JP2011073039A - アーク溶接方法およびアーク溶接システム - Google Patents

Abstract

【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、およびアーク溶接システムを提供すること。
【解決手段】消耗電極１５と溶接母材Ｗ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ａ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工程において消耗電極１５と母材Ｗとの間の溶接電圧Ｖｗが予め定められた基準溶接電圧Ｖｓｔよりも大きいときに上記消耗電極の送給速度Ｖｆを増速させ、溶接電圧Ｖｗが基準溶接電圧Ｖｓｔよりも小さいときに送給速度Ｖｆを減速させる。このような構成により、過大な上記溶接電圧に起因して溶接ビードの外観が乱れてしまうことや、過小な上記溶接電圧に起因してアークが消滅してしまうことを抑制することができる。
【選択図】図５

Description

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。

図７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）。

マニピュレータ９Ｍは、ワーク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。

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をワーク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とワーク９Ｗとの間に溶接電圧を供給する。ワーク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。

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。

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。

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。

図８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。

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の先端とワーク９Ｗとの間にアークａが発生し、溶接ワイヤ９７が溶融してワーク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。

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。

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。

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。

図９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。

上述した方法では、図８（ｂ）、図８（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１０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）。

図１０（ｂ）、図１０（ｃ）によく表れているように、図８（ｂ）、図８（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。

しかしながら、図１０（ｂ）、図１０（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１０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。

特開平６−５５２６８号公報 特開平１１−２６７８３９号公報

本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、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、およびアーク溶接システムを提供することをその課題とする。

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、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予め定められた基準溶接電圧よりも大きいときに上記消耗電極の送給速度を増速させ、上記溶接電圧が上記基準溶接電圧よりも小さいときに上記送給速度を減速させることを特徴としている。

このような構成によれば、たとえば上記消耗電極と上記母材との距離が変動することによって上記アーク長が望ましい大きさから変動した場合、この変動を上記溶接電圧と上記基準溶接電圧との差によって検出することができる。そして、この電圧差に応じて上記消耗電極の送給速度を増減速させることにより、上記溶接電圧を上記基準溶接電圧となるように制御可能である。上記溶接電圧が上記基準溶接電圧であるということは、上記アーク長が望ましい大きさに保たれていることを意味する。したがって、上記アーク長が長くなりすぎることによってアーク切れが生じたり、上記アーク長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。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記溶接電圧と上記基準溶接電圧との電圧差が、予め定められた電圧差閾値より小さい場合には、上記送給速度を変更しない。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記送給速度が、上記電圧差に対してステップ状に設定されている。

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。

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。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記第１工程における上記溶接電流は、交流パルス電流である。

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ことにより、アークを発生させ溶接を行うアーク溶接システムであって、上記溶接電流の絶対値の平均値を第１の値に設定する第１の期間と、上記溶接電流の絶対値の平均値を第１の値より小さい第２の値に設定する第２の期間と、を繰り返し発生させる電流制御手段と、上記消耗電極と上記母材との間の溶接電圧を検知する溶接電圧検知手段と、上記第２の期間において、溶接電圧が予め定められた基準溶接電圧よりも大きいときに上記消耗電極の送給速度を増速させ、上記溶接電圧が上記基準溶接電圧よりも小さいときに上記送給速度を減速させる送給速度設定手段と、を備えることを特徴としている。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記送給速度設定手段は、上記溶接電圧と上記基準溶接電圧との電圧差が、予め定められた電圧差閾値より小さい場合には、上記送給速度を変更しない。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記送給速度設定手段は、上記送給速度を上記電圧差に対してステップ状に設定する。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記第２の期間における上記溶接電流は、直流電流である。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記電流制御手段は、上記第２の期間において上記溶接電流に対して定電流制御を行う。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記第１の期間における上記溶接電流は、交流パルス電流である

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。

本発明にかかる溶接システムの一例の構成を示す図である。 図１に示した溶接システムの内部構成を示す図である。 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。 溶滴移行期間における溶接電流の変化を示す図である。 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。 送給速度設定回路における電圧差と送球速度差分との関係を示す図である。 従来の溶接システムの一例の構成を示す図である。 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。 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。 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。

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。

図１は、本発明の第１実施形態にかかる溶接システムの一例の構成を示す図である。

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、溶接母材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。

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、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、溶接母材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。

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。

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。

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。

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。

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。

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、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を溶接母材Ｗの所定の溶接開始位置に移動させたり、溶接母材Ｗの面内方向に沿って移動させたりする。

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。

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。

溶接電源装置３は、溶接ワイヤ１５と溶接母材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。

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。

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。

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、他端が溶接母材Ｗに接続されている。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と溶接母材Ｗとの間に溶接電圧Ｖｗを印加し、溶接電流Ｉｗを流す。これにより、溶接ワイヤ１５の先端と溶接母材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、溶接母材Ｗに対して溶接が施されるようになっている。

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。

電流検出回路３２は、溶接ワイヤ１５に流れる溶接電流Ｉｗを検出するためのものである。電流検出回路３２は、溶接電流Ｉｗに対応する電流検出信号Ｉｄを出力する。

電圧検出回路３６は、出力制御回路３１の出力端の電圧である溶接電圧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を送給速度設定回路３３に出力する。

送給速度設定回路３３は、インターフェイス回路３５から送られてきた送給速度設定信号Ｗｓに対して、電圧検出信号Ｖｄに基づく増減処理を施す回路である。送給速度設定回路３３によって処理された送給速度設定信号Ｗｓは、送給制御回路３４へと送られる。

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、および送給速度設定回路３３からの送給速度設定信号Ｗｓが送られる。

次に、本発明にかかるアーク溶接方法の一例について、図３を参照しつつ説明する。

同図（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、溶接母材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。

