JP5541458B2 - 多電極溶接装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数の電極を用いて１度の走行で多層盛溶接を行う多電極溶接装置に関する。

多電極溶接装置は、溶接方向に並んで互いにワイヤ先端の高さ位置を異ならせた複数の電極を備えており、先行する電極の溶接により形成される溶接ビード上に、後行する電極の溶接により形成される溶接ビードを重ねていくことで、溶接方向への１度の走行で多層盛溶接を完了できるという特徴を有する。
例えば、先端部の姿勢が溶接方向に向く３つの電極を備えて上向き溶接を行う多電極溶接装置であって、各電極が厚板被溶接材の突合せ部内で高さを異ならせ、かつ低位の電極が先行するよう配置された構成が開示されている（特許文献１参照）。

特開２０００−８４６７１号公報

上記特許文献１の多電極溶接装置を含め、一般にアーク溶接では溶接開始時にアーク放電しないアークスタートミスや溶け込み不足、ブローの発生等の溶接不良が生じ易い。そこで被溶接材に溶接開始用のエンドタブを設け、このエンドタブ上で溶接を開始して、アークが安定してから被溶接材の溶接を行うこととしている。
特に上記特許文献１のような従来の多電極溶接装置では、溶接開始時にはエンドタブ上にて先行する低位の電極からアークスタートし、ある程度先行の溶接ビードを形成した後に後行する高位の電極のアークスタートを行う。

しかしながら、このように先行する電極から順次アークスタートした場合、後行する電極でアークスタートミスすると、全電極の溶接を停止することとなる。その後、溶接をやり直したり、１度目の走行が終了した後に溶接が足りなかった分を別に溶接したりすることとなる。また、先行する溶接ビードがエンドタブの範囲を越えて被溶接材にまで至った後に後行する電極のアークスタートミスが生じた場合には、被溶接材中での再スタートを行うか、始めから溶接をやり直すべく被溶接部材に至った溶接ビードを除去する補修を行う必要が生じる。

このように、順次アークスタートを行う多電極溶接装置においてアークスタートミスが生じると、１度の走行で多層盛溶接を完了できるという効果を得ることができず、却って作業効率の悪化や溶接品質の低下を招くという問題がある。
特に被溶接材がアルミニウムの厚板等である場合、各電極に太いワイヤを介して大電流を供給することになるため、電流密度が下がりアークスタート性が悪くなり、このような問題が顕著となる。

本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、エンドタブ上で複数の電極を同時期にアークスタートさせることを可能としつつ、アークスタート後に定常条件で被溶接材まで溶接を行うことを可能とすることで、溶接の作業効率の低下を防止し、かつ被溶接材への溶接品質を確保することのできる多電極溶接装置を提供することにある。

上記した目的を達成するために、請求項１の多電極溶接装置では、溶接方向に並んで互いにワイヤ先端の高さ位置を異ならせた複数の電極を備えた多電極溶接装置であって、被溶接材の溶接開始側端部に、前記電極数に応じた段数で、溶接方向後方に向かうにつれ各電極のワイヤ先端の高さ位置に応じた高さに段階的に高くなる底部を有したタブを備えたことを特徴としている。
請求項２の多電極溶接装置では、請求項１において、前記タブの各段の底部の高さは、対応する電極より１つ前を先行する電極により形成される溶接ビードの上面位置と同じ高さ位置であり、前記各電極は対応する底部の溶接方向後方端からアークスタートを行うことを特徴としている。

請求項３の多電極溶接装置では、請求項１または２において、前記タブの最も被溶接側の底部は、被溶接材の開先の底部と同じ高さ位置であることを特徴としている。

上記手段を用いる本発明の多電極溶接装置によれば、被溶接材の溶接開始側端部に、電極数に応じた段数で、溶接方向後方に向かうにつれ各電極のワイヤ先端の高さ位置に応じた高さに段階的に高くなる底部を有したタブを備えることで、当該タブ上にて各電極それぞれが対応する底部にて同時または短い間隔でアークスタートすることができる。
このようにエンドタブ上にて略同時期にアークスタートを行うことで、１度に各電極のアークスタートを確認し、確実に全電極による溶接を開始することができ、被溶接材にアークスタートミス等による影響が及ぶのを防止することができる。

