(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに電気的に絶縁された第１の溶接ワイヤ及び第２の溶接ワイヤと被溶接物との間に２つのアークを発生させて溶接する多電極パルスアーク溶接方法において、前記第１の溶接ワイヤ及び第２の溶接ワイヤの送給方向と被溶接物の表面とが交差する第１の点及び第２の点にレーザ光を照射することによって第１のアーク及び第２のアークを前記送給方向と被溶接物の表面とが交差する第１の点及び第２の点に収束させる多電極パルスアーク溶接方法。
【請求項２】
互いに電気的に絶縁された第１の溶接ワイヤ及び第２の溶接ワイヤと被溶接物との間に２つのアークを発生させて溶接する多電極パルスアーク溶接方法において、前記第１の溶接ワイヤ又は第２の溶接ワイヤの送給方向と被溶接物の表面とが交差する第１の点又は第２の点にレーザ光を照射することによって第１のアーク又は第２のアークを前記送給方向と被溶接物の表面とが交差する第１の点及び第２の点に収束させる多電極パルスアーク溶接方法。
【請求項３】
互いに電気的に絶縁された第１の溶接ワイヤ及び第２の溶接ワイヤと被溶接物との間に２つのアークを発生させて溶接する多電極パルスアーク溶接方法において、前記第１の溶接ワイヤ及び第２の溶接ワイヤの送給方向と被溶接物の表面とが交差する第１の点と第２の点との間にレーザ光を照射することによって第１のアーク及び第２のアークを被溶接物の表面上の前記レーザ光を照射する点に収束させる多電極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、互いに電気的に絶縁された２本の溶接ワイヤと被溶接物との間に２つのアークを発生させて溶接する多電極パルスアーク溶接方法において、２つのアークの相互間に作用する力によるアークの相互干渉によってアーク発生状態が不安定になることを抑制することができる多電極パルスアーク溶接方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
多電極パルスアーク溶接方法では、電気的に絶縁した２つのコンタクトチップを通して２本の溶接ワイヤを送給して、それらの溶接ワイヤと被溶接物との間に２つのパルスアークを発生させて溶接を行う。この溶接方法は、２本の溶接ワイヤが同時に溶融するので高溶着量を得ることができ、薄板の溶接では４［ｍ／分］を超える高速溶接を行うことができる、また、厚板の多層溶接では層数を減らして溶接を行うことができ、溶接作業の高効率化を図ることができる。かつ、本溶接方法はパルスアーク溶接方法であるので、スパッタの発生が少なく、美しいビード外観を得ることができる。この溶接方法は、鉄鋼、ステンレス鋼、アルミニウム合金等の種々の金属に対して使用することができる。しかしながら、従来技術の多電極パルスアーク溶接方法では、後述するように、２つのアークの相互間に作用する力によるアークの相互干渉によってアーク発生状態が不安定になるという解決すべき課題がある。以下、従来技術の多電極パルスアーク溶接制御方法及び溶接装置について説明する。
【０００３】
図２は、多電極パルスアーク溶接装置の構成図である。同図に示すように、この溶接装置は、第１の溶接電源装置ＡＰＳ、第１のワイヤ送給装置ＡＷＦ、第２の溶接電源装置ＢＰＳ、第２のワイヤ送給装置ＢＷＦ及び溶接トーチ４から構成されている。
溶接トーチ４には、相互に電気的に絶縁された第１のコンタクトチップＡ４１及び第２のコンタクトチップＢ４１が装着されており、これらのコンタクトチップＡ４１及びＢ４１を通して第１の溶接ワイヤＡ１及び第２の溶接ワイヤＢ１が送給及び給電されて、被溶接物２との間に第１のアークＡ３及び第２のアークＢ３が発生する。これらの２つのアークによって１つの溶融池２１が形成される。
【０００４】
第１の溶接電源装置ＡＰＳは、一般的なパルスアーク溶接用の溶接電源装置であり、第１のワイヤ送給装置ＡＷＦに送給制御信号Ｗｃを出力すると共に、第１の溶接ワイヤＡ１に第１の溶接電圧ＡＶｗを供給して、その結果、第１の溶接電流ＡＩｗが通電する。第１のワイヤ送給装置ＡＷＦは、上記の送給制御信号Ｗｃに従って第1の溶接ワイヤＡ１の送給を制御する。また、第２の溶接電源装置ＢＰＳ及び第２のワイヤ送給装置ＢＷＦについても、上記と同様であるので説明を省略する。
【０００５】
上記の第１の溶接電源装置ＡＰＳ及び第２の溶接電源装置ＢＰＳでは、図３で後述するように、電圧フィードバック制御によるアーク長制御及び電流フィードバック制御による電流波形制御の２つの制御が同時に行われている。
【０００６】
図３は、上述した第１の溶接電源装置ＡＰＳ及び第２の溶接電源装置ＢＰＳの出力波形を示す電流・電圧波形図である。同図（Ａ）は第１の溶接電流ＡＩｗの時間変化を示しており、同図（Ｂ）は第１の溶接電圧ＡＶｗの時間変化を示しており、同図（Ｃ）は第２の溶接電流ＢＩｗの時間変化を示しており、同図（Ｄ）は第２の溶接電圧ＢＶｗの時間変化を示している。以下、同図を参照して動作を説明する。
