レーザハイブリッドアーク溶接機とレーザハイブリッドアーク溶接システム
【課題】レーザハイブリッドアーク溶接施工中に直接もしくは反射したレーザにより、スパッタの発生、ビード外観の不良、溶接不安定、溶接欠陥、溶接強度不足が生じる。またレーザ設備の導入コストが高額である。
【解決手段】施工状態を監視するための施工状態検出器３と溶滴移行中におけるレーザ出力を適正に制御するレーザ出力制御部１とアーク長が短くなった場合にアーク長を適正に制御するアーク出力を制御するアーク出力制御部２とアーク電源部４を備えたレーザハイブリッドアーク溶接機９を用いたレーザハイブリッドアーク溶接システムを提供する。
【解決手段】施工状態を監視するための施工状態検出器３と溶滴移行中におけるレーザ出力を適正に制御するレーザ出力制御部１とアーク長が短くなった場合にアーク長を適正に制御するアーク出力を制御するアーク出力制御部２とアーク電源部４を備えたレーザハイブリッドアーク溶接機９を用いたレーザハイブリッドアーク溶接システムを提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はアークとレーザを併用してワークの溶接を行うレーザハイブリッドアーク溶接機とレーザハイブリッドアーク溶接システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、レーザとアーク溶接機を併用して用いるレーザハイブリッドアーク溶接が注目されている。このレーザハイブリッドアーク溶接システムでは、アークとレーザの出力を同時にワークに出力し溶接を行う。これに用いるレーザ発振機にＹＡＧレーザ、半導体レーザを用い、アーク溶接機にパルスＭＩＧ溶接機を組み合わすシステムが一般的である。このレーザハイブリッド溶接システムでは深い溶け込み形状、溶接速度向上、アーク安定性の向上、ビード概観の向上等に効果があり、自動車業界等、昨今のアルミ溶接需要の増大に伴いその必要性、重要性が注目されている。
【０００３】
従来のレーザハイブリッドアーク溶接システムとしては、レーザ吸収効率の増加とベース区間中の溶接安定性の向上を目的とし、パルス溶接機のパルスピーク区間に同期させてレーザ出力を変化させるものがあった（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２５０８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したレーザハイブリッドアーク溶接システムでは、溶接ワイヤのワーク上での狙い位置と、レーザの狙い位置（オフセット）が、数ｍｍ以内であることが重要である。
【０００６】
このようなレーザハイブリッドアーク溶接システムでは、レーザはワークに照射されワークに入熱を加えるが、前述のオフセットが近いために、溶滴移行状況、ワーク形状等の施工状況によっては、溶接ワイヤ先端から離脱した溶滴とレーザが干渉する場合がある。このとき直接もしくはワークから反射したレーザが溶滴に照射され、印加された入熱により溶滴が爆発し細かいスパッタ状となり飛散しビード概観を損ねることがあった。
【０００７】
本現象は、５３５６ワイヤによる施工時に顕著であり、４０４３ワイヤ、１１００ワイヤの順に発生頻度が下がる。これは５３５６ワイヤ材中にはＭｇが４０４３ワイヤ、１１００ワイヤに比べ多く含有されており、ワイヤの沸点が低くなっていることが原因であると考えられる。Ｍｇの含有はワークの強度を確保するために必要であり、５３５６ワイヤを用いた施工中に前述の溶滴の爆発が発生しワイヤ成分がスパッタとして飛散した場合、ワーク中のＭｇ含有量が減少することになり、所望のワーク強度を確保できない恐れもある。
【０００８】
また、溶接施工中に、溶滴移行状況、ワーク形状等の施工状況によって、アーク長が極端に短くなる場合がある。その場合、直接もしくはワークから反射したレーザが、溶接ワイヤ先端に照射され、溶接ワイヤを不必要に溶融する場合があった。元々、アーク溶接機による波形制御シーケンスにより溶接ワイヤの溶融は制御されているため、前述のようなレーザの干渉による不必要な溶接ワイヤの溶融が発生すると、制御想定外の外乱となり、それがきっかけで溶接不安定を引き起こし、結果として溶接不良、溶接欠陥が発生することがあった。
【０００９】
さらに、レーザハイブリッドアーク溶接システムでは、システム全体に占めるレーザ設備にかかるコストが高額であることが問題であり、低コストでの設備導入とライン停止を発生させないといった稼働率の向上が課題であった。
【００１０】
本発明は、上記の課題を解決するため、アーク電流・アーク電圧・溶融池画像といった施工状態を検知し、各々の状況に応じたレーザ出力、アーク出力に制御することができ、またレーザ発振機の導入コストを抑えることが可能なレーザハイブリッドアーク溶接機とレーザハイブリッドアーク溶接システム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】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明のレーザハイブリッド溶接システムは、アーク電流、アーク電圧、アーク電力、ワークの溶融状態、溶接ワイヤ突き出し長、アーク長、溶接ワイヤ溶滴移行状況の少なくとも１つ以上の施工状態を監視する施工状態検出器と、前記施工状態検出器からの信号を入力し、溶接ワイヤから溶滴が離脱したことを検知し、所定の第１のレーザ出力の値にレーザ出力を変化させるレーザ出力制御信号を出力するレーザ出力制御部と、前記施工状態検出器からの信号を入力し、アーク出力を制御するアーク出力制御信号を出力するアーク出力制御部と、前記アーク出力制御信号に応じた出力動作をするアーク電源部を設けたものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、溶滴の移行中にレーザ出力を適正な値にまで低下させることにより、移行中の溶滴とレーザとの干渉をさけ、溶滴の爆発を防止し、スパッタの減少、ビード外観の向上、ワーク強度を確保することができる。また、アーク長が短くなった場合に、溶接ワイヤとレーザの干渉をさけることで、不必要な溶接ワイヤの溶融を避け、溶接安定性の向上、溶接欠陥の発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態１における全体構成を示す図
【図２】本発明の実施の形態２における全体構成を示す図
【図３】本発明の実施の形態３における全体構成を示す図
【図４】本発明におけるレーザ溶接システムのレーザ出力制御方法を示す図
【図５】本発明におけるレーザ溶接システムのレーザ出力制御方法を示す図
【図６】本発明におけるレーザ溶接システムのレーザ出力制御方法を示す図
【図７】本発明におけるレーザ溶接システムのレーザ出力制御方法を示す図
【図８】本発明におけるレーザ溶接システムのアーク出力制御方法を示す図
【図９】本発明の実施の形態４における全体構成を示す図
