JP2009154206A - ステッチパルス溶接方法 - Google Patents

Abstract

【課題】常に一定のビード幅を実現し、美観を向上させることができるステッチパルス溶接方法を提供する。
【解決手段】溶接電流、溶接電圧および溶接時間を含む溶接条件に基づき、アーク開始点から溶接トーチを停止した状態でアークを発生させ、溶接時間の経過後にアークを停止した後、溶接トーチを溶接進行方向に所定の移動ピッチだけ離間したアーク再開始点に移動させてアークを再発生することを繰り返しながら、１回のアーク発生で形成される溶接痕であるウロコを重ね合わせて溶接ビードを形成するステッチパルス溶接方法において、ウロコ形成数が予め定めた初期形成数Ｕｎに到達するまでの期間は初期溶接時間Ｔｉを段階的に短くしながら溶接し、ウロコ形成数が初期形成数Ｕｎに到達した後は定常溶接時間Ｔｔで溶接する。このことによってアーク開始点付近のビード幅不足を防止することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、薄板の母材に与える熱影響を最小限に抑えながら溶接を行うステッチパルス溶接方法に関するものである。

ステッチパルス溶接とは、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最小限に抑える溶接法である。薄板溶接の自動化を目的とした溶接法であって、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（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１には、溶接トーチを停止させた状態で予め定めた時間だけアークを発生させて溶接母材を溶融させ、その設定時間が経過した後に、アークを停止させかつ溶接トーチを溶融部外周側のアーク再開始点に移動させる手段が開示されている。以下、この従来技術について説明する。

図９は、従来のステッチパルス溶接方法を適用したステッチパルス溶接装置５１を示した図である。

マニピュレータＭは、ワークＷに対してアーク溶接を自動で行うものであり、上アーム５３、下アーム５４及び手首部５５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Ｔは、マニピュレータＭの上アーム５３の先端部分に取り付けられており、ワイヤリール５６に巻回された直径１ｍｍ程度の溶接ワイヤ５７をワークＷ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ＷＰは、アーク溶接トーチＴとワークＷとの間に溶接電圧を供給する。ワークＷに溶接を行う際は、溶接ワイヤ５７をアーク溶接トーチＴの先端から所望の突き出し長Ｅｗだけ突き出した状態で行われる。突き出し長Ｅｗの長さは、一般的に１５ｍｍ前後にすることが多いが、溶接箇所の開先形状、溶接施工条件等に合わせて作業者が後述するティーチペンダントＴＰを用いて予め所望長に調整することが可能である。

コンジットケーブル５２は、内部に溶接ワイヤ５７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Ｔに接続されている。さらにコンジットケーブル５２は、溶接電源ＷＰからの電力及びガスボンベ５８からのシールドガスをもアーク溶接トーチＴに供給する。

操作手段としてのティーチペンダントＴＰは、いわゆる可搬式操作盤であって、マニピュレータＭ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（溶接電流、溶接電圧、移動速度、移動ピッチ、溶接時間および冷却時間）等を設定するためのものである。作業者は、このティーチペンダントＴＰを用いて、マニピュレータＭの動作とともに上記条件を設定した作業プログラムを作成する。

ロボット制御装置ＲＣは、マニピュレータＭ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ＴＰ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Ｍ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Ｍの複数の軸をそれぞれ回転させる。ロボット制御装置ＲＣは、マニピュレータＭ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Ｔ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１０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５７はアーク溶接トーチＴ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Ｔ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、アーク開始点において溶接ワイヤ５７の先端とワークＷとの間にアークＡが発生し、溶接ワイヤ５７が溶融してワークＷに溶融池Ｙが形成される。アークＡが発生してから、設定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Ｍおよびアーク溶接トーチＴ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Ｔ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Ｔ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Ｔ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。上記移動ピッチ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５７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装置５１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１１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だけ離間したアーク再開始点Ｐ２においても同様の溶接痕Ｓｃが形成される。アーク再開始点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。

特開平６−５５２６８号公報

上述したように、ステッチパルス溶接では、溶接電流および溶接電圧に基づいてアーク開始点で溶接を開始し、溶接時間の経過後に溶接を停止し、冷却時間だけ待機してシールドガスによってアーク開始点を冷却した後、移動ピッチ分だけ離れたアーク再開始点に移動してアーク開始点と同様の溶接および冷却を行うという動作をアーク終了点まで繰り返すことによって、溶接ビードＢを形成する。

ところで、上記した図１１では溶接痕Ｓｃを同一の大きさで表現しているが、実際はアーク開始点付近（アーク開始点から数ヶ所先のアーク再開始点まで）では母材および溶接ワイヤの温度が上昇していないために、溶け込みが不足することによってアーク開始点付近の溶接痕Ｓｃが小さくなる。

図１２は、アーク開始点付近の溶接痕Ｓｃの様子を説明するための図である。同図に示すように、例えばアーク開始点Ｐ１からアーク再開始点Ｐ３までの間は、母材および溶接ワイヤの温度が上昇していないために、溶接痕Ｓｃが小さくなる。その後、アーク再開始点Ｐ４以降は、母材および溶接ワイヤの温度が安定するので溶け込みが十分得られるようになり、溶接痕Ｓｃは、ほぼ同一の大きさになる。すなわち、アーク開始点付近の溶接ビードＢｓの幅が、安定後の溶接ビードＢｔの幅よりも狭くなるという問題があった。

