(57)【要約】【課題】被溶接部の溶接部位ごとに適した組成のシールドガスを供給することができるアーク溶接装置を提供する。【解決手段】溶接トーチ１を有する溶接ロボット２００と、溶接ロボット２００における溶接条件が設定される溶接制御部５とを有し、複数の原料ガス９１ａ，９１ｂの混合比を調整したシールドガス９を溶接トーチ１から噴射しながらアーク溶接を行うアーク溶接装置１００Ａであって、複数の原料ガス９１ａ，９１ｂの各々を供給する供給源３１ａ，３１ｂと、溶接制御部５に設定される溶接条件のうち特定の溶接条件と、その特定の溶接条件に適したシールドガス９の組成との相関関係を記憶する記憶部（ガス組成記憶部５２）と、その記憶部の相関関係に基づき、特定の溶接条件に適したシールドガス９の組成となるように、供給源３１ａ，３１ｂからの原料ガス９１ａ，９１ｂの各々の供給量を制御するガス供給制御部５αと、を備える。【選択図】図１
2016047543.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接トーチを有する溶接ロボットと、前記溶接ロボットにおける溶接条件が設定される溶接制御部とを有し、複数の原料ガスの混合比を調整したシールドガスを前記溶接トーチから噴射しながらアーク溶接を行うアーク溶接装置であって、
前記複数の原料ガスの各々を供給する供給源と、
前記溶接制御部に設定される溶接条件のうち特定の溶接条件と、その特定の溶接条件に適した前記シールドガスの組成との相関関係を記憶する記憶部と、
前記相関関係に基づき、前記特定の溶接条件に適したシールドガスの組成となるように、前記供給源からの原料ガスの各々の供給量を制御するガス供給制御部と、を備えるアーク溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シールドガスを用いたアーク溶接を行うアーク溶接装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図４に示すように、従来からシールドガス９を用いたアーク溶接を行うアーク溶接装置１００が知られている（例えば特許文献１を参照）。アーク溶接装置１００は、溶接ロボット２００に取り付けられてアーク放電を発生させる溶接トーチ１と、溶接トーチ１に給電する溶接機２と、アークを空気から遮断するシールドガス９を溶接トーチ１に供給するガス供給機構３と、溶接トーチ１に溶接ワイヤ８を供給するワイヤ供給機構４と、溶接ロボット２００における溶接条件が設定される溶接制御部５と、を備える。溶接条件は、例えば、作業者がティーチングペンダントなどの入力部５０で入力する。
【０００３】
アークを大気から遮断するシールドガス９には、炭酸ガスや不活性ガスを用いることができる。また、複数種の原料ガスを混合した混合ガスをシールドガス９に用いることもできる。例えば炭酸ガスにアルゴンガスや酸素ガス、ヘリウムガスを混合した混合ガスをシールドガス９として用いることが挙げられる。混合ガスを用いる場合、各原料ガスの混合比を調整することで、アーク溶接時のスパッタの発生を抑制したり、溶込み形状を変化させたりすることができる。
【０００４】
図４に示すアーク溶接装置１００のガス供給機構３は、原料ガス９１ａを供給する供給源３１ａと、原料ガス９１ａとは異なる原料ガス９１ｂを供給する供給源３１ｂと、を備えており、これら原料ガス９１ａ,９１ｂの混合を混合機３５のバッファタンク３５ｔで行っている。バッファタンク３５ｔで生成された混合ガスは、導入管３５ｉを経て導入量が調整されて、シールドガス９としてアーク近傍に噴射される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０９−３１４３３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
アーク溶接の品質は、シールドガスの組成（混合比）に大きく影響される。被溶接部は、部位ごとに厚さや材質、溶接長などの溶接条件が異なる場合があり、アーク溶接の品質を向上するにあたり、被溶接部の部位ごとにその溶接条件に適したシールドガスの組成とすることが望まれる。例えば、被溶接部に厚さが厚い部位と薄い部位とが混在する場合、一方の部位に適した組成のシールドガスを用いた場合、ガスの混合比によって溶込み形状などが異なるため、他方の部位では溶接個所の外観や強度を含む溶接の品質が低下するという問題が生じ得る。
【０００７】
