アークスタート時のスパッタの発生を低減するアーク溶接方法
【課題】アークスタート時のスパッタの発生を低減する。
【解決手段】ロボット１１に支持された溶接トーチ１５又は溶接対象物５０を移動させ、溶接対象物５０上の溶接開始点Ｔを始点としてアーク溶接を行うアーク溶接方法が、溶接開始点Ｔに溶接ワイヤ１６を送給する段階Ｓ２と、溶接ワイヤ１６の先端が溶接対象物５０に接触した後に、溶接ワイヤ１６の送給を停止する段階Ｓ４と、アークが発生しない範囲内のアーク前溶接電力Ｐ１を供給して溶接ワイヤ１６及び溶接対象物５０に入熱する段階Ｓ５１と、溶接ワイヤ１６を巻き戻しながらアークＱを発生させるアーク発生溶接電力Ｐ２を供給する段階と、本溶接電力Ｐ４を供給して本溶接を行う段階とを含み、アークスタート時のスパッタの発生を低減する。
【解決手段】ロボット１１に支持された溶接トーチ１５又は溶接対象物５０を移動させ、溶接対象物５０上の溶接開始点Ｔを始点としてアーク溶接を行うアーク溶接方法が、溶接開始点Ｔに溶接ワイヤ１６を送給する段階Ｓ２と、溶接ワイヤ１６の先端が溶接対象物５０に接触した後に、溶接ワイヤ１６の送給を停止する段階Ｓ４と、アークが発生しない範囲内のアーク前溶接電力Ｐ１を供給して溶接ワイヤ１６及び溶接対象物５０に入熱する段階Ｓ５１と、溶接ワイヤ１６を巻き戻しながらアークＱを発生させるアーク発生溶接電力Ｐ２を供給する段階と、本溶接電力Ｐ４を供給して本溶接を行う段階とを含み、アークスタート時のスパッタの発生を低減する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アークスタート時のスパッタの発生を低減するアーク溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電流を周期的に増減させ、電流波形をパルス状にして行うパルスアーク溶接において、理想的なパルスアーク溶接とは、１パルス分の出力で溶接ワイヤ先端が溶解し、溶滴となって溶接ワイヤ先端から離隔することである。仮に、１パルス分の出力で溶接ワイヤ先端の溶滴が離隔しない場合、溶滴が離隔するまでにされた数パルス分の出力によって溶解した溶滴が溶接ワイヤ先端に留まるため、溶滴が大きく成長する。その結果、一時的に溶接対象物上の溶融プールとの距離が短くなるため、短絡を起こし、スパッタが発生する原因となる。
【０００３】
この問題を解決するため、パルス状の電流波形における、ピーク電流値（すなわち臨界電流以上の値）及びその出力時間並びにベース電流値（すなわち臨界電流以下の値）及びその出力時間を調整することによって、１パルス分の出力で溶滴を離隔させるという手法が一般的に知られている。
【０００４】
しかし、溶接ワイヤ先端から溶接対象物側へ溶融金属が移行する溶滴移行現象には、溶接ワイヤの材質や径、シールドガスが深く関係しているため、使用する構成毎に上述のような調整が必要となる。また、アーク発生直後における溶接ワイヤ先端部の温度は、その後の溶接中の溶接ワイヤ先端部の温度と比べると低温であるため、１パルス分の出力で溶滴が離隔しにくい傾向がある。
【０００５】
そのため、アーク発生直後だけ、上述のピーク電流値及びその出力時間を大きくすることによって溶接ワイヤ先端部により大きな熱を与えて溶解を促し、ピンチ効果によって溶接ワイヤ先端の溶滴を離隔させるという調整が一般に行われている。こうした電流波形制御の調整には多大な労力を必要とする。
【０００６】
また、こうしたアーク発生直後専用の調整を行うことによって、アーク発生直後から１パルス分の出力で溶滴を離隔することができるようになっても、アーク発生直後はまだ溶融プールが形成されていないため、溶接ワイヤ先端から離隔した溶滴が溶接対象物に付着せずに弾かれて、スパッタが発生してしまう。
【０００７】
ところで、特許文献１に記載のパルスアーク溶接では、溶接ワイヤ先端の溶滴が離隔する際のアーク長の増加を電圧又は抵抗値の増加として電気的に検出し、溶滴の離隔を検出した時点から溶滴が完全に溶融プールに移行するまでの間に溶接出力を低下させることによって、溶接ワイヤ先端から離隔した溶滴に対するアーク力を弱め、スパッタの発生を防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平８−２２９６８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１に記載のパルスアーク溶接でも、溶接ワイヤ先端から離隔した溶滴に対するアーク力が弱められたとしても、アーク発生直後には溶融プールがまだ形成されていないため、その溶滴は溶接対象物に付着しにくく、弾かれてスパッタが発生しやすい。アークスタート時に多量のスパッタが発生すると、スパッタが溶接対象物に付着してしまうことによって溶接品質が低下したり、スパッタとして飛散した分だけビード量が減ることによって溶接ワイヤ消費量が増加したりしてしまう。また、密集設置された溶接システムである場合には、飛散したスパッタが他の機器へ悪影響を及ぼしてしまう可能性がある。
【００１０】
本発明は、一態様において、アークスタート時のスパッタの発生を低減するアーク溶接方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１に記載の発明によれば、ロボットに支持された溶接トーチ又は溶接対象物を移動させ、該溶接対象物上の溶接開始点を始点としてアーク溶接を行うアーク溶接方法において、前記溶接開始点に溶接ワイヤを送給する段階と、前記溶接ワイヤの先端が前記溶接対象物に接触した後に、前記溶接ワイヤの送給を停止する段階と、アークが発生しない範囲内のアーク前溶接電力を供給して前記溶接ワイヤ及び前記溶接対象物に入熱する段階と、前記溶接ワイヤを巻き戻しながらアークを発生させるアーク発生溶接電力を供給する段階と、本溶接電力を供給して本溶接を行う段階と、を含み、アークスタート時のスパッタの発生を低減するアーク溶接方法が提供される。
【００１２】
また、請求項２に記載の発明によれば、ロボットに支持された溶接トーチ又は溶接対象物を移動させ、該溶接対象物上の溶接開始点を始点としてアーク溶接を行うアーク溶接方法において、前記溶接開始点に溶接ワイヤを送給する段階と、前記溶接ワイヤの先端が前記溶接対象物に接触した後に、前記溶接ワイヤの送給を停止する段階と、前記溶接ワイヤを巻き戻しながらアークを発生させるアーク発生溶接電力を供給する段階と、前記溶接ワイヤ及び前記溶接対象物に入熱させるアーク維持溶接電力を供給すると共に、該アーク維持溶接電力によって前記溶接ワイヤの先端が焼失する焼失速度と同じ供給速度にて前記溶接ワイヤを送給する段階と、本溶接電力を供給して本溶接を行う段階と、を含み、アークスタート時のスパッタの発生を低減するアーク溶接方法が提供される。
【００１３】
