アーク溶接方法
【課題】よりきれいなウロコ状のビードを形成可能なアーク溶接方法を提供すること。
【解決手段】消耗電極と母材との間に溶接電流を、絶対値の平均値が第１の値であるように流すことにより、アークを発生させつつ溶滴移行させる第１工程（Ｓ２）と、上記溶接電流を、絶対値の平均値が上記第１の値より小さい第２の値であるように流し、上記アークが発生している状態を継続させる第２工程（Ｓ５）と、を備え、上記第１工程（Ｓ２）と上記第２工程（Ｓ５）とを繰り返すアーク溶接方法であって、上記第２工程（Ｓ５）において、上記消耗電極と上記母材との間の溶接電圧Ｖｆａが、上記第１工程（Ｓ２）における上記消耗電極と上記母材との間の溶接電圧に従って設定される目標電圧値Ｖｄｓとなるように上記消耗電極の送給速度Ｖｆを修正する（Ｓ１１）。
【解決手段】消耗電極と母材との間に溶接電流を、絶対値の平均値が第１の値であるように流すことにより、アークを発生させつつ溶滴移行させる第１工程（Ｓ２）と、上記溶接電流を、絶対値の平均値が上記第１の値より小さい第２の値であるように流し、上記アークが発生している状態を継続させる第２工程（Ｓ５）と、を備え、上記第１工程（Ｓ２）と上記第２工程（Ｓ５）とを繰り返すアーク溶接方法であって、上記第２工程（Ｓ５）において、上記消耗電極と上記母材との間の溶接電圧Ｖｆａが、上記第１工程（Ｓ２）における上記消耗電極と上記母材との間の溶接電圧に従って設定される目標電圧値Ｖｄｓとなるように上記消耗電極の送給速度Ｖｆを修正する（Ｓ１１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アーク溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１０は、従来の溶接システムの一例を示す図である。同図における溶接システム９１は、いわゆるステッチパルス溶接法を用いて溶接を行う。ステッチパルス溶接法とは、溶接時の入熱と冷却をコントロールすることにより、母材に与える熱影響を抑えやすい溶接法である。このステッチパルス溶接法を用いると、従来の薄板溶接に比べ、溶接外観を向上させ、溶接歪み量を低減させることができるとされている（たとえば特許文献１参照）。
【０００３】
マニピュレータ９Ｍは、母材９Ｗに対してアーク溶接を自動で行うものであり、上アーム９３、下アーム９４及び手首部９５と、これらを回転駆動するための複数のサーボモータ（図示せず）とによって構成されている。
【０００４】
アーク溶接トーチ９Ｔは、マニピュレータ９Ｍの手首部９５の先端部分に取り付けられており、ワイヤリール９６に巻回された直径１ｍｍ程度の溶接ワイヤ９７を母材９Ｗの教示された溶接位置に導くためのものである。溶接電源９ＷＰは、アーク溶接トーチ９Ｔと母材９Ｗとの間に溶接電圧を供給する。母材９Ｗに溶接を行う際は、溶接ワイヤ９７をアーク溶接トーチ９Ｔの先端から所望の突き出し長だけ突き出した状態で行われる。
【０００５】
コンジットケーブル９２は、内部に溶接ワイヤ９７を案内するためのコイルライナ（図示せず）を備えており、アーク溶接トーチ９Ｔに接続されている。さらにコンジットケーブル９２は、溶接電源９ＷＰからの電力及びガスボンベ９８からのシールドガスをもアーク溶接トーチ９Ｔに供給する。
【０００６】
操作手段としてのティーチペンダント９ＴＰは、いわゆる可搬式操作盤であって、マニピュレータ９Ｍの動作、ステッチパルス溶接を行わせるために必要な条件等を設定するためのものである。
【０００７】
ロボット制御装置９ＲＣは、マニピュレータ９Ｍに溶接動作の制御を実行させるためのものであり、内部に主制御部、動作制御部およびサーボドライバ（いずれも図示せず）等を備えている。そして、作業者がティーチペンダント９ＴＰによって教示した作業プログラムに基づき、サーボドライバからマニピュレータ９Ｍの各サーボモータに動作制御信号を出力し、マニピュレータ９Ｍの複数の軸をそれぞれ回転させる。ロボット制御装置９ＲＣは、マニピュレータ９Ｍのサーボモータに備えられたエンコーダ（図示せず）からの出力によって現在位置を認識しているのでアーク溶接トーチ９Ｔの先端位置を制御することができる。そして溶接部においては、以下に説明する溶接、移動、冷却を繰り返しながらステッチパルス溶接を行う。
【０００８】
図１１は、ステッチパルス溶接を行っているときの状態を説明するための図である。溶接ワイヤ９７はアーク溶接トーチ９Ｔの先端から突出している。シールドガスＧは、溶接開始時から溶接終了時まで常に一定の流量でアーク溶接トーチ９Ｔから吹き出される。以下、ステッチパルス溶接時の各状態について説明する。
【０００９】
同図（ａ）は、アーク発生時の様子を示している。設定された溶接電流および溶接電圧に基づいて、溶接ワイヤ９７の先端と母材９Ｗとの間にアークａが発生し、溶接ワイヤ９７が溶融して母材９Ｗに溶融池Ｙが形成される。アークａが発生してから、教示された溶接時間が経過した後に、アークａを停止する。
【００１０】
同図（ｂ）は、アーク停止後の様子を示している。アーク停止後は、設定された冷却時間が経過するまで溶接後の状態を維持させる。すなわち、マニピュレータ９Ｍおよびアーク溶接トーチ９Ｔは溶接時の状態と同様に停止した状態で、アーク溶接トーチ９ＴからシールドガスＧが吹き出されるだけとなるので、溶融池ＹがシールドガスＧによって実質的に冷却されて凝固する。
【００１１】
同図（ｃ）は、アーク溶接トーチ９Ｔを次の溶接位置に移動させる様子を示している。冷却時間の経過後は、アーク溶接トーチ９Ｔを溶接進行方向に予め設定された移動ピッチＭｐだけ離間した位置であるアーク再開始点に移動させる。このときの移動速度は、設定された移動速度である。移動ピッチＭｐは、同図（ｃ）で示すように溶融池Ｙが凝固した後の溶接痕Ｙ’の外周側に溶接ワイヤ９７を位置づけるように調整された距離である。
【００１２】
同図（ｄ）は、アーク再開始点においてアークａを再発生する様子を示している。溶接痕Ｙ’の前端部に新たに溶融池Ｙが形成されて溶接が行われるようになる。このように、ステッチパルス溶接システム９１では、アークを発生させて溶接を行っている状態と、冷却、移動を行っている状態とが交互に繰り返されることになる。そして、溶接痕であるウロコが重ね合わさるように溶接ビードが形成される。
【００１３】
図１２は、溶接施工後に形成される溶接ビードを説明するための図である。同図に示すように、最初のアーク開始点Ｐ１において溶接痕Ｓｃが形成され、溶接進行方向Ｄｒに向けて移動ピッチＭｐだけ離間した再アーク開始点Ｐ２においても同様の溶接痕Ｓｃが形成される。再アーク開始点Ｐ３以降においてもさらなる溶接痕Ｓｃが順次形成されていく。このように、溶接痕Ｓｃであるウロコが重なり合うように形成された結果、ウロコ状の溶接ビードＢが形成されるのである。
【００１４】
上述した方法では、図１１（ｂ）、図１１（ｃ）等に示したように、アークａを停止させ、その後アークａを再発生させる工程を繰り返している。アークａを再発生するには時間を要する。そのため、上述した方法では、溶接時間が長くなるといった問題が生じていた。また、アークａを再発生させるたびに、スパッタが発生し、溶接ビードＢの外観が悪化するといった問題もあった。そこで、図１３に示すように、アークａを停止させずアークａの再発生を不要にする溶接法が提案されている（たとえば特許文献２参照）。
【００１５】
図１３（ｂ）、図１３（ｃ）によく表れているように、図１１（ｂ）、図１１（ｃ）に示した場合と異なり、溶融池Ｙを冷却する際にもアークａを停止させておらず、アークａが発生している状態を保っている。これにより、溶接時間の短縮化が図られている。また、アークａを再発生させる必要がなくなっているため、スパッタの発生を抑制することが可能になっている。この場合、たとえば、溶接を行う際にはパルス電流を用い、溶融池Ｙの冷却を行う際には直流電流を用いる方法が知られている。
【００１６】
しかしながら、図１３（ｂ）、図１３（ｃ）に示すように、溶融池Ｙを冷却する際には、溶滴移行を防止すべく溶接電流を極めて小さくする必要がある。溶接電流が小さくなれば、溶融池Ｙを冷却している際にアーク切れが頻発する。アーク切れが頻発すると、溶接ビードＢの外観の悪化を招いてしまう。このように、図１３に示す方法は、溶接ビードＢの外観の悪化を防止するのに十分ではなかった。
【００１７】
また、さらに、パルス電流から直流電流に切り替える際に、溶接ワイヤ９７と母材９Ｗとの間隔が小さくなってしまうことがある。このような場合、アークａの長さが変化することになり、アークａの圧力が変化することになる。このとき、溶融池Ｙが振動し、溶接ビードＢの外観が悪化することがあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】特開平６−５５２６８号公報
【特許文献２】特開平１１−２６７８３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
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、よりきれいなウロコ状のビードを形成可能なアーク溶接方法を提供することをその課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明によって提供されるアーク溶接方法は、消耗電極と母材との間に溶接電流を、絶対値の平均値が第１の値であるように流すことにより、アークを発生させつつ溶滴移行させる第１工程と、上記溶接電流を、絶対値の平均値が上記第１の値より小さい第２の値であるように流し、上記アークが発生している状態を継続させる第２工程と、を備え、上記第１工程と上記第２工程とを繰り返すアーク溶接方法であって、上記第２工程において、上記消耗電極と上記母材との間の溶接電圧が、上記第１工程における上記消耗電極と上記母材との間の溶接電圧に基いて設定される目標電圧値となるように上記消耗電極の送給速度を修正することを特徴とする。
【００２１】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記目標電圧値は、上記第１工程における上記消耗電極と上記母材との間の溶接電圧の平均値となるように設定される。
【００２２】
