２ワイヤ溶接の溶接開始方法
【課題】２ワイヤ溶接において、溶接開始部のビード品質を向上させること。
【解決手段】溶接ワイヤにアークを発生させると共に、溶融池の後半部にフィラーワイヤを接触させながら送給して行う２ワイヤ溶接の溶接開始方法において、溶接ワイヤの送給Ｗｓを開始（時刻ｔ３）すると共に、溶接ワイヤにアークを発生（時刻ｔ４）させ、このアークが発生した時点から第１所定期間Ｔｄ１だけ遅延させてフィラーワイヤの送給Ｆｓを開始（時刻ｔ５）し、フィラーワイヤが溶融池に接触（時刻ｔ６）すると予め定めたフィラーワイヤ溶接電流Ｉｗｆを通電し、フィラーワイヤの送給開始時点から第２所定期間Ｔｄ２が経過した時点ｔ７でフィラーワイヤ溶接電流Ｉｗｆの通電を停止する。これにより、第１所定期間Ｔｄ１を従来技術よりも短く設定することができるので、溶接開始部のビード品質を向上させることができる。
【解決手段】溶接ワイヤにアークを発生させると共に、溶融池の後半部にフィラーワイヤを接触させながら送給して行う２ワイヤ溶接の溶接開始方法において、溶接ワイヤの送給Ｗｓを開始（時刻ｔ３）すると共に、溶接ワイヤにアークを発生（時刻ｔ４）させ、このアークが発生した時点から第１所定期間Ｔｄ１だけ遅延させてフィラーワイヤの送給Ｆｓを開始（時刻ｔ５）し、フィラーワイヤが溶融池に接触（時刻ｔ６）すると予め定めたフィラーワイヤ溶接電流Ｉｗｆを通電し、フィラーワイヤの送給開始時点から第２所定期間Ｔｄ２が経過した時点ｔ７でフィラーワイヤ溶接電流Ｉｗｆの通電を停止する。これにより、第１所定期間Ｔｄ１を従来技術よりも短く設定することができるので、溶接開始部のビード品質を向上させることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、消耗電極アークの溶融池にフィラーワイヤを接触させながら送給して行う２ワイヤ溶接において、溶接開始部のビードを良好にするための２ワイヤ溶接の溶接開始方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
消耗電極アークによって形成された溶融池に、フィラーワイヤを接触させながら送給して行う２ワイヤ溶接方法は、消耗電極アークの溶接ワイヤとフィラーワイヤとの２つのワイヤを使用するために高速溶接性及び高溶着性に優れている。特に、２ワイヤ溶接方法によって高速溶接を行うときには、ハンピングビードになるのを防止するために、フィラーワイヤを消耗電極アークよりも後方から溶融池に接触させて送給することが重要である。これは、フィラーワイヤを消耗電極アーク中に送給して溶融すると、溶融池の冷却効果が小さくなり、かつ、フィラーワイヤによって溶融池の後半部の盛り上がりを抑えることもできないためにハンピングビードを抑制する効果はほとんどないからである。これに対して、フィラーワイヤをアーク周縁部の溶融池の後半部に接触させて送給し、溶融池の熱によって溶融するようにすれば溶融池が効率よく冷却され、かつ、フィラーワイヤによって溶融池後半部が抑えられてハンピングビードの形成を抑制することができる。以下の説明においては、消耗電極アークのワイヤを溶接ワイヤと記載し、フィラーワイヤとは区別することにする。消耗電極アークを発生させる溶接法としては、炭酸ガスアーク溶接法、マグ溶接法、ミグ溶接法、パルスマグ溶接法、パルスミグ溶接法、消耗電極交流パルスアーク溶接法等が使用される。
【０００３】
２ワイヤ溶接の溶接開始方法は、以下のように行われるのが一般的である。溶接装置に外部から起動信号が入力されると、溶接ワイヤの送給が開始されると共に、溶接ワイヤと母材との間に溶接電圧が印加される。溶接ワイヤが母材と接触すると、溶接電流が通電して消耗電極アークが発生する。消耗電極アークが発生すると、溶接トーチは溶接方向への移動を開始する。また、消耗電極アークが発生した時点から第１所定期間だけ遅延した後に、フィラーワイヤの送給が開始される。この所定期間の間に、消耗電極アークによって溶融池が次第に大きくなる。フィラーワイヤが溶融池と接触すると、フィラーワイヤの先端部は溶融池からの熱によって溶融されて、接触状態が維持されて定常溶接状態へと移行する。フィラーワイヤには電流は通電していない。上記の第１所定期間は、消耗電極アークによって形成される溶融池がフィラーワイヤの挿入位置を含む大きさまで成長し、かつ、溶融池の温度がフィラーワイヤを溶融することができる値に達するまでの期間である。この第１所定期間は、継手形状、母材の板厚、母材の材質等によって適正値が変化するが、例えば０．４〜０．６秒程度である。
【０００４】
フィラーワイヤが送給を開始する前のフィラーワイヤの先端と母材との距離（以下、初期距離という）は、前回の溶接終了時において略一定値となるように制御されている。しかし、このフィラーワイヤの初期距離には、ある程度のバラツキがある。初期距離が変動すると、第１所定期間経過後にフィラーワイヤの送給を開始してから溶融池に接触するまでの期間（以下、初期距離送給期間という）が変動することになり、その結果、消耗電極アークが発生してからフィラーワイヤが溶融池に接触するまでの期間が変動することになる。この消耗電極アークが発生してからフィラーワイヤが接触するまでの期間を変動がないように制御することができれば、溶融池が上述した適正状態になった瞬間にタイミングよく、フィラーワイヤを溶融池に接触させることができる。特許文献１では、この初期距離の変動を抑制するために、溶接ワイヤの送給を開始する前に、フィラーワイヤを母材と接触するまで送給するステップを追加している。このようにすれば、初期距離は０mmとなり、消耗電極アークの発生からフィラーワイヤが接触して送給されるまでの期間は上記の第１所定期間と等しくなる。また、特許文献２では、溶接ワイヤの送給を開始する前に、フィラーワイヤを母材と接触するまで送給し、その後に所定距離だけ逆方向に送給するステップを追加している。このようにすると、初期距離は所定距離と必ず等しくなる。初期距離を所定値に制御する動作を、以下、初期距離セット動作と呼ぶことにする。
【０００５】
上述した２ワイヤ溶接の溶接開始方法では、第１所定期間中はフィラーワイヤが送給されないので、消耗電極アークのみでビードの形成が行われることになる。このために、溶接開始部分のビードの余盛り高さが定常期間よりも低くなり、ビード外観が悪くなり、強度も低下する。この課題を改善するためには、第１所定期間を短くしてフィラーワイヤの送給開始タイミングを早くすることが考えられる。しかし、溶融池からの熱によってフィラーワイヤが円滑に溶融することができるまでに溶融池が成長する前にフィラーワイヤの送給を開始すると、フィラーワイヤの溶融不良を生じて溶接欠陥となるおそれがある。この問題を解決するために、特許文献３では、溶接開始時点で溶接ワイヤと母材との間に消耗電極アークを発生させると共に、フィラーワイヤと母材との間にフィラーワイヤアークを発生させ、第１所定期間が経過するとフィラーワイヤアークは消弧して接触状態で送給する状態へと移行させている。すなわち、溶接開始から第１所定期間の間は、フィラーワイヤにもアークを発生させて、自己のアークからの熱によって溶融するようにしている。このようにすると、溶接開始部分のビードの余盛り高さは、定常期間と略等しくなる。しかし、溶接開始部分では近接して２つのアークが発生するために、アークが相互に干渉することになり、スパッタ発生量の増加、アーク切れ等が発生しやすくなるという新たな課題が生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１０６９８４号公報
【特許文献２】特開２００９−１０６９８５号公報
【特許文献３】特開２００９−７２８０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したように、特許文献１及び特許文献２を含む従来技術では、溶接ワイヤによる消耗電極アークのみによってビードを形成する期間が必要であるために、溶接開始部分のビードの余盛り高さが定常溶接部分よりも低くなり、ビードの品質が悪くなるという課題がある。
【０００８】
また、特許文献３では、溶接開始時点から第１所定期間の間は、溶接ワイヤによる消耗電極アークと、フィラーワイヤによるアークとの２つのアークによってビードを形成する。このために、溶接開始部分のビードの余盛り高さは定常溶接部分と略同一となる。しかし、２つのアークの相互間の干渉によって、スパッタ発生量の増加、アーク切れ等が発生しやすくなる。
【０００９】
そこで、本発明では、溶接開始部分のビードの品質を向上させると共に、スパッタ発生量の増加、アーク切れ等が発生しない２ワイヤ溶接の溶接開始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、請求項１の発明は、溶接ワイヤと母材との間にアークを発生させると共に、このアークによって形成された溶融池の後半部にフィラーワイヤを接触させながら送給して行う２ワイヤ溶接の溶接開始方法において、
前記溶接ワイヤの送給を開始すると共に、前記溶接ワイヤと前記母材との間に前記アークを発生させ、このアークが発生した時点から第１所定期間だけ遅延させて前記フィラーワイヤの送給を開始し、前記フィラーワイヤが前記アークによって形成された前記溶融池に接触すると予め定めたフィラーワイヤ溶接電流を通電し、前記フィラーワイヤの送給開始時点から第２所定期間が経過した時点で前記フィラーワイヤ溶接電流の通電を停止する、
ことを特徴とする２ワイヤ溶接の溶接開始方法である。
【００１１】
請求項２の発明は、前記フィラーワイヤの送給速度を、前記第２所定期間経過前は前記第２所定期間経過後よりも低速に設定する、
ことを特徴とする請求項１記載の２ワイヤ溶接の溶接開始方法である。
【００１２】
請求項３の発明は、前記溶接ワイヤの送給を開始する前に、前記フィラーワイヤが前記母材と接触するまで送給するステップを追加する、
ことを特徴とする請求項１又は２記載の２ワイヤ溶接の溶接開始方法である。
【００１３】
請求項４の発明は、前記溶接ワイヤの送給を開始する前に、前記フィラーワイヤが前記母材と接触するまで送給し、接触後は送給方向を逆転させて前記フィラーワイヤの先端を前記母材から所定距離だけ離反させて送給を停止するステップを追加する、