【図１０】本発明の実施の形態５における全体構成を示す図
【図１１】本発明の実施の形態６における全体構成を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００１５】
図１〜３、図９〜１１において、図中、１はレーザ出力制御部、２はアーク出力制御部、３は施工状態検出器、４はアーク電源部、５ａはレーザ発振機、５'は第２のレーザ発振機、６はレーザヘッド、６'は第２のレーザヘッド、７は溶接トーチ、７'は第２の溶接トーチ、８はワーク、８'は第２のワーク、９はレーザハイブリッドアーク溶接機、９'は第２のレーザハイブリッドアーク溶接機、１０はレーザ出力切替機、１１はレーザハイブリッドアーク溶接用レーザ発振機を示す。
【００１６】
また図４〜７において、図中、Ｔ１は所定の第１の時間、Ｌ１は所定の第１のレーザ出力の値、Ｌ２は所定の第２のレーザ出力の値、Ｅ１は溶滴の離脱を検知した時点、Ｅ２は溶滴の溶融池への移行を検知した時点、Ｅ３は所定の第１のレーザ出力の値Ｌ１にレーザ出力を変化させてから所定の第１の時間Ｔ１経過した時点、Ｅ４はパルスベース制御開始時点、Ｆ１は所定の第１の関数、Ｆ２は所定の第２の関数を示す。
【００１７】
また図８中、Ｈ１は所定の第１のパルス周波数の値、Ｐ１は所定の第１のパルスピークの値、Ｂ１は所定の第１のパルスベースの値、Ｈ２は所定の第２のパルス周波数の値、Ｐ２は定の第２のパルスピークの値、Ｂ２は所定の第２のパルスベースの値、ＶＥ１はアーク長が短くなったことを検知した時点、ＶＥ２はアーク長が適正になった時点を示す。
【００１８】
（実施の形態１）
図１のように構成されたレーザハイブリッドアーク溶接システムについて、その動作を説明する。
【００１９】
以下、レーザ発振機に半導体レーザ、アーク溶接機には、消耗電極式パルスＭＩＧ溶接機を用いた例にて説明する。
【００２０】
アーク電源部４は供給された入力電力を、溶接トーチ７とワーク８の間に給電し、溶接トーチ７先端より送給された溶接ワイヤ先端とワーク８との間にアークを点弧させアーク溶接を行う。レーザ発振機５に給電された入力電力は、レーザに変換され、伝送用のファイバーを経由し、レーザヘッド６に伝送され、レーザヘッド６からワーク８にレーザを照射しレーザ溶接を行う。伝送経路としては、光伝送が可能なミラー等他の光学系でもよい。このとき、レーザのスポット径は２ｍｍ以下とすることが重要である。ただし施工状態によっては前述の限りではなく、ワークの加工精度が低く狙い裕度が必要な場合はスポット径を大きくとり、レーザエネルギー密度を下げることが有効である。またレーザヘッド６とワーク８の距離は１５ｃｍ以上が望ましい。これは、ワーク８との干渉をさけるためと、スパッタ、ヒュームやワーク８周辺の輻射熱からレーザヘッド６の損傷を防ぐためである。ただし施工状態によっては前述の限りではなく、レーザヘッドに使われる光学系（集光レンズ）に所望の仕様のものが手に入らない場合は、やむを得ずワークとレーザヘッドの距離が近づく場合もある。また、レーザの照射位置は、ワーク上における溶接ワイヤ狙い位置から２〜３ｍｍ前方の溶融池先端あたりがよい。ただし施工状態によっては、前述の限りではない。
【００２１】
次に施工状態検出器３を説明する。施工状態検出器３は、アーク電流、アーク電圧、アーク電力、ワークの溶融状態、溶接ワイヤ突き出し長、アーク長、溶接ワイヤ溶滴移行状況を検出し、レーザ出力制御部１、アーク出力制御部２に施工状態検出情報を出力する。アーク電流はＣＴ等を用いて測定する。アーク電圧はアーク電源部４の出力端子、溶接トーチ６先端、ワーク８、溶接ワイヤ送給フィーダー等のいずれかの測定部を電圧計にて測定する。アーク電力は電力計にて測定する。ワークの溶融状態、溶接ワイヤ突き出し長、アーク長、溶接ワイヤ溶滴移行状況は、高速カメラ画像をもちいた画像処理にて検出する、もしくはアーク電流、アーク電圧から算出して検出する。
【００２２】
次にレーザ出力制御部１を説明する。レーザ出力制御部１は、施工状態検出器３から入力される施工状態検出情報から、溶接ワイヤ先端から溶滴が離脱する瞬間を検出する。検出方法としては、アーク電流・アーク電圧からアークのインピーダンスの急激な変化を捉える方法、またワーク８上の高速カメラ画像を画像処理して検出する方法もある。
【００２３】
レーザ出力制御部３は、図４に示すように、溶滴の離脱を検知した時点Ｅ１より、所定の第１のレーザ出力の値Ｌ１にレーザ出力を変化させるレーザ出力制御信号を出力する。もしくは、図２、図５に示すように、アーク電源部４からパルスベース制御開始時点Ｅ４の信号を受けることにより、所定の第１のレーザ出力の値Ｌ１にレーザ出力を変化させるレーザ出力制御信号を出力する。所定の第１のレーザ出力の値Ｌ１は、本溶接中のレーザ出力である所定の第２のレーザ出力の値Ｌ２に比べ、十分低い値もしくは０（レーザ発振オフ）である必要がある。レーザ発振機５は前記信号に応じた出力を行う。
【００２４】
次に、レーザ出力制御部１は、図４に示すように、溶滴の溶融池への移行を検知した時点Ｅ２より所定の第２のレーザ出力の値Ｌ２にレーザ出力を変化させる。もしくは、図６に示すように、前回離脱を検知して所定のレーザ出力１Ｌ１に変化した時点Ｅ１から、所定の第１の時間Ｔ１の後、所定の第２のレーザ出力の値Ｌ２にレーザ出力を変化させる。所定の第１の時間Ｔ１は、溶滴の移行が完了するために十分な時間を確保する必要があり、パルス周波数１００Ｈｚのパルス溶接であれば、約２ｍｓ程度でもよい。ただし、施工状態によっては前述の限りではない。
【００２５】
所定の第２のレーザ出力の値Ｌ２は、レーザハイブリッドアーク溶接として十分な効果が得られる値である必要がある。たとえば、汎用５０００系アルミニウム合金Ａ５０５２板厚ｔ２．０ｍｍのワークをφ１．２径５３５６ワイヤにてアーク電流１８０Ａ、溶接速度４．０ｍ／ｍｉｎ、スポット径２ｍｍ、オフセット２ｍｍで溶接施工を行う場合では、第２のレーザ出力の値Ｌ２は２．０ｋＷ以上が望ましい。ただし、施工によっては前述の限りではない。
【００２６】
レーザ出力の変動中の値は、図４に示すように、パルス状に変化してもよく、また、図７に示すように、所定の第１のレーザ出力の値Ｌ１から所定の第２のレーザ出力の値Ｌ２への移行の際は所定の第１の関数Ｆ１、また、所定の第２のレーザ出力の値Ｌ２から所定の第１のレーザ出力の値Ｌ１への移行の際は所定の第２の関数Ｆ２に倣ったレーザ出力であってもよい。所定の第１の関数Ｆ１、所定の第２の関数Ｆ２は、４ｋＷ／ｍｓの傾きをもつ線形関数でもよい。ただし、施工状態によっては前述の限りではない。
【００２７】
上記のように、溶滴の離脱を検知し、溶滴の離脱移行中のレーザ出力を低下もしくは０になるように制御することで、レーザと溶滴の干渉の発生頻度が低くなり、干渉した際の影響が弱くなる。よって溶接移行中の溶滴の爆発が発生しにくく、スパッタの発生おさえ良好なビード外観を得ることができる。
【００２８】
