(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールドガスを吐出するためのシールドガスノズル内に配置された消耗電極および非消耗電極を備えた溶接トーチを用い、消耗電極アークおよび非消耗電極アークを発生させることにより溶接する２電極アーク溶接のアーク終了制御方法であって、
消耗電極アークおよび非消耗電極アークを発生させながら上記溶接トーチを溶接順方向に移動させる定常溶接処理の後に、
上記溶接トーチの移動速度の上記溶接順方向成分を０未満とするとともに、
上記消耗電極を送給する消耗電極送給速度、上記消耗電極アークを発生させるための消耗電極アーク電流、および上記非消耗電極アークを発生させるための非消耗電極アーク電流を上記定常溶接処理における大きさよりも小とする溶接終了予備処理を行うとともに、
上記溶接終了予備処理においては、上記非消耗電極アーク電流を０とし、上記消耗電極アーク電流を０を超える値とすることを特徴とする、２電極アーク溶接のアーク終了制御方法。
【請求項２】
上記溶接終了予備処理においては、上記シールドガス、または上記非消耗電極アークを発生させるためのプラズマガスの少なくともいずれかの流量を上記定常溶接処理における量よりも少なくする、請求項１に記載の２電極アーク溶接のアーク終了制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シールドガスノズル内に配置された消耗電極および非消耗電極を有する溶接トーチを用いて、消耗電極アークおよび非消耗電極アークを発生させる、２電極アーク溶接において、良好な溶接ビードを形成するための２電極アーク溶接のアーク終了制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、たとえばＡｒなどのプラズマガスを用いて消耗電極アークを囲う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）。消耗電極アークおよび非消耗電極アークの双方から溶接母材に対して熱を与えるとともに溶融したワイヤを供給するこの手法は、比較的速い溶接速度で溶接する、高効率溶接に適している。
【０００３】
しかしながら、高効率溶接においては、溶接速度が速いほど、溶接処理を適切に終了させることが困難である。終了処理が不適切であると、溶接ビードの終端に欠陥が生じる。このような欠陥は溶接強度を低下させる原因となる。たとえば、溶接中に生じた溶融池が非消耗電極アークの動圧によって凹んだ形状のまま凝固してしまうと、欠陥となる。
【０００４】
消耗電極アークのみを用いた溶接方法に対しては、いくつかの終了処理が提案されている（たとえば特許文献２，３参照）。しかし、これらの終了処理は、非消耗電極アークを用いる場合は全く考慮されていない。このため、これらを２電極アーク溶接に適用しただけでは、上述した不具合を解消するには不十分である。
【０００５】
【特許文献１】特開昭６３−１６８２８３号公報
【特許文献２】特開昭５９−７４８０号公報
【特許文献３】特開平９−１９２８３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、良好な溶接ビードを形成可能な２電極アーク溶接終了制御方法を提供することをその課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によって提供される２電極アーク溶接のアーク終了制御方法は、シールドガスを吐出するためのシールドガスノズル内に配置された消耗電極および非消耗電極を備えた溶接トーチを用い、消耗電極アークおよび非消耗電極アークを発生させることにより溶接する２電極アーク溶接のアーク終了制御方法であって、消耗電極アークおよび非消耗電極アークを発生させながら上記溶接トーチを溶接順方向に移動させる定常溶接処理の後に、上記溶接トーチの移動速度の上記溶接順方向成分を０未満とするとともに、上記消耗電極を送給する消耗電極送給速度、上記消耗電極アークを発生させるための消耗電極アーク電流、および上記非消耗電極アークを発生させるための非消耗電極アーク電流を上記定常溶接処理における大きさよりも小とする溶接終了予備処理を行うとともに、上記溶接終了予備処理においては、上記非消耗電極アーク電流を０とし、上記消耗電極アーク電流を０を超える値とすることを特徴としている。
【０００８】