ことを特徴とする請求項１又は２記載の２ワイヤ溶接の溶接開始方法である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、溶接ワイヤと母材との間にアークが発生した時点から第１所定期間だけ遅延させてフィラーワイヤの送給を開始し、フィラーワイヤがアークによって形成された溶融池に接触すると予め定めたフィラーワイヤ溶接電流を通電し、フィラーワイヤの送給開始時点から第２所定期間が経過した時点でフィラーワイヤ溶接電流の通電を停止する。本発明では、フィラーワイヤに電流が通電することによって溶融を補助するので、溶融池の大きさが従来技術のときよりも小さい状態でフィラーワイヤを挿入しても、十分に溶融することができる。このために、第１所定期間を、従来技術のときよりも短く設定することができる。したがって、本発明では、アークが発生してからフィラーワイヤの送給を開始するまでの第１所定期間を短縮することができるので、溶接開始部分のビードの品質を向上させることができる。さらに、本発明では、アークへの影響もないので、スパッタ発生量の増加、アーク切れ等のアーク状態が不安定になることもない。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態に係る２ワイヤ溶接の溶接開始方法を実施するための溶接装置の構成図である。
【図２】図１で上述した溶接装置を構成する溶接ワイヤ用溶接電源ＰＳＷのブロック図である。
【図３】図１で上述した溶接装置を構成するフィラーワイヤ用溶接電源ＰＳＦのブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る２ワイヤ溶接の溶接開始方法を説明するための図１〜図３における各信号のタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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。
【００１７】
図１は、本発明の実施の形態に係る２ワイヤ溶接の溶接開始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、各構成物について説明する。
【００１８】
本溶接装置は、破線で囲まれた溶接トーチＷＴ、溶接ワイヤ用溶接電源ＰＳＷ、フィラーワイヤ用溶接電源ＰＳＦ、ロボット制御装置ＲＣ及びロボット（図示は省略）を備えている。溶接トーチＷＴは、溶接ワイヤ１ａに給電するための溶接ワイヤ用給電チップ４ａ及びフィラーワイヤ１ｂに給電するためのフィラーワイヤ用給電チップ４ｂを備えている溶接トーチＷＴの先端からは炭酸ガス、炭酸ガスとアルゴンガスとの混合ガス等のシールドガス（図示は省略）が噴出している。溶接トーチＷＴは、ロボット（図示は省略）によって保持されて、ロボット制御装置ＲＣ内に記憶されている作業プログラムに従って、溶接線に沿って移動される。
【００１９】
溶接ワイヤ１ａは、溶接ワイヤ用送給モータＷＭに結合された溶接ワイヤ用送給ロール５ａの回転によって溶接トーチＷＴ内を溶接ワイヤ送給速度Ｗｓで送給されて、母材２との間で消耗電極アーク３ａが発生する。フィラーワイヤ１ｂは、フィラーワイヤ用送給モータＦＭに結合されたフィラーワイヤ用送給ロール５ｂの回転によって溶接トーチＷＴ内をフィラーワイヤ送給速度Ｆｓで送給されて、溶融池２ａの後半部に接触された状態で挿入される。同図の溶接部は、定常期間の状態を示しており、フィラーワイヤ１ｂには電流は通電しておらず、溶接トーチＷＴは溶接速度で移動している。
【００２０】
溶接ワイヤ１ａと母材２との間には溶接電圧Ｖwwが印加されており、消耗電極アーク３ａ中を溶接電流Ｉwwが通電している。同図では、溶接方向は左方向となっている。先行する消耗電極アーク３ａによって溶融池２ａが形成される。フィラーワイヤ１ｂと母材２との間にはフィラーワイヤ溶接電圧Ｖwfが印加して、フィラーワイヤ溶接電流Ｉwfが通電する。定常期間中は、フィラーワイヤ用溶接電源ＰＳＦは出力が停止しているので、Ｖwf＝０Ｖ及びＩwf＝０Ａとなっている。フィラーワイヤ１ｂは、溶融池２ａの後半部に接触した状態で挿入されており、溶融池２ａからの熱によって溶融される。フィラーワイヤ１ｂは、消耗電極アーク３ａの外部を送給される。これは、上述したように、フィラーワイヤ１ｂが消耗電極アーク３ａによって直接溶融されることを防止するためである。溶接ワイヤ１ａの前進角は、０〜３０°程度の範囲であり、同図では面直（０°）の場合である。フィラーワイヤ１ｂの前進角は、２０〜５０°の範囲である。すなわち、フィラーワイヤ１ｂは、斜め前方方向に挿入されることになる。
【００２１】
溶接ワイヤ用溶接電源ＰＳＷは、溶接ワイヤ用給電チップ４ａを介して溶接ワイヤ１ａと母材２との間に、溶接電圧Ｖwwを印加することにより、溶接電流Ｉwwを通電するための電源である。溶接ワイヤ用溶接電源ＰＳＷからは、溶接ワイヤ用送給モータＷＭに対して溶接ワイヤ送給制御信号Ｗｃが送られ、溶接ワイヤ送給速度Ｗｓが制御される。溶接ワイヤ用溶接電源ＰＳＷから溶接ワイヤ用給電チップ４ａを介して溶接電圧Ｖwwが印加されるときは、溶接ワイヤ１ａが＋側とされる。溶接ワイヤ用溶接電源ＰＳＷは、通常と同様に定電圧特性の電源である。したがって、溶接電流Ｉwwは、溶接ワイヤ送給速度Ｗｓによってその値が定まる。
【００２２】
フィラーワイヤ用溶接電源ＰＳＦは、フィラーワイヤ用給電チップ４ｂを介してフィラーワイヤ１ｂと母材２との間に、フィラーワイヤ溶接電圧Ｖwfを印加することにより、フィラーワイヤ溶接電流Ｉwfを通電するための電源である。フィラーワイヤ用溶接電源ＰＳＦからは、フィラーワイヤ用送給モータＦＭに対してフィラーワイヤ送給制御信号Ｆｃが送られ、フィラーワイヤ送給速度Ｆｓが制御される。フィラーワイヤ用溶接電源ＰＳＦからフィラーワイヤ用給電チップ４ｂを介してフィラーワイヤ溶接電圧Ｖwfが印加されるときは、フィラーワイヤ１ｂが＋側とされる。フィラーワイヤ用溶接電源ＰＳＦは、フィラーワイヤ溶接電流Ｉwfの値を所定値に制御するために定電流特性の電源となる。
【００２３】
ロボット制御装置ＲＣは、起動信号Ｏｎ及び初期距離セット信号Ｌssを溶接ワイヤ用溶接電源ＰＳＷに出力し、溶接ワイヤ用溶接電源ＰＳＷから通電判別信号Ｃｄが入力される。また、ロボット制御装置ＲＣは、上記の起動信号Ｏｎ及び上記の通電判別信号Ｃｄをフィラーワイヤ用溶接電源ＰＳＦに出力し、フィラーワイヤ用溶接電源ＰＳＦから上記の初期距離セット信号Ｌssが入力される。上記の初期距離セット信号Ｌssは、フィラーワイヤ用溶接電源ＰＳＦの内部で生成され、ロボット制御装置ＲＣを介して溶接ワイヤ用溶接電源ＰＳＷに送られる。通電判別信号ｃｄは、溶接ワイヤ１ａと母材２との間に消耗電極アーク３ａが発生したことを溶接電流Ｉwwが通電したことによって判別する信号であり、溶接ワイヤ用溶接電源ＰＳＷの内部で生成され、ロボット制御装置ＲＣを解してフィラーワイヤ用溶接電源ＰＳＦに送られる。ロボット制御装置ＲＣは、記憶されている作業プログラムに従ってロボットに搭載された溶接トーチＷＴを溶接開始位置まで移動させて停止する。そして、両電源ＰＳＷ、ＰＳＦに起動信号Ｏｎを出力する。そして、通電判別信号ＣｄがＨｉｇｈレベルになると、溶接トーチＷＴを溶接線に沿って移動させる。これらの信号の詳細については、図２及び図３で後述する。また、溶接開始時の各信号のタイミングチャートについては、図４で後述する。
【００２４】
図２は、図１で上述した溶接装置を構成する溶接ワイヤ用溶接電源ＰＳＷのブロック図である。以下、同図を参照して各ブロックについて説明する。
【００２５】
電源主回路ＰＭは、３相２００Ｖ等の商用電源（図示は省略）を入力として、後述する駆動信号Ｄｖに従ってインバータ制御等の出力制御を行い、溶接電圧Ｖww及び溶接電流Ｉwwを出力する。この電源主回路ＰＭは、図示は省略するが、商用電源を整流する１次整流回路と、整流された直流を平滑するコンデンサと、平滑された直流を高周波交流に変換するインバータ回路と、高周波交流をアーク溶接に適した電圧値に降圧するインバータトランスと、降圧された高周波交流を整流する２次整流回路と、整流された直流を平滑するリアクトルと、を備えている。溶接ワイヤ１ａは、溶接ワイヤ用送給モータＷＭに結合された溶接ワイヤ用送給ロール５ａの回転によって溶接ワイヤ用給電チップ４ａ内を給電されながら送給されて、母材２との間に消耗電極アーク３ａが発生する。溶接トーチの構造は上述した図１のとおりであるが、ここでは簡略化して図示している。
【００２６】
電圧検出回路ＶＤは、上記の溶接電圧Ｖwwを検出して、電圧検出信号Ｖｄを出力する。電圧平均値算出回路ＶＡＶは、この電圧検出信号Ｖｄをローパスフィルタ（カットオフ周波数１〜１０Ｈｚ程度）に通すことによって平均化（平滑化）して、電圧平均値信号Ｖavを出力する。
【００２７】
溶接電圧設定回路ＶＲは、予め定めた溶接電圧設定信号Ｖｒを出力する。電圧誤差増幅回路ＥＶは、この溶接電圧設定信号Ｖｒと上記の電圧平均値信号Ｖavとの誤差を増幅して、電圧誤差増幅信号Ｅｖを出力する。この回路によって、溶接電源は定電圧特性の電源となる。駆動回路ＤＶは、この電圧誤差増幅信号Ｅｖ、ロボット制御装置ＲＣからの起動信号Ｏｎ及び初期距離セット信号Ｌssを入力として、起動信号Ｏｎ及び初期距離セット信号Ｌssが共にＨｉｇｈレベル（起動かつセット完了）であるときは、電圧誤差増幅信号Ｅｖに基づいてパルス幅変調制御を行い、上記の電源主回路内のインバータ回路を駆動するための駆動信号Ｄｖを出力する。これにより、溶接ワイヤ用溶接電源ＰＳＷは出力を開始する。
【００２８】
電流検出回路ＩＤは、上記の溶接電流Ｉwwを検出して、電流検出信号Ｉｄを出力する。通電判別回路ＣＤは、この電流検出信号Ｉｄを入力として、その値が予め定めたしきい値以上のときは、溶接電流Ｉwwが通電したと判別してＨｉｇｈレベルとなる通電判別信号Ｃｄをロボット制御装置ＲＣに出力する。しきい値は、例えば５Ａ程度に設定される。
【００２９】
定常期間用溶接ワイヤ送給速度設定回路ＷＳＲは、予め定めた定常期間用溶接ワイヤ送給速度設定信号Ｗsrを出力する。スローダウン用溶接ワイヤ送給速度設定回路ＷＩＲは、予め定めたスローダウン用溶接ワイヤ送給速度設定信号Ｗirを出力する。送給切換回路ＳＷは、上記の定常期間用溶接ワイヤ送給速度設定信号Ｗsr、上記のスローダウン用溶接ワイヤ送給速度設定信号Ｗir及び上記の通電判別信号Ｃｄを入力として、通電判別信号ＣｄがＬｏｗレベル（非通電）のときはスローダウン用溶接ワイヤ送給速度設定信号Ｗirを溶接ワイヤ送給速度設定信号Ｗｒとして出力し、Ｈｉｇｈレベル（通電）のときは定常期間用溶接ワイヤ送給速度設定信号Ｗsrを溶接ワイヤ送給速度設定信号Ｗｒとして出力する。溶接ワイヤ送給制御回路ＷＣは、この溶接ワイヤ送給速度設定信号Ｗｒ、ロボット制御装置ＲＣからの起動信号Ｏｎ及び初期距離セット信号Ｌssを入力として、起動信号Ｏｎ及び初期距離セット信号Ｌssが共にＨｉｇｈレベル（起動かつセット完了）のときは、溶接ワイヤ送給速度設定信号Ｗｒによって定まる送給速度で溶接ワイヤ１ａを送給するための溶接ワイヤ送給制御信号Ｗｃを上記の溶接ワイヤ用送給モータＷＭに出力する。
【００３０】
図３は、図１で上述した溶接装置を構成するフィラーワイヤ用溶接電源ＰＳＦのブロック図である。以下、同図を参照して各ブロックについて説明する。