上記問題を解決するために、従来は、アーク開始点から通常のアーク溶接を数ｍｍ行うことによって母材温度を上昇させてアークを安定させ、その後、ステッチパルス溶接を開始するという方法を採用していた。しかしながら、この場合、通常のアーク溶接を行った部分にはウロコが形成されないために、外観が好ましくないという問題があった。

そこで、本発明は、アーク開始点から予め定めた期間に溶接条件を徐々に変化させることによって常に一定のビード幅を実現し、美観を向上させることができるステッチパルス溶接方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、第１の発明は、
溶接電流値、溶接電圧値および溶接時間を含む溶接条件に基づき、アーク開始点から溶接トーチを停止した状態でアークを発生させ、前記溶接時間の経過後にアークを停止した後、前記溶接トーチを溶接進行方向に所定の移動ピッチだけ離間したアーク再開始点に移動させてアークを再発生することを繰り返しながら、１回のアーク発生で形成される溶接痕であるウロコを重ね合わせてワーク上に溶接ビードを形成するステッチパルス溶接方法において、
前記ウロコの形成数が予め定めた初期形成数に到達するまでの期間は初期溶接電流値、初期溶接電圧値および初期溶接時間を含む予め定めた初期溶接条件で溶接し、前記ウロコの形成数が前記初期形成数に到達した後は定常溶接電流値、定常溶接電圧値および定常溶接時間を含む予め定めた定常溶接条件で溶接することを特徴とするステッチパルス溶接方法である。

第２の発明は、前記初期溶接条件は、前記形成数が増えるごとに少なくとも前記初期溶接時間を段階的に短くした条件であることを特徴とする第１の発明に記載のステッチパルス溶接方法である。

第３の発明は、前記初期溶接時間は、前記アーク開始点での初期溶接時間、前記初期形成数および前記定常溶接時間に基づいて自動的に算出されることを特徴とする第２の発明に記載のステッチパルス溶接方法である。

第４の発明は、前記初期溶接条件は、前記形成数が増えるごとに少なくとも前記初期溶接電流値を段階的に低くした条件であることを特徴とする第１の発明に記載のステッチパルス溶接方法である。

第５の発明は、前記初期溶接電流値は、前記アーク開始点での初期溶接電流値、前記初期形成数および前記定常溶接電流値に基づいて自動的に算出されることを特徴とする第４の発明に記載のステッチパルス溶接方法である。

第６の発明は、前記初期形成数は、前記定常溶接電流値および前記定常溶接電圧値を、溶接条件基準値と初期形成数との対応関係を予め記憶した溶接条件データベースに入力することによって自動的に算出されることを特徴とする第１〜５のいずれか１の発明に記載のステッチパルス溶接方法である。

第７の発明は、前記初期溶接条件は、前記定常溶接電流値および前記定常溶接電圧値を、溶接条件基準値と前記形成数毎の初期溶接条件との対応関係を予め記憶した溶接条件データベースに入力することによって自動的に算出されることを特徴とする第１、第２または第４のいずれか１の発明に記載のステッチパルス溶接方法である。

第８の発明は、前記初期形成数は、前記定常溶接電流値および前記定常溶接電圧値でのウロコ直径値を、ウロコ直径値と前記定常溶接電流値および前記定常溶接電圧値との関係を予め記憶した溶接条件データベースに入力して前記定常溶接電流値および前記定常溶接電圧値を算出し、算出した前記定常溶接電流値および前記定常溶接電圧値を、前記定常溶接電流値および前記定常溶接電圧値と初期形成数との関係を予め記憶した溶接条件データベースに入力することによって算出されることを特徴とする第１〜５のいずれか１の発明に記載のステッチパルス溶接方法である。

第９の発明は、前記アーク開始点での初期溶接時間または初期溶接電流値は、前記定常溶接電流値および前記定常溶接電圧値でのウロコ直径値を、ウロコ直径値と前記定常溶接電流値および前記定常溶接電圧値との関係を予め記憶した溶接条件データベースに入力することによって算出されることを特徴とする第３または第５の発明に記載のステッチパルス溶接方法である。

第１の発明によれば、ウロコの形成数が予め設定された初期形成数に到達するまでの期間は予め定めた初期溶接条件で溶接し、ウロコの形成数が初期形成数に到達した後は定常溶接条件で溶接することによって、アーク開始点付近における溶接ビードが小さくなることを防止することができる。すなわち溶接ビードの美観を向上させることができる。

第２の発明によれば、初期溶接時に溶接時間をウロコの形成数が増えるごとに段階的に短くするようにしたことによって、第１の発明が奏する効果に加えて、アーク開始点付近における溶接ビードを常に一定の幅にすることができる。すなわち、溶接ビードの美観をより一層向上させることができる。

第３の発明によれば、初期溶接時間を、アーク開始点での初期溶接時間、初期形成数および定常溶接時間に基づいて自動的に算出するようにしたことによって、第２の発明が奏する効果に加えて、初期溶接条件の設定を簡素化することができる。

第４の発明によれば、初期溶接時に溶接電流値をウロコの形成数が増えるごとに段階的に低くするようにしたことによって、第１の発明が奏する効果に加えて、アーク開始点付近における溶接ビードを常に一定の幅にすることができる。すなわち、溶接ビードの美観をより一層向上させることができる。

第５の発明によれば、初期溶接電流値を、アーク開始点での初期溶接電流値、初期形成数および定常溶接電流値に基づいて自動的に算出するようにしたことによって、第４の発明が奏する効果に加えて、初期溶接条件の設定を簡素化することができる。

