(57)【要約】【課題】非消耗電極と消耗電極とを組み合わせた溶接において、スパッタの発生を抑制するとともに、ビードの外観を向上させることが可能な溶接装置を提供する。【解決手段】溶接装置１００は、非消耗電極１２と、非消耗電極１２と母材２との間にプラズマアーク３を形成して電流を流すための電源２０と、消耗電極１５と、消耗電極１５と母材２との間の短絡を検知して短絡信号６２を出力する短絡検知部５２と、短絡信号６２に基づいて短絡の周波数である短絡周波数を計測し、短絡周波数の情報を含む信号である短絡周波数信号６３を出力する計測部５３と、短絡周波数信号６３に基づいて短絡周波数と目標値との誤差を算出し、誤差信号６４を出力する誤差検出部５４と、誤差信号６４に基づいて誤差を減ずるように電流の値を調整するための電流調整信号６６を電源２０に出力して電流を調整する電流調整部７０とを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アークの熱によって金属からなる母材の一部を溶融させて前記母材を溶接するための溶接装置であって、
前記母材との間にアークを形成すべき非消耗電極と、
前記非消耗電極に接続され、前記非消耗電極と前記母材との間にアークを形成して電流を流すための電源と、
前記非消耗電極との間に間隔をおいて配置され、前記母材との間にアークを形成すべき消耗電極と、
前記消耗電極と前記母材との間の短絡を検知して前記短絡の情報を含む信号である短絡信号を出力する短絡検知部と、
前記短絡検知部に接続され、前記短絡信号に基づいて前記短絡の周波数である短絡周波数を計測し、前記短絡周波数の情報を含む信号である短絡周波数信号を出力する計測部と、
前記計測部に接続され、前記短絡周波数信号に基づいて前記短絡周波数と目標値との誤差を算出し、前記誤差の情報を含む信号である誤差信号を出力する誤差検出部と、
前記誤差検出部に接続され、前記誤差信号に基づいて前記誤差を減ずるように前記電流の値を調整するための電流調整信号を前記電源に出力して前記電流を調整する電流調整部と、を備える、溶接装置。
【請求項２】
前記電流調整部は、計測された前記短絡周波数が前記目標値よりも低い場合に前記電流の値を減少させ、計測された前記短絡周波数が前記目標値よりも高い場合に前記電流の値を増加させるように前記電流の値を調整する、
請求項１に記載の溶接装置。
【請求項３】
前記非消耗電極と前記母材との間に形成されるべきアークを取り囲むように配置され、前記非消耗電極と前記母材との間に形成されるべきアークを収束させるプラズマノズルをさらに備える、
請求項１または請求項２に記載の溶接装置。
【請求項４】
金属からなる母材を準備する工程と、
前記母材と非消耗電極との間にアークを形成して前記母材の一部を溶融させる第１溶接工程と、
溶融した前記母材の前記一部と消耗電極との間にアークを形成して前記消耗電極の一部を溶融させ、溶融した前記消耗電極の前記一部を、溶融した前記母材の前記一部に供給する第２溶接工程と、を備え、
前記第２溶接工程は、
前記消耗電極と前記母材との間の短絡を検知して前記短絡の情報を含む信号である短絡信号を出力する工程と、
前記短絡信号に基づいて前記短絡の周波数である短絡周波数を計測し、前記短絡周波数の情報を含む信号である短絡周波数信号を出力する工程と、
前記短絡周波数信号に基づいて前記短絡周波数と目標値との誤差を算出し、前記誤差の情報を含む信号である誤差信号を出力する工程と、を含み、
前記第１溶接工程は、前記誤差信号に基づいて前記誤差を減ずるように、前記非消耗電極と前記母材との間に流れる電流の値を調整する工程を含む、溶接方法。
【請求項５】
前記非消耗電極と前記母材との間に流れる電流の値を調整する工程では、計測された前記短絡周波数が前記目標値よりも低い場合に前記電流の値が減少し、計測された前記短絡周波数が前記目標値よりも高い場合に前記電流の値が増加するように前記電流の値が調整される、
請求項４に記載の溶接方法。
【請求項６】
前記第１溶接工程では、前記非消耗電極と前記母材との間に形成されたアークが該アークを取り囲むように配置されるプラズマノズルによって収束される、