【００３１】
電源主回路ＰＭは、３相２００Ｖ等の商用電源（図示は省略）を入力として、後述する駆動信号Ｄｖに従ってインバータ制御等の出力制御を行い、フィラーワイヤ溶接電圧Ｖwf及びフィラーワイヤ溶接電流Ｉwfを出力する。この電源主回路ＰＭは、図示は省略するが、商用電源を整流する１次整流回路と、整流された直流を平滑するコンデンサと、平滑された直流を高周波交流に変換するインバータ回路と、高周波交流をアーク溶接に適した電圧値に降圧するインバータトランスと、降圧された高周波交流を整流する２次整流回路と、整流された直流を平滑するリアクトルと、を備えている。フィラーワイヤ１ｂは、フィラーワイヤ用送給モータＦＭに結合されたフィラーワイヤ用送給ロール５ｂの回転によってフィラーワイヤ用給電チップ４ｂ内を給電されながら溶融池に接触するように送給される。定常期間中は、フィラーワイヤ１ｂは、フィラーワイヤ溶接電圧Ｖwf＝０Ｖ及びフィラーワイヤ溶接電流Ｉwf＝０Ａの状態で、溶融池と接触して送給されている。溶接開始時のフィラーワイヤ溶接電圧Ｖwf及びフィラーワイヤ溶接電流Ｉwfの時間変化については、図４で後述する。溶接トーチの構造は上述した図１のとおりであるが、ここでは簡略化して図示している。
【００３２】
第１オンディレイ回路ＴＤ１は、ロボット制御装置ＲＣからの通電判別信号Ｃｄを入力として、通電判別信号ＣｄがＨｉｇｈレベル（通電）に変化した時点を第１所定期間Ｔd1だけオンディレイして、第１オンディレイ信号Ｔds1を出力する。この第１オンディレイ信号Ｔds1は、消耗電極アーク３ａが発生した時点から第１所定期間Ｔd1が経過した時点で、ＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに変化する。第２オンディレイ回路ＴＤ２は、上記の第１オンディレイ信号Ｔds1を入力として、第１オンディレイ信号Ｔds1がＨｉｇｈレベルに変化した時点を第２所定期間Ｔd2だけオンディレイして、第２オンディレイ信号Ｔds2を出力する。この第２オンディレイ信号Ｔds2は、フィラーワイヤ１ｂが溶接のための送給を開始した時点から第２所定期間Ｔd2が経過した時点で、ＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに変化する。
【００３３】
電流検出回路ＩＤは、上記のフィラーワイヤ溶接電流Ｉwfを検出して、電流検出信号Ｉｄを出力する。接触判別回路ＳＤは、フィラーワイヤ１ｂと母材２とが接触したことを電流検出信号Ｉｄがしきい値以上になったことによって判別してＨｉｇｈレベルとなる接触判別信号Ｓｄを出力する。このしきい値は、０．１Ａの通電を判別できる値に設定される。接触判別電流設定回路ＩＩＲは、予め定めた接触判別電流設定信号Ｉirを出力する。この接触判別電流設定信号Ｉirの値は、フィラーワイヤ１ｂが母材２と接触したことを判別することができる値であれば良く、フィラーワイヤ１ｂを溶融しない値に設定される。例えば、０．１Ａ程度に設定される。初期期間用フィラーワイヤ溶接電流設定回路ＩＳＲは、予め定めた初期期間用フィラーワイヤ溶接電流設定信号Ｉsrを出力する。電流切換回路ＳＩは、上記の接触判別電流設定信号Ｉir、上記の初期期間用フィラーワイヤ溶接電流設定信号Ｉsr及び上記の第１オンディレイ信号Ｔds1を入力として、第１オンディレイ信号Ｔds1がＬｏｗレベルのときは接触判別電流設定信号Ｉirをフィラーワイヤ溶接電流設定信号Ｉfrとして出力し、Ｈｉｇｈレベルのときは初期期間用フィラーワイヤ溶接電流設定信号Ｉsrをフィラーワイヤ溶接電流設定信号Ｉfrとして出力する。第１オンディレイ信号Ｔds1は、消耗電極アーク３ａが発生した時点から第１所定期間Ｔd1だけ経過した時点で、ＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに変化する。電流誤差増幅回路ＥＩは、このフィラーワイヤ溶接電流設定信号Ｉfrと上記の電流検出信号Ｉｄとの誤差を増幅して、電流誤差増幅信号Ｅｉを出力する。この回路によって、溶接電源は定電流特性の電源となる。但し、フィラーワイヤ１ｂと母材２（溶融池２ａ）との間にアークが発生することを防止するために、溶接電源は、フィラーワイヤ溶接電圧Ｖwfの最大値が５Ｖ程度の低い値になるように出力が制限されている。駆動回路ＤＶは、この電流誤差増幅信号Ｅｉ、ロボット制御装置ＲＣからの起動信号Ｏｎ及び上記の第２オンディレイ信号Ｔds2を入力として、起動信号ＯｎがＨｉｇｈレベル（起動）に変化した時点から第２オンディレイ信号Ｔds2がＨｉｇｈレベルに変化するまでの期間中は、電流誤差増幅信号Ｅｉに基づいてパルス幅変調制御を行い、上記の電源主回路内のインバータ回路を駆動するための駆動信号Ｄｖを出力する。これにより、フィラーワイヤ用溶接電源ＰＳＦは、溶接開始時の一定期間中は出力され、定常期間中は出力が停止される。
【００３４】
定常期間用フィラーワイヤ送給速度設定回路ＦＳＲは、予め定めた定常期間用フィラーワイヤ送給速度設定信号Ｆsrを出力する。初期期間用フィラーワイヤ送給速度設定回路ＦＩＲは、予め定めた初期期間用フィラーワイヤ送給速度設定信号Ｆirを出力する。送給切換回路ＳＷは、上記の定常期間用フィラーワイヤ送給速度設定信号Ｆsr、上記の初期期間用フィラーワイヤ送給速度設定信号Ｆir及び上記の第２オンディレイ信号Ｔds2を入力として、第２オンディレイ信号Ｔds2がＬｏｗレベルのときは初期期間用フィラーワイヤ送給速度設定信号Ｆirをフィラーワイヤ送給速度設定信号Ｆｒとして出力し、Ｈｉｇｈレベルのときは定常期間用フィラーワイヤ送給速度設定信号Ｆsrをフィラーワイヤ送給速度設定信号Ｆｒとして出力する。
【００３５】
フィラーワイヤ送給制御回路ＦＣは、ロボット制御装置ＲＣからの起動信号Ｏｎ、上記の接触判別信号Ｓｄ、上記のフィラーワイヤ送給速度設定信号Ｆｒ及び上記の第１オンディレイ信号Ｔds1を入力として、以下の処理を行い、初期距離セット信号Ｌssをロボット制御装置ＲＣに出力すると共に、フィラーワイヤ送給制御信号Ｆｃを上記のフィラーワイヤ用送給モータＦＭに出力する。
１） 起動信号ＯｎがＨｉｇｈレベル（起動）に変化すると、初期距離セット動作に移行し、フィラーワイヤ１ｂの送給を開始する。接触判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベル（接触）に変化すると、フィラーワイヤ１ｂを予め定めた逆送期間だけ逆送して停止するためのフィラーワイヤ送給制御信号Ｆｃを出力する。この動作が完了したときに、初期距離セット信号ＬssをＨｉｇｈレベルにして出力する。この初期距離セット動作中のフィラーワイヤ送給速度設定信号Ｆｒの値は、初期期間用フィラーワイヤ送給速度設定信号Ｆirによって定まる値となる。フィラーワイヤ１ｂは、一定の送給速度で一定の期間（逆送期間）だけ逆送されるので、送給が停止した後の所期距離は、所定距離となる。
２） 第１オンディレイ信号Ｔds1がＨｉｇｈレベルに変化すると、フィラーワイヤ１ｂをフィラーワイヤ送給速度設定信号Ｆｒの値によって送給するためのフィラーワイヤ送給制御信号Ｆｃを出力する。
【００３６】
図４は、本発明の実施の形態に係る２ワイヤ溶接の溶接開始方法を説明するための図１〜図３における各信号のタイミングチャートである。同図（Ａ）は起動信号Ｏｎの時間変化を示し、同図（Ｂ）は通電判別信号Ｃｄの時間変化を示し、同図（Ｃ）は初期距離セット信号Ｌssの時間変化を示し、同図（Ｄ）は溶接電圧Ｖwwの時間変化を示し、同図（Ｅ）は溶接ワイヤ送給速度Ｗｓの時間変化を示し、同図（Ｆ）は溶接電流Ｉwwの時間変化を示し、同図（Ｇ）は接触判別信号Ｓｄの時間変化を示し、同図（Ｈ）は第１オンディレイ信号Ｔds1の時間変化を示し、同図（Ｉ）は第２オンディレイ信号Ｔds2の時間変化を示し、同図（Ｊ）はフィラーワイヤ溶接電圧Ｖwfの時間変化を示し、同図（Ｋ）はフィラーワイヤ送給速度Ｆｓの時間変化を示し、同図（Ｌ）はフィラーワイヤ溶接電流Ｉwfの時間変化を示す。以下、同図を参照して説明する。
【００３７】
（１）時刻ｔ１〜ｔ３の初期距離セット動作
時刻ｔ１において、同図（Ａ）に示すように、起動信号ＯｎがＨｉｇｈレベルに変化すると、上述した初期距離セット動作に移行する。起動信号ＯｎがＨｉｇｈレベルに変化すると、同図（Ｋ）に示すように、フィラーワイヤ送給速度Ｆｓは、正の値の初期期間用フィラーワイヤ送給速度設定信号Ｆirによって定まる値となり、フィラーワイヤ１ｂの送給が開始される。同時に、同図（Ｊ）に示すように、フィラーワイヤ溶接電圧Ｖwfは、例えば５Ｖ程度の低い電圧値となる。時刻ｔ２においてフィラーワイヤ１ｂが母材２と接触すると、同図（Ｊ）に示すように、フィラーワイヤ溶接電圧Ｖwfは０Ｖ近くまで低下し、直後にフィラーワイヤ１ｂが逆送によって母材２から離れるので上昇して５Ｖ程度に戻る。また、同図（Ｌ）に示すように、フィラーワイヤ溶接電流Ｉwfは電圧が低下したときに接触判別電流設定信号Ｉirによって定まる値（例えば０．１Ａ程度）となり、フィラーワイヤ１ｂが母材２から離れて電圧が上昇すると０Ａとなる。時刻ｔ２において、同図（Ｇ）に示すように、接触判別信号Ｓｄが短時間Ｈｉｇｈレベルになる。これに応動して、同図（Ｋ）に示すように、フィラーワイヤ送給速度Ｆｓは負の値の初期期間用フィラーワイヤ送給速度設定信号Ｆirによって定まる値となり、フィラーワイヤ１ｂは逆送を開始する。そして、時刻ｔ２から予め定めた逆送期間が経過した時刻ｔ３において、同図（Ｋ）に示すように、フィラーワイヤ送給速度Ｆｓは０となり、送給を停止する。これに応動して、同図（Ｃ）に示すように、初期距離セット信号ＬssがＨｉｇｈレベルに変化する。これにより、初期距離セット動作が完了する。フィラーワイヤ溶接電圧Ｖwfは、上述したように、フィラーワイヤ１ｂと母材２との間にアークが発生しないようにするために低い値に制限されている。この時刻ｔ１〜ｔ３の期間中は、溶接ワイヤ用溶接電源ＰＳＷは出力及び送給は停止状態にあるので、同図（Ｂ）に示すように、通電判別信号ＣｄはＬｏｗレベルであり、同図（Ｄ）に示すように、溶接電圧Ｖwwは０Ｖであり、同図（Ｅ）に示すように、溶接ワイヤ送給速度Ｗｓは０であり、同図（Ｆ）に示すように、溶接電流Ｉwwは０Ａである。また、この期間中は、同図（Ｈ）に示すように、第１オンディレイ信号Ｔds1はＬｏｗレベルであり、同図（Ｉ）に示すように、第２オンディレイ信号Ｔds2はＬｏｗレベルである。
【００３８】
（２）時刻ｔ３〜ｔ４のスローダウン期間
