(57)【要約】【課題】シールドガス６２を吐出するためのシールドガスノズル４３内に配置された消耗電極１１及び非消耗電極１２を備えた溶接トーチを用い、消耗電極アーク３１及び非消耗電極アーク３２を発生させることにより溶接する２電極アーク溶接において、良好なクレータ処理を行う。【解決手段】溶接終了に際して、消耗電極１１の送給を継続したままで消耗電極アーク３１を消弧し、非消耗電極アーク３２によって消耗電極１１を溶融してクレータ処理を行う。これにより、消耗電極１１は安定して溶融されるのでスパッタの発生を抑制することができる。また、クレータ処理中は、消耗電極１１の先端を溶融池２と短絡状態にして消耗電極１１に加熱電流を通電する。さらに、クレータ処理の終了時は、消耗電極１１の送給を停止した後に遅延させて非消耗電極アーク３２を消弧することによって、消耗電極１１の溶着を防止する。【選択図】図１
2009166109.tif 000002
【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及び非消耗電極を備えた溶接トーチを用い、消耗電極アーク及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電極アーク溶接のクレータ処理方法において、
溶接終了に際して、前記消耗電極の送給を継続したままで前記消耗電極アークを消弧し、前記非消耗電極アークによって前記消耗電極を溶融してクレータ処理を行う、
ことを特徴とする２電極アーク溶接のクレータ処理方法。
【請求項２】
前記クレータ処理中は、前記消耗電極の先端を溶融池と短絡状態にして前記消耗電極に加熱電流を通電する、
ことを特徴とする請求項１記載の２電極アーク溶接のクレータ処理方法。
【請求項３】
前記クレータ処理の終了時は、前記消耗電極の送給を停止した後に遅延させて前記非消耗電極アークを消弧する、
ことを特徴とする請求項１又は２記載の２電極アーク溶接のクレータ処理方法。
【請求項４】
前記クレータ処理の終了時は、前記消耗電極を逆送給した後に停止し、同時又は遅延させて前記非消耗電極アークを消弧する、
ことを特徴とする請求項１又は２記載の２電極アーク溶接のクレータ処理方法。
【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及び非消耗電極を有する溶接トーチを用いて、消耗電極アーク及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、良好なクレータ処理を行うための２電極アーク溶接のクレータ処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
消耗電極として溶接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、アルゴンガス等をプラズマガスとして用いて上記の消耗電極アークを包含する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（例えば、特許文献１参照）。図５は、この２電極アーク溶接方法における溶接トーチ４の構造及びアーク発生部を示す模式図である。消耗電極（溶接ワイヤ）１１は、溶接トーチ４の中心部に設けられた給電チップ４１から給電されると共に、中心軸線に沿って送給されて、母材２との間に消耗電極アーク３１が発生する。非消耗電極１２は中空状の略円筒形状をなし、母材２との間に非消耗電極アーク（プラズマアーク）３２が発生する。上記の消耗電極１１は非消耗電極１２の絶縁された中空内を送給されるので、消耗電極アーク３１は非消耗電極アーク３２によって囲まれた状態になる。非消耗電極アーク３２の外側にはアークを熱的拘束してプラズマアーク化するためのプラズマガス（図示せず）が流れており、さらにその外側にシールドガス（図示せず）が流れている。これらプラズマガス及びシールドガスにはアルゴンガス等が使用されることが多い。上記の消耗電極アーク３１としては、アルゴンガスによってシールドされていることになるので、ミグ溶接が使用される。
【０００３】
同図に示すような２電極アーク溶接では、非消耗電極アーク（プラズマアーク）３２がプラズマガス等によって熱的拘束されているために、溶融池２１が非消耗電極アーク３２及び消耗電極アーク３１から受けるアーク力はティグ溶接、ミグ溶接、マグ溶接等に比べて大きい。すなわち、２電極アーク溶接では、プラズマガスの動圧及び非消耗電極アーク３２及び消耗電極アーク３１からのアーク力によって、溶融池２１の表面は高い動圧を受けていることになる。このような、高いアーク圧力下での溶接においては、同図に示すように、溶融池２１の表面の形状が凹状になる。
