JP4322431B2 - Consumable electrode arc welding method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、消耗電極アーク溶接において、1トーチ内で2本以上の消耗電極(以下、ワイヤという)を送給して溶接するアーク溶接のアークスタート方法の改善に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
各種溶接構造物の建造において、薄板高速溶接又は厚板高溶着溶接を行うことによって作業能率の向上を図っているが、さらに向上させるために、図2に示すように、1本のトーチから2本のワイヤを送給する2電極1トーチ方式の消耗電極アーク溶接方法が採用されている。同図において、先行チップ1及び後行チップ2と被溶接物8との間に図示しない溶接用電源から電力を供給し、先行チップ1及び後行チップ2からそれぞれ送給される先行ワイヤ先端3a及び後行ワイヤ先端4aからアーク5及び6がそれぞれ発生している。ノズル10は先行チップ1及び後行チップ2を囲繞して、ノズル10の内部にシールドガス11を供給する。
【0003】
図2において、先行ワイヤ3から発生しているアーク5によって形成される溶融池7の溶融金属が表面張力によって後方へ流れていこうとするが、後行ワイヤ4から発生しているアーク6のアーク力がこの後方へ流れようとする溶融金属を先行ワイヤ3から発生するアーク5の直下へ押し戻して、各溶接位置における溶融金属量を均一にしている。
【0004】
図3は前述した2電極1トーチ方式のアーク溶接用ロボットの一般的な構成を示す図である。同図において、先行チップ1及び後行チップ2がマニピュレータ21の先端に取付けられ、先行チップ1に供給する先行ワイヤ用溶接電源装置23及び後行チップ2に供給する後行ワイヤ用溶接電源装置24が先行チップ1及び後行チップ2と被溶接物8との間にそれぞれ溶接用電力を供給する。先行ワイヤ送給装置25及び後行ワイヤ送給装置26が先行チップ1及び後行チップ2にそれぞれワイヤを送給する。ロボット制御装置27がマニピュレータ21及び先行ワイヤ用溶接電源装置23及び後行ワイヤ用溶接電源装置24を制御する。
尚、溶接方向を変更すると先行と後行とが入れ代わるので、先行チップ1、先行ワイヤ3、先行ワイヤ送給装置25及び先行ワイヤ用溶接用電源装置23と後行チップ2、後行ワイヤ4、後行ワイヤ送給装置26及び後行ワイヤ用溶接用電源装置24との各符号の説明の先行及び後行とが入れ代わる。
【0005】
従来から提案されているにもかかわらず実用化が進んでいない2電極1トーチ方式のアーク溶接用ロボットを使用したアークスタート方法を、図4及び図5を参照して説明する。説明を簡略化するために、先行ワイヤ3及び後行ワイヤ4を鉛直線方向に送給する場合とする。図4は、従来の2電極1トーチ方式の消耗電極アーク溶接のアークスタート方法を説明する図であり、図5は図4に続く従来の2電極1トーチ方式の消耗電極アーク溶接のアークスタート方法を説明する図である。
【0006】
図4(A)は消耗電極アーク溶接を開始する前の状態であって、ノズル10から先行ワイヤ3及び後行ワイヤ4が突出している。図3に示した先行ワイヤ用溶接電源装置23及び後行ワイヤ用溶接電源装置24の起動スイッチを同時にONすると、溶接電流通電時のワイヤ送給速度よりも遅い予め定められた速度(以下、スローダウン送給速度という)によって先行ワイヤ3及び後行ワイヤ4が送給される。その後、図4(B)に示すように、先行ワイヤ3及び後行ワイヤ4が被溶接物8と短絡して、図4(C)に示すように、先行ワイヤ先端3a及び後行ワイヤ先端4aからアーク5及び6がそれぞれ発生する。12及び13は先行ワイヤ3及び後行ワイヤ4から被溶接物8に溶着した溶着金属である。
【0007】
図4(C)において、アーク5、6が発生すると、図3に示すロボット制御装置27がアークが発生したことを判別して、マニピュレータ21を制御して先行チップ1及び後行チップ2を溶接方向に移動させる。従って、アークスタート時に先行ワイヤ3の真下に形成される溶接ビードは、図5(A)の溶接ビード9に示すように、先行ワイヤ3及び後行ワイヤ4によって形成されるので、一体になった溶接ビードが形成されている。
これに対して、アークスタート時に後行ワイヤ4の真下に形成される溶接ビード9は、後行ワイヤ4のみによって形成されるために、図5(B)のビード開始部9aに示すように細くなり、溶接継手強度が弱くなり、溶接ビード外観が不良である。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
前述したように、従来の2電極1トーチ方式の消耗電極アーク溶接方法においては、後行ワイヤ4のみによって形成される溶接ビード開始部9aの部分が細くなるために、この部分の溶接継手強度が弱くなり、破断する危険性がある。また、溶接ビード外観も不良となる欠陥を有する。
これらの欠陥を改善するために、作業者が、溶接を行う度に、後行ワイヤ4の突出し長さを先行ワイヤ3の突出し長さよりも短くなるようにニッパ等で切断している。このように、後行ワイヤ4の突出し長さを先行ワイヤ3の突出し長さよりも短くなるように後行ワイヤ適正突出し長さにしておくと、「先に後行ワイヤ4の送給を開始しておいて、次に後行ワイヤ4が先行ワイヤ3のアーク発生位置に達した時に、後行ワイヤ4に通電してアークを発生させる」ことができる。しかし、この後行ワイヤ4の突出し長さは、先行ワイヤ先端3aと後行ワイヤ先端4aとの距離と後行ワイヤ4のスローダウン送給速度等から定まる長さであるために、溶接条件の変更の度毎に、上記の後行ワイヤ適正突出し長さが変化する。したがって、溶接条件の変更の度毎に、上記の後行ワイヤ適正突出し長さに切断することは手間がかかり作業工数が増加するだけでなく、後行ワイヤ突出し長さを適正値で切断することができない。
【0009】
【課題を解決するための手段】
【0012】
第1の発明は、1トーチ内で2本のワイヤを送給して溶接する消耗電極アーク溶接方法において、
アークスタート時の先行ワイヤ先端3aの座標を座標Aとし、
先行ワイヤ座標系における後行ワイヤ先端4aの座標を座標Bとし、
前記先行ワイヤ座標系における先行ワイヤアークスタート時の前記後行ワイヤ先端4aの座標を座標Cとし、
先行ワイヤ3又は後行ワイヤ4の標準突出し長さをL1とし、
標準突出し長さのワイヤ先端間距離をL2とし、
アークスタート時の先行ワイヤ突出し長さをL3とし、
アンチスチック処理後の後行ワイヤ突出し長さをL5とし、
前記先行ワイヤアークスタート時の前記後行ワイヤ4の突出し長さをL6とし、
前記先行ワイヤ3のアークスタート時の前記先行ワイヤ先端3aと前記後行ワイヤ先端4aとの距離をL7とし、
溶接速度をWsとし、
後行ワイヤスローダウン送給速度をWfとし、
先行チップ角度をαとし、
後行チップ角度をβとし、
トーチの前進角をγとし、
θ=α+γとし、
φ=α+β+γとすると、
前記座標A(XA、YA)は、座標A(XA、YA)=[(L1−L3)sinγ、(L1−L3)cosγ]となり、
前記座標B(XB、YB)は、座標B(XB、YB)=(L2cosθ、−L2sinθ)となり、
前記後行ワイヤ4の突出し長さ方向の直線方程式がY=X/tanφ−L2(sinθ+cosθ/tanφ)であり、
この直線方程式において、Y=YAとなる点が前記座標C(XC、YC)であることから、
前記座標C(XC、YC)は、座標C(XC、YC)={[(L1−L3)cosγ+L2(sinθ+cosθ/tanφ)]tanφ、(L1−L3)cosγ}となり、
前記座標Bと前記座標Cとの距離をL4とすると、L4=[(XC−XB) 2 +(YC−YB) 2 ] 1/2 となり、
前記先行ワイヤアークスタート時の前記後行ワイヤ4の突出し長さL6は、L6=L1−L4=L1−[(XC−XB) 2 +(YC−YB) 2 ] 1/2 となり、