時刻ｔ３において、同図（Ｃ）に示すように、初期距離セット信号ＬssがＨｉｇｈレベルに変化すると、同図（Ｄ）に示すように、溶接電圧Ｖwwは８０Ｖ程度の無負荷電圧値となり、同図（Ｅ）に示すように、溶接ワイヤ送給速度Ｗｓはスローダウン用溶接ワイヤ送給速度設定信号Ｗirによって定まる値となり、溶接ワイヤ１ａは例えば２m/min程度の遅い送給速度で送給される。同図（Ｆ）に示すように、溶接電流Ｉwwは無負荷状態であるので０Ａのままである。
【００３９】
（３）時刻ｔ４〜ｔ５の第１所定期間Ｔd1
時刻ｔ４において溶接ワイヤ１ａが母材２と接触して消耗電極アーク３ａが発生すると、同図（Ｄ）に示すように、溶接電圧Ｖwwは短時間０Ｖ近くまで低下した後に２０〜３０Ｖ程度のアーク電圧値となる。同時に同図（Ｆ）に示すように、溶接電流Ｉwwが通電し、同図（Ｂ）に示すように、通電判別信号ＣｄがＨｉｇｈレベルに変化する。これに応動して、同図（Ｅ）に示すように、溶接ワイヤ送給速度Ｗｓは定常期間用溶接ワイヤ送給速度設定信号Ｗsrによって定まる値となり、送給速度が速くなる。通電判別信号ＣｄがＨｉｇｈレベルに変化すると、溶接トーチはロボットによって溶接方向への移動を開始する。
【００４０】
（４）時刻ｔ５〜ｔ７の第２所定期間Ｔd2
通電判別信号ＣｄがＨｉｇｈレベルに変化した時刻ｔ４から第１所定期間Ｔd1が経過した時刻ｔ５において、同図（Ｈ）に示すように、第１オンディレイ信号Ｔds1がＨｉｇｈレベルに変化する。これに応動して、同図（Ｋ）に示すように、フィラーワイヤ送給速度Ｆｓは初期期間用フィラーワイヤ送給速度設定信号Ｆirによって定まる値となり、フィラーワイヤ１ｂは再び送給される。そして、時刻ｔ６において、フィラーワイヤ１ｂが溶融池と接触すると、同図（Ｌ）に示すように、フィラーワイヤ溶接電流Ｉwfは初期期間用フィラーワイヤ溶接電流設定信号Ｉsrによって定まる値となる。同図（Ｊ）に示すように、フィラーワイヤ溶接電圧Ｖwfは、時刻ｔ６においてフィラーワイヤ１ｂが溶融池と接触するので、５Ｖ程度から０Ｖ近くまで低下する。時刻ｔ５〜ｔ６の期間が初期距離送給期間となり、例えば０．０５秒程度である。
【００４１】
（５）時刻ｔ７以降の定常期間
第１オンディレイ信号Ｔds1がＨｉｇｈレベルに変化した時刻ｔ５から第２所定期間が経過した時刻ｔ７において、同図（Ｌ）に示すように、フィラーワイヤ溶接電流Ｉwfは０Ａとなり、通電を停止する。同時に、同図（Ｊ）に示すように、フィラーワイヤ溶接電圧Ｖwfは０Ｖとなる。さらに、同図（Ｋ）に示すように、フィラーワイヤ送給速度Ｆｓは定常期間用フィラーワイヤ送給速度設定信号Ｆsrによって定まる値となり、送給速度は速くなる。これにより、消耗電極アーク３ａと、溶融池の後半部に接触して送給されるフィラーワイヤ１ｂとで定常期間の溶接が行われる。
【００４２】
次に、作用について説明する。時刻ｔ１〜ｔ３の期間は、従来技術と同様に、初期距離を一定値にするための動作である。フィラーワイヤ１ｂを一旦母材２と接触させ、そこからフィラーワイヤ１ｂを所定距離だけ逆送している。初期距離が一定値となるので、時刻ｔ５〜ｔ６の初期距離送給期間が一定値となる。この結果、時刻ｔ４〜ｔ６の期間を所定値にすることができる。すなわち、時刻ｔ４に消耗電極アーク３ａが発生してから時刻ｔ６にフィラーワイヤ１ｂが送給されて溶融池と接触する時点を所定値にすることができる。このために、溶融池の大きさの成長がフィラーワイヤ１ｂを挿入するのに一番適した状態になった瞬間に、フィラーワイヤ１ｂを溶融池に挿入することができる。上記の所定距離は、例えば２〜５mm程度である。この所定距離を０mmに設定しても良い。この場合には、フィラーワイヤ１ｂの先端が母材２と接触状態になる。さらには、本実施の形態において、この初期距離セット動作を省略しても良い。上述したように、初期距離は、前回の溶接終了制御によって一定値になるように制御されているが、ある程度のバラツキを有している。この変動幅は、１０〜３０％程度である。この初期距離の変動が溶接開始部分のビード品質にあまり影響を与えないような場合には、あえて時間のかかる初期距離セット動作を行う必要はない。この場合には、図４において、時刻ｔ３から動作が開始されることになる。溶接装置においては、図３のフィラーワイヤ送給制御回路ＦＣが、１）項で説明した初期距離セット動作を行わずに、初期距離セット信号Ｌssを最初からＨｉｇｈレベルで出力すれば良い。
【００４３】
時刻ｔ５〜ｔ７の第２所定期間Ｔd2中に、従来技術とは異なり、フィラーワイヤ１ｂにフィラーワイヤ溶接電流Ｉwfを通電している。これにより、時刻ｔ４〜ｔ５の第１所定期間Ｔd1を従来技術よりも短く設定することができる。この理由は、以下のとおりである。フィラーワイヤ１ｂに電流が通電することによって溶融を補助するので、溶融池の大きさが従来技術のときよりも小さい状態でフィラーワイヤ１ｂを挿入しても、十分に溶融することができるからである。従来技術では、第１所定期間Ｔd1は０．４〜０．６秒程度に設定されていたが、本実施の形態では、０．１〜０．３秒程度へと０．３秒ほど短縮することができる。時刻ｔ７は、フィラーワイヤ１ｂに電流を通電しなくても、溶融池からの熱によって溶融することができるようになるタイミングであり、従来技術のフィラーワイヤ１ｂの挿入タイミングであるとも言える。したがって、第２所定期間Ｔd2は、０．３秒程度に設定される。第１所定期間Ｔd1と第２所定期間Ｔd2との合算期間が、従来技術での第１所定期間Ｔd1であると言うことができる。このように、本実施の形態では、消耗電極アーク３ａが発生してからフィラーワイヤ１ｂの送給を開始するまでの期間を短縮することができるので、溶接開始部分のビードの品質を向上させることができる。第１所定期間Ｔd1を短くしても、消耗電極アーク３ａへの影響はないので、スパッタ発生量の増加、アーク切れ等のアーク状態が不安定になることもない。フィラーワイヤ１ｂに通電する電流値（初期期間用フィラーワイヤ溶接電流設定信号Ｉsrの値）は、フィラーワイヤ１ｂの材質、直径等によって異なるが、例えば５０〜１５０Ａ程度の範囲で設定される。時刻ｔ７以前のフィラーワイヤ送給速度を、以後の値よりも低速に設定している。これは、第２所定期間Ｔd2中のフィラーワイヤ１ｂの溶融をより容易にするためである。時刻ｔ７前後で変化させずに、同一値としても良い。定常期間中の溶接ワイヤ送給速度Ｗｓは、２０〜３０m/min程度の範囲で設定される。定常期間中のフィラーワイヤ送給速度Ｆｓは、溶接ワイヤ送給速度Ｗｓの１０〜３０％程度に設定される。
【００４４】
上述した実施の形態によれば、溶接ワイヤと母材との間にアークが発生した時点から第１所定期間だけ遅延させてフィラーワイヤの送給を開始し、フィラーワイヤがアークによって形成された溶融池に接触すると予め定めたフィラーワイヤ溶接電流を通電し、フィラーワイヤの送給開始時点から第２所定期間が経過した時点でフィラーワイヤ溶接電流の通電を停止する。本実施の形態では、フィラーワイヤに電流が通電することによって溶融を補助するので、溶融池の大きさが従来技術のときよりも小さい状態でフィラーワイヤを挿入しても、十分に溶融することができる。このために、第１所定期間を、従来技術のときよりも短く設定することができる。したがって、本実施の形態では、アークが発生してからフィラーワイヤの送給を開始するまでの第１所定期間を短縮することができるので、溶接開始部分のビードの品質を向上させることができる。さらに、本実施の形態では、アークへの影響もないので、スパッタ発生量の増加、アーク切れ等のアーク状態が不安定になることもない。
【符号の説明】
【００４５】
１ａ 溶接ワイヤ
１ｂ フィラーワイヤ
２ 母材
２ａ 溶融池
３ａ 消耗電極アーク
４ａ 溶接ワイヤ用給電チップ
４ｂ フィラーワイヤ用給電チップ
５ａ 溶接ワイヤ用送給ロール
５ｂ フィラーワイヤ用送給ロール
ＣＤ 通電判別回路
ｃｄ 通電判別信号
ＤＶ 駆動回路
Ｄｖ 駆動信号
ＥＩ 電流誤差増幅回路
Ｅｉ 電流誤差増幅信号
ＥＶ 電圧誤差増幅回路
Ｅｖ 電圧誤差増幅信号
ＦＣ フィラーワイヤ送給制御回路
Ｆｃ フィラーワイヤ送給制御信号
ＦＩＲ 初期期間用フィラーワイヤ送給速度設定回路
Ｆir 初期期間用フィラーワイヤ送給速度設定信号
ＦＭ フィラーワイヤ用送給モータ
Ｆｒ フィラーワイヤ送給速度設定信号
Ｆｓ フィラーワイヤ送給速度
ＦＳＲ 定常期間用フィラーワイヤ送給速度設定回路
Ｆsr 定常期間用フィラーワイヤ送給速度設定信号
ＩＤ 電流検出回路
Ｉｄ 電流検出信号
Ｉfr フィラーワイヤ溶接電流設定信号
ＩＩＲ 接触判別電流設定回路
Ｉir 接触判別電流設定信号
ＩＳＲ 初期期間用フィラーワイヤ溶接電流設定回路
Ｉsr 初期期間用フィラーワイヤ溶接電流設定信号
Ｉwf フィラーワイヤ溶接電流
Ｉww 溶接電流
Ｌss 初期距離セット信号
Ｏｎ 起動信号
ＰＭ 電源主回路
ＰＳＦ フィラーワイヤ用溶接電源
ＰＳＷ 溶接ワイヤ用溶接電源
ＲＣ ロボット制御装置
ＳＤ 接触判別回路
Ｓｄ 接触判別信号
ＳＩ 電流切換回路
ＳＷ 送給切換回路
ＴＤ１ 第１オンディレイ回路
Ｔd1 第１所定期間
ＴＤ２ 第２オンディレイ回路
Ｔd2 第２所定期間
Ｔds1 第１オンディレイ信号
Ｔds2 第２オンディレイ信号
ＶＡＶ 電圧平均値算出回路
Ｖav 電圧平均値信号
ＶＤ 電圧検出回路
Ｖｄ 電圧検出信号
ＶＲ 溶接電圧設定回路
Ｖｒ 溶接電圧設定信号
Ｖwf フィラーワイヤ溶接電圧
Ｖww 溶接電圧
ＷＣ 溶接ワイヤ送給制御回路
Ｗｃ 溶接ワイヤ送給制御信号
ＷＩＲ スローダウン用溶接ワイヤ送給速度設定回路
Ｗir スローダウン用溶接ワイヤ送給速度設定信号
ＷＭ 溶接ワイヤ用送給モータ
Ｗｒ 溶接ワイヤ送給速度設定信号
Ｗｓ 溶接ワイヤ送給速度
ＷＳＲ 定常期間用溶接ワイヤ送給速度設定回路
Ｗsr 定常期間用溶接ワイヤ送給速度設定信号
ＷＴ 溶接トーチ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、消耗電極アークの溶融池にフィラーワイヤを接触させながら送給して行う２ワイヤ溶接において、溶接開始部のビードを良好にするための２ワイヤ溶接の溶接開始方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
消耗電極アークによって形成された溶融池に、フィラーワイヤを接触させながら送給して行う２ワイヤ溶接方法は、消耗電極アークの溶接ワイヤとフィラーワイヤとの２つのワイヤを使用するために高速溶接性及び高溶着性に優れている。特に、２ワイヤ溶接方法によって高速溶接を行うときには、ハンピングビードになるのを防止するために、フィラーワイヤを消耗電極アークよりも後方から溶融池に接触させて送給することが重要である。これは、フィラーワイヤを消耗電極アーク中に送給して溶融すると、溶融池の冷却効果が小さくなり、かつ、フィラーワイヤによって溶融池の後半部の盛り上がりを抑えることもできないためにハンピングビードを抑制する効果はほとんどないからである。これに対して、フィラーワイヤをアーク周縁部の溶融池の後半部に接触させて送給し、溶融池の熱によって溶融するようにすれば溶融池が効率よく冷却され、かつ、フィラーワイヤによって溶融池後半部が抑えられてハンピングビードの形成を抑制することができる。以下の説明においては、消耗電極アークのワイヤを溶接ワイヤと記載し、フィラーワイヤとは区別することにする。消耗電極アークを発生させる溶接法としては、炭酸ガスアーク溶接法、マグ溶接法、ミグ溶接法、パルスマグ溶接法、パルスミグ溶接法、消耗電極交流パルスアーク溶接法等が使用される。