このような構成によれば、定常溶接の終了時点において溶融池であった部分に、溶融ワイヤが供給される。これにより、溶融池が凹んだ形状のまま凝固してしまうことを防止することができる。したがって、良好な形状の溶接ビードを形成することが可能であり、溶接強度を高めることができる。また、非消耗電極アークの動圧によって溶融池が過度に凹んでしまうことを防止することができる。
【０００９】
【００１０】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記溶接終了予備処理においては、上記シールドガス、または上記非消耗電極アークを発生させるためのプラズマガスの少なくともいずれかの流量を上記定常溶接処理における量よりも少なくする。このような構成によれば、溶接速度が比較的速い高効率溶接などの場合に、溶融池が長く延びた形状であっても、この溶融池に溶融ワイヤを適切に供給することができる。
【００１１】
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の好ましい実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。
【００１３】
図１は、本発明に係る２電極アーク溶接のアーク終了制御方法に用いられる溶接装置の一例を示している。本実施形態の溶接装置Ａは、溶接トーチＢ、ＧＭＡアーク溶接電源（消耗電極アーク溶接電源）ＰＳＭ、およびプラズマアーク溶接電源（非消耗電極アーク溶接電源）ＰＳＰを備えている。溶接トーチＢは、シールドガスノズル４内に、プラズマノズル３、プラズマ電極（非消耗電極）２、およびコンタクトチップ１が同心軸上に配置された構造とされている。シールドガスノズル４とプラズマノズル３との隙間からは、たとえばＡｒなどのシールドガスＧｓが供給される。プラズマノズル３とプラズマ電極２との間には、たとえばＡｒなどのプラズマガスＧｐが供給される。プラズマ電極２とコンタクトチップ１との間には、たとえばＡｒなどのセンターガスＧｃが供給される。
【００１４】
コンタクトチップ１に設けられた貫通孔からは、消耗電極としてのワイヤＷが送給される。コンタクトチップ１は、ワイヤＷに対して導通している。ワイヤＷは、モータＭを駆動源とする送給ローラ５によって送給される。プラズマ電極２は、たとえばＣｕまたはＣｕ合金からなり、図外の経路を通る冷却水によって間接的に水冷されている。プラズマノズル３は、たとえばＣｕまたはＣｕ合金からなり、冷却水を通すチャネルが形成されていることにより、直接水冷されている。溶接トーチＢは、通常ロボット（図示略）によって保持された状態で、溶接母材Ｐに対して移動させられる。
【００１５】
ＧＭＡアーク溶接電源ＰＳＭは、コンタクトチップ１を介してワイヤＷと溶接母材Ｐとの間に、ＧＭＡアーク溶接電圧Ｖｗａを印加することにより、ＧＭＡアーク溶接電流Ｉｗａを流すための電源である。ＧＭＡアーク溶接電源ＰＳＭには、電圧設定回路ＶＲから電圧設定信号Ｖｒが送られる。また、ＧＭＡアーク溶接電源ＰＳＭには、溶接開始回路ＳＴから溶接開始信号Ｓｔが、溶接終了回路ＣＲから溶接終了信号Ｃｒが、それぞれ送られる。ＧＭＡアーク溶接電源ＰＳＭからは、モータＭに対して送給制御信号Ｆｃが送られる。ＧＭＡアーク溶接電源ＰＳＭからＧＭＡアーク溶接電圧Ｖｗａが印加されるときは、ワイヤＷが＋側とされる。
【００１６】
プラズマアーク溶接電源ＰＳＰは、プラズマ電極２と溶接母材Ｐとの間にプラズマアーク溶接電圧Ｖｗｂを印加することによりプラズマアーク溶接電流Ｉｗｂを流すための電源である。プラズマアーク溶接電源ＰＳＰには、溶接開始回路ＳＴから溶接開始信号Ｓｔが、溶接終了回路ＣＲから溶接終了信号Ｃｒが、それぞれ送られる。プラズマアーク溶接電源ＰＳＰからプラズマアーク溶接電圧Ｖｗｂが印加されるときは、プラズマ電極２が＋側とされる。
【００１７】
次に、２電極アーク溶接のアーク終了制御方法の参考例について、図２を参照しつつ以下に説明する。本参考例の２電極アーク溶接は、定常溶接処理におけるワイヤＷの送給速度がたとえば１２．５〜１５ｍ／ｍｉｎ程度の高能率溶接に分類されるものである。
【００１８】
