(57)【要約】【課題】溶接トーチから送給される溶接ワイヤ３と母材１との間にアーク２を発生し、前記溶接ワイヤ３の溶接狙い位置Ｐａの前方のレーザ照射位置Ｐｂにレーザトーチからレーザ５を照射し、前記溶接トーチ及び前記レーザトーチから成る加工ヘッドを移動して溶接するレーザ照射アーク溶接において、溶接終了時にレーザ照射及びアーク溶接を同時に終了すると溶接終了部に一部分だけが溶融する不具合が発生する場合がある。【解決手段】本発明では、前記加工ヘッドの移動によって前記レーザ照射位置Ｐｂが予め定めた溶接終了位置Ｐｃに到達すると、前記レーザ５の照射を終了し、さらに加工ヘッドが移動して前記溶接狙い位置Ｐａが前記溶接終了位置Ｐｃに到達すると、前記加工ヘッドの移動を停止すると共に、アーク溶接を終了する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接トーチから送給される溶接ワイヤと母材との間にアークを発生し、前記溶接ワイヤの溶接狙い位置の前方のレーザ照射位置にレーザトーチからレーザを照射し、前記溶接トーチ及び前記レーザトーチから成る加工ヘッドを移動して溶接するレーザ照射アーク溶接において、
前記加工ヘッドの移動によって前記レーザ照射位置が予め定めた溶接終了位置に到達すると、前記レーザの照射を終了し、さらに加工ヘッドが移動して前記溶接狙い位置が前記溶接終了位置に到達すると、前記加工ヘッドの移動を停止すると共にアーク溶接を終了することを特徴とするレーザ照射アーク溶接の溶接終了方法。
【請求項２】
加工ヘッドの移動によってレーザ照射位置が予め定めた溶接終了位置よりも先の予め定めたレーザ照射終了位置に到達したときにレーザの照射を終了する請求項１に記載のレーザ照射アーク溶接の溶接終了方法。
【請求項３】
加工ヘッドの移動によってレーザ照射位置が予め定めた溶接終了位置よりも手前の予め定めたレーザ照射終了位置に到達したときにレーザの照射を終了する請求項１に記載のレーザ照射アーク溶接の溶接終了方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アーク発生部の前方にレーザを照射しながら溶接するレーザ照射アーク溶接に関し、特に、溶接終了時にレーザ照射を終了するタイミングに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図８は、レーザ照射アーク溶接装置の構成図である。ロボット本体８の先端部には加工ヘッド７が取り付けられている。この加工ヘッド７は、アーク溶接用の溶接トーチ４及びレーザ照射用のレーザトーチ６から成る。溶接ワイヤ３は、上記の溶接トーチ４から送給されて、母材１との間にアーク２が発生する。このアーク発生部の前方に上記のレーザトーチ６からレーザ５が照射される。レーザ照射位置Ｐｂは、溶接ワイヤ３の溶接狙い位置Ｐａから溶接方向にトーチ間隔Ｌａ［ｍｍ］だけ前方の位置となる。これにより、レーザ照射によって前方に溶融部を形成し、アーク２による溶融池の形成を先導・補充することができるので、２ｍ／ｍｉｎを超える高速溶接が可能となる。さらに、レーザ５の照射部にプルーム及びプラズマが生成されてアーク２が誘導される作用もあり、高速溶接時のアーク発生状態を安定化することができる。
【０００３】
ロボット制御装置１１は、上記のロボット本体８の動作を制御するための動作制御信号Ｍｃを出力すると共に、アーク溶接及びレーザ照射の開始／停止タイミングを同期制御するための出力同期信号Ｓｃを出力する。溶接電源装置９は、アーク溶接を維持するための溶接電流Ｉｗ及び溶接電圧を出力すると共に、上記の溶接ワイヤ３の送給を制御し、上記の出力同期信号Ｓｃを入力としてアーク溶接の開始／停止を制御する。レーザ発振装置１０は、上記の出力同期信号Ｓｃを入力として、所定のレーザ出力値Ｐｗ［ｋＷ］でのレーザ５の照射の開始／停止を制御する。
【０００４】
