JP2005224810A - 複合溶接装置とその溶接方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 溶接電流が流れたタイミングを検知してから、直ちにレーザ光を出力するが、レーザ光を停止させてから所定時間が経過した後に、アークを停止させるよう制御する複合溶接装置とその溶接方法に関する。
【解決手段】 レーザ発生手段１と、アーク発生手段１０と、電流検知手段１２と、電流検知手段１２の出力を受けて、レーザ発生手段１とアーク発生手段１０を制御する制御手段１３とを備え、制御手段１３は、溶接開始時には電流検知手段１２の電流検知信号を受けてから、直ちにレーザ光を出力するようレーザ発生手段１を制御するが、溶接終了時にはレーザ光を停止させてから所定時間が経過した後にアークを停止させるよう動作することによって、複合溶接の溶接開始時と溶接終了時に安定した溶接品質を得ることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、溶接開始時には溶接ワイヤと被溶接物の溶接位置との間にアークが発生し、溶接電流が流れたタイミングを検知した後、直ちにレーザ光を出力するが、溶接終了時にはレーザ光を停止させてから所定時間が経過した後に、アークを停止させるよう制御を行う複合溶接装置とその溶接方法に関するものである。

レーザ溶接は、高エネルギー密度の熱源であるため、熱影響部の狭い、高品質・高能率の溶接ができる。しかし、溶接継ぎ手、例えば、突合せ、重ね、重ね隅肉溶接などに適用する場合、レーザ集光径が小さいため、被溶接物間にギャップがあると、レーザ光がそのギャップから抜けてしまい、直接に被溶接物を加熱できなくなることがある。レーザ溶接の継ぎ手への応用には、その適用範囲がギャップ裕度からの制限を受けることがあった。

ギャップ裕度の問題を解決するための溶接プロセスからのアプローチとしては、フィラーを採用する方法がある。フィラーを採用したレーザ溶接では、ギャップ裕度が向上する一方、フィラーを溶融するのに余分のエネルギーが必要なため、より高出力のレーザを要求する。結果的に、装置コストが向上してしまう。溶接周辺機器からのアプローチとしては、被溶接物の加工精度を高める方法や、被溶接物を固定する治具の精度を高める方法、などがある。

いずれの方法においても、加工コストが増加してしまう恐れがあった。一方、アーク溶接は、消耗電極方式のアーク溶接を採用すれば、広いギャップ裕度を得ることができる。レーザ溶接の高速性とアーク溶接のギャップ裕度とを同時に得ることのできる方法として、被溶接物の溶接位置にアークを発生させて溶接を行うアーク溶接と、アーク溶接から発生した溶融池にレーザ光を照射して溶接を行うレーザ溶接とを複合する方法、すなわち、レーザ溶接とアーク溶接との複合溶接が提案されている。

複合溶接は、ミグ溶接で母材を溶融させ、溶滴の衝撃力及びプラズマ気流により深く掘込んだクレータの底面近くにレーザ光線の焦点位置を合わせ得るよう、ミグ溶接のワイヤ先端とレーザ光線の位置を調整し、深溶け込みの溶接を行うレーザとミグを併用した溶接法がある（例えば、特許文献１参照）。

また、レーザ照射を開始した後または開始すると同時にアーク放電を行い、且つ、アーク放電を停止した後または停止すると同時にレーザ照射を停止するレーザ加工装置がある（例えば、特許文献２参照）。

さらに、レーザを予め定めた先行照射時間だけ照射した後に、溶接ワイヤの送給及び溶接電圧の出力を開始するレーザ照射アークスタート制御方法がある（例えば、特許文献３参照）。
特公昭６０−８９１６号公報 特開２００１−２７６９８８号公報 特開２００２−２４８５７１号公報

しかし、従来の複合溶接において、例えば特許文献１によれば、レーザ出力を大きくし、装置価格の高騰を招くことなく、安価な溶接装置で出力の大きいレーザ溶接と同様の溶接を行うことができるものの、実際の溶接では、安定した本溶接の期間のみでなく、溶接開始時と溶接終了時との溶接品質をも向上させねばならなかった。

また、特許文献２によれば、溶接終了時のレーザ照射がアーク放電より長くなりすぎると、溶接終了時のクレータサイズが大きくなりすぎる可能性があり、溶け落ちが発生したり、材料によってはクレータ割れが発生したりする恐れがあった。

