アーク溶接方法およびアーク溶接システム
【課題】溶接スタート時から溶接終了時まで良好な溶接を行うことができるアーク溶接方法を提供すること。
【解決手段】第１期間Ｔ１と第２期間Ｔ２とを交互に複数回繰り返す初期工程と、上記初期工程の後に、消耗電極と母材との間にアークを発生させつつ上記消耗電極から上記母材へ溶滴を移行させる定常工程と、を備え、上記初期工程は、各第１期間Ｔ１中に、上記母材に沿った溶接進行方向における、上記母材に対する上記消耗電極の速さである移動速さＶｖが第１速さｖ１である状態で、上記アークを発生させつつ上記消耗電極から上記母材へ溶滴を移行させる第１工程と、各第２期間Ｔ２中に、移動速さＶｖを第１速さｖ１より大きい第２速さｖ２として、上記消耗電極を上記母材に対して移動させる第２工程と、を含み、上記定常工程においては、移動速さＶｖを第１速さｖ１より大きい定常速さｖ４として、上記消耗電極を上記母材に対して移動させる。
【解決手段】第１期間Ｔ１と第２期間Ｔ２とを交互に複数回繰り返す初期工程と、上記初期工程の後に、消耗電極と母材との間にアークを発生させつつ上記消耗電極から上記母材へ溶滴を移行させる定常工程と、を備え、上記初期工程は、各第１期間Ｔ１中に、上記母材に沿った溶接進行方向における、上記母材に対する上記消耗電極の速さである移動速さＶｖが第１速さｖ１である状態で、上記アークを発生させつつ上記消耗電極から上記母材へ溶滴を移行させる第１工程と、各第２期間Ｔ２中に、移動速さＶｖを第１速さｖ１より大きい第２速さｖ２として、上記消耗電極を上記母材に対して移動させる第２工程と、を含み、上記定常工程においては、移動速さＶｖを第１速さｖ１より大きい定常速さｖ４として、上記消耗電極を上記母材に対して移動させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アーク溶接方法およびアーク溶接システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から消耗電極を用いたアーク溶接方法（パルスＧＭＡ溶接方法）が知られている。図７（ａ）は従来のアーク溶接方法によって溶接痕が形成された母材の平面図を示し、同図（ｂ）は、従来のアーク溶接方法によって溶接痕が形成された母材の断面図を示す。従来のアーク溶接方法では、消耗電極と母材９Ｗとの間にアークを発生させつつ、消耗電極から母材９Ｗへと溶滴を移行させる。溶滴を移行させる際は、消耗電極を保持する溶接トーチを母材９Ｗに沿って溶接進行方向Ｄｒに移動させる。このようにして母材９Ｗに溶接痕９９１が形成され、溶接が行われる。当該溶接方法の溶接開始時においては、母材９Ｗがあまり温まっておらず母材９Ｗが溶けにくい。そのため、当該溶接方法の溶接開始時において、母材９Ｗに溶融池が形成されにくい、溶接痕９９１と母材９Ｗとの馴染みが悪い、母材９Ｗの溶け込みが浅い、といった問題がある。消耗電極を用いたアーク溶接方法は、たとえば、特許文献１に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２６２２６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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、溶接スタート時から溶接終了時まで良好な溶接を行うことができるアーク溶接方法を提供することをその主たる課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第１の側面によって提供されるアーク溶接方法は、第１期間と第２期間とを交互に複数回繰り返す初期工程と、上記初期工程の後に、消耗電極と母材との間にアークを発生させつつ上記消耗電極から上記母材へ溶滴を移行させる定常工程と、を備え、上記初期工程は、上記各第１期間中に、上記母材に沿った溶接進行方向における、上記母材に対する上記消耗電極の速さである移動速さが第１速さである状態で、上記アークを発生させつつ上記消耗電極から上記母材へ溶滴を移行させる第１工程と、上記各第２期間中に、上記移動速さを上記第１速さより大きい第２速さとして、上記消耗電極を上記母材に対して移動させる第２工程と、を含み、上記定常工程においては、上記移動速さを上記第１速さより大きい定常速さとして、上記消耗電極を上記母材に対して移動させる。
【０００６】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記第１工程においては、上記消耗電極から上記母材に流れる溶接電流を、絶対値の時間平均値を第１電流値として流し、上記第２工程においては、上記溶接電流を、絶対値の時間平均値を上記第１電流値より小さい第２電流値として流す。
【０００７】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記初期工程の後に、上記溶接電流を、絶対値の時間平均値を上記第１電流値より小さい第３電流値として流し、且つ、上記移動速さを上記第１速さより大きい第３速さで上記消耗電極を上記母材に対して移動させる中間工程を更に備え、上記中間工程は上記定常工程に直接移行する。
【０００８】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記中間工程においては、上記アークが発生している状態を継続させる。
【０００９】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記定常工程においては、上記溶接電流を、絶対値の時間平均値を上記第１電流値より大きい定常電流値として流す。
【００１０】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記各第２工程においては、上記アークが発生している状態を継続させる。
【００１１】
本発明の第２の側面によって提供されるアーク溶接システムは、消耗電極と母材との間に溶接電流を流す出力回路と、第１期間および第２期間を交互に複数回繰り返す初期期間と、上記初期期間の後であり且つ上記初期期間より長い定常期間と、を発生させる溶接モード制御回路と、上記母材に沿った溶接進行方向における上記母材に対する上記消耗電極の速さである移動速さを制御する動作制御回路と、第１速さの値を記憶する第１速さ記憶部と、第２速さの値を記憶する第２速さ記憶部と、を備え、上記出力回路は、上記各第１期間と上記定常期間とにおいて、上記溶接電流をパルス電流で流し、上記動作制御回路は、上記各第１期間において上記移動速さを上記第１速さに設定し、上記各第２期間において上記移動速さを上記第２速さに設定する。
【００１２】
このような構成によると、溶接スタート時から溶接終了時まで良好な溶接を行うことができる。
【００１３】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる溶接システムにおける溶接ロボットを示す図である。
【図２】本発明の第１実施形態にかかる溶接システムを示すブロック図である。
【図３】本発明の第１実施形態にかかるアーク溶接システムを用いたアーク溶接方法における各信号等のタイミングチャートである。
【図４】本発明の第１実施形態にかかるアーク溶接方法における第１期間の溶接電流の時間変化を詳細に示す図である。
【図５】本発明の第１実施形態にかかるアーク溶接システムを用いたアーク溶接方法におけるアーク等の状態をそれぞれ示している。
【図６】（ａ）は本発明の第１実施形態にかかるアーク溶接方法によって溶接痕が形成された母材の平面図を示す。（ｂ）は、本発明の第１実施形態にかかるアーク溶接方法によって溶接痕が形成された母材の断面図を示す。
【図７】（ａ）は従来のアーク溶接方法によって溶接痕が形成された母材の平面図を示す。（ｂ）は従来のアーク溶接方法によって溶接痕が形成された母材の断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。
【００１６】
図１は、本実施形態にかかる溶接システムＡ１における溶接ロボット１を示す図である。図２は、本実施形態にかかる溶接システムＡ１を示すブロック図である。
【００１７】
本実施形態にかかるアーク溶接システムＡ１は、溶接ロボット１と、動作制御回路２１と、溶接モード制御回路２２と、ティーチペンダント２３と、記憶部２４〜２７と、出力回路３１と、記憶部３５と、を備える。溶接ロボット１は、母材Ｗに対してたとえばアーク溶接を自動で行うものである。溶接ロボット１は、ベース部材１１と、複数のアーム１２と、複数のモータ１３と、溶接トーチ１４と、ワイヤ送給装置１６と、コイルライナ１９とを含む。
【００１８】
ベース部材１１は、フロア等の適当な箇所に固定される。各アーム１２は、ベース部材１１に軸を介して連結されている。溶接トーチ１４は、消耗電極１５（溶接ワイヤ）を母材Ｗの近傍の所定の位置に導くものである。母材Ｗとしては、たとえば、鉄、アルミニウム、もしくは、アルミニウムの合金が挙げられる。溶接トーチ１４には、シールドガスノズル（図示略）が設けられている。シールドガスノズルは、アルゴンなどのシールドガスを供給するためのものである。モータ１３は、移動機構であり、動作制御回路２１によって回転駆動される。この回転駆動により、各アーム１２の移動が制御され、溶接トーチ１４が上下前後左右に自在に移動できる。
【００１９】
モータ１３には、エンコーダ（図示略）が設けられている。エンコーダの出力は、動作制御回路２１に送られる。ワイヤ送給装置１６は、溶接ロボット１における上部に設けられている。ワイヤ送給装置１６は、溶接トーチ１４に消耗電極１５を送り出すためのものである。ワイヤ送給装置１６は、送給機構１６１（モータ）と、ワイヤリール（図示略）と、ワイヤプッシュ装置（図示略）とを含む。送給機構１６１を駆動源として、上記ワイヤプッシュ装置が、上記ワイヤリールに巻かれた消耗電極１５を溶接トーチ１４へと送り出す。
【００２０】
コイルライナ１９は、その一端がワイヤ送給装置１６に、その他端が溶接トーチ１４に、それぞれ接続されている。コイルライナ１９は、チューブ状を呈し、その内部には消耗電極１５が挿通されている。コイルライナ１９は、ワイヤ送給装置１６から送り出された消耗電極１５を、溶接トーチ１４に導くものである。送り出された消耗電極１５は、溶接トーチ１４から突出する。
【００２１】
記憶部２４は第１速さｖ１の値を記憶する。記憶部２５は第２速さｖ２の値を記憶する。記憶部２６は第３速さｖ３の値を記憶する。記憶部２７は第４速さｖ４の値を記憶する。記憶部３５は、第２電流値ｉｗ２を記憶する。
【００２２】
