JP2004322159A - レーザ照射アーク溶接の溶接終了方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】溶接トーチから送給される溶接ワイヤと母材との間にアークを発生させ、このアーク発生部にレーザトーチからレーザを照射しながら溶接するレーザ照射アーク溶接において、溶接終了時にレーザ照射によって過大な入熱が入るために溶け落ち、焼き切れ等の不具合が発生する。
【解決手段】本発明は、前記溶接トーチ及び前記レーザトーチから成る加工ヘッドが溶接終了位置に到達すると（ｔ１）、前記加工ヘッドの移動を停止すると共に、前記レーザの出力値Ｐｗを零又は所定値Ｐｗｅに低下させ、その後にアーク溶接のクレータ処理Ｔｃ又はアンチスティック処理Ｔａの溶接終了処理を行ってアーク溶接及びレーザ照射を終了するレーザ照射アーク溶接の溶接終了方法である。
【選択図】 図１
【解決手段】本発明は、前記溶接トーチ及び前記レーザトーチから成る加工ヘッドが溶接終了位置に到達すると（ｔ１）、前記加工ヘッドの移動を停止すると共に、前記レーザの出力値Ｐｗを零又は所定値Ｐｗｅに低下させ、その後にアーク溶接のクレータ処理Ｔｃ又はアンチスティック処理Ｔａの溶接終了処理を行ってアーク溶接及びレーザ照射を終了するレーザ照射アーク溶接の溶接終了方法である。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アーク発生部にレーザを照射しながら溶接するレーザ照射アーク溶接に関し、特に、溶接終了時にレーザ照射を停止するタイミングに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４は、レーザ照射アーク溶接装置の構成図である。ロボット本体８の先端部には加工ヘッド７が取り付けられている。この加工ヘッド７は、アーク溶接用の溶接トーチ４及びレーザ照射用のレーザトーチ６から成る。溶接ワイヤ３は、上記の溶接トーチ４から送給されて、母材１との間にアーク２が発生する。このアーク発生部に上記のレーザトーチ６からレーザ５が照射される。
【０００３】
ロボット制御装置１１は、上記のロボット本体８の動作を制御するための動作制御信号Ｍｃを出力すると共に、アーク溶接及びレーザ照射のタイミングを同期制御するための出力同期信号Ｐｃを出力する。溶接電源装置９は、アーク溶接を維持するための溶接電流Ｉｗ及び溶接電圧を出力すると共に、上記の溶接ワイヤ３の送給を制御し、上記の出力同期信号Ｐｃを入力としてアーク溶接の開始／停止を制御する。レーザ発振装置１０は、上記の出力同期信号Ｐｃを入力として、所定の出力値Ｐｗ［ｋＷ］でのレーザ５の照射の開始／停止を制御する。
【０００４】
上記のレーザ照射アーク溶接装置において、ロボット制御装置１１に溶接開始指令が入力されると、ロボット本体８が動作して加工ヘッド７が溶接開始位置に移動する。加工ヘッド７が溶接開始位置に到達すると、出力同期信号Ｐｃが出力されて、溶接ワイヤ３が送給されてアーク溶接が開始すると共に、レーザ照射も開始する。溶接中は、加工ヘッド７は教示動作データに従って移動され、アーク発生部にレーザ５を照射しながら溶接が進行する。そして、加工ヘッド７が溶接終了位置に到達すると、下記の溶接終了処理を行い、溶接は終了する。
【０００５】
図５は、アーク溶接及びレーザ照射の溶接終了処理を示すタイミングチャートである。同図（Ａ）は加工ヘッドの移動速度すなわち溶接速度Ｗｓ［ｃｍ／ｍｉｎ］の、同図（Ｂ）は溶接ワイヤの送給速度Ｆｓ［ｃｍ／ｍｉｎ］の、同図（Ｃ）は溶接電流Ｉｗ［Ａ］の、同図（Ｄ）はレーザの出力値Ｐｗ［ｋＷ］の時間変化を示す。同図は、時刻ｔ１において、加工ヘッドが溶接終了位置に到達した場合である。また、同図は、溶接終了処理として、アーク溶接のクレータ処理及びアンチスティック処理を行う場合である。以下、同図を参照して説明する。
【０００６】
▲１▼ 時刻ｔ１〜ｔ２のクレータ期間Ｔｃの動作
時刻ｔ１において、加工ヘッドが溶接終了位置に到達すると、同図（Ａ）に示すように、加工ヘッドは停止するので溶接速度Ｗｓは零となり、この時点から予め定めたクレータ期間Ｔｃに移行する。このクレータ期間Ｔｃ中は、同図（Ｂ）に示すように、送給速度Ｆｓはクレータ送給速度に減速し、同図（Ｃ）に示すように、溶接電流Ｉｗはクレータ電流に減少する。一方、レーザ出力値Ｐｗは、同図（Ｄ）に示すように、アーク溶接が継続しているのでそのままの値を維持し、レーザ照射は継続される。
【０００７】
▲２▼ 時刻ｔ２〜ｔ３のアンチスティック期間Ｔａの動作
