(57)【要約】【課題】電極消耗式の狭開先溶接装置において、左右倣いを含む自動制御を安定的に行う。【解決手段】送給される溶接ワイヤ１１がチップ１２先端から斜めに突出するように形成されたトーチ１３と、トーチ１３を回転させて開先内で左右に揺動させる揺動ユニット１０と、揺動ユニット１０を左右に移動させる左右移動ユニット２０と、揺動ユニット１０を上下に移動させる上下移動ユニット３０とを有する揺動式狭開先溶接装置１００であって、トーチ１３を開先内で揺動させたときの左停止位置におけるアーク電流と右停止位置におけるアーク電流とを比較して、左右の停止位置におけるアーク電流の差が小さくなるように、トーチ１３の左右位置の調整を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
送給される溶接ワイヤがチップ先端から斜めに突出するように形成されたトーチと、前記トーチを回転させて開先内で左右に揺動させる揺動ユニットと、前記揺動ユニットを左右に移動させる左右移動ユニットと、前記揺動ユニットを上下に移動させる上下移動ユニットとを有する揺動式狭開先溶接装置であって、
前記トーチを開先内で揺動させたときの左停止位置におけるアーク電流と右停止位置におけるアーク電流とを比較して、左右の停止位置におけるアーク電流の差が小さくなるように、前記トーチの左右位置の調整を行うことを特徴とする揺動式狭開先溶接装置。
【請求項２】
前記トーチの左右位置の調整を、前記揺動ユニットによるトーチの揺動範囲の変更及び前記左右移動ユニットによる揺動ユニットの左右方向の移動の少なくとも１つにより行うことを特徴とする請求項１に記載の揺動式狭開先溶接装置。
【請求項３】
前記左右の停止位置におけるアーク電流の測定を、開先内におけるトーチの上下位置を変更せずに行うことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の揺動式狭開先溶接装置。
【請求項４】
前記トーチを開先内で揺動させたときのアーク電流の平均値が所定の値に近づくように、前記トーチの上下位置の調整を行うことを特徴とする請求項３に記載の揺動式狭開先溶接装置。
【請求項５】
前記左右の停止位置におけるアーク電流の測定直後の、前記トーチの左右一方の停止位置から他方の停止位置までの揺動の間に、前記トーチの左右位置の調整と前記トーチの上下位置の調整とを同時に行うことを特徴とする請求項４に記載の揺動式狭開先溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チップ先端から送給される溶接ワイヤの先端を、狭開先の被溶接材間で揺動させながら溶融して溶接する、揺動式狭開先溶接装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、狭開先幅で対向するように配置された被溶接材を溶接するための装置として、チップ先端から送給される溶接ワイヤの先端を揺動させながら溶融して溶接する、揺動式狭開先溶接装置が用いられている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、溶接心線（溶接ワイヤ）の先端を揺動させるために、コンタクトチップのノズル孔に送り込む前に波状の塑性変形を溶接心線に与え、波状弾性を保ったままノズル孔中を移動させ、ノズル端より送り出されてくる溶接心線の向きが心線供給と溶接の進行に応じて自動的に開先両壁間を往復するようにした発明が記載されている。
【０００４】
また、溶接心線（溶接ワイヤ）に波状の塑性変形を与えて揺動させるとともに開先両壁間における左右倣い（左右位置の調整）を行うものとして、特許文献２には、時間経過に伴うアーク電流の波形の各サイクルにおける積分値を求め、積分値の差が小さくなるように制御する発明が記載されている。
【０００５】
また、同じく左右倣いを行うものとして、特許文献３には、溶接心線溶接心線の先端に形成されるアークの揺動と、溶接心線に波状の塑性変形を起こさせる揺動手段との位相差を演算してアークの現在の揺動位置を求め、求めた揺動位置と溶接電流または溶接電圧の値を対応付けて中心からのずれ方向を判定して制御する発明が記載されている。
