JP4764538B2

JP4764538B2 - 自動溶接方法

Info

Publication number: JP4764538B2
Application number: JP2000118068A
Authority: JP
Inventors: 昭慈今永; 光明羽田; 昇斉藤; 正宏小林; 悦郎内山
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2000-04-19
Filing date: 2000-04-19
Publication date: 2011-09-07
Anticipated expiration: 2020-04-19
Also published as: JP2001300728A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶接ワイヤを電極とするアーク溶接法に係り、特にアーク溶接の電流で生じるアーク磁気吹き現象を考慮して長尺部材に小物品部材を溶接する自動溶接方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に溶接ワイヤを電極とするアーク溶接法は、非消耗性のタングステンを電極とするアーク溶接法と比べて、ワイヤ溶融速度が格段に速く、高能率であることから自動車部品、住宅建築部品、建設機械部品、昇降機部品などの組立て溶接に広く用いられている。しかし、直流アークやパルスアークの溶接では、電極と溶接母材との間に流れる溶接電流によって磁力線が生じ、その磁力線密度がアークの周辺で位置によって異なる場合や通電経路の変化によって磁力線密度がアークの周辺で位置によって変化する場合などに、アークが磁力によって偏向する磁気吹き現象が発生することや、このアークの偏向が溶接結果に悪影響を及ぼし易いことが知られている。
【０００３】
このため、直流電流やパルス電流の消耗電極式自動溶接装置を用いる組立て溶接現場では、従来からアークの磁気吹き現象を抑制する簡単な手段として、例えば、溶接母材の分散した複数の個所を部材側給電ケーブルで溶接電源と接続して通電経路を不特定に分散させ、溶接母材を流れる溶接電流を分散分流する方法が用いられている。また、溶接トーチの先端部又は溶接部分の近傍に電磁石などを配置して磁界をアーク及び溶融プールに与えて、アークの磁気吹きを防止する或いはアークや溶融プールを特定方向へ強制的に偏向させる方法が用いられることもある。なお、アーク磁気吹きが生じる現象やその現象をマグネットで抑制、方向制御する方法については、「アーク溶接現象：第４・３節アークの磁気吹き」（PP.１５３〜１６１、産報出版、安藤・長谷川著、昭和３７年７月１５日初版発行）に概略記載されている。
【０００４】
また、特開平７−３２１４６号公報には、磁気センサユニットをトーチ先端部に設けて、アーク溶接の電流で生じる磁界の強さ(磁力)と方向を検出及び表示する技術が開示されている。また、母材側に摺動給電するアーク電流用及びワイヤ電流用の摺動給電子をアーク溶接部近傍の溶接ヘッドに設けて、磁界変動によるアーク磁気吹きを防止する装置の例として、特開平８−１５５６４３号公報に記載の磁気吹き防止型溶接装置がある。また、溶融形成した溶融池に溶接線方向へ電流を流す(添加ワイヤに給電)と共にその直角方向に磁界(磁石設置)を与え、溶融池に開先底部方向へローレンツ力(磁力)を発生させながら溶接する一例として、特開平１０−９９９６６号公報に記載の上向・立向溶接方法がある。この他にも、電磁石を設置・利用する技術が幾つか提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
溶接母材の分散した複数箇所を部材側給電ケーブルで溶接電源に接続して通電経路を不特定な経路に分散させ、溶接電流を分散分流することによって磁気吹きを抑制する従来法は、使用する部材側給電ケーブルの長さや太さ、長尺部材と小物品部材との大きさや導電率や接触状態、部材側給電ケーブルの接続位置や固定方法などの違いによって溶接電流の流れ方が変わるため、溶接電流を均等に分流させることが困難である。このため、上記従来方法では不特定で複雑な通電経路及び不安定な電流分散となって、アークの磁気吹き現象が突発的に不特定方向に発生して、アーク切れ、アークの乱れ、ワイヤ溶融の乱れ、ワイヤ溶滴移行時の溶滴飛散が生じ易くなり、アーク溶接現象の悪化、溶接欠陥の発生を招く恐れがある。