上記のクレータ期間Ｔｃが終了すると続いて予め定めたアンチスティック期間Ｔａに移行する。このアンチスティック期間Ｔａ中は、同図（Ａ）に示すように、加工ヘッドは停止したままであるので溶接速度Ｗｓは零のままである。また、同図（Ｂ）に示すように、ワイヤ送給モータはこの時点で停止されるので送給速度Ｆｓは慣性によって徐々に減速して零となる。アンチスティック期間Ｔａの時間長さは、通常この溶接ワイヤの減速期間とほぼ等しい値に設定される。溶接電流Ｉｗは、同図（Ｃ）に示すように、アンチスティック電流に減少する。レーザ出力値Ｐｗは、同図（Ｄ）に示すように、アーク溶接が継続しているのでそのままの値を維持し、レーザの照射は継続される。そして、時刻ｔ３においてアンチスティック期間Ｔａが終了すると、同図（Ｃ）に示すように、溶接電流Ｉｗは零となりアーク溶接は終了し、同時に、同図（Ｄ）に示すように、レーザ出力値Ｐｗも零となりレーザの照射も終了する。
【０００８】
上述したように、アーク溶接とレーザ照射とはほぼ同時に開始されて溶接が始まリ、アーク溶接とレーザ照射とはほぼ同時に終了して溶接を終える。上記において、クレータ期間Ｔｃを削除してアンチスティック期間Ｔａのみを設ける場合も多い。この場合の動作は、上記のクレータ期間Ｔｃの動作を削除した動作となる。上述した従来技術としては、例えば、特許文献１、２等がある。
【０００９】
【特許文献１】
特開２０００−３１２９７１号公報
【特許文献２】
特開２００２−２４８５７１号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来技術では、溶接終了位置で加工ヘッドが停止して同じ位置でアークが発生する状態になっても、レーザの照射が継続される。レーザの出力値は、所定の溶接速度で溶融池が移動しているときに、母材への入熱が適正となるように設定されている。したがって、アーク発生部が停止しているクレータ期間及びアンチスティック期間中にレーザの照射が継続されると、母材への入熱が過大となる。この結果、図６（Ａ）に示すように、ビード１ａの溶接終了部が入熱過大によって溶け落ち１ｂが発生したり、同図（Ｂ）に示すように、溶接終了部が過剰に大きく溶融１ｃしたり、同図（Ｃ）に示すように、溶接終了部にレーザ照射による焼き切れ１ｄが発生したりするという種々の問題があった。
【００１１】
そこで、本発明では、レーザ照射アーク溶接の溶接終了部に溶け落ち、過剰溶融、焼き切れ等の不具合が発生しない健全な溶接終了部を形成することができるレーザ照射アーク溶接の溶接終了方法を提供する。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、請求項１の発明は、溶接トーチから送給される溶接ワイヤと母材との間にアークを発生させ、このアーク発生部にレーザトーチからレーザを照射しながら溶接するレーザ照射アーク溶接において、
前記溶接トーチ及び前記レーザトーチから成る加工ヘッドが溶接終了位置に到達すると、前記加工ヘッドの移動を停止すると共に前記レーザの出力値を零又は所定値に低下させ、その後にアーク溶接のクレータ処理又はアンチスティック処理の溶接終了処理を行ってアーク溶接及びレーザ照射を終了することを特徴とするレーザ照射アーク溶接の溶接終了方法である。
【００１３】
また、請求項２の発明は、請求項１記載のレーザの出力値を低下させるタイミングを、加工ヘッドが溶接終了位置に到達した時点から予め定めた時間だけ遅延させるレーザ照射アーク溶接の溶接終了方法である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１５】
［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１に係る溶接終了処理時のアーク溶接及びレーザ照射のタイミングチャートである。同図（Ａ）は加工ヘッドの移動速度すなわち溶接速度Ｗｓの、同図（Ｂ）は溶接ワイヤの送給速度Ｆｓの、同図（Ｃ）は溶接電流Ｉｗの、同図（Ｄ）はレーザの出力値Ｐｗの時間変化を示す。同図は、上述した図５のときと同様に、時刻ｔ１において加工ヘッドが溶接終了位置に到達した場合である。また、溶接終了処理として、アーク溶接のクレータ処理及びアンチスティック処理を行う場合である。レーザ照射アーク溶接装置は、上述した図４と同一であるが、出力同期信号Ｐｃに応答した溶接電源装置及びレーザ発振装置の動作は異なる。以下、同図を参照して説明する。
【００１６】
▲１▼ 時刻ｔ１〜ｔ２のクレータ期間Ｔｃの動作
時刻ｔ１において、加工ヘッドが溶接終了位置に到達すると、同図（Ａ）に示すように、加工ヘッドは停止するので溶接速度Ｗｓは零となり、予め定めたクレータ期間Ｔｃに移行する。このクレータ期間Ｔｃ中は、同図（Ｂ）に示すように、送給速度Ｆｓはクレータ送給速度に減速し、同図（Ｃ）に示すように、溶接電流Ｉｗはクレータ電流に減少する。一方、レーザ出力値Ｐｗは、同図（Ｄ）に示すように、時刻ｔ１以前の出力値Ｐｗｃよりも小さな所定値である溶接終了処理出力値Ｐｗｅに低下させてレーザ照射を継続する。
【００１７】
▲２▼ 時刻ｔ２〜ｔ３のアンチスティック期間Ｔａの動作
