(57)【要約】【課題】予め定めた高アーク長期間ＨＴｃ中は第１のピーク期間中の第１のピーク電流の通電と第１のベース期間中の第１のベース電流の通電とを繰り返し、続けて予め定めた低アーク長期間ＬＴｃ中は第２のピーク期間中の第２のピーク電流の通電と第２のベース期間中の第２のベース電流の通電とを繰り返してアーク長を上下に揺動させるアーク長揺動パルスアーク溶接方法において、ブローホールの非常に発生しやすい材料であるアルミニウム合金鋳物、亜鉛メッキ鋼板等の溶接ではそのブローホールの削減効果が不十分である。【解決手段】本発明は、上記高アーク長期間ＨＴｃの全期間又は一部期間中には予め定めた高出力値ＨＰｗ［Ｗ］のレーザを溶融池に照射し、それ以外の期間中は予め定めた低出力値のレーザを溶融池に照射するか又はレーザの照射を停止することを特徴とするレーザ照射アーク長揺動パルスアーク溶接方法である。【選択図】　図１
2004009061.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接ワイヤを定速で送給すると共に、予め定めた高アーク長期間中は第１のピーク期間中の第１のピーク電流の通電と第１のベース期間中の第１のベース電流の通電とを繰り返し、続けて予め定めた低アーク長期間中は前記第１のピーク期間よりも短い第２のピーク期間中の前記第１のピーク電流よりも小さい第２のピーク電流の通電と第２のベース期間中の第２のベース電流の通電とを繰り返すことによってアーク長を所定幅で上下に揺動させて溶接を行うアーク長揺動パルスアーク溶接方法において、
前記高アーク長期間の全期間又は一部期間中には予め定めた高出力値のレーザを溶融池に照射し、それ以外の期間中は予め定めた低出力値のレーザを溶融池に照射するか又はレーザの照射を停止することを特徴とするレーザ照射アーク長揺動パルスアーク溶接方法。
【請求項２】
溶接ワイヤを定速で送給すると共に、高アーク長期間中は第１のピーク期間中の第１のピーク電流の通電と第１のベース期間中の第１のベース電流の通電とを繰り返し、続けて予め定めた低アーク長期間中は前記第１のピーク期間よりも短い第２のピーク期間中の前記第１のピーク電流よりも小さい第２のピーク電流の通電と第２のベース期間中の第２のベース電流の通電とを繰り返すことによってアーク長を所定幅で上下に揺動させて溶接を行うアーク長揺動パルスアーク溶接方法において、
予め定めた高出力期間中は予め定めた高出力値のレーザを溶融池に照射し、予め定めた低出力期間中は予め定めた低出力値のレーザを溶融池に照射するか又はレーザの照射を停止し、前記高出力期間の全期間又は一部期間を前記高アーク長期間としそれ以外の期間を低アーク長期間とすることを特徴とするレーザ照射アーク長揺動パルスアーク溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ピーク電流及びピーク期間の組合せを低周波で切り換えてアーク長を周期的に変化させるアーク長揺動パルスアーク溶接方法に関し、特に、アーク長の揺動と同期して溶融池へレーザを照射することによってブローホールの発生個数を削減させることができるレーザ照射アーク長揺動パルスアーク溶接方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ピーク期間Ｔｐ中のピーク電流Ｉｐの通電とベース期間Ｔｂ中のベース電流Ｉｂの通電とを繰り返して行う消耗電極式パルスアーク溶接において、上記のピーク電流Ｉｐ及び上記のピーク期間Ｔｐの組合せ（以下、ユニットパルスという）を予め定めた低周波（数Ｈｚ〜数十Ｈｚ）のアーク長切換周期Ｔｃ毎に変化させることによって、アーク長を上下に揺動させる溶接方法が従来から行われている。このアーク長揺動パルスアーク溶接方法では、アーク長の揺動によってアークの広がりを変化させて美しい波目模様のビード外観を得ることができるので、外観を重視するオートバイのフレームの溶接等に利用されている。さらに、この溶接方法では、アーク長の揺動によって溶融池への入熱及びアーク力を変化させて溶融池を攪拌することができ、これによって溶接欠陥の原因となるブローホールの発生個数を削減することができる。一般的に、アルミニウム合金の溶接ではブローホールが発生しやすいために、このアーク長揺動パルスアーク溶接方法を適用することでブローホールの発生個数を削減することができ、良好な溶接品質を得ることができる。以下、従来技術としてこのアーク長揺動パルスアーク溶接方法について、図面を参照して説明する。
【０００３】