上記のレーザ照射アーク溶接装置において、ロボット制御装置１１に溶接開始指令が入力されると、ロボット本体８が動作して加工ヘッド７が溶接開始位置に移動する。加工ヘッド７が溶接開始位置に到達すると、出力同期信号Ｓｃが出力されて、溶接ワイヤ３が送給されてアーク溶接が開始すると共に、レーザ照射も開始する。溶接中は、加工ヘッド７は予め定めた教示動作データに従って移動し、アーク発生部前方にレーザ５を照射しながら溶接が進行する。そして、加工ヘッド７が溶接終了位置に到達すると、後述するように、アーク溶接及びレーザ照射が終了する。
【０００５】
図９は、溶接終了時の溶接部の模式図である。また、図１０は、同図（Ａ）に示す加工ヘッドの移動速度すなわち溶接速度Ｗｓ、同図（Ｂ）に示すレーザ出力値Ｐｗ、及び同図（Ｃ）に示すアーク溶接の溶接電流Ｉｗの溶接終了時のタイミングチャートである。以下、両図を参照して溶接終了時の動作を説明する。
【０００６】
図９に示すように、加工ヘッドが溶接しながら移動し、時刻ｔ１において溶接狙い位置Ｐａが予め定めた溶接終了位置Ｐｃに到達すると、加工ヘッドの移動を停止すると共に、アーク溶接及びレーザ照射も同時に終了する。このために、レーザ照射位置Ｐｂは、溶接終了時点では溶接終了位置Ｐｃよりもトーチ間隔Ｌａだけ前方を照射することになる。上記のタイミングを図１０によって説明すると、時刻ｔ１において溶接狙い位置Ｐａが溶接終了位置Ｐｃに到達すると、同図（Ａ）に示すように、加工ヘッドは停止するので溶接速度Ｗｓは零となる。同時に、同図（Ｂ）に示すように、レーザ出力値Ｐｗも零となりレーザ照射は終了し、同図（Ｃ）に示すように、溶接電流Ｉｗも零となりアーク溶接も終了する。上述したように、従来技術では、溶接終了位置Ｐｃに溶接終了部を形成するために、溶接狙い位置Ｐａが溶接終了位置Ｐｃに到達したときに、レーザ照射及びアーク溶接を終了する（例えば、特許文献１及び２を参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−３１２９７１号公報
【特許文献２】
特開２００１−２７６９８８号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述した図９から明らかなように、溶接終了時において、溶接狙い位置Ｐａは溶接終了位置Ｐｃと一致して溶接終了部を形成する。しかし、このときにレーザ照射位置Ｐｂは溶接終了位置Ｐｃよりも前方となるために、溶接終了部よりもさらに前方となる。これは、上記のトーチ間隔Ｌａは５ｍｍ程度に設定されることも多いために、レーザ照射位置Ｐｂが溶接終了部の終端又はそれよりも先になる。この状態の溶接ビードの外観図及び断面図を図１１に示す。同図（Ａ）に示すように、溶接ビード１ａの終了部終端１ｂよりも少し前方部分が、レーザ照射によって一部溶融１ｃする。この一部溶融部１ｃは、同図（Ｂ）に示すように、溶接ビード１ａの溶け込みよりも浅い溶け込みとなる。このために、溶接ビード１ａの終了部の外観が悪くなる。さらに、一部溶融部１ｃが形成されると、溶接部の強度が劣化することになる。
【０００９】
そこで、本発明では、レーザ照射による一部溶融部を発生させないで健全な溶接終了部を形成することができるレーザ照射アーク溶接の溶接終了方法を提供する。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、請求項１の発明は、溶接トーチから送給される溶接ワイヤと母材との間にアークを発生し、前記溶接ワイヤの溶接狙い位置の前方のレーザ照射位置にレーザトーチからレーザを照射し、前記溶接トーチ及び前記レーザトーチから成る加工ヘッドを移動して溶接するレーザ照射アーク溶接において、
前記加工ヘッドの移動によって前記レーザ照射位置が予め定めた溶接終了位置に到達すると、前記レーザの照射を終了し、さらに加工ヘッドが移動して前記溶接狙い位置が前記溶接終了位置に到達すると、前記加工ヘッドの移動を停止すると共にアーク溶接を終了することを特徴とするレーザ照射アーク溶接の溶接終了方法である。
【００１１】
また、請求項２の発明は、加工ヘッドの移動によってレーザ照射位置が予め定めた溶接終了位置よりも先の予め定めたレーザ照射終了位置に到達したときにレーザの照射を終了する請求項１に記載のレーザ照射アーク溶接の溶接終了方法である。
【００１２】