上記のクレータ期間Ｔｃが終了すると続いて予め定めたアンチスティック期間Ｔａに移行する。このアンチスティック期間Ｔａ中は、同図（Ａ）に示すように、加工ヘッドは停止したままであるので溶接速度Ｗｓは零のままである。また、同図（Ｂ）に示すように、ワイヤ送給モータはこの時点で停止されるので送給速度Ｆｓは慣性によって徐々に減速して零となる。溶接電流Ｉｗは、同図（Ｃ）に示すように、アンチスティック電流に減少する。一方、レーザ出力値Ｐｗは、同図（Ｄ）に示すように、上記の溶接終了処理出力値Ｐｗｅを維持し、レーザ照射は継続される。そして、時刻ｔ３においてアンチスティック期間Ｔａが終了すると、同図（Ｃ）に示すように、溶接電流Ｉｗは零となりアーク溶接は終了し、同時に、同図（Ｄ）に示すように、レーザ出力値Ｐｗも零となりレーザの照射も終了する。
【００１８】
上述したように、アーク溶接とレーザ照射とはほぼ同時に開始されて溶接が始まリ、加工ヘッドを移動しながら溶接が進行し、加工ヘッドが溶接終了位置に到達すると、クレータ処理及びアンチスティック処理の溶接終了処理を経て溶接が終了する。この溶接終了処理期間中は、加工ヘッドは停止したままであり、溶接電流はクレータ電流又はアンチスティック電流に減少し、レーザ出力値は溶接終了処理出力値Ｐｗｅに低下する。上記において、クレータ期間Ｔｃを削除してアンチスティック期間Ｔａのみを設ける場合も多い。この場合の動作は、上記のクレータ期間Ｔｃの動作を削除した動作となる。
【００１９】
上記の溶接終了処理出力値Ｐｗｅは、溶接終了処理期間中の溶融池への入熱が過大にならずに適正になるように設定される。このために、溶接終了部は、溶け落ち、溶融過剰、焼き切れ等が発生しない健全な状態となる。したがって、この溶接終了処理出力値Ｐｗｅは、母材の材質、板厚等によって適正な入熱値が変化するために、これに応じて変化させることが必要である。
【００２０】
また、上記の溶接終了処理出力値Ｐｗｅは、図１に示すように、時刻ｔ１〜ｔ３の溶接終了処理期間中一定値である場合だけではなく、図２（Ａ）〜（Ｃ）に示す種々の設定の方法がある。したがって、この溶接終了処理出力値Ｐｗｅの設定方法には、図２のような設定方法も当然に含まれる。以下、同図を参照して説明する。
【００２１】
▲１▼ 同図（Ａ）の場合
同図（Ａ）は、上述した図１（Ｄ）のみを抜き出したものである。同図（Ａ）に示すように、溶接終了処理出力値Ｐｗｅは、クレータ期間Ｔｃ中はクレータ出力値Ｐｗｅ１となり、アンチスティック期間Ｔａ中はアンチスティック出力値Ｐｗｅ２となる。これは、クレータ期間Ｔｃ及びアンチスティック期間Ｔａの溶融池の状態に応じてレーザ照射の出力値を適正化することによって、溶接終了部の品質をさらに向上されるものである。
【００２２】
▲２▼ 同図（Ｂ）の場合
同図（Ｂ）の場合は、溶接終了処理出力値Ｐｗｅにスロープを設けて低下させる。これによって、レーザ照射からの入熱は緩やかに低下するので、溶接終了部の温度が急変することなく緩やかに変化する。このために、溶接終了部の急速な温度変化に伴って発生することがある凝固割れを防止することができる。
【００２３】
▲３▼ 同図（Ｃ）の場合
同図（Ｃ）の場合は、溶接終了処理出力値Ｐｗｅを零に設定して、溶接終了処理期間中はレーザ照射を停止するものである。溶接終了処理期間中は加工ヘッドが停止しているので、通常のアーク溶接単独の場合と近似した状態にある。このために、レーザ照射による入熱がなくても健全な溶接終了部を得ることができる場合も多い。このようにすることでレーザの出力制御が簡易化されるメリットがある。
【００２４】
［実施の形態２］
図３は、本発明の実施の形態２に係る溶接終了処理時のアーク溶接及びレーザ照射のタイミングチャートである。同図（Ａ）は加工ヘッドの移動速度すなわち溶接速度Ｗｓの、同図（Ｂ）は溶接ワイヤの送給速度Ｆｓの、同図（Ｃ）は溶接電流Ｉｗの、同図（Ｄ）はレーザの出力値Ｐｗの時間変化を示す。同図は、上述した図１のときと同様に、時刻ｔ１において加工ヘッドが溶接終了位置に到達した場合である。また、溶接終了処理として、アーク溶接のクレータ処理及びアンチスティック処理を行う場合である。レーザ照射アーク溶接装置は、上述した図４と同一であるが、出力同期信号Ｐｃに応答した溶接電源装置及びレーザ発振装置の動作が異なる。以下、同図を参照して説明する。
【００２５】
▲１▼ 時刻ｔ１〜ｔ２のクレータ期間Ｔｃの動作
時刻ｔ１において、加工ヘッドが溶接終了位置に到達すると、同図（Ａ）に示すように、加工ヘッドは停止するので溶接速度Ｗｓは零となり、予め定めたクレータ期間Ｔｃに移行する。このクレータ期間Ｔｃ中は、同図（Ｂ）に示すように、送給速度Ｆｓはクレータ送給速度に減速し、同図（Ｃ）に示すように、溶接電流Ｉｗはクレータ電流に減少する。一方、レーザ出力値Ｐｗは、同図（Ｄ）に示すように、時刻ｔ１から予め定めた遅延時間Ｔｄが経過するまでは出力値Ｐｗｃのまま維持されて、レーザ照射が継続する。そして、この遅延時間Ｔｄが経過すると、出力値Ｐｗｃよりも小さな所定値である溶接終了処理出力値Ｐｗｅに低下させて。レーザ照射を継続する。
【００２６】
▲２▼ 時刻ｔ２〜ｔ３のアンチスティック期間Ｔａの動作
