(57)【要約】【課題】ウィービングしながら行う手動のアーク溶接において、ウィービング操作の周期の変動を抑制する。【解決手段】電極１と母材２との間にアーク３を発生させるための溶接電流Ｉｗ及び溶接電圧Ｖｗを出力するアーク溶接装置において、ウィービングの周期を設定するウィービング周期設定部ＴＲと、溶接電流Ｉｗの通電を判別する通電判別部ＣＤと、溶接電流Ｉｗの通電が判別された時点から所定期間が経過した以降に設定されたウィービング周期に同期してサウンドを鳴らすサウンド出力部ＳＤとを備える。これにより、ウィービング周期に同期してサウンドが出力されて音が鳴るので、溶接作業者はこれをガイド音としてウィービング操作を行うことで、ウィービング操作の周期の変動を抑制することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極と母材との間にアークを発生させるための溶接電流及び溶接電圧を出力するアーク溶接装置において、
ウィービングの周期を設定するウィービング周期設定部と、この設定されたウィービング周期に同期してサウンドを鳴らすサウンド出力部と、
を備えたことを特徴とするアーク溶接装置。
【請求項２】
前記溶接電流の通電を判別する通電判別部をさらに備え、前記サウンド出力部は、前記溶接電流の通電が判別された時点から所定期間が経過した以降に前記設定されたウィービング周期に同期して前記サウンドを鳴らす、
ことを特徴とする請求項１記載のアーク溶接装置。
【請求項３】
前記溶接電圧又は前記溶接電流の振動波形を判別する振動判別部をさらに備え、前記サウンド出力部は、前記振動波形が判別された以降に前記設定されたウィービング周期に同期して前記サウンドを鳴らす、
ことを特徴とする請求項１記載のアーク溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウィービングしながら行う手動溶接において、ウィービング操作の周期の変動を抑制することができるアーク溶接装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
非消耗電極アーク溶接、消耗電極アーク溶接、プラズマアーク溶接等のアーク溶接をするときに、ビード幅を広げるために溶接方向と直交する方向（左右方向）にウィービングを行うことがよくある。このときに、継手形状、溶接部のギャップ長、溶接速度等が設定されると、それに対応した適正なウィービングの振幅及び周期が決まる。したがって、ロボット溶接等の自動溶接の場合には、ウィービングの振幅及び周期を適正値に設定すれば、溶接トーチは正確に設定通りにウィービングされることになる。
【０００３】
他方、溶接作業者が溶接トーチを手で把持して行う手動溶接の場合には、ウィービングの振幅及び周期を適正値に正確に維持することができるかは各自の技量に左右されることになる。熟練した溶接作業者の場合には、永年の経験と技量によってウィービング操作の振幅及び周期を小さな変動内に収めることができる。熟練した溶接作業者でない場合でも、ウィービング操作の振幅は、溶接中のビード幅を観察することによって変動を小さくすることができる。しかし、ウィービング操作の周期については、ビードの観察から容易には判断することが難しいために、大きな変動が生じやすい。
【０００４】
特許文献１の発明では、手動溶接において、アーク長が変化すると溶接電圧が変化するので、この溶接電圧の変化に応じて周波数が変化するサウンドが溶接装置から出力される。このために、溶接作業者は溶接中のアーク長の変化をサウンドの音で判別することができ、アーク長を一定に維持することが容易になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１８３１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明では、ウィービングしながら行う手動のアーク溶接において、ウィービング操作の周期の変動を抑制することができるアーク溶接装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決するために、請求項１の発明は、電極と母材との間にアークを発生させるための溶接電流及び溶接電圧を出力するアーク溶接装置において、
ウィービングの周期を設定するウィービング周期設定部と、この設定されたウィービング周期に同期してサウンドを鳴らすサウンド出力部と、