図１４は、従来技術のアーク長揺動パルスアーク溶接の電流・電圧波形図である。同図（Ａ）はアーク長切換信号ＳＴｃの時間変化を示し、同図（Ｂ）は溶接電流Ｉｗの時間変化を示し、同図（Ｃ）は溶接電圧Ｖｗの時間変化を示し、同図（Ｄ）はアーク長Ｌａの時間変化を示す。以下、同図を参照して説明する。
【０００４】
同図（Ａ）に示すように、アーク長切換信号ＳＴｃは、予め定めたＨｉｇｈレベルの高アーク長期間ＨＴｃと、予め定めたＬｏｗレベルの低アーク長期間ＬＴｃとをアーク長切換周期Ｔｃ毎に繰り返す。これに応動して、同図（Ｄ）に示すように、アーク長Ｌａは、上記の高アーク長期間ＨＴｃ中は高アーク長ＨＬａ［ｍｍ］となり、上記の低アーク長期間ＬＴｃ中は低アーク長ＬＬａ［ｍｍ］となる。
【０００５】
▲１▼　高アーク長期間ＨＴｃ
同図（Ｂ）に示すように、第１のピーク期間ＨＴｐ中は第１のピーク電流ＨＩｐを通電し、第１のベース期間ＨＴｂ中は第１のベース電流ＨＩｂを通電し、これらの通電を第１のパルス周期ＨＴｆとして高アーク長期間ＨＴｃ中繰り返して通電する。同様に、同図（Ｃ）に示すように、第１のピーク期間ＨＴｐ中は第１のピーク電圧ＨＶｐが印加し、第１のベース期間ＨＴｂ中は第１のベース電圧ＨＶｂが印加し、これらの印加を高アーク長期間ＨＴｃ中繰り返して行う。
【０００６】
▲２▼　低アーク長期間ＬＴｃ
同図（Ｂ）に示すように、第２のピーク期間ＬＴｐ中は第２のピーク電流ＬＩｐを通電し、第２のベース期間ＬＴｂ中は第２のベース電流ＬＩｂを通電し、これらの通電を第２のパルス周期ＬＴｆとして低アーク長期間ＬＴｃ中繰り返して通電する。同様に、同図（Ｃ）に示すように、第２のピーク期間ＬＴｐ中は第２のピーク電圧ＬＶｐが印加し、第２のベース期間ＬＴｂ中は第２のベース電圧ＬＶｂが印加し、これらの印加を低アーク長期間ＬＴｃ中繰り返して行う。
【０００７】
上記の第１のピーク電流ＨＩｐと第１のピーク期間ＨＴｐとからなるユニットパルス及び上記の第２のピーク電流ＬＩｐと第２のピーク期間ＬＴｐとからなるユニットパルスは、溶接ワイヤからの溶滴が１パルス１溶滴移行する範囲内に予め設定される。また、上記の第１のベース電流ＨＩｂ及び上記の第２のベース電流ＬＩｂは、この通電によって溶接ワイヤの先端が溶融しないように数十Ａ以下の低い値に予め設定される。また、同図（Ｃ）に示すように、上記の第１のベース期間ＨＴｂは、高アーク長期間ＨＴｃ中の溶接電圧Ｖｗの平均値が予め定めた電圧設定値Ｖｓと略等しくなるようにフィードバック制御によって自動制御される。同様に、第２のベース期間ＬＴｂは、低アーク長期間ＬＴｃ中の溶接電圧Ｖｗの平均値が上記の電圧設定値Ｖｓと略等しくなるようにフィードバック制御によって自動制御される。第１のピーク電流ＨＩｐと第２のピーク電流ＬＩｐとの差及び第１のピーク期間ＨＴｐと第２のピーク期間ＬＴｐとの差が大きい程、同図（Ｄ）に示す高アーク長ＨＬａと低アーク長ＬＬａとの変化幅が大きくなり、上述した溶融池の攪拌作用が活発になりブローホールの削減効果は大きくなる。これは、アーク長の変化幅が大きくなると溶融池への入熱及びアーク力の変化も大きくなり、この結果、溶融池の攪拌作用が活発になるためである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来技術では、ブローホールの削減効果を大きくするためには、第１のピーク電流ＨＩｐと第２のピーク電流ＬＩｐとの差及び第１のピーク期間ＨＴｐと第２のピーク期間ＬＴｐとの差を大きくする必要がある。しかしながら、上述したように、第１のピーク電流ＨＩｐと第１のピーク期間ＨＴｐとのユニットパルス及び第２のピーク電流ＬＩｐと第２のピーク期間ＬＴｐとのユニットパルスは、両者とも１パルス１溶滴移行の範囲内に設定する必要がある。これは、上記のユニットパルスが１パルス１溶滴移行の範囲外になると、溶滴移行の周期性が失われて溶滴サイズにバラツキが生じスパッタが多くなりビード外観が悪くなるためである。図１５は、直径１．６ｍｍのアルミニウム合金ワイヤ（ＪＩＳ　Ａ４０４３材）の１パルス１溶滴移行範囲を示す図である。同図の横軸はピーク期間Ｔｐ［ｍｓ］を示し、縦軸はピーク電流Ｉｐ［Ａ］を示す。同図において斜線部分が１パルス１溶滴移行範囲となる。すなわち、上記の第１のピーク電流ＨＩｐと第１のピーク期間ＨＴｐとのユニットパルス及び第２のピーク電流ＬＩｐと第２のピーク期間ＬＴｐとのユニットパルスは、同図の斜線部分に設定される必要がある。したがって、両ユニットパルスの設定値の差は、１パルス１溶滴移行範囲によって制限される。通常、アルミニウム合金の溶接においては、このユニットパルスの設定値の差が制限範囲内であっても十分なブローホールの削減効果がある。しかし、ブローホールが非常に発生しやすいアルミニウム合金鋳物、亜鉛メッキ鋼板等の溶接においては、両ユニットパルスの設定値の差が制限範囲内で最大になるように設定しても、アーク長の揺動による溶融池攪拌作用が十分でないために、ブローホールの削減効果が十分でない場合も生じ、溶接欠陥となる場合もある。