さらに、特許文献３によれば、アーク放電が開始する前にレーザによる先行照射を必要とするため、溶接点数の多い自動溶接ではタクトタイムが長くなってしまう恐れがあった。

本発明は、上記従来の技術の問題点に鑑み、溶接開始時には溶接ワイヤと被溶接物の溶接位置との間にアークが発生し、溶接電流が流れたタイミングを検知した後、直ちにレーザ光を出力するが、溶接終了時にはレーザ光を停止させてから所定時間が経過した後に、アークを停止させるよう制御を行う複合溶接装置とその溶接方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の複合溶接装置は、レーザ光を発生して、被溶接物の溶接位置に照射するレーザ発生手段と、溶接ワイヤを被溶接物の溶接位置に送給して、前記溶接ワイヤと前記被溶接物との間にアークを発生させるアーク発生手段と、前記アーク発生時の溶接電流を検知する溶接電流検知手段と、前記レーザ発生手段と前記アーク発生手段を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、溶接開始時には前記溶接電流を検知すると前記レーザ光を出力し、溶接終了時には前記レーザ光を停止するとともに所定時間経過後に前記アークの出力を停止させるため、複合溶接の溶接開始部及び溶接終了部において安定した溶接品質を得ることができる。

また、被溶接物の溶接位置に照射するレーザ光と、前記被溶接物の溶接位置に溶接ワイヤを供給してアーク放電によって被溶接物を溶接するアーク溶接との複合溶接を同時に行い、溶接開始時には溶接電流が流れるとレーザ光を出力し、溶接終了時は前記レーザ光を停止させてから所定時間が経過した後にアーク溶接を停止させる方法のため、複合溶接の溶接開始部及び溶接終了部において安定した溶接品質を得ることができる。

以上のように、本発明の複合溶接装置によれば、レーザ光を発生して、被溶接物の溶接位置に照射するレーザ発生手段と、溶接ワイヤを被溶接物の溶接位置に送給して、前記溶接ワイヤと前記被溶接物との間にアークを発生させるアーク発生手段と、前記アーク発生時の溶接電流を検知する溶接電流検知手段と、前記レーザ発生手段と前記アーク発生手段を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、溶接開始時には前記溶接電流を検知すると前記レーザ光を出力し、溶接終了時には前記レーザ光を停止するとともに所定時間経過後に前記アークの出力を停止させるため、アークスタートを良くすると共にクレータ部の形状を得ることができ、複合溶接の溶接開始部及び溶接終了部において安定した溶接品質を得ることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図を用いて説明する。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における複合溶接装置を示すブロック図である。１は、レーザ発振器２とレーザ伝送手段３と集光光学手段４とからなり、レーザ光５を被溶接物６の溶接位置に照射するレーザ発生手段である。レーザ発振器２は、外部の制御装置、例えば制御手段１３によってそのレーザ出力値及びレーザ出力タイミングを制御できる。制御手段１３としてはパソコンやシーケンサが考えられる。

レーザ伝送手段３は、光ファイバーであってもよく、レンズより組み合わせた伝送系であってもよい。また、集光光学手段４は、単数あるいは複数のレンズより構成されてもよい。７は、ワイヤ送給手段８によって溶接トーチ９を通して被溶接物６の溶接位置に送給される溶接ワイヤである。

１０はアーク発生手段で、溶接開始時にはワイヤ送給手段８を制御して、溶接ワイヤ７を溶接トーチ９を通して被溶接物６の溶接位置に向かって送給し、溶接ワイヤ７と被溶接物６との間に溶接アーク１１を発生するよう制御するが、溶接終了時にはワイヤ送給手段８を制御して、ワイヤ送給を停止すると共に、溶接アーク１１を消弧するよう制御する。

アーク発生手段１０は、トーチ９を通して溶接ワイヤ７に電力を供給して、被溶接物６との間にアークを発生させる。また、アーク発生手段１０は、制御手段１３によってその出力値及び出力タイミングが制御される。

１２は、アーク発生手段１０と被溶接物６との間に接続され、溶接アーク１１に溶接電流が流れたかどうか、あるいは流れたタイミングを検知する電流検知手段である。電流検知手段１２として、ＣＴ（カレント・トランス）あるいはホール素子などを使用する。

なお、電流検知手段１２は、アーク発生手段１０と被溶接物６との間に接続された構成で説明したが、アーク発生手段１０とトーチ９との間に接続してもよい。

制御手段１３は、溶接開始時には溶接起動手段１４からの溶接開始信号を受けてから、溶接の開始信号をアーク発生手段１０に出力し、そして、電流検知手段１２から溶接電流が流れたタイミングを検知した電流検知信号を受けてから、直ちにレーザ出力の開始信号をレーザ発生手段１に出力し、レーザ出力を開始させるよう制御を行うが、溶接終了時には溶接起動手段１４からの溶接終了信号を受けてから、直ちにレーザ出力の停止信号をレーザ発生手段１に出力してレーザ出力を停止する。そして、所定時間が経過した後に、溶接終了信号をアーク発生手段１０に出力して、溶接を終了するよう制御を行う。