【０００６】
一方、非消耗電極アーク溶接における開先倣い制御方法として、特許文献４には、開先内での左右揺動停止時におけるアーク電圧を測定し、左右のアーク電圧差により開先倣い制御を行う発明が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭５２−１１０２４６号公報
【特許文献２】特開平５−１４６８７７号公報
【特許文献３】特開２００４−２６８０８８号公報
【特許文献４】特開２００２−４５９６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載された発明の場合、開先両壁間の左右倣いができない。また、特許文献２及び特許文献３に記載された発明の場合、開先両壁間の左右倣いを行うために、溶融電流や溶融電圧の値に基づいた制御を行うようにしているが、アーク電流が安定しないという問題がある。すなわち、溶接心線（溶接ワイヤ）に波状の塑性変形を与えて揺動させる装置の場合には、図６に示すように、溶接ワイヤ５１が給電チップ５２内で移動するため、アーク電流が安定しないことがある。
【０００９】
一方、特許文献４に記載された発明は、非消耗電極アーク溶接における開先倣い制御方法に関するものであり、チップ先端から送給される溶接ワイヤの先端を開先内で溶融して溶接する、電極消耗式の狭開先溶接装置に適用することはできない。
【００１０】
本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、電極消耗式の狭開先溶接装置において、左右倣いを含む自動制御を安定的に行うようにしたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明の揺動式狭開先溶接装置は、送給される溶接ワイヤがチップ先端から斜めに突出するように形成されたトーチと、前記トーチを回転させて開先内で左右に揺動させる揺動ユニットと、前記揺動ユニットを左右に移動させる左右移動ユニットと、前記揺動ユニットを上下に移動させる上下移動ユニットとを有する揺動式狭開先溶接装置であって、前記トーチを開先内で揺動させたときの左停止位置におけるアーク電流と右停止位置におけるアーク電流とを比較して、左右の停止位置におけるアーク電流の差が小さくなるように、前記トーチの左右位置の調整を行うことを特徴とする。
【００１２】
また好ましくは、前記トーチの左右位置の調整を、前記揺動ユニットによるトーチの揺動範囲の変更及び前記左右移動ユニットによる揺動ユニットの左右方向の移動の少なくとも１つにより行うことを特徴とする。
【００１３】
また好ましくは、前記左右の停止位置におけるアーク電流の測定を、開先内におけるトーチの上下位置を変更せずに行うことを特徴とする。
【００１４】
また好ましくは、前記トーチを開先内で揺動させたときのアーク電流の平均値が所定の値に近づくように、前記トーチの上下位置の調整を行うことを特徴とする。
【００１５】
また好ましくは、前記左右の停止位置におけるアーク電流の測定直後の、前記トーチの左右一方の停止位置から他方の停止位置までの揺動の間に、前記トーチの左右位置の調整と前記トーチの上下位置の調整とを同時に行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の揺動式狭開先溶接装置は、送給される溶接ワイヤがチップ先端から斜めに突出するように形成されたトーチと、トーチを回転させて開先内で左右に揺動させる揺動ユニットを有しているので、揺動ユニットによりトーチを回転させることにより、斜めに突出した溶接ワイヤの向きを変えながら開先内で左右に揺動させることができる。また、左右の回転角度を調整することにより、揺動させる範囲を変更することができる。
【００１７】
また、揺動ユニットを左右に移動させる左右移動ユニットを有しているので、開先内におけるトーチの左右位置を左右移動ユニットにより調整することができる。
【００１８】
また、揺動ユニットを上下に移動させる上下移動ユニットを有しているので、開先内におけるトーチの上下位置を上下移動ユニットにより調整することができる。
【００１９】