【０００７】
▲１▼  時刻ｔ１〜ｔ２の期間（第１のピーク電流通電時間ＡＴｐ）
同図（Ａ）に示すように、第１のピーク電流通電時間ＡＴｐの間は第１のピーク電流ＡＩｐが通電する。通常、この第１のピーク電流通電時間ＡＴｐ及び第１のピーク電流ＡＩｐの両値は、溶接ワイヤがアーク熱によって１パルス１溶滴移行するように予め設定する。また、同図（Ｂ）に示すように、第１のピーク電流通電時間ＡＴｐの間は第１のピーク電流ＡＩｐに対応した第１のピーク電圧ＡＶｐが第１の溶接ワイヤと被溶接物との間に印加される。
【０００８】
▲２▼  時刻ｔ２〜ｔ３の期間
同図（Ａ）に示すように、時刻ｔ２から第１のパルス周期ＡＴｆ期間が終了する時刻ｔ３までの間は、溶滴移行しない範囲で予め設定された第１のベース電流ＡＩｂが通電する。この第１のパルス周期ＡＴｆの継続時間は、第１の溶接電圧ＡＶｗの平均値と電源装置の外部から設定される第１の電圧設定信号ＡＶｓとの誤差による周波数変調制御又はパルス幅変調制御（電圧フィードバック制御）によって自動的に決定される。一般的に、溶接電圧の平均値とアーク長とは比例関係にあるので、上記の電圧フィードバック制御は、溶接品質に重大な影響を及ぼすアーク長の制御を行っていることになる。
また、同図（Ｂ）に示すように、この期間中は第１のベース電流ＡＩｂに対応した第１のベース電圧ＡＶｂが第１の溶接ワイヤと被溶接物との間に印加される。
時刻ｔ１以前及び時刻ｔ３以後の期間は、上記の▲１▼項及び▲２▼項の動作を繰り返して第１の溶接電源装置ＡＰＳによる溶接が行われる。
【０００９】
▲３▼  時刻ｔ４〜ｔ５の期間（第２のピーク電流通電時間ＢＴｐ）
同図（Ｃ）に示すように、第２のピーク電流通電時間ＢＴｐの間は第２のピーク電流ＢＩｐが通電する。通常、この第２のピーク電流通電時間ＢＴｐ及び第２のピーク電流ＢＩｐの両値を、前述したように溶接ワイヤがアーク熱によって１パルス１溶滴移行するように予め設定する。なお、この両値はワイヤ送給速度（溶接電流の平均値）によって異なる値に設定されるので、上記の第１の溶接電流ＡＩｗの平均値と上記の第２の溶接電流ＢＩｗの平均値とが異なれば、第１のピーク電流通電時間ＡＴｐと第２のピーク電流通電時間ＢＴｐとは異なった値となり、第１のピーク電流ＡＩｐと第２のピーク電流ＢＩｐとは異なった値になる。また、同図（Ｄ）に示すように、第２のピーク電流通電時間ＢＴｐの間は第２のピーク電流ＢＩｐに対応した第２のピーク電圧ＢＶｐが第２の溶接ワイヤと被溶接物との間に印加される。
【００１０】
▲４▼  時刻ｔ５〜ｔ６の期間
同図（Ｃ）に示すように、時刻ｔ５から第２のパルス周期ＢＴｆ期間が終了する時刻ｔ６までの間は、溶滴移行しない範囲で予め設定された第２のベース電流ＢＩｂが通電する。通常、このベース電流の値は、ワイヤ送給速度（溶接電流の平均値）によって異なる値に設定されるので、上記の第１の溶接電流ＡＩｗの平均値と上記の第２の溶接電流ＢＩｗの平均値とが異なれば、第１のベース電流ＡＩｂと第２のベース電流ＢＩｂとは異なった値となる。
上記の第２のパルス周期ＢＴｆの継続時間は、上記の▲２▼項と同様に、第２の溶接電圧ＢＶｗの平均値と電源装置の外部から設定される第２の電圧設定信号ＢＶｓとの誤差による周波数変調制御又はパルス幅変調制御（電圧フィードバック制御）によって自動的に決定される。
また、同図（Ｄ）に示すように、この期間中は第２のベース電流ＢＩｂに対応した第２のベース電圧ＢＶｂが第２の溶接ワイヤと被溶接物との間に印加される。
時刻ｔ４以前及び時刻ｔ６以後の期間は、上記の▲３▼項及び▲４▼項の動作を繰り返して第２の溶接電源装置ＢＰＳによる溶接が行われる。
【００１１】
上記の▲１▼項及び▲２▼項に示す第１の溶接電源装置ＡＰＳにおける電圧フィードバック制御及び溶接電流の通電を制御する電流波形制御並びに上記の▲３▼項及び▲４▼項に示す第２の溶接電源装置ＢＰＳにおける電圧フィードバック制御及び電流波形制御は、完全に独立して行われる。そのために、第１のピーク電流ＡＩｐ及び第１のベース電流ＡＩｂの通電するタイミングと、第２のピーク電流ＢＩｐ及び第２のベース電流ＢＩｂが通電するタイミングとは、同図（Ａ）及び（Ｃ）に示すようにアトランダムになる。