また、請求項３に記載の発明によれば、ロボットに支持された溶接トーチ又は溶接対象物を移動させ、該溶接対象物上の溶接開始点を始点としてアーク溶接を行うアーク溶接方法において、前記溶接開始点に溶接ワイヤを送給する段階と、前記溶接ワイヤの先端が前記溶接対象物に接触した後に、前記溶接ワイヤの送給を停止する段階と、アークが発生しない範囲内のアーク前溶接電力を供給して前記溶接ワイヤ及び前記溶接対象物に入熱する段階と、前記溶接ワイヤを巻き戻しながらアークを発生させるアーク発生溶接電力を供給する段階と、前記溶接ワイヤ及び前記溶接対象物に入熱させるアーク維持溶接電力を供給すると共に、該アーク維持溶接電力によって前記溶接ワイヤの先端が焼失する焼失速度と同じ供給速度にて前記溶接ワイヤを送給する段階と、本溶接電力を供給して本溶接を行う段階と、を含み、アークスタート時のスパッタの発生を低減するアーク溶接方法が提供される。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１から３に記載の発明によれば、本溶接を開始する前に、溶接ワイヤ及び溶接対象物への入熱が行われる。従って、溶接開始点における溶け込み量を増加させる効果と、溶接対象物上にまだ溶融プールが形成されていない状態で、溶滴が、溶けた溶接対象物表面に付着する効果と、パルスアーク溶接を行う場合は、溶接ワイヤの先端の溶解が促されることによって、アークスタート時から溶接ワイヤ先端の溶滴が１パルス分の出力で離隔する効果とを奏する。
【００１５】
従って、各請求項に記載の発明によれば、アークスタート時のスパッタの発生を低減するという共通の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一態様によるアーク溶接システムの概略を示すブロック図である。
【図２】本発明の別の態様によるアーク溶接システムの概略を示すブロック図である。
【図３】本発明のさらに別の態様によるアーク溶接システムの概略を示すブロック図である。
【図４】本発明の第１実施形態によるアークスタート時のスパッタの発生を低減するアーク溶接方法を示す図である。
【図５】本発明の第２実施形態によるアークスタート時のスパッタの発生を低減するアーク溶接方法を示す図である。
【図６】本発明の第３実施形態によるアークスタート時のスパッタの発生を低減するアーク溶接方法を示す図である。
【図７】本発明の第１実施形態から第３実施形態によるアークスタート時のスパッタの発生を低減するアーク溶接の制御のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、本発明の態様による制御方法は、パルスアーク溶接に限らずすべての溶接に対して適用可能である。
【００１８】
図１は、本発明の一態様による第１構成のアーク溶接システム１０の概略を示すブロック図である。アーク溶接システム１０は、ロボット１１と、ロボット１１のサーボモータの制御を行うロボット制御装置１２と、アーク溶接のための溶接電源１３と、溶接ワイヤ送給機１４と、溶接トーチ１５と、溶接ワイヤ送給機１４によって送給/巻き戻しが行われる溶接ワイヤ１６とを有する。
【００１９】
ロボット１１は、そのアーム先端部に溶接トーチ１５を装着し、溶接トーチ１５から延びる溶接ワイヤ１６先端の位置決めを行う多関節のロボットである。
【００２０】
ロボット制御装置１２は、双方向性バスによって互いに接続されたＣＰＵ（中央演算処理装置）とＲＯＭ（リードオンリメモリ）とＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）と、不揮発性メモリとを有している。また、ロボット制御装置１２は、ロボットの動作状況等を視覚的に表示する液晶ディスプレイと、作業者がロボットを制御するための教示操作盤と、ロボット軸制御器と、サーボ回路と、溶接電源１３及び溶接ワイヤ送給機１４が接続される汎用インターフェースとを有している。
【００２１】
本発明の一態様による第１構成のアーク溶接システム１０によれば、ロボット制御装置１２によって、ロボット１１を制御して溶接トーチ１５を溶接対象物５０上へ位置決めすると共に、溶接電源１３によって溶接電力を制御し、溶接ワイヤ送給機１４によって溶接ワイヤ１６の送給/巻き戻しを行うことによって、溶接対象物５０に対してアーク溶接を行う。
【００２２】
なお、ロボット１１は、溶接対象物５０をアームによって把持し、定位置に固定された溶接トーチに対して溶接対象物５０の位置決めを行うようにしてもよい。また、溶接電源１３は、ロボット制御装置外に設置されることもあるが、ロボット制御装置内に組み込んでもよい。
【００２３】
図２は、本発明の別の態様による第２構成のアーク溶接システム２０の概略を示すブロック図である。アーク溶接システム２０は、ロボット２１と、ロボット２１のサーボモータの制御を行うロボット制御装置２２と、アーク溶接のための溶接電源２３と、溶接ワイヤ送給機２４と、溶接トーチ２５と、溶接ワイヤ送給機２４によって送給/巻き戻しが行われる溶接ワイヤ２６とを有する。
【００２４】
ロボット２１は、そのアーム先端部に溶接トーチ２５を装着し、溶接トーチ２５から延びる溶接ワイヤ２６先端の位置決めを行う多関節のロボットである。
【００２５】
ロボット制御装置２２は、双方向性バスによって互いに接続されたＣＰＵとＲＯＭとＲＡＭと、不揮発性メモリとを有している。また、ロボット制御装置２２は、ロボットの動作状況等を視覚的に表示する液晶ディスプレイと、作業者がロボットを制御するための教示操作盤と、ロボット軸制御器と、サーボ回路と、溶接電源２３が接続される汎用インターフェースとを有している。第２構成のアーク溶接システム２０は、溶接ワイヤ送給機２４が溶接電源２３に接続されている点において、第１構成のアーク溶接システム１０と相違する。
【００２６】
本発明の一態様による第２構成のアーク溶接システム２０によれば、ロボット制御装置２２によって、ロボット２１を制御して溶接トーチ２５を溶接対象物５０上へ位置決めすると共に、溶接電源２３によって溶接電力を制御し、溶接ワイヤ送給機２４によって溶接ワイヤ２６の送給/巻き戻しを行うことによって、溶接対象物５０に対してアーク溶接を行う。
【００２７】
なお、ロボット２１は、溶接対象物５０をアームによって把持し、定位置に固定された溶接トーチに対して溶接対象物５０の位置決めを行うようにしてもよい。また、溶接電源２３は、ロボット制御装置外に設置されることもあるが、ロボット制御装置内に組み込んでもよい。
【００２８】
図３は、本発明のさらに別の態様による第３構成のアーク溶接システム３０の概略を示すブロック図である。アーク溶接システム３０は、ロボット３１と、ロボット３１のサーボモータの制御を行うロボット制御装置３２と、アーク溶接のための溶接電源３３と、溶接ワイヤ送給用サーボモータ３４と、溶接トーチ３５と、溶接ワイヤ送給用サーボモータ３４によって送給/巻き戻しが行われる溶接ワイヤ３６とを有する。
【００２９】
ロボット３１は、そのアーム先端部に溶接トーチ３５を装着し、溶接トーチ３５から延びる溶接ワイヤ３６先端の位置決めを行う多関節のロボットである。
【００３０】
ロボット制御装置３２は、双方向性バスによって互いに接続されたＣＰＵとＲＯＭとＲＡＭと、不揮発性メモリとを有している。また、ロボット制御装置３２は、ロボットの動作状況等を視覚的に表示する液晶ディスプレイと、作業者がロボットを制御するための教示操作盤と、ロボット軸制御器と、サーボ回路と、溶接電源３３が接続される汎用インターフェースとを有している。第３構成のアーク溶接システム３０は、溶接ワイヤ送給機の代わりに溶接ワイヤ送給用サーボモータ３４がロボット３１内に配置されている点において、第１構成及び第２構成のアーク溶接システムと相違する。
【００３１】