また、各電極が対応する底部の溶接方向後方端からアークスタートを行うことで、１つ前を先行する電極により形成された溶接ビードが対応する底部と隙間なく形成されることとなり、後行する電極は溶接条件を変えることなく定常条件で当該溶接ビード上に移動することができ、そのまま被溶接材まで溶接を行うことができる。
これらのことから、溶接の作業効率の低下を防止し、かつ被溶接材への溶接品質を確保することができる。

本発明の一実施形態に係る多電極溶接装置において被溶接材にエンドタブを設置した状態の上面視図である。 図１のＡ−Ａ線に沿う断面図（ａ）及びＢ−Ｂ線に沿う断面図（ｂ）である。 本発明の一実施形態に係る多電極溶接装置のアークスタート直後の状態（ａ）及び溶接初期時の状態（ｂ）を示す断面図である。 従来のエンドタブを用いた場合における多電極溶接装置のアークスタート手法の例（ａ）（ｂ）を示した断面図である。 本発明の他の実施形態に係る多電極溶接装置のアークスタート直後の状態を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１から図３を参照すると、図１には本発明の一実施形態に係る多電極溶接装置において被溶接材にエンドタブを設置した状態の上面視図、図２には図１のＡ−Ａ線に沿う断面図（ａ）及びＢ−Ｂ線に沿う断面図（ｂ）、図３にはアークスタート直後の状態（ａ）及び溶接初期時の状態（ｂ）がそれぞれ示されている。

まず、図１に示す被溶接材２は、一対のアルミ板２ａ、２ａであり、各々の側部同士が突き合わされて、Ｖ形開先４を形成している。当該開先４は上面視において一直線上に延びており、溶接開始側である溶接方向後方側の一端部（図１下端側）には溶接開始用のエンドタブ６が設けられている。なお、図示しないが、被溶接材２には溶接終了側の他端部にも溶接終了用のエンドタブが設けられる。

当該エンドタブ６には、図２（ａ）に示すように被溶接材２の開先４と連続するＶ形開先８が形成されている。また、図２（ｂ）に示すように、エンドタブ６の開先８内は、溶接方向に対して前方側から後方側（図２（ｂ）左方側から右方側）に向かうにつれ段階的に底上げされた形状をなしている。具体的には、本実施形態では溶接方向前方から後方に向けて第１の底部８ａ、第２の底部８ｂ、第３の底部８ｃと３段階に高くなった階段状をなしている。

図３では溶接機１０が示されており、当該溶接機１０は溶接方向に沿って走行する走行台車１２を備え、当該走行台車１２に第１の電極１４ａ、第２の電極１４ｂ、第３の電極１４ｃが設けられている。当該各電極１４ａ、１４ｂ、１４ｃは、溶接方向に沿って第１の電極１４ａを先頭に第２の電極１４ｂ、第３の電極１４ｃがそれぞれ所定の間隔を空けて並んでいる。当該各電極１４ａ、１４ｂ、１４ｃはトーチ部１５ａ、１５ｂ、１５ｃからワイヤ１６ａ、１６ｂ、１６ｃが突出した構成をなしている。当該各ワイヤ１６ａ、１６ｂ、１６ｃの先端の高さ位置は、それぞれの電極により形成される溶接ビードの位置に対応しており、第１のワイヤ１６ａ先端が最も低く、第２のワイヤ１６ｂ、第３のワイヤ１６ｃの順に高い位置に配設されている。なお、本実施形態における溶接機１０は、溶接に伴うワイヤの消耗に応じて図示しないワイヤ供給装置から各電極１４ａ、１４ｂ、１４ｃにワイヤが供給されるいわゆる消耗電極式溶接機である。

