アーク溶接方法およびアーク溶接システム
【課題】消費電力の低減を図るのに適するアーク溶接方法を提供する。
【解決手段】各単位期間中に、非消耗電極１５と母材Ｗとの間に生成したアークａ１により母材Ｗに溶融池８８８を形成する工程と、溶融池８８８を形成する工程の後に、アークａ１により、溶接金属８８１を加熱する工程と、を備える。このような構成によると、溶接金属８８１を加熱する工程はそれぞれ、溶融池８８８を形成する複数回の工程の間に行われる。そうすると、従来の場合と比較して、溶融池８８８が形成された時からあまり時間が経過していない時に、当該溶融池８８８が凝固した溶接金属８８１に対する平坦化のための加熱を、行うことができる。これにより、溶接金属８８１の温度があまり低下していない時に、溶接金属８８１に対する平坦化のための加熱を行うことができる。よって、溶接金属８８１を溶融させるために必要なエネルギの低減を図ることが可能となる。
【解決手段】各単位期間中に、非消耗電極１５と母材Ｗとの間に生成したアークａ１により母材Ｗに溶融池８８８を形成する工程と、溶融池８８８を形成する工程の後に、アークａ１により、溶接金属８８１を加熱する工程と、を備える。このような構成によると、溶接金属８８１を加熱する工程はそれぞれ、溶融池８８８を形成する複数回の工程の間に行われる。そうすると、従来の場合と比較して、溶融池８８８が形成された時からあまり時間が経過していない時に、当該溶融池８８８が凝固した溶接金属８８１に対する平坦化のための加熱を、行うことができる。これにより、溶接金属８８１の温度があまり低下していない時に、溶接金属８８１に対する平坦化のための加熱を行うことができる。よって、溶接金属８８１を溶融させるために必要なエネルギの低減を図ることが可能となる。
【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ＴＩＧ溶接が知られている。ＴＩＧ溶接では、たとえばタングステンよりなる非消耗電極と母材との間にアークを発生させることにより溶接を行う。ＴＩＧ溶接に関する技術は、たとえば、特許文献１，２に開示されている。
【０００３】
ＴＩＧ溶接を用いて２つの薄肉管を溶接する場合がある。当該溶接においては、まず、溶接金属を形成するための第１の工程を行う。第１の工程では、図７に示す２つの薄肉管９９１，９９２（母材）を突き合わせた状態で薄肉管９９１，９９２の突き合わせ線に沿って、非消耗電極を移動させる。非消耗電極を移動させる際、非消耗電極と薄肉管９９１，９９２との間のアークにより、薄肉管９９１，９９２に溶融池が順次形成される。これらの溶融池は凝固し溶接金属９９５になる。図７に示すように、第１の工程を終えた時には、溶接金属９９５は、薄肉管９９１の円周方向に沿って形成されている。また、第１の工程を終えた時には溶接金属９９５の表面はあまり平坦ではない。特に、図７に示すように、非消耗電極に流れる電流波形によっては、溶接金属９９５は、円形の溶接ビードが連なる形状となることもある。
【０００４】
溶接金属９９５は、図８に示すような表面が平坦であるものが好まれることがある。そこで次に、溶接金属９９５の表面を平坦にするための第２の工程を行う。第２の工程では、第１の工程と同様に、薄肉管９９１，９９２の突き合わせ線に沿って、非消耗電極を移動させる。非消耗電極を移動させる際、非消耗電極と２つの薄肉管９９１，９９２（母材）との間のアークにより、図７に示した溶接金属９９５が加熱され溶融する。第２の工程では、上記突き合わせ線に交差する方向に、上記非消耗電極をウィービングさせることもある。そして、図８に示すように、第２の工程を終えた時には、溶接金属９９５の表面が平坦になっている。
【０００５】
以上に説明した第１の工程と第２の工程とを行う溶接方法において、第２の工程を行う時には、室温程度の低い温度まで低下した溶接金属９９５を加熱し、再び溶融させる必要がある。室温程度の低い温度まで低下した溶接金属９９５を加熱し再び溶融させるには、多くのエネルギを要する。溶接金属９９５を再び溶融させるために多くのエネルギを要する当該方法では、消費電力の低減を十分に図ることができていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６３−１９２５６３号公報
【特許文献２】特開２００９−２６２２１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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、消費電力の低減を図るのに適す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】
【０００８】
本発明の第１の側面によると、単位期間を繰り返すアーク溶接方法であって、上記各単位期間中に、非消耗電極と母材との間に生成したアークにより上記母材に溶融池を形成する工程と、上記溶融池を形成する工程の後に、上記アークにより、溶融池が凝固した溶接金属を加熱する工程と、を備える、アーク溶接方法が提供される。
【０００９】
好ましくは、上記溶融池を形成する工程においては、上記非消耗電極と上記母材との間に、絶対値の時間平均値が第１電流値である溶接電流を流し、上記加熱する工程においては、上記非消耗電極と上記母材との間に、絶対値の時間平均値が、上記第１電流値より小さい第２電流値である溶接電流を流す。
【００１０】
好ましくは、上記各単位期間中に、上記溶融池を形成する工程と上記加熱する工程との間に、上記非消耗電極と上記母材との間に流れる溶接電流の絶対値の時間平均値を徐々に減少させる工程を更に備える。
【００１１】
好ましくは、上記各単位期間中に、上記溶融池を形成する工程と上記加熱する工程との間に、上記母材に対し上記非消耗電極を溶接進行方向とは反対側の地点まで移動させる第１移動工程を更に備え、上記第１移動工程においては、上記溶接進行方向と交差する方向に、上記母材に対し上記非消耗電極を移動させる。
【００１２】
好ましくは、上記各単位期間中に、上記加熱する工程の後に、上記非消耗電極と上記母材との間に流れる溶接電流の絶対値の時間平均値を徐々に上昇させる工程を更に備える。
【００１３】
好ましくは、上記各単位期間中に、上記加熱する工程の後に、上記母材に対し上記非消耗電極を上記溶接進行方向側の地点まで移動させる第２移動工程を更に備え、上記第２移動工程においては、上記溶接進行方向と交差する方向に、上記母材に対し上記非消耗電極を移動させる。
【００１４】
好ましくは、上記溶融池を形成する工程においては、上記アークにフィラーワイヤを供給する。
【００１５】
好ましくは、上記加熱する工程においては、上記溶接進行方向と交差する方向に、上記母材に対し上記非消耗電極をウィービングさせる。
【００１６】
好ましくは、上記加熱する工程にて加熱する溶接金属は、当該加熱する工程の行われる単位期間よりも、２回以上前の単位期間における溶融池を形成する工程にて形成された溶融池が凝固したものである。
【００１７】
好ましくは、上記溶融池を形成する工程においては、上記溶接電流として、周波数が８０〜１２０Ｈｚであるパルス電流を流す。
【００１８】
本発明の第２の側面によると、単位期間を繰り返し発生させるモード制御回路と、非消耗電極および母材の間に溶接電流を流す出力回路と、上記非消耗電極および上記母材の間のアークへ供給するフィラーワイヤの送給速度を制御する送給速度制御回路と、上記母材に対する上記非消耗電極の動作を制御する動作制御回路と、を備え、上記モード制御回路は、上記各単位期間中に、溶融池形成モード信号および溶接金属加熱モード信号を送り、上記送給速度制御回路は、上記溶融池形成モード信号を受けると、上記送給速度を正の値に設定し、上記動作制御回路は、溶接金属加熱モード指令部を含み、上記溶接金属加熱モード指令部は、上記溶接金属加熱モード信号を受けると、溶接進行方向に交差する方向に、上記母材に対し上記非消耗電極をウィービングさせる、アーク溶接システムが提供される。
【００１９】
好ましくは、第１電流値を記憶する第１電流値記憶部と、第２電流値を記憶する第２電流値記憶部と、を更に備え、上記出力回路は、上記溶融池形成モード信号を受けると、上記溶接電流として絶対値の時間平均値が上記第１電流値であるものを流し、上記溶接金属加熱モード信号を受けると、上記溶接電流として絶対値の時間平均値が上記第２電流値であるものを流す。
【００２０】
好ましくは、上記モード制御回路は、上記各単位期間中に、上記溶融池形成モード信号を送った後且つ上記溶接金属加熱モード信号を送る前に、第１中間モード信号を送り、上記出力回路は、上記第１中間モード信号を受けると、上記溶接電流の絶対値の時間平均値を、上記第１電流値から上記第２電流値に徐々に変化させる。
【００２１】
好ましくは、上記動作制御回路は、上記第１中間モード信号を受けると、上記溶接進行方向に交差する方向に上記非消耗電極を移動させる第１中間モード指令部を含む。
【００２２】
好ましくは、上記モード制御回路は、上記各単位期間中に、上記溶接金属加熱モード信号を送った後に、第２中間モード信号を送り、上記出力回路は、上記第２中間モード信号を受けると、上記溶接電流の絶対値の時間平均値を、上記第２電流値から上記第１電流値に徐々に変化させる。
【００２３】
このような構成によると、溶接金属を加熱する工程はそれぞれ、溶融池を形成する複数回の工程の間に行われる。そうすると、従来の場合と比較して、溶融池が形成された時からあまり時間が経過していない時に、当該溶融池が凝固した溶接金属に対する平坦化のための加熱を、行うことができる。これにより、溶接金属の温度があまり低下していない時に、溶接金属に対する平坦化のための加熱を行うことができる。よって、溶接金属を溶融させるために必要なエネルギの低減を図ることが可能となる。このことは、アーク溶接にて要する消費電力の低減を図るのに適する。
【００２４】
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】
【００２５】
【図１】本発明の第１実施形態にかかるアーク溶接システムの構成を示すブロック図である。
【図２】図１の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３】一つの単位期間における各信号等の変化を詳細に示すタイミングチャートである。
【図４】図１に示したアーク溶接システムを用いたアーク溶接方法における、非消耗電極の平面視の軌跡を、矢印を用いて模式的に表した図である。
【図５】図４に示す位置に非消耗電極が位置している場合の断面図である。
【図６】図１に示したアーク溶接システムを用いたアーク溶接方法における、非消耗電極の平面視の軌跡を、矢印を用いて模式的に表した図である。
【図７】従来のアーク溶接方法において形成される溶接金属を表す写真である。
【図８】従来のアーク溶接方法において形成される溶接金属を表す写真である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
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。
【００２７】
図１に示すアーク溶接システムＡ１は、溶接ロボット１と、ロボット制御装置２と、溶接電源装置３と、を備える。
【００２８】
溶接ロボット１は、母材Ｗに対してアーク溶接を自動で行うものである。溶接ロボット１は、マニピュレータ１１と、溶接トーチ１２と、非消耗電極１５と、ワイヤ送給装置１６とを含む。
【００２９】
マニピュレータ１１は、たとえば多関節ロボットである。溶接トーチ１２は、たとえば銅などの金属からなる筒状部材であり、適宜水冷構造を有する。溶接トーチ１２は、ノズル（図示略）を有する。非消耗電極１５は、たとえばタングステンからなる金属棒である。非消耗電極１５は溶接トーチ１２に保持されている。非消耗電極１５および溶接トーチ１２は、マニピュレータ１１の駆動により、上下前後左右に自在に移動できる。アーク溶接システムＡ１の稼動時には、非消耗電極１５を囲むように上記ノズルからプラズマガスが噴出される。当該プラズマガスを媒体として非消耗電極１５と母材Ｗとの間にアークａ１が発生する。アークａ１が発生している際、非消耗電極１５と母材Ｗとの間に溶接電圧Ｖｗが印加され、非消耗電極１５から母材Ｗに溶接電流Ｉｗが流れる。ワイヤ送給装置１６はフィラーワイヤ１９を、非消耗電極１５と母材Ｗとの間に送り出すためのものである。
【００３０】
ロボット制御装置２は、動作制御回路２１と、モード制御回路２２と、ティーチペンダント（図示略）と、を含む。ロボット制御装置２は、溶接ロボット１の動作を制御するためのものである。