【０００９】
そこで、本発明では、アルミニウム合金鋳物、亜鉛メッキ鋼板等のブローホールが非常に発生しやすい材料の溶接において、両ユニットパルスの設定値が１パルス１溶滴移行範囲内であっても十分なブローホールの削減効果を有するアーク長揺動パルスアーク溶接方法を提供する。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、溶接ワイヤを定速で送給すると共に、予め定めた高アーク長期間中は第１のピーク期間中の第１のピーク電流の通電と第１のベース期間中の第１のベース電流の通電とを繰り返し、続けて予め定めた低アーク長期間中は上記第１のピーク期間よりも短い第２のピーク期間中の上記第１のピーク電流よりも小さい第２のピーク電流の通電と第２のベース期間中の第２のベース電流の通電とを繰り返すことによってアーク長を所定幅で上下に揺動させて溶接を行うアーク長揺動パルスアーク溶接方法において、
上記高アーク長期間の全期間又は一部期間中には予め定めた高出力値のレーザを溶融池に照射し、それ以外の期間中は予め定めた低出力値のレーザを溶融池に照射するか又はレーザの照射を停止することを特徴とするレーザ照射アーク長揺動パルスアーク溶接方法である。
【００１１】
請求項２の発明は、溶接ワイヤを定速で送給すると共に、高アーク長期間中は第１のピーク期間中の第１のピーク電流の通電と第１のベース期間中の第１のベース電流の通電とを繰り返し、続けて予め定めた低アーク長期間中は上記第１のピーク期間よりも短い第２のピーク期間中の上記第１のピーク電流よりも小さい第２のピーク電流の通電と第２のベース期間中の第２のベース電流の通電とを繰り返すことによってアーク長を所定幅で上下に揺動させて溶接を行うアーク長揺動パルスアーク溶接方法において、
予め定めた高出力期間中は予め定めた高出力値のレーザを溶融池に照射し、予め定めた低出力期間中は予め定めた低出力値のレーザを溶融池に照射するか又はレーザの照射を停止し、上記高出力期間の全期間又は一部期間を上記高アーク長期間としそれ以外の期間を低アーク長期間とすることを特徴とするレーザ照射アーク長揺動パルスアーク溶接方法である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１を示す波形図である。同図（Ａ）はアーク長切換信号ＳＴｃの時間変化を示し、同図（Ｂ）は溶接電流Ｉｗ［Ａ］の時間変化を示し、同図（Ｃ）は溶融池に照射されるＹＡＧレーザ、半導体レーザ等のレーザの出力値Ｐｗ［Ｗ］の時間変化を示す。同図（Ａ）に示すように、アーク長切換信号ＳＴｃがＨｉｇｈレベルの高アーク長期間ＨＴｃになると、同図（Ｂ）に示すように、第１のピーク電流及び第１のピーク期間からなる溶接電流Ｉｗが通電し、同図（Ｃ）に示すように、高出力値ＨＰｗのレーザが溶融池へ照射される。続いて、同図（Ａ）に示すように、アーク長切換信号ＳＴｃがＬｏｗレベルの低アーク長期間ＬＴｃになると、同図（Ｂ）に示すように、第２のピーク電流及び第２のピーク期間からなる溶接電流Ｉｗが通電し、同図（Ｃ）に示すように、レーザの照射は停止される。上記の動作を繰り返し行う。
【００１３】
高アーク長期間ＨＴｃ中に、高出力値ＨＰｗのレーザを溶融池に照射することによって、溶融池への入熱を大きくすることができ、他方低アーク長期間ＬＴｃ中はレーザを照射しないので、高アーク長期間ＨＴｃ中と低アーク長期間ＬＴｃ中との溶融池の温度差を拡大することができる。さらに、高アーク長期間ＨＴｃ中はレーザの照射によって溶融池の照射部にキーホールが形成され、低アーク長期間ＬＴｃ中はレーザが照射されないのでこのキーホールは消滅する。このようにキーホールの形成と消滅に伴って、溶融池内の対流が激しくなる。上記の溶融池の温度差の拡大及び対流の促進によって溶融池の攪拌作用が活発になるので、ブローホールの削減効果が大幅に増大する。
【００１４】
［実施の形態２］