溶接モード制御回路２２は、初期期間Ｔｓ（図３参照）と、中間期間Ｔｍ（図３参照）と、定常期間Ｔｃ（図３参照）とを発生させる。これにより、溶接モード制御回路２２は溶接モードを切り替える。初期期間Ｔｓでは、溶接モード制御回路２２は、第１期間Ｔ１および第２期間Ｔ２を交互に複数回繰り返す。溶接モード制御回路２２は溶接モード信号Ｓｓを送る。溶接モード制御回路２２は、第１期間Ｔ１を発生させるために、溶接モード信号Ｓｓとして第１期間モード信号Ｍ１を送る。同様に、溶接モード制御回路２２は、第２期間Ｔ２を発生させるために、溶接モード信号Ｓｓとして第２期間モード信号Ｍ２を送る。同様に、溶接モード制御回路２２は、中間期間Ｔｍを発生させるために、溶接モード信号Ｓｓとして中間期間モード信号Ｍ３を送る。同様に、溶接モード制御回路２２は、定常期間Ｔｃを発生させるために、溶接モード信号Ｓｓとして定常期間モード信号Ｍ４を送る。第１期間Ｔ１、第２期間Ｔ２、中間期間Ｔｍ、および定常期間Ｔｃについては後に詳述する。
【００２３】
動作制御回路２１は、図示しないマイクロコンピュータおよびメモリを有している。このメモリには、溶接ロボット１の各種の動作が設定された作業プログラムが記憶されている。また、動作制御回路２１は移動速さＶｖを設定する。移動速さＶｖは、母材Ｗに沿った溶接進行方向Ｄｒにおける、母材Ｗに対する消耗電極１５の速さである。すなわち、移動速さＶｖは、母材Ｗに沿った溶接進行方向Ｄｒにおける、母材Ｗに対する溶接トーチ１４の速さともいえる。動作制御回路２１は、上記作業プログラム、上記エンコーダからの座標情報、および移動速さＶｖ等に基づき、溶接ロボット１に対して動作制御信号Ｍｓを送る。溶接ロボット１は動作制御信号Ｍｓを受け、各モータ１３により回転駆動させられる。これにより、溶接トーチ１４が、母材Ｗにおける所定の溶接開始位置に移動したり、母材Ｗの面内方向に沿って移動したりする。動作制御回路２１は、記憶部２４〜２７に接続している。動作制御回路２１は、溶接モード信号Ｓｓを受ける。
【００２４】
ティーチペンダント２３は、動作制御回路２１に接続されている。ティーチペンダント２３は、各種動作をアーク溶接システムＡ１のユーザが設定するためのものである。本実施形態では、ティーチペンダント２３から、第１速さｖ１、第２速さｖ２、第３速さｖ３、および第２電流値ｉｗ２の各値が入力され、各記憶部に記憶される。
【００２５】
出力回路３１は、電力発生回路ＭＣと、電源特性切替回路ＳＷと、電圧検出回路ＶＤと、電圧誤差計算回路ＥＶと、電圧制御回路ＶＲと、電流検出回路ＩＤと、電流誤差計算回路ＥＩと、電流制御回路ＩＲと、送給制御回路ＦＣと、を含む。出力回路３１は、消耗電極１５と母材Ｗとの間に指示された値で溶接電圧Ｖｗを印加し、もしくは、消耗電極１５から母材Ｗに指示された値で溶接電流Ｉｗを流すためのものである。
【００２６】
電力発生回路ＭＣは、たとえば３相２００Ｖ等の商用電源を入力として、後述の誤差信号Ｅａに従ってインバータ制御、サイリスタ位相制御等の出力制御を行い、溶接電圧Ｖｗおよび溶接電流Ｉｗを出力する。
【００２７】
電圧検出回路ＶＤは、消耗電極１５と母材Ｗとの間に印加される溶接電圧Ｖｗの値を検出するためのものである。電圧検出回路ＶＤは、溶接電圧Ｖｗの絶対値の平均値に対応する電圧検出信号Ｖｄを送る。
【００２８】
電圧制御回路ＶＲは、消耗電極１５と母材Ｗと間に印加する溶接電圧Ｖｗの値を設定するためのものである。電圧制御回路ＶＲは、図示しない記憶部に記憶された設定電圧値に基づき、溶接電圧Ｖｗの値を指示するための電圧設定信号Ｖｒを送る。
【００２９】
電圧誤差計算回路ＥＶは、実際に印加されている溶接電圧Ｖｗの値と、設定された溶接電圧の値との差ΔＶｗを計算するためのものである。具体的には、電圧誤差計算回路ＥＶは、電圧検出信号Ｖｄと、電圧設定信号Ｖｒとを受け、差ΔＶｗに対応する電圧誤差信号Ｅｖを送る。なお、電圧誤差計算回路ＥＶは、電圧誤差信号Ｅｖとして、差ΔＶｗを増幅した値に対応するものを送ってもよい。
【００３０】
電流検出回路ＩＤは、消耗電極１５と母材Ｗとの間に流れる溶接電流Ｉｗの値を検出するためのものである。電流検出回路ＩＤは、溶接電流Ｉｗの絶対値に対応する電流検出信号Ｉｄを送る。
【００３１】
電流制御回路ＩＲは、消耗電極１５と母材Ｗとの間に流れる溶接電流Ｉｗの値を設定するためのものである。電流制御回路ＩＲは溶接モード信号Ｓｓを受ける。電流制御回路ＩＲは記憶部３５に接続している。電流制御回路ＩＲは、第２電流値ｉｗ２で溶接電流Ｉｗを流すための電流設定信号Ｉｒを生成する。そして電流制御回路ＩＲは、生成した電流設定信号Ｉｒを送る。
【００３２】
電流誤差計算回路ＥＩは、実際に流れている溶接電流Ｉｗの値と、設定された溶接電流の値との差ΔＩｗを計算するためのものである。具体的には、電流誤差計算回路ＥＩは、電流検出信号Ｉｄと、電流設定信号Ｉｒとを受け、差ΔＩｗに対応する電流誤差信号Ｅｉを送る。なお、電流誤差計算回路ＥＩは、電流誤差信号Ｅｉとして、差ΔＩｗを増幅した値に対応するものを送ってもよい。
【００３３】
電源特性切替回路ＳＷは、出力回路３１の電源特性（定電圧特性もしくは定電流特性）を切り替えるものである。出力回路３１の電源特性が定電圧特性である場合には、出力回路３１は溶接電圧Ｖｗの値が設定された値となるように、出力回路３１において出力が制御される。一方、出力回路３１の電源特性が定電流特性である場合には、溶接電流Ｉｗの値が設定された値となるように、出力回路３１において出力が制御される。より具体的には、電源特性切替回路ＳＷは、溶接モード信号Ｓｓと、電圧誤差信号Ｅｖと、電流誤差信号Ｅｉとを受ける。電源特性切替回路ＳＷの受ける溶接モード信号Ｓｓが第１期間モード信号Ｍ１もしくは定常期間モードＭ４である場合には、電源特性切替回路ＳＷにおけるスイッチは、図２のａ側に接続される。この場合、出力回路３１の電源特性は定電圧特性であり、電源特性切替回路ＳＷは、電圧誤差信号Ｅｖを誤差信号Ｅａとして電力発生回路ＭＣに送る。このとき、電力発生回路ＭＣは、溶接電圧Ｖｗの値が設定された値となる（すなわち上述の差ΔＶｗがゼロとなる）ような制御を行う。一方、電源特性切替回路ＳＷの受ける溶接モード信号Ｓｓが第２期間モード信号Ｍ２もしくは中間期間モードＭ３である場合には、電源特性切替回路ＳＷにおけるスイッチは、図２のｂ側に接続される。この場合、出力回路３１の電源特性は定電流特性であり、電源特性切替回路ＳＷは、電流誤差信号Ｅｉを誤差信号Ｅａとして電力発生回路ＭＣに送る。このとき、電力発生回路ＭＣは、溶接電流Ｉｗの値が設定された値となる（すなわち上述の差ΔＩｗがゼロとなる）ような制御を行う。
【００３４】
送給制御回路ＦＣは、溶接トーチ１４から消耗電極１５を送り出す速度（送給速度Ｆｗ）を制御するためのものである。送給制御回路ＦＣは、溶接モード信号Ｓｓを受ける。送給制御回路ＦＣは、送給速度Ｆｗを指示するための送給速度制御信号Ｆｃを送給機構１６１に送る。
【００３５】
各記憶部２４〜２７，３５は、動作制御回路２１を備えるロボット制御装置の構成であってもよいし、出力回路３１を備える溶接電源装置の構成であってもよい。
【００３６】
次に、図３をさらに用いて、アーク溶接システムＡ１を用いたアーク溶接方法について説明する。図３は、アーク溶接システムＡ１を用いたアーク溶接方法における各信号等のタイミングチャートである。同図（ａ）は移動速さＶｖの変化状態を示し、（ｂ）は溶接電流Ｉｗの絶対値の時間平均値の変化状態を示し、（ｃ）は電源特性切替回路ＳＷのスイッチの変化状態を示し、（ｄ）は送給速度Ｆｗの変化状態を示し、（ｅ）は第１期間モード信号Ｍ１の変化状態を示し、（ｆ）は第２期間モード信号Ｍ２の変化状態を示し、（ｇ）は中間期間モード信号Ｍ３の変化状態を示し、（ｈ）は定常期間モード信号Ｍ４の変化状態を示す。同図（ｃ）におけるＨｉｇｈレベルである状態は電源特性切替回路ＳＷのスイッチがａ側に接続している状態を示し、Ｌｏｗレベルである状態は電源特性切替回路ＳＷのスイッチがｂ側に接続している状態を示す。同図（ｅ）〜（ｈ）におけるＨｉｇｈレベルである状態は、各信号が溶接モード信号Ｓｓとして出力されている状態を示す。図５の（ｓ−１）〜（ｓ−５）は、図３の（ｓ−１）〜（ｓ−５）におけるアーク等の状態をそれぞれ示している。
【００３７】
[初期期間Ｔｓ（時刻ｔ１〜時刻ｔ２）]
まず、外部からの溶接開始信号が入力されることにより、一般的には、過渡的な溶接開始処理が行われる。溶接開始処理において、出力回路３１は、消耗電極１５と母材Ｗとの間に溶接電圧Ｖｗを印加する。これにより、時刻ｔ１において、消耗電極１５と母材Ｗとの間にアークａ１が点弧される。初期期間Ｔｓでは、第１期間Ｔ１と第２期間Ｔ２とが交互に複数回繰り返される。初期期間Ｔｓは、たとえば、１．０〜５．０ｓである。第１期間Ｔ１は、たとえば、０．３５ｓである。第２期間Ｔ２は、たとえば、０．２４ｓである。
【００３８】
（１）第１期間Ｔ１
図３（ｅ）に示すように、各第１期間Ｔ１中、溶接モード制御回路２２は、溶接モード信号Ｓｓとして第１期間モード信号Ｍ１を、動作制御回路２１と、電源特性切替回路ＳＷと、電流制御回路ＩＲと、送給制御回路ＦＣとに送る。同図（ａ）に示すように、動作制御回路２１は、溶接モード信号Ｓｓとして第１期間モード信号Ｍ１を受けると、移動速さＶｖを第１速さｖ１とするための動作制御信号Ｍｓを溶接ロボット１に送る。これにより、移動速さＶｖが第１速さｖ１である状態となる。本実施形態において、第１速さｖ１は０である。そのため、第１期間Ｔ１において動作制御回路２１は、母材Ｗに沿った溶接進行方向Ｄｒにおいて、消耗電極１５（溶接トーチ１４）を母材Ｗに対し移動させずに停止させている。
【００３９】
同図（ｃ）に示すように、電源特性切替回路ＳＷは、溶接モード信号Ｓｓとして第１期間モード信号Ｍ１を受けると、電源特性切替回路ＳＷにおけるスイッチをａ側に接続する。これにより、出力回路３１の電源特性が定電圧特性に設定される。送給制御回路ＦＣは、溶接モード信号Ｓｓとして第１期間モード信号Ｍ１を受けると、送給速度Ｆｗを速度ｆｗ１とするための送給速度制御信号Ｆｃを送給機構１６１に送る。これにより、同図（ｄ）に示すように、消耗電極１５が、送給速度Ｆｗを速度ｆｗ１として送給され始める。送給速度Ｆｗは、溶接トーチ１４から母材Ｗに向かう方向が正である。速度ｆｗ１は、たとえば、１００〜１０００ｃｍ／ｍｉｎである。そして、同図（ｂ）に示すように、各第１期間Ｔ１においては、溶接電流Ｉｗが絶対値の平均値を第１電流値ｉｗ１として流れる。各第１期間においては、定電圧制御がなされている。定電圧制御では、溶接電流Ｉｗの第１電流値ｉｗ１は、消耗電極１５の材質、直径、消耗電極１５の突出長さ、電極極性等の溶接条件が決定されれば、同図（ｄ）に示す送給速度Ｆｗにより定まる。