前記先行ワイヤ3のアークスタート時の前記先行ワイヤ先端3aと前記後行ワイヤ先端4aとの距離L7は、L7=XC−XAとなることから、
後行ワイヤ到達算出時間T1は、T1=(L7/Ws)−[(L6−L5)÷Wf]で算出され、
前記先行ワイヤ先端3aにアーク5が発生してから前記後行ワイヤ到達算出時間T1の終了時に、前記後行ワイヤ4の送給を開始して前記後行ワイヤ先端4aにアーク6を発生させる消耗電極アーク溶接方法である。
【0023】
【発明の実施の形態】
図1は、本出願に係る発明の特徴を最もよく表す図である。後述する図8と同じなので、説明は図8で後述する。
【0024】
【実施例】
ここで、明細書で使用する用語の意味を説明する。
(1)後行ワイヤ到達算出時間T1とは、実施例1では、先行ワイヤ先端3aにアーク5が発生してから後行ワイヤ先端4aが先行ワイヤ先端3aのアーク発生位置に達するまでの到達時間であり、実施例2では、先行ワイヤ先端3aにアーク5が発生してから後行ワイヤ4の送給を開始するまでの時間である。
(2)先行ワイヤ先端3aにアーク5が発生するとは、(1)先に、先行ワイヤ先端3aに溶接電圧を印加しておいて、次に、図3に示す先行ワイヤ送給装置25が先行ワイヤ3の送給を開始して先行ワイヤ3が被溶接物8と短絡して先行ワイヤ先端3aにアーク5が発生する時、又は(2)先に、先行ワイヤ送給装置25が先行ワイヤ3の送給を開始しておいて先行ワイヤ3が被溶接物8と接触した後で、先行ワイヤ先端3aに溶接電圧を印加して先行ワイヤ先端3aにアーク5が発生する時のいずれでもよい。ここで、先行ワイヤ先端3aのアーク発生位置とは、被溶接物8上のアーク発生位置である。また、後行ワイヤ先端4aにアーク6が発生する場合についても、上記先行ワイヤ先端3aにアーク5が発生する場合と同様である。
(3)先行ワイヤ又は後行ワイヤのワイヤ送給速度とは、最初から通常のワイヤ送給速度で送給してもよいし、最初はスローダウン送給速度で送給してアーク発生後に通常のワイヤ送給速度に切り替えてもよい。
(4)溶接速度とは、先行ワイヤのアーク発生後から通常の溶接速度で溶接トーチ及び被溶接物の一方又は両者を移動させてもよいし、また、最初は低速度で溶接トーチ及び被溶接物の一方又は両者を移動させて後行ワイヤのアーク発生後に通常の溶接速度に切り替えてもよい。
(5)先行ワイヤ又は後行ワイヤに通電するとは、上述した先行ワイヤ又は後行ワイヤにアークを発生させることと同様の意味である。
(6)予め定めたとは、溶接開始前又は溶接開始後に出力もしくは算出するまでに、回路に設定しておく、教示してプログラムに記憶させておく、他の回路から入力する等を意味する。
(7)チップ角度とは、ワイヤ送給方向のチップ先端におけるワイヤ送給方向の鉛直線に対する角度である。例えば図6はノズル10内に先端に角度を有する先行チップ1及び後行チップ2から先行ワイヤ3及び後行ワイヤ4をそれぞれ送給する図である。同図において、先行チップ1及び後行チップ2のそれぞれのチップ角度は、それぞれのチップ先端におけるワイヤ送給方向の鉛直線に対する角度である先行チップ角度α及び後行チップ角度βをそれぞれ示す。
【0025】
まず実施例1を示す図7乃至図9を参照して、先行ワイヤ3及び後行ワイヤ4を鉛直線方向に送給する場合の実施例を説明する。次に実施例2を示す図10乃至図12を参照して、先行チップ1及び後行チップ2に角度を設けて、ロボット制御装置27による制御方法を行う実施例を説明する。
[実施例1]
図7は本発明の先行ワイヤ3及び後行ワイヤ4を鉛直線方向に送給する場合の実施例1の溶接方法において溶接アークスタート直後の先行ワイヤ先端3a及び後行ワイヤ先端4aの位置を示す図である。
図7(A)は消耗電極アーク溶接を開始する前の状態であって、ノズル10から先行ワイヤ3及び後行ワイヤ4が鉛直線方向に突出している。図3に示した先行ワイヤ用溶接電源装置23及び後行ワイヤ用溶接電源装置24の起動スイッチをONすると、スローダウン送給速度で先行ワイヤ3のみが送給される。その後、図7(B)に示すように、先行ワイヤ3が被溶接物8と短絡して、図7(C)に示すように、先行ワイヤ先端3aからアーク5が発生する。12は先行ワイヤ3から被溶接物8に溶着した溶着金属である。
【0026】
図7(C)に示すように先行ワイヤ先端3aにアーク5が発生すると、図3に示すロボット制御装置27がアーク5が発生したことを判別して、マニピュレータ21を制御して先行チップ1及び後行チップ2を溶接方向に移動させる。この先行チップ1及び後行チップ2の移動速度、すなわち、溶接速度をWs、先行ワイヤ3と後行ワイヤ4とのワイヤ間距離をD1とすると、先行ワイヤ先端3aにアーク5が発生してから後行ワイヤ到達時間(T1=D1/Ws)の終了時に後行ワイヤ4のワイヤ送給を開始する信号をロボット制御装置27が後行ワイヤ用溶接電源装置24に出力する。
【0027】
図8は、実施例1の溶接方法において図7に続く溶接アークスタート後の先行ワイヤ先端3a及び後行ワイヤ先端4aの位置を示す図である。続けて図7(C)に続く図8(A)乃至図8(C)について説明する。図7において、後行ワイヤ先端4aと被溶接物8との距離が短い状態とする。従って、図8(A)に示すように、後行ワイヤ4が先行ワイヤ3によって溶着された溶着金属12の端部の位置12aに達した時に後行ワイヤ4がスローダウン送給速度で送給される。そして、図8(B)に示すように、後行ワイヤ先端4aが先行ワイヤ3によって溶着された溶着金属12と短絡又は先行ワイヤ3のアークによって発生するプラズマ中に入ると、図8(C)に示すように後行ワイヤ先端4aからアーク6が発生する。従って、図8(C)に示すように、先行ワイヤ3による溶接ビードの開始部分と後行ワイヤ4による溶接ビードの開始部分とが一致する。
【0028】
図9は、図7及び図8の方法で実施した溶接開始部分の溶接結果を示す図である。同図に示すように溶接ビードの開始部分から均一な溶接ビード幅を有する美麗な溶接ビード9が形成される。
【0029】
[実施例2]
次に、本発明の先行チップ1及び後行チップ2に角度を設けてノズル10に配置した実施例2の溶接方法において図3に示すアーク溶接用ロボットに適用した場合のロボット制御装置27によるロボットの制御方法及びロボットについて説明する。図10は、本発明の溶接方法を図3に示すアーク溶接用ロボットに適用した場合のロボット制御装置27のブロック図である。図11は、本発明の先行チップ1及び後行チップ2に角度を設けてノズル10に配置した実施例2の溶接方法においてノズルの中心軸をY軸とし溶接線WLをX軸とした場合の先行ワイヤ先端3aと後行ワイヤ先端4aとの位置関係を示す図である。図12は、図11の位置関係を示す図においてY軸に対して前進角γとした先行ワイヤ先端3aと後行ワイヤ先端4aとの位置関係を示す図であって、本発明の後行ワイヤ到達算出時間T1を算出する方法を説明するための図である。なお、実施例2では、実施例1の先行ワイヤと後行ワイヤとのワイヤ間距離D1の代わりに、標準突出し長さのワイヤ先端間距離L2を使用する。
【0030】
図10において、作業プログラムファイル出力回路29には、被溶接物8の各溶接区間における予め定めた▲1▼溶接電流値と▲2▼溶接速度Wsと▲3▼各区間のアークスタート位置及びアークスタート後の先行チップ前進角γと▲4▼後行ワイヤスローダウン送給速度Wfとを記憶させている。また、この作業プログラムファイル出力回路29は、溶接電流値の代わりに、各溶接区間に対応する溶接電流値及び溶接電圧値の組合せを記憶させてもよい。
【0031】