このような構成によれば、上記第２工程における上記溶接電圧が、上記第１工程における上記溶接電圧の平均値となるように、上記消耗電極の送給速度を修正するため、上記第１工程から上記第２工程へ移行した際に大きな電圧変化が生じにくくなっている。このため、上記アークの長さが上記第１工程と上記第２工程とで大きく変化しにくくなっている。したがって、アーク長さが急激に変化するのを防ぐことができ、より美しい外観の溶接ビードを実現可能である。
【００２３】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記第１工程は、パルス電流区間と、上記パルス電流区間の後に行われる電流値が一定となる一定区間を有しており、上記一定区間において上記消耗電極と上記母材との間の溶接電圧の平均値が予め定められた溶接電圧値となるように調整が行われており、上記第１工程が上記一定区間であるときに、上記第２工程への移行が行われる。
【００２４】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記第２工程における上記溶接電流は、直流電流である。
【００２５】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記第２工程においては、上記溶接電流に対して定電流制御を行う。
【００２６】
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】
【００２７】
【図１】本発明に用いられる溶接システムの一例の構成を示す図である。
【図２】図１に示した溶接システムの内部構成を示す図である。
【図３】図２に示した送給速度設定回路の内部構成を示す図である。
【図４】本発明の第１実施形態にかかるアーク溶接方法を示すフローチャートである。
【図５】第１実施形態にかかる溶接システムの各信号等のタイミングチャートを示す図である。
【図６】溶滴移行期間における溶接電流の変化を示す図である。
【図７】アーク継続期間における溶接電圧とアーク長の関係を示す図である。
【図８】送給速度設定回路における電圧差と送給速度差分との関係を示す図である。
【図９】本発明の第２実施形態にかかるアーク溶接方法における溶滴移行期間における溶接電流の変化を示す図である。
【図１０】従来の溶接システムの一例の構成を示す図である。
【図１１】ステッチパルス溶接を行っているときの状態を説明する図である。
【図１２】溶接施工後に形成される溶接ビードを説明するための図である。
【図１３】ステッチパルス溶接を行っているときの状態を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
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。
【００２９】
図１は、本発明のアーク溶接方法を実施するための溶接システムの一例の構成を示す図である。
【００３０】
図１に示された溶接システムＡは、溶接ロボット１、ロボット制御装置２、および溶接電源装置３を備えている。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、複数のアーム１２、複数のモータ１３、溶接トーチ１４、ワイヤ送給装置１６、およびコイルライナ１９を備えている。
【００３１】
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。
【００３２】
溶接トーチ１４は、溶接ロボット１の最も先端側に設けられた手首部１２ａの先端部に設けられている。溶接トーチ１４は、消耗電極としてのたとえば直径１ｍｍ程度の溶接ワイヤ１５を、母材Ｗ近傍の所定の位置に導くものである。溶接トーチ１４には、Ａｒなどのシールドガスを供給するためのシールドガスノズル（図示略）が備えられている。モータ１３は、アーム１２の両端または一端に設けられている（一部図示略）。モータ１３は、ロボット制御装置２により回転駆動する。この回転駆動により、複数のアーム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ようになっている。
【００３３】
モータ１３には、図示しないエンコーダが設けられている。このエンコーダの出力は、ロボット制御装置２に与えられる。この出力値により、ロボット制御装置２では、溶接トーチ１４の現在位置を認識するようになっている。
【００３４】
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に対して、溶接ワイヤ１５を送り出すためのものである。ワイヤ送給装置１６は、送給モータ１６１、ワイヤリール（図示略）、およびワイヤプッシュ手段（図示略）、を備えている。送給モータ１６１を駆動源として、上記ワイヤプッシュ手段が、上記ワイヤリールに巻かれた溶接ワイヤ１５を溶接トーチ１４へと送り出す。ワイヤプッシュ手段としては、たとえば、交流サーボモータが用いられる。
【００３５】
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、チューブ状に形成されており、その内部には、溶接ワイヤ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から送り出された溶接ワイヤ１５を、溶接トーチ１４に導くものである。送り出された溶接ワイヤ１５は、溶接トーチ１４から外部に突出して消耗電極として機能する。
【００３６】
図２は、図１に示した溶接システムＡの内部構成を示す図である。
【００３７】
図１、図２に示したロボット制御装置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。図２に示すように、ロボット制御装置２は、動作制御回路２１とインターフェイス回路２２とによって構成されている。
【００３８】
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と後述するデータベースとが記憶されている。また動作制御回路２１は、後述のロボット移動速度ＶＲを設定する。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、およびロボット移動速度ＶＲ等に基づいて、溶接ロボット１に対して動作制御信号Ｍｃを与える。この動作制御信号Ｍｃにより、各モータ１３は回転駆動し、溶接トーチ１４を母材Ｗの所定の溶接開始位置に移動させたり、母材Ｗの面内方向に沿って移動させたりする。
【００３９】
動作制御回路２１には、図示しない操作設定装置が接続されている。この操作設定装置は、ユーザによって各種動作を設定するためのものである。
【００４０】
データベースは、たとえば、母材Ｗの材質と、溶接ワイヤ１５の材質および直径と、ロボット移動速度ＶＲと、後述するアーク継続期間Ｔ２において流すべき直流電流の値との対応を示す表として上記メモリに記憶されている。上記操作設定装置を介して母材Ｗの材質と、溶接ワイヤ１５の材質および直径とが入力され、さらにロボット移動速度ＶＲが設定されたとき、動作制御回路２１はデータベースを参照して直流電流の値を決定する。
【００４１】
インターフェイス回路２２は、溶接電源装置３と各種信号をやり取りするためのものである。インターフェイス回路２２には、動作制御回路２１から、電流設定信号Ｉｓ、出力開始信号Ｏｎ、および送給速度設定信号Ｗｓが送られる。
【００４２】
溶接電源装置３は、溶接ワイヤ１５と母材Ｗとの間に、溶接電圧Ｖｗを印加し、溶接電流Ｉｗを流すための装置であるとともに、溶接ワイヤ１５の送給を行うための装置である。図２に示すように、溶接電源装置３は、出力制御回路３１、電流検出回路３２、送給速度設定回路３３、送給制御回路３４、インターフェイス回路３５、および電圧検出回路３６を備えている。
【００４３】
インターフェイス回路３５は、ロボット制御装置２と各種信号をやり取りするためのものである。具体的には、インターフェイス回路３５には、インターフェイス回路２２から、電流設定信号Ｉｓ、出力開始信号Ｏｎ、および送給速度設定信号Ｗｓが送られる。
【００４４】
出力制御回路３１は、複数のトランジスタ素子からなるインバータ制御回路を有する。出力制御回路３１は外部から入力される商用電源（たとえば３相２００Ｖ）をインバータ制御回路によって高速応答で精密な溶接電流波形制御を行う。
【００４５】
出力制御回路３１は、溶接トーチ１４の先端に設けられたコンタクトチップを介して、溶接ワイヤ１５と母材Ｗとの間に溶接電圧Ｖｗを印加し、溶接電流Ｉｗを流す。出力制御回路３１の出力は、一端が溶接トーチ１４に接続され、他端が母材Ｗに接続されている。これにより、溶接ワイヤ１５の先端と母材Ｗとの間にアークａが発生する。このアークａによりもたらされる熱で溶接ワイヤ１５が溶融する。そして、母材Ｗに対して溶接が施されるようになっている。
【００４６】
出力制御回路３１には、インターフェイス回路３５，２２を介して、動作制御回路２１からの電流設定信号Ｉｓ、および出力開始信号Ｏｎが送られる。さらに、出力制御回路３１は、溶接ワイヤ１５に流れる溶接電流Ｉｗを検出する電流検出回路３２から溶接電流Ｉｗに対応する電流検出信号Ｉｄを受信する。
【００４７】
電圧検出回路３６は、溶接電圧Ｖｗを検出するためのものである。電圧検出回路３６は、溶接電圧Ｖｗに対応する電圧検出信号Ｖｄを出力制御回路３１および送給速度設定回路３３に出力する。
【００４８】
送給速度設定回路３３は、電圧検出信号Ｖｄに基づいて算出される修正信号Ｄｓを送給制御回路３４へと出力する回路である。
【００４９】
図３には、送給速度設定回路３３の内部構造を示している。送給速度設定回路３３は、電圧検出信号Ｖｄを受信し、分離して出力する電圧分離回路３３１と、分離された信号をそれぞれ受信する演算回路３３２，３３３とを備えている。さらに、演算回路３３２，３３３の演算結果の差を増幅して出力する誤差増幅回路３３４と、誤差増幅回路３３４からの信号に応じて溶接ワイヤ１５の送給速度を増減させる修正信号Ｄｓを出力する修正信号出力回路３３５とを備えている。
【００５０】
送給制御回路３４は、溶接ワイヤ１５の送給を行うための送給制御信号Ｆｃを送給モータ１６１に出力するものである。送給制御信号Ｆｃは、溶接ワイヤ１５の送給速度Ｖｆを示す信号である。また、送給制御回路３４には、インターフェイス回路３５，２２を介して、動作制御回路２１からの出力開始信号Ｏｎと、送給速度設定回路３３からの送給速度設定信号Ｗｓおよび修正信号Ｄｓとが送られる。