【０００６】
一方、前記特開平７−３２１４６号公報に記載のアーク溶接における磁気吹き検出方法及びその装置は、溶接電流で生じる磁界の強さ及び方向を検出するのに有効な手段であるが、アーク磁気吹き現象そのものを抑制、防止することはできない。しかも磁気センサユニットがトーチ先端部に設置されているために、アーク溶接による磁気センサユニットへの輻射熱の影響を緩和、抑制する構造にする必要があり、トーチ先端部が重装備になるばかりでなく、溶接時のトーチ操作性低下を招く恐れがある。
【０００７】
また、前記特開平８−１５５６４３号公報に記載の磁気吹き防止型溶接装置は、アーク電流及びワイヤ電流の母材通電経路をアーク溶接部近傍の特定位置に集中させることで、迷走電流及び磁界変動の防止、アーク磁気吹きの抑制に有効であると考えられる。しかし、アーク電流用及びワイヤ電流用の摺動給電子を溶接ヘッド(溶接台車)に設置しているため、この摺動給電子にアーク電源及びワイヤ電源から接続されている各々の給電ケーブルを、溶接ヘッドの移動に合せて移動できるようにしなければならず、その給電ケーブルの処理方法が厄介であるばかりでなく、摺動給電子の摩耗による給電不良の恐れや消耗部品の定期交換も必要になる。また、前記特開平８−１５５６４３号公報に記載の磁気吹き防止型溶接装置の溶接方法は溶接ワイヤを電極とするアーク溶接法ではなく、非消耗性のタングステンを電極とするアーク溶接法(ホットワイヤＴＩＧ溶接法)である。
【０００８】
また、前記特開平１０−９９９６６号公報に記載の上向・立向溶接方法は、溶融池に開先底部方向へローレンツ力を発生させながら溶接することで、上向き、立向きの溶接姿勢で生じ易い溶融金属の垂れ落ちや溶接ビードの形状悪化を改善するのに有効であると考えられる。しかし、所望のローレンツ力(磁力)を発生させるために、溶融池近傍へ設置する磁石、溶融池に挿入する添加ワイヤ、給電する電源が必要であり、装備が大型化、制御が複雑で操作性、使い勝手も低下する恐れがある。
【０００９】
本発明の目的は、溶接ワイヤを電極とするアーク溶接を用いる自動溶接方法において、溶接部やアークへ外部から磁界、磁力を与える電磁石などを設けることなく、アーク溶接の電流で生じるアーク磁気吹き現象による溶接品質の低下を抑制するにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
アークの磁気吹き現象が溶接品質の低下を引き起こすのは、磁気吹き現象が突発的に不特定方向に発生するためである。発明者等は、磁気吹き現象が突発的に不特定方向に発生するのは、溶接の進行につれて溶接母材を流れる溶接電流の流れの方向や分布が変化する結果、磁力線の状態が変化することが原因であることに着目し、溶接中、溶接母材を流れる溶接電流の流れの方向や分布の変化を抑制する方策を探求して上記の課題を解決することができた。
【００１１】
すなわち、上記課題を解決する本発明は、長尺の第１部材（以下、適宜、長尺部材という。）の上面の離れた位置又は両端面に該第１部材よりも短い形状の２つの第２部材（以下、適宜、小物部材という。）を対向させて各々配置して溶接すべき２組の隅肉継手部又は重ね継手部を前記第１部材の上面位置又は両端面位置に各々形成し、溶接電源の一方の極性に接続された溶接トーチ及び溶接ワイヤを用いて前記継手部のアーク溶接を行う自動溶接方法において、前記２組の前記隅肉継手部又は重ね継手部に挟まれた中間位置の前記第１部材の上面又は下面の一箇所に前記溶接電源の他方の極性に接続された給電ケーブルを固定接続し、溶接時に給電される前記第１部材の溶接部分に流れる溶接電流で生じる磁力によって偏向されるアークを前記第２部材側へ偏向させた状態にして、前記継手部をそれぞれアーク溶接することを特徴とする。
【００１２】
溶接すべき継手部の溶接線位置、溶接条件を溶接装置側へ事前に教示設定して溶接を行う場合は、磁気吹きによるアークの偏向を予め補正しておくようにしてもよい。
【００１３】