図２は、本発明の実施の形態２を示す波形図である。同図（Ａ）はアーク長切換信号ＳＴｃの時間変化を示し、同図（Ｂ）は溶接電流Ｉｗ［Ａ］の時間変化を示し、同図（Ｃ）は溶融池に照射されるレーザの出力値Ｐｗ［Ｗ］の時間変化を示す。同図（Ａ）に示すように、アーク長切換信号ＳＴｃがＨｉｇｈレベルの高アーク長期間ＨＴｃになると、同図（Ｂ）に示すように、第１のピーク電流及び第１のピーク期間からなる溶接電流Ｉｗが通電し、同図（Ｃ）に示すように、高アーク長期間ＨＴｃの開始時点から予め定めた高出力期間ＨＴｏ中は高出力値ＨＰｗのレーザが溶融池へ照射される。続いて、同図（Ａ）に示すように、アーク長切換信号ＳＴｃがＬｏｗレベルの低アーク長期間ＬＴｃになると、同図（Ｂ）に示すように、第２のピーク電流及び第２のピーク期間からなる溶接電流Ｉｗが通電し、同図（Ｃ）に示すように、レーザの照射は停止される。上記の動作を繰り返し行う。
【００１５】
上記の実施の形態２では、上述した実施の形態１のときと同様に溶融池の攪拌作用を活発化することに加えて、高出力期間ＨＴｏを調整することによって溶融池への入熱量を調整することができる。このために、ブローホールの削減効果を増大させた上で、ビード外観、溶け込み等の他の溶接品質も向上させることができる。
【００１６】
［実施の形態３］
図３は、本発明の実施の形態３を示す波形図である。同図（Ａ）はアーク長切換信号ＳＴｃの時間変化を示し、同図（Ｂ）は溶接電流Ｉｗ［Ａ］の時間変化を示し、同図（Ｃ）は溶融池に照射されるレーザの出力値Ｐｗ［Ｗ］の時間変化を示す。同図（Ａ）に示すように、アーク長切換信号ＳＴｃがＨｉｇｈレベルの高アーク長期間ＨＴｃになると、同図（Ｂ）に示すように、第１のピーク電流及び第１のピーク期間からなる溶接電流Ｉｗが通電し、同図（Ｃ）に示すように、高出力値ＨＰｗのレーザが溶融池へ照射される。続いて、同図（Ａ）に示すように、アーク長切換信号ＳＴｃがＬｏｗレベルの低アーク長期間ＬＴｃになると、同図（Ｂ）に示すように、第２のピーク電流及び第２のピーク期間からなる溶接電流Ｉｗが通電し、同図（Ｃ）に示すように、低出力値ＬＰｗのレーザが溶融池へ照射される。上記の動作を繰り返し行う。
【００１７】
上記の実施の形態３では、上述した実施の形態１のときと同様に溶融池の攪拌作用を活発化することに加えて、高出力値ＨＰｗと低出力値ＬＰｗとの両値の差を調整することによって溶融池への入熱量を調整することができる。このために、ブローホールの削減効果を増大させた上で、ビード外観、溶け込み等の他の溶接品質も向上させることができる。
【００１８】
［実施の形態４］
図４は、本発明の実施の形態４を示す波形図である。同図（Ａ）はアーク長切換信号ＳＴｃの時間変化を示し、同図（Ｂ）は溶接電流Ｉｗ［Ａ］の時間変化を示し、同図（Ｃ）は溶融池に照射されるレーザの出力値Ｐｗ［Ｗ］の時間変化を示す。同図（Ａ）に示すように、アーク長切換信号ＳＴｃがＨｉｇｈレベルの高アーク長期間ＨＴｃになると、同図（Ｂ）に示すように、第１のピーク電流及び第１のピーク期間からなる溶接電流Ｉｗが通電し、同図（Ｃ）に示すように、高アーク長期間ＨＴｃの開始時点から予め定めた高出力期間ＨＴｏ中は高出力値ＨＰｗのレーザが溶融池へ照射され、その後は低出力値ＬＰｗのレーザが照射される。続いて、同図（Ａ）に示すように、アーク長切換信号ＳＴｃがＬｏｗレベルの低アーク長期間ＬＴｃになると、同図（Ｂ）に示すように、第２のピーク電流及び第２のピーク期間からなる溶接電流Ｉｗが通電し、同図（Ｃ）に示すように、低出力値ＬＰｗのレーザが溶融池へ照射される。上記の動作を繰り返し行う。
【００１９】
上記の実施の形態４では、上述した実施の形態１のときと同様に溶融池の攪拌作用を活発化することに加えて、高出力期間ＨＴｏ及び高出力値ＨＰｗと低出力値ＬＰｗとの両値の差を調整することによって溶融池への入熱量を調整することができる。このために、ブローホールの削減効果を増大させた上で、ビード外観、溶け込み等の他の溶接品質も向上させることができる。
【００２０】
図５は、上記の実施の形態４を実施するための溶接装置の構成図である。以下、同図を参照して説明する。
アーク長切換信号設定回路ＳＴＣは、予め定めた高アーク長期間ＨＴｃ中はＨｉｇｈレベルとなり、予め定めた低アーク長期間ＬＴｃ中はＬｏｗレベルとなるアーク長切換信号ＳＴｃを出力する。出力切換信号タイマ回路ＴＴＯは、上記のアーク長切換信号ＳＴｃがＨｉｇｈレベルに変化した時点から予め定めた高出力期間ＨＴｏ中のみＨｉｇｈレベルとなる出力切換信号ＳＴｏを出力する。
【００２１】