【０００３】
２ワイヤ溶接の溶接開始方法は、以下のように行われるのが一般的である。溶接装置に外部から起動信号が入力されると、溶接ワイヤの送給が開始されると共に、溶接ワイヤと母材との間に溶接電圧が印加される。溶接ワイヤが母材と接触すると、溶接電流が通電して消耗電極アークが発生する。消耗電極アークが発生すると、溶接トーチは溶接方向への移動を開始する。また、消耗電極アークが発生した時点から第１所定期間だけ遅延した後に、フィラーワイヤの送給が開始される。この所定期間の間に、消耗電極アークによって溶融池が次第に大きくなる。フィラーワイヤが溶融池と接触すると、フィラーワイヤの先端部は溶融池からの熱によって溶融されて、接触状態が維持されて定常溶接状態へと移行する。フィラーワイヤには電流は通電していない。上記の第１所定期間は、消耗電極アークによって形成される溶融池がフィラーワイヤの挿入位置を含む大きさまで成長し、かつ、溶融池の温度がフィラーワイヤを溶融することができる値に達するまでの期間である。この第１所定期間は、継手形状、母材の板厚、母材の材質等によって適正値が変化するが、例えば０．４〜０．６秒程度である。
【０００４】
フィラーワイヤが送給を開始する前のフィラーワイヤの先端と母材との距離（以下、初期距離という）は、前回の溶接終了時において略一定値となるように制御されている。しかし、このフィラーワイヤの初期距離には、ある程度のバラツキがある。初期距離が変動すると、第１所定期間経過後にフィラーワイヤの送給を開始してから溶融池に接触するまでの期間（以下、初期距離送給期間という）が変動することになり、その結果、消耗電極アークが発生してからフィラーワイヤが溶融池に接触するまでの期間が変動することになる。この消耗電極アークが発生してからフィラーワイヤが接触するまでの期間を変動がないように制御することができれば、溶融池が上述した適正状態になった瞬間にタイミングよく、フィラーワイヤを溶融池に接触させることができる。特許文献１では、この初期距離の変動を抑制するために、溶接ワイヤの送給を開始する前に、フィラーワイヤを母材と接触するまで送給するステップを追加している。このようにすれば、初期距離は０mmとなり、消耗電極アークの発生からフィラーワイヤが接触して送給されるまでの期間は上記の第１所定期間と等しくなる。また、特許文献２では、溶接ワイヤの送給を開始する前に、フィラーワイヤを母材と接触するまで送給し、その後に所定距離だけ逆方向に送給するステップを追加している。このようにすると、初期距離は所定距離と必ず等しくなる。初期距離を所定値に制御する動作を、以下、初期距離セット動作と呼ぶことにする。
【０００５】
上述した２ワイヤ溶接の溶接開始方法では、第１所定期間中はフィラーワイヤが送給されないので、消耗電極アークのみでビードの形成が行われることになる。このために、溶接開始部分のビードの余盛り高さが定常期間よりも低くなり、ビード外観が悪くなり、強度も低下する。この課題を改善するためには、第１所定期間を短くしてフィラーワイヤの送給開始タイミングを早くすることが考えられる。しかし、溶融池からの熱によってフィラーワイヤが円滑に溶融することができるまでに溶融池が成長する前にフィラーワイヤの送給を開始すると、フィラーワイヤの溶融不良を生じて溶接欠陥となるおそれがある。この問題を解決するために、特許文献３では、溶接開始時点で溶接ワイヤと母材との間に消耗電極アークを発生させると共に、フィラーワイヤと母材との間にフィラーワイヤアークを発生させ、第１所定期間が経過するとフィラーワイヤアークは消弧して接触状態で送給する状態へと移行させている。すなわち、溶接開始から第１所定期間の間は、フィラーワイヤにもアークを発生させて、自己のアークからの熱によって溶融するようにしている。このようにすると、溶接開始部分のビードの余盛り高さは、定常期間と略等しくなる。しかし、溶接開始部分では近接して２つのアークが発生するために、アークが相互に干渉することになり、スパッタ発生量の増加、アーク切れ等が発生しやすくなるという新たな課題が生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１０６９８４号公報
【特許文献２】特開２００９−１０６９８５号公報
【特許文献３】特開２００９−７２８０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したように、特許文献１及び特許文献２を含む従来技術では、溶接ワイヤによる消耗電極アークのみによってビードを形成する期間が必要であるために、溶接開始部分のビードの余盛り高さが定常溶接部分よりも低くなり、ビードの品質が悪くなるという課題がある。
【０００８】
また、特許文献３では、溶接開始時点から第１所定期間の間は、溶接ワイヤによる消耗電極アークと、フィラーワイヤによるアークとの２つのアークによってビードを形成する。このために、溶接開始部分のビードの余盛り高さは定常溶接部分と略同一となる。しかし、２つのアークの相互間の干渉によって、スパッタ発生量の増加、アーク切れ等が発生しやすくなる。
【０００９】
そこで、本発明では、溶接開始部分のビードの品質を向上させると共に、スパッタ発生量の増加、アーク切れ等が発生しない２ワイヤ溶接の溶接開始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、請求項１の発明は、溶接ワイヤと母材との間にアークを発生させると共に、このアークによって形成された溶融池の後半部にフィラーワイヤを接触させながら送給して行う２ワイヤ溶接の溶接開始方法において、
前記溶接ワイヤの送給を開始すると共に、前記溶接ワイヤと前記母材との間に前記アークを発生させ、このアークが発生した時点から第１所定期間だけ遅延させて前記フィラーワイヤの送給を開始し、前記フィラーワイヤが前記アークによって形成された前記溶融池に接触すると予め定めたフィラーワイヤ溶接電流を通電し、前記フィラーワイヤの送給開始時点から第２所定期間が経過した時点で前記フィラーワイヤ溶接電流の通電を停止する、
ことを特徴とする２ワイヤ溶接の溶接開始方法である。
【００１１】
請求項２の発明は、前記フィラーワイヤの送給速度を、前記第２所定期間経過前は前記第２所定期間経過後よりも低速に設定する、
ことを特徴とする請求項１記載の２ワイヤ溶接の溶接開始方法である。
【００１２】
請求項３の発明は、前記溶接ワイヤの送給を開始する前に、前記フィラーワイヤが前記母材と接触するまで送給するステップを追加する、
ことを特徴とする請求項１又は２記載の２ワイヤ溶接の溶接開始方法である。
【００１３】
請求項４の発明は、前記溶接ワイヤの送給を開始する前に、前記フィラーワイヤが前記母材と接触するまで送給し、接触後は送給方向を逆転させて前記フィラーワイヤの先端を前記母材から所定距離だけ離反させて送給を停止するステップを追加する、
ことを特徴とする請求項１又は２記載の２ワイヤ溶接の溶接開始方法である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、溶接ワイヤと母材との間にアークが発生した時点から第１所定期間だけ遅延させてフィラーワイヤの送給を開始し、フィラーワイヤがアークによって形成された溶融池に接触すると予め定めたフィラーワイヤ溶接電流を通電し、フィラーワイヤの送給開始時点から第２所定期間が経過した時点でフィラーワイヤ溶接電流の通電を停止する。本発明では、フィラーワイヤに電流が通電することによって溶融を補助するので、溶融池の大きさが従来技術のときよりも小さい状態でフィラーワイヤを挿入しても、十分に溶融することができる。このために、第１所定期間を、従来技術のときよりも短く設定することができる。したがって、本発明では、アークが発生してからフィラーワイヤの送給を開始するまでの第１所定期間を短縮することができるので、溶接開始部分のビードの品質を向上させることができる。さらに、本発明では、アークへの影響もないので、スパッタ発生量の増加、アーク切れ等のアーク状態が不安定になることもない。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態に係る２ワイヤ溶接の溶接開始方法を実施するための溶接装置の構成図である。
【図２】図１で上述した溶接装置を構成する溶接ワイヤ用溶接電源ＰＳＷのブロック図である。
【図３】図１で上述した溶接装置を構成するフィラーワイヤ用溶接電源ＰＳＦのブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る２ワイヤ溶接の溶接開始方法を説明するための図１〜図３における各信号のタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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。
【００１７】
図１は、本発明の実施の形態に係る２ワイヤ溶接の溶接開始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、各構成物について説明する。
【００１８】
本溶接装置は、破線で囲まれた溶接トーチＷＴ、溶接ワイヤ用溶接電源ＰＳＷ、フィラーワイヤ用溶接電源ＰＳＦ、ロボット制御装置ＲＣ及びロボット（図示は省略）を備えている。溶接トーチＷＴは、溶接ワイヤ１ａに給電するための溶接ワイヤ用給電チップ４ａ及びフィラーワイヤ１ｂに給電するためのフィラーワイヤ用給電チップ４ｂを備えている溶接トーチＷＴの先端からは炭酸ガス、炭酸ガスとアルゴンガスとの混合ガス等のシールドガス（図示は省略）が噴出している。溶接トーチＷＴは、ロボット（図示は省略）によって保持されて、ロボット制御装置ＲＣ内に記憶されている作業プログラムに従って、溶接線に沿って移動される。
【００１９】
溶接ワイヤ１ａは、溶接ワイヤ用送給モータＷＭに結合された溶接ワイヤ用送給ロール５ａの回転によって溶接トーチＷＴ内を溶接ワイヤ送給速度Ｗｓで送給されて、母材２との間で消耗電極アーク３ａが発生する。フィラーワイヤ１ｂは、フィラーワイヤ用送給モータＦＭに結合されたフィラーワイヤ用送給ロール５ｂの回転によって溶接トーチＷＴ内をフィラーワイヤ送給速度Ｆｓで送給されて、溶融池２ａの後半部に接触された状態で挿入される。同図の溶接部は、定常期間の状態を示しており、フィラーワイヤ１ｂには電流は通電しておらず、溶接トーチＷＴは溶接速度で移動している。