上記のクレータ期間Ｔｃが終了すると続いて予め定めたアンチスティック期間Ｔａに移行する。このアンチスティック期間Ｔａ中は、同図（Ａ）に示すように、加工ヘッドは停止したままであるので溶接速度Ｗｓは零のままである。また、同図（Ｂ）に示すように、ワイヤ送給モータはこの時点で停止されるので送給速度Ｆｓは慣性によって徐々に減速して零となる。溶接電流Ｉｗは、同図（Ｃ）に示すように、アンチスティック電流に減少する。一方、レーザ出力値Ｐｗは、同図（Ｄ）に示すように、上記の溶接終了処理出力値Ｐｗｅを維持して、レーザ照射は継続される。そして、時刻ｔ３においてアンチスティック期間Ｔａが終了すると、同図（Ｃ）に示すように、溶接電流Ｉｗは零となりアーク溶接は終了し、同時に、同図（Ｄ）に示すように、レーザ出力値Ｐｗも零となりレーザの照射も終了する。
【００２７】
上述したように、アーク溶接とレーザ照射とはほぼ同時に開始されて溶接が始まリ、加工ヘッドを移動しながら溶接が進行し、加工ヘッドが溶接終了位置に到達すると、クレータ処理及びアンチスティック処理の溶接終了処理を経て溶接が終了する。この溶接終了処理期間中は、加工ヘッドは停止したままであり、溶接電流はクレータ電流又はアンチスティック電流に減少し、レーザ出力値は遅延時間Ｔｄ経過後から溶接終了処理出力値Ｐｗｅに低下する。上記において、クレータ期間Ｔｃを削除してアンチスティック期間Ｔａのみを設ける場合も多い。この場合の動作は、上記のクレータ期間Ｔｃの動作を削除した動作となり、遅延時間Ｔｄはアンチスティック期間の開始時点からとなる。
【００２８】
溶接終了処理出力値Ｐｗｅについては、上述した実施の形態１のときと同様である。また、図２で上述した溶接終了処理出力値Ｐｗｅの種々の設定方法についても、遅延時間Ｔｄ経過後からは同様に設定することができる。遅延時間Ｔｄを設ける理由は、溶接終了処理に移行しても加工ヘッドの移動手段によっては停止するまでに時間がかかる場合がある。このような場合には、加工ヘッドの停止時の遅れ時間だけ上記の遅延時間Ｔｄを設けて、レーザ出力値を切り換えることができる。
【００２９】
【発明の効果】
請求項１記載のレーザ照射アーク溶接の溶接終了方法によれば、溶接トーチ及びレーザトーチから成る加工ヘッドが溶接終了位置に到達して溶接終了処理に移行すると、レーザ出力値を所定値に低下させることによって、溶接終了部への入熱を過大にすることなく適正化することができるので、溶け落ち、溶融過剰、焼き切れ等の発生しない健全な溶接終了部を得ることができる。
【００３０】
さらに、請求項２記載のレーザ照射アーク溶接の溶接終了方法によれば、溶接終了処理に移行してから遅延時間が経過した後にレーザ出力値を低下させることによって、加工ヘッドが停止状態に入ってから実際に停止するまでに時間がかかる場合でも、上記の効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係るアーク溶接及びレーザ照射の終了方法を示すタイミングチャートである。
【図２】本発明において溶接終了処理期間中の種々のレーザ出力値の低下方法を示す波形図である。
【図３】本発明の実施の形態２に係るアーク溶接及びレーザ照射の終了方法を示すタイミングチャートである。
【図４】従来技術におけるレーザ照射アーク溶接装置の構成図である。
【図５】従来技術におけるアーク溶接及びレーザ照射の終了方法を示すタイミングチャートである。
【図６】課題を説明するための従来技術による溶接終了部の不具合を示すビード外観図である。
【符号の説明】
１ 母材
１ａ ビード
１ｂ 溶け落ち
１ｃ 溶融過剰
１ｄ 焼き切れ
２ アーク
３ 溶接ワイヤ
４ 溶接トーチ
５ レーザ
６ レーザトーチ
７ 加工ヘッド
８ ロボット本体
９ 溶接電源装置
１０ レーザ発振装置
１１ ロボット制御装置
Ｆｓ 送給速度
Ｉｗ 溶接電流
Ｍｃ 動作制御信号
Ｐｃ 出力同期信号
Ｐｗ、Ｐｗｃ レーザ出力値
Ｐｗｅ 溶接終了処理出力値
Ｐｗｅ１ クレータ出力値
Ｐｗｅ２ アンチスティック出力値
Ｔａ アンチスティック期間
Ｔｃ クレータ期間
Ｔｄ 遅延時間
Ｗｓ 溶接速度
【発明の属する技術分野】
本発明は、アーク発生部にレーザを照射しながら溶接するレーザ照射アーク溶接に関し、特に、溶接終了時にレーザ照射を停止するタイミングに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４は、レーザ照射アーク溶接装置の構成図である。ロボット本体８の先端部には加工ヘッド７が取り付けられている。この加工ヘッド７は、アーク溶接用の溶接トーチ４及びレーザ照射用のレーザトーチ６から成る。溶接ワイヤ３は、上記の溶接トーチ４から送給されて、母材１との間にアーク２が発生する。このアーク発生部に上記のレーザトーチ６からレーザ５が照射される。
【０００３】
ロボット制御装置１１は、上記のロボット本体８の動作を制御するための動作制御信号Ｍｃを出力すると共に、アーク溶接及びレーザ照射のタイミングを同期制御するための出力同期信号Ｐｃを出力する。溶接電源装置９は、アーク溶接を維持するための溶接電流Ｉｗ及び溶接電圧を出力すると共に、上記の溶接ワイヤ３の送給を制御し、上記の出力同期信号Ｐｃを入力としてアーク溶接の開始／停止を制御する。レーザ発振装置１０は、上記の出力同期信号Ｐｃを入力として、所定の出力値Ｐｗ［ｋＷ］でのレーザ５の照射の開始／停止を制御する。