また、互いに隣接する少なくとも一対の小物品部材が長尺部材との溶接線に対して互いに反対側になる位置に溶接されるときは、前記一対の小物品部材が対向設置される長尺部材の中間位置に前記部材側給電ケーブルを接続するようにすればよい。
【００１４】
さらに、溶接すべき継手部の溶接線位置や溶接条件を溶接装置側へ教示設定する場合、小物部材の板厚が長尺部材側より厚いときは、溶接ワイヤの狙い位置を両部材継手の交点位置より小物部材側へシフトした位置に設定し、反対に、前記小物部材の板厚が長尺部材側に対して同等以下のときには、溶接ワイヤの狙い位置を両部材継手の交点位置より長尺部材側へシフトした位置に設定して、溶接を行うようにするのが望ましい。
【００１５】
溶接線位置や溶接電流・電圧、溶接速度などの溶接条件を溶接装置側へ教示設定する時に、溶接方向と直交する左右方向に溶接トーチを揺動させるウィービング条件を追加設定しておき、アーク溶接の実行時に、溶接中のアークを非給電の小物品部材側へ偏向させた状態で、溶接トーチをウィービングさせてアークを左右揺動させながら継手部の溶接を行うようにしてもよい。
【００１６】
また、溶接すべき小物品部材と長尺部材の継手部の溶接線位置、溶接条件を教示設定する時に、溶接開始から終了に至るまでの溶接線全長の教示点を少なくとも開始側で２点以上、終了側で１点以上設定して、溶接最初のポイント点から次のポイント点、或いはその次のポイント点までを結ぶ溶接線を開始部、この開始部の最後尾のポイント点から溶接終了のポイント点までを結ぶ溶接線を定常溶接部、この定常溶接部終了のポイント点以降を溶接終了部として区別すると共に、この区別した各部分で所望の溶接条件が各々出力制御できるように設定しておき、アーク溶接の実行時に、溶接開始点から終了点に至る時間まで、溶接ワイヤと長尺部材との間で流れる溶接電流で生じる磁力線によってアークに加わる磁力の方向を溶接線から小物品部材に向かう方向に維持しながら溶接を行うようにするのがよい。
【００１７】
すなわち、本発明の自動溶接方法では、通電経路の不特定分散、溶接電流の分散分流をなくして磁気吹きによるアークの不安定化を解消するために、部材側給電ケーブルを、小物品部材を長尺部材に溶接する溶接線（溶接継手）に対して小物品部材と反対側（云いかえると、長尺部材を、前記溶接継手を境に前記小物品部材がある側とない側に分けたとき、小物品部材がない側）になる長尺部材の１箇所のみに接続する。そして部材側給電ケーブルをこのように接続することで、溶接ワイヤと長尺部材との間に流れる溶接電流の方向、小物品部材の存在による磁力線分布の非対称性に起因するアーク磁気吹きの方向（溶接アークの偏向方向）を、溶接線から小物品部材に向かう方向に維持させ、安定な偏向アーク及びワイヤ溶融・移行を保持しながら溶接することを可能にしている。
【００１８】
アーク偏向方向を安定させて溶接を行うことで、アーク切れやワイヤ溶融の乱れなどが防止でき、品質の良好な溶接部を得ることができる。しかも、外部から磁界、磁力を与える電磁石など器具の配備が不要となり、部材側給電ケーブルの量が削減でき、格別の費用を要することなく簡単に実施することができる。また、溶接する小物品部材と長尺部材の板厚が異なる場合、溶接ワイヤの狙い位置を板厚の厚い部材側へシフトさせて溶接を行うことで、厚肉部材側の溶融促進を図り、溶け込み形状が均一で良好な溶接結果が得られるようにしている。さらに、溶接線方向と直交する左右方向に溶接トーチを揺動させる動作（ウィービング動作）を加えて、溶接中のアークを小物品部材側へ偏向させた状態のままでアーク揺動させることによって、溶融池の攪拌促進と溶接部の溶融促進、ブローホールや溶け込み不良など溶接欠陥の発生が低減される。
【００１９】
なお、長尺部材とは、部材の形状が、溶接線方向の長さよりも、溶接線に直交する方向の長さが長い形状のものであり、小物品部材とは、長尺部材に溶接される、前記長尺部材よりも小形の部材である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００２１】