を備えたことを特徴とするアーク溶接装置である。
【０００８】
請求項２の発明は、前記溶接電流の通電を判別する通電判別部をさらに備え、前記サウンド出力部は、前記溶接電流の通電が判別された時点から所定期間が経過した以降に前記設定されたウィービング周期に同期して前記サウンドを鳴らす、
ことを特徴とする請求項１記載のアーク溶接装置である。
【０００９】
請求項３の発明は、前記溶接電圧又は前記溶接電流の振動波形を判別する振動判別部をさらに備え、前記サウンド出力部は、前記振動波形が判別された以降に前記設定されたウィービング周期に同期して前記サウンドを鳴らす、
ことを特徴とする請求項１記載のアーク溶接装置である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、設定されたウィービング周期に同期して音が鳴るので、これをガイド音として、溶接作業者は溶接トーチのウィービング操作を行うことができる。このために、熟練した溶接作業者でなくても、溶接トーチのウィービング操作の周期の変動を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１に係るアーク溶接装置のブロック図である。
【図２】図１のアーク溶接装置の各信号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に係るアーク溶接装置のブロック図である。
【図４】図３のアーク溶接装置の各信号のタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００１３】
［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１に係るアーク溶接装置のブロック図である。同図は、アーク溶接装置が非消耗電極アーク溶接装置の場合であるが、消耗電極アーク溶接装置及びプラズマアーク溶接装置の場合も同様である。以下、同図を参照して各ブロックについて説明する。
【００１４】
溶接電源ＰＳは、一般的な定電流特性を有する非消耗電極アーク溶接用の溶接電源であり、設定された溶接電流Ｉｗを出力する。溶接トーチ４の先端に装着されたタングステン等の電極１と母材２との間に溶接電流Ｉｗが通電するアーク３が発生し、溶接電圧Ｖｗが印加する。アークを点弧させるために、高周波高電圧が溶接電圧Ｖｗに重畳されるが、この高周波高電圧発生回路については、図示は省略する。
【００１５】
トーチスイッチＳＴは、溶接トーチ４に設けられており、溶接作業者がオンするとＨｉｇｈレベルになる溶接開始信号Ｓｔを上記の溶接電源ＰＳに出力する。この溶接開始信号ＳｔがＨｉｇｈレベルになると、溶接電源ＰＳは起動される。溶接電流検出回路ＩＤは、上記の溶接電流Ｉｗを検出して、電流検出信号Ｉｄを出力する。通電判別回路ＣＤは、この電流検出信号Ｉｄを入力として、この値が予め定めたしきい値以上になるとＨｉｇｈレベルとなる通電判別信号Ｃｄを出力する。しきい値は、溶接電流Ｉｗが通電していることを判別できるように１Ａ程度に設定される。通電判別信号ＣｄがＨｉｇｈレベルであるときは、アーク３が略発生しているときである。
【００１６】
ウィービング周期設定回路ＴＲは、予め定めたウィービング周期設定信号Ｔｒを出力する。このウィービング周期設定信号Ｔｒは、例えば１秒に設定される。ウィービング周期設定信号Ｔｒは、上述したように、継手形状、溶接部のギャップ長、溶接速度等に応じて、溶接作業者が手動で適正値に設定する。この回路は、半固定抵抗器及び表示器を備えた回路として実現しても良い。また、直接数字を入力するようにしても良い。
【００１７】
サウンド出力回路ＳＤは、上記の通電判別信号Ｃｄ及び上記のウィービング周期設定信号Ｔｒを入力として、通電判別信号ＣｄがＨｉｇｈレベル（通電）に変化した時点から予め定めた初期期間Ｔｓが経過した後に、ウィービング周期設定信号Ｔｒによって定まるウィービング周期Ｔに同期してサウンドＳｄを鳴らす。ウィービング周期Ｔに同期してサウンドＳｄを鳴らすとは、例えば、ウィービング周期、半周期又は１／４周期ごとに「ピー」という音を短時間鳴らす。ウィービング周期が１秒であるときは、１秒、０．５秒又は０．２５秒ごとに音を鳴らす。
【００１８】