請求項４または請求項５に記載の溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接装置および溶接方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
溶接方法の一つとして非消耗電極を用いるプラズマ溶接が知られている。このプラズマ溶接では、タングステン電極と母材との間にアークを発生させるとともに、プラズマノズルの働きにより当該アークを収束させる。そして、このアークを熱源として母材を溶融し、その周辺に不活性ガスを流して溶接部を周囲の空気からシールドしつつ溶接を実施する。また、他の溶接方法として消耗電極を用いるＧＭＡ（Gas  metal  arc）溶接がある。このＧＭＡ溶接では、消耗性の電極ワイヤと母材との間にアークを発生させ、これを熱源として電極ワイヤおよび母材を溶融し、その周辺にガスを流して溶接部を周囲の空気からシールドしつつ溶接を実施する。また、消耗電極としてワイヤを送給しながら消耗電極アークを発生させることと、この消耗電極アークを取り囲む非消耗電極アークを発生させることとを同時に行う２電極アーク溶接が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−３４６８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
溶接においては、スパッタの発生の抑制およびビードの外観の向上が重要な課題の一つである。本発明はこのような課題に対応するためになされたものであって、その目的は、非消耗電極と消耗電極とを組み合わせた溶接において、スパッタの発生を抑制するとともに、ビードの外観を向上させることが可能な溶接装置および溶接方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に従った溶接装置は、アークの熱によって金属からなる母材の一部を溶融させて上記母材を溶接するための溶接装置である。この溶接装置は、非消耗電極と、電源と、消耗電極と、短絡検知部と、計測部と、誤差検出部と、電流調整部とを備える。非消耗電極は、上記母材との間にアークを形成するための電極である。電源は、上記非消耗電極に接続され、上記非消耗電極と上記母材との間にアークを形成して電流を流す。消耗電極は、非消耗電極との間に間隔をおいて配置され、上記母材との間にアークを形成するための電極である。短絡検知部は、上記消耗電極と上記母材との間の短絡を検知して上記短絡の情報を含む信号である短絡信号を出力する。計測部は、上記短絡検知部に接続され、上記短絡信号に基づいて上記短絡の周波数である短絡周波数を計測し、上記短絡周波数の情報を含む信号である短絡周波数信号を出力する。誤差検出部は、上記計測部に接続され、上記短絡周波数信号に基づいて上記短絡周波数と目標値との誤差を算出し、当該誤差の情報を含む信号である誤差信号を出力する。電流調整部は、上記誤差検出部に接続され、上記誤差信号に基づいて上記誤差を減ずるように上記電流の値を調整するための電流調整信号を上記電源に出力して上記電流を調整する。
【０００６】
上記溶接装置においては、上記電流調整部が、計測された上記短絡周波数が上記目標値よりも低い場合に上記電流の値を減少させ、計測された上記短絡周波数が上記目標値よりも高い場合に上記電流の値を増加させるように上記電流の値を調整してもよい。
【０００７】
上記溶接装置においては、上記非消耗電極と上記母材との間に形成されるべきアークを取り囲むように配置され、上記非消耗電極と上記母材との間に形成されるべきアークを収束させるプラズマノズルをさらに備えてもよい。
【０００８】