【０００４】
消耗電極アーク３１及び非消耗電極アーク３２の双方から母材２に対して熱を与えると共に、溶融した消耗電極１１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。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。溶接終端部の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。
【０００５】
上述した２電極アーク溶接における溶接終端部を考えた場合、非消耗電極アーク３２及び消耗電極アーク３１を同時に消孤すると、クレータ部の表面形状が凹型になるか、又は定常溶接中のビードの余盛りよりも低い余盛りとなる。凹型になったクレータ部又は余盛りが低くなったクレータ部は、力学的に弱く、十分な溶接強度が得られないことがある。また、ミグ溶接、マグ溶接等で一般的に用いられている、クレータ処理、すなわち、溶接終端部でワイヤ送給速度を定常溶接の条件よりも低くし、溶接電圧設定値も同様に低くして、アーク圧力の溶融池２１への作用を低減させてクレータ処理を行う方法がある。しかし、このクレータ処理においても、非消耗電極アーク３２が存在するために、消耗電極１１の溶融が促進されるために消耗電極アーク３１のアーク長を短くできず、さらに非消耗電極アーク３２からの動圧が溶融池２１に作用するために凹型のクレータ部又はクレータ部の余盛りが低くなることはやはり避けられない（例えば、特許文献２、３参照）。
【０００６】
【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】
【０００７】
上述したように、従来技術における２電極アーク溶接のクレータ処理方法では、健全な溶接終端部ビードを形成することができない場合があった。これを改善するために、平成１９年８月１０日出願の特願２００７−２０９２６２において本発明と同一出願人によるクレータ処理方法が提案されている。この２電極アーク溶接のクレータ処理方法では、クレータ処理に入ると同時に非消耗電極アークを消弧し、消耗電極アークのみでクレータ処理を行うものである。これにより、溶融池へのアーク力を弱めることができ、消耗電極の溶融も消耗電極アークのみによって行われるためにアーク長を短く設定することができ、健全な溶接終端部ビードを形成することができる。
【０００８】
しかし、消耗電極アークによるクレータ処理中は、消耗電極と母材との間で短絡状態とアーク発生状態とを繰り返すことになる。このために、スパッタが発生することになる。図５で上述したように、２電極アーク溶接トーチの構造は複雑であるために、スパッタが内部に付着すると溶接品質が悪くなると共に、そのメンテナンスに時間がかかることになる。したがって、２電極アーク溶接のクレータ処理においては、健全な溶接終端部ビードを形成し、かつ、スパッタの発生が少ないことが要求される。
【０００９】
そこで、本発明では、健全な溶接終端部ビードを形成することができ、かつ、スパッタの発生が少ない２電極アーク溶接のクレータ処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決するために、第１の発明は、
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及び非消耗電極を備えた溶接トーチを用い、消耗電極アーク及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電極アーク溶接のクレータ処理方法において、
溶接終了に際して、前記消耗電極の送給を継続したままで前記消耗電極アークを消弧し、前記非消耗電極アークによって前記消耗電極を溶融してクレータ処理を行う、
ことを特徴とする２電極アーク溶接のクレータ処理方法である。
【００１１】
第２の発明は、前記クレータ処理中は、前記消耗電極の先端を溶融池と短絡状態にして前記消耗電極に加熱電流を通電する、
ことを特徴とする第１の発明記載の２電極アーク溶接のクレータ処理方法である。
【００１２】
第３の発明は、前記クレータ処理の終了時は、前記消耗電極の送給を停止した後に遅延させて前記非消耗電極アークを消弧する、
ことを特徴とする第１又は第２の発明記載の２電極アーク溶接のクレータ処理方法である。
【００１３】
第４の発明は、前記クレータ処理の終了時は、前記消耗電極を逆送給した後に停止し、同時又は遅延させて前記非消耗電極アークを消弧する、
ことを特徴とする第１又は第２の発明記載の２電極アーク溶接のクレータ処理方法である。