【０００４】
上記のレーザ照射アーク溶接装置において、ロボット制御装置１１に溶接開始指令が入力されると、ロボット本体８が動作して加工ヘッド７が溶接開始位置に移動する。加工ヘッド７が溶接開始位置に到達すると、出力同期信号Ｐｃが出力されて、溶接ワイヤ３が送給されてアーク溶接が開始すると共に、レーザ照射も開始する。溶接中は、加工ヘッド７は教示動作データに従って移動され、アーク発生部にレーザ５を照射しながら溶接が進行する。そして、加工ヘッド７が溶接終了位置に到達すると、下記の溶接終了処理を行い、溶接は終了する。
【０００５】
図５は、アーク溶接及びレーザ照射の溶接終了処理を示すタイミングチャートである。同図（Ａ）は加工ヘッドの移動速度すなわち溶接速度Ｗｓ［ｃｍ／ｍｉｎ］の、同図（Ｂ）は溶接ワイヤの送給速度Ｆｓ［ｃｍ／ｍｉｎ］の、同図（Ｃ）は溶接電流Ｉｗ［Ａ］の、同図（Ｄ）はレーザの出力値Ｐｗ［ｋＷ］の時間変化を示す。同図は、時刻ｔ１において、加工ヘッドが溶接終了位置に到達した場合である。また、同図は、溶接終了処理として、アーク溶接のクレータ処理及びアンチスティック処理を行う場合である。以下、同図を参照して説明する。
【０００６】
▲１▼ 時刻ｔ１〜ｔ２のクレータ期間Ｔｃの動作
時刻ｔ１において、加工ヘッドが溶接終了位置に到達すると、同図（Ａ）に示すように、加工ヘッドは停止するので溶接速度Ｗｓは零となり、この時点から予め定めたクレータ期間Ｔｃに移行する。このクレータ期間Ｔｃ中は、同図（Ｂ）に示すように、送給速度Ｆｓはクレータ送給速度に減速し、同図（Ｃ）に示すように、溶接電流Ｉｗはクレータ電流に減少する。一方、レーザ出力値Ｐｗは、同図（Ｄ）に示すように、アーク溶接が継続しているのでそのままの値を維持し、レーザ照射は継続される。
【０００７】
▲２▼ 時刻ｔ２〜ｔ３のアンチスティック期間Ｔａの動作
上記のクレータ期間Ｔｃが終了すると続いて予め定めたアンチスティック期間Ｔａに移行する。このアンチスティック期間Ｔａ中は、同図（Ａ）に示すように、加工ヘッドは停止したままであるので溶接速度Ｗｓは零のままである。また、同図（Ｂ）に示すように、ワイヤ送給モータはこの時点で停止されるので送給速度Ｆｓは慣性によって徐々に減速して零となる。アンチスティック期間Ｔａの時間長さは、通常この溶接ワイヤの減速期間とほぼ等しい値に設定される。溶接電流Ｉｗは、同図（Ｃ）に示すように、アンチスティック電流に減少する。レーザ出力値Ｐｗは、同図（Ｄ）に示すように、アーク溶接が継続しているのでそのままの値を維持し、レーザの照射は継続される。そして、時刻ｔ３においてアンチスティック期間Ｔａが終了すると、同図（Ｃ）に示すように、溶接電流Ｉｗは零となりアーク溶接は終了し、同時に、同図（Ｄ）に示すように、レーザ出力値Ｐｗも零となりレーザの照射も終了する。
【０００８】
上述したように、アーク溶接とレーザ照射とはほぼ同時に開始されて溶接が始まリ、アーク溶接とレーザ照射とはほぼ同時に終了して溶接を終える。上記において、クレータ期間Ｔｃを削除してアンチスティック期間Ｔａのみを設ける場合も多い。この場合の動作は、上記のクレータ期間Ｔｃの動作を削除した動作となる。上述した従来技術としては、例えば、特許文献１、２等がある。
【０００９】
【特許文献１】
特開２０００−３１２９７１号公報
【特許文献２】
特開２００２−２４８５７１号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来技術では、溶接終了位置で加工ヘッドが停止して同じ位置でアークが発生する状態になっても、レーザの照射が継続される。レーザの出力値は、所定の溶接速度で溶融池が移動しているときに、母材への入熱が適正となるように設定されている。したがって、アーク発生部が停止しているクレータ期間及びアンチスティック期間中にレーザの照射が継続されると、母材への入熱が過大となる。この結果、図６（Ａ）に示すように、ビード１ａの溶接終了部が入熱過大によって溶け落ち１ｂが発生したり、同図（Ｂ）に示すように、溶接終了部が過剰に大きく溶融１ｃしたり、同図（Ｃ）に示すように、溶接終了部にレーザ照射による焼き切れ１ｄが発生したりするという種々の問題があった。
【００１１】
そこで、本発明では、レーザ照射アーク溶接の溶接終了部に溶け落ち、過剰溶融、焼き切れ等の不具合が発生しない健全な溶接終了部を形成することができるレーザ照射アーク溶接の溶接終了方法を提供する。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、請求項１の発明は、溶接トーチから送給される溶接ワイヤと母材との間にアークを発生させ、このアーク発生部にレーザトーチからレーザを照射しながら溶接するレーザ照射アーク溶接において、