次にアーク出力制御部２を説明する。アーク出力制御部２は、図８に示すようにアーク長が極端に短くなったこと検知した時点ＶＥ１より、アーク電源部４に対し、パルスピークの値を所定の第１のパルスピークの値Ｐ１に変化させるアーク出力制御信号を出力させる。アーク長を検出する方法としては、電圧の急激な減少、短絡回数の増加を検出する方法、また画像処理による方法等がある。アーク電源部４は前記信号に応じたアーク出力を行う。所定の第１のパルスピークの値Ｐ１は、本溶接中におけるパルスピークの値である所定の第２のパルスピークの値Ｐ２よりも高い値である必要がある。例えば、本溶接中のパルスピークの値より１０％高い値（例えば本溶接中のパルスピークの値が３２０Ａの場合３５０Ａ）でもよい。これによりアーク電圧が増大しアーク長を伸ばすことができる。アーク長が伸びたことにより、レーザとワイヤ先端の干渉を避けることができ、安定した溶接が可能となる。
【００２９】
上記は、パルスピークの値のみを変化させた例であるが、パルスベースの値、パルス周波数の値、パルス幅の値のいずれかもしくは複数の値を変化させてもよい。
【００３０】
次にアーク出力制御部２は、図８に示すように、アーク長が適正になった時点ＶＥ２より、溶接電源に対し、パルスピークの値を所定の第２のパルスピークの値Ｐ２に変化させるアーク出力制御信号を出力する。アーク電源部４は前記信号に応じたアーク出力を行う。
【００３１】
上記は、レーザ発振機５に半導体レーザを用いた例であるが、レーザ発振機５は、レーザ発振可能なＹＡＧレーザ、ＣＯ２レーザ等であってもよい。また、アーク電源部４に、消耗電極式パルスＭＩＧ溶接機を用いた例であるが、アーク溶接可能な、消耗電極式パルスＣＯ２／ＭＡＧ溶接機、消耗電極式ＣＯ２／ＭＡＧ／ＭＩＧ溶接機、消耗電極式交流パルスＣＯ２／ＭＡＧ／ＭＩＧ溶接機であってもよい。
【００３２】
（実施の形態２）
図２のように構成されたレーザハイブリッドアーク溶接システムについて、その動作を説明する。
【００３３】
本実施の形態において実施の形態１と同様の構成については同一の番号を付して詳細な説明を省略する。
【００３４】
図２において、レーザ出力制御部１は、設定電流、設定電圧、ワイヤ送給速度、シールドガス種類、ワイヤ種類、ワイヤ径、ワーク材質、溶接速度の少なくとも１つ以上の設定値と、施工状態検出部３が検出するアーク電流、アーク電圧、アーク長といった施工状態検出情報を入力とし、図４〜７の所定の第１のレーザ出力の値Ｌ１、所定の第２のレーザ出力の値Ｌ２、所定の第１の時間Ｔ１、所定の第１の関数Ｆ１、所定の第２の関数Ｆ２を設定する。例えば、設定電流１８０Ａの場合、所定の第１の時間Ｔ１を２ｍｓと設定するようなテーブルを用いてもよい。また、「所定の第１の時間Ｔ１＝所定の定数／Ｅ１時点でのアーク電流」のように表記される関数で設定してもよい。
【００３５】
また、図２において、アーク出力制御部２は、設定電流、設定電圧、ワイヤ送給速度、シールドガス種類、ワイヤ種類、ワイヤ径、ワーク材質、溶接速度の少なくとも１つ以上の設定値と、施工状態検出部３が検出するアーク電流、アーク電圧、アーク長といった施工状態検出情報を入力とし、図８の所定の第１のパルスピークの値Ｐ１と所定の第２のパルスピークの値Ｐ２と所定の第１のパルスベースの値Ｂ１と所定の第２のパルスベースの値Ｂ２と所定の第１のパルス周波数の値Ｈ１と所定の第２のパルス周波数の値Ｈ２を設定する。例えば、φ１．２ｍｍ径５３５６ワイヤ、設定電流１８０Ａの施工の場合、所定の第１のパルスピークの値Ｐ１は３５０Ａ、所定の第２のパルスピークの値は３２０Ａと設定する条件テーブルを作成してもよい。また、「所定の第１のパルスピークの値Ｐ１＝所定の第２のパルスピークの値Ｐ２＋所定の係数×（設定電圧−アーク電圧）」のように表記される関数で設定してもよい。
【００３６】
以上のように、アーク長が短くなった場合に、パルスピークの値を上げることで、アーク長を適正に保つことができ、溶接ワイヤとレーザの干渉をさけ、不必要な溶接ワイヤの溶融を避け、溶接安定性の向上、溶接欠陥の発生を防止することができる。
【００３７】
（実施の形態３）
図３のように構成されたレーザハイブリッドアーク溶接システムについて、その動作を説明する。
【００３８】
本実施の形態において実施の形態１と同様の構成については同一の番号を付して詳細な説明を省略する。
【００３９】
図３の構成では、２機のレーザ発振機５，５'と２機のレーザハイブリッドアーク溶接機９，９'から構成されるレーザハイブリッドアーク溶接システムであるが、２機以上もしくは１機のレーザ発振機と２機以上もしくは１機のレーザハイブリッドアーク溶接機から構成されてもよい。図３に示すように、レーザ発振機５と第２のレーザ発振機５'のレーザ出力は、レーザ出力切替機１０により、レーザヘッド６と第２のレーザヘッド６'に切り替えられる。切替方法はミラーを物理的に回転させ切り替える方法でもよいし、ファイバーを切り替える方法でもよい。
【００４０】
（実施の形態４）
図９のように構成されたレーザハイブリッドアーク溶接システムについて、その動作を説明する。
【００４１】
本実施の形態において実施の形態１と同様の構成については同一の番号を付して詳細な説明を省略する。
【００４２】
図９は、１機のレーザ発振機５と、２機のレーザハイブリッドアーク溶接機を組み合わせた例である。
【００４３】
２機のレーザハイブリッドアーク溶接機９、９'は、２つのワーク８、８'の溶接を行う。レーザ発振機５からのレーザ出力は、レーザ出力切替機１０で切り替えられ、レーザヘッド６にて施工が行われる場合は、レーザヘッド６へレーザ出力を供給し、第２のレーザヘッド６'にて施工が行われる場合は、第２のレーザヘッド６'へレーザ出力を供給する。これにより、１機のレーザ発振機５を用いた、２つのレーザハイブリッドアーク溶接システムを構築することが可能で、従来２機のレーザ発振機が必要であった場合に比べ、導入コストの削減が図れる。
【００４４】
上記は、レーザヘッド６と第２のレーザヘッド６'は同時にレーザ出力をしないことが前提であったが、レーザヘッド６と第２のレーザヘッド６'へのレーザ出力を施工中にパルス状に切り替えることにより、同時に施工をおこなうことも可能である。また、半導体素子を用いて、レーザ出力を分割することによっても、２つのレーザヘッドに同時にレーザ出力を供給することができる。
【００４５】
（実施の形態５）
図１０のように構成されたレーザハイブリッドアーク溶接システムについて、その動作を説明する。
【００４６】
本実施の形態において実施の形態１と同様の構成については同一の番号を付して詳細な説明を省略する。
【００４７】
図１０は、２機のレーザ発振機と１機のレーザハイブリッドアーク溶接機を組み合わせた例である。図１０では、施工状況に応じて、レーザ発振機５と第２のレーザ発振機５'のレーザ出力を重畳して、レーザヘッド６に出力し、１機のレーザ発振機では得ることのできない高出力を得ることができる。これにより高コストである高出力レーザ発振機の設備導入の必要がなく、既存のレーザ発振機を組み合すことで高出力レーザ施工も含めた多様な施工に対応できる。