上記エンドタブ６の開先８の各底部８ａ、８ｂ、８ｃは当該溶接機１０の各電極１４ａ、１４ｂ、１４ｃに対応しており、具体的には、第１の底部８ａが第１の電極１４ａ、第２の底部８ｂが第２の電極１４ｂ、第３の底部８ｃが第３の電極１４ｃに対応している。
詳しくは、各底部８ａ、８ｂ、８ｃの溶接方向長さは各電極１４ａ、１４ｂ、１４ｃ間の間隔とほぼ同じ長さである。また、各底部８ａ、８ｂ、８ｃの高さ位置については、第１の底部８ａは被溶接材２の開先４の底部と連続するよう同じ高さ位置にあり、第２の底部８ｂは第１の底部８ａ上にて第１の電極１４ａの溶接により形成される第１の溶接ビード１８ａの上面位置と略一致する高さにあり、第３の底部８ｃは第２の底部８ｂ上にて第２の電極１４ｂの溶接により形成される第２の溶接ビード１８ｂの上面位置と略一致する高さにある。

このように構成された本実施形態に係る多電極溶接装置は、溶接開始時には溶接機１０をエンドタブ６上に設置して、当該エンドタブ６上から溶接を開始する。
以下、本実施形態に係る多電極溶接装置の溶接開始時の作用を説明し、その効果について説明する。
図３（ａ）に示すように、溶接開始時には、溶接機１０の各電極１４ａ、１４ｂ、１４ｃが、対応するエンドタブ６の各底部８ａ、８ｂ、８ｃの後方端部分に各ワイヤ１６ａ、１６ｂ、１６ｃの先端が位置するよう設置され、当該各電極１４ａ、１４ｂ、１４ｃに同時に電力を供給することでアークスタートする。

そして、各電極１４ａ、１４ｂ、１４ｃでアークスタートが成功した後、走行台車１２が溶接方向に沿って走行する。当該走行台車１２の走行に伴い各電極１４ａ、１４ｂ、１４ｃが移動しながら溶接を行うことで、エンドタブ６の各底部８ａ、８ｂ、８ｃを埋めるように溶接ビード１８ａ、１８ｂ、１８ｃが形成されていく。
溶接が進行していくと、図３（ｂ）に示すように、第１の底部８ａは被溶接材２の開先４の底部と連続していることから、第１の電極１４ａの溶接により形成される溶接ビード１８ａは第１の底部８ａから被溶接材２の開先４の底部へと段差等なく滑らかに形成される。また、この先行する第１の電極１４ａの溶接により形成される第１の溶接ビード１８ａの上面と第２の底部８ｂとの高さ位置が略一致していることで、後行する第２の電極１４ｂの溶接により形成される第２の溶接ビード１８ｂは、第２の底部８ｂから第１の溶接ビード１８ａの上面に段差等なく滑らかに形成される。同じように、当該第２の溶接ビード１８ｂの上面と第３の底部８ｃとの高さ位置が略一致していることで、第３の電極１４ｃの溶接により形成される第３の溶接ビード１８ｃも第３の底部８ｃから第２の溶接ビード１８ｂの上面に段差等なく滑らかに形成される。このように、各電極１４ａ、１４ｂ、１４ｃは溶接開始時点から溶接条件等を変えることなく、それぞれ定常条件で溶接可能である。

こうして、被溶接材２の開先４には、溶接機１０の１度の走行により、第１の溶接ビード１８ａを下層、第２の溶接ビード１８ｂを中層、第３の溶接ビード１８ｃを上層とした３層の多層盛溶接がなされる。
一方、各電極１４ａ、１４ｂ、１４ｃのアークスタート時において、一部の電極でアークスタートミスをした場合は、全ての電極の電力供給を停止する。アークスタートミスをした電極に不具合等がある場合はそれを補修した後、再度アークスタートをやり直す。また、溶接初期時にアークが失火した場合等にもその時点で全て電極の溶接を停止し、エンドタブ６を切除し新しいエンドタブ６に交換して再度アークスタートをやり直す。