本実施の形態の動作について、図２を参照しつつ説明する。図２（ａ）は溶接起動手段１４の出力信号のＯＮ／ＯＦＦタイミング図、図２（ｂ）はワイヤ送給手段８の出力ＯＮ／ＯＦＦのタイミング図、図２（ｃ）はアーク発生手段１０の溶接出力のＯＮ／ＯＦＦタイミング図、図２（ｄ）は電流検知手段１２の電流検知信号のＯＮ／ＯＦＦタイミング図、図２（ｅ）はレーザ発生手段１の出力ＯＮ／ＯＦＦのタイミング図、である。

図２（ａ）では、溶接開始から溶接終了までの全溶接期間の溶接起動手段１４の出力信号を同一のＨＩＧＨレベル（実線）としているが、溶接開始時あるいは溶接終了時の所定時間のみＨＩＧＨレベル（点線で示す、Ｐ１とＰ２）あるいはＬＯＷレベル（時間軸とほぼ重なる）として、ＬＯＷレベルからＨＩＧＨレベル（あるいはＨＩＧＨレベルからＬＯＷレベル）への切り替えエッジを使用して、溶接開始あるいは溶接終了の出力信号として使用してもよい。

溶接起動手段１４が操作され、溶接開始が選択された時の動作について説明する。溶接開始が選択されると、溶接起動手段１４は、図２（ａ）に示す溶接ＯＮ信号を制御手段１
３に出力する。制御手段１３は、溶接起動手段１４からの溶接ＯＮ信号を受けると、溶接ＯＮ信号をアーク発生手段１０に出力する。アーク発生手段１０は、図２（ｂ）と図２（ｃ）とに示すように、制御手段１３からの溶接ＯＮ信号を受けると、ワイヤ送給手段８を制御して、溶接トーチ９を通して溶接ワイヤ７を被溶接物６の溶接位置に向かって送給し、溶接ワイヤ７と被溶接物６との間に溶接アーク１１を発生するよう溶接出力を制御する。

溶接起動手段１４の溶接ＯＮ信号とワイヤ送給手段８の出力ＯＮ信号との間の時間差Δｔ１は、アーク発生手段１０が制御手段１３からの溶接ＯＮ信号を受けてから、諸条件のセットや諸シーケンスのセットなどを実施するための時間とハード構成から避けられない信号伝達時間の総和である。

溶接ワイヤ７と被溶接物６の溶接位置との間に溶接アーク１１が発生すると、溶接電流が流れるので、図２（ｄ）に示すように、電流検知手段１２はそれを検知して、電流検知信号として制御手段１３に出力する。ワイヤ送給手段８の出力ＯＮ信号、あるいはアーク発生手段１０の出力ＯＮ信号と電流検知手段１２の電流検知信号との間の時間差Δｔ２は、溶接ワイヤ７の送給開始から溶接ワイヤ７が被溶接物６の溶接位置に接触して、電流が流れ始まるまでの時間であり、この間、アーク発生手段１０は無負荷電圧と呼ばれる電圧を溶接ワイヤ７と被溶接物６との間にかけている。

制御手段１３は、電流検知信号を受けると、直ちにレーザ出力開始信号をレーザ発生手段１に出力する。図２（ｅ）に示すように、レーザ発生手段１は、制御手段１３からのレーザ照射開始信号を受けると、直ちにレーザ照射を開始するように動作する。

図示していないが、図２（ｄ）に示す電流検知手段１２の電流検知信号と、図２（ｅ）に示すレーザ発生手段１の出力ＯＮ信号との間には、ハード構成から避けられない、極短い時間の時間差がある以外、ほとんど時間差がない。以上の構成と動作によれば、溶接開始時に発生した直後の溶接アーク１１がレーザ照射の助けによって安定化することができる。

レーザ照射によってアークが安定化される原理について、図３を参照しつつ説明する。図３（ａ）は従来のアーク溶接の本溶接中の安定したアーク形態、図３（ｂ）は従来のアーク溶接の溶接開始時の不安定なアーク形態、図３（ｃ）は実施の形態１における溶接開始時の安定したアーク形態である。図示していないが、溶接開始時の動作は、通常以下の通りのものである。

溶接ワイヤ７がワイヤ送給手段８によって被溶接物６の溶接位置へ送給されると同時に、前述した通り、溶接ワイヤ７と被溶接物６との間にアーク発生手段１０によって無負荷電圧と呼ばれる電圧が印加される。この状態が続くと、やがて溶接ワイヤ７が被溶接物６と接触して、短絡する。その瞬間、溶接ワイヤ７と被溶接物６の溶接位置との接触部分に高い電流密度の溶接電流が流れるので、溶接ワイヤ７の先端が極短い時間に溶融し、溶接アーク１１に移行していく。