【００５１】
次に、本発明にかかるアーク溶接方法の第１実施形態について、図４〜図６を参照しつつ説明する。図４は本実施形態のアーク溶接方法の手順を示している。
【００５２】
図５（ａ）は、ロボット移動速度ＶＲの変化状態を示し、（ｂ）は溶接電流Ｉｗの変化状態を示す。ロボット移動速度ＶＲは、母材Ｗの面内方向のうちの所定の溶接進行方向（図９に示した従来技術の溶接進行方向Ｄｒに対応する）に沿った溶接トーチ１４の移動速度である。
【００５３】
まず、外部からの溶接開始信号Ｓｔ（図２参照）が入力されることにより、過渡的な溶接開始処理（Ｓ１）が行われる。溶接開始処理（Ｓ１）においては、動作制御回路２１は、出力開始信号Ｏｎを出力制御回路３１および送給制御回路３４に出力する。出力制御回路３１は、溶接ワイヤ１５と母材Ｗとの間に溶接電圧Ｖｗを印加する。これにより、アークａが点弧される。
【００５４】
溶接開始処理（Ｓ１）の完了後に、溶滴移行期間Ｔ１を開始する（Ｓ２）。溶滴移行期間Ｔ１の完了後、アーク継続期間Ｔ２（Ｓ５）を開始し、溶接終了の確認（Ｓ１３）を行う。たとえばユーザから溶接終了の指示が出されている場合（Ｓ１３＝Ｙｅｓ）には、動作制御回路２１は溶接終了処理を行って溶接を終了させる。溶接終了の指示が出ていない場合（Ｓ１３＝Ｎｏ）には、再度溶滴移行期間Ｔ１を開始する工程（Ｓ２）へ戻る。なお、溶接終了の確認（Ｓ１３）は、溶滴移行期間Ｔ１の完了後に行っても構わない。その場合、アーク継続期間Ｔ２の終了後（Ｓ１２＝Ｙｅｓ）には自動的に溶滴移行期間Ｔ１を実施する。
【００５５】
このようなアーク溶接方法では、図５に示すように、溶滴移行期間Ｔ１とアーク継続期間Ｔ２とを繰り返すことにより溶接が行われる。溶滴移行期間Ｔ１においては、溶接電流Ｉｗ１を流すことにより溶滴移行を行い、溶融池を形成する。一方、アーク継続期間Ｔ２においては、溶接電流Ｉｗ２を流すことにより、溶滴移行をほとんどさせることなく、且つ、アークａを維持しつつ溶接トーチ１４を移動させる。以下具体的に説明する。
【００５６】
溶滴移行期間Ｔ１では、従来技術の説明において図１１（ａ）、図１３（ａ）で示した、溶融池Ｙを形成する処理を行う。溶滴移行期間Ｔ１においては、図５（ａ）に示すように、ロボット移動速度ＶＲを０に設定する。そのため溶接トーチ１４は母材Ｗに対して停止している。同図（ｂ）に示すように、溶接電流Ｉｗとして、絶対値の平均値が電流値ｉｗ１である交流のパルスの溶接電流Ｉｗ１が流れている。溶滴移行期間Ｔ１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は、溶接ワイヤ１５の材質、直径、溶接ワイヤ１５の突出し長さ、電極極性等の溶接条件が決定されれば、溶接ワイヤ１５の送給速度Ｖｆにより定まる。すなわち、溶接電流Ｉｗ１は、送給速度設定信号Ｗｓにより設定される。溶接ワイヤ１５の送給速度Ｖｆは、たとえば６５０〜１０００ｃｍ／ｍｉｎである。また、溶滴移行期間Ｔ１は、たとえば０．４〜０．５ｓｅｃである。
【００５７】
図６は、溶接電流Ｉｗ１の時間変化を詳細に示す図である。図５においては、理解の便宜上、溶接電流Ｉｗ１は簡略化して示しているが、溶接電流Ｉｗ１は図６に示すような交流パルス電流である。図６における電流値ｉｗ１は、図５における電流値ｉｗ１に一致する。図６における時間のスケールは、図５における時間のスケールに比べ極めて小さい。図６において、溶接電流Ｉｗを示す縦軸は、溶接ワイヤ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。
【００５８】
本図から理解されるように、溶接電流Ｉｗ１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２０ｍｓｅｃ程度である。電極プラス極性電流Ｉｅｐは、溶接ワイヤ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２ｍｓｅｃ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１４ｍｓｅｃである。プラス極性ベース電流Ｉｐｂの絶対値Ｉｅｐｂは、たとえば３０〜８０Ａである。
【００５９】
電極マイナス極性電流Ｉｅｎは、溶接ワイヤ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３．０〜４．０ｍｓｅｃ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。
【００６０】
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ａ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９０Ａである。
【００６１】
さらに溶滴移行期間Ｔ１中に、溶接電圧Ｖｗに対応する電圧検出信号Ｖｄを受信した電圧分離回路３３１は、電圧検出信号Ｖｄを演算回路３３２へと送信する（Ｓ３）。溶滴移行期間Ｔ１の終了後に、演算回路３３２は、溶滴移行期間Ｔ１における溶接電圧Ｖｗの平均値を算出し、その平均値を目標電圧値Ｖｄｓとして誤差増幅回路３３４へ出力する（Ｓ４）。なお、本実施形態では、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ていることから、目標電圧値Ｖｄｓとして予め定められた溶接電圧設定値を出力する手法をとることも可能である。
【００６２】
図４に示すアーク継続期間Ｔ２では、従来技術の説明において図１３（ｂ），（ｃ）で示した、溶融池Ｙを冷却する処理を、アークａを継続させつつ行う。アーク継続期間Ｔ２は、たとえば０．２〜０．３ｓｅｃである。
【００６３】
アーク継続期間Ｔ２の開始時（Ｓ５）には、図５（ａ）に示すように、ロボット移動速度をＶ２に設定する。これにより溶接トーチ１４は、所定の溶接進行方向に沿って移動を開始する。Ｖ２は、たとえば１００ｃｍ／ｍｉｎである。ロボット移動速度をＶ２に設定した後速やかに直流電流値ｉｓ１の設定を行う（Ｓ６）。
【００６４】
直流電流値ｉｓ１の設定（Ｓ６）は、動作制御回路２１のメモリに記憶されたデータベースを参照して、ロボット移動速度ＶＲがＶ２である場合に対応する値が自動的に選択されることによって行われる。アーク継続期間Ｔ２においては、溶接電流Ｉｗは、図５（ｂ）に示すように、この直流電流値ｉｓ１を溶接電流Ｉｗ２として流れるように制御される。直流電流値ｉｓ１は、たとえば５〜２０Ａ程度である。直流電流値ｉｓ１は、溶滴移行が行われにくい程度の小さい値である。また、溶接電流Ｉｗ２は、溶接ワイヤ１５が陽極、母材Ｗが陰極となった状態で流れる、いわゆる電極プラス極性電流である。なお溶接ワイヤ１５は、母材Ｗに向かって溶滴移行期間Ｔ１における値より小さな値の送給速度Ｖｆで送給される（図示略）。この送給速度Ｖｆは、たとえば７０ｃｍ／ｍｉｎである。送給速度Ｖｆは予め直流電流値ｉｓ１と対応するように作業プログラムに組み込まれた値であり、送給速度設定信号Ｗｓにより動作制御回路２１から送給速度設定回路３３を経由して送給制御回路３４へ送信される。
【００６５】
図７は、送給速度設定回路３３が機能していない場合に、アーク継続期間Ｔ２において溶接電圧Ｖｗがとりうる挙動を示している。アーク継続期間Ｔ２においては定電流制御を行っている。すなわち、電流検出回路３２からの電流検出信号Ｉｄに基づいて、出力制御回路３１において溶接電流Ｖｗを制御することにより、溶接電流Ｉｗを一定としている。
【００６６】
定電流の実現を目的として溶接電圧Ｖｗを増減させる原因の一つに、溶接ワイヤ１５と母材Ｗとの距離Ｄの変動がある。距離Ｄは、直接的に計測および制御している物理量ではないため、溶接の条件によって変動しうる。たとえば、母材Ｗの平坦度、溶接ロボット１のティーチング精度、溶接ワイヤ１５の送給を阻害するように働く摩擦力などが挙げられる。距離Ｄが小さくなった場合、定電流を保つためには、溶接電圧Ｖｗを小さくする制御がなされる。一方、距離Ｄが大きくなった場合、定電流を保つためには、溶接電圧Ｖｗを大きくする制御がなされる。
【００６７】
本実施形態においては、送給速度設定回路３３は、アーク継続期間Ｔ２が開始された後、所定時間待機（Ｓ７）し、その間、溶接電圧Ｖｗに対応する電圧検出信号Ｖｄを受信する。待機する時間は、たとえば１０ミリ秒〜数１０ミリ秒の範囲から適宜設定される。電圧分離回路３３１は、この間に受信した電圧検出信号Ｖｄを演算回路３３３へと送信する。演算回路３３３は、受信した電圧検出信号Ｖｄから待機時間中における平均電圧値Ｖｆａを算出して誤差増幅回路３３４へ送信する（Ｓ８）。
【００６８】
誤差増幅回路３３４は、平均電圧値Ｖｆａが、先に受信した目標電圧値Ｖｄｓからどれだけずれているかを検出し、その誤差を増幅し、誤差増幅信号Ｅｖを修正信号出力回路３３５へ送信する（Ｓ９）。誤差増幅信号Ｅｖによって伝達される増幅電圧差ΔＶは、（Ｖｆａ―Ｖｄｓ）に正の定数をかけた値となる。修正信号出力回路３３５は、誤差増幅信号Ｅｖによって伝達された増幅電圧差ΔＶに応じた修正信号Ｄｓを送給制御回路３４へ送信する（Ｓ１０）。
【００６９】
本実施形態では、修正信号出力回路３３５は、誤差増幅信号Ｅｖによって伝達された増幅電圧差ΔＶに応じて送給速度差分ΔＷｓを決定する。この決定には、たとえば図８に示すグラフが用いられる。図８に示すように、増幅電圧差ΔＶ＝０、すなわち平均電圧値Ｖｆａが目標電圧値Ｖｄｓと等しい場合には、送給速度差分ΔＷｓは０に設定される。また、増幅電圧差ΔＶの絶対値が、電圧差閾値ΔＶｔｈ以下である場合、送給速度差分ΔＷｓは０に設定される。増幅電圧差ΔＶの絶対値が電圧差閾値ΔＶｔｈよりも大である場合、図示されたグラフにしたがって送給速度差分ΔＷｓが設定される。本実施形態においては、増幅電圧差ΔＶと送給速度差分ΔＷｓとがステップ状の関係とされている。修正信号出力回路３３５は、送給速度差分ΔＷｓを送給速度設定信号Ｗｓに足し合わせる処理を行い、修正信号Ｄｓとして送給制御回路３４へ送信する。
【００７０】