後行ワイヤ突出し長さ出力回路30には、図11に示す予め定めた(前回の溶接終了時に)アンチスチック処理をした後の後行ワイヤ4のワイヤ突出し長さの平均値である「アンチスチック処理後の後行ワイヤ突出し長さ」L5を記憶させている。ここで、アンチスチック処理をする理由は次のとおりである。ワイヤ送給装置に停止信号を入力した後も、モータは慣性力によってワイヤを送給する。従って、ワイヤが溶融池に突っ込み、溶融池が冷却するとワイヤ先端が溶着金属に固着(スチック)してしまう。このスチックを防ぐために、ワイヤ送給装置に停止信号を入力した後に、溶接電流値よりも小さい電流を通電することによってワイヤを溶融させて、ワイヤが溶融池に突っ込むことを防止する処理である。従って、前回の溶接終了時にアンチスチック処理をした後の後行ワイヤ4のワイヤ突出し長さの平均値が、上記予め定めた「アンチスチック処理後の後行ワイヤ突出し長さ」L5として記憶させる。
【0032】
電極パラメータ出力回路31には、図11に示す予め定めた▲1▼先行チップ角度α、▲2▼後行チップ角度β、▲3▼先行チップ1又は後行チップ2の先端から先行ワイヤ3又は後行ワイヤ4を予め定めた長さ突出したときの先行ワイヤ3又は後行ワイヤ4の先端位置(ツールセンタ位置)までの長さである「先行ワイヤ3又は後行ワイヤ4の標準突出し長さ」L1(例えば20[mm])及び▲4▼先行ワイヤ3又は後行ワイヤ4の突出し長さが標準突出し長さL1のときの先行ワイヤと後行ワイヤとのワイヤ間距離である「標準突出し長さのワイヤ先端間距離」L2を記憶させている。
【0033】
溶接トーチ移動経路算出回路32は、作業プログラムファイル出力回路29の出力信号を入力して、アークスタート位置及びアークスタート以後の目標位置に先行チップ1及び後行チップ2を移動させるためのマニピュレータ21の各関節角度を算出して、後述するサーボ制御回路33に各関節角度の算出値を出力すると共に、後述する後行ワイヤ到達時間算出回路34に溶接速度Wsと、各区間のアークスタート位置及びアークスタート後の先行チップ前進角γと、後行ワイヤスローダウン送給速度Wfとを出力する。
【0034】
後行ワイヤ到達時間算出回路34は、先行ワイヤ先端3aにアーク5が発生してから後行ワイヤ4の送給を開始するまでの時間を、(1)上記後行ワイヤ突出し長さ出力回路30から出力した「アンチスチック処理後の後行ワイヤ突出し長さ」L5と、(2)上記電極パラメータ出力回路31から出力した上記電極パラメータと、(3)上記溶接トーチ移動経路算出回路32から出力した溶接速度Ws、各区間のアークスタート位置及びアークスタート後の先行チップ前進角γ、後行ワイヤスローダウン送給速度Wfとから算出して後行ワイヤ到達算出時間T1とし、上記後行ワイヤ到達算出時間T1に対応する後行ワイヤ到達算出時間信号S3を後述する後行ワイヤ到達時間計測回路37に出力する。
【0035】
先行ワイヤ用溶接条件出力回路35は、先行チップ1が予め定めたアークスタート位置に達して、後述するサーボ制御回路33から先行ワイヤ3に溶接電流の通電を指令する先行ワイヤアークスタート位置信号S1が入力された時に、マニピュレータ21の動作を一時停止して先行チップ1の移動を一時停止し、上記作業プログラムファイル出力回路29が出力する先行ワイヤ3の溶接電流値の溶接電流の通電を指令する信号を出力する。さらに、先行ワイヤ用溶接条件出力回路35は、先行ワイヤ3にアーク5が発生して先行ワイヤアークスタート完了信号S5が入力された時に一時停止していたマニピュレータ21の動作を解除させるマニピュレータの動作解除指令信号S4を出力する。
【0036】
先行ワイヤ用溶接電源装置23は、▲1▼上記先行ワイヤ用溶接条件出力回路35から上記先行ワイヤ3の溶接電流の通電を指令する信号が入力された時に先行ワイヤ3に溶接電流を通電し、さらに、▲2▼先行ワイヤ3にアーク5が発生した時に先行ワイヤアークスタート完了信号S5を、上記先行ワイヤ用溶接条件出力回路35及び後述する後行ワイヤ到達時間計測回路37に出力する。
【0037】
後行ワイヤ到達時間計測回路37は、上記先行ワイヤアークスタート完了信号S5が入力された時から後行ワイヤ到達計測時間Tの計測を開始して上記後行ワイヤ到達算出時間信号S3に対応する後行ワイヤ到達算出時間T1に達した時に後行ワイヤアークスタート開始信号S2を、後述する後行ワイヤ用溶接条件出力回路36に出力する。
【0038】
後行ワイヤ用溶接条件出力回路36は、上記後行ワイヤアークスタート開始信号S2が入力された時に、上記作業プログラムファイル出力回路29が出力する後行ワイヤの溶接電流値の溶接電流の通電を指令する。
【0039】
サーボ制御回路33は、上記溶接トーチ移動経路算出回路32から先行チップ1及び後行チップ2を移動させるためのマニピュレータ21の各関節角度の算出値を入力してマニピュレータ21を制御し、先行チップ1をアークスタート位置に移動させた後に(上記)「先行ワイヤアークスタート位置信号」S1を先行ワイヤ用溶接条件出力回路35に出力する。さらに、サーボ制御回路33は、上記マニピュレータの動作解除指令信号S4が入力された時に、一時停止していたマニピュレータ21の動作を解除させる。
【0040】
後行ワイヤ用溶接電源装置24は、上記後行ワイヤ用溶接条件出力回路36から上記後行ワイヤの溶接電流の通電を指令する信号が入力された時に後行ワイヤに溶接電流を通電する。
【0041】
次に、図10に示したロボット制御装置27の動作を図13乃至図16に示すフローチャートを用いて説明する。図13乃至図16は、図10に示すロボット制御装置27の動作を示すフローチャートである。
ステップST1「作業プログラムファイル出力ステップ」において、作業プログラムファイル出力回路29が、被溶接物8の各溶接区間における予め定めた▲1▼溶接電流値又は溶接電流値と溶接電圧値との組合せと▲2▼溶接速度Wsと▲3▼各区間のアークスタート位置及びアークスタート後の図12に示す先行チップ前進角γと▲4▼後行ワイヤスローダウン送給速度Wfとを出力する。この作業プログラムファイル出力回路29が指定する溶接区間における先行ワイヤ用及び後行ワイヤ用の溶接電流値又は溶接電流値と溶接電圧値との組合せを読み出し、先行ワイヤ用溶接条件出力回路35及び後行ワイヤ用溶接条件出力回路36にそれぞれ出力する。
【0042】
ステップST2「電極パラメータ出力ステップ」において、電極パラメータ出力回路31が予め定めた▲1▼先行チップ角度αと▲2▼後行チップ角度βと▲3▼先行ワイヤ3又は後行ワイヤ4の標準突出し長さL1と▲4▼先行ワイヤ3及び後行ワイヤ4の「標準突出し長さのワイヤ先端間距離」L2とを含む電極パラメータを後述する後行ワイヤ到達時間算出回路34に出力する。
【0043】
ステップST3「後行ワイヤ突出し長さ出力ステップ」において、後行ワイヤ突出し長さ出力回路30が、予め定めた「アンチスチック処理後の後行ワイヤ突出し長さ」L5を後述する後行ワイヤ到達時間算出回路34に出力する。
【0044】
ステップST4「溶接トーチ移動経路算出ステップ」において、溶接トーチ移動経路算出回路32が上記作業プログラムファイル出力回路29が出力する(1)各区間のアークスタート位置及びアークスタート後の先行チップ前進角γと、(2)溶接速度Wsと、(3)後行ワイヤスローダウン送給速度Wfとを入力して、アークスタート位置及びアークスタート以後の目標位置に先行チップ1及び後行チップ2を移動させるためのマニピュレータ21の各関節角度を算出して、上記各関節角度の算出値を後述するサーボ制御回路33に出力すると共に、上記(1)溶接速度Wsと、(2)各区間のアークスタート位置及びアークスタート後の先行チップ前進角γと、(3)後行ワイヤスローダウン送給速度Wfとを後述する後行ワイヤ到達時間算出回路34に出力する。
【0045】
ステップST5「後行ワイヤ到達時間算出ステップ」において、後行ワイヤ到達時間算出回路34が、(1)上記電極パラメータ出力回路31が出力する先行チップ角度α、後行チップ角度β、標準突出し長さL1、「標準突出し長さのワイヤ先端間距離」L2と、(2)上記後行ワイヤ突出し長さ出力回路30が出力する「アンチスチック処理後の後行ワイヤ突出し長さ」L5と、(3)溶接トーチ移動経路算出回路32が出力する溶接速度Ws、各区間のアークスタート位置及びアークスタート後の先行チップ前進角γ、後行ワイヤスローダウン送給速度Wfとを入力して、先行ワイヤ先端3aにアーク5が発生してから後行ワイヤ4の送給を開始するまでの到達時間を算出し、後行ワイヤ到達算出時間T1とする。