また、請求項３の発明は、加工ヘッドの移動によってレーザ照射位置が予め定めた溶接終了位置よりも手前の予め定めたレーザ照射終了位置に到達したときにレーザの照射を終了する請求項１に記載のレーザ照射アーク溶接の溶接終了方法である。
【００１３】
【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。
【００１４】
［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１に係るレーザ照射アーク溶接の溶接終了方法を示す溶接終了時の溶接部の模式図である。また、図２は、同図（Ａ）に示す加工ヘッドの移動速度すなわち溶接速度Ｗｓ、同図（Ｂ）に示すレーザ出力値Ｐｗ、及び同図（Ｃ）に示すアーク溶接の溶接電流Ｉｗの溶接終了時のタイミングチャートである。溶接装置については、上述した図８と同一であるが、出力同期信号Ｓｃによるレーザ照射及びアーク溶接の終了タイミングが後述するように異なる。以下、両図を参照して溶接終了時の動作を説明する。
【００１５】
図１（Ａ）に示すように、加工ヘッドが溶接しながら移動し、時刻ｔ１においてレーザ照射位置Ｐｂが予め定めた溶接終了位置Ｐｃに到達すると、加工ヘッドの移動はそのまま継続し、レーザの照射をこの時点で終了し、溶接電流Ｉｗの通電はそのままでアーク溶接は継続する。その後、図１（Ｂ）に示すように、加工ヘッドが移動して溶接狙い位置Ｐａが溶接終了位置Ｐｃに到達すると、加工ヘッドの移動を停止し、溶接電流の通電も零になりアーク溶接も終了する。
【００１６】
上記のタイミングを図２によって説明する。時刻ｔ１において、レーザ照射位置Ｐｂが溶接終了位置Ｐｃに到達すると、同図（Ａ）に示すように、加工ヘッドはそのまま移動するので溶接速度Ｗｓはそのまま維持する。他方、同図（Ｂ）に示すように、レーザ出力値Ｐｗは零になりレーザの照射は終了する。また、同図（Ｃ）に示すように、溶接電流Ｉｗはそのままでありアーク溶接は継続する。その後、時刻ｔ２において、溶接狙い位置Ｐａが溶接終了位置Ｐｃに到達すると、同図（Ａ）に示すように、加工ヘッドは停止するので溶接速度Ｗｓは零となる。同時に、同図（Ｃ）に示すように、溶接電流Ｉｗも零となりアーク溶接も終了する。
【００１７】
このように、溶接了部を形成するときに、溶接終了位置Ｐｃよりも前方部分にはレーザは照射されないので、上述した一部溶融部が発生しない。このために、健全な溶接終了部を形成することができる。
【００１８】
上記において、レーザ照射位置Ｐｂ及び溶接狙い位置Ｐａが溶接終了位置Ｐｃに到達したことを判別する方法を以下に説明する。図８で上述した溶接ロボットを使用する場合、溶接狙い位置Ｐａの動作軌跡（溶接開始位置、溶接経路及び溶接終了位置Ｐｃ）を予め教示する。そして、実際の溶接時には、溶接狙い位置Ｐａがこの教示動作データどおり移動するように加工ヘッドが移動する。また、溶接狙い位置Ｐａとレーザ照射位置Ｐｂとの距離である上述したトーチ間隔Ｌａが予め定められた値であるので、ロボット制御装置は、動作を制御している溶接狙い位置Ｐａからトーチ間隔Ｌａだけ前方にレーザ照射位置Ｐｂがあることを認識することができる。したがって、ロボット制御装置は、レーザ照射位置Ｐｂが溶接終了位置Ｐｃに到達したことを判別し、出力同期信号Ｓｃによってレーザの照射を終了させることができる。溶接ロボットを使用しない自動溶接装置の場合も同様である。また、レーザ照射位置ＰｂをＣＣＤカメラ、センサ等によって検出することもできる。
【００１９】
［実施の形態２］
図３は、本発明の実施の形態２に係るレーザ照射アーク溶接の溶接終了方法を示す溶接終了時の溶接部の模式図である。また、図４は、同図（Ａ）に示す溶接速度Ｗｓ、同図（Ｂ）に示すレーザ出力値Ｐｗ、及び同図（Ｃ）に示すアーク溶接の溶接電流Ｉｗの溶接終了時のタイミングチャートである。溶接装置については、上述した図８と同一であるが、出力同期信号Ｓｃによってレーザ照射が終了するタイミングが異なる。以下、両図を参照して溶接終了時の動作を説明する。
【００２０】