溶接電源装置６は、上記のアーク長切換信号ＳＴｃに応じてユニットパルスを切り換えて溶接電流Ｉｗ及び溶接電圧Ｖｗを出力すると共に、溶接ワイヤ１の送給を制御するための送給制御信号Ｆｃを出力する。送給装置５は、上記の送給制御信号Ｆｃに従って溶接ワイヤ１の送給を制御する。溶接ワイヤ１は、溶接トーチ４を通って送給されて、母材２との間にアーク３が発生して溶融池２ａが形成される。レーザ発振装置９は、上記の出力切換信号ＳＴｏがＨｉｇｈレベルのときには出力値Ｐｗが高出力値となり、Ｌｏｗレベルのときは低出力値となるレーザ７を、レーザ照射ヘッド８を介して溶融池２ａに照射する。
【００２２】
図６は、上記の溶接電源装置６のブロック図である。出力制御回路ＩＮＶは、商用交流電源（３相２００Ｖ等）を入力として、後述する電流誤差増幅信号Ｅｉに従ってインバータ制御、サイリスタ位相制御等の出力制御を行い、溶接に適した溶接電流Ｉｗ及び溶接電圧Ｖｗを出力する。溶接ワイヤ１は、送給装置の送給ロール５ａの回転によって溶接トーチ４を通って送給されて、母材２との間でアーク３が発生する。
【００２３】
電圧検出回路ＶＤは、溶接電圧Ｖｗを検出して電圧検出信号Ｖｄを出力する。電圧平均化回路ＶＡＶは、上記の電圧検出信号Ｖｄを平均化して平均電圧信号Ｖａｖを出力する。電圧設定回路ＶＳは、予め定めた電圧設定信号Ｖｓを出力する。電圧誤差増幅回路ＥＶは、上記の電圧設定信号Ｖｓと平均電圧信号Ｖａｖとの誤差を増幅して、電圧誤差増幅信号Ｅｖを出力する。Ｖ／Ｆ変換回路Ｖ／Ｆは、上記の電圧誤差増幅信号Ｅｖの値に応じた周期（図１４のパルス周期ＨＴｆ、ＬＴｆ）毎に短時間だけＨｉｇｈレベルとなるパルス周期信号Ｔｆを出力する。単安定マルチバイブレータ回路ＭＭは、上記のパルス周期信号ＴｆがＨｉｇｈレベルに変化した時点から後述するピーク期間設定信号Ｔｐｓによって定まる期間だけＨｉｇｈレベルとなるピーク期間信号Ｔｐを出力する。ベース電流設定回路ＩＢは、予め定めたベース電流設定信号Ｉｂを出力する。電流設定切換回路ＳＩは、上記のピーク期間信号ＴｐがＨｉｇｈレベルのときにはａ側に切り換わり後述するピーク電流設定信号Ｓｉｐを電流制御設定信号Ｉｓｃとして出力し、Ｌｏｗレベルのときにはｂ側に切り換わり上記のベース電流設定信号Ｉｂを電流制御設定信号Ｉｓｃとして出力する。電流検出回路ＩＤは、溶接電流Ｉｗを検出して電流検出信号Ｉｄを出力する。電流誤差増幅回路ＥＩは、上記の電流制御設定信号Ｉｓｃと電流検出信号Ｉｄとの誤差を増幅して、電流誤差増幅信号Ｅｉを出力する。
【００２４】
第１のピーク期間設定回路ＨＴＰは、予め定めた第１のピーク期間設定信号Ｈｔｐを出力する。第２のピーク期間設定回路ＬＴＰは、予め定めた第２のピーク期間設定信号Ｌｔｐを出力する。ピーク期間設定切換回路ＳＴＰは、外部から入力されるアーク長切換信号ＳＴｃがＨｉｇｈレベルのときにはａ側に切り換わり第１のピーク期間設定信号Ｈｔｐをピーク期間設定信号Ｔｐｓとして出力し、Ｌｏｗレベルのときにはｂ側に切り換わり上記の第２のピーク期間設定信号Ｌｔｐをピーク期間設定信号Ｔｐｓとして出力する。第１のピーク電流設定回路ＨＩＰは、予め定めた第１のピーク電流設定信号Ｈｉｐを出力する。第２のピーク電流設定回路ＬＩＰは、予め定めた第２のピーク電流設定信号Ｌｉｐを出力する。ピーク電流設定切換回路ＳＩＰは、上記のアーク長切換信号ＳＴｃがＨｉｇｈレベルのときにはａ側に切り換わり上記の第１のピーク電流設定信号Ｈｉｐをピーク電流設定信号Ｓｉｐとして出力し、Ｌｏｗレベルのときにはｂ側に切り換わり上記の第２のピーク電流設定信号Ｌｉｐをピーク電流設定信号Ｓｉｐとして出力する。
【００２５】
図７は、上記のレーザ発振装置９のブロック図である。高出力設定回路ＨＰＳは、予め定めた高出力設定信号Ｈｐｓを出力する。低出力設定回路ＬＰＳは、予め定めた低出力設定信号Ｌｐｓを出力する。出力設定切換回路ＳＰＳは、外部からの出力切換信号ＳＴｏがＨｉｇｈレベルのときにはａ側に切り換わり上記の高出力設定信号Ｈｐｓを出力設定信号Ｐｓとして出力し、Ｌｏｗレベルのときにはｂ側に切り換わり上記の低出力設定信号Ｌｐｓを出力設定信号Ｐｓとして出力する。レーザ出力制御回路ＬＯＣは、上記の出力設定信号Ｐｓに応じた出力値Ｐｗでレーザを照射する。
【００２６】
上記の図５〜７で示す溶接装置は、実施の形態４を実施するためのものであるが、その構成の一部を変更することで実施の形態１〜３を実施するための溶接装置にもなる。すなわち、実施の形態１を実施するためには、図５に示す出力切換信号タイマ回路ＳＴＯを除去してアーク長切換信号ＳＴｃを直接レーザ発振装置９に入力すると共に、図７に示す低出力設定信号Ｌｐｓ＝０［Ｗ］に設定すればよい。また、実施の形態２を実施するためには、図７に示す低出力設定信号Ｌｐｓ＝０［Ｗ］に設定すればよい。また、実施の形態３を実施するためには、図５に示す出力切換信号タイマ回路ＳＴＯを除去してアーク長切換信号ＳＴｃを直接レーザ発振装置９に入力すればよい。