本発明に従った溶接方法は、金属からなる母材を準備する工程と、上記母材と非消耗電極との間にアークを形成して上記母材の一部を溶融させる第１溶接工程と、溶融した上記母材の上記一部と消耗電極との間にアークを形成して上記消耗電極の一部を溶融させ、溶融した上記消耗電極の上記一部を、溶融した上記母材の上記一部に供給する第２溶接工程とを備える。上記第２溶接工程は、上記消耗電極と上記母材との間の短絡を検知して上記短絡の情報を含む信号である短絡信号を出力する工程と、上記短絡信号に基づいて上記短絡の周波数である短絡周波数を計測し、上記短絡周波数の情報を含む信号である短絡周波数信号を出力する工程と、上記短絡周波数信号に基づいて上記短絡周波数と目標値との誤差を算出し、当該誤差の情報を含む信号である誤差信号を出力する工程とを含む。上記第１溶接工程は、上記誤差信号に基づいて上記誤差を減ずるように、上記非消耗電極と上記母材との間に流れる電流の値を調整する工程を含む。
【０００９】
上記溶接方法において、上記非消耗電極と上記母材との間に流れる電流の値を調整する工程では、計測された上記短絡周波数が上記目標値よりも低い場合に上記電流の値が減少し、計測された上記短絡周波数が上記目標値よりも高い場合に上記電流の値が増加するように上記電流の値が調整されてもよい。
【００１０】
上記溶接方法において、上記第１溶接工程では、上記非消耗電極と上記母材との間に形成されたアークが該アークを取り囲むように配置されるプラズマノズルによって収束されてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明者の検討によれば、非消耗電極と消耗電極とを組み合わせた溶接においては、非消耗電極側のアークと消耗電極側のアークとの間で発生する干渉や非消耗電極側で発生する熱の影響により、消耗電極側の溶滴移行が不安定となる場合がある。その結果、スパッタの発生やビードの形成不良が生じる。これに対して、消耗電極側の短絡周波数の情報に基づいて非消耗電極側の電流値を調整することによって、消耗電極側の溶滴移行の安定化を図ることが可能となる。本発明に従った溶接装置および溶接方法においては、測定された消耗電極側の短絡周波数と目標値との誤差に基づいて、母材と非消耗電極との間の電流が調整され、消耗電極側の溶滴移行の安定化が図られる。その結果、本発明に従った溶接装置および溶接方法によれば、非消耗電極と消耗電極とを組み合わせた溶接において、スパッタの発生を抑制するとともに、ビードの外観を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施の形態１の溶接装置の主要な構成を示す概略図である。
【図２】実施の形態１の溶接装置のブロック図である。
【図３】実施の形態１の溶接の手順の一例を示すフローチャートである。
【図４】実施の形態１の溶接の手順の一例を示すフローチャートである。
【図５】実施の形態１の溶接の手順の一例を示すフローチャートである。
【図６】実施の形態２の溶接装置の主要な構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。
【００１４】
＜実施の形態１＞
１．本実施の形態の溶接装置の構成
図１は、実施の形態１の溶接装置１００の構成を示す概略図である。また、図２は、溶接装置１００の概略的な電気的構成を示すブロック図である。図１および図２を参照して溶接装置１００は、金属からなる母材２の一部をアークの熱によって溶融させて、母材２を溶接するための溶接装置である。溶接装置１００は、プラズマ溶接トーチ１０およびＧＭＡ溶接トーチ１９の２つの溶接トーチを備える。
【００１５】
まず、プラズマ溶接トーチ１０について説明する。プラズマ溶接トーチ１０は、非消耗電極であるプラズマ電極１２と、プラズマ電極１２を取り囲むように配置され、プラズマ電極１２との間にプラズマガスを流す流路を形成するプラズマノズル１６と、さらにその外側に位置してプラズマノズル１６との間にシールドガスを流す流路を形成するシールドノズル１４とを備える。
【００１６】
プラズマ電極１２は、たとえばタングステンなどの金属からなる。プラズマ電極１２は、プラズマ溶接トーチ１０の中央軸を含むように配置される。プラズマ電極１２は、母材２との間にプラズマアーク３を形成するための電極である。
【００１７】