第６の発明によれば、定常溶接電流値および定常溶接電圧値を、溶接条件基準値と初期形成数との対応関係を予め記憶した溶接条件データベースに入力することによって、初期形成数を自動的に算出するようにしている。すなわち、定常溶接電流値および定常溶接電圧値を設定すれば初期形成数が自動的に算出されるので、第１〜５の発明が奏する効果に加えて、初期溶接条件の設定をさらに簡素化することができる。

第７の発明によれば、定常溶接電流値および定常溶接電圧値を、溶接条件基準値と前記形成数毎の初期溶接条件との対応関係を予め記憶した溶接条件データベースに入力することによって、初期溶接条件を自動的に算出するようにしている。すなわち、定常溶接電流値および定常溶接電圧値を設定すれば初期溶接条件が自動的に算出されるので、第１、２および４の発明が奏する効果に加えて、溶接条件の設定工数をさらに低減することができる。

第８の発明によれば、ビード幅に相当するウロコ直径値の所望値を、ウロコ直径値と定常溶接電流および定常溶接電圧との関係が予め定められた溶接条件データベースに入力することによって、初期形成数を自動的に算出するようにしている。すなわち、ウロコ直径値のみを設定すれば初期形成数が自動的に算出されるので、第１〜第５の発明が奏する効果に加えて、溶接条件の設定工数をさらに低減することができる。

第９の発明によれば、ビード幅に相当するウロコ直径値の所望値を、ウロコ直径値と定常溶接電流値および定常溶接電圧値との関係が予め定められた溶接条件データベースに入力することによって、アーク開始点での初期溶接時間または初期溶接電流値を自動的に算出するようにしている。すなわち、ウロコ直径値のみを設定すれば、アーク開始点での初期溶接時間および初期溶接電流値が自動的に算出され、この結果に基づき、ウロコの形成数が予め定めた初期形成数に到達するまでの期間における初期溶接条件が算出される。すなわち、第３または第５の発明が奏する効果に加えて、溶接条件の設定工数をさらに低減することができる。

［実施の形態１］
以下、発明の実施形態を実施例に基づき図面を参照して説明する。

図１は、本発明に係るステッチパルス溶接方法を適用したステッチパルス溶接装置１のブロック図である。同図において、従来技術の図９との相違は、ロボット制御装置ＲＣおよびティーチペンダントＴＰである。その他、図９で説明したマニピュレータＭ、溶接電源ＷＰ、ワイヤリール５６、ガスボンベ５８等は、図示せずに省略している。以下、本発明の主要部分を構成するロボット制御装置ＲＣおよびティーチペンダントＴＰについて、説明する。

ロボット制御装置ＲＣは、マニピュレータＭに溶接動作の制御を実行させるためのものであり、その中枢となる主制御部３、溶接の制御を司る溶接条件出力制御部１３、マニピュレータＭの軌跡演算等を行って演算結果を駆動信号として駆動指令部１２に出力する動作制御部１１、マニピュレータＭの各サーボモータを回転制御するためのサーボ制御信号を出力する駆動指令部１２、作業プログラムおよび各種パラメータ等を記憶するためのハードディスク４、一時的な計算領域であるＲＡＭ５、中央演算処理装置であるＣＰＵ６および図示しないサーボドライバを備えており、これらは図示しないバスを介して接続されている。

操作手段であるティーチペンダントＴＰは、各種情報を表示する表示部４１と、マニピュレータＭの位置データ、溶接条件、動作パラメータ等の各種データを設定する設定部４２とを備えている。設定部４２によって入力された各種データはロボット制御装置ＲＣの主制御部３に入力される。

主制御部３は、教示処理部２０、表示処理部２１および解釈実行部２２を備えている。教示処理部２０は、ステッチパルス溶接条件である初期形成数、初期溶接条件、定常溶接条件、移動速度、移動ピッチおよび冷却時間が設定部４２から入力されると、初期形成数Ｕｎ、初期溶接条件Ｉｃ、定常溶接条件Ｔｃ、移動速度Ｓｐ、移動ピッチＭｐおよび冷却時間Ｃｄをハードディスク４に記憶する。表示処理部２１は、入力された各種データを必要に応じてティーチペンダントＴＰの表示部４１に表示する。解釈実行部２２は、ハードディスク４に記憶された位置データおよびステッチパルス溶接条件等に基づき動作制御部１１および溶接条件出力制御部１３のそれぞれに指令信号を出力する。

ここで、初期形成数Ｕｎとは、初期溶接を行う期間を設定するものであって、ウロコの数で指定される。例えば３個が設定されると、アーク開始点を含む最初の３個のウロコ形成部が初期溶接を行う期間として設定されることになる。

初期溶接条件Ｉｃとは、初期溶接を行う期間における各ウロコ形成部の溶接条件を設定するものであり、初期溶接電流値Ｃｉ、初期溶接電圧値Ｖｉおよび初期溶接時間Ｔｉを示している。この初期溶接条件Ｉｃは、後述する定常溶接条件Ｔｃよりも高い条件値が作業者の経験または実験に基づいた値が設定される。定常溶接条件Ｔｃよりも高い条件値が設定される理由については、次のとおりである。ウロコの大きさは、溶接電流値、溶接電圧値および溶接時間の組合せによって決定される。例えば、溶接時間が長ければ長いほどウロコは大きくなるし短ければ短いほどウロコは小さくなる。従来技術で説明したように、アーク開始点付近では母材および溶接ワイヤの温度が上昇していないためにウロコの大きさが小さくなることから、定常溶接条件Ｔｃより高い初期溶接条件Ｉｃ（初期溶接電流値Ｃｉ、初期溶接電圧値Ｖｉおよび初期溶接時間Ｔｉ）が設定される。