上記の溶接電流検出回路ＩＤ、上記の通電判別回路ＣＤ、上記のウィービング周期設定回路ＴＲ及び上記のサウンド出力回路ＳＤを、上記の溶接電源ＰＳに内蔵しても良い。また、これらの回路を別の独立したサウンド発生器に内臓しても良い。
【００１９】
図２は、図１で上述したアーク溶接装置の各信号のタイミングチャートである。同図（Ａ）は溶接開始信号Ｓｔを示し、同図（Ｂ）は溶接電流Ｉｗを示し、同図（Ｃ）は通電判別信号Ｃｄを示し、同図（Ｄ）はサウンドＳｄを示す。以下、同図を参照して説明する。
【００２０】
時刻ｔ０において、溶接作業者がトーチスイッチＳＴをオンすると、同図（Ａ）に示すように、溶接開始信号ＳｔがＨｉｇｈレベルに変化する。これに応動して、溶接電源ＰＳが起動されて、電極１と母材２との間に無負荷電圧値の溶接電圧Ｖｗが印加し、アーク３を点弧するための高周波高電圧が溶接電圧Ｖｗに重畳する。
【００２１】
時刻ｔ１において、アーク３が点弧すると、同図（Ｂ）に示すように、溶接電流Ｉｗが通電を開始する。これに応動して、同図（Ｃ）に示すように、通電判別信号ＣｄがＨｉｇｈレベルに変化する。
【００２２】
通電判別信号ＣｄがＨｉｇｈレベルに変化した時刻ｔ１から予め定めた初期期間Ｔｓが経過した時刻ｔ２において、同図（Ｄ）に示すように、サウンドＳｄが短時間Ｈｉｇｈレベルになる。これは、時刻ｔ２において、例えば「ピー」という音を短く鳴らしたことを示している。時刻ｔ２以降の時刻ｔ３及び時刻ｔ４においても、同図（Ｄ）に示すように、短時間Ｈｉｇｈレベルになる。これは、時刻ｔ３及び時刻ｔ４においても、「ピー」という音を短く鳴らしたことを示している。時刻ｔ２〜ｔ３の期間及び時刻ｔ３〜ｔ４の期間は、ウィービング周期設定信号Ｔｒによって設定されたウィービング周期Ｔとなる。すなわち、時刻ｔ２以降の期間中は、ウィービング周期Ｔごとに音を鳴らしている。
【００２３】
上記の初期期間Ｔｓは、アーク３が点弧されてから溶接トーチ４を停止している期間であり、この初期期間Ｔｓが経過すると溶接トーチ４の進行及びウィービング操作を開始することになる。この初期期間Ｔｓは、継手形状に応じて適正値に設定され、０〜５秒程度である。Ｔｓ＝０のときは、アーク３が点弧すると、直ぐに溶接トーチ４の進行及びウィービング操作を開始する場合である。
【００２４】
上記においては、ウィービング周期Ｔごとに音を鳴らす場合を例示したが、半周期又は１／４周期ごとに音を鳴らすようにしても良い。溶接作業者は、この音をガイド音として溶接トーチ４のウィービング操作を行うことになる。音がウィービング周期Ｔごとに成る場合には、溶接トーチ４のウィービング操作の１周期がこの音と一致するようにすれば良い。音が半周期ごとに鳴る場合には、ウィービング操作の右端及び左端がこの音と一致するようにすれば良い。音が１／４周期ごとに鳴る場合には、ウィービング操作の右端、中心位置及び左端がこの音と一致するようにすれば良い。
【００２５】
上述した実施の形態１によれば、ウィービングの周期を設定するウィービング周期設定部と、この設定されたウィービング周期に同期してサウンドを鳴らすサウンド出力部とを備えている。これにより、設定されたウィービング周期に同期して音が鳴るので、これをガイド音として、溶接作業者は溶接トーチのウィービング操作を行うことができる。このために、熟練した溶接作業者でなくても、溶接トーチのウィービング操作の周期の変動を抑制することができる。
【００２６】
［実施の形態２］
実施の形態２に係る発明は、溶接を開始してから溶接電圧Ｖｗ又は溶接電流Ｉｗの振動波形が判別された以降に設定されたウィービング周期Ｔに同期してサウンドを鳴らすものである。溶接作業者がウィービング操作を開始すると、溶接電圧Ｖｗ又は溶接電流Ｉｗが振動波形となる。したがって、実施の形態２に係る発明では、溶接作業者が溶接トーチのウィービング操作を開始したことを自動判別して、サウンドの出力を開始するものである。
【００２７】
図３は、本発明の実施の形態２に係るアーク溶接装置のブロック図である。同図は上述した図１と対応しており、同一の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。同図は、溶接電圧検出回路ＶＤ及び振動判別回路ＢＤを図１に追加し、図１のサウンド出力回路ＳＤを第２サウンド出力回路ＳＤ２に置換したものである。以下、同図を参照してこれらのブロックについて説明する。
【００２８】