プラズマノズル１６は、プラズマ電極１２を取り囲む筒状の形状を有する。プラズマノズル１６は、たとえば銅、その合金などの金属からなる。本実施形態において、プラズマノズル１６は、図示しない水冷機構によって水冷される。また、プラズマノズル１６により取り囲まれた空間に、プラズマ電極１２の先端が位置する。すなわち、プラズマ電極１２の先端は、プラズマノズル１６の内壁に面する。別の観点から説明すると、プラズマノズル１６の中空部内にプラズマ電極１２の先端が位置する。その結果、プラズマノズル１６は、プラズマ電極１２と母材２との間にプラズマアーク３が形成された場合、プラズマアーク３の一部（プラズマ電極１２に近い領域）は、プラズマノズル１６に取り囲まれる。また、プラズマノズル１６とプラズマ電極１２との間隙部は、Ａｒ等のプラズマガスの流路となっている。そのため、プラズマアーク３の一部（プラズマ電極１２に近い領域）は、プラズマガスに取り囲まれる。このプラズマノズル１６およびプラズマガスにより、プラズマアーク３は収束される。プラズマノズル１６およびシールドノズル１４の先端部は、プラズマ溶接トーチ１０の中央軸に近づくように屈曲している。
【００１８】
さらに、溶接装置１００は、プラズマ電極１２に接続され、プラズマ電極１２と母材２との間にアークを形成して電流を流すためのプラズマ溶接電源２０を備える。プラズマ溶接電源２０は、プラス側端子２１と、プラス側端子２２と、マイナス側端子２３とを有する。プラズマ溶接電源２０のプラス側端子２１は配線２８を介して母材２に電気的に接続される。プラス側端子２２は配線２６を介してプラズマノズル１６に電気的に接続される。マイナス側端子２３は配線２４を介してプラズマ電極１２に電気的に接続される。
【００１９】
次に、ＧＭＡ溶接トーチ１９について説明する。ＧＭＡ溶接トーチ１９は、消耗電極である溶接ワイヤ１５と、溶接ワイヤ１５を保持するコンタクトチップ１７と、コンタクトチップ１７を取り囲むように配置され、コンタクトチップ１７との間にシールドガスを流す流路を形成するシールドノズル１８とを備える。溶接ワイヤ１５は、ＧＭＡ溶接トーチ１９の中央軸を含むように配置される。
【００２０】
溶接ワイヤ１５としては、たとえば、ステンレス鋼からなるＧＭＡ溶接用のソリッド溶接ワイヤを採用することができる。溶接ワイヤ１５は、母材２との間にアーク４を形成するための電極である。シールドノズル１８の先端部は、ＧＭＡ溶接トーチ１９の中央軸に近づくように屈曲している。溶接ワイヤ１５の先端部は、シールドノズル１８により取り囲まれる空間の内部から外部にまで延在するようにシールドノズル１８から突出して配置される。また、溶接ワイヤ１５は、図示しない溶接ワイヤ送給モータに接続される一対の送給ローラ２９の回転によって、シールドノズル１８内を通って一定の送給速度で送給される。
【００２１】
溶接装置１００は、溶接ワイヤ１５と母材２との間にアークを形成して電流を流すためのＧＭＡ溶接電源３０を備える。ＧＭＡ溶接電源３０は、プラス側端子３１と、マイナス側端子３２とを有する。ＧＭＡ溶接電源３０のプラス側端子３１は配線３４を介してコンタクトチップ１７に電気的に接続される。その結果、溶接ワイヤ１５はコンタクトチップ１７を介してプラス側端子３１に電気的に接続される。マイナス側端子３２は配線３６を介して母材２に電気的に接続される。
【００２２】
また、図２を参照して、溶接装置１００は、短絡検知部５２と、計測部５３と、誤差検出部５４と、電流調整部７０とを備える。電流調整部７０は、調整部５５と電流誤差増幅部５６とを含む。
【００２３】
短絡検知部５２は、配線３４と配線３６とを接続する接地端子５０に接続されている。短絡検知部５２には、配線３４と配線３６との間の電圧変動を含む電圧信号５１が入力される。そして、短絡検知部５２は、該電圧変動に基づいて溶接ワイヤ１５と母材２との間の短絡を検知して短絡の情報を含む信号である短絡信号６２を出力する。計測部５３は、短絡検知部５２に接続され、短絡信号６２に基づいて短絡の周波数である短絡周波数を計測し、短絡周波数の情報を含む信号である短絡周波数信号６３を出力する。誤差検出部５４は、計測部５３に接続され、短絡周波数信号６３に基づいて短絡周波数と目標値との誤差を算出し、誤差の情報を含む信号である誤差信号６４を出力する。電流調整部７０は、誤差検出部５４に接続され、誤差信号６４に基づいて誤差を減ずるようにプラズマ溶接電流の値を調整するための電流調整信号６６をプラズマ溶接電源２０に出力してプラズマ溶接電流を調整する。