しかし、従来のアーク溶接装置では、被溶接部の部位ごとにその溶接条件に適した組成のシールドガスとすることが困難である。従来のアーク溶接装置１００では、溶接機２よりも上流側の混合機３５でガスの混合比を調整しており、この混合機３５に供給される各供給源３１ａ，３１ｂからの原料ガス９１ａ，９１ｂの供給量は通常一定値となっているからである。特に、溶接条件に適した組成のシールドガスを自動的に生成する技術は提案されていない。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的の一つは、被溶接部の溶接部位ごとに適した組成のシールドガスを供給することができるアーク溶接装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、溶接トーチを有する溶接ロボットと、前記溶接ロボットにおける溶接条件が設定される溶接制御部とを有し、複数の原料ガスの混合比を調整したシールドガスを前記溶接トーチから噴射しながらアーク溶接を行うアーク溶接装置に係る。この本発明のアーク溶接装置は、前記複数の原料ガスの各々を供給する供給源と、前記溶接制御部に設定される溶接条件のうち特定の溶接条件と、その特定の溶接条件に適した前記シールドガスの組成との相関関係を記憶する記憶部と、前記相関関係に基づき、前記特定の溶接条件に適したシールドガスの組成となるように、前記供給源からの原料ガスの各々の供給量を制御するガス供給制御部と、を備える。
【発明の効果】
【００１０】
上記のアーク溶接装置は、溶接ロボットの溶接条件を利用した特定の溶接条件とシールドガスとの相関関係に基づいてガス供給制御部を制御することで、被溶接部の溶接部位ごとに適したシールドガスを供給できる。よって、被溶接部の溶接部位ごとのアーク溶接の品質を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態１のアーク溶接装置の概略図である。
【図２】実施形態２のアーク溶接装置の概略図である。
【図３】実施形態２のアーク溶接装置に備わる溶接トーチ近傍の概略図である。
【図４】従来のアーク溶接装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明のアーク溶接装置の実施形態を図面に基づいて説明する。図面において、同一符号は同一名称物を示す。
【００１３】
＜実施形態１＞
実施形態１のアーク溶接装置１００Ａは、図１に示すように、溶接トーチ１を有する溶接ロボット２００と、溶接機２と、ガス供給機構３と、ワイヤ供給機構４と、溶接制御部５と、を備える。溶接トーチ１は、駆動源を有するロボットアームに取り付けられ、そのロボットアームの駆動により被溶接部に対して所定の位置に移動可能である。ガス供給機構３は、原料ガス９１ａを供給する供給源３１ａと、原料ガス９１ａとは異なる原料ガス９１ｂを供給する供給源３１ｂと、を備える。本実施形態１のアーク溶接装置１００Ａは、特定の溶接条件とその特定の溶接条件に適したシールドガス９の組成との相関関係を記憶する記憶部（ガス組成記憶部５２）と、その相関関係に基づいて各供給源３１ａ，３１ｂからの各原料ガス９１ａ，９１ｂの供給量を制御するガス供給制御部５αと、を備える点を特徴の一つとする。上記特定の溶接条件は、シールドガス９の組成に相関する溶接条件で、溶接制御部５に設定される溶接条件から選択される。上記溶接ロボット２００、溶接機２、ワイヤ供給機構４は、図４に示す従来の構成と同様である。以下、特徴点を中心に説明する。
【００１４】
溶接制御部５は、溶接ロボット２００における溶接条件がコンピュータのメモリに設定され、この溶接条件を制御信号として溶接ロボット２００に伝送し、被溶接部の所定の部位への溶接を制御する。溶接制御部５は、設定された溶接条件を記憶する溶接条件記憶部５１と、溶接条件生成部５１ｆと、制御部としてガス供給制御部５αと、ロボット動作制御部５βと、を備える。溶接機２は、溶接制御部５と通信ケーブル６を介して繋がっており、放電制御部５γと、ワイヤ制御部５δと、を備える。ロボット動作制御部５βは、溶接制御の実行プログラムにおける溶接ロボット２００への動作命令に従ってロボットアームの駆動動作を制御する。この動作命令で設定されたロボットアームの駆動位置などに基づいてロボットアームの駆動動作を制御する。ガス供給制御部５α、放電制御部５γ、ワイヤ制御部５δは、溶接制御の実行プログラムにおける溶接命令に従って各々の制御を行う。放電制御部５γは、溶接条件記憶部５１に記憶された溶接条件のうち、溶接電流または溶接電圧などの電気的条件や電流波形に基づいてアーク放電の制御を行う。放電制御部５γによって溶接機２から送られる電力は、ケーブル２ｃを介して溶接ロボット２００に送られ、溶接トーチ1内のコンタクトチップを介してワイヤ８に供給される。ワイヤ制御部５δは、溶接条件記憶部５１に記憶された溶接条件や溶接の実行値などに基づいてワイヤ繰り出しモータ４Ｍを制御することで、溶接ワイヤ８の繰り出し状態を制御する。ガス供給制御部５αについては、後で詳述する。