図１は本発明の第１の実施の形態が適用される消耗電極方式の直流溶接装置の概略構成例を示す斜視図である。図示の溶接装置は、溝形鋼状の長尺部材１とこの長尺部材１上面にある２つの小物部材２を取付け溶接(溶接箇所３)するもので、溶接トーチ１６と、溶接トーチ１６の先端部にトーチケーブル１５を介して溶接ワイヤ１７を送るワイヤ送給装置１３とを搭載した溶接ロボット１１と、トーチ側給電ケーブル６で溶接トーチ１６に接続された溶接電源４と、制御ケーブル１２を介して溶接ロボット１１の動作制御を行うとともにインターフェース８を介して溶接電源４の出力制御を行う溶接制御装置９と、溶接電源４からすみ肉継手の溶接箇所３へ給電する部材側給電ケーブル５と、を含んで構成されている。前記トーチ側給電ケーブル６は溶接電源４の正極を溶接トーチ１６を介して溶接ワイヤ１７に接続し、部材側給電ケーブル５は、溶接個所３を挟んで小物品部材２の反対側になる、長尺部材１の中央寄りの位置２０と溶接電源４の負極を接続するように設置されている。この溶接電源４は、切替えスイッチによって直流波形の溶接電流、電圧と、パルス状波形の溶接電流、電圧を出力することができる。パルスを選択すると、溶接ワイヤの溶滴移行が制御でき、スパッタの発生が少ない溶接を行うことができる。
【００２２】
本実施の形態では、一対の小物品部材２が互いに対向して配置され、それぞれの溶接個所３が小物品部材２の互いに対向する側にあるため、前記部材側給電ケーブル５は、長尺部材１の小物品部材２の中間の位置に接続されている。溶接電源４と長尺部材１の他の場所を接続するケーブルは設けられていないし、小物品部材２側にも、通電経路の分散及び電流分流を避けるために、給電ケーブルは接続されていない。溶接ワイヤ１７には、前記トーチ側給電ケーブル６により、溶接トーチ１６を介して給電するようになっている。溶接制御装置９は、溶接ロボット１１の運転操作や溶接電源の出力設定を行う操作ボックス１０を含んで構成され、操作者は操作ボックス１０から溶接すべき継手部の溶接線位置、溶接条件、動作指令などを任意に教示設定することができる。すなわち、図示の溶接装置は、ティーチングプレイバック方式で自動溶接が行えるようになっている。
【００２３】
次に図２を参照して、図１に示した溶接装置を用いる本発明の実施の形態を説明する。図２の（１）、（２）は板厚が異なる継手溶接における溶接ワイヤ狙い位置を示す断面図で、図２の（３）は溶接時に長尺部材１を流れる溶接電流の電流経路とアークの磁気吹き方向を示す平面図である。溶接電源４と溶接される部材（溶接母材）を接続する部材側給電ケーブル５は、図示した長尺部材１の上面の、溶接個所３を挟んで小物品部材２の反対側になる、長尺部材１の中央寄りの位置２０に接続されている。この上面真下の下面位置に設置しても同じ結果となる。したがって、アーク溶接中の電流は、図２の（３）の電流経路２２に示したように、溶接トーチ１６先端部の溶接ワイヤ１７から溶接アークを経て長尺部材１側に図示した電流経路２２を矢印方向に流れ、この溶接電流（含むアーク）で矢印方向(時計廻り方向)に磁力線２３が生じる。この磁力線２３の一部が非給電の小物品部材２(縦板)によって短絡、曲折変化することになり、小物品部材２側の方向へ生じる磁力２４によって、溶接中のアークは小物品部材２側へ偏向することになる。このとき、長尺部材１を溶接個所３から部材側給電ケーブル５の接続点である位置２０に向かって流れる溶接電流の電流経路２２は、溶接トーチ１６の溶接方向２５に沿った進行に伴なって変化するが、溶接個所３から位置２０に向かうという基本的な方向は変化せず、したがって、溶接中のアークに作用する磁力２４の方向も、小物品部材２側にアークを偏向させる方向で安定する。アークの偏向する方向が安定することにより、アーク切れやワイヤ溶融の乱れなどが防止でき、品質の良好な溶接部を得ることができる。
【００２４】
なお、継手部材側と溶接トーチ側の給電ケーブル５、６の極性を反転(例えば、溶接ワイヤを陰極にしてアーク溶接を行う場合)させても、電流経路２２と磁力線２３が方向反転するために、磁力２４の生じる方向は変わらない。このように、アークの磁気吹き方向を非給電の小物品部材２側方向へ向かわせることで、安定な偏向アーク、良好なワイヤ溶融移行を保持しながら溶接を行うことができる。
【００２５】