前記溶接トーチ及び前記レーザトーチから成る加工ヘッドが溶接終了位置に到達すると、前記加工ヘッドの移動を停止すると共に前記レーザの出力値を零又は所定値に低下させ、その後にアーク溶接のクレータ処理又はアンチスティック処理の溶接終了処理を行ってアーク溶接及びレーザ照射を終了することを特徴とするレーザ照射アーク溶接の溶接終了方法である。
【００１３】
また、請求項２の発明は、請求項１記載のレーザの出力値を低下させるタイミングを、加工ヘッドが溶接終了位置に到達した時点から予め定めた時間だけ遅延させるレーザ照射アーク溶接の溶接終了方法である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１５】
［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１に係る溶接終了処理時のアーク溶接及びレーザ照射のタイミングチャートである。同図（Ａ）は加工ヘッドの移動速度すなわち溶接速度Ｗｓの、同図（Ｂ）は溶接ワイヤの送給速度Ｆｓの、同図（Ｃ）は溶接電流Ｉｗの、同図（Ｄ）はレーザの出力値Ｐｗの時間変化を示す。同図は、上述した図５のときと同様に、時刻ｔ１において加工ヘッドが溶接終了位置に到達した場合である。また、溶接終了処理として、アーク溶接のクレータ処理及びアンチスティック処理を行う場合である。レーザ照射アーク溶接装置は、上述した図４と同一であるが、出力同期信号Ｐｃに応答した溶接電源装置及びレーザ発振装置の動作は異なる。以下、同図を参照して説明する。
【００１６】
▲１▼ 時刻ｔ１〜ｔ２のクレータ期間Ｔｃの動作
時刻ｔ１において、加工ヘッドが溶接終了位置に到達すると、同図（Ａ）に示すように、加工ヘッドは停止するので溶接速度Ｗｓは零となり、予め定めたクレータ期間Ｔｃに移行する。このクレータ期間Ｔｃ中は、同図（Ｂ）に示すように、送給速度Ｆｓはクレータ送給速度に減速し、同図（Ｃ）に示すように、溶接電流Ｉｗはクレータ電流に減少する。一方、レーザ出力値Ｐｗは、同図（Ｄ）に示すように、時刻ｔ１以前の出力値Ｐｗｃよりも小さな所定値である溶接終了処理出力値Ｐｗｅに低下させてレーザ照射を継続する。
【００１７】
▲２▼ 時刻ｔ２〜ｔ３のアンチスティック期間Ｔａの動作
上記のクレータ期間Ｔｃが終了すると続いて予め定めたアンチスティック期間Ｔａに移行する。このアンチスティック期間Ｔａ中は、同図（Ａ）に示すように、加工ヘッドは停止したままであるので溶接速度Ｗｓは零のままである。また、同図（Ｂ）に示すように、ワイヤ送給モータはこの時点で停止されるので送給速度Ｆｓは慣性によって徐々に減速して零となる。溶接電流Ｉｗは、同図（Ｃ）に示すように、アンチスティック電流に減少する。一方、レーザ出力値Ｐｗは、同図（Ｄ）に示すように、上記の溶接終了処理出力値Ｐｗｅを維持し、レーザ照射は継続される。そして、時刻ｔ３においてアンチスティック期間Ｔａが終了すると、同図（Ｃ）に示すように、溶接電流Ｉｗは零となりアーク溶接は終了し、同時に、同図（Ｄ）に示すように、レーザ出力値Ｐｗも零となりレーザの照射も終了する。
【００１８】
上述したように、アーク溶接とレーザ照射とはほぼ同時に開始されて溶接が始まリ、加工ヘッドを移動しながら溶接が進行し、加工ヘッドが溶接終了位置に到達すると、クレータ処理及びアンチスティック処理の溶接終了処理を経て溶接が終了する。この溶接終了処理期間中は、加工ヘッドは停止したままであり、溶接電流はクレータ電流又はアンチスティック電流に減少し、レーザ出力値は溶接終了処理出力値Ｐｗｅに低下する。上記において、クレータ期間Ｔｃを削除してアンチスティック期間Ｔａのみを設ける場合も多い。この場合の動作は、上記のクレータ期間Ｔｃの動作を削除した動作となる。
【００１９】
上記の溶接終了処理出力値Ｐｗｅは、溶接終了処理期間中の溶融池への入熱が過大にならずに適正になるように設定される。このために、溶接終了部は、溶け落ち、溶融過剰、焼き切れ等が発生しない健全な状態となる。したがって、この溶接終了処理出力値Ｐｗｅは、母材の材質、板厚等によって適正な入熱値が変化するために、これに応じて変化させることが必要である。
【００２０】
また、上記の溶接終了処理出力値Ｐｗｅは、図１に示すように、時刻ｔ１〜ｔ３の溶接終了処理期間中一定値である場合だけではなく、図２（Ａ）〜（Ｃ）に示す種々の設定の方法がある。したがって、この溶接終了処理出力値Ｐｗｅの設定方法には、図２のような設定方法も当然に含まれる。以下、同図を参照して説明する。
【００２１】
▲１▼ 同図（Ａ）の場合
同図（Ａ）は、上述した図１（Ｄ）のみを抜き出したものである。同図（Ａ）に示すように、溶接終了処理出力値Ｐｗｅは、クレータ期間Ｔｃ中はクレータ出力値Ｐｗｅ１となり、アンチスティック期間Ｔａ中はアンチスティック出力値Ｐｗｅ２となる。これは、クレータ期間Ｔｃ及びアンチスティック期間Ｔａの溶融池の状態に応じてレーザ照射の出力値を適正化することによって、溶接終了部の品質をさらに向上されるものである。
【００２２】
▲２▼ 同図（Ｂ）の場合