【００３１】
動作制御回路２１は、マイクロコンピュータおよびメモリ（ともに図示略）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。動作制御回路２１は、非消耗電極１５（溶接トーチ１２に保持されている）の母材Ｗに対する速度を設定する。動作制御回路２１は、上記作業プログラム、溶接ロボット１におけるエンコーダからの座標情報、および非消耗電極１５の母材Ｗに対する速度等に基づき、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、マニピュレータ１１を駆動させ、溶接トーチ１２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。
【００３２】
具体的には、動作制御回路２１は、切替回路２１０と、溶融池形成モード動作指令部２１１と、第１中間モード動作指令部２１２と、溶接金属加熱モード動作指令部２１３と、第２中間モード動作指令部２１４と、を含む。溶融池形成モード動作指令部２１１、第１中間モード動作指令部２１２、溶接金属加熱モード動作指令部２１３、および第２中間モード動作指令部２１４には、いずれも、上記の溶接ロボット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。
【００３３】
切替回路２１０は、溶接ロボット１の動作に関する指令を切り替えるためのものである。切替回路２１０は、溶融池形成モード信号Ｓｍ１と、第１中間モード信号Ｓｍ２と、溶接金属加熱モード信号Ｓｍ３と、第２中間モード信号Ｓｍ４と、を受ける。
【００３４】
切替回路２１０は、溶融池形成モード信号Ｓｍ１がＨｉｇｈレベルの場合は、溶融池形成モード動作指令部２１１に接続する。溶融池形成モード動作指令部２１１は、Ｈｉｇｈレベルの溶融池形成モード信号Ｓｍ１を受けると、上述の動作制御信号Ｍｓを送る。このとき、溶融池形成モード動作指令部２１１の指令によって、溶接ロボット１が動作する。
【００３５】
同様に、切替回路２１０は、第１中間モード信号Ｓｍ２がＨｉｇｈレベルの場合は、第１中間モード動作指令部２１２に接続する。第１中間モード動作指令部２１２は、Ｈｉｇｈレベルの第１中間モード信号Ｓｍ２を受けると、上述の動作制御信号Ｍｓを送る。このとき、第１中間モード動作指令部２１２の指令によって、溶接ロボット１が動作する。
【００３６】
同様に、切替回路２１０は、溶接金属加熱モード信号Ｓｍ３がＨｉｇｈレベルの場合は、溶接金属加熱モード動作指令部２１３に接続する。溶接金属加熱モード動作指令部２１３は、Ｈｉｇｈレベルの溶接金属加熱モード信号Ｓｍ３を受けると、上述の動作制御信号Ｍｓを送る。このとき、溶接金属加熱モード動作指令部２１３の指令によって、溶接ロボット１が動作する。
【００３７】
同様に、切替回路２１０は、第２中間モード信号Ｓｍ４がＨｉｇｈレベルの場合は、第２中間モード動作指令部２１４に接続する。第２中間モード動作指令部２１４は、Ｈｉｇｈレベルの第２中間モード信号Ｓｍ４を受けると、上述の動作制御信号Ｍｓを送る。このとき、第２中間モード動作指令部２１４の指令によって、溶接ロボット１が動作する。
【００３８】
モード制御回路２２は、アーク溶接システムＡ１のモードを切り替えるものである。モード制御回路２２は、後述の単位期間Ｔαを繰り返し発生させる。モード制御回路２２は、各単位期間Ｔα中に、溶融池形成モード信号Ｓｍ１と、第１中間モード信号Ｓｍ２と、溶接金属加熱モード信号Ｓｍ３と、第２中間モード信号Ｓｍ４と、を送る。モード制御回路２２は、動作制御回路２１と、溶接電源装置３とに、溶融池形成モード信号Ｓｍ１と、第１中間モード信号Ｓｍ２と、溶接金属加熱モード信号Ｓｍ３と、第２中間モード信号Ｓｍ４とを送る。
【００３９】
上記ティーチペンダントは、動作制御回路２１に接続されている。上記ティーチペンダントは、溶接を実行する際のパラメータ等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。
【００４０】
溶接電源装置３は、出力回路３１と、第１電流値記憶部３６と、第２電流値記憶部３７と、送給制御回路３８と、を含む。溶接電源装置３は、非消耗電極１５と母材Ｗとの間に、溶接電圧Ｖｗを印加しつつ溶接電流Ｉｗを流すための装置であるとともに、フィラーワイヤ１９の送給を制御するための装置である。
【００４１】
第１電流値記憶部３６は第１電流値ｉｗ１を記憶する。第２電流値記憶部３７は第２電流値ｉｗ２を記憶する。第１電流値ｉｗ１および第２電流値ｉｗ２の各値は、たとえば、上記ティーチペンダントから入力され動作制御回路２１を経由して、第１電流値記憶部３６および第２電流値記憶部３７にそれぞれ記憶される。
【００４２】
出力回路３１は、電源回路３１１と、電流検出回路３１２と、電流制御回路３１３と、電流誤差計算回路３１４と、を有する。出力回路３１は、非消耗電極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、非消耗電極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。
【００４３】
電源回路３１１は、たとえば３相２００Ｖ等の商用電源を入力として、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。
【００４４】
電流検出回路３１２は、非消耗電極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３１２は、溶接電流Ｉｗの値に対応する電流検出信号Ｉｄを送る。
【００４５】
電流制御回路３１３は、非消耗電極１５から母材Ｗ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３１３は、第１電流値記憶部３６および第２電流値記憶部３７に接続している。電流制御回路３１３は、第１電流値記憶部３６に記憶された第１電流値ｉｗ１や、第２電流値記憶部３７に記憶された第２電流値ｉｗ２等に基づき、電流設定信号Ｉｒを生成する。そして電流制御回路３１３は生成した電流設定信号Ｉｒを送る。電流制御回路３１３（すなわち出力回路３１）は、溶融池形成モード信号Ｓｍ１と、第１中間モード信号Ｓｍ２と、溶接金属加熱モード信号Ｓｍ３と、第２中間モード信号Ｓｍ４とを受ける。
【００４６】
電流誤差計算回路３１４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３１４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を電源回路３１１に送る。なお、電流誤差計算回路３１４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。電源回路３１１は、電流誤差信号Ｅｉを受けると、溶接電流Ｉｗの値が設定された溶接電流の値となるように（すなわちΔＩｗが０となるように）、出力回路３１の出力が制御される。
【００４７】
送給制御回路３８は、非消耗電極１５と母材Ｗとの間のアークａ１へフィラーワイヤ１９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３８は、送給速度Ｆｗを指示するための送給速度制御信号Ｆｃをワイヤ送給装置１６に送る。
【００４８】
次に、図２〜図６を更に用いて、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。
【００４９】
図２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。同図では、（ａ）は溶接方向速度ＶＲ（後述）の変化状態を示し、（ｂ）は幅方向位置Ｌｙ（後述）の変化状態を示し、（ｃ）は溶接電流Ｉｗの変化状態を示し、（ｄ）は送給速度Ｆｗの変化状態を示し、（ｅ）は溶融池形成モード信号Ｓｍ１の変化状態を示し、（ｆ）は第１中間モード信号Ｓｍ２の変化状態を示し、（ｇ）は溶接金属加熱モード信号Ｓｍ３の変化状態を示し、（ｈ）は第２中間モード信号Ｓｍ４の変化状態を示す。
【００５０】
図２に示すように、アーク溶接システムＡ１を用いたアーク溶接方法においては、単位期間Ｔαを繰り返す。単位期間Ｔαは、たとえば１．０〜２．０ｓｅｃである。図３は、一つの単位期間Ｔαにおける各信号等の変化を詳細に示すタイミングチャートである。
【００５１】
図４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、非消耗電極１５の平面視の軌跡を、矢印を用いて模式的に表したものである。図５は、図４に示す位置に非消耗電極１５が位置している場合の断面図である。図４、図５の（ａ−１），（ａ−２），（ａ−３）は、図３の（ａ−１），（ａ−２），（ａ−３）における状態にそれぞれ対応する。本実施形態では、母材Ｗとして２つの薄肉管（図７、図８参照）を用いる。図４に示す線８８９は、２つの薄肉管の突き合わせ線に相当する。図４では、線８８９よりも上側の部分が２つの薄肉管のうちの一方に相当し、線８８９よりも下側の部分が２つの薄肉管のうちの他方に相当する。各薄肉管の厚さはたとえば２ｍｍであり、各薄肉管の直径はたとえば４０ｍｍである。本実施形態における溶接はＴ型継手溶接である。
【００５２】
図２（ａ）、図３（ａ）の溶接方向速度ＶＲとは、図４、図５に示す溶接進行方向Ｄｒにおける、母材Ｗに対する非消耗電極１５の速度である。図４、図５の右方向に非消耗電極１５が移動する場合には、溶接方向速度ＶＲは正の値である一方、図４、図５の左方向に非消耗電極１５が移動する場合には溶接方向速度ＶＲは負の値となる。また、図４の上方向や下方向に非消耗電極１５が移動した場合であっても、図４の非消耗電極１５が左右方向に移動していない場合には、溶接方向速度ＶＲは０となる。
【００５３】
図２（ｂ）、図３（ｂ）の幅方向位置Ｌｙは、図４（ａ−１）に示すように、非消耗電極１５の線８８９を基準とした位置を表す。図４において非消耗電極１５が線８８９よりも上側に位置している場合の幅方向位置Ｌｙを正の値とする。一方、図４において非消耗電極１５が線８８９よりも下側に位置している場合の幅方向位置Ｌｙを負の値とする。
【００５４】
図３に示すように、各単位期間Ｔαは、溶融池形成モード期間Ｔ１と、第１中間モード期間Ｔ２と、溶接金属加熱モード期間Ｔ３と、第２中間モード期間Ｔ４とを含む。溶融池形成モード期間Ｔ１はたとえば０．３０〜０．６０ｓｅｃであり、第１中間モード期間Ｔ２はたとえば０．１５〜０．３０ｓｅｃであり、溶接金属加熱モード期間Ｔ３はたとえば０．４０〜０．８０ｓｅｃであり、第２中間モード期間Ｔ４はたとえば０．１５〜０．３０ｓｅｃである。以下、詳述する。
【００５５】
＜溶融池形成モード期間Ｔ１（時刻ｔ１〜時刻ｔ２）＞
図３に示す溶融池形成モード期間Ｔ１は、非消耗電極１５と母材Ｗとの間のアークａ１により、母材Ｗに溶融池８８８を形成するための期間である。図３（ｅ）に示すように、時刻ｔ１において、モード制御回路２２は、溶融池形成モード信号Ｓｍ１をＨｉｇｈレベルに変化させる。Ｈｉｇｈレベルの溶融池形成モード信号Ｓｍ１は、モード制御回路２２から、動作制御回路２１（切替回路２１０）と、出力回路３１（電流制御回路３１３）と、送給制御回路３８とに送られる。
【００５６】
切替回路２１０は、Ｈｉｇｈレベルの溶融池形成モード信号Ｓｍ１を受けると、溶融池形成モード動作指令部２１１に接続する。溶融池形成モード動作指令部２１１は、Ｈｉｇｈレベルの溶融池形成モード信号Ｓｍ１を受けると、同図（ａ）に示すように、溶接方向速度ＶＲを速度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、溶接進行方向Ｄｒにおける、非消耗電極１５の母材Ｗに対する溶接方向速度ＶＲは、速度ｖ１となる。本実施形態においては、速度ｖ１は０であり、溶融池形成モード期間Ｔ１中、溶接進行方向Ｄｒにおいて非消耗電極１５は母材Ｗに対し停止している。本実施形態と異なり、速度ｖ１は０でなくてもよく正の値であってもよい。すなわち、溶融池形成モード期間Ｔ１中に、溶接進行方向Ｄｒにおいて、非消耗電極１５を母材Ｗに対し前進させてもよい。
【００５７】
同図（ｂ）に示すように、溶融池形成モード期間Ｔ１中、非消耗電極１５の幅方向位置Ｌｙは０のままである。溶融池形成モード期間Ｔ１中、非消耗電極１５は、溶接進行方向Ｄｒに交差する方向においても停止している。以上より、溶融池形成モード期間Ｔ１中は、図４（ａ−１）に示す位置ｓ３に非消耗電極１５は停止している。