【００４０】
図４は、第１期間Ｔ１における溶接電流Ｉｗの時間変化を詳細に示す図である。図３においては、理解の便宜上、溶接電流Ｉｗの絶対値の時間平均値を示しているが、実際には、本実施形態の溶接電流Ｉｗは図４に示すような交流パルス電流である。図４における第１電流値ｉｗ１は、図３における第１電流値ｉｗ１に一致する。図４における時間のスケールは、図３における時間のスケールに比べ極めて小さい。図４において、溶接電流Ｉｗを示す縦軸は、消耗電極１５が陽極となったときに流れる電流をプラスとしている。
【００４１】
本図から理解されるように、溶接電流Ｉｗは、周期Ｔｅにおいて電極プラス極性電流Ｉｅｐと電極マイナス極性電流Ｉｅｎとを１回ずつとる。周期Ｔｅは、たとえば８．０〜１５．０ｍｓｅｃ程度である。電極プラス極性電流Ｉｅｐは、消耗電極１５が陽極、母材Ｗが陰極となった状態で流れる電流である。電極プラス極性電流Ｉｅｐは、プラス極性ピーク電流Ｉｐｐと、プラス極性ベース電流Ｉｐｂとを含む。プラス極性ピーク電流Ｉｐｐは、電極プラス極性期間Ｔｐｐの間、流れる。電極プラス極性期間Ｔｐｐは、たとえば０．８〜２．０ｍｓｅｃである。プラス極性ピーク電流Ｉｐｐの絶対値Ｉｅｐｐは、たとえば３００〜３５０Ａである。一方、プラス極性ベース電流Ｉｐｂは、電極プラス極性期間Ｔｐｂの間、流れる。電極プラス極性期間Ｔｐｂは、たとえば３〜１０ｍｓｅｃである。プラス極性ベース電流Ｉｐｂの絶対値Ｉｅｐｂは、たとえば３０〜１００Ａである。
【００４２】
電極マイナス極性電流Ｉｅｎは、消耗電極１５が陰極、母材Ｗが陽極となった状態で流れる電流である。電極マイナス極性電流Ｉｅｎは、電極マイナス極性期間Ｔｅｎの間、流れる。電極マイナス極性期間Ｔｅｎは、たとえば２．０〜５．０ｍｓｅｃである。電極マイナス極性電流Ｉｅｎの絶対値Ｉｅｎｐは、たとえば５０〜１００Ａである。
【００４３】
プラス極性ピーク電流Ｉｐｐ、プラス極性ベース電流Ｉｐｂ、電極マイナス極性電流Ｉｅｎ、電極プラス極性期間Ｔｐｐ、および電極マイナス極性期間Ｔｅｎは、所定値に設定される。電極プラス極性期間Ｔｐｂは、溶接電圧Ｖｗの平均値が予め定められた溶接電圧設定値と等しくなるようにフィードバック制御される。この制御によってアークａ１の長さが適正値に制御される。プラス極性ピーク電流Ｉｐｐ、プラス極性ベース電流Ｉｐｂ、および電極マイナス極性電流Ｉｅｎの絶対値について時間平均した値が、電流値ｉｗ１に一致する。電流値ｉｗ１は、たとえば２５０Ａである。
【００４４】
以上のように、第１期間Ｔ１においては溶接電流Ｉｗとしてパルス電流が流れる。そして１パルスごとに、１つの溶滴が消耗電極１５から母材Ｗへと移行する。このようにアークａ１を発生させつつ消耗電極１５から母材Ｗへと溶滴を移行させる。そのため、図５（ｓ−１）に示すように、第１期間Ｔ１において溶融池８８１が形成される。第１期間Ｔ１においては、消耗電極１５から母材Ｗへ溶滴が移行する程度の比較的大きな電流値ｉｗ１で溶接電流Ｉｗが流れているため、母材Ｗへの入熱量は比較的多くなる。
【００４５】
なお、本実施形態では、第１期間Ｔ１中に流れる溶接電流Ｉｗが交流のパルス電流である例を示したが、第１期間Ｔ１中に流れる溶接電流Ｉｗは、直流のパルス電流であってもよい。第１期間Ｔ１中に流れる溶接電流Ｉｗが直流のパルス電流である場合には、電極マイナス極性期間Ｔｅｎが０となる。
【００４６】
（２）第２期間Ｔ２
図３（ｆ）に示すように、各第２期間Ｔ２中、溶接モード制御回路２２は、溶接モード信号Ｓｓとして第２期間モード信号Ｍ２を、動作制御回路２１と、電源特性切替回路ＳＷと、電流制御回路ＩＲと、送給制御回路ＦＣとに送る。同図（ａ）に示すように、動作制御回路２１は、溶接モード信号Ｓｓとして第２期間モード信号Ｍ２を受けると、移動速さＶｖを第２速さｖ２にするための動作制御信号Ｍｓを溶接ロボット１に送る。これにより、移動速さＶｖを第２速さｖ２として、消耗電極１５（溶接トーチ１４）が母材に対して、溶接進行方向Ｄｒに移動する（図５（ｓ−２）参照）。第２速さｖ２は第１速さｖ１より大きい。第２速さｖ２は、たとえば８０ｃｍ／ｍｉｎである。
【００４７】
図３（ｃ）に示すように、電源特性切替回路ＳＷは、溶接モード信号Ｓｓとして第２期間モード信号Ｍ２を受けると、電源特性切替回路ＳＷにおけるスイッチをｂ側に接続する。これにより、出力回路３１の電源特性が定電流特性に設定される。電流制御回路ＩＲは、溶接モード信号Ｓｓとして第２期間モード信号Ｍ２を受けると、溶接電流Ｉｗを第２電流値ｉｗ２で流すための電流設定信号Ｉｒを電源特性切替回路ＳＷに送る。これにより、同図（ｂ）に示すように、各第２期間Ｔ２中は、溶接電流Ｉｗが絶対値の時間平均値を第２電流値ｉｗ２として流れる。各第２期間Ｔ２において流れる溶接電流Ｉｗは、図３（ｂ）に示すとおりの波形の電流である。すなわち、各第２期間Ｔ２において流れる溶接電流Ｉｗは、直流且つ一定の電流である。第２電流値ｉｗ２は、消耗電極１５から母材Ｗへ溶滴移行しない程度の小さい値である。そのため、各第２期間Ｔ２における母材Ｗへの入熱量は少ない。本実施形態では、各第２期間Ｔ２においては、第２電流値ｉｗ２は０より大きい。すなわち、図５（ｓ−２）に示すように、第２期間Ｔ２においては、アークａ１が発生している状態を継続させる。そのため第２期間Ｔ２から第１期間Ｔ１に移行する時にアークａ１を再発生させる必要がなく、アークａ１を再発生させる手間を省くことができる。第２電流値ｉｗ２は、たとえば１５Ａである。
【００４８】
送給制御回路ＦＣは、溶接モード信号Ｓｓとして第２期間モード信号Ｍ２を受けると、送給速度Ｆｗを速度ｆｗ２とするための送給速度制御信号Ｆｃを送給機構１６１に送る。これにより、図３（ｄ）に示すように、消耗電極１５が、送給速度Ｆｗを速度ｆｗ２として送給され始める。速度ｆｗ２は、たとえば、５０〜１５０ｃｍ／ｍｉｎである。
【００４９】
第２期間Ｔ２において、当該第２期間Ｔ２以前の第１期間Ｔ１においてアークａ１から受けた熱が、母材Ｗにおいて拡散する。この熱は当該第２期間Ｔ２中に拡散することにより、母材Ｗのうち、当該第２期間Ｔ２の次の第１期間Ｔ１において溶接を行う位置にも伝わる。
【００５０】
図５（ｓ−３）に示すように、第２期間Ｔ２の後に再び第１期間Ｔ１における工程を行う。以上のように、初期期間Ｔｓ（時刻ｔ１〜時刻ｔ２）中は、第１期間Ｔ１と第２期間Ｔ２とを交互に複数回繰り返す。初期期間Ｔｓでは、溶接痕８８２のうち図６のＢｓで示した部分が形成される。
【００５１】
時刻ｔ２において、初期期間Ｔｓは、第１期間Ｔ１を経過した時に終了し次に述べる中間期間Ｔｍに移行する。すなわち、時刻ｔ２において、第１期間Ｔ１と中間期間Ｔｍとは連続しており、中間期間Ｔｍには第１期間Ｔ１から直接移行する。
【００５２】
[中間期間Ｔｍ（時刻ｔ２〜時刻ｔ３）]
図３（ｇ）に示すように、中間期間Ｔｍ中、溶接モード制御回路２２は、溶接モード信号Ｓｓとして中間期間モード信号Ｍ３を、動作制御回路２１と、電源特性切替回路ＳＷと、電流制御回路ＩＲと、送給制御回路ＦＣとに送る。同図（ａ）に示すように、動作制御回路２１は、溶接モード信号Ｓｓとして中間期間モード信号Ｍ３を受けると、移動速さＶｖを第３速さｖ３にするための動作制御信号Ｍｓを溶接ロボット１に送る。これにより、移動速さＶｖを第３速さｖ３として、消耗電極１５（溶接トーチ１４）が母材に対して、溶接進行方向Ｄｒに移動する（図５（ｓ−４）参照）。第３速さｖ３は第１速さｖ１より大きい。第３速さｖ３は、たとえば６０ｃｍ／ｍｉｎである。第３速さｖ３は第２速さｖ２と同一でもよいが、本実施形態においては、第２速さｖ２より小さい。
【００５３】
図３（ｃ）に示すように、電源特性切替回路ＳＷは、溶接モード信号Ｓｓとして中間期間モード信号Ｍ３を受けると、電源特性切替回路ＳＷにおけるスイッチをｂ側に接続する。これにより、出力回路３１の電源特性が定電流特性に設定される。電流制御回路ＩＲは、溶接モード信号Ｓｓとして中間期間モード信号Ｍ３を受けると、溶接電流Ｉｗを第３電流値ｉｗ３で流すための電流設定信号Ｉｒを電源特性切替回路ＳＷに送る。これにより、同図（ｂ）に示すように、中間期間Ｔｍ中は、溶接電流Ｉｗが絶対値の時間平均値を第３電流値ｉｗ３として流れる。中間期間Ｔｍにおいて流れる溶接電流Ｉｗは、図３（ｂ）に示すとおりの波形の電流である。すなわち、中間期間Ｔｍにおいて流れる溶接電流Ｉｗは、直流且つ一定の電流である。第３電流値ｉｗ３は、消耗電極１５から母材Ｗへ溶滴移行しない程度の小さい値である。本実施形態では、中間期間Ｔｍにおいては、第３電流値ｉｗ３は０より大きい。すなわち、図５（ｓ−４）に示すように、中間期間Ｔｍにおいては、アークａ１が発生している状態を継続させる。第３電流値ｉｗ３は、たとえば１５Ａである。図３（ｂ）では、第３電流値ｉｗ３は第２電流値ｉｗ２とほぼ同一の値として示しているが、第３電流値ｉｗ３は、第２電流値ｉｗ２より小さくても大きくても良い。
【００５４】
送給制御回路ＦＣは、溶接モード信号Ｓｓとして中間期間モード信号Ｍ３を受けると、送給速度Ｆｗを速度ｆｗ３とするための送給速度制御信号Ｆｃを送給機構１６１に送る。これにより、同図（ｄ）に示すように、消耗電極１５が、送給速度Ｆｗを速度ｆｗ３として送給され始める。速度ｆｗ３は、たとえば、５０〜１００ｃｍ／ｍｉｎである。中間期間Ｔｍは、たとえば、０．２ｓである。
【００５５】
[定常期間Ｔｃ（時刻ｔ３〜）]
時刻ｔ３において、定常期間Ｔｃが開始する。定常期間Ｔｃと中間期間Ｔｍとは連続している。すなわち、中間期間Ｔｍは定常期間Ｔｃに直接移行する。図３（ｈ）に示すように、定常期間Ｔｃ中、溶接モード制御回路２２は、溶接モード信号Ｓｓとして定常期間モード信号Ｍ４を、動作制御回路２１と、電源特性切替回路ＳＷと、電流制御回路ＩＲと、送給制御回路ＦＣとに送る。同図（ａ）に示すように、動作制御回路２１は、溶接モード信号Ｓｓとして定常期間モード信号Ｍ４を受けると、移動速さＶｖを定常速さｖ４とするための動作制御信号Ｍｓを溶接ロボット１に送る。これにより、移動速さＶｖを定常速さｖ４として、消耗電極１５（溶接トーチ１４）が母材に対して、溶接進行方向Ｄｒに移動する（図５（ｓ−５）参照）。定常速さｖ４は第１速さｖ１より大きい。定常速さｖ４は、たとえば６０ｃｍ／ｍｉｎである。定常速さｖ４は第２速さｖ２と同一でもよいが、本実施形態においては、第２速さｖ２より小さい。定常速さｖ４は第３速さｖ３と同一である。
【００５６】