また、トーチを開先内で揺動させたときの左停止位置におけるアーク電流と右停止位置におけるアーク電流とを比較して、左右の停止位置におけるアーク電流の差が小さくなるように、トーチの左右位置の調整を行うことができる。このとき、溶接ワイヤには波状の塑性変形が与えられておらず、溶接ワイヤが給電チップ内で移動することなく１点で常に接触するので、アーク電流が安定し安定的に制御することができる。
【００２０】
また、トーチの左右位置の調整は、揺動ユニットによるトーチの揺動範囲の変更により行うこともできるし、左右移動ユニットによる揺動ユニットの左右方向の移動により行うこともできるし、両方により行うこともできる。従って、より細かく的確な制御を行うことができる。
【００２１】
また、左右の停止位置におけるアーク電流の測定を、開先内におけるトーチの上下位置を変更せずに行うことにより、被溶接材の精度が低い場合であっても、トーチの左右位置の偏りを的確に判定して左右位置を調整することができる。
【００２２】
また、トーチを開先内で揺動させたときのアーク電流の平均値が所定の値に近づくように、トーチの上下位置の調整を行うことにより、溶接ワイヤの突出量が一定となるように、上下倣いを行うことができる。
【００２３】
また、左右の停止位置におけるアーク電流の測定直後の、トーチの左右一方の停止位置から他方の停止位置までの揺動の間に、トーチの左右位置の調整とトーチの上下位置の調整とを同時に行うことにより、左右倣いと上下倣いを短時間で行い、より安定的な溶接を行うことができる。
【００２４】
以上、本発明によれば、電極消耗式の狭開先溶接装置において、左右倣いを含む自動制御を安定的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施形態に係る揺動式狭開先溶接装置の構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係る給電チップの先端を示す拡大図である。
【図３】本発明の実施形態に係る給電チップの先端角度と揺動範囲を示す図である。
【図４】左右倣い時のデータの取得タイミングの例を示す説明図である。
【図５】上下倣い時のデータの取得タイミングの例を示す説明図である。
【図６】従来例に係る給電チップの先端を示す拡大図である。
【図７】他の実施形態に係る給電チップの先端を示す拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
次に、図１乃至図５を参照して、本発明の実施形態に係る揺動式狭開先溶接装置について説明する。まず、図１を参照して、本実施形態に係る揺動式狭開先溶接装置１００の全体構成について説明する。
【００２７】
本実施形態に係る揺動式狭開先溶接装置１００は、主として溶接電源１、制御装置２、中継ボックス３、溶接ヘッド４から構成されており、被溶接材５の狭開先内を溶接するようになっている。また、溶接ヘッド４には、開先内でトーチを回転させて左右に揺動させる揺動ユニット１０、揺動ユニット１０を左右に移動させる左右移動ユニット２０、揺動ユニット１０を上下に移動させる上下移動ユニット３０が備えられている。
【００２８】
溶接電源１は、溶接ワイヤを溶融させるための電力を供給するとともに、揺動ユニット１０、左右移動ユニット２０及び上下移動ユニット３０を駆動するための電力を供給する。また、制御装置２は、溶接電源１からの電源供給を制御するとともに、内蔵されたプログラムにより、開先内の所定の位置におけるアーク電流を計測し、計測した電流の値に基づいて中継ボックス３を介して揺動ユニット１０、左右移動ユニット２０及び上下移動ユニット３０を制御し、開先内でのトーチの位置を変化させるようになっている。
【００２９】
次に、本発明の実施形態に係る給電チップの先端部分について説明する。図２は、本実施形態に係る給電チップ１２を示す拡大図である。トーチ１３に取り付けられた給電チップ１２の先端は、斜めに折曲されている。トーチ１３の内部を経由して送給される溶接ワイヤ１１は、給電チップ１２の折曲に沿って方向を変えて、給電チップ１２の先端から斜めに突出するようになっている。即ち、溶接ワイヤ１１は、給電チップ１２の先端で曲がりながら、角度をつけた穴から外側に出ていくようになっている。このように、トーチ１３は、送給される溶接ワイヤ１１が給電チップ１２の先端から斜めに突出するように形成されている。そして、トーチ１３を回転させると、給電チップ１２の先端の向きが円を描くように変化して揺動するようになっている。それに合わせて溶接ワイヤ１１の突出方向が変化する。溶接ワイヤ１１には波状の塑性変形が与えられておらず、給電チップ内で移動することなく１点で常に接触するようになっている。