【００５８】
図３（ｃ）に示すように、電流制御回路３１３は、Ｈｉｇｈレベルの溶融池形成モード信号Ｓｍ１を受けると、絶対値の時間平均値が第１電流値ｉｗ１である溶接電流Ｉｗを流すための電流設定信号Ｉｒを送る。そのため、溶融池形成モード期間Ｔ１中、非消耗電極１５と母材Ｗとの間に、絶対値の時間平均値が第１電流値ｉｗ１である溶接電流Ｉｗが流れる。第１電流値ｉｗ１はたとえば、１００Ａである。溶融池形成モード期間Ｔ１における溶接電流Ｉｗは、たとえば、周波数が８０〜１２０Ｈｚのパルス電流である。
【００５９】
同図（ｄ）に示すように、送給制御回路３８は、Ｈｉｇｈレベルの溶融池形成モード信号Ｓｍ１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をワイヤ送給装置１６に送る。速度ｆｗ１は正の値であり、たとえば、１．５ｍ／ｍｉｎである。これにより、図５（ａ−１）に示すように、フィラーワイヤ１９が、非消耗電極１５と母材Ｗとの間のアークａ１に、送給速度Ｆｗが速度ｆｗ１で供給される。
【００６０】
以上のように、溶融池形成モード期間Ｔ１は経過する。図５（ａ−１）に示すように、溶融池形成モード期間Ｔ１においては、母材Ｗやフィラーワイヤ１９が溶融し、母材Ｗに溶融池８８８が形成される。図４（ａ−１）では、溶融池８８８が形成されるのは位置ｓ３およびその近傍である。なお、位置ｓ３およびその近傍に溶融池８８８を形成した単位期間Ｔαの１つ前の単位期間Ｔαにおいては、位置ｓ２およびその近傍に溶融池８８８が形成されている。位置ｓ２およびその近傍に溶融池８８８を形成した単位期間Ｔαの１つ前の単位期間Ｔαにおいては、位置ｓ１およびその近傍に溶融池８８８が形成されている。位置ｓ３およびその近傍に溶融池８８８を形成する時には、当該単位期間Ｔαの１つ前や２つ前の単位期間Ｔαに形成された溶融池８８８は凝固し溶接金属８８１となっている。また、後述の加熱工程が行われていない溶接金属８８１の表面８８２は、平坦ではなく曲面状となっている。
【００６１】
＜第１中間モード期間Ｔ２（時刻ｔ２〜時刻ｔ３）＞
次に、図３に示す第１中間モード期間Ｔ２が開始する。第１中間モード期間Ｔ２は、溶接進行方向Ｄｒとは反対側に、非消耗電極１５を母材Ｗに対し後退させるための期間である。図３（ｅ）に示すように、時刻ｔ２において、モード制御回路２２は、溶融池形成モード信号Ｓｍ１をＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルに変化させる。一方、図３（ｆ）に示すように、時刻ｔ２において、モード制御回路２２は、第１中間モード信号Ｓｍ２をＨｉｇｈレベルに変化させる。Ｈｉｇｈレベルの第１中間モード信号Ｓｍ２は、モード制御回路２２から、動作制御回路２１（切替回路２１０）と、出力回路３１（電流制御回路３１３）と、送給制御回路３８とに送られる。
【００６２】
切替回路２１０は、Ｈｉｇｈレベルの第１中間モード信号Ｓｍ２を受けると、第１中間モード動作指令部２１２に接続する。第１中間モード動作指令部２１２は、Ｈｉｇｈレベルの第１中間モード信号Ｓｍ２を受けると、同図（ａ）に示すように、溶接方向速度ＶＲを速度ｖ２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、第１中間モード動作指令部２１２は、溶接進行方向Ｄｒにおける、非消耗電極１５の母材Ｗに対する溶接方向速度ＶＲが、速度ｖ２となる。本実施形態においては、速度ｖ２は負の値であり、たとえば、１．２〜２．２ｍ／ｍｉｎである。そのため、図４（ａ−１）、図５（ａ−１）に示すように、第１中間モード期間Ｔ２中は、溶接進行方向Ｄｒとは反対側に、非消耗電極１５は母材Ｗに対し後退する。第１中間モード期間Ｔ２において非消耗電極１５が後退する距離Ｌｂ１は、たとえば、６．０〜９．０ｍｍである。
【００６３】
図３（ｂ）、図４（ａ−１）に示すように、第１中間モード期間Ｔ２中、非消耗電極１５の幅方向位置Ｌｙが徐々に大きくなる。すなわち、第１中間モード期間Ｔ２中、非消耗電極１５は、線８８９から徐々に離間する。このように、第１中間モード動作指令部２１２は、第１中間モード期間Ｔ２中、非消耗電極１５を、溶接進行方向Ｄｒと交差する方向に移動させる。
【００６４】
図３（ｃ）に示すように、電流制御回路３１３は、Ｈｉｇｈレベルの第１中間モード信号Ｓｍ２を受けると、絶対値の時間平均値が第１電流値ｉｗ１から徐々に減少する溶接電流Ｉｗを流すための電流設定信号Ｉｒを送る。そのため、第１中間モード期間Ｔ２中、溶接電流Ｉｗの絶対値の時間平均値は徐々に減少する。第１中間モード期間Ｔ２の終了時には、溶接電流Ｉｗの絶対値の時間平均値は第２電流値ｉｗ２となっている。
【００６５】
同図（ｄ）に示すように、送給制御回路３８は、Ｈｉｇｈレベルの第１中間モード信号Ｓｍ２を受けると、送給速度Ｆｗを０とするための送給速度制御信号Ｆｃをワイヤ送給装置１６に送る。これにより、フィラーワイヤ１９のアークａ１への送給が停止する。そのため、第１中間モード期間Ｔ２においてフィラーワイヤ１９が溶融しない。
【００６６】
＜溶接金属加熱モード期間Ｔ３（時刻ｔ３〜時刻ｔ６）＞
次に、図３に示す溶接金属加熱モード期間Ｔ３が開始する。溶接金属加熱モード期間Ｔ３は、図５に示す溶接金属８８１を加熱するための期間である。図３（ｆ）に示すように、時刻ｔ３において、モード制御回路２２は、第１中間モード信号Ｓｍ２をＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルに変化させる。一方、図３（ｇ）に示すように、時刻ｔ３において、モード制御回路２２は、溶接金属加熱モード信号Ｓｍ３をＨｉｇｈレベルに変化させる。Ｈｉｇｈレベルの溶接金属加熱モード信号Ｓｍ３は、モード制御回路２２から、動作制御回路２１（切替回路２１０）と、出力回路３１（電流制御回路３１３）と、送給制御回路３８とに送られる。
【００６７】
切替回路２１０は、Ｈｉｇｈレベルの溶接金属加熱モード信号Ｓｍ３を受けると、溶接金属加熱モード動作指令部２１３に接続する。溶接金属加熱モード動作指令部２１３は、Ｈｉｇｈレベルの溶接金属加熱モード信号Ｓｍ３を受けると、動作制御信号Ｍｓを溶接ロボット１に送る。図３（ａ）に示すように、本実施形態では、時刻ｔ３〜時刻ｔ４および時刻ｔ５〜時刻ｔ６においては、溶接進行方向Ｄｒにおける、非消耗電極１５の母材Ｗに対する溶接方向速度ＶＲは０であり、溶接進行方向Ｄｒにおいて非消耗電極１５は停止している。一方、時刻ｔ４〜時刻ｔ５においては、溶接方向速度ＶＲは正の値であり、溶接進行方向Ｄｒにおいて非消耗電極１５は前進している。溶接金属加熱モード期間Ｔ３中に溶接進行方向Ｄｒにおいて非消耗電極１５が進む距離Ｌｆ１（図４（ａ−２），図５（ａ−２）参照）は、たとえば、１．０〜２．５ｍｍである。本実施形態と異なり、時刻ｔ３〜時刻ｔ６の間中、常に、非消耗電極１５が溶接進行方向Ｄｒ側に向かって、非常に低速で進んでいてもよい。
【００６８】
溶接金属加熱モード動作指令部２１３は、Ｈｉｇｈレベルの溶接金属加熱モード信号Ｓｍ３を受けると、溶接進行方向Ｄｒに交差する方向に、母材Ｗに対し非消耗電極１５をウィービングさせるための動作制御信号Ｍｓも溶接ロボット１に送る。そのため、図３（ｂ）、図４（ａ−２）に示すように、溶接金属加熱モード期間Ｔ３中、非消耗電極１５は、溶接進行方向Ｄｒと交差する方向に、母材Ｗに対しウィービングさせられる。溶接金属加熱モード期間Ｔ３中の、非消耗電極１５の線８８９からの最大離間距離Ｌｍａｘ（振幅）は、たとえば、３．０〜６．０ｍｍである。
【００６９】
図３（ｃ）に示すように、電流制御回路３１３は、Ｈｉｇｈレベルの溶接金属加熱モード信号Ｓｍ３を受けると、絶対値の時間平均値が第２電流値ｉｗ２である溶接電流Ｉｗを流すための電流設定信号Ｉｒを送る。そのため、溶接金属加熱モード期間Ｔ３中、非消耗電極１５から母材Ｗに、絶対値の時間平均値が第２電流値ｉｗ２である溶接電流Ｉｗが流れる。第２電流値ｉｗ２は第１電流値ｉｗ１より小さい。第２電流値ｉｗ２はたとえば、４０Ａである。
【００７０】
同図（ｄ）に示すように、溶接金属加熱モード期間Ｔ３中は、フィラーワイヤ１９のアークａ１への送給が停止した状態が継続している。そのため、溶接金属加熱モード期間Ｔ３においてフィラーワイヤ１９が溶融しない。
【００７１】
以上のように、溶接金属加熱モード期間Ｔ３は経過する。図５（ａ−２）に示すように、溶接金属加熱モード期間Ｔ３においては、アークａ１により、溶接金属８８１が加熱される。そのため、溶接金属８８１の表面８８２寄りの部分が溶融する。これにより、表面が平坦な溶接金属８８３が形成される。ある単位期間Ｔαに加熱する溶接金属８８１は、当該単位期間Ｔαよりも、２回以上前の単位期間Ｔαにおける溶融池８８８を形成する工程にて形成された溶融池８８８が凝固したものである、ことが好ましい。
【００７２】
＜第２中間モード期間Ｔ４（時刻ｔ６〜時刻ｔ７）＞
次に、図３に示す第２中間モード期間Ｔ４が開始する。第２中間モード期間Ｔ４は、溶接進行方向Ｄｒ側に、非消耗電極１５を母材Ｗに対し前進させるための期間である。図３（ｇ）に示すように、時刻ｔ６において、モード制御回路２２は、溶接金属加熱モード信号Ｓｍ３をＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルに変化させる。一方、図３（ｈ）に示すように、時刻ｔ６において、モード制御回路２２は、第２中間モード信号Ｓｍ４をＨｉｇｈレベルに変化させる。Ｈｉｇｈレベルの第２中間モード信号Ｓｍ４は、モード制御回路２２から、動作制御回路２１（切替回路２１０）と、出力回路３１（電流制御回路３１３）と、送給制御回路３８とに送られる。
【００７３】
切替回路２１０は、Ｈｉｇｈレベルの第２中間モード信号Ｓｍ４を受けると、第２中間モード動作指令部２１４に接続する。第２中間モード動作指令部２１４は、Ｈｉｇｈレベルの第２中間モード信号Ｓｍ４を受けると、溶接方向速度ＶＲを速度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、溶接進行方向Ｄｒにおける、非消耗電極１５の母材Ｗに対する溶接方向速度ＶＲが、速度ｖ４となる。本実施形態においては、速度ｖ４は正の値であり、たとえば、１．２〜２．２ｍ／ｍｉｎである。そのため、図４（ａ−３）、図５（ａ−３）に示すように、第２中間モード期間Ｔ４中、溶接進行方向Ｄｒ側に、非消耗電極１５は母材Ｗに対し前進する。第２中間モード期間Ｔ４において非消耗電極１５が前進する距離Ｌｆ２は、たとえば、６．０〜９．０ｍｍである。また、各単位期間Ｔαごとに非消耗電極１５が進むピッチＬｐ１は、たとえば、２．０〜４．０ｍｍである。
【００７４】
図３（ｂ）、図４（ａ−３）に示すように、第２中間モード期間Ｔ４中、非消耗電極１５の幅方向位置Ｌｙが徐々に０に近づく。すなわち、第２中間モード期間Ｔ４中、非消耗電極１５は、線８８９に徐々に接近する。このように、第２中間モード動作指令部２１４は、第２中間モード期間Ｔ４中、非消耗電極１５を溶接進行方向Ｄｒと交差する方向に移動させる。
【００７５】
図３（ｃ）に示すように、電流制御回路３１３は、Ｈｉｇｈレベルの第２中間モード信号Ｓｍ４を受けると、絶対値の時間平均値が第２電流値ｉｗ２から徐々に上昇する溶接電流Ｉｗを流すための電流設定信号Ｉｒを送る。そのため、第２中間モード期間Ｔ４中、溶接電流Ｉｗの絶対値の時間平均値は徐々に上昇する。第２中間モード期間Ｔ４の終了時には、溶接電流Ｉｗの絶対値の時間平均値は第１電流値ｉｗ１となっている。
【００７６】
同図（ｄ）に示すように、第２中間モード期間Ｔ４中は、フィラーワイヤ１９のアークａ１への送給が停止した状態が継続している。そのため、第２中間モード期間Ｔ４においてフィラーワイヤ１９が溶融しない。
【００７７】
アーク溶接システムＡ１を用いたアーク溶接方法においては、上述の単位期間Ｔαを順次繰り返す。図６には、非消耗電極１５の軌跡を模式的に示している。図６（ａ）は、図４（ａ−３）に示した非消耗電極１５の軌跡と同一のものを示している。図６（ｂ）は同図（ａ）に示した状態から、更に１つの単位期間Ｔαにおけるプロセスを経た時の非消耗電極１５の軌跡を示している。同様に、図６（ｃ），（ｄ），（ｅ）は、図６（ｂ），（ｃ），（ｄ）に示した状態から、更に１つの単位期間Ｔαにおけるプロセスを経た時の非消耗電極１５の軌跡をそれぞれ示している。このようにして、表面が平坦な溶接金属８８３が、溶接進行方向Ｄｒに沿って順次形成されていく。
【００７８】
次に、本実施形態の作用効果について説明する。
【００７９】
