JP2009106985A - ２ワイヤ溶接の溶接開始方法 - Google Patents

２ワイヤ溶接の溶接開始方法 Download PDF

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Abstract

【課題】２ワイヤ溶接をスムースに開始するとともに、溶接ビードの開始端に溶接欠陥が生じることを防止することが可能な２ワイヤ溶接の溶接開始方法を提供すること。
【解決手段】ワイヤＷＡからアーク２を発生させながら溶接方向に進行させるとともに、溶接方向後方からフィラーワイヤＷＢを供給する２ワイヤ溶接の溶接開始方法であって、検出電圧Ｖｔを印加した状態で、フィラーワイヤＷＢを溶接母材Ｐに向けて接近させるステップと、検出電流Ｉｔが流れた以降に、フィラーワイヤＷＢの接近を停止するステップと、フィラーワイヤＷＢを溶接母材Ｐから離間させるステップと、アーク２の点弧とワイヤＷＡおよびフィラーワイヤＷＢの溶接方向への進行とを始めるステップと、フィラーワイヤＷＢを溶接母材Ｐに向けて送給するステップと、を有する。このような構成により、フィラーワイヤＷＢの折損や溶接ビードＷｐの開始端に溶接欠陥が生じることを防止することができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、消耗電極ワイヤとフィラーワイヤとを用いた２ワイヤ溶接の溶接開始方法に関する。
消耗電極ワイヤとフィラーワイヤとを用いた２ワイヤ溶接は、溶接速度を向上させ、かつ溶接ビードの美観を良好とするのに適した溶接方法として知られている（たとえば、特許文献１）。図４は、従来の２ワイヤ溶接の一例を示している。同図に示された２ワイヤ溶接には、コンタクトチップ９１Ａ，９１Ｂを備える溶接トーチが用いられる。コンタクトチップ９１Ａを通して、ワイヤＷＡが供給される。また、ワイヤＷＡに対して溶接方向後方から、コンタクトチップ９１Ｂを通してフィラーワイヤＷＢが供給される。
コンタクトチップ９１Ａは、溶接電源（図示略）に接続されている。この溶接電源は、コンタクトチップ９１Ａと溶接母材Ｐとの間に電圧を印加する。これにより、ワイヤＷＡから溶接母材Ｐに向かうアーク９２が発生する。ワイヤＷＡは、アーク９２の強さに応じた速度で、供給装置（図示略）から送給される。一方、フィラーワイヤＷＢは、アーク９２によって生じた溶融池Ｍｐに向けて送給装置（図示略）によって送給される。フィラーワイヤＷＢは、溶融池Ｍｐの熱によって溶解される。この結果、溶融したワイヤＷＡ、フィラーワイヤＷＢ、および溶接母材Ｐが合金状態で凝固することにより、溶接ビードＷｐが形成される。このような２ワイヤ溶接によれば、溶接速度を比較的高速としても、溶接ビードＷｐが極端に痩せてしまうことを防止できる。また、アークを発生させない状態でフィラーワイヤＷＢを送給することにより、溶接ビードＷｐの外観を良好にすることができる。
しかしながら、２ワイヤ溶接を開始するときには、溶接ビードＷｐの開始端が肉痩せなどの溶接欠陥とならないようにスムースに溶接を開始することが必要である。特に、アーク９２の点弧によって形成され始めた溶融池ＭｐにフィラーワイヤＷＢを正確に送給し始めることが重要である。フィラーワイヤＷＢの送給開始タイミングが早すぎると、溶融池Ｍｐが形成されていない溶接母材ＰにフィラーワイヤＷＢが衝突してしまう。これは、フィラーワイヤＷＢの座屈や折損を生じるおそれがある。一方、フィラーワイヤＷＢの送給開始タイミングが遅すぎると、溶融池Ｍｐが形成されたにもかかわらずフィラーワイヤＷＢが供給されない箇所ができてしまう。この箇所に形成された溶接ビードＷｐは極端に肉痩せすることとなり、割れの原因となってしまう。
特開２００６−１７５４５８号公報