溶接開始信号ＳｔがＨｉｇｈ状態となることにより、一般的には、過渡的な溶接開始処理を経た後に、定常溶接がなされる。定常溶接処理においては、ワイヤ送給速度Ｆｗが定常ワイヤ送給速度Ｆｗｎに、ＧＭＡアーク溶接電圧Ｖｗａが定常ＧＭＡアーク溶接電圧Ｖｗａｎに、プラズマアーク溶接電圧Ｖｗｂが定常プラズマアーク溶接電圧Ｖｗｂｎに、それぞれ設定される。また、センターガスＧｃが定常センターガス流量Ｇｃｎで、プラズマガスＧｐが定常プラズマガス流量Ｇｐｎで、シールドガスＧｓが定常シールドガス流量Ｇｓｎで、それぞれ供給される。溶接トーチＢは、たとえばロボット（図示略）によって移動させられる。このとき、トーチ移動速度Ｆｔは、定常トーチ移動速度Ｆｔｎとされる。定常溶接処理がなされる間は、ＧＭＡアーク溶接電流Ｉｗａが定常ＧＭＡアーク溶接電流Ｉｗａｎの大きさで、プラズマアーク溶接電流Ｉｗｂが定常プラズマアーク溶接電流Ｉｗｂｎの大きさで、それぞれ流れている。これは、ＧＭＡアーク６ａおよびプラズマアーク６ｂが設定された強さで発生していることを意味する。
【００１９】
定常溶接処理においては、ＧＭＡアーク６ａおよびプラズマアーク６ｂから供給される熱によって、溶接母材Ｐの溶接対象箇所が溶融状態となる。この溶融状態とされた部分に、溶融したワイヤＷが供給される。これにより、いわゆる溶融池が形成される。プラズマアーク６ｂの動圧や、シールドガスＧｓのガス圧によって、溶融池は部分的に凹んだ形状となる。溶接トーチＢの移動により、プラズマアーク６ｂの動圧やシールドガスＧｓのガス圧が及ばない領域に溶融池が移動する。すると、溶融池の表面張力が作用することにより、溶融池の凹んだ形状が解消される。この結果、溶融池が凝固することにより形成される溶接ビードは、一般的に凸型の形状となる。これにより、溶接トーチＢが移動した経路に溶接ビードが形成される。
【００２０】
定常溶接を終えるときには、時刻ｔ１において溶接開始信号ＳｔがＬｏｗ状態となり、溶接終了信号ＣｒがＨｉｇｈ状態となる。そして、時刻ｔ１から時刻ｔ２の間、溶接終了予備処理を行う。具体的には、ワイヤ送給速度Ｆｗが終了ワイヤ送給速度Ｆｗｅに、ＧＭＡアーク溶接電圧Ｖｗａが終了ＧＭＡアーク溶接電圧Ｖｗａｅに、それぞれ設定される。終了ワイヤ送給速度Ｆｗｅおよび終了ＧＭＡアーク溶接電圧Ｖｗａｅは、いずれも定常ワイヤ送給速度Ｆｗｎおよび定常ＧＭＡアーク溶接電圧Ｖｗａｎよりも小さい値である。これにより、ＧＭＡアーク溶接電流Ｉｗａが終了ＧＭＡアーク溶接電流Ｉｗａｅに減少する。これにより、ＧＭＡアーク６ａが弱まる。一方、プラズマアーク溶接電圧Ｖｗｂは、０に設定される。この結果、プラズマアーク溶接電流Ｉｗｂが０となり、プラズマアーク６ｂが消孤する。さらに、センターガスＧｃおよびプラズマガスＧｐの供給を停止する。シールドガスＧｓの流量は、終了シールドガス流量Ｇｓｅに減少される。
【００２１】
溶接終了予備処理においては、溶接母材Ｐのうち時刻ｔ１に溶接トーチＢがあった箇所に対して、終了ワイヤ供給速度Ｆｗｅで溶融ワイヤを供給することとなる。この箇所は、定常溶接処理の最終時点において、凹んだ溶接池とされた部分である。この箇所は、定常溶接処理が完全に施されていない部分であり、凹んだ形状のまま凝固する可能性がある。溶接終了予備処理においては、この部分に適量の溶融ワイヤを供給する。
【００２２】
そして、予め定められた時間が経過した後に、時刻ｔ２において、溶接終了信号ＣｒをＬｏｗ状態とする。すると、ワイヤ送給速度Ｆｗ、ＧＭＡアーク溶接電圧Ｖｗａが０に設定され、シールドガスＧｓの供給が停止される。これにより、溶接装置Ａによる溶接が完全に終了する。
【００２３】
次に、２電極アーク溶接のアーク終了制御方法の参考例の作用について説明する。
【００２４】
本参考例によれば、定常溶接終了時点において凹んだ溶融池であった部分に、時刻ｔ１以降に溶融ワイヤが供給される。このとき、プラズマアーク６ｂによる動圧や、センターガスＧｃおよびプラズマガスＧｐのガス圧は、この部分に作用しない。したがって、定常溶接によって形成された溶接ビードの部分だけでなく、溶接ビードの終端に至るまで、不当に凹んだ部分ができるおそれがない。したがって、良好な溶接ビードを全域にわたって形成可能であり、溶接強度の向上を図ることができる。
【００２５】
時刻ｔ１以降において、シールドガスＧｓの流量を終了シールドガス流量Ｇｓｅとすることにより、溶融池に対して過度なガス圧をかけてしまうことを防止することができる。また、シールドガスＧｓを供給し続けることにより、溶接ビードの終端部分が凝固前に不当に酸化されてしまうことを回避できる。
【００２６】