送給制御回路３４は、修正信号Ｄｓを受信すると、それに基づいて溶接ワイヤ１５の送給速度Ｖｆを修正する（Ｓ１１）。なお、溶接ワイヤ１５の送給速度Ｖｆの修正をより精密に行うために、溶接トーチ１４の先端付近に交流サーボモータを設置して溶接ワイヤ１５の送給速度Ｖｆの調整を行えるようにしてもよい。
【００７１】
その後、アーク継続期間Ｔ２を終了させる時間かどうかの確認を行う（Ｓ１２）。アーク継続期間Ｔ２を終了させる時間である場合（Ｓ１２＝Ｙｅｓ）には溶接終了の確認を行う（Ｓ１３）。アーク継続期間Ｔ２を終了させる時間ではない場合（Ｓ１２＝Ｎｏ）には、再度所定時間待機する工程（Ｓ７）へ戻り、上述の工程を繰り返す。
【００７２】
次に、本実施形態の作用について説明する。
【００７３】
本実施形態によれば、上述した要因によって溶接ワイヤ１５と母材Ｗとの距離Ｄが変動した場合、その変動に応じて増幅電圧差ΔＶが変動する。送給速度設定回路３３は、この増幅電圧差ΔＶに基づいて、送給速度Ｖｆを増減速させる制御を行う。この送給速度Ｖｆの増減速は、平均電圧値Ｖｆａが、目標電圧値Ｖｄｓに近づくように行われる。この結果、アークａの長さが、平均電圧値Ｖｆａが目標電圧値Ｖｄｓをとるときの、望ましい長さに保たれることとなる。したがって、アークａの長さが長くなりすぎてアーク切れが生じたり、アークａの長さが短くなりすぎて短絡が生じたりするといった事態を回避することができる。これは、アーク溶接を安定して継続するとともに、溶接ビードの外観が乱れてしまうことを防止するのに適している。
【００７４】
本実施形態では、目標電圧値Ｖｄｓが、直前に行われた溶滴移行期間Ｔ１における溶接電圧Ｖｗの平均値として算出されている。このため、溶滴移行期間Ｔ１からアーク継続期間Ｔ２へ移行した際に、溶接電圧Ｖｗが変化しにくくなっている。
【００７５】
さらに、本実施形態によれば、アーク継続期間Ｔ２における溶接電流Ｉｗの直流電流値ｉｓ１は、動作制御回路２１のメモリに記憶されたデータベースを参照して、ロボット移動速度ＶＲに対応する値が自動的に選択されることによって行われる。このため、ユーザが直流電流値ｉｓ１の設定を行う必要がなくなっており、ユーザの操作負担の軽減に加え、溶接結果のユーザの技術への依存度が低くなる。従って、本発明のアーク溶接方法は、ユーザの技術不足や経験不足によって溶接の出来が悪くなることを防ぐことができ、アーク溶接を安定して継続するとともに、溶接ビードの外観が乱れてしまうことを防止するのに適している。
【００７６】
増幅電圧差ΔＶが電圧差閾値ΔＶｔｈ以下である場合に、送給速度差分ΔＷｓを０とすることにより、微小な増幅電圧差ΔＶの発生によって送給速度Ｖｆが頻繁に加減速されることを防止することができる。意図しない頻繁な加減速は、その加減速量が微小であっても不当なハンチングなどを誘発するおそれがある。本実施形態によれば、そのような制御の乱れを抑制することができる。電圧差ΔＶと送給速度差分ΔＷｓとをステップ状に設定することは、増幅電圧差ΔＶと送給速度差分ΔＷｓとの関係をたとえばテーブルの形態でデータ入力および保持することが可能であり使い勝手がよい。
【００７７】
次に、本発明にかかるアーク溶接方法の第２実施形態について、図９を参照しつつ説明する。本実施形態におけるアーク溶接方法は、上述したアーク溶接方法と同様に、溶接システムＡを用い、溶滴移行期間Ｔ１とアーク継続期間Ｔ２とを交互に繰り返すことにより行われる。図９には本実施形態におけるアーク溶接方法の溶滴移行期間Ｔ１の終期における溶接電流Ｉｗの波形を示している。さらに、本実施形態におけるアーク溶接方法では、以下に示す方法により目標電圧値Ｖｄｓを決定する。なお、その他の手順は、上述したアーク溶接方法と同様である。
【００７８】
図９に示すように、溶接電流Ｉｗ１は、溶接ワイヤ１５の極性が＋となるＥＰ期間Ｔｅｐおよび溶接ワイヤ１５の極性が−となるＥＮ期間Ｔｅｎからなる単位周期Ｔｅを繰り返している。ＥＰ期間Ｔｅｐにおいて、溶接電流Ｉｗ１は、電極プラス極性電流Ｉｅｐとなる。ＥＮ期間Ｔｅｎにおいて、溶接電流Ｉｗ１は、電極マイナス極性電流Ｉｅｎとなる。電極マイナス極性電流Ｉｅｎは、一定の値ｉｗ１ｎで流れる。一方、電極プラス極性電流Ｉｅｐは、ピーク値ｉｗ１ｐをとるように増減する。
【００７９】
ＥＰ期間Ｔｅｐは、電極プラス極性電流Ｉｅｐがピーク値ｉｗ１ｐをとるピーク期間Ｔｐと、ピーク期間Ｔｐよりも前の前半期間である増加期間Ｔｕと、ピーク期間Ｔｐよりも後の後半期間である減少期間Ｔｄおよび一定期間Ｔｂと、で構成されている。増加期間Ｔｕは、電極マイナス極性電流Ｉｅｎから電極プラス極性電流Ｉｅｐに切り替わったときから開始される。増加期間Ｔｕの間、溶接電流Ｉｗ１は増加する。溶接電流Ｉｗ１の電流値がピーク値ｉｗ１ｐに到達した時点で増加期間Ｔｕは終了し、ピーク期間Ｔｐの開始となる。ピーク期間Ｔｐの間、溶接電流Ｉｗ１の値はピーク値ｉｗ１ｐのままである。ピーク期間Ｔｐの終了後、減少期間Ｔｄが開始される。減少期間Ｔｄの間、溶接電流Ｉｗ１は減少する。溶接電流Ｉｗ１の電流値が、所定の値ｉｗ１ｄまで減少した時点で減少期間Ｔｄは終了し、一定期間Ｔｂが開始される。一定期間Ｔｂの間、溶接電流Ｉｗ１の電流値は、一定の値ｉｗ１ｄで流れる。この一定期間Ｔｂの終了後に、電極プラス極性電流Ｉｅｐから電極マイナス極性電流Ｉｅｎへの切り替えが行われる。
【００８０】
ピーク値ｉｗ１ｐ、値ｉｗ１ｎ，ｉｗ１ｄ、ピーク期間Ｔｐ、および、ＥＮ期間Ｔｅｎは、所定値に設定される。一定期間Ｔｂ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ａの長さが適正値に制御される。
【００８１】
ＥＮ期間Ｔｅｎにおいては、溶接ワイヤ１５が陰極側となっているため、溶接ワイヤ１５の先端で溶滴が成長しやすい傾向がある。逆にＥＰ期間Ｔｅｐにおいては、ピーク値ｉｗ１ｐをとり、溶接ワイヤ１５に大きな電磁ピンチ力が働くため、溶滴が落下しやすい傾向がある。溶滴が落下した後に、ＥＮ期間Ｔｅｎに入り、再度溶滴が成長する。このように、１単位周期Ｔｅの間に１個の溶滴が溶接ワイヤ１５から母材Ｗへ移行する。
【００８２】
本実施形態では、一定期間Ｔｂの間に、溶滴移行期間Ｔ１からアーク継続期間Ｔ２への移行を行う。さらに、目標電圧値Ｖｄｓを、一定期間Ｔｂに行われるフィードバック制御に用いられる予め定められた溶接電圧設定値とする。この方法によれば、目標電圧値Ｖｄｓを溶滴移行期間Ｔ１ごとに算出する必要がなくなり、送給速度設定回路３３の煩雑化を防ぐことができる。
【００８３】
本実施形態のアーク溶接方法によると、一定期間Ｔｂとこれに続くアーク継続期間Ｔ２のアーク長をほとんど同じとすることが可能である。このため、溶滴移行期間Ｔ１からアーク継続期間Ｔ２へ移行する際に、溶融池が振動しにくく、溶接ビードの外観が乱れにくくなっている。
【００８４】
さらに、溶滴移行期間Ｔ１からアーク継続期間Ｔ２へ移行する際に、溶接ワイヤ１５の先端に比較的大きな溶滴が残りにくくなっており、アーク継続期間Ｔ２中に不当に大きな溶滴が形成されるのを防ぐことができる。
【００８５】
本発明の範囲は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明の具体的構成は、種々に設計変更自在である。上記実施形態では、増幅電圧差ΔＶと送給速度差分ΔＷｓとをステップ状関係としたが、増幅電圧差ΔＶと送給速度差分ΔＷｓとの関係をたとえば線形としてもよい。電圧差閾値ΔＶｔｈを設定することは安定した送給速度制御に好ましいが、電圧差閾値ΔＶｔｈを用いない制御を行ってもよい。
【００８６】
上記では、溶接電流Ｉｗ１が交流のパルス電流である例を示したが、本発明はこれに限られず、溶接電流Ｉｗ１が直流の定電流等であってもよい。もちろん、溶接電流Ｉｗ２についても同様のことがいえる。
【符号の説明】
【００８７】
Ａ 溶接システム
１ 溶接ロボット
１１ ベース部材
１２ アーム
１２ａ 手首部
１３ モータ
１４ 溶接トーチ
１５ 溶接ワイヤ（消耗電極）
１６ ワイヤ送給装置
１６１ 送給モータ
２ ロボット制御装置
２１ 動作制御回路
２２ インターフェイス回路
３ 溶接電源装置
３１ 出力制御回路（電流制御手段）
３２ 電流検出回路
３３ 送給速度設定回路（送給速度設定手段）
３３１ 電圧分離回路
３３２，３３３ 演算回路
３３４ 誤差増幅回路
３３５ 修正信号出力回路
３４ 送給制御回路
３５ インターフェイス回路
３６ 電圧検出回路
Ｄ 距離
Ｗ 溶接母材（母材）
Ｓｔ 溶接開始信号
Ｏｎ 出力開始信号
Ｗｓ 送給速度設定信号
ΔＷｓ 送給速度差分
Ｍｃ 動作制御信号
Ｆｃ 送給制御信号
ＶＲ ロボット移動速度
Ｉｗ，Ｉｗ１，Ｉｗ２ 溶接電流
ｉｗ１ 電流値（第１の値）
Ｖｆ 送給速度
Ｖｗ 溶接電圧
Ｖｆａ 平均電圧値
Ｖｄｓ 目標電圧値
ΔＶ 増幅電圧差
ΔＶｔｈ 電圧差閾値
Ｔ１ 溶滴移行期間（第１の期間）
Ｔ２ アーク継続期間（第２の期間）
Ｉｅｐ 電極プラス極性電流
Ｉｅｎ 電極マイナス極性電流
Ｉｐｐ プラス極性ピーク電流
Ｉｐｂ プラス極性ベース電流
Ｔｅ 周期
Ｔｅｐ ＥＰ期間
Ｔｅｎ ＥＮ期間
Ｔｐｐ，Ｔｐｂ 電極プラス極性期間
Ｔｅｎ 電極マイナス極性期間
ｉｓ１ 直流電流値
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アーク溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１０は、従来の溶接システムの一例を示す図である。同図における溶接システム９１は、いわゆるステッチパルス溶接法を用いて溶接を行う。ステッチパルス溶接法とは、溶接時の入熱と冷却をコントロールすることにより、母材に与える熱影響を抑えやすい溶接法である。このステッチパルス溶接法を用いると、従来の薄板溶接に比べ、溶接外観を向上させ、溶接歪み量を低減させることができるとされている（たとえば特許文献１参照）。
【０００３】
マニピュレータ９Ｍは、母材９Ｗに対してアーク溶接を自動で行うものであり、上アーム９３、下アーム９４及び手首部９５と、これらを回転駆動するための複数のサーボモータ（図示せず）とによって構成されている。
【０００４】
