(57)【要約】【課題】  溶接開始箇所においても十分な溶け込み深さを得ることが可能な２電極アーク溶接のアークスタート制御方法を提供すること。【解決手段】  シールドガスノズル内に配置されたワイヤＷおよび非消耗電極を備えた溶接トーチＢを用い、ＧＭＡアーク６ａおよびプラズマアーク６ｂ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スタート制御方法であって、ＧＭＡアーク６ａを発生させるステップと、プラズマアーク６ｂを発生させたとき以降にＧＭＡアーク６ａを消弧させることにより、プラズマアーク６ｂのみを点弧させるステップと、プラズマアーク６ｂのみを点弧させるステップの後にＧＭＡアーク６ａを再び発生させるステップと、を有する。このような構成により、溶接母材Ｐの溶接開始箇所を予熱し、溶接開始直後から十分な溶け込み深さが得られる。【選択図】  図２
2009072802.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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スタート制御方法であって、
上記消耗電極アークを発生させるステップと、
上記非消耗電極アークを発生させたとき以降に上記消耗電極アークを消弧させることにより、上記非消耗電極アークのみを点弧させるステップと、
上記非消耗電極アークのみを点弧させるステップの後に上記消耗電極アークを再び発生させるステップと、を有することを特徴とする、２電極アーク溶接のアークスタート制御方法。
【請求項２】
上記消耗電極アークを発生させるステップおよび上記非消耗電極アークのみを点弧させるステップにおいては、上記溶接トーチを溶接母材に対して停止させておき、
上記消耗電極アークを再び発生させるステップ以降に、上記溶接トーチを溶接母材に対して移動させる、請求項１に記載の２電極アーク溶接のアークスタート制御方法。
【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、特にアルミなどの熱伝導率が比較的高い材質からなる溶接母材を溶接する場合であっても、溶接開始箇所から溶け込み深さを深くすることが可能な２電極アーク溶接のアークスタート制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
消耗電極と非消耗電極とを備える溶接トーチを用いることにより、消耗電極アークと非消耗電極アークとを発生させながら溶接する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）。図３は、従来の２電極アーク溶接のアークスタート制御方法を示すタイミングチャートである。同図（Ｇｐ１）に示すように、溶接トーチＹから消耗電極としてのワイヤＷが送給される。また、溶接トーチＹには、非消耗電極としてのプラズマ電極（図示略）が備えられている。まず、時刻ｔｐ１において、溶接開始信号ＳｔがＨｉｇｈレベルになると、送給速度Ｆｗを非常に遅いスローダウン送給速度とした状態でワイヤＷの送給が開始される。これと同時に、ＧＭＡアーク溶接電圧Ｖｗａおよびプラズマアーク溶接電圧Ｖｗｂが無負荷電圧に設定される。
【０００３】
次に、時刻ｔｐ２において、同図（Ｇｐ２）に示すようにワイヤＷがスローダウン送給速度で溶接母材Ｐに接触すると、送給速度Ｆｗを負の値とすることにより、ワイヤＷを上昇させる。これと同時にＧＭＡアーク溶接電圧Ｖｗａは、短絡電圧値に低下する。このとき、ＧＭＡアーク溶接電流Ｉｗａは、ワイヤＷおよび溶接母材Ｐを通電によるジュール熱によって加熱しない程度の数十Ａの小電流となる。
【０００４】
次に、時刻ｔｐ３において同図（Ｇｐ３）に示すようにワイヤＷと溶接母材Ｐとの間にＧＭＡアーク９１が発生する。このときのＧＭＡアーク９１は、初期段階のものであって電流値が小さいため、スパッタはほとんど発生しない。ＧＭＡアーク９１が発生すると、ＧＭＡアーク溶接電圧Ｖｗａが、短絡電圧値からアーク電圧に移行する。初期のＧＭＡアーク９１が発生した状態で、送給速度Ｆｗを負の値のままとし、ワイヤＷを後退させ続ける。
【０００５】
次に、時刻ｔｐ３から所定時間経過した後に、時刻ｔｐ４において、送給速度Ｆｗを正の値とし、ワイヤＷを前進させる。これにより、ＧＭＡアーク溶接電流Ｉｗａが定常溶接時の値に上昇し、ＧＭＡアーク９１が初期アークから定常アークに移行する。この時刻ｔｐ４以降、ＧＭＡアーク溶接電圧Ｖｗａは、定常溶接時の値に設定される。時刻ｔｐ３から時刻ｔｐ４にかけてワイヤＷを後退させたことにより、時刻ｔｐ４以降においてＧＭＡアーク９１は比較的そのアーク長が長くなっている。また、ＧＭＡアーク溶接電流Ｉｗａが、定常溶接時の値に上昇している。このため、ＧＭＡアーク９１は、ワイヤＷが溶接母材Ｐに向けて大きく広がる定常アークとなっており、その内部がプラズマ雰囲気空間となっている。上記プラズマ電極は、ワイヤＷと隣接しているため、上記プラズマ電極の直下も、プラズマ雰囲気空間となる。
【０００６】
