だけなので、パルス溶接の条件設定に費やす時間の短縮も図られることとなる。
【００３３】
本発明に係るパルスアーク溶接方法及びパルスアーク溶接装置の構成は、上記した実施形態に限られるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である。
【符号の説明】
【００３４】
１    パルスアーク溶接装置
３    溶接トーチ
５    溶接ワイヤ（溶接材料）
５ａ，５ｂ  溶滴
８    制御部
Ａｒ  アーク
Ｂｐ  溶け込み部分
【図１】
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【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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