アーク溶接トーチ９Ｔは、マニピュレータ９Ｍの手首部９５の先端部分に取り付けられており、ワイヤリール９６に巻回された直径１ｍｍ程度の溶接ワイヤ９７を母材９Ｗの教示された溶接位置に導くためのものである。溶接電源９ＷＰは、アーク溶接トーチ９Ｔと母材９Ｗとの間に溶接電圧を供給する。母材９Ｗに溶接を行う際は、溶接ワイヤ９７をアーク溶接トーチ９Ｔの先端から所望の突き出し長だけ突き出した状態で行われる。
【０００５】
コンジットケーブル９２は、内部に溶接ワイヤ９７を案内するためのコイルライナ（図示せず）を備えており、アーク溶接トーチ９Ｔに接続されている。さらにコンジットケーブル９２は、溶接電源９ＷＰからの電力及びガスボンベ９８からのシールドガスをもアーク溶接トーチ９Ｔに供給する。
【０００６】
操作手段としてのティーチペンダント９ＴＰは、いわゆる可搬式操作盤であって、マニピュレータ９Ｍの動作、ステッチパルス溶接を行わせるために必要な条件等を設定するためのものである。
【０００７】
ロボット制御装置９ＲＣは、マニピュレータ９Ｍに溶接動作の制御を実行させるためのものであり、内部に主制御部、動作制御部およびサーボドライバ（いずれも図示せず）等を備えている。そして、作業者がティーチペンダント９ＴＰによって教示した作業プログラムに基づき、サーボドライバからマニピュレータ９Ｍの各サーボモータに動作制御信号を出力し、マニピュレータ９Ｍの複数の軸をそれぞれ回転させる。ロボット制御装置９ＲＣは、マニピュレータ９Ｍのサーボモータに備えられたエンコーダ（図示せず）からの出力によって現在位置を認識しているのでアーク溶接トーチ９Ｔの先端位置を制御することができる。そして溶接部においては、以下に説明する溶接、移動、冷却を繰り返しながらステッチパルス溶接を行う。
【０００８】
図１１は、ステッチパルス溶接を行っているときの状態を説明するための図である。溶接ワイヤ９７はアーク溶接トーチ９Ｔの先端から突出している。シールドガスＧは、溶接開始時から溶接終了時まで常に一定の流量でアーク溶接トーチ９Ｔから吹き出される。以下、ステッチパルス溶接時の各状態について説明する。
【０００９】
同図（ａ）は、アーク発生時の様子を示している。設定された溶接電流および溶接電圧に基づいて、溶接ワイヤ９７の先端と母材９Ｗとの間にアークａが発生し、溶接ワイヤ９７が溶融して母材９Ｗに溶融池Ｙが形成される。アークａが発生してから、教示された溶接時間が経過した後に、アークａを停止する。
【００１０】
同図（ｂ）は、アーク停止後の様子を示している。アーク停止後は、設定された冷却時間が経過するまで溶接後の状態を維持させる。すなわち、マニピュレータ９Ｍおよびアーク溶接トーチ９Ｔは溶接時の状態と同様に停止した状態で、アーク溶接トーチ９ＴからシールドガスＧが吹き出されるだけとなるので、溶融池ＹがシールドガスＧによって実質的に冷却されて凝固する。
【００１１】
同図（ｃ）は、アーク溶接トーチ９Ｔを次の溶接位置に移動させる様子を示している。冷却時間の経過後は、アーク溶接トーチ９Ｔを溶接進行方向に予め設定された移動ピッチＭｐだけ離間した位置であるアーク再開始点に移動させる。このときの移動速度は、設定された移動速度である。移動ピッチＭｐは、同図（ｃ）で示すように溶融池Ｙが凝固した後の溶接痕Ｙ’の外周側に溶接ワイヤ９７を位置づけるように調整された距離である。
【００１２】
同図（ｄ）は、アーク再開始点においてアークａを再発生する様子を示している。溶接痕Ｙ’の前端部に新たに溶融池Ｙが形成されて溶接が行われるようになる。このように、ステッチパルス溶接システム９１では、アークを発生させて溶接を行っている状態と、冷却、移動を行っている状態とが交互に繰り返されることになる。そして、溶接痕であるウロコが重ね合わさるように溶接ビードが形成される。
【００１３】
図１２は、溶接施工後に形成される溶接ビードを説明するための図である。同図に示すように、最初のアーク開始点Ｐ１において溶接痕Ｓｃが形成され、溶接進行方向Ｄｒに向けて移動ピッチＭｐだけ離間した再アーク開始点Ｐ２においても同様の溶接痕Ｓｃが形成される。再アーク開始点Ｐ３以降においてもさらなる溶接痕Ｓｃが順次形成されていく。このように、溶接痕Ｓｃであるウロコが重なり合うように形成された結果、ウロコ状の溶接ビードＢが形成されるのである。
【００１４】
上述した方法では、図１１（ｂ）、図１１（ｃ）等に示したように、アークａを停止させ、その後アークａを再発生させる工程を繰り返している。アークａを再発生するには時間を要する。そのため、上述した方法では、溶接時間が長くなるといった問題が生じていた。また、アークａを再発生させるたびに、スパッタが発生し、溶接ビードＢの外観が悪化するといった問題もあった。そこで、図１３に示すように、アークａを停止させずアークａの再発生を不要にする溶接法が提案されている（たとえば特許文献２参照）。
【００１５】
図１３（ｂ）、図１３（ｃ）によく表れているように、図１１（ｂ）、図１１（ｃ）に示した場合と異なり、溶融池Ｙを冷却する際にもアークａを停止させておらず、アークａが発生している状態を保っている。これにより、溶接時間の短縮化が図られている。また、アークａを再発生させる必要がなくなっているため、スパッタの発生を抑制することが可能になっている。この場合、たとえば、溶接を行う際にはパルス電流を用い、溶融池Ｙの冷却を行う際には直流電流を用いる方法が知られている。
【００１６】
しかしながら、図１３（ｂ）、図１３（ｃ）に示すように、溶融池Ｙを冷却する際には、溶滴移行を防止すべく溶接電流を極めて小さくする必要がある。溶接電流が小さくなれば、溶融池Ｙを冷却している際にアーク切れが頻発する。アーク切れが頻発すると、溶接ビードＢの外観の悪化を招いてしまう。このように、図１３に示す方法は、溶接ビードＢの外観の悪化を防止するのに十分ではなかった。
【００１７】
また、さらに、パルス電流から直流電流に切り替える際に、溶接ワイヤ９７と母材９Ｗとの間隔が小さくなってしまうことがある。このような場合、アークａの長さが変化することになり、アークａの圧力が変化することになる。このとき、溶融池Ｙが振動し、溶接ビードＢの外観が悪化することがあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】特開平６−５５２６８号公報
【特許文献２】特開平１１−２６７８３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
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、よりきれいなウロコ状のビードを形成可能なアーク溶接方法を提供することをその課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明によって提供されるアーク溶接方法は、消耗電極と母材との間に溶接電流を、絶対値の平均値が第１の値であるように流すことにより、アークを発生させつつ溶滴移行させる第１工程と、上記溶接電流を、絶対値の平均値が上記第１の値より小さい第２の値であるように流し、上記アークが発生している状態を継続させる第２工程と、を備え、上記第１工程と上記第２工程とを繰り返すアーク溶接方法であって、上記第２工程において、上記消耗電極と上記母材との間の溶接電圧が、上記第１工程における上記消耗電極と上記母材との間の溶接電圧に基いて設定される目標電圧値となるように上記消耗電極の送給速度を修正することを特徴とする。
【００２１】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記目標電圧値は、上記第１工程における上記消耗電極と上記母材との間の溶接電圧の平均値となるように設定される。
【００２２】
このような構成によれば、上記第２工程における上記溶接電圧が、上記第１工程における上記溶接電圧の平均値となるように、上記消耗電極の送給速度を修正するため、上記第１工程から上記第２工程へ移行した際に大きな電圧変化が生じにくくなっている。このため、上記アークの長さが上記第１工程と上記第２工程とで大きく変化しにくくなっている。したがって、アーク長さが急激に変化するのを防ぐことができ、より美しい外観の溶接ビードを実現可能である。
【００２３】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記第１工程は、パルス電流区間と、上記パルス電流区間の後に行われる電流値が一定となる一定区間を有しており、上記一定区間において上記消耗電極と上記母材との間の溶接電圧の平均値が予め定められた溶接電圧値となるように調整が行われており、上記第１工程が上記一定区間であるときに、上記第２工程への移行が行われる。
【００２４】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記第２工程における上記溶接電流は、直流電流である。
【００２５】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記第２工程においては、上記溶接電流に対して定電流制御を行う。
【００２６】
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】
【００２７】
【図１】本発明に用いられる溶接システムの一例の構成を示す図である。
【図２】図１に示した溶接システムの内部構成を示す図である。
【図３】図２に示した送給速度設定回路の内部構成を示す図である。
【図４】本発明の第１実施形態にかかるアーク溶接方法を示すフローチャートである。
【図５】第１実施形態にかかる溶接システムの各信号等のタイミングチャートを示す図である。
【図６】溶滴移行期間における溶接電流の変化を示す図である。
【図７】アーク継続期間における溶接電圧とアーク長の関係を示す図である。
【図８】送給速度設定回路における電圧差と送給速度差分との関係を示す図である。
【図９】本発明の第２実施形態にかかるアーク溶接方法における溶滴移行期間における溶接電流の変化を示す図である。
【図１０】従来の溶接システムの一例の構成を示す図である。
【図１１】ステッチパルス溶接を行っているときの状態を説明する図である。
【図１２】溶接施工後に形成される溶接ビードを説明するための図である。
【図１３】ステッチパルス溶接を行っているときの状態を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
