JP4029310B2

JP4029310B2 - AC TIG welding method

Info

Publication number: JP4029310B2
Application number: JP31883299A
Authority: JP
Inventors: 清吾西川
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 1999-11-09
Filing date: 1999-11-09
Publication date: 2008-01-09
Anticipated expiration: 2019-11-09
Also published as: JP2001138054A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、非消耗電極不活性ガスアーク溶接（以後ＴＩＧ溶接という）を用いたアルミニウムまたはアルミニウム合金（以後アルミニウム等という）の溶接方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
アルミニウム等のＴＩＧ溶接においては、良好な溶着部を得るために表面の酸化皮膜を破壊する（クリーニング）する手段として、電極側を正電位とする逆極性の成分を含む交流アーク溶接電源が用いられる。
ＴＩＧ溶接の交流アーク溶接では、逆極性（電極側が正電位）の場合にはアークが広がり溶け込みが浅くなり、正極性（電極側が負電位）の場合にはアークが絞られ溶け込みが深くなるという現象が知られている。
ところで、人手作業によるアルミニウム等のＴＩＧ溶接では、ウロコを１枚１枚重ねたようなビード（以後ウロコビードという）が形成されるが、自動２輪車の業界では、このウロコビードが需要者に好まれるため、産業用ロボットでＴＩＧ溶接を行う場合でも、意識的にウロコビードを形成することが求められている。
ウロコビードを美しく形成するためには、一枚一枚のウロコを十分に冷却する必要があるが、十分に冷却すると溶け込みが不足する場合がある。
図７は、背切りと呼ばれる突き合わせ溶接継ぎ手（以後背切り継ぎ手という）を示す断面図である、背切り継ぎ手は母材Ａの端部を階段状に折り曲げて、母材Ｂの端部と重ねた継ぎ手である。このような背切り継ぎ手においては、溶け込みを得るのが非常に困難な場合がある。
本発明者は、背切り継ぎ手で、美しいウロコビードと深い溶け込みを得るために、電極を溶接対象のワークに対して上下方向にウィービングさせ、このウィービングに同期して、フィラワイヤの送給速度および溶接電流を変化させる交流ＴＩＧ溶接方法を採用した。電極がワークに接近した位置にある時に、高い電流で溶け込みを確保し、電極がワークから離れた位置にある時に、低い電流で冷却し、ウロコビードを得ることを目的としている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、この交流ＴＩＧ溶接方法では次のような問題があった。
溶接対象のワークが鋳物のように溶けにくい材質の場合は、正極性電流の期間の比率を大きくして溶け込み深さを確保するようにすると、アーク幅が狭くなることにより、ウロコビード幅が狭くなるという問題があった。またクリーニング量が少なくなり、ビードに光沢が無くなるという問題もあった。
逆に、ウロコビード幅を広げてビードの光沢を得るために、正極性電流の期間の比率を小さくすると、今度は溶け込み深さが得られないと言う問題があった。
そこで、本発明は背切り継ぎ手のように十分な溶け込み深さが得難い継ぎ手においても、十分な溶け込み深さと十分な幅と美観を有するウロコビードを得られる交流ＴＩＧ溶接方法を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記の問題を解決するために、本発明は逆極性電流期間と正極性電流期間の比率の変更が可能な交流アーク溶接電源と、溶接トーチをその先端に取り付けたロボットを用いる交流ＴＩＧ溶接方法において前記ロボットによって前記溶接トーチを溶接対象のワークに対して上下方向にウィービング動作させ、前記溶接トーチのウィービング動作に同期して前記溶接トーチが前記ワークに接近した位置にある時は前記正極性電流期間の比率が高く、前記溶接トーチが前記ワークから遠ざかった位置にある時は前記逆極性電流期間の比率が高くなるように変更するものである。