JP2009154173A - ２ワイヤ溶接の終了制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】溶接ワイヤ１及びフィラーワイヤ６を使用する２ワイヤ溶接の溶接終了時において、フィラーワイヤ６が溶融池２にスティックして溶着することを防止する。
【解決手段】消耗電極アーク３の溶融池にフィラーワイヤ６を接触させながら送給して行う２ワイヤ溶接の終了制御方法において、溶接終了に際して前記消耗電極アーク３によるクレータ処理を開始すると、これに同期して前記フィラーワイヤ６の逆送給を開始すると共に前記フィラーワイヤ６と前記溶融池２との接触状態を検出し、前記接触検出によって非接触状態が検出されるまで前記フィラーワイヤ６の逆送給を継続する。これによって、溶接終了後のフィラーワイヤ先端が溶融池２から少し離れた状態で停止することになる。このために、溶着を防止し、かつ、次の溶接開始が迅速になり生産効率が向上する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、消耗電極アークの溶融池にフィラーワイヤを接触させながら送給して行う２ワイヤ溶接において、溶接終了時にフィラーワイヤのスティックを防止するための２ワイヤ溶接の終了制御方法に関するものである。

消耗電極アークによって形成された溶融池に、フィラーワイヤを接触させながら送給して行う２ワイヤ溶接方法は、消耗電極アークの溶接ワイヤとフィラーワイヤとの２つのワイヤを使用するために高速溶接性及び高溶着性に優れている。特に、２ワイヤ溶接方法によって高速溶接を行うときには、ハンピングビードになるのを防止するために、フィラーワイヤを消耗電極アークよりも後方から溶融池に接触させて送給することが重要である。これは、フィラーワイヤを消耗電極アーク中に送給して溶融すると、溶融池はほとんど冷却されず、かつ、フィラーワイヤによって溶融池を抑えることもできないためにハンピングビードを抑制する効果はない。これに対して、フィラーワイヤをアーク周縁部の溶融池の後部に接触させて送給し、溶融池の熱によって溶融するようにすれば溶融池が冷却され、かつ、フィラーワイヤによって溶融池後半部が抑えられてハンピングビードの形成を抑制することができる。以下の説明においては、消耗電極アークのワイヤを溶接ワイヤと記載し、フィラーワイヤとは区別することにする。

２ワイヤ溶接の溶接終了時は、消耗電極アークによるクレータ処理を行うと共に、フィラーワイヤの送給を停止する。クレータ処理は、溶接電流（溶接ワイヤ送給速度）及び溶接電圧を本溶接期間よりも１／２〜１／３程度に低くして溶接することで行う。フィラーワイヤの送給を停止しただけでは、溶融池にスティックして溶着してしまう。このために、２ワイヤ溶接の終了制御方法において、フィラーワイヤのスティックを防止することは重要である。多電極溶接において、溶接終了時のスティックを防止する従来技術としては、以下に説明する方法がある（特許文献１，２参照）。

特許文献１の発明では、片面多電極サブマージアーク溶接法において、４電極を用いる場合に溶接終端部で第１、第２電極のアークを止めた直後に、1秒以内にワイヤをチップ先端まで引き上げる事により、ワイヤが開先部あるいは終端部に製作されるシーリングビードにつきあたる、いわゆるワイヤスティックを防止できることが開示されている。

また、特許文献２の発明では、アークの中にフィラワイヤの先端が送給されるTIGフィラ溶 接法において、溶接終了時のフィラワイヤの燃上りをTIG溶接のアーク電圧等の情報から想定し、所定の燃上りにならない場合にフィラワイヤを引き戻し被溶接物との溶着を防ぐことができることが開示されている。

特開平５−１８５２３４号公報 特開平５−２８５６５３号公報

２ワイヤ溶接方法に特許文献１の方法を適用した場合、溶接終了時にフィラーワイヤを所定量だけ逆送給することになる。しかし、フィラーワイヤ送給モータが正送給から逆送給へと切り換わる時間遅れ、フィラーワイヤの送給経路での曲がりを逆送給するための遅れ時間、クレータ処理中である溶融池表面の運動等の影響によって、フィラーワイヤの先端が溶融池から離れている保証はない。また、逆送給が長過ぎると、フィラーワイヤ先端ドビードとの距離が長くなり、次の溶接開始時に時間がかかることになり、生産効率が悪くなる。すなわち、２ワイヤ溶接の終了制御方法においては、フィラーワイヤが溶融池にスティックして溶着することがなく、かつ、不要にフィラーワイヤ先端が溶融池から離れ過ぎないようにする必要がある。