本発明の一態様による第３構成のアーク溶接システム３０によれば、ロボット制御装置３２によって、ロボット３１を制御して溶接トーチ３５を溶接対象物５０上へ位置決めすると共に、溶接電源３３によって溶接電力を制御し、溶接ワイヤ送給用サーボモータ３４によって溶接ワイヤ３６の送給/巻き戻しを行うことによって、溶接対象物５０に対してアーク溶接を行う。
【００３２】
なお、ロボット３１は、溶接対象物５０をアームによって把持し、定位置に固定された溶接トーチに対して溶接対象物５０の位置決めを行うようにしてもよい。また、溶接電源３３は、ロボット制御装置外に設置されることもあるが、ロボット制御装置内に組み込んでもよい。
【００３３】
また、当然のことながら、第１構成から第３構成のアーク溶接システムにおいて、上述した以外に、溶接時の電圧や電流等を検出する各種センサを備えている。
【００３４】
以下に説明する本発明の第１実施形態から第３実施形態のアークスタート時のスパッタの発生を低減するアーク溶接方法は、上述した第１構成から第３構成のアーク溶接システムのいずれの構成にも適用可能である。また、当然のことながら、その他の構成を有するアーク溶接システムでも適用可能である。以下の説明では、第１構成のアーク溶接システム１０を用いる。
【００３５】
図４は、本発明の第１実施形態によるアークスタート時のスパッタの発生を低減するアーク溶接方法を示す図であり、溶接トーチ１５、溶接ワイヤ１６及び溶接対象物５０が部分的に示されている。
【００３６】
まず、溶接作業を開始すると、ロボット制御装置１２によって、ロボット１１を制御し、溶接を開始する始点である溶接対象物５０上の溶接開始点Ｔの近傍へと溶接トーチ１５を移動させる。溶接トーチ１５が溶接開始点Ｔ近傍へ到達すると、ロボット制御装置１２によって、汎用インターフェースを介して溶接ワイヤ供給機１４を制御し、溶接ワイヤ１６を溶接開始点Ｔへと送給する（図４（ａ））。
【００３７】
次いで、溶接ワイヤ１６先端が溶接開始点Ｔに接触したことを検出すると（図４（ｂ））、溶接電源１３によって、所定のアーク前溶接電力Ｐ１が供給され、溶接ワイヤ１６及び溶接対象物５０表面に入熱する（図４（ｃ））。アーク前溶接電力Ｐ１は、アークが発生しない範囲内で、電圧を低くし、溶接ワイヤ１６及び溶接対象物５０表面へ十分入熱できる電流値を設定する。電流値を大きくする程、溶接ワイヤ１６及び溶接対象物５０への入熱量を増加させることができる。
【００３８】
次いで、溶接ワイヤ１６及び溶接対象物５０表面が十分昇温した後、溶接ワイヤ供給機１４を制御し、溶接ワイヤ１６を巻き戻しながらアーク前溶接電力Ｐ１よりも大きい所定のアーク発生溶接電力Ｐ２を供給し、アークＱを発生させる（図４（ｄ））。アーク発生溶接電力Ｐ２に関して具体例を挙げると、電圧が２Ｖで電流が６０Ａの場合、溶接ワイヤの径及び材質並びに溶接対象物の材質及び厚さにかかわらず、溶接ワイヤ先端が溶接対象物から離れる瞬間にアークが発生する。従って、一般的にアーク溶接において用いられる電圧及び電流の指令範囲内であれば、アークを発生させることが可能である。次いで、本溶接電力Ｐ４を供給して本溶接を行う（図４（ｅ））。
【００３９】
本溶接（図４（ｅ））を開始する前に、所定のアーク前溶接電力Ｐ１を供給し溶接ワイヤ１６及び溶接対象物５０表面に対して入熱することによって（図４（ｃ））、溶接ワイヤ１６が十分昇温していることから、例えば、パルスアーク溶接を行う場合に、１パルス分の出力でワイヤ先端を溶解させ、溶滴を離隔させることができる。また、溶接対象物５０表面も十分昇温していることから、溶接対象物５０上にまだ溶融プールが形成されていない状態でも、溶接ワイヤ１６先端から離隔した溶滴を、溶けた溶接対象物表面に付着させることができる。従って、溶滴が溶接対象物５０に付着せずに弾かれて発生するスパッタを低減させることができる。さらに、溶接開始点で入熱を行うため、本溶接開始時に、溶接開始点付近での溶け込み量を増加させることができるという効果も奏する。
【００４０】
図５は、本発明の第２実施形態によるアークスタート時のスパッタの発生を低減するアーク溶接方法を示す図であり、溶接トーチ１５、溶接ワイヤ１６及び溶接対象物５０が部分的に示されている。
【００４１】
まず、溶接作業を開始すると、ロボット制御装置１２によって、ロボット１１を制御し、溶接を開始する始点である溶接対象物５０上の溶接開始点Ｔの近傍へと溶接トーチ１５を移動させる。溶接トーチ１５が溶接開始点Ｔ近傍へ到達すると、ロボット制御装置１２によって、汎用インターフェースを介して溶接ワイヤ供給機１４を制御し、溶接ワイヤ１６を溶接開始点Ｔへと送給する（図５（ａ））。
【００４２】
次いで、溶接ワイヤ１６先端が溶接開始点Ｔに接触したことを検出すると（図５（ｂ））、溶接ワイヤ供給機１４を制御し、溶接ワイヤ１６を巻き戻しながら、溶接電源１３によって上述した所定のアーク発生溶接電力Ｐ２を供給し、アークＱを発生させる（図５（ｃ））。
【００４３】
アークＱが発生した後、溶接電源１３によって、所定のアーク維持溶接電力Ｐ３を供給してアークＱを維持する。ところが、アーク維持溶接電力Ｐ３によって溶接ワイヤ１６先端が燃えて焼失するため、その焼失によって溶接ワイヤ１６が短くなる焼失速度と同じ送給速度にて溶接ワイヤ１６を送給する。その結果、一定のアーク長を維持することが可能となり、溶接ワイヤ１６及び溶接対象物５０表面に入熱する（図５（ｄ））。次いで、本溶接電力Ｐ４を供給して本溶接を行う（図５（ｅ））。
【００４４】
ところで、アーク維持溶接電力Ｐ３は大きい程、溶接ワイヤ１６の焼失速度が速くなる。また、焼失速度は、溶接ワイヤの径や材質によっても変化する。従って、溶接ワイヤ１６の焼失速度に応じた適切な溶接ワイヤ１６の送給速度は、予め実験によって求めておく。
【００４５】
ここで、適切な溶接ワイヤの送給速度の求め方を簡単に説明する。まず、使用する溶接ワイヤ及び所定のアーク維持溶接電力を決定し、溶接ワイヤの送給速度を様々に変えながらアークを発生させる。溶接ワイヤの送給速度が速すぎる場合には、溶接ワイヤと溶接対象物が短絡を起こすため、短絡時の音及びスパッタの発生によって送給速度が速すぎることが分かる。溶接ワイヤ及び溶接対象物表面に対して効率良く入熱するために、溶接ワイヤ先端はできるだけ溶接対象物に近づいている状態が望ましい。従って、短絡を起こさない範囲において、できるだけ早い溶接ワイヤの送給速度が、適切な溶接ワイヤの送給速度である。
【００４６】
本溶接（図５（ｅ））を開始する前に、アークＱによって溶接ワイヤ１６及び溶接対象物５０表面に対して入熱することによって（図５（ｄ））、溶接ワイヤ１６が十分昇温していることから、例えば、パルスアーク溶接を行う場合に、１パルス分の出力でワイヤ先端を溶解させ、溶滴を離隔させることができる。また、溶接対象物５０表面も十分昇温していることから、溶接対象物５０上にまだ溶融プールが形成されていない状態でも、溶接ワイヤ１６先端から離隔した溶滴を、溶けた溶接対象物表面に付着させることができる。従って、溶滴が溶接対象物５０に付着せずに弾かれて発生するスパッタを低減させることができる。さらに、溶接開始点で入熱を行うため、本溶接開始時に、溶接開始点付近での溶け込み量を増加させることができるという効果も奏する。
【００４７】
図６は、本発明の第３実施形態によるアークスタート時のスパッタの発生を低減するアーク溶接方法を示す図であり、溶接トーチ１５、溶接ワイヤ１６及び溶接対象物５０が部分的に示されている。