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。
【００２９】
図１は、本発明のアーク溶接方法を実施するための溶接システムの一例の構成を示す図である。
【００３０】
図１に示された溶接システムＡは、溶接ロボット１、ロボット制御装置２、および溶接電源装置３を備えている。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、複数のアーム１２、複数のモータ１３、溶接トーチ１４、ワイヤ送給装置１６、およびコイルライナ１９を備えている。
【００３１】
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。
【００３２】
溶接トーチ１４は、溶接ロボット１の最も先端側に設けられた手首部１２ａの先端部に設けられている。溶接トーチ１４は、消耗電極としてのたとえば直径１ｍｍ程度の溶接ワイヤ１５を、母材Ｗ近傍の所定の位置に導くものである。溶接トーチ１４には、Ａｒなどのシールドガスを供給するためのシールドガスノズル（図示略）が備えられている。モータ１３は、アーム１２の両端または一端に設けられている（一部図示略）。モータ１３は、ロボット制御装置２により回転駆動する。この回転駆動により、複数のアーム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ようになっている。
【００３３】
モータ１３には、図示しないエンコーダが設けられている。このエンコーダの出力は、ロボット制御装置２に与えられる。この出力値により、ロボット制御装置２では、溶接トーチ１４の現在位置を認識するようになっている。
【００３４】
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に対して、溶接ワイヤ１５を送り出すためのものである。ワイヤ送給装置１６は、送給モータ１６１、ワイヤリール（図示略）、およびワイヤプッシュ手段（図示略）、を備えている。送給モータ１６１を駆動源として、上記ワイヤプッシュ手段が、上記ワイヤリールに巻かれた溶接ワイヤ１５を溶接トーチ１４へと送り出す。ワイヤプッシュ手段としては、たとえば、交流サーボモータが用いられる。
【００３５】
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、チューブ状に形成されており、その内部には、溶接ワイヤ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から送り出された溶接ワイヤ１５を、溶接トーチ１４に導くものである。送り出された溶接ワイヤ１５は、溶接トーチ１４から外部に突出して消耗電極として機能する。
【００３６】
図２は、図１に示した溶接システムＡの内部構成を示す図である。
【００３７】
図１、図２に示したロボット制御装置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。図２に示すように、ロボット制御装置２は、動作制御回路２１とインターフェイス回路２２とによって構成されている。
【００３８】
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と後述するデータベースとが記憶されている。また動作制御回路２１は、後述のロボット移動速度ＶＲを設定する。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、およびロボット移動速度ＶＲ等に基づいて、溶接ロボット１に対して動作制御信号Ｍｃを与える。この動作制御信号Ｍｃにより、各モータ１３は回転駆動し、溶接トーチ１４を母材Ｗの所定の溶接開始位置に移動させたり、母材Ｗの面内方向に沿って移動させたりする。
【００３９】
動作制御回路２１には、図示しない操作設定装置が接続されている。この操作設定装置は、ユーザによって各種動作を設定するためのものである。
【００４０】
データベースは、たとえば、母材Ｗの材質と、溶接ワイヤ１５の材質および直径と、ロボット移動速度ＶＲと、後述するアーク継続期間Ｔ２において流すべき直流電流の値との対応を示す表として上記メモリに記憶されている。上記操作設定装置を介して母材Ｗの材質と、溶接ワイヤ１５の材質および直径とが入力され、さらにロボット移動速度ＶＲが設定されたとき、動作制御回路２１はデータベースを参照して直流電流の値を決定する。
【００４１】
インターフェイス回路２２は、溶接電源装置３と各種信号をやり取りするためのものである。インターフェイス回路２２には、動作制御回路２１から、電流設定信号Ｉｓ、出力開始信号Ｏｎ、および送給速度設定信号Ｗｓが送られる。
【００４２】
溶接電源装置３は、溶接ワイヤ１５と母材Ｗとの間に、溶接電圧Ｖｗを印加し、溶接電流Ｉｗを流すための装置であるとともに、溶接ワイヤ１５の送給を行うための装置である。図２に示すように、溶接電源装置３は、出力制御回路３１、電流検出回路３２、送給速度設定回路３３、送給制御回路３４、インターフェイス回路３５、および電圧検出回路３６を備えている。
【００４３】
インターフェイス回路３５は、ロボット制御装置２と各種信号をやり取りするためのものである。具体的には、インターフェイス回路３５には、インターフェイス回路２２から、電流設定信号Ｉｓ、出力開始信号Ｏｎ、および送給速度設定信号Ｗｓが送られる。
【００４４】
出力制御回路３１は、複数のトランジスタ素子からなるインバータ制御回路を有する。出力制御回路３１は外部から入力される商用電源（たとえば３相２００Ｖ）をインバータ制御回路によって高速応答で精密な溶接電流波形制御を行う。
【００４５】
出力制御回路３１は、溶接トーチ１４の先端に設けられたコンタクトチップを介して、溶接ワイヤ１５と母材Ｗとの間に溶接電圧Ｖｗを印加し、溶接電流Ｉｗを流す。出力制御回路３１の出力は、一端が溶接トーチ１４に接続され、他端が母材Ｗに接続されている。これにより、溶接ワイヤ１５の先端と母材Ｗとの間にアークａが発生する。このアークａによりもたらされる熱で溶接ワイヤ１５が溶融する。そして、母材Ｗに対して溶接が施されるようになっている。
【００４６】
出力制御回路３１には、インターフェイス回路３５，２２を介して、動作制御回路２１からの電流設定信号Ｉｓ、および出力開始信号Ｏｎが送られる。さらに、出力制御回路３１は、溶接ワイヤ１５に流れる溶接電流Ｉｗを検出する電流検出回路３２から溶接電流Ｉｗに対応する電流検出信号Ｉｄを受信する。
【００４７】
電圧検出回路３６は、溶接電圧Ｖｗを検出するためのものである。電圧検出回路３６は、溶接電圧Ｖｗに対応する電圧検出信号Ｖｄを出力制御回路３１および送給速度設定回路３３に出力する。
【００４８】
送給速度設定回路３３は、電圧検出信号Ｖｄに基づいて算出される修正信号Ｄｓを送給制御回路３４へと出力する回路である。
【００４９】
図３には、送給速度設定回路３３の内部構造を示している。送給速度設定回路３３は、電圧検出信号Ｖｄを受信し、分離して出力する電圧分離回路３３１と、分離された信号をそれぞれ受信する演算回路３３２，３３３とを備えている。さらに、演算回路３３２，３３３の演算結果の差を増幅して出力する誤差増幅回路３３４と、誤差増幅回路３３４からの信号に応じて溶接ワイヤ１５の送給速度を増減させる修正信号Ｄｓを出力する修正信号出力回路３３５とを備えている。
【００５０】
送給制御回路３４は、溶接ワイヤ１５の送給を行うための送給制御信号Ｆｃを送給モータ１６１に出力するものである。送給制御信号Ｆｃは、溶接ワイヤ１５の送給速度Ｖｆを示す信号である。また、送給制御回路３４には、インターフェイス回路３５，２２を介して、動作制御回路２１からの出力開始信号Ｏｎと、送給速度設定回路３３からの送給速度設定信号Ｗｓおよび修正信号Ｄｓとが送られる。
【００５１】
次に、本発明にかかるアーク溶接方法の第１実施形態について、図４〜図６を参照しつつ説明する。図４は本実施形態のアーク溶接方法の手順を示している。
【００５２】
図５（ａ）は、ロボット移動速度ＶＲの変化状態を示し、（ｂ）は溶接電流Ｉｗの変化状態を示す。ロボット移動速度ＶＲは、母材Ｗの面内方向のうちの所定の溶接進行方向（図９に示した従来技術の溶接進行方向Ｄｒに対応する）に沿った溶接トーチ１４の移動速度である。
【００５３】
まず、外部からの溶接開始信号Ｓｔ（図２参照）が入力されることにより、過渡的な溶接開始処理（Ｓ１）が行われる。溶接開始処理（Ｓ１）においては、動作制御回路２１は、出力開始信号Ｏｎを出力制御回路３１および送給制御回路３４に出力する。出力制御回路３１は、溶接ワイヤ１５と母材Ｗとの間に溶接電圧Ｖｗを印加する。これにより、アークａが点弧される。
【００５４】
溶接開始処理（Ｓ１）の完了後に、溶滴移行期間Ｔ１を開始する（Ｓ２）。溶滴移行期間Ｔ１の完了後、アーク継続期間Ｔ２（Ｓ５）を開始し、溶接終了の確認（Ｓ１３）を行う。たとえばユーザから溶接終了の指示が出されている場合（Ｓ１３＝Ｙｅｓ）には、動作制御回路２１は溶接終了処理を行って溶接を終了させる。溶接終了の指示が出ていない場合（Ｓ１３＝Ｎｏ）には、再度溶滴移行期間Ｔ１を開始する工程（Ｓ２）へ戻る。なお、溶接終了の確認（Ｓ１３）は、溶滴移行期間Ｔ１の完了後に行っても構わない。その場合、アーク継続期間Ｔ２の終了後（Ｓ１２＝Ｙｅｓ）には自動的に溶滴移行期間Ｔ１を実施する。
【００５５】
このようなアーク溶接方法では、図５に示すように、溶滴移行期間Ｔ１とアーク継続期間Ｔ２とを繰り返すことにより溶接が行われる。溶滴移行期間Ｔ１においては、溶接電流Ｉｗ１を流すことにより溶滴移行を行い、溶融池を形成する。一方、アーク継続期間Ｔ２においては、溶接電流Ｉｗ２を流すことにより、溶滴移行をほとんどさせることなく、且つ、アークａを維持しつつ溶接トーチ１４を移動させる。以下具体的に説明する。
【００５６】
溶滴移行期間Ｔ１では、従来技術の説明において図１１（ａ）、図１３（ａ）で示した、溶融池Ｙを形成する処理を行う。溶滴移行期間Ｔ１においては、図５（ａ）に示すように、ロボット移動速度ＶＲを０に設定する。そのため溶接トーチ１４は母材Ｗに対して停止している。同図（ｂ）に示すように、溶接電流Ｉｗとして、絶対値の平均値が電流値ｉｗ１である交流のパルスの溶接電流Ｉｗ１が流れている。溶滴移行期間Ｔ１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は、溶接ワイヤ１５の材質、直径、溶接ワイヤ１５の突出し長さ、電極極性等の溶接条件が決定されれば、溶接ワイヤ１５の送給速度Ｖｆにより定まる。すなわち、溶接電流Ｉｗ１は、送給速度設定信号Ｗｓにより設定される。溶接ワイヤ１５の送給速度Ｖｆは、たとえば６５０〜１０００ｃｍ／ｍｉｎである。また、溶滴移行期間Ｔ１は、たとえば０．４〜０．５ｓｅｃである。