【００２４】
より具体的には、電流調整部７０においては、母材２とプラズマ溶接電源２０との間に設置されてプラズマ溶接電流を計測する電流検出器５７から、プラズマ溶接電流の実測値の情報を含む信号である実測電流信号５８が電流誤差増幅部５６に入力される。電流誤差増幅部５６は、プラズマ溶接電流と設定値とが等しくなるようにフィードバック制御するための電流調整信号６６をプラズマ溶接電源２０に出力し、プラズマ溶接電流を調整する。一方、調整部５５には、誤差検出部５４から、誤差信号６４が入力される。そして、調整部５５は、誤差信号６４に基づいて誤差を減ずるように設定されたプラズマ溶接電流の値の情報を含む信号である設定電流信号６５を電流誤差増幅部５６に出力する。これにより、電流誤差増幅部５６内のプラズマ溶接電流の設定値が変更される。そして、電流誤差増幅部５６が、変更されたプラズマ溶接電流の設定値に基づいて、プラズマ溶接電流の値と設定値とが等しくなるようにフィードバック制御するための電流調整信号６６をプラズマ溶接電源２０に出力する。その結果、プラズマ溶接電流が上記誤差を減ずるような適切な値に調整される。
【００２５】
溶接装置１００は、各種演算処理を行うとともに、溶接装置１００全体の動作を制御する図示しないＣＰＵを備え、所定のソフトウエアプログラムがＣＰＵを用いて実行されることによって、溶接装置１００における上述の機能が実現される。
【００２６】
２．本実施の形態の溶接方法
次に、図３〜図５の溶接の手順の一例を示すフローチャートを参照して、本発明の実施の形態１における溶接方法について突合せ溶接を例として説明する。図３は、本実施の形態の溶接方法の全体の工程を示すフローチャートである。図４は、消耗電極である溶接ワイヤ１５側において実施される制御の手順を示すフローチャートである。図５は、非消耗電極であるプラズマ電極１２側において実施される制御の手順を示すフローチャートである。
【００２７】
（１）本実施の形態の溶接方法の全体の工程
図３を参照して、実施の形態１における溶接方法は、母材準備工程（Ｓ１０）と、第１溶接工程である母材溶融工程（Ｓ２０）と、第２溶接工程である消耗電極供給工程（Ｓ３０）とを備える。
【００２８】
図３を参照して、本実施の形態における溶接方法では、初めに、母材準備工程（Ｓ１０）が実施される。本工程（Ｓ１０）では、突合せ溶接の対象となる軟鋼、高張力鋼、ステンレス鋼などの金属製の母材を溶接面が接触して向い会うように配置する。
【００２９】
次に、非消耗電極による母材溶融工程（Ｓ２０）が実施される。本工程（Ｓ２０）では、母材２とプラズマ電極１２の間にプラズマアーク３を形成して母材２の一部を溶融させて溶融池８を形成する。
【００３０】
図１を参照して、まず、プラズマ電極１２とプラズマノズル１６との間に電圧を印加することにより、パイロットアークを発生させる。次に、プラズマ電極１２と母材２との間にアーク電圧が印加されることにより、プラズマ電極１２とプラズマノズル１６との間から吐出されるプラズマ気流を媒体としてプラズマアーク３が発生する。プラズマアーク３が発生している間、プラズマ電極１２と母材２との間に直流のアーク電流が流れている。
【００３１】
プラズマアーク３は、プラズマノズル１６の孔を通過して母材２へと到達する。プラズマ電極１２から発生したプラズマアーク３はプラズマノズル１６によってウォール効果およびサーマルピンチ効果を受けて収束され、エネルギー密度の高いアークとなる。そして、プラズマアーク３は、さらにシールドガスによりサーマルピンチ効果を受けることによって、さらに絞られて母材に到達する。このようにエネルギー密度の高いプラズマアーク３を作り出し、これを熱源として母材２を溶融する。そして、プラズマ気流１１が溶融池８の溶融金属を押しのけて、母材２を貫通してキーホール９を形成する。プラズマアーク３が溶接方向Ｆへ進行していくにしたがって、キーホール９およびキーホール９周辺の溶融池８も溶接方向Ｆに向けて移動することになる。