溶接電圧検出回路ＶＤは、溶接電圧Ｖｗを検出して、電圧検出信号Ｖｄを出力する。非消耗電極アーク溶接ではアークスタート時に高周波高電圧を電極１・母材２間に印加するので、この溶接電圧検出回路ＶＤには高周波高電圧をバイパスするためのコンデンサが内蔵されている。
【００２９】
振動判別回路ＢＤは、上記の電圧検出信号Ｖｄを入力として、図４で後述するように、電圧検出信号Ｖｄが振動波形となったことを判別してＨｉｇｈレベルとなる振動判別信号Ｂｄを出力する。
【００３０】
第２サウンド出力回路ＳＤ２は、上記の振動判別信号Ｂｄ及びウィービング周期設定信号Ｔｒを入力として、振動判別信号ＢｄがＨｉｇｈレベル（振動）に変化した後に、ウィービング周期設定信号Ｔｒによって定まるウィービング周期Ｔに同期してサウンドを鳴らす。
【００３１】
図４は、図３で上述したアーク溶接装置の各信号のタイミングチャートである。同図（Ａ）は溶接開始信号Ｓｔを示し、同図（Ｂ）は溶接電流Ｉｗを示し、同図（Ｃ）は通電判別信号Ｃｄを示し、同図（Ｄ）はサウンドＳｄを示し、同図（Ｅ）は溶接電圧Ｖｗを示し、同図（Ｆ）は振動判別信号Ｂｄを示す。同図は上述した図２と対応しており、同図（Ａ）〜（Ｃ）については図２と同様である。以下、同図を参照して説明する。
【００３２】
時刻ｔ０において、溶接作業者がトーチスイッチＳＴをオンすると、同図（Ａ）に示すように、溶接開始信号ＳｔがＨｉｇｈレベルに変化する。これに応動して、溶接電源ＰＳが起動されて、同図（Ｅ）に示すように、無負荷電圧の溶接電圧Ｖｗが電極１と母材２との間に印加する。同時に、アーク３を点弧させるための高周波高電圧が溶接電圧Ｖｗに重畳する。この期間の動作は、図２と同様である。
【００３３】
時刻ｔ１において、アーク３が点弧すると、同図（Ｂ）に示すように、溶接電流Ｉｗが通電を開始する。これに応動して、同図（Ｃ）に示すように、通電判別信号ＣｄがＨｉｇｈレベルに変化する。同時に同図（Ｅ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは、無負荷電圧値からアーク電圧値へと下降する。
【００３４】
時刻ｔ２において、溶接作業者が溶接トーチを停止させた状態からウィービング操作を開始すると、同図（Ｅ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは以下のような振動波形となる。ここで、Ｔ字すみ肉継手に対してウィービング操作をしながら溶接する場合を想定する。溶接トーチ４がウィービング中心位置にあるときに電極１と母材２との距離が最も長くなり、ウィービングの右端及び左端にあるときに最も短くなる。溶接トーチ４をウィービング中心位置から右端へと移動させる時刻ｔ２〜ｔ３の期間中は、電極１と母材２との距離（アーク長）が次第に短くなるので、溶接電圧Ｖｗは直線的に下降する。溶接トーチ４を右端からウィービング中心位置へと移動させる時刻ｔ３〜ｔ４の期間中は、電極１と母材２との距離（アーク長）が次第に長くなるので、溶接電圧Ｖｗは直線的に上昇する。この時刻ｔ２〜ｔ４の期間でウィービング操作の半周期が終了する。そして、溶接トーチ４をウィービング中心位置から左端へと移動させる時刻ｔ４〜ｔ５の期間中は、溶接電圧Ｖｗは直線的に下降し、左端からウィービング中心位置へと移動させる時刻ｔ５〜ｔ６の期間中は溶接電圧Ｖｗは直線的に上昇する。同様に、時刻ｔ６〜ｔ７の期間中は直線的に下降し、時刻ｔ７〜ｔ８の期間中は直線的に上昇する。
【００３５】
時刻ｔ２〜ｔ４の期間中の溶接電圧Ｖｗの振動波形を判別すると、同図（Ｆ）に示すように、時刻ｔ４において振動判別信号ＢｄがＨｉｇｈレベルに変化する。これに応動して、同図（Ｄ）に示すように、サウンドＳｄが時刻ｔ４、ｔ６及びｔ８において短時間Ｈｉｇｈレベルになる。これは、各時刻において、例えば「ピー」という音を短く鳴らしたことを示している。時刻ｔ４〜ｔ６の期間及び時刻ｔ６〜ｔ８の期間は、ウィービング周期設定信号Ｔｒによって設定されたウィービング周期Ｔの半周期となる。すなわち、時刻ｔ４以降の期間中は、ウィービング周期Ｔの半周期ごとに音を鳴らしている。同図（Ｆ）に示す振動判別信号ＢｄがＨｉｇｈレベルに変化する時刻ｔ４以降の期間において、同図（Ｄ）に示すサウンドＳｄは正確にウィービング周期Ｔの半周期ごとに出力される。これをガイド音として、溶接作業者は溶接トーチ４のウィービング操作を行うので、同図（Ｅ）に示す溶接電圧Ｖｗの振動波形は、ウィービング周期Ｔの半周期と略同期することになる。これに対して、時刻ｔ２〜ｔ４の溶接電圧Ｖｗの振動波形は、ウィービング周期Ｔの半周期よりもかなり長くなっている。これは、溶接作業者はガイド音なしにウィービング操作を開始するので、技量に左右されてウィービング周期Ｔの半周期から大きくずれることになる。