なお、第１のベース電圧ＡＶｂが同図（Ｂ）のイ部に示すように持ち上がる期間は、第２のピーク電流ＢＩｐの通電期間と一致し、同様に第２のベース電圧ＢＶｂが同図（Ｄ）のロ部に示すように持ち上がる期間は、第１のピーク電流ＡＩｐの通電期間に一致する。この現象は、第１のアークと第２のアークとの間のアークの相互干渉によって発生しており、詳細は図８で後述する。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来技術の多電極パルスアーク溶接方法では、２つのアークの相互間に作用する力によってアークの形状が変形するアークの相互干渉に起因して、アーク長が変動してアーク発生状態が不安定になる現象が生じる。以下、まずこのアークの相互干渉の発生原因について説明し、続いてアークの相互干渉によって発生する従来技術の問題点について説明する。
【００１３】
図４は、単独で発生しているアーク３に作用する力を説明するためのアーク発生部模式図である。同図（Ａ）は、発生しているアーク３の形状が溶接ワイヤ１の送給方向（以下、送給方向という）ａ−ｂを中心線として対称形状である場合であり、同図（Ｂ）は、発生しているアーク３の形状が送給方向ａ−ｂを中心線として対称形状でない場合である。
同図（Ａ）に示すように、溶接ワイヤ１と被溶接物２との間にアーク３が発生しており、溶接電流Ｉｗが通電している。この溶接電流Ｉｗは、溶接電源装置の図示していないプラス端子から溶接ワイヤ１→アーク３→被溶接物２と順次に通電した後にマイナス端子へと戻る。溶接ワイヤ１を通電する電流によって同図（Ａ）に示すような磁界が形成される。しかしこの場合は、アーク３の形状が対象形状であるので、この磁界によってアーク３に力は作用しない。一方、アーク３を通電する電流により形成された磁界によって、同図（Ａ）に示すようにアーク３を収縮させる力（以下、アークによる収縮力という）ＦＸが作用する。したがって、対称形状のアークには、アークによる収縮力のみが作用する。
【００１４】
次に、同図（Ｂ）においては、溶接ワイヤ１と被溶接物２との間に、後述する図８（Ｂ）の第２のアークＢ３のように非対称形状のアーク３がａ−ｃ方向に発生して溶接電流Ｉｗが通電している。この溶接ワイヤ１を通電する電流によって、図示するような磁界が形成される。この場合には同図（Ａ）とは異なり、アーク３の形状が対称形状でないので、この磁界によってアーク３には力（以下、磁界による力という）ＦＹが作用する。一方、アーク３を通電する電流により形成される磁界によって、同図（Ｂ）に示すようにアーク３にはアークによる収縮力ＦＸが作用する。上記の磁界による力ＦＹはアーク３を送給方向ａ−ｂに引き戻すように作用し、かつ、上記のアークによる収縮力ＦＸはアークの形状を維持するように作用するので、アークは同図（Ａ）に示すような対象形状に戻り、その形状を保持する性質（アークの硬直性）を有する。また、上記の磁界による力ＦＹ及びアークによる収縮力ＦＸの力の大きさは、磁界を形成する電流値の大きさに比例する。
【００１５】
次に、従来技術の多電極パルスアーク溶接方法における２つのアーク相互間に作用する力について図５〜図８を参照して説明する。
図５は、前述した図３と同様に、従来技術の多電極パルスアーク溶接方法の電流・電圧波形図であり、同図（Ａ）は第１の溶接電流ＡＩｗの時間変化を示しており、同図（Ｂ）は第１の溶接電圧ＡＶｗの時間変化を示しており、同図（Ｃ）は第２の溶接電流ＢＩｗの時間変化を示しており、同図（Ｄ）は第２の溶接電圧ＢＶｗの時間変化を示している。前述したように、第１の溶接電流ＡＩｗと第２の溶接電流ＢＩｗとはアトランダムに通電しているために、それぞれのピーク電流とベース電流との通電の組み合わせは下記の４通りとなる。
【００１６】
すなわち、時刻ｔ１においては、第１の溶接電流ＡＩｗとして第１のピーク電流ＡＩｐが通電し、かつ、第２の溶接電流ＢＩｗとして第２のピーク電流ＢＩｐが通電している。この状態でのアークの相互干渉については図６で後述する。次に、時刻ｔ２においては、第１の溶接電流ＡＩｗとして第１のベース電流ＡＩｂが通電し、かつ、第２の溶接電流ＢＩｗとして第２のベース電流ＢＩｂが通電している。この状態でのアークの相互干渉については図７で後述する。
【００１７】
さらに、時刻ｔ３においては、第１の溶接電流ＡＩｗとして第１のピーク電流ＡＩｐが通電し、かつ、第２の溶接電流ＢＩｗとして第２のベース電流ＢＩｂが通電している。時刻ｔ４においては、上記とは逆に、第１の溶接電流ＡＩｗとして第１のベース電流ＡＩｂが通電し、かつ、第２の溶接電流ＢＩｗとして第２のピーク電流ＢＩｐが通電している。これらの状態でのアークの相互干渉については図８で後述する。
【００１８】
図６は、２つのアークに通電する第１及び第２の溶接電流が共にピーク電流である前述した図５の時刻ｔ１におけるアーク発生部の模式図である。以下、同図を参照して、この状態でのアークの相互干渉について説明する。
同図に示すように、第１の溶接ワイヤＡ１には第１のピーク電流ＡＩｐが通電して、前述した図４（Ａ）のときと同様に第１のアークＡ３が対象形状で発生している。他方、第２の溶接ワイヤＡ２には第２のピーク電流ＢＩｐが通電して、上記と同様に第２のアークＢ３が対象形状で発生している。