なお、初期溶接条件Ｉｃは、ウロコ形成部毎に設定するように構成しても良いし、アーク開始点での初期溶接条件のみを予め設定しておき、アーク開始点以降における各ウロコ形成部の溶接条件は自動的に算出するように構成しても良い。以下では、後者の方法を採用することを前提に説明する。

定常溶接条件Ｔｃとは、ウロコ形成数が初期形成数Ｕｎに到達した後の定常的な溶接条件を設定するためのものであり、本来のステッチパルス溶接を行うべき溶接電流値、溶接電圧値および溶接時間を示している。以下では、これらを定常溶接電流値Ｃｔ、定常溶接電圧Ｖｔおよび定常溶接時間Ｔｔと呼ぶことにする。移動速度Ｓｐ、移動ピッチＭｐおよび冷却時間Ｃｄは、従来技術で説明した条件と同一である。

溶接条件出力制御部１３は、所定のタイミングで溶接制御信号Ｗｃを溶接電源ＷＰに出力する。より具体的には、アーク開始点において、初期溶接条件Ｉｃ（初期溶接電流値Ｃｉ、初期溶接電圧値Ｖｉおよび初期溶接時間Ｔｉ）を含む溶接開始のための溶接制御信号Ｗｃを溶接電源ＷＰに出力する。そして、ウロコ形成数をカウントしてウロコ形成数が初期形成数Ｕｎに到達するまで、初期溶接条件Ｉｃから定常溶接条件Ｔｃ（定常溶接電流値Ｃｔ、定常溶接電圧値Ｖｔおよび定常溶接時間Ｔｔ）まで段階的に溶接条件を下げて出力する、いわゆるダウンスロープ制御を行う。ウロコ形成数が初期形成数Ｕｎに到達した後は定常溶接条件Ｔｃを溶接電源ＷＰに出力して定常のステッチパルス溶接を継続する。

以下、溶接条件出力制御部１３のダウンスロープ制御について詳細に説明する。

図２は、溶接条件出力制御部１３の処理の流れを示すフローチャートである。以下、アーク開始点から、ウロコ形成数が設定された初期形成数Ｕｎに到達するまでダウンスロープ制御を行い、定常のステッチパルス溶接へと移行するまでの処理を説明する。定常のステッチパルス溶接へと移行した後の処理は従来と同様であるので説明を省略する。

ステップＳ１において、ウロコ形成数を０（ゼロ）にするとともに、設定されている初期形成数Ｕｎおよび初期溶接条件Ｉｃをハードディスク４から読み出す。

ステップＳ２において、初期溶接条件Ｉｃを溶接電源ＷＰに出力する。

ステップＳ３において、溶接電源ＷＰからの溶接完了信号の入力をチェックする。溶接が完了していなければそのまま待機し、溶接が完了していれば、ステップＳ４に移行する。

ステップＳ４において、ウロコ形成数を＋１する。

ステップＳ５において、ウロコ形成数が初期形成数Ｕｎに達したか否かを確認する。達していない場合は、ステップＳ６に移行する。達している場合は、ステップＳ７に移行する。

ステップＳ６において、次回溶接条件（次のアーク再開始点での次回溶接電流値、次回溶接電圧値および次回溶接時間）を、以下のように算出する。各形成部での溶接条件が設定されている場合は、その条件をハードディスク４から読み出す。

初期溶接電流値をＣｉ、初期溶接電圧値をＶｉ、初期溶接時間をＴｉ、定常溶接電流値をＣｔ、定常溶接電圧値をＶｔ、定常溶接時間をＴｔ、初期形成数をＵｎ、現在までのウロコ形成数をＵｃとしたとき、次回溶接電流値Ｃｎ、次回溶接電圧値Ｖｎおよび次回溶接時間Ｔｎは、次式で容易に算出できる。

次回溶接電流値Ｃｎ＝Ｃｉ−（Ｃｉ−Ｃｔ）／Ｕｎ×Ｕｃ
次回溶接電圧値Ｖｎ＝Ｖｉ−（Ｖｉ−Ｖｔ）／Ｕｎ×Ｕｃ
次回溶接時間 Ｔｎ＝Ｔｉ−（Ｔｉ−Ｔｔ）／Ｕｎ×Ｕｃ

そして、ステップＳ２に戻り、次回溶接条件を溶接電源ＷＰに出力する。この後は、ウロコ形成数が初期形成数Ｕｎに到達するまでステップＳ３〜Ｓ６を繰り返す。

ステップＳ７において、ウロコ形成数が初期形成数Ｕｎに到達した後は、設定されている定常溶接条件Ｔｃをハードディスクから読み出す。

そして、ステップＳ８において、定常のステッチパルス溶接へと移行する。すなわち、定常溶接条件Ｔｃを溶接電源ＷＰに出力することによって、アーク終了点までステッチパルス溶接を継続する。