本実施形態のアーク溶接方法においては、単位期間Ｔαを繰り返す。そして、各単位期間Ｔα中に、溶融池８８８を形成する工程と、溶接金属８８１を加熱する工程とを行う。このような構成によると、溶接金属８８１を加熱する工程はそれぞれ、溶融池８８８を形成する複数回の工程の間に行われる。そうすると、従来の場合と比較して、溶融池８８８が形成された時からあまり時間が経過していない時に、当該溶融池８８８が凝固した溶接金属８８１に対する平坦化のための加熱を、行うことができる。これにより、溶接金属８８１の温度があまり低下していない時に、溶接金属８８１に対する平坦化のための加熱を行うことができる。よって、溶接金属８８１を溶融させるために必要なエネルギの低減を図ることが可能となる。このことは、アーク溶接における消費電力の低減を図るのに適する。
【００８０】
本実施形態では、溶融池形成モード期間Ｔ１中の溶融池８８８を形成する工程において、非消耗電極１５と母材Ｗとの間に、絶対値の時間平均値が第１電流値ｉｗ１である溶接電流Ｉｗを流す。一方、溶接金属加熱モード期間Ｔ３中の溶接金属８８１を加熱する工程において、非消耗電極１５と母材Ｗとの間に、絶対値の時間平均値が第２電流値ｉｗ２である溶接電流Ｉｗを流す。第２電流値ｉｗ２は第１電流値ｉｗ１より小さい。すなわち、本実施形態では、溶接金属加熱モード期間Ｔ３における溶接電流Ｉｗの絶対値の時間平均値は比較的低くなっている。このように本実施形態では、溶接金属８８１を加熱する工程における溶接電流Ｉｗの絶対値の電流値を小さくすることにより、溶接金属加熱モード期間Ｔ３において消費される電力の低減を図っている。溶接金属加熱モード期間Ｔ３における消費電力の低減を図ることができると、アーク溶接における消費電力の低減を図ることができる。
【００８１】
なお、溶接金属加熱モード期間Ｔ３において消費される電力の低減を図るには、必ずしも溶接金属加熱モード期間Ｔ３における溶接電流Ｉｗの絶対値の平均値を低くする必要はない。溶接金属加熱モード期間Ｔ３の時間を短くすることにより、溶接金属加熱モード期間Ｔ３において消費される電力の低減を図ってもよい。
【００８２】
また、溶接金属加熱モード期間Ｔ３における溶接電流Ｉｗの絶対値の時間平均値を比較的低くできると、溶接金属加熱モード期間Ｔ３において、溶接金属８８１のうち、表面８８２の近傍の部位のみを溶融させることができる。溶接金属加熱モード期間Ｔ３にて、溶接金属８８１のうち表面８８２の近傍の部位のみを溶融させることができると、溶接金属８８１が溶融することによる垂れや溶け落ちを防止できるといったメリットがある。
【００８３】
本実施形態では、第１中間モード期間Ｔ２において、非消耗電極１５と母材Ｗとの間に流れる溶接電流Ｉｗの絶対値の時間平均値を徐々に減少させる。当該構成は、第１中間モード期間Ｔ２が開始すると、溶接電流Ｉｗの絶対値の時間平均値を第１電流値ｉｗ１から第２電流値ｉｗ２に即座に減少させる、のではない。よって、アークａ１を安定させたまま、溶接電流Ｉｗの絶対値の平均値を減少させることができる。そのため、溶接電流Ｉｗの絶対値の時間平均値を減少させる際にアークａ１が消弧してしまうことを、防止することができる。
【００８４】
本実施形態では、第１中間モード期間Ｔ２において、母材Ｗに対し非消耗電極１５を溶接進行方向Ｄｒとは反対側の地点まで移動させる第１移動工程を行う。当該第１移動工程においては、溶接進行方向Ｄｒと交差する方向に、母材Ｗに対し非消耗電極１５を移動させる。このような構成は、第１中間モード期間Ｔ２中に、平面視において非消耗電極１５を線８８９上から離間させるのに好適である。第１中間モード期間Ｔ２中に平面視において非消耗電極１５を線８８９から離間させることができると、第１中間モード期間Ｔ２中に、アークａ１が溶融池８８８に熱を与えることを抑制できる。したがって、溶融池８８８をより早く凝固させることができ、垂れや溶け落ちを防止することができる。
【００８５】
本実施形態では、第２中間モード期間Ｔ４において、非消耗電極１５と母材Ｗとの間に流れる溶接電流Ｉｗの絶対値の時間平均値を徐々に上昇させる。当該構成は、第２中間モード期間Ｔ４が開始すると、溶接電流Ｉｗの絶対値の時間平均値を第２電流値ｉｗ２から第１電流値ｉｗ１に即座に上昇させる、のではない。よって、アークａ１を安定させたまま、溶接電流Ｉｗの絶対値の平均値を上昇させることができる。そのため、溶接電流Ｉｗの絶対値の時間平均値を上昇させる際にアークａ１が消弧してしまうことを、防止することができる。
【００８６】
本実施形態では、第２中間モード期間Ｔ４において、母材Ｗに対し非消耗電極１５を溶接進行方向Ｄｒ側の地点まで移動させる第２移動工程を行う。当該第２移動工程においては、溶接進行方向Ｄｒと交差する方向に、母材Ｗに対し非消耗電極１５を移動させる。このような構成は、第２中間モード期間Ｔ４中に、平面視において非消耗電極１５を線８８９上から離間させた状態を保つのに好適である。第２中間モード期間Ｔ４中に平面視において非消耗電極１５を線８８９上から離間させることができると、第２中間モード期間Ｔ４中に、アークａ１が溶融池８８８に熱を与えることを抑制できる。したがって、溶融池８８８をより早く凝固させることができ、垂れや溶け落ちを防止することができる。
【００８７】
本実施形態では、ある単位期間Ｔαに加熱する溶接金属８８１は、当該単位期間Ｔαよりも、２回以上前の単位期間Ｔαにおける溶融池８８８を形成する工程にて形成された溶融池８８８が凝固したものである。このような構成は、溶融池８８８が形成されてすぐに当該溶融池８８８に入熱するのを回避するのに適する。そのため、溶融池８８８をより確実に凝固させることができ、垂れや溶け落ちを防止することができる。
【００８８】
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。上述の説明では、溶融池形成モード期間Ｔ１にはフィラーワイヤ１９をアークａ１に供給する例を示したが、アーク溶接方法においてフィラーワイヤを用いなくてもよい。単位期間Ｔα中は常にアークａ１を点弧させていることが好ましいが、溶融池形成モード期間Ｔ１と溶接金属加熱モード期間Ｔ３との間に、一旦アークａ１を消弧させてもよい。溶接金属８８１の表面８８２を平坦にするのは、上述のように非消耗電極１５を母材Ｗに対しウィービングさせるのが好ましいが、必ずしも非消耗電極１５をウィービングさせる必要はない。また、上述の実施形態では、薄肉管のＴ型継手溶接を行う例を示したが、本発明はこれに限られず、薄板の突合せ溶接や板材の重ね隅肉溶接や板材のＴ字隅肉溶接を行う場合にも有益である。
【符号の説明】
【００８９】
Ａ１ アーク溶接システム
１ 溶接ロボット
１１ マニピュレータ
１２ 溶接トーチ
１５ 非消耗電極
１６ ワイヤ送給装置
１９ フィラーワイヤ
２ ロボット制御装置
２１ 動作制御回路
２１０ 切替回路
２１１ 溶融池形成モード動作指令部
２１２ 第１中間モード動作指令部
２１３ 溶接金属加熱モード動作指令部
２１４ 第２中間モード動作指令部
２２ モード制御回路
３ 溶接電源装置
３１ 出力回路
３１１ 電源回路
３１２ 電流検出回路
３１３ 電流制御回路
３１４ 電流誤差計算回路
３６ 第１電流値記憶部
３７ 第２電流値記憶部
３８ 送給制御回路
８８１，８８３ 溶接金属
８８２ 表面
８８８ 溶融池
８８９ 線
ａ１ アーク
Ｄｒ 溶接進行方向
Ｅｉ 電流誤差信号
Ｆｃ 送給速度制御信号
Ｆｗ 送給速度
Ｉｄ 電流検出信号
Ｉｒ 電流設定信号
Ｉｗ 溶接電流
ｉｗ１ 第１電流値
ｉｗ２ 第２電流値
Ｌｂ１，Ｌｆ１，Ｌｆ２ 距離
Ｌｐ１ ピッチ
Ｌｙ 幅方向位置
Ｍｓ 動作制御信号
Ｓｍ１ 溶融池形成モード信号
Ｓｍ２ 第１中間モード信号
Ｓｍ３ 溶接金属加熱モード信号
Ｓｍ４ 第２中間モード信号
Ｔα 単位期間
Ｔ１ 溶融池形成モード期間
Ｔ２ 第１中間モード期間
Ｔ３ 溶接金属加熱モード期間
Ｔ４ 第２中間モード期間
ＶＲ 溶接方向速度
Ｖｗ 溶接電圧
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ＴＩＧ溶接が知られている。ＴＩＧ溶接では、たとえばタングステンよりなる非消耗電極と母材との間にアークを発生させることにより溶接を行う。ＴＩＧ溶接に関する技術は、たとえば、特許文献１，２に開示されている。
【０００３】
ＴＩＧ溶接を用いて２つの薄肉管を溶接する場合がある。当該溶接においては、まず、溶接金属を形成するための第１の工程を行う。第１の工程では、図７に示す２つの薄肉管９９１，９９２（母材）を突き合わせた状態で薄肉管９９１，９９２の突き合わせ線に沿って、非消耗電極を移動させる。非消耗電極を移動させる際、非消耗電極と薄肉管９９１，９９２との間のアークにより、薄肉管９９１，９９２に溶融池が順次形成される。これらの溶融池は凝固し溶接金属９９５になる。図７に示すように、第１の工程を終えた時には、溶接金属９９５は、薄肉管９９１の円周方向に沿って形成されている。また、第１の工程を終えた時には溶接金属９９５の表面はあまり平坦ではない。特に、図７に示すように、非消耗電極に流れる電流波形によっては、溶接金属９９５は、円形の溶接ビードが連なる形状となることもある。
【０００４】
溶接金属９９５は、図８に示すような表面が平坦であるものが好まれることがある。そこで次に、溶接金属９９５の表面を平坦にするための第２の工程を行う。第２の工程では、第１の工程と同様に、薄肉管９９１，９９２の突き合わせ線に沿って、非消耗電極を移動させる。非消耗電極を移動させる際、非消耗電極と２つの薄肉管９９１，９９２（母材）との間のアークにより、図７に示した溶接金属９９５が加熱され溶融する。第２の工程では、上記突き合わせ線に交差する方向に、上記非消耗電極をウィービングさせることもある。そして、図８に示すように、第２の工程を終えた時には、溶接金属９９５の表面が平坦になっている。
【０００５】
以上に説明した第１の工程と第２の工程とを行う溶接方法において、第２の工程を行う時には、室温程度の低い温度まで低下した溶接金属９９５を加熱し、再び溶融させる必要がある。室温程度の低い温度まで低下した溶接金属９９５を加熱し再び溶融させるには、多くのエネルギを要する。溶接金属９９５を再び溶融させるために多くのエネルギを要する当該方法では、消費電力の低減を十分に図ることができていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６３−１９２５６３号公報
【特許文献２】特開２００９−２６２２１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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、消費電力の低減を図るのに適す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】
【０００８】
本発明の第１の側面によると、単位期間を繰り返すアーク溶接方法であって、上記各単位期間中に、非消耗電極と母材との間に生成したアークにより上記母材に溶融池を形成する工程と、上記溶融池を形成する工程の後に、上記アークにより、溶融池が凝固した溶接金属を加熱する工程と、を備える、アーク溶接方法が提供される。
【０００９】
好ましくは、上記溶融池を形成する工程においては、上記非消耗電極と上記母材との間に、絶対値の時間平均値が第１電流値である溶接電流を流し、上記加熱する工程においては、上記非消耗電極と上記母材との間に、絶対値の時間平均値が、上記第１電流値より小さい第２電流値である溶接電流を流す。
【００１０】
好ましくは、上記各単位期間中に、上記溶融池を形成する工程と上記加熱する工程との間に、上記非消耗電極と上記母材との間に流れる溶接電流の絶対値の時間平均値を徐々に減少させる工程を更に備える。
【００１１】
好ましくは、上記各単位期間中に、上記溶融池を形成する工程と上記加熱する工程との間に、上記母材に対し上記非消耗電極を溶接進行方向とは反対側の地点まで移動させる第１移動工程を更に備え、上記第１移動工程においては、上記溶接進行方向と交差する方向に、上記母材に対し上記非消耗電極を移動させる。
【００１２】
好ましくは、上記各単位期間中に、上記加熱する工程の後に、上記非消耗電極と上記母材との間に流れる溶接電流の絶対値の時間平均値を徐々に上昇させる工程を更に備える。
【００１３】
好ましくは、上記各単位期間中に、上記加熱する工程の後に、上記母材に対し上記非消耗電極を上記溶接進行方向側の地点まで移動させる第２移動工程を更に備え、上記第２移動工程においては、上記溶接進行方向と交差する方向に、上記母材に対し上記非消耗電極を移動させる。