【００１９】
この状態では、前述した図４（Ａ）のときと同様に、第１のアークＡ３には、第１の溶接ワイヤＡ１を通電する第１のピーク電流ＡＩｐによる磁界による力は作用せず、第１のアークＡ３を通電する第１のピーク電流ＡＩｐによるアークによる収縮力ＡＦＸ１のみが作用する。また、第１のアークＡ３の周囲には第２の溶接ワイヤＢ１を通電する第２のピーク電流ＢＩｐによって磁界が形成されており、この磁界に対しては第１のアークＡ３は対象形状ではないために、第１のアークＡ３には、上記のアークによる収縮力ＡＦＸ１に加えて磁界による力ＡＦＺ１が作用する。通常、２つのアークを通電する電流値が略等しいときは、アーク形状を維持する力であるアークによる収縮力ＡＦＸ１が、アーク形状を変形させる力である磁界による力ＡＦＺ１よりも大きいので、第１のアークＡ３の形状は変化しない。同様に、第２のアークＢ３の形状も変化しない。
【００２０】
上述したように時刻ｔ１の状態では、自己のアークによる収縮力（ＡＦＸ１及びＢＦＸ１）が他方のアークからの干渉である磁界による力（ＡＦＺ１及びＢＦＺ１）よりも大きいので、アークの形状は変化しない。すなわち、２つのアークに略等しい値の電流が通電しているときは、アークの相互干渉によるアーク発生状態への影響はほとんどない。
【００２１】
図７は、２つのアークに通電する第１及び第２の溶接電流が共にベース電流である前述した図５の時刻ｔ２におけるアーク発生部の模式図である。
同図に示す状態は、上述した図６において２つのアークを通電する電流がピーク電流からベース電流に代わっただけであり、その動作は同様である。すなわち、自己のアークによる収縮力（ＡＦＸ２及びＢＦＸ２）が他方のアークからの干渉である磁界による力（ＡＦＺ２及びＢＦＺ２）よりも大きいので、アークの形状は変化しない。したがって、図６のときと同様に、２つのアークに略等しい値の電流が通電しているときは、アークの相互干渉によるアーク発生状態への影響はほとんどない。
【００２２】
図８は、第１のアークＡ３に第１のピーク電流ＡＩｐが通電し、第２のアークＢ３に第２のベース電流ＢＩｂが通電する前述した図５の時刻ｔ３におけるアーク発生部の模式図であり、同図（Ａ）は時刻ｔ３の時点でのアーク発生状態を示しており、同図（Ｂ）は時刻ｔ３直後のアーク発生状態を示している。以下、同図を参照して、この状態でのアークの相互干渉について説明する。
【００２３】
▲１▼  同図（Ａ）に示すように、第１の溶接ワイヤＡ１には第１のピーク電流ＡＩｐが通電し、前述した図４（Ａ）のときと同様に、第１のアークＡ３が対象形状で発生している。他方、第２の溶接ワイヤＢ１には第２のベース電流ＢＩｂが通電し、前述した図４（Ａ）のときと同様に、第２のアークＢ３が対象形状で発生している。
【００２４】
この状態では、第１のアークＡ３には、第１のアークＡ３を通電する第１のピーク電流ＡＩｐによるアークによる収縮力ＡＦＸ１が作用する。さらに、第１のアークＡ３には、他方の第２の溶接ワイヤＢ１を通電する第２のベース電流ＢＩｂによる磁界による力ＡＦＺ２が作用する。ここで、第１のピーク電流ＡＩｐの値は第２のベース電流ＢＩｂの値に比べてかなり大きな値であるので、上記のアークによる収縮力ＡＦＸ１が上記の磁界による力ＡＦＺ２よりも大きくなり、その結果、第１のアークＡ３の形状は変化しない。
【００２５】
他方、第２のアークＢ３には、第２のアークＢ３を通電する第２のベース電流ＢＩｂによるアークによる収縮力ＢＦＸ２が作用する。さらに、第２のアークＢ３には、他方の第１の溶接ワイヤＡ１を通電する第１のピーク電流ＡＩｐによる磁界による力ＢＦＺ１が作用する。ここで、第２のベース電流ＢＩｂの値は第１のピーク電流ＡＩｐの値に比べてかなり小さい値であるので、上記のアークによる収縮力ＢＦＸ２は上記の磁界による力ＢＦＺ１よりも小さくなり、その結果、第２のアークＢ３の形状は次の▲２▼項で説明する同図（Ｂ）のように変形する。
【００２６】
▲２▼  同図（Ｂ）に示すように、時刻ｔ３直後においても、第１のアークＡ３の形状は上記▲１▼項と同様に変化しない。他方、第２のアークＢ３は上記▲１▼項の動作によって第１のアークＡ３方向に吸引されるために、同図（Ｂ）に示すようにアークの陰極点がｂ点からｃ点に移動して、アークの形状も非対称形状に大きく変形する。この変形した第２のアークＢ３の状態は、図４（Ｂ）で前述した状態と同じであるので、第２のアークＢ３には、上記▲１▼項で説明した力に加えて第２の溶接ワイヤＢ１を通電する第２のベース電流ＢＩｂによる磁界による力ＢＦＹ２が新たに作用する。その結果、ＢＦＺ１＝ＢＦＸ２＋ＢＦＹ２となり第２のアークＢ３に作用する力の均衡が保たれることになるので、第２のアークＢ３は同図（Ｂ）に示す形状を保持することになる。
【００２７】