同図（Ｂ）の場合は、溶接終了処理出力値Ｐｗｅにスロープを設けて低下させる。これによって、レーザ照射からの入熱は緩やかに低下するので、溶接終了部の温度が急変することなく緩やかに変化する。このために、溶接終了部の急速な温度変化に伴って発生することがある凝固割れを防止することができる。
【００２３】
▲３▼ 同図（Ｃ）の場合
同図（Ｃ）の場合は、溶接終了処理出力値Ｐｗｅを零に設定して、溶接終了処理期間中はレーザ照射を停止するものである。溶接終了処理期間中は加工ヘッドが停止しているので、通常のアーク溶接単独の場合と近似した状態にある。このために、レーザ照射による入熱がなくても健全な溶接終了部を得ることができる場合も多い。このようにすることでレーザの出力制御が簡易化されるメリットがある。
【００２４】
［実施の形態２］
図３は、本発明の実施の形態２に係る溶接終了処理時のアーク溶接及びレーザ照射のタイミングチャートである。同図（Ａ）は加工ヘッドの移動速度すなわち溶接速度Ｗｓの、同図（Ｂ）は溶接ワイヤの送給速度Ｆｓの、同図（Ｃ）は溶接電流Ｉｗの、同図（Ｄ）はレーザの出力値Ｐｗの時間変化を示す。同図は、上述した図１のときと同様に、時刻ｔ１において加工ヘッドが溶接終了位置に到達した場合である。また、溶接終了処理として、アーク溶接のクレータ処理及びアンチスティック処理を行う場合である。レーザ照射アーク溶接装置は、上述した図４と同一であるが、出力同期信号Ｐｃに応答した溶接電源装置及びレーザ発振装置の動作が異なる。以下、同図を参照して説明する。
【００２５】
▲１▼ 時刻ｔ１〜ｔ２のクレータ期間Ｔｃの動作
時刻ｔ１において、加工ヘッドが溶接終了位置に到達すると、同図（Ａ）に示すように、加工ヘッドは停止するので溶接速度Ｗｓは零となり、予め定めたクレータ期間Ｔｃに移行する。このクレータ期間Ｔｃ中は、同図（Ｂ）に示すように、送給速度Ｆｓはクレータ送給速度に減速し、同図（Ｃ）に示すように、溶接電流Ｉｗはクレータ電流に減少する。一方、レーザ出力値Ｐｗは、同図（Ｄ）に示すように、時刻ｔ１から予め定めた遅延時間Ｔｄが経過するまでは出力値Ｐｗｃのまま維持されて、レーザ照射が継続する。そして、この遅延時間Ｔｄが経過すると、出力値Ｐｗｃよりも小さな所定値である溶接終了処理出力値Ｐｗｅに低下させて。レーザ照射を継続する。
【００２６】
▲２▼ 時刻ｔ２〜ｔ３のアンチスティック期間Ｔａの動作
上記のクレータ期間Ｔｃが終了すると続いて予め定めたアンチスティック期間Ｔａに移行する。このアンチスティック期間Ｔａ中は、同図（Ａ）に示すように、加工ヘッドは停止したままであるので溶接速度Ｗｓは零のままである。また、同図（Ｂ）に示すように、ワイヤ送給モータはこの時点で停止されるので送給速度Ｆｓは慣性によって徐々に減速して零となる。溶接電流Ｉｗは、同図（Ｃ）に示すように、アンチスティック電流に減少する。一方、レーザ出力値Ｐｗは、同図（Ｄ）に示すように、上記の溶接終了処理出力値Ｐｗｅを維持して、レーザ照射は継続される。そして、時刻ｔ３においてアンチスティック期間Ｔａが終了すると、同図（Ｃ）に示すように、溶接電流Ｉｗは零となりアーク溶接は終了し、同時に、同図（Ｄ）に示すように、レーザ出力値Ｐｗも零となりレーザの照射も終了する。
【００２７】
上述したように、アーク溶接とレーザ照射とはほぼ同時に開始されて溶接が始まリ、加工ヘッドを移動しながら溶接が進行し、加工ヘッドが溶接終了位置に到達すると、クレータ処理及びアンチスティック処理の溶接終了処理を経て溶接が終了する。この溶接終了処理期間中は、加工ヘッドは停止したままであり、溶接電流はクレータ電流又はアンチスティック電流に減少し、レーザ出力値は遅延時間Ｔｄ経過後から溶接終了処理出力値Ｐｗｅに低下する。上記において、クレータ期間Ｔｃを削除してアンチスティック期間Ｔａのみを設ける場合も多い。この場合の動作は、上記のクレータ期間Ｔｃの動作を削除した動作となり、遅延時間Ｔｄはアンチスティック期間の開始時点からとなる。
【００２８】
溶接終了処理出力値Ｐｗｅについては、上述した実施の形態１のときと同様である。また、図２で上述した溶接終了処理出力値Ｐｗｅの種々の設定方法についても、遅延時間Ｔｄ経過後からは同様に設定することができる。遅延時間Ｔｄを設ける理由は、溶接終了処理に移行しても加工ヘッドの移動手段によっては停止するまでに時間がかかる場合がある。このような場合には、加工ヘッドの停止時の遅れ時間だけ上記の遅延時間Ｔｄを設けて、レーザ出力値を切り換えることができる。
【００２９】
【発明の効果】
請求項１記載のレーザ照射アーク溶接の溶接終了方法によれば、溶接トーチ及びレーザトーチから成る加工ヘッドが溶接終了位置に到達して溶接終了処理に移行すると、レーザ出力値を所定値に低下させることによって、溶接終了部への入熱を過大にすることなく適正化することができるので、溶け落ち、溶融過剰、焼き切れ等の発生しない健全な溶接終了部を得ることができる。
【００３０】