また、フィラワイヤの送給速度を前記溶接トーチの前記ウィービング動作に同期して変更するものである。また、前記溶接トーチが前記ワークに接近した位置にあり、かつフィラワイヤの送給が停止している時に正極性電流期間の比率を高くするものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図に従って説明する。
図１は本発明の実施に使用する溶接装置の構成図であり、図２は図１に示す溶接装置の制御ブロック図である。図において１はロボットコントローラであり、２はロボットであり、３は交流ＴＩＧ溶接電源であり、４はフィラワイヤ送給装置であり、５はロボット２の先端に取り付けられたＴＩＧ溶接トーチである。
ロボットコントローラ１はロボット２に電力と制御信号を送り、ロボット２を所定の動作プログラムにしたがって動作させるともに、交流ＴＩＧ溶接装置３に溶接電流のＯＮ／ＯＦＦと溶接電流の大小を制御する溶接電流指令と溶接電流の正極性の期間と逆極性の期間の比率つまり電源ＥＮ（＝electrode negative) 比率を変更する電源ＥＮ比率指令を交流ＴＩＧ溶接電源３に送って交流ＴＩＧ溶接電源３を制御する。またロボットコントローラ１はフィラワイヤ送給装置４にワイヤ送給速度指令を送って、ＴＩＧ溶接トーチ５に送給するフィラワイヤの送給速度の緩急を制御する。交流ＴＩＧ溶接電源３はロボットコントローラ１から前記溶接電流指令と前記電源ＥＮ比率指令に応じてＴＩＧ溶接トーチ５に溶接電流を送る。
【０００６】
ここで、電源ＥＮ比率について説明する。図３は電源ＥＮ比率の大小を説明する電流波形を示す図であり、上が電源ＥＮ比率大の時の電流波形であり、中央が電源ＥＮ比率小の時の電流波形であり、下が電源ＥＮ比率中の時の電流波形である。図においてＥＮはＴＩＧ溶接トーチ５の電極が負電位の状態つまり正極性の状態であり、ＥＰはelectrode positiveつまり逆極性の状態を示している。
交流溶接電源の電流は一定周期で正極性と逆極性が切り替り、正極性の期間と逆極性の期間の合計は前記周期に一致するので一定である。電源ＥＮ比率大の状態では正極性の電流が流れる期間が長く、電源ＥＮ比率小の状態では逆極性の電流が流れる期間が長い。
【０００７】
図４は、本発明の第１の実施例を示す交流ＴＩＧ溶接方法を説明するタイムチャートであり、上からＴＩＧ溶接トーチ５の電極の位置、溶接電流の大小、フィラワイヤの送給速度および電源ＥＮ比率の変化を時間軸を揃えて示している。
ＴＩＧ溶接トーチ５はロボット２の動作によって、一定周期で上下にウィービング動作する。ここで、上下とは溶接対象のワークに対して上下の意味であり、上とはＴＩＧ溶接トーチ５が前記ワークに対して離間した位置であり、下とは前記ワークに接近した位置のことである。また、ＴＩＧ溶接トーチ５は前記ウィービング動作の上端と下端に達すると、所定の時間の間、動作を止めて一定の高さ（つまり、母材と距離）を保っている。
溶接電流はＴＩＧ溶接トーチ５が下、つまり前記ワークに接近した位置にある時は大きく、上に来た時は小さくなるように制御される。溶融金属を周期的に冷却してウロコビードを作るためである。
フィラワイヤ送給速度はＴＩＧ溶接トーチ５が下、つまり前記ワークに接近した位置にある時は送給され、上に来た時は停止するようにに制御される。
電源ＥＮ比率はＴＩＧ溶接トーチ５が下、つまり前記ワークに接近した位置にある時は大きく、上に来た時は小さくなるように制御される。
溶接電流大、フィラワイヤ送給速度大および電源ＥＮ比率大となるタイミングはそれぞれ異なる。溶接電流が大になる時間は最も長く、ＴＩＧ溶接トーチ５が上から下に向かう途中で小から大になり、下から上にたどり付いた時点で小にもどる。フィラワイヤ送給速度大および電源ＥＮ比率大の時間はほぼ同じである。電源ＥＮ比率大となる期間はＴＩＧ溶接トーチ５が下にある期間と一致する。フィラワイヤ送給速度大となるタイミングは電源ＥＮ比率大となるタイミングに対して所定時間遅れる。