【００１４】
好ましくは、上記溶融池を形成する工程においては、上記アークにフィラーワイヤを供給する。
【００１５】
好ましくは、上記加熱する工程においては、上記溶接進行方向と交差する方向に、上記母材に対し上記非消耗電極をウィービングさせる。
【００１６】
好ましくは、上記加熱する工程にて加熱する溶接金属は、当該加熱する工程の行われる単位期間よりも、２回以上前の単位期間における溶融池を形成する工程にて形成された溶融池が凝固したものである。
【００１７】
好ましくは、上記溶融池を形成する工程においては、上記溶接電流として、周波数が８０〜１２０Ｈｚであるパルス電流を流す。
【００１８】
本発明の第２の側面によると、単位期間を繰り返し発生させるモード制御回路と、非消耗電極および母材の間に溶接電流を流す出力回路と、上記非消耗電極および上記母材の間のアークへ供給するフィラーワイヤの送給速度を制御する送給速度制御回路と、上記母材に対する上記非消耗電極の動作を制御する動作制御回路と、を備え、上記モード制御回路は、上記各単位期間中に、溶融池形成モード信号および溶接金属加熱モード信号を送り、上記送給速度制御回路は、上記溶融池形成モード信号を受けると、上記送給速度を正の値に設定し、上記動作制御回路は、溶接金属加熱モード指令部を含み、上記溶接金属加熱モード指令部は、上記溶接金属加熱モード信号を受けると、溶接進行方向に交差する方向に、上記母材に対し上記非消耗電極をウィービングさせる、アーク溶接システムが提供される。
【００１９】
好ましくは、第１電流値を記憶する第１電流値記憶部と、第２電流値を記憶する第２電流値記憶部と、を更に備え、上記出力回路は、上記溶融池形成モード信号を受けると、上記溶接電流として絶対値の時間平均値が上記第１電流値であるものを流し、上記溶接金属加熱モード信号を受けると、上記溶接電流として絶対値の時間平均値が上記第２電流値であるものを流す。
【００２０】
好ましくは、上記モード制御回路は、上記各単位期間中に、上記溶融池形成モード信号を送った後且つ上記溶接金属加熱モード信号を送る前に、第１中間モード信号を送り、上記出力回路は、上記第１中間モード信号を受けると、上記溶接電流の絶対値の時間平均値を、上記第１電流値から上記第２電流値に徐々に変化させる。
【００２１】
好ましくは、上記動作制御回路は、上記第１中間モード信号を受けると、上記溶接進行方向に交差する方向に上記非消耗電極を移動させる第１中間モード指令部を含む。
【００２２】
好ましくは、上記モード制御回路は、上記各単位期間中に、上記溶接金属加熱モード信号を送った後に、第２中間モード信号を送り、上記出力回路は、上記第２中間モード信号を受けると、上記溶接電流の絶対値の時間平均値を、上記第２電流値から上記第１電流値に徐々に変化させる。
【００２３】
このような構成によると、溶接金属を加熱する工程はそれぞれ、溶融池を形成する複数回の工程の間に行われる。そうすると、従来の場合と比較して、溶融池が形成された時からあまり時間が経過していない時に、当該溶融池が凝固した溶接金属に対する平坦化のための加熱を、行うことができる。これにより、溶接金属の温度があまり低下していない時に、溶接金属に対する平坦化のための加熱を行うことができる。よって、溶接金属を溶融させるために必要なエネルギの低減を図ることが可能となる。このことは、アーク溶接にて要する消費電力の低減を図るのに適する。
【００２４】
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】
【００２５】
【図１】本発明の第１実施形態にかかるアーク溶接システムの構成を示すブロック図である。
【図２】図１の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３】一つの単位期間における各信号等の変化を詳細に示すタイミングチャートである。
【図４】図１に示したアーク溶接システムを用いたアーク溶接方法における、非消耗電極の平面視の軌跡を、矢印を用いて模式的に表した図である。
【図５】図４に示す位置に非消耗電極が位置している場合の断面図である。
【図６】図１に示したアーク溶接システムを用いたアーク溶接方法における、非消耗電極の平面視の軌跡を、矢印を用いて模式的に表した図である。
【図７】従来のアーク溶接方法において形成される溶接金属を表す写真である。
【図８】従来のアーク溶接方法において形成される溶接金属を表す写真である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
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。
【００２７】
図１に示すアーク溶接システムＡ１は、溶接ロボット１と、ロボット制御装置２と、溶接電源装置３と、を備える。
【００２８】
溶接ロボット１は、母材Ｗに対してアーク溶接を自動で行うものである。溶接ロボット１は、マニピュレータ１１と、溶接トーチ１２と、非消耗電極１５と、ワイヤ送給装置１６とを含む。
【００２９】
マニピュレータ１１は、たとえば多関節ロボットである。溶接トーチ１２は、たとえば銅などの金属からなる筒状部材であり、適宜水冷構造を有する。溶接トーチ１２は、ノズル（図示略）を有する。非消耗電極１５は、たとえばタングステンからなる金属棒である。非消耗電極１５は溶接トーチ１２に保持されている。非消耗電極１５および溶接トーチ１２は、マニピュレータ１１の駆動により、上下前後左右に自在に移動できる。アーク溶接システムＡ１の稼動時には、非消耗電極１５を囲むように上記ノズルからプラズマガスが噴出される。当該プラズマガスを媒体として非消耗電極１５と母材Ｗとの間にアークａ１が発生する。アークａ１が発生している際、非消耗電極１５と母材Ｗとの間に溶接電圧Ｖｗが印加され、非消耗電極１５から母材Ｗに溶接電流Ｉｗが流れる。ワイヤ送給装置１６はフィラーワイヤ１９を、非消耗電極１５と母材Ｗとの間に送り出すためのものである。
【００３０】
ロボット制御装置２は、動作制御回路２１と、モード制御回路２２と、ティーチペンダント（図示略）と、を含む。ロボット制御装置２は、溶接ロボット１の動作を制御するためのものである。
【００３１】
動作制御回路２１は、マイクロコンピュータおよびメモリ（ともに図示略）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。動作制御回路２１は、非消耗電極１５（溶接トーチ１２に保持されている）の母材Ｗに対する速度を設定する。動作制御回路２１は、上記作業プログラム、溶接ロボット１におけるエンコーダからの座標情報、および非消耗電極１５の母材Ｗに対する速度等に基づき、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、マニピュレータ１１を駆動させ、溶接トーチ１２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。
【００３２】
具体的には、動作制御回路２１は、切替回路２１０と、溶融池形成モード動作指令部２１１と、第１中間モード動作指令部２１２と、溶接金属加熱モード動作指令部２１３と、第２中間モード動作指令部２１４と、を含む。溶融池形成モード動作指令部２１１、第１中間モード動作指令部２１２、溶接金属加熱モード動作指令部２１３、および第２中間モード動作指令部２１４には、いずれも、上記の溶接ロボット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。
【００３３】
切替回路２１０は、溶接ロボット１の動作に関する指令を切り替えるためのものである。切替回路２１０は、溶融池形成モード信号Ｓｍ１と、第１中間モード信号Ｓｍ２と、溶接金属加熱モード信号Ｓｍ３と、第２中間モード信号Ｓｍ４と、を受ける。
【００３４】
切替回路２１０は、溶融池形成モード信号Ｓｍ１がＨｉｇｈレベルの場合は、溶融池形成モード動作指令部２１１に接続する。溶融池形成モード動作指令部２１１は、Ｈｉｇｈレベルの溶融池形成モード信号Ｓｍ１を受けると、上述の動作制御信号Ｍｓを送る。このとき、溶融池形成モード動作指令部２１１の指令によって、溶接ロボット１が動作する。
【００３５】
同様に、切替回路２１０は、第１中間モード信号Ｓｍ２がＨｉｇｈレベルの場合は、第１中間モード動作指令部２１２に接続する。第１中間モード動作指令部２１２は、Ｈｉｇｈレベルの第１中間モード信号Ｓｍ２を受けると、上述の動作制御信号Ｍｓを送る。このとき、第１中間モード動作指令部２１２の指令によって、溶接ロボット１が動作する。
【００３６】
同様に、切替回路２１０は、溶接金属加熱モード信号Ｓｍ３がＨｉｇｈレベルの場合は、溶接金属加熱モード動作指令部２１３に接続する。溶接金属加熱モード動作指令部２１３は、Ｈｉｇｈレベルの溶接金属加熱モード信号Ｓｍ３を受けると、上述の動作制御信号Ｍｓを送る。このとき、溶接金属加熱モード動作指令部２１３の指令によって、溶接ロボット１が動作する。
【００３７】
同様に、切替回路２１０は、第２中間モード信号Ｓｍ４がＨｉｇｈレベルの場合は、第２中間モード動作指令部２１４に接続する。第２中間モード動作指令部２１４は、Ｈｉｇｈレベルの第２中間モード信号Ｓｍ４を受けると、上述の動作制御信号Ｍｓを送る。このとき、第２中間モード動作指令部２１４の指令によって、溶接ロボット１が動作する。
【００３８】
モード制御回路２２は、アーク溶接システムＡ１のモードを切り替えるものである。モード制御回路２２は、後述の単位期間Ｔαを繰り返し発生させる。モード制御回路２２は、各単位期間Ｔα中に、溶融池形成モード信号Ｓｍ１と、第１中間モード信号Ｓｍ２と、溶接金属加熱モード信号Ｓｍ３と、第２中間モード信号Ｓｍ４と、を送る。モード制御回路２２は、動作制御回路２１と、溶接電源装置３とに、溶融池形成モード信号Ｓｍ１と、第１中間モード信号Ｓｍ２と、溶接金属加熱モード信号Ｓｍ３と、第２中間モード信号Ｓｍ４とを送る。
【００３９】
上記ティーチペンダントは、動作制御回路２１に接続されている。上記ティーチペンダントは、溶接を実行する際のパラメータ等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。
【００４０】
溶接電源装置３は、出力回路３１と、第１電流値記憶部３６と、第２電流値記憶部３７と、送給制御回路３８と、を含む。溶接電源装置３は、非消耗電極１５と母材Ｗとの間に、溶接電圧Ｖｗを印加しつつ溶接電流Ｉｗを流すための装置であるとともに、フィラーワイヤ１９の送給を制御するための装置である。
【００４１】
第１電流値記憶部３６は第１電流値ｉｗ１を記憶する。第２電流値記憶部３７は第２電流値ｉｗ２を記憶する。第１電流値ｉｗ１および第２電流値ｉｗ２の各値は、たとえば、上記ティーチペンダントから入力され動作制御回路２１を経由して、第１電流値記憶部３６および第２電流値記憶部３７にそれぞれ記憶される。
【００４２】
出力回路３１は、電源回路３１１と、電流検出回路３１２と、電流制御回路３１３と、電流誤差計算回路３１４と、を有する。出力回路３１は、非消耗電極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、非消耗電極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。
【００４３】
電源回路３１１は、たとえば３相２００Ｖ等の商用電源を入力として、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。
【００４４】
電流検出回路３１２は、非消耗電極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３１２は、溶接電流Ｉｗの値に対応する電流検出信号Ｉｄを送る。
【００４５】
電流制御回路３１３は、非消耗電極１５から母材Ｗ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３１３は、第１電流値記憶部３６および第２電流値記憶部３７に接続している。電流制御回路３１３は、第１電流値記憶部３６に記憶された第１電流値ｉｗ１や、第２電流値記憶部３７に記憶された第２電流値ｉｗ２等に基づき、電流設定信号Ｉｒを生成する。そして電流制御回路３１３は生成した電流設定信号Ｉｒを送る。電流制御回路３１３（すなわち出力回路３１）は、溶融池形成モード信号Ｓｍ１と、第１中間モード信号Ｓｍ２と、溶接金属加熱モード信号Ｓｍ３と、第２中間モード信号Ｓｍ４とを受ける。