【００１５】
溶接ロボット２００における溶接条件として、上述したように、溶接電流、溶接電圧、溶接（通電）波形、溶接速度（溶接トーチ１の移動速度）などが挙げられる。また、溶接条件として、被溶接部の材質や厚さ、継手情報、使用ガス、後述するように溶接する部位ごとの重視する情報（例えば、外観や強度、コスト優先など）などの被溶接部の情報が挙げられる。これらの溶接条件は、初期設定として事前に作業者がティーチングペンダントなどの入力部５０で入力して溶接条件記憶部５１に記憶させてもよいし、予め溶接条件記憶部５１に設定されていてもよい。溶接長（溶接トーチ１の移動量）や溶接部位は、溶接制御の実行プログラムに設定されたロボットアームの駆動位置に基づいてコンピュータで把握できる。溶接長や溶接部位の情報は、溶接条件記憶部５１に記憶させておいてもよい。さらに、溶接条件として、温度計５５Ｔや湿度計５５Ｍにより求めた気温や湿度などの外部データを環境測定部５５に設定することもできる。この場合、温度計５５Ｔや湿度計５５Ｍなどの信号線が接続される外部端子を入力部５０とし、気温などの計測データを自動的に入力することが挙げられる。溶接条件生成部５１ｆでは、溶接制御の実行プログラムに設定されたロボットアームの駆動位置から把握した溶接長と、溶接条件記憶部５１に記憶された溶接速度とから溶接時間を算出することができる。また、環境測定部５５のデータに基づいて溶接条件を計算することもできる。上述した各制御部５α，５γ，５δは、溶接条件記憶部５１に記憶された溶接条件に加え、この溶接条件生成部５１ｆで算出した溶接条件にも基づいて制御を行ってもよい。
【００１６】
溶接制御部５は、上述した溶接条件のうち特定の溶接条件と、その溶接条件に適したシールドガス９の組成との相関関係を記憶するガス組成記憶部５２を備える。アーク溶接の品質は、シールドガス９の組成（原料ガス９１ａ，９１ｂの混合比）に大きく影響される。被溶接部は、上述したように部位ごとに溶接条件が異なるため、後述するように部位ごとにシールドガス９の組成の影響が異なり、全ての溶接部位に対して一様のシールドガス９を用いると、被溶接部に溶接の品質（外観や強度など）が低下する部分が形成される虞がある。そこで、後述するように、被溶接部の溶接部位ごとにシールドガス９の組成を変えて溶接することで、溶接の品質を向上することができる。
【００１７】
原料ガス９１ａ，９１ｂには、炭酸ガス、アルゴンガス、酸素ガス、水素ガス、窒素ガス、ヘリウムガス、あるいはこれらのうちの二種類以上を混合した混合ガスなどを利用することができる。例えば、原料ガス９１ａとして炭酸ガスを、原料ガス９１ｂとしてアルゴンガスを利用することが挙げられる（以下、シールドガス９が炭酸ガスとアルゴンガスとの混合ガスである例で説明する）。原料ガス９１ａと原料ガス９１ｂは、後述するように、混合機３５のバッファタンク３５ｔ内で混合され、混合ガスとなる。
【００１８】
炭酸ガスは、溶融池の温度が上昇して溶込み量が増加し易いため、溶接による溶込みを確保し易い。また、炭酸ガスは、アルゴンガスと比較して非常に安価であり、ガスのコストを低減し易い。一方、アルゴンガスは、溶接による溶落ちやスパッタの発生を低減し易く、ビードの外観を向上し易い。そこで、被溶接部において、溶接部位に要する外観や強度を含む溶接の品質と、シールドガスの組成との関係は、以下であると考えられる。溶接部位が外観を気にする必要がない場合、シールドガスとして炭酸ガスを主に用いることで、ガスのコストを低減できる。一方、溶接部位が外装であり外観を重視する場合、シールドガスとしてアルゴンガスを主に用いることで、被溶接部の見栄えを向上できる。他に、溶接部位が溶込みを要する場合、シールドガスとして炭酸ガスを多く混合することで、安定した溶込みを得ることができる。