また、図２の（１）、（２）に示したように、溶接すべきすみ肉継手部の溶接線位置、溶接条件を教示設定する時に、小物品部材２の板厚ｔ_２が長尺部材１側の板厚ｔ_１より厚い場合(ｔ_１＜ｔ_２)は、溶接ワイヤ狙い位置を小物品部材２側の方へＳ_１だけシフトさせた位置に定め、反対に、小物品部材２の板厚ｔ_２が長尺部材１側より薄い又は同等の場合(ｔ_１≧ｔ_２)には、長尺部材１側の方へＳ_２だけシフトさせた位置に定めて溶接を行うようにする。これは板厚が異なる継手の溶接の品質を維持する有効な手段であり、溶接ワイヤの狙い位置を板厚の厚い部材側へシフトさせて偏向アークを保持しながら溶接することで、融合不良や片溶けビードの発生が未然防止できて、図３に示すように溶け込み形状の良好なすみ肉溶接部３０を得ることができる。前記Ｓ_１，Ｓ_２の値は、予め、ｔ_１、ｔ_２の値に対応して実験を行って適切な値を設定しておく必要がある。
【００２６】
図２の（１）、（２）に示したように、長尺部材と小物品部材のいずれか一方の肉厚面が他方の部材の表面に当接して、あるいはギャップをおいて配置されて溶接継手を形成するとき、該肉厚面と当該部材の溶接トーチ側表面の交点位置が、ワイヤ狙い位置の基準となり、ワイヤ狙い位置はこの基準位置から長尺部材と小物品部材のいずれか厚肉側の方にずらせて設定される。
【００２７】
さらに、溶接線方向と直交する左右方向に溶接トーチを揺動させるウィービング動作を加えて、溶接中のアークを非給電の小物部材側へ偏向させた状態のままでアーク揺動させることによって、溶融池の攪拌と溶接部の溶融が促進され、ブローホールや溶け込み不良など溶接欠陥の発生が防止されて、溶接品質及び信頼性が向上する。
【００２８】
図４、図５に本発明の第２の実施の形態を示す。図５は住宅建築で使用される鉄骨柱の一部分を示す概略図で、長尺柱部材１ａの両端面に小物品部材であるプレート２ａを内面側から取付け溶接する一例(片側の溶接箇所3a、3bのみを図示)である。この溶接継手を構成する部材の板厚は、プレート２ａの方が長尺柱部材１ａより厚く、両部材共に耐食性、耐久性の優れた亜鉛メッキ鋼板が使用されている。
【００２９】
図４はこの取付け溶接を行う自動溶接装置の一例を示す概略構成図である。本実施の形態では、回転ドラム２６の上の柱固定台２７に、長尺柱部材１ａが一対の柱クランプ給電板２８によりクランプされて固定され、固定された長尺柱部材１ａの両端面に、それぞれプレート固定冶具２９にて押付けて位置決め固定された左右のプレート２aを内面側から各々取付け溶接する例を示している。各プレート２ａの溶接継手部分は各プレートについて各々３箇所（底辺部の溶接個所３ａが１箇所，側壁部の溶接個所３ｂが２箇所）あり、２台の独立した溶接ロボット１１によって左右分担して連続的に溶接される。溶接ロボット１１は、それぞれ溶接制御装置９に制御され、各溶接制御装置９は溶接電源４をも制御する。また、前記回転ドラム２６は、その軸線を回転軸として４５度又は９０度づつ回転可能になっており、回転した位置でその状態を保持、固定することで、溶接しようとする継手を溶接し易い姿勢で溶接できるようにしている。
【００３０】
独立した一対の溶接電源４の負極から溶接母材である長尺柱部材１aへ給電する部材側給電ケーブル５は、プレート２aの溶接箇所から、該溶接個所を挟んでプレート２aの反対側に離れた長尺柱部材１aの中寄り上面に設置してある脱着自在な柱クランプ給電板２８に各々接続されている。プレート２ａ側には、通電経路の分散及び電流分流を避けるために、部材側給電ケーブル５は接続されていない。
【００３１】
なお、プレート固定治具２９に部材側給電ケーブル５を並列接続してプレート２ａ側にも分散給電しながら溶接した時には、不特定方向へのアークのふらつきやアーク切れの発生によってアーク溶接現象が著しく乱れて、ビード切れやうねりビード、融合不良、ブローホールなどの溶接欠陥が多発する結果になり易い。
【００３２】
溶接トーチ１６には、溶接ワイヤ１７に給電するトーチ側給電ケーブル６がそれぞれ溶接電源４の正極から接続されている。長尺柱部材１ａの両端面それぞれにプレート２ａを取付け、溶接する動作を左右ほぼ同時に行っても、各々の溶接ロボット１１、溶接電源４、溶接制御装置９は独立しており、かつ、溶接位置も遠く離れているのでお互いに干渉し合うことはない。
【００３３】