【００４８】
まず、溶接作業を開始すると、ロボット制御装置１２によって、ロボット１１を制御し、溶接を開始する始点である溶接対象物５０上の溶接開始点Ｔの近傍へと溶接トーチ１５を移動させる。溶接トーチ１５が溶接開始点Ｔ近傍へ到達すると、ロボット制御装置１２によって、汎用インターフェースを介して溶接ワイヤ供給機１４を制御し、溶接ワイヤ１６を溶接開始点Ｔへと送給する（図６（ａ））。
【００４９】
次いで、溶接ワイヤ１６先端が溶接開始点Ｔに接触したことを検出すると（図６（ｂ））、溶接電源１３によって、上述した所定のアーク前溶接電力Ｐ１が供給され、溶接ワイヤ１６及び溶接対象物５０表面に入熱する（図６（ｃ））。
【００５０】
次いで、溶接ワイヤ１６及び溶接対象物５０表面が昇温した後、溶接ワイヤ供給機１４を制御し、溶接ワイヤ１６を巻き戻しながら上述した所定のアーク発生溶接電力Ｐ２を供給し、アークＱを発生させる（図６（ｄ））。
【００５１】
アークＱが発生した後、溶接電源１３によって、上述した所定のアーク維持溶接電力Ｐ３を供給して一定のアーク長を維持し、溶接ワイヤ１６及び溶接対象物５０表面に入熱する（図６（ｅ））。次いで、本溶接電力Ｐ４を供給して本溶接を行う（図６（ｆ））。
【００５２】
本溶接（図６（ｆ））を開始する前に、所定のアーク前溶接電力Ｐ１を供給し溶接ワイヤ１６及び溶接対象物５０表面に対して入熱し（図６（ｃ））、さらに、アークＱによって溶接ワイヤ１６及び溶接対象物５０表面に対して入熱することによって（図６（ｅ））、溶接ワイヤ１６が十分昇温していることから、例えば、パルスアーク溶接を行う場合に、１パルス分の出力でワイヤ先端を溶解させ、溶滴を離隔させることができる。また、溶接対象物５０表面も十分昇温していることから、溶接対象物５０上にまだ溶融プールが形成されていない状態でも、溶接ワイヤ１６先端から離隔した溶滴を、溶けた溶接対象物表面に付着させることができる。従って、溶滴が溶接対象物５０に付着せずに弾かれて発生するスパッタを低減させることができる。さらに、溶接開始点で入熱を行うため、本溶接開始時に、溶接開始点付近での溶け込み量を増加させることができるという効果も奏する。
【００５３】
図７は、本発明の第１実施形態から第３実施形態によるアークスタート時のスパッタの発生を低減するアーク溶接の制御のフローチャートである。上述した実施形態の説明と同様に、第１構成のアーク溶接システム１０を例に以下説明する。
【００５４】
作業者等によってアーク溶接を行うためのロボットプログラムが実行されると、まず、ステップＳ１では、溶接トーチ１５を溶接開始点Ｔの近傍へ移動させ、ステップＳ２へと進む。次いで、ステップＳ２では、溶接ワイヤ１６の送給が開始され、ステップＳ３へと進む。次いで、ステップＳ３では、溶接ワイヤ１６先端が溶接対象物５０の溶接開始点Ｔに接触したか否かが判定される。ステップＳ３において、所定時間内に溶接ワイヤ１６先端が溶接開始点Ｔに接触しない場合には、従来公知の様々な処理を行うことが考えられるが、ここでは処理を終了する。
【００５５】
一方、ステップＳ３において、溶接ワイヤ１６先端が溶接開始点Ｔに接触した場合には、ステップＳ４へと進む。次いで、ステップＳ４では、溶接ワイヤ１６の送給を停止する。次いで、第１実施形態による制御の場合にはステップＳ５１へと進み、第２実施形態による制御の場合にはステップＳ６へと進み、第３実施形態による制御の場合にはステップＳ５３へと進む。
【００５６】
第１実施形態においてステップＳ５１に進んだ場合、又は、第３実施形態においてステップＳ５３に進んだ場合、所定のアーク前溶接電力Ｐ１を供給して溶接ワイヤ１６及び溶接対象物５０表面に入熱し、ステップＳ６へと進む。次いで、ステップＳ６では、溶接ワイヤ１６の巻き戻しとアーク発生溶接電力Ｐ２の供給を行い、ステップＳ７へと進む。次いで、ステップＳ７では、ステップＳ６の処理によって、アークＱが発生したか否かが判定される。ステップＳ７において、アークＱが発生しない場合には、従来公知の様々な処理を行うことが考えられるが、ここでは処理を終了する。
【００５７】
一方、ステップＳ７において、アークＱが発生した場合には、第１実施形態による制御の場合にはステップＳ９へと進み、第２実施形態による制御の場合にはステップＳ８２へと進み、第３実施形態による制御の場合にはステップＳ８３へと進む。
【００５８】
第２実施形態においてステップＳ８２に進んだ場合、又は、第３実施形態においてステップＳ８３に進んだ場合、アーク維持溶接電力Ｐ３を供給して溶接ワイヤ１６及び溶接対象物５０表面に入熱し、ステップＳ９へと進む。次いで、ステップＳ９では、本溶接を開始し、予め定められたプログラムに沿って溶接を行い、処理を終了する。
【００５９】
上記したように、本発明によれば、アークスタート時のスパッタの発生を低減することができるため、溶接品質の向上、溶接ワイヤ消費量が減ることによるコスト削減、スパッタが飛散しなくなることによって溶接システムの密集配置が可能になるという効果を奏する。
【符号の説明】
【００６０】
１０ アーク溶接システム
１１ ロボット
１２ ロボット制御装置
１３ 溶接電源
１４ 溶接ワイヤ送給機
１５ 溶接トーチ
１６ 溶接ワイヤ
Ｔ 溶接開始点
Ｑ アーク
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アークスタート時のスパッタの発生を低減するアーク溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電流を周期的に増減させ、電流波形をパルス状にして行うパルスアーク溶接において、理想的なパルスアーク溶接とは、１パルス分の出力で溶接ワイヤ先端が溶解し、溶滴となって溶接ワイヤ先端から離隔することである。仮に、１パルス分の出力で溶接ワイヤ先端の溶滴が離隔しない場合、溶滴が離隔するまでにされた数パルス分の出力によって溶解した溶滴が溶接ワイヤ先端に留まるため、溶滴が大きく成長する。その結果、一時的に溶接対象物上の溶融プールとの距離が短くなるため、短絡を起こし、スパッタが発生する原因となる。
【０００３】
この問題を解決するため、パルス状の電流波形における、ピーク電流値（すなわち臨界電流以上の値）及びその出力時間並びにベース電流値（すなわち臨界電流以下の値）及びその出力時間を調整することによって、１パルス分の出力で溶滴を離隔させるという手法が一般的に知られている。
【０００４】
しかし、溶接ワイヤ先端から溶接対象物側へ溶融金属が移行する溶滴移行現象には、溶接ワイヤの材質や径、シールドガスが深く関係しているため、使用する構成毎に上述のような調整が必要となる。また、アーク発生直後における溶接ワイヤ先端部の温度は、その後の溶接中の溶接ワイヤ先端部の温度と比べると低温であるため、１パルス分の出力で溶滴が離隔しにくい傾向がある。
【０００５】
そのため、アーク発生直後だけ、上述のピーク電流値及びその出力時間を大きくすることによって溶接ワイヤ先端部により大きな熱を与えて溶解を促し、ピンチ効果によって溶接ワイヤ先端の溶滴を離隔させるという調整が一般に行われている。こうした電流波形制御の調整には多大な労力を必要とする。
【０００６】
また、こうしたアーク発生直後専用の調整を行うことによって、アーク発生直後から１パルス分の出力で溶滴を離隔することができるようになっても、アーク発生直後はまだ溶融プールが形成されていないため、溶接ワイヤ先端から離隔した溶滴が溶接対象物に付着せずに弾かれて、スパッタが発生してしまう。