ステップST6「後行ワイヤ到達算出時間信号出力ステップ」において、上記後行ワイヤ到達時間算出回路34が、上記後行ワイヤ到達算出時間T1に対応する後行ワイヤ到達算出時間信号S3を後述する後行ワイヤ到達時間計測回路37に出力する。
【0046】
ステップST7「マニピュレータ一時停止ステップ」は、アークスタート位置において、マニピュレータ21を一時停止するときに付加されるステップであって、先行チップ1がアークスタート位置に達した時に、サーボ制御回路33がマニピュレータ21の動作を一時停止して先行ワイヤアークスタート位置信号S1を後述する先行ワイヤ用溶接条件出力回路35に出力する。例えば、プログラムに教示した先行チップ1がアークスタート位置に達した時に、プログラムに従って、サーボ制御回路33がマニピュレータ21の動作を一時停止する。
【0047】
ステップST8「先行ワイヤアークスタート位置出力ステップ」において、アークスタート位置に先行チップ1及び後行チップ2が移動して、ステップST4に記載したアークスタート位置の関節角度の算出値に達した時に、サーボ制御回路33が、先行ワイヤアークスタート位置信号S1を先行ワイヤ用溶接条件出力回路35に出力する。この先行ワイヤアークスタート位置信号S1は、マニピュレータ21を一時停止するときは、マニピュレータ一時停止ステップ信号と一時停止した後のアークスタート開始信号とを兼用した信号となり、またマニピュレータ21を一時停止しないときは、アークスタート開始信号となる。
【0048】
ステップST9「先行ワイヤ通電開始ステップ」において、先行ワイヤアークスタート位置信号S1が先行ワイヤ用溶接条件出力回路35に入力された時に、この先行ワイヤ用溶接条件出力回路35が、先行ワイヤ3に供給する溶接電流値又は溶接電流値と溶接電圧値との組み合わせを先行ワイヤ用溶接電源装置23に出力して先行ワイヤ3に通電する。
ステップST10「先行ワイヤアークスタート完了信号出力ステップ」において、先行ワイヤ先端3aにアーク5が発生した時に、先行ワイヤ用溶接電源装置23が、先行ワイヤアークスタート完了信号S5を後述する先行ワイヤ用溶接条件出力回路35及び後述する後行ワイヤ到達時間計測回路37に出力する。
ステップST11「マニピュレータ一時停止動作の解除指令ステップ」において、先行ワイヤアークスタート完了信号S5が入力された時に、先行ワイヤ用溶接条件出力回路35が、サーボ制御回路33に「マニピュレータの動作解除指令信号」S4を出力してステップST8で一時停止していたマニピュレータ21の動作を解除する。
【0049】
ステップST12「後行ワイヤ到達時間計測ステップ」において、後行ワイヤ到達時間計測回路37が、上記先行ワイヤアークスタート完了信号S5が入力された時から後行ワイヤ到達計測時間Tの計測を開始して、上記後行ワイヤ到達算出時間信号S3に対応する後行ワイヤ到達算出時間T1に達した時に、後行ワイヤアークスタート開始信号S2を後述する後行ワイヤ用溶接条件出力回路36に出力する。
ステップST13「後行ワイヤ通電開始ステップ」において、後行ワイヤアークスタート開始信号S2が後行ワイヤ用溶接条件出力回路36に入力された時に、この後行ワイヤ用溶接条件出力回路36が、後行ワイヤ到達算出時間T1の計測の終了時に、後行ワイヤ4に供給する溶接電流値又は溶接電流値と溶接電圧値との組み合わせを後行ワイヤ用溶接電源装置24に出力して後行ワイヤ4に通電する。
【0050】
次に、図12を参照して、前述したステップ5における後行ワイヤ到達時間算出回路34が後行ワイヤ到達時間を算出する方法を説明する。説明を容易にするために、溶接線WLを直線で示し、先行ワイヤ3のアークスタート時の先行ワイヤ先端3aと後行ワイヤ先端4aとの距離である「先行ワイヤアークスタート時のワイヤ先端間距離」L7、溶接速度Ws、先行ワイヤアークスタート時の後行ワイヤ4の突出し長さである「先行ワイヤアークスタート時の後行ワイヤ突出し長さ」L6、「アンチスチック処理後の後行ワイヤ突出し長さ」L5及び後行ワイヤスローダウン送給速度Wfから後行ワイヤ到達時間を求める方法を説明する。
同図において、先行チップ1の先端から先行ワイヤ3を予め定めた長さを突出した先行ワイヤ3の先端位置であるツールセンター位置を原点O(0、0)とし、原点O(0、0)を通り先行チップ1及び後行チップ2を含む平面内で被溶接物8に対して垂直方向をY軸とし、原点O(0、0)を通りY軸と直角となる溶接方向と逆方向をX軸とする先行ワイヤ座標系X−Yを設ける。
【0051】
後行ワイヤ到達算出時間T1を算出する場合、移動開始時の加速に要する時間は、後行ワイヤ到達算出時間T1に対して十分小さく無視することができるので、マニピュレータ21が先行チップ1及び後行チップ2の先端を溶接線WLに沿って移動させる溶接速度Wsは一定とみなす。
また、マニピュレータの21の姿勢が変化して後行チップ2に接続されたコンジットの曲がり角度が変化して、コンジット内のワイヤ長さが変動して、先行ワイヤアークスタート時の後行ワイヤ4の突出し長さである「先行ワイヤアークスタート時の後行ワイヤ突出し長さ」L6が変動するために、後行チップ2のワイヤ先端が先行チップ1の溶融池に達する時間が変動するが、送給装置として過渡特性に優れたACサーボフィーダ等を使用することによって、無視できる程度まで改善することができる。従って、ここでは、マニピュレータ21の加速に要する時間及びワイヤ送給変動を考慮しないこととするが、微少な誤差要因を考慮するか、又は、タイミングの微調整を図る場合等には、他の溶接条件と同様に、作業プログラムファイル出力回路29に、被溶接物8の各溶接区間における予め定めた後行ワイヤ到達微調整時間Tdを記憶させてもよい。
後行ワイヤ到達算出時間T1は、
T1=(L7/Ws)−[(L6−L5)÷Wf]+Td・・・(1)
となる。
ここで、
L7:先行ワイヤ3のアークスタート時の先行ワイヤ先端3aと後行ワイヤ先端4aとの距離である「先行ワイヤアークスタート時のワイヤ先端間距離」
Ws:溶接速度
L6:先行ワイヤアークスタート時の後行ワイヤ4の突出し長さである「先行ワイヤアークスタート時の後行ワイヤ突出し長さ」
L5:アンチスチック処理後の後行ワイヤ突出し長さ
Wf:後行ワイヤスローダウン送給速度
Td:後行ワイヤ到達微調整時間
である。
【0052】
前述した式(1)における溶接速度Ws、アンチスチック処理後の後行ワイヤ突出し長さL5及び後行ワイヤスローダウン送給速度Wfは、図10に示すように、作業プログラムファイル出力回路29及び後行ワイヤ突出し長さ出力回路30で設定して記憶させている。従って、「先行ワイヤアークスタート時の後行ワイヤ突出し長さ」L6及び「先行ワイヤアークスタート時のワイヤ先端間距離」L7を下記のように算出することによって後行ワイヤ到達算出時間T1を算出することができる。
【0053】
「先行ワイヤアークスタート時の後行ワイヤ突出し長さ」L6及び「先行ワイヤアークスタート時のワイヤ先端間距離」L7を算出するために、図12において、下記の座標A(XA、YA)、B(XB、YB)、C(XC、YC)を設ける。
座標A:アークスタート時の先行ワイヤ先端3aの座標
座標B:先行ワイヤ座標系における後行ワイヤ先端4aの座標
座標C:先行ワイヤ座標系における先行ワイヤアークスタート時の後行ワイヤ先端4aの座標
座標A(XA、YA)は、
座標A(XA、YA)=[(L1−L3)sinγ、(L1−L3)cosγ]
となる。
ここで、
L1:先行ワイヤ3又は後行ワイヤ4の標準突出し長さ
L3:アークスタート時の先行ワイヤ突出し長さ
γ:トーチの前進角
座標B(XB、YB)は