これは、フィラワイヤの送給を開始するタイミングが早いと、フィラワイヤが背切り継ぎ手の底に当たり、フィラワイヤがアークを浴びる状態になり、母材に直接アークが届かず、溶け込みが浅くなるためである。
そのため、前記所定時間の間はＴＩＧ溶接トーチ５が下にあって、フィラワイヤ送給が停止して、かつ電源ＥＮ比率が大となって母材を溶かしているわけである。
【０００８】
図５は、本発明の第２の実施例を示す交流ＴＩＧ溶接方法を説明するタイムチャートである。前記第１の実施例では溶接電流の大小を矩形のパターンで変化させていたので、溶融金属の冷却が急速に行われ、そのためにウロコビードの表面に光沢が出ない場合がある。この第２の実施例はこの点を改善するものであり、溶接電流を小から大へ移行する時は急勾配で立ち上げ、大から小へ移行する時は緩い勾配で下げてゆき、溶融金属が緩やかに冷却するようにしたところにその特徴がある。
また溶け込みを、より確実に得るために電源ＥＮ比率を大中小の３段階に変化させている点も特徴である。電源ＥＮ比率が大で、かつ溶接電流大の状態が連続するとトータルの入熱量が過大になるので、これを防ぐためである。
なお、必要な溶け込み深さを得るために、完全な正極性つまり電源ＥＮ比率１００％の電流を与える場合もある。
【０００９】
図６は、本発明の第３の実施例を示す交流ＴＩＧ溶接方法を説明するタイムチャートである。前記第１および第２の実施例ではフィラワイヤの送給速度を単純な矩形のパターンで変化させていたので、フィラワイヤの送給に対して溶融が間に合わずフィラワイヤが母材を突き破る場合がある。この第３の実施例はこの点を改善するものであり、フィラワイヤを高速で送給した後、送給速度を非常に低速にしてフィラワイヤを確実に溶融して、その後送給速度を中速にするところにその特徴がある。
また、前記第１および第２の実施例に比べてフィラワイヤ送給開始のタイミングを早めにして、フィラワイヤと母材の融合不良の防止を図っているところにも特徴がある。
このように構成されているので、本発明の交流ＴＩＧ溶接方法では、ＴＩＧ溶接トーチ５が下の位置にある時は、高い溶接電流と大きなＥＮ比率により、母材に十分な溶け込みが得られ、逆にＴＩＧ溶接トーチ５が上の位置にある時に、溶接電流をベースとし、電源のＥＮ率を小として、低い電流でウロコビードの冷却を行いながら、クリーニングを効かせ、美しいウロコビードが得られる。
【００１０】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば本発明により、アルミニウム等のＴＩＧ溶接において、背切り継ぎ手のように溶け込みを得るのが困難な継ぎ手に対しても、十分な溶け込みを確保しながら、美しいウロコビードを得ることが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施に使用する溶接装置の構成図である。
【図２】図１に示す溶接装置の制御ブロック図である。
【図３】電源ＥＮ比率の大小を説明する電流波形を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施例を示す交流ＴＩＧ溶接方法を説明するタイムチャートである。
【図５】本発明の第２の実施例を示す交流ＴＩＧ溶接方法を説明するタイムチャートである。
【図６】本発明の第３の実施例を示す交流ＴＩＧ溶接方法を説明するタイムチャートである。
【図７】背切り継ぎ手を示す断面である。
【符号の説明】
１：ロボットコントローラ２：ロボット３：交流ＴＩＧ溶接電源
４：フィラワイヤ送給装置５：ＴＩＧ溶接トーチ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for welding aluminum or an aluminum alloy (hereinafter referred to as aluminum or the like) using non-consumable electrode inert gas arc welding (hereinafter referred to as TIG welding).