【００３２】
次に、消耗電極供給工程（Ｓ３０）が実施される。本工程（Ｓ３０）では、溶融した母材２の一部と消耗電極である溶接ワイヤ１５との間にアーク４を形成して、溶接ワイヤ１５の一部を溶融させる。ここで、プラズマ溶接トーチ１０とＧＭＡ溶接トーチ１９とは互いの相対的な位置関係を維持しつつ溶接方向Ｆ移動する。その結果、母材２の溶接されるべき領域においては、工程（Ｓ２０）と工程（Ｓ３０）が順次実施されることになる。
【００３３】
具体的には、工程（Ｓ３０）では、たとえばアルゴン等のシールドガスがシールドノズル１８内に供給されて、コンタクトチップ８６の外周面とシールドノズル１８の内周面との間の空間を流れる。そして、シールドノズル１８の出口から矢印Ｇに沿って吐出され、アーク４と外気とが遮断される。電極である溶接ワイヤ１５はアーク４の熱によって溶融し、形成された溶滴は母材２へと供給される。一方、アーク４の熱により母材２の一部が溶融する。そして、プラズマ溶接トーチ１０により形成された母材２を貫通するキーホール９の周辺の溶融した母材２と、その後方でＧＭＡ溶接トーチ１９により形成された溶加材としての溶接ワイヤ１５を含む溶融した母材２とがつながり、溶融池８が形成される。その結果、母材２の厚み方向全域にわたって溶加材としての溶接ワイヤ１５が補給され、溶接の欠陥が抑制されつつ母材２の厚み方向全体が溶接される。
【００３４】
上述のように、溶接装置１００においては、深い溶け込みが得られるプラズマアーク３を発生させる非消耗電極のプラズマ電極１２と、溶加材としての溶接ワイヤ１５が補給されることにより溶接の欠陥を抑制することが可能な消耗電極の溶接ワイヤ１５とを、間隔をおいて配置する。これにより、プラズマアーク３によって母材２を深く溶融した後に、アーク４によって溶加材が供給される。したがって、溶接の欠陥を抑制しつつキーホール溶接を行うことが可能となる。
【００３５】
（２）消耗電極である溶接ワイヤ１５側において実施される制御
次に図２〜図４を参照して、上記（１）の母材溶融工程（Ｓ２０）および消耗電極供給工程（Ｓ３０）において説明した溶接の実施中に、消耗電極である溶接ワイヤ１５側に関連して行われる制御の手順を説明する。上記消耗電極供給工程（Ｓ３０）においては、溶接ワイヤ１５の先端に生成した溶滴が母材２の溶融池８に接触すること、すなわち溶接ワイヤ１５と溶融池８とが短絡することによって溶滴が移行する短絡移行が一定の周期で発生する。上記消耗電極供給工程（Ｓ３０）において、短絡検知部５２は、溶接ワイヤ１５と母材２との間の短絡を検知して短絡の情報を含む信号である短絡信号６２を出力する（Ｔ１０）。
【００３６】
次に、計測部５３が、短絡検知部５２によって出力された短絡信号６２に基づいて短絡の周波数である短絡周波数を計測する。そして、短絡周波数の情報を含む信号である短絡周波数信号６３を出力する（Ｔ２０）。
【００３７】
次に、誤差検出部５４が、計測部５３によって出力された短絡周波数信号６３に基づいて計測された短絡周波数と目標値との誤差を算出する（Ｔ３０）。短絡周波数の目標値は、予め溶接条件を考慮して決定した値であってもよいし、プラズマアークの熱の影響が少ない溶接開始後数秒以内の平均短絡回数を計測した結果に基づいて決定した値であってもよい。平均短絡回数を計測する場合、計測結果に基づいて、自動的に適切な値が調整部５５に入力されるような制御が採用されてもよい。そして、誤差検出部５４が、誤差の情報を含む信号である誤差信号６４を出力する（Ｔ４０）。
【００３８】
（３）非消耗電極であるプラズマ電極１２側において実施される制御