同図（ｃ）に示すように、電源特性切替回路ＳＷは、溶接モード信号Ｓｓとして定常期間モード信号Ｍ４を受けると、電源特性切替回路ＳＷにおけるスイッチをａ側に接続する。これにより、出力回路３１の電源特性が定電圧特性に設定される。送給制御回路ＦＣは、溶接モード信号Ｓｓとして定常期間モード信号Ｍ４を受けると、送給速度Ｆｗを速度ｆｗ４とするための送給速度制御信号Ｆｃを送給機構１６１に送る。これにより、同図（ｄ）に示すように、消耗電極１５が、送給速度Ｆｗを速度ｆｗ４として送給され始める。速度ｆｗ４は、たとえば、１００〜１０００ｃｍ／ｍｉｎである。同図（ｂ）に示すように、定常期間Ｔｃにおいては、溶接電流Ｉｗが絶対値の平均値を定常電流値ｉｗ４として流れている。本実施形態では定常電流値ｉｗ４は第１電流値ｉｗ１より大きい。本実施形態と異なり、定常電流値ｉｗ４が第１電流値ｉｗ１と同一であってもよいし、第１電流値ｉｗ１より小さくてもよい。定常期間Ｔｃは、溶接終了までの期間であり、初期期間Ｔｓより長い期間である。
【００５７】
定常期間Ｔｃにおいては、第１期間Ｔ１と同様に、溶接電流Ｉｗとしてパルス電流が流れる。そして１パルスごとに、１つの溶滴が消耗電極１５から母材Ｗへと移行する。このようにアークａ１を発生させつつ消耗電極１５から母材Ｗへと溶滴を移行させる。そして、図５（ｓ−５）に示すように、定常期間Ｔｃにおいて溶接痕８８２が形成される。図６では、溶接痕８８２のうち定常期間Ｔｃに形成される部分をＢｃとして示している。
【００５８】
次に、本実施形態の作用効果について説明する。
【００５９】
本実施形態においては、初期期間Ｔｓにおいて、第１期間Ｔ１と第２期間Ｔ２とを交互に複数回繰り返す。各第１期間Ｔ１中に、母材Ｗに沿った溶接進行方向Ｄｒにおける母材Ｗに対する消耗電極１５の速さである移動速さＶｖが第１速さｖ１である状態で、アークａ１を発生させつつ消耗電極１５から母材Ｗへ溶滴を移行させる。各第２期間Ｔ２中に、移動速さＶｖを第１速さｖ１より大きい第２速さｖ２として、消耗電極１５を母材Ｗに対して移動させる。このような構成によると、初期期間Ｔｓにて第１期間Ｔ１と第２期間Ｔ２とが交互に複数回繰り返されるため、溶滴を移行させるための各第１期間Ｔ１は比較的短いものとなる。各第１期間Ｔ１が短いと、移動速さＶｖは、比較的小さい第１速さｖ１となった時刻（第１期間Ｔ１の開始時刻）から、即座に、比較的大きい第２速さｖ２に変化する。よって、第１期間Ｔ１中に母材Ｗの同じ位置に長い間溶滴が移行され続けることがないため、溶接痕８８２が過度に盛り上がりにくい。そのため、第１期間Ｔ１における溶接電流Ｉｗの電流値を大きくすることができる。また、第１期間Ｔ１における移動速さＶｖは比較的小さい第１速さｖ１である。第１期間Ｔ１にて溶接電流Ｉｗの電流値を大きくすることができ、且つ、第１期間Ｔ１における移動速さＶｖが比較的小さい第１速さｖ１である本実施形態にかかる方法によると、各第１期間Ｔ１ごとに、母材Ｗにおけるある領域に集中して熱を与えることができる。これにより、各第１期間Ｔ１中ごとに、母材Ｗにおけるある領域の温度を大きく上昇させることができる。
【００６０】
母材Ｗの温度を大きく上昇させることができると、たとえば、母材Ｗの溶け込みを深くすることができ、形成される溶接痕８８２と母材Ｗとの馴染みを良好にすることができ、もしくは、溶融池８８１を形成しやすくすることができる。このように母材Ｗにおけるある領域の温度を大きく上昇させることができる本実施形態にかかる方法は、溶接スタート時から溶接終了時まで、溶接痕８８２の幅や、母材Ｗの溶け込み深さや、もしくは余盛を揃えるのに適する。したがって、本実施形態にかかる方法は、溶接スタート時から溶接終了時まで良好な溶接を行うことができる。
【００６１】
母材Ｗが熱伝導率の高い材料（たとえば、アルミニウムまたはアルミニウムの合金）よりなる場合、母材Ｗにおいて熱が拡散しやすく、母材Ｗのうち熱が与えられた部位の温度が上昇しにくい。各第１期間Ｔ１ごとに母材Ｗにおけるある領域に集中して熱を与えることができる本実施形態にかかる方法は、母材Ｗが熱伝導率の高い材料よりなる場合であっても、好適に母材Ｗのある領域の温度を上昇させることができる。
【００６２】
本実施形態においては、各第１期間Ｔ１中は、溶接電流Ｉｗを絶対値の時間平均値を第１電流値ｉｗ１として流す。各第２期間Ｔ２中は、溶接電流Ｉｗを絶対値の時間平均値を第１電流値ｉｗ１より小さい第２電流値ｉｗ２として流す。このような構成によると、第２期間Ｔ２における消耗電極１５から母材Ｗへの溶滴移行を、抑制することができる。第２期間Ｔ２における溶滴移行の抑制は、溶接痕８８２が過度に盛り上がること（余盛が高くなること）を抑制するのに適する。
【００６３】
本実施形態においては、中間期間Ｔｍ中に、溶接電流Ｉｗを絶対値の時間平均値を第１電流値ｉｗ１より小さい第３電流値ｉｗ３として流し、且つ、移動速さＶｖを第１速さｖ１より大きい第３速さｖ３として消耗電極１５を母材Ｗに対して移動させる。中間期間Ｔｍは定常期間Ｔｃに直接移行する。このような構成によると、中間期間Ｔｍ中は、あまり溶滴を移行させることなく、消耗電極１５を母材に対し移動させることができる。そのため、初期期間Ｔｓにおける最後の第１期間Ｔ１に形成された溶接痕８８２に対し更に、多くの溶滴を滴下させずに、定常期間Ｔｃを開始することができる。したがって、定常期間Ｔｃの開始時に形成される溶接痕８８２が部分的に盛り上がることを抑制することができ、きれいな溶接痕８８２を形成することができる。
【００６４】
本実施形態においては、中間期間Ｔｍ中は、アークａ１が発生している状態を継続させる。このような構成によれば、中間期間Ｔｍにおいてアークａ１を消滅させないため、中間期間Ｔｍから定常期間Ｔｃに移行する時にアークａ１を再発生させる必要がない。そのため、定常期間Ｔｃを開始する時にアークａ１を再発生させるために移動速さＶｖを０にする必要がない。これは、溶接時間の短縮に好適である。
【００６５】
本実施形態においては、定常期間Ｔｃ中に、溶接電流Ｉｗを、絶対値の時間平均値を第１電流値ｉｗ１より大きい定常電流値ｉｗ４として流す。このような構成は、定常期間Ｔｃにおけるアーク圧力を向上させるのに適する。アーク圧力を向上させることができると、深い溶け込みを形成することができる。
【００６６】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。
【００６７】
上述の実施形態のように第２期間Ｔ２中アークａ１が発生している状態を継続させることが好ましいが、第２期間Ｔ２にアークａ１を消滅させてもよい。同様に、上述の実施形態のように中間期間Ｔｍ中アークａ１が発生している状態を継続させることが好ましいが、中間期間Ｔｍにアークａ１を消滅させてもよい。上述の実施形態のように中間期間Ｔｍを行うことが好ましいが、中間期間Ｔｍを行わずに第１期間Ｔ１から直接定常期間Ｔｃに移行してもよい。上述の実施形態では第１速さｖ１が０である例を示したが、たとえば、第１速さｖ１が０より大きくてもよい。
【符号の説明】
【００６８】
Ａ１ アーク溶接システム
１ 溶接ロボット
１１ ベース部材
１２ アーム
１３ モータ
１４ 溶接トーチ
１５ 消耗電極
１５１ 溶滴
１６ ワイヤ送給装置
１６１ 送給機構
１９ コイルライナ
２１ 動作制御回路
２２ 溶接モード制御回路
２３ ティーチペンダント
２４〜２７ 記憶部
３１ 出力回路
３５ 記憶部
Ｅａ 誤差信号
ＥＩ 電流誤差計算回路
Ｅｉ 電流誤差信号
ＥＶ 電圧誤差計算回路
Ｅｖ 電圧誤差信号
ＦＣ 送給制御回路
Ｆｃ 送給速度制御信号
Ｆｗ 送給速度
ＩＤ 電流検出回路
Ｉｄ 電流検出信号
Ｉｅｐ 電極プラス極性電流
Ｉｅｐｐ 絶対値
Ｉｅｐｂ 絶対値
Ｉｅｎｐ 絶対値
Ｉｅｎ 電極マイナス極性電流
Ｉｐｂ プラス極性ベース電流
Ｉｐｐ プラス極性ピーク電流
ＩＲ 電流制御回路
Ｉｒ 電流設定信号
Ｉｗ 溶接電流
ｉｗ１ 第１電流値
ｉｗ２ 第２電流値
ｉｗ３ 第３電流値
ｉｗ４ 定常電流値
ＭＣ 電力発生回路
Ｍｓ 動作制御信号
Ｍ１ 第１期間モード信号
Ｍ２ 第２期間モード信号
Ｍ３ 中間期間モード信号
Ｍ４ 定常期間モード信号
ＳＷ 電源特性切替回路
Ｔｓ 初期期間
Ｔ１ 第１期間
Ｔ２ 第２期間
Ｔｍ 中間期間
Ｔｃ 定常期間
Ｔｅ 周期
Ｔｐｐ 電極プラス極性期間
Ｔｐｂ 電極プラス極性期間
Ｔｅｎ 電極マイナス極性期間
ＶＤ 電圧検出回路
Ｖｄ 電圧検出信号
ＶＲ 電圧制御回路
Ｖｒ 電圧設定信号
Ｖｖ 移動速さ
Ｖｗ 溶接電圧
ｖ１ 第１速さ
ｖ２ 第２速さ
ｖ３ 第３速さ
ｖ４ 定常速さ
Ｗ 母材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アーク溶接方法およびアーク溶接システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から消耗電極を用いたアーク溶接方法（パルスＧＭＡ溶接方法）が知られている。図７（ａ）は従来のアーク溶接方法によって溶接痕が形成された母材の平面図を示し、同図（ｂ）は、従来のアーク溶接方法によって溶接痕が形成された母材の断面図を示す。従来のアーク溶接方法では、消耗電極と母材９Ｗとの間にアークを発生させつつ、消耗電極から母材９Ｗへと溶滴を移行させる。溶滴を移行させる際は、消耗電極を保持する溶接トーチを母材９Ｗに沿って溶接進行方向Ｄｒに移動させる。このようにして母材９Ｗに溶接痕９９１が形成され、溶接が行われる。当該溶接方法の溶接開始時においては、母材９Ｗがあまり温まっておらず母材９Ｗが溶けにくい。そのため、当該溶接方法の溶接開始時において、母材９Ｗに溶融池が形成されにくい、溶接痕９９１と母材９Ｗとの馴染みが悪い、母材９Ｗの溶け込みが浅い、といった問題がある。消耗電極を用いたアーク溶接方法は、たとえば、特許文献１に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２６２２６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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、溶接スタート時から溶接終了時まで良好な溶接を行うことができるアーク溶接方法を提供することをその主たる課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第１の側面によって提供されるアーク溶接方法は、第１期間と第２期間とを交互に複数回繰り返す初期工程と、上記初期工程の後に、消耗電極と母材との間にアークを発生させつつ上記消耗電極から上記母材へ溶滴を移行させる定常工程と、を備え、上記初期工程は、上記各第１期間中に、上記母材に沿った溶接進行方向における、上記母材に対する上記消耗電極の速さである移動速さが第１速さである状態で、上記アークを発生させつつ上記消耗電極から上記母材へ溶滴を移行させる第１工程と、上記各第２期間中に、上記移動速さを上記第１速さより大きい第２速さとして、上記消耗電極を上記母材に対して移動させる第２工程と、を含み、上記定常工程においては、上記移動速さを上記第１速さより大きい定常速さとして、上記消耗電極を上記母材に対して移動させる。