このように、溶接条件出力制御部１３では、ウロコ形成数をカウントしながら、このウロコ形成数が設定された初期形成数Ｕｎに到達するまで初期溶接条件Ｉｃから定常溶接条件Ｔｃまで段階的に条件を下げるダウンスロープ制御を行い、ウロコ形成数が初期形成数Ｉｃに到達した後は定常溶接条件Ｔｃを溶接電源ＷＰに出力して定常のステッチパルス溶接を継続する。

図３は、例えば溶接時間を段階的に短くした場合の波形図である。同図においては、初期溶接時間を１．３秒、定常溶接時間を１．０秒、初期形成数を３個と設定している。すなわち、ウロコ形成数が４個になる時点で溶接時間が定常溶接時間１．０秒になるように段階的に遷移させている。

上述したように、ウロコの形成数が予め設定された初期形成数に到達するまでの期間は溶接条件を予め定めた初期溶接条件で溶接し、ウロコの形成数が初期形成数に到達した後は定常溶接条件で溶接することによって、アーク開始点付近における溶接ビードが小さくなることを防止することができる。すなわち溶接ビードの美観を向上させることができる。

本発明においては、溶接電流、溶接電圧および溶接時間の全てをダウンスロープ制御できるように構成しているが、一般的には、溶接時間または溶接電流のいずれか一方をダウンスロープ制御することが望ましい。そこで、上述した実施の形態１においては、ウロコの形成数が増えるごとに溶接時間を段階的に短くするか、溶接電流を段階的に低くするようにしている。このことによって、上記効果に加えて、アーク開始点付近における溶接ビードを常に一定の幅にすることができる。すなわち、溶接ビードの美観をより一層向上させることができる。

また、初期溶接時間をアーク開始点での初期溶接時間、初期形成数および定常溶接時間に基づいて自動的に算出するようにし、初期溶接電流値をアーク開始点での初期溶接電流値、初期形成数および定常溶接電流値に基づいて自動的に算出するようにしている。このことによって、上記効果に加えて、初期溶接条件の設定を簡素化することができる。

［実施の形態２］
次に、本発明の実施の形態２について説明する。実施の形態２では、定常溶接電流および定常溶接電圧を、溶接条件基準値と初期形成数との対応関係を予め記憶したウロコ形成数毎の溶接時間を記憶した溶接条件データベースに入力することによって、初期形成数および初期溶接条件を自動的に算出する。

図４は、本発明の実施の形態２に係るステッチパルス溶接装置である。同図において、実施の形態１である図１との相違は、ハードディスク４に備えられた溶接条件データベース２４および主制御部３に備えられた溶接条件算出部２３である。以下、溶接条件データベース２４および溶接条件算出部２３について説明する。その他は、図１で同符号を付与したものと同一であるので、説明を省略する。

溶接条件データベース２４は、使用するワークの板厚、溶接ワイヤの材質や直径値等、実際の溶接環境におけるステッチパルス溶接の施工結果を蓄積したデータベースである。溶接条件算出部２３は、定常溶接条件Ｔｃ（定常溶接電流値Ｃｔ、定常溶接電圧値Ｖｔ、定常溶接時間Ｔｔ）を入力として溶接条件データベース２４から初期形成数Ｕｎおよび初期溶接条件Ｉｃ（初期溶接電流値Ｃｉ、初期溶接電圧値Ｖｉ、初期溶接時間Ｔｉ）を自動的に算出する。

図５は、溶接条件データベース２４の概念を説明するための図である。溶接条件データベース２４は、縦軸に溶接電圧の基準値、横軸に溶接電流の基準値を設け、これらが交差する条件下において、初期溶接に必要なウロコ形成数、初期溶接を行う期間でのウロコ直径値を均一にするために必要な溶接時間をデータベース化したものである。例えば、同図の太線枠に記載されたデータは、溶接電流値が９０〜１００Ａの間、溶接電圧値が１５〜１７Ｖの間でステッチパルス溶接を行った場合において、初期溶接に必要なウロコ形成数（初期形成数Ｕｎに相当する）は７個であり、この間のウロコ直径値を均一にするための溶接時間がウロコ形成数に応じて定められている。溶接時間は、直接的な値ではなく、予め定められた定常溶接時間Ｔｔに対する割合としているので、％で表記している。

次に、動作を説明する。溶接条件算出部２３は、入力された定常溶接条件Ｔｃに基づいて、溶接条件データベース２４から、初期形成数Ｕｎおよび初期溶接条件Ｉｃを算出する。以下、定常溶接条件Ｔｃとして「定常溶接電流値Ｃｔ＝１２０Ａ、定常溶接電圧値Ｖｔ＝１６Ｖ、定常溶接時間Ｔｔ＝１．０秒」が入力されている場合を例にして説明する。

まず、初期形成数Ｕｎを算出する。定常溶接電流値Ｃｔ＝１２０Ａ、定常溶接電圧値Ｖｔ＝１６Ｖなので、溶接条件データベース２４から該当する条件を検索する。その結果、点線枠で示した条件が該当するので、初期形成数Ｕｎは５個となる。

次に、初期溶接時間Ｔｉを算出する。定常溶接時間Ｔｔは１．０秒であり、点線枠で示した条件は、ウロコ１個目は溶接時間が１４０％、２個目は１３０％、３個目は１２０％、４個目は１１０％、５個目は１００％となっている。すなわち、初期溶接時間Ｔｉは、ウロコ１個目は１．０×１４０％＝１．４秒、２個目は１．０×１３０％＝１．３秒、３個目は１．０×１２０％＝１．２秒、４個目は１．０×１１０％＝１．１秒、５個目は１．０×１００％＝１．０秒、となる。なお、初期溶接電流値Ｃｉは定常溶接電流値Ｃｔと、初期溶接電圧値Ｖｉは定常溶接電圧値Ｖｔと、それぞれ同一の値とすればよい。算出した初期形成数Ｕｎおよび初期溶接条件Ｉｃは、ハードディスク４に記憶する。