また、第２のアークＢ３が同図（Ｂ）に示すように変形してアーク長がａ−ｂからａ−ｃに変化するために、アーク長は変形前よりも長くなる。アーク長が長くなると、アーク長に比例する溶接電圧値が大きくなるので、図５（Ｄ）の時刻ｔ３に示すように、第２の溶接電圧ＢＶｗの値は、通常の値よりも持ち上がって大きな値となる。
【００２８】
上述したように、自己のアークを通電する電流値よりも、他方のアークを通電する電流値が大きいときは、自己のアークは他方のアークの干渉によって吸引されて、その形状が変形すると共にアーク長も長くなる。特に、パルスアーク溶接では、一般的にピーク電流値は４００〜６００［Ａ］程度に設定し、ベース電流値は３０〜６０［Ａ］程度に設定するために、その電流差はかなり大きくなり、その結果、上記のアークの相互干渉は強くなり、アークの変形も大きくなる。
【００２９】
▲３▼  上記▲１▼項及び▲２▼項の場合とは逆に、第1のアークＡ３に第１のベース電流ＡＩｂが通電し、第２のアークＢ３に第２のピーク電流ＢＩｐが通電する前述した図５の時刻ｔ４においては、第２のアークＢ３の形状は変化しないが、他方、第１のアークＡ３は第２のアークＢ３からの干渉によって吸引されて、そのアークの形状は変形してアーク長は長くなる。そのために、図５（Ｂ）の時刻ｔ４に示すように、第２の溶接電圧ＢＶｗは持ち上がり通常値よりも大きな値となる。
【００３０】
上述したように、２つのアークに略等しい値の電流が通電しているときは、アークの相互干渉の影響は少ないが、通電する電流値の差が大きいときには、アークの相互干渉によって通電する電流値の小さな方のアークは大きく影響されて、その形状が大きく変形する。この後者の状態が発生すると、以下に説明するように、アーク発生状態が不安定になり、溶接品質が不良となる。
すなわち、前述した図５の時刻ｔ３では第２のアークＢ３の形状が、また時刻ｔ４では第１のアークＡ３の形状が、上述したアークの相互干渉によって変形してアーク長も長くなるために、溶滴移行が１パルス１溶滴移行の安定状態から外れて不安定になり、その結果、スパッタの大量発生、ビード外観の悪化、溶け込み不良等が生じて溶接品質が著しく悪化する。
さらに、図５の時刻ｔ５に示すように、上述したアークの相互干渉によってアーク長が長くなり過ぎるとアークを維持することができなくなり、ついにはアーク切れが発生する。溶接中にアーク切れが頻繁に発生すると、溶け込み不良、ビード外観の悪化等の溶接欠陥が生じる。
【００３１】
そこで、本発明は、多電極パルスアーク溶接方法において、２つのアークの相互干渉によって生じるアーク発生状態の不安定を抑制することができ、常に良好な溶接品質を得ることができる多電極パルスアーク溶接制御方法及び溶接装置を提供する。
【００３２】
【課題を解決するための手段】
出願時の請求項１の発明は、後述する図９に示すように、
互いに電気的に絶縁された第１の溶接ワイヤＡ１及び第２の溶接ワイヤＢ１と被溶接物２との間に２つのアークＡ３及びＢ３を発生させて溶接する多電極パルスアーク溶接制御方法において、
上記第１の溶接ワイヤＡ１及び第２の溶接ワイヤＢ１の送給方向ａ−ｂと被溶接物２の表面とが交差する第１の点Ｐ１及び第２の点Ｐ２にレーザ光を照射することによって第１のアークＡ３及び第２のアークＢ３を送給方向ａ−ｂと被溶接物２の表面とが交差する第１の点Ｐ１及び第２の点Ｐ２に収束させる多電極パルスアーク溶接制御方法である。
【００３３】
出願時の請求項２の発明は、後述する図１０に示すように、
互いに電気的に絶縁された第１の溶接ワイヤＡ１及び第２の溶接ワイヤＢ１と被溶接物２との間に２つのアークＡ３及びＢ３を発生させて溶接する多電極パルスアーク溶接制御方法において、
上記第１の溶接ワイヤＡ１又は第２の溶接ワイヤＢ１の送給方向ａ−ｂと被溶接物２の表面とが交差する第１の点Ｐ１又は第２の点Ｐ２にレーザ光を照射することによって第１のアークＡ３又は第２のアークＢ３を送給方向ａ−ｂと被溶接物２の表面とが交差する第１の点Ｐ１及び第２の点Ｐ２に収束させる多電極パルスアーク溶接制御方法である。
【００３４】
出願時の請求項３の発明は、後述する図１１に示すように
互いに電気的に絶縁された第１の溶接ワイヤＡ１及び第２の溶接ワイヤＢ１と被溶接物２との間に２つのアークＡ３及びＢ３を発生させて溶接する多電極パルスアーク溶接制御方法において、
上記第１の溶接ワイヤＡ１及び第２の溶接ワイヤＢ１の送給方向ａ−ｂと被溶接物２の表面とが交差する第１の点Ｐ１と第２の点Ｐ２との間にレーザ光を照射することによって第１のアークＡ３及び第２のアークＢ３を被溶接物２の表面上の点Ｐに収束させる多電極パルスアーク溶接制御方法である。
【００３５】
【発明の実施の形態】
図１は本出願に係る発明の特徴を最もよく表す図である。後述する図９と同じなので説明は図９で後述する。