【発明の効果】
【００１４】
上記第１の発明によれば、溶接終了に際して、消耗電極の送給を継続したままで消耗電極アークを消弧し、非消耗電極アークによって消耗電極を溶融してクレータ処理を行う。このために、消耗電極は非消耗電極アークによって安定して溶融されるので、スパッタの発生を防止することができる。さらに、クレータ処理を非消耗電極アークのみで行うので、溶融池へのアーク力が弱くなり、健全な溶接終端部ビードを形成することができる。
【００１５】
上記第２の発明によれば、クレータ処理中は、消耗電極の先端を溶融池と短絡状態にして消耗電極に加熱電流を通電する。このために、第１の発明の効果に加えて、消耗電極は加熱されて温度が上昇しているので、非消耗電極アークによる溶融が円滑になり、溶接終端部ビードの形成がより円滑になる。さらに、消耗電極からのスパッタの発生をより抑制することができる。
【００１６】
上記第３の発明によれば、第１お呼び第２の発明の効果に加えて、クレータ処理の終了時は、消耗電極の送給を停止した後に遅延させて非消耗電極アークを消弧することによって、消耗電極の溶融池への溶着を防止することができる。
【００１７】
上記第４の発明によれば、第１及び第２の発明の効果に加えて、クレータ処理の終了時は、消耗電極を逆送給した後に停止し、同時又は遅延させて非消耗電極アークを消弧することによって、消耗電極の溶融池への溶着を防止することができる。消耗電極の逆送給によって消耗電極の先端を溶融池から確実に引き離すことができるので、溶着をより確実に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００１９】
［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１に係る２電極アーク溶接のクレータ処理方法を実施するための溶接装置の構成図である。以下、同図を参照して各構成について説明する。
【００２０】
溶接開始回路ＳＴは、溶接の開始／終了を指令するための溶接開始信号Ｓｔを出力する。この溶接開始回路ＳＴは、プログラマブル・ロジック・コントローラ（ＰＬＣ）、ロボット溶接にあってはロボット制御装置等に内蔵されている。この溶接開始信号ＳｔがＨｉｇｈレベルになると溶接が開始され、Ｌｏｗレベルになるとクレータ処理に移行した後に溶接が終了する。消耗電極アーク溶接電源ＰＳＭは、上記の溶接開始信号ＳｔがＨｉｇｈレベルになると消耗電極アーク用溶接電圧Ｖwm及び消耗電極アーク用溶接電流Ｉwmを出力すると共に、ワイヤ送給モータＷＭの回転を制御するための送給制御信号Ｆｃを出力する。上記の溶接開始信号ＳｔがＬｏｗレベルに変化すると、消耗電極アーク溶接電源ＰＳＭはクレータ処理に移行した後に出力を停止する。非消耗電極アーク溶接電源ＰＳＰは、上記の溶接開始信号ＳｔがＨｉｇｈレベルになると、非消耗電極アーク用溶接電流Ｉwp及び非消耗電極アーク用溶接電圧Ｖwpを出力する。上記の溶接開始信号ＳｔがＬｏｗレベルに変化すると、非消耗電極アーク溶接電源ＰＳＰはクレータ処理に移行した後に出力を停止する。クレータ処理については図２で後述する。上記の消耗電極アーク溶接電源ＰＳＭは定電圧制御されるので、消耗電極アーク用溶接電圧Ｖwmが予め定めた溶接電圧設定信号と等しくなるように制御される。また、非消耗電極アーク溶接電源ＰＳＰは定電流制御されるので、非消耗電極アーク用溶接電流Ｉwpが予め定めた溶接電流設定信号と等しくなるように制御される。
【００２１】
溶接トーチの構造は以下のようになっている。同軸中心部に給電チップ４１が設けられており、ワイヤ送給モータＷＭに結合された送給ロール５によって送給される消耗電極１１はこの給電チップ内を通って送給される際に給電される。消耗電極１１はワイヤ送給速度Ｆｗで送給される。非消耗電極１２は略円筒形状をなし、中空構造になっている。この絶縁された中空内を上記の消耗電極１１が送給されて、母材２との間に消耗電極アーク３１が発生する。上記の非消耗電極１２の外側にプラズマノズル４２が設けられており、その内側をプラズマガス６１が流れている。さらに、その外側にシールドガスノズル４３が設けられており、その内側をシールドガス６２が流れている。上記の非消耗電極１２と母材２との間には熱的拘束された非消耗電極アーク３２が発生する。
【００２２】
図２は、本発明の実施の形態１に係る２電極アーク溶接のクレータ処理方法を示すための図１で上述した溶接装置における各信号のタイミングチャートである。同図（Ａ）は溶接開始信号Ｓｔを示し、同図（Ｂ）はワイヤ送給速度Ｆｗを示し、同図（Ｃ）は消耗電極アーク用溶接電圧Ｖwmを示し、同図（Ｄ）は消耗電極アーク用溶接電流Ｉwmを示し、同図（Ｅ）は非消耗電極アーク用溶接電圧Ｖwpを示し、同図（Ｆ）は非消耗電極アーク用溶接電流Ｉwpを示す。以下、同図を参照して説明する。