【０００７】
ところで、特許文献１に記載のパルスアーク溶接では、溶接ワイヤ先端の溶滴が離隔する際のアーク長の増加を電圧又は抵抗値の増加として電気的に検出し、溶滴の離隔を検出した時点から溶滴が完全に溶融プールに移行するまでの間に溶接出力を低下させることによって、溶接ワイヤ先端から離隔した溶滴に対するアーク力を弱め、スパッタの発生を防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平８−２２９６８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１に記載のパルスアーク溶接でも、溶接ワイヤ先端から離隔した溶滴に対するアーク力が弱められたとしても、アーク発生直後には溶融プールがまだ形成されていないため、その溶滴は溶接対象物に付着しにくく、弾かれてスパッタが発生しやすい。アークスタート時に多量のスパッタが発生すると、スパッタが溶接対象物に付着してしまうことによって溶接品質が低下したり、スパッタとして飛散した分だけビード量が減ることによって溶接ワイヤ消費量が増加したりしてしまう。また、密集設置された溶接システムである場合には、飛散したスパッタが他の機器へ悪影響を及ぼしてしまう可能性がある。
【００１０】
本発明は、一態様において、アークスタート時のスパッタの発生を低減するアーク溶接方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１に記載の発明によれば、ロボットに支持された溶接トーチ又は溶接対象物を移動させ、該溶接対象物上の溶接開始点を始点としてアーク溶接を行うアーク溶接方法において、前記溶接開始点に溶接ワイヤを送給する段階と、前記溶接ワイヤの先端が前記溶接対象物に接触した後に、前記溶接ワイヤの送給を停止する段階と、アークが発生しない範囲内のアーク前溶接電力を供給して前記溶接ワイヤ及び前記溶接対象物に入熱する段階と、前記溶接ワイヤを巻き戻しながらアークを発生させるアーク発生溶接電力を供給する段階と、本溶接電力を供給して本溶接を行う段階と、を含み、アークスタート時のスパッタの発生を低減するアーク溶接方法が提供される。
【００１２】
また、請求項２に記載の発明によれば、ロボットに支持された溶接トーチ又は溶接対象物を移動させ、該溶接対象物上の溶接開始点を始点としてアーク溶接を行うアーク溶接方法において、前記溶接開始点に溶接ワイヤを送給する段階と、前記溶接ワイヤの先端が前記溶接対象物に接触した後に、前記溶接ワイヤの送給を停止する段階と、前記溶接ワイヤを巻き戻しながらアークを発生させるアーク発生溶接電力を供給する段階と、前記溶接ワイヤ及び前記溶接対象物に入熱させるアーク維持溶接電力を供給すると共に、該アーク維持溶接電力によって前記溶接ワイヤの先端が焼失する焼失速度と同じ供給速度にて前記溶接ワイヤを送給する段階と、本溶接電力を供給して本溶接を行う段階と、を含み、アークスタート時のスパッタの発生を低減するアーク溶接方法が提供される。
【００１３】
また、請求項３に記載の発明によれば、ロボットに支持された溶接トーチ又は溶接対象物を移動させ、該溶接対象物上の溶接開始点を始点としてアーク溶接を行うアーク溶接方法において、前記溶接開始点に溶接ワイヤを送給する段階と、前記溶接ワイヤの先端が前記溶接対象物に接触した後に、前記溶接ワイヤの送給を停止する段階と、アークが発生しない範囲内のアーク前溶接電力を供給して前記溶接ワイヤ及び前記溶接対象物に入熱する段階と、前記溶接ワイヤを巻き戻しながらアークを発生させるアーク発生溶接電力を供給する段階と、前記溶接ワイヤ及び前記溶接対象物に入熱させるアーク維持溶接電力を供給すると共に、該アーク維持溶接電力によって前記溶接ワイヤの先端が焼失する焼失速度と同じ供給速度にて前記溶接ワイヤを送給する段階と、本溶接電力を供給して本溶接を行う段階と、を含み、アークスタート時のスパッタの発生を低減するアーク溶接方法が提供される。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１から３に記載の発明によれば、本溶接を開始する前に、溶接ワイヤ及び溶接対象物への入熱が行われる。従って、溶接開始点における溶け込み量を増加させる効果と、溶接対象物上にまだ溶融プールが形成されていない状態で、溶滴が、溶けた溶接対象物表面に付着する効果と、パルスアーク溶接を行う場合は、溶接ワイヤの先端の溶解が促されることによって、アークスタート時から溶接ワイヤ先端の溶滴が１パルス分の出力で離隔する効果とを奏する。
【００１５】
従って、各請求項に記載の発明によれば、アークスタート時のスパッタの発生を低減するという共通の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一態様によるアーク溶接システムの概略を示すブロック図である。
【図２】本発明の別の態様によるアーク溶接システムの概略を示すブロック図である。
【図３】本発明のさらに別の態様によるアーク溶接システムの概略を示すブロック図である。
【図４】本発明の第１実施形態によるアークスタート時のスパッタの発生を低減するアーク溶接方法を示す図である。
【図５】本発明の第２実施形態によるアークスタート時のスパッタの発生を低減するアーク溶接方法を示す図である。
【図６】本発明の第３実施形態によるアークスタート時のスパッタの発生を低減するアーク溶接方法を示す図である。
【図７】本発明の第１実施形態から第３実施形態によるアークスタート時のスパッタの発生を低減するアーク溶接の制御のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、本発明の態様による制御方法は、パルスアーク溶接に限らずすべての溶接に対して適用可能である。
【００１８】
図１は、本発明の一態様による第１構成のアーク溶接システム１０の概略を示すブロック図である。アーク溶接システム１０は、ロボット１１と、ロボット１１のサーボモータの制御を行うロボット制御装置１２と、アーク溶接のための溶接電源１３と、溶接ワイヤ送給機１４と、溶接トーチ１５と、溶接ワイヤ送給機１４によって送給/巻き戻しが行われる溶接ワイヤ１６とを有する。
【００１９】
ロボット１１は、そのアーム先端部に溶接トーチ１５を装着し、溶接トーチ１５から延びる溶接ワイヤ１６先端の位置決めを行う多関節のロボットである。
【００２０】
ロボット制御装置１２は、双方向性バスによって互いに接続されたＣＰＵ（中央演算処理装置）とＲＯＭ（リードオンリメモリ）とＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）と、不揮発性メモリとを有している。また、ロボット制御装置１２は、ロボットの動作状況等を視覚的に表示する液晶ディスプレイと、作業者がロボットを制御するための教示操作盤と、ロボット軸制御器と、サーボ回路と、溶接電源１３及び溶接ワイヤ送給機１４が接続される汎用インターフェースとを有している。
【００２１】
本発明の一態様による第１構成のアーク溶接システム１０によれば、ロボット制御装置１２によって、ロボット１１を制御して溶接トーチ１５を溶接対象物５０上へ位置決めすると共に、溶接電源１３によって溶接電力を制御し、溶接ワイヤ送給機１４によって溶接ワイヤ１６の送給/巻き戻しを行うことによって、溶接対象物５０に対してアーク溶接を行う。