【００２７】
［実施の形態５］
図８は、本発明の実施の形態５を示す波形図である。同図（Ａ）は出力切換信号ＳＴｏの時間変化を示し、同図（Ｂ）はレーザの出力値Ｐｗの時間変化を示し、同図（Ｃ）は溶接電流Ｉｗの時間変化を示す。同図（Ａ）に示すように、出力切換信号ＳＴｏがＨｉｇｈレベルの高出力期間ＨＴｏになると、同図（Ｂ）に示すように、高出力値ＨＰｗでレーザが照射され、同図（Ｃ）に示すように、高アーク長期間ＨＴｃとして第１のピーク電流及び第１のピーク期間からなる溶接電流Ｉｗが通電する。続いて、同図（Ａ）に示すように、出力切換信号ＳＴｏがＬｏｗレベルの低出力期間ＬＴｏになると、同図（Ｂ）に示すように、レーザの照射は停止され、同図（Ｃ）に示すように、低アーク長期間ＬＴｃとして第２のピーク電流及び第２のピーク期間からなる溶接電流Ｉｗが通電する。上記の動作を繰り返し行う。
【００２８】
上述した実施の形態１と同様に、高出力値ＨＰｗのレーザの照射と高アーク長期間ＨＴｃとを同期させることによって、溶融池への入熱を大きくすることができ、他方低出力期間ＬＴｏ中はレーザを照射しないので高出力期間ＨＴｏ中と低出力期間ＬＴｏ中との溶融池の温度差を拡大することができる。さらに、高出力期間ＨＴｏ中はレーザの照射によって溶融池の照射部にキーホールが形成され、低出力期間ＬＴｏ中はレーザが照射されないのでこのキーホールは消滅する。このようにキーホールの形成と消滅に伴って、溶融池内の対流が激しくなる。上記の溶融池の温度差の拡大及び対流の促進によって溶融池の攪拌作用が活発になるので、ブローホールの削減効果が大幅に増大する。
【００２９】
［実施の形態６］
図９は、本発明の実施の形態６を示す波形図である。同図（Ａ）は出力切換信号ＳＴｏの時間変化を示し、同図（Ｂ）はレーザの出力値Ｐｗの時間変化を示し、同図（Ｃ）は溶接電流Ｉｗの時間変化を示す。同図（Ａ）に示すように、出力切換信号ＳＴｏがＨｉｇｈレベルの高出力期間ＨＴｏになると、同図（Ｂ）に示すように、高出力値ＨＰｗでレーザが照射され、同図（Ｃ）に示すように、この高出力期間ＨＴｏの開始時点から予め定めた高アーク長期間ＨＴｃ中のみ第１のピーク電流及び第１のピーク期間からなる溶接電流Ｉｗが通電し、その後は第２のピーク電流及び第２のピーク期間からなる溶接電流Ｉｗが通電する。続いて、同図（Ａ）に示すように、出力切換信号ＳＴｏがＬｏｗレベルの低出力期間ＬＴｏになると、同図（Ｂ）に示すように、レーザの照射は停止され、同図（Ｃ）に示すように、第２のピーク電流及び第２のピーク期間からなる溶接電流Ｉｗが通電する。したがって、同図（Ｃ）に示すように、上記の高アーク長期間ＨＴｃの終了時点から次の高出力期間ＨＴｏが開始するまでの期間が低アーク長期間ＬＴｃとなる。上記の動作を繰り返し行う。
【００３０】
上記の実施の形態６では、上述した実施の形態５のときと同様に溶融池の攪拌作用を活発化することに加えて、高アーク長期間ＨＴｃを調整することによって溶融池への入熱量を調整することができる。このために、ブローホールの削減効果を増大させた上で、ビード外観、溶け込み等の他の溶接品質も向上させることができる。
【００３１】
［実施の形態７］
図１０は、本発明の実施の形態７を示す波形図である。同図（Ａ）は出力切換信号ＳＴｏの時間変化を示し、同図（Ｂ）はレーザの出力値Ｐｗの時間変化を示し、同図（Ｃ）は溶接電流Ｉｗの時間変化を示す。同図（Ａ）に示すように、出力切換信号ＳＴｏがＨｉｇｈレベルの高出力期間ＨＴｏになると、同図（Ｂ）に示すように、高出力値ＨＰｗでレーザが照射され、同図（Ｃ）に示すように、高アーク長期間ＨＴｃとして第１のピーク電流及び第１のピーク期間からなる溶接電流Ｉｗが通電する。続いて、同図（Ａ）に示すように、出力切換信号ＳＴｏがＬｏｗレベルの低出力期間ＬＴｏになると、同図（Ｂ）に示すように、低出力値ＬＰｗでレーザが照射され、同図（Ｃ）に示すように、低アーク長期間ＬＴｃとして第２のピーク電流及び第２のピーク期間からなる溶接電流Ｉｗが通電する。上記の動作を繰り返し行う。
【００３２】