【００４８】
また、あらかじめ予備のレーザ発振機を準備しておくことで、仮に１機のレーザ発振機に故障があったような場合でも、予備のレーザ発振機の出力を自動的に切り替え、システム（製造ライン等）の停止をさけることができる。またレーザ発振機の保守をおこなうような場合にも、システムを停止する必要がない。
【００４９】
（実施の形態６）
図１１のように構成されたレーザハイブリッドアーク溶接システムについて、その動作を説明する。
【００５０】
本実施の形態において実施の形態１と同様の構成については同一の番号を付して詳細な説明を省略する。
【００５１】
図１１は、施工状態検出器３とレーザ出力制御部１とアーク出力制御部２とレーザ出力制御信号に応じたレーザ出力動作をするレーザ発振機を備えたレーザハイブリッドアーク溶接用レーザ発振機１１と前記レーザハイブリッドアーク溶接用レーザ発振機が出力するアーク出力制御信号に応じたアーク出力動作をするアーク電源部４と溶接トーチ７とレーザヘッド６を備えたレーザハイブリッドアーク溶接システムの例である。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明のレーザハイブリッドアーク溶接機とレーザハイブリッドアーク溶接システムによれば、溶接欠陥のない安定した溶接及び良好なビード外観、溶接強度を得ることができ、またレーザ発振機の導入コストを抑えることが可能なので、産業上、有用である。
【符号の説明】
【００５３】
１ レーザ出力制御部
２ アーク出力制御部
３ 施工状態検出器
４ アーク電源部
５ レーザ発振機
５' 第２のレーザ発振機
６ レーザヘッド
６' 第２のレーザヘッド
７ 溶接トーチ
７' 第２の溶接トーチ
８ ワーク
８' 第２のワーク
９ レーザハイブリッドアーク溶接機
９' 第２のレーザハイブリッドアーク溶接機
１０ レーザ出力切替機
１１ レーザハイブリッドアーク溶接用レーザ発振機
Ｔ１ 所定の第１の時間
Ｌ１ 所定の第１のレーザ出力の値
Ｌ２ 所定の第２のレーザ出力の値
Ｅ１ 溶滴の離脱を検知した時点
Ｅ２ 溶滴の溶融池への移行を検知した時点
Ｅ３ 所定の第１のレーザ出力の値Ｌ１にレーザ出力を変化させてから所定の第１の時間Ｔ１経過した時点
Ｅ４ パルスベース制御開始時点
Ｆ１ 所定の第１の関数
Ｆ２ 所定の第２の関数
Ｈ１ 所定の第１のパルス周波数の値
Ｐ１ 所定の第１のパルスピークの値
Ｂ１ 所定の第１のパルスベースの値
Ｈ２ 所定の第２のパルス周波数の値
Ｐ２ 所定の第２のパルスピークの値
Ｂ２ 所定の第２のパルスベースの値
ＶＥ１ アーク長が短くなったことを検知した時点
ＶＥ２ アーク長が適正になった時点
【技術分野】
【０００１】
本発明はアークとレーザを併用してワークの溶接を行うレーザハイブリッドアーク溶接機とレーザハイブリッドアーク溶接システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、レーザとアーク溶接機を併用して用いるレーザハイブリッドアーク溶接が注目されている。このレーザハイブリッドアーク溶接システムでは、アークとレーザの出力を同時にワークに出力し溶接を行う。これに用いるレーザ発振機にＹＡＧレーザ、半導体レーザを用い、アーク溶接機にパルスＭＩＧ溶接機を組み合わすシステムが一般的である。このレーザハイブリッド溶接システムでは深い溶け込み形状、溶接速度向上、アーク安定性の向上、ビード概観の向上等に効果があり、自動車業界等、昨今のアルミ溶接需要の増大に伴いその必要性、重要性が注目されている。
【０００３】
従来のレーザハイブリッドアーク溶接システムとしては、レーザ吸収効率の増加とベース区間中の溶接安定性の向上を目的とし、パルス溶接機のパルスピーク区間に同期させてレーザ出力を変化させるものがあった（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２５０８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したレーザハイブリッドアーク溶接システムでは、溶接ワイヤのワーク上での狙い位置と、レーザの狙い位置（オフセット）が、数ｍｍ以内であることが重要である。
【０００６】
このようなレーザハイブリッドアーク溶接システムでは、レーザはワークに照射されワークに入熱を加えるが、前述のオフセットが近いために、溶滴移行状況、ワーク形状等の施工状況によっては、溶接ワイヤ先端から離脱した溶滴とレーザが干渉する場合がある。このとき直接もしくはワークから反射したレーザが溶滴に照射され、印加された入熱により溶滴が爆発し細かいスパッタ状となり飛散しビード概観を損ねることがあった。
【０００７】
本現象は、５３５６ワイヤによる施工時に顕著であり、４０４３ワイヤ、１１００ワイヤの順に発生頻度が下がる。これは５３５６ワイヤ材中にはＭｇが４０４３ワイヤ、１１００ワイヤに比べ多く含有されており、ワイヤの沸点が低くなっていることが原因であると考えられる。Ｍｇの含有はワークの強度を確保するために必要であり、５３５６ワイヤを用いた施工中に前述の溶滴の爆発が発生しワイヤ成分がスパッタとして飛散した場合、ワーク中のＭｇ含有量が減少することになり、所望のワーク強度を確保できない恐れもある。
【０００８】
また、溶接施工中に、溶滴移行状況、ワーク形状等の施工状況によって、アーク長が極端に短くなる場合がある。その場合、直接もしくはワークから反射したレーザが、溶接ワイヤ先端に照射され、溶接ワイヤを不必要に溶融する場合があった。元々、アーク溶接機による波形制御シーケンスにより溶接ワイヤの溶融は制御されているため、前述のようなレーザの干渉による不必要な溶接ワイヤの溶融が発生すると、制御想定外の外乱となり、それがきっかけで溶接不安定を引き起こし、結果として溶接不良、溶接欠陥が発生することがあった。
【０００９】
さらに、レーザハイブリッドアーク溶接システムでは、システム全体に占めるレーザ設備にかかるコストが高額であることが問題であり、低コストでの設備導入とライン停止を発生させないといった稼働率の向上が課題であった。
【００１０】