図３（Ａ）に示すように、加工ヘッドが溶接しながら移動し、時刻ｔ１１においてレーザ照射位置Ｐｂが予め定めた溶接終了位置Ｐｃよりも先距離Ｌｄだけ先のレーザ照射終了位置Ｐｄに到達すると、加工ヘッドの移動はそのまま継続し、レーザの照射をこの時点で終了し、溶接電流Ｉｗの通電はそのままでアーク溶接は継続する。その後、図３（Ｂ）に示すように、加工ヘッドが移動して溶接狙い位置Ｐａが溶接終了位置Ｐｃに到達すると、加工ヘッドの移動を停止し、溶接電流の通電も零にしてアーク溶接を終了する。
【００２１】
上記のタイミングを図４によって説明する。時刻ｔ１１において、レーザ照射位置Ｐｂが溶接終了位置Ｐｃよりも先のレーザ照射終了位置Ｐｄに到達すると、同図（Ａ）に示すように、加工ヘッドはそのまま移動するので溶接速度Ｗｓはそのまま維持する。他方、同図（Ｂ）に示すように、レーザ出力値Ｐｗは零になりレーザの照射は終了する。また、同図（Ｃ）に示すように、溶接電流Ｉｗはそのままでありアーク溶接は継続する。その後、時刻ｔ２において、溶接狙い位置Ｐａが溶接終了位置Ｐｃに到達すると、同図（Ａ）に示すように、加工ヘッドは停止するので溶接速度Ｗｓは零となる。同時に、同図（Ｃ）に示すように、溶接電流Ｉｗも零となりアーク溶接も終了する。
【００２２】
このようにレーザ照射を終了するタイミングを、時刻ｔ１の溶接終了位置Ｐｃではなくそれよりも先のレーザ照射終了位置Ｐｄにする理由は、以下のとおりである。厚板溶接において、溶接終了部に十分な入熱を与えて十分な溶け込みを得るために、溶接終了部終端に上述した一部溶融部を形成しない範囲で上記の先距離Ｌｄを設定する。そして、時刻ｔ１〜ｔ１１の期間中は、レーザ照射による入熱を与えている。この結果、十分な溶け込みを有する健全な溶接終了部を得ることができる。上記の先距離Ｌｄは、トーチ間隔Ｌａよりも短い距離であり、母材の板厚、継手形状、溶接速度等に応じて適正値に設定する。また、レーザ照射位置Ｐｂがレーザ照射終了位置Ｐｄに到達したことを以下のようにして判別することができる。すなわち、レーザ照射終了位置Ｐｄは溶接狙い位置Ｐａのトーチ間隔Ｌａ＋先距離Ｌｄだけ前方にあるので、ロボット制御装置はこのレーザ照射終了位置Ｐｄを認識することができる。
【００２３】
［実施の形態３］
図５は、本発明の実施の形態３に係るレーザ照射アーク溶接の溶接終了方法を示す溶接終了時の溶接部の模式図である。また、図６は、同図（Ａ）に示す溶接速度Ｗｓ、同図（Ｂ）に示すレーザ出力値Ｐｗ、及び同図（Ｃ）に示すアーク溶接の溶接電流Ｉｗの溶接終了時のタイミングチャートである。以下、両図を参照して溶接終了時の動作を説明する。
【００２４】
図５（Ａ）に示すように、加工ヘッドが溶接しながら移動し、時刻ｔ０において、レーザ照射位置Ｐｂが予め定めた溶接終了位置Ｐｃよりも手前距離Ｌｅだけ手前のレーザ照射終了位置Ｐｅに到達すると、加工ヘッドの移動はそのまま継続し、レーザの照射をこの時点で終了し、溶接電流Ｉｗの通電はそのままでアーク溶接は継続する。その後、図５（Ｂ）に示すように、加工ヘッドが移動して溶接狙い位置Ｐａが溶接終了位置Ｐｃに到達すると、加工ヘッドの移動を停止し、溶接電流の通電も零になりアーク溶接も終了する。
【００２５】
上記のタイミングを図６によって説明する。時刻ｔ０において、レーザ照射位置Ｐｂが溶接終了位置Ｐｃよりも手前のレーザ照射終了位置Ｐｅに到達すると、同図（Ａ）に示すように、加工ヘッドはそのまま移動するので溶接速度Ｗｓはそのまま維持する。他方、同図（Ｂ）に示すように、レーザ出力値Ｐｗは零になりレーザ照射は終了する。また、同図（Ｃ）に示すように、溶接電流Ｉｗはそのままでありアーク溶接は継続する。その後、時刻ｔ２において、溶接狙い位置Ｐａが溶接終了位置Ｐｃに到達すると、同図（Ａ）に示すように、加工ヘッドは停止するので溶接速度Ｗｓは零となる。同時に、同図（Ｃ）に示すように、溶接電流Ｉｗも零となりアーク溶接も終了する。
【００２６】