上記の実施の形態７では、上述した実施の形態５のときと同様に溶融池の攪拌作用を活発化することに加えて、高出力値ＨＰｗと低出力値ＬＰｗとの両値の差を調整することによって溶融池への入熱量を調整することができる。このために、ブローホールの削減効果を増大させた上で、ビード外観、溶け込み等の他の溶接品質も向上させることができる。
【００３３】
［実施の形態８］
図１１は、本発明の実施の形態８を示す波形図である。同図（Ａ）は出力切換信号ＳＴｏの時間変化を示し、同図（Ｂ）はレーザの出力値Ｐｗの時間変化を示し、同図（Ｃ）は溶接電流Ｉｗの時間変化を示す。同図（Ａ）に示すように、出力切換信号ＳＴｏがＨｉｇｈレベルの高出力期間ＨＴｏになると、同図（Ｂ）に示すように、高出力値ＨＰｗでレーザが照射され、同図（Ｃ）に示すように、この高出力期間ＨＴｏの開始時点から予め定めた高アーク長期間ＨＴｃ中のみ第１のピーク電流及び第１のピーク期間からなる溶接電流Ｉｗが通電し、その後は第２のピーク電流及び第２のピーク期間からなる溶接電流Ｉｗが通電する。続いて、同図（Ａ）に示すように、出力切換信号ＳＴｏがＬｏｗレベルの低出力期間ＬＴｏになると、同図（Ｂ）に示すように、低出力値ＬＰｗでレーザが照射され、同図（Ｃ）に示すように、第２のピーク電流及び第２のピーク期間からなる溶接電流Ｉｗが通電する。したがって、同図（Ｃ）に示すように、上記の高アーク長期間ＨＴｃの終了時点から次の高出力期間ＨＴｏが開始するまでの期間が低アーク長期間ＬＴｃとなる。上記の動作を繰り返し行う。
【００３４】
上記の実施の形態８では、上述した実施の形態５のときと同様に溶融池の攪拌作用を活発化することに加えて、高アーク長期間ＨＴｃ及び高出力値ＨＰｗと低出力値ＬＰｗとの両値の差を調整することによって溶融池への入熱量を調整することができる。このために、ブローホールの削減効果を増大させた上で、ビード外観、溶け込み等の他の溶接品質も向上させることができる。
【００３５】
図１２は、上記の実施の形態８を実施するための溶接装置の構成図である。同図において、上述した図５と同一の回路ブロックには同一符号を付してそれらの説明は省略する。以下、図５とは異なる点線で示す回路ブロックについて、同図を参照して説明する。
【００３６】
出力切換信号設定回路ＳＴＯは、予め定めた高出力期間ＨＴｏ中はＨｉｇｈレベルとなり、予め定めた低出力期間ＬＴｏ中はＬｏｗレベルとなる出力切換信号ＳＴｏを出力する。アーク長切換信号タイマ回路ＴＴＣは、上記の出力切換信号ＳＴｏがＨｉｇｈレベルに変化した時点から予め定めた高アーク長期間ＨＴｃ中だけＨｉｇｈレベルとなるアーク長切換信号ＳＴｃを出力する。また、溶接電源装置６のブロック図は上述した図６と同一であり、レーザ発振装置９のブロック図は上述した図７と同一である。
【００３７】
上記の図１２で示す溶接装置は、実施の形態８を実施するためのものであるが、その構成の一部を変更することで実施の形態５〜７を実施するための溶接装置にもなる。すなわち、実施の形態５を実施するためには、図１２に示すアーク長切換信号タイマ回路ＳＴＣを除去して出力切換信号ＳＴｏを直接溶接電源装置６に入力すると共に、図７に示す低出力設定信号Ｌｐｓ＝０［Ｗ］に設定すればよい。また、実施の形態６を実施するためには、図７に示す低出力設定信号Ｌｐｓ＝０［Ｗ］に設定すればよい。また、実施の形態７を実施するためには、図１２に示すアーク長切換信号タイマ回路ＳＴＣを除去して出力切換信号ＳＴｏを直接溶接電源装置６に入力すればよい。
【００３８】
［効果］
図１３は、レーザを照射しない従来技術のアーク長揺動パルスアーク溶接方法と、本発明のレーザ照射アーク長揺動パルスアーク溶接方法とのブローホールの削減効果を比較した図である。同図において、横軸はアーク長切換周波数１／Ｔｃ［Ｈｚ］を示し、縦軸は溶接ビードの単位長さ当りのブローホール数［個／ｃｍ］を示す。主な溶接条件は以下のとおりである。母材にはブローホールが非常に発生しやすい材料である板厚３ｍｍのアルミニウム合金鋳物ＡＣ４Ｃ材を、溶接ワイヤには直径１．６ｍｍのＡ４０４３材を使用して、平均溶接電流Ｉｗ＝１００Ａ、平均溶接電圧Ｖｗ＝２０Ｖ、レーザの高出力値ＨＰｗ＝３ｋＷでパルスＭＩＧ溶接した場合である。このときの第１のピーク電流ＨＩｐ＝４００Ａ、第１のピーク期間ＨＴｐ＝１．４ｍｓ、第２のピーク電流ＬＩｐ＝３７０Ａ、第２のピーク期間ＬＴｐ＝０．８ｍｓである。
【００３９】