次いで、時刻ｔｐ５においては、上記プラズマ電極と溶接母材Ｐとの間にプラズマアーク溶接電圧Ｖｗｂが無負荷電圧の大きさで印加され、かつ上記プラズマ電極と溶接母材Ｐとの間がプラズマ雰囲気となった状態となっている。これにより、プラズマアーク９２が誘発される。プラズマアーク９２が発生すると、プラズマアーク溶接電圧Ｖｗｂが無負荷電圧から定常アーク電圧に低下し、プラズマアーク溶接電流Ｉｗｂが通電し始める。この結果、ＧＭＡアーク９１およびプラズマアーク９２がともに発生している状態となる。ｔｐ５において、溶接トーチＹの移動速度Ｖｔを正の値に設定し、溶接トーチＹの移動を開始することにより、アークスタートが完了する。
【０００７】
しかしながら、上述したアークスタート制御方法においては、時刻ｔｐ５においてＧＭＡアーク９１とプラズマアーク９２とがともに発生した状態となると同時に、溶接トーチＹの移動を開始する。すなわち、時刻ｔｐ５以前においては、プラズマアーク９２は発生しておらず、ＧＭＡアーク９１からの供給熱量も軽微である。このため、時刻ｔｐ５において溶接トーチＹを移動させ始めたときに、溶接母材Ｐのうち溶接開始箇所にあたる部分には、十分な入熱がなされていない。特に、溶接母材Ｐがアルミなどの熱伝導率が高い材質からなる場合、溶接母材Ｐの溶接開始箇所への入熱不足が顕著となる。このような場合、溶接開始箇所において溶け込み深さが不足してしまうという問題があった。
【０００８】
【特許文献１】特開昭６３−１６８２８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
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、溶接開始箇所においても十分な溶け込み深さを得ることが可能な２電極アーク溶接のアークスタート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】
【００１０】
本発明によって提供される２電極アーク溶接のアークスタート制御方法は、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スタート制御方法であって、上記消耗電極アークを発生させるステップと、上記非消耗電極アークを発生させたとき以降に上記消耗電極アークを消弧させることにより、上記非消耗電極アークのみを点弧させるステップと、上記非消耗電極アークのみを点弧させるステップの後に上記消耗電極アークを再び発生させるステップと、を有することを特徴としている。
【００１１】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記消耗電極アークを発生させるステップおよび上記非消耗電極アークのみを点弧させるステップにおいては、上記溶接トーチを溶接母材に対して停止させておき、上記消耗電極アークを再び発生させるステップ以降に、上記溶接トーチを溶接母材に対して移動させる。
【００１２】
このような構成によれば、定常溶接を開始するのに先立って、上記非消耗電極アークのみを点弧させるステップにおいて、溶接母材のうち溶接開始箇所にあたる部分を上記非消耗電極アークによって加熱する格好となる。この予熱により、上記消耗電極アークを再び発生させるステップ以降に定常溶接を開始した直後から、溶接母材の溶接部に十分な入熱が行われることとなる。したがって、溶接母材の表面から裏面にわたる溶接ビードを形成することが可能であり、十分な溶け込み深さを得ることができる。
【００１３】
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】
【００１４】
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。
【００１５】
図１は、本発明に係る２電極アーク溶接のアークスタート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。
【００１６】
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、サーボモータ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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
次に、本発明に係る２電極アーク溶接のアークスタート制御方法の一例について、図２を参照しつつ以下に説明する。
【００２０】
まず、時刻ｔ１において、溶接開始信号ＳｔがＨｉｇｈレベルになると、同図（Ｇ１）に示すように送給速度Ｆｗを非常に遅いスローダウン送給速度とした状態でワイヤＷの送給が開始される。これと同時に、ＧＭＡアーク溶接電圧Ｖｗａおよびプラズマアーク溶接電圧Ｖｗｂが無負荷電圧に設定される。
【００２１】
次に、時刻ｔ２において、同図（Ｇ２）に示すようにワイヤＷがスローダウン送給速度で溶接母材Ｐに接触すると、送給速度Ｆｗを負の値とすることにより、ワイヤＷを上昇させる。これと同時にＧＭＡアーク溶接電圧Ｖｗａは、短絡電圧値に低下する。このとき、ＧＭＡアーク溶接電流Ｉｗａは、ワイヤＷおよび溶接母材Ｐを通電によるジュール熱によって加熱しない程度の数十Ａの小電流となる。
【００２２】