このようにレーザ照射を終了するタイミングを、時刻ｔ１の溶接終了位置Ｐｃではなくそれよりも手前のレーザ照射終了位置Ｐｅにする理由は、以下のとおりである。レーザ照射を溶接終了位置Ｐｃで終了した場合、母材の板厚が薄いときには溶接終了部に余分な入熱を与えることになり、溶け落ちが発生しやすくなる。これを防止するために、時刻ｔ０〜ｔ１の期間は、レーザ照射を停止する。この結果、薄板溶接において、溶け落ちのない健全な溶接終了部を得ることができる。上記の手前距離Ｌｅは、母材の板厚、継手形状、溶接速度等に応じて適正値に設定する。レーザ照射終了位置Ｐｅは、溶接狙い位置Ｐａにトーチ間隔Ｌａ−手前距離Ｌｅを加算した位置として、ロボット制御装置は認識することができる。
【００２７】
図７に、本発明による溶接ビードの外観図及び断面図の一例を示す。上述した図１１のような溶接終了部に一部溶融部は発生せず、健全な溶接終了部が形成されている。
【００２８】
【発明の効果】
請求項１記載のレーザ照射アーク溶接の溶接終了方法によれば、溶接終了位置でレーザの照射を終了し、その後にアーク溶接を終了することによって、一部溶融部の発生しない健全な溶接終了部を形成することができる。
【００２９】
請求項２記載のレーザ照射アーク溶接の溶接終了方法によれば、溶接終了位置よりも先のレーザ照射終了位置においてレーザの照射を終了することによって、上記の効果に加えて、厚板溶接において溶接終了部に十分な溶け込みを得ることができる。
【００３０】
請求項３記載のレーザ照射アーク溶接の溶接終了方法によれば、溶接終了位置よりも手前のレーザ照射終了位置においてレーザの照射を終了することによって、請求項１の発明の効果に加えて、薄板溶接において溶接終了部に溶け落ちが発生しない健全な溶接終了部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に係る溶接終了時の溶接部の模式図である。
【図２】図１における溶接速度Ｗｓ、レーザ出力値Ｐｗ及び溶接電流Ｉｗのタイミングチャートである。
【図３】本発明の実施の形態２に係る溶接終了時の溶接部の模式図である。
【図４】図３における溶接速度Ｗｓ、レーザ出力値Ｐｗ及び溶接電流Ｉｗのタイミングチャートである。
【図５】本発明の実施の形態３に係る溶接終了時の溶接部の模式図である。
【図６】図５における溶接速度Ｗｓ、レーザ出力値Ｐｗ及び溶接電流Ｉｗのタイミングチャートである。
【図７】本発明による溶接ビードの外観図及び断面図である。
【図８】従来技術のレーザ照射アーク溶接装置の構成図である。
【図９】従来技術における溶接終了時の溶接部の模式図である。
【図１０】図９における溶接速度Ｗｓ、レーザ出力値Ｐｗ及び溶接電流Ｉｗのタイミングチャートである。
【図１１】従来技術による溶接ビードの外観図及び断面図である。
【符号の説明】
１            母材
１ａ            溶接ビード
１ｂ            溶接終了部終端
１ｃ            一部溶融部
２            アーク
３            溶接ワイヤ
４            溶接トーチ
５            レーザ
６            レーザトーチ
７            加工ヘッド
８            ロボット本体
９            溶接電源装置
１０            レーザ発振装置
１１            ロボット制御装置
Ｉｗ            溶接電流
Ｌａ            トーチ間隔
Ｌｄ            先距離
Ｌｅ            手前距離
Ｍｃ            動作制御信号
Ｐａ            溶接狙い位置
Ｐｂ            レーザ照射位置
Ｐｃ            溶接終了位置
Ｐｄ、Ｐｅ        レーザ照射終了位置
Ｐｗ            レーザ出力値
Ｓｃ            出力同期信号
Ｗｓ            溶接速度
【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】
2004337934.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
2004337934.tif 000013