【００３０】
次に、給電チップ１２の先端角度（折曲角度）と揺動範囲について説明する。図３は、本発明の実施形態に係る給電チップ１２の先端角度と揺動範囲を示す図である。給電チップ１２の先端角度は、様々に設定することができる。図３における下段は、チップ先端角度の例を示すものであり、それぞれ、（ａ）１５度、（ｂ）２５度、（ｃ）３５度、（ｄ）４５度に設定したものである。また、図３における上段は、それぞれのチップ先端角度において、溶接ワイヤ突き出し長さを１０ｍｍ、アーク長を１０ｍｍと仮定した場合の、トーチの揺動範囲を示すものであり、開先内でトーチを上から見たものである。
【００３１】
図３（ａ）に示すチップ先端角度を１５度にした場合、チップ先端許容角度が片側９０度、ワイヤ先端許容角度が片側５３度、アーク先端許容角度が片側３４度となる。図３（ｂ）に示すチップ先端角度を２５度にした場合、チップ先端許容角度が片側５７度、ワイヤ先端許容角度が片側２９度、アーク先端許容角度が片側２０度となる。図３（ｃ）に示すチップ先端角度を３５度にした場合、チップ先端許容角度が片側３８度、ワイヤ先端許容角度が片側２１度、アーク先端許容角度が片側１４度となる。図３（ｄ）に示すチップ先端角度を４５度にした場合、チップ先端許容角度が片側３０度、ワイヤ先端許容角度が片側１７度、アーク先端許容角度が片側１２度となる。このように、チップ先端角度を大きくするほど、開先内での許容角度は小さくなる。
【００３２】
次に、開先内におけるアーク電流の測定（データの取得）と倣い制御について説明する。なお、以下示す制御方法は一例であって、トーチの揺動角度、時間設定、データの取得タイミング等はこれに限定されるものではない。
【００３３】
（左右倣い）
まず、左右倣い（左右位置の調整）について説明する。図４は、左右倣い時のデータの取得タイミングの例を示す説明図である。図中、「左」及び「右」の直線は左右の開先壁を示し、左右の直線内（開先両壁内）においてトーチが左右に揺動する様子を示している。そして、状態（１）→（２）→・・・→（１１）→（１２）→（１）→（２）→・・・と繰り返し変化する。トーチの揺動角度は片側３４度、左右停止時間は０．４秒である。
【００３４】
また、データ取得の設定パラメータとして、〔１〕データ取得開始角度を３３度、〔２〕データ取得遅延時間を０．０１秒、〔３〕データ取得時間を０．２秒とする。なお、「データ取得開始角度」≦「トーチ揺動角度」とし、「データ取得遅延時間」＋「データ取得時間」≦「左右停止時間」とする。また、各パラメータは左右独立で設定することができる。
【００３５】
１．状態（２）〜（３）及び（５）〜（６）の期間にデータを取得し、（７）〜（１２）の期間に倣い動作を行う。
２．揺動端左側のデータ取得：揺動角度が〔１〕データ取得開始角度を超えた時点から、〔２〕データ取得遅延時間経過後に、〔３〕データ取得時間で設定した期間データを取得する。
３．この例の場合、揺動角度が３３度を超えた時点から０．０１秒経過後に０．２秒間データを取得する。
４．揺動端右側のデータ取得：揺動角度が〔１〕データ取得開始角度を超えた時点から、〔２〕データ取得遅延時間経過後に、〔３〕データ取得時間で設定した期間データを取得する。
５．この例の場合、揺動角度が−３３度を超えた時点から０．０１秒経過後に０．２秒間データを取得する。
【００３６】
以上により、開先内におけるアーク電流の計測（データの取得）を行い、左停止位置におけるアーク電流と右停止位置におけるアーク電流とを比較して、左右の停止位置におけるアーク電流の差が小さくなるように、トーチ１３の左右位置の調整を行う。
【００３７】