本発明は、上記の課題を解決するため、アーク電流・アーク電圧・溶融池画像といった施工状態を検知し、各々の状況に応じたレーザ出力、アーク出力に制御することができ、またレーザ発振機の導入コストを抑えることが可能なレーザハイブリッドアーク溶接機とレーザハイブリッドアーク溶接システム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】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明のレーザハイブリッド溶接システムは、アーク電流、アーク電圧、アーク電力、ワークの溶融状態、溶接ワイヤ突き出し長、アーク長、溶接ワイヤ溶滴移行状況の少なくとも１つ以上の施工状態を監視する施工状態検出器と、前記施工状態検出器からの信号を入力し、溶接ワイヤから溶滴が離脱したことを検知し、所定の第１のレーザ出力の値にレーザ出力を変化させるレーザ出力制御信号を出力するレーザ出力制御部と、前記施工状態検出器からの信号を入力し、アーク出力を制御するアーク出力制御信号を出力するアーク出力制御部と、前記アーク出力制御信号に応じた出力動作をするアーク電源部を設けたものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、溶滴の移行中にレーザ出力を適正な値にまで低下させることにより、移行中の溶滴とレーザとの干渉をさけ、溶滴の爆発を防止し、スパッタの減少、ビード外観の向上、ワーク強度を確保することができる。また、アーク長が短くなった場合に、溶接ワイヤとレーザの干渉をさけることで、不必要な溶接ワイヤの溶融を避け、溶接安定性の向上、溶接欠陥の発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態１における全体構成を示す図
【図２】本発明の実施の形態２における全体構成を示す図
【図３】本発明の実施の形態３における全体構成を示す図
【図４】本発明におけるレーザ溶接システムのレーザ出力制御方法を示す図
【図５】本発明におけるレーザ溶接システムのレーザ出力制御方法を示す図
【図６】本発明におけるレーザ溶接システムのレーザ出力制御方法を示す図
【図７】本発明におけるレーザ溶接システムのレーザ出力制御方法を示す図
【図８】本発明におけるレーザ溶接システムのアーク出力制御方法を示す図
【図９】本発明の実施の形態４における全体構成を示す図
【図１０】本発明の実施の形態５における全体構成を示す図
【図１１】本発明の実施の形態６における全体構成を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００１５】
図１〜３、図９〜１１において、図中、１はレーザ出力制御部、２はアーク出力制御部、３は施工状態検出器、４はアーク電源部、５ａはレーザ発振機、５'は第２のレーザ発振機、６はレーザヘッド、６'は第２のレーザヘッド、７は溶接トーチ、７'は第２の溶接トーチ、８はワーク、８'は第２のワーク、９はレーザハイブリッドアーク溶接機、９'は第２のレーザハイブリッドアーク溶接機、１０はレーザ出力切替機、１１はレーザハイブリッドアーク溶接用レーザ発振機を示す。
【００１６】
また図４〜７において、図中、Ｔ１は所定の第１の時間、Ｌ１は所定の第１のレーザ出力の値、Ｌ２は所定の第２のレーザ出力の値、Ｅ１は溶滴の離脱を検知した時点、Ｅ２は溶滴の溶融池への移行を検知した時点、Ｅ３は所定の第１のレーザ出力の値Ｌ１にレーザ出力を変化させてから所定の第１の時間Ｔ１経過した時点、Ｅ４はパルスベース制御開始時点、Ｆ１は所定の第１の関数、Ｆ２は所定の第２の関数を示す。
【００１７】
また図８中、Ｈ１は所定の第１のパルス周波数の値、Ｐ１は所定の第１のパルスピークの値、Ｂ１は所定の第１のパルスベースの値、Ｈ２は所定の第２のパルス周波数の値、Ｐ２は定の第２のパルスピークの値、Ｂ２は所定の第２のパルスベースの値、ＶＥ１はアーク長が短くなったことを検知した時点、ＶＥ２はアーク長が適正になった時点を示す。
【００１８】
（実施の形態１）
図１のように構成されたレーザハイブリッドアーク溶接システムについて、その動作を説明する。
【００１９】
以下、レーザ発振機に半導体レーザ、アーク溶接機には、消耗電極式パルスＭＩＧ溶接機を用いた例にて説明する。
【００２０】
アーク電源部４は供給された入力電力を、溶接トーチ７とワーク８の間に給電し、溶接トーチ７先端より送給された溶接ワイヤ先端とワーク８との間にアークを点弧させアーク溶接を行う。レーザ発振機５に給電された入力電力は、レーザに変換され、伝送用のファイバーを経由し、レーザヘッド６に伝送され、レーザヘッド６からワーク８にレーザを照射しレーザ溶接を行う。伝送経路としては、光伝送が可能なミラー等他の光学系でもよい。このとき、レーザのスポット径は２ｍｍ以下とすることが重要である。ただし施工状態によっては前述の限りではなく、ワークの加工精度が低く狙い裕度が必要な場合はスポット径を大きくとり、レーザエネルギー密度を下げることが有効である。またレーザヘッド６とワーク８の距離は１５ｃｍ以上が望ましい。これは、ワーク８との干渉をさけるためと、スパッタ、ヒュームやワーク８周辺の輻射熱からレーザヘッド６の損傷を防ぐためである。ただし施工状態によっては前述の限りではなく、レーザヘッドに使われる光学系（集光レンズ）に所望の仕様のものが手に入らない場合は、やむを得ずワークとレーザヘッドの距離が近づく場合もある。また、レーザの照射位置は、ワーク上における溶接ワイヤ狙い位置から２〜３ｍｍ前方の溶融池先端あたりがよい。ただし施工状態によっては、前述の限りではない。
【００２１】
次に施工状態検出器３を説明する。施工状態検出器３は、アーク電流、アーク電圧、アーク電力、ワークの溶融状態、溶接ワイヤ突き出し長、アーク長、溶接ワイヤ溶滴移行状況を検出し、レーザ出力制御部１、アーク出力制御部２に施工状態検出情報を出力する。アーク電流はＣＴ等を用いて測定する。アーク電圧はアーク電源部４の出力端子、溶接トーチ６先端、ワーク８、溶接ワイヤ送給フィーダー等のいずれかの測定部を電圧計にて測定する。アーク電力は電力計にて測定する。ワークの溶融状態、溶接ワイヤ突き出し長、アーク長、溶接ワイヤ溶滴移行状況は、高速カメラ画像をもちいた画像処理にて検出する、もしくはアーク電流、アーク電圧から算出して検出する。
【００２２】
次にレーザ出力制御部１を説明する。レーザ出力制御部１は、施工状態検出器３から入力される施工状態検出情報から、溶接ワイヤ先端から溶滴が離脱する瞬間を検出する。検出方法としては、アーク電流・アーク電圧からアークのインピーダンスの急激な変化を捉える方法、またワーク８上の高速カメラ画像を画像処理して検出する方法もある。
【００２３】
レーザ出力制御部３は、図４に示すように、溶滴の離脱を検知した時点Ｅ１より、所定の第１のレーザ出力の値Ｌ１にレーザ出力を変化させるレーザ出力制御信号を出力する。もしくは、図２、図５に示すように、アーク電源部４からパルスベース制御開始時点Ｅ４の信号を受けることにより、所定の第１のレーザ出力の値Ｌ１にレーザ出力を変化させるレーザ出力制御信号を出力する。所定の第１のレーザ出力の値Ｌ１は、本溶接中のレーザ出力である所定の第２のレーザ出力の値Ｌ２に比べ、十分低い値もしくは０（レーザ発振オフ）である必要がある。レーザ発振機５は前記信号に応じた出力を行う。
【００２４】
次に、レーザ出力制御部１は、図４に示すように、溶滴の溶融池への移行を検知した時点Ｅ２より所定の第２のレーザ出力の値Ｌ２にレーザ出力を変化させる。もしくは、図６に示すように、前回離脱を検知して所定のレーザ出力１Ｌ１に変化した時点Ｅ１から、所定の第１の時間Ｔ１の後、所定の第２のレーザ出力の値Ｌ２にレーザ出力を変化させる。所定の第１の時間Ｔ１は、溶滴の移行が完了するために十分な時間を確保する必要があり、パルス周波数１００Ｈｚのパルス溶接であれば、約２ｍｓ程度でもよい。ただし、施工状態によっては前述の限りではない。