本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、２ワイヤ溶接をスムースに開始するとともに、溶接ビードの開始端に溶接欠陥が生じることを防止することが可能な２ワイヤ溶接の溶接開始方法を提供することをその課題とする。
本発明によって提供される２ワイヤ溶接の溶接開始方法は、消耗電極ワイヤと溶接対象物との間に電圧を印加することにより上記消耗電極ワイヤからアークを発生させながら溶接方向に進行させるとともに、上記消耗電極ワイヤに対して溶接方向後方からフィラーワイヤを供給する２ワイヤ溶接の溶接開始方法であって、上記フィラーワイヤと溶接対象物との間に電圧を印加した状態で、上記フィラーワイヤを上記溶接対象物に向けて接近させるステップと、上記フィラーワイヤと溶接対象物とが通電した以降に、上記フィラーワイヤの接近を停止するステップと、上記フィラーワイヤを溶接対象物から離間させるステップと、上記消耗電極ワイヤからのアーク点弧と上記消耗電極ワイヤおよび上記フィラーワイヤの溶接方向への進行とを始めるステップと、上記フィラーワイヤを溶接対象物に向けて送給するステップと、を有することを特徴としている。
このような構成によれば、上記アークによって上記溶接対象物に形成された溶融池の直上に上記フィラーワイヤが位置したときに、確実に上記フィラーワイヤの送給を開始することができる。したがって、上記フィラーワイヤの送給開始タイミングが早すぎるために生じうる上記フィラーワイヤの座屈および折損や、上記フィラーワイヤの送給開始タイミングが遅すぎることによる溶接ビードの開始端の極端な肉痩せを防止することができる。また、上記消耗電極ワイヤおよび上記フィラーワイヤを溶接方向に進行させ始めたときには、上記フィラーワイヤは溶接対象物から離間した状態となる。このため、上記フィラーワイヤが溶接対象物に対して接触した状態で引きずられることが無い。これは、上記溶接対象物に予期せぬうねりや付着物があったとしても、上記フィラーワイヤが不当に曲がってしまうことを防止するのに好ましい。
本発明の好ましい実施の形態においては、上記消耗電極ワイヤからのアーク点弧と上記消耗電極ワイヤおよび上記フィラーワイヤの溶接方向への進行とを始めるステップより後に、上記フィラーワイヤと溶接対象物との間に電圧を印加し、かつ上記フィラーワイヤと溶接対象物とが導通したときに、上記フィラーワイヤを溶接対象物に向けて送給するステップを開始する。このような構成によれば、上記フィラーワイヤが上記溶融池から隆起する溶融金属と接したときに上記フィラーワイヤの送給を確実に開始することが可能である。これにより、上記フィラーワイヤを上記溶融池に適切に送給することができる。
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
以下、本発明の好ましい実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。
図１は、本発明に係る２ワイヤ溶接の溶接開始方法に用いられる溶接システムを示している。本実施形態の溶接システムＡは、溶接トーチＢ、ワイヤ送給装置ＷＦＡ，ＷＦＢ、溶接電源ＰＳ、検出用電源ＰＴを備えている。溶接システムＡは、消耗電極ワイヤとしてのワイヤＷＡとフィラーワイヤＷＢとを用いた２ワイヤ溶接を行う。
溶接トーチＢは、たとえば略円筒形状のノズルであり、一般的にロボット（図示略）に装着されている。溶接トーチＢは、コンタクトチップ１Ａ，１Ｂを有している。コンタクトチップ１Ａは、ワイヤＷＡが挿通可能な貫通孔を有しており、ワイヤＷＡと導通している。コンタクトチップ１Ｂは、フィラーワイヤＷＢが挿通可能な貫通孔を有しており、フィラーワイヤＷＢと導通している。溶接トーチＢを用いた２ワイヤ溶接においては、ワイヤＷＡが溶接方向前方に位置し、フィラーワイヤＷＢが溶接方向後方に位置した状態で、溶接トーチＢが上記ロボットによって溶接方向に移動される。