座標B(XB、YB)=[L2cos(α+γ)、−L2sin(α+γ)]
となる。
ここで、
L2:標準突出し長さのワイヤ先端間距離
α:先行チップ角度
γ:トーチの前進角
【0054】
次に、座標C(XC、YC)を算出する。後行ワイヤ4の突出し長さ方向の直線方程式は、
Y=X/tanφ−L2(sinθ+cosθ/tanφ)・・・・・(2)
となる。
ここで、
L2:標準突出し長さのワイヤ先端間距離
θ=α+γ
φ=α+β+γ
α:先行チップ角度
β:後行チップ角度
γ:トーチの前進角
【0055】
前述した式(2)において、Y=YAとなる点が座標C(XC、YC)である。従って、座標C(XC、YC)は
座標C(XC、YC)={[(L1−L3)cosγ+L2(sinθ+cosθ/tanφ)]tanφ、(L1−L3)cosγ}
となる。
【0056】
次に、図12において、座標Bと座標Cとの距離であるL4は
L4=[(XC−XB)2+(YC−YB)2]1/2
となる。
次に、「先行ワイヤアークスタート時の後行ワイヤ突出し長さL6」は、L6=L1−L4であるので、
L6=L1−[(XC−XB)2+(YC−YB)2]1/2 ・・・(3)
となる。
【0057】
次に、「先行ワイヤアークスタート時のワイヤ先端間距離」L7を算出する。「先行ワイヤアークスタート時のワイヤ先端間距離」L7は座標Aと座標CとのそれぞれのX座標の差であるので、
L7=XC−XA・・・(4)
となる。
従って、前述した式(3)及び(4)においてそれぞれ算出した「先行ワイヤアークスタート時の後行ワイヤ突出し長さ」L6及び「先行ワイヤアークスタート時のワイヤ先端間距離」L7を式(1)に代入して、後行ワイヤ到達算出時間T1を算出することができる。
【0058】
このように、先行ワイヤ先端3aにアーク5が発生してから後行ワイヤ送給装置26が後行ワイヤ4の送給を開始するまでの間に、上記後行ワイヤ到達算出時間T1を経過させることによって、先行ワイヤ3のアークスタート位置と後行ワイヤ4のアークスタート位置とが一致する。
その結果、アークスタート位置から先行ワイヤのアークで形成された溶着金属が後行ワイヤのアークで形成される溶着金属と一体となるので、溶接継手強度の強い溶接ビード9を形成することができ、また、美麗な溶接ビード外観を形成することができる。
【0059】
先述した本発明の消耗電極アーク溶接方法は、2本のワイヤを使用した場合を説明したが、本発明は1トーチ内で2本のワイヤに限定されるのではなく、3本以上のワイヤを使用した場合も、同様に後行ワイヤ到達算出時間T1を経過させて、それぞれのワイヤのアーク発生(アークスタート)を行うことによって、アークスタート位置においても、十分な溶着金属が形成されて溶接継手強度の強く、また、美麗な溶接ビード外観を形成することができる。
【0060】
【発明の効果】
本発明の消耗電極アーク溶接方法は、1トーチ内で2本のワイヤを使用して先行ワイヤ3のアークスタートと後行ワイヤ4のアークスタートとの間に時間差を設けて、先行ワイヤ3のアークスタート位置と後行ワイヤ4のアークスタート位置とが一致するようにしたので、アークスタート位置においても、十分な溶着金属が形成されて溶接継手強度の強い溶接ビード9を形成することができ、また、美麗な溶接ビード外観を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本出願に係る発明の特徴を最もよく表す図である。
【図2】2電極1トーチ方式の消耗電極アーク溶接方法を説明する図である。
【図3】2電極1トーチ方式のアーク溶接用ロボットの一般的な構成を示す図である。
【図4】従来の2電極1トーチ方式の消耗電極アーク溶接のアークスタート方法を説明する図である。
【図5】図4に続く従来の2電極1トーチ方式の消耗電極アーク溶接のアークスタート方法を説明する図である。
【図6】ノズル10内に先端に角度を有する先行チップ1及び後行チップ2から先行ワイヤ3及び後行ワイヤ4をそれぞれ送給する図である。
【図7】本発明の先行ワイヤ3及び後行ワイヤ4を鉛直線方向に送給する場合の実施例1の溶接方法において溶接アークスタート直後の先行ワイヤ先端3a及び後行ワイヤ先端4aの位置を示す図である。
【図8】実施例1の溶接方法において図7に続く溶接アークスタート後の先行ワイヤ先端3a及び後行ワイヤ先端4aの位置を示す図である。
【図9】図7の方法で実施した溶接開始部分の溶接結果を示す図である。
【図10】本発明の溶接方法を図3に示すアーク溶接用ロボットに適用した場合のロボット制御装置27のブロック図である。
【図11】本発明の先行チップ1及び後行チップ2に角度を設けてノズル10に配置した実施例2の溶接方法においてノズルの中心軸をY軸とし溶接線WLをX軸とした場合の先行ワイヤ先端3aと後行ワイヤ先端4aとの位置関係を示す図である。
【図12】図11の位置関係を示す図においてY軸に対して前進角γとした先行チップ1の先行ワイヤ先端3aと後行ワイヤ先端4aとの位置関係を示す図であって、本発明の後行ワイヤ到達算出時間T1を算出する方法を説明するための図である。
【図13】図10に示すロボット制御装置27の動作を示すフローチャートである。
【図14】図13に続く図10に示すロボット制御装置27の動作を示すフローチャートである。
【図15】図14に続く図10に示すロボット制御装置27の動作を示すフローチャートである。
【図16】図15に続く図10に示すロボット制御装置27の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
1 先行チップ
2 後行チップ
3 先行ワイヤ
3a 先行ワイヤ先端
4 後行ワイヤ
4a 後行ワイヤ先端
5、6 アーク
7 溶融池
8 被溶接物
9 溶接ビード
9a ビード開始部
10 ノズル
11 シールドガス
12、13 溶着金属
12a 溶着金属12の端部の位置
14 トーチ
21 マニピュレータ
23 先行ワイヤ用溶接電源装置
24 後行ワイヤ用溶接電源装置
25 先行ワイヤ送給装置
26 後行ワイヤ送給装置
27 ロボット制御装置
29 作業プログラムファイル出力回路
30 後行ワイヤ突出し長さ出力回路
31 電極パラメータ出力回路
32 溶接トーチ移動経路算出回路
33 サーボ制御回路
34 後行ワイヤ到達時間算出回路
35 先行ワイヤ用溶接条件出力回路
36 後行ワイヤ用溶接条件出力回路
37 後行ワイヤ到達時間計測回路
D1 先行ワイヤ3と後行ワイヤ4とのワイヤ間距離(実施例1)
L1 先行ワイヤ3又は後行ワイヤ4の標準突出し長さ
L2 標準突出し長さのワイヤ先端間距離(実施例2)
L3 アークスタート時の先行ワイヤ突出し長さ
L4 座標Bと座標Cとの距離
L5 アンチスチック処理後の後行ワイヤ突出し長さ
L6 先行ワイヤアークスタート時の後行ワイヤ突出し長さ
L7 先行ワイヤアークスタート時のワイヤ先端間距離
S1 先行ワイヤアークスタート位置信号
S2 後行ワイヤアークスタート開始信号
S3 後行ワイヤ到達算出時間信号
S4 マニピュレータの動作解除指令信号
S5 先行ワイヤアークスタート完了信号
T1 後行ワイヤ到達算出時間
T 後行ワイヤ到達計測時間(0乃至T1)
Td 後行ワイヤ到達微調整時間
WL 溶接線
Wf 後行ワイヤスローダウン送給速度
Ws 溶接速度
α 先行チップ角度
β 後行チップ角度
γ 前進角[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an arc start method for arc welding in which two or more consumable electrodes (hereinafter referred to as wires) are fed and welded in one torch in consumable electrode arc welding.