【００３６】
時刻ｔ２〜ｔ４の期間中の溶接電圧Ｖｗが振動しているかの判別は、以下のようにして行う。第１の判別方法は、予め定めたしきい値を設けておき、溶接電圧Ｖｗがこのしきい値を上から下へと変化し、かつ、下から上へと変化したときに、振動していると判別する方法である。第２の判別方法は、溶接電圧Ｖｗを所定周期（０．１〜１０ms程度）ごとにサンプリングしてデジタル値として検出し、このデジタル値の時系列データから振動しているかを判別する方法である。第２の判別方法では、時刻ｔ３の極小値及び時刻ｔ４の極大値を判別することで、振動を判別する。
【００３７】
上記においては、同図（Ｄ）に示すように、サウンドＳｄはウィービング周期Ｔの半周期ごとに出力されて音を鳴らす場合を説明したが、１周期又は１／４周期ごとに音を鳴らすようにしても良い。
【００３８】
同図（Ｅ）に示す溶接電圧Ｖｗの振動波形は、継手形状、ウィービング操作の方法等によって異なる振動波形となる。例えば、継手形状が重ね継手である場合には、ウィービング周期Ｔごとに変化する矩形波状の振動波形となる。また、ウィービング操作によってウィービングの振幅が左右で異なる場合には、半周期ごとに不平衡な振動波形となる。
【００３９】
上記は、溶接法が非消耗電極アーク溶接の場合であるが、消耗電極アーク溶接の場合には、以下のようになる。消耗電極アークでは、ウィービング操作によって給電チップと母材２との距離が変化して、溶接電流Ｉｗが振動波形となる。したがって、図４（Ｆ）に示す振動判別信号Ｂｄは、溶接電流Ｉｗの振動波形を判別してＨｉｇｈレベルになれば良い。このようにするためには、図３の振動判別回路ＢＤは、以下のような第２振動判別回路ＢＤ２に置換すれば良い。第２振動判別回路ＢＤ２は、電流検出信号Ｉｄを入力として、電流検出信号Ｉｄが振動波形となったことを判別してＨｉｇｈレベルとなる振動判別信号Ｂｄを出力する。
【００４０】
上述した実施の形態２によれば、溶接電圧又は溶接電流の振動波形を判別する振動判別部をさらに備え、サウンド出力部は、振動波形が判別された以降に設定されたウィービング周期に同期してサウンドを鳴らす。これにより、実施の形態２では、上述した実施の形態１の効果に加えて、溶接作業者がウィービング操作を開始したことと同期してサウンドの出力を開始することができる。このために、溶接作業者は、設定されたウィービング周期に同期して出力されるガイド音と、ウィービング操作との同期をより迅速かつ確実に取ることができる。
【符号の説明】
【００４１】
１            電極
２            母材
３            アーク
４            溶接トーチ
ＢＤ            振動判別回路
Ｂｄ            振動判別信号
ＢＤ２            第２振動判別回路
ＣＤ            通電判別回路
Ｃｄ            通電判別信号
ＩＤ            溶接電流検出回路
Ｉｄ            電流検出信号
Ｉｗ            溶接電流
ＰＳ            溶接電源
ＳＤ            サウンド出力回路
Ｓｄ            サウンド
ＳＤ２            第２サウンド出力回路
ＳＴ            トーチスイッチ
Ｓｔ            溶接開始信号
Ｔ            ウィービング周期
ＴＲ            ウィービング周期設定回路
Ｔｒ            ウィービング周期設定信号
Ｔｓ            初期期間
ＶＤ            溶接電圧検出回路
Ｖｄ            電圧検出信号
Ｖｗ            溶接電圧
【図１】
2013184220.tif 000003
【図２】
2013184220.tif 000004
【図３】
2013184220.tif 000005
【図４】
2013184220.tif 000006