【００２０】
溶接ワイヤ１ａと母材２との間には溶接電圧Ｖwwが印加されており、消耗電極アーク３ａ中を溶接電流Ｉwwが通電している。同図では、溶接方向は左方向となっている。先行する消耗電極アーク３ａによって溶融池２ａが形成される。フィラーワイヤ１ｂと母材２との間にはフィラーワイヤ溶接電圧Ｖwfが印加して、フィラーワイヤ溶接電流Ｉwfが通電する。定常期間中は、フィラーワイヤ用溶接電源ＰＳＦは出力が停止しているので、Ｖwf＝０Ｖ及びＩwf＝０Ａとなっている。フィラーワイヤ１ｂは、溶融池２ａの後半部に接触した状態で挿入されており、溶融池２ａからの熱によって溶融される。フィラーワイヤ１ｂは、消耗電極アーク３ａの外部を送給される。これは、上述したように、フィラーワイヤ１ｂが消耗電極アーク３ａによって直接溶融されることを防止するためである。溶接ワイヤ１ａの前進角は、０〜３０°程度の範囲であり、同図では面直（０°）の場合である。フィラーワイヤ１ｂの前進角は、２０〜５０°の範囲である。すなわち、フィラーワイヤ１ｂは、斜め前方方向に挿入されることになる。
【００２１】
溶接ワイヤ用溶接電源ＰＳＷは、溶接ワイヤ用給電チップ４ａを介して溶接ワイヤ１ａと母材２との間に、溶接電圧Ｖwwを印加することにより、溶接電流Ｉwwを通電するための電源である。溶接ワイヤ用溶接電源ＰＳＷからは、溶接ワイヤ用送給モータＷＭに対して溶接ワイヤ送給制御信号Ｗｃが送られ、溶接ワイヤ送給速度Ｗｓが制御される。溶接ワイヤ用溶接電源ＰＳＷから溶接ワイヤ用給電チップ４ａを介して溶接電圧Ｖwwが印加されるときは、溶接ワイヤ１ａが＋側とされる。溶接ワイヤ用溶接電源ＰＳＷは、通常と同様に定電圧特性の電源である。したがって、溶接電流Ｉwwは、溶接ワイヤ送給速度Ｗｓによってその値が定まる。
【００２２】
フィラーワイヤ用溶接電源ＰＳＦは、フィラーワイヤ用給電チップ４ｂを介してフィラーワイヤ１ｂと母材２との間に、フィラーワイヤ溶接電圧Ｖwfを印加することにより、フィラーワイヤ溶接電流Ｉwfを通電するための電源である。フィラーワイヤ用溶接電源ＰＳＦからは、フィラーワイヤ用送給モータＦＭに対してフィラーワイヤ送給制御信号Ｆｃが送られ、フィラーワイヤ送給速度Ｆｓが制御される。フィラーワイヤ用溶接電源ＰＳＦからフィラーワイヤ用給電チップ４ｂを介してフィラーワイヤ溶接電圧Ｖwfが印加されるときは、フィラーワイヤ１ｂが＋側とされる。フィラーワイヤ用溶接電源ＰＳＦは、フィラーワイヤ溶接電流Ｉwfの値を所定値に制御するために定電流特性の電源となる。
【００２３】
ロボット制御装置ＲＣは、起動信号Ｏｎ及び初期距離セット信号Ｌssを溶接ワイヤ用溶接電源ＰＳＷに出力し、溶接ワイヤ用溶接電源ＰＳＷから通電判別信号Ｃｄが入力される。また、ロボット制御装置ＲＣは、上記の起動信号Ｏｎ及び上記の通電判別信号Ｃｄをフィラーワイヤ用溶接電源ＰＳＦに出力し、フィラーワイヤ用溶接電源ＰＳＦから上記の初期距離セット信号Ｌssが入力される。上記の初期距離セット信号Ｌssは、フィラーワイヤ用溶接電源ＰＳＦの内部で生成され、ロボット制御装置ＲＣを介して溶接ワイヤ用溶接電源ＰＳＷに送られる。通電判別信号ｃｄは、溶接ワイヤ１ａと母材２との間に消耗電極アーク３ａが発生したことを溶接電流Ｉwwが通電したことによって判別する信号であり、溶接ワイヤ用溶接電源ＰＳＷの内部で生成され、ロボット制御装置ＲＣを解してフィラーワイヤ用溶接電源ＰＳＦに送られる。ロボット制御装置ＲＣは、記憶されている作業プログラムに従ってロボットに搭載された溶接トーチＷＴを溶接開始位置まで移動させて停止する。そして、両電源ＰＳＷ、ＰＳＦに起動信号Ｏｎを出力する。そして、通電判別信号ＣｄがＨｉｇｈレベルになると、溶接トーチＷＴを溶接線に沿って移動させる。これらの信号の詳細については、図２及び図３で後述する。また、溶接開始時の各信号のタイミングチャートについては、図４で後述する。
【００２４】
図２は、図１で上述した溶接装置を構成する溶接ワイヤ用溶接電源ＰＳＷのブロック図である。以下、同図を参照して各ブロックについて説明する。
【００２５】
電源主回路ＰＭは、３相２００Ｖ等の商用電源（図示は省略）を入力として、後述する駆動信号Ｄｖに従ってインバータ制御等の出力制御を行い、溶接電圧Ｖww及び溶接電流Ｉwwを出力する。この電源主回路ＰＭは、図示は省略するが、商用電源を整流する１次整流回路と、整流された直流を平滑するコンデンサと、平滑された直流を高周波交流に変換するインバータ回路と、高周波交流をアーク溶接に適した電圧値に降圧するインバータトランスと、降圧された高周波交流を整流する２次整流回路と、整流された直流を平滑するリアクトルと、を備えている。溶接ワイヤ１ａは、溶接ワイヤ用送給モータＷＭに結合された溶接ワイヤ用送給ロール５ａの回転によって溶接ワイヤ用給電チップ４ａ内を給電されながら送給されて、母材２との間に消耗電極アーク３ａが発生する。溶接トーチの構造は上述した図１のとおりであるが、ここでは簡略化して図示している。
【００２６】
電圧検出回路ＶＤは、上記の溶接電圧Ｖwwを検出して、電圧検出信号Ｖｄを出力する。電圧平均値算出回路ＶＡＶは、この電圧検出信号Ｖｄをローパスフィルタ（カットオフ周波数１〜１０Ｈｚ程度）に通すことによって平均化（平滑化）して、電圧平均値信号Ｖavを出力する。
【００２７】
溶接電圧設定回路ＶＲは、予め定めた溶接電圧設定信号Ｖｒを出力する。電圧誤差増幅回路ＥＶは、この溶接電圧設定信号Ｖｒと上記の電圧平均値信号Ｖavとの誤差を増幅して、電圧誤差増幅信号Ｅｖを出力する。この回路によって、溶接電源は定電圧特性の電源となる。駆動回路ＤＶは、この電圧誤差増幅信号Ｅｖ、ロボット制御装置ＲＣからの起動信号Ｏｎ及び初期距離セット信号Ｌssを入力として、起動信号Ｏｎ及び初期距離セット信号Ｌssが共にＨｉｇｈレベル（起動かつセット完了）であるときは、電圧誤差増幅信号Ｅｖに基づいてパルス幅変調制御を行い、上記の電源主回路内のインバータ回路を駆動するための駆動信号Ｄｖを出力する。これにより、溶接ワイヤ用溶接電源ＰＳＷは出力を開始する。
【００２８】
電流検出回路ＩＤは、上記の溶接電流Ｉwwを検出して、電流検出信号Ｉｄを出力する。通電判別回路ＣＤは、この電流検出信号Ｉｄを入力として、その値が予め定めたしきい値以上のときは、溶接電流Ｉwwが通電したと判別してＨｉｇｈレベルとなる通電判別信号Ｃｄをロボット制御装置ＲＣに出力する。しきい値は、例えば５Ａ程度に設定される。
【００２９】
定常期間用溶接ワイヤ送給速度設定回路ＷＳＲは、予め定めた定常期間用溶接ワイヤ送給速度設定信号Ｗsrを出力する。スローダウン用溶接ワイヤ送給速度設定回路ＷＩＲは、予め定めたスローダウン用溶接ワイヤ送給速度設定信号Ｗirを出力する。送給切換回路ＳＷは、上記の定常期間用溶接ワイヤ送給速度設定信号Ｗsr、上記のスローダウン用溶接ワイヤ送給速度設定信号Ｗir及び上記の通電判別信号Ｃｄを入力として、通電判別信号ＣｄがＬｏｗレベル（非通電）のときはスローダウン用溶接ワイヤ送給速度設定信号Ｗirを溶接ワイヤ送給速度設定信号Ｗｒとして出力し、Ｈｉｇｈレベル（通電）のときは定常期間用溶接ワイヤ送給速度設定信号Ｗsrを溶接ワイヤ送給速度設定信号Ｗｒとして出力する。溶接ワイヤ送給制御回路ＷＣは、この溶接ワイヤ送給速度設定信号Ｗｒ、ロボット制御装置ＲＣからの起動信号Ｏｎ及び初期距離セット信号Ｌssを入力として、起動信号Ｏｎ及び初期距離セット信号Ｌssが共にＨｉｇｈレベル（起動かつセット完了）のときは、溶接ワイヤ送給速度設定信号Ｗｒによって定まる送給速度で溶接ワイヤ１ａを送給するための溶接ワイヤ送給制御信号Ｗｃを上記の溶接ワイヤ用送給モータＷＭに出力する。
【００３０】
図３は、図１で上述した溶接装置を構成するフィラーワイヤ用溶接電源ＰＳＦのブロック図である。以下、同図を参照して各ブロックについて説明する。
【００３１】
電源主回路ＰＭは、３相２００Ｖ等の商用電源（図示は省略）を入力として、後述する駆動信号Ｄｖに従ってインバータ制御等の出力制御を行い、フィラーワイヤ溶接電圧Ｖwf及びフィラーワイヤ溶接電流Ｉwfを出力する。この電源主回路ＰＭは、図示は省略するが、商用電源を整流する１次整流回路と、整流された直流を平滑するコンデンサと、平滑された直流を高周波交流に変換するインバータ回路と、高周波交流をアーク溶接に適した電圧値に降圧するインバータトランスと、降圧された高周波交流を整流する２次整流回路と、整流された直流を平滑するリアクトルと、を備えている。フィラーワイヤ１ｂは、フィラーワイヤ用送給モータＦＭに結合されたフィラーワイヤ用送給ロール５ｂの回転によってフィラーワイヤ用給電チップ４ｂ内を給電されながら溶融池に接触するように送給される。定常期間中は、フィラーワイヤ１ｂは、フィラーワイヤ溶接電圧Ｖwf＝０Ｖ及びフィラーワイヤ溶接電流Ｉwf＝０Ａの状態で、溶融池と接触して送給されている。溶接開始時のフィラーワイヤ溶接電圧Ｖwf及びフィラーワイヤ溶接電流Ｉwfの時間変化については、図４で後述する。溶接トーチの構造は上述した図１のとおりであるが、ここでは簡略化して図示している。
【００３２】
第１オンディレイ回路ＴＤ１は、ロボット制御装置ＲＣからの通電判別信号Ｃｄを入力として、通電判別信号ＣｄがＨｉｇｈレベル（通電）に変化した時点を第１所定期間Ｔd1だけオンディレイして、第１オンディレイ信号Ｔds1を出力する。この第１オンディレイ信号Ｔds1は、消耗電極アーク３ａが発生した時点から第１所定期間Ｔd1が経過した時点で、ＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに変化する。第２オンディレイ回路ＴＤ２は、上記の第１オンディレイ信号Ｔds1を入力として、第１オンディレイ信号Ｔds1がＨｉｇｈレベルに変化した時点を第２所定期間Ｔd2だけオンディレイして、第２オンディレイ信号Ｔds2を出力する。この第２オンディレイ信号Ｔds2は、フィラーワイヤ１ｂが溶接のための送給を開始した時点から第２所定期間Ｔd2が経過した時点で、ＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに変化する。
【００３３】