本発明の実施の形態は、図９に示すように、
互いに電気的に絶縁された第１の溶接ワイヤＡ１及び第２の溶接ワイヤＢ１と被溶接物２との間に２つのアークＡ３及びＢ３を発生させて溶接する多電極パルスアーク溶接装置において、上記第１の溶接ワイヤＡ１及び第２の溶接ワイヤＢ１の送給方向ａ−ｂと被溶接物２の表面とが交差する第１の点Ｐ１及び第２の点Ｐ２にレーザ光を照射する。
上記レーザ光が照射された被溶接物２の表面は、レーザ光が照射されることによって表面の金属が蒸発する。上記金属が蒸発している状態は非常に電気が流れやすい状態であり、アークが収束しやすくなる。そのため、第１のアークＡ３及び第２のアークＢ３は、送給方向ａ−ｂと被溶接物２の表面とが交差する第１の点Ｐ１及び第２の点Ｐ２に収束する。
【００３６】
【実施例】
［実施例１］
図９は、本発明の第１の実施例を説明するための第１のアークＡ３及び第２のアークＢ３のアーク発生部の模式図である。以下、図９によって本発明の実施例１を詳細に説明する。
同図に示すように、第１の溶接ワイヤＡ１には第１のピーク電流ＡＩｐが通電し、第１のアークＡ３が対象形状で発生している。他方、第２の溶接ワイヤＢ１には第２のベース電流ＢＩｂが通電し、第２のアークＢ３が対象形状で発生している。
この状態において、第１のアークＡ３には、第１のアークＡ３を通電する第１のピーク電流ＡＩｐによるアークの収縮力ＡＦＸ１が作用する。他方、第２のアークＢ３には、第２のアークＢ３を通電する第２のベース電流ＢＩｂによるアークの収縮力ＢＦＸ２が作用する。
このとき図８で説明した従来技術では、第１のアークＡ３には、他方の第２の溶接ワイヤＢ１を通電する第２のベース電流ＢＩｂによる磁界によって起因する力ＡＦＺ２が作用し、他方第２のアークＢ３には、他方の第１の溶接ワイヤＡ１を通電する第１のピーク電流ＡＩｐによる磁界によって起因する力ＢＦＺ１が作用する。しかし図９で示す本発明の第１の実施例では、同図に示すように、第１の溶接ワイヤＡ１及び第２の溶接ワイヤＢ１の送給方向ａ−ｂと被溶接物２の表面とが交差する第１の点Ｐ１及び第２の点Ｐ２にレーザ光を照射する。
被溶接物２の上記レーザ光が照射された部位の表面は、レーザ光が照射されることによって表面の金属が蒸発する。上記金属が蒸発している状態は電気伝導度が良く非常に電気が流れやすい状態となり、同図に示すように第１のアークＡ３と第２のアークＢ３にはそれぞれ、被溶接物２の表面上の第１の点Ｐ１及び第２の点Ｐ２の方向に吸引力ＡＦＬ２及び吸引力ＢＦＬ１が発生する。この吸引力ＡＦＬ２及び吸引力ＢＦＬ１は、従来技術で説明した第１のアークＡ３に作用する力ＡＦＺ２及び第２のアークＢ３に発生する力ＢＦＺ１よりも非常に大きな力である。
したがって、上記従来技術で説明した力ＡＦＺ２及び力ＢＦＺ１はレーザ光を照射することによって発生する吸引力ＡＦＬ２及び吸引力ＢＦＬ１によってうち消されて、第１のアークＡ３及び第２のアークＢ３はレーザ光１及びレーザ光２が照射される点Ｐ１及び点Ｐ２に収束する。
したがって、上記レーザ光１及びレーザ光２を照射することによって、通電する電流値の差が大きいときに発生するアークの形状が大きく変形することがなく、常に安定したアーク発生状態を維持することができる。
【００３７】
［実施例２］
図１０は、本発明の第２の実施例を説明するための第１のアークＡ３及び第２のアークＢ３のアーク発生部の模式図である。以下、図１０によって本発明の実施例２を詳細に説明する。
上記実施例１の説明では、レーザ光１及びレーザ光２の２つのレーザ光を同時に照射しているが下記に述べるように、レーザ光１及びレーザ光２を各々必要に応じて個々に照射することによって従来技術の課題を解決することができる。
すなわち、上記従来技術の図５で説明したように時刻ｔ３で発生する第２のアークＢ３の形状が図８（Ｂ）に示すように、第１の溶接ワイヤＡ１を通電する第１のピーク電流ＡＩｐによる磁界によって起因する力ＢＦＺ１によって変形する。このとき図１０に示すように、第１の溶接ワイヤＡ１の送給方向ａ−ｂと被溶接物２の表面とが交差する第１の点Ｐ１にはレーザ光を照射しないで、第２の溶接ワイヤＢ１の送給方向ａ−ｂと被溶接物２の表面とが交差する第２の点Ｐ２にレーザ光を照射する。
また、上記図５で説明したように時刻ｔ４で発生する第１のアークＡ３の形状が図８（Ｂ）とは逆に、第２の溶接ワイヤＢ１を通電する第２のピーク電流ＢＩｐによる磁界によって起因する力ＡＦＺ２によって変形する。このとき、図１０と同様であり図示を省略するが、第２の溶接ワイヤＢ２の送給方向ａ−ｂと被溶接物２の表面とが交差する第２の点Ｐ２にはレーザ光を照射しないで、第１の溶接ワイヤＡ１の送給方向ａ−ｂと被溶接物２の表面とが交差する第１の点Ｐ１にレーザ光を照射する。
【００３８】