【００５７】
図６は、溶接電流Ｉｗ１の時間変化を詳細に示す図である。図５においては、理解の便宜上、溶接電流Ｉｗ１は簡略化して示しているが、溶接電流Ｉｗ１は図６に示すような交流パルス電流である。図６における電流値ｉｗ１は、図５における電流値ｉｗ１に一致する。図６における時間のスケールは、図５における時間のスケールに比べ極めて小さい。図６において、溶接電流Ｉｗを示す縦軸は、溶接ワイヤ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。
【００５８】
本図から理解されるように、溶接電流Ｉｗ１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２０ｍｓｅｃ程度である。電極プラス極性電流Ｉｅｐは、溶接ワイヤ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２ｍｓｅｃ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１４ｍｓｅｃである。プラス極性ベース電流Ｉｐｂの絶対値Ｉｅｐｂは、たとえば３０〜８０Ａである。
【００５９】
電極マイナス極性電流Ｉｅｎは、溶接ワイヤ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３．０〜４．０ｍｓｅｃ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。
【００６０】
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ａ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９０Ａである。
【００６１】
さらに溶滴移行期間Ｔ１中に、溶接電圧Ｖｗに対応する電圧検出信号Ｖｄを受信した電圧分離回路３３１は、電圧検出信号Ｖｄを演算回路３３２へと送信する（Ｓ３）。溶滴移行期間Ｔ１の終了後に、演算回路３３２は、溶滴移行期間Ｔ１における溶接電圧Ｖｗの平均値を算出し、その平均値を目標電圧値Ｖｄｓとして誤差増幅回路３３４へ出力する（Ｓ４）。なお、本実施形態では、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ていることから、目標電圧値Ｖｄｓとして予め定められた溶接電圧設定値を出力する手法をとることも可能である。
【００６２】
図４に示すアーク継続期間Ｔ２では、従来技術の説明において図１３（ｂ），（ｃ）で示した、溶融池Ｙを冷却する処理を、アークａを継続させつつ行う。アーク継続期間Ｔ２は、たとえば０．２〜０．３ｓｅｃである。
【００６３】
アーク継続期間Ｔ２の開始時（Ｓ５）には、図５（ａ）に示すように、ロボット移動速度をＶ２に設定する。これにより溶接トーチ１４は、所定の溶接進行方向に沿って移動を開始する。Ｖ２は、たとえば１００ｃｍ／ｍｉｎである。ロボット移動速度をＶ２に設定した後速やかに直流電流値ｉｓ１の設定を行う（Ｓ６）。
【００６４】
直流電流値ｉｓ１の設定（Ｓ６）は、動作制御回路２１のメモリに記憶されたデータベースを参照して、ロボット移動速度ＶＲがＶ２である場合に対応する値が自動的に選択されることによって行われる。アーク継続期間Ｔ２においては、溶接電流Ｉｗは、図５（ｂ）に示すように、この直流電流値ｉｓ１を溶接電流Ｉｗ２として流れるように制御される。直流電流値ｉｓ１は、たとえば５〜２０Ａ程度である。直流電流値ｉｓ１は、溶滴移行が行われにくい程度の小さい値である。また、溶接電流Ｉｗ２は、溶接ワイヤ１５が陽極、母材Ｗが陰極となった状態で流れる、いわゆる電極プラス極性電流である。なお溶接ワイヤ１５は、母材Ｗに向かって溶滴移行期間Ｔ１における値より小さな値の送給速度Ｖｆで送給される（図示略）。この送給速度Ｖｆは、たとえば７０ｃｍ／ｍｉｎである。送給速度Ｖｆは予め直流電流値ｉｓ１と対応するように作業プログラムに組み込まれた値であり、送給速度設定信号Ｗｓにより動作制御回路２１から送給速度設定回路３３を経由して送給制御回路３４へ送信される。
【００６５】
図７は、送給速度設定回路３３が機能していない場合に、アーク継続期間Ｔ２において溶接電圧Ｖｗがとりうる挙動を示している。アーク継続期間Ｔ２においては定電流制御を行っている。すなわち、電流検出回路３２からの電流検出信号Ｉｄに基づいて、出力制御回路３１において溶接電流Ｖｗを制御することにより、溶接電流Ｉｗを一定としている。
【００６６】
定電流の実現を目的として溶接電圧Ｖｗを増減させる原因の一つに、溶接ワイヤ１５と母材Ｗとの距離Ｄの変動がある。距離Ｄは、直接的に計測および制御している物理量ではないため、溶接の条件によって変動しうる。たとえば、母材Ｗの平坦度、溶接ロボット１のティーチング精度、溶接ワイヤ１５の送給を阻害するように働く摩擦力などが挙げられる。距離Ｄが小さくなった場合、定電流を保つためには、溶接電圧Ｖｗを小さくする制御がなされる。一方、距離Ｄが大きくなった場合、定電流を保つためには、溶接電圧Ｖｗを大きくする制御がなされる。
【００６７】
本実施形態においては、送給速度設定回路３３は、アーク継続期間Ｔ２が開始された後、所定時間待機（Ｓ７）し、その間、溶接電圧Ｖｗに対応する電圧検出信号Ｖｄを受信する。待機する時間は、たとえば１０ミリ秒〜数１０ミリ秒の範囲から適宜設定される。電圧分離回路３３１は、この間に受信した電圧検出信号Ｖｄを演算回路３３３へと送信する。演算回路３３３は、受信した電圧検出信号Ｖｄから待機時間中における平均電圧値Ｖｆａを算出して誤差増幅回路３３４へ送信する（Ｓ８）。
【００６８】
誤差増幅回路３３４は、平均電圧値Ｖｆａが、先に受信した目標電圧値Ｖｄｓからどれだけずれているかを検出し、その誤差を増幅し、誤差増幅信号Ｅｖを修正信号出力回路３３５へ送信する（Ｓ９）。誤差増幅信号Ｅｖによって伝達される増幅電圧差ΔＶは、（Ｖｆａ―Ｖｄｓ）に正の定数をかけた値となる。修正信号出力回路３３５は、誤差増幅信号Ｅｖによって伝達された増幅電圧差ΔＶに応じた修正信号Ｄｓを送給制御回路３４へ送信する（Ｓ１０）。
【００６９】
本実施形態では、修正信号出力回路３３５は、誤差増幅信号Ｅｖによって伝達された増幅電圧差ΔＶに応じて送給速度差分ΔＷｓを決定する。この決定には、たとえば図８に示すグラフが用いられる。図８に示すように、増幅電圧差ΔＶ＝０、すなわち平均電圧値Ｖｆａが目標電圧値Ｖｄｓと等しい場合には、送給速度差分ΔＷｓは０に設定される。また、増幅電圧差ΔＶの絶対値が、電圧差閾値ΔＶｔｈ以下である場合、送給速度差分ΔＷｓは０に設定される。増幅電圧差ΔＶの絶対値が電圧差閾値ΔＶｔｈよりも大である場合、図示されたグラフにしたがって送給速度差分ΔＷｓが設定される。本実施形態においては、増幅電圧差ΔＶと送給速度差分ΔＷｓとがステップ状の関係とされている。修正信号出力回路３３５は、送給速度差分ΔＷｓを送給速度設定信号Ｗｓに足し合わせる処理を行い、修正信号Ｄｓとして送給制御回路３４へ送信する。
【００７０】
送給制御回路３４は、修正信号Ｄｓを受信すると、それに基づいて溶接ワイヤ１５の送給速度Ｖｆを修正する（Ｓ１１）。なお、溶接ワイヤ１５の送給速度Ｖｆの修正をより精密に行うために、溶接トーチ１４の先端付近に交流サーボモータを設置して溶接ワイヤ１５の送給速度Ｖｆの調整を行えるようにしてもよい。
【００７１】
その後、アーク継続期間Ｔ２を終了させる時間かどうかの確認を行う（Ｓ１２）。アーク継続期間Ｔ２を終了させる時間である場合（Ｓ１２＝Ｙｅｓ）には溶接終了の確認を行う（Ｓ１３）。アーク継続期間Ｔ２を終了させる時間ではない場合（Ｓ１２＝Ｎｏ）には、再度所定時間待機する工程（Ｓ７）へ戻り、上述の工程を繰り返す。
【００７２】
次に、本実施形態の作用について説明する。
【００７３】
本実施形態によれば、上述した要因によって溶接ワイヤ１５と母材Ｗとの距離Ｄが変動した場合、その変動に応じて増幅電圧差ΔＶが変動する。送給速度設定回路３３は、この増幅電圧差ΔＶに基づいて、送給速度Ｖｆを増減速させる制御を行う。この送給速度Ｖｆの増減速は、平均電圧値Ｖｆａが、目標電圧値Ｖｄｓに近づくように行われる。この結果、アークａの長さが、平均電圧値Ｖｆａが目標電圧値Ｖｄｓをとるときの、望ましい長さに保たれることとなる。したがって、アークａの長さが長くなりすぎてアーク切れが生じたり、アークａの長さが短くなりすぎて短絡が生じたりするといった事態を回避することができる。これは、アーク溶接を安定して継続するとともに、溶接ビードの外観が乱れてしまうことを防止するのに適している。
【００７４】
本実施形態では、目標電圧値Ｖｄｓが、直前に行われた溶滴移行期間Ｔ１における溶接電圧Ｖｗの平均値として算出されている。このため、溶滴移行期間Ｔ１からアーク継続期間Ｔ２へ移行した際に、溶接電圧Ｖｗが変化しにくくなっている。
【００７５】
さらに、本実施形態によれば、アーク継続期間Ｔ２における溶接電流Ｉｗの直流電流値ｉｓ１は、動作制御回路２１のメモリに記憶されたデータベースを参照して、ロボット移動速度ＶＲに対応する値が自動的に選択されることによって行われる。このため、ユーザが直流電流値ｉｓ１の設定を行う必要がなくなっており、ユーザの操作負担の軽減に加え、溶接結果のユーザの技術への依存度が低くなる。従って、本発明のアーク溶接方法は、ユーザの技術不足や経験不足によって溶接の出来が悪くなることを防ぐことができ、アーク溶接を安定して継続するとともに、溶接ビードの外観が乱れてしまうことを防止するのに適している。
【００７６】