このとき、溶接部位が溶込みを要しかつ外観も重視する場合、所望の溶込み量と見栄えとを両立するように、シールドガスとして炭酸ガスとアルゴンガスとの混合比を調整すればよい。その他に、被溶接部の溶接長が短い場合、母材温度が上昇し難く溶込み量が少ないため、シールドガスとして炭酸ガスを多くすることで、溶接を行い易くできる。また、被溶接部の溶接長が長い場合、母材温度が上昇するまでは炭酸ガスを多くし、母材温度がある程度上昇したらアルゴンガスを多くすることで、溶接を行い易くかつ見栄えを向上できる。原料ガス９１，９２の混合比は、双方の原料ガスを含んでいてもよいし、どちらか一方の原料ガスをゼロとしてもよい。上述した溶接部位に要する溶接の品質とシールドガスの組成との関係は一例である。
【００１９】
上述したように、被溶接部の部位ごとに設定される溶接条件のうち、所望の溶接の品質に係わる特定の溶接条件と、その特定の溶接条件に適したシールドガス９の組成との相関関係を実験などにより予め求めておき、この相関関係をガス組成記憶部５２に記憶しておく。そして、各溶接部位におけるシールドガス９の供給は、この相関関係に基づき、特定の溶接条件に適したシールドガス９の組成（混合比）となるように、各供給源３１ａ，３１ｂからの各原料ガス９１ａ，９１ｂの供給量をガス供給制御部５αによって自動で制御する。
【００２０】
ガス供給制御部５αは、ガス組成記憶部５２に記憶された相関関係に基づき、各原料ガス９１ａ，９１ｂの供給量を制御する。ガス供給制御部５αによる制御指令は、信号線６ｓを介して繋がる電磁弁３３ａ，３３ｂなどの開閉機構に伝送される。各原料ガス９１ａ，９１ｂの供給量の調整は、電磁弁３３ａ，３３ｂなどの開閉機構の動作によって行う。ここでは、各供給源３１ａ，３１ｂとバッファタンク３５ｔとを接続するガス配管３２ａ，３２ｂの途中に設けられた電磁弁３３ａ，３３ｂの開度を個別に制御する。電磁弁３３ａ，３３ｂは、開度だけでなく開放する回数や時間（パルス制御）によって制御することもできる。電磁弁３３ａ，３３ｂで供給量が調整された各原料ガス９１ａ，９１ｂは、混合機３５のバッファタンク３５ｔ内で混合されて混合ガスとなり、導入管３５ｉを経てシールドガス９としてアーク近傍に噴射される。
【００２１】
〔効果〕
以上説明したアーク溶接装置１００Ａによれば、溶接ロボット２００の溶接条件（溶接条件記憶部５１に記憶された溶接条件）を利用して、特定の溶接条件とシールドガス９との相関関係に基づいてガス供給制御部５αによって自動で原料ガス９１ａ，９１ｂの供給量を制御できる。よって、被溶接部の溶接部位ごとに適した組成のシールドガス９を供給でき、溶接部位ごとのアーク溶接の品質を向上できる。特に、必要な溶接部位にのみ高価なアルゴンガスを用いることができるため、ガスのコストを低減でき、溶接対象（例えば、車両）の生産コストを下げることができる。また、ガス供給制御部５αによって、溶接部位の特定条件に適した組成のシールドガス９を自動で制御できるため、作業者の労力的および時間的な負担を軽減できる。
【００２２】
さらに、シールドガス９の組成（混合比）に基づいて、他の制御部を自動で制御することもできる。例えば、放電制御部５γは、シールドガス９の組成（混合比）に基づいて、溶接部位ごとに適した溶接電流（溶接電圧）となるように制御することが挙げられる。この場合、上述した特定の溶接条件とシールドガス９の組成との相関関係として、溶接電流（溶接電圧）の条件も加味すればよい。そうすることで、シールドガス９の組成に合わせた溶接電流（溶接電圧）の設定が可能となる。
【００２３】
その他に、放電制御部５γは、その他の特定の溶接条件に対応させて、溶接部位ごとに適した溶接電流（溶接電圧）となるように制御することもできる。例えば、溶接条件記憶部５１に記憶された溶接条件から選択された特定の溶接条件と、その特定の溶接条件に適した溶接電流（溶接電圧）との相関関係を予め求めておき、この相関関係を放電条件記憶部（図示せず）に記憶しておく。そして、この相関関係に基づき、特定の溶接条件に適した溶接電流（溶接電圧）となるように、溶接電流（溶接電圧）を放電制御部５γによって自動で制御する。溶接条件記憶部５１に記憶された溶接条件を利用した特定の溶接条件によって溶接電流（溶接電圧）を制御することで、溶接電流（溶接電圧）の初期設定を省略できる。
【００２４】
＜実施形態２＞
実施形態２では、溶接トーチ１とガス供給機構３に関連する部分が実施形態１と異なるアーク溶接装置１００Ｂを図２及び図３に基づいて説明する。