そして、実施の形態１と同様に、ステッチパルス溶接を行うに際しては、算出された初期形成数Ｕｎおよび初期溶接条件Ｉｃに基づき、溶接制御信号Ｗｃを溶接電源ＷＰに出力する。そして、ウロコ形成数をカウントしてウロコ形成数が初期形成数Ｕｎに到達するまで、初期溶接条件Ｉｃから定常溶接条件Ｔｃまで段階的に溶接条件を下げて出力する（本実施例では溶接時間のみを段階的に下げて出力する）。ウロコ形成数が初期形成数Ｕｎに到達した後は定常溶接条件Ｔｃを溶接電源ＷＰに出力して定常のステッチパルス溶接を継続する。

上述したように、実施の形態２においては、定常溶接電流値および定常溶接電圧値を、溶接条件基準値と初期形成数との対応関係を予め記憶した溶接条件データベースに入力することによって、初期形成数および初期溶接条件を自動的に算出するようにしている。すなわち、定常溶接電流値および定常溶接電圧値を設定すれば初期形成数および初期溶接条件が自動的に算出されるので、溶接条件の設定工数を低減することができる。

［実施の形態３］
次に、本発明の実施の形態３について説明する。実施の形態３では、ビード幅に相当するウロコ直径値を、ウロコ直径値と定常溶接電流値および定常溶接電圧値との関係が予め定められた溶接条件データベースに入力することによって、初期形成数、初期溶接条件および定常溶接条件を自動的に算出する。

図６は、本発明の実施の形態３に係るステッチパルス溶接装置である。同図において、実施の形態１である図１との相違は、ハードディスク４に記憶されるウロコ直径値Ｓｒならびに溶接条件データベース２４、および主制御部３に備えられた溶接条件算出部２３である。以下ではこれらについて説明し、その他は実施の形態１と同様であるので説明を省略する。

ウロコ直径値Ｓｒは、ステッチパルス溶接時に形成されるウロコの直径値（ビード幅に相当する）であり、ティーチペンダントＴＰの設定部４２から入力される。溶接条件データベース２４は、所定の溶接条件下で形成されるウロコ直径値との関係がウロコの形成数毎に関連づけられたデータベースである。溶接条件算出部２３は、ウロコ直径値Ｓｒを入力として溶接条件データベース２４から初期形成数Ｕｎ、初期溶接条件Ｉｃおよび定常溶接条件Ｔｃを自動的に算出する。

図７は、溶接条件データベース２４の概念を説明するための図である。溶接条件データベース２４は、使用するワークの板厚、溶接ワイヤの材質や直径値等、実際の溶接環境下において、溶接電流および溶接電圧の基準値を設け、この基準値に応じたステッチパルス溶接を行い、ウロコ形成数毎のウロコ直径値を計測するという手法で蓄積したデータを、データベース化したものである。以下、計測結果を蓄積した溶接条件データベース２４の各データについて具体的に説明する。

同図（ａ）は、溶接時間を０．７秒に固定し、溶接電流値および溶接電圧値を変化させながらステッチパルス溶接を行ったときに形成されるウロコ直径値を、ウロコ形成数毎に計測した結果をデータベース化したものである。例えば、同図（ａ）の太線枠に記載されたデータは、溶接時間が０．７秒、溶接電流値が９０Ａ、溶接電圧値が１５Ｖの溶接条件下において、１個目に形成されたウロコの直径値が１．９ｍｍ、２個目が２．１ｍｍとなり、最後の７個目が３．５ｍｍとなったことを示している。８個目以降のデータがないのは、８個目以降はウロコ直径値が安定して３．５ｍｍとなったからである。

さらに、溶接時間を０．１秒刻み（０．８秒、０．９秒、…）で増加させ、溶接電流および溶接電圧を変化させながらウロコ形成数毎のウロコ直径値を計測した結果もデータベース化されている。同図（ｂ）は、例えば溶接時間が１．３秒のときのデータを示している。なお、同図（ａ）および（ｂ）においては、説明の便宜上、溶接電圧値が１５Ｖ以外の値のときは、値を記入せずに省略している。また、斜線はデータが存在しない、すなわちウロコ直径値が安定するのでデータは不要であることを示している。さらに、同図に示したＡｄ１〜Ａｄ１０は、各溶接条件にてウロコ直径値が安定した段階のデータを示している。以下では、これらのデータのことを安定時データＡｄと呼ぶ。

次に、動作を説明する。溶接条件算出部２３は、入力されたウロコ直径値Ｓｒに基づいて、溶接条件データベース２４から、初期形成数Ｕｎ、初期溶接条件Ｉｃおよび定常溶接条件Ｔｃを算出する。以下、入力されたウロコ直径値Ｓｒが３．５ｍｍである場合を例にして説明する。

まず、定常溶接条件Ｔｃおよび初期形成数Ｕｎを算出する。定常溶接条件Ｔｃは、ウロコ直径値が安定したときの溶接条件とする。また、初期形成数Ｕｎは、ウロコ直径値が安定するまでのウロコ形成数とする。