また、２ワイヤ溶接方法に特許文献２の方法を適用した場合、溶接終了時において消耗電極アークの溶接電圧を検出してフィラーワイヤの燃え上がりが適正であるかを判別してフィラーワイヤの逆送給を行うことになる。しかし、上述したように、２ワイヤ溶接方法では、フィラーワイヤを消耗電極アーク中に送給するのではなく、溶融池後部に接触させて送給する。このために、基本的に消耗電極アークによって燃え上がることはないために、溶接電圧によってフィラーワイヤ先端と溶融池との距離を検出することはできない。この結果、特許文献１の方法と同様に、フィラーワイヤの逆送給は目標値なしに行われることと同等となり、フィラーワイヤ先端と溶融池との距離を接触しない状態で、かつ、長すぎない状態にすることは困難である。

そこで、本発明は、溶接終了時においてフィラーワイヤ先端と溶融池との距離を非接触状態で、かつ、離れ過ぎない長さに制御することができる
２ワイヤ溶接の終了制御方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、第１の発明は、
消耗電極アークの溶融池にフィラーワイヤを接触させながら送給して行う２ワイヤ溶接の終了制御方法において、
溶接終了に際して前記消耗電極アークによるクレータ処理を開始すると、これに同期して前記フィラーワイヤの逆送給を開始すると共に前記フィラーワイヤと前記溶融池との接触状態を検出し、
前記接触検出によって非接触状態が検出されるまで前記フィラーワイヤの逆送給を継続する、ことを特徴とする２ワイヤ溶接の終了制御方法である。

第２の発明は、前記接触検出が非接触状態を検出し、それから所定期間経過するまで前記フィラーワイヤの逆送給を継続する、ことを特徴とする第１の発明記載の２ワイヤ溶接の終了制御方法である。

第３の発明は、前記接触検出が非接触状態を検出し、それからの逆送給が所定長さに達するまで前記フィラーワイヤの逆送給を継続する、ことを特徴とする第１の発明記載の２ワイヤ溶接の終了制御方法である。

上記第１の発明によれば、溶接終了に際して消耗電極アークによるクレータ処理を開始すると、これに同期してフィラーワイヤの逆送給を開始し、接触検出によって非接触状態が検出されるまでフィラーワイヤの逆送給を継続する。このために、フィラーワイヤ先端が溶融池とスティックすることがなく、フィラーワイヤ先端と溶融池との距離も短くすることができるので次の溶接開始が早くなり生産効率を向上させることができる。

上記第２の発明によれば、接触検出が非接触状態を検出し、それから所定期間経過するまでフィラーワイヤの逆送給を継続することによって、溶接終了時のフィラーワイヤ先端・溶融池間距離を所望値に制御することができる。このために、上述した効果に加えて、次の溶接開始位置への移動中に送給経路で蛇行していたフィラーワイヤが飛び出して、次の溶接開始時に母材に衝突して折れ曲がることを防止することができる。

上記第３の発明によれば、接触検出が非接触状態を検出し、それからの逆送給が所定長さに達するまでフィラーワイヤの逆送給を継続することによって、溶接終了時のフィラーワイヤ先端・溶融池間距離を所望値に制御することができる。このために、上述した第１の発明の効果に加えて、次の溶接開始位置への移動中に送給経路で蛇行していたフィラーワイヤが飛び出して、次の溶接開始時に母材に衝突して折れ曲がることを防止することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る２ワイヤ溶接装置のブロック図である。以下、同図を参照して各ブロックについて説明する。