次に図２、図３、および図５を参照して、上記（１）の母材溶融工程（Ｓ２０）および消耗電極供給工程（Ｓ３０）において説明した溶接の実施中に、非消耗電極であるプラズマ電極１２側に関連して行われる制御の手順を説明する。上記母材溶融工程（Ｓ２０）においては、上記Ｔ４０の工程において出力された誤差信号６４が調整部５５に入力される（Ｕ１０）。
【００３９】
次に、調整部５５が設定電流値の変更が必要か否かを判断する（Ｕ２０）。設定電流値の変更が必要な場合、すなわち、短絡周波数と目標値との間に誤差が生じている場合には、調整部５５が、電流誤差増幅部５６内において設定されたプラズマアーク溶接の設定電流値を変更する（Ｕ３０）。調整部５５は、誤差信号６４に基づいて誤差を減ずるように、電流誤差増幅部５６内のプラズマ溶接電流の設定値を変更する。具体的には、調整部５５は、計測された短絡周波数が目標値よりも低い場合に、電流誤差増幅部５６内のプラズマ溶接電流の設定値を減少させ、計測された短絡周波数が目標値よりも高い場合に、電流誤差増幅部５６内のプラズマ溶接電流の設定値を増加させるように設定電流信号６５を出力して、電流誤差増幅部５６内のプラズマ溶接電流の設定値を調整する。プラズマ溶接電流の調整方法としては、例えば、プラズマ溶接電源２０の出力電流を１０Ａずつ段階的に上下させていく。なお、電流誤差増幅部５６内のプラズマ溶接電流の設定値は、プラズマアークを維持可能な値にする必要がある。電流誤差増幅部５６内のプラズマ溶接電流の設定値の下限は、溶接の諸条件により決まり、例えば２０Ａが下限値となる。一方、Ｕ２０において、設定電流値の変更が必要でない場合は、工程Ｕ３０は省略される。
【００４０】
次に、母材２とプラズマ溶接電源２０との間を流れる電流の測定が行われる（Ｕ４０）。母材２とプラズマ溶接電源２０との間に設置された電流検出器５７から、プラズマ溶接電流の実測値の情報を含む信号である実測電流信号５８が電流誤差増幅部５６に入力される。
【００４１】
次に、電流の測定値と設定電流値との比較が行われる（Ｕ５０）。そして、工程Ｕ５０で行われた比較の結果に基づいて、電流誤差増幅部５６がプラズマ溶接電源２０の出力電流の値の調整が必要か否かを判断する（Ｕ６０）。
【００４２】
プラズマ溶接電源２０の出力電流の値を調整することが必要な場合、すなわち、電流の測定値と設定電流値とが一致していない場合は、電流誤差増幅部５６が電流調整信号６６をプラズマ溶接電源２０に出力して、プラズマ溶接電流が設定電流値に近づくように（電流の測定値と設定電流値とが一致するように）、プラズマ溶接電流が調整される（Ｕ７０）。ここで、工程Ｕ３０において設定電流値が変更された場合、変更後の設定電流値に基づいてプラズマ溶接電流が調整される。このようにして、プラズマ溶接電流のフィードバック制御を行う。電流誤差増幅部５６がプラズマ溶接電流の調整を終了すれば、本処理を終了する。一方、設定電流値の変更が必要でない場合、すなわち電流の測定値と設定電流値とが一致している場合は、Ｕ７０が省略され、本処理を終了する。
【００４３】
本実施形態の溶接装置１００および溶接方法によれば、調整部５５が、適切なプラズマ溶接電流の値の情報を含む信号である設定電流信号６５を電流誤差増幅部５６に出力する。これにより、消耗電極側の短絡周波数の情報に基づいて非消耗電極側の電流値を調整することによって、ＧＭＡ溶接における溶滴移行の安定化を図ることが可能となる。その結果、非消耗電極と消耗電極とを組み合わせた溶接において、スパッタの発生を抑制するとともに、ビードの外観の向上させることが可能となる。
【００４４】
＜実施の形態２＞
次に、本発明の他の実施の形態である実施の形態２について説明する。図６は、実施の形態２の溶接装置２００の主要な構成を示す概略図である。実施の形態２の溶接装置２００は、基本的には実施の形態１の場合と同様の構成を有し、同様に制御される。しかし、溶接装置２００は単一の溶接トーチ４０を備える点において、実施の形態１と異なっている。
【００４５】