【００４６】
電流誤差計算回路３１４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３１４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を電源回路３１１に送る。なお、電流誤差計算回路３１４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。電源回路３１１は、電流誤差信号Ｅｉを受けると、溶接電流Ｉｗの値が設定された溶接電流の値となるように（すなわちΔＩｗが０となるように）、出力回路３１の出力が制御される。
【００４７】
送給制御回路３８は、非消耗電極１５と母材Ｗとの間のアークａ１へフィラーワイヤ１９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３８は、送給速度Ｆｗを指示するための送給速度制御信号Ｆｃをワイヤ送給装置１６に送る。
【００４８】
次に、図２〜図６を更に用いて、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。
【００４９】
図２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。同図では、（ａ）は溶接方向速度ＶＲ（後述）の変化状態を示し、（ｂ）は幅方向位置Ｌｙ（後述）の変化状態を示し、（ｃ）は溶接電流Ｉｗの変化状態を示し、（ｄ）は送給速度Ｆｗの変化状態を示し、（ｅ）は溶融池形成モード信号Ｓｍ１の変化状態を示し、（ｆ）は第１中間モード信号Ｓｍ２の変化状態を示し、（ｇ）は溶接金属加熱モード信号Ｓｍ３の変化状態を示し、（ｈ）は第２中間モード信号Ｓｍ４の変化状態を示す。
【００５０】
図２に示すように、アーク溶接システムＡ１を用いたアーク溶接方法においては、単位期間Ｔαを繰り返す。単位期間Ｔαは、たとえば１．０〜２．０ｓｅｃである。図３は、一つの単位期間Ｔαにおける各信号等の変化を詳細に示すタイミングチャートである。
【００５１】
図４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、非消耗電極１５の平面視の軌跡を、矢印を用いて模式的に表したものである。図５は、図４に示す位置に非消耗電極１５が位置している場合の断面図である。図４、図５の（ａ−１），（ａ−２），（ａ−３）は、図３の（ａ−１），（ａ−２），（ａ−３）における状態にそれぞれ対応する。本実施形態では、母材Ｗとして２つの薄肉管（図７、図８参照）を用いる。図４に示す線８８９は、２つの薄肉管の突き合わせ線に相当する。図４では、線８８９よりも上側の部分が２つの薄肉管のうちの一方に相当し、線８８９よりも下側の部分が２つの薄肉管のうちの他方に相当する。各薄肉管の厚さはたとえば２ｍｍであり、各薄肉管の直径はたとえば４０ｍｍである。本実施形態における溶接はＴ型継手溶接である。
【００５２】
図２（ａ）、図３（ａ）の溶接方向速度ＶＲとは、図４、図５に示す溶接進行方向Ｄｒにおける、母材Ｗに対する非消耗電極１５の速度である。図４、図５の右方向に非消耗電極１５が移動する場合には、溶接方向速度ＶＲは正の値である一方、図４、図５の左方向に非消耗電極１５が移動する場合には溶接方向速度ＶＲは負の値となる。また、図４の上方向や下方向に非消耗電極１５が移動した場合であっても、図４の非消耗電極１５が左右方向に移動していない場合には、溶接方向速度ＶＲは０となる。
【００５３】
図２（ｂ）、図３（ｂ）の幅方向位置Ｌｙは、図４（ａ−１）に示すように、非消耗電極１５の線８８９を基準とした位置を表す。図４において非消耗電極１５が線８８９よりも上側に位置している場合の幅方向位置Ｌｙを正の値とする。一方、図４において非消耗電極１５が線８８９よりも下側に位置している場合の幅方向位置Ｌｙを負の値とする。
【００５４】
図３に示すように、各単位期間Ｔαは、溶融池形成モード期間Ｔ１と、第１中間モード期間Ｔ２と、溶接金属加熱モード期間Ｔ３と、第２中間モード期間Ｔ４とを含む。溶融池形成モード期間Ｔ１はたとえば０．３０〜０．６０ｓｅｃであり、第１中間モード期間Ｔ２はたとえば０．１５〜０．３０ｓｅｃであり、溶接金属加熱モード期間Ｔ３はたとえば０．４０〜０．８０ｓｅｃであり、第２中間モード期間Ｔ４はたとえば０．１５〜０．３０ｓｅｃである。以下、詳述する。
【００５５】
＜溶融池形成モード期間Ｔ１（時刻ｔ１〜時刻ｔ２）＞
図３に示す溶融池形成モード期間Ｔ１は、非消耗電極１５と母材Ｗとの間のアークａ１により、母材Ｗに溶融池８８８を形成するための期間である。図３（ｅ）に示すように、時刻ｔ１において、モード制御回路２２は、溶融池形成モード信号Ｓｍ１をＨｉｇｈレベルに変化させる。Ｈｉｇｈレベルの溶融池形成モード信号Ｓｍ１は、モード制御回路２２から、動作制御回路２１（切替回路２１０）と、出力回路３１（電流制御回路３１３）と、送給制御回路３８とに送られる。
【００５６】
切替回路２１０は、Ｈｉｇｈレベルの溶融池形成モード信号Ｓｍ１を受けると、溶融池形成モード動作指令部２１１に接続する。溶融池形成モード動作指令部２１１は、Ｈｉｇｈレベルの溶融池形成モード信号Ｓｍ１を受けると、同図（ａ）に示すように、溶接方向速度ＶＲを速度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、溶接進行方向Ｄｒにおける、非消耗電極１５の母材Ｗに対する溶接方向速度ＶＲは、速度ｖ１となる。本実施形態においては、速度ｖ１は０であり、溶融池形成モード期間Ｔ１中、溶接進行方向Ｄｒにおいて非消耗電極１５は母材Ｗに対し停止している。本実施形態と異なり、速度ｖ１は０でなくてもよく正の値であってもよい。すなわち、溶融池形成モード期間Ｔ１中に、溶接進行方向Ｄｒにおいて、非消耗電極１５を母材Ｗに対し前進させてもよい。
【００５７】
同図（ｂ）に示すように、溶融池形成モード期間Ｔ１中、非消耗電極１５の幅方向位置Ｌｙは０のままである。溶融池形成モード期間Ｔ１中、非消耗電極１５は、溶接進行方向Ｄｒに交差する方向においても停止している。以上より、溶融池形成モード期間Ｔ１中は、図４（ａ−１）に示す位置ｓ３に非消耗電極１５は停止している。
【００５８】
図３（ｃ）に示すように、電流制御回路３１３は、Ｈｉｇｈレベルの溶融池形成モード信号Ｓｍ１を受けると、絶対値の時間平均値が第１電流値ｉｗ１である溶接電流Ｉｗを流すための電流設定信号Ｉｒを送る。そのため、溶融池形成モード期間Ｔ１中、非消耗電極１５と母材Ｗとの間に、絶対値の時間平均値が第１電流値ｉｗ１である溶接電流Ｉｗが流れる。第１電流値ｉｗ１はたとえば、１００Ａである。溶融池形成モード期間Ｔ１における溶接電流Ｉｗは、たとえば、周波数が８０〜１２０Ｈｚのパルス電流である。
【００５９】
同図（ｄ）に示すように、送給制御回路３８は、Ｈｉｇｈレベルの溶融池形成モード信号Ｓｍ１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をワイヤ送給装置１６に送る。速度ｆｗ１は正の値であり、たとえば、１．５ｍ／ｍｉｎである。これにより、図５（ａ−１）に示すように、フィラーワイヤ１９が、非消耗電極１５と母材Ｗとの間のアークａ１に、送給速度Ｆｗが速度ｆｗ１で供給される。
【００６０】
以上のように、溶融池形成モード期間Ｔ１は経過する。図５（ａ−１）に示すように、溶融池形成モード期間Ｔ１においては、母材Ｗやフィラーワイヤ１９が溶融し、母材Ｗに溶融池８８８が形成される。図４（ａ−１）では、溶融池８８８が形成されるのは位置ｓ３およびその近傍である。なお、位置ｓ３およびその近傍に溶融池８８８を形成した単位期間Ｔαの１つ前の単位期間Ｔαにおいては、位置ｓ２およびその近傍に溶融池８８８が形成されている。位置ｓ２およびその近傍に溶融池８８８を形成した単位期間Ｔαの１つ前の単位期間Ｔαにおいては、位置ｓ１およびその近傍に溶融池８８８が形成されている。位置ｓ３およびその近傍に溶融池８８８を形成する時には、当該単位期間Ｔαの１つ前や２つ前の単位期間Ｔαに形成された溶融池８８８は凝固し溶接金属８８１となっている。また、後述の加熱工程が行われていない溶接金属８８１の表面８８２は、平坦ではなく曲面状となっている。
【００６１】
＜第１中間モード期間Ｔ２（時刻ｔ２〜時刻ｔ３）＞
次に、図３に示す第１中間モード期間Ｔ２が開始する。第１中間モード期間Ｔ２は、溶接進行方向Ｄｒとは反対側に、非消耗電極１５を母材Ｗに対し後退させるための期間である。図３（ｅ）に示すように、時刻ｔ２において、モード制御回路２２は、溶融池形成モード信号Ｓｍ１をＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルに変化させる。一方、図３（ｆ）に示すように、時刻ｔ２において、モード制御回路２２は、第１中間モード信号Ｓｍ２をＨｉｇｈレベルに変化させる。Ｈｉｇｈレベルの第１中間モード信号Ｓｍ２は、モード制御回路２２から、動作制御回路２１（切替回路２１０）と、出力回路３１（電流制御回路３１３）と、送給制御回路３８とに送られる。
【００６２】
切替回路２１０は、Ｈｉｇｈレベルの第１中間モード信号Ｓｍ２を受けると、第１中間モード動作指令部２１２に接続する。第１中間モード動作指令部２１２は、Ｈｉｇｈレベルの第１中間モード信号Ｓｍ２を受けると、同図（ａ）に示すように、溶接方向速度ＶＲを速度ｖ２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、第１中間モード動作指令部２１２は、溶接進行方向Ｄｒにおける、非消耗電極１５の母材Ｗに対する溶接方向速度ＶＲが、速度ｖ２となる。本実施形態においては、速度ｖ２は負の値であり、たとえば、１．２〜２．２ｍ／ｍｉｎである。そのため、図４（ａ−１）、図５（ａ−１）に示すように、第１中間モード期間Ｔ２中は、溶接進行方向Ｄｒとは反対側に、非消耗電極１５は母材Ｗに対し後退する。第１中間モード期間Ｔ２において非消耗電極１５が後退する距離Ｌｂ１は、たとえば、６．０〜９．０ｍｍである。
【００６３】
図３（ｂ）、図４（ａ−１）に示すように、第１中間モード期間Ｔ２中、非消耗電極１５の幅方向位置Ｌｙが徐々に大きくなる。すなわち、第１中間モード期間Ｔ２中、非消耗電極１５は、線８８９から徐々に離間する。このように、第１中間モード動作指令部２１２は、第１中間モード期間Ｔ２中、非消耗電極１５を、溶接進行方向Ｄｒと交差する方向に移動させる。
【００６４】
図３（ｃ）に示すように、電流制御回路３１３は、Ｈｉｇｈレベルの第１中間モード信号Ｓｍ２を受けると、絶対値の時間平均値が第１電流値ｉｗ１から徐々に減少する溶接電流Ｉｗを流すための電流設定信号Ｉｒを送る。そのため、第１中間モード期間Ｔ２中、溶接電流Ｉｗの絶対値の時間平均値は徐々に減少する。第１中間モード期間Ｔ２の終了時には、溶接電流Ｉｗの絶対値の時間平均値は第２電流値ｉｗ２となっている。
【００６５】
同図（ｄ）に示すように、送給制御回路３８は、Ｈｉｇｈレベルの第１中間モード信号Ｓｍ２を受けると、送給速度Ｆｗを０とするための送給速度制御信号Ｆｃをワイヤ送給装置１６に送る。これにより、フィラーワイヤ１９のアークａ１への送給が停止する。そのため、第１中間モード期間Ｔ２においてフィラーワイヤ１９が溶融しない。
【００６６】
＜溶接金属加熱モード期間Ｔ３（時刻ｔ３〜時刻ｔ６）＞
次に、図３に示す溶接金属加熱モード期間Ｔ３が開始する。溶接金属加熱モード期間Ｔ３は、図５に示す溶接金属８８１を加熱するための期間である。図３（ｆ）に示すように、時刻ｔ３において、モード制御回路２２は、第１中間モード信号Ｓｍ２をＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルに変化させる。一方、図３（ｇ）に示すように、時刻ｔ３において、モード制御回路２２は、溶接金属加熱モード信号Ｓｍ３をＨｉｇｈレベルに変化させる。Ｈｉｇｈレベルの溶接金属加熱モード信号Ｓｍ３は、モード制御回路２２から、動作制御回路２１（切替回路２１０）と、出力回路３１（電流制御回路３１３）と、送給制御回路３８とに送られる。
【００６７】