次に、時刻ｔ３において、同図（Ｇ３）に示すようにワイヤＷと溶接母材Ｐとの間にＧＭＡアーク６ａが発生する。このＧＭＡアーク６ａは、ワイヤＷの溶断をきっかけとするものではなく、ワイヤＷの後退によって発生する。これに加えて、この段階のＧＭＡアーク６Ａは、初期段階のものであって電流値が小さい。このため、ＧＭＡアーク６ａの点弧によるスパッタは、ほとんど発生しない。ＧＭＡアーク６ａが発生すると、ＧＭＡアーク溶接電圧Ｖｗａが、短絡電圧値からアーク電圧に移行する。初期のＧＭＡアーク６ａが発生した状態で、送給速度Ｆｗを負の値とし、ワイヤＷを後退させ続ける。時刻ｔ３から時刻ｔ４にかけては、同図（Ｇ４）に示すようにＧＭＡアーク６Ａのアーク長が徐々に長くなり、ＧＭＡアーク溶接電圧Ｖｗａが上昇する。ワイヤＷの後退は、時刻ｔ４まで継続する。
【００２３】
時刻ｔ４において、同図（Ｇ４）に示すようにプラズマアーク６ｂが点弧する。プラズマアーク６ｂの点弧は、ＧＭＡアーク６ａの成長によって、ワイヤＷおよびプラズマ電極２の直下がプラズマ雰囲気空間となることにより促される。プラズマアーク６ｂの点弧により、プラズマアーク溶接電圧Ｖｗｂが無負荷電圧から定常アーク電圧に低下し、プラズマアーク溶接電流Ｉｗｂが通電し始める。このプラズマアーク６ｂの点弧と同時に、ＧＭＡアーク溶接電圧Ｖｗａを０とする。これにより、ＧＭＡアーク６ａが消弧し、プラズマアーク６ｂのみが点弧した状態となる。このプラズマアーク６ｂは、プラズマアーク溶接電圧Ｖｗｂが定常アーク電圧とされ、プラズマアーク溶接電流Ｉｗｂが定常溶接時程度に通電しているため、プラズマ電極２から溶接母材Ｐに向かって広がるものとなっている。このプラズマアーク６ｂは、溶接母材Ｐのうち溶接開始箇所にあたる部分に照射し続けられる。この状態を、時刻ｔ４からたとえば０．１〜１．０秒の間継続させる。
【００２４】
次に、時刻５において、送給速度Ｆｗを定常溶接速度に上昇させる。また、ＧＭＡアーク溶接電圧Ｖｗａを定常アーク電圧に上昇させる。これにより、同図（Ｇ６）に示すようにＧＭＡアーク６ａが再び点弧する。ワイヤＷの直下は、プラズマアーク６ｂによってプラズマ雰囲気とされていたため、ＧＭＡアーク６ａは瞬時に再点弧する。そして、溶接トーチＢの移動速度Ｖｔを定常溶接速度に設定する。以上により、ＧＭＡアーク６ａとプラズマアーク６ｂとを点弧するアークスタートが完了し、定常溶接に移行する。定常溶接においては、ＧＭＡアーク６ａのアーク長が、たとえば２〜５ｍｍ程度の適正な長さとなるように、送給速度ＦｗおよびＧＭＡアーク溶接電圧Ｖｗａを設定する。
【００２５】
次に、本発明に係る２電極アーク溶接のアークスタート制御方法の作用について説明する。
【００２６】
本実施形態によれば、時刻ｔ４から時刻ｔ５にかけて溶接母材Ｐのうち溶接開始箇所にあたる部分がプラズマアーク６ｂによって加熱される。この予熱により、時刻ｔ５において定常溶接を開始した直後から、溶接母材Ｐの溶接部に十分な入熱が行われることとなる。したがって、溶接ビードの溶け込み深さを、溶接開始部分から定常溶接部分に至るまで均一とすることが可能である。
【００２７】
また、本実施形態においては、ＧＭＡアーク６ａをプラズマアーク６ｂを点弧するためのいわゆるパイロットアークとして利用する構成となっている。これにより、溶接開始時点から、溶接ビードの溶け込み深さを十分に深いものとすることが可能であるにも関わらず、プラズマアーク６ｂを点弧するための、たとえば高周波回路を用いる必要がないという利点がある。
【００２８】
本発明に係る２電極アーク溶接のアークスタート制御方法は、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スタート制御方法の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。
【００２９】
ＧＭＡアーク６ａを消弧させるタイミングは、プラズマアーク６ｂの点弧と同時とするほか、適切な溶接ビードが形成される範囲で、プラズマアーク６ｂの点弧より後のタイミングとしてもよい。また、溶接トーチＢを移動させ始めるタイミングは、ＧＭＡアーク６ａを再点弧させるタイミングに限定されない。たとえば、図２における時刻ｔ４からｔ５にかけて、溶接トーチＢを溶接方向前後に微動させることにより、溶接母材Ｐのうち溶接開始箇所にあたる部分とその周辺部分を加熱する構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係る２電極アーク溶接のアークスタート制御方法の一例に用いられる溶接装置を示すシステム構成図である。
【図２】本発明に係る２電極アーク溶接のアークスタート制御方法の一例を示すタイミングチャートである。
【図３】従来の２電極アーク溶接のアークスタート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】
【００３１】
Ａ      溶接装置
Ｂ      溶接トーチ
Ｆｃ    送給制御信号
Ｆｗ    送給速度
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
Ｖｔ    移動速度
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】
2009072802.tif 000003
【図２】
2009072802.tif 000004
【図３】
2009072802.tif 000005