さらに、請求項２記載のレーザ照射アーク溶接の溶接終了方法によれば、溶接終了処理に移行してから遅延時間が経過した後にレーザ出力値を低下させることによって、加工ヘッドが停止状態に入ってから実際に停止するまでに時間がかかる場合でも、上記の効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係るアーク溶接及びレーザ照射の終了方法を示すタイミングチャートである。
【図２】本発明において溶接終了処理期間中の種々のレーザ出力値の低下方法を示す波形図である。
【図３】本発明の実施の形態２に係るアーク溶接及びレーザ照射の終了方法を示すタイミングチャートである。
【図４】従来技術におけるレーザ照射アーク溶接装置の構成図である。
【図５】従来技術におけるアーク溶接及びレーザ照射の終了方法を示すタイミングチャートである。
【図６】課題を説明するための従来技術による溶接終了部の不具合を示すビード外観図である。
【符号の説明】
１ 母材
１ａ ビード
１ｂ 溶け落ち
１ｃ 溶融過剰
１ｄ 焼き切れ
２ アーク
３ 溶接ワイヤ
４ 溶接トーチ
５ レーザ
６ レーザトーチ
７ 加工ヘッド
８ ロボット本体
９ 溶接電源装置
１０ レーザ発振装置
１１ ロボット制御装置
Ｆｓ 送給速度
Ｉｗ 溶接電流
Ｍｃ 動作制御信号
Ｐｃ 出力同期信号
Ｐｗ、Ｐｗｃ レーザ出力値
Ｐｗｅ 溶接終了処理出力値
Ｐｗｅ１ クレータ出力値
Ｐｗｅ２ アンチスティック出力値
Ｔａ アンチスティック期間
Ｔｃ クレータ期間
Ｔｄ 遅延時間
Ｗｓ 溶接速度
Claims (2)
- 溶接トーチから送給される溶接ワイヤと母材との間にアークを発生させ、このアーク発生部にレーザトーチからレーザを照射しながら溶接するレーザ照射アーク溶接において、
前記溶接トーチ及び前記レーザトーチから成る加工ヘッドが溶接終了位置に到達すると、前記加工ヘッドの移動を停止すると共に前記レーザの出力値を零又は所定値に低下させ、その後にアーク溶接のクレータ処理又はアンチスティック処理の溶接終了処理を行ってアーク溶接及びレーザ照射を終了することを特徴とするレーザ照射アーク溶接の溶接終了方法。 - 請求項１記載のレーザの出力値を低下させるタイミングを、加工ヘッドが溶接終了位置に到達した時点から予め定めた時間だけ遅延させるレーザ照射アーク溶接の溶接終了方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2003121226A JP2004322159A (ja) | 2003-04-25 | 2003-04-25 | レーザ照射アーク溶接の溶接終了方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004322159A true JP2004322159A (ja) | 2004-11-18 |
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| JP2003121226A Withdrawn JP2004322159A (ja) | 2003-04-25 | 2003-04-25 | レーザ照射アーク溶接の溶接終了方法 |
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|---|---|
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008522833A (ja) * | 2004-12-15 | 2008-07-03 | フロニウス・インテルナツィオナール・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング | 溶接トーチに従ってレーザユニットを制御するレーザ・アーク複合溶接のための装置と方法 |
| JP2013212541A (ja) * | 2013-07-22 | 2013-10-17 | Panasonic Corp | 複合溶接装置 |
| CN114040827A (zh) * | 2019-07-08 | 2022-02-11 | 三菱电机株式会社 | 增材制造装置 |
-
2003
- 2003-04-25 JP JP2003121226A patent/JP2004322159A/ja not_active Withdrawn
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| JP2008522833A (ja) * | 2004-12-15 | 2008-07-03 | フロニウス・インテルナツィオナール・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング | 溶接トーチに従ってレーザユニットを制御するレーザ・アーク複合溶接のための装置と方法 |
| JP2013212541A (ja) * | 2013-07-22 | 2013-10-17 | Panasonic Corp | 複合溶接装置 |
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