【００２５】
所定の第２のレーザ出力の値Ｌ２は、レーザハイブリッドアーク溶接として十分な効果が得られる値である必要がある。たとえば、汎用５０００系アルミニウム合金Ａ５０５２板厚ｔ２．０ｍｍのワークをφ１．２径５３５６ワイヤにてアーク電流１８０Ａ、溶接速度４．０ｍ／ｍｉｎ、スポット径２ｍｍ、オフセット２ｍｍで溶接施工を行う場合では、第２のレーザ出力の値Ｌ２は２．０ｋＷ以上が望ましい。ただし、施工によっては前述の限りではない。
【００２６】
レーザ出力の変動中の値は、図４に示すように、パルス状に変化してもよく、また、図７に示すように、所定の第１のレーザ出力の値Ｌ１から所定の第２のレーザ出力の値Ｌ２への移行の際は所定の第１の関数Ｆ１、また、所定の第２のレーザ出力の値Ｌ２から所定の第１のレーザ出力の値Ｌ１への移行の際は所定の第２の関数Ｆ２に倣ったレーザ出力であってもよい。所定の第１の関数Ｆ１、所定の第２の関数Ｆ２は、４ｋＷ／ｍｓの傾きをもつ線形関数でもよい。ただし、施工状態によっては前述の限りではない。
【００２７】
上記のように、溶滴の離脱を検知し、溶滴の離脱移行中のレーザ出力を低下もしくは０になるように制御することで、レーザと溶滴の干渉の発生頻度が低くなり、干渉した際の影響が弱くなる。よって溶接移行中の溶滴の爆発が発生しにくく、スパッタの発生おさえ良好なビード外観を得ることができる。
【００２８】
次にアーク出力制御部２を説明する。アーク出力制御部２は、図８に示すようにアーク長が極端に短くなったこと検知した時点ＶＥ１より、アーク電源部４に対し、パルスピークの値を所定の第１のパルスピークの値Ｐ１に変化させるアーク出力制御信号を出力させる。アーク長を検出する方法としては、電圧の急激な減少、短絡回数の増加を検出する方法、また画像処理による方法等がある。アーク電源部４は前記信号に応じたアーク出力を行う。所定の第１のパルスピークの値Ｐ１は、本溶接中におけるパルスピークの値である所定の第２のパルスピークの値Ｐ２よりも高い値である必要がある。例えば、本溶接中のパルスピークの値より１０％高い値（例えば本溶接中のパルスピークの値が３２０Ａの場合３５０Ａ）でもよい。これによりアーク電圧が増大しアーク長を伸ばすことができる。アーク長が伸びたことにより、レーザとワイヤ先端の干渉を避けることができ、安定した溶接が可能となる。
【００２９】
上記は、パルスピークの値のみを変化させた例であるが、パルスベースの値、パルス周波数の値、パルス幅の値のいずれかもしくは複数の値を変化させてもよい。
【００３０】
次にアーク出力制御部２は、図８に示すように、アーク長が適正になった時点ＶＥ２より、溶接電源に対し、パルスピークの値を所定の第２のパルスピークの値Ｐ２に変化させるアーク出力制御信号を出力する。アーク電源部４は前記信号に応じたアーク出力を行う。
【００３１】
上記は、レーザ発振機５に半導体レーザを用いた例であるが、レーザ発振機５は、レーザ発振可能なＹＡＧレーザ、ＣＯ２レーザ等であってもよい。また、アーク電源部４に、消耗電極式パルスＭＩＧ溶接機を用いた例であるが、アーク溶接可能な、消耗電極式パルスＣＯ２／ＭＡＧ溶接機、消耗電極式ＣＯ２／ＭＡＧ／ＭＩＧ溶接機、消耗電極式交流パルスＣＯ２／ＭＡＧ／ＭＩＧ溶接機であってもよい。
【００３２】
（実施の形態２）
図２のように構成されたレーザハイブリッドアーク溶接システムについて、その動作を説明する。
【００３３】
本実施の形態において実施の形態１と同様の構成については同一の番号を付して詳細な説明を省略する。
【００３４】
図２において、レーザ出力制御部１は、設定電流、設定電圧、ワイヤ送給速度、シールドガス種類、ワイヤ種類、ワイヤ径、ワーク材質、溶接速度の少なくとも１つ以上の設定値と、施工状態検出部３が検出するアーク電流、アーク電圧、アーク長といった施工状態検出情報を入力とし、図４〜７の所定の第１のレーザ出力の値Ｌ１、所定の第２のレーザ出力の値Ｌ２、所定の第１の時間Ｔ１、所定の第１の関数Ｆ１、所定の第２の関数Ｆ２を設定する。例えば、設定電流１８０Ａの場合、所定の第１の時間Ｔ１を２ｍｓと設定するようなテーブルを用いてもよい。また、「所定の第１の時間Ｔ１＝所定の定数／Ｅ１時点でのアーク電流」のように表記される関数で設定してもよい。
【００３５】
また、図２において、アーク出力制御部２は、設定電流、設定電圧、ワイヤ送給速度、シールドガス種類、ワイヤ種類、ワイヤ径、ワーク材質、溶接速度の少なくとも１つ以上の設定値と、施工状態検出部３が検出するアーク電流、アーク電圧、アーク長といった施工状態検出情報を入力とし、図８の所定の第１のパルスピークの値Ｐ１と所定の第２のパルスピークの値Ｐ２と所定の第１のパルスベースの値Ｂ１と所定の第２のパルスベースの値Ｂ２と所定の第１のパルス周波数の値Ｈ１と所定の第２のパルス周波数の値Ｈ２を設定する。例えば、φ１．２ｍｍ径５３５６ワイヤ、設定電流１８０Ａの施工の場合、所定の第１のパルスピークの値Ｐ１は３５０Ａ、所定の第２のパルスピークの値は３２０Ａと設定する条件テーブルを作成してもよい。また、「所定の第１のパルスピークの値Ｐ１＝所定の第２のパルスピークの値Ｐ２＋所定の係数×（設定電圧−アーク電圧）」のように表記される関数で設定してもよい。
【００３６】
以上のように、アーク長が短くなった場合に、パルスピークの値を上げることで、アーク長を適正に保つことができ、溶接ワイヤとレーザの干渉をさけ、不必要な溶接ワイヤの溶融を避け、溶接安定性の向上、溶接欠陥の発生を防止することができる。
【００３７】
（実施の形態３）
図３のように構成されたレーザハイブリッドアーク溶接システムについて、その動作を説明する。
【００３８】
本実施の形態において実施の形態１と同様の構成については同一の番号を付して詳細な説明を省略する。
【００３９】
図３の構成では、２機のレーザ発振機５，５'と２機のレーザハイブリッドアーク溶接機９，９'から構成されるレーザハイブリッドアーク溶接システムであるが、２機以上もしくは１機のレーザ発振機と２機以上もしくは１機のレーザハイブリッドアーク溶接機から構成されてもよい。図３に示すように、レーザ発振機５と第２のレーザ発振機５'のレーザ出力は、レーザ出力切替機１０により、レーザヘッド６と第２のレーザヘッド６'に切り替えられる。切替方法はミラーを物理的に回転させ切り替える方法でもよいし、ファイバーを切り替える方法でもよい。
【００４０】
（実施の形態４）
図９のように構成されたレーザハイブリッドアーク溶接システムについて、その動作を説明する。
【００４１】
本実施の形態において実施の形態１と同様の構成については同一の番号を付して詳細な説明を省略する。
【００４２】