定常溶接条件Ｔｃおよび初期形成数Ｕｎを算出するために、各溶接条件における安定時データＡｄの中から、入力されたウロコ直径値Ｓｒに一致するデータを抽出する。一致するものがなければ、入力されたウロコ直径値Ｓｒに最も近いデータを抽出する。図７で示した溶接条件データベース２４の場合を例にすると、ウロコ直径値が３．５ｍｍである安定時データＡｄ１および安定時データＡｄ２が選択される。安定時データＡｄ１は、溶接電流値９０Ａ、溶接電圧値１５Ｖ、溶接時間０．７秒であり、この条件は定常溶接条件Ｔｃの候補となる。また、上記条件でのウロコ形成数は７個であり、これは初期形成数Ｕｎの候補となる。同様に、安定時データＡｄ２は、溶接電流値１００Ａ、溶接電圧値１５Ｖ、溶接時間０．７秒であり、この条件は定常溶接条件Ｔｃの候補となる。また、上記条件でのウロコ形成数は５個であり、これは初期形成数Ｕｎの候補となる。

条件の候補が複数ある場合、いずれを選択するかは、算出された定常溶接条件Ｔｃおよび初期形成数の候補をティーチペンダントＴＰの表示部４１に表示して、作業者に選択させる。もちろん、定常溶接条件Ｔｃおよび初期形成数Ｕｎの候補が１通りしかなければ、作業者に選択させる必要はない。このようにして、定常溶接条件Ｔｃおよび初期形成数Ｕｎを算出し、必要であれば作業者に選択させてハードディスク４に記憶する。

次に、初期溶接条件Ｉｃを算出する。上記までの処理によって、定常溶接条件Ｔｃおよび初期形成数Ｕｎが算出されている。以下では、入力されたウロコ直径値Ｓｒが３．５ｍｍのときに、定常溶接条件Ｔｃとして安定時データＡｄ１に相当する溶接電流値９０Ａ、溶接電圧値１５Ｖおよび溶接時間０．７秒が算出され、初期形成数Ｕｎとして７個が算出されているものとして、初期溶接条件Ｉｃの算出方法について説明する。

各溶接条件におけるウロコ形成数が１個のときのデータの中から、ウロコ直径値Ｓｒが３．５ｍｍに一致するデータを抽出する。一致するものがなければ、入力されたウロコ直径値Ｓｒに最も近いデータを抽出する。図７で示した溶接条件データベース２４の場合を例にすると、ウロコ直径値が３．５ｍｍであるデータＢｄ１が選択される。そして、このデータＢｄ１と安定時データＡｄ１とに基づき、自動的に初期溶接条件Ｉｃを算出する。

図８は、初期溶接条件Ｉｃを自動的に算出した例を示す図である。同図（ａ）に示すように、ウロコ１個目の溶接条件は、データＢｄ１と同一とする。ウロコ７個目および８個目以降の溶接条件は、安定時データＡｄ１と同一とする。そして、ウロコ２〜６個目の溶接条件は、データＢｄ１と安定時データＡｄ１の両者の溶接電流値を均等に分割し、ウロコ形成数が多くなるにつれて溶接電流値が低くなるようにした値（同図中、下線部で示した値）とする。

なお、上記ではデータＢｄ１を選択し、このデータＢｄ１と安定時データＡｄ１とに基づき、両者の溶接電流値を均等分割して自動的に初期溶接条件Ｉｃを算出したが、ウロコ直径値が３．５ｍｍに近いデータＢｄ２を選択しても良い。この場合は、同図（ｂ）に示すように、ウロコ１個目の溶接条件は、データＢｄ２と同一とする。ウロコ７個目および８個目以降の溶接条件は、安定時データＡｄ１と同一とする。そして、ウロコ２〜６個目の溶接条件は、データＢｄ２と安定時データＡｄ１の両者の溶接時間を均等に分割し、ウロコ形成数が増えるごとに段階的に溶接時間が短くなるようにした値（同図中、下線部で示した値）とする。

そして、算出した初期形成数Ｕｎ、初期溶接条件Ｉｃおよび定常溶接条件Ｔｃをハードディスク４に記憶する。以降の処理は、実施の形態１と同様であるので説明を省略する。

上述したように、実施の形態３においては、ビード幅に相当するウロコ直径値の所望値を予め定めておき、このウロコ直径値を、ウロコ直径値と定常溶接電流および定常溶接電圧との関係が予め定められた溶接条件データベースに入力することによって、初期形成数、初期溶接条件および定常溶接条件を自動的に算出するようにしている。すなわち、アーク開始点付近における溶接ビードを常に一定の幅にすることができる効果に加えて、溶接条件の設定工数を低減することができる。

本発明に係るステッチパルス溶接方法を適用したステッチパルス溶接装置のブロック図である。 ダウンスロープ制御を行う一例として、溶接時間のみを段階的に短くした場合の波形図である。 溶接条件出力制御部のフローチャートである。 実施の形態２に係るステッチパルス溶接方法を適用したステッチパルス溶接装置のブロック図である。 実施の形態２に係る溶接条件データベースの一例を示す図である。 実施の形態３に係るステッチパルス溶接方法を適用したステッチパルス溶接装置のブロック図である。 実施の形態３に係る溶接条件データベースの一例を示す図である。 初期溶接条件を自動的に算出した例を示す図である。 従来のステッチパルス溶接方法を適用したステッチパルス溶接装置を示した図である。 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。 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。 アーク開始点付近の溶接痕の様子を説明するための図である。