ワイヤ送給装置ＷＦＡ，ＷＦＢは、それぞれワイヤＷＡ，ＷＢを送給するためのものであり、たとえばモータ（図示略）などの駆動源を有している。ワイヤ送給装置ＷＦＡ，ＷＦＢは、溶接電源ＰＳおよび検出用電源ＰＴからの指令により、溶接条件にあった送給速度でワイヤＷＡおよびフィラーワイヤＷＢを送給する。
溶接電源ＰＳは、ワイヤＷＡにアークを発生させるための電源であり、出力制御回路ＩＮＶ、溶接電圧設定回路ＶＳ、溶接電流設定回路ＩＳ、および送給速度設定回路ＷＳＡを備えている。出力制御回路ＩＮＶは、コンタクトチップ１Ａと溶接母材Ｐとに導通しており、これらの間に溶接電圧Ｖｗを印加する。溶接電圧Ｖｗが印加された状態でアーク２が発生すると、溶接電流Ｉｗが流れる。出力制御回路ＩＮＶには、溶接電圧設定回路ＶＳから溶接電圧設定信号Ｖｓが送られる。送給速度設定回路ＷＳＡは、ワイヤ送給装置ＷＦＡに送給速度設定信号Ｗｓａを送る回路である。
検出用電源ＰＴは、フィラーワイヤＷＢが溶接母材Ｐに接触したことを検出するための電源であり、出力制御回路ＩＮＶＴ、検出器ＳＴ、および送給速度設定回路ＷＳＢを備えている。出力制御回路ＩＮＶＴは、コンタクトチップ１Ｂと溶接母材Ｐとに導通しており、これらの間に検出電圧Ｖｔを印加する。検出電圧Ｖｔが印加された状態でフィラーワイヤＷＢと溶接母材Ｐとが接触すると、検出電流Ｉｔが流れる。検出器ＳＴは、検出電流Ｉｔが流れていることを検出するデバイスである。検出電流Ｉｔが流れたことを検出すると、検出器ＳＴは、溶接電源ＰＳに対して検出信号Ｓｔを送る。送給速度設定回路ＷＳＢは、ワイヤ送給装置ＷＦＢに送給速度設定信号Ｗｓｂを送る回路である。
次に、溶接システムＡを用いた２ワイヤ溶接の溶接開始方法の一例について、図２を参照しつつ以下に説明する。
まず、時刻ｔ０において、フィラーワイヤＷＢと溶接母材Ｐとの間に検出電圧Ｖｔを印加する。次いで時刻ｔ１において、同図（Ｇ１）に示すようにワイヤ送給装置ＷＦＢによりフィラーワイヤＷＢの送給を開始する。このときの送給速度Ｆｗｂは、定常溶接時よりも遅い速度としておく。
次に、時刻ｔ２において、同図（Ｇ２）に示すようにフィラーワイヤＷＢが溶接母材に接触すると、検出電流Ｉｔが流れ、検出電圧Ｖｔが短絡電圧に低下する。検出電流Ｉｔが流れたことを検出器ＳＴが検出する。すると、送給速度設定回路ＷＳＢからの送給速度設定信号Ｗｓｂにより、ワイヤ送給装置ＷＦＢは、フィラーワイヤＷＢを時刻ｔ１から時刻ｔ２における送給方向とは逆の方向に引き上げ始める（同図（Ｇ２’））。時刻ｔ３には、フィラーワイヤＷＢが溶接母材Ｐから離れることにより、検出電流Ｉｔが０となり、検出電圧Ｖｔが上昇する。これをもって、ワイヤ送給装置ＷＦＢは、フィラーワイヤＷＢを停止させる。フィラーワイヤＷＢは、溶接母材Ｐから所定距離おいた状態に保たれる。この距離は、後述する溶融池Ｍｐの周囲から隆起する溶融金属の高さより小さいものとしておく。検出電圧Ｖｔは、印加状態としておく。
また、時刻ｔ３においてワイヤＷＡと溶接母材Ｐとの間に溶接電圧Ｖｗを印加するとともに、同図（Ｇ３）に示すようにワイヤＷＡの送給を開始する。このときの送給速度Ｆｗａは、定常溶接時よりも遅い速度としておく。
ワイヤＷＡが溶接母材Ｐに接近すると、時刻ｔ４において同図（Ｇ４）に示すように、アーク２が点弧し、溶接電流Ｉｗが流れ始める。アーク２によって溶接母材Ｐには溶融池Ｍｐが形成され始める。また、溶接電流Ｉｗが流れ始めたことをもって、溶接トーチＢを溶接母材Ｐに対して溶接速度Ｆで移動させ始め、ワイヤＷＡの送給速度Ｆｗａを定常溶接時の速度に増速させる。