[0002]
[Prior art]
In TIG welding of aluminum or the like, an AC arc welding power source including a component having a reverse polarity with a positive potential on the electrode side is used as a means for destroying (cleaning) the oxide film on the surface in order to obtain a good welded portion. .
In AC arc welding of TIG welding, when the polarity is reversed (electrode side is positive potential), the arc spreads and the penetration becomes shallow, and when it is positive (electrode side is negative potential), the arc is squeezed and the penetration becomes deeper. It has been known.
By the way, in TIG welding of aluminum or the like by manual work, a bead that is formed by stacking scales one by one (hereinafter referred to as scale scale beads) is formed. In the motorcycle industry, scale scales are preferred by consumers. Therefore, even when TIG welding is performed with an industrial robot, it is required to consciously form the scale beads.
In order to form the scale bead beautifully, it is necessary to sufficiently cool the scale one by one, but if it is sufficiently cooled, the melting may be insufficient.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a butt weld joint (hereinafter referred to as a back cut joint) called a back cut. The back cut joint bends the end of the base material A in a step shape and overlaps the end of the base material B. Is a joint. In such a back cut joint, it may be very difficult to obtain a melt.
In order to obtain beautiful scale beads and deep penetration, the present inventor makes the electrode weave in the vertical direction with respect to the workpiece to be welded and synchronizes with this weaving to feed the filler wire and the welding current. The AC TIG welding method is used to change the. The object is to secure melting with a high current when the electrode is close to the workpiece and to cool with a low current when the electrode is at a position away from the workpiece to obtain an uroco bead.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, this AC TIG welding method has the following problems.
If the workpiece to be welded is a material that is difficult to melt, such as a casting, increasing the ratio of the positive current period to ensure the penetration depth will reduce the arc width, thereby reducing the width of the scale. There was a problem. There is also a problem that the cleaning amount is reduced and the bead is not glossy.
On the contrary, if the ratio of the positive current period is reduced in order to increase the width of the scale bead and obtain the gloss of the bead, there is a problem that the penetration depth cannot be obtained this time.
Then, this invention aims at providing the alternating current TIG welding method which can obtain the uroco bead which has sufficient penetration depth, sufficient width | variety, and aesthetics also in the joint which is hard to obtain sufficient penetration depth like a back cut joint. .
[0004]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problem, the present invention provides an AC arc welding power source capable of changing the ratio between the reverse polarity current period and the positive current period, and an AC TIG welding method using a robot having a welding torch attached to the tip thereof. When the robot causes the welding torch to move up and down with respect to the workpiece to be welded, and when the welding torch is in a position close to the workpiece in synchronization with the welding torch weaving operation, the positive current period When the welding torch is at a position away from the workpiece, the ratio of the reverse polarity current period is changed to be high . Further, the feeding speed of the filler wire is changed in synchronization with the weaving operation of the welding torch. The ratio of the positive current period is increased when the welding torch is in a position close to the workpiece and the feeding of the filler wire is stopped.
[0005]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram of a welding apparatus used for carrying out the present invention, and FIG. 2 is a control block diagram of the welding apparatus shown in FIG. In the drawing, 1 is a robot controller, 2 is a robot, 3 is an AC TIG welding power source, 4 is a filler wire feeding device, and 5 is a TIG welding torch attached to the tip of the robot 2.