本溶接中では、図３（ａ）に示すように、溶接アーク１１が溶接ワイヤ７のほぼ延長線上に発生し、被溶接物６の溶接位置に広がった円錐状の形態を呈する。

しかし、溶接が開始した直後に発生した溶接アーク１１は、安定状態になるまでの過渡状態のアークであり、必ずしも図３（ａ）に示すような、安定したアークになるとは限らない。図３（ｂ）に示すように、溶接ワイヤ７の延長線上から外れた被溶接物の表面位置から溶接アーク１１になることもある。

短絡からアークへ移行した直後のアークは、溶接ワイヤ７と被溶接物６の溶接位置とが接触する前の溶接ワイヤ７の先端状態や被溶接物６の溶接位置の表面状態、などによっても影響され、場合によっては不安定なアークになることがある。このような不安定状態の溶接アーク１１は、溶接ワイヤ７の延長線上から更に離れていき、アーク切れを起こしてしまう恐れがあった。

また、このような不安定状態の溶接アーク１１は、通常の安定状態のアークよりアーク長が伸び、アーク温度が低下し、溶接ワイヤ７を十分に溶融することができないこともある。

結果的に、溶接ワイヤ７が被溶接物６の溶接位置と再び短絡してしまい、アークが消えてしまう。一方、従来におけるアーク溶接の溶接開始時のアーク形態に対して、図１に示す構成で行った複合溶接の溶接開始時のアーク形態では、図３（ｃ）に示すように、溶接アーク１１はレーザ誘起プラズマ１５の作用によって安定化される。

その理由は、以下の通りである。レーザが照射されると、被溶接物表面の局部の温度が急激に上昇するので、表面温度が金属の沸点に達したところから激しい蒸発が発生し、金属蒸気を形成する。金属蒸気が更にエネルギーを吸収して電離すると、プラズマを形成する。いわゆる、レーザ誘起プラズマ１５の形成である。レーザ誘起プラズマ１５が形成されると、その領域の導電性が増加するので、短絡から移行した直後のアークがレーザ誘起プラズマ１５の領域を通して放電しやすくなり、安定化する。

溶接起動手段１４が操作され、溶接終了が選択された時の動作について、図２を参照しつつ説明する。溶接終了が選択されると、図２（ａ）に示すように、溶接起動手段１４は溶接ＯＦＦ信号を制御手段１３に出力する。制御手段１３は、溶接起動手段１４からの溶接ＯＦＦ信号を受けると、溶接ＯＦＦ信号をレーザ発生手段１に出力する。レーザ発生手段１は、制御手段１３からの溶接ＯＦＦ信号を受けると、直ちにレーザ出力を停止するよう動作する。

また、図２（ｂ）と図２（ｃ）に示すように、制御手段１３は、溶接起動手段１４からの溶接ＯＦＦ信号を受けてから、ある予め設定した時間、Δｔ３が経過した後に、アーク発生手段１０に溶接ＯＦＦ信号を出力する。アーク発生手段１０は、制御手段１３からの溶接ＯＦＦ信号を受けると、直ちにワイヤ送給手段８によるワイヤ送給を停止すると共に、溶接出力を停止するよう動作する。

図２（ｂ）と図２（ｃ）において、ワイヤ送給手段８の出力ＯＦＦのタイミングとアーク発生手段１０の出力ＯＦＦのタイミングを同期にしているが、実際の溶接では、溶接ワイヤ７の送給速度が速い溶接条件で溶接を行うと、ワイヤ送給手段８の慣性、あるいは溶接トーチ９と溶接ワイヤ７との間に隙間が存在するので、ワイヤ送給手段８の出力信号がＯＦＦになってから溶接ワイヤ７の先端部が完全に止まるまで、被溶接物６の溶接位置に向かって溶接ワイヤ７の先端がわずかに送られる。この間に送られてきたワイヤの長さが短い場合は特に問題にならないが、長い場合は、その分のワイヤを溶融する必要がある。

これは、いわゆる、バーンバック処理である。このバーンバック処理は、Δｔ３期間のワイヤ送給速度を通常溶接中のワイヤ送給速度より遅くして、Δｔ３中で完了させてもよい。また、Δｔ３期間が完了した直後に行ってもよい。その時、図２に対応するタイミング図を図４に示し、以下、図２と異なる部分のみ、説明する。