切替回路２１０は、Ｈｉｇｈレベルの溶接金属加熱モード信号Ｓｍ３を受けると、溶接金属加熱モード動作指令部２１３に接続する。溶接金属加熱モード動作指令部２１３は、Ｈｉｇｈレベルの溶接金属加熱モード信号Ｓｍ３を受けると、動作制御信号Ｍｓを溶接ロボット１に送る。図３（ａ）に示すように、本実施形態では、時刻ｔ３〜時刻ｔ４および時刻ｔ５〜時刻ｔ６においては、溶接進行方向Ｄｒにおける、非消耗電極１５の母材Ｗに対する溶接方向速度ＶＲは０であり、溶接進行方向Ｄｒにおいて非消耗電極１５は停止している。一方、時刻ｔ４〜時刻ｔ５においては、溶接方向速度ＶＲは正の値であり、溶接進行方向Ｄｒにおいて非消耗電極１５は前進している。溶接金属加熱モード期間Ｔ３中に溶接進行方向Ｄｒにおいて非消耗電極１５が進む距離Ｌｆ１（図４（ａ−２），図５（ａ−２）参照）は、たとえば、１．０〜２．５ｍｍである。本実施形態と異なり、時刻ｔ３〜時刻ｔ６の間中、常に、非消耗電極１５が溶接進行方向Ｄｒ側に向かって、非常に低速で進んでいてもよい。
【００６８】
溶接金属加熱モード動作指令部２１３は、Ｈｉｇｈレベルの溶接金属加熱モード信号Ｓｍ３を受けると、溶接進行方向Ｄｒに交差する方向に、母材Ｗに対し非消耗電極１５をウィービングさせるための動作制御信号Ｍｓも溶接ロボット１に送る。そのため、図３（ｂ）、図４（ａ−２）に示すように、溶接金属加熱モード期間Ｔ３中、非消耗電極１５は、溶接進行方向Ｄｒと交差する方向に、母材Ｗに対しウィービングさせられる。溶接金属加熱モード期間Ｔ３中の、非消耗電極１５の線８８９からの最大離間距離Ｌｍａｘ（振幅）は、たとえば、３．０〜６．０ｍｍである。
【００６９】
図３（ｃ）に示すように、電流制御回路３１３は、Ｈｉｇｈレベルの溶接金属加熱モード信号Ｓｍ３を受けると、絶対値の時間平均値が第２電流値ｉｗ２である溶接電流Ｉｗを流すための電流設定信号Ｉｒを送る。そのため、溶接金属加熱モード期間Ｔ３中、非消耗電極１５から母材Ｗに、絶対値の時間平均値が第２電流値ｉｗ２である溶接電流Ｉｗが流れる。第２電流値ｉｗ２は第１電流値ｉｗ１より小さい。第２電流値ｉｗ２はたとえば、４０Ａである。
【００７０】
同図（ｄ）に示すように、溶接金属加熱モード期間Ｔ３中は、フィラーワイヤ１９のアークａ１への送給が停止した状態が継続している。そのため、溶接金属加熱モード期間Ｔ３においてフィラーワイヤ１９が溶融しない。
【００７１】
以上のように、溶接金属加熱モード期間Ｔ３は経過する。図５（ａ−２）に示すように、溶接金属加熱モード期間Ｔ３においては、アークａ１により、溶接金属８８１が加熱される。そのため、溶接金属８８１の表面８８２寄りの部分が溶融する。これにより、表面が平坦な溶接金属８８３が形成される。ある単位期間Ｔαに加熱する溶接金属８８１は、当該単位期間Ｔαよりも、２回以上前の単位期間Ｔαにおける溶融池８８８を形成する工程にて形成された溶融池８８８が凝固したものである、ことが好ましい。
【００７２】
＜第２中間モード期間Ｔ４（時刻ｔ６〜時刻ｔ７）＞
次に、図３に示す第２中間モード期間Ｔ４が開始する。第２中間モード期間Ｔ４は、溶接進行方向Ｄｒ側に、非消耗電極１５を母材Ｗに対し前進させるための期間である。図３（ｇ）に示すように、時刻ｔ６において、モード制御回路２２は、溶接金属加熱モード信号Ｓｍ３をＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルに変化させる。一方、図３（ｈ）に示すように、時刻ｔ６において、モード制御回路２２は、第２中間モード信号Ｓｍ４をＨｉｇｈレベルに変化させる。Ｈｉｇｈレベルの第２中間モード信号Ｓｍ４は、モード制御回路２２から、動作制御回路２１（切替回路２１０）と、出力回路３１（電流制御回路３１３）と、送給制御回路３８とに送られる。
【００７３】
切替回路２１０は、Ｈｉｇｈレベルの第２中間モード信号Ｓｍ４を受けると、第２中間モード動作指令部２１４に接続する。第２中間モード動作指令部２１４は、Ｈｉｇｈレベルの第２中間モード信号Ｓｍ４を受けると、溶接方向速度ＶＲを速度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、溶接進行方向Ｄｒにおける、非消耗電極１５の母材Ｗに対する溶接方向速度ＶＲが、速度ｖ４となる。本実施形態においては、速度ｖ４は正の値であり、たとえば、１．２〜２．２ｍ／ｍｉｎである。そのため、図４（ａ−３）、図５（ａ−３）に示すように、第２中間モード期間Ｔ４中、溶接進行方向Ｄｒ側に、非消耗電極１５は母材Ｗに対し前進する。第２中間モード期間Ｔ４において非消耗電極１５が前進する距離Ｌｆ２は、たとえば、６．０〜９．０ｍｍである。また、各単位期間Ｔαごとに非消耗電極１５が進むピッチＬｐ１は、たとえば、２．０〜４．０ｍｍである。
【００７４】
図３（ｂ）、図４（ａ−３）に示すように、第２中間モード期間Ｔ４中、非消耗電極１５の幅方向位置Ｌｙが徐々に０に近づく。すなわち、第２中間モード期間Ｔ４中、非消耗電極１５は、線８８９に徐々に接近する。このように、第２中間モード動作指令部２１４は、第２中間モード期間Ｔ４中、非消耗電極１５を溶接進行方向Ｄｒと交差する方向に移動させる。
【００７５】
図３（ｃ）に示すように、電流制御回路３１３は、Ｈｉｇｈレベルの第２中間モード信号Ｓｍ４を受けると、絶対値の時間平均値が第２電流値ｉｗ２から徐々に上昇する溶接電流Ｉｗを流すための電流設定信号Ｉｒを送る。そのため、第２中間モード期間Ｔ４中、溶接電流Ｉｗの絶対値の時間平均値は徐々に上昇する。第２中間モード期間Ｔ４の終了時には、溶接電流Ｉｗの絶対値の時間平均値は第１電流値ｉｗ１となっている。
【００７６】
同図（ｄ）に示すように、第２中間モード期間Ｔ４中は、フィラーワイヤ１９のアークａ１への送給が停止した状態が継続している。そのため、第２中間モード期間Ｔ４においてフィラーワイヤ１９が溶融しない。
【００７７】
アーク溶接システムＡ１を用いたアーク溶接方法においては、上述の単位期間Ｔαを順次繰り返す。図６には、非消耗電極１５の軌跡を模式的に示している。図６（ａ）は、図４（ａ−３）に示した非消耗電極１５の軌跡と同一のものを示している。図６（ｂ）は同図（ａ）に示した状態から、更に１つの単位期間Ｔαにおけるプロセスを経た時の非消耗電極１５の軌跡を示している。同様に、図６（ｃ），（ｄ），（ｅ）は、図６（ｂ），（ｃ），（ｄ）に示した状態から、更に１つの単位期間Ｔαにおけるプロセスを経た時の非消耗電極１５の軌跡をそれぞれ示している。このようにして、表面が平坦な溶接金属８８３が、溶接進行方向Ｄｒに沿って順次形成されていく。
【００７８】
次に、本実施形態の作用効果について説明する。
【００７９】
本実施形態のアーク溶接方法においては、単位期間Ｔαを繰り返す。そして、各単位期間Ｔα中に、溶融池８８８を形成する工程と、溶接金属８８１を加熱する工程とを行う。このような構成によると、溶接金属８８１を加熱する工程はそれぞれ、溶融池８８８を形成する複数回の工程の間に行われる。そうすると、従来の場合と比較して、溶融池８８８が形成された時からあまり時間が経過していない時に、当該溶融池８８８が凝固した溶接金属８８１に対する平坦化のための加熱を、行うことができる。これにより、溶接金属８８１の温度があまり低下していない時に、溶接金属８８１に対する平坦化のための加熱を行うことができる。よって、溶接金属８８１を溶融させるために必要なエネルギの低減を図ることが可能となる。このことは、アーク溶接における消費電力の低減を図るのに適する。
【００８０】
本実施形態では、溶融池形成モード期間Ｔ１中の溶融池８８８を形成する工程において、非消耗電極１５と母材Ｗとの間に、絶対値の時間平均値が第１電流値ｉｗ１である溶接電流Ｉｗを流す。一方、溶接金属加熱モード期間Ｔ３中の溶接金属８８１を加熱する工程において、非消耗電極１５と母材Ｗとの間に、絶対値の時間平均値が第２電流値ｉｗ２である溶接電流Ｉｗを流す。第２電流値ｉｗ２は第１電流値ｉｗ１より小さい。すなわち、本実施形態では、溶接金属加熱モード期間Ｔ３における溶接電流Ｉｗの絶対値の時間平均値は比較的低くなっている。このように本実施形態では、溶接金属８８１を加熱する工程における溶接電流Ｉｗの絶対値の電流値を小さくすることにより、溶接金属加熱モード期間Ｔ３において消費される電力の低減を図っている。溶接金属加熱モード期間Ｔ３における消費電力の低減を図ることができると、アーク溶接における消費電力の低減を図ることができる。
【００８１】
なお、溶接金属加熱モード期間Ｔ３において消費される電力の低減を図るには、必ずしも溶接金属加熱モード期間Ｔ３における溶接電流Ｉｗの絶対値の平均値を低くする必要はない。溶接金属加熱モード期間Ｔ３の時間を短くすることにより、溶接金属加熱モード期間Ｔ３において消費される電力の低減を図ってもよい。
【００８２】
また、溶接金属加熱モード期間Ｔ３における溶接電流Ｉｗの絶対値の時間平均値を比較的低くできると、溶接金属加熱モード期間Ｔ３において、溶接金属８８１のうち、表面８８２の近傍の部位のみを溶融させることができる。溶接金属加熱モード期間Ｔ３にて、溶接金属８８１のうち表面８８２の近傍の部位のみを溶融させることができると、溶接金属８８１が溶融することによる垂れや溶け落ちを防止できるといったメリットがある。
【００８３】
本実施形態では、第１中間モード期間Ｔ２において、非消耗電極１５と母材Ｗとの間に流れる溶接電流Ｉｗの絶対値の時間平均値を徐々に減少させる。当該構成は、第１中間モード期間Ｔ２が開始すると、溶接電流Ｉｗの絶対値の時間平均値を第１電流値ｉｗ１から第２電流値ｉｗ２に即座に減少させる、のではない。よって、アークａ１を安定させたまま、溶接電流Ｉｗの絶対値の平均値を減少させることができる。そのため、溶接電流Ｉｗの絶対値の時間平均値を減少させる際にアークａ１が消弧してしまうことを、防止することができる。
【００８４】
本実施形態では、第１中間モード期間Ｔ２において、母材Ｗに対し非消耗電極１５を溶接進行方向Ｄｒとは反対側の地点まで移動させる第１移動工程を行う。当該第１移動工程においては、溶接進行方向Ｄｒと交差する方向に、母材Ｗに対し非消耗電極１５を移動させる。このような構成は、第１中間モード期間Ｔ２中に、平面視において非消耗電極１５を線８８９上から離間させるのに好適である。第１中間モード期間Ｔ２中に平面視において非消耗電極１５を線８８９から離間させることができると、第１中間モード期間Ｔ２中に、アークａ１が溶融池８８８に熱を与えることを抑制できる。したがって、溶融池８８８をより早く凝固させることができ、垂れや溶け落ちを防止することができる。
【００８５】
本実施形態では、第２中間モード期間Ｔ４において、非消耗電極１５と母材Ｗとの間に流れる溶接電流Ｉｗの絶対値の時間平均値を徐々に上昇させる。当該構成は、第２中間モード期間Ｔ４が開始すると、溶接電流Ｉｗの絶対値の時間平均値を第２電流値ｉｗ２から第１電流値ｉｗ１に即座に上昇させる、のではない。よって、アークａ１を安定させたまま、溶接電流Ｉｗの絶対値の平均値を上昇させることができる。そのため、溶接電流Ｉｗの絶対値の時間平均値を上昇させる際にアークａ１が消弧してしまうことを、防止することができる。
【００８６】
本実施形態では、第２中間モード期間Ｔ４において、母材Ｗに対し非消耗電極１５を溶接進行方向Ｄｒ側の地点まで移動させる第２移動工程を行う。当該第２移動工程においては、溶接進行方向Ｄｒと交差する方向に、母材Ｗに対し非消耗電極１５を移動させる。このような構成は、第２中間モード期間Ｔ４中に、平面視において非消耗電極１５を線８８９上から離間させた状態を保つのに好適である。第２中間モード期間Ｔ４中に平面視において非消耗電極１５を線８８９上から離間させることができると、第２中間モード期間Ｔ４中に、アークａ１が溶融池８８８に熱を与えることを抑制できる。したがって、溶融池８８８をより早く凝固させることができ、垂れや溶け落ちを防止することができる。
【００８７】
本実施形態では、ある単位期間Ｔαに加熱する溶接金属８８１は、当該単位期間Ｔαよりも、２回以上前の単位期間Ｔαにおける溶融池８８８を形成する工程にて形成された溶融池８８８が凝固したものである。このような構成は、溶融池８８８が形成されてすぐに当該溶融池８８８に入熱するのを回避するのに適する。そのため、溶融池８８８をより確実に凝固させることができ、垂れや溶け落ちを防止することができる。
【００８８】
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。上述の説明では、溶融池形成モード期間Ｔ１にはフィラーワイヤ１９をアークａ１に供給する例を示したが、アーク溶接方法においてフィラーワイヤを用いなくてもよい。単位期間Ｔα中は常にアークａ１を点弧させていることが好ましいが、溶融池形成モード期間Ｔ１と溶接金属加熱モード期間Ｔ３との間に、一旦アークａ１を消弧させてもよい。溶接金属８８１の表面８８２を平坦にするのは、上述のように非消耗電極１５を母材Ｗに対しウィービングさせるのが好ましいが、必ずしも非消耗電極１５をウィービングさせる必要はない。また、上述の実施形態では、薄肉管のＴ型継手溶接を行う例を示したが、本発明はこれに限られず、薄板の突合せ溶接や板材の重ね隅肉溶接や板材のＴ字隅肉溶接を行う場合にも有益である。