電源主回路ＰＭは、３相２００Ｖ等の商用電源を入力として、後述する駆動信号Ｄｖに従ってインバータ制御によって出力制御を行い、アーク３を発生させるための溶接電圧Ｖｗ及び溶接電流Ｉｗを出力する。この電源主回路ＰＭは、商用電源を整流する１次整流回路、整流された直流を平滑するコンデンサ、平滑された直流を高周波交流に変換するインバータ回路、高周波交流をアーク３を発生させるために適正な電圧値に降圧する高周波トランス、降圧された高周波交流を整流する２次整流回路、整流された直流を平滑するリアクトルから構成される。

溶接ワイヤ１は、溶接ワイヤ送給モータＷＭに結合された溶接ワイヤ送給ロール５の回転によって溶接トーチ４内を送給され、上記の電源主回路ＰＭから給電されて、母材２との間に消耗電極アーク３が発生する。フィラーワイヤ６は、フィラーワイヤ送給モータＦＭに結合されたフィラーワイヤ送給ロール８の回転によってフィラーワイヤトーチ７内を送給され、後述する接触検出回路ＳＤからの接触検出電圧Ｅｓが給電されて、消耗電極アーク３によって形成された溶融池に接触して挿入される。

接触検出回路ＳＤは、フィラーワイヤ６と母材（溶融池）２との接触状態を検出するための接触検出電圧Ｅｓをフィラーワイヤ・母材巻に印加し、接触状態のときはＨｉｇｈレベルになり非接触状態のときはＬｏｗレベルになる接触検出信号Ｓｄを出力する。この接触検出電圧Ｅｓは、フィラーワイヤ６と母材２との間にアークが発生しないように５〜１５Ｖ程度で、通電する電流値が１Ａ程度以下に設定する。また、接触検出電圧Ｅｓを５０〜１００Ｖと高く設定し、通電する電流を例えば０．１Ａ以下に設定するようにして、アークの発生を防止するようにしても良い。

シーケンス回路ＳＣは、外部からの溶接開始信号Ｓｔ及び上記の接触検出信号Ｓｄを入力として、図２で詳述するシーケンス制御を行い、起動信号Ｏｎ、電圧設定信号Ｖｒ、溶接ワイヤ送給速度設定信号Ｗｒ及びフィラーワイヤ送給速度設定信号Ｆｒを出力する。

溶接ワイヤ送給制御回路ＷＣは、上記の溶接ワイヤ送給速度設定信号Ｗｒの値に相当する送給速度で溶接ワイヤ１を送給するための溶接ワイヤ送給制御信号Ｗｃを出力する。フィラーワイヤ送給制御回路ＦＣは、上記のフィラーワイヤ送給速度設定信号Ｆｒの値に相当する送給速度でフィラーワイヤ６を送給するためのフィラーワイヤ送給制御信号Ｆｃを出力する。フィラーワイヤ送給速度設定信号Ｆｒの値が正の値であるときはフィラーワイヤ６は正送給され、負の値のときは逆送給される。

電圧検出回路ＶＤは、上記の溶接電圧Ｖｗを検出して、電圧検出信号Ｖｄを出力する。誤差増幅回路ＥＡは、上記の電圧設定信号Ｖｒと上記の電圧検出信号Ｖｄとの誤差を増幅して、誤差増幅信号Ｅａを出力する。駆動回路ＤＶは、上記の起動信号Ｏｎが入力（Ｈｉｇｈレベル）されているときは、この誤差増幅信号Ｅａを入力としてパルス幅変調制御を行い上記の電源主回路ＰＭ内のインバータ回路を駆動するための駆動信号Ｄｖを出力する。

図２は、上述したシーケンス回路ＳＣの溶接終了時における入出力信号のタイミングチャートである。同図（Ａ）は溶接開始信号Ｓｔを示し、同図（Ｂ）は起動信号Ｏｎを示し、同図（Ｃ）は接触検出信号Ｓｄを示し、同図（Ｄ）は電圧設定信号Ｖｒを示し、同図（Ｅ）は溶接ワイヤ送給速度設定信号Ｗｒを示し、同図（Ｆ）はフィラーワイヤ送給速度設定信号Ｆｒを示す。同図は、本発明の実施の形態に係る２ワイヤ溶接の終了制御方法を示すことになる。以下、同図を参照して説明する。