以上のように、第１のアークＡ３及び第２のアークＢ３の各々のアークの形状が大きく変形する例えば上記従来技術の図５で示した時刻ｔ３、又は時刻ｔ４の場合に、アークの形状が大きく変形する方のワイヤ送給方向ａ−ｂと被溶接物２の表面とが交差する点にのみレーザ光を照射することによって、上記実施例１のように２つのレーザ光を第１のアークＡ３及び第２のアークＢ３に同時に照射する場合と同等の効果を得ることができると共に、レーザ光の照射を半減させることができ、より小さな入熱で効率的に溶接作業を行うことができる。
【００３９】
また、上記実施例１及び実施例２で使用するレーザ光１及びレーザ光２は各々図示を省略した２個の発振源から各々発振させることができ、１個の発振源から発振させたレーザ光を被溶接物２の表面上に照射させる前に、反射鏡、光ファイバー等によって複数に分岐させて照射させることができる。
【００４０】
［実施例３］
図１１は、本発明の第３の実施例を説明するための第１のアークＡ３及び第２のアークＢ３のアーク発生部の模式図である。以下、図１１によって本発明の実施例３を詳細に説明する。
同図に示すように、第１の溶接ワイヤＡ１には第１のピーク電流ＡＩｐが通電し、第１のアークＡ３が対象形状で発生している。他方、第２の溶接ワイヤＢ１には第２のベース電流ＢＩｂが通電し、第２のアークＢ３が対象形状で発生している。
この状態において、第１のアークＡ３には、第１のアークＡ３を通電する第１のピーク電流ＡＩｐによるアークの収縮力ＡＦＸ１が作用する。他方、第２のアークＢ３には、第２のアークＢ３を通電する第２のベース電流ＢＩｂによるアークの収縮力ＢＦＸ２が作用する。
【００４１】
このとき図８で説明した従来技術は、第１のアークＡ３に他方の第２の溶接ワイヤＢ１を通電する第２のベース電流ＢＩｂによる磁界によって起因する力ＡＦＺ２が作用し、他方第２のアークＢ３に他方の第１の溶接ワイヤＡ１を通電する第１のピーク電流ＡＩｐによる磁界によって起因する力ＢＦＺ１が作用する。
本発明の第３の実施例は、図１１に示すように、第１の溶接ワイヤＡ１及び第２の溶接ワイヤＢ１の送給方向ａ−ｂと被溶接物２の表面とが交差する第１の点Ｐ１と第２の点Ｐ２との間の点Ｐにレーザ光を照射する。被溶接物２の上記レーザ光が照射された部位の表面は、レーザ光が照射されることによって表面の金属が蒸発する。上記金属が蒸発している状態は電気伝導度が良く非常に電気が流れやすい状態となり、同図に示すように第１のアークＡ３と第２のアークＢ３には、被溶接物２の表面上の点Ｐの方向に吸引力ＡＦＬ２及び吸引力ＢＦＬ１が発生する。この吸引力ＡＦＬ２及び吸引力ＢＦＬ１は、従来技術で説明した第１のアークＡ３に作用する力ＡＦＺ２及び第２のアークＢ３に発生する力ＢＦＺ１よりも非常に大きな力である。
したがって、上記従来技術で説明した力ＡＦＺ２及び力ＢＦＺ１はレーザ光を照射することによって発生する吸引力ＡＦＬ２及び吸引力ＢＦＬ１によってうち消されて、第１のアークＡ３及び第２のアークＢ３はレーザ光が照射される点Ｐに近接する。
以上のように実施例３では、２つのアークの間にレーザ光を照射することによって、２つのアークを大きく変形させることなく常に安定したアーク発生状態を維持することができると共に、同図の矢印で示す方向に溶接を行う際に、第１のアークＡ３によって形成される溶融池の溶融金属が表面張力によって後方へ流れようとするときに、レーザ光及び第２のアークＢ３のアーク力によってこの流れようとする溶融金属を第１のアークＡ３の直下へ押し戻して、各溶接位置における溶融金属の量を均一にすることができると共に、さらに１つのレーザ光で２つのアークを同時に制御することができ、より効率的に溶接作業を行うことができる。
【００４２】
なお、本発明の実施例１乃至実施例３において使用するレーザ光の例としてはＬＤ、ＹＡＧ等のレーザ光があり、被溶接物の表面に照射することによって電気伝導度が良く電気が流れやすい状態を形成することができるレーザ光である。
【００４３】
実施例１又は実施例２では、第１の溶接ワイヤＡ１及び第２の溶接ワイヤＢ１の送給方向ａ−ｂと被溶接物の表面とが交差する第１の点Ｐ１及び第２の点Ｐ２位置にレーザ光を照射した。しかし、第１のアークＡ３及び第２のアークＢ３の発生状態、被溶接物の表面状態によって、レーザ光の照射位置を第１の点Ｐ１及び第２の点Ｐ２を中心として溶接方向の前方又は後方の数ｍｍの位置に照射する方法、レーザ光の照射位置を第１の点Ｐ１及び第２の点Ｐ２を中心として溶接方向の前方及び後方の数ｍｍの２カ所の位置に同時に照射する方法等によって実施例１及び実施例２と同様に、高速溶接時でもアークを安定させることができ溶け込みの深い溶接ビードを得ることができる。
【００４４】