トーチ１３の左右位置の調整にあたっては、揺動ユニット１０によるトーチ１３の揺動範囲の変更及び左右移動ユニット２０による揺動ユニット１０の左右方向の移動の少なくとも１つにより行うことができる。従って、揺動ユニット１０によるトーチ１３の揺動範囲の変更により行うこともできるし、左右移動ユニット２０による揺動ユニット１０の左右方向の移動により行うこともできるし、両方により行うこともできる。トーチ１３の揺動範囲の変更のみにより行う場合には、トーチ１３の左右の回転量を変化させて行えばよい。
【００３８】
また、左右の停止位置におけるアーク電流の測定（データの取得）は、開先内におけるトーチの上下位置を変更せずに行うことが好ましい。これにより、被溶接材の精度が低い場合であっても、トーチの左右位置の偏りを的確に判定することができる。
【００３９】
（上下倣い）
次に、上下倣い（上下位置の調整）について説明する。図５は、上下倣い時のデータの取得タイミングの例を示す説明図である。図中、「左」及び「右」の直線は左右の開先壁を示し、左右の直線内（開先両壁内）においてトーチが左右に揺動する様子を示している。そして、状態（１）→（２）→・・・→（１１）→（１２）→（１）→（２）→・・・と繰り返し変化する。トーチの揺動角度は片側３４度、左右停止時間は０．４秒である。
【００４０】
また、データ取得の設定パラメータとして、〔１〕揺動端未取得角度を１度、〔２〕揺動端未取得時間を０．２秒、〔３〕平均データ数を８とする。なお、「揺動端未取得角度」≦「トーチ揺動角度」とする。
【００４１】
１．状態（３）〜（５）、（９）〜（１１）の期間及び（６）〜（８）、（１２）〜（２）の期間にデータを取得し、（７）〜（１２）の期間に倣い動作を行う。
２．揺動端未取得期間：揺動角度が「トーチ揺動角度」から「未取得角度」を引いた角度に達した時点から「未取得時間」が経過するまでデータを未取得とする。
３．この例の場合、揺動角度が「トーチ揺動角度」３４度から「未取得角度」１度を引いた３３度に達した時点から「未取得時間」０．２秒が経過するまでデータを取得しない。
４．データ未取得時間以外は常時データを取り込み移動平均とする（この例の場合、移動平均数は８）。移動平均した値と予め設定したＡＣＣ電流値を比較する。
５．データ未取得中はホールド状態とし、取得開始後に再開とする。
【００４２】
以上により、開先内におけるアーク電流の計測（データの取得）を行い、アーク電流の平均値が所定の値に近づくように、トーチ１３の上下位置の調整を行う。
【００４３】
トーチ１３の上下位置の調整にあたっては、上下移動ユニット３０による揺動ユニット１０の上下方向の移動により行う。
【００４４】
なお、左右位置の調整と上下位置の調整は同時に行うようにしてもよい。例えば、左右の停止位置におけるアーク電流の測定直後の、トーチ１３の左右一方の停止位置から他方の停止位置までの揺動の間（「左停止位置→右停止位置の間」又は「右停止位置→左停止位置の間」）に、左右位置の調整と上下位置の調整を同時に行うことができる。
【００４５】
本実施形態に係る揺動式狭開先溶接装置１００は、送給される溶接ワイヤ１１がチップ先端１２から斜めに突出するように形成されたトーチ１３と、トーチ１３を回転させて開先内で左右に揺動させる揺動ユニット１０を有しているので、揺動ユニット１０によりトーチ１３を回転させることにより、斜めに突出した溶接ワイヤ１１の向きを変えながら開先内で左右に揺動させることができる。また、左右の回転角度を調整することにより、揺動させる範囲を変更することができる。
【００４６】
また、揺動ユニット１０を左右に移動させる左右移動ユニット２０を有しているので、開先内におけるトーチ１３の左右位置を左右移動ユニット２０により調整することができる。
【００４７】
また、揺動ユニット１０を上下に移動させる上下移動ユニット３０を有しているので、開先内におけるトーチ１３の上下位置を上下移動ユニット３０により調整することができる。
【００４８】
また、トーチ１３を開先内で揺動させたときの左停止位置におけるアーク電流と右停止位置におけるアーク電流とを比較して、左右の停止位置におけるアーク電流の差が小さくなるように、トーチ１３の左右位置の調整を行うことができる。このとき、溶接ワイヤ１１には波状の塑性変形が与えられておらず、溶接ワイヤ１１が給電チップ１２内で移動することなく１点で常に接触するので、アーク電流が安定し安定的に制御することができる。