図４では、Δｔ３期間が終了した時点のワイヤ送給手段８の出力信号がＯＦＦとなる。
図４（ｃ）に示すように、その後のΔｔ４期間では、ワイヤ送給手段８の慣性、あるいは溶接トーチ９と溶接ワイヤ７との間に隙間が存在するために送られてきたワイヤを全部溶融させてしまうよう、アーク発生手段１０が溶接出力を供給している。

以上に示すような、溶接起動手段１４が操作され溶接終了が選択された時の動作は、溶接走行をしながらしてもよいが、溶接終了時のクレータ上で行ってもよい。

本実施の形態では、図１に示すように、溶接開始時には溶接ワイヤと被溶接物の溶接位置との間にアークが発生し、溶接電流が流れたタイミングを検知した後、直ちにレーザ光を出力することによってアークスタートを良くすると共に、溶接終了時にはレーザ光を停止させてから所定時間が経過した後に、アークを停止させる制御を行うことによって良好なクレータ部形状を得ることができ、複合溶接の溶接開始部及び溶接終了部において安定した溶接品質を得ることができる。

本実施の形態では、レーザ発生手段としては、半導体レーザ装置、ＹＡＧレーザ装置、ファイバレーザ装置またはＣＯ２レーザ装置を使用することができる。半導体レーザ、ＹＡＧレーザまたはＣＯ２レーザの出力は、パルス状の出力であってもよい。

また、本実施の形態では、アーク発生手段としては、ＭＡＧ溶接装置あるいはＭＩＧ溶接装置を使用することができる。ＭＡＧ溶接装置のシールドガスとしては、ＣＯ２あるいはＣＯ２とアルゴンの混合ガスを使用してもよい。ＭＩＧ溶接装置のシールドガスとしては、アルゴンガスあるいは少量のＣＯ２、Ｏ２を添加したアルゴン混合ガスを使用してもよい。ＭＡＧ溶接装置あるいはＭＩＧ溶接装置の出力は、パルス状の出力であってもよい。

また、本実施の形態では、レーザ照射位置としては、溶接ワイヤが被溶接物に当たる位置付近とすることができる。これは、アークスタート時にはアークは溶接ワイヤが被溶接物に当たる位置付近から発生するので、その付近にレーザを照射すると、図３に基づいて説明した通り、アークスタートを安定化させる効果が確実に得られるためである。

また、本実施の形態では、レーザ照射位置としては、アーク発生手段で生じた溶融池の溶接方向の前方付近とすることができる。

また、本実施の形態では、溶接終了時の動作に関しては、レーザ光を停止させてからアークを完全に停止させるまでの所定時間Δｔ３の期間にてクレータ処理を行うことができる。クレータ処理は、溶接中にアークあるいはレーザによって窪んだ溶融池を溶接終了後にそのまま残さないように、溶接終了前に通常溶接の溶接電流より低い溶接電流で溶接を行うことによって、窪んだ溶融池を埋めるために行われる処理のことである。

その目的は、溶融池を埋めることにあるため、レーザ照射を必要としない。したがって、クレータ部にはレーザ照射による余分な入熱が入ることがなく、入熱過大に起因するクレータ割れを防止することもできる。

なお、上記実施の形態では、制御手段１３は、電流検知手段１２からの電流検知信号を受けてから、直ちにレーザ出力の開始信号をレーザ発生手段１に出力し、レーザ出力を開始させるよう制御を行うが、溶接終了時には溶接起動手段１４からの溶接終了信号を受けてから、直ちにレーザ出力の停止信号をレーザ発生手段１に出力してレーザ出力を停止し、そして、所定時間が経過した後に、溶接終了信号をアーク発生手段１０に出力して、溶接を終了するよう制御を行うとしたが、制御手段１３は、電流検知手段１２からの電流検知信号を受けてから、直ちにレーザ光を出力するようレーザ発生手段１を制御するが、ア
ーク発生手段１０は、制御手段１３がレーザ発生手段１からのレーザ光を停止させてから、所定時間が経過した後に、アークを停止させるよう制御を行ってもよい。

また、上記実施の形態では、電流検知手段１２はアーク発生手段１０に組み込まれてもよい。

（実施の形態２）
図５は本発明の実施の形態２における複合溶接装置を示すブロック図である。本実施の形態は、図１に示す実施の形態１における制御手段１３と溶接起動手段１４との代わりに、ロボット装置１６を使用したものである。

なお、実施の形態１と同じ構成については同じ符号を付して詳細な説明を省略し、異なるところを中心に説明する。

ロボット装置１６は、溶接開始点では、溶接の開始信号をアーク発生手段１０に出力し、そして、電流検知手段１２から溶接電流が流れたタイミングを検知した電流検知信号を受けてから、直ちにレーザ出力の開始信号をレーザ発生手段１に出力し、レーザ光５を出力させると共に、溶接を開始するよう動作する。溶接終了点では、レーザ出力の終了信号をレーザ発生手段１に出力してレーザ照射を終了し、そして、所定時間が経過した後に、アーク出力の終了信号をアーク発生手段１０に出力して、溶接を終了するよう動作する。