図９は、１機のレーザ発振機５と、２機のレーザハイブリッドアーク溶接機を組み合わせた例である。
【００４３】
２機のレーザハイブリッドアーク溶接機９、９'は、２つのワーク８、８'の溶接を行う。レーザ発振機５からのレーザ出力は、レーザ出力切替機１０で切り替えられ、レーザヘッド６にて施工が行われる場合は、レーザヘッド６へレーザ出力を供給し、第２のレーザヘッド６'にて施工が行われる場合は、第２のレーザヘッド６'へレーザ出力を供給する。これにより、１機のレーザ発振機５を用いた、２つのレーザハイブリッドアーク溶接システムを構築することが可能で、従来２機のレーザ発振機が必要であった場合に比べ、導入コストの削減が図れる。
【００４４】
上記は、レーザヘッド６と第２のレーザヘッド６'は同時にレーザ出力をしないことが前提であったが、レーザヘッド６と第２のレーザヘッド６'へのレーザ出力を施工中にパルス状に切り替えることにより、同時に施工をおこなうことも可能である。また、半導体素子を用いて、レーザ出力を分割することによっても、２つのレーザヘッドに同時にレーザ出力を供給することができる。
【００４５】
（実施の形態５）
図１０のように構成されたレーザハイブリッドアーク溶接システムについて、その動作を説明する。
【００４６】
本実施の形態において実施の形態１と同様の構成については同一の番号を付して詳細な説明を省略する。
【００４７】
図１０は、２機のレーザ発振機と１機のレーザハイブリッドアーク溶接機を組み合わせた例である。図１０では、施工状況に応じて、レーザ発振機５と第２のレーザ発振機５'のレーザ出力を重畳して、レーザヘッド６に出力し、１機のレーザ発振機では得ることのできない高出力を得ることができる。これにより高コストである高出力レーザ発振機の設備導入の必要がなく、既存のレーザ発振機を組み合すことで高出力レーザ施工も含めた多様な施工に対応できる。
【００４８】
また、あらかじめ予備のレーザ発振機を準備しておくことで、仮に１機のレーザ発振機に故障があったような場合でも、予備のレーザ発振機の出力を自動的に切り替え、システム（製造ライン等）の停止をさけることができる。またレーザ発振機の保守をおこなうような場合にも、システムを停止する必要がない。
【００４９】
（実施の形態６）
図１１のように構成されたレーザハイブリッドアーク溶接システムについて、その動作を説明する。
【００５０】
本実施の形態において実施の形態１と同様の構成については同一の番号を付して詳細な説明を省略する。
【００５１】
図１１は、施工状態検出器３とレーザ出力制御部１とアーク出力制御部２とレーザ出力制御信号に応じたレーザ出力動作をするレーザ発振機を備えたレーザハイブリッドアーク溶接用レーザ発振機１１と前記レーザハイブリッドアーク溶接用レーザ発振機が出力するアーク出力制御信号に応じたアーク出力動作をするアーク電源部４と溶接トーチ７とレーザヘッド６を備えたレーザハイブリッドアーク溶接システムの例である。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明のレーザハイブリッドアーク溶接機とレーザハイブリッドアーク溶接システムによれば、溶接欠陥のない安定した溶接及び良好なビード外観、溶接強度を得ることができ、またレーザ発振機の導入コストを抑えることが可能なので、産業上、有用である。
【符号の説明】
【００５３】
１ レーザ出力制御部
２ アーク出力制御部
３ 施工状態検出器
４ アーク電源部
５ レーザ発振機
５' 第２のレーザ発振機
６ レーザヘッド
６' 第２のレーザヘッド
７ 溶接トーチ
７' 第２の溶接トーチ
８ ワーク
８' 第２のワーク
９ レーザハイブリッドアーク溶接機
９' 第２のレーザハイブリッドアーク溶接機
１０ レーザ出力切替機
１１ レーザハイブリッドアーク溶接用レーザ発振機
Ｔ１ 所定の第１の時間
Ｌ１ 所定の第１のレーザ出力の値
Ｌ２ 所定の第２のレーザ出力の値
Ｅ１ 溶滴の離脱を検知した時点
Ｅ２ 溶滴の溶融池への移行を検知した時点
Ｅ３ 所定の第１のレーザ出力の値Ｌ１にレーザ出力を変化させてから所定の第１の時間Ｔ１経過した時点
Ｅ４ パルスベース制御開始時点
Ｆ１ 所定の第１の関数
Ｆ２ 所定の第２の関数
Ｈ１ 所定の第１のパルス周波数の値
Ｐ１ 所定の第１のパルスピークの値
Ｂ１ 所定の第１のパルスベースの値
Ｈ２ 所定の第２のパルス周波数の値
Ｐ２ 所定の第２のパルスピークの値
Ｂ２ 所定の第２のパルスベースの値
ＶＥ１ アーク長が短くなったことを検知した時点
ＶＥ２ アーク長が適正になった時点
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アーク電流、アーク電圧、アーク電力、ワークの溶融状態、溶接ワイヤ突き出し長、アーク長、溶接ワイヤ溶滴移行状況の少なくとも１つ以上の施工状態を監視する施工状態検出器と、
前記施工状態検出器からの信号を入力し、溶接ワイヤから溶滴が離脱したことを検知し、所定の第１のレーザ出力の値にレーザ出力を変化させるレーザ出力制御信号を出力するレーザ出力制御部と、
前記施工状態検出器からの信号を入力し、アーク出力を制御するアーク出力制御信号を出力するアーク出力制御部と、
前記アーク出力制御信号に応じた出力動作をするアーク電源部とを設けたレーザハイブリッドアーク溶接機。
【請求項２】
レーザ出力制御部が、溶滴の溶融池への移行を検知した後、所定の第２のレーザ出力の値にレーザ出力を変化させるレーザ出力制御信号を出力する請求項１に記載のレーザハイブリッドアーク溶接機。
【請求項３】
レーザ出力制御部が、所定の第１のレーザ出力の値にレーザ出力を変化させてから所定の第１の時間の後、所定の第２のレーザ出力の値にレーザ出力を変化させるレーザ出力制御信号を出力する請求項１に記載のレーザハイブリッドアーク溶接機。
【請求項４】
レーザ出力制御部が、所定の第２のレーザ出力の値への出力移行の際は、所定の第１の関数に倣ったレーザ出力を行うレーザ出力制御信号を出力する請求項２又は３記載のレーザハイブリッドアーク溶接機。
【請求項５】
レーザ出力制御部が、所定の第１のレーザ出力の値への出力移行の際は、所定の第２の関数に倣ったレーザ出力を行うレーザ出力制御信号を出力する請求項１から４の何れかに記載のレーザハイブリッドアーク溶接機。
【請求項６】
レーザ出力制御部が、所定の第１のレーザ出力の値と所定の第２のレーザ出力の値と所定の第１の時間と所定の第１の関数と所定の第２の関数を設定電流、設定電圧、ワイヤ送給速度、シールドガス種類、ワイヤ種類、ワイヤ径、ワーク材質、溶接速度、アーク電流、アーク電圧、アーク長のいずれか１つ以上の関数として設定する請求項１〜５の何れかに記載のレーザハイブリッドアーク溶接機。
【請求項７】
アーク出力制御部が、アーク長が短くなったことを検知し、パルスピークの値、パルスベースの値、パルス周波数の値の少なくとも１つ以上の値を所定の第１のパルスピークの値、所定の第１のパルスベースの値、所定の第１のパルス周波数の値に変化させるアーク出力制御信号を出力し、