【０００６】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記第１工程においては、上記消耗電極から上記母材に流れる溶接電流を、絶対値の時間平均値を第１電流値として流し、上記第２工程においては、上記溶接電流を、絶対値の時間平均値を上記第１電流値より小さい第２電流値として流す。
【０００７】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記初期工程の後に、上記溶接電流を、絶対値の時間平均値を上記第１電流値より小さい第３電流値として流し、且つ、上記移動速さを上記第１速さより大きい第３速さで上記消耗電極を上記母材に対して移動させる中間工程を更に備え、上記中間工程は上記定常工程に直接移行する。
【０００８】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記中間工程においては、上記アークが発生している状態を継続させる。
【０００９】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記定常工程においては、上記溶接電流を、絶対値の時間平均値を上記第１電流値より大きい定常電流値として流す。
【００１０】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記各第２工程においては、上記アークが発生している状態を継続させる。
【００１１】
本発明の第２の側面によって提供されるアーク溶接システムは、消耗電極と母材との間に溶接電流を流す出力回路と、第１期間および第２期間を交互に複数回繰り返す初期期間と、上記初期期間の後であり且つ上記初期期間より長い定常期間と、を発生させる溶接モード制御回路と、上記母材に沿った溶接進行方向における上記母材に対する上記消耗電極の速さである移動速さを制御する動作制御回路と、第１速さの値を記憶する第１速さ記憶部と、第２速さの値を記憶する第２速さ記憶部と、を備え、上記出力回路は、上記各第１期間と上記定常期間とにおいて、上記溶接電流をパルス電流で流し、上記動作制御回路は、上記各第１期間において上記移動速さを上記第１速さに設定し、上記各第２期間において上記移動速さを上記第２速さに設定する。
【００１２】
このような構成によると、溶接スタート時から溶接終了時まで良好な溶接を行うことができる。
【００１３】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる溶接システムにおける溶接ロボットを示す図である。
【図２】本発明の第１実施形態にかかる溶接システムを示すブロック図である。
【図３】本発明の第１実施形態にかかるアーク溶接システムを用いたアーク溶接方法における各信号等のタイミングチャートである。
【図４】本発明の第１実施形態にかかるアーク溶接方法における第１期間の溶接電流の時間変化を詳細に示す図である。
【図５】本発明の第１実施形態にかかるアーク溶接システムを用いたアーク溶接方法におけるアーク等の状態をそれぞれ示している。
【図６】（ａ）は本発明の第１実施形態にかかるアーク溶接方法によって溶接痕が形成された母材の平面図を示す。（ｂ）は、本発明の第１実施形態にかかるアーク溶接方法によって溶接痕が形成された母材の断面図を示す。
【図７】（ａ）は従来のアーク溶接方法によって溶接痕が形成された母材の平面図を示す。（ｂ）は従来のアーク溶接方法によって溶接痕が形成された母材の断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。
【００１６】
図１は、本実施形態にかかる溶接システムＡ１における溶接ロボット１を示す図である。図２は、本実施形態にかかる溶接システムＡ１を示すブロック図である。
【００１７】
本実施形態にかかるアーク溶接システムＡ１は、溶接ロボット１と、動作制御回路２１と、溶接モード制御回路２２と、ティーチペンダント２３と、記憶部２４〜２７と、出力回路３１と、記憶部３５と、を備える。溶接ロボット１は、母材Ｗに対してたとえばアーク溶接を自動で行うものである。溶接ロボット１は、ベース部材１１と、複数のアーム１２と、複数のモータ１３と、溶接トーチ１４と、ワイヤ送給装置１６と、コイルライナ１９とを含む。
【００１８】
ベース部材１１は、フロア等の適当な箇所に固定される。各アーム１２は、ベース部材１１に軸を介して連結されている。溶接トーチ１４は、消耗電極１５（溶接ワイヤ）を母材Ｗの近傍の所定の位置に導くものである。母材Ｗとしては、たとえば、鉄、アルミニウム、もしくは、アルミニウムの合金が挙げられる。溶接トーチ１４には、シールドガスノズル（図示略）が設けられている。シールドガスノズルは、アルゴンなどのシールドガスを供給するためのものである。モータ１３は、移動機構であり、動作制御回路２１によって回転駆動される。この回転駆動により、各アーム１２の移動が制御され、溶接トーチ１４が上下前後左右に自在に移動できる。
【００１９】
モータ１３には、エンコーダ（図示略）が設けられている。エンコーダの出力は、動作制御回路２１に送られる。ワイヤ送給装置１６は、溶接ロボット１における上部に設けられている。ワイヤ送給装置１６は、溶接トーチ１４に消耗電極１５を送り出すためのものである。ワイヤ送給装置１６は、送給機構１６１（モータ）と、ワイヤリール（図示略）と、ワイヤプッシュ装置（図示略）とを含む。送給機構１６１を駆動源として、上記ワイヤプッシュ装置が、上記ワイヤリールに巻かれた消耗電極１５を溶接トーチ１４へと送り出す。
【００２０】
コイルライナ１９は、その一端がワイヤ送給装置１６に、その他端が溶接トーチ１４に、それぞれ接続されている。コイルライナ１９は、チューブ状を呈し、その内部には消耗電極１５が挿通されている。コイルライナ１９は、ワイヤ送給装置１６から送り出された消耗電極１５を、溶接トーチ１４に導くものである。送り出された消耗電極１５は、溶接トーチ１４から突出する。
【００２１】
記憶部２４は第１速さｖ１の値を記憶する。記憶部２５は第２速さｖ２の値を記憶する。記憶部２６は第３速さｖ３の値を記憶する。記憶部２７は第４速さｖ４の値を記憶する。記憶部３５は、第２電流値ｉｗ２を記憶する。
【００２２】
溶接モード制御回路２２は、初期期間Ｔｓ（図３参照）と、中間期間Ｔｍ（図３参照）と、定常期間Ｔｃ（図３参照）とを発生させる。これにより、溶接モード制御回路２２は溶接モードを切り替える。初期期間Ｔｓでは、溶接モード制御回路２２は、第１期間Ｔ１および第２期間Ｔ２を交互に複数回繰り返す。溶接モード制御回路２２は溶接モード信号Ｓｓを送る。溶接モード制御回路２２は、第１期間Ｔ１を発生させるために、溶接モード信号Ｓｓとして第１期間モード信号Ｍ１を送る。同様に、溶接モード制御回路２２は、第２期間Ｔ２を発生させるために、溶接モード信号Ｓｓとして第２期間モード信号Ｍ２を送る。同様に、溶接モード制御回路２２は、中間期間Ｔｍを発生させるために、溶接モード信号Ｓｓとして中間期間モード信号Ｍ３を送る。同様に、溶接モード制御回路２２は、定常期間Ｔｃを発生させるために、溶接モード信号Ｓｓとして定常期間モード信号Ｍ４を送る。第１期間Ｔ１、第２期間Ｔ２、中間期間Ｔｍ、および定常期間Ｔｃについては後に詳述する。
【００２３】
動作制御回路２１は、図示しないマイクロコンピュータおよびメモリを有している。このメモリには、溶接ロボット１の各種の動作が設定された作業プログラムが記憶されている。また、動作制御回路２１は移動速さＶｖを設定する。移動速さＶｖは、母材Ｗに沿った溶接進行方向Ｄｒにおける、母材Ｗに対する消耗電極１５の速さである。すなわち、移動速さＶｖは、母材Ｗに沿った溶接進行方向Ｄｒにおける、母材Ｗに対する溶接トーチ１４の速さともいえる。動作制御回路２１は、上記作業プログラム、上記エンコーダからの座標情報、および移動速さＶｖ等に基づき、溶接ロボット１に対して動作制御信号Ｍｓを送る。溶接ロボット１は動作制御信号Ｍｓを受け、各モータ１３により回転駆動させられる。これにより、溶接トーチ１４が、母材Ｗにおける所定の溶接開始位置に移動したり、母材Ｗの面内方向に沿って移動したりする。動作制御回路２１は、記憶部２４〜２７に接続している。動作制御回路２１は、溶接モード信号Ｓｓを受ける。
【００２４】
ティーチペンダント２３は、動作制御回路２１に接続されている。ティーチペンダント２３は、各種動作をアーク溶接システムＡ１のユーザが設定するためのものである。本実施形態では、ティーチペンダント２３から、第１速さｖ１、第２速さｖ２、第３速さｖ３、および第２電流値ｉｗ２の各値が入力され、各記憶部に記憶される。
【００２５】
出力回路３１は、電力発生回路ＭＣと、電源特性切替回路ＳＷと、電圧検出回路ＶＤと、電圧誤差計算回路ＥＶと、電圧制御回路ＶＲと、電流検出回路ＩＤと、電流誤差計算回路ＥＩと、電流制御回路ＩＲと、送給制御回路ＦＣと、を含む。出力回路３１は、消耗電極１５と母材Ｗとの間に指示された値で溶接電圧Ｖｗを印加し、もしくは、消耗電極１５から母材Ｗに指示された値で溶接電流Ｉｗを流すためのものである。
【００２６】
電力発生回路ＭＣは、たとえば３相２００Ｖ等の商用電源を入力として、後述の誤差信号Ｅａに従ってインバータ制御、サイリスタ位相制御等の出力制御を行い、溶接電圧Ｖｗおよび溶接電流Ｉｗを出力する。
【００２７】
電圧検出回路ＶＤは、消耗電極１５と母材Ｗとの間に印加される溶接電圧Ｖｗの値を検出するためのものである。電圧検出回路ＶＤは、溶接電圧Ｖｗの絶対値の平均値に対応する電圧検出信号Ｖｄを送る。
【００２８】
電圧制御回路ＶＲは、消耗電極１５と母材Ｗと間に印加する溶接電圧Ｖｗの値を設定するためのものである。電圧制御回路ＶＲは、図示しない記憶部に記憶された設定電圧値に基づき、溶接電圧Ｖｗの値を指示するための電圧設定信号Ｖｒを送る。
【００２９】
電圧誤差計算回路ＥＶは、実際に印加されている溶接電圧Ｖｗの値と、設定された溶接電圧の値との差ΔＶｗを計算するためのものである。具体的には、電圧誤差計算回路ＥＶは、電圧検出信号Ｖｄと、電圧設定信号Ｖｒとを受け、差ΔＶｗに対応する電圧誤差信号Ｅｖを送る。なお、電圧誤差計算回路ＥＶは、電圧誤差信号Ｅｖとして、差ΔＶｗを増幅した値に対応するものを送ってもよい。
【００３０】