図６は、上記の溶接で生じる電流経路とアークの磁気吹き方向を示す概略図である。図中の溶接箇所３ａを溶接方向２５で示される方向にアーク溶接する時の電流経路２２は、溶接ワイヤ１７から矢印方向に、長尺柱部材１ａ、柱クランプ給電板２８を経由して部材側給電ケーブル５に流れるルートである。また、溶接中の溶接ワイヤ１７先端のアーク１９外周囲に生じる時計廻り方向の磁力線２３は、非給電のプレート２ａによって概ね図示したように短絡、曲折変化する。この結果、磁力２４が非給電のプレート２ａ側方向に作用するとともに、磁力２４の発生方向に溶接アークが引き寄せられて曲がることになる。この磁力２４の作用によってプレート２ａ側方向に曲げられた偏向アークは安定して持続保持され、また、ワイヤ溶融移行も安定しており、溶接を良好に行うことができる。同様に、姿勢の異なる他の溶接箇所３ｂも、上述した磁力２４作用によってアークの偏向方向が安定するため、良好な溶接を行うことができる。
【００３４】
図７は、上記した鉄骨柱溶接における適正条件裕度を検討した一例で、プレート２ａが長尺柱部材１ａよりも厚肉の組み合わせで溶接トーチ位置Ｙ(ワイヤ狙い位置)と継手のギャップＧを変化させた時の溶接良否の判定結果を示す。溶接条件は図中に示した通りであり、溶接トーチを揺動させるウィービング動作も行っている。○印は溶接外観及び溶け込み形状が良好、×印は片溶けや溶け落ちによる外観不良、△印は溶け込み形状の不良を、それぞれ示している。図７に示した溶接継手の場合、溶接継手の交点位置は、Ｙ＝０の面と長尺柱部材の溶接トーチ側の表面の交点である。良好な溶接結果が得られる範囲は、溶融促進が必要な厚肉のプレート側へワイヤ狙い位置をシフト（−１．５≧Ｙ≧０ｍｍ）した領域にあり、また、薄肉の柱側との継手ギャップＧも０．５ｍｍまで許容できることを示している。このように継手の厚板側へ溶接トーチのワイヤ狙い位置をシフトさせると共に、溶接トーチを左右に揺動させるウィービング動作を加えたアーク溶接を行うことで、溶融池の攪拌及び溶接部の溶融が促進され、ブローホールや溶け落ちなど溶接欠陥が防止できると同時に条件裕度が拡大でき、溶け込み形状が均一で品質の良好な溶接結果を得ることができる。
【００３５】
図８に本発明の第３の実施の形態を示す。本実施の形態は、平板状の長尺部材１の上面に、小物品部材である重ねプレート部材２ｂを隅肉状の溶接個所３ｃの溶接により取付ける場合の例である。図８の（１）は継手部材の概略形状と溶接個所及び溶接トーチの狙い位置を示す斜視図、図８の（２）は溶接で生じる電流経路とアークの磁気吹き方向を示す平面図、図８の（３）は重ね溶接部のビード断面形状３０を示す断面図である。図では、溶接制御装置、溶接電源、溶接ロボット、トーチ側給電ケーブルは省略されているが、溶接トーチ１６は溶接ロボットに搭載され、トーチ側給電ケーブルで溶接電源に接続されている。また、溶接電源から継手部材側へ給電する部材側給電ケーブル５は、溶接個所３ｃからこの溶接個所３ｃを挟んで重ねプレート部材２ｂと反対側に離れた長尺部材１の中央寄りの上部位置(下部位置でも可能)に設置されている。
【００３６】
この例では、長尺部材１側の板厚ｔ_１の方が重ねプレート部材２ｂの板厚ｔ_２より厚い(ｔ_１>ｔ_２)ために、溶接トーチ１６(溶接ワイヤ１７)の狙い位置を長尺部材１側へＳ_２だけシフトさせて溶接を行った。図８の(２)に示したようにアーク溶接で流れる電流によりアークに作用する磁力２４の方向は、アークを非給電の重ねプレート部材２ｂ側へ偏向させる方向となり、長尺部材１を流れる溶接電流の電流経路２２が図示の経路に安定しているため、前記磁力２４の方向も、図示の方向に安定する。このため、上述したように溶接中のアークは、磁力２４の作用方向に引き寄せられて安定に保持されることになる。したがって、重ねプレート部材２ｂ側方向に磁力２４で偏向するアークを、トーチ位置シフト機能によって溶接ワイヤ１７の狙い位置を厚肉の長尺部材１側へＳ_２だけシフトさせて溶接を行うことで、長尺部材１側の溶融が促進され、溶け込みの良好な結果を得ることができた。
【００３７】