本実施の形態では、図５に示すように、図１において制御手段１３と溶接起動手段１４との代わりに、ロボット装置１６を使用しても、同様の効果を得ることができる。このロボット装置１６は、多関節型溶接ロボットを使用するのが好適である。

（実施の形態３）
図６は本発明の実施の形態３における複合溶接装置を示すブロック図である。本実施の形態は、図１に示す実施の形態１における制御手段１３とアーク発生手段１０との代わりに、溶接起動手段２４と電流検知手段１２との出力を入力とする制御手段２３と、溶接起動手段２４の出力を入力とするアーク発生手段１８とを使用したものである。

なお、図１に示す実施の形態と同様の構成及び動作と作用効果を奏するところには同一符号を付して詳細な説明を省略し、異なるところを中心に説明する。

溶接開始時の動作について説明する。アーク発生手段１８は、溶接起動手段２４の溶接起動信号を受けてから、図示していないが、ワイヤ送給手段８を制御して、溶接トーチ９を通して溶接ワイヤ７を被溶接物６の溶接位置に向かって送給し、溶接ワイヤ７と被溶接物６との間に溶接アーク１１を発生するよう動作する。

また制御手段２３は、溶接起動手段２４の溶接起動信号を受け、且つ、電流検知手段１２の電流検知信号を受けてから、直ちにレーザ出力の開始信号をレーザ発生手段１に出力して、レーザ出力を開始するよう動作する。

溶接終了時の動作について説明する。溶接終了時には溶接起動手段２４は、溶接終了信号を制御手段２３とアーク発生手段１８とに出力する。制御手段２３は、溶接起動手段２４の溶接終了信号を受けてから、直ちにレーザ出力の停止信号をレーザ発生手段１に出力し、レーザ出力を停止するよう動作する。

一方、アーク発生手段１８は、溶接起動手段２４の溶接終了信号を受けてから、所定時間が経過した後に、溶接終了信号をワイヤ送給手段８に送って、ワイヤ送給を停止するよ
う動作すると共に、溶接アーク１１への溶接出力を停止する。前記所定時間は、図２と図４とのΔｔ３あるいは、図４のΔｔ４に相当するものを使用してよい。

本実施の形態では、図６に示すように、図１において制御手段１３とアーク発生手段１０との替わりに、溶接起動手段２４と電流検知手段１２との出力を入力とする制御手段２３と、溶接起動手段２４の出力を入力とするアーク発生手段１８とを使用しても、同様の効果を得ることができる。

（実施の形態４）
図７は本発明の実施の形態４における複合溶接装置を示すブロック図である。本実施の形態は、図１に示す実施の形態１における制御手段１３の代わりに、電流検知直後の所定期間及び本溶接中のレーザ発生手段１のレーザ出力を設定する出力設定部１９と、溶接開始時に通常溶接時よりも高いレーザ出力を出力する所定期間を設定する初期時間設定部２０と、制御部２１とを備えた制御手段３３を使用したものである。

なお、図１に示す実施の形態１と同様の構成及び動作と作用効果を奏するところには同一符号を付して詳細な説明を省略し、異なるところを中心に説明する。

制御手段３３の動作について、図８を参照しつつ説明する。図８（ａ）は電流検知手段１２の電流検知信号のＯＮ／ＯＦＦタイミング図、図８（ｂ）はレーザ発生手段１の出力ＯＮ／ＯＦＦのタイミング図、図８（ｃ）はレーザ発生手段１のレーザ出力、である。

図８（ｃ）に示すように、電流検知直後の所定時間Δｔ５における初期レーザ出力Ｐ_iniと通常溶接時の通常レーザ出力Ｐ_wとは出力設定部１９によって設定され、また、電流検知直後に出力するレーザ出力Ｐ_iniの所定時間は初期時間設定部２０によって設定され、制御部２１に出力される。図８（ｃ）に示すように、アーク発生手段１によってアークが発生し、溶接電流が流れたタイミングｔ₀からｔ₁までの所定時間（Δｔ５）では、初期レーザ出力Ｐ_iniが出力される。

この期間のレーザ出力Ｐ_iniは、本溶接中のレーザ出力Ｐ_wより高く設定されるため、本溶接中よりも強いレーザ誘起プラズマを発生させることができ、短絡状態からアーク状態に移行した直後のアークをより安定しやすくすることができる。