【００２５】
実施形態２のアーク溶接装置１００Ｂは、図２に示すように、混合機３５（図１を参照）が設けられておらず、各供給源３１ａ，３１ｂから供給された各原料ガス９１ａ，９１ｂの混合は、溶接トーチ１内で行っている。よって、各原料ガス９１ａ，９１ｂを溶接トーチ１の外部から内部に導入するガス配管３２ａ，３２ｂが、各供給源３１ａ，３１ｂから直に接続されている。
【００２６】
溶接トーチ１は、図３に示すように、トーチ本体１０と、トーチ本体１０の先端に形成されるノズル１１と、を備える。トーチ本体１０は、溶接ワイヤ８をノズル１１の先端に案内すると共に、溶接ワイヤ８に給電するコンタクトチップ１２を備えている。また、トーチ本体１０は、ノズル１１内にシールドガス９を導入し、アーク溶接の間中、ノズル１１の先端からシールドガス９を噴射させる。
【００２７】
本実施形態２におけるガス配管３２ａとガス配管３２ｂのトーチ本体１０との接続部分は、電磁弁を備えるインジェクタ３４ａ，３４ｂで構成されている。これらインジェクタ３４ａ，３４ｂは、実施形態１と同様に、ガス組成記憶部５２に記憶された相関関係に基づき、特定の溶接条件に適したシールドガス９の組成となるように、ガス供給制御部５αによって自動で制御される。ガス配管３２ａとガス配管３２ｂは、トーチ本体１０の内部で原料ガス９１ａと原料ガス９１ｂとが十分に混合されるようにトーチ本体１０に取り付けられる。また、一方の原料ガスの流路が溶接トーチ１のトーチ本体１０の内部に形成されていてもよい。
【００２８】
実施形態２のアーク溶接装置１００Ｂによれば、被溶接部の溶接部位に適したシールドガス９を速やかに溶接トーチ１から噴射させることができる。シールドガス９を構成する原料ガス９１ａと原料ガス９１ｂをそれぞれ個別に溶接トーチ１のトーチ本体１０に導入し、トーチ本体１０の位置で両原料ガス９１ａ，９１ｂを混合してシールドガス９を作製しているからである。実施形態１では、溶接部位に適したシールドガス９を溶接トーチ１から噴射するにあたり、溶接部位に適した組成のシールドガス（新シールドガス）に切り替わるまでに、切り替わる前の組成のシールドガス（旧シールドガス）がバッファタンク３５ｔや導入管３５ｉの内部に残存する場合がある。そのため、旧シールドガスを排出するまで新シールドガスを溶接トーチ１から噴射できず、シールドガスの組成切替にタイムラグが生じ得るが、実施形態２では、このタイムラグも解消できる。トーチ本体１０の位置で原料ガス９１ａ，９１ｂの混合を行う構成であれば、混合機３５（図１を参照）を省略することができるので、アーク溶接装置の構成をコンパクトにできる。
【００２９】
＜実施形態３＞
実施形態１，２において、さらに、原料ガス９１ａ，９１ｂとは異なる原料ガスを導入する構成としてもよい。つまり、３種類以上のガスを混合してシールドガス９を構成しても構わない。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明のアーク溶接装置は、鉄鋼材料の溶接に好適に利用可能である。特に、本発明のアーク溶接装置は、車両の各部の溶接に好適に利用可能である。
【符号の説明】
【００３１】
１００，１００Ａ，１００Ｂ  アーク溶接装置
２００  溶接ロボット
１  溶接トーチ
１０  トーチ本体    １１  ノズル    １２  コンタクトチップ
２  溶接機    ２ｃ  ケーブル
３  ガス供給機構
３１ａ，３１ｂ  供給源    ３２ａ，３２ｂ  ガス配管
３３ａ，３３ｂ  電磁弁    ３４ａ，３４ｂ  インジェクタ
３５  混合機    ３５ｔ  バッファタンク    ３５ｉ  導入管
４  ワイヤ供給機構    ４Ｍ  ワイヤ繰り出しモータ
５  溶接制御部
５α  ガス供給制御部    ５β  ロボット動作制御部
５γ  放電制御部    ５δ  ワイヤ制御部
５０  入力部
５１  溶接条件記憶部    ５１ｆ  溶接条件生成部
５２  ガス組成記憶部
５５  環境測定部    ５５Ｔ  温度計    ５５Ｍ  湿度計
６  通信ケーブル    ６ｓ  信号線
８  溶接ワイヤ
９  シールドガス    ９１ａ，９１ｂ  原料ガス
【図１】
2016047543.tif 000003
【図２】
2016047543.tif 000004
【図３】
2016047543.tif 000005
【図４】
2016047543.tif 000006