同図において、従来技術ではアーク長切換周波数によってブローホールの発生個数が大きく変化し、Ｘ１点で示す２０Ｈｚのときにブローホール数が最小となる。このようにアーク長切換周波数によってブローホール数が変化する理由は、溶融池のサイズ、成分等によって共振周波数が定まるため、アーク長切換周波数がこの共振周波数と略一致したときに溶融池の攪拌作用が最も活発化されるためである。ちなみに、Ｘ２点で示すアーク長周波数が０Ｈｚのときが、アーク長を揺動させない通常のパルスＭＩＧ溶接の場合のブローホール数を示している。
【００４０】
同図から明らかなように、従来技術におけるブローホール数は最小値Ｘ１点であってもまだ５個／ｃｍ程度存在しており良好な溶接品質とは言えない。これに対して、本発明におけるブローホール数は最小値Ｙ１点で１個／ｃｍと大幅に削減されており良好な溶接品質となる。
【００４１】
【発明の効果】
本発明のレーザ照射アーク長揺動パルスアーク溶接方法によれば、アーク長揺動中の高アーク長期間と高出力値でのレーザの照射とを同期させることによって溶融池の攪拌作用を活発化させることができるので、ブローホールが非常に発生しやすい材料であるアルミニウム合金鋳物、亜鉛メッキ鋼板等の溶接においてもブローホール数を大幅に削減させて良好な溶接品質を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る波形図である。
【図２】本発明の実施の形態２に係る波形図である。
【図３】本発明の実施の形態３に係る波形図である。
【図４】本発明の実施の形態４に係る波形図である。
【図５】本発明の実施の形態４に係る溶接装置の構成図である。
【図６】本発明に係る溶接電源装置のブロック図である。
【図７】本発明に係るレーザ発振装置のブロック図である。
【図８】本発明の実施の形態５に係る波形図である。
【図９】本発明の実施の形態６に係る波形図である。
【図１０】本発明の実施の形態７に係る波形図である。
【図１１】本発明の実施の形態８に係る波形図である。
【図１２】本発明の実施の形態８に係る溶接装置の構成図である。
【図１３】本発明のブローホール数の削減効果を示す図である。
【図１４】従来技術に係るアーク長揺動パルスアーク溶接方法の電流電圧波形図である。
【図１５】従来技術に係るパルスアーク溶接におけるピーク期間Ｔｐ及びピーク電流Ｉｐの１パルス１溶滴移行範囲を示す図である。
【符号の説明】
１　溶接ワイヤ
２　母材
２ａ　溶融池
３　アーク
４　溶接トーチ
５　送給装置
５ａ　送給ロール
６　溶接電源装置
７　レーザ
８　レーザ照射ヘッド
９　レーザ発振装置
ＥＩ　電流誤差増幅回路
Ｅｉ　電流誤差増幅信号
ＥＶ　電圧誤差増幅回路
Ｅｖ　電圧誤差増幅信号
ＨＩｂ　第１のベース電流
ＨＩＰ　第１のピーク電流設定回路
ＨＩｐ　第１のピーク電流（設定信号）
ＨＬａ　高アーク長
ＨＰＳ　高出力設定回路
Ｈｐｓ　高出力設定信号
ＨＰｗ　高出力値
ＨＴｂ　第１のベース期間
ＨＴｃ　高アーク長期間
ＨＴｆ　第１のパルス周期
ＨＴｏ　高出力期間
ＨＴＰ　第１のピーク期間設定回路
ＨＴｐ　第１のピーク期間（設定信号）
ＩＢ　ベース電流設定回路
Ｉｂ　ベース電流設定信号
ＩＤ　電流検出回路
Ｉｄ　電流検出信号
ＩＮＶ　出力制御回路
Ｉｓｃ　電流制御設定信号
Ｉｗ　溶接電流
ＬＩｂ　第２のベース電流
ＬＩＰ　第２のピーク電流設定回路
ＬＩｐ　第２のピーク電流（設定信号）
ＬＬａ　低アーク長
ＬＯＣ　レーザ出力制御回路
ＬＰＳ　低出力設定回路
Ｌｐｓ　低出力設定信号
ＬＰｗ　低出力値
ＬＴｂ　第２のベース期間
ＬＴｃ　低アーク長期間
ＬＴｆ　第２のパルス周期
ＬＴｏ　低出力期間
ＬＴＰ　第２のピーク期間設定回路
ＬＴｐ　第２のピーク期間（設定信号）
ＭＭ　単安定マルチバイブレータ回路
Ｐｗ　レーザの出力値
Ｐｓ　出力設定信号
ＳＩ　電流設定切換回路
ＳＩＰ　ピーク電流設定切換回路
Ｓｉｐ　ピーク電流設定切換信号
ＳＰＳ　出力設定切換回路
ＳＴＣ　アーク長切換信号設定回路
ＳＴｃ　アーク長切換信号
ＳＴＯ　出力切換信号設定回路
ＳＴｏ　出力切換信号
ＳＴＰ　ピーク期間設定切換回路
Ｔｃ　アーク長切換周期
Ｔｆ　パルス周期信号
Ｔｏ　出力切換周期
Ｔｐ　ピーク期間信号
Ｔｐｓ　ピーク期間設定信号
ＴＴＣ　アーク長切換信号タイマ回路
ＴＴＯ　出力切換信号タイマ回路
Ｖ／Ｆ　Ｖ／Ｆ変換回路
ＶＡＶ　電圧平均化回路
Ｖａｖ　平均電圧信号
ＶＤ　電圧検出回路
Ｖｄ　電圧検出信号
ＶＳ　電圧設定回路
Ｖｓ　電圧設定（値／信号）
Ｖｗ　溶接電圧
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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