【符号の説明】
【００８９】
Ａ１ アーク溶接システム
１ 溶接ロボット
１１ マニピュレータ
１２ 溶接トーチ
１５ 非消耗電極
１６ ワイヤ送給装置
１９ フィラーワイヤ
２ ロボット制御装置
２１ 動作制御回路
２１０ 切替回路
２１１ 溶融池形成モード動作指令部
２１２ 第１中間モード動作指令部
２１３ 溶接金属加熱モード動作指令部
２１４ 第２中間モード動作指令部
２２ モード制御回路
３ 溶接電源装置
３１ 出力回路
３１１ 電源回路
３１２ 電流検出回路
３１３ 電流制御回路
３１４ 電流誤差計算回路
３６ 第１電流値記憶部
３７ 第２電流値記憶部
３８ 送給制御回路
８８１，８８３ 溶接金属
８８２ 表面
８８８ 溶融池
８８９ 線
ａ１ アーク
Ｄｒ 溶接進行方向
Ｅｉ 電流誤差信号
Ｆｃ 送給速度制御信号
Ｆｗ 送給速度
Ｉｄ 電流検出信号
Ｉｒ 電流設定信号
Ｉｗ 溶接電流
ｉｗ１ 第１電流値
ｉｗ２ 第２電流値
Ｌｂ１，Ｌｆ１，Ｌｆ２ 距離
Ｌｐ１ ピッチ
Ｌｙ 幅方向位置
Ｍｓ 動作制御信号
Ｓｍ１ 溶融池形成モード信号
Ｓｍ２ 第１中間モード信号
Ｓｍ３ 溶接金属加熱モード信号
Ｓｍ４ 第２中間モード信号
Ｔα 単位期間
Ｔ１ 溶融池形成モード期間
Ｔ２ 第１中間モード期間
Ｔ３ 溶接金属加熱モード期間
Ｔ４ 第２中間モード期間
ＶＲ 溶接方向速度
Ｖｗ 溶接電圧
Ｗ 母材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単位期間を繰り返すアーク溶接方法であって、
上記各単位期間中に、
非消耗電極と母材との間に生成したアークにより上記母材に溶融池を形成する工程と、
上記溶融池を形成する工程の後に、上記アークにより、溶融池が凝固した溶接金属を加熱する工程と、を備える、アーク溶接方法。
【請求項２】
上記溶融池を形成する工程においては、上記非消耗電極と上記母材との間に、絶対値の時間平均値が第１電流値である溶接電流を流し、
上記加熱する工程においては、上記非消耗電極と上記母材との間に、絶対値の時間平均値が、上記第１電流値より小さい第２電流値である溶接電流を流す、請求項１に記載のアーク溶接方法。
【請求項３】
上記各単位期間中に、上記溶融池を形成する工程と上記加熱する工程との間に、上記非消耗電極と上記母材との間に流れる溶接電流の絶対値の時間平均値を徐々に減少させる工程を更に備える、請求項２に記載のアーク溶接方法。
【請求項４】
上記各単位期間中に、上記溶融池を形成する工程と上記加熱する工程との間に、上記母材に対し上記非消耗電極を溶接進行方向とは反対側の地点まで移動させる第１移動工程を更に備え、
上記第１移動工程においては、上記溶接進行方向と交差する方向に、上記母材に対し上記非消耗電極を移動させる、請求項３に記載のアーク溶接方法。
【請求項５】
上記各単位期間中に、上記加熱する工程の後に、上記非消耗電極と上記母材との間に流れる溶接電流の絶対値の時間平均値を徐々に上昇させる工程を更に備える、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】
上記各単位期間中に、上記加熱する工程の後に、上記母材に対し上記非消耗電極を上記溶接進行方向側の地点まで移動させる第２移動工程を更に備え、
上記第２移動工程においては、上記溶接進行方向と交差する方向に、上記母材に対し上記非消耗電極を移動させる、請求項５に記載のアーク溶接方法。
【請求項７】
上記溶融池を形成する工程においては、上記アークにフィラーワイヤを供給する、請求項１ないし６のいずれかに記載のアーク溶接方法。
【請求項８】
上記加熱する工程においては、上記溶接進行方向と交差する方向に、上記母材に対し上記非消耗電極をウィービングさせる、請求項１ないし７のいずれかに記載のアーク溶接方法。
【請求項９】
上記加熱する工程にて加熱する溶接金属は、当該加熱する工程の行われる単位期間よりも、２回以上前の単位期間における溶融池を形成する工程にて形成された溶融池が凝固したものである、請求項１ないし８のいずれかに記載のアーク溶接方法。
【請求項１０】
上記溶融池を形成する工程においては、上記溶接電流として、周波数が８０〜１２０Hzであるパルス電流を流す、請求項２ないし６のいずれかに記載のアーク溶接方法。
【請求項１１】
単位期間を繰り返し発生させるモード制御回路と、
非消耗電極および母材の間に溶接電流を流す出力回路と、
上記非消耗電極および上記母材の間のアークへ供給するフィラーワイヤの送給速度を制御する送給速度制御回路と、
上記母材に対する上記非消耗電極の動作を制御する動作制御回路と、を備え、
上記モード制御回路は、上記各単位期間中に、溶融池形成モード信号および溶接金属加熱モード信号を送り、
上記送給速度制御回路は、上記溶融池形成モード信号を受けると、上記送給速度を正の値に設定し、
上記動作制御回路は、溶接金属加熱モード指令部を含み、
上記溶接金属加熱モード指令部は、上記溶接金属加熱モード信号を受けると、溶接進行方向に交差する方向に、上記母材に対し上記非消耗電極をウィービングさせる、アーク溶接システム。
【請求項１２】
第１電流値を記憶する第１電流値記憶部と、
第２電流値を記憶する第２電流値記憶部と、を更に備え、
上記出力回路は、上記溶融池形成モード信号を受けると、上記溶接電流として絶対値の時間平均値が上記第１電流値であるものを流し、上記溶接金属加熱モード信号を受けると、上記溶接電流として絶対値の時間平均値が上記第２電流値であるものを流す、請求項１１に記載のアーク溶接システム。
【請求項１３】
上記モード制御回路は、上記各単位期間中に、上記溶融池形成モード信号を送った後且つ上記溶接金属加熱モード信号を送る前に、第１中間モード信号を送り、
上記出力回路は、上記第１中間モード信号を受けると、上記溶接電流の絶対値の時間平均値を、上記第１電流値から上記第２電流値に徐々に変化させる、請求項１２に記載のアーク溶接システム。
【請求項１４】
上記動作制御回路は、上記第１中間モード信号を受けると、上記溶接進行方向に交差する方向に上記非消耗電極を移動させる第１中間モード指令部を含む、請求項１３に記載のアーク溶接システム。
【請求項１５】
上記モード制御回路は、上記各単位期間中に、上記溶接金属加熱モード信号を送った後に、第２中間モード信号を送り、
上記出力回路は、上記第２中間モード信号を受けると、上記溶接電流の絶対値の時間平均値を、上記第２電流値から上記第１電流値に徐々に変化させる、請求項１２ないし１４のいずれかに記載のアーク溶接システム。
【請求項１】
単位期間を繰り返すアーク溶接方法であって、
上記各単位期間中に、
非消耗電極と母材との間に生成したアークにより上記母材に溶融池を形成する工程と、
上記溶融池を形成する工程の後に、上記アークにより、溶融池が凝固した溶接金属を加熱する工程と、を備える、アーク溶接方法。
【請求項２】
上記溶融池を形成する工程においては、上記非消耗電極と上記母材との間に、絶対値の時間平均値が第１電流値である溶接電流を流し、
上記加熱する工程においては、上記非消耗電極と上記母材との間に、絶対値の時間平均値が、上記第１電流値より小さい第２電流値である溶接電流を流す、請求項１に記載のアーク溶接方法。
【請求項３】
上記各単位期間中に、上記溶融池を形成する工程と上記加熱する工程との間に、上記非消耗電極と上記母材との間に流れる溶接電流の絶対値の時間平均値を徐々に減少させる工程を更に備える、請求項２に記載のアーク溶接方法。
【請求項４】
上記各単位期間中に、上記溶融池を形成する工程と上記加熱する工程との間に、上記母材に対し上記非消耗電極を溶接進行方向とは反対側の地点まで移動させる第１移動工程を更に備え、
上記第１移動工程においては、上記溶接進行方向と交差する方向に、上記母材に対し上記非消耗電極を移動させる、請求項３に記載のアーク溶接方法。
【請求項５】
上記各単位期間中に、上記加熱する工程の後に、上記非消耗電極と上記母材との間に流れる溶接電流の絶対値の時間平均値を徐々に上昇させる工程を更に備える、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】
上記各単位期間中に、上記加熱する工程の後に、上記母材に対し上記非消耗電極を上記溶接進行方向側の地点まで移動させる第２移動工程を更に備え、
上記第２移動工程においては、上記溶接進行方向と交差する方向に、上記母材に対し上記非消耗電極を移動させる、請求項５に記載のアーク溶接方法。
【請求項７】
上記溶融池を形成する工程においては、上記アークにフィラーワイヤを供給する、請求項１ないし６のいずれかに記載のアーク溶接方法。
【請求項８】
上記加熱する工程においては、上記溶接進行方向と交差する方向に、上記母材に対し上記非消耗電極をウィービングさせる、請求項１ないし７のいずれかに記載のアーク溶接方法。
【請求項９】
上記加熱する工程にて加熱する溶接金属は、当該加熱する工程の行われる単位期間よりも、２回以上前の単位期間における溶融池を形成する工程にて形成された溶融池が凝固したものである、請求項１ないし８のいずれかに記載のアーク溶接方法。
【請求項１０】
上記溶融池を形成する工程においては、上記溶接電流として、周波数が８０〜１２０Hzであるパルス電流を流す、請求項２ないし６のいずれかに記載のアーク溶接方法。
【請求項１１】
単位期間を繰り返し発生させるモード制御回路と、
非消耗電極および母材の間に溶接電流を流す出力回路と、
上記非消耗電極および上記母材の間のアークへ供給するフィラーワイヤの送給速度を制御する送給速度制御回路と、
上記母材に対する上記非消耗電極の動作を制御する動作制御回路と、を備え、
上記モード制御回路は、上記各単位期間中に、溶融池形成モード信号および溶接金属加熱モード信号を送り、
上記送給速度制御回路は、上記溶融池形成モード信号を受けると、上記送給速度を正の値に設定し、
上記動作制御回路は、溶接金属加熱モード指令部を含み、
上記溶接金属加熱モード指令部は、上記溶接金属加熱モード信号を受けると、溶接進行方向に交差する方向に、上記母材に対し上記非消耗電極をウィービングさせる、アーク溶接システム。
【請求項１２】
第１電流値を記憶する第１電流値記憶部と、
第２電流値を記憶する第２電流値記憶部と、を更に備え、
上記出力回路は、上記溶融池形成モード信号を受けると、上記溶接電流として絶対値の時間平均値が上記第１電流値であるものを流し、上記溶接金属加熱モード信号を受けると、上記溶接電流として絶対値の時間平均値が上記第２電流値であるものを流す、請求項１１に記載のアーク溶接システム。
【請求項１３】
上記モード制御回路は、上記各単位期間中に、上記溶融池形成モード信号を送った後且つ上記溶接金属加熱モード信号を送る前に、第１中間モード信号を送り、
上記出力回路は、上記第１中間モード信号を受けると、上記溶接電流の絶対値の時間平均値を、上記第１電流値から上記第２電流値に徐々に変化させる、請求項１２に記載のアーク溶接システム。
【請求項１４】
上記動作制御回路は、上記第１中間モード信号を受けると、上記溶接進行方向に交差する方向に上記非消耗電極を移動させる第１中間モード指令部を含む、請求項１３に記載のアーク溶接システム。
【請求項１５】
上記モード制御回路は、上記各単位期間中に、上記溶接金属加熱モード信号を送った後に、第２中間モード信号を送り、
上記出力回路は、上記第２中間モード信号を受けると、上記溶接電流の絶対値の時間平均値を、上記第２電流値から上記第１電流値に徐々に変化させる、請求項１２ないし１４のいずれかに記載のアーク溶接システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−７７９（Ｐ２０１３−７７９Ａ）
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３５２５２（Ｐ２０１１−１３５２５２）
【出願日】平成２３年６月１７日（２０１１．６．１７）
【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１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月１７日（２０１１．６．１７）
【出願人】（００００００２６２）株式会社ダイヘン (990)
【Ｆターム（参考）】
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