アーク出力制御部が、アーク長が適正になったことを検知し、パルスピークの値、パルスベースの値、パルス周波数の値の少なくとも１つ以上の値を所定の第２のパルスピークの値、所定の第２のパルスベースの値、所定の第２のパルス周波数の値に変化させるアーク出力制御信号を出力する
請求項１〜６の何れかに記載のレーザハイブリッドアーク溶接機。
【請求項８】
アーク出力制御部が、所定の第１のパルスピークの値と所定の第２のパルスピークの値と所定の第１のパルスベースの値と所定の第２のパルスベースの値と所定の第１のパルス周波数の値と所定の第２のパルス周波数の値を、設定電流、設定電圧、ワイヤ送給速度、シールドガス種類、ワイヤ種類、ワイヤ径、ワーク材質、溶接速度、アーク電流、アーク電圧、アーク長のいずれか１つ以上の関数として設定する請求項７記載のレーザハイブリッドアーク溶接機。
【請求項９】
請求項１から８の何れかに記載のレーザハイブリッドアーク溶接機と前記レーザハイブリッドアーク溶接機のアーク出力をワークに印加する溶接トーチと前記レーザハイブリッドアーク溶接機が出力するレーザ出力制御信号に応じたレーザ出力動作をするレーザ発振機と前記レーザ発振機のレーザ出力をワークに照射するレーザヘッドを設けたレーザハイブリッドアーク溶接システム。
【請求項１０】
アーク電源部が消耗電極式パルスＣＯ２／ＭＡＧ／ＭＩＧ溶接機、消耗電極式ＣＯ２／ＭＡＧ／ＭＩＧ溶接機、消耗電極式交流パルスＣＯ２／ＭＡＧ／ＭＩＧ溶接機のいずれか１つ以上の組み合わせで、レーザ発振機が半導体レーザ、ＹＡＧレーザ、ＣＯ２レーザのいずれか１つ以上の組み合わせである請求項９に記載のレーザハイブリッドアーク溶接システム。
【請求項１】
アーク電流、アーク電圧、アーク電力、ワークの溶融状態、溶接ワイヤ突き出し長、アーク長、溶接ワイヤ溶滴移行状況の少なくとも１つ以上の施工状態を監視する施工状態検出器と、
前記施工状態検出器からの信号を入力し、溶接ワイヤから溶滴が離脱したことを検知し、所定の第１のレーザ出力の値にレーザ出力を変化させるレーザ出力制御信号を出力するレーザ出力制御部と、
前記施工状態検出器からの信号を入力し、アーク出力を制御するアーク出力制御信号を出力するアーク出力制御部と、
前記アーク出力制御信号に応じた出力動作をするアーク電源部とを設けたレーザハイブリッドアーク溶接機。
【請求項２】
レーザ出力制御部が、溶滴の溶融池への移行を検知した後、所定の第２のレーザ出力の値にレーザ出力を変化させるレーザ出力制御信号を出力する請求項１に記載のレーザハイブリッドアーク溶接機。
【請求項３】
レーザ出力制御部が、所定の第１のレーザ出力の値にレーザ出力を変化させてから所定の第１の時間の後、所定の第２のレーザ出力の値にレーザ出力を変化させるレーザ出力制御信号を出力する請求項１に記載のレーザハイブリッドアーク溶接機。
【請求項４】
レーザ出力制御部が、所定の第２のレーザ出力の値への出力移行の際は、所定の第１の関数に倣ったレーザ出力を行うレーザ出力制御信号を出力する請求項２又は３記載のレーザハイブリッドアーク溶接機。
【請求項５】
レーザ出力制御部が、所定の第１のレーザ出力の値への出力移行の際は、所定の第２の関数に倣ったレーザ出力を行うレーザ出力制御信号を出力する請求項１から４の何れかに記載のレーザハイブリッドアーク溶接機。
【請求項６】
レーザ出力制御部が、所定の第１のレーザ出力の値と所定の第２のレーザ出力の値と所定の第１の時間と所定の第１の関数と所定の第２の関数を設定電流、設定電圧、ワイヤ送給速度、シールドガス種類、ワイヤ種類、ワイヤ径、ワーク材質、溶接速度、アーク電流、アーク電圧、アーク長のいずれか１つ以上の関数として設定する請求項１〜５の何れかに記載のレーザハイブリッドアーク溶接機。
【請求項７】
アーク出力制御部が、アーク長が短くなったことを検知し、パルスピークの値、パルスベースの値、パルス周波数の値の少なくとも１つ以上の値を所定の第１のパルスピークの値、所定の第１のパルスベースの値、所定の第１のパルス周波数の値に変化させるアーク出力制御信号を出力し、
アーク出力制御部が、アーク長が適正になったことを検知し、パルスピークの値、パルスベースの値、パルス周波数の値の少なくとも１つ以上の値を所定の第２のパルスピークの値、所定の第２のパルスベースの値、所定の第２のパルス周波数の値に変化させるアーク出力制御信号を出力する
請求項１〜６の何れかに記載のレーザハイブリッドアーク溶接機。
【請求項８】
アーク出力制御部が、所定の第１のパルスピークの値と所定の第２のパルスピークの値と所定の第１のパルスベースの値と所定の第２のパルスベースの値と所定の第１のパルス周波数の値と所定の第２のパルス周波数の値を、設定電流、設定電圧、ワイヤ送給速度、シールドガス種類、ワイヤ種類、ワイヤ径、ワーク材質、溶接速度、アーク電流、アーク電圧、アーク長のいずれか１つ以上の関数として設定する請求項７記載のレーザハイブリッドアーク溶接機。
【請求項９】
請求項１から８の何れかに記載のレーザハイブリッドアーク溶接機と前記レーザハイブリッドアーク溶接機のアーク出力をワークに印加する溶接トーチと前記レーザハイブリッドアーク溶接機が出力するレーザ出力制御信号に応じたレーザ出力動作をするレーザ発振機と前記レーザ発振機のレーザ出力をワークに照射するレーザヘッドを設けたレーザハイブリッドアーク溶接システム。
【請求項１０】
アーク電源部が消耗電極式パルスＣＯ２／ＭＡＧ／ＭＩＧ溶接機、消耗電極式ＣＯ２／ＭＡＧ／ＭＩＧ溶接機、消耗電極式交流パルスＣＯ２／ＭＡＧ／ＭＩＧ溶接機のいずれか１つ以上の組み合わせで、レーザ発振機が半導体レーザ、ＹＡＧレーザ、ＣＯ２レーザのいずれか１つ以上の組み合わせである請求項９に記載のレーザハイブリッドアーク溶接システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図８】
【公開番号】特開２００９−１７８７７３（Ｐ２００９−１７８７７３Ａ）
【公開日】平成２１年８月１３日（２００９．８．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１２３７７７（Ｐ２００９−１２３７７７）
【出願日】平成２１年５月２２日（２００９．５．２２）
【分割の表示】特願２００４−８４３７４（Ｐ２００４−８４３７４）の分割
【原出願日】平成１６年３月２３日（２００４．３．２３）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年８月１３日（２００９．８．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月２２日（２００９．５．２２）
【分割の表示】特願２００４−８４３７４（Ｐ２００４−８４３７４）の分割
【原出願日】平成１６年３月２３日（２００４．３．２３）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]