また、上記実施例で説明したレーザ光を照射するときの角度は、アークの発生状態を安定させるために、第１のアークＡ３又は第２のアークＢ３に対して平行に照射するだけでなく、レーザ光の出力状態、アークの発生状態によって若干の角度、例えば第１の点Ｐ１又は第２の点Ｐ２を中心として０度乃至４５度の角度から照射する方法でも安定したアーク状態を保つことができる。
【００４５】
【発明の効果】
本発明は、多電極パルスアーク溶接方法において被溶接物２の溶接部位に１個又は２個のレーザ光を照射することによって次のような効果を得ることができる。
第１の実施例による効果は次の通りである。
第１の溶接ワイヤＡ１及び第２の溶接ワイヤＢ１の送給方向ａ−ｂと被溶接物２の表面とが交差する第１の点Ｐ１及び第２の点Ｐ２にレーザ光を照射することによって２つのアークの相互干渉によって発生するアーク形状の変形、アーク長の変動等のアーク発生状態の不安定を抑制することができ、常に良好な溶接品質を得ることができると共にレーザ光を照射することによって、レーザ光を照射しないときよりもさらに深い溶け込みを得ることができる。
【００４６】
第２の実施例による効果は次の通りである。
第１の溶接ワイヤＡ１又は第２の溶接ワイヤＢ１の送給方向ａ−ｂと被溶接物２の表面とが交差する第１の点Ｐ１又は第２の点Ｐ２にレーザ光１又はレーザ光２を各々照射することによって、実施例１と同等の効果を得ることができると共にレーザ光の照射を半減させることができ、より小さな入熱で効率的に溶接作業を行うことができる。
【００４７】
第３の実施例による効果は次の通りである。
第１の溶接ワイヤＡ１及び第２の溶接ワイヤＢ１の送給方向ａ−ｂと被溶接物２の表面とが交差する第１の点Ｐ１と第２の点Ｐ２との間の点Ｐにレーザ光を照射することによって、実施例１及び実施例２と同等の効果を得ることができると共に第１のアークＡ３及び第２のアークＢ３は、レーザ光が照射される点Ｐに近接することによって各溶接位置における溶融金属の量をより均一にすることができる。また、１つのレーザ光で２つのアークを同時に制御することができ、より効率的に溶接作業を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本出願に係る発明の特徴を最もよく表す図である。
【図２】多電極パルスアーク溶接装置の構成図である。
【図３】図２に示す第１の溶接電源装置ＡＰＳ及び第２の溶接電源装置ＢＰＳの出波形を示す電流・電圧波形図である。
【図４】単独で発生しているアーク３に作用する力を説明するためのアーク発生部模式図である。
【図５】従来技術の多電極パルスアーク溶接方法の電流・電圧波形図である。
【図６】２つのアークに通電する第１及び第２の溶接電流が共にピーク電流である図５の時刻ｔ１におけるアーク発生部の模式図である。
【図７】２つのアークに通電する第１及び第２の溶接電流が共にベース電流である図５の時刻ｔ２におけるアーク発生部の模式図である。
【図８】第１のアークＡ３に第１のピーク電流ＡＩｐが通電し、第２のアークＢ３に第２のベース電流ＢＩｂが通電する図５の時刻ｔ３におけるアーク発生部の模式図である。
【図９】本発明の第１の実施例のを説明するための第１のアークＡ３及び第２のアークＢ３のアーク発生部の模式図である。
【図１０】本発明の第２の実施例のを説明するための第１のアークＡ３及び第２のアークＢ３のアーク発生部の模式図である。
【図１１】    本発明の第３の実施例を説明するための第１のアークＡ３及び第２のアークＢ３のアーク発生部の模式図である。
【符号の説明】
１  溶接ワイヤ
２  被溶接物
２１  溶融池
３  アーク
４  溶接トーチ
Ａ１  第１の溶接ワイヤ
Ａ３  第１のアーク
Ａ４１  第１のコンタクトチップ
ＡＩｂ  第１のベース電流
ＡＩｐ  第１のピーク電流
ＡＩｗ  第１の溶接電流
ＡＰＳ  第１の溶接電源装置
ＡＴｆ  第１のパルス周期
ＡＴｐ  第１のピーク電流通電時間
ＡＶｂ  第１のベース電圧
ＡＶｐ  第１のピーク電圧
ＡＶｗ  第１の溶接電圧
ＡＷＦ  第１のワイヤ送給装置
Ｂ１  第２の溶接ワイヤ
Ｂ３  第２のアーク
Ｂ４１  第２のコンタクトチップ
ＢＩｂ  第２のベース電流
ＢＩｐ  第２のピーク電流
ＢＩｗ  第２の溶接電流
ＢＰＳ  第２の溶接電源装置
ＢＴｆ  第２のパルス周期
ＢＴｐ  第２のピーク電流通電時間
ＢＶｂ  第２のベース電圧
ＢＶｐ  第２のピーク電圧
ＢＶｗ  第２の溶接電圧
ＢＷＦ  第２のワイヤ送給装置
Ｉｗ  溶接電流
【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】
0003875082.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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