【００２２】
なお、ロボット１１は、溶接対象物５０をアームによって把持し、定位置に固定された溶接トーチに対して溶接対象物５０の位置決めを行うようにしてもよい。また、溶接電源１３は、ロボット制御装置外に設置されることもあるが、ロボット制御装置内に組み込んでもよい。
【００２３】
図２は、本発明の別の態様による第２構成のアーク溶接システム２０の概略を示すブロック図である。アーク溶接システム２０は、ロボット２１と、ロボット２１のサーボモータの制御を行うロボット制御装置２２と、アーク溶接のための溶接電源２３と、溶接ワイヤ送給機２４と、溶接トーチ２５と、溶接ワイヤ送給機２４によって送給/巻き戻しが行われる溶接ワイヤ２６とを有する。
【００２４】
ロボット２１は、そのアーム先端部に溶接トーチ２５を装着し、溶接トーチ２５から延びる溶接ワイヤ２６先端の位置決めを行う多関節のロボットである。
【００２５】
ロボット制御装置２２は、双方向性バスによって互いに接続されたＣＰＵとＲＯＭとＲＡＭと、不揮発性メモリとを有している。また、ロボット制御装置２２は、ロボットの動作状況等を視覚的に表示する液晶ディスプレイと、作業者がロボットを制御するための教示操作盤と、ロボット軸制御器と、サーボ回路と、溶接電源２３が接続される汎用インターフェースとを有している。第２構成のアーク溶接システム２０は、溶接ワイヤ送給機２４が溶接電源２３に接続されている点において、第１構成のアーク溶接システム１０と相違する。
【００２６】
本発明の一態様による第２構成のアーク溶接システム２０によれば、ロボット制御装置２２によって、ロボット２１を制御して溶接トーチ２５を溶接対象物５０上へ位置決めすると共に、溶接電源２３によって溶接電力を制御し、溶接ワイヤ送給機２４によって溶接ワイヤ２６の送給/巻き戻しを行うことによって、溶接対象物５０に対してアーク溶接を行う。
【００２７】
なお、ロボット２１は、溶接対象物５０をアームによって把持し、定位置に固定された溶接トーチに対して溶接対象物５０の位置決めを行うようにしてもよい。また、溶接電源２３は、ロボット制御装置外に設置されることもあるが、ロボット制御装置内に組み込んでもよい。
【００２８】
図３は、本発明のさらに別の態様による第３構成のアーク溶接システム３０の概略を示すブロック図である。アーク溶接システム３０は、ロボット３１と、ロボット３１のサーボモータの制御を行うロボット制御装置３２と、アーク溶接のための溶接電源３３と、溶接ワイヤ送給用サーボモータ３４と、溶接トーチ３５と、溶接ワイヤ送給用サーボモータ３４によって送給/巻き戻しが行われる溶接ワイヤ３６とを有する。
【００２９】
ロボット３１は、そのアーム先端部に溶接トーチ３５を装着し、溶接トーチ３５から延びる溶接ワイヤ３６先端の位置決めを行う多関節のロボットである。
【００３０】
ロボット制御装置３２は、双方向性バスによって互いに接続されたＣＰＵとＲＯＭとＲＡＭと、不揮発性メモリとを有している。また、ロボット制御装置３２は、ロボットの動作状況等を視覚的に表示する液晶ディスプレイと、作業者がロボットを制御するための教示操作盤と、ロボット軸制御器と、サーボ回路と、溶接電源３３が接続される汎用インターフェースとを有している。第３構成のアーク溶接システム３０は、溶接ワイヤ送給機の代わりに溶接ワイヤ送給用サーボモータ３４がロボット３１内に配置されている点において、第１構成及び第２構成のアーク溶接システムと相違する。
【００３１】
本発明の一態様による第３構成のアーク溶接システム３０によれば、ロボット制御装置３２によって、ロボット３１を制御して溶接トーチ３５を溶接対象物５０上へ位置決めすると共に、溶接電源３３によって溶接電力を制御し、溶接ワイヤ送給用サーボモータ３４によって溶接ワイヤ３６の送給/巻き戻しを行うことによって、溶接対象物５０に対してアーク溶接を行う。
【００３２】
なお、ロボット３１は、溶接対象物５０をアームによって把持し、定位置に固定された溶接トーチに対して溶接対象物５０の位置決めを行うようにしてもよい。また、溶接電源３３は、ロボット制御装置外に設置されることもあるが、ロボット制御装置内に組み込んでもよい。
【００３３】
また、当然のことながら、第１構成から第３構成のアーク溶接システムにおいて、上述した以外に、溶接時の電圧や電流等を検出する各種センサを備えている。
【００３４】
以下に説明する本発明の第１実施形態から第３実施形態のアークスタート時のスパッタの発生を低減するアーク溶接方法は、上述した第１構成から第３構成のアーク溶接システムのいずれの構成にも適用可能である。また、当然のことながら、その他の構成を有するアーク溶接システムでも適用可能である。以下の説明では、第１構成のアーク溶接システム１０を用いる。
【００３５】
図４は、本発明の第１実施形態によるアークスタート時のスパッタの発生を低減するアーク溶接方法を示す図であり、溶接トーチ１５、溶接ワイヤ１６及び溶接対象物５０が部分的に示されている。
【００３６】
まず、溶接作業を開始すると、ロボット制御装置１２によって、ロボット１１を制御し、溶接を開始する始点である溶接対象物５０上の溶接開始点Ｔの近傍へと溶接トーチ１５を移動させる。溶接トーチ１５が溶接開始点Ｔ近傍へ到達すると、ロボット制御装置１２によって、汎用インターフェースを介して溶接ワイヤ供給機１４を制御し、溶接ワイヤ１６を溶接開始点Ｔへと送給する（図４（ａ））。
【００３７】
次いで、溶接ワイヤ１６先端が溶接開始点Ｔに接触したことを検出すると（図４（ｂ））、溶接電源１３によって、所定のアーク前溶接電力Ｐ１が供給され、溶接ワイヤ１６及び溶接対象物５０表面に入熱する（図４（ｃ））。アーク前溶接電力Ｐ１は、アークが発生しない範囲内で、電圧を低くし、溶接ワイヤ１６及び溶接対象物５０表面へ十分入熱できる電流値を設定する。電流値を大きくする程、溶接ワイヤ１６及び溶接対象物５０への入熱量を増加させることができる。
【００３８】
次いで、溶接ワイヤ１６及び溶接対象物５０表面が十分昇温した後、溶接ワイヤ供給機１４を制御し、溶接ワイヤ１６を巻き戻しながらアーク前溶接電力Ｐ１よりも大きい所定のアーク発生溶接電力Ｐ２を供給し、アークＱを発生させる（図４（ｄ））。アーク発生溶接電力Ｐ２に関して具体例を挙げると、電圧が２Ｖで電流が６０Ａの場合、溶接ワイヤの径及び材質並びに溶接対象物の材質及び厚さにかかわらず、溶接ワイヤ先端が溶接対象物から離れる瞬間にアークが発生する。従って、一般的にアーク溶接において用いられる電圧及び電流の指令範囲内であれば、アークを発生させることが可能である。次いで、本溶接電力Ｐ４を供給して本溶接を行う（図４（ｅ））。
【００３９】
本溶接（図４（ｅ））を開始する前に、所定のアーク前溶接電力Ｐ１を供給し溶接ワイヤ１６及び溶接対象物５０表面に対して入熱することによって（図４（ｃ））、溶接ワイヤ１６が十分昇温していることから、例えば、パルスアーク溶接を行う場合に、１パルス分の出力でワイヤ先端を溶解させ、溶滴を離隔させることができる。また、溶接対象物５０表面も十分昇温していることから、溶接対象物５０上にまだ溶融プールが形成されていない状態でも、溶接ワイヤ１６先端から離隔した溶滴を、溶けた溶接対象物表面に付着させることができる。従って、溶滴が溶接対象物５０に付着せずに弾かれて発生するスパッタを低減させることができる。さらに、溶接開始点で入熱を行うため、本溶接開始時に、溶接開始点付近での溶け込み量を増加させることができるという効果も奏する。