[0002]
[Prior art]
In the construction of various welded structures, thin plate high-speed welding or thick plate high-weld welding is performed to improve work efficiency. To further improve the efficiency, as shown in FIG. A consumable electrode arc welding method of a two-electrode, one-torch system that feeds a wire is employed. In the figure, the leading wire tip 3a is supplied from a welding power source (not shown) between the leading
[0003]
In FIG. 2, the molten metal in the
[0004]
FIG. 3 is a diagram showing a general configuration of the above-described two-electrode one-torch arc welding robot. In the drawing, a leading
When the welding direction is changed, the leading and trailing are interchanged. Therefore, the leading
[0005]
An arc start method using a two-electrode one-torch arc welding robot that has been proposed but has not been put into practical use will be described with reference to FIGS. 4 and 5. FIG. In order to simplify the description, it is assumed that the leading
[0006]
FIG. 4A shows a state before the consumable electrode arc welding is started, and the leading
[0007]
4C, when the
On the other hand, the weld bead 9 formed immediately below the
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in the conventional consumable electrode arc welding method of the two-electrode one-torch method, the weld bead start portion 9a formed only by the
In order to improve these defects, the operator cuts the protruding length of the
[0009]
[Means for Solving the Problems]
[0012]
A first invention is a consumable electrode arc welding method in which two wires are fed and welded in one torch.
The coordinate of the leading wire tip 3a at the time of arc start is defined as coordinate A,
The coordinate of the trailing wire tip 4a in the preceding wire coordinate system is defined as a coordinate B,
The coordinates of the trailing wire tip 4a at the time of starting the leading wire arc in the preceding wire coordinate system are set as coordinates C,
The standard protruding length of the leading
The distance between the wire tips of the standard protruding length is L2,
L3 is the leading wire protrusion length at the time of arc start,
The trailing wire protrusion length after anti-stick treatment is L5,
The protruding length of the trailing
The distance between the leading wire tip 3a and the trailing wire tip 4a at the time of arc start of the
Let welding speed be Ws,
The trailing wire slow-down feeding speed is Wf,
The leading tip angle is α,
The trailing tip angle is β,
The advance angle of the torch is γ,
θ = α + γ,
If φ = α + β + γ,
The coordinate A (XA, YA) becomes the coordinate A (XA, YA) = [(L1-L3) sinγ, (L1-L3) cosγ],
The coordinate B (XB, YB) becomes the coordinate B (XB, YB) = (L2 cos θ, −L2 sin θ),
The linear equation in the protruding length direction of the trailing
In this linear equation, the point where Y = YA is the coordinate C (XC, YC).
The coordinates C (XC, YC) are coordinates C (XC, YC) = {[(L1-L3) cosγ + L2 (sinθ + cosθ / tanφ)] tanφ, (L1-L3) cosγ},
When the distance between the coordinates B and the coordinates C is L4, L4 = [(XC−XB) 2 + (YC-YB) 2 ] 1/2 And
The protruding length L6 of the succeeding
Since the distance L7 between the leading wire tip 3a and the trailing wire tip 4a at the arc start of the
The trailing wire arrival calculation time T1 is calculated by T1 = (L7 / Ws) − [(L6−L5) ÷ Wf],
At the end of the trailing wire arrival calculation time T1 after the
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a diagram that best represents the features of the invention according to the present application. Since it is the same as FIG. 8 described later, the description will be described later in FIG.The
[0024]
【Example】
Here, the meanings of terms used in the specification will be described.
(1) The trailing wire arrival calculation time T1 isIn Example 1,The arrival time from when the
(2) An
(3) The wire feeding speed of the preceding wire or the succeeding wire may be fed from the beginning at a normal wire feeding speed, or initially at a slow-down feeding speed and usually after an arc is generated. You may switch to the wire feed speed.
(4) With regard to the welding speed, one or both of the welding torch and the workpiece to be welded may be moved at a normal welding speed after the arc of the preceding wire is generated, or initially, the welding torch and the workpiece to be welded at a low speed. One or both of the objects may be moved to switch to a normal welding speed after arcing of the trailing wire.
(5) Energizing the preceding wire or the succeeding wire has the same meaning as generating an arc in the preceding wire or the succeeding wire described above.
(6) “Predetermined” means setting in a circuit before starting welding or outputting or calculating after welding starts, teaching and storing in a program, inputting from another circuit, and the like.
(7) The tip angle is an angle with respect to a vertical line in the wire feeding direction at the tip end in the wire feeding direction. For example, FIG. 6 is a diagram in which the
[0025]
First, with reference to FIGS. 7 to 9 showing the first embodiment, an embodiment in which the
[Example 1]
FIG. 7 shows the positions of the leading wire tip 3a and the trailing wire tip 4a immediately after the start of the welding arc in the welding method of Example 1 when the
FIG. 7A shows a state before the consumable electrode arc welding is started, and the
[0026]
When the
[0027]
FIG. 8 is a diagram illustrating positions of the leading wire tip 3a and the trailing wire tip 4a after the start of the welding arc following FIG. 7 in the welding method of the first embodiment. Next, FIGS. 8A to 8C following FIG. 7C will be described. In FIG. 7, the distance between the trailing wire tip 4a and the
[0028]
FIG. 9 is a diagram illustrating a welding result of a welding start portion performed by the method of FIGS. 7 and 8. As shown in the figure, a beautiful weld bead 9 having a uniform weld bead width is formed from the start of the weld bead.
[0029]
[Example 2]
Next, in the welding method of the second embodiment in which the leading
[0030]
In FIG. 10, the work program
[0031]
The trailing wire protruding length output circuit 30 includes an “anti-stick” that is an average value of the wire protruding lengths of the trailing
[0032]
The electrode parameter output circuit 31 includes a predetermined lead (1) leading tip angle α, (2) trailing tip angle β, (3) leading
[0033]
The welding torch movement path calculation circuit 32 receives the output signal of the work program
[0034]
The trailing wire arrival time calculation circuit 34 determines whether the trailing wire is generated after the
[0035]
The preceding wire welding condition output circuit 35 has a preceding wire arc start position signal S1 for instructing the
[0036]
The preceding wire welding power source device (1) energizes the
[0037]
The trailing wire arrival time measurement circuit 37 starts measuring the trailing wire arrival measurement time T from the time when the preceding wire arc start completion signal S5 is input, and then corresponds to the trailing wire arrival calculation time signal S3. When the row wire arrival calculation time T1 is reached, the subsequent wire arc start start signal S2 is output to the subsequent wire welding condition output circuit 36 described later.
[0038]
The succeeding wire welding condition output circuit 36 instructs the energization of the welding current of the succeeding wire welding current value output from the work program
[0039]
The servo control circuit 33 inputs the calculated values of the joint angles of the manipulator 21 for moving the leading
[0040]
The welding power supply device 24 for the trailing wire energizes the trailing wire when a signal instructing energization of the welding current of the trailing wire is input from the welding condition output circuit 36 for the trailing wire.
[0041]
Next, the operation of the robot controller 27 shown in FIG. 10 will be described using the flowcharts shown in FIGS. 13 to 16 are flowcharts showing the operation of the robot control device 27 shown in FIG.
In step ST1 “work program file output step”, the work program
[0042]
In step ST2 “electrode parameter output step”, the electrode parameter output circuit 31 sets (1) the leading tip angle α and (2) the trailing tip angle β and (3) the standard protrusion of the
[0043]
In step ST3 “following wire protrusion length output step”, the succeeding wire protrusion length output circuit 30 sets a predetermined “following wire protrusion length after anti-stick processing” L5 as a following wire arrival time. Output to the calculation circuit 34.