電流検出回路ＩＤは、上記のフィラーワイヤ溶接電流Ｉwfを検出して、電流検出信号Ｉｄを出力する。接触判別回路ＳＤは、フィラーワイヤ１ｂと母材２とが接触したことを電流検出信号Ｉｄがしきい値以上になったことによって判別してＨｉｇｈレベルとなる接触判別信号Ｓｄを出力する。このしきい値は、０．１Ａの通電を判別できる値に設定される。接触判別電流設定回路ＩＩＲは、予め定めた接触判別電流設定信号Ｉirを出力する。この接触判別電流設定信号Ｉirの値は、フィラーワイヤ１ｂが母材２と接触したことを判別することができる値であれば良く、フィラーワイヤ１ｂを溶融しない値に設定される。例えば、０．１Ａ程度に設定される。初期期間用フィラーワイヤ溶接電流設定回路ＩＳＲは、予め定めた初期期間用フィラーワイヤ溶接電流設定信号Ｉsrを出力する。電流切換回路ＳＩは、上記の接触判別電流設定信号Ｉir、上記の初期期間用フィラーワイヤ溶接電流設定信号Ｉsr及び上記の第１オンディレイ信号Ｔds1を入力として、第１オンディレイ信号Ｔds1がＬｏｗレベルのときは接触判別電流設定信号Ｉirをフィラーワイヤ溶接電流設定信号Ｉfrとして出力し、Ｈｉｇｈレベルのときは初期期間用フィラーワイヤ溶接電流設定信号Ｉsrをフィラーワイヤ溶接電流設定信号Ｉfrとして出力する。第１オンディレイ信号Ｔds1は、消耗電極アーク３ａが発生した時点から第１所定期間Ｔd1だけ経過した時点で、ＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに変化する。電流誤差増幅回路ＥＩは、このフィラーワイヤ溶接電流設定信号Ｉfrと上記の電流検出信号Ｉｄとの誤差を増幅して、電流誤差増幅信号Ｅｉを出力する。この回路によって、溶接電源は定電流特性の電源となる。但し、フィラーワイヤ１ｂと母材２（溶融池２ａ）との間にアークが発生することを防止するために、溶接電源は、フィラーワイヤ溶接電圧Ｖwfの最大値が５Ｖ程度の低い値になるように出力が制限されている。駆動回路ＤＶは、この電流誤差増幅信号Ｅｉ、ロボット制御装置ＲＣからの起動信号Ｏｎ及び上記の第２オンディレイ信号Ｔds2を入力として、起動信号ＯｎがＨｉｇｈレベル（起動）に変化した時点から第２オンディレイ信号Ｔds2がＨｉｇｈレベルに変化するまでの期間中は、電流誤差増幅信号Ｅｉに基づいてパルス幅変調制御を行い、上記の電源主回路内のインバータ回路を駆動するための駆動信号Ｄｖを出力する。これにより、フィラーワイヤ用溶接電源ＰＳＦは、溶接開始時の一定期間中は出力され、定常期間中は出力が停止される。
【００３４】
定常期間用フィラーワイヤ送給速度設定回路ＦＳＲは、予め定めた定常期間用フィラーワイヤ送給速度設定信号Ｆsrを出力する。初期期間用フィラーワイヤ送給速度設定回路ＦＩＲは、予め定めた初期期間用フィラーワイヤ送給速度設定信号Ｆirを出力する。送給切換回路ＳＷは、上記の定常期間用フィラーワイヤ送給速度設定信号Ｆsr、上記の初期期間用フィラーワイヤ送給速度設定信号Ｆir及び上記の第２オンディレイ信号Ｔds2を入力として、第２オンディレイ信号Ｔds2がＬｏｗレベルのときは初期期間用フィラーワイヤ送給速度設定信号Ｆirをフィラーワイヤ送給速度設定信号Ｆｒとして出力し、Ｈｉｇｈレベルのときは定常期間用フィラーワイヤ送給速度設定信号Ｆsrをフィラーワイヤ送給速度設定信号Ｆｒとして出力する。
【００３５】
フィラーワイヤ送給制御回路ＦＣは、ロボット制御装置ＲＣからの起動信号Ｏｎ、上記の接触判別信号Ｓｄ、上記のフィラーワイヤ送給速度設定信号Ｆｒ及び上記の第１オンディレイ信号Ｔds1を入力として、以下の処理を行い、初期距離セット信号Ｌssをロボット制御装置ＲＣに出力すると共に、フィラーワイヤ送給制御信号Ｆｃを上記のフィラーワイヤ用送給モータＦＭに出力する。
１） 起動信号ＯｎがＨｉｇｈレベル（起動）に変化すると、初期距離セット動作に移行し、フィラーワイヤ１ｂの送給を開始する。接触判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベル（接触）に変化すると、フィラーワイヤ１ｂを予め定めた逆送期間だけ逆送して停止するためのフィラーワイヤ送給制御信号Ｆｃを出力する。この動作が完了したときに、初期距離セット信号ＬssをＨｉｇｈレベルにして出力する。この初期距離セット動作中のフィラーワイヤ送給速度設定信号Ｆｒの値は、初期期間用フィラーワイヤ送給速度設定信号Ｆirによって定まる値となる。フィラーワイヤ１ｂは、一定の送給速度で一定の期間（逆送期間）だけ逆送されるので、送給が停止した後の所期距離は、所定距離となる。
２） 第１オンディレイ信号Ｔds1がＨｉｇｈレベルに変化すると、フィラーワイヤ１ｂをフィラーワイヤ送給速度設定信号Ｆｒの値によって送給するためのフィラーワイヤ送給制御信号Ｆｃを出力する。
【００３６】
図４は、本発明の実施の形態に係る２ワイヤ溶接の溶接開始方法を説明するための図１〜図３における各信号のタイミングチャートである。同図（Ａ）は起動信号Ｏｎの時間変化を示し、同図（Ｂ）は通電判別信号Ｃｄの時間変化を示し、同図（Ｃ）は初期距離セット信号Ｌssの時間変化を示し、同図（Ｄ）は溶接電圧Ｖwwの時間変化を示し、同図（Ｅ）は溶接ワイヤ送給速度Ｗｓの時間変化を示し、同図（Ｆ）は溶接電流Ｉwwの時間変化を示し、同図（Ｇ）は接触判別信号Ｓｄの時間変化を示し、同図（Ｈ）は第１オンディレイ信号Ｔds1の時間変化を示し、同図（Ｉ）は第２オンディレイ信号Ｔds2の時間変化を示し、同図（Ｊ）はフィラーワイヤ溶接電圧Ｖwfの時間変化を示し、同図（Ｋ）はフィラーワイヤ送給速度Ｆｓの時間変化を示し、同図（Ｌ）はフィラーワイヤ溶接電流Ｉwfの時間変化を示す。以下、同図を参照して説明する。
【００３７】
（１）時刻ｔ１〜ｔ３の初期距離セット動作
時刻ｔ１において、同図（Ａ）に示すように、起動信号ＯｎがＨｉｇｈレベルに変化すると、上述した初期距離セット動作に移行する。起動信号ＯｎがＨｉｇｈレベルに変化すると、同図（Ｋ）に示すように、フィラーワイヤ送給速度Ｆｓは、正の値の初期期間用フィラーワイヤ送給速度設定信号Ｆirによって定まる値となり、フィラーワイヤ１ｂの送給が開始される。同時に、同図（Ｊ）に示すように、フィラーワイヤ溶接電圧Ｖwfは、例えば５Ｖ程度の低い電圧値となる。時刻ｔ２においてフィラーワイヤ１ｂが母材２と接触すると、同図（Ｊ）に示すように、フィラーワイヤ溶接電圧Ｖwfは０Ｖ近くまで低下し、直後にフィラーワイヤ１ｂが逆送によって母材２から離れるので上昇して５Ｖ程度に戻る。また、同図（Ｌ）に示すように、フィラーワイヤ溶接電流Ｉwfは電圧が低下したときに接触判別電流設定信号Ｉirによって定まる値（例えば０．１Ａ程度）となり、フィラーワイヤ１ｂが母材２から離れて電圧が上昇すると０Ａとなる。時刻ｔ２において、同図（Ｇ）に示すように、接触判別信号Ｓｄが短時間Ｈｉｇｈレベルになる。これに応動して、同図（Ｋ）に示すように、フィラーワイヤ送給速度Ｆｓは負の値の初期期間用フィラーワイヤ送給速度設定信号Ｆirによって定まる値となり、フィラーワイヤ１ｂは逆送を開始する。そして、時刻ｔ２から予め定めた逆送期間が経過した時刻ｔ３において、同図（Ｋ）に示すように、フィラーワイヤ送給速度Ｆｓは０となり、送給を停止する。これに応動して、同図（Ｃ）に示すように、初期距離セット信号ＬssがＨｉｇｈレベルに変化する。これにより、初期距離セット動作が完了する。フィラーワイヤ溶接電圧Ｖwfは、上述したように、フィラーワイヤ１ｂと母材２との間にアークが発生しないようにするために低い値に制限されている。この時刻ｔ１〜ｔ３の期間中は、溶接ワイヤ用溶接電源ＰＳＷは出力及び送給は停止状態にあるので、同図（Ｂ）に示すように、通電判別信号ＣｄはＬｏｗレベルであり、同図（Ｄ）に示すように、溶接電圧Ｖwwは０Ｖであり、同図（Ｅ）に示すように、溶接ワイヤ送給速度Ｗｓは０であり、同図（Ｆ）に示すように、溶接電流Ｉwwは０Ａである。また、この期間中は、同図（Ｈ）に示すように、第１オンディレイ信号Ｔds1はＬｏｗレベルであり、同図（Ｉ）に示すように、第２オンディレイ信号Ｔds2はＬｏｗレベルである。
【００３８】
（２）時刻ｔ３〜ｔ４のスローダウン期間
時刻ｔ３において、同図（Ｃ）に示すように、初期距離セット信号ＬssがＨｉｇｈレベルに変化すると、同図（Ｄ）に示すように、溶接電圧Ｖwwは８０Ｖ程度の無負荷電圧値となり、同図（Ｅ）に示すように、溶接ワイヤ送給速度Ｗｓはスローダウン用溶接ワイヤ送給速度設定信号Ｗirによって定まる値となり、溶接ワイヤ１ａは例えば２m/min程度の遅い送給速度で送給される。同図（Ｆ）に示すように、溶接電流Ｉwwは無負荷状態であるので０Ａのままである。
【００３９】
（３）時刻ｔ４〜ｔ５の第１所定期間Ｔd1
時刻ｔ４において溶接ワイヤ１ａが母材２と接触して消耗電極アーク３ａが発生すると、同図（Ｄ）に示すように、溶接電圧Ｖwwは短時間０Ｖ近くまで低下した後に２０〜３０Ｖ程度のアーク電圧値となる。同時に同図（Ｆ）に示すように、溶接電流Ｉwwが通電し、同図（Ｂ）に示すように、通電判別信号ＣｄがＨｉｇｈレベルに変化する。これに応動して、同図（Ｅ）に示すように、溶接ワイヤ送給速度Ｗｓは定常期間用溶接ワイヤ送給速度設定信号Ｗsrによって定まる値となり、送給速度が速くなる。通電判別信号ＣｄがＨｉｇｈレベルに変化すると、溶接トーチはロボットによって溶接方向への移動を開始する。
【００４０】
（４）時刻ｔ５〜ｔ７の第２所定期間Ｔd2
通電判別信号ＣｄがＨｉｇｈレベルに変化した時刻ｔ４から第１所定期間Ｔd1が経過した時刻ｔ５において、同図（Ｈ）に示すように、第１オンディレイ信号Ｔds1がＨｉｇｈレベルに変化する。これに応動して、同図（Ｋ）に示すように、フィラーワイヤ送給速度Ｆｓは初期期間用フィラーワイヤ送給速度設定信号Ｆirによって定まる値となり、フィラーワイヤ１ｂは再び送給される。そして、時刻ｔ６において、フィラーワイヤ１ｂが溶融池と接触すると、同図（Ｌ）に示すように、フィラーワイヤ溶接電流Ｉwfは初期期間用フィラーワイヤ溶接電流設定信号Ｉsrによって定まる値となる。同図（Ｊ）に示すように、フィラーワイヤ溶接電圧Ｖwfは、時刻ｔ６においてフィラーワイヤ１ｂが溶融池と接触するので、５Ｖ程度から０Ｖ近くまで低下する。時刻ｔ５〜ｔ６の期間が初期距離送給期間となり、例えば０．０５秒程度である。
【００４１】
（５）時刻ｔ７以降の定常期間
第１オンディレイ信号Ｔds1がＨｉｇｈレベルに変化した時刻ｔ５から第２所定期間が経過した時刻ｔ７において、同図（Ｌ）に示すように、フィラーワイヤ溶接電流Ｉwfは０Ａとなり、通電を停止する。同時に、同図（Ｊ）に示すように、フィラーワイヤ溶接電圧Ｖwfは０Ｖとなる。さらに、同図（Ｋ）に示すように、フィラーワイヤ送給速度Ｆｓは定常期間用フィラーワイヤ送給速度設定信号Ｆsrによって定まる値となり、送給速度は速くなる。これにより、消耗電極アーク３ａと、溶融池の後半部に接触して送給されるフィラーワイヤ１ｂとで定常期間の溶接が行われる。
【００４２】