時刻ｔ４においては、フィラーワイヤＷＢはいまだ溶融池Ｍｐに到達していない。溶融池Ｍｐは、溶融金属が溶接方向後方に隆起した格好となっている。溶接トーチＢの進行に伴い、時刻ｔ５において、同図（Ｇ５）に示すように隆起した溶融金属にフィラーワイヤＷＢの先端が接触する。すると、フィラーワイヤＷＢと溶接母材Ｐとの間に検出電流Ｉｔが再び流れる。これをもって、フィラーワイヤＷＢの送給を再び開始する。本実施形態においては、フィラーワイヤＷＢの送給速度Ｆｗｂを時刻ｔ５から時刻ｔ６にかけて線形的に増加させている。検出電圧Ｖｔは、検出電流Ｉｔが流れた後に、たとえば時刻ｔ５’において０としておく。以上の溶接開始方法を経ることにより、時刻ｔ６以降においては、同図（Ｇ６）に示すように２ワイヤ溶接の定常状態への移行が完了し、溶接ビードＷｐが連続的に形成される。
次に、本発明に係る２ワイヤ溶接の溶接開始方法の作用について説明する。
本実施形態によれば、溶融池Ｍｐから隆起する溶融池にフィラーワイヤＷＢが接触したとき（時刻ｔ５）に、フィラーワイヤＷＢの送給を確実に開始することができる。これにより、フィラーワイヤＷＢは、溶融池Ｍｐの形成開始箇所に対してずれなく送給される。したがって、フィラーワイヤＷＢの送給開始タイミングが早すぎるために生じうるフィラーワイヤＷＢの座屈および折損や、フィラーワイヤＷＢの送給開始タイミングが遅すぎることによる溶接ビードＷｐ開始端の極端な肉痩せを防止することができる。
２ワイヤ溶接を複数個所に対して行う場合、溶接の開始と終了とが繰り返される。溶接終了時にフィラーワイヤＷＢがコンタクトチップ１Ｂからどの程度突出させるかをコントロールすることは困難である。このため、溶接開始時においては、コンタクトチップ１ＢからのフィラーワイヤＷＢの突出長さは様々である。本実施形態の溶接開始方法によれば、フィラーワイヤＷＢの突出長さにバラツキがあっても、溶融池Ｍｐに対して正確にフィラーワイヤＷＢの送給を開始することができる。
また、時刻ｔ４において溶接トーチＢが移動し始めたときには、フィラーワイヤＷＢは溶接母材Ｐから離間した状態となっている。このため、フィラーワイヤＷＢは、溶接母材Ｐに対して接触した状態で引きずられることが無い。これは、溶接母材Ｐに予期せぬうねりや付着物があったとしても、フィラーワイヤＷＢが不当に曲がってしまうことを防止するのに好ましい。
図３は、本発明の他の実施形態を示している。なお、同図において、上記実施形態と同一または類似の要素には、上記実施形態と同一の符号を付している。本実施形態の２ワイヤ溶接の溶接開始方法は、溶融池Ｍｐから隆起した溶融金属とフィラーワイヤＷＢとの導通検出を行わない点が、上述した実施形態と異なっている。
時刻ｔ２においてフィラーワイヤＷＢと溶接母材Ｐとの導通を検出した後にフィラーワイヤＷＢを引き上げると、時刻ｔ３においてフィラーワイヤＷＢが溶接母材Ｐから離れ、検出電流Ｉｔが０となる。本実施形態においては、この後、時刻ｔ３から時刻ｔ３’までの間、フィラーワイヤＷＢの引き上げを継続する。本実施形態においては、この間にフィラーワイヤＷＢが溶接母材Ｐから引き上げられる距離が、この後のステップにおいて生じる溶融池Ｍｐから隆起する溶融金属の高さよりも大となるように時刻ｔ３から時刻ｔ３’の時間を設定する。時刻ｔ３’において同図（Ｇ３）に示すようにフィラーワイヤＷＢの引き上げを停止すると、フィラーワイヤＷＢは、溶接母材Ｐから離間した状態で保たれる。
また、時刻ｔ３’には、溶接電圧Ｖｗの印加とワイヤＷＡの送給が開始される。時刻ｔ４には、アークが点弧し、溶接トーチＢの移動が開始される。時刻ｔ４から時刻ｔ５の間に溶接トーチＢが溶接方向に進行することにより、フィラーワイヤＷＢは溶融池Ｍｐから隆起する溶融金属を超える。そして、時刻ｔ５に、フィラーワイヤＷＢの送給を開始する。このときには、フィラーワイヤＷＢの位置は隆起した溶融金属を十分に過ぎている。そして、送給速度Ｆｗｂが定常溶接速度となる時刻ｔ６以降において、同図（Ｇ６）に示すように定常溶接を行う。