The robot controller 1 sends electric power and a control signal to the robot 2 to operate the robot 2 in accordance with a predetermined operation program, and also causes the AC TIG welding apparatus 3 to control the welding current ON / OFF and the welding current magnitude. A power supply EN ratio command for changing the ratio of the positive polarity period of the welding current and the reverse polarity period, that is, the power supply EN (= electrode negative) ratio, is sent to the AC TIG welding power supply 3 to control the AC TIG welding power supply 3. The robot controller 1 also sends a wire feed speed command to the filler wire feeding device 4 to control the speed of the filler wire fed to the TIG welding torch 5. The AC TIG welding power source 3 sends a welding current from the robot controller 1 to the TIG welding torch 5 according to the welding current command and the power source EN ratio command.
[0006]
Here, the power supply EN ratio will be described. FIG. 3 is a diagram illustrating a current waveform for explaining the magnitude of the power supply EN ratio. The upper waveform is a current waveform when the power supply EN ratio is large, the middle is a current waveform when the power supply EN ratio is small, and the lower is the power supply. It is a current waveform when the EN ratio is in effect. In the figure, EN indicates that the electrode of the TIG welding torch 5 is in a negative potential state, that is, a positive polarity state, and EP indicates an electrode positive state, that is, a reverse polarity state.
The current of the AC welding power source is switched between positive polarity and reverse polarity at a constant period, and the sum of the positive polarity period and the reverse polarity period coincides with the above period. When the power supply EN ratio is high, the positive current flows for a long period. When the power supply EN ratio is low, the reverse current flows for a long period.
[0007]
FIG. 4 is a time chart for explaining the AC TIG welding method according to the first embodiment of the present invention. From the top, the electrode position of the TIG welding torch 5, the magnitude of the welding current, the feeding speed of the filler wire, and the power source EN The change in the ratio is shown with the time axis aligned.
The TIG welding torch 5 performs a weaving operation up and down at regular intervals by the operation of the robot 2. Here, up and down means up and down with respect to the workpiece to be welded, upper means a position where the TIG welding torch 5 is separated from the work, and lower means a position close to the work. is there. Further, when the TIG welding torch 5 reaches the upper end and the lower end of the weaving operation, the operation is stopped for a predetermined time to maintain a constant height (that is, a distance from the base material).
The welding current is controlled to be large when the TIG welding torch 5 is at the bottom, that is, at a position close to the workpiece, and small when it is at the top. This is because the molten metal is periodically cooled to form scale beads.
The filler wire feed speed is controlled such that the filler wire is fed when the TIG welding torch 5 is at the bottom, that is, at a position close to the workpiece, and is stopped when the TIG welding torch 5 is at the top.
The power supply EN ratio is controlled to be large when the TIG welding torch 5 is at the bottom, that is, at a position close to the workpiece, and small when it is at the top.
The timing at which the welding current is large, the filler wire feeding speed is large, and the power supply EN ratio is large is different. The time during which the welding current becomes large is the longest. The TIG welding torch 5 increases from small to large on the way from the top to the bottom, and returns to the small when it reaches from the bottom to the top. The time for the high filler wire feed speed and the large power supply EN ratio is substantially the same. The period in which the power supply EN ratio is large coincides with the period in which the TIG welding torch 5 is below. The timing at which the filler wire feeding speed is increased is delayed by a predetermined time with respect to the timing at which the power supply EN ratio is increased.
This is because if the timing for starting the feeding of the filler wire is early, the filler wire hits the bottom of the spine joint and the filler wire is exposed to an arc, the arc does not reach the base material directly, and the penetration becomes shallow.
Therefore, the TIG welding torch 5 is down for the predetermined time, the filler wire feeding is stopped, and the power source EN ratio is increased to melt the base material.
[0008]
FIG. 5 is a time chart for explaining an AC TIG welding method showing a second embodiment of the present invention. In the first embodiment, since the magnitude of the welding current is changed in a rectangular pattern, the molten metal is rapidly cooled, and the surface of the scale bead may not be glossy. This second embodiment improves this point. When the welding current is shifted from small to large, it is started up with a steep slope, and when it is shifted from large to small, it is lowered with a gentle slope. The characteristic is that it is cooled slowly.