図９、図１０に本発明の第４の実施の形態を示す。本実施の形態は、円筒形状構造の長尺円筒部材１ｂの左右両端面に小物品部材であるフランジ２ｃを取付け溶接する場合の例である。図１０の（１）に、この継手部材の一部を拡大した溶接個所と溶接トーチの狙い位置を、図１０の（２）に、溶接部のビード断面形状を、それぞれ断面図で示してある。長尺円筒部材１ｂは、回転駆動装置３１に配置された回転ローラ３２上に搭載され、回転ローラ３２によって円周面を駆動されて軸線を回転軸として回転される。長尺円筒部材１ｂの中央寄りの上部位置（両端に取付けられるフランジの中間位置）に可動式給電器３３が設置され、この可動式給電器３３と溶接電源（図示省略）の負極が部材側給電ケーブル５により接続されている。可動式給電器３３は、回転する長尺円筒部材１ｂへ滑動しつつ給電をするもので、長尺円筒部材１ｂが回転してもその上側の位置にとどまるようになっている。溶接トーチ１６は溶接ロボット(図示省略)に搭載され、図示されていない溶接電源の正極からトーチ先端部の溶接ワイヤ１７へ給電するトーチ側給電ケーブル６が接続されている。
【００３８】
長尺円筒部材１ｂの左右両端面に取付けられるフランジ２ｃは、その互いに対向する側の面と長尺円筒部材１ｂの円筒部外周面で形成される隅肉継手の溶接で取付けられるようになっており、フランジ２ｃを溶接する動作は、事前に教示入力された溶接位置や溶接条件など教示データに基づいて、回転駆動装置３１と同調させて自動でそれぞれ行うようになっている。溶接ワイヤ１７の狙い位置は、フランジ２ｃの板厚ｔ_２より厚肉である長尺円筒部材１ｂ側にＳ_２だけシフトさせた位置に設定してある。また、溶接は、溶接トーチ１６を溶接線方向と直交する左右方向に揺動させるウィービング動作も加えて行われる。
【００３９】
本実施の形態において、溶接時に長尺円筒部材１ｂを流れる溶接電流の経路は図９に示す電流経路２２で安定する。この結果、溶接電流により溶接アークに作用する磁力の方向は、アークをフランジ２ｃ側方向に偏向させる方向で安定し、アーク磁気吹き現象の作用方向の変動による溶接欠陥の発生は抑制される。
【００４０】
上述したように、アーク溶接の電流で生じる磁界、アーク磁気吹き現象による磁力２４が作用する方向をフランジ２ｃ側方向に安定させ、かつ、その偏向アークを長尺円筒部材１ｂ側に適量シフトさせると共に、ウィービング動作のアーク溶接を行うことで、厚肉部材側の溶融が促進され、図１０の(２)に示したように溶け込み形状の良好な溶接結果を得ることができる。
【００４１】
図１１は上記各実施の形態における条件制御ブロック線図の例を示し、横軸の時間に対応する縦軸には溶接電流Ｉa（Ａ）、ワイヤ送り速度Ｗｆ（ｍ／min）、溶接電圧Ｅa（Ｖ）、溶接速度Ｖｓ（mm／min）、ウィービング動作の有無、シールドガスＳＧの制御動作、をそれぞれ表示している。図中の条件番号(▲１▼〜▲４▼)は、溶接開始のポイント点(Ｐ１)から溶接終了のポイント点(Ｐ３)に至るまでの各過程ごとの出力条件であり、表１にまとめて示した。すなわち、溶接すべき継手部(図１、図４、図８参照)の溶接線位置、溶接条件を操作ボックス１０から溶接制御装置に９に教示設定する時に、まず、溶接線全長の教示ポイント点（地点）を少なくとも開始側で２点以上、終了側で１点以上設定する。溶接開始地点（Ｐ１，アークスタート地点）から定常溶接開始地点（Ｐ２）までを開始部(▲１▼、▲２▼)、この定常溶接開始地点から定常溶接の終了地点に到達するまでを定常溶接部(▲３▼)、この定常溶接の終了点到達以降を溶接終了部(▲４▼)として区別すると共に、この区別した各部分で所定の溶接条件(表１記載の溶接条件)が各々出力できるように設定する。
【００４２】
【表１】

例えば、ここではシールドガスの供給を開始してからＴ_３時間後に、Ｐ１地点に設定された溶接トーチ１６に溶接ワイヤを送給(ワイヤ送り速度Wf1)するとともに、小電流Ia1、小電圧Ea1を印加してアークを発生させて溶融プールを形成させる。アークがスタートしてＴ_１時間経過後に溶接電流、電圧、ワイヤ送り速度を増加(Ia2、Ea2、Wf2)させると共に、溶接トーチの走行(溶接速度Ｖｓ２)とウィービング動作(揺動幅Ｗ、サイクルｆ)を開始させる。そして、溶接トーチ１６が定常溶接開始の地点Ｐ２に到達した時点で定常溶接条件(Ea3、Ia3、Wf3)に移行させ、その溶接状態を溶接終了地点Ｐ３まで継続する。前記のウィービング動作はＰ２点から開始するようにしてもよい。その後、溶接終了地点Ｐ３に到達すると、トーチ走行とウィービング動作が停止され、溶接電圧、電流及びワイヤ送り速度の値を減少(Ea4、Ia4、W4，f4)させて、溶融プールを縮小及び凹み形状を平滑にするＴ_２時間経過後にアークを停止する。アークを停止してからアフターフロー時間Ｔ_４経過後にシールドガスを停止、溶接トーチを回避移動させて溶接が終了する。