【００４９】
また、トーチ１３の左右位置の調整は、揺動ユニット１０によるトーチ１３の揺動範囲の変更により行うこともできるし、左右移動ユニット２０による揺動ユニット１０の左右方向の移動により行うこともできるし、両方により行うこともできる。従って、より細かく的確な制御を行うことができる。
【００５０】
また、左右の停止位置におけるアーク電流の測定を、開先内におけるトーチ１３の上下位置を変更せずに行うことにより、被溶接材５の精度が低い場合であっても、トーチ１３の左右位置の偏りを的確に判定して左右位置を調整することができる。
【００５１】
また、トーチ１３を開先内で揺動させたときのアーク電流の平均値が所定の値に近づくように、トーチ１３の上下位置の調整を行うことにより、溶接ワイヤ１１の突出量が一定となるように、上下倣いを行うことができる。
【００５２】
また、左右の停止位置におけるアーク電流の測定直後の、トーチ１３の左右一方の停止位置から他方の停止位置までの揺動の間に、トーチ１３の左右位置の調整とトーチ１３の上下位置の調整とを同時に行うことにより、左右倣いと上下倣いを短時間で行い、より安定的な溶接を行うことができる。
【００５３】
以上、本実施形態に係る揺動式狭開先溶接装置１００によれば、電極消耗式の狭開先溶接装置において、左右倣いを含む自動制御を安定的に行うことができる。
【００５４】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。例えば、開先内におけるトーチ１３の左右位置の調整だけではなく、揺動自体を揺動ユニット１０と左右移動ユニット２０とを組み合わせて行うようにしてもよい。このとき、トーチ１３を回転させながら左右に移動してもよいし、トーチ１３を左右に移動させた後にトーチ１３を回転させるようにしてもよい。
【００５５】
また、左右のアーク電流が所定の値と比べて大きく変化した場合に、給電チップの消耗と判断してチップ交換の目安にすることもできる。すなわち、給電チップの先端が消耗すると溶接ワイヤの通過する孔の径が拡大してワイヤの突出角度が急激に変化するようにしておき、これにより左右のアーク電流が異常値を示す現象を利用することができる。
【００５６】
また、片側のみに被溶接材が配置されている場合には、左右のアーク電流を比較する方法ではなく、アーク電流を所定の値と比較することによりとトーチの位置調整を行うことができる。
【００５７】
また、本実施形態では、送給される溶接ワイヤ１１がチップ１２先端から斜めに突出するように、トーチ１３に取り付けられた給電チップ１２の先端を斜めに折曲するように形成したが、図７に示す他の実施形態に係る給電チップ６２のように形成してもよい。給電チップ６２の先端は斜めに折曲されていないが、溶接ワイヤが通過する内部の穴６３が途中で斜め方向に折曲されている。これにより、溶接ワイヤがトーチの回転軸に対して１５度の角度で突出するようになっている（なお、図７に示す１５度の角度は例示であってこれに限定されるものではない。）。給電チップ６２のような構成によっても、送給される溶接ワイヤをチップ先端から斜めに突出させることができ、トーチを回転させることにより、斜めに突出した溶接ワイヤの向きを変えながら開先内で左右に揺動させることができる。
【符号の説明】
【００５８】
１  溶接電源
２  制御装置
３  中継ボックス
４  溶接ヘッド
５  被溶接材
１０  揺動ユニット
１１  溶接ワイヤ
１２  給電チップ
１３  トーチ
２０  左右移動ユニット
３０  上下移動ユニット
５１  溶接ワイヤ
５２  給電チップ
６２  給電チップ
６３  穴
１００  揺動式狭開先溶接装置
【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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【図７】
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