[0044]
In step ST4 “welding torch moving path calculating step”, the welding torch moving path calculating circuit 32 outputs the work program file output circuit 29.(1)The arc start position of each section and the leading tip advance angle γ after the arc start, (2)Welding speed WsAnd (3) the trailing wire slow-down feeding speed WfTo calculate the joint angles of the manipulator 21 for moving the leading
[0045]
In step ST5 “following wire arrival time calculation step”, the following wire arrival time calculation circuit 34(1)The leading tip angle α, the trailing tip angle β, and the standard protrusion length L1 output from the electrode parameter output circuit 31,“Standard protrusion length distance between wire tips” L2, (2)The “following wire protruding length after anti-stick processing” L5 output from the trailing wire protruding length output circuit 30;, (3)Welding speed Ws output by welding torch moving path calculation circuit 32, The arc start position of each section, the leading tip advance angle γ after the arc start, the trailing wire slow-down feed speed Wf,And the trailing wire after the
In step ST6 “subsequent wire arrival calculation time signal output step”, the subsequent wire arrival time calculation circuit 34 generates a subsequent wire arrival calculation time signal S3 corresponding to the subsequent wire arrival calculation time T1. Output to the wire arrival time measuring circuit 37.
[0046]
Step ST7 “manipulator temporary stop step” is a step added when the manipulator 21 is temporarily stopped at the arc start position. When the
[0047]
In step ST8 “preceding wire arc start position output step”, when the leading
[0048]
In step ST9 “preceding wire energization start step”, when the preceding wire arc start position signal S1 is input to the preceding wire welding condition output circuit 35, the preceding wire welding condition output circuit 35 supplies the
In step ST10 “preceding wire arc start completion signal output step”, when the
When the preceding wire arc start completion signal S5 is input in step ST11 “manipulator temporary stop operation cancel command step”, the preceding wire welding condition output circuit 35 sends the “manipulator operation cancel command signal” to the servo control circuit 33. S4 is output and the operation of the manipulator 21 that has been temporarily stopped in step ST8 is released.
[0049]
In step ST12 “following wire arrival time measurement step”, the following wire arrival time measurement circuit 37 starts measuring the following wire arrival measurement time T from when the preceding wire arc start completion signal S5 is input. When the trailing wire arrival calculation time T1 corresponding to the trailing wire arrival calculation time signal S3 is reached, the trailing wire arc start start signal S2 is output to the welding condition output circuit 36 for the trailing wire described later.
In step ST13 “following wire energization start step”, when the succeeding wire arc start start signal S2 is input to the succeeding wire welding condition output circuit 36, the succeeding wire welding condition output circuit 36 At the end of the measurement of the wire arrival calculation time T1, the welding current value to be supplied to the succeeding
[0050]
Next, with reference to FIG. 12, a method in which the trailing wire arrival time calculation circuit 34 in
In the figure, the tool center position, which is the tip position of the
[0051]
When calculating the trailing wire arrival calculation time T1, the time required for acceleration at the start of movement can be neglected to be sufficiently smaller than the trailing wire arrival calculation time T1, so that the manipulator 21 can move the
Further, the attitude of the manipulator 21 changes, the bending angle of the conduit connected to the succeeding
The trailing wire arrival calculation time T1 is
T1 = (L7 / Ws) − [(L6−L5) ÷ Wf] + Td (1)
It becomes.
here,
L7: “Distance between the wire tips at the start of the preceding wire arc” which is the distance between the leading wire tip 3a and the trailing wire tip 4a at the time of arc start of the
Ws: Welding speed
L6: “the length of the trailing wire protruding when the preceding wire arc starts” which is the protruding length of the trailing
L5: trailing wire protrusion length after anti-stick treatment
Wf: trailing wire slowdown feed speed
Td: trailing wire arrival fine adjustment time
It is.
[0052]
As shown in FIG. 10, the welding speed Ws, the trailing wire protrusion length L5 and the trailing wire slow-down feed speed Wf after the anti-stick processing in the above-described equation (1) are as follows. The row wire protruding length output circuit 30 is set and stored. Therefore, the subsequent wire arrival calculation time T1 is calculated by calculating “the length of the trailing wire protruding at the time of leading wire arc start” L6 and “the distance between the wire tips at the time of starting the leading wire arc” L7 as follows. be able to.
[0053]
In order to calculate “the length of the trailing wire protruding at the start of the preceding wire arc” L6 and “the distance between the wire tips at the start of the preceding wire arc” L7, in FIG. 12, the following coordinates A (XA, YA), B (XB, YB), C (XC, YC) are provided.
Coordinate A: Coordinate of leading wire tip 3a at arc start
Coordinate B: Coordinate of the trailing wire tip 4a in the preceding wire coordinate system
Coordinate C: Coordinate of the trailing wire tip 4a when the preceding wire arc starts in the preceding wire coordinate system
Coordinate A (XA, YA) is
Coordinate A (XA, YA) = [(L1-L3) sinγ, (L1-L3) cosγ]
It becomes.
here,
L1: Standard protruding length of the
L3: Lead wire protruding length at arc start
γ: Advance angle of torch
Coordinate B (XB, YB) is
Coordinate B (XB, YB) = [L2cos (α + γ), −L2sin (α + γ)]
It becomes.
here,
L2: Distance between wire tips of standard protruding length
α: Leading tip angle
γ: Advance angle of torch
[0054]
Next, coordinates C (XC, YC) are calculated. The linear equation in the protruding length direction of the trailing
Y =X / tanφ-L2 (sinθ +cosθ / tanφ(2)
It becomes.
here,
L2: Distance between wire tips of standard protruding length
θ = α + γ
φ = α + β + γ
α: Leading tip angle
β: trailing tip angle
γ: Advance angle of torch
[0055]
In the above-described equation (2), the point where Y = YA is the coordinate C (XC, YC). Therefore, the coordinates C (XC, YC) are
Coordinate C (XC, YC) = {[(L1-L3) cosγ + L2 (sinθ +cosθ / tanφ)] Tanφ, (L1-L3) cosγ}
It becomes.
[0056]
Next, in FIG. 12, L4 which is the distance between coordinates B and C is
L4 = [(XC-XB)2+ (YC-YB)2]1/2
It becomes.
Next, since “the trailing wire protruding length L6 at the time of starting the preceding wire arc” is L6 = L1−L4,
L6 = L1-[(XC-XB)2+ (YC-YB)2]1/2 ... (3)
It becomes.
[0057]
Next, “the distance between the wire tips at the start of the preceding wire arc” L7 is calculated. Since the “distance between the wire tips at the start of the preceding wire arc” L7 is the difference between the X coordinates of the coordinates A and C,
L7 = XC-XA (4)
It becomes.
Therefore, the “following wire protrusion length at the start of the preceding wire arc” L6 and the “distance between the wire tips at the start of the preceding wire arc” L7 calculated in the equations (3) and (4), respectively, are expressed by the equation (1) By substituting for, the subsequent wire arrival calculation time T1 can be calculated.
[0058]
Thus, after the
As a result, since the weld metal formed by the arc of the preceding wire from the arc start position is integrated with the weld metal formed by the arc of the succeeding wire, the weld bead 9 having a strong weld joint strength can be formed, Also, a beautiful weld bead appearance can be formed.
[0059]
The above-described consumable electrode arc welding method of the present invention has been described for the case where two wires are used. However, the present invention is not limited to two wires in one torch, but three or more wires are used. In the case of using the welded joint as well, a welding wire is sufficiently formed even at the arc start position by causing the subsequent wire arrival calculation time T1 to elapse and performing arc generation (arc start) of each wire. High strength and beautiful weld bead appearance can be formed.
[0060]
【The invention's effect】
The consumable electrode arc welding method of the present invention uses two wires in one torch to provide a time difference between the arc start of the
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram that best represents the features of the invention according to the present application;
FIG. 2 is a diagram for explaining a consumable electrode arc welding method of a two-electrode one-torch method.
FIG. 3 is a diagram showing a general configuration of a two-electrode, one-torch arc welding robot.