【００４３】
各過程の溶接条件は、構造物や溶接継手の仕様に応じて各々適正な値を教示設定すればよい。このようにして溶接の開始から終了に至るまでの条件制御を適正に行うと共に、溶接ワイヤと長尺部材との間に流れる溶接電流で生じる磁力作用、アーク磁気吹き現象が発現する方向を、溶接中のアークを非給電の小物品部材側方向に偏向させる方向に安定させることで、溶接の開始部から定常溶接部及び終了部まで溶接全長にわたって高品質な溶接結果を得ることができる。
【００４４】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、アークのふらつきやアーク切れ、ワイヤ溶融の乱れなどが防止でき、安定な偏向アーク及びワイヤ溶融移行の溶接によって品質の良好な溶接結果を得ることができ、生産性向上、コスト低減に寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す斜視図である。
【図２】図１の実施の形態の部分の詳細を示す断面図及び平面図である。
【図３】図２に示した溶接方法で実施した溶接部のビード断面形状の例を示す断面図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態を示す概念図である。
【図５】図４に示した長尺柱部材及びプレートを示す斜視図である。
【図６】図４に示した実施の形態における電流経路とアークの磁気吹き方向を示す平面図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態において、プレートの板厚が長尺柱部材の板厚よりも厚い場合の、継手ギャップに対応する適正なワイヤ狙い位置の例を示すグラフである。
【図８】本発明の第３の実施の形態を示す斜視図、平面図及び断面図である。
【図９】本発明の第４の実施の形態を示す斜視図である。
【図１０】図９に示した実施の形態におけるトーチ狙い位置と溶接部のビード断面形状を示す断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態における溶接条件制御の例を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
１長尺部材
１ａ長尺柱部材
１ｂ長尺円筒部材
２小物品部材
２ａプレート
２ｂ重ねプレート部材
２ｃフランジ
３，３ａ，３ｂ，３ｃ溶接個所
４溶接電源
５部材側給電ケーブル
６トーチ側給電ケーブル
８インターフェース
９溶接制御装置
１０操作ボックス
１１溶接ロボット
１２制御ケーブル
１３ワイヤ送給装置
１５トーチケーブル
１６溶接トーチ
１７溶接ワイヤ
２０部材側給電ケーブルが接続されている位置
２２電流経路
２３磁力線
２４磁力
２５溶接方向、
２６回転ドラム
２７柱固定台
２８柱クランプ給電板
２９プレート固定治具
３０ビード断面形状
３１回転駆動装置
３２回転ローラ
３３可動式給電器

Claims

長尺の第１部材の上面の離れた位置又は両端面に該第１部材よりも短い形状の２つの第２部材を対向させて各々配置して溶接すべき２組の隅肉継手部又は重ね継手部を前記第１部材の上面位置又は両端面位置に各々形成し、溶接電源の一方の極性に接続された溶接トーチ及び溶接ワイヤを用いて前記継手部のアーク溶接を行う自動溶接方法において、
前記２組の前記隅肉継手部又は重ね継手部に挟まれた中間位置の前記第１部材の上面又は下面の一箇所に前記溶接電源の他方の極性に接続された給電ケーブルを固定接続し、溶接時に給電される前記第１部材の溶接部分に流れる溶接電流で生じる磁力によって偏向されるアークを前記第２部材側へ偏向させた状態にして、前記継手部をそれぞれアーク溶接することを特徴とする自動溶接方法。