本実施の形態では、図７に示すように、図１に示す実施の形態１における制御手段１３の代わりに、制御手段３３を使用することによって、複合溶接の溶接開始部及び溶接終了部において安定した溶接品質をより確実に得ることができる。

本実施の形態では、初期レーザ出力Ｐ_iniを出力する所定期間Δｔ５は、被溶接物の板厚、材質または表面状態に応じて設定してもよい。

その理由は、以下の通りである。被溶接物材質あるいはその表面状態によってレーザの吸収率が変化し、レーザ照射位置における被溶接物の温度上昇が変わる。また、同一のレーザパワーが与えられたとしても、被溶接物の板厚によってその温度上昇が変わる。被溶接物表面の温度上昇が変わると、レーザ誘起プラズマの発生状態も変わってしまう。前述の通り、レーザ誘起プラズマの発生は、アークスタート時に短絡からアーク状態に移行した直後のアークを安定化させる原因なので、初期レーザ出力Ｐ_iniを出力する所定期間Δｔ５は、被溶接物の板厚、材質または表面状態に応じて設定することが望ましい。

なお、初期レーザ出力Ｐ_iniを出力する所定期間Δｔ５は、アーク発生手段１の溶接出力に応じて設定してもよい。その理由として、以下のことが挙げられる。アーク発生手段
１より発生した溶接アーク１１は（図３参照）、溶接出力、例えば溶接電流の大小によっても異なる。通常、溶接電流が小さければ小さいほど、アークが不安定になりやすい。

したがって、アーク発生手段１の溶接出力に応じ初期レーザ出力Ｐ_iniを出力する所定期間Δｔ５を設定したほうが、溶接電流の大きい領域と溶接電流の小さい領域とのいずれの領域においても、アークを安定させることができる。

なお、本実施の形態では、通常溶接時よりも高い出力のレーザ光を出力する所定期間におけるレーザ出力は、被溶接物の板厚、材質または表面状態に応じて設定してもよい。

また、本実施の形態では、通常溶接時よりも高い出力のレーザ光を出力する所定期間におけるレーザ出力は、アーク発生手段の溶接出力に応じて設定してもよい。

また、本実施の形態では、出力設定部１９と初期時間設定部２０とを使用して、初期レーザ出力Ｐ_iniと、通常レーザ出力Ｐ_wと、初期レーザ出力Ｐ_iniの出力期間Δｔ５とを設定しているが、アーク発生手段１の溶接出力、被溶接物の板厚、材質または表面状態に対応して設定した、初期レーザ出力Ｐ_iniと、通常レーザ出力Ｐ_wと、初期レーザ出力Ｐ_iniの出力期間Δｔ５との諸データをメモリなどの記憶装置に記憶させ、必要時にそれを呼び出して使用してもよい。

以上のように、本発明に係る複合溶接装置とその溶接方法は、溶接開始時には溶接ワイヤと被溶接物の溶接位置との間にアークが発生し、溶接電流が流れたタイミングを検知してレーザ光を出力するが、溶接終了時にはレーザ光を停止させてから所定時間が経過した後に、アークを停止させるよう制御を行うことによって、複合溶接の溶接開始部と溶接終了部において安定した溶接品質を得ることができ、複合溶接装置の制御に適用できる。

本発明の実施の形態１における複合溶接装置を示すブロック図 （ａ）同実施の形態１における溶接起動手段の出力信号のタイミング図（ｂ）同実施の形態１におけるワイヤ送給手段の出力ＯＮ／ＯＦＦのタイミング図（ｃ）同実施の形態１におけるアーク発生手段１０の溶接出力のタイミング図（ｄ）同実施の形態１における電流検知手段の電流検知信号のタイミング図（ｅ）同実施の形態１におけるレーザ発生手段の出力ＯＮ／ＯＦＦのタイミング図 （ａ）従来のアーク溶接における溶接中の安定したアーク形態の説明図（ｂ）従来のアーク溶接における溶接開始時の不安定したアーク形態の説明図（ｃ）本発明の実施の形態１における溶接開始時の安定したアーク形態の説明図 （ａ）本発明の実施の形態１における溶接起動手段の出力信号のタイミング図（ｂ）同実施の形態１におけるワイヤ送給手段の出力ＯＮ／ＯＦＦのタイミング図（ｃ）同実施の形態１におけるアーク発生手段１０の溶接出力のタイミング図（ｄ）同実施の形態１における電流検知手段の電流検知信号のタイミング図（ｅ）同実施の形態１におけるレーザ発生手段の出力ＯＮ／ＯＦＦのタイミング図 同実施の形態２における複合溶接装置を示すブロック図 同実施の形態３における複合溶接装置を示すブロック図 同実施の形態４における複合溶接装置を示すブロック図 （ａ）同実施の形態４における電流検知手段の電流検知信号のタイミング図（ｂ）同実施の形態４におけるレーザ発生手段の出力ＯＮ／ＯＦＦのタイミング図（ｃ）同実施の形態４におけるレーザ発生手段のレーザ出力値のタイミング図