図３および図４は、他の参考例および本発明の一実施形態を示している。なお、これらの図において、上記参考例と同一または類似の要素には、上記参考例と同一の符号を付している。
【００２７】
図３は、２電極アーク溶接のアーク終了制御方法の他の参考例を示している。本参考例においては、溶接終了信号ＣｒがＨｉｇｈ状態となると、プラズマアーク溶接電圧Ｖｗｂが終了プラズマアーク溶接電圧Ｖｗｂｅに、センターガスＧｃおよびプラズマガスＧｐの流量が終了センターガス流量Ｇｃｅおよび終了プラズマガス流量Ｇｐｅに、それぞれ設定される点が上述した参考例と異なっている。このような構成により、時刻ｔ１から時刻ｔ２にかけての溶接終了予備処理において、プラズマアーク溶接電流Ｉｗｂが終了プラズマアーク溶接電流Ｉｗｂｅの大きさで流れ、定常状態より弱められたプラズマアーク６ｂが発生した状態が保たれる。
【００２８】
このような参考例によれば、溶接終了予備処理において、弱められたプラズマアーク６ｂに囲まれた状態で溶融ワイヤが供給される。これにより、溶融ワイヤが比較的高温状態で溶接母材Ｐに到達する。しかも、プラズマアーク６ｂからの熱により、溶融池が急激に凝固してしまうおそれが少ない。したがって、溶接ビードの終端において、溶融ワイヤと溶接母材Ｐの溶融部分とが十分に混合された状態とすることができる。
【００２９】
図４は、本発明に係る２電極アーク溶接のアーク終了制御方法の一例を示している。本実施形態においては、溶接終了信号ＣｒがＨｉｇｈ状態となると、トーチ移動速度Ｆｔを終了トーチ移動速度Ｆｔｅに設定することが上述したいずれの参考例とも異なる。これ以外の点については、上述した参考例と同様である。本図から理解されるように、終了トーチ移動速度Ｆｔｅは、負の値とされている。このため、時刻ｔ１から時刻ｔ２にかけて、溶接トーチＢは、定常溶接処理とは逆の方向に移動する。終了トーチ移動速度Ｆｔｅの絶対値は、定常トーチ移動速度Ｆｔｎよりも顕著に小さい値である。
【００３０】
このような実施形態によれば、定常溶接の終了時点において形成された溶融池が溶接トーチＢの進行方向に延びた形状である場合に、この溶融池が凹んだまま凝固することを防止するのに適している。たとえば、定常トーチ移動速度Ｆｔｎが顕著に大きくなる、高溶着溶接を行う場合がこれに当たる。
【００３１】
本発明に係る２電極アーク溶接のアーク終了制御方法は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る２電極アーク溶接のアーク終了制御方法の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に係る２電極アーク溶接のアーク終了制御方法に用いられる溶接装置の一例を示すシステム構成図である。
【図２】２電極アーク溶接のアーク終了制御方法の参考例を示すタイミングチャートである。
【図３】２電極アーク溶接のアーク終了制御方法の他の参考例を示すタイミングチャートである。
【図４】本発明に係る２電極アーク溶接のアーク終了制御方法の一例を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００３３】
Ａ      溶接装置
Ｂ      溶接トーチ
ＣＲ    溶接終了回路
Ｃｒ    溶接終了信号
Ｆｃ    送給制御信号
Ｆｗ    送給速度
Ｆｔ    移動速度
Ｉｗａ  ＧＭＡアーク溶接電流（消耗電極アーク溶接電流）
Ｉｗｂ  プラズマアーク溶接電流（非消耗電極アーク溶接電流）
Ｐ      溶接母材
ＰＳＭ  ＧＭＡアーク溶接電源（消耗電極アーク溶接電源）
ＰＳＰ  プラズマアーク溶接電源（非消耗電極アーク溶接電源）
ＳＴ    溶接開始回路
Ｓｔ    溶接開始信号
Ｖｗａ  ＧＭＡアーク溶接電圧（消耗電極アーク溶接電圧）
Ｖｗｂ  プラズマアーク溶接電圧（非消耗電極アーク溶接電圧）
Ｗ      ワイヤ（消耗電極）
１      コンタクトチップ
２      プラズマ電極（非消耗電極）
３      プラズマノズル
４      シールドノズル
５      送給ローラ
６ａ    ＧＭＡアーク（消耗電極アーク）
６ｂ    プラズマアーク（非消耗電極アーク）
【図１】
0005043557.tif 000002
【図２】
0005043557.tif 000003
【図３】
0005043557.tif 000004
【図４】
0005043557.tif 000005