このように、各電極１４ａ、１４ｂ、１４ｃに応じた底部８ａ、８ｂ、８ｃを有したエンドタブ６上にて略同時期にアークスタートを行うことで、１度に各電極のアークスタートを確認でき、全電極１４ａ、１４ｂ、１４ｃのアークスタートが成功したときだけ溶接を開始することで、ワイヤ１６ａ、１６ｂ、１６ｃを無駄に消費することもなく、確実に全電極１４ａ、１４ｂ、１４ｃによる溶接を開始することができる。またアークスタート後の溶接初期時にアークが失火した場合でもエンドタブ６の交換を行うだけで、被溶接材２に影響を与えることなく再スタートすることができ、被溶接材２本体の溶接品質を確保することができる。

例えば、ここで本発明の効果を明確にするため、図４を参照すると、開先内に段差のない従来のエンドタブを用いた場合における多電極溶接装置のアークスタート手法の例（ａ）（ｂ）が比較例として示されている。
詳しくは、図４（ａ）には、走行台車１２’をエンドタブ６’上にて走行させつつ、各電極１４ａ’、１４ｂ’、１４ｃ’が当該エンドタブ６’上の所定の位置ａに到達したときに順次アークスタートを行う場合が示されている。なお、図４（ａ）の破線は第１の電極１４ａ’が当該エンドタブ６’上の所定の位置ａに到達した状態を示している。このような場合、後行する第２の電極１４ｂ’または第３の電極１４ｃ’がアークスタートミスした場合、その時点で全電極１４ａ’、１４ｂ’、１４ｃ’の溶接を停止させる。このときに、先行する第１の電極１４ａ’により形成された溶接ビード１８ａ’が被溶接材２’の開先４’内に達しており、再スタートの際アルミ板である被溶接材２の中からのスタートとなり、アークスタートミスの可能性も高く、溶け込み不足やブローが発生し溶接品質が悪化するおそれもある。また、始めから溶接をやり直すには被溶接部材２’に形成された溶接ビード１８ａ’を除去する補修を行う必要が生じる。

このように、エンドタブ６’上の所定の位置ａで順次アークスタートを行う手法では、後行する電極のアークスタートミスが発見された時点で、先行する電極による溶接が進行しているため、被溶接材本体に影響を与えるおそれがあり、溶接品質の低下を招く。
また、図４（ｂ）には、エンドタブ６”上にて各電極１４ａ”、１４ｂ”、１４ｃ”同時にアークスタートさせる場合が示されている。このような場合、各電極１４ａ”、１４ｂ”、１４ｃ”のワイヤ長さ等の溶接条件を電極毎に設定する必要がある。つまり、後行する電極１４ｂ”、１４ｃ”は、先行する電極１４ａ”、１４ｂ”の溶接により形成された溶接ビード１８ａ”、１８ｂ”位置に至った際には、ワイヤ１６ｂ”、１６ｃ”の先端位置をエンドタブ６”の底部８”から溶接ビード１８ａ”、１８ｂ”上面に変更すべく溶接条件を変更する必要が生じる。このように状況に応じて溶接条件を変更する制御を行う必要があり、制御が煩雑となる。

これに対し、本発明に係る多電極溶接装置では、各電極１４ａ、１４ｂ、１４ｃに応じた底部８ａ、８ｂ、８ｃを有したエンドタブ６を用いることで、各電極１４ａ、１４ｂ、１４ｃを略同時期にアークスタートすることができ、アークスタートのやり直しを確実にエンドタブ６上で行うことができ、ワイヤの消費や補修等による溶接の作業効率の低下を防止できるとともに、被溶接材２上でのアークスタートミス等による影響を防止し良好な溶接品質を確保することができる。