電流検出回路ＩＤは、消耗電極１５と母材Ｗとの間に流れる溶接電流Ｉｗの値を検出するためのものである。電流検出回路ＩＤは、溶接電流Ｉｗの絶対値に対応する電流検出信号Ｉｄを送る。
【００３１】
電流制御回路ＩＲは、消耗電極１５と母材Ｗとの間に流れる溶接電流Ｉｗの値を設定するためのものである。電流制御回路ＩＲは溶接モード信号Ｓｓを受ける。電流制御回路ＩＲは記憶部３５に接続している。電流制御回路ＩＲは、第２電流値ｉｗ２で溶接電流Ｉｗを流すための電流設定信号Ｉｒを生成する。そして電流制御回路ＩＲは、生成した電流設定信号Ｉｒを送る。
【００３２】
電流誤差計算回路ＥＩは、実際に流れている溶接電流Ｉｗの値と、設定された溶接電流の値との差ΔＩｗを計算するためのものである。具体的には、電流誤差計算回路ＥＩは、電流検出信号Ｉｄと、電流設定信号Ｉｒとを受け、差ΔＩｗに対応する電流誤差信号Ｅｉを送る。なお、電流誤差計算回路ＥＩは、電流誤差信号Ｅｉとして、差ΔＩｗを増幅した値に対応するものを送ってもよい。
【００３３】
電源特性切替回路ＳＷは、出力回路３１の電源特性（定電圧特性もしくは定電流特性）を切り替えるものである。出力回路３１の電源特性が定電圧特性である場合には、出力回路３１は溶接電圧Ｖｗの値が設定された値となるように、出力回路３１において出力が制御される。一方、出力回路３１の電源特性が定電流特性である場合には、溶接電流Ｉｗの値が設定された値となるように、出力回路３１において出力が制御される。より具体的には、電源特性切替回路ＳＷは、溶接モード信号Ｓｓと、電圧誤差信号Ｅｖと、電流誤差信号Ｅｉとを受ける。電源特性切替回路ＳＷの受ける溶接モード信号Ｓｓが第１期間モード信号Ｍ１もしくは定常期間モードＭ４である場合には、電源特性切替回路ＳＷにおけるスイッチは、図２のａ側に接続される。この場合、出力回路３１の電源特性は定電圧特性であり、電源特性切替回路ＳＷは、電圧誤差信号Ｅｖを誤差信号Ｅａとして電力発生回路ＭＣに送る。このとき、電力発生回路ＭＣは、溶接電圧Ｖｗの値が設定された値となる（すなわち上述の差ΔＶｗがゼロとなる）ような制御を行う。一方、電源特性切替回路ＳＷの受ける溶接モード信号Ｓｓが第２期間モード信号Ｍ２もしくは中間期間モードＭ３である場合には、電源特性切替回路ＳＷにおけるスイッチは、図２のｂ側に接続される。この場合、出力回路３１の電源特性は定電流特性であり、電源特性切替回路ＳＷは、電流誤差信号Ｅｉを誤差信号Ｅａとして電力発生回路ＭＣに送る。このとき、電力発生回路ＭＣは、溶接電流Ｉｗの値が設定された値となる（すなわち上述の差ΔＩｗがゼロとなる）ような制御を行う。
【００３４】
送給制御回路ＦＣは、溶接トーチ１４から消耗電極１５を送り出す速度（送給速度Ｆｗ）を制御するためのものである。送給制御回路ＦＣは、溶接モード信号Ｓｓを受ける。送給制御回路ＦＣは、送給速度Ｆｗを指示するための送給速度制御信号Ｆｃを送給機構１６１に送る。
【００３５】
各記憶部２４〜２７，３５は、動作制御回路２１を備えるロボット制御装置の構成であってもよいし、出力回路３１を備える溶接電源装置の構成であってもよい。
【００３６】
次に、図３をさらに用いて、アーク溶接システムＡ１を用いたアーク溶接方法について説明する。図３は、アーク溶接システムＡ１を用いたアーク溶接方法における各信号等のタイミングチャートである。同図（ａ）は移動速さＶｖの変化状態を示し、（ｂ）は溶接電流Ｉｗの絶対値の時間平均値の変化状態を示し、（ｃ）は電源特性切替回路ＳＷのスイッチの変化状態を示し、（ｄ）は送給速度Ｆｗの変化状態を示し、（ｅ）は第１期間モード信号Ｍ１の変化状態を示し、（ｆ）は第２期間モード信号Ｍ２の変化状態を示し、（ｇ）は中間期間モード信号Ｍ３の変化状態を示し、（ｈ）は定常期間モード信号Ｍ４の変化状態を示す。同図（ｃ）におけるＨｉｇｈレベルである状態は電源特性切替回路ＳＷのスイッチがａ側に接続している状態を示し、Ｌｏｗレベルである状態は電源特性切替回路ＳＷのスイッチがｂ側に接続している状態を示す。同図（ｅ）〜（ｈ）におけるＨｉｇｈレベルである状態は、各信号が溶接モード信号Ｓｓとして出力されている状態を示す。図５の（ｓ−１）〜（ｓ−５）は、図３の（ｓ−１）〜（ｓ−５）におけるアーク等の状態をそれぞれ示している。
【００３７】
[初期期間Ｔｓ（時刻ｔ１〜時刻ｔ２）]
まず、外部からの溶接開始信号が入力されることにより、一般的には、過渡的な溶接開始処理が行われる。溶接開始処理において、出力回路３１は、消耗電極１５と母材Ｗとの間に溶接電圧Ｖｗを印加する。これにより、時刻ｔ１において、消耗電極１５と母材Ｗとの間にアークａ１が点弧される。初期期間Ｔｓでは、第１期間Ｔ１と第２期間Ｔ２とが交互に複数回繰り返される。初期期間Ｔｓは、たとえば、１．０〜５．０ｓである。第１期間Ｔ１は、たとえば、０．３５ｓである。第２期間Ｔ２は、たとえば、０．２４ｓである。
【００３８】
（１）第１期間Ｔ１
図３（ｅ）に示すように、各第１期間Ｔ１中、溶接モード制御回路２２は、溶接モード信号Ｓｓとして第１期間モード信号Ｍ１を、動作制御回路２１と、電源特性切替回路ＳＷと、電流制御回路ＩＲと、送給制御回路ＦＣとに送る。同図（ａ）に示すように、動作制御回路２１は、溶接モード信号Ｓｓとして第１期間モード信号Ｍ１を受けると、移動速さＶｖを第１速さｖ１とするための動作制御信号Ｍｓを溶接ロボット１に送る。これにより、移動速さＶｖが第１速さｖ１である状態となる。本実施形態において、第１速さｖ１は０である。そのため、第１期間Ｔ１において動作制御回路２１は、母材Ｗに沿った溶接進行方向Ｄｒにおいて、消耗電極１５（溶接トーチ１４）を母材Ｗに対し移動させずに停止させている。
【００３９】
同図（ｃ）に示すように、電源特性切替回路ＳＷは、溶接モード信号Ｓｓとして第１期間モード信号Ｍ１を受けると、電源特性切替回路ＳＷにおけるスイッチをａ側に接続する。これにより、出力回路３１の電源特性が定電圧特性に設定される。送給制御回路ＦＣは、溶接モード信号Ｓｓとして第１期間モード信号Ｍ１を受けると、送給速度Ｆｗを速度ｆｗ１とするための送給速度制御信号Ｆｃを送給機構１６１に送る。これにより、同図（ｄ）に示すように、消耗電極１５が、送給速度Ｆｗを速度ｆｗ１として送給され始める。送給速度Ｆｗは、溶接トーチ１４から母材Ｗに向かう方向が正である。速度ｆｗ１は、たとえば、１００〜１０００ｃｍ／ｍｉｎである。そして、同図（ｂ）に示すように、各第１期間Ｔ１においては、溶接電流Ｉｗが絶対値の平均値を第１電流値ｉｗ１として流れる。各第１期間においては、定電圧制御がなされている。定電圧制御では、溶接電流Ｉｗの第１電流値ｉｗ１は、消耗電極１５の材質、直径、消耗電極１５の突出長さ、電極極性等の溶接条件が決定されれば、同図（ｄ）に示す送給速度Ｆｗにより定まる。
【００４０】
図４は、第１期間Ｔ１における溶接電流Ｉｗの時間変化を詳細に示す図である。図３においては、理解の便宜上、溶接電流Ｉｗの絶対値の時間平均値を示しているが、実際には、本実施形態の溶接電流Ｉｗは図４に示すような交流パルス電流である。図４における第１電流値ｉｗ１は、図３における第１電流値ｉｗ１に一致する。図４における時間のスケールは、図３における時間のスケールに比べ極めて小さい。図４において、溶接電流Ｉｗを示す縦軸は、消耗電極１５が陽極となったときに流れる電流をプラスとしている。
【００４１】
本図から理解されるように、溶接電流Ｉｗは、周期Ｔｅにおいて電極プラス極性電流Ｉｅｐと電極マイナス極性電流Ｉｅｎとを１回ずつとる。周期Ｔｅは、たとえば８．０〜１５．０ｍｓｅｃ程度である。電極プラス極性電流Ｉｅｐは、消耗電極１５が陽極、母材Ｗが陰極となった状態で流れる電流である。電極プラス極性電流Ｉｅｐは、プラス極性ピーク電流Ｉｐｐと、プラス極性ベース電流Ｉｐｂとを含む。プラス極性ピーク電流Ｉｐｐは、電極プラス極性期間Ｔｐｐの間、流れる。電極プラス極性期間Ｔｐｐは、たとえば０．８〜２．０ｍｓｅｃである。プラス極性ピーク電流Ｉｐｐの絶対値Ｉｅｐｐは、たとえば３００〜３５０Ａである。一方、プラス極性ベース電流Ｉｐｂは、電極プラス極性期間Ｔｐｂの間、流れる。電極プラス極性期間Ｔｐｂは、たとえば３〜１０ｍｓｅｃである。プラス極性ベース電流Ｉｐｂの絶対値Ｉｅｐｂは、たとえば３０〜１００Ａである。
【００４２】
電極マイナス極性電流Ｉｅｎは、消耗電極１５が陰極、母材Ｗが陽極となった状態で流れる電流である。電極マイナス極性電流Ｉｅｎは、電極マイナス極性期間Ｔｅｎの間、流れる。電極マイナス極性期間Ｔｅｎは、たとえば２．０〜５．０ｍｓｅｃである。電極マイナス極性電流Ｉｅｎの絶対値Ｉｅｎｐは、たとえば５０〜１００Ａである。
【００４３】
プラス極性ピーク電流Ｉｐｐ、プラス極性ベース電流Ｉｐｂ、電極マイナス極性電流Ｉｅｎ、電極プラス極性期間Ｔｐｐ、および電極マイナス極性期間Ｔｅｎは、所定値に設定される。電極プラス極性期間Ｔｐｂは、溶接電圧Ｖｗの平均値が予め定められた溶接電圧設定値と等しくなるようにフィードバック制御される。この制御によってアークａ１の長さが適正値に制御される。プラス極性ピーク電流Ｉｐｐ、プラス極性ベース電流Ｉｐｂ、および電極マイナス極性電流Ｉｅｎの絶対値について時間平均した値が、電流値ｉｗ１に一致する。電流値ｉｗ１は、たとえば２５０Ａである。
【００４４】
以上のように、第１期間Ｔ１においては溶接電流Ｉｗとしてパルス電流が流れる。そして１パルスごとに、１つの溶滴が消耗電極１５から母材Ｗへと移行する。このようにアークａ１を発生させつつ消耗電極１５から母材Ｗへと溶滴を移行させる。そのため、図５（ｓ−１）に示すように、第１期間Ｔ１において溶融池８８１が形成される。第１期間Ｔ１においては、消耗電極１５から母材Ｗへ溶滴が移行する程度の比較的大きな電流値ｉｗ１で溶接電流Ｉｗが流れているため、母材Ｗへの入熱量は比較的多くなる。
【００４５】
なお、本実施形態では、第１期間Ｔ１中に流れる溶接電流Ｉｗが交流のパルス電流である例を示したが、第１期間Ｔ１中に流れる溶接電流Ｉｗは、直流のパルス電流であってもよい。第１期間Ｔ１中に流れる溶接電流Ｉｗが直流のパルス電流である場合には、電極マイナス極性期間Ｔｅｎが０となる。
【００４６】
（２）第２期間Ｔ２
図３（ｆ）に示すように、各第２期間Ｔ２中、溶接モード制御回路２２は、溶接モード信号Ｓｓとして第２期間モード信号Ｍ２を、動作制御回路２１と、電源特性切替回路ＳＷと、電流制御回路ＩＲと、送給制御回路ＦＣとに送る。同図（ａ）に示すように、動作制御回路２１は、溶接モード信号Ｓｓとして第２期間モード信号Ｍ２を受けると、移動速さＶｖを第２速さｖ２にするための動作制御信号Ｍｓを溶接ロボット１に送る。これにより、移動速さＶｖを第２速さｖ２として、消耗電極１５（溶接トーチ１４）が母材に対して、溶接進行方向Ｄｒに移動する（図５（ｓ−２）参照）。第２速さｖ２は第１速さｖ１より大きい。第２速さｖ２は、たとえば８０ｃｍ／ｍｉｎである。