このような実施形態によっても、フィラーワイヤＷＢの送給開始タイミングが早すぎるために生じうるフィラーワイヤＷＢの座屈および折損や、フィラーワイヤＷＢの送給開始タイミングが遅すぎることによる溶接ビードＷｐ開始端の極端な肉痩せを防止することができる。また、溶接母材Ｐに予期せぬうねりや付着物があったとしても、フィラーワイヤＷＢが不当に曲がってしまうことを防止することができる。さらに、本実施形態においては、時刻ｔ４から時刻ｔ５までの時間を調節することにより、溶接方向における溶融池Ｍｐに対するフィラーワイヤＷＢの送給開始位置を任意に設定することができる。これは、たとえばフィラーワイヤＷＢの送給開始位置を若干前後させることにより、溶接ビードＷｐの開始端付近の形状を調整するのに適している。
本発明に係る２ワイヤ溶接の溶接開始方法は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る２ワイヤ溶接の溶接開始方法の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。
本発明に係る２ワイヤ溶接の溶接開始方法に用いられる溶接システムの一例を示すシステム概略図である。 本発明に係る２ワイヤ溶接の溶接開始方法の一例を示すタイミングチャートである。 本発明に係る２ワイヤ溶接の溶接開始方法の他の例を示すタイミングチャートである。 従来の２ワイヤ溶接の一例を示す要部断面図である。
符号の説明
Ａ 溶接システム
Ｂ 溶接トーチ
Ｆ 溶接速度
Ｆｗａ，Ｆｗｂ 送給速度
ＩＮＶ 出力制御回路
ＩＮＶＴ 出力制御回路
ＩＳ 溶接電流設定回路
Ｉｓ 溶接電流設定信号
Ｉｔ 検出電流
Ｉｗ 溶接電流
Ｍｐ 溶融池
Ｐ 溶接母材（溶接対象物）
ＰＳ 溶接電源
ＰＴ 検出用電源
ＳＴ 検出器
Ｓｔ 検出信号
ＶＳ 溶接電圧設定回路
Ｖｓ 溶接電圧設定信号
Ｖｔ 検出電圧
Ｖｗ 溶接電圧
ＷＡ （消耗電極）ワイヤ
ＷＢ フィラーワイヤ
ＷＦＡ，ＷＦＢ ワイヤ送給装置
Ｗｐ 溶接ビード
ＷＳＡ，ＷＳＢ 送給速度設定回路
Ｗｓａ，Ｗｓｂ 送給速度設定信号
１Ａ，１Ｂ コンタクトチップ
２ アーク

Claims (2)

  1. 消耗電極ワイヤと溶接対象物との間に電圧を印加することにより上記消耗電極ワイヤからアークを発生させながら溶接方向に進行させるとともに、
    上記消耗電極ワイヤに対して溶接方向後方からフィラーワイヤを供給する２ワイヤ溶接の溶接開始方法であって、
    上記フィラーワイヤと溶接対象物との間に電圧を印加した状態で、上記フィラーワイヤを上記溶接対象物に向けて接近させるステップと、
    上記フィラーワイヤと溶接対象物とが通電した以降に、上記フィラーワイヤの接近を停止するステップと、
    上記フィラーワイヤを溶接対象物から離間させるステップと、
    上記消耗電極ワイヤからのアーク点弧と上記消耗電極ワイヤおよび上記フィラーワイヤの溶接方向への進行とを始めるステップと、
    上記フィラーワイヤを溶接対象物に向けて送給するステップと、
    を有することを特徴とする、２ワイヤ溶接の溶接開始方法。
  2. 上記消耗電極ワイヤからのアーク点弧と上記消耗電極ワイヤおよび上記フィラーワイヤの溶接方向への進行とを始めるステップより後に、上記フィラーワイヤと溶接対象物との間に電圧を印加し、かつ上記フィラーワイヤと溶接対象物とが導通したときに、上記フィラーワイヤを溶接対象物に向けて送給するステップを開始する、請求項１に記載の２ワイヤ溶接の溶接開始方法。
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