図６を参照して、溶接トーチ４０は、非消耗電極であるプラズマ電極４２と、プラズマ電極４２を取り囲むように配置され、プラズマ電極４２との間にプラズマガスを流す流路を形成するプラズマノズル４６と、消耗電極である溶接ワイヤ１５と、溶接ワイヤ１５を保持するコンタクトチップ４７とを備える。また、溶接トーチ４０は、プラズマノズル４６およびコンタクトチップ４７の外側に位置して、プラズマノズル４６およびコンタクトチップ４７との間にシールドガスを流す流路を形成するシールドノズル４８を備える。別の観点から説明すると、シールドノズル４８の中空部内にプラズマノズル４６およびコンタクトチップ４７が位置する。
【００４６】
実施の形態２においては、実施の形態１と同様の効果が得られるだけでなく、プラズマ溶接トーチとＧＭＡ溶接トーチとを組み合わせて１つの溶接トーチとすることによって、マニピュレータ等の溶接トーチの操作手段の構成の簡略化を図ることが可能となる。
【００４７】
＜変形例＞
上記実施の形態においては、非消耗電極と母材との間に形成されるプラズマアークを取り囲むプラズマノズル１６，４６が採用され、プラズマアーク溶接と消耗電極を用いた溶接とが組み合わされる場合について説明したが、非消耗電極を用いるアーク溶接方法として、プラズマノズル１６，４６が採用されないＴＩＧ（Tungsten  Inert  Gas）溶接を採用し、これと消耗電極を用いた溶接とを組み合わせてもよい。また、上記実施の形態においては、消耗電極を用いた溶接であるＧＭＡ溶接と非消耗電極を用いた溶接とが組み合わされる場合について説明したが、ＧＭＡ溶接方法としては、シールドガスに不活性ガスと炭酸ガスとを混合して使用するＭＡＧ（metal  active  gas）溶接、シールドガスに不活性ガスのみを使用するＭＩＧ（metal  inert  gas）溶接などを採用することができる。
【００４８】
また、上記実施の形態においては、短絡周波数と目標値との間に誤差が生じている場合、プラズマアーク溶接の設定電流値を段階的に増減させる方法を例示していたが、設定電流値を連続的に増減させてもよい。
【００４９】
また、上記実施の形態においては、一対の母材の端面同士を突き合わせて接触させ、接触面に沿って延びるアークにより接触面同士を接合する突合せ溶接が実施される場合について説明したが、本発明の溶接装置および溶接方法は、例えば一対の母材と重ね合わせ、接触面に垂直な方向に延びるアークにより接触面同士を接合する溶接など、種々の形態の溶接に適用することができる。
【００５０】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、どのような面からも制限的なものではないと理解されるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって規定され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００５１】
２  母材、３  プラズマアーク、４  ＧＭＡアーク、５  ビード、８  溶融池、９  キーホール、１０  プラズマ溶接トーチ、１９  ＧＭＡ溶接トーチ、１１  プラズマ気流、１２  プラズマ電極、１４，１８，４８  シールドノズル、１５  溶接ワイヤ、１６，４６  プラズマノズル、１７，４７  コンタクトチップ、２９  送給ローラ、２０  プラズマ溶接電源、２１，３１  プラス側端子、２２，２３，３２  マイナス側端子、２４，２６，２８，３４，３２  配線、３０  ＧＭＡ溶接電源、４０  溶接トーチ、４２  プラズマ電極、５０  接地端子、５１  電圧信号、５２  短絡検知部、５３  計測部、５４  誤差検出部、５５  調整部、５６  電流誤差増幅部、５７  電流検出器、５８  実測電流信号、６２  短絡信号、６３  短絡周波数信号、６４  誤差信号、６５  設定電流信号、６６  電流調整信号、７０  電流調整部、８６  コンタクトチップ、１００，２００  溶接装置
【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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