【００４７】
図３（ｃ）に示すように、電源特性切替回路ＳＷは、溶接モード信号Ｓｓとして第２期間モード信号Ｍ２を受けると、電源特性切替回路ＳＷにおけるスイッチをｂ側に接続する。これにより、出力回路３１の電源特性が定電流特性に設定される。電流制御回路ＩＲは、溶接モード信号Ｓｓとして第２期間モード信号Ｍ２を受けると、溶接電流Ｉｗを第２電流値ｉｗ２で流すための電流設定信号Ｉｒを電源特性切替回路ＳＷに送る。これにより、同図（ｂ）に示すように、各第２期間Ｔ２中は、溶接電流Ｉｗが絶対値の時間平均値を第２電流値ｉｗ２として流れる。各第２期間Ｔ２において流れる溶接電流Ｉｗは、図３（ｂ）に示すとおりの波形の電流である。すなわち、各第２期間Ｔ２において流れる溶接電流Ｉｗは、直流且つ一定の電流である。第２電流値ｉｗ２は、消耗電極１５から母材Ｗへ溶滴移行しない程度の小さい値である。そのため、各第２期間Ｔ２における母材Ｗへの入熱量は少ない。本実施形態では、各第２期間Ｔ２においては、第２電流値ｉｗ２は０より大きい。すなわち、図５（ｓ−２）に示すように、第２期間Ｔ２においては、アークａ１が発生している状態を継続させる。そのため第２期間Ｔ２から第１期間Ｔ１に移行する時にアークａ１を再発生させる必要がなく、アークａ１を再発生させる手間を省くことができる。第２電流値ｉｗ２は、たとえば１５Ａである。
【００４８】
送給制御回路ＦＣは、溶接モード信号Ｓｓとして第２期間モード信号Ｍ２を受けると、送給速度Ｆｗを速度ｆｗ２とするための送給速度制御信号Ｆｃを送給機構１６１に送る。これにより、図３（ｄ）に示すように、消耗電極１５が、送給速度Ｆｗを速度ｆｗ２として送給され始める。速度ｆｗ２は、たとえば、５０〜１５０ｃｍ／ｍｉｎである。
【００４９】
第２期間Ｔ２において、当該第２期間Ｔ２以前の第１期間Ｔ１においてアークａ１から受けた熱が、母材Ｗにおいて拡散する。この熱は当該第２期間Ｔ２中に拡散することにより、母材Ｗのうち、当該第２期間Ｔ２の次の第１期間Ｔ１において溶接を行う位置にも伝わる。
【００５０】
図５（ｓ−３）に示すように、第２期間Ｔ２の後に再び第１期間Ｔ１における工程を行う。以上のように、初期期間Ｔｓ（時刻ｔ１〜時刻ｔ２）中は、第１期間Ｔ１と第２期間Ｔ２とを交互に複数回繰り返す。初期期間Ｔｓでは、溶接痕８８２のうち図６のＢｓで示した部分が形成される。
【００５１】
時刻ｔ２において、初期期間Ｔｓは、第１期間Ｔ１を経過した時に終了し次に述べる中間期間Ｔｍに移行する。すなわち、時刻ｔ２において、第１期間Ｔ１と中間期間Ｔｍとは連続しており、中間期間Ｔｍには第１期間Ｔ１から直接移行する。
【００５２】
[中間期間Ｔｍ（時刻ｔ２〜時刻ｔ３）]
図３（ｇ）に示すように、中間期間Ｔｍ中、溶接モード制御回路２２は、溶接モード信号Ｓｓとして中間期間モード信号Ｍ３を、動作制御回路２１と、電源特性切替回路ＳＷと、電流制御回路ＩＲと、送給制御回路ＦＣとに送る。同図（ａ）に示すように、動作制御回路２１は、溶接モード信号Ｓｓとして中間期間モード信号Ｍ３を受けると、移動速さＶｖを第３速さｖ３にするための動作制御信号Ｍｓを溶接ロボット１に送る。これにより、移動速さＶｖを第３速さｖ３として、消耗電極１５（溶接トーチ１４）が母材に対して、溶接進行方向Ｄｒに移動する（図５（ｓ−４）参照）。第３速さｖ３は第１速さｖ１より大きい。第３速さｖ３は、たとえば６０ｃｍ／ｍｉｎである。第３速さｖ３は第２速さｖ２と同一でもよいが、本実施形態においては、第２速さｖ２より小さい。
【００５３】
図３（ｃ）に示すように、電源特性切替回路ＳＷは、溶接モード信号Ｓｓとして中間期間モード信号Ｍ３を受けると、電源特性切替回路ＳＷにおけるスイッチをｂ側に接続する。これにより、出力回路３１の電源特性が定電流特性に設定される。電流制御回路ＩＲは、溶接モード信号Ｓｓとして中間期間モード信号Ｍ３を受けると、溶接電流Ｉｗを第３電流値ｉｗ３で流すための電流設定信号Ｉｒを電源特性切替回路ＳＷに送る。これにより、同図（ｂ）に示すように、中間期間Ｔｍ中は、溶接電流Ｉｗが絶対値の時間平均値を第３電流値ｉｗ３として流れる。中間期間Ｔｍにおいて流れる溶接電流Ｉｗは、図３（ｂ）に示すとおりの波形の電流である。すなわち、中間期間Ｔｍにおいて流れる溶接電流Ｉｗは、直流且つ一定の電流である。第３電流値ｉｗ３は、消耗電極１５から母材Ｗへ溶滴移行しない程度の小さい値である。本実施形態では、中間期間Ｔｍにおいては、第３電流値ｉｗ３は０より大きい。すなわち、図５（ｓ−４）に示すように、中間期間Ｔｍにおいては、アークａ１が発生している状態を継続させる。第３電流値ｉｗ３は、たとえば１５Ａである。図３（ｂ）では、第３電流値ｉｗ３は第２電流値ｉｗ２とほぼ同一の値として示しているが、第３電流値ｉｗ３は、第２電流値ｉｗ２より小さくても大きくても良い。
【００５４】
送給制御回路ＦＣは、溶接モード信号Ｓｓとして中間期間モード信号Ｍ３を受けると、送給速度Ｆｗを速度ｆｗ３とするための送給速度制御信号Ｆｃを送給機構１６１に送る。これにより、同図（ｄ）に示すように、消耗電極１５が、送給速度Ｆｗを速度ｆｗ３として送給され始める。速度ｆｗ３は、たとえば、５０〜１００ｃｍ／ｍｉｎである。中間期間Ｔｍは、たとえば、０．２ｓである。
【００５５】
[定常期間Ｔｃ（時刻ｔ３〜）]
時刻ｔ３において、定常期間Ｔｃが開始する。定常期間Ｔｃと中間期間Ｔｍとは連続している。すなわち、中間期間Ｔｍは定常期間Ｔｃに直接移行する。図３（ｈ）に示すように、定常期間Ｔｃ中、溶接モード制御回路２２は、溶接モード信号Ｓｓとして定常期間モード信号Ｍ４を、動作制御回路２１と、電源特性切替回路ＳＷと、電流制御回路ＩＲと、送給制御回路ＦＣとに送る。同図（ａ）に示すように、動作制御回路２１は、溶接モード信号Ｓｓとして定常期間モード信号Ｍ４を受けると、移動速さＶｖを定常速さｖ４とするための動作制御信号Ｍｓを溶接ロボット１に送る。これにより、移動速さＶｖを定常速さｖ４として、消耗電極１５（溶接トーチ１４）が母材に対して、溶接進行方向Ｄｒに移動する（図５（ｓ−５）参照）。定常速さｖ４は第１速さｖ１より大きい。定常速さｖ４は、たとえば６０ｃｍ／ｍｉｎである。定常速さｖ４は第２速さｖ２と同一でもよいが、本実施形態においては、第２速さｖ２より小さい。定常速さｖ４は第３速さｖ３と同一である。
【００５６】
同図（ｃ）に示すように、電源特性切替回路ＳＷは、溶接モード信号Ｓｓとして定常期間モード信号Ｍ４を受けると、電源特性切替回路ＳＷにおけるスイッチをａ側に接続する。これにより、出力回路３１の電源特性が定電圧特性に設定される。送給制御回路ＦＣは、溶接モード信号Ｓｓとして定常期間モード信号Ｍ４を受けると、送給速度Ｆｗを速度ｆｗ４とするための送給速度制御信号Ｆｃを送給機構１６１に送る。これにより、同図（ｄ）に示すように、消耗電極１５が、送給速度Ｆｗを速度ｆｗ４として送給され始める。速度ｆｗ４は、たとえば、１００〜１０００ｃｍ／ｍｉｎである。同図（ｂ）に示すように、定常期間Ｔｃにおいては、溶接電流Ｉｗが絶対値の平均値を定常電流値ｉｗ４として流れている。本実施形態では定常電流値ｉｗ４は第１電流値ｉｗ１より大きい。本実施形態と異なり、定常電流値ｉｗ４が第１電流値ｉｗ１と同一であってもよいし、第１電流値ｉｗ１より小さくてもよい。定常期間Ｔｃは、溶接終了までの期間であり、初期期間Ｔｓより長い期間である。
【００５７】
定常期間Ｔｃにおいては、第１期間Ｔ１と同様に、溶接電流Ｉｗとしてパルス電流が流れる。そして１パルスごとに、１つの溶滴が消耗電極１５から母材Ｗへと移行する。このようにアークａ１を発生させつつ消耗電極１５から母材Ｗへと溶滴を移行させる。そして、図５（ｓ−５）に示すように、定常期間Ｔｃにおいて溶接痕８８２が形成される。図６では、溶接痕８８２のうち定常期間Ｔｃに形成される部分をＢｃとして示している。
【００５８】
次に、本実施形態の作用効果について説明する。
【００５９】
本実施形態においては、初期期間Ｔｓにおいて、第１期間Ｔ１と第２期間Ｔ２とを交互に複数回繰り返す。各第１期間Ｔ１中に、母材Ｗに沿った溶接進行方向Ｄｒにおける母材Ｗに対する消耗電極１５の速さである移動速さＶｖが第１速さｖ１である状態で、アークａ１を発生させつつ消耗電極１５から母材Ｗへ溶滴を移行させる。各第２期間Ｔ２中に、移動速さＶｖを第１速さｖ１より大きい第２速さｖ２として、消耗電極１５を母材Ｗに対して移動させる。このような構成によると、初期期間Ｔｓにて第１期間Ｔ１と第２期間Ｔ２とが交互に複数回繰り返されるため、溶滴を移行させるための各第１期間Ｔ１は比較的短いものとなる。各第１期間Ｔ１が短いと、移動速さＶｖは、比較的小さい第１速さｖ１となった時刻（第１期間Ｔ１の開始時刻）から、即座に、比較的大きい第２速さｖ２に変化する。よって、第１期間Ｔ１中に母材Ｗの同じ位置に長い間溶滴が移行され続けることがないため、溶接痕８８２が過度に盛り上がりにくい。そのため、第１期間Ｔ１における溶接電流Ｉｗの電流値を大きくすることができる。また、第１期間Ｔ１における移動速さＶｖは比較的小さい第１速さｖ１である。第１期間Ｔ１にて溶接電流Ｉｗの電流値を大きくすることができ、且つ、第１期間Ｔ１における移動速さＶｖが比較的小さい第１速さｖ１である本実施形態にかかる方法によると、各第１期間Ｔ１ごとに、母材Ｗにおけるある領域に集中して熱を与えることができる。これにより、各第１期間Ｔ１中ごとに、母材Ｗにおけるある領域の温度を大きく上昇させることができる。
【００６０】
母材Ｗの温度を大きく上昇させることができると、たとえば、母材Ｗの溶け込みを深くすることができ、形成される溶接痕８８２と母材Ｗとの馴染みを良好にすることができ、もしくは、溶融池８８１を形成しやすくすることができる。このように母材Ｗにおけるある領域の温度を大きく上昇させることができる本実施形態にかかる方法は、溶接スタート時から溶接終了時まで、溶接痕８８２の幅や、母材Ｗの溶け込み深さや、もしくは余盛を揃えるのに適する。したがって、本実施形態にかかる方法は、溶接スタート時から溶接終了時まで良好な溶接を行うことができる。
【００６１】
母材Ｗが熱伝導率の高い材料（たとえば、アルミニウムまたはアルミニウムの合金）よりなる場合、母材Ｗにおいて熱が拡散しやすく、母材Ｗのうち熱が与えられた部位の温度が上昇しにくい。各第１期間Ｔ１ごとに母材Ｗにおけるある領域に集中して熱を与えることができる本実施形態にかかる方法は、母材Ｗが熱伝導率の高い材料よりなる場合であっても、好適に母材Ｗのある領域の温度を上昇させることができる。
【００６２】