次に、作用について説明する。時刻ｔ１〜ｔ３の期間は、従来技術と同様に、初期距離を一定値にするための動作である。フィラーワイヤ１ｂを一旦母材２と接触させ、そこからフィラーワイヤ１ｂを所定距離だけ逆送している。初期距離が一定値となるので、時刻ｔ５〜ｔ６の初期距離送給期間が一定値となる。この結果、時刻ｔ４〜ｔ６の期間を所定値にすることができる。すなわち、時刻ｔ４に消耗電極アーク３ａが発生してから時刻ｔ６にフィラーワイヤ１ｂが送給されて溶融池と接触する時点を所定値にすることができる。このために、溶融池の大きさの成長がフィラーワイヤ１ｂを挿入するのに一番適した状態になった瞬間に、フィラーワイヤ１ｂを溶融池に挿入することができる。上記の所定距離は、例えば２〜５mm程度である。この所定距離を０mmに設定しても良い。この場合には、フィラーワイヤ１ｂの先端が母材２と接触状態になる。さらには、本実施の形態において、この初期距離セット動作を省略しても良い。上述したように、初期距離は、前回の溶接終了制御によって一定値になるように制御されているが、ある程度のバラツキを有している。この変動幅は、１０〜３０％程度である。この初期距離の変動が溶接開始部分のビード品質にあまり影響を与えないような場合には、あえて時間のかかる初期距離セット動作を行う必要はない。この場合には、図４において、時刻ｔ３から動作が開始されることになる。溶接装置においては、図３のフィラーワイヤ送給制御回路ＦＣが、１）項で説明した初期距離セット動作を行わずに、初期距離セット信号Ｌssを最初からＨｉｇｈレベルで出力すれば良い。
【００４３】
時刻ｔ５〜ｔ７の第２所定期間Ｔd2中に、従来技術とは異なり、フィラーワイヤ１ｂにフィラーワイヤ溶接電流Ｉwfを通電している。これにより、時刻ｔ４〜ｔ５の第１所定期間Ｔd1を従来技術よりも短く設定することができる。この理由は、以下のとおりである。フィラーワイヤ１ｂに電流が通電することによって溶融を補助するので、溶融池の大きさが従来技術のときよりも小さい状態でフィラーワイヤ１ｂを挿入しても、十分に溶融することができるからである。従来技術では、第１所定期間Ｔd1は０．４〜０．６秒程度に設定されていたが、本実施の形態では、０．１〜０．３秒程度へと０．３秒ほど短縮することができる。時刻ｔ７は、フィラーワイヤ１ｂに電流を通電しなくても、溶融池からの熱によって溶融することができるようになるタイミングであり、従来技術のフィラーワイヤ１ｂの挿入タイミングであるとも言える。したがって、第２所定期間Ｔd2は、０．３秒程度に設定される。第１所定期間Ｔd1と第２所定期間Ｔd2との合算期間が、従来技術での第１所定期間Ｔd1であると言うことができる。このように、本実施の形態では、消耗電極アーク３ａが発生してからフィラーワイヤ１ｂの送給を開始するまでの期間を短縮することができるので、溶接開始部分のビードの品質を向上させることができる。第１所定期間Ｔd1を短くしても、消耗電極アーク３ａへの影響はないので、スパッタ発生量の増加、アーク切れ等のアーク状態が不安定になることもない。フィラーワイヤ１ｂに通電する電流値（初期期間用フィラーワイヤ溶接電流設定信号Ｉsrの値）は、フィラーワイヤ１ｂの材質、直径等によって異なるが、例えば５０〜１５０Ａ程度の範囲で設定される。時刻ｔ７以前のフィラーワイヤ送給速度を、以後の値よりも低速に設定している。これは、第２所定期間Ｔd2中のフィラーワイヤ１ｂの溶融をより容易にするためである。時刻ｔ７前後で変化させずに、同一値としても良い。定常期間中の溶接ワイヤ送給速度Ｗｓは、２０〜３０m/min程度の範囲で設定される。定常期間中のフィラーワイヤ送給速度Ｆｓは、溶接ワイヤ送給速度Ｗｓの１０〜３０％程度に設定される。
【００４４】
上述した実施の形態によれば、溶接ワイヤと母材との間にアークが発生した時点から第１所定期間だけ遅延させてフィラーワイヤの送給を開始し、フィラーワイヤがアークによって形成された溶融池に接触すると予め定めたフィラーワイヤ溶接電流を通電し、フィラーワイヤの送給開始時点から第２所定期間が経過した時点でフィラーワイヤ溶接電流の通電を停止する。本実施の形態では、フィラーワイヤに電流が通電することによって溶融を補助するので、溶融池の大きさが従来技術のときよりも小さい状態でフィラーワイヤを挿入しても、十分に溶融することができる。このために、第１所定期間を、従来技術のときよりも短く設定することができる。したがって、本実施の形態では、アークが発生してからフィラーワイヤの送給を開始するまでの第１所定期間を短縮することができるので、溶接開始部分のビードの品質を向上させることができる。さらに、本実施の形態では、アークへの影響もないので、スパッタ発生量の増加、アーク切れ等のアーク状態が不安定になることもない。
【符号の説明】
【００４５】
１ａ 溶接ワイヤ
１ｂ フィラーワイヤ
２ 母材
２ａ 溶融池
３ａ 消耗電極アーク
４ａ 溶接ワイヤ用給電チップ
４ｂ フィラーワイヤ用給電チップ
５ａ 溶接ワイヤ用送給ロール
５ｂ フィラーワイヤ用送給ロール
ＣＤ 通電判別回路
ｃｄ 通電判別信号
ＤＶ 駆動回路
Ｄｖ 駆動信号
ＥＩ 電流誤差増幅回路
Ｅｉ 電流誤差増幅信号
ＥＶ 電圧誤差増幅回路
Ｅｖ 電圧誤差増幅信号
ＦＣ フィラーワイヤ送給制御回路
Ｆｃ フィラーワイヤ送給制御信号
ＦＩＲ 初期期間用フィラーワイヤ送給速度設定回路
Ｆir 初期期間用フィラーワイヤ送給速度設定信号
ＦＭ フィラーワイヤ用送給モータ
Ｆｒ フィラーワイヤ送給速度設定信号
Ｆｓ フィラーワイヤ送給速度
ＦＳＲ 定常期間用フィラーワイヤ送給速度設定回路
Ｆsr 定常期間用フィラーワイヤ送給速度設定信号
ＩＤ 電流検出回路
Ｉｄ 電流検出信号
Ｉfr フィラーワイヤ溶接電流設定信号
ＩＩＲ 接触判別電流設定回路
Ｉir 接触判別電流設定信号
ＩＳＲ 初期期間用フィラーワイヤ溶接電流設定回路
Ｉsr 初期期間用フィラーワイヤ溶接電流設定信号
Ｉwf フィラーワイヤ溶接電流
Ｉww 溶接電流
Ｌss 初期距離セット信号
Ｏｎ 起動信号
ＰＭ 電源主回路
ＰＳＦ フィラーワイヤ用溶接電源
ＰＳＷ 溶接ワイヤ用溶接電源
ＲＣ ロボット制御装置
ＳＤ 接触判別回路
Ｓｄ 接触判別信号
ＳＩ 電流切換回路
ＳＷ 送給切換回路
ＴＤ１ 第１オンディレイ回路
Ｔd1 第１所定期間
ＴＤ２ 第２オンディレイ回路
Ｔd2 第２所定期間
Ｔds1 第１オンディレイ信号
Ｔds2 第２オンディレイ信号
ＶＡＶ 電圧平均値算出回路
Ｖav 電圧平均値信号
ＶＤ 電圧検出回路
Ｖｄ 電圧検出信号
ＶＲ 溶接電圧設定回路
Ｖｒ 溶接電圧設定信号
Ｖwf フィラーワイヤ溶接電圧
Ｖww 溶接電圧
ＷＣ 溶接ワイヤ送給制御回路
Ｗｃ 溶接ワイヤ送給制御信号
ＷＩＲ スローダウン用溶接ワイヤ送給速度設定回路
Ｗir スローダウン用溶接ワイヤ送給速度設定信号
ＷＭ 溶接ワイヤ用送給モータ
Ｗｒ 溶接ワイヤ送給速度設定信号
Ｗｓ 溶接ワイヤ送給速度
ＷＳＲ 定常期間用溶接ワイヤ送給速度設定回路
Ｗsr 定常期間用溶接ワイヤ送給速度設定信号
ＷＴ 溶接トーチ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接ワイヤと母材との間にアークを発生させると共に、このアークによって形成された溶融池の後半部にフィラーワイヤを接触させながら送給して行う２ワイヤ溶接の溶接開始方法において、
前記溶接ワイヤの送給を開始すると共に、前記溶接ワイヤと前記母材との間に前記アークを発生させ、このアークが発生した時点から第１所定期間だけ遅延させて前記フィラーワイヤの送給を開始し、前記フィラーワイヤが前記アークによって形成された前記溶融池に接触すると予め定めたフィラーワイヤ溶接電流を通電し、前記フィラーワイヤの送給開始時点から第２所定期間が経過した時点で前記フィラーワイヤ溶接電流の通電を停止する、
ことを特徴とする２ワイヤ溶接の溶接開始方法。
【請求項２】
前記フィラーワイヤの送給速度を、前記第２所定期間経過前は前記第２所定期間経過後よりも低速に設定する、
ことを特徴とする請求項１記載の２ワイヤ溶接の溶接開始方法。
【請求項３】
前記溶接ワイヤの送給を開始する前に、前記フィラーワイヤが前記母材と接触するまで送給するステップを追加する、
ことを特徴とする請求項１又は２記載の２ワイヤ溶接の溶接開始方法。
【請求項４】
前記溶接ワイヤの送給を開始する前に、前記フィラーワイヤが前記母材と接触するまで送給し、接触後は送給方向を逆転させて前記フィラーワイヤの先端を前記母材から所定距離だけ離反させて送給を停止するステップを追加する、
ことを特徴とする請求項１又は２記載の２ワイヤ溶接の溶接開始方法。
【請求項１】
溶接ワイヤと母材との間にアークを発生させると共に、このアークによって形成された溶融池の後半部にフィラーワイヤを接触させながら送給して行う２ワイヤ溶接の溶接開始方法において、
前記溶接ワイヤの送給を開始すると共に、前記溶接ワイヤと前記母材との間に前記アークを発生させ、このアークが発生した時点から第１所定期間だけ遅延させて前記フィラーワイヤの送給を開始し、前記フィラーワイヤが前記アークによって形成された前記溶融池に接触すると予め定めたフィラーワイヤ溶接電流を通電し、前記フィラーワイヤの送給開始時点から第２所定期間が経過した時点で前記フィラーワイヤ溶接電流の通電を停止する、
ことを特徴とする２ワイヤ溶接の溶接開始方法。
【請求項２】
前記フィラーワイヤの送給速度を、前記第２所定期間経過前は前記第２所定期間経過後よりも低速に設定する、
ことを特徴とする請求項１記載の２ワイヤ溶接の溶接開始方法。
【請求項３】
前記溶接ワイヤの送給を開始する前に、前記フィラーワイヤが前記母材と接触するまで送給するステップを追加する、
ことを特徴とする請求項１又は２記載の２ワイヤ溶接の溶接開始方法。
【請求項４】
前記溶接ワイヤの送給を開始する前に、前記フィラーワイヤが前記母材と接触するまで送給し、接触後は送給方向を逆転させて前記フィラーワイヤの先端を前記母材から所定距離だけ離反させて送給を停止するステップを追加する、
ことを特徴とする請求項１又は２記載の２ワイヤ溶接の溶接開始方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１３−７１１４５（Ｐ２０１３−７１１４５Ａ）
【公開日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１０９５９（Ｐ２０１１−２１０９５９）
【出願日】平成２３年９月２７日（２０１１．９．２７）
【出願人】（００００００２６２）株式会社ダイヘン (990)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２７日（２０１１．９．２７）
【出願人】（００００００２６２）株式会社ダイヘン (990)
【Ｆターム（参考）】
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