【００２３】
時刻ｔ１以前は、同図（Ａ）に示すように、溶接開始信号ＳｔがＨｉｇｈレベルであるので定常溶接期間となる。この期間中は、同図（Ｂ）に示すように、消耗電極１１は定常のワイヤ送給速度で送給され、同図（Ｃ）に示すように、定常の消耗電極アーク用溶接電圧Ｖwmが印加し、同図（Ｄ）に示すように、定常の消耗電極アーク用溶接電流Ｉwmが通電する。また、同図（Ｅ）に示すように、定常の非消耗電極アーク用溶接電圧Ｖwpが印加し、同図（Ｆ）に示すように、定常の非消耗電極アーク用溶接電流Ｉwpが通電する。
【００２４】
時刻ｔ１において、溶接トーチ４が溶接終了位置に到達すると、同図（Ａ）に示すように、溶接開始信号ＳｔがＬｏｗレベルに変化する。これに応動して、予め定めた第１クレータ処理期間Ｔc1中は、同図（Ｂ）に示すように、ワイヤ送給速度Ｆｗは定常溶接期間よりも小さな値に予め定めたクレータ時送給速度Ｆcwで送給される。消耗電極アーク用溶接電圧Ｖwm及び消耗電極アーク用溶接電流Ｉwmは、同図（Ｃ）及び（Ｄ）に示すように、、その出力を停止する。したがって、時刻ｔ１において、消耗電極アーク３１は消弧する。
【００２５】
時刻ｔ１から予め定めた第２クレータ処理期間Ｔc2中は、同図（Ｆ）に示すように、非消耗電極アーク用溶接電流Ｉwpは定常溶接期間よりも小さな値に予め定めたクレータ時溶接電流値Ｉcpに変化して通電する。同図（Ｅ）に示すように、非消耗電極アーク用溶接電圧Ｖwpはクレータ時溶接電流値Ｉcpに対応するクレータ時溶接電圧値Ｖcpとなる。したがって、非消耗電極アーク３２はクレータ時溶接電流値Ｉcpが通電する状態で継続する。
【００２６】
上記の第１クレータ処理期間Ｔc1は上記の第２クレータ処理期間Ｔc2よりも短く設定する。したがって、時刻ｔ１〜ｔ２の第１クレータ処理期間Ｔc1中は、消耗電極アーク３１は消弧し、消耗電極１１は送給を継続し、非消耗電極アーク３２は維持する。この状態でクレータ処理を行う。消耗電極１１は非消耗電極アーク３２によって安定して溶融されるので、消耗電極１１が溶融池と短絡状態にあってもスパッタが発生することはない。また、消耗電極アーク３１が消弧されており、かつ、非消耗電極アーク３２の電流値も小さくなっているので、溶融池に過大なアーク力が作用することもなく、健全な溶接終端部ビードを形成することができる。
【００２７】
時刻ｔ２において第１クレータ処理期間Ｔc1が終了すると、同図（Ｂ）に示すように、ワイヤ送給速度Ｆｗは０となり停止する。他方、同図（Ｆ）に示すように、非消耗電極アーク用溶接電流Ｉwpは時刻ｔ３まで通電を継続した後に停止する。この時刻ｔ２〜ｔ３のクレータ処理の終了制御は消耗電極１１が溶融池に溶着するのを防止するための制御であり、送給を停止した消耗電極１１を非消耗電極アーク３２によって溶融して溶着を防止する。
【００２８】
上述した実施の形態１によれば、溶接終了に際して、消耗電極の送給を継続したままで消耗電極アークを消弧し、非消耗電極アークによって消耗電極を溶融してクレータ処理を行う。このために、消耗電極は非消耗電極アークによって安定して溶融されるので、スパッタの発生を防止することができる。さらに、クレータ処理を非消耗電極アークのみで行うので、溶融池へのアーク力が弱くなり、健全な溶接終端部ビードを形成することができる。
【００２９】
さらに、クレータ処理の終了時は、消耗電極の送給を停止した後に遅延させて非消耗電極アークを消弧することによって、消耗電極の溶着を防止することができる。
【００３０】
［実施の形態２］
図３は、本発明の実施の形態２に係る２電極アーク溶接のクレータ処理方法を示すタイミングチャートである。同図は上述した図２と対応しており、同図（Ａ）〜（Ｆ）の各信号は同一である。同図は図２とは時刻ｔ２〜ｔ３の動作のみが異なっているので、この期間について同図を参照して説明する。
【００３１】
時刻ｔ２において第１クレータ処理期間Ｔc1が終了すると、同図（Ｂ）に示すように、ワイヤ送給速度Ｆｗは逆送給速度Ｆbwでの逆送給を開始する。逆送給とは消耗電極１１を母材から遠ざかる方向に引き戻す送給のことである。そして、時刻ｔ３において第２クレータ処理期間Ｔc2が終了すると、同図（Ｂ）に示すように、消耗電極１１の送給を停止し、同図（Ｆ）に示すように、非消耗電極アーク用溶接電流Ｉwpの通電を停止して非消耗電極アーク３２を消弧する。ここで、非消耗電極アーク３２の消弧タイミングを時刻ｔ３から遅延させても良い。この時刻ｔ２〜ｔ３の期間中は、消耗電極１１を逆送給すると共に、非消耗電極アーク３２を継続することによって、消耗電極１１と溶融池との溶着を防止している。