符号の説明

１ レーザ発生手段
２ レーザ発振器
３ レーザ伝送手段
４ 集光光学手段
５ レーザ光
６ 被溶接物
７ 溶接ワイヤ
８ ワイヤ送給手段
９ トーチ
１０ アーク発生手段
１１ 溶接アーク
１２ 電流検知手段
１３，２３，３３ 制御手段
１４，２４ 溶接起動手段
１５ レーザ誘起プラズマ
１６ ロボット装置
１８ アーク発生手段
１９ 出力設定部
２０ 初期時間設定部
２１ 制御部

Claims (17)

1. レーザ光を発生して、被溶接物の溶接位置に照射するレーザ発生手段と、溶接ワイヤを被溶接物の溶接位置に送給して、前記溶接ワイヤと前記被溶接物との間にアークを発生させるアーク発生手段と、前記アーク発生時の溶接電流を検知する溶接電流検知手段と、前記レーザ発生手段と前記アーク発生手段を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、溶接開始時には前記溶接電流を検知すると前記レーザ光を出力し、溶接終了時には前記レーザ光を停止するとともに所定時間経過後に前記アークの出力を停止させる複合溶接装置。
2. 制御手段はロボットで構成された請求項１記載の複合溶接装置。
3. レーザ光を発生して、被溶接物の溶接位置に照射するレーザ発生手段と、溶接ワイヤを被溶接物の溶接位置に送給して、前記溶接ワイヤと前記被溶接物との間にアークを発生させるアーク発生手段と、前記アーク発生時の溶接電流を検知する溶接電流検知手段と、前記レーザ発生手段を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、溶接開始時には前記溶接電流を検知すると前記レーザ光を出力し、溶接終了時には前記レーザ光を停止するが、前記アーク発生手段は前記レーザ光が停止してから所定時間経過後に前記アークの出力を停止させる複合溶接装置。
4. レーザ発生手段は、半導体レーザ，ＹＡＧレーザ，ファイバレーザ，ＣＯ２レーザのうちいずれかである請求項１から３のいずれかに記載の複合溶接装置。
5. アーク発生手段は、ＭＡＧ溶接，ＭＩＧ溶接のうちいずれかである請求項１から４のいずれかに記載の複合溶接装置。
6. レーザ発生手段から出力されたレーザ光が照射される位置は、溶接位置近傍である請求項１から５のいずれかに記載の複合溶接装置。
7. レーザ発生手段から出力されたレーザ光が照射される位置は、アーク発生手段で生じた溶融池の溶接方向前方近傍である請求項１から５のいずれかに記載の複合溶接装置。
8. レーザ光を停止させてから所定時間だけ溶接ワイヤのバーンバック処理を行う請求項１から７のいずれかに記載の複合溶接装置。
9. レーザ光を停止させてから所定時間だけクレータ処理を行う請求項１から７のいずれかに記載の複合溶接装置。
10. 溶接電流を検知して出力されるレーザ光は、所定時間だけ本溶接時に照射されるレーザ光の出力より高い請求項１から９のいずれかに記載の複合溶接装置。
11. 所定時間は、被溶接物の板厚、材質および表面状態の少なくとも１つに応じて決まる請求項１０記載の複合溶接装置。
12. 所定時間は、アーク発生手段の溶接出力に応じた請求項１０記載の複合溶接装置。
13. 本溶接時に照射されるレーザ光の出力は、被溶接物の板厚、材質または表面状態に応じて設定する請求項１０記載の複合溶接装置。
14. 本溶接時に照射されるレーザ光の出力は、アーク発生手段の溶接出力に応じて設定する請求項１０記載の複合溶接装置。
15. 被溶接物の溶接位置に照射するレーザ光と、前記被溶接物の溶接位置に溶接ワイヤを供給してアーク放電によって被溶接物を溶接するアーク溶接との複合溶接を同時に行い、溶接開始時には溶接電流が流れると前記レーザ光を出力し、溶接終了時は前記レーザ光を停止させてから所定時間が経過した後にアーク溶接を停止させる複合溶接方法。
16. 溶接電流が流れてから出力されるレーザ出力は、所定時間だけ本溶接時に照射されるレーザ光の出力より高い請求項１５記載の複合溶接方法。
17. 所定時間は、被溶接物の板厚、材質および表面状態の少なくとも１つで決まる請求項１６記載の複合溶接方法。

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