（１）時刻ｔ１以前の本溶接期間
この期間中は、同図（Ａ）に示すように、溶接開始信号ＳｔがＨｉｇｈレベルであるので、同図（Ｄ）に示すように、電圧設定信号Ｖｒは本溶接電圧値Ｖcrになり、同図（Ｅ）に示すように、溶接ワイヤ送給速度設定信号Ｗｒは本溶接送給速度Ｗcrになり、同図（Ｆ）に示すように、フィラーワイヤ送給速度設定信号Ｆｒは本溶接送給速度Ｆcrになる。この結果、２ワイヤ溶接が行われる。

（２）時刻ｔ１〜ｔ２のフィラーワイヤ逆送給期間
時刻ｔ１において、同図（Ａ）に示すように、溶接開始信号ＳｔがＬｏｗレベルになると、同図（Ｂ）に示すように、起動信号Ｏｎはそれから予め定めたクレータ処理機関Ｔｋだけオフディレイされる。同時に、同図（Ｄ）に示すように、電圧設定信号Ｖｒはクレータ電圧値Ｖkrになり、同図（Ｅ）に示すように、溶接ワイヤ送給速度設定信号Ｗｒはクレータ送給速度Ｗkrになる。このために、消耗電極アークによるクレータ処理が開始される。さらに、同図（Ｆ）に示すように、フィラーワイヤ送給速度設定信号Ｆｒは負の値の逆送給速度Ｆbrになるので、フィラーワイヤは逆送給される。

（３）時刻ｔ２〜ｔ３の期間
時刻ｔ１〜ｔ２の期間中に、フィラーワイヤ送給モータＦＭの反転遅れ時間、送給経路中のフィラーワイヤの曲がりによる遅れ時間、溶融池の運動等の影響から開放されて、時刻ｔ２においてフィラーワイヤ先端が溶融池から離れると、同図（Ｃ）に示すように、接触検出信号ＳｄがＬｏｗレベル（非接触状態）になる。これに応動して、同図（Ｆ）に示すように、フィラーワイヤ送給速度設定信号Ｆｒは０となり、逆送給を停止する。しかし、完成のためにフィラーワイヤ先端は溶融池から少しの間離れ続ける。このために、フィラーワイヤ先端は溶融池と再接触しない状態で、かつ、離れ過ぎない距離を保って停止することになる。また、この期間中もクレータ処理は継続される。

（４）時刻ｔ３の溶接終了時
時刻ｔ３において、同図（Ｂ）に示すように、起動信号ＯｎがＬｏｗレベルになると、駆動信号Ｄｖの出力が停止され電源主回路ＰＭからの出力も停止される。同時に、同図（Ｅ）に示すように、溶接ワイヤ送給速度設定信号Ｗｒの値が０となるので溶接ワイヤの送給も停止されて溶接が終了する。溶接ワイヤの送給が停止するときにスティックが発生しないように時刻ｔ３時に通常のアンチスティック制御が行われるが、これについては慣用技術であるので説明は省略している。この結果、溶接が終了した時点において、フィラーワイヤ先端は溶融池（冷却後はビード）から離れ過ぎない距離を保って停止している。

同図においては、接触検出信号ＳｄがＬｏｗレベル（非接触状態）になるタイミングがクレータ処理機関Ｔｋよりも短い場合であるが、長い場合も同様にしてフィラーワイヤのスティックを防止することができる。この場合には、時刻ｔ２のタイミングが時刻ｔ３の後になるだけであり、シーケンス制御は変わらない。また、同図において、接触検出信号ＳｄがＬｏｗレベル（非接触状態）になったときにフィラーワイヤ送給速度設定信号frを０にして逆送給を停止している。これに加えて、接触検出信号ＳｄがＬｏｗレベル（非接触状態）になってから所定期間だけ経過後にフィラーワイヤの逆送給を停止するようにすることもできる。さらに、接触検出信号ＳｄがＬｏｗレベル（非接触状態）になってから所定長さだ継続してフィラーワイヤの逆送給を行うようにすることもできる。これらの場合には、溶接終了時におけるフィラーワイヤ先端・溶融池（ビード）間距離を所望値に制御することができる。