本実施形態においては、各第１期間Ｔ１中は、溶接電流Ｉｗを絶対値の時間平均値を第１電流値ｉｗ１として流す。各第２期間Ｔ２中は、溶接電流Ｉｗを絶対値の時間平均値を第１電流値ｉｗ１より小さい第２電流値ｉｗ２として流す。このような構成によると、第２期間Ｔ２における消耗電極１５から母材Ｗへの溶滴移行を、抑制することができる。第２期間Ｔ２における溶滴移行の抑制は、溶接痕８８２が過度に盛り上がること（余盛が高くなること）を抑制するのに適する。
【００６３】
本実施形態においては、中間期間Ｔｍ中に、溶接電流Ｉｗを絶対値の時間平均値を第１電流値ｉｗ１より小さい第３電流値ｉｗ３として流し、且つ、移動速さＶｖを第１速さｖ１より大きい第３速さｖ３として消耗電極１５を母材Ｗに対して移動させる。中間期間Ｔｍは定常期間Ｔｃに直接移行する。このような構成によると、中間期間Ｔｍ中は、あまり溶滴を移行させることなく、消耗電極１５を母材に対し移動させることができる。そのため、初期期間Ｔｓにおける最後の第１期間Ｔ１に形成された溶接痕８８２に対し更に、多くの溶滴を滴下させずに、定常期間Ｔｃを開始することができる。したがって、定常期間Ｔｃの開始時に形成される溶接痕８８２が部分的に盛り上がることを抑制することができ、きれいな溶接痕８８２を形成することができる。
【００６４】
本実施形態においては、中間期間Ｔｍ中は、アークａ１が発生している状態を継続させる。このような構成によれば、中間期間Ｔｍにおいてアークａ１を消滅させないため、中間期間Ｔｍから定常期間Ｔｃに移行する時にアークａ１を再発生させる必要がない。そのため、定常期間Ｔｃを開始する時にアークａ１を再発生させるために移動速さＶｖを０にする必要がない。これは、溶接時間の短縮に好適である。
【００６５】
本実施形態においては、定常期間Ｔｃ中に、溶接電流Ｉｗを、絶対値の時間平均値を第１電流値ｉｗ１より大きい定常電流値ｉｗ４として流す。このような構成は、定常期間Ｔｃにおけるアーク圧力を向上させるのに適する。アーク圧力を向上させることができると、深い溶け込みを形成することができる。
【００６６】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。
【００６７】
上述の実施形態のように第２期間Ｔ２中アークａ１が発生している状態を継続させることが好ましいが、第２期間Ｔ２にアークａ１を消滅させてもよい。同様に、上述の実施形態のように中間期間Ｔｍ中アークａ１が発生している状態を継続させることが好ましいが、中間期間Ｔｍにアークａ１を消滅させてもよい。上述の実施形態のように中間期間Ｔｍを行うことが好ましいが、中間期間Ｔｍを行わずに第１期間Ｔ１から直接定常期間Ｔｃに移行してもよい。上述の実施形態では第１速さｖ１が０である例を示したが、たとえば、第１速さｖ１が０より大きくてもよい。
【符号の説明】
【００６８】
Ａ１ アーク溶接システム
１ 溶接ロボット
１１ ベース部材
１２ アーム
１３ モータ
１４ 溶接トーチ
１５ 消耗電極
１５１ 溶滴
１６ ワイヤ送給装置
１６１ 送給機構
１９ コイルライナ
２１ 動作制御回路
２２ 溶接モード制御回路
２３ ティーチペンダント
２４〜２７ 記憶部
３１ 出力回路
３５ 記憶部
Ｅａ 誤差信号
ＥＩ 電流誤差計算回路
Ｅｉ 電流誤差信号
ＥＶ 電圧誤差計算回路
Ｅｖ 電圧誤差信号
ＦＣ 送給制御回路
Ｆｃ 送給速度制御信号
Ｆｗ 送給速度
ＩＤ 電流検出回路
Ｉｄ 電流検出信号
Ｉｅｐ 電極プラス極性電流
Ｉｅｐｐ 絶対値
Ｉｅｐｂ 絶対値
Ｉｅｎｐ 絶対値
Ｉｅｎ 電極マイナス極性電流
Ｉｐｂ プラス極性ベース電流
Ｉｐｐ プラス極性ピーク電流
ＩＲ 電流制御回路
Ｉｒ 電流設定信号
Ｉｗ 溶接電流
ｉｗ１ 第１電流値
ｉｗ２ 第２電流値
ｉｗ３ 第３電流値
ｉｗ４ 定常電流値
ＭＣ 電力発生回路
Ｍｓ 動作制御信号
Ｍ１ 第１期間モード信号
Ｍ２ 第２期間モード信号
Ｍ３ 中間期間モード信号
Ｍ４ 定常期間モード信号
ＳＷ 電源特性切替回路
Ｔｓ 初期期間
Ｔ１ 第１期間
Ｔ２ 第２期間
Ｔｍ 中間期間
Ｔｃ 定常期間
Ｔｅ 周期
Ｔｐｐ 電極プラス極性期間
Ｔｐｂ 電極プラス極性期間
Ｔｅｎ 電極マイナス極性期間
ＶＤ 電圧検出回路
Ｖｄ 電圧検出信号
ＶＲ 電圧制御回路
Ｖｒ 電圧設定信号
Ｖｖ 移動速さ
Ｖｗ 溶接電圧
ｖ１ 第１速さ
ｖ２ 第２速さ
ｖ３ 第３速さ
ｖ４ 定常速さ
Ｗ 母材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１期間と第２期間とを交互に複数回繰り返す初期工程と、
上記初期工程の後に、消耗電極と母材との間にアークを発生させつつ上記消耗電極から上記母材へ溶滴を移行させる定常工程と、を備え、
上記初期工程は、
上記各第１期間中に、上記母材に沿った溶接進行方向における、上記母材に対する上記消耗電極の速さである移動速さが第１速さである状態で、上記アークを発生させつつ上記消耗電極から上記母材へ溶滴を移行させる第１工程と、
上記各第２期間中に、上記移動速さを上記第１速さより大きい第２速さとして、上記消耗電極を上記母材に対して移動させる第２工程と、を含み、
上記定常工程においては、上記移動速さを上記第１速さより大きい定常速さとして、上記消耗電極を上記母材に対して移動させる、アーク溶接方法。
【請求項２】
上記第１工程においては、上記消耗電極から上記母材に流れる溶接電流を、絶対値の時間平均値を第１電流値として流し、上記第２工程においては、上記溶接電流を、絶対値の時間平均値を上記第１電流値より小さい第２電流値として流す、請求項１に記載のアーク溶接方法。
【請求項３】
上記初期工程の後に、上記溶接電流を、絶対値の時間平均値を上記第１電流値より小さい第３電流値として流し、且つ、上記移動速さを上記第１速さより大きい第３速さで上記消耗電極を上記母材に対して移動させる中間工程を更に備え、
上記中間工程は上記定常工程に直接移行する、請求項２に記載のアーク溶接方法。
【請求項４】
上記中間工程においては、上記アークが発生している状態を継続させる、請求項３に記載のアーク溶接方法。
【請求項５】
上記定常工程においては、上記溶接電流を、絶対値の時間平均値を上記第１電流値より大きい定常電流値として流す、請求項２ないし４のいずれかに記載のアーク溶接方法。
【請求項６】
上記各第２工程においては、上記アークが発生している状態を継続させる、請求項１ないし５のいずれかに記載のアーク溶接方法。
【請求項７】
消耗電極と母材との間に溶接電流を流す出力回路と、
第１期間および第２期間を交互に複数回繰り返す初期期間と、上記初期期間の後であり且つ上記初期期間より長い定常期間と、を発生させる溶接モード制御回路と、
上記母材に沿った溶接進行方向における上記母材に対する上記消耗電極の速さである移動速さを制御する動作制御回路と、
第１速さの値を記憶する第１速さ記憶部と、
第２速さの値を記憶する第２速さ記憶部と、を備え、
上記出力回路は、上記各第１期間と上記定常期間とにおいて、上記溶接電流をパルス電流で流し、
上記動作制御回路は、上記各第１期間において上記移動速さを上記第１速さに設定し、上記各第２期間において上記移動速さを上記第２速さに設定する、アーク溶接システム。
【請求項１】
第１期間と第２期間とを交互に複数回繰り返す初期工程と、
上記初期工程の後に、消耗電極と母材との間にアークを発生させつつ上記消耗電極から上記母材へ溶滴を移行させる定常工程と、を備え、
上記初期工程は、
上記各第１期間中に、上記母材に沿った溶接進行方向における、上記母材に対する上記消耗電極の速さである移動速さが第１速さである状態で、上記アークを発生させつつ上記消耗電極から上記母材へ溶滴を移行させる第１工程と、
上記各第２期間中に、上記移動速さを上記第１速さより大きい第２速さとして、上記消耗電極を上記母材に対して移動させる第２工程と、を含み、
上記定常工程においては、上記移動速さを上記第１速さより大きい定常速さとして、上記消耗電極を上記母材に対して移動させる、アーク溶接方法。
【請求項２】
上記第１工程においては、上記消耗電極から上記母材に流れる溶接電流を、絶対値の時間平均値を第１電流値として流し、上記第２工程においては、上記溶接電流を、絶対値の時間平均値を上記第１電流値より小さい第２電流値として流す、請求項１に記載のアーク溶接方法。
【請求項３】
上記初期工程の後に、上記溶接電流を、絶対値の時間平均値を上記第１電流値より小さい第３電流値として流し、且つ、上記移動速さを上記第１速さより大きい第３速さで上記消耗電極を上記母材に対して移動させる中間工程を更に備え、
上記中間工程は上記定常工程に直接移行する、請求項２に記載のアーク溶接方法。
【請求項４】
上記中間工程においては、上記アークが発生している状態を継続させる、請求項３に記載のアーク溶接方法。
【請求項５】
上記定常工程においては、上記溶接電流を、絶対値の時間平均値を上記第１電流値より大きい定常電流値として流す、請求項２ないし４のいずれかに記載のアーク溶接方法。
【請求項６】
上記各第２工程においては、上記アークが発生している状態を継続させる、請求項１ないし５のいずれかに記載のアーク溶接方法。
【請求項７】
消耗電極と母材との間に溶接電流を流す出力回路と、
第１期間および第２期間を交互に複数回繰り返す初期期間と、上記初期期間の後であり且つ上記初期期間より長い定常期間と、を発生させる溶接モード制御回路と、
上記母材に沿った溶接進行方向における上記母材に対する上記消耗電極の速さである移動速さを制御する動作制御回路と、
第１速さの値を記憶する第１速さ記憶部と、
第２速さの値を記憶する第２速さ記憶部と、を備え、
上記出力回路は、上記各第１期間と上記定常期間とにおいて、上記溶接電流をパルス電流で流し、
上記動作制御回路は、上記各第１期間において上記移動速さを上記第１速さに設定し、上記各第２期間において上記移動速さを上記第２速さに設定する、アーク溶接システム。
【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２０１２−１３９６９２（Ｐ２０１２−１３９６９２Ａ）
【公開日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２９２１３１（Ｐ２０１０−２９２１３１）
【出願日】平成２２年１２月２８日（２０１０．１２．２８）
【出願人】（００００００２６２）株式会社ダイヘン (990)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２８日（２０１０．１２．２８）
【出願人】（００００００２６２）株式会社ダイヘン (990)
【Ｆターム（参考）】
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