【００３２】
上述した実施の形態２によれば、クレータ処理の終了時は、消耗電極を逆送給した後に停止し、同時又は遅延させて非消耗電極アークを消弧することによって、消耗電極の溶着を防止することができる。消耗電極の逆送給によって消耗電極の先端を溶融池から確実に引き離すことができるので、溶着をより確実に防止することができる。
【００３３】
［実施の形態３］
図４は、本発明の実施の形態３に係る２電極アーク溶接のクレータ処理方法を示すタイミングチャートである。同図は、上述した図２及び３と対応しており、同図（Ａ）〜（Ｆ）の各信号は同一である。以下、図２及び３とは異なる動作について同図を参照して説明する。
【００３４】
本実施の形態では、時刻ｔ１〜ｔ２の第１クレータ処理期間Ｔc1中は、消耗電極１１を溶融池と短絡状態にし、同図（Ｄ）に示すように、加熱電流Ｉhmを通電する。この加熱電流Ｉhmの通電によって、同図（Ｃ）に示すように、消耗電極アーク用溶接電圧Ｖwmは加熱電圧値Ｖhmになる。この場合でも、時刻ｔ１において消耗電極アーク３１は消弧する。このために、消耗電極１１は溶融池と短絡状態にすると共に、加熱電圧Ｖhmはアークを発生することができない低い値に設定する。クレータ処理の終了時の溶着防止については、実施の形態１又は２のどちらかの方法を行う。同図は実施の形態２の溶着防止方法の場合である。
【００３５】
上述した実施の形態３によれば、クレータ処理中は、消耗電極の先端を溶融池と短絡状態にして消耗電極に加熱電流を通電する。このために、消耗電極は加熱されて温度が上昇しているので、非消耗電極アークによる溶融が円滑になり、溶接終端部ビードの形成がより円滑になる。さらに、消耗電極からのスパッタの発生をより防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施の形態１に係る２電極アーク溶接のクレータ処理方法を実施するための溶接装置の構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る２電極アーク溶接のクレータ処理方法を示すタイミングチャートである。
【図３】本発明の実施の形態２に係る２電極アーク溶接のクレータ処理方法を示すタイミングチャートである。
【図４】本発明の実施の形態３に係る２電極アーク溶接のクレータ処理方法を示すタイミングチャートである。
【図５】従来技術の２電極アーク溶接方法における溶接トーチの構造及びアーク発生部を示す模式図である。
【符号の説明】
【００３７】
２            母材
４            溶接トーチ
５            送給ロール
１１            消耗電極
１２            非消耗電極
２１            溶融池
３１            消耗電極アーク
３２            非消耗電極アーク
４１            給電チップ
４２            プラズマノズル
４３            シールドガスノズル
６１            プラズマガス
６２            シールドガス
Ｆbw            逆送給速度
Ｆｃ            送給制御信号
Ｆcw            クレータ時送給速度
Ｆｗ            ワイヤ送給速度
Ｉcp            クレータ時溶接電流値
Ｉhm            加熱電流
Ｉwm            消耗電極アーク用溶接電流
Ｉwp            非消耗電極アーク用溶接電流
ＰＳＭ            消耗電極アーク溶接電源
ＰＳＰ            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
Ｔc1            第１クレータ処理期間
Ｔc2            第２クレータ処理期間
Ｖcp            クレータ時溶接電圧値
Ｖhm            加熱電圧
Ｖwm            消耗電極アーク用溶接電圧
Ｖwp            非消耗電極アーク用溶接電圧
ＷＭ            ワイヤ送給モータ
【図１】
2009166109.tif 000003
【図２】
2009166109.tif 000004
【図３】
2009166109.tif 000005
【図４】
2009166109.tif 000006
【図５】
2009166109.tif 000007