【００４０】
図５は、本発明の第２実施形態によるアークスタート時のスパッタの発生を低減するアーク溶接方法を示す図であり、溶接トーチ１５、溶接ワイヤ１６及び溶接対象物５０が部分的に示されている。
【００４１】
まず、溶接作業を開始すると、ロボット制御装置１２によって、ロボット１１を制御し、溶接を開始する始点である溶接対象物５０上の溶接開始点Ｔの近傍へと溶接トーチ１５を移動させる。溶接トーチ１５が溶接開始点Ｔ近傍へ到達すると、ロボット制御装置１２によって、汎用インターフェースを介して溶接ワイヤ供給機１４を制御し、溶接ワイヤ１６を溶接開始点Ｔへと送給する（図５（ａ））。
【００４２】
次いで、溶接ワイヤ１６先端が溶接開始点Ｔに接触したことを検出すると（図５（ｂ））、溶接ワイヤ供給機１４を制御し、溶接ワイヤ１６を巻き戻しながら、溶接電源１３によって上述した所定のアーク発生溶接電力Ｐ２を供給し、アークＱを発生させる（図５（ｃ））。
【００４３】
アークＱが発生した後、溶接電源１３によって、所定のアーク維持溶接電力Ｐ３を供給してアークＱを維持する。ところが、アーク維持溶接電力Ｐ３によって溶接ワイヤ１６先端が燃えて焼失するため、その焼失によって溶接ワイヤ１６が短くなる焼失速度と同じ送給速度にて溶接ワイヤ１６を送給する。その結果、一定のアーク長を維持することが可能となり、溶接ワイヤ１６及び溶接対象物５０表面に入熱する（図５（ｄ））。次いで、本溶接電力Ｐ４を供給して本溶接を行う（図５（ｅ））。
【００４４】
ところで、アーク維持溶接電力Ｐ３は大きい程、溶接ワイヤ１６の焼失速度が速くなる。また、焼失速度は、溶接ワイヤの径や材質によっても変化する。従って、溶接ワイヤ１６の焼失速度に応じた適切な溶接ワイヤ１６の送給速度は、予め実験によって求めておく。
【００４５】
ここで、適切な溶接ワイヤの送給速度の求め方を簡単に説明する。まず、使用する溶接ワイヤ及び所定のアーク維持溶接電力を決定し、溶接ワイヤの送給速度を様々に変えながらアークを発生させる。溶接ワイヤの送給速度が速すぎる場合には、溶接ワイヤと溶接対象物が短絡を起こすため、短絡時の音及びスパッタの発生によって送給速度が速すぎることが分かる。溶接ワイヤ及び溶接対象物表面に対して効率良く入熱するために、溶接ワイヤ先端はできるだけ溶接対象物に近づいている状態が望ましい。従って、短絡を起こさない範囲において、できるだけ早い溶接ワイヤの送給速度が、適切な溶接ワイヤの送給速度である。
【００４６】
本溶接（図５（ｅ））を開始する前に、アークＱによって溶接ワイヤ１６及び溶接対象物５０表面に対して入熱することによって（図５（ｄ））、溶接ワイヤ１６が十分昇温していることから、例えば、パルスアーク溶接を行う場合に、１パルス分の出力でワイヤ先端を溶解させ、溶滴を離隔させることができる。また、溶接対象物５０表面も十分昇温していることから、溶接対象物５０上にまだ溶融プールが形成されていない状態でも、溶接ワイヤ１６先端から離隔した溶滴を、溶けた溶接対象物表面に付着させることができる。従って、溶滴が溶接対象物５０に付着せずに弾かれて発生するスパッタを低減させることができる。さらに、溶接開始点で入熱を行うため、本溶接開始時に、溶接開始点付近での溶け込み量を増加させることができるという効果も奏する。
【００４７】
図６は、本発明の第３実施形態によるアークスタート時のスパッタの発生を低減するアーク溶接方法を示す図であり、溶接トーチ１５、溶接ワイヤ１６及び溶接対象物５０が部分的に示されている。
【００４８】
まず、溶接作業を開始すると、ロボット制御装置１２によって、ロボット１１を制御し、溶接を開始する始点である溶接対象物５０上の溶接開始点Ｔの近傍へと溶接トーチ１５を移動させる。溶接トーチ１５が溶接開始点Ｔ近傍へ到達すると、ロボット制御装置１２によって、汎用インターフェースを介して溶接ワイヤ供給機１４を制御し、溶接ワイヤ１６を溶接開始点Ｔへと送給する（図６（ａ））。
【００４９】
次いで、溶接ワイヤ１６先端が溶接開始点Ｔに接触したことを検出すると（図６（ｂ））、溶接電源１３によって、上述した所定のアーク前溶接電力Ｐ１が供給され、溶接ワイヤ１６及び溶接対象物５０表面に入熱する（図６（ｃ））。
【００５０】
次いで、溶接ワイヤ１６及び溶接対象物５０表面が昇温した後、溶接ワイヤ供給機１４を制御し、溶接ワイヤ１６を巻き戻しながら上述した所定のアーク発生溶接電力Ｐ２を供給し、アークＱを発生させる（図６（ｄ））。
【００５１】
アークＱが発生した後、溶接電源１３によって、上述した所定のアーク維持溶接電力Ｐ３を供給して一定のアーク長を維持し、溶接ワイヤ１６及び溶接対象物５０表面に入熱する（図６（ｅ））。次いで、本溶接電力Ｐ４を供給して本溶接を行う（図６（ｆ））。
【００５２】
本溶接（図６（ｆ））を開始する前に、所定のアーク前溶接電力Ｐ１を供給し溶接ワイヤ１６及び溶接対象物５０表面に対して入熱し（図６（ｃ））、さらに、アークＱによって溶接ワイヤ１６及び溶接対象物５０表面に対して入熱することによって（図６（ｅ））、溶接ワイヤ１６が十分昇温していることから、例えば、パルスアーク溶接を行う場合に、１パルス分の出力でワイヤ先端を溶解させ、溶滴を離隔させることができる。また、溶接対象物５０表面も十分昇温していることから、溶接対象物５０上にまだ溶融プールが形成されていない状態でも、溶接ワイヤ１６先端から離隔した溶滴を、溶けた溶接対象物表面に付着させることができる。従って、溶滴が溶接対象物５０に付着せずに弾かれて発生するスパッタを低減させることができる。さらに、溶接開始点で入熱を行うため、本溶接開始時に、溶接開始点付近での溶け込み量を増加させることができるという効果も奏する。
【００５３】
図７は、本発明の第１実施形態から第３実施形態によるアークスタート時のスパッタの発生を低減するアーク溶接の制御のフローチャートである。上述した実施形態の説明と同様に、第１構成のアーク溶接システム１０を例に以下説明する。
【００５４】
作業者等によってアーク溶接を行うためのロボットプログラムが実行されると、まず、ステップＳ１では、溶接トーチ１５を溶接開始点Ｔの近傍へ移動させ、ステップＳ２へと進む。次いで、ステップＳ２では、溶接ワイヤ１６の送給が開始され、ステップＳ３へと進む。次いで、ステップＳ３では、溶接ワイヤ１６先端が溶接対象物５０の溶接開始点Ｔに接触したか否かが判定される。ステップＳ３において、所定時間内に溶接ワイヤ１６先端が溶接開始点Ｔに接触しない場合には、従来公知の様々な処理を行うことが考えられるが、ここでは処理を終了する。
【００５５】
一方、ステップＳ３において、溶接ワイヤ１６先端が溶接開始点Ｔに接触した場合には、ステップＳ４へと進む。次いで、ステップＳ４では、溶接ワイヤ１６の送給を停止する。次いで、第１実施形態による制御の場合にはステップＳ５１へと進み、第２実施形態による制御の場合にはステップＳ６へと進み、第３実施形態による制御の場合にはステップＳ５３へと進む。
【００５６】