また、各電極１４ａ、１４ｂ、１４ｃのアークスタートが成功した後も、エンドタブ６の最も被溶接材側である第１の底部８ａが被溶接材２の開先４の底部と同じ高さであって、他の各底部８ｂ、８ｃの高さ位置が１つ前の先行する電極１４ａ、１４ｂにより形成される溶接ビード１８ａ、１８ｂ上面の高さ位置と略一致していることから、各電極１４ａ、１４ｂ、１４ｃは溶接の進行に伴い電極の高さ位置やワイヤ長さを変更する必要はない。また、先行する電極１４ａ、１４ｂは対応する底部８ａ、８ｂの溶接方向後方端からアークスタートして溶接ビード１８ａ、１８ｂを形成することから、当該溶接ビード１８ａ、１８ｂは１つ後ろを後行する電極１４ｂ、１４ｃに対応する底部と隙間なく形成される。これらのことから、各電極１４ａ、１４ｂ、１４ｃは溶接条件の変更等なく、定常条件で被溶接材２の開先４底面または１つ前を先行する溶接ビード１８ａ、１８ｂ上に移動することができ、そのまま被溶接材６まで溶接を行うことができる。これにより、制御の複雑化を防止することができる。

以上で本発明に係る多電極溶接装置の実施形態についての説明を終えるが、実施形態は上記実施形態に限られるものではない。
例えば、上記実施形態では、溶接装置１０は３つの電極１４ａ、１４ｂ、１４ｃを備えたものであるが、電極数はこれに限られるものではない。また、上記実施形態では、エンドタブ６に３つの底部８ａ、８ｂ、８ｃが形成されているが、これは電極数に応じて形成されるものであり、底部の数はこれに限られるものではない。

また、上記実施形態では溶接機１０は消耗電極式溶接機であるが、非消耗式溶接機にも適用可能である。
また、上記実施形態では、各電極１４ａ、１４ｂ、１４ｃはトーチ部１５ａ、１５ｂ、１５ｃの高さ位置が異なっているが、トーチ部の高さ位置はこれに限られるものではなく、消耗電極式アーク溶接機であれば、例えば図５に示すように各電極１４ａ'''、１４ｂ'''、１４ｃ'''のトーチ部１５ａ'''、１５ｂ'''、１５ｃ'''の高さ位置はいずれも同一であり、ワイヤ１６ａ'''、１６ｂ'''、１６ｃ'''の長さをそれぞれ異ならせることでワイヤ先端位置を調節する構成としても構わない。

２ 被溶接材
４、８ 開先
６ エンドタブ
８ａ、８ｂ、８ｃ 第１の底部、第２の底部、第３の底部
１０ 溶接機
１２ 走行台車
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ 第１の電極、第２の電極、第３の電極
１６ａ、１６ｂ、１６ｃ 第１のワイヤ、第２のワイヤ、第３のワイヤ
１８ａ、１８ｂ、１８ｃ 第１の溶接ビード、第２の溶接ビード、第３の溶接ビード

Claims (3)

1. 溶接方向に並んで互いにワイヤ先端の高さ位置を異ならせた複数の電極を備えた多電極溶接装置であって、
   被溶接材の溶接開始側端部に、前記電極数に応じた段数で、溶接方向後方に向かうにつれ各電極のワイヤ先端の高さ位置に応じた高さに段階的に高くなる底部を有したタブを備えたことを特徴とする多電極溶接装置。
2. 前記タブの各段の底部の高さは、対応する電極より１つ前を先行する電極により形成される溶接ビードの上面位置と同じ高さ位置であり、前記先行する電極は対応する底部の溶接方向後方端からアークスタートを行うことを特徴とする請求項１記載の多電極溶接装置。
3. 前記タブの最も被溶接材側の底部は、被溶接材の開先の底部と同じ高さ位置であることを特徴とする請求項１または２記載の多電極溶接装置。

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