Another feature is that the power supply EN ratio is changed in three stages of large, medium and small in order to more reliably obtain the melt. This is to prevent this because the total heat input becomes excessive if the power supply EN ratio is large and the welding current is large.
In order to obtain a necessary penetration depth, a current having a complete positive polarity, that is, a power supply EN ratio of 100% may be applied.
[0009]
FIG. 6 is a time chart for explaining an AC TIG welding method showing a third embodiment of the present invention. In the first and second embodiments, since the feeding speed of the filler wire is changed in a simple rectangular pattern, the filler wire may break through the base material due to insufficient melting for feeding the filler wire. This third embodiment improves this point. After the filler wire is fed at a high speed, the feeding speed is made very low to surely melt the filler wire, and then the feeding speed is set to a medium speed. There is the feature in the place to do.
Another feature is that the filler wire feeding start timing is advanced compared to the first and second embodiments so as to prevent the filler wire and base material from being fused poorly.
Since it is configured in this way, in the AC TIG welding method of the present invention, when the TIG welding torch 5 is in the lower position, sufficient penetration into the base material is obtained due to the high welding current and large EN ratio, On the other hand, when the TIG welding torch 5 is in the upper position, the cleaning rate is applied while cooling the scale with a low current, using the welding current as a base, the EN ratio of the power source being small, and a beautiful scale is obtained.
[0010]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, according to the present invention, in TIG welding of aluminum or the like, it is beautiful while ensuring sufficient penetration even for a joint that is difficult to obtain penetration, such as a back cut joint. It became possible to obtain scales.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a welding apparatus used for carrying out the present invention.
FIG. 2 is a control block diagram of the welding apparatus shown in FIG.
FIG. 3 is a diagram showing a current waveform for explaining the magnitude of a power supply EN ratio.
FIG. 4 is a time chart for explaining an AC TIG welding method showing a first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a time chart for explaining an AC TIG welding method according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a time chart for explaining an AC TIG welding method according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a back cut joint.
[Explanation of symbols]
1: Robot controller 2: Robot 3: AC TIG welding power source 4: Filler wire feeder 5: TIG welding torch

Claims

逆極性電流期間と正極性電流期間の比率の変更が可能な交流アーク溶接電源と、溶接トーチをその先端に取り付けたロボットを用いる交流ＴＩＧ溶接方法において前記ロボットによって前記溶接トーチを溶接対象のワークに対して上下方向にウィービング動作させ、前記溶接トーチのウィービング動作に同期して前記溶接トーチが前記ワークに接近した位置にある時は前記正極性電流期間の比率が高く、前記溶接トーチが前記ワークから遠ざかった位置にある時は前記逆極性電流期間の比率が高くなるように変更することを特徴とする交流ＴＩＧ溶接方法。In the AC TIG welding method using an AC arc welding power source capable of changing the ratio of the reverse polarity current period and the positive current period and a robot having a welding torch attached to the tip thereof, the robot sets the welding torch to a workpiece to be welded. When the welding torch is in a position close to the workpiece in synchronism with the weaving operation of the welding torch, the ratio of the positive current period is high and the welding torch is separated from the workpiece. AC TIG welding method and changes such that the ratio of the opposite polarity current period is higher when in the away position.

フィラワイヤの送給速度を前記溶接トーチの前記ウィービング動作に同期して変更することを特徴とする請求項１に記載の交流ＴＩＧ溶接方法。 2. The AC TIG welding method according to claim 1, wherein a feeding speed of the filler wire is changed in synchronization with the weaving operation of the welding torch.

前記溶接トーチが前記ワークに接近した位置にあり、かつフィラワイヤの送給が停止している時に正極性電流期間の比率を高くすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の交流ＴＩＧ溶接方法。 The AC TIG according to claim 1 or 2, wherein the ratio of the positive current period is increased when the welding torch is in a position close to the workpiece and the filler wire feeding is stopped. Welding method.