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、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と溶接母材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。そして、図３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を行う。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。

（１）溶滴移行期間Ｔ１（時刻ｔ１〜ｔ２）
溶滴移行期間Ｔ１では、従来技術の説明において図８（ａ）、図１０（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３（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は溶接母材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。

図４は、溶接電流Ｉｗ１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Ｉｗ１は簡略化して示しているが、溶接電流Ｉｗ１は図４に示すような交流パルス電流である。図４における電流値ｉｗ１は、図３における電流値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、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。

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、溶接母材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５０〜１００Ａである。

電極マイナス極性電流Ｉｅｎは、溶接ワイヤ１５が陰極、溶接母材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。

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。

（２）アーク継続期間Ｔ２（時刻ｔ２〜ｔ１）
図３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１０（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。

図３（ａ）に示すように、アーク継続期間Ｔ２の開始時である時刻ｔ２において、ロボット移動速度ＶＲ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。アーク継続期間Ｔ２においては、溶滴移行期間Ｔ１と異なり、定電流制御がなされている。同図（ｂ）に示すように、溶接電流Ｉｗは、電流値ｉｓ１である溶接電流Ｉｗ２として流れるように設定されている。電流値ｉｓ１は、たとえば１５〜２０Ａ程度である。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、溶接母材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、溶接母材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で送給されている（図示略）。この送給速度Ｖｆは、たとえば７０ｃｍ／ｍｉｎである。

図５は、本実施形態の送給速度設定回路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。

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と溶接母材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、溶接母材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。

本実施形態においては、送給速度設定回路３３は、入力された電圧検出信号Ｖｄから溶接電圧Ｖｗと基準溶接電圧Ｖｓｔとの電圧差ΔＶを算出する。基準溶接電圧Ｖｓｔは、溶接母材Ｗ、溶接ワイヤ１５、溶接速度ＶＲ、電流値ｉｓ１から経験的にあらかじめ決定しうる値である。次いで、送給速度設定回路３３は、電圧差ΔＶから送給速度差分ΔＷｓを決定する。この決定には、たとえば図６に示すグラフが用いられる。

図６に示すように、電圧差ΔＶ＝０、すなわち溶接電圧Ｖｗが基準溶接電圧Ｖｓｔ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、本実施形態においては、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。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、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。

送給速度設定回路３３では、決定した送給速度差分ΔＷｓを送給速度設定信号Ｗｓに足し合わせる。これにより、電圧差ΔＶに応じて増減された送給速度設定信号Ｗｓが送給制御回路３４へと送られる。この結果、溶接ワイヤ１５の送給速度Ｖｆが増減される。

その後、時刻ｔ１からは、再度、溶滴移行期間Ｔ１が開始する。このようにして、溶滴移行期間Ｔ１とアーク継続期間Ｔ２とが繰り返される。

次に、本実施形態の作用について説明する。

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と溶接母材Ｗとの距離Ｄが変動した場合、その変動に応じて電圧差ΔＶが変動する。送給速度設定回路３３は、この電圧差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、溶接電圧Ｖｗが基準溶接電圧Ｖｓｔに近づくように行われる。この結果、アークａの長さが、溶接電圧Ｖｗが基準溶接電圧Ｖｓｔ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。

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、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。

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、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、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。

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。

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）
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
Ｖｓｔ 基準溶接電圧
ΔＶ 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
Ｔｐｐ，Ｔｐｂ 電極プラス極性期間
Ｔｅｎ 電極マイナス極性期間
ｉｓ１ 電流値

Claims (12)

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予め定められた基準溶接電圧よりも大きいときに上記消耗電極の送給速度を増速させ、上記溶接電圧が上記基準溶接電圧よりも小さいときに上記送給速度を減速させることを特徴とする、アーク溶接方法。
2. 上記溶接電圧と上記基準溶接電圧との電圧差が、予め定められた電圧差閾値より小さい場合には、上記送給速度を変更しない、請求項１に記載のアーク溶接方法。
3. 上記送給速度が、上記電圧差に対してステップ状に設定されている、請求項２に記載のアーク溶接方法。
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。
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。
6. 上記第１工程における上記溶接電流は、交流パルス電流である、請求項１ないし５のいずれかに記載のアーク溶接方法。
7. 消耗電極と母材との間に溶接電流を流すことにより、アークを発生させ溶接を行うアーク溶接システムであって、
   上記溶接電流の絶対値の平均値を第１の値に設定する第１の期間と、上記溶接電流の絶対値の平均値を第１の値より小さい第２の値に設定する第２の期間と、を繰り返し発生させる電流制御手段と、
   上記消耗電極と上記母材との間の溶接電圧を検知する溶接電圧検知手段と、
   上記第２の期間において、溶接電圧が予め定められた基準溶接電圧よりも大きいときに上記消耗電極の送給速度を増速させ、上記溶接電圧が上記基準溶接電圧よりも小さいときに上記送給速度を減速させる送給速度設定手段と、
   を備えることを特徴とする、アーク溶接システム。
8. 上記送給速度設定手段は、上記溶接電圧と上記基準溶接電圧との電圧差が、予め定められた電圧差閾値より小さい場合には、上記送給速度を変更しない、請求項７に記載のアーク溶接システム。
9. 上記送給速度設定手段は、上記送給速度を上記電圧差に対してステップ状に設定する、請求項８に記載のアーク溶接システム。
10. 上記第２の期間における上記溶接電流は、直流電流である、請求項７ないし９のいずれかに記載のアーク溶接システム。
11. 上記電流制御手段は、上記第２の期間において上記溶接電流に対して定電流制御を行う、請求項１０に記載のアーク溶接システム。
12. 上記第１の期間における上記溶接電流は、交流パルス電流である、請求項７ないし１１のいずれかに記載のアーク溶接システム。