第１実施形態においてステップＳ５１に進んだ場合、又は、第３実施形態においてステップＳ５３に進んだ場合、所定のアーク前溶接電力Ｐ１を供給して溶接ワイヤ１６及び溶接対象物５０表面に入熱し、ステップＳ６へと進む。次いで、ステップＳ６では、溶接ワイヤ１６の巻き戻しとアーク発生溶接電力Ｐ２の供給を行い、ステップＳ７へと進む。次いで、ステップＳ７では、ステップＳ６の処理によって、アークＱが発生したか否かが判定される。ステップＳ７において、アークＱが発生しない場合には、従来公知の様々な処理を行うことが考えられるが、ここでは処理を終了する。
【００５７】
一方、ステップＳ７において、アークＱが発生した場合には、第１実施形態による制御の場合にはステップＳ９へと進み、第２実施形態による制御の場合にはステップＳ８２へと進み、第３実施形態による制御の場合にはステップＳ８３へと進む。
【００５８】
第２実施形態においてステップＳ８２に進んだ場合、又は、第３実施形態においてステップＳ８３に進んだ場合、アーク維持溶接電力Ｐ３を供給して溶接ワイヤ１６及び溶接対象物５０表面に入熱し、ステップＳ９へと進む。次いで、ステップＳ９では、本溶接を開始し、予め定められたプログラムに沿って溶接を行い、処理を終了する。
【００５９】
上記したように、本発明によれば、アークスタート時のスパッタの発生を低減することができるため、溶接品質の向上、溶接ワイヤ消費量が減ることによるコスト削減、スパッタが飛散しなくなることによって溶接システムの密集配置が可能になるという効果を奏する。
【符号の説明】
【００６０】
１０ アーク溶接システム
１１ ロボット
１２ ロボット制御装置
１３ 溶接電源
１４ 溶接ワイヤ送給機
１５ 溶接トーチ
１６ 溶接ワイヤ
Ｔ 溶接開始点
Ｑ アーク
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボットに支持された溶接トーチ又は溶接対象物を移動させ、該溶接対象物上の溶接開始点を始点としてアーク溶接を行うアーク溶接方法において、
前記溶接開始点に溶接ワイヤを送給する段階と、
前記溶接ワイヤの先端が前記溶接対象物に接触した後に、前記溶接ワイヤの送給を停止する段階と、
アークが発生しない範囲内のアーク前溶接電力を供給して前記溶接ワイヤ及び前記溶接対象物に入熱する段階と、
前記溶接ワイヤを巻き戻しながらアークを発生させるアーク発生溶接電力を供給する段階と、
本溶接電力を供給して本溶接を行う段階と、
を含み、アークスタート時のスパッタの発生を低減するアーク溶接方法。
【請求項２】
ロボットに支持された溶接トーチ又は溶接対象物を移動させ、該溶接対象物上の溶接開始点を始点としてアーク溶接を行うアーク溶接方法において、
前記溶接開始点に溶接ワイヤを送給する段階と、
前記溶接ワイヤの先端が前記溶接対象物に接触した後に、前記溶接ワイヤの送給を停止する段階と、
前記溶接ワイヤを巻き戻しながらアークを発生させるアーク発生溶接電力を供給する段階と、
前記溶接ワイヤ及び前記溶接対象物に入熱させるアーク維持溶接電力を供給すると共に、該アーク維持溶接電力によって前記溶接ワイヤの先端が焼失する焼失速度と同じ供給速度にて前記溶接ワイヤを送給する段階と、
本溶接電力を供給して本溶接を行う段階と、
を含み、アークスタート時のスパッタの発生を低減するアーク溶接方法。
【請求項３】
ロボットに支持された溶接トーチ又は溶接対象物を移動させ、該溶接対象物上の溶接開始点を始点としてアーク溶接を行うアーク溶接方法において、
前記溶接開始点に溶接ワイヤを送給する段階と、
前記溶接ワイヤの先端が前記溶接対象物に接触した後に、前記溶接ワイヤの送給を停止する段階と、
アークが発生しない範囲内のアーク前溶接電力を供給して前記溶接ワイヤ及び前記溶接対象物に入熱する段階と、
前記溶接ワイヤを巻き戻しながらアークを発生させるアーク発生溶接電力を供給する段階と、
前記溶接ワイヤ及び前記溶接対象物に入熱させるアーク維持溶接電力を供給すると共に、該アーク維持溶接電力によって前記溶接ワイヤの先端が焼失する焼失速度と同じ供給速度にて前記溶接ワイヤを送給する段階と、
本溶接電力を供給して本溶接を行う段階と、
を含み、アークスタート時のスパッタの発生を低減するアーク溶接方法。
【請求項１】
ロボットに支持された溶接トーチ又は溶接対象物を移動させ、該溶接対象物上の溶接開始点を始点としてアーク溶接を行うアーク溶接方法において、
前記溶接開始点に溶接ワイヤを送給する段階と、
前記溶接ワイヤの先端が前記溶接対象物に接触した後に、前記溶接ワイヤの送給を停止する段階と、
アークが発生しない範囲内のアーク前溶接電力を供給して前記溶接ワイヤ及び前記溶接対象物に入熱する段階と、
前記溶接ワイヤを巻き戻しながらアークを発生させるアーク発生溶接電力を供給する段階と、
本溶接電力を供給して本溶接を行う段階と、
を含み、アークスタート時のスパッタの発生を低減するアーク溶接方法。
【請求項２】
ロボットに支持された溶接トーチ又は溶接対象物を移動させ、該溶接対象物上の溶接開始点を始点としてアーク溶接を行うアーク溶接方法において、
前記溶接開始点に溶接ワイヤを送給する段階と、
前記溶接ワイヤの先端が前記溶接対象物に接触した後に、前記溶接ワイヤの送給を停止する段階と、
前記溶接ワイヤを巻き戻しながらアークを発生させるアーク発生溶接電力を供給する段階と、
前記溶接ワイヤ及び前記溶接対象物に入熱させるアーク維持溶接電力を供給すると共に、該アーク維持溶接電力によって前記溶接ワイヤの先端が焼失する焼失速度と同じ供給速度にて前記溶接ワイヤを送給する段階と、
本溶接電力を供給して本溶接を行う段階と、
を含み、アークスタート時のスパッタの発生を低減するアーク溶接方法。
【請求項３】
ロボットに支持された溶接トーチ又は溶接対象物を移動させ、該溶接対象物上の溶接開始点を始点としてアーク溶接を行うアーク溶接方法において、
前記溶接開始点に溶接ワイヤを送給する段階と、
前記溶接ワイヤの先端が前記溶接対象物に接触した後に、前記溶接ワイヤの送給を停止する段階と、
アークが発生しない範囲内のアーク前溶接電力を供給して前記溶接ワイヤ及び前記溶接対象物に入熱する段階と、
前記溶接ワイヤを巻き戻しながらアークを発生させるアーク発生溶接電力を供給する段階と、
前記溶接ワイヤ及び前記溶接対象物に入熱させるアーク維持溶接電力を供給すると共に、該アーク維持溶接電力によって前記溶接ワイヤの先端が焼失する焼失速度と同じ供給速度にて前記溶接ワイヤを送給する段階と、
本溶接電力を供給して本溶接を行う段階と、
を含み、アークスタート時のスパッタの発生を低減するアーク溶接方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−６６２８８（Ｐ２０１２−６６２８８Ａ）
【公開日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２１３９４０（Ｐ２０１０−２１３９４０）
【出願日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【出願人】（３９０００８２３５）ファナック株式会社 (1,110)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【出願人】（３９０００８２３５）ファナック株式会社 (1,110)
【Ｆターム（参考）】
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