上述した実施の形態によれば、溶接終了に際して消耗電極アークによるクレータ処理を開始すると、これに同期してフィラーワイヤの逆送給を開始し、接触検出によって非接触状態が検出されるまでフィラーワイヤの逆送給を継続する。このために、フィラーワイヤ先端が溶融池とスティックすることがなく、フィラーワイヤ先端と溶融池との距離も短くすることができるので次の溶接開始が早くなり生産効率を向上させることができる。

また、接触検出が非接触状態を検出し、それから所定期間経過するまでフィラーワイヤの逆送給を継続することによって、溶接終了時のフィラーワイヤ先端・溶融池間距離を所望値に制御することができる。このために、上述した効果に加えて、次の溶接開始位置への移動中に送給経路で蛇行していたフィラーワイヤが飛び出して、次の溶接開始時に母材に衝突して折れ曲がることを防止することができる。

また、接触検出が非接触状態を検出し、それからの逆送給が所定長さに達するまでフィラーワイヤの逆送給を継続することによって、溶接終了時のフィラーワイヤ先端・溶融池間距離を所望値に制御することができる。このために、上述した効果に加えて、次の溶接開始位置への移動中に送給経路で蛇行していたフィラーワイヤが飛び出して、次の溶接開始時に母材に衝突して折れ曲がることを防止することができる。

本発明の実施の形態にかかる２ワイヤ溶接装置のブロック図である。 本発明の実施の形態に係る２ワイヤ溶接の終了制御方法を示すタイミングチャートである。

符号の説明

１ 溶接ワイヤ
２ 母材
３ 消耗電極アーク
４ 溶接トーチ
５ 溶接ワイヤ送給ロール
６ フィラーワイヤ
７ フィラーワイヤトーチ
８ フィラーワイヤ送給ロール
ＤＶ 駆動回路
Ｄｖ 駆動信号
ＥＡ 誤差増幅回路
Ｅａ 誤差増幅信号
Ｅｓ 接触検出電圧
Ｆbr 逆送給速度
ＦＣ フィラーワイヤ送給制御回路
Ｆｃ フィラーワイヤ送給制御信号
Ｆcr 本溶接送給速度
ＦＭ フィラーワイヤ送給モータ
Ｆｒ フィラーワイヤ送給速度設定信号
Ｉｗ 溶接電流
Ｏｎ 起動信号
ＰＭ 電源主回路
ＳＣ シーケンス回路
ＳＤ 接触検出回路
Ｓｄ 接触検出信号
Ｓｔ 溶接開始信号
Ｔｋ クレータ処理機関
Ｖcr 本溶接電圧値
ＶＤ 電圧検出回路
Ｖｄ 電圧検出信号
Ｖkr クレータ電圧値
Ｖｒ 電圧設定信号
Ｖｗ 溶接電圧
ＷＣ 溶接ワイヤ送給制御回路
Ｗｃ 溶接ワイヤ送給制御信号
Ｗcr 本溶接送給速度
Ｗkr クレータ送給速度
ＷＭ 溶接ワイヤ送給モータ
Ｗｒ 溶接ワイヤ送給速度設定信号

Claims (3)

1. 消耗電極アークの溶融池にフィラーワイヤを接触させながら送給して行う２ワイヤ溶接の終了制御方法において、
   溶接終了に際して前記消耗電極アークによるクレータ処理を開始すると、これに同期して前記フィラーワイヤの逆送給を開始すると共に前記フィラーワイヤと前記溶融池との接触状態を検出し、
   前記接触検出によって非接触状態が検出されるまで前記フィラーワイヤの逆送給を継続する、ことを特徴とする２ワイヤ溶接の終了制御方法。
2. 前記接触検出が非接触状態を検出し、それから所定期間経過するまで前記フィラーワイヤの逆送給を継続する、ことを特徴とする請求項１記載の２ワイヤ溶接の終了制御方法。
3. 前記接触検出が非接触状態を検出し、それからの逆送給が所定長さに達するまで前記フィラーワイヤの逆送給を継続する、ことを特徴とする請求項１記載の２ワイヤ溶接の終了制御方法。
   
   

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