FIG. 4 is a diagram for explaining an arc start method of consumable electrode arc welding of a conventional two-electrode one-torch method.
FIG. 5 is a diagram for explaining an arc start method of consumable electrode arc welding of the conventional two-electrode one-torch method following FIG. 4;
FIG. 6 is a diagram for feeding a
7 shows the positions of the leading wire tip 3a and the trailing wire tip 4a immediately after the start of the welding arc in the welding method according to the first embodiment when the
8 is a diagram showing the positions of the leading wire tip 3a and the trailing wire tip 4a after the start of the welding arc following FIG. 7 in the welding method of Example 1. FIG.
FIG. 9 is a view showing a welding result of a welding start portion performed by the method of FIG.
10 is a block diagram of a robot control device 27 when the welding method of the present invention is applied to the arc welding robot shown in FIG. 3;
FIG. 11 shows a case where the center axis of the nozzle is the Y axis and the weld line WL is the X axis in the welding method according to the second embodiment in which the leading
12 is a diagram showing the positional relationship between the leading wire tip 3a and the trailing wire tip 4a of the leading
13 is a flowchart showing the operation of the robot control device 27 shown in FIG.
14 is a flowchart showing the operation of the robot control device 27 shown in FIG. 10 following FIG. 13;
15 is a flowchart showing the operation of the robot control device 27 shown in FIG. 10 following FIG. 14;
16 is a flowchart showing the operation of the robot control device 27 shown in FIG. 10 following FIG. 15;
[Explanation of symbols]
1 Leading chip
2 trailing chip
3 Lead wire
3a Lead wire tip
4 trailing wire
4a Trailing wire tip
5, 6 arc
7 molten pool
8 Workpiece
9 Weld beads
9a Bead start part
10 nozzles
11 Shield gas
12, 13 Weld metal
12a Position of end of
14 Torch
21 Manipulator
23 Welding power supply for leading wire
24 Welding power supply device for trailing wire
25 Lead wire feeder
26 Trailing wire feeder
27 Robot controller
29 Work program file output circuit
30 Rear wire protruding length output circuit
31 Electrode parameter output circuit
32 Welding torch movement path calculation circuit
33 Servo control circuit
34 Reaching wire arrival time calculation circuit
35 Welding condition output circuit for leading wire
36 Welding condition output circuit for trailing wire
37 Reaching wire arrival time measurement circuit
D1 Inter-wire distance between the
L1 Standard protruding length of leading
L2 Standard overhanging distance between wire tips (Example 2)
L3 Lead wire protruding length at arc start
L4 Distance between coordinates B and C
L5 Length of trailing wire protrusion after anti-stick treatment
L6 Length of trailing wire protruding when leading wire arc starts
L7 Distance between wire tips when leading wire arc starts
S1 Lead wire arc start position signal
S2 Trailing wire arc start start signal
S3 Subsequent wire arrival calculation time signal
S4 Manipulator operation release command signal
S5 Lead wire arc start completion signal
T1 trailing wire arrival calculation time
T trailing wire arrival measurement time (0 to T1)
Td trailing wire arrival fine adjustment time
WL welding line
Wf trailing wire slowdown feed speed
Ws Welding speed
α Leading tip angle
β trailing tip angle
γ Advance angle
Claims (1)
アークスタート時の先行ワイヤ先端の座標を座標Aとし、
先行ワイヤ座標系における後行ワイヤ先端の座標を座標Bとし、
前記先行ワイヤ座標系における先行ワイヤアークスタート時の前記後行ワイヤ先端の座標を座標Cとし、
先行ワイヤ又は後行ワイヤの標準突出し長さをL1とし、
標準突出し長さのワイヤ先端間距離をL2とし、
アークスタート時の先行ワイヤ突出し長さをL3とし、
アンチスチック処理後の後行ワイヤ突出し長さをL5とし、
前記先行ワイヤアークスタート時の前記後行ワイヤの突出し長さをL6とし、
前記先行ワイヤのアークスタート時の前記先行ワイヤ先端と前記後行ワイヤ先端との距離をL7とし、
溶接速度をWsとし、
後行ワイヤスローダウン送給速度をWfとし、
先行チップ角度をαとし、
後行チップ角度をβとし、
トーチの前進角をγとし、
θ=α+γとし、
φ=α+β+γとすると、
前記座標A(XA、YA)は、座標A(XA、YA)=[(L1−L3)sinγ、(L1−L3)cosγ]となり、
前記座標B(XB、YB)は、座標B(XB、YB)=(L2cosθ、−L2sinθ)となり、
前記後行ワイヤ4の突出し長さ方向の直線方程式がY=X/tanφ−L2(sinθ+cosθ/tanφ)であり、
この直線方程式において、Y=YAとなる点が前記座標C(XC、YC)であることから、
前記座標C(XC、YC)は、座標C(XC、YC)={[(L1−L3)cosγ+L2(sinθ+cosθ/tanφ)]tanφ、(L1−L3)cosγ}となり、
前記座標Bと前記座標Cとの距離をL4とすると、L4=[(XC−XB) 2 +(YC−YB) 2 ] 1/2 となり、
前記先行ワイヤアークスタート時の前記後行ワイヤの突出し長さL6は、L6=L1−L4=L1−[(XC−XB) 2 +(YC−YB) 2 ] 1/2 となり、
前記先行ワイヤのアークスタート時の前記先行ワイヤ先端と前記後行ワイヤ先端との距離L7は、L7=XC−XAとなることから、
後行ワイヤ到達算出時間T1は、T1=(L7/Ws)−[(L6−L5)÷Wf]で算出され、
前記先行ワイヤ先端にアークが発生してから前記後行ワイヤ到達算出時間T1の終了時に、前記後行ワイヤの送給を開始して前記後行ワイヤ先端にアークを発生させる消耗電極アーク溶接方法。 In a consumable electrode arc welding method in which two wires are fed and welded in one torch,
The coordinate of the leading wire tip at the time of arc start is set as coordinate A,
The coordinate of the trailing wire tip in the preceding wire coordinate system is defined as coordinate B,
The coordinates of the trailing wire tip at the time of starting the preceding wire arc in the preceding wire coordinate system are set as coordinates C,
The standard protruding length of the preceding wire or the following wire is L1,
The distance between the wire tips of the standard protruding length is L2,
L3 is the leading wire protrusion length at the time of arc start,
The trailing wire protrusion length after anti-stick treatment is L5,
The protruding length of the subsequent wire at the start of the preceding wire arc is L6,
The distance between the leading wire tip and the trailing wire tip at the time of arc start of the leading wire is L7,
Let welding speed be Ws,
The trailing wire slow-down feeding speed is Wf,
The leading tip angle is α,
The trailing tip angle is β,
The advance angle of the torch is γ,
θ = α + γ,
If φ = α + β + γ,
The coordinate A (XA, YA) becomes the coordinate A (XA, YA) = [(L1-L3) sinγ, (L1-L3) cosγ],
The coordinate B (XB, YB) becomes the coordinate B (XB, YB) = (L2 cos θ, −L2 sin θ),
The linear equation in the protruding length direction of the trailing wire 4 is Y = X / tanφ−L2 (sinθ + cosθ / tanφ),
In this linear equation, the point where Y = YA is the coordinate C (XC, YC).
The coordinates C (XC, YC) are coordinates C (XC, YC) = {[(L1-L3) cosγ + L2 (sinθ + cosθ / tanφ)] tanφ, (L1-L3) cosγ},
When the distance between the coordinates B and the coordinates C is L4, L4 = [(XC−XB) 2 + (YC−YB) 2 ] 1/2 .
Said preceding wire arc start the trailing wire extension length L6 at the, L6 = L1-L4 = L1 - [(XC-XB) 2 + (YC-YB) 2] 1/2 , and the
Since the distance L7 between the leading wire tip and the trailing wire tip at the time of arc start of the leading wire is L7 = XC−XA,
The trailing wire arrival calculation time T1 is calculated by T1 = (L7 / Ws) − [(L6−L5) ÷ Wf],
A consumable electrode arc welding method in which, at the end of the trailing wire arrival calculation time T1 after an arc is generated at the leading end of the preceding wire, feeding of the trailing wire is started to generate an arc at the leading end of the trailing wire.
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