符号の説明

１ ステッチパルス溶接装置
３ 主制御部
４ ハードディスク
５ ＲＡＭ
６ ＣＰＵ
７ 溶接ワイヤ
１１ 動作制御部
１２ 駆動指令部
１３ 溶接条件出力制御部
２０ 教示処理部
２１ 表示処理部
２２ 解釈実行部
２３ 溶接条件算出部
２４ 溶接条件データベース
４１ 表示部
４２ 設定部
５１ 従来のステッチパルス溶接装置
５２ コンジットケーブル
５３ 上アーム
５４ 下アーム
５５ 手首部
５６ ワイヤリール
５７ 溶接ワイヤ
５８ ガスボンベ
Ａ アーク
Ａｄ 安定時データ
Ｂ 溶接ビード
Ｂｄ データ
Ｂｓ アーク開始点付近の溶接ビード
Ｂｔ 安定後の溶接ビード
Ｃｉ 初期溶接電流値
Ｃｄ 冷却時間
Ｃｎ 次回溶接電流値
Ｃｔ 定常溶接電流値
Ｄｒ 溶接進行方向
Ｅｗ 突き出し長
Ｇ シールドガス
Ｉｃ 初期溶接条件
Ｍ マニピュレータ
Ｍｐ 移動ピッチ
Ｐ１ アーク開始点
P2〜P6 アーク再開始点
ＲＣ ロボット制御装置
Ｓｃ 溶接痕
Ｓｐ 移動速度
Ｓｒ ウロコ直径値
Ｔ アーク溶接トーチ
Ｔｃ 定常溶接条件
Ｔｉ 初期溶接時間
Ｔｎ 次回溶接時間
ＴＰ ティーチペンダント
Ｔｔ 定常溶接時間
Ｕｃ ウロコ形成数
Ｕｎ 初期形成数
Ｖｉ 初期溶接電圧値
Ｖｎ 次回溶接電圧値
Ｖｔ 定常溶接電圧値
Ｗ ワーク
Ｗｃ 溶接制御信号
ＷＰ 溶接電源
Ｙ 溶融池
Ｙ’ 溶接痕
Ｙ’’ 溶接痕

Claims (9)

1. 溶接電流値、溶接電圧値および溶接時間を含む溶接条件に基づき、アーク開始点から溶接トーチを停止した状態でアークを発生させ、前記溶接時間の経過後にアークを停止した後、前記溶接トーチを溶接進行方向に所定の移動ピッチだけ離間したアーク再開始点に移動させてアークを再発生することを繰り返しながら、１回のアーク発生で形成される溶接痕であるウロコを重ね合わせてワーク上に溶接ビードを形成するステッチパルス溶接方法において、
   前記ウロコの形成数が予め定めた初期形成数に到達するまでの期間は初期溶接電流値、初期溶接電圧値および初期溶接時間を含む予め定めた初期溶接条件で溶接し、前記ウロコの形成数が前記初期形成数に到達した後は定常溶接電流値、定常溶接電圧値および定常溶接時間を含む予め定めた定常溶接条件で溶接することを特徴とするステッチパルス溶接方法。
2. 前記初期溶接条件は、前記形成数が増えるごとに少なくとも前記初期溶接時間を段階的に短くした条件であることを特徴とする請求項１記載のステッチパルス溶接方法。
3. 前記初期溶接時間は、前記アーク開始点での初期溶接時間、前記初期形成数および前記定常溶接時間に基づいて自動的に算出されることを特徴とする請求項２記載のステッチパルス溶接方法。
4. 前記初期溶接条件は、前記形成数が増えるごとに少なくとも前記初期溶接電流値を段階的に低くした条件であることを特徴とする請求項１記載のステッチパルス溶接方法。
5. 前記初期溶接電流値は、前記アーク開始点での初期溶接電流値、前記初期形成数および前記定常溶接電流値に基づいて自動的に算出されることを特徴とする請求項４記載のステッチパルス溶接方法。
6. 前記初期形成数は、前記定常溶接電流値および前記定常溶接電圧値を、溶接条件基準値と初期形成数との対応関係を予め記憶した溶接条件データベースに入力することによって自動的に算出されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のステッチパルス溶接方法。
7. 前記初期溶接条件は、前記定常溶接電流値および前記定常溶接電圧値を、溶接条件基準値と前記形成数毎の初期溶接条件との対応関係を予め記憶した溶接条件データベースに入力することによって自動的に算出されることを特徴とする請求項１、請求項２または請求項４のいずれか１項に記載のステッチパルス溶接方法。
8. 前記初期形成数は、前記定常溶接電流値および前記定常溶接電圧値でのウロコ直径値を、ウロコ直径値と前記定常溶接電流値および前記定常溶接電圧値との関係を予め記憶した溶接条件データベースに入力して前記定常溶接電流値および前記定常溶接電圧値を算出し、算出した前記定常溶接電流値および前記定常溶接電圧値を、前記定常溶接電流値および前記定常溶接電圧値と初期形成数との関係を予め記憶した溶接条件データベースに入力することによって算出されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のステッチパルス溶接方法。
9. 前記アーク開始点での初期溶接時間または初期溶接電流値は、前記定常溶接電流値および前記定常溶接電圧値でのウロコ直径値を、ウロコ直径値と前記定常溶接電流値および前記定常溶接電圧値との関係を予め記憶した溶接条件データベースに入力することによって算出されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のステッチパルス溶接方法。

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