増幅電圧差ΔＶが電圧差閾値ΔＶｔｈ以下である場合に、送給速度差分ΔＷｓを０とすることにより、微小な増幅電圧差ΔＶの発生によって送給速度Ｖｆが頻繁に加減速されることを防止することができる。意図しない頻繁な加減速は、その加減速量が微小であっても不当なハンチングなどを誘発するおそれがある。本実施形態によれば、そのような制御の乱れを抑制することができる。電圧差ΔＶと送給速度差分ΔＷｓとをステップ状に設定することは、増幅電圧差ΔＶと送給速度差分ΔＷｓとの関係をたとえばテーブルの形態でデータ入力および保持することが可能であり使い勝手がよい。
【００７７】
次に、本発明にかかるアーク溶接方法の第２実施形態について、図９を参照しつつ説明する。本実施形態におけるアーク溶接方法は、上述したアーク溶接方法と同様に、溶接システムＡを用い、溶滴移行期間Ｔ１とアーク継続期間Ｔ２とを交互に繰り返すことにより行われる。図９には本実施形態におけるアーク溶接方法の溶滴移行期間Ｔ１の終期における溶接電流Ｉｗの波形を示している。さらに、本実施形態におけるアーク溶接方法では、以下に示す方法により目標電圧値Ｖｄｓを決定する。なお、その他の手順は、上述したアーク溶接方法と同様である。
【００７８】
図９に示すように、溶接電流Ｉｗ１は、溶接ワイヤ１５の極性が＋となるＥＰ期間Ｔｅｐおよび溶接ワイヤ１５の極性が−となるＥＮ期間Ｔｅｎからなる単位周期Ｔｅを繰り返している。ＥＰ期間Ｔｅｐにおいて、溶接電流Ｉｗ１は、電極プラス極性電流Ｉｅｐとなる。ＥＮ期間Ｔｅｎにおいて、溶接電流Ｉｗ１は、電極マイナス極性電流Ｉｅｎとなる。電極マイナス極性電流Ｉｅｎは、一定の値ｉｗ１ｎで流れる。一方、電極プラス極性電流Ｉｅｐは、ピーク値ｉｗ１ｐをとるように増減する。
【００７９】
ＥＰ期間Ｔｅｐは、電極プラス極性電流Ｉｅｐがピーク値ｉｗ１ｐをとるピーク期間Ｔｐと、ピーク期間Ｔｐよりも前の前半期間である増加期間Ｔｕと、ピーク期間Ｔｐよりも後の後半期間である減少期間Ｔｄおよび一定期間Ｔｂと、で構成されている。増加期間Ｔｕは、電極マイナス極性電流Ｉｅｎから電極プラス極性電流Ｉｅｐに切り替わったときから開始される。増加期間Ｔｕの間、溶接電流Ｉｗ１は増加する。溶接電流Ｉｗ１の電流値がピーク値ｉｗ１ｐに到達した時点で増加期間Ｔｕは終了し、ピーク期間Ｔｐの開始となる。ピーク期間Ｔｐの間、溶接電流Ｉｗ１の値はピーク値ｉｗ１ｐのままである。ピーク期間Ｔｐの終了後、減少期間Ｔｄが開始される。減少期間Ｔｄの間、溶接電流Ｉｗ１は減少する。溶接電流Ｉｗ１の電流値が、所定の値ｉｗ１ｄまで減少した時点で減少期間Ｔｄは終了し、一定期間Ｔｂが開始される。一定期間Ｔｂの間、溶接電流Ｉｗ１の電流値は、一定の値ｉｗ１ｄで流れる。この一定期間Ｔｂの終了後に、電極プラス極性電流Ｉｅｐから電極マイナス極性電流Ｉｅｎへの切り替えが行われる。
【００８０】
ピーク値ｉｗ１ｐ、値ｉｗ１ｎ，ｉｗ１ｄ、ピーク期間Ｔｐ、および、ＥＮ期間Ｔｅｎは、所定値に設定される。一定期間Ｔｂ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ａの長さが適正値に制御される。
【００８１】
ＥＮ期間Ｔｅｎにおいては、溶接ワイヤ１５が陰極側となっているため、溶接ワイヤ１５の先端で溶滴が成長しやすい傾向がある。逆にＥＰ期間Ｔｅｐにおいては、ピーク値ｉｗ１ｐをとり、溶接ワイヤ１５に大きな電磁ピンチ力が働くため、溶滴が落下しやすい傾向がある。溶滴が落下した後に、ＥＮ期間Ｔｅｎに入り、再度溶滴が成長する。このように、１単位周期Ｔｅの間に１個の溶滴が溶接ワイヤ１５から母材Ｗへ移行する。
【００８２】
本実施形態では、一定期間Ｔｂの間に、溶滴移行期間Ｔ１からアーク継続期間Ｔ２への移行を行う。さらに、目標電圧値Ｖｄｓを、一定期間Ｔｂに行われるフィードバック制御に用いられる予め定められた溶接電圧設定値とする。この方法によれば、目標電圧値Ｖｄｓを溶滴移行期間Ｔ１ごとに算出する必要がなくなり、送給速度設定回路３３の煩雑化を防ぐことができる。
【００８３】
本実施形態のアーク溶接方法によると、一定期間Ｔｂとこれに続くアーク継続期間Ｔ２のアーク長をほとんど同じとすることが可能である。このため、溶滴移行期間Ｔ１からアーク継続期間Ｔ２へ移行する際に、溶融池が振動しにくく、溶接ビードの外観が乱れにくくなっている。
【００８４】
さらに、溶滴移行期間Ｔ１からアーク継続期間Ｔ２へ移行する際に、溶接ワイヤ１５の先端に比較的大きな溶滴が残りにくくなっており、アーク継続期間Ｔ２中に不当に大きな溶滴が形成されるのを防ぐことができる。
【００８５】
本発明の範囲は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明の具体的構成は、種々に設計変更自在である。上記実施形態では、増幅電圧差ΔＶと送給速度差分ΔＷｓとをステップ状関係としたが、増幅電圧差ΔＶと送給速度差分ΔＷｓとの関係をたとえば線形としてもよい。電圧差閾値ΔＶｔｈを設定することは安定した送給速度制御に好ましいが、電圧差閾値ΔＶｔｈを用いない制御を行ってもよい。
【００８６】
上記では、溶接電流Ｉｗ１が交流のパルス電流である例を示したが、本発明はこれに限られず、溶接電流Ｉｗ１が直流の定電流等であってもよい。もちろん、溶接電流Ｉｗ２についても同様のことがいえる。
【符号の説明】
【００８７】
Ａ 溶接システム
１ 溶接ロボット
１１ ベース部材
１２ アーム
１２ａ 手首部
１３ モータ
１４ 溶接トーチ
１５ 溶接ワイヤ（消耗電極）
１６ ワイヤ送給装置
１６１ 送給モータ
２ ロボット制御装置
２１ 動作制御回路
２２ インターフェイス回路
３ 溶接電源装置
３１ 出力制御回路（電流制御手段）
３２ 電流検出回路
３３ 送給速度設定回路（送給速度設定手段）
３３１ 電圧分離回路
３３２，３３３ 演算回路
３３４ 誤差増幅回路
３３５ 修正信号出力回路
３４ 送給制御回路
３５ インターフェイス回路
３６ 電圧検出回路
Ｄ 距離
Ｗ 溶接母材（母材）
Ｓｔ 溶接開始信号
Ｏｎ 出力開始信号
Ｗｓ 送給速度設定信号
ΔＷｓ 送給速度差分
Ｍｃ 動作制御信号
Ｆｃ 送給制御信号
ＶＲ ロボット移動速度
Ｉｗ，Ｉｗ１，Ｉｗ２ 溶接電流
ｉｗ１ 電流値（第１の値）
Ｖｆ 送給速度
Ｖｗ 溶接電圧
Ｖｆａ 平均電圧値
Ｖｄｓ 目標電圧値
ΔＶ 増幅電圧差
ΔＶｔｈ 電圧差閾値
Ｔ１ 溶滴移行期間（第１の期間）
Ｔ２ アーク継続期間（第２の期間）
Ｉｅｐ 電極プラス極性電流
Ｉｅｎ 電極マイナス極性電流
Ｉｐｐ プラス極性ピーク電流
Ｉｐｂ プラス極性ベース電流
Ｔｅ 周期
Ｔｅｐ ＥＰ期間
Ｔｅｎ ＥＮ期間
Ｔｐｐ，Ｔｐｂ 電極プラス極性期間
Ｔｅｎ 電極マイナス極性期間
ｉｓ１ 直流電流値
【特許請求の範囲】
【請求項１】
消耗電極と母材との間に溶接電流を、絶対値の平均値が第１の値であるように流すことにより、アークを発生させつつ溶滴移行させる第１工程と、
上記溶接電流を、絶対値の平均値が上記第１の値より小さい第２の値であるように流し、上記アークが発生している状態を継続させる第２工程と、を備え、
上記第１工程と上記第２工程とを繰り返すアーク溶接方法であって、
上記第２工程において、上記消耗電極と上記母材との間の溶接電圧が、上記第１工程における上記消耗電極と上記母材との間の溶接電圧に基いて設定される目標電圧値となるように上記消耗電極の送給速度を修正することを特徴とする、アーク溶接方法。
【請求項２】
上記目標電圧値は、上記第１工程における上記消耗電極と上記母材との間の溶接電圧の平均値となるように設定される、請求項１に記載のアーク溶接方法。
【請求項３】
上記第１工程は、パルス電流区間と、上記パルス電流区間の後に行われる電流値が一定となる一定区間を有しており、上記一定区間において上記消耗電極と上記母材との間の溶接電圧の平均値が予め定められた溶接電圧値となるように調整が行われており、
上記第１工程が上記一定区間であるときに、上記第２工程への移行が行われる、請求項２に記載のアーク溶接方法。
【請求項４】
上記第２工程における上記溶接電流は、直流電流である、請求項１ないし３のいずれかに記載のアーク溶接方法。
【請求項５】
上記第２工程においては、上記溶接電流に対して定電流制御を行う、請求項４に記載のアーク溶接方法。
【請求項１】
消耗電極と母材との間に溶接電流を、絶対値の平均値が第１の値であるように流すことにより、アークを発生させつつ溶滴移行させる第１工程と、
上記溶接電流を、絶対値の平均値が上記第１の値より小さい第２の値であるように流し、上記アークが発生している状態を継続させる第２工程と、を備え、
上記第１工程と上記第２工程とを繰り返すアーク溶接方法であって、
上記第２工程において、上記消耗電極と上記母材との間の溶接電圧が、上記第１工程における上記消耗電極と上記母材との間の溶接電圧に基いて設定される目標電圧値となるように上記消耗電極の送給速度を修正することを特徴とする、アーク溶接方法。
【請求項２】
上記目標電圧値は、上記第１工程における上記消耗電極と上記母材との間の溶接電圧の平均値となるように設定される、請求項１に記載のアーク溶接方法。
【請求項３】
上記第１工程は、パルス電流区間と、上記パルス電流区間の後に行われる電流値が一定となる一定区間を有しており、上記一定区間において上記消耗電極と上記母材との間の溶接電圧の平均値が予め定められた溶接電圧値となるように調整が行われており、
上記第１工程が上記一定区間であるときに、上記第２工程への移行が行われる、請求項２に記載のアーク溶接方法。
【請求項４】
上記第２工程における上記溶接電流は、直流電流である、請求項１ないし３のいずれかに記載のアーク溶接方法。
【請求項５】
上記第２工程においては、上記溶接電流に対して定電流制御を行う、請求項４に記載のアーク溶接方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１１−２１２７０７（Ｐ２０１１−２１２７０７Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−８２１１９（Ｐ２０１０−８２１１９）
【出願日】平成２２年３月３１日（２０１０．３．３１）
【出願人】（００００００２６２）株式会社ダイヘン (990)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月３１日（２０１０．３．３１）
【出願人】（００００００２６２）株式会社ダイヘン (990)
【Ｆターム（参考）】
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